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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 종전의 방법보다 경제적인 자기 수축저감 방안을 강구하고자 생활 폐기물인 폐식용유에 의한 고강도 모르터의 자기수축 특성을 팽창재와 수축저감제를 사용한 경우와 비교·분석함으로서 그 사용가능성을 검토하고자 한다.
- 이에 필자 등은 자기수축을 저감시키기 위한 일련의 접근 방법 중 기존의 팽창재와 수축저감제보다 가격이 저렴하면서 동등이상의 수축저감성능을 확보할 수 있는 재료를 개발하고자 연구를 진행한 바 있는데, 이중 폐식용유의 비누화 효과가 콘크리트의 세공을 충전하여 자기수축을 저감할 수 있음을 확인하였다.1)
제안 방법
- 길이변화 측정은 초결 시점을 기준으로, 마이크로 미터를 사용하여 자기수축 길이변화를 측정하였다. (사진 1참조)
- 먼저, 실험요인으로 W/B는 고강도 영역인 20% 1수준으로 하고, 결합재로는 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC) : 플라이애시(이하 FA) : 실리카퓸(이하 SF)을 7 : 2 : 1로 혼합한 것을 Plain배합으로 설정하고, 수축저감성 혼화제로는 폐식용유(이하 WO), 수축저감제(이하 SR) 및 팽창재(이하 EA)를 각각 단위결합재에 대한 질량비로 2.5%, 5% 치환하는 것으로 실험계획하였다. 이 경우, WO 및 SR은 치환되는 양만큼을 단위수량에서 제외하는 것으로 실험계획 하였다.
- 본 연구에서는 경제적인 자기수축 저감제를 개발하기위한 일련의 연구로서 WO, EA 및 SR를 사용한 경우 고강도 모르터에서의 공학적 특성 및 자기수축을 상호 비교·분석하였는데, 그 결과를 요약 하면 다음과 같다.
- 실험사항으로는 플로, 압축강도, 휨강도 및 자기수축 길이변화를 측정하도록 계획하였다.
- 5%, 5% 치환하는 것으로 실험계획하였다. 이 경우, WO 및 SR은 치환되는 양만큼을 단위수량에서 제외하는 것으로 실험계획 하였다. 이때 Plain배합에 대하여 목표 플로우 200±10mm에 만족하도록 배합설계한 후 여타의 배합에도 동일한 배합조건을 적용하였다.
- 이때 Plain배합에 대하여 목표 플로우 200±10mm에 만족하도록 배합설계한 후 여타의 배합에도 동일한 배합조건을 적용하였다.
- 즉, 40×40×160mm의 강철 몰드에 게이지 플러그를 설치하고, 몰드 안에 테플론 시트와 폴리에스테르 필름을 넣고 공시체를 제작한 후 온도 20±2℃의 실내에서 1일 양생 후 탈형한 다음 동일한 온도로 28일간 양생하였다.
대상 데이터
- 혼화제로 SP제는 국내산 폴리칼본산계를 사용하였고, AE제는 국내 E사의 제품을 사용하였다. WO는 국내 시장에서 일반적으로 배출되는 것, SR은 국내산 액상 글루콜계 수축저감제, EA는 국내산 CSA계 팽창재를 사용하였다.
- 즉, OPC는 국내 A사산 제품을 사용하였고, 잔골재는 강모래와 부순모래를 1 : 1로 혼합하여 사용하였으며, 혼화재로 FA 및 SF는 국내에서 유통되는 일반적인 것을 사용하였다. 혼화제로 SP제는 국내산 폴리칼본산계를 사용하였고, AE제는 국내 E사의 제품을 사용하였다.
- 즉, OPC는 국내 A사산 제품을 사용하였고, 잔골재는 강모래와 부순모래를 1 : 1로 혼합하여 사용하였으며, 혼화재로 FA 및 SF는 국내에서 유통되는 일반적인 것을 사용하였다. 혼화제로 SP제는 국내산 폴리칼본산계를 사용하였고, AE제는 국내 E사의 제품을 사용하였다. WO는 국내 시장에서 일반적으로 배출되는 것, SR은 국내산 액상 글루콜계 수축저감제, EA는 국내산 CSA계 팽창재를 사용하였다.
이론/모형
- 굳지 않은 모르터 실험으로 플로우는 KS L 5111, 경화 모르터 실험으로 압축강도는 KS L 5105, 자기수축 길이변화는 KS F 2586에 준하여 실시하였다.
- 본 연구의 실헙방법으로서 모르터의 혼합은 KS L 5109에 의거하여 전동식 혼합 믹서로 실시하였다.
성능/효과
- 1) 굳지않은 모르터의 유동성은 혼화제 치환율의 증가에 따라 WO는 물에 비해 점성이 큰 것으로 기인하여 감소하였고, SR은 WO와 반대의 성질로서, 유동성이 증가하였으며, EA는 치환율 2.5%에서는 다소 감소하였으나, 치환율 5%에서는 목표 범위를 만족하는 것으로 나타났다.
- 2) 압축강도는 WO 및 SR의 경우 28일 재령까지 Plain에 비해 감소하는 경향을 나타내었으나, 재령 91일에서는 Plain과 유사한 강도값을 나타내었으며, 치환율 변화에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았다. EA의 경우 전반 재령에서 모두 Plain보다 높게 나타났으며, 치환율 증가에 따라서도 증가하는 것으로 나타났다.
- 3) 자기수축 특성은 각 혼화제간의 자기수축 저감효과를 비교하면 WO와 SR의 수축저감효과가 EA보다 비교적 양호한 것으로 나타났고, 치환율의 증가에 따라서도 증가하는 것으로 나타났다.
- SR의 경우도 마찬가지로 재령 및 치환율 변화에 따라 초기재령에서는 Plain에 비해 다소 감소하였고, 재령이 증가할수록 Plainr과 유사한 강도를 타나내었다. EA의 경우 압축강도는 전반 재령에서 Plain보다 큰 것으로 나타났고, 치환율 증가에 따라서도 증가하는 것으로 나타났다.
- 5%에 비해 약 8∼10%정도 감소하였다. SR의 경우도 마찬가지로 재령 및 치환율 변화에 따라 초기재령에서는 Plain에 비해 다소 감소하였고, 재령이 증가할수록 Plainr과 유사한 강도를 타나내었다. EA의 경우 압축강도는 전반 재령에서 Plain보다 큰 것으로 나타났고, 치환율 증가에 따라서도 증가하는 것으로 나타났다.
- 먼저, Plain 배합의 플로우는 203mm로 목표 범위를 만족하는 것으로 나타났다. WO의 경우 치환율이 증가할수록 유동성이 Plain에 비해 감소하였는데, 치환율 1 %에서는 약 11% 정도 감소한 180mm로 나타났고, 치환율 2 %에서는 약 14% 정도 감소한 175mm로 나타났다. SR의 경우 Plain에 비해 크게 증가하였고, 치환율의 변화에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았다.
- 5 %에서는 -517×10-6로 Plain보다 약 10% 정도 저감하였고, 치환율 5%에서는 -480×10-6로 Plain보다 약 17% 정도 저감하는 것으로 나타났다. 따라서, 혼화제 종류 및 치환율 변화에 따른 자기수축저감효과는 SR, WO, EA의 순으로 자기수축 저감 효과가 양호하였는데, 특히 WO의 자기수축 저감 효과는 SR과 유사하게 나타났고, EA보다 양호한 결과를 나타내었으며, 초재재령에서의 그 효과가 더욱 뚜렷하였다. 이는 WO의 경우 식물성 유지류로서 그 주성분인 지방산이 모르터 경화체중 수화생성물인 수산화 칼슘(Ca(OH)2)과 가수분해 반응을 진행하여 지방산 칼슘염을 생성하게 되는데, 이러한 생성물들이 모르터 경화체내의 모세관 공극을 충전시켜줌으로서 수축완화 작용에 기인한 것으로 사료된다.
- 또한, EA의 경우 치환율 2.5 %에서는 -517×10-6로 Plain보다 약 10% 정도 저감하였고, 치환율 5%에서는 -480×10-6로 Plain보다 약 17% 정도 저감하는 것으로 나타났다.
- 또한, EA의 경우 치환율 2.5%에서는 Plain에 비해 약 20% 감소한 165mm로 나타났고, 치환율 5%에서는 195mm로, 목표범위를 만족하는 것으로 나타났다.
- 전반적으로 자기수축 저감 효과가 작을수록 즉, 자기수축이 크게 발생할수록 압축강도 값이 다소 높은 비례적인 관계를 보이는 것을 알 수 있었는데, 이는 콘크리트의 강도가 증가함에 따라 자기건조에 영향을 미치는 시멘트 매트릭스 내 미세 공극의 형성이 증가하기 때문으로 사료된다. 또한, 각 혼화제 종류별 치환율 변화에 따라서는 치환율 2.5%에서의 자기수축이 크게 발생한 것을 알 수 있는데 즉, 치환율이 증가할수록 자기수축 저감효과가 더욱 양호한 것을 알 수 있었다.
- 먼저, Plain 배합의 플로우는 203mm로 목표 범위를 만족하는 것으로 나타났다. WO의 경우 치환율이 증가할수록 유동성이 Plain에 비해 감소하였는데, 치환율 1 %에서는 약 11% 정도 감소한 180mm로 나타났고, 치환율 2 %에서는 약 14% 정도 감소한 175mm로 나타났다.
- 먼저, WO의 압축강도는 초기재령에서는 Plain에비해 다소 감소하였으나, 재령 91일에서는 Plain과 유사한 강도값을 나타내었다. 치환율의 증가에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 재령 28일 까지는 치환율 5%의 경우 치환율 2.
- 이상의 결과를 종합하여 볼 때 고강도 모르터에 WO를 2.5∼5%정도 치환할 경우 SR과 유사한 자기수축 저감효과를 나타내었고, EA보다는 양호한 효과를 나타내어, 보다 경제적으로 효율적으로 고강도 모르터의 자기수축을 저감할 수 있는 것으로 사료된다.
- 전반적으로 자기수축 저감 효과가 작을수록 즉, 자기수축이 크게 발생할수록 압축강도 값이 다소 높은 비례적인 관계를 보이는 것을 알 수 있었는데, 이는 콘크리트의 강도가 증가함에 따라 자기건조에 영향을 미치는 시멘트 매트릭스 내 미세 공극의 형성이 증가하기 때문으로 사료된다. 또한, 각 혼화제 종류별 치환율 변화에 따라서는 치환율 2.
- 특히 WO의 경우 SR과 유사한 수축저감효과를 나타내었고, EA보다는 양호한 결과를 나타내므로서, 고강도 콘크리트의 영역에서 자기수축 저감 가능성을 입증할 수 있었다.
- 한편, WO를 치환함에 따라 치환율 2.5%에서 재령 28일까지의 자기수축 길이변화율은 -463×10-6로 Plain에 비해 약 20%정도 감소되었고, 치환율 5%의 경우 재령 28일 까지의 자기수축 길이변화율은 -407×10-6로 Plain에 비해 약 30%정도 저감되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 단, 현재 우리나라의 WO는 대부분 가정이나 음식점등에서 발생되어 재활용되기보다는 주로 폐기처분되거나 비누제조 등의 용도로 재활용되고 있음에 콘크리트용 자기 수축저감제로 사용하기 위하여는 우선 WO의 안정적 수급이 요구되어지며, WO 사용에 따른 유동성 저하에 대한 추가적인 연구가 요구되어진다.
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