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문제 정의
- 본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트와 고로슬래그미분말, 플라이애쉬, 실리카퓸을 활용한 단일 효과와 대비하여 혼합 사용시 복합 효과로 인한 내구성 향상 효과를 구명함으로써 내구성 측면에서 삼성분계 콘크리트와 향후 활용 가능성을 모색하고자 하였다. 또한 삼성분계 실멘트를 활용하기 위하여 삼성분계 시멘트를 사용한 콘크리트에 대해서 압축강도, 공기량 등의 기본 물성치 실험, 염소이온 고정화 능력 실험 및 산 중성화 저하 저항성 실험, 철근부식 저항성 실험, SEM, XRD 등을 사용한 미세구조 분석 실험을 통해 염분이 함유된 삼성분계 혼합 콘크리트의 염해에 대한 염화물 침투 저항성 및 내구성에 대한 고찰을 수행하고자 하였다.
- 본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트와 고로슬래그미분말, 플라이애쉬, 실리카퓸을 활용한 단일 효과와 대비하여 혼합 사용시 복합 효과로 인한 내구성 향상 효과를 구명함으로써 내구성 측면에서 삼성분계 콘크리트와 향후 활용 가능성을 모색하고자 하였다. 또한 삼성분계 실멘트를 활용하기 위하여 삼성분계 시멘트를 사용한 콘크리트에 대해서 압축강도, 공기량 등의 기본 물성치 실험, 염소이온 고정화 능력 실험 및 산 중성화 저하 저항성 실험, 철근부식 저항성 실험, SEM, XRD 등을 사용한 미세구조 분석 실험을 통해 염분이 함유된 삼성분계 혼합 콘크리트의 염해에 대한 염화물 침투 저항성 및 내구성에 대한 고찰을 수행하고자 하였다.
- 철근부식에 대한 저항성을 파악하고자 본 연구에서는 linear polarization 방법에 의한 철근의 부식전위를 측정을 수행하였다.11-25) 시험시편은 [OPC]와 [90OPC + 10SF], [70OPC + 30PFA], [40OPC+60GGBS]의 경우와 [50OPC + 35GGBS + 15SF], [50OPC + 40GGBS + 10SF], [50OPC + 45GGBS + 5SF], 1[50OPC + 20GGBS + 30PFA], [50OPC + 30GGBS + 20PFA], 1[50OPC + 40GGBS + 10PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA]로 구성되며, 물/시멘트비 40%의 모르타르 시편을 제작한 뒤 재령 28일째 부식전위 측정을 실시하였다.
제안 방법
- 11-25) 시험시편은 [OPC]와 [90OPC + 10SF], [70OPC + 30PFA], [40OPC+60GGBS]의 경우와 [50OPC + 35GGBS + 15SF], [50OPC + 40GGBS + 10SF], [50OPC + 45GGBS + 5SF], 1[50OPC + 20GGBS + 30PFA], [50OPC + 30GGBS + 20PFA], 1[50OPC + 40GGBS + 10PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA]로 구성되며, 물/시멘트비 40%의 모르타르 시편을 제작한 뒤 재령 28일째 부식전위 측정을 실시하였다. 또한, 사용배합의 경우는 Table 3에 따른 굵은 골재 부분을 제외한 모르타르 배합법에 의거하여 타설을 수행하였다.
- 4의 물/결합재 비로 사각형 몰드 (100 × 100 × 200 mm)에 양생하였다. NaCl용액으로 이루어진 혼합 수에는 결합재 단위중량당 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0%의 염분을 삽입하였다.2-4) 또한 양생중 재료분리를 최소화시키기 위해 24시간 6 rpm의 속도로 시편을 회전시켰다.
- OPC, PFA, GGBS 및 SF의 비중은 각각 3.12, 2.19, 2.89 및 2.20이며, 사용한 시멘트페이스트 시편은 골재가 염소이온과 화학적으로 반응하지 않는다고 가정하고 0.4의 물/결합재 비로 사각형 몰드 (100 × 100 × 200 mm)에 양생하였다.
- 이후 50℃의 증류수에서 5분간 교반하여 수분추출 방법을 이용한 자유 염소이온을 추출하였다. 교반 후, 용액은 30분의 대기시간을 거쳐 필터링을 이용하여 자유 염소이온만의 용액을 추출하였고, 추출용액은 질산은 적정법에 의한 전위차 적정기를 사용하여 세공용액상의 자유 염소이온농도로 각 1회씩 측정하였다.
- 11-25) 시험시편은 [OPC]와 [90OPC + 10SF], [70OPC + 30PFA], [40OPC+60GGBS]의 경우와 [50OPC + 35GGBS + 15SF], [50OPC + 40GGBS + 10SF], [50OPC + 45GGBS + 5SF], 1[50OPC + 20GGBS + 30PFA], [50OPC + 30GGBS + 20PFA], 1[50OPC + 40GGBS + 10PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA], [50OPC + 15SF + 35PFA]로 구성되며, 물/시멘트비 40%의 모르타르 시편을 제작한 뒤 재령 28일째 부식전위 측정을 실시하였다. 또한, 사용배합의 경우는 Table 3에 따른 굵은 골재 부분을 제외한 모르타르 배합법에 의거하여 타설을 수행하였다.
- 미세구조 분석의 중요한 초점은 콘크리트 내 매트릭스에서의 물리·화학적 특성 고찰 및 수화된 시멘트페이스트 조직 변화를 관찰하는 것이며, 본 연구에서는 채취한 수화물을 SEM, XRD 등의 기기분석장비를 이용하여 삼성분계 혼합콘크리트의 종류별로 수화생성물과 수화조직 특성을 관찰하여 비교하였다.
- 미세구조 측면에서 SEM 및 XRD로 측정된 수화생성 물의 경우는 정량적 판단기준이 모호하므로, OPC 및 기타 이성분계 혹은 삼성분계 혼합콘크리트의 경우에 있어서 수화반응의 생성물로 거론되는 CSH gel 및 CH, CS와 에트린자이트 등의 분포를 관찰하였다. 특히, 삼성분계의 경우 수화반응과 각 결합재의 치환적용에 따른 혼합효과에 의해 결합재의 입자형태가 OPC에 비해 조밀 하며 상대적으로 날카로운 형상을 보이는 것을 확인할 수 있었고 이는 콘크리트를 구성하고 있는 시멘트 매트릭스 내에서 충전 효과에 따른 고내구성 콘크리트의 역할로 충분히 활용이 가능하다고 할 수 있겠다.
- 본 연구에서 실시된 문헌고찰에 의해 자연전위 상태에서의 철근의 표준부식전위는 275 mV vs. SHE로 정의되며, 본 연구에서는 275 mV의 corrosion potential값에 의거하여 부식임계염화물량을 산정하였다.26-29) Fig.
- 본 연구에서는 기지값으로서 배합시 투여한 9단계 (0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 % of binder)의 전염화물량의 내부 염분 혼입을 통해, 각 시험체의 자유 염화물농도를 수분추출법에 의한 전위차 적정기를 사용하여 측정하였으며 고정 염화물농도의 경우는 전염화물량에서 실험을 통해 측정된 자유 염화물농도값을 차감하여 계산하였다. OPC, PFA, GGBS 및 SF의 비중은 각각 3.
- 본 연구에서는 산중성화 능력에 따른 부식 저항성을 평가하고자 염소이온 고정화 능력 실험과 동일한 시편이나 염분이 함유되지 않은 시멘트페이스트 시편을 재령 200일이 경과한 후 분말 형태로 분쇄한 후 5 g을 채취하였다. 이와 동시에 50 ml의 필터링 용액으로 치환 교반하여 질산용액의 단계별 누적 첨가 (2.
- 본 연구에서는 삼성분계 혼합모르타르 시편에 10단계의 내부염분 (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0% of binder) 혼입에 따른 부식 임계염화물량 도출을 위한 철근부식 촉진실험을 수행하였다. 사용 모르타르 시편은 직경 50 mm, 높이 100 mm의 원형 공시체 시편을 사용 하였으며, 삽입된 원형철근의 경우는 부식전위 측정을 위한 면적을 동일하게 하고자 상부 20 mm, 하부 10 mm의표면 코팅을 수행하여 선형분극저항 측정법에 의한 전위 측정면적을 동일화 하였다.
- 본 연구에서는 삼성분계 혼합콘크리트의 염해 내구성에 대한 평가를 수행하고자, 각 시험별로 SEM, XRD, 압축강도, 공기량, 급속 염화물 침투시험의 경우는 콘크리트 시편을 사용하였으며, 염소이온 고정화와 산중성화 저하 저항성 실험의 경우는 시멘트 화학적 반응만을 고려하기 위해 시멘트페이스트를 이용하였고 부식 특성 실험의 경우는 굵은골재의 전기 비저항 효과를 감소시키고자 모르타르 시편을 사용하여 실험을 수행하였다. 각 실험의 개요는 Table 1에 나타내었다.
- 삼성분계 혼합콘크리트의 기본 역학적 특성 시험은 압축강도, 공기량 측정 등의 실험을 수행하였으며, 사용재료 및 배합에 대한 설명은 다음과 같다.
- 소정의 비율로 원재료들이 충분히 혼합되도록 건비빔한 후, 배합수를 가하여 콘크리트 믹서로 5분간 습식 혼합하고 압축강도 측정용 원주형 공시체인 Φ100 × 200 mm 몰드에 타설하였으며, 표준양생실 (온도 20℃, 습도 60%)에서 1일간 양생한 다음 20±2℃인 수중에서 7, 28, 56일간 양생하여 콘크리트 압축강도 시험 방법 (KS L 2405)에 따라 측정하였다.
- 염소이온 확산계수 도출 및 침투깊이 측정을 위한 시편의 배합은 강도측정용 공시체와 동일하게 수행하여 삼성분계 콘크리트의 염소이온 침투 특성을 평가하였다. 실험을 통한 확산계수의 추정은 Berke 등이 ASTM C 1202 시험 결과의 총 통과전하량과 농도차 확산시험 결과로부터 얻은 경험식을 적용하여 콘크리트의 확산계수를 도출하였다.
- 염소이온 확산계수 도출 및 침투깊이 측정을 위한 시편의 배합은 강도측정용 공시체와 동일한 배합비를 적용 하여 삼성분계 콘크리트의 염소이온 침투 특성을 평가 하였다. 실험을 통한 확산계수의 추정은 Berke (1994) 등이 ASTM C 1202 시험 결과의 총통과전하량과 농도차확산시험 결과로부터 얻은 경험식 (식 (1))을 적용하여 콘크리트의 확산계수를 도출하였다.
- 본 연구에서는 산중성화 능력에 따른 부식 저항성을 평가하고자 염소이온 고정화 능력 실험과 동일한 시편이나 염분이 함유되지 않은 시멘트페이스트 시편을 재령 200일이 경과한 후 분말 형태로 분쇄한 후 5 g을 채취하였다. 이와 동시에 50 ml의 필터링 용액으로 치환 교반하여 질산용액의 단계별 누적 첨가 (2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5, 25, 27.5, 30, 35, 40 및 45 ml)에 따른 pH 변화를 pH meter에 의한 전위차 측정기를 통해 산중 성화 저항성으로 계산하였다.
- 혼합시멘트의 배합에 있어서 시멘트의 사용량은 50%로 하였고, 고로슬래그미분말 40%, 플라이애쉬 20%, 실리카퓸 10%를 기본 배합비로 하여 비율을 변화시키면서 각종 혼화재의 첨가량 변화에 따른 압축강도를 측정하였다. 물/시멘트 비는 40%로, 콘크리트 시편이 아닌 모르타르 시편을 이용한 부식 측정 실험의 경우에 결합재대 표준사비는 1 : 2.
대상 데이터
- 0% of binder) 혼입에 따른 부식 임계염화물량 도출을 위한 철근부식 촉진실험을 수행하였다. 사용 모르타르 시편은 직경 50 mm, 높이 100 mm의 원형 공시체 시편을 사용 하였으며, 삽입된 원형철근의 경우는 부식전위 측정을 위한 면적을 동일하게 하고자 상부 20 mm, 하부 10 mm의표면 코팅을 수행하여 선형분극저항 측정법에 의한 전위 측정면적을 동일화 하였다.
- 탈형한 시편은 분말 시료내의 염분 손실을 방지하고자 105±5℃의 건조로에서 5시간 동안 건조하였다. 시편을 분쇄한 후 300 m의체로 체가름을 실시하여 분말을 채취하였다. 이후 50℃의 증류수에서 5분간 교반하여 수분추출 방법을 이용한 자유 염소이온을 추출하였다.
- 혼합시멘트 제조용으로 시멘트는 S사 보통포틀랜드시멘트 (OPC)를 사용하였다. 플라이애쉬는 국내 유연탄계 화력 발전소인 B 발전소에서 발생된 것을 사용하였으며 고로슬 래그미분말의 경우는 K 제철에서, 실리카퓸의 경우는 수입 판매업체인 S사에서 취급하는 것을 사용하였다. 또한, OPC의 경우에 분말도는 3,250±300 cm2/g, 플라이애쉬는 2,400 cm2/g, 고로슬래그미분말은 4,000 cm2/g, 실리카퓸은 150,000~300,000 cm2/g이며 OPC의 내부 염소이온량은 0.
- 혼합시멘트 제조용으로 시멘트는 S사 보통포틀랜드시멘트 (OPC)를 사용하였다. 플라이애쉬는 국내 유연탄계 화력 발전소인 B 발전소에서 발생된 것을 사용하였으며 고로슬 래그미분말의 경우는 K 제철에서, 실리카퓸의 경우는 수입 판매업체인 S사에서 취급하는 것을 사용하였다.
이론/모형
- 염소이온 확산계수 도출 및 침투깊이 측정을 위한 시편의 배합은 강도측정용 공시체와 동일한 배합비를 적용 하여 삼성분계 콘크리트의 염소이온 침투 특성을 평가 하였다. 실험을 통한 확산계수의 추정은 Berke (1994) 등이 ASTM C 1202 시험 결과의 총통과전하량과 농도차확산시험 결과로부터 얻은 경험식 (식 (1))을 적용하여 콘크리트의 확산계수를 도출하였다.
- 염소이온 확산계수 도출 및 침투깊이 측정을 위한 시편의 배합은 강도측정용 공시체와 동일하게 수행하여 삼성분계 콘크리트의 염소이온 침투 특성을 평가하였다. 실험을 통한 확산계수의 추정은 Berke 등이 ASTM C 1202 시험 결과의 총 통과전하량과 농도차 확산시험 결과로부터 얻은 경험식을 적용하여 콘크리트의 확산계수를 도출하였다.7-10)
성능/효과
- 1) 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 압축 강도, 공기량 측면에서 OPC를 사용한 콘크리트보다 다소 높은 것으로 나타났는데, 이는 삼성분계 혼합콘크리트는 OPC에 고로슬래그미분말, 플라이애쉬 및 실리카퓸 등을 혼입한 콘크리트로, 광물질 혼화재의 협동작용으로 포졸란반응이 활발하고, 또한 삼성분계 혼합콘크리트가 OPC보다 분말도가 높으므로 미세공극 충전 효과가 있기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 실리카퓸 및 플라이애쉬를 혼입한 경우는 압축강도 측면에서 OPC보다 낮은 값을 가지는 것으로 나타나 조기강도 발현을 요하는 고강 도콘크리트의 제조 측면에서는 배제해야 할 배합으로 분석되었다.
- 2) 염소이온의 고정화 측면에서는 삼성분계 시멘트페이스트의 전 배합에 대해서 OPC보다 염소이온 고정화능력이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 염해에 따른 자유 염소이온의 공급을 지연시키게 되어 부식저항성이 우수할 것으로 분석되었다.
- 3) 부식개시 시기를 측정하는 새로운 지표로써 제안된 산중성화 저항능력의 실험 결과로부터 pH의 저하에 따른 산중성화 저하 저항성은 OPC가 다른 이 및 삼성분계 배합에 비해 우수함을 나타나 고정화 능력 실험과는 상반된 결과를 나타냄을 알 수 있었다.
- 4) 삼성분계 혼합 콘크리트는 OPC 콘크리트보다 총 통과전하량이 훨씬 낮으므로 염소이온 침투성이 매우 낮은 것으로 판단된다. 특히, 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 재령 56일 이후의 총 통과전하량 역시 3,000 쿨롬 미만으로 염소이온 침투성이 매우 낮은 것으로 나타나, 금후 염해대책의 일환으로 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 활용을 제안할 수 있을 것으로 분석되었다.
- 5) 전기화학적 철근부식 촉진 시험의 경우, 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트가 OPC를 사용한 콘크리트보다 자연전위가 높게 나타나 철근부식 저항성 측면에서는 저조하나 고농도의 염분농도 조건에서는 확산계수감소에 따른 부식지연성을 확보하여 내구성 증대효과를 기대할 수 있다.
- 9단계 전염화물량의 내부염분 혼입에 따른 고정 염화물량은 Langmuir isotherm3)으로 표현하였으며, 실험 결과로부터 초기재령인 7일에서의 염소이온의 고정화 능력은 [50OPC + 5SF + 45PFA] > [50OPC + 45GGBS+5SF] > [50OPC + 10SF + 40PFA] > [40OPC + 60GGBS] > [90OPC + 10SF] > [50OPC + 30PFA + 20GGBS] > [70OPC + 30PFA] > [OPC]로 나타나 염소이온 고정화 능력과 관련된 삼성 분계의 치환효과가 OPC나 이성분계에 비해 우수함을 확인하였다.
- [OPC],[50OPC + 40GGBS + 10SF],[50OPC + 30GGBS + 20PFA], [50OPC + 10SF + 40PFA],[40OPC + 60GGBS],[90OPC + 10S F], [70OPC + 30PFA]의 각 성분에 따른 비교 그래프에서도 산중성화 저항 능력 거동이 차이를 보이면서 다르게 나타남을 확인할 수 있으며 이는 종래의 [Cl : OH]비로 표현되던 임계 부식값을 [Cl : H]로도 측정이 가능함을 나타낼 수 있음을 확인하였다. 또한, 각 결합재의 배합이 가지는 최대 pH 저하 저항성 값을 판단근거로 놓고 비교하면 다음과 같은 결과를 보이는데, OPC > [90OPC + 10SF] > [70OPC + 30PFA] > [40OPC + 60GGBS] > [50OPC + 10SF + 40PFA] > [50OPC + 35GGBS + 15SF] > [50OPC + 20GGBS + 30PFA] > [50OPC + 40GGBS + 10SF] > [50OPC + 45GGBS + 5SF] > [50OPC + 30GGBS + 20PFA] > [50OPC + 40GGBS + 10PFA] 순으로 나타남을 확인하였다.
- 결과로부터 각 삼성분계 혼합 시멘트페이스트 내에서, 시료에 산이 증가할수록 pH는 감소하였으나, 일부 구간에서는 산 증가량에 비하여 pH의 감소가 매우 적은 것을 확인할 수 있었으며, 산 21 mol/kg에 의한 pH의 감소는 OPC > SF > PFA > GGBS로 나타나고 있음을 확인하였다.
- 결과적으로 10단계의 내부 염분혼입을 통한 삼성분계 혼합모르타르 시편의 부식임계치 값은 [90OPC + 10SF] > [OPC] > [40OPC + 60GGBS] > [70OPC + 30PFA] > [50OPC + 40GGBS + 10PFA] > [50OPC + 45GGBS + 5SF] > [50OPC + 40GGBS + 10SF] > [50OPC + 5SF + 45PFA] 순으로 나타나고 있음을 확인하였다.
- 결정성이 좋은 CH와 C3S가 다량 존재하고 있으며, 특히 27°의 청점 및 28 에서 CH와 C3S의 피크가 나타났고, 수화물의 상대적인 세기를 비교함으로써 시편의 수화반응 변화를 간접적으로 추정할 수 있었다.
- 1) 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 압축 강도, 공기량 측면에서 OPC를 사용한 콘크리트보다 다소 높은 것으로 나타났는데, 이는 삼성분계 혼합콘크리트는 OPC에 고로슬래그미분말, 플라이애쉬 및 실리카퓸 등을 혼입한 콘크리트로, 광물질 혼화재의 협동작용으로 포졸란반응이 활발하고, 또한 삼성분계 혼합콘크리트가 OPC보다 분말도가 높으므로 미세공극 충전 효과가 있기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 실리카퓸 및 플라이애쉬를 혼입한 경우는 압축강도 측면에서 OPC보다 낮은 값을 가지는 것으로 나타나 조기강도 발현을 요하는 고강 도콘크리트의 제조 측면에서는 배제해야 할 배합으로 분석되었다.
- 9단계 전염화물량의 내부염분 혼입에 따른 고정 염화물량은 Langmuir isotherm3)으로 표현하였으며, 실험 결과로부터 초기재령인 7일에서의 염소이온의 고정화 능력은 [50OPC + 5SF + 45PFA] > [50OPC + 45GGBS+5SF] > [50OPC + 10SF + 40PFA] > [40OPC + 60GGBS] > [90OPC + 10SF] > [50OPC + 30PFA + 20GGBS] > [70OPC + 30PFA] > [OPC]로 나타나 염소이온 고정화 능력과 관련된 삼성 분계의 치환효과가 OPC나 이성분계에 비해 우수함을 확인하였다. 기존의 연구 결과3-6)로부터 양생재령에 따라 염소이온의 고정화 능력은 일정한 비율에 따라 증가하게 되고 염화물 확산 및 침투를 지연시키는 염소이온의 고정화 능력이 삼성분계 혼합콘크리트의 경우가 탁월하므로 본 연구를 통해 내구수명의 측면에서 고내구성 콘크리트 및 성능 향상 효과를 충분히 가져다 줄 수 있음을 확인이 가능하였으며, 혼화재 적용에 따른 염소이온 고정화 효과도 구분이 가능하였다.
- 한편, 염소이온 확산계수 값만을 놓고 비교한다면, [OPC + GGBS + PFA] > [OPC + SF + PFA] > [OPC + GGBS + SF]의 순으로 총 통과 전하량에 따른 확산계수 저감효과를 가지고 있음을 확인하였다. 따라서 염소이온의 확산 및 침투조건에서는 GGBS와 PFA의 배합이 성능면에서 가장 적절한 배합이라고 할 수 있으며, 최적 치환률 측면에 서는 [50OPC + 30GGBS + 20PFA]의 범위에서 적절한 배합을 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
- 2) 염소이온의 고정화 측면에서는 삼성분계 시멘트페이스트의 전 배합에 대해서 OPC보다 염소이온 고정화능력이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 염해에 따른 자유 염소이온의 공급을 지연시키게 되어 부식저항성이 우수할 것으로 분석되었다.
- 또한, 염소이온의 고정화측면에서는 삼성분계 시멘트 페이스트의 전 배합에 대해서 OPC보다 염소이온 고정화 능력이 우수한 것으로 나타나 시멘트와 결합재의 화학적 반응에 따른 자유염소이온의 공급을 지연시켜 부식 저항성이 탁월한 것으로 분석되었으며, 이에 반해 부식 개시기를 측정하는 새로운 지표로써 제안된 산중성화 저항능력의 실험 결과로부터 pH의 저하에 따른 산중성화 저하 저항성은 OPC가 다른 이성분계 또는 삼성분계 배합에 비해 우수함을 나타나 고정화 능력 실험과는 대조됨을 알 수 있었다.
- 한편, 내구특성 측면에서 있어서 재령 7, 28, 56일에 따른 콘크리트의 압축강도의 경우에 삼성분계 콘크리트 배합에 따른 압축강도는 OPC에 비해 전반적으로 우위이거나 비슷한 양상을 보였으나, 실리카퓸과 플라이애쉬를 치환 혼합하여 사용한 경우는 OPC보다 강도가 저하되어 고강도 측면에서의 적용성은 떨어지는 것으로 나타났다. 또한, 콘크리트 타설시 공기량 실험 결과를 통해서 OPC 콘크리트와 삼성분계 콘크리트의 공극 충전성에 대해 평가한 결과 [50OPC + 40GGBS + 10SF]와 [50OPC + 30GGBS + 20PFA]를 적용한 결과를 제외하고는 모두 OPC보다 공기량이 적은 것으로 나타나 고내구성 측면에서 활용성이 우수하다고 할 수 있다.
- 부식 전위 및 임계 염소이온농도를 측정한 부식저항성 측정 실험에서는 선형분극법에 의해 부식전류 및 부식 전위값을 계산하였으며, 표준수소환원전위의 기준값 275 mV를 임계부식전위 기준으로 삼성분계 모르타르의 각 배합에 따른 임계염화물량값을 구한 결과, 삼성분계 전배합에 걸쳐 OPC보다 낮은 임계염화물량값을 가지는 것을 알 수 있었다. 따라서 부식임계염화물량 분석을 통한 삼성분계 혼합모르타르의 부식저항성은 OPC에 비해 낮으며, 따라서 부식개시 측면만을 놓고 본다면 삼성분계 혼합콘크리트의 활용성은 취약하다고 할 수 있다.
- Table 4에는 산중성화 저하 저항성 평가를 위해 수행된 삼성분계 혼합 시멘트페이스트의 각 배합에 따른 pH 저하 특성 결과를 도시하였다. 실험 결과를 통해 고로슬래그미분말과 플라이애쉬를 혼합 적용한 경우가 실리카퓸을 포함한 삼성분계 시멘트페이스트에 비해 산 중성화 저항능력이 작은 것으로 나타났다.
- 6 MPa의 최대 압축강도를 보이면서 고로슬래그의 잠재수경성 반응이 서서히 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 거동은 56일에 있어서도 [50OPC + 40GGBS + 10SF]가 최대 강도 발현으로 나타남으로서 상대적으로 45%의 고로슬래그미분말과 5%의 실리카퓸을 혼입한 경우보다 높은 강도를 보여주며, 이는 적정 치환율을 통한 혼합 효과범위에서 최대 압축강도 발현을 구현할 수 있음을 확인하였다.
- 3은 결합재로써 시멘트를 50%로 고정하고 슬래그의 양을 45%에서 20%로, 플라이애쉬의 양을 45%에서 10%로, 실리카퓸의 양을 15%에서 5%로 감소시키면서 혼합 콘크리트의 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 재령 7일에서의 실험 결과 [50OPC + 40GGBS + 10SF]의 경우가 24.1 MPa로서 강도측면에서 우수한 성능을 나타내고 있음을 확인하였고, [50OPC + 5SF + 45PFA]의 경우가 13.9 MPa으로 최저값을 갖는 것으로 나타났다.
- Table 5의 실험 결과로부터 삼성분계 혼합 콘크리트는 OPC 콘크리트보다 총 통과전하량이 훨씬 낮으므로 염소 이온 침투성이 매우 낮음을 알 수 있다. 특히 [50OPC + 30GGBS + 20PFA]의 총통과전하량의 경우는 OPC 콘크리트의 경우에 비해 Berke의 확산계수 경험식에 의해 산출한 확산계수 측면에서 2.69배 이상 확산 감소효과를 나타내는 것으로 보였으며, 이는 고로슬래그미분말과 플라이애쉬의 혼화재 치환률이 염해 환경하 염소이온의 침투를 격감시키는 영향인자가 되며 삼성분계 혼합콘크리트의 부식저항성 측면에서도 유용할 것으로 판단된다.
- 특히, 대부분의 삼성분계 혼합 콘크리트는 OPC에 비해 초기재령의 강도측면에서 우위를 보이나, 실리카퓸과 플라이애쉬를 혼합한 경우는 재령이 증가함에도 불구하고 압축강도가 상대적으로 작게 나타나 실리카퓸과 플라이애쉬를 혼입한 경우는 상대적으로 압축강도 측면에서 OPC보다 성능이 떨어짐을 확인하였다.
- 미세구조 측면에서 SEM 및 XRD로 측정된 수화생성 물의 경우는 정량적 판단기준이 모호하므로, OPC 및 기타 이성분계 혹은 삼성분계 혼합콘크리트의 경우에 있어서 수화반응의 생성물로 거론되는 CSH gel 및 CH, CS와 에트린자이트 등의 분포를 관찰하였다. 특히, 삼성분계의 경우 수화반응과 각 결합재의 치환적용에 따른 혼합효과에 의해 결합재의 입자형태가 OPC에 비해 조밀 하며 상대적으로 날카로운 형상을 보이는 것을 확인할 수 있었고 이는 콘크리트를 구성하고 있는 시멘트 매트릭스 내에서 충전 효과에 따른 고내구성 콘크리트의 역할로 충분히 활용이 가능하다고 할 수 있겠다. 한편, 내구특성 측면에서 있어서 재령 7, 28, 56일에 따른 콘크리트의 압축강도의 경우에 삼성분계 콘크리트 배합에 따른 압축강도는 OPC에 비해 전반적으로 우위이거나 비슷한 양상을 보였으나, 실리카퓸과 플라이애쉬를 치환 혼합하여 사용한 경우는 OPC보다 강도가 저하되어 고강도 측면에서의 적용성은 떨어지는 것으로 나타났다.
- 한편, 급속 염화물침투 실험을 통해 측정된 염소이온 확산계수 측정에서, 전 배합에 걸쳐 OPC보다 총통과전 하량 및 확산속도가 저하되는 것을 확인하였으며 이에는 염소이온 고정화와도 일정 부분 상관관계가 존재하리라는 것을 추론이 가능하다.
- 특히, 삼성분계의 경우 수화반응과 각 결합재의 치환적용에 따른 혼합효과에 의해 결합재의 입자형태가 OPC에 비해 조밀 하며 상대적으로 날카로운 형상을 보이는 것을 확인할 수 있었고 이는 콘크리트를 구성하고 있는 시멘트 매트릭스 내에서 충전 효과에 따른 고내구성 콘크리트의 역할로 충분히 활용이 가능하다고 할 수 있겠다. 한편, 내구특성 측면에서 있어서 재령 7, 28, 56일에 따른 콘크리트의 압축강도의 경우에 삼성분계 콘크리트 배합에 따른 압축강도는 OPC에 비해 전반적으로 우위이거나 비슷한 양상을 보였으나, 실리카퓸과 플라이애쉬를 치환 혼합하여 사용한 경우는 OPC보다 강도가 저하되어 고강도 측면에서의 적용성은 떨어지는 것으로 나타났다. 또한, 콘크리트 타설시 공기량 실험 결과를 통해서 OPC 콘크리트와 삼성분계 콘크리트의 공극 충전성에 대해 평가한 결과 [50OPC + 40GGBS + 10SF]와 [50OPC + 30GGBS + 20PFA]를 적용한 결과를 제외하고는 모두 OPC보다 공기량이 적은 것으로 나타나 고내구성 측면에서 활용성이 우수하다고 할 수 있다.
- 한편, 염소이온 확산계수 값만을 놓고 비교한다면, [OPC + GGBS + PFA] > [OPC + SF + PFA] > [OPC + GGBS + SF]의 순으로 총 통과 전하량에 따른 확산계수 저감효과를 가지고 있음을 확인하였다.
- 한편, 재령 28일의 경우에는 [50OPC + 40GGBS + 10SF]의경우가 31.6 MPa의 최대 압축강도를 보이면서 고로슬래그의 잠재수경성 반응이 서서히 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 거동은 56일에 있어서도 [50OPC + 40GGBS + 10SF]가 최대 강도 발현으로 나타남으로서 상대적으로 45%의 고로슬래그미분말과 5%의 실리카퓸을 혼입한 경우보다 높은 강도를 보여주며, 이는 적정 치환율을 통한 혼합 효과범위에서 최대 압축강도 발현을 구현할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- 따라서 부식임계염화물량 분석을 통한 삼성분계 혼합모르타르의 부식저항성은 OPC에 비해 낮으며, 따라서 부식개시 측면만을 놓고 본다면 삼성분계 혼합콘크리트의 활용성은 취약하다고 할 수 있다. 그러나 고농도의 염분농도 조건에서는 부식 개시 후 염소이온의 고정화 혹은 확산계수의 감소에 따른 부식지연성이 확보되므로, 침투저항성 측면에서 장기 내구성 증대 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 실혐 결과를 통해 보여 지듯이 삼성분계 혼합콘 크리트를 사용한 재령 56일의 각 시편의 총 통과전하량은 3,000 쿨롬 미만으로 OPC에 비해 전 배합에 걸쳐 염소이온 침투성이 매우 낮은 것으로 나타나 금후 염해대책의 일환으로 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 활용을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4) 삼성분계 혼합 콘크리트는 OPC 콘크리트보다 총 통과전하량이 훨씬 낮으므로 염소이온 침투성이 매우 낮은 것으로 판단된다. 특히, 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 재령 56일 이후의 총 통과전하량 역시 3,000 쿨롬 미만으로 염소이온 침투성이 매우 낮은 것으로 나타나, 금후 염해대책의 일환으로 삼성분계 혼합콘크리트를 사용한 콘크리트의 활용을 제안할 수 있을 것으로 분석되었다.
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