[학위논문]폴리카르본산계(P.C)계 고성능 감수제를 사용한 고강도 콘크리트의 성능개선에 관한 연구 A Study on the Performance Improvement of High Strength Concrete Using Polycarboxylate(P.C) Superplasticizer원문보기
초고층 건축물에 사용되는 초고강도콘크리트의 강도수준은 설계기준강도 60MPa이상의 실용화에 이르고 있으나 유동성, 내구성, 강도발현 등 콘크리트 품질확보에 따른 배합설계 이외의 콘크리트 실용화를 위한 관련기준 마련은 미비한 실정이다. 한편, 초고강도콘크리트의 배합구성은 낮은 물-결합재비로 인해 다양한 혼화재료를 사용하기 때문에 결합재 종류 및 구성 비율이 초고강도콘크리트의 경화 전·후의 물성에 미치는 영향은 매우 크다. 고강도 콘크리트는 보통 포틀랜트 시멘트에 혼화재의 종류 및 치환율을 달리하여 사용함에 따라 경화전의 유동성, 점성, 응결특성 및 수화열과 경화 후의 강도발현 특성은 매우 달라진다. 따라서 고강도콘크리트의 품질향상을 위해 폴리카르본산(P.C)계 ...
초고층 건축물에 사용되는 초고강도콘크리트의 강도수준은 설계기준강도 60MPa이상의 실용화에 이르고 있으나 유동성, 내구성, 강도발현 등 콘크리트 품질확보에 따른 배합설계 이외의 콘크리트 실용화를 위한 관련기준 마련은 미비한 실정이다. 한편, 초고강도콘크리트의 배합구성은 낮은 물-결합재비로 인해 다양한 혼화재료를 사용하기 때문에 결합재 종류 및 구성 비율이 초고강도콘크리트의 경화 전·후의 물성에 미치는 영향은 매우 크다. 고강도 콘크리트는 보통 포틀랜트 시멘트에 혼화재의 종류 및 치환율을 달리하여 사용함에 따라 경화전의 유동성, 점성, 응결특성 및 수화열과 경화 후의 강도발현 특성은 매우 달라진다. 따라서 고강도콘크리트의 품질향상을 위해 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제, 실리카 흄(SF), 고르슬래그 미분말(BS), 무수석고(AG) 등의 혼화재료를 사용하고 그 배합비율에 따라 콘크리트의 유동성 및 강도발현이 큰 차이를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제를 이용하여 고강도 콘크리트의 최적 배합설계를 통한 적절한 고성능 감수제 혼입율과 무수석고, 잔골재량, 분체비, 물바인더비(W/B)의 치환율에 따른 유동성 및 강도 변화를 알아내고, 고강도 콘크리트의 최적배합설계를 제시하고자 한다.
1) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 유동성 및 강도 특성 (1) 시판중의 폴리카르본산계 고성능 감수제의 비교 시험결과, 혼입량 변화에 따른 유동성은 B사의 고성능 감수제가 가장 뛰어났다. 그러나 점성이 너무 높아 공시체 안의 기포로 인해 공극이 발생하여 강도가 제대로 발현하지 않아, 기포를 억제하기 위한 일련의 실험을 실시하였다.
(2) 기포 억제 실험으로서 소포제를 추가하여 시험을 한 결과, 유동성은 3개의 회사가 큰 차이가 없었고, 소포제가 증가할수록 공시체 안의 기포가 현격하게 줄어든 것을 알 수 있었고, 공시체 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, E사의 고성능 감수제가 110.08MPa로 가장 높은 강도를 나타낸 것을 알 수 있었으며, E사의 고성능 감수제가 가장 좋은 압축강도를 발현하는 것을 알 수 있다.
2) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 강도 증진 실험 (1) 무수석고를 혼입하게 되면 S사는 무수석고 혼입량이 5%일 때 115.2MPa로 가장 높은 압축강도를 발현 하였고, E사는 무수석고 혼입량이 9%일 때 가장 좋았다. 유동특성으로는 S사가 무수석고 혼입량이 7%일 때 321mm로 가장 높은 플로우 값을 나타내었고, E사는 무수석고 혼입량이 9%일 때 329mm로 가장 높은 플로우 값을 측정하였다.
(2) 잔골재량을 달리하여 유동성과 강도특성을 알아보았다. 잔골재량이 증가할수록 S, E사 두 업체 모두 플로우 값이 감소하는 것을 알았고, 강도 특성으로는 두 업체 모두 잔골재량이 3900g일 때 가장 높은 압축강도를 발현하였다. 이로써 잔골재량 증가하면 압축강도가 증가하고, 유동성은 감소한다는 것을 알게 되었다.
(3) 분체비를 달리하여 측정한 유동성 특성과 강도 특성으로는 S사는 실리카 흄량이 증가할수록 플로우 값이 감소하고, 고로슬래그 미분말이 23%, 실리카 흄이 12%일 때 115.2MPa으로 가장 높은 압축강도를 보였다. E사는 유동성이 너무 없어 플로우 값을 측정하지 못했고, E사도 S사와 같이 고로슬래그 미분말이 23%, 실리카 흄이 12%일 때 114.0MPa로 가장 높은 압축강도를 보여 최적 분체비는 고로슬래그 미분말 23%, 실리카 흄 12%로 판단된다. 3) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 강도 보완 실험 (1) 고성능 감수제비를 변경하여 압축강도를 측정한 결과 고성능 감수제비가 3.0%일 때 90.8MPa로 가장 낮은 압축강도를 발현하였고, 고성능 감수제비가 1.8%일 때 113.85MPa로 가장 높은 압축강도를 보였지만, 압축강도 값이 증가하지 않음을 알 수 있다.
(2) 물바인더비와 고성능 감수제의 배합을 달리 하여 강도 보완 실험을 한 결과 물바인더비 9%, 고성능 감수제비가 3.4%일 때 압축강도 값이 86.2MPa로 가장 낮은 강도를 보였으며, 물바인더비 13%, 고성능 감수제비가 2.4%일 때 압축강도 값이 128.8MPa로 가장 높은 강도를 발현하였다.
이상의 연구 결과를 종합하여 볼 때, 시중에 유통되고 있는 S, E, B사중에서 B사의 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제가 가장 뛰어난 유동성을 보였으나, 많은 양을 사용하게 되면 응결지연이 나타나게 되며, 물바인더비를 낮추게 될 경우 점성이 높아져 공시체 안의 기포들이 빠져나가지 못하게 되어 공시체에 공극이 생기게 된다. 그 공극을 없애기 위해 소포제를 사용함으로써 공극이 줄어들게 되고 압축강도도 증가함을 알 수 있었다. 그 결과 E사의 고성능 감수제가 가장 뛰어난 압축강도 값을 보였다. 강도 보완을 위해 무수석고를 사용하여 실험한 결과 무수석고를 사용하지 않은 압축강도 값보다 더 높은 압축강도 값을 발현하였고, 최적 분체비는 고로슬래그 미분말과 실리카 흄의 비가 23:12일 때 가장 좋은 분체비임을 알 수 있었다. 또한, 잔골재량이 많을수록 압축강도가 증가함을 알 수 있었으며, 물바인더비 13%, 고성능 감수제비가 2.4%일 때 가장 좋은 최적 배합비임을 알 수 있다.
초고층 건축물에 사용되는 초고강도콘크리트의 강도수준은 설계기준강도 60MPa이상의 실용화에 이르고 있으나 유동성, 내구성, 강도발현 등 콘크리트 품질확보에 따른 배합설계 이외의 콘크리트 실용화를 위한 관련기준 마련은 미비한 실정이다. 한편, 초고강도콘크리트의 배합구성은 낮은 물-결합재비로 인해 다양한 혼화재료를 사용하기 때문에 결합재 종류 및 구성 비율이 초고강도콘크리트의 경화 전·후의 물성에 미치는 영향은 매우 크다. 고강도 콘크리트는 보통 포틀랜트 시멘트에 혼화재의 종류 및 치환율을 달리하여 사용함에 따라 경화전의 유동성, 점성, 응결특성 및 수화열과 경화 후의 강도발현 특성은 매우 달라진다. 따라서 고강도콘크리트의 품질향상을 위해 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제, 실리카 흄(SF), 고르슬래그 미분말(BS), 무수석고(AG) 등의 혼화재료를 사용하고 그 배합비율에 따라 콘크리트의 유동성 및 강도발현이 큰 차이를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제를 이용하여 고강도 콘크리트의 최적 배합설계를 통한 적절한 고성능 감수제 혼입율과 무수석고, 잔골재량, 분체비, 물바인더비(W/B)의 치환율에 따른 유동성 및 강도 변화를 알아내고, 고강도 콘크리트의 최적배합설계를 제시하고자 한다.
1) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 유동성 및 강도 특성 (1) 시판중의 폴리카르본산계 고성능 감수제의 비교 시험결과, 혼입량 변화에 따른 유동성은 B사의 고성능 감수제가 가장 뛰어났다. 그러나 점성이 너무 높아 공시체 안의 기포로 인해 공극이 발생하여 강도가 제대로 발현하지 않아, 기포를 억제하기 위한 일련의 실험을 실시하였다.
(2) 기포 억제 실험으로서 소포제를 추가하여 시험을 한 결과, 유동성은 3개의 회사가 큰 차이가 없었고, 소포제가 증가할수록 공시체 안의 기포가 현격하게 줄어든 것을 알 수 있었고, 공시체 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, E사의 고성능 감수제가 110.08MPa로 가장 높은 강도를 나타낸 것을 알 수 있었으며, E사의 고성능 감수제가 가장 좋은 압축강도를 발현하는 것을 알 수 있다.
2) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 강도 증진 실험 (1) 무수석고를 혼입하게 되면 S사는 무수석고 혼입량이 5%일 때 115.2MPa로 가장 높은 압축강도를 발현 하였고, E사는 무수석고 혼입량이 9%일 때 가장 좋았다. 유동특성으로는 S사가 무수석고 혼입량이 7%일 때 321mm로 가장 높은 플로우 값을 나타내었고, E사는 무수석고 혼입량이 9%일 때 329mm로 가장 높은 플로우 값을 측정하였다.
(2) 잔골재량을 달리하여 유동성과 강도특성을 알아보았다. 잔골재량이 증가할수록 S, E사 두 업체 모두 플로우 값이 감소하는 것을 알았고, 강도 특성으로는 두 업체 모두 잔골재량이 3900g일 때 가장 높은 압축강도를 발현하였다. 이로써 잔골재량 증가하면 압축강도가 증가하고, 유동성은 감소한다는 것을 알게 되었다.
(3) 분체비를 달리하여 측정한 유동성 특성과 강도 특성으로는 S사는 실리카 흄량이 증가할수록 플로우 값이 감소하고, 고로슬래그 미분말이 23%, 실리카 흄이 12%일 때 115.2MPa으로 가장 높은 압축강도를 보였다. E사는 유동성이 너무 없어 플로우 값을 측정하지 못했고, E사도 S사와 같이 고로슬래그 미분말이 23%, 실리카 흄이 12%일 때 114.0MPa로 가장 높은 압축강도를 보여 최적 분체비는 고로슬래그 미분말 23%, 실리카 흄 12%로 판단된다. 3) 폴리카르본산계 고성능 감수제의 강도 보완 실험 (1) 고성능 감수제비를 변경하여 압축강도를 측정한 결과 고성능 감수제비가 3.0%일 때 90.8MPa로 가장 낮은 압축강도를 발현하였고, 고성능 감수제비가 1.8%일 때 113.85MPa로 가장 높은 압축강도를 보였지만, 압축강도 값이 증가하지 않음을 알 수 있다.
(2) 물바인더비와 고성능 감수제의 배합을 달리 하여 강도 보완 실험을 한 결과 물바인더비 9%, 고성능 감수제비가 3.4%일 때 압축강도 값이 86.2MPa로 가장 낮은 강도를 보였으며, 물바인더비 13%, 고성능 감수제비가 2.4%일 때 압축강도 값이 128.8MPa로 가장 높은 강도를 발현하였다.
이상의 연구 결과를 종합하여 볼 때, 시중에 유통되고 있는 S, E, B사중에서 B사의 폴리카르본산(P.C)계 고성능 감수제가 가장 뛰어난 유동성을 보였으나, 많은 양을 사용하게 되면 응결지연이 나타나게 되며, 물바인더비를 낮추게 될 경우 점성이 높아져 공시체 안의 기포들이 빠져나가지 못하게 되어 공시체에 공극이 생기게 된다. 그 공극을 없애기 위해 소포제를 사용함으로써 공극이 줄어들게 되고 압축강도도 증가함을 알 수 있었다. 그 결과 E사의 고성능 감수제가 가장 뛰어난 압축강도 값을 보였다. 강도 보완을 위해 무수석고를 사용하여 실험한 결과 무수석고를 사용하지 않은 압축강도 값보다 더 높은 압축강도 값을 발현하였고, 최적 분체비는 고로슬래그 미분말과 실리카 흄의 비가 23:12일 때 가장 좋은 분체비임을 알 수 있었다. 또한, 잔골재량이 많을수록 압축강도가 증가함을 알 수 있었으며, 물바인더비 13%, 고성능 감수제비가 2.4%일 때 가장 좋은 최적 배합비임을 알 수 있다.
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