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문제 정의
- 본 연구에서는 MMA(methyl methacrylate)계 아크릴 라텍스를 모노머 비에 따라 합성 제조하고, 각각의 모노머 비와 폴리머 시멘트 비에 따라 폴리머 시멘트 모르타르를 제작한 후, 방수성, 염화물 이온 침투 저항성, 그리고 중성화에 대한 실험을 통해 MMA계 아크릴 라텍스를 혼입한 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 폴리 머시 멘트 모르타르의 흡수율은 먼저, 28일 동안 양생한 공시 체를 건 조로에서 80 °C의 온도조건하에 24시간 건조한다. 건 조로에서 꺼낸 공 시체의 최초 중량을 측정하고 20 °C 의 수중에 침지한 후, 1, 3, 5, 9, 24 및 盛시간 동안의 중량을 측정하여 다음과 같은 식을 이용하여 흡수율을 계산하였다.
- 세공구조 측정용 시편은 치수 40x40x160mm의 공 시체 내부에서 시료를 채취하여 아세톤으로 세정한 후 D-(hy 처리를 하여 준비하였으며, 수은 압입식 포로시메타를 이용하여 세공용적을 측정하고 전 세공용적을 구하였다.
- 염화물 이온 침투 저항성 시험은 일본 콘크리트 공학협회 [폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이 시험방 법(안)]에 의하여 공시 체를 14일간 20 °C의 2.5% 염화나트륨 용액 중에 침지한 후 공시 체를 2분할하고 그 단면에 0.1% 플루오레세인 나트륨 용액 및 0.1 N 질산은 용액을 분무하여 6개소의 염화물 이온 침투 깊이를 측정하였다
- 본 실험에서 사용된 폴리머를 제조하기 위하여 폴리머 합성 방법 중 하나인 유화^멀젼) 중합법을 이용하였으며, MMA/BA, MMA/EA의 모노머 (monomer) 비를 달리하여 제조하였다. 제조 방법은 유화제(emuEifier)와 개시제(initiator) 를 증류수에 용해시킨 후 반응조에 넣고 반응조 안의 임펠러를 회전시키면서 온도를 80 °C까지 상승시킨 후, 모노 머를 초당 한 방울씩 첨가하면서 12〜24시간동안 지속적 으로 반응 시켜 폴리머를 제조하였다. 반응이 이루어지는 시간 동안 반응조의 온도는 80 笆를 계속 유지하였다.
- 중성화 촉진시험을 위하여 28일 양생한 공시 체를 14일간 중성화 촉진 장치(*C2, 0 60%RH, CQ 농도 5绚에서 방치한 후, 공시 체를 2분할하여 그 단면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 적색으로 변하지 않은 부분을 중 성화 깊이로 측정하였다.
- 폴리머 시멘트 모르타르는 KS F 2476(실험실에서 폴리 머 시멘트 모르타르를 만드는 방법)에 따라 시멘트 : 잔골 재 = 1 : 3(질량비), 폴리머 시멘트 비(P/C)를 0, 5, 10, 15 및 20%, 시멘트 혼화용 폴리머의 고형분에 대해 소포제를 1.2%와 0.7%로 첨가하여 배합하고, 40><40xl60mm의 몰드로 모든 공시 체를 성형한 후, 2일간 습윤양생(20 °C, 80%RH)을 실시하고, 5일간 수중 양생(20 °C), 그리고 21일간 기중양생(20 °C, 50%RH)을 실시하여 공시 체를 제 작하였다. 이때의 물시멘트비는 플로우 값이 170+5mm 의 범위가 되도록 결정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 소포제는 실리콘계 에멀젼(고형분, 30%)을 사용하였으며, ME 폴리머 시멘트 모르타르에 비해 MB 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량이 과다하게 발생하여 폴리머의 전고형 분에 대하여 MB 폴리머 시멘트 모르 타르는 1.2%, ME 폴리머 시멘트 모르타르는 0.7 %를 첨가하였다.
- 본 실험에서 사용된 시멘트는 KS L 5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 규사(크기 ; 0.25-0.6 mm)> 사용하였다.
- 시멘트 혼화용 폴리머는 MMA/BA(methyl methaciylate/ butyl acrylate ; MB)의 모노머 비를 60:40, 7030, 그리고 80:20으로, MMA/EA(methyl rrethaoylate/ethyl aaylate ; ME)의 모노머 비를 50:50, 60:40, 그리고 7030으로 합성시킨 에멀젼을 사용하였으며, 그 배합 및 성질은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 본 실험에서 사용된 폴리머를 제조하기 위하여 폴리머 합성 방법 중 하나인 유화^멀젼) 중합법을 이용하였으며, MMA/BA, MMA/EA의 모노머 (monomer) 비를 달리하여 제조하였다. 제조 방법은 유화제(emuEifier)와 개시제(initiator) 를 증류수에 용해시킨 후 반응조에 넣고 반응조 안의 임펠러를 회전시키면서 온도를 80 °C까지 상승시킨 후, 모노 머를 초당 한 방울씩 첨가하면서 12〜24시간동안 지속적 으로 반응 시켜 폴리머를 제조하였다.
- 흡수율은 JIS A 6203「시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말수지」에 준하여 실시하였다. 폴리 머시 멘트 모르타르의 흡수율은 먼저, 28일 동안 양생한 공시 체를 건 조로에서 80 °C의 온도조건하에 24시간 건조한다.
성능/효과
- 1) 폴리머 시멘트 모르타르의 방수성과 염화물 이온 침투 저항성은 폴리머의 종류보다는 폴리머 시멘트 비에 따라 많은 영향을 받는 것으로 나타나고 있으며, 폴리머 시멘트비가 높을수록 그 저항성도 증진되었다. 보통 시멘트 모르타르에 비해 방수성과 염화물 이온 침투 저항성은 최고 5.
- 2) 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화에 대한 저항성은 폴 리머의 종류와 폴리머 시멘트 비에 따라 많은 차이를 나타내고 있으며, 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 증가하는 것으로 나타났다. MMA/BA를 모노머로 이 용한 MB 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화에 대한 저 항성이 MMA/BA의 모노머 비가 60:40을 제외하고는 ME 폴리머 시멘트 모르타르에 비해 우수하게 나타나고 있으며 폴리머 시멘트 비가 높을수록 그 저항성도 증진되었다.
- 3) 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화는 세공구조에 따라서도 많은 영향을 받는 것으로 나타났으며 폴리머의 자체 저항능력으로 인해 폴리머의 혼입량이 높을수록 중 성화에 대한 저항성도 증진되는 것으로 나타났다.
- 4) 연구 결과 본 실험에서 합성 제조한 MMA계 아크릴 라 텍스를 이용하여 폴리머 시멘트 모르타르를 제작할 경우, 방수성, 염화물 이온 침투 저항성, 그리고 중성화에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있었다.
- 1은 MB 폴리머 시멘트 모르타르의 수중 침지재령 48시간 후의 흡수율을 나타낸 그래프이다. MB 폴리 머시 멘트 모르타르의 흡수율은 MM桩A의 모노머 비가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내고 있지만 그 차이는 크지 않았으며, 폴리머 시멘트 비가 증가할수록 현저히 감소호}는 경향을 나타내고 있다. MB 폴리머 시멘트 모르타르에서는 MMA/BA의 모노머 비가 80:20일 때, 그리고 폴리머 시멘트 비가 20%일 때 가장 우수한 방수성을 나타내고 있다.
- MB7 폴리머 시멘트 모르타르는 폴리머 시멘트 비가 10-20%에서 전 세공용적과 미세 공극량이 비슷하게 나타나고 있지만 폴리머 시멘트 모르타르 내에서 형성되는 폴 리머 필름의 양이 증가하여 중성화에 대한 저항성도 증가하는 것으로 나타났다. MB8 폴리머 시멘트 모르타르는 폴 리머 시멘트 비가 높을수록 중성화에 대한 저항성도 높은 것으로 나타났다.
- MB7 폴리머 시멘트 모르타르는 폴리머 시멘트 비가 10-20%에서 전 세공용적과 미세 공극량이 비슷하게 나타나고 있지만 폴리머 시멘트 모르타르 내에서 형성되는 폴 리머 필름의 양이 증가하여 중성화에 대한 저항성도 증가하는 것으로 나타났다. MB8 폴리머 시멘트 모르타르는 폴 리머 시멘트 비가 높을수록 중성화에 대한 저항성도 높은 것으로 나타났다.
- 8은 촉진 재령별 ME 폴리머 시멘트 모르타르의 증 성화 침투 깊이를 나타낸 그래프이다. ME 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 침투 깊이는 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 낮게 나타나고 있어 중성화에 대한 저항성의 증진 효과가 높은 것으로 나타났다. 폴리머를 혼입하지 않은 시멘트 모르타르에 비해 높은 중성화 저항성을 나타내고 있으며 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 증가할수록 저 항성도 증진되는 것으로 나타났다.
- 2) 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화에 대한 저항성은 폴 리머의 종류와 폴리머 시멘트 비에 따라 많은 차이를 나타내고 있으며, 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 증가하는 것으로 나타났다. MMA/BA를 모노머로 이 용한 MB 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화에 대한 저 항성이 MMA/BA의 모노머 비가 60:40을 제외하고는 ME 폴리머 시멘트 모르타르에 비해 우수하게 나타나고 있으며 폴리머 시멘트 비가 높을수록 그 저항성도 증진되었다.
- 025이며 유리 전이온도 이상으로 온도가 증가함에 따라 자유부피분율이 직선적으로 증가하게 된다' 유리 전이 온 도가 높은 라텍스 상 고분자를 첨가한 시멘트 모르타르의 경우일수록 상온에서 상대적으로 자유 부피분율이 낮아지게 됨으로 염화물과 같은 유해물질의 침투가 어려워져 염 화물 이온 침투 저항성이 증가되는 것으로 해석할 수 있다. MMA/EA를 모노머로 이용한 ME 폴리머 시멘트 모르 타르에서는 MMA/EA의 모노머 비가 60:40까지는 저항성이 증가하였지만 70:30에서는 감소하는 것으로 나타났는데, 이것은 유리 전이온도에 따른 영향보다는 폴리머의 합성 이후에 완전한 안정성을 가지지 못한 라텍스 상의 고분 자들로 인하여 시멘트와 결합하면서 빠른 경화를 발생하게 되어 연속적인 필름을 형성하지 못했기 때문인 것으로 사료된다. 이 실험 결과를 통해 MMA/EA의 모노머 비가 70:30에서는 불안정한 결합이 발생함으로 모노머의 비는 60:40 이하의 합성 비율이 가장 적당한 것으로 나타났다.
- 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 높을수록 중성화 침투 깊이도 낮게 나타나고 있으며 MMA/BA의 모노머 비가 높을수록 중성화 저항성이 증가하였다. 그러나 MMA/RA의 모노머 비에 따라서는 많은 차이를 나타내고 있지 않아 모노머 비에 따른 중성화보다는 폴리머 시멘트 비에 따른 중성화의 영향이 큰 것으로 나타났다. MB 폴리머 시멘트 모르타르에서는 보통 시멘트 모르타르에 비해 MMA/BA의 모노머 비가 80:20이고 폴리머 시멘트 비가 20%일 때 4.
- ME 폴리머 시멘트 모르타 르의 염화물 이온 침투 저항성은 MMA/EA의 모노머 비가 60:40인 ME6 폴리머 시멘트 모르타르에서 가장 크게 나타나고 있으며 ME5 폴리머 시멘트 모르타르에서 가장 낮게 나타나고 있다. 다른 폴리머 시멘트 모르타르와 마찬가지로 폴리머 시멘트 비가 증가할수록 저항성도 크게 나타나고 있으며, 폴리머 시멘트 비가 20%일 때는 보통 시멘트 모르타르에 비해 48배 정도의 증진 효과가 있었다. MMA/BA를 모노머로 이용한 MB 폴리머 시멘트 모르타 르의 염화물 이온 침투 저항성은 MMA/BA의 모노머 비가 증가할수록 우수하게 나타나고 있는데 이것은 MW BA의 모노머 비가 증가할수록 유리 전이온도가 증가하기 때문이다.
- 1) 폴리머 시멘트 모르타르의 방수성과 염화물 이온 침투 저항성은 폴리머의 종류보다는 폴리머 시멘트 비에 따라 많은 영향을 받는 것으로 나타나고 있으며, 폴리머 시멘트비가 높을수록 그 저항성도 증진되었다. 보통 시멘트 모르타르에 비해 방수성과 염화물 이온 침투 저항성은 최고 5.6배까지 증진되었으며 모노머의 종류에 따라서는 흡수율은 비슷한 경향을 보이고 있지만 염화물 침투에 대한 저항성은 MWVBA를 모노머로 이용한 MB 폴리머 시멘트 모르타르에서 다소 우수하게 나타났다.
- MMA/EA를 모노머로 이용한 ME 폴리머 시멘트 모르 타르에서는 MMA/EA의 모노머 비가 60:40까지는 저항성이 증가하였지만 70:30에서는 감소하는 것으로 나타났는데, 이것은 유리 전이온도에 따른 영향보다는 폴리머의 합성 이후에 완전한 안정성을 가지지 못한 라텍스 상의 고분 자들로 인하여 시멘트와 결합하면서 빠른 경화를 발생하게 되어 연속적인 필름을 형성하지 못했기 때문인 것으로 사료된다. 이 실험 결과를 통해 MMA/EA의 모노머 비가 70:30에서는 불안정한 결합이 발생함으로 모노머의 비는 60:40 이하의 합성 비율이 가장 적당한 것으로 나타났다.
- MB 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 침투 깊이는 폴리머를 혼입함에 따라 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 낮게 나타나고 있어 저항성이 크게 증진되는 것으로 나타나고 있다. 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 높을수록 중성화 침투 깊이도 낮게 나타나고 있으며 MMA/BA의 모노머 비가 높을수록 중성화 저항성이 증가하였다. 그러나 MMA/RA의 모노머 비에 따라서는 많은 차이를 나타내고 있지 않아 모노머 비에 따른 중성화보다는 폴리머 시멘트 비에 따른 중성화의 영향이 큰 것으로 나타났다.
- ME 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 침투 깊이는 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 낮게 나타나고 있어 중성화에 대한 저항성의 증진 효과가 높은 것으로 나타났다. 폴리머를 혼입하지 않은 시멘트 모르타르에 비해 높은 중성화 저항성을 나타내고 있으며 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 증가할수록 저 항성도 증진되는 것으로 나타났다. MMA/EA의 모노머 비에 따라서는 모노머 비가 60:40인 경우에 가장 우수한 저항성을 나타내고 있으며, 보통 시멘트 모르타르에 비해 폴리머 시멘트 비가 20%일 때 최고 3.
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