년 한국농공학회 학술발표회 논문집 년 월 일
2005 (2005 10 28 )
재유화형분말수지를 혼입한 재생콘크리트의 강도 특성
Strength Properties of Recycled Concrete Containing Water-redispersible Copolymer Powder김 인 수* ․ 성 찬 용 충남대( ) Kim, In-Su* ․ Sung, Chan-Yong
Abstract
This study was performed to evaluate the strength and durability properties of recycled concrete containing water - redispersible copolymer powder(WRP) and blast furnace slag powder(BSP) [RCWS]. Material used were cemente, recycled coarse aggregare, natural fine aggregate, water-redispersible copolymer powder, blast-furnace slag powder. Especially, Water-redispersible powder was used for blending with Inorganic binders such as cemente, gypsum and hydrated lime etc. First of all, Mixed ratio method of RCWS made Two Type . One was called type-1 which used to BSP content 5% and WRP(Water-redispersible powder) content 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%. respectively. Another was called Type-2 which used to BSP(blast furnace slag powder)content 10% and WRP (Water-redispersible powder) content 0%, !%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%. respectively.
According to the experimental results of (RCWS), Incase Type-2 at curing age 28days, Compressive strength, pulse velocity and dynamic modulous of elasticity were shown higher than Type-1 and The more WRP content increasing(0%~6%) was the lower Compressive strength, Pulse velocity and Dynamic modulous of elasticity. Water absorption ratio was in the range of 3.85% ~ 3.23%, it was almost equal to Type-1, 2 but Increasing the WRP content(0%~6%), The water absorption ratio is decreased. 서 론 . Ⅰ 에 들어서면서부터 인터넷의 급속한 확산과 첨단 과학기술의 발전은 모든 사회구조 및 21C 가치관마저 급격히 변화시키고 있다 급속한 경제성장과 산업화는 생활패턴의 변화뿐만 아니라 다. 양한 요구의 증가로 이를 충족시키기 위한 새로운 개념의 연구 개발이 진행되고 있다 물론 건설. , 토목분야 또한 예외는 아닐 것이다 환경보전과 개발이라는 상충된 입장을 동시에 충족시키고 구. , 조물의 고성능 다기능화의 요구에 적합한 신재료 신기술 개발에 다방면으로 활발한 연구가 이루, 어지고 있다.1). 본 연구는 물과 상시접하는 수리시설물 지중매설물 해양구조물 토양오염지역의 구조물 등, , , 다양한 사용환경 용도 및 특성에 적합한 기능을 발휘 할 수 있도록 설계기준강도를 만족하면서, 내구성능이 우수한 맞춤형 콘크리트의 개발에 목적이 있다 위와 같은 구조물의 대부분은 콘크리. 트의 수밀성을 매우 요하는 구조물로서 수밀성능 향상에 유리한 재유화형분말수지와 고로슬래그 미분말을 혼화재로 사용하였으며 특히 재유화형분말수지는, 경화과정에서 콘크리트 속의 작은 공 극과 모세구조를 성장형 유기화학결정체 성분으로 채워주게 됨으로써 물의 이동을 사실상 차단시 켜 내부공극을 감소시키고 골재와의 부착성을 향상시키는 기능을 발휘하므로2). 본 연구에서는 실험을 통해 재유화형분말수지의 적정 배합비를 찾고 이에 따른 재생콘크리트의 강도 및 내구적 특성에, 대하여 고찰하였다. 재료 및 방법 . Ⅱ 사용재료 2.1. 128
시멘트 2.1.1
시멘트는 KSF5201에 규정된 국내 S사 제품의 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 이의 물리, 화화적 성질은 Table 1 및 Table 2와 같다.
Table 1. Physical properies of normal portland cemente
S.G
setting time (h-min)
Compressive strength (kgf/ )㎥
Initial Final 3days 7days 28days
3.15 5-7 7-20 193 216 323
table 2. Chemical compositions of normal portland cemente(Uint :%)
SiO2 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O Fe2O3
21.9 4.84 63.85 3.32 3.09 1.13 0.29 2.39
고로슬래그 미분말 2.1.2
광양제철소의 고로에서 용융상태의 고온슬래그를 급냉하여 입상화한 고로슬래그 미분말 종(3 ) 사용하였으며 이의 물리 화학적 성질은 Table 3 및 Table 4와 같다
Table 3. Physical properties of Blast furnace slag powder Grain size (mm) specific gravity (20 )℃ specific surface ( /g)㎤ Unit weight (kg/ )㎥ color <0.15 2.90 4,651 - White
Table 4. Chemical compositions of of Blast furnace slag powder(Uint :%)
SiO2 Al2O3 CaO MgO SO3 Fe2O3 Ig. loss
33.3 13.27 44.3 5.8 0.2 0.28 0.6
재유화형 분말 수지
2.1.3 (Water-Redispersible Vinyl Acetate / Ethylene Copolymer powder) 물에 쉽게 재분산되는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 공중합 폴리머 파우더를 혼화재로 사용 하였으며 이의 물리적 성질은, Table 5와 같다.
Table 5. Properies of water-redispersible vinyl acetate/ethylene copolymer powder Properties of the powder
solid content (1000 /30min)ash content℃ Apparent density appearence stabilizingsystem particle size 99±1% 11±2% 540±50 g/l white powder polyvinyl alcohol 400 mMax 4%,μ 이상
골 재 2.1.4
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채취한 천연모래를 잔골재로 사용하였으며 이의 물리적 특성은, Table 6과 같다.
Table 6. Physical properies of aggregate(Coarse agg & Fine agg.)
Type (mm)size Bulk density(kgf/ )㎥ specific gravity(20 )℃ Absorptionratio(%) modulusfineness Unit weight(kg/ )㎥ Corase aggregate 5~20 1,543 2.62 1.87 6.78 -Fine aggregate <4.75 - 2.62 0.87 2.66 1,675 고성능 감수제 2.1.5 단위수량을 감소하여 콘크리트의 강도를 증진시키고 연행 공기량을 확보하기 위하여 S사의 나 프탈렌 설폰산 포르말린 축합물을 주성분으로 한 고성능 AE 감수제를 사용하였다 배합설계 2.2 일반 구조물 및 농업용 수리시설물의 설계기준강도인 재령 28일 압축강도 24Mpa, 슬럼프 를 목표강도로 하고 수밀한 콘크리트 제작를 위해 물 시멘트 비를 이하가 되도록 기 15±1cm , - 50% 본배합을 설정하여 시험배합을 통하여 물 시멘트 슬럼프 잔골재율 단위골재량을 결정하였으며- , , , , 콘크리트의 수밀성 및 내구성 향상을 위한 최적배합을 구명하기 위해 재유화형분말수지를 결합재 중량의 0.0%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, 6.0%와 KS F 4009(레디믹스트 콘크리트 에서 사용가) 능한 고로슬래그 미분말을 결합재 중량의 각각 5%[Type-1], 10%[Type-2]로 배합하였다. 또한 물-시멘트비를 감소시키고 유동성을 증가시키기 위해 고성능 감수제를 결합재 중량의 1%로 배합하였다. 시험체 제작 및 시험방법 2.3 시험체 제작 2.3.1 재유화형분말수지를 혼입한 수밀성 재생콘크리트의 제작은 KS F 2403(실험실에서 콘크리트 압축강도 및 휨강도용 시험체를 제작하고 양생하는 방법 에 준하여 제작하였다) . 실온의 물에 쉽게 재분산되는 분말수지에 재생골재와 시멘트 고로슬래그 미분말을 투입하여 건, 비빔을 30초간 실시한 후 물과 고성능감수제를 투입하여 1분간 90 rpm으로 고속 회전하여 혼 합하였다 압축강도시험용 시험체는 원주형. φ7.5×15cm 와 동탄성 및 초음파진동속도용 시험체 과 흡수율 시험을 위한 원주형 를 각각 제작하였으며 몰드에 타설된 7.6×7.6×41.2cm φ10×20cm , 공시체는 24시간 정치 후 탈형하여 소정의 재령까지 20±2℃의 온도로 수중양생 하였다. 시험방법 2.3.2 시험은 다음과 같이 KS 와 BS에 규정된 방법에 준하여 각 재령별로 실시하였으며, 3회 반복 시험한 것의 평균값을 실험 결과치로 하였다. 압축강도 시험 2.3.3 콘크리트의 압축강도 시험방법(KS F 2405)에 준하여 재령 7 , 28일 일에 Φ 7.5×15cm인 시험체를 의 재하속도로 가압하여 재령 일 일에 측정하였다 130kgf/s 7 , 28 초음파진동속도 시험 2.3.4 초음파진동속도 시험은 7.6×7.6×41.2cm인 각주형 시험체로 영국 C.N.S사의 PUNDIT를 사용하 130
여 계기의 디지털 숫자가 안정된 후 시험체에 아래와 위 중앙에 직경 50mm의 변환기를 그리이 스를 발라 단자와 공시체면에 공극이 생기지 않도록 부착하여 콘크리트의 초음파진동속도 측정 방법(BS 4408)에 준하여 재령 7 , 28일 일에 측정하였다. 동탄성계수 시험 2.3.5 동탄성계수 시험은 7.6×7.6×41.2cm인 각주형 시험체로 시험체의 길이방향 양면 중앙에 종진동 에 의한 공명진동을 측정하는 영국 C.N.S사의 ERUDIT MIKI(resonant frequency test system) 측정기를 사용하여 콘크리트의 동탄성계수 측정방법(BS 1881)에 준하여 재령 일7 , 28일에 측정 하였다. 흡수율 시험 2.3.6 흡수율 시험은 재령 일 수중양생한 시험체28 ( 10×20cm)Φ 를 105±5 , 24℃ 시간 건조기에서 건조 후 실온에서 항량이 될 때까지의 중량과 23℃ 증류수에 24시간 침수시켰을 때의 중량을 측정하여 구 하였다. 결과 및 고찰 . Ⅲ 압축강도 3.1. 압축강도는 잔골재율, W/C, 시멘트 강도 및 골재 사용량에 따라 좌우되며 배합설계의 기준, 이 될 뿐만 아니라 인장강도 휨강도 탄성계수 내구성 등 경화한 콘크리트의 성질을 나타내는, , , 요소로서 물/ 결합재비와 재유화형 분말수지의 혼입량에 따른 재령 일7 , 28일에 대한 압축강도 시험결과는 Fig.1과 같다.
Fig.1 Compressive strength Type-1 and 2 in curing age 7days and 28days
고로슬래그 미분말 혼입량에 따른 강도측정 결과 초기 재령 일에서 고로슬래그 미분말7 5%를 혼입한 Type-1이 10%를 혼입한 Type-2에 비해 평균 11%의 강도증진이 있었으나 재령, 28일에 서는 고로슬래그 혼입율이 10%인 Type-2에서 더 높은 강도발현 특성을 나타났으며 재령 일과, 7 재령 28일에서의 강도증가율이 Type-1의 RS-0에서 11.7%에 인 것에 비해 Type-2의 RB-0에서 로 약 배정도 높게 나타났다 이는 기존 연구에서 보고 된 바와 같이 고로슬래그의 잠재 27% 2.3 . 수경성에 기인하며 조기재령에서는 상대적으로 단위 시멘트량이 많은, Type-1에서 수화반응속 도에 의한 영향으로 조기강도가 높았으나 장기재령으로 갈수록 수산화칼슘, [Ca(OH)2]과의 지속 적 반응으로 강도가 크게 증진되었기 때문인 것으로 분석되었다. 3). 또한 재유화형분말수지의 혼입량에 따른 압축강도는 분말수지 혼입량이 증가, (0~6%)할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 재령 7일에서의 압축강도는 32.2Mpa ~ 21.2Mpa[Type-1]와 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 RB-0 RB-1 RB-2 RB-3 RB-4 RB-5 RB-6 TYPE-2(Slag content 10%) C o m p re s s iv e s tr e n g th (M p a ) 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 RS-0 RS-1 RS-2 RS-3 RS-4 RS-5 RS-6 TYPE-1(Slag content 5%) C o m p re s s iv e s tr e n g th (M p a ) 재령7일 재령28일
년도 한국농공학회 학술발표회 논문집 년 월 일 2005 (2005 10 28 ) 범위의 값을 나타냈으며 최소 최대 의 강도 감소가 나 28.8Mpa ~ 19.8Mpa[Type-2] , 4% ~ 34% 타났다 초기재령에서의 강도 감소율이 큰 이유는 재유화형분말수지가 콘크리트 속에서 경화하. 는 과정에 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름막 형성을 위한 시간이 콘크리트 내부의 수 화반응 시간보다 더 걸리기 때문에 초기재령에서의 강도가 상대적으로 작은 값을 나타난 것으 로 생각된다 따라서 초기재령에서 폴리머 필름막 형성을 위한 양생 시간 및 조건을 충분히 고. 려하여야 할 것이다.4).
재령 28일에서의 압축강도는 36Mpa ~ 28Mpa[Type-1]와 36.6Mpa ~ 28.3Mpa[Type-2]으로 고 로 슬래그를 10% 혼입한 배합[Type-2]이 평균 32.9Mpa로 고로슬래그 미분말 5%를 혼입한 배합 보다 평균 더 높게 나오는 강도발현 특성이 나타났다 또한 재유화형분말수지를 [Type-1] 0.7Mpa . , 혼입한 재생콘크리트의 압축강도 시험결과 모든배합에서 설계 기준강도인 24Mpa를 만족하는 배 합강도 28Mpa와 같거나 크게 나타났다 이것은. 물에 분산된 분말수지가 건조나 경화 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하였음에도 고로슬래그 미분말과 결합하여 유기 또, 는 무기계 하지와의 접착력을 증가시켰기 때문이라 생각된다 따라서 본배합에서 설계기준강도. 를 만족하기 위한 최소 분말수지량은 결합재 중량의 6%까지 사용이 가능한 것으로 판단된다. 초음파진동속도 및 동탄성 계수 3.2 초음파진동속도 및 동탄성계수 시험은 pluse와 주파수를 사용하여 콘크리트 내부 구성체 및, 성능을 평가하는 비파괴시험 방법의 일종으로 시험결과는 Fig.2와 같다. 4,000.0 4,250.0 4,500.0 4,750.0 5,000.0 RS-0 RS-1 RS-2 RS-3 RS-4 RS-5 RS-6 TYPE-1(Slag content 5%) P u ls e v e lo c it y ( m /s ) Curing age(7days) Curing age(28days) 4,000.0 4,250.0 4,500.0 4,750.0 5,000.0 RB-0 RB-1 RB-2 RB-3 RB-4 RB-5 RB-6 TYPE-2(Slag content 10%) P u ls e v e lo c it y ( m /s ) 350.0 360.0 370.0 380.0 390.0 400.0 410.0 420.0 430.0 440.0 450.0 RS-0 RS-1 RS-2 RS-3 RS-4 RS-5 RS-6 TYPE-1(Slag content 5%) D y n a m ic m o d u lu s o f e la s ti c ic it y ( × 1 0 ^3 k g f/ ㎠ ) 계열1 계열2 330.0 340.0 350.0 360.0 370.0 380.0 390.0 400.0 410.0 420.0 430.0 440.0 450.0 RB-0 RB-1 RB-2 RB-3 RB-4 RB-5 RB-6 TYPE-2(Slag content 10%) D y n a m ic m o d u lu s o f e la s ti c ic it y ( × 1 0 ^ 3 k g f/ ㎠ ) 초음파진동속도 및 동탄성계수 측정결과 압축강도와 같은 경향으로 재령 일의 고로슬래그28 미분말 10%를 혼입한 배합[Type-2]에서 각각 4,660m/s ~ 4,497m/s와 412.2 ~ 377.6(×10^3kgf/ 로 큰 값을 나타났으며 재유화형분말수지 혼입량이 증가할수록 감소하였다 초음파진동속도 ) , . ㎠ 및 동탄성계수의 감소원인은 분말수지 혼입량이 증가함에 따라 콘크리트 내부에서 분말수지가 경화 과정에 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름막 형성에 의한 것으로 생각된다.
Fig.2. Pulse velocity and Dynamic modulus of elasticity of Type-1 and 2
흡수율 시험 3.3 재유화형분말수지를 혼입한 재생콘크리트의 Type별 흡수율 시험결과는 Fig.3과 같다. 2.00 3.00 4.00 5.00 RS-0 RS-1 RS-2 RS-3 RS-4 RS-5 RS-6 TYPE-1(Slag content 5%) W a te r a b s o rp ti o n (% ) Curing age(28days) 2.00 3.00 4.00 5.00 RB-0 RB-1 RB-2 RB-3 RB-4 RB-5 RB-6 TYPE-2(Slag content 10%) W a te r a b s o rp ti o n (% ) Curing age(28days) 흡수율 시험 결과 재유화형분말수지의 혼입량이 증가할수록 흡수율은 감소하였다.5). 고로슬래그 미분말을 각각 5%와 10%를 혼입한 Type-1과 Type-2에서 흡수율의 변화는 거의 없었으며 재유화, 형분말수지 함유량이 각각 0% ~ 6%로 증가함에 따라 흡수율은 3.85% ~ 3.23%로 감소하였다 재. 유화형분말수지 혼입량에 따라 흡수율이 작아지는 것은 콘크리트 속에서 균일한 폴리머 필름이 형성되었고 필름이 공극 내부를 채워 수밀성이 확보되었기 때문이다, . 결 론 . Ⅳ 본 연구는 재유화형분말수지의 분산효과로 무기질 재료와의 접착성 및 수밀성능을 개선하여 콘 크리트의 내구성 향상과 산업부산물의 재이용을 통한 친환경 맞춤형 콘크리트 개발을 위한 기초자 료로서 본 실험을 통하여 얻어진 재생콘크리트의 강도 및 내구적 특성을 요약하면 다음과 같다. 1. 재유화형분말수지를 사용한 재생콘크리트의 압축강도는 재령 7일에서는 고로슬래그 미분말을 함유한 배합 에서의 평균압축강도는 약 이었고 를 혼입한 배합 에
5% [Type-1] 26.5Mpa , 10% [Type-2]
서는 23.5Mpa로 [Type-1]에서 11%의 강도증진을 보였으나 반대로 재령, 28일에서는 고로슬래그 미분말 10%를 혼입한 배합[Type-2]에서 32.9Mpa로 고로슬래그 미분말 5%를 혼입한 배합 보다 평균 더 높게 나오는 강도발현 특성을 나타났다 [Type-1] 0.7Mpa . 재유화형분말수지의 혼입량에 따른 압축강도는 분말수지 혼입량이 증가 할수록 감소 2. (0%~6%)
하는 경향을 나타내었다 재령. 7일에서의 압축강도는 32.2Mpa ~ 21.2Mpa[Type-1]와 28.8Mpa
범위의 값이 나타났으며 재령 일에서는 와
~ 19.8Mpa[Type-2] , 28 36Mpa ~ 28Mpa[Type-1] 으로 고로 슬래그 미분말을 사용한 에서 높게 나타났다
36.6Mpa ~ 28.3Mpa[Type-2] 10% Type-2 .
초음파진동속도 및 동탄성계수시험 결과 재령 일의 고로슬래그 미분말 를 혼입한 배합 3. 28 10% 에서 각각 와 로 큰 값을 나타났으 [Type-2} 4,660m/s ~ 4,497m/s 412.2 ~ 377.6(×10^3kgf/ )㎠ 며 재유화형분말수지 혼입량이 증가할수록 감소하였다, . 흡수율 시험 결과 재유화형 4. 분말수지 혼입량이 증가할수록 흡수율은 감소하였으며 고로슬래그, 미분말을 각각 5%와 10%를 혼입한 Type-1과 Type-2에서 흡수율의 변화는 거의 없었으며 분, 말수지 함유량이 각각 0% ~ 6%로 증가됨에 따라 흡수율은 3.85% ~ 3.23%로 약 16%가 감소 하였다.
년도 한국농공학회 학술발표회 논문집 년 월 일 2005 (2005 10 28 ) 참고문헌 1. 太田俊昭, 2003, IT시대에 적합한 신개념 콘크리트 구조물 한국콘크리트학회, 2003년도 봄학술발표회논문집, p1 이윤수 주명기 연규석 정인수 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구 2. , , , , 2002, 성 한국콘크리트학회지, Vol.14, No5, p660~667 박상준 김동석 원 철 외 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트의 방청성능에 관한 연구 한국 3. , , 2, 2001, , 콘크리트학회 2001년도 가을학술발표회 논문집, p529~532 이윤수 주명기 정인수 초속경폴리머시멘트 모르터의 내구성 한국콘크리트학회 년도 가을학 4. , , , 2001, , 2001 술발표회논문집 p123 주명기 연규석 고로슬래그 미분말을 이용한 혼입 폴리머시멘트콘크리트의 강도특성 한국콘 5. , , 2002, SBR , 크리트학회지 Vol.14, No3, p315~320 134
