탄산화 순환골재를 사용한 콘크리트의 특성 = Properties of Concrete Mixed with Carbonated Recycled Aggregate

국문 초록 (Abstract)

국내 건설폐기물 64,374만 톤(2023년 기준) 중 폐콘크리트는 59%를 차지하며 99.9%가 재활용되고 있으나, 대부분 저부가가치 용도로 활용되고 있어 구조용 콘크 리트 적용을 위한 순환골재(RA)의 성능 개선 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서 는 순환골재의 탄산화 양생 재령에 따른 생성물 변화와 물성, 나아가 이를 적용한 탄산화 순환골재 콘크리트의 ITZ 및 기계적 특성을 정량적으로 분석하였다. 이를 위해 순환골재를 0, 1, 3, 7일간 탄산화 양생한 후 콘크리트를 제작하여 TG, XRD, pH, 물성평가, Nano-indentation 및 역학적 특성 평가를 수행하였다. 순환골재 부착 모르타르의 TG 분석에서는 탄산화 기간 증가에 따라 탄산칼슘 생 성량이 증가하는 경향을 보였으며, XRD 결과 모든 시료에서 SiO₂(Quartz)와 Calcite가 확인되었고 수산화칼슘은 관찰되지 않았다. 또한 탄산화가 진행됨에 따라 순환골재의 pH는 9.52에서 7일에는 8.55로 점차 감소하였다. 물성 측면에서 탄산화 양생에 따른 밀도 및 흡수율의 변화는 –1.14~–2.60(%), 3.28~7.23(%)로 미미한 수 준이었다. 탄산화 순환골재의 SEM 분석결과, ITZ 영역의 길이는 0일은 31.6㎛, 1일은 28.3 ㎛, 3일은 39.9㎛ 및 7일은 57.3㎛으로 증가하는 경향을 보였다. 또한 탄산화 양생에 따라 Ca/Si 비율은 약 10에서 약 2로 감소하였다. Nano-indentation 결과, 골재 영 역의 탄성계수는 탄산화 양생과 함께 증가하였다. 반면 ITZ 폭은 0일은 40㎛, 1일은 40㎛, 3일은 30㎛, 7일은 40㎛로 뚜렷한 경향을 보이지 않았으나, ITZ 내부에서는 탄산칼슘 및 수산화칼슘 층이 형성되며 높은 탄성계수를 나타냈다. 굳지 않은 콘크 리트의 슬럼프는 탄산화 재령 증가에 따라 소폭 감소하였고 공기량과 겉보기 밀도 는 유의미한 경향을 보이지 않았다. 압축강도는 모든 재령에서 탄산화 순환골재 콘크리트가 더 높은 경향을 나타냈으 며, 특히 재령 3일에서는 비탄산화 순환골재 대비 상대강도 1.21~1.27로 가장 큰 향 상을 보였다. 재령 28일에는 1.01~1.03으로 개선 폭이 줄었으며, 이는 사용된 순환골 재의 부착 모르타르 양이 적은 데 기인한다. 탄성계수 또한 탄산화 양생 증가에 따 라 소폭 상승(1.01~1.03)하였다. 종합적으로, 탄산화 양생은 순환골재의 흡수율이 증가함에도 콘크리트의 기계적 성능을 향상시키며, 실리카겔에 의한 강도 저하는 확인되지 않았다. 탄산칼슘은 초 기 강도 발현에 효과적이며, 특히 ITZ 내 탄산칼슘·수산화칼슘 층 형성으로 매우 높 은 국부 강성을 보임에 따라 전체 구조 성능 개선에 기여할 수 있는 것으로 판단된 다.

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차ⅳ
• 그 림 목 차 ⅴ
• 사 진 목 차 ⅵ
• 약 어 설 명 ⅶ
• 국 문 요 약 ⅷ
• I. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적1
• 1.2 연구의 방법 및 범위5
• II. 탄산화 순환골재의 특성 및 생성물 검토 7
• 2.1 탄산화 순환골재 7
• 2.1.1 탄산화 순환골재의 흡수율 7
• 2.1.2 압축강도 7
• 2.1.3 탄성계수 10
• 2.2 탄산화에 의한 생성물 11
• 2.2.1 탄산칼슘 11
• 2.2.2 실리카겔 13
• 2.3 소결언15
• III. 탄산화 양생에 따른 순환골재의 물성 16
• 3.1 실험계획 16
• 3.2 실험방법 18
• 3.2.1 탄산화 양생 18
• 3.2.2 XRD 및 TG 시료 전처리 18
• 3.2.3 XRD 및 TG 18
• 3.2.4 pH 19
• 3.2.5 밀도 및 흡수율 20
• 3.3 실험결과 및 고찰 21
• 3.3.1 TG 21
• 3.3.2 XRD 24
• 3.3.3 pH 25
• 3.3.4 밀도 및 흡수율 26
• 3.4 소결언28
• IV. 탄산화 순환골재를 사용한 콘크리트의 특성 29
• 4.1 실험계획 29
• 4.2 사용재료 31
• 4.2.1 시멘트 31
• 4.2.2 골재 31
• 4.2.3 혼화제 31
• 4.3 실험방법 32
• 4.3.1 콘크리트 시료 제작 32
• 4.3.2 시료 준비 32
• 4.3.3 슬럼프 및 공기량 33
• 4.3.4 겉보기 밀도 및 압축강도 33
• 4.3.5 탄성계수 34
• 4.3.6 SEM 35
• 4.3.7 Nano indentation 36
• 4.4 실험결과 및 고찰 38
• 4.4.1 SEM 38
• 4.4.2 Nano indentation 39
• 4.4.3 슬럼프 및 공기량 43
• 4.4.4 겉보기 밀도 43
• 4.4.5 압축강도 44
• 4.4.6 탄성계수 46
• 4.5 소결언47
• V. 종합 결론 49
• 참 고 문 헌 51
• ABSTRACT 58
• 감 사 의 글 60