동결융해와 황산염의 복합작용을 받는 시멘트 모르타르의 압축강도 특성

Abstract

본 연구에서는 시멘트 모르타르와 포졸란계 혼화재료인 플라이애쉬를 단위시멘트량의 20%를 첨가한 시멘트 모르타르를 제작하였다. 제작된 모든 시편은 수중에서 28일 동안 표준양생시킨 것을 0 싸이클로하여 계속 담수양생, 동결융해, 10% 황산염용액에서 동결융해를 받는 복합열화 조건으로 각각을 300 싸이클까지 양생한 다음 간단한 외관조사, 단위중량 및 압축강도의 변화를 측정하였다. 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 양생조건별 와관변화 형상은 담수양생은 외형변화가 없이 깨끗한 상태로 나타났다. 그러나 동결융해의 경우는 시편의 표면이 다공화되고 시편의 일부가 탈락되는 형상을 보였다. 특히 복합열화의 경우는 시편 표면의 다공화와 탈락현상이 더욱 두드러지게 나타나고 있음을 알 수 있었다. (2) 담수양생시 단위중량은 OPC와 FA를 첨가한 모르타르 모두 싸이클 증가에 따라 단위중량이 증가하였다. 다만 FA를 첨가한 경우 상대적으로 늦은 수화반응으로 인해 초기 단위중량이 2%(43.2㎏/㎥)정도 낮게 측정되었다. (3) OPC 모르타르는 동결융해보다 복합열화의 경우가 단위중량 감소가 더 크게 나타났다. 그 이유는 황산염에 의한 약간의 열화진행과 더불어 동결융해의 반복작용으로 인한 스케일링에 의해 무게감소가 주된 원인으로 판단된다. (4) FA를 첨가한 모르타르의 경우 동결융해와 복합열화의 차이는 그리 크지 않고 비슷한 것으로 나타났다. 이것은 플라이애쉬에 의한 포졸란 반응으로 생성된 칼슘실리케이트 수화물이나 칼슘알루미네이트 수화물이 생성하여 경화체 내의 모세관공극을 막아 물의 이동을 억제함으로써 침투성이 감소되어 나타난 결과로 플라이애쉬의 마이크로 필러 현상에 의해 황산염 침해에 대한 영향은 거의 없는 것으로 판단된다. (5) 담수양생시 압축강도는 싸이클(재령)증가에 따라 압축강도 또한 증가하는 일반적인 경향을 보였다. 다만 FA를 첨가한 경우는 OPC보다 수화반응이 지연되어 초기강도발현은 낮으나 300 싸이클에서는 오히려 OPC보다 높게 나와 장기적으로 볼 때 강도는 훨씬 더 증가할 것으로 예상된다. (6) 동결융해와 복합열화를 받는 환경에서 FA를 첨가한 경우 초기재령(0 싸이클)에서의 압축강도는 늦은 수화반응으로 인해 OPC에 비해 작게 나타났으나, 300 싸이클에서는 오히려 조금 상회하는 값을 보임으로서 장기재령에서 동결융해나 복합작용을 받을 경우 효과가 있음을 예측할 수 있었다. (7) 동결융해 양생 조건에서 OPC 모르타르의 압축강도는 초기 0 싸이클이 경과한 한 후부터 담수양생 시편의 강도보다 30% 이상의 강도 손실이 발생했고, FA를 첨가한 경우는 60 싸이클까지 담수양생한 경우 보다 5%미만의 강도 증진을 보이다가 90 싸이클 이후 부터는 강도 감소를 보이며, OPC와 마찬가지로 30% 이상의 강도 손실이 발생하였다. (8) 복합열화 양생 조건에서 OPC 모르타르는 초기부터 담수양생에 비해 급격한 강도 감소를 보이고 있으며, 240 싸이클 이후부터 담수양생 시편 강도보다 40%이상 강도 감소를 나타내었다. 또한 FA를 첨가한 경우는 담수양생 시편보다 약간 강도 증가를 보이다가 240 싸이클 이후 급격한 강도 감소를 보였다. (9) 복합열화 양생조건의 경우는 낮은 온도로 인해 활발하지는 않지만 황산염 침식으로 인해 발생되는 에트린자이트(ettringite), 석고(gypsum), 소마싸이트(thaumasite) 등의 반응생성물로 인한 체적팽창과 동결융해의 급격한 온도변화로 따른 스케일링 발생이 단면감소를 야기시키고 이로 인해 담수양생과 비교해서 강도 감소율이 크게 나타난 것으로 사료된다. (10) OPC 모르타르는 열화환경조건에 양생되기 전 0 싸이클(수중양생 28일)일 때의 강도가 동결융해와 복합열화를 받으면서 급격한 강도 감소를 보였다. 동결융해의 경우는 300 에서 약 25%, 복합열화의 경우는 약 35%까지 강도 감소를 보임으로서 일반 콘크리트가 황산염 침해와 동결융해작용을 받을 경우 강도에 치명적인 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 FA를 첨가한 모르타르의 경우 동결융해에서는 180 까지 강도 증진을 보임으로서 FA가 동결융해에 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 복합열화의 경우는 60 까지 강도가 증가하다 그 이후 감소하였는데 그 이유는 황산염에 의한 팽창효과와 팽창으로 인해 느슨해진 시멘트 모르타르 매트릭스 사이의 간극수의 동결로 인해 발생되는 것으로 사료된다. (11) 향후 연구과제는 슬래그 미분말, 3성분계 등의 다양한 혼화재료를 사용한 경우와 동결융해와 염해를 포함한 다양한 복합열화를 받는 경우도 연구되어야 할 것으로 생각된다. 그리고 동결융해와 여러 가지 열화조건에서 모르타르 내의 미세구조 관찰을 통해 수화생성물 변화도 연구되어야 할 것으로 사료된다. 이러한 연구를 통해 복잡한 열화 환경에 노출되는 콘크리트 구조물의 보다 정확한 내구성능 평가가 이루어 질것으로 기대된다.

In cold weather regions, a strong seasonal wind brings sea salts to the land. In addition to it, recently, the spreading amount of deicing salts has increased numerously for purpose of removing snow and ice. Thus the salts enviroment around concrete structure becomes so severe that various damages of concrete due to applied salts will be brought up. Much of countries such as America, Europe etc. is carried out study for effects of deicing salts on concrete. However, there are not test methods for deterioration of concrete subjected to both freezing-thawing and sulfate attack in korea. In this study, we carried out test for the compound deterioration subjected to both freezing-thawing and sulfate attack, to investigate the effect of sodium chloride on the deterioration of concrete. As a result, the scaling deterioration was accelerated in the presence of freezing-thawing and sulfate attack. And the resistance to scaling was strongly influenced by the type of cement, the compressive strength of concrete.