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문제 정의
- 또한 인산칼륨을 활용한 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 단면복구재료의 중요한 특성 중 하나가 반응열 및 수분에 의한 수축과 팽창이며, 기존 연구 문헌(Yue and Bing, 2013)에 따르면 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 수축 및 팽창이 약 50㎛ 이내로 보고되고 있으며, 이는 보통 포틀랜드 시멘트 결합재와 비교하여 약 10% 수준으로 부피안정성이 우수한 것으로 확인된다. 따라서 본 연구에서는 산화마그네슘 세라믹계열 결합재를 보수재료로의 활용성을 높이기 위해 상대적으로 응결속도가 늦고, 경화 시 환경적 악영향이 없는 인산칼륨(KH2PO4)을 산화 마그네슘의 결합재로 활용하고자 하였다. 이와 같은 인산칼륨을 결합재로 활용할 경우 Eq.
- 따라서 본 연구의 목적은 기존 수경성 시멘트계 보수재료와 다른 급속 경화 특성을 가진 산화마그네슘 세라믹계열결합재를 도로포장 보수(단면복수)재료로 활용함에 따라 조기교통개방 뿐만 아니라 보수재료의 성능 향상 및 재료의 다양성을 확보하고자 한다(Qiao et al., 2011; Li et al., 2014; Yang et al. 2002). 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재(Magnesium Potassium Phosphate Cement (MPC))에 대한 구성비를 달리하여 강도(물리적 성능) 및 응결시간(작업시간 확보) 시험을 통하여 최적구성비를 도출하였다.
- 선정된 최적구성비를 통하여 시간별 압축강도 시험을 수행하여 최저시간에서의 교통개방 강도 확보에 대한 분석을 하였다. 또한 구 콘크리트간의 부착강도 성능 시험을 통한 보수재료로의 적합성을 평가하고, 염소이온투과 저항성 및 급속 동결융해 저항성 시험을 통하여 내구성능을 검증하고자 한다.
- 본 연구는 기존 수경성 시멘트계 보수재료와 다른 급속 경화 특성을 가진 산화마그네슘 세라믹계열 결합재(MPC)를 도로포장 보수(단면복수)재료로 활용하기 위해 산화마그네슘 세라믹계열 결합재에 대한 강도 및 응결시간을 통한 최적구성비를 도출하고, 보수재료로의 물리적 성능 및 내구성능을 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
- 본 연구에서는 산화마그네슘 세라믹계열 결합재를 급속 단면복구재로 활용하기 위하여 결합재의 구성비를 변수로 하여 24시간 압축강도와 응결시간에 대한 목표 범위를 두고 최적구성비를 선정하고자 하였다. 먼저 재령 24시간에 대한 압축강도 결과는 Fig.
- 본 연구에서의 산화마그네슘계열 세라믹 결합재를 단면복구재로 활용하기 위하여 조기 교통개방을 위한 압축 강도 및 작업시간을 위한 응결시간이 확보되어야 한다. 이에 따라 24시간 압축강도 측정 및 응결시간 시험을 통하여 최적 구성비를 선정하고자 하였다. 응결시간 측정은 KS L 5103 “길모어 침에 의한 시멘트의 응결 시간 시험 방법”에 따라 측정하였으며, 최적구성비 선정을 위한 측정은 종결(Final set)만을 고려하였다.
제안 방법
- 4와 같이 50cycles마다 각 시험체를 공명 진동에 의한 고유진동수를 측정하여 Eq. (7)에 따라 상대동탄성 계수 및 내구성 지수를 산출하여 평가하였다.
- 2. 이와 같은 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 구성비에 대한 압축강도 및 응결시간 특성을 기반으로 이를 보수재료로 활용하기 위하여 M/P비 및 W/B비와 가사시간 확보를 위한 지연제(Borax)를 사용하여 최적구성비를 도출하였으며, 재령 24시간 압축강도 30MPa, 작업성을 위한 응결시간 40분 이상을 목표로 하여 M/P비 1.2, W/B비 22%, 지연제(Borax) 혼입율 5%를 결합재에 대한 최적구성비로 선정하였다.
- 4. 부착성능의 경우 인장 부착강도와 휨 부착강도 두 가지 거동에 대한 시험을 수행하였다. 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 시멘트계열과 상이한 재료 계열과 이질적인 거동(급속 경화 특성) 차이에도 각각 1.
- 5. 또한 내구성능 확인을 위하여 염소이온 침투 및 동결 융해 저항성 시험을 수행하였으며, 염소이온 침투 저항성의 경우 모르타르와 콘크리트로 구분하여 저항성 평가를 실시하였다. 그 결과 콘크리트의 경우 KS 규정에서 보통(Moderate) 수준의 투과성을 나타내 었으며, 모르타르의 경우 시멘트 모르타르와 비교하여 약 900 Coulombs 낮은 투과성을 나타내었다.
- 각각의 보수재료를 성형하고, 2일간 습윤양생(20±3℃, 상대습도 90% 이상)하여 탈형 후 밑면에서 15mm까지 물속에 침수시켜 기건양생(20±3℃, 상대습도 60±10%)에서 26일간 양생한 시험체를 사용하여 시험을 수행하였다.
- 또한 압축강도 시험은 KS L ISO 679 “시멘트의 강도 시험 방법”에 준하여 40×40×160mm 시편을 제작하여 24시간 압축 강도를 측정한 후 응결시간과 강도 사이의 관계를 확인 하였다.
- 조기 교통개방을 위한 목표 24시간 압축강도는 30MPa 이상으로 설정하였다. 또한, 작업성(작업시간)을 고려한 응결시간은 KS규준에서 초결 최소 25분 이상으로 규정하고 있으며, 실제 작업성을 고려하여 종결까지의 목표 응결시간을 최소 40분으로 설정하였다. 산화마그네슘계열 세라믹 결합재의 성능에 가장 큰 영향인자로는 산화마그네슘(MgO)과 인산칼륨(KH2PO4)의 구성비(M/P), 물 바인더 비, 지연제(Borax)의 혼입율, 잔골재율 등이 있다.
- 본 연구에서는 KS F 2437“공명 진동에 의한 콘크리트의 동탄성계수 및 동 푸아송 비의 시험방법”에 의거하여 고유진동수를 측정하였으며, Fig. 4와 같이 50cycles마다 각 시험체를 공명 진동에 의한 고유진동수를 측정하여 Eq.
- 5로 수용액 상태에서는 알칼리성을 띈다. 산화마그네슘 결합재 모르타르 배합 시 지연제로서 결합재의 반응에 따라 적절한 응결시간의 조정을 위해 첨가하였다.
- 산화마그네슘 세라믹계열 결합재 및 일반 시멘트 모르타르에 대한 동결융해 저항성은 0cycle의 100% 상대동탄성계수를 기준으로 300cycles까지의 감소된 값으로 상대 비교를 하였다. 상대 동탄성계수를 기반으로 내구성지수를 산출하였으며, 그 결과는 Fig.
- 산화마그네슘 세라믹계열 결합재에 대한 부착강도 특성을 확인하기 위하여 인장 부착강도와 휨 부착강도 시험을 수행하였으며, 그 결과는 Fig. 16과 같다. 그 결과, 인장부착강도의 경우 1.
- 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 보수재료로의 활용을 위해 작업시간 확보를 위한 응결시간 또한 확보가 되어야 하며 이를 위해 각 구성비에 따라 응결시간 분석을 하였으며, 그 결과는 Fig. 9~12와 같다. 고속도로 건설 재료 품질기준에 의하면 최근 개발된 유사 단면 보수재료의 경우 응결시간 초결의 경우 25분 이상, 종결은 60분 이하로 규정하고 있다.
- 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 최적구성비 도출 분석을 기반으로 결정된 최적구성비를 활용하여 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 보다 명확한 비교·분석을 위하여 KS L 5108 “비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험 방법”에 의거하여 응결시간(초결, 종결)을 측정하여 정의하고, 강도 발현 특성 및 조기 교통개방을 위한 초기 압축강도 특성을 확인하기 위하여 시간 별 압축강도를 측정하여 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 비교하였다.
- 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재(Magnesium Potassium Phosphate Cement (MPC))에 대한 구성비를 달리하여 강도(물리적 성능) 및 응결시간(작업시간 확보) 시험을 통하여 최적구성비를 도출하였다. 선정된 최적구성비를 통하여 시간별 압축강도 시험을 수행하여 최저시간에서의 교통개방 강도 확보에 대한 분석을 하였다. 또한 구 콘크리트간의 부착강도 성능 시험을 통한 보수재료로의 적합성을 평가하고, 염소이온투과 저항성 및 급속 동결융해 저항성 시험을 통하여 내구성능을 검증하고자 한다.
- 시간별 압축강도 특성의 경우 최적구성비 선정에서와 동일한 시험 규준에 따라 시험을 수행하였으며, 40×40×160mm의 입방 편을 제작하여 1, 3(목표 교통개방시간), 12, 24시간의 시간별 압축강도와 재령 28일에서의 압축강도를 확인하였다.
- 시험 시 전원은 60V의 직류를 ±0.1V로 안정적으로 공급할 수 있어야 하며, 전류는 저항체를 회로에 연결하여 전압을 측정하여 구하였다.
- 시험체 제작은 온도 25±2℃와 습도 50±5%의 표준조건 상태에서 각 보수 재료를 배합 후, 접착시킬 모르타르 사이에 시험재료를 붙여넣는 접착작업을 10분 이내에 완료하여 양생은 상기의 인장 부착강도 시험체와 동일하게 적용하여 시험을 수행하였다.
- 여기서 구체에 해당하는 밑판에 대한 배합 및 제작은 KS F 4042에 의거하여 제작하였으며, 양생 방법은 표준방법인 성형 후, 2일간 습윤양생(20±3℃, 상대습도 90% 이상), 5일간 수중양생(23±3℃), 21일간 기건양생(20±3℃, 상대습도 60±10%)하였다.
- 염소이온침투 저항성 시험에 대한 시편은 각 변수별 모르타르와 콘크리트 두 가지로 나누어 제작하였으며, KS F 2711 “전기전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험 방법”에 지름 Ø100×200mm의 원주형 공시체를 콘크리트 시료 절단기를 이용하여 공시체의 일정 부위를 두께 50±3mm로 절단하고, 수분의 증발을 방지하기 위해 시편의 테두리에 콘크리트 보호용 도막제를 코팅하였다.
- 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 최적구성비 도출 분석을 기반으로 결정된 최적구성비를 활용하여 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 보다 명확한 비교·분석을 위하여 KS L 5108 “비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험 방법”에 의거하여 응결시간(초결, 종결)을 측정하여 정의하고, 강도 발현 특성 및 조기 교통개방을 위한 초기 압축강도 특성을 확인하기 위하여 시간 별 압축강도를 측정하여 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 비교하였다. 응결시간 시험은 KS규준에 따라 비카트 침이 모르타르의 25mm 침입 시 초결, 더 이상의 비카트 침의 흔적이 없을 시를 종결로 하여 응결시간을 결정하였다. 시간별 압축강도 특성의 경우 최적구성비 선정에서와 동일한 시험 규준에 따라 시험을 수행하였으며, 40×40×160mm의 입방 편을 제작하여 1, 3(목표 교통개방시간), 12, 24시간의 시간별 압축강도와 재령 28일에서의 압축강도를 확인하였다.
- 1V로 안정적으로 공급할 수 있어야 하며, 전류는 저항체를 회로에 연결하여 전압을 측정하여 구하였다. 이 때 콘크리트 시편에 적용되는 전압에 영향을 감소시키기 위해 저항 기를 사용하였으며, 이 시험에서는 0.2Ω을 사용하였다. 측정된 전하량은 Table 5를 통하여 투과성을 평가하였다.
- 17과 같이 투과 전하량으로 산출하여 평가하였다. 이 시험은 콘크리트에 대한 염소이온침투 저항성에 대한 평가이며, 이에 따라 동일한 구성비를 활용하여 콘크리트 배합설계를 실시하여 모르타르와 콘크리트 두 가지에 대한 시험을 모두 수행하였다. 그 결과, 모르타르의 경우 콘크리트로 제작된 경우보다 다소 높은 전하량을 나타내었다.
- 4로 설정하였으며, 물바인더비는 14~22%로 설정하여 실험을 수행하였다. 이에 대한 지연제의 혼입율은 0, 5, 7.5, 10%로 동일하게 적용하여 실험을 수행하고, 이에 대한 분석을 통하여 최적 구성비를 선정하고자 하였다(Yue et al., 2014).
- 시멘트계열의 모르타르 또는 콘크리트의 동결융해 저항성은 일반적으로 연행공기량의 영향이 가장 크게 작용하게 된다. 이에 따라 MIP(Mercury Intrusion Porosimetry) 분석을 통하여 산화마그네슘 세라믹 결합재 및 일반 시멘트 모르타르에 대한 연행공기에 대한 공극 분포를 확인하였으며, 그 결과는 Fig. 21과 같다. Mehta 등 연구자들에 의하면 연행공기의 경우 50~200㎛, 모세관 공극의 경우 0.
- 2002). 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재(Magnesium Potassium Phosphate Cement (MPC))에 대한 구성비를 달리하여 강도(물리적 성능) 및 응결시간(작업시간 확보) 시험을 통하여 최적구성비를 도출하였다. 선정된 최적구성비를 통하여 시간별 압축강도 시험을 수행하여 최저시간에서의 교통개방 강도 확보에 대한 분석을 하였다.
- 고속도로 건설 재료 품질기준에 의하면 최근 개발된 유사 단면 보수재료의 경우 응결시간 초결의 경우 25분 이상, 종결은 60분 이하로 규정하고 있다. 이에 따라 최적 구성비 선정을 위한 목표 응결시간(종결)까지 40분 이상으로 설정하였으며, 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 급결성으로 인하여 최대치에 대한 목표 응결시간을 설정하였다. 압축 강도 결과와 같이 지연제의 혼입율에 따라 결과 분석을실시하였으며, 응결시간의 경우 10~60분 범위로 측정되 었다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 Na2B4O7·10H2O(Deca-hydrate)인 백색결정의 Borax를 사용하였으며, 비중 1.75, 경도 2.0~2.5로 수용액 상태에서는 알칼리성을 띈다.
- 따라서 실험변수를 기존 문헌(Yue & Bing, 2013) 을 통하여 적정 범위를 선정하였으며, 선정된 산화마그네슘계열 결합재의 실험변수에 대한 구성비는 Table 4와 같다.
- , 2011). 본 연구에서 사용된 산화마그네슘의 순도는 88.5%이며, 이 외 SiO2와 CaO는 각각 3.3, 4.1%으로 구성되어 있다. 사용된 산화마그네슘의 화학 성분은 Table 1과 같다.
- 본 연구에서 산화마그네슘 세라믹 결합재의 지연제로 Borax(Na2B4O7·10H2O)를 사용하였으며, Borax는 수용액 상태에서 B4O72-와 Na+로 나뉘게 되고, 이는 약알칼리성을 띄게 된다.
- , 2014). 일반 시멘트 모르타르와의 비교를 위해 사용된 시멘트는 KS L 5201 규정에 적합한 국내 S사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 이에 대한 화학 성분은 Table 3과 같다.
이론/모형
- 부착강도는 보수 후 구 콘크리트와 보수재료의 이질적 특성으로 인한 탈락 및 2차적인 파손을 방지하기 위해 요구되는 성능이며, 이에 따라 KS F 4042 “콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르”에 준하여 시험을 실시하였다.
- 선정된 최정구성비의 산화마그네슘 세라믹계열 결합재와 일반 시멘트 모르타르(OPC)의 보다 명확한 비교·분석을 위하여 KS L 5108 “비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험 방법”에 의하여 초결, 종결을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 13과 같다.
- 염소이온침투 저항성에 대해서는 KS F 2711에 의거하여 시험을 수행하였으며, Fig. 17과 같이 투과 전하량으로 산출하여 평가하였다. 이 시험은 콘크리트에 대한 염소이온침투 저항성에 대한 평가이며, 이에 따라 동일한 구성비를 활용하여 콘크리트 배합설계를 실시하여 모르타르와 콘크리트 두 가지에 대한 시험을 모두 수행하였다.
- 응결시간 측정은 KS L 5103 “길모어 침에 의한 시멘트의 응결 시간 시험 방법”에 따라 측정하였으며, 최적구성비 선정을 위한 측정은 종결(Final set)만을 고려하였다.
- 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 휨 응력에 따른 부착강도를 측정하였으며, 시험은 KS F 4923 “콘크리트 구조물 보수용 에폭시 수지”에 준하여 시험을 수행하였다.
- 일반 시멘트 모르타르와 산화마그네슘 모르타르를 100×100×400mm의 규격으로 시험체를 제작하고, KS F 2456 “급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법”의 수중 급속 동결융해 시험방법(시험법 A)에 따라 그 저항성을 평가하였다.
- 따라서 실험변수를 기존 문헌(Yue & Bing, 2013) 을 통하여 적정 범위를 선정하였으며, 선정된 산화마그네슘계열 결합재의 실험변수에 대한 구성비는 Table 4와 같다. 잔골재는 KS L ISO 679의 규준에 따라 표준사를사용하였으며, 잔골재율은 일반 시멘트 모르타르와 동일한 비율인 2로 고정하여 사용하였다.
- 휨 부착강도 시험의 경우 KS F 4923 “콘크리트 구조물 보수용 에폭시 수지”에서의 접착강도 시험법을 인용하여 실험을 수행하였으며, 에폭시 수지에 대한 부착강도보다는 낮은 강도를 나타내었다.
성능/효과
- 1. 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 기존 시멘트계열의 결합재와 다른 산화마그네슘(MgO)와 인산칼륨(KH2PO4)이 결합재로 작용하게 됨에 따라 산화마그네슘과 인산칼륨의 비율(M/P ratio)이 결합재의 경화특성에 주요한 영향 인자로 확인된다. 이에 따라 구성비에 따른 압축강도 결과는 M/P비가 증가함에 따라 강도 또한 증가하는 경향을 보이며, 이는 적정수준의 W/B비가 수반되어야 한다.
- 3. 선정된 최적구성비를 기반으로 급속 보수를 위한 응결시간 및 시간별 압축강도를 측정하였으며, 그 결과 응결시간의 경우 기존 시멘트 모르타르 대비 약 3시간 응결시간이 감소되며, 시간별 압축강도의 경우 재령 1시간에서 교통개방강도인 20MPa 이상의 강도를 나타내었다. 재령 28일에서도 40MPa 이상의 강도를 나타내어 우수한 물리적 성능을 나타내었다.
- 6. 본 연구에서는 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 급속 보수재료로의 활용을 위하여 압축강도 및 응결 시간 분석을 통하여 최적구성비를 도출하였으며, 선정된 구성비를 활용하여 시간별 압축강도 측정 결과 약 1~3시간에서의 교통개방 강도를 만족하였으며, 부착성능 및 내구성능 또한 우수한 결과를 나타내었다. 이에 따라 보수재료로 활용 시 조기교통개방이 가능하고, 우수한 내구성능 확보를 통한 보수재료의 공용수명을 증가시켜 유지보수 주기 증가가 가능할 것으로 판단된다.
- 또한 내구성능 확인을 위하여 염소이온 침투 및 동결 융해 저항성 시험을 수행하였으며, 염소이온 침투 저항성의 경우 모르타르와 콘크리트로 구분하여 저항성 평가를 실시하였다. 그 결과 콘크리트의 경우 KS 규정에서 보통(Moderate) 수준의 투과성을 나타내 었으며, 모르타르의 경우 시멘트 모르타르와 비교하여 약 900 Coulombs 낮은 투과성을 나타내었다. 동결융해 저항성에 대한 내구성 지수의 경우 산화마그네슘계열 세라믹 결합재는 공극 분포 특성에서 연행 공기의 공극량이 낮은 분포도를 나타내었지만 시멘트계열의 결합재와 달리 경화체의 결정구조가 견고 하여 연행공기의 분포와 관계없이 시멘트계열의 결합재보다 우수하거나 유사한 수준의 내구성 확보가 가능한 것으로 확인된다.
- 16과 같다. 그 결과, 인장부착강도의 경우 1.95MPa로 구체와 같은 계열인 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 비교해도 약 80% 이상 높은 수준의 부착강도를 보였다. 또한 KS F 4042 규준에서 제시한 1MPa 이상의 강도를 나타내었으며, 이는 KS F 4043 에폭시 모르타르에 대한 부착강도 기준인 1.
- 압축강도 결과는 지연제(Borax)의 혼입율에 따라 압축 강도 결과를 표현하였다. 그 결과, 지연제(Borax)를 혼입하지 않은 경우 M/P비 1.2, W/B비 20%에서 34.3MPa로 가장 높은 압축강도를 나타내었으며, 지연 제의 혼입율에 따라 각각의 강도발현 양상이 다르게 나타내었다. 지연제(Borax)의 혼입율이 10% 이하에서는 M/P비가 1.
- 2일 때 가장 높은 강도 발현을 하는 것으로 확인되었고, 지연제의 혼입율이 증가하면 강도는 다소 감소하는 양상을 나타내었다. 그리고 M/P비와 W/B비에 따른 강도양상을 분석한 결과, W/B비가 높을수록 높은 M/P비에서 강도가 증가하는 경향을 나타내었지만 적정 비율 이상을 초과하게 되면 강도는 급격히 감소하는 것으로 분석되었다. 그림과 같이 W/B비 20, 22%의 경우 M/P비 1.
- 그 결과 콘크리트의 경우 KS 규정에서 보통(Moderate) 수준의 투과성을 나타내 었으며, 모르타르의 경우 시멘트 모르타르와 비교하여 약 900 Coulombs 낮은 투과성을 나타내었다. 동결융해 저항성에 대한 내구성 지수의 경우 산화마그네슘계열 세라믹 결합재는 공극 분포 특성에서 연행 공기의 공극량이 낮은 분포도를 나타내었지만 시멘트계열의 결합재와 달리 경화체의 결정구조가 견고 하여 연행공기의 분포와 관계없이 시멘트계열의 결합재보다 우수하거나 유사한 수준의 내구성 확보가 가능한 것으로 확인된다.
- 이와 같은 압축강도 발현 결과는 지연제의 혼입율 10%를 제외하고 모두 유사한 양상을 보였으며, 이에 따라 산화마그네슘 결합재의 경우 높은 강도를 확보하기 위해서는 M/P비가 증가할 경우 적정 비율까지 W/B비 또한 증가되어야 할 것으로 판단된다. 또한 최적구성비 선정을 위한 목표 압축강도에 따른 변수는 모두 M/P비 1.2에서 확보가 가능하였으며, W/B비의 경우 20~22%가 적정물 바인더 비로 확인되었다. 따라서 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 목표강도만 고려한 최적 구성비는 지연 제의 혼입이 없는 경우 M/P비 1.
- 압축 강도 결과와 같이 지연제의 혼입율에 따라 결과 분석을실시하였으며, 응결시간의 경우 10~60분 범위로 측정되 었다. 먼저 지연제 혼입율에 따른 응결시간을 분석하면, 혼입율 5%에서 가장 높은 지연효과를 나타내었다. 하지만 일정 이상의 혼입율이 증가하게 되면 오히려 감소하는 경향을 나타내었다.
- 부착성능의 경우 인장 부착강도와 휨 부착강도 두 가지 거동에 대한 시험을 수행하였다. 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 시멘트계열과 상이한 재료 계열과 이질적인 거동(급속 경화 특성) 차이에도 각각 1.95MPa, 1.75MPa로 시멘트 모르타르 대비 약 2배 수준의 높은 부착성능을 나타내었으며, 이는 폴리머(1MPa) 및 에폭시 모르타르(1.5MPa)의 부착강도 규정보다 높은 수준의 부착강도로 확인되었다.
- 15와 같다. 시간별 압축강도 측정 결과 일반 시멘트 모르타르(OPC)와 비교하면 확인한 압축강도 차이를 나타내었으며, 일반 시멘트 모르타르(OPC)의 경우 약 3시간까지 압축강도 측정이 불가능하였고, 12시간에서 약 3.8MPa의 압축강도를 나타내었다. 하지만 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우에는 약 3시간에서 재령 28일 강도의 약 70% 이상 강도 발현을 하였으며, 재령 1시간에서 교통개방에 요구되는 20MPa 이상의 강도를 만족하였다.
- 이에 따라 최적 구성비 선정을 위한 목표 응결시간(종결)까지 40분 이상으로 설정하였으며, 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 경우 급결성으로 인하여 최대치에 대한 목표 응결시간을 설정하였다. 압축 강도 결과와 같이 지연제의 혼입율에 따라 결과 분석을실시하였으며, 응결시간의 경우 10~60분 범위로 측정되 었다. 먼저 지연제 혼입율에 따른 응결시간을 분석하면, 혼입율 5%에서 가장 높은 지연효과를 나타내었다.
- 하지만 일정 비율 이상이 될 경우 강도는 급격히 감소하는 양상을 나타내었다. 응결시간의 경우 지연제 혼입율과 W/B비에 따른 경향이 가장 확연하게 나타났으며, W/B비 증가에 따라 응결시간도 증가하며, 지연제(Borax)의 경우 5% 이상 혼입할 경우 오히려 응결시간은 감소하는 양상을 나타내었다.
- 하지만 일반 시멘트 모르타르(OPC)보다 2배 이상의 높은 부착강도를 나타내었다. 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재를 모르타르로 활용할 경우 기존의 타설된 시멘트계열과 상이한 계열의 재료이지만 우수한 부착성능을 나타냄으로써 보수재료로의 활용성이 충분할 것으로 판단된다.
- 9MPa 수준의 높은 강도를 보였고, 이에 따라 장기적인 강도 특성 또한 우수한 수준을 나타내었다. 이에 따라 산화마그네슘 세라믹계열 결합재를 보수재료로 활용함에 따라 경화 특성 및 발현 속도를 통해 약 3시간 이내의 조기 교통개방이 가능해지고, 장기적인 거동 또한 기존 시멘트계 보수재료보다 우수한 성능을 만족할 수 있을 것으로 판단된다.
- 8에서 높은 강도 경향을 나타내었다. 이와 같은 압축강도 발현 결과는 지연제의 혼입율 10%를 제외하고 모두 유사한 양상을 보였으며, 이에 따라 산화마그네슘 결합재의 경우 높은 강도를 확보하기 위해서는 M/P비가 증가할 경우 적정 비율까지 W/B비 또한 증가되어야 할 것으로 판단된다. 또한 최적구성비 선정을 위한 목표 압축강도에 따른 변수는 모두 M/P비 1.
- 이와 같이 생성된 폴리머 코팅은“lünebergite”라는 마그네슘 붕소 인산염 화합물로 결정성을 보이기 때문에 이같은 화합물이 먼저 생성되어 이에 대한 경화반응으로 인하여 응결시간이 감소되는 것으로 사료된다. 지연제 혼입율이 7.5%를 제외하고는 M/P비의 감소에 따라 응결시간이 증가하는 양상을 나타내었으며, W/B비 증가에 따라 응결시간 또한 증가하는 결과를 보였다. 산화마그네슘 세라믹 결합재의 경우, 급속한 경화반응으로 응결이 단시간에 이루어지고 그 차이는 미미한 수준이므로 결합재 구성비에 따른 응결시간 특성 및 화학적 메커니즘을 명확히 규명하기에는 다소 어려움이 있다.
- 3MPa로 가장 높은 압축강도를 나타내었으며, 지연 제의 혼입율에 따라 각각의 강도발현 양상이 다르게 나타내었다. 지연제(Borax)의 혼입율이 10% 이하에서는 M/P비가 1.2일 때 가장 높은 강도 발현을 하는 것으로 확인되었고, 지연제의 혼입율이 증가하면 강도는 다소 감소하는 양상을 나타내었다. 그리고 M/P비와 W/B비에 따른 강도양상을 분석한 결과, W/B비가 높을수록 높은 M/P비에서 강도가 증가하는 경향을 나타내었지만 적정 비율 이상을 초과하게 되면 강도는 급격히 감소하는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 이에 따라 보수재료로 활용 시 조기교통개방이 가능하고, 우수한 내구성능 확보를 통한 보수재료의 공용수명을 증가시켜 유지보수 주기 증가가 가능할 것으로 판단된다. 또한 기존 수경성 시멘트계열에서 벗어나 건설재료의 다양성을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 이와 같은 공극 직경의 범위는 동결융해에 따른 수분의 팽창에 대한 완충작용 역할이 충분할 것으로 사료된다. 또한 최근 연구 동향에 따르면 동결융해 저항성에 영향을 미치는 인자로 기포간극계수가 있으며, 산화마그네슘계열 세라믹 결합재의 경우 기존의 시멘트 계열의 결합재와 달리 빠른 경화 특성으로 인한 공극 분포가 광범위하여 경화체의 결정이 상이함으로, 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 기포간극계수의 산술적 평가 및 결정구조 분석에 따른 동결융해 저항 특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 따라서 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 동결융해 저항성은 기존 시멘트계열 결합재와의 상이한 공극 특성 및 경화체의 화학적 결합에 따른 견고한 결정구조로 인한 것으로 판단된다(Mindess et al.
- 본 연구에서의 산화마그네슘계열 세라믹 결합재를 단면복구재로 활용하기 위하여 조기 교통개방을 위한 압축 강도 및 작업시간을 위한 응결시간이 확보되어야 한다. 이에 따라 24시간 압축강도 측정 및 응결시간 시험을 통하여 최적 구성비를 선정하고자 하였다.
- 본 연구에서는 산화마그네슘 세라믹계열 결합재의 급속 보수재료로의 활용을 위하여 압축강도 및 응결 시간 분석을 통하여 최적구성비를 도출하였으며, 선정된 구성비를 활용하여 시간별 압축강도 측정 결과 약 1~3시간에서의 교통개방 강도를 만족하였으며, 부착성능 및 내구성능 또한 우수한 결과를 나타내었다. 이에 따라 보수재료로 활용 시 조기교통개방이 가능하고, 우수한 내구성능 확보를 통한 보수재료의 공용수명을 증가시켜 유지보수 주기 증가가 가능할 것으로 판단된다. 또한 기존 수경성 시멘트계열에서 벗어나 건설재료의 다양성을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다.
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