[논문]CaAl2O4-CaAl4O7 혼입 포틀랜드 시멘트 결합재의 염소이온 고정 특성

한재도; 이윤수; 이한승

doi:10.11112/jksmi.2020.24.4.1

CaAl2O4-CaAl4O7 혼입 포틀랜드 시멘트 결합재의 염소이온 고정 특성
Chloride Binding Properties of Portland Cement Binder Incorporating CaAl2O4-CaAl4O7 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.4, 2020년, pp.1 - 9

한재도 (한양대학교 건축시스템공학과) , 이윤수 (한양대학교 건축시스템공학과) , 이한승 (한양대학교 ERICA 공학대학 건축학부)

초록
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본 연구는 철근콘크리트 구조물의 염해 내구성 향상의 일환으로써, 보통 포틀랜드 시멘트에 실험체별 다른 비율의 칼슘 알루미네이트 시멘트와 합성 CA₂를 혼입하여 혼입 비율에 따른 염소이온 고정능력을 평가하였다. 침지 후 실험체의 물리·화학적 특성을 압축강도, 공극 구조, 수화물 분석으로 염소이온침투깊이를 EPMA를 통하여 고찰하였다. 클링커 조성에 CA가 34%미만일 경우 실험체의 조밀성이나 강도 발현 양상이 구조재료로서 사용 제한이 없을 것이라고 판단되었으며 CAC와 CA₂를 5:5비율로 혼입하여 실험체에 치환한 실험체가 CAC 혹은 CA₂만 치환한 실험체보다 염소이온 침투억제능력 과 AFm상 및 프리델 염 생성이 높은 것으로 확인할 수 있었다. 결과적으로, 시멘트 페이스트 대비 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 일반적으로 염소이온 고정능력이 향상하였고, CA-CA₂비율에 따라 염소이온 고정 능력 및 염소이온 침투억제 능력에 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 실험 범위 내에서 CA-CA₂비율이 39:60이며 시멘트 페이스트 대비 10% 치환한 실험체인 M 10 가 가장 우수한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study conducted to understand effects of CA (CaAl2O4) and CA2 (CaAl4O7) ratio on chloride binding ability and compressive strength and pore structure of cement mortar incorporating mixture of CA and CA2. The Portland cement based specimens were mixed with the clinkers CA and CA2, and these calcium aluminate clinker mixture were replaced 0, 5, 10% by weight of cement. After all the test specimens were cured for 28 days under water curing, they were immersed in the distilled water and NaCl solution. As a result, 28 days compressive strength of all specimens was similar, and As the replacement ratio of calcium aluminate clinker in the specimen increased, Friedel's salt production tended to increase. However, it was dependent on the amount of Al2O3 in the level of 5% replacement and CA ratio in the level of 10% replacement. Through equilibrium isotherm result, it was also indicated that as replacement ratio of calcium aluminate clinker in cement matrix increased, chloride binding capacity was improved, and chloride penetration was suppressed. In this study, the specimen replaced with 10% of the calcium aluminate clinker mixture (CA 39%, CA2 60%) was remarkable to control chloride attack. We figured out necessity to understand optimal CA/CA2 ratio to effectively apply CA2 as a sustainable building material by improving the chloride binding ability in Portland cement based system.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Structure of AFm
그림 Fig. 2 XRD pattern of synthesized CA₂
표 Table 1 Chemical composition of OPC and CAC.
표 Table 2 Physical properties of materials.
표 Table 3 Mix proportioning of specimens.
그림 Fig. 3 Compressive strength of cement mortar
그림 Fig. 4 Pore size distribution of cement mortar
그림 Fig. 5 XRD patterns of cement paste in each environment.
그림 Fig. 6 XRD patterns between 8° and 13°
그림 Fig. 7 DTG curves of cement paste in each environment
그림 Fig. 8 TG curves of cement paste in each environment
그림 Fig. 9 Chloride binding capacity fitted by Langmuir isotherm
그림 Fig. 10 Bound chloride contents of specimens by Al2O3 amount
그림 Fig. 11 ClCl^- mapping data by EPMA
표 Table 4 Parameter of Langmuir isotherm

AI 본문요약
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문제 정의

하지만, CA와 CA₂의 수화속도와 수화열에 차이가 크며 상호영향을 주기 때문에 단순하게 CA₂ 함량이 높은 CAC를 사용하는 것이 염소이온고정에 효과적이라고 할 수는 없다. 따라서 본 연구에서는 포틀랜드 시멘트 모르타르에 칼슘 알루미네이트 클링커를 혼입한 경우, CA-CA₂비율에 따른 물리화학적 특성과 염소이온고정 능력을 평가하였다.
본 연구에서는 시멘트 내 칼슘 알루미네이트상 비율에 따른 염소이온고정 및 침투억제능력평가를 위한 물리·화학적 특성 분석과 침지실험을 진행하였다.
계산된 고정염화물량과 자유염화물량를 토대로 Langmuir isotherm를 이용하여 실험체의 염소이온 고정능력이 평가되었다. 일반적으로 고정염화물량과 잔류염소이온농도의 등온 흡착선은 Langmuir isotherm혹은 Freundlich isotherm으로 나타내는데 시멘트 계열 재료와 그 다양한 수화생성물이 각기 다른 염소이온 고정량을 나타내기 때문에 실험체들의 AFm 상에 의한 염소이온고정능력을 평가하기 위해 본 연구에서는 Langmuir isotherm만을 선택해서 실험에 적용하였다.

제안 방법

계산된 고정염화물량과 자유염화물량를 토대로 Langmuir isotherm를 이용하여 실험체의 염소이온 고정능력이 평가되었다. 일반적으로 고정염화물량과 잔류염소이온농도의 등온 흡착선은 Langmuir isotherm혹은 Freundlich isotherm으로 나타내는데 시멘트 계열 재료와 그 다양한 수화생성물이 각기 다른 염소이온 고정량을 나타내기 때문에 실험체들의 AFm 상에 의한 염소이온고정능력을 평가하기 위해 본 연구에서는 Langmuir isotherm만을 선택해서 실험에 적용하였다.
분석은 20℃부터 1000℃까지 승온 속도 10℃/min로 진행되었으며 온도별 수화물의 질량손실에 따라 그 양을 파악하였다. 또한, 수화물의 상 분석을 위해 XRD분석이 진행되었다. 5˚~70˚ 범위에서 스캔속도 5˚/min로 측정되었다.
또한, 염소이온침투고정특성을 파악하기 위하여 28일 양생된 시멘트 모르타르 실험체의 침투면을 제외한 5면에 에폭시를 도포한 후 각각 28일 동안 실험체의 10배 체적의 3 wt% NaCl수용액에 침지하였다. 침지 28일후 실험체는 미세커팅기로 절단되어 EPMA (Electron probe micro analysis)를 통해 침투깊이에 따른 고정염화물농도 매핑분석이 진행되었다.
수화물의 정량분석을 위해 TGA (Thermogravimetric analysis)분석이 진행되었다. 분석은 20℃부터 1000℃까지 승온 속도 10℃/min로 진행되었으며 온도별 수화물의 질량손실에 따라 그 양을 파악하였다. 또한, 수화물의 상 분석을 위해 XRD분석이 진행되었다.
56 mm로 체가름 되어 사용되었다. 분쇄된 실험체는 수준별로 4 g씩 계량하여 28일 동안 수산화칼슘을 포화한 NaCl수용액 40 ml에 침지되었으며 염소이온농도수준은 0.1, 0.3, 0.5, 1 mol/L로 설정되었다. 침지 28일후 염소이온수 용액1 ml 계량되어 150 ml의 증류수에 희석되어 사용되었으며, 질산은 전위차 적정법을 이용해 잔류염소이온농도를 측정하였다.
시멘트 모르타르 실험체를 양생일자별로 1, 3, 7, 28일로 나누어 UTM(Universal Test Machine)을 사용하여 압축강도 테스트가 진행되었다. 모든 실험수준별로 KS L ISO 679에 따라 3개 시편씩 테스트하여 평균값을 산정하였다.
반면에, CA₂만 치환한 H5, H10의 실험체의 경우에는 급결 현상이 나타나지 않았으며 강도 저하가 크게 나타나지 않았다. 시멘트 모르타르 실험체의 압축강도 경향성은 이후에 MIP를 이용한 공극구조 분석을 통해 추가적으로 서술한다.
시멘트 모르타르 실험체의 경우 페이스트 배합에서 결합재와 잔골재비 1:3으로 배합되었다. 실험체 별 CA-CA₂의 비율은 CAC와 합성 CA₂를 혼합하여 L, H, M 세 가지 수준으로 설정하였으며 비율은 L (56:43), M (39:60), H (13:86)로 혼합물이 제작 되었다. 혼합된 칼슘알루미네이트 클링커 혼합물은 포틀랜드 시멘트에 치환하여 사용 되었으며, 실험체의 치환율은 0, 5, 10%로 제작 되었다.
실험체의 수화물 분석은 시멘트 페이스트 실험체를 통해 진행되었다. 28일 양생된 실험체는 분쇄되어 입도 0.
또한, 염소이온침투고정특성을 파악하기 위하여 28일 양생된 시멘트 모르타르 실험체의 침투면을 제외한 5면에 에폭시를 도포한 후 각각 28일 동안 실험체의 10배 체적의 3 wt% NaCl수용액에 침지하였다. 침지 28일후 실험체는 미세커팅기로 절단되어 EPMA (Electron probe micro analysis)를 통해 침투깊이에 따른 고정염화물농도 매핑분석이 진행되었다.
5, 1 mol/L로 설정되었다. 침지 28일후 염소이온수 용액1 ml 계량되어 150 ml의 증류수에 희석되어 사용되었으며, 질산은 전위차 적정법을 이용해 잔류염소이온농도를 측정하였다. 측정된 잔류염소이온농도를 통해 고정염화물량이 식(1)을 통해 계산되었다.
침지환경에 따른 수화생성물의 생성 및 소모 또한 상변화를 파악하기 위해 XRD분석을 진행하였다. Fig 5는 각각 증류수환경과 0.
본 연구에서는 시멘트 내 칼슘 알루미네이트상 비율에 따른 염소이온고정 및 침투억제능력평가를 위한 물리·화학적 특성 분석과 침지실험을 진행하였다. 칼슘 알루미네이트 비율 조성은 칼슘 알루미네이트 시멘트와 합성 CA₂를 통해 진행하였으며 압축강도 및 수은 압입법을 이용한 재료의 조밀성과 강도발현을 파악하고 수화물분석과 고정염화물량 측정을 통해 화학적 염소이온고정능력을 분석하였다. 이에 따른 본 연구의 결과는 다음과 같이 서술한다.
합성된 CA2는 Profex 프로그램을 활용한 XRD분석 (X-ray diffraction analysis, Rigaku D/Max-2500)으로 물질 조성에 대한 정량 분석을 실시하였다 (Döbelin, 2015).

대상 데이터

본 연구에서 시멘트 페이스트와 모르타르 실험체 제작을 위해 S사의 보통 포틀랜드 시멘트, U사의 칼슘 알루미네이트 시멘트 (CAC), 직접 합성한 CA₂가 사용 되었다. CAC와 합성된 CA₂는 실험체 내 CA-CA₂ 비율의 변수 제어를 위하여 혼합되어 사용되었다.
시멘트 모르타르 실험체는 KS L ISO 679에 따라 40 mm × 40 mm × 160 mm의 크기로 제작되었고, 시멘트 수화물 분석을 위해서 50 mm × 50 mm × 50 mm의 시멘트 페이스트 실험 체가 제작되었다.
%)은 약 56%의 CA와 43%의 CA₂로 합성된 CA₂의 물질 조성은 약 13%의 CA와 86%의 CA₂로 구성되었다. 시멘트 모르타르 실험체의 잔골재는 ISO 679 표준사를 사용하였다.
혼합된 칼슘알루미네이트 클링커 혼합물은 포틀랜드 시멘트에 치환하여 사용 되었으며, 실험체의 치환율은 0, 5, 10%로 제작 되었다. 직접 합성한 CA₂를 포함하는 M과 H 실험군의 경우에만 5% 치환된 실험체를 제작하였다. 혼입비의 경우, CAC의 상변화현상에 의한 강도발현 저하를 통제하기 위해 10% 이하 범위에서 진행하였다 (Cements, 1996; Ahn, 2014; Florea, 2012).
실험체 별 CA-CA₂의 비율은 CAC와 합성 CA₂를 혼합하여 L, H, M 세 가지 수준으로 설정하였으며 비율은 L (56:43), M (39:60), H (13:86)로 혼합물이 제작 되었다. 혼합된 칼슘알루미네이트 클링커 혼합물은 포틀랜드 시멘트에 치환하여 사용 되었으며, 실험체의 치환율은 0, 5, 10%로 제작 되었다. 직접 합성한 CA₂를 포함하는 M과 H 실험군의 경우에만 5% 치환된 실험체를 제작하였다.

이론/모형

시멘트 모르타르 실험체를 양생일자별로 1, 3, 7, 28일로 나누어 UTM(Universal Test Machine)을 사용하여 압축강도 테스트가 진행되었다. 모든 실험수준별로 KS L ISO 679에 따라 3개 시편씩 테스트하여 평균값을 산정하였다.
7 g씩 계량하여 24시간동안 acetone에 침지하여 수화정지하고 24시간동안 항온·항습챔버 (20±2℃, 10% RH)에서 건조 후 사용하였다. 수분이 완전히 제거된 실험체는 수은 압입법 (Mercury intrusion porosimetry)를 통해 공극 분석 진행되었다.
침지 후 실험체는 분쇄되어 직경 150 μm이하로 체가름 되어 분석에 사용되었다. 수화물의 정량분석을 위해 TGA (Thermogravimetric analysis)분석이 진행되었다. 분석은 20℃부터 1000℃까지 승온 속도 10℃/min로 진행되었으며 온도별 수화물의 질량손실에 따라 그 양을 파악하였다.

성능/효과

Fig. 5(b)에서도 염소이온 수용액환경에서 증류수환경과 마찬가지로 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 Ca(OH)₂ 피크가 감소하고 AFm상 피크가 증가하는 경향성을 나타냈다. 모든 실험체에서 AFt와 Ms의 피크가 나타나지 않았고 Cl-AFm피크가 크게 나타났다.
1) 재령 일에 따른 칼슘알루미네이트 클링커를 혼입한 모르타르의 압축강도실험 결과, 클링커 치환율이 증가함에 따라 실험체의 강도발현이 다소 감소하는 것을 확인할 수 있었다. L10실험체의 경우 초기강도발현저하가 크게 나타났으며.
기본적으로 OPC내 C₃A와 같은 칼슘 알루미네이트상이 프리델 염을 생성하지만 눈에 띄는 피크를 보이지 않아 그 양이 비교적 현저히 작은 것으로 판단되었다. 10% 치환한 실험체들의 경우 피크가 눈에 띄게 나타났지만 5% 치환한 실험체의 경우에서는 다소 피크가 작게 나타났다. H10이 L10과 M10에 비해 AFm상 피크가 작게 나타났는데 실험체 내 Al₂O₃의 양에 비례하여 AFm상 및 프리델 염 생성이 증가할 것이라는 예상과 다른 상이한 경향성을 나타냈다.
2) 증류수환경과 염소이온수용액환경 침지 진행한 실험체의 수화물 분석결과, 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가할수록AFm상 및 프리델 염 생성이 증가함을 확인할 수 있었다. 모든 실험체는 분쇄되어 침지되었으며 CA 및 CA₂ XRD패턴이 나타나지 않아 모두 수화됐다고 판단되었다.
3일와 7일차의 경우 또한, OPC가 가장높은 압축강도를 나타냈으며 M5 실험체이 OPC와 가장유사한 강도를 발현했다. 28일차 압축강도결과 H5실험체가 OPC보다 다소 높은 압축강도를 나타냄과 동시에 L10을 제외한 실험수준에서 압축강도 차이가 최대 6%미만으로 크지 않음이 확인되었다. L10 실험체의 경우 전 구간에서 가장 낮은 압축강도를 발현하였다.
3) 등온흡착실험을 통한 실험체의 염소이온 고정능력 평가 결과, L10, H10, M10, M5, H5, OPC순으로 고정능력이 좋았다. 수화물 분석결과와 같은 경향성을 나타내며 칼슘 알루미네이트 클링커 혼입량이 증가함에 따라 증가했다.
칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 Al₂O₃의 절대량이 증가하고 고정염화물량이 증가하였다. 5% 치환한 실험군에서 Al₂O₃양이 많은 H5가 M5보다 고정염화물이 증가했다. 하지만 10% 치환된 실험군의 고정염화물량은 농도에 따라 다소 차이를 나타냈지만 L10이 고정염화물량이 가장 많았고 CA₂ 비율이 증가함에 따라 고정염화물량이 감소하는 경향성을 나타냈다.
시멘트 모르타르 실험체의 염소이온고정능력은 수화물 분석 결과와 일치한 경향성을 나타내었다. L10, M10, H10 실험군이 M5, H5 실험군보다 염소이온고정능력이 우수 하였으며 OPC는 가장 낮았다. 칼슘 알루미네이트 클링커를 치환한 실험체의 경우 치환율이 높을수록 고정염화물 생성이 증가하는 경향성을 나타냈다.
2는 Profex를 통해 Rievtveld refinement 진행한 합성된 CA₂의 XRD 결과이다. 결과적으로, CAC의 물질 조성(wt.%)은 약 56%의 CA와 43%의 CA₂로 합성된 CA₂의 물질 조성은 약 13%의 CA와 86%의 CA₂로 구성되었다. 시멘트 모르타르 실험체의 잔골재는 ISO 679 표준사를 사용하였다.
H10이 L10과 M10에 비해 AFm상 피크가 작게 나타났는데 실험체 내 Al₂O₃의 양에 비례하여 AFm상 및 프리델 염 생성이 증가할 것이라는 예상과 다른 상이한 경향성을 나타냈다. 결과적으로, 본 실험 범위 내에서 치환율이 높을수록 Al₂O₃양이 증가함에 따라 염소이온 고정량이 증가한다고 판단되지만 동일한 치환율 범위 내에서 고정염화물의 생성은 Al₂O₃의 절대량에 의존하지 않다고 판단된다.
또한, 5% 치환된 실험군의 경우, CA₂ 비율이 높은 H5가 M5에 비해 고정 염화물량이 높았기 때문에 전체 치환율 범위에 따라 CA-CA₂비율의 영향이 차이가 있다고 판단된다. 농도에 따른 차이는 있지만 본 연구 범위 내에서 실험체의 고정염화물량은 치환율 5% 수준에서 Al₂O₃양이 증가할수록 증가하였으며, 10% 수준에서는 CA 비율이 증가할수록 증가하였다. 결과적으로, 치환율과 CA-CA₂ 비율에 따른 실험체 내 CaO-Al₂O₃ 비율 변화로 인해 염소이온 고정량에 차이를 가져온다고 판단된다 (Wang, 2019).
10는 Al₂O₃양에 따른 염소이온수용액 농도수준별 실험체의 고정염화물량을 나타낸다. 대조군 대비 칼슘 알루미네이트 클링커를 혼입한 실험군이 고정염화물량이 증가하였다. 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 Al₂O₃의 절대량이 증가하고 고정염화물량이 증가하였다.
이를 통해 L10의 압축강도저하의 원인은 조밀성 부족에 의한 현상이며 양생과정에 파악된 L10실험체의 급결 현상에 의한 결과라고 판단된다. 따라서 칼슘 알루미네이트 클링커를 25% 미만 혼입하였을 때 준안정물질생성이 제어되어 압축강도발현을 유지하는 것과는 별개로 10%이상 CAC를 혼입하였을 때 급결에 의한 강도저하를 가져올 수 있다고 판단된다. L10 이외에 모든 실험체는 50 nm미만의 미세공극만 생성되어 조밀한 공극구조를 가짐을 확인할 수 있었다.
칼슘 알루미네이트 클링커를 치환한 실험체의 경우 치환율이 높을수록 고정염화물 생성이 증가하는 경향성을 나타냈다. 또한, 10% 치환된 실험군에서는 L10, M10, H10 순으로 염소이온 고정능력이 우수하게 나타났다.
또한, ettringite(AFt)와 monosul-fate(Ms)의 경우 OPC와 5%치환한 실험군에서 AFt가 나타났고, Ms피크는 발견되지 않았으며 10% 치환한 실험군에서만 AFt 피크가 나타나지 않고 Ms 피크가 나타났다.
5(b)에서도 염소이온 수용액환경에서 증류수환경과 마찬가지로 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 Ca(OH)₂ 피크가 감소하고 AFm상 피크가 증가하는 경향성을 나타냈다. 모든 실험체에서 AFt와 Ms의 피크가 나타나지 않았고 Cl-AFm피크가 크게 나타났다. Fig.
염소이온침투깊이는 M10이 OPC대비 14%감소로 침투억제능력이 가장 뛰어났으며 5% 혼입한 실험군에 비해 10% 혼입한 실험군에서 고정염화물의 농도가 표면에서 상대적으로 높게 나타났다. 본 실험수준 내에서 CA 39%, CA₂ 60% 내외 범위에서 염소이온 침투억제능력이 가장 우수하다고 판단된다.
본 연구결과, 칼슘알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 일반적으로 염소이온 고정능력이 향상함을 파악할 수 있었고, CA-CA₂비율에 따라 초기경화속도와 수화반응성에 차이가 있어 공극구조와 AFm생성량에 따른 염소이온 고정능력 및 염소이온 침투억제능력에 차이를 보임을 확인하였다.
하지만 10% 치환된 실험군의 고정염화물량은 농도에 따라 다소 차이를 나타냈지만 L10이 고정염화물량이 가장 많았고 CA₂ 비율이 증가함에 따라 고정염화물량이 감소하는 경향성을 나타냈다. 수화물분석 및 염소이온고정능력평가 결과, Al₂O₃의 절대량 뿐만 아니라 CA-CA₂비율에 따라 AFm상 형성에 차이가 나타나며 시멘트 매트릭스의 물리화학적 염소이온 고정능력이 영향을 받는다고 판단된다. 또한, 5% 치환된 실험군의 경우, CA₂ 비율이 높은 H5가 M5에 비해 고정 염화물량이 높았기 때문에 전체 치환율 범위에 따라 CA-CA₂비율의 영향이 차이가 있다고 판단된다.
수화물 분석결과와 같은 경향성을 나타내며 칼슘 알루미네이트 클링커 혼입량이 증가함에 따라 증가했다. 염소이온침투깊이는 M10이 OPC대비 14%감소로 침투억제능력이 가장 뛰어났으며 5% 혼입한 실험군에 비해 10% 혼입한 실험군에서 고정염화물의 농도가 표면에서 상대적으로 높게 나타났다. 본 실험수준 내에서 CA 39%, CA₂ 60% 내외 범위에서 염소이온 침투억제능력이 가장 우수하다고 판단된다.
하지만 그 차이가 크지 않고 L10을 제외한 실험군에서 미세공극직경범위가 일치하여 재령 28일차 압축강도에서 큰 차이를 보이지 않은 것이라고 판단된다. 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율에 따른 실험체의 공극크기분포 분석결과, L10의 경우 다른 실험군과 달리 직경 50 ~ 1000 nm의 조대공극이 형성됨을 확인할 수 있다. 이를 통해 L10의 압축강도저하의 원인은 조밀성 부족에 의한 현상이며 양생과정에 파악된 L10실험체의 급결 현상에 의한 결과라고 판단된다.
칼슘 알루미네이트 클링커 치환율에 따른 실험체의 누적공극량 및 총공극량 분석 결과, 총공극량의 경우 OPC, H5, M5, M10, H10, L10 순으로 적게 나타났으며 본 결과는 압축강도 데이터와 같은 경향성을 나타낸다.
대조군 대비 칼슘 알루미네이트 클링커를 혼입한 실험군이 고정염화물량이 증가하였다. 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 Al₂O₃의 절대량이 증가하고 고정염화물량이 증가하였다. 5% 치환한 실험군에서 Al₂O₃양이 많은 H5가 M5보다 고정염화물이 증가했다.
11은 EPMA를 통한 시멘트 매트릭스 내 고정염화물농도 매핑분석 진행한 결과이다. 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율이 증가함에 따라 실험체 표면에서 고정염화물농도가 높게 나타나고 침투가 비교적 높은 농도에서 종결하는 것을 확인할 수 있었다. 침투깊이의 경우 M10실험체가 OPC대비 14%로 침투깊이가 가장 크게 감소하는 것으로 확인되었다.
7(a)을 보면, 칼슘 알루미네이트 클링커를 혼입량이 증가함에 따라 110℃ ~ 240℃ 사이에서 피크가 크게 나타남을 확인 할 수 있다. 칼슘 알루미네이트 클링커 치환율증가에 따른 C₃S와 C₂S의 감소는 C-S-H 감소와 해당피크의 감소를 야기할 것이라는 예상과 달리 나타났다. 이러한 결과는 치환율이 증가할수록 상대적으로 AFm상 생성이 증가하였기 때문이다.
L10, M10, H10 실험군이 M5, H5 실험군보다 염소이온고정능력이 우수 하였으며 OPC는 가장 낮았다. 칼슘 알루미네이트 클링커를 치환한 실험체의 경우 치환율이 높을수록 고정염화물 생성이 증가하는 경향성을 나타냈다. 또한, 10% 치환된 실험군에서는 L10, M10, H10 순으로 염소이온 고정능력이 우수하게 나타났다.
5% 치환한 실험군에서 Al₂O₃양이 많은 H5가 M5보다 고정염화물이 증가했다. 하지만 10% 치환된 실험군의 고정염화물량은 농도에 따라 다소 차이를 나타냈지만 L10이 고정염화물량이 가장 많았고 CA₂ 비율이 증가함에 따라 고정염화물량이 감소하는 경향성을 나타냈다. 수화물분석 및 염소이온고정능력평가 결과, Al₂O₃의 절대량 뿐만 아니라 CA-CA₂비율에 따라 AFm상 형성에 차이가 나타나며 시멘트 매트릭스의 물리화학적 염소이온 고정능력이 영향을 받는다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저열 시멘트가 염해에 취약한 특성을 보이는 이유는?	OPC와 달리 저열 시멘트의 경우, 수화열을 낮추기 위한 목적으로 C3A의 함량이 적기 때문에, AFm상의 생성이 적게 나타나 염해에 취약한 특성을 보여준다 (Tabara, 2011). 이러한 문제를 해결하기 위해 제시되고 있는 칼슘 알루미네이트계 클링커로 CA2(CaAl4O7)가 있다.
	포틀랜드 시멘트 (ordinary Portland cement, OPC) 결합재 내에서는 어떤 물질이 염소이온 고정에 크게 기여하는 것으로 알려져있나?	일반적으로 보통 포틀랜드 시멘트 (ordinary Portland cement, OPC) 결합재 내에서는 C3A나 C4AF와 같은 칼슘 알루미네이트 클링커가 염소이온 고정에 크게 기여하는 것으로 알려졌다 (Glasser, 1999). OPC 내 C3A나 C4AF는 aluminoferrite-mono (AFm) 상과 같은 층상 구조 물질의 생성에 기여하며, 양전하를 띠는 이 층상 구조의 층 사이에는 OH-, CO32-, SO42-, Cl-와 같은 다양한 음이온이 결합하여 존재할 수 있다 (Ishida 2008).
	염해는 철근콘크리트 구조물에 어떤 영향을 주는가?	철근콘크리트 구조물의 내구성 저하에 영향을 주는 대표적인 열화 요인 중 하나로 염해가 있다. 고염분의 환경에서는 콘크리트 내부로 염소이온이 침투함에 따라 철근의 부식 및 팽창이 발생하며, 이는 내구성 저하로 이어진다 (Tuutti, 1982; Saremi, 2002). 이러한 문제를 해결하기 위해 콘크리트 내부로 침투하는 염소이온을 물리･화학적으로 고정하여 침투를 억제하는 것에 관한 연구가 진행되고 있다 (Söylev, 2008; Dhir, 1996; Raki, 2004).

참고문헌 (23)

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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].

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