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문제 정의
- 따라서 국내에서 비교적 용이하게 입수할 수 있는 석회석을 수중에서 평균입경 1.5 gm 정도로 미분쇄한 중질탄산칼슘 슬러리를 콘크리트용 혼화재로 활용하기 위한 연구에 착안하게 되었다. 주지하는 바와 같이 석회석 미분말은 시멘트 페이스트 중에서 거의 화학반응을 일으키지 않는 불활성으로서 강도발현에는 기여하지 않지만 유동성이 향상되며 블리딩 저감 및 수화열억제 등에 우수한 효과를 나타낸 것으로 알려져 있다 1°).
- 본 연구에서는 중질탄산칼슘을 콘크리트용 흔 화재로 활용하기 위한 연구의 일환으로 중질탄산칼슘을 시멘트중량의 0, 5, 10 및 15%의 4단계로 혼합한 시멘트 경화 체를 제조하여 염소이온 침투저항성, 탄산화 및 황산염 침식 저항성 등에 대한 내구 성능을 비교 평가하였다.
제안 방법
- : ASTM C 1012에 준하여 담수 및 5% 황산나트륨 용액을 제조한 후 시멘트 경화 체를 시험 용액에 침지시켜 외관조사, 상대강도 및 팽창 특성을 이용하여 황산염침식에 대한 특성을 평가하였다. 한편, 상대강도와 팽창은 식(3)과 식(4)어】 의하여 계산하였다.
- : 제작된 시멘트 경화체를 20 ±1也의 수중에서 14일간 양생 후 한 면만을 남기고 경화체의 표면에 콘크리트 보호용 도장재를 코팅하여 탄산화 촉진 시험을 실시하였다. 촉진실험 조건은 온도 30°C, 상대습도 60%, CO?농도 10%로 설정하였다.
- 그리고 통과전하량을 측정한 시험편을 쪼개어 표면에 0.1 N의 AgNC)3용액을 분무하면 염소이온이 없는 부위에서는 갈색으로 변화하지만, 염소이온이 침투한 부위에서는 은색의 AgCl을 침전시킴으로 콘크리트의 음극 측 표면으로부터 은색으로 변하는 지점까지를 JIS A 6203淄에 의하여 염소이온 침투 깊이로 하였다. 염소이온의 침투깊이로부터 식(2)를 이용하여 비정상 상태의 촉진 염소이온 확산계수를 구하였다.
- Ca(OH)2)을 사용하였다. 이때 전위차는 DC 60V로서 6시간 동안 통전시켰으며, 데이터로거(TDS 601)를 이용하여 시험편에 흐르는 전류를 30분 간격으로 측정하여 시간에 대한 전류의 적분 값을 취하고 총 통과전하량은 스](1)로 계산하였다.
- 촉진 시험 후 중성화 깊이의 측정은 촉진개시부터 28일에 측정하였다. 중성화 깊이 평가는 콘크리트 경화 체를 할렬 인장 후에 할렬면에 1% 페놀프탈레인 용액(KS M 0015)을 분무하고 분홍색으로 변색되지 않은 미착색의 콘크리트 탄산화 부분을 측정하였다.
- 2. 중질탄산칼슘을 혼합한 경화체의 탄산화 특성 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르 경화체의 탄산화에 대한 특성을 알아보기 위하여 촉진 탄산화 시험을 실시한 후 촉진 재령 28일 후 페놀프탈레인 용액을 공시 체에 분무하여 탄산화 깊이를 측정한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 중질탄산칼슘을 혼합하지 않은 GCC0 모르타르의 경우 탄산화 깊이는 2.
- 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르 경화체의 염소 이온 침투 저항성을 알아보기 위하여 전위차에 의한 촉진 염소이온 침투확산 시험법에 의하여 구한 총 통과 전하량과 염소이온 침투깊이를 측정한 후 확산계수를 산정한 결과를 Table 4 및 Fig. 2~3에 정리하여 나타내었다. Table 4 및 Fig.
- 중질탄산칼슘의 혼합율에 따른 시멘트 경화체의 내구성능을 비교 . 평가하기 위하여 물-결합재비를 35%로고 정 시키고, 혼합율을 시멘트 중량에 대하여 0(GCC0), 5(GCC5), 10(GCC10) 및 15% (GCC15)의 4단계로 변화 시켜 시멘트 모르타르를 제조하였다.
- 초미 립분인 중질탄산칼슘을 콘크리트용 혼화 재료로서 활용하기 위한 연구의 일환으로 혼합율을 달리하여 제조한 모르타르의 염소이온 침투저항성, 탄산화 저항성, 황산염침식 저항성 등 내구 성능을 비교 평가하였다. 그 결과 중질탄산칼슘을 혼합한 시멘트 모르타르의 내구 특성은 혼합율에 관계없이 중질탄산칼슘의 충전 효과에 의하여 저항성이 다소 향상되는 것으로 나타났다.
- 촉진실험 조건은 온도 30°C, 상대습도 60%, CO?농도 10%로 설정하였다. 촉진 시험 후 중성화 깊이의 측정은 촉진개시부터 28일에 측정하였다. 중성화 깊이 평가는 콘크리트 경화 체를 할렬 인장 후에 할렬면에 1% 페놀프탈레인 용액(KS M 0015)을 분무하고 분홍색으로 변색되지 않은 미착색의 콘크리트 탄산화 부분을 측정하였다.
- 비교 . 평가하기 위하여 물-결합재비를 35%로고 정 시키고, 혼합율을 시멘트 중량에 대하여 0(GCC0), 5(GCC5), 10(GCC10) 및 15% (GCC15)의 4단계로 변화 시켜 시멘트 모르타르를 제조하였다.
대상 데이터
- : 국내의 S사에서 생산되는 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 화학성분, 클링커 조성 광물 및 물리적 성질은 Table 1에 나타내었다.
- : 비중 2.60, 흡수율 0.80% 그리고 조립률 2.80인 강모래를 사용하였다.
- 5 M의 NaCl, 양극셀(Cell II) 용액은 포화수산화칼슘(sat. Ca(OH)2)을 사용하였다. 이때 전위차는 DC 60V로서 6시간 동안 통전시켰으며, 데이터로거(TDS 601)를 이용하여 시험편에 흐르는 전류를 30분 간격으로 측정하여 시간에 대한 전류의 적분 값을 취하고 총 통과전하량은 스](1)로 계산하였다.
성능/효과
- 그 결과 중질탄산칼슘을 혼합한 시멘트 모르타르의 내구 특성은 혼합율에 관계없이 중질탄산칼슘의 충전 효과에 의하여 저항성이 다소 향상되는 것으로 나타났다.
- 이는 황산나트륨 침식에 의하여 형성된 반응 생성물이 모르타르의 공극을 메우는 효과로 인하여, 오히려 담수에 침지한 모르타르에 비하여 더 큰 강도발현에 기인한 탓으로 생각되며 기존의 연구결과와도 유사하게 나타났다 2, 12, 13). 그러나 침지재령이 증가함에 따라 모르타르의 상대강도는 감소하기 시작하였으며, 침지재령 510일에서 GCCO, GCC5, GCC10 및 GCC15 모르타르의 상대 강도는 각각 0.36, 0.47, 0.53 및 0.62의 값을 나타내었다. 또한 Fig.
- 시멘트의 수화생성물과 반응을 일으키지 않는다. 따라서 재령 28일의 초기 재령에서는 충전효과(micro filler effect)에 의하여 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르의 염소이온 침투저항성이 다소 향상되었으나, 재령 91 일에서는 28일의 경우와는 상이하게 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르의 경우는 시멘트 양의 감소로 인하여 염소이온 침투저항성이 미미한 증가만을 나타내었다. 또한, Table 5와 같이 염소이온 침투저항성을 총 통과 전하량에 대하여 분류하면 모든 모르타르 경화체의 경우 재령에 관계없이 총 통과전하량이 2, 00(M, 000(Coulomb) 범위에 존재하여 염소이온의 침투저항성이 보통에 해당함을 알 수 있었다.
- 543%의 값을 각각 나타내었으며, 그 이후의 재령에서는 모르타르의 과도한 팽창으로 인하 여공시체가 파괴되어 측정이 불가능하였다. 또, 중질탄산칼슘을 시멘트 중량에 대하여 10% 대체한 GCC10 모르타르도 침지재령 270일에서 시멘트 경화체의 한계 팽창량을 초과한 0.562%의 팽창량을 나타냄을 확인할 수 있었다. 반면, GCC15 모르타르의 경우, 침지재령 210 일에서 0.
- 62의 값을 나타내었다. 또한 Fig. 6의 결과는 침지재령 180일후부터 GCC15 모르타르의 상대강도가 GCC0 모르타르보다 15-30% 정도 증진되어 황산나트륨 침식에 대한 저항성이 우수함을 알 수 있었다. 그 이유는 중질탄산칼슘의 시멘트 경화체 중에서 생기는 충전효과로 인하여 SQ, 이온이 모르타르의 내부로 침투하기가 어려워진 탓으로 판단된다.
- 따라서 재령 28일의 초기 재령에서는 충전효과(micro filler effect)에 의하여 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르의 염소이온 침투저항성이 다소 향상되었으나, 재령 91 일에서는 28일의 경우와는 상이하게 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르의 경우는 시멘트 양의 감소로 인하여 염소이온 침투저항성이 미미한 증가만을 나타내었다. 또한, Table 5와 같이 염소이온 침투저항성을 총 통과 전하량에 대하여 분류하면 모든 모르타르 경화체의 경우 재령에 관계없이 총 통과전하량이 2, 00(M, 000(Coulomb) 범위에 존재하여 염소이온의 침투저항성이 보통에 해당함을 알 수 있었다.
- 또한, 재령 28 및 91일의 염소이온 침투깊이를 이용하여 산정한 확산계수를 나타낸 결과에서는 중질탄산칼슘을 혼합하지 않은 공시체의 재령 28일의 확산계수는 1.69E-11 을 나타냈었지만, 재령 91일의 확산계수는 1.42E-11 을 나타내어 확산계수가 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이런 이유는 중질탄산칼슘의 충전효과(micro Aller effect)에 의하여 중질탄산칼슘을 혼합한 시멘트경화체의 공극구조가 중질탄산칼슘을 치환하지 않은 경화 체보다 훨씬 치밀해진 탓으로 생각된다提).
- 2에서 알 수 있듯이, 중질탄산칼슘을 혼합한 모르타르 경화체의 경우 재령이 증가할 수록 염소이온의 총 통과전하량은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 중질탄산칼슘의 혼합율에 따른 총 통과 전하량은 재령 28일의 경우 중질탄산칼슘의 혼합율이 증가할수록 다소 감소하는 경향이 나타났지만, 재령 91일의 경우는 중질탄산칼슘의 혼입 여부와 관계없이 모든 경화 체에서 거의 동일한 결과를 나타내었다.
- 이들 그림에서 알 수 있듯이 모르타르의 황산염침식에 의한 성능저하 현상은 육안으로도 명확하게 관찰할 수 있었으며, GCC15 모르타르의 성능저하가 가장 작게 나타났다. 반면, GCC0, GCC5 및 GCC10 모르타르는 모서리 및 가장자리 부근에 비교적 많은 모르타르가 탈락하는 큰 성능저하 현상을 관찰할 수 있었다.
- 562%의 팽창량을 나타냄을 확인할 수 있었다. 반면, GCC15 모르타르의 경우, 침지재령 210 일에서 0.1% 미만의 적은 팽창량을 나타내므로써 팽창에 대한 저항성이 비교적 우수하게 나타났다.
- 7이다. 이 그림에서 알 수 있듯이, 중질탄산칼슘 혼합율에 따라 팽창량이 다르게 나타났으며, 전반적으로 재령이 증가함에 따라 팽창량도 크게 나타남을 확인할 수 있었으며, 또한 중질탄산칼슘의 혼합율에 관계없이 침지재령 약 91일 이후부터 팽창이 급격하게 일어남을 알 수 있었다.
- 5(a)~(d)이다. 이들 그림에서 알 수 있듯이 모르타르의 황산염침식에 의한 성능저하 현상은 육안으로도 명확하게 관찰할 수 있었으며, GCC15 모르타르의 성능저하가 가장 작게 나타났다. 반면, GCC0, GCC5 및 GCC10 모르타르는 모서리 및 가장자리 부근에 비교적 많은 모르타르가 탈락하는 큰 성능저하 현상을 관찰할 수 있었다.
- 45cm 정도를 나타내 었다. 중질 탄산칼슘을 혼합함으로서 GCC0 모르타르에 비하여 탄산화 저항성이 다소 우수하게 나타남을 알 수 있었다. 이는 염소이온 침투저항성 결과와 유사하게 중질탄산칼슘의 충전효과 및 시멘트 양의 감소로 인하여 수산화칼슘 생성이 줄어들어 탄산화 저항성이 우수하게 나타나는 것으로 판단된다.
후속연구
- 따라서 부존자원의 유효 이용, 자원절약 및 경제 성향상 측면에서 중질탄산칼슘을 콘크리트용 혼화재로 활용하는 것은 긍정적으로 평가되나, 고강도 및 고내구성을 확보하기 위하여 보다 심도 깊은 추가 연구가 계속 진행되어야 할 것으로 사료된다.
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