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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 단위수량 변화에 따른 혼화제의 화학성분에 의한 단위수량의 변화와 혼화제의 사용량 증가에 따른 특성을 분석하여 콘크리트의 유동성 및 강도증진에 영향을 미치는 혼화제의 개발 및 실무적용에 있어 기초자료를 제시하고자 함에 그 목적 이 있다.
제안 방법
- F 2409)은 해당 규정에 따라 실시한다. 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도는 01OOX2OO(mm) 공시체를 KS F 2403 규정에 따라 제작하여 계획된 재령에서 KS F 2405 규정에 의거 압축강도를 측정토록 한다.
- 먼저 W/C는 55%로 한 개 수준으로 계획하며, 목표 슬럼프 180mm를 기준으로 하여 단위수량은 혼화제는 원료성분인 유기산계 성분 Sodium gluconate (이하약자 S로 표기), Trietha nolamine (이하약자 T로 표기), 멜라민계 성분 Melamine (이하 약자 M으로 표기), 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계성 분 Polyoxyethylene nonylphenyl ether (이 하약자 NP로 표기 ), 폴리카본산계 성분 Poly Carboxylic copolymer (이하약자 WR, WB로 표기)에 의하여 변화를 주었다. Plain의 계획은 예비실험을 통하여 단위수량 및 잔골재율을 결정토록 한다.
- 실험사항으로 굳지 않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량 및 단위 용적 질 량을 측정 하고, 경 화콘크리 트에서 는 압축강도를 각각 계획된 재령에 측정한다.
대상 데이터
- 본 연구의 사용재료로써, 시멘트는 국내산 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고, 잔골재는 충주산 강모래를 사용하며, 굵은골재는 충주산 최대치수 25mm의 부순 굵은골재를 사용한다. 혼화제는 유기산계 혼화제의 성분별 Sodium gluconate, Triethanolamine, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계의 Polyoxyethylene nonylphenyl ether, 멜라민계의 Melamine, 및 폴리 카본 산계의 Poly Carboxylic copolymer 사용한다.
이론/모형
- 콘크리트 혼합은 강제식 팬 타입 믹서를 사용하였으며, 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프(KS F 2402), 공기량 및 단위용적질량 (KS F 2409)은 해당 규정에 따라 실시한다. 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도는 01OOX2OO(mm) 공시체를 KS F 2403 규정에 따라 제작하여 계획된 재령에서 KS F 2405 규정에 의거 압축강도를 측정토록 한다.
성능/효과
- 1) 굳지 않은 콘크리트의 특성으로 먼저 단위수량은 전반적으로 혼화제 성분 첨가율이 증가할수록 약 3kg/m3 ~43kg /n?정도 감소하는 경향이 나타났으며, 이는 T와 M계를 제외한 나머지 혼화제 성분은 분산 및 계면활성작용과 수용성의 성분 등으로 인한 감수효과를 발휘하는 것으로 판단된다.
- 2) 공기량은 WR, WB, NP계 혼화제 성분은 첨가율이 증가할수록 공기량도 증가하는 경향이 나타났으며, S, T, M계의혼화제 는 L5 ±0.5%내 외 의 작은 공기량을 나타내 었 다.
- 3) 단위용적질량은 공기량과 반대의 경향을 나타내고 있으며, WR, WB, NP계의 혼화제에서 약 6kg/m3~ 179kg/m3 정도 단위 용적 질량이 감소하는 경향으로 나타났다.
- 3일의 조기재령에서는 Plain의 강도값보다도 모든 혼화 제의첨가량에서 작은 강도 발현을 나타내고 있으며, 재령 7일의 강도에서는 Plain의 강도값보다도 S계의 혼화제 성분 50% 이상의 첨가량에서 강도발현이 약 1.8~3.7MPa 정도 크게 나타내었고, 특히 M계 혼화제 성분의 경우 모든 첨가량에서 Plain보다 가장 높은 강도 발현을 나타내었다. 그 외의 혼화제에서는 3, 7일의 조기 재령에서 모두 Plain의 강도 값보다도 작게 나타났다.
- 4) 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도는 3일의 초기 재령에서는 Plain의 강도 값보다도 NP계 10, 50% 모든 혼화 제의 첨가량에서 작게 강도 발현을 나타내었으며, 재령 7일 강도에서는 S계의 50%이상에서 1.8~3.7MPa정도, M계는 모든 첨가량에서 0.1 ~ 2.7MPa정도로 Plain의 강도 값보다 도 높은 강도 값을 나타내었다. 28일 표준재령에서는 S계의 모든 첨가량에서 Plain의 강도값보다도 L5~3.
- 5) Plain의 재령별 강도값을 100%로 환산한 발현율은 S, T, WR, WB, NP, M계의 혼화제 성분의 재령 3일 압축강도 발현율은 Plain보다 전체적으로 약 1.1%~29.6%정도 감소하는 경향으로 나타났으며, 재령 7일 압축강도 발현율은 S, M계의 혼화제에서 약 0.4%~6.4%정도로 제일 양호한 발현율을 나타냈으며, 재령 28일 압축강도 발현율은 WR, NP계 70%이상 혼화제의 첨가량을 제외하고는 양호한 발현율을 나타내었다.
- 6) 조기강도 발현율은 3, 7일의 조기재령 모두에서 WR계가 3일 재령에서는 53-71%, 7일 재령에서는 71~90%로 높은 발현율을 나타내었고, M계는 3일 재령에서는 47~65%로 가장 낮고, 7일 강도에서는 70~98%로 발현율이 가장 높게 나타났다.
- S, T, WR, WB, NP, M계의 혼화제 성분의 재령 3일의 압축강도 발현율은 표준재령 28일에 대하여, S계의 혼화제 성분은 약 53~65%정도 강도 발현이 되었고, T계는 약 55~65% 정도 강도 발현이 되었다. 또한, WR계의 혼화제 성분은 약53~71% 정도 강도 발현이 되었고, WB계는 약 52-60%, NP계는 약 53 ~64%, M계는 약 47~65%로 WR계의 혼화제 성분이 가장 높은 발현율은 나타내었으며, M계의 혼화제 성분은 가장 낮은 발현율을 나타낸 것을 알 수 있다.
- WR, WB, NP계의 혼화제 성분은 첨가량이 증가할수록 공기량도 증가하는 경향으로 나타났으며, WR계는 혼화제 성분 첨가량 30% 이상부터, WB는 30-70%, NP는 30, 50% 첨가량에서 KS규정의 공기량 적정치 4±1.5%에 모두 포함 되었으며, WB는 90% 첨가량에서, NP계는 70%의 첨가량을 제외하고 30%이상의 성분 첨가량에서 KS의 허용한도 범위 내에 포함되는 경향을 나타내었다. 나머지 S, T, M계의 혼화제는 Plain의 공기량 1.
- 그림 6과 7은 혼화제 성분 첨가량에 따른 Plain의 재령별 강도 값을 100%로 환산하여 압축강도 발현율을 3, 7일의 조기재 S, T, WR, WB, NP, M계의 혼화제 성분의 재령 3일 압축강도 발현율은 Plain보다 전체적으로 감소하는 경향으로 나타났는데, S와 T의 혼화제에서 평균적으로 88.5%이상의 양호한 발현 경향을 나타내었고, 재령 7일 압축강도 발현율은 M계의 혼화제에서 제일 양호한 발현율을 나타내었고, 다음으로 S계의 혼화제에서도 나타났는데 M계의 첨가량 10, 30%에서 11.6% 정도의 증가로 제일 크고, 다음으로 S계의 첨가량 70%도 11.6% 정도로 증가 경향을 나타내었다. 표준재령 28일의 경우는 S계, M계의 혼화제성분의 모든 혼화제 첨가율에서 100%이상의 양호한 강도발현율을 나타내었다.
- 첨가량에서는 높은 강도 발휘를 나타내었다. 다음으로 강도 발현 경향은 WB 및 T계의 혼화제에서 각각 3개의 첨가량에서 Plain의 강도 값 이상으로 양호한 경향을 나타내었으며, WR과 WB의 혼화제에서는 첨가량 70% 이상에서 매우 저조한강도 발현 경향을 나타내었다. 초기 및 표준재령에서 S와 M 계의 혼화제에 양호한 강도 발현을 나타낸 원인도 S계의 혼화제는 수용액 중에 2, 3가의 Na 금속이온이 시멘트와 수화반응 시에 단단히 경화하는 chelate를 형성하여 나타난 결과로 판단되고, M계의 혼화제는 시멘트 수화 생성 시 화학반응의 상태가 첨가된 혼화제의 안정적인 분자 구조와 반웅하여 강도 발현에기인된 것心으로 분석된다.
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그림 3. 흔화제 성분 첨가량 변화에 따른 단위수량
단위용적질량은 공기량과 반비례적 관계이기 때문에, WR, WB, NP계의 혼화제 성분은 함유율이 증가할수록 공기량 과반 대적 경향으로 단위용적질량이 감소하는 경향이 나타났고, S, T, M계의 혼화제 성분도 공기량과 마찬가지로 단위용적 질량에서 크게 변화가 없는 것으로 나타났다
. - 발현이 되었다. 또한, WR계의 혼화제 성분은 약53~71% 정도 강도 발현이 되었고, WB계는 약 52-60%, NP계는 약 53 ~64%, M계는 약 47~65%로 WR계의 혼화제 성분이 가장 높은 발현율은 나타내었으며, M계의 혼화제 성분은 가장 낮은 발현율을 나타낸 것을 알 수 있다. 재령 7일의 압축강도 발현율은 표준재령 28일에 대하여, S계는 약 70~87%정도 발현이 되었고, T계의 혼화제 성분은 70%~85%, WR계는 71~90%, WB계는 62-74%, NP계는 56-78%, M계는 70~98%로 재령 3 일의 결과와 다르게 M계의 발현율이 가장 높게 나왔으며, WB 계의 혼화제에서 가장 낮은 발현율을 나타낸 것을 알 수 있다.
- 있는 것으로 나타났다. 또한, 멜라민계, 폴리카본산계에 비해 유기산계와 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계의 경우는 압축강도 발현경향이 양호하게 나타났다.
- 변화가 없는 것으로 나타났다. 반면에, WR과 WB는 혼화제의 성분 첨가량이 증가할수록 단위수량 또한 급격히 감소하는 경향으로 나타났다. 이와 같은 원인은 T와M의 혼화제는 점성이 있는 혼화제로써 목표 슬럼프를 충족하기 위해서는 많은 수량을 필요로 하고 그 이외의 혼화제는 분산 및 계면활성작용과 수용성의 성분 등으로 첨가량이 증가할수록 단위수량의 감수 효과를 나타내었다.
- 본 실험을 통하여 유기산계의 Sodium 잉uconate, 폴리옥시에텔렌 옥시프로필렌 노닐폐놀계의 Polyoxyethylene nonylphenyl ether, 폴리카본산계 Poly Carboxylic copolymer의 혼화제 성분은 감수효과가 있는 것으로 나타났으며, Polyoxyethylene nonylphenyl ether, Poly Carboxylic copolymer는 공기연행 효과도 있는 것으로 나타났다. 또한, 멜라민계, 폴리카본산계에 비해 유기산계와 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계의 경우는 압축강도 발현경향이 양호하게 나타났다.
- 표준재령 28일의 경우는 S계, M계의 혼화제성분의 모든 혼화제 첨가율에서 100%이상의 양호한 강도발현율을 나타내었다. 압축강도 발현율은 Plain에 대하여 S계의 혼화제 성분은 전체적으로 약 5.3~11%정도로 증가하였고, 丁계의 혼화제 성분은 30%, 90%, M계의 50~90%일 때, 약 3.2 ~246%정도로 증가하였고, 그 외 혼화제의 첨가량에서는 전반적으로 강도 발현율이 저조한 경향으로 나타났다.
- 반면에, WR과 WB는 혼화제의 성분 첨가량이 증가할수록 단위수량 또한 급격히 감소하는 경향으로 나타났다. 이와 같은 원인은 T와M의 혼화제는 점성이 있는 혼화제로써 목표 슬럼프를 충족하기 위해서는 많은 수량을 필요로 하고 그 이외의 혼화제는 분산 및 계면활성작용과 수용성의 성분 등으로 첨가량이 증가할수록 단위수량의 감수 효과를 나타내었다.
- 또한, WR계의 혼화제 성분은 약53~71% 정도 강도 발현이 되었고, WB계는 약 52-60%, NP계는 약 53 ~64%, M계는 약 47~65%로 WR계의 혼화제 성분이 가장 높은 발현율은 나타내었으며, M계의 혼화제 성분은 가장 낮은 발현율을 나타낸 것을 알 수 있다. 재령 7일의 압축강도 발현율은 표준재령 28일에 대하여, S계는 약 70~87%정도 발현이 되었고, T계의 혼화제 성분은 70%~85%, WR계는 71~90%, WB계는 62-74%, NP계는 56-78%, M계는 70~98%로 재령 3 일의 결과와 다르게 M계의 발현율이 가장 높게 나왔으며, WB 계의 혼화제에서 가장 낮은 발현율을 나타낸 것을 알 수 있다. 이는 WR계의 혼화제 성분은 재령 3일의 강도 발현율이 가장 높게 나온 결과로 보아 조강형 성분이 함유되어 있음을 알 수 있고, M계의 혼화제에서는 장기적인 강도 증진의 효과를 발휘하여 나타난 결과로 분석된다.
- 전반적으로 T와 M의 혼화제 성분 첨가량이 증가하여도 Plain과 거의 같은 단위수량을 나타내었고, S와 NP의 혼화제는 성분 첨가량 70%까지는 다소 완만하게 감소하고 그 이후에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 반면에, WR과 WB는 혼화제의 성분 첨가량이 증가할수록 단위수량 또한 급격히 감소하는 경향으로 나타났다.
- ~43kg /n?정도 감소하는 경향이 나타났으며, 이는 T와 M계를 제외한 나머지 혼화제 성분은 분산 및 계면활성작용과 수용성의 성분 등으로 인한 감수효과를 발휘하는 것으로 판단된다.
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