석분을 혼입한 경량기포콘크리트의 역학적 특성에 관한 연구 = A Study on the Mechanical Properties of Lightweight Foamed Concrete with Crushed Stone.

국문 초록 (Abstract)

한글초록:인류가 사용해온 건축재료 중 가장 오랜 역사를 가지고 있는 재료중의 하나인 콘크리트는 20세기에 접어들면서 재료가 가지고 있는 뛰어난 물성과 경제성, 자유로운 성형성을 바탕으로 폭넓게 사용되고 있다. 지난 한 세기동안 콘크리트의 발전은 혁신적으로 이루어졌으며 구조뿐만이 아니라 방수재, 단열재 및 각종 마감재에 이르기까지 그 용도가 다양화 되었다. 그러나 이러한 건설재료임에도 불구하고 강도에 비하여 중량이 크기 때문에, 구조물의 자중 증가에 따른 부재의 단면이 커지게 되는 결함 등으로 인해 고도 산업화된 현대사회의 건축재료 분야에 있어서 그에 상응하는 재료의 개발 및 성능향상이 요구되고 있다. 건축 재료의 성능향상에 대한 요구는 각 건축 재료의 시공성, 경제성은 물론 경량성, 단열성 등의 종합적이고 광범위한 성능을 만족시킬 수 있는 다기능 소재의 개발을 필요로 하고 있다. 이에 대한 연구의 결과로 개발된 경량기포콘크리트는 단열성이나 충격저항성이 뛰어나 주택의 온돌 바닥 채움재와 샌드위치 패널의 심재로 사용이 확대되고 있으며 기존의 건축 재료가 가지는 단점을 보완·발전시켜 효율성이 증대되었으며 그 적용범위가 점차 넓어지고 있다. 지금까지 국내에서 개발·적용되고 있는 보통포틀랜드 시멘트만을 이용한 일반 기포콘크리트뿐만 아니라 발포폴리스틸렌 비드나 산업부산물인 플라이애쉬, 고로슬래그 등을 혼입한 온돌 바닥 채움재와 샌드위치 패널의 심재로서의 초기강도의 확보와 단열성능의 향상, 원가절감을 위한 연구가 끊이지 않고 있다.또한 현대 사회에서는 친환경적 건설재료를 필요로 하고 있으며 순환골재 등 친환경적 재료의 사용의 증가에 따라 산업부산물로써 주로 토목공사의 교량 지반공사에만 국한적으로 사용되고 있는 석분을 건축 재료의 활용 범위의 확대를 위한 연구가 필요한 실정이다. 또한 “건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률 ,2003.12”에 따른 친환경 건자재 개발의 요구에 따라 시멘트 대체재로 석분을 사용함으로써 폐기물 재활용에 크게 기여할 수 있다. 또한 시멘트 대체재로의 사용으로 경제성을 높이고, 자중을 감소시킬 수 있으며 뛰어난 단열성능과 내화성을 이용하여 샌드위치 패널의 심재까지 사용한다면 효율성을 높인다면 그로인해 2차 생산 제품으로의 적용성도 높일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 경량기포콘크리트에 산업 부산물인 석분을 혼입하여 석분의 혼입량과 물결합재비에 따라 역학적 특성을 중심으로 물리적, 열적 특성에 대하여 고찰함과 아울러 그 활용에 필요한 기초적인 자료를 제시하고자 한다. 본 실험의 결과는 다음과 같다.석분을 혼입한 경량기포콘크리트의 시공성, 물리적, 역학적 특성과 열적 특성에 대한 기초적 자료를 제시하므로 경제성, 자중의 감소, 샌드위치 패널의 취약한 내화성에 대응하는 방안을 제시하고, 2차 제품으로의 적용범위를 확대할 수 있다. 또한 경량기포콘크리트에 석분을 대체하여 “건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률 ,2003.12”에 따른 친환경 건자재 개발의 요구인 폐기물 재활용에 기여하며 경량기포콘크리트의 활용 및 적응성을 향상시키기 위한 목적으로 실시한 본 실험의 결과는 다음과 같다.(1) 석분을 혼입한 경량기포콘크리트의 플로우 전체범위는 237～287㎜를 나타냈고, 일반적으로 시공성을 고려하여 요구하는 플로우값 210㎜에 대해 본 실험은 KS L 5111에 적용한 플로우값으로써 적절한 유동성을 지닌다고 판단된다.(2) 압축강도는 석분의 대체율과 물결합재비의 영향이 큰 것으로 나타났다. 석분의 대체시 강도 저하가 발생하였지만 석분 대체율 10%, 20% 혼입시 경량기포콘크리트 성능을 나타내는 KS규정에 속하는 압축강도를 보였다. 또한 물결합재비에 따른 압축강도는 물결합재비가 증가할수록 현저한 강도저하가 발생하였고, 특히 물결합재비 55%에서는 급격한 강도저하가 발생하였다. 이러한 결과로 압축강도를 위한 물결합재비는 35%, 45%가 적당하다고 사료된다. 또한 재령별 압축강도에서는 재령 7일에서는 재령 14일보다 압축강도 증가율이 높았다. 하지만 7일과 14일의 압축강도 증가율은 크지 않아 28일강도 역시 큰 변화가 발생하지 않을 것으로 판단된다. 따라서 2차 제품 제작시 경제성을 위한 재령단축에는 재령 14일이 가능할 것으로 판단된다.(3) 석분을 혼입한 경량기포콘크리트의 압축강도와 인장강도와의 관계를 파악하기 위하여 시험을 실시하였다.석분 대체시 인장강도는 석분의 증가에 따라 다소 감소하는 경향을 보였다. 특히, 물결합재비 55%에서는 현저한 강도저하가 발생하였다. 물결합재비에 따른 인장강도는 물결합재비가 높아지므로 인장강도가 감소하는 경향이 나타났는데 이는 단위시멘트의 감소로 나타나는 일반적 현상이라고 판단된다. (4) 겉보기 밀도는 석분 대체시 석분이 증가 할수록 겉보기 밀도는 감소하는 경향이 나타났지만 그 감소경향은 미미했다. 따라서 석분이 겉보기 밀도에 미치는 영향은 아주 미세하다고 사료된다. 또한 물결합재비에 따른 겉보기 밀도는 물결합재비가 증가 할수록 감소하는 경향이 나타난다. 겉보기 밀도는 물결합재비 45%에서 감소하는 경향이 현저히 증가하였으며 물결합재비 65%까지 낮은 감소경향만이 나타났다.따라서 물결합재비 45%에서는 거의 동일한 수준의 겉보기 밀도를 형성한다고 사료된다.(5) 단위용적질량은 석분이 증가 할수록 증가하였고, 물결합재비가 증가 할수록 감소하는 경향이 나타났다. 또한 물결합재비 55%이후부터는 단위용적질량이 확연히 감소하는 경향이 나타났다. 이는 시멘트 양이 줄어들어 단위용적질량이 감소하는 일반적인 현상이라고 사료된다. (6) 흡수율은 석분이 증가 할수록 미세하게 감소하는 경향이 나타났다. 이는 석분 대체시 석분의 소포작용으로 인해 공극이 줄어들어 흡수율이 감소하는 경향이 발생한다고 사료된다. 물결합재비가 증가할수록 흡수율은 증가하는 경향을 보이고 있는데 이는 물결합재비가 증가할수록 공극이 증가하는 것으로 사료된다. 따라서 미세하나마 석분을 첨가하였을때 감소하는 경향을 보여서 경량기포콘크리트의 취약한 단점인 흡수율 개선에 기여할 것으로 사료된다.(7) 열전도율은 석분의 대체율이 증가할수록 증가하는 경향이 보였고, 석분 대체한 인자에는 경량기포콘크리트의 성능을 나타내는 KS규정에 속하는 인자가 없었지만 그 차이는 미세하다. 따라서 좀 더 양호한 석분이 발생한다면 KS규정에 속하는 인자를 도출해 낼 수 있다고 사료된다.물결합재비별 열전도율은 물결합재비가 증가할수록 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한 물결합재비 45%부터는 미세한 감소만이 발생하였다. 따라서 석분과 물결합재비는 열전도율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다.(8) 겉보기 밀도가 증가할수록 압축강도가 증가하는 경향이 나타났다.재령 14일, 물결합재비 55%, 석분 0%에서 가장 양호한 배합으로써 겉보기 밀도 0.6품, 압축강도 0.5품의 결과를 나타났다. 그리고 배합인자의 총 31%가 겉보기 밀도 0.6품, 압축강도 0.4품에 해당되는 결과가 나타났다.즉, 다양한 역학적 성능을 만족하는 경제적인 경량기포콘크리트 생산의 측면과 산업부산물의 활용 방안 확대라는 본 연구의 목적에도 부합되는 결과라 할 수 있다. 이상과 같이 석분을 혼입한 경량기포콘크리트의 역학적 특성 및 물리적 특성, 열적 특성 실험에 의하여 최적배합 도출에 관한 연구를 실시하였고 그 결과 석분의 시멘트 대체는 10%, 20%는 경량기포콘크리트의 제조에 적합할 것으로 사료된다. 향후 석분에 의한 소포현상을 억제하기 위하여 양질의 석분을 사용하므로 경제성과, 자중감소, 2차 제품, 샌드위치 패널의 심재로의 적용성을 높여 “건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률 ,2003.12”에 따른 친환경 건자재 개발의 요구인 폐기물 재활용에 기여하도록 진행하여야 할 것이고 내화시험 등 다양한 배합 및 제조조건 등에 대한 면밀한 검토와 연구가 지속되어져야 할 것이다

국문 초록 (Abstract)

영문초록:Concrete ,the one which has the longest history for human to use, is used widely from 20 century cause of good physical properties, good economy, various casting properties. For last century, concrete has been developed progressively and be used for various purposes that construction, waterproofing material, heat insulating material, finishing material. But cause of heavy weight as strength, concrete has defect that cross section of member is increased as much as increased structure load, so concrete is required development of material and improvement of capacity about modern-day building material. Requires, which is improvement of capacity about building material, make pepple develop multi-function material that is satisfied with widespread and synthetic capacities, for example construction capacity, good economy, lightweight capacity, heat insulation capacity. As the result of the study, the lightweight foamed concrete is used widely filling material of On-dol's deck, filler of sandwich panel cause of good heat insulation capacity, impact resisting capacity. To complement it's defect, and develop itself, it is increased efficiency and used various field widely. Until now the lightweight foamed concrete is used with normal portland cement, but there are lots of studies of mixing EPS bids and fly ash, blast-furnace slag like industrial by-products with lightweight foamed concrete for filling material of On-dol's deck and filler of sandwich panel for securing early strength, improvement of heat insulation capacity, cost reduction. Nowadays environmental building material is needed and used increasingly like recycled aggregate. As industrial by-products, crushed stone, which is used mainly only for soil-construction of bridge, is in need of study about expansion of building material's use. As demand of environmentally material By “the Law about the recycling promotion of construction rubbish, 2003, 12” as using crushed stone as substitute of cement contributes, to recycling construction rubbish, to increase good economy, to reduce structure load, to use more filler of sandwich panel cause of good heat insulation capacity and impact resisting capacity, ultimately to increase application of factory product. As the result of the study, we consider physical and dynamic properties by W/B and mixing proportion of crushed stone which is industrial by-products to lightweight foamed concrete and we suggest based datas about various uses.(1) Compressive strength is effected much about tranfering ratio of crushed stone and W/B. When cement is transfered crushed stone compressive strength is decreased, in standard transfering ratio of crushed stone 0%, compressive strength is decreased in tanfering ratio 20% deminished than 10%.But, it is judged with the fact that it is suitable for KS. Compressive strength is decreased rapidly depend on increasing of W/B. Especially it is observed decreasing appearance situation in W/B 55%.Therefore W/B 34%, 45% are most suitable with like this result, it is judged for compressive strength.Compressive strength of each age, increasing ratio is higher in 7 days than 14 days, but it is judged increasing ratio of compressive strength in 28 days is not so high because it is not observed in 7 and 14 days. So when factory product are made, it is judged 14 days for suitable age.(2) It examines closely a relationship about compressive strength and tensile strength when light weight foamed concrete is used filler of factory product. When cement is transfered crushed stone tensile strength is decreased.Especially it is observed decreasing appearance situation in W/B 55%, with this same result is estimated general appearance through decreasing cement.(3) Bulk density is decreased through transfering ratio is increased of crushed stone,but it's tendency is insignificance. And bulk density is decreased through W/B ratio is increased. Especially it is observed decreasing appearance situation in W/B 45%, this tendency is observed insignificantly to 65%.(4) Unit volume weight is increased through transfering ratio is increased of crushed stone, but it's range is insignificance. But decreasing tendency is observed remarkably when cement transfered 20% to crushed stone.And especially unit volume weight is observed decreasing appearance situation in above W/B 55%, with this same result is estimated general appearance through decreasing cement.(5) Absorption ratio decreased insignificantly through transfering ratio is increased of crushed stone, with this same result is estimated disappearance of foams by crushed stone. Absorption ratio is increased through W/B ratio is increased, with this same result is estimated that voids are increased through W/B ratio is increased.It thinks that it will be able to improve of absorption ratio which is weakness point of light weight concrete.(6) Thermal conductivity is increased through transfering ratio is increased of crushed stone. there were no cases of performance of light weight concrete for KS, but the difference is slight. So if crushed stone is developed in high quality, it is possible for KS.Thermal conductivityis decreased through W/B is increased and it is observed insignificantly decreasing tendency from 45%, so with the fact that W/B and crushed stone will not cause a big effect to thermal conductivity.(7) It is observed that bulk density is increased through compressive strength is increased. The result which is most good mixture appeared in age 7days, W/B 55% and 0% of transfering ratio of crushed stone. This result means 0.6 grade of bulk density and 0.5 grade of compressive strength in KS.This result is judged that it is fit in objective of research for economic production side and Application side of industrial by-product of light weight foamed concrete.Experiments are accomplished for finding out optimum mixture throughout experiments of Physical characteristics and thermal characteristics. That the result 10% of transfering ratio of crushed stone is most suitable for filler of light weight foamed concrete, it is judged.As the law regarding “The re-application promotion of the construction waste, 2003. 12”, raises a hereafter application characteristic and the research for continuously is necessary for re-application promotion of the construction waste