KR100474964B1 - 시멘트 고강도 혼합재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬래그 55kg, 무수석고 22kg, 황목사(스테인레스 슬래그 (STS))33kg 으로 조성된 고강도 혼합재 110kg, 포틀랜드시멘트440kg, 물 137.5kg, 모래 571kg, 굵은골재 1203kg, 고성능 감수제 9.35kg으로 조성되어 있음을 특징으로 하는 증기양생용 시멘트 고강도 혼합재 조성물에 관한 것이다.

Description

시멘트 고강도 혼합재 조성물 {The composition for height-intensity compound of cement}
본 발명은 증기양생용 시멘트 고강도 혼합재 조성물에 관한 것으로서, 제철소에서 산업부산물인 슬래그 10∼40중량부와 불산 정제 후 부산물로 나오는 무수석고 5∼30 중량부, 포철공장의 폐부산물인 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 10∼30 중량부를 혼합분쇄하여 고강도 파일 및 고강도콘크리트제품등에 시멘트와 혼합사용함으로 단시간에 고강도를 발현하며, 또한 더욱 제조비용을 인하 할 수 있는 동시에 폐자원을 활용함으로써 환경보호 측면에서도 아주 유용한 장점이 있다.
최근 산업발달로 인하여 건축물의 대형화와 초고층화의 추세에 따라 건축물의 설계강도도 크게 증가되고 있으며 이로인하여 고강도의 콘크리트가 요구되고 있다.
종래 기술로는 고강도를 발현하기 위해서는 메타 카올린, 실리카흄, CAS계 클링커, 무수석고계, 및 출원번호 95-10079와 공개번호 특1999-026564 인 제철부산물인 고로슬래그미분말등을 사용하여 고강도 콘크리트 및 고강도 파일을 제조하였다.
그러나, 제조업체 및 건축업계등 여러 가지 면에서 상기제품보다 저렴한 고강도 혼합재의 개발이 요구되고 있다. 이에 보다 저렴하면서 환경친화적인 고강도 혼합재의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 고려하여 개발된 것으로써, 고강도 콘크리트파일 및 콘크리트등의 제조시 고강도를 발현하고, 제조단가 및 원가절감과 폐자원을 활용함으로써 날로 심각해져가는 폐기물처리 문제를 해결하는 시멘트 고강도 혼합재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 슬래그 55kg, 무수석고 22kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS))33kg 으로 조성된 고강도 혼합재 110kg, 포틀랜드시멘트440kg, 물 137.5kg, 모래 571kg, 굵은골재 1203kg, 고성능 감수제 9.35kg으로 조성되어 있음을 특징으로 하는 증기양생용 시멘트 고강도 혼합재 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 콘크리트제조시 강도발현의 메카니즘은 다음과 같다.
첫번째 본 발명의 조성물은 시멘트중의 칼슘알루미네이트(3CaOAl2O3)와 반응하여 에트링자이트(Ettringite: 3CaOAl2O33CaSO432H2O)를 생성하고 Alite(트리칼슘실리케이트상)광물의 수화반응을 촉진시켜 고강도 특성을 발현한다.
두번째, 고강도혼합재는 고미분체의 충전효과에 의한 유동성 향상으로 물량을 감소시켜 고강도화를 달성한다.
세번째, 칼슘실리케이트의 수화반응을 통해 Ca이온의 용출이 많아져 과포화되면 수산화칼슘이(Ca(OH)2) 석출되지만, 본 고강도 혼합재는 수화촉진을 하면서 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 혼합재와 반응하여 칼슘실리케이트 수화물 (C-S-H)을 생성함으로써 고강도를 발현한다.
네번째, 본 발명의 조성물은 활성이 좋은 α＇-C2S가 시멘트의 성분중 칼슘알루미네이트와 반응하여 수화 초기에 C-S-H 수화물을 생성하여 강도에 기여한다.
본 발명의 고강도 콘크리트 파일 제조시 배합재료는 하기와 같다.
·포틀랜드시멘트 : 분말도 3,150㎠/g
·고강도혼합재 (황목사(스테인레스 슬래그(STS))+무수석고+슬래그) : 분말도 8,000㎠/g
·모래
·굵은골재
·고성능 감수제
콘크리트의 고강도 특성을 발현시키기 위한 낮은 물, 시멘트비가 필수적이므로 이에 따른 작업성을 확보하기 위하여 고성능 AE 감수제를 사용하였다.
본 발명에서는 나프탈렌계,멜라민계,폴리카르본산계,아미노술폰산계 혼화제를 사용하였다. 콘크리트의 고강도 특성을 발현시키기 위한 낮은 물, 시멘트비가 필수적이므로 이에 따른 작업성을 확보하기 위하여 고성능 AE 감수제를 사용하였다.
하기에 기재된 표1은 고강도혼합재를 제조하기 위한 원재료의 화학적 조성을 나타낸 것이다.
〈표 1〉 황목사(스테인레스 슬래그(STS)), 무수석고 및 슬래그의 화학적 조성
표본 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
황목사(건슬러지) 29.60 1.39 54.94 7.23
무수석고 0.84 0.47 0.21 40.38 0.20 55.07
슬래그 33.80 15.26 1.36 41.78 6.65 0.06
본 발명에서 상압증기양생조건은 전치 35℃/3hr, 승온 17℃/3hr, 유지 85℃/5hr 한 후 자연방냉 하였으며 도1에 도시된 바와 같다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시 예1
분말도 3,150㎠/g의 포틀랜드시멘트 80kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 2kg, 무수석고 4kg, 슬래그 14kg로 혼합한 분말도 8,000㎠/g±100인 고강도 혼합재를 제조하였다.
실시 예2
분말도 3,150㎠/g의 포틀랜드시멘트 80kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 4kg, 무수석고 4kg, 슬래그 12kg로 혼합한 분말도 8,000㎠/g±100인 고강도 혼합재를 제조하였다.
실시 예3
분말도 3,150㎠/g의 포틀랜드시멘트 80kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 6kg, 무수석고 4kg, 슬래그 10kg로 혼합한 분말도 8,000㎠/g±100인 고강도 혼합재를 제조하였다.
비교실시예1
통상의 포틀랜트시멘트로만 증기 양생용 콘크리트 혼합재를 제조하였다.
비교실시예2
포트랜트시멘트 80kg에 특1999-026564에 기재된 고로슬래그 미분입자로 조성된 고강도 콘크리트혼합재 20kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다,
실험예 1
상기와 같은 실시예와 종래의 콘크리트에 관한 물성치를 KS L 5105에 준하여 공시체를 제작하고 비교실험한 결과 표2와 같이 나타났다.
〈표 2〉모르타르 물성치
No 포틀랜드시멘트(중량%) 고강도혼합재(중량%) 압축강도(㎏f/㎠) 비고
황목사(건슬러지) 무수석고 슬래그 1일 3일 7일
비교실시예1 100 - - - 426 508 568
실시예1 80 2 4 14 534 570 644
실시예2 80 4 4 12 528 566 634
실시예3 80 6 4 10 546 582 662
비교실시예2 80 20 540 588 634 특1999-026564
본 발명은 상기배합비 실시예1 포틀랜드시멘트80 중량%-황목사(스테인레스 슬래그(STS)), 무수석고, 슬래그 20%중량인 경우에 압축강도가 가장 우수함을 알 수 있었다. 또한 나머지 모두 공개번호 특1999-026564인 고강도혼합재보다 동등 이상으로 우수함을 나타나고 있다.
실시예4
포틀랜드시멘트 440kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))33kg, 무수석고 22kg, 슬래그 55kg로 혼합한 분말도 8,000㎠/g±100인 혼합재를 첨가한 다음, 물137.5(㎏/㎥), 모래571 (㎏/㎥), 굵은골재1203(㎏/㎥), 고성능감수제 9.35(㎏/㎥)를 첨가하여 상압증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실험 예2(동결융해시험)
〈표 3〉 고강도혼합재 사용 동결융해시험 콘크리트 배합비
시멘트 시멘트 고강도혼합재 물(㎏/㎥) 모래(㎏/㎥) 자갈(㎏/㎥) 고성능감수제(㎏/㎥) 비 고
황목사(건슬러지) 무수석고 슬래그
비교실시예3 550 - - - 137.5 571 1203 9.35 -
실시예4 440 33 22 55 137.5 571 1203 9.35 고강도혼합재
상기 표3과 같은 제품들에 대한 동결융해시험 결과는 도2에 나타난바와 같이, PLAIN과 고강도혼합재 20% 적용한 콘크리트에 대한 동결융해 내구성을 알아보기 위한 상대 동탄성계수를 도2에 나타내었다. 물이 동결하면 9%의 체적팽창이 생겨 공극안의 물이 얼면 부피팽창압력이 발생하고 일정 압력 이상이 되면 콘크리트 표면이 파괴된다. 도2에서 알 수 있듯이 본 발명을 적용한 콘크리트가 PLAIN에 비하여 동결융해저항성이 우수하게 나타났다. 이것은 활성이 좋은 황목사(스테인레스 슬래그(STS))의 α′- C2S가 C-S-H 수화물의 다량 생성으로 인하여 콘크리트 내부조직이 치밀해지고 에트린자이트가 동결융해의 주원인인 자유수를 C3A·3CaSO4·32H2O 형태로 물분자를 고정하기 때문으로 판단된다.
실험 예3 (투수시험)
〈표 4.〉투수 특성
구 분 투수율(PLAIN 기준 %)
PLAIN 100
실시예1내지3에서 제조한 고강도 혼합재-20% 혼합 86
표4는 PLAIN과 실시예1내지 3에서 제조한 고강도 혼합재를 20% 첨가한 경우의 모르타르법에 의한 투수 특성 실험결과를 나타낸 것이다. 실시예1내지 3에서 제조한 고강도 혼합재를 20% 첨가한 경우가 PLAIN 보다 14% 낮은 86%로 투수율이 작게 나타났다. 이것은 앞서 언급한 바와 같이 실시예1내지 3에서 제조한 고강도 혼합재를 첨가한 경우의 콘크리트의 조직이 PLAIN에 비하여 치밀하여 물의 침투가 어렵기 때문으로 사료된다.
비교실시예4
분말도 3,150㎠/g의 포틀랜드시멘트 440kg에 특1999-026564에 기재된 고로슬래그 미분입자로 조성된 고강도 콘크리트혼합재 20kg을 혼합한 다음, 물137.5(㎏/㎥), 모래571 (㎏/㎥), 굵은골재1203(㎏/㎥), 고성능감수제 9.35(㎏/㎥)를 첨가하여 상압증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실험예4
압축강도에 대한 실험을 한 결과 〈표 5〉와 같이 나타내었음을 알 수 있었다.
〈표 5〉상압증기 양생에서의 고강도 콘크리트 파일 물성치
No 시멘트 고강도혼합재 물(㎏/㎥) 모래(㎏/㎥) 굵은골재(㎏/㎥) 고성능감수제(㎏/㎥) 압축강도(㎏f/㎠) 비고
황목사(건슬러지) 무수석고 슬래그 1일 3일 7일
비교실시예3 550 - - - 137.5 571 1203 9.35 620 685 760 -
실시예4 440 33 22 55 137.5 571 1203 9.35 780 830 870 고강도혼합재
비교실시예4 440 110 137.5 571 1203 9.35 770 810 830 특1999-026564
본 발명은 〈표 5〉에 나타난 바와 같이 1, 3, 7일 압축강도에 있어서 포틀랜드시멘트만으로 형성된 콘크리트 파일과 비교하여 볼 때 아주 우수한 고강도임을 확인 할 수 있었다.
그리고 공개번호 특1999-026564와 도 압축강도 1, 3, 7일에서 우수한 것을 알 수 있었다.
이하 도면을 참고하여 상세히 설명하면, 도2는 PLAIN 및 고강도혼합재 20% 첨가한 콘크리트의 상대 동탄성계수, 도3은 본 발명의 고강도 콘크리트 혼합재로 제조된 제품의 기공율 측정도, 도4는 PLAIN의 기공율 측정도를 나타낸 것임을 알 수 있다.
도2는 에서 나타난 바와 같이 PLAIN 및 고강도혼합재 20% 첨가한 콘크리트의 상대 동탄성계수시험 결과에 관한 것이고,
도3 및 도4에서 나타난 바와 같이 실험결과 본 발명품은 내구성 또한 황목사(스테인레스 슬래그(STS))로 인하여 시멘트와 반응하여 다량의 수화물을 생성시켜 콘크리트 내부의 공극을 충진시킴으로써 조직을 치밀화시켜 고강도를 발현하는 것을 나타냄을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 시멘트 고강도 혼합재로서 단시간내에 고강도를 발휘하며, 폐자원을 활용함으로써 날로 심각해져가는 폐기물처리 문제를 해결하였고, 제조단가 및 원가절감으로 경제적인 효과가 있는 것이다.
도1은 상압증기양생 조건
도2는 PLAIN 및 고강도혼합재 20% 첨가한 콘크리트의 상대 동탄성계수
도3은 본 발명의 시멘트 고강도 혼합재 조성물 로 제조된 제품의 기공율
측정도
도4는 PLAIN의 기공율 측정도

Claims (3)

  1. 증기양생용 시멘트 고강도 혼합재조성물에 있어서, 슬래그 55kg, 무수석고 22kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS))33kg 으로 조성된 고강도 혼합재 110kg, 포틀랜드시멘트440kg, 물 137.5kg, 모래 571kg, 굵은골재 1203kg, 고성능 감수제 9.35kg으로 조성되어 있음을 특징으로 하는 증기양생용 시멘트 고강도 혼합재 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 고강도혼합재는 분말도 6,000∼10,000㎠/g 정도의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 증기양생용 시멘트의 고강도 혼합재 조성물.
  3. 삭제
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