산업부산물 치환 및 저점도형 고성능 감수제를 사용한 시멘트 계열 재료의 점도저하 방안 연구 A Study on Viscosity Reducing of Cement-Based Materials by Replacing Byproducts and Adding Low-Viscosity Type HRWR원문보기
본 연구의 목적은 고성능 시멘트계열 재료의 점성을 감소시키는 것에 대한 기초적인 정보를 제공하는 것이다. 레올로지적 측면에서 시멘트 계열 재료의 유동성을 결정하는 것은 항복응력과 소성점도이다. 물결합재비가 낮고 분체비율이 높은 고성능 시멘트계열 재료의 경우, 고성능 감수제로는 항복응력을 줄일 수는 있으나 점성을 낮추는 것이 어렵다. 따라서 이 연구에서는 시멘트계열 재료의 소성점도를 줄이기 위한 목적으로 두가지 방법, 즉, 분말상태의 적절한 조합 및 저점도형 고성능 감수제의 사용을 제시하였다. 첫째, 다양한 산업부산물을 치환하여 석탄재 원분과 폐석회석 분말이 점성저하에 효과가 있음을 밝혔으며 저점도형 고성능 감수제가 일반형 고성능 감수제에 비해 시멘트 페이스트의 점도를 낮추는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 다양한 방법의 시멘트계열 재료의 점도를 낮추는 기초적인 방법을 제공할 것으로 기대한다.
본 연구의 목적은 고성능 시멘트계열 재료의 점성을 감소시키는 것에 대한 기초적인 정보를 제공하는 것이다. 레올로지적 측면에서 시멘트 계열 재료의 유동성을 결정하는 것은 항복응력과 소성점도이다. 물결합재비가 낮고 분체비율이 높은 고성능 시멘트계열 재료의 경우, 고성능 감수제로는 항복응력을 줄일 수는 있으나 점성을 낮추는 것이 어렵다. 따라서 이 연구에서는 시멘트계열 재료의 소성점도를 줄이기 위한 목적으로 두가지 방법, 즉, 분말상태의 적절한 조합 및 저점도형 고성능 감수제의 사용을 제시하였다. 첫째, 다양한 산업부산물을 치환하여 석탄재 원분과 폐석회석 분말이 점성저하에 효과가 있음을 밝혔으며 저점도형 고성능 감수제가 일반형 고성능 감수제에 비해 시멘트 페이스트의 점도를 낮추는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 다양한 방법의 시멘트계열 재료의 점도를 낮추는 기초적인 방법을 제공할 것으로 기대한다.
The aim of this research is providing a fundamental idea on reducing viscosity of high performance cementitous materials. In rheological aspect, to determine the fluidity of the cementitious materials, both yield stress and viscosity should be controlled. For the high performance cementitious materi...
The aim of this research is providing a fundamental idea on reducing viscosity of high performance cementitous materials. In rheological aspect, to determine the fluidity of the cementitious materials, both yield stress and viscosity should be controlled. For the high performance cementitious materials with low water-to-binder ratio and high volume fraction, it was difficult to reduce the viscosity with superplasticizer while reducing yield stress was relatively easy. Hence, in this research, with the goal of reducing viscosity of the cementitious materials, both ways of reducing viscosity were suggested: achieving proper combination of powder conditions, and adding low-viscosity typed water reducer. First, by replacing various byproduct powders, specifically, raw coal ash and wasted limestone powder showed favorable results on reducing viscosity of the cement paste. Regarding the low viscosity typed superplasticizer, it showed a good performance on reducing viscosity comparing with generic superplasticizer. Therefore, based on the results of this research, it is expected to provide a fundamental idea on reducing viscosity of cementitious materials by various methods.
The aim of this research is providing a fundamental idea on reducing viscosity of high performance cementitous materials. In rheological aspect, to determine the fluidity of the cementitious materials, both yield stress and viscosity should be controlled. For the high performance cementitious materials with low water-to-binder ratio and high volume fraction, it was difficult to reduce the viscosity with superplasticizer while reducing yield stress was relatively easy. Hence, in this research, with the goal of reducing viscosity of the cementitious materials, both ways of reducing viscosity were suggested: achieving proper combination of powder conditions, and adding low-viscosity typed water reducer. First, by replacing various byproduct powders, specifically, raw coal ash and wasted limestone powder showed favorable results on reducing viscosity of the cement paste. Regarding the low viscosity typed superplasticizer, it showed a good performance on reducing viscosity comparing with generic superplasticizer. Therefore, based on the results of this research, it is expected to provide a fundamental idea on reducing viscosity of cementitious materials by various methods.
이에 본 연구에서는 고성능 콘크리트의 점도를 저하시키기 위한 방안으로 산업부산물을 치환하거나 최근 개발된 저점도형 고성능 감수제를 사용하고자 한다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 고성능 콘크리트의 점성 제어에 기초적인 연구자료로 활용될 것으로 기대하며 특히, 저점도형 고성능 감수제의 기초적인 점성 제어 능력에 대한 정보를 제시할 것으로 기대한다.
제안 방법
본 연구에서는 물결합재비가 낮고 분체비율이 높은 고성능 콘크리트에 대하여 점도를 저감시킬 목적으로 입자구성변화와 저점 도형 고성능 감수제를 적용하였다. 레올로지 거동을 통한 항복치 및 소성점도를 측정하였고, 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
(2011)의 연구결과에서 보는 바와 같이 고성능 감수제는 점도저하에 큰 영향을 주지 않지만, 시멘트 입자들의 분산과정에서 그 속에 구속되어 있는 자유수의 배출에 기인하여 소폭 점도의 저감은 발생한다. 저점도형 고성능 감수제의 점도저감 원리도 이러한 과정의 일환으로 생각되므로 본 연구에서는 일반형 고성능 감수제와 저점도형 고성능 감수제의 시멘트 페이스트의 레올로지 거동에 미치는 영향을 비교분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 시멘트 페이스트 상태에서 실험을 실시하였다. 사용된 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트로서 일반적으로 얻어지는 시멘트이고 물은 수돗물을 사용하였다. 시멘트의 물리적 특성은 다음의 Table 2에 나타내었다.
시멘트의 물리적 특성은 다음의 Table 2에 나타내었다. 시멘트 페이스트의 점도저하를 위해 사용한 산업용 부산물 분체는 석탄재 원분, 플라이애시, 리젝트애시 및 폐석회석으로 석탄재의 경우 모두 동일한 업체에서 얻어진 재료이고, 폐석회석은 국내 시멘트 공장에서 시멘트로 사용할 수 없어 폐기되는 석회석 분말을 사용하였다. 사용된 산업 부산물분체의 물리적 특성과 입도분석결과를 Table 3과 Fig.
이론/모형
본 연구에 사용된 모든 재료는 국내에서 얻어지는 재료들을 사용하였다. 실험에 사용된 샘플은 시멘트 페이스트로서실험계획에 제시된 물시멘트비를 바탕으로 시멘트 페이스트 3L를 5L 용량의 테이블믹서를 이용하여 KS L 5109 방법에 의거하여배합하였다. 배합 및 측정은 기온 20±2°C, 습도 60±10%의 실험실 실내조건에서 진행되었다.
성능/효과
1. 시멘트를 대체하여 산업부산물을 치환한 결과 채움밀도와 비표면적에 변화가 있었고, 특히 폐석회석분말의 경우 상대적으로 높은 채움밀도와 낮은 비표면적으로 보였다.
2. 산업부산물을 치환한 시멘트 페이스트의 항복치 및 소성점도 변화는 원분과 폐석회석 분말을 치환한 경우에 가장 크게 저하하는 것으로 나타났다.
3. 일반형 고성능 감수제와 저점도형 고성능 감수제를 비교한 결과 항복치를 저감시키는 정도는 유사하였으나 저점도형 고성능 감수제의 경우는 소성점도를 저감시키는데에 상대적으로 유리한 것으로 나타났다.
후속연구
이에 본 연구에서는 고성능 콘크리트의 점도를 저하시키기 위한 방안으로 산업부산물을 치환하거나 최근 개발된 저점도형 고성능 감수제를 사용하고자 한다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 고성능 콘크리트의 점성 제어에 기초적인 연구자료로 활용될 것으로 기대하며 특히, 저점도형 고성능 감수제의 기초적인 점성 제어 능력에 대한 정보를 제시할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고성능 콘크리트의 특징은 무엇인가?
고성능 콘크리트란 대체적으로 물결합재비가 낮고, 시멘트 대신 분체계 재료를 치환하는 것을 특징으로 하고 있다(Punkki etal. 1996).
시멘트 계열 재료에서 사용되는 증점제는 무슨 역할을 하는가?
그러므로 시멘트 계열 재료에서는 점성을 적절한 정도로 조절해야 하며 그러한 요구에서 개발된 화학혼화제로는 증점제가 있다. 그러나 증점제는 점성을 증가시키는 역할을 수행하는 혼화제로서 지금까지는 점성을 저하시키는 역할을 수행하는 재료에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다.
분체량이 많은 고성능 콘크리트가 고성능 감수제를 사용하는 이유는 무엇인가?
1996). 분체량이 많은 고성능 콘크리트는 유동성이 저하하며 이러한 유동성 저하특성을 상쇄하기 위해 고성능 감수제를 사용한다. 그러나 분체량이 높은 시멘트 계열 재료는 레올로지적인 관점에서 볼 때, 높은 항복치와 높은 점성을 갖게 된다.
참고문헌 (5)
Punkki, J., Golaszewski, J., Gjorv, O.E. (1996). Workability loss of high-strength concrete, ACI Materials Journal, 93(5), 427-431.
Coussot, P. (2005). Rheometry of Pastes, Suspensions, and Granular Materials, A John Wiley & Sons, INC., U.S.
Nehdi, M., Mindess, S., Aitcin, P. (1998). Rheology of high performance concrete: effect of ultrafine particles, Cement and Concrete Research, 28(5), 687-697.
Wallevik, O., Wallevik, J. (2011). Rheology as a tool in concrete science: the use of rheographs and workability boxes, Cement and Concrete Research, 41(12), 1279-1288.
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