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문제 정의
- 이 연구에서는 응결 지연형 타블렛의 특성을 확인하기 위하여 모르타르에 대하여 플로우 테스트, 관입 저항침에 의한 응결시험, 길이변화 특성을 검토하였다. 플로우 테스트는 KS L 5105에서 규정한 방법으로 30분, 60분 경과시간에 대한 변화량을 4곳의 지름을 측정하여 구하였다.
- 이와 같은 정제화 방법은 현재 분말형 혼화제 등과 같은 건설재료 분야에서 거의 사용되지 않고 있으며, 이 연구는 그 가능성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
- 10,11) 이에 이 연구에서는 이러한 지연제의 관리상의 문제점을 해결하기 위하여 분말형 지연제를 정제된 형태로 제조하였다. 또한, 지연제의 정제화 유무에 따른 응결시간을 측정하여 기초물성 시험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였으며, 이를 기초로 하여 콘크리트의 특성을 확인하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 작업성 유지 정도를 확인하기 위하여 경과 시간 30분, 60분, 90분, 120분에 대하여 일반적으로 표준화된 시험방법인 슬럼프 시험을 실시하여 오차범위 내에서 만족하는지에 대하여 평가하였다. 그리고 경화된 콘크리트의 특성은 KS F 2405에 규정된 방법에 따라 3일, 7일, 28일, 56일 및 91일 재령에서 압축강도를 측정하였으며, KS F 2584에 규정된 방법에 따라 촉진 탄산화 시험을 실시하여 각 배합에 대하여 1주, 4주, 8주, 13주, 26주에 탄산화 깊이를 측정하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 작업성 유지 정도를 확인하기 위하여 경과 시간 30분, 60분, 90분, 120분에 대하여 일반적으로 표준화된 시험방법인 슬럼프 시험을 실시하여 오차범위 내에서 만족하는지에 대하여 평가하였다. 그리고 경화된 콘크리트의 특성은 KS F 2405에 규정된 방법에 따라 3일, 7일, 28일, 56일 및 91일 재령에서 압축강도를 측정하였으며, KS F 2584에 규정된 방법에 따라 촉진 탄산화 시험을 실시하여 각 배합에 대하여 1주, 4주, 8주, 13주, 26주에 탄산화 깊이를 측정하였다. 또한, 탄산화 속도 계수는 다음 식을 이용하여 구하였다.
- 또한, 지연제의 정제화 유무에 따른 응결시간을 측정하여 기초물성 시험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였으며, 이를 기초로 하여 콘크리트의 특성을 확인하였다. 또한, 경화된 콘크리트 특성을 비교하여 내구성 및 콜드조인트에 대한 저항성을 확인하였다.
- 또한, 지연제의 정제화 유무에 따른 응결시간을 측정하여 기초물성 시험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였으며, 이를 기초로 하여 콘크리트의 특성을 확인하였다.
- 서중 콘크리트 타설시 문제가 되는 콜드조인트에 대하여 200×200×300(mm)의 몰드에 150 mm 두께로 1차 타설을 하고, 30℃ 온도를 유지하는 항온 챔버에 6시간 노출한 이후 2차로 나머지를 타설 한 후 시료의 콜드조인트 발생 여부를 확인 하였다.
- 18) 이 모르타르 시험 결과에 따라 control 대비 3수준으로 정하여 콘크리트의 특성을 비교 평가하였다. 여기서 콘크리트 배합은 pilot test를 통하여 목표강도 24 MPa, 슬럼프 150 mm, 공기량 4.5%, 물/시멘트=52.0%, 잔골재율=48.5%로 결정하였다.
- 이 연구에서는 관리상의 문제가 있는 분말형 지연제를 의약 분야에서 주로 이용되는 정제화 방법을 이용하여 고형화하였고, 그 사용상의 문제점을 확인하기 위하여 실내 시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 혼입률에 따른 슬럼프를 믹싱 이후 120분 동안 30분 단위로 측정하여 작업성을 평가하였으며, 압축강도는 재령 3, 7, 28, 56, 91일에 대해서 검토하였다. Fig.
대상 데이터
- 이 연구에서는 시멘트의 응결 및 수화반응에 직접 관여하는 응결조절용 혼화제인 분말 성상의 리그닌 설폰산 염(이하 Lignin이라 약함)과 글루코산염(이하 Gluconic이라 약함) 지연제를 사용하였다. 타블렛은 단발 타정기를 이용하여 제조하였으며, 그 형상은 직경 5 mm, 길이 5 mm의 원통형이다.
- 이 연구에서는 시멘트의 응결 및 수화반응에 직접 관여하는 응결조절용 혼화제인 분말 성상의 리그닌 설폰산 염(이하 Lignin이라 약함)과 글루코산염(이하 Gluconic이라 약함) 지연제를 사용하였다. 타블렛은 단발 타정기를 이용하여 제조하였으며, 그 형상은 직경 5 mm, 길이 5 mm의 원통형이다. Fig.
이론/모형
- 또한, 응결 지연에 의한 수축량을 확인하기 위하여 KSF 2424에 규정 된 방법 중 콘택트 게이지를 이용하여 길이변화가 멈출 때까지의 변화량을 구하였다.22) Fig.
- 모르타르 배합은 KS L ISO 679에서 규정한 제작 방법에 따라 시멘트:모래=1:3에 물/시멘트=0.5로 결정하여 Table 1에서와 같이 분말형 지연제는 control 대비 각각 3수준, 타블렛의 경우는 지연제 시험 결과에 따라 control 대비 각각 3수준으로 혼입하였다.18) 이 모르타르 시험 결과에 따라 control 대비 3수준으로 정하여 콘크리트의 특성을 비교 평가하였다.
- 이러한 응결시간을 측정하기 위하여 KS F 2436에서 제시된 방법에 따라 항온 항습기에서 20±2℃의 온도로 양생을 한 후 경과시간에 맞추어서 관입 저항치를 측정하였고, 초결 및 종결시간을 얻기 위하여 경과시간에 대한 관입 저항치를 도시한 후 부드러운 곡선으로 hand-fitting하여 응결시간을 결정하였다(초결 3.5 MPa, 종결 28 MPa 일때).20,21)
- 이 연구에서는 응결 지연형 타블렛의 특성을 확인하기 위하여 모르타르에 대하여 플로우 테스트, 관입 저항침에 의한 응결시험, 길이변화 특성을 검토하였다. 플로우 테스트는 KS L 5105에서 규정한 방법으로 30분, 60분 경과시간에 대한 변화량을 4곳의 지름을 측정하여 구하였다.19) 응결은 굳지 않은 콘크리트에서 강성이 발현되는 시점으로 정의되며, 경화는 유용하고 예측 가능한 강도가 발현되는 것을 의미한다.
성능/효과
- 1) 모르타르의 응결시간 결과에서 Lignin 지연제를 정제화한 경우 control 보다는 응결 지연효과를 보였지만, 그 차이가 크게 나지 않았다. Gluconic 지연제를 정제화한 경우 Lignin 지연제를 정제화한 경우보다 우수한 성능을 나타내었다.
- 2) 굳지 않은 콘크리트의 작업성 확인을 위한 슬럼프 시험 결과에서 정제화된 Gluconic 지연제의 경우 앞선 모르타르의 플로우 시험 때와 마찬가지로 초기에는 반응하지 않다가 대략 60분 이후 콘크리트 내부의 수분과 서서히 반응하여 지속성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 경화된 콘크리트의 압축강도 측정 결과에서 지연제를 혼입한 경우가 control과 비교하여 3일 강도를 제외하고 대체적으로 비슷하거나 높은 강도치를 나타내고 있다.
- 3) 탄산화 측정 결과, control과 Gluconic 0.1%, 타블렛 (Gluconic) 0.1%과 유사한 탄산화 깊이를 보이며, 나머지 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3%는 좀 더 높은 탄산화 저항성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 탄산화 속도에서도 그 차이를 확인할 수 있었으며, 회귀분석을 통한 탄산화 속도계수는 상관계수가 0.
- 10에서와 같이 일반 콘크리트에서는 콜드조인트가 발생하였으며, 나머지 Gluconic 지연제와 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에서는 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 Gluconic 지연제를 정제화하여도 동일한 성능을 발휘한다는 것을 알 수 있었다.
- 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트, Gluconic 지연제와 이를 정제화시킨 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에의 콜드조인트 발생여부를 확인한 결과 일반 콘크리트에서는 콜드조인트가 발생하였으며, 나머지 Gluconic 지연제와 응결 지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에서는 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, Gluconic 지연제를 정제화하여도 동일한 성능을 발휘한다는 것을 확인 할 수 있었다.
- Table 3에서 보면 Gluconic 지연제의 경우 성능이 우수하여 경과시간에 따른 플로우 값의 변동이 거의 없으며, 오히려 그 값이 증가하는 경우도 발생하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 정제된 경우도 위에서 언급한 Lignin과 마찬가지로 초기에는 반응하지 않다가 그 이후에 반응하여 유동성을 유지하는 것을 확인 할 수 있었다. 응결시간은 혼입률이 증가할수록 늘어났으며, 정제된 지연제의 경우 분말상태일 때보다 응결시간이 다소 짧아지는 것을 Fig.
- 1%의 경우 유사한 길이 변화량을 보였다. 또한, 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3% 경우 나머지보다 길이변화량이 적어 수축량이 적음을 확인할 수 있었다. 이는 수화초기 장시간의 응결지연작용에 의해서 서서히 수화반응이 진행됨에 따라 수축에 영향을 미치는 잉여수가 서서히 배출되면서 내부조직을 치밀하게 만들었기 때문으로 생각된다.
- 또한, 정제된 경우도 위에서 언급한 Lignin과 마찬가지로 초기에는 반응하지 않다가 그 이후에 반응하여 유동성을 유지하는 것을 확인 할 수 있었다. 응결시간은 혼입률이 증가할수록 늘어났으며, 정제된 지연제의 경우 분말상태일 때보다 응결시간이 다소 짧아지는 것을 Fig. 5를 통해 확인할 수 있었다.
- 3%는 좀 더 높은 탄산화 저항성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 탄산화 속도에서도 그 차이를 확인할 수 있었으며, 회귀분석을 통한 탄산화 속도계수는 상관계수가 0.95이상을 모두 나타내어 매우 신뢰도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트, Gluconic 지연제와 이를 정제화시킨 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에의 콜드조인트 발생여부를 확인한 결과 일반 콘크리트에서는 콜드조인트가 발생하였으며, 나머지 Gluconic 지연제와 응결 지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에서는 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
- 따라서, 이러한 이유로 인하여 이때 생긴 수화생성물이 내부조직을 보다 치밀하게 하여 장기적으로 다른 배합보다 높은 강도를 나타내고 강도발현이 지속된 것으로 보인다. 이와 더불어 기존연구에서 나타낸 바와 같이 Gluconic 지연제를 사용할 경우 혼입률에 따라 강도발현시기의 차이는 있으나 압축강도 품질에 미치는 영향은 적고, 강도를 다소 증진시킨다는 것을 확인할 수 있었다.28,29)
- 플로우 시험 결과 두 지연제를 정제화한 경우 믹싱 초기에는 반응하지 않다가 그 이후에 반응하여 유동성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 정제화된 Gluconic 지연제의 길이변화 시험 결과에서 응결이 완료된 후 25일 전후에서 대부분 배합이 길이변화가 발생하지 않았으며, 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3% 경우 다른 배합보다 길이변화량이 적어 수축량이 적음을 확인할 수있었다.
- 95이상을 모두 나타내어 매우 신뢰도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트, Gluconic 지연제와 이를 정제화시킨 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에의 콜드조인트 발생여부를 확인한 결과 일반 콘크리트에서는 콜드조인트가 발생하였으며, 나머지 Gluconic 지연제와 응결 지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에서는 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, Gluconic 지연제를 정제화하여도 동일한 성능을 발휘한다는 것을 확인 할 수 있었다.
- 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트와 Gluconic 지연제와 이를 정제화시킨 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트를 1차로 타설을 하고 약 30℃의 챔버에서 6시간 노출 후 2차로 타설 한 후 콜드조인트를 확인한 결과 Fig. 10에서와 같이 일반 콘크리트에서는 콜드조인트가 발생하였으며, 나머지 Gluconic 지연제와 응결지연형 타블렛을 혼입한 콘크리트에서는 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 Gluconic 지연제를 정제화하여도 동일한 성능을 발휘한다는 것을 알 수 있었다.
- 측정 결과에 의하면, control과 Gluconic 0.1%, 타블렛 (Gluconic) 0.1%이 유사한 탄산화 깊이를 나타냈으며, 나머지 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3%는 좀 더 높은 탄산화 저항성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로, Fig.
- 8에서 보면 지연제를 혼입한 경우가 control과 비교하여 3일 강도를 제외하고 대체적으로 비슷하거나 높은 강도치를 나타내고 있다. 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3%의 경우 경화가 완료되지 않아 3일강도 측정이 어려웠지만, 28일 이후 다른 배합들과 유사한 강도로 발현하다 56일 이후 높은 강도 값을 나타내었다. 특히, 91일 강도에서 나머지 배합들은 거의 발현하지 않은 것과는 다르게 높은 발현율을 보였다.
- 또한, 경화된 콘크리트의 압축강도 측정 결과에서 지연제를 혼입한 경우가 control과 비교하여 3일 강도를 제외하고 대체적으로 비슷하거나 높은 강도치를 나타내고 있다. 타블렛(Gluconic) 0.2%, 0.3%의 경우 경화가 완료되지 않아 3일강도 측정이 어려웠지만, 28일 이후 다른 배합들과 유사한 강도로 발현하였고, 특히 91일 강도에서 나머지 배합들이 거의 발현이 일어나지 않은 것과는 다르게 높은 발현율을 나타내는 것을 확인 하였다.
- Gluconic 지연제를 정제화한 경우 Lignin 지연제를 정제화한 경우보다 우수한 성능을 나타내었다. 플로우 시험 결과 두 지연제를 정제화한 경우 믹싱 초기에는 반응하지 않다가 그 이후에 반응하여 유동성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 정제화된 Gluconic 지연제의 길이변화 시험 결과에서 응결이 완료된 후 25일 전후에서 대부분 배합이 길이변화가 발생하지 않았으며, 타블렛(Gluconic) 0.
- 4를 통하여, 혼입률이 증가할수록 초결 및 종결시간이 늘어나는 것을 알 수 있었다. 하지만, 정제화된 경우 control 보다는 응결 지연효과를 보였지만, 큰 차이가 나지 않아 지연효과가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Lignin의 경우 적은 양을 사용할 경우 초결 시간이 단축되는 경우가 있는데, 타블렛의 경우 분말 형태의 지연제보다 분산성이 낮아 응결 지연효과가 떨어질 뿐만 아니라 콘크리트 안에서 초반에 반응하는 양이 적어 이러한 현상이 발생한 경우로 생각된다.
후속연구
- 위의 결과에서 정제화된 지연제의 경우 기존 분말형태의 지연제와 비교하여 콘크리트의 품질 성능에 큰 문제가 없음을 확인할 수 있었으며, 오히려 레디믹스트 콘크리트 생산 시 지연제의 정확한 계량 및 보관, 분진 발생 등과 같은 어려움을 해결하는데 도움이 될 것으로 생각된다.
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