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문제 정의
- 30MPa로 설계된 콘크리트를 대상으로 불소-실리카 복합형 균열저감제 (FS)가 첨가된 콘크리트의 재료특성 및 수축균열 저항성에 미치는 효과를 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 첨가율을 변수로 적용하여 경화 전 .후 콘크리트의 재료특성 및 소성수축 및 건조수축 균열 저항성에 미치는 효과를 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 두께 10 cm의 스티로폼으로 내장하여 단열처리하고, 30x30x30cm 입방형 단열거푸집에 콘크리트를 비빈 후체분리(sieving)에 의해 굵은 골재를 제거한 콘크리트를 채운 상태에서 중앙부에 열전대(thermocouple)를 설치한 후 온도측정 장치인 maturity meter를 연결하여 수화온도를 측정하였다. 수화온도 측정시간은 72시간까지 하였으며, 동시에 외부온도를 측정함으로써 시험체의 단열상태를 확인하였다.
- 후 수축이 자유롭도록 시험체 바닥에 비닐막을 설치하고, 건조수축에 의한 균열 유도를 위해 건조온도 30〜35°C, 상대습도 40% 이하의 환경을 조성 噸 하여 평가하였다. 발생된 균열의 관찰은 시험체를 제작한 후 12시간 간격으로 균열 발생이 뚜렷이 구분된 8주까지 무첨가 콘크리트 및 FS가 첨가된 콘크리트의 소성수축 및 건조수축에 의한 균열패턴을 트래이싱 하였다. FS 첨가 유무에 따른 균열길이 및 균열면적을 상호 정량적으로 비교한 결과는 Table 4와 같다.
- 측정하였다. 수화온도 측정시간은 72시간까지 하였으며, 동시에 외부온도를 측정함으로써 시험체의 단열상태를 확인하였다.
- 이에 FS가 첨가되지 않은 배합과 시멘트 중량 대비 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0% 각각 첨가된 배합으로 구분하였으며, 이를 요약하여 Table 1에 제시하였다. 시멘트는 비중 3.
- 이에 본 연구에서는 무기 불소계 공정부산물의 하나인 불화규산을 활용하여, 물에 의한 가수분해 및 금속염과의 반응을 통해 불소-실리카 복합형 균열저감제 (fluorine and silicate hybrid type crack red나cing agent, 이하 FS로 표기함)를 제조하고, 배합강도 30 MPa로 설계된 콘크리트에 FS의 첨가율을 변수로 적용하여 경화 전 .후 콘크리트의 재료특성 및 소성수축 및 건조수축 균열 저항성에 미치는 효과를 파악하고자 하였다.
- 콘크리트 수축균열 평가를 위한 시험체는 Table 1의 배합과 같이 FS를 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0% 첨가한 콘크리트를 각각 비빈 후 굵은골재만을 체 분리한 상태에서 100x100x1.5 cm의 판상형 몰드(Fig. 6)를 이용하여 FS 무첨가 및 첨가율별로 시험체를 1개씩 제작하였다. 이 때 초기 소성수축에 의한 균열 유도를 위해 시험체 타설 완료 후 30분부터 선풍기를 가동하여 풍속 4.
- 또한, 경화 전 . 후 수축이 자유롭도록 시험체 바닥에 비닐막을 설치하고, 건조수축에 의한 균열 유도를 위해 건조온도 30〜35°C, 상대습도 40% 이하의 환경을 조성 噸 하여 평가하였다. 발생된 균열의 관찰은 시험체를 제작한 후 12시간 간격으로 균열 발생이 뚜렷이 구분된 8주까지 무첨가 콘크리트 및 FS가 첨가된 콘크리트의 소성수축 및 건조수축에 의한 균열패턴을 트래이싱 하였다.
대상 데이터
- 0% 각각 첨가된 배합으로 구분하였으며, 이를 요약하여 Table 1에 제시하였다. 시멘트는 비중 3.15, 분말도 3, 300<汕为의 1종 보통포틀랜드.시멘트이고, 플라이애쉬는 하동산이며, 비중은 2.
- 15, 분말도 3, 300<汕为의 1종 보통포틀랜드.시멘트이고, 플라이애쉬는 하동산이며, 비중은 2.20, 분말도 4200 cm2/g, 강열감량 3.5%의 것을 사용하였다. 잔골재는 비중 2.
- 실험배합은 강도 30 MPa을 대상으로 국내 주요 레미콘사에서 플라이애쉬(FA)를 치환한 2성분계 배합을 검토하여 플라이애쉬의 치환율이 10%인 것을 채택하였다. 이에 FS가 첨가되지 않은 배합과 시멘트 중량 대비 0.
- 5%의 것을 사용하였다. 잔골재는 비중 2.46 및 굵은 골재(쇄석)는 2.60을 사용하였다. 기본 특성은 Table 2에 나타나 있으며, 본 연구의 굳지 않은 콘크리트와 경화 콘크리트의 실험 항목 및 평가 방법은 Table 3과 같다.
성능/효과
- 1) 불소-실리카 복합형 균열저감제를 첨가한 콘크리트의 슬럼프, 공기량은 무첨가 콘크리트에 거의 유사한 경 향을 보였으나 블리딩은 저감되는 특성을 나타냈다.
- 2) 불소-실리카 복합형 균열저감제가 1.0%까지 첨가된 경우 콘크리트의 강도가 재령에 관계없이 증가되는경향을 보였다.
- 3) 단열수화온도는 불소-실리카 복합형 균열저감제의 첨가율 증가에 따라 최고 수화온도가 저하되는 경향을 보였으며, 2.0% 첨가한 경우 무첨가 콘크리트에 비해 최대 수화온도가 약 6.8°C 감소되는 것으로 확인되었다.
- 4) 콘크리트의 수축균열은 불소-실리카 복합형 균열저감제의 첨가로 크게 저감되었으며, 특히 1.5% 이상 첨가한 경우 콘크리트 표면에서의 균열은 거의 발생되지 않았다.
- 따라서 공기량 경시 변화는 FS의 첨가 유무에 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. FS 첨가 유무에 따라 측정된 콘크리트의 블리딩량은 Fig. 3과 같이 측정 후 120분에서 무첨가된 경우 13.1g이 측정되었지만, FS가 첨가된 것은 8.0-12.0g 이하로 측정되어 FS 첨가로 블리딩량이 최소 8.4%에서 최대 38.9%까지 감소되는 경향을 보였다. 이러한 블리딩 저감 효과는 콘크리트 중 혼합수의 상승경로가 규불화염에서 전이된 미세 난용성 금속불화물에 의해 차단되어 혼합수의 상승을 억제한 효과郷로 판단된다.
- 8과 같다. FS가 0.5% 첨가된 30-S-0.5에서 30-S-0.0보다 공극율이 감소되고, 거대기공이 미세기공으로 전이되는 공극구조의 개선 (Fig. 8 (b)) 효과에 의해 상대습도가 낮고 높은 건조온도에서 경화 전 .
- 5%, FS가 첨가된 경우 3-6% 범위에서 관찰되었다. 따라서 공기량 경시 변화는 FS의 첨가 유무에 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. FS 첨가 유무에 따라 측정된 콘크리트의 블리딩량은 Fig.
- 8°C까지 최고 수화온도가 저감되는 효과를 나타냈다. 또한 FS가 첨가된 콘크리트의 온도 강하속도도 무첨가 콘크리트에 비해 완만해지는 경향을 보였다. 이러한 효과에 의해 콘크리트의 수화열을 가능한 억제하고, 최대 수화온도에 도달 한 후의 온도 강하속도를 빠르지 않게 함으로써 실제 콘크리트 구조물의 시공 시 내 .
- 6과 같이 균열게이지로 측정하였으며, 균열면적은 트래이싱에 의해 산출된 균열길이에 균열 폭을 곱하여 산출하였다. 무첨가 콘크리트와 FS가 첨가된 콘크리트의 균열 관찰 결과를 정량적으로 비교한 것 Table 4 와 8주 경과 후 콘크리트 표면에서 관찰된 균열패턴을 트레이싱 한 Fig. 7의 결과로부터 FS를 0.5-1.5% 첨가하면 무첨가 콘크리트보다 균열개수는 75-95.8%, 균열길이는 85.2-99.5%, 균열면적은 52.9-99.1% 저감되었으며, 균열폭도 감소됨을 알 수 있었다. 이와 같이 FS 첨가율 1.
- 2 cm로 측정되었으나, FS의 첨가율이 증가됨에 따라 소폭 증가하는 경향을 보였다. 슬럼프 로스는 FS의 첨가율 증가에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인되었으나 무첨가 콘크리트에 비해 다소 슬럼프 로스가 커지는 것으로 나타났다. 이는 FS에 함유된 규불화염이 알카리 상태의 시멘트-물계에서 해리되어 난용성 금속불화물의 생성을 유도함으로써 콘크리트의 반죽질기(consistency)가 저하된 것으로 판단된다.
- 이와 같이 불소-실리카 복합형 균열저감제를 콘크리트에 첨가하면 유효성분인 불소 및 실리카의 작용으로 난용성 금속불화물의 최밀 충전작용 및 포졸란 반응의 복합적 효과에 의해 콘크리트 경화체의 공극구조가 개선됨으로써 수축균열에 대한 저항성이 향상되는 것으로 판단된다.
- 5는 FS 첨가유무에 따른 콘크리트의 압축강도를 3, 1, 28, 56일 재령에서 시험체별로 3개씩 측정한 평균값을 나타낸 것이다. 측정 재령에서 FS를 0.5%, 1.0% 첨가한 콘크리트의 압축강도가 무첨가 콘크리트보다 소폭 증진되는 경향을 보였으나 1.5%, 2.0% , 첨가된 콘크리트의 압축강도는 무첨가 콘크리트(30-S-0.0)보다 다소 저하되는 경향을 보였다.
- 8 (b)) 효과에 의해 상대습도가 낮고 높은 건조온도에서 경화 전 . 후 콘크리트 표면에서의 수분 증발에 의한 소성수축 및 건조수축이 억제되어 수축저항성이 유도된 결과로 판단된다.
후속연구
- 작용될 수 있다I, . 따라서 FS의 첨가로 콘크리트의 굳지 않은 상태에서 주로 발생되는 소성수축 균열 및 경화 후 건조수축 균열을 제어할 수 있다면 콘크리트 내구성의 개선에 효과적일 것으로 기대된다.
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