分散劑를 添加한 몰탈 및 콘크리트의 流動性에 미치는 시멘트 水和特性의 影響

Abstract

시멘트와 분산제의 상호작용에 의한 분산성 차이에 미치는 시멘트특성의 영향을 고찰하기 위하여 시판 시멘트의 특성, 시멘트중 석고의 형태 및 함량, 시멘트 초 기 수화활성등의 분산성 영향인자가 나프탈렌술폰산계 및 폴리카르본산계 고성능 감수제 사용시의 분산특성에 미치는 영향을 실험실적 조건 및 Plant 조건에서 연구 하 였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 시판 시멘트와 화학 혼화제의 상호작용 시판용 보통포틀랜드 시멘트는 제조메이커별로 화학조성 및 광물특성등이 상이 하였으며, 동일한 화학 혼화제를 첨가한 경우에 플로우 특성은 현저히 달랐다. 이러 한 유동특성의 차이로부터 시멘트와 혼화제간에는 분산성능의 차이에 관계하는 상성 이 존재하는 것이 확인되었다. 이러한 상성의 차이를 발생하는 시멘트의 특성요소 로는 수화물 생성속도와 수화액상중의 황산이온 농도가 크게 영향을 미치는 것으로 사료된다. 특히, 수화액상중의 황산이온 농도변화는 주로 시멘트중의 가용성 알칼리 의 함량에 기인하며, 황산이온은 혼화제 분자와 경쟁흡착관계를 형성하여,혼화제의 흡착밀도를 변화시킴으로써 플로우 특성변화에 영향을 미치고 있으며, 분산성능을 증대시키기 위한 적정치가 존재하는 것으로 파악되었다. 2. 석고형태 및 함량이 분산성능에 미치는 영향 시멘트중 석고는 반수화율 및 SO₃함량 차이에 의해 수화시 액상중의 황산이온 농도를 변화시키고, 시멘트 간극상의 초기수화를 제어하여 수화물의 비표면적의 변 화에 영향을 미치고 있다. 이러한 석고의 반수화율 및 SO₃함량이 높을수록 혼화제 종류간 다소의 차이는 있으나, 몰탈의 플로우 성능은 증대되는 것으로 나타났다. 수화액상의 SO₄^(2-)이온농도는 수화 극초기 단계이후 석고의 반수화율이 낮은 시 멘트의 경우 급속히 감소하는 경향이며, 액상중에 잔존하는 혼화제의 농도도 함께 감소하는 것으로 나타났다. 이는 반수화율이 낮고 SO₃함량이 낮을수록 현저하여 이 시기에 시멘트의 수화가 적절히 제어되지 못하고 있음을 알수 있다. 시멘트의 수화물의 비표면적 증가속도 변화는 석고 반수화율이 크게 영향하여 반수화율이 높은경우 수화물의 비표면적 증가속도는 적은것으로 나타났다. 혼화제 의 흡착량은 석고 반수화율이 낮아 수화물의 생성속도가 빠른경우에 증가 하였고 반 수화율이 높은경우에는 혼화제의 전체적인 흡착량은 적었으나, 수화물의 비표면적 이 적어 시멘트 단위 비표면적당 혼화제의 흡착밀도는 큰것으로 나타났다. 이는 석고의 반수화율이 큰 시멘트의 플로우 성능이 증가한 이유로 사료된다. 석고의 반수화율이 높은경우 수화가 적절히 제어되어 액상중 황산이온의 경시 변화가 적고, 액상중에 잔존하는 혼화제 농도가 높았다. 액상중에 잔존하고 있는 보 다 많은 양의 혼화제는 경시적으로 수화물 표면에 흡착할 수 있기 때문에 플로우 경 시 변화가 적었다. 또한 석고 반수화율이 높은 경우의 양호한 플로우 유지율은 황산 이온과 PNS 혼화제간의 흡착 평형식 의한 혼화제의 흡착사이트 점유율의 관계에 의해서도 설명이 가능하였다. 3. C₃A상의 수화활성이 분산특성에 미치는 영향 C₃A상의 형태는 알칼리의 고용에 의하여 cubic상에서 orthorhombic상으로 전 이하며, orthorhombic형 C₃A함량 증가에 따라 시멘트의 수화활성이 증가하고, 플로 우 성능은 뚜렸하게 감소하는것이 파악되어, C₃A상의 형태변화에 의한 수화활성 차 이에 의한 수화속도 차이가 분산제를 첨가한 몰탈의 분산특성에 크게 영향을 미치는 것으로 사료된다. 한편, C₃A상의 형태변화는 클링커의 SO₃/Na₂O_(eq).몰비에 의하여 조 절이 가능하여, SO₃/Na₂O_(eq).몰비가 증가할 경우 orthorhombic상의 생성이 감소하였는데 이는 클링커 소성과정에서 sulphate가 알칼리와 우선적으로 결합하여 알칼리-sulphate 화합물을 생성하므로써 C₃A상에 고용하는 알칼리량을 감소시키기 때문 으로 사료된다. 4. Plant 적용을 통한 시멘트의 분산성 영향평가 시멘트제조 공정에서 분쇄온도는 첨가된 석고의 형태를 변화시킴으로서 시멘트 의 분산특성에 영향을 미친다. 특히, 분쇄온도 상승에 의하여 석고의 반수화율이 증 가할 경우에 초기유동성 및 유동성 경시변화 두가지 측면에서 바람직한 것으로 파악되었다. 또한 분쇄온도에 따라서 적절한 살수를 실시할 경우 시멘트의 유동특성을 증진시킬수 있음을 확인하였다. 이는 초기 수화활성이 큰 C₃A의 반응성을 저하시킨 결과로 판단되며, 살수시 시멘트 수화반응열이 감소하는 것을 확인할 수가 있었다. C₃A는 시멘트의 초기 플로우를 감소시키고 플로우의 경시변화율을 크게하여 분 산특성을 저하시킨다. 이는 C₃A의 함량증가에 따른 수화초기 AFt수화물의 생성량 증대 및 지속적인 수화촉진에 의한 수화물 생성량의 증대에 의한 것으로 판단된다. 한편 C₃A는 클링커의 소성후 냉각속도를 빠르게 하므로서 실제 생성량을 낮출수 있음을 확인하였으며, 이로인한 시멘트의 수화활성 감소를 통해 유동성이 증진됨이 파악 되었다.; The effect of compatibility between cement and dispersants on mortar and concrete flowability was studied by using commercial cements, laboratory-made cements with various characteristics of different form and content of gypsum and different initial hydration reactivity, and 2 dispersants, of poly-naphthalene sul-fonate(PNS) and poly-carboxylate(PC). The tests were carried out both in labo- ratory and plant conditions. The results obtained by this study are summarized as follows. 1. Interaction between Commercial Cements and Chemical Admixtures The cements were different in chemical and mineral composition depending on its origin, and showed significantly different fluidity of mortar. According to this result, it was made clear that there exists compatibility between cement and chemical admixture which affecting dispersibility and also that the compatibility is strongly affected by specific surface area of cement hydrates and the sulfate ion concentration in solution. Sulfate ions which absorb on cement hydrates competitively with admixtures are mostly originated from the alkali sulfate of cement. Sulfate ions absorb on and this strongly affects the dispersing ability and there exists optimum sulfate ion concentration for dispersibility. 2. Effect of Form and Content of Gypsum on Dispersibility Sulfate ion concentration is dependent on the content and the dehydration degree of gypsum, and it affects initial hydration reactivity of cement which resulting in the change of specific surface area of cement hydrates. Mortar fluidity tended to improve with increasing dehydration degree and SO₃ content. With the decrease of dehydration degree and SO₃ content, SO₄ 2- concentration tended to decrease more rapidly after immediate hydration of cement and the concentration of admixture remaining in solution was also decreased at the same time. This means that initial hydration was not properly controlled by the decrease of the dehydration degree and SO₃ content. Specific surface area of cement hydrates increased with the decrease of dehydration degree of gypsum and the adsorption rate of admixture was also increased. On the contrary, the adsorption rate of admixture was decreased with the increase of dehydration degree but the adsorption density was increased due to the low specific surface area, so that mortar flow showed higher value. The increase of fluidity retention rate with higher dehydration degree can be explained by the adsorption equilibrium isotherm of sulfate ion and PNS admixture. 3. Effect of C₃A Hydration Reactivity on Fluidity Cubic form of C₃A transforms into orthorhombic form by substitution solution of alkalis and hydration reactivity increased with the increase of orthorhombic C₃A which resulting in the decrease of fluidity. Meanwhile, crystal form of C₃A was also affected by the molar ratio of SO₃/Na₂O_(eq). and the amount of orthorhombic C₃A decreased with the increase of SO₃/Na₂O_(eq). It is due to the decrease of remaining alkalis which can combine with C₃A by their preferential combination with sulfate to form alkali-sulfate compound. 4. Investigation on Dispersibility by Plant Application The change of gypsum form due to grinding temperature affects the affects fluidity. Fluidity and fluidity retention of mortar and concrete were improved by the increase of dehydration degree by high grinding temperature. Spraying adequate amount of water during grinding also helped to improve fluidity and this seems to be due to the decrease of hydration reactivity of C₃A by prehydration. Meanwhile, the increase of cooling rate of clinker decreased the formation of real C₃A and this helped to improve fluidity.