2.1. 사용재료

2.2. CSA를 혼입한 폴리머 시멘트 모르타르의 배합 설계

Table 6은 공시체 제작을 위한 배합설계를 나타낸 것으로 결합재 : 잔골재를 1 : 1.5 (질량비) 비율로, 결합재에 대하여 CSA를 0, 5, 10 및 15%로 치환하고, 폴리머-결합재비를 0, 2, 4 및 6%, 소포제 첨가량 2% 및 고성능 감수제 첨가량 0.7%로 첨가하여 KS F 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 시 험 방법)에 준하여 시험체를 제작하였고, 이때, 물-결합재 비 는 플로가 170±5mm의 범위가 되도록 결정하였다. 완성된 공시체는 온도 20±2°C, 습도 60±10%에서 28일간 기건양생 을 실시하였다. 예비 실험에 의하여 고로슬래그 및 플라이애 시를 시멘트에 대하여 각각 20% 및 10% 치환하여 사용하였다.

2.3. 시험방법

3.1. 물-결합재비

Fig. 1은 폴리머 시멘트 모르타르의 물-결합재비와 CSA 첨가량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머 시멘트 모르타르의 물-결합재비는 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 분말도가 높은 CSA의 첨가에 따른 볼베어링 에 의해 분산성이 좋아지기 때문이라 판단된다. 한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 물-결합재비 는 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 EVA 분말수지 중의 계면활성제의 작용에 의해서 연 행되는 공기 기포와 폴리머 입자의 볼베어링 효과 및 계면활 성제에 의한 시멘트 입자의 분산작용에 기인하여 컨시스턴 시가 개선되기 때문이라 판단된다 (Innami, 2002).

Fig. 1.

CSA contents versus water-binder ratio of polymermodified mortars

3.2. 공기량

Fig. 2는 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량과 CSA 첨가량 의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재비에 관계없이, 폴리 머 시멘트 모르타르의 공기량은 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 분말도가 높은 CSA의 첨가 에 따라 분산성이 좋아져 치밀한 조직이 형성되기 때문이라 판단된다. 한편, 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감소하 는 경향을 보였다. 이것은 분말 소포제를 재유화형 분말수지 의 유효 고형분에 대하여 첨가하고 있으므로 분말 소포제 첨 가율이 일정하더라도 폴리머-결합재비가 증가하면 폴리머 시 멘트 모르타르의 단위용적 중의 소포제 첨가량이 증가하기 때문에 공기량이 감소되는 것이라 판단된다 (^{Joo et al., 2005}).

Fig. 2.

CSA contents versus Air content of polymer-modified mortars

3.3. 세공용적 및 세공반경 분포

Fig. 3은 폴리머 시멘트 모르타르의 세공반경 분포를 나타 낸 것이다. 폴리머 시멘트 모르타르의 세공반경 분포는 CSA 첨가량 및 폴리머-결합재비의 증가에 따라 세공반경이 큰 것 으로부터 작은 것으로 이동하는 것을 알 수 있었다. 이는 CSA 첨가량 및 폴리머-결합재비의 증가에 따라 폴리머 시멘트 모 르타르 내부 조직이 치밀하게 형성되기 때문이라 판단된다 (^{Joo et al., 2002}). 또한, 폴리머 시멘트 모르타르의 전세공 용적은 CSA 첨가량 및 폴리머-결합재비의 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.

Fig. 3.

Pore size distribution of polymer-modified mortars

3.4. 강도

Fig. 4는 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도와 CSA 첨가 량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재비에 관계없이, 폴 리머 시멘트 모르타르의 압축강도는 CSA 첨가량의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이것은 CSA의 혼입으로 인하 여 초기에 다량의 에트린자이트를 생성하고 시멘트 중의 C₃S의 활성화를 촉진시켜 초기 강도가 증가하고 (^{Pei et al., 2005}), Fig. 3에서 보이는 바와 같이 폴리머 시멘트 모르타 르 내부 세공반경이 큰 것으로부터 작은 것으로 이동함과 동 시에 전세공 용적이 감소되어 폴리머 시멘트 모르타르의 내 부조직이 치밀하게 형성되기 때문이라 판단된다.

Fig. 4.

CSA contents versus compressive strength of polymermodified mortars

한편, 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도는 CSA 첨가량 에 관계없이, 폴리머-결합재비의 증가에 따라 증가하는 경향 을 보였다. 이것은 Photo 1 에서 보이는 바와 같이 폴리머를 혼입하지 않은 시멘트 모르타르에서는 골재와 시멘트 수화 물 사이에 전이대가 발생되어 부착계면에서의 골재 빠짐 현 상이 발생되어 강도 및 내구성 저하요인이 되나, 폴리머 시 멘트 모르타르에서는 이와 같은 전이대가 형성되지 않아 골 재 빠짐 현상이 발생하지 않고 폴리머 필름이 형성되어 보수 성을 향상시켜 수화 반응에 필요한 결합수량의 증가함에 따 라 폴리머 시멘트 모르타르 내부 조직이 치밀하게 형성되어 강도 증진 효과를 나타내는 것이라 판단된다 (^{Joo et al., 2002}).

Photo 1

Microstructures of cement mortars

Fig. 5 및 Fig. 6은 폴리머 시멘트 모르타르의 휨 및 인장 강도와 CSA 첨가량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재 비에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 휨 및 인장강도는 CSA 첨가량의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이것은 분말도가 높은 CSA의 첨가에 따라 분산성이 좋아지고, 초기 에 다량의 에트린자이트를 생성하고 시멘트 중의 C₃S의 활 성화를 촉진시켜 초기 강도가 증가함 (^{Pei et al., 2005})과 동 시에 폴리머 시멘트 모르타르 내부 조직이 치밀하게 형성되 기 때문이라 판단된다 (^{Joo and Lee, 2003}).

Fig. 5.

CSA contents versus Flexural strength of polymermodified mortars

Fig. 6.

CSA contents versus tensile strength of polymermodified mortars

한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 휨 및 인장강도는 폴리머-결합재비의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이것은 Photo 2에서 보이는 바와 같이 폴리 머 시멘트 모르타르 중에 형성되는 폴리머 필름에 의한 폴리 머의 인장강도의 부여 및 시멘트 수화물과 골재간의 부착이 현저히 개선되었기 때문이라 사료된다 (^{Ohama et al., 1990}).

Photo 2

Microstructures of polymer-modified mortars

Fig. 7은 폴리머 시멘트 모르타르의 부착강도와 CSA 첨가 량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재비에 관계없이, 폴 리머 시멘트 모르타르의 부착강도는 CSA 첨가량의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이것은 분말도가 높은 CSA의 첨가에 따라 부착면적이 커짐과 동시에 폴리머 시멘트 모르 타르 내부 조직이 치밀하게 형성되기 때문이라 판단된다 (^{Han et al., 2006}). 한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 부착강도는 폴리머-결합재비의 증가에 따라 증가 하는 경향을 보였다. 이것은 접착계면에 형성된 폴리머 필름 에 의해 바탕 모르타르 피착체와 폴리머 시멘트 모르타르 사 이에 치밀한 조직이 형성됨과 동시에 폴리머 필름의 양호한 보수성에 의해 바탕 모르타르에의 흡수가 감소되어 드라이 아웃을 방지하기 때문이라 판단된다 (^{Ohama et al., 1990}).

Fig. 7.

CSA contents versus adhesive strength of polymermodified mortars

3.5. 흡수율

Fig. 8은 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율과 CSA 첨가량 의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재비에 관계없이, 폴리 머 시멘트 모르타르의 흡수율은 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 CSA의 첨가에 따라 초기에 다량의 에트린자이트를 생성하여 내부 조직이 치밀하게 형 성되기 때문이라 판단된다. 한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 흡수율은 폴리머-결합재비의 증가 에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 Photo 1에서 보인 바와 같이 폴리머의 혼입으로 인하여 전이대가 발생하지 않 아 물의 침투를 저하되고 모르타르 내부에 형성되는 불투수 성 폴리머 필름에 의하여 물의 침투를 방지시키기 때문이라 판단된다 (^{Ohama et al., 1986}).

Fig. 8.

CSA contents versus water absorption of polymermodified mortars

3.6. 염화물 이온 침투 깊이

Fig. 9는 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊 이와 CSA 첨가량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머-결합재비 에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르의 염화물 이온 침투 깊이는 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 CSA의 첨가에 따라 초기에 다량의 에트린자이트를 생성하여 내부 조직이 치밀하게 형성되기 때문이라 판단된 다. 한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모르타르 의 염화물 이온 침투 깊이는 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 Photo 1에서 보인 바와 같 이 폴리머의 혼입으로 인하여 전이대가 발생되지 않는 것과 폴리머 필름 형성에 의해 보수성이 개선되어 폴리머 시멘트 모르타르 내부 조직이 치밀하게 형성되는 것과 필름에 의하여 염소이온의 침투를 저하시키기 때문이라 판단된다 (^{Ohama et al., 1986}).

Fig. 9.

CSA contents versus Cl-penetration depth polymermodified mortars

3.7. 중성화 깊이

Fig. 10은 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 깊이와 CSA 첨가량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머 시멘트 모르타르의 중성화 깊이는 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 CSA의 첨가에 따라 초기에 다량의 에트린자 이트를 생성하여 내부 조직이 치밀하게 형성되기 때문이라 판단된다. 한편, CSA 첨가량에 관계없이, 폴리머 시멘트 모 르타르의 중성화 깊이는 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감 소하는 경향을 보였다. 이것은 Photo 2에서 보인 바와 같이 폴리머의 혼입으로 인하여 형성된 불투기성의 폴리머 필름 량이 증가하여 이산화탄소의 침투 및 확산이 억제되기 때문 이라 판단된다 (Ohama, 1988; Ohama, 1988; ^{Schneider, 1993}).

Fig. 10.

CSA contents versus carbonation depth polymermodified mortars

3.8. 길이변화

Fig. 11은 폴리머 시멘트 모르타르의 길이변화율과 CSA 첨가량의 관계를 나타낸 것이다. 폴리머 시멘트 모르타르의 길이변화율은 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 CSA의 첨가에 따라 초기에 다량의 에트린자 이트를 생성하여 내부 조직이 치밀하게 형성됨과 동시에 시 멘트 중의 C₃S의 활성화를 촉진시켜 팽창성을 가지기 때문 이라 판단된다 (Joeng et al., 1986). 한편, 폴리머 시멘트 모 르타르의 길이변화율은 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감소 하는 경향을 보였다. 이것은 폴리머-결합재비의 증가에 따라 폴리머 시멘트 모르타르의 내부에 폴리머 필름의 형성에 의 한 보수성 향상으로 증발수량이 감소하기 때문이라 판단된 다. 일반적으로 모르타르의 건조수축은 단위수량이 적을수록 적어지는 경향이 있다 (^{Okada, 1981}).

일반적으로 건조수축은 화학결합수의 이탈, 층간수의 이 탈, 고체상의 표면장력의 변화, 물리적 흡착수의 분리압, 농 축수의 표면장력, 정수압 크리프와 같은 기구가 복합적으로 이루어져 발생하게 된다 (^{Powers, 1965}). 특히, 철근 콘크리 트 구조물에서 문제가 되는 40~100% (RH)의 중고습도역에 서의 건조수축의 주요인은 포함되는 수분의 표면장력에 기 인하는 모세관 장력에 의해 발생된다 (^{Smith and Mills, 1968}).

따라서, 길이변화율이 저하하는 것은 분말소포제 및 분말 수축저감제 첨가에 의해 모세관 중에 존재하는 물의 표면장 력이 저하됨과 더불어 물의 주곡률 반경이 크게 되어 모세관 에 발생하는 압력이 저하되어 수축이 저감되기 때문이라 판 단된다 (^{Ohama et al., 1985}; ^{Tomida, 1988}).

Fig. 11.

CSA contents versus length change of polymermodified mortars

3.9. 내약품성

Fig. 12 및 Fig. 13은 황산염 및 수산화나트륨에 침지한 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도 감소율과 CSA 첨가량 의 관계를 나타낸 것이다. 황산염 및 수산화나트륨 수용액에 침지한 폴리머 시멘트 모르타르의 압축강도 감소율은 CSA 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 CSA 의 첨가에 따라 초기에 다량의 에트린자이트를 생성하여 내 부 조직이 치밀하게 형성됨과 동시에 고로슬래그 및 플라이 애시에 의하여 내약품성이 강한 프리델염을 생성하기 때문 이라 판단된다 (^{Moon et al., 1988}). 한편, 폴리머 시멘트 모 르타르의 압축강도 감소율은 폴리머-결합재비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이것은 폴리머의 혼입으로 인하여 형성된 불투기성의 폴리머 필름량이 증가하여 황산염 및 수 산화나트륨의 침투 및 확산이 억제되기 때문이라 판단된다. Photo 3은 황산염 수용액 침지 후의 공시체의 표면 형상을 나타낸 것이다. CSA 및 EVA가 혼입된 폴리머 시멘트 모르 타르의 공시체는 표면 부식이 발생되지 않았으나, CSA 및 EVA가 혼입되지 않은 시멘트 모르타르에서는 표면이 부식 된 것을 알 수 있었다.

Photo 3

Chemical resistance of polymer-modified mortars

Fig. 12.

CSA contents versus compressive strength reducing ratio of polymer-modified mortars in H₂SO₄

Fig. 13.

CSA contents versus compressive strength reducing ratio of polymer-modified mortars in NaOH