컬러콘크리트 패널의 최적배합비 결정 및 LCC 분석에 의한 경제성 평가 = The Determination of Optimal Mixture Proportion and the Evaluation of Economic Benefits through Life Cycle Cost Analysis on Color Concrete Panel

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 의장성 콘크리트의 다기능화를 추구할 수 있는 컬러콘크리트를 패널 형태로 제작하고자 최적의 성능을 발휘할 수 있는 배합비 및 시공방법을 제시하고, 이를 토대로 LCC 분석과 VE 분석을 실시하여 기존 마감공법과의 경제성을 비교ㆍ분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 컬러콘크리트 패널 제조를 위한 물성평가 결과 착색재 치환율 증가와 레드머드의 소성온도 및 치환율이 증가할수록 응결시간이 단축되는 경향을 보였으며, 플레인과 비교시 적색과 흑색의 경우, 약 1시간 30분 전후로 단축되었고, 황색의 경우 4시간 30분 전후로 단축되는 것으로 나타났으며, 백색 및 녹색은 플레인과 유사한 경향으로 나타났다.
(2) 착색재 종류 및 치환율에 따른 압축강도는 적색 및 황색 착색재가 3-6 % 치환될 경우 7, 28일에서는 플레인보다 약간 증가하였고, 치환율 9-12 %에서는 약간 저하하는 경향으로 나타났으며, 백색, 흑색 및 녹색 착색재의 경우 전반적으로 플레인에 비해 저하하는 것을 알 수 있었다.
(3) 붉은 색 발현을 위한 경제적 착색재로서 레드머드의 활용 가능성을 평가한 결과 레드머드의 소성온도 변화에 따른 압축강도로서 소성온도가 400 ℃ 증가될 때마다 약 2 MPa씩 증가하는 것으로 나타났으며, 레드머드의 치환율 변화에 따른 압축강도는 치환률 3 % 증가시 약 3 MPa 정도씩 증가하는 것으로 분석되었다.
(4) 착색재 치환율에 따른 발색도는 착색재 치환율 6 %에서 가장 양호한 성능을 갖는 것으로 나타났으며, 특히 붉은색 발현을 위한 레드머드의 경우를 소성온도 800 ℃ 및 치환율 6 %에서 가장 양호한 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.
(5) 붉은색을 발현하는 컬러콘크리트 패널의 제조를 위한 배합조건으로서 착색재는 소성온도 800 ℃로 소성된 레드머드를 6 % 치환하는 것이 가장 양호한 결과를 얻었으며 타설방법은 이동평형 타설식과 수직 타설식을 병행하여 제조하였고, 이 경우 발색도는 L*값 63.6, a*값 23.9, b*값 28.5로 나타났으며, 육안상 얼룩, 긁힘, 평활도 및 품질에 있어서 모두 만족하는 것으로 나타났다. 또한 외벽 마감재로써 적용 가능한 컬러콘크리트 패널의 시공방법은 석재시공의 건식공법 중 일반적인 앵글 긴결공법으로 시공하는 것이 적정하다고 판단된다.
(6) 컬러콘크리트 패널의 LCC 분석을 통한 경제성을 평가한 결과, 초기투자비용은 컬러콘크리트와 비교시 12,217 원/m² 절감되었고, 일반페인트에 비해 62,185 원/m² 높게 분석되었으나, 유지관리비용은 컬러콘크리트와 일반페인트 마감에 비해 약 30,000 원/m² 정도 절감되는 것으로 확인할 수 있었다. 또한, 총 LCC 비용은 컬러콘크리트에 비해 약 40,000 원/m² 정도 절감되었고, 일반페인보다는 약 32,000 원/m² 정도 증가되는 것으로 분석되었다.
(7) 컬러 콘크리트패널의 VE 분석을 통한 성능평가 결과 일반페인트 마감이 상대 LCC 점수가 가장 우수하게 나타났으나, 성능점수에서 컬러콘크리트 패널이 크게 나타나 성능측면을 고려한 성능점수와 가격측면을 고려한 LCC점수를 복합고려한 종합적인 가치점수로는 컬러콘크리트 패널이 가장 우수한 것으로 분석되어 LCC 대비 성능분석에서 가장 양호한 방법은 컬러 콘크리트 패널공법임을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study is to present the optimum mixture proportion of concrete considering efficiency and economic aspects when the color concrete, generating decorative multi-functional uses, is made into panel. In addition, Life Cycle Cost(LCC) of the color concrete panel was analyzed and compared with existing color concrete placement method and painting method to verify the economic benefits of the color concrete panel. The results of this study were summarized as follows.
(1) As for determining optimum mixture proportion, the setting time of color concrete panel has decreased or at least remain the same as the increase of pigment replacement ration and soldering temperature of red mud. Compared with the plain mixture, the red and the black has shown 1 hour and 30 minute decrease in time and the yellow, 4 and 30 minute as such. Meanwhile, the white and the green remain the same as the plain.
(2) The compressive strength has slightly gone up and down compared the plain. The red and the yellow pigment replacement of 3-6% has it slightly go up compared to the plain at 7th and 28th day and those of 9-12%, same or slightly go down. However, the white, the black, and the green shows that it is going down slightly compared to the plain.
(3) The analysis of the red mud applicability as the color representation pigment shows that the compression strength as per the red mud sintering temperature has increased by 2MPa, in every 400？？ increase and by 3MPa in every 3% replacement ratio increase.
(4) The color representation as per the pigment replacement ratio has shown that the effect is at maximum at 6%, In case of the red mud, at soldering temperature of 800？？ and the replacement ratio of 6%.
(5) As for the red color representation effect of the color manufacturing, the optimum combination of factors are of soldering temperature at 800？？ and with the replacement ratio of 6%. The fabricating method is executed with the combination of horizontal and vertical methods. The color representation of such method shows that L* 63.6, a* 23.9, b* 28.5. The qualities in regard to stain and scratch and flatness are all satisfactory when it being observed with naked eyes. The applicable construction method of the color concrete panel will be angle-fracture fixation with the use of the tension wire among the stone method.
(6) The result from the economic evaluation through the LCC analysis on the color concrete panel has shown that the initial investment cost has gone down by KRW 12,217/m² compared to the color concrete and up by KRW 62,185/m² compared to the general paint, while maintenance cost, down by KRW 30,000/m² compared to both the plain and the paint. The total LCC cost has decreased by KRW 40,000/m² compared to the color concrete and increased by KRW 32,000/m² compared to the general paint.
(7) The functional analysis through VE method indicates that comparative LCC value of general paint finish is excellent. However, the overall value point of color concrete is the highest with the excellent functional value and its cost factor of the color concrete. So the color concrete panel construction method is proved to be the most cost efficient from the LCC analysis.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구범위 및 방법 = 3
• 1.3 국내외 동향 = 5
• 1.3.1 컬러콘크리트의 국내외 동향 = 5
• 1.3.2 LCC 분석의 국내외 동향 = 6
• 2. 이론적 고찰 = 9
• 2.1 컬러콘크리트의 개요 = 9
• 2.1.1 컬러콘크리트의 정의 및 개념 = 9
• 2.1.2 컬러콘크리트의 착색재 = 10
• 2.1.3 컬러콘크리트의 착색방법 및 안료의 혼합 = 15
• 2.1.4 컬러콘크리트의 색에 관한 예비적 고찰 = 16
• 2.2 LCC 분석 기법 = 18
• 2.2.1 LCC의 정의 및 분석방법 = 18
• 2.2.2 LCC의 비용 항목 = 19
• 2.2.3 LCC 분석의 변수적 구성요소 = 22
• 2.2.4 LCC의 분석의 가치환산 방법 = 26
• 2.2.5 민감도 분석 = 28
• 2.2.6 LCC 기법의 현황 및 활용 = 29
• 3. 컬러콘크리트 패널 제조를 위한 최적배합비 결정 = 31
• 3.1 서언 = 31
• 3.2 실험계획 및 방법 = 31
• 3.2.1 실험계획 = 31
• 3.2.2 사용재료 = 35
• 3.2.3 실험방법 = 37
• 3.3 실험결과 및 분석 = 40
• 3.3.1 굳지 않은 컬러콘크리트의 특성 = 40
• 3.3.2 경화 컬러콘크리트의 특성 = 48
• 4. 컬러콘크리트 패널 제조 = 59
• 4.1 서언 = 59
• 4.2 컬러콘크리트 패널 제조계획 = 59
• 4.2.1 컬러콘크리트 패널의 배합 선정 = 59
• 4.2.2 사용재료 = 61
• 4.2.3 제조방식 선정 = 61
• 4.3 컬러콘크리트 패널 제조방법 = 62
• 4.3.1 컬러콘크리트 혼합 = 62
• 4.3.2 컬러콘크리트 패널의 제조 순서 = 62
• 4.4 컬러콘크리트의 특성 = 66
• 4.4.1 굳지 않은 컬러콘크리트의 특성 = 66
• 4.4.2 경화 컬러콘크리트의 강도 특성 = 68
• 4.4.3 컬러콘크리트 패널의 발색 특성 = 69
• 4.5 컬러콘크리트 패널의 적용 = 70
• 4.5.1 컬러콘크리트 패널의 시공 = 70
• 5. 컬러콘크리트 패널의 LCC 분석에 의한 경제성 평가 = 73
• 5.1 서언 = 73
• 5.2 LCC 분석을 위한 기본가정 = 73
• 5.2.1 대안산정 = 73
• 5.2.2 할인율의 가정 = 74
• 5.2.3 내용년수 = 75
• 5.2.4 수선율과 수선주기 = 76
• 5.3 LCC 구성항목별 비용분석 = 78
• 5.3.1 초기투자비용 = 78
• 5.3.2 유지관리비용 = 82
• 5.3.3 해체ㆍ폐기비용 = 86
• 5.4 LCC 분석에 의한 경제성 평가 = 87
• 5.4.1 초기투자비용 및 유지ㆍ해체비용 경제성 평가 = 88
• 5.5 민감도 분석 = 89
• 5.6 VE 분석에 의한 성능평가 = 90
• 5.6.1 VE 분석 가정 사항 = 90
• 5.6.2 마감종류별 VE 분석 = 92
• 6. 결론 = 95
• 참고문헌 = 99
• ABSTRACT = 103