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문제 정의
- 개발하고자 하였다. 따라서, 본 연구에서는 기포억제를 위한 소포제와 라텍스 수지의 혼입률을 주요 실험인자로 하여 작업성, 초기 강도발현 특성 및 투수성을분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 주요 실험인자를 라텍스 및 소포제 혼입률로 선정하여 작업성, 강도발현 및 투수 특성을 분석하고자 하였다. 이때, 소포제의 첨가는 라텍스 전 고형분의 중량에 대한 소포제 유효고형분의 비로 0, 1.
- 이에 본 연구에서는 보통 포틀랜드 시멘트의 높은 투수성 및 낮은 휨강도 등으로 인한 문제점, LMC의 장시간에걸친 양생문제 초속경 시멘트의 낮은 내구성 등의 문제점을 개선하기 위해 초속경 시멘트에 라텍스 수지를 혼입한라텍스개질 초속경 콘크리트(rapid-settin吗 latex modified concrete, 이하 RSLMC)를侧개발하여 3시간에 교통개방을 목적으로 한 교면포장 덧씌우기용 라텍스 개질 초속경콘크리트를 개발하고자 하였다. 따라서, 본 연구에서는 기포억제를 위한 소포제와 라텍스 수지의 혼입률을 주요 실험인자로 하여 작업성, 초기 강도발현 특성 및 투수성을분석하고자 하였다.
제안 방법
- 콘크리트 제조의 비빔순서는 먼저굵은 골재와 잔골재를 혼합하여 30초간 건비빔을 실시한후 초속경 시멘트를 혼합하여 충분한 혼합이 되도록 30초간 비빔을 실시하였다. 그리고 라텍스, 물, 소포제, 지연제를 혼합하여 투입한 후 60초간 비빔을 실시하고 양생조건은 기건양생으로 하였다.
- 라텍스 혼입으로 인한 기포발생 억제하기 위해 소포 제 혼입률을 라텍스 전 고형분의 중량에 대한 소포제 유효고형분의 비로 0, 1.6, 3.2, 6.4 %로 변화하여 첨가하였으며, 소포제 사용에 따른 공기량 시험결과는 Fig. 7과 같다.
- 배합설계는 동일 물-시멘트비 38 %에서의 라텍스 혼입에 따른특성변화를 관찰하였으며, 이를 기초로하여 라텍스 혼입률변화에 따른 초기 작업성을 기준으로 하였다. 콘크리트배합설계 시 라텍스수지는 물 52 %와 라텍스 고형분 48 %로 구성된 것으로서 혼입률은 시멘트 대비 라텍스 고형분의 비로 혼입하였다.
- 의거하여 수행하였다. 슬럼프 경시변화의 측정은 초기배출 후, 5분 간격으로 슬럼프를 측정하였으며, 실험의 종료는 초속경시멘트의 경화로 인해 작업성이 불가능하다고판단되어지는 2±lcm까지 측정하였다.
- 3 N의 수산화나트륨 용액을 채웠다. 시험 중 6시간동안 30분마다 0.2 Q에 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 총전하량으로 ASTM규정인 Table 5에 의거해 LMC의 투수성을 분석하였다.
- 유지보수를 위한 교면포장 덧씌우기용 라텍스 개질 초속경 콘크리트의 개발을 위한 라텍스 혼입률 및 기포 억제를 위한 소포제 혼입률을 실험인자로 선정하고, 이에 따른 상관성을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다
- 하였다. 이때, 소포제의 첨가는 라텍스 전 고형분의 중량에 대한 소포제 유효고형분의 비로 0, 1.6, 3.2, 6.4 %로하였으며, 라텍스 혼입률은 단위 시멘트량에 대한 라텍스 고형분의 비로 0, 5, 10, 15, 20 %로 선정하였다.
- 신속을 요하는 구조체에 적용되고 있다. 이러한 초속경 시멘트의 초기 수화과정에서 라텍스의 혼입으로 인한 변화를 알고자少 동일 작업조건하에서 응결실험을 실시하였다.
- 이에 본 연구에서는 물-시멘트비 33 %와 라텍스 15% 에 관한 RSLMC의 실험을 실시하였다. 이와 같은 조건에서 초기 배출 슬럼프는 약 18±1 cm로 감소되었으나 라텍스 혼입으로 인한 작업성 증대에는 변함이 없는 콘크리트배합설계 시 라텍스수지는 물 52 %와 라텍스 고형분 48 %로 구성된 것으로서 혼입률은 시멘트 대비 라텍스 고형분의 비로 혼입하였다. 콘크리트 제조의 비빔순서는 먼저굵은 골재와 잔골재를 혼합하여 30초간 건비빔을 실시한후 초속경 시멘트를 혼합하여 충분한 혼합이 되도록 30초간 비빔을 실시하였다. 그리고 라텍스, 물, 소포제, 지연제를 혼합하여 투입한 후 60초간 비빔을 실시하고 양생조건은 기건양생으로 하였다.
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.
- Table 2는 사용된 라텍스의 물리적 특성을 나타낸 것이다. 그리고 소포제(antiformer)는 실리콘 계열로서 국내 D사 제품을 사용하였다.
- 라텍스 입자들은 수화반응이 일어나는 동안 필름 막을 형성하게 되고, 이러한 반 연속적인 플라스틱 필름은 수화물과 골재표면에 부착하여 공극을 채우며, 그 결과 투수성 감소 부착강도와 인장강도의 증진을 보이게 된다. 본 연구에서는 미국 D사의 스틸렌/부타디엔 라텍스를 사용하였다. Table 2는 사용된 라텍스의 물리적 특성을 나타낸 것이다.
- 시멘트는 국내에서 생산되는 S사의 초속경 시멘트를 사용하였으며, 화학적 성분은 Table 1과 같다.
- 배합설계는 동일 물-시멘트비 38 %에서의 라텍스 혼입에 따른특성변화를 관찰하였으며, 이를 기초로하여 라텍스 혼입률변화에 따른 초기 작업성을 기준으로 하였다. 콘크리트배합설계 시 라텍스수지는 물 52 %와 라텍스 고형분 48 %로 구성된 것으로서 혼입률은 시멘트 대비 라텍스 고형분의 비로 혼입하였다. 콘크리트 제조의 비빔순서는 먼저굵은 골재와 잔골재를 혼합하여 30초간 건비빔을 실시한후 초속경 시멘트를 혼합하여 충분한 혼합이 되도록 30초간 비빔을 실시하였다.
이론/모형
- KS F 2405의 규정에 따라 압축강도를 측정하였으며, KS F 2408의 규정에 의해 휨강도를 측정하였다.
- 슬럼프 실험은 KS F 2402, 공기량 실험은 KS F 2421 에 의거하여 수행하였다. 슬럼프 경시변화의 측정은 초기배출 후, 5분 간격으로 슬럼프를 측정하였으며, 실험의 종료는 초속경시멘트의 경화로 인해 작업성이 불가능하다고판단되어지는 2±lcm까지 측정하였다.
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4.2 응결
응결실험은 라텍스 첨가로 인한 표면의 급속한 필름막형성과 초속경 시멘트의 급격한 수화반응의 사이에서 이상 응결, 응결지연 등과 같은 화학적 불안정성을 평가하기 위해 KS F 2436에 의거하여 수행하였다
. - 투수시험은 ASTM C 1202와 AASHTO T 259에 규정하고 있는 염소이온 투과시험방법에 따라 실시하였다. 이 시험 방법은 직접투수시험에 비해 간단하고 단시간 내에 투수 저항성을 측정할 수 있다는 장점을 지니고 있다相 염소이온투과시험은 양생된 직경 10 cm의 콘크리트 공시 체를 길이가 5cm가 되도록 절단한 다음 실험을 수행하기 전에 Vaccum Saturation장치를 이용하여 시험편 내부를 완전히 포화시킨 후 그 사이로 흐르는 전하량을 측정 투수성을 측정하는 시험으로, 정확한 투수성을 측정하기 위해서는 Vaccum Saturation 장치가 필수적이다.
성능/효과
- 1) 동일 물-시멘트비 조건에서의 라텍스 혼입은 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프를 크게 증대시켜 작업성을 유지하기 위한 단위수량을 감소시키는 것으로 나타났다. 그리고 소포제 사용이 슬럼프 경시변화에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
- 2) 초속경 시멘트에 라텍스 15%를 혼입하였을 경우 굳지 않은 상태에서의 공기량은 약 8 %로 나타나 강도 및 내구성 저하가 예상되었다. 그러나, 소포제를 혼입함으로 인해 적정범위로의 공기량 제어가 가능하였다.
- 3) 동일 작업조건하에서 라텍스 혼입률 변화에 따른 응결 특성은 혼입률이 증대할수록 지연되는 것으로 나타났다. 이러한 지연효과는 라텍스의 혼입으로 인한 초속경 시멘트의 초기 수화반응 억제로 판단되어진다.
- 4) 초기재령에서 라텍스 혼입률이 증가함에 따라 압축강도가 저하되는 것은 라텍스 폴리머 입자로 인해 시멘트 수화반응을 지연하고, 형성된 폴리머 필름막이 습윤 겔에 가까운 상태로 수분을 다량으로 함유하고 있어 시멘트 수화물과 골재간의 접착력이 작아진 것에 기인한 것으로 판단된다.
- 5) 염소이온 투과시험에 의한 RSLMC의 투수특성을 평가한 결과 일정량 이상의 라텍스 혼입률에서 쿨롱값이 100이하로 나타나 불투수성의 특성을 보였다. 소포제에 의한 공기량의 감소가 투수특성에 미치는 영향보다는 라텍스의 첨가로 인한 불투수성의 향상이 보다 큰 것으로 나타났다.
- Fig. 13의 결과를 살펴보면, 라텍스의 첨가량이 증가할수록 초기 슬럼프 18 cm를 위한 물-시멘트비는 상당히 낮아지고, 통과전하량 또한 라텍스 혼입률이 0 %에서 20 % 로 증가할수록 크게 감소되어 라텍스 혼입률이 투수 성에 미치는 영향은 매우 큰 것으로 나타났다. 즉, 라텍스 혼입률이 10%로 증대되면, 혼입되지 않은 경우에 비해 74% 투수성의 감소를 보이며, 라텍스 혼입률이 15 %, 20 % 임 경우 불투수성을 나타내었다.
- 6은 라텍스 혼입률에 따른 동일 작업 조건에서의 응결시험의 결과를 나타낸 것이다. 결과를 살펴보면, 라텍스를 혼입하지 않은 RSC의 경우 높은 물-시멘트비에도 불구하고 모든 라텍스의 혼입률보다 빠른 응결특성을 나타내고 있다. 또한 라텍스의 혼입률에 따른 특성을 보면, 라텍스 혼입률의 증가에 따른 낮은 물-시멘트비 조건하에서도 초결부터 종결까지 이르는 시간이 지연되는 결과를 보였다.
- 공기량 시험결과 라텍스 혼입률 15 %에 소포제를 혼입하지 않은 경우 8 %의 공기량을 보였다. 이러한 과도한공기량은 경화 후 콘크리트 내에 공극을 형성하여 강도 및 내구성 저하에 직접적인 원인이 될 수 있다.
- 아래의 표를 살펴보면, 라텍스를 혼입하지 않은 RSC는 재령 3시간에 298 kgVcn? 의 높은 초기강도 발현을 나타내었으며, 재령이 증가할수록 강도발현의 증가 폭도 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 동일 물-시멘트비 조건에서 라텍스 15 %를 혼입한 RSLMC는 높은 작업성과 더불어 매우 낮은 강도발현 특성을 나타내었다.
- 일반적으로 라텍스 15%를 혼입한 라텍스 개질 콘크리트의 전하량은 1000쿨롱정도로 보고되고 있다7). 그러나, 본 실험에서 RSLMC의 전하량은 85쿨롱 이하로 측정되어 거의 불투수성 재료에 가까운 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 라텍스 혼입으로 인한 중진효과와 더불어 소포제 사용으로 인한 기포억제, 초속경 시멘트의 높은 분말도에 기인한 것으로 판단되어진다.
- 그리고 소포제 사용이 슬럼프 경시변화에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
- 따라서, RSLMC의 강도 확보를 위한 적절범위의 물-시멘트비 설정과 더불어 적정범위의 소포제 사용은 라텍스 개질 초속경 콘크리트의 강도발현에 필수적인 요소임을 확인할 수 있었다.
- 따라서, 이러한 RSLMC의 낮은 강도발현 특성은 현장적용시 초속경 시멘트의 초기 강도 발현 특성을 부각시킬수 없을 것으로 판단되어졌다.
- 결과를 살펴보면, 라텍스를 혼입하지 않은 RSC의 경우 높은 물-시멘트비에도 불구하고 모든 라텍스의 혼입률보다 빠른 응결특성을 나타내고 있다. 또한 라텍스의 혼입률에 따른 특성을 보면, 라텍스 혼입률의 증가에 따른 낮은 물-시멘트비 조건하에서도 초결부터 종결까지 이르는 시간이 지연되는 결과를 보였다.
- 수 있었다. 또한, 소포제 혼입률 3.2 %에서 소포제를 혼입하지 않은 경우에 비해 3시간 압축강도가 13% 증진되어 초기 3시간 강도 2503cm2를 넘는 결과를 나타내었다
- Table 7을 살펴보면, 라텍스를 첨가하지 않은 경우의 압축강도는 과도한 단위수량으로 인해 초기강도 발현이 저하되어 재령 24시간이 경과되어서야 강도를 발현하는 것으로 나타났다. 라텍스 혼입률 5, 10, 15%의 경우는 라텍스 혼입률이 증가할수록 강도가 다소 저하되는 것으로 나타났으나, 초기 및 장기재령에서의 강도발현 특성을 보였다. 그러나, 라텍스 혼입률 20 %의 경우는 과도한 라텍스의 첨가로 인해 물-시멘트비가 크게 저하되었음에도 불구하고 초기강도발현이 상당히 저하되는 것으로 나타났다.
- 물-시멘트비 33% 조건에서 라텍스 혼입률 15%에 대한 소포제 혼입률 변화에 따른 강도 특성을 살펴보면, 낮은 물-시멘트비로 인한 RSLMC의 강도 증진 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 소포제 혼입률 3.
- 이와 같은 결과는 라텍스 혼입으로 인한 중진효과와 더불어 소포제 사용으로 인한 기포억제, 초속경 시멘트의 높은 분말도에 기인한 것으로 판단되어진다. 소포제가 투수성에 미치는 영향은 모든 소포제의 첨가율에서 100이하의 통과전하량을 나타내었으나, 그 변화의 차이가 낮은 것으로 나타나 RSLMC의 투수특성은 소포제에 대한 영향을 많이 받지 않는 것으로 판단되어진다.
- 2% 혼입한 경우는 소포제를 사용하지 않은 경우보다 휨강도가 다소 증가하였다. 소포제를 6.4 % 혼입한 경우는 재령 6시간이후부터는 강도 증진이 거의 이루어지지 않는 것으로 나타나 소포제의 과다사용이 휨강도에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 나타나 불투수성의 특성을 보였다. 소포제에 의한 공기량의 감소가 투수특성에 미치는 영향보다는 라텍스의 첨가로 인한 불투수성의 향상이 보다 큰 것으로 나타났다.
- 3은 라텍스 혼입으로 인한 작업성의 차이를 알아보고자 실험한 결과이다. 실험결과를 살펴보면, 라텍스를 혼입하지 않은 초속경 시멘트 콘크리트(RSC)의 경우초기 배출 슬럼프가 약 8 cm로 나타났으나, 물-시멘트비 38 %에서 라텍스를 15% 첨가하였을 경우 초기 슬럼프가 20cm를 넘어서는 매우 고유동의 상태를 나타내었으며 물 -시멘트비 33 %에서는 라텍스 혼입으로인해 18 cm의 슬럼프를 나타내었다. 이러한 고유동의 상태에서 재료분리 등의 이상 현상은 관찰할 수 없었으며 라텍스로 인한 높은 작업성 향상을 확인할 수 있었다.
- 실험결과를 살펴보면, 라텍스를 혼입하지 않은 초속경 시멘트 콘크리트(RSC)의 경우초기 배출 슬럼프가 약 8 cm로 나타났으나, 물-시멘트비 38 %에서 라텍스를 15% 첨가하였을 경우 초기 슬럼프가 20cm를 넘어서는 매우 고유동의 상태를 나타내었으며 물 -시멘트비 33 %에서는 라텍스 혼입으로인해 18 cm의 슬럼프를 나타내었다. 이러한 고유동의 상태에서 재료분리 등의 이상 현상은 관찰할 수 없었으며 라텍스로 인한 높은 작업성 향상을 확인할 수 있었다.
- 이와 같은 실험결과를 통해 동일 물-시멘트비 조건하에서 라텍스의 혼입은 높은 작업성 향상을 가져오며, 라텍스의 혼입으로 인한 공기량의 발생을 억제하기 위한 소포제의 첨가는 작업성에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단되었다.
- 13의 결과를 살펴보면, 라텍스의 첨가량이 증가할수록 초기 슬럼프 18 cm를 위한 물-시멘트비는 상당히 낮아지고, 통과전하량 또한 라텍스 혼입률이 0 %에서 20 % 로 증가할수록 크게 감소되어 라텍스 혼입률이 투수 성에 미치는 영향은 매우 큰 것으로 나타났다. 즉, 라텍스 혼입률이 10%로 증대되면, 혼입되지 않은 경우에 비해 74% 투수성의 감소를 보이며, 라텍스 혼입률이 15 %, 20 % 임 경우 불투수성을 나타내었다. 따라서, 일정량 이상의 라텍스 혼입은 작업성 증대에 따른 물-시멘트비 감소와 더불어 경화 후 콘크리트를 불투수성의 특성을 나타나게 하는 직접적인 원인이 되는 것으로 판단되어진다.
- 1 %로 각각 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 소포제의 일정량 첨가로 RSLMC에서 발생하는 과도한 공기량을 적정범위로 제어할 수 있음을 알 수 있었다.
- 561奶品로 크게 증가하는 것으로 나타났다. 특히 라텍스 혼입률 15%와 20 %는 3시간 교통개방 휨강도 기준인 45kgf/cm2을 만족하는 것으로 나타났다. Fig.
- 휨강도 측면에서는 라텍스 혼입률이 증가할수록 휨강도는 증진되었으나, 압축강도는 라텍스 혼입률이 15%를 초과하면 강도가 저하되는 것으로 나타나 라텍스 개질 초속경 콘크리트의 최적의 라텍스 혼입률 범위는 시멘트량 대비 15%인 것으로 나타났다.
후속연구
- 이러한 과도한공기량은 경화 후 콘크리트 내에 공극을 형성하여 강도 및 내구성 저하에 직접적인 원인이 될 수 있다. 따라서, RSLMC의 배합에 있어 적정범위로의 공기량 감소가 반드시 수행되어야 할 것으로 판단되었다.
- 판단된다. 따라서, 라텍스 혼입으로 인한 작업성 향상의 정도와 초속경 시멘트의 초기 수화반응을 위한 적절한물-시멘트의 산정이 이루어져야 할 것으로 여겨진다.
- 본 연구는 특정 온도하에서 강도특성에 대한 영향만 분석한 결과이므로 향후 온도변화 및 내구특성에 대한 보다 자세한 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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