2.1 적용 범위 및 완화 기준

건축물에 콘크리트용 순환골재 사용 시 건축기준의 완화 관련 법규는 국토교통부의 ‘재활용 건축자재의 활용기준’에 명시되어 있으며, 해당 적용 건축물 범위는 연면적 500㎡ 이상의 전용주거지역 또는 일반주거지역(제3종 일반주거지역 제외)이 아닌 지역에 건축하는 철근콘크리트조 건축물이다.

건축물의 용적률 및 높이 완화 적용 범위는 콘크리트용 순환골재의 용적 사용 비율이 15% 이상일 경우 5% 완화, 20% 이상일 경우 10% 완화, 25% 이상일 경우 15% 완화가 가능하다.

2.2 품질 기준 및 행정 절차

건축기준의 완화를 받기 위해서는 주요 구조부 및 기초에 순환골재 품질기준에 적합한 콘크리트용 순환골재를 사용하여야 하는데 이는 ‘건설기술관리법’ 또는 ‘국가표준기본법’에서 정하는 품질검사 전문기관이나 공인시험기관에서 품질 확인을 받아야 한다.

건축주는 해당 건축물의 순환골재 콘크리트 사용에 따른 건축기준의 완화를 받고자 할 때는 품질확인을 받은 사실을 증명하는 서류를 첨부하여 공사감리자의 확인을 받은 후 관할지자체에 제출하여야 한다.

3.1 실험계획

본 연구에서는 레미콘사의 원활한 관리 차원으로 순환잔골재를 제외한 순환굵은골재만을 선택하였고 건축물의 용적률 및 건축물의 높이 완화 적용 범위를 기준으로 콘크리트용 순환골재를 총 골재용적비율 15%, 20%, 25%이므로 순환굵은골재를 배치당 30%, 40%, 50%로 계획하였다.

목표 압축강도는 27MPa이며, 목표슬럼프는 180±25mm로 설정하였다. 실내 배합실험을 통해 각 재료의 특성을 고려하여 치환율(또는 혼입율), 물시멘트비, 잔골재율을 결정하였으며, 본 연구에서의 실험인 배치플랜트 실험에서는 실내 배합실험을 통해 결정한 최적배합을 적용하고 순환굵은골재를 치환하여 그에 따른 특성을 분석하였다.

또한 순환골재를 사용하여 배치플랜트로 혼합 시 균질한 혼합여부를 판단하기 위해 혼합시간을 30, 45, 60, 90초로 구분하여 혼합 시 균질여부를 분석하였다. 그리고 콘크리트용 화학혼화제를 일반 고성능AE감수제와 순환골재용 고성능AE감수제 2종류로 구분하여 실험을 진행하였다.

3.2 사용재료

본 실험에 사용한 시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 시멘트의 성질은 비중 3.15, 분말도 3,266㎠/g이다. 배합수는 수돗물을 사용하였으며, 골재 중 천연골재는 KS F 2527에 만족하는 쇄석과 쇄사를 사용하였고 순환골재는 순환골재 품질기준에 만족하는 충청북도 D사의 순환굵은골재를 사용하였다. 콘크리트용 화학혼화제는 G사의 일반 고성능AE감수제와 순환골재용으로 별도로 개발한 H사의 순환골재용 고성능AE감수제를 사용하였다.

3.3 실험방법

순환골재를 사용하여 배치플랜트로 생산 시 혼합 신뢰도를 평가하기 위하여 KS F 2455의 굵은 골재량의 변화율 시험을 실시하였고 굳지 않은 콘크리트의 특성을 알아보기 위해 슬럼프, 공기량을 KS 기준에 따라 0, 30, 60분 측정하였다.

또한 경화된 콘크리트의 특성은 재령 3, 7, 28일에 압축강도 시험을 KS 규격에 따라 측정하였고 건조수축 평가를 위하여 KS F 2424에 따라 다이얼게이지 방법으로 측정하여 실험을 실시하였다. 다이얼 게이지는 KS B 5207의 규정에 맞는 것을 사용하였으며 시험체의 크기는 100×100×400㎜로 하였다. 공시체의 보존은 주변의 온도를 20±1℃, 습도를 60±5%로 유지하고 길이변화는 재령 1, 2, 4, 8주에서 10-3㎜까지 측정하였다.

4.1 슬럼프 및 공기량

슬럼프 시험결과는 Fig. 1과 같다. 초기 슬럼프는 일반 고성능AE감수제를 사용할 경우 순환굵은골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈고 순환골재용 고성능AE감수제 사용에서는 전체적으로 Plain과 동등한 슬럼프 결과를 나타내었다. 이는 순환골재용 고성능AE감수제가 일반 고성능AE감수제보다 유지제가 높게 배합되어 레미콘의 유동성을 유지시켜 준 것으로 판단된다.

경시변화에서는 Plain 배합의 경과시간에 따른 슬럼프 변화가 0분에서 205mm, 30분에 185mm, 60분에 165mm로 나타났으며, 일반 고성능AE감수제를 사용한 배합에서 순환굵은골재 30, 40% 치환 시 슬럼프 감소는 Plain과 유사하였으나 50% 치환에서는 급격한 슬럼프 감소를 나타내어 슬럼프 감소에 대한 대책이 필요한 것으로 판단되었다. 또한 순환골재용 고성능AE감수제 사용에서는 높은 유지제 사용으로 인해 슬럼프 감소가 20mm 미만으로 그 차이가 미미함을 알 수 있었다.

공기량 시험결과는 Fig. 2와 같다. 초기 공기량 차이는 전 배합에서 차이를 보이지 않았으며, 경시변화에서는 일반 고성능AE감수제 사용 시 경시변화에 따라 공기량이 다소 감소하는 경향을 보였으나 60분 경과 시 최대 1.2% 감소로 레미콘 타설 시 큰 문제가 되지 않는 것으로 판단된다. 또한 순환골재용 고성능AE감수제 사용에서는 전 배합에서 경시변화에 따른 공기량 감소가 미미한 것으로 나타났다.

4.2 압축강도

재령 별 압축강도 시험결과는 Fig. 3과 같다. Plain 배합의 압축강도는 재령 3일에 10.8MPa, 7일에 19.4MPa, 28일에 28.7MPa로 목표강도 27MPa를 상회하는 결과를 나타냈다. 일반 고성능AE감수제를 사용한 배합에서는 30NA, 40NA가 압축강도 차이가 Plain 배합과 큰 차이가 없이 미미한 결과를 나타내었으나 50NA에서는 재령 28일에서 Plain보다 2.6MPa 낮게 나타났다. 이에 일반 고성능AE감수제와 순환굵은골재 50% 사용할 경우에는 강도 저하에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다.

순환골재용 고성능AE감수제를 사용한 배합에서의 압축강도는 30RA, 40RA, 50RA가 재령 3일에 각각 11.2, 13.6, 11.7MPa, 재령 7일에는 각각 21.6, 22.4, 21.2MPa, 재령 28일에는 각각 29.8, 31.5, 29.3MPa로 전 배합에서 Plain보다 높은 압축강도를 나타내었고 30~50% 치환에서 서로 그 차이가 미미하게 나타났다.

4.3 혼합시간

레미콘은 생산 시 원재료를 각각 계량하여 믹서기에 동시 투입되는 방식으로 생산을 한다. 일반적으로 천연골재를 사용하여 배치플랜트 믹서기로 혼합할 경우에는 30~45초로 혼합을 하는데 이는 KS F 2455 ‘굳지 않은 콘크리트 중의 모르타르와 굵은 골재량의 변화율 시험 방법’에 의거 기준에 맞게 혼합시간을 결정하였기 때문이다. 그러나 레미콘에서 약 70% 용적을 차지하고 있는 골재는 서로 다른 골재가 투입되어 혼합 시 KS F 2455의 기준에 합격하기 위해서는 전보다 많은 혼합시간이 필요할 것으로 판단된다.

이에 순환굵은골재를 30, 40, 50% 치환하여 30, 45, 60, 90초로 혼합 시 KS F 2455 기준인 콘크리트 중의 단위 굵은 골재량의 차 5% 이하가 되기 위한 적정 혼합시간을 도출하는데 그 목적이 있다.

배치플랜트로 혼합 시 천연골재만 사용할 경우에는 30, 45, 60, 90초 모두에서 굵은 골재량의 변화율 기준인 5%이하를 만족하는 결과를 나타내어 30초 혼합에서도 혼합성능이 양호함을 알 수 있었다. 순환굵은골재 30% 치환에서는 30, 45초에서 각각 6.37, 5.61%를 나타내어 혼합이 양호하지 않았으나 60, 90초에서는 각각 4.67, 4.32%로 혼합시간 60초 이상부터는 혼합이 양호하게 나타났다. 순환굵은골재 40% 치환에서는 30, 45초에서 30% 치환때보다 각각 2.13, 0.53% 높게 나타났다. 60, 90초에서는 5% 기준에 만족하였고 변화율도 30% 치환과 유사한 결과를 나타내었다. 또한 순환굵은골재 50% 치환에서는 30, 40% 치환과 동일하게 30, 45초에서는 5% 기준에 만족하지 못하였으나 60, 90초에서 만족한 결과를 나타내어 순환굵은골재 30, 40, 50% 치환을 할 경우에 양호한 혼합을 위해 최소 60초 이상의 혼합을 진행해야할 것으로 판단된다.

4.4 건조수축

일반 고성능AE감수제와 순환골재용 고성능AE감수제를 사용하여 순환골재 콘크리트의 건조수축을 알아보기 위해 길이변화 시험을 하였다.

재령 1주에서 길이변화는 일반 고성능AE감수제 사용 시 순환굵은골재를 30% 치환하면 Plain 대비 101%, 40% 치환할 경우 85%, 50% 치환할 경우 155% 증가되었으며, 재령 2주에서는 30% 치환 시 56%, 40% 치환 시 65%, 50% 치환 시 86% 증가되었다. 또한 재령 4, 8주에서도 재령 2주와 유사한 증가율을 보였다. 재령 12주에서는 30% 치환 시 Plain 대비 44%, 40% 치환 시 36%, 50% 치환 시 64%의 증가율을 보였는데 순환굵은골재 30, 40% 치환에서는 약 40%의 증가율로 유사하였으나 50% 치환에서는 64%로 증가폭이 커지는 것을 알 수 있었다.

순환골재용 고성능AE감수제를 사용할 경우에는 재령 1주에서 순환굵은골재 30, 40, 50% 치환 시 Plain 대비 각각 35, 22, 34% 감소하였고 재령 2주에서는 각각 23, 13, 5% 감소하였으며, 재령 4, 8주는 재령 2주와 유사한 감소율을 보였다. 재령 12주에서는 30% 치환 시 Plain 대비 29%, 40% 치환 시 18%, 50% 치환 시 7%로 순환굵은골재 치환율이 증가할수록 감소율은 작아지는 것으로 나타났으나 50% 까지 Plain보다 건조수축이 개선되었음을 알 수 있었다. 이는 순환골재용 고성능AE감수제 내에 건조수축을 개선할 수 있는 수축저감제 즉, 팽창제가 콘크리트의 건조수축을 억제하였기 때문으로 판단된다.

이에 순환골재 콘크리트를 생산할 경우에는 건축물에서의 건조수축 균열을 억제하기 위해서 일반 고성능AE감수제가 아닌 수축저감제가 함유되어 있는 순환골재용 고성능AE감수제를 사용하여야 할 것으로 판단된다.