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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 긴급한 보수공사에 사용가능한 고성능 재료를 개발할 목적으로 초속경 시멘트와 시멘트 혼화용 분말수지를 결합재로 사용한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르를 제작하여 강도특성11) 및 내구성에 관하여 검토하였다.
제안 방법
- JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼션 및 재유화형 분말 수지)에 의하여 공시체를 7일간 20 ℃의 2.5%염화나트륨 수용액 중에 침지한 후 공시체를 2분할하여 그 단면에 0.1 % 프롤로세인 나트륨 수용액 및 0.1N 초산은 용액을 분무하여 형광을 발하는 부분을 염화물이온 (Cl-) 침투 부분으로 하여 염화물 이온 침투 깊이를 측정하였다.
- KS F 2476 (시험실에서 폴리머 시멘트 모르타르를 만드는 방법)에 준하여 시멘트 : 잔골재 = 1 : 2.5 (질량비), 폴리머-시멘트비를 0, 5, 10 및 15 % (질량비), 분말 소포제 첨가율을 0 및 2 %(폴리머의 전고형분에 대한 질량백분율)로 배합하여 플로우치가 150±5로 일정하게 되도록 물-시멘트비를 조정해서 공시 모르타르를 비빈 후, 크기 40 × 40 × 160 mm로 성형하여 2d 습유20 ℃, 80% (RH)], 5d 건조[20 ℃, 33% (RH)]양생을 실시하여 공시체를 제작하였다. 또한 모르타르의 비빔은 KS F 2421 [굳지않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법 (공기실 압력방법)]에 준해서 모르타르용 에어메터를 이용해서 공기량을 측정하였다.
- 내약품성 시험은 20 ℃의 산(10 %의 HC1 용액), 염기(20 % NaOH용액) 및 염(10 % NaCl용액)에 침지시킨 후, 0, 1, 3, 7, 14, 21 및 28일에서 손상부위를 브러쉬로 제거한 후 수돗물로 깨끗이 씻고 중량변화를 측정하였다.
- 동결융해시험은 동결융해 시험 용 공시체를 대상으로 KS F 2456 (급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법)에 준하여 수중 급속 동결융해시험을 하였으며, 이때 공시체의 온도는 동결시 -18 ℃, 융해시 4 ℃가 되게 하였고, 동결융해의 1사이클은 2시간 40분이 소요되었다 시험동안 매 50사이클 간격으로 측정하였으며, 동결융해의 반복이 300사이클이 되었을 때 시험을 완료하였다. 이때의 중량감소, 초음파진동속도, 상대 동탄성 계수 및 내구성 지수는 다음 식으로 산출하였다.
- 재유화형 분말수지를 사용하였다. 또한 재유화형 분말수지에 대해서 폴리 에테르계 분말소포제를 2%(질량백분율) 첨가하였다. 재유화형 분말수지의 성질은 Table 3과 같다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시멘트는 초속경 시멘트를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 본 실험에 사용된 잔골재는 규사(3호, 6호)를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 2와 같다
- 시멘트 혼화용 재유화형 분말수지로서는 에틸렌 초산비닐(EVA) 재유화형 분말수지를 사용하였다. 또한 재유화형 분말수지에 대해서 폴리 에테르계 분말소포제를 2%(질량백분율) 첨가하였다.
이론/모형
- KS F 2436 (관입저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법)에 준하여 공시체의 응결시간을 측정하였다.
- KS F 4004(콘크리트 벽돌)의 흡수율 시험 방법에 따라서 건조양생 후 80 ℃의 건조로에서 48시간 건조시킨 공시체를 20 ℃의 정수중에 침지하여 흡수시험을 하였다. 수중침지시간 0, 1, 3, 7, 14, 21, 28 및 48시간에서의 공시체 흡수율을 다음의 식에 의해 산출하였다.
- 동탄성 계수는 10x10x40 cm인 공시체의 길이방향 양면 중앙에 종진동에 의한 공명진동을 측정하여 BS 1881(콘크리트의 동탄성 계수 측정방법)에 준하여 측정하였으며, 상대 동탄성 계수는 다음 식으로 산출하였다.
- 5 (질량비), 폴리머-시멘트비를 0, 5, 10 및 15 % (질량비), 분말 소포제 첨가율을 0 및 2 %(폴리머의 전고형분에 대한 질량백분율)로 배합하여 플로우치가 150±5로 일정하게 되도록 물-시멘트비를 조정해서 공시 모르타르를 비빈 후, 크기 40 × 40 × 160 mm로 성형하여 2d 습유20 ℃, 80% (RH)], 5d 건조[20 ℃, 33% (RH)]양생을 실시하여 공시체를 제작하였다. 또한 모르타르의 비빔은 KS F 2421 [굳지않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법 (공기실 압력방법)]에 준해서 모르타르용 에어메터를 이용해서 공기량을 측정하였다.
- 초음파진동속도는 10 × 10 × 40 cm의 공시 체에 PUNDIT를 사용하여 BS 4408 (콘크리트의 초음파진동속도 측정방법)에 준하여 측정한 후 다음 식으로 산출하였다.
성능/효과
- 1) 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하였으며, 공기량은 폴리머-시멘트비 및 분말 소포제 첨가율의 증가에 따라 감소하였다.
- 2) 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간은 폴리머-시멘트비의 증가함에 따라 지연되는 경향을 보였으나 분말 소포제 첨가율의 증가에 따라서는 짧아졌다.
- 3) 분말소포제의 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침지시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머-시멘트비의 증가에 따라서는 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다
- 4) 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투에 대한 저항성은 폴리머-시멘트비 및 분말소포제 첨가율의 증가에 따라 상당히 개선되었으며, 동결융해 저항성에 있어서도 폴리머-시멘트비 및 분말소포제 첨가율의 증가에 따라 상당히 개선되었다.
- 5) 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량변화율은 10 %의 HC1 용액에서 가장 크게 나타났으며, 염기(20 % NaOH용액) 및 염(10 % NaCl용액)에 침지시킨 모든 배합에서는 전혀 외관변화 및 중량변화가 전혀 없는 것으로 나타났다.
- 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 분말소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 분말소포제를 첨가하지 않은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수보다 약간 높은 경향을 보였다.
- 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침지시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머 시멘트비의 증가에 따라서 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 보통 초속경 시멘트 모르타르에 비해 약 1/2정도였으며, 보통 초속경 시멘트 모르타르의 흡수율은 수중침지시간의 경과에 따라 약 7시간까지는 큰 폭으로 증가하다가 수중침지 약 10시간이 지나면서 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이처럼 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율이 작아지는 것은 모르타르 중에 형성된 균일한 폴리머 필림에 의한 수밀성 확보와 폴리머의 혼입에 따른 시멘트와 글재간의 접착력이 개선되어 치밀한 내부조직이 형성되기 때문인 것으로 판단된다8).
- 2는 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량과 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 미첨가 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 10~11 %범위로 분말 소포제 첨가 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량보다 높게 나타났다. 분말 소포제 첨가의 유무에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다.
- 12는 분말소포제 미첨가 및 첨가 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 상대동탄성 계수와 동결융해 사이클수와의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 상대동탄성계수는 86-91 %로 보통 초속경 시멘트 모르타르의 상대동탄성 계수보다 30 %정도 높았다 또한 분말소포제를 첨가한 것이 분말소포제를 첨가하지 않은 것의 상대동탄성 계수보다 높게 나타났다. 이것은 재유화형 분말 수지의 접착성에 의해 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내부조직을 치밀하게 되기 때문이라 판단된다.
- 8은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율과 동결융해 사이클수와의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소폭은 줄어들었다. 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 150사이클에서 보통 초속경 시멘트 모르타르의 중량감소율보다 약 10%정도로 낮은 감소율을 보였다.
- 1은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비와 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 첨가율에 관계없이 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비는 폴리머-시멘트비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 시멘트 혼화용 재유화형 분말수지 중의 계면활성제의 작용에 의해서 연행되는 공기기포와 폴리머 입자의 볼베어링 효과 및 계면활성제에 의한 시멘트 입자의 분산작용에 기인하여 콘시스턴시의 개선에 의한 것이라 판단된다6).
- 분말 소포제 미첨가 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 10~11 %범위로 분말 소포제 첨가 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량보다 높게 나타났다. 분말 소포제 첨가의 유무에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 본 연구에서는 분말소포제를 재유화형 분말수지에 대해서 유효 고형분에 대하여 첨가하고 있다.
- 13은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수와 폴리머-시멘트비와의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 분말소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 분말소포제를 첨가하지 않은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수보다 약간 높은 경향을 보였다.
- 6은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이와 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또한 분말소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이가 분말소포제를 첨가하지 않은 것의 약 12 %정도 낮은 값을 보였다, 이것은 흡수율이 감소되는 이유와 마찬가지로 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 내부에 폴리머 필름의 형성과 폴리머의 혼입에 따른 시멘트 수화물과 골재간의 접착성이 개선되어 내부조직이 치밀하게 되기 때문이라 판단된다.
- 3은 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간과 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간은 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 응결시간이 지연되는 경향을 보였지만, 폴리머-시멘트비 10 %이상에서는 차이는 작았다. 일반적으로 폴리머 시멘트 모르타르의 경화시간은 폴리머-시멘드비의 증가에 의해서 지연되지만 폴리머-시멘트비가 높을수록 그 응결시간이 느려진다고는 할 수 없다.
- 15는 10 %의 HCl 용액에서 28일간 침지시킨 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모재유화형 본말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량 변화율을 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량변화율은 10 %의 HC1 용액에서 가장 크게 나타났으며, 염기(20 % NaOH용액) 및 염(10 % NaCl용액)에 침지시킨 모든 배합에서는 전혀 외관변화 및 중량변화가 전혀 없는 것으로 나타났다 10%의 HC1 용액에서 침지시킨 경우를 살펴보면, 침지시간의 경과에 따라 중량감소율은 증가하는 경향을 보였으며, 침지시간 7일까지 큰 폭의 중량감소를 보였지만, 그 이후에는 중량감소가 감소함을 알 수 있었다. 한편, 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량변화는 폴리머-시멘트비가 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 분말수지를 전혀 사용하지 않은 보통 초속경 시멘트 모르타르의 경우는 분말수지 혼입한 경우의 약 2배의 중량변화가 나타나 분말수지의 혼입에 따른 약품성에 대한 저항효과를 알 수 있었다
- 5는 수중 침지 시간 48h에서의 흡수율과 폴리머 시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침지시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머 시멘트비의 증가에 따라서 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 보통 초속경 시멘트 모르타르에 비해 약 1/2정도였으며, 보통 초속경 시멘트 모르타르의 흡수율은 수중침지시간의 경과에 따라 약 7시간까지는 큰 폭으로 증가하다가 수중침지 약 10시간이 지나면서 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소폭은 줄어들었다. 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 150사이클에서 보통 초속경 시멘트 모르타르의 중량감소율보다 약 10%정도로 낮은 감소율을 보였다. 이것은 재유화형 분말 수지의 접착성이 우수하기 때문에 시멘트 수화물과 골재의 사이에 균열이 일어나지 않아 동결융해진행동안 물의 침투를 억제하는 것에 기인된다고 판단된다10).
- 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량변화율은 10 %의 HC1 용액에서 가장 크게 나타났으며, 염기(20 % NaOH용액) 및 염(10 % NaCl용액)에 침지시킨 모든 배합에서는 전혀 외관변화 및 중량변화가 전혀 없는 것으로 나타났다 10%의 HC1 용액에서 침지시킨 경우를 살펴보면, 침지시간의 경과에 따라 중량감소율은 증가하는 경향을 보였으며, 침지시간 7일까지 큰 폭의 중량감소를 보였지만, 그 이후에는 중량감소가 감소함을 알 수 있었다. 한편, 분말수지 혼입 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 중량변화는 폴리머-시멘트비가 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 분말수지를 전혀 사용하지 않은 보통 초속경 시멘트 모르타르의 경우는 분말수지 혼입한 경우의 약 2배의 중량변화가 나타나 분말수지의 혼입에 따른 약품성에 대한 저항효과를 알 수 있었다
후속연구
- 수 있다. 또한 블리딩이 없고, 침하량이 작다는 등의 특징을 지니고 있으므로 이러한 성질의 초속경 시멘트에 시멘트 혼화용 분말 폴리머를 첨가한다면 강도 뿐만 아니라 접착성, 변형능력 수밀성, 염화물 이온침투에 대한 저항성, 건조수축, 내약품성 및 도로에 있어서의 마모저항성능 등이 상당히 개선될 수 있을 것으로 기대된다.
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