본 연구에서는 100 MPa 급 초고강도 콘크리트의 경제적 제조를 위한 방안을 제안하고자 재료적 차원에서 최적의 입자특성 및 역학적 성능을 갖는 골재를 선정하고 이를 토대로 비용절감이 가능한 최적배합을 도출하기 위한 일련의 실험을 진행하고자 한다. 즉, 이를 위하여 굵은골재 및 잔골재 자원의 암종을 변화시키고 잔골재 암종 별로 혼합하여 이들이 초고강도 콘크리트의 제반 공학적 특성에 미치는 영향을 고찰하고 이를 토대로 100 MPa급 초고강도 콘크리트의 경제적 제조를 위한 최적 골재조합 및 배합을 제안하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 굳지않은 콘크리트의 슬럼프 플로는 먼저 단일잔골재 배합의 경우 전반적으로 LCA 사용배합이 GCA 사용배합보다 더 높은 유동성을 나타내었고, LFA 및 EFA가 우수한 유동성을 나타낸 반면에, GFA를 포함한 배합에서는 유동성이 현저히 저하하는 것으로 나타났다. 혼합잔골재 배합에서는 LFA+EFA 배합 및 LFA+SFA 배합이 타 혼합잔골재 배합에 비해 높은 슬럼프 플로를 나타내었지만, 혼합잔골재 배합 모두 목표범위를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

2) U-box 충전시험은 슬럼프 플로와 유사한 경향으로 단일잔골재 배합에서 LCA 사용 LFA 배합 및 EFA 배합, 혼합잔골재 배합에서 LFA+EFA 배합 LFA+SFA 배합이 높은 유동성을 나타내었으며, GFA 사용배합의 경우 현저히 낮은 유동성을 나타내었다. L-flow는 U-box와 유사한 경향을 나타내었지만, EFA의 배합의 경우 골재 특성으로 높은 일방향 변형량이 측정되었다.

3) 경화 콘크리트의 압축강도는 단일잔골재 배합의 경우 재령 28일에 GFA를 제외한 배합에서 모두 약 100 MPa 이상의 양호한 압축강도를 나타내었고, 탄성계수는 LCA 사용배합이 골재 자체 특성으로 인해 GCA 사용배합보다 다소 높은 탄성계수를 나타냈다. 혼합잔골재 배합의 경우 LFA+EFA 배합 및 LFA+SFA 배합이 타 혼합잔골재 중 높은 압축강도를 나타내었지만, 목표 압축강도인 100 MPa을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

4) 자기수축은 단일잔골재 배합의 경우 전반적으로 LCA 사용배합이 GCA 사용배합에 비해 낮은 자기수축을 나타내었으며, 그 중 EFA 배합과 LFA 배합이 큰 자기수축 감소율을 나타내었다. 혼합잔골재 배합의 경우 LFA가 포함된 배합이 전반적으로 낮은 자기수축 길이변화를 나타냈고, SFA+GFA 배합이 가장 큰 자기수축 길이변화를 나타내었다.

5) 콘크리트 제조단가는 단일잔골재 배합에서 LCA 사용 LFA 배합이 158 512원/m3으로 가장 경제적인 제조단가를 나타내었으며, GFA 배합은 LCA 사용 LFA 배합에 비해 약 10 000 원/m3 이상 제조단가가 증가하는 것으로 나타났다. 또한, GCA 사용배합에서는 LCA 사용 LFA 배합에 비해 최대 17 000 원/m3 이상 증가하는 것으로 나타났다. 혼합잔골재 배합에서는 LCA 사용 LFA+SFA 배합이 가장 낮은 제조단가를 나타내었으나, LCA 사용 LFA 배합에 비해 제조단가가 약 4 000 원/m3 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.

이상을 종합하면 LCA와 LFA를 조합 사용한 초고강도 콘크리트는 유동성과 압축강도 및 자기수축 저감에 뛰어난 성능을 나타내었는데, 이는 골재자체의 우수한 입자특성 및 역학적 성능에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 저렴한 골재 단가와 LCA와 LFA를 조합 사용함에 따라 유동성을 확보 및 고가의 고성능 감수제 사용량도 절감할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 100 MPa급 초고강도 콘크리트의 경제적 제조를 위한 최적 골재조합으로서 굵은골재의 경우 LCA, 잔골재의 경우 LFA 배합이 가장 적절할 것으로 판단된다.

In this research, to deduce the economical mixing design for 100 MPa grade ultra-high strength concrete, the general engineering properties of the concrete according to mineralogical sources and the mixing methods of fine aggregates in aspect of composite was reviewed, and the mix design for the highest performance and the most cost-efficient mix design regarding the combination between fine and coarse aggregates were suggested. The results of these experiment can be summarized as follows:

1) First, for the fresh state concrete slump flow, in the case of single-type fine aggregate, generally, the mixture with LCA showed higher workability than the mixture with GCA, additionally, the mixtures with LFA, and EFA showed favorable workability while the mixture with GFA showed significantly decreased workability. For the mixtures including combined fine aggregate, entire cases of the mixture including combined fine aggregate couldn’t satisfyed the target slump flow although the mixtures including LFA+EFA and LFA+SFA showed relatively good slump flow.

2) The U-box test showed a similar tendency to the slump flow test with a high workability results for the mixtures including LCA, LFA, and EFA among the mixture with single type of fine aggregate, and for the mixtures including LFA+EFA, and LFA+SFA among the mixture with combined fine aggregate, while the mixture with GFA showed significantly low workability. although L-flow test results showed similar results of U-box test results, in the case of EFA, because of the aggregate characteristics, high single-direction deformation was observed.

3) In the case of the compressive strength of the hardened concrete, for the mixture with single-type fine aggregate, a favorable compressive strength of over 100 MPa was achieved for entire cases except the mixture with GFA at 28 days. The elastic modulus was because of the aggregate properties of LCA, the mixture including LCA showed relatively higher elastic modulus was shown than the mixture using GCA. For the mixtures with combined fine aggregate, although the mixtures with LFA+EFA and LFA+SFA showed higher compressive strength than other mixtures, the 100 MPa of target compressive strength was not satisfied.

4) For autogenous shrinkage, among the mixtures with single-type aggregate, the mixtures with LCA showed lower degree of autogenous shrinkage than the mixture with GCA, especially, the mixtures with EFA, and LFA showed the most efficient performance of reducing autogenous shrinkage. In the case of the mixtures with combined fine aggregate, the mixture including LFA showed generally low autogenous shrinkage, and the mixture using S+G showed the highest autogenous shrinkage.

5) The manufacturing cost for the concrete with single-type aggregate, the LFA mixtures with LCA showed the lowest cost of 158 512 KRW/m3, and the mixture with GFA showed increased cost of approximately 10 000 KRW/m3 compared to the LFA mixture with LCA. Additionally, the mixtures including GCA, the cost was increased approximately 17 000 KRW/m3 compared to the LFA mixture with LCA. In the case of the mixtures with combined fine aggregate, the LFA+SFA mixture with LCA showed the most economical cost, while the cost of it increased approximately 4000 KRW/m3 compared to the LFA mixture with LCA.

In summary, the mixture including the combination of LCA and LFA showed outstanding performances of workability, compressive strength and reducing autogenous shrinkage. It is considered these good performances are caused by the outstanding properties of the aggregates themselves. Furthermore, by using the low cost of LCA and LFA together, both a good workability and decreasing the usage of superplasticizer were achieved.
Therefore as a optimum aggregate combination for economical manufacturing of 100 MPa grade of ultra-high performance concrete, LCA and LFA for coarse, and fine aggregates, respectively are proposed.