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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 KS의 허용한도 범위의 단위수량에의거하여 기존의 유기산계 혼화제에 다른 성분의 화학 혼화제를 10~90%로 각각 20%의 차이를 두어 대체하여 첨가하였을경우 굳지 않은 상태와 경화 상태에서의 콘크리트 특성을 분석하여 화학혼화제의 성분 함유율 변화에 따른 콘크리트용 혼화제로써의 활용가능성여부를 검토하고자 함이 본 연구의 목적이다.
- 본 연구는 유기산계 화학혼화제에 다른 종류의 화학혼화제를 대체하여 첨가하였을 경우, 성분함유율 변화에 따른 콘크리트용 혼화제로써의 활용가능성 여부를 판단키 위한 실험으로써 연구결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 본 연구의 실험 계획은 표 1과 같으며, 먼저 배합사항 중 W/C는 55% 1개 수준으로 한다. 보통콘크리트의 단위수량은 KS의 최대치인 185kg/nf를 기준으로 실험을 통해 얻어진 50mm슬럼프에 대해 1개 수준으로 한다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 재료로 시멘트는 국내산 S사의 보통 포틀랜드시멘트를 사용하고, 잔골재는 충북 충주시 앙성면 남한강 일원의 강모래, 굵은 골재는 최대치수 25mm의 부순 골재를 사용한다. 시멘트 및 골재의 물리적 성질은 표 4, 5와 같으며, 화학혼화제의 원료별 특성은 표 6와 같다.
- 보통콘크리트의 단위수량은 KS의 최대치인 185kg/nf를 기준으로 실험을 통해 얻어진 50mm슬럼프에 대해 1개 수준으로 한다. 화학 혼화제는 원료성분인 유기산계 성분 Sodium gluconate (이하약자 S로 표기), Triethanolamine (이흐卜약자 T로 표기), 멜라민계 성분 Melamine (이하약자 M으로 표기), 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 노닐페놀계성분 Polyoxyethylene nonylphenyl ether (이하약자 NP로 표기), 폴리카본산계 성분 Poly Carboxylic copolymer (이하약자 WR, WB로 표기)를 사용하였다. 실험계획에 의한 실험 요인 및 수준은 표1과 같고, 실험사항은 표 2와 같으며, 이에 따른 배합사항은 표3과 같이 실시토록 한다.
이론/모형
- 경화 콘크리트의 실험에서는 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법, KS F 2423 콘크리트의 쪼갬 인장강도 시험방법의 규정에 의거 실시한다.
- 본 연구의 실험방법으로는 굳지 않은 콘크리트 시험으로는 KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험방법, KS F 2409 굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법, KS F 2421 압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트 공기량 시험 방법의 각각 KS의 해당 규정에 의거 실시한다.
성능/효과
- 1) 굳지 않은 콘크리트의 특성으로 먼저 슬럼프는 혼화제 성분 함유율이 증가함에 따라 S, WB, WR, NP겨의 혼화제에서 모두 슬럼프치가 증가하였으며, 반면, M, T계의 혼화제에서는 Plain과 유사한 경향으로 나타났다. 이는 Sodium gluconate계와 Polyoxyethylene nonylphenyl ether, Poly Carboxylic copolymer계의 성분이 비이온계면 활성작용과 유지 및 분산작용으로 인한 원인으로 판단된다.
- 2) 공기량은 모든 화학 혼화제 성분 함유율 변화에서 KS 허용한도범위인 4.5±1.5에 벗어나는 공기량을 나타내었으나, NP계의 경우에는 화학 혼화제의 성분 함유율 증가에 따라 공기량이 증가하는 경향으로 나타났는데, 이는 비이온 계면활성작용에 의한 요인으로 판단된다. 또한 단위용적 질량은 공기량과 반비례적인 경향을 나타내었다.
- 3) 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도는 S, M, NP, WR, WB등의 화학 혼화제에서 양호한 압축강도 발현을 나타내었는데, 이는 비중이 크고 고형분 함량이 다량 함유되어 있는 요인과 폴리머의 경우는 화이버의 생성에 의한강도증진에 기여한 요인으로 분석된다.
- 4) 인장강도에서의 3일, 7일의 조기재령에는 S계의 90%, WR계의 50%, 70%, WB, T계의 30%를 제외하고 전반적으로 높은 인장강도를 나타내었으며, 28일의 표준 재령에서는 S, M 의 화학혼화제의 모든 성분 함유율 변화에서 Plain보다 양호한 강도발현을 나타내었다.
- 5) 압축강도 발현율에서의 3일, 7일의 조기재령에서는 S계의 70~90%, T계의 10, 30, 90%, NP계의 20%를 제외하고 전반적으로 Plain보다 높은 압축강도 발현율을나타내었으며, 28일 표준재령 발현율에서는 T계의 30% 를 제외하고 모든 혼화제의 성분 함유율에서 Plain보다높은 압축강도 발현율을 나타내었는데, T계의 혼화제는비중이 다소 작고 고형분함량이 작은것에 기 인된 결과로분석된다.
- 6) 인장강도 발현율에서의 3일, 7일의 조기재령에서는 전반적으로 양호한 발현율을 나타내었으며, 특히 3일재령의 S계의 10%, WR계의 10-30% 일 때, Plain보다 약 40%이상의 가장 높은 인장강도 발현율을 나타내었다, 또한, 28일 표준재령 발현율에서는 S계, M계의 모든 성분함유율에서 Plain보다 높은 발현율을 나타내었다.
- NP계의 혼화제의 경우 성분 함유율이 증가함에 따라 Plain보다 약 0.4~1.3%정도 증가하는 경향이 나타났다. WB, WR계의 혼화제의 경우에는 70%까지 Plain보다 약 0.
- S, T, WR, WB, T, NP계의 혼화제 성분의 재령 3일 압축강도 발현율은 전반적으로 S계의 70-90%, T계의 10%, NP 계의 20%를 제외한 나머지 혼화제 성분에세3lain보다 증가하는 경향으로 나타났으며, 특히 M계의 혼화제에서 높은 압축강도 발현율이 나타났다.
- 3%정도 증가하는 경향이 나타났다. WB, WR계의 혼화제의 경우에는 70%까지 Plain보다 약 0.3 ~1.5%정도 증가하는 경향이 나타났으나, 그 이후로 함유율 90%일 때 급격이 감소하는 경향으로 나타났다. 그 외의 혼화제에서는 Plain보다 약간 상회하는 경향이 나타났으며, 성분함유율과는 거의 무관한 것으로 나타났다.
- 5%정도 증가하는 경향이 나타났으나, 그 이후로 함유율 90%일 때 급격이 감소하는 경향으로 나타났다. 그 외의 혼화제에서는 Plain보다 약간 상회하는 경향이 나타났으며, 성분함유율과는 거의 무관한 것으로 나타났다. 전체적으로는 모든 혼화제에서 KS허용한도 범위인 4.
- 큰 슬럼프치를 나타내었다. 다음으로 NP, WR, S계의혼화제에서도 첨가율이 증가할수록 급격히 슬럼프치 증가 경향으로 나타났다. 반면에, M과 T계의 혼화제에서는 성분함유율의 변화와 상관없이 50mm 내외 정도의 작은 슬럼프치를나타내었다.
- 5%에 벗어나는 공기량이 나타났다. 단, NP계의 혼화제에서만이 성분 함유율이 증가할수록 공기연행 효과가 증가하는 경향으로 나타났는데 이는 용액에서 가수분해 되지 않은 불휘발성의 비이온 계면활성작용에 의한 요인으로 분석된다.
- 5에 벗어나는 공기량을 나타내었으나, NP계의 경우에는 화학 혼화제의 성분 함유율 증가에 따라 공기량이 증가하는 경향으로 나타났는데, 이는 비이온 계면활성작용에 의한 요인으로 판단된다. 또한 단위용적 질량은 공기량과 반비례적인 경향을 나타내었다.
- 재령 7일의 압축강도 발현율은 T계의 30, 90%를 제외하고, 모든 혼화제 성분에서 Plain보다 약 10%~50%의 양호한압축강도 발현율이 나타났으며, 특히 NP계의 함유율 50%일때 가장 큰 발현율이 나타났다.
- 전반적으로 압축강도 발현요인은 S, M계의 혼 화제에서는 비중이 매우 크고, 고형분의 함유량이 다량 함유되어 높은 압축 강도를 발휘하였고, NP, WR, WB는 화학혼화제의 폴리머 성분이 시멘트와 수화하면서 폴리머 화이버를 생성하여 압축강도 발현에 양호하게 기여한 것으로 사료된다.
- 그 외의 혼화제에서는 Plain보다 약간 상회하는 경향이 나타났으며, 성분함유율과는 거의 무관한 것으로 나타났다. 전체적으로는 모든 혼화제에서 KS허용한도 범위인 4.5±1.5%에 벗어나는 공기량이 나타났다. 단, NP계의 혼화제에서만이 성분 함유율이 증가할수록 공기연행 효과가 증가하는 경향으로 나타났는데 이는 용액에서 가수분해 되지 않은 불휘발성의 비이온 계면활성작용에 의한 요인으로 분석된다.
- 조기재령 3일에서는 S, WR, WB계에서 양호한 인장강도 발현율을 나타내었고, S계의 성분함유율 10%, WR계의 성분함유율 10~30% 일 때, Plain보다 약 38~42%정도 가장 큰 발현율을 나타내었으며, 재령 7일의 인장강도 발현율에서는 M계의 70%, WR의 50~70%, WB계의 30%, T계의 50%를 제외하고 plain보다 약 3~28%정도 발현율을 나타내었다.
- 조기재령 3일에서는 S계의 90%를 제외하고, WB계의 모든 혼화제에서 약 0.3~4.8Mpa정도 Plain보다 약간 큰 인장강도 증가를 나타냈으며, 전반적으로 T, NP계의 함유율 50%를 제외하고, Plain과 비슷한 인장강도를 보이고 있으며, 재령 7 일에서는 WR계의 함유율 50, 70%, WB, T계의 함유율 30% 를 제외하고, 모든 혼화제 성분 함유율에서 Plain보다 높은 인장강도 값을 나타내었다.
- 조기재령 3일에서는 T에 10%, NP에 30%을 제외하고, 모든 혼화제 성분함유율에서 Plain보다 약 2-4.8 MPa 정도의양호한 강도 발현을 나타내고 있으며, 재령 7일에서는 S, M, WB의 모든 함유율에서 약 3~8 MPa 정도 Plain의 강도값이상의 양호한 경향을 나타내었다.
- 표준재령 28일 발현율에서는 S계의 90%, M계의 10, 50%, WR계의 30%, T계의 30%일 때 plain보다 약 30%이상의 인장강도 발현율을 나타내었으며, WB계의 30%, T계의 10%, NP계의 10, 90%에서는 저조한 발현율이 나타났다.
- 혼화제 성분 함유율이 증가함에 따라 s, WB, WR, NP의혼화제에서 모두 슬럼프치가 증가하는 경향으로 나타났으며, 특히, WB혼화제에서 첨가량 50%이후부터는 200mm 이상의가장 큰 슬럼프치를 나타내었다. 다음으로 NP, WR, S계의혼화제에서도 첨가율이 증가할수록 급격히 슬럼프치 증가 경향으로 나타났다.
후속연구
- 본 실험을 통하여 유동성 측면에서는 S, WB, WR, NP계의혼화제에서 양호하고, 강도적인 측면에서는 S, M, NP, WB, WR순으로 양호한 강도 발현을 나타내고 있으며, 적절한 AE 공기연행제를 병용하여 사용하면 양질의 콘크리트를 제조 할 수 있는 화학혼화제로써의 사용이 가능할 것으로 판단된다.
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