KR100474968B1 - 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법 - Google Patents

증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 9~30kg과 무수석고 17~55kg으로 조성된 고강도 혼합재 26~85kg, 포트랜드시멘트 459~513kg, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1228kg 및 고성능 감수제를 9.72kg를 사용하여 제조하는 α'-C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법{The method for manufacturing and composition for height-intensity concrete compound}
본 발명은 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, α＇- C2S를 냉각, 분쇄한 조성물을 5∼60 중량부와 무수석고 40∼95 중량부을 함유한 혼합물을 미분화하여 시멘트와 혼합사용함으로써 콘크리트의 제조시 고강도 발현 및 제조단가의 절감을 위한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
최근 건설공사의 규모가 대형화, 초고층화 추세에 따라 건축구조물의 설계강도도 크게 증가 되고 있으며, 이에 대응하여 고강도 콘크리트와 철골 구조물이 절실히 요구되고 있다.
현재는 시멘트에 실리카 흄(Silica fume), 메타 카올린(Meta kaolin) 및 CAS계 클링커, 석고계등을 혼합하여 고강도 콘크리트나 고강도콘크리트 파일를 제조하였다. 그러나, 이러한 혼합재는 매우 고가로서 제조업계나 건축, 토목업계등에 부담을 가중시키는 요인으로 작용하였다. 최근에는 공개번호 96-37607와 공개번호 특1999-026564 제철부산물인 고로슬래그를 이용 고강도혼합재로 사용하고 있으나, 보다 저가이면서도 강도측면에서 양호한 고강도혼합재의 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 개발된 것으로써, 본 발명은 콘크리트용 고강도 혼합재에 관한 것으로, 무수석고 40∼95 중량부와 α＇- C2S를 냉각 파쇄,선별(습식) 분쇄한 조성물을 5∼60 중량부을 함유한 고강도 혼합재를 분말도 6,000∼10,000㎠/g 정도의 입도로 분쇄한 증기양생용 콘크리트 고강도 혼합재로써, 고강도콘크리트 제조시 저가로 고강도를 발현하는 동시에 제철소에서 스텐레스 스틸 생산용 고로에서 폐부산물인 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 이용함으로써, 환경보호 측면에서도 매우 유용한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 9~30kg과 무수석고 17~55kg으로 조성된 고강도 혼합재 26~85kg, 포트랜드시멘트 459~513kg, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1228kg 및 고성능 감수제를 9.72kg를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 포항종합제철(주)에서 스텐레스 스틸 생산용 전기로에서 부산되는 황목사(스테인레스 슬래그(STS))에 물을 분사하여 냉각한 습슬러지를 만든 후 건조.분쇄한 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 5∼60 중량부와 무수석고 40∼95 중량부을 함유한 혼합재를 미분체화한 것으로 증기양생용 시멘트의 고강도 혼합재이며, 콘크리트제조시 강도발현 메카니즘은 다음과 같다.
1. 조성물은 활성이 좋은 α＇-C2S가 C-S-H 수화물을 생성하여 그로 인해 경화체의 구조가 치밀해져 강도를 증가시킨다.2. 본 발명에서의 α'-C2S 역할은 시멘트의 C3S만큼이나 수화속도가 빠르므로 자체의 수경성에 기인한 수화반응이 강도발현에 큰 기여를 하여 초기에 고강도를 발현하는 효과에 기여한다.3. 본 발명에서 사용한 스테인레스 슬래그는 미분말은 평균입자가 1㎛ 범위여서 경화체의 내구성과 기계적 강도에 큰 영향을 미치는 미세공극을 메워주는 역할을 하므로 단순 무기질 필러보다 그 물리적 특성의 효과면에서 탁월합니다.
고강도 콘크리트 파일 제조시 배합재료는 하기와 같다.
·포틀랜드시멘트 : 분말도 3,150㎠/g
·고강도혼합재(황목사(스테인레스 슬래그(STS))+무수석고) : 분말도 8,000㎠/g
·모래
·굵은골재
·고성능 AE 감수제(Superplasticizing Air Entrainning Agent)(통상 당분야에서도 사용되는 고성능 AE 감수제임)
하기되는 표1은 고강도혼합재를 제조하기 위한 원재료의 화학적 조성을 나타낸 것이다.
〈표 1〉 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 및 무수석고의 화학적 조성
표본 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Ig-loss
황목사(건슬러지) 29.60 1.39 - 54.94 7.23 -
무수석고 0.84 0.47 0.21 40.38 0.20 55.07 1.16
본 발명은 도2.에서 나타난 바와 같이 고강도 혼합재의 주원료인 황목사(스테인레스 슬래그(STS))의 조성물은 α＇-C2S로 이루어져 있음을 확인 할 수 있었다.
본 발명의 상압증기양생조건은 전치 35℃/3hr, 승온 17℃/3hr, 유지 85℃/5hr 한 후 자연방냉 한 것으로서 도1에 나타난 바와 같다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
실시예1
포틀랜드시멘트 60kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))28kg과 무수석고12kg을 혼합하여 분말도 8,000㎠/g±100인 혼합재를 혼합한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예2
포틀랜드시멘트 80kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))11kg과 무수석고9kg을 혼합하여 분말도 8,000㎠/g±100인 혼합재를 혼합한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예3
포틀랜드시멘트 80kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))6kg과 무수석고14kg을 혼합하여 분말도 8,000㎠/g±100인 혼합재를 혼합한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예4
포틀랜드시멘트 90kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))7kg과 무수석고13kg을 혼합하여 분말도 8,000㎠/g±100인 혼합재를 혼합한 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예 1
포틀랜드시멘트만으로 상압증기 양생하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
비교실시예 2
포틀랜드시멘트 80kg에 고로슬래그와 무수석고를 혼합한 20kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실험예
실시예1 내지 4와 비교실시예1 및 2에 대하여 시간 경과에 따른 압축강도를 실험하였다.
〈표 2〉 상압증기 양생에서의 모르타르 물성치
No 포틀랜드시멘트(중량%) 고강도혼합재(중량%) 압축강도(㎏f/㎠) 비고
황목사(건슬러지) 무수석고 1일 3일 7일
비교실시예1 100 - - 482 552 604
실시예1 60 28.00 12.00 627 744 786
실시예2 80 11.00 9.00 568 635 692
실시예3 80 6.00 14.00 612 694 767
비교실시예2 80 20.00 594 676 736
실시예4 90 7.00 13.00 602 685 740
본 발명은 포틀랜드시멘트60 중량부-황목사(스테인레스 슬래그(STS))와 무수석고 40 중량부인 실시예1이 압축강도가 최고임을 알 수 있었고, 특이한 것은 비교실시예2 보다 실시예1 및 실시예4가 모두 압축강도에 있어서 1일, 3일, 7일에 높음을 알 수 있었다.
또한 실시예4의 경우 포틀랜드시멘트 90 중량부-황목사(스테인레스 슬래그(STS))와 무수석고10 중량부인 경우에는 비교실시예2보다 첨가량이 매우 낮음에도 불구하고, 압축강도에서 우수함을 알 수 있었다.
실시예5
포틀랜드시멘트 95kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))5kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예6
포틀랜드시멘트 92kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))8kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예7
포틀랜드시멘트 90kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))10kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예8
포틀랜드시멘트 85kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))15kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예 3
포틀랜드시멘트 95kg에 고로슬래그와 무수석고를 혼합한 종래의 고강도 혼합제 제품5kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예 4
포틀랜드시멘트 92kg에 고로슬래그와 무수석고를 혼합한 종래의 고강도 혼합제 제품8kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예 5
포틀랜드시멘트 90kg에 고로슬래그와 무수석고를 혼합한 종래의 고강도 혼합제 제품 10kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예 6
포틀랜드시멘트 85kg에 고로슬래그와 무수석고를 혼합한 종래의 고강도 혼합제 제품15kg을 혼합하여 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실험예2
실시예5 내지 8과 비교실시예1, 3내지 6에 대한 고강도 혼합재 첨가량에 따른 페이스트 응결시험을 다음과 같이 실시하였고 실험한 결과는 표4에 기재된 바와 같다.
〈표 4〉 응결시험
포틀랜드시멘트(중량%) 고강도혼합재(중량%) 주도(W/C) 응결시간
초결(h:m) 종결(h:m)
황목사(건슬러지) 종래의 제품
비교실시예1 100 - - 0.260 3:30 5:10
실시예5 95 5 - 0.260 3:25 5:00
실시예6 92 8 - 0.260 3:35 5:10
실시예7 90 10 - 0.265 3:30 5:05
실시예8 85 15 - 0.265 3:25 5:10
비교실시예3 95 - 5 0.250 3:43 5:13
비교실시예4 92 - 8 0.255 3:33 5:20
비교실시예5 90 - 10 0.255 3:20 5:20
비교실시예6 85 - 15 0.260 3:30 5:00
본 발명의 고강도혼합재의 응결시험은 KS L 5102, 5103에 준하여 종래의 고강도 혼합재와 비교하여 실시하였다.
고강도 혼합재의 응결시험결과 종래의 고강도혼합재와 유사한 경향을 나타남을 알 수 있었다.
실시예9
포틀랜드시멘트 513kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))9.47kg과 무수석고 17.55kg을 혼합한 다음, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예10
포틀랜드시멘트 469.8kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))15.12kg과 무수석고 28.08kg을 혼합한 다음, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예11
포틀랜드시멘트 486kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))18.9kg과 무수석고 35.1kg을 혼합한 다음, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
실시예12
포틀랜드시멘트 459kg에 황목사(스테인레스 슬래그(STS))28.35kg과 무수석고 52.65kg을 혼합한 다음, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합하여 α′- C2S를 이용한 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물을 제조하였다.
비교실시예7
포틀랜드시멘트 540kg에 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합한 시멘트 조성물을 제조하였다.
비교실시예8
포틀랜드시멘트 440kg에 종래의 고강도혼합제 108kg을 혼합한 다음, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1,228kg및 고성능 AE 감수제 9,72kg을 혼합하여 고강도 혼합재 조성물을 제조하였다.
실험예3
상기 실시예11와 비교실시예7의 동결융해에 관하여 다음과 같이 실험하였고 그 실험결과는 표5에 나타난 바와 같다.
〈표 5〉고강도혼합재 사용 동결융해시험 콘크리트 배합비
No 시멘트 고강도혼합재 물 모래 자갈 고성능 AE 감수제 비고
(황목사)건슬러지 무수석고
1 540 - - 127 582 1228 9.72 -
2 486 18.9 35.1 127 582 1228 9.72 고강도혼합재
도3는 PLAIN 및 고강도혼합재 첨가한 콘크리트의 상대 동탄성계수를 나타낸것으로서, PLAIN과 고강도혼합재 10% 적용한 콘크리트에 대한 동결융해 내구성을 알아보기 위한 상대 동탄성계수를 그림2에 나타내었다. 물이 동결하면 9%의 체적팽창이 생겨 공극안의 물이 얼면 부피팽창압력이 발생하고 일정 압력 이상이 되면 콘크리트 표면이 파괴된다. 도3에서 알 수 있듯이 본 발명품을 적용한 콘크리트가 PLAIN에 비하여 동결융해저항성이 우수하게 나타났다. 이것은 활성이 좋은 황목사(건슬러지)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.
실험예4 (투수시험)
표6은 PLAIN과 본 발명품을 10% 첨가한 경우의 모르타르법에 의한 투수 특성 실험결과를 나타낸 것이다.
〈표 6.〉투수 특성
구 분 투수율(PLAIN 기준 %)
PLAIN 100
고강도혼합재 83
본 발명의 제품을 첨가한 경우가 PLAIN 보다 17% 낮은 83%로 투수율이 작게 나타났다. 이것은 앞서 언급한 바와 같이 본 발명품을 첨가한 경우의 콘크리트의 조직이 PLAIN에 비하여 치밀하여 물의 침투가 어렵기 때문으로 사료된다.
상기의 실험결과 본 발명품은 시멘트와 반응하여 다량의 수화물을 생성시켜 콘크리트 내부의 공극을 충진시킴으로써 조직을 치밀화시켜 내구성 및 고강도를 발현한다.
실험예5
실시예9∼12와 비교실시예7 및 8에 대한 압축강도를 다음과 같이 실험하였고, 실험한 결과 표 7에 나타난 바와 같다.
〈표 7〉 고강도혼합재 첨가량별 고강도 파일 물성
(단위: ㎏/㎥)
No 시멘트 고강도혼합재 물 모래 굵은골재 고성능 AE 감수제 압축강도(㎏f/㎠) 비고
건슬러지 무수석고 1일 3일 7일
비교실시예7 540 - - 127 582 1228 9.72 650 700 760
실시예9 513 9.45 17.55 127 582 1228 9.72 730 780 820
실시예10 496.8 15.12 28.08 127 582 1228 9.72 790 830 890
실시예11 486 18.9 35.1 127 582 1228 9.72 810 870 910
실시예12 459 28.35 52.65 127 582 1228 9.72 810 860 880
비교실시예8 440 108 127 582 1228 9.72 760 810 860
본 발명은 표7에 나타난 바와 같이 1일, 3일, 7일 압축강도에 있어서 포틀랜드시멘트만으로 형성된 콘크리트 파일과 비교하여 볼 때 매우 고강도임을 알 수 있었다. 또한 고강도혼합재 치환첨가량별로 실시결과 실시예11에서 가장 높은 압축강도가 우수하였으며, 비교실시예7, 실시예9 외에는 실시예10,12 모두 비교실시예8보다 높게 나타났다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명의 조성물에 의하면, 다양한 실시 예들에서 나타난 바와 같이 고강도 구현 및 내구성에 있어서 종래의 고강도혼합제보다 우수하였고, 사용첨가량도 대폭 줄임으로써 고강도 파일 제조업체의 원가절감에도 아주 유리한 제품임을 알 수 있었다.
또한 본 발명의 조성물은 폐부산물인 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 이용함으로써 환경보호에도 매우 유용한 것으로 판단된다.
도1은 상압증기양생조건
도2은 고강도혼합재의 화학적 조성에 관한 기기분석(XRD) 결과
도3은 PLAIN 및 고강도혼합재 첨가한 콘크리트의 상대 동탄성계수도표

Claims (3)

  1. 증기양생용 시멘트의 고강도 혼합재 조성물의 제조방법에 있어서, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 9~30kg과 무수석고 17~55kg을 혼합하여 고강도 혼합재 26~85kg을 제조한 다음, 상기 고강도 혼합재에 포틀랜드시멘트 459~513kg, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1228kg 첨가하고 고성능 감수제를 9.72kg 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법.
  2. 청구항 1항에 있어서, 상기 고강도혼합재는 분말도 8,000㎠/g±100 정도의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법.
  3. 증기양생용 시멘트의 고강도 혼합재 조성물에 있어서, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 9~30kg과 무수석고 17~55kg으로 조성된 고강도 혼합재 26~85kg, 포트랜드시멘트 459~513kg, 물 127kg, 모래 582kg, 굵은골재 1228kg 및 고성능 감수제를 9.72kg로 조성됨을 특징으로 하는 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물.
KR10-2001-0065576A 2001-10-24 2001-10-24 증기양생용 고강도 콘크리트 혼합재 조성물의 제조방법 KR100474968B1 (ko)

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