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문제 정의
- 이에 연구에서는 MPC의 낮은 pH 특성을 활용하여 상·하수시설 및 배수지의 마감 및 보수재료와 식생용 콘크리트로서 활용가능성을 평가하고자 한다. 이를 위해 MPC 모르타르의 배합설계 제시를 위한 기초연구로서 인산염-결합재비(phosphate-to-binder, P/B) 및 물-결합재비(water–to-binder, W/B)가 MPC 모르타르의 유동성, 응결특성, 강도 및 pH에 미치는 영향을 평가하였다.
제안 방법
- 5의 범위로 설정하였다. MEPC의 인산염 비율에 대한 W/B의 영향성을 검토하기 위해 P/B를 0.3 및 0.5로 설정하였으며, 각 인산염 비에서 W/B를 20%,25%, 30%, 35% 및 40%로 변화를 주었다. 모든 모르타르 배합에서 모래-결합재비(S/B)는 2였으며, 작업시간 확보를 위해 붕산를 결합재대비 4% 사용하였다.
- 또한 MKPC의 반응생성물 및 미세 공극구조 평가를 위해 XRD, SEM 및 MIP 분석을 실시하였다. XRD, SEM 및 MIP 분석용 시료는 페이스트 형태로 10 mm 두께의 판형으로 제작하였다.
- 이 연구에서는 마그네시아-인산칼륨 시멘트(magnesia- potassium phosphate cement, MKPC) 모르타르의 압축강도 발현을 고려하여, P/B를 0.3∼0.5의 범위로 설정하였다. MEPC의 인산염 비율에 대한 W/B의 영향성을 검토하기 위해 P/B를 0.
- 이 연구에서는 콘크리트의 보수재료 및 식생콘크리트로서 활용 가능성이 높은 MKPC의 유동성, 응결시간 및 압축강도와 pH에 대한 P/B비 및 W/B의 영향성을 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이에 연구에서는 MPC의 낮은 pH 특성을 활용하여 상·하수시설 및 배수지의 마감 및 보수재료와 식생용 콘크리트로서 활용가능성을 평가하고자 한다. 이를 위해 MPC 모르타르의 배합설계 제시를 위한 기초연구로서 인산염-결합재비(phosphate-to-binder, P/B) 및 물-결합재비(water–to-binder, W/B)가 MPC 모르타르의 유동성, 응결특성, 강도 및 pH에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 MPC의 공극특성을 분석을 위해 수은압입법(mercury intrusion porosimetry, MIP) 평가를 실시하였으며, 반응생성물의 생성 및 미세구조 분석을 위해 X 선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD), 전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용한 이미지 및 성분분석(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 실시하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 재료의 특성을 Table 1에 요약하여 나타내었다. MKPC의 주 원료인 마그네시아(magnesia, MgO)는 1,500℃에서 소성시킨 사소마그네시아(dead burned magn-esia)이며, 순도는 98% 이상으로 중국산을 사용하였다. MgO의 비표면적은 2,560 cm2/g이며 밀도는 3.
데이터처리
- 이를 위해 MPC 모르타르의 배합설계 제시를 위한 기초연구로서 인산염-결합재비(phosphate-to-binder, P/B) 및 물-결합재비(water–to-binder, W/B)가 MPC 모르타르의 유동성, 응결특성, 강도 및 pH에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 MPC의 공극특성을 분석을 위해 수은압입법(mercury intrusion porosimetry, MIP) 평가를 실시하였으며, 반응생성물의 생성 및 미세구조 분석을 위해 X 선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD), 전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용한 이미지 및 성분분석(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 실시하였다.
이론/모형
- MKPC 모르타르의 유동성 평가를 위한 플로 실험의 경우 KS F 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)에서 규정한 플로 테이블을 사용하여 KS F 5105의 시험 방법에 따라 플로를 측정하였다. 응결시간의 경우 KS F 2436(관입 저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험 방법)에 따라 Φ 2.
- 압축강도의 경우 KS F5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 따라 50 × 50 × 50 mm 사이즈의 모르타르 시험체를 제작하였으며, 500 kN 용량의 만능재료시험기(universal testing machine, UTM)사용하여 재령 3시간, 12시간, 1일, 3일, 7일 및 28일에 압축강도를 측정하였다. pH의 경우 모르타르 내·외부의 균질한 pH 값을 측정하기 위해 KS F 2103(흙의 pH 값 측정방법)에 따라 측정용 시료를 제조하였으며 유리 전극 pH meter를 사용하여 재령 1일, 3일 7일 및 28일에 측정하였다.
- 24 mm의 관입침을 사용하여 MKPC 모르타르의 초결(저항값=55 N) 및 종결(저항값=437 N) 시간을 측정하였다. 압축강도의 경우 KS F5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 따라 50 × 50 × 50 mm 사이즈의 모르타르 시험체를 제작하였으며, 500 kN 용량의 만능재료시험기(universal testing machine, UTM)사용하여 재령 3시간, 12시간, 1일, 3일, 7일 및 28일에 압축강도를 측정하였다. pH의 경우 모르타르 내·외부의 균질한 pH 값을 측정하기 위해 KS F 2103(흙의 pH 값 측정방법)에 따라 측정용 시료를 제조하였으며 유리 전극 pH meter를 사용하여 재령 1일, 3일 7일 및 28일에 측정하였다.
- MKPC 모르타르의 유동성 평가를 위한 플로 실험의 경우 KS F 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)에서 규정한 플로 테이블을 사용하여 KS F 5105의 시험 방법에 따라 플로를 측정하였다. 응결시간의 경우 KS F 2436(관입 저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험 방법)에 따라 Φ 2.24 mm의 관입침을 사용하여 MKPC 모르타르의 초결(저항값=55 N) 및 종결(저항값=437 N) 시간을 측정하였다. 압축강도의 경우 KS F5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 따라 50 × 50 × 50 mm 사이즈의 모르타르 시험체를 제작하였으며, 500 kN 용량의 만능재료시험기(universal testing machine, UTM)사용하여 재령 3시간, 12시간, 1일, 3일, 7일 및 28일에 압축강도를 측정하였다.
성능/효과
- 1) MKPC 모르타르의 플로 및 응결시간은 P/B가 증가할수록 감소하였는데, 동일 W/B에서 P/B가 0.3에서 0.5로 증가할 때 종결시간은 약 24% 감소하였다.
- 2) MKPC 모르타르의 28일 압축강도는 P/B가 0.3 및 0.5일 때 각각 W/B가 25% 및 30%에서 가장 높았는데, 최대강도발현에 대한 W/B는 P/B에 의해 영향을 받았다.
- 3) MKPC 모르타르의 초기 압축강도 발현속도는 콘크리트구조기준에서 제시하는 습윤 및 증기양생 된 시멘트콘크리트에 비해 상당히 높았다.
- 4) 압축강도 30 MPa 이상과 pH 9 이하의 MKPC 모르타르의 제조를 위해서는 P/B는 0.5이상, W/B는 30% 이하가 추천될 수 있었다.
- 5) MKPC의 반응생성물인 스트루바이트-K의 결정은 P/B 및 W/B가 높을수록 증가하였는데, 이로 인해 거대 모세관 공극은 감소하였다.
- 3에 나타내었다. MKPC 모르타르의 재령 28일 압축강도는 P/B 0.5가 0.3 대비 높았으며, W/B가 증가할수록 압축강도의 차는 증가하였다. 평균 약 46% (12.
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