[논문]레드머드의 소성온도 및 첨가량변화에 따른 컬러콘크리트의 기초적 연구

김태청; 김종; 연규원; 윤기원; 신동안

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 컬러콘크리트의 색감을 발현시킬 수 있는 안료개발을 하기 위하여 산업부산물인 레드머드를 고온으로 소성하여 산화시켜 컬러콘크리트의 안료로써 사용하였을 경우 특성을 검토하여 착색이 용이하고, 경제성을 갖춘 콘크리트용 안료를 개발하는데 있다.
본 연구에서는 레드머드의 소성온도 및 첨가량변화에 따라 컬러 콘크리트를 대상으로 기초적 물성에 미치는 영향에 대하여 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

레드머드의 소성시 목표온도에 도달시간은 30분이고, 3시간 동안 소성을 실시하는 것으로 하였다. 또한, 레드머드의 첨가량은 3%, 6%, 9%를 외할 치환하여 첨가하는 것으로 총 10배치의 실험을 계획하였다.
플레인 배합 결정시에는 컬러콘크리트의 제조를 위하여 백색 시멘트를 사용하였고, 레드머드는 400℃ 및 800℃로 소성하여 사용하였다. 레드머드의 소성시 목표온도에 도달시간은 30분이고, 3시간 동안 소성을 실시하는 것으로 하였다. 또한, 레드머드의 첨가량은 3%, 6%, 9%를 외할 치환하여 첨가하는 것으로 총 10배치의 실험을 계획하였다.
본 연구의 실험방법으로 먼저, 콘크리트의 혼합은 강제식 팬타입 믹서를 이용하여 실시하였으며, 컬러 콘크리트의 균일한 발색을 위해 시멘트와 착색재를 프리믹스한 후 골재를 투입하여 건비빔을 실시하였고, 여기에 물과 고성능감수제를 넣어 혼합하는 것으로 하였다.
실험사항으로는 굳지않은 콘크리트에서는 슬럼프플로우, 공기량, 단위용적질량을 측정하였고, 경화 콘크리트에서는 압축강도 및 발색을 측정하였으며, 내구성과 관련하여 건조수축에 의한 길이변화를 측정하도록 실험계획 하였다. 본 연구의 배합사항은 표 2와 같다.
실험요인으로 W/B는 40% 1수준에 대하여 플레인 배합은 목표 슬럼프플로우 600±100mm, 목표 공기량 3%이하를 만족하도록 배합설계하여 모든 배합에 적용하도록 하였다.

대상 데이터

본 연구의 사용재료로써, 시멘트는 국내산 U사의 KS L 5204에 합격한 Hunter식의 백색도가 90.5인 백색시멘트(밀도: 3.07g/cm3, 분말도: 3,690cm2/g)를 사용하였고, 잔골재(밀도: 2.60g/cm3, 입형판정실적율: 59%)와 굵은골재(밀도: 2.64g/cm3, 입형판정실적율: 56.5%)는 충북 청원군 옥산산 강모래와 20mm 부순 굵은 골재를 사용하였다. 혼화제는 나프탈렌계 고성능 감수제(밀도: 1.
실험요인으로 W/B는 40% 1수준에 대하여 플레인 배합은 목표 슬럼프플로우 600±100mm, 목표 공기량 3%이하를 만족하도록 배합설계하여 모든 배합에 적용하도록 하였다. 플레인 배합 결정시에는 컬러콘크리트의 제조를 위하여 백색 시멘트를 사용하였고, 레드머드는 400℃ 및 800℃로 소성하여 사용하였다. 레드머드의 소성시 목표온도에 도달시간은 30분이고, 3시간 동안 소성을 실시하는 것으로 하였다.
5%)는 충북 청원군 옥산산 강모래와 20mm 부순 굵은 골재를 사용하였다. 혼화제는 나프탈렌계 고성능 감수제(밀도: 1.15g/cm3)를 사용하였고, 레드머드(밀도 : 3.23g/cm3)의 화학성분은 표 3과 같다.

이론/모형

굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프플로우 KS F 2402, 공기량 시험은 KS F 2421, 단위용적질량 시험은 KS F 2409 시험방법 규정에 의거 실시하였고, 경화 콘크리트의 실험으로 압축강도는 KS F 2405의 시험방법으로 실시하였고, 발색측정은 평균적인 색을 측정할 수 있는 일본 K사의 분광측색계(CM-2500d) 제품을 사용하여 3회 발색 측정을 실시하여 평균치값을 사용하였다.

성능/효과

1) 레드머드의 첨가량이 증가할수록 슬럼프플로우는저하하는 것으로 나타났고, 공기량은 증가하는 것으로 나타났다.
2) 소성온도별 압축강도는 400℃증가할 때마다 약 2MPaTlr 증가하는 것으로 나타났고, 레드머드 첨가량 변화에 따른 압축강도는 첨가량이 증가할수록 약 3MPa씩 증가하는 것으로 나타났다.
3) 발색측정은 레드머드의 첨가량이 증가할수록 소성온도가 높을수록 +a* 값은 증가하는 것으로 나타났고, +b* 값은 거의 변화하지 않는 것으로 나타났다. 착색에서 붉은색 계통을 나타내는 +a* 값이 0℃∼400℃에서 2%가 증가했고, 400℃∼800℃차이에서는 15%로 증가한 것으로 나타났으며, 시간이 경과할수록 실내는 거의 변화가 없는 반면, 실외는 +a*, +b* 값이 현저하게 떨어지는 것으로 나타났다.
4) 건조수축길이변화는 소성온도가 높을수록 감소하는 것으로 나타났고, 첨가량이 증가할수록 증가되는 것으로나타났다.
먼저, 소성온도별 압축강도는 400℃증가할 때마다 약 2MPa씩 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 레드머드를 고온소성함에 따라 수분 및 가스손실에 기인한 것으로 분석된다. 레드머드 첨가량 변화에 따른 압축강도는 첨가량이 증가할수록 약 3MPa씩 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 미세공극 충전효과에 기인한 것으로 분석된다.
그림 4는 레드머드 소성온도 및 첨가량변화에 대해 재령경과에 따른 건조수축 길이변화율을 나타낸 것이다. 레드머드의 소성온도가 높을수록 전반적으로 건조수축량이 감소되는 것으로 나타났으며, 첨가량이 증가할수록 증가되는 것으로 나타났다. 이는 레드머드가 물에 용해되지 않는 미립자가 분체의 불용(不溶)성질을 가지고 있으며, 이로 인해 형성된 모세관 공극 등 내부에 존재하던 많은 양의 잉여수가 건조되면서 나타난 것으로, 레드머드 첨가량이 증가될수록 잉여수량이 많아지면서 더 큰 건조수축율을 보이는 것으로 사료된다.
그림 3은 레드머드 소성온도 및 첨가량변화에 따라 7, 28일에서 실내외의 발색측정을 나타낸 것이다. 레드머드의 첨가량이 증가할수록 소성온도가 높을수록 +a* 값은 증가하는 것으로 나타났고, +b* 값은 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 착색에서 붉은색 계통을 나타내는 +a* 값이 0℃∼400℃에서 2%가 증가했고, 400℃∼800℃차이에서는 15%로 증가한 것으로 나타났다.
그림 1은 레드머드의 소성온도 및 첨가량 변화에 따른 압축강도를 나타낸 것이다. 먼저, 소성온도별 압축강도는 400℃증가할 때마다 약 2MPa씩 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 레드머드를 고온소성함에 따라 수분 및 가스손실에 기인한 것으로 분석된다. 레드머드 첨가량 변화에 따른 압축강도는 첨가량이 증가할수록 약 3MPa씩 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 미세공극 충전효과에 기인한 것으로 분석된다.
소성온도별 슬럼프플로우 및 공기량은 거의 차이가 나지 않는 것으로 나타났고, 레드머드 첨가량이 증가할수록 슬럼프플로우는 저하되는 것으로 나타났고, 공기량은 증가하는 것으로 나타났다.
착색에서 붉은색 계통을 나타내는 +a* 값이 0℃∼400℃에서 2%가 증가했고, 400℃∼800℃차이에서는 15%로 증가한 것으로 나타났으며, 시간이 경과할수록 실내는 거의 변화가 없는 반면, 실외는 +a*, +b* 값이 현저하게 떨어지는 것으로 나타났다.

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