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문제 정의
- 본 시험에서는 각종 배합으로 제조한 콘크리트 공시체의 염화물이온침투에 대한 저항성을 평가하기 위하여 염화물이온 침투실험과 염화물이온 투과성실험을 행하였다.
- 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 구조물의 장수 명화를 위한 고내구성콘크리트의 제조방법을 제안하고 또한 실용화를 목적으로 고품질 및 고내구성 콘크리트를 여러가지 방법으로 제조한 후 염분침투깊이 및 염소이온투과성등 염해에 대한 저항성을 실험적으로 규명하여 고내구성콘크리트의 성능을 실험적으로 평가한 것이다.
제안 방법
- 각 시험체에 대한 염화물이온 침투깊이 실험결과로부터 염소이 온확산계 수를 구하였다. 염소이온확산계 수의 계산은 다음식에 의하였다.
- 그 후 20 ℃ 의 3.5%의 NaCl 수용액 중에 공시체를 침지하여 4주, 90일, 6개월 경과후 꺼내어 할렬한다. 또한 시험액의 양은 침지하는 공시체체적의 3배 이상으로 하여 공시체 상호간격 및 시험조바닥으로부터의 거리는 3cm이상 띠어 공시체를 완전히 침지시킨다.
- 예비실험결과, 실험 결과에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 공시체의 함수율이었다. 따라서 본 실험에서는 공시체의 함수율을 포화상태에 가까운 상태로 조정한 후 투과성실험을 실시하였다.
- 의한 차를 비교하였다. 또한 물시멘트비 50, 60%의 경우에 내구성개선제를 첨가하여 그 효과를 실험하였다. 혼화 재료의 첨가는 물시멘트비 50, 60%의 경우에 한하여 첨가하여 비교하였으며 플라이애시의 첨가율은 10, 20%이며, 고로슬래그 미분말의 첨가율은 20, 40%이고, 실리카흄의 첨가율은 10% 로서 보통포틀랜 드시 멘트중량의 내할로 첨가하여 시멘트를 치환하였다.
- 본 실험에서는 염분용액의 염분농도를 3.5%로 하고, 침지 기간은 28일, 90일, 180일의 3가지 재령으로 하였다. 염분농도에 대해서는 규격이 정해져 있지 않기 때문에 KS F2561 (철근 콘크리트용 방청제)의 부속서1 철근의 염수침지 시험방법에서 규정한 염분용액의 농도와 유사한 3.
- 5%로 하고, 침지 기간은 28일, 90일, 180일의 3가지 재령으로 하였다. 염분농도에 대해서는 규격이 정해져 있지 않기 때문에 KS F2561 (철근 콘크리트용 방청제)의 부속서1 철근의 염수침지 시험방법에서 규정한 염분용액의 농도와 유사한 3.5%를 택하였다. 28일 침지, 90일 침지 및 180일 침지의 경우 염화물이온 침투 깊이를 표 10 및 그림 5~그림 8에 나타내었다.
- 염화물이온 투과실험은 매 시편마다 6시간동안 수행하며 30분 간격으로 전압값을 측정한다. 측정된 전압을 전류로 환산하여 다음 식을 이용하여 회로를 통과한 총전하량을 산정한다.
- 전류를 측정하는 방법으로는 기지의 저항체를 회로에 연결하여 전압을 측정함으로써 얻을 수 있는데 이때에 사용되는 저항으로는 콘크리트 시편에 적용되는 전압에 영향이 적도록 하기 위하여 가능한 작은 저항을 사용하는데 본 실험에서는 0.2Q을 사용하였다.
- 콘크리트의 배합은 슬럼프 15cm를 목표로 하였으며 공기량은 4.5 ±1.5%를 목표로 하여 고성능감수제 및 AE 제의 사용량을 조절하였다. 굵은골재의 최대칫수는 25mm이며 쇄석 골재를 사용하였다.
- 콘크리트의 배합을 위한 실험인자로서는 표1과 같이 물시멘트비를 30, 40, 50, 60%의 4수준으로 하여 물시멘트비의 대소에 의한 차를 비교하였다. 또한 물시멘트비 50, 60%의 경우에 내구성개선제를 첨가하여 그 효과를 실험하였다.
- 표2와 같은 배합으로 010X 20cm 의 원주공시체 및 10X10X40cm의 각주공시체를 제작하여 염화물이온 침투 깊이측정 실험 과 염 화물이온투과성시 험을 행 하였다.
- 표준양생 90일의 시험체에 대하여 염화물이온 투과성 시험을 종료한 후 할열하여 할열면에 0.1% 프레오레세인 나트륨 용액 및 그 위에 0.1N AgN03를 분무하여 변색되는 부위를 버니어켈리퍼스를 사용하여 측정하였다. 측정된 결과를 바탕으로 다음식을 이용하여 염소이온 확산계수를 산출하였으며, 그 결과는 표 13과 같다.
- 또한 물시멘트비 50, 60%의 경우에 내구성개선제를 첨가하여 그 효과를 실험하였다. 혼화 재료의 첨가는 물시멘트비 50, 60%의 경우에 한하여 첨가하여 비교하였으며 플라이애시의 첨가율은 10, 20%이며, 고로슬래그 미분말의 첨가율은 20, 40%이고, 실리카흄의 첨가율은 10% 로서 보통포틀랜 드시 멘트중량의 내할로 첨가하여 시멘트를 치환하였다.
대상 데이터
- 고로슬래그 미분말은 KS F 2563( "콘크리트용 고로슬래그 미분말” )의 규격의 1종에 해당하는 국내 K사에서 시판 중인제품을 사용하였으며, 그 화학성분 및 물리적 성질은 표 7과 같다.
- 잔골재는 경기도 여주 남한강산 천연 강모래를 사용하였다. 굵은골재는 경기도 안성산 부순굵은골재를 사용하였다. 잔골 재 및 굵은골재의 물리적 성질은 표 5와 같으며, 그림 1은 체 가름 시험결과에 의한 잔골재의 입도분포곡선을 나타낸다.
- 5%를 목표로 하여 고성능감수제 및 AE 제의 사용량을 조절하였다. 굵은골재의 최대칫수는 25mm이며 쇄석 골재를 사용하였다. 잔골재는 강모래를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 시편은 10X20cm 공시체를 28일 및 90 일간 수중양생한 후 5cm 두께로 절단하여 염화물이온 투과시험을 수행하였다. 공시체는 절단한 다음 실험을 수행하기전까지 상대습도 95%이상을 유지시킨다.
- 시멘트의 종류는 국내 D사의 보통포틀랜드 시멘트(1종)를 사용하였으며, 그 화학성분 및 물리적 성질은 표 3 및 표 4와 같다.
- 1V의 정도로 안정적으로 공급할 수 있어야 한다. 실험을 수행하는 동안 전해질용액이 새지 않게 하기 위하여 사용되는 Sealant는 고무제품이고 무게는 20~40g정도의 것으로 Cell과 시편사이를 고정시킨다.
- 굵은골재의 최대칫수는 25mm이며 쇄석 골재를 사용하였다. 잔골재는 강모래를 사용하였다. 시험비빔을 거쳐 확정된 콘크리트의 배합은 다음 표 2와 같다.
- 잔골재는 경기도 여주 남한강산 천연 강모래를 사용하였다. 굵은골재는 경기도 안성산 부순굵은골재를 사용하였다.
- 초미분말의 실리카훔은 노르웨이산 Elken社의 Microsilica Grade 920D를 사용하였으며, 그 화학성분 및 물리적 성질은 표 6과 같다.
이론/모형
- 염화물이온 투과시험은 ASTM C1202-97 "Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion P*^ enetration AASHTO T259의 방법에 의거하여 수행하였다.
- 콘크리트용 화학혼화제는 콘크리트의 공기량 조절을 위하여 KS F 2560( "콘크리트용 화학혼화제” )에 적합한 국내 K 사의 AE제를 사용하였고, 또한 콘크리트의 단위수량 감소 및 슬럼프 조절을 위하여 同社의 AE성분을 배제한 고 성능 감수제를 사용하였다. 또한 콘크리트의 내구성 향상을 위하여 일본 Sanflo Paric사의 내구성개선제를 사용하였다.
- 사용하였다. 또한 콘크리트의 내구성 향상을 위하여 일본 Sanflo Paric사의 내구성개선제를 사용하였다. 각 제품의 특성 및 성능은 표 8과 같다.
성능/효과
- 1) 염화물이온 침투깊이는 물시멘트비가 증가함에 따라 증가하며, 재령이 경과함에 따라 증가한다.
- 2) 염화물이온 침투깊이는 초기재령에서 급격히 증가하나 재령이 증가함에 따라 침투깊이는 지수함수적으로 감소한다.
- 3) 내구성개선제를 첨가한 공시체의 염화물이온 침투 깊이는 무첨가의 경우와 동일하거나 오히려 증가하여 염화물이온침투를 억제하는 효과가 거의 없다.
- 4) 혼화재료의 첨가량이 증가함에 따라 염화물이온 침투 깊이가 감소하여 염화물이온 침투에 대한 저항성이 커지는 것을 알 수 있으며 이것은 포졸란반응에 의한 콘크리트 조직의 치밀화에 기인한 것으로 사료된다.
- 5) 염화물이온 침투에 대한 저항성이 큰 혼화재료는 실리카 흄 및 고로슬래그미분말의 순이었다.
- 6) 시험체를 통과한 총전하량은 물시멘트비가 증가함에 따라 증가하며, 재령이 경과함에 따라 작아진다.
- 7) 내구성개선제를 첨가한 공시체에 있어서 통과한 전하량은 내구성 개선제 무첨가의 경우와 동일하거나 오히려 증가하여 염화물이온 투과를 억제하는 효과가 거의 없다.
- 8) 혼화재료의 첨가량이 증가함에 따라 통과전하량이 감소하여 염화물이온 투과에 대한 저항성이 커지는 것을 알 수 있으며 이것은 포졸란반응에 의한 콘크리트조직의 치밀화에 기인한 것으로 사료된다.
- 이것은 포졸란반응의 결과로 콘크리트조직이 치밀화되는 것에 기인하는 것으로 사료된다. 가장 효과적인 혼화재료는 실리카흄이었으며, 실리카흄을 10% 첨가한 경우만이 ASTM C 1202에서 제시한 기준에 의하여 염화물이온 투과성이 매우 낮은' 결과가 되었다. 그러나 플라이애시 및 고로슬래그의 경우에는 첨가량이 증가함에 따라 통과 전하량이 감소하고 있다.
- 효과가 거의 없음을 알 수 있다. 또한 혼화 재료의 사용에 의한 침투방지효과는 실리카흄이 가장 크고, 그 다음에 고로슬래그미분말의 순이며, 플라이애시는 효과가 거의 없게 나타났다.
- 해양환경의 실제 구조물에서 내부염화물량을 측정한 결과에 의하면 염화물이온의 확산계수는 대략 10-8cm2/sec이다. 본 실험에서는 염분용액에 공시 체를 침지하여 시험하였기 때문에 염분환경에 노출된 경우보다 약 10배 높은 확산계수값을 보여주고 있다.
- 및 그림 9~그림 11에 나타내었다. 예비실험결과, 실험 결과에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 공시체의 함수율이었다. 따라서 본 실험에서는 공시체의 함수율을 포화상태에 가까운 상태로 조정한 후 투과성실험을 실시하였다.
- 이상의 결과로부터 내구성개선제의 첨가는 염소 이온 침투를 방지하는 효과가 거의 없음을 알 수 있다. 또한 혼화 재료의 사용에 의한 침투방지효과는 실리카흄이 가장 크고, 그 다음에 고로슬래그미분말의 순이며, 플라이애시는 효과가 거의 없게 나타났다.
- 플라이애시, 고로슬래그미분말 및 실리카흄과 같은 혼화 재료의 첨가는 염소이온확산계수를 저하시키는데 유효하며, 특히 실리카훔이 가장 효과가 컸다. 또한 혼화재료의 첨가량이 증가함에 따라 염소이온확산계수도 저하한다.
후속연구
- 10) 혼화재료 중 플라이애시의 경우에는 염화물이온 침투깊이 실험 결과 와 염화물이온투과성실험결과가 서로 상이하게 나타나 좀더 심도있는 연구가 필요하다고 사료된다.
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