기포제와 경량골재를 사용한 경량기포콘크리트의 물성에 관한 실험적 연구

Abstract

본 실험적 연구의 목적은 최근에 새롭게 개발된 합성 기포제의 재료 특성을 분석하고, 기포제와 경량골재를 혼입한 경량기포콘크리트의 물리적 특성을 파악하여, 최종적으로 기존의 경량기포콘크리트의 성능 개선 및 기준에 적합한 배합을 도출하는 것이다. 본 연구는 크게 기포제의 재료 특성(Series 1)과 기포제 및 경량골재 혼입에 따른 경량기포콘크리트의 특성(Series 2, Series 3)으로 구성되어 있다. 우선, 기존에 현장에서 사용되어지는 식물성 기포제와 새롭게 개발된 합성 기포제를 농도에 따라 비교 및 분석하였다. 기포의 성능 평가를 위해 발포율, 시간에 따른 소포 현상 및 수용액으로의 상변화, 그리고 현미경을 이용하여 기포의 형상 및 분포에 대해 측정하였다. 식물성 기포제는 합성 기포제보다 2배 이상 높은 발포율을 나타냈지만, 소포되는 양과 수용액으로 상이 변화하는 용적이 높게 측정되었다. 식물성 기포제는 200㎛ 이상의 크기와 다면체 구조에 가까운 형상으로 구성되어 있고, 합성 기포제는 보다 작고 구형에 가까운 형상의 기포를 이루고 있었다. 이를 통해 합성 기포제의 안정성이 보다 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 위의 실험을 기반으로 기포제의 종류에 따라 경량기포콘크리트의 특성을 파악하기 위하여 혼입률에 따라 실험을 진행하였다. 현장 적용을 위해 KS F 4039 0.6품 성능 기준에 근거하여 플로우, 기포 슬러리 비중, 겉보기 비중 및 압축강도를 측정하였고, MIP를 이용하여 공극 분포를 분석하였다. 기포제 종류와 상관없이 유사한 경향을 나타냈으나, 합성 기포제를 이용한 경우 플로우, 밀도, 압축강도에서 식물성 기포제를 사용한 시험체보다 모두 높은 값이 측정되었다. 또한, 공극 분석 결과 합성 기포제가 보다 작고 안정한 기포를 형성하여, 경화 된 시험체 내부에 작은 크기의 공극을 형성한 것을 확인하였다. 이를 통해 경량기포콘크리트의 물리적 특성에 기포의 재료적 특성이 많은 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 합성 기포제를 사용하여 기포를 60, 65% 혼입한 경우에 0.6품 성능 기준을 만족하는 값을 나타내었다. Series 3은 경량기포콘크리트의 성능 개선 및 충격음 저감을 위한 연구의 일환으로 합성 기포제와 2종의 경량골재를 사용하여 실험을 진행하였다. 본 실험도 KS F 4039 0.6품 성능 기준에 근거하여 플로우, 밀도, 압축강도를 측정하였고, 경량골재의 침하 및 부립을 분석하였다. 경량골재의 종류와 상관없이 혼입률이 증가할수록 플로우, 밀도, 압축강도 모두 높아지는 경향을 나타냈으며, 또한, LWA_B는 LWA_A보다 플로우와 압축강도 값이 낮게 측정되었고, 높은 침하현상을 확인할 수 있었다. 이는 경량골재의 입형과 밀도에 기인하는 것으로 사료된다. 경량골재 LWA_A 20%를 혼입한 배합에서 0.6품 성능 기준에 가장 부합하는 값을 보였으나, 밀도 측면에서 다소 높게 측정되었다. 본 연구를 기반으로 경량골재 혼입량에 따른 물리적 성능의 증감율을 확인하여 목적에 맞는 배합 산출이 가능할 것으로 사료되며, 경량골재 혼입으로 인해 면밀도 상승에 따른 강도 증진과 공진현상 제어로, 충격음을 저감 할 수 있다고 판단된다.