[논문]플라이애시와 폐인조대리석 골재를 사용한 경량 뿜칠 모르타르

김득모

doi:10.14190/mrcr.2019.14.3.017

플라이애시와 폐인조대리석 골재를 사용한 경량 뿜칠 모르타르
Light-Weight Sprayed Mortar Using Fly Ash and Waste Artificial Marble Waste 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.14 no.3, 2019년, pp.17 - 25

김득모 (대호산업개발)

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표/그림 (28)

표 [표 1] 경량 골재의 종류와 주요 소재
표 [표 2] 본 기술개발의 주요 핵심
그림 그림 1. 본 기술 개발의 공법 개요 및 기술 개발 목표
표 [표 3] 고칼슘 플라이애시의 성분
표 [표 4] 폐인조대리석 치환 실험
표 [표 5] 고칼슘 플라이애시의 시멘트 혼입 특성 평가
표 [표 6] 고칼슘플라이애시를 사용한 CSA 특성
표 [표 7] 저중량 뿜칠형 보수 모르타르의 배합
그림 그림 2. 폐인조대리석의 치환율에 따른 압축강도
그림 그림 3. 규사 6호사의 치환율에 따른 압축강도
그림 그림 4. 고칼슘플라이애시 치환율에 따른 압축강도
그림 그림 5. 고칼슘플라이애시 치환율에 따른 휨강도
그림 그림 7. 고칼슘플라이애시를 사용한 CSA의 휨강도
그림 그림 6. 고칼슘플라이애시를 사용한 CSA의 응결시간
그림 그림 8. 고칼슘플라이애시를 사용한 CSA의 압축강도
그림 그림 9. Flow
그림 그림 10. 점도 특성
그림 그림 11. 보수재료의 응결시간
그림 그림 12. 보수재료의 압축강도
그림 그림 13. 보수재료의 휨강도
그림 그림 14. 보수재료의 부착강도특성(상온 및 온냉 반복 특성)
그림 그림 15. 개발 모르타르의 수축균열 저항성 시험 결과
그림 그림 16. 균열저항성 시험체
표 [표 8] 시험체 배합
표 [표 9] 모르타르의 수축 균열저항성 시험 결과
표 [표 10] 모르타르의 수축 균열저항성 시험 결과
표 [표 11] 염화물 침투 깊이 및 확산계수 결과
표 [표 12] 내화학성 실험 결과

AI 본문요약
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문제 정의

본 기술개발은 고칼슘 플라이애시와 폐인조석 골재를 사용한 뿜칠형 보수 모르타르를 개발하기 위한 것으로 현장에서의 사용성을 기준으로 한 작업성을 판별하기 위한 점도 특성, 온도조건별 부착강도, 물흡수계수, 온랭반복에 의한 부착강도, 내충격성, 잔갈림특성, 열분석, 공극구조 분석, XRD분석, 수화열 특성, 길이변화 특성을 검토하고자 하였다.
본 기술개발의 목표는 고칼슘 플라이애시와 폐인조대리석 골재를 사용한 경량형의 보수 모르타르 개발이다. 구체적으로 산업부산물로 사용가치가 낮은 고칼슘플라이애시를 사용하여 고가의 CSA를 절감할 수 있는 기술과 폐인조대리석을 파쇄하여 표준화된 골재로 선별하여 고 가의 규사, 인공 경량 골재, 마이크로 비즈를 대체할 수 있다는 점이다.

제안 방법

건조수축 균열 실험은 4가지의 모르타르의 배합을 선정하여 수행하였다. 개발된 제품과 일반 모르타르, T사 모르타르, S사 모르타르 4가지 배합에 관하여 실험을 실시, 비교평가를 수행하였다. 모르타르의 건조수축 시험 확인결과, 모르타르는 총 수축 균열에 미치는 영향은 크지 않다는 것이 확인되었다.
시멘트는 KS L 5201에 따라 국내 S사에서 생산한 1종 보 통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement; 이하 OPC라 함)를 사용하였다. 또한 CSA를 대체하기 위한 방안으로 CAC를 기본 골격으로 한 CSA를 제조하기 위하여 CaO 함량이 약 30 % 규격의 30-CAC를 사용하였다. 골재는 천연규사, 폐인 조석 골재를 사용하였다.
먼저 각 배합을 생산하기 위한 비율은 폐인조대리석을 치환하여 실험을 수행하였으며, 두 번째는 고칼슘플라이애시를 시멘트에 혼입할 경우의 수화 특성을 평가하였다. 이후 고칼 슘플라이애시를 사용하여 CSA를 제조한 뒤 이를 활용하여 저중량 뿜칠형 보수 모르타르의 배합을 도출하였다.
먼저 각 배합을 생산하기 위한 비율은 폐인조대리석을 치환하여 실험을 수행하였으며, 두 번째는 고칼슘플라이애시를 시멘트에 혼입할 경우의 수화 특성을 평가하였다. 이후 고칼 슘플라이애시를 사용하여 CSA를 제조한 뒤 이를 활용하여 저중량 뿜칠형 보수 모르타르의 배합을 도출하였다.

대상 데이터

건조수축 균열 실험은 4가지의 모르타르의 배합을 선정하여 수행하였다. 개발된 제품과 일반 모르타르, T사 모르타르, S사 모르타르 4가지 배합에 관하여 실험을 실시, 비교평가를 수행하였다.
또한 CSA를 대체하기 위한 방안으로 CAC를 기본 골격으로 한 CSA를 제조하기 위하여 CaO 함량이 약 30 % 규격의 30-CAC를 사용하였다. 골재는 천연규사, 폐인 조석 골재를 사용하였다. 천연 규사의 입도는 6호 규사와 7호 규사를 사용하였으며, 입경 범위는 0.
본 실험을 위한 배합은 크게 4개의 Series로 구성된다.
시멘트는 KS L 5201에 따라 국내 S사에서 생산한 1종 보 통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement; 이하 OPC라 함)를 사용하였다. 또한 CSA를 대체하기 위한 방안으로 CAC를 기본 골격으로 한 CSA를 제조하기 위하여 CaO 함량이 약 30 % 규격의 30-CAC를 사용하였다.
골재는 천연규사, 폐인 조석 골재를 사용하였다. 천연 규사의 입도는 6호 규사와 7호 규사를 사용하였으며, 입경 범위는 0.14~0.3mm의 크기를 갖는 것을 사용하였다. 분산제는 나프탈렌계 분말 분산제를 사 용하였다.
분산제는 나프탈렌계 분말 분산제를 사 용하였다. 화학첨가제는 메틸셀룰로오스와 D사의 DA-1364 로 St-Acryl타입의 아크릴에멀젼 제품을 사용하였다.

성능/효과

모르타르의 건조수축 시험 확인결과, 모르타르는 총 수축 균열에 미치는 영향은 크지 않다는 것이 확인되었다. AASHTO PP34-99 시험법에 준하여 모르타르의 균열저항성 시험 결과, 내부 수축량과 외부 수축량의 차이로 인하여 비교군의 일반 모르타르는 균열이 발생하였으며, 본 연구에서 개발된 모르타르는 균열이 발생하지 않는 것으로 확인되었다.
NT Build 492의 시험방법에 준하여 실시한 염화물 침투 저항성 실험의 결과, 일반 모르타르에 비해 기존제품 및 개발제품의 확산계수가 작은 것으로 나타났다. 내화학성 평가에서도 28일간 알칼리 용액과 산성 용액에 침지한 시험체의 압축강도를 측정한 결과, 모든 시험체가 KS F 4041의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
3일 재령에서 CSA를 사용하지 않은 경우 기준 배합보다 압축강도가 낮은 것으로 나타났다. 개발 CSA를 사용함에 따라 압축강도가 증가하는 형태로 나타났으며, 5 %에서부터 기준 시험체보다 높은 강도를 보이는 것으로 나타났다. 타사 제품과 비교하였을 경우에도 초기 강도는 높은 것으로 나타났으며, 28일 재령에서 타사 B보다 높은 강도를 구현하는 것으로 나타났다.
기준 시험체와 고로슬래그를 혼입한 시험체를 비교하여 보면 고로슬래그를 혼입한 경우 부착강도가 우수한 것으로 나타났다. 개발 CSA를 혼입한 경우의 부착강도는 DA3에서 최대인 것으로 나타났으며, 최대 2.5 N/mm² 로 나타났다. 온냉 반복시험에서는 강도저감율이 큰 것으로 나타났으나 대체로 기준 배합 및 타사A와 타사B보다 높은 강도를 나타내었다.
보수 재료의 플로우는 큰 차이를 보이지 않았으나 아래 그림과 같이 점도특성에서는 다른 특성을 가지는 것으로 나타났다. 개발 제품의 점도는 초기에 낮은 것으로 나타났으나, 개발 CSA의 사용량이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 이는 개발 CSA의 수화촉진에 의해 점도가 증진되는 것으로 판단된다.
기준 시험체와 고로슬래그를 혼입한 시험체의 장기 재령에서의 휨강도를 비교한 결과 고로슬래그를 혼입한 시험체의 휨강도가 높은 것으로 나타났다. 개발CSA를 5 % 이상 혼입한 시험체의 장기재령에서의 휨강도는 8 MPa이상인 것으로 나타났다. 타사 제품과 비교하였을 때 높은 강도를 나타내었으며, 특히 경량 제품인 타사 B보다 높은 강도를 나타내어 물리적 성능이 우수한 것으로 나타났다.
고칼슘 플라이애시를 사용한 CSA를 사용한 경우에는 알루미나 시멘트만을 사용한 경우에 비하여 고칼슘플라이애시 30%를 사용한 경우에 가장 높은 휨강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다. 여기에 대하여 칼슘포매이트 2 %를 혼입한 경우초기 강도 및 장기 강도에서 높은 강도를 나타내었다.
알루미나 시멘트에 대하여 고칼슘플라이애시를 혼입한 경우에는 초결시간이 증가하는 것으로 나타났다. 고칼슘플라이애시 내의 석고 성분 중 황산염으로 인해 알루미나 성분의 수화를 지연하고 칼슘설포알루미네이트로 전환되면서 응결을 지연시켜주는 역할을 하는 것으로 판단되었다. 칼슘포매이트를 사용한 경우에는 초결시간이 단축되는 것으로 나타났으며, 종결시간도 급격하게 감소하는 것으로 나타났다.
고칼슘플라이애시를 사용하여 CSA를 제조하기 위하여 알루미나 시멘트에 대하여 고칼슘플라이애시를 혼입한 경우에는 작업성은 큰 변화를 보이지 않는 것으로 나타났다. 칼슘포매이트를 혼입한 경우에는 작업성이 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 칼슘포매이트의 작용기인 카르복실산에 의해 유동성이 증가하는 것으로 판단되었다.
고칼슘플라이애시를 혼입한 모르타르 개발을 위한 각 실험 배합의 플로값을 측정한 결과, 고칼슘플라이애시를 혼입한 모르타르의 플로값이 110∼175 mm 정도로 나타나 보수모르타르의 유동성이 저하하는 특성이 있는 것으로 나타났다.
기준 시험체와 고로슬래그를 혼입한 시험체를 비교하여 보면 고로슬래그를 혼입한 경우 부착강도가 우수한 것으로 나타났다. 개발 CSA를 혼입한 경우의 부착강도는 DA3에서 최대인 것으로 나타났으며, 최대 2.
기준 시험체와 고로슬래그를 혼입한 시험체의 장기 재령에서의 휨강도를 비교한 결과 고로슬래그를 혼입한 시험체의 휨강도가 높은 것으로 나타났다. 개발CSA를 5 % 이상 혼입한 시험체의 장기재령에서의 휨강도는 8 MPa이상인 것으로 나타났다.
단위용적질량 시험 결과 고칼슘플라이애시를 치환한 경우 모르타르의 단위용적질량인 2,200 kg/m³에 대해서 일반 보수 모르타르의 경우 2,100～2,300kg/m³ 의 단위용적질량을 나타내었다. 또한, 고칼슘플라이애시를 혼입한 모르타르의 흡수율 은 12.
단위용적질량 시험 결과 폐인조대리석을 치환한 경우의 2,100～2,300 kg/m³ 의 단위용적질량을 나타내었다. 또한, 폐 인조석의 경우 흡수율은 12.
개발된 제품과 일반 모르타르, T사 모르타르, S사 모르타르 4가지 배합에 관하여 실험을 실시, 비교평가를 수행하였다. 모르타르의 건조수축 시험 확인결과, 모르타르는 총 수축 균열에 미치는 영향은 크지 않다는 것이 확인되었다. AASHTO PP34-99 시험법에 준하여 모르타르의 균열저항성 시험 결과, 내부 수축량과 외부 수축량의 차이로 인하여 비교군의 일반 모르타르는 균열이 발생하였으며, 본 연구에서 개발된 모르타르는 균열이 발생하지 않는 것으로 확인되었다.
본 기술 개발을 통해 개발된 저중량 보수 모르타르의 물리적 성능 및 내구성능을 평가한 결과 개발 CSA를 5% 혼입하고 폐인조석 골재를 50 %치환한 시험체에서 기존 제품보다 높은 물리적 성능을 나타내었다. 이 시험체와 타사 제품과 비교 시험평가한 결과 염화물 침투 저항성은 유사한 저항성을 갖는 것으로 나타났으며, 수축저항성 확보, 우수한 내화학성을 확보하였다 .
일반형의 타사 A제품의 경우 단위용적중량이 2,300대로 나타났으며, 경량형의 타사B의 경우 개발 제품과 유사한 형태로 나타났다. 본 기술개발에서 사용된 저비중을 갖는 폐인조석 골재와 함께 고로슬래그를 사용함에 따라 단위용적중량 감소효과가 큰 것으로 판단된다.
의 단위용적질량인 것으로 기존 대비 10%이상 저감하는 것이 가능하였다. 본 실험에서 실시한 폐인조석의 경우 흡수율은 12.28～14.86%, 규사6호사의 경우 12.17～ 15.05%를 나타내었다. 폐인조대리석을 각각 10, 20, 30, 40, 50% 치환한 골재의 경우 플로값이 170∼200 mm 정도로 나타나 보수모르타르의 유동성에 우수한 것으로 나타났으며, 작업성을 위한 가사시간 확보에 있어서 문제가 없는 것으로 나타났다.
폐인조대리석를 혼입한 모르타르 개발을 위한 각 실험배합의 플로값을 측정한 결과, 폐인조대리석을 각각 10, 20, 30, 40, 50 % 치환한 골재의 경우 플로값이 170∼200 mm 정도 로 나타나 보수모르타르의 유동성에 우수한 것으로 나타났으며, 작업성을 위한 가사시간 확보에 있어서 문제가 없는 것으로 나타났다. 압축강도 시험결과, KS F 4042(콘크리트구조 물 보수용 폴리머시멘트 모르타르)의 기준 20MPa 보다 높게 나타나 우수한 것으로 판단된다.
폐인조대리석를 혼입한 모르타르 개발을 위한 각 실험배합의 플로값을 측정한 결과, 폐인조대리석을 각각 10, 20, 30, 40, 50 % 치환한 골재의 경우 플로값이 170∼200 mm 정도 로 나타나 보수모르타르의 유동성에 우수한 것으로 나타났으며, 작업성을 위한 가사시간 확보에 있어서 문제가 없는 것으로 나타났다. 압축강도 시험결과, KS F 4042(콘크리트구조 물 보수용 폴리머시멘트 모르타르)의 기준 20MPa 보다 높게 나타나 우수한 것으로 판단된다.
5 N/mm² 로 나타났다. 온냉 반복시험에서는 강도저감율이 큰 것으로 나타났으나 대체로 기준 배합 및 타사A와 타사B보다 높은 강도를 나타내었다. DA5의 경우 부착강도가 저감되는 현상을 보이고 있는데 이는 부착면의 앵커링 면에서 팽창량이 큰 시험체로 인해 부착면의 앵커링이 감소되기 때문으로 판단된다.
본 기술 개발을 통해 개발된 저중량 보수 모르타르의 물리적 성능 및 내구성능을 평가한 결과 개발 CSA를 5% 혼입하고 폐인조석 골재를 50 %치환한 시험체에서 기존 제품보다 높은 물리적 성능을 나타내었다. 이 시험체와 타사 제품과 비교 시험평가한 결과 염화물 침투 저항성은 유사한 저항성을 갖는 것으로 나타났으며, 수축저항성 확보, 우수한 내화학성을 확보하였다 .
알루미나 시멘트에 대하여 고칼슘플라이애시를 혼입한 경우 알루미나 시멘트 대비 30% 치환시 가장 높은 강도를 나타내었다. 칼슘포매이트를 20% 치환한 경우 가장 높은 강도를 나타내는 것으로 나타나 최적 배합은 알루미나 시멘트 50%, 칼슘포매이트 20%, 고칼슘플라이애시 30%를 사용하였을 경우 가장 높은 성능을 확보할 수 있었다.
고칼슘플라이애시 내의 석고 성분 중 황산염으로 인해 알루미나 성분의 수화를 지연하고 칼슘설포알루미네이트로 전환되면서 응결을 지연시켜주는 역할을 하는 것으로 판단되었다. 칼슘포매이트를 사용한 경우에는 초결시간이 단축되는 것으로 나타났으며, 종결시간도 급격하게 감소하는 것으로 나타났다.
칼슘포매이트를 혼입한 경우에는 작업성이 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 칼슘포매이트의 작용기인 카르복실산에 의해 유동성이 증가하는 것으로 판단되었다.
개발 CSA를 사용함에 따라 압축강도가 증가하는 형태로 나타났으며, 5 %에서부터 기준 시험체보다 높은 강도를 보이는 것으로 나타났다. 타사 제품과 비교하였을 경우에도 초기 강도는 높은 것으로 나타났으며, 28일 재령에서 타사 B보다 높은 강도를 구현하는 것으로 나타났다.
개발CSA를 5 % 이상 혼입한 시험체의 장기재령에서의 휨강도는 8 MPa이상인 것으로 나타났다. 타사 제품과 비교하였을 때 높은 강도를 나타내었으며, 특히 경량 제품인 타사 B보다 높은 강도를 나타내어 물리적 성능이 우수한 것으로 나타났다.
폐인조대리석를 혼입한 모르타르 개발을 위한 각 실험배합의 플로값을 측정한 결과, 폐인조대리석을 각각 10, 20, 30, 40, 50 % 치환한 골재의 경우 플로값이 170∼200 mm 정도 로 나타나 보수모르타르의 유동성에 우수한 것으로 나타났으며, 작업성을 위한 가사시간 확보에 있어서 문제가 없는 것으로 나타났다.
폐인조대리석을 각각 10, 20, 30, 40, 50% 치환한 골재의 경우 플로값이 170∼200 mm 정도로 나타나 보수모르타르의 유동성에 우수한 것으로 나타났으며, 작업성을 위한 가사시간 확보에 있어서 문제가 없는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순환 유동층 연소방식의 장점은?	유연탄보다 아래 단계인 아역청탄의 경우 석탄 연소 시간이 비교적 짧은 미분탄 연소방식에는 적합하지 않다. 이에 반해 순환 유동층 연소방식은 연료의 종류, 회분, 수분 함유량 등이 변하여도 연소에 미치는 영향이 적고, 미분탄 연소 등 기존 연소로에는 적합하지 않은 고유황탄, 저품위탄, 폐기물 등 모든 가연성물질에 대하여 광범위한 원료 사용이 가능하다. 또한, 연소로 온도를 약 900 ℃ 정도로 유지하여 질소산화 물 생성을 억제할 수 있고, 석회석으로 노내에서 직접 탈황할 수도 있는 등의 장점 때문에 현 재 순환유동층 연소방식의 화력발전소가 점점 증가하는 추세에 있다.
	CSA를 대체하기 위한 방안은 무엇인가?	시멘트는 KS L 5201에 따라 국내 S사에서 생산한 1종 보 통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement; 이하 OPC라 함)를 사용하였다. 또한 CSA를 대체하기 위한 방안으로 CAC를 기본 골격으로 한 CSA를 제조하기 위하여 CaO 함량이 약 30 % 규격의 30-CAC를 사용하였다. 골재는 천연규사, 폐인 조석 골재를 사용하였다.
	사회간접시설과 신도시 개발사업 등의 활발한 건설사업의 문제점은?	우리나라에서는 1970년대 이후의 급속한 경제발전에 발맞추어 고속도로, 고속전철, 댐, 및 발전소 등과 같은 사회간접시설과 신도시 개발사업 등의 활발한 건설사업이 진행되었다. 그러나 이러한 급격한 건설 산업의 양적인 확장에도 불구하고 구조물의 유지관리 및 보수․ 보강 분야는 상대적으로 소홀히 다루어져 왔으며 급기야는 1990년대에 이르러 대형시설물의 안 전사고로 이어져 수많은 국민의 생명과 막대한 경제적 손실을 초래하게 되었다.

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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