고온 이력을 받은 경량 골재가 콘크리트의 소산 에너지에 미치는 영향 분석

Analyzing the Effect of Lightweight Aggregates Subjected to High Temperature History on the Dissipated Energy of Concrete

콘크리트의 주재료 중 하나인 굵은 골재는 부순 쇄석이 대부분으로 전체 수요의 40% 이상을 차지하고 있으나, 골재채취로 인한 산림 파괴 및 자원 고갈 방지를 위한 규제로 인해 현재 공급처가 제한적인 상황이다. 이에 최근 건설 폐기물에서 채취한 순환골재나 각종 부산물을 이용한 인공골재 등 다양한 골재에 대한 연구 및 실제 사용이 진행되고 있다. 경량골재는 내부 공극이 보통골재보다 많아 낮은 밀도를 가진 가벼운 골재로, 상온에서 보통골재보다 낮은 압축강도와 더 큰 건조수축을 보이는 특징이 있다. 하지만 다공성의 특징으로 인해 500 ℃ 이상의 고온에 노출된 콘크리트의 강도 저하의 원인 중 하나인 골재 내부 자유수의 팽창으로 인한 영향을 상대적으로 덜 받기 때문에 화재에 노출될 경우 더 높은 잔존 역학적 특성을 보일 것으로 예상된다. 무게와 고온 특성에 장점을 가지기 때문에 고층 건축물에 적용성이 높을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구는 경량골재와 보통골재를 사용한 콘크리트를 가열하여 잔존 역학적 특성을 비교하였으며, 시험체의 에너지 흡수 능력을 정량적으로 평가하고자 응력-변형률 곡선 아래 면적을 계산하여 평가하였다. 연구에 사용된 시험체 배합의 W/B는 0.41로 설정하였고 화력발전소에서 발생한 석탄회로 제작된 경량 골재 를 사용한 LC 시험체와 와 부순 쇄석을 사용한 NC 시험체를 제작하였다. 실험의 목표 온도는 20, 100, 200, 300, 500, 700 ℃ 6수준이며, 목표 온도에 도달 후 상온까지 냉각한 시험체의 소산 에너지를 평가하였다. 분석 결과 LC 시험체는 20 - 200 ℃의 온도 범위에서 NC보다 약 3.2 - 8.9% 낮은 소산 에너지를 나타냈다. 하지만, 목표 온도가 증가함에 따라 더 높은 소산 에너지를 나타내며 300 ℃ 이상의 온도에서 NC보다 높은 소산 에너지를 나타냈으며, 700 ℃에서는 100% 이상 높은 값을 나타냈다.