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문제 정의
- 그러므로, 본 연구에서는 국내에서 활용되고 있는 일반적인 콘크리트 조건에서 발생하는 건조수축 균열을 효과적으로 저감시키기 위하여 단위수량 변화와 관련한 일련의 연구6)에 이어 팽창재와 수축저감제의 다양한 혼입 비율로 병용하는 콘크리트에 대하여 공학적 특성 및 수축저감특성을 분석 하므로서 , 최종적으로는 균열없는 콘크리트 구조물의 성취에 접근하고자 한다.
- 본 연구에서는 보통콘크리트의 건조수축균열을 저감시키기 위하여 팽창재와 수축저감제를 병용 사용한 콘크리트의 배합 특성, 응결시간, 압축강도 및 건조수축 특성을 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 즉, 배합요인으로 W/B 45%와 단위수량 170kg/m3 1수준에 대하여 혼화재를 치환하지 않은 플레인 배합과 예비실험을 통하여 가장 양호한 성능을 발휘하며 실무 레미콘 공장에서 일반적으로 사용되고 있는 플라이애시(이하 FA)를 10% 치환한 콘크리트에 대하여 수축저감제 혼입률 0, 0.25, 0.50, 0.75%의 4수준, 팽창재 혼입률 0, 2.5, 5.0, 7.5%의 4수준으로 변화시켜 총 16배치를 실험 계획하였다";.
- 본 연구의 실험방법으로 먼저, 콘크리트의 혼합은 강제식 팬타입 믹서를 사용하여 혼합하였다. 굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프 플로우는 KS F 2594의 규정에 의거 실시하였다.
- 실험사항으로 굳지않은 콘크리트에서는 슬럼프, 슬럼프플로우, 공기량, 단위용적질량 및 응결시간을 측정하고, 경화 콘크리트에서는 압축강도를 재령 3, 7, 28일에서 측정하도록 하였으며, 건조수축 길이변화율은 계획된 재령에 따라 재령 180일까지 측정하도록 실험계획 하였다.
- 공시체를 KS F 2403에 따라 제작. 양성한 후 KS F 2405 규정에 의거 계획된 재령에서 1000kN U.T.M을 사용하여 측정하였다. 건조수축 길이변화율은 KS F 2424의 다이얼 게이지 방법으로 계획된 재령에서 측정한 후 다음 식(1)에 의거 구하였다.
대상 데이터
- 경 화 콘크리 트의 실험 으로 압축강도는 0100 X 200mm 원주형 공시체를 KS F 2403에 따라 제작. 양성한 후 KS F 2405 규정에 의거 계획된 재령에서 1000kN U.
- 또한, 혼화재료로써 플라이애시는 정제된 보령 화력산을 사용하였고, 고성능 감수제는 국내산 J사의 폴리칼본산계, AE제는 빈졸계를 사용하였는데, 각 혼화재료의 물리적 성질은 Tables 5~6과 같다. 수축저감제는 독일산 글루콜계를 사용하였는데, 그 물리적 성질 및 화학성분은 Table 7 및 8과 같다.
- 본 연구의 사용재료로써, 시멘트는 국내산 A사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 골재로서 잔골재는 인천 중구 항동산 세척사를 사용하였으며, 굵은 골재는 경기도 광주산 25mm 부순 굵은골재를 사용하였는데, 시멘트 및 골재의 물리적 성질은 Tables 3~4와 같다.
- 수축저감제는 독일산 글루콜계를 사용하였는데, 그 물리적 성질 및 화학성분은 Table 7 및 8과 같다. 팽창재는 국내산 S사 제품인 석고계를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 9와 같다.
이론/모형
- M을 사용하여 측정하였다. 건조수축 길이변화율은 KS F 2424의 다이얼 게이지 방법으로 계획된 재령에서 측정한 후 다음 식(1)에 의거 구하였다.
- 공기량은 KS F 2421, 단위 용적 질 량은 KS F 2409의 규정에 의거 실시하였고, 응결시간은 KS F 2436의 프록터 관입침저항 시험법에 의거 실시하였다.
- 팬타입 믹서를 사용하여 혼합하였다. 굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프 플로우는 KS F 2594의 규정에 의거 실시하였다.
성능/효과
- 1) 굳지 않은 콘크리트의 배합특성으로 유동성은 팽창재 혼입률이 증가할수록 거의 차이가 없는 것으로 나타나 SP제량은 동일하였으나, 수축저감제 혼입률 증가에 따라서는 저하하여 SP제량을 증가시켜주어야 하는 것으로 나타났다. 단 수축저감제와 팽창재를 병용 사용한 콘크리트의 경우는 유동성이 크게 저하는 것으로 나타나 SP제량을 더욱 크게 증가시켜주어야 함을 알 수 있었다.
- 2) 응결특성으로는 팽창재와 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 SP제량의 증가됨에도 불구하고 플레인보다 약간 촉진되는 것으로 나타났다.
- 3) 압축강도 특성으로는 팽창재 혼입률이 증가할수록 혼입률 5.0%까지는 증가하는 것으로 나타났으나 그 이상의 혼입률에서는 저하하는 것으로 나타났다. 또한, 수축저감제 혼입률이 증가할수록 저하하는 것으로 나타났다.
- 4) 건조수축 길이변화 특성으로 팽창재 및 수축저감제 혼입률 증가에 따라 모두 감소하는 것으로 나타났는데, 이를 병용할 경우 서로 상이한 건조수축 제어 메커니즘에 복합효과에 의해 단독사용시 보다 건조수축 저감효과가 더욱 크게 나타났다.
- 단 수축저감제와 팽창재를 병용 사용한 콘크리트의 경우는 유동성이 크게 저하는 것으로 나타나 SP제량을 더욱 크게 증가시켜주어야 함을 알 수 있었다. 공기량은 팽창재 혼입률 변화에 따라서는 거의 변화가 없었으나, 수축저감제 혼입률이 증가할수록 증가하는 것으로 나타나, AE제량을 감소시켰다. 팽창재와 수축저감제를 병용하여 사용할 경우는 공기량이 증가하여 AE제량을 감소시켜 주어야 함을 알 수 있었다.
- 0% 가량 저하하였는데, 이는 에트린자이트의 과다 생성으로 인하여 콘크리트 조직이 과도하게 팽창하므로써 강도 발현에 불리한 조직이 형성되는 것에 기인m한 것으로 분석된다. 따라서 팽창재와 수축저감제를 병용하여 사용하였을 경우 팽창재에 의한 강도 증가가 수축저감제의 강도저하를 보상시켜주어 Fig. 6에서 알 수 있듯이 팽창재 5.0%오+ 수축저감제 0.5%의 조합에서 플레인과 비교하여 거의 같은 압축강도를 나타내었다.
- 0%까지는 증가하는 것으로 나타났으나 그 이상의 혼입률에서는 저하하는 것으로 나타났다. 또한, 수축저감제 혼입률이 증가할수록 저하하는 것으로 나타났다. 단 팽창재와 수축저감제를 병용 사용할 경우, 팽창재 혼입률 5.
- 나타났다. 또한, 팽창재를 무혼입한 경우 수축저감제 혼입률 증가에 따라 건조수축은 감소되는 것으로 나타났는데, 이는 수축저감제가 물에 용해되어 물의 표면장력을 어느정도 저감시키므로써, 경화 후 건조시에도 모세관 장력의 감소에 기인하여 건조수축이 감소8)되는 것으로 분석된다.
- 또한, 팽창재를 무혼입한 경우, 수축저감제 혼입률이 증가할수록 유동성이 저하하여 목표슬럼프를 만족하기 위한 SP제량이 증가하였고, 수축저감제 및 팽창재를 병용 사용할 경우에는 유동성이 크게 저하하여 SI* 』사용량이 더욱 증가하였다. 이는 수축저감제가 휘발성이 낮고, 시멘트 입자에 흡착되지 않는 유기계 혼화제로, 콘크리트의 점성이 작아짐에 기인한 것으로 판단된다分.
- 1, 2는 수축저감제 및 팽창재량 변화에 따른 SP제 및 AE제량 변동을 분석한 것이다. 먼저, 수축저감제 및 팽창재 혼입률 변화에 따른 SP제량은 수축저감제를 무혼입한 경우, 팽창재 혼입률이 증가할수록 유동성 변동이 없었기 때문에, 목표 슬럼프를 만족하기 위한 SP제량은 동일하게 배합 설계되었다.
- 먼저, 수축저감제 사용에 따른 영향으로 수축저감제를 무혼입한 경우, 팽창재 혼입률 증가에 따른 AE제량은 변동이 없는 것으로 나타났으나, 수축저감제 사용량이 증가할수록 공기량이 증가하여 AE제 사용량을 감소시켜야 함을 알 수 있었고, 팽창재의 복합 첨가에 따른 영향으로는 팽창재 사용량이 증가할수록 공기량이 감소하여 AE제량을 증가시켜 주어야 하는 것으로 나타났다.
- 먼저, 수축저감제 혼입률 변화에 따른 응결시간은 수축저감제 혼입률이 증가할수록 유동성 확보를 위해 SP 제량의 증가에도 불구하고 약간 촉진되는 것으로 나타났는데, 이는 수죽저감제의 주성분이 글리콜 에테르계로서 글리콜에테르계는 응결 및 수화반응을 촉진시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있어 이로 인하여 응결시간이 다소 촉진된 것으로 사료된다? 또한 팽창재 혼입률 변화에 따른 응결시 간은 팽 창재 혼입률이 증가할수록 촉진되었는데, 이는 팽창재의 화학적 조성 중 CaO 성분이 수화반응 초기 포틀랜드 시멘트 성분 중 C3A와 반응하여에 트린자이트를 생성을 촉진하므로써, 응결이 촉진된 것으로 판단된다气
- 먼저, 팽창재를 무혼입한 경우, 수축저감제 혼입률이 증가에 따라 수축저감제의 메카니즘인 모세관 장력 완화작용 8)으로 인하여 압축강도는 저하하는 경향을 나타내었다.
- 것으로 나타났다. 반면에 수축저감제를 0.25, 0.50, 0.75% 혼입하면서 팽창재 혼입률을 변화시키는 경우는 두 혼화재료의 중첩효과로 단독사용시 보다 각각 8~28%, 15-39% 및 20~46% 정도로 크게 저감되었는데, 계산값과 비교한 순수 복합상승효과는 5~16%정도 만큼 추가되어 우수하게 나타났다.
- 이상을 종합하여 볼 때, 건조수축은 팽창재 및 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 크게 저감되었지만, 굳지않은 콘크리트의 경우 이들의 혼입률 증가에 따른 유동성 저하로 인해 SP제량을 증가시켜야 하였고, 팽창재와 수축저감제의 과다첨가는 압축강도의 저하를 초래하는 요인으로 작용하므로 유동성에 큰 영향을 미치지 않고, 강도저하가 발생하지 않으며, 건조수축을 최대로 저감할 수 있는 효율적인 혼합 비율은 팽창재 5.0%, 수축저감제 0.5%인 것으로 분석된다.
- 전반적으로 건조추숙 길이변화율은 재령 초기 급격히 증가하였고, 이후 재령이 경화함에 따라 완만한 경향으로 나타났다. 또한, 팽창재를 무혼입한 경우 수축저감제 혼입률 증가에 따라 건조수축은 감소되는 것으로 나타났는데, 이는 수축저감제가 물에 용해되어 물의 표면장력을 어느정도 저감시키므로써, 경화 후 건조시에도 모세관 장력의 감소에 기인하여 건조수축이 감소8)되는 것으로 분석된다.
- 전반적으로, 수축저감제 및 팽창재 혼입률 변화에 따른 유동성 및 공기량은 모두 배합설계로 결정하였으므로 목표 슬럼프 150± 25mm, 목표 공기량 4.5 ±1.5%를 만족하는 것으로 나타났다. 단, 본 항목은 배합설계로 얻어진 결과이므로 수축저감제 및 팽창재에 의한 유동성과 공기량을 분석하는데 어려움이 있으므로, Figs.
- 즉, 팽창재 혼입률만을 증가시킬 경우, 플레인에 비해 3-10% 정도로 수축이 저감되었고, 수축저감제 혼입률만을 증가시킬 경우, 플레인에 비해 8-20% 정도로 수축이 저감되는 것으로 나타났다. 반면에 수축저감제를 0.
- 특히, 팽창재와 수축저감제를 병용하여 사용하였을 경우, 팽창재와 수축저감제의 건조수축 저감 메커니즘이 서로 다르므로 두 가지 효과가 복합되게 나타남으로써, 건조수축은 더욱 크게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 단, 본 연구에서는 플라이애시를 10%치환한 콘크리트의 팽창재 및 수축저감제의 사용에 따른 제반 물성을 평가하였으나, 실무조건에서의 콘크리트 배합은 플라이애시의 다양한 치환률 변화가 존재하므로 이들이 팽창재 및 수축저감제의 성능에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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