KR102709083B1 - 조강 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트, 골재, 고로슬래그, 플라이애시 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제를 포함하되, 상기 혼화제는, 나노실리케이트 100중량부에 대해 폴리아크릴산 10 내지 50중량부, 글루콘산나트륨 5 내지 30중량부, 글리세롤 5 내지 30중량부가 더 포함되며, 나노실리케이트 100중량부에 대해 카르보닐 디아마이드 및 소듐벤조에이트가 (7:3) 내지 (8:2)의 중량비로 혼합된 혼합물 1 내지 10중량부가 더 포함되어, 카르보닐 디아마이드에 의한 저온 환경에서의 조강성이 확보되면서도 소듐벤조에이트의 첨가로 상기 카르보닐 디아마이드의 부반응에 의한 균열문제를 제어하는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

Description

조강 콘크리트 조성물{Early strength concrete composition}
본 발명은 조강성이 발현되면서도 균열저항성 및 작업성의 저하를 제어할 수 있는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 토목, 건축구조물의 긴급시공과 공기단축에 목적으로 사용되는 콘크리트를 제조하기 위해서는 초속경 시멘트, 초조강 시멘트 또는 3종 조강 포틀랜드시멘트를 사용하고 있다. 또한, 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 경우에는 단위 시멘트량을 높이는 동시에 감수율이 높은 혼화제를 사용하는 방식을 취하고 있다.
그러나 기존 혼화제만의 사용으로는 근래에 요구되는 높은 감수성과 충분한 작업성을 만족하기가 쉽지 않으며, 응결시간 단축을 통한 공기 단축 및 거푸집 해체 기준강도를 도달하기가 쉽지 않은 실정이다.
일 예로 대한민국 특허등록 제10-1625075호에서는 "콘크리트 액상 혼화제; 및 조강 시멘트를 포함하되, 양생 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도를 발현하기 위한 조기강도 발현용 콘크리트 조성물로서, 상기 콘크리트 액상 혼화제는 조강 시멘트 100 중량부에 대하여 10 내지 15 중량부의 범위로 포함되고, 상기 콘크리트 액상 혼화제는, 액상 혼화제 전체 100 중량%를 기준으로, 질산칼륨 1~50 중량%; 티오시안산 나트륨 0.1~3 중량%; 칼슘 포메이트 0.1~5 중량%; 분산제, 유지제, 방청제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 2.2~40 중량%; 및 상기 콘크리트 액상 혼화제 100 중량%를 만족시키는 잔량의 물을 포함하여 조성되는 콘크리트 조성물에 대해서 개시하고 있다.
그런데 상기 기술의 경우 조강성의 확보는 기대되나, 조강성의 확보에 따른 작업성 저하의 문제가 상존하는 것으로 보이며, 이에 더하여 균열에 대한 저항성을 기대할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 특허등록 제10-1625075호
이에 본 발명에서는 조강성이 확보되면서도 작업성 및 균열저항성이 저하되는 것을 제어할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공하고자 함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조강 콘크리트 조성물(이하, "본 발명의 조성물"이라 함)은 시멘트, 골재, 고로슬래그, 플라이애시 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제를 포함하되, 상기 혼화제는, 나노실리케이트 100중량부에 대해 폴리아크릴산 10 내지 50중량부, 글루콘산나트륨 5 내지 30중량부, 글리세롤 5 내지 30중량부가 더 포함되며, 나노실리케이트 100중량부에 대해 카르보닐 디아마이드 및 소듐벤조에이트가 (7:3) 내지 (8:2)의 중량비로 혼합된 혼합물 1 내지 10중량부가 더 포함되어, 카르보닐 디아마이드에 의한 저온 환경에서의 조강성이 확보되면서도 소듐벤조에이트의 첨가로 상기 카르보닐 디아마이드의 부반응에 의한 균열문제를 제어하는 것을 특징으로 한다.
시멘트, 골재, 고로슬래그, 플라이애시 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 페로실리콘이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
삭제
하나의 예로 상기 혼화제에는 규화마그네슘이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 혼화제에는 황산알루미늄 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 혼화제에는 메틸글루세스가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
상술한 본 발명의 조성물은 조강성이 확보되면서도 작업성 및 균열저항성의 저하를 제어할 수 있는 장점이 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 조성물은 시멘트, 골재, 고로슬래그, 플라이애시 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 시멘트 100중량부에 대해 골재 500 내지 1000중량부, 고로슬래그 10 내지 100중량부, 플라이애쉬 10 내지 50중량부 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제 0.01 내지 1중량부를 포함하는 것이 타당하다.
상기 시멘트는 당업계에서 모르타르 또는 콘크리트 등에 포함되는 것이라면 종류에 한정하지 않으며, 바람직하게는 일반 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 초속경 시멘트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 시멘트 분말형태 뿐만 아니라 클링커 형태도 사용 가능하다. 다만 시멘트 클링커를 사용하는 경우 전처리로 소성 및 분쇄과정을 거친 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기에서 언급된 바는 없으나 상기 조성외에 물이 포함되는데, 물은 종류에 한정하지 않으나, 불순물이 없고 깨끗하게 정제된 물을 사용하는 것이 좋다. 또한 물과 결합재(W/B)는 설계기준강도 및 배합강도와 같은 콘크리트의 강도와 내구성 등을 결정하는 수치로서, W/B가 30 내지 55 중량%가 되도록 하는 것이 콘크리트의 건조수축, 재료 분리 등이 일어나지 않는 조건으로 바람직하다.
상기 고로슬래그는 선철 제조 공정의 부산물인 수재슬래그를 미분쇄한 것으로 시멘트의 장기강도를 높여주고, 수밀성, 내해수성을 증대시키는 역할을 하게 된다. 상기 고로슬래그는 분말도 2,000 내지 15,000㎠/g, 바람직하게는 4,000 내지 8,000㎠/g 을 사용하는 것이 콘크리트 조성물의 유동성을 유지시키면서 콘크리트 조성물의 강도발현이 저하되지 않아 좋다.
또한 상기 고로슬래그는 전체 100 중량% 중에서 2 내지 6 중량%의 무수황산(SO3)을 포함하는 것이 좋으며, 바람직하게는 2 내지 3 중량% 첨가하는 것이 좋다. 상기 무수황산은 고로슬래그를 미분쇄할 때 첨가되는 것이며, 보조자극제의 역할을 수행하게 된다.
상기 플라이애시는 포졸란 반응에 의하여 콘크리트의 장기 강도를 증진시키고 콘크리트 조직의 수밀성, 내구성, 내화학성을 강화시키는 역할을 하는 것으로, 화력발전소에서 석탄을 사용하고 남은 석탄재로서 완전히 연소되어 비중이 2.0 내지 2.4, 바람직하게는 2.1 내지 2.2 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도는 3,500 내지 4,500㎠/g, 강열 감량은 5% 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 조성물에는 굵은 골재와 잔 골재가 더 포함될 수 있는데, 상기 굵은 골재는 일반적으로 자갈(gravels)로도 불리며, 당업계에서 일반적으로 사용하는 것이라면 종류에 한정하지 않는다. 상기 굵은 골재는 부순 골재 또는 천연골재를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 KS F 2502 또는 KS F 2527을 만족하는 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 잔골재는 일반적으로 모래라고 통칭되는 것으로 미세골재, 거친골재 모두 사용이 가능하다. 상기 미세골재는 4번 체(ASTM C125, 4.75mm)를 거의 완전하게 통과하는 물질이 좋으며, 실리카 모래 등을 사용하는 것이 좋다.
상기 거친 골재는 4번 채(ASTM C125, 4.75mm)에 주로 남아있는 물질, 예를 들어 실리카 모래, 석영, 대리석, 화강암, 질석분말, 방해석, 장석, 충적사, 기타 모래 등 다른 내구성 골재 또는 이들의 혼합물이 좋다. 또한 본 발명에서는 콘크리트의 유동성을 결정하기 위하여 잔골재율(S/a)이 35 내지 55 부피%를 만족하는 것이 좋은데, 이는 전체 골재(모래+자갈, a)체적에 대한 모래(S)의 체적비로 계산할 수 있다.
또한 본 발명의 조성물에는 상기 조성 외에 페로실리콘이 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다. 상기 페로실리콘은 SO3의 함량이 압도적으로 높은데, 시멘트의 SO3 함량이 1.5wt%에 불과한 데 비해 페로실리콘은 46wt%의 SO3 함량에 따라 화학반응의 공급원이 풍부한 상태를 유지하게 된다.
SO3는 콘크리트의 주요성분인 CaO와 반응하여 석고(CaSO4)를 생성하고, 물분자와 결합하여 시멘트의 응결에 영향을 미친다.
따라서 SO3 함량이 높은 페로실리콘이 더 첨가되어 시멘트의 함유량을 적게 가져가는 경우에도 일정 수준 이상의 압축강도의 발현을 이룰 수 있도록 하는 것이다. 즉 페로실리콘의 첨가에 의해 고로슬래그 및 플라이애시의 첨가에도 어느 정도 압축강도의 발현을 기대할 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게는 시멘트 100중량부에 대해 페로실리콘 3 내지 10중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.
본 발명의 혼화제에는 나노실리케이트 분말이 포함되는 것을 특징으로 한다.
나노실리케이트 분말이 첨가되어 조강성이 발현되면서 밀실한 페이스트가 유도되어 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 혼화제에는 나노실리케이트 외에도 폴리아크릴산, 글루콘산나트륨, 글리세롤이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리아크릴산은 감수제로 유동성을 부여하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 글루콘산나트륨은 나노실리케이트 등의 첨가에 따라 조강성이 확보되면서 급결에 의해 작업성 등이 저하되는 것을 방지를 위해 첨가되는 것이다.
상기 글리세롤은 콘크리트의 재료분리 방지를 위한 것으로서, 점성이 높은 특징이 있어 콘크리트에 혼합시 재료분리를 방지하고 작업성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게 상기 혼화제는 나노실리케이트 100중량부에 대해 폴리아크릴산 10 내지 50중량부, 글루콘산나트륨 5 내지 30중량부, 글리세롤 5 내지 30중량부를 포함하도록 배합됨이 타당하다.
또한 본 발명에서는 상기 조성 외에 규화마그네슘이 더 포함되는 예를 제시하고 있다. 상기 규화마그네슘은 콘크리트의 주요성분인 CaO와 반응하여 시멘트의 응결에 영향을 미친다. 따라서 규화마그네슘의 첨가에 의해 조강성이 확보되도록 하는 것이다. 또한 이하에서 보는 바와 같이 규화마그네슘의 첨가에 의해 조강성이 확보되면서도 작업성 및 균열저항성이 저하가 비교적 덜 한 것을 알 수 있다.
상기 규화마그네슘은 나노실리케이트 100중량부에 대해 1 내지 10중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.
한편 상기 혼화제에서는 조강성을 확보하기 위한 조성으로 황산알루미늄 분말이 더 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다.
상기 황산알루미늄 분말은 빠른 경화특성을 제공하여, 초조강성을 나타내고, 내화학성을 개선시킴으로써 염분침투저항성 등의 물성을 향상시키도록 한다.
그런데 상기 황산알루미늄 분말만을 첨가하는 경우 반응속도의 증진에 의해 수분의 조기증발에 따라 건조수축에 의한 균열의 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명에서는 황산알루미늄 분말에 더하여 메틸글루세스가 더 첨가되는 예를 제시하고 있다. 상기 메틸글루세스가 첨가됨에 의해 보습성을 향상시켜 황산알루미늄 분말의 첨가에도 건조수축에 의한 균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다.
이에 더하여 상기 메틸글루세스는 황산알루미늄 분말의 첨가에 의해 조기 경화에 따른 작업성 저하의 문제도 해결되도록 한다.
바람직하게 황산알루미늄 분말 및 메틸글루세스는 나노실리케이트 100중량부에 대해 1 내지 10중량부로 배합됨이 타당하고, 황산알루미늄 분말 및 메틸글루세스는 중량비로 (7:3) 내지 (8:2)로 혼합되는 것이 타당하다.
한편 상기 혼화제에서는 저온환경에서도 조강성이 발현되도록 하기 위한 실시예를 제시하고 있는 바, 이를 위해 상기 혼화제에는 카르보닐 디아마이드(CH4N2O)가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.
카르보닐 디아마이드는 저온에서도 점성을 활성화시켜 특히 동절기에도 긴급을 요하는 공사 등에 그 적용성을 높일 수 있게 되는 것이다.
그런데 카르보닐 디아마이드만을 첨가하는 경우 저온환경에서 조강성은 확보되나 부식 등에 의해 변성, 균열 등의 문제를 야기할 수 있다. 카르보닐 디아마이드만을 첨가하는 경우 배합과정에서 산소와의 부반응에 의해 변성이 유발되고 이러한 반응과정에서 가스가 유출되어 가스유출에 의한 페이스트의 균열을 유발하는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 소듐벤조에이트가 더 포함되도록 하여 카르보닐 디아마이드의 부반응을 제어함으로써 균열의 문제가 제어되도록 하는 것이다.
바람직하게는 카르보닐 디아마이드 및 소듐벤조에이트는 나노실리케이트 100중량부에 대해 1 내지 10중량부로 배합됨이 타당하고, 카르보닐 디아마이드 및 소듐벤조에이트는 중량비로 (7:3) 내지 (8:2)로 혼합됨이 타당하다.
이하 실험예에 의해 본 발명의 실시예를 설명한다.
하기 표 1에 도시된 바와 같이 배합하여 각 시료를 제작하였다.
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 Air
(%)		 W
(kg/㎥)		 OPC
(kg/㎥)		 BFS
(kg/㎥)		 FA
(kg/㎥)		 Sand
(kg)		 Coarse
Agge
(kg)		 페로실리콘 혼화제
51.1 52 4.5 169 225 45 25 880 860 8 0.72
하기와 같이 혼화제의 배합을 달리하여 실험을 진행하였으며, 그 결과가 하기 표 2에 도시되고 있다.
-. 실시예 1
혼화제로 나노실리케이트 100중량부에 대해 폴리아크릴산 20중량부, 글루콘산나트륨 10중량부, 글리세롤 5중량부를 포함하도록 배합하였다.
-. 실시예 2
혼화제로 실시예 1과 동일하되, 나노실리케이트 100중량부에 대해 규화마그네슘 2중량부가 더 배합되도록 하였다.
-. 실시예 3
혼화제로 실시예 1과 동일하되, 나노실리케이트 100중량부에 대해 황산알루미늄 분말 0.8중량부가 더 배합되도록 하였다.
-. 실시예 4
혼화제로 실시예 3과 동일하되, 나노실리케이트 100중량부에 대해 메틸글루세스 0.2중량부가 더 배합되도록 하였다.
-. 실시예 5
혼화제로 실시예 1과 동일하되, 나노실리케이트 100중량부에 대해 카르보닐 디아마이드 0.7중량부가 더 배합되도록 하였다.
-. 실시예 6
혼화제로 실시예 5와 동일하되, 나노실리케이트 100중량부에 대해 소듐벤조에이트 0.3중량부가 더 배합되도록 하였다.
구분 3일 압축강도
(MPa)		 7일
치수변화율
(㎛)		 Flow(mm)
상온 저온
(℃)		 60분
실시예 1 15 3.1 -270 190
실시예 2 23 4.2 -320 175
실시예 3 25 3.9 -380 160
실시예 4 24 4.0 -290 185
실시예 5 22 10.8 -340 160
실시예 6 22 10.7 -280 165
압축강도면에서 실시예 1보다 실시예 2가 더 유리한 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2의 경우 혼화제에 규화마그네슘이 더 첨가되어 조강성이 확보됨에 기인한 것으로 판단된다.
실시예 2의 경우가 실시예 3 및 실시예 5보다 균열저항성 및 작업성면에서 유리한 것을 알 수 있는데, 조강성 확보를 위한 조성으로서 규화마그네슘이 황산알루미늄 분말 및 카르보닐 디아마이드와 대비 조성강 확보면에서 유사한 결과가 도출되면서도 조강성 확보에 따른 균열저항성의 저하 및 작업성의 저하 문제에 있어서는 유리한 것을 알 수 있다.
또한 압축강도면에서 실시예 3 및 실시예 4의 경우가 가장 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 혼화제에 황산알루미늄 분말의 첨가에 기인함인데 이에 반해 실시예 3의 경우 실시예 1의 경우보다 균열 및 작업성면에서 불리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.
이에 실시예 4에서 보는 바와 같이 혼화제에 메틸글루세스이 더 첨가되도록 하여 조강성을 확보하면서도 건조수축에 대한 저항성 및 작업성이 확보되도록 하는 것이다.
또한 저온에서 압축강도가 실시예 5 및 실시예 6의 경우가 타 실시예들의 경우보다 양호한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 혼화제에 카르보닐 디아마이드의 첨가에 의한 조강성 확보에 기인한 것으로 판단된다.
한편 실시예 5의 경우 실시예 1과 대비 균열저항성면에서 불리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 카르보닐 디아마이드의 첨가에 의한 부반응의 결과에 기인한 것으로 보이며, 실시예 6의 경우 소듐벤조에이트가 더 첨가되도록 하여 이러한 점을 보완하게 되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

  1. 시멘트, 골재, 고로슬래그, 플라이애시 및 나노실리케이트 분말이 포함되는 혼화제를 포함하되,
    상기 혼화제는,
    나노실리케이트 100중량부에 대해 폴리아크릴산 10 내지 50중량부, 글루콘산나트륨 5 내지 30중량부, 글리세롤 5 내지 30중량부가 더 포함되며, 나노실리케이트 100중량부에 대해 카르보닐 디아마이드 및 소듐벤조에이트가 (7:3) 내지 (8:2)의 중량비로 혼합된 혼합물 1 내지 10중량부가 더 포함되어, 카르보닐 디아마이드에 의한 저온 환경에서의 조강성이 확보되면서도 소듐벤조에이트의 첨가로 상기 카르보닐 디아마이드의 부반응에 의한 균열문제를 제어하는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    페로실리콘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    규화마그네슘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    황산알루미늄 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    메틸글루세스가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 조강 콘크리트 조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
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