[논문]콩기름을 사용한 고강도 콘크리트의 자기수축 특성 분석에 관한 연구

송일범; 홍석민; 이충섭; 임춘근; 한민철; 한천구

문제 정의

본 연구팀에서는 기존 연구에서 물-시멘트비를 낮추어 콘크리트의 강도를 증진시키는 목적으로 물이 아닌 액체를 모르터에 치환하여 공학적 특성을 연구한바 있다.¹⁾ 그 결과 강도 증진에는 기대 효과에 미치지 못하였지만, 식용유를 치환할 경우 모르터의 자기수축이 저감되는 연구 결과가 도출되어, 추가적으로 모르터 상태에서 식물성 유지류의 종류 및 치환율 변화에 따른 고강도 모르터에서의 자기수축 저감 효과에 대하여 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 선행연구 결과에서 수축저감효과가 가장 우수한 콩기름을 고강도 콘크리트에 치환할 경우 자기수축 특성에 대하여 기존의 수축저감제 및 팽창재와 비교하여 그 효과를 분석하고자 한다.
본 연구에서는 콩기름의 치환율에 따른 콘크리트의 기초적 특성 및 자기수축 특성을 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

1) 그 결과 강도 증진에는 기대 효과에 미치지 못하였지만, 식용유를 치환할 경우 모르터의 자기수축이 저감되는 연구 결과가 도출되어, 추가적으로 모르터 상태에서 식물성 유지류의 종류 및 치환율 변화에 따른 고강도 모르터에서의 자기수축 저감 효과에 대하여 검토하였다. 그 결과, 식물성 유지류의 종류 및 치환율에 따라 차이는 있었지만, 고강도 모르터에서의 자기수축 저감효과는 콩기름의 경우가 가장 우수한 것을 확인 할 수 있었다.
먼저 배합사항으로 W/C는 30 % 1수준으로, 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC)에 대한 질량비로 플라이애시(이하 FA) 및 실리카퓸(이하 SF)을 각각 20 %, 10 %씩 치환한 것을 Plain 배합으로 하고, 콩기름(이하 BO)을 단위결합재량에 대한 질량비로 각각 1 %, 2 %씩 치환하는 것으로 계획하였다. 또한, 수축저감 효과를 비교하기 위하여 기존의 수축저감제(이하 SR) 및 팽창재(이하 EA)를 동일한 치환율로 치환하는 것으로 실험계획 하였다.
먼저 배합사항으로 W/C는 30 % 1수준으로, 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC)에 대한 질량비로 플라이애시(이하 FA) 및 실리카퓸(이하 SF)을 각각 20 %, 10 %씩 치환한 것을 Plain 배합으로 하고, 콩기름(이하 BO)을 단위결합재량에 대한 질량비로 각각 1 %, 2 %씩 치환하는 것으로 계획하였다. 또한, 수축저감 효과를 비교하기 위하여 기존의 수축저감제(이하 SR) 및 팽창재(이하 EA)를 동일한 치환율로 치환하는 것으로 실험계획 하였다. 이때 Plain 배합에 대하여 목표 플로우 600 ± 100 mm를 만족 하도록 배합설계 한 다음 여타의 배합에도 동일하게 적용하였다.
이때 Plain 배합에 대하여 목표 플로우 600 ± 100 mm를 만족 하도록 배합설계 한 다음 여타의 배합에도 동일하게 적용하였다. 실험사항으로 굳지않은 콘크리트는 슬럼프 플로우, 공기량 경화콘크리트는 압축강도, 자기수축 길이변화를 측정하는 것으로 계획하였다.
그림 1은 본 연구에서의 자기수축 길이변화 실험 장치 개요도이다. 즉, 100 × 100 × 400 mm의 강철 몰드에 매립형 스트레인 게이지를 매설하고, 몰드 안에 테플론 시트와 폴리에스테르 필름을 깔고 공시체를 제작한 후 온도 20 ± 2 ℃의 실내에서 1일 양생 후 탈형한 다음 은박지로 추가 밀봉한 후 동일한 온도로 28일간 양생하였다.

대상 데이터

먼저, 시멘트는 국내 A사산 OPC를 사용하였고, 골재는 국내 B 사의 골재를 사용하였으며, 혼화재로 FA는 국내산, SF는 노르웨이산을 사용하였다. 혼화제로 SP제는 국내 E사의 고성능 감수제(폴리칼본산계)를 사용하였고, AE제는 국내 E사의 제품을 사용하였다.
먼저, 시멘트는 국내 A사산 OPC를 사용하였고, 골재는 국내 B 사의 골재를 사용하였으며, 혼화재로 FA는 국내산, SF는 노르웨이산을 사용하였다. 혼화제로 SP제는 국내 E사의 고성능 감수제(폴리칼본산계)를 사용하였고, AE제는 국내 E사의 제품을 사용하였다. 콩기름은 국내에서 일반적으로 판매되는 식용유로 사용하였다.
본 연구의 실험 방법으로 콘크리트의 혼합은 트윈사프트 믹서를 사용하여 콘크리트를 제조하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프 플로우는 KS L 2594, 공기량은 KS F 2421에 의거 실시하였다.

이론/모형

본 연구의 실험 방법으로 콘크리트의 혼합은 트윈사프트 믹서를 사용하여 콘크리트를 제조하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프 플로우는 KS L 2594, 공기량은 KS F 2421에 의거 실시하였다. 경화 콘크리트의 실험으로 압축강도는 KS F 2405, 자기수축 길이변화는 KS F 2586에 의거 실시하였다.
굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프 플로우는 KS L 2594, 공기량은 KS F 2421에 의거 실시하였다. 경화 콘크리트의 실험으로 압축강도는 KS F 2405, 자기수축 길이변화는 KS F 2586에 의거 실시하였다.

성능/효과

¹⁾ 그 결과 강도 증진에는 기대 효과에 미치지 못하였지만, 식용유를 치환할 경우 모르터의 자기수축이 저감되는 연구 결과가 도출되어, 추가적으로 모르터 상태에서 식물성 유지류의 종류 및 치환율 변화에 따른 고강도 모르터에서의 자기수축 저감 효과에 대하여 검토하였다. 그 결과, 식물성 유지류의 종류 및 치환율에 따라 차이는 있었지만, 고강도 모르터에서의 자기수축 저감효과는 콩기름의 경우가 가장 우수한 것을 확인 할 수 있었다.²⁾
먼저, 치환율 1 %의 경우 BO의 유동성은 Plain에 비해 약 8 % 정도 감소하였고, SR은 Plain에 약 8 %정도 증가하였으며, EA는 Plain과 유사하게 나타났다. 치환율 2 %의 경우 BO의 유동성은 Plain에 비해 약 20 %정도 감소하였고, SR은 유사하게 나타났고, EA는 20 %정도 감소하였다.
먼저, 치환율 1 %의 경우 BO의 유동성은 Plain에 비해 약 8 % 정도 감소하였고, SR은 Plain에 약 8 %정도 증가하였으며, EA는 Plain과 유사하게 나타났다. 치환율 2 %의 경우 BO의 유동성은 Plain에 비해 약 20 %정도 감소하였고, SR은 유사하게 나타났고, EA는 20 %정도 감소하였다.
먼저, BO를 치환할 경우 공기량은 Plain에 비해 감소하였고, 치환율의 증가에 따라서도 더욱더 감소하였다. 또한, 수축저감제와 팽창재의 경우는 모두 목표 공기량 범위를 만족하는 것으로 나타났다.
먼저, BO를 치환할 경우 공기량은 Plain에 비해 감소하였고, 치환율의 증가에 따라서도 더욱더 감소하였다. 또한, 수축저감제와 팽창재의 경우는 모두 목표 공기량 범위를 만족하는 것으로 나타났다.
먼저, 치환율 1 %의 경우 초기재령 1일에서 Plain의 압축강도는 약 20 MPa로 나타났고, BO는 24 MPa정도로 Plain에 비해 다소 증가하였다. 재령 28일에서 Plain의 압축강도는 66 MPa로 나타났고, BO는 64 MPa로 Plain과 유사하게 나타났다.
재령 28일에서 Plain의 압축강도는 66 MPa로 나타났고, BO는 64 MPa로 Plain과 유사하게 나타났다. 치환율 2%의 경우 BO의 1일 압축강도는 약 23 MPa로 나타났고, 28일은 약 62 MPa로, Plain에 비해 감소하는 것으로 나타났다.
또한, EA는 에트린자이트 생성으로, 전반 재령에서 Plain에 비해 증가하는 것으로 나타났고, SR의 경우도 Plain보다 다소 증가하는 것으로 나타났다.
로 나타났다. 치환율 1 %에서 BO는 -83×10^-6로 Plian에 비해 약 30 %정도 저감하였고, SR은 -95×10^-6로 약 20 %, EA는 -120×10^-6로 약 2 %정도 저감하는 것으로 나타났다.
재령 7일에서 Plain의 길이변화율의 발생율을 100 %로 보았을 때, 치환율 1 %에서 BO는 약 70 %, SR은 74 %, EA는 88 %로, EA, SR, BO의 순으로 BO저감효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 치환율 2 %의 경우 1 %에서와 마찬가지로 BO의 발생율이 가장 적게 나났다.
1) 굳지않은 콘크리트의 특성으로 유동성 및 공기량은 치환율의 증에 따라 Plain에 비해 감소하였다.
2) 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도의 경우는 BO의 경우 치환율 변화에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았다.
3) 자기수축 특성으로 BO는 치환율이 증가할수록 콘크리트의 자기수축이 저감하는 것으로 나타났는데, 수축저감제 및 팽창재 보다 그 성능이 우수함을 알 수 있었다.

후속연구

금후의 과제로서, 콩기름에 의한 자기수축 저감 머커니즘을 보다 과학적으로 분석할 수 있는 방법을 통해, 보다 효과적인 고강도 콘크리트의 자기수축 저감방법을 강구 할 수 있을 것으로 사료된다.

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