3.1.1. FA 콘크리트의 역학적 특성

FA 혼입 콘크리트의 강도시험 결과는 Fig. 1과 같다. 그림 으로부터 FA를 혼입한 콘크리트는 OPC 대비 전체적으로 낮은 강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이러한 경향은 FA 의 치환율이 증가할수록 강도가 감소되는 것으로 파악되었 는데 이는 치환율의 증가에 따른 시멘트의 중량 감소가 크게 영향을 미친 것으로 판단된다.

Fig. 1.

Compressive strength test result of FA

또한, FA의 분말도 및 치환율 차이에 따른 결과에서는 FA4000 및 5000을 각각 30% 치환한 FA4-30 및 FA5-30의 경우는 OPC 대비 동등 이하의 강도를 나타내는 것으로 파 악되었으나, 50% 이상 치환한 콘크리트는 OPC 대비 강도가 저하되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 FA 콘크리트 의 경우 50% 이상의 혼입에서는 강도 저하에 대한 적절한 조치가 필요한 것으로 나타났다.

한편, 그림으로부터 28일에서 91일까지의 강도증가율은 OPC가 4.61MPa로 약 13% 정도의 증가율을 나타내는 것으 로 파악되었다. 이와 비교하여 FA 콘크리트의 경우 FA4000 및 5000을 각각 30% 혼입한 FA4-30 및 FA5-30은 5.58 및 5.94MPa로 각각 약 17 및 18% 정도의 강도증가율을 나타 내는 것으로 파악되어 FA의 혼입에 따른 장기강도 개선 효 과가 확인되었다. 하지만, FA를 50% 이상 혼입한 콘크리트 는 OPC 대비 동등 이하의 강도증가율을 나타내어 FA의 다 량 혼입에 따른 장기강도의 개선 효과는 크게 없는 것으로 파악되었다.

3.1.2. BFS 콘크리트의 역학적 특성

BFS 혼입 콘크리트의 강도시험 결과는 Fig. 2와 같다. 그 림으로부터 BFS 혼입 콘크리트에서도 OPC 콘크리트 대비 전체적으로 동등이하의 강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 하지만, BFS 콘크리트의 경우에서는 분말도 및 치환율의 차 이가 강도에 크게 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 먼저, BFS4000 (BS4) 및 6000 (BS6)의 경우는 OPC 대비 낮은 강도를 나타내는 것으로 파악되었으나, 분말도가 높은 BFS8000 (BS8)의 경우는 OPC 대비 동등이상의 강도를 나타내는 것 으로 파악되었다. 이러한 경향은 고미분말의 BFS 혼입에 따 른 마이크로 필라 효과 (Micro Filler Effect)가 강도 증가에 크게 영향을 미친 것으로 판단된다. 즉, 고미분말의 콘크리 트 혼입에 따른 마이크로 입자 크기의 BFS 분말이 시멘트 입자 사이의 공극을 충전함으로써 콘크리트 내부조직이 아 주 밀실한 형태로 구성되어 콘크리트의 강도 증가에 크게 영 향을 미친 것으로 추측된다.

Fig. 2.

Compressive strength test result of BFS

한편, OPC 및 BFS의 강도증가율에서는 OPC의 경우 28 일에서 91일까지의 강도증가율은 4.61MPa로 약 13% 정도 증가하는 것으로 파악되었다. 이와 비교하여 BFS의 경우는 BS4000, 6000, 8000을 각각 30% 혼입한 것은 3.48, 5.15, 5.14MPa로 각각 11, 16, 14% 정도의 강도증가율을 나타내었 다. 또한, BFS를 각각 50% 혼입한 것은 6.04, 7.06, 5.71MPa 로 각각 20, 22, 16% 정도의 증가율을 나타내어 OPC 대비 평균 30% 이상의 강도증가율을 나타내어 BFS의 다량 혼입 에 따른 장기강도의 개선 효과에 있어 가장 유효한 거동을 나타내는 것으로 확인되었다. 하지만, 70%의 혼입율에서는 OPC 대비 동등 이하의 강도증가율을 나타내어 다량 치환에 따른 장기강도의 개선에는 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

이러한 결과로부터 본 연구의 결과에서는 BFS 콘크리트의 경우 분말도 차이에 상관없이 치환율을 50% 이하의 범위에 서 콘크리트에 혼입하는 것이 장기강도의 개선에 있어 가장 유효한 것으로 확인되었다.

3.2.1. FA 콘크리트의 확산계수

FA 혼입 콘크리트의 염분침투시험 결과는 Fig. 3과 같다. 본 연구에서는 FA의 혼입이 확산계수에 미치는 영향을 파악 하기 위하여 종축에는 확산계수 (×10^-12m²/s)를 횡축에는 OPC 및 FA 콘크리트를 나타내었다.

Fig. 3.

Diffusivity coefficient of FA concrete

그림으로부터 FA 혼입 콘크리트의 확산계수가 무혼입의 OPC 대비 전체적으로 높게 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, FA 4000 및 5000을 50% 이상 치환한 것은 OPC 대 비 확산계수가 높게 나타나는 것으로 파악되어 FA의 다량 혼입에 따른 염분침투 억제 효과는 없는 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과에서는 OPC의 평균 확산계수 (Average)인 17.41 (×10^-12m²/s) 대비 FA4000 및 5000을 각각 30% 혼입 한 콘크리트의 확산계수가 16.64 및 16.24 (×10^-12m²/s)로 각 각 4.8 및 7.3% 정도의 범위에서 확산계수를 억제할 수 있 는 것으로 확인되었다. 한편, FA의 분말도 및 치환율의 차이 가 확산계수의 거동에 미치는 영향은 각각 Fig. 4, 5와 같다.

Fig. 4로부터 FA의 분말도가 높아질수록 확산계수가 감소 되는 경향을 나타내고 있다. 이러한 결과로부터 FA의 경우 분말도가 높은 고미분말의 혼입이 염화물이온의 억제에 있 어 보다 효과가 있는 것을 알 수 있다. 하지만, FA4000 및 5000의 확산계수 차이는 0.40 (×10^-12m²/s) 정도로 거의 동 등한 정도의 염분침투 억제 효과를 나타내는 것으로 확인되 었다.

Fig. 4.

Effect of FA specific surface area on diffusivity coefficient

이러한 경향은 FA4000 및 5000의 분말도 차이가 영향을 미친 것으로서 약 1,000 (cm²/g) 정도의 분말도 차이에서는 FA의 콘크리트 혼입에 따른 내부조직의 밀실화를 통한 염분 침투 억제 효과의 향상에는 크게 영향을 미치지 않은 것으로 추측된다. 이러한 결과로부터 향후 재료, 타설, 양생, 환경 등 여러 실험 인자를 고려한 FA혼입 콘크리트의 보다 폭넓 은 연구가 진행되어 이에 대한 명확한 근거를 제시할 필요가 있을 것으로 판단된다.

한편, Fig. 5로부터 치환율 차이에 따른 확산계수의 결과 에서는 FA4000 및 5000의 경우 치환율이 30% 이하의 범위 에서는 OPC 대비 낮은 확산계수가 파악되어 치환율 증가에 따른 염분침투 억제 효과가 확인되었다. 하지만, FA의 치환 율이 30% 이상의 범위에서는 치환율이 증가할수록 확산계 수도 동시에 증가하는 경향이 나타났다. 먼저, FA4000 및 5000을 각각 50% 혼입한 콘크리트의 확산계수는 18.41 및 18.13 (×10^-12m²/s)으로 OPC 대비 5.8 및 4.2% 정도 확산계 수가 증가하는 것으로 나타났고, 70% 혼입한 것은 각각 21.18 및 21.05 (×10^-12m²/s) 정도로 OPC 대비 확산계수가 평균 21.3% 정도 급격히 증가하는 것으로 파악되었다.

Fig. 5.

Effect of FA substitution ratio on diffusivity coefficient

이러한 경향은 FA의 혼입에 따른 강도 결과 (Fig. 1)가 크 게 영향을 미친 것으로 판단된다. 즉, FA를 30% 치환한 콘 크리트는 OPC 대비 강도의 차이가 크게 없이 거의 동등한 강도를 나타내어 FA 혼입에 의한 콘크리트 내부 치밀화가 외부로부터의 염화물이온의 침투를 억제한 것으로 추측된다. 하지만, FA를 50% 이상 치환한 콘크리트는 OPC 대비 강도 저하로 FA를 30% 치환한 콘크리트와 비교하여 그 내부구조 가 보다 치밀화되지 못한 것이 외부로부터의 염화물이온의 침투를 보다 효과적으로 억제할 수 없었던 것으로 판단된다.

본 연구의 결과에서는 장기내구성 및 염화물 이온의 확산 을 목적으로 FA를 콘크리트에 혼입한 결과 FA의 치환율을 30% 이하의 범위에서 혼입하는 것이 가장 유효한 것으로 확 인되었다.

3.2.2. BFS 콘크리트의 확산계수

BFS 콘크리트의 염분침투시험 결과는 Fig. 6과 같다. 본 연구에서는 BFS의 혼입이 확산계수에 미치는 영향을 파악 하기 위하여 종축에는 확산계수 (×10^-12m²/s)를 횡축에는 OPC 및 BFS 콘크리트를 나타내었다.

그림으로부터 BFS를 혼입한 콘크리트의 확산계수는 무혼 입의 OPC 대비 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다. 이러한 경향은 거의 모든 공시체에서 거의 같은 경향을 나타내는 것 으로 파악되어 BFS의 혼입에 따른 염분침투억제 효과가 본 연구의 실험을 통해 확인되었다.

Fig. 6.

Diffusivity coefficient of BFS concrete

또한, BFS 콘크리트의 경우에서는 분말도 및 치환율의 차 이가 확산계수의 거동에 크게 영향을 미치는 것으로 파악되 었다. 이러한 결과는 본 연구에서 염화물이온의 확산을 목적 으로 BFS를 콘크리트에 혼입한 유효성을 시사하고 있는 것 으로 특히, BFS의 경우 50% 이상 콘크리트에 다량 치환함 으로써 우수한 염분침투 억제 효과를 기대할 수 있을 것으로 확인되었다. 한편, BFS의 분말도 및 치환율의 차이가 확산 계수의 거동에 미치는 영향은 각각 Fig. 7, Fig. 8과 같다.

Fig. 7로부터 BFS의 분말도가 높아질수록 확산계수는 급 격히 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, BFS6000 및 8000을 혼입한 콘크리트의 경우는 무혼입의 OPC 콘크리트의 확산계 수 17.41 (×10^-12m²/s)와 비교하여 7.50 및 5.00 (×10^-12m²/s) 이하로 각각 2.5 및 3.0배 이상 확산계수를 억제할 수 있는 것으로 파악되었다.

Fig. .7

Effect of BFS specific surface area on diffusivity coefficient

이러한 경향은 고미분말의 BFS 혼입에 따른 마이크로 필 라 효과 (Micro Filler Effect)에 의한 콘크리트 내부구조의 치밀화가 외부로부터의 염화물 이온의 침투를 억제시킨 것 으로 판단된다. 이러한 결과로부터 같은 품질의 BFS라 할지 라도 고미분말의 혼입이 콘크리트의 염분침투저항성을 보다 향상시킬 수 있을 것으로 확인되었다.

또한, Fig. 8로부터 BFS의 치환율 차이에 따른 결과에서 는 치환율이 증가할수록 확산계수가 감소하는 것을 알 수 있 다. 특히, 치환율 50% 까지는 확산계수가 거의 직선적으로 감소하는 것으로 파악되어 BFS의 다량 치환에 따른 염분침 투억제 효과가 확인되었다. 하지만, 치환율이 50% 이상의 범위에서는 확산계수를 억제하는 비율이 크게 차이가 없는 것으로 나타나, BFS의 다량 혼입에 따른 염분 침투 억제 효 과는 50% 정도의 범위에서 콘크리트에 혼입하는 것이 가장 적절한 것으로 확인되었다.

Fig. 8.

Effect of BFS substitution ratio on diffusivity coefficient

본 연구의 결과에서는 무혼입의 OPC 콘크리트의 확산계 수인 17.41 (×10^-12m²/s)과 비교하여 BFS4000을 50% 콘크 리트에 혼입하면 확산계수가 9.82 (×10^-12m²/s) 정도로 약 80% 정도의 범위에서 염화물이온의 확산을 억제할 수 있는 것으 로 파악되었다.

또한, BFS6000을 50% 콘크리트에 혼입하면 확산계수가 6.87 (×10^-12m²/s) 정도로 OPC 대비 약 253% 정도의 범위에 서 염화물이온의 확산을 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 나아가 BFS8000의 경우에서는 50% 콘크리트에 혼입할 경 우 확산계수가 5.18 (×10^-12m²/s) 정도로 OPC 대비 약 336% 까지 염화물이온의 확산을 보다 효율적으로 억제할 수 있는 것으로 확인되었다.

이러한 결과로부터 본 연구에서 염화물이온의 확산을 목 적으로 BFS를 콘크리트에 다량 혼입한 유효성이 검증된 것 으로 판단된다. 특히, 본 실험의 결과에서는 거의 모든 공시 체에서 커다란 불균형 없이 거의 동등한 시험 결과를 나타내 는 것으로 파악되어 시험 결과에 대한 신뢰성은 충분히 있는 것으로 판단된다.