김동현
(Dong-Hyun Kim)
1†
김형남
(Hyoung-Nam Kim)
1
궁빙청
(Bing Cheng Gong)
1
-
대진대학교 토목환경공학과 박사과정
(Graduate Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Daejin University,
Pocheon 11159, Rep. of Korea)
Copyright © Korea Concrete Institute(KCI)
키워드
탄산바륨, 황산바륨, 황산염 저항성, 내구성
Key words
barium carbonate, barium sulfate, sulfate resistance, durability
1. 서 론
콘크리트는 건설산업에 있어서 비교적 경제적이고 다양한 형태를 구현할 수 있는 재료로 널리 적용되고 있다. 또한 유지관리가 비교적 수월하고 비용도 적게
요구되는 반영구적 구조용 재료로 인식되어 왔다. 그러나 콘크리트가 적용되는 구조물의 특성상 다양한 환경에 노출되고 외부 인자에 포함된 유해물로 인해
콘크리트의 품질은 큰 영향을 받는다. 특히 기상작용에 의한 온도, 습도의 영향과 대기 환경적 요인으로 콘크리트 내부 조직에 물리･화학적 변형이 일어나
이로 인한 콘크리트 내구성 저하가 발생하여 구조물의 사용수명이 단축된다(Sisomphon and Franke 2007; Lee 2012)(17,11).
오･폐수 및 생활하수를 처리하는 하수구조물은 하수 및 오･폐수에 포함되어 있는 황산염($SO_{4}^{-2}$) 및 염화물($Cl^{-}$)에 의해
부식될 수 있으며, 지하토양 및 지하로 유입되는 우수에도 황산염($SO_{4}^{-2}$)과 염화물($Cl^{-}$)이 포함되어 구조물 외부로부터
부식이 발생될 가능성도 있다. 이러한 콘크리트의 부식은 하수구조물의 균열로 인한 철근부식과 파손으로 이어져 안전성 침해와 비용발생을 초래하므로 하수구조물의
내구성 및 안정성을 향상시키기 위한 연구가 필요한 실정이다(Kang 2012)(8).
탄산바륨(witherite; BaC$O_{3}$)은 광산에서 채광하거나 중정석으로부터 합성하여 생산하게 된다(Jamshi and Ebrahim 2008)(7). 탄산바륨은 황산염과 반응하여 불용성 물질인 황산바륨(Ba$SO_{4}$)으로 침전하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 탄산바륨은 폐수정수 또는 벽돌
제조에 적용되고 있다. 또한 탄산바륨을 시멘트 클링커 제조 시 첨가하여 시멘트 제조 원료로 적용 가능성을 연구한 바륨 적용 시멘트의 황산염 저항성에
관한 연구 사례도 있으나 탄산바륨을 콘크리트나 모르타르의 재료로 적용하여 황산염에 대한 저항성을 연구한 실적은 미미하다(Carmona-Quiroga
and Blanco-Varela 2014; Zezulová et al. 2016)(4,20).
다음 식(1)~(3)에는 탄산바륨이 황산바륨으로 변환되는 반응식을 나타냈으며, 바륨은 이온교환 형태로 황산염과 반응하여 황산바륨을 생성하고 방출된 탄산염은 칼슘이온과
반응하여 탄산칼슘을 형성할 수 있으며, 알루미네이트와 반응하여 칼슘모노카르보알루미네이트(calcium monocarboaluminate)를 형성할 수 있다(Utton et al. 2011)(18).
Carmona-Quiroga et al.(2011)(5)은 탄산바륨이 시멘트의 수화속도를 감소시키고, 일정농도 이상에서 일차 에트린자이트의 형성을 방해하고 분해할 수 있다는 열역학 분석을 보고하였다. 또한
클링커 함량 저하에 따른 강도감소와 작업성 저하를 방지하기 위한 균형 있는 사용을 경고하였다. 또한 Carmona-Quiroga and Blanco-Varela(2014)(4) 등은 연구를 통해 탄산바륨과 수산화칼슘이 동시에 존재하는 상황에서 황산염이 첨가될 경우, 황산염 수용액에 침지 기간에 따른 황산바륨의 발생량을 산출하여
탄산바륨이 수산화칼슘보다 더 빠르게 반응한다는 것을 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 탄산바륨이 적용된 모르타르의 황산염 저항성을 실험을 통해 확인하였다. 보통 포틀랜드 시멘트가 적용된 모르타르와 탄산바륨이 적용된
모르타르의 역학적 특성, 내구성 및 미세구조 분석을 통해 황산염 침식 특성을 고찰하였다.
2. 이론적 배경
황산염 중 황산나트륨($Na_{2}$$SO_{4}$)의 콘크리트 침식에 의해 생성되는 열화생성물은 석고, 에트린자이트 및 쏘마사이트(thaumasite)
등이 있다. 황산염에 의해 생성되는 열화생성물은 콘크리트 매트릭스의 연화를 촉진하고 조직 내부에 균열을 발생시켜 콘크리트의 내구성을 저하시키게 된다.
식(4)와 같이 시멘트 수화물인 수산화칼슘과 황산나트륨이 반응하여 석고가 생성된다.
수산화칼슘은 칼슘과 수산기가 해리되고 황산나트륨은 나트륨과 황산염이 해리되어 칼슘이온과 황산이온이 반응하여 석고를 생성하게 된다.
에트린자이트는 모노설페이트(monosulfate; $C_{4}$A$SH_{12}$), 칼슘 알루미네이트 수화물($C_{4}$A$H_{13}$) 및
$C_{3}$A와 반응하여 생성된다. 이때 생성되는 에트린자이트는 2차 에트린자이트로 명명하며 식(5)에 에트린자이트의 대표적인 반응식을 나타내었다(Mangat and Khatib 1995; Al-Amoudi 1998; Shanahan and Zayed
2007)(12,1,16).
위의 식(6)에서 보는 바와 같이, 쏘마사이트는 탄산칼슘과 저온･습윤 환경에서 발생하는 것으로 보고되고 있다. 쏘마사이트는 석고 및 에트린자이트와 다르게 칼슘
실리케이트 수화물이 침식을 받는 환경을 조성하므로 시멘트 경화제의 강도저하가 심각하게 발생하며 투수성이 증가하여 다른 열화인자의 침투를 용이하게 만들어
성능저하를 가속시키는 경향을 나타내게 된다(Whittaker and Black 2015)(19).
황산나트륨은 환경에 따라 두 가지 방법으로 시멘트 수화물을 침식시키게 되는데, 그중 한 가지 방법은 황산나트륨 수용액에 침지되어 침식시키는 화학적
침식, 두 번째 방법으로 황산나트륨 수용액에 반침지 또는 침지와 건조가 반복되는 환경에서 침식되는 물리적 침식으로 구분될 수 있다. 황산나트륨에 의한
물리적 침식은 콘크리트의 표면에 황산나트륨이 결정화하며 발생하는 결정압에 의해 침식되는데 탈수형태의 황산나트륨에서 함수형태의 황산나트륨($Na_{2}$$SO_{4}$-10$H_{2}$O)으로
변환될 때 약 314 %의 부피 증가가 발생하여 일반적인 콘크리트의 인장강도를 상회하는 결정압으로 콘크리트의 표면을 파괴시키게 된다(Scherer
2004; Haynes et al. 2008; Bassuoni and Nehdi 2009)(15,6,3).
Najjar et al.(2017)(13)의 연구결과에 따르면 황산염에 의한 화학적 침식에서 저항성이 높다고 보고되는 플라이애시 또는 실리카 흄이 치환된 콘크리트 시료가 황산염에 의한 물리적
침식에서는 열화가 발생하여 내구성이 저하된 것으로 보고되었다(Najjar et al. 2017)(13).
시멘트 구조에 포함된 바륨이온은 바륨-탄산칼슘-수화물 형태로 생성되어 시멘트 수화생성물과 골재 사이의 미세구조에 가교역할을 하여 균질한 미세공극을
형성하는데 기여하게 된다(Karatasios et al. 2008)(9).
탄산바륨은 황산염 환경에서 시멘트 수화물인 칼슘화합물보다 빠르게 황산염과 반응하여 불용성인 황산바륨으로 변환되므로 황산염에 의한 콘크리트와 모르타르
조직의 침식에 효과적으로 저항할 수 있을 것이라 판단된다(Carmona-Quiroga and Blanco-Varela 2014)(4).
3. 실험 개요
3.1 사용재료
본 연구에서 사용한 재료로는 OPC와 골재는 규사를 사용하였으며, 골재에 탄산바륨을 치환하여 비교하였다. 사용된 시멘트는 비중 3.15, 비표면적
3,130 $cm^{2}$/g의 재료를 사용하였다. 탄산바륨은 99 % 이상의 순도를 갖고 0.3 % 미만의 수분, 0.004 % 미만의 철성분을
함유하고 있으며, 1,380 °C에서 분해되며 0.02 mg/L의 용해도와 4.29의 비중을 가진 무취, 흰색의 분말형태의 특성을 가지고 있는 재료를
사용하였다.
사용된 OPC의 화학조성과 Bogue법을 이용하여 계산된 조성 광물의 비율 및 탄산바륨의 기초물성을 Table 1에 나타내었다.
Table 1. Mineralogical compound of cement and basic properties of barium carbonate
|
OPC
|
$C_{2}$S
|
$C_{3}$S
|
$C_{3}$A
|
$C_{4}$AF
|
|
Wt%
|
17.8
|
56.9
|
8.4
|
7.1
|
|
XRF
(Wt%)
|
Si$O_{2}$
|
Al2$O_{3}$
|
F$e_{2}$$O_{3}$
|
CaO
|
MgO
|
$SO_{3}$
|
Ig.loss
|
|
21.2
|
4.65
|
2.33
|
63.8
|
3.4
|
2.5
|
1.2
|
|
BaC$O_{3}$
|
Purity (%)
|
Specific gravity
|
Particle size (mesh)
|
Solubility
(mg/L)
|
|
99
|
4.29
|
325
|
0.02
|
Table 2. Mix Proportions for experiment
|
Label
|
W/B
|
C
|
S (BaC$O_{3}$)
|
|
P150
|
0.5
|
1
|
2
|
|
BC550
|
1
|
1.95 (0.05)
|
|
BC1050
|
1
|
1.90 (0.10)
|
|
BC1550
|
1
|
1.85 (0.15)
|
잔골재는 18~30 Mesh의 입도를 가지고 있는 5호 규사와 30~60 Mesh의 입도를 가지고 있는 6호 규사를 1:1로 혼합하여 사용하였다.
시험 용액은 황산나트륨($Na_{2}$$SO_{4}$) 99.5 % 순도의 시약을 사용하였으며, 5 % 황산나트륨 용액을 순도계를 이용하여 제조하여
사용하였다. 침지 재령이 증가함에 따라 황산염의 순도가 낮아지는 점을 고려하여 침지 시편은 1개월에 한 번씩 새로운 용액으로 교환해주었으며, 반침지
시편에 대해서는 2주마다 새로운 용액으로 교환하여 사용하였다.
3.2 시편 배합
실험 시편은 압축강도, 길이변화 및 중량변화를 측정하기 위하여 모르타르로 제작하였고, 시편의 미세구조 변화와 황산염 침투 깊이를 측정하기 위한 시편은
페이스트로 제작하였다. 모르타르 시편의 배합은 OPC와 규사의 중량비 1:2를 기본배합으로 하고 물/결합재 비(W/B)는 50 %로 제작하였다. 비교군으로
탄산바륨을 잔골재에 5, 10, 15 % 치환하여 시편을 제작하였다. Table 2에는 실험에 사용된 시편의 배합을 상대 비율로 나타내었다. 반침지에 대한 질량변화, 압축강도 및 길이변화 측정용 시편은 모르타르로 제작하였고, 미세구조
분석을 위한 주사현미경(scanning electron microscope, SEM), X-선회절분석(X-ray diffractometer, XRD)
및 Mapping 분석을 위해서는 W/B 0.5의 페이스트 시편을 제작하여 사용하였다.
3.3 시험방법
3.3.1 압축강도
압축강도는 KS L ISO 679(KATS 2016)(10)에 준하여 40×40× 160 $mm^{3}$ 규격의 몰드로 시험체를 제작하였으며, 1주일 후 탈형하여 20±1 °C의 온도가 유지되는 수조에서 수중
양생시켜 재령에 따른 압축강도를 측정하였다. 측정은 UTM(HD- 201 2000 KN)을 사용하였으며 황산염 수용액 침지 재령에 따른 압축강도 변화율을
계산하여 표기하였다.
3.3.2 길이변화
길이변화 측정용 시편은 압축강도 시편과 동일하게 제작하였다. 7일간 수중 양생한 시편의 초기 길이를 기준으로 적용한 후 180일간 재령에 따라 길이변화를
측정하였다. 초기기준길이에 대한 측정 길이의 비교는 ASTM C 1012(2018)(2)에 의하여 진행하였으며, 측정된 길이변화값은 다음 식(7)의 길이변화율로 계산하여 표기하였다.
여기서, $\Delta L$ : 길이변화율(%)
$L_{s}$ : 각 침지 재령에 대한 시편길이(mm)
$L_{i}$ : 초기기준 시편길이(mm)
3.3.3 질량변화
물리적 황산염 침식에 대한 저항성을 측정하기 위하여 압축강도 시편과 같은 방법으로 제작된 시편을 황산염 수용액에 반침지 시켜 반침지 재령에 따른 질량변화를
측정하였다. 반침지가 시작되면 시편에는 황산염의 결정이 생성된다. 재령별 측정 시에는 깨끗한 온수에 시편을 침지하여 형성된 결정을 제거하고 표면을
마른 수건으로 닦아서 측정하였다. 측정된 질량변화는 다음 식(8)과 같은 계산식을 적용하여 표기하였다.
여기서, $\Delta W$ : 질량변화율(%)
$W_{s}$ : 각 침지 재령에 대한 측정질량(g)
$W_{i}$ : 재령 28일에 대한 기준질량(g)
3.3.4 미세구조 분석
미세구조 분석은 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 사용하였으며, 분석에 사용된 시편은 골재의 영향을 제거하기 위하여 페이스트로 제작하였으며, 환경적 요인을 최소화하기 위하여
전처리 작업을 진행한 후 분석하였다.
황산염에 침지된 시편의 수화반응 생성물의 변화를 분석하기 위하여 X-선 회절분석기(X-ray diffractometer, XRD)를 사용하였으며,
시편은 주사전자현미경 분석에 사용된 시편과 동일한 방법으로 제작되고 침지된 시편을 사용하였으며, 완벽하게 건조된 시편을 분말상태로 제작하여 분석하였다.
3.3.5 Mapping 분석
Mapping 분석은 침지된 시편에 황산염의 침투 깊이를 분석하기 위하여 실시하였으며, 페이스트로 제작된 시편의 한쪽 면을 비워두고 나머지 5개 면을
에폭시본드로 코팅하여 황산염 수용액에 침지하였다. 이때 시편의 비워둔 면을 기준으로 반대방향으로 절단한 시료를 대상으로 Mapping 분석을 진행하였다.
Mapping 분석방법은 다음과 같다. EDAX로 목표가 되는 원소를 스캔하여 주사하게 되는데, 절단된 시편의 가로 세로 900 µm의 면적을 깊이
방향으로 주사하여 목표가 되는 원소부분을 표시한다. 위의 일정 면적을 128 frame 반복 스캔하여 목표 원소가 존재하는 부분을 표시하게 된다.
이때 1 frame 주사 스캔하는데 40초정도 소요된다.
4. 실험 결과 및 고찰
4.1 압축강도변화
모르타르를 표준양생 28일 이후 5 % 황산나트륨 수용액에 침지 시작하여 13, 22, 26주가 경과한 침지 재령에 대한 압축강도를 측정하여 표준양생
28일 재령의 압축강도와 비교한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. P150 배합의 경우 황산염 침지 이후 꾸준하게 강도가 저하되어 침지재령 13주차에서 -11.4 % 26주에서는 -13.7 %의 강도감소를
보였다. 이는 황산염이 시멘트 수화물을 공격하여 석고로 변환시켜 조직을 연하게 만들어 강도를 저하시키는 것이며, 재령이 늘어갈수록 에트린자이트를 생성시켜
내부 조직의 파괴를 가속화시키는 영향으로 판단된다(Mangat and Khatib 1995; Al-Amoudi 1998; Shanahan and Zayed
2007)(12,1,16).
바륨이 적용된 시편의 경우 침지재령 13주차까지 각각 2.8 %에서 8.8 %까지 강도가 증가하다가 26주차에 바륨 5 % 치환 시편이 -1.8 %의
강도감소를 보였고 바륨 10, 15 % 치환된 시편이 각각 5.3, 4.9 %의 강도변화를 나타내어 바륨이 치환되지 않은 시편보다 황산염침식 저항성이
우수한 것으로 나타났다. 모르타르에 적용된 탄산바륨이 황산나트륨 수용액에 해리된 황산염과 반응하여 불용성 물질인 황산바륨으로 변환되고, 변환된 황산바륨은
황산염의 침식에 효과적으로 저항한 것으로 판단된다(Carmona-Quiroga and Blanco-Varela 2014)(4).
4.2 길이변화
모르타르의 침지 재령에 따른 길이변화를 Fig. 2에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 기준 모르타르의 경우 침지재령 15주차부터 26주차까지 급속도로 팽창하여 26주차에는 0.1 %를 넘어서는
팽창률을 나타내었다. 시멘트 수화물이 황산염 침식에 의해 석고와 에트린자이트가 생성되어 팽창하고 균열로 이어져 외부적으로 전체적인 체적이 팽창하는
결과로 이어져 내구성에 영향을 미치게 된다. 바륨이 적용된 시편은 침지재령 26주차에 0.01~0.03 % 정도의 팽창을 나타내어 황산염 침식에 저항성이
있는 것으로 나타났다.
Fig. 1. Compressive strength change ratio of mortar immersed in aqueous sulfate solution
Fig. 2. Ratio of change in length of mortar immersed in aqueous sulfate solution
Fig. 3. Ratio of weight change of mortar immersed in sulfate aqueous solution
4.3 질량변화
물리적 황산염 침식에 대한 저항성을 판단하기 위하여 각 배합의 모르타르 시편을 황산나트륨 수용액에 반침지하여 재령별 질량변화를 Fig. 3에 나타내었다. 기준 시편의 경우 반침지 이후 지속적으로 질량이 증가하여 반침지 재령 38주 후 3.7 %의 질량증가가 나타났으며 바륨이 적용된 시편은
1~2 %의 질량증가를 나타내었다.
황산나트륨이 시편의 표면에서 습윤 건조를 반복하며 결정으로 성장하게 되고 생성된 결정은 시편 표면의 균열을 유발시켜 시편 조직 내부에서 열화생성물의
생성에 영향을 준다. 또한 반침지된 시편의 침지부분에서 황산염 침식에 의한 열화생성물이 발생하여 시편의 질량을 증가시킨 것으로 판단된다(Scherer
2004; Haynes et al. 2008; Bassuoni and Nehdi 2009)(15,6,3).
4.4 미세구조 분석
황산나트륨 수용액에 침지 전, 후 시편의 미세구조의 변화를 알아보기 위해 SEM 이미지와 EDAX 분석을 실시하였고 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다.
Fig. 4. SEM image and EDAX analysis of specimens before and after immersion in aqueous
sulfate solution
Fig. 4(a)는 침지전 시편의 정상적인 시멘트 수화물인 수산화칼슘과 C-S-H의 결정형상이 보이며, Fig. 4(b)에는 배합에 사용된 탄산바륨의 SEM 이미지와 EDAX 분석 결과를 나타내었다.
Fig. 5. XRD curve of the specimen before and after sulfate immersion
Fig. 4(c)에서 보는 바와 같이 시편의 공극 안에 황산염 침식에 의한 열화생성물인 에트린자이트의 결정이 생성된 것을 확인할 수 있었다. Fig. 4(d)에는 침지된 시편 조직의 균열을 유발하는 열화생성물인 석고와 에트린자이트의 SEM 이미지와 EDAX 분석 결과를 나타내었다. Fig. 4(e)에 나타낸 SEM 이미지와 EDAX 분석 결과는 배합에 적용된 탄산바륨이 황산염과 반응하여 황산바륨으로 변환된 것을 확인할 수 있는 분석결과이며,
황산바륨으로 변환되며 조직이 더욱 치밀해진 것으로 판단된다.
4.5 생성물 분석
황산나트륨 수용액 침지 전, 후 시멘트 수화물의 변화를 확인하기 위해 XRD 분석을 실시하였다. 페이스트 시편의 침지 전, 침지 후 재령 90일 및
180일의 XRD 분석 결과를 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5(a)를 보면 침지 전 칼슘을 포함한 수화물의 피크를 확인할 수 있으며, 침지 재령 90일과 180일의 XRD 곡선에서 열화생성물인 에트린자이트와 석고의
피크가 점점 더 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다(Neville 2012)(14).
Fig. 5(b)의 탄산바륨이 포함된 페이스트는 황산염 침지 재령이 늘어날수록 탄산바륨에서 황산바륨으로 변환되는 것을 확인할 수 있으며, 열화생성물인 에트린자이트와
석고의 피크는 기준 페이스트보다 현저하게 적게 나타난 것을 알 수 있다. 이는 시편에 침입하려는 황산염을 탄산바륨이 황산바륨으로 변화되며 소모하였으며,
변환된 황산바륨이 시편의 표면을 더욱 밀실하게 만들어 황산염의 침입을 방해하여 시멘트 수화물에 포함된 칼슘이온의 변환을 방지하여 조직을 보호한 것으로
판단된다.
4.6 Mapping 분석
Fig. 6에 바륨이 적용된 시편의 침지 전 Mapping 분석 결과를 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 어두운 바탕에 점과 같이 밝게 표시된 부분이 바륨을
나타내는 것으로 바륨의 함량이 많을수록 점과 같은 부분이 많이 표시되는 것을 확인할 수 있다.
Fig. 6. Barium Mapping Analysis (a) Barium 5 % (b) Barium 15 %
Fig. 7. Sulfur Mapping Analysis (a) OPC paste (b) Barium 5 % paste (c) Barium 15 %
paste
황산염에 침지된 시편의 황산염 침투 깊이를 알아보기 위하여 황(sulfur)에 대한 EDAX Mapping 분석을 실시하였으며, Fig. 7에 결과를 나타내었다. 26주간 황산염에 침지된 시편의 표면에서 깊이 3 mm를 스캔하여 황산염의 침투 깊이를 측정하였다. Fig. 7(a)는 기준 시편인 OPC 페이스트의 Mapping 분석 결과를 나타내는데 26주간 황산염에 침지된 시편의 표면에서부터 2.19 mm의 깊이로 황이 분포되어
있는 것을 알 수 있다. Fig. 7(b), (c)에서 보는 바와 같이 바륨이 포함된 시편에서는 황의 분포를 찾을 수 없었다. 이 결과는 바륨이 첨가된 페이스트 시편이 26주간 황산염에 침지되어도
황산염이 침투하지 못했다는 것을 알려준다.
식(1)에서 나타낸 바와 같이 시편에 포함된 탄산바륨이 황산염과 반응하여 생성된 황산바륨은 $K_{sp}$=1.1×$10^{-10}$으로 용해도가 낮아 물,
에테르, 에탄올, 클로로포름에 전혀 녹지 않으며, 강산이나 알칼리에도 녹지 않는 불용성물질이다. Fig. 7(b), (c)에서 나타낸 결과는 황산염에 노출된 탄산바륨이 불용성의 황산바륨으로 변환되어 시멘트 구조의 열화원인이 되는 황산염수용액의 침투를 방해하여 내부 조직을
보호한 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 기준 시편과 탄산바륨이 적용된 시편의 황산염 저항성 평가를 통해 황산염환경에서 내구성에 대한 바륨의 영향을 평가하였다. 평가방법으로는 침지
전, 후 시편에 대한 압축강도, 길이변화 및 반침지 환경에서의 질량변화를 측정하였으며, 미세구조 분석 및 Mapping 분석을 통해 수화생성물이 열화생성물로
변화된 것을 확인하였다. 연구로부터 도출된 결론은 다음과 같다.
1) 28일간 표준 양생을 마친 모르타르 시편을 5 % 황산나트륨 용액에 침지하여 재령별 압축강도를 측정하여 28일 표준 양생 시편의 압축강도와 비교한
결과 기준 시편은 침지재령이 증가할수록 강도가 저하되는 결과를 나타냈으며, 바륨이 포함된 시편은 침지 13주간 지속적으로 증가하다가 이후 소폭 저하되는
것으로 확인되었다.
2) 침지재령 1, 2, 3, 4, 8, 15, 18, 20, 22, 24, 26주 측정한 길이변화 결과에서 기준 시편은 15주차에서부터 급격히 팽창하여
26주에는 0.1 %이 넘는 변화율을 나타냈으며, 바륨이 포함된 시편은 황산염과 만난 탄산바륨이 불용성의 황산바륨으로 변환되어 황산염수용액의 침투를
효과적으로 방어하여 0.0.1에서 0.03 %의 변화율을 나타내는 데 그쳤다.
3) 물리적 황산염 침식에 대한 저항성을 판단하기 위하여 표준 양생을 마친 모르타르 시편을 5 % 황산나트륨 용액에 반침지하여 38주간 재령별 질량변화를
측정하였다. 모든 시편이 반침지 재령이 증가함에 따라 질량도 증가하였으며, 기준 시편의 경우 질량증가량이 바륨 첨가 시편보다 높게 나타나 38주차에는
3.7 %의 질량이 증가하였으며 바륨이 적용된 시편의 경우 1.6에서 2.1 %의 질량증가를 나타내었다.
4) 황산염 침식에 대한 영향을 검증하기 위하여 실시한 미세구조 분석에서는 침지 전 수화생성물과 침지 후 열화생성물의 결정을 확인하였고, 탄산바륨은
황산염 환경에서 황산바륨으로 변환되는 것을 확인하였다. 또한 바륨이 적용된 시편은 열화생성물이 더 적게 발생하는 것으로 확인되었으며, 압축강도, 길이변화
및 질량변화의 결과에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
5) Mapping 분석을 통해 황산염의 침투 정도를 확인할 수 있었으며, 바륨이 포함된 시편의 Mapping 분석을 통해 황산염의 침투에 효과적으로
저항할 수 있음을 알 수 있었다.
이상 황산염 침식 저항성 실험을 통하여 황산염환경에서 기준 시편의 내구성 저하가 확인되었으며, 바륨이 포함된 시편에서는 황산염의 침투에 큰 저항성을
갖는 것을 알 수 있었다.
그러나 황산염은 주변 환경과 그 농도에 따라 서로 다른 양상을 나타내며 장기적인 실험결과에 따라 상이한 결과를 나타낼 수 있으므로 추가적인 연구가
필요할 것으로 판단된다.