[논문]콘크리트포장 양생제의 최적 살포시기 결정 연구

박성재; 권오선; 김형배; 김현욱; 조윤호

문제 정의

증발되는 수분을 억제하기 위하여 살포되는 양생제는 국내 다양한 환경의 증발율을 고려하여 최적의 시기에 이루어져야 한다. 본 연구는 국내 콘크리트 포장에서 균질한 초기 품질을 기대하기 위해 최적 살포시기를 정량화하는데 있다.
초기 콘크리트 포장에서 피막 양생제의 영향이 미치는 영역은 표면으로부터 10～13mm이다(ACI 308R-01, 2001). 이 실험은 ASTM C 1151에 기초하여 양생제를 살포한 후 표면 수분 흡수성을 통하여 살포시기에 따른 양생 품질을 평가하는 것이다. 흡수율이 증가한다는 것은 콘크리트 공시체 내부에 공극의 양이 증가한다는 것을 의미한다.
표면 마모 저항성 실험은 양생제의 살포시기에 따른 표면 강도를 측정하는 실험이다. 이 실험은 수화 반응에 따른 표면의 양생 정도를 평가하는 것과 관련이 있다.
이 실험은 수화 반응에 따른 표면의 양생 정도를 평가하는 것과 관련이 있다. 양생 14일 후 양생제의 종류와 콘크리트 배합을 달리하여 양생제 살포시기에 따른 마모 저항성을 평가하는데 목적이 있다. 미국 FHWA(2006)에 따르면 마모저항은 양생에 의해 영향을 받는 유용한 실험 중의 하나로 소개되었고, ACI 308R-01에서는 양생제의 양생 효율성 실험 중의 한 실험으로 언급하였다.
그림 8에서 보면 알 수 있듯이 양생 기간은 7일이었기 때문에 초기 강도 발현이 늦은 플라이 애시의 경우가 일반배합보다 결과가 좋지 못하였다. 양생제 제품의 성능적인 측면을 살펴보자. 이번 실험에 사용한 양생제 시료의 화학적인 면을 고려하면 유성 양생제의 경우 휘발성 유기화합물을 78.
수분 손실량 측정 실험을 통하여 양생제 제품과 콘크리트 배합에 따른 최적 살포시기 결과를 살펴보았다.
양생제는 콘크리트 양생에 불리한 기후조건에서 증발되는 수분을 억제시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 양생제 살포시기를 결정하기 위해 국외의 기술 동향을 바탕으로 수분흡수성 실험, 표면 마모저항성 실험, 수분 손실량 측정 등을 진행하였다. 초기 콘크리트 포장에서 피막 양생제의 영향이 미치는 영역은 표면으로부터 10∼13mm이므로 표면 재료만을 가지고 실험하였다.

제안 방법

실험을 위한 콘크리트 몰드는 코어 시편을 위한 45cm×30cm×10cm의 합판 몰드 12개를 제작하였고, 수분 손실 방지를 위하여 몰드에는 랩을 씌우고 테이프를 둘러 제작하였다.
양생제 살포시기만을 살펴보기 위해 모든 공시체에는 0.4 L/m²의 동일한 양생제 살포량 기준을 적용하였다.
그 역할이 매우 중요한 만큼 우선 증발량을 최대한 줄일 수 있는 최적의 양생제 살포시기가 정량화되어야 한다. 이번 연구에서는 양생제 살포시기를 결정하기 위해 국외의 기술 동향의 내용을 바탕으로 수분 흡수성, 표면 마모 저항성, 수분 손실량 등 세 가지 실내실험을 수행하였다.
4 L/m²의 동일한 양생제 살포량 기준을 적용하였다. 살포시기의 경우는 미살포, 콘크리트타설 후 15분, 30분, 45분, 60분, 90분으로 6가지 경우를 고려하였고, 수분 손실량 측정 실험에는 120분을 추가 적용 하였다.
공극에 따라 흡수율이 변하므로 수화반응으로 인한 콘크리트 내부가 치밀하고 밀실 할수록 흡수율은 작아지게 된다(이승철, 2007). 실험방법은 그림 2와 같이 합판 몰드의 시편에 살포시기를 달리 적용하고 7일 양생 후에 코어링을 실시하였다. 표면 부분이 포함된 상부 7cm를 커팅 한 다음에 피막 양생제의 제거를 위해 표면을 와이어 브러시로 마무리를 해주었다.
실험방법은 그림 2와 같이 합판 몰드의 시편에 살포시기를 달리 적용하고 7일 양생 후에 코어링을 실시하였다. 표면 부분이 포함된 상부 7cm를 커팅 한 다음에 피막 양생제의 제거를 위해 표면을 와이어 브러시로 마무리를 해주었다. 배합은 일반배합 및 플라이애시 배합을 적용하였다.
Dhir(1987)는 표면 흡수성 실험 결과와 마모 시험의 결과는 상관관계가 있음을 설명하였다. 실험방법은 표면 부분이 포함된 상부 1cm를 커팅한 후에 다이아몬드 날을 이용하여 콘크리트 상부를 마모시켜 주었고 무게 손실을 측정하였다. 배합은 일반배합 및 플라이애시 배합이 적용되었다.
양생제를 콘크리트 표면에 살포하게 되면 얇은 피막이 형성됨에 따라 블리딩 수의 증발을 사전에 방지할 수 있다. 일반 배합과 플라이애시 배합 시편을 각각 제작하고 타설 후 양생제의 살포시기를 달리해 주었으며 시편의 무게를 측정하였다.
표면 수분흡수성 실험에서는 수분 흡수율을 양생효율 요소로 보았고, 수분 흡수율이 적은 시편일수록 표면의 공극 크기가 가장 밀실 함을 유추할 수 있었다. 표면 마모 저항성 실험에서는 콘크리트 표면의 양생 효율성 및 표면 강도를 평가하였다. 살포시기에 따른 양생효율은 마모된 콘크리트 무게량으로 평가하였다.
표면 마모 저항성 실험에서는 콘크리트 표면의 양생 효율성 및 표면 강도를 평가하였다. 살포시기에 따른 양생효율은 마모된 콘크리트 무게량으로 평가하였다. 실험 결과에서는 일반 배합과 플라이애시 배합에 따른 최적 살포시기를 확인할 수 있었으며, 유성 양생제와 수성 양생제의 양생 효율을 비교할 수 있었다.
실험 결과에서는 일반 배합과 플라이애시 배합에 따른 최적 살포시기를 확인할 수 있었으며, 유성 양생제와 수성 양생제의 양생 효율을 비교할 수 있었다. 수분 손실량 측정을 통하여 양생제 제품과 콘크리트 배합에 따른 최적 살포시기 결과를 결정하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

수분 손실량 측정을 위하여 18cm×18cm×12cm의 플라스틱 몰드 28개도 추가적으로 준비하였다.
실험은 중앙대학교 환경모사실험실에서 실시되었고, 기후 조건은 기온 26℃, 습도 75%, 풍속 1.3m/s로 제어 하였다. 실험을 위한 콘크리트 몰드는 코어 시편을 위한 45cm×30cm×10cm의 합판 몰드 12개를 제작하였고, 수분 손실 방지를 위하여 몰드에는 랩을 씌우고 테이프를 둘러 제작하였다.
양생제는 콘크리트 고속도로 시공현장에 주로 사용되는 S-a사의 유성 양생제와 S-b사의 수성 양생제를 사용하였다. 두 제품 모두 표 1과 표 2에서처럼 ‘피막 양생제 성능평가 실험’(KS F 2540)에 만족하는 샘플이다.
실험은 표 3의 도로공사 콘크리트 도로 포장 배합을 사용하였다. 일반 배합의 슬럼프는 4.
배합은 일반배합 및 플라이애시 배합을 적용하였다. 시편 양생은 기후 환경이 제어 가능한 중앙대학교 환경모사실험실에서 이루어졌다. 그리고 수분 흡수성을 보기위한 2m×1m×30cm 플라스틱 물 수조를 그림 3과 같이 준비하였다.
초기 콘크리트 포장에서 피막 양생제의 영향이 미치는 영역은 표면으로부터 10∼13mm이므로 표면 재료만을 가지고 실험하였다.

이론/모형

미국 FHWA(2006)에 따르면 마모저항은 양생에 의해 영향을 받는 유용한 실험 중의 하나로 소개되었고, ACI 308R-01에서는 양생제의 양생 효율성 실험 중의 한 실험으로 언급하였다. 이 실험은 ASTM C 944 기준에 의거하여 실시하였다. 그림 5는 모든 시편에 일정한 하중으로 1분씩 총 5분간 다이아몬드 날을 콘크리트 표면에 회전시켜 각 마모 깊이(mm)를 측정하였다.

성능/효과

실험은 표 3의 도로공사 콘크리트 도로 포장 배합을 사용하였다. 일반 배합의 슬럼프는 4.5cm, 공기량은 4%, 플라이애시 배합의 슬럼프는 5cm, 공기량은 6%를 충족하였다.
즉 타설 후 30±15분의 살포시기에서 수분 증발량을 가장 잘 억제하였음을 확인할 수 있다.
양생제 제품의 성능적인 측면을 살펴보자. 이번 실험에 사용한 양생제 시료의 화학적인 면을 고려하면 유성 양생제의 경우 휘발성 유기화합물을 78.3 g/L를 함유하고 있었고, 수성 양생제는 휘발성 유기화합물 함유량을 5.4 g/L 포함하고 있어서 보다 환경 친화적임을 확인하였다. 하지만 콘크리트 양생 효율은 유성 양생제가 다소 높게 나타났다.
하지만 콘크리트 양생 효율은 유성 양생제가 다소 높게 나타났다. 실험한 두 배합 모두 타설 후 30분 전후에 양생제를 살포하는 것이 비교적 적절함을 확인 할 수 있었다.
양생제의 종류에 따른 일반배합의 표면마모저항성 실험 결과는 표 4와 표 5이다. 표면 마모 저항성 실험 결과 양생제를 미살포 하였을 경우와 타설 후 90분에 살포하였을 때 무게 감소량이 비교적 크게 나타났으며, 타설 후 몇 분이 지난 후 15분～60분에 양생제를 살포할 경우에는 무게 감소량이 줄어드는 경향을 확인할 수 있다. 이 실험에서 콘크리트는 14일 양생한 초기 강도로서 플라이 애시 배합 보다는 일반배합의 시편이마모 저항성 정도가 더 좋았다.
표면 마모 저항성 실험 결과 양생제를 미살포 하였을 경우와 타설 후 90분에 살포하였을 때 무게 감소량이 비교적 크게 나타났으며, 타설 후 몇 분이 지난 후 15분～60분에 양생제를 살포할 경우에는 무게 감소량이 줄어드는 경향을 확인할 수 있다. 이 실험에서 콘크리트는 14일 양생한 초기 강도로서 플라이 애시 배합 보다는 일반배합의 시편이마모 저항성 정도가 더 좋았다. 수성 양생제를 사용했을 때보다 유성 양생제의 경우가 양생 효율성이 더 좋음을 확인할 수 있었다.
이 실험에서 콘크리트는 14일 양생한 초기 강도로서 플라이 애시 배합 보다는 일반배합의 시편이마모 저항성 정도가 더 좋았다. 수성 양생제를 사용했을 때보다 유성 양생제의 경우가 양생 효율성이 더 좋음을 확인할 수 있었다.
그림 9는 양생제 제품을 달리 적용한 일반 배합과 플라이애시 배합 시편의 수분 손실률이다. 양생기간 3일 후와 7일 후의 수분 손실량이 가장 많았고, 양생제 살포 시기는 타설 후 30분 전후가 수분 손실량이 상대적으로 적었다. 타설 후 90분 이후에 양생제를 살포하는 것은 미살포의 경우보다는 수분 손실이 적었으나, 양생 효율성 차이에서는 큰 의미가 없어 보였다.
양생기간 3일 후와 7일 후의 수분 손실량이 가장 많았고, 양생제 살포 시기는 타설 후 30분 전후가 수분 손실량이 상대적으로 적었다. 타설 후 90분 이후에 양생제를 살포하는 것은 미살포의 경우보다는 수분 손실이 적었으나, 양생 효율성 차이에서는 큰 의미가 없어 보였다. 즉 수분 손실량 측정 결과 타설 후 30분 전후가 최적의 양생제 살포시기임을 확인하였다.
타설 후 90분 이후에 양생제를 살포하는 것은 미살포의 경우보다는 수분 손실이 적었으나, 양생 효율성 차이에서는 큰 의미가 없어 보였다. 즉 수분 손실량 측정 결과 타설 후 30분 전후가 최적의 양생제 살포시기임을 확인하였다.
위의 실험내용을 종합적으로 검토한 결과, 양생제 살포시기는 일반 배합뿐만 아니라 플라이애시 배합에서도 콘크리트 타설 후 30±15분이 최적의 시기임을잠정적으로 결정하였다.
초기 콘크리트 포장에서 피막 양생제의 영향이 미치는 영역은 표면으로부터 10∼13mm이므로 표면 재료만을 가지고 실험하였다. 표면 수분흡수성 실험에서는 수분 흡수율을 양생효율 요소로 보았고, 수분 흡수율이 적은 시편일수록 표면의 공극 크기가 가장 밀실 함을 유추할 수 있었다. 표면 마모 저항성 실험에서는 콘크리트 표면의 양생 효율성 및 표면 강도를 평가하였다.
살포시기에 따른 양생효율은 마모된 콘크리트 무게량으로 평가하였다. 실험 결과에서는 일반 배합과 플라이애시 배합에 따른 최적 살포시기를 확인할 수 있었으며, 유성 양생제와 수성 양생제의 양생 효율을 비교할 수 있었다. 수분 손실량 측정을 통하여 양생제 제품과 콘크리트 배합에 따른 최적 살포시기 결과를 결정하였다.
∎ 수분 흡수성, 마모 저항성 실험에서는 콘크리트 타설 후 15분부터 표면 흡수율과 마모 무게 감소량이 점차 줄어들었으나, 45분부터는 증가함을 확인할 수 있었다. 30분에서는 흡수율이 약 0.
3g의 최저치를 확인할 수 있었다. 수분 손실량 측정은 타설 후 30분 전후의 살포시기에서 수분 증발을 가장 많이 억제 할 수 있었다. 위의 실험내용을 종합적으로 검토한 결과, 양생제 살포시기는 일반 배합뿐만 아니라 플라이애시 배합에서도 콘크리트 타설 후 30±15분이 최적의 시기임을잠정적으로 결정하였다.

후속연구

양생제 살포시기를 정량화하고, 최적의 시기를 시공 기준으로 제시하여 국내 콘크리트 포장시공에서 개선되고 일관성 있는 포장 품질로 장수명 도로포장을 보장할 수 있을 것이다. 향후 이러한 실험내용을 토대로 시험시공을 실시하여 양생제 살포시기를 더욱 명백히 규명할 것이다.
양생제 살포시기를 정량화하고, 최적의 시기를 시공 기준으로 제시하여 국내 콘크리트 포장시공에서 개선되고 일관성 있는 포장 품질로 장수명 도로포장을 보장할 수 있을 것이다. 향후 이러한 실험내용을 토대로 시험시공을 실시하여 양생제 살포시기를 더욱 명백히 규명할 것이다.

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