본 연구는 라텍스 혼입률을 5, 10, 15, 20%로 변화함에 따른 염소이온 투수성과 동결융해저항성 관점에서 라텍스 개질 콘크리트의 내구특성을 고찰하고자 한다 콘크리트에 라텍스가 혼입되고 양생되었을 때 콘크리트는 라텍스 입자의 필름막에 의해 서로 연결된 시멘트수화물과 골재가 구성된다. 이때 라텍스의 양이 증가함에 따라 콘크리트의 휨강도는 증진되나, 압축강도는 다소 저하된다. 이와 같은 휨강도의 증가는 시멘트수화물과 골재사이의 라텍스 필름막에 기인한 것이며 압축강도의 감소는 라텍스의 성분 중 부타디엔의 유연성 때문에 발생되는 것으로 판단된다. 라텍스 개질 콘크리트와 보통콘크리트의 상대 투수성을 측정하기 위하여 염소이온투과시험법을 사용하였다. 실험 결과 라텍스 개질 콘크리트의 투수성은 보통콘크리트의 투수성보다 매우 낮음을 알 수 있었다. 이것은 라텍스 미립자가 미세공극을 충전하고 라텍스 입자의 필름막에 의해 골재와 시멘트수화물이 연결되었기 때문이다. 그리고 라텍스 개질 콘크리트의 동결융해저항성은 보통콘크리트에 비해 매우 높으며, 보통콘크리트에서는 동결융해저항성을 증가시키기 위해 공기연행제를 필요로 하지만, 라텍스 개질 콘크리트에서는 적절한 양생이 이루어지면 추가적인 공기연행제는 요구되지 않는다.
본 연구는 라텍스 혼입률을 5, 10, 15, 20%로 변화함에 따른 염소이온 투수성과 동결융해저항성 관점에서 라텍스 개질 콘크리트의 내구특성을 고찰하고자 한다 콘크리트에 라텍스가 혼입되고 양생되었을 때 콘크리트는 라텍스 입자의 필름막에 의해 서로 연결된 시멘트수화물과 골재가 구성된다. 이때 라텍스의 양이 증가함에 따라 콘크리트의 휨강도는 증진되나, 압축강도는 다소 저하된다. 이와 같은 휨강도의 증가는 시멘트수화물과 골재사이의 라텍스 필름막에 기인한 것이며 압축강도의 감소는 라텍스의 성분 중 부타디엔의 유연성 때문에 발생되는 것으로 판단된다. 라텍스 개질 콘크리트와 보통콘크리트의 상대 투수성을 측정하기 위하여 염소이온투과시험법을 사용하였다. 실험 결과 라텍스 개질 콘크리트의 투수성은 보통콘크리트의 투수성보다 매우 낮음을 알 수 있었다. 이것은 라텍스 미립자가 미세공극을 충전하고 라텍스 입자의 필름막에 의해 골재와 시멘트수화물이 연결되었기 때문이다. 그리고 라텍스 개질 콘크리트의 동결융해저항성은 보통콘크리트에 비해 매우 높으며, 보통콘크리트에서는 동결융해저항성을 증가시키기 위해 공기연행제를 필요로 하지만, 라텍스 개질 콘크리트에서는 적절한 양생이 이루어지면 추가적인 공기연행제는 요구되지 않는다.
This study focused on the investigation of durability of latex modified concrete in the points of chloride ion permeability and freeze-thaw resistance as latex content variated such as 5%, 10%, 15% and 20%. When latex was mixed in concrete and cured, the concrete consisted of hydrated cement and agg...
This study focused on the investigation of durability of latex modified concrete in the points of chloride ion permeability and freeze-thaw resistance as latex content variated such as 5%, 10%, 15% and 20%. When latex was mixed in concrete and cured, the concrete consisted of hydrated cement and aggregate interconnected by a film of latex particles. An increasing the amount of latex produced concrete with increased flexural strength, but with slightly lower compressive strength. The increase in flexural strength might be attributed to the latex films between the hydrated cement and aggregates, and the decrease in compressive strength to the flexibility of the latex component named by Butadiene. The rapid chloride permeability test was used to evaluate the relative permeability of latex-modified concretes and conventional concretes. The results showed that the permeability of latex-modified concretes was considerably lower than conventional concretes tested, which might be due to the latex filled in voids and interconnections of hydrated cement and aggregates by a film of latex particles. The freeze-thaw resistance of LMC was quite good comparing to conventional concrete. Air entraining agent has been used in conventional concrete to improve the freeze/thaw resistance, but latex modified concrete does not need additional air entraining agent for freeze-thaw resistance provided adequate cure occurs.
This study focused on the investigation of durability of latex modified concrete in the points of chloride ion permeability and freeze-thaw resistance as latex content variated such as 5%, 10%, 15% and 20%. When latex was mixed in concrete and cured, the concrete consisted of hydrated cement and aggregate interconnected by a film of latex particles. An increasing the amount of latex produced concrete with increased flexural strength, but with slightly lower compressive strength. The increase in flexural strength might be attributed to the latex films between the hydrated cement and aggregates, and the decrease in compressive strength to the flexibility of the latex component named by Butadiene. The rapid chloride permeability test was used to evaluate the relative permeability of latex-modified concretes and conventional concretes. The results showed that the permeability of latex-modified concretes was considerably lower than conventional concretes tested, which might be due to the latex filled in voids and interconnections of hydrated cement and aggregates by a film of latex particles. The freeze-thaw resistance of LMC was quite good comparing to conventional concrete. Air entraining agent has been used in conventional concrete to improve the freeze/thaw resistance, but latex modified concrete does not need additional air entraining agent for freeze-thaw resistance provided adequate cure occurs.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 라텍스 개질 콘크리트를 국내에 도입, 적용하고 자국내 여건에 맞는 적정 배합을 제안하고, 라텍스 혼입률에 따른 역학적 특성 및 내구특성으로 투수성 및 동결 융해 저항 특성에 대하여 분석하고자 한다.
제안 방법
콘크리트 제조의 비빔순서는 먼저 굵은 골재와 잔골재를 혼합하여 30초간 건 비빔을 실시한 후 시멘트를 혼합하여 충분한 혼합이 되도록 1분간 비빔을 실시하였다. 그리고 라텍스와 물을 혼합하여 투입한 후 90초간 비빔을 실시하였다. 1일 습윤 양생 후 탈형하여 수중 양생을 실시하였다
LMC 배합설계에 대한 규정은 외국의 경우 ACI, AASHTO 등에 규정이 마련되어 있으나, 국내에서는 배합설계에 대한 규정이 없는 상태이다. 따라서, 본 연구에서는 예비실험을 통해 단위 시멘트량 물-시멘트비, 잔골재율에 대한 적정 배합을 선정한 후 실험을 수행하였다. 주요 실험변수는 라텍스 혼입률 5, 10, 15, 20 %를 선정하여, 굳지 않은 콘크리트 상태에서는 초기 슬럼프 실험과 시간 경과에 따른 슬럼프 변화 그리고, 공기량 실험을 수행하였으며, 굳은 콘크리트에서는 라텍스 혼입률에 따른 LMC의 강도 특성을 고찰하기 위해 압축 강도와 휨강도 시험을 하였다.
주요 실험변수는 라텍스 혼입률 5, 10, 15, 20 %를 선정하여, 굳지 않은 콘크리트 상태에서는 초기 슬럼프 실험과 시간 경과에 따른 슬럼프 변화 그리고, 공기량 실험을 수행하였으며, 굳은 콘크리트에서는 라텍스 혼입률에 따른 LMC의 강도 특성을 고찰하기 위해 압축 강도와 휨강도 시험을 하였다. 또한 내구 특성을 고찰하기 위해 투수시험 및 동결 융해 시험을 실시하였다.
본 연구는 시멘트 대비 라텍스 혼입률(L/C)을 주요 변수 로 하였으며, 이에 따른 배합설계는 Table 2와 같다. 콘크리트 배합설계시 시멘트 대비 라텍스 혼입은 라텍스의 고형분을 50 %로 기준하여 혼합하였다.
이 동결융해 시험 은 콘크리트가 충분히 포화되어 있지 않고 골재가 동결융 해에 대한 충분한 저항성을 갖고 있지 않을 경우, 심각한 동결 융해에 의한 손상이 일어나지 않는다는 가정이 내포되어 있다. 본 연구에 사용된 동결 융해 시험기는 동결융 해 과정을 자동으로 제어할 수 있으며, 이는 공시체의 온도 냉각공기의 온도 및 융해수의 온도를 제어하면서 수행되었다. Fig.
3N의 수산화나트륨 용액을 채웠다. 시험 중 6시간 동안 30분마다 0.2 0게 걸리는 전압을 데이터 로거로 측정하며, 측정된 전압을 전류로 환산하여 회로를 통과한 총 전하량을 구하였다. 이때 사용된 총 전하량은 다음 식(1)에 의해 환산되며, 이 총전 하량으로 AS1WI규정인 Table 3에 의거해 LMC의 투수성을 분석하였다.
신설 교량의 교면 포장 덧씌우기 재료로 적용하기 위해 라텍스 개질 콘크리트에 대한 역학적 특성 및 내구 특성으 로 투수성 및 동결 융해 저항 특성에 관한 실험을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다
따라서, 본 연구에서는 예비실험을 통해 단위 시멘트량 물-시멘트비, 잔골재율에 대한 적정 배합을 선정한 후 실험을 수행하였다. 주요 실험변수는 라텍스 혼입률 5, 10, 15, 20 %를 선정하여, 굳지 않은 콘크리트 상태에서는 초기 슬럼프 실험과 시간 경과에 따른 슬럼프 변화 그리고, 공기량 실험을 수행하였으며, 굳은 콘크리트에서는 라텍스 혼입률에 따른 LMC의 강도 특성을 고찰하기 위해 압축 강도와 휨강도 시험을 하였다. 또한 내구 특성을 고찰하기 위해 투수시험 및 동결 융해 시험을 실시하였다.
콘크리트 배합설계시 시멘트 대비 라텍스 혼입은 라텍스의 고형분을 50 %로 기준하여 혼합하였다. 콘크리트 제조의 비빔순서는 먼저 굵은 골재와 잔골재를 혼합하여 30초간 건 비빔을 실시한 후 시멘트를 혼합하여 충분한 혼합이 되도록 1분간 비빔을 실시하였다. 그리고 라텍스와 물을 혼합하여 투입한 후 90초간 비빔을 실시하였다.
대상 데이터
이때 사용되는 전해질 용액으로는 전류의 흐름을 방해하지 않는 증류수를 사용한다. 공시체는 양측에 위치한 전극용기에 고정시키고, 이들 용기에서 나온 전극을 단자로 해서 회로를 구성하였다.
12이다. 그리고 굵은 골재는 덧씌우기 포장 최대 치수 13 mm인 레미콘용 쇄석, 잔골재는 강모래를 사용하였으며, 굵은 골재 및 잔골재의 비중은 2.60, 2.62이다.
따라서 포틀랜드 시멘트와 함께 사용되는 대부분의 라텍스는 계면활성제를 안정적으로 유지하는 비이온이 사용된다. 본 연구의 실험에 사용된 라텍스는 미국 D사 제품으로 Styrene-Butadiene계열의 것을 사용하였으며, 그 화학적 특성은 Table 1과 같다.
시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 비중은 3.12이다. 그리고 굵은 골재는 덧씌우기 포장 최대 치수 13 mm인 레미콘용 쇄석, 잔골재는 강모래를 사용하였으며, 굵은 골재 및 잔골재의 비중은 2.
압축 강도 시험은 妇00X200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 KS F 2405의 제규정에 따라 실시하였으며, 휨강도 시험은 100X100X460 mm 공시체를 제작하여 KS F 2408의 규정에 따라 실시하였다. 또한, 슬럼프 경시 변화를 알아보기 위하여 KS F 2402의 규정에 따라 슬럼프를 측정하였다.
이론/모형
각 변수에 대한 내구성 지수는 KS F 2456에서 제안한 식(3)에 의해 계산하였다.
동결-융해에 대한 저항시험은 KS F 3456(AS™ C 666) B Type에 따라 공기 중 급속 동결, 수중급속 융해의 방법으로 실시하였으며 이때 공시체 중심에서의 온도를 동결 시-18 ℃, 융해시 4℃로 상승시키는 것을 1사이클 4시간으로 하여 반복 수행하였다. 각 시험체는 300사이클을 원칙으로 수행 하나 시험체의 상대 동탄성계수가 60% 이하로 되는 경우 시험을 종료하였다.
압축 강도 시험은 妇00X200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 KS F 2405의 제규정에 따라 실시하였으며, 휨강도 시험은 100X100X460 mm 공시체를 제작하여 KS F 2408의 규정에 따라 실시하였다. 또한, 슬럼프 경시 변화를 알아보기 위하여 KS F 2402의 규정에 따라 슬럼프를 측정하였다.
동탄성 계수 즉 정방법에는 크게 고유진동수에 의한 즉 정 방법과 초음파 속도법에 의한 측정방법이 있다. 본 연구에서는 고유진동수에 의한 측정법을 이용하여 동탄성 계수를 즉정하였다. 고유진동수는 ELE사 제품 고유 진동수 측정기를 이용하여 측정하였으며 여기에서 얻은 고유진동수를 이용한 동탄성 계수 계산은 식(2)와 같다.
투수시험은 as™ C 1202와 AASHTO T 259에 규정하고 있는 염소이온투과시험방법에 따라 실시하였다. 이 시험방법은 직접 투수시험에 비해 간단하고 단시간 내에 투수 저항성을 측정할 수 있다는 장점을 지니고 있다硬.
성능/효과
1) 라텍스 혼입률이 증가할수록 폴리머 입자의 볼 베어 링 작용과 계면활성제의 분산 작용에 의하여 라텍스 개질 콘크리트의 작업성은 증가하는 것으로 나타났다.
2) 압축 강도는 라텍스 혼입률이 증가할수록 감소한 반면에 휨강도는 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 라텍스가 콘크리트 내부의 공극을 충전시켜주고 골재 주위에 필름막을 형성함으로써 휨강도는 증가하지만, 골재 주위의 유연성을 갖는 라텍스 필름막에서 압축파괴 면이 형성되기 때문에 압축 강도는 감소하는 것으로 판단된다.
3) 라텍스 개질 콘크리트는 보통 콘크리트에 비해 비교적 높은 공기량을 갖음에도 불구하고 염소이온투과법에 의한 투수 저항성이 높은 것으로 나타났으며, 또한 라텍스 혼입률이 증가할수록 투수 저항성은 더욱더 증가하였다.
3.2 슬럼프 경시 변화 동 일한 물-시멘트 비와 잔골재율을 갖는 보통콘크리트와 LMC를 비교하여 보면, 보통 콘크리트 즉 라텍스 혼입률이 0%인 경우는 배합 자체가 이루어지지 않아 슬럼프 측정이 불가능하였으나, LMC는 라텍스 혼입률 변화에 따라 약 7~25 cm정도의 슬럼프 변화를 나타내었다. 즉, 라텍스 혼입률이 증가할수록 유동성이 증가하며, 소요의 워커빌리티를 얻는데 요구되어지는 단위 수량을 감소시키는 것으로 나타났다
4) 라텍스를 5 %이상 혼입한 라텍스 개질 콘크리트는 동결 융해 반복 주기 300싸이클까지 상대 동탄성 계수가 90% 이상 유지되는 것으로 나타나 동결 융해에 대한 저항성은 매우 우수한 것으로 나타났다.
Fig. 7은 라텍스 혼입률 변화에 따른 재령별 휨강도로 라텍스 혼입률 15 %의 휨강도는 혼입률 5 %보다는 18%, 혼입률 10 %보다는 13%, 혼입률 20 %보다는 4 %정도 높게 나타나 휨강도면에서는 라텍스 혼입률 15%가 가장 적정 범위임을 확인할 수 있었다. 또한 라텍스 혼입률 20%에서는 오히려 휨강도가 혼입률 15%에 비해 감소하는 것으로 나타났다.
6은 라텍스 혼입률에 따른 재령별 압축 강도로서 라텍스 혼입률이 증가할수록 압축강도는 감소하는 것으로 나타났으며, 재령에 따라서도 같은 경향을 보였다. 그 원인은 라텍스가 유연성을 지니고 있고, 콘크리트 내부의 공극을 중진시켜주며 골재 주위에 필름막을 형성하지만 압축에 의한 파괴가 골재 주위의 필름막에서 이루어져 라텍스 혼입률이 증가할수록 압축 강도는 감소하는 것으로 판단된다.
5는 라텍스 혼입률에 따른 슬럼프 변화를 나타낸 것으로서, 라텍스 혼입률이 5 %와 10 %의 경우 배출 후 약 30분 후 슬럼프 값이 4 cm로 감소한 반면에 라텍스 혼입률이 15 %, 20 %의 경우 배출 후 약 50분이 경과한 후에도 7, 8 cm의 슬럼프를 유지하는 것으로 나타났다. 또한 라텍스 혼입률 15 %와 20 %의 슬럼프는 차이를 보이지는 않아, 라텍스를 적정량 이상 혼입하면 라텍스 혼입량이 증가해도 슬럼프 증가는 크게 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.
7은 라텍스 혼입률 변화에 따른 재령별 휨강도로 라텍스 혼입률 15 %의 휨강도는 혼입률 5 %보다는 18%, 혼입률 10 %보다는 13%, 혼입률 20 %보다는 4 %정도 높게 나타나 휨강도면에서는 라텍스 혼입률 15%가 가장 적정 범위임을 확인할 수 있었다. 또한 라텍스 혼입률 20%에서는 오히려 휨강도가 혼입률 15%에 비해 감소하는 것으로 나타났다. 이처럼 라텍스 혼입률 증가에 따라 휨강도가 증진되는 이유는 라텍스 혼입으로 인한 미세공극의 충전효과와 더불어 라텍스 필름막이 재료들 간의 접착력을 증가시켜주며, 라텍스 필름막의 인장 강도에 기인한 것으로 판단된다阪).
라텍스 혼입률에 따른 LMC의 동결 융해 저항성을 실험한 결과, Fig. 11과 같이 라텍스 혼입률이 5% 이상인 경우에서는 동결 융해 반복 주기 300싸이클까지 상대 동탄성계수가 90% 이상 유지되는 것으로 나타나 내구성 저하는 발견되지 않았으며, 추가적인 증진 현상 또한 발견할 수 없었다.
8과 9는 각각 라텍스 15%혼입 시의 재령에 따른 투수 특성과 재령 28일 시라텍스 혼입률 변화에 따른 투수 특성을 나타낸 것이다. 라텍스 혼입률이 증가할수록 통과전 하량이 감소하였으나, 혼입률이 증가함에 따라 감소폭은 저하되는 것으로 나타났다. 이처럼 라텍스 혼입률이 증가할수록 통과전 하량이 감소되는 이유는 콘크리트 내에서 충전 작용을 할 수 있는 라텍스폴리머 미립자의 양이 증가하기 때문으로 판단된다.
이처럼 라텍스 혼입률 증가에 따라 휨강도가 증진되는 이유는 라텍스 혼입으로 인한 미세공극의 충전효과와 더불어 라텍스 필름막이 재료들 간의 접착력을 증가시켜주며, 라텍스 필름막의 인장 강도에 기인한 것으로 판단된다阪). 위에서 언급된 압축강도는 라텍스 혼입률 이 증가할수록 압축 강도는 저하되는 것으로 나타난 반면에 휨강도는 라텍스 혼입률 15% 범위까지는 증가하는 것으로 나타나 라텍스 개질 콘크리트는 휨강도 측면에 더 효과가 큰 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과로부터 라텍스가 5% 이상 첨가되면 라텍스의 충전 작용과 필름막 형성으로 인해 동결 융해에 대한 저항성을 충분히 확보한다는 것을 알 수 있었다. Fig.
2 슬럼프 경시 변화 동 일한 물-시멘트 비와 잔골재율을 갖는 보통콘크리트와 LMC를 비교하여 보면, 보통 콘크리트 즉 라텍스 혼입률이 0%인 경우는 배합 자체가 이루어지지 않아 슬럼프 측정이 불가능하였으나, LMC는 라텍스 혼입률 변화에 따라 약 7~25 cm정도의 슬럼프 변화를 나타내었다. 즉, 라텍스 혼입률이 증가할수록 유동성이 증가하며, 소요의 워커빌리티를 얻는데 요구되어지는 단위 수량을 감소시키는 것으로 나타났다
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