혼화재료를 사용한 경량콘크리트 2차제품의 배합에 관한 실험적 연구 = (An) Experimental Study on Mixture Proportion of Lightweight Concrete Products using Admixture

국문 초록 (Abstract)

현대 건축은 산업의 발달과 건축기술의 비약적인 발전으로 인해 건축물이 점점 거대화, 고층화, 심층화되어 가고 있는 실정이다. 이러한 건축물을 구성하기 위해서 건축재료의 경량화와 고강도화가 필수적으로 요구되고 있다. 건축재료 중 콘크리트의 경우 우수한 압축내력, 수밀성, 성형성 등의 장점을 가지고 있지만, 강도에 비해 비중이 큰 단점을 가지고 있다. 이로 인해 건물의 자중을 증가시켜 필요이상의 구조단면이 형성됨으로써 자재 사용량이 초과 투입되는 결과를 초래하고 있다. 또한 콘크리트는 약 70%가 골재로 구성되어 있어 천연골재의 부족과 환경보존이란 측면에서 골재를 대체할 제품이 필요하게 되었다. 이에 따라 인공골재의 사용이 요구되었으며, 인공경량골재를 사용한다면 자중감소에 의한 철근량 및 건물 전체 하중이 경감되어 결과적으로 지진 하중이 줄어들게 되어 내진구조 부재의 감소 및 자원의 대체효과를 얻을 수 있다.
이러한 장점을 가진 인공경량골재는 경량화를 위해서 비중이 낮아져야 하지만, 비중의 저하에 따른 경량골재의 강도저하 및 콘크리트 타설시 경량골재의 부상(浮上)에 따른 재료분리 등이 문제점으로 나타나 인공초경량골재를 적용한 경량콘크리트는 아직까지 현장에 적용되지 못하고 있는 실정이다. 그러나 공장제품인 PC 및 패널은 성형성을 위해 낮은 슬럼프와 점성이 요구되므로 콘크리트 2차제품의 생산에서 재료분리의 영향이 적은 인공초경량골재의 적용이 바람직하다.
따라서 본 연구는 인공경량골재를 사용하여 압출성형한 경량콘크리트 2차제품에 이용할 수 있는 배합에 관한 연구로서 콘크리트의 유동성, 강도특성을 분석, 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 유동성은 플라이애시 치환율이 증가할수록 높아지는 경향을 나타냈으나, 혼화재료의 치환 및 첨가율이 증가할수록 낮아지는 경향을 나타내었다.
실리카흄의 경우 10%이상 치환, 증점제의 경우 200g/㎥ 첨가시 성형성이 확보되나, 강도의 저하를 고려해 단위수량의 조정이 필요할 것으로 판단된다.
(2) 배합별 특성은 단위용적중량 1,707∼1,730kg/㎠로 나타나 경량콘크리트 1종 품질에 적합하였으며, 압축강도는 220∼296㎏f/㎠, 인장강도 21∼27㎏f/㎠, 휨강도 31∼42㎏f/㎠을 나타내어 마감재로 적용될 때 우수한 성능을 발휘할 수 있을 것으로 사료된다.
(3) 적정배합은 플라이애시 치환에서는 10% 치환하여 혼화재료를 사용하는 것이 적정한 것으로 나타났으며, 혼화재료 사용에서는 실리카흄 10% 치환시 가장 높은 강도를 나타내고, 그 이상의 치환율 증가에 따른 강도 증진은 나타나지 않았으며, 증점제 사용시 첨가량 증가에 따른 강도저하 현상으로 최소량을 첨가하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
(4) 강도별 관계는 인장 및 휨강도의 경우는 압축강도의 경향과 유사하게 강도발현을 하는 것으로 나타나고 있으며, 인장/압축강도 및 휨/압축강도의 비율에서 비례의 경향을 나타내었다.
이상의 결과로부터 경량콘크리트 2차제품에 플라이애시를 적용한 배합에서 성형성을 확보한 강도증진 및 경제성 확보가 가능한 것으로 판단된다.
플라이애시 10% 치환 조건 중에서 실리카흄 10%치환시 우수한 강도증진을 나타내고 있으며, 경제성의 경우 증점제 50g/㎥ 첨가에서 양호한 결과를 나타내고 있어 경량콘크리트 2차제품 배합에서 사용이 가능 할 것으로 사료된다.
향후 경량콘크리트제품 적용을 위해서는 진동다짐 조건에서의 실험과 내구성 및 제품특성에 관한 실험 등의 연구가 진행되어야 할 것이다.
이러한 실험을 통해 적용된 경량콘크리트 2차제품의 품질평가로서 실험결과와의 관계를 검토ㆍ분석하여 혼화재료의 적용성 효과에 관한 연구가 진행되어야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In modern architecture, the trend of construction is bigger, higher and more complex than before due to the development of high technology. Furthermore, lightweight and high strength in construction material is required in construction. Among architectural materials, concrete shows high strength of compressive force, watertightness, plasticity, but it has some drawbacks such as low weight compared to strength, which increases dead weight of structures by excessive concrete mass. As about 70% of concrete is composed of aggregation, artificial lightweight aggregate is needed to reduce dead weight, which decreases total weight of structures and thereby decrease earthquake loads and unnecessary construction spending.
Even though lightweight concrete has a lot of benefit, it is not able to be adjusted to practical construction field, because it has some obstacles such as the weakness of lightweight aggregate, low strength and segregation. But, in precast concrete and panel, lightweight concrete is one of the most suitable materials due to low slump factor and good plasticity. For this reason, this study is focused on the study of mixture proportion of lightweight concrete products using admixture
(1)The characteristics of the concrete show that when the proportion of fly-ash‘s substitution increases, the mobility also improves and the proportion of silica fume’s substitution increase over 10% and the proportion of thickeners increase over 200g/㎠, and the strength of the concrete becomes weak. Therefore, unit water content needs to be controlled for optimization in the concrete.
(2)The test result shows that the characteristics of proportion of the concrete is 1,707∼1730kg/㎥ in unit water content, 210∼270kgf/㎠ in compressive strength and 21∼42kgf/㎠ in tensile strength and 31∼42kgf/㎠. Therefore, it is used in finishing materials with best condition.
(3)The best suitable of proportioning of the concrete to have an efficient condition is need to be sustained in 10% of fly-ash‘s substitute proportion and 10% of silica fume's substitution proportion but mixing with thickeners in the concrete is able to conduct weakness of the strength.
(4)The characteristics of the strength of the concrete show that in tension and flexural strength, the strength is similar to the trend of compressive strength. Proportional trend is found between the ratios of tensile/compressive strength and bending/compressive strength.
From the above results, lightweight concrete mixing with admixture will be an eminent product in the market if it is sustained in the suitable strength and plasticity. To use the lightweight concrete affluently in the market, study on vibration compaction under durability and products character is required.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅰ
• 감사의글 = ⅳ
• 목차 = ⅴ
• 표목차 = ⅸ
• 그림목차 = ⅹⅰ
• 사진목차 = ⅹⅲ
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구범위 및 방법 = 3
• 1.3 기존연구동향 = 5
• Ⅱ. 경량콘크리트 2차제품에 관한 이론적 고찰 = 8
• 2.1 경량콘크리트 = 8
• 2.1.1 발전과정 및 적용범위 = 8
• 2.1.2 경량골재 = 12
• 2.2 실험용 경량골재 = 20
• 2.2.1 경량골재 물성 = 20
• 2.3 혼화재료 = 22
• 2.3.1 플라이애시 = 22
• 2.3.2 실리카흄 = 23
• 2.4 경량콘크리트 2차제품 = 24
• 2.4.1 압출성형방식의 원리 = 24
• 2.4.2 제조과정 = 25
• 2.4.3 공법의 특징 = 25
• Ⅲ. 테스트피스 물성에 관한 실험 = 27
• 3.1 실험개요 = 27
• 3.2 실험계획 = 28
• 3.3 사용재료 = 30
• 3.3.1 시멘트 = 30
• 3.3.2 골재 = 31
• 3.3.3 플라이애시 = 32
• 3.3.4 실리카흄 = 33
• 3.3.5 증점제 = 34
• 3.4 실험 = 35
• 3.4.1 굳지않은 콘크리트 실험 = 35
• 3.4.2 경화 콘크리트 실험 = 37
• 3.4.3 단위용적 및 흡수율 실험 = 38
• 3.4.4 SEM 촬영 = 39
• 3.5 배합 = 40
• 3.5.1 배합계획 = 40
• 3.5.2 배합방법 = 41
• 3.5.3 공시체 제작 및 양생 = 42
• Ⅳ. 테스트피스 실험결과 및 고찰 = 43
• 4.1 굳지않은 콘크리트 실험 = 43
• 4.1.1 슬럼프 = 43
• 4.1.2 공기량 = 47
• 4.1.3 pH측정 = 51
• 4.1.4 콘크리트 응결시험 = 52
• 4.2 경화 콘크리트 실험 = 59
• 4.2.1 콘크리트 압축강도시험 = 59
• 4.2.2 콘크리트 인장강도시험 = 66
• 4.2.3 콘크리트 휨강도시험 = 72
• 4.3 단위용적 및 흡수율 실험 = 77
• 4.3.1 단위용적중량 시험 = 77
• 4.3.2 흡수율 시험 = 78
• 4.4 SEM 촬영 = 80
• 4.5 분석 = 82
• 4.5.1 공시체 파단면 분석 = 82
• 4.5.2 압축강도와 흡수율의 관계 = 84
• 4.5.3 압축강도와 인장강도의 관계 = 89
• 4.5.4 압축강도와 휨강도의 관계 = 91
• 4.6 소결 = 94
• Ⅴ. 결론 = 96
• 參考文獻 = 98
• ABSTRACT = 102