증점제 혼입 일액형 PC계 고성능 감수제를 이용한 보통강도 고유동 콘크리트 개발에 관한 연구 :Development of normal strength-high fluidity concrete using all-in-one polycarboxylate-based superplasticizer with viscosity modifying agent

공태웅

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자료유형: 학위논문

저자정보: 공태웅 (한양대학교, 한양대학교 대학원)

지도교수: 이한승

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2022

증점제 혼입 일액형 PC계 고성능 감수제를 이용한 보통강도 고유동 콘크리트 개발에 관한 연구

공태웅 건축시스템공학과 2022.01 학위논문

2021

보통강도 고유동 콘크리트용 PC계 고성능 감수제를 사용한 시멘트 페이스트의 레올로지 특성 평가

공태웅 , 이한승 한국건설순환자원학회논문집 2021.09 학술저널

폴리카본산계 고성능 감수제와 증점제 조합에 따른 보통강도 고유동 콘크리트의 유동 및 강도특성에 관한 실험적 연구

공태웅 , 이한승 대한건축학회논문집 2021.04 학술저널

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최근 건설되고 있는 건축·토목공사의 콘크리트 구조물은 안전성 향상을 위한 과밀배근설계 및 예술적 조형미를 갖춘 복잡한 구조의 건축물에 대한 수요가 증가하고 있으며, 타설속도 증가를 이유로 작업 시 다짐불량사례가 빈번히 발생하고 있다. 이에 따라 표면곰보 및 강도불량 등 콘크리트의 품질저하 요인들이 증가하고 있어, 콘크리트의 성능 향상 및 시공효율성 개선을 위해 실질적인 대책이 시급한 실정이다. 이에 대한 해결방안으로 초고층 및 대형 구조물을 중심으로 콘크리트 타설시 작업성 개선 및 시공효율을 향상시킨 고유동 콘크리트에 대한 관심과 요구가 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
고유동 콘크리트는 유동성 및 점성을 발휘하여 자기 충전성을 확보함으로써 다짐작업 최소화에 따른 인건비 감축, 공사비 절감, 공기 단축 등의 시공효율성 뿐만 아니라 공사품질을 향상시킬 수 있다. 그러나 기존 고유동 콘크리트는 소요의 유동성과 작업성 확보를 위해 대부분 단위시멘트량이 높은 고강도 콘크리트(40MPa 이상) 영역에서 적용되기 때문에, 현재 적용되는 대부분의 콘크리트 구조물이 보통강도(18∼35MPa) 영역임을 감안한다면 현실적인 사용범위확대 및 실용성에 한계가 있었다. 따라서 고유동 콘크리트의 사용범위를 확대하기 위해 보통강도 영역에서도 유동성과 점성을 발휘할 수 있고 일반건축물 뿐만 아니라 특수건축물에서도 사용가능하며, 타설시간과 인건비를 대폭 감축할 수 있는 보통강도 고유동 콘크리트의 개발이 필요한 실정이다.
보통강도 고유동 콘크리트를 개발하는데 있어서 가장 중요한 요소는 최적의 화학혼화제를 사용하여 결합재의 분산성능을 최대화시키고 재료분리 및 블리딩을 제어하는 것이다. 이로써 효과적인 워커빌리티 증대로 인한 작업성 및 유동성 향상, 낮은 물결합재비에서의 우수한 물리특성 확보, 사용 결합재량의 최적화로 인한 비용 절감으로 인해 기존 콘크리트의 물리적, 화학적 성능을 개선시킬 수 있다.
PC계(polycarboxylate) 고성능 감수제는 고유동 콘크리트에 구조적인 특성을 부여하면서 기존의 혼화제와는 달리 재료분리 등의 문제점을 개선함으로써 콘크리트의 고유동화가 가능하게 한다. 또한 콘크리트 제조 시 장시간 시멘트의 분산성 유지가 가능하다는 장점뿐만 아니라 기존의 감수제와 비교하여 높은 감수율과 유동성 개선까지 할 수 있어 콘크리트에서의 사용이 증가하고 있다. 기존 문헌에 의하면 PC계 고성능 감수제는 카르복실기가 시멘트와 홉착되면서, 정전기적 반발력을 발생시켜 결합재의 분산성에 기인함과 동시에 측쇄(side chain)의 에테르기(EO chain)가 입체장애효과를 발생시켜 분산력과 감수력을 극대화시킨다고 알려져 있다. 또한 초기의 화학혼화제와는 달리 발현성능 조건 변화로 인해 새로운 PC계 고성능 감수제가 개발되어질 수 있기 때문에 현재도 지속적으로 발전되어지고 있다.
이에 본 연구에서는 결합재량이 낮은 보통강도 영역에서 콘크리트의 고유동화를 위해 레올로지 정수인 소성점도를 확보하면서 항복응력은 최소화시킬 수 있으며 동시에 높은 분산효과로 인한 고유동성 확보가 가능한 PC계 고성능 감수제를 개발하고, 여기에 유동성 및 재료분리 저항성 등을 개선할 목적으로 최적의 증점제를 첨가하여 일액형 PC계 고성능 감수제를 개발하고 적용함으로써 보통강도 고유동 콘크리트의 실용화를 위한 유동특성, 레올로지 특성, 역학적 특성, 미세구조, 내구특성 및 경제성에 대해 평가하였다.

Recently, Demand for complex structures with overcrowded reinforcement design and artistic aesthetics to improve safety for concrete structures in construction and civil engineering works that are being built is increasing. There are frequent cases of poor compaction during work due to the increase in the concrete pouring speed. Accordingly, factors that deteriorate the quality of concrete such as surface damage and poor strength are increasing, and practical measures are urgently needed to improve concrete performance and construction efficiency. As a solution to this problem, interest and demand for high fluidity concrete(HFC), which improves workability and construction efficiency when pouring concrete, with super-high-rise and large-sized structures, is continuously increasing. By securing self-compacting properties by exhibiting fluidity and viscosity, HFC can improve construction quality as well as construction efficiency such as labor cost reduction, construction cost reduction, and shortening of construction period due to minimization of concrete compaction work. However, general HFC is the area of high strength concrete(40MPa or more) with a high amount of cement to secure the required fluidity and workability. Since most of the concrete structures currently used have normal strength(18∼35MPa), there is a limit to the practical expansion and practicality of use. Therefore, in order to expand the scope of use of HFC, it is possible to exhibit fluidity and viscosity even in the area of normal strength, and it can be used not only in general buildings but also in special buildings. This is a necessary situation. The most important factor in developing normal strength - high fluidity concrete(NSHFC) is to maximize the dispersibility of the binder by using an optimal chemical admixture and to control material separation and bleeding. As a result, it is possible to improve the physical and chemical performance of existing concrete by improving workability and fluidity due to effective workability increase, securing excellent physical properties at a low water-binder ratio, and reducing costs by optimizing the amount of binder used Polycarboxylate-based superplasticizer(PCE) provides structural properties to HFC and enables high fluidity of concrete by improving problems such as material separation unlike conventional admixtures. In addition, it has the advantage of maintaining the dispersion of cement for a long time in the manufacture of concrete, as well as high water-reducing rate and improved fluidity compared to conventional admixtures, so its use in concrete is rapidly increasing. According to the existing literature, the PCE generates an static repulsion as the carboxyl group adheres to the cement, resulting in the dispersion of the binder, and it is known to maximize dispersion and water reduction by the ether group of the side chain (EO chain) generates a steric hindrance effect. In addition, unlike conventional admixtures, new PCE can be developed due to the changes in the above conditions, so they are continuously being developed. In this study, we develop a PCE that can minimize yield stress while securing plastic viscosity, which is a rheological constant, for high fluidity of concrete in the area of normal strength with a low amount of binder and securing high fluidity due to the high dispersion effect. For the purpose of improving fluidity and material separation resistance, performance evaluation was performed for flow and mechanical properties for practical use of NSHFC by developing and applying a all-in-one polycarboxylate-based superplasticizer(NAPCE) by adding an optimal VMA. This thesis consists of a total of 7 chapters, and the contents of each chapter are as follows. Chapter 1 describes the background and necessity of the study, the purpose and content of the study, and the structure of the thesis. Chapter 2 describes research trends and theoretical considerations on material properties, mechanisms, and analysis methods for HFC in the area of normal strength. Chapter 3 is a step to develop a high-performance water reducing agent suitable for NSHFC. In order to develop a new concept superplasticizer that can minimize the yield stress while securing the plastic viscosity differentiated from the commonly used PCE, the fluidity and rheology of cement paste and adsorption characteristics with cement particles according to the type and combination of raw materials are evaluated. and the optimal superplasticizer suitable for NSHFC. Chapter 4 analyzed and evaluated the slump flow, plastic viscosity, yield stress, and compressive strength of concrete according to the amount used compared to the binder in order to derive the appropriate amount of the selected superplasticizer for NSHFC. In Chapter 5, when the developed superplasticizer and VMA are mixed, the applicability of the VMA mixed all-in-one polycarboxylate-based superplasticizer was reviewed by comparatively evaluating the sedimentation volume and re-stabilization in order to understand the aggregation and separation phenomena according to the combination of VMA. Here, In order to select a NAPCE mixed with a VMA that meets the required performance of NSHFC, the fluidity, rheology and strength characteristics of concrete were analyzed and evaluated. In chapter 6, compares and analyzes fluidity, rheology, mechanical characteristics, durability, microstructure and economic analysis of NSHFC to which a conventionally used PCE and a developed NAPCE with VMA. Chapter 7 summarizes the conclusions of each chapter and describes the final conclusions of the thesis.

#보통강도 #고유동 #콘크리트 #일액형 #혼화제

제1장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구의 목적 및 내용 4
1.3 연구의 범위 및 구성 7
제2장 기존 문헌 고찰 10
2.1 콘크리트용 화학혼화제 10
2.1.1 개 요 10
2.1.2 콜로이드 안정화 이론 13
2.1.3 시멘트 입자에 대한 흡착형태 21
2.1.4 시멘트 입자와의 흡착반응 22
2.2 PC계 고성능 감수제 26
2.2.1 개 요 26
2.2.2 흡착 메커니즘 29
2.2.3 분산 메커니즘 33
2.3 보통강도 고유동 콘크리트 37
2.3.1 개 요 37
2.3.2 고유동 콘크리트의 레올로지 특성 43
2.3.3 보통강도 고유동 콘크리트의 접근방법 58
2.3.4 보통강도 고유동 콘크리트의 물성 확보방안 76
2.4 소 결 78
제3장 PC계 고성능 감수제 개발을 위한 원료 및 조합 선정 실험 81
3.1 연구개요 81
3.2 실험계획 및 방법 83
3.2.1 실험계획 83
3.2.2 실험재료 88
3.2.3 실험방법 91
3.3 실험결과 및 분석 95
3.3.1 원료 종류 및 조합 선정 실험 (Series I) 95
3.3.2 세부조합 선정 실험 (Series II) 142
3.4 소 결 154
제4장 PC계 고성능 감수제의 성능평가를 통한 적정 사용량 도출 실험 157
4.1 연구개요 157
4.2 실험계획 및 방법 159
4.2.1 실험계획 159
4.2.2 사용재료 160
4.2.3 실험방법 162
4.3 실험결과 및 분석 164
4.3.1 유동성 165
4.3.2 레올로지 정수 167
4.3.3 압축강도 169
4.4 소 결 170
제5장 증점제 혼입 일액형 PC계 고성능 감수제 개발 172
5.1 연구개요 172
5.2 실험계획 및 방법 175
5.2.1 실험계획 175
5.2.2 사용재료 177
5.2.3 실험방법 179
5.3 실험결과 및 분석 182
5.3.1 일액화 평가 (Series I) 182
5.3.2 최적조합 도출을 위한 콘크리트의 성능평가 (Series II) 194
5.4 소 결 202
제6장 증점제 혼입 일액형 PC계 고성능 감수제를 이용한 보통강도 고유동 콘크리트의 특성 평가 및 경제성 분석 204
6.1 연구개요 204
6.2 실험계획 및 방법 206
6.2.1 실험계획 206
6.2.2 사용재료 208
6.2.3 실험방법 209
6.3 실험결과 및 분석 219
6.3.1 슬럼프 플로 및 공기량 219
6.3.2 500mm 플로 도달시간 및 유동정지시간 221
6.3.3 간극 통과성 223
6.3.4 자기 충전성 226
6.3.5 레올로지 정수 228
6.3.6 압축강도 229
6.3.7 X-ray 회절 분석 230
6.3.8 Ca(OH)2 생성량 정량평가 235
6.3.9 촉진탄산화 240
6.3.10 동결융해 저항성 244
6.3.11 염소이온 투과성 245
6.4 경제성 분석 247
6.5 소 결 251
제7장 결 론 255
참 고 문 헌 257
Abstract 271

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