한글초록:시멘트(cement)란 넓은 의미에서 물질과 물질을 접합시키는 성질을 가진 모든 재료를 말한다. 시멘트는 크게 수경성시멘트와 기경성시멘트로 분류하며, 수경성시멘트는 포틀랜드시멘트, 혼합시멘트 및 특수시멘트로 분류한다. 오늘날 가장 많이 사용되고 있는 시멘트는 1824년 영국의 벽돌공 Joeseph Aspidin가 발명한 것으로 포틀랜드 섬에서 생산되는 ...
한글초록:시멘트(cement)란 넓은 의미에서 물질과 물질을 접합시키는 성질을 가진 모든 재료를 말한다. 시멘트는 크게 수경성시멘트와 기경성시멘트로 분류하며, 수경성시멘트는 포틀랜드시멘트, 혼합시멘트 및 특수시멘트로 분류한다. 오늘날 가장 많이 사용되고 있는 시멘트는 1824년 영국의 벽돌공 Joeseph Aspidin가 발명한 것으로 포틀랜드 섬에서 생산되는 석회석과 비슷하여 포틀랜드시멘트(portland cement)라 불리게 되었다. 우리나라 전 시멘트 생산량의 90%이상이 보통포틀랜드시멘트(ordinary portland cement)이며 토목구조물, 콘크리트 제품 등에 다양하게 사용되고 있다. 포틀랜드시멘트는 현재까지도 가격이 저렴하고 견고한 재료로써 건설 분야에 널리 사용되어지고 있다. 그러나 복잡한 산업구조로 인한 토목구조물의 대형화, 특수화로 인해 시멘트콘크리트 분야에서도 시멘트 품질의 다양화, 목적화 및 고성능화의 연구가 지속되고 있다. 과학과 산업기술의 급속한 발전은 재료특성 세분화와 혁신적인 개선을 요구하고 있어 시멘트 분야에서도 긴급공사용으로 조강화 연구가 계속되어 왔다. 이에 따라 일본에서는 1920년대에 조강포틀랜드시멘트(early strength cement)가 개발되었고 세월이 흐름에 따라 더욱 조강성이 향상된 시멘트, 예를 들면 재령 1일의 압축강도가 조강시멘트의 2배인 200kg/cm2 정도의 초조강포틀랜드시멘트(super early strength cement)가 연구․개발되기에 이르렀다. 이 시멘트는 일명 ꡒOne day cement"라는 이름으로 상품화됨에 따라 실용강도 발현 양생기간이 7일에서 각각 3일, 1일로 단축될 수 있게 되었다. 시멘트 조강화의 연구는 이후에도 계속되어 1968년에 미국 포틀랜드시멘트협회(PCA)에서 포틀랜드시멘트의 클링커를 수정하여 ꡒRegulated-set-cement"라는 이름의 초속경시멘트를 개발하여 발명 특허를 획득하였다. 비슷한 시기에 일본과 독일에서 그 기술을 도입하였는데, 1971년에 Onoda와 Sumitomo사는 이 특허권을 신재료 연구개발센터를 통하여 공동 도입하고 각자 제조공정, 특성개선 및 이용기술을 개발하여 ꡓJet cement"라고 불리는 초속경시멘트를 개발하여 상품화하는데 성공하였다.한편 국내에서는 1980년대 중반이후 연구가 시작되어 1988년부터 제품을 생산하기 시작하였다. 1986년에는 C11A7CaF2 광물을 주체로 하는 초속경시멘트를 개발 시판한 이래 대량 제조가 용이한 알루미나 클링커를 이용한 초속경시멘트를 실용화하였으며 시공성, 내구성 등의 품질 향상을 위한 연구를 지속해 왔다. 1995년 이후 속경성과 고강도를 발현하고 경화체 내의 수화물 조직이 매우 안정한 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate) 광물을 주체로 한 초속경시멘트의 개발이 이루어졌으며 현장에서의 시공이 보다 용이하고 내화학성, 동결융해저항성, 내마모성 등 내구성이 우수한 초속경시멘트의 제조가 가능하게 되었다. 대표적인 용도로서는 초조강시멘트의 경우와 마찬가지로 초속경성을 이용하여 종래 어려움을 겪었던 긴급공사를 용이하게 했으며 도로, 철도, 공항활주로 등 시간적으로 제약을 받는 장소에서의 긴급공사, 구조물 이음부의 보수공사, 한중공사, 콘크리트 2차제품의 탈형강도, 출하강도의 조기확보 및 숏크리트용 시멘트 등으로도 사용되고 있으며 그라우트용 모르타르, 지수제 등으로도 그 수용증대가 계속되고 있는 실정이다 요즘 들어 급속한 산업화에 따른 교통량의 증가로 도로포장 및 교량 접합부 등의 도로구조물은 차량의 윤하중으로 인한 조기열화 현상이 발생하여 긴급보수가 필요하다. 그러나 일반 콘크리트를 사용할 경우 요구하는 강도발현을 위해 충분한 양생이 필요로 하다는 단점을 지니고 있다. 한편 기존의 교량, 도로 또는 교량 상판과 같이 긴급보수를 요하는 경우에 있어서 양생기간을 줄일 목적으로 조기 강도발현이 큰 초속경시멘트를 이용하고 있다. 하지만 초속경시멘트의 사용은 장기적인 측면에서 볼 때 많은 문제점을 가지고 있다. 초속경시멘트를 사용한 포장구조물은 조기에 빠른 강도발현에는 효과적이나 양생 초기 보통 콘크리트보다 상대적으로 높은 수화열과 건조수축으로 인해 콘크리트 내에서 열과 수분의 이동으로 인한 수축이 내․외부적 요인에 의해 구속됨으로써 미소균열이 발생하기 쉽다. 이러한 미소균열은 포장구조물 내의 투수성을 증가시키고 다양한 형태의 파괴를 유도함으로써 구조물의 역학적 특성 및 내구성 저하에 직접적인 원인이 될 수 있어, 구조물의 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한 현재 국내에서 생산되는 초속경시멘트는 고가의 제품으로서 그 사용범위가 긴급공사에만 국한되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 가지고 있는 기존 초속경시멘트의 성능을 평가하고 대응방안을 마련하여 경제적이면서 우수한 역학적 특성 및 내구성능을 지닌 고내구성 초속경시멘트를 사용한 고내구성 초속경시멘트 콘크리트를 제시하고자 한다영문초록:Demanded the increase of the rate of strength development for rapid constructions and repairs, many efforts have progressed to improve on performance of concrete. The concrete used regulated set cement has performance of high strength development at early period. At early curing, however, concrete using regulated set cement has some problems as like increasing its permeability and accelerate its long-term deterioration due to high hydrated heat. The purpose of this study is to improve the performance of regulated set cement, which mixed with the mineral admixtures such as silica fume, fly ash and ground granulated blast furnace slag. At first, the settingtime, compressive strength and chloride permeability of mortar according to the substitute ratio of mineral admixtures were evaluated. And then using it obtained from test results, it was conducted with experiment of mechanical, physical and durable characteristics of concrete. In conclusion, concrete substituted for 5% of silica fume didn't have an effect on prominent performance relating to compressive and flexural strength. However it was superior to concrete which wasn't blended with silica fume in the case of improvement of chloride permeability. As a result of this study, it is considered that the mineral admixture may be useful to urgent construction which is required longer service-life
한글초록:시멘트(cement)란 넓은 의미에서 물질과 물질을 접합시키는 성질을 가진 모든 재료를 말한다. 시멘트는 크게 수경성시멘트와 기경성시멘트로 분류하며, 수경성시멘트는 포틀랜드시멘트, 혼합시멘트 및 특수시멘트로 분류한다. 오늘날 가장 많이 사용되고 있는 시멘트는 1824년 영국의 벽돌공 Joeseph Aspidin가 발명한 것으로 포틀랜드 섬에서 생산되는 석회석과 비슷하여 포틀랜드시멘트(portland cement)라 불리게 되었다. 우리나라 전 시멘트 생산량의 90%이상이 보통포틀랜드시멘트(ordinary portland cement)이며 토목구조물, 콘크리트 제품 등에 다양하게 사용되고 있다. 포틀랜드시멘트는 현재까지도 가격이 저렴하고 견고한 재료로써 건설 분야에 널리 사용되어지고 있다. 그러나 복잡한 산업구조로 인한 토목구조물의 대형화, 특수화로 인해 시멘트콘크리트 분야에서도 시멘트 품질의 다양화, 목적화 및 고성능화의 연구가 지속되고 있다. 과학과 산업기술의 급속한 발전은 재료특성 세분화와 혁신적인 개선을 요구하고 있어 시멘트 분야에서도 긴급공사용으로 조강화 연구가 계속되어 왔다. 이에 따라 일본에서는 1920년대에 조강포틀랜드시멘트(early strength cement)가 개발되었고 세월이 흐름에 따라 더욱 조강성이 향상된 시멘트, 예를 들면 재령 1일의 압축강도가 조강시멘트의 2배인 200kg/cm2 정도의 초조강포틀랜드시멘트(super early strength cement)가 연구․개발되기에 이르렀다. 이 시멘트는 일명 ꡒOne day cement"라는 이름으로 상품화됨에 따라 실용강도 발현 양생기간이 7일에서 각각 3일, 1일로 단축될 수 있게 되었다. 시멘트 조강화의 연구는 이후에도 계속되어 1968년에 미국 포틀랜드시멘트협회(PCA)에서 포틀랜드시멘트의 클링커를 수정하여 ꡒRegulated-set-cement"라는 이름의 초속경시멘트를 개발하여 발명 특허를 획득하였다. 비슷한 시기에 일본과 독일에서 그 기술을 도입하였는데, 1971년에 Onoda와 Sumitomo사는 이 특허권을 신재료 연구개발센터를 통하여 공동 도입하고 각자 제조공정, 특성개선 및 이용기술을 개발하여 ꡓJet cement"라고 불리는 초속경시멘트를 개발하여 상품화하는데 성공하였다.한편 국내에서는 1980년대 중반이후 연구가 시작되어 1988년부터 제품을 생산하기 시작하였다. 1986년에는 C11A7CaF2 광물을 주체로 하는 초속경시멘트를 개발 시판한 이래 대량 제조가 용이한 알루미나 클링커를 이용한 초속경시멘트를 실용화하였으며 시공성, 내구성 등의 품질 향상을 위한 연구를 지속해 왔다. 1995년 이후 속경성과 고강도를 발현하고 경화체 내의 수화물 조직이 매우 안정한 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate) 광물을 주체로 한 초속경시멘트의 개발이 이루어졌으며 현장에서의 시공이 보다 용이하고 내화학성, 동결융해저항성, 내마모성 등 내구성이 우수한 초속경시멘트의 제조가 가능하게 되었다. 대표적인 용도로서는 초조강시멘트의 경우와 마찬가지로 초속경성을 이용하여 종래 어려움을 겪었던 긴급공사를 용이하게 했으며 도로, 철도, 공항활주로 등 시간적으로 제약을 받는 장소에서의 긴급공사, 구조물 이음부의 보수공사, 한중공사, 콘크리트 2차제품의 탈형강도, 출하강도의 조기확보 및 숏크리트용 시멘트 등으로도 사용되고 있으며 그라우트용 모르타르, 지수제 등으로도 그 수용증대가 계속되고 있는 실정이다 요즘 들어 급속한 산업화에 따른 교통량의 증가로 도로포장 및 교량 접합부 등의 도로구조물은 차량의 윤하중으로 인한 조기열화 현상이 발생하여 긴급보수가 필요하다. 그러나 일반 콘크리트를 사용할 경우 요구하는 강도발현을 위해 충분한 양생이 필요로 하다는 단점을 지니고 있다. 한편 기존의 교량, 도로 또는 교량 상판과 같이 긴급보수를 요하는 경우에 있어서 양생기간을 줄일 목적으로 조기 강도발현이 큰 초속경시멘트를 이용하고 있다. 하지만 초속경시멘트의 사용은 장기적인 측면에서 볼 때 많은 문제점을 가지고 있다. 초속경시멘트를 사용한 포장구조물은 조기에 빠른 강도발현에는 효과적이나 양생 초기 보통 콘크리트보다 상대적으로 높은 수화열과 건조수축으로 인해 콘크리트 내에서 열과 수분의 이동으로 인한 수축이 내․외부적 요인에 의해 구속됨으로써 미소균열이 발생하기 쉽다. 이러한 미소균열은 포장구조물 내의 투수성을 증가시키고 다양한 형태의 파괴를 유도함으로써 구조물의 역학적 특성 및 내구성 저하에 직접적인 원인이 될 수 있어, 구조물의 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한 현재 국내에서 생산되는 초속경시멘트는 고가의 제품으로서 그 사용범위가 긴급공사에만 국한되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 가지고 있는 기존 초속경시멘트의 성능을 평가하고 대응방안을 마련하여 경제적이면서 우수한 역학적 특성 및 내구성능을 지닌 고내구성 초속경시멘트를 사용한 고내구성 초속경시멘트 콘크리트를 제시하고자 한다영문초록:Demanded the increase of the rate of strength development for rapid constructions and repairs, many efforts have progressed to improve on performance of concrete. The concrete used regulated set cement has performance of high strength development at early period. At early curing, however, concrete using regulated set cement has some problems as like increasing its permeability and accelerate its long-term deterioration due to high hydrated heat. The purpose of this study is to improve the performance of regulated set cement, which mixed with the mineral admixtures such as silica fume, fly ash and ground granulated blast furnace slag. At first, the setting time, compressive strength and chloride permeability of mortar according to the substitute ratio of mineral admixtures were evaluated. And then using it obtained from test results, it was conducted with experiment of mechanical, physical and durable characteristics of concrete. In conclusion, concrete substituted for 5% of silica fume didn't have an effect on prominent performance relating to compressive and flexural strength. However it was superior to concrete which wasn't blended with silica fume in the case of improvement of chloride permeability. As a result of this study, it is considered that the mineral admixture may be useful to urgent construction which is required longer service-life
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