SBR계 폴리머 혼입 모르타르의 진동 감쇠 성능 평가 연구

Abstract

최근 건설구조물에서는 구조체를 통해 전해지는 진동 에너지를 제어하는 것은 사회적, 산업적으로 중요한 요소가 되었다. 층간소음 및 초정밀 제작 산업에서의 건설구조물에서 진동 감쇠 제어는 구조체의 두께 증가를 통해 진동 에너지를 제어하고 있다. 그러나, 구조체의 증가는 경제성을 감소시키는 문제점을 가지고 있으며, 재료 자체의 진동 감쇠 성능을 향상시켜 진동을 제어하는 연구는 매우 부족한 실정이다. 이에 따라, 본 연구에서는 마감재 및 그라우트 등 시멘트계 재료에 가장 많이 사용되는 폴리머를 혼입하여 진동 감쇠 성능을 측정하고, 폴리머의 혼입률에 따른 시멘트계 재료의 진동감쇠비를 측정하여 진동 감쇠를 위한 폴리머 혼입 모르타르의 적합한 폴리머 혼입률 배합비를 평가한다. 현재 시멘트계 재료에 대한 진동 감쇠 성능을 평가하는 방법은 불명확한 상태이다. 이에 따라, 본 연구에서는 시멘트계 재료에 대한 진동 감쇠 성능 측정 방법을 정량화하여 실험을 진행하였으며, 진동 감쇠 성능을 측정하는 과정에서 시멘트계 재료가 받는 주변의 영향을 최소화하였다. 따라서, 본 연구는 폴리머 혼입 모르타르를 대상으로 폴리머 혼입률에 따른 실험체의 역학적 성능 및 진동감쇠비 성능 평가를 실시하였다. 폴리머로서는 Styrene Butadiene Rubber (SBR) 고형분이 약 49~51%인 액상형 폴리머를 사용하였으며, 5%씩 액상 폴리머 함량을 증가시켰으며, 고형분 기준으로 약 2.5%씩 증가하였다. 실험체는 KS L ISO 679 기준에 따라 40×40×160(mm)으로 제작하여 경화 후에 압축강도, 휨강도, 초음파펄스법을 통해 진동감쇠비를 측정하였다. 역학적 실험과 진동감쇠비 측정을 통해 다음 과 같은 결론을 얻었다.

1) 경화 전 모르타르에서는 플로우와 겉보기 밀도를 측정하였으며, 플로우는 기존 선행 연구에 따라 기준점을 210(±5)mm로 선정하여 배합설계하였다. 또한 밀도의 경우 폴리머의 혼입을 통해 공기량의 증가에 따라 밀도가 감소되었다가 폴리머의 추가 혼입을 통해 밀도가 증가하는 경향을 확인했다.

2) 28일간 양생 후 경화된 모르타르에서는 역학적 성능평가로서 압축강도와 휨강도를 측정하였다. 압축강도는 폴리머가 2.5% 혼입되었을 때, 폴리머가 혼입되지 않은 모르타르와 유사한 경향을 보였으며, 폴리머의 추가 혼입에 따라 압축강도가 감소되는 경향을 확인했다. 휨강도는 폴리머가 혼입됨에 따라서 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 폴리머가 10% 혼입되었을 때, 7.5% 대비 휨강도 감소되는 경향을 확인했다.

3) 초음파 펄스 기기를 통해서 각 실험체의 진동감쇠비 산출하였으며, 폴리머를 혼입하지 않은 모르타르에서 가장 낮은 진동감쇠비를 확인할 수 있었다. 또한, 폴리머가 추가됨에 따라서 2.5% 혼입되었을 경우 약 11% 증가하는 경향을 확인할 수 있었고, 5% 혼입률에서는 약 28% 증가, 7.5% 혼입률에서는 약 33% 증가, 10% 혼입률에서는 약 72%가 증가하는 경향을 확인했다.

4) 본 연구를 통하여 폴리머 혼입 모르타르의 역학적 성능과 진동감쇠비를 고려한 결과 혼입되는 최적의 폴리머 혼입률은 시멘트 중량 대비 폴리머 고형분 5%로 판단된다.