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문제 정의
- 본 연구는 플라이애시를 혼합한 콘크리트의 내구성 측면의 사용성을 검증하기 위한 연구로서 플라 이애시를 혼합한 콘크리트의 염해, 중성화, 황산염 침해 및 동결융해 저항성을 I종 시멘트 및 V종 시 멘트를 사용한 배합과 비교 검토하였다.
제안 방법
- 시험체 크기는 100x100x400mm 각주 시험체를 제작하여 기중동결 수중융해시험법으로 실시하였다. 동결융해시험의 온도범위는 -18~+4.5C로 하고 1사이클의 시간은 160분으로 하여, 동결융해 30사 이클마다 초음파에 의한 상대동탄성 계수를 300사이클까지 측정하였다.
- 시험체 크기는 100xlOOWOOmm 몰드를 사용하였으며, 28일 동안 표준양생을 실시한 후 황산나트 륨 10% 수용액에 침적하였다. 시험 후 28일, 60일, 90일에 시험체의 길이변화를 측정하였다.
- 시험체 크기는 lOOxioox 100mm 몰드를 사용하였으며, 일방향으로 이산화탄소의 침투를 유도하기 위해 5면은 에폭시 코팅을 하여 이산화탄소 농도 10%, 온도 3(TC, 습도 50%으로 중성화 촉진시험을 실시하였다. 중성화 시험 후 7일, 28일, 60일, 90일에 시험체를 할렬하여 페놀프탈레인 1% 용액을 분 무하여 중성화 깊이를 측정하였다.
- 시험체 크기는 lOOxlOOx 100mm 몰드를 사용하였으며, 일방향으로 염화물 이온의 침투를 유도하기 위해 5면은 에폭시 코팅을 하여 NaCl 3.6% 수용액에 침적시켜 28일, 60일, 90일에 시험체 표면으로부터 15mm 간격으로 시료 40g을 채취한 후 이온 전극법올 이용하여 수용성 염화물 이온량을 측정하였다.
- 시험체 크기는 lOOxioox 100mm 몰드를 사용하였으며, 일방향으로 이산화탄소의 침투를 유도하기 위해 5면은 에폭시 코팅을 하여 이산화탄소 농도 10%, 온도 3(TC, 습도 50%으로 중성화 촉진시험을 실시하였다. 중성화 시험 후 7일, 28일, 60일, 90일에 시험체를 할렬하여 페놀프탈레인 1% 용액을 분 무하여 중성화 깊이를 측정하였다.
대상 데이터
- 시멘트는 I종 시멘트에 플라이애시 치환율 20%, I종 및 V종 시멘트를, W/(C+F/A)비는 62, 48, 44, 40%를 사용하였고, 콘크리트 배합은 표 1과 같다.
- 시험체 크기는 100x100x400mm 각주 시험체를 제작하여 기중동결 수중융해시험법으로 실시하였다. 동결융해시험의 온도범위는 -18~+4.
- 시험체 크기는 100xlOOWOOmm 몰드를 사용하였으며, 28일 동안 표준양생을 실시한 후 황산나트 륨 10% 수용액에 침적하였다. 시험 후 28일, 60일, 90일에 시험체의 길이변화를 측정하였다.
성능/효과
- 그림 5~그림 6은 콘크리트의 동결융해 시험결과이다. AE제 양을 동일하게 사용하여 콘크리트를 제조한 결과, 플라이애시를 사용한 콘크리트는 I종시멘트와 V종시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 공 기량 연행이 되지 않아 동결융해 저항성이 다소 저하되는 것으로 나타났으나 동결융해에 대한 내구성 을 판단하는 기준인 상대동탄성계수 60%이하로 되는 경우는 없는 것으로 나타났다. 그리고 AE제 양 을 증가시켜 동일한 공기량을 연행한 결과, 플라이애시를 혼입한 콘크리트의 동결융해 저항성은 I종시 멘트와 V종시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 우수한 것으로 나타났다.
- 황산염 침해속 도는 I종+F/A(20%)<V종<I종 순으로 증가함을 알 수 있다. I종 시멘트보다 V종 시멘트가 황산 염에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났는데 이는 V종 시멘트의 경우 황산염과 반응하여 침 상결정인 에트린가이트를 생성하는 CbA의 함량 을 저감시켰기 때문이며, 플라이애시를 사용한 경우의 황산염에 대한 저항성은 V종 시멘트의 동등 이상으로 나타났다. 또한, W/(C+F/A)비가 낮을수록 시멘트 종류에 상관없이 황산염에 대한 저항성이 증가함을 알 수 있다.
- AE제 양을 동일하게 사용하여 콘크리트를 제조한 결과, 플라이애시를 사용한 콘크리트는 I종시멘트와 V종시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 공 기량 연행이 되지 않아 동결융해 저항성이 다소 저하되는 것으로 나타났으나 동결융해에 대한 내구성 을 판단하는 기준인 상대동탄성계수 60%이하로 되는 경우는 없는 것으로 나타났다. 그리고 AE제 양 을 증가시켜 동일한 공기량을 연행한 결과, 플라이애시를 혼입한 콘크리트의 동결융해 저항성은 I종시 멘트와 V종시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 우수한 것으로 나타났다.
- 그리고 재령 28일에서 중성화시험을 시작한 콘크리트예 비해 재령 91일에서 시험을 시작 한 콘크리트의 중성화 진행속도가 상당히 억 제되는 것으로 나타났는데 이것은 포졸란 반 응에 의해 소비되는 Ca(0H)2의 영향보다 경 화체 조직의 치밀화에 의해 CO2 가스의 콘크 리트 내부 침투를 억제하는 영향이 크기 때문 으로 추정되며, 장기재령으로 갈수록 그 경향 이 커질 것으로 판단된다. 이런 결과로부터, 플라이애시를 사용한 콘크리트의 내구성을 향 상시키기 위해서는 충분한 양생을 실시하는 것이 무엇보다 중요함을 알 수 있다.
- 따라서 이상의 연구 결과에서 알 수 있듯이 해안 구조물에 플라이애시를 사용할 경우, 내 해수성 측면에서 제성질이 우수한 콘크리트의 생산이 가능할 것으로 판단되며, 이로 인한 건설재료비 절감 및 운영 중 유지관리비 절감 효과도 예상된다.
- 이것은 W/(C+F/A):가 낮을수록 경화체 조직이 치밀해져 염소이 온의 침투를 억제시키기 때문이다. 또한 W/(C+F/A)가 낮을수록 플라이애시를 흔입한 콘크리트가 V 종, I종 시멘트에 비해 염화물 침입속도에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 이것은 W/(C+F/A)가 낮을수록 시멘트의 수화가 빨리 진행되어 Ca(OH)2을 빨리 생성하고 그 만큼 포졸란 반응이 빨라져 경화체 조직이 치밀해졌기 때문으로 추정된다.
- 플라이애시 치환율 20% 및 I종, V종 시멘트를 사용한 콘크리트 공시체를 대상으로 내구성 시험을 실시한 결과, 플라이애시를 사용한 경우 염해 및 황산염제항성측면에서 우수한 결과를 나타내었으며, 중성화의 경우 적정 W/(C+F/A)를 유지시 사용수 명 동안의 건전성 유지에는 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 또한 플라이애시를 사용한 콘크리트는 AE제를 흡착하는 경향이 있으므로 동일한 AE제를 사용한 경우에는 다소 동결 융해 저항성이 저하되 나, I종 및 V종 시멘트를 사용하는 콘크리트와 동일한 공기량을 확보할 경우에는 우수한 동결 융해 저항성을 나타내었다.
- I종 시멘트보다 V종 시멘트가 황산 염에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났는데 이는 V종 시멘트의 경우 황산염과 반응하여 침 상결정인 에트린가이트를 생성하는 CbA의 함량 을 저감시켰기 때문이며, 플라이애시를 사용한 경우의 황산염에 대한 저항성은 V종 시멘트의 동등 이상으로 나타났다. 또한, W/(C+F/A)비가 낮을수록 시멘트 종류에 상관없이 황산염에 대한 저항성이 증가함을 알 수 있다.
- 이상의 중성화 시험결과를 종합해 보면, 플라이애시를 콘크.리트에 혼입함으로서 V종 시멘트를 사용하는 현행 콘크리트보다 중성화 측면에서 불리하나 W(C+F/A)가 낮을수록 중성화 속도 저감에는 상당히 유효할 것으로 판단된다.
- 이상과 같이, 플라이애시를 20% 치환한 콘크리트와 V종시멘트와 I종시멘트를 사용한 콘크리트의 동결융 해 저항성을 비교한 결과, 플라이애시를 사용한 콘크리트는 AE제를 흡착하는 경향이 있으므로 동일한 AE제 를 사용한 경우에는 다소 동결융해 저항성이 저하되나 기준치를 만족하지 못하는 경우는 없으며 동일한 공 기량을 확보할 경우 현행 콘크리트 이상의 동결융해 저항성을 가질 것으로 판단된다
- 이상의 중성화 시험결과를 종합해 보면, 플라이애시를 콘크.리트에 혼입함으로서 V종 시멘트를 사용하는 현행 콘크리트보다 중성화 측면에서 불리하나 W(C+F/A)가 낮을수록 중성화 속도 저감에는 상당히 유효할 것으로 판단된다.
- 플라이애시 치환율 20% 및 I종, V종 시멘트를 사용한 콘크리트 공시체를 대상으로 내구성 시험을 실시한 결과, 플라이애시를 사용한 경우 염해 및 황산염제항성측면에서 우수한 결과를 나타내었으며, 중성화의 경우 적정 W/(C+F/A)를 유지시 사용수 명 동안의 건전성 유지에는 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 또한 플라이애시를 사용한 콘크리트는 AE제를 흡착하는 경향이 있으므로 동일한 AE제를 사용한 경우에는 다소 동결 융해 저항성이 저하되 나, I종 및 V종 시멘트를 사용하는 콘크리트와 동일한 공기량을 확보할 경우에는 우수한 동결 융해 저항성을 나타내었다.
후속연구
- 이상으로 염해에 대한 시험 결과를 정리해 보면, 플라이애시를 콘크리트에 혼입하면, 현행 V종 시 멘트를 사용하는 콘크리트보다 내염해성 측면에서 우수한 콘크리트의 생산이 가능할 것으로 판단된다. 또한 W/(C+F/A)가 작은 배합일수록 플라이애시 혼입 효과가 더욱 증가할 것으로 사료된다.
- 이상으로 염해에 대한 시험 결과를 정리해 보면, 플라이애시를 콘크리트에 혼입하면, 현행 V종 시 멘트를 사용하는 콘크리트보다 내염해성 측면에서 우수한 콘크리트의 생산이 가능할 것으로 판단된다. 또한 W/(C+F/A)가 작은 배합일수록 플라이애시 혼입 효과가 더욱 증가할 것으로 사료된다.
- 이상의 시험결과로 볼 때, 플라이애시를 사용하면 V종 시멘트 동등이상의 황산염에 대한 저항성을 가진 콘크리트의 생산이 가능할 것으로 판단된다.
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