KR102531939B1

KR102531939B1 - 비정질 금속섬유를 보강한 저수축 경량 모르타르 조성물

Info

Publication number: KR102531939B1
Application number: KR1020210032052A
Authority: KR
Inventors: 최세진; 김지환; 배성호; 이재인
Original assignee: 원광대학교산학협력단
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2023-05-12
Also published as: KR20220128519A; WO2022191371A1

Abstract

본 발명은 인공 경량 잔골재가 사용된 모르타르 조성물에 에너지 저감형 비정질 금속섬유가 보강되어 휨강도 및 할렬 인장강도를 보강하고, 유동성, 경량 특성 및 건조수축 저항성은 더욱 강화하는 저수축 경량 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 「인공 경량 잔골재가 적용된 재령 28일 압축강도 30MPa 이상의 모르타르 조성물로서, 결합재량 340kg/㎥, 인공 경량 잔골재량 502kg/㎥ 및 물결합재비 50wt%이고, 상기 결합재는 시멘트와 고로슬래그 미분말이 중량비 6:4로 혼합되고, 상기 인공 경량 잔골재는 석탄재와 준설토의 혼합물을 1,100~1,200℃에서 소성함으로써 제조한 것으로서, 소수점 둘째자리에서 반올림한 조립율 4.6, 표건밀도 1.6~1.8, 절건밀도 1.5~1.7, 흡수율 8~9%, 단위 중량 980~1,100g/L인 것을 프리웨팅(pre-wetting)하여 적용하고, 비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유가 20~30kg/㎥ 함유되어, 모르타르 플로우 150㎜ 이상, 단위 중량 1.68kg/L 이하, 재령 28일 압축강도 대비 휨강도 비(Fb/Fc) 20% 이상, 재령 28일 압축강도 대비 할렬 인장강도 비(Ft/Fc) 9% 이상, 재령 28일 건조수축율 0.1% 이하, 촉진 탄산화 시험에 의한 재령 28일 탄산화 깊이 3.2mm 이하인 것을 특징으로 하는 저수축 경량 모르타르 조성물」을 제공한다.

Description

비정질 금속섬유를 보강한 저수축 경량 모르타르 조성물{Amorphous Metal Fiber Reinforced Low Shrinkage Lightweight Mortar Composition}

본 발명은 인공 경량 잔골재가 사용된 경량 모르타르 조성물에 에너지 저감형 비정질 금속섬유가 보강되어 휨강도 및 할렬 인장강도를 보강하고, 유동성, 경량 특성 및 건조수축 저항성은 더욱 강화하는 경량 모르타르 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 압축에 강한 성능을 발휘하지만 인장강도는 압축 강도의 8~12%로 매우 약하다.

이에 휨강도와 내충격성을 개선하기 위한 금속 섬유 보강 콘크리트에 관한 연구가 증가하고 있다. 금속섬유 중, 비정질 금속섬유 제조 공정은 일반 금속섬유 제조 공정보다 단순하고, 용탕 이후 후속 공정이 없으므로 CO₂와 에너지를 줄이는 이점이 있다. 특히, 결정질 금속에서는 결정립 경계를 통해 부식과 파손이 발생하는 것에 반해, 비정질 금속은 내식성과 인장 강도가 우수한 것으로 알려져 있다.

한편, 초고층 및 대형 콘크리트 구조물의 무게를 줄이기 위해 일반 골재보다 가벼운 경량 골재에 대한 관심이 증가하고 있다. 경량 골재를 사용하면 시멘트 복합체의 단위 중량을 줄이는 장점이 있으나, 경량 골재의 다공성으로 인해 압축강도, 인장강도 등의 물성 저하 우려가 있다.

비정질 금속 섬유로 보강된 시멘트 복합체에 관한 기존 연구는 주로 소성 수축 감소 또는 고강도 콘크리트의 인성과 내충격성 향상의 측면에 초점이 맞춰져 있다. 그러나 경량 골재를 사용한 비정질 금속섬유 보강 모르타르에 관한 연구는 거의 없었으며, 이에 비정질 금속섬유를 사용함으로써 경량 골재를 사용한 모르타르나 콘크리트의 공학적 특성 개선 방안을 연구할 필요가 있다.

1. 등록특허 10-1310662 "비정질강섬유로 보강된 콘크리트 조성물" 2. 등록특허 10-0597712 "콘크리트용 액상형 수축저감제 조성물과 이를 이용한 콘크리트 조성물" 3. 등록특허 10-1341179 "고속충격에 대하여 내충격 성능을 가지는 콘크리트 조성물"

1. Choi, S.J.;Won, J.P. Technology for reducing of shrinkage of amorphous metallic fiber-reinforced concrete. Mag. KCI 2018, 30, 15-21. 2. Won, J.P.; Hong, B.T.; Lee, S.J.; Choi, S.J. Bonding properties of amorphous micro-steel fibre-reinforced cementitious composites. Comp. Struct. 2013, 102, 101-109. 3. Lee, S.G.; Kim, G.Y.; Choi, G.C.; Kim, H.S.; Kim, J.H.; Kim, L.H. Evaluation of impact reistance of amorphous steel fiber-reinforced cement composites by casting direction. Mag. KCI 2015, 27, 441-442. 4. Kim, H.; Kim, G.; Nam, J.; Kim, J.; Han, S.; Lee, S. Static mechanical properties and impact resistance of amorphous metallic fiber-reinforced concrete. Comp. Struct. 2015, 134, 831-844. 5. 이재승,양승조,나옥빈, 비정질 금속섬유 보강 콘크리트의 역학특성에 관한 실험적 연구, 한국방재학회지 18권 3호, 2018, 1-6.

본 발명은 모르타르 조성물에서 천연 잔골재 대신 인공 경량 잔골재를 사용함에 따른 문제점을 극복하는 방안을 제시함으로써, 인공 경량 잔골재 사용량을 늘리고 상대적으로 천연 잔골재 사용량을 저감토록 함에 목적이 있다.

전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「인공 경량 잔골재가 적용된 재령 28일 압축강도 30MPa 이상의 모르타르 조성물로서, 결합재량 340kg/㎥, 인공 경량 잔골재량 502kg/㎥ 및 물결합재비 50wt%이고, 상기 결합재는 시멘트와 고로슬래그 미분말이 중량비 6:4로 혼합되고, 상기 인공 경량 잔골재는 석탄재와 준설토의 혼합물을 1,100~1,200℃에서 소성함으로써 제조한 것으로서, 소수점 둘째자리에서 반올림한 조립율 4.6, 표건밀도 1.6~1.8, 절건밀도 1.5~1.7, 흡수율 8~9%, 단위 중량 980~1,100g/L인 것을 프리웨팅(pre-wetting)하여 적용하고, 비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유가 20~30kg/㎥ 함유되어, 모르타르 플로우 150㎜ 이상, 단위 중량 1.68kg/L 이하, 재령 28일 압축강도 대비 휨강도 비(Fb/Fc) 20% 이상, 재령 28일 압축강도 대비 할렬 인장강도 비(Ft/Fc) 9% 이상, 재령 28일 건조수축율 0.1% 이하, 촉진 탄산화 시험에 의한 재령 28일 탄산화 깊이 3.2mm 이하인 것을 특징으로 하는 저수축 경량 모르타르 조성물」을 제공한다.

삭제

본 발명에 따라,

천연 잔골재를 대체하여 인공 경량 잔골재를 사용함에 따라 향상되는 유동성, 경량성 및 건조수축 저감효과는 기존에 알려진 효과 대비 동등 이상으로 향상시키고,

천연 잔골재를 대체하여 인공 경량 잔골재를 사용함에 따라 물성 저하가 문제되어온 휨강도 및 할렬 인장강도는 천연 잔골재를 사용한 모르타르의 물성 이상으로 크게 개선할 수 있다.

아울러, 본 발명에 의해서도 개선되지 않는 압축강도 저하 문제나 탄산화 깊이 증가 문제 등은 분명한 약점으로 명확히 인식하여, 재료, 시공적 방법에 의해 미리 대비토록 할 수 있다.

위와 같이 인공 경량 잔골재 사용에 따른 강점은 더욱 강화하고, 약점은 보완하면서도 보완되지 않는 약점을 분명히 드러냄으로써 인공 경량 잔골재를 효율적으로 다량 사용할 수 있고, 천연 자원인 천연 잔골재 사용량을 저감시킬 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 적용된 인공 경량 잔골재의 형태(a)와 SEM 사진(b)을 나타낸 것이다.
[도 2]는 본 발명에 적용된 비정질 금속섬유의 형태(a)와 SEM 사진(b)을 나타낸 것이다.
[도 3]은 탄산화 시험을 위한 챔버(a)와 시험체(b)를 도시한 것이다.
[도 4]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 모르타르의 플로우값을 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 5]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 단위 중량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 6]은 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별, 재령별 압축강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 7]은 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 재령 28일 휨강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 8]은 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 압축강도(Fc) 대비 휨강도(Fb) 비를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 9]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 할렬 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 10]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 압축강도(Fc) 대비 인장강도(Ft) 비를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 11]은 NAF와 LAF 시험예들의 재령별 건조수축율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도 12]는 NAF와 LAF 시험예들의 촉진 탄산화 시험에 의한 탄산화 깊이를 비교하여 나타낸 그래프이다.

1. 발명의 구체적 내용

본 발명은 「재령 28일 압축강도 30MPa 이상의 모르타르 조성물로서, 잔골재로는 인공 경량 잔골재가 적용되고, 비정질 금속섬유가 10~30kg/㎥ 함유된 저수축 경량 모르타르 조성물」을 제공한다.

본 발명에 적용되는 인공 경량 잔골재는 [도 1]에 나타난 바와 같은 다공성 골재로서, 석탄재와 준설토의 혼합물을 1,100~1,200℃에서 소성함으로써 제조된다. 소성 공정에서 인공 경량 잔골재는 표면부가 먼저 고온에 노출되고, 상기 표면부가 먼저 액화됨으로써 내부보다 밀도가 높은 쉘 구조가 형성된다.

상기 인공 경량 잔골재는, 소수점 둘째자리에서 반올림한 조립율 4.6, 표건밀도 1.6~1.8, 절건밀도 1.5~1.7, 흡수율 8~9%, 단위 중량 980~1,100g/L가 되도록 제조하여 천연 잔골재를 대체할 수 있다.

삭제

일반적으로 골재에 SiO₂와 Al₂O₃ 성분이 다량 함유된 경우에는 알칼리 골재 반응이 문제된다. 알칼리 골재 반응은 시멘트 중의 알칼리 성분(Na₂O, K₂O)과 골재 중에 포함되는 반응성 실리카가 물의 존재하에서 반응하여 알칼리 실리케이트 겔을 생성하여 팽창을 일으키는 현상으로서, 콘크리트 내구성 저하의 원인이 되므로 통상적인 기술 상식으로는 반드시 억제해야 하는 반응이라 할 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 석탄재와 준설토를 혼합, 소성함으로써 일반 모래보다 밀도가 낮은 다공성의 인공 경량 잔골재를 제조한 것인데, 전술한 알칼리 골재 반응이 일어나더라도 생성되는 알칼리 실리케이트 겔은 주로 인공 경량 잔골재의 공극(알칼리 골재 반응이 일어나는 인공경량골재 자신의 공극 또는 인접한 인공경량골재의 공극)에 채워지게 되므로, 골재의 부피팽창은 일어나지 않고 오히려 내밀화가 이루어지게 된다.

아래 [표 1]은 표본으로 수집된 상기 인공 경량 잔골재의 물리적 성질(조립율, 표건밀도, 절건밀도, 흡수율, 단위 중량)을 천연 잔골재(세척사)와 비교하여 나타낸 것이고, 아래 [표 2]는 상기 천연 잔골재와 인공 경량 잔골재의 체가름 시험 결과를 정리하여 나타낸 것이다.

Type of Sand	Fineness Modulus	Surface Dry Density(g/㎤)	Oven Dry Density(g/㎤)	Water Absorption Ratio(%)	Unit Weight (g/L)
Natural sand(NS)	2.89	2.60	-	1.00	1427
Lightweight sand(LS)	4.61	1.77	1.63	8.71	1010

Type of Sand	Sieve Passing Ratio(%)
Type of Sand	10mm	5mm	2.5mm	1.2mm	0.6mm	0.3mm	0.15mm
Standard	100	100	100	85	60	30	10
Standard	100	95	80	50	25	10	2
NS	100	100	93.75	73.50	52	20	6
LS	100	99.75	38.50	1.25	0.25	0.20	0.20

본 발명에서, 비정질 금속섬유는 얇은 금속판을 절단한 것으로서, 비중 7.0~7.3g/㎤, 인장강도 1,350~1,450N/㎟, 길이 13~17㎜인 것을 적용할 수 있다. 이하의 각 시험에서는 비중 7.2g/㎤, 인장강도 1,400N/㎟, 길이 15㎜인 비정질 금속섬유를 적용하였다.

2. 시험 내용

비정질 금속섬유 보강에 의한 모르타르 물성 개선 효과를 파악하기 위해 상기 천연 잔골재를 적용한 시험예와 상기 인공 경량 잔골재를 적용한 시험예를 함께 검토하였다.

각 시험예에서 상기 비정질 금속섬유 함유량은 0~30kg/㎥ 범위에서 10kg/㎥ 씩 차등 적용하였고, 물-결합재비는 0.5로 동일하게 적용했다. 모든 시험예에 시멘트 60wt% 및 고로슬래그 미분말 40wt% 혼합된 결합재를 적용하였고, 결합재량은 340kg/㎥ 로 고정하였다. 아래 [표 3]은 각 시험예들의 배합표이다.

압축강도와 단위 중량 시험에는 각 변 50㎜의 정육면체형 공시체가 사용되었고, 할렬 인장강도 시험에는 직경 50㎜, 높이 100㎜의 원기둥형 공시체가 사용되었다. 휨강도, 건조수축 및 촉진 탄산화 시험에는 가로, 세로, 높이가 각각 40㎜, 40㎜, 160㎜인 막대형 공시체가 사용되었다. 각 시험체는 재령 24시간 이후에 몰드에서 탈형하여, 수온 20℃의 수조에 담아 양생하였다.

각 시험체에 대한 유동성과 압축강도 시험은 KS L 515에 따라 실시하였고, 휨강도 및 할렬 인장강도 시험은 KS F 2408 및 KS F 2423에 따라 실시하였다. 각 강도 시험값은 3개 시험체의 평균값이다. 각 시험체의 단위 중량은 KS F 2462에 따라 측정하였다. 건조수축 시험은 기계식 스트레인 게이지를 사용하여 KS F 2424에 따라 실시하였다.

탄산화 시험은, KS F 2584에 따라 CO₂ 농도 5%인 챔버에서 탄산화 과정을 진행시킨 후, 페놀프탈레인 용액을 사용하여 시험체의 탄산화 깊이를 측정하는 방식으로 실시하였다. [도 3]은 탄산화 시험을 위한 챔버와 시험체를 도시한 것이다.

3. 시험 결과

(1) 모르타르 플로우

[도 4]는 천연 잔골재와 인공 경량 잔골재를 사용한 비정질 금속섬유 보강 모르타르의 플로우값을 비교하여 나타낸 것이다.

[도 4]에 나타난 바와 같이, 천연 잔골재를 사용한 모르타르(이하, 'NAF') 시험예와 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르(이하, 'LAF') 시험예 양자 모두 비정질 금속섬유를 포함하지 않은 시험예(NAF0, LAF0) 모르타르 플로우값이 가장 높게 나타났다. 비정질 금속섬유로 보강된 NAF 시험예들은 NAF0 시험예에 비해 모르타르 플로우값이 21% 내지 33% 낮게 나타났다. 상기 LAF 시험예들은 비정질 금속섬유 보강 여부와 관계없이 NAF 시험예들 보다는 모르타르 플로우값이 높게 나타났다. 이러한 차이는 인공 경량 잔골재의 입형이 구 형태이고, 상기 인공 경량 잔골재의 프리 웨팅(pre-wetting) 과정에서 일정량의 물을 흡수한 것에 기인한 것으로 보인다. 상기 LAF 역시 비정질 섬유 보강량을 늘림에 따라 모르타르 플로우값이 감소된다. 그러나, 상기 LAF 시험예의 비정질 섬유 함량을 30kg/㎥ 까지 증가시키더라도, 모르타르 플로우값이 상기 NAF0 시험예 보다 높게 나타남을 확인할 수 있었다.

(2) 단위 중량

[도 5]는 상기 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 단위 중량을 비교하여 나타낸 그래프이다.

NAF 시험예들은 비정질 금속섬유 함량에 관계없이 단위 중량이 유사하게 나타난다. 비정질 금속섬유가 함유되지 않은 NAF0 시험예의 단위 중량은 약 2.17kg/L로 측정되었다.

LAF 시험예들은 NAF 시험예들에 비해 약 20% 가량 단위 중량이 적게 측정되었다. 또한 LAF 시험예들은 비정질 금속섬유 함량이 증가할수록 단위 중량이 미세하게 감소되는 경향을 보였다. 비정질 금속섬유가 함유되지 않은 LAF0 시험예의 단위 중량은 약 1.72kg/L로 측정되었는데, 상기 비정질 금속섬유 함량을 10kg/㎥에서 30kg/㎥ 까지 늘림에 따라 단위 중량은 1.68kg/L에서 1.60kg/L까지 순차적으로 감량되었다. 비정질 금속섬유와 모르타르 매트릭스 사이 계면의 접착 특성과 공극에 기인한 효과로 파악된다.

(3) 압축강도

[도 6]은 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별, 재령별 압축강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.

[도 6]의 (a)에 도시된 바와 같이 NAF0 시험예의 재령 7일 압축강도는 31.7MPa이며, 이것은 NAF 시험예들 중 가장 높은 수치임을 알 수 있다. NAF1 시험예(비정질 금속섬유 10kg/㎥ 함유)와 NAF2 시험예(비정질 금속섬유 20kg/㎥ 함유)의 재령 7일 압축강도는 모두 29.3MPa로 나타나 NAF0 보다 약 7.5% 감소되었다.

NAF 실시예들은 14일 압축강도 역시 NAF1 시험예에서 37.1MPa로 가장 높게 나타났고, 비정질 금속섬유 함량을 늘리면서 압축강도가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 재령 28일 압축강도는 NAF0 시험예와 NAF1 시험예가 43MPa로 동등 수준으로 나타났으나, 비정질 금속섬유 함량을 증가시킨 NAF2 및 NAF3에서는 각각 NAF0 대비 약 7%, 23% 낮게 나타났다.

LAF 시험예들 역시 [도 6]의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 재령별 압축강도가 비정질 금속섬유가 함유되지 않은 LAF0에서 가장 높게 나타났다. 또한, LAF 시험체들은 NAF 시험체들에 비해 대체적으로 압축강도가 낮게 발현되었다. 따라서, 고강도 또는 초고강도 콘크리트 배합 설계시 인공 경량 잔골재 및 비정질 금속섬유 사용에 따른 강도 발현 저감을 중요하게 고려해야 한다.

(4) 휨강도

[도 7]은 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 재령 20일 휨강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.

NAF 시험예들의 휨강도는 비정질 금속섬유 함유량이 증가함에 따라 함께 증가하였다. NAF3 시험예(비정질 금속섬유 30kg/㎥ 함유)의 휨강도는 약 9.79MPa로 비정질 금속섬유를 함유하지 않은 NAF0 시험예 보다 약 39% 향상되었다. LAF 시험예들 역시 비정질 금속섬유를 함유하지 않은 LAF0 시험예의 휨강도가 약 4.96MPa로 가장 낮게 나타났다. LAF3 시험예(비정질 금속섬유 30kg/㎥ 함유)의 휨강도는 dir 9.28MPa로 LAF0 시험예보다 87% 높게 나타났다. 또한, 이러한 휨강도 증가 효과는 NAF 시험예들보다 LAF 시험예들에서 더욱 큰 폭으로 나타났다.

[도 8]은 NAF와 LAF 시험예의 비정질 금속섬유 함량별 압축강도(Fc) 대비 휨강도(Fb) 비를 비교하여 나타낸 그래프이다.

천연 잔골재를 사용한 비정질 금속섬유 보강 모르타르 시험예들(NAF1 내지 NAF3)의 경우, 금속섬유 함량에 따른 압축강도 대비 휨강도 비(Fb/Fc)는 18.9% 내지 29.0%로 나타난다. 이러한 수치는 NAF0의 Fb/Fc 대비 2.9% 내지 13.0% 높게 나타난 것이다.

인공 경량 잔골재를 사용한 비정질 금속섬유 보강 모르타르 시험예들(LAF1 내지 LAF3)의 경우, 금속섬유 함량에 따른 압축강도 대비 휨강도 비(Fb/Fc)는 15.9% 내지 31.7%로 나타난다. 이러한 수치는 LAF0의 Fb/Fc 대비 2.1% 내지 17.9% 높게 나타난 것이다.

[도 8]에 나타난 바와 같이, 비정질 금속섬유 함량이 20kg/㎥ 이상인 경우 LAF 시험예들의 Fb/Fc는 NAF 시험예들과 동등 이상으로 나타난다.

(5) 인장강도

[도 9]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 할렬 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.

할렬 인장강도는 NAF와 LAF 시험예들 모두 비정질 금속섬유 함량을 늘리면서 증가하는 것으로 나타났다. NAF0 시험예의 할렬 인장강도는 2.8MPa로서, 이것은 LAF0 시험예보다 55.5% 높은 수치이다. NAF1 내지 NAF3 시험예들의 할렬 인장강도는 약 3.7MPa에서 4.5MPa 범위에서 나타났으며, 이것은 NAF0 시험예 보다 32.1% 내지 60.7% 높은 수치이다.

한편, LAF1 내지 LAF3 시험예들의 할렬 인장강도는 약 2.4MPa 내지 3.3MPa 범위에서 나타났으며, 이것은 LAF0 시험예 보다 33.3% 내지 83.3% 향상된 수치이다.

휨강도 시험 결과와 유사하게, 비정질 금속섬유 함량을 증가시킴에 따른 할렬 인장강도 향상율은 LAF 시험예들이 NAF 시험예들보다 높게 나타났다. [도 10]는 NAF와 LAF 시험예들의 비정질 금속섬유 함량별 압축강도 대비 인장강도 비(Ft/Ft)를 비교하여 나타낸 그래프이다.

비정질 금속섬유가 함유되지 않은 NAF0 및 LAF0 시험예의 Ft/Fc 값은 각각 6.4% 및 5.0%이다. 비정질 금속섬유가 함유된 NAF 및 LAF 시험예들의 Ft/Fc 값은 각각 8.7% 내지 13.5%, 7.5% 내지 11.4%이다. 잔골재 유형에 관계없이 Ft/Fc 값은 비정질 금속섬유 함량이 증가하면서 상승함을 알 수 있다.

(6) 건조수축

[도 11]은 NAF와 LAF의 재령별 건조수축율을 비교하여 나타낸 그래프이다. [도 11]의 (a)에 나타난 바와 같이 천연 잔골재를 사용한 모르타르 시험예 중에서는 NAF0 시험예에서 가장 많은 건조수축이 이루어졌으며, 재령 28일 건조수축은 약 0.163%로 나타났다. 비정질 금속섬유가 함유된 시험예들은 NAF0에 비해 건조수축율이 약 0.13% 내지 20% 감소하였으며, NAF2 시험예에서 재령별 건조수축이 가장 적게 이루어지는 것으로 나타났다.

[도 11]의 (b)에 나타난 바와 같이, 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르 시험예 중에서는 LAF0 시험예에서 가장 많은 건조수축이 이루어졌으며, 비정질 금속섬유 혼입에 따라 건조수축율이 저감되었다. 다만, 재령별 건조수축율 저감 효과는 LAF1 및 LAF2가 LAF3 보다 전반적으로 높게 나타나며, LAF1 및 LAF2의 재령 28일 건조수축율은 0.08%로 LAF0에 비해 27.2% 감소한 것으로 나타났다. 이에 따라 인공 경량 잔골재를 포함한 모르타르의 건조수축은 비정질 금속섬유의 사용에 의해 효과적으로 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

(7) 탄산화 깊이

[도 12]는 NAF와 LAF의 촉진 탄산화 시험에 의한 탄산화 깊이를 비교하여 나타낸 그래프이다. NAF0과 NAF1 시험예의 재령 28일 탄산화 깊이는 유사하게 나타났다. NAF2 및 NAF3 시험예의 탄산화 깊이는 NAF0 보다 다소 깊게 나타났다.

LAF 시험예들의 경우, LAF1 시험예의 재령 28일 탄산화 깊이는 LAF0 시험예 보다 약간 깊게 나타났으며, LAF2 시험예에서 더욱 깊게 나타나다가 LAF3 시험예에서는 LAF0 보다 오히려 적은 양의 탄산화 깊이가 나타났다.

LAF 시험예들이 NAF 시험예들 보다 탄산화 깊이가 깊게 나타났으며, 이는 인공 경량 잔골재의 다공 특성에 기인한 것으로 사료된다.

전술한 바와 같이 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르는 천연 잔골재를 사용한 모르타르에 비해 유동성 및 건조수축 저항성이 향상되고, 단위 중량이 저감되나 압축강도, 휨강도, 할렬 인장강도 및 탄산화 깊이 면에서 물성이 저하되는 경향이 있다.

다만, 본 발명은 건설부재의 경량화가 필수적으로 요구되는 경우, 전술한 물성 저하를 극복하기 위한 방안으로 모르타르 내 비정질 금속섬유의 혼입을 검토한 것이다.

결과적으로 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르에 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 까지 혼입시키더라도, 비정질 금속섬유를 전혀 혼입하지 않고 천연 잔골재를 사용한 모르타르 보다 모르타르 플로우값이 높아 유동성이 문제되지 않음을 확인하였고, 단위 중량은 오히려 더욱 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르의 건조수축율이 천연 잔골재를 사용한 모르타르의 건조수축율 보다 작은데, 비정질 금속섬유를 혼입함에 따라 동일한 혼입량 기준으로 보더라도 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르의 건조수축율 저감폭이 더욱 크게 나타나는 것이 확인되며, 비정질 금속섬유를 10~20kg/㎥ 혼입시킨 경우가 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 혼입시킨 경우보다 오히려 건조수축 저항 성능이 더욱 향상되는 점을 파악하였다. 비정질 금속섬유의 혼입으로 건조수축 저항성이 효과적으로 개선되는 점을 알 수 있었으며, 이와 같이 인공 경량 잔골재 사용에 따라 유리하게 발현되는 물성은 동등 수준으로 유지되거나 더욱 향상됨을 알 수 있었다.

한편, 인공 경량 잔골재 사용에 따른 재령별 압축강도 저감 문제는 비정질 금속섬유를 혼입시키더라도 큰 개선점이 도출되지 아니하므로, 압축강도의 저감을 고려한 철저한 설계 기준 마련과 품질 관리가 요망된다. 다만, 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르에 비정질 금속섬유를 혼입함에 따라 압축강도 대비 휨강도 비가 향상되어 압축강도와 휨강도가 고르게 발현되어야 하는 부분에 효과적으로 적용할 수 있다.

인공 경량 잔골재 사용에 따른 휨강도 저감 문제는 비정질 금속섬유 혼입에 의해 크게 개선되어, 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 혼입시키는 경우에는 천연 잔골재를 사용한 모르타르보다 휨강도가 높게 발현됨은 물론, 천연 잔골재를 사용하고 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 혼입시킨 경우와 거의 대등한 수준의 휨강도가 발현됨을 알 수 있었다.

인공 경량 잔골재 사용에 따른 할렬 인장강도 저감 문제 역시 비정질 금속섬유 혼입에 의해 크게 개선되어 비정질 금속섬유를 20kg/㎥ 혼입시킨 경우 천연 잔골재를 사용한 모르타르(비정질 금속섬유는 혼입시키지 않은 상태)와 동등 수준의 인장강도가 발현되고, 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 혼입시킨 경우에는 천연 잔골재를 사용한 모르타르(비정질 금속섬유는 혼입시키지 않은 상태) 보다 높은 인장강도가 발현됨을 알 수 있었다.

인공 경량 잔골재 사용에 따른 탄산화 깊이 증가 문제는 비정질 금속섬유 혼입 방법으로는 극복하기 어려운 것으로 판단되나, 인공 경량 잔골재를 사용한 모르타르에 비정질 금속섬유를 30kg/㎥ 혼입시킨 경우, 비정질 금속섬유를 혼입하지 않은 경우보다는 탄산화 깊이가 저감되었으므로, 건축 재료 계획 시 이 점을 고려할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이전 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

해당없음

Claims

인공 경량 잔골재가 적용된 재령 28일 압축강도 30MPa 이상의 모르타르 조성물로서,
결합재량 340kg/㎥, 인공 경량 잔골재량 502kg/㎥ 및 물결합재비 50wt%이고,
상기 결합재는 시멘트와 고로슬래그 미분말이 중량비 6:4로 혼합되고,
상기 인공 경량 잔골재는 석탄재와 준설토의 혼합물을 1,100~1,200℃에서 소성함으로써 제조한 것으로서, 소수점 둘째자리에서 반올림한 조립율 4.6, 표건밀도 1.6~1.8, 절건밀도 1.5~1.7, 흡수율 8~9%, 단위 중량 980~1,100g/L인 것을 프리웨팅(pre-wetting)하여 적용하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유가 20~30kg/㎥ 함유되어,
모르타르 플로우 150㎜ 이상,
단위 중량 1.68kg/L 이하,
재령 28일 압축강도 대비 휨강도 비(Fb/Fc) 20% 이상,
재령 28일 압축강도 대비 할렬 인장강도 비(Ft/Fc) 9% 이상,
재령 28일 건조수축율 0.1% 이하,
촉진 탄산화 시험에 의한 재령 28일 탄산화 깊이 3.2mm 이하인 것을 특징으로 하는 저수축 경량 모르타르 조성물.
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