KR100230916B1 - 고강도콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
고강도콘크리트 조성물에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
콘크리트를 구성하고 있는 결합재, 골재의 계면의 3개 상(相)에 존재하는 결함을 최소화할 수 있는 재료의 적절한 선정과 이들의 합리적인 조합을 통하여 압축강도 3000Kgf/㎠ 이상을 나타내는 고강도콘크리트 조성물을 제조하는 것임.
3. 발명의 해결방법의 요지
제조하고자 하는 고강도콘크리트 1㎥당 초조강시멘트 627-693kg과 실리카흄 285-315kg과 결합재량에 대한 2-4%의 고성능 에이이(AE)감수제와 고성능 에이이감수제에 대한 1-3%의 소포제와 고순도규사 114-126kg과 최대크기 1.2mm인 염기성맥암 1051-1229kg과 최대크기 5mm인 보크사이트 114-126kg과 결합재에 대한 0.12-0.16%의 물을 조합하여 비빔한 후 오토클레이브 양생방법으로 양생한다.
4. 발명의 중요한 용도
고강도가 요구되는 건설 구조 재료분야의 신소재로써 이용함.

Description

고강도콘크리트 조성물
본 발명은 콘크리트 조성물에 관한 것이며 특히 고강도콘크리트 조성물에 관한 것이다.
고강도콘크리트의 개발 및 실용화는 건축구조물의 초고층화와 교량의 장대교화, 프리스트레스트 콘크리트의 사용 증가에 따라 절실히 요구되고 있는 실정이다. 고강도콘크리트에 대한 개발은 지난 20여년간에 걸쳐 활발하게 진행되어 현재 상당한 강도의 고강도콘크리트가 생산되고 있다.
지금까지 국내의 콘크리트 학회에 보고된 최고 강도의 콘크리트는 2318Kgf/㎠로써 보통 강도의 약 10배에 해당하는 높은 강도를 보이고 있다. 그러나 콘크리크의 이론적인 강도는 100,000Kgf/㎠ 수준임을 고려하면, 현재 제조 가능한 콘크리트의 강도는 이론 강도의 1/40로 매우 미미한 수준에 그치고 있는 것이다. 이와 같이 콘크리트의 강도가 이론 강도에 이르지 못하고 있는 것은, 미시적인 관점에서 살펴볼 때, 결합재(Binder), 골재(Aggregate), 이 두 재료의 계면(Transition Zone)의 3개 상(相)으로 된 콘크리트의 구성에 수많은 결함 부분을 가지고 있기 때문이다.
본 발명은 콘크리트를 구성하고 있는 결합재, 골재의 계면의 3개 상(相)에 존재하는 결함을 최소화할 수 있는 재료의 선정과 이들의 합리적인 조합을 통하여 압축강도 3000Kgf/㎠ 이상을 나타내는 고강도콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 콘크리트를 구성하고 있는 결합재, 골재, 계면을 최적화 하기 위하여 현재까지 보고된 국내, 외 연구결과와 발명인의 연구결과를 기초로 최적의 재료를 선정함과 아울러 조합, 비빔, 다짐, 양생방법을 적절히 조화시켜 압축강도 3000Kgf/㎠ 이상을 나타내는 고강도 콘크리트를 얻었다.
압축강도 3000kg/㎠이상의 고강도 콘크리트를 제조하기 위한 본 발명과 관련한 연구의 추진 계획은 결합재, 골재, 계면의 강도에 영향을 미치는 요인을 재료(시멘트, 혼화재료, 골재상태), 조합(물결합재비, 실리카흄대체율, 단위결합재량) 제조조건(비빔방법, 다짐조건, 양생조건)의 3가지로 분류하여 각 요인의 영향을 기존 문헌과 발명인의 실험결과를 바탕으로 검토한 후 최고의 강도를 나타낼 수 있는 최적의 실험요인 및 수준을 설정하여 실시하였다.
본 발명에서 이용되는 각 재료의 특성은 다음과 같다.
(1) 시멘트
고강도콘크리트를 제조하기 위하여는 양질의 시멘트를 사용해야 되는 것으로 본 발명에서는 강도 발현에 유리한 초조강시멘트를 선택하였다. 시멘트의 물리적 성질은 다음과 같다.
Figure kpo00001
(2) 실리카흄
실리카흄은 시멘트 입자 사이에 마이크로필터 효과와 강력한 포졸란반응을 일으키므로 강도 발현이 우수하며 수밀성, 화학저항성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 보통 포틀랜트시멘트의 경우 30%정도 유리 생성되는 Ca(OH)2의 량이 실리카흄의 대부분의 성분인 SiO2를 결합시켜 2차적으로 규산석회 수화물을 만들고 안정화되어 강도 발현이 현저하게 이루어진다. 실리카흄의 물리 화학적 성질은 아래 표 2와 같다.
Figure kpo00002
(3) 고성능감수제
고강도콘크리트의 기본 배합은 낮은 물.시멘트비가 적용되므로 적절한 워커빌리티(Workability)를 확보하기 위하여 고성능AE감수제(Superplasticizing Air Entrainning Agent)를 사용한다. 본 발명에서는 일본 다께모토사의 폴리카르본산계의 고성능AE감수제를 사용하였으며 그 물리적 성질을 표 3과 같다.
Figure kpo00003
(4) 소포제
내부의 기포를 제거하여 강도 발현을 우수하게 하기 위하여 소포제(燒泡劑)를 사용한다. 본 발명에서는 일본 다께모토사제를 사용하였으며 그 물리적 성질은 표 4와 같다.
Figure kpo00004
(5) 골재
고강도콘크리트 경우 우수한 압축 강도를 얻기 위하여 적절한 골재의 사용은 필수적인 것이다. 본 발명에서 이용하는 골재의 물리적 성질은 표 5와 같다.
Figure kpo00005
본 발명은 최고의 압축 강도를 얻기 위하여 상기와 같은 각 재료를 아래 표 6과 같이 4개의 실시예로 조합하였다.
Figure kpo00006
상기와 같은 조합으로 된 각 실시예의 재료들은 용량 30ℓ의 옴니믹서(Omni-Mixer)를 이용하여 비빔을 하였으며, 비빔방법은 아래 그림 1과 같이 실리카흄과 시멘트와 골재 1/2(G1+G2+G3)를 투입하고 3분간 비빔을 하여 건모르터를 만들었고, 건모르터 위에 물과 감수제와 소포제를 투입하여 4-6분간 비빔을 하여 유동화 모르터를 만들었으며, 유동화 모르터 위에 골재 1/2를 투입하여 5분간 비빔을 하였다. 그리고, 비빔은 육안 관찰로서 콘크리트의 균질성이 확보될 수 있을때까지 실시하였다.
[그림 1]
Figure kpo00007
상기와 같은 비빔에 의해 얻어진 각 실시예의 조합물의 제조 직후 아직 굳지 않은 상태에서 2개층으로 나누어 몰드에 투입한 후, 각 층에 대하여 봉 바이브레이터 및 테이블 바이브레이터로 콘크리트 내부의 기포가 충분히 제거될 때까지 진동다짐을 행하여 공시체를 제작하였다.
양생방법으로는, 오토클레이브 양생방법을 이용하였다. 즉, 아래 그림 2에서와 같이 전치양생 10시간, 승온 및 승압 6시간, 180℃ 10기압에서 6시간, 강온, 강압 12시간 후 80℃ 수중양생에 보존하는 방법으로 실시하였다.
[그림 2]
Figure kpo00008
상기와 같은 조합과 비빔방법과 양생에 의해 얻어진 각 실시예에 따른 고강도 콘크리트를 KSF2405에 따라 압축 강도시험한 결과는 아래 표 7 및 그림 3과 같다.
Figure kpo00009
[그림 3]
Figure kpo00010
Figure kpo00011
표 7 및 그림 3에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1, 2, 3의 경우, 2200Kgf/㎠-2600Kgf/㎠ 정도의 압축강도를 나타내어 학회에 앞서 보고되었던 최고의 압축강도를 넘어서고 있다. 이는 골재로서 표준사를 염기성 맥암 및 보크사이트와 적절히 조화시키고, 또 결합재로써 초조강시멘트를 실리카흄 및 고순도규사와 적절히 혼합 사용함으로써 얻어진 결과로 판단된다.
특이할만한 것은 실시예 1 및 3에서 3일 강도에 비하여 7일 강도가 다소 낮게 나타나고 있는데 이는 초기 재령에서 오토클레이브 양생한 후 80℃ 수중양생을 함으로써 초기에 수화반응이 거의 완료되었고 역학적으로 대상 공시체의 강도영역이 매우 높아 공시체가 취성적인 파괴를 보일 뿐만 아니라 공시체의 일부에 발생한 결함이 하중의 작용시 공시체 전체로 쉽게 전파되어 시험체에 따른 편차가 크기 때문에 나타난 현상으로 판단되나, 부분적으로는 화학적으로 수화반응에 의해 발생한 물질의 경시에 따른 전이현상도 포함되어 있는 것으로 판단된다.
실시예중에서 가장 높은 강도를 보인 것인 실시예 4로써 3일 강도에 이미 3000의 Kgf/㎠수준에 거의 근접한 2970Kgf/㎠의 강도를 보이고 있고, 재령 14일에는 3116Kgf/㎠의 강도를 보이고 있으며, 실시예 1 및 3에서 나타난 재령의 증가에 따른 강도의 저하는 나타나지 않고 있다. 이와 같이 높은 강도를 보이는 것은 골재의 재질이 매우 견경한 염기성 맥암을 최대크기 1.2mm로 세립화하여 사용하고, 결합재로써 초조강시멘트, 실리카흄, 고순도규사를 적절히 배합하고 또 활성이 우수한 보크사이트를 미분말화 하여 골재가 아닌 혼화재로써 사용하였기 때문에 가능하였던 것으로 판단된다.
본 발명은 현재 널리 유통되고 있는 재료를 사용하고도 재료의 적절한 선정과 각 재료를 최적의 조건으로 혼합하고, 비빔, 다짐, 양생을 적절히 함으로써, 청구범위 제1항 내지 제3항의 고강도콘크리트 조성물에 의하여는 2200Kgf/㎠-2600Kgf/㎠ 정도의 압축강도를 얻을 수 있고, 청구범위 제3항의 고강도콘크리트 조성물에 의하여는 3000Kgf/㎠ 이상의 압축강도를 얻을 수 있는 것이므로 고강도가 요구되는 건설 구조 재료분야의 신소재로써 널리 이용될 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 제조하고자 하는 고강도콘크리트 1㎥당 초조강시멘트 627-693kg과 실리카흄 285-315kg과 결합재량에 대한 2-4중량%의 고성능AE감수제와 고성능 AE감수제에 대한 1-3중량%의 소포제와 고순도규사 114-126kg과 최대크기 1.2mm인 염기성맥암 1051-1229kg과 최대크기 5mm인 보크사이트 114-126kg과 결합재에 대한 12-16중량%의 물을 조합하여 비빔한 후 오토클레이브 양생방법으로 양생한 것을 특징으로 하는 고강도콘크리트 조성물.
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