우리나라는 급격한 산업화가 이루어진 1980년대 후반부터 대규모 택지개발을 통하여 공동주택을 건설하였다. 현재는 1990년 이후의 아파트가 노후되기 시작하였고, 2000년대에 들어서면서 매년 공동주택에 대한 재건축 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그에 따라 콘크리트 구조물을 철거하고 해체하면서 많은 양의 건설폐기물이 발생되고 있다. 건설폐기물은 전체 폐기물의 49퍼센트 수준이며, 폐콘크리트가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이와 더불어 천연골재가 부족해지고, 골재공급원 개발에 의한 국토훼손으로 환경복원에 막대한 국가예산이 소요되고 있다. 따라서 국가적으로 환경보존 및 골재 수급문제를 해결하고 자원 순환형 사회를 구축하기 위하여 순환골재의 원활한 생산과 공급을 유도하고 있다. 전체 건설폐기물 발생량에서 약 65퍼센트가 순환골재로 소비되고 있으나, 80퍼센트 이상이 성토, 복토용 및 도로공사용 등 부가가치가 낮은 용도로 사용되고 있다. 그러나 건설폐기물 발생량이 많으며, 도로 및 기반시설이 갖추어진 도심에서는 신규 수요 부족에 따라 새로운 용도로의 개척이 필요하다.
이 연구는 내부에 수분을 많이 포함하고 있는 순환골재가 수화반응에 필요한 수분을 공급하여 고강도 콘크리트의 자기수축 저감과 수화반응 지속에 의해 품질을 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 그에 따라 먼저 양생방법에 의한 외부 수분 공급과 천연잔골재에 의한 내부 수분 공급으로 품질의 향상이 가능한 것을 확인하였다. 이어서 순환잔골재의 수분 공급에 의한 품질 향상과 부착 시멘트페이스트에 의한 품질 저하 특성을 분석하였다. 또한 입자가 큰 순환굵은골재의 수분 공급에 의한 성능을 확인하여 각 순환골재에 적합한 치환율을 설정하였다. 마지막으로 각 순환골재의 치환율을 바탕으로, 혼합하여 사용한 경우의 성능을 평가하여 복합 치환율을 도출하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

(1) 수중양생에 의해 외부에서 수분이 지속적으로 공급됨에 따라 자기수축이 63퍼센트 저감되고 압축강도가 20퍼센트 증가하였다. 또한 수분 공급에 의해 수화반응이 지속되어 수산화칼슘의 생성량이 증가하고, 공극률이 감소하였다.

(2) 표건상태의 천연잔골재에 의해 내부에서 수분이 공급되는 경우 자기수축이 16퍼센트 저감되고 압축강도가 4퍼센트 증가하였다.

(3) 순환잔골재를 40퍼센트까지 치환해도 부착 시멘트페이스트에 의한 영향보다 수분 공급에 의한 영향이 커서 10퍼센트 이내 수준으로 강도가 증가하였다. 또한 치환율이 증가할수록 공급해줄 수 있는 수분이 많아져서 자기수축이 60퍼센트 수준까지 저감되었다.

(4) 순환잔골재를 40퍼센트 치환한 경우 30퍼센트 치환한 경우에 비해 추가적인 수산화칼슘의 생성은 없었고, 공극률은 오히려 증가되었다. 이러한 결과를 통해 수화반응 지속에 도움을 주는 순환잔골재의 치환율은 30퍼센트인 것으로 확인하였다.

(5) 순환굵은골재는 부착 모르타르가 많기 때문에 40퍼센트까지 치환율이 증가함에 따라 약간의 강도저하를 나타내었으나, 5퍼센트 이내로 오차범위 수준인 것으로 측정되었다. 또한 치환율이 증가할수록 공급해줄 수 있는 수분이 많아져서 자기수축이 80퍼센트 수준까지 저감되었다.

(6) 순환굵은골재를 10퍼센트 치환한 경우 5퍼센트 치환한 경우에 비해 추가적으로 수산화칼슘이 생성되었으나, 공극률은 오히려 증가되었다. 이러한 결과를 통해 입자가 큰 순환굵은골재는 수분 공급 범위가 넓기 때문에 중첩이 발생될 수 있으며, 일부 구역의 물-시멘트비가 상승될 수 있음을 확인하였다.

(7) 순환굵은골재의 치환율을 5퍼센트로 고정하고 총 순환골재의 치환율을 30퍼센트 이내로 설정하여 복합 치환한 결과, 압축강도가 10퍼센트 이내 수준으로 증가하였다. 또한 순환굵은골재 5퍼센트, 순환잔골재 25퍼센트를 복합하여 사용함에 따라 자기수축이 25퍼센트 저감되었다.

도출된 결과에 의하면, 순환골재를 고강도 콘크리트 배합에 일부 치환하여 사용함에 따라 자기수축 저감과 수화반응 지속에 의해 품질이 향상되는 것을 확인하였다. 따라서 활용 용도가 저부가가치 산업에 머물고 있는 순환골재를 고강도 콘크리트 혼합재료로 사용하는 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있음을 확인하였다. 이 연구는 일반적으로 저품질 재료로 인식되고 있는 순환골재의 유용성을 극대화 하는데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

Korea began to build apartment housing complexes in earnest through a process of large-scale land development that was pursued in the late 1980s, while the nation was undergoing rapid industrialization. Today, many of the apartment complexes that were built after the 1990s have begun to age and deteriorate; as such, since the 2000s, the demand for apartment housing reconstruction has been increasing year after year. As a result, large amounts of construction waste have been generated as concrete structures are dismantled and demolished. Construction waste accounts for about 49 percent of all waste; within construction waste, waste concrete holds the largest share. Considering this, as it becomes impossible to meet demand with natural aggregates alone, and as land has been damaged due to the development of aggregate sources, an enormous amount of government money has been spent on environmental restoration. For this reason, the government encourages the production and supply of recycled aggregates in order to protect the nation’s environment, solve the problem of supply and demand of aggregates, and establish a recycling society. Of construction waste, about 65 percent is recycled for use as aggregates, but over 80 percent of this is used for low value-added purposes, such as for banking, earth-sheltering, road paving, and so on. But with the large amount of construction waste being generated and new demand remaining low in cities where the road system and infrastructure are well established, new uses for construction wastes need to be identified.
This study aims to achieve an enhancement in the quality of high strength concrete through a reduction in autogenous shrinkage and continued hydration by supplying the moisture needed for hydration through recycled aggregates that retain high amounts of moisture. To this end, I first confirmed that a quality enhancement through external water curing was possible by using the curing method and through internal water curing by natural fine aggregates. Next, I analyzed the quality enhancement that could be achieved through supplying moisture via recycled fine aggregates and the characteristics of quality degradation caused by adhesive cement paste. Also, I set an appropriate replacement rate for each recycled aggregate after examining the performance of moisture-supplied recycled coarse aggregates. Finally, based on the replacement rate for each recycled aggregate, I derived a combined replacement rate after assessing the performance of the combined use of different kinds of aggregates. The main findings of this study are as follows.

(1) As moisture was continuously supplied through water curing, autogenous shrinkage dropped by 63 percent and compressive strength was increased by 20 percent. In addition, as hydration continued through moisture supply, calcium hydroxide generation increased and porosity decreased.

(2) When moisture was supplied internally by saturated surface-dry natural fine aggregates, autogenous shrinkage was reduced by 16 percent and compressive strength was increased by 4percent.

(3) When up to 40 percent of concrete was replaced with recycled fine aggregates, as the impact of moisture supply outweighed that of adhesive cement paste, strength was increased by up to 10 percent. Also, as moisture supply increased with the higher replacement rate, autogenous shrinkage dropped by up to 60 percent.

(4) When 40 percent of concrete was replaced with recycled fine aggregates, compared with 30 percent replacement, there was no additional calcium hydroxide generation and porosity was increased rather than decreased. Based on this, I concluded that a 30percent rate of replacement with recycled fine aggregates was conducive to continuing hydration.

(5) As recycled coarse aggregates have high amounts of adhesive mortar, when the replacement rate was increased to 40 percent, a slight reduction in strength occurred, but this reduction was within the margin of error of 5 percent or less. Also, as moisture supply increased with the higher replacement rate, autogenous shrinkage dropped by up to 80 percent.

(6) When 10 percent of concrete was replaced with recycled coarse aggregates, compared with 5 percent replacement, additional calcium hydroxide was generated, but porosity was increased rather than decreased. Through these results, I confirmed that recycled coarse aggregates which have larger particles could cause overlapping due to the wide range of moisture supply, and the water to cement ratio could rise in some areas.

(7) When applying combined replacement with the recycled coarse aggregate replacement rate fixed at 5 percent and the total recycled aggregate replacement rate set at 30 percent or less, compressive strength was increased by up to 10 percent. Moreover, as 5 percent of recycled coarse aggregates were used together with 25 percent of recycled fine aggregates, autogenous shrinkage reduced 25 percent.

Through these findings, I confirmed that the quality of high strength concrete was improved through autogenous shrinkage reduction and continuation of hydration when some recycled aggregates were used in high strength concrete. Therefore, I was able to verify that recycled aggregates, which currently are mainly used in low value-added industry, could be used in high value-added industries, such as in mixing high strength concrete. This study is expected to help maximize the usage of recycled aggregates, which are generally considered to be low-quality materials.