메타카올린 混合 高强度 콘크리트의 耐久·耐火特性 및 現場適用性

Abstract

고강도 및 고내구성 콘크리트의 제조를 위해 일반적으로 사용되고 있는 실리카흄은 거의 외국에서 수입하여 사용하기 때문에 고비용 및 품질의 안정 미확보로 파생되는 문제점이 지적되고 있다. 공급의 원활화 및 품질의 안정성을 확보하기 위하여 재료의 국산화가 요구되고 있고 대체재 개발이 시급한 실정이다. 이러한 배경에서 고령토를 원재료로 사용해 개발된 메타카올린이라는 재료에 착안하게 되었다. 본 연구에서는 국산 메타카올린을 시멘트 혼화재로서 5～20%범위로 혼합 사용하여 고강도 및 고내구성 콘크리트를 제조하여 기초물성 및 탄산화, 동결융해 저항성, 염화물 침투저항성, 황산염 침식저항성, 내화(耐火) 등의 내구성 실험을 실시하였다. 그리고 실제 현장에 적용하여 이에 대한 현장적용성 평가를 실시하였다. 메타카올린 혼합 콘크리트의 압축강도는 실리카흄 혼합 콘크리트와 비교하여 3～6%의 강도저감을 보였으나 기준콘크리트와 비교하여 4～10%의 강도증진을 나타내었다. 탄산화깊이는 실리카흄 혼합 콘크리트와 비교하여 12% 작은 값으로 나타났으나 기준콘크리트와 비교하여 재령 56일에서 다소 큰 경향을 보였다. 동결융해저항성은 메타카올린의 혼합률이 증가할수록 기준콘크리트보다는 우수한 저항성을 보였다. 이러한 결과는 메타카올린의 수화반응으로 생성된 수화물들이 공극을 메워 콘크리트의 조직을 밀실화시키는 충전효과에 그 원인이 있는 것으로 평가된다. 염소이온 침투저항성은 실리카흄 혼합 콘크리트와 비교하여 4% 큰 침투저항성을 나타내었으며 기준콘크리트와 비교하여 20% 큰 침투저항성을 보였다. 철근부식개시시기는 메타카올린 혼합 콘크리트가 분말도의 차이에 의해 실리카흄 혼합 콘크리트와 비교해 철근부식개시시기가 더 앞당겨지는 경향을 보였다. 화학적 침식저항성은 실리카흄 혼합 콘크리트와 비교하여 22% 낮은 저항성을 나타내었으나 기준콘크리트와는 거의 유사한 경향을 보였다. 내화특성은 실리카흄 혼합 콘크리트에 비해 압축강도 및 질량 감소율이 각각 약 11%, 4.4%정도 더 높게 나타나 내화성능이 조금 떨어지는 경향을 보였다. 이를 보완하기 위해 폴리프로필렌섬유를 혼합하여 내화시험을 실시하였고, 무 혼합 콘크리트에 비해 내화성능이 보완되어 고강도 콘크리트에서의 PP섬유에 대한 유효성을 검증할 수 있었다. 열적특성 평가 결과 실리카흄 혼합 콘크리트와는 거의 유사한 경향을 보였다. 현장적용성 평가에 있어 실제 현장타설시 유동성이 확보되고 점성이 저감되어 시공성이 확보됨을 확인할 수 있었다.; In order to cope with the circumstances of rapid change of construction technique, the development of high-strength and high-durability concrete and the property improvement of concrete are necessary. Because silicafume used for the producing of high-strength concrete is imported from foreign countries, there are many problems in cost and quality stability. For the supply smoothness and quality stability, the localization of silicafume is required and the development of its substitution material is urgent. To substitute for silica-fume, the metakaolin developed from kaolin was considered as an alternative material. In this study, concrete specimens containing Korean metakaolin of 5~20% by weight per total binder are tested for basic properties, carbonation depth, freezing and thawing, chloride ion penetration, chemical attack, fire resistance. Furthermore, the assessment for applicability was performed in real construction sites. compressive strength of metakaolin mixed concrete had 3~6% strength decrease value with relation to silica-fume mixed concrete, but had 4~10% strength increase value with relation to control. Carbonation depth had 12% lower value than silica-fume mixed concrete. Metakaolin mixed concrete had a higher freezing and thawing resistance than control, and according to the increase of substitution ratio had a more excellent freezing and thawing resistance. These results show that the hydrates of metakaolin cause a filler effect in the concrete. Metakaolin mixed concrete had 20% higher chloride ion penetration resistance than control. Owing to the different blaine, metakaolin mixed concrete showed earlier ion bar erosion than silica-fume mixed concrete. Metakaolin mixed concrete had a 22% lower chemical attack resistance than silica-fume mixed concrete. Metakaolin mixed concrete had a 4.4% lower fire resistance than silica-fume mixed concrete. For the supplement of this result, I tested fire resistance test using ploy propylene fiber, and as a result verified the efficiency of the ploy propylene fiber at fire resistance. The thermal properties of metakaolin mixed concrete were similar to those of silica-fume mixed concrete. From the test, it is found that metakaolin mixed concrete was applicable to real constructions sites.