선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 고강도 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 급결 현상과 낮은 유동성을 개선할 목적으로 유동화제의 종류 및 투입 방법에 따른 알칼리 활성 슬래그 모르타르의 유동 특성과 압축강도의 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서는 낮은 W/B를 사용하는 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 유동성 개선을 목적으로 알칼리 활성 슬래그 모르타르에 일반 포틀랜드 시멘트에 사용되고 있는 화학 혼화제(나프탈렌계, 리그닌계, 멜라민계, PC계)를 첨가하여 유동 특성 및 압축강도에 미치는 영향을 비교, 분석하였다.
제안 방법
- 큐빅 몰드(50×50×50mm)를 사용하여 모르타르 압축강도 시험용 공시체를 제작하였으며 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 항온 ∙ 항습기에서 24시간 양생 후 탈형하여 수중 양생(20±1℃)을 실시하였다. KS L 5105에 따라 재령 1일, 3일, 7일, 28일에 공시체의 압축강도를 측정하였다.
- KS L 5111 에 준하는 플로우 시험 기구를 이용하여 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 환경에서 유동화제를 첨가한 AAS 모르타르의 시간 변화(0, 30, 60, 90분)에 따른 모르타르의 플로우 변화를 관찰하였다.
- SP제를 종류에 따른 모르타르의 응결 거동을 파악하기 위해 Task I에 대하여 초음파 속도 시험을 수행하였고 그 결과를 Fig. 6에서 나타내었다. Plain의 경우에는 배합 직후부터 초음파 속도가 빠르게 증가하는 것을 알 수 있으며 M계 SP제를 첨가한 경우에는 1시간 이후부터 초음파 속도가 증가하기 시작하였다.
- 9는 알칼리 활성화제로 NaOH와 물유리를 사용한 AAS 모르타르의 압축강도에 SP제가 미치는 영향을 나타낸 것이다. 모르타르의 플로우에 영향을 미친 N계, M계, L계 SP제에 대해 모르타르 시편의 압축강도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 모르타르 배합 직후 24시간 동안 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 환경에서 주파수 54kHz의 초음파 속도 측정기를 이용하여 15분 간격으로 초음파 속도를 측정하여 NaOH와 고로슬래그의 초기 알칼리 활성화 반응속도를 확인하였다.
- 사용된 알칼리 활성화제의 종류에 따라 알칼리 활성화 제로 NaOH를 사용한 Task I과 NaOH와 물유리를 사용한 Task II로 구분하였으며 유동화제의 첨가 방법에 따라 Task I-1, I-2로 세분화하였다.
- 알칼리 활성화제로 NaOH를 사용한 Task I-1에서는 4종류의 유동화제를 슬래그 질량 대비 0∼2%를 각각 첨가하였으며 Task I-2에서는 리그닌 계와 멜라민계 유동화제를 Table 3에 나타낸 바와 같이 5가지 비율로 혼합하여 첨가하였다.
- 알칼리 활성화제로 NaOH와 물유리를 사용한 Task II에서는 Task I-1과 동일한 조건으로 유동화제를 슬래그 질량 대비 0∼2%를 첨가하였다.
- 큐빅 몰드(50×50×50mm)를 사용하여 모르타르 압축강도 시험용 공시체를 제작하였으며 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 항온 ∙ 항습기에서 24시간 양생 후 탈형하여 수중 양생(20±1℃)을 실시하였다.
대상 데이터
- 79로 KS 기준에 적합한 3종 고로슬래그 미분말(GGBFS)을 사용하였다. 고로슬래그 미분말의 화학적 조성은 Table 1과 같으며 잔골재로는 밀도가 2.62g/cm3인 해사를 사용하였다.
- 본 연구에서는 결합재로 밀도가 2.90g/cm3, 분말도 4,253cm2/g, 염기도 1.79로 KS 기준에 적합한 3종 고로슬래그 미분말(GGBFS)을 사용하였다. 고로슬래그 미분말의 화학적 조성은 Table 1과 같으며 잔골재로는 밀도가 2.
- . 본 연구에서는 알칼리 활성화제로 AAS 모르타르의 압축강도 발현에 유리하다고 알려진 분말상태의 NaOH(밀도 2.13 g/cm3, 순도 93%)와 물유리를 사용하였다.
- 알칼리 활성화 슬래그(alkali activated slag, AAS)모르타르의 배합비는 Table 3와 같이 W/B는 0.35, 결합재 : 잔골재를 1 : 1.5로 고정하였고 알칼리 활성화제의 첨가량은 사전 실험에서 강도 발현이 우수했던 Na2O=5%, Ms=0.75로 설정하였다.12-13)
- 유동화제는 H사의 리그닌계(L), 나프탈렌계(N), 멜라민계(M), 폴리카르본산계(P)를 사용하였으며 물성을 Table 2에서 나타내었다.
성능/효과
- (1) 포틀랜드 시멘트에 사용되는 유동화제는 알칼리 활성 슬래그 모르타르의 높은 알칼리 환경으로 인해 정상적인 감수 및 유동 효과가 발휘되지 못하는 것으로 나타났다. 나프탈렌 계와 PC 계의 경우에는 플로우 개선효과가 미미하였고 압축강도가 저하되는 현상을 확인하였다.
- (2) SP제를 첨가하지 않은 모르타르의 경우에는 배합 직후부터 급격하게 플로우 손실이 발생하고 응결이 빠르게 진행하여 시편 제작 과정에서 작업성이 확보되지 않아 다짐불량 등 시편의 품질이 저하되어 강도가 낮게 측정된 것으로 판단된다. 반면 M계 SP제를 첨가한 경우 초기 플로우 증가로 균질한 다짐이 가능하고 시편의 제작이 용이해짐으로써 상대적으로 압축강도가 높게 나타난 것으로 사료된다.
- (4) 알칼리 활성화제로 NaOH와 물유리를 사용한 경우에는 PC계를 제외한 3종의 SP제가 유사한 플로우를 나타냈으며 나프탈렌 계 SP제에서 압축강도 저하 현상을 확인하였다.
-
Fig. 8 Compressive strength of AAS mortar according to adding method of SP (Task I-2)
28일 압축강도에서도 1일 강도와 동일한 경향으로 L계 SP제의 혼합 비율이 증가하면 Plain 보다 낮은 압축 강도가 발현되었고, M계 SP제의 비율이 증가할수록 압축강도가 증가되었다
. - 4는 알칼리 활성화제로 NaOH와 물유리를 사용한 AAS 모르타르의 플로우 실험 결과이다. 4종류의 SP제를 각각 1%, 2% 첨가하여 실험하였으나 P계 SP제의 경우에는 플로우 개선효과가 미미하여 그래프로 나타내지 않았고, Task I-1에서 플로우가 개선되지 않았던 N계 SP제의 경우에는 M계 및 L계 SP제와 비교하여 낮은 플로우가 측정되었으나 90분 동안 유사한 경향의 플로우가 측정되었다.
- 5%와 1%를 첨가한 경우에는 30분 이후부터 플로우의 측정이 불가능하였다. L계 SP제의 경우에는 첨가량 1% 이상에서 90분 동안 160mm 이상의 플로우가 유지되어 M계 SP제 보다 플로우 증가에 더 효과적인 것으로 나타났다.
- L계와 M계 SP제를 혼합하여 사용할 경우, L계 SP제를 단독으로 사용한 경우보다 초기 플로우가 증가하고 시간에 따른 플로우 손실량이 감소하는 것을 알 수 있었으며, 특히, L계 SP제 첨가비율이 1.5인 경우에서 가장 높은 플로우가 측정되었다. 또한 M계 SP제의 첨가비율이 증가할수록 30분 이후부터 플로우가 빠르게 감소하는 것으로 나타났다
- M계 SP제의 경우 첨가량이 0.5, 1, 1.5, 2%로 증가함에 따라 초기 플로우가 116mm, 148mm, 153mm, 163mm로 증가하여 AAS 모르타르의 유동성이 향상되는 것을 알 수 있었고 L계 SP제도 첨가량이 증가할수록 138mm, 165mm, 168mm, 179mm로 초기 플로우가 증가하였다. 반면에 N계와 P계 SP제의 경우는 그 영향이 미미하여 그래프로 나타내지 않았다.
- (1) 포틀랜드 시멘트에 사용되는 유동화제는 알칼리 활성 슬래그 모르타르의 높은 알칼리 환경으로 인해 정상적인 감수 및 유동 효과가 발휘되지 못하는 것으로 나타났다. 나프탈렌 계와 PC 계의 경우에는 플로우 개선효과가 미미하였고 압축강도가 저하되는 현상을 확인하였다.
- 다만, L계 SP제를 2% 첨가한 경우에는 경과 시간 30분∼60분 구간에서 플로우가 155mm로 유지되었고 90분 동안 가장 높은 플로우가 유지되었다.
- 5인 경우에서 가장 높은 플로우가 측정되었다. 또한 M계 SP제의 첨가비율이 증가할수록 30분 이후부터 플로우가 빠르게 감소하는 것으로 나타났다
- 시간 경과에 따른 플로우 시험 결과를 보면 SP제의 종류와 첨가량에 관계없이 배합 직후부터 플로우가 빠르게 감소되었다. 다만, L계 SP제를 2% 첨가한 경우에는 경과 시간 30분∼60분 구간에서 플로우가 155mm로 유지되었고 90분 동안 가장 높은 플로우가 유지되었다.
- 시간에 따른 플로우 실험 결과에서도 L : M = 1.5 : 0.5에서 90분 동안 180mm 이상의 플로우를 나타내어 L계 SP제를 단독으로 첨가한 경우보다 높은 플로우가 유지되었다.
- 7은 M계와 L계 SP제에 따른 AAS 모르타르의 압축 강도 실험 결과를 나타낸 것이다. 실험 결과 L계 SP제가 1% 이상 첨가된 경우에서는 응결 지연 현상이 과도하게 발생하여 1일 압축강도가 측정되지 않았고 재령 28의 압축강도 역시 첨가량이 1%, 2%로 증가함에 따라 30MPa, 27.5MPa로 감소하여 SP제를 첨가하지 않은 Plain의 31.5MPa 보다 낮은 압축강도가 발현되었다. 반면 M계 SP제를 첨가한 경우에는 1일에서부터 높은 압축강도가 발현되었고 28일 압축강도를 기준으로 SP제 첨가량이1%, 2%로 증가함에 따라 33.
- 실험 결과 N계와 P계에서는 플로우 개선효과가 나타나지 않았다. Fig.
- 알칼리 활성화제로 NaOH와 물유리를 사용한 경우에는 NaOH만 사용한 Task I 에 비해 약 30MPa이 증가한 66MPa이 발현되었다. 이는 믈유리를 첨가할 경우에 음이온이 발생하여 고로슬래그 표면을 녹여 초기에 빠른 알칼리 반응속도와 높은 압축강도가 발현되는 것으로 판단된다.
- 초기 플로우는 L : M = 1.5 : 0.5에서 183mm으로 가장 높은 초기 플로우가 나타냈고 L계 SP제의 첨가량이 1, 0.5, 0%로 감소함에 따라 플로우도 180mm, 173mm, 163mm로 감소하였다.
- 초기 플로우는 SP제 첨가량 1%를 기준으로 L계 159mm, M계 153mm, N계 151mm로 L계 SP제에서 가장큰 초기 플로우를 보였으며 첨가량 2%에서도 L계 SP제를 첨가한 경우에 177mm로 가장 높은 초기 플로우가 측정되었으나 SP제 종류에 따른 플로우 값의 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.
- 한편, 재령 28일을 기준으로는 N계와 L계 SP제가 2%첨가된 경우에 각각 62MPa, 63MPa가 발현되어 Plain의 66MPa 보다 낮은 강도를 보였고 M계 SP제에서는 첨가량과 관계없이 72MPa로 가장 높은 압축강도를 나타냈다
후속연구
- 본 실험을 통하여 4 종류의 유동화제 중 알칼리 활성 슬래그 모르타르에 가장 적합한 혼화제는 멜라민계로 판단할 수 있으나, 플로우 개선 및 감수효과가 미미하기 때문에 향후 고강도 AAS 콘크리트 부재 제작 및 실용화를 위해서는 알칼리 활성 슬래그 콘크리트에 적용 가능한 새로운 화학혼화제가 개발되어야 할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.