본 연구에서는 천연수경성석회(NHL) 모르타르에 바잘트 섬유를 혼합하여 섬유혼합에 따른 강도특성을 연구하고자 하였다. 건식 및 습식 4가지로하여 혼합방법에 따른 물리적 특성발현을 확인하였으며, 압축강도 및 휨강도 등을 고려하여 강도 특성이 최대로 발현되는 혼합방법 한 가지를 선택하였다. 실험결과 물성 발현은 습식혼합보다 건식혼합에서 더 우수하였으며, 건식혼합 중 바인더(NHL)와 섬유를 pre-mixing 한 후 물과 골재를 순차적으로 혼합하여 섬유의 분산력을 높여주는 혼합방법을 선택하였다. 이후 섬유 길이에 따른 물리적 특성 발현성을 확인하였다. 바잘트 섬유 길이에 따른 압축강도 및 휨강도 측정결과, Plain 샘플 대비 섬유 혼합에 따라 압축강도는 감소하는 경향성을 보였으며, 휨강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 섬유를 혼합한 샘플 중에서 섬유길이 6 mm일 때 가장 우수한 강도 특성을 나타내었다.
본 연구에서는 천연수경성석회(NHL) 모르타르에 바잘트 섬유를 혼합하여 섬유혼합에 따른 강도특성을 연구하고자 하였다. 건식 및 습식 4가지로하여 혼합방법에 따른 물리적 특성발현을 확인하였으며, 압축강도 및 휨강도 등을 고려하여 강도 특성이 최대로 발현되는 혼합방법 한 가지를 선택하였다. 실험결과 물성 발현은 습식혼합보다 건식혼합에서 더 우수하였으며, 건식혼합 중 바인더(NHL)와 섬유를 pre-mixing 한 후 물과 골재를 순차적으로 혼합하여 섬유의 분산력을 높여주는 혼합방법을 선택하였다. 이후 섬유 길이에 따른 물리적 특성 발현성을 확인하였다. 바잘트 섬유 길이에 따른 압축강도 및 휨강도 측정결과, Plain 샘플 대비 섬유 혼합에 따라 압축강도는 감소하는 경향성을 보였으며, 휨강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 섬유를 혼합한 샘플 중에서 섬유길이 6 mm일 때 가장 우수한 강도 특성을 나타내었다.
In this study, the strength properties of NHL based mortar with blending basalt fiber were investigated. In the first step, it was evaluated that physical properties of NHL based mortar according to mixing method of four types of basalt fiber and then mixing method of one type was selected. As a res...
In this study, the strength properties of NHL based mortar with blending basalt fiber were investigated. In the first step, it was evaluated that physical properties of NHL based mortar according to mixing method of four types of basalt fiber and then mixing method of one type was selected. As a result of assessment, it showed that the physical properties with mixing method of dry blending were better than that of wet blending and mixing method that basalt fiber pre-mixed with NHL for 5 min in a blender was selected and water and aggregate were finally added. Secondly, the investigation of blending fiber length on the compressive and flexural strength for basalt fiber reinforced NHL based mortars was carried out. The compressive strength was decreased with adding fiber, and the flexural strength was increased more than plain mortar. In the case of adding 6 mm fiber, the compressive and flexural strength were improved more than that of others.
In this study, the strength properties of NHL based mortar with blending basalt fiber were investigated. In the first step, it was evaluated that physical properties of NHL based mortar according to mixing method of four types of basalt fiber and then mixing method of one type was selected. As a result of assessment, it showed that the physical properties with mixing method of dry blending were better than that of wet blending and mixing method that basalt fiber pre-mixed with NHL for 5 min in a blender was selected and water and aggregate were finally added. Secondly, the investigation of blending fiber length on the compressive and flexural strength for basalt fiber reinforced NHL based mortars was carried out. The compressive strength was decreased with adding fiber, and the flexural strength was increased more than plain mortar. In the case of adding 6 mm fiber, the compressive and flexural strength were improved more than that of others.
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문제 정의
본 연구에서는 바잘트 섬유를 혼합한 천연수경성석회 (NHL)의 물리적 특성을 조사하여 실제 적용 가능성을 실험적으로 규명하고자 하였다.
본 연구에서는 친환경 건축재료인 NHL과 바잘트 섬유를 혼합한 모르타르의 강도 특성변화를 연구하여 섬유 혼합에 따른 NHL 모르타르의 물리적 특성변화를 연구하고자 하였다. 섬유 분산력에 의한 물성변화를 관찰하고자 섬유 혼합 방법을 4가지로 하여 최적의 혼합 방법을 선택하였으며, 최적 섬유 혼합 조건을 기준으로 섬유 길이에 따른 물성변화를 조사하였다.
제안 방법
NHL과 바잘트 섬유의 최적 혼합방법을 도출하고자 4가지 조건으로 섬유를 혼합하여 모르타르를 제조하였다. Fig.
Table 3에 강도특성 분석을 위한 실험조건을 나타내었다. 가장 우수한 강도를 나타내는 샘플의 섬유 혼합방법을 섬유 분산성이 높다고 판단하여 최적의 섬유 혼합방법으로 선택하였으며, 최적 혼합방법으로 이후 섬유 길이에 따른 강도특성 연구에 적용하였다.
바잘트 섬유 혼합방법에 따른 물리적 특성을 조사하기 위해 건식혼합 2가지, 습식혼합 2가지, 총 4가지 혼합방법으로 모르타르를 제조하였다 (Table 2). 섬유의 pre-mixing 시간은 모르타르 교반기 1속 (약 140 RPM)에서 5분을 기준으로 하였으며, 이후 모르타르 교반은 BS EN 196에 준해 실시하였다.
본 연구에서는 친환경 건축재료인 NHL과 바잘트 섬유를 혼합한 모르타르의 강도 특성변화를 연구하여 섬유 혼합에 따른 NHL 모르타르의 물리적 특성변화를 연구하고자 하였다. 섬유 분산력에 의한 물성변화를 관찰하고자 섬유 혼합 방법을 4가지로 하여 최적의 혼합 방법을 선택하였으며, 최적 섬유 혼합 조건을 기준으로 섬유 길이에 따른 물성변화를 조사하였다.
혼합량의 경우 유럽에서 시멘트 복합판넬에 적용되는 펄프함량 규제치인 최대 3 % 이내 11) 와 고인성 섬유보강 모르타르 및 모르타르 내부 합성섬유 혼합량 규제치인 2 % 내외, 12) 또한 BS EN 459-1:2010에 준한 섬유 혼합량 20 % 이내를 참고하여 3 %로 적용하였다. 제조한 모르타르는 진동다짐기를 활용하여 다짐한 후 온도 20 oC, 상대습도 95 %에서 습윤 양생 하였으며, 재령 28일 및 재령 56일에서의 휨강도, 압축강도 및 흡수율을 측정하였다. Table 3에 강도특성 분석을 위한 실험조건을 나타내었다.
바잘트 섬유는 모르타르 및 콘크리트에 폭 넓게 적용 가능한 길이인 6 mm를 활용하였으며, 혼합량은 3 %로 하였다. 혼합량의 경우 유럽에서 시멘트 복합판넬에 적용되는 펄프함량 규제치인 최대 3 % 이내 11) 와 고인성 섬유보강 모르타르 및 모르타르 내부 합성섬유 혼합량 규제치인 2 % 내외, 12) 또한 BS EN 459-1:2010에 준한 섬유 혼합량 20 % 이내를 참고하여 3 %로 적용하였다. 제조한 모르타르는 진동다짐기를 활용하여 다짐한 후 온도 20 oC, 상대습도 95 %에서 습윤 양생 하였으며, 재령 28일 및 재령 56일에서의 휨강도, 압축강도 및 흡수율을 측정하였다.
대상 데이터
Ca(OH)2는 경화시 대기중 이산화탄소와 반응하여 CaCO3 로 변화되는 기경성의 특성을 보이게 되며 C2S 및 C3S는 일반적인 포틀랜드시멘트 광물상으로 물과 반응하여 C-S-H 수화상을 생성시켜 장기적인 강도발현에 기여하게 된다. 바잘트 섬유는 국내 A사에서 제조한 제품으로 섬유길이 3 mm, 6 mm, 12 mm으로 절단하여 사용하였으며, 섬유의 평균 직경은 약 17 μm 정도였다 (Fig. 2).
섬유의 pre-mixing 시간은 모르타르 교반기 1속 (약 140 RPM)에서 5분을 기준으로 하였으며, 이후 모르타르 교반은 BS EN 196에 준해 실시하였다. 바잘트 섬유는 모르타르 및 콘크리트에 폭 넓게 적용 가능한 길이인 6 mm를 활용하였으며, 혼합량은 3 %로 하였다. 혼합량의 경우 유럽에서 시멘트 복합판넬에 적용되는 펄프함량 규제치인 최대 3 % 이내 11) 와 고인성 섬유보강 모르타르 및 모르타르 내부 합성섬유 혼합량 규제치인 2 % 내외, 12) 또한 BS EN 459-1:2010에 준한 섬유 혼합량 20 % 이내를 참고하여 3 %로 적용하였다.
본 연구에서 활용한 NHL은 유럽의 EU 규격에 준하는 국내 저품위 석회석을 활용하여 제조하였으며, 주요 광물상은 Ca(OH)2 , CaCO3 , SiO2 , C2S 및 C3S로 일반적으로 구분되는 NHL과 동일한 광물상을 나타내었다 (Fig. 1).
이론/모형
섬유 길이에 따른 섬유강화 NHL 복합재료는 Table 2에 준한 혼합방법을 활용하여 모르타르를 제조하였다. 실적용상황을 고려해 일정 작업성을 나타내도록 flow (165 ± 3) mm로 물 비를 맞췄으며, 재령에 따른 강도특성을 확인하여 장기재령에서 섬유 혼합 모르타르의 물성 안정성을 예측하고자 하였다.
바잘트 섬유 혼합방법에 따른 물리적 특성을 조사하기 위해 건식혼합 2가지, 습식혼합 2가지, 총 4가지 혼합방법으로 모르타르를 제조하였다 (Table 2). 섬유의 pre-mixing 시간은 모르타르 교반기 1속 (약 140 RPM)에서 5분을 기준으로 하였으며, 이후 모르타르 교반은 BS EN 196에 준해 실시하였다. 바잘트 섬유는 모르타르 및 콘크리트에 폭 넓게 적용 가능한 길이인 6 mm를 활용하였으며, 혼합량은 3 %로 하였다.
실적용상황을 고려해 일정 작업성을 나타내도록 flow (165 ± 3) mm로 물 비를 맞췄으며, 재령에 따른 강도특성을 확인하여 장기재령에서 섬유 혼합 모르타르의 물성 안정성을 예측하고자 하였다. 흡수율 (BS EN 1881-122), 안정도 (BS EN 459-2), 공기량 (BS EN 459-2) 측정은 EU 규격에 준해 실시하였다. Table 4에 섬유 길이에 따른 NHL 모르타르의 실험조건을 나타내었으며, Table 5 에 샘플명 및 각 샘플의 물 비를 나타내었다.
성능/효과
(1) 압축강도, 휨강도 및 흡수율 측정결과 전반적으로 습식혼합보다 건식혼합 시 더 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었으며, 현미경 분석을 통한 모르타르 표면 관찰결과 대체로 습식혼합으로 제조한 샘플에서 섬유 인발 및 섬유 뭉침 현상이 두드러지게 나타났다.
(2) 전반적으로 건식혼합법에 의한 섬유 혼합 방법이 습식혼합법보다 섬유의 분산력을 높이는 것으로 생각되며, 바인더 및 골재와 같이 혼합되는 모든 물질을 동시에 혼합하는 것 보다 혼합하는 물질의 순차적인 투입에 의한 혼합방법이 섬유의 분산력을 높이는 것으로 보였다.
(3) 섬유 길이에 따른 압축강도 측정결과, 섬유를 혼합하지 않은 샘플에 비해 바잘트 섬유를 혼합한 샘플의 압축강도가 낮은 것을 알 수 있었으며, 섬유를 혼합한 샘플 중 6 mm 섬유를 혼합한 샘플의 압축강도 특성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
(4) 섬유 길이에 따른 휨강도 측정결과, 섬유를 혼합한 샘플의 휨강도가 전반적으로 높게 나타나는 경향성을 보였으며, 이는 바인더와 균열사이에 bridging 역할을 하여 작용되는 하중에 대한 저항성이 높아졌기 때문으로 생각된다. 다만, 섬유 길이 12 mm 보다 6 mm 에서 휨강도 특성이 우수한 것을 보아 적용환경에 따른 섬유길이의 선택이 중요할 것으로 판단된다.
(5) 공기량 측정결과, 섬유길이 12 mm를 제외한 샘플은 모두 공기량 5 % 이내로 EU 규격에 부합하는 특성을 나타내는 것을 알 수 있었으며, 안정도 측정결과, 샘플의 수축률이 감소하며 안정도에 우수한 특성을 보였다. 전반적으로 섬유 길이 6 mm에서 우수한 특성발현을 나타내었다.
(6) 바잘트 섬유를 혼합한 NHL의 물리적 특성 조사 결과를 통해 유럽규격의 NHL 3에 준하는 물리적 특성을 보였으며, 더 높은 인장강도, 부착강도 등이 요구되는 적용처에 사용이 가능할 것으로 판단되었다.
(4) 섬유 길이에 따른 휨강도 측정결과, 섬유를 혼합한 샘플의 휨강도가 전반적으로 높게 나타나는 경향성을 보였으며, 이는 바인더와 균열사이에 bridging 역할을 하여 작용되는 하중에 대한 저항성이 높아졌기 때문으로 생각된다. 다만, 섬유 길이 12 mm 보다 6 mm 에서 휨강도 특성이 우수한 것을 보아 적용환경에 따른 섬유길이의 선택이 중요할 것으로 판단된다.
(5) 공기량 측정결과, 섬유길이 12 mm를 제외한 샘플은 모두 공기량 5 % 이내로 EU 규격에 부합하는 특성을 나타내는 것을 알 수 있었으며, 안정도 측정결과, 샘플의 수축률이 감소하며 안정도에 우수한 특성을 보였다. 전반적으로 섬유 길이 6 mm에서 우수한 특성발현을 나타내었다.
후속연구
섬유를 혼합한 샘플의 흡수율이 plain 샘플보다 높았으며, 이는 섬유 혼합 시 경화체 내부 공극률이 더 높기 때문인 것으로 판단된다. 섬유에 의해 공극들이 미세공극으로 세분화되고 이에 따라 흡수율이 높아지는 것으로 사료되며 15) 추후 섬유 혼합에 따른 경화체 내부공극 구조, 공극 분포도 및 공극률에 의한 상관관계에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다. Table 6은 섬유를 혼합한 NHL 모르타르의 공기량 및 안정도 측정 결과이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바잘트 섬유는 무엇인가?
바잘트 섬유는 현무암을 1500 oC로 열처리하여 제조한 순수한 무기섬유로서 열에 대한 안정성이 뛰어나 적용 온도가 매우 넓으며, 기존의 무기섬유로서 가장 많이 사용되던 유리섬유 또는 탄소섬유 보다 방음성, 내화 학성, 내충격성 및 고강도 특성이 우수해 기존 무기질 섬유를 충분히 대체할 수 있는 재료이다.1,2) Table 1에 바잘트 섬유, 유리섬유 및 탄소섬유의 물리적 특성을 나타내었다.
천연수경성석회는 어떤 특성을 갖고 있는가?
5, NHL 5로 등급이 구분되고 있다. 6) 기경성과 수경성이 동시에 발현되는 자체 경화특성으로 경화체 내부는 미세 다공성 구조를 형성하게 되는데 이러한 구조적 특성은 항온·항습, 단열, 수분과 염류에 대한 저항성을 높여주는 역할을 하여 유연성과 투과성에서도 매우 우수한 특성을 보인다. 현재 NHL의 보급이 널리 퍼져있는 유럽, 중국, 미국 등의 국가에서는 석회를 기반으로 하고 있는 옛 건축물의 유지·보수재 및 현대 건축물의 마감재, 접합재, 내·외장재와 같은 건축 재료로서 활발히 사용되고 있으며, 친환경적인 천연자원을 효율적으로 이용할 수 있는 재료로서 지속적으로 개발이 이루어지고 있다.
바잘트 섬유의 장점은 무엇인가?
바잘트 섬유는 현무암을 1500 oC로 열처리하여 제조한 순수한 무기섬유로서 열에 대한 안정성이 뛰어나 적용 온도가 매우 넓으며, 기존의 무기섬유로서 가장 많이 사용되던 유리섬유 또는 탄소섬유 보다 방음성, 내화 학성, 내충격성 및 고강도 특성이 우수해 기존 무기질 섬유를 충분히 대체할 수 있는 재료이다.1,2) Table 1에 바잘트 섬유, 유리섬유 및 탄소섬유의 물리적 특성을 나타내었다.
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