2.1. 유황폴리머의 특성

2.2. 실험재료

2.3. 실험구성

유황폴리머를 활용한 표면보호재의 채움재의 종류 및 치 환비율, 양생방법에 따른 역학적 특성을 평가하기 위하여 압 축강도 및 부착특성을 평가하였다 (^{Nam et al., 2006}). 또한, 산업부산물인 유황폴리머의 유해성을 평가하기 위하여 환경 부의 폐기물공정시험방법 (^{Ministry of environment, 2007}) 에 준하여 유해물질 용출량 측정 시험을 하였다.

2.4. 실험방법

3.1. 압축강도 평가

유황폴리머를 활용한 표면보호재의 양생조건에 따른 압축 강도 시험결과 및 시험단면, 파괴양상을 채움재에 따라 Fig 1~3과 Photo1 , 2에 나타냈다.

Photo 1.

Surface of specimens

Photo 2.

Cross section and Failure mode of Compression Test Specimens

Fig. 3.

Test results of Compressive Strength depending on the Curing Condition (C-series)

채움재로 규사를 사용한 배합 (S시리즈)의 압축강도 변화 는 채움재의 치환비율이 40%까지 증가할 때, 압축강도가 증 가하는 것으로 나타났다. 유황폴리머의 경화 시 생기는 수축 이 저감되면서 강도가 증진된 것으로 보인다. 또한, 양생온도 가 60°C까지 증가할수록 압축강도도 증가하였다. 이는 Photo1 에 나타낸 바와 같이 120°C에서 용융된 표면보호재가 다시 경화할 때, 온도 차이에 의하여 급격한 온도저하로 유황폴리 머의 결정이 성장하지 못하여 공시체 내부의 공극이 발생하 기 때문으로 판단된다. 한편, 기건양생과. 수중양생의 차이는 1% 미만의 미미한 차이를 나타냈다. 따라서 채움재로 규사 를 사용함에 있어 치환비율이 증가할수록, 양생온도가 높을 수록 압축강도가 증가하는 경향을 나타내며 수분에 의한 영 향은 미미한 것으로 판단된다.

Fig. 1.

Test results of Compressive Strength depending on the Curing Condition (S-series)

Fig. 2.

Test results of Compressive Strength depending on the Curing Condition (F-series)

표면보호재의 채움재로 플라이애시를 사용한 배합 (F시리 즈)에서는 편차가 크게 나타났다. Plain배합에 비하여 대부분 높은 강도를 보였으나, 낮게 측정되는 경우도 나타났다. 이 는 기존의 연구에서 검증된 바와 같이 플라이애시의 작은 입 자 주변으로 유황폴리머가 둘러싸면서 재료가 뭉치는 현상 이 나타나 콘크리트 표면의 요철사이로 표면보호재의 침투 가 균일하게 이루어지지 못한 것으로 판단된다 (^{Lee et al., 2014}).

플라이애시의 치환비율이 증가할수록 강도가 증가하게 되 어 40% 치환배합에서 높은 강도를 나타냈다. 또한 온도가 증가할수록 높은 강도가 나타나 S시리즈와 비슷한 경향을 나타냈다. 한편 수분에 의한 영향은 매우 미미하여 0.3%의 차이를 나타냈다.

OPC를 채움재로 사용한 배합 (C시리즈)의 압축강도 특성 은 규사와 플라이애시를 채움재로 사용한 배합과는 다른 경 향을 나타냈다. 치환비율에 의한 영향은 비슷한 경향을 나타 냈지만, 온도와 수분에 의한 조건에서 차이가 나타났다. 온 도가 증가할수록 압축강도 또한 증가한 S, F시리즈와 달리 C시리즈에서는 40°C까지는 증가하지만 60°C에서 오히려 강 도가 저하되었다.

또한 S시리즈와 F시리즈에서는 기건양생이 수중양생에 비 하여 미소하게 높은 강도를 나타냈지만, OPC를 채움재로 사 용한 경우, 수중양생의 압축강도가 기건양생에 비하여 1.6% 정도 높게 나타났다. 또한, Photo2 의 (c)에 나타난 바와 같 이 공시체 내부에 체적수축으로 인한 공극이 발생하지 않았 다. 이러한 채움재 종류에 따른 차이는 수분공급에 의하여 내 부의 OPC가 일부 수화반응하여 결합력을 일부 높인 것으로 판단된다.

따라서, 유황폴리머를 활용한 표면보호재의 채움재로 규사 를 40% 정도 치환배합 하고 60°C의 기건상태에서 양생하는 것이 가장 우수한 압축강도 특성을 나타내었다.

3.2. 부착강도 평가

산업부산물을 활용한 표면보호재의 채움재 및 양생조건에 따른 부착강도 시험결과 및 사진을 Fig. 4~6, Photo3 에 나 타내었다.

Photo 3.

Bonding Test Specimens

Fig. 4.

Test results of Bond Strength depending on the Curing Condition (S-series)

Fig. 6.

Test results of Bond Strength depending on the Curing Condition (C-series)

S시리즈에서 채움재 비율이 20%까지 증가할 때, 부착강도 는 향상되지만, 30% 이상에서는 오히려 감소하였으며 온도 에 의한 강도는 40°C일 때 가장 크게 나타났다. 한편, 수중 양생에서의 강도가 기건양생에 비하여 현저하게 감소되는 것으로 나타나, 수분에 의한 영향이 매우 큰 것으로 판단된 다. 또한 기건상태에서의 부착강도는 모두 현 콘크리트 보호 용 도막재의 기준강도인 1.0 MPa를 만족하였으며, 최고 부 착강도를 나타낸 조건은 기건상태의 온도 40°C, S-2 배합조 건에서 가장 큰 1.61 MPa로 측정되었다.

F시리즈의 부착강도 특성을 살펴보면, S시리즈와 비슷한 경향을 나타내지만, 강도증진은 S시리즈에 비하여 크지 않은 것으로 나타났다. 채움재의 치환비율을 20%까지 증가시킬 때, 부착강도 또한 증가하였지만 30% 이상의 비율에서는 오 히려 감소하는 결과를 나타냈다. 온도에 의한 영향 역시 S시 리즈와 동일하게 40°C에서의 부착강도가 가장 크게 측정되 었으며, 20°C와 60°C의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 수분에 의한 영향도 S시리즈와 동일하게 나타나 수중양생에 서의 부착강도는 기건양생에 비하여 매우 저하되어 수분이 부착을 방해하는 것으로 판단된다. 하지만, 강도저하의 양이 S시리즈에 비하여 상대적으로 적게 나타났다.

한편, C시리즈의 부착강도 변화는 압축강도와 마찬가지로 채움재로 S시리즈와 F시리즈의 경향과는 다소 차이를 보였 다. 채움재 비율이 30%까지 증가할수록 강도도 높게 측정되 었다. 하지만 40%에서는 급격한 강도저하가 나타났다. 이러 한 특성은 채움재의 밀도 차이로 인해, 시멘트의 경우 수축 시 공극을 채울 수 있는 채움재의 절대량이 상대적으로 작았 기 때문으로 판단된다. 또한, Photo 3(e, f)의 사진에서 나타 낸 바와 같이 부착강도 시험 시 박리가 모르타르판을 물고 떨어지는 것이 아니라 표면에서 박리가 되는 것으로 유황폴 리머와 콘크리트 사이의 부착이 이루어지지 않은 것으로 사 료된다.

수중양생과 기건양생의 차이를 보면 다른 채움재를 사용 한 배합에 비하여 강도감소가 줄어드는 것으로 나타났지만, 표면보호재의 부착강도 기준에는 못 미치는 것으로 나타났 다. 하지만, 온도에 의한 영향은 동일하게 40°C에서 가장 높 게 나타났으며, 20°C와 60°C에서의 차이는 크지 않은 것으 로 나타났다.

한편, Photo2 의 (c)에 나타낸 바와 같이 모든 배합에서 6 0°C 양생하였을 경우 탈색 및 갈라짐 등이 나타났으며, 심한 경우 부착탈락까지 나타나 매우 부정적인 영향을 미치는 것 으로 나타났다. 부착강도 측정 후 표면에는 Photo 2의 (d)와 같이 표면보호재와 모르타르판 사이의 부착이 이루어지지 않은 것을 알 수 있다.

부착강도 측정결과 표면보호재의 채움재로 규사를 20% 치환배합 하여 40°C의 기건상태에서 가장 우수한 부착특성 을 나타내었다.

3.3. 유해물질 용출량 측정 결과

산업부산물인 유황폴리머의 유해물질 용출량 측정 시험결 과는 Table 8과 같다. 시험결과, 6가 크롬 및 비소, 수은, 납, 카드뮴, 구리, 시안 등의 중금속은 검출되지 않았다. 또한, 시안과 염소화합물인 삼염화에틸렌, 사염화에틸렌, 유기인산 화합물 (OP)과 같은 유기계 종류의 유해물질 성분 또한 용 출되지 않았다. 한편, 산업부산물로 회수되는 유황폴리머의 특징으로 인한 기름성분이 0.4% 용출되었다.

이상의 결과로부터, 산업부산물인 유황폴리머를 활용한 표 면보호재는 현재 환경정책 기본법 시행령과 폐기물 관리법 에 규정되어 있는 유해물질에 대한 규정을 모두 만족시키게 되므로 유황폴리머는 용출에 대한 안전성을 확인할 수 있다.