알칼리 활성화 슬래그(AAS) 경화체의 콘크리트 2차 제품 활용에 관한 실험적 연구

Abstract

건설 산업이 발전함에 따라 건설시장에서 차지하는 콘크리트 2차 제품의 비중이 높아지고 있다. 이는 건설 노임이 크게 상승하고 있고, 현장에서는 우수한 품질의 건축자재에 대한 요구로 인하여 콘크리트 2차 제품의 수요가 증가했기 때문이다. 시멘트, 물, 골재 등을 계량, 혼합하여 성형하고 소정의 양생기간을 거쳐 제조되는 콘크리트 2차 제품의 품질은 수화반응으로 생성된 겔상의 수화 생성물이 재령 경과에 따라 결정화 되고, 물리적으로 강하게 결합하여 확보된다. 이러한 결합은 재료의 특성이나 양생방법 등에 따라 반응속도 및 내부조직형태가 다르게 되므로, 이에 따라 콘크리트 2차 제품의 주요 품질 특성인 강도, 내구성 등의 물성이 영향을 받게 된다. 특히 콘크리트 2차 제품은 조기 탈형, 조기 소요강도 확보, 대량생산 등을 위하여 물-결합재비를 낮게 하고 상압증기양생, 오토클레이브양생 등의 촉진양생을 통하여 제조하고 있다. 한편, 환경문제나 자원보존 및 에너지 절약의 관점에서 알칼리 자극제에 의해 활성화된 고로슬래그는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해서 훨씬 경제적이며 환경 친화적이다. 또한, 수화열이 낮으며, 내구성이 좋은 장점을 갖고 있어 동유럽, 스칸디나비아, 중국, 캐나다 등의 나라에서 고로슬래그 미분말의 단독사용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내에서는 콘크리트 혼화재로서의 활용에 비하여 고로슬래그 미분말의 단독사용에 의한 콘크리트 2차 제품의 적용 사례가 거의 없기 때문에 경제성 향상, 친환경적인 제품 생산, 환경문제나 자원 보존 및 에너지 절약의 관점에서 알칼리 활성화 슬래그(AAS) 경화체를 이용한 콘크리트 2차 제품의 개발이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 AAS 모르타르를 통한 흡수율 및 강도발현 특성, 염화물이온 침투특성을 분석하여 AAS 경화체의 콘크리트 2차 제품 활용에 관한 기초 자료를 제시하고자 한다. 본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1 장에서는 본 연구의 목적, 연구의 방법 및 범위에 대하여 기술하였다. 제 2 장에서는 고로슬래그 미분말의 특성, 규격 및 생산?사용현황 등에 대하여 문헌고찰을 하였다. 제 3 장에서는 콘크리트 2차 제품 중 콘크리트 벽돌, 속 빈 콘크리트 블록, 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록, 콘크리트 스페이서의 국내 품질기준에 대하여 문헌고찰을 하였다. 제 4 장에서는 염화물이온 침투에 관한 문헌고찰을 하였다. 제 5 장에서는 AAS 경화체의 콘크리트 2차 제품 활용 가능성 분석을 위한 강도 및 흡수율, 염화물이온 침투실험과 실험결과에 대한 사항을 기술하였다. 제 6 장에서는 각 실험수준에 따른 실험결과를 종합하여 결론을 도출하였으며 결론의 내용은 다음과 같다. (1) 자극제 혼입률 및 물-결합재비에 따른 압축강도, 휨강도, 흡수율은 각각 13.1～24.4㎫, 4.8～6.8㎫, 6.2～7.8%로 나타났다. (2) 다중회귀분석을 통해 AAS 모르타르의 재령 1일 및 14일의 압축강도 추정식을 다음과 같이 도출하였다. f₁= 0.427d-24.667(w/b)+21.667 R²= 0.874, 표준오차 = 0.659㎫ f_(14)= 0.541d-24.000(w/b)+24.400 R²= 0.843, 표준오차 = 0.872㎫ 여기서, f₁ : 재령 1일 압축강도(㎫) f_(14) : 재령 14일 압축강도(㎫) d : 자극제 혼입률(%) w/b : 물-결합재비 또한, 각 독립변수들의 표준화회귀계수 값을 분석한 결과 0.25～0.35범위의 물-결합재비에서는 자극제의 혼입률이 물-결합재비보다 AAS 모르타르의 압축강도에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. (3) 물-결합재비가 0.25, 0.30인 경우는 콘크리트 벽돌(C종 1급), 속 빈 콘크리트 블록(C종), 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록, 큰크리트 스페이서의 품질기준에 양호하게 나타났다. (4) 물-결합재비가 0.35인 경우는 콘크리트 벽돌(C종 1급), 보차도용 콘크리트 인터로킹 블록에 대한 흡수율이 규정보다 0.2～0.8정도 높게 나타났으며, 자극제 혼입률이 2.5%인 재령 1일의 압축강도는 콘크리트 스페이서의 품질기준에 부적합하였다. (5) 물-결합재비 및 침지재령에 따른 염화물이온 침투깊이는 OPC 모르타르에 비해 AAS 모르타르가 낮게 나타났으며, NaCl보다 CaCl2 3% 수용액에 침지시킨 시험체에서 침투깊이가 깊게 나타났다. (6) 염화물이온량은 NaCl보다 CaCl2 3% 수용액에서 더 크게 나타났으며, 단순선형회귀분석을 실시한 결과 각각의 침지재령에 측정된 수용성 염화물과 산-가용성 염화물의 상관관계는 다음과 같이 나타났다. OPC 모르타르 : Cf = 0.626_Ct AAS 모르타르 : Cf = 0.866_Ct 여기서, Cf : 수용성 염화물이온량 Ct : 산-가용성 염화물이온량; According to the development of construction industry, weight of the secondary product of concrete which it does coming to be high in the construction market. By reason of the rising of the construction wages and the increasing of the secondary product of concrete because the demand of construction material of the quality which is excellent in the site. The quality of the secondary product of concrete created with the physical bonding and the crystallization of the hydration products that it is created to the hydration reaction. The bonding be not in accordance with the reaction rate and the inside structure formation in according with curing method and material characteristic. Therefore, the physical characteristics of the practical secondary product of concrete have been influence with strength, durability, exterior. Specially, the secondary product of concrete for early stripping, increase initial strength, mass production which it is making through Atmospheric steam curing, autoclave curing in the accelerating curing. AAS has more economic and environment friendly than ordinary portland cement in a point of view environment problem, conservation of resources, energy conservation. Also, ground granulated blast furnace slag actively study in the east europe, china and canada by reason of low hydration heat and good durability. But, the inside of the country be hardly used for a case of the utilization to the secondary product of concrete, therefore the development of the secondary product of concrete demanded to AAS hardening form angles of the elevation of economical efficiency, the manufacture of production for environmental friendly, an environmental problem, conservation of resources and an energy conservation. Therefore, the study analyze characteristic of the strength revelation, an absorption coefficient, penetration characteristic of a chloride ion and give a base material to the utilization of the secondary product of concrete of AAS harding. This study is composited total five chapter, and the content of each chapter is following this. In chapter 1, described about the study purpose, method and extents. In chapter 2, make a description of the characteristic, standard and production & present state of utilization through the literature. In chapter 3, make a description of the quality standard of concrete bricks, hollow concrete blocks, concrete spacer, and concrete interlocking block for side walk and road in the secondary product of concrete through the literature. In chapter 4, make a description of the penetration characteristic of chloride ion through the literature In chapter 5, make a description of the strength & absorptivity , penetration test of chloride ion, test result for analysis on the utilization possibility of the secondary product of concrete of AAS hardening. In chapter 6, derived a conclusion with the results that analyzing of the experimentation and contents of a conclusion are as follows. (1) The compression strength, flexible strength and absorption coefficient be expressed each 13.1～24.4㎫, 4.8～6.8㎫, 6.2～7.8%. (2) The compression strength prediction equation of AAS mortar both age 1day and 14day through multiple linear regression analysis as follow that. f₁ = 0.427d - 24.667(w/b) + 21.667 R² = 0.874, error of the estimate = 0.659㎫ f₂ = 0.541d - 24.000(w/b) + 24.000 R² = 0.843, error of the estimate = 0.872㎫ where, : compression strength of age 1day. : compression strength of age 14day. d : activator dosage(%) w/b : water/binder ratio Also, the compression strength of AAS mortar be affected more activator dosage than w/b in the w/b within the limits 0.25～0.35 through a result of analysis on the standardization coefficients of an each independent variable. (3) In case of w/b 0.25, 0.30 favorably reveal the quality standard of concrete bricks(C class 1 grade), hollow concrete blocks(C class), concrete spacer, and concrete interlocking block for side walk and road. (4) Absorption coefficient reveal high about 0.2～0.8 than regulation of absorption coefficient to concrete bricks(C class 1 grade) & oncrete interlocking block for side walk and road in case of w/b 0.35. Also, compression strength of age 1days unfit the quality standard of concrete spacer in the activator dosage within the limits 2.5%. (5) The penetration depth of chloride ion of AAS mortar is low compared with OPC mortar in accordance with w/b and soak age. Also, the penetration depth of the water solution of NaCl is low compared with 3% water solution of CaCl2. (6) There are lots of chloride ion in the 3% water solution of CaCl2 compared with 3% water solution of NaCl. And an interrelation of the water-soluble chloride & acid-soluble chloride is as follows by linear regression. OPC mortar : Cf = 0.626_Ct AAS mortar : Cf = 0.866_Ct where, Cf : the amount of water-soluble chloride ion Ct : the amount of acid-soluble chloride ion