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문제 정의
- 따라서 본 연구에 서 는 굳지않은 시 멘트 페 이 스트의 유동성 을 평가하기 위한 방법으로 링플로우(이하 R-F)와 플로우콘 (이하 F-C) 및 미니슬럼프(이하 M-S) 등의 측정 장비를 비교 하여, 시험기 간의 상호관계에 대한 검토를 실시하였는데, 본 고에서는 이러한 플로우 측정장비를 이용하여 각종 시멘트와 혼화재 변수가 시멘트페이스트의 레올로지 성상에 미치는 영 향을 분석하고, 아울러 회전점도계를 이용하여 측정된 데이터 를 정량화함으로서, 효율적이고 신뢰할 수 있는 시멘트페이스 트의 유동성 평가방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 또한, 굳지않은 시멘트 페이스트의 유동성 실험은 링플로우 의 경우 JASS 15M-1O3, 미니플로우는 KS F 2474에 의거 실시 하였고, 플로우테이블은 KS L 5111의 규준에 맞는 시험기를 이용하여 낙하를 가하지 않은 상태에서 측정하였으며, 회전 점도계 (Brookfield DV-11)에 의한 레 올로지 정수의 측정은 JIS K 6901 규정에 의거하여 실시하였는데, 각 플로우 및 회전점도계 측정 모습은 그림 3과 같다
- 본 연구는 각종 플로우 측정 장비 및 회전점도계를 이용하 여 시멘트페이스트의 레올로지 특성을 유동성 평가와 이에 따 른 영향요인으로써 시멘트 회사별, 혼화제 종류별 및 치환율을 검토하였는데, 그 실험결과는 다음과'같다.
- 실험방법으로 시멘트페이스트의 혼합은 모르터 믹서를 이용 하였고, 혼합방법은 잔골재의 혼합을 제외한 ASTM C305에 의거하여 모든 배합에 대하여 동일하게 실시하였다.
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표 1. 실험계획
실험변수로 시멘트 회사별 A, B, C사의 3수준으로 하였고, 혼화재는 플라이애쉬(이하 FA), 고로슬래그 미분말 (이하 BS) 및 실리카흠(이하 SF)을 이용하였는데, FA 및 BS의 경우는 각 각 시멘트 질량비에 대해 10, 20, 30% 치 환 사용하는 것으로 하였고, SF의 경우는 10, 20% 2개 수준에 대해 검토하는 것으 로 하였으며, 굳지않은 시멘트 페이스트의 실험사항은 표 1에 명시된 내용과 같다
. - 본연구의 실험계획은 표 1과 같다. 즉, W/C(W/B) 는 30%와 40% 2수준으로 하였는데, W/C(W/B) 30%의 경우는 목표 슬럼 프플로우가 300土20mm인 고유동 범위 시료를 만들기 위해 고 성능감수제를 시멘트와 혼화재 질량비에 대해 0.85% 첨가하는 것으로 하였고, W/C(W/B) 40%의 경우 목표 슬럼프플로우가 150土 20mm를 만족하는 일반유동의 시멘트페이스트로 제작하 였는데, 이때, 목표 슬럼프플로우를 만족시키기 위해 고성능감 수제는 사용하지 않는 것으로 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 A, B, C사의 보통 포틀 랜드시멘트를 사용하였고 , 고성능감수제는 H 사의 폴리칼본산 계를 사용하였으며, 혼화재료로 FA, BS, SF은 모두 국내에서 유통되는 제품을 사용하였는데 각 사용재료의 화학적, 물리적 성질은.그림 1-2 및 표 2~3과 같다.
성능/효과
- 또한, 그림. 12-(b)의 R-F와 소성점도와의 상관관계는 전체적으로 0.660으로 양의 상관관계를 나타내고 있으나, 고유동 범위에서는 음의 상관관 계를, 기록하였고 일반범위에서는 양의 상관관계를 나타내어 이를 고려할 경우 R-F와 소섬점도 값은 높은 신뢰구간을 형성 할 것으로 분석된다. 반면, 본 실험에서 사용한 혼화재 변수로 SF의 경우는 소량의 사용만으로 시멘트페이스트의 유동특성과 레올로지 정수에 미치는 영향이 매우 이례적인 것으로 나타났 는데, 그에 .
- 1) 시멘트 회사별로 유동특성을 검토한 결과 모든 플로우 측 정 장비에서 동일하게 C사가 가장 유동성이 큰 것으로 나 타났고, 다음으로 B, A사순으로 나타났다.
- 2) FA, BS, SF 등 혼화재 종류별 치환율에 따른 유동특성및 콘시스턴시 곡선을'검토한 결과 모든 플로우 시험기에서 동일한 유동성 경향을 기록하였는데, 일부 시룔를 제외하 면 콘시스턴시 곡선과 유동특성의 상관관계는 매우 높은 것으로 나타났다.
- 3) R-F의 플로우 값과 레올로지 정수를 비교한 결과 항복치 및 소성점도 모두에서 양호한 상관관계를 기록하였다.
- 각종 플로우 실험기와 슬럼프플로우와의 관계는 R-F를 이용 하여 측정한 경우 F-C 및 M-S를 이용하여 측정한 것과 동일한 순으로 나타났는데 일반 범위 및 고유동 범위에서 모두 C사의 시멘트의 유동성 이 약간 큰 것으로 나타났고 다음으로 B, C 순 으로 나타났다. 한편, 시멘트 회사에 따른 일반범위와 고유동 범위의 콘시스턴시는 각종 시험기에 의한 측정결과와 동일한 경향으로 나타났는데, 시험기에 의한 측정에서 유동성이 가장 컷던 C사의 항복치가 가장 작게 나타났고, A사 시멘트의 항복 치가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 먼저 그림 6~7과 같이 FA를 치환한 시멘트페 이스트의 경우 일반유동 범위에서는 치환율이 증가 할수록 유동성이 저하하 는 반면, 고유동 범위에서는 치환율이 작은 범위에서는 플로우 가 감소하다가 치환율이 중가 할수록 점점 중가하는 경향으로 나타났는데, 이러한 유동특성은 모든 플로우 시험기에서 동일 하게 나타났다. 또한, 콘시턴시 곡선에서 FA 20%이상 치환한 일반 시멘트페이스트 범위의 경우 초기 값이 그림 4에서 설명 한 내용과 다른 경향을 나타냈는데 이는 분체량 증가에 따른 점성이 커지면서 초기 항복치가 감소한 것에 기인한 결과로 사 료된다.
- 먼저, R-F와 F-C의 경우 상관계수 日은 0.9921 을 기록하였고 M-S는 0.9923으로서, 슬럼프 시험기 간의, 상호관계는 매우 높 은 신뢰구간을 형성하는 것으로 나타났다. 종합적으로, 이러한 결과를 토대로 향후 R-F를 이용한 시멘트페이스트의 유동성 평가 방법에 높은 신뢰성을 부여 할 수 있을 것으로 분석된다.
- 이러한 유동특성은 R-F, F-C, M-S 시 험기에서 모두 동일한 경향을 기록하였다. 콘시스턴시 곡선의 특징으로는 그림8의 일반범위에서는 초기 전단응력이 다소 불 안정한 것으로 나타난 반면, 그림 9의 고유동 범위에서는 치환 율 증가에 따라 항복치가 작아지는 정상적인 경향으로 나타났 는데, 유동특성 실험 결과와 같이 BS 치환율 30%에서 가장 작 은 항복치를 기록하였다.
- 한편, 그림 8~9와 같이 BS를 치환한 시멘트페이스트는 FA를 치환한 경우와 비슷한 경향으로 나타났는데, 일반 시멘트페이 스트의 범위에서의 유동성은 치환율이 증가할수록 동일하거나 약간 감소하는 것으로 나타났고, 고유동 범위에서는 점차 증 가하는 것으로 나타났다. 이러한 유동특성은 R-F, F-C, M-S 시 험기에서 모두 동일한 경향을 기록하였다.
- 각종 플로우 실험기와 슬럼프플로우와의 관계는 R-F를 이용 하여 측정한 경우 F-C 및 M-S를 이용하여 측정한 것과 동일한 순으로 나타났는데 일반 범위 및 고유동 범위에서 모두 C사의 시멘트의 유동성 이 약간 큰 것으로 나타났고 다음으로 B, C 순 으로 나타났다. 한편, 시멘트 회사에 따른 일반범위와 고유동 범위의 콘시스턴시는 각종 시험기에 의한 측정결과와 동일한 경향으로 나타났는데, 시험기에 의한 측정에서 유동성이 가장 컷던 C사의 항복치가 가장 작게 나타났고, A사 시멘트의 항복 치가 가장 큰 것으로 나타났다. 또한 고유동과 달리 일반범위 시멘트페이스트의 경우 초기 측정값이 불안정하게 나타났는데, 이는 고농도 서스팬션의 고유한 특성으로 점성이 작은 고농도 서스팬션의 경우 전단변형시 간극수압의 이동으로 전단을 시 작하는 범위에서는 순간 전단응력이 증가하게 되는데 이와같 은 메카니즘에 의한 것으로 판단된다.
후속연구
- 4) 플로우 시험기간의 상관관계를 분석한 결과 모든 장비에 서 0.9이상의 높은 상관관계를 기록하여 향후 플로우 시험 시 측정 장비간의 비교 사용이 가능할 것으로 분석된다.
- 따른 메카니즘 .분석은 향후 계속적인 연구가 필요 할 것으로 사료된다.
- 9923으로서, 슬럼프 시험기 간의, 상호관계는 매우 높 은 신뢰구간을 형성하는 것으로 나타났다. 종합적으로, 이러한 결과를 토대로 향후 R-F를 이용한 시멘트페이스트의 유동성 평가 방법에 높은 신뢰성을 부여 할 수 있을 것으로 분석된다.
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