[논문]플라이애쉬 치환율이 높은 콘크리트의 강도 발현 및 수화열 특성

박찬규; 이승훈; 김한준; 김상준; 이태왕

플라이애쉬 치환율이 높은 콘크리트의 강도 발현 및 수화열 특성
The Characteristics of Strength of Development and Hydration Heat on High Volume Fly-Ash Concrete 원문보기

한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권 1호, 2008 Apr. 24, 2008년, pp.417 - 420

박찬규 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) , 이승훈 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) , 김한준 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) , 김상준 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) , 이태왕 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소)

초록
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본 연구에서는 플라이애쉬가 다량 치환된 콘크리트 강도 발현과 수화열 특성에 대하여 연구를 수행하였다. 2수준의 W/B와 7수준의 플라이애쉬 치환률 및 2수준의 실리카흄 치환율을 실험 변수로 선택하였다. 콘크리트 배합에서 단위수량은 $125kg/m^3$으로 고정하였다. 결과로서 초기 재령에서는 플라이애쉬 치환율이 증가하면서 압축강도가 점진적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 재령 91일에서는 50%의 플라이애쉬 치환률까지 압축강도가 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그리고 수화열 저감 효과는 플라이애쉬 치환율에 영향을 받는 것으로 나타났다. 플라이애쉬 치환율이 30% 이상일 때 수화열 저감 효율이 더 좋은 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the characteristics of strength development and hydration heat on high volume fly ash concrete(HVFAC) was experimentally investigated. Two levels of W/B were selected. Seven levels of fly ash replacement ratios and two levels of silica fume replacement ratios were adopted. In the concrete mix, the water content of $125kg/m^3$ was used, which is less than that of usual water content. As a result, it appeared that the compressive strength gradually decreased with increasing fly ash replacement ratio at the early age, but the difference of strength up to replacement ratio of 50% was little at the age of 91 days because of the pozzolanic reaction of fly ash. The effect of hydration heat reduction on the concrete was affected by the fly ash replacement ratio. When the replacement ratio was over 30%, the reduction efficiency of hydration heat was large.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 플라이애쉬가 다량 치환된 콘크리트에 대하여 여러 가지 특성을 파악하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.
특히 일반적으로 사용되는 플라이애쉬 치환율 25% 이하보다 2배 정도로 치환율이 높은 HVFAC(High Volume Fly-Ash Concrete)가 장래에 큰 각광을 받을 것으로 판단된다²⁾. 이에 본 연구에서는 플라이애쉬가 다량 치환된 콘크리트의 압축강도 및 인장 강도 발현 특성 및 수화발열 특성에 대하여 연구를 수행하였다.

제안 방법

콘크리트의 압축강도 및 인장강도를 측정하기 위하여 ϕ100×200mm 공시체를 제작하여 23℃에서 수중양생을실시하였다. 그리고 재령 3, 7, 28, 56, 및 91일에 압축강도 및 인장강도 실험을 실시하였다. 그리고 콘크리트 수화열을 측정하기 위하여 두께 50mm 스티로폼으로 300×300×300mm 크기의 박스를 제작하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이 물-결합재비는 2수준을 선택하였고, 실리카흄의 치환량은 총결합재 대비 0, 5% 치환하는 것으로 하였다. 그리고 플라이애쉬 치환량은 총 7수준을 선택하였다.
그리고 콘크리트 수화열을 측정하기 위하여 두께 50mm 스티로폼으로 300×300×300mm 크기의 박스를 제작하였다. 이 박스에 콘크리트를 타설하고 온도센서를 설치하여 온도 상승량을 측정하였다.
콘크리트의 압축강도 및 인장강도를 측정하기 위하여 ϕ100×200mm 공시체를 제작하여 23℃에서 수중양생을실시하였다.
표 1은 실험계획을 나타낸 것이다. 표 1에 나타낸 바와 같이 물-결합재비는 2수준을 선택하였고, 실리카흄의 치환량은 총결합재 대비 0, 5% 치환하는 것으로 하였다. 그리고 플라이애쉬 치환량은 총 7수준을 선택하였다.

대상 데이터

그리고 콘크리트 수화열을 측정하기 위하여 두께 50mm 스티로폼으로 300×300×300mm 크기의 박스를 제작하였다.
15g/cm3이고 분말 도는 3,267cm²/g이다. 사용된 플라이애쉬는 삼천포산이며, 그 특성으로서는 비중이 2.42g/cm³이고, 분말도는 2,653cm²/g, 그리고 강열감량은 4.4%이다. 그리고 사용된 실리카흄은 SiO₂가 91.
이를 구체화하기 위하여1997년 일본 쿄토에서 선진 38개국이 “쿄토의정서”를 채택하였다.
잔골재는 세척사, 굵은 골재는 최대골재크기 25mm의 쇄석, 그리고 고성능 감수제는 폴리카르본산계(고형분 20%)를 사용하였다.
콘크리트 배합에 있어서, 단위수량은 125kg/m³으로 고정하였으며, W/B 26.6%인 경우 잔골재율은 40%, W/B 29.8%인 경우에는 42.5%를 사용하였다. 이 때 W/B가 26.

성능/효과

1) 91일까지의 압축강도 측정결과, 플라이애쉬 약 50%까지 치환하여도 플라이 애쉬를 치환하지 않은 경우와 비슷한 강도가 발현되는 것으로 나타났다.
2) 실리카흠을 5% 치환한 결과, 플라이애쉬 치환율이 작은 경우에는 약간 개선된 반면, 높은 경우에는 강도가 같거나 떨어지는 경향이 나타났다.
3) 콘크리트 표준 시방서에 제시되어있는 인장강도 예측 식은 낮은 강도에서는 잘 예측하는것으로 나타났지만, 압축강도가 높아질수록 과소평가하는 것으로 나타났다.
4) 플라이애쉬 치환율을 30%를 기준으로 수화열 저감 효율이 다른 것으로 나타났으며, 30% 이상 치환되었을 때 수화열 저감 효율이 상대적으로 높은 것으로 나타났다.
9억톤을 배출하는 것으로 나타났고 이는 세계 열 번째인 것으로 나타났다. 그 결과 우리나라도 2013년부터 의무감축국에 포함될 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 환경 변화는 건설 환경에도 큰 영향을 미치게 될 것이며, 이산화탄소 배출량이 적은 건설재료 및 공법의 개발이 필요하다고 판단된다.
이러한 현상은 실리카흄이 치환된 경우에도 비슷하게 나타났다. 그리고 동일한 재령에서 실리카흄이 치환된 콘크리트의 압축강도는 치환되지 않은 콘크리트에 비하여 플라이애쉬 치환량이 적을 때는 다소 압축강도가 높지만, 플라이애쉬 치환율이 높으면 강도가 떨어지는 것으로 나타났다.
그림에서 알 수 있는 바와 같이 실리카흄 치환량에 따른 압축강도와 인장강도와의 관계는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그리고 실험결과와 콘크리트 표준시방서의 예측식과 비교한 결과 예측 식은 낮은 압축강도 영역에서는 잘 예측 하는 것으로 나타났지만, 압축강도가 높아질수록 과소평가하는 것으로 나타났다. 콘크리트 표준 시방서의식은 매스콘크리트의 인장강도 예측에 사용되는데, 그 결과 매스콘크리트의 초기재령 압축강도는 잘 예측하지만, 장기재령에 대한 인장강도는 과소평가한다고 볼 수 있다.
그런데 재령 91일에서는 플라이애쉬를 사용하지 않은 경우에 비하여 강도가 증가하거나 감소폭이 크게 줄어드는 것으로 나타났다. 그림 1에서 알 수 있는 바와 같이 대체적으로 플라이애쉬 치 환율이 50%까지는 치환율 0% 대비 재령 91일에서 큰 압축강도 차이가 나타나지 않음을 알 수 있으며, 그 이상에서는 강도 감소폭이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 실리카흄이 치환된 경우에도 비슷하게 나타났다.
그림 1은 각 결합재량에 대하여 플라이애쉬 치환율에 따른 압축강도를 재령별로 나타낸 것이다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 재령 7일에서는 플라이애쉬 치환율이 증가할수록 압축강도가 점진적으로 감소하는 것으로 나타났다. 그런데 재령 91일에서는 플라이애쉬를 사용하지 않은 경우에 비하여 강도가 증가하거나 감소폭이 크게 줄어드는 것으로 나타났다.
그림 2는 압축강도 발현식의 상수를 플라이애쉬 치환율에 대하여 나타낸 것이다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 플라이애쉬 치환율이 증가할수록 상수 a는 증가를 하고, 상수 b는 감소를 하는 것으로 나타났다. 결합재량에 따라서 상수 a, b의 차이는 크게 나타나지 않았다.
콘크리트 표준 시방서의식은 매스콘크리트의 인장강도 예측에 사용되는데, 그 결과 매스콘크리트의 초기재령 압축강도는 잘 예측하지만, 장기재령에 대한 인장강도는 과소평가한다고 볼 수 있다. 이에 본 연구의 실험 결과를 바탕으로 인장 강도 예측 식을 제안하였으며, 인장강도는 압축강의 0.75승에 비례하는 것으로 나타났고 모델식의 비교는 그림 3 (c)에 나타낸 바와 같다.

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