[논문]급결제 종류 및 양생조건을 고려한 보수용 모르타르의 재료특성

신승봉; 김규용; 남정수; 신경수; 이보경

doi:10.5345/jkibc.2019.19.4.299

급결제 종류 및 양생조건을 고려한 보수용 모르타르의 재료특성
Material Properties of Repair Mortar Considering Accelerator Type and Curing Conditions 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.19 no.4, 2019년, pp.299 - 306

신승봉 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 김규용 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 남정수 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 신경수 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 이보경 (Intelligent Construction Automation Center, Kyungpook National University)

초록
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최근 구조물 보수보강 사례가 증가되고 있으나 보수용 모르타르의 속경성 부족에 의해 긴급공사의 어려움이 발생되고 있어 모르타르의 급결성을 증대시키고자 AL, AF, CA 급결제와 양생조건을 달리한 강도특성을 검토하였다. 그 결과 경화성상에 있어 CA 시험체가 가장 우수하였으며, 양생조건의 경우 재령 초기에서는 수중양생에서 압축강도가 다소 높아지는 경향을 보였으나 28일에서는 큰 차이가 없었다. 특히, CA 시험체에서 Ettringite생성물이 다량으로 관찰되고 있어, 광물계 급결제의 공극충진 효과에 의한 공극량 감소로 압축강도가 증가하는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In general, repair mortar is used to rehabilitate underground communities, but difficulties are encountered in the execution of long-term construction due to spatial co-operatives. In this study, the engineering properties of repair mortar according to the curing condition and accelerator type were reviewed. The results showed that the aluminate, alkali-free and calcium-aluminate precipitates in the water curing conditions showed higher compressive strength at the beginning of age than mortar specimens under air curing conditions, and increased. Especially in CA and AF test specimen with cement mineral quick setting, a large amount of ettringite products were observed compared with AL, thus reducing the pore volume and increasing the strength of the compound by micro-filling effect were found.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Physical & chemical properties of URHC
표 Table 2. The main components of accelerators
표 Table 3. Experimental program
표 Table 4. Mix proportion of mortar
그림 Figure 1. Setting time of mortar
그림 Figure 2. Compressive strength for mortar
그림 Figure 3. 1-day strength increase ratio
그림 Figure 4. 3-day strength increase ratio
그림 Figure 5. Compressive strength for mortar
그림 Figure 6. Adhesive strength for mortar
그림 Figure 7. SEM image at 3 days (Air Curing, ×5000)
그림 Figure 8. SEM image at 3 days (Water Curing, ×5000)
그림 Figure 9. The effect of air curing on MIP results
그림 Figure 10. The effect of water curing on MIP results

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 기존에 사용되고 있는 보수용 모르타르의 속경성과 강도증진을 위하여 급결제 종류 및 양생 조건을 고려하여 모르타르의 재료특성을 검토하였다. 또한 이를 통해 얻어진 결과를 바탕으로 보수용 모르타르의 성능 증진에 적합한 급결제 종류 및 양생조건을 도출하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
따라서, 본 연구에서는 기존에 사용되고 있는 보수용 모르타르의 속경성과 강도증진을 위하여 급결제 종류 및 양생 조건을 고려하여 모르타르의 재료특성을 검토하였다. 또한 이를 통해 얻어진 결과를 바탕으로 보수용 모르타르의 성능 증진에 적합한 급결제 종류 및 양생조건을 도출하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
본 연구에서는 급결제 종류 및 양생조건을 고려한 보수용 모르타르의 재료적 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

실험변수는 급결제 종류와 양생조건으로 설정하였다. 급결제는 AL, AF, CA의 3종류로 구분하였으며, 양생조건은 20℃의 기건양생과 수중양생으로 구분하여 실험을 진행하였다. 보수용 모르타르의 재료특성을 평가하기 위해 응결 시간, 압축강도 및 휨강도, 부착강도를 측정하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통한 미세구조 관찰, 수은압입법(Mercury Intrusion Porosi metry, MIP)에 의한 공극구조의 분석을 수행하였다.
6으로 하였다. 급결제는 시멘트 단위중량 대비 6%를 첨가하였다.
1MPa에서 220MPa까지 가압하여 수은을 배출시키는 공정을 2회 연속 실시하여 세공의 형상 및 연속성의 영향으로부터 시험체 공극 내에 존재하는 수은량을 세공량으로 계산하였다. 또한 재령 3일이 경과되어 절단을 통해 채취한 소정의 시험체를 주사전자현미경을 활용한 미세구조 관찰을 실시하였다.
급결제는 AL, AF, CA의 3종류로 구분하였으며, 양생조건은 20℃의 기건양생과 수중양생으로 구분하여 실험을 진행하였다. 보수용 모르타르의 재료특성을 평가하기 위해 응결 시간, 압축강도 및 휨강도, 부착강도를 측정하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통한 미세구조 관찰, 수은압입법(Mercury Intrusion Porosi metry, MIP)에 의한 공극구조의 분석을 수행하였다.
또한, 기존 연구[8,9]로부터 강도변화와 상관관계가 있다고 여겨지는 세공영역의 세공량과 미세구조의 변화를 확인하였다. 분석에 이용한 시험체는 소정의 재령에 있어 샘플을 채취하여 5㎜의 입방체로 절단한 후 1주일간 에탄올 치환에 의한 수화정지 및 D-dry법에 의한 건조를 1일간 실시한 후 수은압입법에 의한 세공분포를 측정하였으며, 0.1MPa에서 220MPa까지 가압하여 수은을 배출시키는 공정을 2회 연속 실시하여 세공의 형상 및 연속성의 영향으로부터 시험체 공극 내에 존재하는 수은량을 세공량으로 계산하였다. 또한 재령 3일이 경과되어 절단을 통해 채취한 소정의 시험체를 주사전자현미경을 활용한 미세구조 관찰을 실시하였다.
Table 3에 급결제의 종류와 양생조건에 따른 보수용 모르타르의 재료특성을 검토하기 위한 실험계획을 나타내었다. 실험변수는 급결제 종류와 양생조건으로 설정하였다. 급결제는 AL, AF, CA의 3종류로 구분하였으며, 양생조건은 20℃의 기건양생과 수중양생으로 구분하여 실험을 진행하였다.

대상 데이터

Table 1에 실험에 사용된 속경성시멘트 URHC(Ultra rapid hardening cement)와 분말형 급결제 CA의 물리적 성질을 나타내었다. 사용된 잔골재는 밀도 2.50g/cm³ , 흡수율 2.60%의 ISO 676에 준하는 표준사를 사용하였다.
Table 4에는 실험에 사용된 보수용 모르타르의 배합을 나타내었다. 실험에 사용된 모르타르/물비(W/M)는 17%, 결합재와 잔골재의 중량비(S/B)는 1 : 1.6으로 하였다. 급결제는 시멘트 단위중량 대비 6%를 첨가하였다.
Table 2에는 실험에 사용된 급결제의 주요성분 및 특성을 나타내었다. 알루미네이트계(AL) 급결제와 알칼리프리계(AF) 급결제는 국내 A사에서 제조된 액상형을 사용하였으며, 칼슘알루미네이트계(CA) 급결제는 국내 J사에서 생산된 분말형을 사용하였다.

이론/모형

압축강도는『KS L 5105 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법』에 따라 50×50×50mm 크기의 시험체를 제작한 후 재령 1, 3, 7, 28일에 평가하였다.
응결시간은『KS F 2436 관입 저항침에 의한 콘크리트의 응결시간』시험방법에 따라 측정하였으며, 응결 값의 기준은 한국콘크리트학회 규준(KCI SC-102) “숏크리트용 급결제 품질규격”을 사용하였다[7].

성능/효과

1) 급결제의 종류에 따른 모르타르의 응결시간 단축 성능과 압축강도 성능은 CA시험체가 품질기준을 상회하는 값으로 가장 우수하였다.
2) 모르타르의 압축강도 결과 재령 1일의 경우 CA＞AF＞AL＞Plain 순이며, 재령 3일은 CA＞Plain＞AF＞AL 순으로 28일 이후에서도 CA 시험체가 가장 높게 나타나 보수·보강 시 시멘트 광물계 급결제의 사용이 유리할 것으로 판단된다.
3) 양생조건에 따른 압축강도 시험결과 재령 초기에는 수분의 영향으로 수중양생 시험체의 다소 높은 경향을 나타냈으나, 재령 28일에서는 차이가 거의 없어 양생조건에 따른 압축강도는 영향이 없는 것으로 판단된다.
AL의 경우 초결 3분10초, 종결 3분58초, AF의 경우 초결 5분, 종결 7분50초로 모두 기준에 만족되고 있으며, CA의 경우 초결 2분50초, 종결 3분10초로 AL 및 AF와 비교하여 응결시간의 단축되는 효과가 뛰어난 것으로 나타났다. 이는 기존 연구결과와 같이 CA(시멘트광물계 급결제)가 물과 반응한 수화 초기 알루미네이트와 황산이온으로 구성된 비정질계 침상형 Ettringite가 다량 생성되는 공극 수복효과의 영향으로 예상되며, 이로 인해 CA의 초결 시간과 종결 시간이 AL대비 12%, AF대비 91% 단축되는 효과를 나타내는 것으로 판단된다[10].
결과적으로 전체 공극률은 CA시편이 0.085mL/g에서 0.011mL/g로 감소할 때 AL시험편은 0.041mL/g에서 0.027mL/g로 감소되므로 CA페이스트의 매크로 공극구조가 5∼15μm의 범위의 결정크기를 갖는 Ettringite에 의해 충전된 효과로 판단된다.
또한, Plain시험체를 기준으로 재령 28일에서의 급결제를 사용한 시험체의 압축강도 발현율을 검토한 결과, 기건양생 의 경우 강도확보율은 AL 69.8%, AF 79.9%, CA 91.8%이며, 수중양생의 경우는 AL 68.7%, AF 76.7%, CA 89.5%의 결과를 나타내고 있어 전반적으로 Plain 대비 CA의 강도 발현율은 90%이상의 높은 결과를 나타내고 있어 Plain 대비 50∼80% 강도발현 수준을 보이는 다른 급결제와 비교할 시 CA사용을 통한 강도확보가 유리할 것으로 판단된다.
Figure 1은 급결제 종류에 따른 보수용 모르타르의 응결시간 측정결과를 나타낸 것이다. 모든 급결제에서 대체적으로 5분 이내에 초결과 15분 이내 종결이 이루어져 KCISC-102 규준을 만족하였다. 급결제를 사용하지 않은 Plain의 경우 초결 : 12분, 종결 : 34분으로 응결시간이 KCI SC-102 규준에 도달하지 못하였다.
급결제를 사용하지 않은 Plain의 경우 초결 : 12분, 종결 : 34분으로 응결시간이 KCI SC-102 규준에 도달하지 못하였다. 반면 급결제 사용에 따른 응결시간 단축은 더욱 두드러지게 나타나며, 재령 초기 AF의 경우 품질기준에는 도달하나 CA 및 AL과 비교하여 응결시간 단축효과가 상대적으로 적은 것으로 나타났다.
027mL/g로 감소되므로 CA페이스트의 매크로 공극구조가 5∼15μm의 범위의 결정크기를 갖는 Ettringite에 의해 충전된 효과로 판단된다. 전체 공극률의 증가는 SEM 분석과 상관관계를 보이고 있으며, CA＞AL＞AF 시험체 순으로 미세공극률의 증가 경향이 관찰되고 있어 압축강도 경향과 유사한 시험체 내부 다수의 공극형성이 강도감소와 연관됨을 알 수 있다. 다만 실험에 사용된 모르타르는 물질 특유의 불균질한 조직을 갖고 있으므로 미세공극의 측정에서 얻어진 측정값은 이보다 더 작은 수 마이크로 단위의 극소량이므로 성능발현을 판단하는데 있어 미세공극 데이터는 참고 값으로 사용하고자 한다.
전체적으로 기건 양생조건 보다 수중양생 조건의 시험체가 1∼3% 높게 나타나며, 급결제가 사용된 시험체 중 CA가 가장 높게 나타났다.
Figure 6은 양생조건에 따른 28일 재령 부착강도 측정결과를 나타낸 것이다. 전체적인 결과에서 CA시험체의 부착강도가 Plain과 AL, AF 측정값과 비교하여 1MPa이상 높은 결과를 보이고 있으며, 특히 수중양생 조건에서의 부착강도가 Plain 대비 1.83%, AL대비 1.37%, AF대비 1.72% 높은 값을 보이고 있어 분말형 급결제의 수분공급에 따른 강도 증진효과를 예상할 수 있다.
Figure 9와 Figure 10에 급결제 종류별 양생조건에서 미세 공극분포 결과를 나타내었다. 전체적인 공극 분포량은 재령초기 1일에서 3일에 발생되는 전이공극(Transitional pores)에 의해 지배됨이 확인 되었다.
Plain 시험체를 제외한 대부분에서 10nm∼100㎚ 범위의 모세관 공극(Micro capillary pores)에 대부분 분포되는 특성을 보이고 있다[14]. 특히, 기건양생의 경우 미세 공극분포 결과를 나타낸 것으로서 CA가 사용된 시험체에서는 Micro capillary pores 즉 10nm이상의 미세공극 범위에서 다량의 공극이 분포되는 것으로 나타났다. 이는 시멘트의 수화반응을 통해 생성된 1차 모세관공극 내에서 급결제의 전이로 인한 2차 미세 공극감소가 진행된 것으로 판단된다[15].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철근콘크리트로 조성된 도로구조물에 과도한 제설재 사용에 따른 현상은?	최근 철근콘크리트로 조성된 도로구조물에 과도한 제설재 사용으로 열화와 균열에 의한 노후화가 진행되어 구조물의 내력 안전성이 상실되고 있다. 이에 대한 대책으로 노후 콘크리트 구조물에 대한 보수․보강이 행해지고 있으나, 기존 보수모르타르 대부분 타설 후 경화까지 5시간 이상의 낮은 응결성능을 보이고 있어 단시간 작업이 요해지는 지하 용수부 또는 하중․충격이 지속적으로 발생되는 차량 통행 구간에서 보수 후 모르타르가 박락되는 문제가 나타나고 있다[1].
	알칼리 이온의 함유량을 1% 이하로 감소시킨 급결제로 인체 유해성이 적고 강도가 우수한 것은 무엇인가?	무기염계에는 알카리 알루미네이트가 있으나 인체유해성 등의 문제로 그 사용량이 감소되는 추세이다. 알카리프리계는 알칼리 이온의 함유량을 1% 이하로 감소시킨 급결제로 인체 유해성이 적고 강도가 우수하여 시멘트광물계 급결제와 함께 사용이 증가되는 추세이다[3].
	숏크리트용 급결제 중 최근 사용이 증가하는 것은?	무기염계에는 알카리 알루미네이트가 있으나 인체유해성 등의 문제로 그 사용량이 감소되는 추세이다. 알카리프리계는 알칼리 이온의 함유량을 1% 이하로 감소시킨 급결제로 인체 유해성이 적고 강도가 우수하여 시멘트광물계 급결제와 함께 사용이 증가되는 추세이다[3].

저자의 다른 논문 :

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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].

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