친환경 도로포장용 콘크리트를 위한 석회석미분말을 첨가한 콘크리트의 역학적 특성 및 내구 특성에 관한 연구 = Mechanical and Durability Characteristics of Limestone Powder added Concrete for Environment-Friendly Pavement

국문 초록 (Abstract)

시멘트를 생산할 때 발생하는 이산화탄소로 인하여 콘크리트를 활용하는 건설 산업의 친환경성이 문제시 되어가고 있는 실정이다. 석회석미분말은 포틀랜드시멘트 제조공정의 탈탄산화 반응 및 킬른소성 등의 과정을 거치지 않음으로 친환경적이며, 시멘트와 비교하여 경제성도 우수할 뿐만 아니라 국내에서 입수가 비교적 용이하므로, 많은 시멘트 사용량이 요구되어지는 도로포장용 콘크리트에 적용하고자 하였다. 본 연구는 석회석미분말을 시멘트의 일부를 대체한 시멘트 콘크리트를 도로포장체에 적용하기 위한 기초연구로서 경화 전의 특성과 역학적 및 내구 특성에 대하여 분석하였다. 실험변수로는 시멘트 중량대비 치환율을 0%에서 25%까지 5%씩 중가시켜 총 6가지 변수에 대하여 고려하였다. 실험결과, 경화 전 특성에서는 석회석미분말의 혼입량 증가에 따른 슬럼프값 증가, 단위용적중량 감소 및 응결시간은 단축하는 것으로 나타났으며, 공기량의 변화는 없는 것으로 분석되었다. 역학적 특성 실험결과, 석회석미분말 혼입량 증가에 따라 압축강도, 휨강도, 인장강도는 감소하는 것으로 나타났으며 강도 실험결과로부터 석회석미분말 10% 치환이 가장 적절할 것으로 사료된다. 소성수축 및 건조수축 길이변화 실험결과에서는 일반콘크리트와 유사한 수준의 결과 값을 나타내었다. 내구 특성 실험결과, 석회석미분말의 혼입률에 관계없이 모든 변수에서 동결융해 저항성은 매우 양호하며, 제설염 저항성은 일반콘크리트와 동일한 수준으로 나타났다. 또한 석회석미분말의 혼입률 증가에 따라 알칼리-실리카 반응성의 감소가 가능 할 것으로 판단되어진다.
도로포장용 콘크리트를 위하여 압축 및 휨강도 등의 목표강도를 높게 설정하고자 할 경우, 단위시멘트량을 늘리고 W/B비를 낮추어 활용할 필요성도 있을 것으로 판단되어진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

During the manufacturing of Portland cement, CO2 gas is also necessarily produced through both decarbonation of calcium carbonate and kiln burning processes. By partially replacing the Portland cement with limestone powder, which is an inert filler in a concrete mixture, CO2 consumption can be reduced in a construction field. In addition, the supply of limestone in Korea is sufficient so that once its application technology to concrete is developed the environment-friendliness of concrete will be more easily enhanced. One of the great applications of limestone powder added cement concrete might be a cement concrete pavement since the concrete pavement consumes massive quantity of Portland cement. This study is to investigate the fundamental properties of limestone added cement concrete for application of pavement. Experimental variables were different replacement level of limestone powder by 0% to 25% with 5% increment. Through out the various experiments before and after the hardening of limestone powder added concrete, its mechanical and durability characteristics were investigated.
From the test for the fresh concrete, it was known that the slump increased as the replacement ratio limestone powder increased. However, the unit volume weight and setting time decreased. There was no significant variation of air content with the variation of limestone powder content.
The results from mechanical property tests indicated that compression strength, flexural strength, and tensile strength were reduced with the increase of limestone powder replacement ratio. This is primarily because the limestone podwer is an inert in cement hydration. The results from the tests of changes in lengths of plastic shrinkage and drying shrinkage showed that the resulting values were about similar level to the ones from ordinary concrete.
The results from durability properties test revealed that freezing-thawing resistance was excellent in all variables regardless the replacement ratio of the limestone powder, and that deicing chemical resistance was identical with the ordinary concrete. It was judged that reduction of Alkali-Silica reaction would be possible as the alkali content can be reduced by replacing.
In order to enhance the usage of the limestone powder, it is recommended to consider reducing water-to-binder ratio since the addition of limestone powder will increase the workability at the same level of cementitious binder content.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 5
• 1.3 연구 범위 및 내용 6
• 2. 국내․외 석회석미분말의 품질규격 및 활용사례 8
• 2.1 국내 석회석미분말의 품질규격 및 활용사례 8
• 2.2 국외 석회석미분말의 품질규격 및 활용사례 11
• 3. 사용재료 및 배합 15
• 3.1 시멘트 15
• 3.2 골재 15
• 3.3 석회석미분말 17
• 3.4 공기연행제 18
• 3.5 실험 배합 19
• 4. 실험 내용 20
• 4.1 경화 전 콘크리트 특성 20
• 4.1.1 워커빌리티 (Slump) 20
• 4.1.2 공기량 21
• 4.1.3 단위용적중량 22
• 4.1.4 응결시간 측정 (Vicat 침) 22
• 4.1.5 소성수축 길이변화 23
• 4.2 경화 후 콘크리트 특성 25
• 4.2.1 압축강도 25
• 4.2.2 쪼갬인장강도 27
• 4.2.3 휨강도 27
• 4.2.4 탄성계수 28
• 4.2.5 건조수축 길이변화 29
• 4.2.6 동결융해 저항성 특성 29
• 4.2.7 제설염 저항성 30
• 4.2.8 알칼리-실리카 반응성 분석 31
• 5. 실험결과 및 분석 34
• 5.1 경화 전 콘크리트 특성 34
• 5.1.1 워커빌리티 (Slump) 34
• 5.1.2 공기량 35
• 5.1.3 단위용적중량 36
• 5.1.4 응결시간 측정 (Vicat 침) 37
• 5.1.5 소성수축 길이변화 38
• 5.2 경화 후 콘크리트 특성 50
• 5.2.1 압축강도 50
• 5.2.2 쪼갬 인장강도 51
• 5.2.3 휨강도 52
• 5.2.4 탄성계수 53
• 5.2.5 건조수축 길이변화 56
• 5.2.6 동결융해 저항성 특성 57
• 5.2.7 제설염 저항성 58
• 5.2.8 알칼리-실리카 반응성 분석 60
• 6. 결 론 62