2.1.1 결합재 및 골재

본 연구에서 사용된 결합재는 밀도 3.15 g/cm³의 국내A사 보통포틀랜드시멘트(이하, OPC로 약함), 밀도 2.30 g/cm³의 플라이애시(이하, FA로 약함) 및 밀도 2.80 g/cm³의 고로슬래 그 미분말(이하, GGBFS으로 약함)을 사용하였으며, 잔골재 의 경우 밀도 2.56 g/cm³의 강사(이하 S로 약함)를 사용하였 다. 굵은 골재는 최대치수 25 mm인 밀도 2.64 g/cm³의 부순골 재를 사용하였다.

Table 1은 실험에 사용된 결합재의 화학적 성분 및 물리적 특성을 나타낸 것이며, Table 2는 골재의 물리적 특성을 나타 낸 것이다.

2.1.2 화학 혼화제

본 연구에서 사용된 화학 혼화제는 국내 H사의 폴리카본산 계 기반 고성능 감수제(이하 SP로 약함)를 사용하였으며, 감 수제의 성능에 따른 검토를 위하여 감수 성능을 달리한 두가 지 수준(고형분 13% 및 20%, 이하, SP_1 및 SP_2로 약함)의 적합한 SP를 제조하였다. 또한 공기량 조절을 위하여 동일사 에서 제조된 양질의 공기연행제(이하, AE제로 약함)를 사용 하였다. Table 3은 사용된 화학 혼화제의 물리적 특성 및 고형 분량을 나타낸 것이다.

2.2.1 실험변수 및 배합설계

본연구에서는 화학 혼화제의 성능이 콘크리트의 품질특성 에 미치는 영향을 평가하기 위하여 3수준의 물–결합비(이하, W/B로 약함, 40%, 45% 및 50%)에 대하여 SP의 성능 3수준 (0%, 8% 및 16%)을 적용하였으며, 혼화제의 영향까지 함께 고려하기 위하여 혼화제 혼합률 3수준(Non, FA 20%, GGBFS 50%)을 적용한 총 18수준의 콘크리트를 제조하였다. 또한 모 든 배합은 공기연행 콘크리트를 대상으로 평가를 수행하였 다. 콘크리트 배합설계의 기본 조건 및 기준은 ASTM C 494의 배합조건을 근거로 하였으며, 이에 따라 결정된 단위수량(이 하 W로 약함)과 굵은 골재량에 각각의 W/B를 적용하여 배합 을 결정하였다. 또한 W/B에 따른 배합은 물량 일정설과 공극 설을 근거로 단위수량과 굵은 골재량을 고정하였다.⁹⁾

Table 4는 화학 혼화제의 성능에 따른 적용방법을 나타 낸 것으로 최종 사용 콘크리트 배합의 경우 일반적으로 공기연행 콘크리트이므로 공기연행제에 의한 감수율(이하, WRR로 약 함)은 감안하지 않는 것이 타당한 것으로 판단되었기 때문에 감수제를 적용하지 않은 0% 콘크리트 배합의 경우 AE제 만을 사용하였으며, 이를 기준으로 하여 각 8%, 16%의 감수할 수 있는 SP_1 및 SP_2를 적용한 콘크리트 배합을 제조하였다. Table 5는 실험에 사용 된 콘크리트 배합표를 나타낸 것이다.

2.3.1 슬럼프 및 공기량

본 연구에서 제조된 모든 콘크리트 배합의 목표 슬럼프 및 공기량은 180±25 mm 및 4.5±1.5% 를 대상으로 하였으며, KS F 2402 및 KS F 2421에 준하여 실시하였다.

2.3.2 압축강도

화학 혼화제의 성능에 따른 압축강도를 평가하기 위하여 KS F 2405에 준하여 평가를 수행하였으며, 시험용 공시체는 Ø100×200 mm 원주형 몰드를 성형하여 24시간 경과 후 탈형 한 다음 소정의 재령일까지 20±3°C의 수조에 침지하여 양생 을 실시하였다. 또한 실험의 신뢰성 확보를 위하여 동일 수준 의 배합을 3회 반복 실시하였다. 그러나, 본 논문에서는 혼화 재의 각각의 특성에 대한 영향, 즉, 조기강도 저감 등 이에 대 해서는 배제하고 재령 28일 압축강도를 기준으로 분석을 수 행하였다.

2.3.3 탄산화 저항성

콘크리트의 내구성에 영향을 미치는 영향은 다양하지만 본 연구에서는 열화인자 중에서 대표적으로 탄산화 저항성에 대 하여 평가를 수행하였다. 탄산화 저항성 시험은 KS F 2584에 준하여 콘크리트 시편의 탄산화를 촉진하여 탄산화 깊이를 측정하였다.

3.2.1 W/B에 따른 압축강도

Fig. 1, Fig. 2 및 Fig. 3은 일반 콘크리트와 FA 및 GGBFS를 사용한 2성분계 콘크리트의 W/B에 따른 재령 28일 압축강도 의 관계를 나타낸 것이다. Fig. 1의 결과 감수율이 적용되지 않 은 WRR 0%에 대한 OPC만을 사용한 일반 콘크리트 및 FA를 사용한 2성분계 콘크리트의 W/B 40%, 45%, 50%의 압축강도 는 38 MPa, 37 MPa, 34 MPa 및 33 MPa, 30 MPa, 28 MPa로 FA를 사용한 2성분계 콘크리트와 비교하여 약 1~4%감소, W/B 5% 증가에 따라 약 11% 감소하는 경향이 나타났으며, GGBFS의 경우 37 MPa, 30 MPa, 32 MPa로 GGBFS를 사용한 2성분계 콘크리트의 압축강도는 OPC만을 사용한 일반 콘크 리트와 비교하여 약 4~11% 증가, W/B 5% 증가에 따라 약 10% 감소하는 경향이 나타났다. 또한, Fig. 2 및 Fig. 3의 결과 의 경우에도 감수율 8% 및 감수율 16%가 적용된 배합의 압축 강도는 Fig. 1의 결과와 동일한 수준으로 W/B 증가에 따라 압 축강도가 감소하는 종래의 W/C이론에 부합되는 결과인 것으 로 판단된다.¹⁰⁾

Fig. 1.

Compressive strength according to W/B(Water Reducing ratio 0%, Non)

Fig. 2.

Compressive strength according to W/B(Water Reducing ratio 8%, SP_1)

Fig. 3.

Compressive strength according to W/B(Water Reducing ratio 16%, SP_2)

3.2.2 화학 혼화제 성능에 따른 압축강도

Fig. 4, Fig 5 및 Fig. 6은 OPC만을 사용한 일반 콘크리트와 FA 및 GGFBS를 사용한 2성분계 콘크리트의 화학 혼화제의 성능에 따른 압축강도를 나타낸 것이다. Fig. 4의 결과 W/B 40%에 대하여 각각의 감수 성능이 다른 감수제가 적용된 OPC와 FA 및 GGBFS를 사용한 2성분계 콘크리트의 WRR 0% WRR 8% 및 WRR 16%의 압축강도는 38 MPa, 37 MPa, 44 MPa 과 42 MPa, 49 MPa, 47 MPa 및 46 MPa, 49 MPa, 51 MPa로 각각의 배합은 WRR 0%를 기준으로 WRR 8% 증가에 따라 약 10~15% 증가하는 경향이 나타났으며, Fig. 5 및 Fig. 6 의 결과에서도 동일한 경향으로 나타났다. 본 연구 결과를 종 합하면 WRR 0%의 배합의 WRR 16%를 적용할 경우 압축강 도는 약 20% 이상 차이가 나타나며, 혼화재 사용에 따라 그 차 이는 상이하게 된다. 이러한 결과는 일반 콘크리트와 동일한 결과로 동일한 W/B 및 재료를 사용한 배합인 경우라도 WRR 의 정도에 따라 약 20% 이상의 압축강도 차이가 나타나게 되 어 기존 W/C 이론과는 상충되며, 설계기준과는 과도한 배합 설계의 결과가 초래되므로 감수율에 대한 고려는 필요한 것 으로 판단된다.⁴⁾

Fig. 4.

Compressive strength according to chemical admixture(W/B 40%)

Fig. 5.

Compressive strength according to chemical admixture(W/B 45%)

Fig. 6.

Compressive strength according to chemical admixture(W/B 50%)

3.2.3 실험 데이터의 신뢰성 검증

본 연구결과의 신뢰성 확보를 위한 연구결과의 신뢰성 확 보를 위하여 동일 수준의 배합을 반복 실시한 결과에 대하여 통계분석을 실시하였으며, W/B 및 감수율에 따른 압축강도 측정결과를 분산분석을 수행하여 유의수준(P)을 검증하였다.

Fig. 7 및 Fig. 8은 분석에 사용된 OPC, FA 및 GGBFS 를 사 용한 일반 콘크리트와 2성분계 콘크리트의 재령 28일 압축강 도의 정규 확률도를 나타낸 것으로 분석 데이터가 정규분포 를 이루는 것을 확인 할 수 있으며, 결정계수 0.99 이상으로 타 나났다. Table 6은 각각의 인자들이 압축강도에 미치는 영향 을 분석한 것으로 W/B 및 감수율에 대한 재령 28일 압축강도 의 2원 분산분석을 실시한 결과를 나타낸 것이다. Table 6의 결과 W/B(A)와 감수율(B) 에 따른 재렬 28일 압축강도의 유 의수준이 모두 0.000으로 P < 0.05 수준에 매우 유의한 것으로 분석되어 W/B 및 화학 혼화제에 따른 감수율이 압축강도에 영향을 미치는 것은 분명한 것으로 나타났다.

Fig. 7.

Regular probability of test result(OPC, FA20)

Fig. 8.

Regular probability of test result(OPC, GGBFS50)

Fig. 9는 W/B 및 감수율이 각각 압축강도에 미치는 영향에 대한 주효과도를 나타낸 것으로 화학 혼화제의 감수성능에 따른 영향의 경우에도 W/B에 의한 영향과 동등한 수준으로 크게 영향을 미치고 있는 것으로 나타나기 때문에 감수성능 에 의한 압축강도 변화는 무시할 수 없는 것으로 판단되며, 배 합설계시 이를 함께 고려하여 반영하는 것이 정확한 강도예 측, 품질관리 및 경제적인 배합설계를 위하여 필요할 것으로 판단된다.

Fig. 9.

Main effect curves of test results(Total)

3.3.1 압축강도와 내구성과의 관계

콘크리트의 압축강도와 내구성은 환경적 특이 조건을 배제 할 경우 선형 비례관계에 놓여있다. 압축강도가 클 경우에는 내부 공극이 치밀해지는 것이기 때문에 이에 따른 내구성도 향상되는 것이 일반적이다.¹¹⁾ 따라서 본 논문에서는 검토의 일환으로 다양한 조건에서의 열화인자 중 탄산화 저항성 평 가를 수행하였다. Fig. 10은 OPC, FA 및 GGBFS를 사용한 2 성분계 콘크리트의 WRR과 탄산화 깊이의 관계를 나타낸 것 이다. Fig. 10의 결과 W/B 45%에 대하여 각각의 화학 혼화제 의 성능이 적용된 WRR 0%, WRR 8% 및 WRR 16%의 26주 경과 탄산화 깊이는 FA를 사용한 2성분계 콘크리트의 경우 WRR 8% 증가에 따라 약 2.5% 감소하며, GGBFS를 사용한 2 성분계 콘크리트의 경우 약 5.7% 감소하는 것으로 나타났다.

Fig. 10.

Carbonation depth according to water reducing ratio of chemical admixture

이러한 결과는 앞절에서 언급한 바와 같이 일정한 슬럼프 및 공기량의 범위 내에서 동일한 W/B를 가지는 경우 WRR의 수준에 따라 시멘트 효율 및 압축강도의 증가로 내부구조가 치밀해진 것에 기인한 것으로 판단되며, 각 혼화재에 특성에 따라 실험결과가 나타난 것으로 판단된다 따라서 최근 적용 되는 대부분의 콘크리트 배합에는 화학 혼화제가 사용되기 때문에 특히, 감수제의 경우 동일한 W/B, 슬럼프 및 공기량을 확보하더라도 감수제의 고형분 또는 사용량에 따라 감수성능 이 달라지게 되므로 이에 대하여 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다.