본 연구에서는 유황을 폴리머화하여 콘크리트 표면보호재로 활용가능성을 검토하기 위하여 내구성능 및 생물독성 평가를 실시하 였다. 평가 결과, 콘크리트 표면보호재의 내화학성능은 산, 알칼리 용액에 대하여 화학저항성이 우수한 것으로 나타났다. 배합조건별 촉진내후 성 실험 후 부착강도평가 결과 규사분말 및 플라이애시를 동시에 혼합한 배합에서 가장 우수한 강도특성을 나타내었다. 콘크리트용 표면보호 재 시험체의 온냉반복 후에도 모든 배합조건에서 부착강도 1 MPa을 상회하였고, SFS배합에서 가장 높은 부착강도를 나타내었다. 표면보호재 를 도포한 콘크리트의 촉진탄산화 및 염소이온침투저항성을 검토한 결과, 규사분말을 채움재로 사용한 표면보호재를 도포한 시험체에서 가장 우수한 내구성능을 나타내었다. 유황폴리머를 콘크리트 표면보호재로 사용시 생물독성 검토를 위해 어독성 실험을 수행한 결과, 유황폴리머 는 생물에 미치는 영향은 없는 것으로 나타났다. 표면보호재의 내화학성, 동결융해저항성, 탄산화, 염소이온침투저항성 등을 모두 고려하여 볼 때, 본 연구범위에서는 유황폴리머에 채움재로서 규사분말과 플라이애시를 각각 20%씩 대체하는 것이 적절한 수준인 것으로 판단된다.

In this study, freezing and thawing test of secondary product was performed using the Fiber Reinforced polymer Cement composites. From the test result, it was found that fiber reinforced polymer cement composites resistance of freezing and thawing were better than that of conventional products.

In this study, sulfuric acid resistance of sulfur polymer surface protected concrete was evaluated. From the test result, the case of the surface protected test specimen showed no degradation of the concrete surface. Therefore, it is considered as applying on waste water disposal plants, drainage pipelines, etc is possible.

The amount of by-product from sulphur increases in domestic industrial facilities. However, the amount of its consumption is limited so that the amount of unused sulphur continues to increase. Therefore, in this study, the use sulfur polymer as the concrete surface protecting material was conducted. The compressive strength showed that as the substitution ratio of filler increased up to 40%, the compressive strength also increased. A high compressive strength was shown at the curing temperature of 40℃ (SS, FA) and 60℃ (OPC) according to the type of filler. The difference of compressive strength between air dry curing and water curing was insignificant so that there was no significant influence of moisture during curing process. The evaluation result of bond strength showed that the highest bond strength was shown at the air-dry condition of 40℃ regardless of type of filler. Bonding didn't occur properly during water curing in comparison to air dry curing. Also, in case of the specimen cured at 60℃, discoloration and hair cracks appeared due to the influence of temperature, and the highest bond strength was shown at the substitution ratio of 20% (SS, FA) and 30% (OPC) according to the type of filler. The releasing test result of harmful substance showed that no harmful substance was released, so there is no harmfulness in the surface protecting material using sulfur polymer. As a conclusion drawn in this study, it is most appropriate to substitute silica by approximately 20%, mix and cure at the air-dry condition of 40℃ in order to use sulfur polymer as the surface protecting material.

콘크리트 구조물의 내구성능을 감소시키는 열화에는 여러 가지 요인이 있으나, 가장 빈번하게 발생하는 요인 중 하나가 탄산화이다. 이러한 탄산화를 방지하기 위해 표면보호재를 활용하기도 한다. 한편 유황의 부산량은 정유산업 등의 국내 산업발달과 더불어 증가하고 있으며, 내화학성이 뛰어나 콘크리트의 표면보호재로 적합하다 판단된다. 따라서 본 연구에서는 산업부산물인 유황을 개질화하여 제작된 유황폴리머를 사용하여 콘크리트 표면보호재로 활용하기 위한 연구의 일환으로 탄산화저항성 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 국내 S정유사에서 부산된 유황폴리머(sulfur polymer, SP)와 채움재로는 FA(fly ash)와 규사(silica sand)를 사용하였다. 배합은 유황폴리머만을 사용한 배합을 Plain으로 하여, 채움재를 유황폴리머 중량의 20% 치환하였다. 채움재의 종류에 따라 FA를 사용한 FA, 규사를 사용한 SS, 규사와 FA를 10%씩 치환한 FS로 총 4가지 배합에 대하여 실험을 수행하였다. 배합한 표면보호재를 120℃에서 용융하여 100 × 100 × 100 mm의 콘크리트 공시체의 한 면에 도포하여 7일간 양생하였다. 그 후 측면과 밑면을 에폭시 수지로 밀봉하여 온도 20 ± 2℃, 상대습도 65 ± 10%, CO2 농도 5.0%로 설정된 탄산화 시험기에서 28일간 촉진탄산화를 진행하였다. 촉진탄산화 수행결과, 표면보호재를 도포하지 않은 공시체의 탄산화 깊이는 12.16 mm로 측정되었으며, Plain 배합에서는 1.31 mm로 약 90%의 중성화 깊이 감소를 나타내었다. 하지만 FA 배합에서는 3.36 mm로 채움재가 오히려 탄산화 저항성을 감소시키는 것으로 나타났다. SS 배합과 FS 배합에서는 각각 0.73 mm, 0.96 mm로 측정되어 탄산화 저항성을 증가시키며, KS 기준인 1.0 mm 이하를 만족시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 유황폴리머를 활용한 표면보호재의 탄산화저항성은 규사를 채움재로 사용하는 것이 가장 효과적이며, 규사와 FA를 같이 사용한 배합도 우수하다 판단된다.

In this study, bonding property between the hardened concrete and sulfur polymer was evaluated by pull out test. The test results were shown that moisture condition on the concrete decreased the bonding strength between concrete and sulfur polymer.

유황은 비금속 원소로서 비료, 화약, 고무, 금속 등과 같은 산업에서 주로 이용하며 자연상태에 존재하는 높은 순도의 유황은 주로 활화산과 연계해 있기 때문에 현재 국내에서 유황을 광산에서 채굴하는 일은 없다. 대신 석유화학 산업과 제철 산업 등 산업 부산물로서 추출한 유황을 생산하고 있다. 유황은 산업 전반에 걸쳐 사용하고 있지만 수요의 변동 폭이 크지 않기 때문에 석유화학 및 제철 산업의 발달로 유황의 회수가 활발해져 과거 90년대보다 유황 생산이 늘어나 공급과 수요의 불균형을 이루고 있다. 특히 석유화학 산업의 경우 저탄소, 친환경 정책이 대두됨에 따라 주요 대기오염원 중의 하나인 이산화황의 배출을 억제하기 위해 원유에서 유황을 제거해야하기 때문에 앞으로도 회수되는 유황은 계속 증가할 것으로 보인다. 한편, 유황은 뛰어난 내산성, 내염성을 가지고 있으며 속경성이 뛰어나기 때문에 오･폐수처리장, 화학물질 저장고 등과 같은 고부식성 환경에서의 열화, 균열, 강도저하와 같은 콘크리트의 내구적 약점을 보완하기에 적합한 건설재료이며 산성비, 비말대 등과 같이 일반적인 부식 환경에서 적용할 경우에도 구조물의 내구성능 향상을 기대할 수 있다. 이 연구에서는 산업부산물인 유황폴리머를 사용한 표면보호재를 구조물에 적용하기 위한 기초연구로서 유황폴리머에 플라이애시, 규사 8호와 같은 채움재를 배합하여 보완한 시험체의 강도특성을 실험적으로 평가하였다. 실험을 수행하기 위한 배합은 3가지이며 배합비는 유황폴리머와 단일 채움재의 비율을 2:1로 배합한 것과 유황폴리머와 두 가지 채움재 비율을 2:0.5:0.5로 배합한 것으로 실험하였다. 시험체를 제작하기 위해 각 배합별 시료를 잘 혼합하고 가열기에서 110~130℃로 가열하여 용융상태로 만든 직후, 급속한 온도저하를 방지하고자 적정온도로 건조기에서 가열한 50×50×50 mm 큐빅몰드를 이용하였다. 압축강도 측정은 재령 1일, 7일, 28일에 100 ton급 만능재료시험기를 이용하여 측정하였다. 재령별 모든 배합의 압축강도를 평가한 결과 채움재로 플라이애시만을 이용한 배합이 가장 낮게 측정되었으며 채움재로 규사 8호만을 이용한 배합이 가장 높게 측정되어 규사의 혼입은 유황폴리머 표면보호재의 강도특성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

콘크리트는 건설재료 중 가장 많이 사용되는 재료이다. 그러나 황산염(sulfate)등의 산성에 노출되어 있는 콘크리트는 열화가 촉진되어 콘크리트 구조물의 기능을 상실하게 된다. 이러한 열화를 방지하기 위해 에폭시 등의 표면보호재를 사용하고 있지만, 표면보호재로 정유산업의 부산물인 유황폴리머를 이용하게 된다면 유황폴리머의 뛰어난 내산성을 활용한 양질의 표면보호재를 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 유황폴리머는 대부분 정유산업의 부산물로 발생되므로 산업부산물 처리효과도 기대할 수 있다. 그러나 현재 유황폴리머에 대한 연구는 활발히 이루어지지 않은 실정이며, 특히 도포공법의 경우 국내에서는 연구가 전혀 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 유황폴리머의 도포공법(spray)에 적용하기 위한 기초연구를 수행하였고, 특히 도포되는 유황폴리머의 두께에 따른 부착강도를 측정하여 국내기준에 적합한지 평가하였다. 유황폴리머의 두께에 부착강도 평가를 위하여 유황폴리머를 ｢KS F 4936｣ 콘크리트 보호용 도막재에 규정되어 있는 시험용 모르타르 밑판(70×70×20 mm)에 각각 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm (±0.1 mm) 의 두께로 도포하였다. 도포 전 시험용 모르타르 밑판의 4방향 평균 두께와 유황폴리머가 경화된 이후 4방향의 평균두께를 측정하여 그 차이를 도포된 유황폴리머의 두께로 산출하였다. 도포 완료 후 7일간 온도(20 ± 2℃) 및 습도(65 ± 10%)를 일정하게 유지하여 양생한 후 만능시험기를 사용하여 부착강도를 측정하였다. 그 결과 0.5 mm 이상일 때 1.3 MPa의 부착강도를 나타내었으며, 1 mm, 1.5 mm의 조건에서는 각각 1.8 MPa, 2.2 MPa의 부착강도를 나타냈다. 이상의 결과로 도포한 유황폴리머의 두께가 증가할수록 부착강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 0.5 mm 이상의 두께에서는 표면보호재로 사용할 수 있는 부착강도(1.0 MPa)를 만족하는 것으로 나타났다.

The purpose of this study is to evaluate bond strength between sulfur polymer coating material and old concrete. The melted sulfur polymer was sprayed on surface of the concrete which is controlled by four types of temperature such as 0, 30, 50 and 100 ℃. The test result showed that the higher the temperature degree of concrete surface, the higher bond strength be obtained.

Based on the study of compressive strength due to SPC(sulfur polymer cement) content variation in the sulfur polymer concrete , it was found that the SPC content was required more than 16% to get over 50 MPa compressive strength and increasing ratio of the strength was greatest at SPC 14%.