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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 자화수가 규산나트륨-시멘트 그라우트 재의 시멘트 수화반응에 대한 영향을 분석하기 위해 일련의 강도시험을 실시하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 "O-NW시험을 통해 일반수가 자화수로 변화하면서 물분자의 활성도가 증가함으로써 시멘트의 수화를 촉진시켜 그라우트강도 증진에 영향을 미친다는 가정을 좀 더 과학적으로 접근하고자 하였다. ”o-NMR 시험은 일반수와 Magnetic Field를 통과한 자화수(2000, 4000 Gauss)의 상태를 시간별 비교하여 나타내었다.
- 참조)하였다(한국표준협회, 2000). 겔타임은 A액, B액을 각각 200cc 컵에 50cc씩 채운 후 연속 좌우 혼합시켜 컵에서 유동성이 정지되는 시간을 측정하여 이것을 주입재(A액+B액)의 겔타임으로 측정하였다. 공시체를 제작하여 수중양생 시킨 후 재령 1일, 3일, 7일, 14일, 28일별로 실험을 실시한다.
- 겔타임은 A액, B액을 각각 200cc 컵에 50cc씩 채운 후 연속 좌우 혼합시켜 컵에서 유동성이 정지되는 시간을 측정하여 이것을 주입재(A액+B액)의 겔타임으로 측정하였다. 공시체를 제작하여 수중양생 시킨 후 재령 1일, 3일, 7일, 14일, 28일별로 실험을 실시한다. 특히, 초기의 강도특성을 자세히 알아보기 위해 공시체 제작 후 1시간 3시간, 6시간의 강도를 추가로 측정하였다.
- 자기장의 세기에 따른 강도 차이를 알아보기 위해 Magnetic Mixer장치에 들어가는 코일의 양을 조절함으로써 2000G 와 4000G의 자기장을 얻을 수 있었다. 또한, 자화수가 강도에 미치는 영향을 확실히 볼 수 있도록 강도를 높일수 있는 STPP를 첨가하게 되었다(표 2 참조).
- S1은 STPP와 일반수를 사용한 시료이고, S2 는 첨가제 STPP와 2000G Magnetic System을 통과한 자화수를 사용하였으며 S3는 첨가제 STPP와 4000G Magnetic System을 통과한 자화수를 사용하였다. 자기장의 세기에 따른 강도 차이를 알아보기 위해 Magnetic Mixer장치에 들어가는 코일의 양을 조절함으로써 2000G 와 4000G의 자기장을 얻을 수 있었다. 또한, 자화수가 강도에 미치는 영향을 확실히 볼 수 있도록 강도를 높일수 있는 STPP를 첨가하게 되었다(표 2 참조).
- 공시체를 제작하여 수중양생 시킨 후 재령 1일, 3일, 7일, 14일, 28일별로 실험을 실시한다. 특히, 초기의 강도특성을 자세히 알아보기 위해 공시체 제작 후 1시간 3시간, 6시간의 강도를 추가로 측정하였다.
- 첨가제로는 STPP를 사용하였다. 표 2의 배합비에 따라 A액과 B액을 각각 배합하여 준비한 후 1:1의 체적비로 혼합하여 제작하였다. 시료의 크기는직경 5cmx 길이 10cm로 제작하였고 시료의 양생은 상온 20±5。(3로 항온수조에서 습윤 양생하였다.
대상 데이터
- S1은 STPP와 일반수를 사용한 시료이고, S2 는 첨가제 STPP와 2000G Magnetic System을 통과한 자화수를 사용하였으며 S3는 첨가제 STPP와 4000G Magnetic System을 통과한 자화수를 사용하였다. 자기장의 세기에 따른 강도 차이를 알아보기 위해 Magnetic Mixer장치에 들어가는 코일의 양을 조절함으로써 2000G 와 4000G의 자기장을 얻을 수 있었다.
- 230MPa로 가장 큰강도를 나타냈다. 가장 강도가 작은 시료는 일반수를 사용한 S1 시료이며 그 크기는 4.44MPa이다. 결과적으로 일반수보다 약 18%의 큰 강도증가 현상을 보였다.
- 본 연구에 사용된 첨가제로서는 시멘트 지연제인 STPP (Sodium Tripolyphosphate)를 시용하였고, 그라우트재로서는 규산나트륨 3호, 보통포틀랜드시멘트(OPC)를 사용하였으며 화학성분과 물리적 특성은 표 1과 같다.
- 첨가제로는 STPP를 사용하였다. 표 2의 배합비에 따라 A액과 B액을 각각 배합하여 준비한 후 1:1의 체적비로 혼합하여 제작하였다.
이론/모형
- 일축압축강도시험은 디지털형 만능재료시험기를 이용하여 KSF 2314에 의거하여 일축압축강도를 측정(표 3 참조)하였다(한국표준협회, 2000). 겔타임은 A액, B액을 각각 200cc 컵에 50cc씩 채운 후 연속 좌우 혼합시켜 컵에서 유동성이 정지되는 시간을 측정하여 이것을 주입재(A액+B액)의 겔타임으로 측정하였다.
성능/효과
- (1) MFTW(자화수)를 배합수로 사용한 시료는 일반수를 사용한 시료보다 약 20~50%의 강도증가 현상을 나타내었다. 이는 물 분자Cluster의 크기가 작아지거나 단분자로 분해되어 시멘트의 수화를 촉진시켰기 때문이라고 사료된다.
- (2) 2000G(Gauss)일 때보다 4000G의 자기장을 통과한 MFTW를 배합수로 사용한 시료의 압축강도 증가특성이 우월한 것으로 확인되었다. 앞으로 다른 자기장 영역에 대한 연구가 진행되어 최적의 자기장 크기를 찾을 필요성이 있다고 사료된다.
- (3) 재령별 압축강도에 대한 자화수의 강도 증가 효과는 초기재 령에서 큰 증가효과를 나타내었으며 시간이 지날수록 자화수가 일반수로 변화하려는 경향 때문에 강도증가효과가 저감된다고 사료된다.
- (4) Magnetic Mixer장치를 통과한 자화수와 방치한 시간에 따른 실내시험결과 약 1시간 이후 성질이 일반수와 비슷해지는 현상을 강도실험을 통해 알 수 있었다.
- (5) 자화수가 강도에 미치는 영향을 확인하기 위해 사용된 STPP는 자화수와 동시에 사용함으로써 중첩적으로 두 가지 효과가 모두 발현되어 강도 증가 효과를 발생시키는 것으로 판단된다.
- (6) ”o>NMR시험결과 선폭의 변화에 의해 자화수가 일반수보다 활성화된 물 분자들을 형성하고 이 활성화 된 물 분자에 의해 강도증가효과를 발생시키는 것으로 판단된다. 또한, 시간에 따른 강도변화를 알아본 실내시험과 비슷하게 자화수는 1시간 이후 일반수와 비슷한 성질로 되돌아간다는 것을 알 수 있었다.
- 또한, 2000G보다 4000G 에서 더 큰 강도 증가 효과가 있음을 알 수 있었다. 2000G에서는 약 10~30%의 강도증가효과가 확인되었고, 4000G에서는 약 20~50%의 강도증가효과가 확인되 었다. 이로서 2000G보다 4000G의 자성영역을 통과한 자화수가 좀 더 큰 강도증가효과가 있음을 알게 되었다.
- 44MPa이다. 결과적으로 일반수보다 약 18%의 큰 강도증가 현상을 보였다.
- 그림 12는 4000G Magnetic Mixer장치를 통과한 자화수가 시간 경과에 따라 어떻게 변화하는지 나타낸다. 결과적으로 자화수는 장치를 통과한지 30분 이내에 배합수로 사용한 경우 가장 큰 강도증가 효과를 나타내었으며, 1시간 이후에는 그 효과가 일반수와 비슷하다는 것을 알 수 있었다. S1 시료와 S3시료의 초기강도증가를 보면 약 1.
- 3 참조)。I 확인되었다. 또한, 2000G보다 4000G 에서 더 큰 강도 증가 효과가 있음을 알 수 있었다. 2000G에서는 약 10~30%의 강도증가효과가 확인되었고, 4000G에서는 약 20~50%의 강도증가효과가 확인되 었다.
- 판단된다. 또한, 시간에 따른 강도변화를 알아본 실내시험과 비슷하게 자화수는 1시간 이후 일반수와 비슷한 성질로 되돌아간다는 것을 알 수 있었다.
- 2000G에서는 약 10~30%의 강도증가효과가 확인되었고, 4000G에서는 약 20~50%의 강도증가효과가 확인되 었다. 이로서 2000G보다 4000G의 자성영역을 통과한 자화수가 좀 더 큰 강도증가효과가 있음을 알게 되었다. 표 5에서 알 수 있듯이 재령별 강도증가효과는 초기 재령에서 가장 큰 강도증가효과가 있고 시간이 지남에 따라 강도증가효과가 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 그리고 그림 14에서 보듯이, 자화수의 시간에 따른 NMR시험결과 1시간 이후에 일반수와 비슷한 폭으로 변화하였다. 즉, Magnetic Mixer통과 후 1시간이 지나면 일반수와 비슷하게 성질이 되돌아 같다는 것을 알 수 있었다. 이는 실내 시험 결과(그림 12 참조)와 비슷한 결과를 나타내는 것이다.
- 이로서 2000G보다 4000G의 자성영역을 통과한 자화수가 좀 더 큰 강도증가효과가 있음을 알게 되었다. 표 5에서 알 수 있듯이 재령별 강도증가효과는 초기 재령에서 가장 큰 강도증가효과가 있고 시간이 지남에 따라 강도증가효과가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 자화수가 시간이 지나면서 일반수로 변화하는 경향 때문인 것으로 사료된다(그림 12, 표 6 참조).
후속연구
- (7) 향후 그라우트 분야의 연구완성도를 높이기 위해 자화수를 배합수로 사용한 주입재가 최적의 강도 증가 효과를 나타낼 수 있도록 자기장 처리 System 을 개발하기 위한 연구 및 자화수의 활성화된 물 분자와 강도증가에 대한 연구가 지속되어야 할 것으로 사료된다.
- 그러나 활성화된 물 분자와 강도발현의 관계는 앞으로 연구가 계속되어야 할 것으로 사료된다.
- 우월한 것으로 확인되었다. 앞으로 다른 자기장 영역에 대한 연구가 진행되어 최적의 자기장 크기를 찾을 필요성이 있다고 사료된다.
- 그리고 수화반응시 시멘트 입자는 다른 물분자가 더 깊이 침투하는 것을 방해해느 시멘트 입자의 외부에 수화 층을 형성하게 되는데, 자爾수는 일반수에 비해 수화층을 쉽게 통과하여 침투할 本 있으므로 수화반응은 더욱 활발해 진다. 이 원리를 규산나트昏시멘트그라우트재에 적용하면 수화반응을 촉진시키는 이점을 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 자화수를 활용함으로써 시멘트의 양을 5%정도 절약 할 수 있고, 콘크리트의 blee血g을 감소시키며, 결빙에 대한 저항성을 증가 시킬 수 있다(Nan Su 등, 2002).
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