최근 암석을 깨어 제조한 부순모래의 사용량이 꾸준히 증가되어 전체 잔골재 사용량의 20%에 가깝게 사용되고 있고, 향후에도 부순모래의 사용량은 계속 증가할 것으로 판단된다. 그러나 부순모래 생산 시 품질에 대한 인식 부족 등으로 KS F 2527 기준을 만족하지 않은 부순모래가 콘크리트 제조 시 사용되는 것으로 조사되고 있으나, 이런 부순모래가 콘크리트에 미치는 영향에 대해 체계적으로 검토한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부순모래의 입형이 콘크리트 품질에 미치는 영향에 대해 분석함으로써 부수모래를 콘크리트에 활용할 수 있는 자료를 제시하고자 한다. 현재 KS F 2527의 기준인 입자모양 판정 실적률 53% 부순모래를 사용한 콘크리트는 시공성, 공기연행성 및 내구성 등에서 문제가 있는 것으로 나타났다. 그리고 부순모래를 사용한 콘크리트의 품질을 향상시키기 위해 특히 고강도 콘크리트에서 입자모양 판정 실적률은 현행 KS 기준인 53%에서 55%으로 조절해야 할 것으로 분석되었다.
본 연구는 대경권 지역에서 생산되는 부순모래를 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위하여 물리적 특성 및 부순모래의 조립률과 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과 천연사의 조립률이 2.0정도이고, 부순모래 조립률이 3.2이상인 경우 천연사와 부순모래의 합성입도를 만족시키기 위한 부순모래의 치환률은 50% 이하가 적당한 것으로 나타났다. 부순모래를 사용한 콘크리트는 부순모래의 치환률이 증가할수록 슬럼프는 증가하는 것으로 나타났으나, 부순모래의 치환률 75% 이상에서는 현저한 워커빌리티 저하현상을 나타내었다. 또한 부순모래를 사용한 콘크리트의 공기량 및 블리딩은 부순모래 치환률이 증가할수록 감소하였으며, 콘크리트 압축강도는 부순모래 조립률에 관계없이 시멘트페이스트와 골재간의 부착력 증진에 기인하여 치환률이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다.
콘크리트용 골재로 양질의 골재가 부족함에 따라 대체 골재의 개발이 요구되어, 현재에는 대체 골재로서 부순모래가 가장 많이 사용되고 있으며, 그 사용량은 더욱 늘어날 전망이다. 국내에서는 대부분의 회사가 습식공정으로 부순모래를 생산하지만, 지역적인 조건과 부지의 제약에 의해서 건식 공정으로 부순모래를 생산하는 회사도 있다. 본 연구에서는 건식 공정 부순모래의 콘크리트의 적용성을 평가하기 위한 기초적인 연구로서, 건식공정으로 부순모래를 생산하고 있는 회사의 제조 설비를 분석하고, 부순모래를 대상으로 한국산업규격에 의거하여 품질특성 시험을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 부순모래를 바다모래에 대체하여 콘크리트 실험을 실시하였다. 실험 결과, 건식 부순모래 품질 특성 중에서 0.08mm 체 통과량이 KS 규정을 초과하였으며, 조립률도 천연모래에 비하여 다소 높게 나타났고, 다른 물리적 특성은 바다 모래와 유사하였다. 콘크리트 실험에서는 부순모래의 대체율이 증가함에 따라 슬럼프와 공기량이 미립분량 증가에 의해서 감소하였으며, 단위용적질량, 압축강도, 인장강도는 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 건식 부순모래의 미립분 함유량을 감소시키면 콘크리트용 골재로서 사용하는 데에는 큰 문제가 없을 것으로 판단되며, 향후 건식공정으로 생산한 부순모래의 사용량도 증대될 것으로 전망된다.
본 연구에서는 원전 구조물용 콘크리트의 잔골재로 부순모래를 사용하기 위한 연구의 일환으로 기존의 부순모래 생산공정에서 임팩트크러셔(Impact crusher)의 성능(회전수)을 높여 입형을 개선하고 ASTM C 33에 적합하도록 입도를 조정한 부순모래의 입형 및 입도 특성을 검토하였으며, 강모래에 대한 치환률에 따라 콘크리트를 제조하여 콘크리트 배합 특성, 굳지 않은 콘크리트 특성 및 경화한 콘크리트 특성을 검토하였다. 실험결과, 대부분의 콘크리트 특성이 강모래만을 사용한 콘크리트와 동등한 수준으로 나타났지만, 강모래에 대한 치환률 50% 이상일 경우, 치환률 증가에 따라 허용 범위 내에서 공기량, 압축강도 및 인장강도는 다소 감소되는 것으로 나타났다.
이 연구는 쐐기쪼갬시험법에 의하여 강모래 콘크리트의 파괴에너지와 부순모래 콘크리트의 파괴에너지 측정을 통하여 콘크리트 강도와 파괴에너지 관계에 대하여 규명하였다. 그리고 부순모래 콘크리트의 파괴에너지와 강모래 콘크리트의 파괴에너지를 비교 검토하엿으며, 콘크리트의 특성길이도 구하였다. 이연구의 실험결과에 의하면 부순모래 콘크리트는 파괴특성 관점에서 강모래 콘크리트와 유사한 경향을 나타내고 있다. 그리고 압축강도가 20~60 MPa에서는 압축강도가 증가함에 따라 파괴에너지가 증가하였지만, 60 MPa이상의 범위에서는 압축강도가 증가하여도 파괴에너지는 증가하지 않았다.
최근 하천골재의 부존량 감소와 건설수요의 증가로 양질의 모래가 고갈되었고, 바닷모래와 같이 자연상태에서 얻을 수 있는 골재도 그 품질이 저급화되면서 골재의 품질에 대한 관심을 갖게 되었다. 따라서 잔골재를 바닷모래에만 지나치게 의존하고 있는 공급원의 편중을 다양화할 필요가 있으며, 바닷모래를 대체할 수 있는 골재원을 하루빨리 발굴할 필요가 있다. 한편 국내 건설현장에는 다양한 잔골재가 콘크리트에 사용되고 있으나, 이런 잔골재가 콘크리트에 미치는 영향에 대해 체계적으로 검토한 연구가 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 최근 국내 건설현장에서 비교적 많이 사용되고 있는 잔골재가 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 검토할 목적으로 잔골재 종류가 굳지 않은 콘크리트의 물성 및 경화된 콘크리트의 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 부순모래는 바닷모래 및 강모래와 같은 천연골재에 비해 콘크리트의 유동성과 공기 연행성을 저하시키거나 블리딩을 증가시키고, 특히 입도 입형이 불량한 부순모래를 사용한 경우에는 더욱 콘크리트의 물성이 저하되는 것으로 나타났다. 그리고 W/C 55%, 45%에서 잔골재 종류가 강도에 미치는 영향은 거의 없으나, W/C 35%에서 부순모래는 천연골재에 비해 강도를 저하시키는 것으로 나타났다. 또한 입도 입형이 불량한 부순모래를 천연골재와 혼합하여 사용하는 경우에는 굳지 않은 콘크리트의 특성을 향상시키며, 강도에도 나쁜 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다.
콘크리트는 전체 체적의 $70{\sim}80%$가 골재로 이루어져 있다. 따라서 골재의 품질은 콘크리트 특성에 지대한 영향을 미친다. 현재 건설 현장에서는 부순모래 콘크리트의 비파괴 강도 추정을 일반적으로 슈미트해머를 이용한 반발 경도법이나 초음파를 이용한 초음파속도법 그리고 둘을 조합한 복합법을 이용하고 있으며 기존의 천연골재를 사용한 콘크리트에 의해 얻어진 여러 가지 제안식들에 적용시켜 추정하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 전형적인 파괴 시험과 코어 채취 그리고 반발경도법과 초음파속도법을 이용하여 부순모래 콘크리트의 강도 추정식을 제안하고자 하였다. 실험의 변수는 양생 재령과 양생 조건 그리고 콘크리트의 설계기준강도이다. 그 결과 본 연구에서 얻은 제안식이 기존식에 비해 모든 측면에서 양호한 것으로 나타나 실제 건설 현장의 부순모래 콘크리트 구조물의 평가 기술 향상에 기여할 것으로 사려 된다.
현재 건설현장에서는 부순모래 콘크리트의 비파괴 강도 추정을 일반적으로 슈미트 해머를 이용한 반발경도법이나 초음파를 이용한 초음파속도법, 이 둘을 조합한 복합법을 이용하고 있으며 기존의 천연골재를 사용한 콘크리트에 의해 얻어진 여러 가지 제안식들에 적용시켜 추정하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 전형적인 파괴시험과 코어채취 그리고 초음파속도법을 이용하여 부순모래 콘크리트의 강도 추정식을 제안하고자 하였다. 실험의 변수는 양생재령과 양생조건 그리고 콘크리트의 설계기준강도이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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