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.
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.
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...
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 water. This phenomenon is called "self healing" and it has a close relation to hydration products newly formed on surfaces of cracks. Many studies on self healing in concretes commonly showed that CSH gel has been observed on crack surfaces. And some studies have reported that calcium hydroxides and ettringite were observed as well as CSH gel on crack surfaces. This study was carried out to investigate hydration products formed by self healing process and also examine the influence of waterproof admixture for concretes on self healing of cement. As a result of XRD, DSC, SEM and EDX analysis of crack surfaces, it was found that self healing of cement was related to CSH gel, calcium hydroxides and ettringite. And waterproof admixture increased fibrous (needle-like) hydration products which were in network form. It is estimated that such fibrous products are effective for self healing process of cement system.
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 water. This phenomenon is called "self healing" and it has a close relation to hydration products newly formed on surfaces of cracks. Many studies on self healing in concretes commonly showed that CSH gel has been observed on crack surfaces. And some studies have reported that calcium hydroxides and ettringite were observed as well as CSH gel on crack surfaces. This study was carried out to investigate hydration products formed by self healing process and also examine the influence of waterproof admixture for concretes on self healing of cement. As a result of XRD, DSC, SEM and EDX analysis of crack surfaces, it was found that self healing of cement was related to CSH gel, calcium hydroxides and ettringite. And waterproof admixture increased fibrous (needle-like) hydration products which were in network form. It is estimated that such fibrous products are effective for self healing process of cement system.
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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.
제안 방법
시멘트의 자체적인 self-healing 반응과 구체방수재의 영향으로 R 시편에서 나타나는 self-healing 반응의 차이점을 보다 구체적으로 확인하기 위하여 물과 접촉한 시편에 대하여 DSC 열분석을 실시하였다. DSC 열분석에서는 시편간 수화생성물의 차이를 비교 검토하였다.
DSC, SEM, EDX 분석에 앞서 전체시편에 대하여 X선 회절분석을 통하여 일반양생 시편과 수분접촉 시편의 비교(14일 양생, 7D-7W시편의 비교), 수분접촉 시편과 공기접촉 시편의 비교(14D-A/W 시편간의 비교), 양생기간의 비교(7D-7W, 28D-7W), 수분접촉 기간의 비교(7D-7W, 7D-28W)를 실시하였다.
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.
Self-healing 반응을 촉진하기 위하여 수분에 7일, 28일간 접촉시킨 시편(self-healing 촉진 시편)과 파쇄 후 공기중에 7일, 28일간 노출시킨 시편을 시약급 아세톤 60 cc가 담긴 100 ml의 비이커에 6시간 동안 침지시키는 과정을 2회에 걸쳐 실시하여 수화정지 작업을 실시하였다. 수화정지 후 시편에 잔류하는 아세톤이 분석결과에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 60℃로 유지된 건조기에서 24시간 동안 건조하여 잔류 아세톤을 제거하였다.
앞선 X선 회절분석, SEM 관찰, DSC 열분석 결과로부터 self-healing과 관련한 수화물이 CSH상, 수산화칼슘, 에트링자이트와 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 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.
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.
X선 회절분석은(DMAX-2000, Rigaku, 일본) Cu-Kα, 40 KV, 40o/분, 5o에서 60o(2θ 기준)의 조건으로, DSC 열분석(DSC-50, Shimazu, 일본)은 수산화칼슘의 상전이 및 기타 반응을 억제하기 위하여 질소분위기(20 ml/분)에서 실시하였으며, 승온속도를 10℃/분의 조건으로 설정하여 상온에서 700℃까지 실시하였다.
경화가 완료된 시멘트 페이스트 경화체를 파쇄한 다음 분석의 편리성을 위하여 두께가 1 mm 이하인 판상 형태의 시편만을 분류하였다. Self-healing 반응은 균열면 표면에서 발생되기 때문에 시편이 두꺼우면 분석결과에 영향을 미칠 수 있어, 시편은 판상형태를 가지며 두께가 1 mm 이하인 것으로 제한하였다.
혼합을 완료한 후 표면으로부터 수분이 증발하는 것을 억제하기 위하여 시편별로 밀폐 용기에 저장한 다음 약 20℃에서 7일, 14일, 28일간 양생하였다. 구체방수재 R 시편은 권장사용량(시멘트 중량기준 10%)을 사용하여 OPC 시편과 동일한 방법으로 제작하였다.
Self-healing 반응은 균열면 표면에서 발생되기 때문에 시편이 두꺼우면 분석결과에 영향을 미칠 수 있어, 시편은 판상형태를 가지며 두께가 1 mm 이하인 것으로 제한하였다. 또한 이들 시편을 누수가 발생하지 않는 조건과 발생하는 조건으로 구분하기 위하여 공기접촉 시편군과 수분접촉 시편군으로 분류하여 상온에서 7일, 28일간 보관하였다. 공기접촉 시편군은 밀폐용기에 보관하였으며, 수분접촉 시편군은 그림 1과 같이 시편의 윗면과 아랫면을 젖은 헝겊이 닿도록 배치하였으며 수분의 증발을 방지하기 위하여 역시 밀폐 용기에 보관하였다.
분석시편의 구분은 시편의 종류(OPC, R), 양생기간(7, 14, 28), 공기(A) 및 수분(W)접촉기간(7, 28일)로 하였으며, 구체적인 설명은 표 2에 나타내었다.
수분과 접촉한 파단면에서 생성되는 수화물을 확인하기 위한 SEM 관찰(S-3200, Hitachi, 일본)은 1,500~3,500배율의 조건에서 실시하였으며, 주요 수화물에 대하여 EDX 분석을 실시하여 구성성분을 확인하여 수화생성물에 대한 보다 정확한 정보를 얻고자 하였다.
공기접촉 시편군은 밀폐용기에 보관하였으며, 수분접촉 시편군은 그림 1과 같이 시편의 윗면과 아랫면을 젖은 헝겊이 닿도록 배치하였으며 수분의 증발을 방지하기 위하여 역시 밀폐 용기에 보관하였다. 수분접촉 시편군은 항시 수분과 접촉하는 상태로 유지되어 누수가 발생하고 있는 균열면과 유사한 환경이 되도록 하였으며, 윗면과 밑면을 모두 동일한 조건으로하여 분석의 편리성을 확보하였다.
Self-healing 반응을 촉진하기 위하여 수분에 7일, 28일간 접촉시킨 시편(self-healing 촉진 시편)과 파쇄 후 공기중에 7일, 28일간 노출시킨 시편을 시약급 아세톤 60 cc가 담긴 100 ml의 비이커에 6시간 동안 침지시키는 과정을 2회에 걸쳐 실시하여 수화정지 작업을 실시하였다. 수화정지 후 시편에 잔류하는 아세톤이 분석결과에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 60℃로 유지된 건조기에서 24시간 동안 건조하여 잔류 아세톤을 제거하였다.
시멘트 페이스트 경화체는 물/시멘트 값을 0.40으로하여 제작하였으며, 보다 균질한 혼합을 위하여 2분간 혼합 후 3분간 방치한 다음 다시 2분간 혼합하는 2-3-2(노재성, 2000) 혼합법을 사용하였다. 혼합을 완료한 후 표면으로부터 수분이 증발하는 것을 억제하기 위하여 시편별로 밀폐 용기에 저장한 다음 약 20℃에서 7일, 14일, 28일간 양생하였다.
X선 회절분석 및 SEM 관찰결과 시멘트의 self-healing 반응은 CSH 상, 수산화칼슘 및 에트링자이트상의 생성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 시멘트의 자체적인 self-healing 반응과 구체방수재의 영향으로 R 시편에서 나타나는 self-healing 반응의 차이점을 보다 구체적으로 확인하기 위하여 물과 접촉한 시편에 대하여 DSC 열분석을 실시하였다. DSC 열분석에서는 시편간 수화생성물의 차이를 비교 검토하였다.
앞서 검토한 X선 회절분석 결과를 검토하고 self-healing과 관련한 수화물을 보다 자세히 검토하기 위하여 페이스트 경화체 표면에 대하여 SEM 관찰을 실시하였다.
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. Self-healing으로 생성되는 수화생성물을 관찰하기 위해서는 self-healing이 발생한 콘크리트 시편에 대한 분석을 실시하는 것이 가장 바람직하다.
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.
40으로하여 제작하였으며, 보다 균질한 혼합을 위하여 2분간 혼합 후 3분간 방치한 다음 다시 2분간 혼합하는 2-3-2(노재성, 2000) 혼합법을 사용하였다. 혼합을 완료한 후 표면으로부터 수분이 증발하는 것을 억제하기 위하여 시편별로 밀폐 용기에 저장한 다음 약 20℃에서 7일, 14일, 28일간 양생하였다. 구체방수재 R 시편은 권장사용량(시멘트 중량기준 10%)을 사용하여 OPC 시편과 동일한 방법으로 제작하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 국내 S사 1종 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였으며, self-healing에 미치는 영향을 검토하기 위한 콘크리트용 구체방수재(분말형)는 천연무기광물을 주요성분으로 하는 국내 D사의 제품(이후 R로 표기)을 사용하였다. 사용된 시멘트 및 구체방수재의 화학조성은 다음의 표 1에 나타내었다.
성능/효과
1.시멘트의 self-healing 반응으로 생성되는 수화물은 수분접촉 시편군에서 다량 관찰되었으며, 공기접촉 시편군에서는 이들 수화물의 생성이 매우 빈약한 것으로 확인되었다. 이러한 결과로 판달할 때 시멘트의 self-healing 반응은 수분접촉시 촉진되는 것으로 예상된다.
2. 기기분석 결과 시멘트 경화체의 self-healing 반응은 CSH상, 수산화칼슘, 에트링자이트와 같은 수화물의 생성과 밀접한 관련을 가지고 있음을 확인하였다.
3. CSH상 및 수산화칼슘은 self-healing 반응 초기부터 관찰되었으며, 에트링자이트의 경우 수분접촉기간이 경과함에 따라 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서 CSH상과 수산화칼슘의 생성이 시멘트의 self-healing 반응의 초기단계에 큰 영향을 미치며, 에트링자이트는 중장기적으로 self-healing 반응에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
4. 수분과 접촉한 경화체 표면에 CSH상이 다량 생성됨을 SEM 관찰을 통하여 확인하였으나 본 연구에서 사용한 기기분석법 만으로는 반응시기별 CSH 상의 증가 및 감소를 정량적으로 해석할 수 없었다.
6. 구체방수재(R)에 의해서 형성된 침상의 수화물은 매우 치밀한 형태로 공간을 채우고 있어, 균열발생시 균열공간을 매우고 self-healing에 의한 균열감소에 매우 효과적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
7일 양생시편을 7일 또는 28일간 공기/수분과 접촉시킨 시편의 표면을 SEM을 사용하여 관찰한 결과 공기접촉 시편과 수분접촉 시편 사이에 상당한 차이가 있음을 확인하였다. OPC 시편의 경우 7일간 수분을 접촉시킨 시편에서 다량의 초기 CSH 상, 수산화칼슘이 관찰되어 이들 수화물이 self-healing과 관련이 있음을 확인하였다.
SEM 관찰에서는 시멘트의 자체적인 self-healing 반응으로 CSH 상, 수산화칼슘, 에트링자이트의 생성이 영향을 받는 것으로 확인되었다. 또한 7일 양생시편에서 보다 다량의 침상수화물이 28일 양생시편에서 관찰되는 점으로 판단할때, 양생기간이 경과함에 따라 에트링자이트의 영향성이 커지는 것으로 예상되어진다.
X선 회절분석 및 SEM 관찰결과 시멘트의 self-healing 반응은 CSH 상, 수산화칼슘 및 에트링자이트상의 생성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 시멘트의 자체적인 self-healing 반응과 구체방수재의 영향으로 R 시편에서 나타나는 self-healing 반응의 차이점을 보다 구체적으로 확인하기 위하여 물과 접촉한 시편에 대하여 DSC 열분석을 실시하였다.
기기분석결과 구체방수재(R)가 시멘트 경화체의 self-healing에 직 간접적으로 상당한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 구체방수재는 수분접촉 초기부터 다량의 침상수화물을 생성하고, 이들 수화생성물이 매우 치밀한 구조를 형성하여 공극의 크기를 감소시키는데 상당히 효과적으로 작용하고 있다.
CSH상 및 수산화칼슘은 self-healing 반응 초기부터 관찰되었으며, 에트링자이트의 경우 수분접촉기간이 경과함에 따라 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서 CSH상과 수산화칼슘의 생성이 시멘트의 self-healing 반응의 초기단계에 큰 영향을 미치며, 에트링자이트는 중장기적으로 self-healing 반응에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
공기접촉 시편과 수분접촉 시편의 X선 회절분석 결과, 공기접촉 시편과 비교하여 수분접촉 시편에서 수산화칼슘(CH)의 피크가 상대적으로 낮은 수준으로 나타나고 있다. 또한 에트링자이트 피크의 경우, 수분접촉 시편에서는 뚜렷하게 관찰되는 반면 공기접촉 시편에서는 상대적으로 피크의 강도 값이 낮은 것으로 확인되었다. 이러한 X선 회절분석 결과는 수분접촉 시 경화체 표면에서 에트링자이트의 생성이 촉진되는 것을 의미하며 self-healing 반응으로 생성되는 수화물이 에트링자이트와 관련이 있음을 의미한다.
수분접촉 기간별 X선 회절분석 결과의 비교에서는 OPC 시편의 경우 수분접촉 기간이 경과함에 따라 에트링자이트의 피크가 증가하고 있으며 수산화칼슘의 피크가 감소하고 있는 경향을 나타내고 있다. 이와 비교하여 R 시편의 경우 수분접촉 초기부터 에트링자이트 피크가 뚜렷하게 관찰되고 있다.
시멘트 페이스트 경화체의 파단면을 일정기간 공기 및 수분과 접촉시켜 self-healing 반응을 유도한 다음 X선 회절분석, DSC 열분석, SEM 관찰, EDX 분석을 실시한 결과, 공기접촉 시편군은 일반양생 시편과 큰 차이가 없으나 수분 접촉 시편군은 CSH상, 수산화칼슘, 에트링자이트와 같은 수화물 생성에 있어서 큰 차이를 나타내고 있어 self-healing 반응은 수분이 존재하는 경우에 반응이 진행되는 것으로 확인되었다.
앞선 X선 회절분석, SEM 관찰, DSC 열분석 결과로부터 self-healing과 관련한 수화물이 CSH상, 수산화칼슘, 에트링자이트와 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 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.
이들 침상수화물은 수 μm 크기부터 10 μm 이상의 크기를 가지며, 이들 침상수화물에 대한 EDX 분석결과 결정의 크기가 수 μm인 침상수화물의 상당수는 CSH 상과 관련이 있으며, 크기가 10 μm 이상인 침상수화물은 에트링자이트 인 것으로 확인되었다.
시멘트의 self-healing 반응으로 생성되는 수화물은 수분접촉 시편군에서 다량 관찰되었으며, 공기접촉 시편군에서는 이들 수화물의 생성이 매우 빈약한 것으로 확인되었다. 이러한 결과로 판달할 때 시멘트의 self-healing 반응은 수분접촉시 촉진되는 것으로 예상된다.
구체방수재는 수분접촉 초기부터 다량의 침상수화물을 생성하고, 이들 수화생성물이 매우 치밀한 구조를 형성하여 공극의 크기를 감소시키는데 상당히 효과적으로 작용하고 있다. 이러한 침상 수화물은 EDX 분석결과 CSH상과 에트링자이트로 확인되었으며, CSH상의 경우 시멘트의 자체 적인 self-healing 반응에 의해서 생성되는 CSH상과는 차이가 있음을 SEM 관찰결과 확인할 수 있었다. Self-healing 반응으로 생성된 에트링자이트는 수화반응 초기에 생성되는 것이 아니라 수분과 접촉한 이후 생성되기 때문에 초기 에트링자이트(primary ettringite)와는 구분되지만 외부로 부터의 황산염 침식에 의한 지연 에트링자이트(delayed ettringite)와는 다르다.
일반양생 시편과 수분접촉시편간의 X선 회절분석 결과 일반양생 시편의 경우 재령 35일 시편에서는 약 10o(2θ값)의 모노설페이트(MS) 피크가 관찰되고 에트링자이트(Ett) 피크가 거의 소멸되었다.
또한 7일 양생시편에서 보다 다량의 침상수화물이 28일 양생시편에서 관찰되는 점으로 판단할때, 양생기간이 경과함에 따라 에트링자이트의 영향성이 커지는 것으로 예상되어진다. 특히 R 시편의 경우 SEM 관찰을 통하여 침상의 수화물이 광범위하게 분포하며 이들 침상의 수화물이 매우 치밀한 형태로 생성되는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
따라서 self-healing에 대한 보다 면밀한 연구결과를 위해서는 시편 표면을 직접적으로 분석할 수 있는 방법을 사용하거나, 분석시편 제작방법에 대한 보완이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서의 기기분석 방법만으로는 self-healing 반응에 의한 수화물을 정량적으로 해석할 수 없다는 한계점이 있으므로 정량적인 분석방법에 대한 접근도 필요성이 요구되고 있다.
따라서 self-healing에 대한 보다 면밀한 연구결과를 위해서는 시편 표면을 직접적으로 분석할 수 있는 방법을 사용하거나, 분석시편 제작방법에 대한 보완이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서의 기기분석 방법만으로는 self-healing 반응에 의한 수화물을 정량적으로 해석할 수 없다는 한계점이 있으므로 정량적인 분석방법에 대한 접근도 필요성이 요구되고 있다.
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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