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문제 정의
- 또한 기존 수축저감제의 원리인 물분자 수소결합에 의한 응집력만을 감소시키는 원리를 사용하여 적절한 계면활성제를 주성분으로 하였으나, 본 연구에서 사용한 수축저감형 혼화제는 물의 응집력 감소와 공극 표면을 소수성화하여 계면 결합력을 감소시키도록 하였다. 본 연구결과를 바탕으로 SRS 혼화제를 이용한 모르타르 및 콘크리트의 재료적 특성에 대하여 검토한 후, 노출 및 특수콘크리트 적용성과 수축저감을 목표로 한다.
- 본 연구에서는 혼화재 치환과 SRS 혼입률에 따른 모르타르 및 콘크리트의 건조수축 및 균열저감 효과에 대해 고찰하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 AE제, 감수제, 수축저감제 등을 각각 사용하여 품질개선을 위한 기존연구와 달리 작업성 및 편리성 향상을 위하여, 수축저감제 및 감수제등의 혼합 형태인 수축저감형 혼화제(Superplasticizer with Shrinkage-Reducing Capability, 이하 SRS로 칭함)를 이용하였다. SRS의 현장 적용 가능성을 고려하여 현재 레미콘사에서 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트와 모르타르의 배합으로 계획하였으며, SRS 혼입률 변경과 혼화재 치환에 따른 기초적 실험을 진행하였다. 또한 기존 수축저감제의 원리인 물분자 수소결합에 의한 응집력만을 감소시키는 원리를 사용하여 적절한 계면활성제를 주성분으로 하였으나, 본 연구에서 사용한 수축저감형 혼화제는 물의 응집력 감소와 공극 표면을 소수성화하여 계면 결합력을 감소시키도록 하였다.
- 하지만 약한 결합력과 낮은 결합에너지로 변형에 취약하여 균열이 발생하게 된다. 건조수축 균열 저감을 위해 본 연구에서는 AE제, 감수제, 수축저감제 등을 각각 사용하는 기존연구와 달리 작업의 편리성 향상을 위하여 수축저감제 및 감수제의 혼합 형태인 수축저감형 혼화제(Superplasticizer for Reduction of Shrinkage, 이하 SRS로 칭함)를 이용하였다. 현재 레미콘사에서 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트와 모르타르의 배합으로 계획하였으며, SRS 혼입률 변경과 혼화재 치환에 따른 기초적 실험을 진행하였다.
- 경화 콘크리트의 압축강도 시험은 ∅100mm×200mm 원형몰드를 KS F 2403에 따라 제작 및 양생한 후, KS F 2405 규정에 의거하여 계획된 재령에서 측정하였다.
- SRS의 현장 적용 가능성을 고려하여 현재 레미콘사에서 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트와 모르타르의 배합으로 계획하였으며, SRS 혼입률 변경과 혼화재 치환에 따른 기초적 실험을 진행하였다. 또한 기존 수축저감제의 원리인 물분자 수소결합에 의한 응집력만을 감소시키는 원리를 사용하여 적절한 계면활성제를 주성분으로 하였으나, 본 연구에서 사용한 수축저감형 혼화제는 물의 응집력 감소와 공극 표면을 소수성화하여 계면 결합력을 감소시키도록 하였다. 본 연구결과를 바탕으로 SRS 혼화제를 이용한 모르타르 및 콘크리트의 재료적 특성에 대하여 검토한 후, 노출 및 특수콘크리트 적용성과 수축저감을 목표로 한다.
- 구속수축 균열 시험은 건조수축 의한 균열 발생을 유도하기 위한 실험방법으로 KS F 2595에 의거하여 실험하였으며, 시험체의 양끝을 총 24개의 봉강(∅9, ∅13)으로 구속하였다. 또한, 가운에의 폭을 100mm로 좁게 설정하는 것으로 중심부 및 변형부의 균열을 유도하여 균열 발생 시기를 측정하였다.
- 콘크리트 배합요인 W/B 50%와 혼화제의 특성을 파악하기 위하여, 단위수량 160kg/㎥으로 고정하였다. 배합 OPC 와 F10B20에 대하여 SRS 혼입률 0, 1, 2%의 3수준으로 총 6배치를 실험계획 하였다. 실험항목으로는 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량을 측정하였고, 경화콘크리트에서는 압축강도(3일, 7일, 28일), 쪼갬인장강도(7일, 28일), 길이변화(재령 56일까지), 구속수축균열시험을 측정하였다.
- 실험항목으로는 굳지 않은 모르타르에서 플로, 응결시간을 측정하고 경화 모르타르에서는 압축강도(3일, 7일, 28일, 91일), 길이변화(재령 91일까지)를 측정 하였다.
- 배합 OPC 와 F10B20에 대하여 SRS 혼입률 0, 1, 2%의 3수준으로 총 6배치를 실험계획 하였다. 실험항목으로는 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량을 측정하였고, 경화콘크리트에서는 압축강도(3일, 7일, 28일), 쪼갬인장강도(7일, 28일), 길이변화(재령 56일까지), 구속수축균열시험을 측정하였다.
- 이는 굵은 골재 용적으로 인하여 길이변화율이 감소된 것으로 판단된다. 이에 건조수축에 대한 정량적 평가는 곤란하며, 각 배합별 상대적 비교를 실시하였다. Figure 6은 혼화재 치환 및 SRS 혼입률 변화에 따른 총 6배치 실험의 건조수축 길이변화율을 나타낸 것이다.
- 콘크리트 배합요인 W/B 50%와 혼화제의 특성을 파악하기 위하여, 단위수량 160kg/㎥으로 고정하였다. 배합 OPC 와 F10B20에 대하여 SRS 혼입률 0, 1, 2%의 3수준으로 총 6배치를 실험계획 하였다.
- 본 연구에서는 AE제, 감수제, 수축저감제 등을 각각 사용하여 품질개선을 위한 기존연구와 달리 작업성 및 편리성 향상을 위하여, 수축저감제 및 감수제등의 혼합 형태인 수축저감형 혼화제(Superplasticizer with Shrinkage-Reducing Capability, 이하 SRS로 칭함)를 이용하였다. SRS의 현장 적용 가능성을 고려하여 현재 레미콘사에서 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트와 모르타르의 배합으로 계획하였으며, SRS 혼입률 변경과 혼화재 치환에 따른 기초적 실험을 진행하였다. 또한 기존 수축저감제의 원리인 물분자 수소결합에 의한 응집력만을 감소시키는 원리를 사용하여 적절한 계면활성제를 주성분으로 하였으나, 본 연구에서 사용한 수축저감형 혼화제는 물의 응집력 감소와 공극 표면을 소수성화하여 계면 결합력을 감소시키도록 하였다.
- 모르타르의 배합은 W/B 50%에 대하여 (Binder:Sand)=1:3으로 고정하였다. 혼화재는 치환율에 따라 OPC, F10, F10B10, F10B20, 4수준, SRS 혼입률을 0%, 1%, 2%, 3% 4수준으로 총 16배치로 계획하였다.
대상 데이터
- 잔골재는 인천산 세척사를 사용하였고, 굵은 골재는 경기도 광주산 25mm 부순 굵은 골재를 사용하였다. SRS는 연한갈색의 에테르계 50%, 폴리카본산계 50%로 구성된 비중 1.04g/㎤의 국내 B사의 제품을 사용하였다. 혼화재료 중, 플라이애시는 비중 2.
- 본 연구에서는 AE제, 감수제, 수축저감제 등을 각각 사용하여 품질개선을 위한 기존연구와 달리 작업성 및 편리성 향상을 위하여, 수축저감제 및 감수제등의 혼합 형태인 수축저감형 혼화제(Superplasticizer with Shrinkage-Reducing Capability, 이하 SRS로 칭함)를 이용하였다. SRS의 현장 적용 가능성을 고려하여 현재 레미콘사에서 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트와 모르타르의 배합으로 계획하였으며, SRS 혼입률 변경과 혼화재 치환에 따른 기초적 실험을 진행하였다.
- 본 연구의 사용재료 중, 시멘트는 국내산 A사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 잔골재는 인천산 세척사를 사용하였고, 굵은 골재는 경기도 광주산 25mm 부순 굵은 골재를 사용하였다.
- 본 연구의 실험방법에 있어서 모르타르의 혼합은 팬형믹서를 사용하였고, 콘크리트 혼합은 1축 강제식 믹서를 사용하여 혼합하였다. 굳지 않은 모르타르 실험의 시멘트 시험용 플로 테이블과 관입 저항침에 의한 콘크리트의 응결 시간 시험방법은 KS L 5111과 KS F 2436에 의거하여 실시하였다.
- 본 연구의 사용재료 중, 시멘트는 국내산 A사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 잔골재는 인천산 세척사를 사용하였고, 굵은 골재는 경기도 광주산 25mm 부순 굵은 골재를 사용하였다. SRS는 연한갈색의 에테르계 50%, 폴리카본산계 50%로 구성된 비중 1.
- 04g/㎤의 국내 B사의 제품을 사용하였다. 혼화재료 중, 플라이애시는 비중 2.22g/㎤, 분말도 2,850㎠/g의 재료를 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 비중 2.91g/㎤, 분말도 4,463㎠/g의 물리적 성질을 가진 재료를 사용하였다.
이론/모형
- 경화모르타르의 압축강도 시험은 KS L 5105에 의거하여 실험하였고, 길이변화 측정은 일본콘크리트 공학협회의 규정에 의거하여 100×100×400mm 시험체의 중앙에 게이지를 매립하여 측정하였다.
- 구속수축 균열 시험은 건조수축 의한 균열 발생을 유도하기 위한 실험방법으로 KS F 2595에 의거하여 실험하였으며, 시험체의 양끝을 총 24개의 봉강(∅9, ∅13)으로 구속하였다.
- 본 연구의 실험방법에 있어서 모르타르의 혼합은 팬형믹서를 사용하였고, 콘크리트 혼합은 1축 강제식 믹서를 사용하여 혼합하였다. 굳지 않은 모르타르 실험의 시멘트 시험용 플로 테이블과 관입 저항침에 의한 콘크리트의 응결 시간 시험방법은 KS L 5111과 KS F 2436에 의거하여 실시하였다. 경화모르타르의 압축강도 시험은 KS L 5105에 의거하여 실험하였고, 길이변화 측정은 일본콘크리트 공학협회의 규정에 의거하여 100×100×400mm 시험체의 중앙에 게이지를 매립하여 측정하였다.
- 경화모르타르의 압축강도 시험은 KS L 5105에 의거하여 실험하였고, 길이변화 측정은 일본콘크리트 공학협회의 규정에 의거하여 100×100×400mm 시험체의 중앙에 게이지를 매립하여 측정하였다. 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 시험과 공기량 시험 방법은 KS F 2402와 KS F 2421 규정에 의거하여 실시 하였다. 경화 콘크리트의 압축강도 시험은 ∅100mm×200mm 원형몰드를 KS F 2403에 따라 제작 및 양생한 후, KS F 2405 규정에 의거하여 계획된 재령에서 측정하였다.
- 경화 콘크리트의 압축강도 시험은 ∅100mm×200mm 원형몰드를 KS F 2403에 따라 제작 및 양생한 후, KS F 2405 규정에 의거하여 계획된 재령에서 측정하였다. 쪼갬 인장강도시험은 KS F 2423 규정의 의거하여 실험하였으며, 길이변화측정은 모르타르와 같은 방법으로 실험하였다. 구속수축 균열 시험은 건조수축 의한 균열 발생을 유도하기 위한 실험방법으로 KS F 2595에 의거하여 실험하였으며, 시험체의 양끝을 총 24개의 봉강(∅9, ∅13)으로 구속하였다.
성능/효과
- 이것은 재령 초기에 급격한 수분증발과 수화반응으로 인해 길이변화가 큰 것으로 판단된다. Figure 3(a)와 같이 OPC에 SRS혼입하였을 때, 91일에서 OS1, OS2, OS3보다 각각 12%, 37%, 53%의 수축저감 효과를 나타냈다. Figure 3(b)는 FA를 치환한 배합을 나타냈는데, F10보다 F10S1, F10S2, F10S3에서 각각 3%, 28%, 48%의 수축 저감효과를 나타냈다.
- F10과 F10S1은 길이변화에 큰 차이를 나타내지 못하였다. Figure 3(c)와 같이 FA10+BS10를 치환한 배합에서는 91일에서 F10B10보다 F10B10S1, F10B10S2, F10B10S3이 각각 1%, 35%, 53%의 수축저감 효과를 나타냈다. F10, F10S1과 마찬가지로 F10BS10, F10BS10S1이 길이변화에 큰 차이를 나타내지 못하였다.
- 1) 굳지 않은 모르타르에서 OPC, F10, F10B10, F10B20순으로 유동성이 증가하는 경향을 나타내었고, SRS 혼입량이 증가할수록 응결시간이 지연 되는 것으로 나타났다. 이는 감수제의 첨가량이 동시에 증가하기 때문에 수화반응이 지연되고, 잉여수량의 증가에 따라 재료분리 및 블리딩이 상승하여 응결시간이 지연된 것으로 사료된다.
- 2) 경화 모르타르 실험에서 압축강도는 F10B10S3과 F10B20S3에서 각각 23.61, 23.80MPa으로 낮은 강도발현을 보였다. 길이변화율 시험에서는 OPC, F10, F10B10, F10B10S1, F10B20, F10B20S1의 6배합이 모르타르 건조수축량 기준인 -1200µ을 만족하지 못하였다.
- 3) 콘크리트의 길이변화율 시험은 콘크리트 건조수축량 기준인 –800µ을 모두 만족하였지만, 압축강도는 6배 합중 SRS 2%혼입한 OS2, F10B20S2 배합이 재령 28일 강도에서 낮은 강도 발현을 보여 설계기준강도에 미치지 못하였다.
- Figure 6은 혼화재 치환 및 SRS 혼입률 변화에 따른 총 6배치 실험의 건조수축 길이변화율을 나타낸 것이다. BS의 치환량이 증가할수록 수축이 더 많이 일어났으며, SRS 혼입률 증가에 따라 건조수축은 감소되는 것으로 나타났다. 이는 모르타르에서 나타난 경향과 동등했다.
- FA만 치환한 배합 중, 재령 3일에서 배합 F10S1, F10S2, F10S3이 F10에 비해 87%, 75%, 65%의 강도발현을 나타냈으며, 재령 91일에서는 91%, 84%, 81%의 강도발현을 나타냈다. FA+BS 혼합 치환한 배합은 재령 3일에서 배합F10B20S1, F10B20S2, F10B20S3은 F10B20 배합에 비해 85%, 68%, 64%의 강도발현을 나타냈으며, 재령 91일에서는 88%, 81%, 78%의 강도 발현을 나타냈다.
- FA만 치환한 배합 중, 재령 3일에서 배합 F10S1, F10S2, F10S3이 F10에 비해 87%, 75%, 65%의 강도발현을 나타냈으며, 재령 91일에서는 91%, 84%, 81%의 강도발현을 나타냈다. FA+BS 혼합 치환한 배합은 재령 3일에서 배합F10B20S1, F10B20S2, F10B20S3은 F10B20 배합에 비해 85%, 68%, 64%의 강도발현을 나타냈으며, 재령 91일에서는 88%, 81%, 78%의 강도 발현을 나타냈다.
- 길이변화율 시험에서는 OPC, F10, F10B10, F10B10S1, F10B20, F10B20S1의 6배합이 모르타르 건조수축량 기준인 -1200µ을 만족하지 못하였다. OPC와 F10에서 SRS 혼입률 3% 혼입시 강도와 길이 변화율 기준에 만족하였으며, F10B10과 F10B20에서는 강도와 길이변화율을 고려하였을 때 SRS 혼입률 2%가 적정한 혼입률이라고 판단된다.
- OPC의 경우 SRS 혼입률이 증가할수록 슬럼프는 10%∼13% 증가하였고, F10B20 경우 SRS의 혼입률이 증가할수록 16%∼18% 증가하는 것으로 실험결과 나타났다.
- 테이블 플로는 FA와 BS의 치환 유·무에 따라 모든 배합에 차이가 미비하였다. SRS를 혼입한 배합부터는 OPC, FA10, FA10BS10, FA10BS20 순으로 유동성이 증가하는 경향을 나타냈다.
- 각 배합의 슬럼프에서 OPC가 가장 낮은 슬럼프를 나타내었으며, 최소130mm∼최대165mm로 측정되었다.
- 공기량은 F10B20S2 배합이 가정 적은 3.0%로 측정되었으며, OPC가 가장 많은 4.6%인 것으로 측정되었다.
- 또한 OPC에서 가장 큰 건조수축량을 보였으며, F10B10, F10B20, FA10 순이었다. 플라이애시는 일반 시멘트에 비해 수축량이 동등하거나 감소하고, 고로슬래고 미분말은 수축량이 늘어나는 것으로 알려져 있다[6].
- 목표슬럼프 120±25mm와 목표공기량 4.5±1.5%를 만족 하는 것으로 나타났다.
- 앞선 모르타르 실험결과와 같이 압축강도는 초기재령에서 OPC가 혼화재를 치환한 경우보다 강도가 크게 나타났다. FA와 BS를 혼합 치환한 경우 고로슬래그 시멘트의 특성상 초기강도 발현이 늦어짐을 알 수 있었다.
- 전반적으로 모든 배합에서 길이변화율은 재령 초기 급격히 증가하였고, 재령이 경과함에 따라 완만한 경향을 나타내었다. 이것은 재령 초기에 급격한 수분증발과 수화반응으로 인해 길이변화가 큰 것으로 판단된다.
- 종합적으로 OPC를 제외한 혼화재를 치환한 배합에서 SRS 1% 혼입하였을 때 수축저감효과는 1~6%로 수축저감효과가 미비한 것으로 나타났다. 하지만 OPC, F10, F10B10, F10B10S1, F10B20, F10B20S1의 6배합은 W/B 50%일 때, 모르타르 건조수축량 기준인 –1200µ 을 만족하지 못하였으며, SRS 혼입률 증가에 따라 건조수축은 감소되는 것으로 나타났다[5].
- 종합적으로 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 수축저감 효과의 기대를 가질 수 있었지만 수축저감제의 2% 이상의 사용은 콘크리트의 물성이 시공에 불리할 수 있어 배합에 있어 고려되어야한다.
- 쪼갬 인장강도는 OPC에서 가장 높게 측정 되었고, OS1을 제외한 SRS의 혼입률에 비례하여 강도가 감소하였다. 콘크리트 모든 배합에서 압축강도의 1/7∼1/13 정도 수준으로 나타났다.
- 콘크리트 자유건조수축과 구속건조수축 균열시험을 통해 혼화재 치환에 따른 성능개선 효과를 판단 할 수 있었다. Figure 7(a)와 (b)에서 나타나듯이 OPC와 F10B20는 균열 발생시기에 있어 22.
- 혼화재 치환에 따른 압축강도는 초기재령 3일, 7일에서 OPC가 FA와 FA+BS를 치환한 경우보다 강도가 크게 나타났다. 하지만, 재령 28일에서는 FA와 FA+BS를 치환한 경우 OPC와 대등한 강도를 나타냈다.
후속연구
- 4) 본 연구는 FA와 BS의 소량치환에 따른 실험결과로서, 추후 혼화재 대량치환에 따른 SRS 혼입률 검토하여 노출콘크리트 및 여러 가지 콘크리트의 적용성이 평가되어야 할 것으로 사료된다.
- 강도와 길이 변화율을 고려하였을 때 SRS 혼입률 2%가 적정한 혼입률이라고 판단된다. 또한 대량치환과 노출콘크리트용 혼화제 적용에 관한 연구를 진행할 예정이다.
- 재령 56일까지 자유수축 변형률과 구속수축변형률의 차이가 나타나지 않았으며, 균열이 발생하지 않았다. 이는 SRS 혼입에 따른 콘크리트 내구성 향상으로 사료되며 노출콘크리트 등에 적용 가능할 것으로 판단된다.
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