2.1 사용재료

2.1.1 시멘트

본 연구에 사용된 시멘트는 시멘트는 밀도 3.15 g/cm³, 분말 도 3,350 cm²/g인 보통 포틀랜트 시멘트(OPC)를 사용하였다. Table 2

Table 2

Physical properties of OPC

2.1.2 골재

본 연구에 사용된 골재는 강원 영월군 J사에서 생산된 부순 굵은 골재 및 잔골재를 사용하였다. Table 3은 사용골재의 물 리적 성질을 나타내었다.

Table 3

Physical properties of aggregate

2.1.3 하이드로젤

자기치유 콘크리트에 적용될 하이드로젤 지지체의 원료 중 미생물은 한국생명공학연구원 미생물자원센터 (Korean Collection for Type Culture)에서 보유하고 있는 Bacillus sphaericus 14 균주를 배양하고 미생물의 광물 형성을 확인하 였다(Fig. 1).

Fig. 1

SEM of microorganism

하이드로젤 지지체 제작 전경은 Fig. 2에 나타내었고, 하이 드로젤 지지체의 입경은 1.0~1.3mm를 유지하도록 하였다 (Table 4). 또한, 본 연구에서 제조한 하이드로젤 지지체의 성 능평가를 위해 해외 B사에서 개발하여 시판중인 B제품을 사 용하여 치유특성을 비교분석하였다.

Fig. 2

hydrogel carrier production

Table 4

Physical properties of hydrogel

2.1.4 혼화제

시멘트 분산작용에 의해 콘크리트의 성질을 개선시키는 혼 화제로서, 국내 S사제품의 폴리카본산계 고성능 AE감수제를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 5와 같다.

Table 5

Physical properties of admixture

2.2 실험방법

2.2.3 투수 시험방법

자기치유 콘크리트의 치유성능 확인은 균열부에 수압을 부 여하여 통과된 수량을 측정함으로서 평가가 가능하다. 투수 시험에 관련된 표준은 제정되어 있지 않기 때문에 본 연구에 서는 KS F 2322 “흙의 투수 시험 방법”의 원리를 준용하여 Fig 3와 같은 투수시험기를 제작하였다. 시험체는 φ150×300 mm의 공시체를 제작하고 28일간 수중양생한 뒤. 두께 50mm 의 디스크 형태로 절단하였다. 절단한 시험체를 점하중기를 이용하여 인공균열을 유발 하고 고압분사기를 이용하여 내부 미세먼지를 제거하였다. 쪼갠 공시체의 균열폭 제어를 위해 균열면에 약 0.2mm의 동판을 끼우고 공시체의 표면 균열폭 이 0.25~0.30mm가 되도록 테이프 및 호스밴드를 이용하여 구 속하였다. 그 후에 옆면에 누수가 되지 않도록 에폭시 수지를 이용하여 도포하였다.

Fig 3

Permeability testing device

2.3 배합

자기치유 콘크리트의 배합요인에 따른 물리⋅역학적 특성 을 분석하기 위하여 배합설계는 물-결합재비 49.8%, 잔골재 율 48.0%로 선정하였으며, 하이드로젤 지지체의 혼입율을 0, 1.0, 1.5%로 변화시켜 배합을 실시하였다. 또한 믹싱은 하이 드로젤 지지체의 분산성을 확산시키기 위해, 먼저 결합재와 골재를 투입하고 35rpm으로 60초 도안 혼합 한 후, 하이드로 젤 지지체를 투입하여 30초간 추가 믹싱을 하였다. 마지막으 로 혼합수 및 혼화제를 투입하고 120초 동안 혼합하는 분할 투입방법으로 배합하였다. Table 6

Table 6

Mix proportions

2.4 공시체의 제작

공시체의 제작은 믹싱을 끝낸 자기치유 콘크리트를 각 소 요의 몰드( φ150×300 및 φ100×200)에 채운 후 각 층마다 다 짐봉을 이용하여 충격다짐을 실시하여 제작하였다. 자기치유 콘크리트가 타설된 공시체는 24시간 기건양생 후에 탈형하고 소요의 재령(28일)까지 20±3℃의 수중에서 표준양생을 실시 하였다.

3.1 슬럼프

자기치유 콘크리트의 배합조건에 따른 슬럼프 측정결과는 Fig. 4와 같다.

Fig. 4.

Result of Slump test

이를 고찰하여보면 Plain 배합에서는 155mm로 당초 목표 슬럼프 150±10mm를 만족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 HC-K 하이드로젤 지지체 혼입율 증가에 따른 슬럼프 변화는 미소하지만 슬럼프 값이 감소 되는 것으로 나타났다. 이는 하이드로젤 지지체의 경우 미생물 활성화에 필요한 수 분 흡수 특징 때문으로 판단된다. 하이드로젤 지지체는 중성 상태에서 일부 수분을 흡수하는 경향을 가지고, 높은 알칼리 상태에서는 수분흡수를 하지 않는 특징을 가지고 있는데, 콘 크리트 배합시 수화반응을 하지 않은 상태에서의 혼합 수 일 부를 흡수하여 슬럼프 감소를 나타낸 것으로 판단된다. 하지 만 모든 배합 조건에서 목표 슬럼프 (150±10mm)는 만족하는 것으로 확인되었다.

하지만, 국외 제품인 HC-B 제품의 경우, 1.5% 혼입시 슬럼 프 저하가 개발제품에 비해 높은 것으로 확인되었다.

3.2 공기량

하이드로젤 지지체의 혼입조건에 따른 굳지않은 콘크리트 의 공기량 측정결과는 Fig. 5에 제시하였다.

Fig. 5.

Result of air contents test

이를 고찰하여 보면, 하이드로젤 지지체를 혼입하지 않은 Plain 의 경우 공기량 3.8%로 측정되어 목표 공기량 4.0±1.5% 를 만족하는 것으로 나타났다.

하이드로젤 지지체의 혼입율에 따른 공기량의 변화는 모든 조건에서 목표 공극률 범위을 만족하였지만, 유의미한 데이 터를 나타내지 못하였다. 측정 횟수에 따라 공기량이 증가와 감소를 반복하였다.

해외 B사의 제품(HC-B)의 경우의 경우에서도 본 연구에서 개발한 HC-K와 유사한 공극률을 나타내었다. 이는 하이드로 젤 지지체의 혼입유무와 상관없이 공기량 변화는 미미한 것 임을 확인하였다.

3.3 압축강도

자기치유 콘크리트의 압축강도 시험결과는 Fig. 6에 나타 내었다. 하이드로젤 지지체의 혼입율 및 재령(14일, 28일)에 따른 결과를 고찰하면 다음과 같다. 하이드로젤 지지체를 혼 입하지 않은 Plain의 경우, 배합강도 27MPa을 만족하여 28일 에 29.6MPa을 나타내었다.

Fig. 6.

Results of compressive strength test

하이드로젤 지지체의 혼입에 따른 압축강도 경향은 재령 에 상관없이 유사한 강도 경향을 나타내어 하이드로젤 지지 체의 혼입이 강도에 영향을 미치지 않는 것으로 판단하였다. 하지만, 동일 배합조건에서 Plain 및 하이드로젤 지지체 혼입 조건(HC-B1.0, HC-B1.5)에 따라 시험체간의 분산값이 다른 경향을 나타내었다.

재령 14일의 배합조건별 분산값은 Plain: 0.197, HC-B1.0: 0.430 및 HC-B1.5: 0.637로 나타나 하이드로젤 지지체의 혼입 율이 높아짐에 따라 분산값이 증가되는 경향을 나타내었다. 재령 28일에서는 분산값의 증가경향이 감소되기는 하였으나 하이드로젤 지지체의 혼입에 따라 유사한 경향을 나타내었 다. 이는 다량의 하이드로젤 지지체가 콘크리트 내부에 고루 분포되기는 하지만, 콘크리트 파괴시에 파괴계면에 하이드로 지지체가 포함될 경우 일부 강도감소경향을 나타내었기 때문 으로 판단된다.

또한, 국외 제품인 HC-B 제품의 경우, 1.5% 혼입시 강도가 Plain 대비 4.7~6.5% 강도 감소를 나타내었으며, 시험체간의 분산도 가장 큰 특징을 나타내었다.

3.4 자기치유 콘크리트 투수시험

자기치유 콘크리트의 치유능력 평가를 위해 특수 제작된 투수장비를 이용하여 투수계수를 측정하여 치유효과를 검증 하였다. 시험결과는 Fig 7에 나타낸 바와 같다.

Fig 7.

Results of permeability test

하이드로젤 지지체를 혼입하지 않은 시험체에서도 투수계 수 감소가 나타나 균열 유발 후 14일에 2.8%, 28일에 16.7%의 회복율을 나타내었다. 이는 콘크리트 내부의 미수화 시멘트 중 일부가 투수시험 중 추가로 공급된 수분에 의해 수화발현 을 하였기 때문으로 판단된다.

하이드로젤 지지체의 혼입율에 따라서는 재령의 증가에 따 라 투수계수가 급격히 감소되는 것으로 나타났으며, 하이드 로젤 지지체 1.5%혼입시 재령 28일에서 최대 45.6%의 투수 계수 회복율을 나타내었다. 따라서 미생물을 활용한 하이드 로젤 지지체의 자기치유 효과가 있는 것으로 판단된다. 또한, 투수시험 후 균열부위를 절단하였을 때, 시험체 표면에 탄산 칼슘이 석출된 것을 확인할 수 있었다(Fig. 8).

Fig. 8.

Section of specimen

한편, 국외 B사의 하이드로젤 지지체의 경우, 투수계수가 감소되어 자기치유 효과가 있는 것으로 판단되나, 본 연구에 서 개발한 HC-B1.5 배합에 비해 59.3%p 정도의 효과만 있는 것으로 나타났다.