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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 셀룰로오스계 수중불분리성 혼화제를 사용한 수중불분리성 콘크리트의 유동성을 향상시키기 위한 수단으로 멜라민계 고성능 감수제를 병용하였다.
- 크게 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다. 따라서 수중콘크리트에 발생되는 문제점을 개선하기 위한 대책의 일환 및 수중불분리성 콘크리트의 제물성 향상을 도모하기 위한 목적으로 제철산업의 부산물로 발생되는 고로슬래그 미분말과 화력발전소의 석탄 연료에서 발생되는 플라이애시를 포집하여 보통포틀랜드시멘트에 혼합 사용하는 연구에 착안하게 되었다.
- 본 연구에서는 수중불분리성 콘크리트의 기초물성을 평가하기 위하여 보통포틀랜드시멘트만 사용한 경우와 보통 포틀랜드시 멘트에 플라이 애시 및 고로슬래그미분말을 각각 3단계씩 사용량을 변화시켜 혼합하여 제조한 총 7 배합 수중불분리성 콘크리트의 pH, 재료분리도 공기량 응결 시간, 유동성 및 압축강도를 측정한 결과에 대하여 고찰하였다. 또한, 수중불분리성 콘크리트 배합 중 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 경우와 플라이애시 20% 및 고로슬래그 미분말 50 %를 각각 혼합한 3배합만을 선정하여 표준 양생한 각각의 압축강도가 200 kg/aS에 도달하였을 때 2배농도 인공해수, 황산나트륨용액, 염화칼슘용액 및 황산 용액에 각각 91일 동안 침지한 결과에 대해서도 비교 고찰하였다.
제안 방법
- 3종류의 수중불분리성 콘크리트를 약품용액에 침지한 후 경과일 7, 28, 56 및 91일에 다음 식에 의하여 측정하였다.
- 기준콘크리트와 플라이애시 및 슬래그미분말을 각각 3 단계로 변화하여 제조한 수중불분리성 콘크리트의 압축강도를 측정하였으며 기준콘크리트 100에 대한 압축강도 비를 제조조건(기중, 수중 및 인공해수)과 재령별로(7, 28 및 91일) 정리한 것이 Fig. 5이다. 이 그림에서 재령 7일 및 28일에서 혼화재의 종류, 혼합량 및 제조조건에 따라 수중불분리성 콘크리트의 압죽강도 차이가 매우 큼을 알 수 있다.
- 또한, 수중불분리성 콘크리트 배합 중 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 경우와 플라이애시 20% 및 고로슬래그 미분말 50 %를 각각 혼합한 3배합만을 선정하여 표준 양생한 각각의 압축강도가 200 kg/aS에 도달하였을 때 2배농도 인공해수, 황산나트륨용액, 염화칼슘용액 및 황산 용액에 각각 91일 동안 침지한 결과에 대해서도 비교 고찰하였다.
- 설계기준강도 300 kgf/cm2, 물-결합재비 50 % 및 공기량 4 %의 수중불분리성 콘크리트를 목표로 플라이애시 10, 20 및 30 %와 슬래그미분말 40, 50 및 60 %를 시멘트와 각각 혼합하여 제조하였으며 본 실험에 사용된 수중불분리성 콘크리트의 배합은 Table 6과 같다.
- 슬럼프플로우시험은 대한토목학회 “수중불분리성 콘 크리트의 슬럼프플로우 시험방법(안)”에 의하여 측정하였으며, 충전성을 알아보기 위하여 문한영의 연구2)에서 사용한 U형박스를 이용하여 높이차(elevation of head)> cm 단위로 측정하였으며, 또한 문한영의 연구*에서 사용한 l 형박스를 이용하여 수중불분리성 콘크리트 시료가 40 cm 위치에 도달하는 시간(efflux time)을 측정하였다.
- 약품용액에 91일간 침지한 수중불분리성 콘크리트 공 시체의 침식 부위를 채취하여 분말법에 의하여 X선 회절 분석을 실시하였으며 측정조건은 Cu Ka : 36 KV, 20 mA, Ni filter, Scan speed : 5°/min, 2 0 : 5~40°로 하였다.
- 인공해수, 황산나트륨, 염화칼슘 및 황산용액에 91일간 침지한 3종류 수중불분리성 콘크리트의 반응생성물을 알아보기 위하여 XRD 분석을 실시하였으며 그 결과를 정리한 것이 각각 Fig 11, 12, 13 및 14이다. 그러나 각 종류의 약품 용액에서 Quartz 결정의 강한 회절피크로 인하여 생성물을 규명하는데 어려움이 있었다.
대상 데이터
- 시험용 약품용액은 5 % 压SQ, 10 % NazSQ, 10 % CaCl2 및 2배농도 인공해수(이하 인공해수)이며, 인공해수는 ASTM D 1141 "Standard specification for substitute ocean water7'에 의하여 제조하였고 구성성분은 Table 5과 같다.
- 보령 화력발전소에서 포집하여 정제한 플라이애시(이하 FA)와 광양 제철소에서 발생된 고로슬래그미분말(이하 슬래그 미분말 또는 SG)을 사용하였으며, 그 화학성분 및 물리적 성질은 Table 4와 같다.
- 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 잔골재는 바다모래를 세척한 세척해사를 사용하였으며, 굵은 골재는 최대치수 25mm인 부순골재를 사용하였고 물리적 성질은 Table 2와 같다.
- 주성분이 HPMC(hydroxypropyl methyl cellulose) 계인 수중불분리성 혼화제 (antiwashout admixture 이하 AWA) 와 멜라민계 고성능 감수제(이하 HRWR)를 병용하여 사용하였으며, 화학성분 및 물리적 성질은 Table 3과 같다.
이론/모형
- ©10x20 cm 원주형 공시체를 KS F 2403에 의하여 수중불분리성 콘크리트를 공기중에서 제조하였으며, 또한 현장을 모사한 수중제조 공시체는 대한토목학회의 “수중불분리성 콘크리트의 압축강도 시험용 수중제조 공시체의 제조 방법 안)”에 의하여 Fig. 1과 같이 제조하였다.
- 수중불분리성 콘크리트의 공기량 및 응결시간은 각각 KS F 2421 4 KS F 勿36에 의하여 측정하였다.
- 수중불분리성 콘크리트의 타설시 발생되는 시멘트 유실에 따른 재료분리도를 측정하기 위하여 대한토목학회의 “콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품질규준(안)”에 따라 현탁 물질량과 pH을 측정하였다.
- 압축강도는 KS F 3405에 의해 시험하였다.
성능/효과
- 2) 수중불분리성 콘크리트의 현탁물질량은 기준 콘크리트 65mg/l, 플라이애시 및 슬래그미분말을 각각 혼합한 경우 102-127 mgA 및 73 -94 mgA 정도였으며, pH 값은 기준 콘크리트 보다 약간 작은 값이며 "콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)”에서 각각 규정한 pH값 12 및 현탁물질량 150mg// 이하의 결과를 나타내었다
- 낮아진 결과로 생각된다. 그러나 이들 값들은 대한토목학회의 "콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)” 에서 규정한 pH값 12이하 및 현탁물질량 150mg/¥ 이하를 모두 만족하는 결과를 나타내었다.
- 1) 플라이애시 및 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 공기량 및 응결시간은 혼화재의 종류 및 혼합률에 따라 기준콘크리트와 비교하여 각각 상이하였으나, “콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)”의 공기량은 4% 이하 및 초결 5시간이상과 종결 30시간 이하의 규정을 만족하는 결과를 나타내었다.
- 3) 광물질 혼화재를 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 슬럼프 플로우 값은 혼합률에 관계없이 큰 차이가 없었으나, L형박스 도달시간은 거의 비례적으로 단축되었다. 한편, U형박스를 이용한 높이차는 경과시간에 관계없이 기준 콘크리트보다 감소됨으로써 수중불분리성 콘크리트의 유동성 및 충전성의 향상에 크게 유효함을 알 수 있었다.
- 4) 광물질 혼화재를 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 압축강도는 기준콘크리트보다 초기재령에서는 작았으나 장기 재령에서는 오히려 크게 증진되었다. 또한, 수중불분리성 콘크리트의 재령 7 및 28일 수중/기중 압축 강도비를 측정한 결과, 광물질 혼화재의 종류 및 혼합률에 관계없이 75% 이상으로 대한토목학회의 품질규준을 만족하였다.
- 4종류의 약품용액에 각각 침지한 기준콘크리트와 FA20 및 SG50 수중불분리성 콘크리트의 중량변화를 91일 까지 측정하여 침지전 중량에 대한 비로 정리해 본 결과 재령이 짧은 탓으로 5 %의 황산용액에 침지한 수중불분리성 콘크리트를 제외한 나머지 3종류의 약품용액에 대한 중량변화는 평가하기 어려울 정도로 미미하였다.
- 5) 수중불분리성 콘크리트를 4종류 약품용액에 침지한 결과, 광물질 혼화재를 혼합한 경우 압축강도는 기준 콘크리트를 크게 상회하였다. 그러나 인공해수, 황산나트륨 및 염화칼슘 용액에 침지한 수중불분리성 콘크리트의 중량 변화는 미미하였다.
- 6) 수중불분리성 콘크리트를 4종류 약품용액에 91일간 침지하여 반응생성물을 분석한 결과, 인공해수에 침지한 경우 에트린가이트 및 Friedel's salt의 피크가 각각 나타났으며, 황산용액에 침지한 경우 FA20 및 SG50 수중불분리성 콘크리트의 석고의 피크가 기준콘크리트보다 약간 작게 나타남으로써 약품용액에 대한 저항성이 우수하였다.
- 7) 이상과 같은 실험결과를 바탕으로 수중불분리성 콘크리트의 기초물성 및 내구성을 향상시키기 위해서는 광물질 혼화재의 사용이 필수적이라 판단되며, 그 적정 사용량은 플라이애시의 경우 20 -30 %, 고로슬래그미분말은 50〜60% 정도가 적정 혼합량이라고 사료된다.
- 있다. 그러나 본 실험에 사용된 수중불분리성 콘크리트의 경우, 플라이애시 및 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리 성 콘크리트의 응결시간은 대한토목학회의 “콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)”에서 규정한 초결 5 시간 이상, 종결 30시간 이하를 만족하는 결과를 나타내었다.
- 또한 용액별로 압축강도 감소율을 살펴보면 황산 용액에서 가장 큰 감소가 일어났으며 황산나트륨, 인공해수, 염화칼슘의 순으로 압축강도 감소율이 작게 나타났다. 한편 염화칼슘 용액에서 압축강도 감소는 침투한 C1 이온과 수산화칼슘 및 C-S-H와 반응하여 가용성의 CaCb를 생성하고, 용출함으로써 시멘트 경화체를 다공화시켜 압축강도가 감소한 것으로 판단되며 Longo®의 연구에서는 염화칼슘에 대한 저항성을 증진시키기 위해서 혼합시멘트의 필수적 사용을 권장하고 있다
- 오히려 크게 증진되었다. 또한, 수중불분리성 콘크리트의 재령 7 및 28일 수중/기중 압축 강도비를 측정한 결과, 광물질 혼화재의 종류 및 혼합률에 관계없이 75% 이상으로 대한토목학회의 품질규준을 만족하였다.
- 3이다. 먼저 Fig. 3에서 현탁 물질량을 살펴보면, 기준콘크리트 65mg/l 에 비하여 플라이애시 및 슬래그 미분말을 각각 혼합한 수중불분리성 콘크리트는 102-127 mg/1 및 73~94mg/l 정도였으며, 혼화재의 혼합률이 증가할수록 현탁물질량이 증가하는 경향을 나타내었다.
- 반면, FA20 및 SG50 수중불분리성 콘크리트의 경우, 침지 후 91일에서 중량감소율이 각각 25 % 및 20 %로 기준 콘크리트 보다 각각 11 및 16%로 월등히 작게 나타났다.
- 이 그림에서 알 수 있듯이 수중불분리성 콘크리트의 공기량은 혼화재의 종류 및 혼합률에 따라 약간 상이하였으며, 슬래그미분말 및 플라이애시를 각각 사용한 수중불분리성 콘크리트의 공기량이 기준콘크리트와 비교하여 약간 크게 나타났다.
- 이 그림에서 알 수 있듯이 침지 후 경과 일에 관계없이 3종류 수중불분리 콘크리트 다같이 중량감소율이 크게 일어났으며, 특히 기준콘크리트의 중량감소율이 가장 컷으며 침지 후 91일에서는 36 %의 중량감소율을 나타내었다. 반면, FA20 및 SG50 수중불분리성 콘크리트의 경우, 침지 후 91일에서 중량감소율이 각각 25 % 및 20 %로 기준 콘크리트 보다 각각 11 및 16%로 월등히 작게 나타났다.
- 이 그림에서 플라이애시 및 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리 성 콘크리트의 압축강도 감소율이 기준 콘크리트보다 적게 나타남을 알 수 있으며, 특히 5 %의 황산 용액에 침지한 경우, SG50 수중불분리성 콘크리트의 압축강도 감소율이 기준 콘크리트에 비교하여 24% 정도 작게 나타났다.
- 이상의 실험결과를 종합해보면, 플라이애시 및 슬래그 미분말은 수중불분리성 콘크리트의 유동성 및 충전성의 향상에 크게 유효함을 알 수 있었다.
- 이 그림에서 광물질 혼화재 2종류를 혼합한 수중불분리성 콘크리트는 약품 용액에 따라 약간 상이하였으나 침지 7일 이후 전반적으로 기준콘크리트보다 월등히 큰 압축강도비를 나타내었다. 특히 5 % 황산용액에 91일 동안 침지한 FA20 및 SG50 수중불분리성 콘크리트의 압축강도비는 기준콘크리트와 비교하여 각각 曲% 및 60% 정도의 큰 값을 나타내었다.
- 특히 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 도달 시간 및 높이차는 슬래그미분말의 혼합률이 증가함에 따라 각각 크게 단축 및 작아지는 좋은 결과를 나타내었다. 이상의 실험결과를 종합해보면, 플라이애시 및 슬래그 미분말은 수중불분리성 콘크리트의 유동성 및 충전성의 향상에 크게 유효함을 알 수 있었다.
- 이 그림에서 재령 7일 및 28일에서 혼화재의 종류, 혼합량 및 제조조건에 따라 수중불분리성 콘크리트의 압죽강도 차이가 매우 큼을 알 수 있다. 특히 재령 28일까지는 광물질 혼화재의 혼합률이 증가함에 따라 기준콘크리트보다 강도발현이 크게 지연되었으나, 재령 91일에서는 플라이애시의 포졸란반응 및 슬래그 미 분말의 잠재수경 성 의 영 향으로 인하여 기준 콘크리트보다 오히려 큰 강도증진 현상을 나타내었다.
- 한편 수중불분리성 콘크리트의 응결시간을 측정한 결과, 혼화재의 종류에 따라 상이하였으며 혼합률이 증가함에 따라 초결 및 종결시간이 다같이 비례하여 지연됨을 알 수 있다. 그러나 본 실험에 사용된 수중불분리성 콘크리트의 경우, 플라이애시 및 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리 성 콘크리트의 응결시간은 대한토목학회의 “콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)”에서 규정한 초결 5 시간 이상, 종결 30시간 이하를 만족하는 결과를 나타내었다.
- 이 그림에서 볼 수 있듯이 각 재령에서 혼화재의종류 및 혼합량에 따른 압축강도 발현 특성을 확연히 구분할 수 있으며 혼화재의 혼합량이 많을수록 초기재령에서 압축강도 발현이 늦어지는 경향을 볼 수 있었다. 한편 재령 28일까지는 플라이애시를 사용한 수중불분리성 콘크리트가 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리성 콘크리트에 비하여 높은 압축강도를 나타내었으나 재령 91일에서는 슬래그미분말을 혼합한 수중불분리성 콘크리트가 플라이애시를 사용한 경우보다 약간 상승하는 결과를 나타내었다.
- 한편, U형박스를 이용한 높이차는 경과시간에 관계없이 기준 콘크리트보다 감소됨으로써 수중불분리성 콘크리트의 유동성 및 충전성의 향상에 크게 유효함을 알 수 있었다.
- 이 그림에서 알 수 있듯이 플라이애시 및 슬래그미분말의 혼합률의 증가에도 불구하고 슬럼프플로우 값의 변동은 매우 작았으나, 도달 시간은 거의 비례적으로 단축되는 경향을 나타내었다. 한편, U형박스를 이용한 높이차를 경과시간 5 및 10분 후에 측정한 값을 비교해본 결과, 플라이애시 및 슬래그 미분말을 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 높이차는 경과시간에 관계없이 기준콘크리트보다 감소됨을 알 수 있다
- 한편, 플라이애시 및 슬래그미분말을 각각 혼합한 수중불분리성 콘크리트의 pH값은 기준콘크리트와 비교하여 약간 작은 값을 나타내었으며, 혼합률이 증가함에 따라 감소하는 경향은 혼화재의 혼합량이 증가함에 따라 상대적으로 시멘트량이 적어져 수중불분리성 콘크리트의 알칼리가 낮아진 결과로 생각된다. 그러나 이들 값들은 대한토목학회의 "콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품줄규준(안)” 에서 규정한 pH값 12이하 및 현탁물질량 150mg/¥ 이하를 모두 만족하는 결과를 나타내었다.
- 황산나트륨용액에 침지한 수중불분리성 콘크리트의 XRD 분석결과가 Fig. 12로써, 3종류의 수중불분리성 콘크리트에서 각각 Portlandite의 피크를 확인할 수 있었으며, 에트링가이트 및 석고의 피크도 확인되었으나 기준 콘크리트에서 약간 큰 강도의 피크를 나타내었다
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