본 연구에서는 고가의 실리카흄의 대체재로 활용가능한 메타카올린, HMBA의 치환율에 따른 고강도모르타르의 유동특성 및 역학특성에 대하여 비교 분석하여 그 성능을 규명하여 실리카흄의 대체재로 활용가능성을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. 본 연구의 유동특성 및 역학특성 실험결과 굳지않은 모르타르에서 목표 플로우를 도달하기 위하여 치환율이 커질수록 고성능감수제의 첨가량이 증가하였으며, 공기량은 치환율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다. 또한, 역학특성에서 압축강도, 인장강도, 휨강도에서는 Plain보다 실리카흄과 메타카올린 HMBA을 치환한 배합이 강도가 높았으며, 치환율이 커질수록, 재령이 증가할수록 압축강도는 증가하는 경향을 나타냈으며, 각각의 혼화재를 치환한 배합의 강도는 큰 차이를 나타내진 않았지만, HMBA보다 실리카흄과 메타카올린을 치환한 배합이 강도가 다소 높은 경향을 나타냈다. 따라서, 메타카올린과 HMBA를 첨가한 모르타르의 유동특성 및 역학특성을 비교 분석한 결과 고가의 실리카흄의 대체재료로 활용가능성을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 고가의 실리카흄의 대체재로 활용가능한 메타카올린, HMBA의 치환율에 따른 고강도모르타르의 유동특성 및 역학특성에 대하여 비교 분석하여 그 성능을 규명하여 실리카흄의 대체재로 활용가능성을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. 본 연구의 유동특성 및 역학특성 실험결과 굳지않은 모르타르에서 목표 플로우를 도달하기 위하여 치환율이 커질수록 고성능감수제의 첨가량이 증가하였으며, 공기량은 치환율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다. 또한, 역학특성에서 압축강도, 인장강도, 휨강도에서는 Plain보다 실리카흄과 메타카올린 HMBA을 치환한 배합이 강도가 높았으며, 치환율이 커질수록, 재령이 증가할수록 압축강도는 증가하는 경향을 나타냈으며, 각각의 혼화재를 치환한 배합의 강도는 큰 차이를 나타내진 않았지만, HMBA보다 실리카흄과 메타카올린을 치환한 배합이 강도가 다소 높은 경향을 나타냈다. 따라서, 메타카올린과 HMBA를 첨가한 모르타르의 유동특성 및 역학특성을 비교 분석한 결과 고가의 실리카흄의 대체재료로 활용가능성을 확인 할 수 있었다.
It's important to study about suitable substitutional material of expensive silica fume because it used widely for silica fume as a high-strength mortar binding agent. The main purpose of this study is to check which is the most efficient binder for the expensive silica fume's alternative material. ...
It's important to study about suitable substitutional material of expensive silica fume because it used widely for silica fume as a high-strength mortar binding agent. The main purpose of this study is to check which is the most efficient binder for the expensive silica fume's alternative material. And this study also present basic data about to make high-strength mortar when we use alternative material instead of silica fume through research outcome. Also writers analzed flow properties respectively, so it was founded out the substitutional goods fare like meta-kaolin, HMBA which are less expensive than silica fume because they are in domestic enough.
It's important to study about suitable substitutional material of expensive silica fume because it used widely for silica fume as a high-strength mortar binding agent. The main purpose of this study is to check which is the most efficient binder for the expensive silica fume's alternative material. And this study also present basic data about to make high-strength mortar when we use alternative material instead of silica fume through research outcome. Also writers analzed flow properties respectively, so it was founded out the substitutional goods fare like meta-kaolin, HMBA which are less expensive than silica fume because they are in domestic enough.
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문제 정의
따라서, 국내에서 자체 제조·생산되어 운송비나 자재비등을 절감할 수 있는 대체 재료로 메타카올린, HMBA를 활용하여 실리카흄과 비교 분석하기 위한 실험계획은 공기량 및 테이블 플로우, 압축강도, 휨강도, 인장강도를 측정하여 실리카 흄의 대체재로 고층 건물에 사용을 하였을 때 활용가능성에 대하여 각각의 대체재료들을 실리카흄과 같은 배합으로 유동특성 및 역학특성을 실험 및 실증적으로 분석·판단하여 고강도 모르타르용 결합재로써 사용가능성에 대하여 기초 자료를 제시함으로써, 향후 고강도 콘크리트에 적용 가능성을 확인하고자 한다.
본 연구에서는 실리카흄의 대체 재료로서 활용 가능한 메타카올린, HMBA의 유동특성 및 강도의 특성을 알아보고 치환율에 따른 고강도 모르타르의 유동특성 및 강도를 알아본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
본 연구는 실리카 흄의 대체 재료로서 활용 가능한 메타카올린과 HMBA를 사용한 고강도 모르타르의 내구특성을 검토하기 위한 실험계획으로 표 1과 같으며, 실리카흄, 메타카올린, HMBA의 치환율에 따른 영향을 분석하기 위하여 물-결합재비는 30%의 수준으로 설정하였으며, 혼화재의 치환율은 0, 15, 30(%) 3수준으로 설정하였다. 또한, 측정장비 및 측정항목은 그림 2와 같다.
비빔방법은 그림 1과 같으며, 굳지 않은 모르타르 성상은 그림 2와 같이 테이블플로우 공기량 두가지 항목을 측정하였으며, 굳은 모르타르의 성상에서 압축, 휨, 인장 강도 세가지 항목을 측정하였다.
혼화재의 물-결합재비에 따른 고강도 모르타르의 유동특성 및 강도특성을 분석하기 위한 실험방법으로 믹서는 팬형 믹서를 사용하였으며, 재료 투입은 단위결합재량이 많은 고강도 모르타르라는 점을 감안하여 재료의 균질성을 확보하고자 선모르타르 방법을 사용하였다.
성능/효과
(3CaO·SiO2+H2O → C-S-H(시멘트겔)+Ca(OH)2) 제품특성으로는 구상입자에 의한 볼베어링효과로 분산성 및 감수효과가 향상되고, 시멘트 입자사이에 실리카흄의 충전효과에 의한 수밀성 향상 및 고강도 화와 숏크리트의 부착성 향상으로 리바운드량이 감소하며, 알칼리 실리카반응 억제 및 화학적 저항성이 향상된다.
1) 유동특성의 변화를 알아본 결과 테이블 플로우(11cm±0.5)는 고성능AE감수제의 첨가량에 따라 목표 범위를 모두 만족하였으며, 목표 테이블 플로우 값을 만족시키기 위해서는 고성능AE감수제의 첨가율이 증가하는 경향으로 나타내었다.
3) 강도특성의 변화를 알아본 결과 압축강도는 설계 강도인 40-70MPa의 목표수준을 모두 만족하였으며, 인장강도 및 휨강도 또한 우수한 강도를 나타냈다.
4) 고강도 결합재를 고강도 모르타르용 혼화재로 적용할 경우 실리카 흄에 비해 동일 테이블 플로우를 확보하기 위한 고성능감수제 첨가율이 감소되는 것으로 나타났으며, 또한 고강도 결합재를 병용할 경우 목표로한 플로우 값에 도달하는 것을 확인 할 수 있었다.
5) 설계기준강도 및 혼화재 종류에 따른 압축강도 발현 성상을 검토한 결과, 본 연구에서 검토한 고강도 결합재의 경우 40∼70MPa 수준의 고강도 모르타르에서 실리카 흄을 대체할 수 있는 혼화재로서의 활용이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
그림 10과 같이 휨강도 또한 압축강도와 인장강도와 같이 치환율이 높아질수록 재령이 증가할수록 강도가 높아지는 것을 알 수 있었다.
그림 8과 같이 각각의 혼화재들을 치환율과 재령에 따라 압축강도의 변화를 측정한 결과, 초기강도는 Plain과 혼화재들의 강도가 큰 차이는 없었으나, 재령일이 증가할수록 압축강도가 서서히 증가함을 알 수 있었으며 실리카 흄을 치환한 배합이 강도가 높온 것으로 나타났다.
그림 9와 같이 인장강도를 측정한 결과 각 혼화재 별로 강도에 큰 차이를 나타내진 않았지만 치환율이 높을수록, 재령이 증가할수록 강도가 증가하는 것을 알 수 있었으며, 실리카흄(30)>실리카흄(15)>HMBA(30)>메타카올린(30)>메타카올린(15)>HMBA(15)>Plain순으로 강도가 나타났다.
따라서, 모르타르의 공기량은 치환율이 증가함에 따라 큰 폭으로 공기량이 저하한다는 것을 알 수 있었으며, 실리카흄의 공기량 발생이 가장 적었는데 이는 실리카흄의 입자가 다른 혼화재들의 입자보다 분말도가 높아 모르타르를 더 밀실하게 만들어 주기 때문인 것으로 사료된다.
또한, 압축, 인장, 휨강도의 경우 결합재별로 큰 차이를 나타내진 않았지만, 실리카흄을 치환한 배합이 다소 높게 나타났으며, 메타카올린과 HMBA이 비슷한 강도를 나타냈다.
플레인 모르타르 보다 실리카흄, 메타카올린, HMBA를 사용하였을 경우 고성능감수제의 첨가율이 증가하였고, 15%보다 30%의 경우에는 고성능감수제의 첨가율이 증가하였으며, Plain보다 혼화재를 많이 치환하였을 경우 고성능감수제 첨가율이 증가 한다는 것을 알 수 있었다.
혼화재를 사용한 모르타르의 공기량은 치환율 0, 15, 30(%)로 실험을 실시한 결과 실리카흄의 경우 확연히 공기량이 저하하는 것을 알 수 있었다. 이는 메타카올린과 HMBA보다 실리카흄의 분말도가 크며, 동시에 모르타르 매트릭스의 공극을 수밀하게 충전시켜 공기량 발생을 억제하기 때문으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
메타카올린은 무엇인가?
메타카올린은 filler, 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭 넓게 사용 가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리드용 혼화재료로 제조한 것으로서 단기적으로 ettringite의 생성과 시멘트중의 C3S의 활성화로 초기 강도가 증가되며 장기적으로 시멘트의 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 압축강도 및 내구성을 향상시켜준다.
메타카올린의 시멘트에 대한 효과는?
메타카올린은 filler, 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭 넓게 사용 가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리드용 혼화재료로 제조한 것으로서 단기적으로 ettringite의 생성과 시멘트중의 C3S의 활성화로 초기 강도가 증가되며 장기적으로 시멘트의 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 압축강도 및 내구성을 향상시켜준다.
시멘트량의 10∼30%를 치환 첨가하여도 표준양생 및 상압양생만으로 고강도 모르타르를 제조할 수 있는 혼합재인 HMBA의 특징과 이용처는?
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