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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법의 일환으로 시멘트계 재료의 수화과정동안 전기 임피던스 응답 스펙트럼의 변화를 통해 응결시점을 평가할 수 있는 새로운 방법의 유효 성을 검토하고자 한다.
제안 방법
- 본 실험에서는 물시멘트비에 따른 시멘트페이스트의 응결시점을 비카트침 실험과 간이단열실험을 통해 측정하였으며, 이를 컨덕턴스 스펙트럼의 거동과 비교분석하고자 하였다.
- 본 실험에서는 전기 임피던스 분광법을 이용한 시멘트 페이스트의 응결특성을 평가하기 위해, 기존의 응결측정 시험방법인 비카트침 시험과 간이단열을 이용한 수화온도 측정을 통해 상대적인 비교를 실시하였다. 비카트침 시험은 KS L 5108에 의거 실시하였다.
- 본 연구에서는 전기 임피던스 분광법을 이용하여 시멘트 페이스트의 수화시간에 따른 전기 임피던스 응답스펙트럼을 측정하였다. 측정된 전기임피던스 응답스펙트럼을 비카트침 실험과 간이단열실험에서 측정된 시멘트 페이스트의 응결시간과 상호 비교분석 함으로써 전기 임피던스 분광법을 이용한 시멘트 페이스트의 응결 시점 산정 가능성을 평가하였다.
- 본 실험에서는 전기 임피던스 분광법을 이용하여 시멘트계 재료의 응결 특성을 평가하기 위해 시멘트 페이스트를 실험 시편으로 사용하였다. 이와 동시에 전기 임피던스 분광법에 의해 측정된 데이터와 상대적인 비교를 하기 위해 비카트침 시험과 간이단열 시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 전기 임피던스 분광법을 이용하여 시멘트 페이스트의 수화시간에 따른 전기 임피던스 응답스펙트럼을 측정하였다. 측정된 전기임피던스 응답스펙트럼을 비카트침 실험과 간이단열실험에서 측정된 시멘트 페이스트의 응결시간과 상호 비교분석 함으로써 전기 임피던스 분광법을 이용한 시멘트 페이스트의 응결 시점 산정 가능성을 평가하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 전기노드는 지름 0.5mm, 길이 3mm의 동선으로 노드 양끝단간의 거리는 2mm로 고정하였다. Fig.
- 본 실험에서는 KS L 5201 규격의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트 응결에 미치는 영향을 최소화하기 위해 증류수를 배합수로 사용하였다. 시멘트 페이스트의 물시멘트비는 0.
- 본 실험에서는 전기 임피던스 분광법을 이용하여 시멘트계 재료의 응결 특성을 평가하기 위해 시멘트 페이스트를 실험 시편으로 사용하였다. 이와 동시에 전기 임피던스 분광법에 의해 측정된 데이터와 상대적인 비교를 하기 위해 비카트침 시험과 간이단열 시험을 실시하였다.
- 시멘트 페이스트의 배합이 끝난 즉시, 전기 임피던스 분광실험과 간이단열 시험을 위해 비흡수성 원통 용기(높이 72mm, 지름 60mm)에 담아 시편을 제조하였다. 동시에 비카트침 시험을 위해비흡수성 철제 원추형 링(상부 내부지름 60±3mm, 하부 내부지름 70±3mm, 높이 40±1mm)에 배합된 시멘트 페이스트를 담아 시편을 제조하였다.
- 전기노드를 매립한 즉시 전기임피던스 신호를 측정하였으며, 최초 측정된 값을 시간상 0시간(zero time)값으로 설정하였다. 시편의전기 임피던스는 LCR meter (3235-50 LCR HiTESTER, Hioki사)를 이용하여 측정하였다. LCR meter의 교류전압은 ±2V로 설정하였으며, 측정주파수의 범위는 20kHz에서부터 480kHz까지로 설정하였다.
- 전기 임피던스 분광법 실험을 위해 제조된 시편은 전기 임피던 스를 측정하기 위해 시편의 중앙부에 전기노드를 매립하였다. 전기노드를 매립한 즉시 전기임피던스 신호를 측정하였으며, 최초 측정된 값을 시간상 0시간(zero time)값으로 설정하였다.
데이터처리
- 3인 시멘트 페이스트의 시간에 따른 전기임피던스 응답스펙트럼을 나타낸 것이다. 본 연구에서는 교류저 항인 임피던스의 역수인 어드미턴스(admittance)의 실수부인 컨덕턴스(Conductance) 신호를 분석하였다. 시멘트 페이스트의 수화초기에는 각 주파수에 대해 컨덕턴스가 지속적으로 상승하는 패턴을 보이다가, 특정시점부터 급속하게 감소하는 패턴을 나타내기 시작했다.
이론/모형
- 본 실험에서는 전기 임피던스 분광법을 이용한 시멘트 페이스트의 응결특성을 평가하기 위해, 기존의 응결측정 시험방법인 비카트침 시험과 간이단열을 이용한 수화온도 측정을 통해 상대적인 비교를 실시하였다. 비카트침 시험은 KS L 5108에 의거 실시하였다. 간이단열을 이용한 수화온도를 측정하기 위해서, 지름 60mm, 높이 72mm의 플라스틱 용기에 시멘트 페이스트를 담아 중앙부에 K타입 열전대를 매립하여 두께 100mm의 폴리스티렌 박스에 용기를 넣어 단열을 실시하였다.
- 본 실험에서는 KS L 5201 규격의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트 응결에 미치는 영향을 최소화하기 위해 증류수를 배합수로 사용하였다. 시멘트 페이스트의 물시멘트비는 0.3, 0.4, 0.5로 하였으며, 시멘트 페이스트의 배합은 KS L 5109에 의거 실시하였다.
성능/효과
- 2. 전기 임피던스 분광법에 있어서 시멘트 페이스트의 초결시점은 컨덕턴스가 급격히 감소하기 시작하는 시점으로 간주되어질 수 있으며, 컨덕턴스가 급격한 감소를 보이다 완만한 감소를 나타내기 시작하는 시점을 종결시점으로 간주할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4. 이를 통해 전기 임피던스 분광법을 이용하여 시멘트 페이스트의 응결시점을 파악하는 것이 가능하다고 판단된다.
- 실험결과, 물시멘트비가 증가할수록 시멘트 페이스트의 초결과 종결이 발생하는 시점이 지연되는 것으로 나타났다. 그리고 물시멘트비가 증가할수록 시멘트 페이스트의 초결에서부터 종결까지 걸리는 총응결시간이 증가하는 것으로 나타났다. Table 1은 비카트침 시험에 의해 산출된 시멘트 페이스트의 응결시간을 나타낸 것이다.
- 비카트침 실험에서의 수화시간에 따른 침의 관입깊이 패턴과 전기임피던스 응답 분광법에 의한 컨덕턴스의 거동 패턴이 유사하게 나타났다. 또한 간이단열 시험에 의한 응결구간 내에 전기임피던스 분광법에 컨덕턴스의 특이 거동 시점이 존재하는 것으로 나타났다.
- 8은 물시멘트비가 서로 다른 시멘트 페이스트의 수화시간에 따른 480kHz의 주파수 지점에서의 컨덕턴스 거동을 나타내고 있다. 물시멘트비가 높을수록 컨덕턴스가 급격히 감소하기 시작하는 시점과 급격한 감소 후 완만한 감소를 나타내는 시점이 지연되는 것으로 나타났다. 컨덕턴스가 급격히 감소하기 시작하는 시점은 물시멘트비가 0.
- 3. 비카트침 실험에서의 수화시간에 따른 침의 관입깊이 패턴과 전기임피던스 응답 분광법에 의한 컨덕턴스의 거동 패턴이 유사하게 나타났다. 또한 간이단열 시험에 의한 응결구간 내에 전기임피던스 분광법에 컨덕턴스의 특이 거동 시점이 존재하는 것으로 나타났다.
- 시멘트 페이스트의 수화시간에 따른 컨덕턴스의 거동은 시멘트가 물과 최초반응을 하면서부터 주파수에 따른 컨덕턴스는 증가하는 패턴을 나타냈으며, 특정시점에서부터는 컨덕턴스가 급격히 감소하는 패턴을 나타냈다. 이후 특정시점에서부터는 컨덕턴스가 완만하게 하강하는 패턴을 나타냈다.
- 7에서 알 수 있듯이 각 주파수에서의 컨덕턴스는 상대적인 크기는 다르지만 시간에 따른 컨덕턴스의 거동형태는 유사하게 나타났다. 시멘트 페이스트의 수화초기에는 컨덕턴스가 지속적으로 상승하다 특정시점에서부터 급격한 감소를 나타내다 다시 완만한 형태의 감소를 나타냈다. 이러한 형태의 컨덕턴스의 거동패턴은 물시멘트비 0.
- 4는 물시멘트비에 따른 시멘트 페이스트의 비카트침 실험 결과를 나타낸 것이다. 실험결과, 물시멘트비가 증가할수록 시멘트 페이스트의 초결과 종결이 발생하는 시점이 지연되는 것으로 나타났다. 그리고 물시멘트비가 증가할수록 시멘트 페이스트의 초결에서부터 종결까지 걸리는 총응결시간이 증가하는 것으로 나타났다.
- 1. 전기 임피던스 분광법을 시멘트 페이스트에 적용한 결과, 시멘트 페이스트의 수화와 동시에 컨덕턴스는 서서히 증가하는 경향을 나타냈다. 이후, 특정시점에 이르러 컨덕턴스는 급격히 감소하는 경향을 나타냈으며, 이후 또다른 특정시점에서 완만하게 감소하는 경향을 나타냈다.
- 5는 물시멘트비에 따른 시멘트 페이스트의 수화온도 변화를 나타내고 있다. 전반적으로 물시멘트비가 높을수록 시멘트 페이스트의 수화온도가 상승하는 시점과 최고온도에 도달하는 시점이 지연되는 것으로 나타났다. 또한 물시멘트비가 낮을수록 시멘트 페이스트의 최고 수화온도가 높아지는 것으로 나타났으며, 물시멘트비가 높아질수록 수화온도 상승시점과 최고온도 도달시점 간의 시간간격은 커지는 것으로 나타났다.
- 2003) 따라서 컨덕턴스의 거동시점과 비카트침 시험에 의한 응결시점이 상이하다고 하여 컨덕턴스의 거동시점을 응결시간이 아니라고는 볼 수 없다. 컨덕턴스의 거동시점과 비카트침 시험에 의한 응결시 점이 일치하지는 않지만, 비카트침 시험에서 시간에 따른 침의 관입깊이 패턴과 컨덕턴스의 거동패턴이 거의 유사하다는 것을 알 수 있다.
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