[논문]수중에 노출된 농업용 콘크리트 구조물 보수용 라텍스개질 모르타르의 역학적 특성 및 내구성능 평가

원종필; 이재영; 박찬기; 성상경; 김완영

doi:10.5389/ksae.2007.49.4.035

문제 정의

그러나 농업용 콘크리트 구조물 특히 관개 및 배수용 구조물의 경우 봄, 여름 및 가을 등 보수작업을 진행할 수 있는 계절에는 구조물이 물속에 잠겨있는 특수한 상황에 처해 있어 일반적인 보수재료 및 공법으로는 보수가 매우 힘든 실정이다(Won 등 2001, 2002). 따라서 본 연구에서는 농업용 콘크리트 구조물의 이와 같은 특성을 고려하여 수중에서 보수를 실시할 수 있는 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르에 대한 역학적 특성 및 내구성능을 평가하고자 한다. 특히 본 연구에서는 수중 콘크리트 구조물의 보수 가수 중에서 이루어지므로 이와 같은 환경을 고려하여 수중에서 공시체를 직접 제작하여 성능 평가를 실시하였으며 이를 통하여 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르의 적용성을 평가하였다.
본 논문에서는 수중에 노출된 농업용 콘크리트 구조물의 보수를 위한 라텍스 개질 보수용 모르타르의 역학적 및 내구성능을 평가하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 수중에 노출된 농업용 콘크리트 구조물의 보수를 위하여 라텍스 개질 보수모르타르의 보수재료로서의 성능을 평가하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 수중에서 공시체를 제작하여 역학적 특성 및 내구성능을 평가하였다.
특히 본 연구에서는 수중 콘크리트 구조물의 보수 가수 중에서 이루어지므로 이와 같은 환경을 고려하여 수중에서 공시체를 직접 제작하여 성능 평가를 실시하였으며 이를 통하여 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르의 적용성을 평가하였다. 이와 같은 연구를 통하여 본 논문에서는 수중에 노출되어 있는 농업용 콘크리트 구조물의 효과적인 보수재료를 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 농업용 콘크리트 구조물의 이와 같은 특성을 고려하여 수중에서 보수를 실시할 수 있는 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르에 대한 역학적 특성 및 내구성능을 평가하고자 한다. 특히 본 연구에서는 수중 콘크리트 구조물의 보수 가수 중에서 이루어지므로 이와 같은 환경을 고려하여 수중에서 공시체를 직접 제작하여 성능 평가를 실시하였으며 이를 통하여 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르의 적용성을 평가하였다. 이와 같은 연구를 통하여 본 논문에서는 수중에 노출되어 있는 농업용 콘크리트 구조물의 효과적인 보수재료를 제시하고자 한다.

제안 방법

KS L 5105( 수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험 방법)에 따라 배합한 모르타르를 70X70X20 mm의 밑판으로 이용할 공시체를 제작하여 온도 20± 3℃ 의 수중에서 24시간 양생 후 탈형을 하고 이후 13일 동안 20±2℃ 의 물속에서 양생하였다. 총 14일 동안 양생 후 KS L 6003(연마지)에서 규정하는 150 번 연마지를 사용하여 사용면을 충분히 연마한다.
그 후 중앙에 40 mmX40 mm크기로 절단한 후 에폭시 수지를 이용하여 어테치 먼트를 부착하였다’ 시험방법은 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르) 규정에 따라 부착강도를 측정하였다. 공시 체는 각각 3개씩 제작하여 시험을 실시하였다.
내약품성 시험을 위하여 농업용 콘크리트 구조물이 시공되어 있는 수중환경에 따른 영향을 평가하였다. 일반적으로 수중에 노출된 농업용 콘크리트 구조물은 저수지 등 일반 물에 노출되는 경우가 발생하나 간척지에 노출되어 있는 구조물과 같이 해수에 직접적인 영향을 받는 구조물의 경우도 다량으로 존재하고 있다.
따라서 이와 같은 환경에는 황산염, 염화칼슘, 황산나트륨과 같은 화학적 환경에 보수재료가 영향을 받게 되므로 이를 고려한 실험평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 50X50X50 mm의 입방 체공시체를 수중에서 제작하여 1일 후 탈형하였으며, 재령 28일간 수중 양생을 실시하였다 그 후 CaCk NaSO₄, H₂SO₄의 약품에 침지하여 침지 후 재령 30일, 40일, 50일 후의 압축강도를 평가하기 위하여 KS L 5105 에 준하여 측정하였다.
라텍스 개질 수중 구조물 보수용 재료의 역학적 특성 및 내구성능을 평가하기 위하여 기존 2가지 종류의 보수재료에 수중불분리성 혼화제 혼입률 1.3%를 적용한 후 비교실험을 실시하였다. 실험은 압축강도, 휨강도 및 부착성능의 역학적 특성과 염소이온투과 저항성 및 내약품성 실험을 통한 내구성능을 평가하였다.
일반적으로 공기중에서 공시 체를 제작할 때와 수중에서 공시체를 제작할 때의 차이점은 수중 공시체의 경우 재료분리 등과 공시체제작시 수분의 침투로 인한 물-시멘트 비의 증가, 공기량의 증가 등이 발생하여 공기중에서 공시체를 제작할 때와 비교하여 역학적 특성 및 내구성능이 감소할 가능성이 높아진다. 본 연구에서는 수중에 노출된 농업용 콘크리트 구조물의 보수가 수중에서 이루어지므로 이를 고려하여 실험공시체를 수중에서 제작하였으며, 목표기준은 충분한 보수성능을 만족하도록 Table 1과 같이 결정하였다.
3%를 적용한 후 비교실험을 실시하였다. 실험은 압축강도, 휨강도 및 부착성능의 역학적 특성과 염소이온투과 저항성 및 내약품성 실험을 통한 내구성능을 평가하였다. 실험결과는 다음과 같다.
압축강도 시험은 KSCE 95-02(콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품질규준)에 준하여 수중에서 50X50 X50 mm의 몰드 3개를 제작하여 수중양생을 실시한 후 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험 방법에 준하여 재령 7일, 28일 압축강도 시험을 2회 반복 실시하였다.
성능을 평가하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 수중에서 공시체를 제작하여 역학적 특성 및 내구성능을 평가하였다. 일반적으로 공기중에서 공시 체를 제작할 때와 수중에서 공시체를 제작할 때의 차이점은 수중 공시체의 경우 재료분리 등과 공시체제작시 수분의 침투로 인한 물-시멘트 비의 증가, 공기량의 증가 등이 발생하여 공기중에서 공시체를 제작할 때와 비교하여 역학적 특성 및 내구성능이 감소할 가능성이 높아진다.
휨강도 시험은 KSCE 95-02(콘크리트용 수중불분리성 혼화제 품질규준)에 준하여 수중에서 40X40X 160 mm의 몰드 3개를 제작하여 수중 양생을 실시한 후 KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 에 준하여 재령 7일, 28일 훰강도 시험을 실시하였으며 2회 반복하여 실시하였다.

대상 데이터

준하여 실시흐)였다. 0100X200 mm의 공시 체를 수중에서 제작하여 수중양생을 28일 실시한 후 시편을 50 mm두께로 자른다. 시편을 진공 데시케이터 안에 넣고 데시케이터를 완전히 봉한 후 3시간 동안 진공펌프를 작동시켜 진공상태를 유지한다.
따라서 상기와 같은 특성을 가진 라텍스를 이용한 보수재료를 농업용 콘크리트 수리구조물에 적용하면 사용수명 증가에 큰 효과가 있다. 본 연구에서 사용한 라텍스는 SBR(Styrene-Butadien Rubber) 이며 특성은 Table 4와 같다.
본 연구에서는 H사에서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 물리.화학적 특성은 Table 2와 같다.
인조 규사는 원석의 순도가 높고 석영질로 Si02의 성분이 높고 색도가 백색이며, 경질이고 내화도가 높다. 본 연구에서는 국내D사에서 제조한 제품을 사용하였으며 화학적 성분은 Table 3과 같다.
화학적 특성은 Table 2와 같다. 잔골재는 인조규사를 사용하였다. 인조 규사는 원석의 순도가 높고 석영질로 Si02의 성분이 높고 색도가 백색이며, 경질이고 내화도가 높다.

이론/모형

그 후 라텍스 개질 모르타르를 수중에서 약 5 mm의 두께로 도포하여 14일간 수중양생 시킨다. 그 후 중앙에 40 mmX40 mm크기로 절단한 후 에폭시 수지를 이용하여 어테치 먼트를 부착하였다’ 시험방법은 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르) 규정에 따라 부착강도를 측정하였다. 공시 체는 각각 3개씩 제작하여 시험을 실시하였다.
모르타르 및 콘크리트의 투수성을 간접적으로 확인할 수 있는 염소이온 침투저항성 시험은 ASTM C 1202(Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Ion Penetra- tion)에 준하여 실시흐)였다. 0100X200 mm의 공시 체를 수중에서 제작하여 수중양생을 28일 실시한 후 시편을 50 mm두께로 자른다.

성능/효과

1. 압축강도 및 휨시험결과 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르가 기존 보수용 모르타르보다 우수한 강도를 나타내어 성능목표를 달성하였다. 이는 라텍스가 보수용 모르타르가 수중에 타설되었을 때 추가적으로 재료분리를 방지하고 강도를 증가시키는 효과가 있기 때문이다.
2. 부착강도 시험결과 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르는 성능목표를 달성하였으며 이는 라텍스가 수중에 타설되었을 때 강도발현에 영향을 미치는 재료의 분리를 방지하고 기존 콘크리트 구조물과의 부착력을 강화시켜 부재의 탈락이나 열화를 방지하는데 효과적이라 할 수 있다.
3. 염소이온 투과저항성 시험결과 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르는 수중에서 라텍스 필름막을 형성하는 동시에 충전효과가 있어 수밀성을 향상시키는것을 알 수 있다.
4. 내약품성시험결과 라텍스 개질 수중 보수용 모르타르는 모든 환경에서 영향을 받지 않았다. 이와 같은 결과는 라텍스 개질 보수용 모르타를 수중에 타설하였을 때 라텍스가 필름막을 형성하고 충전 효과가 있기 때문에 외부환경에 대한 영향을 최소화하였기 때문이다.
Fig. 3은 수중에서 사용될 라텍스 개질 보수 모르타르의 적정배합과 기존의 제품을 비교 실험한 결과로써 A제품과 적정배합에서 재령14일 기준 부착 강도인 2 MPa를 상회하는 결과를 보였는데 적정배합에서 가장 큰 2.15 MPa를 보였으며 B제품에서 1.93 MPa의 결과를 보였다. 본 실험의 결과로 적정배합이 기존제품보다 높은 부착강도를 보여 수중에 노출된 기존 콘크리트와의 부착성능이 우수함을 알 수 있었다.
7에 나타나 있다. 기존 제품과의 비교에서 라텍스 개질 보수용 모르타르는 내약품성에서 거의 차이가 없는 결과를 나타내었다. 또한 사용된 보수재료 모두 세 가지 환경 모두에서 우수한 저항성을 가지고 있어 수중 구조물에 적용시 내약품성에는 큰 문제가 없을 것으로 보인다.
이는 본 연구에서 결정한 수중 보수용 모르타르의 적정배합비가 수중에 타설되었을 때 강도발현에 영향을 미치는 시멘트의 분리를 포함한 전체적인 재료 분리를 억제하였다는 것을 나타낸다. 또한 기존 제품의 경우에도 수중불분리성 혼화제를 라텍스 개질 수중 보수용 재료와 동일한 1.3%를 사용하였기 때문에 라텍스가 추가적으로 재료분리를 억제하고 강도를 증가시키는데 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 결과로 보아 기존 제품과 라텍스 개질 보수용 모르타르 모두 성능 목표치를 만족하는결과를 보여 주어 수중 구조물 보수시 투수 저항성에는 큰 영향이 없을 것으로 보인다. 또한 염소이온 투과 저항성 시험결과는 라텍스가 수중에 타설되었을 때에도 보수용 모르타르에서 분리되지 않고 전체적으로 라텍스 막을 형성하고 공극의 발생을 억제하여 보수용 모르타르의 충분한 수밀성을 확보함으로써 투수 저항성을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
93 MPa의 결과를 보였다. 본 실험의 결과로 적정배합이 기존제품보다 높은 부착강도를 보여 수중에 노출된 기존 콘크리트와의 부착성능이 우수함을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 수중에 타설되는 보수용 모르타르의 재료분리에 대한 영향으로 라텍스 개질 보수용 모르타르가 재료분리에 대한 영향을 최소화하며 장기적으로 강도발현이 우수하였기 때문이다.
압축강도를 비교 실험한 결과는 Fig. 1과 같으며 실험 결과에서 볼 수 있듯이 기존의 제품은 재령 28일 압축강도인 50 MPa에 미치지 못하는 결과를 보였으나 도출된 적정배합에서는 50 MPa를 상회하는 압축강도 결과를 보여 수중 구조물 보수용 재료로서 요구되는 보수 성능을 충분히 확보할 수 있었다. 이는 본 연구에서 결정한 수중 보수용 모르타르의 적정배합비가 수중에 타설되었을 때 강도발현에 영향을 미치는 시멘트의 분리를 포함한 전체적인 재료 분리를 억제하였다는 것을 나타낸다.
염소이온 투과저항성 시험 결과, 기존제품의 경우 Type A와 B에서 각각 평균 1, 598 Coulombs와 평균 1, 955 Coulombs으로써 Low에 해당하는 결과를 얻었으나, 적정배합의 경우 평균 730 Coulombs의 결과로 Very Low에 해당하는 값을 얻을 수 있었다 (Fig. 4). 이와 같은 결과로 보아 기존 제품과 라텍스 개질 보수용 모르타르 모두 성능 목표치를 만족하는결과를 보여 주어 수중 구조물 보수시 투수 저항성에는 큰 영향이 없을 것으로 보인다.
1과 같으며 실험 결과에서 볼 수 있듯이 기존의 제품은 재령 28일 압축강도인 50 MPa에 미치지 못하는 결과를 보였으나 도출된 적정배합에서는 50 MPa를 상회하는 압축강도 결과를 보여 수중 구조물 보수용 재료로서 요구되는 보수 성능을 충분히 확보할 수 있었다. 이는 본 연구에서 결정한 수중 보수용 모르타르의 적정배합비가 수중에 타설되었을 때 강도발현에 영향을 미치는 시멘트의 분리를 포함한 전체적인 재료 분리를 억제하였다는 것을 나타낸다. 또한 기존 제품의 경우에도 수중불분리성 혼화제를 라텍스 개질 수중 보수용 재료와 동일한 1.
4). 이와 같은 결과로 보아 기존 제품과 라텍스 개질 보수용 모르타르 모두 성능 목표치를 만족하는결과를 보여 주어 수중 구조물 보수시 투수 저항성에는 큰 영향이 없을 것으로 보인다. 또한 염소이온 투과 저항성 시험결과는 라텍스가 수중에 타설되었을 때에도 보수용 모르타르에서 분리되지 않고 전체적으로 라텍스 막을 형성하고 공극의 발생을 억제하여 보수용 모르타르의 충분한 수밀성을 확보함으로써 투수 저항성을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
2에 나타내었다. 휨강도 시험 결과 강도 차이는 많이 나지는 않았지만 기존 제품은 재령 28일 휨강도 기준인 10 MPa에 미치지 못하는 결과를 보였으나 적정배합에서는 10 MPa을 상회하는 결과를 나타내었다. 이는 라텍스 개질 보수용 모르타르가 수중에 타설되었을 때 수중불분리성 혼화제의 재료분리 억제 이외에 라텍스가 추가적으로 재료분리 및 강도 발현을 유도하였기 때문이다.

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