2.5.1 동결융해시험

급속 동결융해시험은 KS F 2456에 준하여 수행하였고, 76 mm × 76 mm × 356 mm의 각주형 공시체를 제작하였 다. 탈형 후 온도 20±1°C의 조건에서 재령 14일간 수중양생 후 시험을 실시하였다. 측정 cycle은 공시체의 중심 온도가 4°C에서 -18°C로 떨어지고, -18°C에서 4°C로 상승한 것을 1 cycle로 하여 300 cycle까지 동결융해를 반복하였으며 30 cycle마다 공시체의 상대 동탄성계수와 질량감소율을 측정하 였다.

2.5.2 촉진 탄산화 시험

촉진 탄산화 시험은 KS F 2584 콘크리트의 촉진 탄산화 시험 방법에 준하여 수행하였으며 100 mm × 100 mm × 400 mm의 각주형 공시체를 각 배합별로 3개씩 제작하였다. 몰 드 탈형 후 온도 20±1°C의 수중에서 28일간 양생 후 온도 20±1°C, 상대습도 60±1°C의 항온 항습기에 재령 8주까지 정치하였으며 공시체의 타설면, 저면, 양단면을 에폭시로 도 포하였다. 실험조건은 온도 20°C, 상대습도 60%로 설정하였 고, 시험 후 탄산화 깊이의 측정은 1% 페놀프탈레인 용액을 분무하여 촉진 개시부터 7, 28, 56일에 3개의 공시체에 대하 여 6면 30개소의 평균 탄산화 깊이를 측정하였다.

3.1.1 슬럼프 및 공기량

OPC와 LC로 제조한 각각의 콘크리트의 슬럼프 경시변화 는 Fig. 2에 나타낸 바와 같다. 초기 슬럼프 측정결과 OPC 를 사용한 콘크리트의 슬럼프가 가장 크게 측정되었지만 LC 를 사용한 콘크리트가 OPC 콘크리트의 약 92%~96% 수준 의 슬럼프를 나타내어 슬럼프 저하는 미미한 것으로 나타났 다. 대부분 목표 오차범위 ±20 mm를 만족하므로 시멘트 종 류에 관계없이 동등수준의 슬럼프를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 분말도가 높은 석회석 입자의 사용 은 다량의 추가 단위수량이 필요로 하지 않기 때문이다 (^{Bonavetti et al., 1996}; ^{Bonavetti et al., 2000}). Fig. 3에 콘 크리트 배합의 시간경과에 따른 슬럼프 손실 속도를 나타내 었다. 각 시간에 해당되는 슬럼프를 초기 슬럼프로 나누어 무차원화 하였다 (^{Sim et al., 2010}). 모든 배합은 시간의 경 과에 따라 슬럼프는 감소하는 경향을 나타내었는데 타설 후 30분까지 거의 선형적으로 급하게 감소하였지만 30분에서 60분까지는 슬럼프 감소 기울기가 완만하였다. Fig. 4는 시 간의 경과에 따른 공기량 측정 결과를 나타내고 있다. 모든 콘크리트의 초기 공기량은 목표 공기량 4.5±1.5%를 만족하 는 것으로 나타났으나 시간의 경과에 따라 석회석 혼입률이 증가할수록 공기량 감소율이 증가되었다. OPC의 경우 60분 후 6.7% 감소율을 나타낸 것에 비해 석회석을 혼입한 배합 은 10.9%~16.7% 정도의 감소율을 보였다.

Fig. 2.

Slump variation of concrete against elapsed time

Fig. 3.

Relative slump loss of concrete against elapsed time

Fig. 4.

Air content variation of concrete against elapsed time

3.1.2 응결시간

응결시간 경과에 따른 관입저항과의 관계곡선을 Fig. 5에 나타내었다. 단위 시멘트량이 가장 많은 OPC 배합이 초결 (3.5 MPa) 및 종결 (28 MPa)에 도달하는 시간이 약 610분 과 840분으로 가장 짧게 나타났으며, LC의 경우 석회석의 혼입률이 증가할수록 응결시간이 지연되었다. 석회석 미분말 의 혼입량이 증가할수록 초결시간 및 종결시간이 지연되는 것으로 평가되었다. 특히 LC-35 배합에서 초결이 최대 24.7%, 종결시간이 최대 21.5% 지연되었다. 이러한 결과는 석회석 혼입률 증가에 따른 수화반응에 기여하는 단위 시멘트량 감 소가 가장 큰 원인이며, 기존연구에서도 이러한 원인이 응결 시간 지연의 가장 큰 원인이라 보고하고 있다 (^{Heikal et al., 2000}).

Fig. 5.

Relation curve between penetration resistance and elapsed time

3.1.3 블리딩

타설후 시간의 경과에 따른 콘크리트 배합의 블리딩으로 측정된 물의 양을 Fig. 6에 단위 표면적의 총 누적 블리딩량 을 Fig. 7에 나타내었다. OPC 배합의 경우 240분까지 블리 딩으로 발생되는 물의 양이 증가하다가 300분부터 급속히 저하되는 경향을 나타내었고, 420분에 블리딩 측정 시험을 종료하였다. 석회석 혼입 콘크리트의 경우 OPC 배합에 비해 240분까지 발생되는 물의 양이 적었지만 300분부터 시험 종 료시까지는 더 많은 물의 양이 발생되는 것을 확인할 수 있 다. 타설후 약 180분 정도에서 모든 콘크리트 배합에서 블리 딩으로 발생되는 물의 양이 가장 크게 큰 것으로 나타났으 며, 그 후 감소되는 경향을 보이고 있다.

Fig. 6.

Weight variation of water against elapsed time

Fig. 7.

Bleeding variation of concrete against elapsed time

석회석 혼합 콘크리트 배합에서는 석회석 혼입이 증가할 수록 블리딩이 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 굳 지 않은 콘크리트에서 일반적으로 약 10~20%의 잉여수가 발생되는데 (^{Jeon et al., 2013}) OPC를 석회석으로 대체함으 로써 수화에 요구되는 배합수량이 감소되어 잉여수 발생이 더욱 높아졌기 때문으로 판단된다. 그러나 석회석의 혼입은 OPC만을 사용한 배합에 비해 총 블리딩을 약 8%~21%까지 저감시킬 수 있어 블리딩 제어에 효과적인 것으로 판단된다. 이러한 결과는 비표면적이 OPC 보다 큰 LC를 사용함으로 써 공극의 모세관 현상으로 콘크리트 내부 물의 이동을 방해 한 결과로 판단된다 (^{Bonavetti et al., 2000}).

3.2.1 압축강도 및 휨강도

OPC 배합 및 LC를 이용하여 제조한 콘크리트의 강도평 가를 수행하였다. 실험결과를 Table 5에 정리하였고, OPC 배합을 기준으로 각 재령에 따른 LC 혼합 콘크리트의 상대 강도 변화비 Fig. 8에 나타내었다. 모든 배합은 재령 28일의 목표 설계기준 압축강도 24 MPa를 상회하는 것으로 나타났 다. LC-10과 LC-15 배합의 경우 3일, 7일의 초기 압축강도 의 증가율은 OPC 배합에 비해 큰 경향을 나타내었지만 28 일 및 56일에서는 비슷한 수준으로 평가되어 초기강도 증진 에는 효과가 있지만 28일 이후의 재령의 강도증가 효과는 OPC 배합과 동등수준으로 평가되었다. 이러한 결과는 석회 석의 혼입으로 시멘트 구성광물 중 알라이트 수화반응을 촉 진시켜 초기강도 증진에 기여했기 때문이다 (^{Lee et al., 1999}; ^{Oh et al., 2002}). 한편, LC-25와 LC-35 배합의 경우 대부분 의 재령에서 OPC 배합의 압축강도 보다 낮게 측정되었고 재령에 따른 강도 증가율도 낮게 평가되었다. 강도 증가율이 가장 낮은 LC-35 배합의 경우 재령 3일, 7일, 28일 및 56일 에 76%, 90%, 80% 및 84% 수준을 나타내고 있다. OPC를 대체하여 사용하는 석회석이 증가할수록 강도저하가 뚜렷이 발생되는 기존의 연구들과 유사한 결과를 얻을 수 있는데 이 는 클링커 감소가 원인이다 (^{Ramezanianpour et al., 2013}; ^{De Weerdt et al., 2011}). 휨강도 역시 압축강도와 유사한 경 향을 나타내었다.

Fig. 8.

Relative strength ratio compared to OPC concrete

3.2.2 급속 동결융해

동결융해 cycle이 반복됨에 따라 모든 배합의 상대동탄성 계수는 감소하는 경향을 나타내었다 (Fig. 9). 시험종료 300 cycle에서 OPC 배합의 상대동탄성계수는 약 83%를 나타내 었고 LC-10, LC-15, LC-25, LC-35 배합은 OPC 배합 대비 84%, 81%, 72%, 68% 수준으로 평가되었다. 또한 질량감소 율은 모든 배합에서 급속하게 저하되는 경향을 나타내지 않 았지만 석회석 혼입률이 증가할수록 질량감소율이 증가하는 것으로 나타났고 4.2%~13.2% 범위의 질량감소율을 보였다 (Fig. 10). 대체로 석회석 혼입률이 증가할수록 동결융해 저 항에 대하여 불리한 경향을 나타내었는데 이러한 결과는 강 도저하가 가장 큰 원인이다. LC-10 및 LC-15 배합의 경우 OPC와 유사한 수준으로 동결융해 저항성능을 확보할 수 있 는 것으로 나타났지만, 상대적으로 강도가 낮은 LC-25, LC-35 배합은 약 13%, 18% 저하된 상대동탄성계수값을 나타내어 혼입율 25%와 35%의 LC를 사용할 경우 동결융해 개선을 위한 배합설계가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

Fig. 9.

Relative dynamic modulus of elasticity of concrete

Fig. 10.

Relative weight reduction rate of concrete

3.2.3 촉진 탄산화

재령에 따른 촉진 탄산화 침투깊이를 Photo 2에 나타내었 다. Table 6에 나타낸 바와 같이 OPC를 사용한 배합이 모든 재령에서 탄산화 침투깊이가 가장 작게 나타났고 석회석 혼 입률의 증가에 따라 침투깊이가 증가되었다. LC-10~LC-35 배합은 2.9배에서 8.6배까지 증가하였는데 강도가 낮은 배합 의 경우 탄산화 영향이 더욱 큰 것으로 나타났다. 이러한 원 인은 석회석 혼입량 증가에 따른 사용 OPC 저감으로 수화 시 수산화칼슘 생성량이 감소되었기 때문이다.

또한 석회석 함량과 가스 투과성 및 압축강도와의 관계를 고찰한 기존연구 (^{Tsivilisa et al., 2003})에 따르면 혼입량이 증가할수록 즉, 강도가 저하될수록 가스 투과성 저항성이 감 소되었다. 따라서 석회석 혼입이 증가할수록 탄산화가 일어 날 수 있는 유리한 조건이 발생하게 된다. 재령 56일에 OPC 배합이 1.2 mm인 것에 비해 석회석의 경우 포졸란 반응, 잠 재수경성 반응 등에 의한 장기적인 강도증가를 확보할 수 없 기 때문에 석회석 혼입률 및 재령이 증가할수록 탄산화에 대 한 영향이 큰 것으로 판단된다. 따라서 장기적인 탄산화 저 항성 향상을 위해 고로슬래그 등의 혼화재료를 적용하여 장 기강도 증진을 위한 배합설계가 함께 수행되어야 할 것으로 보인다.

이상의 연구에서 LC를 사용한 굳지 않은 및 굳은 콘크리 트의 기초물성을 기준 OPC 콘크리트와 비교 평가하였다. 혼 입률 10%, 15%의 LC를 사용한 콘크리트는 기준 콘크리트 에 비해 크게 저하되지 않고 동등수준의 특성을 나타내므로 OPC 사용량의 15%까지 사용하는 것이 바람직할 것으로 판 단된다. 한편, 석회석 혼입률이 25%, 35%로 증가할 경우 유 동성은 크게 저하되지 않았다. 그러나 이를 제외한 강도, 내 구성 등의 평가항목에서 기준 콘크리트에 비해 저하되는 것 으로 나타나 OPC 시멘트를 단기간에 대체하기에는 어려움 이 있을 것으로 판단된다. 추후 저강도 시멘트와의 비교연구 를 통해 LC의 적용가능성을 평가하는 것이 바람직 할 것으 로 사료된다. 본 연구의 강도시험 및 내구성시험 결과는 장 기강도 측면에서 LC의 사용이 기준 OPC 배합에 비해 불리 한 것으로 평가되어 혼화재료 사용 등을 통해 장기강도 및 내구특성을 향상시킬 수 있는 배합설계에 대한 추가적인 연 구가 필요하다.