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문제 정의
- 이 때문에 현재, 폴리머 시멘트 모르타르는 철근콘크리트 구조물용 보수재, 접착재, 도포재, 도장재, 방수재 등으로 그 이용이 급증하고 있다45). 따라서, 본 연구에서는 콘크리트 표면 오버레이용 보수재에 사용가능한 고성능 재료를 개발할 목적으로 알루미나 시멘트의 단점을 보완하기 위하여 현장 작업성이 우수한 시멘트 혼화용 분말수지를 결합재로 사용하고, 고성능 감수제를 첨가함으로써 강도 내구성 및 작업성이 우수한 속경성 고유동 폴리머 시멘트 모르타르를 개발하여 그 내구 성능에 영향을 미치는 폴리머-시멘트비 및 소포제 첨가량의 영향에 대하여 검토하였다.
- 본 연구는 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성을 개선할 목적으로 시도된 실험연구로서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다
제안 방법
- JIS A 1171 (폴리머 시멘트 모르타르의 시험 방법)에 의하여 공시체를 14일간 촉진 중성화 시험장치 [30 ℃, 60 %(RH), CO2농도 5.0%]내에 정치한 후 공시체를 2분할하여 그 단면에 페놀프탈레인 1%의 알코올 용액을 분무하여 적색으로 변화하지 않는 부분을 중성화 부분으로 하여 중성화 깊이를 측정하였다.
- JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의하여 공시체를 7일간 20 ℃의 2.5%염화나트륨 수용액 중에 침적한 후 공시체를 2분할하여 그 단면에 0.1% 프롤로세인 나트륨 수용액 및 0.1 N 초산은 용액을 분무하여 형광을 발하는 부분을 염화물 이온 (CD 침투 부분으로 하여 염화물 이온 침투 깊이를 측정하였다.
- KS F 2476 (시험실에서 폴리머 시멘트 모르타르를 만드는 방법)에 준하여 시멘트 : 잔골재 = 1:1 (질량비), 폴리머-시멘트비를 0, 5, 10 및 15% (질량비), 분말 소포제 첨가율을 0 및 2%(폴리머의 전고형분에 대한.질량 백분율) 및 고성능 감수제를 2%(시멘트에 대한 질량백분율)로 배합하여 슬럼프-플로우가 60±5cm로 일정하게 되도록 물-시멘트비를 조정해서 시험체용 모르타르를 비빈 후 크기 40x40x160m로 성형하여 2일 습윤(20 ℃, 80%(RH)), 5일 건조(20 ℃, 50% (RH))양생을 실시하여 공시체를 제작하였다 시멘트에 대하여 알루미나 시멘트를 7 : 3으로 치환하여 사용하였다.
- 또한 재유화형 분말수지에 대해서 폴리 에테르계 분말소포제를 2%(질량백분율) 첨가하였다. 재유화형 분말수지의 성질은 Table 3과 같다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시멘트는 알루미나 시멘트와 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 알루미나시멘트의 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 본 실험에 사용된 잔골재는 규사<6호)를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 2와 같다.
- 분말 고성능 감수제는 유동성이 우수한 폴리 칼본산계 감수제를 사용하였다.
- 시멘트 혼화용 재유화형 분말수지로서는 에틸렌 초산비닐 (Ethylene-Vinyl Acetate, EVA) 재유화형 분말 수지를 사용하였다. 또한 재유화형 분말수지에 대해서 폴리 에테르계 분말소포제를 2%(질량백분율) 첨가하였다.
이론/모형
- KS F 2436 (관입저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험 방법)에 준하여 공시체의 응결시간을 측정하였다 .
- KS F 2456 (급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법)에 준하여 수중 급속 동결융해시험을 하였으며, 이때 공시체의 온도는 동결시 T8 ℃, 융해시 4 ℃가 되게 하였고, 동결융해의 1사이클은 2시간 40분이 소요되었다. 시험동안 매 50사이클 간격으로 측정하였으며, 동결융해의 반복이 300사이클이 되었을 때 시험을 완료하였다.
- KS F 4004(콘크리트 벽돌)의 흡수율 시험 방법에 따라서 건조양생 후, 80 ℃의 건조로에서 48시간 건조시킨 공시체를 20 ℃의 정수 중에 침적하여 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.
성능/효과
- 1) 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하였다.
- 2) 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 응결 시간은 폴리머 -시멘트비의 증가함에 따라 지연되는 경향을 보였으나분말 소포제 첨가율의 증가에 따라서는 짧아졌다.
- 3) 분말소포제의 첨가율에 관계없이 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침적시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머-시멘트비의 증가에 따라서는 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다
- 4) 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투에 대한 저항성은 폴리머-시멘트비및 분말소포제 첨가율의 증가에 따라 상당히 개선되었다. 5) 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 동결융해 저항성은 폴리머-시멘트비 및 분말소포제 첨가율의 증가에 따라 상당히 개선되었다.
- 개선되었다. 5) 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 동결융해 저항성은 폴리머-시멘트비 및 분말소포제 첨가율의 증가에 따라 상당히 개선되었다.
- 6) 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화에 대한 저항성은 폴리머-시멘트비 및 분말 소포제 첨가율의 증가에 따라 개선되었다.
- 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 상대동탄성계수는 86~91%로 보통 고유동 시멘트 모르타르의 상대동 탄성계수보다 30%정도 높았다. 또한 분말소포제를 첨가한 것이 분말소포제를 첨가하지 않은 것의 상대동탄성 계수보다 높게 나타났다. 이것은 재유화형 분말 수지의 접착성에 의해 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내부 조직을 치밀하게 되기 때문이라 판단된다.
- 이것은 흡수율 시험 결과에서 나타난 바와 같이 접착성이 우수한 재유화형 분말수지를 혼입함에 따라 시멘트수화물과 골재 사이에 균열이 발생하지 않음과 동시에 모르타르 내부에 균일한 폴리머 필름이 형성되어 수밀성이 확보되기 때문이라 판단된다. 또한 분말소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 분말소포제를 첨가하지 않은 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수보다 약간 높은 경향을 보였으나, 그 차이는 크지 않았다.
- 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침적시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머-시멘트비의 증가에 따라서 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 보통 고유동 시멘트 모르타르에 비해 약 1/2정도였으며, 보통 고유동 시멘트 모르타르의 흡수율은 수중침지시간의 경과에 따라 약 7시간까지는 큰폭으로 증가하였으나, 그 이후로는 거의 차이가 없었다. 이처럼 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율이 작아지는 것은 모르타르 중에 형성된 균일한 폴리머 필름에 의한 수밀성 확보와 폴리머의 혼입에 따른 시멘트와 골재간의 접착력이 개선되어 치밀한 내부조직이 형성되기 때문인 것으로 판단된다8).
- 8 및 9는 분말소포제 미 첨가 및 첨가 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 상대동탄성계수와 동결융해 사이클 수와의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 상대동탄성계수는 86~91%로 보통 고유동 시멘트 모르타르의 상대동 탄성계수보다 30%정도 높았다. 또한 분말소포제를 첨가한 것이 분말소포제를 첨가하지 않은 것의 상대동탄성 계수보다 높게 나타났다.
- 6 및 7은 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머시 멘트 모르타르의 중량감소율과 동결융해 사이클수와의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소폭은 줄어들었다. 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트모르타르의 중량감소율은 150사이클에서 보통 고유동 시멘트 모르타르의 중량감소율보다 약 10%정도로 낮은 감소율을 보였다.
- 1은 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비와 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말 소포제첨가율에 관계없이 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비는 폴리머-시멘트비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 시멘트 혼화용 재유화형 분말수지 중의 계면활성제의 작용에 의해서 연행되는 공기기포나 폴리머 입자의 볼베어링 효과 및 계면활성제에 의한 시멘트 입자의 분산작용에 기인하여 콘시스턴시의 개선에 의한 것이라 판단된다® 또한 폴리머—시멘트비에 관계없이 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 물-시멘트비는 분말 소포제를 첨가함에 따라 증가하는 결과를 나타냈지만, 그 차이는 크지 않았다.
- 11 은 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트모르타르의 중성화 깊이와 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말 수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 깊이는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또한 분말 소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 깊이가 분말소포제를 첨가하지 않은 것보다 낮은 값을 보였다.
- 10은 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트모르타르의 내구성 지수와 폴리머-시멘트비와의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성 지수는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 이것은 흡수율 시험 결과에서 나타난 바와 같이 접착성이 우수한 재유화형 분말수지를 혼입함에 따라 시멘트수화물과 골재 사이에 균열이 발생하지 않음과 동시에 모르타르 내부에 균일한 폴리머 필름이 형성되어 수밀성이 확보되기 때문이라 판단된다.
- 5는 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트모르타르의 염화물 이온 침투 깊이와 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이는 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또한 분말소포제를 첨가한 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이가 분말소포제를 첨가하지 않은 것의 약 10%정도 낮은 값을 보였다 이것은 흡수율이 감소되는 이유와 마찬가지로 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 내부에 폴리머 필름의 형성°과 폴리머의 혼입에 따른 시멘트 수화물과 골재간의 접착성이 개선되어 내부 조직이 치밀하게 되기 때문이라 판단된다.
- 4는 수중 침지 시간 聲시간에서의 흡수율과 폴리머-시멘트비의 관계를 나타낸 것이다. 분말소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 침적시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 폴리머-시멘트비의 증가에 따라서 흡수율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 보통 고유동 시멘트 모르타르에 비해 약 1/2정도였으며, 보통 고유동 시멘트 모르타르의 흡수율은 수중침지시간의 경과에 따라 약 7시간까지는 큰폭으로 증가하였으나, 그 이후로는 거의 차이가 없었다.
- 분말 소포제 첨가율에 관계없이 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트 모르타르의 중량감소율은 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소폭은 줄어들었다. 재유화형 분말수지 혼입 고유동 폴리머 시멘트모르타르의 중량감소율은 150사이클에서 보통 고유동 시멘트 모르타르의 중량감소율보다 약 10%정도로 낮은 감소율을 보였다. 이것은 재유화형 분말 수지의 접착성이 우수하기 때문에 시멘트 수화물과 골재의 사이에 균열이 일어나지않아 동결융해가 진행되는 동안에 물의 침투를 억제하는 것에 기인된다고 판단된다⑪ 또한 동결융해 시험 진행 동안공시체의 표면 탈락 현상은 거의 나타나지 않았다.
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