1. 서    론

최근 환경문제에 있어서 대표적인 온실가스인 CO₂배출량의 저감은 세계적으로 중요한 문제로 인식되고 있고, 이러한 이유로 전세계적으로 CO₂저감을 위한 노력이 활발히 진행되고 있는 실정이다. 우리나라의 CO₂배출 현황을 보면, 2014년 기준 국내의 총 CO₂배출량 약 62,400만 톤 중 시멘트 산업에서 발생한 CO₂배출량은 약 4,100만 톤으로 전체의 6.6 %로 상당히 많은 양을 배출하고 있다(Ministry of environment 2014). 또한 2020년 국내의 온실가스 배출전망치(BAU)는 약 77,610만 톤이며, 감축목표는 전망치 대비 30 %인 약 5,430만 톤이고, 시멘트 산업에서는 2020년 BAU 대비 8.5 %인 배출량 기준 연간 약 350만 톤을 절감목표로 설정하고 있다(Ministry of environment 2014). 이러한 온실가스 저감 관점에서 보면, 콘크리트 제조시 보통 포트랜드 시멘트(OPC)를 대체하여 사용하는 플라이애시(FA), 고로슬래그 미분말(BFS) 등의 산업부산물을 이용한 혼화재는 시멘트산업 및 건설산업의 온실가스 저감에 큰 기여를 하고 있다(Ferraris et al. 2001). 이러한 산업부산물을 이용한 혼화재는 CO₂ 저감 목적 이외에도 수화발열 감소, 수밀성 향상, 장기강도 증진, 알칼리골재반응의 억제 등의 콘크리트의 성능을 향상시키는 장점을 가지고 있어, 이러한 특성이 발휘될 수 있는 분야에 적절히 사용되고 있고, 앞으로도 이용확대가 기대되고 있다(Jeon and Maruyama 2015a;  Jeon and Maruyama 2015b).

그러나 최근, 국내에서는 콘크리트의 원가절감을 목적으로, 국내 실정상 가격이 저렴한 FA 및 BFS를 OPC에 대량 치환한 결합재(OPC+FA+BFS)를 사용한 삼성분계 콘크리트가 기준에 의한 관리 없이 무분별하게 사용되고 있는 실정이다. 이렇게 콘크리트에 FA 및 BFS를 대량으로 사용할 경우에는 콘크리트의 초기강도 저하, 자기수축 및 건조수축 증가, 중성화 촉진 등의 문제점이 발생할 가능성이 높기 때문에, 철저한 품질관리가 필요함에도 불구하고 현재 국내에서는 특별한 기준에 의한 규제 관리 없이 사용되고 있다. 이는 FA 및 BFS를 OPC에 대량 치환한 삼성분계 콘크리트를 사용한 구조체의 향후 심각한 내구성 저하의 문제점을 초래할 수 있다(Brooks and AI-Kaisi 1990; Dehuai and Zhaoyuan 1997; Lim and Wee 2000; Hester et al. 2005; Bentz and Ferraris 2010; Durán-Herrera et al. 2011).

앞서 서술한 바와 같이 OPC에 FA 및 BFS을 대량 치환한 결합재가 콘크리트의 내구성에 미치는 영향을 정확히 파악하고 삼성분계 콘크리트의 장점을 제대로 발휘할 수 있도록 사용하기 위해서는, FA 및 BFS의 다양한 치환율에 따른 콘크리트의 수화반응, 강도, 강성, 중성화 등에 대해서 다양한 연구가 필요하다. 그러나 일부 치환율에 대한 콘크리트 특성에 관한 연구는 있지만, 아직 다양한 치환율에 따른 콘크리트의 물리적 특성 및 탄산화 저항성에 관한 연구는 부족한 실정이다(Kuder et al. 2012; Jeong et al. 2015).

이에 본 연구에서는 FA 및 BFS의 대량 치환이 삼성분계 콘크리트의 물리적 특성 및 탄산화 저항성에 미치는 영향을 파악하고, 삼성분계 콘크리트의 기준 제정을 위한 데이터베이스 구축을 위해서, FA 및 BFS의 다양한 치환율에 따른 콘크리트의 굳지 않은 콘크리트 특성, 강도, 탄성계수, 탄산화 저항성 등을 실험적 검토를 통해 비교 분석하고, 그 특징에 대해 고찰하였다.

2. 실험개요

2.1 실험계획 및 재료

본 연구에서 사용한 결합재는 실제 삼성분계 콘크리트 제조시 사용되고 있는 보통 포틀랜드시멘트 및 플라이애시, 고로슬래그 미분말을 결합재로 사용하였고, Tables 1 및 2, 3에 각각 보통 포틀랜드 시멘트 및 플라이애시, 고로슬래그 미분말의 특성을 나타내었다. 또한 콘크리트 제작에 사용한 잔골재는 두 종류의 자연모래(Type1- Density : 2.60 g/cm³, Absorption ratio : 1.17 %, Type2-Density : 2.59 g/cm³, Absorption ratio : 1.87 %)를 섞어서 사용하였고, 굵은 골재는 국내에서 생산된 부순 굵은 골재(Density : 2.63 g/cm³, Absorption ratio : 0.92 %)를 사용하였으며, 혼화제는 AE제와 SP제를 사용하였다. 본 연구에서는 결합재량 374 kg/m³에 대하여 단위수량 165 kg/m³를 적용한 배합으로 실험계획을 하였고, 결합재는 OPC 및 OPC에 대하여 FA와 BFS를 합해서 30~90 %까지 치환한 결합재를 사용하였고, 이에 따른 실험변수는 총 17수준으로 하였으며, Table 4에 콘크리트의 배합조건을 나타내었다.

Table 1 Properties of ordinary portland cement

Table 2 Properties of fly ash

Table 3 Properties of blast furnace slag

2.2 제조 및 양생 방법

삼성분계 콘크리트 제조는 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그, 플라이애시를 친환율 별로 투입 후 배합수를 첨가하여 저속에서 약 2분간 혼합하였으며, 이후 시멘트 슬러리에 잔골재 및 굵은골재를 투입하여 팬믹서를 이용하여 혼합 후 배출하였다.

양생은 타설 후 1일간 20±2 °C, 습도 60±5 % 기건상태에서 24시간 동안 양생 하였으며 익일 탈형 후 수중양생을 실시하였다.

2.3 측정방법

본 연구에서는 기준에 준한 방법에 따라 슬럼프(KS F 2594) 및 공기량(KS F 2421)의 경시변화를 측정하였고, 슬럼프 및 공기량의 경시변화 측정은 콘크리트를 비빈 직후부터 30분 간격으로 120분까지 측정하여 그 추이를 검토하였다. 또, FA 및 BFS의 치환율이 콘크리트의 응결에 미치는 영향을 비교 분석하기 위해서 기준(KS F 2436)에 준한 방법에 따라 각 콘크리트 실험체의 응결시간을 측정 검토하였다. 슬럼프, 공기량, 응결시간의 측정은 평온 양생온도인 20 °C 조건에서 실시하였다.

또한 삼성분계 콘크리트의 압축강도는 기준(KS F 2405)에 준한 방법에 따라 Ø100×200 mm의 공시체를 제작하여, 동절기 양생조건 5 °C 및 표준 양생조건인 20 °C 조건에서 양생한 공시체를 이용하여, 각각 재령 1일, 3일, 7일, 28일 시점에서 압축강도를 측정하였다.

Table 4 Mixture proportions of concrete

압축강도 측정에서는 저온조건에서의 삼성분계 콘크리트의 강도발현 특성을 확인하기 위해서, 저온 양생조건인 5 °C를 추가하여 측정하였다. 또한 본 연구에서는 FA 및 BFS의 다양한 치환율에 따른 콘크리트의 탄성계수의 변화에 대해서 검토하기 위해 각 양생온도별 압축강도 측정값을 이용하여 탄성계수를 산출하였고, 탄성계수는 식 (1)에 나타낸 것과 같이 보통중량골재를 사용한 콘크리트(단위질량(mc)=2,300 kg/m³)에 적용하는 식으로 산출하였다(Korea Concrete Institute 2012).

 (1)

여기서, 식 (1)의 f_cu는 콘크리트의 압축강도를 의미한다(Korea Concrete Institute 2012).

삼성분계 콘크리트의 중성화 저항성을 검토하기 위해서 콘크리트의 촉진 탄산화 시험을 실시하여 확인하였다. 시험방법은 기준(KS F 2584)에 준한 방법에 따라 실시하였으며, 시험체는 온도조건 20 °C에서 양생된 Ø100×200 mm의 콘크리트 공시체를 이용하여 재령 1주, 8주 시점에서 측정을 실시하였다.

Table 5 Test value of slump and air content (20 °C temperature condition)

3. 실험결과 및 고찰

3.1 슬럼프 및 공기량

본 연구에서는 FA 및 BFS의 다양한 치환율이 콘크리트의 유동성에 미치는 영향을 파악할 목적으로, 양생온도 20 °C에서의 FA 및 BFS의 다양한 치환율에 따른 슬럼프 및 공기량의 경시변화에 대해서 검토하였고, 그 결과를 Table 5에 나타내었다.

삼성분계 콘크리트의 슬럼프는 O5-F2-B3와 O1-F3-B6 이외에는 FA 및 BFS의 치환율에 상관없이 185~190 mm의 OPC와 비슷한 수준의 슬럼프를 나타내고 있다. 공기량은 모든 삼성분계 콘크리트에서 OPC의 5.4 %보다 낮은 3.7~4.2 %의 경향을 나타내고 있고, 각각 FA 및 BFS의 치환율 50 %에서는 O5-F3-B2가 4.3 %, 60 %에서는 O4-F3-B3이 3.9 %, 70 %에서는 O3-F1-B6이 4.0 %, 80 %에서는 O2-F2-B6이 4.2 %, 90 %에서는 O1-F1-B8이 4.0 %로 가장 많은 공기량을 나타내고 있다.

기존연구에 따르면, BFS의 치환율 0 %에 비해서 BFS를 70 % 치환한 경우에는 4배의 AE제가 필요하고, 공기량이 유동성에 미치는 영향은 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트에서는 공기량이 1.5 % 증가하면 단위수량은 6~7 kg 감소하지만, BFS를 혼합한 시멘트를 사용한 콘크리트에서는 그 감소량이 더 큰 경우가 있다고 보고하고 있다(Japan Cement Association 1993). 이는 AE제 첨가량을 일정하게 하여 공기량을 조절하지 않고 BFS를 치환한 경우에는, 동일 슬럼프를 확보하기 위해서는 필요한 단위수량이 증대될 것으로 판단하고 있다. 또한 이렇게 BFS를 치환했을 때 AE제의 효과가 저감하는 이유로는, BFS가 AE제를 흡착해서 효과를 감소시킨다는 기존연구와 BFS가 액상성분, pH 등에 영향을 미치거나 AE제의 기포작용을 감소시킴으로써 발생한다는 연구결과도 있지만, 정확한 메커니즘은 아직 규명되지 않았다(Japan Cement Association 1993). FA를 혼합한 경우에는 지금까지 알려진 바와 같이 FA의 볼베어링 효과에 의해 콘크리트의 워커빌리티가 향상 된다는 기존연구 결과가 있지만, FA도 BFS와 동일하게 FA의 미연소 탄소에 AE제가 흡착되어 AE제의 효과를 감소시킨다는 연구결과도 있다(Ravina and Mehta 1986, Korea concrete institute  2011). 이와 같이 기존연구의 결과를 보면, 본 연구에서와 같이 BFS와 FA를 함께 대량 치환했을 경우 앞서 서술한 바와 같이, 단위수량의 감소, AE제의 효과 저감 등으로 인해 유동성이 OPC에 비해 저하할 것으로 예상하였다. 그러나 실제의 실험결과를 보면 공기량은 모든 삼성분계 콘크리트가 OPC에 비해 다소 낮은 경향을 보이지만, 치환율에 상관없이 동일한 AE제, SP제 첨가량 및 물결합재비를 사용했음에도 불구하고, 대량치환에 따른 공기량에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 확인되었다. 또한 슬럼프의 경우도 동일한 AE제, SP제 첨가량 및 물결합재비, 다양한 BFS 및 FA의 치환율을 적용했음에도 불구하고, OPC와 비슷한 수준의 슬럼프를 나타내고 있다.

삼성분계 콘크리트에서 공기량은 OPC보다 적지만 슬럼프에서는 OPC와 비슷한 양상을 보이는 이유에 대해서 다음과 같이 고찰하였다. OPC보다 적은 공기량은, 앞서 설명한 바와 같이 AE제가 BFS 및 FA에 흡착되어 성능이 제대로 발휘되지 못해 나타난 결과라고 판단된다. 또한, OPC와 비슷한 수준의 슬럼프는, OPC에 비해 고성능감수제(SP제)의 흡착이 적은 BFS의 영향(Japan Cement Association 1993)으로, OPC보다 BFS를 첨가한 삼성분계 콘크리트에서 효과적으로 발휘된 고성능감수제(SP제)의 영향과 FA의 볼베어링 효과가 복합적으로 나타난 결과로 판단되지만, 향후 고성능감수제(SP제) 및 FA 등이 미치는 역할에 대해 실험적으로 검증해 볼 필요가 있다.

3.2 응결시간

Fig. 1은 양생온도 20 °C 조건에서 FA 및 BFS의 치환율에 따른 응결시간의 경향을 나타낸 것이다. 응결시간의 전체적인 양상을 보면 혼화재를 첨가한 시험체는 치환율에 상관없이 OPC를 사용한 시험체보다 초결과 종결 시간이 모두 지연되는 경향을 보이고 있고, 이러한 경향은 혼화재를 50 % 이상 치환한 시험체에서 두드러지게 나타나고 있으며, 특히 60 %이상 치환한 시험체에서는 종결시간이 급격하게 지연되는 되는 경향을 나타내고 있다. 이렇게 삼성분계 콘크리트의 응결시간이 지연되는 현상은 OPC를 대체해 혼화재를 치환했기 때문에 OPC만 사용한 콘크리트보다 수화반응이 지연되어 나타나는 결과로 판단되지만, 이후 수화반응 시험을 통해 수화율의 관점에서 검토해 볼 필요가 있다.

Fig. 1

Setting time of hardened concrete according to replacement ratio of mineral admixture under 20 °C temperature condition

3.3 압축강도 및 탄성계수

3.3.1 압축강도

본 연구에서는 시멘트를 대체하여 FA 및 BFS를 대량 치환한 삼성분계 콘크리트의 혼화재의 치환율에 따른 저온 및 평온에서의 강도특성을 실험적 검토를 통해 확인하였다. Figs. 2~3은 각각 저온 양생조건인 5 °C과 평온 양생조건인 20 °C 조건에서 양생한 삼성분계 콘크리트의 압축강도 결과 값을 50 ~90 %까지의 FA 및 BFS의 치환율에 따라 나타낸 것이다.

Fig. 2

Compressive strength properties of hardened concrete according to replacement ratio of mineral admixture under 5 °C temperature condition (RR= Replacement Ratio)

Fig. 3

Compressive strength properties of hardened concrete according to replacement ratio of mineral admixture under 20 °C temperature condition (RR= Replacement Ratio)

결과를 보면, 양생온도 조건 및 치환율에 상관없이 대부분의 재령에서 OPC와 혼화재를 30 % 치환한 삼성분계 콘크리트(O7-F1.5-F1.5)보다 낮은 압축강도의 발현 양상을 나타내고 있고, 이러한 경향은 혼화재를 가장 많이 치환한 치환율 90 %의 삼성분계 콘크리트에서 두드러지게 나타나고 있다. 이와 같은 결과는 기존연구에서 언급한 것과 같이, FA 및 BFS의 치환율이 증가할수록 포졸란 반응이 좀  더 지배적인 역할을 해서 재령 초기에 저조한 강도 발현을 나타낸 결과라고 예상할 수 있다(Kuder et al. 2012). 이러한 경향을 분석해 보면, 콘크리트는 골재와 시멘트 페이스트의 계면에 다공질로 결합력이 약한 천이대(Interfacial Transition Zone)가 형성되는데, 이 천이대의 조직 및 공극 구조가 콘크리트의 강도를 지배하는 인자라고 지적되어 왔다(Japan Cement Association 1993). 이러한 관점에서, FA 및 BFS를 대량 치환한 삼성분계 콘크리트는, FA 및 BFS와 Ca(OH)₂에 의한 포졸란 반응의 진행에 의해서 천이대의 조직 및 공극 구조가 OPC만 사용한 콘크리트와는 다른 형태를 나타내거나, 치밀하지 못해서 낮은 압축강도를 나타내는 것으로 판단된다. 또한, 기존연구에 따르면 삼성분계(OPC+FA+BFS) 시멘트 페이스트는 공극량의 작은 증가에도 강도가 크게 낮아진다고 보고하고 있는데, 이러한 결과는 포졸란 반응의 영향이라고 판단되고, 이는 콘크리트 제조시 천이대에서 시멘트 페이스트와 골재의 부착강도를 저하시켜 압축강도를 저하시키는 원인이 될 수 있다(Jeong et al. 2015). 또한 온도조건 및 혼화재의 치환율에 상관없이 모든 시험체에서 FA의 치환율이 증가할수록 강도가 저하하는 현상은, FA의 치환율 증가와 함께 포졸란 반응의 영향력이 커지기 때문으로 파악할 수 있다. 양생온도에 따른 강도발현 특성을 보면, 예상한대로 저온 양생온도인 5 °C 조건에서는 모든 삼성분계 콘크리트가 모든 재령에서 OPC보다 낮은 압축강도를 나타내고 있고, 이 현상은 치환율 90 %에서 더욱 두드러지게 나타나고 있다. 평온 양생온도 조건인 20 °C 조건의 경우, (a)의 치환율 50 %의 경우 모든 시험체가 재령1일, 3일에서 OPC와 O7-F1.5-F1.5보다 낮은 강도발현을 나타내고 있지만, 재령7일과 28일에서는 O5-F3-F2를 제외한 O5-F1-F4, O5-F2-F3는 OPC 및 O7-F1.5-F1.5와 비슷한 양상의 강도를 나타내고 있다. 그러나 치환율 60 ~90 % 까지는 모든 시험체가 모든 재령에서 OPC 및 O7-F1.5-F1.5 보다 낮은 강도의 경향을 나타내고 있고, 이는 기존의 연구에서 나타낸 것과 같이 치환율이 증가할수록 두드러지는 경향을 나타내고 있다(Kuder et al. 2012).

이러한 양생 온도 조건에 따른 강도 발현 특성을 보면, 저온 및 평온 조건 모두 FA 및 BFS를 50 % 이상 대량 치환한 대부분의 시험체에서 재령 초기에 강도발현이 저조한 양상을 보이고 있고, 이는 저온 조건 및 FA 및 BFS의 치환율이 증가할수록 두드러지는 경향으로 보아, 앞서 서술한 바와 같이 혼화재의 치환율이 증가할수록 포졸란 반응에 의해 콘크리트의 수화반응 및 공극 구조에 영향을 미친 결과로 볼 수 있다. 이러한 결과를 토대로, 시멘트를 대체하여 FA 및 BFS를 50 % 이상 대량 치환하여 콘크리트를 제조 및 사용 시 강도 발현에 각별히 주의 및 조치를 요하며, 특히 저온 환경에서는 강도 발현을 위한 조치를 취하여 거푸집 탈형 강도를 확보할 필요가 있다.

또한 모든 온도 조건의 모든 시험체의 같은 치환율에서도 FA를 30 % 치환한 시험체가 낮은 강도를 나타내는 것으로 보아, 기존연구에서 나타낸 것과 같이 FA를 30 % 이상 치환하는 것은 강도에 악영향으로 미치는 것으로 확인되었다. 이와 같이, 보통 포틀랜드 시멘트를 대체하여 FA 및 BFS를 50 % 이상 대량 치환한 결합재를 사용한 삼성분계 콘크리트를 적용시에는 재령 초기의 강도 발현에 주의 및 조치를 취해야 하고, 이는 저온 조건에서 더욱 철저하게 이루어져야 한다. 이와 같은 FA 및 BFS를 대량 치환한 삼성분계 콘크리트의 강도발현 메커니즘을 정확히 파악하기 위해서는, 향후 강도발현과 수화반응, 공극 구조와의 상관관계에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.

3.3.2 탄성계수

Figs. 4 및 5에 나타낸 것과 같이 탄성계수의 경시변화는 온도조건에 상관없이 압축강도와 유사한 양상을 나타내고 있다. 재령 28일 시점에서의 탄성계수를 보면, 양생온도 5 °C 조건의 경우는 혼화재의 치환율 90 %에서 50 ~90 %까지의 탄성계수는 큰 차이를 보이지 않는 비슷한 수준의 결과를 나타내고 있고, 양생온도 20 °C 조건에서는 치환율이 증가할수록 탄성계수가 점차적으로 낮아지는 결과를 보이고 있다. 이러한 결과는 압축강도 발현과 동일하게, 재령28일까지 양생온도 20 °C 조건에서는 혼화재의 치환율 증가가 콘크리트 경화체의 수화반응 및 공극구조에 미치는 영향이 크게 나타나고, 양생온도 5 °C 조건에서는 혼화재의 50 ~90 % 사이의 치환율이 재령28일까지는 저온의 영향으로 혼화재의 치환율 증가가 콘크리트 경화체의 수화반응 및 공극구조에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 보이지만, 향후 추가 검토를 통한 확인이 필요할 것으로 판단된다.

Fig. 4

Elastic modulus properties of hardened concrete according to replacement ratio of mineral admixture under 5 °C temperature condition (RR= Replacement Ratio)

Fig. 5

Elastic modulus properties of hardened concrete according to replacement ratio of mineral admixture under 20 °C temperature condition (RR= Replacement Ratio)

3.4 탄산화

Fig. 6은 FA 및 BFS의 치환율에 따른 삼성분계 콘크리트의 재령 1주차, 8주차의 탄산화 깊이를 나타낸 것이다. 결과를 보면, FA 및 BFS의 치환율이 증가할수록 중성화 침투 깊이가 증가하는 것을 확인할 수 있고, 또한, FA 및 BFS을 50 % 이상 대량 치환한 삼성분계 콘크리트에서는 같은 치환율내에서도 FA의 치환율이 높을수록 중성화 침투 깊이가 증가하는 경향을 나타내고 있다.

Fig. 6

Carbonation depth with accelerated periods

FA 및 BFS 등의 혼화재를 첨가한 콘크리트는 일반적으로 OPC만 사용한 콘크리트에 비해 탄산화가 다소 빠르게 진행하는 것으로 알려져 있는데, 이는 혼화재의 치환율이 증가할수록 단위시멘트량이 감소하여 시멘트의 수화반응 과정에서 생성되는 Ca(OH)₂의 양이 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 기존연구에서는, BFS의 경우 수화반응시 Ca(OH)₂을 소비한다는 내용을 화학반응식을 통해 규명하였는데, 이는 BFS를 첨가한 콘크리트의 중성화를 촉진하는 원인중의 하나일 것으로 판단된다(Richardson 2004; Ryu et al. 2012). 또한 중성화 메커니즘을 고려해 보면 외부에서 콘크리트에 침투한 CO₂는 세공내의 Ca(OH)₂과 반응하여 CaCO₃을 생성하고 장기적으로는 C-S-H로부터 Ca를 공급받아 세공용액의 pH를 유지하는데, BFS를 사용한 콘크리트의 C-S-H는 OPC만 사용한 콘크리트의 Ca/Si비 1.7~2.0에 비해 Ca/Si비가 약1.0으로 세공용액중의 pH 유지 능력이 떨어지기 때문에 콘크리트 표면부터 탄산화가 촉진된다는 보고도 있다(Bakhareva et al. 2001).

BFS를 치환한 콘크리트와 동일하게 FA를 치환한 콘크리트도 FA 치환율이 증가할수록 Ca양의 감소와 함께 포졸란 반응에 의해 Ca(OH)₂의 소비가 복합적으로 일어나서 탄산화를 촉진한다고 판단할 수 있고, 이러한 경향은 FA 치환율이 증가할수록 pH 유지 능력이 저하된다고 보고하고 있는 기존의 연구를 통해서도 확인할 수 있다(Liua et al. 2016).

따라서 FA와 BFS를 함께 첨가하는 삼성분계 콘크리트는 재령초기부터 FA 및 BFS에 의한 복합적인 작용에 의해 탄산화가 촉진되는 경향을 나타내고 있고, 이러한 경향은 FA 및 BFS을 대량 치환한 콘크리트 및 FA의 치환율이 높은 삼성분계 콘크리트에서 두드러지게 나타나고 있다. 이와 같이 FA 및 BFS을 대량 치환한 삼성분계 콘크리트의 탄산화 촉진되는 현상을 좀 더 명확히 규명하기 위해서는, 향후 다양한 W/B비 관점에서도 검토가 필요할 것으로 판단된다.

4. 결    론

본 연구에서는 FA 및 BFS을 대량 치환한 삼성분계 콘크리트의 치환율에 따른 콘크리트의 물리적 특성 및 탄산화 저항성에 대해서 실험적 분석을 실시하였고, FA 및 BFS의 대량 치환이 콘크리트의 물리적 특성 및 탄산화 저항성에 미치는 영향에 대해서 다음과 같이 고찰하였다.

1)삼성분계 콘크리트는 치환율에 상관없이 공기량은 OPC보다 적지만 슬럼프에서는 OPC와 비슷한 양상을 보이는 것을 실험을 통해 확인 하였다. OPC보다 적은 공기량은, AE제가 BFS 및 FA에 흡착되어 성능이 제대로 발휘되지 못해 나타난 결과라고 판단된다. 또한, OPC와 비슷한 수준의 슬럼프는, OPC에 비해 고성능감수제(SP제)의 흡착이 적은 BFS의 영향으로, OPC보다 BFS를 첨가한 삼성분계 콘크리트에서 효과적으로 발휘된 고성능감수제(SP제)의 영향과 FA의 볼베어링 효과가 복합적으로 나타난 결과로 판단된다.

2)BFS 및 FA를 치환한 모든 삼성분계 콘크리트의 응결시간은 OPC만 사용한 콘크리트보다 지연되는 현상을 나타냈고, 이러한 현상은 BFS 및 FA를 50 %이상 대량 치환한 삼성분계 콘크리트에서 두드러지게 나타났다. 따라서, BFS 및 FA를 50 % 이상 대량 치환할 경우에는 재령초기 응결 지연에 따른 강도발현 저하에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.

3)BFS 및 FA를 50 ~ 90% 대량 치환한 삼성분계 콘크리트의 압축강도 및 탄성계수는 온도조건에 상관없이 OPC만 사용한 콘크리트보다 낮은 경향을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 혼화재의 치환율이 증가할수록 수화반응보다는 FA 및 BFS의 포졸란 반응이 좀 더 지배적인 역할을 해서, 골재와 시멘트 페이스트의 계면에 다공질로 결합력이 약한 천이대(Interfacial Transition Zone)의 조직 및 공극 구조가 OPC만 사용한 콘크리트와는 다른 형태를 나타내거나, 치밀하지 못해서 콘크리트 제조시 천이대에서 시멘트 페이스트와 골재의 부착강도를 저하시켜 압축강도가 낮아진 결과라고 판단된다.

4)BFS 및 FA의 치환율이 증가할수록 삼성분계 콘크리트의 탄산화가 촉진되는 것을 확인하였고, 이러한 경향은 BFS 및 FA의 치환율 증가와 함께 Ca(OH)₂의 소비와 Ca양의 감소가 복합적으로 일어나서, pH 유지 능력이 저하된 결과라고 판단된다.