혼화재중에서 팽창재의 정의, 팽창시멘트, 팽창재의 화학식, 팽창콘크리트에 대해서 알아보겠습니다.
팽창재
콘크리트는 경화반응 및 건조과정에서 수축하므로 균열이 발생한다. 특히, 철근콘크리트구조물의 경우 이러한 균열이 콘크리트구조물의 붕괴 까지는 이르지 않더라도 철근을 보호하는 성능의 저하, 빗물의 누수, 탄 산화 및 염분의 침투에 따른 철근의 부식 등 구조물의 가장 큰 약점을 만 드는 요인이 된다. 팽창재는 시멘트를 물로 비빌 경우에 수화반응에 의하 여 에트린 가이트 또는 수산화칼슘 등을 생성하여 콘크리트를 팽창시키는 작용을 하는 혼화재이다.
팽창시멘트
팽창시멘트는 KS F 5217(팽창성 수경시멘트)에 “포틀랜드시멘트와 같이 수정성 칼슘실리케이트를 함유하며, 칼슘알루미네이트 및 황산칼슘을 함유하여 물로 반죽하였을 때 응결 후 초기 경화기간 중 부피가 현저하게 증가하는 시멘트로, 기본적으로 이 팽창은 칼슘알루미네이트와 황산칼슘 에 의해 일어난다”라고 정의되어 있다.
팽창재의 화학식
팽창재가 팽창을 일으키는 기구로 K, M, S형은 에트린가이트의 생성에 있고, 형은 수산화칼슘의 생성에 있다. 이때 에트린 가이트와 수산화칼슘의 생성은 수화반응 전후의 부피변화율로 10.5% 및 5.7%의 수축 이 발생하게 된다. 그러나 수화반응에 필요한 물은 모세관 공극 등에 존 재하는 것으로, 물의 부피를 제외하고 고상 부분의 부피변화만을 계산하면 오히려 수화 전의 약 2배 정도가 됨을 알 수 있다. 결국 수화반응으로 인 한 고상의 용적 증가로 부피팽창이 일어난 것으로 볼 수 있지만, 수화한 시멘트 경화체에는 많은 공간이 존재하므로 이 공간에서 수화생성물이 석출 될 수 있고, 이 석출물이 주위의 매트릭스를 흐트러뜨리지 않고 그 공간 내에서만 생성된다면 팽창은 일어나지 않을 것이다. 반대로 석출물 이 고상 내에서 석출 되면서 주위 미세구조를 밀어낸다면 고상은 팽창할 것이다. 팽창 메커니즘을 이해하려면 그 수화생성물의 석출이 어떻게 그 미세구조에 영향을 미치는지를 검토해야 할 것이다.
팽창 콘크리트
팽창 콘크리트란 콘크리트표준시방서에 ‘팽창재를 시멘트, 물, 잔골재 및 굵은골재 등과 같이 비빈 것으로, 경화한 후에도 체적팽창을 일으키는 모든 콘크리트를 가리킨다’라고 정의하고 있다. 단, 실무에서는 팽창시 멘트를 이용할 경우 팽창재의 가감이 불가능한 단점이 있으므로 팽창시 멘트보다는 팽창재가 널리 사용되고 있는 추세이다.
최근 팽창 콘크리트는 주로 프리캐스트 콘크리트 제품의 생산에 사용 되고 있으나 현장타설 콘크리트에도 부분적으로 사용되고 있다.
① 개념 및 분류:
팽창 콘크리트는 팽창되는 정도(팽창재 사용량 등) 에 따라 화학적 프리스트레스용과 수축보상용으로 분류되며, 수축 보상용은 무수축 콘크리트와 수축저감형 콘크리트로 구분된다.
② 팽창 콘크리트의 특성:
팽창 콘크리트는 팽창재 사용량이 많을수록 팽창량은 크다. 단, 지나친 팽창량의 사용은 강도를 크게 저하시키는데, 경우에 따라서는 스스로 붕괴되는 경우도 있으므로 정량사용 은 매우 중요한 사항이다. 팽창재의 경우 구성성분, 제조회사에 따 라 팽창량은 다르므로 사전에 충분히 검토해야 한다. 또한, 일부 회사는 단순한 팽창재뿐만 아니라 다양한 첨가물이 혼입 된 경우도 있으므로 이 점에 유의해야 한다. 팽창재의 최대 팽창시점은 7일 전후이다. 따라서 7일 정도까지 충분히 수분양생을 실시하지 않은 경우에는 팽창효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있음에 유의해야 한 다.
온도는 10~20℃와 같이 일정 온도일 때 팽창 콘크리트는 최대 팽 창을 일으키고 겨울철 또는 여름철에는 오히려 팽창량이 줄어들므 로 이 점에 유의해야 한다. 또한, 철근 등 콘크리트가 구속조건에 놓이게 되면 팽창량은 줄어든다. 팽창재가 풍화되면 성능이 저하된 고 보통 콘크리트보다 혼합시간을 길게 해야 한다.
③ 팽창 콘크리트의 활용 :
팽창 콘크리트의 활용 예는 우선 건조수축 보상에 의한 균열저감의 목적으로 수조, 정수장, 수영장 및 사일로, 지하구조물 외벽의 누수방지, 넓은 면적에 이음매 없이 콘크리트나 모르타르를 연속적으로 타설할 때, 충전용 모르타르, 무수축 그라 우팅, 방사선 차폐용 콘크리트 및 방바닥 미장용 모르타르에 활용할 수 있다. 또한 케미컬 프리스트레스 도입에 의한 균열내력 향상 목적으로 원형수조, 수로터널, 연속 철근콘크리트 포장, 강섬유보 강콘크리트 포장, 교량의 합성바닥판, 박스 칼버트, 말뚝 및 전주 등의 콘크리트 2차 제품에도 활용 가능하다.
마치며
지금까지 혼화재중에서 팽창재의 정의, 팽창시멘트, 팽창재의 화학식, 팽창콘크리트에 대해서 자세하게 알아보았습니다.