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문제 정의
- 본 연구는 친환경 황토용 무기질 고화재를 사용하여 황토모르타르의 특성을 검토한 것으로 연구의 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 고화재를 사용한 황토 모르타르의 흡수･건조의반복에 의한 내구 특성을 평가하기 위하여 KS F 2606「건축용 외벽 보드류의 내수성 시험방법」에 준하여 내수성 시험을 실시하였다. 황토 모르타르의 마사토와 황토의 혼합비율 및 고화재의 치환량을 변화시켜 흡수･건조 반복조건에 따른 질량변화와 길이변화 및 휨강도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 황토 모르타르의 내수성을 평가하기 위하여 KSF 2606에 준하여 흡수･건조의 반복에 의한 내수성 시험을 실시하였다. 평가항목으로는 반복횟수별 질량 변화, 길이 변화, 휨 강도변화를 측정하였다.
- 이에 본 연구에서는 시멘트 계열 고화재가 아닌 알루미나규산염(aluminosilicate)과 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate)혼합물 등의 주요 성분으로 구성된 친환경 황토용 무기질 고화재를 사용하여 고화재 사용량에 따른 황토모르타르의 특성을 검토하였다. 이를 위하여 소요의 강도와 내구성능을 만족시킬 수 있는 마사토와 황토의 혼합비율에 대한 고화재 치환율을 10, 20, 30%로 변화시켜 재령에 따른 압축 및 휨강도 특성을 검토하였다.
제안 방법
- 본 연구는 친환경 황토 고화재를 사용한 황토모르타르의 특성을 검토하기 위한 것으로 배합조건은 마사토:황토의 비율을 9:1,8:2, 7:3으로 변화시킨 것과 잔골재 100%인 4종류에 고화재를 분체량에 10, 20, 30%로 치환사용 하였다. 또한 마사토와 황토비율 8:2시리즈의 경우 고화재 20%에서 황토사용률에 따른 내수성시험과 고화재 사용량에 따른 동결융해 시험을 실시하였다.
- 이를 위하여 소요의 강도와 내구성능을 만족시킬 수 있는 마사토와 황토의 혼합비율에 대한 고화재 치환율을 10, 20, 30%로 변화시켜 재령에 따른 압축 및 휨강도 특성을 검토하였다. 또한, 흡수･건조 반복에 따른 내수성 및 동결융해 등의 내구성능 평가를 실시하였다.
- 배합 조건별 황토모르타르의 흐름값, 압축강도 및 휨강도, 내수성, 동결융해 저항성 등의 제 특성을 검토하였다. 물-결합재비(W/B)를 결정하기 위하여 모르타르 플로 시험을 실시하였으며, 시험 결과 마사토와 황토 혼합의 경우와 잔골재 100%에 결합재를 10% 첨가하였을 경우에서는 물-결합재비(W/B) 19%에서 플로 기준 범위 105±5%를 만족하였다.
- 본 연구는 친환경 황토 고화재를 사용한 황토모르타르의 특성을 검토하기 위한 것으로 배합조건은 마사토:황토의 비율을 9:1,8:2, 7:3으로 변화시킨 것과 잔골재 100%인 4종류에 고화재를 분체량에 10, 20, 30%로 치환사용 하였다. 또한 마사토와 황토비율 8:2시리즈의 경우 고화재 20%에서 황토사용률에 따른 내수성시험과 고화재 사용량에 따른 동결융해 시험을 실시하였다.
- 2013).본 연구에서는 황토모르타르의 동결융해 저항성능을 검토하기 위하여 마사토와 황토 혼합비율 8:2에서 고화재 치환율 10%, 20%, 30%와 마사토와 황토비율 7:3에서 고화재 치환율 20%에서 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 실험은 반복횟수 30 사이클마다 변형 진동의 1차 공명 진동수를 측정하여 상대 동탄성 계수를 구하였으며, 외관 결함에 대해서 관측하였다.
- 시험 방법은 제조된 공시체를 20±2℃의 물 속에 항량이 될 때까지 담근 후, 꺼내어 젖은 천으로 표면에 부착한 물을 닦고 질량과 길이를 측정하였다.
- 본 연구에서는 황토모르타르의 동결융해 저항성능을 검토하기 위하여 마사토와 황토 혼합비율 8:2에서 고화재 치환율 10%, 20%, 30%와 마사토와 황토비율 7:3에서 고화재 치환율 20%에서 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 실험은 반복횟수 30 사이클마다 변형 진동의 1차 공명 진동수를 측정하여 상대 동탄성 계수를 구하였으며, 외관 결함에 대해서 관측하였다.
- 이에 본 연구에서는 시멘트 계열 고화재가 아닌 알루미나규산염(aluminosilicate)과 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate)혼합물 등의 주요 성분으로 구성된 친환경 황토용 무기질 고화재를 사용하여 고화재 사용량에 따른 황토모르타르의 특성을 검토하였다. 이를 위하여 소요의 강도와 내구성능을 만족시킬 수 있는 마사토와 황토의 혼합비율에 대한 고화재 치환율을 10, 20, 30%로 변화시켜 재령에 따른 압축 및 휨강도 특성을 검토하였다. 또한, 흡수･건조 반복에 따른 내수성 및 동결융해 등의 내구성능 평가를 실시하였다.
- 전동 모르타르 믹서기로 혼합된 시료는 흐름시험을 실시한 후, 각 배치마다 50×50×50mm 압축강도용, 40×40×160mm 휨강도용 및 내수성시험용, 76×101×412mm의 동결융해시험용 시험체를 제작하였으며, 양생은 거푸집 탈형시기 이전까지 비닐로 덮어 수분의 증발을 방지 시켰으며, 거푸집 탈형후 기중양생을 실시하였다.
- 측정이 종료된 공시체는 온도 60±2℃인 건조기에 넣고 항량이 될 때까지 건조한 후 실온이 될 때까지 냉각하여 질량과 길이변화를 측정하였다.
- 친환경 고화재의 압축강도 특성을 평가하기 위하여 마사토와 황토의 혼합비율과 전량 모래사용시 고화재 치환율을 10, 20, 30%로 변화시켜 재령 3일, 7일, 14일, 28일, 56일 압축강도를 측정하였다. Fig.
- 본 연구에서는 황토 모르타르의 내수성을 평가하기 위하여 KSF 2606에 준하여 흡수･건조의 반복에 의한 내수성 시험을 실시하였다. 평가항목으로는 반복횟수별 질량 변화, 길이 변화, 휨 강도변화를 측정하였다.
- 측정이 종료된 공시체는 온도 60±2℃인 건조기에 넣고 항량이 될 때까지 건조한 후 실온이 될 때까지 냉각하여 질량과 길이변화를 측정하였다. 항량 흡수, 항량 건조를 1횟수로 하여 10회까지 반복하여 황토모르타르의 내수성을 측정하였다. 질량 변화율(%)과 길이 변화율(%)은 식 (2)와 (3)으로 계산하여 큰 값을 채택하였다.
- 본 연구에서는 고화재를 사용한 황토 모르타르의 흡수･건조의반복에 의한 내구 특성을 평가하기 위하여 KS F 2606「건축용 외벽 보드류의 내수성 시험방법」에 준하여 내수성 시험을 실시하였다. 황토 모르타르의 마사토와 황토의 혼합비율 및 고화재의 치환량을 변화시켜 흡수･건조 반복조건에 따른 질량변화와 길이변화 및 휨강도를 측정하였다. Fig.
대상 데이터
- 마사토는 A급 질마사로서 잔골재 표건시험에 준하여 표면건조포화 상태로 제조하였다. 표면건조포화 상태로 제조된 마사토의 흡수율은 2.
- 본 연구는 친환경 무기질 고화재를 사용하여 시멘트를 사용하지 않은 황토모르타르의 역학 및 내구 특성 등을 검토한 것으로 사용재료는 다음과 같다.
- 2014). 본연구에서는 시멘트의 사용 없이 황토모르타르를 제조하고자 하였으며, 이를 위하여 Z사의 분홍빛 분말형태인 알루미나규산염(aluminosilicate)과 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate)혼합물을 주성분으로 하는 친환경 무기질 고화재를 사용하였다.
- 사용 황토는 경남 하동에서 생산되는 D사의 제품으로 화학적 성질은 Table 1과 같다.
- 잔골재는 흡수율 1.65%인 경북 고령산 천연 강모래로 표면건조포화 상태의 골재를 사용하였다. 사용 잔골재의 물리적 성질은 Table 3과 같다.
- 마사토는 A급 질마사로서 잔골재 표건시험에 준하여 표면건조포화 상태로 제조하였다. 표면건조포화 상태로 제조된 마사토의 흡수율은 2.70%이었으며, 시료 중 5mm체 통과분을 사용하였다. 마사토의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
이론/모형
- 동결융해의 급속 반복 사이클에 대한 황토 모르타르 공시체의저항성을 구하기 위하여 KS F 2456에 준하여 동결융해 저항성시험(방법 B)을 실시하였다. 상대동탄성계수와 내구성 지수 값은식 (4)와 (5)를 이용하여 계산하였다.
- 압축강도의 측정은 KS L 5105에 준하여 시험기가 나타낸 최대하중을 공시체 단면적으로 나누어 계산하였다.
- 황토 모르타르의 반죽질기(consistency)를 결정하기 위하여KS L 5105에 준하여 흐름시험을 실시하였다.
- 황토모르타르 시험체의 제작은 KS L 5105에 준하여 전동 모르타르 믹서를 사용하였다. 전동 모르타르 믹서기로 혼합된 시료는 흐름시험을 실시한 후, 각 배치마다 50×50×50mm 압축강도용, 40×40×160mm 휨강도용 및 내수성시험용, 76×101×412mm의 동결융해시험용 시험체를 제작하였으며, 양생은 거푸집 탈형시기 이전까지 비닐로 덮어 수분의 증발을 방지 시켰으며, 거푸집 탈형후 기중양생을 실시하였다.
- 휨 강도의 측정은 KS L ISO 679에 준하여 실시하였으며, 휨강도용 시험체를 파괴에 이를 때까지 50±10N/s의 비율로 재하 한후 파괴시의 하중(Ff)과 경간(l) 및 절개면의 변의 길이(b)를 이용하여 식 (1)로 휨강도 Rf(N/mm2)를 계산하였다.
성능/효과
- 1. 황토모르타르의 재령 28일 압축 및 휨강도는 마사토와 황토혼합비율에 관계없이 고화재 치환율이 증가할수록 증가하였고, 고화재 치환율에 관계없이 재령 14일까지의 강도증진효과는 크게 나타났으나 재령 14일 이후 강도증진 효과는 상대적으로 낮아 황토모르타르의 강도발현은 일반 콘크리트의 강도발현보다 빠른 것으로 나타났다.
- 2. 황토사용량에 따른 재령 28일 압축강도는 마사토와 황토비율 9:1의 경우 12.9MPa로 나타났으며, 마사토와 황토비율 8:2에서는 14.9MPa로 황토사용량이 10% 증가시 압축강도는 약 15%증가된 반면 마사토와 황토비율 7:3에서는 15.4MPa로 마사토와 황토비율 8:2에 비해 압축강도 증가율은 3%로 낮게 나타나 압축강도 및 경제성을 고려한 황토의 최적사용량은 마사토의 20%가 좋을 것으로 판단된다.
- 3. 마사토와 황토 비율 8:2에서 고화재 치환율별 휨강도는 고화재 첨가량 10% 증가시마다 약 1.7MPa의 휨 강도를 증가시키는 것으로 나타났으며, 재령 56일 휨강도는 고화재 치환율 10%에서 1.8MPa, 20%에서 4.1MPa, 30%에서 6.1MPa로 나타났다.
- 4. 황토모르타르의 내수성 실험결과 마사토와 황토의 혼합비율에 관계없이 흡수･건조가 반복됨에 따라 질량이 감소하는 것을 나타났으며, 반복횟수 2 사이클까지는 질량이 평균 10%로 급격히 감소하였으나 이후 반복횟수 10 사이클까지의 질량변화율은 약0.8% 감소하는 것으로 나타났다.
- 5. 황토모르타르의 내수성 실험결과 재령 14일까지 기중양생을 시킨 다음 흡수･건조 조건을 반복하였을 때의 질량변화율은 고화재 치환율 10%에서 13.76%로 가장 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 20%에서 10.82%, 30%에서 7.46%로 고화재 치환율10% 증가시마다 질량변화율은 약 3%씩 감소하는 것으로 나타났다.
- 6. 내수성 실험결과 최대 길이변화율은 고화재 10%에서 84.20×10-4, 고화재 20%에서 57.64×10-4, 고화재 30%에서 48.44×10-4으로 나타나 고화재 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
- 7. 마사토와 황토비율 8:2에서 고화재 치환율 10%의 경우 동결융해 반복횟수 60 사이클에서 87%로 나타났으나, 90 사이클에서공시체의 손상이 심각하여 측정을 종료하였다. 반면 고화재 치환율 20%에서는 동결융해 300 사이클에서도 상대동탄성계수가 75%로 나타났으며, 고화재 치환율 30%에서는 79%로 나타났다.
- Fig. 11에서 황토 모르타르가 반복적으로 흡수･건조의 조건을 받게 되면 휨 강도는 마사토와 황토의 혼합비율에 관계없이 평균0.4MPa 감소하는 것으로 나타났고, 재령 7일과 14일에서 평균0.5MPa, 재령 28일에서 평균 0.2MPa 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 초기재령에서 황토 모르타르의 흡수･건조의 반복은 결합재 역할을 하는 고화재의 강도발현을 저하시키므로 흡수･건조의 반복 영향이 비교적 높게 나타난 것으로 소요의 강도 발현시점까지 흡수･건조의 반복을 받지 않도록 충분한 양생관리가 필요할 것으로 판단된다.
- Fig. 4에서 마사토와 황토비율에 따른 황토모르타르의 압축강도는 큰 차이를 나타내지 않았으며, 황토모르타르의 재령 28일 압축강도는 마사토와 황토비율에 관계없이 고화재 치환율 10%에서 약 5MPa로 나타났으며, 고화재 첨가량 10% 증가시마다 압축강도를 약 8~10MPa씩 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 재령별 압축강도는 고화재 치환율에 관계없이 재령 14일까지는 강도가 증가하였으나, 재령 14일, 28일, 56일에서는 고화재 치환율에 관계없이비슷한 압축강도를 나타내어 재령 14일 이후 강도증진 효과는 커지 않는 것으로 나타났다.
- Fig. 5는 고화재 20% 사용시 마사토와 황토비율에 따른 재령별 압축강도 특성을 나타낸 것으로 고화재 20%에서도 재령 3일에서 14일까지 압축강도의 증가량은 평균 6.9MPa로 급격히 증가하는 경향을 나타내었지만, 재령 14일부터 56일까지의 압축강도 증가량은 평균 0.4MPa로 강도 증진효과는 없는 것으로 나타났다. 또한 황토사용량에 따른 재령 28일 압축강도는 마사토와 황토비율 9:1의 경우 12.
- 2012). Fig. 6에서 고화재10%사용시 재령 28일 휨강도는 1.62MPa로 포장용 콘크리트 설계기준 휨강도의 4.5MPa에 많이 부족하였으나, 고화재 20% 사용시약 4MPa, 고화재 30% 사용시 5.06MPa로 거의 근접하거나 높게나타났다. 이와 같이 황토 자전거도로에 고화재 적용시 고화재 사용량은 최소 20% 이상은 되어야 할 것으로 판단된다.
- Fig. 6에서 마사토와 황토비율에 따른 황토모르타르의 휨강도는 큰 차이를 나타내지 않았으며, 황토모르타르의 재령 28일 휨강도는 마사토와 황토비율에 관계없이 고화재 치환율 10%에서 약1.5MPa로 나타났으며, 고화재 첨가량 10% 증가시마다 휨강도를 약 2MPa씩 증가시키는 것으로 나타났다.
- Fig. 8에서 반복횟수 5 사이클까지 기중양생을 시킨 다음 6 사이클(재령 14일)부터 흡수･건조 조건을 반복하였을 때의 질량변화율은 고화재 치환율 10%에서 13.76%로 가장 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 20%에서 10.82%, 30%에서 7.46%로 고화재 치환율 10% 증가시마다 질량변화율은 약 3%씩 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 일정 강도 발현 후내수성 실험을 실시한 것으로 황토모르타르의 결합재 역할을 하는 고화재의 혼입율이 높을수록 강도발현이 높고, 공시체의 내부가 밀실하게 되므로 수분의 침투에 따른 질량변화가 적게 나타난 것으로 판단된다.
- Fig. 9에서 내수성 실험 후 황토모르타르의 최대길이변화율은 마사토와 황토 혼합비율 9:1에서 60.99×10-4으로 나타났으며, 8:2에서 57.64×10-4, 혼합비율 7:3에서 47.54×10-4으로 나타나 황토혼합비율이 증가시마다 최대길이변화율은 감소하는 것으로 나타났다.
- 4MPa의 압축강도를 증가시키는 것으로 나타나 황토사용시의 약 8MPa의 강도증진에 비해 약 3MPa 정도 높은 강도증진율을 나타내었다. 또한 고화재 20%까지는 재령 7일 이후 강도증진율이 거의 없었으나, 고화재 30%에서는 재령 7일 이후에도 재령 56일까지 약 10%정도의 강도증진 효과를 나타내었다.
- 이와 같이 황토모르타르의 상대동탄성계수 60% 이상을 만족시키기 위한 고화재 사용량은 20% 이상이 필요할 것으로 판단된다. 또한 마사토와 황토비율 7:3에서 고화재 치환율 20%의경우에도 동결융해 300 사이클 상대동탄성계수가 76%로 나타났다.
- 12는 동결융해 저항성 시험 공시체의 반복횟수에 따른 외관 결함 관측전경을 나타낸 것으로 마사토와 황토 혼합비율 8:2에서 고화재 10%를 치환한 공시체의 경우 반복횟수 90 사이클에서 표면 도색의 들뜸 현상과 조직 이완이 심각하여 시험을 종료하였다. 또한 마사토와 황토비율 8:2에서 고화재 치환율 20%와 마사토와 황토비율 7:3에서 고화재 치환율 20%는 반복횟수 300 사이클 종료 후 공시체의 모서리 부분에서 도색의 일부 들뜸 현상과 탈락현상이 발견되었다. 반면 마사토와 황토비율 8:2에서 고화재 30% 사용 공시체는 동결융해 300 사이클 이후에도 균열이나 들뜸 현상 등의 외관 변화가 일어나지 않았다.
- 4에서 마사토와 황토비율에 따른 황토모르타르의 압축강도는 큰 차이를 나타내지 않았으며, 황토모르타르의 재령 28일 압축강도는 마사토와 황토비율에 관계없이 고화재 치환율 10%에서 약 5MPa로 나타났으며, 고화재 첨가량 10% 증가시마다 압축강도를 약 8~10MPa씩 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 재령별 압축강도는 고화재 치환율에 관계없이 재령 14일까지는 강도가 증가하였으나, 재령 14일, 28일, 56일에서는 고화재 치환율에 관계없이비슷한 압축강도를 나타내어 재령 14일 이후 강도증진 효과는 커지 않는 것으로 나타났다.
- 4MPa로 강도 증진효과는 없는 것으로 나타났다. 또한 황토사용량에 따른 재령 28일 압축강도는 마사토와 황토비율 9:1의 경우 12.9MPa로 나타났으며, 마사토와 황토비율 8:2에서는14.9MPa로 황토사용량이 10% 증가시 압축강도는 약 15% 증가된 반면 마사토와 황토비율 7:3에서는 15.4MPa로 마사토와 황토비율 8:2에 비해 압축강도 증가율은 3%로 낮게 나타나 압축강도 및 경제성을 고려한 황토의 최적사용량은 마사토의 20%가 좋을 것으로 판단된다.
- 물-결합재비(W/B)를 결정하기 위하여 모르타르 플로 시험을 실시하였으며, 시험 결과 마사토와 황토 혼합의 경우와 잔골재 100%에 결합재를 10% 첨가하였을 경우에서는 물-결합재비(W/B) 19%에서 플로 기준 범위 105±5%를 만족하였다.
- 7은 황토 고화재 사용률 20%에서 마사토와 황토비율에 따른 흡수･건조 반복횟수에 따른 질량변화율을 나타낸 것으로 마사토와 황토의 혼합비율에 관계없이 흡수･건조가 반복됨에 따라 질량이 감소하는 것을 나타내고 있다. 반복횟수 2 사이클까지는 질량이 평균 10%로 급격히 감소하였으나 이후 반복횟수 10 사이클까지의 질량변화율은 약 0.8% 감소하는 것으로 나타났으며, 내수성 10 사이클 반복시험결과 마사토와 황토혼합비율이 흡수･건조에 따른 질량변화율의 영향은 없는 것으로 나타났다.
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