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1. 골재의 정의와 특성
1.1. 골재의 정의
골재는 한국공업규격(KS규격)에서 콘크리트, 모르타르를 만들기 위해 시멘트와 물에 혼합되는 불활성 재료이며 모래, 자갈, 부순돌 그 밖에 비슷한 재료를 통칭한다. 골재는 견고하고 화학적으로 안정되어 있다.
1.2. 골재의 역할
골재는 콘크리트의 골격을 형성하는 것으로 콘크리트 체적의 약 70-80%를 차지한다"". 골재는 모르타르와 콘크리트에서 양을 늘려주는 증량재 혹은 공간을 메우는 충전재의 역할을 한다"". 또한 모르타르나 콘크리트 내부의 공간 사이에 강도가 강하고 화학적으로 안정된 골재가 첨가되면 균열을 저감할 수 있어 안정재의 역할을 한다"". 특히 경량골재콘크리트 및 고강도 콘크리트에서는 골재의 강도가 중요하게 작용하므로 보강재의 역할을 한다"". 즉, 골재는 콘크리트의 주요 구성성분으로 공간을 메우고 균열을 방지하며 강도를 높이는 핵심적인 역할을 한다고 볼 수 있다"".
1.3. 골재의 밀도
골재의 밀도는 콘크리트의 배합설계, 실적률, 공극률 등의 계산에 사용되고 경도, 강도, 내구성 등의 정도를 알 수 있는 중요한 요소이다. 골재의 밀도에는 진밀도, 겉보기 밀도, 절대건조상태, 표면건조포화상태의 밀도가 있다.
일반적으로 골재의 밀도는 표면건조상태의 밀도를 말한다. KS 규격에 의하면 잔골재의 밀도는 2.50-2.65 g/cm^3, 굵은 골재의 밀도는 2.5-2.70 g/cm^3의 값이 표준이다. 일반적인 콘크리트용 골재의 밀도는 2.60 이상을 표준으로 한다.
밀도가 큰 골재는 공극률이 적고 흡수율이 적어 강도가 크고 동결에 의한 손실이 적으며 내구성이 크다. 반면 밀도가 2.50 이하의 골재는 풍화된 골재로서 성질이 나쁘다. 따라서 골재의 종류나 채취 장소, 풍화 정도에 따라 밀도가 달라지므로 골재의 품질 평가 시 이를 고려해야 한다.
1.4. 골재의 함수량에 따른 분류
골재의 함수량에 따른 분류는 다음과 같다.
절대건조상태(A)는 건조기에서 105±5℃의 온도로 일정한 질량이 될 때까지 완전히 건조한 상태이다.
공기중 건조상태(B)는 골재의 표면은 건조하나 내부에서 포화하는데 필요한 수량보다 작은 양의 물을 포함하는 상태로 물을 가하면 약간 흡수할 수 있는 상태이다.
표면건조포화상태(C)는 골재의 표면에는 수분이 없으나 내부의 공극은 수분으로 포화 된 상태로 콘크리트 반죽 시 물의 양이 골재에 의해 증감되지 않는 이상적인 상태이다. 콘크리트의 배합설계 시 기준으로 한다.
습윤상태(D)는 골재 내부가 완전히 수분으로 채워져 있고 표면에도 여분의 물을 포함하고 있는 상태이다.
이와 같이 골재의 함수상태에 따라 절대건조상태, 공기중 건조상태, 표면건조포화상태, 습윤상태로 구분된다. 골재의 배합설계 시에는 표면건조포화상태가 기준이 된다.
1.5. 골재의 흡수량
골재의 흡수량이란 표면건조포화상태의 골재 내부에 포함된 전체 수량을 말한다. 골재의 함수상태를 나타내는 지표로 사용되며, 골재의 종류에 따라 다양한 범위의 값을 갖는다. 도로용 쇄석의 경우 흡수량은 2.5% 이하, 콘크리트용 쇄석은 2.0% 이하가 기준이다. 일반적으로 굵은골재(자갈)의 평균 흡수량은 1%로 알려져 있다.
흡수량이 3%를 넘어가면 콘크리트의 강도나 내구성에 악영향을 끼친다. 흡수량이 높은 골재는 콘크리트 내부에 존재하는 공극이 많다는 것을 의미하며, 이로 인해 콘크리트의 강도와 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 콘크리트 재료로 사용되는 골재의 흡수량은 적정 수준을 유지해야 한다.
골재의 종류에 따른 일반적인 흡수량 범위는 다음과 같다. 보통모래는 0-2%, 보통자갈 및 쇄석은 0.5-1%, 맥암과 화강암은 0-0.5%, 사암은 2-7%이다. 특히 흡수량이 3% 이상인 골재는 건설재료로 사용하기에 부적합하다고 알려져 있다.
골재의 흡수율을 알면 유효흡수량과 표면수량을 추정할 수 있다. 유효흡수량은 기건상태에서 표면건조포화상태가 되는데 필요한 수량을 말하며, 표면수량은 함수량에서 흡수량을 뺀 값으로 일반적으로 골재 질량의 1% 이하다. 이러한 정보를 활용하면 콘크리트 배합설계 시 사용수량을 조절할 수 있다.골재의 흡수량이 커지면 콘크리트 강도와 내구성이 저하되기 때문에, 골재 선택 시 흡수량을 고려하는 것이 중요하다. 건설 현장에서 사용되는 골재의 흡수량 기준을 만족시키기 위해서는 골재의 채취 및 가공 과정에 주의를 기울여야 한다. 또한 골재의 종류에 따른 적정 흡수량 범위를 확인하고, 이를 토대로 콘크리트 배합설계를 수행해야 한다.
최근에는 골재의 재활용 활성화, 순환골재 사용 등 친환경 콘크리트 제조 기술이 주목받고 있다. 이러한 경우에도 골재의 흡수량 관리가 중요한데, 순환골재의 높은 흡수량으로 인한 콘크리트 품질 저하를 방지하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 순환골재의 물 흡수 특성을 개선하거나 배합...
