[논문]광물질 혼화재가 콘크리트의 염화물 확산계수에 미치는 영향

김명유; 양은익; 민석홍; 심상배; 최중철; 이광교

문제 정의

이에 본 연구에서는 보통 콘크리트에 대한 연구에 이어 물/시멘트넙|(w/c) 및 혼화재 대체율의 변화에 따른 콘크리 트의 염화물 침투 특성을 살펴보았다. 또한, 총염화물과 자유염화물에 의한 확산계수 상관관계를 살펴 보고, 변색구간에서의 염화물농도도 평가해 보았다.
본 연구에서는 자유염화물과 총염화물에 의해 얻어진 확산계수(Df, Dt) 결과에 기초하여 두 확산계 수 간의 상관 관계를 파악하여 보았다. Fig 3은 그 결과를 나타내며, 왼쪽 그림은 겉보기 확산계수이 고, 오른쪽은 농도 프로파일에 의한 확산계수를 이용하여 얻어진 상관관계를 나타낸다.
본 연구에서는 혼화재의 종류와 혼입율, w/c비에 따른 확산계수 변화를 살펴보았다. 실리카흄이나 슬래그를 대체하였을 경우, w/c 50, 60%에 대해 대체량이 증가함에 따라 겉보기 확산계수가 감소하는 동일한 경향을 보인다.
많은 연구를 통하여 광물질 혼화재의 혼입은 콘크리트의 내부공극을 수밀하게 하는 것으로 밝혀져 왔다. 이에 본 연구에서는 보통 콘크리트에 대한 연구에 이어 물/시멘트넙|(w/c) 및 혼화재 대체율의 변화에 따른 콘크리 트의 염화물 침투 특성을 살펴보았다. 또한, 총염화물과 자유염화물에 의한 확산계수 상관관계를 살펴 보고, 변색구간에서의 염화물농도도 평가해 보았다.

제안 방법

보통 콘크리트 물성과 시험법에 따른 콘크리 트 염화물 확산계수의 변화에 대한 연구가 먼저 선행되었으며, 본 연구에서는 선행된 연구에 혼 화재의 혼입에 따른 콘크리트의 역학적 특성과 염화물 특성을 알아보고자 물-시멘트비와 혼화 재의 종류와 대체율을 실험 변수로 두어 실험하였다. 실험 변수에 관련된 사항을 정리하면 Table 5와 같다.
본 연구에서는 농도차에 의한 확산을 이용하여 염화물을 침투 실험하였다. 실험에 사용된 시 험체는 NordTest NTBuild 443에 따라 010x10 cm 콘크리트 시험체를 사용하였으며, 시험체는 양면 염화물 침투를 목적으로 측면은 에폭시로 도포하여 염화물의 침투를 방지하였다.
실험에 사용된 시 험체는 NordTest NTBuild 443에 따라 010x10 cm 콘크리트 시험체를 사용하였으며, 시험체는 양면 염화물 침투를 목적으로 측면은 에폭시로 도포하여 염화물의 침투를 방지하였다. 한편, 해 수 침지 실험에 의한 염화물 침투 평가는 재령 에 따른 침투 깊이 변화 측정법과(A법)과 염화 물 농도 프로파일 측정법(B법)의 2가지 방법으로 실시하였다.
슬럼프는 12±2cm, 공기량은 5±1%를 목표로 배합하였다. 혼화재는 시멘트의 내할로 혼입하였으며, 고로슬 래그의 경우는 대체율 30%와 60%, 실리카흄은 대체율 5%, 10%로 실험하였다.
혼화재의 혼입에 따른 염화물 확산계수의 변화를 살펴보고자 시험체 배합에 있어 고로슬래그, 실리카흄와 같은 광물질 혼화재를 혼입하였다. 실험에 사용된 골재의 물리적 특성과 혼화재의 화학적 특성은 Table 1과 Table 2, Table 3와 같다.

대상 데이터

본 실험에서 시멘트는 KS L 5201의 규정에 적합한 S사의 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 굵은 골재는 임곡리 부근의 최대 골재 치수 25mm 쇄석골재를 사용하였으며, 잔골재는 연곡 하천의 자연사 로 실험하였다.
본 실험에서 시멘트는 KS L 5201의 규정에 적합한 S사의 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 굵은 골재는 임곡리 부근의 최대 골재 치수 25mm 쇄석골재를 사용하였으며, 잔골재는 연곡 하천의 자연사 로 실험하였다.
본 연구에서는 농도차에 의한 확산을 이용하여 염화물을 침투 실험하였다. 실험에 사용된 시 험체는 NordTest NTBuild 443에 따라 010x10 cm 콘크리트 시험체를 사용하였으며, 시험체는 양면 염화물 침투를 목적으로 측면은 에폭시로 도포하여 염화물의 침투를 방지하였다. 한편, 해 수 침지 실험에 의한 염화물 침투 평가는 재령 에 따른 침투 깊이 변화 측정법과(A법)과 염화 물 농도 프로파일 측정법(B법)의 2가지 방법으로 실시하였다.

성능/효과

(1) 콘크리트의 W/C비는 염화물 확산계수에 영향을 미치며, W/C비가 증가할수록 확산계수도 커지는 경향을 보이며, 슬래그미분말등의 광물질 혼화재를 사용할 경우, OPC에 비해 염화물 침투에 크게 저항하는 것으로 나타났다.
(2) 총염화물에 의한 확산계수가 자유 염화물에 의한 확산계수와 거의 비슷한 수준인 것으로 파악되었 고, w/c비와 혼화재의 혼입에 따라 변색구간에서의 자유 염화물양에 있어서는 커다란 차이가 없는 것으로 파악되었다.
광물질 혼화재를 첨가한 콘크리트의 역학적 특성을 정리하면 Fig 1과 같다. 결과에 따르면, 보통콘 크리트와 마찬가지로 광물질 혼화재 콘크리트의 역학특성은 w/c 비의 영향을 크게 받았다. 특호], 실리카흄을 대체한 콘크리트의 초기강도는 일반 포틀랜드 콘크리트 보다 크게 나타났으며, 대체율이 증가할수록 장기재령에서 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다.
이는 실리카흄의 입자가 미립자 분말이 며, 포졸란 반응에 의해 골재와 결합재간의 부착력을 증가시키는 것에 기인하는 것으로 판단된다. 또한, 고로슬래그 미분말을 대체한 콘크리트의 초기강도는 보통 콘크리트보다 작고, 대체율이 증가할수록 압축강도는 감소하는 것으로 나타났으며, 초기재령에서는 강도 발현율이 낮은 반면 장기재령에서는 강도 발현율이 증가되는 것으로 나타났다.
결과에 따르면, 보통콘 크리트와 마찬가지로 광물질 혼화재 콘크리트의 역학특성은 w/c 비의 영향을 크게 받았다. 특호], 실리카흄을 대체한 콘크리트의 초기강도는 일반 포틀랜드 콘크리트 보다 크게 나타났으며, 대체율이 증가할수록 장기재령에서 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 실리카흄의 입자가 미립자 분말이 며, 포졸란 반응에 의해 골재와 결합재간의 부착력을 증가시키는 것에 기인하는 것으로 판단된다.
실리카흄이나 슬래그를 대체하였을 경우, w/c 50, 60%에 대해 대체량이 증가함에 따라 겉보기 확산계수가 감소하는 동일한 경향을 보인다. 특히, w/c 비가 높은 저강도 콘크리트의 경우에 광물질 혼화재 사용에 따른 확 산 계수의 감소 정도가 크게 나타났다. 이러한 결과는 혼화재 혼입이 콘크리트의 공극구조를 수밀하게 함으로써 공극을 통한 염화물의 확산을 막기 때문인 것으로 사료된다.

후속연구

그러나, 본 연구 결과는 총염화물에 의한 확산계수가 자유 염화물에 의한 확산계수와 거의 비슷한 수준을 나타낸다. 이러한 차이는 Xinying Lu 등의 경우 표면농도를 배제하고, 3mm 깊이의 농도부터 확산계수를 평가하였기 때 문인 것으로 판단되며, 이에 대한 연구가 좀 더 필요할 것으로 판단된다.

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