KR0179719B1

KR0179719B1 - 우수한 압축 내성과 파쇄 에너지를 가지는 콘크리트 부재, 그 조성물 및 제조방법

Info

Publication number: KR0179719B1
Application number: KR1019950700771A
Authority: KR
Inventors: 피에르 에밀 펠릭스 리챠르; 마르셀 위베르 쉐이르지; 제롬 앙뚜안느 뒤가
Original assignee: 데르베쓰 미셸; 부이그
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1999-03-20
Also published as: FR2707977B1; US5522926A; FI950914A; ATE161526T1; JP3461830B2; NO950779D0; FI114701B; DE69407553T2; RU95106480A; FI950914A0; HK1005910A1; AU7188694A; KR950702947A; NO317271B1; AU678271B2; EP0658152A1; JPH08500814A; WO1995001317A1; ES2111314T3; CA2143660A1

Abstract

본 발명은 적어도 400 MPa의 압축내성과 적어도 1,000 J/m²의 파쇄 에너지를 가지는 콘크리트 제조에 관한 것이다. 실질적으로 시멘트, 가는 모래, 무정형 실리카, 분쇄된 석영, 강면, 유동화제 및 물을 특정한 비율로 함유하는 혼합물을 혼합하고, 셋팅한 후, 콘크리트는 적어도 250℃의 온도에서 가열된다. 도면은 본 발명에 따른 콘크리트의 미세구조를 보여 주는 전자 현미경 사진이다. 본 발명은 특히 스틸 대신, 예를 들면 압축 응력 케이블용 앵커링 헤드의 콘크리트 부분의 제조에 사용된다.

Description

우수한 압축 내성과 파쇄 에너지를 가지는 콘크리트 부재, 그 조성물 및 제조방법

본 발명은 400MPa 이상의 압축 강도와, 1,000J/m²이상의 파쇄 에너지를 가진, 조립식 또는 주조식의 콘크리트 골재에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 결과를 얻기 위해서, (a) 포틀랜드 시멘트 100 중량부; (b) 적어도 150㎛의 입자크기를 가지는 가는 모래 30 내지 100 중량부, 바람직하게는 40 내지 70 중량부; (c) 0.5㎛ 미만의 입자크기를 가지는 무정형 실리콘 10 내지 40 중량부, 바람직하게는 20 내지 30 중량부; (d) 10㎛ 미만의 입자크기를 가지는 분쇄된 석영(grond quartz) 20 내지 60 중량부, 바람직하게는 30 내지 50 중량부; (e) 강면(steel wool) 25 내지 100 중량부, 바람직하게는 45 내지 80 중량부; (f) 유동화제(a fluidifying agent); (g) 임의의 다른 첨가제들; (h) 물 13 내지 26 중량부, 바람직하게는 15 내지 22 중량부; 중량부로 표시된 상기 구성 성분으로 이루어진 조성물을 혼합하고, 셋팅한 후에, 콘크리트를 250℃ 이상에서 시멘트 수화 생성물이 조노틀리트형(xonotlite type)의 결정성 수화물로 변하는데 충분한 시간동안 양생시켜, 결합되지 않은 모든 물과 흡수되어 화학적으로 결합한 물 대부분을 실질적으로 제거하여 제조하였다.

모래골재, 특히 규산질 모래의 사용은 골재계면/시멘트, 실리카 및 물의 페이스트에서의 결합력을 강하게 한다.

콘크리트는 (CaO SiO₂, H₂O)형의 무정형 콘크리트 수화물을 식(CaO)₅(SiO₂)₆, (H₂O)₅로 표시되는 토버모리트(tobermorite)로 알려진 결정성 수화물로 변형하기 위해 오토클레이브에서 양생될 수 있다고 알려져 있지만, 이 기술은 토버모리트가 조성식이 (CaO)₆(SiO₂)₆(H₂O)₁로 알려진 조노틀리트보다 5배나 많은 물을 포함하기 때문에 현재의 문제점을 만족하게 해결하지는 못하였다.

뿐만 아니라, 본 발명은 시멘트 수화 생성물의 변형이 주위 압력과 습도하에서 단지 열에 의해서만 얻어지는 방법을 제공하기 위해 연구하였다.

본 발명의 한 구현예에 있어서는, 0.01㎤/g 미만의 누적 기공도(수은 포로시미터(porosimeter)를 사용한 측정치)를 가지며, 분쇄된 석영과 분쇄된 스틸가루로 된 강면을 함유하는 콘크리트를 제조하여, 셋팅한 후, 250℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상의 온도로, 주변 압력과 습도하에서, 시멘트 수화 생성물이 조노틀리트형의 결정성 수화물로 변형되어 얻어질 수 있는 충분한 시간동안 양생시켰다.

가열 중에 발생된 수증기는 낮은 기공성 때문에 콘크리트 내에 갇히게 된다. 분쇄된 석영은 무정형 수화물보다, 산화칼슘(CaO) 안에서 더 풍부한 결정성 수화물의 생성을 촉진하고, 강면은 구멍 안의 수증기압이 최대가 되는 전이단계 동안에 매트릭스의 힘을 충분히 부여한다.

이러한 상태 하에서, 갇혀진 수증기는 콘크리트 내에서 무정형 또는 반결정성 수화물을 조노틀리트 결정으로 변형하는데 필요한 열수 상태가 된다.

양생은 몇시간 동안 지속된다.

열 경화의 전형적 과정을 제1도에 나타내었다.

실제로는, 더 높은 온도를 사용하면, 경화과정은 촉진될 수 있다.

바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법은 또한 다음과 같은 1 이상의 특성을 나타낸다.

- 0.6중량부, 바람직하게는 적어도 1.4중량부의 초가소제가 상기 조성물에 첨가된다.

- 1 내지 5mm(연마기의 절단 눈금의 크기)로 분쇄된 스틸 부스러기로 만들어진 강면이 사용된다.

- CPA, PMES, HTS 형의 포틀랜드 시멘트(모듈러스가 높은 실리카 시멘트)가 사용된다.

- 사용된 가는 모래의 입자크기는 800㎛ 미만이며, 바람직하게는 150 내지 400㎛이다.

- 콘크리트는 경화되는 동안, 5 MPa 이상, 바람직하게는 50 MPa 이상의 압축압력으로 가압된다.

직경이 약 500㎛ 이하이고, 길이가 4 내지 20mm인 원통모양의 평활 금속섬유를 조성물에 첨가하면, 굴곡 내성과 파쇄 에너지가 상당히 개선된다. 즉, 141 MPa의 굴곡 강도와 30,000 J/m²의 파쇄 에너지가 얻어진다.

이 값은 기존의 콘크리트에서 얻은 것보다 200배 더 큰 값이고, 금속 섬유를 함유하지 않은 본 발명에 따른 콘크리트에서 얻은 값보다 15배 더 크다. 이러한 높은 파쇄 에너지는 물질에 중요한 연성을 제공한다.

이하, 본 발명을 다음과 같은 도면을 참조로 하여 실시예에 예시하였다.

- 제1도는 양생과정을 나타낸 그래프이다.

- 제2도는 본 발명에 따른 콘크리트 부재의 물 손실을 양생온도 함수로써 나타낸 곡선이고;

- 제3도는 본 발명에 따른 콘크리트 부재의 압축 내성을 잔류 물 비의 함수로써 나타낸 곡선이고;

- 제4도는 본 발명에 따른 콘크리트의 미세구조의 주사식 전자 현미경 사진이며;

- 제5도는 본 발명에 따라 얻어진 압축 응력 케이블의 엥커링 헤드를 나타낸 것이다.

포틀랜드 시멘트 100중량부 당, 하기비율로 각 성분을 혼합하여 콘크리트 시료를 제조하였다.

가는 모래 50중량부(150 내지 400㎛의 입자 크기); 무정형실리카 23중량부(0.5㎛ 미만의 입자크기); 분쇄된 석영 39중량부(10㎛ 미만의 입자크기); 초가소제 2중량부(건조 추출물); 3mm로 분쇄된 AISI 430 스테인레스 스틸 가루 63중량부(연마기의 절단 눈금 크기); 거보이즈(Gervois)사의 제품; 및 물 18중량부.

예를 들면, 초가소제로는 폴리아크릴레이트, 멜라민 또는 나프탈랜형이 있다.

시료들을 각각 다른 온도에서 양생하여, 다양한 시편들의 건조를 측정하였다. 220℃까지와, 또한 250℃ 이상의 양생온도로 건조가 약간 증가하는 것을 알 수 있다(제2도). 그러나, 건조는 230℃ 내지 240℃ 사이에서 격렬하게 일어난다. 이 온도는 무정형, 반결정성 및 토버모리트수화물이 조노틀리트로 변형되는 것과 일치한다.

완벽하게 변형이 일어나도록 하기 위하여, 시료를 250℃ 이상의 온도에서 양생하였다.

양생 조건은 스틸 가루를 높은 온도와 높은 습도상태에 노출시킨다. 시멘트 메트릭스 내에 갇혀 있음에도 불구하고, 탄소 스틸 가루는 심하게 부식되었다. 이러하 부식의 결과로 나타나는 산화철은 시료 표면에서 볼수 있으나, 스테인레스 스틸 가루를 사용하여 부식은 크게 제한되었고, 표면에서의 녹자국은 보이지 않았다.

본 발명의 콘크리트의 기계적 성능은 경화하기 전과 경화하는 동안 몰드 안에서 5MPa 내지 50 MPa 범위의 압축압력을 적용함으로써 개선될 수 있다. 이러한 압력은 함유된 공기로 인한 시료 다공성을 제거하고, 압축에 의해 새로운 콘크리트의 물 함유량을 감소시키기 위한 것이다.

예를 들면, 다음 표에서 주어진 결과가 관찰되었다.

기존의 콘크리트는 28일동안에 실린더를 사용하여 측정한 내성으로 특징지워진다. 일반 콘크리트의 압축강도는 25 내지 45 MPa 범위이다. 소위 고성능 콘크리트는 50 내지 60 MPa 범위의 강도를 가지며, 소위 초고성능 콘크리트는 100MPa를 약간 초과하는 강도를 가진다.

본 발명의 콘크리트에서 얻어진 내성은 400 내지 680 MPa 범위였다.

4 x 4 x16 cm의 시편을 이용한 삼점 밴딩 테스트에서 파쇄 에너지가 1,200 J/m²내지 1,800 J/m²범위로 측정된 반면, 일반 콘크리트와 고성능 콘크리트 및 초고성능 콘크리트는 모두 150 J/m²미만의 파쇄 에너지를 가졌다.

직경이 7cm이고 높이가 14cm인 원통모양의 시료를 400℃에서 경화된 시료를 가압하는 시험의 결과를 다음에 기재하였다.

제4도는 본 발명의 파쇄 콘크리트 미세 구조의 주사식 전자 현미경사진이다.

페이스트-골재의 경계면에서 약간 떨어진 거리에서 파손이 일어남을 볼 수 있으며, 이것은 경계면에서의 높은 결합강조를 나타낸다.

본 발명에 따라 얻어진 콘크리트는 철의 대용물로써, 예를 들면 : 압축응력 케이블의 앵커리지 헤드, 투사물로부터의 충격을 막는 보호틀 등으로 사용될 수 있다.

[실시예 2]

파열 메카닉으로의 특성화

본 발명의 콘크리트는 스틸섬유의 첨가와 열 처리로 인해 매우 큰 인장력이 얻어진다.

파열메카닉으로의 재료의 특성화를 위하여는 굴곡 시험에 제공되는 프리즘 모양의 시료가 필요하다.

콘크리트 시료는 하기 비율(중량)로 각 성분을 혼합하여 제조하였다 :

포틀랜드 시멘트 Ⅴ형 1

지르코니움 공업 실리카(평균직경 0.5㎛) 0.23

분쇄된 석영(평균직경 4㎛) 0.39

모래(최대 평균직경 0.5mm) 0.5

강면(실시예 1) 0.25

스틀섬유(길이 12.5mm, 직경 0.15mm) 0.4

초가소제(건조 추출물) 0.02

물 0.2L

초유화제는 폴리아크릴레이트이다.

혼합물은 고성능 실험 혼합기에서 제조되었다. 섬유와 강면은 조심스럽게 첨가되어야 한다. 섬유의 집합은 물질을 부서지기 쉽도록 만드는 중요한 결점이다.

콘크리트는 프리즘형 몰드 안에서 50Hz의 주파수로 진동되며 압축되었다.

굴절에 의한 인장 강도의 특성화에 필요한 가압되지 않은 시료는 4 x 4 x 16 cm의 표준치수를 가진다. 파쇄에너지의 특성화를 위한 시료는 7 x 7 x 28 cm의 표준치수를 가진다. 경화시키는 동안 압축하는 프리즘형 시료 치수는 3 x 3 x 12 cm이다. 581바(bars)의 압력이 가해졌다.

몰딩을 해체한 후에, 90℃에서 양생한 후 계속하여 250℃에서 양생하였다.

인장 내성은 3점 벤딩 테스트로 측정하였다.

파쇄 에너지는 눈금이 표시된 조각으로 측정하였다. 이러한 시험에는 편차와 파쇄 에너지에 상응하는 압축-변형 곡선하에서 표면을 결정할 수 있는 적용한 힘을 측정하는 것이 필요하다.

결과는 아래에 제시되었다 :

[실시예 3]

압축응력 케이블용 앵커링 헤드

압축응력 22T15의 콘크리트 앵커링 헤드를 거푸집으로 사용된 스틸로 만들어진 외관이 원뿔고리 형태인 몰드안에 본 발명에 따른 콘크리트를 부어서 완성시켰다(제5도).

앵커링 헤드로 사용된 콘크리트는 다음성분으로 이루어졌다;

포틀랜드 시멘트 Ⅴ형 1

실리카 퓸(평균직경 0.7㎛) 0.23

분쇄된 석영(평균직경 10㎛) 0.39

모래(최대 평균직경 0.25mm) 0.5

강면(실시예 1) 0.63

초가소제(건조 추출물) 0.26

물 0.21

초가소제는 폴리아크릴레이트이다.

고성능 혼합기는 미세한 첨가성분의 해교를 용이하게 한다. 혼합은 하기 과정에 따라 6분 동안 실시되며, 주요한 4단계로 나누어진다.

0분 섬유 없이 건조성분의 혼합 개시,

1분 30초 물과 초가소제 절반 첨가,

2분 30초 초가소제 나머지 절반 첨가,

4분 섬유 첨가,

6분 혼합 종결.

몰드 하부의 스틸 원뿔모양 실린더와 케이블의 통과를 위한 한끝을 자른 원뿔모양의 저장기로 구성된 금속성 모듈에 콘크리트를 저으면서 충전하였다.

몰드를 충전한 후, 혼합물을 콘크리트가 경화할 때가지 압축하였다. 적용한 압력은 약 500바아이다. 몰드의 바닥과 저장기에 사용된 원통형을 제거하여 상기 앵커링의 몰드를 해체하였다. 몰딩에서 제거된 앵커링은 90℃를 통과한 후 250℃에서의 순환으로 이루어지는 양생사이클에 제공된다.

상응하는 대조시료로 측정된 압축내성은 600 MPa이상, 최대 673MPa의 결과를 나타내었다.

압축응력 케이블용 콘크리트 앵커링 헤드는 많은 이점이 있다.

- 종래 스틸 조각의 기계가공에 있어서 상당한 절약이 있다.

- 고정 척(chuck)의 접촉이 종래 기술에 비해 개선되었다.

- 앵커링 헤드의 총 중량이 기존의 스틸 앵커링보다 더 가벼워서, 작업 장소에서의 사용을 용이하게 한다.

본 발명은 상기한 실시예에 제한되지 않는다.

Claims

(a) 포틀랜드 시멘트 100 중량부; (b) 적어도 150㎛의 입자 크기를 가지는 가는 모래 30 내지 100 중량부, 바람직하게는 40 내지 700 중량부 : (c) 0.5㎛ 미만의 입자 크기를 가지는 무정형 실리카 10 내지 40 중량부, 바람직하게는 20 내지 30 중량부 : (d) 10㎛ 미만의 입자 크기를 가지는 분쇄된 석영 20 내지 60 중량부, 바람직하게는 30 내지 50 중량부 : (e) 강면 25 내지 100 중량부, 바람직하게는 45 내지 80 중량부; (f) 유동화제; (g) 임의의 다른 첨가제들; 및 (h) 물 13 내지 26 중량부, 바람직하게는 15 내지 22 중량부를 포함하는 조성물을 혼합하고, 셋팅한 후, 결합되지 않은 거의 모든 물과 흡수되어 화학적으로 결합한 물 대부분을 제거하기 위하여 이 콘크리트를 적어도 250℃ 이상에서 시멘트 수화 생성물이 조노틀리트형의 결정성 수화물로 변하는데 충분한 시간 동안 양생시키는 단계들로 이루어진 400 MPa 이상의 압축 내성과 1,000 J/m²이상의 파쇄 에너지를 가지는 콘크리트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 가는 모래는 적어도 800㎛의 입자 크기를 가지는 것인 콘크리트의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 가는 모래는 150 내지 400 ㎛ 범위의 입자 크기를 가지는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 강면이 연마기의 절단 눈금 크기로 1 내지 5mm로 분쇄된 스틸 가루인 것인 콘트리트의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스테인레스 강면이 가용되는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 조성물이 적어도 0.6중량부, 바람직하게는 적어도 1.4중량부의 초가소제를 함유하는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항에 있어서, 모래 조성물은 추가로 길이가 4 내지 20mm, 바람직하게는 10 내지 14mm 범위이고, 직경이 500㎛ 이하, 바람직하게는 100 내지 200㎛인 원통 모양의 평활 금속섬유로 이루어지고, 상기 섬유의 부피는 경화한 후의 콘크리트 부피의 1 내지 4%, 바람직하게는 2 내지 3%인 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대해 실질적으로 모래 50중량부, 실리카 23중량부, 석영 39중량부, 초가소제 2중량부, 강면 63중량부, 및 물 18중량부를 함유하는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항, 제4항, 제6항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 콘크리트는 주의 압력과 습도에서 250℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상에서 양생되는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 경화하는 동안 5MPa 이상, 바람직하게는 50MPa 이상의 압력을 새로운 콘크리트에 가하는 것인 콘크리트의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 콘크리트 제조를 위한 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에 의해 제조된 콘크리트 부재.