라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 공학적 특성에 관한 연구 = (A)study on the engineering properties of latex modified concrete using recycled aggregate

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

On this research, concrete properties using recycled aggregate from demolished concrete which is majority of construction waste has been comprehended. As engineering properties of concrete using recycled aggregate are lower than plane concrete, it has been modified by SBR latex on this research. Performing the experiment about 'Latex modified concrete using recycled aggregate' and considering the effect of improvement on engineering properties and the way to use recycled aggregate as structural concrete, the conclusion has been found as follow;
(1) Incresaing of recycled aggregate ratio and higher absorption of it, the properties of slump, air content and bleeding ratio are declined. For the concrete using Ι-type recycled coarse aggregate, due to the fine particle shape, slump has been improved in 12%. However, for Ⅲ-type, air content has been increased maximum 5.68% and bleeding ratio has been reduced by 50% because of high absorption ratio and a large quantity of small grain.
(2) Compression strength of the concrete using Ι-type recycled coarse aggregate was 29.4～34.6MPa which is similar to plane concrete. In Ⅱ-type, it was like to Ι-type but it was reduced by 26% in Ⅲ-type. Therefore, considering the structural safety of building, there is a limitation to use Ⅲ-type recycled coarse aggergate for structural concrete.
(3) Drying shrinkage of the concrete using Ι-type recycled coarse aggregate was 1.5～3.0×10-4, which is favorable. In Ⅱ-type it was similar to the Ι-type depend on the ratio of recycled coarse aggregate. So adjusting the transposition ratio of recycled coarse aggregate, it can be assessed to get similar drying shrinkage to the plane concrete except Ⅲ-type having 132%.
(4) For a resistance of freezing and thawing, a relative dynamic modulus of elasticity of the concrete using Ι-type recycled coarse aggregate was almost similar to the plane concrete as 82.5～87.5%. On the other hand, for Ⅱ-type and Ⅲ-type, it was decreased to 12% and 30% respectively. Especially showing the case below 60% in Ⅲ-type, it have potential to cause drawback considering the high W/C mixing method to guarantee a workability.
(5) The flowing properties of the latex modified concrete using recycled aggregate was improved to 44% in 9% of latex mixing ratio using coarse aggregate and to 43% in 6% using fine aggregate. But out of the appropriate ratio, segregation occurred. And air content was reduced as increasing latex mixing ratio. Consequently excessive latex cause segregation and losing the air content so that it need to be cautious when defining the appropriate mixing ratio.
(6) Compression strength of the latex modified concrete using recycled aggregate was increased to 23% in 3% of latex mixing ratio using coarse aggregate and to 15% in 3% using fine aggregate. Accordingly 3% of mixing ratio is most effective in terms of compression strength.
(7) Drying shrinkage(6month after) of the latex modified concrete using recycled aggregate was increased to 16% in 6% of latex mixing ratio using coarse aggregate and to 11% in 3% using fine aggregate. So 6% and 3% of mixing ratio are most effective respectively in terms of drying shrinkage.
(8) The relative dynamic modulus of elasticity(300cycle) of the latex modified concrete using recycled aggregate was increased to 4% in 3% of latex mixing ratio using coarse aggregate and to 2% in 3% using fine aggregate. Therefore 3% of mixing ratio is most effective in terms of the resistance of freezing and thawing.
(9) Taking into account overall result, the concrete using Ι-type recycled coarse aggregate has got similar properties to the plane concrete whereas the concrete using Ⅲ-type recycled coarse aggregate has got limitations to use it as structural concrete. And then in case the concrete using Ⅱ-type recycled coarse aggregate, adjusting the transposition ratio, it can be guaranteed to have a similar properties to the plane concrete. Therefore, improving the engineering properties - such as flowing, strength, drying shrinkage, and durability - of the latex modified concrete using recycled aggregate, it is most effective to substitute 50% of the Ⅱ-type recycled coarse aggregate transposition ratio and 6% of the latex mixing ratio. And, for Ⅱ-type recycled fine aggregate, 30% of the transposition ratio and 3% of the latex mixing ratio are most economical and superior.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 건설폐기물 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재를 사용한 콘크리트의 특성을 파악하고, 보통 콘크리트의 특성에 비하여 낮은 역학적 특성 및 제반성능을 개선시키기 위해 시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼인 SBR 라텍스를 혼입한 라텍스 개질 순환골재 콘크리트에 관한 실험을 실시하여 공학적 특성과 성능개선 효과를 고찰함으로서, 순환골재를 구조용 콘크리트에 활용하기 위한 방안을 모색한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 순환골재 콘크리트의 슬럼프, 공기량 및 블리딩률은 순환골재의 사용량이 증가하거나 흡수율이 높아질수록 각각의 특성이 저하되는 경향을 나타내었다. 보통 콘크리트에 비해 순환굵은골재 1종의 경우는 양호한 입자모양으로 인하여 12% 정도의 슬럼프 개선효과가 있었으나, 순환굵은골재 3종의 경우는 공기량이 최대 5.68% 증가하였고 블리딩률도 50% 수준으로 감소하고 있어 높은 흡수율과 다량의 미립분이 악영향을 미친 것으로 판단된다.
(2) 순환골재 콘크리트의 압축강도는 순환굵은골재 1종의 경우는 29.4～34.6MPa 범위로 보통 콘크리트와 거의 유사하고, 순환굵은골재 2종의 경우도 비슷한 경향을 보였으나, 순환굵은골재 3종의 경우는 26% 정도 압축강도가 감소하였다. 따라서 건축물의 구조적 안전성을 고려한다면 순환굵은골재 3종을 구조용 콘크리트에 활용하기에는 한계가 있는 것으로 판단된다.
(3) 순환골재 콘크리트의 건조수축 특성으로 순환굵은골재 1종의 경우는 1.5～3.0×10-4 범위로 건조수축이 양호하고, 순환굵은골재 2종의 경우는 순환굵은골재의 치환율에 따라서 보통 콘크리트와 거의 비슷한 특성을 나타내었다. 그러므로 건조수축이 132% 정도로 큰 경향을 나타내고 있는 순환굵은골재 3종의 경우를 제외하고 순환굵은골재 1종 및 2종은 치환율을 조정하여 보통 콘크리트와 유사한 건조수축 값을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
(4) 순환골재 콘크리트의 동결융해저항성으로 순환굵은골재 1종의 경우는 상대동탄성계수가 82.5～87.5%의 범위로서 보통 콘크리트와 거의 동일한 특성을 나타낸 반면에 순환굵은골재 2종 및 3종의 경우는 각각 12% 및 30% 정도 저하되고, 특히 순환굵은골재 3종은 60% 이하인 경우도 있는 것으로 나타나, 향후 워커빌리티 확보를 위하여 물시멘트비를 크게 하는 배합특성 등을 고려한다면 순환굵은골재 3종은 내구성 측면에서 큰 문제점이 발생될 것으로 판단된다.
(5) 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 유동성은 라텍스 혼입율 0%에 비하여 순환굵은골재를 사용한 경우는 혼입율 9%에서 44%, 순환잔골재를 사용한 경우는 혼입율 6%에서 43% 정도 가장 크게 개선되었으나, 적정 혼입율 이상에서는 재료분리현상이 발생하였다. 그리고 공기량은 라텍스 혼입율이 증가할수록 감소하였다. 따라서 과도한 라텍스의 혼입량은 재료분리현상 및 공기량 손실을 초래함으로 적정 혼입량을 결정할 때는 신중을 기해야 할 것으로 판단된다.
(6) 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 28일 압축강도는 라텍스 혼입율 0%에 비하여 순환굵은골재를 사용한 경우는 혼입율 3%에서 23%, 순환잔골재를 사용한 경우도 혼입율 3%에서 15% 정도 가장 크게 증진되었다. 따라서 압축강도 측면에서 라텍스 혼입율 3% 정도가 가장 효과적인 것으로 판단된다.
(7) 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 6개월 건조수축은 라텍스 혼입율 0%에 비하여 순환굵은골재를 사용한 경우는 혼입율 6%에서 16%, 순환잔골재를 사용한 경우는 혼입율 3%에서 11% 정도 가장 크게 개선되었다. 따라서 건조수축 측면에서 각각의 라텍스 혼입율 6% 및 3% 정도가 가장 효과적인 것으로 판단된다.
(8) 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 300사이클에서의 상대동탄성계수는 라텍스 혼입율 0%에 비하여 순환굵은골재를 사용한 경우는 혼입율 3%에서 4%, 순환잔골재를 사용한 경우는 혼입율 3%에서 2% 정도 가장 크게 동결융해저항성이 개선되었다. 따라서 동결융해저항성 측면에서 라텍스 혼입율 3% 정도가 가장 경제적이고 성능개선에 우수한 것으로 판단된다.
(9) 이상의 연구결과를 종합해 보면, 순환굵은골재 1종을 사용한 콘크리트는 보통 콘크리트와 거의 동일한 특성을 나타낸 반면 순환굵은골재 3종을 사용한 경우는 구조용 콘크리트에 활용하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 그리고 순환굵은골재 2종을 사용한 경우는 치환율을 조정하여 보통 콘크리트와 유사한 특성을 확보할 수 있는 것으로 나타났기 때문에, 건축물의 구조적 안전성을 고려한 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 유동성 확보, 강도증진, 건조수축 저감과 내구성을 향상시키기 위해서 순환굵은골재를 사용한 경우는 순환굵은골재 2종의 치환율은 50% 정도가 적정하고 라텍스의 혼입율은 6% 정도 혼입하는 것이 성능개선에 가장 효과적이며, 순환잔골재를 사용한 경우는 순환잔골재 2종의 치환율은 30% 정도가 적정하고 라텍스의 혼입율은 3% 정도가 가장 경제적이고 우수한 것으로 판단된다.
한편, 본 연구에서는 순환골재 콘크리트 및 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 재료 공학적 특성을 토대로 순환골재를 구조용 콘크리트에 활용하기 위한 방안을 제시하고자 연구를 진행하였으나, 본 연구에서 도출된 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 공학적 특성을 토대로 구조부재의 성능을 검토하기 위한 주요구조부재의 거동에 관한 연구를 진행하여 재료적 특성과 구조적 특성의 상호 검증이 필요한 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구의 방법 및 범위 = 2
• 제 2 장 라텍스 개질 순환골재 콘크리트에 관한 이론적 고찰 = 6
• 2.1 콘크리트용 순환골재의 특성 = 6
• 2.1.1 순환골재에 부착된 시멘트 페이스트 = 6
• 2.1.2 순환골재의 이물질 = 7
• 2.1.3 순환골재의 물리적 특성 = 8
• 2.1.4 순환골재의 품질기준 = 10
• 2.2 순환골재 콘크리트의 특성 = 11
• 2.2.1 굳지 않은 콘크리트의 특성 = 11
• 2.2.2 굳은 콘크리트의 특성 = 13
• 2.3 라텍스 개질 콘크리트의 특성 = 18
• 2.3.1 폴리머 혼화제의 종류 = 18
• 2.3.2 LMC 제조 = 19
• 2.3.3 LMC 발현 메카니즘 = 20
• 2.3.4 LMC 특성 = 21
• 제 3 장 순환골재 콘크리트의 특성실험 = 25
• 3.1 개요 = 25
• 3.2 실험계획 및 방법 = 26
• 3.2.1 실험계획 = 26
• 3.2.2 실험인자 및 수준 = 28
• 3.2.3 사용재료 = 29
• 3.2.4 실험방법 = 33
• 3.3 굳지 않은 콘크리트의 실험결과 및 고찰 = 35
• 3.3.1 슬럼프 = 36
• 3.3.2 공기량 = 42
• 3.3.3 블리딩 = 44
• 3.4 굳은 콘크리트의 실험결과 및 고찰 = 46
• 3.4.1 압축강도 = 47
• 3.4.2 휨강도 = 55
• 3.4.3 건조수축 = 61
• 3.4.4 동결융해저항성 = 67
• 3.5 순환골재가 콘크리트의 특성에 미치는 영향 = 72
• 3.5.1 굳지 않은 콘크리트의 특성에 미치는 영향 = 72
• 3.5.2 굳은 콘크리트의 특성에 미치는 영향 = 76
• 3.6 소결 = 80
• 제 4 장 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 특성실험 = 82
• 4.1 개요 = 82
• 4.2 실험계획 및 방법 = 82
• 4.2.1 실험계획 = 82
• 4.2.2 실험인자 및 수준 = 85
• 4.2.3 사용재료 = 86
• 4.2.4 실험방법 = 89
• 4.3 굳지 않은 콘크리트의 실험결과 및 고찰 = 91
• 4.3.1 슬럼프 및 슬럼프 플로우 = 93
• 4.3.2 공기량 및 단위용적질량 = 97
• 4.4 굳은 콘크리트의 실험결과 및 고찰 = 102
• 4.4.1 역학적 특성 = 102
• 4.4.2 비파괴강도 특성 = 120
• 4.4.3 건조수축 특성 = 132
• 4.4.4 내구성 = 140
• 4.5 라텍스 개질 순환골재 콘크리트의 성능개선 효과 = 148
• 4.5.1 굳지 않은 콘크리트의 성능개선 효과 = 148
• 4.5.2 굳은 콘크리트의 성능개선 효과 = 149
• 4.6 소결 = 153
• 제 5 장 결론 = 155
• 참고문헌 = 158
• Abstract = 163