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표제지
국문초록
목차
I. 서론 16
1.1. 연구의 배경 16
1.2. 연구의 목적 20
1.3. 연구의 개념 22
1.4. 연구의 내용 및 범위 24
1.5. 순환골재 및 내부양생에 대한 선행 연구 27
1.2.1. 순환골재 콘크리트 27
1.2.2. 내부 수분 공급에 의한 양생 29
II. 자기수축 및 순환골재에 관한 이론적 배경 31
2.1. 콘크리트의 자기수축 31
2.1.1. 자기수축의 정의 31
2.1.2. 자기수축의 작용기구 32
2.1.3. 자기수축에 영향을 미치는 요인 33
2.1.4. 자기수축 저감이 요구되는 콘크리트 35
2.2. 순환골재의 특성 및 품질기준 37
2.2.1. 순환골재의 특성 37
2.2.2. 순환골재의 품질기준 39
2.2.3. 콘크리트용 순환골재와 천연골재의 품질기준 비교 41
2.2.4. 해외 순환골재 품질 기준 42
III. 수분 공급에 의한 시멘트경화체의 물리 화학적 특성 44
3.1. 양생 조건에 의한 시멘트페이스트의 물리 화학적 특성 44
3.1.1. 실험 개요 46
3.1.2. 시멘트페이스트의 수화온도 특성 48
3.1.3. 시멘트페이스트의 물리적 특성 49
3.1.4. 시멘트페이스트의 화학적 특성 54
3.1.5. 시멘트페이스트의 공극구조 특성 57
3.2. 골재의 수분 공급에 의한 모르타르의 물리적 특성 60
3.2.1. 실험 개요 61
3.2.2. 모르타르의 수화온도 특성 65
3.2.3. 모르타르의 물리적 특성 66
3.3. 소결 73
IV. 순환잔골재의 수분 공급과 부착된 시멘트페이스트에 의한 고강도 콘크리트의 특성 75
4.1. 실험 개요 76
4.1.1. 사용재료 및 배합 76
4.1.2. 실험체 제작 79
4.1.3. 실험인자 및 수준 80
4.2. 굳지 않은 콘크리트 특성 81
4.3. 수화온도 특성 81
4.4. 물리적 특성 84
4.4.1. 실험 방법 84
4.4.2. 길이변화 특성 84
4.4.3. 압축강도 특성 90
4.5. 화학적 특성 99
4.5.1. 실험 방법 99
4.5.2. 열 중량 분석에 의한 수화생성물 99
4.6. 공극구조 특성 101
4.6.1. 실험 방법 101
4.6.2. 수은압입법에 의한 공극구조 102
4.7. 소결 104
V. 순환굵은골재의 수분 공급에 의한 고강도콘크리트의 특성 106
5.1. 실험 개요 107
5.1.1. 사용재료 및 배합 107
5.1.2. 실험체 제작 109
5.1.3. 실험인자 및 수준 110
5.2. 굳지 않은 콘크리트 특성 111
5.3. 수화온도 특성 112
5.4. 물리적 특성 113
5.4.1. 실험 방법 113
5.4.2. 길이변화 특성 114
5.4.3. 압축강도 특성 117
5.5. 화학적 특성 121
5.5.1. 실험 방법 121
5.5.2. 열 중량 분석에 의한 수화생성물 121
5.6. 공극구조 특성 123
5.6.1. 실험 방법 123
5.6.2. 수은압입법에 의한 공극구조 123
5.7. 소결 126
VI. 순환잔골재와 순환굵은골재를 복합 사용한 고강도 콘크리트의 특성 127
6.1. 실험 개요 128
6.1.1. 사용재료 및 배합 128
6.1.2. 실험체 제작 131
6.1.3. 실험인자 및 수준 132
6.2. 굳지 않은 콘크리트 특성 132
6.3. 수화온도 특성 133
6.4. 물리적 특성 134
6.4.1. 실험 방법 134
6.4.2. 길이변화 특성 135
6.4.3. 압축강도 특성 137
6.4.4. 압축강도와 길이변화 특성 종합 139
6.5. 소결 141
VII. 결론 및 향후 연구 142
7.1. 결론 142
7.2. 향후 연구 144
참고문헌 145
Abstract 150
부록 154
〈표 1.1〉 골재 자원 조사량과 채취 후 잔량 및 구성비 18
〈표 1.2〉 골재원별 수요량 및 순환골재 공급 실적 19
〈표 2.1〉 콘크리트용 순환골재의 물리적 성질 및 유해물질 기준 39
〈표 2.2〉 콘크리트용 순환골재의 입도분포 40
〈표 2.3〉 순환골재로 만든 콘크리트의 적용 분야 41
〈표 2.4〉 콘크리트용 골재의 물리적 성질 기준 비교 42
〈표 2.5〉 해외 순환골재 품질기준 43
〈표 3.1〉 양생 조건에 의한 시멘트페이스트 특성 실험인자 및 수준 48
〈표 3.2〉 재령 14일에서 양생 조건 및 측정 부위의 수축 발생 52
〈표 3.3〉 양생 조건에 따른 압축강도 및 밀봉양생에 대한 수중양생의 강도비 53
〈표 3.4〉 잔골재의 물리적 특성 63
〈표 3.5〉 모르타르 배합표 및 실험 전 골재의 함수 상태 63
〈표 3.6〉 골재의 수분 공급에 의한 모르타르 특성 실험인자 및 수준 65
〈표 3.7〉 재령 14일에서 잔골재의 함수상태에 따른 수축 발생 69
〈표 3.8〉 골재의 함수율 따른 압축강도 및 절건상태에 대한 각 함수 상태의 강도비 71
〈표 4.1〉 골재의 물리적 특성 77
〈표 4.2〉 콘크리트 배합표 78
〈표 4.3〉 순환잔골재의 치환에 의한 콘크리트의 특성 실험인자 및 수준 80
〈표 4.4〉 슬럼프 및 공기량 실험 결과 81
〈표 4.5〉 재령 14일에서 표건상태 순환잔골재를 치환한 실험체의 수축 발생 87
〈표 4.6〉 함수 상태와 치환율에 따른 압축강도 및 천연골재에 대한 강도비 92
〈표 4.7〉 재령 28일의 치환율에 따른 강도 증감 및 수분 공급에 의한 강도 증진 96
〈표 4.8〉 단위수량과 순환잔골재에 의한 추가 수분 공급량 99
〈표 5.1〉 골재의 물리적 특성 108
〈표 5.2〉 콘크리트 배합표 109
〈표 5.3〉 순환굵은골재의 치환에 의한 콘크리트의 특성 실험인자 및 수준 111
〈표 5.4〉 슬럼프 및 공기량 실험 결과 112
〈표 5.5〉 재령 14일에서 순환굵은골재를 치환한 실험체의 수축 발생 116
〈표 5.6〉 순환굵은골재를 치환한 실험체의 압축강도와 천연골재에 대한 강도비 118
〈표 6.1〉 골재의 물리적 특성 129
〈표 6.2〉 콘크리트 배합표 130
〈표 6.3〉 순환골재를 복합 치환한 콘크리트의 특성 실험인자 및 수준 132
〈표 6.4〉 슬럼프 및 공기량 실험 결과 133
〈표 6.5〉 재령 14일에서 순환골재를 복합 치환한 실험체의 수축 발생 137
〈표 6.6〉 순환골재를 복합 치환한 실험체의 압축강도와 천연골재에 대한 강도비 138
〈표 6.7〉 단위수량과 순환골재에 의한 추가 수분 공급량 140
[그림 1.1] 폐기물 발생량 변화 추이 16
[그림 1.2] 폐기물 구성 비율 17
[그림 1.3] 건설폐기물 성상 현황 17
[그림 1.4] 무분별한 천연골재 채취로 훼손되는 국토 17
[그림 1.5] 순환골재 재활용 용도별 판매량 20
[그림 1.6] 지역별 건설폐기물 발생량 20
[그림 1.7] 일반 순환골재 21
[그림 1.8] 고도처리에 의한 고품질 순환골재 21
[그림 1.9] 내부 및 외부에서 수분이 공급되는 경우의 비교 22
[그림 1.10] 연구의 흐름도 26
[그림 2.1] 자기수축 발생 기구 31
[그림 3.1] 수분 공급 여부에 의한 수축 발생 개념도 45
[그림 3.2] 양생 조건에 의한 시멘트페이스트 특성 실험의 흐름 47
[그림 3.3] 측정 부위별 수화온도 49
[그림 3.4] 양생 조건 및 측정 부위에 따른 길이변화 51
[그림 3.5] 양생 조건에 대한 수축 및 팽창 발생의 모식도 52
[그림 3.6] 양생 조건에 따른 압축강도 54
[그림 3.7] 시간 경과에 따른 시멘트 수화물의 형성 55
[그림 3.8] 각 위치에서 수산화칼슘의 변화 57
[그림 3.9] 각 위치에서 공극률의 변화 59
[그림 3.10] 골재의 수분 공급에 의한 수축 발생 개념도 61
[그림 3.11] 시멘트와 잔골재 비율을 결정하기 위한 예비실험 62
[그림 3.12] 골재의 수분 공급에 의한 모르타르 특성 실험의 흐름 64
[그림 3.13] 천연잔골재의 함수 상태에 따른 수화온도 66
[그림 3.14] 천연잔골재의 함수 상태에 따른 길이변화 68
[그림 3.15] 천연잔골재의 함수 상태에 따른 길이변화 발생 개념도 69
[그림 3.16] 천연잔골재의 함수 상태에 따른 압축강도 71
[그림 4.1] 천연잔골재와 순환잔골재의 수분 공급에 의한 수축 발생... 76
[그림 4.2] 골재의 입도분포 곡선 78
[그림 4.3] 순환잔골재 치환율, 함수량에 의한 고강도 콘크리트... 79
[그림 4.4] 순환잔골재를 치환한 실험체의 수화온도 83
[그림 4.5] 표건상태의 순환잔골재를 치환한 실험체의 길이변화 85
[그림 4.6] 기건상태의 순환잔골재를 치환한 실험체의 길이변화 86
[그림 4.7] 순환잔골재의 함수 상태에 따른 수분이동 및 수축 발생... 87
[그림 4.8] 순환잔골재를 치환한 실험체의 압축강도 91
[그림 4.9] 골재 주변 계면전이구역... 93
[그림 4.10] 천연잔골재 탈락... 93
[그림 4.11] 시멘트페이스트와 골재면의 도식화 93
[그림 4.12] 골재의 수분 공급 여부에 의한 미세구조 94
[그림 4.13] 천연잔골재 주변 파괴 95
[그림 4.14] 순환잔골재 주변 부착... 95
[그림 4.15] 재령 28일에서 순환잔골재 치환율에 따른 강도 증감 및... 96
[그림 4.16] 순환잔골재의 치환율 변화에 따른 강도 증감 97
[그림 4.17] 순환잔골재 치환율에 따른 압축강도 및 길이변화 저감의... 98
[그림 4.18] 순환잔골재의 치환율 변화에 따른 수산화칼슘의 중량비 100
[그림 4.19] 순환잔골재의 치환율과 수화반응에 필요한 수량에 대한... 101
[그림 4.20] 순환잔골재 치환에 따른 공극률의 변화 103
[그림 4.21] 순환잔골재에 의한 수분 공급 중첩 구간에 대한 모식도 103
[그림 5.1] 순환잔골재와 순환굵은골재의 수분 공급에 의한 수축... 107
[그림 5.2] 골재의 입도분포 곡선 108
[그림 5.3] 순환굵은골재 치환율에 의한 고강도 콘크리트 실험의 흐름 110
[그림 5.4] 순환굵은골재를 치환한 실험체의 수화온도 113
[그림 5.5] 순환굵은골재를 치환한 실험체의 길이변화 115
[그림 5.6] 순환잔골재와 순환굵은골재의 수분 공급 형태 116
[그림 5.7] 순환굵은골재의 수분 공급 개념도 116
[그림 5.8] 순환굵은골재를 치환한 실험체의 압축강도 118
[그림 5.9] 천연굵은골재와 순환굵은골재 주변 파괴 형상 119
[그림 5.10] 순환굵은골재 치환율에 따른 압축강도 및 길이변화... 120
[그림 5.11] 순환굵은골재의 치환율 변화에 따른 수산화칼슘의... 122
[그림 5.12] 순환굵은골재의 치환율과 필요수량에 대한 모식도 122
[그림 5.13] 순환굵은골재의 치환율 변화에 따른 공극률의 변화 124
[그림 5.14] 순환굵은골재에 의한 수분 공급 중첩 구간에 대한... 125
[그림 6.1] 각각의 순환골재를 사용한 경우와 복합 사용한 경우의... 128
[그림 6.2] 골재의 입도분포 곡선 130
[그림 6.3] 순환골재를 복합 치환한 고강도 콘크리트 실험의 흐름 131
[그림 6.4] 순환골재를 복합 치환한 실험체의 수화온도 134
[그림 6.5] 순환골재를 복합 치환한 실험체의 길이변화 136
[그림 6.6] 순환골재를 복합 치환한 실험체의 압축강도 138
[그림 6.7] 순환골재를 복합 사용한 경우의 수분 중첩 구간에 대한... 139
[그림 6.8] 순환골재의 복합 치환에 따른 압축강도 및 길이변화... 140
초록보기 더보기
우리나라는 급격한 산업화가 이루어진 1980년대 후반부터 대규모 택지개발을 통하여 공동주택을 건설하였다. 현재는 1990년 이후의 아파트가 노후되기 시작하였고, 2000년대에 들어서면서 매년 공동주택에 대한 재건축 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그에 따라 콘크리트 구조물을 철거하고 해체하면서 많은 양의 건설폐기물이 발생되고 있다. 건설폐기물은 전체 폐기물의 49퍼센트 수준이며, 폐콘크리트가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이와 더불어 천연골재가 부족해지고, 골재공급원 개발에 의한 국토훼손으로 환경복원에 막대한 국가예산이 소요되고 있다. 따라서 국가적으로 환경보존 및 골재 수급문제를 해결하고 자원 순환형 사회를 구축하기 위하여 순환골재의 원활한 생산과 공급을 유도하고 있다. 전체 건설폐기물 발생량에서 약 65퍼센트가 순환골재로 소비되고 있으나, 80퍼센트 이상이 성토, 복토용 및 도로공사용 등 부가가치가 낮은 용도로 사용되고 있다. 그러나 건설폐기물 발생량이 많으며, 도로 및 기반시설이 갖추어진 도심에서는 신규 수요 부족에 따라 새로운 용도로의 개척이 필요하다.
이 연구는 내부에 수분을 많이 포함하고 있는 순환골재가 수화반응에 필요한 수분을 공급하여 고강도 콘크리트의 자기수축 저감과 수화반응 지속에 의해 품질을 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 그에 따라 먼저 양생방법에 의한 외부 수분 공급과 천연잔골재에 의한 내부 수분 공급으로 품질의 향상이 가능한 것을 확인하였다. 이어서 순환잔골재의 수분 공급에 의한 품질 향상과 부착 시멘트페이스트에 의한 품질 저하 특성을 분석하였다. 또한 입자가 큰 순환굵은골재의 수분 공급에 의한 성능을 확인하여 각 순환골재에 적합한 치환율을 설정하였다. 마지막으로 각 순환골재의 치환율을 바탕으로, 혼합하여 사용한 경우의 성능을 평가하여 복합 치환율을 도출하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다.
(1) 수중양생에 의해 외부에서 수분이 지속적으로 공급됨에 따라 자기수축이 63퍼센트 저감되고 압축강도가 20퍼센트 증가하였다. 또한 수분 공급에 의해 수화반응이 지속되어 수산화칼슘의 생성량이 증가하고, 공극률이 감소하였다.
(2) 표건상태의 천연잔골재에 의해 내부에서 수분이 공급되는 경우 자기수축이 16퍼센트 저감되고 압축강도가 4퍼센트 증가하였다.
(3) 순환잔골재를 40퍼센트까지 치환해도 부착 시멘트페이스트에 의한 영향보다 수분 공급에 의한 영향이 커서 10퍼센트 이내 수준으로 강도가 증가하였다. 또한 치환율이 증가할수록 공급해줄 수 있는 수분이 많아져서 자기수축이 60퍼센트 수준까지 저감되었다.
(4) 순환잔골재를 40퍼센트 치환한 경우 30퍼센트 치환한 경우에 비해 추가적인 수산화칼슘의 생성은 없었고, 공극률은 오히려 증가되었다. 이러한 결과를 통해 수화반응 지속에 도움을 주는 순환잔골재의 치환율은 30퍼센트인 것으로 확인하였다.
(5) 순환굵은골재는 부착 모르타르가 많기 때문에 40퍼센트까지 치환율이 증가함에 따라 약간의 강도저하를 나타내었으나, 5퍼센트 이내로 오차범위 수준인 것으로 측정되었다. 또한 치환율이 증가할수록 공급해줄 수 있는 수분이 많아져서 자기수축이 80퍼센트 수준까지 저감되었다.
(6) 순환굵은골재를 10퍼센트 치환한 경우 5퍼센트 치환한 경우에 비해 추가적으로 수산화칼슘이 생성되었으나, 공극률은 오히려 증가되었다. 이러한 결과를 통해 입자가 큰 순환굵은골재는 수분 공급 범위가 넓기 때문에 중첩이 발생될 수 있으며, 일부 구역의 물-시멘트비가 상승될 수 있음을 확인하였다.
(7) 순환굵은골재의 치환율을 5퍼센트로 고정하고 총 순환골재의 치환율을 30퍼센트 이내로 설정하여 복합 치환한 결과, 압축강도가 10퍼센트 이내 수준으로 증가하였다. 또한 순환굵은골재 5퍼센트, 순환잔골재 25퍼센트를 복합하여 사용함에 따라 자기수축이 25퍼센트 저감되었다.
도출된 결과에 의하면, 순환골재를 고강도 콘크리트 배합에 일부 치환하여 사용함에 따라 자기수축 저감과 수화반응 지속에 의해 품질이 향상되는 것을 확인하였다. 따라서 활용 용도가 저부가가치 산업에 머물고 있는 순환골재를 고강도 콘크리트 혼합재료로 사용하는 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있음을 확인하였다. 이 연구는 일반적으로 저품질 재료로 인식되고 있는 순환골재의 유용성을 극대화 하는데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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