2.1. 실험 계획

본 연구에서는 레미콘 배합에 의해 생산된 순환골재콘크리 트의 경화 전후 특성을 평가하기 위하여, 단위시멘트량 320, 345 kg/m³에서 순환골재 치환율을 굵은골재, 잔골재 각각 0, 30, 60, 100% 수준으로 하고, 목표 슬럼프 200±25 mm로 하였 다. 실험항목으로는 굳지않은 콘크리트에 대해 공기량, 슬럼 프 실험을 실시하였으며, 굳은 콘크리트에 대해 재령 3,7, 38 일 압축강도 실험을 실시하였다. 실험계획은 Table 1과 같다.

2.2. 사용 재료

2.2.2. 골재

본 연구에 사용된 기준 잔골재 및 굵은골재, 순환잔골재, 순 환굵은골재의 품질 특성은 Table 4~6과 같으며, 순환잔골재 및 순환굵은골재의 입도곡선은 Fig. 1 및 2와 같다. 기준 잔골 재는 쇄사 및 세척사를 50%씩 섞어 사용하였으며, 순환잔골 재 및 순환굵은골재는 KS F 2573의 기준에 적합한 H사 제품 이다. 기준 잔골재에 대해 순환잔골재는 낮은 밀도, 높은 흡수 율 및 높은 조립율을 보이고 있으며, 순환굵은골재는 기준 굵 은골재와 동등한 품질 특성을 보인다. Table 5

Table 4

Physical properties of aggregate

Type		Density (g/cm3)	Unit weight (kg/L)	Absorption (%)
Fine aggregate	Crushed	2.58	1.69	0.92
	Wash	2.56	1.64	0.74
Coarse aggregate		2.61	1.52	0.67

Table 5

Physical properties of recycled fine aggregate

Type		KS F 2573	Recycled fine aggregate
Dry Density(g/cm3)		More than 2.2	2.33
Absorption(%)		Less than 5.0	4.83
Ratio of absolute volume(%)		More than 53	62.9
Alkali aggregate reaction		Innocuous	Innocuous
Amount of clay mass(%)		Less than 1.0	0.5
Stability(%)		Less than 10	7.4
Impurity contents(%)	Organic matter	Less than 1.0	0.04
	Inorganic matter	Less than 1.0	0.62

Table 6

Physical properties of recycled coarse aggregate

Type		KS F 2573	Recycled fine aggregate
Dry Density(g/cm3)		More than 2.5	2.51
Absorption(%)		Less than 3.0	2.68
Ratio of abrasion loss(%)		Less than 40	27.5
Ratio of absolute volume(%)		More than 55	60.5
Alkali aggregate reaction		Innocuous	Innocuous
Amount of clay mass(%)		Less than 0.2	0.1
Stability(%)		Less than 12	7.8
Impurity contents(%)	Organic matter	Less than 1.0	0.03
	Inorganic matter	Less than 1.0	0.32

Fig. 1

Grading curves of recycled fine aggregate

Fig. 2

Grading curves of recycled coarse aggregate

2.3 배합

레미콘 실생산 적용을 고려하여 기준 콘크리트에 대한 목 표 압축강도 및 슬럼프를 27 MPa 및 200 ± 25 mm로 하였으며, 예 비 실험을 실시하여 기준 배합을 단위시멘트량 320, 345 kg/m³, W/C 47.5%로 설정하였다.순환골재 치환율은 잔골재, 굵은골 재 각각 0, 30, 60, 100% 수준으로 하고, 순환골재의 치환에 따 라 목표 슬럼프에 도달하기 위한 수량을 조절하여 실험을 진 행하였다. 본 연구에 사용된 배합은 Table 8과 같다.

2.4. 실험 방법

슬럼프 실험은 KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험방법에 의거하여 기준치 200 ± 25 mm로 설정 후 실시하였다, 공기량 은 KS F 2421 압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시 험 방법에 준하여 실시하였으며 기준으로 순환잔골재 사용에 따라 5.5±1.5%로 설정하였다. 또한 경화 콘크리트에 대해 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험 방법에 따라 재령 3, 7, 28 일의 압축강도를 측정하였다.

3.1. 슬럼프 및 추가투입 수량

최근 현장에서의 요구조건 및 경시에 따른 감소 등을 감안 하여 초기값에 대한 목표 슬럼프 200±25 mm를 설정하였으 며, 목표 슬럼프를 만족시키기 위해 각 배합은 필요한 경우 수 량의 첨가가 진행되었으며, 그 결과는 Fig. 3과 같다.

Fig. 3

Change of added water at fixed slump

실험 결과, 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 순환골재의 치환량이 증가함에 따라 수량의 증가가 요구되는 것으로 나 타나, 단위시멘트량 320 kg/m³의 경우, 순환굵은골재 치환율이 30, 60, 100%로 증가함에 따라 1.2, 3.8, 5.5 kg/m³의 단위수량의 증가가 필요하였으며 순환잔골재에서는 7.9, 16.2, 19.4 kg/m³ 증가가 나타났다. 순환굵은골재의 치환과 순환잔골재의 치환 을 비교하면 순환잔골재의 치환시 더 많은 단위수량의 증가 가 필요한 것으로 나타났으며, 이는 순환잔골재가 파쇄에 의 해 생산되어 기준 잔골재인 쇄사 및 세척사보다 거친 입형을 갖는 것에 기인한 것으로 순환잔골재 치환율의 증가는 슬럼 프 등의 특성에 불리하며 특히 높은 치환율에서 더욱 다는 기 존 연구 결과와 부합한다(^{Ryou and Song, 2011}; ^{Kim et al., 2016}).

한편, 단위시멘트량 345 kg/m³에서는 순환굵은골재 및 순 환잔골재 치환율이 증가함에 따라 추가된 단위수량은 0.9, 3.7, 6.1 kg/m³ 및 6.4, 8.3, 14.0 kg/m³으로 나타났다. 이를 통해 단위시멘트량이 320 kg/m³에서 345 kg/m³으로 증가함에 따 라 순환굵은골재 치환시 요구되는 단위수량은 거의 변화가 없었으나, 순환잔골재의 경우 요구 단위수량이 다소 감소하 는 것으로 나타났다.

3.2. 공기량

슬럼프 고정 순환골재 치환율에 따른 공기량 측정 결과는 Fig. 4와 같으며, 순환잔골재 100% 치환율의 배합을 제외하 면, 순환굵은골재 및 순환잔골재의 치환율의 증가에 따라 유 사하거나 소폭 증가하는 것으로 나타나 순환굵은골재의 경우 100%, 순환잔골재의 경우 60%까지 치환하여도 콘크리트 품 질에 큰 영향이 없을 것으로 판단된다. 다만, 순환잔골재 100%치환시 굳지않은 콘크리트의 공기량이 크게 증가하여 6%~9%의 공기량을 보이는 것으로 나타났다.

Fig. 4

Result of air content

3.3. 압축강도

3.3.1. 물시멘트비

본 실험은 목표 슬럼프를 만족시키기 위해 배합별 추가수 량을 투입하였으며, 이에 따른 수정된 물시멘트비와 압축강 도에 대한 상관관계를 도시한 결과는 Fig. 5 및 6과 같다.

Fig. 5

Correlation between w/c and compressive strength(320 kg/m³)

Fig. 6

Correlation between w/c and compressive strength(345 kg/m³)

본 실험에서의 물시멘트비는 47.5~54.9%로 변화하였으며, 이에 따른 압축강도는 단위시멘트량에 따라 30.7~21.7 및 33.1~24.4 MPa로 감소하는 경향을 보였으며, 회귀분석 결과 R²값은 0.89의 높은 상관계수를 나타냈다.

3.3.2 순환골재 치환율

단위시멘트량 320 kg/m³인 배합의 순환골재 치환율에 따 른 압축강도는 Fig. 7과 같으며, 재령 28일 압축강도는 기준배 합 30.7 MPa에 대해 순환골재별 치환에 따라 31.1~ 21.6 Mpa 를 보였다. 순환굵은골재의 경우 60% 치환까지는 유사한 수 준을 나타내었으나, 100% 치환의 경우에는 평균 5.2%의 강도 저하가 발생하였다. 반면, 순환잔골재를 치환하는 경우에는 치환율이 30, 60, 100%로 증가함에 따라 평균 4.3, 13.4, 25.2% 감소하는 것으로 나타났다.

Fig. 7

Result of compressive strength(320kg/m³)

단위시멘트량 345 kg/m³의 재령별 압축강도는 Fig. 8과 같 으며, 재령 28일 압축강도는 기준배합 33.1 MPa에 대해 순환골 재별 치환에 따라 33.5~24.4 Mpa를 보였으며, 320 kg/m³과 마찬 가지로 순환굵은골재 치환에서는 유사하거나 약간 낮은 압축 강도를 보인 반면, 순환잔골재를 치환하는 경우에는 평균 9.9, 12.4, 24.0%씩 감소하는 것으로 나타나, 순환굵은골재의 치환 보다 순환잔골재의 치환이 콘크리트의 압축강도에 불리한 영 향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 순환굵은골재의 경우 기존 콘크리트의 굵은골재로 표면에 일부 기존 모르타르가 부착된 형태로 전제적인 품질이 일반 굵은골재와 유사한 반면, 순환잔 골재는 기존 콘크리트 중 모르타르의 파쇄입자로 잔골재 및 페 이스트가 혼재된 형태이며, 기존 잔골재에 비해 낮은 밀도, 높 은 흡수율의 품질 특성을 갖는 것에 기인한 것으로 판단된다.

Fig. 8

Result of compressive strength(345 kg/m³)

3.4. 상관관계 분석

본 실험은 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초 적 연구로서, 단위시멘트량을 고정한 기준 배합에 대해 순환 골재별 치환율 및 목표 슬럼프를 위한 단위수량 조정을 인자 로 하여 실험을 진행하였다. 본 절에서는 Table 8의 데이터에 대하여 각 측정 항목별 상관관계를 분석하였으며 그 결과는 Tables 9 및 10과 같다.

각 단위시멘트량에서의 재령 28일 압축강도에 대한 각 인 자의 상관관계는 잔골재가 상관계수 R 0.96 및 0.97로 유의수 준 0.00을 보여 순환잔골재가 압축강도에 가장 높은 영향을 보이는 것으로 나타났다. 또한 물시멘트비 및 공기량 역시 상 관계수 R 0.94~0.89로 나타나 압축강도와 높은 상관관계에 있음을 나타냈다.

반면, 순환굵은골재는 압축강도에 큰 영향을 주지 않는 것 으로 나타나, 일반 굵은골재와 유사한 품질의 높은 밀도 및 낮 은 흡수율을 갖는 순환굵은골재의 경우 콘크리트의 압축강도 에 큰 영향을 주지 않는다는 기존 연구 결과와 부합하였다 (^{Malešev et al., 2010}; ^{Lee, 2015}).

3.5. 회귀분석

3.4절을 통해 재령 28일강도와 상관관계가 높은 것으로 평 가된 순환잔골재 치환율, 물시멘트비 및 공기량에 대하여 재 령 28일 압축강도를 종속변수로 하고 순환잔골재 치환율, 물 시멘트비 및 공기량을 독립변수로 한 다원회귀분석 결과는 Tables 11 및 12와 같다. Table 10

회귀분석 결과, 각 단위시멘트량에서의 순환잔골재 치환 율, 물시멘트비 및 공기량을 변수로 하는 재령 28일 압축강도 에 대한 높은 상관계수의 회귀식을 도출하는 것이 가능한 것 으로 나타났다.

한편, 레미콘 생산시 사용되는 인자로는 콘크리트 품질항 목인 공기량을 제외한 순환잔골재 치환율 및 물시멘트비이 며, 앞서 구분된 단위시멘트량 역시 인자로 분류할 수 있다.

따라서, 레미콘 생산 조건인 단위시멘트량, 순환잔골재 치 환율 및 물시멘트비에 대한 재령 28일 압축강도의 다원회귀 분석을 통해 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 추정식을 다음 식 (1)와 같이 제안하였다. 제안된 식의 상관계수 R²은 0.96이 며, 추정값의 표준오차는 0.6649로 나타났다.

여기서, S₂₈는 재령 28일 압축강도(MPa), C는 단위시멘트 량(kg/m³), F는 순환잔골재 치환율(%), WC는 물시멘트비 (%)이다.