[논문]개질 유황 고분자가 혼입된 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 특성

유승건; 최헌진; 권혁; 박노경; 김구대

doi:10.6111/jkcgct.2010.20.4.192

개질 유황 고분자가 혼입된 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 특성
Properties of portland cement concrete with the addition of a modified sulfur polymer 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.20 no.4, 2010년, pp.192 - 196

유승건 (한국과학기술연구원 기능재료센터) , 최헌진 (연세대학교 신소재공학과) , 권혁 (한국과학기술연구원 기능재료센터) , 박노경 (한국과학기술연구원 기능재료센터) , 김구대 (한국과학기술연구원 기능재료센터)

초록
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일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 개질 유황 고분자가 혼입되었을 때의 압축강도 및 내염기성의 영향을 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트와 비교하여 나타내었다. 개질 유황이 혼입된 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 매우 큰 강도를 나타내었고, $55^{\circ}C$에서 배합 및 혼합 작업하였을 때 안정적으로 공시체의 제작이 가능하였다. 13%의 $CaCl_2$에 개질 유황이 혼입된 콘크리트 공시체를 침지되어 내염기성을 평가하였다. 내염기성 시험에서, 개질 유황이 혼입된 콘크리트는 $CaCl_2$에 대한 저항성은 일반 콘크리트에 비해 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the effects of modified sulfur polymer content on the compressive strength and chemical resistance of Portland cement concrete with and without the modified sulfur polymer. The Portland cement concrete which contained modified sulfur had much higher strength than the Portland cement concrete without modified sulfur, workability is stabled at $55^{\circ}C$. Alkali tolerance test was evaluated by immersing these concrete specimens in 13 % $CaCl_2$ solutions. In the alkali tolerance test, the resistance of Portland cement concrete with modified sulfur to $CaCl_2$ increased compared with Portland cement concrete without modified sulfur.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 개질 유황이 혼입된 일반 시멘트 콘크리트의 작업 온도 조건에 따른 압축강도의 변화와 개질 유황의 함량 변화에 따른 내염기성을 비교 확인하기 위한 기초적 실험으로, 일반 콘크리트 프리캐스팅 공시체와 비교하여 그 결과를 나타내었다.
이를 통해 내산 및 내염기성을 지닐 수 있는 개질 유황의 첨가량에 따른 경향 분석하고, 최적의 압축강도 발현에 미치는 개질 유황의 첨가량, 혼합 온도 및 시간을 분석 후 이를 추후 적용될 수경성 유황 콘크리트의 실험 자료로 활용하는데 그 목적이 있다.

제안 방법

HMC1, HMC2, HMC3의 공시체는 제작 온도 조건을 각각 30oC, 55oC, 75oC로적용하여 제작하였고, HMC4, HMC5, HMC6의 공시체는 개질 유황을 각각 10 %, 15 %, 20 %로 첨가하여 제작하였으며, 혼합기의 상부는 대기 중에 노출되어있기 때문에 작업 온도의 편차는 약 ± 5oC로 나타난다.
개질 유황의 용융 온도 범위를 측정하기 위해 분당 50 ml의 N2 분위기에서 10^o C의 온도 조건으로 DSC (Universal V4.2E TA Instrument)시험을 실시하였다. Fig.
를 물에 대해 13 % 희석 하여 제조하였다. 개질 유황이 각각 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 첨가된 개질 유황 콘크리트 공시체를 침지조에 침지하여, 12개월 후의 공시체의 외관 상태를 비교하였다.
내화학성과 결합 강도가 매우 뛰어난 개질 유황을 일반 시멘트 콘크리트에 혼입 및 혼합하여 안정한 수경성 유황 콘크리트를 개발하였다.
모든 공시체에 대하여 폴리 카르본산계 고성능 감수제를 0.3 % 사용하였고, 10~15 cm의 슬럼프와 개질 유황의 최적의 분산을 위해 혼합 시간은 30분으로 동일하게 하였다.
시멘트와 잔골재, 굵은 골재의 배합비는 1 : 2.2 : 3.1로 하고, 물/시멘트 비를 50 %로 하여 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 개질 유황을 시멘트에 대하여 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 첨가하여 비교하였다.
시험 오차를 최소화하기 위하여 10 × 20 cm의 공시체를 3개 측정한 평균값으로 나타내었으며, 대기 양생을 마친 공시체를재령일의 경과에 따라 7일, 14일, 28일에 측정하여 압축 강도를 비교하였다.
압축강도 시험은 압축강도 시험기(FS-1050A, Jeil Precision, Korea)를 이용하여 실시하였으며 실험 시 하중을 가하는 속도는 약 0.3 MPa로써, KS F 2405 및 ISO 4012 규격 범위 내에서 수행하였다. 시험 오차를 최소화하기 위하여 10 × 20 cm의 공시체를 3개 측정한 평균값으로 나타내었으며, 대기 양생을 마친 공시체를재령일의 경과에 따라 7일, 14일, 28일에 측정하여 압축 강도를 비교하였다.
일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트 공시체를 동일한 방식으로 제작하여 개질 유황 콘크리트 공시체와 비교하였으며, 자세한 배합 내용 및 종류는 Table 2에 나타내었다.
제작된 공시체는 24시간 후 주철 몰드로부터 탈형하여 상대습도 90 %, 23^o C의 조건에서 양생시키고, 해당되는 날짜에 맞추어 압축강도 시험을 실시하였다. 또한, 28일 양생이 완료된 공시체는 내화학 시험 용액에 침지 시키어 내화학성을 확인하였다.
혼합 온도에 따른 압축강도 시험은 5 %의 개질 유황이 첨가된 HMC1, HMC2, HMC3 공시체를 사용하여 실시하였고, 그 결과를 비교하여 Fig. 2에 나타내었다.

대상 데이터

개질 유황은 한미이엔씨건설(주)에서 개발한 제품을 사용하였고, 상온 중 반고체 상태로 존재하며 Sulfur 100 중량%에 대하여 DCPD 30 중량%, Pyridine 5 중량%로 합성된 중합체를 사용하였다. 개질 유황 내의 자세한 성분 분포를 확인하고 비교하기 위하여 위의 배합의 경우에 나타나는 주요 원소에 대한 정량 분석 결과를 CHNS 시험을 통하여 수행하고 Table 1에 비교하여 나타내었다.
공시체는 KS F 2403을 참고하여 10 × 20 cm의 주철 몰드에 타설하여 제작하였다.
5100에 규정된 시멘트 강도 시험용 표준 모래인 주문진산 표준사를 사용하였다. 또한, 굵은 골재는 레미콘 업계에서 시판 중인 일반적인 골재를 사용하였고, 혼화재는 폴리 카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
시멘트는 KS L 5021의 기준에 맞추어 한일 시멘트의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 잔골재는 KS L 5100에 규정된 시멘트 강도 시험용 표준 모래인 주문진산 표준사를 사용하였다. 또한, 굵은 골재는 레미콘 업계에서 시판 중인 일반적인 골재를 사용하였고, 혼화재는 폴리 카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.

성능/효과

30oC에서 제작된 HMC1의 경우 강도 기준이 되는 OPC에 비해서도 약 50 kgf/cm 2낮은 강도값을 나타내었고, 각각 55oC와 75oC에서 제작된 HMC2와 HMC3의경우 OPC에 비해 약 100 kgf/cm2 이상 강도가 증가하였으며, HMC2와 HMC3의 강도 차이는 약 10~20 kgf/cm2 정도로 매우 미비하였다.
2E TA Instrument)시험을 실시하였다. Fig. 1에 나타난 결과와 같이 비열은 13.08 J/g이고, 유리전이온도는 나타나지 않았고 용융 온도는 80.93^o C에서 93.67^o C의 범위에 해당되나 peak의 기울기가 가장 큰 93.67^o C이 더욱 정확한 용융점이라고 해석된다.
4에 개질 유황의 함량과 용액의 종류에 따른 콘크리트 시험편들의 내화학 실험 모습을 비교하여 나타내었다. 그림을 비교하여 알 수 있듯이, CaCl₂에 대해 일반 콘크리트에 비해 개질 유황 콘크리트가 내화학성이 월등하게 양호함을 알 수 있고, 개질 유황의 함량이 증가할수록 내화학성이 증가하였다.
용융점이 약 90^o C인 개질 유황을 사용하여 제조된 개질 유황 콘크리트는 55^o C에서 작업할 때에 개질 유황의 자연 냉각에 따른 고화 현상 및 혼합수의 증발량을 최소화함과 동시에 최적의 압축강도를 지닐 수 있고, 반복 작업 시 재현성을 가지는 것으로 보여진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개질 유황 콘크리트는 시멘트 대신에 무엇을 사용하는가?	시멘트 대신에 개질 유황을 사용하는 개질 유황 콘크리트는 내산 및 내염기성, 급경화성, 고강도성, 고탄성, 흡수율 등의 장점에 대한 연구를 통하여 미국에서 최초로 도로 시공에 적용되었다[1, 2].
	개질 유황 콘크리트의 장점은?	시멘트 대신에 개질 유황을 사용하는 개질 유황 콘크리트는 내산 및 내염기성, 급경화성, 고강도성, 고탄성, 흡수율 등의 장점에 대한 연구를 통하여 미국에서 최초로 도로 시공에 적용되었다[1, 2].
	개질 유황 콘크리트의 단점을 보완하기 위하여 한미이엔씨건설(주)에서 진행한 연구는 어떤 연구인가?	이를 해결하기 위하여 한미이엔씨건설㈜에서는 시멘트 콘크리트에 개질 유황을 결합재 수준으로 적용시켜 불에 타는 성질과 고온 작업에 대한 단점을 개선하는 연구를 진행하였다[7].

참고문헌 (7)

W.C. McBee, T.A. Sullivan and B.W. Jong, "Modifiedsulfur cements for use in concretes, flexible paving, coatings, and grouts (in Eng.)", U.S. Dept, of the Interior, Bureau of Mines, February (1981) 3.
J.J. Beaudoin and R.F. Feldment, "Durability of porous systems impregnated with dicyclopentadiene-modified sulphur (in Eng.)", Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, February (1984) 13.
Kurakake Minoru, "Production method and production device for sulfur solidified body", NIPPON OIL Corp March (2008) 1.
Terrel, Ronald L, "Sulfur concrete composition and method of making shaped sulfur concrete articles", Sulphur Development Institute of Canada, September (1979) 1.
G.D. Kim, "Development of recycling technology from waste aggregate and dust from waste concrete (in Eng.)", Journal of Ceramic Processing Research (2007) 82.
Y.G. Jeong, "Mortar and concrete containing modified sulfur binder", SK Corp, January (2008) 1.
M.S. Choi, "Modified sulfur binder and the fabrication method thereof, hydraulic modified sulfur material composition and the fabrication method thereof or combustible modified sulfur material composition and the fabrication method thereof containing the modified sulfur binder", December (2008) 1.

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