골재를 제조할 때 골재의 중앙에 만들어지는 블랙코어(black core)의 형성 메커니즘을 살펴보기 위해 적점토, 탄소(carbon), 산화철$(Fe_2O_3)$이 혼합된 직경 10mm 구형골재의 조성, 소성온도, 소성시간, 소성분위기, 소성방법을 변화시키면서 각각의 비중, 흡수율, 블랙코어 면적비$(\%)$, 파괴강도, Fe 총량분석, XRF를 측정하고 비교하였다. 소량의 산화철 첨가는 골재의 물성에 큰 영향을 미치지 않는 반면 탄소는 많이 첨가될수록, 소성온도가 증가할수록 블랙코어가 더 많이 형성되었고, 블랙코어의 비율이 증가하면 그만큼 비중은 감소하고 흡수율은 증가하였다 산화분위기에서 소성시킨 골재는 껍질 (shell)과 블랙코어가 뚜렷하게 구분되는 반면 환원분위기에서 소성한 시편에서는 시편의 단면전체에 블랙코어가 형성되었고, 산화분위기와 중성분위기와는 달리 환원분위기에서 소성된 시편에서는 탄소첨가량이 증가할수록 비중이 증가했으며, 전반적인 비중은 가장 낮았다. 흡수율은 모든 분위기에서 탄소 첨가량이 증가할수록 증가했다. 소성방법을 달리하여 실험한 결과 직화소성한 시편에서는 블랙코어가 잘 형성되었고, 승온소성한 시편에 비해 비중은 작고 흡수율은 높았다. 또한 파괴강도의 측정결과를 통해 블랙코어가 형성되지 않은 골재시편의 강도가 블랙코어가 형성된 시편보다 다소 크다는 사실을 알 수 있었다. Fe총량분석결과 블랙코어에서 껍질보다 많은 Fe와 FeO가 분포하였고, 껍질에는 적색을 띠는 $Fe_2O_3$가 많이 분포되어 있었다. XRF 분석 결과를 통해 탄소는 블랙코어 형성부위에서만 존재한다는 것을 알 수 있었다.
The 10mm diameter aggregates made of clay, carbon and $Fe_2O_3$ were prepared to investigate the mechanism of black core formation. The specific gravity, absorption rate, percent of black core area, fracture strength, total Fe analysis, and XRF were measured at various compositions, sintering temperatures, sintering times, sintering atmospheres, and sintering methods. Small addition of $Fe_2O_3$ did not affect physical properties of the aggregates; however, the percent of black core area increased with increasing carbon contents and increasing sintering temperature. Specific gravity of the aggregates decreased and the water absorption ratio increased with increasing percent of black core area. The aggregates sintered at oxidation atmosphere showed clear border between shell and black core area. Hence, the aggregates sintered at reduction atmosphere showed only black core area in the cross-section of the aggregates. The specific gravity of the aggregates sintered at reduction atmosphere increased with increasing carbon contents and that was the lowest of all comparing other aggregates sintered at different atmospheres. Adsorption rate increased with increasing carbon contents at all atmospheres. The fast sintered aggregates showed lower specific gravity, higher absorption rate, and more black core area than the normally sintered aggregates. It was turned out that the aggregates having more black core area showed higher fracture strength than that of aggregates with no black core area. From the total Fe analysis, the concentration of Fe and FeO was higher at black core area than at shell. Because the concentration of $Fe_2O_3$ in the shell was higher than other area, the color of the shell appeared red. It was also turned out from the XRF analysis that carbon was exist only at black core area.
