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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 프리캐스트 및 콘크리트 2차 제품과 같은 소규모 콘크리트의 성능개선을 위해 효율적인 표면침투제 함침방법을 도출하기 위하여, 표면침투제를 원액 및 희석 농도, 함침시간을 다양하게 변화시켜 점도, 표면장력, 압축강도, 내약품성 및 내흡수량, 염소이온 침투성평가 시험결과를 비교 고찰하였다.
제안 방법
- 시험체는 기준시험체인 OPCC(Ordinary portland cement concrete)와 표면침투제 용액의 종류, 희석농도 및 함침시간에 따라 분류하였으며, 그 종류는 Table 3과 같다.
- 각 시험체의 내흡수량 실험은 KS F 2609(건축재료의 물 흡수계수 측정방법)에 따라 약 20℃의 물에 2∼10mm 정도 깊이로 침지하였으며, 침지시간(10분, 30분, 1시간, 6시간 및 24시간) 및 시험체의 무게(시험체 표면의 물 제거)로 부터 내흡수량을 구하였다.
- 실험방법은 콘크리트의 공극이 증류수로 포화된 실험체를 두께 50mm로 절단하여 양극셀에서 0.3M의 NaOH 수용액을, 음극셀에는 3%의 NaCl 수용액을 채우고 DC 60V의 전위차로 6시간 동안 통전시키면서 시간대별 전류값을 측정하여 통과전하량을 산정한다. 통과전하량은 측정된 전류값을 식 (2)에 의하여 6시간 동안의 총통과전하량을 산정한다.
- 표면침투제 용액에 의한 콘크리트의 표면 및 내부 공극의 치밀화를 확인하기 위하여 각 시험체의 SEM분석을 하였다.
- 표면침투제 용액에 함침하지 않은 OPCC 및 표면침투제용액의 종류, 희석농도 및 함침시간을 달리한 콘크리트의 특성을 비교 고찰하여 얻은 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 표면침투제 용액의 화학성분은 Table 1과 같고 A, B는 각각 콜로이달 실리카용액과 소듐 알루미나 실리케이트 용액으로 무기계이며 주요 성분은 실리케이트(Na2O·SiO2)이다.
- 본 연구에서 사용한 시멘트는 KS L 5201의 규정에 적합한 H사의 1종 포틀랜드시멘트이고, 골재는 최대치수 25mm, 밀도가 2.64인 쇄석과 밀도가 2.53인 하천사를 사용하였다.
이론/모형
- 압축강도는 표면침투제 용액의 종류, 농도 및 함침시간을 달리하여 함침한 원주형 공시체(Φ100×200㎜)를 KSF 2405에 따라 측정하였다.
- 표면침투제의 용액의 점도와 표면장력에 따른 침투성능을 평가하기 위하여 농도를 달리한 두 용액의 점도 및 표면장력을 각각 KS A 0531 및 KS A 2709에 따라 실시하였다.
- ASTM C 267에 따라 각 시험체를 5% 황산용액에 침지하여 중량감소율을 측정하였으며, 실험시 황산용액에 침지되어 있는 부분은 솔로 제거하고 물 세척 및 표면의 물기 제거 후 다음 중량을 측정하였다.
성능/효과
- 용액의 농도가 낮아질수록 점도와 표면장력이 낮아짐을 알 수가 있으며, 일반적으로 표면침투제 용액을 콘크리트에 적용할 때 표면장력과 점도가 높을수록 침투성이 저하하여, 역학적 성능과 내구성능의 개선효과가 저감하는 것으로 알려져 있다. 그러나 침투가 용이하다고 해서 역학적 성능과 내구성능이 개선되는 것이 아니기 때문에 표면침투제의 농도를 달리하여 콘크리트의 성능을 개선시키는 점도 및 표면장력을 알고자 본 시험을 수행하였으며, 본 시험의 결과와 같이 압축강도, 내약품성, 내흡수량 및 염소이온 침투저항성 시험결과가 같은 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다.
- 압축강도 측정결과로 부터 표면침투제 용액에 함침한 모든 시험체의 압축강도가 OPCC보다 최소 약 5%에서 최대 16% 정도 증진하였다.
- 표면침투제 용액의 농도별로 구분한다면 원액 보다 원액의 절반 농도에서 함침시간에 관계없이 압축강도 증진이 크게 나타났으며, 원액인 경우는 표면침투제 용액의 점도가 커서 콘크리트 내부로 침투가 용이하지 않아 점도가 낮은 절반농도에 비해 압축강도 증진이 낮았고, 8%인 경우는 콘크리트 내부의 침투는 어는 농도 때보다 용이하긴 하나, 미활성화된 수산화칼슘과 반응, 즉 포졸란 반응이 절반 농도 때보다 적어 강도 증진 효과가 미소하였다. 이런 결과로 보아 표면침투제 용액이 적정 농도일 때 즉 적정한 점도 및 표면장력을 가지고 있을 때 콘크리트 내부로 침투가 용이하여 포졸란 반응의 활성화됨으로써 강도가 증진된 것으로 판단된다.(조명석 등, 2006)
- 표면침투제 용액에 함침시간별로 구분한다면 함침시간이 길수록 압축강도 증진율이 미소하지만 좋았다. 그러나 콘크리트 2차 제품의 생산성 및 경제성을 고려한다면 A용액의 경우 희석농도 15%, 함침시간 5분인 경우와 B용액은 희석농도 17%, 함침시간 10초인 경우에 각각 압축강도가 가장 크게 나타났다.
- 표면침투제 용액에 함침시간별로 구분한다면 함침시간이 길수록 압축강도 증진율이 미소하지만 좋았다. 그러나 콘크리트 2차 제품의 생산성 및 경제성을 고려한다면 A용액의 경우 희석농도 15%, 함침시간 5분인 경우와 B용액은 희석농도 17%, 함침시간 10초인 경우에 각각 압축강도가 가장 크게 나타났다.
- 각 시험체의 중량감소율 측정결과로 부터 표면침투제 용액에 함침한 모든 시험체의 중량감소율이 OPCC보다 작게 나타나 표면침투제 용액이 콘크리트 내약품성향상에 효과적임을 알 수 있었다.
- 표면침투제의 용액의 농도별로 구분하여 보면 압축강도결과와 일치하듯이 원액보다는 절반농도에서 중량감소율이 작게 나타났다. 이는 적정한 점도 및 표면장력을 가지고 있을 때 콘크리트 내부로 침투가 용이하여 포졸란 반응의 활성화로 콘크리트 내부가 치밀한 조직으로 변화되었다고 판단된다.
- 표면침투제 용액에 함침한 시간별로 구분한다면 함침시간이 길수록 내약품성은 좋으나, 변화가 미소하다. 본 실험에서는 A용액의 경우 희석농도 15%, 함침시간 5분인 경우와 B용액은 희석농도 17%, 함침시간 10초인 경우 중량감소율이 가장 작게 나타나 내약품성이 좋은 것으로 판단된다.
- 표면침투제 용액에 함침한 모든 시험체의 내흡수량은 OPCC보다 최소 18%에서 최대 30%정도 작게 나타나 표면침투제 용액이 콘크리트의 내부조직을 치밀화하여 수분침투 억제에 효과적임을 알 수 있었다. 압축강도 및 중량감소율 결과와 마찬가지로 농도별로 본다면 희석농도가 각각 15% 및 17%으로 내흡수량이 적었다. 함침시간에 따른 내흡수량은 함침시간이 길어질수록 내흡수량은 작게 나타났으나.
- 본 실험에서는 압축강도 및 중량감소율 측정결과와 마찬가지로 A용액의 경우 희석농도 15%, 함침시간 5분인 경우와 B용액은 희석농도 17%, 함침시간 10초인 경우 수분의 침투억제효과가 가장 크게 나타났으며, 특히 B용액이 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
- 17% 로 판단된다. 또한 함침시간이 길다고 해서 좋은 결과를 나나내는 것이 아님을 알 수 있었으며, 적정 함침시간은 각각 용액에 대해 5분, 10초임을 알 수 있었다.
- 용액의 종류 및 희석농도에 관계없이 표면침투제 용액에 함침한 경우 OPCC보다 표면조직이 치밀한 것을 확인할 수 있었으며, 특히 A용액의 경우 희석농도 15%에서. B용액의 경우 17%에서 표면조직이 더욱 치밀함을 알 수 있었다.
- 1) 표면침투제 용액에 함침한 모든 시험체는 압축강도, 내약품성, 내흡수량 및 표면조직의 치밀화 등 그 성능이 OPCC보다 우수함을 알 수 있었다.
- 2) 시판되고 있는 표면침투제 용액은 원액 그대로 적용하는 것보다 물로 희석하여 점도와 표면장력을 저하시켜 적정 농도로 사용할 경우 콘크리트의 성능개선에 효과적임을 알 수 있었으며, 본 연구에서 적정농도는 콜로이달실리카 용액의 경우 15%, 소듐 알루미나 실리케이트 용액은 17%로 나타났다.
- 3) 전반적으로 함침시간이 길수록 콘크리트 성능이 개선되었으나 그 차이는 미소하였으며, 가장 효과적인 함침시간은 콜로이달 실리카 용액의 경우 5분, 소듐 알루미나실리케이트 용액은 10초로 나타났다.
- 4) 본 연구에서는 경제성 및 효율성을 고려할 때 콜로이달 실리카 용액은 농도 15%, 함침시간 5분인 경우와 소듐 알루미나 실리케이트 용액은 농도 17%, 함침시간 10초인 경우가 표면침투제 용액의 가장 적정한 함침방법이라고 판단된다.
- 표면침투제 용액의 농도별로 구분한다면 원액 보다 원액의 절반 농도에서 함침시간에 관계없이 압축강도 증진이 크게 나타났으며, 원액인 경우는 표면침투제 용액의 점도가 커서 콘크리트 내부로 침투가 용이하지 않아 점도가 낮은 절반농도에 비해 압축강도 증진이 낮았고, 8%인 경우는 콘크리트 내부의 침투는 어는 농도 때보다 용이하긴 하나, 미활성화된 수산화칼슘과 반응, 즉 포졸란 반응이 절반 농도 때보다 적어 강도 증진 효과가 미소하였다. 이런 결과로 보아 표면침투제 용액이 적정 농도일 때 즉 적정한 점도 및 표면장력을 가지고 있을 때 콘크리트 내부로 침투가 용이하여 포졸란 반응의 활성화됨으로써 강도가 증진된 것으로 판단된다.
- 표면침투제 용액에 함침한 모든 시험체의 내흡수량은 OPCC보다 최소 18%에서 최대 30%정도 작게 나타나 표면침투제 용액이 콘크리트의 내부조직을 치밀화하여 수분침투 억제에 효과적임을 알 수 있었다. 압축강도 및 중량감소율 결과와 마찬가지로 농도별로 본다면 희석농도가 각각 15% 및 17%으로 내흡수량이 적었다.
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