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문제 정의
- 그러므로, 본 연구에서는 콘크리트 마감재로써 골재노출 콘크리트를 개발하기 위한 일련의 실험으로 물-시멘트 비별 당류계 지연제의 살포량 및 세척시기 변화가 물씻기공법을 이용한 골재노출 콘크리트의 출석률 등 표면성상에 미치는 영향에 대하여 분석하고자 한다.
- 본 연구는 콘크리트 마감재로써 골재노출 콘크리트를 개발하기 위한 일련의 실험으로 물-시멘트비별에 따른 당류계 지연제의 살포량 및 세척시기 변화가 물씻기 공법을 이용한 골재노출 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 또한 질량감소율은 물씻기 시험 전·후의 시험체 질량차를 계산하여 측정하였다.
- 또한, 골재노출 콘크리트 시편 제작은 250×250×40(㎜)의 거푸집을 사용하였으며, 콘크리트 타설후 표면 위에 지연제를 살포한 부직포를 부착하였다.
- 즉, 물-시멘트비는 고강도 영역의 25,35%의 2수준과 일반강도 영역의 55, 65%의 2수준을 실험 계획하였다. 실험변수로는 지연제 살포량을 8, 24, 48, 64cc/㎡의 4수준으로 하였고, 세척기의 세척시점은 0.75, 1, 1.5, 2일인 4수준으로 하여 총 64배치를 실험계획 하였다.
- 실험사항으로는 굳지 않은 콘크리트에서 플로 및 응결시간, 경화 콘크리트에서 압축강도 및 인장강도를 측정하며, 콘크리트 표면에서는 표면상태 사진촬영, 골재의 출석률 및 질량감소율을 측정하는 것으로 하였다.
- 본 연구의 실험계획은 Table 1과 같고, 배합사항은 Table 2와 같다. 즉, 물-시멘트비는 고강도 영역의 25,35%의 2수준과 일반강도 영역의 55, 65%의 2수준을 실험 계획하였다. 실험변수로는 지연제 살포량을 8, 24, 48, 64cc/㎡의 4수준으로 하였고, 세척기의 세척시점은 0.
대상 데이터
- 골재로써 잔골재(FA)는 최대치수 5㎜ 이하로 입도 조정된 강모래를 사용하였으며, 굵은 골재는 국내산 W사의 부순 굵은 골재로 최대치수는 20㎜를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 4와 같다.
- 본 연구의 사용재료로써 시멘트(OPC)는 국내산으로 KS L 5201의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 3과 같다.
이론/모형
- 굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프 시험은 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421 및 응결시간은 KS F 2436에 의거하여 실시하였다. 또한, 경화 콘크리트의 압축강도와 인장강도 시험은 ∅100×200㎜인 원주형 공시체를 이용하여 KS F 2403에 따라 제작 양생한 후 압축강도는 KS F 2405, 인장강도는 KS F 2408에 의거 계획된 재령에서 3 GN UTM을 사용하여 측정하였다.
- 또한, 경화 콘크리트의 압축강도와 인장강도 시험은 ∅100×200㎜인 원주형 공시체를 이용하여 KS F 2403에 따라 제작 양생한 후 압축강도는 KS F 2405, 인장강도는 KS F 2408에 의거 계획된 재령에서 3 GN UTM을 사용하여 측정하였다.
- 물씻기 시험은 실험계획된 재령에서 Figure 2와 같이 실시하였다. 이때 출석률은 KS F 4035에 의거하여 콘크리트 표면에 길이 200㎜ 의 직선 다섯줄을 고르게 분산시켜 그은 다음, 각각의 직선에 대하여 Figure 3과 같이 그 직선이 골재 위를 지나가는 부분의 치수를 읽고 식 (1)에 따라 계산하여 5회 시험 평균값으로 사용하였다[6]. 또한 질량감소율은 물씻기 시험 전·후의 시험체 질량차를 계산하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) 굳지 않은 콘크리트의 특성에서 슬럼프와 공기량은 모두 목표 범위인 180±25, 4.5±1.5를 만족하였다.
- 2) 경화 콘크리트의 특성에서 압축강도와 인장강도는 재령이 경과함에 따라 증가하였는데, 가장 높은 압축강도는 물-시멘트비 25%의 28일 강도 60.5MPa, 가장 낮은 압축강도는 물-시멘트비 65%의 21.8MPa가 측정되었다. 인장강도는 압축강도의 1/10〜1/13에 해당하였다.
- 3) 골재 출석률은 물-시멘트비 25%와 35%의 경우 세척시점이 늦어질수록 감소하는 경향이 나타났는데, 특히 당류계 지연제의 살포량이 증가함에 따라 급결현상이 발생하여 모르타르와 골재의 박리가 되지 않아 양호하지 못한 표면이 나타났다.
- 4) 물-시멘트비 55% 와 65%는 전반적으로 지연제 살포량이 증가할수록 표면 콘크리트의 응결지연이 커지면서 모르타르 및 골재 소실 현상이 많이 발생하였다. 특히, 세척시점은 빠를수록 소실 현상은 더 크게 나타났다.
- 5) 골재의 질량 감소율은 물-시멘트비 25%와 35%는 세척시점이 경과할수록 감소하는 경향이 나타났으며, 당류계 지연제의 살포량이 증가할수록 급결현상으로 인해 질량 감소율이 낮게 나타났다. 또한, 물- 시멘트비 55%와 65%는 전반적으로 당류계 지연제의 응결지연 효과로 살포량이 증가할수록 높은 감소율이 나타났다.
- 또한, 물-시멘트비 55%와 65%인 일반강도 콘크리트인 경우는 세척시점 1일 이후가 효과적 이였지만, 55%의 경우는 콘크리트의 경화가 진행되어 지연제의 효과가 반감되었다. 55%는 세척시점 1일에서 당류계 지연제 24㎖/m2를 살포했을 때 가장 양호한 골재 노출을 보였으며, 65%는 1.5일에 당류계 지연제 24㎖/m2를 살포할 경우 가장 효과적인 골재노출 콘크리트가 되었다.
- 물-시멘트비 55%와 65%는 전반적으로 지연제 살포량이 증가할수록, 표면 콘크리트의 응결지연이 커지면서 모르타르 및 골재 소실 현상이 많이 발생하였다. 또한, 0.75일 세척시점에 64㎖/m2의 지연제를 살포하였을 때, 당류계 지연제의 응결지연에 기인하여 골재와 콘크리트간 부착강도가 저하되어 세척시 표면 모르타르 부분과 골재가 동시에 소실되는 현상이 발생하여 70% 이하의 낮은 골재 출석률이 측정되었다. 반면에 1일에서는 높은 출석률에 의해 골재가 양호한 상태로 존재하고 있었다.
- 이는 콘크리트의 경화가 진행됨에 따라 모르타르와 골재의 부착력이 증대되어 당류계 지연제의 지연효과가 미미해짐으로써 물씻기 공법이 적용되지 못하는 것으로 사료된다. 또한, 1〜2일에는 세척시점이 경과함에 따라 지연제 살포량이 증가할수록 골재 출석률이 현저히 감소하는 경향이 나타났다. 이는 지연제를 살포하였을 경우 과다한 당류계 지연제에 의해 급결현상이 발생한다는[7] 연구결과와 같이 경화가 진행될수록 급결현상이 발생한 것으로 분석되며, 그로 인해 모르타르와 골재가 박리되지 않아 골재 노출이 양호하지 않게 나타난 것으로 분석된다.
- 5) 골재의 질량 감소율은 물-시멘트비 25%와 35%는 세척시점이 경과할수록 감소하는 경향이 나타났으며, 당류계 지연제의 살포량이 증가할수록 급결현상으로 인해 질량 감소율이 낮게 나타났다. 또한, 물- 시멘트비 55%와 65%는 전반적으로 당류계 지연제의 응결지연 효과로 살포량이 증가할수록 높은 감소율이 나타났다.
- 단, 물-시멘트비 65%는 세척시점 1〜2일 모두 80% 이상의 골재 출석률이 나타났는데, 이는 큰 물-시멘트비에 의해 콘크리트의 경화가 늦어지면서 양호한 골재 노출이 된 것으로 사료된다. 또한, 물-시멘트비 25%와 35%에 비해 전반적으로 높은 골재 출석률을 보였는데, 이는 높은 물-시멘트비비로 인한 모세관 공극이 커서 당류계 지연제가 콘크리트 내부로의 침투가 용이함에 의한 것으로 사료된다.
- 75일, 35%는 1일에 당류계 지연제 24㎖/m2를 살포했을 때 가장 양호한 표면을 확보할 수 있었다. 또한, 물-시멘트비 55%와 65%인 일반강도 콘크리트인 경우는 세척시점 1일 이후가 효과적 이였지만, 55%의 경우는 콘크리트의 경화가 진행되어 지연제의 효과가 반감되었다. 55%는 세척시점 1일에서 당류계 지연제 24㎖/m2를 살포했을 때 가장 양호한 골재 노출을 보였으며, 65%는 1.
- 먼저, 물-시멘트비 25%와 35%는 세척시점이 경과할수록 질량 감소율이 감소하는 경향이 나타났는데, 이는 콘크리트의 경화가 진행됨에 따라 모르타르와 골재의 박리가 적어짐에 의한 것으로 분석된다. 또한, 세척시점이 경과하고 당류계 지연제 살포량이 증가할수록 질량 감소율은 작았는데, 이는 과도한 지연제 살포량에 의해 콘크리트의 급결현상이 발생함에 기인한 것으로 분석된다. 이러한, 콘크리트의 경화 현상에 의해 1.
- Figure 9〜12은 물-시멘트비 별 세척시점에 따른 질량 감소율을 나타낸 것이다. 먼저, 물-시멘트비 25%와 35%는 세척시점이 경과할수록 질량 감소율이 감소하는 경향이 나타났는데, 이는 콘크리트의 경화가 진행됨에 따라 모르타르와 골재의 박리가 적어짐에 의한 것으로 분석된다. 또한, 세척시점이 경과하고 당류계 지연제 살포량이 증가할수록 질량 감소율은 작았는데, 이는 과도한 지연제 살포량에 의해 콘크리트의 급결현상이 발생함에 기인한 것으로 분석된다.
- Figure 5〜8은 물-시멘트비 및 당류계 지연제 살포량별 세척시점에 따른 골재 출석률을 나타낸 것이다. 먼저, 물-시멘트비 25%와 35%는 세척시점이 늦어질수록 골재 출석률이 감소하는 경향이 나타났다. 이는 콘크리트의 경화가 진행됨에 따라 모르타르와 골재의 부착력이 증대되어 당류계 지연제의 지연효과가 미미해짐으로써 물씻기 공법이 적용되지 못하는 것으로 사료된다.
- Table 8은 경화 콘크리트의 특성에 관한 분석으로 물- 시멘트비별 재령 경과에 따른 압축강도와 인장강도를 나타낸 것이다. 먼저, 재령이 경과함에 따라 압축강도와 인장강도는 증가하였으며, 가장 높은 압축강도는 물-시멘트비 25%의 28일 60.5MPa, 가장 낮은 압축강도는 물-시멘트비 65%의 21.8MPa 이었다. 인장강도는 압축강도의 1/10〜1/13 에 해당하는 강도 값이 측정되었다.
- 물-시멘트비 55%와 65%는 전반적으로 당류계 지연제의 살포량이 증가할수록 높은 감소율이 나타났는데, 특히 세척시점 0.75일에 20% 이상의 질량 감소율이 나타났다. 이는 당류계 지연제의 응결지연 효과에 의해 모르타르와 골재의 손실에 기인한 것으로 사료된다.
- 슬럼프와 공기량 모두 목표 범위인 180±25mm와 4.5±1.5%의 범위를 만족하였다.
- 이상을 고려하면 물-시멘트비 25% 와 35%인 고강도 콘크리트인 경우는 세척시점 이 빠를수록 효과적이었으며, 그중에서도 25%는 0.75일, 35%는 1일에 당류계 지연제 24㎖/m2를 살포했을 때 가장 양호한 표면을 확보할 수 있었다. 또한, 물-시멘트비 55%와 65%인 일반강도 콘크리트인 경우는 세척시점 1일 이후가 효과적 이였지만, 55%의 경우는 콘크리트의 경화가 진행되어 지연제의 효과가 반감되었다.
- 이상을 종합하면, 물-시멘트비 25%는 세척시점 0.75일, 물-시멘트비 35%와 55%는 1일, 65%는 1.5일에 당류계 지연제를 24㎖/m2 살포한다면 전반적으로 가장 양호한 골재노출 콘크리트가 제조되는 것으로 분석되었다.
- 4) 물-시멘트비 55% 와 65%는 전반적으로 지연제 살포량이 증가할수록 표면 콘크리트의 응결지연이 커지면서 모르타르 및 골재 소실 현상이 많이 발생하였다. 특히, 세척시점은 빠를수록 소실 현상은 더 크게 나타났다.
- 이는 지연제를 살포하였을 경우 과다한 당류계 지연제에 의해 급결현상이 발생한다는[7] 연구결과와 같이 경화가 진행될수록 급결현상이 발생한 것으로 분석되며, 그로 인해 모르타르와 골재가 박리되지 않아 골재 노출이 양호하지 않게 나타난 것으로 분석된다. 한편, 25%의 세척시점 0.75일과 35%의 세척시점 1일 이내에서는 높은 골재 출석률이 나타났는데, 이는 낮은 물-시멘트비에 따른 콘크리트 내부의 모세관공극이 작아져서 지연제의 침투가 용이하지 못함으로서 소량의 지연제가 콘크리트 표면에만 영향을 준 것으로 사료된다.
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