2.1 사용 재료

시멘트는 국내 H사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하 였으며, 시멘트의 물리적 특성은 Table 1에 나타냈다. 또한 GGBFS는 3종 고로슬래그 미분말을 사용하였다.

Table 1

Physical properties of cement

본 연구에서 사용된 골재는 세척사, 전기로 산화슬래그 잔 골재, 부순 굵은골재를 사용하였다. 전기로 산화슬래그는 H 사에서 배출되고 있는 잔골재로 KS F 2527(콘크리트용 골재) 에 만족하는 골재를 사용하였으며, Table 2에 사용 재료의 물 리적 특성을 나타냈다.

Table 2

Physical properties of aggregate

전기로 산화슬래그와 세척사의 조립률의 차이는 나타나지 않았지만, 전기로 산화슬래그 잔골재가 세척사에 비해 500 μm 이하의 미립분량이 많은 것으로 Fig 1에 나타났다. 콘크 리트 혼화제는 고성능 감수제로 A사 폴리카르본산계를 사용 하였으며, Table 3에 물리적 특성을 나타냈다.

Fig 1

Grading curves

Table 3

Physical properties of chemical admixture

Table 4는 사용 재료의 화학적 조성을 나타낸 것이다. 전기 로 산화슬래그 잔골재의 주성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃로 나타났으며, Fe₂O₃의 함량이 약 35% 이상 나타남에 따라 골재 비중이 약 3.38 kg/cm³ 으로 높은 밀도로 나타내고 있다.

Table 4

Chemical composition of used materials (%)

2.2 콘크리트 배합

전기로 산화슬래그 골재를 사용한 콘크리트의 물성 실험을 위하여 다음 Table 5와 같이 실험계획을 나타냈다. 실험은 물- 결합재비 60%의 수준으로 GGBFS를 시멘트 대비 40% 치환하 여 선정하였다. 전기로 산화슬래그(H사-당진) 잔골재를 대상 으로 치환율(0%, 30%, 50%)에 따른 OPC 콘크리트 배합 및 GGBFS 콘크리트 배합의 기계적 성능을 검토하였다. 실험 방 법은 굳지 않은 콘크리트에서 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 준하여 슬럼프 시험을 진행하였으며, KS F 2409 (굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법)의 콘크리트의 단위용적 질량 및 공기량 시험을 진행하였다. 경화 콘크리트에서는 ∅100×200 mm 원주형 공시체를 제작하여 재 령 3일, 7일, 28일에 수중 양생을 진행하여 각 재령별 공시체 3 개씩 압축강도 시험을 진행하였다. 또한 촉진 염화물 확산 시험 을 진행하기 위하여 ∅100×200 mm 원주형 공시체를 제작하여 재령 28일까지 수중 양생 후 커팅하여 3개씩 실험을 진행하였 다. Table 6는 콘크리트 배합 사항을 나타낸 것이다.

Table 5

Experimental plan of concrete

Table 6

Mixing design of concrete

2.3 촉진 염화물 확산시험

EOS 잔골재 및 GGBFS 치환율에 따른 염화물 확산계수를 도출하기 위해서 NT BUILD 492에 의거하여 실험을 진행하 였다. 촉진 염화물 확산시험을 진행하기 위하여 염화물 확산 Cell을 Fig 2와 같이 구성하였으며, NT BUILD 492의 실험조 건은 다음 Table 7에 나타냈다. 시험편은 각 배합에 ∅ 100×50mm의 크기의 디스크 시편을 3개씩 제조한 후, 음극액 저장소에 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액, 양극용액에는 0.3 Mol 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 채운 후 8시간동안 30V 의 전압을 인가하여 실험을 진행한다. 전압을 인가한 후 시편 을 쪼개고, 쪼갠 부분에 0.1 M 질산은(AgNO₃)용액을 분무한 다. 음극측 표면에서부터 은색으로 변한 지점까지의 깊이를 염소이온의 침투깊이로 측정하였다. 염소이온 침투깊이로부 터 염화물 확산계수는 식 (1), 식 (2), 식(3), 식(4)를 이용하여 식(5)에 의해 도출하였다(^{Song, et al., 2005; Yoon, et al., 2018; NT Build 492, 1999}).

Fig 2

NT BUILD 492

Table 7

Conditions for rapid chloride penetration test

여기서,

3.1 굳지 않은 콘크리트

Fig. 3은 OPC 및 GGBFS 콘크리트에 EOS 잔골재 치환량 에 따른 슬럼프 시험결과를 나타낸 것이다. EOS 잔골재 치환 량이 증가함에 따라 슬럼프가 전체적으로 감소하는 경향으로 나타났다. 또한, GGBFS 혼입 콘크리트 배합에서는 OPC 콘 크리트와 비교하여 슬럼프가 높게 나타났다. 이는 GGBFS의 입자 표면이 시멘트 입자 표면에 비해 치밀하여 슬럼프가 높 게 나타난 것으로 판단된다(^{Lee, et al., 2000}).

Fig. 3

Test result of slump

Fig. 4는 OPC 및 GGBFS 콘크리트에 EOS 잔골재 치환량 에 따른 공기량 시험결과를 나타낸 것이다. 슬럼프 시험결과 와 비슷한 경향이 나타남을 확인 할 수 있었다. EOS 잔골재의 치환량이 증가함에 따라 공기량이 감소하고 있으며, OPC 콘 크리트와 비교하여 GGBFS 콘크리트의 공기량이 높게 나타 났다. EOS 잔골재는 입자 표면이 거칠고, 세척사에 비해 미립 자율이 높아 슬럼프와 공기량 모두 감소한 것으로 사료된다. 일반적으로 미립분은 공기량을 흡착하여 콘크리트의 공기량 을 감소시키게 된다(^{Lee, et al., 2005}).

Fig. 4

Test result of air content

Fig 5는 단위용적질량을 비교한 결과를 나타냈다. EOS 잔 골재의 치환량이 증가함에 따라 단위용적질량은 최대 2,440 kg/m³로 나타났다. GGBFS 콘크리트에서 전체적으로 단위용 적질량이 감소하였으며, G40-E50에서 2,350 kg/m³으로 OPC 콘크리트와 비교하여 큰 차이를 나타내지 않았다.

Fig 5

Test result of unit volume weight

3.2 경화 콘크리트

3.2.1 재령별 압축강도 시험결과

Fig. 6은 재령별 압축강도 비교 결과를 나타낸 것이다. OPC 콘크리트 배합에서는 재령 3일, 7일에서 EOS 잔골재 치환량 이 증가함에 따라 압축강도가 증가하는 경향을 나타내고 있 다. 하지만, 재령 28일에서 OPC 기준 콘크리트에서 26.4 MPa 로 가장 높게 나타났으며, O-E50에서 23.8 MPa로 가장 낮게 나타났다. 전기로 산화슬래그 치환량이 증가함에 따라 압축 강도가 소량 감소한 것으로 나타났다.

Fig. 6

Test result of compressive strength

GGBFS 콘크리트 배합에서는 재령 3일에서 OPC 콘크리트 배합과 같이 압축강도가 증가하였다. 하지만, 재령 7일에서 G40-E30에서 강도가 16.4 MPa로 소량 감소하였고, G40-E50 은 17.5MPa, G40은 17.8 MPa로 비슷한 강도가 나타났다. 재 령 28일에서는 G40-E30이 24.5 MPa로 강도가 크게 증가하여 G40과 비슷한 강도가 나타난 반면, G40-E50에서 22.5 MPa로 강도가 소량 감소하였다. G40-E30 배합에서는 OPC 기준 콘 크리트 및 GGBFS 기준 콘크리트 배합과 비교하여 큰 차이가 나타나지 않았다. GGBFS 혼입 콘크리트는 일반적으로 초기 재령에서 강도 발현이 낮은 단점이 있다(^{Lee, et al., 2000}). 본 연구에서는 재령 3일까지는 EOS 잔골재 혼입으로 인하여 강 도 발현이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 일반적으로 EOS 골재가 혼입 된 콘크리트는 강도 증진효과가 나타났다(Lim, et al., 2017). 본 연구에서는 재령 28일에서 EOS 잔골재 혼입 량이 증가함에 따라 강도가 감소하는 것으로 나타나지만, 약 2 MPa 차이로 큰 차이가 나타나지 않는다고 판단된다.

3.2.2 촉진 염화물 확산시험

촉진 염화물 확산시험은 NT BUILD 492에 따른 실험을 진 행하였다. 각 시험체에 AgNO₃ 용액을 분무하여 염화물 이온 침투깊이를 측정하여 Fig 7에 나타냈다. 왼쪽 그림은 OPC 콘 크리트 배합을 나타냈으며, 오른쪽 그림은 GGBFS 콘크리트 배합 시편을 나타낸 것이다. OPC 콘크리트 배합에 비해 GGBFS 콘크리트 배합에서 염화물 이온 침투깊이가 확연히 적음을 확인 할 수 있다.

Fig 7

Chloride penetration depth measurement

Table 8은 각 배합의 염화물 침투깊이를 평균값으로 측정 하여 염화물 확산계수를 산정하였다. OPC 콘크리트 배합에 서는 O-E30에서 염화물 침투깊이가 18.71 mm로 가장 많은 침투를 나타냈으며, O-E50에서 16.04 mm로 가장 적은 침투 깊이를 나타냈다. GGBFS 콘크리트 배합에서도 G40-E30에 서 7.29 mm로 가장 깊은 침투깊이를 나타냈으며, G40-E50에 서 6.65 mm로 가장 적은 침투깊이를 나타냈다.

Table 8

Test result of chloride diffusion

Fig. 8은 각 배합의 염화물 확산계수를 나타낸 것이다. OPC 콘크리트 배합에서 EOS 잔골재 30% 치환 배합에서 가장 높 은 염화물 확산계수 21.6 × 10^-12 m²/s로 평가되었으며, EOS 잔 골재 50% 치환 배합에서 OPC 기준 배합 대비 소량 감소하여, 20.3 × 10^-12 m²/s으로 가장 낮게 평가되었다.

Fig. 8

Test result of chloride diffusion coefficient

GGBFS 콘크리트 배합에서도 EOS 잔골재 30% 치환 배합 에서 가장 높은 염화물 확산계수 8.63 × 10^-12 m²/s로 나타났으 며, EOS 잔골재 50% 치환 배합에서 6.65 × 10^-12 m²/s로 가장 낮은 확산계수를 나타냈다. OPC 콘크리트 배합과 비교하여 GGBFS 콘크리트 배합의 염화물 확산계수가 저감되었으며, 약 2.7배 차이를 나타내고 있다. 이는 GGBFS의 혼입으로 인 하여 염화물 이온의 침투 저항성이 향상 된 것으로 판단된다(^{Song, et al., 2003}). 또한 EOS 잔골재가 혼입 된 콘크리트는 일 반 골재 활용시와 비교하여 동등이상의 내구성능을 발현하는 것으로 평가되었다(^{Cho, et al., 2009}). 본 연구에서는 EOS 잔 골재를 30% 혼입 배합에서 염화물 이온 침투에 대한 확산계 수가 소량 증가하였지만, 각 기준 콘크리트 배합과 비교하여 큰 차이는 나타나지 않았다.