본 연구에서는 65℃의 융점을 가지고 있는 개질유황을 시멘트 모르타르 배합에 첨가하여 개질유황 혼입율에 따른 모르타르의 물리적 특성을 분석하고, 비빔방법에 따른 개질유황 모르타르의 개질유황 분포도 및 강도 특성을 분석하였으며, 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 미세구조, 개질유황의 분포도, 강도 특성을 파악하고 기초적 자료로 제시하고자 한다.

1. 비빔방법에 따른 개질유황 모르타르의 특성

유동성이 가장 좋지 않은 것은 A 방법(유황>잔골재>시멘트>배합수)이며, 유동성이 가장 좋은 것은 C 방법(시멘트>잔골재>배합수>유황)이다. A 방법(유황>잔골재>시멘트>배합수)과 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수)의 경우 개질유황을 초기에 넣고 비빔하는 과정에서 개질유황과 잔골재 및 시멘트와의 온도차로 인하여 유황의 빠른 응결을 나타내어 토출 직후의 유동성이 저하된 것이며, C방법(시멘트>잔골재>배합수>유황)의 경우 다른 방법에 비해 개질유황의 혼입 후 비빔 시간이 짧기 때문에 유동성이 다른 방법에 비해 높게 나온 것으로 판단된다.

휨강도 및 압축강도의 경우, 재령 28일에서 가장 높은 강도를 나타낸 것은 C 방법(시멘트>잔골재>배합수>유황) 시험체이며, 가장 낮은 강도를 나타낸 시험체는 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수) 시험체이다. B 방법(잔골재>시멘트>유황>배합수)의 경우 시멘트와 잔골재를 선비빔한 후 개질유황을 넣고 비빔하는 과정에서 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수)과는 조금 다르게 개질유황의 표면에 시멘트와 잔골재가 부착됨으로 인하여 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수)보다 높은 압축강도를 발현하였다. C 방법(시멘트>잔골재>배합수>유황) 시험체의 경우 시멘트, 잔골재, 물이 선비빔 후에 개질유황이 혼입되어 물과 시멘트가 배합수를 충분이 흡수한 뒤 유황이 혼입되었기 때문에 가장 큰 강도를 발현한 것으로 판단된다.

비빔방법에 따른 개질유황의 분포도를 확인한 결과, A 방법(유황>잔골재>시멘트>배합수)과 C 방법(시멘트>잔골재>배합수>유황)에서 골고루 분포된 것을 볼 수 있었으며, B 방법(잔골재>시멘트>유황>배합수)과 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수)에서 개질유황의 분포도가 떨어진 것을 확인할 수 있었다. 이것으로 보아 비빔방법은 압축강도와 매우 높은 연관성이 있는 것으로 판단된다. 이는 압축강도 시험결과, A 방법(유황>잔골재>시멘트>배합수)과 C 방법(잔골재>시멘트>유황>배합수)이 높은 강도를 발현한 것을 볼 수 있었으며, B 방법(잔골재>시멘트>유황>배합수)과 D 방법(시멘트>유황>잔골재>배합수)에서는 낮은 압축강도를 발현하였다.
2. 양생조건에 따른 개질유황 모르타르의 특성

휨강도 측정결과, 재령 28일에서는 수중양생이 가장 높은 휨강도를 발현하였으며, 다음으로 기건양생 20℃와 기건양생 40℃, 기건양생 60℃, 기건양생 80℃의 순서로 나타났다. 이는 개질유황의 융점이 65℃이기 때문에 장기간 고온에 노출됨으로 인하여 개질유황이 굳지 못하고 액체 및 젤리형태를 띄어 휨강도가 저하된 것으로 판단된다.

압축강도 측정결과, 재령 3일에서는 기건양생 80, 60, 40 (℃), 수중양생, 기건양생 20 ℃ 등의 순으로 강도는 증진되는 것을 볼 수 있었다. 이는 초기양생의 온도가 높아짐으로 인하여 C3A와 C3S의 초기 수화작용을 활발히 작용시켜 온도가 높아짐에 따라 강도가 증진된 것으로 판단된다. 반면 재령 7일에서의 압축강도는 수중양생, 기건양생 40, 60, 20, 80 (℃) 등의 순으로 나타났으며, 재령 28일에서는 수중양생과 기건양생 20, 40 (℃)의 시험체가 비교적 높은 강도를 나타내었으며, 기건양생 60, 80 (℃)에서는 재령 7일 강도보다 떨어지는 경향을 나타내었다.

SEM을 통한 미세구조 분석 결과, 수중양생, 기건 20, 40 (℃) 양생의 경우 재령 7일의 미세구조에서는 에트린자이트, 수산화칼슘 등과 같은 수화생성물을 형성하면서 치밀해지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 기건 60, 80 (℃)에서는 에트린자이트 및 수산화칼슘과 같은 수화생성물을 확인할 수 없었다. 이는 초기에 높은 온도로 인하여 빠른 수화가 진행되어 재령 7일에서 볼 수 있는 에트린자이트 및 수산화칼슘과 같은 수화생성물을 확인할 수 없었고, 수화가 재령 7일 만에 모두 진행된 것으로 판단되며, C-S-H겔 만이 관찰되었다.

EDS를 통한 개질유황 분포도 분석 결과, 비빔 방법에 따른 개질유황의 분포도와는 다르게 수중양생, 기건 20, 40, 60, 80 (℃) 모두 골고루 개질유황이 분포된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 유황의 분포도는 비빔방법과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단되며, 양생조건은 개질유황의 분포도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.

In this study, we analyzed physical properties of mortar based on modified sulfur addition ratio by adding the modified sulfur which had a melting point of 65℃ to the cement mortar mixture and also analyzed the modified sulfur distribution and strength properties of modified sulfur mortar based on the mixing method. Moreover, this study also intended to determine the characteristics of microstructure in modified sulfur mortar and distribution and strength properties of modified sulfur based on curing condition, all of which are provided as basic data.

1. Properties of modified sulfur mortar According to mixing method
Flowability was found to be the worst in the case of the Method A, and the best in the case of the Method C.
In the case of the Method A and Method D, the Flowability decreased immediately after the discharge because the temperature difference among modified sulfur, fine aggregates and cement led to the fast condensation of sulfur while the modified sulfur was added and mixed initially.
In the case of the Method C(cement>fine aggregate>mixing water>sulfur), flowability was considered to have been higher compared to the flowability under other methods due to the shorter mixing time after the addition of modified sulfur.
The specimen applying the Method C showed the highest flexural strength and compressive strength while the specimen applying the Method D exhibited the lowest flexural strength and compressive strength at the age of 28 days.
The specimen that applied the Method B exhibited stronger compressive strength compare to the specimen applying the Method D, because as the cement and fine aggregate were attached to the surface of modified sulfur in the course of mixture with modified sulfur following the mixture of cement and fine aggregate.
The specimen that applied the Method C showed the highest strength as sulfur addition occurred after adequate absorption of the mixing water into cement and water following the mixture of modified sulfur which was preceded by the mixture of cement, fine aggregate, and water.
In relation to the modified sulfur distribution based on the mixing method, the modified sulfur was evenly distributed in specimens applying the Method A and Method C while the specimen which applied the Method B and Method D exhibited inadequate distribution of modified sulfur.
This suggests that the mixing method would be highly associated with compressive strength.
That was confirmed by the high compressive strength in specimens applying the Method A and Method C and the low compressive strength in specimens applying the Method B and Method D.

2. Properties of modified sulfur mortar According to curing condition
The specimen that underwent water curing showed the highest flexural strength at the age of 28 days, followed by the specimen dry cured at 20℃, specimen dry cured at 40℃, specimen dry cured at 60℃, and specimen dry cured at 80℃. The lower flexural strength is considered attributable to the fact that the modified sulfur did not become hardened and remained in a state of liquid or jelly due to the prolonged exposure to high temperature, given that the melting point of modified sulfur was 65℃. The results of the compressive strength measurement showed that the strength was the highest in the specimens dry cured at 80, 60, 40 (℃), followed by the specimens cured in water, and specimens dry cured at 20 ℃ at the age of 3 days. The strength was increased proportionally to the temperature due to high initial curing temperature which resulted in active initial hydration of C3A and C3S.
Meanwhile, the compressive strength was the highest in the specimens cured in water and specimens dry cured at 40, 60, 20, 80 (℃) at the age of 7 days. Specimen cured in water and specimens dry cured at 20, 40 (℃) exhibited relatively high strength at the age of 28 days. Specimens dry cured at 60, 80 (℃) showed weaker strength compared to the strength manifested at the age of 7 days.
The results of microstructure analysis using the SEM showed that the density increased with the formation of hydrated products, such as ettringite, calcium hydroxide, etc., in the microstructure at the age of 7 days in specimens cured in water and specimens air dried at 20, 40 (℃). However, the hydration products, such as ettringite and calcium hydroxide, could not be found in the specimen air-dried at 60, 80 (℃). The initially high temperature precipitated rapid hydration which prevented formation of hydration products such as ettringite and calcium hydroxide that could be observed at the age of 7 days. The hydration is considered to have been completed at the age of 7 days. Only the C-S-H gel was observed.
Based on the results of modified sulfur distribution analysis using the EDS, the modified sulfur was found to be evenly distributed in all specimens cured in water and dried in air at 20, 40, 60, 80 (℃), unlike the modified sulfur distribution based on the mixing method. Thus, the sulfur distribution is considered to be closely related to the mixing method, and the curing condition is not considered to have a significant influence on the modified sulfur distribution.