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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 고유동콘크리트의 유동특성에 영향을 미치는 고성능감수제의 구성비율을 비교· 분석함으로서 혼합형 고성능감수제의 현장적용시 적용방법 및 품질기준 확립을 위한 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
- Series Ⅱ의 경우에는 예비실험을 통하여 결정된 물결합재비 30%, 고로슬래그미분말 치환율 45%, 단위수량 175kg/m3의 고유동콘크리트에 있어서 고성능감수제의 주요 구성성분의 비율에 따른 유동특성 및 응결 특성을 비교하고자 하였다. 또한, 고성능감수제 첨가량은 동일하게 하여 유동특성 및 응결특성을 비교하고자 하였다.
제안 방법
- 겉보기 점도는 Photo. 1에서 보는 바와 같이 미국 BrookFiled사의 모델명 RVDU+회전점도계(내원통형회전)를 사용하여 온도 20±2 ℃에서 점도계의 회전속도 50 rpm으로서 30초간 회전시켰을 때의 값을 측정하였다.
- 이와 같이 얻어진 상층액 중 고성능감수제의 흡광도를 Photo. 2에서 보는 바와 같이 자외선 스펙트럼 (UV spectrophotorreter)을 이용하여 측정하였으며, 흡광도를 역산하여 흡착률을 산정하였다.
- Fig. 1은 페이스트의 비빔방법을 나타낸 것으로 KS L 5109의 모르타르 믹서를 사용하여 결합재와 1차수를 저속으로 60초간 비빔 후 고속으로 60초간 비비고, 60초간 정치시킨 후 2차수와 고성능감수제를 투입하여 저속으로 60초, 고속으로 60초간 비빔을 실시하였다. 또한 콘크리트의 비빔 방법은 Fig.
- 또한 페이스트의 유동성을 측정하기 위해 측정항목으로서 플로우(상대플로우면적비), 겉보기 점도 흡착률을 측정하였다. Series Ⅱ의 경우에는 예비실험을 통하여 결정된 물결합재비 30%, 고로슬래그미분말 치환율 45%, 단위수량 175kg/m3의 고유동콘크리트에 있어서 고성능감수제의 주요 구성성분의 비율에 따른 유동특성 및 응결 특성을 비교하고자 하였다. 또한, 고성능감수제 첨가량은 동일하게 하여 유동특성 및 응결특성을 비교하고자 하였다.
- 고유동콘크리트의 유동특성 시험은 Fig. 3에 보는 바와 같이 일본콘크리트공학협회의 「초유동콘크리트 연구위 원 회보고서」에서 제안하고 있는 방법에 준하여 슬럼프-플로우시험, L-Type 플로우, V-Lot 시험, L-Spatial 슬럼프시험을 실시하였다. 또한 응결시험은 KS F 2436에 준하여 실시하였고 압축강도시험은 KS F 2405에 준하여 실시하였다.
- 1은 페이스트의 비빔방법을 나타낸 것으로 KS L 5109의 모르타르 믹서를 사용하여 결합재와 1차수를 저속으로 60초간 비빔 후 고속으로 60초간 비비고, 60초간 정치시킨 후 2차수와 고성능감수제를 투입하여 저속으로 60초, 고속으로 60초간 비빔을 실시하였다. 또한 콘크리트의 비빔 방법은 Fig. 2에서 보는 바와 같이 분할투입방식을 적용하였다.
- 또한 페이스트의 유동성을 측정하기 위해 측정항목으로서 플로우(상대플로우면적비), 겉보기 점도 흡착률을 측정하였다. Series Ⅱ의 경우에는 예비실험을 통하여 결정된 물결합재비 30%, 고로슬래그미분말 치환율 45%, 단위수량 175kg/m3의 고유동콘크리트에 있어서 고성능감수제의 주요 구성성분의 비율에 따른 유동특성 및 응결 특성을 비교하고자 하였다.
- 또한, 고유동콘크리트의 고성능감수제 주요 구성성분의 비율에 따른 초기 강도발현 특성을 검토하기 위하여 재령 3,7 및 28일의 압축강도를 측정하였다.
- 본 연구의 경우 페이스트의 유동성을 검토하기 위한 플로우 시험은 KS L 5111에 규정되어 있는 모르타르용 플로우콘을 이용하여 낙하운동을 가하지 않은 싱태의 페이스트 변형이 종료한 시점에서 2방향의 플로우직경을 측정하여 평균값을 산출하였다. 또한 플로우시험에서 얻어진 플로우 값으로부터 식 1에 의하여 페이스트의 상대플로우면적비를 산정하였다9-11).
- 본 연구의 실험계획 및 배합은 Table 1에 나타낸 바와 같이 Series Ⅰ 의 경우에는 결합재를 OPC(보통포틀랜드시멘트), OPC-FA50(플라이애시를 시멘트 중량에 대하여 50% 대체), OPC- BFS50(고로슬래그 미분말을 시멘트중량에 대하여 50% 대체)의 3수주 고성능감수제는 분산제의 구성비율에 따라 N, NM, MN, M의 4수준으로 설정하였다. 또한 페이스트의 유동성을 측정하기 위해 측정항목으로서 플로우(상대플로우면적비), 겉보기 점도 흡착률을 측정하였다.
- 측정항목으로서 고유동 콘크리트의 유동 특성을 평가하기 위하여 슬럼프 슬럼프-플로우, V로트 유하시험, L형 플로우 시험, L형 간극통과성 시험을 비빔직후, 경시 40분, 60분에서 실시하였으며, 고성능감수제에 따른 응결특성의 검토를 위하여 KS F 2436에 준하여 응결시험을 실시하였다. 또한, 고유동콘크리트의 고성능감수제 주요 구성성분의 비율에 따른 초기 강도발현 특성을 검토하기 위하여 재령 3,7 및 28일의 압축강도를 측정하였다.
대상 데이터
- 85의 제염사, 굵은골재는 최대치수 20mm의 부순자갈을 사용하였다. Table 3은 본 연구에서 사용한 고성능감수제의 물리적 성질 및 구성 비율을 나타낸 것으로서 고성능감수제를 구성하는 분산제인 나프탈렌(β-나프탈렌설폰산 고축합물 Na염)과 멜라민(멜라민설폰산 Na염)의 구성비율에 따라순수 나프탈렌계(이하 N), 나프탈렌계와 멜라민계의 혼용형(이하 NM, MN), 순수 멜라민계(이하 M)의 4수준을 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 재료의 물리적 성질을 나타낸 Table 2에서 보는 바와 같이 시멘트는 비중 3.15인 1종 보통포틀랜드시멘트 혼화재는 분말도 3, 144cm2/g의 플라이애시와 분말도 4,379cm2/g의 고로슬래그미분말을 사용하였다. 잔골재는 조립율 2.
- 15인 1종 보통포틀랜드시멘트 혼화재는 분말도 3, 144cm2/g의 플라이애시와 분말도 4,379cm2/g의 고로슬래그미분말을 사용하였다. 잔골재는 조립율 2.85의 제염사, 굵은골재는 최대치수 20mm의 부순자갈을 사용하였다. Table 3은 본 연구에서 사용한 고성능감수제의 물리적 성질 및 구성 비율을 나타낸 것으로서 고성능감수제를 구성하는 분산제인 나프탈렌(β-나프탈렌설폰산 고축합물 Na염)과 멜라민(멜라민설폰산 Na염)의 구성비율에 따라순수 나프탈렌계(이하 N), 나프탈렌계와 멜라민계의 혼용형(이하 NM, MN), 순수 멜라민계(이하 M)의 4수준을 사용하였다.
이론/모형
- 3에 보는 바와 같이 일본콘크리트공학협회의 「초유동콘크리트 연구위 원 회보고서」에서 제안하고 있는 방법에 준하여 슬럼프-플로우시험, L-Type 플로우, V-Lot 시험, L-Spatial 슬럼프시험을 실시하였다. 또한 응결시험은 KS F 2436에 준하여 실시하였고 압축강도시험은 KS F 2405에 준하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 고성능감수제 구성비율에 따른 페이스트의 유동특성은 나프탈렌의 구성비율이 증가할수록 상대플로우면적 비 및 흡착률이 증가하고 있어 유동성이 우수한 것으로 나타났으며, 멜라민 구성비율이 증가할수록 점성이 높아지는 것으로 나타났다.
- 2) 결합재 종류에 따른 페이스트의 유동특성은 고로슬래그미분말을 사용한 경우 플라이애시보다 유동성 확보에 유리하며, 플라이애시를 사용함으로서 페이스트의 점성은 고로슬래그미분말을 사용한 경우보다 증가되는 것으로 나타났다.
- 3) 고성능감수제 구성비율에 따른 고유동콘크리트의 유동특성은 나프탈렌 구성비율이 증가함에 따라 유동성 및 경과 시간에 따른 유지성능이 우수한 것으로 나타났다. 또한 멜라민 성분 함유량이 증가할수록 점성이 증가하여 우수한 간극통과성능을 보이고 있으며, 초결 및 종결도달시간은 빠르게 되는 것으로 나타났다.
- 4) 나프탈렌-멜라민 혼합형 고성능감수제의 경우 유동성 및 간극통과성을 포함한 고유동 특성과 응결시간에 있어서 상대적으로 양호한 성능을 나타내고 있어 고유동콘크리트 제조시 고성능감수제를 구성하는 주요성분을 적절하게 혼합하여 사용함으로서 고성능감수제의 효율적인 성능향상이 가능할 것으로 사료된다.
- Fig. 7은 결합재 종류별 고성능감수제 첨가율에 따른 상대 플로우 면적비를 나타낸 것으로 결합재의 종류에 따른 고성능감수제 첨가율은 OPC-BFS50의 경우 0.6~1.1 % OPC의 경우 1.0~2.2 %, OPC-FA50은 1.0~1.6 %의 수준으로서 고로슬래그미분말을 사용할 경우 상대적으로 낮은 첨가율로 유동성을 확보하는데 유리한 것으로 나타났다.
- 현저하게 저하하는 것으로 나타났다. 경과시간에 따른 고성능감수제 종류별 슬럼프-플로우 50cm 도달속도의 변화를 나타낸 Fig. 14에서 보는 바와 같이 비빔직후에 있어서는 고성능감수제에 관계없이「JASS 5 18절 고 유동 콘크리트」및「초유동콘크리트연구위원회보고서」에서 제안하고 있는 영역인 1.875~5.000cnVsec (슬럼프-플로우 50cm 도달시간 3~8sec)의 범위를 모두 만족하고 있으며, N > NM > MN > M의순으로 비빔직후의 슬럼프-플로우 50 cm 도달속도가 빠르게 나타나고 있어 멜라민 성분 비율이 증가할수록 점성이 증가되는 것을 알 수 있다.
- 경과시간에 따른 슬럼프-플로우 50cm 도달속도의 변화는 비빔직후의 성상과 유사하게 나타나고 있으며, N 및 NM의 경우 경시 40분에 있어서 비빔직후에 비하여 각각 18%, 19% 정도 저하하였지만 제한치인 1.875cn/sec 이상을 만족하였고, MN의 경우 약 45%가 저하하여 유동속도가 다소 빠르게 감소하고 있으며, M의 경우 슬럼프-플로우 50cm 도달속도를 측정할 수 없는 것으로 나타나 멜라민 성분의 함유량이 증가할수록 유동속도의 경시 변화도 큰 것으로 나타났다. 이것은 나프탈렌 성분의 경우 멜라민 성분과 비교하여 높은 정전기적 반발력(제타전위)을 갖고 있으며, 경과시간에 따른 정전기적 반발력의 변화도 적기 때문인 것으로 사료된다4,10).
- 15는 고성능감수제 구성비율별 비빔직후 및 경과 시간에 따른 L형 플로우의 변화를 나타낸 것으로 비빔 직후의 경우 고성능감수제에 관계없이 모두 80cm 이상으로 기존 연구5)에서 제시되었던 수준을 상회하는 것으로 나타났고, N, NM의 경우 97cm 이상으로 유사한 수준의 값을 보이고 있으며, MN 및 M에 있어서는 약 90cm의 수준을 나타내었다. 또한 경과시간에 따른 L형 플로우의 변화에 있어서도 고성능감수제 성분비율별로 슬럼프-플로우와 유사한 경향을 나타내고 있으며, M을 제외하면 경시 60분에서도 양호한 수준으로 나타났다.
- 또한 경과시간에 따른 슬럼프-플로우의 변화에 있어서도 N의 경우 유동성 유지성능이 가장 우수한 것으로 나타났으며, M의 경우 경시 40분에서 슬럼프-플로우 약 40 cm 수준으로 「JASS 5 18절 고유동콘크리트」에서 제안하고 있는 고유동콘크리트의 슬럼프-플로우 범위인 50~70 cm를 만족하지 못하는 것으로 나타나 유동성 유지성능이 현저하게 저하하는 것으로 나타났다. 경과시간에 따른 고성능감수제 종류별 슬럼프-플로우 50cm 도달속도의 변화를 나타낸 Fig.
- 5는 고성능감수제 구성비율별 고성능감수제 첨가율에 따른 겉보기 점도의 변화를 나타낸 것으로 고성능감수제의 첨가량이 증가할수록 겉보기 점도는 감소하는 경향을 나타내고 있다. 또한 고성능감수제 구성비율에 관계없이 고성능감수제 첨가율이 일정 수준 이상으로 되면 겉보기 점도는 2000±500MPa의 일정수준으로 수렴하는 경향을 나타났으며, M의 경우 동일한 고성능감수제 첨가량에 있어서 가장 높은 겉보기 점도를 나타냈다.
- 4은 고성능감수제 구성비율별 고성능감수제첨가율에 따른 상대플로우면적비의 변화를 나타낸 것으로 고성능감수제 첨가율이 증가할수록 상대플로우면적 비는 증가하는 경향을 나타내고 있다. 또한 나프탈렌의 구성비율이 증가할수록 동일 상대플로우면적 비에 대응하는 고성능감수제 첨가율은 낮은 수준을 보이고 있어 나프탈렌 성분이 유동성 확보에 효과적인 것으로 나타났다.
- 나타났다. 또한 멜라민 성분 함유량이 증가할수록 점성이 증가하여 우수한 간극통과성능을 보이고 있으며, 초결 및 종결도달시간은 빠르게 되는 것으로 나타났다.
- 12에서 보는 바와 같이 흡착률은 OPC, OPC-BFS50의 경우 유사한 수준을 보이고 있으며, OPC-FA50의 경우 가장 높은 흡착률을 나타내었다. 또한, 고성능감수제 구성비율별로는 나프탈렌 구성 비율이 증가할수록 흡착률이 증가하는 것으로 나타났다.
- 18은 고성능감수제 구성비율별 경과시간에 따른 관입저항치의 변화를 나타낸 것으로 초결도달시간은 M이 7시간 45분, MN이 17시간 50분, NM이 20시간 55분, N의 경우 29시간 40분으로 M과 N은 22시간 정도의 차이가 있는 것으로 나타났다. 종결도달시간도 고성능감수제 성분비율별로 초결도달시간과 유사한 차이를 보이고 있으며, 응결 시간은 멜라민 성분 함유량이 증가할수록 빠르게 되는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 따라서 유동성 유지성능과 응결시간의 상호비교에 의한 적용성 검토 및 현장적용시 응결지연에 의해 발생할 수 있는 거푸집 탈형시기의 지연 및 거푸집 측압 작용 시간의 장기화 등의 문제에 대하여 주의가 필요할 것으로 사료된다.
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