KR100474976B1

KR100474976B1 - 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법

Info

Publication number: KR100474976B1
Application number: KR10-2001-0065533A
Authority: KR
Inventors: 권순욱; 이상배
Original assignee: 한일시멘트 (주)
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2005-03-08
Also published as: KR20010104763A

Abstract

본 발명은 포틀랜드시멘트 100 중량부에 슬래그를 30～70 중량부 첨가하고 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 13～30 중량부 첨가, 석분을 150～180 중량부 첨가하고 굵은골재를 240～280 중량부 첨가하며 결합재량에 대한 1.3～1.8 중량부의 고성능 AE 감수제를 조합한 후 표준양생 방법으로 양생 제조하는 고강도콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강도 콘크리트 조성물의 제조방법{The method for manufacturing of composition for height-intensity concrete}

본 발명은 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 상세히 설명하면, 부순 골재생산시 부산물로 얻어지는 폐석분을 잔골재로 전량 대체하고 제철 산업의 폐부산물인 고로수쇄슬래그 및 스텐레스 스틸 생산용 고로에서 폐부산물로 발생하는 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 혼합, 분말도를 약 8,000cm2/g 정도로 미분쇄하여 고강도용 혼합재로 첨가해 압축강도 800～1,000kgf/cm2의 고강도 콘크리트를 보다 경제적으로 제조하고 폐기물을 재활용하는 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 실용성 있는 고강도 콘크리트의 개발은 건축공사의 대형화, 초고층화, 프리스트레스트 콘크리트의 사용이 증가함에 따라 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

고강도콘크리트의 연구는 그동안 상당히 활발히 진행되어 왔지만 실질적으로 800kgf/cm2에서 1,000kgf/cm2 강도의 실용화는 미미한 실정이다. 이에 대한 원인은 고강도화 하기 위한 혼합재의 가격이 매우 비싸 콘크리트의 제조원가를 상승시켜 수요자의 부담을 가중시켰고 시멘트량이 많은 고강도콘크리트는 시공상 수화열로 인한 균열과 기타의 주의를 필요로 하여 실용화에 있어 걸림돌이 되어 왔다. 현재 알려진 3,000kgf/cm2 이상의 고강도 콘크리트 조성물(특 1999-016686)은 재료적인 측면에서 상당히 고가이며 또한 양생방법에 있어서도 고온, 고압의 오토클래이브 양생을 필요로하므로 특수 목적 이외의 일반화된 고강도콘크리트의 실용화는 어려운 실정이다.

또한 콘크리트 재료중 현재 잔골재로 사용되고 있는 자연사의 무분별한 채취는 자연생태계 및 환경의 불균형을 초래했고, 더욱이 자연사의 품질을 급속도로 저하시키는 결과를 가져왔으며 1,000kgf/cm2 이상 고강도콘크리트제조시 필수적인 양질의 골재 수급 역시 날로 불투명해 고강도콘크리트 제조에 어려움을 내재하고 있다.

본 발명은 자연사를 대체하여 잔골재로써 고강도에 유리한 폐석분을 전량사용하여 우수한 강도를 확보하고 고강도콘크리트용 혼합재는 기존의 값비싼 재료를 탈피해 폐부산물인 고로수쇄 슬래그 및 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 사용하여 제조 단가 측면에서 매우 유리한 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 포틀랜드시멘트 100 중량부, 슬래그 30～70 중량부, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 13～30 중량부, 석분 150～180 중량부, 굵은골재 240～280 중량부, 고성능 AE 감수제 1.3～1.8 중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 고강도콘크리트 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용하는 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.

(1) 시멘트

본 발명에서는 고강도콘크리트의 실용화를 고려하여 일반적인 보통포틀랜트시멘트를 사용하였으며 물리적 성질은 다음과 같다.

<표 1> 시멘트의 물리적 성질

안정도(%)	Blaine(cm2/g)	응결시간		압축강도(kg/cm2)		비중
안정도(%)	Blaine(cm2/g)	초결(min)	종결(hr:m)	3d	7d	비중
28d
0.08	3,250	243	5:53	235	287	383	3.14

(2) 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질

고강도 혼합재의 주성분인 황목사(스테인레스 슬래그(STS))는 시멘트 입자 사이의 공극을 채워주는 마이크로 충전효과와 CaS0₄가 시멘트 성분중 칼슘알루미네이트 (3CaO·Al2O3)와 반응하여 에트링자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)의 생성에 의한 강도 증진 효과와 고로수쇄슬래그와 시멘트 중의 Ca(OH)2와 반응하여 C-S-H 수화물을 생성함으로써 안정화되고 우수한 강도발현이 이루어진다.

황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질은 <표 2>와 같다.

<표 2> 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질

구분	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Ig-loss
황목사(건 슬러지)	29.60	1.39	-	54.94	7.23	-	-
고로수쇄슬래그	33.80	15.26	1.36	41.78	6.65	0.067	-1.37

(3) 고성능 감수제

콘크리트를 고강도화하기 위한 기본배합은 낮은 물.시멘트비가 필수적이므로 이에 따른 작업성(Workbility)을 확보하기 위하여 고성능AE감수제 (Superplasticizing Air Entrainning Agent)를 사용했다.

본 발명에서는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르본산계, 아미노술폰산계 혼화제를 사용 하였다.

(4) 골재

고강도콘크리트를 제조하기위해 적절한 골재의 사용은 필수적이며 잔골재로써 압축강도에 유리한 석분을 사용하였으며 물리적 성질은 <표 3>과 같다.

<표 3> 석분의 물리적 성질

비중	흡수율(%)	조립율	단위용적중량(kg/m3)	씻기손실량(%)	실적율(%)	비고
2.58	3.0	3.12	1,889	15.6	59.0

이하 실시예를 통하여 본 발명을 설명하기로 한다

실시예 1

포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 144kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 36kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 2

포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 126kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 54kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 3

포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 108kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 72kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 4

포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 192kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 48kg, 석분 653kg, 굵은골재 980kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 5

실시예 6

포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 144kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 96kg, 석분 653kg, 굵은골재 980kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

<표 4> 실시예에 따른 재료의 조합

구분	물결합재비	단위결합재량(kg/m3)	단위수량(kg/m3)	중 량 (kg/m3)
구분	물결합재비	단위결합재량(kg/m3)	단위수량(kg/m3)	시멘트	슬래그	황목사(건슬러지)	석분	굵은골재	고성능AE감수제(단위결합재량×%)
실시예1	0.25	600	150	420	144	36	656	1021	1.3(7.8kg/m3)
실시예2	〃	〃	〃	〃	126	54	〃	〃	〃
실시예3	〃	〃	〃	〃	108	72	〃	〃	〃
실시예4	0.25	600	150	360	192	48	653	980	〃
실시예5	〃	〃	〃	〃	168	72	〃	〃	〃
실시예6	〃	〃	〃	〃	144	96	〃	〃	〃

실험예1

상기와 같은 조합과 비빔방법과 양생에 의해 얻어진 각 실시예에 따른 고강도 콘크리트를 KS F 2405에 따라 압축강도시험한 결과는 <표 5>과 같다.

<표 5> 실시예에 따른 고강도콘크리트의 압축강도

구 분	압축강도(kgf/cm2)
구 분	3일	7일	28일
실시예 1	555	635	820
실시예 2	588	663	885
실시예 3	586	659	883
실시예 4	535	627	809
실시예 5	574	661	887
실시예 6	575	668	880

실시예 7

포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 126kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 54kg, 석분 687kg, 굵은골재 1,070kg을 첨가한 다음, 물120(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.0(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 8

포틀랜드시멘트 455kg에 슬래그 137kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 59kg, 석분 594kg, 굵은골재 1,006kg을 첨가한 다음, 물162.5(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.75(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 9

포틀랜드시멘트 455kg에 슬래그 137kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 59kg, 석분 626kg, 굵은골재 1,061g을 첨가한 다음, 물130(㎏/㎥), 고성능AE감수제 11.7(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 10

포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 168kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 72kg, 석분 650kg, 굵은골재 1,102kg을 첨가한 다음, 물120(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.0(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 11

포틀랜드시멘트 390kg에 슬래그 273kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 117kg, 석분 577kg, 굵은골재 899kg을 첨가한 다음, 물162.5(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.75(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

실시예 12

포틀랜드시멘트 390kg에 슬래그 273kg, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 117kg, 석분 580kg, 굵은골재 984kg을 첨가한 다음, 물130(㎏/㎥), 고성능AE감수제 11.7(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.

<표 6> 실시예 1에 따른 재료의 조합

구분	물결합재비	단위결합재량(kg/m3)	단위수량(kg/m3)	중 량 (kg/m3)
구분	물결합재비	단위결합재량(kg/m3)	단위수량(kg/m3)	시멘트	슬래그	황목사(건슬러지)	석분	굵은골재	고성능AE감수제(단위결합재량×%)
실시예2	0.25	600	150	420	126	54	656	1021	1.3
실시예7	0.20	600	120	420	126	54	687	1070	1.5
실시예8	0.25	650	163	455	137	59	594	1006	1.5
실시예9	0.20	650	130	455	137	59	626	1061	1.8
실시예5	0.25	600	150	360	168	72	653	1018	1.3
실시예10	0.20	600	120	360	168	72	650	1102	1.5
실시예11	0.25	650	163	390	273	117	577	899	1.5
실시예12	0.20	650	130	390	273	117	580	984	1.8

상기와 같은 조합과 비빔방법과 양생에 의해 얻어진 각 실시예에 따른 고강도 콘크리트를 KS F 2405에 따라 압축강도시험한 결과는 <표 7> 및 도1과 같다.

<표 7> 각 실시예에 따른 고강도콘크리트의 압축강도

구분	압축강도(kgf/cm2)
구분	3일	7일	28일
실시예2	574	662	867
실시예7	669	745	896
실시예8	653	775	1029
실시예9	687	816	1100
실시예5	566	658	859
실시예10	655	746	883
실시예11	649	772	1003
실시예12	688	807	1096

표 7 및 도1에서 알 수 있듯이 800～1000kgf/cm2정도의 압축강도를 나타내고 있으며 실시예 중에서 가장 높은 강도는 1100kgf/cm2 결과를 보이고 있는데 이것은 시멘트페이스트와 석분과의 부착력 증가와 고강도 혼합재인 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 그리고 슬래그를 적절히 혼합 사용함으로써 얻어진 결과로 판단된다.

도2는 중성화 촉진시험결과도에 관한 것으로서, 도2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 고강도 콘크리트조성물과 사용하지 않는 고강도 콘크리트의 중성화촉진시험은 탈형 후 재령 1주까지 수중양생을 실시하고, 2주 동안 기건상태에서 건조시켜 탄산가스 농도 10%로 20℃의 온도범위에서, 습도는 60%를 유지하여 7일, 14일, 28일간 중성화촉진양생하여 중성화 깊이를 측정하였다. 시험결과 본 발명품을 사용한 고강도 콘크리트의 중성화현상이 적음을 알 수 있다.

도3은 동결융해시험결과도표에 관한 것으로서, 본 발명을 사용한 고강도 콘크리트와 사용하지 않는 고강도 콘크리트의 동결과 융해에 대한 저항성을 알기위한 시험으로 300싸이클을 원칙으로 하였으며 상대동탄성계수가 60%이하로 될 때를 끝으로 하였다. 시험결과 본 발명품을 사용한 고강도 콘크리트의 동결과 융해에 대한 내구성이 양호함을 알 수 있었다.

상기와 같은 조합으로 된 각 실시예의 재료들은 용량 60ℓ의 팬타입믹서를 이용하여 비빔을 하였고 비빔방법은 시멘트와 슬래그 및 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 그리고 석분을 투입하여 건모르터를 만들었고, 건모르터에 물과 고성능AE감수제를 투입하여 1분간 비빔을 하여 유동화 모르터를 만들었으며 유동화모르터 위에 굵은골재를 투입하여 2분간 비빔을 하였다. 비빔에 의해 얻어진 각 실시예의 조합물을 제조 직후 아직 굳지 않은 상태에서 2층으로 나누어 몰드에 투입한 후 각 층에 대하여 봉 바이브레이터로 내부의 기포가 제거될 때까지 진동다짐을 행하여 공시체를 제작하였다. 양생방법으로는 표준양생법을 이용하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 조성물에 의하면, 현재 널리 유통되고 있는 재료중 석분과 특히 제철 산업의 폐부산물인 고로수쇄 슬래그 및 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 이용하여 저가의 고강도콘크리트의 제조가 가능하고 고강도가 요구되는 건설 구조 재료분야의 신소재로 널리 이용될 수 있으며 환경보호 측면에서도 매우 유익할 것으로 판단된다.

도1은 콘크리트 압축강도결과도

도2는 중성화 촉진시험결과도

도3은 동결융해시험결과도

Claims

고강도콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 슬래그를 30～70 중량부 첨가하고 황목사(스테인레스 슬래그(STS))를 13～30 중량부 첨가, 석분을 150～180 중량부 첨가하고 굵은골재를 240～280 중량부 첨가하며 1.3～1.8 중량부의 고성능 AE 감수제를 조합한 후 표준양생 방법으로 양생 제조함을 특징으로 하는 고강도콘크리트 조성물의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 고성능AE감수제는 나프탈렌계,멜라민계,폴리카르본산계중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 콘크리트 조성물의 제조방법.
고강도콘크리트 조성물에 있어서, 포틀랜드시멘트 100 중량부, 슬래그 30～70 중량부, 황목사(스테인레스 슬래그(STS)) 13～30 중량부, 석분 150～180 중량부, 굵은골재 240～280 중량부, 고성능 AE 감수제 1.3～1.8 중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 고강도콘크리트 조성물.