KR100457997B1 - 황토콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국내에 풍부하게 매장되어 있는 점토광물 중 1차 점토에 속하는 황토를 시멘트 콘크리트용 혼화재료로 사용하여 제조한 신재료의 황토콘크리트 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 일반콘크리트 제조시 사용하는 시멘트, 골재(잔골재, 굵은골재)에 새로운 혼화재료로써 황토미분말을 시멘트의 중량비율로 혼합하여 제조한 황토혼화콘크리트로 구성된다. 상기 황토미분말은 제 1차 점토 및 제 2차 점토 등과 같은 일반적 개념의 점토광물을 지칭하며, 시멘트 중량대비 5∼30％의 범주 내에서 혼합하여 제조된다.

본 발명의 혼화재료인 황토미분말을 콘크리트에 첨가함으로써 시멘트 콘크리트내에서 황토미분말(가공황토로 20℃∼1200℃범주 내에서 건조한 황토이며, 분말도는 Blain값으로 3,300이상의 비표면적(㎠/g)을 가진 황토미분말)의 작용에 의한 포졸란 효과와 더불어 미분말의 Micro-filler효과에 의한 압축강도 증진 및 동결융해 저항성, 황산염저항성과 더불어 황토자체의 붉은색에 의한 시멘트 콘크리트의 색상 조절을 포함한 것이다.

Description

황토콘크리트 조성물{A composites for Hwangtoh Concrete [HTC].}

본 발명은 황토를 혼화재료로 첨가하여 제조한 황토콘크리트 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 시멘트콘크리트에 황토미분말을 혼화재료로 첨가하여, 황토미분말의 포졸란 효과와 더불어 Micro-filler효과에 의한 압축강도의 증진 및 동결융해 저항성, 황산염저항성과 더불어 콘크리트의 색상을 조절시킨 황토콘크리트 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 시멘트 콘크리트의 혼화재료로는 실리카흄, 플라이애쉬, 고로슬래그미분말 등이 사용되어왔다. 그러나, 우리나라에 매우 많이 산재하여 있는 황토를 건설재료 중, 특히, 시멘트 및 콘크리트의 혼화재료로 사용하여 콘크리트를 제조한 사례는 없는 것으로 나타났으며, 따라서, 본 발명자는 국내에 풍부하게 매장되어 있는 황토를 시멘트콘크리트용 혼화재료로 사용하여 황토미분말의 포졸란 효과 및 Micro-filler효과에 의한 압축강도 증진 및 황산염저항성과 더불어 콘크리트의 색상을 조절시킨 황토콘크리트 조성물을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 국내에 풍부하게 매장되어 있는 점토광물 중 1차 점토에 속하는 황토를 시멘트 콘크리트용 혼화재료로 사용하여 제조한 신재료의 황토콘크리트 조성물이다.

본 발명의 다른 목적은 시멘트 콘크리트내에서 황토미분말의 작용에 의한 포졸란 효과와 더불어 미분말의 Micro-filler효과에 의한 압축강도 증진 및 동결융해 저항성, 황산염저항성과 더불어 황토자체의 붉은색에 의한 시멘트 콘크리트의 색상 조절을 포함한 것이다.

도.1은 황토미분말을 혼입한 황토콘크리트(AHT)와 기존의 보통콘크리트(OPC), 플라이애쉬콘크리트(FA), 고로슬래그콘크리트(BFS), 실리카흄콘크리트(SF)의 재령(7일, 28일, 56일, 91일)에 따른 압축강도의 측정결과를 나타낸 도이다.

도.2는 보통콘크리트(OPC) 대비 혼화재료를 혼입한 콘크리트(플라이애쉬콘크리트, 고로슬래그콘크리트, 실리카흄콘크리트, 천연황토콘크리트, 가공황토콘크리트)의 압축강도 발현비를 나타낸 도이다.

도.3은 황토미분말을 혼입한 황토콘크리트의 시멘트 중량으로 0％(OPC), 10％(AHT10), 20％(AHT20), 30％(AHT30) 로 혼입율을 달리하였을 때, 나타나는 압축강도의 측정결과를 재령별(7일, 28일, 56일, 91일)로 나타낸 도이다.

도.4는 보통콘크리트(OPC) 대비 황토콘크리트의 황토미분말 대체율(시멘트 중량에 대하여)에 따른 콘크리트의 압축강도 발현비를 나타낸 도이다.도.5는 황토미분말의 입자형태를 전자현미경 SEM에 의해 촬영한 사진도.6은 플라이애쉬 입자형태를 전자형미경 SEM에 의해 촬영한 사진도.7은 실리카흄 입자형태를 전자형미경 SEM에 의해 촬영한 사진도.8은 고래슬래그 입자형태를 전자형미경 SEM에 의해 촬영한 사진

본 발명은 황토콘크리트 조성물을 제조하기 위한 첨가물은 보통콘크리트 제조시에 사용되는 재료인 시멘트, 골재(잔골재, 굵은골재), 유동화제, 물에 황토콘크리트 조성물 제조시 반드시 필수적으로 첨가되는 황토미분말을 혼합하여 제조한 황토콘크리트로 구성된다.[1] 황토본 발명에 사용한 황토원료는 우리나라에 분포하고 있는 점토광물의 일종으로 아래 표의 물리적 특성을 만족하는 점토광물이면, 본 발명 재료의 범주인 황토라 할 수 있다.본 발명에 사용한 황토미분말은 가공황토로, 상온(20℃)∼1200℃범주 내에서 건조한 황토이며, 분말도는 Blain값으로 1500 이상의 비표면적(㎠/g)을 가진 황토미분말로 국한하며, 3,300 ㎠/g 이상의 분말도를 구비하는 것이 바람직하다.[2] 시멘트본 발명에 사용되는 시멘트는 KS L 5201 규준에 나와있는 포틀랜드시멘트(1종∼5종 전범위 포함)이면, 모두 사용가능하다.[3] 골재 (잔골재 및 굵은골재)본 발명에 사용한 골재는 콘크리트용으로 생산되는 모든 골재(예를들면, 천연골재, 재생골재, 석산산출골재, 경량골재 등)의 사용이 가능하다.[4] 유동화제본 발명 조성물 제조시 굳지않은 콘크리트의 시공성 향상을 위해서 유동화제는 사용할 수도 있다.[5] 황토콘크리트본 발명 조성물인 "황토콘크리트"는 우리나라 지표면의 약 10％이상을 점유하고 있는 천연재료인 황토를 황토의 포졸란 효과 및 마이크로필러(Micro-filler)효과에 의해 시멘트 모르터 및 콘크리트의 물성을 개선시키기 위한 목적으로 시멘트와 물과 골재(잔골재, 굵은골재)와 황토미분말을 사용하여 제조한 콘크리트를 일컫는다.본 발명 조성물인 "황토콘크리트"는 시멘트콘크리트에 시멘트의 중량부로 황토분말을 3％∼50％까지 대체 하여, 바람직하게는 5∼30%까지 대체하여 제조한 것으로, 이전의 시멘트 혼화재료와의 비교검토를 통하여 새로운 신포졸란 재료인 황토를 혼입한 콘크리트를 제조한 것이다.[발명 재료 제조방법]본 황토콘크리트 조성물의 제조방법은 아래의 제조방법 1, 2, 3 등과 같이 제조할수 있으며, 통상적으로는 콘크리트 제조업체들의 콘크리트 생산방식과 동일하여도 무관하다.제조방법 1.[시멘트 ＋ 황토미분말 ＋ 잔골재] 투입 ⇒ 비빔(0∼100초) ⇒ 건모르터 ⇒ [건모르터 ＋ 비빔수 ＋ (유동화제)] 투입 ⇒ 비빔(0∼100초) ⇒ [유동모르터 ＋ 굵은골재] 투입 ⇒ 비빔(0∼200초) ⇒ 토출 ⇒ 황토콘크리트 조성물 생산제조방법 2.[시멘트 ＋ 황토미분말 ＋ 잔골재 ＋ 비빔수(물) ＋굵은골재] 투입 ⇒ 비빔 (0∼200초) ⇒ 토출 ⇒ 황토콘크리트 조성물 생산제조방법 3.[시멘트 ＋ 황토미분말] 투입 ⇒ 비빔(0∼200초) ⇒ ＋ 비빔수(물) 투입 ⇒ 비빔(0∼200초) ⇒ 골재투입(잔골재＋ 굵은골재) 투입 ⇒ 비빔(0∼200초) ⇒ 토출 ⇒ 황토콘크리트 조성물 생산

상기에서와 같이 본원발명의 황토콘크리트 조성물은 보통콘크리트에 사용되는 혼화재료로 현재까지 사용되지 않은 황토를 미분말로 제조하여 첨가하는 것으로 황토미분말의 가공온도 범위는 상온(20℃)에서 1200℃ 범위 내에서 가열하여 급랭한 후, 제조한 것 등을 모두 포함한다.

상기 콘크리트에 필수적으로 포함되는 황토미분말의 첨가율은 시멘트 중량의 3∼50％의 황토미분말을 혼합하여 제조하는 콘크리트 조성물로서, 시멘트와 황토미분말의 혼합에 의해 서로 화학반응하는 것으로, 황토미분말에 의한 포졸란 반응성과 함께, Micro-filler효과에 의한 압축강도 증진 및 내구성능 향상을 기할수 있다. 또한, 황토미분말 자체의 붉은 색상에 의한 시멘트 콘크리트의 색상변화에 의한 칼라콘크리트의 제조도 가능한 이점이 있다. 또한 상기 황토미분말은 시멘트 중량의 5∼30% 로 첨가하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 적용한 시멘트 콘크리트내에서의 시멘트와 황토미분말의 반응 메카니즘은 다음과 같다.

상기의 반응메카니즘을 거친 본 발명의 황토콘크리트 조성물의 물성을 측정하기 위해 혼화재료 종류별, 황토미분말 대체율별로 실험한 황토콘크리트의 물성실험은 다음과 같다.

실시실험 예]

상기의 실험에 대한 실시예에 대한 실험계획 및 콘크리트 배합은 표.1 및 표.2와 같으며, 콘크리트 제조시 사용재료의 물성 및 황토미분말(분말도 3,300㎠/g)의 화학성분은 표.3 및 표.4와 같다.

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	P2O5	Ig.loss
40.0 %	32.9 %	7.79 %	0.39 %	1.54 %	0.76 %	1.73 %	1.12 %	0.07 %	13.7 %

상기 발명의 실시예에서 사용된 혼화재료의 종류에 따른 미시적 분석 중, SEM사진 측정에 의한 각 혼화재료의 특성은 도 5 내지 도 8 과 같다.

즉, 혼화재 종류에 따른 입자의 SEM사진은 입형의 형상을 나타낸 것이다. 도 6 은 플라이애쉬 입자 SEM 사진으로, 플라이애시는 대부분 유리질의 구형형태를 이루고 있으며, 표면에 미분탄소가 부착되어 있어 표면이 비교적 거친 것으로 나타났으며, 도 7 은 실리카흄입자 SEM 사진으로, 실리카흄의 경우에는 입자가 매우 미세하여 입자 형태가 선명하게 나타나고 있지는 않지만 다소 둥근 구형의 형태를 나타내고 있다. 또한, 도 8 은 고래슬래그 입자 SEM 사진으로, 고로슬래그는 입자형태가 모가 진 입방체의 형태로 표면은 비교적 미끄러운 형상을 하고 있다.

마지막으로 본 발명에 첨가되는 황토미분말의 SEM사진 결과는 도 5 와 같이, 황토의 입형은 일정한 형태를 이루지 않고, 그 표면형상은 다소 거칠게 나타나고 있는데, 이는 황토미분말 제조시 볼밀의 사용에 의한 입자간의 윽께짐에 의한 현상이며, 입형이 선명하게 나타나지 않고 입자끼리 뭉쳐있는 형태를 이루고 있다.

상기 실험에 의한 황토콘크리트 조성물의 압축강도 성상결과는 표.5 및 표.6과 같다.

즉, 재령에 따른 혼화재 종류별 압축강도의 변화에 있어서는 혼화재를 혼입한 경우 OPC에 비해 대부분 압축강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 특히, 가공황토미분말(고온으로 가열한 후 냉각시킨 황토)을 사용한 황토에 있어서는 보통포틀랜드 시멘트만 사용한 콘크리트에 비해서 강도발현비율이 7일에서는 129％, 28일에서는 132％, 56일에서는 127％, 91일에서는 128％의 매우 높은 수준을 보이고 있어, 본 발명의 황토콘크리트 조성물의 발명을 확인할 수 있었다.

또한, 황토미분말의 시멘트 중량 대체율에 따른 압축강도 시험결과, 시멘트콘크리트 배합(OPC)에 비하여 황토미분말 대체율 10％, 20％, 30％ 모두 재령이 증가함에 따라 매우 높은 압축강도 성상을 보이고 있으며, 특히 황토미분말 대체율 20％내외에서 제일 높은 압축강도 성능을 나타내었다.

따라서, 본 발명의 황토콘크리트 조성물의 현장 콘크리트 적용가능성을 확인할 수 있었다.

본 발명은 시멘트 콘크리트의 기존 제품에 황토미분말을 첨가하여 제조한 황토콘크리트 조성물로써, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째로, 시멘트의 사용을 줄일 수 있으며, 이에 따라 에너지 절감 및 시멘트 생산시 발생하는 CO₂가스에 의한 대기오염을 줄일 수 있다. 즉, 시멘트 중량으로 3％∼50％정도 대체할 수 있으며, 특히 20％내외에서는 시멘트 콘크리트의 물성도 매우 향상된 콘크리트의 개발이 가능하다.

둘째로, 시멘트 콘크리트의 착색화에 의한 칼라콘크리트 제조가 가능하다. 즉, 황토미분말의 붉은색 또는 핑크색이 시멘트 콘크리트에 혼합되어 제조되면, 황토미분말의 첨가량에 따라 콘크리트의 색상을 변화시킬수 있어, 별도의 착색제를 사용할 필요없이 온색계열의 색상조정이 가능하다.

셋째로, 환경친화적이고, 자연적인 재료의 유효이용을 들수 있다.

Claims (2)

1. 일반 시멘트 콘크리트에, 20℃∼1200℃ 로 가열하여 건조시킨 평균입경 5∼30㎛(비표면적 3,300㎠/g 이상)의 황토미분말을 시멘트 중량의 5∼30 % 혼합하여, Micro-filler 효과 및 시멘트수화반응물질인 수산화칼슘과의 포졸란 반응에 의해 압축강도가 증진되는 것을 특징으로 하는 황토콘크리트 조성물.
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