[논문]고칼슘 플라이애시를 활용한 온돌 바닥용 모르타르의 물성 평가

이영원; 송영찬; 김용로; 문경주

고칼슘 플라이애시를 활용한 온돌 바닥용 모르타르의 물성 평가
The Evaluation of Performance of Finishing Mortar in Ondol Floor Structure Using High-Calcium Fly Ash 원문보기

이영원 ((주)씨엠디기술단 기술연구소) , 송영찬 (대림산업(주) 기술개발원 건축연구지원팀) , 김용로 (대림산업(주) 기술개발원 건축연구지원팀) , 문경주 ((주)씨엠디기술단)

This study evaluated basic material properties of finishing mortar in ondol floor using NSB(Non-sinetering binder), and the binder for the purpose of the developing of high performance mortar and reducing crack problem without shrinkage-reduction agent.

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문제 정의

그런데 이와 같은 기계화 시공은 고층 압송에 따른 유동성을 발휘하기 위하여 큰 물시멘트비의 모르타르가 채택됨으로서 초기 및 장기에 걸친 건조수축 균열이 문제시 되었으며, 이러한 균열을 방지하기 위해 팽창제 또는 수축 저감제를 첨가¹⁾²⁾하여 왔으나, 이로 인한 원가상승이나 품질관리 문제 그리고 환경문제를 야기하고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 열병합발전소의 로내탈황방식 석탄연소 보일러에서 발생하는 소각잔재인 고칼슘 플라이애시의 CaO 성분으로 인한 흡수, 발열 및 팽창 특성을 이용한 무기결합재를활용함으로써 별도의 팽창재를 사용하지 않고도 건조 수축 현상이 없는 온돌 바닥용 모르타르를 개발하고자 균열특성과 같은 물리적 성질을 평가하였다.

제안 방법

국내 H사 열병합발전소에서 발생되는 고칼슘플라이애시와 고로슬래그 미분말을 주재료로 한 무기결합재를 제조고자, 건설공사 현장에 서 많이 활용되고 있는 물결합재비 65%, 모르터 배합비 1:3을²⁾ 기본 배합으로 하고, 플로우 및 응결시간, 압축강도를 측정하여 고칼슘플라이애시의 적정 혼입율을 선정하였다.
실험을 통해 선정된 배합과 일반 포틀랜트 시멘트를 결합재로 이용한 바닥용 모르타르를 제조하여 유동성 및 재령별 압축강도와 휨강도 등의 물리적 특성을 측정하였으며, 결합재 페이스트의 수화과정 중 발생하는 체적변화를 측정한 화학수축량과 바닥용 모르타르 타설시 균열 특성을 관찰하여 고칼슘 플라이애시를 활용한 바닥용 모르타르의 건조수축 특성을 살펴보았다.

성능/효과

표 1의 실험결과 응결시간 및 초기강도 확보를 위한 고칼슘플라이애시의 최적 사용량은 10~15% 정도인 것으로 판단되었다. LH공사 시방기준인 Flow 200±20mm를 만족하는 바닥용 모르타르 배합을 실시한 결과 물골재비 24%에서 그 조건을 만족하였으며, 무기결합재(NSB)의 압축강도는 3일 재령에서 OPC에 비해 낮았으나, 7일 재령이 지난 후에는 강도가 증가하여 OPC의 압축강도를 상회하였다. 또한 타설 56일 이후의 표면 함수율을 측정한 결과 NSB의 함수율이 5.
결합재 페이스트의 피펫을 이용한 수화반응 과정 중 발생하는 체적 변화를 측정한 결과 OPC에 비해 수축량이 매우 적으며, 배합 후 10시간 전까지는 오히려 체적이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 고칼슘플라이애시에 포함된 CaO성분이 물과 반응하여 Ca(OH)2를 형성할 때 생기는 체적 팽창으로 인해 결합재의 수화반응 매커니즘에 의한 수축량을 보상하기 때문으로 타설 직 후 2~4시간에 일어나는 소성 수축을 저감하는 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.
고칼슘플라이애시를 활용한 무기결합재를 바닥용 모르타르에 적용하기 위해 보통 포틀랜드 시멘트와 비교한 결과 동등한 압축강도 및 유동성의 확보가 가능하며, 함수율 저감속도가 빠르고 균열 저감 특성이 있어 바닥용 모르타르로서 사용가능성이 충분할 것으로 판단되었다.
LH공사 시방기준인 Flow 200±20mm를 만족하는 바닥용 모르타르 배합을 실시한 결과 물골재비 24%에서 그 조건을 만족하였으며, 무기결합재(NSB)의 압축강도는 3일 재령에서 OPC에 비해 낮았으나, 7일 재령이 지난 후에는 강도가 증가하여 OPC의 압축강도를 상회하였다. 또한 타설 56일 이후의 표면 함수율을 측정한 결과 NSB의 함수율이 5.3~5.6%로 OPC에 비해 낮아 마루판 시공 공기¹⁾를 줄이는 데 유리할 것으로 판단되었으며, 균열특성 육안 관찰 결과 판상몰드(1m×1m×0.5m)에서는 타설 2주 후에도 균열이 발생하지 않았으며, 링형 몰드(ASTM C 1581-04)를 이용한 실험에서는 OPC의 경우 10일 경과 후 균열이 발생하였으나 OPC의 경우에는 균열이 발생하지 않았다.
표 1의 실험결과 응결시간 및 초기강도 확보를 위한 고칼슘플라이애시의 최적 사용량은 10~15% 정도인 것으로 판단되었다. LH공사 시방기준인 Flow 200±20mm를 만족하는 바닥용 모르타르 배합을 실시한 결과 물골재비 24%에서 그 조건을 만족하였으며, 무기결합재(NSB)의 압축강도는 3일 재령에서 OPC에 비해 낮았으나, 7일 재령이 지난 후에는 강도가 증가하여 OPC의 압축강도를 상회하였다.

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