[논문]당분과 수화시멘트 분말이 수화열 저감에 미치는 효과

문훈; 김지현; 조용훈; 이재용; 정철우

doi:10.5345/jkibc.2014.14.2.135

당분과 수화시멘트 분말이 수화열 저감에 미치는 효과
Effects of Sugar and Hydrated Cement Powder on the Reduction in Heat of Hydration 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.14 no.2, 2014년, pp.135 - 142

문훈 (Department of Architectural Engineering, Pukyong University) , 김지현 (Department of Architectural Engineering, Pukyong University) , 조용훈 (Department of Architectural Engineering, Pukyong University) , 이재용 (Department of Architectural Engineering, Pukyong University) , 정철우 (Department of Architectural Engineering, Pukyong University)

초록
AI-Helper

지연제는 수화열 저감에 이용될 수 있다. 대표적 지연제로는 설탕 및 포도당이 존재하는데, 이들은 응결시간의 지연효과가 너무 강해 조심하여 사용해야만 한다. 이러한 지연제의 효과적인 사용을 위해서는 지연효과를 상쇄시킬만한 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 촉진제로 물시멘트비 5의 수화시멘트 분말을 사용하였으며, 이를 지연제와 함께 사용하면 시멘트 페이스트의 최고 수화온도를 저감하면서 수화반응을 촉진할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The heat of hydration can be reduced through the use of retarding agents. Typical retarding agents include sugar and glucose. However, these significantly delay the setting of cement paste. For the efficient use of sugar and glucose for mass concrete construction, it is necessary to develop a technique that can provide a setting behavior equivalent to that of plain concrete. In this work, the temperature rise of cement paste was monitored with the addition of various retarders including sugar and glucose. Hydrated cement powder was made with a water to cement ratio of 5 in order to accelerate the retarded cement pastes. It was found that the addition of hydrated cement powder in retarded pastes reduced the maximum temperature of cement paste. The use of hydrated cement powder could also successfully reduce the time to reach the maximum temperature.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

지연된 응결을 촉진시키기 위해 수화시멘트 분말을 사용하였다. 또한 촉진제로 잘 알려져 있는 염화칼슘을 첨가한 시험체를 제작하여 수화시멘트 분말을 혼입한 시멘트 페이스트와의 차이를 비교하고자 하였다.
본 연구에서는 지연제를 혼입한 시멘트 페이스트의 최대수화온도를 측정하고, 이를 통해 지연효과를 억제하면서 최대수화온도를 낮출 수 있는 방법을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 여러 종류의 지연제(당류)가 시멘트 페이스트의 수화반응 지연에 미치는 영향을 파악하고, 최대수화온도의 감소정도를 파악하여 어떤 지연제의 수화열 저감 효과가 가장 뛰어난지 조사하였다.
본 연구에서는 지연제를 혼입한 시멘트 페이스트의 최대수화온도를 측정하고, 이를 통해 지연효과를 억제하면서 최대수화온도를 낮출 수 있는 방법을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 여러 종류의 지연제(당류)가 시멘트 페이스트의 수화반응 지연에 미치는 영향을 파악하고, 최대수화온도의 감소정도를 파악하여 어떤 지연제의 수화열 저감 효과가 가장 뛰어난지 조사하였다. 이후 지연효과를 상쇄하기 위해 수화시멘트 분말(hydrated cement powder : H.

가설 설정

하지만 본 연구에서는 수화시멘트 입자 생산의 효율성을 높이기 위해 w/c = 5 정도로 낮추어도 결정핵생성 촉매(nucleation seed)로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다고 가정하고 실험을 진행하였으며 w/c = 5인 수화시멘트 입자 단독사용으로는 시멘트 수화반응의 촉진을 일으킬 수없는 것을 확인하였다. 이는 본 연구에서 사용된 물시멘트비가 Thomas et al.

제안 방법

먼저, 배합 시 당분을 바로 혼입하는 방법과, 당분을 먼저 혼입하여 배합 후 레미콘 공장에서 현장까지 운반한 후 타설 직전에 촉진제를 넣는 방법을 고려하였다. 대략 공장에서 현장까지의 이동시간은 30분, 60분으로 설정하였으므로, 배합 30분 후, 배합 60분 후에 촉진제를 투입하고 실험용 주걱(spatula)을 이용하여 잘 퍼지도록 휘저어 준 후 수화열의 측정을 측정하였다.
촉진제는 염화칼슘 2%와 수화시멘트 분말을 3%, 5%로 세분화 하여 혼입 하였으며, 촉진제의 투입 시기 또한 적정한 조합을 찾기 위하여 세분화 하였다. 먼저, 배합 시 당분을 바로 혼입하는 방법과, 당분을 먼저 혼입하여 배합 후 레미콘 공장에서 현장까지 운반한 후 타설 직전에 촉진제를 넣는 방법을 고려하였다. 대략 공장에서 현장까지의 이동시간은 30분, 60분으로 설정하였으므로, 배합 30분 후, 배합 60분 후에 촉진제를 투입하고 실험용 주걱(spatula)을 이용하여 잘 퍼지도록 휘저어 준 후 수화열의 측정을 측정하였다.
수화시멘트 분말의 광물학적 조성은 리가쿠사의 X선 회절분석기(Rigaku Co., Ltd. Japan, Ultima IV)를 사용하여 분석하였다.
1% 혼입한 시험체의 수화온도를 측정한 것이다. 시멘트 페이스트의 수화열이 상승할 때 응결이 진행되므로, 온도 최대 피크값을 응결의 지연효과 측정의 기준으로 삼았다[12,13,14].
배합된 시멘트 페이스트를 Figure 2와 같이 단열 제작된 컨테이너에 넣은 후 수화온도를 측정하였다. 이때 온도의 측정은 열전대(thermocouple) K Type을 시멘트 페이스트의 중간위치에 매입하고, 단열컨테이너를 밀봉한 후 Pico 사의 TC-08 thermocouple data logger를 사용하였으며, 측정횟수는 1회/min로 하였다.
여러 종류의 지연제(당류)가 시멘트 페이스트의 수화반응 지연에 미치는 영향을 파악하고, 최대수화온도의 감소정도를 파악하여 어떤 지연제의 수화열 저감 효과가 가장 뛰어난지 조사하였다. 이후 지연효과를 상쇄하기 위해 수화시멘트 분말(hydrated cement powder : H.C.P)를 혼입하여 지연효과의 억제정도를 조사하였다.
촉진제는 염화칼슘 2%와 수화시멘트 분말을 3%, 5%로 세분화 하여 혼입 하였으며, 촉진제의 투입 시기 또한 적정한 조합을 찾기 위하여 세분화 하였다. 먼저, 배합 시 당분을 바로 혼입하는 방법과, 당분을 먼저 혼입하여 배합 후 레미콘 공장에서 현장까지 운반한 후 타설 직전에 촉진제를 넣는 방법을 고려하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트이며, 지연제는 주변에서 쉽게 구입할 수 있는 당류를 선택하여 적용하였다. 단당류로는 포도당, 이당류로는 백설탕, 물엿, 우유 등을 선정하였다.
본 실험에 사용한 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트이며, 지연제는 주변에서 쉽게 구입할 수 있는 당류를 선택하여 적용하였다. 단당류로는 포도당, 이당류로는 백설탕, 물엿, 우유 등을 선정하였다.
압축강도를 측정하기 위한 실험장비는 Shimadzu사(Japan)의 Universal Testing Machine(UTM, UH-F100A)을 사용하였다.
앞의 실험결과를 바탕으로 지연시간이 가장 긴 백설탕과 수화열 저감효과가 가장 뛰어났던 포도당을 선택하여 촉진제와 혼합 사용하였다. Figure 4에 나타난 바와 같이, 플레인 시멘트 페이스트와 염화칼슘 2%를 혼합했을 때, 최대온도 피크가 약 6시간 촉진 되었으나, 수화온도가 20% 높아진 것을 확인 할 수 있었다.
지연된 응결을 촉진시키기 위해 수화시멘트 분말을 사용하였다. 또한 촉진제로 잘 알려져 있는 염화칼슘을 첨가한 시험체를 제작하여 수화시멘트 분말을 혼입한 시멘트 페이스트와의 차이를 비교하고자 하였다.

이론/모형

압축강도 측정은 KS F 2405 규정에 따라 실시하였으며, 콘크리트 공시체(100mm×200mm)를 제작하여 재령 28일 강도를 측정하였다.

성능/효과

1) 당분은 종류에 따라 차이가 있으나, 대부분 응결 지연효과를 가지며 그 중 백설탕이 지연효과가 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 하지만 수화열 저감에 있어서는 포도당이 가장 효과적인 것으로 측정되었다.
2) 당분과 염화칼슘을 혼합하여 사용할 경우 당분의 지연효과는 효과적으로 상쇄될 수 있으나, 수화열 저감에는 적절하지 못한 것으로 나타났다.
3) 수화시멘트 분말 단독사용 시 특별한 촉진이나 지연효과를 보이지 않았으나, 당류와 혼합사용 시 수화열은 저감하면서 촉진 효과를 나타냈다. 또한 수화시멘트 분말의 양이 증가할수록 수화가 촉진되었다.
4) 수화시멘트 분말 단독 사용 및 당류와 혼합사용 시 압축강도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 측정되었다.
1%와 수화시멘트 분말 5%를 혼입한 경우도 수화시멘트 분말의 투입시기를 지연하면, 최대온도 도달시간이 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서 수화반응이 지연된 시멘트 페이스트에 수화시멘트 분말을 지연투입하는 방법은 시멘트 페이스트의 응결 및 경화를 촉진함을 알 수 있었다. Figure 8은 설탕 0.
수화시멘트 분말을 단독으로 사용하였을 경우 특별한 촉진이나 지연효과를 보이지 않았으나, 최대온도가 다소간 감소하는 것으로 나타났다. 또한 설탕 0.1%와 수화시멘트 분말 3%의 혼합 시 시간지연을 할 경우 최대온도에 도달하는 시간을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 최대온도의 변화는 거의 없으면서도, 투입시기가 늦어질수록 최대온도 도달시간이 각각 32.
1%와 수화시멘트 분말 3% 및 5% 혼합 시 수화시멘트 분말 투입시간을 지연을 할 경우 설탕과 유사하게 최대온도에 도달하는 시간을 줄일 수 있는 것으로 나타났으나, 설탕만큼의 변화는 발현하지 못하였다. 또한 수화시멘트 분말의 혼합 시 시간지연을 할 경우 최대온도에 도달하는 시간을 줄일 수 있는 것으로 나타났으나, 투입되는 시간이 늦어질수록 워커빌리티 저하로 인하여 혼합이 어려워지는 단점이 발생하였다. 이는 설탕 0.
7hr)로 측정이 되었다. 또한, 백설탕과 염화칼슘을 함께 사용하였을 경우 30분 후에 염화칼슘을 혼합했을 때 촉진 효과가 더 뛰어난 것으로 측정되었다. 그러나 백설탕과 염화칼슘을 사용했을 때 수화온도는 10% 정도의 감소에 그쳐 수화열의 저감효과는 미비한 것으로 나타났다.
설탕 0.1%와 수화시멘트 분말 5%를 혼입한 경우도 수화시멘트 분말의 투입시기를 지연하면, 최대온도 도달시간이 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서 수화반응이 지연된 시멘트 페이스트에 수화시멘트 분말을 지연투입하는 방법은 시멘트 페이스트의 응결 및 경화를 촉진함을 알 수 있었다.
6%정도 감소되는 것으로 측정되었다. 수화시멘트 분말 3% 및 5%를 설탕 0.1%와 함께 사용한 경우 최고 수화온도는 각각 38.82℃ 및 40.33℃로 나타나 설탕으로 지연된 페이스트에 비해 유사한 최고온도를 보임을 알 수 있었다.
1%에 수화시멘트 분말 3%를 혼합하였을 때 수화온도의 변화를 나타낸 그래프이다. 수화시멘트 분말을 단독으로 사용하였을 경우 특별한 촉진이나 지연효과를 보이지 않았으나, 최대온도가 다소간 감소하는 것으로 나타났다. 또한 설탕 0.
수화온도의 측정결과로 볼 때 수화반응 지연효과는 백설탕 >물엿 > 포도당의 순서로 효과가 뛰어났으며, 수화열을 가장 많이 저감시킨 당류는 포도당 > 물엿 > 백설탕의 순서로 나타났다.
시멘트 페이스트에 수화시멘트 분말만 단독으로 투입하였을 때에는 특별한 촉진효과를 발현하지 못하는 것으로 측정되었다. 통상 수화시멘트 입자가 수화를 촉진시키는 메커니즘은 자유롭게 자란 나노미터 크기의 C-S-H 가 결정핵생성 촉매(nucleation seed)로서의 역할을 하기 때문인 것으로 알려져 있다[7].
백설탕은 30분 후에 염화칼슘을 혼합한 경우에 촉진효과가 더 뛰어났지만, 포도당은 배합 시 바로 혼입하였을 때 촉진효과가 더욱 뛰어났다. 실험결과에 따르면, 포도당 0.1%와 염화칼슘 2%를 동시에 사용한 경우, 플레인 시멘트 페이스트의 수화온도곡선과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 하지만 포도당 또한 백설탕과 마찬가지로 지연시간은 조절이 가능하였으나, 수화열은 크게 저감되지 않는 것으로 나타났다.
최대수화온도는 플레인 시멘트 페이스트의 경우인 53.11℃에서 포도당 0.1%를 혼입한 경우 36.46℃로 나타나, 플레인 시멘트 페이스트에 비해 31.4% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 포도당 0.
4% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 포도당 0.1% 수화시멘트 분말 3% 및 5%를 혼합하였을 경우 최대수화온도는 38.48℃ 및 38.06℃로 포도당으로 지연된 페이스트의 최고온도에 비해 2℃가량 상승하는 것으로 측정되었다.

후속연구

5) 수화시멘트 분말의 반응성을 효과적으로 높이는 방법을 찾아낸다면, 최대수화온도는 줄이되 응결시간은 플레인 시멘트 페이스트에 근접하는 수화열 저감방법의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
S의 수화과정에 결정핵생성 촉매(nucleation seed)로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다고 보고되고 있다[7]. 따라서 수화시멘트 분말을 적절하게 이용한다면, 효과적으로 수화열을 저감하면서 응결시간의 지연을 최소화 시킬 수 있는 방법을 모색할 수 있을 것으로 판단된다[8].
또한 지연제 사용은 응결시간이 많이 지연되므로 후속공정에 악영향을 미치는 단점이 있다. 이를 살펴볼 때 수화열은 저감시키면서 응결을 촉진시키는 등 후속공정에 크게 지장을 주지 않는 방법이 개발된다면, 건설공사에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	매스콘크리트의 시공 시 가장 중점적으로 관리해야할 요소는?	단면이 큰 매스콘크리트(mass concrete)의 시공 시, 가장 중점적으로 관리해야 할 요소 중 하나는 수화열이다. 매스콘크리트는 경화 중에 시멘트의 수화열이 축적되어 콘크리트 내부온도가 상승한다.
	매스콘크리트의 경화 중에 시멘트의 수화열이 축적되어 콘크리트 내부온도가 상승함으로 발생하는 문제는?	매스콘크리트는 경화 중에 시멘트의 수화열이 축적되어 콘크리트 내부온도가 상승한다. 온도상승에 의해서 콘크리트는 팽창된 상태로 굳게 되며, 시간이 흘러 내부의 온도가 감소할수록 팽창된 콘크리트의 수축이 발생한다. 또한 이로 인해 발생하는 인장응력으로 인해 균열이 발생하게 된다[1,2,3].
	수화열을 저감하기 위한 방법에는 어떠한 것들이 있는가?	수화열을 저감하기 위한 방법으로는 사전냉각법, 파이프 쿨링 공법, 저발열시멘트 사용 및 혼화재 치환법, 지연제 사용 등 여러 가지가 존재한다[4,5]. 그러나 사전냉각법은 시공관리가 까다롭고, 파이프쿨링 공법은 공사비 상승요인이 되며 상당량의 혼화재를 치환하여 사용할 경우 기초물성 변동, 초기강도 저하, 공기량 감소 등의 문제점이 발생할 수 있다[6].

참고문헌 (14)

Jung JD, Jo HD, Park SW. Properties of hydration heat of high-strength concrete and reduction strategy for heat production. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2012 Apr;12(2):203-10.

원문보기 상세보기
Kang SH, Jeong HJ, Park, CL. Evaluation on the external restraint stress in mass concrete. Journal of the Korea Concrete Institute. 1996 Oct;8(5):111-22.
Yoo DS, Sim Bk, Yoon CW, Han MC, Han CG. A study on the control of hydration heat of mass concrete using super retarding agent. Journal of the Korea Concrete Institute. 2001 May;13(1):469-74.
Baek DI, Kim MS. Application of heat pipe for hydration heat control of mass concrete. Journal of the Korea Concrete Institute. 2008 Apr;20(2):157-8.

원문보기 상세보기
Paik MS, Lee YD, Jung SJ. An experimental study on hydration heat and strength properties concrete with high volume fly-ash. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2003 Sep;19(9):87-94.
Jeon IK, Kim HW, Hur KB, Yoon KW. Properties of reducing hydration heat according to replacement ratio of mineral admixtures. Journal of the Korea Concrete Institute. 2011 Nov;23(2):445-6.
Thomas JJ, Jennings HM, Chen JJ. Influence of nucleation seeding on the hydration mechanisms of tricalcium silicate and cement. The Journal of Physical Chemistry C. 2009 Feb;113(11):4327-34.

상세보기
Korea Concrete Institute. Concrete honhwaje [Concrete admixture]. 1st ed. Seoul (Korea): Kimoondang; 1997. p.105-6. Korean.
Taylor HFW, Cement chemistry. 2nd ed. London (UK): Thomas Telford; 1997. Chapter 11, Admixtures and special uses of cements p.323-8.
Mindess S, Young JF, Darwin D. Concrete. 2nd ed. Upper Saddle River (USA): Prentice Hall; 2003. Chapter 4, Hydration of portland cement p.57-60.
Mindess S, Young JF, Darwin D. Concrete. 2nd ed. Upper Saddle River (USA): Prentice Hall; 2003. Chapter 4, Hydration of portland cement p.66.
Sim BK, Pyo DS, Yoon CW, Han MC, Han CG. Setting and mechanical properties of concrete using saccharic type super retarding agent. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2000;20(2):455-8.
Lee JH, Lee KH, Kim HK. A study on the retarding effects of cement mortar setting. Journal of the Korea Ceramic Society. 1996 Nov;33(3):307-12.
Korea Concrete Institute. Concrete gonghag [Concrete engineering]. 4th ed. Seoul (Korea): Kimoondang; 2005. p.28-36. Korean.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증