고성능 감수제 및 유동화재2
숙지황
Ⅰ. 콘크리트 혼화재료
1. 개요
혼화재료는 콘크리트 혹은 모르터 배합시 시멘트, 물, 골재 이외의 성분으로서 혼합할 때 필요에 따라 콘크리트의 한 성분으로 더 첨가하는 재료이며 굳지 않은 콘크리트나 경화된 콘크리트 혹은 모르타르의 제성질을 개선하거나, 이를 첨가함으로써 첨가하지 않았을 경우에는 얻기 어려운 특성을 얻기 위해 사용된다.
일반적으로 혼화재료는 사용량, 재료의 작용효과, 사용목적, 및 재료의 조성 등에 따라 국가나 협회에 따라 그 분류가 약간씩 다르다.
우리나라에서는 혼화재와 혼화제로 구별하고 있으며 시멘트에 대한 혼합비가 약 5%이상인 비교적 다량으로 사용되는 무수계미분말 등의 산업부산물을 혼화재로 구분하고, AE제, 감수제 등과 같이 시멘트에 대한 혼합비가 약 3% 이하인 약품과 같이 소량 사용하는 유기계액체 등을 혼화제로 구분하고 있다.
2. 혼화재료의 특성
혼화재료는 물리적, 화학적 작용에 의하여 콘크리트의 제성질을 개선하고 경제성을 향상 시키며 또한 콘크리트에 새로운 특성을 부여한다. 혼화재료를 사용함으로써 개선할 수 있는 콘크리트의 성질은 다음과 같다.
(1) 굳지 않은 콘크리트, 모르터, 및 그라우팅의 성질 개선
① 수량의 증가없이 Workability를 개선, 또는 동일한 Workability에서 수량 감소
② 초기응결시간의 지연 또는 촉진
③ 침하감소 또는 체적팽창
④ Bleeding의 양을 조절
⑤ 골재분리 감소
⑥ 침투성 및 Pumpability개선
⑦ 슬럼프 손실율 감소
(2) 경화중의 콘크리트, 모르터 및 그라우트의 성질 개선
① 빙점을 낮추어 초기동해 방지
② 응결지연
(3) 경화된 콘크리트, 모르터 및 그라우트의 성질 개선
① 수화열 발생의 지연 또는 감소
② 초기재령에서 강도증가율 촉진
③ 강도증진
④ 내구성 및 저항성 증대
⑤ 수분침투억제 및 방지
⑥ 알칼리 골재반응에 의한 팽창조절
⑦ 기포콘크리트 제조
⑧ 철근과 콘크리트의 부착력 증진
⑨ 신구 콘크리트의 부착력 증진
⑩ 내충격성 또는 내마모성 증진
⑪ 방청성 증진
⑫ 착색에 이용
⑬ 살균성 및 살충성
3. 혼화재료의 분류 및 비교
혼화재료는 주로 사용량의 다소에 따라 혼화재와 혼화제로 구분되며 혼화재는 고로슬래그미분말, 플라이애쉬, 시멘트팽창제 등과 같이 비교적 다량으로 사용되며, 혼화제는 AE제, 감수제, 지연제, 유동화제 등과 같이 약품으로서 소량 사용된다.
일반적으로 혼화재와 혼화제를 비교하면 그 특성은 다음과 같다.
(1) 상태
혼화재는 미분말 상태이며, 혼화재는 액체 또는 분말상태로서 일반적으로 물에 희석하거나 용해시켜 사용한다.
(2) 유기·무기계
혼화재는 대체적으로 무기계이며 혼화제는 대체적으로 유기계이다.
(3) 사용량
혼화재는 단위 시멘트량의 약 5%이상으로서 배합설계시 중량을 고려하며, 혼화제는 단위 시멘트량의 약 3%이하로서 배합설계시 중량을 무시한다.
4. 콘크리트 표준시방서에 따른 분류
「콘크리트 표준시방서」에는 혼화재와 혼화제를 용도별로 다음과 같이 분류하고 있다.
(1) 혼화재
① 포졸란 작용이 있는 것-플라이애쉬, 규조토, 화산회, 규산백토
② 주로 잠재수경성이 있는 것-고로슬래그 미분말
③ 경화과정에서 팽창을 일으키는 것-팽창재
④ 오토클레이브 양생에 의하여 고강도를 나타나게 하는 것 - 규산질 미분말
⑤ 착색시키는 것-착색제
⑥기타- 고강도용 혼화재, 폴리머, 증량재(增量材) 등
(2) 혼화제
① 워커빌리티와 내동해성을 개선시키는 것-AE제, AE감수제
② 워커빌리티를 향상시켜 소용의 단위 수량이나 단위시멘트량을 감소시키는 것-감수제, AE감수제
③ 유동성을 크게 개선시키는 것-유동화제
④ 큰 감수효과로 강도를 크게 높이는 것-고강도용 감수제(또는 고성능 감수제라고도 함)
⑤ 응결, 경화시간을 조절하는 것- 촉진제, 지연제, 급결제, 초지연제
⑥ 방수효과를 나타내는 것-방수제
⑦ 기포의 작용에 의해 충진성을 개선하거나 중량을 조절하는 것-기포제, 발포제
⑧ 염화물에 의한 철근의 부식을 억제하는 것- 철근의 방청제
⑨ 유동성을 개선하고, 적당한 팽창성을 주어 충전성과 강도를 개선하는 것- 프리팩트콘크리트용 혼화제, 고강도프리팩트콘크리트용 혼화제, 공극충전모르터용 혼화제
⑩ 응집작용에 의해 재료분리를 억제시키는 것-수중콘크리트용 혼화제, 펌프압송용 혼화제
⑪ 기타- 보수제, 방동제, 건조수축저감제, 수화열억제제, 분징방지제 등
5. 혼화재료의 일반적인 특성
본 절에서는 분류된 각각의 혼화재와 혼화제에 대한 일반적인 특성에 대하여 간단히 설명하고 혼화제에 대하여는 제Ⅱ장에서 구체적인 특성 및 품질규정, 사용목적 등에 대해 설명하기로 한다.
(1) 혼화재
① 포졸란이란 이탈리아 화산의 산지의 지명 Pozzoli에서 이름을 따왔으며 그 자체에는 수경성이 없으나 콘크리트 속의 물에 용해되어 있는 수산화칼슘과 상온에서 서서히 화합하여 물에 녹지 않은 화합물을 만들 수 있는 실리카질(Sio2)물질을 함유하고 있는 미분말상태의 재료이다.
(가)포졸란의 종류
- 천연산-화산회, 규조토, 규산백토
- 인공산-고로Slag,소성점토,플래이애쉬
(나) 포졸란을 사용한 콘크리트의 특성
- Workability가 좋다.
- Bleeding 및 재료분리가 적다.
- 수밀성이 크다.
- 강도증진이 늦고 장기강도가 크다.
- 발열량이 적다.
- 해수에 대한 화학적 저항성이 크다.
- 인장강도와 신장율이 크다.
- 단위수량을 많이 필요로 한다.
- 건조 수축이 크다.
② 플라이 애쉬(Fly Ash)
플라이 애쉬는 화력발전소에서 미분탄을 연소시킬 때 부산된 미분말로서, 미분탄 저부에 낙하된 크링카 애쉬(10∼15%), 절탄기 하부에 포착된 신더 애쉬(5%) 및 전기 집진기에서 채집된 플라이 애쉬(70∼85%)로 대별된다. 플라이 애쉬의 품질은 미분탄의 품질에 따라 차이가 있으나, 이 성분의 60%이상이 Sio2이며 이밖에 Al2O3,CaO,Fe2O3,탄소 등으로 함유하는 5∼20μm 정도의 표면이 매끄러운 유리질 구상물이다.
③ 고로 슬래그 분말
제철용 고로로부터 나오는 융해된 슬래그를 물로 급냉시키면 유리질이 되는데, 이것을 고루수쇄슬래그(급냉슬래그)라 하며, 이 유리질의 화학성분은, Al2O3,CaO,Sio2,Mgo등으로 구성되어 있다. 이 수쇄슬래그 분말상태로 만들어 혼화재로 사용하고 있다.
④ 실리카 흄
실리카 흄은 Fly Ash보다 50배 정도 미세하고 실리콘(Si)이나 페로실리콘(Fe-Si) 및 실리콘 합금 등을 제조할 때 생기는 폐가스중에 포함된 50A∼0.5μm정도의 비결정질의 구상 초미분말로서 집진기로 채집하여 얻으며, 그 성분은 주로 Sio2(86∼96%)정도이다.
⑤ 왕겨재(Rice Husk Ash)
왕겨속에는 실리카가 함유되어 있는데, 이것을 태운 왕겨제에는 왕겨세포의 규산질골격 그대로의 재가 남아 있으므로 다공질로서 Sio2의 함유량은 85∼96%정도이다.
⑥ 천연 포졸란
천연 실리카질의 미립광물로서 시멘트 반응시 고결하는 물질이며 여기에는 화산회, 규조토, 규산백토 등이 있다.
⑦ 팽창제
시멘트 및 물과 함께 반죽할 경우 수화반응을 하여 에트링가이드(Ettringite)또는 수산화칼슘 등을 생성하여 모르터 또는 콘크리트를 팽창시키는 혼화재료로서 콘크리트의 경화수축이나 건조수축으로 인한 균열발생을 저감시키고 균열에 대한 내력을 향상시킨다.
⑧ 규산질미분말
석영 등을 주성분으로 하고 있으며 오토클래이브 양생을 하여 콘크리트에 고강도를 준다.
⑨ 착색제
모르터 및 콘크리트에 착색되는 경우에 가하느 遁내알칼리성 안료로서 통상 백색시멘트나 유색모래와 함께 사용된다.
⑩ 고강도용 혼화재
무수석고 등을 주성분으로 하며 고강도용 감수제와 병용하여 증기양생을 하면 압축강도 1,000kg/cm2 정도의 고강도를 얻을 수 있다.
⑪ 폴리머
콘크리트나 모르터에 혼합하여 인장강도 및 내구성 들을 개선시키는 유기고분자화합물이다.
(2) 혼화제
① AE제는 콘크리트 중에 많은 독립미세기포를 발생시켜 가는 모래 주위에서 Bearing과 같은 작용을 하기 때문에 Workability를 향상시키고 단위수량을 감소시키며 또한 내동결융해성을 향상시킨다.
② 감수제
감수제는 콘크리트중의 시멘트입자를 정전기적으로 활성화 하여 분산시킴으로서, 시멘트 입자끼리 서로 반발하여 Workability를 향상시키고 소정의 consistency 및 강도를 얻기위해 단위수량과 단위시멘트량을 감소시킬 목적으로 사용하며, 리그닌설폰산염, 옥시카르본산염, 다가알콜 등이 있다.
③ AE감수제
AE제 및 감수제의 효과를 동시에 나타내는 혼화제로서 표준형, 지연형, 촉진형 등이 있다.
④ 유동화제
유동화제는 콘크리트의 단위수량을 증가시키지 않고 유동성을 증진시킬 목적으로 사용되는 것으로, 콘크리트 품질을 저하시키지 않고 타설 및 다짐작업을 용이하게 해 준다. 종류에는 표준형 유동화제와 지연형유동화제가 있으며 주성분으로는 나프탈렌설폰산계, 멜라민폰산계 등이 있다.
⑤ 고성능감수제
감수제에 비해 현저한 감수성, 저공기연행성 및 저응결지연성 등의 특징이 있으며, 시멘트의 수화에 필요한 이론수량에 가까운 낮은물-시멘트비에서도 Workability가 양호한 콘크리트를 만들 수 있다. 화학성분으로는 나프탈렌설폰산축합물계, 멜라민 수지설폰산염축합물계 등으로 분류된다.
⑥ 지연제
수화되지 않은 시멘트의 입자표면에 흡착하여 시멘트의 수화반응을 일시적으로 방해하는 것으로 유기계, 무기계가 있으며 이들을 병용하기도 한다.
⑦ 초지연계
첨가량의 증감으로 시멘트의 수화반응을 현저하게 방해할 수 있으며, 공기연행성이 없기 때문에 첨가량의 증가에 따라 응결시간을 24시간까지 지연시킬수 있다. 따라서 Cold Joint의 방지, 이음부의 일체화 및 서중콘크리트 공사를 용이하게 한다.
⑧ 촉진제, 급결제
시멘트의 수화반응을 조절하여 콘크리트와 모르터의 응결시간 및 초기수화속도를 촉진시키기 위해 사용하며 AE제, 감수제 및 AE감수제와 병용하는 경우가 많다.
⑨ 방수제
콘크리트의 공극을 메우거나 방습성을 줌으로서 콘크리트의 방수효과를 높이는 것으로 물유리계, 지방산염계, 실리콘계, 수지계 및 고무계 등이 있다.
⑩ 건조수축저감제
물의 표면장력을 저하시켜 건조시에 모세관에 발생하는 모세관 장력을 적게하여 수축을 감소시킴으로서 건조수축을 억제하는 유기계의 혼화제와 에트링가이드를 생성시켜 수축을 약간 완화시키는 무기계 혼화제 등이 있다.
⑪ 방청제
염분에 의한 철근의 부식을 억제하기 위해 첨가한다.
⑫ 기포제, 발포제
콘크리트나 모르터 등에 다량의 기포를 넣어 단위용적중량을 줄이거나 빈배합 콘크리트 또는 모르터의 충전성을 개선하는 것으로, 화학반응에 의해 가스를 발생시켜 기포를 만드는 발포제와 계면활성작용에 의해 기포를 도입하는 기포제가 있다.
⑬ 수중콘크리트용 혼화제, 펌프압송제
시멘트풀의 점도 또는 응집성을 증대시켜 콘크리트나 모르터의 재료분리를 억제하고 유동성을 개선시킨다.
⑭ 보수제
시멘트풀의 점착력을 증가시켜 콘크리트의 보수성을 높이고, Bleeding을 감소시켜, Pumpability를 개선시킨다.
⑮ 방동제
동절기 콘크리트 타설시 콘크리트의 빙점을 낮추어 동결을 방지하고 초기동해를 막아 소요의 강도와 내구성을 갖는 콘크리트를 만들기 위한 혼화제로서, 고성능감수제와 함질소무기염을 조합한 것이 쓰이고 있다.
수화열 억제제
특수한 용해성을 이용해서 콘크리트의 온도상승속도와 온도상승량을 감소시키는 혼화제로서 Glucdse의 고분자등이 쓰인다.
분진방지제
숏크리트 공법에서 발생하는 분진을 저감시키기 위한 감수제로서 주로 수용성 고분자를 이용한다.
즉시탈형 콘크리트용 AE제
된비빔 콘크리트에 의한 즉시탈형의 각종 블록에 쓰이며 적정량의 공기를 연행시켜 동결용해에 견디는 능력을 향상시킬 목적으로 한다.
Ⅱ. 콘크리트 혼화제
1. 개요
건설업의 근간을 이루는 콘크리트 분야에 있어서 콘크리트 품질의 향상을 위해 효과적인 품질관리, 공사의 특성에 맞는 적정재료 선정 및 타설방법 등 여러 가지의 방안이 고료되고 있으나, 가장 직접적인 영향을 미치는 요인으로서는 혼화제의 역할은 점차 그 비중이 커지고 있다.
본절에서는 각종 혼화제의 특성, 효과, 적용성 등을 구체적으로 설명하고 국내에서 시판되고 있는 각종 혼화제에 대하여 알아보고자 한다.
2. 혼화제의 종류와 이용
(1) AE제
AE제는 독립된 미세한 콘크리트를 콘크리트중에 균일하게 분포시키기 위해 사용되는 재료이며 장·단점 및 특성은 다음과 같다.
① 장점
(가) Workability 개선
ⓐ AE제에 의해 발생한 미세기포는 단위수량이 같은 경우, 콘크리트의 Consostency를 증가시킨다.
ⓑ 미세기포는 시멘트입자 및 잔골재입자주변에 분포되고 윤활작용을 하므로 콘크리트의 Plasticity를 개선하고 재료분리에 대한 저항성을 향상시킨다.
ⓒ 따라서 잔골재율을 감소시킬수 있다.
ⓓ 단위수량을 감소시킬 수 있으며 Bleeding을 적게 한다.
(나) 내구성·수밀성 개선
ⓐ 단위수량의 감소와 AE제의 기포에 의한 수압완화로부터 동결융해작용에 대한 저항성을 개선한다.
ⓑ Workability개선에 의한 밀실한 콘크리트를 타설할 수 있으므로 공기중 탄산가스에 의한 중성화 속도를 감소시키고 화학적 침식을 방지할 수 있으며, 알칼리골재의 유해한 반응을 최소화 할 수 있다.
(다) 단위수량감소로 인하여 발열량이 적고 경제적인 콘크리트를 만들 수 있다.
(라) 압축강도에 대한 영향
물-시멘트비를 일정하게 하여 공기량을 증가시킬 경우 공기량 1%증가에 따라 압축강도는 약 4∼6%정도 감소한다. AE콘크리트는 Workability의 향상으로 단위수량을 감소시킬 수 있으므로 압축강도에 대한 영향은 거의 없다.
② 단점
(가) 부배합 콘크리트에서는 강도가 낮아진다.
(나) 공기량 증가에 의해 철근과 콘크리트의 부착강도가 약간 줄어든다.
③ AE제의 종류
(가) 수지염계(송진성분)
(나) 알칼벤젠설폰산염계
(다) Polyoxy Methelene Ether등
④ AE 콘크리트 배합
(가) 공기량은 AE제의 사용량, 콘크리트재료(시멘트, 골재, 물), 배합조건(Slump치, 배합시 온도, 비빔상태, 운반조건) 등에 의해 큰 영향을 받으므로 구조물의 종류, 규모, 장소, 부재의 종류·크기·형상, 기상조건, 시공방법 등을 고려하여 사용재료, 굵은 골재의 최대치수, 슬럼프, 공기량 등을 결정해야 하며
(나) 재료나 조건의 변동을 고려하여 배합강도를 결정한다.
(다) 내구성과 수밀성을 고려하여 W/C비를 정한 후 시험배치를 하여 배합을 결정해야 한다.
⑤ AE제 사용시 주의사항
(가) AE제는 조금만 증가시켜도 공기량이 크게 변화하고 모래의 입도, 입형 등에 따라 공기량이 변하므로 배합, Mixing, 운반, 타설에 주의해야 한다.(계량오차 3% 이하)
(나) AE제는 KS F2560에 따라 적합한 것을 사용한다.
(다) 공기량이 너무 과다하면 강도가 저하되므로 AE제의 사용량을 정확히 한다.
(라) 운반 및 진동다짐에 의해 공기량이 감소하므로 Mixing시 소요공기량 보다 1/4∼1/6정도 많게 한다.
(마) 연행공기량 변동을 줄이기 위해 잔골재 입도는 일정하게 유지한다.
(2) 감수제 및 AE감수제
감수제 및 AE감수제는 시멘트의 분산작용이나 공기 연행작용에 의해 시멘트 입를 활성화하여 시멘트 입자끼리 서로 반발하게 함으로써 콘크리트의 단위수량을 감소시킨다.
① 장점
(가) 감수효과
ⓐ 소요의 Workability를 갖는 콘크리트의 단위수량을 대폭 감소시킨다.
ⓑ 시멘트 분산효과에 따라 혼화제를 사용하지 않는 보통콘크리트에 비해 10∼17%, AE콘크리트에 비해서는 4∼8% 정도의 단위수량 감소효과가 있다.
ⓒ 시멘트 결합체의 미세구조개선, 단위수량감소 및 미세독립기포 작용 등에 따라 재료분리에 대한 저항성이 증대되고 빌리이딩이 감소한다.
(나)응결시간 조절
ⓐ 콘크리트의 응결 및 초기강도발현에 미치는 영향에 따라 표준형, 지연형, 촉진형으로 구분된다.
ⓑ 지연형은 Mass 콘크리트, 연속타설이 요구되는 특수구조물, 서중콘크리트 등에 이용된다.
ⓒ 촉진형은 콘크리트의 응결을 촉진하여 초기강도를 대폭 증대시킨다.
(다) 압축당도에 대한 영향
ⓐ 단위수량 감소 및 시멘트분산효과로 콘크리트의 압축강도가 현저히 상승된다.
ⓑ 일정한 Slump치와 일정한 시멘트량에서 10∼20% 정도 압축강도를 증가시킬 수 있다.
ⓒ 따라서 동일강도로 할 경우 시멘트사용량을 줄일 수 있다.
ⓓ 사용량 증가에 따라 강도도 증가한다.
ⓔ 시멘트 수화열에 의한 콘크리트의 온도상승이 저하된다.
(라) 내구성·수밀성 개선
ⓐ 소요공기량을 얻을 수 있으므로 내동결 용해작용에 대한 저항성이 증가한다.
ⓑ 재료분리 감소 및 균질한 콘크리트가 됨에 따라 수밀성이 현저히 개선된다.
ⓒ 따라서 중성화속도를 감소시킬 수 있고 화학적침식과 마모에 대한 저항성을 개선시킬 수 있다.
② 감수제 및 AE 감수제의 분류
(가) 성능에 따른 분류
콘크리트의 응결·초기경화속도에 따라 각각 표준형, 지연형, 촉진형으로 분류한다.
(나) 화학적 성분에 따른 분류
- 리그닌설폰산염계
- 옥시카르본산염
- 알킬아릴설폰산염
- 고급 다가알콜설산염 등
③ 감수제·AE감수제 배합 및 사용방법
(가) 시판되는 종류가 많으므로 사용실적, 신뢰성, 사용성 등을 감안하여 선택한다.
(나) 감수제나 AE감수제를 사용할 경우 단위수량 감소에 있어서 기존실적에 따르거나, 보통콘크리트보다 10∼17%, AE콘크리트보다 4∼8% 정도 단위수량을 줄인다.
(다) 사용량은 종류나 제품에 따라 시멘트중량의 0.1∼0.5% 정도로 하고 특수한 경우 이외에는 명시된 표준량을 사용하며, 보다 큰 감수효과나 지연효과가 요구될 경우에도 허용범위내로 사용량을 한정시켜야 한다.
(라) 공기량 조정을 위해서는 사용량을 증가시키지 않고 AE제량을 가감하여 조정한다.
(마) 계량장치는 정기적으로 검사하고 계량오차가 허용범위 3% 이내로 들도록 한다.
(바) 혼화제의 성능은 재료와 시공조건에 따라 미리 시험을 한다.
(사) 보관에 있어서 종류별로 구분하고, 용액은 유해물 혼입이나 품질변화가 일어나지 않도록 한다.
(3) 고성능 감수제 및 유동화제
고성능 감수제 및 유동화제에 대해서는 Ⅲ장에서 구체적으로 설명하기로 한다.
(4) 응결·경화시간 조절제
응결ㆍ경화시간 또는 조절제는 계면활성작용을 하지않고 주로 시멘트 수화반응에 영향을 주어, 모르터나 콘크리트의 응결시간과 초기수화속도를 촉진 또는 지연시키는 작용을 한다.
① 분류
- 급결제
- 급경제
- 촉진제
- 지연제
- 초지연제
② 급결제
(가) 급결제는 시멘트 수화반응을 자극하여 콘크리트가 순간적으로 응결을 일으키도록 하며 주로 뿜어붙이기 콘크리트에 사용한다.
(나) 종류에는 분말형과 액체형이 있다.
(다) 이러한 성질을 갖는 재료에는 유기질계, 무기염계, 시멘트광물계 등이 있으며 급결제는 이러한 재료를 조합하여 응결과 초기경화촉진을 조정한다.
(라) 급결제 선정시 시공 및 환경조건의 영향을 고려하여, 사용전에 조사 및 시험을 하여 최적의 급결제를 선정하고 인체에 대한 안전성과 무공해성 등을 확인한다.
③ 급경제
(가) 순간적인 응결을 이용하여 긴급공사나 또는 지수용으로 사용한다.
(나) 사용시간과 급경성은 시멘트의 종류, 혼합방법등에 영향을 받으므로 사용시 주의해야 하며, 알루미나 시멘트계의 급경제는 장기강도의 저하가 발생할 우려가 있다.
④ 촉진제
(가) 일반적으로 시멘트수화반응을 촉진하는 약제에는 무기염계와 유기산염계로 분리되며, 이들을 단독으로 사용하지 않고 일부를 감수제나 AE감수제에 소량 혼합하여 응결지연성을 보완할 목적으로 사용한다.
(나) 시멘트가 수화반응을 촉진하여 초기강도를 증가시킨다.
(다) 따라서 한중콘크리트 시공에 응결蟁경화를 촉진시켜 내동결융해성을 증진시키기 위해 사용하거나 거푸집 회전을 빠르게 할 목적으로 사용된다.
(러) 도로 또는 철도의 보수공사에 사용된다.
(마) 촉진에의 성분은 대개 칼슘염이므로 다른 혼화제와 혼합 사용시에 사전에 양자간의 융해성을 확인 할 필요가 있으며, 철근부식을 방지하기 위해 일정한도 이상의 염화칼슘이 포함되지 않도록 한다.
⑤ 지연제
(가) 지연제는 수화되지 않은 시멘트 입자의 표면에 흡착하여 시멘트의 수화작용을 일시적으로 방해함으로써 콘크리트나 모르터의 응결蟁경화를 늦추는 역할을 하며 유기질계와 무기질계로 분류된다.
(나) 지연체는 공기연행성에 의해 강도저하가 발생할 우려가 있으므로 첨가량을 높이지 않는다.
(다) 서중콘크리트에 상요하여 응결을 지연시키거나 Mass콘크리트에 사용하여 수화열 및 온도응력을 억제한다.
(바) 과잉 사용할 경우 경화불량이 된다.
⑥ 초지연제
(가) 경화된 콘크리트의 제성질을 훼손시키지 않고 응결만을 장시간 지연시키며, 공기연행성을 갖지 않는 혼화제로서 유리질계와 무기질계로 구분한다.
(나) 초지연에 사용량에 따라 지연효과는 거의 비례하여 증가하며 온도가 높을수록 지연효과는 크다.
(다) 지연효과는 시멘트의 종류에 따라 크게 변한다.
(라) 초지연제는 첨가량의 증감에 따라 시멘트의 수화반응을 현저하게 방해할 수 있으므로 Cold Joint의 방지, 이음부의 일체화, 서중콘크리트타설 및 Sliding Form 공법 등에 주로 이용된다.
(5) 방수제
방수제는 모르터나 콘크리트의 흡수 및 투수에 대한 저항성을 높이기 위해 사용되는데 그 원리는 화학적ㆍ물리적 작용에 의해 콘크리트나 모르너태의 공극을 충전하거나 불투수층형성, 건조수축감소 또는 균열방지 등으로 투수 또는 흡수에 대한 저항성을 증가시킨다.
방수제는 용도에 따라 완결방수제와 급결방수제로 구분할 수 있는데, 완결방수제는 일반적으로 상온에서 사용되면 급결방수제는 누수가 많은 곳에 주로 지수용으로 사용된다.
① 방수제의 종류
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방수제━
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무기질계 |
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염화칼슘제 규산소다계 실리카질 분말계 |
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고급지방산염 고급지방산 에스테르 |
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파라핀에멀젼계 아스팔트 에멀젼계 |
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재유화형분말수지 고무라텍스 |
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수용성폴리머제 |
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유기질 혼합물계 무기질과 유기질 혼합물제 |
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② 특성
(가) 일반적으로 Workability 개선 및 W/C비를 감소할 수 있다. (폴리머분산재계)
(나) 공기연행성이 증가한다.
(다) 일반적으로 공기연행성에 의해 강도는 저하하나 폴리머분산재계에서는 강도가 증가한다.
(라) 흡수 및 투수성에 대한 저항성이 향상된다.
(마) 방수제를 혼입한 모르터나 콘크리트에서는 방수에 대한 신뢰성이 양호하지않으나 경제적이며 시공성이 양호하다.
③ 요구되는 성질
- 사용이 간편하고 경제적일 것
- 안전성 및 방수효과가 높을 것
- 내구성 및 내화학성이 있을 것
- 침투성이 있을 것
- 백화현상을 방지할 수 있을 것
Ⅲ. 고성능 감수제 및 유동화제
1. 서론
고기능 감수제는 종래의 감수제에 비해 현저한 감수성, 저기포성 및 저응결지연성 등의 성질이 있으며 시멘트 수화에 필요한 이론수량에 가까운 낮은 물-시멘트비에서도 Workability가 양호한 콘크리트를 만들 수 있다. 보통 감수제로는 5% 정도의 감수가 가능하지만 고성능 감수제를 사용할 경우 20∼30% 정도의 감수효과를 나타내며, 첨가량이 많을수록 분산성의 차이가 몹시 커진다. 따라서 고성능 감수제는 Workability나 응결에 별로 영향을 주지 않고 콘크리트의 단위수량을 대폭 감소시키므로서 콘크리트의 고강도화에 크게 기여한다.
유동화제는 일반적으로 단위수량을 증가시키지 않고 유동성을 증진시키는 것으로, 콘크리트 품질의 저하없이 타설 및 다짐작업을 용이하게 함으로서 인건비 절감 등 경제적인 이점을 얻을 수 있다.
이와 같이 고성능 감수제는 그 사용목적에 따라 고강도 콘크리트용과 유동화 콘크리트용으로 구분되고있으나 기본적으로는 동일한 것으로 볼 수 있다. 다만 고강도 콘크리트용은 시멘트의 분산성과 감수성에 중점을 두고 있으며, 유동화 콘크리트용은 적당한 공기량의 안정도모 등 주로 작업성의 개선에 중점을 두고 있다.
고성능 감수제에 대한 명칭은 정확하게 명시된 것은 없고 각국에 따라 다음과 같이 불리어지고 있다.
유럽 : Super-Plasticizer 혹은 Superplasticizing Admixture
미국 : High Range Water Reducing Agent(HRWR)
독일 : Super-Verflussiger
ASTM C494에서는 고성능 감수제(Type F 및 Type G)에 대하여 주어진 Consistency를 유지시키면서 물의 양을 12% 이상 감소시킬 수 있는 혼화제로 규정하고 있다.
2. 화학적 구조 및 특성
(1) 주요성분
① Naphthalene Sulfonate계
② Melamine Sulfonate계
③ Alkyl Aryl Sulfonate계
④ 변형 Lignin Sulfinate계
⑤ 기타
(2) 화학적 특성
고성능 감수제 및 유동화제의 주요성분은 위와 같이 4가지로 크게 분류할 수 있으며 국내에서 시판되고 있는 제품은 주로 Naphthalene Sulfonate계이며 Naphthalene을 주원료로 한 중축합형 고분자물로서 성상은
Sodium Salt of a Sulfonate Naphthalene Formal dehyde Condensate[나프탈렌 설폰산 포름알데히드의 고축합물 나트륨염]로서 구조식은 다음과 같다.
위와 같은 고축합물 Na염과 같으 종류의 저축합물에 비해 시멘트의 분산성이 매우 우수하고 주로 리그린설폰산염을 상요한 종래의 감수제와 비교하여 첨가량이 많을수록 시멘트의 분산성이 더욱 현저할 뿐 아니라 공기의 연행성도 줄어지게 되었다.
3. 고성능 감수제 및 유동화제의 물리적 특성
(1) 감수성
① 종래의 콘크리트용 계면활성제의 감수율은 AE제 약8%, 감수제 약5%, AE감수제 약 10∼15% 정도였으나 고성능 감수제를 사용할 경우 분산효과의 증대로 인하여 감수율이 약 20∼30%정도로 증가한다.
② 사용량에 따라 감수율이 거의 비례하여 증대되므로 대폭적으로 단위수량을 줄일 수 있다.
그러나 감수율의 증대에는 한계가 있으므로 각각의 혼화제 특성에 따라 어느정도의 사용량을 초과하면 감수율은 거의 증가하지 않는다.
③ 일반적으로 감수율은 부배합일수록, 시멘트의 분말도가 높을수록, 증대된다.
④ 감수효과는 일반적으로 후첨가 일수록 크다.
⑤ 감수효과로 시멘트 수화작용에 소요되고 남은 여분의 수량을 줄일 수 있으므로 Bleeding 현상감소, 시멘트풀과 골재와의 경계면의 공극감소 등으로 콘크리트리의 강도를 증가시킨다.
(2) 공기연행성
① 표면장력의 저하가 적고 기포작용도 적으므로 연행공기량이 적으며, 사용량을 증가하여도 콘크리트의 공기량은 거의 변하지 않는다.
② 따라서 공기연행에 의한 콘크리트 저하는 발생하지 않는다.
(3) 응결지연성
① 고성능 감수제의 혼입율을 증가시켜도 응결지연작용은 일어나지 않는다.
② 그러나 너무 많은 양을 사용하면 재료분리가 일어난다.
③ 지연형 혼화제의 경우 사용량의 증가에 따라 지연된다.
(4) 분산성
① 고성능 감수제의 가장 중요한 특성의 시멘트페이스트에 고성능 감수제를 첨가하면 시멘트분자에 흡착되어 입자표면에 전위를 띄게 된다.
이로 인하여 입자간의 상호반발력이 일어나 응집되었던 입자가 분산하게 되며 콘크리트의 유동성이 현저하게 증가한다.
② 이러한 효과는 후첨가시 더욱 증가한다.
③ 첨가량이 증가할 경우 흡착량이 증가하고 표면전위가 증대한 다음 입자간의 상호반발에너지 장벽도 크게 되므로 시멘트풀의 점도는 저하하고 분산성은 더욱 크게 된다.
4. 고성능 감수제를 사용한 굳지않은 콘크리트의 성질
(1) Slump의 경시변화
① 유동화제가 유동효과에 영향을 주는 요인은 첨가시기, 첨가량, 첨가후 콘크리트 혼합시간, 콘크리트의 온도 등으로서 이러한 요인은 Slump의 경시변화 또는 아직 굳지않은 콘크리트의 성질에도 큰 영향을 준다.
② 유동화제의 첨가량이 같을 경우 각종 재료와 동시에 첨가하는 경우보다 후첨가하는 쪽이 유동화효과가 크다. 따라서 재료비절감 등 경제적이다.
동시첨가: 유동화제를 용해한 물에 시멘트를 투입
후 첨가: 물에 시멘트를 넣은 후 유동화제를 첨가
③ 유동화제를 사용한 콘크리트의 Slump는 보통 콘크리트에 비해 경시변화가 크다. 그 이유는 유동화 콘크리트의 단위수량이 적으며 시멘트입자에 대한 분산효과가 경시적으로 감소되기 때문이다.
④ 이러한 현상은 시간의 경과에 따라 거의 직선적으로 감소하여 1시간의 경과후에는 거의 Base Concrete와 같아진다.
⑤ 또한 Slump가 적을수록, 유동화제의 첨가량이 많을수록, 온도가 높을수록 시간경과에 따른 Slump의 감소는 많아진다.
⑥ 유동화제의 첨가시기가 늦을수록 첨가후의 Slump감소가 빨라진다.
⑦ 슬럼프 손실은 특히 Pump 압송시 큰 결함이 발생한다. 이의 대책으로 지연제를 첨가하는 방법이 있으나 효과는 적다. 따라서 가능한 현장에서 콘크리트 타설직전에 투입하는 것이 효과적이나 작업조건 등 어려운 경우도 있으므로 유동화제를 반복첨가하는 방법이 이용되고 있다.
(2) Bleeding과 골재분리
① 고성능 감수제를 사용한 유동화 콘크리트는 단위수량의 감소로 동일한 Slump의 보통콘크리트에 비해 Bleeding양이 훨씬 줄어든다.
② 고성능 감수제를 사용할 경우 Cement Paste양도 줄어들게 되므로 적합한 Workability를 얻기 위해서는 더 많은 양의 세골재가 필요하게 된다.
③ 또한 시멘트량이 적을 때와 세골재의 미분말이 부족하면 Bleeding양이 증가하므로 0.25mm 이하의 미분량이 450kg/cm2 정도 유지하도록 한다.
④ 고성능 감수제를 과닿게 사용하면 유동성과 분산성이 매우 커지므로 골재분리가 쉽게 발생하게 되며 Bleeding량도 증가한다. 따라서 골재분리가 발생하지 않는 범위내로 혼화제양을 적당량 사용하고 감수량도 적정하게 되도록 한다.
⑤ 조골재의 최대치수가 40mm이면 시멘트와 조골재 내에 0.25mm의 미분량이 400kg/m2 이상되도록 하고 조골재의 최대치수가 20mm이면 450kg/m2이상 되도록 한다.
(3) 응결성상
① 고성능 감수제의 주성분에는 응결지연성이 없으므로 사용량을 증가하여도 콘크리트의 응결성상에는 거의 변화가 없다.
② 서중콘크리트 등에서 응결을 지연하기 위해서는 지연성의 성분이 포함된 고성능 감수제를 이용하면 효과를 얻을 수 있다.
(4) 펌프압송성 (Pumpability)
① 일반적으로 Slump증가에 따라 유동성도 증가하므로 콘크리트를 Pump로 용이하게 압송할 수 있다.
② 단위시멘트량 및 잔골재율을 증가시켜 펌프의 압송성을 높일 수 있으나 이에 따라 단위수량도 동시에 증가하여 균열이 증가하게 된다. 따라서 고성능 감수제를 첨가하면 단위수량이 감소하여도 압송성이 양호하게 된다.
5. 고성능 감수제를 사용한 굳은 콘크리트의 성질
(1) 강도 및 탄성계수
① 고성능 감수제 자체는 첨가량의 다소에 따른 콘크리트의 압축강도에 대한 영양이 거의 없다.
② 그러나 고성능 감수제를 사용하여 물-시멘트비를 대폭적으로 감수할 수 있으므로 강도 및 탄성계수가 증가하게 된다. 즉, 낮은 물-시멘트에서도 시멘트의 분산효과 증대에 따라 콘크리트의 Consitency가 대폭 증대하고 시멘트의 수화효과가 높아지므로 강도가 증진된다.
③ 고성능 감수제를 사용한 콘크리트는 보통콘크리트와 마찬가지로 온도가 높을수록 초기강도가 증가한다.
(2) 건조수축
① 고성능 감수제를 첨가할 경우 첨가전에 Base Concrete에 발생하는 건조수축의 양과 거의 비슷하다.
② 그러나 보통콘크리트에 비해서는 훨씬 줄어든다. (10∼15%)
③ 고강도 콘크리트의 건조수축은 시멘트량의 증가에 따라 오히려 감소한다.
(3) 내구성
① 콘크리트의 내구성은 특히 물-시멘트비와 단위수량을 줄임으로써 증가되며 건조수축, 투수성, 중성화, 내동결 융해, 크리프 등에 관계가 있다.
② 실험결과 투수성은 물-시멘트비를 줄임으로써 개설할 수 있으며, 물-시멘트비가 35% 이하에서는 투수성이 거의 없어진다.
③ 수중양생을 충분히 하면 물-시멘트비 30% 이하에서는 중성화가 거의 일어나지 않는다.
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