양생방법 변화가 혼화재 다량치환 고강도 모르타르의 압축강도 및 수축변화에 미치는 영향 Influence of Curing Methods on Compressive Strength and Shrinkage of High Strength Mortar with High Volume SCMs원문보기
우리나라의 많은 건설 공사에서는 건축물이 고층화 되면서, 공기단축 및 물의 처리 곤란 등의 이유로 고강도 콘크리트일지라도 습윤양생을 실시하지 않고 공사를 진행하는 경우가 존재한다. 이와 같이 건조 상태로 양생하게 되면 압축강도 감소, 건조수축 및 자기수축 등 수축변화가 크게 증가할 것으로 예상된다. 또한 본 연구팀에서는 기존의 연구로서 유지류를 콘크리트에 혼합할 경우 비누화 반응을 이용하여 콘크리트의 자기수축 저감 및 내구성 향상에 대한 연구를 진행한바 있다. 그러므로 본 연구에서는 양생방법을 비양생 건조, 유화처리정제식용유(ERCO) 도포 후 건조, 7일 수중양생 후 건조 및 28일 수중양생 후 건조 등 양생 방법 변화에 따른 혼화재 다량치환 모르타르의 압축강도 특성, 수분증발에 따른 수축변화 특성에 대하여 분석하였다. 실험결과는 양생방법으로 비양생 건조를 실시하게 되면 28일 수중양생을 실시하였을 경우보다 약 50% 전후의 강도저하와 1.9배의 수축 길이변화율 증가로 나타나, 혼화재 다량치환 고강도 모르타르에 있어 습윤양생이 매우 중요하게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 단, ERCO 도포의 경우는 강도 및 수축변화측면에서 무양생인 건조보다는 우수하지만 7일 수중양생 후 건조보다는 성능이 저하하는 것으로 나타났다.
우리나라의 많은 건설 공사에서는 건축물이 고층화 되면서, 공기단축 및 물의 처리 곤란 등의 이유로 고강도 콘크리트일지라도 습윤양생을 실시하지 않고 공사를 진행하는 경우가 존재한다. 이와 같이 건조 상태로 양생하게 되면 압축강도 감소, 건조수축 및 자기수축 등 수축변화가 크게 증가할 것으로 예상된다. 또한 본 연구팀에서는 기존의 연구로서 유지류를 콘크리트에 혼합할 경우 비누화 반응을 이용하여 콘크리트의 자기수축 저감 및 내구성 향상에 대한 연구를 진행한바 있다. 그러므로 본 연구에서는 양생방법을 비양생 건조, 유화처리정제식용유(ERCO) 도포 후 건조, 7일 수중양생 후 건조 및 28일 수중양생 후 건조 등 양생 방법 변화에 따른 혼화재 다량치환 모르타르의 압축강도 특성, 수분증발에 따른 수축변화 특성에 대하여 분석하였다. 실험결과는 양생방법으로 비양생 건조를 실시하게 되면 28일 수중양생을 실시하였을 경우보다 약 50% 전후의 강도저하와 1.9배의 수축 길이변화율 증가로 나타나, 혼화재 다량치환 고강도 모르타르에 있어 습윤양생이 매우 중요하게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 단, ERCO 도포의 경우는 강도 및 수축변화측면에서 무양생인 건조보다는 우수하지만 7일 수중양생 후 건조보다는 성능이 저하하는 것으로 나타났다.
Currently, in South Korea, because of reducing the construction period or treating wasted water, there are some cases of missing wet curing for concrete structure even though for high strength concrete. This air curing conditions is considered to cause increased possibility of compressive strength d...
Currently, in South Korea, because of reducing the construction period or treating wasted water, there are some cases of missing wet curing for concrete structure even though for high strength concrete. This air curing conditions is considered to cause increased possibility of compressive strength decrease, and increasing drying or autogenous shrinkages. As a solution of shrinkage of concrete, The authors' research team conducted the research on improving durability of concrete with decreasing autogenous shrinkage by adding the oil or fat to induce the saponification. Therefore, in this research, the influence of curing method on compressive strength, shrinkage on evaporation rate of high strength mortar including high volume supplementary cementitious materials (SCMs) was evaluated depending on various curing methods such as air curing, drying after painting emulsified refined cooking oil (ERCO), and drying after 7 and 28 days' wet curing. The experimental result showed the air curing method caused approximately 50% of decreased compressive strength and 1.9 times of increased shrinkage rather than the 28-day-wet curing method, thus it was known that the wet curing significantly influences on performance of high strength mortar using high volume SCMs. However, the ERCO painting curing caused decreased performance of concrete rather than drying after 7 days curing while it caused improved performance of concrete than entire period air curing.
Currently, in South Korea, because of reducing the construction period or treating wasted water, there are some cases of missing wet curing for concrete structure even though for high strength concrete. This air curing conditions is considered to cause increased possibility of compressive strength decrease, and increasing drying or autogenous shrinkages. As a solution of shrinkage of concrete, The authors' research team conducted the research on improving durability of concrete with decreasing autogenous shrinkage by adding the oil or fat to induce the saponification. Therefore, in this research, the influence of curing method on compressive strength, shrinkage on evaporation rate of high strength mortar including high volume supplementary cementitious materials (SCMs) was evaluated depending on various curing methods such as air curing, drying after painting emulsified refined cooking oil (ERCO), and drying after 7 and 28 days' wet curing. The experimental result showed the air curing method caused approximately 50% of decreased compressive strength and 1.9 times of increased shrinkage rather than the 28-day-wet curing method, thus it was known that the wet curing significantly influences on performance of high strength mortar using high volume SCMs. However, the ERCO painting curing caused decreased performance of concrete rather than drying after 7 days curing while it caused improved performance of concrete than entire period air curing.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 비양생 건조, ERCO를 모르타르표면에 도포, 7일 수중양생 후 건조 및 28일 수중양생 등 양생방법변화에 따른 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC), 고로슬래그 미분말(이하 BS) 및 플라이애시(이하 FA) 등 혼화재 다량치환 시멘트 모르타르의 압축강도특성, 수분증발에 따른 수축변화 특성에 대하여 분석하여 ERCO 도포의 양생효과 및 양생의 중요성을 확인하고자 한다.
또한, 본 연구팀에서는 기존의 연구로서 콘크리트 수화물중 알칼리 성분인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 유화처리정제식용유(Emulsified Refined Cooking Oil 이하 ERCO)의 주성분인 글리세린 에스테르(RCOOH)와의 비누화 반응을 이용하여 콘크리트의 모세관 공극을 충전함으로써 고강도 콘크리트의 자기수축 저감[3] 및 내구성 향상[4]에 대한 효과를 연구한 바 있다. 따라서 이번에는 이와 같은 ERCO의 활용방안으로 양생 중 피막양생의 관점으로 콘크리트 표면에 ERCO를 도포하게 되면 콘크리트 표면 모세관 공극의 수산화칼슘과 유지의 글리세린 에스테르가 비누화 반응되어 표면층 모세관 공극을 충전함에 따라 공극내부에 있는 수분의 증발을 막으므로서 양생효과로 강도증진 및 수축저감에 효과적일 것으로 추측된다.
본 연구에서는 ERCO 도포를 포함하는 양생방법 변화에 따른 혼화재 다량치환 시멘트 모르타르의 압축강도특성, 수분증발 및 수축변화 특성을 분석하였는데, 본 연구의 범위 내에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
ERCO의 도포 방법으로는1회 붓칠로 0.4ℓ/m2를 도포하는 것으로 계획하였다.
실험사항으로 굳지 않은 모르타르의 특성은 플로, 단위용적질량을 측정하고, 경화 모르타르의 특성으로는 각 양생방법 및 재령별 압축강도, 질량변화율 및 길이변화율을 측정하는 것으로 계획 하였다.
양생방법으로는 탈형 후 계속 건조, 탈형 후 ERCO 도포후 건조, 7일 수중양생 후 건조 및 28일 수중 후 91일 까지 건조시키는 것으로 계획하였다. ERCO의 도포 방법으로는1회 붓칠로 0.
굳지 않은 모르타르의 특성으로 플로는 KS L 5111, 단위용적질량은 KS F 2409에 의거 측정하였고, 경화 모르타르의 특성으로 압축강도는 KS L 5105에 의거하여 측정하였다. 양생요인의 평가로 수분증발량인 질량변화율은 시멘트모르타르의 시간경과에 따른 질량변화량을 처음의 질량으로 나누어 백분율로 구하였고. 길이변화율은 KS F 2424에 의거하여 콘택트 게이지로 측정하였다.
본 실험에서의 실험계획 및 배합사항은 Table 2 및 3과 같다. 즉, 실험요인으로 물결합재비(이하 W/B)는 35%에 모르타르 배합비(B:S)는 1:1로 고정하고, 결합재로는OPC 만을 사용하는 배합, OPC에 BS를 60%치환한 배합 및 OPC에 FA를 30% 치환한 배합의 3수준으로 계획하였다. 이때 목표 플로는 OPC 100%의 경우 180±25mm로 배합설계한 다음 여타의 배합에도 동일하게 적용하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 모든 재료는 국내산을 사용하였다. 즉, 결합재의 경우 OPC는 KS L 5201의 1종을, 고로슬래그 미분말은 KS F 2563의 3종 및 플라이 애시는 KS L 5105의2종을 사용하였고, 잔골재는 석산의 부순 잔골재를 사용하였다.
본 실험에 사용한 모든 재료는 국내산을 사용하였다. 즉, 결합재의 경우 OPC는 KS L 5201의 1종을, 고로슬래그 미분말은 KS F 2563의 3종 및 플라이 애시는 KS L 5105의2종을 사용하였고, 잔골재는 석산의 부순 잔골재를 사용하였다. 이때 각 사용재료의 물리ㆍ화학적 특성은 Table 4∼7과 같다.
이론/모형
굳지 않은 모르타르의 특성으로 플로는 KS L 5111, 단위용적질량은 KS F 2409에 의거 측정하였고, 경화 모르타르의 특성으로 압축강도는 KS L 5105에 의거하여 측정하였다. 양생요인의 평가로 수분증발량인 질량변화율은 시멘트모르타르의 시간경과에 따른 질량변화량을 처음의 질량으로 나누어 백분율로 구하였고.
양생요인의 평가로 수분증발량인 질량변화율은 시멘트모르타르의 시간경과에 따른 질량변화량을 처음의 질량으로 나누어 백분율로 구하였고. 길이변화율은 KS F 2424에 의거하여 콘택트 게이지로 측정하였다.
본 연구의 실험방법으로 먼저, 모르타르의 혼합은 Figure1과 같이 모르타르 믹서를 사용하여 KS L 5109의 방법에 의거 진행하였다.
성능/효과
1) 굳지 않은 모르타르의 유동성인 플로는 OPC 대비혼화재를 치환한 모르타르의 배합에서 증가하는 경향을 보인 반면, 단위용적질량의 경우는 OPC 대비혼화재 치환한 모르타르 배합에서 감소하는 것으로 나타났다.
2) 고강도 모르타르의 강도 발현율은 OPC에 비해 BS(60)의 수중양생은 115%로 양호하게 발휘되었지만 여타의 양생에서는 41∼86%로 표준강도보다 미달되는 경향을 보였으며 91일까지 연장하여도 60∼112%로 강도증진은 있었지만 혼화재를 다량 치환한 경우에서 강도저하가 크게 나타남을 알 수 있었다.
3) 질량변화율은 전반적으로 수중양생기간 중에는 질량이 약간 증가한 반면 기중양생기간에는 초기에는 급격히 감소하고 후기에는 완만히 감소하였다. 반면 길이변화율은 수중양생기간에는 자기수축의 영향으로 미소하게 수축하며, 건조 환경에서는 28일이내의 초기에 급격히 수축하고, 이후에는 완만히 수축하는 경향을 나타내었다.
4) 양생방법 중 탈형 후 ERCO 도포의 경우는 콘크리트내 부의 알칼리와 비누화 반응으로 어느 정도 수분증발이 방지되어 노출보다는 강도증진 및 수축이 감소되었지만 7일 수중양생 후 건조보다는 강도가 저하하고 수축이 크게 되는 경향이었다.
9배의 길이변화율 증가로 나타나 가능한 습윤양생 조건의 확보는 매우 중요한 사항이 됨을 확인할 수 있었다. 단, ERCO 도포의 경우는 비양생보다는 효과적이지만 여타의 수중양생 후 건조보다는 부족함을 알 수 있었다.
상세분석으로 먼저 결합재 종류별에 따라서는 재령 7일의 경우 OPC에 비해 양생조건을 평균할 때 BS(60) 및 FA(30)의 경우 대략 20∼30%의 강도저하를 나타내었고, 28일 및91일의 경우 수중양생 특히 BS 60의 경우는 양호한 강도를 발휘하였지만, FA(30)은 80%정도의 강도를 발휘한 반면, 양생을 실시하지 않고 28일 혹은 91일 건조한 경우는 40∼50% 정도밖에 발휘되지 않았다. 따라서 BS 및 FA와 같은 혼화재를 다량치환할 경우에는 잠재수경성반응 및 포졸란 반응이 일어날 때까지의 재령에서는 초기강도가 작게 발휘됨에 유의할 필요가 있고, 또한 후기 강도에 있어서도 충분한 습윤양생이 이루어지지 않으면 목표한 강도가 발휘되지 못함을 알 수 있었다.
또한, 본 연구팀에서는 기존의 연구로서 콘크리트 수화물중 알칼리 성분인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 유화처리정제식용유(Emulsified Refined Cooking Oil 이하 ERCO)의 주성분인 글리세린 에스테르(RCOOH)와의 비누화 반응을 이용하여 콘크리트의 모세관 공극을 충전함으로써 고강도 콘크리트의 자기수축 저감[3] 및 내구성 향상[4]에 대한 효과를 연구한 바 있다. 따라서 이번에는 이와 같은 ERCO의 활용방안으로 양생 중 피막양생의 관점으로 콘크리트 표면에 ERCO를 도포하게 되면 콘크리트 표면 모세관 공극의 수산화칼슘과 유지의 글리세린 에스테르가 비누화 반응되어 표면층 모세관 공극을 충전함에 따라 공극내부에 있는 수분의 증발을 막으므로서 양생효과로 강도증진 및 수축저감에 효과적일 것으로 추측된다.
먼저, 전반적인 경향으로 질량변화율은 수중양생기간 중에는 질량이 약간 증가하였지만 기중양생기간 초기에는 급격히 감소하고 후기에는 완만히 감소하였다. 반면 길이변화율의 경우는 수중양생기간에는 자기수축의 영향으로 미소하게 수축하고, 건조 환경에서는 28일이내의 초기에는 급격히 수축하고, 이후에는 완만히 수축하는 경향을 나타내었다.
먼저, 플로는 목표 값인 180±25mm를 모두 만족하였는데, OPC 100%를 치환 사용한 배합 대비 혼화재를 치환 사용한 경우 단위수량이 감소하였음에도 불구하고 플로 값이 증가하는 것으로 나타났다.
상세분석으로 먼저 결합재 종류별에 따라서는 재령 7일의 경우 OPC에 비해 양생조건을 평균할 때 BS(60) 및 FA(30)의 경우 대략 20∼30%의 강도저하를 나타내었고, 28일 및91일의 경우 수중양생 특히 BS 60의 경우는 양호한 강도를 발휘하였지만, FA(30)은 80%정도의 강도를 발휘한 반면, 양생을 실시하지 않고 28일 혹은 91일 건조한 경우는 40∼50% 정도밖에 발휘되지 않았다.
세부적으로 먼저, 결합재 종류별에 따라서는 OPC보다 혼화재를 다량 치환할 경우, 특히 FA(30)이 BS(60)보다 질량 감소율이 크게 나타난 반면 길이변화율은 거의 유사하게 나타났다. 양생방법에 따른 영향으로는 당연한 결과이겠지만 수중양생보다 건조 환경에 놓일 경우 크게 질량감소 및 수축길이 변화율을 나타내었다.
양생방법에 따른 영향으로는 당연한 결과이겠지만 수중양생일 경우 가장 크게, 건조시킬 경우 가장 작으며, 탈형 즉시 ERCO를 도포한 경우는 건조시킨 경우보다는 양호하나 7일 수중양생 후 건조시킨 경우보다는 저하하게 나타났다. ERCO를 도포할 경우 건조시킨 것보다 양호한 강도발현의 원인은 콘크리트 중 시멘트 수화생성물인 Ca(OH2)와 ERCO의 유지류 성분이 비누화 반응하여 모르타르 표면의 모세관 공극을 충전함으로서 모세관 공극속의 수분증발을 억제하여 양생효과를 증진시키므로서 얻어진 결과로 사료된다.
이상을 종합하면 혼화재 다량치환 고강도 모르타르에 비양생 건조를 실시하게 되면 28일 수중양생을 실시하였을 경우보다 약 50% 전후의 강도저하와 1.9배의 길이변화율 증가로 나타나 가능한 습윤양생 조건의 확보는 매우 중요한 사항이 됨을 확인할 수 있었다. 단, ERCO 도포의 경우는 비양생보다는 효과적이지만 여타의 수중양생 후 건조보다는 부족함을 알 수 있었다.
종합적으로 고강도 모르타르에 있어 수분증발에 의한 질량변화율 및 수축 길이변화율은 OPC 대비 혼화재 다량치환인 경우 특히 건조 환경일수록 심각하여 28일 수중양생 후91일까지 건조한 경우대비 1.5∼3배의 큰 질량변화율 과수축 길이변화율이 나타남을 알 수 있었다.
종합적으로 혼화재 다량치환 고강도 모르타르에서 양생방법별 강도 발현율은 Table 11과 같이 28일 수중 양생한 OPC에 비해 BS(60)수중양생은 115%를 발휘하여 양호한 반면 여타의 양생은 41∼86%로 표준강도보다 크게 미달되는 경향을 나타내었고, 91일까지 연장하여도 60∼112%로 강도증진은 있지만 특히 혼화재를 다량치환한 경우일수록 강도저하가 큼에 유의할 필요가 있는 것으로 분석되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트의 양생방법 종류로는 어떠한 것들이 있나?
콘크리트의 양생이란 강도 및 내구성 등 소요품질을 확보하기 위해 타설한 콘크리트를 적당한 온도와 습윤상태를 유지하고, 유해한 작용으로부터 보호하는 것을 말한다[1]. 이러한 콘크리트의 양생방법 종류로는 습윤양생, 증기양생, 전기양생, 피막양생 등이 있는데, 콘크리트 표준시방서에서는 콘크리트 타설 후 습윤상태를 Table 1과 같이 유지하도록 명시되어 있다[2].
콘크리트의 양생이란 무엇인가?
콘크리트의 양생이란 강도 및 내구성 등 소요품질을 확보하기 위해 타설한 콘크리트를 적당한 온도와 습윤상태를 유지하고, 유해한 작용으로부터 보호하는 것을 말한다[1]. 이러한 콘크리트의 양생방법 종류로는 습윤양생, 증기양생, 전기양생, 피막양생 등이 있는데, 콘크리트 표준시방서에서는 콘크리트 타설 후 습윤상태를 Table 1과 같이 유지하도록 명시되어 있다[2].
단위용적질량이 OPC가 가장크고, BS,FA의 순으로 단위용적질량 작게 나온 이유는 무엇인가?
단위용적질량은 2,200kg/m3 전후로 나타나는데, OPC가 가장 크고, BS(60), FA(30)의 순으로 혼화재 치환 모르타르에서 단위용적질량이 작게 나타났다. 이는 혼화재의 밀도가 작은 것과 혼화재 치환율 및 공기량의 영향 등 복합에 기인한 것으로 판단된다.
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