유한주
(Han-Ju Yoo)
1iD
고태훈
(Tae-Hoon Koh)
2†iD
안기용
(Ki-Yong Ann)
3iD
-
한양대학교 건설환경시스템공학과 대학원생
(Graduate Student, Department of Civil and Environmental System Engineering, Hanyang
University, Ansan 15588, Rep. of Korea)
-
한국철도기술연구원 책임연구원
(Chief Researcher, Track & Trackbed Research Department, Korea Railroad Research Institute,
Uiwang 16105, Rep. of Korea)
-
한양대학교 건설환경시스템공학과 교수
(Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University,
Ansan 15588, Rep. of Korea)
Copyright © Korea Concrete Institute(KCI)
Key words
modified sulfur, mortar, repair, polymer
1. 서 론
세계적으로 원유를 활용한 석유제품의 수요가 지속적으로 증가하고 있는 시점에 대기오염의 중요성이 대두되면서 대기오염 물질에 대한 각국의 규제가 점점
엄격해지고 있다. 국내에서는 연간 8억 배럴 이상의 원유를 수입하고 있으며, 원유는 정제유의 수출 및 석유화학 제품생산 등 우리나라 에너지 산업의
중요 부분을 차지하고 있다. 수입된 원유는 이러한 석유제품의 생산을 위해 정유 플랜트에서 정제과정을 거치게 되고, 정제과정의 탈황시설을 통하여 산업부산물의
하나인 유황이 발생하고 있다(Cha et al. 2011; Bae et al. 2014). 또한 정유생산 설비의 증가 및 원유정제 고도화시설 등으로 인해 앞으로 더 많은 양의 유황이 발생될 것으로 예측되어 유황에 대한 대량 수요처 확보와
지속적인 활용성의 증대가 필요하다(Kim et al. 2011).
1921년 Bacon과 Davis는 미국의 공급 과잉 상태의 유황 문제 해결을 위해 유황을 건설재료로 활용하기 위한 연구를 착수하였으며, 모래와 유황을
6:4로 혼합 시 우수한 강도와 내산성을 나타낸다는 것을 검증한 이후 다양한 연구가 진행되어왔다(Alhozaimy et al. 1996; Duecker 2011). 1960년대 이후 많은 기관과 연구자들에 의해 본격적으로 유황 콘크리트에 관한 연구가 진행되었다(ACI Committe 548 1998; Sheen et al. 2002).
1990년 초 Bae(1992)는 무시멘트의 개질유황 모르타르 및 콘크리트 배합에 대하여 역학적 특성 및 내구성, 제조방법, 물리화학적 성질 등을 연구하여 우수한 초기강도와 압축강도,
내산성을 확인하였다. 또한 2000년대 초 유황콘크리트 강도의 조기발현성과 높은 탄성계수, 변형능력 및 열팽창계수 특성을 확인하였다(Yoon and Heo 2003; Yoon 2004, 2005, 2006).
대부분의 개질유황 바인더 합성에 이용되는 방법인 Polymerization Method는 유황에 첨가제를 반응시켜 140 °C 내외의 공정온도하에서
열가소성 수지의 특성을 지니는 개질유황 바인더를 제조한다(Cha et al. 2011). 그러나 유황 콘크리트는 혼합 시 유황이 액상이 되는 127~141 °C에서 생산됨으로 충분한 환기와 함께 적절한 보호대책이 필요하며, 국제안전협회(National
Safety Council)에 의해 확립된 취급방법에 따라야만 한다. 또한, 이러한 고온생산 방식의 경우 개질이 불균질하게 이루어져 이를 개선하기
위하여 낮은 온도에서 용해되는 유황의 개발이 이루어지고 있다(Kim et al. 2011). 지금까지 유황이 120 °C 이상의 고온에서 용해되는 것과는 달리 최근에 국내에서 50~60 °C에서 용해되며 물과 혼화성이 좋아 시멘트와 같이
사용할 수 있는 수경성 개질유황 재료가 개발되었다(Choe 2008). 이에 Kim et al.(2011)에 의해 개질유황의 시멘트 혼화재로서의 적용가능성이 확인된 바 있으나, 실용적인 적용방안에 대해 제시하지 않았으며, 그 이후 연구사례는 전무한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 산업부산물인 개질유황의 실제적인 활용방안을 제시하기 위한 목적으로 개질유황을 활용하여 단면복구재로서의 적용가능성을 검토하였다.
먼저 개질유황을 혼입한 모르타르 시험체를 제작하여 기초물성과 부착성능을 평가하였다. 또한 수화물 조성과 미세구조 분석을 통해 개질유황이 부착성능에
미치는 영향성을 확인하였다. 최종적으로 개질유황의 보수재료로의 적합성을 고찰함으로써, 새로운 보수재를 제안하고 산업부산물의 재활용방안을 제시하고자
한다.
2. 본 문
2.1 실험재료
본 연구에서는 개질유황을 혼입한 모르타르의 특성을 평가하기 위해 보통포틀랜드시멘트(OPC)를 결합재로 사용하였으며 마이크로필러(MP)로 탄산칼슘(CaCO3)을 사용하였고 골재는 모르타르 제조용 잔골재(6호 규사)를 사용하였다. 보통포틀랜드시멘트 및 탄산칼슘의 화학적 조성과 성질을 다음 Table 1에 나타냈다. 개질유황의 경우 콘크리트 바인더용 수경성 개질유황(modified sulfur)을 사용하였고, 물리화학적 특성은 Table 2에 나타냈다.
실험배합은 개질유황의 함유량에 따른 모르타르의 역학적 특성 및 반응성을 관찰하기 위하여 마이크로필러(MP)를 개질유황으로 단계별로 대체하고, 모르타르의
수축보상, 응결시간 단축을 목적으로 알루미나시멘트(CAC)를 혼입하여 다음 Table 3과 같이 모르타르 배합을 선정하였다. 또한 보수재로 주로 사용되는 폴리머 모르타르와 비교를 위해 폴리머를 배합에 추가하였다. 실험에 사용한 폴리머는
polyethylene vinyl acetate(EVA) copolymer로 파괴인성, 불투수성, 접착강도 등의 물성을 향상시키기 위해 모르타르와
콘크리트에 첨가되는 수분산성 분말이다(Khan et al. 2022). Table 4는 폴리머의 특성을 보여준다.
모르타르 시편은 10리터 믹서에 먼저 OPC, 잔골재 및 개질유황을 넣어 30~40 rpm의 속도로 2분간 건비빔을 실시한 후, 배합수를 넣어 다시
70~80 rpm의 속도로 3분간 믹싱하여 모르타르를 제조하였다.
Table 1 Chemical composition and characteristics of ordinary portland cement (OPC) and CaCO3
|
Binder
|
Oxide composition (%)
|
L.O.I
(%)
|
SSA
(cm2/g)
|
Density
(g/cm3)
|
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
|
OPC
|
21.7
|
5.7
|
3.2
|
63.1
|
2.8
|
2.2
|
2.0
|
3,280
|
3.15
|
|
CaCO3
|
0.6
|
0.1
|
0.1
|
54.3
|
1.2
|
-
|
43.3
|
-
|
2.65
|
Table 2 Properties of modified sulfur
|
Binder
|
Form
|
Color
|
Specific gravity
|
Melting point
(°C)
|
SSA
(cm2/g)
|
Average particle size (µm)
|
|
Modified sulfur
|
Solid
|
Yellow
|
1.62
|
72
|
4,120
|
32.2
|
Table 3 Mix proportion of mortar (unit: %, wt.)
|
|
P
|
S1
|
S2
|
S3
|
S4
|
S5
|
|
Binder
|
OPC
|
35
|
35
|
35
|
35
|
35
|
35
|
|
CAC
|
5
|
5
|
5
|
5
|
5
|
5
|
|
Aggregate
and
admixture
|
Sand
|
45
|
45
|
45
|
45
|
45
|
45
|
|
MP
|
14.7
|
13.7
|
11.7
|
9.7
|
7.7
|
9.7
|
|
Modified
sulfur
|
-
|
1
|
3
|
5
|
7
|
-
|
|
Polymer
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
5
|
|
Water
|
6
|
Table 4 Properties of polymer powder used in the developed binder
|
Form
|
Bulk density
|
Residual moisture
|
Ash
(1,000 °C)
|
pH
|
Film formation
|
|
White
powder
|
500 g/l
|
≒1.0 %
|
10±1.5 %
|
7.8~8.0
|
Opaque
|
2.2 실험항목
2.2.1 응결시간
응결시간은 ASTM C191(2008)에 의거하여 실시하였으며, 비캇침(vicat needle)을 이용하였다. 초기 응결시간은 침이 25 mm 침투되었을 때로 정의하였고, 최종 응결시간은
침이 0.5 mm 침투하였을 때로 정의하였다. 침의 크기는 높이 50 mm, 직경 1 mm인 것을 사용하였다.
2.2.2 유동성
개질유황이 혼입된 모르타르의 유동성은 KS L 5111(KATS 2017a)에 따라 플로우테이블 위의 성형틀에 모르타르를 채워 넣고, 성형틀을 제거한 후 15초 동안 25회 낙하시킨 후 흘러내린 모르타르의 직경을 측정하였다.
2.2.3 휨강도 및 압축강도
휨강도는 배합비를 준용하여 40×40×160 mm 크기의 몰드에서 시편을 제작하고 온도 20±2 °C, 상대습도 65±10 %의 조건에서 24시간
경과 후 탈형하여 28일까지 표준 상태에서 양생하였다. KS F 4042(KATS 2017b) 에 따라 휨강도 시험은 지간의 거리를 100 mm로 하고 시편의 중앙을 매초 50±10 N의 하중 속도로 재하하여 최대 하중을 구한다. 휨강도는
각각의 다른 시편 3개를 재령 3, 7, 28일에서 측정하고 그 평균값을 소수점 이하 한 자리로 기록하였다.
압축강도는 휨강도를 측정한 3개 시편의 절단된 시편 6개로 휨강도 측정 직후 측정하였다. 시편의 양 측면을 가압면으로 하고, 40×40×40 mm
하중용 가압판을 이용하여 매초 800± 50 N의 하중 속도로 재하하여 최대 하중을 구한다. 압축강도는 시편 6개를 측정하고 그 평균값을 소수점 이하
한 자리로 기록하였다.
2.2.4 부착강도
부착강도는 KS F 4042(KATS 2017b)에 따라 모르타르 혼합 후 시험용 모르타르 바탕판에 안쪽치수 40×40×10 mm의 합성수지제 형틀을 넣고 형틀과 동일한 높이까지 채운 후 표준양생실에서
24시간 경과 후 탈형하고 28일까지 양생하였다. 양생이 끝난 시편을 양생실 내 수평하게 놓고, 시료 도표면에 접착제를 바른 후 상부인장용 지그를
가볍게 문질러 접착시킨 후 다시 그 위에 1 kg의 추를 얹어 24시간 동안 양생하였다. 양생 후 시료면에 대해 수직방항으로 인장력을 5 mm/ min의
속도로 가하여 최대인장 하중을 측정하여 부착강도를 구하였다.
2.3 수화물 특성
2.3.1 X-ray diffraction(XRD)
배합별 수화물의 특성을 평가하기 위해 압축강도 측정 후 후 남은 시편을 미분쇄하여 300 µm 채에 걸러 건조로에서 50 °C 조건으로 48시간 건조시켰다.
D/MAX RINT 2000 기기를 사용하였고 회절각을 5~75°로 설정하였고, 스캔 속도는 4°/ min, 전압은 40 kV, 전류는 100 mA로
측정하였다. 이후 Jade 8.0 프로그램을 이용하여 화합물 분석을 실시하였다.
2.3.2 SEM-BSE
수화물 분석을 위해 주로 사용되는 SEM-BSE 이미징 방법(Scrivener 2004; Rossen et al. 2015)을 사용하여 개질유황 모르타르의 공극량 및 미수화물을 정량화하였다.
압축강도 측정 후 남은 시험체를 전처리하여 원기둥 모형 몰드의 중간에 위치시킨 후 에폭시 레진(Epoxy resin)을 주제와 경화제를 조심스럽게
섞은 후 몰드에 부어준다. 샘플이 경화된 후 폴리싱 과정을 거친 후 공극 및 미수화물의 정략적인 분석을 위해 ×500 배율로 이미지를 촬영하였다.
3. 실험결과 및 고찰
3.1 역학적 성능
응결시간은 비캇침(vicat needle)을 이용하여 측정하였고, 최종 응결시간에 관한 결과를 Fig. 1에 나타냈다. 시편 P와 개질유황을 단계별로 혼입한 시편 S1, S2, S3, S4의 경우 응결시간이 약 7.3~8.2시간으로 나타나 응결시간은 개질유황
함량에 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인된다. 폴리머를 혼인합 시편 S5의 경우에도 다른 시편과 큰 차이를 보이지 않았다. 일반적으로 폴리머 수지가
혼입된 모르타르의 경우 폴리머입자의 일부가 혼합 직후 시멘트 입자에 흡착되어 반응을 늦추는 필름을 형성하여 응결시간을 지연시키는 효과를 보이는 것으로
알려져 있으나, (Su et al. 1996; Ohama 1998) 본 실험에서는 이와 같은 현상이 관찰되지 않았다.
Fig. 2는 유동성 시험결과이다. 대조군인 시편 P에 비해 시편 S1~S4의 결과가 개질유황의 혼입률이 증가할수록 약 4.9~10.6 % 감소하였는데, 이는
분말도가 큰 개질유황의 혼입에 기인한 것으로 추정된다. 이미 잘 알려진 바와 같이 바인더의 높은 분말도는 요구되는 유동성을 만족시키기 위해 더 많은
물이 필요하다(Ghasemi et al. 2019; Chen et al. 2020). 따라서 개질유황의 혼입률이 증가되는 만큼 시공성 개선을 위해 배합시 감수제 또는 더 큰 W/B가 대안이 될 수 있다. 시편 S5의 경우 흐름성이
아주 크게 측정되었는데. 이는 폴리머의 입자에 의한 볼베어링 효과에 따른 것으로 판단된다(Ohama 1998).
압축강도는 재령 3, 7, 28일에서 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 재령 3일까지는 개질유황을 혼입한 시편이 P보다 압축강도가 낮거나 비슷한 수준을 보였으나, 재령 7일, 28일에서는 모든 배합조건에서
시편 P 대비 개질유황을 혼입한 시편 S1~S4의 압축강도가 1.3~7.7 % 증가하였다. 재령 28일에서 시편 S1이 가장 높은 압축강도를 발현하였으며
개질유황 혼입량이 증가함에 따라 압축강도가 감소하였으나, 모든 배합조건에서 보수재로서 요구되는 압축강도 20 MPa를 상회하는 결과를 보였다(KATS 2017b). Kim et al.(2011)에 의하면 개질유황 혼입률이 증가하면 상온에서 비결정 고무 상태인 개질유황이 혼합 과정에서 filling 및 coating되어 OPC가 경화한 후에도
동일한 상태로 존재하기 때문에 압축강도가 감소한다고 발표한 바 있다. 따라서 보수재료로서의 요구되는 압축강도를 충족시키기 위해서는 과다한 개질유황의
혼입을 지양해야 할 것으로 판단된다.
휨강도는 압축강도와 동일한 재령에서 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 4에 나타내었다. 모든 재령에서 개질유황 모르타르는 대조군인 시편 P에 비해 큰 휨강도를 보였다. 혼입률에 따른 휨강도를 비교해보면 혼입률이 증가함에
따라 휨강도도 18~28 % 증가함을 확인하였다. 또한 모든 배합조건에서 압축강도와 마찬가지로 보수재로서 요구되는 휨강도 6.0 MPa를 상회하였다(KATS 2017b). 개질유황의 혼입률 증가가 압축강도는 저하시키나, 15 % 이하의 범위로 혼입할 경우 취성을 완화시켜 휨강도를 개선시킨다고 보고된 바 있다(Kim et al. 2011).
부착강도 시험은 보수재료로서의 부착특성평가를 위해 시험을 실시하여 비교 평가하였고, 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다. 부착강도 실험 결과 개질유황을 혼입한 모르타르가 시편 P에 비해 약 55~73 % 증가하였다. 시편 P는 보수재로서 요구되는 부착강도
1.0 MPa에 미치지 못하였으나, 개질유황과 폴리머를 혼입한 경우 요구부착강도를 상회하였다. Kim et al.(2011)에 의하면 적정한 함량의 개질유황이 포함된 경우 배합 과정에서 점착성이 우수한 개질유황이 골재에 coating된 후 시멘트 페이스트가 골재와 혼합되어
골재와 시멘트 페이스트의 결합력을 향상시켜 부착강도가 증가되는 것으로 보고한 바 있다.
또한 폴리머를 혼입한 시편 S5의 부착강도가 개질유황을 단계별로 혼입한 시편 S1~S4와 비교하여 부착강도가 우수한 것을 확인하였다. 이는 폴리머의
특성에 기인한 것으로 폴리머 수지 혼입 시 폴리머의 높은 접착력에 기인하여 시멘트 모르타르와 콘크리트에 우수한 접착력과 응집력이 생긴다고 보고된 바
있다(Ohama 1998; Eren et al. 2017).
Fig. 1 Time to final set for modified sulfur cement mortar
Fig. 2 Flow for modified sulfur cement mortar
Fig. 3 Compressive strength according to the mix design and curing age
Fig. 4 Flexural strength according to the mix design and curing age
Fig. 5 Bond strength at 28 days according to the mix design
3.2 수화물 특성평가
3.2.1 X-ray diffraction analysis
본 연구에서는 개질유황 모르타르의 수화물 특성을 평가하기 위해 각 배합에 따른 시편을 분쇄하여 X선 회절 분석을 실시하였고, 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다. XRD분석결과, 공통적으로 OPC가 수화할 때 형성되는 일반적인 수화물인 Ca(OH)2, C-S-H 수화물, Ettringite 등이 관찰되었고, 수화하지 못한 클링커인 C3S (Alite)가 관찰되었다. 개질유황을 단계적으로 혼입한 시편의 경우 시편 P와 마찬가지로 SiO2가 가장 눈에 띄는 피크를 보였다. 하지만 20도 부근에서 시편 P에 비해 인텐시티 값이 크게 측정되었는데 이는 개질유황과 초기 수화물인 C3A가 추가 결합하여 더 많은 Ettringite가 생성된 것으로 판단된다. 폴리머를 사용한 시편 S5의 경우 다른 시편들에 비해서 SiO2를 제외한 나머지 수화물의 인텐시티 값이 전체적으로 낮게 형성된 것을 확인할 수 있는데, 이는 수화물의 생성이 적은 것을 의미한다. 또한, 각 시편의
XRF 분석을 통해 내부 화학조성을 추가로 조사하였고 그 결과는 Table 5에 나타냈다. 그 결과 개질유황을 혼입한 시편 S1~S4에서 혼입한 양에 비례하여 SO3의 비율이 높아짐을 알 수 있었으며, 이는 XRD 결과에서 20도 부근에서SO3를 주성분으로 하는 Ettringite ((CaO)6(Al2O3)(SO3)3･32H2O)가 개질유황 혼입량에 따라 점차 크게 측정되는 결과와 동일하다.
Table 5 Chemical compositions of the mortar specimens
|
|
Oxide composition (%)
|
|
MgO
|
Al2O3
|
SiO2
|
CaO
|
K2O
|
SO3
|
etc.
|
|
P
|
3.54
|
3.56
|
33.94
|
49.08
|
1.52
|
2.88
|
5.48
|
|
S1
|
1.12
|
3.14
|
31.89
|
47.06
|
1.51
|
11.10
|
4.18
|
|
S2
|
1.03
|
2.85
|
31.49
|
46.07
|
1.22
|
13.47
|
3.87
|
|
S3
|
1.03
|
2.82
|
28.87
|
44.89
|
1.26
|
17.37
|
3.76
|
|
S4
|
1.08
|
2.98
|
26.17
|
45.83
|
1.40
|
18.76
|
3.78
|
|
S5
|
1.10
|
3.15
|
35.20
|
51.88
|
1.26
|
3.03
|
4.38
|
Fig. 6 Results of X-ray diffraction
3.2.2 SEM-BSE
전 절에서 전술한 개질유황 모르타르의 역학성능 향상 근거를 찾기 위해 SEM을 이용하여 미세구조 분석을 실시하였고 그 결과를 Fig. 7에 나타내었다. 150배 배율에서 배합시 첨가한 섬유조직이 관찰되었는데 섬유는 모르타르 내부에 고르게 분포되어 있었으며, 보수재료에 첨가된 섬유는
초기 수축 균열 및 하중을 감소시켜 휨 및 인장력을 강화시키는 역할을 한다고 알려져 있다(Alhozaimy et al. 1996; Konsta-Gdoutos et al. 2010; Cao et al. 2018; Xie et al. 2020; Li et al. 2021). 또한 200배 배율에서 개질유황이 혼입된 시편에서만 어두운 색상의 수화물이 발견되었는데, 이는 혼입한 개질유황을 함유하고 있는 물질로 대부분 다른
수화물과는 다르게 부피가 큰 물질이다. 이 수화물은 절에서 전술한 개질유황 모르타르 시편의 SO3의 비율이 높아진 것의 근거로 판단된다. 또한 이 수화물은 내부공극을 채우는 효과를 발휘하여 공극량 및 미수화물의 감소로 역학적 성능의 향상근거가
된다. 추가적으로 1,000배 배율에서는 수화생성물인 수산화칼슘이 관찰되었고, 500배 배율에서는 미수화물과 공극이 관찰되었다.
부착강도 향상에 영향을 미치는 미수화물과 공극량을 정량화하여 비교 분석하기 위하여 500배 배율로 촬영한 이미지를 활용하여 이미지분석을 실시하였다.
Fig. 8은 원본의 이미지와 공극과 나머지를 이원화한 이미지, 미수화물과 나머지를 이원화한 이미지를 보여준다.
Binary 이미지를 바탕으로 20개의 이미지를 활용하여 프로파일링을 실시하였다. 분석결과 개질유황이 혼입된 시편에서 사이즈가 큰 공극이 적게 나타났는데
개질유황에 의한 수화물이 공극의 일부를 채운 효과로 판단된다. 평균 공극량은 폴리머를 혼입한 시편 S5가 가장 높은 평균값인 35 %로 나타났고,
개질유황을 가장 많이 혼입한 시편S4가 가장 적은 평균값인 10 %로 나타났다.
미수화물의 경우 개질유황이 혼입된 시편에서 상대적으로 적게 나타났는데, 이는 황 성분이 수화 반응에 참여하여 수화생성물을 만들어 냄으로써 미수화물의
양을 감소시킨컷으로 판단된다. 또한 폴리머를 혼입한 시편에서 미수화물이 가장 많은 양이 측정되었는데 앞서 측정한 XRD 분석 결과와 같은 결과라고
할 수 있다. 개질유황 및 폴리머를 혼입하지 않은 시편 P의 경우 공극량이나 미수화물의 양이 개질유황을 혼입한 다른 시편들에 비해 많이 측정되었지만
폴리머를 혼입한 시편에 비해서는 적게 측정되었다. 시편의 평균 공극량과 평균 미수화물의 양을 정량화한 값을 다음 Fig. 9와 Fig. 10에 각각 나타냈다.
Fig. 7 Substances observed by scanning electron microscopy (SEM)
Fig. 8 Scanning electron microscope image analysis
Fig. 9 Average porosity by combination type
Fig. 10 Average anhydride rate by combination type
4. 결 론
본 연구에서는 단면복구를 위해 개질유황을 혼입한 보수재료를 실험적으로 평가하였다. 개질유황의 혼입량에 따라 보수재료의 적합성을 고찰함으로써 향후 노후된
콘크리트의 단면복구 및 보수를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 도출된 결론은 다음과 같다.
1) 개질유황을 혼입하지 않은 배합(P)과 개질유황을 단계별로 혼입한 배합(S1, S2, S3, S4)의 경우 응결시간이 약 7.3~8.2시간으로
나타나 응결시간은 개질유황 함량에 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인되었으나, 유동성의 경우에 있어서는 개질유황의 혼입률이 증가할수록 개질유황을 혼입하지
않은 배합(P) 대비 약 4.9~10.6 % 감소하였는데 이는 분말도가 큰 개질유황의 혼입에 기인한 것으로 추정된다. 따라서 개질유황의 혼입률이 증가되는
만큼 시공성 개선을 위해 배합시 감수제 또는 더 큰 W/B가 대안이 될 수 있다.
2) 개질유황의 혼입량에 따른 역학적 성능을 평가한 결과, 압축강도 및 휨강도에서 개질유황을 혼입한 배합(S1~ S4)이 개질유황을 혼입하지 않은
배합(P)과 대비하여 우수한 결과를 나타내었다. 그러나 개질유황이 혼입량이 증가할수록 압축강도가 감소하는 현상을 보였다. 따라서 보수재료로서의 요구되는
압축강도를 충족시키기 위해서는 과다한 개질유황의 혼입을 지양해야 할 것으로 판단된다. 부착강도의 경우 모든 배합에서 기준 배합(P)보다 우수한 결과를
나타내는 것을 확인하였고, 폴리머를 혼입한 시편 S5의 부착강도가 개질유황을 단계별로 혼입한 시편 S1~S4와 비교하여 부착강도가 우수한 것을 확인하였다.
이처럼 개질유황이 혼입된 배합의 경우 보수재료로서 요구되는 물리적 성능 모두를 상회하였다.
3) 이미지분석을 실시한 결과 총 평균공극량의 경우 개질유황을 혼입한 모든 배합에서 개질유황을 혼입하지 않은 배합(P)과 폴리머를 혼입한 시편(S5)보다
모두 낮게 측정되었으며, 가장 많은 혼입을 한 시편 S4에서 가장 적은 평균공극량을 보였다. 미수화물의 평균량 또한 평균공극량과 같은 경향을 보였다.
개질유황을 혼입한 모르타르는 높은 물리적 강도를 발현하기 위한 2가지 요소(페이스트 내부의 공극량/수화도) 모두 우수한 결과를 보였다.
이와 같은 결과를 바탕으로 개질유황이 적정량 첨가된 보수재의 경우, 폴리머 모르타르를 대신하여 노후 콘크리트의 보수재료로 활용 가능성이 높을 것으로
예상된다.
감사의 글
본 연구는 중소벤처기업부 중소기업기술정보진흥원 그린벤처 프로그램 R&D(과제고유번호: 1425162413)의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.
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