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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 각종 혼화재료들이 첨가되어있는 프리믹스 타입의 보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 주로 사용되고 있는 혼화재료인 CSA계 팽창재, CSA계 속경재, 석고, 실리카 흄의 배합비율에 따라 폴리머 시멘트 모르타르에 미치는 영향을 분석하고자 모르타르의 작업성, 응결시간, 건조수축, 압축강도, 휨및 부착강도 등의 기초적 성질에 대하여 실험적으로 구명하였다.
- 본 연구에서는 보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 각종 혼화재료들이 미치는 영향을 분석하기 위하여 모르타르의 기초적 성질에 대한 시험을 수행하였다. 시료는 KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)의 규정에 따라 혼합하였다.
- 4%를 적용하였다. 혼화재료가 폴리머 시멘트 모르타르에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 본 연구에서는 CSA계 팽창재, CSA계 속경재와 석고, 실리카흄을 중량비로 Table 8~10과 같이 배합하여, 모르타르의 기초적 성질 실험을 위한 시험체들을 각각 제작하였다.
제안 방법
- CSA 계 속경재와 석고가 폴리머 시멘트 모르타르의 건조수축에 미치는 영향은 양생기간별 길이변화를 측정하여 분석하였고, 그 결과는 Fig. 7과 같다. 본 연구에서 사용된 CSA계 속경재는 초기에 모르타르를 팽창시키는 특성이 있다.
- CSA 계 팽창재가 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도에 미치는 영향은 재령 3, 7, 28, 91일에 평가하였으며, 측정결과는 Fig. 9와 같다. CSA계 팽창재의 배합비율이 1.
- 건조수축을 저감시키기 위해 사용되는 CSA 계 팽창재가 폴리머 시멘트 모르타르의 작업성과 응결시간에 미치는 영향에 대해 평가하였으며, 그 결과는 Fig. 3 과 같다. CSA계 팽창재의 배합비율의 증가에 따라 플로우 값의 저하는 미소하게 일어났으며, 이러한 결과는 CSA계 팽창재에 함유된 CaSO4 성분의 증가로 인하여 나타나는 것으로 판단된다.
- 시험체를 24시간 양생시킨 후 탈형 시 1회째 측정을 실시하고, 그 후 수중(20±1℃)양생하여 재령 7 일이 되었을 때 2회째 측정을 실시하였다. 그 후 시험체를 습윤(20±1C, 60±5% R.H.)양생하여 재령 28, 56, 91일에서의 길이변화를 측정하였다.
- 6항에 따라 380x330x80 mm 크기의 콘크리트 슬래브를 먼저 제작한 후 재령 91일에 상부를 보수재료의 부착이 양호하게 하기 위하여 거칠게 처리한 후 모르타르를 약 30 mm 두께로 타설하였다. 모르타르 타설 후 실험실에서 기건 (19±5C, 49±5% R.H.) 양생을실시한 후 도포된 모르타르에 Fig. 2와 같이 강철제 지그를 부착하여, 수직방향의 인장하중을 측정하였다.
- 본 연구에서는 프리믹스 타입의 보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 주로 사용되고 있는 혼화재료인 CSA 계 팽창재, CSA계 속경재, 석고, 실리카 흄의 배합비율에 따른 거동을 시험을 통하여 분석하였으며, 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 1에서와 같이 KS F 2408 (콘크리트의 휨 강도 시험방법)의 중앙점 재하법에 따라 40x40x160 mm 시험체를 수중(20±1C)양생후 재령 28일에 실시하였다. 부착강도 시험은 KS F 4716(시멘트계 바탕 바름재)에서 5.6항에 따라 380x330x80 mm 크기의 콘크리트 슬래브를 먼저 제작한 후 재령 91일에 상부를 보수재료의 부착이 양호하게 하기 위하여 거칠게 처리한 후 모르타르를 약 30 mm 두께로 타설하였다. 모르타르 타설 후 실험실에서 기건 (19±5C, 49±5% R.
- 시험체를 24시간 양생시킨 후 탈형 시 1회째 측정을 실시하고, 그 후 수중(20±1℃)양생하여 재령 7 일이 되었을 때 2회째 측정을 실시하였다. 그 후 시험체를 습윤(20±1C, 60±5% R.
- 압축강도 시험은 KS L 5105(수경성 시멘트의 압축강도 시험방법)에 따라 50x50x50 mm 시험체를수중(20±1C)양생 후 재령 3, 7, 28, 91일에 실시하였다.
- 시료는 KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)의 규정에 따라 혼합하였다. 혼화재료가보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 미치는 영향을 분석하고자 송형수 등(11)의 연구결과에 따라 EVA 폴리머의 최소배합량인 0.4%를 적용하였다. 혼화재료가 폴리머 시멘트 모르타르에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 본 연구에서는 CSA계 팽창재, CSA계 속경재와 석고, 실리카흄을 중량비로 Table 8~10과 같이 배합하여, 모르타르의 기초적 성질 실험을 위한 시험체들을 각각 제작하였다.
대상 데이터
- (10) 이러한 이유로 프리믹스 타입의 모르타르 제품들에 EVA 계 폴리머의 사용이 급속히 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 EVA계 폴리머를 사용하였으며, 그 물리적 성질은 Table 2와 같다.
- 본 연구에서는 Table 3~6과 같은물리적 및 화학적 성질을 갖는 혼화재료들을 사용하였다. 또한 보수용 모르타르의 역학적 성질을 개선시킬수 있는 시멘트 대체재인 Table 7의 실리카 흄을 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 시멘트는 1종 보통 포틀랜드시멘트이며, 잔골재로는 규사를 사용하였고, 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 사용되고 있다. 본 연구에서는 Table 3~6과 같은물리적 및 화학적 성질을 갖는 혼화재료들을 사용하였다. 또한 보수용 모르타르의 역학적 성질을 개선시킬수 있는 시멘트 대체재인 Table 7의 실리카 흄을 사용하였다.
이론/모형
- 5105(수경성 시멘트의 압축강도 시험방법)에서 8항플로우의 결정방법에 따라 실시하였다. 또한 응결시간에 대한 평가는 KS F 2436(관입저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법)을 통하여 시험을 수행하였다.
- 보수용 모르타르의 작업성에 대한 평가는 KS 1.5105(수경성 시멘트의 압축강도 시험방법)에서 8항플로우의 결정방법에 따라 실시하였다. 또한 응결시간에 대한 평가는 KS F 2436(관입저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법)을 통하여 시험을 수행하였다.
- 보수재료의 치수안정성(건조수축)에 대한 평가를 하기 위하여 KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험방법)의 다이얼 게이지 방법으로 측정하였다. 시험체를 24시간 양생시킨 후 탈형 시 1회째 측정을 실시하고, 그 후 수중(20±1℃)양생하여 재령 7 일이 되었을 때 2회째 측정을 실시하였다.
- 시료는 KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)의 규정에 따라 혼합하였다. 혼화재료가보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 미치는 영향을 분석하고자 송형수 등(11)의 연구결과에 따라 EVA 폴리머의 최소배합량인 0.
- 휨 강도 시험은 Fig. 1에서와 같이 KS F 2408 (콘크리트의 휨 강도 시험방법)의 중앙점 재하법에 따라 40x40x160 mm 시험체를 수중(20±1C)양생후 재령 28일에 실시하였다. 부착강도 시험은 KS F 4716(시멘트계 바탕 바름재)에서 5.
성능/효과
- 1) 응결시간은 실리카 흄의 높은 분말도로 인하여, 수화반응이 촉진되어 짧아지는 것을 볼 수 있었다. 반면, 실리카 흄은 시멘트 비표적의 50~80배에 이르는 초미립 분말인 특성으로 인하여 모르타르의 배합비율이 증가할수록 유동성이 저하되는 것으로 나타났다.
- 2) CSA계 팽창재의 배합비율이 증가할수록 부착강도가 향상되는 것으로 나타났으며, 압축 휨 강도는 배합비율이 증가할수록 저하가 일어나지만 CSA계 팽창재의 배합비율 3.0%까지는 적용이 가능하다고 판단된다. 또한 폴리머 시멘트 모르타르에 CSA계 팽창재를 사용하게 되면 모르타르의 자기수축 보상현상이 일어나 체적감소를 줄여주는 것으로 나타났다.
- 3) CSA계 속경재와 석고의 배합비율을 증가시키면 압축, 휨, 부착강도가 향상되는 것으로 나타났으며, 이러한 결과를 통하여 폴리머 시멘트 모르타르의 역학적인 성능을 개선시킬 수 있다고 판단된다. 또한 CSA계 속경재와 석고의 배합비율을 증가시키게 되면, 응결시간을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- 4) 실리카 흄의 배합비율이 증가하게 되면, 폴리머 시멘트 모르타르의 압축, 휨, 부착강도와 같은 역학적인 성능을 개선시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- CSA 계 팽창재가 폴리머 시멘트 모르타르의 부착강도에 미치는 영향은 Fig. 12에서와 같이 혼합비율이 증가할수록 부착강도가 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 초기양생기간 동안의 팽창량이 부착력에도 영향을 미치기 때문인 것으로 판단되며, 이에 따라팽창재의 혼합비율이 늘어날수록 팽창량이 커지고, 부착강도가 증가하게 된다.
- CSA 속경재와 석고가 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도에 미치는 영향은 Fig. 10에서 보는 바와 같이 배합비율이 증가할수록 압축강도가 증가하는 경향을 보였다. 그리고 배합비율이 증가할수록 압축강도가 증가하는 현상은 석고를 모르타르에 첨가하게 되면 모르 타르의 내부조직이 에트링자이트와 칼슘실리케이트계 수화물로 치밀하게 되었기 때문이라고 판단된
- CSA계 속경재와 석고의 배합비율이 증가할수록 응결시간이 빨라지는 경향을 나타냈고, 1.5% 이상 배합비율부터는 응결시간이 급속히 빨라지는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 CSA계 속경재가 갖고 있는 화학적 특성과 높은 분말도로 인해 초기 수화반응이 촉진되며, 그와 대조적으로 석고는 시멘트와 반응 시 C3A 의 수화를 억제시켜 응결을 지연시키기 때문이다.
- 3 과 같다. CSA계 팽창재의 배합비율의 증가에 따라 플로우 값의 저하는 미소하게 일어났으며, 이러한 결과는 CSA계 팽창재에 함유된 CaSO4 성분의 증가로 인하여 나타나는 것으로 판단된다.(12)
- 이러한 현상은 CSA계 속경재가 갖고 있는 화학적 특성과 높은 분말도로 인해 초기 수화반응이 촉진되며, 그와 대조적으로 석고는 시멘트와 반응 시 C3A 의 수화를 억제시켜 응결을 지연시키기 때문이다.® 그러므로 CSA계 속경재와 석고를 동일하게 배합할경우, 1.0%까지는 석고가 CSA계 속경재의 응결촉진을 지연시키는 역할을 하여 응결시간이 크게 증가하지 않지만, 1.5% 이상부터는 응결시간을 CSA계 속경재가 지배하여 현저히 증가하는 것으로 판단된다
- 또한 석고도 수화 시 에트링자이트를 생성시켜 팽창시키는 특성을 갖고 있다.® 이러한 특성으로 인하여, CSA계 속경재와 석고의 배합비율을 증가시킬수록 초기양생 시 팽창이 증가하게되어, 이후 양생기간에 일어나는 체적감소를 보상해주는 것을 알 수 있었다.
- 그리고 CSA 계 팽창재가 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간 역시 CSA계 팽창재의 배합에 따라 명확한 응결시간 변화를 보이지 않아 영향이 매우 작음을 확인할 수 있었다.
- 판단된다. 또한 CSA계 속경재와 석고의 배합비율을 증가시키게 되면, 응결시간을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- 13과 같이 휨 강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 압축강도의 특성과 유사하다. 또한 CSA계 속경재와 석고의 배합비율이 증가할수록 부착강도도 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 초기양생기간 동안 팽창량이 부착력에 영향을 미치게 되어, CSA계 속경재와 석고의 혼합비율이 증가할수록 팽창량이 커지고, 부착강도가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
- 휨 강도 측정에 사용된 배합비들은 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머시멘트 모르타르)의 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 실리카 흄이 부착강도에 미치는 영향은 배합비율의 증가에 따라 28일 강도가 23.9~71.0%까지 현저하게 증가하였다.
- 0%까지는 적용이 가능하다고 판단된다. 또한 폴리머 시멘트 모르타르에 CSA계 팽창재를 사용하게 되면 모르타르의 자기수축 보상현상이 일어나 체적감소를 줄여주는 것으로 나타났다.
- 있었다. 반면, 실리카 흄은 시멘트 비표적의 50~80배에 이르는 초미립 분말인 특성으로 인하여 모르타르의 배합비율이 증가할수록 유동성이 저하되는 것으로 나타났다.
- 4와 같다. 배합비율의 증가에 따라 CSA계 속경재와 석고는 유동성을 저하시키는 것으로 나타냈다. 이러한 현상은 CSA계 속경재의 화학적 특성과 분말도가 높기 때문인 것으로 판단되며, 사용량을 2.
- 2%의 강도저하가 일어나는 것으로 나타났다. 본 연구에서 CSA계팽창재의 배합비율이 3.0%까지는 배합되지 않은 경우보다 약 10%의 휨 강도 저하가 일어났지만, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의 기준은 만족하는 것으로 나타났다.
- 또한 한천구 등(15)은 팽창재를 사용함으로써 나타나는 자기수축 보상현상이 모르타르의 체적감소를 줄여 주는 것으로 보고하고 있다. 본 연구에서 길이변화 측정에 사용된 배합은 모두 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 한편 이러한 팽창량은 부착강도의 증가에 기여하지만, 보수재료가 팽창한 후 건조수축과 열응력 등으로 인하여 길이변화가 크게 되면, Choi et al(19) 이 보고한 바와 같이 보수재료와 기존 콘크리트의 계면을 따라 단부측에 응력이 크게 발생하여 부착강도가 저하되게 되므로, 사용 시 충분한 성능검토가 요구된다. 본 연구에서 사용된 배합비율에 CSA계 팽창재를 사용하지 않을 경우에는 KS F4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, CSA계 팽창재를 1.0%이상 배합시켜야 비교적 안정적인 부착강도를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 6과 같다. 시험결과 CSA계 팽창재의 배합비율이 증가할수록 수중양생 시 모르타르의 팽창이 크게 일어나는 것을 알수 있으며, 이러한 팽창은 기건양생 시 일어나는 수축을 보상하는 역할을 하는 것으로 판단된다. 이러한 모르타르의 건조수축 거동은 Rixom and Mailvaganam(18) 에 의하면 팽창재는 시멘트와 수화 시 에트링자이트를 생성하여 모르타르를 팽창시키기 때문에 일어나는 것으로 보고 되어있다.
- 8과 같다. 시험결과 실리카 흄의 배합비율이 증가에 따라 수중양생 시 팽창에는 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었으며, 이후 기건양생기간동안 실리카 흄의 배합비율이 증가할수록 건조수축이 크게 나타났다. 이러한 배합비율의 증가에 따른 건조수축의 증가현상은 28일 이내의 양생기간에 주로 나타났으며, 28일 이상의 양생기간 동안에는 영향을 미치지 않는 특징을 보였다.
- 5와 같다. 시험결과 실리카 흄의 배합비율이 증가함에 따라 유동성이 저하되었다. 이러한 현상은 실리카 흄이 시멘트비표면적의 50~80배에 이르는 초미립 분말(14)이기 때문에 나타난 결과로 1.
- 이러한 결과는 초기양생기간 동안 팽창량이 부착력에 영향을 미치게 되어, CSA계 속경재와 석고의 혼합비율이 증가할수록 팽창량이 커지고, 부착강도가 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 폴리머 시멘트 모르타르에 CSA계 속경재와 석고 배합 시 압축강도, 휨 강도, 부착강도와 같은 역학적 특성이 현저히 향상됨을 알 수 있었다.
- 폴리머 시멘트 모르타르에 실리카 흄이 휨 강도에 미치는 영향은 배합비율이 1.0~3.0%로 증가함에 따라 28일 강도가 Fig. 14에서와 같이 3.8~14.9%까지 증가되었으며, 이러한 휨 강도의 특성은 Malhotra(20) 가 보고한 바와 같이 압축강도의 경향과 유사하다는 것을 확인할 수 있었다. 휨 강도 측정에 사용된 배합비들은 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머시멘트 모르타르)의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 9%까지 증가되었으며, 이러한 휨 강도의 특성은 Malhotra(20) 가 보고한 바와 같이 압축강도의 경향과 유사하다는 것을 확인할 수 있었다. 휨 강도 측정에 사용된 배합비들은 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머시멘트 모르타르)의 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 실리카 흄이 부착강도에 미치는 영향은 배합비율의 증가에 따라 28일 강도가 23.
- 휨 강도는 Fig. 12에서 보는 바와 같이 CSA계 팽창재의 배합비율이 0%에서 1.5%까지는 영향이 적고, 2.0%이상 배합비율부터 9.2%의 강도저하가 일어나는 것으로 나타났다. 본 연구에서 CSA계팽창재의 배합비율이 3.
후속연구
- 이러한 결과는 초기양생기간 동안의 팽창량이 부착력에도 영향을 미치기 때문인 것으로 판단되며, 이에 따라팽창재의 혼합비율이 늘어날수록 팽창량이 커지고, 부착강도가 증가하게 된다. 한편 이러한 팽창량은 부착강도의 증가에 기여하지만, 보수재료가 팽창한 후 건조수축과 열응력 등으로 인하여 길이변화가 크게 되면, Choi et al(19) 이 보고한 바와 같이 보수재료와 기존 콘크리트의 계면을 따라 단부측에 응력이 크게 발생하여 부착강도가 저하되게 되므로, 사용 시 충분한 성능검토가 요구된다. 본 연구에서 사용된 배합비율에 CSA계 팽창재를 사용하지 않을 경우에는 KS F4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, CSA계 팽창재를 1.
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