[논문]폴리머 디스퍼전 SBR과 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 사용한 폴리머 시멘트 모르타르의 기초적 성질에 관한 연구

김완기; 조영국

doi:10.5345/jkibc.2021.21.1.001

폴리머 디스퍼전 SBR과 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 사용한 폴리머 시멘트 모르타르의 기초적 성질에 관한 연구
A Study on the Basic Properties of Polymer Cement Mortar Using SBR Latex with Blast-Furnace and Fly Ash 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.21 no.1, 2021년, pp.1 - 10

김완기 (Department of Architectural Engineering, Hyupsung University) , 조영국 (Department of Architectural Engineering, Chungwoon University)

초록
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본 연구는 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 혼입한 PCM의 플로, 압축강도 및 휨강도 개선 정도를 평가하고자 하였다. 실험을 위한 공시체는 SBR 폴리머 디스퍼전, 혼화재료 2종류, P/C 5가지 (0, 5, 10, 15 및 20%), 혼화재 혼입률 6가지 (0, 3, 5, 10, 15 및 20%)로 변화시켜 PCM을 제작하였으며, 비교를 위하여 보통 시멘트 모르타르도 제작하였다. 본 연구결과, PCM의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 크게 개선되었으나, 고로슬래그를 혼입한 경우 플로가 약간 저하하였으며, 플라이애시를 혼입한 경우에는 PCM과 비슷한 경향을 보였다. 또한 혼화재를 혼입한 PCM의 압축강도는 상당히 개선되었으나, 휨강도는 일부를 제외하면 개선효과가 거의 나타나지 않았다. 본 연구에서 BF와 FA 혼입률 10%-15%의 SBR를 사용한 PCM의 압축강도 개선에는 P/C 10%, 휨강도의 개선을 위해서는 P/C 20%를 각각 최적 배합으로 제안할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to evaluate the improvement of flow, compressive and flexural strengths of polymer cement mortar(PCM) using SBR latex mixed with blast-furnace slag and fly ash. The test specimens were prepared with SBR polymer dispersion, two types of admixture (blast-furnace slag and fly ash), five polymer-cement ratios (P/C; 0, 5, 10, 15 and 20%), and six admixture contents (0, 3, 5, 10, 15 and 20%), plain cement mortar was also made for comparison. From the test results, the flow of PCM was significantly improved compared to ordinary cement mortar, but the flow was slightly reduced when mixed with blast-furnace slag, and the flow was similar to PCM when mixed with fly ash. In addition, the compressive strength of PCM mixed with admixtures was significantly improved, but the flexural strength did not improve except for some mortars. It can be stated that the optimum mix proportions of PCM using SBR with admixture contents 10 to 15% and P/C 10% for the compressive strength improvement, and P/C 20% for flexural strength improvement are recommended respectively in this study.

주제어

표/그림 (17)

표 Table 1. Experimental plan
표 Table 2. Physical and chemical properties of materials
표 Table 3. Properties of polymer dispersion
표 Table 4. Mix proportions of SBR-cement mortars
그림 Figure 1. Flow of plain cement mortar according to W/C
그림 Figure 2. Flow of plain cement mortar according to BF and FA content
그림 Figure 3. W/C and W/C reducing ratio of PCM for target flow of 170±5mm
그림 Figure 4. Flow of PCM with BF and FA
그림 Figure 5. Air content of plain cement mortar with BF and FA
그림 Figure 6. Air content of PCM with or without antiformer
그림 Figure 7. Air content of PCM with BF and FA
그림 Figure 8. Relative compressive strength of PCM to plain cement mortar
그림 Figure 9. Compressive strength of PCM with BF and FA
그림 Figure 10. Relative compressive strength ratio of PCM with BF and FA to admixture content 0%
그림 Figure 11. Relative flexural strength ratio of PCM to plain cement mortar
그림 Figure 12. Flexural strength of PCM with BF and FA
그림 Figure 13. Relative flexural strength ratio of PCM with BF and FA to admixture content 0%

AI 본문요약
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문제 정의

한편 현재까지 PCM이 폴리머 단독으로 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 성질을 개선하였다면, 본 연구에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 PCM에 혼입하여 적정 폴리머 시멘트비와 혼화재 혼입률에 따른 플로 변화 및 공기량 제어 가능성을 먼저 확보하였다. 그 후 압축강도 및 휨강도의 특성을 보통 시멘트 모르타르와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 혼입 시멘트 모르타르와 비교 평가하여 실제 현장에서 사용할 수 있는 혼화재 혼입 PCM의 최적배합을 제시하고자 하였다.
본 연구는 SBR을 사용한 PCM의 성능 개선을 위하여 BF와 FA를 혼입하여 유동성 및 역학적 성질을 평가한 것으로 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
본 연구는 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 혼입한 PCM의 플로, 압축강도 및휨강도 개선 정도를 평가하고자 하였다. 실험을 위한 공시체는 SBR 폴리머 디스퍼전, 혼화재료 2종류, P/C 5가지 (0, 5, 10, 15 및 20%), 혼화재 혼입률 6가지 (0, 3, 5, 10, 15 및 20%)로 변화시켜 PCM을 제작하였으며, 비교를 위하여 보통 시멘트 모르타르도 제작하였다.
현장에서 사용시 일반적으로 보통 시멘트 모르타르에 혼화재를 혼입하여 목표 플로 170±5mm가 되도록 물시멘트비를 조정한다. 본 연구에서는 같은 물시멘트비에 따른 유동성 향상 정도와 압축강도와 휨강도 특성을 알아보고자 플로 170± 5mm인 베이스 보통 시멘트 모르타르에 혼화재 혼입률의 변화에 따른 플로의 변화를 먼저 평가하였다. Figure 2에서 알 수 있는 바와 같이 혼화재를 혼입하지 않은 보통 시멘트 모르타르 플로에 비해 혼입률이 낮은 5%까지는 고로슬래그 혼입한 경우가, 혼입률 10% 이상에서는 플라이애시를 혼입한 경우가 플로 개선효과가 크게 나타났다.
고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 시멘트 콘크리트에 혼입하여 사용하는 것은 기존의 많은 연구[7, 14-16]를 통하여 그 성능이 이미 밝혀졌기 때문에 PCM에 혼입하는 것에 대한 문제점은 없을 것으로 판단된다. 한편 현재까지 PCM이 폴리머 단독으로 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 성질을 개선하였다면, 본 연구에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 PCM에 혼입하여 적정 폴리머 시멘트비와 혼화재 혼입률에 따른 플로 변화 및 공기량 제어 가능성을 먼저 확보하였다. 그 후 압축강도 및 휨강도의 특성을 보통 시멘트 모르타르와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 혼입 시멘트 모르타르와 비교 평가하여 실제 현장에서 사용할 수 있는 혼화재 혼입 PCM의 최적배합을 제시하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서 사용한 폴리머인 스티렌 부다지엔 고무(Styrene- Butadiene Rubber, SBR) 라텍스는 현재 국내에서 가장 많이 사용되는 시멘트 혼화용 폴리머인데 시멘트 콘크리트의 인성 개선뿐만 아니라 다양한 물성들도 우수하다고 알려져 있다[2, 3, 8-10]. PCMe KS F 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 에준하여, Table 1과 같은 실험수준으로 시멘트와 잔골재를 중량배합비로 1:3, 폴리머 시멘트비 (Polymer-cement ratio ; P/C)를 0, 5, 10, 15 및 20%로 변화시켰다. 기준 PCM의 일정한 시공성을 위하여 플로치가 170±5㎜가 되도록 물시멘트비 (Water-cement ratio, W/C)를 조정하였고 여기에 고로슬래그 미분말(Blast Furnace Slag ; BF) 및 플라이애시(Fly Ash ; FA)를 시멘트 중량으로 0, 3, 5, 10, 15 및 20%를 각각 혼입하여 플로, 압축강도 및 휨강도 시험을 실시하였다.
PCMe KS F 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 에준하여, Table 1과 같은 실험수준으로 시멘트와 잔골재를 중량배합비로 1:3, 폴리머 시멘트비 (Polymer-cement ratio ; P/C)를 0, 5, 10, 15 및 20%로 변화시켰다. 기준 PCM의 일정한 시공성을 위하여 플로치가 170±5㎜가 되도록 물시멘트비 (Water-cement ratio, W/C)를 조정하였고 여기에 고로슬래그 미분말(Blast Furnace Slag ; BF) 및 플라이애시(Fly Ash ; FA)를 시멘트 중량으로 0, 3, 5, 10, 15 및 20%를 각각 혼입하여 플로, 압축강도 및 휨강도 시험을 실시하였다.
또한 균일한 시공성을 유지하기 위해 PCM을 포함한 모든 시험편의 플로가 170±5mm가 되도록 W/C를 조정하였다. 휨강도 시험편(40x40x160mm)은 표준양생인 2 일 습윤양생 (20℃, 90% R.
같다. 또한, 시멘트에 폴리머를 혼입할 때 연행되는 기포를 제어하기 위해 실리콘계 에멀젼(고형분 30%)을 폴리머 고형분 중량에 대하여 1.0%를 첨가하였다.
본 연구에서 폴리머에 BF와 FA의 혼입에 따른 공기량의 경향을 파악하고자 혼화재 혼입률 0%와 10%에서만 측정하였다.
시멘트에 대한 폴리머 디스퍼전 고형분 비율(폴리머 시멘트비, Polymer- cement ratio, P/C)은 0%(BF 및 FA 만으로 만든 PCM), 5%, 10%, 15% 및 20%로 변경하여 배합을 설계하였으며, 각 PCM 배합에 혼화재료로서 BF 및 FA를 시멘트 중량에 대하여 0%, 3%, 5%, 10%, 15% 및 20% 각각 혼입하였다. 또한 균일한 시공성을 유지하기 위해 PCM을 포함한 모든 시험편의 플로가 170±5mm가 되도록 W/C를 조정하였다.
실험을 위한 공시체는 SBR 폴리머 디스퍼전, 혼화재료 2종류, P/C 5가지 (0, 5, 10, 15 및 20%), 혼화재 혼입률 6가지 (0, 3, 5, 10, 15 및 20%)로 변화시켜 PCM을 제작하였으며, 비교를 위하여 보통 시멘트 모르타르도 제작하였다. 본연구결과, PCM의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 크게 개선되었으나, 고로슬래그를 혼입한 경우 플로가 약간 저하하였으며, 플라이애시를 혼입한 경우에는 PCM과 비슷한 경향을 보였다.
FA를 혼입한 PCM의 플로는 혼입률 3%를 제외하면 거의 모든 배합에서 170±5mm의 범위를 나타내 FA 혼입에 따른 플로 감소는 거의 발견되지 않았다. 이와 같이 유동성 면에서는 고로슬래그보다 플라이애시가 우수하게 나타났는데, 본 연구에 사용된 BF와 FA는 시멘트와 혼합하는데 어떠한 계면 상의 문제점도 없어 특별한 계면활성제를 사용하지 않았다. 그러나 본래 시멘트와의 혼합 적합성을 위하여 시멘트 입자 사이에서 폴리머 입자가 서로 엉겨 붙음이 없이 골고루 분산될 수 있도록 첨가되는 폴리머의 계면활성제가 BF 및 FA와 혼합시 계면 활성의 정도가 분명히 차이가 나는 것으로 생각할 수 있다.

대상 데이터

본연구에 사용한 시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼전은 현장에서 보수․보강 및 방수재료로 널리 사용되고 있는 SBR 수성 폴리머 디스퍼전을 사용하였으며 그 성질은 Table 3과 같다. 또한, 시멘트에 폴리머를 혼입할 때 연행되는 기포를 제어하기 위해 실리콘계 에멀젼(고형분 30%)을 폴리머 고형분 중량에 대하여 1.
시멘트는 국내산 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 혼화재는 콘크리트 혼화용으로 널리 사용되고 있는 BF와 FA를 사용하였으며, 결합재의 물리 및 화학적 성질은 Table 2와 같다.
혼화재는 콘크리트 혼화용으로 널리 사용되고 있는 BF와 FA를 사용하였으며, 결합재의 물리 및 화학적 성질은 Table 2와 같다.
또한 균일한 시공성을 유지하기 위해 PCM을 포함한 모든 시험편의 플로가 170±5mm가 되도록 W/C를 조정하였다. 휨강도 시험편(40x40x160mm)은 표준양생인 2 일 습윤양생 (20℃, 90% R.H.), 5일 수중양생 (20℃±2) 및 21일 기중양생 (20℃±2, 60%±10 R.H.)을 실시하였으며, 압축강도용 시험은 휨강도 시험(중앙 재하방법) 후 발생하는 절편 시험편을 사용하였다.

이론/모형

PCMe KSF 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 에 따라 Table 4와 같은 배합으로 계획하였다.
PCM의 플로시험은 KS F 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법), 공기량 측정시험은 KS F 2421 (압력 법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험 방법)에 준하여 실시하였다. 본 연구에서 폴리머에 BF와 FA의 혼입에 따른 공기량의 경향을 파악하고자 혼화재 혼입률 0%와 10%에서만 측정하였다.
소정의 양생을 마친 시험편에 대하여 KS L ISO 697 (시멘트의 강도 시험 방법)에 준하여 휨강도 및 압축강도 시험을 실시하였다.

성능/효과

1) PCM의 플로 목표치 170±5mm에 대한 W/C는 보통 시멘트 모르타르에 비해 P/C의 증가에 따라 39.2%- 52.4%의 범위로 크게 감소하였으며, BF 및 FA를 혼입한 경우 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 플로와 비슷하거나 약간 낮게 나타났다.
2) PCM의 압축강도는 BF와 FA를 혼입함에 따라 최대 압축강도는 보통 시멘트 모르타르 보다 1.75배 및 1.70배, 그리고 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 보다도 1.08배 및 1.05배 각각 개선되어 혼화재에 의해 강도개선에 효과가 있었음을 알 수 있었다.
3) BF 혼입 PCM의 상대압축강도비는 115%-134% 범위로 모든 혼입량에서 강도 개선을 보였으며 FA를 혼입한 PCM의 경우에도 P/C 20%를 제외하면 거의 모든 배합에서 상대압축강도비가 100%를 상회하여 혼화재 종류에 관계없이 압축강도 개선효과를 얻을 수 있었다.
4) BF와 FA 혼입 PCM의 휨강도는 압축강도와 달리 일부 P/C 20%를 제외하면, 모든 배합에서 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 보다 약간 낮은 휨강도를 나타내 혼화 재혼 입에 따른 뚜렷한 강도 개선 효과가 나타나지 않았다.
5) BF 혼입 PCM의 상대휨강도비는 78%-115%의 범위였으며, FA를 혼입한 경우 78%-112%의 범위로 폴리머 시멘트비와 혼화재의 혼입률에 따라 큰 영향을 받았다.
6) 본 연구결과, PCM에 BF와 FA를 혼입함에 따라 압축강도 개선 효과는 크게 발휘되었으나, 휨강도의 개선 효과는 일부 P/C에 한정되어 나타나, 현장 적용시 용도에 맞는 적절한 배합을 선택하여야 할 것이다.
나타낸 것이다. BF를 혼입한 PCM의 경우, 거의 많은 배합에서 강도 개선의 결과를 보였는데, P/C 5% 경우 115%(혼입량 3%)-134%(혼입량 20%)로 모든 혼입량에서 강도 개선 효과를 나타냈다. 또한 P/C 10%에서 96.
있다. BF를 혼입한 PCM의 압축강도는 P/C 5%, 10%, 15% 및 20%에서 BF 혼입률이 각각 20%, 10%, 5% 및 20%에서 최대 압축강도를 나타냈는데 이는 혼화재를 포함하지 않은 PCM의 강도보다 높은 강도를 나타냈다. 또한, P/C 10%, BF 혼입률 10%에서 최대 압축강도 46.
있다. BF를 혼입한 PCM의 휨강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 BF 혼입률이 각각 0%, 5%, 5% 및 3%에서 최대 휨강도를 나타내 비교적 혼입 비율이 작은 경우에서 휨강도가 높게 발현되었다. 전술한 압축강도의 경우에는 혼화 재혼 입에 따른 강도 개선 효과가 P/C가 낮은 5% 및 10%에서 크게 나타났으나 휨강도의 경우에는 비교적 높은 P/C 20%에서 강도 개선 효과가 나타났다.
또한 FA를 혼입한 보통 시멘트 모르타르의 경우는 전술한 BF를 혼입한 경우와는 달리 혼입량의 증가에 따라 상대압축강도비가 큰 폭으로 작아지는 결과를 보였는데 이는 보통 시멘트 모르타르의 강도 개선에는 BF가 FA보다 효과가 있다는 것을 나타내는 것이다. FA를 혼입한 PCM의 경우에도 P/C 20%를 제외하면 거의 많은 배합에서 상대 압축 강도 비가 100%를 상회하는 것을 알 수 있었으나, P/C 5% 경우 99%(혼입률 20%)-129%(혼입량 5%) 범위를 제외하면 P/C 10%에서는 92%(혼입량 3%)-105%(혼입량10%) 범위를, P/C 15%에서는 90%(혼입률 20%)-101%(혼입률 15%) 범위를, 그리고 P/C 20%에서는 75%(혼입률 10%)-92%(혼입률 20%) 범위로 비교적 낮은 상대압축강도비를 나타냈다. 전반적으로 BF를 혼입한 경우에 비해 FA를 혼입한 PCM 의상대 압축강도 비가 약 5-10% 범위로 비교적 작게 나타났다.
FA를 혼입한 PCM의 압축강도는 전반적으로 P/C 10%에서 높은 강도를 보였으며 전술한 BF 혼입 PCM의 강도 경향과 마찬가지로 P/C 15% 및 P/C 20%에서는 약간 감소하는 경향을 보였다.
결과에서 알 수 있는 바와 같이, PCM의 상대 압축 강도 비가 P/C 5%에서 P/C 20%까지 127%, 162%, 143% 및 148% 를 나타내 상당히 높은 압축강도를 나타냈다. 이는 PCM의 경우 목표 플로를 위한 물시멘트비가 전술한 바와 같이 최대 52.
강도비를 나타낸 것이다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 보통 시멘트 모르타르의 BF 혼입에 따른 휨강도는 101%(혼입률 3%)-150%(혼입률 5%) 범위로 모든 배합에서 보통 시멘트 모르타르보다 높은 휨강도 개선을 보였다. 또한 BF를 혼입한 PCM의 경우에는 P/C 5% 경우 90%(혼입량 15%)-97% (혼입량 20%)로 모든 혼입량에서 강도 개선을 거의 보이지 않았으며, P/C 10%에서는 85%(혼입량 20%)-103%(혼입량 5%) 범위를 보여 혼입량 5%에서만 약간의 강도개선을 나타냈다.
3% (혼입량 5%)-108%(혼입량 10%) 범위를, P/C 15%에서 97%(혼입률 15%)-106%(혼입률 5%) 범위를, 그리고 P/C 20%에서 89% (혼입률 15%)-94%(혼입률 3%와 10%) 범위의 상대 압축 강도 비를 나타냈다. 결과적으로 P/C 5%에서 BF 혼입에 따른 강도 개선 효과가 가장 크게 나타났는데 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 5%의 압축강도보다 134%(혼입률 20%) 개선된 값이다. 그러나 이 값이 BF를 혼입한 전체 배합에서 가장 높은 강도라는 의미가 아니며 BF 혼입에 의한 강도 개선 정도가 크다는 의미이다.
전반적으로 PCM의 플로는 혼화재를 혼입함에 따라 전술한 보통 시멘트모르타르와는 전혀 다른 경향을 보였는데 BF를 혼입한 PCM 의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 비교적 크게 감소하였으며, P/C 및 혼화재 혼입률에 따라 차이는 있으나, 전반적으로 BF를 혼입량의 증가에 따라 P/C 10%까지 감소하다가 P/C 15% 및 20%에서 약간 증가하는 경향을 보였다. 그 결과 P/C 10%의 BF 20%에서 최저 플로인 152mm를 나타내 혼화재를 혼입하지 않은 PCM에 비해 약 9.1% 감소하였다. 플로 기준치인 170±5mm의 범위를 거의 만족하는 결과를 나타낸 P/C 15%에서의 BF 혼입을 제외하면 거의 모든 배합에서 BF를 혼입하지 않은 PCM보다 낮은 플로를 나타냈다.
결과에서 알 수 있는 바와 같이, 보통 시멘트 모르타르의 BF 혼입에 따른 휨강도는 101%(혼입률 3%)-150%(혼입률 5%) 범위로 모든 배합에서 보통 시멘트 모르타르보다 높은 휨강도 개선을 보였다. 또한 BF를 혼입한 PCM의 경우에는 P/C 5% 경우 90%(혼입량 15%)-97% (혼입량 20%)로 모든 혼입량에서 강도 개선을 거의 보이지 않았으며, P/C 10%에서는 85%(혼입량 20%)-103%(혼입량 5%) 범위를 보여 혼입량 5%에서만 약간의 강도개선을 나타냈다. 또한 P/C 15%에서는 78%(혼입률 20%)-101%(혼입률 5%) 범위로 혼입률 5%에서만 1% 정도의 강도 개선이, 그리고 P/C 20%에서는 96%(혼입률 10%)-115%(혼입률 3%) 범위로 혼입률 3%와 20%에서 약간의 강도 개선을 보였으나 나머지 혼입률 5%-15%에서는 97%, 96% 및 99%로 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 20%와 거의 비슷한 값을 나타냈다.
전술한 압축강도의 경우에는 혼화 재혼 입에 따른 강도 개선 효과가 P/C가 낮은 5% 및 10%에서 크게 나타났으나 휨강도의 경우에는 비교적 높은 P/C 20%에서 강도 개선 효과가 나타났다. 또한 BF를 혼입한 PCM의 최대 휨강도는 P/C 20%, BF 혼입률 3%에서 11.15 MPa를 나타냈는데 이는 보통 시멘트 모르타르의 2.63배, BF를 포함하지 않은 PCM의 휨강도보다 약 15% 개선된 값이다. 한편, FA를 혼입한 PCM의 휨강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 FA 혼입률이 각각 5%, 10%, 0% 및 20%에서 최대 휨강도를 나타냈으며, P/C 20%, FA 혼입률 20%에서 최대 휨강도인 10.
한편, BF 혼입률에 따른 차이는 있었으나 BF 혼입량의 증가에 따른 압축강도의 발현은 P/C 10%에서 가장 높은 값을 보였으며, P/C 15% 및 P/C 20%에서는 전반적으로 약간 감소하는 경향을 보였다. 또한 FA를 혼입한 PCM의 압축강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 FA 혼입률이 5%, 10%, 15% 및 20%에서 각각 최대 압축강도를 나타냈으며, P/C 10%, FA 혼입률 10%에서 최대 압축강도 45.10MPa을 나타냈는데 이는 보통 시멘트 모르타르의 약 1.7배이고 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 10%의 압축강도에 비해 5.1% 개선된 값이다.
플로 기준치인 170±5mm의 범위를 거의 만족하는 결과를 나타낸 P/C 15%에서의 BF 혼입을 제외하면 거의 모든 배합에서 BF를 혼입하지 않은 PCM보다 낮은 플로를 나타냈다. 또한 FA를 혼입한 PCM의 플로는 BF와 마찬가지로 보통 시멘트 모르타르에 비해 플로가 크게 감소하였으나 일부를 제외하면 BF를 혼입한 경우에 비해 약 5-10mm 높은 플로를 나타냈다. FA를 혼입한 PCM의 플로는 혼입률 3%를 제외하면 거의 모든 배합에서 170±5mm의 범위를 나타내 FA 혼입에 따른 플로 감소는 거의 발견되지 않았다.
또한 P/C 15%에서는 78%(혼입률 20%)-101%(혼입률 5%) 범위로 혼입률 5%에서만 1% 정도의 강도 개선이, 그리고 P/C 20%에서는 96%(혼입률 10%)-115%(혼입률 3%) 범위로 혼입률 3%와 20%에서 약간의 강도 개선을 보였으나 나머지 혼입률 5%-15%에서는 97%, 96% 및 99%로 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 20%와 거의 비슷한 값을 나타냈다. 또한 FA를 혼입한 보통 시멘트 모르타르의 경우도 전술한 BF를 혼입한 경우와 마찬가지로 상대휨강도비는 100%(혼입률 20%)-119%(혼입률 5%) 범위를 나타내 전 배합에서 휨강도 개선 효과를 나타냈는데 그 정도는 BF를 혼입한 경우에 비해 약간 작게 나타났다. 한편, FA를 혼입한 PCM의 상대 휨강도 비는 P/C 5% 경우, 66%(혼입률 20%)-112%(혼입량 3%) 범위로 혼입률 3%를 제외하면 모두 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 5%의 휨강도보다 낮게 나타났다.
한편, FA를 혼입한 PCM의 상대 휨강도 비는 P/C 5% 경우, 66%(혼입률 20%)-112%(혼입량 3%) 범위로 혼입률 3%를 제외하면 모두 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 5%의 휨강도보다 낮게 나타났다. 또한 P/C 10%에서는 93%(혼입량 20%)-106%(혼입량 10%) 범위를, P/C 15%에서는 79%(혼입률 15% 및 20%)-96%(혼입률 3%) 범위로 모든 배합에서 낮게 나타났으며 P/C 20%에서는 94% (혼입률 10%)-108%(혼입률 20%) 범위의 상대휨강도비를 나타냈다. 여기에서 최대 상대휨강도비는 P/C 5%, FA 혼입률 3%에서 112%이었는데 전술한 압축강도와 마찬가지로 BF를혼입한 경우에 비해 FA를 혼입한 PCM의 상대휨강도비가 전반적으로 약간 작게 나타났으며, 강도의 저감을 나타내는 최저 상대휨강도비의 값도 크게 낮아진 경향을 보였다.
또한 BF를 혼입한 PCM의 경우에는 P/C 5% 경우 90%(혼입량 15%)-97% (혼입량 20%)로 모든 혼입량에서 강도 개선을 거의 보이지 않았으며, P/C 10%에서는 85%(혼입량 20%)-103%(혼입량 5%) 범위를 보여 혼입량 5%에서만 약간의 강도개선을 나타냈다. 또한 P/C 15%에서는 78%(혼입률 20%)-101%(혼입률 5%) 범위로 혼입률 5%에서만 1% 정도의 강도 개선이, 그리고 P/C 20%에서는 96%(혼입률 10%)-115%(혼입률 3%) 범위로 혼입률 3%와 20%에서 약간의 강도 개선을 보였으나 나머지 혼입률 5%-15%에서는 97%, 96% 및 99%로 혼화재를 혼입하지 않은 P/C 20%와 거의 비슷한 값을 나타냈다. 또한 FA를 혼입한 보통 시멘트 모르타르의 경우도 전술한 BF를 혼입한 경우와 마찬가지로 상대휨강도비는 100%(혼입률 20%)-119%(혼입률 5%) 범위를 나타내 전 배합에서 휨강도 개선 효과를 나타냈는데 그 정도는 BF를 혼입한 경우에 비해 약간 작게 나타났다.
본연구결과, PCM의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 크게 개선되었으나, 고로슬래그를 혼입한 경우 플로가 약간 저하하였으며, 플라이애시를 혼입한 경우에는 PCM과 비슷한 경향을 보였다. 또한 혼화재를 혼입한 PCM의 압축강도는 상당히 개선되었으나, 휨강도는 일부를 제외하면 개선효과가 거의 나타나지 않았다. 본 연구에서 BF와 FA 혼입률 10%-15%의 SBR를 사용한 PCM의 압축강도 개선에는 P/C 10%, 휨강도의 개선을 위해서는 P/C 20%를 각각 최적 배합으로 제안할 수 있었다.
또한, Figure 7은 BF와 FA를 10% 혼입한 PCM의 공기량 측정 결과를 나타내고 있다. 보통 시멘트 모르타르의 공기량은 BF를 혼입한 경우 9.8-10.8% 범위로 혼화재를 혼입하지 않은 경우인 7.3%에 비해 최대 약 48% 증가하였으며, FA를 혼입한 경우의 공기량은 7.7-9.6% 범위로 최대 약 32% 높은 공기량을 나타내 BF를혼입한 경우보다는 1-2% 감소하였다. 또한, 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 공기량은 소포제를 혼입하지 않은 경우 17-21%로 높게 나타났는데 이러한 높은 공기량을 제어하기 위해서 반드시 소포제를 폴리머 고형분에 대한 중량비로 0.
또한 혼화재를 혼입한 PCM의 압축강도는 상당히 개선되었으나, 휨강도는 일부를 제외하면 개선효과가 거의 나타나지 않았다. 본 연구에서 BF와 FA 혼입률 10%-15%의 SBR를 사용한 PCM의 압축강도 개선에는 P/C 10%, 휨강도의 개선을 위해서는 P/C 20%를 각각 최적 배합으로 제안할 수 있었다.
전반적으로 BF를 혼입한 경우에 비해 FA를 혼입한 PCM 의상대 압축강도 비가 약 5-10% 범위로 비교적 작게 나타났다. 본 연구에서는 BF와 FA를 PCM에 혼입하여 강도를 개선하고자 할 때는 가능한 한 P/C가 낮은 5%-10%에서 효과가 크게 나타났으며 높은 P/C에서는 압축강도 개선 효과가 거의 보이지 않았다. 이는 혼화재를 혼입하지 않은 기본 PCM의 압축강도가 폴리머 시멘트비의 증가에 따라 물시멘트비의 커다란 감소로 인하여 기본 강도가 컸기 때문으로 볼 수 있다.
실험을 위한 공시체는 SBR 폴리머 디스퍼전, 혼화재료 2종류, P/C 5가지 (0, 5, 10, 15 및 20%), 혼화재 혼입률 6가지 (0, 3, 5, 10, 15 및 20%)로 변화시켜 PCM을 제작하였으며, 비교를 위하여 보통 시멘트 모르타르도 제작하였다. 본연구결과, PCM의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 크게 개선되었으나, 고로슬래그를 혼입한 경우 플로가 약간 저하하였으며, 플라이애시를 혼입한 경우에는 PCM과 비슷한 경향을 보였다. 또한 혼화재를 혼입한 PCM의 압축강도는 상당히 개선되었으나, 휨강도는 일부를 제외하면 개선효과가 거의 나타나지 않았다.
또한 P/C 10%에서는 93%(혼입량 20%)-106%(혼입량 10%) 범위를, P/C 15%에서는 79%(혼입률 15% 및 20%)-96%(혼입률 3%) 범위로 모든 배합에서 낮게 나타났으며 P/C 20%에서는 94% (혼입률 10%)-108%(혼입률 20%) 범위의 상대휨강도비를 나타냈다. 여기에서 최대 상대휨강도비는 P/C 5%, FA 혼입률 3%에서 112%이었는데 전술한 압축강도와 마찬가지로 BF를혼입한 경우에 비해 FA를 혼입한 PCM의 상대휨강도비가 전반적으로 약간 작게 나타났으며, 강도의 저감을 나타내는 최저 상대휨강도비의 값도 크게 낮아진 경향을 보였다.
01% 개선된 값이다. 이 값은 전술한 BF를 혼입한 경우에 비해 낮아 휨강도의 개선 효과는 FA보다 BF를 혼입한 경우가 효과적이라 것을 알 수 있었다.
PCM의 상대휨강도비는 전술한 압축강도와 비슷한 경향을 나타냈는데 P/C 5%에서 P/C 20%까지 173%, 207%, 246% 및 230%를 나타내 상대압축강도비 보다 46-103% 높게 나타났다. 이 결과의 의미는 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 속에서형성된 3차원 망상구조의 폴리머 필림이 시멘트 수화물과의 화학적 결합과 시멘트 수화물을 둘러쌓아 물리적 성질을 개선시킨 것으로 볼 수 있으며 이는 전술한 압축강도보다 폴리머 필림에 의한 휨보강 효과가 크게 발현된 것으로 볼 수 있다.
FA를 혼입한 PCM의 경우에도 P/C 20%를 제외하면 거의 많은 배합에서 상대 압축 강도 비가 100%를 상회하는 것을 알 수 있었으나, P/C 5% 경우 99%(혼입률 20%)-129%(혼입량 5%) 범위를 제외하면 P/C 10%에서는 92%(혼입량 3%)-105%(혼입량10%) 범위를, P/C 15%에서는 90%(혼입률 20%)-101%(혼입률 15%) 범위를, 그리고 P/C 20%에서는 75%(혼입률 10%)-92%(혼입률 20%) 범위로 비교적 낮은 상대압축강도비를 나타냈다. 전반적으로 BF를 혼입한 경우에 비해 FA를 혼입한 PCM 의상대 압축강도 비가 약 5-10% 범위로 비교적 작게 나타났다. 본 연구에서는 BF와 FA를 PCM에 혼입하여 강도를 개선하고자 할 때는 가능한 한 P/C가 낮은 5%-10%에서 효과가 크게 나타났으며 높은 P/C에서는 압축강도 개선 효과가 거의 보이지 않았다.
전반적으로 PCM의 플로는 혼화재를 혼입함에 따라 전술한 보통 시멘트모르타르와는 전혀 다른 경향을 보였는데 BF를 혼입한 PCM 의 플로는 보통 시멘트 모르타르에 비해 비교적 크게 감소하였으며, P/C 및 혼화재 혼입률에 따라 차이는 있으나, 전반적으로 BF를 혼입량의 증가에 따라 P/C 10%까지 감소하다가 P/C 15% 및 20%에서 약간 증가하는 경향을 보였다. 그 결과 P/C 10%의 BF 20%에서 최저 플로인 152mm를 나타내 혼화재를 혼입하지 않은 PCM에 비해 약 9.
BF를 혼입한 PCM의 휨강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 BF 혼입률이 각각 0%, 5%, 5% 및 3%에서 최대 휨강도를 나타내 비교적 혼입 비율이 작은 경우에서 휨강도가 높게 발현되었다. 전술한 압축강도의 경우에는 혼화 재혼 입에 따른 강도 개선 효과가 P/C가 낮은 5% 및 10%에서 크게 나타났으나 휨강도의 경우에는 비교적 높은 P/C 20%에서 강도 개선 효과가 나타났다. 또한 BF를 혼입한 PCM의 최대 휨강도는 P/C 20%, BF 혼입률 3%에서 11.
1% 감소하였다. 플로 기준치인 170±5mm의 범위를 거의 만족하는 결과를 나타낸 P/C 15%에서의 BF 혼입을 제외하면 거의 모든 배합에서 BF를 혼입하지 않은 PCM보다 낮은 플로를 나타냈다. 또한 FA를 혼입한 PCM의 플로는 BF와 마찬가지로 보통 시멘트 모르타르에 비해 플로가 크게 감소하였으나 일부를 제외하면 BF를 혼입한 경우에 비해 약 5-10mm 높은 플로를 나타냈다.
9% 높은 강도이다. 한편, BF 혼입률에 따른 차이는 있었으나 BF 혼입량의 증가에 따른 압축강도의 발현은 P/C 10%에서 가장 높은 값을 보였으며, P/C 15% 및 P/C 20%에서는 전반적으로 약간 감소하는 경향을 보였다. 또한 FA를 혼입한 PCM의 압축강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 FA 혼입률이 5%, 10%, 15% 및 20%에서 각각 최대 압축강도를 나타냈으며, P/C 10%, FA 혼입률 10%에서 최대 압축강도 45.
63배, BF를 포함하지 않은 PCM의 휨강도보다 약 15% 개선된 값이다. 한편, FA를 혼입한 PCM의 휨강도는 P/C 5%에서 P/C 20%까지 FA 혼입률이 각각 5%, 10%, 0% 및 20%에서 최대 휨강도를 나타냈으며, P/C 20%, FA 혼입률 20%에서 최대 휨강도인 10.48MPae 보통 시멘트 모르타르의 약 1.5배이고 FA를 혼입하지 않은 PCM의 P/C 20% 휨강도보다 8.01% 개선된 값이다. 이 값은 전술한 BF를 혼입한 경우에 비해 낮아 휨강도의 개선 효과는 FA보다 BF를 혼입한 경우가 효과적이라 것을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 BF와 FA를 PCM 에 혼입하여 압축강도와 휨강도를 개선시키기 위해서는 다양한 배합조건에서 정도의 차이가 발생하므로 실제 현장에서 사용 시 폴리머 시멘트비와 혼화재의 혼입률 조합을 적절히 선택하여야 한다.

참고문헌 (16)

Ohama Y, Ibe H, Mine H, Kato K. Cement mortars modified by SB latexes with variable bound styrene. Rubber Chemistry and Technology. 1964 Feb;37(3):758-69.

상세보기
Ohama Y. Handbook of polymer-modified concrete and mortars. Noyes Publications. New Jersey (U.S.A); 1995. 225 p.
Jo YK. Basic properties of polymer cement mortar with EVA emulsion and admixtures. Journal of the Korea Institute for Structural maintenance and Inspection. 2019 Nov;23(6):53-60. https://doi.org/10.11112/JKSMI.2019.23.6.53

원문보기 상세보기
Kim MJ, Shin GO, Joo NC, Lee GJ,Jeong JP. Vibration properties of concrete overlays using RS-LMC. Journal of the Korea concrete Institute. 2016 Oct;28(5):571-9. https://doi.org/10.4334/JKCI. 2016. 28.5.571

원문보기 상세보기
Choi KK. Numerical investigation on cracking of bridge desk slabs with latex modified concrete overlays. Journal of the Korea concrete Institute. 2010 Jan;22(1):77-84. https://doi.org/10.4334/JKCI.2010.22.1.077

원문보기 상세보기
Piotrowski T. Prochon P. Capuana A. Mechanical properties of polymer cement-fiber-reinforced concrete (PC-FRC). Proceedings of the 16th International Congress on Polymers in Concrete; 2018 Apr 29-May 1; Washington DC (USA). International Congress on Polymers in Concrete; 2018. p. 227-34.
Jo YK. Kim WK. Investigation of physical properties and self healing of hardener-free epoxy-modified mortars with GGBFS. Journal of the institute for structural maintenance and inspection. 2020 Feb;24(1):80-7. https://doi.org/10.11112/jksmi. 2020. 24.1.80

원문보기 상세보기
Pareek SN. Improvement in adhesion of polymeric repair and finish materials for reinforced concrete structures [phD thesis]. [koriyama (Japan)]: Nihon University. 1993. p. 80-106.
Ohama Y. Principle of latex modification and some typical properties of latex-modified concrete. ACI Material Journal. 1987 Feb;84(6):511-8.
Jo YK. Astudy on the improvement of adhesion in tension and flexure of polymer cement mortar depending on various test methods. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2019 Feb;19(1):47-57. https://doi.org/10.5345/JKIBC.2019.19.047

원문보기 상세보기
Sawaide M. Improved construction joint work of early-age concrete by polymer-emulsion treatments. Proceedings of the 6th International Congress on Polymers in Concrete; 1990 Sep 8-11; Shanghai (China).International Congress on Polymers in Concrete; 1990. p. 562-8.
Ohama Y. Study on properties and mix proportioning of polymer-modified mortars for buildings. Report of the Building Research Institute. 1973 Oct;65:100-4.
Jo YK. Properties of polymer cement mortars under combined cures. Journal of the Korea Concrete Institute. 2006 0ct;18(5):667-75. https://doi.org/10.4334/JKCI.2006.18.5.667

원문보기 상세보기
Yoon YS, Cho SJ, Kwon SJ. Prediction equation for chloride diffusion in concrete containing GGBFS based on 2-Year cured results. Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. 2019 Mar;23(2): 1-9. https://doi.org/10.11112/jksmi.2019.23.2.1

원문보기 상세보기
Garbacz A. Sokolowska JJ. Concrete-like polymer composites with fly ashes-comparative study. Construction and Building Materials. 2013 Jan;38:689-99. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.08.052

상세보기
Jo YK. Tensile and adhesion properties of polymer cement mortar with EVA emulsion, blast-furnace slag and fly as has a repair material. Journal of the Architectural Institute of Korea, Structure &Construction. 2019 Nov; 35(11):147-54. https://doi.org/10.5659/JAIK_SC.2019.35.11.147

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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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