냉동창고 보수시공용 극저온경화성 시멘트모르타르 개발에 관한 연구

Abstract

철근콘크리트구조물의 보수시공 및 구조체 시공에 사용되는 시멘트계 모르타르 및 콘크리트는 물과 반응하는 수화반응에 의하여 경화되게 된다. 따라서, 물을 사용하는 시멘트계 모르타르 및 콘크리트는 물의 결빙을 방지하여 수화반응을 유지시키기 위해서 보통 5℃이상의 외기온에서 시공을 실시하거나 보온양생 등을 사용하여 양생온도가 5℃이상이 되도록 유지하는 것이 일반적인 시공방법이다1). 그러므로, 외기온이 영하상태의 특수 시공 상황 이거나 또는 냉동창고와 같이 -10℃정도의 극저온 상태를 유지해야만 하는 특수 환경 상태에서 시멘트계 모르타르 및 콘크리트를 이용하는 보수시공 및 구조체시공은 거의 불가능에 가깝다고 할 수 있다. 본 연구에서는 외기온도가 -10℃인 냉동창고 보수시공용 보수모르타르를 개발하는 것을 최종 목표로 하여 실험적 연구를 실시하였다. 실험에서는 시멘트를 바인더로 하여 극저온경화성 재료의 개발을 위하여 조강재, 저온경화재, 촉진재 등의 혼화재를 사용한 페이스트 실험을 실시하여 시공성과 강도특성을 고려한 최적의 시멘트계 보수재료를 개발하고 이를 사용하여 극저온경화형 보수모르타르 실험을 통하여 개발된 보수재료의 타당성을 실험적으로 검증하였다. 본 연구에서는 외기온이 영하상태의 특수 시공 상황 이거나 또는 냉동창고와 같이 -10℃정도의 극저온 상태를 유지해야만 하는 특수 환경 상태에서 시멘트계 모르타르 및 콘크리트를 이용하는 보수시공을 하기 위해서 저온에서 경화할 수 있는 저온경화형 모르타르를 개발하여 페이스트 실험과 모르타르를 이용한 기존 보수재료와의 비교실험을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 시멘트를 바인더로 하여 극저온경화성 재료의 개발을 위하여 조강재, 저온경화재, 촉진재 등의 혼화재를 사용한 페이스트 실험을 실시하여 시공성과 강도특성을 고려한 최적의 시멘트계 극저온 경화성 분체의 최적 배합비를 제안하였다. 2) 20℃와 4℃ 및 극저온환경(-10℃)에서 보수재료별 압축강도와 휨강도를 측정한 결과, 20℃에서는 모든 모르타르의 압축강도와 휨강도가 나왔으나, -10℃에서의 압축강도와 휨강도가 저온경화형 모르타르를 제외하고는 모든 모르타르에서 측정되지 않는 것을 알 수 있었다. 3) -10℃에서 저온경화형 모르타르의 압축강도가 1일에 9.8MPa이고, 3일에 11.9MPa 이므로 냉동창고 보수용 시멘트계 보수재료로서의 사용하기에 적절하다고 판단된다. 4) 20℃와 -10℃에서 모르타르의 종류별 SEM을 이용하여 미세구조를 분석한 결과 저온경화성 모르타르에서만 에트링자이트가 생성되는 것을 알 수 있었다. 5) TG/DTA 분석에서는 양생온도에 따른 Ca(OH)₂ 생성량 등을 비교하여 수화진행 상태를 비교한 결과 수화생성물의 차이를 확인할 수 있었고, 그 결과 수화반응이 양생온도에 따라 큰 차이를 가진다는 것을 알 수 있었다. 6) 극저온 경화성 시멘트모르타르의 가장 큰 특징은 상온인 20℃와 극저온인 -10℃의 DTA곡선의 형상이 비슷하게 나타나 개발된 극저온 경화성 시멘트모르타르가 극저온에서도 수화반응에 의한 강도발현이 일어났음을 알 수 있었다. 7) 본 연구는 냉동창고용 보수모르타르 개발을 위한 기초적인 실험을 실시한 결과이며, 대량제조의 경우 물성변화 및 시공성 변화에 관한 연구와 경화후 변형 및 내구성평가에 관한 연구가 금후의 연구과제라고 판단된다.; The object of this study is to develop the strength behavior of mortar under low-temperature(4℃～-10℃). For this, with carrying out paste experiments, cure a paste as a fixed temperature of -10℃ base a classified mineral content that can be hardened at low temperature. then investigate a temperature record and specific strength. And, normal mortar possessing the W/C ratio 0.45 and repair mortars were cured at each primary factor variation of three classified curing stage, which are initial curing(20℃ standard sealed curing), main curing(low temperature(-10℃) sealed curing) and subsequent curing(4℃ sealed curing). Hence, the strength develop and freezing resistance of mortar were investigated and analyzed comparing the compressive strength and physical properties of cured mortar at the age of one and three days with those of the standard cured mortar. For micro structure analysis, we took some pictures of micro structure by SEM & TG/DTA in each type of curing temperature at same age. As a result of the test we could get some conclusions. 1) For developing a extremely low temperature indurative material, carrying out a paste experiment using a admixture such as high early strenghners, low temperature hardeners and acceleraters. This proposed the best suited mixing ratio of it with considering specific of construction and intensity. 2) After measuring compressive strength and bending stiffness of each repair materials at 20℃, 4℃ and a extremely low temperature like -10℃. It show that can measure both of compressive and bending strength at 20℃, but at -10℃ can't do it except a extremely low temperature hardable mortar(ELTHM). 3) 1day-compressive strength of ELTHM was 9.8MPa and 3day of it was 11.9MPa under temperature of -10℃. This results show it can be used as repair materials of a cold store. 4) After analyzing microstructure of each mortar with SEM at 20℃ and -10℃, It was found that ettringite was formed only from ELTHM 5) Through results from comparing a state of hydration with TG/DTA analysis of Ca(OH)2 product's quantity according to the curing temperature, difference of products can be checked. In conclusion, hydration shows a big difference according to the curing temperature. 6) The best feature of ELTHM is DTA curve of both 20℃ and -10℃ is almost same. So it is known that ELTHM can get a strength even at the extremely low temperature.