[논문]재생 미분말을 적용한 고강도 광택 콘크리트 마감재의 공학적 특성에 관한 연구

최선미; 정지용; 정은혜; 김진만

문제 정의

재생 미분말은 시멘트 대체재 등의 혼화재로 사용이 가능하고 폐콘크리트의 진정한 리사이클링을 위하여 향후 미분말을 효율적으로 재활용할 수 있는 방안과 문제점 해결을 위한 연구가 더욱 요구된다. 따라서 본 연구에서는 재생 미분말의 적용 분야를 건축용 마감재에 한정하여 실시하여 재생 미분말을 시멘트 대체재로서의 실용화를 위하여 시공성 및 공학적 특성에 미치는 영향을 조사하였고 또한 콘크리트 마감재의 취약점인 표면 수분 안정성에 재생 미분말의 사용이미 치는 영향을 검토함으로써 앞으로 건설 폐기물을 재활용하는 과정에 대한 기초적 자료를 제공하고자 한다.
실험I에서는 재생 미분말을 시멘트에 대체하여 재생미 분말이 콘크리트 마감재의 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 하지만 재생 미분말을 콘크리트 마감재에 적용하기 위해서 수분에 대한 안정성을 확보하는 것은 필수적이다.
폐콘크리트를 파쇄할 때 발생하는 재생 미분말을 시멘트 대 체재로 적용하여 고강도 광택 콘크리트 마감재를 개발하기 위한 공학적 특성을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

하지만 재생 미분말을 콘크리트 마감재에 적용하기 위해서 수분에 대한 안정성을 확보하는 것은 필수적이다. 그래서 실험 II에서는 양생 방법을 달리하여 autoclave 양생으로 수열 합성 반응을 통하여 미수 화물에 의한 백화 발생 을 예방하고자 autoclave양생과 기건양생 2가지 양생방법으로 실험을 실시하였다. Autoclave 양생은 재령일까지 기건 양생 한 후에 실시하였다.
재성미분말 대체율에 따른 유동성은 모르타르의 목표 플로우가 20±lcm가 되도록 폴리 카르본산계 고성능 감수제를 사용하여 조절하였다. 또한 고강도 발현을 위하여 시멘트:모래비를 용적으로 1:1.25로, 물시멘트비는 23%로 하였다. 압축 강도용 시험체는 KS L 5105에 준하여 50x50x50mm 큐빅 몰드를 사용하여 제작하였고, 표면 특성 측정용 시험체는 지름 84mm 높이 1cm의 플라스틱계의 원형 몰드를 사용하여 3분의 진동 성형 후 상온에서 양생하였다.
재성미분말 대체율에 따른 유동성은 모르타르의 목표 플로우가 20±lcm가 되도록 폴리 카르본산계 고성능 감수제를 사용하여 조절하였다. 또한 고강도 발현을 위하여 시멘트:모래비를 용적으로 1:1.

대상 데이터

25로, 물시멘트비는 23%로 하였다. 압축 강도용 시험체는 KS L 5105에 준하여 50x50x50mm 큐빅 몰드를 사용하여 제작하였고, 표면 특성 측정용 시험체는 지름 84mm 높이 1cm의 플라스틱계의 원형 몰드를 사용하여 3분의 진동 성형 후 상온에서 양생하였다. 각 특성치는 Table 3에 나타낸 규격에 준하여 측정하였다.

성능/효과

(1) 재생 미분말은 흡수율이 높아 시멘트 대체제로 사용 시 모 르타르의 유동성을 저하시키는 것으로 나타났다. 재생 미분말 대체량이 시멘트 질량의 10%씩 증가할 때마다 대략 0.
(2) 재생 미분말 대체율이 증가할수록 압축강도는 감소하였고 대체율이 30%까지 증가하였을 경우 재령 14일의 경우 lOMPa 이상 감소하였다. 표면 경도 또한 재생 미분말이 증가할수록 측정값이 떨어지는 강도와 유사한 경향을 보였다.
(3) 광택도는 재생 미분말 대체율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 표면 거칠기 또한 재생 미분말이 증가할수록 표면이 더욱 거칠어 지는 것으로 나타났다.
(4) 수분 안정성은 autoclave 양생에 의하여 확보될 수 있고, 또한 autoclave 양생으로 강도 및 내구성 증진이 가능하므로 재생 미분말을 시멘트 대체재 등의 새로운 혼화재로 사용하는것은 충분한 가능성이 있음을 알 수 있다.
5는 재생 미분말을 사용한 모르타르의 양생 방법에 따른 압축강도 및 경도값을 나타낸 것이다. Autoclave 양생 후의 시험체는 기건 양생 후의의 시험체에 비하여 초기 재령 시 lOMPa 이상의 압축강도가 증가하였고, 장기 재령으로 갈수록 autoclave 양생과 기건양생과의 압축 강도 차이는 좁아지는 것으로 나타났다. 또한 경도의 변화에서도 압축강도와 유사한 경향으로서 autoclave 양생을 한 결과가 더 높은 경도 값을 나타내었다.
Fig. 2는 재생 미분말 대체율에 따른 압축강도 및 표면 경도를 나타낸 것으로, 재생, 미분말 대체율이 30%까지 증가할 경우 압축강도는 시멘트 100%의 경우보다 lOMPa이상의 강도 차이를 보였다.
3은 재생 미분말 대체율에 따른 광택도 및 표면 거칠기를 나타낸 것이다. 광택도는 재생 미분말 대체량이 증가할수록 약 20%까지도 감소하였다. 표면 거칠기도 재령이 지나면서 산술평균 조도값이 증가하여 표면이 거칠어지는 것으로 나타났다.
6은 양생 방법에 따른 광택도 및 표면 거칠기의 변화를 나타낸 것이다. 기건 양생 후의의 광택 도를 보면 90% 이상의 높은 고광택을 가지고 있는 것으로 나타났지만 autoclave 양생을 실시한 결과 광택도 가 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 표면 거칠기는 기건 양생 후의의 표면은 매우 평활하여 낮은 조도 값을 나타내지만 autoclave 양생 후를 보면 표면이 거칠어진 것을 알 수 있었다.
Autoclave 양생 후의 시험체는 기건 양생 후의의 시험체에 비하여 초기 재령 시 lOMPa 이상의 압축강도가 증가하였고, 장기 재령으로 갈수록 autoclave 양생과 기건양생과의 압축 강도 차이는 좁아지는 것으로 나타났다. 또한 경도의 변화에서도 압축강도와 유사한 경향으로서 autoclave 양생을 한 결과가 더 높은 경도 값을 나타내었다.
1은 동일한 물시멘트비 23%에서 재생 미분말의 대체율에 따른 목표 플로우를 얻기 위해 요구되는 고성능감수제의 사용량과 동일한 고성능감수제량 1%를 사용한 경우의 플로우 값을 나타낸 것이다. 시멘트에 대한 재생 미분 말의 대체율이 10%씩 증가할수록 동일한 플로우를 얻기 위해시는 약 0.5%의 고성능감수제량이 더 많이 요구되며, 플로우 값도 재생 미분말의 대체율이 증가할수록 더 적어지 는 것으로 나타났다.
4에 (a)와 같이 표면에 백화가 발생하였다. 재생 미분말을 대체한 시험체의 경우에도 대체율에 상관없이 모두 동일하게 백화가 발생하여 외관을 손상시키는 것을 볼, 수 있었다.
기건 양생 후의의 광택 도를 보면 90% 이상의 높은 고광택을 가지고 있는 것으로 나타났지만 autoclave 양생을 실시한 결과 광택도 가 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 표면 거칠기는 기건 양생 후의의 표면은 매우 평활하여 낮은 조도 값을 나타내지만 autoclave 양생 후를 보면 표면이 거칠어진 것을 알 수 있었다.
광택도는 재생 미분말 대체량이 증가할수록 약 20%까지도 감소하였다. 표면 거칠기도 재령이 지나면서 산술평균 조도값이 증가하여 표면이 거칠어지는 것으로 나타났다.

후속연구

재생 미분말은 시멘트 대체재 등의 혼화재로 사용이 가능하고 폐콘크리트의 진정한 리사이클링을 위하여 향후 미분말을 효율적으로 재활용할 수 있는 방안과 문제점 해결을 위한 연구가 더욱 요구된다. 따라서 본 연구에서는 재생 미분말의 적용 분야를 건축용 마감재에 한정하여 실시하여 재생 미분말을 시멘트 대체재로서의 실용화를 위하여 시공성 및 공학적 특성에 미치는 영향을 조사하였고 또한 콘크리트 마감재의 취약점인 표면 수분 안정성에 재생 미분말의 사용이미 치는 영향을 검토함으로써 앞으로 건설 폐기물을 재활용하는 과정에 대한 기초적 자료를 제공하고자 한다.

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