KR100698759B1 - Cement composition for concrete having superhigh compressive strength and manufactruing method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided is a cement composition for concrete having super high compressive strength greater than 120MPa yet ensuring sufficient fluidity and capable of controlling heat of hydration at a low level. The cement composition comprises 55-75 wt% of cement; 10-30 wt% of slag granules(SG); 5-15 wt% of silica fume; and 2-10 wt% of anhydrite. Desirably, the slag granules(SG) and the anhydrite are mixed at a weight ratio of 4:1. Each of the elements is mixed in a high-efficiency powder mixer. The silica fume is obtained by collecting SiO2 gas, and has an average particle size of 0.2-0.5 micrometers. The slag granules are used as a mixing agent for suppressing temperature increase in concrete and for delaying the generation of heat of hydration to control the occurrence of cracks.

Description

초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물 및 그 제조방법{Cement composition for concrete having superhigh compressive strength and manufactruing method thereof}Cement composition for concrete having superhigh compressive strength and manufactruing method

도 1은 실리카흄 첨가량에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the addition amount of silica fume.

도 2는 슬래그미분말(SG)과 무수석고(GY)의 혼합비에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the mixing ratio of the slag fine powder (SG) and anhydrous gypsum (GY).

도 3은 슬래그미분말(SG)과 무수석고(GY)의 총 첨가량 변화에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the total amount of addition of the slag fine powder (SG) and anhydrous gypsum (GY).

도 4는 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재의 혼합방식에 따른 덩어리 형성량을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the amount of agglomeration according to the mixing method of the cement binder for ultra-high strength concrete of the present invention.

도 5는 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재의 혼합 후 결합재의 SEM 사진이다.Figure 5 is a SEM photograph of the binder after mixing of cement binder for ultra-high strength concrete of the present invention.

도 6은 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC) 및 시멘트(OPC) 의 수화발열 패턴을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the hydration heating pattern of the cement binder (UHPC) and cement (OPC) for ultra-high strength concrete of the present invention.

도 7은 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC) 및 시멘트(OPC)의 공극구조를 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing the pore structure of the cement binder (UHPC) and cement (OPC) for ultra-high strength concrete of the present invention.

도 8은 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)를 사용한 초고 강도 콘크리트의 재령별 압축강도를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing the compressive strength of each age of the ultra-high strength concrete using the cement binder (UHPC) for ultra-high strength concrete of the present invention.

본 발명은 초고강도 콘크리트를 제조하기 위해 사용하는 시멘트 결합재 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a cement binder composition used for producing ultra high strength concrete.

건설기술이 발전하면서 건축물도 점차 고층화, 대형화, 특수화되고 있으며, 최근에는 초고층 건축물에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 콘크리트도 고강도 콘크리트 분야에서 초고강도 분야로 진화하고 있다. As construction technology advances, buildings are gradually becoming higher, larger, and more specialized, and in recent years, interest in high-rise buildings has been increasing. Therefore, concrete is also evolving from high strength concrete to ultra high strength.

초고강도 콘크리트는 일반적으로 압축강도 120MPa 이상의 콘크리트를 의미하며, 건축물 경간의 장대화, 수직부재 단면의 축소, 내구성 증진, 공기단축 등 여러 가지 장점으로 초고층 건물에 적용되는 사례가 증가할 것으로 전망된다.Ultra high-strength concrete generally means concrete with a compressive strength of 120 MPa or more, and it is expected to be applied to high-rise buildings due to various advantages such as lengthening of building span, reduction of cross section of vertical members, improvement of durability, and shortening of air.

콘크리트를 고강도 및 초고강도화하기 위한 방안으로 다양한 수단이 있는데, 그 중 결합재의 강도를 증가시키는 것이 가장 중요하다. 이에 고성능 혼화재를 사용하여 물시멘트비를 낮추거나 실리카흄과 같은 특수 혼화재를 사용하여 수화물량을 증가시키는 방법 등이 이용되고 있다. There are various means to increase the strength and ultra high strength of concrete, of which the most important is to increase the strength of the binder. Accordingly, a method of lowering the water cement ratio using a high performance admixture or increasing the amount of hydrate using a special admixture such as silica fume is used.

그러나, 압축강도 120MPa 이상의 초고강도 콘크리트를 제조하기 위해서는 극히 낮은 물시멘트비에 의해야 하는데, 이는 높은 점성으로 레미콘 제조 및 타설이 곤란하다. 또한, 단위시멘트량이 많고, 높은 수화열에 의한 경화체의 결함으로 소기의 강도발현을 기대할 수 없다. 이에 작업성 확보 및 수화열 저감 등 시멘트 결합재에 대한 기술적인 대책이 요구된다.However, in order to manufacture ultra-high strength concrete with a compressive strength of 120MPa or more, it is necessary to use a very low water cement ratio, which is difficult to manufacture and cast concrete with high viscosity. In addition, the amount of unit cement is large, and the desired strength expression cannot be expected due to defects in the cured product due to high heat of hydration. Therefore, technical measures for cement binders such as securing workability and reducing heat of hydration are required.

이에 등록특허 제1996-004596호의 초고강도 시멘트 폴리머 복합재료의 제조방법에서 폴리머와 섬유, 미립의 규사를 혼합한 초고강도 콘크리트 복합화 기술을 소개하고 있으나 건축물의 구조재료보다는 신소재 응용기술로 이용되고 있고, 특허출원 제1997-039330호의 고강도 콘크리트 조성물, 특허출원 제2001-0065531호의 시멘트 고강도 혼합재 조성물에 대한 발명이 있으나 증기양생이나 오토클레이브 양생방법에 의한 공장제조 콘크리트에 제한적으로 적용되는 기술로 실제 레미콘 공장에서의 제조 공급은 곤란한 문제점이 있다.In the manufacturing method of the ultra-high strength cement polymer composite material of Patent No. 1996-004596, it introduces the ultra-high strength concrete compounding technology in which polymer, fiber, and fine silica are mixed, but it is used as a new material application technology rather than the structural material of buildings. Patent application No. 1997-039330, high strength concrete composition of the patent application No. 2001-0065531 cement high strength composite composition of the invention, but the technology applied to the factory concrete by steam curing or autoclave curing method is limited in actual ready-mixed concrete factory There is a problem in the manufacturing supply of the resin.

한편, 레미콘 공장에서의 고강도 콘크리트 제조는 일반적인 고강도화 수법에 의해 80MPa까지는 실구조물 타설 실적을 보유하고 있으나, 120MPa 이상이 초고강도 영역에서는 작업성, 펌핑성 저하 및 재료적인 결함을 아직 극복하지 못하고 있다. On the other hand, the production of high-strength concrete in the ready-mixed concrete factory has a track record of placing the actual structure up to 80MPa by the general high-strengthening method, but more than 120MPa has not yet overcome workability, pumping property and material defects in the ultra-high strength region.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압축강도 120MPa 이상의 초고강도 콘크리트의 제조에 적합한 높은 강도를 제공하면서도 유동성이 확보되고 수화열이 낮게 제어되는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a high strength suitable for the production of ultra-high strength concrete with a compressive strength of 120MPa or more, ultra-high fluidity and low heat of hydration is controlled It is to provide a cement binder composition for high strength concrete.

본 발명의 또 다른 목적은 120 MPa 이상의 초고강도 콘크리트를 레미콘 공장 에서 용이하게 제조할 수 있게 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a cement binder composition for ultra high strength concrete, which makes it easy to manufacture a super high strength concrete of 120 MPa or more in a ready-mixed concrete plant.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 55~75 중량%의 시멘트; 10~30 중량%의 슬래그미분말; 5~15 중량%의 실리카흄; 및 2~10 중량%의 무수석고;를 포함하여 구성되는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is 55 to 75% by weight of cement; 10-30% by weight of slag powder; 5-15% by weight of silica fume; And 2 to 10% by weight of anhydrous gypsum; provides a cement binder composition for ultra-high strength concrete comprising a.

또한, 본 발명은 상기 조성비의 재료가 고효율 분체혼합기로 교반되어 제조되는 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물을 제공한다. In addition, the present invention provides a cement binder composition for ultra-high strength concrete, characterized in that the material of the composition ratio is prepared by stirring with a high efficiency powder mixer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기술함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1. 초고강도 콘크리트용 시멘트 1. Cement for ultra high strength concrete 결합재Binder 조성물 Composition

본 발명은 시멘트, 슬래그미분말, 실리카흄 및 무수석고를 포함하여 구성되는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물에 대한 것이다.The present invention relates to a cement binder composition for ultra high strength concrete comprising cement, slag powder, silica fume and anhydrous gypsum.

(1) 시멘트의 사용범위는 55~75 중량%가 바람직하다. 시멘트의 양은 보조결합재의 최소 및 최대 첨가량에 따라 결정된다. 즉 시멘트 양의 하한은 보조결합재가 최대첨가량일 경우 단독으로 강도를 발현하는 주결합재(시멘트)의 최소 첨가량을 유지하기 위한 것이다. 또한, 시멘트를 75 중량%를 초과하여 사용하는 경우 수 화열이 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.(1) The use range of cement is preferably 55 to 75% by weight. The amount of cement depends on the minimum and maximum amount of auxiliary binder added. That is, the lower limit of the amount of cement is to maintain the minimum amount of the main binder (cement) to express strength alone when the auxiliary binder is the maximum addition amount. In addition, when the cement is used in excess of 75% by weight may cause a problem that the heat of hydration rises.

단위 시멘트량이 높은 고강도 또는 초고강도 콘크리트 제조시 수화열이 낮은 중용열, 저열계 시멘트가 사용되는 경우가 다수 있으나, 본 발명에서는 초고강도 콘크리트용 결합재의 재료로서 경제성·적용 용이성 및 초기 강도 등을 고려할 때 우수한 1종 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 슬래그미분말 등 혼화재가 수화열을 조절해 주기 때문이다. 한편, 시멘트 수화열은 오히려 슬래그미분말의 반응성을 증가시켜주어 압축강도의 상호 상승작용을 가져올 수 있다.In the manufacture of high strength or ultra high strength concrete with a high unit cement content, there are many cases where a medium heat of low hydration heat and a low heat type cement are used. However, in the present invention, when considering economical efficiency, ease of application, and initial strength as a material for a super high strength concrete binder, One good cement can be used. This is because the admixture such as the slag fine powder controls the heat of hydration. On the other hand, the heat of hydration of cement may increase the reactivity of the slag fine powder, which may lead to mutual synergy of the compressive strength.

(2) 슬래그미분말은 제철소에서 부산되는 급냉 슬래그를 미세하게 분쇄한 혼화재료로 잠재수경성 재료이다. 비표면적 6,000 ㎠/g 이상으로 미분쇄한 고분말도 재료를 사용함이 바람직하다.(2) Slag fine powder is a mixed material obtained by finely crushing quenching slag produced in steel mills and is a latent hydraulic material. It is preferable to use a high powder material which is finely ground to a specific surface area of 6,000 cm 2 / g or more.

일반적으로 초고강도 콘크리트는 단위시멘트량이 1,000 kg/㎥ 수준으로 다량의 시멘트 결합재가 사용되므로 물과 시멘트 결합재의 수화반응에 의하여 수화열이 증가하며, 증가된 수화열은 구조체 내·외부사이의 온도 차에 의한 체적변화를 유발한다. 이에 온도응력이 인장강도를 초과하며 균열이 발생하고 압축강도의 하락을 초래한다. In general, ultra high-strength concrete has a cement content of 1,000 kg / ㎥, so a large amount of cement binder is used. Therefore, the heat of hydration increases due to the hydration reaction between water and cement binder, and the increased heat of hydration is caused by the temperature difference between the inside and the outside of the structure. Causes volume change. As a result, the temperature stress exceeds the tensile strength, cracks, and decreases the compressive strength.

이때 슬래그미분말을 혼화재로 사용함으로써, 콘크리트의 온도상승을 낮추고 수화발열을 지연시키고 조절하여 수화열에 의한 균열발생을 제어할 수 있다. 또한, 비표면적 6,000 ㎠/g이상의 고분말도 재료를 사용함으로써 슬래그미분말의 반응활성도를 높여 초기강도 하락을 보상하면서 후기재령의 압축강도 발현을 증가시켜 초 고강도 콘크리트를 제조하는데 기여할 수 있다. 슬래그미분말은 또한 시멘트 결합재의 유동성을 향상시킴으로써 콘크리트 타설시 문제되는 유동성 하락에 의한 작업성 악화를 방지할 수 있는 다목적 재료이다.At this time, by using the slag powder as a mixed material, it is possible to control the occurrence of cracks by the heat of hydration by reducing the temperature rise of the concrete, delaying and controlling the hydration heat. In addition, by using a high-molecular weight material with a specific surface area of 6,000 cm 2 / g or more, the reaction activity of the slag fine powder can be increased, thereby compensating for the initial strength drop and increasing the compressive strength of the later age group, thereby contributing to the production of super high strength concrete. Slag fine powder is also a multi-purpose material that can prevent the deterioration of workability due to the drop in fluidity which is a problem when placing concrete by improving the flowability of cement binder.

상기 슬래그미분말의 사용범위는 10~30 중량%가 바람직하다. 슬래그미분말을 10 중량%미만 사용하는 경우 초기 반응성을 낮추어 유동성 및 작업성 향상, 수화열 저감 등의 효과를 얻기 어렵고, 30 중량%를 초과하여 사용하는 경우 주결합재인 시멘트량의 감소로 강도 저하 등의 문제가 발생한다. The use range of the slag fine powder is preferably 10 to 30% by weight. If the slag powder is less than 10% by weight, the initial reactivity is lowered to improve the fluidity and workability, and the heat of hydration is hard to be obtained.If the slag powder is used at more than 30% by weight, the strength is reduced by reducing the amount of cement as the main binder. A problem arises.

(3) 실리카흄은 제철용 탈산제로 사용되는 페로실리콘과 반도체용 금속실리콘의 제조시 발생되는 SiO2 가스를 응축시켜 포집한 재료로서, 입자형상이 구형이고 평균 입경 0.2~0.5㎛, 비표면적 20만㎠/g인 초미립자이며, 포졸란성 재료이다.(3) Silica fume is a material collected by condensation of ferrosilicon used as a deoxidizer for steelmaking and SiO 2 gas generated during the production of metal silicon for semiconductors. It is spherical in shape and has an average particle diameter of 0.2 to 0.5 µm and a specific surface area of 200,000. It is an ultrafine particle which is cm <2> / g, and is a pozzolanic material.

실리카흄은 SiO2 를 85% 이상 함유하고 있으며, 종류는 포집된 원래의 상태인 분말상(undensified), 압축시킨 과립상(densified), 물에 현탁한 슬러리상이 있다. 이때 다른 분체와의 혼합을 위해서는 분말상 실리카흄을 사용하는 것이 바람직하다. Silica fume contains 85% or more of SiO 2 , and is classified in its original form in the form of powder (undensified), compacted (densified), and suspended in water. At this time, it is preferable to use powdered silica fume for mixing with other powders.

실리카흄은 입경 0.2㎛ 수준의 초미립자이므로 굳지않은 콘크리트에서 물 분자와 시멘트 입자 사이의 간격(gap)을 메워 콘크리트의 점성을 낮춘다. 또한, 경화 콘크리트에서는 수화물 공극을 충전하여 압축강도와 내구성을 향상시키는 마이크로 필러(Micro Filler)로써 작용한다. 한편, 실리카흄의 실리카 성분(SiO2)은 시멘트 수화로 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 C-S-H 수화물을 생성하여 압축강도를 향상시킨다.Since silica fume is ultra fine particles having a particle diameter of 0.2 μm, it fills the gap between water and cement particles in the hardened concrete to lower the viscosity of the concrete. In addition, in hardened concrete, it acts as a micro filler to fill the pores of the hydrate to improve the compressive strength and durability. Meanwhile, the silica component (SiO 2 ) of the silica fume reacts with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) produced by cement hydration to produce CSH hydrate, thereby improving compressive strength.

상기 실리카흄의 사용범위는 5~15 중량%가 바람직하다. 도 1은 실리카흄의 적절한 사용범위를 결정하기 위한 시험의 결과로서, 실리카흄 첨가량에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다. 도 1에서 슬래그분말(SG)과 무수석고(GY)의 총합량은 30 중량%이며, 이들은 7:3의 혼합비로 사용하였다. 그리고, 시멘트는 실리카흄의 사용량에 따라 백분율이 만족하도록 사용하였다.The use range of the silica fume is preferably 5 to 15% by weight. 1 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the amount of silica fume added as a result of a test for determining an appropriate use range of silica fume. In Figure 1, the total amount of slag powder (SG) and anhydrous gypsum (GY) is 30% by weight, and these were used in a mixing ratio of 7: 3. And, cement was used to satisfy the percentage according to the amount of silica fume used.

도 1과 같이, 실리카흄은 12 중량%에서 16 중량%로 증가시 압축강도는 소폭 상승하나, 페이스트 플로우(paste flow)가 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 즉 실리카흄은 16 중량% 미만으로 사용하여야 적절한 페이스트 플로우를 제공한다. 실리카흄을 5 중량% 미만으로 사용하는 경우에는 미세공극 수화물 충전으로 인한 강도 성능의 확보가 어렵다.As shown in FIG. 1, when the silica fume is increased from 12% by weight to 16% by weight, the compressive strength slightly increases, but it can be seen that the paste flow is greatly reduced. In other words, silica fume should be used in less than 16% by weight to provide proper paste flow. When using less than 5% by weight of silica fume it is difficult to secure the strength performance due to the filling of the microporous hydrate.

(4) 본 발명에서 무수석고(CaSO4)는 시멘트 중의 C3A 또는 슬래그미분말 중의 Al2O3와 반응하여 에트린자이트(C3A·3CaSO4·32H2O)를 생성시킴으로써 경화체의 수축을 보상하고 치밀한 조직을 형성하며, 압축강도를 상승시키는데 공헌한다. 또한 무수석고는 슬래그미분말의 특성인 잠재수경성 반응에서 자극제 역할을 함으로써 슬래그미분말의 반응성을 높여 강도를 보다 증진시키는 보조제의 역할을 담당한다. (4) In the present invention, anhydrous gypsum (CaSO 4 ) reacts with C 3 A in cement or Al 2 O 3 in slag powder to produce ethrinzite (C 3 A · 3CaSO 4 · 32H 2 O) to form a cured product. It compensates for shrinkage, forms dense tissue, and contributes to increased compressive strength. In addition, anhydrous gypsum plays a role of an adjuvant that enhances the strength by increasing the reactivity of the slag powder by acting as a stimulant in the latent hydraulic reaction which is a characteristic of the slag powder.

상기 무수석고의 사용범위는 2~10 중량%가 바람직하다. 무수석고의 범위는 상기 슬래그미분말과의 적절한 혼합비를 고려하여 결정하였다.The use range of the anhydrous gypsum is preferably 2 to 10% by weight. The range of anhydrous gypsum was determined in consideration of the appropriate mixing ratio with the slag fine powder.

(5) 이때 상기 슬래그미분말과 상기 무수석고는 4:1의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. (5) At this time, it is preferable that the slag powder and the anhydrous gypsum are mixed in a weight ratio of 4: 1.

도 2는 슬래그미분말(SG)과 무수석고(GY)의 혼합비에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다. 슬래그미분말(SG)과 무수석고(GY)는 총합량이 30 중량%로 혼합되었고, 실리카흄(SF)은 12 중량%, 시멘트는 58 중량%로 사용되었다. 2 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the mixing ratio of the slag fine powder (SG) and anhydrous gypsum (GY). Slag fine powder (SG) and anhydrous gypsum (GY) were mixed in a total amount of 30% by weight, silica fume (SF) was used as 12% by weight, cement was used as 58% by weight.

도 2와 같이 실험결과 무수석고의 혼합비가 증가함에 따라 페이스트 플로우는 거의 변동이 없으나, 압축강도는 소폭 증가하여 8:2(4:1) 배합에서 최대강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 장기강도 발현율의 증가를 고려할 때 슬래그미분말(SG):무수석고(GY)의 혼합비는 4:1이 바람직하다.As shown in FIG. 2, as the mixing ratio of anhydrous gypsum was increased, the paste flow was almost unchanged, but the compressive strength was slightly increased to show the maximum strength in the 8: 2 (4: 1) formulation. That is, considering the increase in long-term intensity expression rate, the mixing ratio of slag fine powder (SG): anhydrous gypsum (GY) is preferably 4: 1.

또한, 상기 슬래그미분말(SG)과 상기 무수석고(GY)는 두 재료의 총합량이 23~28 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다. In addition, the slag fine powder (SG) and the anhydrous gypsum (GY) is preferably a total amount of the two materials are mixed in 23 ~ 28% by weight.

도 3은 슬래그미분말(SG) 및 무수석고(GY)의 총 첨가량 변화에 따른 압축강도 및 페이스트 플로우를 나타낸 그래프이다. 실리카흄(SF)은 12 중량%로 사용되었고, 시멘트는 상기 슬래그미분말(SG) 및 무수석고(GY)의 총합량의 변화에 따라 백분율이 만족하도록 사용하였다. 3 is a graph showing the compressive strength and the paste flow according to the total amount of addition of the slag powder (SG) and anhydrous gypsum (GY). Silica fume (SF) was used at 12% by weight, and cement was used to satisfy the percentage according to the change in the total amount of the slag powder (SG) and the anhydrous gypsum (GY).

도 3과 같이, 실험결과 압축강도는 상기 슬래그미분말(SG) 및 무수석고(GY)의 총 첨가량이 25 중량%일 때 가장 크게 나타났고, 30 중량%에서는 소폭 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 페이스트 플로우는 총 첨가량 증가에 따라 다소 증가하는 경향으로 나타났다. 즉 페이스트 플로우의 증가와 압축강도를 고려할 때, 상기 슬래그미분말(SG) 및 무수석고의 총합량은 23~28 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.As shown in Figure 3, the experimental results showed that the compressive strength was greatest when the total amount of the slag fine powder (SG) and anhydrous gypsum (GY) was 25% by weight, and slightly decreased at 30% by weight. In addition, the paste flow tended to increase slightly with increasing total amount. That is, in view of the increase in the paste flow and the compressive strength, the total amount of the slag powder (SG) and the anhydrous gypsum is preferably mixed at 23 to 28% by weight.

2. 초고강도 콘크리트용 시멘트 2. Cement for ultra high strength concrete 결합재Binder 조성물의 제조  Preparation of the composition

본 발명의 조성물을 구성하는 상기 재료들은 상기 (1) 내지 (5)의 조성비로 균일하게 혼합하여 본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물을 제조할 수 있다. The materials constituting the composition of the present invention can be uniformly mixed in the composition ratio of (1) to (5) to produce a cement binder composition for ultra-high strength concrete of the present invention.

이때 바람직하게는 본 발명의 조성물은 고효율 분체혼합기로 교반되어 제조될 수 있다. At this time, preferably the composition of the present invention may be prepared by stirring with a high efficiency powder mixer.

초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재는 초고강도 발현과 함께 유동성 및 시공성의 확보가 중요하나, 실무에서는 레미콘 생산단계에서 혼화재를 시멘트와 함께 동시 투입하기 때문에 입자의 분산성과 균질성이 충분하지 못하여 시공성이 크게 저하되는 문제점이 지적되어 왔다. 또한 단순 혼합한 경우에도 시공성이 저하되는 것으로 나타났다. 이에 본 발명에서는 고효율 분체혼합기로 미리 결합재를 혼합함으로써 이런 문제점을 해소하였다.Cement binders for ultra-high strength concrete are important to secure fluidity and workability with the development of ultra-high strength, but in practice, mixed materials are added together with cement at the stage of ready-mixed concrete production. Problems have been pointed out. In addition, the workability was found to be reduced even in the simple mixing. In the present invention, this problem is solved by mixing the binder in advance with a high-efficiency powder mixer.

상기 고효율 분체혼합기로 미리 혼합하여 상기 조성비의 결합재를 제조하는 경우 초미립자의 분산 및 입자코팅이 이루어져 유동성 및 작업성이 크게 개선된다. 이에 실무에서 레미콘 단계에서 120MPa 이상의 초고강도 콘크리트를 제조하는 것이 가능해진다. In the case of preparing the binder of the composition ratio by mixing in advance with the high-efficiency powder mixer, the dispersion and particle coating of ultra-fine particles are made, which greatly improves fluidity and workability. In practice, it becomes possible to manufacture ultra-high strength concrete of 120MPa or more in the ready-mixed concrete stage.

상기와 같이 혼합한 결합재는 분말도가 5,000~12,000㎠/g 수준의 균질한 입도를 갖는 것으로 나타난다.The binder mixed as described above appears to have a homogeneous particle size of 5,000 ~ 12,000 cm 2 / g powder.

도 4는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재의 원재료를 단순혼합한 경우와 고효율 분체혼합기로 미리 혼합한 경우의 덩어리 형성량을 나타낸 그래프이고, 도 5는 혼합 후 결합재의 SEM 사진을 나타낸다. 상기 결합재는 시멘트 63 중량%, 슬래그미분말 20 중량%, 무수석고 5 중량%, 실리카흄 12 중량%를 사용하여 제조하였으며, 고효율 분체혼합기로는 회전형 믹서를 사용하였다.4 is a graph showing the amount of agglomeration when the raw materials of the cement binder for ultra-high strength concrete are simply mixed and premixed with a high-efficiency powder mixer, and FIG. 5 is a SEM photograph of the binder after mixing. The binder was prepared using 63 wt% cement, 20 wt% slag powder, 5 wt% anhydrous gypsum, 12 wt% silica fume, and a rotary mixer was used as the high-efficiency powder mixer.

도 4에서 A는 단순혼합한 경우를 나타내고, B는 고효율 분체혼합기로 미리 혼합한 경우(Pre-Mixing)를 나타낸다. B1, B3, B5, B10은 각각 1분, 3분, 5분, 10분간 고효율 분체혼합기로 교반한 것을 나타낸다. 각 5개의 시료를 채취하여 분석하였으며, 도 4에서 ①~⑤는 시료번호를 나타낸다. In FIG. 4, A represents a case of simple mixing, and B represents a case of pre-mixing with a high-efficiency powder mixer. B1, B3, B5, and B10 indicate that the mixture was stirred with a high efficiency powder mixer for 1 minute, 3 minutes, 5 minutes, and 10 minutes, respectively. Each of five samples were taken and analyzed, and ① to ⑤ in FIG. 4 represent sample numbers.

도 4와 같이 단순 체가름에 의해 600㎛ 이상의 덩어리 함량을 측정한 결과 고효율 분체혼합기로 미리 혼합한 경우 단순혼합한 경우에 비하여 덩어리 함량이 급격히 감소함을 확인할 수 있다. 즉, 상기 고효율 분체혼합기로 미리 혼합한 경우 결합재의 분산효과가 우수함을 확인할 수 있다.As a result of measuring the lump content of 600 ㎛ or more by simple sieve as shown in Figure 4 it can be seen that the lump content is drastically reduced compared to the case of simple mixing when mixed in advance with a high efficiency powder mixer. That is, it can be confirmed that the dispersion effect of the binder is excellent when mixed in advance with the high efficiency powder mixer.

또한 도 5의 SEM 사진을 통하여 단순 혼합한 경우에는 실리카흄이 덩어리를 형성하면서 불균일하게 존재하는 반면, 상기 고효율 분체혼합기로 미리 혼합한 경 우에는 시멘트 입자표면에 구형의 실리카흄이 부착되고 양호하게 분산되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 결합재의 혼합 및 분산이 우수함을 확인할 수 있다.In addition, in the case of simple mixing through the SEM image of FIG. 5, the silica fume is non-uniform while forming a lump, whereas in the case of pre-mixing with the high-efficiency powder mixer, the spherical silica fume adheres to the cement particle surface and is well dispersed. You can see that. That is, it can be confirmed that the mixing and dispersion of the binder is excellent.

한편 도 4에서 나타나는 것과 같이, 상기 고효율 분체혼합기로 교반시, 1분동안 교반한 경우의 덩어리 함량에 비해 3분 이상 교반한 경우 덩어리 함량이 유의하게 감소하는 것을 확인할 수 있는바, 우수한 분산효과를 얻기 위해서는 3분 이상 교반함이 바람직하다. 한편, 10분이상 교반하는 것은 제조경제상 비경제적이다. 이에 고효율 분체혼합기로 3~10분간 교반하는 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in Figure 4, when stirring with the high-efficiency powder mixer, when the mixture is stirred for 3 minutes or more compared to the lump content when stirred for 1 minute, it can be seen that the lump content is significantly reduced, excellent dispersion effect In order to obtain, it is preferable to stir for 3 minutes or more. On the other hand, stirring for 10 minutes or more is uneconomical in manufacturing economy. It is preferable to stir for 3 to 10 minutes with a high efficiency powder mixer.

상기 고효율 분체혼합기로는 무중력 믹서 또는 믹서 몸체와 교반 날개가 역회전 방식인 회전형 믹서를 사용할 수 있다. As the high-efficiency powder mixer, a zero gravity mixer or a mixer of the mixer body and the stirring blades may be used as a reverse rotation method.

무중력 믹서는 회전력을 이용해 무중력 영역을 형성하여 혼합하는 장치로서, 예로서 트윈 샤프트 회분식 믹서(Twin Shaft Batch Type Mixer)를 들 수 있다. 평행한 2개의 주샤프트(Main Shaft)에 다수개의 대(arm)를 고정하고, 이 대에 각각 패들(paddle)을 장착하면, 두 축이 반대 방향으로 정속회전하는 회전력에 의해 패들이 원료를 혼합실 중앙상층부로 퍼올려 주어 유효부피가 증가하면서 순식간에 무중력 영역이 형성되어 혼합한다. 패들이 상호중첩되도록 설계되어 있어 정속회전에 의해 원료의 이송영역(Transport Zone)과 혼합영역(Mixing Zone)이 만들어지고, 혼합영역에서 원료의 입경, 비중, 형상에 관계없이 무중력 상태의 유동층이 형성되어 단시간에 균일한 혼합이 가능해진다. The zero gravity mixer is a device for forming and mixing a zero gravity region by using a rotational force, for example, a Twin Shaft Batch Type Mixer. When a plurality of arms are fixed to two parallel main shafts and paddles are mounted on each of them, the paddles are mixed by the rotational force in which both axes rotate at constant speed in the opposite direction. Spread up to the upper middle layer of the yarn, the effective volume increases, and a zero gravity region is formed in a flash. The paddles are designed to overlap each other, so that the transport zone and the mixing zone of the raw materials are formed by the constant speed rotation, and the fluidized bed in the zero gravity state is formed regardless of the particle size, specific gravity, and shape of the raw materials. As a result, uniform mixing is possible in a short time.

한편, 믹서 몸체와 교반 날개가 역회전 방식인 회전형 믹서를 사용할 수 있는데, 예로서 일정 각도로 경사진 상태에서 회전하는 외통 즉 믹서 몸체(Rotating Mixing Pan)와 반대 방향으로 회전하는 교반 날개(mixing tool)에 의해 강력한 대각선 흐름(Cross Flow)과 역류 흐름(Counter Flow)이 발생되어 단시간내 균일한 혼합을 실시하며, 회분식(Batch) 또는 계속적인 운전이 가능한 회전식 믹서를 들 수 있다. On the other hand, it is possible to use a rotary mixer in which the mixer body and the stirring blade is a reverse rotation method, for example, a stirring blade rotating in a direction opposite to the rotating cylinder that rotates in a state inclined at a predetermined angle (Rotating Mixing Pan) Powerful cross flow and counter flow are generated by the tool, which enables uniform mixing in a short time, and is a batch mixer or a rotary mixer capable of continuous operation.

시험예Test Example

본 발명의 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재를 제조하여 다음과 같이 그 물성 및 이를 포함하여 제조되는 콘크리트의 압축강도를 시험하여 보았다.The cement binder for the ultra-high strength concrete of the present invention was prepared and tested for its physical properties and the compressive strength of the concrete prepared as follows.

본 시험을 위해 제조한 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)의 조성비는 1종 보통 포틀랜드 시멘트 63 중량%, 슬래그미분말 20중량%, 무수석고 5 중량%, 실리카흄 12 중량%이며, 회전형 믹서로 5분간 교반하였다.The composition ratio of ultra high strength cement binder (UHPC) prepared for this test is 63% by weight of ordinary ordinary Portland cement, 20% by weight of slag powder, 5% by weight of gypsum anhydrous, and 12% by weight of silica fume. Stirred for a minute.

(1) 물리적 성질 및 화학적 성질(1) physical and chemical properties

상기 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)의 물리적 성질 및 화학적 성질을 시멘트(OPC)와 비교하여 살펴 보았다.The physical properties and chemical properties of the ultra high strength concrete cement binder (UHPC) were examined in comparison with cement (OPC).

먼저, 상기 결합재(UPHC)를 구성하는 각 재료의 화학성분 및 물리적 특성을 살펴 보면 표 1과 같다.First, looking at the chemical composition and physical properties of each material constituting the binder (UPHC) is shown in Table 1.

<표 1>TABLE 1

재료 구분Material division 화학성분(%)Chemical composition (%) 물리 특성Physical properties ig-lossig-loss SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO 평균입경(㎛)Average particle size (㎛) 비료면적(㎠/gFertilizer Area (㎠ / g 비중importance 시멘트cement 0.770.77 22.0522.05 5.305.30 3.633.63 62.9362.93 2.122.12 14.314.3 3,2203,220 3.143.14 슬래그분말Slag powder -0.34-0.34 34.5634.56 13.8013.80 0.660.66 40.5340.53 4.984.98 6.06.0 7,5167,516 3.013.01 무수석고Anhydrous gypsum 3.623.62 3.233.23 0.790.79 0.380.38 36.1736.17 0.130.13 5.95.9 -- 2.872.87 실리카흄Silica fume 2.222.22 92.4092.40 1.421.42 0.590.59 -- 1.301.30 0.20.2 200,000200,000 2.362.36

상기 결합재(UHPC)와 시멘트(OPC)의 물리적 성질과 화학적 성질은 표 2 및 표 3에서 확인할 수 있다.Physical and chemical properties of the binder (UHPC) and cement (OPC) can be found in Tables 2 and 3.

<표 2> 물리적 성질TABLE 2 Physical Properties

재료 구분Material division 입도분포(%)Particle size distribution (%) 평균입경(㎛)Average particle size (㎛) 비표면적 (㎠/g)Specific surface area (㎠ / g) 비 중importance 1㎛이하Less than 1㎛ 1.5~12㎛1.5 ~ 12 16~32㎛16 ~ 32㎛ 48㎛이상More than 48㎛ 시멘트(OHC)Cement (OHC) 6.56.5 36.036.0 41.841.8 15.115.1 14.314.3 3,2203,220 3.143.14 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)Ultra High Strength Cement Binder for Concrete (UHPC) 6.5 6.5 47.7 47.7 35.5 35.5 9.6 9.6 10.7 10.7 8,340 8,340 2.89 2.89

<표 3> 화학적 성질TABLE 3 Chemical Properties

재료 구분Material division ig-lossig-loss SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO SO3 SO 3 K2OK 2 O Na2ONa 2 O 시멘트(OPC)Cement (OPC) 0.770.77 22.0522.05 5.305.30 3.633.63 62.9362.93 2.122.12 2.052.05 1.001.00 0.150.15 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)Ultra High Strength Cement Binder for Concrete (UHPC) 0.71 0.71 31.15 31.15 6.28 6.28 2.82 2.82 50.02 50.02 2.25 2.25 5.63 5.63 0.99 0.99 0.15 0.15

(2)수화 특성(2) hydration characteristics

도 6은 상기 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)의 수화발열 패턴을 시멘트(OPC)와 비교하여 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing the heat generation pattern of the ultra-high strength concrete cement binder (UHPC) compared with cement (OPC).

도 6과 같이 상기 결합재(UHPC)는 1차 발열 피크가 낮고, 2차 발열 피크가 지연되며, 최고점이 낮은 것으로 나타난다. 즉, 전체적으로 수화열이 낮게 제어되는 특징이 있음이 확인되는바, 본 발명의 결합재는 수화열에 의한 균열 발생을 제 어하고, 압축강도 하락을 방지함을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, the binder (UHPC) has a low first exothermic peak, a second exothermic peak is delayed, and a high peak is low. That is, it is confirmed that there is a characteristic that the heat of hydration is controlled as a whole, it can be seen that the binder of the present invention controls the occurrence of cracking by the heat of hydration, and prevents the decrease in compressive strength.

(3)공극구조(3) void structure

도 7은 상기 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)의 공극구조를 시멘트(OPC)와 비교하여 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the pore structure of the ultra high strength concrete cement binder (UHPC) compared with cement (OPC).

도 7과 같이 상기 결합재(UHPC)의 공극구조량은 시멘트(OPC)와 비교할 때, 전체적으로 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한 기공크기의 분포를 보면, 상기 결합재(UHPC)의 경우 큰 기공이 감소하고 작은 공극이 증가함을 볼 수 있다. 실리카흄이 기공을 세분화하여 치밀한 조직을 형성하고 이로 인해 압축강도도 증가하게 된다. As shown in FIG. 7, the pore structure of the binder (UHPC) may be reduced as compared with cement (OPC). In addition, when looking at the distribution of pore sizes, it can be seen that in the case of the binder (UHPC), large pores decrease and small voids increase. Silica fume subdivides the pores to form dense tissue, which increases the compressive strength.

(4)초고강도 콘크리트의 재령별 압축강도(4) compressive strength by age of super high strength concrete

상기 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재(UHPC)를 사용하여 초고강도 콘크리트를 제조하여 재령별 압축강도를 시험하였다.The ultra high strength concrete was prepared using the ultra high strength cement binder (UHPC) to test the compressive strength of each age.

설계강도 150MPa 수준의 초고강도 콘크리트 제조를 위한 배합은 표 4와 같다.The formulation for the manufacture of ultra-high strength concrete with a design strength of 150MPa is shown in Table 4.

<표 4>TABLE 4

설계기준 강도Design standard strength W/B (%)W / B (%) S/a (%)S / a (%) 혼화제 (B×%)Admixture (B ×%) 단위재료량(㎏/㎥)Unit material amount (㎏ / ㎥) WW UPHCUPHC 잔골재Fine aggregate 굵은골재Coarse aggregate 150MPa150 MPa 1414 4040 3.03.0 140140 1,0001,000 520520 813813

W/B : 물-결합재비, S/a : 잔골재율 (S : 잔골재, a : 전체 골재) W / B: water-binding ratio, S / a: fine aggregate ratio (S: fine aggregate, a: total aggregate)

혼화제 : 폴리칼본산계 고성능감수제, W : 물Admixture: Polycarboxylic acid high performance water reducing agent, W: Water

도 8은 상기 표 4의 배합에 의한 초고강도 콘크리트의 재령별 압축강도를 나타내는 그래프이다. 도 8과 같이 본 발명의 결합재를 사용하여 초고강도 콘크리트를 제조시 경화 콘크리트에서 설계강도 150MPa를 상회하는 초고강도 콘크리트의 제조가 가능한 것을 확인할 수 있다. 8 is a graph showing the compressive strength for each age of the ultra-high strength concrete by the combination of Table 4. When using the binder of the present invention as shown in Figure 8 it can be confirmed that the production of ultra-high strength concrete that exceeds 150MPa of design strength in the hardened concrete when manufacturing the super-high strength concrete.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재는 전체적으로 수화열이 낮게 제어되고 공극구조량이 전체적으로 적은바, 기존의 초고강도 콘크리트 제조시 발생하는 높은 수화열로 인한 경화체의 결함으로 소기의 강도발현을 기대할 수 없었던 문제점을 해결하고, 공극구조량 감소로 치밀한 조직 형성이 가능하므로 높은 압축강도를 제공한다. As described above, the cement binder for ultra-high strength concrete according to the present invention has a low heat of hydration as a whole and has a small amount of pore structure. It solves the unforeseen problems and provides high compressive strength because compact structure can be formed by reducing the pore structure.

또한, 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재는 고효율 분체혼합기로 미리 교반되어 제조됨으로써 초미립자의 분산 및 입자코팅이 이루어져 유동성 및 작업성이 크게 개선되어 레미콘 공장에서도 용이하게 120MPa 이상의 초고강도 콘크리트의 제조가 가능하게 한다.In addition, the cement binder for ultra-high strength concrete according to the present invention is prepared by stirring with a high-efficiency powder mixer in advance, so that the dispersion and particle coating of ultra-fine particles is greatly improved, the fluidity and workability are greatly improved, so that the preparation of ultra-high strength concrete of 120 MPa or more can be easily performed in ready-mixed concrete factory. Makes it possible.

Claims (7)

55~75 중량%의 시멘트;55 to 75 weight percent cement; 10~30 중량%의 슬래그미분말;10-30% by weight of slag powder; 5~15 중량%의 실리카흄; 및5-15% by weight of silica fume; And 2~10 중량%의 무수석고;2-10% by weight of anhydrite; 를 포함하여 구성되는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물.Cement binder composition for ultra-high strength concrete comprising a. 제1항에서,In claim 1, 상기 슬래그미분말과 상기 무수석고는 4:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물. The slag powder and the anhydrous gypsum is cement binder composition for ultra-high strength concrete, characterized in that mixed in a weight ratio of 4: 1. 제2항에서,In claim 2, 상기 슬래그미분말과 상기 무수석고의 총합량은 23~28 중량%인 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물. The total amount of the slag powder and the anhydrous gypsum is 23 ~ 28% by weight cement binder composition for ultra high strength concrete, characterized in that. 제1항에서,In claim 1, 상기 결합재 조성물은 분말도 5,000~12,000 ㎠/g의 균질한 입도인 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물.The binder composition is a cement binder composition for ultra high strength concrete, characterized in that the homogeneous particle size of 5,000 ~ 12,000 cm 2 / g powder. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 조성물을 고효율 분체혼합기로 교반하여 제조하는 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물의 제조방법.Method for producing a cement binder composition for ultra-high strength concrete, characterized in that the composition of any one of claims 1 to 4 by stirring with a high efficiency powder mixer. 제5항에서,In claim 5, 상기 고효율 분체혼합기는 무중력 믹서 또는 믹서 몸체와 교반 날개가 역회전 방식인 회전형 믹서인 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물의 제조방법.The high-efficiency powder mixer is a method for producing a cement binder composition for ultra-high strength concrete, characterized in that the gravity-free mixer or mixer mixer and the stirring blade is a rotary mixer of the reverse rotation method. 제5항에서,In claim 5, 상기 고효율 분체혼합기로 3~10분간 교반하는 것을 특징으로 하는 초고강도 콘크리트용 시멘트 결합재 조성물의 제조방법.Method for producing a cement binder composition for ultra-high strength concrete, characterized in that for 3 to 10 minutes stirring with the high-efficiency powder mixer.
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