Evaluation of the Bond Shear Strength and Corrosion Resistance of Concrete with Setting Retarder

진수 손; 진영 이

doi:10.9798/KOSHAM.2023.23.4.157

Abstract

In this study, the bond shear strength and corrosion resistance of concrete with setting retarders were evaluated. For this, slant shear, bi-surface, and accelerated corrosion tests were conducted. The variables considered included the proportion of the setting retarder (0 and 1%), surface treatments of concrete (as-cast, chipping, and brushing), curing hours (8, 16, and 24 h), and concrete cover depths (20, 30, and 45 mm). Consequently, the bond shear strength of concrete with the retarder showed a higher value than that of normal concrete. Moreover, an increase in curing hours resulted in a higher value of the bond shear strength. Furthermore, the addition of a retarder in concrete increased corrosion resistance. Based on the test results, the addition of a setting retarder is believed to be a suitable solution to address the bond shear strength and durability issues that may arise at the interface of delayed concrete placement.

Keywords: Setting Retarder, Bond Shear Strength, Corrosion Resistance

요지

본 연구에서는 경화지연제를 혼입한 콘크리트의 부착전단강도 및 부식내구성을 평가하였다. 경화지연제 혼입 콘크리트의 성능을 평가하기 위해 경사전단시험, 직접전단시험, 가속화부식시험을 수행하였다. 시험의 변수로는 경화지연제 혼입율(0, 1%), 콘크리트 타설면 처리방법(무처리, 치핑, 브러싱), 상층부 콘크리트 지연 타설 시간(8, 16, 24 h)이 고려되었으며 가속화 부식 시험의 경우 콘크리트 피복 두께 변수(20, 30, 45 mm)가 추가로 고려되었다. 시험의 결과로 경화지연제를 혼입한 시험체의 부착전단강도가 일반 콘크리트 시험체에 비해 더 높게 나타났으며 지연 타설 시간이 증가함에 따라 부착전단강도가 감소하는 경향이 나타났다. 또한 경화지연제의 혼입을 통해 철근콘크리트의 부식내구성 향상을 확인하였으며 이러한 결과를 통해 경화지연제의 혼입이 지연 타설로인해 발생할 수 있는 타설 경계면의 부착강도와 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 적절한 방안이 될 수 있다고 판단된다.

1. 서 론

철근콘크리트 구조는 시공상의 한계로 일괄적으로 타설되는 것이 아닌 단계적으로 타설되는 것이 일반적이다. 또한 철근콘크리트 구조의 성능은 하층부 콘크리트와 상층부 콘크리트의 부착전단강도에 큰 영향을 받는다(Li, 2003; Julio et al., 2004; Momayez et al., 2005; Santos and Julio, 2007; Diab et al., 2017; Rodsin et al., 2022; Ullah et al., 2022). 콘크리트의 부착전단강도를 향상시키기위해 치핑, 브러싱 방법과 같은 표면처리가 적용된다. 많은 연구들이 콘크리트 타설면의 표면처리로 인해 향상된 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험, 직접전단시험과 같은 다양한 연구를 수행하였다(Hu et al., 2020; Tian et al., 2022; Al-Madani et al., 2022; Al-Osta et al., 2022; Prado et al., 2022).

Hu et al. (2020)은 하층부콘크리트와 상층부콘크리트의 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험(Slant shear test)를 수행하였다. 총 95개의 시험체는 Φ70.4 × 144 mm의 크기로 제작되었으며 변수로는 경사전단각(30˚, 40˚), 하층부 콘크리트 재령일 수(60, 120일) 및 하중 재하 속도(0.2 kN/sec, 준정적 하중 조건, 10.79, 14.7, 18.19 m/sec, 동적 하중 조건)가 고려되었다. 실험의 결과로 경사전단각이 30˚인 시험체에서 부착 파괴가 발생하였으나 40˚의 경사전단을 가진 시험체에서는 전단부착강도가 시험체의 압축강도보다 더 크게 발현되어 압축 파괴가 나타났다. 또한 준정적 하중 및 동적 하중 조건에서 수행된 시험체의 결과 파괴양상에서의 차이가 나타나지 않았다. Tian et al. (2022)은 일반 콘크리트(Normal concrete)와 초고성능콘크리트(Ultra high performance concrete) 사이의 부착전단강도를 평가하였다. 100 × 100 × 300 mm 크기와 60˚의 경사전단각을 가진 경사전단시험체가 제작되었으며 변수로는 일반 콘크리트의 압축강도(30, 40, 50 MPa)와 표면 거칠기 밀도(interface groove densities; 0.000, 0.133, 0.266, 0.399)가 고려되었다. 실험의 결과로 일반 콘크리트의 압축강도가 증가함에 따라 일반콘크리트와 초고성능콘크리트간의 부착전단강도가 증가하였다. 또한 표면 거칠기 밀도가 증가함에 따라 부착전단강도가 증가하는 경향이 나타났다. Al-Madani et al. (2022), Al-Osta et al. (2022)은 초고성능콘크리트와 일반 콘크리트사이의 부착전단강도를 평가하였다. 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험(Slant shear test), 직접전단시험(Bi-surface test), 쪼개짐인장시험(Splitting tensile strength test), 휨시험(Four-point flexural stength test)가 수행되었다. 시험체의 변수로는 일반콘크리트 표면의 처리방법(무처리, 드릴링, 샌드블라스팅방법)이 고려되었다. 실험의 결과로 표면처리를 적용한 모든 시험체에서 부착전단강도의 증가가 확인되었으며 이러한 결과를 통해 상기의 표면처리방법들은 콘크리트의 부착전단강도를 향상시키기위해 적용되어 질 수 있다. Prado et al. (2022)은 콘크리트사이의 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험(Slnat shear test), 푸시오프시험(Push-off test), 쪼개짐인장시험(Splitting tensile test)을 수행하였다. 시험체는 고강도콘크리트(High strength concrete)를 타설 한 뒤 초고성능콘크리트(UHPC)를 타설하여 제작되었다. 시험의 변수로 노출된 굵은 골재, 노출된 잔골재, 매끄로운 표면, 전단 연결부, 확장된 mesh와 같은 표면 거칠기가 고려되었다. 시험의 결과로 전단 연결부가 있는 시험체의 경우 경사전단시험에서 다른 시험법에 비해 더 높은 부착전단강도가 나타났다. 표면 거칠기 중 전단 연결부를 가진 시험체와 굵은 골재가 노출된 시험체는 부착전단강도와 압축파괴 양상 측면에서 우수한 성능을 보였다. 상기의 연구들을 통해 콘크리트의 표면 처리 방법이 부착전단강도를 향상 시키는 것을 확인하였지만 이러한 표면 처리 방법은 무인 자동화 타설 공법에 적합하지 않다.

무인 자동화 타설 공법은 자동 타설 거푸집에 의해 이뤄지는 공법이며 거푸집에 의해 연속적으로 타설이 이뤄지기 때문에 부착전단강도를 증가시키기 위해 사용되어질 수 있는 표면처리방법을 적용할 수 없다.

이에 본 연구에서는 경화지연제를 혼입하여 콘크리트의 부착전단강도를 향상시키는 방안을 고려하였다. 경화지연제를 혼입한 콘크리트와 일반 콘크리트간의 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험, 직접전단시험을 수행하였다. 또한 철근콘크리트 구조에서 콘크리트의 부착전단강도와 부식내구성의 관계를 평가하기위해 지연제혼입과 콘크리트 피복 두께를 고려하여 가속화부식실험을 수행하였다.

2. 재료 특성 및 시험 방법

2.1 시험변수 및 배합비

경사전단시험, 직접전단시험, 가속화부식시험에는 콘크리트 경화 지연제 혼입 유무, 콘크리트 타설면 처리 방법과 상층부 콘크리트 타설 지연 시간을 변수로 고려하여 수행되었다. 경화 지연제 혼입 변수는 콘크리트 체적의 0%와 1%가 고려되었다. 시험의 주요 변수로 사용된 콘크리트 경화 지연제는 삼영유화산업의 INFRACON_R4가 사용되었으며 해당 지연제는 리그닌을 주재료로 한 유기산 조성물이다. 해당 지연제는 특수제작된 지연제가 아니며 일반적인 현장에서도 사용할 수 있다. 콘크리트 타설면 처리 변수는 무처리, 치핑, 브러싱 방법이 고려되었다. 브러싱 방법과 치핑 방법은 각각 와이어브러쉬와 망치, 정을 활용하여 수행하였다. 또한 상층부 콘크리트 타설 지연 시간의 경우 8, 16, 24시간의 지연 시간이 고려되었다. 모든 시험에서의 시험 변수에 대한 표기는 Fig. 1에 나타내었다. 경화 지연제 혼입 유무는 N (일반콘크리트), R (경화지연제 혼입 콘크리트)로 구분하였고 타설면 처리 방법은 N (무처리), B (브러싱방법), C (치핑방법)으로 나타내었다. 상층부 콘크리트 타설 지연 시간은 8, 16, 24로 나타내었다. Fig. 1에 나타난 시험체의 경우 경화 지연제 혼입 콘크리트의 타설면을 브러싱방법으로 처리한 뒤 상층부 콘크리트를 8시간 뒤에 타설한 시험체이다. 모든 시험에서 상층부에 타설되는 콘크리트는 경화지연제를 혼입하지 않은 일반콘크리트이다. 시험에 사용된 콘크리트의 배합비는 Table 1을 통해 나타내었으며 설계 압축강도는 40 MPa이다.

Fig. 1

Sample Notation of Specimens ID

Table 1

Mix Proportion

Types	Unit Weight (kg/m³)
Types	*W	*C	*G	*S	*BS	*FA	*SP	*SR
New Concrete	164	276	898	867	59	59	2.76	0
Old Concrete	164	276	898	867	59	59	2.76	3.94

^* W = water, ^*C = cement, ^*G = coarse aggregate, ^*S = sand, ^*BS = blast furnace slag, ^*FA = fly ash, ^*SP = super plasticizer, ^*SR = setting retarder

2.2 재료 특성 평가 시험

전단시험과 가속화부식시험에 앞서 경화 지연제 혼입 콘크리트의 재료 특성을 평가하기 위해 압축강도 시험을 수행하였다. 압축강도시험체는 경화지연제 혼입을 변수로 고려하여 두 종류의 시험체가 제작되었다. ASTM C39 규정에 따라 지연제 혼입 콘크리트 시험체와 일반 콘크리트 시험체를 Φ100 × 200 mm의 크기로 제작하여 상온에서 기중 양생하였다. 모든 시험체의 압축강도는 공시체 재령 7일, 28일에 최대용량 2,000 kN의 UTM (universal testing machine)을 사용하여 수행하였다.

2.3 경사전단시험(Slant shear test)

경화지연제 혼입 콘크리트의 부착전단강도를 평가하기 위해 경사전단시험(slant shear test)이 수행되었다. 경사전단시험체는 100 × 100 × 300 mm의 크기로 제작되었다. Figs. 2, 3에 나타난 바와 같이 경사전단시험체는 30°의 전단경사각을 가지고 있으며 이러한 전단경사각을 만들기 위해 하층부 콘크리트 타설 후 상층부의 콘크리트가 타설되었다. 하층부 콘크리트의 경우 콘크리트 경화 지연제 혼입 변수가 고려되었으나 상층부 콘크리트는 일반 콘크리트가 사용되었다. 경사전단시험에서 시험체의 상대변위를 측정하기위해 전단경사각에 평행하게 LVDT (CDP-10)가 부착되었다. Fig. 2(a)에 나타난 바와 같이, 10,000 kN 용량의 액츄에이터를 사용하여 0.02 mm/sec의 속력으로 가력하여 부착전단강도를 측정하였다.

Fig. 2

Test and Formworks Set-up

Fig. 3

Detials of Slant Shear Specimens

2.4 직접전단시험(Bi-surface test)

경화지연제 혼입 콘크리트의 직접전단강도를 평가하기위해 직접전단시험(bi-surface test)가 수행되었다. Fig. 4에 나타난 바와 같이 직접전단시험체는 150 × 150 × 150 mm의 크기로 제작되었다. Fig. 5와 같이 시험체를 3등분한 지점에 지그를 설치한 뒤 시험을 수행하여 직접전단강도를 측정하였다. 직접전단시험은 경사전단시험과 동일한 액츄에이터와 가력속도가 사용되었다. 직접전단시험은 경사전단시험을 통해 얻어진 콘크리트의 부착전단응력과 직접전단응력을 비교하기 위해 수행되었다.

Fig. 4

Detail of Bi-surface Specimen

Fig. 5

Test Set-up of Bi-surface Test

2.5 가속화부식시험(Accelerated corrosion test)

경화지연제 혼입 콘크리트의 철근 부식 내구성능을 평가하기 위해 가속화 부식 시험이 수행되었다. 가속화 부식 시험은 약 50년 동안의 자연상태에 노출된 철근콘크리트의 철근 부식 상태를 묘사하는 시험이다. 가속화부식시험체는 경화지연제혼입유무, 타설면 처리 방법과 콘크리트 피복 두께가 고려되었으며 지름 10 mm의 철근이 사용되었다. 콘크리트 피복 두께 20 mm, 30 mm, 45 mm를 고려하여 Φ50 × 120 mm, Φ70 × 130 mm, 100 × 100 × 100 mm의 크기로 가속화부식시험체를 제작하였다. 가속화부식시험체는 Fig. 6을 통해 나타내었다. Fig. 7에 나타난 바와 같이 철근의 부식을 촉진시키기 위해 5% 농도의 염화나트륨 용액에 시험체의 타설면이 잠기게 한 뒤 철근에 5 V 전압의 양극을 연결하고 스테인리스 스틸에 음극을 연결하여 10일동안 전류를 가하였다. 부식내구성은 가속화부식시험 후 철근의 질량변화량을 측정하여 평가하였다. 철근의 질량변화량이 낮은 시험변수는 높은 부식 내구성을 가진 시험변수이다.

Fig. 6

Details of Accelerated Corrosion Specimens

Fig. 7

Test Set-up of Accelerated Corrosion Test

3. 시험 결과 및 분석

3.1 재료 특성 평가

경화지연제 혼입 콘크리트의 재료 특성을 평가하기 위해 수행한 압축강도시험 결과를 Fig. 8을 통해 나타내었다. Fig. 8의 압축강도는 시험체 2개의 평균값을 사용하였다. 시험의 결과로 7일 재령 시험체의 경우 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트의 압축강도는 설계강도의 약 84%인 33.5 MPa로 측정되었다. 지연제 혼입 콘크리트의 경우 설계강도의 약 86%의 압축강도인 34.5 MPa으로 측정되었다. 28일 재령의 경우 지연제 혼입 콘크리트와 지연제를 혼입하지 않은 일반 콘크리트의 압축강도는 각각 49.5 MPa, 51.5 MPa로 측정되었으며 이는 설계강도의 약 124%, 129%에 해당하는 결과값이다. 경화지연제를 혼입하였을 때 콘크리트의 압축강도가 증가하는 경향을 보였으며 이러한 결과를 통해 경화지연제를 혼입한 시험체들의 부착전단강도, 부착강도가 증가할 것으로 예상된다.

Fig. 8

Test Results of Compressive Strength

3.2 경사전단시험

경화지연제 혼입 콘크리트의 부착전단강도를 평가하기위해 경사전단시험을 수행하였다. 7일 재령 시험체의 부착전단강도와 부착응력은 Table 2를 통해 나타내었다. 지연제를 혼입한 R_N_8, 16 시험체와 지연제 혼입 후 표면을 브러시로 처리한 시험체 R_B_8, 16 시험체의 파괴 양상은 압축파괴로 나타났다. 경사전단시험에서의 압축파괴양상은 부착전단강도가 시험체의 압축강도보다 더 크게 발현되어 나타난 것으로 보이며 횡하중 전달 측면에서 더 효과적인 파괴양상이다. R_N_8, 16 시험체는 N_N_8, 16 시험체에 비해 약 63%, 83% 높은 부착전단강도가 나타났으며 이러한 결과를 통해 지연제의 혼입은 콘크리트의 부착전단강도 증진에 큰 영향을 미치는 것으로 보인다. 또한 모든 시험체에서 지연 타설 시간이 증가할수록 부착전단강도가 감소하는 경향을 보였다. 경사전단시험을 통해 경화지연제의 혼입이 기존의 지연 타설면에 적용되던 표면처리법과 비교해 더 높은 부착강도 증가를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 시험 결과를 바탕으로 경화지연제의 혼입이 지연 타설로인해 발생할 수 있는 타설 경계면의 부착강도와 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 적절한 방안이 될 수 있다고 판단된다.

Table 2

Summary of Slant Shear Test 7 Days (Son et al., 2023)

Specimen code	Surface treatment	Setting retarder (%)	*P_max (kN)	*σ_max (MPa)	Failure mode
R_N_8		1	247.9	10.6	Compressive failure
R_N_16		1	199.2	8.6	Compressive failure
R_N_24		1	140.4	6.0	Bond failure
R_B_8	Brushing	1	254.7	10.9	Compressive failure
R_B_16	Brushing	1	237.7	10.2	Compressive failure
R_B_24	Brushing	1	223.0	9.6	Bond failure
N_N_8			152.1	6.5	Bond failure
N_N_16			108.9	4.7	Bond failure
N_C_16	Chipping		156.3	6.7	Bond failure

^* P_max = Maximum load, *σ_max = Maximum shear stress

28일 재령 경사전단시험체의 결과는 Table 3을 통해 나타내었다. 7일 재령 시험체의 결과와 달리 28일 재령 시험체의 파괴양상은 R_N_8, 16, 24, R_B_8, 16, 24, N_N_8 시험체에서 압축파괴 양상이 나타났다. 이러한 결과는 콘크리트 재령 일 수의 증가로 콘크리트의 압축강도가 더 크게 발현되어 나타난 결과로 보인다. R_N_8, 16 시험체의 부착전단강도와 N_N_8, 16 시험체의 부착전단강도를 비교하였을 때 지연제를 혼입한 R_N_8, 16 시험체의 부착전단강도가 지연제를 혼입하지않은 N_N_8, 16에 비해 약 12%, 27% 높은 부착전단강도가 나타났다. 7일 재령 시험체의 결과에서 나타난 바와 같이 지연 타설 시간이 증가함에 따라 부착전단강도가 감소하는 경향은 28일 재령 시험체의 결과에서도 동일하게 나타났다. 또한 표면처리 방법 중 브러싱 방법을 고려한 R_B_8, 16, 24 시험체의 부착전단강도는 N_N_8, 16 시험체와 R_N_8, 16, 24 시험체에 비해 높은 부착전단강도가 나타났다.

Table 3

Summary of Slant Shear Test 28 Days (Son et al., 2023)

Specimen code	Surface treatment	Setting retarder (%)	*P_max (kN)	*σ_max (MPa)	Failure mode
R_N_8		1	268.0	11.5	Compressive failure
R_N_16		1	228.6	9.8	Compressive failure
R_N_24		1	189.0	8.1	Compressive failure
R_B_8	Brushing	1	333.5	6.6	Compressive failure
R_B_16	Brushing	1	348.5	14.3	Compressive failure
R_B_24	Brushing	1	216.5	15.0	Compressive failure
N_N_8			238.9	10.3	Compressive failure
N_N_16			180.4	4.7	Bond failure
N_C_16	Chipping		146.8	6.3	Bond failure

^* P_max = Maximum load, *σ_max = Maximum shear stress

3.3 직접전단시험

경화지연제 혼입 콘크리트의 직접전단강도를 평가하기위해 직접전단시험을 수행하였다. Table 4를 통해 7일 재령 직접전단시험체의 직접전단강도와 부착응력을 나타내었다. 직접전단시험에서 모든 시험체의 파괴양상은 부착파괴로 나타났다. R_N_8, 16 시험체의 부착강도는 N_N_8, 16 시험체의 부착강도에 비해 약 24%, 15% 높은 부착강도가 나타났으며 지연 타설 시간이 증가함에 따라 부착강도가 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 경향성은 경사전단시험의 결과에서도 확인할 수 있다.

Table 4

Summary of Bi-surface Test 7 Days

Specimen code	Surface treatment	Setting retarder	*P_max (kN)	*σ_max (MPa)	Failure mode
R_N_8	-	1%	145.9	13.0	Bond failure
R_N_16	-	1%	121.3	10.8	Bond failure
N_N_8	-	-	117.7	10.5	Bond failure
N_N_16	-	-	105.8	9.4	Bond failure

^* P_max = Maximum load, *σ_max = Maximum shear stress

재령 28일 직접전단시험의 결과는 Table 5에 나타내었다. 재령 7일 직접전단시험의 결과와 유사하게 경화지연제를 혼입한 시험체의 경우 더 높은 부착강도가 측정되었으며 또한 지연 타설 시간이 짧은 시험체에서 더 높은 부착강도가 나타나는 경향을 보였다.

Table 5

Summary of Bi-surface Test 28 Days

Specimen code	Surface treatment	Setting retarder	*P_max (kN)	*σ_max (MPa)	Failure mode
R_N_8	-	1%	126.5	11.3	Bond failure
R_N_16	-	1%	103.3	9.2	Bond failure
N_N_8	-	-	123.3	10.9	Bond failure
N_N_16	-	-	51.8	4.6	Bond failure

^* P_max = Maximum load, *σ_max = Maximum shear stress

3.4 전단시험 응력 비교

Fig. 9를 통해 28일 재령 시험체의 부착응력을 비교한 결과를 변수별로 나타내었으며 경사전단시험과 직접전단시험의 결과를 통해 경화지연제를 혼입한 콘크리트의 부착응력을 평가하였다. 서로 다른 시험법으로 도출된 부착전단강도를 명확히 비교, 분석하기 위하여 각 시험체의 부착응력을 비교하였을 때 실험 결과 상의 차이가 나타나지 않았다. Fig. 9에 나타난 바와 같이 각 변수에서 두 시험법 모두 평균 약 4.5%의 차이로 유사한 부착응력을 확인할 수 있다. 경사전단시험과 직접전단시험은 실험 결과인 부착응력의 측면에서 차이를 보이지 않았으나 시험체를 준비하는 과정에서 차이가 있다. 경사전단시험의 경우 경사전단시험체의 30°의 전단경사각을만들기위해 Fig. 2(b)와 같이 몰드를 기울이기 위한 부가적인 장비가 필요하나 직접전단시험과는 달리 시험과정에 필요한 지그가 요구되지 않는다는 장점이 있다. 또한 경사전단시험의 경우 타설면의 표면처리와 지연제 혼입과 같은 부가적인 처리를 통해 시험체의 부착전단강도가 압축강도보다 높게 발현되는 경우 시험체의 압축파괴양상이 주로 발생한다는 단점이 있다. 이러한 결과를 통해 연구자의 연구 환경과 목적에 부합하는 시험법을 선정하여 부착응력의 평가가 이뤄질 수 있다.

Fig. 9

Sterss Comparision between Slant Shear Test and Bi-surface Test (28 Days)

3.5 가속화부식시험

경화 지연제 혼입 콘크리트의 부식내구성을 평가하기위해 가속화부식실험을 수행하였다. 가속화부식실험은 콘크리트 피복 두께 변수가 추가로 고려되었으며 콘크리트 피복 두께에 따라 결과를 나타내었다. Figs. 10, 11을 통해 가속화부식시험의 결과를 나타냈으며 각각의 시험체에 사용된 철근의 부식으로 인한 질량변화량을 확인할 수 있으며 Table 6을 통해 모든 콘크리트 피복 두께 변수에서의 철근 질량변화량을 나타내었다. 콘크리트 피복 두께 20 mm의 시험 결과는 Fig. 10을 통해 나타내었다. Figs. 10(a), (b), (c)를 통해 각각의 표면 처리 변수에서 콘크리트 경화 지연제의 혼입이 부식내구성에 미치는 영향을 확인할 수 있다.

Fig. 10

Test Results of Accelerated Corrosion Test (Concrete Cover Depth = 20 mm)

Fig. 11

Test Results of Accelerated Corrosion Test (Concrete Cover Depth = 30 mm)

Table 6

Summary of Test Results

Specimens	Weight loss of Re-bar (g)
Specimens	20 mm	30 mm	45 mm
N_N_8	14	17	0
N_N_16	14	12	0
N_N_24	21	8	0
N_B_8	26	11	0
N_B_16	19	8	0
N_B_24	17	4	0
N_C_8	27	14	0
N_C_16	20	10	0
N_C_24	21	7	0
R_N_8	11	6	0
R_N_16	16	8	0
R_N_24	10	6	0
R_B_8	11	5	0
R_B_16	16	6	0
R_B_24	12	3	0
R_C_8	11	5	0
R_C_16	7	5	0
R_C_24	9	5	0

Fig. 10(a)을 통해 표면처리를 고려하지 않은 콘크리트에서 경화 지연제의 혼입이 부식내구성에 미치는 영향을 확인할 수 있다. 경화지연제를 혼입한 콘크리트 시험체의 철근 질량변화량이 일반 콘크리트 시험체에 비해 적게 나타났다. 경화지연제를 혼입하지 않은 시험체의 경우 지연타설시간이 증가함에 따라 철근의 질량변화량이 감소하는 경향이 나타났으나 경화지연제를 혼입한 시험체의 부식으로 인한 철근 질량변화량은 모든 지연타설 시간 변수에서 유사한 결과가 나타났다. 이러한 결과를 통해 경화지연제의 혼입은 철근콘크리트의 부식내구성 향상시키는 것으로 보인다.

브러싱, 치핑 방법과 같은 표면처리가 적용된 콘크리트에서 경화지연제의 혼입이 부식내구성에 미치는 영향은 Figs. 10 (b), (c)를 통해 확인할 수 있다. 경화지연제를 혼입하지 않고 브러싱, 치핑방법과 같은 표면처리를 적용한 시험체(N_B_8, 16, 24, N_C_8, 16, 24)는 N_N_8, 16, 24와 유사하게 지연 타설 시간이 증가함에 따라 철근의 질량변화량이 감소하는 경향을 보였다. 하지만 경화지연제를 혼입한 시험체(R_B_8, 16, 24, R_C_8, 16, 24)에서 지연타설 시간이 증가함에 따라 철근의 질량변화량이 감소하는 경향성은 나타나지 않았고 모든 지연 타설 시간 변수에서 유사한 질량변화량이 나타났다. 이러한 결과를 통해 경화지연제의 혼입은 철근콘크리트의 부식내구성을 향상시킬 수 있다.

30 mm의 피복두께 변수를 가진 가속화부식시험체의 결과는 Fig. 8을 통해 나타내었으며 Fig. 11의 (a), (b), (c)를 통해 경화지연제 혼입과 표면처리 변수에 따른 철근콘크리트의 부식내구성을 확인할 수 있다.

Fig. 11을 통해 경화지연제를 혼입하지 않은 시험체는 지연 타설 시간이 증가함에 따라 부식으로 인해 발생하는 철근의 질량변화량이 감소하는 경향을 보인다. 또한 N_N_8, 16, 24에 비해 표면처리를 적용한 시험체에서 철근의 질량변화량이 감소하였다. 이러한 결과는 콘크리트 타설면에 적용된 표면처리로 인해 콘크리트간의 부착강도가 증가하여 타설면으로 침투하는 수분을 감소시킨 영향으로 보인다. 이를 통해 콘크리트 타설면의 표면처리는 콘크리트간의 부착강도를 증가시키고 철근콘크리트의 부식내구성 향상에도 영향을 미치는 것으로 보인다.

Fig. 11(a)를 통해 경화지연제의 혼입이 부식내구성에 미치는 영향을 나타내었다. 경화지연제를 혼입한 R_N_8, 16, 24는 N_N_8, 16, 24에 비해 11 g, 4 g, 2 g 더 적은 철근의 질량변화량인 6 g, 8 g, 6 g이 나타났다. 경화 지연제 혼입의 부식내구성 향상은 지연 타설 시간이 짧을수록 증가하는 경향이 나타났으나 경화지연제를 혼입한 시험체(R_N_8, 16, 24)에서는 지연 타설 시간 변수가 철근의 질량변화량에 영향을 미치지않았다. Figs. 11(b), (c)를 통해 표면처리방법과 경화지연제혼입이 부식내구성에 미치는 영향을 나타내었다. 20 mm 피복두께 시험체의 결과와 유사하게 표면처리를 적용한 시험체에서 더 적은 철근의 질량변화량이 나타났다. 경화지연제를 혼입과 표면처리가 적용된 시험체(R_B_8, 16, 24, R_C_8, 16, 24)는 지연타설시간 변수가 철근의 질량변화량에 큰 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과를 통해 철근콘크리트 구조에서 철근의 부식을 방지하기위해 콘크리트 경화 지연제를 사용할 수 있을 것으로 보인다. 45 mm의 피복두께 변수를 가진 가속화부식시험체는 모든 변수에서 철근의 부식이 발생하지 않았다.

4. 결 론

경화지연제를 혼입한 콘크리트의 부착전단강도와 부식내구성을 평가하기위해 경사전단시험, 직접전단시험, 가속화부식시험을 수행하였다. 시험의 결과를 통해 도출된 결론은 아래와 같다.

1. 경화지연제를 혼입한 콘크리트의 부착전단강도를 평가하기위해 경사전단시험과 직접전단시험을 수행하였다. 두 시험의 결과로 일반콘크리트 시험체보다 경화지연제를 혼입한 시험체에서 더 높은 부착전단강도가 나타났다. 지연 타설 시간이 증가함에따라 부착전단강도가 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 압축파괴양상과 부착전단강도 시험결과를 통해 권장되는 지연타설 시간은 16시간으로 확인되었다.

2. 경사전단시험과 직접전단시험을 통해 도출된 각 변수별 시험체의 전단응력을 비교한 결과 각 시험별 시험체의 부착응력은 평균 약 4.5%의 차이를 보였으며 모든 변수에서 실험 결과상의 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과를 통해 콘크리트의 부착전단강도를 측정하기 위해 경사전단시험과 직접전단시험 모두 활용되어질 수 있으며 연구자의 연구 목적 및 환경에 따라 시험법의 선정이 필요해 보인다.

3. 경화지연제를 혼입한 철근콘크리트의 부식내구성을 평가하기위해 가속화부식실험을 수행하였다. 일반 콘크리트 시험체에서는 지연 타설 시간이 증가함에 따라 철근의 질량손실량이 감소하는 경향이 나타났다. 이러한 경향성은 콘크리트 타설면에 표면처리가 적용된 일반콘크리트 시험체에서도 동일하게 나타났다. 경화지연제를 혼입한 시험체는 일반 콘크리트 시험체보다 더 낮은 철근의 질량손실량이 발생하였다. 또한 경화 지연제를 혼입한 시험체의 경우 표면처리 변수와 지연 타설 시간 변수에 영향을 받지 않고 각 변수에서 유사한 철근의 질량손실량이 발생하였다. 또한 콘크리트의 피복 두께가 증가할수록 철근의 질량손실량이 감소하였으며 45 mm의 피복두께 변수를 가진 시험체는 철근의 부식으로인한 질량 손실이 발생하지 않았다. 이러한 결과를 통해 철근콘크리트의 부식 방지를 위해 콘크리트 경화 지연제를 사용할 수 있으며 콘크리트의 피복 두께를 증가시킬 수 없는 상황에 효율적으로 철근 콘크리트의 부식내구성을 증가시킬 수 있을 것으로 보인다.