Evaluation of Mechanical and Thermal Properties of UHPC with Coal-Fired Bottom Ash Fine Aggregate

건물 에너지 효율을 개선을 위한 건설재료의 단열 성능 향상과 한국에서 매년 약 150만 톤 가량의 분량이 발생하는 석탄화력 바텀애시(Coal bottom ash, CBA)로 인한 오염은 최근 환경과 관련된 주요 이슈이다. CBA를 사용하여 콘크리트와 같은 시멘트 기반 건설 재료(Cement based construction materials, CCM)의 열전도율을 저감하고 건설산업의 지속 가능성을 향상하기 위한 연구가 존재하나 아직까지 낮은 강도 수준에 머물러 있는 상황이다. 이 연구에서는 앞서 언급한 문제들을 해결하기 위하여 CBA를 사용한 실리카샌드 치환이 UHPC의 역학적 특성 및 열적 특성 그리고 미세구조에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 밀도, 압축 거동, 직접인장거동, 열적특성이 측정되었으며, TG/DTG, MIP 분석을 수행하였다. 실험결과에 따르면 CBA 잔골재 사용은 UHPC의 밀도, 압축강도, 직접인장강도를 감소시켰으나 100 % CBA 잔골재를 사용하는 경우에도 143~153.6 MPa의 높은 압축강도를 갖는 UHPC의 제조가 가능하였다. CBA 잔골재 사용은 UHPC의 열전도율을 상당 수준 감소시켰으며, 100 % CBA가 사용된 변수는 CBA가 사용되지 않은 변수 대비 49 % 수준으로 감소한 열전도율을 보였다. 미세구조 분석 결과에 따르면 CBA를 사용한 실리카샌드의 치환은 UHPC의 공극을 증가시켰으나 치환율이 50 %를 초과하는 경우 CBA의 포졸란 반응성으로 인하여 생성된 추가적인 수화물들이 UHPC의 macro 공극을 감소시키는 것으로 나타났다.