시멘트 콘크리트 포장은 시공초기의 품질관리가 포장의 장기공용성에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 시공초기에 발생되는 문제점을 최소화하기 위한 다양한 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 시멘트 콘크리트의 품질관리에서 양생은 중요한 사항이며, 포장용 시멘트 콘크리트에서도 양생시에 양생제를 사용하여 슬래브 표면에 불투수 막을 형성하여 수분증발을 방지하는 피막양생 (membrane curing)을 많이 사용하고 있다. 양생제의 역할은 콘크리트 표면의 수분증발억제에 있다. 국내에서 사용되고 있는 양생제는 시공품질관리 측면에서 살포량이 적정한지에 대한의문이 계속 제기되어 왔다. 본 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장 시공시 살포되는 양생제의 양을 조정하여 다양한 살포량에 따른 증발량 관측을 통해 양생제 살포량과 수분증발량 변화와의 상관관계를 제시하였다. 이를 위해 2002년과 2003년 여름철에 고속도로 시공현장에서 4회에 걸쳐 다양한 양생제 살포량$(0에 따른 증발량 콘크리트 포장의 온도변화, 콘크리트 표면의 강도발현속도(초음파 전달속도) 등을 측정하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 현재 국내 시공현장에서의 양생제 살포량은 약 $160ml/m^2$으로 나타났고, 수분증발은 억제하고 적정한 보습효과를 얻기 위한 최적 양생제 살포량은 약 $400ml/m^2$인 것으로 분석되었다. 강도발현속도 시험결과 양생제의 살포량의 변화가 장기강도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
본 연구는 내한촉진제를 사용한 콘크리트의 현장 적용성을 알아보기 위한 기초적인 실험으로서, 실물부재시험을 통해 각종 양생방법에 따른 온도이력 및 강도특성을 검토하고 한중콘크리트에서 실구조물과 동일한 강도이력을 가질 수 있도록 강도관리용 공시체의 적정 양생방법을 평가하기 위한 것이다. 실물부재시험에서 양생방법에 따른 온도이력은 일반콘크리트(단열양생), 일반콘크리트(급열양생), 내한촉진제 콘크리트 및 일반콘크리트(양생막 양생) 순으로 크게 저하하는 경향을 보이고 있었다. 강도특성은 양생조건이 열악한 양생막 내 외부에서의 일반콘크리트 공시체의 경우에는 초기동해에 따른 강도발현 저하를 보인 반면에 내한촉진제 콘크리트의 경우에는 재령이 경과할수록 계속적인 강도발현을 보이고 있어 내한촉진제의 사용에 따른 동결온도 저하효과 및 저온환경하에서의 경화촉진효과를 나타내고 있었다. 한중콘크리트의 강도관리용 공시체의 적정 양생방법을 검토한 결과, 부재 내부에 매립하여 양생한 경우 및 간이단열양생을 실시한 경우에 있어서의 구조체 콘크리트와의 온도이력은 다소 차이를 나타내고 있지만, 코어강도와는 비교적 근사하게 나타나고 있어 구조체 강도평가를 위한 이들 양생방법의 유효성을 확인할 수 있었다.
최근 콘크리트 품질과 관련된 이슈로 시멘트의 원가절감 및 잔골재의 품질저하로 인해 콘크리트 표면의 들뜸, 레이턴스의 과다로 인한 표면 스케일링 및 소성수축의 증가로 인한 균열발생 등의 표면품질 하자 발생사례가 지속적으로 증가되고 있으며, 사회적인 이슈로 인해 미세먼지 및 배기가스로 인한 환경문제를 해결하고자 도로구조물의 광촉매 적용이 시도되고 있다. 이에 본 연구에서는 현장에서 편리하게 적용될 수 있는 양생 방법 중 작업 속도 및 효율성에서 우수한 양생제를 개발하고자 하였으며, 이와 더불어 표면층의 광촉매 코팅을 위한 나노사이즈의 이산화티탄(TiO2)의 혼입 및 분산방안을 평가하여 광촉매 작용이 가능한 다기능성 피막양생제를 개발가능성을 검토하고자 하였다. 실험결과 실리콘계 및 실란계는 굳지않은 콘크리트 표면에서 신속하게 피막을 형성하는 성능을 보이기 때문으로 양생제로서의 원료로 검토를 진행하여 기존의 양생제보다 피막성능이 우수한 고성능 피막 양생제를 개발하였다. 나노물질의 적용을 위한 분산방안을 검토하기 위해 분산된 시료를 4주간 옥외폭로하여 분리유무를 통한 안정성을 평가한 결과 초음파 분산기의 성능이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
경화촉진제로서 염화칼슘, 경화억제제로서 수크로오즈를 처리한 포트렌트시멘트의 양생효과를 전자현미경에 의해 관찰한 결과, 경화억제제를 처리한 시멘트는 결정을 이루지 못하고 융기상태로 남아있고, 경화촉진제를 처리한 시멘트는 겔형으로 변한후 육각형의 결정을 이루는 것이 관찰되었다. 또한 시멘트-목재 복합체의 양생은 좀 다른 양상을 보이고있어 경화제가 처리된 WCC는 포플러 스리버 표면에서 작은 융기가 겔상의 표면에 많이 관찰되나 무처리는 거의 일정한 모양의 입자가 관찰되어 시멘트 경화촉진제와 억제제의 효과를 구명하였다.
본 연구에서는 팽창재 및 수축저감제 사용량 변화에 따른 초고성능 콘크리트(UHPC)의 양생조건별 역학적 특성 및 자기수축 특성에 대해 검토하였다. 그 결과 양생조건에 따른 UHPC의 역학적 특성으로 $90^{\circ}C$ 증기양생을 한 시험체는 모두 190 MPa 이상의 압축강도를 나타냈고 $20^{\circ}C$ 수중양생을 한 경우에는 재령 91일에서 증기양생을 한 시험체와 동등한 수준으로 발현되었다. 인장강도는 $90^{\circ}C$ 증기양생의 경우 23.4 MPa의 높은 수준으로 나타났으며 $20^{\circ}C$에서는 다소 저하하였다. 자기 수축 특성으로 양생조건에 따른 최종 수축량의 변화는 나타나지 않았다. 팽창재 및 수축저감제 사용에 따른 UHPC의 압축강도는 $90^{\circ}C$ 증기양생을 한 경우 190 MPa 이상 발현하였다. 자기수축 특성은 팽창재와 수축저감제를 복합 사용한 경우 약 45% 정도 수축저감 효과가 있는 것으로 나타났고 양생조건에 따른 차이는 발생하지 않았다.
지오폴리머 반응은 매우 복잡하며, 플라이애쉬 화학조성, 입도분포, 자극제 농도와 종류, 양생온도, 양생시간 등이 지오폴리머 물성에 많은 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 양생조건이 플라이애쉬 기반 지오폴리머 강도에 미치는 영향을 실험하기 위하여, 양생온도, 고온양생 전 전치시간, 고온에서의 양생시간 등을 변화시켜 양생조건 변화에 따른 지오폴리머 페이스트의 압축강도, SEM, 공극특성 등에 대하여 분석하였다. 실험 결과 양생온도가 높을수록 지오폴리머의 강도는 증가하였으며, 전양생시간이 길어질수록 지오폴리머 강도는 증가되었으나, 고온양생에서의 양생시간이 길어지면 압축강도가 저하현상이 관찰되었다. 고온에서의 양생시간이 길어지면 공극구조의 변화에 따라 강도 저하 현상이 관찰되었다. 따라서 양생온도와 양생시간은 지오폴리머 강도 및 미세구조에 큰 영향을 미치고 있는 것을 확인할 수 있었다.
고 흡수성 폴리머(SAP)가 콘크리트에 혼입되면 슬럼프가 급격하게 감소하여 시공성이 저하되며, 수분 흡수·방출 과정으로 내부 양생 효과를 얻을 수 있고, 콘크리트의 내부 공극을 증가시킨다. 본 연구에서는 감수제를 사용하여 시공성을 확보한 SAP 혼입 콘크리트의 압축강도 및 동결융해 저항성, 염화물 침투 저항성을 평가하여 내부 양생과 공극의 영향을 평가하였다. 또한 콘크리트의 양생 조건을 수중 양생과 봉함 양생으로 구분하여 SAP의 내부 양생 효과를 평가하였다. 실험 결과, SAP 혼입율이 증가할수록 감수제 사용량은 증가하였으며, 압축강도는 SAP 혼입율 1.5%가 가장 큰 압축강도를 나타냈다. 특히, 봉함 양생의 경우 수중 양생보다 큰 압축강도를 나타냈으며, 유효 물-시멘트 비 감소와 내부 양생 효과에 의해 압축강도가 증가한 것으로 판단된다. SAP를 1.0~1.5% 혼입하면 AE제를 혼입한 경우와 유사하게 동결융해 저항성이 개선되었으며, SAP를 1.0% 이상 사용하면 염화물 침투 저항성이 개선되었다. 최적의 SAP 혼입율은 1.5%이며, 2.0% 이상의 혼입율은 압축강도 및 동결융해 저항성에 악영향을 준다.
본 연구는 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 배합선정, 제조 생산, 타설 및 양생 등 실구조물에 대한 적용성에 관한 것이다. 내한촉진제의 사용량 및 물-시멘트비의 선정이 한중콘크리트의 초기동해방지 및 강도증진성상에 커다란 영향을 주기 때문에 배합설계단계에서 충분한 검토가 필요하다. 내한촉진제를 사용한 굳지 않은 콘크리트의 유동성상은 전반적으로 동일 물-시멘트비에서 유사한 결과를 나타나고 있었으며, 고성능감수제의 종류에 따른 경시변화 검토결과, 초기 플로우 및 유동성 손실이 적게 나타나는 폴리카르본산계 고성능감수제가 멜라민계 보다 우수한 것으로 판단된다. 강도관리용 공시체는 기존의 현장봉함 양생보다는 실구조물의 온도이력과 유사한 경향을 보이는 간이단열방법으로 양생하는 것이 유효할 것으로 판단된다. 로지스틱곡선을 이용하여 각 양생 방법별 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 강도증진성상을 검토한 결과, 강도증진에 미치는 내한촉진제의 영향이 상온조건보다는 저온조건 하에서 효과가 높은 것으로 나타났다. 내한촉진제를 사용한 콘크리트는 평균 외기온 $-2^{\circ}C$(최저기온$-12^{\circ}C$)에서 간단한 비닐양생만으로 초기동해 방지를 위해 필요한 압축강도 $5N/{mm}^2$의 발현이 가능하였고 재령28일에 목표로 하는 소요강도를 만족시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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