KR100426018B1 - 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

건설분야의 한중콘크리트 시공시 필수적인 내한제에 관한 것으로써, 산업폐기물인 폐부동액에 아질산염을 적정 혼입률로 용해하고, 여기에 유동화제를 일정비율로 혼합시켜 저렴하고 고품질인 새로운 내한제를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른면, 폐부동액에 대한 분말 내한제의 적정 혼입률을 결정하고 여기에 적정 유동화제를 혼합하여 환경부하저감형 내한제를 제조한다. 이때, 폐부동액 : 물 : 분말 내한제 : 유동화제의 혼합비율은 1 : 1.5 : 1 : 0.26 이다. 본 발명에 따라 제조된 내한제는 환경부하저감 효과와 콘크리트의 응결촉진, 동결온도 저하 및 저온에서의 압축강도증진 등 우수한 물리적 성질을 나타내고 있어 기존의 보온양생 및 가열보온양생과 비교하여 콘크리트의 품질향상 측면에서 큰 효과를 얻을 수 있다.

Description

콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법{Method of producing environmental load reduction type anti-freeze agent for concrete}

본 발명은 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 어느 정도의 물의 빙점을 낮출 수 있는 폐부동액에 분말 내한제(아질산염)를 용해하고 멜라민계 유동화제를 일정비율로 혼합시켜 한중콘크리트에 적용하여 응결촉진 및 초기동해를 방지할 수 있는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 국내에서 한중콘크리트 시공시 사용되었던 혼화제는 과거 염화물이 주성분인 방동제 이었으나, 염화물량의 제한규정으로 인해 현재는 주로 무염화물형 내한제가 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 전술한 무염화물형 내한제는 방동제와 비교하여 염화물이 포함되지 않아 철근 방청상 유리한 점이 있지만 효율저하, 고가 및 신뢰하기 어려운 문제점이 있어 대부분 가열 보온양생시공 등의 비효율적인 한중 시공이 이루어지는 문제점이 있으며, 또한, 이에 따른 대기오염 및 폐기물 발생의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 어느 정도의 물의 빙점을 낮출 수 있는 폐부동액에 분말 내한제를 용해하고 멜라민계 유동화제를 일정비율로 혼합시켜 한중콘크리트에 적용하여 응결촉진 및 초기동해를 방지할 수 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 폐부동액과 내한제 및 유동화제 혼입률 변화에 따른 굳지않은 콘크리트의 특성을 나타낸 도면,

도 2는 폐부동액과 내한제의 혼입률 결정을 하기 위한 실험사진,

도 3은 W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 슬럼프 및 공기량 측정 결과를 나타낸 그래프,

도 4는 W/C 및 양생온도별 내한제 혼입률 변화에 따른 응결시간을 나타낸 그래프,

도 5는 W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 염화물량 및 동결온도를 나타낸 그래프,

도 6은 W/C 40%를 대상으로 실시한 내한제 혼입률 변화에 따른 블리딩량 측정결과를 나타낸 그래프,

도 7은 내한제 흡입률 및 양생온도별 적산온도에 따른 압축강도를 W/C별로 구분하여 나타낸 그래프이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,

분말상의 내한제를 폐부동액 및 물에 용해한 후, 유동화제를 중량 %를 기준으로 폐부동액 : 물 : 내한제 : 유동화제의 혼합비는 1 : 1~2 : 0.5~1.5 : 0.1~0.5이 되도록 첨가한 후, 10 ~ 20시간 동안 혼합하여 제조하는 하는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법을 제공한다.

상기 내한제는 아질산염이며, 상기 유동화제는 멜라민계 물질로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 폐부동액에 분말 내한제를 용해하고 멜라민계 유동화제를 일정비율로 혼합시켜 한중콘크리트에 적용하여 응결촉진 및 초기동해를 방지할 수 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는, 폐부동액을 이용한 내한제를 혼입하여 콘크리트를 제조하고 이러한 과정에서 발생하는 유동성 저하의 문제점을 해결하기 위해 유동화제를 혼입하여 이를 보상하므로써 성능이 개선된 환경부하저감형 내한제를 개발하고자 한다.

본 발명에 따른 콘크리트용 환경부하저감형 내한제는 폐부동액, 물, 분말상 내한제 및 유동화제의 혼합으로 이루어진다.

혼합의 한 예를 들면, 첨부도면 도 1, 도 2 및 하기표 1과 같다. 먼저 폐부동액에 대한 분말상 내한제의 적정 용해도를 결정하기 위한 용해도 실험결과 분말상 내한제를 50% 이상 용해시킨 경우는 포화점에 도달하여 미용해 결정체가 존재함에, 폐부동액에 대한 분말상 내한제의 적정 혼입률은 40%로 결정하였다. 이때, W/C 40%를 기준으로 폐부동액이 단위수량에 대한 치환율로 10% 이상이 되면 폐부동액의 과량첨가로 인한 문제가 발생될 수 있으므로 폐부동액의 양을 5%(시멘트 중량에 대하여)전후로 결정하는 것이 바람직하고, 폐부동액 : 물 : 내한제의 비율을 1 : 1.5 : 1(비율을 중량 %)로 희석시킨다. 이때, 내한제를 사용하게 되면 플레인 배합보다 유동성이 저하되는데 이러한 문제점을 해결하기 위해 유동화제를 혼입하여, 폐부동액 : 물 : 내한제 1 : 1.5 : 1 비율의 내한제 8%(시멘트 중량에 대하여)에 유동화제 0.6%(시멘트 중량에 대하여)를 혼합한다. 즉, 폐부동액 : 물 : 분말상 내한제 : 유동화제를 1 : 1.5 : 1 : 0.26으로 첨가하고, 10 ~ 20시간동힌 혼합하여 콘크리트용 환경부하저감형 내한제를 제조한다. 바람직하게는, 내한제는 아질산염을 채택한다.

결과 및 고찰

(1) 굳지않은 콘크리트의 성질

첨부도면 도 3은 W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 슬럼프 및 공기량 측정결과를 나타낸 것이다. 먼저, W/C 40%와 50%에서 내한제의 혼입률 증가에 따른 슬럼프는 큰 차이가 없는 반면 W/C/ 30%의 경우는 내한제의 혼입률이 증가함에 크게 저하하였다. 이는 낮은 W/C에서 많은 단위시멘트량에 대한 내한제 단위첨가량 증대에 따른 점성증가로 유동성이 크게 저하한 것으로 사료된다. 따라서 낮은 W/C 에서는내한제 중 유동화제의 혼입비율을 증가시키는 등 별도의 방안이 고려되어야만 하겠다. 또한, W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 공기량은 내한제 혼입률이 증가할 수록 W/C 40% 및 50%는 약간 증가 하였으나, W/C 30%는 감소하는 것으로 나타나, 전반적으로는 플레인과 비교하여 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

첨부도면 도 4는 W/C 및 양생온도별 내한제 혼입률 변화에 따른 응결시간을 나타낸 것이다. 먼저, W/C별 내한제 혼입률 증가에 따른 응결시간은 플레인에 비하여 빠르게 나타났는데, 특히 W/C 30%에서 내한제 혼입률 12%인 경우는 응결이 급격히 촉진되었다. 이는 내한제의 단위첨가량 증가에 따라 내한제의 구성 성분인 트리에탄올아민 및 염화물의 증가에 기인한 결과로 분석된다. 또한 양생온도에 따른 응결시간은 20℃인 경우가 5℃인 경우보다 초결 및 종결이 빠르게 나타났다.

첨부도면 도 5는 W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 염화물량 및 동결온도를 나타낸 것이다. 내한제 혼입률 증가에 따른 염화물량은 내한제 혼입률이 증가할 수록, W/C가 낮을 수록 증가하는 것으로 나타났다. 그런데, 대부분의 경우는 콘크리트 표준시방서 및 KS F 4009의 염화물 제한치인 0.3㎏/㎥ 이하의 범위를 만족하는 것으로 나타났지만, W/C 30%에서는 제한치에 근접하여 규정을 초과할 가능성이 있는 것으로 나타나, 낮은 W/C에서는 내한제의 단위첨가량 증가에 따른 염화물량 규정치의 초과에 대한 주의가 요망된다. 또한, 동결온도는 내한제 혼입률이 증가할 수록, W/C가 낮을 수록 낮게 나타났는데, 플레인과 비교하여 각 W/C별 내한제 혼입률이 12%일 때 동결온도는 약 -4℃~-8℃로 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이렇게 낮은 동결온도는 한중콘크리트용 내한제로써 초기동해 방지 및 초기강도 발현에 유효할 것으로 기대된다.

첨부도면 도 6은 W/C 40%를 대상으로 실시한 내한제 혼입률 변화에 따른 블리딩량 측정결과를 나타낸 것이다. 블리딩은 내한제 혼입률이 증가할수록 크게 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 내한제의 점성증대에 기인한 것으로, 플레인과 비교하여 내한제 혼입률 12%일 때 약 6배 정도의 블리딩 저감효과가 있는 것으로 나타났다.

(2) 경화 콘크리트의 특성

첨부도면 도 7은 내한제 혼입률 및 양생온도별 적산온도에 따른 압축강도를 W/C별로 구분하여 나타낸 것이다. 먼저, 20℃ 및 5℃ 양생조건에서 공히 내한제 혼임률 및 W/C별 적산온도에 따른 압축강도는 전반적으로 비슷하게 나타났다. 하지만, 모든 W/C에서 100 °D ·D이하의 적산온도에서는 내한제를 혼입한 경우가 플레인과 비교하여 강도증진이 크게 나타났다. 이는 내한제가 초기 적산온도에서 콘크리트의 응결을 촉진시켰기 때문이라고 사료된다. 또한, 굳지않은 콘크리트에서 공기량은 내한제 혼입률이 증가할수록 약1~2% 정도 증가하는 것으로 나타났는데, 적산온도별 압축강도가 유사하다는 것은 동일 공기량에서 내한제 혼입률이 증가할수록 5~10% 정도의 압축강도가 크게 될 수 있는 것으로 사료된다.

따라서, 내한제를 적절히 사용할 경우에는 초기 적산온도 및 후기에서도 높은 강도값을 발휘할 수 있을 것으로 기대된다.

결 론

① W/C별 내한제 혼입률 변화에 따른 슬럼프 및 공기량은 플레인과 비교하여큰 차이가 없는 것으로 나타났으나, 단 W/C 30%에서는 내한제 혼입률이 증가할수록 유동성이 크게 저하하는 것으로 나타났다.

② 응결 시간은 전반적으로 W/C별 내한제 혼입률이 증가할수록 플레인에 비하여 빠르게 나타났고, 염화물량은 증가하는 것으로 나타났으나 건축공사 표준 시방서의 허용 범위에는 만족하는 것으로 나타났다. 단, W/C 30%인 경우에는 응결의 지나친 촉진 및 염화물량의 규정치 초과의 위험성도 존재하였다.

③ 동결온도는 W/C가 낮을 수록, 내한제 혼입률이 증가할 수록 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 한중콘크리트 공사시 초기동해 방지 및 초기강도 발현에 유효할 것으로 기대되며, 또한 블리딩량은 내한제 혼입률이 증가할수록 적게 나타났는데, 내한제 혼입률 12%일 때에는 플레인과 비교하여 약 6배정도 저감효과가 있는 것으로 나타났다.

④ 내한제 혼입률 및 양생온도별 적산온도에 따른 압축강도는 모든 W/C에서 유사한 경향으로 나타났는데, 100 °D ·D이하의 적산온도에서는 플레인과 비교하여 내한제를 혼입한 경우에 높은 강도증진을 발휘하였다.

이상에서 언급한 바와 같이, 한중콘크리트 시공시에 본 발명에 따른 환경부하저감형 내한제를 이용하는 경우, 산업폐기물인 폐부동액을 이용하므로써 환경부하저감 효과와 콘크리트의 동결온도 저하, 응결시간 촉진, 초기동해 방지 및 강도 발현에 우수한 효과 있는 것으로 분석되어, 보다 넓은 현장 실무에서의 활용가능성이 기대된다.

또한, 기존의 효율저하, 고가 및 신뢰하기 어렵다는 이유로 대부분 가열 보온양생시공 등의 비효율적인 한중 시공이 이루어지던 것에 비해 경제적, 환경친화적인 측면에서 매우 유리하기 때문에 폐부동액 내한제를 이용한 한중콘크리트 시공의 보편화를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 분말상의 내한제를 폐부동액 및 물에 용해한 후, 유동화제를 첨가하되, 중량 %를 기준으로 상기 폐부동액 : 상기 물 : 상기 내한제 : 상기 유동화제의 혼합비가 1 : 1~2 : 0.5~1.5 : 0.1~0.5 이 되도록 첨가한 후, 10 ~ 20시간 동안 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서 상기 내한제는 아질산염인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서 상기 유동화제는 멜라민계 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트용 환경부하저감형 내한제의 제조방법.
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