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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존 LMC의 문제점인 품질관리를 수월하게 하고 공사비 절감을 위하여 개발된 레미콘LMC (Remicon Latex Modified Concrete, 이후 레미콘LMC라 칭함)를 대상으로 라텍스 혼입율과 레미콘LMC용 광물질 첨가제(이후 혼합재라 칭함)의 혼입율에 따른 내구성능 검토를 진행하였다. 내구성능 검토는 링테스트, 건조수축을 측정하여 구속 수축 균열을 평가하였고 동결 융해저항성, 염화물 침투 저항성 평가를 진행하여 레미콘LMC의 내구성 확보를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 또한 압축강도, 휨강도, 부착강도를 비교검토하여 기본적인 역학적 특성 자료를 확보하였다.
- 따라서 본 연구에서는 기존 LMC의 문제점인 품질관리를 수월하게 하고 공사비 절감을 위하여 개발된 레미콘LMC (Remicon Latex Modified Concrete, 이후 레미콘LMC라 칭함)를 대상으로 라텍스 혼입율과 레미콘LMC용 광물질 첨가제(이후 혼합재라 칭함)의 혼입율에 따른 내구성능 검토를 진행하였다. 내구성능 검토는 링테스트, 건조수축을 측정하여 구속 수축 균열을 평가하였고 동결 융해저항성, 염화물 침투 저항성 평가를 진행하여 레미콘LMC의 내구성 확보를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 이 연구에서는 레미콘 라텍스 개질 콘크리트의 내구성을 평가하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 양생은 온도 20±1°C, 습도 60±5%의 항온·항습실 내에서 기중양생을 실시하였다. KS F 2408에 의거하여 재령 7일, 28일에 실시하였다.
- 건조수축은 시편 탈형 후 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내에서 콘크리트 타설 48시간 경과 후 10분 간격으로 데이터로거를 이용하여 측정하였다.
- 그래프에서 변형률의 큰 변화가 발생하거나 링 시험체의 표면에서 균열이 발견되면 균열 폭 측정을 실시하고 구속 수축 균열이 발생한 것으로 평가하였다.
- 동결융해 저항성 실험은 100×100×400mm의 각주형 시험체를 각 종류별로 2개씩 제작하여, 14일간 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내에서 기중 양생 실시 후 실시하였다.
- 내구성능 검토는 링테스트, 건조수축을 측정하여 구속 수축 균열을 평가하였고 동결 융해저항성, 염화물 침투 저항성 평가를 진행하여 레미콘LMC의 내구성 확보를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 또한 압축강도, 휨강도, 부착강도를 비교검토하여 기본적인 역학적 특성 자료를 확보하였다.
- 또한, 본 연구에서는 매립게이지를 이용하는 방법으로 건조수축을 측정하였으며 본 연구에 사용된 매립 게이지는 양단 플랜지형 게이지이다. 시험체 제작은 100×100×400mm의 각주형 아크릴 몰드 중앙에 매립게이지를 고정시켜놓고 타설하였다.
- Table 1에서 알 수 있는 바와 같이 주요변수는 시멘트 대비 라텍스와 혼합재의 혼입률로 하여 배합을 결정하였다. 라텍스는 시멘트 사용량의 중량비로 0, 5, 8, 12, 15%를 첨가하여 사용하였으며, 혼합재 대체의 경우도 시멘트 사용량의 중량비로 0, 10, 15%로 결정하였다. 사용한 혼합재의 물리적 성질 및 화학적 성분은 Table 2에 나타내었으며 시험체의 크기, 시험방법 및 시험조건에 대하여 Table 1에 함께 나타내었다.
- 모든 시험체는 종류별로 3개씩 제작하였으며, 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내에서 기중 양생 후 재령 7일, 28일, 91일에 압축강도 시험을 실시하였다.
- 본 연구에서 사용된 레미콘LMC용 광물질 첨가제는 라텍스 사용량 감소로 인한 염화물 침투 저항성 감소를 비롯하여 내구성 저하를 방지하기 위하여 사용하였으며, 사전에 기초 물성 실험을 진행하여 레미콘LMC용 광물질 첨가제의 구성비율을 결정하여 진행하였다.
- 부착강도의 측정은 크기가 250×200×500mm이고 설계 강도가 40MPa인 콘크리트 슬래브를 사전 제작한 후 재령 28일에 50mm 두께의 레미콘LMC로 덧씌우기를 적용하여 실제 교량 포장과 유사한 조건으로 설정하였다.
- 시험체 제작은 100×100×400mm의 각주형 아크릴 몰드 중앙에 매립게이지를 고정시켜놓고 타설하였다.
- 양생은 온도 20±1°C, 습도 60±5%의 항온·항습실 내에서 기중양생을 실시하였다.
- 부착성능 평가는 직접 인장에 의한 부착강도 실험방법인 ASTMC 1583에 따라 코어 채취기를 이용하여 슬래프 표면부터 깊이 8cm까지 절단하고 에폭시 본드를 이용하여 ∅100mm의 부착디스크를 슬래브 표면에 부착하였다. 에폭시 본드가 경화한 후 인장파괴가 일어날 때까지 시편에 인장력을 가하여 부착강도를 측정하였다.
- 염화물 침투 저항성 실험은 ASTM C 1202에 따라 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 ∅100×200(mm)로 제작된 시험체로부터 ∅100×50(mm)크기의 중앙부위를 채취하여 (-)극에는 3%의 NaCl 수용액을, (+)극에는 0.3N의 NaOH 수용액을 설치하여 6시간동안 60V의 전압을 가하여 30분마다 전류를 측정하였다.
- 콘크리트 타설 48시간 경과 후 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내부에서 외부 강재링을 제거하고 내부 강재 링의 구속 변형률을 측정하였다. 이때 총 4개의 변형률 게이지를 내부 강재 링 중앙에 설치하고 데이터 로거를 이용하여 10분마다 변형률을 측정하여 기록하였다.
- 실험에 사용된 라텍스는 국내 J사의 제품으로 SB라텍스를 사용하였으며 화학 성분은 Table 3과 같다. 콘크리트 배합 설계시 시멘트 대비 라텍스의 혼입은 라텍스 고형분을 47%를 기준으로 하여 혼합하였으며, 단위수량은 라텍스 사용량의 53%를 포함하여 계산하였다. 배합표는 Table 4와 같고 슬럼프 값은 21±2cm이며, 공기량은 5%±1.
- 콘크리트 타설 48시간 경과 후 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내부에서 외부 강재링을 제거하고 내부 강재 링의 구속 변형률을 측정하였다.
대상 데이터
- 레미콘LMC의 압축강도는 KS F 2405에 따라서 시험체는 ∅100×200mm의 원주형 공시체를 사용하여 측정하였다.
- 레미콘LMC의 휨강도는 100×100×400mm의 각주형 시험체를 제작하여 측정하였다.
- 본 연구에서 사용된 레미콘LMC용 광물질 첨가제는 아윈(Hauyne)계와 과소생석회계로 구성된 팽창재, 유기산계 지연제, 폴리카본산계분말을 사용한 고성능 감수제, 친수성 PVA섬유 및 실리카퓸으로 구성되어 있다.
- 시험체 제작에 사용된 시멘트는 KS L 5201에 규정된 보통포틀랜드시멘트를 사용하였다. 잔골재는 하천 모래이며 비중은 2.
- 실험에 사용된 라텍스는 국내 J사의 제품으로 SB라텍스를 사용하였으며 화학 성분은 Table 3과 같다. 콘크리트 배합 설계시 시멘트 대비 라텍스의 혼입은 라텍스 고형분을 47%를 기준으로 하여 혼합하였으며, 단위수량은 라텍스 사용량의 53%를 포함하여 계산하였다.
- 시험체 제작에 사용된 시멘트는 KS L 5201에 규정된 보통포틀랜드시멘트를 사용하였다. 잔골재는 하천 모래이며 비중은 2.59, 조립률은 2.65이다. 굵은 골재는 아스팔트 혼합물용 골재로 최대치수는 13mm이며, 비중과 조립률은 각각 2.
이론/모형
- 동결융해 저항성 평가는 KS F 2456으로 실시하였으며 50cycle 마다 동탄성계수와 무게 변화를 측정하였다.
- 또한, 확산계수의 산정은 NT Build 492에서 제시된 확산계수 산정 방법에 따라 진행하였으며, 침투깊이의 측정은 변색법을 이용하여 시편을 할렬 한 후 0.1N의 AgNO₃를 분무하여 측정하였다.
- 레미콘LMC의 구속 수축 균열 저항성의 평가를 위한 실험은 ASTM C 1581에 의하여 실시하였으며, 이때 내부 강재 링의 두께와 외부 반경은 각각 12.5mm, 330mm으로, 콘크리트 시편의 두께는 38mm로 제작하였다. 콘크리트 타설 48시간 경과 후 온도 20±1℃, 습도 60±5%의 항온·항습실 내부에서 외부 강재링을 제거하고 내부 강재 링의 구속 변형률을 측정하였다.
- 부착성능 평가는 직접 인장에 의한 부착강도 실험방법인 ASTMC 1583에 따라 코어 채취기를 이용하여 슬래프 표면부터 깊이 8cm까지 절단하고 에폭시 본드를 이용하여 ∅100mm의 부착디스크를 슬래브 표면에 부착하였다.
성능/효과
- (1) 레미콘LMC는 동결융해저항성, 균열 저항성 및 염화물 침투 저항성능이 모두 우수한 것으로 나타나, 교면 포장 콘크리트가 요구하는 내구성을 모두 확보한 것으로 나타났다.
- (2) 라텍스 8% 이상과 혼합재를 혼합한 레미콘LMC를 제조할 경우, 기존LMC 배합과 동등 이상의 역학적 성능 및 내구성능을 보유하는 것으로 나타났다.
- (3) 레미콘LMC의 경우, 라텍스나 혼합재를 단독으로 사용하는 경우보다, 라텍스와 혼합재를 병용하는 것이 더욱 효과적인 것으로 판단된다.
- (4) 레미콘LMC는 국내 교면 포장 콘크리트가 요구하는 압축강도, 휨강도, 부착강도를 모두 만족하였다.
- 일반적으로 수화가 진행 중인 시멘트 페이스트에 응력이 작용하면 쉽게 미세 균열이 발생하며, 이때 발생된 미세 균열은 콘크리트 휨강도에 영향을 끼친다. 따라서 혼합재내에 포함된 친수성 PVA섬유가 휨강도에 영향을 끼친 것으로 사료되며, 시멘트 수화물의 조직이 시간이 경과함에 따라 점차 치밀해지기 때문에 동일한 라텍스 혼입률의 경우(P/C 5%), 혼합재의 혼입률 증가에 의해 장기 휨강도 역시 개선 될 것으로 판단된다.
- 또한 라텍스나 혼합재만 사용했을때 보다 함께 사용했을 때 확산계수가 더 크게 감소한 것으로 나타났다. 따라서, 총 통과전류에 영향을 미치는 이온은 염소이온뿐만 아니라 콘크리트 시편내에 존재하는 다양한 이온이며, 이들이 복합적으로 영향을 준 통과전하량을 이용하여 염화물 침투 저항성을 정량적으로 판단하기에는 다소 무리가 있다는 연구결과와 일치하며(Kropp and Hilsdorf, 1995)염화물 확산계수의 정량적인 평가는 NT Build 492에서 제시된 확산계수 산정식을 이용하는 것이 더 적절하다고 판단된다.
- 또한 동결융해작용을 받은 레미콘 라텍스 개질 콘크리트의 무게는 동결융해를 받기 전과 큰 변화를 나타내지 않는 우수한 내구성능을 나타내었다. 즉, 모든 배합에서 동결융해에 의한 열화는 적은 것으로 나타났다(Choi et al.
- 11에 나타낸 확산계수를 추정한 결과를 살펴보면, 라텍스 혼입률이 일정(P/C 5%)할 때, 혼합재 혼입량이 증가함에 따라 확산계수가 감소하였다. 또한 라텍스나 혼합재만 사용했을때 보다 함께 사용했을 때 확산계수가 더 크게 감소한 것으로 나타났다. 따라서, 총 통과전류에 영향을 미치는 이온은 염소이온뿐만 아니라 콘크리트 시편내에 존재하는 다양한 이온이며, 이들이 복합적으로 영향을 준 통과전하량을 이용하여 염화물 침투 저항성을 정량적으로 판단하기에는 다소 무리가 있다는 연구결과와 일치하며(Kropp and Hilsdorf, 1995)염화물 확산계수의 정량적인 평가는 NT Build 492에서 제시된 확산계수 산정식을 이용하는 것이 더 적절하다고 판단된다.
- 또한, 혼합재 혼입률이 일정할 때, 라텍스 혼입률이 증가함에 따라 휨강도가 증진되는 것으로 나타나, 라텍스가 콘크리트 내부에 필름막을 형성하여 재료들간의 접착력을 증가시켜 주기 때문에 휨강도가 개선(Yun et al., 2001)된다는 기존의 연구결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
- 1에서 나타낸 바와 같이 다종의 분자길이가 다른 계면활성제와 폴리머계 유동화제에 복합적으로 흡착되며 라텍스 입자는 계면활성제에 의한 보호콜로이드 효과가 지속된다. 이러한 결과로 라텍스 입자와 Ca2+이온이 격리되므로 라텍스 입자의 급격한 응집이 지연되어 복합계면활성제의 사용량의 증감에 따라 최대 90분 이상 가사시간 및 150mm이상의 슬럼프 확보가 가능한 것으로 나타났다.
- 측정 결과, 현행 도로공사에서 제시한 부착강도 기준인 1.4MPa를 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 혼합재 혼입량이 일정할 때(Admixture 10%) 라텍스의 혼입양이 증가함에 따라 부착강도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 라텍스가 시멘트 페이스트와 골재 사이에 충진되어 부착력을 증진시킨 것에 기인한다고 판단된다.
- 팽창재는 콘크리트 공극에 존재하는 공극수와 반응하여 팽창하므로써 수화 초기에 발생하는 수축을 저감시키는 효과가 있으며, 이때 발생한 팽창량은 최대 50μ로 나타났다.
- 한편 각 변수에 따른 균열 발생 시기를 비교하여 보면 라텍스를 8%이상 혼합한 경우에는 기준LMC 배합과 동등 이상의 균열 저항성을 나타내었으며, 라텍스 혼입률이 동일할 경우 혼합재의 첨가가 균열 저항성에 기여하는 것으로 판단된다. 이는 라텍스와 시멘트 수화물의 상호작용이 단위수량 증발을 억제하여 건조수축이 저감되는 것으로 판단된다.
- 한편, 재령 7일에서 P/C 0%를 제외하고는 국내 교통 개방 휨강도 기준인 3.5MPa를 모두 만족하였으며, 기준LMC 배합과 비교할 때, 라텍스를 8%이상 사용해야 동등이상의 휨강도가 발현되는 것으로 나타났다.
- 5는 레미콘LMC의 압축강도 측정 결과를 나타낸 것이다. 혼합재 혼입률이 10%로 일정할 때 P/C 0%를 제외하고는 라텍스 혼입률이 증가함에 따라 기준LMC 배합보다 압축강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 장기재령에서도 강도증진이 크게 발생하는 것으로 나타났다.
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