[논문]혼화재 치환 콘크리트의 압축강도 및 건조수축에 관한 연구

주은희; 손명수; 전현규; 차천수; 김성수; 한천구

문제 정의

그런데 최근에는 시멘트 제조과정 중 클링커 소성 과정에서 발생하는 비산분진을 백필터로 포집한 킬른더스트(CKD)를 혼화재로서 사용하는 경우도 검토되고 있는데, 이러한 CKD는 현재 시멘트 소성 과정에 재투입하여 활용하고 있지만, 입자가 미세하여 예열기를 통해 반복하여 순환하기 때문에 시멘 트 생산 효율의 저하를 일으키고, 강제로 킬른내에 투입된 경우는 킬른관 내부의 스케일을 발생시켜 제조설비의 효율성을 저하하는 등의 문제점을 유발시키고 있다. 이러한 CKD는 주성분이 탄산칼슘이 기 때문에 시멘트의 수화반응에 전혀 지장이 없고 저온에서의 응결 촉진 및 초기강도 발현에 효과적인 것이 기왕의 연구를 통해 입증된바 있어 실무에서 문제시 되고 있는 FA 및 BS의 초기강도 저하 문제에 대한 해결책으로써 CKD의 가능성 및 활용성을 검토하고자 한다.
이에 관해 전보에서는 굳지않은 콘크리트의 특성은 보고하였고, 본 연구에서는 경화콘크리트의 특성 중 압축강도 및 길이변화에 대하여 검토하고자 한다

제안 방법

본 연구의 실험계획 및 콘크 리트의 배합은 표 1 및 표 2와 같다. 우선 배합사항으로는 W/B 40, 45, 50%의 3수준에 대하여 CKD, FA 및 BS 치환율은 0, 10, 20%의 3수준으로 설정하였다. 이때 혼화재를 치환하지 않은 플레인의 목표슬럼프 및 목 표공기량을 각각 150±15mm, 4.
우선 배합사항으로는 W/B 40, 45, 50%의 3수준에 대하여 CKD, FA 및 BS 치환율은 0, 10, 20%의 3수준으로 설정하였다. 이때 혼화재를 치환하지 않은 플레인의 목표슬럼프 및 목 표공기량을 각각 150±15mm, 4.5土 L.5%가 되도록 SP제 및 AE제를 조절하는 것으로 하였다.

대상 데이터

표 3, 4 및 5는 CKD, FA 및 BS의 물리적 성질을 나타낸 것이다. 시멘트는 국내산 A사의 보통포틀랜드시멘트(밀도:3.15g/cm³, 분말도: 3, 265cm7g), 골재로써 잔골재는 인천 중구 항동에서 채취한 세척사(표건밀도:2.58g/cm³, 흡수율:1.12%), 굵은골재는 경기도 광주산 25mm 부순골재(표 건밀도: 2.58g/cm³, 흡수율:1.2%)를 사용하였다. 혼화제로 고성능 감수제는 국내산 D사의 나프탈렌 계, AE제는 빈졸계를 사용하였다.
2%)를 사용하였다. 혼화제로 고성능 감수제는 국내산 D사의 나프탈렌 계, AE제는 빈졸계를 사용하였다.

이론/모형

본 실험에서의 경화콘크리트 특성으로서 압축강도는 KS F 2405, 길이변화는 KS F 2424의 다이 얼 게이지법에 의하여 측정하였다.

성능/효과

1) 압축강도 특성으로 재령 3일에서는 CKD의 초기수화반응 촉진에 기인하여 압축강도 발현 성능 이 플레인과 유사한 것으로 나타났고, 재령 91일에서는 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응으로 인하여 FA 및 BS의 강도 발현이 효과적이었다.
2) 건조수축 길이변화율은 W/B별 혼화재 사용에 따라 밀도차이에 의한 결합재 체적의 증가로 인하여 건조수축이 약 10~20% 증가하는 경향이었고, FA를 치환한 콘크리트의 경우 10-15% 감소하는 것으로 나타났다.
3) 따라서 CKD는 장기강도 측면에서 볼 때 강도는 저하하지만 FA 및 BS의 문제점으로 인식되어 있는 초기강도 저하에 대한 해결책으로 목적을 둔다면 가능성은 충분히 있는 것으로 판단된다. 또한 혼화재를 치환한 경우 건조수축의 증감에 대한 고려가 필요할 것으로 사료된다.
이는 재령이 경과함에 따른 포졸란 반응에 의한 '규산 칼슘의 생성으로 인해 강도가 증진된 것으로 분석된다. BS를 치환한 경우 재령 3일에서는 플레인과 비교하여 볼 때, 다소 증가하거나 유사한 강도 발현 성능을 보였지만, 재령 28일 및 91일에서는 혼화 재 치환율이 증가할수록 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 초기에는 슬래그와 물의 접촉이 차 단되어 반응을 하지 않지만 알칼리나 황산염에 의해 막이 파괴되면서 불용성의 물질이 석출되어 경화 하기 시작하는 잠재수경성 반응에 의하여 강도가 증가한 것으로 분석된다.
이는 초기에서는 CKD의 탄산 칼슘 및 알칼리 성분에 의해 초기 수화반응이 촉진된 것으로 사료되고, 재령이 증가함에 따라 CKD는 직 접적인 반응을 일으키는 반 응성 물질이 아니기 때문에 강도발현이 작은 것으로 분 석되며, 치환율이 증가할수록 시멘트의 감소로 인하여 압축강도는 저하 한 것으로 사료된다. FA를 치환한 경우 재령 3일에서는 플레인과 유사한 강도발현 성능을 보였지만 재령 28일 및 91일에서는 플레인보다 강도가 증가하는 것으로 나타났고, 치환율이 증가할수록 강도는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 재령이 경과함에 따른 포졸란 반응에 의한 '규산 칼슘의 생성으로 인해 강도가 증진된 것으로 분석된다.
재령 이 증가함에 따라 건조수축 길이변화율은 기중양생을 시점으로 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 또한 W/B별 혼화재를 치환한 경우 플레인과 비교하여 건조수축 길이변화율은 10~20% 정도 크게 나타 났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우 플레인보다 건조수축이 10~15% 감소하는 것으로 나타났으며, CKD 및 BS를 치환한 경우가 크게 나타났는데, 이는 밀도차이에 의한 결합재 체적의 증 가 및 분말도가 큰 것에 기인하여 건조수축이 증가한 것으로 사료된다. 혼화재 치환율에 따라서는 치 환율이 증가할수록 미분의 첨가로 인하여 건조수축이 증가하는 것을 알 수 있었다.
그림 1은 재령별 혼화재 치환율에 따른 압축강도를 나타낸 것이고, 그림 2는 CKD 치환 콘크리트의 압 축강도와 FA 및 BS 치환 콘크리트의 압축강도를 비교하여 나타낸 것이다. 먼저 전반적으로 W/B가 작 을수록 재령이 증가할수록 압축강도는 증가하는 것으로 나타났다.
그림 3은 W/B 및 혼화재 치환율 변화에 따른 재령별 건조수축 길이변화율을 나타낸 것이다. 재령 이 증가함에 따라 건조수축 길이변화율은 기중양생을 시점으로 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 또한 W/B별 혼화재를 치환한 경우 플레인과 비교하여 건조수축 길이변화율은 10~20% 정도 크게 나타 났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우 플레인보다 건조수축이 10~15% 감소하는 것으로 나타났으며, CKD 및 BS를 치환한 경우가 크게 나타났는데, 이는 밀도차이에 의한 결합재 체적의 증 가 및 분말도가 큰 것에 기인하여 건조수축이 증가한 것으로 사료된다.
혼화재 종류에 따라서는 CKD를 치환한 경우 재령 3일에서는 거의 유사한 강 도 발현을 나타내었고, 재 령 28일 및 91일에는 플 레인보다 저하하는 경향을 나타내었으며, 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 초기에서는 CKD의 탄산 칼슘 및 알칼리 성분에 의해 초기 수화반응이 촉진된 것으로 사료되고, 재령이 증가함에 따라 CKD는 직 접적인 반응을 일으키는 반 응성 물질이 아니기 때문에 강도발현이 작은 것으로 분 석되며, 치환율이 증가할수록 시멘트의 감소로 인하여 압축강도는 저하 한 것으로 사료된다.
또한 W/B별 혼화재를 치환한 경우 플레인과 비교하여 건조수축 길이변화율은 10~20% 정도 크게 나타 났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우 플레인보다 건조수축이 10~15% 감소하는 것으로 나타났으며, CKD 및 BS를 치환한 경우가 크게 나타났는데, 이는 밀도차이에 의한 결합재 체적의 증 가 및 분말도가 큰 것에 기인하여 건조수축이 증가한 것으로 사료된다. 혼화재 치환율에 따라서는 치 환율이 증가할수록 미분의 첨가로 인하여 건조수축이 증가하는 것을 알 수 있었다.

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