2.1 사용재료

2.2 실험방법

3.1 PCM의 물시멘트비, 공기량 및 플로우

건설현장에서 PCM을 보수·보강재료 및 마감재료로 사용 할 때, PCM의 유동성은 Fig. 1과 같이 폴리머 디스퍼션 속에 함유된 둥글둥글한 폴리머 입자의 볼-베어링 효과에 의해 보 통 시멘트 모르타르에 비해 훨씬 적은 물시멘트비로 같은 수 준의 유동성(플로우)을 확보 할 수 있다.

Fig. 3은 PCM이 목표 플로우값 170±5mm를 만족하기 위하 여 필요한 W/C와 P/C 변화에 따른 W/C 저감율을 나타내고 있다. 보통시멘트 모르타르의 W/C가 70%로 다소 높게 나타 난 반면, PCM의 경우, W/C가 41.5%-45.0% 범위로 나타났으 며, P/C의 증가에 따라 약간의 감소현상을 보였다. 보통시멘 트 모르타르에 비해 PCM의 W/C 저감율은 35.7%-40.7%로 크게 나타났는데 이렇게 낮은 물시멘트에 의해 PCM은 블리 딩 및 건조수축 등 물리적 현상에 대해 저항성이 큰 것으로 알 려져 있다(^{Ohama, 1995}).

Fig. 4는 PCM 및 보통시멘트 모르타르의 고로슬래그 및 플 라이애쉬의 혼입에 따른 공기량의 변화를 나타내고 있다. PCM의 경우, 고분자의 혼입에 따른 공기량이 대폭 증가하기 때문에 시멘트와 혼화전 폴리머 디스퍼션에 실리콘계 소포제 를 혼입한다. PCM의 경우, 소포제를 혼입함에도 보통시멘트 모르타르 공기량 7.3% 보다 큰 공기량을 나타냈으며, 보통시 멘트의 경우에는 혼화재를 혼입함에 따라 약간 증가하는 경향 을 보였다. 또한 PCM의 경우, 혼화재 혼입율 10%에 대한 공기 량을 측정하였는데, 혼화재의 혼입에 따라 고로슬래그의 경 우에는 거의 변화가 없었으나, 플라이애쉬를 혼입한 경우에 는 약간 증가하는 경향을 보였다.

Fig. 5는 혼화재를 혼입한 PCM 및 보통시멘트 모르타르의 플로우를 나타내고 있다. 보통시멘트 모르타르의 경우 고로 슬래그를 혼입함에 따라 167mm의 플로우가 점점 증가되어 최대 194mm(고로슬래그 혼입율 20%)를 나타냈으며, 플라이 애쉬를 혼입한 경우에도 고로슬래그에 비해 증가는 적었지만 최대 187mm를 나타내 혼화재의 혼입에 따른 유동성은 개선 되었다. 그러나 PCM의 경우 플라이 애쉬를 혼입한 경우가 고 로슬래그를 혼입한 경우에 비해 약간 플로우가 개선되었지만 보통시멘트 모르타르에 비해서 플로우 개선의 정도가 작은 이 유는 EVA 제조시 시멘트와 혼화가 잘 되도록 계면활성제를 혼입하는데, 이는 시멘트 이외의 혼화재에 대해서는효과가 작기 때문으로 볼 수 있다.

Fig. 6은 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 압축강도를 나타 내고 있다. P/C 0%인 보통시멘트 모르타르의 압축강도는 26.5 MPa인 반면, PCM의 압축강도는 31.0 - 37.3 MPa 범위로 보통 시멘트 모르타르에 비해 1.17 – 1.41배 크게 나타났다. 이는 PCM의 경우 탄성계수가 1/10 정도인 고분자의 혼입에 따라 압축강도가 작아질 수 있으나 같은 유동성을 위한 물시멘트비 가 전술한 바와 같이 크게 감소되어 압축강도의 상승효과를 유도한 결과로 볼 수 있다.

Fig. 7은 PCM 및 보통시멘트 모르타르의 혼화재의 혼입율 의 변화에 따른 압축강도를, Fig. 8은 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 압축강도 대비 혼화재를 혼입한 PCM 각각의 압축강 도비를 나타내고 있다. 보통시멘트 모르타르의 혼화재를 혼 입하지 않은 경우, 압축강도 26.5 MPa에 비해 고로슬래그 혼 입율의 변화에 따라서는 혼입율 20%까지 약간 증가하나, 플라이애쉬를 혼입한 경우에는 혼입율 5%에서 최대강도 28.9MPa를 나타내고 점점 작아지는 경향을 보였다. 혼화재의 혼입율의 변화에 따른 PCM의 압축강도 개선효과는 P/C 5%에 서 혼입율 3%에서 15%까지 최대 9% 정도 높게 나타났으나, 플라이애쉬를 혼입한 경우에는 모든 혼입율에서 혼화재를 혼 입하지 않은 PCM의 압축강도의 63.2% - 91.1%의 범위를 나타 냈다. P/C 10%에서 P/C 20%의 PCM 압축강도는 모든 혼화재 의 혼입율에서 플라이애쉬를 혼입한 경우가 고로슬래그를 혼 입한 경우에 비해 높은 압축강도를 나타냈으며, 전반적으로 혼화재의 혼입율 5%에서 최대 강도를 나타내고 있다. PCM은 3차원의 폴리머 필름으로 시멘트 수화물 공극을 채워줌과 동 시에 수화물의 표면을 둘러쌓아 역학적이며 내구적인 조직형 성에 도움이 될 수 있다. 고로슬래그 및 플라이애쉬를 혼입함 으로서 두 재료의 포졸란반응에 따른 장기강도의 개선, 고분 자의 혼입으로 공기량 증가에 따른 강도저하, 물시멘트비의 감소에 따른 강도개선 등의 복합적인 작용에 의해 궁극적으로 고로슬래그 및 플라이애쉬를 10% 이하로 첨가할 경우 약간 강도의 개선을 도모할 수 있었다. 물론 PCM은 기본적으로 압 축강도를 개선시키고자 하는 것이 목적이 아니라 폴리머 필림 에 의한 휨강도, 접착강도, 방수성, 내약품성, 동결융해저항성 등 물리적 및 내구성 개선을 위함이다(^{Ohama, 1995}).

Fig. 9는 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 및 보통시멘트 모르 타르의 휨강도를, Fig. 10은 혼화재의 혼입율에 따른 PCM의 휨강도를, 그리고 Fig. 11은 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 휨강도 대비 혼화재를 혼입한 각각 PCM의 휨강도비를 나타 내고 있다. 본 연구에서 휨시험에 의한 접착강도를 평가하기 위하여 절단되지 않은 순수 휨강도를 먼저 파악하고자 하였 다. 본 연구결과, 혼화재를 혼입하지 않은 보통시멘트 모르타 르의 휨강도는 4.24 MPa를 나타냈으며, 혼화재를 혼입하지 않 은 PCM의 휨강도는 4.91MPa-8.25MPa 범위로 보통시멘트 모 르타르 보다 최대 약 1.95배의 높은 휨강도를 나타냈다. 또한 혼화재를 혼입한 경우, 고로슬래그를 혼입한 PCM의 최대 휨 강도는 P/C 15%, 고로슬래그 혼입율 5%에서 9.5 MPa의 휨강 도를 나타내, 이는 고로슬래그 혼입율 0%의 7.73 MPa에 비해 1.23배, 보통시멘트 모르타르 4.24 MPa에 비해 2.24배 높은 강 도이다. 또한 혼화재의 혼입율에 따른 PCM의 휨강도는 일부 모르타르를 제외하고 혼화재의 혼입율 5% 또는 10%에서 최 대 휨강도를 나타내는 경향을 보였으나, 고로슬래그를 혼입 한 경우, P/C 10%에서 64.2%-93.1%의 상대 휨강도를, P/C 20% 에서 70.3%-93.3%의 상대 휨강도를 나타내 휨강도의 개선이 나타나지 않았다. 그러나 플라이애쉬를 혼입한 PCM의 휨강 도는 일부를 제외하고 거의 모든 혼입율에서 혼화재를 혼입하 지 않은 PCM에 비해 휨강도가 높게 나타났으며, 상대 휨강도 비는 P/C 15%, 플라이애쉬 혼입율 15%에서 130.7%의 최대 상 대 휨강도를 나타내고 있다. 또한 혼화재의 종류에 따라서는 PCM의 휨강도는 P/C 5%에서는 고로슬래그를 혼입한 경우가 높게 나타났으나, 그 외의 P/C 10%, P/C 15% 및 P/C 20%에서 플라이애쉬를 혼입한 경우가 높은 휨강도를 나타냈다. 이러 한 휨강도 개선은 Fig. 12와 같은 PCM 내부에 형성된 3차원의 폴리머 필림의 인성증가에 의한 강도 개선효과와 고로슬래그 및 플라이애쉬의 혼입에 따라 시멘트 모르타르 조직이 더욱더 밀실하게 된 결과라 볼 수 있다.

Fig. 13은 혼화재를 혼입하지 않은 PCM 및 보통시멘트 모르 타르의 휨접착강도를, Fig. 14는 혼화재의 혼입율에 따른 PCM 의 휨접착강도를, 그리고 Fig. 15는 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 휨접착강도에 대한 혼화재를 혼입한 각각 PCM의 휨 접착 상대강도비를 나타내고 있다. 혼화재를 혼입하지 않은 PCM의 휨접착강도는 P/C 10% 이상에서 크게 강도가 개선되 었는데 보통시멘트 모르타르(P/C 0%) 휨접착강도 3.05MPa에 비해 1.16-1.95배의 높은 휨접착강도를 나타냈다. 이 결과에서 RC 구조물의 보수재료로서 PCM의 사용가능성을 확인할 수 있었다. PCM의 휨접착강도는 거의 모든 배합조건에서 혼화 재의 혼입율을 증가에 따라 휨접착강도는 약간 저하하는 경향 을 보였다. 따라서 PCM의 휨접착강도의 개선에는 고로슬래 그 및 플라이애쉬의 혼입에 따른 개선효과는 거의 없는 것으 로 나타났으나 모든 배합에서 보통시멘트 모르타르에 비하면 큰 휨접착강도를 나타냈다. 전반적으로 휨접착강도 시험 후, 파괴성상은 파괴면이 피착체와 접착체의 접착면과 일치하였 으며 PCM 종류에 따라 약간의 차이가 있으나 대부분 접착면 에서 접착체인 PCM 부분의 일부 모르타르가 피착체에 남아 있는 응집파괴와 접착체와 피착체 경계면에서의 파괴성상이 복합적으로 나타났다.

Fig. 16은 PCM의 휨접착강도와 휨강도의 상대강도비를 나 타내고 있는데, 이를 휨 부재에 대한 보수후 강도회복율로 표 현할 수 있다. 고로슬래그를 혼입한 PCM의 경우 상대 강도비 가 고로슬래그 혼입율 0%에서 67.3%-96.3%, 5%에서, 38.3- 67.6%, 10%에서 40.3-66.3% 범위였으며, 최대 상대강도비는 P/C 20%, 고로슬래그 5%에서 67.6% 정도였다. 또한 플라이애 쉬를 혼입한 경우, PCM의 상대 휨접착강도비는 P/C 5%, 플라 이애쉬 혼입율 5%에서의 상대 휨접착강도비 108%를 제외하 면, 거의 모든 배합에서 28.3%-76.2% 범위로 휨강도 대비 낮은 강도를 나타냈으나, 이 모든 PCM의 휨접착강도는 보통시멘 트 모르타르의 휨접착강도 3.05 MPa보다는 큰 강도이다.