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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 혼화재 다량 치환콘크리트의 탄산화 억제방법으로서 WCO를 유동성 향상을 목적으로 유화처리한 폐유지류(Emulsified refined cooking oil ; ERCO)를 콘크리트에 혼입하여 이들이 혼화재 다량치환 콘크리트의 탄산화를 포함한 내구성에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하고자 한다.
- 본 연구는 정제유지류를 혼입한 혼화재 다량 치환 콘크리트의내구성에 대하여 실험적으로 고찰하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 또한, 내구성 실험으로 촉진 탄산화 실험은 KS F 2584에 의거 하여 소정에 재령마다 페놀프탈레인 용액을 이용하여 측정하였으며, 내동해성 실험은 KS F 2456, 염화물 침투 깊이 실험은 KS F 2737규정에 의해 해수에 침지후 소정의 재령마다 질산은 용액을 이용하여 측정을 하였다. 황산염 저항성 실험은 ASTM C 267 규정에 의거하여 28일간 수중 양생을 시킨 시험체를 5 % 농도의 황상마그네슘 1급 시약에 침지하여 소정의 재령마다 동탄성계수를 측정하였다.
- 먼저, 물-결합재비(W/B)는 50%의 1수준에 대하여, 결합재로는 보통 포틀랜트 시멘트(이하 OPC) 100%, 플라이애시(이하 FA) 30%치환, 고로슬래그 미분말(이하 BS) 60%를 단독 치환한 것으로 총 3수준으로 실험계획 하였으며, 실험사항으로는 압축강도, 내구성 평가항목중 촉진탄산화, 내염해성, 동결융해 저항성 및 내황산염 실험을 진행하였고, 미시적분석으로 Mercury Intrusion Prosimetry(MIP)에 의한 세공분포 측정을 실시하는 것으로 하였다.
- 12는 결합재 종류 및 ERCO치환율별 누적세공분포 분포를 나타낸 것이다. 본 연구범위에서는 각각의 혼화재별 ERCO의 혼입률 0.0%와 1.0%조건에서 누적세공분포를 측정하였다. Fig.
- 황산염 저항성 실험은 ASTM C 267 규정에 의거하여 28일간 수중 양생을 시킨 시험체를 5 % 농도의 황상마그네슘 1급 시약에 침지하여 소정의 재령마다 동탄성계수를 측정하였다. 세공분포는 MIP 장비에 의해 소정의 재령에서 측정하였다.
- 또한, 내구성 실험으로 촉진 탄산화 실험은 KS F 2584에 의거 하여 소정에 재령마다 페놀프탈레인 용액을 이용하여 측정하였으며, 내동해성 실험은 KS F 2456, 염화물 침투 깊이 실험은 KS F 2737규정에 의해 해수에 침지후 소정의 재령마다 질산은 용액을 이용하여 측정을 하였다. 황산염 저항성 실험은 ASTM C 267 규정에 의거하여 28일간 수중 양생을 시킨 시험체를 5 % 농도의 황상마그네슘 1급 시약에 침지하여 소정의 재령마다 동탄성계수를 측정하였다. 세공분포는 MIP 장비에 의해 소정의 재령에서 측정하였다.
대상 데이터
- 고로슬래그 미분말은 시중에 유통되는 것을 사용하였으며 플라이 애시는 분급 정제된 보령화력산을 사용하였고, 그 물리 ‧ 화학적 성질은 Table 4 ∼ 5와 같다.
- 고로슬래그 미분말은 시중에 유통되는 것을 사용하였으며 플라이 애시는 분급 정제된 보령화력산을 사용하였고, 그 물리 ‧ 화학적 성질은 Table 4 ∼ 5와 같다. 또한, 본 실험에 사용한 ERCO는 폐유지류와 유화제를 교반한 것으로서 D사의 제품을 사용하였고, 그 물리‧ 화학적 성질은 Table 6과 같다.
- 본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 그 물리‧ 화학적 성질은 Table 3과 같다. 고로슬래그 미분말은 시중에 유통되는 것을 사용하였으며 플라이 애시는 분급 정제된 보령화력산을 사용하였고, 그 물리 ‧ 화학적 성질은 Table 4 ∼ 5와 같다.
- 본 연구에 콘크리트 혼합에 사용된 믹서는 강제식 팬타입 믹서를 이용하였고 혼합 순서 및 비빔시간은 Fig.1과 같은 순서에 따라 혼합하였다. 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 및 공기량을 KS F 2402 및 KS F 2409에 의거 측정하였으며, 경화콘크리트의 압축강도는 KS F 2403에 의거 측정하였다.
이론/모형
- 1과 같은 순서에 따라 혼합하였다. 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 및 공기량을 KS F 2402 및 KS F 2409에 의거 측정하였으며, 경화콘크리트의 압축강도는 KS F 2403에 의거 측정하였다.
성능/효과
- 1. 폐유지류 혼입에 따른 기초적 특성으로 슬럼프는 폐유지류 혼입율이 증가 할수록 시멘트와 고로슬래그 미분말을 치환한 경우는 저하지만, 플라이애쉬를 치환 하였을 경우는 오히려 증가하는 것을 확인 할 수 있었고, 공기량은 폐유지류를 혼입에 따라 저하하는 경향을 보였는데, 이는 유화처리시 혼입되는 유화제의 소수기가 AE제의 소수기와의 흡착작용에 의해 AE 공기가 소실된 것으로 판단된다. 또한, 압축강도의 경우 재령 28일 까지는 정제유지류를 혼입한 시험체가 다소 낮은 강도를 나타내었으나, 180일에서는 강도를 회복하여 Plain 시험체와 유사한 강도를 나타내었다.
- 2. 폐유지류가 촉진탄산화 및 내염해성에 미치는 영향으로 폐유지 류의 혼입이 증가 할수록 비누화 반응에 의한 모세관 공극의 충전효과에 기인하여 결합재 종류에 관계없이 탄산화 및 염해 저항성이 증가되는 것으로 나타났다.
- 3. 동결융해 저항성의 경우는 폐유지류 혼입률이 증가할수록 저하하는 것으로 나타났는데, 특히 시멘트의 경우 30cycle이전에 파괴가 나타났으며, 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말 치환의경우 치환률 0.5% 이상에서 상대동탄성계수비가 급격히 저하 하는 것으로 나타났다. 이는 배합상 공기량 저하에 기인된 것으로 이에 대한 대책이 필요할 것으로 사료된다.
- ERCO에 따른 특성으로 ERCO 혼입률이 증가할수록 탄산화 깊이는 비례적으로 감소하는 것으로 나타났는데, 특히 Fig. 8의 13주 측정치를 비교한 그래프에서 Plain 시험체에 비해 ERCO 1.0 %를 혼입한 시험체의 경우는 2.5mm ∼ 3mm 정도 탄산화 깊이가 감소하는 것으로 나타나 Plain 대비 약 4배의 CO2 침투 방지 효과를 확인 할 수 있었다.
- 0%조건에서 누적세공분포를 측정하였다. Fig. 12에서 확인할 수 있듯이 각 시험체의 경우 ERCO 0.0%의 시험체 보다 1.0% 시험체가 확연히 낮은 누적세공분포를 나타내어 ERCO 혼입에 따른 세공량 감소효과를 확인 할 수 있었다. 이는 전술한 바와 같이 ERCO와 콘크리트의 Ca(OH)2가 비누화 반응을 일으켜 세공의 충전효과에 기인하여 나타난 결과로 사료된다.
- 11과 같다. OPC, BS 및 FA의 결합재 변화에 따른 영향은 크지 않은 것으로 나타났고, ERCO 혼입에 따른 영향도 큰 차이를 보이지 않았다.
- 결국, 본 연구의 범위에서 ERCO의 혼입은 세공량을 감소시키므로서 내구성 항목중 세공의 영향이 지배적인 탄산화 저항성, 염화물 저항성 등에 효과가 있는 것으로 판단되고, 동결융해 저항성의 경우 공기량 감소에 의해 다소 악영향이 있을 것으로 사료되며, 황산염 저항성의 경우 큰 영향은 없는 것으로 판단된다.
- 7과 같다. 결합재 변화에 따른 특성으로 재령이 경과함에 따라 전반적으로 OPC보다 BS 및 FA의 경우가 탄산화 깊이가 다소 증가하는 것으로 나타났다. ERCO에 따른 특성으로 ERCO 혼입률이 증가할수록 탄산화 깊이는 비례적으로 감소하는 것으로 나타났는데, 특히 Fig.
- 반면에 FA를 치환한 경우는 오히려 슬럼프가 증가하는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 FA가 치환됨에 따른 볼베어링 작용에 기인한 것으로 판단된다. 공기량은 ERCO 치환률이 증가할수록 모든 경우에서 목표범위를 하회하는 값을 나타내었는데, 이는 폐유지류의 유화처리시 사용하는 유화제의 소수기가 AE제의 소수기와 흡착작용을 유발하여 AE 공기량이 소실된 것으로 사료된다.
- 단, ERCO 혼입률 0.5% 까지는 150cycle에서도 상대동탄성계수비가 80% 이상을 유지하는 것으로 나타났으나, ERCO 1.0%를 혼입한 시험체는 30∼60cycle에서 파괴되는 것을 확인할수 있었다.
- 이는 ERCO 혼입률이 증가함에 따라 AE 공기량 소실에 의해 동결융해 저항성이 급속히 저하되어 나타난 결과로 사료된다. 또한 BS 및 FA를 치환한 시험체의 경우는 ERCO를 치환하지 않은 경우 150 cycle까지 상대동탄성계수비가 95% 이상을 유지하고 있었으나, ERCO 혼입률이 증가함에 따라 상대동탄성 수비는 감소하였다. 단, ERCO 혼입률 0.
- 2와 3은 결합재 종류별 ERCO 혼입률 변화에 따른 슬럼프및 공기량 측정결과를 나타낸 그래프이다. 먼저 OPC를 사용한 경우 경우와 BS를 치환한 경우 폐유지류 혼입률이 증가함에 따라 유동성이 저하하여 0.5 %이상에서는 목표슬럼프에 도달하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 ERCO의 점도가 25 cps로서 물의 점도인 1.
- 9는 결합재 종류 및 ERCO 혼입률 변화에 따른 동결융해 cycle 수에 따른 상대동탄성계수를 나타낸 것이다. 먼저, OPC의 경우는 ERCO를 혼입하지 않은 경우 150 cycle에서 파괴되었으나, ERCO를 혼입한 시험체 모두는 30 cycle에서 파괴 되었다. 이는 ERCO 혼입률이 증가함에 따라 AE 공기량 소실에 의해 동결융해 저항성이 급속히 저하되어 나타난 결과로 사료된다.
- 10은 결합재 종류와 ERCO 혼입률별 재령경과에 따른 염화물 침투 깊이를 측정한 것이다. 먼저, 결합재의 변화에 따른 염화물의 침투깊이는 BS가 가장 낮고 OPC 및 FA는 유사한 경항을 보였다. 이는 고로슬래그의 잠재수경성 반응에 기인한 내부 미세 구조의 치밀화에 의한 것으로 사료된다.
- 재령 28일에서도 ERCO 혼입률이 증가함에 따라 결합 재별로 차이는 있으나, 강도가 다소 저하하는 것으로 나타났다. 반면 재령 180일에서는 전체적으로 ERCO 혼입율이 증가함에 따른 강도 저하비율이 작아지는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 장기 재령에서 활성화된 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응에 기인된 결과로 사료된다.
- 6은 결합재 종류 및 재령별 ERCO 혼입에 따른 압축 강도를 나타낸 그래프이다. 재령 7일에서는 BS를 사용한 경우 ERCO 혼입률이 증가할수록 강도가 약간 저하하는 것으로 나타났으나, OPC 및 FA를 사용한 경우는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 재령 28일에서도 ERCO 혼입률이 증가함에 따라 결합 재별로 차이는 있으나, 강도가 다소 저하하는 것으로 나타났다.
- 이는 고로슬래그의 잠재수경성 반응에 기인한 내부 미세 구조의 치밀화에 의한 것으로 사료된다. 한편, ERCO의 혼입률 변화에 따른 침투깊이는 초기재령인 1주부터 결합재 종류와 관계없이 Plain과 비교하여 ERCO의 혼입률이 증가할수록 침투깊이가 확연하게 저하하는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 ERCO 혼입에 따른 세공량의 감소에 기인된 결과로 판단된다.
후속연구
- 2011)에서는 폐유지류(이하 WCO)의 주성분인 지방산이 콘크리트의 알칼리와 반응할 경우 비누화 반응을 유발하고 여기에서 생성된 물질이 모세관 공극을 충전하여 세공량을 감소시켜 고강도 콘크리트의 자기수축 저감에 기여함을 보고한 바 있다. 그런데, WCO의 이러한 모세관 공극 충전효과는 외부로부터 H2O, CO2등을 콘크리트 내부로 침투하는 것을 억제할 수 있을 것으로 판단되어 특히 전술한 바와 같이 혼화재 다량치환 콘크리트에서 가장 문제시되는 탄산화 촉진 문제를 효과적으로 방지할수 있을 것으로 추측된다.
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