현장 재생골재를 사용한 콘크리트의 기초물성 및 내구성 실험 = Mechanical strength and durability tests on concrete mixes using recycled aggregates

국문 초록 (Abstract)

건설 폐기물의 급격한 발생량 증가로 인해 건설 폐기물 처리에 대한 문제점이 대두되고 있다. 게다가 천연 골재의 고갈, 환경적 문제 등 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 순환 골재와 같은 재활용되어 생산되는 재생 골재가 천연 골재의 대체 자원으로 각광 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이에 본 논문에서는 재생 골재를 현장에서 직접 파쇄 하여 사용하기 위한 연구의 일환으로 재생 골재를 사용한 콘크리트의 기초 물성과 내구성 및 적합적 특성인 비중, 흡수율, 마모율, 안정성, 체가름실험, 슬럼프, 슬럼프 경시변화, 공기량, 압축강도, 탄성계수, 휨강도, 건조수축, 동결융해, ASR, 열팽창계수 실험 등을 실시하였으며, 국내에서의 순환골재 품질기준인 흡수율 3% 이하의 기준을 만족하지 않는 골재에 대해서 내구성 및 적합적 특성이 포장용 콘크리트의 품질기준을 만족 여부에 대해서 연구하였다.
먼저 현장재생골재가 콘크리트 포장 표층에 사용 가능한 여부를 판단하기 위해 공항의 보수구간 현장에서 얻은 재생골재를 사용한 기초 실험을 진행하였다. 공항에서 얻은 재생골재의 비중은 2.42로 나타났고, 흡수율은 5.37%의 값을 보였다. 중간처리업체에서 얻은 재생골재는 비중 2.37, 흡수율 5.39%의 결과를 나타내었다. 천연골재와 현장재생골재의 마모율 실험은 각각 20.2%, 22.7%로 고속도로공사 전문시방서 및 인천국제공항공사 콘크
리트 시공지침의 품질기준을 만족하였지만, 공장재생골재는 30.3%로 고속도로공사 전문시방서 기준을 만족하지 못하였다. 압축강도, 휨 강도, 탄성계수 실험 모두 설정한 기준(압축강도 27MPa, 휨 강도 4.5MPa, 탄성계수 20GPa)을 만족하였으며, 결과는 천연골재, 현장재생골재, 공장재생골재 순서의 경향을 보였다. 세 골재의 건조수축 실험은 현재 약 재령 315일 경과했으며, 재령 200일까지의 천연골재 건조수축 변형률이 현장재생골재와 공
장재생골재의 건조수축 변형률 보다 작게 나타났지만 그 이후 재령 315일 까지의 건조수축 변형률은 천연골재 537μm/m 현장재생골재 563μm/m 공장재생골재 552μm/m로서 거의 유사한 경향을 나타내었다. 천연골재와 현장재생골재의 동결융해 실험결과는 JSCE G 501의 기준인 300 사이클 이후 85%이상을 만족하였으나, 공장재생골재의 경우는 68.9%로 설정 기준을 초과하여 만족하지 못하였다. 현장재생골재 및 공장재생골재를 사용한 콘크리트의 열팽창계수는 각각 10.45μ/℃, 12.44μ/℃로서 천연골재를 사용한 콘크리트(9.73μ/℃)대비 약 107.4%, 127.9%로 나타났으며 설정 기준인 115% 이하를 현장재생골재만 만족하였다. ASR 실험은 현장재생골재와 공장 재생골재는 ASTM C 1260의 기준(재령 17일에서 0.1%이하)을 만족하는 것을 볼 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This project was to investigate a feasibility of job-site using recycled concrete aggregate obtained from an old airport concrete pavement or supplied from plant recycled aggregate. Provisions of recycled aggregate and its job-site process were introduced along with test results on diverse concrete properties tests using recycled aggregates.
In this thesis, four different properties tests were conducted on such as basic aggregate properties, non-hardened concrete properties, mechanical strength properties and durability properties of concrete mixes. As for determining the basic aggregate properties, tests such as sieve analysis, specific gravity, absorption rate, abrasion rate, stability were done. And for the non-hardened concrete properties, tests such as slump, amount of air, slump loss with an elapsed time were conducted. Meanwhile diverse mechanical strength properties tests were
done with respect to compressive strength, elastic modulus, flexible strength, several durability tests were investigated such as alkali-silica reaction, resistance of concrete rapid freezing and thawing, drying shrinkage, coefficient of thermal expansion.
In S. Korea water absorption of the recycled concrete aggregate is specified as less than 3%. However in this study recycled concrete aggregates over 3% of water absorption were used to know any feasibility of using those aggregates on the jobsite, if all the mechanical strength and durability properties are to be satisfied.
First, recycled aggregates processed from the concrete pavement of airport was used to determine whether the field site recycled aggregates are to be performed well in the concrete pavement surface. Recycled aggregate processed directly from the airport specific gravity of 2.42 and absorption rate was 5.37%. Also, the aggregates processed from the intermediate waste treatment company specific gravity of 2.37 and absorption rate was 5.39%.
The abrasion rate of natural aggregate and job-site produced recycled aggregate was 20.2%, 22.7%, respectively. But the abrasion rate of the plant recycled aggregate was 30.3%, thus did not satisfy the requirement.
Compressive strength and elastic modulus, and flexural strength of experimental results of concretes made from natural aggregates appeared to be higher than those from the site recycled aggregates and plant recycled aggregates. However compressive strengths of the recycled concretes ranged from 27MPa and the modulus of elasticity of those not to be far decreased. Flexural strength of recycled aggregates was somewhat lower than the natural aggregate, but was satisfied with the target of 4.5MPa.
Three hundred days have passed since then for drying shrinkage tests. Test results showed that the value of concrete specimen made with natural aggregate was 537μm/m, whereas that made with the job-site recycled aggregate was 563μm/m, and that with recycled aggregate from the plant was 552μm/m.
In case of freezing and thawing experiments concretes made from job-site recycled aggregates and natural aggregates were to be satisfied as more than 85% after 300 cycles(JSCE G 501). However, in the case of plant recycled aggregates 68.9% at 300 cycles was obtained and did not satisfy the requirement.
Test results showed that the CTE value of concrete specimen made with natural aggregate was 9.73με/℃, whereas that made with job-site recycled aggregate was 10.45με/℃, and that with recycled aggregate from the plant was 12.44με/℃. ASR experiments in the field of recycled aggregate and recycled aggregate plant basis, less than 0.1% at 17 days(ASTM C 1260) was met as the requirement.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용, 범위 및 방법 2
• 제 2 장 순환골재 특성 및 품질기준 4
• 2.1 순환골재 특성 4
• 2.1.1 순환골재의 비중 및 흡수율 5
• 2.1.2 순환골재의 입도 및 입형 6
• 2.2 재활용 골재에 대한 법·규정분석 7
• 2.2.1 순환골재 생산관련 법체계 7
• 2.2.2 순환골재 의무사용량의 강화규칙 9
• 2.3 국내외 콘크리트포장의 순환골재 품질 기준 11
• 2.3.1 국내 순환골재 품질 기준 11
• 2.3.2 미국 순환골재 품질 기준 14
• 2.4 미국 순환골재 파쇄장비 분석 17
• 2.4.1 미국현장 순환골재 파쇄용 장비분석 17
• 제 3 장 실험계획 및 방법 19
• 3.1 실험계획 19
• 3.2 사용재료 20
• 3.2.1 시멘트 20
• 3.2.2 골재 21
• 3.3 배합 및 믹싱 23
• 3.4 공시체 제작 25
• 3.5 실험방법 26
• 3.5.1 골재의 기본 특성실험 26
• 3.5.2 압축강도 실험 35
• 3.5.3 휨 강도 실험 38
• 3.5.4 탄성계수 실험 41
• 3.5.5 건조수축 실험 43
• 3.5.6 동결융해 실험 47
• 3.5.7 ASR 실험 49
• 3.5.8 열팽창계수 실험 50
• 제 4 장 실험결과 및 분석 53
• 4.1 골재의 기본 특성 실험 53
• 4.1.1 골재의 체가름 실험 53
• 4.1.2 골재의 재료 특성 실험 55
• 4.1.3 슬럼프 및 공기량 57
• 4.1.4 슬럼프 경시변화 58
• 4.2 콘크리트 기초물성 실험 59
• 4.2.1 압축강도 59
• 4.2.2 휨강도 63
• 4.2.3 탄성계수 66
• 4.3 건조수축 69
• 4.4 동결융해 71
• 4.5 ASR 73
• 4.6 열팽창계수 76
• 제 5 장 결 론 80
• 참 고 문 헌 82
• 부록 A. 건조수축 실험결과 86
• ABSTRACT 89