KR100421752B1 - 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

목적 : 현재 수중콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 210~400㎏/㎠의 강도를 가지는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
구성 : 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물은 시멘트, 굵은 골재, 잔 골재, 수중불분리 혼화제, 유동 혼화제, 플라이애쉬, 물과 감수제로 구성되며, 각 단위량(㎏/㎥)으로 시멘트가 410~470, 플라이애쉬가 45~55, 물이 220, 잔 골재가 600~650, 굵은 골재가 900~950, 감수제가 10~12, 수중불분리 혼화제가 4~5이며, 이를 이용한 제조방법은 시멘트, 굵은 골재, 잔 골재, 플라이애쉬를 믹서기에 넣고 30초간 건비빔하고, 물과 감수제를 투입하여 1분간 믹싱한 후, 수중불분리 혼화제와 유동 혼화제를 투입하여 총 4분간 비빔하여 이루어진다.
효과 : 본 발명은 수중불분리 혼화제와 유동 혼화제를 이용하여 소요의 워커빌러티를 유지하면서 콘크리트의 점성을 높여주고 재료분리가 일어나지 않는 저항성을 높여주므로 콘크리트 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 시공수역의 오염을 방지 및 환경 보존에 효과를 발휘할 수 있다.

Description

수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법{composition and manufacturing method of underwater non segregation high strength concrete}
본 발명은 수중불분리 고강도 콘크리트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중불분리 혼화제를 사용하여 수중에서 콘크리트를 타설하여도 재료의 분리가 일어나지 않으므로 콘크리트 품질의 신뢰성을 향상시키고 시공수역의 오염을 방지하며 더 나아가 시공환경을 보존하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재, 해양, 하천, 항만 등의 토목구조물에 사용되고 있는 수중콘크리트는 시공장치의 개량으로 콘크리트와 물과의 접촉을 방지함으로써 수중에서 재료가 분리되지 않게 하기 위하여 개발되어 있다.
즉, 수중콘크리트 타설 시 트레미관 또는 밑열림상자를 이용하거나 펌프에 의한 압송과 같은 방법을 사용하는 등 주로 공법적인 측면에서 재료의 분리 방지 대책을 강구하여 왔다. 그러나 이와 같은 방법은 대부분 수중콘크리트 타설 시, 시멘트 페이스트 또는 모르타르가 물에 씻겨 나가게 되어 철근과 콘크리트의 부착력이 저하되는 등 콘크리트 품질을 저하시키고 시공수역을 오염시키는 경향이 있다.
따라서, 수중에서 콘크리트 타설 시, 재료의 분리를 일으키지 않고, 유동성이 우수하여 별도의 다짐 없이도 밀실한 콘크리트 구조물을 형성할 수 있으며, 시멘트 페이스트에 의하여 시공수역을 오염시키지 않는 수중불분리 고강도 콘크리트가 요구된다.
이러한 요구를 충족시키기 위하여, 본 발명은 수중불분리성 혼화제를 사용하여 콘크리트의 점성을 높여주므로 수중에서 콘크리트를 타설하여도 재료의 분리가 일어나지 않게 하여, 콘크리트 품질의 신뢰성을 향상시키고, 시공수역의 오염을 방지하며, 더 나아가 시공환경을 보존하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 현재 수중콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 210~400㎏/㎠의 강도를 가지는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이 목적을 달성하는 본 발명의 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물은 시멘트, 굵은 골재, 잔 골재, 수중불분리 혼화제, 유동 혼화제, 플라이애쉬, 그리고 물과 감수제로 구성되며, 각 단위량(㎏/㎥), 즉 시멘트가 410~470, 플라이애쉬가 45~55, 물이 220, 잔 골재가 600~650, 굵은 골재가 900~950, 감수제가 10~12, 수중불분리 혼화제가 4~5인 것을 특징으로 한다.
여기서 시멘트는 내황산염 5종을 사용한다. 이 시멘트의 물리적 성질 및 화학 성분은 표 1, 2와 같다.
표 1. 시멘트의 물리적 성질
시멘트 종류 비중 분말도 (㎠/g) 안정도 (%) 응결시간(분) 압축강도(㎏/㎠)
초결 종결 3일 7일 28일
5종 3.10 3200 0.1 280 390 200 270 380
표 2. 시멘트의 화학적 성질
시멘트 종류 MgO(%) SO3(%) 감열감량(%) C3A(%)
5종 3.4 2.0 1.3 3.8
굵은 골재는 보통 콘크리트에 사용되는 쇄석을 사용하며, 콘크리트의 압축 강도가 210㎏/㎠인 배합에서는 최대 치수가 25mm이고, 400㎏/㎠인 배합에서는 최대 치수가 19mm인 쇄석을 사용한다. 이와 같은 굵은 골재의 물성시험 결과는 표 3과 같다.
표 3. 굵은 골재의 물성시험 결과
종류 치수(mm) 비중 흡수율(%) 조립율 마모율 단위중량(㎏/㎥) 비고
쇄석 19 2.68 1.21 6.78 22 1698
쇄석 25 2.68 1.21 7.00 21 1708
잔 골재는 염화물이 없고 조립율이 2.92정도인 강모래를 사용한다. 왜냐하면 수중불분리 콘크리트는 해양, 항만, 하천과 같은 수면하에서 철근콘크리트 구조물을 형성하므로 염화물이나 해수가 유입될 경우 구조물의 내구성이 저하되기 때문이다. 이 잔 골재의 물성시험 결과는 표 4와 같다.
표 4. 잔 골재의 물성시험 결과
종류 비중 흡수율(%) 조립율(%) 단위중량(㎏/㎥) 비고
강모래 2.62 1.45 2.92 1648
수중불분리 혼화제는 셀룰로스 에테르계 증점제를 사용한다. 이 수중불분리 혼화제는 콘크리트의 점성을 높여주고 물의 세정작용으로 발생하는 재료분리에 대한 저항성, 품질의 신뢰성, 시공수역의 오염방지 등의 효과를 발휘하기 때문에 수중불분리 콘크리트의 배합에 필수적이다. 이 수중불분리 혼화제의 성질은 표 5와 같다.
표 5. 수중불분리 혼화제의 성질
품명 제조업체 외관 주성분 사용량(㎏/㎥)
PHOENIX-W-A 진웅화학 백색 분말 셀룰로스에테르계(HPMC) 4.6
유동 혼화제는 멜라민계를 사용한다. 수중불분리 혼화제에 의한 증점 효과로 점성이 높아진 수중불분리 콘크리트에 높은 유동성을 확보하기 위한 것으로 이의 사용 또한 필수적이다. 이러한 유동 혼화제의 성분은 표 6과 같다.
표 6. 유동 혼화제의 성분
품명 제조업체 외관 주성분 고형분농도 PH 비중 사용량
PHOENIX-W-A 진웅화학 엷은갈색 멜라민계 35 7.5 1.3 시멘트의 22%
그리고 플라이애쉬는 시멘트 수화에 의하여 발생하는 칼슘이온(Ca+2)과 플라이애쉬에서 용출되는 SiO3이나 Al2O3가 반응하여 칼슐실리케이트수화물(CSH)이나 칼슐설퍼알루미네이트 수화물(CAH)을 생성하고 장기간에 걸쳐 고화되어 강도를 발현한다. 여기서 플라이애쉬는 습윤 밀도가 0.25이고 감열감량이 2.0인 서천화력발전소의 무연탄 플라이애쉬를 사용한다. 이 플라이애쉬의 화학성분은 표 7과 같다.
표 7. 플라이애쉬의 화학성분(%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO2 기타
55.5 33.2 4.1 0.2 1.1 0.3 4.5 0.3 0.8
또한, 본 발명의 수중불분리 고강도 콘크리트 제조방법은 시멘트, 굵은 골재, 잔 골재, 플라이애쉬를 믹서기에 넣고 30초간 건비빔하는 공정, 물과 감수제를 투입하여 1분간 믹싱하는 공정, 수중불분리 혼화제와 유동 혼화제를 투입하여 총 4분간 비빔하는 공정으로 이루어진다.
여기서, 수중불분리 고강도 콘크리트는 수중불분리 혼화제를 사용하여 콘크리트의 점성, 즉 재료분리의 저항성을 높여 주므로 수중낙하 시공에서도 품질의 균일성 및 고강도를 가지며, 고유동의 유동 혼화제를 사용하므로 재료의 분리 없이 자중에 의한 수평 분산 충전을, 무(無)다짐으로 수중에서도 일반적인 수중콘크리트 시공장비를 이용할 수 있게 한다.
본 고안의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시 예로 설명하는 것에 의해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
(제 1 실시 예)
상기와 같은 수중불분리 콘크리트를 제조하기 위한 각 재료의 배합비는 표 8과 같다.
표 8. 제 1 실시 예의 수중불분리 콘크리트의 배합비
최대굵은 골재(mm) 단위량(㎏/㎥)
내황산염시멘트 플라이애쉬 물 잔골재(모래) 굵은골재(자갈) 감수제 수중불분리혼화제
25mm 412 46 220 647 920 10.1 4.6
표 8과 같은 배합비로 각 재료를 믹싱하여 수중불분리 콘크리트를 제조한다. 그 제조방법은 크게 3단계의 공정으로 이루어진다.
먼저, 제 1 공정으로 건비빔을 실시한다. 즉, 시멘트, 자갈, 모래, 플라이애쉬를 상기와 같은 배합비로 믹서기에 넣고 30초간 건비빔을 실시한다.
제 2 공정은 물과 감수제를 투입하여 믹싱하는 공정이다. 이 공정은 1분간 지속된다.
제 3 공정은 수중불분리 혼화제와 유동 혼화제를 투입하여 비빔하는 공정이다. 이 공정은 제 1, 2 공정의 시간과 합하여 총 4분간 실시된다.
이러한 공정으로 얻어진 생콘크리트를 KSF2405에 따라 기(氣)중에서 10×20㎝ 몰드를 사용하여 압축 강도용 공시체를 제작하고, 또 수(水)중에서 수면하 10㎝ 높이로 몰드를 수조에 넣고 수위를 일정하게 유지시킨 뒤, 콘크리트를 용적의 5등분으로 나누어 자유 낙하시켜 채운다.
약 10분 후 몰드를 수중에서 꺼낸 뒤 수분 증발을 막기 위하여 항온 항습실에 24시간 보관 뒤 탈형하여 20 ±3℃로 수중 양생한다. 이 공시체의 압축 강도는 표 9와 같다.
표 9. 제 1 실시 예의 압축 강도(㎏/㎠)
구분 재령일 7일 28일
수중 제작 공시체 173 248
기중 제작 공시체 196 269
(제 2 실시 예)
표 10. 제 2 실시 예의 수중불분리 콘크리트의 배합비
최대굵은 골재(mm) 단위량(㎏/㎥)
내황산염시멘트 플라이애쉬 물 잔골재(모래) 굵은골재(자갈) 감수제 수중불분리혼화제
25mm 461 51 220 613 909 11.3 4.6
상기와 같은 배합비로 각 재료를 배합하여 제 1 실시 예와 동일한 제조방법으로 콘크리트를 제조하므로, 구체적인 설명은 생략하고 그 압축 강도만 표 11에 기재한다.
표 11. 제 2 실시 예의 압축 강도(㎏/㎠)
구분 재령일 7일 28일
수중 제작 공시체 235 353
기중 제작 공시체 262 376
상기와 같이 본 발명은 수중불분리 혼화제와 유동화제를 이용하여 소요의 워커빌러티를 유지하면서 콘크리트의 점성을 높여주고 재료분리가 일어나지 않는 저항성을 높여주므로 콘크리트 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 시공수역의 오염을 방지 및 환경 보존에 효과를 발휘할 수 있다.

Claims (8)

  1. (삭제)
  2. 시멘트, 굵은 골재, 잔 골재, 수중불분리 혼화제, 유동 혼화제, 플라이애쉬, 그리고 물과 감수제로 구성되며,
    각각의 단위량(㎏/㎥)으로 시멘트가 410~470, 플라이애쉬가 45~55, 물이 220, 잔 골재가 600~650, 굵은 골재가 900~950, 감수제가 10~12, 수중불분리 혼화제가 4~5이고,
    상기 시멘트가 내황산염 5종임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 굵은 골재는 25mm 및 19mm의 쇄석임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 잔 골재는 조립율이 2.92정도의 강모래임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 수중불분리 혼화제는 셀룰로스 에테르계 증점제임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 유동 혼화제는 멜라민계임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 플라이애쉬는 무연탄 플라이애쉬임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
  8. (삭제)
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