2.1. 사용재료 및 배합

건조 및 자기수축 실험을 위하여 OPC 100% 배합, 65% 단 순질량 치환 배합, 그리고 최적배합 등 3수준의 배합을 고려 하였다. 기존의 연구에서 도출된 배합을 이용하여 물-시멘트 비 30%의 OPC 100% 배합을 기준으로 하였다(^{Jaung et al., 2012}). Table 1과 Table 2에서는 OPC 및 GGBFS의 물리적 성 질을 나타내고 있으며, Table 3에서는 사용된 골재의 물리적 성 질을, Table 4에서는 사용된 혼화제의 성질을 나타내고 있다.

3수준의 배합조건에서 잔골재율은 45.0 %로 고정하였으 며, OPC 100에서는 물-시멘트 비 0.3, 단위수량을 165 kg/m³ 으로 설정하였다. 단순치환 배합인 BS 65에서는 OPC 질량을 단순히 65% GGBFS로 치환하여 사용하였으며, OPTBS 65에 서는 물-결합재비를 0.27로 감소시키면서 단위결합재량을 600kg/m³으로 증가시켰다. Table 5에서는 실험대상 배합표를 나타낸다. 콘크리트의 혼합은 트윈 타워 믹서를 사용하였으 며, 건비빔을 30초간 저속으로 실시하고 물을 넣은 뒤 60초간 중속으로, 그리고 혼화제를 넣은뒤 고속으로 90초간 비빔을 수행하였다.

2.2. 강도 및 초기재령 특성 실험

건조 및 자기수축 실험과 함께, 재령별 강도 및 슬럼프 플로 우를 측정하였다. 압축강도는 KS F 2405에 의하여 실험을 수 행하였으며, 재령 1일, 3일, 7일, 28일, 91일에 측정하였다. 또 한 슬럼프 플로우 시험에서는 KS F 2594에 따라 지름 500 mm 도달시간과 플로우 값을 측정하였다. Fig. 1에서는 슬럼프 플 로우 실험사진과 압축강도 시험사진을 나타낸다.

Fig. 1

Photos for slump flow and compressive strength

2.3. 건조수축 및 자기수축 실험

건조수축 및 자기수축 시편은 KS F 2403에 준하여 제작하 였으며, 공시체의 제작 및 양생 중의 온도는 20±1°C로 하였 다. KS F 2424 표준에 준하여 길이변화를 측정하였으며, 실험 시의 온도 및 습도는 20±1°C 및 60±5%로 유지할 수 있는 항 온항습 설비 내에 존치하였다. 100×100×400 mm 각주형 공시 체에 매립게이지를 공시체 중심부에 위치시킨 후 각 배합당 3 개씩 제작 하여 건조수축을 시험하였으며, 시험체 3개는 테이 프 필름으로 시편 전체를 밀봉하여 타설 이후의 자기수축 변 형률을 측정하였다. Fig. 2에서는 매립게이지 거치 과정과 수 축시험 사진을 나타낸다.

Fig. 2

Installation of gauge and exposure to shrinkage

3.1. 유동성 및 강도 평가

슬럼프 플로우 시험결과는 OPC 100에서는 630 mm로 평가 되었으며, GGBFS를 65% 치환한 배합에서는 680 mm로 결과 가 약간 증가하였다. 500 mm 도달시간은 각 배합에 따라 14 ∼16초로 큰 차이는 없었다. GGBFS를 다량 혼입한 경우 표 면에 불투수성 산성피막의 영향으로 잉여수가 발생하고 자유 잉여수의 상대적 증가로 인해 슬럼프 플로우가 증가하게 된 다. Fig. 3에서는 슬럼프 플로우의 실험결과를 나타내었다.

Fig. 3

Slump flow results

OPC 100 배합의 압축강도 경우 재령 28일에서 50 MPa이 상 발현되었고, BS 65배합과 OPTBS 65 배합에서는 GGBFS 의 대단위 치환으로 초기 강도발현은 비교적 낮게 평가되었 다. 그러나 재령 28일 이후 장기 강도에서는 압축강도 OPC 100배합 보다 증가하는 것으로 나타났는데, GGBFS의 치환 률이 높다 하더라도 충분한 양생과 수화에 충분한 단위수량 이 확보되면 높은 압축강도를 기대할 수 있다. OPTBS 65의 경우 결함재량이 증가하고, 물-결합재비를 27%로 낮추었으 므로 재령 28일부터 강도가 크게 개선되었다. 높은 GGBFS 치환률에도 불구하고 초기재령에서 강도가 크게 감소하지 않 은 이유는 Dilution effect로 보고되고 있다. 다량 치환된 GGBFS 는 수화속도가 OPC보다 느리므로 초기의 자유수는 거의 OPC 의 수화에 사용되며, 상대적으로 수화반응에 사용되는 결합 수량이 증가한다. 이로 인해 alite 및 ferrite의 수화가 촉진되어 초기재령 강도가 상대적으로 증가하게 된다(^{Jeong et al., 2015(a)}; ^{Jeong et al., 2015(b)}; ^{Copeland and Kantro, 1968}; ^{Escalante-Garcia and Sharp, 1998}; ^{Narayanan, 2008}).

Table 6에서는 압축강도 시험결과를 나타내었으며, Fig. 4 에 도시하였다. 1일 재령에서의 낮은 압축강도가 3일 이후부 터 회복되고 있는 것을 대단위 GGBFS 치환 콘크리트에서 확 인할 수 있다.

Fig. 4

Comparison of compressive strength with 3 different mix conditions

3.2. 치환조건에 따른 건조 및 자기수축 특성 변화

Fig. 5에서는 3가지 배합에 대한 건조수축 및 자기수축을 나타내고 있는데, GGBFS를 혼입함에 따라서 수축량이 감소 하고 있음을 알 수 있다. 특히 OPTBS 65 배합에서 수축량이 BS 65 보다 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 주요 재령에 대한 평균값의 변화를 Table 7에 나타내었다.

Fig. 5

Drying and autogeneous shrinkage

OPC 100 배합에서는 총 건조수축량이 가장 크게 평가되었 는데, 물-결합재비가 낮고 결합재량이 많은 배합에서는 자기 수축이 크게 발생한다. 설계강도 50 MPa 배합의 높은 단위결 합재량에 따라 OPC100 배합의 자기수축량이 크게 발생하였 으며 이로 인해 건조 수축량도 크게 평가되었다.

한편, BS 65 및 OPTBS 65 배합의 경우, 초기재령의 자기수 축량은 거의 변화가 발생하지 않았는데, 이는 OPC 100 배합 과는 다르게 많은 량의 GGBFS 혼입에 따라 내부의 자유수가 소량의 OPC의 수화반응에 집중되기 때문이다. 20~30% 수준 의 GGBFS 수준의 치환이 이루어진 경우에서는 다량의 OPC 량에 의하여 충분한 알칼리가 제공되고 수화가 발생하므로 건조수축 및 자기수축이 증가하게 된다(^{Yoo et al., 2012}; ^{Yoo et al., 2013}). 그러나 충분한 단위수량을 가진 대단위 GGBFS 치환 콘크리트에서의 건조수축과 자기수축은 OPC 100보단 낮은 수준으로 평가되었다. 특히 Fig. 5(b)에서 알 수 있듯이 재령 3일 전까지는 매우 빠른 속도로 자기수축량이 OPC 100 에서 발생하고 있는데, 이는 3일까지의 빠른 강도발현와 같은 경향을 보인다. 그러나 GGBFS 65%를 혼입 배합에서는 상대 적으로 낮은 자기수축량을 나타내고 있다.

GGBFS를 65%치환한 배합에 대해서는 큰 차이는 없으나 OPT BS 65가 BS 65보다 개선된 건조수축성능을 나타내고 있 다. 이는 OPT BS 65 배합이 낮은 단위수량과 낮은 물-결합재 비를 사용하였기 때문이다. 건조수축 및 자기수축에서도 모 두 개선된 수축성능을 나타내었다. 재령 45일 이후의 건조수 축률은 OPC100에 대하여 BS65의 경우 83.4% 수준으로, OPT BS65의 경우 77.4% 수준으로 감소하였다. 또한 자기수축의 경우, BS65의 경우 94.3%수준으로, OPT BS의 경우 89.9% 수 준으로 감소하였다.