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문제 정의
- 본 연구는 경화제 혼입 유무, 폴리머 시멘트비(P/C)에 따른 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 내후성을 평가한 것이다. Table 1은 본 연구의 실험인자 및 수준을 나타내고 있다.
- 본 연구에서는 기존의 연구결과를 기초로 하여 경화제 를 혼입 하지 않은 에폭시 시 멘트 모르타르의 내 후성 을 평가하기 위한 연구로서 경화제를 혼입한 경우와 비교하여 각종 물리적 특성들을 평가하였다.
제안 방법
- 각 공시체의 노출 전후의 중량을 측정하여 그 중량변화율을 구하였다. 단, 실외노출 후의 공시체에 대해서는 노출한 후, 기중(20℃, 50% R.
- 본 연구에서는 1년간 옥내 및 옥외에 노출시킨 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트모르타르 내부에서 입경 약 3 mm로 분쇄한 시료를 에탄올을 사용하여 잘 세정한 후, D-드라이 (D-diy) 방법으로건조시켰다. 그 후, 수은압입식 포로시메타(C사 제품, 220 형)를 이용하여 세공반경 3.75-7500nm 범위에서 세 공경 분포를 측정하고 전 세공용적을 구하였다.
- 구하였다. 단, 실외노출 후의 공시체에 대해서는 노출한 후, 기중(20℃, 50% R.H.)에서 7일간 상태를 조정한 후, 중량을 측정하였다.
- )을 실시하였다. 또한 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 폴리머 시멘트비는 에폭시 수지 및 경화제의 전체 중량에 대한 시멘트 중량의 백분율로 하였다.
- 이 세공조직을 통하여 염화물이온 및 이산화탄소가 침투하기 때문이다. 본 연구에서는 1년간 옥내 및 옥외에 노출시킨 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트모르타르 내부에서 입경 약 3 mm로 분쇄한 시료를 에탄올을 사용하여 잘 세정한 후, D-드라이 (D-diy) 방법으로건조시켰다. 그 후, 수은압입식 포로시메타(C사 제품, 220 형)를 이용하여 세공반경 3.
- 소정의 양생을 실시한 후 KS F 4916(시멘트 혼화 용 폴리머)에 준하여 흡수율 시험을 실시하였다.
- 조정하여 제작하였다. 치수 40x40x160mm 의 몰드에 성형하고, 2일 습윤양생 (20℃, 80%R.H.), 5일 수중 양생 (20℃) 및 21일 건조양생 (20℃, 50%R.H.)을 실시하였다. 또한 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 폴리머 시멘트비는 에폭시 수지 및 경화제의 전체 중량에 대한 시멘트 중량의 백분율로 하였다.
대상 데이터
- 노출장소는 건물의 옥상 및 항온실(20℃, 50% R.H.)의두 군데로 하였다. 또한, 노출기간은 0, 1개월, 6개월 및 1년으로 하였으며, 노출 장소에 대한 기상 데이터는 Table 4와 같다.
- 본 실험에 사용된 시멘트는 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 주문진산 표준사를 사용하였다..
- 시멘트 혼화용 에폭시는 비스페놀 A형 에폭시 수지를, 경화제로서는 변성지방족 아민을 사용하였다. 에폭시 수지의 특성은 Table 2와 같다.
이론/모형
- 소정의 양생을 실시한 후, KS F 2477(폴리머 시멘트모르타르의 강도 시험 방법)에 준하여 휨강도 및 압축강도 시험을 실시하였다.
- 에폭시 시멘트 모르타르는 KS F 2476(폴리머 시멘트모르타르의 시험 방법)에 따라 Table 3과 같은 배합으로 에폭시 시멘트 모르타르의 플로값이 170±5가 되도록 물시멘트비를 조정하여 제작하였다. 치수 40x40x160mm 의 몰드에 성형하고, 2일 습윤양생 (20℃, 80%R.
성능/효과
- 1) 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도 및 압축강도는 각각 폴리머 시멘트비 40%와 20% 이하에서 경화제를 첨가한 경우에 비해 최대 1.5~2.0 배의 높은 강도를 나타냈다.
- 실외에 노출한 경우도 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도는 노출 전과 비교하여 약간 감소의 경향을 보였다. 1년간 실내외에 노출시킨 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨 강도는 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 증가하였으며, 폴리머 시멘트비 10%에서 최대치를 나타냈다. 또한 실내외의 노출 장소에 상관없이 폴리머 시멘트비 40% 이하에 있어서는 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨 강도는 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르와 비교하여 높은 강도를 나타냈다.
- 1년간 실외에 노출한 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중성화 깊이는 보통 시멘트 모르타르에 비해 훨씬 작았으며, 그 정도는 노출기간이 증가할수록 크게 나타났다. 또한 폴리머 시멘트비 40% 이상에서는 중량감소율 및 흡수율의 결과에서 언급한 바와 같이 다량 의미 경화 에폭시 수지가 시멘트 모르타르 안에 존재하여 중성화가 전혀 일어나지 않았다.
- 2) 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중량변화율, 흡수율 및 중성화 깊이는 폴리머 시멘트비에 상관없이 경화제를 첨가한 경우에 비해 훨씬 작게 나타났다.
- 3) 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 전 세공용적은 보통 시멘트 모르타르와 경화제 첨가한 경우에 비해 훨씬 적게 나타났다.
- 4) 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 내후성은 기존의 경화제를 첨가한 경우에 비해 역학적 성질 및 내구성 면에서 동등 이상으로 우수하였으며, 이상적인 폴리머 시멘트비는 10% 또는 20%을 제안할 수 있다.
- 1과 2는 실외에 노출한 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중량 변화율과 노출 기간과의 관계를 나타내고 있다. 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중량 변화율은 노출기간의 증가에 따라 약간 증가하였으나, 폴리머 시멘트비 40% 및 80%에서는 모르타르 표면의 미경화 에폭시 수지의 열화로 표면의 색이 변함과 동시에 중량이 감소하였다. 경화제 무첨가의 경우 폴리머 시멘트비 20% 이하에 있어서는 장기간에 걸쳐 수화가 계속적으로 진행하여 수화생성물이 증가하였으나 폴리머 시멘트비 40% 이상에서는 과도한 에폭시수지로 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 방수성을 향상시켜* 수화의 진행을 어렵게 만들었기 때문이다.
- 경화제 무첨가의 경우 폴리머 시멘트비 20% 이하에 있어서는 장기간에 걸쳐 수화가 계속적으로 진행하여 수화생성물이 증가하였으나 폴리머 시멘트비 40% 이상에서는 과도한 에폭시수지로 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 방수성을 향상시켜* 수화의 진행을 어렵게 만들었기 때문이다. 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중량변화는 폴리머 시멘트비 80%를 제외하면, 노출기간의 증가에 따라 증가하였으며 1년간 노출 후의 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중량 변화율은 폴리머 시멘트비 10% 이하에 있어서는 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르보다 작게 나타났다. 이것은 모르타르의 흡수율과 관계가 있으며 방수성의 차이로 볼 수 있다.
- 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 실내에 노출한 경우 압축강도의 변화가 거의 없으나 실외에 노출한 것의 압축강도는 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르와 같이 6개월까지는 증가하였다. 또한 1 년간 실내외에 노출한 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르에 있어서는 폴리머 시멘트비 10%에서 최대치를 보였으며, 폴리머 시멘트비 20%이하에서 경화제첨가 에폭시 시멘트 모르타르 보다 높은 압축강도를 보였으며, 실내외 노출에 의한 압축강도 차이는 거의 없었다. 1년간 노출한 에폭시 시멘트 모르타르의 압축강도는 실내에서 노출한 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르를 제외하고 노출전의 압축강도와 비교하면, 같거나 약간 큰 강도를 나타냈다.
- 또한 경화제 첨가의 경우에는 오히려 폴리머 시멘트비 5% 경우가 보통 시멘트 모르타르에 비해 중성화 정도가 크게 나타났다. 또한 1 년간 실외에 노출한 후의 중성화 깊이는 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 감소하였으며, 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 중성화 깊이는 경화제 첨가 모르타르에 비해 현저하게 작았다. 이의 경향은 실내에서 28일간 양생한 모르타르와 그 경향이 비슷하였다8).
- 이러한 경향은 전술한 중량변화율의 시험 결과를 설명해 준다. 또한 실내에서 1 년간 노출한 에폭시 시멘트 모르타르의 경화제 첨가 유무에 상관없이 폴리머 시멘트비 40% 이하에서는 노출 전에 비해 흡수율이 높게 나타났으나, 실외에 노출한 경우에는 노줄 전에 비해 동등이하의 수준을 보였다. 이는 실내에서는 에폭시 시멘트 모르타르가 건조에 의한 내부수분의 이탈로 공극이 많이 발생되었으며, 수화에 의한 수화물의 증가가 실외에 비해 작았다는 결론을 얻을 수 있다.
- 1년간 실내외에 노출시킨 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨 강도는 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 증가하였으며, 폴리머 시멘트비 10%에서 최대치를 나타냈다. 또한 실내외의 노출 장소에 상관없이 폴리머 시멘트비 40% 이하에 있어서는 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨 강도는 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르와 비교하여 높은 강도를 나타냈다. 이는 경화제를 첨가하지 않은 에폭시 시멘트 모르타르 내부에 존재하는 에폭시 수지가 경화하여 강도를 발현하였다고 추정할 수 있다.
- 9(xl0Tcm3/g)를 나타내 보통 시멘트 모르타르의 약 1/11을 나타냈다. 또한 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 세공의 입경 분포도 75 nm 이상의 입경이 증가하는 경향을 보였다. 경화제 무첨가의 경우가 첨가한 에폭시 시멘트 모르타르에 비해 전 세공용적이 훨씬 작게 나타났다.
- 6은 노출 전에 대한 노출 1년 후의 휨강도비를 상대 휨강도비로 나타내고 있다. 실내에 노출한 모르타르의 휨강도는 노출기간 30일에 있어 대부분 높은 강도를 나타내고 그 이후에는 약간 감소의 경향을 보인 반면, 실외에 노출시킨 경우에는 노출기간 30일에서 약간 감소한 후 다시 증가하는 경향을 보였다. 실내에 노출한 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도는 노출기간의 증가에 따라 약간 작게 나타났으나, 그 정도는 아주 적었다.
- 일반적으로 폴리머 시멘트 모르타르의 경우에는 시멘트 모르타르 매트릭스안에 존재하는 폴리머가 경화되면서 많은 공극을 폴리머 필림으로 채워 방수성능을 향상시키는 것이 기본적인 원리이기도 하다. 에폭시 시멘트 모르타르의 세공용적은 경화제 첨가 유무에 관계없이 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 경화제 무첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 폴리머 시멘트비 80%에서는 10.9(xl0Tcm3/g)를 나타내 보통 시멘트 모르타르의 약 1/11을 나타냈다. 또한 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 세공의 입경 분포도 75 nm 이상의 입경이 증가하는 경향을 보였다.
- 또한 실내에서 1 년간 노출한 에폭시 시멘트 모르타르의 경화제 첨가 유무에 상관없이 폴리머 시멘트비 40% 이하에서는 노출 전에 비해 흡수율이 높게 나타났으나, 실외에 노출한 경우에는 노줄 전에 비해 동등이하의 수준을 보였다. 이는 실내에서는 에폭시 시멘트 모르타르가 건조에 의한 내부수분의 이탈로 공극이 많이 발생되었으며, 수화에 의한 수화물의 증가가 실외에 비해 작았다는 결론을 얻을 수 있다.
- 한편 폴리머 시멘트비 80%를 제외하면 1년간 실내외에 노출시킨 경화제 무첨가 및 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도는 노출 전에 비해 약 15~32%의 강도저하를 보였다. 폴리머 시멘트비 20% 이하에 있어서 실외에 노출 시킨 모르타르의 휨강도는 실내에 노출시킨 것에 비해 휨강도 저하의 정도가 크게 나타났다. 폴리머 시멘트비 40% 이하의 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도는 실내에 노출한 경우에 비해 실외에 노출한 경우 약간 강도의 저하를 초래하였으나, 폴리머 시멘트비 80%에서의 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 경우에는 오히려 실외에서 노출한 경우가 높은 휨강도를 나타냈다.
- 폴리머 시멘트비 20% 이하에 있어서 실외에 노출 시킨 모르타르의 휨강도는 실내에 노출시킨 것에 비해 휨강도 저하의 정도가 크게 나타났다. 폴리머 시멘트비 40% 이하의 에폭시 시멘트 모르타르의 휨강도는 실내에 노출한 경우에 비해 실외에 노출한 경우 약간 강도의 저하를 초래하였으나, 폴리머 시멘트비 80%에서의 경화제 첨가 에폭시 시멘트 모르타르의 경우에는 오히려 실외에서 노출한 경우가 높은 휨강도를 나타냈다. 여기에서도 알 수 있는 바와 같이 기존의 에폭시 시멘트 모르타르의 높은 성능을 확보하기 위해서는 높은 폴리머 시멘트비가 요구되어 실제 현장에 있어서의 성능과 경제성의 균형 문제가 지적되어 왔다.
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