비빔방법과 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 개질유황 분포도 및 압축강도 특성 Modified Sulfur Distribution and Compressive Strength Characteristics of Modified Sulfur Mortar Based on the Mixing Method and Curing Condition원문보기
산업의 발달로 인하여 매년 공업용 유황의 생산량은 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 융점이 약 $65^{\circ}C$인 개질유황을 모르타르에 첨가하여 비빔방법 및 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 분포도 및 강도특성을 연구함으로써 개질유황을 모르타르 또는 콘크리트 활용방안에 대한 기초자료로 활용하고자 하였다. 실험결과, 비빔방법에서는 잔골재, 시멘트를 비빔한 뒤 물을 넣고 비비고 마지막으로 개질유황을 첨가하는 방법이 유동성과 강도면에서 가장 유리한 것으로 사료되며, EDS분석을 통한 유황의 분포도 또한 가장 좋은 것으로 나타났다. 양생조건에서는 수중양생과 기건양생 $20^{\circ}C$에서 가장 높은 압축강도를 발현한 것으로 나타났으며, $40^{\circ}C$이상의 양생을 할 경우 장기강도에서 악 영향을 미치는 것으로 나타났다.
산업의 발달로 인하여 매년 공업용 유황의 생산량은 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 융점이 약 $65^{\circ}C$인 개질유황을 모르타르에 첨가하여 비빔방법 및 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 분포도 및 강도특성을 연구함으로써 개질유황을 모르타르 또는 콘크리트 활용방안에 대한 기초자료로 활용하고자 하였다. 실험결과, 비빔방법에서는 잔골재, 시멘트를 비빔한 뒤 물을 넣고 비비고 마지막으로 개질유황을 첨가하는 방법이 유동성과 강도면에서 가장 유리한 것으로 사료되며, EDS분석을 통한 유황의 분포도 또한 가장 좋은 것으로 나타났다. 양생조건에서는 수중양생과 기건양생 $20^{\circ}C$에서 가장 높은 압축강도를 발현한 것으로 나타났으며, $40^{\circ}C$이상의 양생을 할 경우 장기강도에서 악 영향을 미치는 것으로 나타났다.
As industry advances, the production of industrial sulfur is increasing every year. Therefore, this study intended to investigate the modified sulfur distribution and compressive strength characteristics of modified sulfur mortar based on the mixing method and curing conditions by adding modified su...
As industry advances, the production of industrial sulfur is increasing every year. Therefore, this study intended to investigate the modified sulfur distribution and compressive strength characteristics of modified sulfur mortar based on the mixing method and curing conditions by adding modified sulfur with a melting point of approximately $65^{\circ}C$ in order to provide basic data for the application of the modified sulfur to the mortar or concrete. The results of the experiment showed that the mixture of fine aggregate and cement with water, followed by the addition of modified sulfur, would be most advantageous in terms of fluidity and strength. The results of EDS analysis also showed that the distribution of sulfur was the best. In terms of the curing conditions, the highest compressive strength was achieved through water curing and air dry curing at $20^{\circ}C$. However, it was found that the long-term strength was adversely affected by curing at over $40^{\circ}C$.
As industry advances, the production of industrial sulfur is increasing every year. Therefore, this study intended to investigate the modified sulfur distribution and compressive strength characteristics of modified sulfur mortar based on the mixing method and curing conditions by adding modified sulfur with a melting point of approximately $65^{\circ}C$ in order to provide basic data for the application of the modified sulfur to the mortar or concrete. The results of the experiment showed that the mixture of fine aggregate and cement with water, followed by the addition of modified sulfur, would be most advantageous in terms of fluidity and strength. The results of EDS analysis also showed that the distribution of sulfur was the best. In terms of the curing conditions, the highest compressive strength was achieved through water curing and air dry curing at $20^{\circ}C$. However, it was found that the long-term strength was adversely affected by curing at over $40^{\circ}C$.
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문제 정의
최근 우리나라의 H사에서 개질제의 일종인 DCPD(DiCycloPentaDiene)를 활용하여 개질유황의 융점을 약 65℃로 낮춘 개질유황을 개발하였으나, 개질유황과 모르타르에 따른 검토가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 융점이 약 65℃인 개질유황을 모르타르에 첨가하여 비빔방법 및 양생온도에 따른 개질유황의 분포도 및 개질유황 모르타르의 강도특성을 연구하여 개질유황을 모르타르 또는 콘크리트적용에 대한 기초자료로 활용하고자 한다.
본 연구에서는 융점이 약 65℃인 개질유황을 활용하여 비빔방법과 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 개질유황 분포도 및 압축강도특성을 파악하고자 하였다.
제안 방법
개질유황 모르타르의 비빔방법에 따른 특성 검토를 위해 Table 2와 같이 잔골재, 개질유황, 시멘트, 배합수 등의 순서를 4가지로 변경하여 실험을 실시하였다. 시험항목으로는 유동성, 압축강도, EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)의 Mapping 기능 등을 사용하여 분석을 하였다.
Table 6은 양생조건에 따른 재령 7, 28일의 개질유황의 분포도이며, 1,000배율로 촬영하여 분석한 결과를 나타낸 것이다. 개질유황의 분포도는 비빔방법과 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 비빔방법은 Table 2에 나타내고 있는 C 방법을 선택하여 시험을 실시하였다. 수중양생, 기건 20, 40, 60, 80 (℃) 모두 골고루 개질유황이 분포된 것을 확인할 수 있었다.
기초실험을 통하여 개질유황의 첨가율은 10%로 고정하여 실험하였고, 사용된 믹서는 모르타르용 강제식 믹서를 사용하였다. W/C는 0.
개질유황 모르타르의 비빔방법에 따른 특성 검토를 위해 Table 2와 같이 잔골재, 개질유황, 시멘트, 배합수 등의 순서를 4가지로 변경하여 실험을 실시하였다. 시험항목으로는 유동성, 압축강도, EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)의 Mapping 기능 등을 사용하여 분석을 하였다.
양생 조건에 따른 개질유황 모르타르의 특성 검토를 위해 양생조건을 수중양생, 기건양생 20, 40, 60, 80 (℃)로 설정하여 양생을 실시하였으며, 시험항목으로는 유동성, 압축강도, SEM, EDS을 하였고, 비빔방법은 C방법을 선택하여 비빔을 실시하였다.
재령 3, 7, 28일의 경화성상을 측정하기 위해서 압축강도(KS L ISO 679)에 의거하여 측정하였으며, 시편의 미세조직 및 유황의 분포도를 관찰하기 위하여 압축강도를 측정한 뒤 남은 시편을 채취하여 약 3∼5mm 정도로 만든 다음 아세톤을 뿌려 수화 정지시킨 뒤 SEM과 EDS를 분석하였다.
대상 데이터
개질유황은 H사에서 개발한 제품을 사용하였고, 상온에서는 반고체 상태이며 가열 할 경우 액체 상태로 변한다. 개질유황을 액체상태로 용융시켰을 때에는 고약한 냄새가 나며, 이는 개질제인 DCPD와 Pyridine으로 인한 것이다.
개질유황의 제조는 유황과 DCPD의 양은 몰비로 1:1 이며, Pyridine은 전체질량의 1%로 이루어진 중합체를 사용하였다. 실험을 실시할 때는 65±5℃로 개질유황을 가열하여 액체 상태로 만든 뒤 개질유황을 사용하였으며, 화학성분은 Table 2와 같고, Figure 2는 개질유황의 사 진 및 SEM 사진이다.
본 실험에서 사용된 재료로는 국내 H사에서 생산된 보통포틀랜드시멘트로 밀도 3.15g/cm3, 분말도 3,383cm2/g를 사용하였다. 잔골재는 세척사를 사용하였으며, 밀도는 2.
실험을 실시할 때는 65±5℃로 개질유황을 가열하여 액체 상태로 만든 뒤 개질유황을 사용하였으며, 화학성분은 Table 2와 같고, Figure 2는 개질유황의 사 진 및 SEM 사진이다.
15g/cm3, 분말도 3,383cm2/g를 사용하였다. 잔골재는 세척사를 사용하였으며, 밀도는 2.61g/cm3, 조립율은 2.70이다.
이론/모형
재령 3, 7, 28일의 경화성상을 측정하기 위해서 압축강도(KS L ISO 679)에 의거하여 측정하였으며, 시편의 미세조직 및 유황의 분포도를 관찰하기 위하여 압축강도를 측정한 뒤 남은 시편을 채취하여 약 3∼5mm 정도로 만든 다음 아세톤을 뿌려 수화 정지시킨 뒤 SEM과 EDS를 분석하였다. SEM 측정 장비의 모델은 JEOL LTD에서 만든 JSM-6300 모델을 사용하였으며, EDS분석 장비의 모델은 HORIBA에서 만든 EX-250 모델을 사용하여 사진을 촬영하였다.
시험체의 제작은 시멘트와 잔골재의 비율을 1 : 3으로 배합하여 KS L ISO 679에 따라 4×4×16cm의 몰드에 타설하여 시험체를 제작하였으며, 굳지 않은 모르타르의 성상을 알아보기 위하여 KS L 5111에 따라 플로테이블 을 측정하였다.
성능/효과
1) 비빔방법에 따른 개질유황 모르타르의 특성을 시험한 결과, 유동성은 개질유황을 마지막에 첨가하는 C 방법이 가장 유동성이 뛰어났다. 압축강도의 경우 재령 28일에서 개질유황을 마지막 첨가하는 C 방법이 29.
2) 양생온도에 따른 개질유황 모르타르의 특성을 시험한 결과, 압축강도의 경우 기건양생 20℃가 가장 높은 강도를 발현하였으며, 다음으로는 수중양생으로 나타났다. 양생온도에 따른 SEM을 통한 미세구조 분석으로는 수중양생과 기건양생 20, 40 (℃)에서는 재령일이 증가함에 따라 밀실해지는 것을 볼 수있었으나, 기건양생 60, 80 (℃)에서는 재령 7일과 재령 28일의 차이를 찾아볼 수 없었다.
D 시험체의 경우 시멘트와 유황을 먼저 배합하는 과정에서 액체 상태인 개질유황이 시멘트와 섞인 뒤 물과 비빔이 되는데 유황과 시멘트의 비빔으로 개질유황 과 시멘트가 뭉쳐짐으로 인해 강도가 저하된 것으로 판단되며, C 시험체의 경우 시멘트, 잔골재, 물이 선비빔 후에 유황이 혼입되어 물과 시멘트가 배합수를 충분이 흡수한 뒤 유황이 혼입되었기 때문에 가장 큰 강도를 발현한 것으로 판단된다. A 시험체에서는 재령 3일 강도가 14.5MPa로 가장 높으며, 재령 28일 강도 또한 C 시험체와 유사한 압축강도를 나타내었다. 이는 비표면적이 작은 잔골재와 개질유황이 혼합되면서 개질유황을 확산시켜 높은 강도를 발현한 것으로 판단된다.
이는 압축강도 시험결과, A 방법과 C 방법이 높은 강도를 발현한 것을 볼 수 있었으며, B 방법과 D 방법에서는 낮은 압축강도를 발현하였다. EDS 결과 또한, 개질유황의 분포도가 A 방법과 C 방법이 대체적으로 골고루 분포된 것을 확인할 수 있었으며, B 방법과 D 방법에서는 개질유황의 분포도가 떨어진 것을 EDS를 통해 볼 수 있었다. 따라서 유황의 분포도는 압축강도와 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.
A 시험체와 D 시험체의 경우 개질유황을 초기에 넣고 비빔하는 과정에서 개질유황과 잔골재 및 시멘트와의 온도차로 인하여 유황의 빠른 응결을 나타내어 토출 직후의 유동성이 저하된 것이며, C 시험체의 경우 다른 시험체에 비해 개질유황의 혼입 후 비빔 시간이 짧기 때문에 유동성이 다른 시험체에 비해 높게 나온 것으로 판단된다. 따라서 개질유황의 첨가는 모르타르를 완전히 비빈 뒤 마지막에 첨가하는 C 방법이 가장 좋은 것으로 판단된다.
수중양생, 기건 20, 40, 60, 80 (℃) 모두 골고루 개질유황이 분포된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 유황의 분포도는 비빔방법과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단되며, 양생조건은 개질유황의 분포도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.
4MPa 낮게 나타났다. 분포도를 확인한 결과, A 방법과 C 방법이 가장 분포도가 좋은 것으로 나타났다.
SEM을 통해 1,000배율로 촬영한 뒤 EDS의 Mapping을 통하여 개질유황의 분포도를 Table 4에 나타내었다. 비빔방법에 따른 개질유황의 분포도를 확인한 결과, A 방법과 C 방법에서 골고루 분포된 것을 볼 수 있었으며, B 방법과 D 방법에서 유황의 분포도가 떨어진 것을 확인할 수 있었다. 이것으로 보아 비빔방법은 압축강도와 매우 높은 연관성이 있는 것으로 판단된다.
Table 5는 재령 7, 28일의 시멘트 경화체를 SEM을 통해 10,000배율로 촬영한 미세구조 분석결과를 나타낸 것이다. 수중양생, 기건 20, 40 (℃)양생의 경우 재령 7일의 미세구조에서는 에트린자이트, 수산화칼슘 등과 같은 수화생성물을 형성하면서 치밀해지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 기건 60, 80 (℃)에서는 에트린자이트 및 수산화칼슘과 같은 수화생성물을 확인할 수 없었다.
개질유황의 분포도는 비빔방법과 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 비빔방법은 Table 2에 나타내고 있는 C 방법을 선택하여 시험을 실시하였다. 수중양생, 기건 20, 40, 60, 80 (℃) 모두 골고루 개질유황이 분포된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 유황의 분포도는 비빔방법과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단되며, 양생조건은 개질유황의 분포도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.
압축강도 측정결과, 재령 3일에서는 기건양생 20℃, 수중양생, 기건양생 40, 60, 80(℃) 등의 순으로 강도는 증진되는 것을 볼 수 있었다. 이는 초기양생의 온도가 높아짐으로 인하여 C3A와 C3S의 초기 수화작용을 활발히 작용시켜 온도가 높아짐에 따라 강도가 증진된 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유황, 골재(잔골 재, 굵은골재), 필러(플라이애시, 고로슬래그) 등을 사용한 프리캐스트 제품들의 한계점은?
일반적으로 유황 콘크리트를 만들기 위해서는 120℃이상의 온도를 유지하여 생산해야하기 때문에 화재의 위험성과 생산의 어려움이 있어 주로 프리캐스트로 사용되었으며, 생산되는 제품으로는 철도용 침목, 흄관, 벤치플륨관 등이다[1]. 생산되고 있는 프리캐스트 제품들의 주재료로는 유황, 골재(잔골 재, 굵은골재), 필러(플라이애시, 고로슬래그) 등을 사용하여 생산하고 있으며, 이렇게 생산된 제품들은 철도용 침목, 흄관 및 벤치플륨관처럼 특수 목적을 가진 곳에만 적용될 뿐 많은 곳에 사용화되지 못하는 실정이다[3,4,5].
프리캐스트 제품들의 주재료는?
일반적으로 유황 콘크리트를 만들기 위해서는 120℃이상의 온도를 유지하여 생산해야하기 때문에 화재의 위험성과 생산의 어려움이 있어 주로 프리캐스트로 사용되었으며, 생산되는 제품으로는 철도용 침목, 흄관, 벤치플륨관 등이다[1]. 생산되고 있는 프리캐스트 제품들의 주재료로는 유황, 골재(잔골 재, 굵은골재), 필러(플라이애시, 고로슬래그) 등을 사용하여 생산하고 있으며, 이렇게 생산된 제품들은 철도용 침목, 흄관 및 벤치플륨관처럼 특수 목적을 가진 곳에만 적용될 뿐 많은 곳에 사용화되지 못하는 실정이다[3,4,5].
콘크리트의 내구성능이 중요해짐에 따라 사회적으로 어떠한 변화가 일어났는가?
최근 해안구조물, 염과 산에 노출되는 산업시설물, 국민적 의미를 갖는 공공건축물에서 콘크리트의 내구성능은 매우 중요해졌다. 이로 인하여 사회적으로 고내구성, 내화학성 콘크리트에 대한 관심이 생겨났다[1]. 이에 대 한 해결방안으로 속경성, 내산성, 내염해성, 내부식성 등에 우수한 특징을 가지고 있는 유황 콘크리트(sulfur concrete)가 필요하게 되었다[2].
참고문헌 (6)
Lee KP, Lee SS, Song HY. Cementless type eco-friendly lightweight composite panel using industrial by product. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2011 Nov;27(11):111-8.
Jung BY, Lee SS, Song HY. Shrinkage strain property of the magnesium oxide matrix according to magnesium chloride addition ratio. Proceeding of the Korea Institute of Building Construction Conference; 2013 Nov 15; Incheon University. Korea Seoul (Korea): The Korea Institute of Building Construction; 2013. p. 91-4.
Kim JM, Choi HG, Park SG. An experimental study on the pore structure and thermal properties of lightweight concrete by foamaing agent type. The Korea Institute of Building Construction. 2009 Aug;9(4):63-73.
Lee KP. Non-cement eco-friendly lightweight composite panel properties of utilizing the waste resources [master's thesis]. [Daejeon (Korea)]: Hanbat National University; 2012. 62 p.
Kim DY, Jee NY, Kim WJ, Seo CH. Problem analysis of sandwich panel building which analyze on fire occurrence present condition. Proceeding of the Architectural Institute of Korea Conference; 2004 Oct 19-20; Seoul (Korea): the Architectural Institute of Korea; 2004. p. 551-4
Park JP. An experimental study on the engineering properties of the low carbon inorganic composite panel using the industrial by-product [master's thesis]. [Daejeon (Korea)]: Hanbat National University; 2013. 69 p.
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