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시멘트 페이스트 경화체의 self healing 특성
Self-Healing Property of Hardened Cement Paste 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.28 no.2A, 2008년, pp.297 - 304  

김재영 ((주)대한아이엠 기술연구소) ,  변승호 ((주)성신양회 기술연구소, 단국대학교 신소재공학과)

초록
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콘크리트의 균열이 수밀성을 떨어트리고 내구성을 악화시키는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 균열에 의한 이러한 성능저하는, 콘크리트에 균열이 발생하면 물 뿐만이 아니라 염화물, 이산화탄소, 황산염과 같이 유해한 물질들의 침투가 용이해지기 때문이다. 하지만 균열이 물과 접촉하는 경우 일부는 폐쇄 된다. 이러한 현상을 self-healing이라고 하며, self-healing은 균열면에서 새로이 생성되는 수화물과 밀접한 관련이 있다. 콘크리트의 self-healing과 관련한 상당수의 연구에서 공통적으로 균열면 표면에서 CSH겔이 관찰됨을 확인하였다. 그러나 self-healing에 관한 일부 연구에서는 CSH겔 뿐만 아니라 수산화칼슘 및 에트링자이트가 균열 표면에서 관찰되었다고 보고하였다. 본 연구에서는 self-healing에 의한 수화생성물을 확인하고자 하였으며, 또한 구체방수재가 self-healing에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 균열 표면에 대하여 XRD, DSC, SEM, EDX 분석을 실시한 결과 시멘트계에서 self-healing은 CSH겔, 수산화칼슘, 에트링자이트와 연관이 있음을 확인하였다. 또한 구체방수재가 섬유상(또는 침상)의 수화물의 생성을 촉진하고 이들 수화물이 망목구조 형태를 이루는 것을 확인하였다. 이러한 섬유상의 수화물이 시멘트 계의 self-healing에 매우 효과적인 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is well known that cracks in concrete decrease permeability and durability of concrete because cracks enhance the penetration of water or corrosive chemicals like as chlorides, carbon dioxides, sulfates and some others. But some of cracks in hardened cements may be sealed in case of contacting wa...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Self-healing 반응을 통하여 생성되는 것으로 판단되는 주요 수화물을 보다 명확히 판단하기 위하여, SEM 관찰에서 가장 대표적으로 관찰되고 있는 수화물(OPC 시편의 #,# 와 R 시편의 #,# )을 대상으로 EDX 분석을 하였다. EDX 분석을 통하여 주요 수화물의 구성성분을 분석함으로써 앞서 검토한 기기분석 결과와 함께 self-healing 반응에 의한 수화물을 검증하고자 하였다.
  • 하지만 콘크리트 자체는 다량의 잔골재 및 굵은 골재를 포함하고 있어 기기분석을 통하여 관련정보를 얻는데 여러 가지 제약이 따른다. 따라서 본 연구에서는 인위적으로 self-healing을 유발시킨 시멘트 페이스트 경화체를 대상으로 하여 기기분석을 실시하였다. 일정기간 양생된 시멘트 페이스트 경화체의 파단면을 수분과 일정기간 접촉시킴으로써 콘크리트 균열면과 유사한 조건을 만들어 self-healing 반응이 일어나도록 하였다.
  • 이와 같이 인위적인 방법을 통하여 self-healing 반응이 일어난 시멘트 경화체 표면을 대상으로 기기 분석을 실시하여 self-healing 반응을 통하여 생성된 수화생성물을 규명하고자 하였다. 또한 현재 국내에서 시판중인 다수의 콘크리트용 분말형 구체방수재가 self-healing 특성 향상을 주요성능으로 내세우고 있는 점을 감안하여 구체방수재가 self-healing 특성에 미치는 영향성을 검토하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 시멘트의 자체적인 self-healing 반응을 검토하여 기초자료로써 활용하고자 하였다. 이를 위하여 기기 분석법을 사용하여 self-healing 반응으로 생성되는 수화물을 비교하였으며, 구체방수재가 시멘트의 self-healing에 미치는 영향성을 검토하고자 하였다.
  • X선 회절분석 및 DSC 열분석은 시편 표면을 직접 분석하는 것이 아니라 시편을 분쇄한 미분말을 분석하기 때문에 표면의 특성을 충분히 설명하지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 감소시키기 위하여 판상형태이며 두께가 1 mm 이하인 시편으로 제한하여 상기의 문제점을 최소화 하고자 하였다. 그럼에도 불구하고 self-healing 반응은 표면으로부터 내부로 성장하는 것이 아니라 외부로 성장하기 때문에 시편 내부는 상대적으로 self-healing 효과가 미약하여 X선 회절분석 및 DSC 열분석 결과에 상당한 영향을 미친 것으로 판단된다.
  • 시멘트의 self-healing 반응과 구체방수재(R)의 영향을 검토하기 위하여 공기접촉수분접촉 페이스트 경화체를 대상으로 기기분석을 실시한 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 일정기간 양생된 시멘트 페이스트 경화체의 파단면을 수분과 일정기간 접촉시킴으로써 콘크리트 균열면과 유사한 조건을 만들어 self-healing 반응이 일어나도록 하였다. 이와 같이 인위적인 방법을 통하여 self-healing 반응이 일어난 시멘트 경화체 표면을 대상으로 기기 분석을 실시하여 self-healing 반응을 통하여 생성된 수화생성물을 규명하고자 하였다. 또한 현재 국내에서 시판중인 다수의 콘크리트용 분말형 구체방수재가 self-healing 특성 향상을 주요성능으로 내세우고 있는 점을 감안하여 구체방수재가 self-healing 특성에 미치는 영향성을 검토하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Self-healing 반응에 의한 수화물 생성을 확인하고 비교하기 위해 본 논문에서 실시한 분석 방법은? Self-healing 반응에 의한 수화물 생성을 확인하고 비교하기 위하여 X선 회절분석, DSC 열분석, SEM 관찰 및 EDX 분석을 실시하였다. X선 회절분석 및 DSC 열분석은 수화정지 및 건조가 완료된 시편을 분쇄한 후 실시하였으며, SEM 관찰 및 EDX 분석은 수화정지 후 시편을 그대로 사용하여 실시하였다.
콘크리트 구조물에서 균열이 발생하는 것은 불가피한 일인 이유는? 현재까지 콘크리트는 건설분야에 있어서 가장 보편적인 재료로 사용되어 왔으며 향후 콘크리트를 대체할 건설재료 역시 전무하다고 볼 수 있다. 이러한 콘크리트는 압축강도에 비하여 상대적으로 인장강도가 낮은 재료이기 때문에 콘크리트 구조물에서 균열이 발생하는 것은 불가피한 일이다. 이들 균열 중 허용 균열 폭 이하의 균열은 구조적 내구성 측면에서 큰 문제가 되지 않는 것으로 평가되고 있다(변근주, 2000).
self-healing 현상이란? 균열에 의한 이러한 성능저하는, 콘크리트에 균열이 발생하면 물 뿐만이 아니라 염화물, 이산화탄소, 황산염과 같이 유해한 물질들의 침투가 용이해지기 때문이다. 하지만 균열이 물과 접촉하는 경우 일부는 폐쇄 된다. 이러한 현상을 self-healing이라고 하며, self-healing은 균열면에서 새로이 생성되는 수화물과 밀접한 관련이 있다.
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참고문헌 (16)

  1. 권성준(2005) 탄산화에 노출된 균열 콘크리트 구조물의 확률론적 내구설계, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제25권 제5A호, pp. 741-750 

  2. 노재성(1997) II형 무수석고 혼입 시멘트 페이스트의 유동성 및 경시변화 특성, 제25회 시멘트 심포지엄, 제25호, pp. 100-116 

  3. 박상순(2001) 균열을 갖는 콘크리트의 염화물 확산 및 투수모델, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제21권 제6A호, pp. 915-924 

  4. 변근주(2000) 콘크리트 구조물의 균열 평가 기법과 보수 보강, 한국콘크리트학회지, 한국콘크리트학회, 제12권 6호, pp. 97-108 

  5. 변승호(2000) 저 분말도 슬래그를 사용한 슬래그 시멘트의 특성, 한국요업학회지, 한국요업학회, Vol. 37, No. 1, pp. 70-76 

  6. 윤인석(2007) 미세균열이 콘크리트의 염소이온 침투에 미치는 영향 : 현상학적 모델, 한국콘크리트학회논문집, 한국콘크리트학회, 제19권 1호, pp. 57-65 

  7. 이효민(2003) 에트린자이트/사우마사이트의 형성 및 안정도와 콘크리트 성능저하에 미치는 영향, 한국광물학회지, 한국광물학회, Vol. 16, No. 1, pp. 75-90 

  8. 천병식(1996) 지하구조물의 누수보수 시공사례 연구, 대한토목학회 학술발표회논문집, 대한토목학회, pp. 223-226 

  9. Hans-Wolf Reinhardt (2003) Permeability and self-healing of cracked concrete as a function of temperature and crack width, Cement and Concrete Research, Vol. 33, pp. 981-985 

  10. Sanjun, M.A. (1998) Effectiveness of crack control at early age on the corrosion of steel bars in low modulus sisal and coconut fibre-reinforced mortars, Cement and Concrete Research, Vol. 28, No. 4, pp. 555-565 

  11. Peter C. Hewlett (1997) Lea's Chemistry of Cement and Concrete, ARNOLD, London 

  12. Romildo D, Toledo Filho (2005) Free, restrained and drying shrinkage of cement mortar composites reinforced with vegetable fibres, Cement and Concrete Composites, Vol. 27, pp. 537-546 

  13. Stefan Jacobsen (1995) SEM observations of the microstructure of frost deteriorated and self-healed concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 8, pp. 1781-1790 

  14. Stefan Jacobsen (1996a) Effect of cracking and healing on chloride transport in OPC concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 6, pp. 869-881 

  15. Stefan Jacobsen (1996b) Self healing of high strength concrete after deterioration by freeze/thaw, Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 1, pp. 55-62 

  16. Malhotra, V.M. (1985) Fly ash in concrete, CANMET, Canada 

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