1. 서    론

최근 혼화재료(chemical and mineral admixture) 및 섬유 보강(fiber)을 통해 고성능 콘크리트 개발이 활발히 이루어지면서, 응결시간과 압축강도 발현 등의 초기 콘크리트 성능에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 특수콘크리트는 배합, 양생, 노출 환경 등에 따라 수화물 생성 및 미세구조 형성이 결정됨으로 초기재령기간의 재료 물성 평가는 굳지 않은 콘크리트의 시공성 평가 및 장기적인 내구성 측면에서도 필수적인 연구라 할 수 있다.^1-3)

배합 후 시멘트와 물의 화학반응을 통해 수화물을 생성하는 것을 수화반응(reaction of hydration)이라 하며, 수화반응 동안 시멘트 입자의 가수분해를 통해 이온이 용출하게 된다.⁴⁾ 굳지 않은 콘크리트는 특정한 유동성 상태를 유지하나, 수화반응에 따른 경화과정을 거쳐 일정한 시점에 이르면 유동성과 점성을 잃은 상태에 이르게 되는데 이를 응결(setting)이라 정의한다.⁵⁾ 이러한 재료의 응결 시점은 시멘트의 화학성분, 분말도, 석고의 첨가량, 풍화의 정도, 물-시멘트 비, 온도, 습도 등 다양한 재료적/환경적 영향을 받는 것으로 보고되고 있다.^6,7)

따라서 시멘트계 재료의 초기재령 상태를 결정하는 응결시점을 예측하기 위한 여러 실험 기법들이 제안되어왔으며, 대표적인 시험방법으로는 시멘트 페이스트 응결시간 예측을 위한 비카트 침 시험(Vicat needle penetration method)⁸⁾과 콘크리트/모르타르 응결시간 예측을 위한 관입 저항 시험을(penetration resistance method)⁹⁾ 들 수 있다. 그러나 관입 저항 시험법 굵은 골재 배제를 위한 습식 체가름이 요구되는 등 콘크리트의 직접적 관입 시험이 어려운 시험법이며, 숙련된 관측자의 장기간 시험 측정이 요구되는 등 오차가 발생 가능성이 크다는 한계점을 가지고 있다. 또한, 섬유 보강 콘크리트의 경우 내부 섬유물질이 침의 관입 저항을 방해 할 가능성이 있어 고성능 콘크리트의 응결 시점 예측을 위한 다른 비파괴 평가 방법의 필요성이 대두되고 있다.²⁾ 이러한 측정 한계점들을 보완하기 위해 여러 응결시점 예측 기술들이 연구/개발 되어 왔으며, 콘크리트에 적용가능한 대표적인 측정 기법으로는 초음파 속도법(wave velocity measurement), 수화열 측정 방법(hydration heat measurement), 전기임피던스 분광법(electrical impedance spectroscopy) 등을 들 수 있다.

초음파 속도법^10-12)은 콘크리트의 탄성계수 변화에 따른 응력파 전파 속도를 측정하여 응결시점을 예측하는 방법으로써, 재료의 상변화를 나타낼 수 있는 대표적인 비파괴 평가 기법이지만 초기재령 상태에서의 초음파 전파 한계성, 시공 현장 적용의 어려움, 고가의 장비가 요구되는 등 여러 한계점을 동시에 가지고 있다. 수화열 측정을 이용한 방법^13-15)은 경화에 따라 급격히 증가하는 수화열 측정을 통해 응결시점을 예측하는 방법이지만, 고가 장비의 필요성, 현장 적용의 어려움 등 정확한 측정을 위한 실험 환경이 요구된다. 전기 임피던스 분광법은 재료의 전기전도성 파악을 위해 교류 주파수를 이용해 전기전도성을 측정하는 방법으로, 재료의 전기적 성질 분석에 적용 되었다.^16-18) 하지만 전기 임피던스 분광법은 재료와 접촉되는 전극 표면의 결과를 크게 반영한 기법으로 재료 내부의 전체적인 미세구조 변화를 나타내기에는 역시 측정 결과의 한계점을 가지고 있다.

재료의 전기전도성을 이용해 내부의 전기저항율을 측정하는 기법인 전기비저항 측정은 대지저항율 측정기법으로 널리 사용되어온 실험법으로 2-전극법(2-electrode method), 간이측정법(rod-type electrode method), 4-전극법(4-electrode method) 등으로 나눌 수 있다. 2-전극법은 현장에서 계략적인 대지저항율을 측정하는 방법으로, 빠른 계측의 장점을 가지고 있지만 정확도가 낮고 국부적인 위치의 대지저항율만을 측정할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 간이측정법은 접지저항과 접지전극 주변의 대지저항율 비례관계를 이용해 접지저항 측정을 통해 이론적으로 대지저항율을 산출하는 방법으로, 봉형 접지전극의 길이 제한에 따라 깊은 저항율 측정은 불가능한 측정 한계점을 보인다. 반면 4-전극법은 전류 및 전압 보조극을 설치하여 접지저항을 측정한 후 전극 간격에 따른 대지저항율을 측정하는 방법으로,¹⁹⁾ 다른 전극법에 비해 정확도가 우수하고 측정이 간편하기 때문에 대지저항율을 측정하기 위한 방법으로 가장 널리 이용되고 있다.

최근 국외에서 보고된 전극법 및 전기전도성을 이용한 콘크리트 적용 연구들은 다음과 같다. 4-전극법을 이용한 전기비저항 측정으로 시멘트 페이스트의 전기전도성 모델 제안,²⁰⁾ 시멘트 페이스트의 동결융해 손상 평가,²¹⁾ 모르타르의 재료 등방성 측정²²⁾ 등 시멘트계 재료의 손상평가 및 재료 물성 예측을 위한 연구가 보고되어 왔으며, 2-전극법을 이용한 시멘트 페이스트의 혼화재에 따른 응결 측정에 관한 연구²³⁾ 등 초기재령 콘크리트에 관한 연구 결과 역시 보고되고 있다. 그러나 전극법 및 전기비저항 측정을 이용한 콘크리트의 재료물성 평가에 대한 국내 연구는 아직 미비한 실정이다. 본 연구에서는 4-전극법을 이용한 전기비저항 측정을 통해 초기재령 콘크리트의 경화에 따른 전기전도성 및 그 변화과정 측정하였다. 제안된 측정 시스템의 적용가능성 검증을 위해 배합비 및 혼화제 사용에 따른 시멘트페이스트, 모르타르, 콘크리트 샘플을 제작하여 배합 후 24h 전기비저항 측정을 수행하였다. 또한 동일 샘플들의 관입저항시험결과와 비교 분석을 통해 콘크리트의 응결 시점 평가 가능성을 확인 하였으며, 나아가 전기비저항 측정 결과로부터 응결 시점 및 상변화를 나타낼 수 있는 전기적 실험 변수를 제안하였다.

2. 이론적 배경

2.1 콘크리트의 수화과정에 따른 전기전도성 변화

콘크리트의 초기재령 양생 시 수화반응에 따라 경화(hard-ening) 및 재료의 고체화(solidification)가 진행되며, 수화반응 진행에 따른 시멘트 페이스트의 미세구조를 굳기 전 후의 상변화(phase change)에 따라 구분하면 Fig. 1과 같이 도식화 할 수 있다. Fig. 1(a)는 시멘트 페이스트 배합 직후 수화반응 시작 상태로 공극수의 네트워크(pore water network)가 형성된 fluid percolation 상태로 정의 될 수 있다. 이는 응결 전 재료의 유동성과 점성이 충분한 소성상태로 내부 공극수를 통해 재료 내 전기 전도성이 발생 할 수 있다. 이 후 수화반응 진행에 따라 Ca²⁺, OH^-, SO₄^2- 등의 이온이 용출되고, 이러한 이온들의 반응을 통해 수화물이 생성 된다. 생성된 수화물에 의해 시멘트 입자들의 응집(flocculation and aggregation)이 발생 하며 최종적으로 Fig. 1(b)와 같이 fluid depercolation 상태로 미세구조가 발전한다. 즉 공극수 감소에 따라 재료 내 전기 전도성 감소가 발생하며, 이는 수화물 증가에 따른 전자 흐름의 방해 때문인 것으로 설명될 수 있다. 따라서 재료 내 전기 저항 변화 측정으로 콘크리트의 수화물 생성 및 경화 과정을 나타낼 수 있다.

Fig. 1

Microstructural change by hydration of cement particles

2.2 전기 비저항 측정을 위한 웨너의 4-전극법

웨너의 4-전극법(Wenner’s 4-electrode method)²⁴⁾은1915년 Frank Wenner가 제안한 비저항 측정 기법으로 전류 및 전압 전극을 동일한 간격으로 설치하여 대지 비저항(earth resistivity) 측정에 사용되어왔다. Fig. 2는 4-전극법을 도식화한 그림이다. 직선상의 동일한 간격으로 4개의 전극(외부 전극 2개: Current electrodes, 내부 전극 2개: Potential electrodes)을 설치하고, 외부 전극에 전류계를 연결시켜 흐르는 전류(I)를 측정한다. 내부 전극은 전압계와 연결 하여 전극 간의 유도되는 전압(V)을 측정한다. 즉 외부 전극 사이 전원을 연결하여 전류를 흘리고, 전압계와 전류계의 측정 결과와 옴의 법칙(R=V/I)에 따라 접지저항이 산출된다. 따라서 전극의 간격을 a 라 하면, 재료 내 전기비저항은 식 (1)로부터 산출이 되고, 산출된 전기비저항 값은 a 깊이만큼의 평균 전기비저항을 나타낸다.

Fig. 2

Wenner’s 4-electrode method

 (1)

3. 실    험

3.1 재료 준비

본 연구에는 시멘트페이스트, 모르타르, 콘크리트를 제작하기 위해 비중 3.15의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하였으며, 사용된 시멘트의 물리적, 화학적 성분은 Table 1에 정리하였다. 비중 2.6의 강사를 잔골재로 사용하였고, 비중 2.65 및 최대치수 19mm의 쇄석을 굵은 골재로 사용하였다. 골재는 표면건조포화상태로 준비하여 배합하였다. 전기전도성 결정에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 물-시멘트 비율의 영향을 배제하기 위해, 동일한 물-시멘트 비율(45%)을 기반으로 잔골재, 굵은 골재, 혼화제 비율에 따라 총 10 종류의 샘플을 준비하였다. 골재의 혼합 비율에 따른 영향을 분석하기 위해 시멘트 중량 대비 1:1 또는 1:2의 잔골재 및 굵은 골재 혼합비율에 따라 모르타르 및 콘크리트를 제작하였다. 또한 혼화제(chemical admixture)의 영향을 나타내기 위해 AE제 및 유동화제가 첨가 되었으며 준비된 샘플의 배합비는 Table 2와 같다. 샘플은 KS에서 규정된 시멘트 강도 시험방법(KS L ISO 679)²⁵⁾에 따라 60초 저속 믹싱 - 90초 스크랩핑 -60초 고속 믹싱 절차에 의해 제작하였다. Mix 1은 시멘트페이스트, Mix 2∼4는 모르타르, Mix 5∼10은 콘크리트 샘플 배합이다. Mix 4와 Mix 9는 시멘트 중량 대비 0.045%의 AE제를 혼합하였으며, Mix 10은 시멘트 중량 대비 0.45%의 유동화제(naphthalene sulfonate superplasticizer)를 혼합하였다.

Table 1 Physical properties and chemical compositions of used cement

Table 2 Mix proportion of prepared samples

Wa=water, Cb=cement, Sc=sand, Gd=aggregate

3.2 관입 저항 측정

준비된 샘플의 양생에 따른 응결시점 예측을 위해 ASTM C403-08⁹⁾에 따라 관입 저항 시험을 수행하였으며, 측정 시험 구성은 Fig. 3과 같다. 시험법에 따라 콘크리트 샘플의 경우 관입 저항 시험 시 굵은 골재에 의한 관입 저항성 배제를 위해, 배합 한 콘크리트 샘플을 No. 4 체 습식체가름(wet-sieving) 후 모르타르 샘플로 시험을 수행하였다. 각 샘플 당 500ml 용적의 3개 샘플을 준비하여 16mm² 관입 침의 25mm 관입결과를 측정하였다. 타설 후 30분 간격으로 종결시점 까지 측정된 3개 샘플의 평균결과로부터 관입 저항 응력 변화를 얻을 수 있었으며, 측정 결과의 지수함수 회귀분석을 통해 샘플의 초결 및 종결 시점을 결정 하였다. 관입 저항 시험을 통한 초결 및 종결은 각각 샘플의 관입 저항 응력 3.5 및 27.6MPa을 나타낸다.

Fig. 3

Penetration resistance method for evaluation of concrete setting time

3.3 전기비저항 측정

본 연구에서 배합 직후부터 샘플의 양생에 따른 전기비저항 측정을 위해 Fig. 4와 같은 측정 시스템을 제작하였다. 시멘트 강도 시험법 KS L ISO 679²⁶⁾의 샘플 규격에 따라 타설을 위한 절연 몰드를 제작하였다. 제작된 몰드는 가로 160mm, 세로 40mm, 높이 40mm(두께 10mm)로 절연체인 아세탈 중합체(poly acetal)를 사용하여 탈형이 용이하게 볼트 고정으로 제작되었다. 샘플 배합 후 실험 초기 굳지 않은 상태의 전기비저항 측정을 위해 일정거리의 전극 고정 및 샘플 내 삽입이 가능한 상부테이블을 추가 제작하였다. 전류 및 전압 전극은 지름 1.78mm의 HIV 2.5SQ를 사용하였고, 실험에 이용된 전극의 길이는 90mm로 제작하였으며, 측정 시스템 최적화를 위한 선행 실험 결과에 따라 전극의 간격 및 관입 깊이는 20mm로 고정 하였다. 고정된 전극 윗부분과 아래 부분의 피복을 각각 15mm, 20 mm 제거하고, 악어클립을 이용해 측정 장비와 연결할 수 있게 사용하였다.

Fig. 4

Schematic of fabricated mold for electrical resistivity measurement

전기비저항 측정 장비로는 NI cDAQ-9178을 이용해 전원(NI 9263), 전류계(NI 9227), 전압계(NI 9222)를 사용하였다. 전원 공급 및 전류/전압 측정결과는 Labview 프로그램을 통해 모니터링이 가능하게 구성되었으며 실험 구성 시스템은 Fig. 5와 같다. 가진 전원의 전압 및 주파수에 따른 선행 실험 결과 10V, 500Hz의 교류전원을 설정하였으며, 배합 직후 24시간동안 10분 간격의 전류와 전압을 측정하여 최종적으로 샘플의 전기비저항을 측정하였다.

Fig. 5

Measuring electrical resistance system

4. 결과 및 토의

4.1 관입 저항 시험 결과

관입 저항 시험에 따른 시멘트 페이스트(Mix 1), 모르타르(Mix 3), 콘크리트(Mix 7)의 대표적 측정결과는 Fig. 6과 같다. 그림과 같이 회귀분석 결과 얻어진 지수함수 예측식으로부터 초결(initial setting time) 및 종결(final setting time) 시점을 결정하였으며, 모든 샘플의 관입 저항 시험 결과에 따른 초결 및 종결 시점은 Table 3에 정리하였다.

Fig. 6

Measured experimental results of penetration resistance: (a) cement paste, (b) mortar, and (c) concrete

시멘트 페이스트(Mix 1)의 관입 저항 시험 결과(Fig. 6(a)) 초결 및 종결 시점은 각각 5.20h, 7.63h이다. Mix 1과 동일한 물-시멘트 배합 비율에 잔골재 및 굵은 골재가 추가 배합된 모르타르(Mix 3) 및 콘크리트(Mix 7)의 초결 및 종결 시점은 시멘트 페이스트 샘플 대비 1∼2h 빠른 결과를 나타내었다(모르타르 초결 3.78h, 종결 6.15h, 콘크리트 초결 3.55h, 종결 5.73h). 즉 시멘트 페이스트 샘플과 달리 잔골재 및 굵은 골재가 추가 배합됨에 따라 응결이 급격히 발생하며, 여러 배합에 따른 실험 결과 골재 함유량 증가가 재료의 응결 시점을 단축시킨다는 결론을 얻을 수 있다. 예를 들어 동일한 모르타르 배합 비율에 굵은 골재가 각각 1배 및 2배 비율로 추가됨에 따라 응결 시점이 최대 1.28h까지 단축되는 결과를 나타낸다. Fig. 7에서는 모르타르 내 굵은 골재 추가 배합에 따른 응결 시점 변화를 나타내기 위해 배합 비율별 응결 시점 결과를 비교 분석 하였다. Fig. 7(a)와 (b)는 Mix 2(시멘트 중량 대비 잔골재율 1)과 굵은 골재 추가 배합된 콘크리트 Mix 5(시멘트 중량 대비 굵은 골재율 1)와 Mix 6(시멘트 중량 대비 굵은 골재율 2)의 측정된 초결 및 종결 비교 결과이다. Fig. 7(c) 와 (d)는 Mix 3(시멘트 중량 대비 잔골재율 2)와 굵은 골재 추가 배합된 콘크리트(Mix 7, Mix 8)와의 응결 시점 비교 결과이다. 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트의 관입 저항 시험에 따른 응결 시점 측정 결과, 습식 체가름 후 모르타르 상태의 관입 저항 시험을 통해 결정되는 콘크리트의 응결 시점이 배합 비율에 따른 콘크리트 응결 시점 변화를 충분히 잘 반영할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 골재 배합 비율에 따른 응결 시점 단축 결과 비교로부터 굵은 골재에 비해 잔골재 함유량이 샘플의 응결 시점 변화에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다.

Fig. 7

Obtained initial and final setting time by the penet-ration resistance method according to the aggregate content: (a) Mix 2, Mix 5, and Mix 6 and (b) Mix 3, Mix 7, and Mix 8

Table 3 Setting time, electrical resistivity in initial time and rising time of cement-based materials

혼화제 첨가에 따른 샘플의 응결 시점 측정 결과는 Fig. 8에 나타내었다. AE제 첨가에 따른 모르타르와 콘크리트 샘플의 응결 시점 변화 비교를 위해 Fig. 8(a)와 (b)에 초결 및 종결 시점 변화를 나타내었으며, 유동화제 첨가에 따른 콘크리트의 응결 시점 변화를 확인하기 위해 Fig. 8(c) 에 비교 정리 하였다. 모르타르 및 콘크리트의 경우 AE제 첨가에 따라 최대 2h 응결 시점이 지연 되었으며, 유동화제 역시 콘크리트의 응결을 최대 0.75h 지연시켰다. 비록 혼화제의 첨가 비율에 따른 응결 시점 지연 정도는 확인 할 수 없으나, 일반적으로 사용되는 혼화제(AE제, 유동화제)가 응결 시간 지연에 영향을 미친다는 결과를 확인할 수 있다.

Fig. 8

Obtained initial and final setting time by penetration resistance method with added AE admixture (a) in mortar and (b) in concrete, and added superplasticizer (c) in concrete

4.2 전기비저항 측정 결과

제작된 4-전극법 측정 시스템을 이용하여 관입 저항 시험에 사용된 동일 샘플을 배합 후 24h까지 전기비저항 측정을 수행하였다. 초기재령 샘플의 4-전극법 측정 시 배합 직후 특정한 초기 전기비저항 값을 가지며 일정한 시간이 경과 후 전기비저항 값이 증가하는 경향을 보였다. 여기서 전기비저항 측정값의 증가는 샘플의 경화에 따른 내부 저항 증가를 반영하는 것으로 판단된다. 즉 배합비에 따라 결정된 샘플 내부 입자 구성에 의해 초기 전기비저항 값이 결정되며 이 후 수화 반응에 따른 재료의 경화에 따라 일정 시간 후 전기비저항 증가 결과로 나타난다. 준비된 모든 샘플의 전기비저항 측정 실험에 앞서 측정 시스템의 재현성 검증을 위해 동일 배합 콘크리트(Mix 6)의 3회 측정 결과를 비교하였다. Fig. 9와 같이 각 3회 측정된 전기비저항 실험결과 상승시기에 최대 ±4.5% 이내의 변동 범위를 보였으며, 제안 측정법의 재현성은 충분한 것으로 판단되었다. 이에 따라 측정된 모든 샘플의 전기비저항 결과로부터 배합 후 초기 전기비저항 값(initial electrical resistivity)과 전기비저항 상승시기(rising time)를 결정하고 Table 3에 정리하였다. 초기 전기비저항 결과는 배합 후 초기 1시간동안 측정된 전기비저항 결과의 평균값으로 정의하였으며, 전기비저항 상승시기는 초기 2시간 동안 측정된 전기비저항 값을 평균한 결과 대비 10% 증가되는 시점으로 정의하였다.

Fig. 9

Reproducibility test for electrical resistivity measurement

각 배합 당 3개 샘플의 평균결과로 정리된 전기비저항 측정 결과는 샘플별 결과 비교를 위해 Fig. 10과 같이 정리하였다. Fig. 10(a)는 시멘트 페이스트(Mix 1)와 동일한 물-시멘트 배합에 시멘트 중량 대비 1배(Mix 2)와 2배(Mix 3)의 잔골재 함유량에 따른 전기비저항 측정 결과 비교이다. 모르타르 샘플의 초기 전기비저항 값은 잔골재율 증가에 따라 시멘트 페이스트 대비(1.07Ω·m) 최대 2.31Ω·m 크게 측정되었으며, 이는 잔골재 함유가 재료 내부 전기전도성 감소시킨 결과로 판단된다. 또한 잔골재 함유 증가에 따라 전기비저항 상승시기가 최대 2.5h 단축되는 결과로 나타났는데, 이는 잔골재율 증가에 따라 응결시점이 단축되었던 관입 저항 시험 결과와 유사한 경향을 보인다.

Fig. 10

Compared results of measured electrical resistivity: (a) paste and mortar, (b) and (c) mortar and concrete, (d) concrete as different aggregate content, (e) mortar with AE admixture, (f) concrete with AE admixture and superplasticizer

Fig. 10(b)와 (c)는 굵은 골재 함유가 전기비저항 결과에 미치는 영향 분석을 위한 실험결과로 동일한 잔골재율(시멘트 중량 대비 1배:Fig. 10(b), 2배:Fig. 10(c))에 따라 정리하였다. 비교결과 굵은 골재 함유량이 증가함에 따라 초기 전기비저항 증가와 상승시기 단축 결과가 나타났는데, 이 역시 관입 저항 시험 결과와 유사한 경향을 나타낸다. 즉 습식 체가름을 하지 않고 콘크리트를 직접 사용한 전기비저항 결과 임에도 관입 저항 시험 결과와 근사한 결과 변화를 보였다. 골재 사용 유무 및 배합비율에 따른 초기 전기비저항 결과 변화는 재료 내 고체입자들의 용적분율(solid volume fraction)로 결정될 것으로 판단되며, 이 후 추가 실험 연구를 통해 구체적인 분석이 필요할 것으로 판단된다. 콘크리트 샘플의 골재 배합비율에 따른 전기비저항 결과는 Fig. 10(d)에 정리하였다. 비교 결과에 나타나듯 골재 함유 비율에 따른 전기비저항 경향은 뚜렷하지 않으나, 굵은 골재 함유에 비해 잔골재 함유가 초기 전기비저항 및 상승시기에 미치는 영향이 큰 것으로 판단된다.

혼화제 첨가에 따른 모르타르 샘플(Mix 3, Mix 4)의 전기비저항 측정결과는 Fig. 10(e)에 콘크리트 샘플(Mix 7, Mix 9, Mix 10)의 전기비저항 측정 결과는 Fig. 10(f)에 비교 정리하였다. 모르타르와 콘크리트 샘플 모두 0.045% AE제 혼합에 따라 초기 전기비저항의 큰 차이는 보이지 않으나(Mix 3: 3.38Ω·m, Mix 4: 3.35Ω·m, Mix 7: 4.60Ω·m, Mix 9: 4.73Ω·m), 경화에 따른 상승시기는 최대 1.16h 지연되는 결과를 보였으며 이러한 응결 지연 경향은 모르타르 샘플에서 더 크게 나타났다. 즉 AE제 첨가 유무가 고체입자들의 용적분율을 변화시키지 않으므로 초기비저항 측정결과는 큰 변화를 보이지 않으며, 내부 공극량 증가에 따른 응결 지연 현상은 전기비저항 상승시기 지연으로 측정 및 확인할 수 있다. 유동화제를 첨가한 콘크리트 역시 유사한 초기 전기비저항 결과를 보이며 관입 시험 결과와 같은 응결 시점 단축 경향을 보였다.

초기재령 콘크리트의 전기비저항 측정은 내부 공극수를 통해 전달되는 일정한 전류 값과 전압 보조극의 전위차 변화로 결정된다. 본 연구에서 측정된 전기비저항 상승시기는 27.6MPa의 관입 저항 결과를 나타내는 종결시점 도달 후 1시간 이내에 발생하여 현재 실험결과로부터 특정한 관입 저항값과의 직접적인 상관관계를 도출하기는 어렵다. 그러나 초기 비저항 상승시기는 수화반응에 따른 재료 미세구조 변화를 반영한 결과로써 일반적으로 재료의 상변화 시점으로 정의될 수 있는 응결시점 기준 중 하나로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 상승시기이후 일정한 전기비저항 증가 기울기는 콘크리트의 강도발현을 나타낼 수 있는 주요 실험 변수로써 추 후 초기강도 발현 및 실험 연구를 통해 추가적인 검증이 필요할 것으로 판단된다.

5. 결   론

본 연구는 웨너의 4-전극법을 이용한 전기비저항 측정 기법을 개발하여 초기재령 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트의 경화에 따른 실험연구를 수행하였다. 배합비 및 혼화제 사용에 따른 샘플들의 전기비저항 실험 결과비교를 통한 결론은 다음과 같다.

1)제안된 전기비저항 측정 기법은 습식 체가름이 필요한 관입 저항 시험과 달리 초기재령 콘크리트의 직접 실험이 가능하다. 전기비저항 측정 결과로부터 초기 전기비저항 값과 전기비저항 상승시기를 샘플의 초기재령 상태를 반영할 수 있는 변수로 제안하였다.

2)전기 비저항 측정에 따른 상승시기 시점은 초결, 종결 등 관입 저항 시험에 따른 응결시간과 직접적인 상관관계를 도출하기는 어려우나, 미세구조 변화에 따른 상변화를 나타낼 수 있는 응결시점 중 하나로 사용할 수 있다.

3)초기 전기비저항 값을 통해 골재 함유량에 따라 증가한다. 굵은 골재에 비해 잔골재 함유량이 초기 전기비저항에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었으나, 동일 배합 시 혼화제 사용은 초기 전기비저항 결과에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단되었다.

4)전기비저항의 급격한 상승시기 역시 재료의 구성성분 및 배합비율에 따라 결정되었다. 골재 함유량 증가에 따라 상승시간 및 응결 시점이 단축 되는 것으로 확인 되었으며, 동일 배합 시 응결 시점을 지연시키는 혼화제(AE제, 유동화제) 사용여부 역시 전기비저항 측정으로 판단 가능한 것으로 확인하였다.