KR100421752B1 - 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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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
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)
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- 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.
- 제 2 항에 있어서, 상기 굵은 골재는 25mm 및 19mm의 쇄석임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 잔 골재는 조립율이 2.92정도의 강모래임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 수중불분리 혼화제는 셀룰로스 에테르계 증점제임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 유동 혼화제는 멜라민계임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 플라이애쉬는 무연탄 플라이애쉬임을 특징으로 하는 수중불분리 고강도 콘크리트 조성물.
- (삭제)
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