콘크리트 특성 번역(한국어 원본)셰일 골재를 사용한 콘크리트의 특성
콘크리트는 건설재료 가운데 가장 많이 사용되는 재료중 하나로서 지금 까지 우리나라의 경제발전에 큰 기여를 하였으며, 지금도 건설 산업에 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 그러나 최근 건설공사의 필수 자재인 골재의 부족 현상이 지속되고 있으며, 골재 부존자원의 점진적인 고갈과 더불어 환경에 대한 규제가 강화됨에 따라 골재의 안정적 공급은 더욱더 어려워지고 있다. 이러한 골재 자원의 부족은 잔골재에서 가장 심각하지만, 대구․경북 지역과 부산․경남 지역에서는 굵은골재의 부족 현상도 대두되고 있다. 특히 대경권 지질은 37%가 중생대 백악기 퇴적암인 셰일로 구성되어 있다. 셰일은 전단강도가 약하고, 대기노출 또는 침수와 같은 환경변화에 다소 민감하게 반응하며 골재덩어리가 부서지는 슬레이킹(Slaking) 현상이나 골재가 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 특성이 나타나 대부분 야적·매립 등으로 폐기하고 있다. 향후 골재 자원의 부족은 더욱더 심화 될 것이며, 안정적인 골재수급을 위해서도 셰일골재의 활용성 연구는 필요하다.
따라서 본 연구에서는 콘크리트용 대체골재 자원 개발을 목적으로 대경권에 널리 분포하고 있는 퇴적암 중 셰일의 콘크리트용 골재 활용 가능성을 평가하였다.
실험에 사용된 셰일은 대구시 터파기 공사현장에서 반출되는 적색셰일과 흑색셰일을 선정하였으며, 콘크리트용 굵은 골재로 널리 사용되는 안산암과 변성퇴적암의 일종인 혼펠스와 비교·검토하였다. 골재의 물성평가는 KS F 2527 「콘크리트용 부순 골재」에 준하여 물리․화학적 특성을 평가하였으며, 셰일골재의 내구특성 평가를 위하여 흡수․건조 반복시험과 옥외 폭로시험을 실시하였다. 또한 셰일 골재의 치환율 변화에 따른 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 공기량과 경화 콘크리트의 재령별 압축 및 휨강도, 동결융해 저항성, 동결융해 후 압축강도 등을 평가함으로써 향후 셰일 골재를 콘크리트용 굵은골재로 활용하기 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
실험결과, 셰일골재의 물리적 특성은 KS F 2527 「콘크리트용 부순 골재」기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 화학적 특성에서도 알칼리 반응에 무해한 골재로 판정되었으며, 안정성은 흑색셰일 6%, 적색셰일 5% 콘크리트용 굵은 골재 사용기준인 12% 이하를 만족하는 것으로 나타났다.
반면, 셰일 골재의 흡수·건조 반복 시험에서는 흑색셰일과 적색셰일 모두 흡수․반복 9 Cycle에서 표준입도분포곡선을 벗어났으며, 암종별 옥외 폭로시험에서도 흑색셰일과 적색셰일 모두 6개월경과 후 잘게 부서지는 슬레이킹 현상이 발견되었다. 이는 셰일골재의 층리구조에 기인한 것으로 수분침투와 같은 환경변화에 따라 풍화작용을 일으킨 것으로 판단된다.
셰일골재를 사용한 콘크리트의 특성에서는 셰일골재 치환율에 관계없이 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 150±25mm와 공기량 4.5±1.5%를 만족하는 것으로 나타났다. 반면 경화 후 강도 특성은 셰일을 100%로 치환하여 제조한 경우 안산암을 전량 사용한 Plain과 비교하여 압축강도는 82%, 휨강도는 69% 수준으로 나타났으며, 압축 및 휨강도는 셰일골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
콘크리트의 동결융해 특성은 안산암과 혼펠스의 경우 동결융해 300 Cycle에서도 상대동탄성계수 95%이상으로 우수한 내구특성을 나타내었으나, 셰일골재 치환율이 증가할수록 상대동탄성계수는 감소하여, 적색셰일 100% 사용의 경우 210 Cycle에서 상대동탄성계수 57%, 흑색셰일 100% 사용의 경우 240 Cycle에서 상대동탄성계수 54%로 나타났다. 또한 동결융해 300 Cycle 반복 후 압축강도는 안산암을 사용한 Plain의 경우 95%수준으로 나타났으나, 흑색셰일 49%, 적색셰일 45%로 현저하게 감소하였다.
이상의 연구결과에서 콘크리트용 골재활용을 위한 셰일골재는 물리적 특성인 밀도, 흡수율, 마모율 등과 화학적 특성인 알칼리반응성과 안정성 등은 콘크리트용 부순골재 사용기준을 만족하였다. 그러나 동결융해저항성과 동결융해 시험 후 압축강도는 안산암 등의 골재에 비해 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 동결융해 피해가 우려되는 콘크리트 구조물에서의 셰일골재 사용은 내구 성능에 대한 검토가 필요할 것으로 판단되며, 향후 셰일골재의 열화메카니즘 분석과 성능 개선 등에 대한 계속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. |
콘크리트 특성 번역(영어 번역본)Properties of concrete using shale aggregate
As one of the most frequently used construction materials, concrete has made great contributions to the economic development of Korea, and still plays an important rile in the construction industry. As the shortage of aggregate, essential to construction works, is continuing, and aggregate resources are gradually depleted, and environmental regulations are reinforced, however, stable supply of aggregate is becoming more difficult. The shortage of aggregate resources is worst with regard to fine aggregate, but in the Daegu and Gyeongsang-bukdo region and the Busan and Gyeongsang-namdo region, coarse aggregate is also in short supply. In particular, looking at the geological features of the Daegyeong Region, 37% is shale, a sedimentary rock in the Cretaceous period of the Mesozoic Era. Shale has a low level of shearing strength, and reacts sensitively to environmental changes like exposure to the atmosphere or flooding, and due to the slaking of aggregate lumps or the swelling of aggregate, most of it is stacked in the open air or buried for scrapping. The shortage of aggregate resources will worsen in the future, and it is necessary to study the utilization of shale aggregate for the sake of stable supply of aggregate.
Accordingly, this study evaluated the possibility of utilizing shale, among the sedimentary rocks widely distributed in the Daegyeong Region, as aggregate for the purpose of developing aggregate resources substituting concrete.
For use in the experiment, the red shale and black shale from an excavation site in Daegu were selected, and they were compared with andesite, widely used as coarse aggregate for concrete and hornfels, a kind of metasedimentary rock. For evaluation of the physical properties of aggregate, physical and chemical properties were evaluated in accordance with KS F 2527 「crushed aggregate for concrete」, and for evaluation of the durability of shale aggregate, absorption and drying repetitions test and the outdoor exposure tests were conducted. Also, the slump of the unhardened concrete according to the change in the replacement of the shale aggregate, air quantity, compressive strength and bending strength of hardened concrete by age, freeze-thaw resistance, and compressive strength after freezing and thawing were evaluated, and the basic data for using shale aggregate as coarse aggregate for concrete was presented.
According to the result of the experiment, the physical properties of shale aggregate satisfied the KS F 2527 「crushed aggregate for concrete」standard, and the aggregate was harmless to the alkali reaction as for chemical properties. The stability of black shale was 6%, and the stability of red shale was 5%, satisfying the standard for use as aggregated for concrete, i.e. 12%.
On the other hand, in the absorption and drying repetition tests of shale aggregate, both the black shale and the red shale went outside of the standard particle size distribution curve at cycle 9 of absorption and drying, and in the outdoor exposure tests by rock type, the slaking phenomenon occurred to both the black shale and the red shale after 6 months. It is attributed to the stratified structure of the shale aggregate. It seems that the weathering process took place due to environmental changes including the penetration of moisture.
As for the properties of concrete using shale aggregate, regardless of the replacement ratio of the shale aggregate, they satisfied the standard for the slump of unhardened concrete, 150±25mm, and for the air quantity of 4.5±1.5%. On the other hand, when it comes to strength after hardening, if shale was 100% replaced, the compressive strength was 82%, and the bending strength was 69% as compared to the plain using 100% andesite, and the compressive and bending strength decreased as the replacement ratio of shale aggregate increased.
As for the freeze-thaw properties of concrete, in case of andesite and hornfels, at the 300th freeze-thaw cycle, the relative dynamic modulus of elasticity exceeded 95%, showing excellent durability, but as the replacement ratio of shale aggregate increased, the relative dynamic modulus of elasticity decreased. If red shale was used 100%, at cycle 210, the relative dynamic modulus of elasticity was 57%, and if black shale was used 100%, at cycle 240, the relative dynamic modulus of elasticity was 54%. Also, after the 300th freeze-thaw cycle, the compressive strength was 95% for the plain using andesite, 49% for black shale, and 45% for red shale, showing a sharp decline.
According to the above study results, the shale aggregate for use as aggregate for concrete satisfied the standards for use as crushed aggregate for concrete in terms of physical properties like density, absorption rate and wear rate, and chemical properties like alkali reaction and stability. However, the freeze-thaw resistance and the compressive strength after the freeze-thaw test clearly decreased as compared to aggregate like andesite. Therefore, to use shale aggregate in a concrete structure likely to be subjected to freeze-thaw damage, durability must be reviewed, and the deterioration mechanism of shale aggregate must be analyzed and continuous studies must be conducted in regard to performance improvement. |
