[논문]해안매립지 하수처리시설물에 적용한 저발열시멘트 콘크리트의 내화학성 평가

정용택; 이병재; 김윤용

doi:10.11112/jksmi.2019.23.7.113

해안매립지 하수처리시설물에 적용한 저발열시멘트 콘크리트의 내화학성 평가
Chemical Resistance of Low Heat Cement Concrete Used in Wastewater Treatment Structures Built on Reclaimed Land 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.7, 2019년, pp.113 - 119

정용택 (충남대학교 토목공학과) , 이병재 (대전대학교 토목공학과) , 김윤용 (충남대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

해안매립지에 건설되는 구조물은 해수로부터 유입되는 염소 및 황산염 이온 등의 화학적 침식에 의한 영향을 복합적으로 받는다. 염해는 콘크리트 내부의 철근을 부식시켜 구조물의 성능을 저하시킨다. 또한, 하수처리시설에서는 내부에서 발생되는 황산염에 의해 콘크리트가 열화되는 문제점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 해안매립지에 건설되는 하수처리구조물에 적용할 수 있는 혼합형 저발열시멘트의 특성 및 내화학성을 평가하였다. 실험결과, 모든 배합조건에서 목표슬럼프 및 공기량을 모두 만족하였다. 동일 배합조건에서 LHC사용시 OPC 보다 슬럼프는 증가되고, 공기량은 감소하는 경향을 나타내었다. 압축강도 시험결과, 초기재령에서는 OPC의 강도발현이 빨랐으며, 28일 이후 LHC가 OPC보다 높은 강도를 나타내었다. 염소이온침투저항성 평가결과, LHC-B의 경우 56일 재령에서, "매우낮음" 단계의 염소이온침투저항성을 나타내 LHC의 내염해성을 확인하였다. 내화학성 평가 결과, 에폭시 처리 하지 않은 경우 LHC를 적용한 경우, OPC보다 약 18%정도 내화학성이 개선되는 것으로 나타났으며, 콘크리트 표면에 에폭시 공법 적용시 강도보존율이 95% 이상 확보 가능한 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Concrete structures built on reclaimed land are combined with chemical erosion such as chlorine and sulfate ions from seawater. Chloride attack deteriorates the performance of the structure by corroding reinforcing bars. In addition, the waste water treatment structure has a problem that the concrete is deteriorated by the sulfate generated inside. Therefore, in this study, the characteristics and chemical resistance of low heat cement concrete used in wastewater treatment structures constructed on reclaimed land were evaluated. As a result of the experiment, the target slump and air content were satisfied under all the mixing conditions. The slump of low heat cement (LHC) concrete was higher than that of ordinary portland cement (OPC) concrete, while the air content of LHC concrete was smaller than that of OPC concrete with the same mix proportion. As a result of compressive strength test, OPC concrete showed higher strength at younger age compared to 28 days. In contrast, LHC concrete exhibited higher strength than OPC concrete at the age of 56 days. As a result of chlorine ion penetration tests, LHC-B concrete showed chlorine ion penetration resistance performance of the "very low" level at the age of 56 days. As a result of chemical resistance evaluation, when the LHC concrete is applied without epoxy treatment, chemical resistance is improved by about 18% compared to OPC concrete. In testing chemical resistance, the epoxy coated concrete exhibited less than 5% strength reduction when compared to sound concrete.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Deterioration of a structure (delamination from chemical corrosion)
표 Table 1 Experimental variables
표 Table 2 Physical properties of LHC
표 Table 3 Physical properties of aggregate
표 Table 4 Physical properties of admixture
그림 Fig. 2 Epoxy treatment method
그림 Fig. 3 Slump test
그림 Fig. 4 Compressive strength test
표 Table 5 Mix proportions
그림 Fig. 5 Chloride ion penetration resistance test
그림 Fig. 6 Chemical resistance test
그림 Fig. 7 Reselt of slump and air content
그림 Fig. 8 Result of compressive strength
그림 Fig. 9 Result of chloride ion penetration resistance
그림 Fig. 10 Result of chemical resistance

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 해안매립지에 설치되는 하수처리시설물에서 발생될 수 있는 염해 피해 및 화학적 침식피해 저감을 목적으로, 혼합형 저발열시멘트의 특성 검토와 에폭시 공법 적용시 내화학성을 검토하였다.
본 연구에서는 국내 3개사에서 생산되는 혼합형 저발열시멘트의 특성을 분석하기 위해서, 보통포트랜드 시멘트와 혼합형 저발열시멘트를 동일 배합조건에서 굳지 않은 콘크리트의 특성과 강도 및 염소이온침투저항성을 검증하였다. 또한, 하수처리구조물 내부의 내화학성 검증은 에폭시로 방수·방식 처리한 콘크리트에 대하여 질량감소율 및 압축강도 잔존률을 측정하여 평가하였다.
본 연구에서는 해안매립지에 설치되는 하수처리시설물에서 발생될 수 있는 염해 피해 및 화학적 침식피해 저감을 목적으로, 저발열시멘트의 특성 검토와 방수방식 목적의 에폭시공법 적용시 내화학성을 검토하였다. 본 연구범위에서의 결과는 다음과 같다.

제안 방법

LHC 검토는 OPC와 3개 제품의 LHC에 대하여 슬럼프, 공기량, 압축강도 및 염소이온침투저항성 시험을 수행하였다. 또한, 하수처리구조물의 내화학성 검토를 위해서, OPC 및LHC 1개 제품에 대해 에폭시 처리 전후에 대한 황산침지실험을 수행하였다
6과 같이10% 황산 용액에 침지시켜3, 7, 14, 21, 28 및 56일의 침지일에 대한 공시체의 질량을 측정하여 질량감소율을 측정하였다. 또한 재령에 따른 일반 공시체와 황산에 침지한 공시체의 압축강도 시험을 수행하여 침지기간에 따른 압축강도 잔류율을 평가하였다. 황산 및 염산침지 용액은 1주마다 교체하였으며, 동일한 시간 및 환경조건으로 건조시켜 질량을 측정하였다.
본 연구에서는 국내 3개사에서 생산되는 혼합형 저발열시멘트의 특성을 분석하기 위해서, 보통포트랜드 시멘트와 혼합형 저발열시멘트를 동일 배합조건에서 굳지 않은 콘크리트의 특성과 강도 및 염소이온침투저항성을 검증하였다. 또한, 하수처리구조물 내부의 내화학성 검증은 에폭시로 방수·방식 처리한 콘크리트에 대하여 질량감소율 및 압축강도 잔존률을 측정하여 평가하였다.
LHC 검토는 OPC와 3개 제품의 LHC에 대하여 슬럼프, 공기량, 압축강도 및 염소이온침투저항성 시험을 수행하였다. 또한, 하수처리구조물의 내화학성 검토를 위해서, OPC 및LHC 1개 제품에 대해 에폭시 처리 전후에 대한 황산침지실험을 수행하였다
결합재로는 OPC와, 앞절에서 우수한 성능을 나타내었던 LHC-B 제품을 선택하여 비교하였다. 또한, 하수처리시설 내부에 방수방식 목적으로 도포되는 에폭시공법의 적용후의 내화학성도 함께 검증하였다.
수처리 구조물 내부의 화학적 침식억제를 위해서 국내 D사에서 생산된 제품을 사용하였으며, 도장효과를 높이기 위해 Fig.2에 제시된 바와 같이 바탕면 정리, 프라미머 도포, 수용성에폭시 도포와 무용제에폭시를 도포하는 4단계 처리를 하였다.
해안매립지에 설치되는 하수처리구조물에 적용을 위한 콘크리트의 배합설계는 Table 5와 같이 해양 구조물용 콘크리트구조물에 일반적으로 사용되는 강도수준인 30 MPa으로 선정하였고, 이에 따른 배합설계를 수행하였다. 또한 콘크리트의 혼합은 충분한 작업성 확보를 위하여 트윈샤프트 믹서를 활용하여 Dry mixing 90초, 혼합수 및 혼화제를 투입하여 Wet mixing 120초간 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 굵은 골재는 G_max 25 mm의 부순골재를 사용하였으며, 잔골재는 5 mm이하의 강사를 사용하였다. 사용된 골재의 품질특성은 Table 3에 제시하였다.
본 연구에 사용된 시멘트는 국내 S사에서 생산된 1종 보통포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement 이하 OPC)로서 밀도 3.15 g/cm³, 분말도 3,230 cm²/g인 제품을 사용하였다. 저발열 시멘트(Low Heat Cement 이하 LHC)는 국내 3개 업체에서 생산된 A.
시멘트 분산작용에 의해 콘크리트의 성질을 개선시키는 혼화제로서, 국내 J사제품의 폴리카본산계 고성능 AE감수제를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 4와 같다.

데이터처리

10에 제시하였다. 결합재로는 OPC와, 앞절에서 우수한 성능을 나타내었던 LHC-B 제품을 선택하여 비교하였다. 또한, 하수처리시설 내부에 방수방식 목적으로 도포되는 에폭시공법의 적용후의 내화학성도 함께 검증하였다.

이론/모형

슬럼프 시험은 KS F 2402 ｢콘크리트의 슬럼프 시험방법｣따라 실시하였다. 공기량 시험은 KS F 2421 ｢굳지 않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법｣에 준하여 실시하였다. Fig.
슬럼프 시험은 KS F 2402 ｢콘크리트의 슬럼프 시험방법｣따라 실시하였다. 공기량 시험은 KS F 2421 ｢굳지 않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법｣에 준하여 실시하였다.
압축강도 시험은 KS F 2405 ｢콘크리트의 압축강도 시험방법｣에 준하여 실시하였다. Fig.
저발열 시멘트를 사용한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험은 KS F 2711 ｢전기 전도도에 의한 콘크리트의 염소이온침투 저항성 시험 방법｣에 준하여 실시하였다. ∅100 × 200mm 공시체를 제작하여 소정 재령까지 양생을 실시한 후 공시체를 50 ± 3 mm 로 절단하여 시편을 제작하고 14, 28 및 56일에 측정하였다.
저발열 특수시멘트를 사용한 콘크리트의 황산으로 인한 침식 대한 내구성을 평가하기 위해 ASTM C 267 ｢Standard Test Methods for Chemical Resistance of Mortars, Grouts, and Monolithic Surfacings and Polymer Concretes｣를 준용하여 화학저항성 시험을 수행하였다. 재령28일의 공시체를 Fig.

성능/효과

1) 결합재 종류에 따른 슬럼프, 공기량 시험결과, 모든 배합조건에서 목표슬럼프와, 공기량을 모두 만족하는 것으로 나타났으나, 동일 배합조건에서 LHC사용시 OPC보다 슬럼프는 증가되고, 공기량은 감소하는 경향을 나타내었다.
2) 재령에 따른 압축강도 시험결과, 재령28일 이전 초기재령에서는 OPC의 강도발현이 빠른 것으로 나타났으며, 이후에는 LHC의 강도발현이 증가되는 것으로 나타났다. 이는 고로슬래그미분말 및 플라이애시의 잠재수경성 및 포졸란반응에 기인한 것으로 판단된다.
3) 해양구조물 적용시 가장 문제가 되는 염소이온침투저항성 평가결과, 양생기간이 증가함에 따라 염소이온침투저항성은 향상되는 것으로 나타났으며, LHC-B의 경우 56일 재령에서 789C을 나타내어 KS F 2711에서 규정하는 “매우낮음” 단계로 판정되었다.
4) 하수처리시설 내부에서 발생되는 황산염의 영향으로 인한 콘크리트 표면열화의 영향을 검토하기 위해 내화학성 시험결과, OPC보다 LHC의 경우가 약18%정도 우수한 내화학성을 나타내었고, 콘크리트 표면에 에폭시 공법을 적용한 경우, 강도보존율이 95%이상으로 나타나 우수한 내화학성을 확인하였다.
5) 본 연구범위에서는 LHC-B제품의 혼합형 저발열시멘트가 높은 성능을 타내었으며, 하수처리시설물 내부에는 에폭시 공법 적용이 유리한 것으로 확인되었다.
공기량 시험 결과, 모든 배합조건에서 목표 공극률은 만족하였으며, OPC가 LHC 보다는 다소 높은 경향을 나타내었다. 이는 결합재내에 포함된 플라이애시의 미연탄소(unburned carbon)가 연행공기(entrained air)를 흡착하여 나타난 결과라 판단된다.
또한 플라이애시의 경우 포졸란 반응으로 생성된 수화물의 미세한 구조형성과 수화물의 이온 흡착으로 이온의 침투를 억제하기 때문에 장기적으로 염소이온 침투저항성이 증대되었기 때문이다. 따라서 혼합형 저발열시멘트를 사용한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성능을 평가한 결과일반 OPC를 사용한 콘크리트에 비해 우수한 염소이온 침투저항성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 에폭시를 적용한 시험체의 경우, 결합재의 종류와 상관없이 재령 56일에서 95.0%이상의 강도보존 효과를 나타내어 우수한 내화학 성능을 확보할 수 있는 것으로 확인되었다.
실험결과, 에폭시를 적용하지 않은 OPC의 경우, 56일 침지일에서 질량변화율 72.4%, 강도보존율 74.2%로 나타났으며,LHC의 경우 질량변화율 88.4%, 강도보존율 86.0%로 나타나LHC가 내화학성 개선에 효과가 있는 것으로 확인되었다.

후속연구

단기 재령에서 콘크리트 표면에 프라미어 및 에폭시처리를 함으로서 황산으로부터의 침심에 대한 효과는 일부 확인되었지만, 강도가 낮아지는 경향을 나타내고 있어서 장기간의 효과는 추가 검토가 필요한 것으로 판단된다.
현행 해양콘크리트 배합설계의 근간이 되는 콘크리트 표준시방서 ｢제17장 해양콘크리트｣편에서도 내해수성 및 장기강도가 우수하고 수화열이 적은 이점을 고려하여 혼합시멘트의 사용이 명기되어 있다. 또한 국외의 BS 및 ACI Code에도 염해 내구성을 향상시키기 위해 무기질 혼화재를 적절히 사용하도록 제안하고 있어(BS 8500; 2006; ACI 201, 2009), 향후 혼합형 저발열 시멘트의 활용은 더욱 증가될 것으로 예상된다.
OPC대비 LHC의 경우 다소 높은 슬럼프를 나타내었는데, 이는 플라이애시 혼합으로 인한 볼베어링 효과에 기인한 것으로 판단된다. 추후 실제 구조물 적용 등 현장에서는 혼화제의 조절을 통한 유동성을 개선해야 할 것으로 판단된다. 저발열 시멘트 상호간의 유동성 차이는 고로슬래그 미분말 및 플라이애시의 혼입율과 분말도에 기인한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해양 구조물용 콘크리트구조물에 일반적으로 사용되는 강도수준은 얼마인가?	해안매립지에 설치되는 하수처리구조물에 적용을 위한 콘크리트의 배합설계는 Table 5와 같이 해양 구조물용 콘크리트구조물에 일반적으로 사용되는 강도수준인 30 MPa으로 선정하였고, 이에 따른 배합설계를 수행하였다. 또한 콘크리트의 혼합은 충분한 작업성 확보를 위하여 트윈샤프트 믹서를 활용하여 Dry mixing 90초, 혼합수 및 혼화제를 투입하여 Wet mixing 120초간 실시하였다.
	콘크리트의 혼합은 충분한 작업성 확보를 위하여 트윈샤프트 믹서를 활용하는 방법은 무엇인가?	해안매립지에 설치되는 하수처리구조물에 적용을 위한 콘크리트의 배합설계는 Table 5와 같이 해양 구조물용 콘크리트구조물에 일반적으로 사용되는 강도수준인 30 MPa으로 선정하였고, 이에 따른 배합설계를 수행하였다. 또한 콘크리트의 혼합은 충분한 작업성 확보를 위하여 트윈샤프트 믹서를 활용하여 Dry mixing 90초, 혼합수 및 혼화제를 투입하여 Wet mixing 120초간 실시하였다.
	해양콘크리트 구조물이 가지는 취약점은?	이러한 화학적 부식환경에 노출되는 콘크리트 표면보호를 위해서 에폭시 및 세라믹 등의 방수방식재료를 주로 현장에서 활용하고 있는 실정이다.

참고문헌 (11)

Lee, S. J., (2009) Development Plan of Tidal Power and Environmental Impact in Korea, The Korean Society for New and Renewable Energy, 263-263.
Koh, K. T., Jang, I. Y., Kim, S. W. Lee, K. M., (2004) Materials and Construction of Off-Shore Concrete Structures, Magazine of the Korea Concrete Institute 16(6), Korea Concrete Institute, 26-30.
Lee, J., Baek, B. G., Kang, S. P., Cho, S. H., Bae, J. Y., Kim, K. M., (2011) An Experimental Study on the Properties of Marine Concrete by Combined Deterioration Test, Proceedings of Korea Concrete Institute, 383-384,
Funahashi, M., (1990) Predicting Corrosion-free Service Life of a Concrete Structure in a Chloride Environment, ACI Materials Journal, Vol.87, No.6, 581-587.
Browne, R. D. (1982) Design Prediction of the Life for Reinforced Concrete in Marine and other Chloride Environments, Durability of Building Materials, Vol.1.
Poulsen, E. (1990) The Chloride Diffusion Characteristics of Concrete Approximative Determination by Linear Regression Analysis, Nordic concrete research, Research project, Trondheim.
Seo, S. H., Kim, D. W., Kim, P. S., Kim, Y. J., Yoon, K. H., (2011) Study on the Properties of Mass Concrete Using the Low Heat Materials, Proceedings of Korea Concrete Institute, 683-684.
Song, H. W., Lee, C. H., Lee, K. J., Kim, J. H., Ahn, K. Y., (2008) Chloride Penetration Resistance of Ternary Blended Concrete and Discussion for Durability, Journal of Korea Concrete Institute, 제20권 4호, pp.439-449.

원문보기 상세보기
BS 8500 (2006), Concrete complementary British Standard to BS EN 206-1, Part 1: Method of specifying and guidance for the specifier, British standard.
ACI 201 (2009), ACI manual of concrete practice 2000, materials and general properties of concrete, Chapter 2 - aggressive chemical exposure, American Concrete Institute, pp.8-12.
Bae, J. Y(2012), Study on the Application of Marine Concrete using Ternary Blended Cement considering Chloride Attack and Hydration Heat, Ph.D. dissertation, Daejeon, Chungnam National University, Department of Civil Engineering.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증