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발수성을 갖는 천연제올라이트의 개발 및 이를 활용한 시멘트 모르타르의 물리적 성능과 내구성능 평가에 관한 연구

Title
발수성을 갖는 천연제올라이트의 개발 및 이를 활용한 시멘트 모르타르의 물리적 성능과 내구성능 평가에 관한 연구
Other Titles
Research on development of natural zeolite with water repellency and evaluation of physical performance and durability of cement mortar using it
Author
윤창복
Alternative Author(s)
Yoon, Chang Bok
Advisor(s)
이한승
Issue Date
2021. 2
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
콘크리트는 현대 건축에서 가장 일반적으로 사용되는 건축재료 중의 하나이다. 그러나 콘크리트는 외부 환경에 따른 수분 침투 및 이산화탄소, 염화물과 같은 다양한 열화 인자에 노출되어 시간이 지남에 따라서 점점 내구성이 저하될 수 있는 단점이 있으며, 이 중 콘크리트의 수분 침투로 인한 내구성의 저하는 가장 빈번하게 발생한다. 콘크리트 구조물의 내구성 저하의 원인에는 콘크리트의 미세한 공극을 통한 수분의 침투로 콘크리트에 매립된 철근의 부식과 콘크리트의 팽창에 의한 내구성 저하가 있으며, 이러한 수분침투 및 미세공극으로부터 발생하는 피해를 방지하기 위해 다양한 연구가 이루어 지고 있다[1][104]. 시대의 변화에 따라 구조물이 대형화, 초고층화의 추세에 따라, 고기능·고품질 및 다양한 기능을 갖는 콘크리트 개발에 대한 요구가 계속하여 증가하고 있으며, 철근콘크리트 구조물의 내구성능을 향상을 위한 다양한 혼화재료가 사용되고 있고[2], 콘크리트의 내구수명 증가 및 수분으로 인한 열화 및 피해를 방지하기 위한 목적으로 콘크리트 표면에 액상의 침투성 흡수방지재를 도포함으로서 별도의 시트와 같은 보호층이 없이 콘크리트 표면의 내구성 향상을 위한 기술이 개발되어지고 있다[4-7]. 하지만, 이렇게 제조된 흡수방지제의 경우, 콘크리트 표면에 분포된 미세기공까지 침투하지 못하고 외부영향(자외선, 동결, 균열 등)에 의해 열화 및 박리로 인해 콘크리트 표면보호를 위한 방어기제로서 역할을 할 수 없게 되고 이를 보완하기 위하여 재 시공주기가 짧아지게 되며[8], 그에 따른 비용과 시간이 소요되고 더불어 콘크리트의 내구성을 저하시킬 수 있다. 이러한 수분의 침투를 방지하기 위한 기존 표면처리공법의 단점을 보완할 수 있는 방법으로 콘크리트 내부에서의 발수성능 확보의 필요성이 요구되고 있지만 그에 대한 연구는 부족한 실정이다[1],[104]. 또한 콘크리트의 내구성 증진을 위하여 새로운 시멘트 혼합재료를 사용함으로써 내구성능을 증진 및 개발하는 연구가 진행되고 있다[104]. 시멘트의 사용량의 감소 방안 및 친환경적인 재료의 특성연구 및 압축강도를 보완하고 내구성증진을 위한 재료의 개발 및 처리 기술에 집중하고 있으며[9], 이러한 혼화재료의 대체재료로 천연 제올라이트를 활용한 연구가 계속 이루어져 오고 있다[10]. 고품질의 천연 제올라이트를 시멘트계의 혼화재료로 사용하는 경우 천연 제올라이트의 SiO2 및 Al2O3과 시멘트의 Ca(OH)2와의 포졸란 반응이 공극으로 인한 투기성을 감소시키고 알칼리 골재 반응의 억제, 장기강도의 증진 등 콘크리트의 물리적, 내구성능을 개선시키는 역할을 한다고 기존의 연구 결과를 통하여 알려져 있다[2,10,92-95]. 천연 제올라이트는 내부에 많은 기공을 보유하고 있는 포졸란계 천연 광물로서 액체 및 고체의 성능을 부여하여 원하는 성능을 갖는 함침기법에 탁월한 재료로써, 이러한 천연 제올라이트가 갖는 장점에도, 국내에서는 대부분 CO2 흡착 및 2차 제품 적용연구가 주를 이루고 있다. 그러나 천연 제올라이트를 시멘트계 혼화재료로 활용한 연구가 다소 부족한 실정으로[1] 천연제올라이트를 새로운 혼화재로서의 적용을 위한 연구는 새로운 혼화재를 개발하는 측면과 동시에 국내에 분포된 부존자원을 활용하는 차원에서도 매우 중요하다고 사료된다[1]. 따라서 본 연구에서는 수분에 의한 콘크리트 구조물의 피해 저감 및 내구성을 확보하고 기존의 표면처리기법의 단점을 보완하기 위하여, 콘크리트 표면에서의 발수가 아닌 구체 내부에서부터 발수성능을 보유하는 발수 콘크리트의 개발을 목적으로 발수성능을 갖는 천연 제올라이트의 개발 및 이를 활용한 시멘트 모르타르의 물리적 특성 및 내구성능에 관한 실험적 연구를 진행하여 평가하였다. 본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1장에서는 연구의 배경 및 목적, 논문의 구성에 대하여 기술하였다. 제 2장에서는 콘크리트 구조물의 내구성 저하의 원인 및 표면 처리기법과, 이를 적용한 콘크리트의 연구동향 및 천연 제올라이트를 시멘트계 혼화재료로서 사용한 연구동향과 이론적 고찰에 대하여 기술하였다. 제 3장에서는 시멘트계 혼화재료로서 천연제올라이트의 성능을 평가하기 위하여, 천연제올라이트의 분말도와 치환율에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도 및 활성도 지수를 평가하고 열중량 측정과 시차열 분석을 통한 수화생성물을 평가하여 천연제올라이트가 혼입된 시멘트 모르타르의 내구성 및 물리적 특성에 대하여 평가하였다. 제 4장에서는 발수제를 함침한 천연제올라이트의 성능평가 실험으로서 최적 발수담체의 선정을 위하여 콘크리트에 혼입되는 혼화재료 및 잔골재와 천연제올라이트에 발수성능을 부여하고 시멘트 모르타르내에 혼입하여 물리적 성능 평가 및 미세구조 분석을 실시하였다. 제 5장에서는 발수성을 갖는 천연 제올라이트가 혼입된 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 물리적 성능 및 내구성능 평가로서, 시멘트 모르타르의 물리적 성능 및 내구성능을 평가하고 기준모르타르와의 정량적인 비교 분석을 통해 그에 따른 내구연한을 도출하였다. 제 6장에서는 각 장의 소결을 종합하여 본 논문의 결론을 기술하였다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/159863http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000486005
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ARCHITECTURAL ENGINEERING(건축시스템공학과) > Theses (Ph.D.)
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