[논문]노출환경 조건이 자기치유형 보수 모르타르 시험체의 균열 치유성능에 미치는 영향

이웅종; 이현호; 안상욱; 이광명

doi:10.14190/jrcr.2018.6.4.283

초록
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균열 자기치유 소재는 균열발생 시점부터 노출환경 조건에 따라 활성화되기 때문에 치유성능과 균열면의 노출환경 조건과의 관계 규명이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 자기치유형 보수 모르타르의 치유성능에 노출환경 조건이 미치는 영향을 투수시험을 통하여 조사하였다. 균열시험체의 초기 균열폭에 대한 온도 및 습도의 영향을 조사한 결과, 양생온도의 영향은 미미하였으나, 건습변화에 의해서는 균열닫힘 현상이 발생하고 있음을 확인하였다. 그리고 자기치유형 보수 모르타르 시험체의 균열부위에서 생성된 치유물질은 calcite 광물로 확인되었다. 밀도가 높은 calcite 광물은 중력의 영향을 받아 침강하기 때문에, 균열면의 방향에 따라 치유성능에 다소 차이를 나타냈으며, 또한 대기노출 조건보다 습윤노출 조건에서 치유성능이 크게 향상되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since the crack self-healing materials are activated according to the exposure environmental conditions from the time of crack occurrence, it is very important to clarify the relationship between the healing performance and the exposure environmental conditions of the crack surface. In this paper, t...

Since the crack self-healing materials are activated according to the exposure environmental conditions from the time of crack occurrence, it is very important to clarify the relationship between the healing performance and the exposure environmental conditions of the crack surface. In this paper, the influence of the exposure environmental conditions on the crack healing performance of self-healing repair mortar was investigated through the water permeability test. The influence of temperature and humidity on the crack width of cracked specimens was evaluated. As a result of measuring the change of the crack width, the effect of curing temperature was negligible but it was confirmed that crack-closing occurred due to the change of dry-wet condition. The healing materials produced on the crack surface of the specimens was identified as calcite minerals. Since the minerals with high density are precipitated under the influence of gravity, the healing performance is somewhat different according to the direction of the crack surface, and the healing performance was significantly improved in the wet exposure condition than the air exposure condition.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Direction of the crack surface of cracked specimens
표 Table 1. Mix proportion of self-healing repair mortar
표 Table 2. Cracking time and exposure conditions of the crack surface for water permeability test specimens
그림 Fig. 2. Procedure for measurement of crack widths according to temperature change
그림 Fig. 3. Procedure for measurement of crack widths according to humidity change
표 Table 3. Flow and compressive strength of self-healing repair mortar
표 Table 4. Measurement results of crack widths at each temperature of cracked specimen
표 Table 5. Measurement results of crack widths according to exposure conditions of cracked specmen
그림 Fig. 4. Precipitation of healing products in cracked specimens
그림 Fig. 5. XRD analysis results of healing product in cracked specimen
그림 Fig. 6. The results of water permeability test
그림 Fig. 7. Comparison results of specimens with similar initial water flow rate
표 Table 6. Change in reduction rate of water flow with healing duration after cracking 28 days

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 일반 보수 모르타르에 균열면에서 치유물질의 생성 및 촉진기능이 있는 유무기 하이브리드 소재를 첨가한 자기치유형 보수 모르타르를 대상으로, 두 가지의 균열면 방향과 건습환경 조건이 치유성능에 미치는 영향을 광학현미경을 이용한 균열폭 변화 조사와 정수위 투수시험을 통하여 규명하였다.

제안 방법

3과 같다. 균열시험체 1개에 대해 2.2.1의 방법과 같이 초기 표면균열폭을 측정한 이후 수중에서 재령 4hr 및 24hr에 시험체를 꺼내어 표면균열폭을 측정하였으며, 그 다음 항온항습기 내에 정치 후 재령 28hr 및 48hr에 시험체를 꺼내어 표면균열폭을 측정하였다. 건습변화에 따른 균열폭의 변동조사는 온도변화에 따른 균열폭의 변동 조사방법과 동일하게 광학현미경 측정사진을 상호 비교하면서 동일 시험체 및 동일 위치에서 측정한 표면균열폭을 대상으로 하였다.
모르타르를 혼합한 직후에 원주형 시험체(Φ100×50mm)를 제작하였으며, 재령 1일에 탈형한 후에 수중양생을 실시하였다. 그리고, 균열유도 시기(재령 28일)에 원주형 시험체를 쪼갬인장강도 시험방법을 적용하여 둘로 분할한 다음 합체 시, 균열폭을 조절하기 위해서 균열면 양끝단에 실리콘 시트를 삽입하였고, 치유기간동안 초기 균열폭이 유지되도록 횡방향에서 호스밴드로 강하게 죄어 균열시험체를 제작하였다.
재령 28일에 자기치유형 보수 모르타르인 SHRM 시험체에 균열을 유도하여 투수시험을 실시하였다. 치유기간 중의 다양한 균열면의 노출조건은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이, 균열시험체를 수중에서 균열면이 수직으로 되어 있어 중력방향과 평행하도록 정치한 경우(V-Water), 수중에서 균열면이 수평으로 놓여 있어, 중력방향에 직교하는 경우(H-Water), 시험체의 정치는 H-Water와 같으나 대기 중에 양생한 경우(H-Air) 등 3가지 조건을 고려하였다. 투수시험에 사용한 균열시험체는 3가지 노출조건별로 5개씩 총 15개를 제작하여 초기 투수량을 측정하였다.

대상 데이터

2이다. 균열면에서 치유물질의 생성을 촉진시키기 위해 팽윤재 및 결정촉진제, 이온흡착용 다공성 물질 등의 유· 무기소재로 구성되어 있는 하이브리드 치유소재를 사용하였다.
모르타르를 혼합한 직후에 원주형 시험체(Φ100×50mm)를 제작하였으며, 재령 1일에 탈형한 후에 수중양생을 실시하였다. 그리고, 균열유도 시기(재령 28일)에 원주형 시험체를 쪼갬인장강도 시험방법을 적용하여 둘로 분할한 다음 합체 시, 균열폭을 조절하기 위해서 균열면 양끝단에 실리콘 시트를 삽입하였고, 치유기간동안 초기 균열폭이 유지되도록 횡방향에서 호스밴드로 강하게 죄어 균열시험체를 제작하였다.
본 연구에서 사용한 보수 모르타르는 콘크리트의 단면복구 및 표면 보수용인 C사 제품이며, 규사와 분체의 비(S/B)는 1.2이다. 균열면에서 치유물질의 생성을 촉진시키기 위해 팽윤재 및 결정촉진제, 이온흡착용 다공성 물질 등의 유· 무기소재로 구성되어 있는 하이브리드 치유소재를 사용하였다.

이론/모형

투수량 측정은 250mm 수두를 갖는 정수위 투수시험 방법(Choi et al. 2017)에 의해 측정하였으며, 초기 투수량을 측정한 후, 수중양생을 실시하면서 7일 간격으로 투수량을 측정하였다.

성능/효과

1) 균열시험체의 양생과정 중 온도 및 건습변화가 초기 균열폭에 미치는 영향을 분석한 결과, 온도변화는 균열폭에 영향을 미치지는 않았으나, 건습변화에 의해서는 균열 닫힘 현상이 발생하였다.
2) 수중에서 양생한 균열시험체의 균열면에 생성된 치유생성물질을 XRD로 분석한 결과, 균열 자기치유 성능에 효과가 있는 Calcite 광물(탄산칼슘)로 확인되었다.
3) 자기치유형 보수 모르타르는 수중양생 조건에서 밀도가 높은 치유생성물(탄산칼슘)이 중력의 영향을 받으면서 균열면의 방향에 따라 생성되어 투수감소율의 변화에 영향을 미쳤으며, 대기양생 조건보다 습윤 조건에서 균열시험체의 치유성능이 향상되는 결과를 얻었다.

후속연구

4) 본 연구에서 사용한 자기치유형 보수 모르타르를 현장에서 활용하기 위해서는 실구조물의 노출환경을 모사한 Mock-up시험에 의한 검증이 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	균열 자기치유소재의 성능평가가 노출환경 조건을 고려하여 이루어져야하는 이유는?	2016). 균열자기치유 소재는 균열발생 시점부터 건습환경 등 균열면의 노출환경 조건에 영향을 받아 치유메커니즘이 작동됨으로, 치유소재의 성능평가는 반드시 노출환경 조건을 고려하여 이루어져야 한다.
	Roig-flores et al.의 연구에서 균열면의 노출환경 조건이 자기치유 거동에 미치는 영향은?	Roig-flores et al.(2015)은 결정질 혼화재를 첨가한 콘크리트를 다양한 노출 환경조건에서 양생하면서 투수시험을 실시한 결과, 수분이 공급되지 않은 조건에서는 더 이상 균열 자기치유 현상이 발생하지 않았다고 보고하였다. 또한, Roig-flores et al.
	균열 자기치유 재료의 개발이 중요한 이유는?	철근 콘크리트 구조물에서 균열이 발생하면 염화물 등의 유해물질이 균열을 통하여 철근에 쉽게 도달하여 부식을 가속화시키기 때문에 이를 제어할 수 있는 균열 자기치유 재료의 개발은 내구성 측면에서 매우 중요하다.

참고문헌 (8)

Ahn, T.H., Kishi, T. (2010). Crack self-healing behavior of cementitious composites incorporating various mineral admixtures, Journal of Advanced Concrete Technology, 8(2), 171-186.

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Choi, S.W., Bae, W.H., Lee, K.M., Shin, K.J. (2017). Correlation between crack width and water flow of cracked mortar specimens measured by constant water head permeability test, Journal of the Korea Concrete Institute, 29(3), 267-273.

원문보기 상세보기
Koide, T., Kishi, T., Ahn, T.H., Morita, T. (2011). A study on semi-capsulation technique for concrete incorporating crack self-healing material, Journal of the Janpan Concrete Institute, 33(1), 1451-1456.
Lee, W.J., Hwang, J.S., Ahn, S.W., Lee, K.M. (2016). Water permeability performance evaluation of mortar containing crack self-healing mineral admixtures, Journal of the Korean Recycled Construction Resoures Institute, 4(4), 463-469.

원문보기 상세보기
Roig-Flores, M., Moscato, S., Serna, P., Ferrara, L. (2015). Self-healing capability of concrete with crystalline admixtures in different environments, Construction and Building Materials, 86, 1-11.

상세보기
Roig-Flores, M., Pirritano, F., Serna, P., Ferrara, L. (2016). Effect of crystalline admixtures on the self-healing capability of early-age concrete studied by means of permeability and crack closing tests, Construction and Building Materials, 114, 447-457

상세보기
Sisomphon, K., Copuroglu, O., Koenders, E.A.B. (2012). Self-healing of surface cracks in mortars with expansive additive and crystalline additive, Cement & Concrete Composite, 34, 566-574.

상세보기
Sisomphon, K., Copuroglu, O., Koenders, E.A.B. (2013). Effect of exposure conditions on self healing behaviot of strain hardening cementitious composites incorporating various cementitious materials, Construction and Building Materials, 42, 217-224.

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