이승헌
(Seung-Heun Lee)
1†
김홍주
( Hong-Joo Kim)
2iD
임영진
(Young-Jin Lim)
2iD
김동현
(Dong-Hyun Kim)
2iD
박병선
(Byeong-Seon Park)
3iD
-
군산대학교 신소재공학과 교수
(Professor, Department of Materials Engineering, Kunsan National University, Gunsan
54150, Rep. of Korea)
-
군산대학교 신소재공학과 대학원생
(Graduate Student, Department of Materials Engineering, Kunsan National University,
Gunsan 54150, Rep. of Korea)
-
한국건설생활환경시험연구원 연구원
(Researcher, Korea Conformity Laboratories, Seoul 54150, Rep. of Korea)
Copyright © Korea Concrete Institute(KCI)
키워드
자기치유, 고로슬래그 시멘트, Na2SO4, C-S-H, 방해석
Key words
autogenous healing, blast furnace slag cement, Na2SO4, C-S-H, Calcite
1. 서 론
포틀랜드 시멘트에 고로슬래그 미분말을 혼합한 고로슬래그 시멘트는 염화물과 황화물에 대한 저항성이 향상되어 콘크리트의 내구성은 증진된다. 그러나 고로슬래그
시멘트 콘크리트는 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트와 마찬가지로 취성을 나타내기 때문에 인장응력이나 수축에 의해 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 균열은
염화물, 탄산염, 황산염과 같은 물질의 침투를 용이하게 하여 철근을 부식시키는 등 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시킬 수 있다(Mehta and Monteiro
2006; Beak et al. 2015). 콘크리트 구조물의 내구성과 관련하여 균열저감, 유지, 보수 등은 토목, 건축분야에서 많은 관심을 가지는
분야이지만 아직 내구성을 획기적으로 증진시키는 기술이나 연구는 실용화 단계에 이르지 못하고 있다. 그러나 최근 들어 미국, 유럽 일본 등에서 고도
성장기에 건설된 콘크리트 구조물의 유지보수 비용이 나날이 증가함에 따라 콘크리트의 고유 특성인 균열을 저감시키거나, 자기치유 할 수 있는 스마트 구조물,
특히 인텔리전트 콘크리트의 개념이 대두되면서 실제 건설 현장에서도 적용여부를 검토하기 시작하였으며 이러한 연구는 유럽을 중심으로 빠르게 진행되고 있다(Joseph
et al. 2010; Ahn and Kishi 2010).
시멘트 경화체 및 콘크리트 경화체에서 허용 균열은 시공 콘크리트의 종류 및 환경에 따라 달라지나 통상 0.2~0.3 mm 이하의 균열은 물과 접촉하는
경우 시멘트 중의 미반응 성분의 수화반응 또는 수화생성물의 재수화 반응에 의해서 균열이 폐쇄되는 현상이 나타난다(Nijland et al. 2007;
Hearn 1998). 콘크리트 경화체가 가지는 이러한 현상을 자연치유(Natural Healing)라고 한다. 또한 수분 등이 존재하는 환경 하에서
콘크리트의 균열이 치유되거나, 치유성능을 촉진될 것을 기대하고 적절한 혼화재의 사용 등 재료설계를 한 콘크리트에서 균열이 치유되는 현상을 자율치유(Autonomic
Healing)라고 부른다. 그리고 자연치유와 자율치유를 합쳐서 자기치유(Autogenous Healing)라고 부른다(JCI 2009).
초기 포틀랜드 시멘트 페이스트의 자기치유 생성물은 시간이 지나면서 증가하여 300시간 후에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났고 자기치유 과정은 반응전송모델에
의해 시뮬레이션이 가능하였다(Huang et al. 2013). 이때 주된 자기치유 생성물은 CaCO3와 C-S-H이었다. 초기 고로슬래그 시멘트
페이스트 경화체에서 발생한 미세균열의 경우, 자기치유 생성물에 의한 균열 충진율은 시간이 지나면서 증가하고 미반응 고로슬래그 입자의 추가 반응에 의해
자기치유 반응이 지속적으로 진행되는 것으로 나타났다(Huang et al. 2014). 시멘트계 재료의 다양한 조성물에 대한 자기치유 성능을 조사한
결과, 초기에 나타나는 균열에서의 자기치유는 흐르는 물보다는 정지되었을 때 효율적으로 치유되었고, 높은 pH와 높은 온도는 자기치유를 가속화시켰다.
또한 자기치유 효과는 단일 치유물질보다 복합 치유물질이 더 효과가 있는 것으로 나타났다(Jiang et al. 2015).
시멘트계 재료의 자기치유와 관련된 최근의 연구들은 더욱 적극적인 개념의 자기치유를 도입하고 있다. 즉 팽창재, 팽윤재 및 탄산염 석출제 등 첨가제를
첨가하여 이들이 시멘트의 자기치유 반응을 촉진시키거나 혹은 자체적으로 자기치유 반응을 일으키도록 하는 연구가 진행되었다(Shim et al. 2015;
Kishi et al. 2007; Van Tittelboom et al. 2012).
본 연구에서는 미반응 고로슬래그 입자의 자기치유 효과를 증진시키기 위해 고로슬래그의 자극제로 사용되는 Na2SO4 첨가하여, 고로슬래그 시멘트 페이스트의
초기재령에서의 자기치유 효과를 검토하였다.
2. 실 험
2.1 실험 재료
본 실험 재료는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와 고로슬래그 미분말(Slag), 그리고 자기치유 생성물 증진제로 Na2SO4를 사용하였다. OPC는
클링커 95 %, 배연탈황 이수석고 5 %의 비율로 혼합하여 실험실 볼밀에서 분쇄하여 브레인 비표면적 3,600 cm2/g, 밀도 3.15 g/cm3으로
제조하였다. 고로슬래그 미분말은 S사의 것을 사용하였으며 블레인 비표면적은 3,860 cm2/g, 밀도는 2.90 g/cm3이었다. Na2SO4는
시약급을 사용하였다. 각 재료의 화학적 성분은 Table 1에 나타내었고, 각 재료의 혼합률은 Table 2와 같다.
Table 1. Chemical compositions of raw materials (mass %)
|
|
CaO
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
SO3
|
MgO
|
K2O
|
TiO2
|
Na2O
|
P2O5
|
MnO
|
|
OPC
|
65.4
|
18.8
|
4.0
|
3.7
|
3.9
|
2.4
|
1.2
|
0.2
|
0.2
|
0.1
|
0.1
|
|
Slag
|
45.8
|
33.7
|
14.2
|
0.5
|
1.9
|
2.0
|
0.5
|
0.7
|
0.3
|
-
|
0.4
|
Fig. 1. Schematic diagram of autogeneous-healing specimen
Table 2. Mix design for experimental works (mass %)
|
System
|
OPC
|
Slag
|
Na2SO4
|
|
OPC system
|
100
|
-
|
-
|
|
OPC-Slag system
|
60
|
40
|
-
|
|
OPC-Slag-Na2SO4 system
|
60
|
35
|
5
|
2.2 실험 시편 준비
본 실험에서는 시멘트 페이스트로부터 생성된 자기치유 생성물을 얻기 위해 Fig. 1과 같은 방법으로 실험하였다. 실제 균열의 경우에는 균열의 표면이 고르지 못하기 때문에 생성물과 시멘트 페이스트를 구분하여 채취하는 데에 어려움이
있고 분석에 필요한 시료량을 획득하는 데 한계가 있어 인공 간극(균열)을 만들었다. 시멘트 페이스트 시편은 100 mm × 100 mm × 10 mm
크기의 아크릴 몰드로 시멘트 페이스트 경화체를 제작하였으며 물-시멘트비는 0.4로 하였다. 습기함에서 24시간 경과 후 탈형하여 재령 3일 동안 밀폐된
용기에서 수중 양생 시켰다. 양생된 경화체는 P100, P220, P600의 샌드페이퍼를 사용하여 경화체 표면을 각각의 샌드페이퍼로 15회씩 연마하여
평평하게 하였다. 간극은 각 슬라이스와 슬라이스 사이에 100 µm 필름을 투입시켜 인공균열을 만든 후 간극이 유지되도록 묶어준 후 수돗물에서 7일간
자기치유시켰고 수돗물과 시멘트의 부피 비는 0.12로 하였다. 자기치유 시킨 시편은 간극 표면에 생긴 자기치유 생성물을 플라스틱 시트를 사용하여 채취하였다.
채취한 자기치유 생성물은 40 °C에서 24시간 건조하였다. 이는 솔벤트 치환법을 이용하여 수화정지 시키는 경우 Aspirator로 뽑아내야 되기
때문에 표면과 균열에서 생성된 자기치유 생성물이 시편과 매트릭스와의 결합력이 크지 않을 경우 침지과정에 쓸려나갈 가능성을 고려하였다. 자기치유 기간
동안의 온도는 20 ± 2 °C로 하였다.
2.3 자기치유 생성물 분석
자기치유 생성물의 광물 동정은 X-선회절분석기(XRD, D/Max-RB Diffractometer)로 조사하였다. 분석시료는 건조된 자기치유 생성물을
유발로 20 µm 이하로 분쇄하여 준비하였다. 측정은 40 kV/30 mA의 조건에서 Cu-Kα1 파장(λ=1.5406 Å)을 사용하여 Step-Scan
방식으로 측정하였다. 5~75 2θ 구간에서 주사간격 0.026° 2θ, 1개 샘플 당 총 주사시간을 1시간으로 데이터를 수집했다. 자기치유 생성물
정량은 XRD-Rietveld (X’pert High Score Plus, PANalytical Co.)법으로 구했으며, 이때 C-S-H는 비정질이므로
표준물질로 α-Alumina 10 mass %를 첨가하여 식(1)로 구했다. XRD-Rietveld 법의 정량은 결정상만 정량할 수 있으므로 α-Alumina 정량 값은 실제의 혼합량보다 많아지게 된다. 그 정량
값은 식(1)에 나타낸 것과 같이 비정질량과 일정한 관계를 갖게 된다. 여기서 A=C-S-H 생성량(%), Q=α-Alumina 혼합량(10 %), R=α-Alumina
Rietveld로 구한 정량값(%)이다. 이때 분석된 Rwp 값은 10~20으로 나타냈다.
2.3.2 TGA 측정
열중량분석(TGA, SDT Q600, TA Instruments Ltd.)은 자기치유 생성물의 열분해 특성을 조사하기 위해 실시하였다. 측정 승온
조건은 5 °C/min으로 했으며, 질소(N2)분위기에서 알루미나 도가니를 사용하여 1,000 °C까지 측정하였다.
2.3.3 FT-IR 측정
푸리에 변환 적외선분광기(FT-IR, Vertex 70, Bruker Co.)는 분말 파우더를 투과모드(TR)로 분해능 4 cm-1, 스캔 횟수 16으로
하여 450~4,000 cm-1 범위로 측정하였다. 측정 시 공기 분위기는 대기 상태로 Background 처리에서 CO2와 H2O는 제거하였다.
2.3.4 FE-SEM (EDS) 측정
자기치유 생성물의 형태는 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM, SU8220, HITACHI Co.)으로 관찰하였다. 원소조성은 FE-SEM에 부착된
에너지분산형 X선분광기(EDS, HORIBA: EX-250)로 분석하였다. 측정 조건은 가속전압 15 kV, 작업거리 15.0 mm로 하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 자기치유 생성물의 종류 및 생성량 평가
Fig. 2. XRD patterns of autogenous healing products
Fig. 2는 결정성 자기치유 생성물의 XRD 패턴이다. 결정성 자기치유 생성물은 크게 Carbonate와 Sulphate로 분류할 수 있다. Carbonate는
Calcite(CaCO3)와 Alkali Carbonate로 구성되어 있으며 Sulphate는 Alkali Sulphate로 구성되어 있다. Alkali
Carbonate와 Alkali Sulphate는 주로 용해도가 큰 무수물이었다. 이러한 이유는 균열 속의 수분 속에 용해되어 있던 Na+, K+,
SO42-, CO32-(혹은 HCO3-) 이온이 건조 시 수분이 증발되면서 무수물 형태로 석출된 것으로 판단된다.
OPC계는 Calcite의 큰 피크가 나타나며 Alkali Carbonate로서 Kalicinite(KHCO3)의 작은 피크가 확인되었다. Alkali
Sulfate 광물로서 Aphthitalite(KNaSO4), Arcanite(K2SO4)의 작은 피크가 나타나 주된 결정성 생성물은 Calcite로
나타났다. Alkali Carbonate 및 Alkali Sulphate는 Table 1에서 보듯이 OPC는 화학성분으로 물에 잘 용해되고 확산속도가 빠른 K2O 및 Na2O 성분을 1.4 mass % 정도 포함하고 있어서 나타나는 현상으로
판단된다. OPC-Slag계는 강한 Calcite 피크가 확인되었다. Alkali계 화합물로서는 Alkali Sulfate인 Arcanite만의 작은
피크가 나타나고 있으며 Alkali Carbonate의 피크는 나타나지 않았다. 이것은 고로슬래그 중의 K2O 성분이 0.47 mass %로 OPC보다
적어서 나타나는 현상으로 보인다. 고로슬래그는 Al2O3 성분을 OPC보다는 3배 이상인 14.2 mass %를 함유하고 있어 Al계 화합물로서 Hydrocalumite
(Ca4Al2(OH)14·6H2O)와 Bayerite(Al(OH)3)의 작은 피크가 나타났다. OPC-Slag-Na2SO4계는 OPC계 및 OPC-Slag계와
마찬가지로 큰 Calcite 피크가 나타났으며, Na2SO4의 영향으로 Alkali Carbonate는 Trona(Na3H(CO3)2(H2O)2)와
Thermonitrite (Na2CO3·H2O)의 피크가 나타났고 Alkali Sulfate는 Aphthitalite의 피크가 확인되었다.
Table 3은 자기치유 생성물의 정량 결과이다. C-S-H 수화물은 X선회절 패턴에서 Halo 형태로 나타나기 때문에 내부 표준물질로 α-Al2O3를 사용하여
XRD-Rietveld법으로 구하였다. 자기치유 생성물은 C-S-H 수화물과 Calcite가 70 mass % 이상을 차지하였으며, OPC계는 87.1
mass %, OPC-Slag계는 88.4 mass %, OPC-Slag-Na2SO4계는 71.8 mass %를 나타내어 주된 자기치유 생성물은 C-S-H와
Calcite이었다. Alkali Carbonate의 생성량을 보면 OPC계는 6.2 mass %, OPC-Slag계는 0 mass %에 비해 OPC-Slag-Na2SO4계는
20.9 mass %를 나타내어 Na2SO4의 첨가는 자기치유 생성물로서 Na계 Carbonate의 생성량을 증가시켰다. 반면에 Alkali Sulfate의
경우, OPC계는 4.8 mass %, OPC-Slag계는 8.9 mass %, OPC- Slag-Na2SO4계는 7.3 mass %로 유사한 생성량을
나타내어 용해된 Na+ 이온은 CO32-(HCO3-) 이온과 결합이 용이한 것으로 판단된다. Aluminate계 수화물은 적은 양이지만 OPC-Slag계에서만
1.4 mass % 정도 생성되었다.
Table 3. Quantitative results of autogenous healing products based on 100 mass \%
of each system (mass %)
|
|
C-S-H
|
Carbonate
|
|
|
Others
|
Total
|
|
Calcite
|
Alkali carbonate
|
Arcanite
|
Aphthitalite
|
Hydrocalumite
|
Bayerite
|
|
Trona
|
Kalicinite
|
Thermonatrite
|
|
ICSD*
|
-
|
79674
|
35191
|
157702
|
1852
|
2827
|
27466
|
63250
|
26830
|
|
OPC
|
39.6
|
47.5
|
|
6.2
|
|
3.6
|
1.6
|
|
|
1.5
|
100
|
|
OPC-Slag
|
53.2
|
35.2
|
|
|
|
8.9
|
|
0.3
|
1.1
|
1.3
|
100
|
|
OPC-Slag-Na2SO4
|
38.5
|
33.3
|
10.0
|
|
10.9
|
|
7.3
|
|
|
|
100
|
|
* ICSD: Inorganic Crystal Structure Database
|
* ICSD: Inorganic Crystal Structure Database
Table 4. Quantitative results of autogenous healing products based on 100 mass % OPC
system (mass %)
|
|
C-S-H
|
Carbonate
|
|
|
Others
|
Total
|
|
Calcite
|
Alkali carbonate
|
Arcanite
|
Aphthitalite
|
Hydrocalumite
|
Bayerite
|
|
Trona
|
Kalicinite
|
Thermonatrite
|
|
ICSD*
|
-
|
79674
|
35191
|
157702
|
1852
|
2827
|
27466
|
63250
|
26830
|
|
OPC
|
39.6
|
47.5
|
|
6.2
|
|
3.6
|
1.6
|
|
|
1.5
|
100
|
|
OPC-Slag
|
44.8
|
29.6
|
|
|
|
7.5
|
|
0.3
|
0.9
|
1.1
|
84.2
|
|
OPC-Slag-Na2SO4
|
120.5
|
104.2
|
31.3
|
|
34.1
|
|
22.9
|
|
|
|
313.0
|
* ICSD: Inorganic Crystal Structure Database
Table 4는 OPC계의 자기치유 생성물량을 100 mass %로 기준으로 하였을 때, OPC-Slag계 및 OPC-Slag-Na2SO4계의 상대 비율을 나타낸
것이다. OPC-Slag계는 84.2 mass %로 OPC계보다 자기치유 생성량이 적었다. 이것은 재령 8일의 초기 경화체를 자기치유 시킨 것이기
때문에 OPC-Slag계는 OPC계보다 미수화 시멘트 입자의 양이 적어 자기치유 생성량이 감소한 것으로 판단된다. OPC-Slag-Na2SO4계는
313.0 mass %로 OPC계에 비해 3배 이상의 자기치유 생성물이 더 많이 형성되었다. 주된 자기치유 생성물인 C-S-H와 Calcite의 증가
내용을 보면, C-S-H는 OPC계에 비해 3.3배, OPC- Slag계에 비해 2.7배 정도 증가하였으며 Calcite는 OPC계에 비해 2.6배,
OPC-Slag계에 비해서는 3.5배 증가하였다. Na2SO4는 자기치유 물질로 C-S-H와 Calcite의 생성량을 많이 증가시키는 것으로 나타났다.
고로슬래그는 잠재수경성 재료이며 자극제인 Na2SO4에 의해 활성화된다. 일부 미반응 고로슬래그 입자 및 시멘트 입자는 균열의 표면에 존재한다(Huang
et al, 2014). 이러한 미반응 입자들은 Na2SO4에 의해 자극을 받으면 Ca²⁺, OH-, SiO2(aq), Al³⁺, Mg²⁺ 등과 같은
이온을 균열 내의 용액에 용해한다. 균열 내의 용액에서 이온 농도가 과포화되면 자기치유 생성물은 균열에서 석출하기 시작한다. 특히 용해도가 낮은 C-S-H의
경우, 미반응된 고로슬래그, 시멘트 입자 및 균열 표면에 석출되는 경향이 있다(Huang et al, 2014). 본 실험에서 자기치유 생성물로서
Ca(OH)2는 보이지 않았다. Ca(OH)2는 C-S-H 생성 시 동반되어 생성되는 물질이다. 본 실험에서는 분석 시편을 40 °C, 24시간 동안
대기 중에서 건조시켰다. 이로 인해 Ca(OH)2는 탄산화가 진행되어 Calcite로 전환된 것으로 판단된다. 이에 대해서는 추후에 세밀하게 분석할
예정이다.
Alkali Carbonate는 OPC-Slag계에서는 생성되지 않았으나 Na2SO4가 첨가되므로 20.9 mass %를 차지하였다. Sulfate는
OPC계에 비해 4.8배, OPC-Slag계에 비해 3.1배 증가하는 경향을 나타내어 Na2SO4는 자기치유 물질로서 Alkali Carbonate와
Alkali Sulphate를 다량 생성시키는 것으로 나타났다. 생성된 Alkali Carbonate 및 Alkali Sulphate는 용해도가 큰
물질로 건조 시 수분 증발에 의해 석출된 것이며, 특히 Alkali Carbonate는 탄산화도 동시에 진행되어 생성된 것으로 판단된다.
3.2 자기치유 생성물의 열중량분석에 의한 평가
Fig. 3. TGA patterns of autogenous healing products
Fig. 4. FT-IR patterns of autogenous healing products
자기치유 생성물의 열중량분석 결과를 Fig. 3에 나타냈다. 50 °C와 200 °C 사이의 급격한 무게손실은 C-S-H의 H2O 손실에 기인하는 것으로 기존 문헌과 일치한다(Lothenbach
et al. 2012; Tittelboom et al. 2012). 그 이후의 600 °C까지는 완만하게 무게손실이 발생하는 데 이것은 C-S-H,
Trona, Thermonitrite, Hydrocalumite 및 Bayerite의 탈수로 판단된다. 600 °C에서 700 °C 사이의 급격한 무게손실은 Calcite와
Alkali Carbonate의 탈탄산에 의한 것이다. 특이한 것은 450 °C 부근에서의 급격한 무게 손실이 발생하지 않는 것으로 나타나 자기치유
생성물질로 Ca(OH)2는 생성되지 않은 것으로 앞서 논의한 XRD 결과와 일치한다.
3.3 자기치유 생성물의 결합상태 평가
자기치유 생성물의 광물학적 정보를 더 많이 얻기 위해 FT-IR 분석을 하여 그 결과를 Fig. 4에 나타냈다. 3개의 시료는 유사한 스펙트럼을 나타냈다. 874 cm-1의 스펙트럼은 공기 중에 노출되었을 때 CO2의 혼입에 의해 발생한 CO32-의
굽힘 진동에 의한 것이며, 1,400~1,500 cm-1 범위의 스펙트럼은 CO32-의 비대칭 신축 진동에 해당된다. 이러한 스펙트럼은 탄산화에 의해
Calcite와 Alkali Carbonate가 생성된 것으로 판단할 수 있다. 1,000 cm-1 부근의 스펙트럼은 C-S-H의 Si-O 비대칭
신축 진동(Band 975 ± 5 cm-1)에 해당되고, 1,637 cm-1 부근의 스펙트럼은 H2O 분자에 대한 H-O-H 굽힘진동이고, 3,000
cm-1에서 3,700 cm-1 범위의 스펙트럼은 수소결합을 갖는 H2O 혹은 수산기의 O-H의 신축 진동과 일치한다. 따라서 자기치유 생성물로서
C-S-H의 존재를 확인 할 수 있었다. 1,100 cm-1 부근의 작은 스펙트럼은 Sulphate 화합물의 SO42-에 기인한 비대칭 신축 진동으로
적은 양이지만 자기치유 생성물로 Alkali Sulphate가 생성된 것으로 판단할 수 있다.
3.4 자기치유 생성물의 형태 및 조성
Fig. 5. SEM-EDS of C-S-H produced by autogenous healing
자기치유 생성물로서 형성된 C-S-H의 형태(Fig. 5)를 보면, OPC계는 C-S-H는 그물 형태를 나타내고 있으며 OPC-Slag계도 OPC계와 유사한 형태를 나타내고 있다. OPC-Slag-Na2SO4계는
작은 미세한 결정이 들이 큰 입자를 둘러싸고 있는 형태로 나타나고 있다.
자기치유 생성물로서 형성된 Calcite(CaCO3)의 형태(Fig. 6)를 보면, OPC계 및 OPC-Slag계는 작은 알갱이가 응집된 형태로 보이며, 대칭 형태의 다면체 입자 형태를 취하고 있다. OPC-Slag-Na2SO4계는
OPC계 및 OPC-Slag계보다는 결정의 형태가 커진 것을 볼 수 있다. 이것은 Na2SO4가 고로슬래그를 자극하여 Ca2+ 이온을 지속적으로 용출하여
결정의 형태가 커진 것으로 판단된다.
자기치유 생성물로서 형성된 Alkali Carbonate의 형태(Fig. 7)를 보면, OPC계에서 보이는 Kalicinite는 큰 입자를 형성하고 있으며, OPC-Slag-Na2SO4계에서 보이는 Trona와 Thermonatrite는 표면이 매끄럽고 납작하면서 길쭉한 형태를 하고 있다. SEM-EDS로는 Trona와 Thermonatrite는 구분하기 어려웠다.
자기치유 생성물로서 형성된 Alkali Sulphate의 형태(Fig. 8)를 보면, 앞서 언급했듯이 계와 관계없이 Arcanite와 Aphthitalite는 판상 형태를 나타내고 있다. OPC계에서 SEM-EDS로 Arcanite와
Aphthitalite는 구별하기 어려워 Alkali Sulfate로 표기하였다. OPC-Slag-Na2SO4계에서 생성된 Aphtitalite는
두께가 두꺼운 대형 판상의 모양을 나타내고 있어 균열 내에서 Na+ 이온과 SO42- 이온 농도가 많아 나타나는 현상으로 판단된다.
4. 결 론
Fig. 6. SEM-EDS of calcite produced by autogenous healing
Fig. 7. SEM-EDS of alkali carbonate minerals produced by autogenous healing
본 연구에서는 고로슬래그 미분말의 자극제로 사용하는 Na2SO4를 5 mass % 첨가한 고로슬래그 시멘트 페이스트의 초기 균열에서의 자기치유 생성물의
특성에 대해 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 균열에서의 주된 자기치유 생성물은 C-S-H, Calcite로서 Na2SO4 첨가는 무첨가와 비교하여 3.7배 정도 더 많은 자기치유 생성물을
형성시켜 자기치유 생성물 증진제로서 Na2SO4는 효과가 있었다.
2) 자기치유 증진 효과는 Na2SO4에 의해 균열 면에서의 미수화 고로슬래그 입자 및 시멘트 입자의 수화반응을 촉진시켜 C-S-H의 생성량을 증가시켰으며
C-S-H 생성 시 형성된 Ca(OH)2는 균열 내 용액 중의 탄산이온 및 공기 중의 CO2와 반응하여 Calcite로 전환되었다.
3) Na2SO4 첨가는 벌크 페이스트 용액에서부터 균열 면으로의 Na+ 이온과 SO42- 이온의 확산은 균열 내의 농도를 증가시켜 수분 증발 시
석출되어 Alkali Carbonate, Alkali Sulfate를 자기치유 생성물로 생성시켰다.
4) 자기치유 생성물 형태를 보면 Calcite는 작은 알갱이 형태, C-S-H는 그물 형태, Alkali Carbonate는 대형 결정 형태, Alkali
Sulphate Mineral은 길쭉한 판상 형태를 나타냈으며, Na2SO4의 첨가는 본래의 형태를 유지하면서 큰 형태 자기치유물질로 성장하였다.
Acknowledgements
본 연구는 국토교통부 건설기술연구사업의 연구비지원(19SCIP-B103706-05)에 의해 수행되었습니다. 이에 감사드립니다.
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