KR100755424B1 - 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법 및 이로부터제조된 복합체 - Google Patents

초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법 및 이로부터제조된 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초기강도 발현이 우수하여 20℃ 환경에서 1일에 20MPa 이상의 압축강도와 5MPa 이상의 휨 인장 강도를 발휘함으로써 공사기간을 대폭으로 단축시킬 수 있어 콘크리트를 타설한지 하루 만에도 구조물을 사용할 수 있는 조강 섬유보강 시멘트 복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 초조강시멘트에 실리카퓸, 모래, 및 무수석고를 배합하여 강도촉진 결합재를 제조하고, 트리에타올아민, 나프탈렌계 감수제, 및 증류수를 배합하여 응결촉진 배합수를 제조하고, 배합수와 결합재를 배합한 다음 강섬유 또는 PVA섬유를 투입하여 제조된다.
본 발명의 방법에 의하여 제조된 초조강 섬유보강 시멘트 복합체는 초기강도 발현이 우수하여 1일에 20MPa 이상의 압축강도, 5MPa 이상의 휨인장강도를 발휘함으로써 공사기간을 대폭으로 축소할 수 있어 콘크리트를 타설한지 하루 만에도 구조물을 사용할 수 있고, 또한 일반 콘크리트와 탄성계수와 열팽창계수 등의 물성치는 비슷하면서 건조수축이 작게 발생하여 치수안정성이 우수할 뿐 아니라 염해저항성, 중성화 저항성, 동결융해 저항성등 내구성이 우수하므로, 이들을 보수재료로 적용시 구조물의 수명을 대폭으로 증가시킬 수 있는 잇점을 갖는다.
초조강 섬유 보강 시멘트 복합체, 강도발현 촉진 결합재, 응결촉진 배합수

Description

초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합체{A method for preparing high-early-strength fiber reinforced cement composites and high-early-strength fiber reinforced cement composites preparing from the method}
도 1은 보수재료별 탄성계수 시험결과를 도시한 그래프,
도 2는 보수재료별 열팽창계수 시험결과를 도시한 그래프,
도 3은 조강 시멘트와 초조강 시멘트의 강도 시험결과를 도시한 그래프로서, (a)는 압축강도를, 그리고 (b)는 휨강도를 도시하고,
도 4는 건조수축 시험결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초기강도 발현이 우수하여 1일에 20MPa 이상의 압축강도, 5MPa 이상의 휨인장강도를 발휘함으로써 공사기간을 대폭으로 축소할 수 있어 콘크리트를 타설한지 하루 만에도 구조물을 사용할 수 있는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 복합체에 관한 것이다.
최근 지하철, 터널, 공동구, 교량, 항만구조물 및 건축구조물 등 주요 콘크리트 구조물에 있어서 설계 및 시공상의 품질오차, 환경의 변화, 하중조건의 변화 등에 의해 시공 중 또는 사용 중에 많은 하자가 발생하여 구조물의 내구수명 및 안전성을 저하시키는 문제가 발생하여 사회적으로 크게 관심을 가지게 되었다.
이런 상황을 대응하기 위해 다양한 보수재료와 공법을 사용하고 있으나, 다음과 같은 하자가 발생하는 등 근본적인 해결방안이 되지 못하고 임시적 조치에 불과한 결과를 초래하고 있으며, 이러한 반복적인 보수공사와 시행착오로 지출되는 사용비용은 엄청나게 증가하고 있는 실정이다.
첫째, 기존 콘크리트와의 물성차이 등에 의해 하자가 발생한다. 에폭시계 보수공법은 초기 접착강도는 크지만, 기존 콘크리트와 탄성계수와 열팽창계수의 차이로 인해 접착면에서의 피막형성 등으로 인하여 탈락현상이 발생하고, 통기성이 현저히 작아 내부의 수분이 외부로 통과하지 못하여 철근의 부식과 함께 표면에서의 결로현상 및 계면파괴를 발생하는 경우가 많다. 그리고 폴리머계 보수공법은 유기계와 무기질계 재료의 혼합으로 장기적으로 모체와의 일체화에 문제가 발생할 수 있으며, 계면파괴가 발생할 가능성이 있고, 자외선에 장기간 노출될 경우에는 경질화되어 보수층이 파손되는 경우가 많다.
둘째, 기존 콘크리트와의 물성이 동일한 시멘트계 보수공법이 사용되고 있으나, 일정한 이상의 강도가 발현이 되기 위해 3일 내지 7일 정도의 양생기간이 필요하여, 통행의 불편, 교통체증을 초래하는 등 사회간접비용이 부담이 상당하다.
셋째, 기존 시멘트계 보수공법 등은 부착강도가 떨어지고 인장강도 등의 부 족으로 충격과 피로하중 또는 건조수축이 크게 발생하여 균열이 발생되기 쉽게 발생하여 내구성능이 저하되어 시공 후 몇 년이 지나면 재보수하는 경우가 많이 발생한다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래의 에폭시계 및 폴리머계 보수공법에서의 기존의 콘크리트와의 물성차이로 발생하는 문제와, 시멘트계 보수공법에서의 강도발현 지연문제, 부착강도 및 충격피로하중의 저하 및 건조수축에 의한 균열 발생등의 문제점 해결을 기술적 과제로 하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
먼저, 기존의 콘크리트와의 물성차이로 발생하는 문제는 일반 콘크리트에 사용되는 재료를 사용하여 탄성계수 및 열팽창계수 등을 가능한 일반 콘크리트와의 동일하게 함으로써 해결하였다.
강도발현 지연문제는 초조강시멘트 및 실리카퓸, 무수석고 등으로 구성되는 강도촉진형 결합재와, 트리에타올아민 등이 포함된 응결촉진형 배합수를 사용함으로써 해결하였다.
그리고 충격하중, 피로하중 및 건조수축에 의한 균열이 발생하는 문제는 유기섬유 및 강섬유와 같은 섬유 등에 의해 해결하였다.
이상의 기술을 실현하기 위해 다양한 재료를 사용하므로 현장에서 각각의 재료들을 계량하여 사용하게 되면 제조시간이 지연될 뿐만 아니라 정밀도도 문제가 발생할 수 있다.
이같은 사항들을 전반적으로 고려하여, 본 발명의 목적은 공기기간을 대폭 단축시킬 수 있는 초조강 포틀랜드 시멘트에 기초하여 초조강 섬유보강 시멘트 복합체를 제조하는 방법을 제공하려는데 있다.
본 발명에 의하면,
실리카퓸, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 및 무수 석고를 추후 혼합할 초조강시멘트의 함량 100중량부를 기준으로 하여 각각 10-20중량부, 100-120중량부, 및 5-20중량부의 함량으로 혼합하는 제1 단계;
상기 혼합물을 초조강시멘트 100중량부에 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하는 제2 단계; 이와 동시에 혹은 순차적으로
트리에타올아민, 나프탈렌계 감수제, 및 증류수를 각각 1-3중량%, 1-3중량% 및 94-98중량% 함량으로 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하는 제3 단계;
상기 제3 단계에서 얻어진 응결촉진 배합수와 상기 제2 단계에서 얻어진 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.15-0.25를 만족하도록 혼합하여 시멘트 복합체를 얻는 제4 단계; 및
상기 제4 단계에서 얻어진 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 1-3체적% 투입하여 혼합하는 제5 단계;를 포함하여 이루어지는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체를 제조하는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용되는 초조강 시멘트는 통상적으로 입수가능한 분말도 4,000 ㎤/g 이상, C3S 68% 이상, C2S 6% 이하, C3A 8% 이상, C4AF 8% 이상의 성분비를 갖는다. 조강 포틀랜트 시멘트보다 강도 발현이 빠르므로, 조기에 구조물을 사용하려는 경우에 좋다.
우선, 강도 발현 촉진 결합재를 제조하기 위하여, 실리카퓸, 모래, 무수 석고를 배합한다. 이때 각 성분의 함량은 추후 배합할 초조강 시멘트 100중량부를 기준으로 하여 실리카퓸 10-20중량부, 모래 100-120중량부 및 무수석고 5-20중량부로 이루어진다.
이때 실리카퓸은 15 중량부를 기점으로 하여 가장 빨리 강도가 발현되는데, 이는 15 중량부 이하에서 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 실리카가 포졸란 반응을 일으켜 칼슘실리케이트(C-S-H) 수화물을 생성하였고, 15 중량부 이상에서는 초기재령에 포졸란 반응에 필요한 수산화칼슘의 양이 적어 초기강도는 작게 발현되지만 재령이 증가함에 따라 재령이 증가하게 되는 것으로, 그 함량은 10-20중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실리카퓸보다는 성능은 떨어지지만 메타카올린도 사용할 수는 있다.
상기 모래는 그 함량이 작을수록, 즉 시멘트의 양이 많을수록 강도가 증진되며, 특히 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래를 사용하는 것이 균질한 배합을 고려해볼 때 바람직하다. 이때 절대건조상태로 만드는 이유는 모래에 포함되는 수분이 시멘트과 반응을 하여 풍화가 될 우려가 있고, 이런 제품을 사용할 경우에는 강도의 저하가 나타날 수 있으며, 입경 5mm 이하는 모래와 굵 은골재를 구분하는 기준이기 때문이다.
상기 무수석고(CaSO4)는 시멘트 성분인 C3A와 반응하여 재령초기부터 다량의 에트링가이트(ettringite)를 생성하여 강도를 증진시키는 데 효과가 있으며, 또한 본 발명에서는 상기 무수석고를 사용하여 수축을 최대한 저감시키게 된다. 한편, 무수석고 대신 반수석고를 1-5중량부 정도의 미량으로 혼입하는 것 또한 가능하다. 또한, 상기 혼합비는 시공성, 강도, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 설정된 것이다.
이와 같이 혼합하여 얻어진 혼합물을 초조강시멘트 100중량부에 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하게 된다. 이때 혼합물을 보다 균질하게 혼합시킬 목적으로 20-40rpm의 속도로 10-12분간 혼합한 다음 약 10rpm 정도의 속도로 약 3-5분간 추가 혼합하는 것이 바람직하다. 이때 혼합 조건은 빠른 속도로 1차 혼합할 경우, 분말 등으로 구성된 혼합물에서 먼지 등의 비산되므로 낮은 속도로 2차 혼합하여 비산되는 먼지의 양을 저감시킬 목적으로 수행하는 것으로서, 따라서 반드시 2차 혼합을 수행하여야 하는 것은 아니다.
이와는 별개로, 동시에 혹은 순차적으로 트리에타올아민, 나프탈렌계 감수제, 및 증류수를 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조할 수 있다.
이때 트리에타올아민은 시멘트 성분인 C3A와 석고의 반응에 의해 생성되는 에트링가이트 생성을 더욱 촉진시키고, 더욱이 생성된 에트링가이트를 모노셀페이트(monosulfate)상으로의 이행을 촉진시킴으로써 수화촉진 작용을 발휘하는 것으로 리에타올아민의 사용량이 많을수록 특히 초기강도가 증가되게 된다.
이때 트리에탄올아민 대체물질로는 CaCl2, Na2CO3, NaAlO2 등을 들 수 있으며, 이들은 에트링가이트의 생성을 촉진시켜 초기강도가 증가된다. 이뿐 아니라, 규산알칼리염(Na2O·nSiO2(n＝2∼4))도 트리에탄올아민을 대체할 수 있는데, 규산알칼리염의 반응은 시멘트 수화물인 Ca(OH)2와 반응하여 C-S-H(Calcium Silicate Hydrate) 수화물을 생성하여 초기강도를 증가시킬 수 있다.
또한, 나프탈렌계 감수제는 시멘트 복합체의 유동성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 초기의 압축강도, 휨강도에 약간의 영향은 끼치지만, 그 영향력이 그리 크지 않다. 이때 나플탈렌계 감수제 이외에도 폴리카본산계 감수제, 멜라민계 감수제 등이 사용될 수는 있으나, 약간의 강도발현을 지연하는 영향은 있을 수 있다.
또한 본 발명에서는 증류수를 반드시 사용하나, 일반 수도수도 사용가능하다. 수도수를 사용할 경우에는 콘크리트에 미치는 영향을 거의 없지만, 염소 등이 상기의 감수제 등과 반응하여 반응한 물질이 침전되거나 떠올라 제품으로서 문제가 발생할 수도 있다.
이때 각 성분의 혼합비는 1-3중량%, 1-3중량% 및 94-98중량% 함량 범위내이면 충분하다. 상기 혼합비는 트리에타올아민을 사용함에 따라 강도촉진에 큰 영향을 주게 되어 1-3중량%로 설정한 것이며, 나프탈렌계 감수제는 유동성(시공성)을 향상시키기 위해 사용하는데, 너무 많이 사용하게 되면 재료분리가 생겨 오히려 시 공성, 성능에 악영향을 주고, 강도 등도 저하되므로 상기 함량비로 혼합하는 것이 바람직하다.
그런다음 얻어진 응결촉진 배합수를 500-800rpm의 속도로 약 3-5분간 혼합하면 균질한 배합수를 얻을 수 있어 바람직하다. 이때 혼합 조건은 고속으로 혼합하여야 고성능감수제, 트리에타올아민 및 증류수가 잘 혼합되어 이들 재료사용의 효과가 잘 나타나고, 그리고 믹싱이 잘 되지 않을 경우에는 장시간 보관할 경우에는 다시 각각 분리될 수 있으며, 이런 경우에는 콘크리트의 품질에 큰 영향을 줄 수 있으므로 상기 혼합조건을 갖는 것이 가장 바람직한 것이다.
이와같이 하여 얻어진 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재를 혼합하면 시멘트 복합체를 얻게 된다. 이때 혼합비는 응결촉진 배합수 대비 강도발현 촉진 결합재가 0.15-0.25의 비를 만족하도록 혼합하면 충분한 것으로, 0.25를 초과하면 배합수에 비하여 촉진 결합재가 과다하게 투입되어 추후 시공시 사용하기 곤란할 뿐 아니라 경제적으로도 바람직하지 않고, 0.15 미만이면 배합수에 비하여 촉진 결합재가 너무 소량 투입되므로 이또한 추후 시공시 사용하기 곤란하며 원하는 물성값을 얻을 수 없어 바람직하지 않다.
이때 응결촉진 배합수/강도발현 촉진 결합재의 비가 0.25를 초과하면 배합수에 비하여 촉진 결합재가 적어 목표로 하는 강도를 확보할 수 없고, 0.15 미만이면 배합수에 비하여 촉진 결합재가 너무 다량으로 투입되므로 유동성이 저하되어 시공성을 확보하지 못할 뿐만 아니라 경제성도 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 이때 얻어진 시멘트 복합체 또한 40-50rpm의 속도로 약 5-7분간 혼합 시키는 것이 바람직하다. 상기 혼합조건은 일반적인 콘크리트의 믹서는 40-50rpm인 것을 감안한 것으로, 일정한 시간동안 혼합하여 시멘트 복합체를 균일하게 제조하여 시공성을 확보하는데 역할을 수행하는 것이다.
그런다음 얻어진 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 투입하여 초조강 섬유보강 시멘트 복합체를 제조하게 된다.
상기 섬유류는 시멘트 복합체의 인장강도 부족으로 충격하중과 피로하중에 의한 파괴 및 건조수축에 의한 균열이 발생하는 문제를 해결하고자 사용되는 것으로, 사용하는 섬유의 종류에 상관없이 압축강도, 특히 휨인장강도가 증가되며, 그 투입량은 시멘트 복합체 100체적% 기준으로 1-3체적% 정도이면 충분하다. 이때 섬유류는 보수재료가 치수 안정성이 상당히 중요하며, 기존 부재와 확실하게 부착시키기 위해서는 수축이 발생하지 않은 재료가 필요하므로 본 발명에서는 무수석고와 함께 사용하여 수축을 최대한 저감시키는 역할을 수행하게 된다.
이때 사용가능한 섬유로는 강섬유, PVA 섬유 이외에도 PE, PP, 셀룰로우스섬유 등을 사용할 수 있다. 이같은 섬유의 혼입은 상기에서 언급한 것처럼 콘크리트의 갑작스런 파괴, 취성파괴를 극복하기 위한 것으로, 인장강도 등을 증가시켜 인성을 부여하는 것을 목적으로 하며, 섬유의 혼입효과는 1%정도부터 발휘되고, 혼입량이 많을수록 그 효과는 뛰어나긴 하지만 혼입량이 증가하면 경제성, 시공성 저하 등 문제가 뒤따르므로, 섬유의 혼입률 1-3체적% 범위내인 것이 가장 바람직한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 이하 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.
<실시예>
<실시예 1-시멘트 종류에 따른 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 시멘트 종류가 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강 시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부를 배합하여 얻어진 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 그런다음 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
이어서 트리에타올아민 2중량%, 나프탈렌계감수제 2중량%, 및 증류수 96중량%을 배합하여 얻어진 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합함으로써 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유 각각 2체적%씩을 투입하고 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하여 그 결과를 각각 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 2- 실리카퓸에 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 실리카퓸의 양이 미치 는 영향을 분석하기 위한 것이다.
조강 시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고를 10중량부로 구성된 혼합물에 실리카퓸을 각각 0중량부, 5중량부, 10중량부, 15중량부, 20중량부, 25중량부씩 추가한 다음 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그런다음 트리에타올아민 1중량%, 나프탈렌계감수제 1중량%, 증류수 96중량%로 구성된 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분 동안 혼합하고 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.25를 만족하도록 40rpm의 속도로 6분 동안 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유 2체적%씩을 투입후 20rpm의 속도로 1분간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 각각 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 3-모래의 함량이 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 모래의 함량이 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 20중량부, 무수석고 20중량부로 구성된 혼합물에 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래를 각각 90중량부, 100중량부, 110중량부, 120중량부씩 추가하였 다. 얻어진 배합물을 40rpm의 속도로 12분, 이어서 10rpm의 속도로 5분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
이와는 별개로 혹은 순차적으로, 동시에 트리에타올아민 1중량%, 나프탈렌계감수제 3중량% 및 증류수 96중량%으로 구성 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 800rpm의 속도로 5분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.15를 만족하도록 40rpm의 속도로 5분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유를 각각 3체적%씩 투입후 30rpm의 속도로 2분간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 각각 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 4-무수석고의 함량이 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 무수석고의 함량이 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 12중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 108중량부로 구성된 혼합물에 무수석고를 각각 0중량부, 5중량부, 10중량부, 15중량부, 20중량부를 추가한 다음 40rpm의 속도로 12분, 이어서 10rpm의 속도로 3분 동안 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
이와는 별개로, 순차적으로 혹은 동시에 트리에타올아민 3중량%, 나프탈렌계감수제 2중량% 및 증류수 95중량%으로 구성된 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 600rpm의 속도로 3분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.25를 만족하도록 40rpm의 속도로 5분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유 각각 2체적%를 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 각각 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 5- 트리에탄올아민의 함량이 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 트리에타올아민의 함량이 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 나프탈렌계 감수제 2중량%에 트리에타올아민을 각각 0중량% 1중량%, 2중량%, 3중량%, 4중량%씩, 그리고 이에 대응하여 증류수를 각각 98중량%, 97중량%, 96%중량, 95중량%씩 배합하여 이루어진 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하고 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유 각각 2체적%를 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 6- 나프탈렌계 감수제의 함량이 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 나프탈렌계 감수제의 함량이 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 트리에타올아민 1중량%에 나프탈렌계감수제를 각각 0중량%, 1중량%, 2중량%, 3중량%, 4중량%씩, 그리고 이에 대응하여 증류수를 각각 99중량%, 98중량%, 97%중량, 96중량%, 95중량%씩 배합하여 이루어진 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하고 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 유기섬유 각각 2체적%를 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 7-섬유의 종류 및 함량이 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 섬유의 종류 및 함량 이 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
초조강시멘트 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 트리에타올아민 2중량%, 나프탈렌계감수제 2중량% 및 증류수 98중량%로 구성되어 이루어진 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 또는 PVA 섬유를 각각 0체적%, 1체적, 2체적%, 3체적%씩을 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
<실시예 8- 배합수와 결합재의 비가 미치는 영향>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 품질에 배합수와 결합재의 비가 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다.
초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 트리에타올아민 2중량%, 나프탈렌계감수제 2중량%, 증류수 98중량%로 구성된 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 결합재의 비가 0.15, 0.8, 0.2, 0.25를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 및 유기섬유 각각 2체적%씩을 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 응결특성, 압축강도, 휨인장강도를 측정하고 그 결과를 하기표 1-3에 정리하였다.
참고로, 제조된 섬유보강 시멘트 복합체에서 5.5mm 체로 섬유를 제거한 다음 시멘트 복합체를 이용하여 KS F 2436에 의해 초결(initial setting)과 종결(final setting) 시간을 측정하고, 얻어진 결과를 하기표 1에 정리하였다.
재료의 종류 응결시간(hr)
초결 중결
시멘트 조강 4.5 5.7
초조강 3.1 4.3
실리카퓸 0중량부 5.6 7.8
10중량부 4.5 5.7
15중량부 4.3 5.5
20중량부 4.7 5.9
모래 90중량부 4.3 5.6
100중량부 4.4 5.7
110중량부 4.5 5.7
120중량부 4.7 5.8
무수 석고 0중량부 5.7 7.9
5중량부 4.6 5.9
10중량부 4.5 5.7
15중량부 4.3 5.6
20중량부 4.2 5.3
트리에탄올아민 0중량% 5.3 7.8
1중량% 4.7 5.9
2중량% 4.5 5.7
3중량% 4.2 5.5
나프탈렌계 감수제 0중량% 4.3 5.5
1중량% 4.4 5.7
2중량% 4.5 5.7
3중량% 4.7 5.9
섬유 강섬유 0체적% 4.4 5.5
1체적% 4.5 5.6
2체적% 4.5 5.7
3체적% 4.6 5.7
PVA 섬유 0체적% 4.5 5.8
1체적% 4.5 5.7
2체적% 4.6 5.7
3체적% 4.6 5.8
배합수/결합재 0.15 4.1 5.4
0.18 4.3 5.5
0.20 4.5 5.7
0.25 4.7 6.0
상기표에서 보듯이, C2S 성분이 적은 초조강 시멘트가 조강시멘트에 비해 응결시간이 빨리 진행되고, 실리카퓸의 경우 15중량부를 기점으로 하여 가장 빠르게 나타났는데, 모래의 경우는 모래의 양이 많을수록 응결이 지연되는 것으로 나타났다. 그리고 무수석고는 그 양이 많을수록 응결이 촉진되는 데 이것은 재령초기부터 무수석고(CaSO4)가 시멘트 성분인 C3A와 반응하였기 때문으로 여겨진다.
시멘트 성분인 C3A와 석고와의 반응을 촉진시키는 작용을 하는 트리에타올아민은 응결을 더욱 촉진시키는 것으로 나타났다. 그리고 나프탈렌계 감수제는 그 양이 많을수록 약간 응결이 지연되고, 섬유는 종류와 양에 관계없이 거의 영향을 주지 않으며, 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비가 작을수록 응결이 촉진되는 것으로 나타났다.
얻어진 초조강 섬유보강 시멘트 복합체로부터 100×200mm의 원주시험체를 사용하여 KS F 2405에 의해 압축강도를 시험하고, 그 결과를 하기표 2 및 도 3a에 정리하였다.
재료의 종류 압축강도(MPa)
0.5일 1일 3일 7일 14일 28일 91일
시멘트 조강 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
초조강 17.2 32.1 39.6 43.6 45.3 47.9 49.5
실리카퓸 0중량부 6.8 17.8 28.7 36.5 40.3 43.5 46.7
10중량부 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
15중량부 14.2 23.1 36.5 40.5 44.3 47.5 49.8
20중량부 13.6 22.5 35.9 40.3 44.5 48.7 51.1
모래 90중량부 13.8 23.1 36.2 40.2 44.5 47.6 49.8
100중량부 13.6 22.7 35.9 39.9 44.5 47.1 49.5
110중량부 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
120중량부 13.1 21.8 34.6 38.7 42.5 45.1 47.6
무수 석고 0중량부 7.1 18.1 29.2 36.9 39.8 43.2 46.5
5중량부 12.8 20.3 34.7 39.1 43.2 46.1 48.5
10중량부 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
15중량부 13.8 22.8 35.7 40.0 44.3 47.1 49.5
20중량부 14.1 23.5 36.1 40.2 44.1 46.9 49.1
트리에탄올아민 0중량% 6.1 16.5 25.7 35.4 37.8 41.2 44.5
1중량% 12.6 20.5 35.1 39.9 44.7 47.1 49.4
2중량% 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
3중량% 15.6 25.4 36.1 39.7 43.6 45.2 47.8
나프탈렌계 감수제 0중량% 13.6 22.3 34.2 38.6 43.1 45.2 47.6
1중량% 13.5 22.7 35.9 40.1 43.8 46.8 48.7
2중량% 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
3중량% 13.1 22.1 35.6 39.7 44.1 46.8 49.1
섬유 강섬유 0체적% 12.2 20.1 32.5 36.7 40.2 44.7 46.9
1체적% 13.1 21.5 34.3 38.2 42.1 45.2 47.8
2체적% 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
3체적% 13.5 22.7 35.9 40.1 44.1 47.2 49.1
PVA 섬유 0체적% 12.2 20.1 32.5 36.7 40.2 44.7 46.9
1체적% 13.4 22.1 36.4 38.5 43.6 47.3 49.1
2체적% 13.6 22.5 36.9 38.9 44.1 47.9 49.7
3체적% 13.8 22.8 37.3 39.5 44.6 48.1 50.1
배합수/결합재 0.15 15.1 27.7 39.9 47.3 50.1 54.5 56.5
0.18 14.5 25.4 37.8 44.3 48.9 51.1 53.3
0.20 13.4 22.3 35.5 39.5 43.8 46.7 48.9
0.25 12.8 21.8 34.1 37.6 39.8 45.2 47.5
얻어진 초조강 섬유보강 시멘트 복합체로부터 100×100×400 mm 각주시험체를 사용하여 4점 재하법에 의해 휨인장강도를 시험하고, 그 결과를 하기표 3 및 도 3b에 정리하였다.
재료의 종류 휨강도(MPa)
0.5일 1일 3일 7일 14일 28일 91일
시멘트 조강 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
초조강 4.2 6.7 7.5 7.9 8.5 8.8 9.1
실리카퓸 0중량부 2.8 4.9 5.8 6.7 7.4 7.8 8.2
10중량부 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
15중량부 3.3 5.9 6.8 7.4 8.1 8.4 8.9
20중량부 3.2 5.9 6.9 7.5 8.3 8.5 9.1
모래 90중량부 3.5 6.0 6.8 7.5 8.1 8.4 8.8
100중량부 3.3 5.9 6.7 7.3 7.9 8.3 8.7
110중량부 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
120중량부 2.9 5.4 6.2 6.8 7.4 7.9 8.2
무수 석고 0중량부 2.1 4.3 5.2 5.9 6.7 7.1 7.5
5중량부 2.9 5.3 6.1 6.7 7.3 7.8 8.2
10중량부 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
15중량부 3.3 6.0 6.8 7.6 8.2 8.6 9.1
20중량부 3.5 6.3 7.2 7.9 8.6 9.0 9.4
트리에탄올아민 0중량% 1.8 3.7 4.9 5.8 6.6 7.2 7.8
1중량% 2.9 5.2 5.9 6.8 7.5 7.9 8.2
2중량% 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
3중량% 3.8 6.2 6.7 7.5 8.3 8.8 9.3
나프탈렌계 감수제 0중량% 3.2 5.9 6.8 7.3 7.8 8.3 8.7
1중량% 3.2 5.8 6.7 7.3 7.8 8.3 8.6
2중량% 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
3중량% 2.9 5.3 6.2 6.7 7.3 7.8 8.2
섬유 강섬유 0체적% 1.1 1.8 2.5 2.9 3.3 3.6 3.4
1체적% 2.3 5.1 5.7 6.5 6.9 7.5 7.9
2체적% 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
3체적% 3.7 6.5 7.3 7.8 8.4 8.9 9.4
PVA 섬유 0체적% 1.1 1.8 2.5 2.9 3.3 3.6 3.4
1체적% 2.2 5.0 5.6 6.2 6.7 7.4 7.8
2체적% 2.8 5.5 6.4 6.9 7.5 7.9 8.4
3체적% 3.5 6.4 7.2 7.9 8.5 9.0 9.6
배합수/결합재 0.15 3.9 6.4 7.6 8.5 9.3 9.9 10.3
0.18 3.5 5.9 7.1 7.9 8.5 9.0 9.4
0.20 3.1 5.7 6.5 7.1 7.7 8.1 8.5
0.25 2.7 5.3 5.9 6.6 7.3 7.9 8.2
상기표 2 및 3에서 보듯이, 초기강도를 약하게 하는 C2S의 양이 적은 초조강 시멘트가 조강시멘트에 비해 강도가 빨리 발현되며, 초조강 시멘트를 사용한 경우에는 1일 압축강도가 32MPa 정도, 조강시멘트인 경우에는 22MPa 정도로 상당히 크고, 91일강도도 시멘트 종류에 상관없이 거의 50MPa에 근접하는 등 고강도를 발휘하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 휨인장강도에 있어서도 1일에 초조강시멘트는 6.7MPa, 조강시멘트는 5.7MPa으로 상당히 높은 것을 함께 확인할 수 있었다.
실리카퓸은 15 중량부를 기점에서 가장 빨리 강도가 발현되는데, 이것은 15 중량부 이하에서 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 실리카가 포졸란 반응을 일으켜 칼슘실리케이트(C-S-H) 수화물을 생성하였고, 15 중량부 이상에서 초기재령에 포졸란 반응에 필요한 수산화칼슘의 양이 적어 초기강도가 작게 발현되나, 재령이 증가함에 따라 재령이 증가하였다.
모래는 그 함량이 작을수록, 즉 시멘트의 양이 많을수록 강도가 증진되나, 그리 차이는 크지 않는 것을 확인할 수 있었다.
무수석고(CaSO4)는 시멘트 성분인 C3A와 반응하여 재령초기부터 다량의 에트링가이트(ettringite)를 생성하여 강도를 증진시키는 데 효과가 있으며, 본 실험 결과를 통해서도 무수석고 사용량이 많을수록 초기강도가 특히 증진되는 것으로 확인되었다.
트리에타올아민은 시멘트 성분인 C3A와 석고의 반응에 의해 생성되는 에트링가이트 생성을 더욱 촉진시키고, 더욱이 생성된 에트링가이트를 모노셀페이트(monosulfate)상으로의 이행을 촉진시킴으로써 수화촉진 작용을 발휘한다. 본 발명에서도 트리에타올아민의 사용량이 많을수록 특히 초기강도가 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
나프탈렌계 감수제는 시멘트 복합체의 유동성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 초기의 압축강도, 휨강도에는 약간의 영향을 주지만, 궁극적으로 거의 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.
섬유류는 시멘트 복합체의 인장강도 부족으로 충격하중과 피로하중에 의한 파괴 및 건조수축에 의한 균열이 발생하는 문제를 해결하고자 사용한 것으로, 본 발명에서는 섬유의 종류에 상관없이 압축강도가 증가될 뿐 아니라 특히 휨인장강도가 증가되는 것으로 나타나 바, 기존 시멘트계 재료에서 발생하는 문제점을 해결할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재의 비에 따라 압축강도 및 휨인장강도가 다르게 나타나는데, 이같은 결과는 본 발명이 구조물의 강도 등에 따라 선택적으로 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 강도 등을 선정할 수 있음을 보여주는 바라 여겨진다.
나아가, 상기 결과로부터 확인할 수 있듯이, 본 발명에 사용되는 성분들의 함량은 초조강시멘트의 함량 100중량부를 기준으로, 실리카퓸 10-20중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 100-120중량부 및 무수 석고 5-20중량부 인 것이 좋으며, 응결촉진 배합수로는 트리에타올아민 1-3중량%, 나프탈렌계 감수제 1-3중량%, 및 증류수 94-98중량%인 것이 좋으며, 얻어진 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 1-3체적% 투입하여 혼합하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
<실시예 9-물성 분석>
본 실시예는 본 발명의 방법에 의해 제조된 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 물성이 기존 콘크리트의 물성과 어떤 차이가 있는지를 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 트리에타올아민을 2중량%, 나프탈렌계감수제 2중량%, 증류수 98중량%로 구성된 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 2체적% 또는 PVA섬유 2체적%를 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 열팽창계수, 탄성계수를 측정하고 그 결과를 도 1 및 2에 정리하였다.
이때 보수재료의 탄성계수는 150×300mm의 원주시험체를 제작하여 KS F 2438에 준하여 측정하였으며, 열팽창계수는 100×200 mm의 원주시험체를 사용하여 시험체 열전대(thermal couple)를 매설한 후, 재령 7일에 측정하였다.
탄성계수를 도시한 도 1에서 보듯이, 에폭시계 보수재료의 탄성계수는 0.98GPa, 폴리머계 보수재료의 탄성계수는 1.63GPa, 콘크리트의 탄성계수는 2.75GPa으로 기존의 유기계 보수재료는 일반 콘크리트의 탄성계수와 상당히 차이가 있는 것으로 나타났으며, 이로 인해 하자가 발생할 소지가 많음을 알 수 있다.
이에 비해 본 발명의 탄성계수는 2.65GPa～2.87GPa으로 일반 콘크리트와 비슷하여 탄성계수의 차이에 의한 하자는 상당히 감소될 것으로 확인되었다.
열팽창계수를 도시한 도 2에서 보듯이, 에폭시계 보수재료의 열팽창계수는 28.5×10-6/℃, 폴리머계 보수재료의 열팽창계수는 8.7×10-6/℃, 콘크리트의 열팽창계수는 13.7×10-6/℃으로 기존의 유기계 보수재료는 일반 콘크리트의 열팽창계수와 차이가 있어 부착계면 파괴 또는 온도이력을 받는 구조물에서 수축팽창에 의해 강도가 작은 일반 콘크리트에서 파괴가 발생할 수 있다.
이에 비해 본 발명의 열팽창계수는 12.5～14.1×10-6/℃으로 일반 콘크리트와 거의 동일한 것으로 나타났다. 이로부터 본 발명으로 기존 콘크리트에 보수재료로 사용할 경우에는 열팽창계수가 거의 동일하여 하자가 발생할 소지가 거의 없다는 점을 명백히 확인할 수 있었다.
<실시예 10-강도, 건조수축과 내구성 분석>
본 실시예는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 강도, 건조수축과 내구성을 분석하기 위한 것이다.
조강시멘트와 초조강시멘트 각각 100 중량부를 기준으로 실리카퓸 10중량부, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 110중량부, 무수석고 10중량부로 구성된 혼합물을 30rpm의 속도로 11분, 이어서 10rpm의 속도로 4분간 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하였다.
그리고 트리에타올아민 2중량%, 나프탈렌계감수제 2중량%, 증류수 98중량%로 구성한 혼합물을 고속 분산믹서를 사용하여 700rpm의 속도로 4분간 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하였다.
이렇게 제조된 응결촉진 배합수와 강도발현 결합재의 비가 0.2를 만족하도록 50rpm의 속도로 6분간 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 2체적% 또는 PVA섬유 2체적%를 투입후 25rpm의 속도로 1분 30초간 혼합하여 섬유보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 강도, 건조수축과 내구성(염해저항성, 중성화, 동결융해 저항성, 수밀성)을 측정하고 그 결과를 도 3-4 및 하기표 4에 정리하였다.
도 3은 강도시험을 실시하고 그 결과를 도시한 그래프로서, 시멘트 종류 및 섬유의 종류에 상관없이 1일 압축강도가 20MPa이상, 휨강도가 5MPa 이상으로 상당히 높아 1일이 지나면 충분히 구조물을 사용해도 문제가 없을 것으로 판단되고, 재령이 증가함에 따라 강도도 증가하는 등 강도발현도 문제가 없는 것으로 나타났다. 그리고 조강시멘트를 사용하는 경우보다 초조강시멘트를 사용하는 경우가 훨씬 강도발현이 촉진되어 0.5일에 압축강도가 17MPa 정도로 상당히 강도발현이 우수한 것으로 나타나 더욱 빨리 조기에 구조물을 사용할 경우에는 초조강 시멘트를 사용할 필요가 있을 것으로 여겨진다.
도 4는 건조수축 시험을 실시하고 그 결과를 도시한 그래프이다. 시멘트 종류에 상관없이 섬유를 사용하지 않은 시멘트 복합체의 경우에는 수축이 1,000×10-6 정도까지 발생하였으나, 본 발명의 최종 건조수축은 150～350×10-6 정도로 상당히 수축이 발생하였고, 이로 인해 부착강도 저하와 균열이 발생하지 않을 것으로 판단된다.
하기표 4에 내구성 측정방법 및 조건과 함께 그 시험 결과를 정리하였다.
종류 평가항목 보통강도 콘크리트 고강도 콘크리트 본 발명품 비고
조강 초조강
염해저항성 (총전하량:Coulombs) 2,445 178 112 36 ASTM C 1202
중성화(깊이:mm,91일) 25 11 4 3 CO2:10% 60% R.H. 30℃
동결융해(내구성 지수) 83 92 100 100 ASTM C 666
수밀성 투기성 (×10-16㎡) 0.1335 0.0475 0.018 0.012 Torrent Permeability Tester
투수성 (㎟/secBar) 0.00362 0.00259 0.00077 0.00038 GWT
상기표에서 보듯이, 본 발명에 의한 초조강 섬유 보강 시멘트 복합체는 시멘트 종류에 상관없이 염해저항성, 중성화, 동결융해 및 수밀성 측면에서 고강도 콘크리트 및 보통강도 콘크리트에 비해 훨씬 우수한 것으로 나타났다.
이와 같은 결과는 초조강 섬유 보강 시멘트 복합체가 고강도를 지닌 시멘트 복합체로서 시멘트 경화체의 조직이 매우 밀실하여 열화인자의 침입이 어려워졌기 때문인 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체는 초기강도 발현이 우수하여 1일에 20MPa 이상의 압축강도, 5MPa 이상의 휨인장강도를 발휘함으로써 공사기간을 대폭으로 축소할 수 있어 콘크리트를 타설하 여 하루 만에 구조물을 사용할 수 있고, 또한 탄성계수와 열팽창계수 등 일반 콘크리트와 물성이 비슷하고, 건조수축이 작게 발생하여 치수안정성이 우수하고, 염해저항성, 중성화 저항성, 동결융해 저항성이 등 내구성이 상당히 우수한 것으로 나타나 보수재료로 적용한다면 구조물의 수명을 대폭으로 증가시키는 데 탁월한 효과를 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 실리카퓸, 100±5℃에서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 모래 및 무수 석고를 추후 혼합할 초조강시멘트의 함량 100중량부를 기준으로 하여 각각 10-20중량부, 100-120중량부, 및 5-20중량부의 함량으로 혼합하는 제1 단계;
    상기 혼합물을 초조강 시멘트 100중량부에 혼합하여 강도발현 촉진 결합재를 제조하는 제2 단계; 이와 동시에 혹은 순차적으로
    트리에타올아민, 나프탈렌계 감수제, 및 증류수를 각각 1-3중량%, 1-3중량% 및 94-98중량% 함량으로 혼합하여 응결촉진 배합수를 제조하는 제3 단계;
    상기 제3 단계에서 얻어진 응결촉진 배합수와 상기 제2 단계에서 얻어진 강도발현 촉진 결합재의 비가 0.15-0.25를 만족하도록 혼합하여 시멘트 복합체를 얻는 제4 단계; 및
    상기 제4 단계에서 얻어진 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 1-3체적% 투입하여 혼합하는 제5 단계;를 포함하여 이루어지는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 나아가 상기 제2 단계에서 강도발현 촉진 결합재를 제조하기 위하여 혼합한 혼합물을 20-40rpm으로 10-12분간 혼합한 다음 약10rpm으로 약3-5분간 재차 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 나아가 상기 제3 단계에서 배합한 응결촉진 배합수를 제4 단계를 거치기 전에 500-800rpm의 속도로 약 3-5분간 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 나아가 상기 제5 단계에서 응결촉진 배합수와 강도발현 촉진 결합재를 혼합하여 제조한 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 투입하기에 앞서 40-50rpm의 속도로 약 5-7분간 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 나아가 상기 제5 단계에서 시멘트 복합체에 강섬유 및/또는 유기섬유를 투입한 다음 20-30rpm의 속도로 약 1-2분간 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 섬유보강 시멘트 복합체의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제5항중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조된 초조강 섬유 보강 시멘트 복합체.
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