[논문]실란계 혼화제를 활용한 소수성 시멘트 모르타르의 기초물성 연구

오홍섭

doi:10.14190/jrcr.2018.6.2.79

초록
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본 연구에서는 폴리비닐 알코올 계면활성제와 폴리메틸 하이드로 실록산을 혼합하여 에멀젼 형태의 소수성 혼화제를 제조하였으며, 이를 적용한 모르타르의 강도와 역학적 성질을 평가하였다. 개발된 소수성 혼화제는 강도 감소가 나타나지 않았으며, 산화마그네슘 혼입 모르타르는 조기에 강도가 발현되는 것으로 나타났다. 수밀성의 경우에는 모르타르에 소수성 혼화제를 직접 배합한 경우에 투수계수가 크게 감소하는 것으로 분석되었으나, 메타카올린에 의한 효과는 크지 않은 것으로 관찰되었다. 표면의 소수성은 표면을 코팅한 시편에서 접촉각이 증가하여 소수성 표면을 만드는 것은 확인되었으며, 혼화제에 사용된 섬유와 메타카올린의 혼입율이 최적화되지 않아 초소수성 표면을 갖지는 못하는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, emulsion type hydrophobic admixture was prepared by mixing polyvinyl alcohol surfactant, polymethyl hydro-siloxane and meta kaolin, and the compressive strength and mechanical properties such as permeability and contact angle test of the mortar were evaluated. The developed hydrophobi...

In this study, emulsion type hydrophobic admixture was prepared by mixing polyvinyl alcohol surfactant, polymethyl hydro-siloxane and meta kaolin, and the compressive strength and mechanical properties such as permeability and contact angle test of the mortar were evaluated. The developed hydrophobic admixture showed no decrease in strength and the mortar specimen with magnesium oxide developed the early strength. In the case of permeability, total seepage was significantly decreased when the hydrophobic admixture was directly mixed with the mortar, but the effect of meta kaolin contained in hydrophobic admixture was not significant. The surface of specimens coated with hydrophobic admixture shows that the contact angle on the surface was highly increased compared with reference mortar specimen. Further researches to obtain the optimum mix proportion of the PVA fiber, nano-silica and meta kaolin for producing the super-hydrophobic surface are required.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

계면활성제와 실란계 재료 및 메타카올린 등을 혼합하여 에멀전 형태의 소수성 혼화제를 제조하여 시멘트 모르타르에 혼입하거나 표면에 코팅함으로써 소수성을 증진시키고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 상용화가 많이 되어 있지 않은 폴리메틸계실록산(Polymethyl Hydro-Siloxane, 이하 PMHS)을 사용하여 제조한 소수성 혼화제를 시멘트 모르타르에 도포하거나 배합 시 혼입함으로써 각각 표면보수재와 방수구조체로의 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 실란계 혼화제의 콘크리트 구조체에 대한 소수성능을 평가하기 위해서는 콘크리트 구조체에 대한 평가가 우선되어야 하나, 아직 혼화제 자체에 대한 소수성능이 충분하게 입증되지 못하였기 때문에 본 연구에서는 개발된 혼화제를 모르타르에 적용하여 시멘트계 재료에서의 기본성능을 평가하고자 하였다.
또한 기존 소수성 콘크리트에 사용되고 있는 나노실리카를 사용하지 않고 급속경화가 가능한 산화마그네슘을 사용함으로써 급속보수재로의 개발 가능성을 평가하고자 하였으며, PMHS 혼화제와 PP 섬유, 메타카올린과 산화마그네슘 등을 혼입한 모르타르의 물리적 성능과 발수 및 수밀성을 평가하였다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 상용화가 많이 되어 있지 않은 폴리메틸계실록산(Polymethyl Hydro-Siloxane, 이하 PMHS)을 사용하여 제조한 소수성 혼화제를 시멘트 모르타르에 도포하거나 배합 시 혼입함으로써 각각 표면보수재와 방수구조체로의 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 실란계 혼화제의 콘크리트 구조체에 대한 소수성능을 평가하기 위해서는 콘크리트 구조체에 대한 평가가 우선되어야 하나, 아직 혼화제 자체에 대한 소수성능이 충분하게 입증되지 못하였기 때문에 본 연구에서는 개발된 혼화제를 모르타르에 적용하여 시멘트계 재료에서의 기본성능을 평가하고자 하였다.

제안 방법

시멘트 모르타르 표면의 연잎효과를 증대시켜 기계적 소수성 확보를 위하여 Table 5와 같은 PVA를 시멘트 모르타르 제작 시 3% 혼입하였다.
5와 같이 제작하였다. 시험방법은 Water Droplet Bouncing Test(WDBT) 시험으로 물방울을 낙하시킨 후 표면에서의 즉각적인 물방울 흡수 정도와 낙하 10분 경과 후의 물방울 퍼짐 정도를 육안으로 비교하였다.
실란계 혼화제를 제조하여 소수성 표면을 갖는 고내구성 시멘트 복합체를 개발하고자 하였으며, 제조된 혼화제를 적용하여 시멘트 모르타르의 기본적인 역학 성능을 평가하였다.
제작된 시험체의 시멘트와 소수성 유액에 의한 미세구조는 주사현미경분석(SEM)과 EDX에 의해 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 산화마그네슘은 마그네사이트(MgCO₃)를 소성하여 산화마그네슘(MgO) 분말로 제조된 것으로 저온(1,400℃ 이하)에서 소성한 경소마그네시아(Light-burned magnesia)를 사용하였다. 경소마그네시아의 경우 평균 입도는 Fig.
시멘트는 1종 보통포틀란트 시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 표준입경의 표준사를 사용하였다. 또한 모르타르의 수량 감소와 워커빌리티 개선을 위한 폴리 카르본산계인 polycarboxylate superplasticizer(PSP)을 사용하였으며, 배합표는 Table 7에 정리하였다.

데이터처리

5g 혼입된 경우에는 표면장력에 의해 물방물이 보다 구형을 가지며 10분 후에도 흡수되지 않고 원래의 형태를 유지하는 것으로 나타났다. 기본 변수에 대한 WDBT 결과를 기준으로 각 변수에 대한 표면접촉각을 goniometer를 사용하여 측정하였으며, Table 8과 Fig. 10에 정리하였다.
소수성 평가는 R, R-H0.25-M, R-H0.5-M 변수에 대해서는 기초실험으로 Water Droplet Bouncing Test(WDBT)를 실시하였으며, 모든 변수에 대해서 goniometer에 의한 접촉각을 측정하였다(Ramachandran et al. 2015; 2016).

이론/모형

KS L 5105 ‘수경성 시멘트의 압축강도 시험방법’에 따라 50×50×50mm의 공시체를 제작하여 강도를 측정하였다. 강도는 재령 7일과 28일에 각 3개의 시험체에 대하여 강도를 측정하였다.

성능/효과

개발된 혼화제는 기존의 AE 혼화제와 다르게 강도의 감소가 거의 나타나지 않았으며, 산화마그네슘을 사용한 경우에는 조기 강도가 상대적으로 높게 분석되었다.
보통 시멘트모르타르 시편에서는 공극이 상대적으로 크고 조직이 치밀하지 못한 데 반하여 소수성 혼화제를 배합에 포함한 시편에서는 골재 사이 공극에서 미소 C-S-H가 상대적으로 많이 관찰되고, 치밀한 조직으로 구성되어 있는 것으로 관찰되었다. 밀실성과 소수성이 상대적으로 높은 변수에서는 wollastonite의 형태로 존재하는 CaSiO₃의 함유량이 높게 분석되었고, 공극 내의 수화생성물에 의해 밀실도가 높아지는 것으로 판단된다.
소수성을 높이기 위하여 표면을 l회 피복처리한 경우는 메타카 올린 PMHS 유액의 접촉각이 가장 높게 나타났으며, 산화마그네슘 모르타르에 유액을 피복하는 경우에는 상대적으로 낮게 나타났으나 전반적으로 모르타르에 혼입되는 경우보다는 접촉각이 증가하는 것으로 나타났다.
접촉각 실험 결과 표면코팅의 경우가 소수성능을 가장 높게 갖고 있는 것으로 분석되었으며, 산화마그네슘을 혼입하는 경우보다는 일반 시멘트모르타르만을 사용한 경우가 상대적으로 높게 나타났다.

후속연구

산화마그네슘에 의한 소수성능 향상 정도는 크지 않은 것으로 분석되어 단섬유량의 증가 및 나노실리카의 혼입량 등을 결정하기 위한 추가연구가 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기후 변화와 환경부하의 증가로 인한 변화는 ?	기후 변화와 환경부하의 증가로 인하여 최근 콘크리트 구조물의 손상유형에서 다양한 형태의 내구성능 저하현상 등이 증가하고 있다. 특히 동결융해 반복, 급속제설제와 같은 염화물에 의한 침식, 황산염 등에 의한 복합열화 환경하에서 복합적인 열화에 의해 내구성능이 저하되고, 수명이 감소하게 된다(Lee et al.
	콘크리트에 내구성능이 저하되는 요인 중 하나는 ?	콘크리트에 발생하는 내구저하 원인 중의 하나는 콘크리트 내부로 물 또는 염분이 침투하여 염의 결정화 압력 또는 공극수압 등에 의해 손상이 발생하게 되고, 초기 손상 발생 후 급속한 열화 과정을 거치게 되는 것이다.
	소수성 평가는 어떻게 진행되었는가 ?	소수성 평가는 R, R-H0.25-M, R-H0.5-M 변수에 대해서는 기초실험으로 Water Droplet Bouncing Test(WDBT)를 실시하였으며, 모든 변수에 대해서 goniometer에 의한 접촉각을 측정하였다(Ramachandran et al. 2015; 2016).

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