KR20000007185A - 플라이 애쉬를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라이 애쉬(Fly Ash)를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 화력발전소 또는 제지회사 등에서 생성되는 플라이 애쉬를 포틀랜드 시멘트 및 물과 일정 비율로 배합하여 시멘트 페이스트를 제조하고, 여기에 기포제를 기포발생장치에 투입하여 발생한 기포를 혼입하여, 단열성능이 우수하고, 건조수축에 의한 균열발생이 적으며, 압축강도를 개선한 경량 기포콘크리트 조성물에 관한 것이다.
시멘트와 플라이 애쉬를 중량비로 2 내지 8 대 1의 비율로 혼합하고, 여기에 물을 가하여 시멘트 페이스트를 제조한다. 다음 기포제와 물을 혼합한 희석액을 기포발생장치에 투입하여 기포를 발생시키고, 상기 기포 용액을 상기 시멘트 페이스트에 혼합하고 교반하여 경량 기포콘크리트 조성물을 제조한다.
플라이 애쉬의 첨가에 의해 콘크리트의 워커빌리티가 향상되며, 이에 따라 콘크리트의 단위수량을 줄일 수 있으므로 건조수축에 의한 균열의 발생을 줄일 수 있으며, 경량 기포콘크리트층과 접촉되는 콘크리트 및 모르타르층과의 부착강도를 증가시킨다. 또한 플라이 애쉬와 시멘트 수화생성물과의 화학반응에 의해 콘크리트의 장기강도가 현저히 증가하여, 경량 기포콘크리트의 파손이나 균열을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 플라이 애쉬를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 화력발전소 또는 제지회사 등에서 생성되는 플라이 애쉬를 포틀랜드 시멘트 및 물과 일정 비율로 배합하여 시멘트 페이스트를 제조하고, 여기에 기포제를 기포발생장치에 투입하여 발생한 기포를 혼입하여, 단열성능이 우수하고, 건조수축에 의한 균열발생이 적으며, 압축강도가 개선된 경량 기포콘크리트 조성물에 관한 것이다.
경량 기포콘크리트는 슬러리 상태의 시멘트 혼합물에 기포구조를 만들기 위해 무기 발포제 및 기체발생 계면활성제를 도입함으로써 콘크리트 내부에 기포를 형성시키는 것을 말한다.
경량 기포콘크리트는 제조하는 방법에 따라 폼 콘크리트(Foamed Concrete)와 가스 콘크리트(Gas Concrete)로 구분된다.
폼 콘크리트는 아직 굳지 않은 콘크리트에 기포제의 물리적 계면활성 작용에 의해 얻어진 기포를 콘크리트 중에 혼합하는 방법으로써 기포제조와 도입순서에 따라 기포발생 계면활성제를 교반하여 미리 기포를 만들어 두고 시멘트 페이스트나 모르타르에 혼입하는 프리폼법(Pre Foaming)과 시멘트 페이스트 또는 모르타르의 제조시에 기포제를 첨가하여 반죽하는 중에 기포를 생성시키는 믹스폼법(Mix Foaming)으로 구분할 수 있다.
가스 콘크리트는 아직 굳지 않은 콘크리트에 발포제의 화학반응을 통하여 얻어진 기포를 콘크리트 중에 포함시키는 방법으로 응결했을 때 다량의 기체방울이 포함된다. 발포제로는 미분화된 알루미늄 분말이 가장 많이 사용되며 발포원리는 활성분말이 수산화칼슘 또는 알칼리 유리수소와 수화 반응하여 수소를 발생시키는 원리이다.
경량 기포콘크리트 조성물은 열전도율이 낮은 재료로써 단열성능이 뛰어나 건물의 열 효율성을 향상시켜 에너지 절약효과를 얻을 수 있고, 흡음 성능도 우수하여 쾌적한 실내환경을 조성할 수 있다. 이러한 장점 때문에 경량 기포콘크리트는 주로 공동주택의 온수온돌 바닥구조 또는 옥상층의 단열층 등에 많이 사용되고 있다. 그 외에도 비중이 작아 터널 배면의 충전, 건축물 기초 배면의 충전 등에도 이용되고 있다.
경량 기포콘크리트 조성물을 제조하기 위하여 종래에는 시멘트 페이스트 또는 시멘트 모르타르에 기포제에 의해 발포된 기포를 첨가하거나, 또는 폴을 첨가하는 방법 등을 사용하였다.
시멘트 페이스트 또는 시멘트 모르타르에 기포제에 의해 교반된 기포를 첨가한 경량 기포콘크리트 조성물은 소요 시공성을 확보하기 위해 물-시멘트 비를 증가시킴으로써 압축강도가 저하하며, 단위수량이 많아 균열발생이 크고, 기계조작 기능공의 기술력 차이에 의해 품질편차가 크며, 배합설계보다 과다한 시멘트가 소요되는 등의 문제가 있다.
또한 폴을 첨가한 경량 기포콘크리트 조성물은 비중 차에 의해 폴이 위로 떠올라 마감 면이 고르지 못하고, 상부층 압송시 재료분리 현상이 발생하며, 작업시 폴의 비산으로 작업현장이 지저분해지고, 기포콘크리트 판상의 오그라짐, 들뜸 등이 발생하며, 배합설계보다 과다한 시멘트가 소요되고, 압축강도가 저하하는 등의 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 시멘트 페이스트에 플라이 애쉬를 혼입하여 균열발생을 줄이고, 압축강도가 개선되고 상부 모르타르층과의 부착력이 강화된 경량 기포콘크리트 조성물을 개발하게 되었다.
본 발명의 목적은 건조수축에 의한 균열발생을 감소시킨 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단열성능 및 압축강도가 양호한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시멘트의 일부를 플라이 애쉬로 대체하여 경제성이 우수한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 시멘트와 물로 구성되는 시멘트 페이스트에 혼화재로서 플라이 애쉬를 첨가하고, 여기에 다시 기포제를 발포시켜 얻어진 기포를 첨가한 경량 기포콘크리트 조성물에 관한 것이다.
플라이 애쉬란 화력발전소 또는 제지회사 등에서 비분탄을 약 1,400 내지 1,500℃의 고온으로 소각시켰을 때 발생하는 연소 보일러의 연도 가스로부터 전기식 및 기계식 집진장치를 이용하여 포집한 것이다. 플라이 애쉬는 화산재와 물성이 유사한 물질로서 매우 미세한 분말상태이며 주성분은 규사이고 입자모양은 구형이며, 천연 포졸란(Pozzolan)과 같은 특성을 가지므로 인공 포졸란 또는 인공 화산재라고도 한다. 플라이 애쉬는 그 자체로써는 수경성이 없으나 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화 생성물인 수산화 칼슘과 상온에서 서서히 반응을 일으켜 안정된 수용성화합물을 생성하여 경화하는 성질을 가지고 있다. 주성분으로서는 SiO2, Al2O3, Fe2O3등이며, 미량의 K, P, B, Co, Mo, Mg등이 함유되어 있다.
플라이 애쉬가 콘크리트 중에서 일으키는 화학반응은 다음과 같다.
CaO + H2O → Ca(OH)2
3Ca(OH)2+ 2SiO2→ 3CaO·2SiO2·3H2O
시멘트 중의 CaO는 물과 반응하여 소석회(Ca(OH)2)를 만들며, 상기 소석회는 불안정한 상태이다. 그러나, 상기 소석회는 실리카(SiO2)와 결합하여 애플라이트(Applite)를 생성하여 안정된 상태를 이루게 된다.
기포는 액체 속에서 기체입자가 분산되어 있는 입자 콜로이드의 일종이다. 기포제에 의해 기포콘크리트 조성물을 제조하는 방법은 기포를 발생시키는 계면활성기포제의 계면활성 작용을 이용하여 물리적으로 기포를 도입시킨 것으로, 기포제의 종류나 희석비율 또는 발포배율에 따라 공기량이 20%에서 최고 85%에 이른다. 일반 콘크리트용 AE제도 첨가량을 증가시키면 기포제로 사용할 수 있지만, 콘크리트의 점성이 크게 되어 유동성이 저하하기 때문에 기포성이 높고 다량 사용하여도 시멘트의 응결 및 경화에 영향을 미치지 않고 유동성이 좋으며 콘크리트의 초결 및 종결까지 기포를 안정하게 유지하는 기포제를 사용 목적이나 조건에 부합하도록 선택해서 사용할 필요가 있다. 현재 국내에서 생산되고 있는 기포제는 동물성 기포제, 식물성 기포제 및 계면 활성제계 기포제의 세 가지로 크게 구분할 수 있다. 이중 실제 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 기포제는 동물성 기포제 및 계면활성제계 기포제이다.
본 발명의 경량 기포콘크리트 조성물을 제조하는 방법을 기술한다. 먼저 기포제와 물을 혼합한 희석액을 기포발생장치에 투입하여 기포를 발생시킨다. 다음 시멘트와 플라이 애쉬를 중량비로 2 내지 8 대 1의 비율로 혼합하고, 여기에 물을 가하여 시멘트 페이스트를 제조한다. 상기 기포를 상기 시멘트 페이스트에 혼합하고 교반하여 본 발명의 경량 기포콘크리트 조성물을 제조한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1>
시멘트 240㎏과 플라이 애쉬 40㎏을 160㎏의 물과 혼합, 교반하여 시멘트 페이스트를 제조하고, 기포제를 발포시켜 기포를 콘크리트 용적의 78%가 되도록 상기 시멘트 페이스트에 혼합하였다.
기포제는 비중 1.12의 동물성 단백질계 기포제를 중량비로 25배 희석하여 사용하였으며, 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트로 비중 3.15, 분말도 3,150㎠/g인 것을 사용하였고, 물은 상수도수를 사용하였다. 플라이 애쉬는 비중 2.17의 보령산 유연탄계를 사용하였고, 그 화학적 성분은 표 1과 같다.
| SiO2 | Al2O3 | Na2O | MgO | SO3 | Fe2O3 | 습분 | 강열감량 | 분말도 |
| 55.1 | 25.8 | 0.8 | 1.1 | 0.3 | 3.7 | 0.1 | 3.5 | 4,050 |
<실시예 2>
플라이 애쉬를 80㎏, 물을 169㎏, 기포율을 75%로 하였고, 다른 조건은 실시예 1의 경우와 동일하다.
<실시예 3>
시멘트를 280㎏, 플라이 애쉬를 40㎏, 물을 184㎏, 기포율을 75%로 하였고, 다른 조건은 실시예 1의 경우와 동일하다.
<실시예 4>
플라이 애쉬를 80㎏, 물을 188㎏, 기포율을 72%로 하였고, 다른 조건은 실시예 3의 경우와 동일하다.
<실시예 5>
플라이 애쉬를 120㎏, 물을 193㎏, 기포율을 70%로 하였고, 다른 조건은 실시예 3의 경우와 동일하다.
<실시예 6>
시멘트를 320㎏, 플라이 애쉬를 40㎏, 물을 202㎏, 기포율을 71%로 하였고, 다른 조건은 실시예 1의 경우와 동일하다.
<실시예 7>
플라이 애쉬를 80㎏, 물을 207㎏, 기포율을 69%로 하였고, 다른 조건은 실시예 6의 경우와 동일하다.
<실시예 8>
플라이 애쉬를 120㎏, 물을 221㎏, 기포율을 74%로 하였고, 다른 조건은 실시예 6의 경우와 동일하다.
<실시예 9>
시멘트를 400㎏, 플라이 애쉬를 80㎏, 물을 243㎏, 기포율을 62%로 하였고, 다른 조건은 실시예 1의 경우와 동일하다.
<실시예 10>
플라이 애쉬를 160㎏, 물을 243㎏, 기포율을 57%로 하였고, 다른 조건은 실시예 9의 경우와 동일하다.
<실시예 11>
시멘트를 500㎏, 플라이 애쉬를 80㎏, 물을 289㎏, 기포율을 54%로 하였고, 다른 조건은 실시예 1의 경우와 동일하다.
<실시예 12>
플라이 애쉬를 160㎏, 물을 299㎏, 기포율을 49%로 하였고, 다른 조건은 실시예 11의 경우와 동일하다.
<비교실시예 1>
본 발명의 효과를 비교하기 위하여 플라이 애쉬를 첨가하지 않고, 시멘트 240㎏, 물 160㎏, 기포율 80%로 하였고 다른 조건은 실시예 1과 동일하다.
<비교실시예 2>
시멘트 280㎏, 물 178㎏, 기포율 77%로 하였고 다른 조건은 실시예 3과 동일하다.
<비교실시예 3>
시멘트 320㎏, 물 197㎏, 기포율 74%로 하였고 다른 조건은 실시예 6과 동일하다.
<비교실시예 4>
시멘트 400㎏, 물 234㎏, 기포율 67%로 하였고 다른 조건은 실시예 9와 동일하다.
<비교실시예 5>
시멘트 500㎏, 물 280㎏, 기포율 59%로 하였고 다른 조건은 실시예 11과 동일하다.
실험 결과는 표 2에 나타나 있다. 실험 결과 플라이 애쉬의 첨가에 따라 압축강도는 플라이 애쉬를 첨가하지 않은 경우보다 증가하였다. 이는 플라이 애쉬와 시멘트 수화생성물간의 반응에 의한 결과라 할 수 있으며, 플라이 애쉬의 첨가에 의해 워커빌리티가 향상되어 단위수량을 줄일 수 있으므로 건조수축에 의한 균열의 발생을 줄일 수 있다. 열전도율은 플라이 애쉬를 첨가하지 않은 경우 보다 다소 증가하였으나 비교적 양호한 결과를 보이고 있어, 본 발명에 의해 압축강도가 개선되고, 열전도율이 양호한 경량 기포콘크리트 조성물을 얻을 수 있다.
| 구 분 | 비 중 | 압축강도(㎏/㎠) | 열전도율(㎉/mh℃) |
| 실시예 1 | 0.28 | 7 | 0.073 |
| 실시예 2 | 0.32 | 10 | 0.081 |
| 비교실시예 1 | 0.24 | 5 | 0.065 |
| 실시예 3 | 0.32 | 11 | 0.083 |
| 실시예 4 | 0.36 | 14 | 0.09 |
| 실시예 5 | 0.4 | 16 | 0.095 |
| 비교실시예 2 | 0.28 | 8 | 0.075 |
| 실시예 6 | 0.36 | 15 | 0.09 |
| 실시예 7 | 0.4 | 18 | 0.095 |
| 실시예 8 | 0.44 | 22 | 0.105 |
| 비교실시예 3 | 0.32 | 11 | 0.085 |
| 실시예 9 | 0.48 | 25 | 0.110 |
| 실시예 10 | 0.56 | 32 | 0.125 |
| 비교실시예 4 | 0.4 | 17 | 0.100 |
| 실시예 11 | 0.58 | 34 | 0.13 |
| 실시예 12 | 0.66 | 42 | 0.145 |
| 비교실시예 5 | 0.5 | 27 | 0.115 |
플라이 애쉬는 미분탄이 연소된 후 용융 성분이 급랭되어 생기므로 입자의 대부분은 표면이 미끄러운 구상이며, 콘크리트에 혼화재로 첨가할 경우 워커빌리티가 향상되어 소요의 반죽질기를 얻기 위한 수량이 감소한다. 대략 첨가율 25% 정도에서 7%정도의 단위수량 감소효과가 있다. 따라서 종래의 경량 기포콘크리트 조성물의 경우는 소요 워커빌리티를 확보하기 위하여 다량의 물을 첨가함으로써 건조수축 균열이 다발하는 문제가 있었으나, 본 발명의 경량 기포콘크리트 조성물의 경우는 플라이 애쉬의 첨가에 의해 워커빌리티가 향상되므로 단위수량을 그만큼 감소시킬 수 있어 건조수축에 의한 균열발생을 줄일 수 있다.
시멘트의 수화반응은 열을 발생시키는 발열반응이므로 수화과정에서 콘크리트의 온도가 올라가며, 콘크리트의 온도가 높아졌다 다시 냉각되는 과정에서 콘크리트에 온도균열이 발생한다. 그러나, 플라이 애쉬는 시멘트의 수화반응의 결과 생성된 수산화칼슘과 반응하여 경화하며, 그 반응속도는 시멘트에 비해 상당히 느리므로 콘크리트의 초기 수화열을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명의 경량 기포콘크리트 조성물은 시멘트의 일부를 플라이 애쉬로 치환하여 시멘트의 수화과정에서 발생하는 수화열을 저감시켜 콘크리트의 온도상승을 줄이고 온도균열의 발생을 감소시킬 수 있다.
플라이 애쉬를 첨가한 콘크리트의 강도는 초기재령에서는 플라이 애쉬를 첨가하지 않은 경우보다 감소하지만, 장기적으로는 상당히 증가한다. 특히, 장기강도 증진의 효과는 압축강도에서 현저하며, 이는 플라이 애쉬와 시멘트 경화체와의 경계면이 포졸란 반응 생성물로 충진되어 상호간의 결합이 강화되었기 때문이다. 따라서 본 발명의 경량 기포콘크리트 조성물은 압축강도가 향상되어 콘크리트 타설후 파손이나 균열의 발생이 적어 우수한 품질의 확보가 가능하다.
그 외에도 플라이 애쉬를 사용함으로써 콘크리트의 동결융해 저항성이 향상되고, 중성화에 대한 저항성이 커지는 등의 효과가 있다.
Claims (4)
- 시멘트와 플라이 애쉬(Fly Ash)를 중량비로 2 내지 8 대 1의 비율로 혼합하고 물을 가하여 시멘트 페이스트를 만들고, 기포제를 발포시켜 생성한 기포를 상기 기포가 전체 용적의 50 내지 80%가 되도록 상기 시멘트 페이스트에 혼합한 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 조성물.
- 제1항에서, 상기 기포제는 동물성 단백질계 기포제 또는 계면활성제계 기포제 중의 하나인 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 조성물.
- 기포제에 물을 섞어 희석액을 만들고, 상기 희석액을 기포발생장치에 투입하여 기포를 발생시키는 단계;시멘트와 플라이 애쉬를 중량비 2 내지 8 대 1로 혼합하고, 물을 혼합하여 시멘트 페이스트를 만드는 단계; 및,상기 기포의 용적이 전체 용적의 50 내지 80%가 되도록 상기 기포를 상기 시멘트 페이스트에 혼합하고 교반하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 조성물의 제조방법.
- 제3항에서, 상기 기포제는 동물성 단백질계 기포제 또는 계면활성제계 기포제 중의 하나인 것을 특징으로 하는 경량 기포콘크리트 조성물의 제조 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019980026382A KR20000007185A (ko) | 1998-07-01 | 1998-07-01 | 플라이 애쉬를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법 |
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