고로슬래그 골재 및 폴리프로필렌 섬유를 활용한 플라이애쉬 기반 보수재료의 내황산염에 관한 실험적 연구

Abstract

황산염 침투는 지금까지 콘크리트 구조물의 내구성 저하의 심각한 문제로 대두되고 있다. 특히, 콘크리트 구조물이 하수관거, 지하구조물과 같은 황산염 침투의 환경에 놓일 경우 황산염에 의한 침투로 팽창성 수화물이 형성되어 콘크리트의 내구성을 저하시키고 균열을 일으키는 원인이 된다. 본 연구는 서냉 고로슬래그 골재 및 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 플라이애쉬 기반의 보수용 모르타르의 물리적 특성과 황산염 침식에 대한 저항성을 분석하고, 황산염 침식의 환경에 놓인 콘크리트 구조물에 적용하기에 적합한지 알고자 기초 배합부터 황산 침지 시험까지 진행하였다. 모르타르의 기초실험을 기반으로 슬래그골재를 50%, 100%로 치환하여 일반 골재를 함유한 공시체와 비교하였고, 슬래그골재 50%, 100%로 치환한 배합에 섬유를 첨가하여 일반 골재에 섬유를 첨가한 공시체와 비교하여 실험을 진행하였다. 그 결과 강도특성 시험에 있어서 슬래그골재 50%로 치환하고 섬유를 혼입한 공시체가 일반 골재를 함유한 공시체에 비하여 모두 증가하는 값을 보였다. 반면에 슬래그골재를 함유한 공시체가 일반 골재를 함유한 공시체에 비해서 높은 중성화의 깊이와 염소이온 침투 깊이를 나타내었으며, 이는 슬래그 골재의 다공성 입자형상에 의한 공극이 영향을 미치는 것으로 판단된다. 또한 황산나트륨 용액(5%)에 침지 시험을 진행한 결과 슬래그골재와 섬유를 혼입한 배합이 질량 감소와 길이변화에 우수한 저항성을 나타내었다. 압축강도에 있어서 슬래그 골재 50%와 섬유를 혼입한 공시체가 함유하지 않은 공시체에 비하여 강도가 증가되는 경향을 보였다. 반면에 슬래그 골재를 100% 치환한 경우에는 압축강도가 일반 골재를 함유한 공시체에 비해 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이는 슬래그 골재가 다공성을 가지고 있기 때문에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 50% 치환한 경우에는 슬래그 골재가 가지고 있는 최적의 함수량에 의해 골재 주변으로 수화생성이 진행되어서 강도를 증진시킨 것으로 판단된다. 또한, 180일 후 강도가 90일 후 보다 다소 감소되는 값을 나타내는 것을 보아 에트링자이트 및 석고 생성물이 다량으로 생성되면서 슬래그 골재의 공극보다 과포화 되면서 시멘트 메트릭스가 파괴되어 강도가 저하되는 것으로 판단된다. 황산용액에 침지한 공시체의 XRD 및 SEM 분석 결과, 침지 후 석고와 에트링자이트 피크가 관찰되었으며, 슬래그 골재가 함유된 공시체의 내부가 더욱 조밀한 것을 확인할 수 있었다. 이는 에트링자이트 및 석고 생성물이 슬래그 골재의 공극을 채워주어서 물리 및 기계적인 특성을 향상시킨 것이라 판단되며, 분석을 통해 확인하였다. 따라서 개발하고자 하는 모르타르를 지하구조물이나 하수관거 등에 적용하게 되면 황산침식의 저항성이 뛰어나기 때문에 보수재료로서 적합하다고 판단된다.; The sulfate attack has caused a decrease of the durability on the concrete structure. Especially, concrete structures under severe sulfate condition, such as sewage pipes and underground box structure etc, decreased the durability and generated cracks by formation of expansive hydration with sulfate ions. Therefore, this study was studied that sulfate resistance of repair mortar with slag aggregate and P.P fiber and fly ash was evaluated by experiments. Also, basic experiments for physical properties and durabilities were conducted for evaluating a possibility as a repair material. The mix proportion designed that slag aggregate was replaced with 50 and 100% of the general aggregate. In addition, P.P fiber and fly ash were added and replaced with cement. From the results, the compressive strength of the sample with 50% of slag aggregate and P.P fiber was increased in comparison with general sample. However, carbonation depth of the sample with general aggregate and P.P fiber was decreased in comparison with the sample with slag aggregate and P.P fiber due to high porosity of slag aggregates. In addition, in case of the experiment of immersed sulfuric acid, mass change and length change of the sample with slag aggregate indicated excellent resistance of sulfate attack compared with the sample with general aggregate. Also, the compressive strength after immersed sulfuric acid for 90 days was increased in comparison with the sample with general aggregate. It was assumed that the porosity of slag aggregate could be caused to decrease expansion rate with sulfate ion. However, after 180 days, the compressive strength was dramatically decreased with both sample with slag aggregate and general aggregate. It was caused that cement matrix was demolished by ettrigite and gypsum products. Finally, the mortar with slag aggregate and P.P fiber was confirmed that it is suitable to apply to repair material on sulfate environmental condition.