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문제 정의
- 이러한 추세에 따라 국내에서도 199()년대 후반부터 인산 (HUO」) 및 불산(HF)을 제조하는 공정 중에 액상 형태의 부산물로 회수되는 불화 규산(H’SiFQ을 활용하여 안정한 액상형태 로 제조되는 규불화염계 화합물이 콘크리트의 강도를 증진 시 키는 동시에 수밀성 증진 및 수화열 억제 등의 복합적 기능을 통해 경화 후 콘크리트의 건조수축, 소성수축 및 온도 응력 에 의한 균열 저감 등 수밀성 및 경화 후 물성에 긍정적인 영향을 준다는 여러 연구가 보고되고 있어 향후 건설용 혼화재 료로써의 새로운 기능성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 인산 제조공정 중에 공정부산물로 회수되는 불화 규산(HSFQ을 활용하여 제제 조된 규불화염 계 무기 조성물을 콘크리트에 첨가하여 수밀성 변화 및 균열 저감 효과를 자유/구속건조수축, 길이 변화, 수화온도 평가를 통해 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 이는 SWP-2중 규불화염과 시멘트 수화성분과의 반응에 의해 생성된 난용성 금속 불화물의 충전작용으로 수밀성이 증진됨으로써 경화 후 건조수축을 구속하는 효과 때문인 것으로 판단된다. 콘크리트의 자유(무구속) 건조수축 평가는 길이 변화와 동일한 규격 (1()X l()X4()cm)으로 시험체를 제작하고 매입형 게이지 (PMFL-60) 을 콘크리트 시험체 중앙에 매입하여 28일간 2()±2°C의 수중에서 표준 양생한 후 항온항습실(온도 2()土 ! G 습도 6()±5%)에서 표준건조를 실시한 후 매입형 게이지를 이 용한 Data Logger에 의해 55일까지 무구 속에서의 건조수축 변 형을 측정하였다.
- 규불화염계 무기 조성물을 콘크리트에 일정 비율 첨가하여 콘크리트의 수밀성 및 균열 저감 특성에 미치는 효과를 측정한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 콘크리트 경화체의 수밀성은 투수율(KS F 4926), 공극율 분석(수은 압입법)을 통해 평가하였으며 기본적으로 재령별(3일~56일) 압축강도(KS F 2405)도 함께 측정하였다. 균열 저감 특성은 길이 변화, 자유/구속건조수축 및 표면균열 관찰을 통해 평가하였다. 길 이 변화 및 자유 건조수축은 KS F 2424에 준하여 실시하였고, 구속건조수축은 JIS 규격[콘크리트 건조 수 축 균열 시험 방법], 표면 균열관찰은 6()()X6()()X5()mm으로 제 작된 판상형 공 시체 표면에서의 균열 발생 패턴을 관찰하고, 균열갯수.
- 균열 길이. 균열면적으로 정량화하여 균열 저감 효과를 평가하였다.
- 0)는 공극이 다수 관찰된 반면 SWP-2가 첨가된 콘크리트 경화 조직은 공극이 거의 없는 치밀한 경화 체를 형성하여 난용성 금속 불화물의 충전 및 가용성 실리카의 포졸란 작용에 의한 효과를 잘 설명해주고 있다. 또한 난용성 금속 불 화물의 존재를 확인하기 우해 EDX를 이용하여 SWP-2가 첨가된 경화체의 SEM 이미지상에 충전 부위(red circle)로 예상되는 부분에 대해 원소분석을 실시하여 난용성 금속 불화물에 서 기인된 불소 피이크를 확인할 수 있었다.
- 한편 구속상태에서 건조수축평가는 J1S 규격에 따라 그림 8과 같은 17X 1()X l()()cm의 구속변형 시험용 몰드를 사용하여 구속상 태에서 건조수축 변형을 측정하였다. 시험체의 제작 및 양생 온도는 2()±3°C로 하고 습윤 상태로 7일간 양생한 후 탈형하 여 온도 2()± It 습도 6()±5아의 기건 양 생을 실시하여 시험체 양측 면의 직선 부 중앙 2()()mm 이상의 위치에서 건조수축 길이를 48일간 연속적으로 측정하였다. 측정 기간 중 시험체의 균열 발생 여부도 함께 평가하였다.
- 시험체의 제작 및 양생 온도는 2()±3°C로 하고 습윤 상태로 7일간 양생한 후 탈형하 여 온도 2()± It 습도 6()±5아의 기건 양 생을 실시하여 시험체 양측 면의 직선 부 중앙 2()()mm 이상의 위치에서 건조수축 길이를 48일간 연속적으로 측정하였다. 측정 기간 중 시험체의 균열 발생 여부도 함께 평가하였다.
- 콘크리트 경화 조직의 미세구조 관찰은 SEM을 이용하여 배율 2.()()() 배에서 실시하였다. 그림 4와 같이 무첨가 콘크리트 (SWP-2-0.
- 콘크리트 시험체의 표면균열 패턴을 평가하기 위해 구속력을 부여하기 위해 5mm 볼트가 몰드 내면에 부착된 60X60X 5cm의 판상형 몰드에 시험체를 제작하고 온도 28土3°C, 습도 4()±5%에 노출시킨 상태에서 시험체 표면에 풍속 4.5~5.()m/s로 일정한 조건을 유지시켜 균열 발생을 인위적으로 유도하였다. 표 3은 무첨가 및 SWP-2를 첨가하여 제작된 콘크리트의 시험체의 표면균열 발생 결과를 정량적으로 요약한 것이며, 시험을 통해 관측된 콘크리트 표면에서의 균열패턴은 그림 9와 같이 나타났다.
- 콘크리트 재료배합은 시멘트의 10%를 플라이애쉬로 치환된 것을 기본배합으로 하였으며, 표 1과 같다. 시멘트는 비중 3.
- 이는 SWP-2의 수밀성 개선효 과에 의해 자유수 및 모세관내 응축수의 급격한 손실을 억제 함으로써 건조수축이 감소된 것으로 판단된다. 한편 구속상태에서 건조수축평가는 J1S 규격에 따라 그림 8과 같은 17X 1()X l()()cm의 구속변형 시험용 몰드를 사용하여 구속상 태에서 건조수축 변형을 측정하였다. 시험체의 제작 및 양생 온도는 2()±3°C로 하고 습윤 상태로 7일간 양생한 후 탈형하 여 온도 2()± It 습도 6()±5아의 기건 양 생을 실시하여 시험체 양측 면의 직선 부 중앙 2()()mm 이상의 위치에서 건조수축 길이를 48일간 연속적으로 측정하였다.
대상 데이터
- 1%의 것을 사용하였다. 골재는 강모래(비중 2.57) 및 쇄 석(비중 2.67)을 사용하였으며, 규불화염계 무기 조성물(이하 SWP-2로 표기함)의 특성은 표 2와 같다.
- 콘크리트 재료배합은 시멘트의 10%를 플라이애쉬로 치환된 것을 기본배합으로 하였으며, 표 1과 같다. 시멘트는 비중 3.15, 분말도 3, 3()03册侶의 1종 보통 포틀랜드 시멘트이고, 플 라이애쉬는 보령산이며, 비중 2.12 분말도 2, 976cnr7g, 강열감량 4.1%의 것을 사용하였다. 골재는 강모래(비중 2.
이론/모형
- 균열 저감 특성은 길이 변화, 자유/구속건조수축 및 표면균열 관찰을 통해 평가하였다. 길 이 변화 및 자유 건조수축은 KS F 2424에 준하여 실시하였고, 구속건조수축은 JIS 규격[콘크리트 건조 수 축 균열 시험 방법], 표면 균열관찰은 6()()X6()()X5()mm으로 제 작된 판상형 공 시체 표면에서의 균열 발생 패턴을 관찰하고, 균열갯수. 균열 길이.
- 콘크리트 경화체의 수밀성은 투수율(KS F 4926), 공극율 분석(수은 압입법)을 통해 평가하였으며 기본적으로 재령별(3일~56일) 압축강도(KS F 2405)도 함께 측정하였다. 균열 저감 특성은 길이 변화, 자유/구속건조수축 및 표면균열 관찰을 통해 평가하였다.
성능/효과
- 1) 규불화염계 무기 조성물의 첨가하면 시멘트 수화과 정중에 생성되는 난용성 금속 불화물의 충전작용 및 가용성 실리카의 포졸란 반응의 복합적 효과에 의해 압축강도가 향상되고 투수율 및 공극율이 크게 감소되어 콘크리트 경화체의 수밀성이 증진되는 것으로 확인되었다.
- 2) 규불화염계 무기 조성물의 첨가로 수밀성이 증진되어 치밀한 경화 조직을 형성함으로써 경화 후 급격한 수분의 손실에 따른 경화 수 죽이 억제되어 건조수축을 저감시키는 특성을 발휘하였다.
- 3) 콘크리트 균열 발생 패턴에서 무첨가 콘크리트와 달리 규불 화염 계 무기 조성물이 첨가된 콘크리트는 비연속 상의 국부적 균열 발생 패턴을 보였으며, 균열 길이, 균열갯수 및 균열 면적이 크게 감소되는 경향을 나타냈다.
- 재령 28일 콘크리트 경화 체를 대상으로 수은 압입법에 의해 공극율(porosity, %) 변화를 분석하였으며 이를 그림 5에 나타내었다. SWP-2 첨가로 공극율이 최소 2.7%에서 최대 16.3%까지 감소되는 것으로 분석되어 경화체의 수밀성이 개선되는 효과를 확인할 수 있었다.
- SWP-2의 첨가로 구속상태에서도 건조수축이 저감되는 특성을 보였으며, 무첨가 콘크리트가 양생 39일에서 균열이 발 생된 반면 SWP-2를 첨가한 시험체는 측정 재령 48일 동안 균열이 발생되지 않았다. 이는 수밀성 증진으로 건조수축 저항성이 향상되어 구속조건에서의 균열 발생이 효과적으로 억제된 결과로 예상된다.
- 균열폭도 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 규불화염계 무기 조성물 첨가에 의해 콘크리트 경화체 표면에서의 균열패턴 변화와 균열 발생을 저감하는 효과가 있음을 실험을 통하여 검증할 수 있었다.
- 측정 결과, 무구 속 상태에서 SWP-2의 첨가로 건조수축 길이 가 감소되며, 재령이 지나면서 증가하는 경향을 보였다. 특히, 첨가량을 고려할 때().
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