설계강도가 다른 고강도콘크리트의 고로슬래그 대체율에 따른 유동성 및 강도발현특성 검토 An Investigation on the Strength Properties and Fluidity of Concrete with various Disign Strength according to Ground Granulated Blast Furnace Slag contents원문보기
본 논문에서는 압축강도가 $40{\sim}100MPa$인 3성분계 고강도콘크리트를 대상으로 혼화재의 대체율이 3성분계 고강도콘크리트의 유동성과 강도발현에 미치는 영향을 평가하기 위한 연구를 수행하고, 강도별 적정 혼화재 대체율을 제안하였다. 실험에 사용된 3성분계 고강도콘크리트의 배합 시 시멘트 대체재로써 고로슬래그가 0, 12, 25% 사용되었으며, 플라이 애시 대체율은 15%로 동일하게 계획하였다. 실험결과, 시멘트 대체재로써 고로슬래그를 플라이애시와 혼용하여 사용하는 경우 40MPa 시리즈에서 고로슬래그 대체율이 25%일때 슬럼프가 가장 우수하며, 압축강도 60, 80 MPa의 시리즈에서는 고로슬래그 대체율이 12%일때 슬럼프 플로우가 가장 우수한 것으로 나타났다. 반면 압축강도 100MPa의 경우 플라이 애시 15%만으로도 유동성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 그리고 압축강도 40MPa의 경우 고로슬래그 대체율이 25%로 증가할 때까지 강도발현에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 100MPa이상의 고강도콘크리트에서는 25% 이상의 고로슬래그 혼입률은 적합지 않은 것으로 나타났다.
본 논문에서는 압축강도가 $40{\sim}100MPa$인 3성분계 고강도콘크리트를 대상으로 혼화재의 대체율이 3성분계 고강도콘크리트의 유동성과 강도발현에 미치는 영향을 평가하기 위한 연구를 수행하고, 강도별 적정 혼화재 대체율을 제안하였다. 실험에 사용된 3성분계 고강도콘크리트의 배합 시 시멘트 대체재로써 고로슬래그가 0, 12, 25% 사용되었으며, 플라이 애시 대체율은 15%로 동일하게 계획하였다. 실험결과, 시멘트 대체재로써 고로슬래그를 플라이애시와 혼용하여 사용하는 경우 40MPa 시리즈에서 고로슬래그 대체율이 25%일때 슬럼프가 가장 우수하며, 압축강도 60, 80 MPa의 시리즈에서는 고로슬래그 대체율이 12%일때 슬럼프 플로우가 가장 우수한 것으로 나타났다. 반면 압축강도 100MPa의 경우 플라이 애시 15%만으로도 유동성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 그리고 압축강도 40MPa의 경우 고로슬래그 대체율이 25%로 증가할 때까지 강도발현에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 100MPa이상의 고강도콘크리트에서는 25% 이상의 고로슬래그 혼입률은 적합지 않은 것으로 나타났다.
This study was achieved experiment to evaluate effect on fluidity and strength development ratio by slag replacement ratio to $40{\sim}100MPa$ HSC(High Strength Concrete) containing blast furnace slag(GGBS) and fly-ash(FA). Also it was suggested that most suitable replacement ratio of GGB...
This study was achieved experiment to evaluate effect on fluidity and strength development ratio by slag replacement ratio to $40{\sim}100MPa$ HSC(High Strength Concrete) containing blast furnace slag(GGBS) and fly-ash(FA). Also it was suggested that most suitable replacement ratio of GGBS is effect by strength. The mix plan of concrete used in an experiment was used to the GGBS replacement ratio of 0, 12, 25% as the cement materials, and fly ash was used equally by replacement ratio 15%. According to test results, for use GGBS with fly ash as binder, slump of GGBS replacement ratio 25% is the most superior in 40MPa series, and appeared by thing which slump flow of GGBS 12% is the most superior in 60, 80MPa's series. The other side, was expressed that fluidity is excellent by FA replacement ratio 15% in 100MPa series. In the case of compressive strength 40MPa, it was exposed that the strength revelation is effect in until the GGBS principal parts ratio increases by replacement ratio 25%. Also, it was exposed that GGBS mixing ratio more than replacement ratio 25% is not since fitness in high strength concrete more than 100MPa.
This study was achieved experiment to evaluate effect on fluidity and strength development ratio by slag replacement ratio to $40{\sim}100MPa$ HSC(High Strength Concrete) containing blast furnace slag(GGBS) and fly-ash(FA). Also it was suggested that most suitable replacement ratio of GGBS is effect by strength. The mix plan of concrete used in an experiment was used to the GGBS replacement ratio of 0, 12, 25% as the cement materials, and fly ash was used equally by replacement ratio 15%. According to test results, for use GGBS with fly ash as binder, slump of GGBS replacement ratio 25% is the most superior in 40MPa series, and appeared by thing which slump flow of GGBS 12% is the most superior in 60, 80MPa's series. The other side, was expressed that fluidity is excellent by FA replacement ratio 15% in 100MPa series. In the case of compressive strength 40MPa, it was exposed that the strength revelation is effect in until the GGBS principal parts ratio increases by replacement ratio 25%. Also, it was exposed that GGBS mixing ratio more than replacement ratio 25% is not since fitness in high strength concrete more than 100MPa.
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문제 정의
한가지 설계강도 하에서 시멘트 대체재로써 고로슬래그나 플라이 애시의 적정 대체율을 규명하기 위한 연구는 많이 이루어졌으나 설계강도가 다양한 콘크리트의 강도발현에 동일한 혼화재의 대체율이 미치는 영향에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구는 콘크리트 강도와 혼화재 대체율 즉, 3성분계에서의 콘크리트의 부착성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수행한 연구의 일환으로써, 콘크리트의 부착 성능을 규명하기 위하여 3성분계에 대한 재령별 강도 발현에 미치는 영향을 평가하는 내용이다. 이에 본 연구에서는 표준배합을 고로슬래그 혼입율를 변화를 주어 수행한 실험결과를 바탕으로 강도별 대체율과 재령에 따른 강도발현율을 검토하여 설계 강도에 따른 최적 강도발현을 위한 효율적인 혼화재 사용량을 통한 최적배합을 도출하는데 기초 자료를 제시하고자 한다.
본 연구는 초고층구조물에의 활용이 기대되는 설계강도 40～100MPa의 3성분계 고강도콘크리트를 대상으로 각각의 강도에 따른 고로슬래그 대체 율의 대체 효과를 알아보기 위한 것으로, 실험계획 및 배합은 Table 1과 같다. 예비시험을 통한 배합 검토 후 FA의 대체율을 15%로 설정하고, 고로슬래그 대체율은 0, 12, 25%로 설정하였다.
따라서 본 연구는 콘크리트 강도와 혼화재 대체율 즉, 3성분계에서의 콘크리트의 부착성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수행한 연구의 일환으로써, 콘크리트의 부착 성능을 규명하기 위하여 3성분계에 대한 재령별 강도 발현에 미치는 영향을 평가하는 내용이다. 이에 본 연구에서는 표준배합을 고로슬래그 혼입율를 변화를 주어 수행한 실험결과를 바탕으로 강도별 대체율과 재령에 따른 강도발현율을 검토하여 설계 강도에 따른 최적 강도발현을 위한 효율적인 혼화재 사용량을 통한 최적배합을 도출하는데 기초 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
Table 3은 각각의 강도별 고로슬래그 대체율에 따른 유동성 및 재령별 압축강도를 나타낸 것이다. 40MPa 시리즈 콘크리트는 슬럼프 플로우 측정이 곤란하여 슬럼프를 측정하였으며, 나머지 시리즈는 슬럼프 플로우로서 유동성을 측정하였다.
각각의 시험체는 압축강도를 측정후 강도 발현율을 강도별, 고로슬래그 미분말 혼입률별, 재령에 따라 각각 비교·검토 하였다.
고로슬래그 미분말의 유동성 개선효과에 의해 혼입률이 증가할수록 슬럼프 플로우가 증가하기 때문에 Fig. 1과 같이 혼입률 증가에 따라 일정 유동성을 확보할 수 있도록 감수제의 사용량을 제한하였다.
콘크리트 강도에 따라 고로슬래그 미분말 혼입율을 달리한 콘크리트를 제작하여 굳지않은 특성으로 40MPa은 슬럼프를, 60MPa 이상은 슬럼프 플로우를 측정하였으며, 콘크리트 공시체를 제작하여 재령 3, 7, 28, 56일에 걸쳐 각각의 압축강도를 측정하였다. 또한 측정된 압축강도를 바탕으로 고로슬래그 미분말을 혼입하지 않은 경우의 재령 28일 강도대비 강도발현율을 계산하여, 고로슬래그 미분말의 혼입률이 강도 및 재령에 따라 강도발현률에 미치는 영향을 평가하였다.
본 연구는 초고층구조물에의 활용이 기대되는 설계강도 40～100MPa의 3성분계 고강도콘크리트를 대상으로 각각의 강도에 따른 고로슬래그 대체 율의 대체 효과를 알아보기 위한 것으로, 실험계획 및 배합은 Table 1과 같다. 예비시험을 통한 배합 검토 후 FA의 대체율을 15%로 설정하고, 고로슬래그 대체율은 0, 12, 25%로 설정하였다. 100MPa 의 경우 목표강도 발현을 위하여 실리카흄을 사용하였다.
콘크리트 강도에 따라 고로슬래그 미분말 혼입율을 달리한 콘크리트를 제작하여 굳지않은 특성으로 40MPa은 슬럼프를, 60MPa 이상은 슬럼프 플로우를 측정하였으며, 콘크리트 공시체를 제작하여 재령 3, 7, 28, 56일에 걸쳐 각각의 압축강도를 측정하였다. 또한 측정된 압축강도를 바탕으로 고로슬래그 미분말을 혼입하지 않은 경우의 재령 28일 강도대비 강도발현율을 계산하여, 고로슬래그 미분말의 혼입률이 강도 및 재령에 따라 강도발현률에 미치는 영향을 평가하였다.
대상 데이터
잔골재는 세척사를, 굵은 골재 는 19mm이하의 쇄골재를 사용하였다. 고성능 감수제 및 AE제는 국내 W사에서 제조한 것으로 40MPa는 나프탈렌계를, 60MPa 이상은 고강도용으로 제조한 PC계 제품을 사용하였다.
시험에 사용된 시멘트 및 고로슬래그 미분말은 국내 S사, 플라이애시는 K사에서 시판되는 것을 사용하였고, 실리카흄은 국내에서 널리 활용되고 있는 캐나다산을 사용하였다. 각 재료의 화학성분은 Table 2와 같다.
각 재료의 화학성분은 Table 2와 같다. 잔골재는 세척사를, 굵은 골재 는 19mm이하의 쇄골재를 사용하였다. 고성능 감수제 및 AE제는 국내 W사에서 제조한 것으로 40MPa는 나프탈렌계를, 60MPa 이상은 고강도용으로 제조한 PC계 제품을 사용하였다.
성능/효과
1) 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트의 경우 초기 재령에서는 모두 혼입하지 않은 경우에 비하여 현저히 낮은 강도를 나타내나 재령 28일에는 모두 유사한 강도를 나타내며, 그 이후의 장기재령에는 오히려 고로슬래그 미분말을 혼입한 경우가 강도발현에 유리한 것으로 나타났다.
2) 압축강도 40MPa의 경우에 고로슬래그 미분말을 사용할 경우 더욱 높은 강도발현율을 나타내는 것으로 나타나, 고로슬래그 대체율이 25%까지 증가할수록 강도발현에 유리한 것으로 나타났다.
3) 본 실험 결과, 시멘트 대체재로써 고로슬래그를 플라이애시와 혼용하여 사용하는 경우 100MPa이상 의 고강도콘크리트에서는 25% 이상의 고로슬래그 혼입률은 적합지 않으며, 40MPa 이하의 콘크리트에서는 25%의 혼입률까지도 강도증진에 효과가 있는 것으로 나타났다.
40MPa 시리즈에서는 동일한 감수제량을 사용하였는데 고로슬래그 미분말의 혼입률이 25%까지 첨가할 경우 확연한 슬럼프의 증가를 확인할 수 있었으며, 그 외의 시험 체에서도 고로슬래그 미분말 12% 증가할 시에 대략 5～10%의 고성능 감수제 사용량을 감소시키더라도 유사한 유동성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
또한 플라이애시 및 고로슬래그 미분말등의 혼화재를 사용하였기 때문에 발생하는 일정한 점도로 인하여, 60～70cm의 고유동 콘크리트임에도 불구하고 재료분리가 발 생하지 않는 것으로 나타나, 고유동 콘크리트의 재료로서 유효함을 확인하였다.
2의 추세선에서 확인할 수 있듯이 재령 28일을 기점으로 강도의 역전현상이 발생하는 것으로 나타났다. 이로써 고로슬래그 미분말을 사용할 경우 초기재령에서의 강도발현율이 상대적으로 작다는 것을 알 수 있었으며, 이러한 현상은 낮은 강도의 콘크리트 경우보다 고강도 일수록 더욱 큰 것으로 나타났다.
이상의 결과로써 낮은 강도 콘크리트 일수록 고로슬래그 미분말을 사용할 경우에 더욱 압축강도 증진에 효과가 있는 것으로 사료된다.
후속연구
그러므로 향후 40MPa 이하 강도용 콘크리트에서 그 이상의 혼입을 통한 검증도 필요할 것이며, 이상에서 설명한 고로슬래그 미분말의 최적 혼입률은 유동성과 강도중심에 기초한 것으로, 고강도 콘크리트의 실용화에 필요한 이외의 물성에 대한 연구도 진행되어져야 할 것이라 사료된다.
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