이빛나
(Binna Lee)
1
이종석
(Jong-Suk Lee)
2†
-
한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 전임연구원
(Research Specialist, Department of Infrastructure Safety Research, KICT, Goyang 10233,
Rep. of Korea)
-
한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 연구위원
(Research Fellow, Department of Infrastructure Safety Research, KICT, Goyang 10233,
Rep. of Korea)
Copyright © Korea Concrete Institute(KCI)
키워드
붕소화합물, 알칼리도, 제타전위, 슬럼프 플로우, 압축강도
Key words
boron compound, alkalinity, zeta potential, slump flow, compressive strength
1. 서 론
최근 의료, 바이오, 환경 등의 다양한 분야에 방사선을 이용한 사례가 급증함에 따라 해당 시설물 등에 대한 차폐 및 방호 등의 중요성이 증대하고 있다(Sato
et al. 2005; MOTIE 2009; Park 2013; KETEP 2013)(18,23,28-29).
일반적으로 방사선 차폐 물질로 사용되는 재료는 수소 기반의 폴리에틸렌, 붕소화합물 및 콘크리트 등이 주로 활용되고 있다. 이 중 콘크리트는 시공 및
경제성이 우수하며 차폐 성능 또한 우수하여 차폐 시설물에 널리 사용되고 있다. 또한, 콘크리트의 경우 차폐 성능을 더욱 향상시키기 위해 수소 기반의
폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 고분자 물질을 혼입하거나, 붕소 등의 재료를 추가하는 등의 연구가 활발히 진행되고 있다(Halverson et al.
1989; Cho et al. 1997; Jun et al. 2011; Kharita et al. 2011)(4,10,13,14). 하지만, 이러한 경우 물리적 성능 저하 및 초기 건설비용의 증가 등의 문제가 발생하기 때문에 실제 현장에서 사용하기에 다소 어려움이 있다. 특히,
붕소의 경우 생산지가 제한적이며 대부분 수입에 의존하기 때문에 가격대가 높고, 콘크리트의 응결 지연 및 강도 저하 등의 성능 저하에 영향을 미치기
때문에 혼입량 및 사용을 제한하고 있다(Jang 2016)(12). 이러한 문제점을 해결하기 위해 붕소화합물 중 붕산을 개선한 제품인 탄화 붕소 역시 일정 혼입량 이상 첨가 시 콘크리트의 강도 저하 등의 역학적
성능 저하가 발생하고, 가격 또한 매우 고가이기 때문에 활용함에 다소 어려움이 있다(Abdullah et al. 2011)(1). 그 외에도 붕소가 포함되어 있는 광물인 회붕광 같은 광물을 골재 대체재로 활용하는 방법이 있으나 회붕광 역시 생산지가 제한적이며, 혼입 시 콘크리트의
성능 저하가 발생하기 때문에 사용하기에 다소 어려움이 있다(Yarar and Bayulken 1994; Okuno 2005)(27,33).
이에 본 연구진은 기존 산업폐기물 등을 재활용한 제품 중 기존 생산되는 붕소(Boric acid 단가: 1,500 $\$$/ton, Borax 단가:
1,000 $\$$/ton, 2013 기준)보다 가격이 약 95 % 이상 저렴하며 수급이 용이한 붕소화합물을 선별하여 기초 연구를 수행하고 있으며,
이 중 본 논문에서는 붕소화합물의 응결 지연 및 강도 저하 등의 원인이 제타전위와 관련 있다는 기존 문헌을 참조하여 이에 대한 물리적 및 전기적 실험을
수행하였다(K-MFA 2019)(19). 물리적 실험은 슬럼프 플로우 및 공기량 측정을 수행하였으며, 전기적 특성을 검토하고자 붕소화합물의 제타전위를 측정하였다. 이때, 물리적 실험 중
응결 시험 및 압축강도 결과는 Lee et al.(2017)(21)을 인용하였으며, 각각의 물성과 제타전위와의 상관관계를 도출하였다.
2. 실 험
2.1 실험개요 및 배합
본 연구에서는 붕소화합물을 혼입한 모르타르의 물리적 및 전기적 특성을 검토하고자 붕소화합물의 종류 및 치환율에 따라 Table 1과 같이 총 6종류의 시험체를 제작하였다.
사용된 붕소화합물은 산업폐기물을 재활용하여 경제성이 우수하며 수급이 용이한 제품으로 선별하였으며, 사전 실험 등을 토대로 pH 값에 따라 3가지 종류로
최종 선별하였다(Lee et al. 2015, 2017)(20-21).
혼입된 붕소화합물로 인한 응집 정도 및 유동성을 검토하고자 슬럼프 플로우 및 공기량을 측정하였으며, 응결 시험 및 압축강도 시험을 수행하였다(Lee
et al. 2017)(21). 또한, 붕소화합물을 혼입 시 발생하는 물리적 성질이 전기적인 특성과 관련 있다는 문헌을 참조하여 제타전위 시험을 수행하였다(Daimon and
Roy 1979; Nἂgele 1991; Ersoy et al. 2013)(5,9,26).
붕소화합물의 함량은 기존 문헌 및 사전 실험을 통해 잔골재의 0.2 % 및 0.4 %의 부피에 해당하는 양을 기준으로 치환 및 혼입하였다(Lee et
al. 2015; Lee et al. 2017)(20-21).
2.2 사용재료
본 연구에서 사용한 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트이고, 잔골재는 국내 제품으로 자세한 사항은 Table 2 및 3과 같다.
한편, 사용된 붕소화합물의 pH는 사전 실험을 통해 KS F 2421에 따라 붕소화합물 30 g과 증류수 50 ml를 혼입하여 3시간 후에 측정한
값으로, 수소이온의 농도에 따라 산성, 약알칼리성 및 강알칼리성으로 구분하였다(Lee et al. 2015, 2017)(20-21). 산성 기반인 붕산(acidic boric acid; AA)은 붕소의 함량이 56.3 %로 가장 많으며, 약알칼리성 기반인 붕사(low alkali
borax; AB)와 강알칼리성인 붕사(high alkali borax; HB)의 붕소 함량은 22.8 % 및 40 %를 나타내었다(Lee et al.
2015, 2017)(20-21). 각각의 붕소화합물에 대한 자세한 성분은 Table 4와 같으며 본 성분은 각각의 제조사에서 제공한 화학성분을 정리한 표이다(Lee et al. 2015, 2017)(20-21).
Table 1. Mix proportions of mortar mixtures
|
|
W/C
(%)
|
Cement
(g)
|
Fine aggregate
(g)
|
Boron compound contents (%)
|
|
MOR
|
48.5
|
565
|
1,392
|
0
|
|
AA-0.2
|
1,390
|
0.2
|
|
AA-0.4
|
1,387
|
0.4
|
|
AB-0.2
|
1,390
|
0.2
|
|
AB-0.4
|
1,387
|
0.4
|
|
HB-0.2
|
1,390
|
0.2
|
|
HB-0.4
|
1,387
|
0.4
|
Table 2. Chemical composition of OPC
|
Cement
|
Main components (%)
|
|
SiO$_{2}$
|
Al$_{2}$O$_{3}$
|
MgO
|
Fe$_{2}$O$_{3}$
|
SO$_{3}$
|
CaO
|
|
OPC*
|
21.01
|
6.40
|
3.02
|
3.12
|
2.14
|
61.33
|
|
*Specific gravity: 3.15 g/cm3, Fineness: 3,800 cm2/g
|
Table 3. Physical properties of aggregates
+
|
Type
|
Size
(mm)
|
Density
(g/cm3)
|
Fineness modulus (FM)
|
Absorption
(%)
|
|
Fine agg.
|
≤5
|
2.67
|
2.59
|
1.83
|
Table 4. Chemical composition of boron compounds (%)
|
|
AA
|
AB
|
HB
|
|
B$_{2}$O$_{3}$
|
56.3
|
22.8
|
40
|
|
Ca(OH)$_{2}$
|
|
|
40
|
|
Al$_{2}$O$_{3}$
|
|
0.038
|
|
|
CaO
|
|
0.057
|
20
|
|
K$_{2}$O
|
|
0.042
|
|
|
Na+$_{2}$O
|
|
40.36
|
|
|
Fe$_{2}$O$_{3}$
|
0.0007
|
0.026
|
|
|
S(SO$_{4}$)
|
0.05
|
3.18
|
|
|
Cl
|
0.001
|
|
|
|
pH
|
3.9 (acid)
|
9.2 (low alkali)
|
12.8 (high alkali)
|
2.3 실험방법
붕소화합물을 혼입한 시험체의 물리적 특성을 검토하고자 슬럼프 플로우 및 공기량 실험을 수행하였다. 슬럼프 플로우 실험은 KS L 5105에 제시된
방법으로 진행하였으며, 공기량 실험은 KS F 2421에 준하여 수행하였으며, 시험체당 3회씩 측정하였다. 또한, 응결 시험 및 압축강도 시험은
Lee et al.(2017)(21)의 결과를 인용하여 수행하였다.
제타전위 시험은 용매(증류수)에 측정 물질(붕소화합물)을 용해한 뒤 전기이동을 시켰을 때 발생하는 전기이중층의 경계면 측정하는 시험(Fig. 1 참조)으로 본 연구에서는 시멘트를 제외한 붕소화합물만 용매에 넣어 측정하였다. 이러한 원인은 붕소와 시멘트를 혼입하여 용매에 넣을 경우 용매와 반응하여
응집되고 이러한 응집물이 제타전위 측정시 영향을 주기 때문에 시멘트를 제외하고 붕소화합물만 혼입하여 측정하였다. 제타전위 측정시기는 증류수에 붕소화합물은
혼입하여 교반 후 1시간, 6시간, 12시간에 각각 3회씩 측정하였으며 측정값이 안정화되는 시점인 12시간에 측정된 값을 기준으로 분석하였다.
Fig. 1. Zeta potential measurement
3. 결과 및 고찰
3.1 물리적 성능
3.1.1 공기량 및 플로우 테스트
Fig. 2는 붕소화합물을 혼입한 모르타르의 슬럼프 플로우(단위: mm)와 공기량(단위: %)을 나타낸 그림으로 붕소화합물을 혼입한 시험체와 기본 시험체의 특성을
분석한 후 붕소화합물 각각의 사용량에 따른 특성을 검토하였다.
붕소화합물을 혼입한 시험체와 기본 시험체(MOR)와의 특성을 비교한 결과 붕소화합물을 혼입한 시험체의 슬럼프 플로우 값은 기본 시험체(MOR)보다
전반적으로 증가하는 경향을 보였으나 공기량의 경우 붕소화합물을 혼입한 시험체가 기본 시험체(MOR)보다 전반적으로 감소한 경향을 나타내었다.
붕소화합물의 혼입량에 따른 특성을 분석한 결과 AA 및 HB의 경우 붕소화합물의 치환량이 0.2 %에서 0.4 %로 증가시켰을 경우 슬럼프 플로우
값이 감소하는 경향을 보였으나 AB의 경우 혼입량이 증가함에 따라 플로우값이 증가하는 경향을 보였다. 반면, 공기량의 경우 붕소화합물의 종류에 관계없이
치환량이 0.2 %인 시험체보다 0.4 %인 시험체의 공기량이 증가하는 경향을 보였다. 자세한 원인은 3.2.1에서 논의하였다.
3.1.2 응결시험
응결시험 결과는 기존 문헌(Lee et al. 2017)(21)을 인용하여 Table 5와 같이 정리하였으며 Lee et al.(2017)(21) 등에 따르면 붕소화합물의 종류 및 함량과 관계없이 전반적으로 기본 시험체(MOR)보다 초결 및 종결 시점이 늦게 나타났다.
Fig. 2. Slump flow and air content of boron compounds
3.1.3 압축강도 시험
압축강도 시험 결과 역시 응결시험과 마찬가지로 기존 문헌(Lee et al. 2017)(21)을 인용하여 Table 5에 정리하였으며 붕소화합물을 혼입한 시험체에서 전반적으로 강도저하가 발생하였다. 이러한 원인에 대해 Lee et al.(2017)(21) 등은 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 응결지연 등의 영향으로 수화 및 화학반응이 제대로 진행되지 않아 이러한 문제가 발생된 것으로 판단하였다.
3.2 제타전위 특성
제타전위 측정은 무기미분체의 고체입자가 용매에 녹을 때 발생되는 전위차를 측정한 것으로 각각의 미네랄 또는 성분에 따라 정전기적 전하 즉 제타전위가
측정되며 이는 이온 간의 결합력 또는 세기, 용매의 pH 등의 영향을 받는다. 제타전위의 절대값은 입자의 표면전하 및 미립자 간의 응집·분산에 큰
영향을 미치고 이로 인해 재료의 성질 및 물리적 성능 등에 영향을 미친다.
기존 문헌에 의하면 시멘트의 경우 입자의 표면에 SiO-가 존재하며 본래 (-)전하를 가지고 있으나 수중에 분산되면 Ca2+ 이온이 흡착되고 이로 인해 시멘트 입자는 (+) 전하를 띄게된다(Nἂgele 1985, 1986)(24-25). 이러한 영향은 굳지 않은 및 경화 시험체에 영향을 미치며 Chang and Lange(1994)(3) 등에 의하면 시멘트의 제타전위의 절대값이 증가함에 따라 페이스트의 점성은 감소하고 워커빌리티 및 시멘트 매트릭스의 안전성은 향상된다고 보고되고 있다.
또한, 경화된 콘크리트의 경우 제타전위에 따라 해리(解離)된 이온의 종류 및 양이 다르며 이로 인해 화학적 성질이 다르기 때문에 시멘트 및 수화생성물
등에 영향을 미친다.
본 연구에서는 제타전위 값이 콘크리트의 슬럼프 플로우 및 응결시간 등에 영향을 미친다는 기존 문헌을 참고하여 제타전위 값과 슬럼프 및 응결시간과의
관계를 비교·분석 하였다.
Table 5. Physical properties and zeta potentials of specimens
|
Sample
|
Slump flow (mm)
|
Setting time (hour:min)
|
28 day-Compressive strength
(MPa)
|
Zeta potential
(-mV)
|
|
125
|
Final
|
|
MOR
|
125
|
4:20
|
8:10
|
30.2
|
0.29
|
|
AA-0.2
|
137
|
26:55
|
45:30
|
21.98
|
2.56
|
|
AA-0.4
|
130
|
Over 48 h
|
Over 48 h
|
12.39
|
1.48
|
|
AB-0.2
|
123
|
7:35
|
18:10
|
22.09
|
4.85
|
|
AB-0.4
|
133
|
3:40
|
27:25
|
25.80
|
15.35
|
|
HB-0.2
|
132
|
12:20
|
14:12
|
28.89
|
6.67
|
|
HB-0.4
|
127
|
16:45
|
Over 48 h
|
27.57
|
19.5
|
3.2.1 붕소화합물의 제타전위
붕소화합물을 혼입한 시험체의 제타전위의 결과는 Table 5에 정리하였다. 이때, 제타전위의 측정시기는 교반 후 1시간 후, 6시간 후, 12시간 후에 측정하였으며, 안정화된 시점인 12시간 후를 기준으로
분석하였다(Nἂgele 1986)(25).
붕소화합물을 혼입한 용매의 경우 혼입량에 관계없이 전반적으로 제타전위의 절대값이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 원인은 붕소화합물이 용해되면서 pH
값에 영향을 주고 이로 인해 제타전위의 절대값이 기본 시험체(MOR)보다 높게 측정된 것으로 판단된다.
붕소화합물 AA의 경우 혼입량이 증가함에 따라 제타전위가 감소하는 반면 AB 및 HB의 경우 제타전위가 증가하는 경향을 보였다. 이러한 원인은 AA의
pH는 산성이며, AB 및 HB의 pH는 알칼리성으로 pH 값이 증가함에 따라 제타전위가 증가한다는 기존 문헌과 같은 요인으로 판단된다(Nἂgele
1986)(25).
3.2.2 슬럼프 플로우와 제타전위와의 관계
Table 5에서 슬럼프 플로우와 제타전위의 절대값을 붕소화합물의 혼입량에 따라 분석한 결과 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 전반적으로 기준 시험체(MOR)보다
슬럼프 플로우 및 제타전위의 절대값이 증가하는 경향을 보였다.
AA의 경우 혼입량이 증가함에 따라 제타전위 및 슬럼프 플로우가 감소하는 경향을 보인 반면 AB의 경우 혼입량이 증가함에 따라 제타전위 및 슬럼프가
증가하였다. 이러한 원인은 제타전위 값이 증가함에 따라 시멘트 페이스트의 점성이 낮아지고 유동성이 증가한다는 기존 문헌과 같은 요인으로 판단된다(Hunter
2013)(11).
한편, HB의 경우 혼입량이 증가함에 따라 제타전위 값은 증가하는 반면 슬럼프가 저하되는 경향을 보였다. 이러한 원인은 붕소화합물 HB의 Ca(OH)$_{2}$
성분 때문인 것으로 사료된다. 붕소화합물인 HB가 배합수와 반응하여 Ca(OH)$_{2}$가 해리되고 Ca2+는 시멘트의 Stern-layer 층으로 이동함에 따라 남겨진 OH-로 인해 pH 값이 증가하였고 이로 인해 제타전위의 값이 증가한 것으로 추정되며, 이러한 영향 때문에 기존 문헌(Hunter 2013)(11)과 다소 다른 결과를 나타낸 것으로 사료된다.
Fig. 3. Relation between zeta potential and slump flow
Fig. 3은 제타전위와 슬럼프와의 관계를 pH 환경에 따라 분석한 그래프로 x축은 제타전위 값으로, y축은 슬럼프 플로우 값으로 나타냈다. 분석 결과, pH
값에 따라 제타전위와 슬럼프 플로우와의 관계가 다르게 나타났다. 산성 및 약알칼리성의 경우 전반적으로 제타전위가 증가할수록 슬럼프 플로우 값이 증가하는
경향을 보였다. 반면 강알칼리성의 경우 앞의 pH 환경의 결과와 달리 제타전위가 슬럼프 플로우 값에 크게 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다.
따라서, 제타전위와 슬럼프 플로우와의 관계는 제타전위 값이 증가할수록 플로우가 증가하는 선형적인 관계를 보였다. 하지만, 붕소화합물의 성분 및 수소이온농도의
지수(pH)에 따라 다르게 나타날 수 있으며, 향후 이를 고려하여 유동성 등을 설정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
3.2.3 모르타르의 응결과 제타전위와의 관계
Table 5에서 붕소화합물의 응결시간과 제타전위를 혼입량에 따라 분석한 결과 제타전위가 증가함에 따라 붕소화합물의 종류 및 함량에 관계없이 전반적으로 응결 지연이
발생하였다.
붕소화합물 AA의 경우 초결 시간이 다른 붕소화합물에 비해 가장 늦게 발생되었으며 AA-0.4 %의 경우 48시간까지 초결이 발생되지 않았다. AB의
경우 다른 붕소화합물보다 초결 시점이 가장 빠르게 측정되었으며 0.4 % 혼입 시 기본 시험체(MOR)보다 초결이 빠르게 발생되었다. HB의 경우
0.2 % 혼입한 시험체는 초결부터 종결까지의 시점이 가장 짧았다.
이러한 원인은 붕소화합물을 혼입할 경우 일부 배합수와 붕소화합물이 반응하여 생성된 화합물이 마이너스 전위 값을 가지게 되고 이는 (+)값을 가지는
시멘트와 반응하게 된다(Nἂgele 1986; Chang and Lange 1994)(3,25). 이렇게 반응한 화합물은 시멘트 표면에 흡착하게 되고 이로 인해 수화 및 화학반응을 저해하고 응결 지연 등에 영향을 미친 것으로 판단된다.
또한, 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 일반 시험체보다 제타전위의 절대값이 높게 나타났으며 이러한 결과 역시 응결 지연에 기여한 것으로 사료된다.
기존 문헌을 참고하면 제타전위의 절대값이 높아짐에 따라 입자 표면의 전하가 생성되고 이로 인해 정전기적 안정화(electrostatic stabilization)가
유도되는데 이러한 상황이 진행됨에 따라 입자간 반발력이 증진되고 최종적으로 응결지연에 영향을 미친다(Hunter 2013)(11).
하지만, HB를 0.2 % 혼입한 경우 총 응결시간이 일반 시험체보다 짧게 나타났으며 이러한 원인은 Ca2+, Na+ 및 Cl- 등의 이온양 및 기타 화합물의 영향으로 사료된다26). Taylor(1997)(31)의 연구에 의하면 Ca2+, Na+및 Cl- 등의 함량이 높을수록 초결부터 종결까지의 총 경화시간을 감소시킬 수 있으며 붕소화합물 HB의 경우 Ca2+의 함량이 높기 때문에 이러한 결과가 나타난 것으로 추정된다.
반면 HB를 0.4 % 혼입한 경우 이러한 경향이 발생되지 않았으며 이는 Ca(OH)-의 화합물이 해리되면서 Ca2+와 더불어 OH- 함량이 증가되는데 이때 OH-로 인해 시멘트 매트릭스 내 전체 pH를 증가시키고 이는 다시 제타전위를 증가시켜 최종적으로 응결지연이 발생된 것으로 추정된다(Davraz 2015a,
2015b)(6-7). 즉, Nἂgele(1986)(25)의 문헌에서와 같이 화합물별 응결시점에서의 최적 pH 환경 및 제타전위 값에 따라 응결 특성이 다르게 나타나며, HB의 경우 0.2 % 혼입 시 최적의
경화 조건이 조성되어 총 응결시간이 단축된 것으로 추정된다.
Fig. 4. Relation between zeta potential and setting time
응결과 제타전위와의 관계 역시 3.2.2과 마찬가지로 pH 환경에 따라 구분하여 분석하였다. Fig. 4는 pH 환경에 따라 응결 및 제타전위를 나타낸 그래프로, x축은 제타전위, y축은 초결부터 종결시점까지의 총 경화 시간을 나타내었다. 이때, AA-0.4의
시험체의 경우 종결시점이 48시간 이후에 발생하였으므로 분석에서 제외하였다. 분석 결과, 모든 pH 환경에서 제타전위가 증가함에 따라 총 경화 시간이
증가하는 경향을 나타냈다. 이러한 원인은 위에서 설명한 정전기적 안정화(Hunter 2013; Metin 2015a, 2015b)(11)로 인한 것으로 사료된다.
따라서, 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 응결시간과 제타전위와의 관계는 제타전위의 절대값이 증가함에 따라 응결지연이 발생되지만 화합물의 성분 및
pH 환경 등에 따라 다소 다른 결과 값이 나타날 수 있으며 이를 고려하여 배합하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
3.2.4 압축강도와 제타전위와의 관계
Table 5를 참조하여 재령 28일차 압축강도와 제타전위 절대값과의 관계를 혼입량에 따라 분석한 결과 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 제타전위 값은 증가하는
반면 압축강도는 붕소화합물의 종류 및 함량에 관계없이 전반적으로 기본 시험체(MOR)보다 저하되는 양상을 보였다(Castellote et al. 2006;
Elakneswaran et al. 2009; Lee et al. 2017)(2,8,21).
AA의 경우 혼입량이 0.2 % 및 0.4 %의 경우 일반(MOR) 대비 약 27 % 및 약 60 % 정도의 강도저하가 발생하였으며 AB의 경우에도
혼입량에 따라 각각 약 27 % 및 15 % 저하가 발생하였다. 또한, HB의 경우 강도 저하율이 각각 4 % 및 9 %로 강도 저하가 발생하였으나
다른 붕소화합물 중에서 가장 낮은 저하율을 보였다. 이러한 원인은 HB 붕소화합물의 성분 중 Ca(OH)$_{2}$와 CaO의 성분 함량이 높기 때문인
것으로 판단된다(Volkman and Bussolini 1992; Shi and Day 2000; Lee et al. 2003; Castellote
et al. 2006)(2,22,30,32). HB의 경우 다른 붕소화합물과 마찬가지로 응결 지연이 발생하지만 Ca(OH)$_{2}$와 CaO의 성분이 수화 생성물 촉진에 기여함에 따라 다른
붕소화합물보다 강도 저하율이 낮은 것으로 판단된다.
Fig. 5. Relation between zeta potential and compressive strength
압축강도 시험 값과 제타전위와의 관계에 대해 pH 환경에 따라 구분하여 Fig. 5와 같이 나타내었다. Fig. 5의 x축은 제타전위, y축은 압축강도 결과를 나타내었다. 분석 결과 모든 pH 환경에서 기준시험체인 MOR에 비해 제타전위가 증가함에 따라 압축강도의
저하가 나타났으며, 산성에서 알칼리로 갈수록 강도의 저하폭은 줄어드는 것으로 나타났다.
따라서, 붕소화합물을 혼입한 시험체의 경우 화합물의 성분 중 Ca(OH)$_{2}$와 CaO의 성분이 포함된 화합물의 경우 강도 저하율이 낮기 때문에
이를 고려하여 붕소화합물을 선별하여 배합하는 것이 바람직할 것으로 사료된다(Nἂgele 1991; Chang and Lange 1994; Hunter
2013; Lee et al. 2017)(3,11,21,26).
4. 결 론
붕소화합물을 혼입한 모르타르의 기본 물성 시험을 수행하였으며, 이를 제타전위 시험 결과와 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 붕소화합물에 대한 제타전위를 측정한 결과 기준 시험체 대비 약 6 %에서 최대 67 %까지 제타전위 값이 증가하였다.
2) 붕소화합물을 혼입한 시험체의 플로우 값은 제타전위의 값이 증가함에 따라 플로우가 증가하는 경향을 보였으나 Ca(OH)$_{2}$ 등의 성분이
포함된 붕소화합물의 경우 OH-로 인하여 매트릭스 내의 pH가 증가되면서 슬럼프 플로우가 감소하는 경향을 보였다.
3) 붕소화합물을 혼입한 시험체의 응결 시간은 제타전위의 절대값이 증가함에 따라 지연이 발생하였으며 붕소화합물 HB의 경우 붕소화합물 AA 및 AB에
비해 경화시간을 줄이는데 기여하는 Ca2+의 함량이 높아 초결부터 종결까지의 시간이 큰 폭으로 감소한 것으로 추정된다.
4) 붕소화합물을 혼입한 시험체의 압축강도 시험 결과 일반 시험체 대비 최소 5 %에서 최대 60 %까지 강도 저하가 발생하였으며, 붕소화합물 HB의
경우 수화 생성물 촉진에 기여하는 Ca(OH)$_{2}$ 및 CaO의 성분 함량이 높아 강도 저하율이 다른 붕소화합물보다 적게 나타난 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구 사업은 한국건설기술연구원 주요사업 20210143- 001의 연구비 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.
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