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문제 정의
- 예를 들면 폴리머 시멘트 모르타르의 시공성은 보통 시멘트 모르타르에 비해 월등하게 향상되지만 과다한 공기량으로 인하여 강도저하의 원인이 될 수 있으며, 폴리머의 혼입으로 인해 시멘트 수화반응을 억제시켜 경화시간이 지연되는 경우도 있다/1 시멘트 모르타르에 폴리머를 혼입하면 시멘트 경화체내의 세공구조에서는 큰 공극은 줄어들고 미세공극은 증가하는 효과를 얻을 수 있지만 과다한 폴리머의 혼입은 폴리머 필름이 필요이상으로 형성되어 폴리머 시멘트 모르타르의 강도를 저하시키는 요인이 될 수 있다.1,4 따라서, 본 연구에서는 MMA (methyl methacrylate) 와 BA (butyl acrylate) 를 단량체로이용하여 MMA/BA의 단량체 비에 따라 폴리머를 합성하고, 폴리머 시멘트 모르타르로 제작하여 각각의 단량체 비에 따른 폴리머 시멘트 모르타르의 강도 및 내구특성을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서는 MMA (methyl methacrylate) 와 BA (butyl acrylate)를 단량체로 이용하여 단량체 비를 각각 60:40, 70:30, 그리고 80:20으로 유화중합하여 폴리머를 제조하고 이를 시멘트 모르타르에 혼입하여 세공경 분포를 조사하고 이에 따른 폴리머 시멘트 모르타르의 특성을 파악하고자 하였다 본 연구결과에서는 MMA/ BA계 폴리머 시멘트. 모르타르의 세공경 분포는 단량체 비가 80:20일 때 전 세공용적이 가장 작게 나타났으며 75 nm 이하의 미세공극량도 높게 나타났다.
제안 방법
- 폴리머 시멘트 모르타르는 KS F 2476 .「실험실에서 폴리머 시멘트 모르타르를 만드는 방법」에 따라 시멘트 : 잔골재=1 : 3 (질량비) , 폴리머 시멘트 비 (P/C ; polymer-cement ratio)를 0, 5, 10, 15 및 20%로 하고, 시멘트 혼화용 폴리머의 고형분에 대해 소포제를 0.7%로 첨가하여, 40X40X160 mm의 몰드로 모든 공시체를 성형한 후 2일간 습윤양생(20 ℃, 80% R.H.)을실시하고, 5일간 수중양생(20 ℃), 그리고 21일간 기중양생(20 ℃, 50%R.H.)을 실시하여 공시체를 제작하였다 이 때의 물 시멘트 비는 플로우가 170±5 mm의 범위가 되도록 결정하였다. 배합표는 Table 5와 같다.
- 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 먼저, 28일 동안 양생한 공시체를 건조로에서 80 ℃의 온도조건하에 24시간 건조한다. 건조로에서 꺼낸 공시체의 최초 중량을 측정하고 20 ℃의 수중에 침지한 후 1, 3, 5, 9, 24 및 48시간 동안의 중량을 측정하여 다음과 같은 식을 이용하여 흡수율을 계산하였다.
- 세공용적 측정. 세공구조 측정용 시편은 치수 40X40X160 mm 의 공시체 내부에서 시료를 채취하여 아세톤으로 세정한 후 D-dry (D : desiccator) 처리를 하여 준비하였으며, 수은 압입식 포로시메타(porosimeter) 를 이용하여 세공용적을 즉정하고 전 세공용적을 구하였다.
- 6 mm) 를 사용하였으며 물리적 성질은 Table 3과 같다. 시멘트 혼화용 폴리머는 MMA/BA비를 60:40, 70:30, 그리고 80:20으로 합성시킨 에멀젼을 사용하였으며, 그 배합 및 성질은 Table 4와 같다. 소포제 (anti-foamer) 는 실리콘계 에멸젼(고형분, 30%)을 사용하였으며, 폴리머의 전 고형분 (solid content) 에 대하여 0.
- 중성화 침투 깊이 측정. 중성화 촉진시험을 위하여 28일 양생한 공시 체를 14일간 중성화 촉진 장치(20 ℃, 60%R.H., CO2 농도 5%)에서 방치한 후, 공시체를 2분할하여 그 단면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 적색으로 변하지 않은 부분을 중성화 깊이로 측정하였다.
- 중성화 침투 깊이 측정. 중성화 촉진시험을 위하여 28일 양생한 공시 체를 14일간 중성화 촉진 장치(20 ℃, 60%R.
- 휨강도 및 압축강도 측정. 폴리머 시멘트 모르타르의 휨 및 압축강도 시험은 KS F 2477 (폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험 방법)에 준하여 실시하였다.
대상 데이터
- 시멘트 혼화용 폴리머는 MMA/BA비를 60:40, 70:30, 그리고 80:20으로 합성시킨 에멀젼을 사용하였으며, 그 배합 및 성질은 Table 4와 같다. 소포제 (anti-foamer) 는 실리콘계 에멸젼(고형분, 30%)을 사용하였으며, 폴리머의 전 고형분 (solid content) 에 대하여 0.7%를 첨가하였다.
- 2와 같다. 잔골재는 규사(size : 0.25—0.6 mm) 를 사용하였으며 물리적 성질은 Table 3과 같다. 시멘트 혼화용 폴리머는 MMA/BA비를 60:40, 70:30, 그리고 80:20으로 합성시킨 에멀젼을 사용하였으며, 그 배합 및 성질은 Table 4와 같다.
- 재료 본 실험에서 사용된 시멘트는 KS L5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 화학적 성분과 물리적 성능은 Tables 1, 2와 같다. 잔골재는 규사(size : 0.
이론/모형
- 염화물 이온 침투 저항성 측정. 염화물 이온 침투 저항성 시험은 KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법」에 의하여 공시체를 14일간 20 ℃의 2.5% 염화나트륨 용액 중에 침지한 후 공시체를 2 분할하고 그 단면에 0.1% 플루오레세인나트륨(sodium fluorescein) 용액 및 0.1 N 질산은 용액을 분무하여 6개소의 염화물 이온 침투 깊이를 측정하였다. 측정방법은 Figure 1과 같다.
- 휨강도 및 압축강도 측정. 폴리머 시멘트 모르타르의 휨 및 압축강도 시험은 KS F 2477 (폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험 방법)에 준하여 실시하였다.
- 흡수율 측정. 흡수율은 KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 시험 방법」에 준하여 실시하였다. 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 먼저, 28일 동안 양생한 공시체를 건조로에서 80 ℃의 온도조건하에 24시간 건조한다.
성능/효과
- MMA/ BA의 단량체 비가 70:30인 MB7 폴리머 시멘트 모르타르에서 가장 우수한 휨강도를 나타내고 있지만 MB6 및 MB8 폴리머 시멘트모르타르와 비교하여 그 차이는 크지 않았다. MB 폴리머 시멘트 모르타르의 휨강도는 세공구조에 대한 영향보다는 시멘트 모르타르 내에 형성된 폴리머 필름의 인장력에 의한 증진효과가 더 큰 것으로 판단되며 폴리머를 혼입하지 않은 보통 폴리머 시멘트 모르타르에 비해 최고 1.4배 정도의 증진효과를 얻을 수 있었다.
- MB6 폴리머 시멘트 모르타르와 마찬가지로 75 nm 이하의 미세한 연행공기가 집중적으로 발생되어 강도증진 및 내구성 향상을 기대할 수 았을 것으로 사료된다. MB8 폴리머 시멘트 모르타르의 경우에도 전 세공용적은 감소하고 미세공극량은 크게 증가하는 것으로 나타났다. 폴리머 시멘트 비가 5%일 때는 전 세공용적의 감소율이 매우 작게 나타나지만 10% 이상에서는 전 세공용적이 크게 감소하는 것으로 나타나고 있어 강도증진 효과가 우수할 것으로 사료된다.
- 또한, 흡수율, 염화물 이온 침투 저항성, 그리고 중성화 저항성을 측정한 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성에서는 보통 시멘트 모르타르에 비해 월등한 개선효과를 나타내고 있었다. MMA/ BA를 단량체로 이용한 폴리머 시멘트 모르타르에서는 전체적으로 단량체 비가 70:30, 그리고 80:20에서 우수한 성질을 나타내는 것을 알 수 있었다.
- Figure 8은 MMA/EA 합성 폴리머를 이용한 폴리머 시멘트 모르타르의 단량체비와 폴리머 시멘트 비에 따른 염화물 이온 침투 깊이를 나타낸 그래프이다. MMA/BA계 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 저항성은 폴리머를 혼입하지 않은 시멘트 모르타르에 비해 최고 8배 정도 증진되었으며, 대체적으로 폴리머 시멘트 비가 증가할수록 염화물 이온 침투 저항성이 증진되었다. MMA/EA계 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 저항성도 흡수율과 마찬가지로 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 5%인 경우에는 보통 시멘트 모르타르와 마찬가지로 큰 공극이 많아 염화물 이온 침투 저항성이 크게 향상되지는 않았지만 폴리머 시멘트 비가 높을수록 우수하게 나타나고 있다
- 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 높을수록, MMAZBA의 단량체 비가 높을수록 중성화 저항성이 증가하였다. 그러나 MMA/BA의 단량체 비에 따라서는 많은 차이를 나타내고 있지 않아 단량체 비에 따른 중성화보다는 폴리머 시멘트 비에 따른 중성화의 영향이 큰 것으로 나타났다. MB 폴리머 시멘트 모르타르에서는 보통 시멘트 모르타르에 비해 MMA/BA의 단량체 비가 80:20이고 폴리머 시멘트 비가 20%일 때 4.
- 폴리머 시멘트. 모르타르의 세공경 분포는 단량체 비가 80:20일 때 전 세공용적이 가장 작게 나타났으며 75 nm 이하의 미세공극량도 높게 나타났다. 폴리머 시멘트 모르타르의 강도특성에서 휨강도는 많은 차이는 나타나지 않았으나 MMA/BA의 단량체 비가 70:30일 경우 폴리머 시멘트 비가 15%일 때 가장 우수하게 나타났으며, 압축강도에서는 단량체 비가 80:20, 폴리머 비가 15%일 때 높은 압축강도를 나타냈다.
- MB7 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도는 폴리머 시멘트 비가 10%일 때 가장 우수하게 나타나고 있으며 폴리머 시멘트 비가 높을수록 감소하는 경향을 나타내고 있다. 본 연구에서 MMAA/BA를 단량체로 이용한 폴리머 시멘트 모르타르에서는 MB8 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도가 가장 우수하게 나타나고 있으며, 폴리머 시멘트 비가 15%일 때는 보통 시멘트 모르타르에 비해 41% 정도의 증진효과가 있었다.
- 비에 따라 나타낸 그래프이다. 전체적으로 MB 폴리머 시멘트 모르타르의 전 세공용적은 폴리머를 혼입하지 않은 보통 시멘트모르타르에 비해 전체적으로 작게 나타나고 있으며, 폴리머 시멘트비가 증가하면서 미세공극이 증가하는 경향을 보이고 있다. MB6 폴리머 시멘트 모르타르는 보통 시멘트 모르타르와 비슷한 세공구조를 나타내고 있으나 보통 시멘트 모르타르에 비해 세공분포가 75 nm 를 중심으로 집중 분포되어 있다는 것을 알 수 있다.
- 6배 정도 방수성이 증가하였다. 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 5%인 경우에는 보통 시멘트 모르타르와 마찬가지로 큰 공극이 많아 방수성능이 크게 향상되지는 않았지만 폴리머 시멘트 비가 높을수록 우수하게 나타나고 있다.
- MB 폴리머 시멘트모르타르의 중성화 침투 깊이는 폴리머를 혼입함에 따라 보통 시멘트 모르타르에 비해 현저히 낮게 나타나고 있어 저항성이 크게 증진되는 것으로 나타나고 있다. 전체적으로 폴리머 시멘트 비가 높을수록, MMAZBA의 단량체 비가 높을수록 중성화 저항성이 증가하였다. 그러나 MMA/BA의 단량체 비에 따라서는 많은 차이를 나타내고 있지 않아 단량체 비에 따른 중성화보다는 폴리머 시멘트 비에 따른 중성화의 영향이 큰 것으로 나타났다.
- 모르타르의 세공경 분포는 단량체 비가 80:20일 때 전 세공용적이 가장 작게 나타났으며 75 nm 이하의 미세공극량도 높게 나타났다. 폴리머 시멘트 모르타르의 강도특성에서 휨강도는 많은 차이는 나타나지 않았으나 MMA/BA의 단량체 비가 70:30일 경우 폴리머 시멘트 비가 15%일 때 가장 우수하게 나타났으며, 압축강도에서는 단량체 비가 80:20, 폴리머 비가 15%일 때 높은 압축강도를 나타냈다. 또한, 흡수율, 염화물 이온 침투 저항성, 그리고 중성화 저항성을 측정한 폴리머 시멘트 모르타르의 내구성에서는 보통 시멘트 모르타르에 비해 월등한 개선효과를 나타내고 있었다.
후속연구
- MB7 폴리머 시멘트 모르타르의 세공경 분포를 보면 폴리머 시멘트 비가 5%일 때를 제외하고 전 세공용적은 감소하고 미세공극량은 증가하는 것으로 나타나고 있다. MB6 폴리머 시멘트 모르타르와 마찬가지로 75 nm 이하의 미세한 연행공기가 집중적으로 발생되어 강도증진 및 내구성 향상을 기대할 수 았을 것으로 사료된다. MB8 폴리머 시멘트 모르타르의 경우에도 전 세공용적은 감소하고 미세공극량은 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 폴리머 시멘트 비가 5%일 때는 전 세공용적의 감소율이 매우 작게 나타나지만 10% 이상에서는 전 세공용적이 크게 감소하는 것으로 나타나고 있어 강도증진 효과가 우수할 것으로 사료된다. 또 폴리머 시멘트 비가 증가함에 따라 미세공극량이 높게 나타나고 있어 내구성도 크게 향상될 것으로 기된다.
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