KR100857510B1 - Artificial aggregate composition for enhancing fire-resistance of high-strength concretes, method for producing the same and concrete compositions using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 폭렬과 열 열화(熱劣化) 깊이를 나타내는 모식도로서 콘크리트에 폭렬이 생길 경우 내구성이 격감하게 되는 원리를 나타낸 그림이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the depth of thermal deterioration and thermal degradation (熱 劣化) is a diagram showing the principle that the durability is greatly reduced when the explosion occurs in concrete.
도 2a와 도 2b는 각각 콘크리트의 폭렬을 방지하기 위하여 폴리프로필렌 섬유를 부가한 종래 기술을 나타낸 그림으로서, 도 2a는 폴리프로필렌 섬유가 혼입되지 않은 철근 콘크리트의 사진이며, 도 2b는 폴리프로필렌 섬유가 혼입된 콘크리트의 단면을 보여주는 사진이다.Figure 2a and Figure 2b is a view showing a prior art with polypropylene fiber added to prevent the explosion of concrete, respectively, Figure 2a is a photograph of reinforced concrete is not mixed with polypropylene fiber, Figure 2b is a polypropylene fiber Photo shows the cross section of the mixed concrete.
도 3은 콘크리트의 폭렬을 방지하기 위하여 금속 분말을 첨가하는 종래 기술의 개념을 설명하는 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram illustrating the concept of the prior art of adding a metal powder to prevent the explosion of concrete.
도 4a와 도 4b는 각각 폭렬 구속 철망을 부가하여 콘크리트의 폭렬을 방지하는 종래 기술에 관한 사진으로서, 도 4a는 조립된 폭렬 구속 철망을 보여주며, 도 4b는 내화 성능 시험 후의 콘크리트 시편을 보여주는 사진이다.Figures 4a and 4b is a photograph of a prior art that prevents the explosion of concrete by adding the explosive restraint wire mesh, respectively, Figure 4a shows the assembled explosive restraint wire mesh, Figure 4b is a photograph showing the concrete specimen after the fire resistance performance test to be.
도 5는 본 발명의 한 실시 태양에 따른 인공 골재의 성분 영역을 나타낸 성 분도이다.5 is a component diagram showing a component region of an artificial aggregate according to one embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 한 실시 태양에서 인공 골재의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flow chart illustrating a method of making artificial aggregate in one embodiment of the present invention.
본 발명은 최근 초고층 건축물의 증가에 따라 고강도 콘크리트의 활용이 기하급수적으로 증가하면서 발생되는 여러 가지 문제 중 가장 심각한 현상인 화재시의 콘크리트 폭렬을 예방하기 위한 콘크리트용 인공 골재의 개발 및 이를 사용한 콘크리트 제조 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 내화성을 확보한 고강도 콘크리트용 인공 골재 조성물 및 그 제조방법 및 그를 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention is the development of artificial aggregate for concrete to prevent concrete explosion during fire, which is the most serious phenomenon among the various problems caused by the exponential increase of the use of high-strength concrete exponentially with the increase of high-rise buildings and the manufacture of concrete using the same The present invention relates to an artificial aggregate composition for high strength concrete, a method for producing the same, and a concrete composition using the same.
콘크리트는 일반적으로 내화재료로 알려져 있으나 고밀도인 경우 내부의 열이 팽창할 경우 이동경로가 없으면 폭렬 현상이 발생한다. 도 1에는 폭렬과 열 열화(熱劣化) 깊이를 나타내는 모식도로서 콘크리트에 폭렬이 생길 경우 내구성이 격감하게 되는 원리를 나타낸 그림이 도시되어 있는데, 도 1에서와 같이 화재시 한 방향에 지속적인 열이 공급되고 콘크리트의 온도가 500℃ 정도로 상승할 경우, 내부 공기가 팽창하여 밀도가 약한 부분으로 힘이 집중되어 콘크리트의 파괴가 일어난다. Concrete is generally known as a refractory material, but in high density, if there is no moving path when the internal heat expands, a explosion phenomenon occurs. Figure 1 is a schematic diagram showing the depth of explosion and thermal deterioration (Fig. 1) is a diagram showing the principle that the durability is reduced when the explosion occurs in concrete, as shown in Figure 1 continuous heat is supplied in one direction during the fire When the temperature of the concrete rises to about 500 ° C., the internal air expands and the force is concentrated to a weak density, causing the concrete to break down.
많은 연구자들이 고온하의 콘크리트 성질을 연구하고 실험한 결과, 화재와 같은 고온 조건은 콘크리트 부재의 화학적 변화를 동반하는 물의 탈수와 미세구조를 변화시키며, 콘크리트를 구성하는 골재도 화열에 의해 광물의 결정구조 변화 및 탈수, 가스의 방출 등을 유발하여 이들 원인에 의해 콘크리트의 성능이 저하되는 것을 규명하였다. 이러한 성능저하는 콘크리트를 구성하는 시멘트 매트릭스, 골재, 물의 탈수에서 비롯된 것이다. 보통 강도 콘크리트(40 MPa 이하)의 경우, 내부 공극이 어느 정도 확보되어 있어 열에 의한 폭렬 현상이 발생하지 않으나 40MPa 이상의 고강도 콘크리트의 경우 혼합수의 양을 최소화하므로 내부 연속공극이 감소하면서 열팽창에 의한 이동경로가 폐쇄되어 폭렬 현상이 발생한다. Many researchers have studied and tested the properties of concrete at high temperatures. The high temperature conditions such as fire change the dehydration and microstructure of water accompanied by chemical changes of concrete members. It was found that the performance of concrete is reduced by these causes by causing change, dehydration, and gas release. This degradation is due to the dehydration of the cement matrix, aggregate and water that make up the concrete. In the case of ordinary strength concrete (40 MPa or less), internal voids are secured to some extent so that thermal explosion does not occur. However, in the case of high strength concrete of 40 MPa or more, the amount of mixed water is minimized, so the internal continuous voids are reduced, thereby moving by thermal expansion. The path is closed, causing explosion.
또한 골재의 경우에도 열을 받게 되면 팽창함으로써 파괴되는 현상이 발생할 수 있는데, 국내에서 가장 많이 사용하는 화강암 종류가 열팽창 현상이 가장 높게 나타난다. 따라서 이러한 화강암을 골재로 사용하여 고강도 콘크리트를 제조할 경우 일정한 온도에 도달하면 콘크리트 표면이 튀어나오는 폭렬 현상이 유도되는 문제가 있다.In addition, in the case of aggregates, thermal expansion may occur when heat is received. Granite types most frequently used in Korea exhibit the highest thermal expansion. Therefore, when the high-strength concrete is manufactured using such granite as an aggregate, there is a problem that when the temperature reaches a certain temperature, the explosion surface of the concrete surface is protruded.
일반적으로 물리적 성질의 변화 및 부재의 온도상승에 영향을 미치는 수분의 탈수는 100에서의 모세관에 존재하는 자유수의 증발에 따른 상변화이며, 30~600℃에서의 시멘트 수화물의 탈수, 600~700℃에서의 C-S-H상의 분해, 1100~1200℃에서의 융해 등이며 융점은 기본적으로 산화알루미늄(Al2O3)과 삼산화이철(Fe2O3) 양에 의해 결정된다. 골재의 변화로서는 규암질 골재 등에 많이 포함되어 있는 석영의 570℃에서의 변태, 석회암의 주 성분인 탄산칼슘의 600~700℃에서의 분해, 현무암 의 팽창 등을 들 수 있다. In general, the dehydration of water, which affects the change in physical properties and the temperature rise of the member, is a phase change due to the evaporation of free water present in the capillary at 100, and the dehydration of cement hydrate at 30 to 600 ° C, 600 to 700 Decomposition of the CSH phase at ℃, melting at 1100 ~ 1200 ℃, etc. The melting point is basically determined by the amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and ferric trioxide (Fe 2 O 3 ). Examples of the changes in the aggregate include the transformation at 570 ° C. of quartz contained in siliceous aggregate and the like, decomposition of calcium carbonate, which is the main component of limestone, at 600 to 700 ° C., expansion of basalt, and the like.
도 2a와 도 2b에는 각각 콘크리트의 폭렬을 방지하기 위하여 폴리프로필렌 섬유를 부가한 종래 기술을 나타낸 그림으로서, 폴리프로필렌 섬유가 혼입되지 않은 철근 콘크리트의 사진(도 2a)과 폴리프로필렌 섬유가 혼입된 콘크리트의 단면을 보여주는 사진(도 2b)이 도시되어 있다. Figures 2a and 2b is a view showing a conventional technique in which polypropylene fiber is added to prevent the explosion of concrete, respectively, a picture of the reinforced concrete not mixed with polypropylene fiber (Fig. 2a) and concrete mixed with polypropylene fiber A photo showing a cross section of FIG. 2B is shown.
열에 의한 고강도 콘크리트의 폭렬을 제어하기 위하여 기존에는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 폴리프로필렌 섬유 등 낮은 온도에서 기체 상태로 변환하는 소재를 콘크리트 제조시 혼합하여 열 팽창시 공기의 이동 경로를 제공함으로써 폭렬을 제어하는 방법이 제안되어 있다. In order to control the thermal expansion of high-strength concrete, as shown in FIGS. 2A and 2B, a material for converting gas into a gaseous state at low temperature such as polypropylene fiber is mixed during manufacturing of concrete to provide a path of air movement during thermal expansion. By this method, a method of controlling the explosion has been proposed.
또한, 도 3의 모식도와 같이 금속분말을 혼합하여 콘크리트 자체의 내열성을 증진시키는 방법, 그리고 도 4에 도시된 것처럼 콘크리트 최종 피복면 안쪽에 철망 등을 사용하여 물리적인 방법으로 폭렬을 제어하는 방법들을 사용하여 왔다.In addition, as shown in the schematic diagram of Figure 3 by mixing the metal powder to improve the heat resistance of the concrete itself, and as shown in Figure 4 using a wire mesh or the like inside the final concrete coating surface physical control method to control the explosion Has been used.
그러나 상기와 같은 종래의 기술은 콘크리트 자체의 내화성능 개선에 중점을 두고 대안을 제시한 것에 불과한 것으로서, 폭렬의 주요 원인 중 하나인 골재에 대한 문제는 근본적으로 해결하지 못한다는 한계를 가지고 있다. 또한 상기에서 열거한 3가지의 종래 기술에서는 콘크리트 제조시 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art as described above is merely an alternative, focusing on improving the fire resistance of the concrete itself, and has a limitation in that it does not fundamentally solve the problem of aggregate, which is one of the main causes of the explosion. In addition, the three conventional technologies listed above have the following problems when manufacturing concrete.
첫째로, 폴리프로필렌 등의 섬유를 이용하는 경우, 콘크리트 제조시에 섬유를 혼합할 때 작업성이 현저하게 저하되어 펌프 압송과 타설이 어려워진다. 따라서 현장에서 콘크리트 타설 작업을 원활하게 하기 위하여 가수(加水)를 함으로써 궁극적으로 목표로 하는 콘크리트의 강도에 도달하기가 어렵다. 또한 동일한 물/ 시멘트 비율에서 작업성을 개선하기 위해서는 고유동화제등의 화학 혼화제를 사용할 수 있는데 이러할 경우 경제성을 상실하는 문제점이 발생한다.First, in the case of using fibers such as polypropylene, workability is remarkably lowered when mixing the fibers during concrete production, making pump pumping and casting difficult. Therefore, it is difficult to ultimately reach the target concrete strength by adding water to smooth the concrete in the field. In addition, in order to improve the workability at the same water / cement ratio, chemical admixtures such as a high fluidizing agent may be used.
둘째로, 금속 분말을 사용하는 방법에서는, 일반적으로 알루미나 계열 또는 안티몬 계열을 금속 분말로서 사용하는데, 알루미나 계열의 금속분말을 사용할 경우 콘크리트의 경화가 급속하게 진전되어 작업시간 확보에 어려움이 발생할 수 있다. 또한, 초기 강도는 확보할 수 있으나 정기적으로 강도 확보에 문제점이 발생한다. 안티몬 계열의 금속 분말의 경우, 인체에 유해한 중금속 물질로서 과거에는 사용이 활발하였으나 현재에는 사용에 많은 제약이 따르는 물질이다.Secondly, in the method using metal powder, alumina-based or antimony-based metal powder is generally used as a metal powder. When using alumina-based metal powder, hardening of concrete rapidly progresses, which may cause difficulty in securing working time. . In addition, the initial strength can be secured, but there is a problem in securing the strength regularly. Antimony-based metal powder is a heavy metal substance that is harmful to the human body.
셋째로, 철망을 이용한 강제 구속 방법의 경우는, 철망의 피치에 의해 굵은 골재의 흐름이 방해를 받으므로 콘크리트 표면과 철근 사이에 놓인 피복두께 부분의 재료 분리가 발생한다. 또한, 콘크리트 폭렬 방지의 중요성은 이 피복두께에 의해 철근이 연화되지 않도록 화염을 차단하는데 있으나, 철근에 인접해 있는 철망은 이 피복의 폭렬을 방지하는 것과는 무관하여 통상 철근 안쪽의 콘크리트 횡적 구속만을 위한 구성일 뿐, 폭렬 방지를 위한 다른 공법과 병행하여야 한다.Third, in the case of the forced restraint method using the wire mesh, the flow of coarse aggregate is disturbed by the pitch of the wire mesh, so that material separation of the coating thickness portion between the concrete surface and the rebar occurs. In addition, the importance of preventing concrete explosion is to block the flames so that the reinforcing bars are not softened by this coating thickness, but the wire mesh adjacent to the reinforcing bars is usually used only for the transverse confinement of the concrete inside the reinforcing bars. It is only a construction and should be combined with other methods of preventing explosion.
이와 같이 종래 기술에서는 콘크리트의 내화 성능 자체를 개선하기 위한 시도가 주로 이루어졌는데 이들은 각각 고유한 한계를 가지고 있었다. 한편 폭렬의 방지에 있어서 또 다른 요소인 골재와 관련하여, 기존의 인공 경량골재의 경우 골재의 강도 등 물리적 특성이 약하여 구조재료로 사용하기에는 한계가 있었다. 또한 고강도 콘크리트는 점성 및 유동성이 크기 때문에 이러한 경량골재를 사용하면 콘크리트 제조시 골재가 상부로 전량 떠오르는 문제점이 있다. As such, in the prior art, attempts have been made mainly to improve the fire resistance of concrete itself, and each of them has its own limitations. On the other hand, with respect to aggregates, which is another factor in preventing explosion, conventional artificial lightweight aggregates have limitations in being used as structural materials due to weak physical properties such as strength of aggregates. In addition, since high-strength concrete has high viscosity and fluidity, when such lightweight aggregate is used, there is a problem that the aggregate rises to the top when concrete is manufactured.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 본 발명은 내열성과 골재의 강도가 우수하고 콘크리트 배합에 사용할 수 있으며 경제성이 있는 고강도 콘크리트용 인공 골재와 그를 이용한 콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. The present invention aims to solve this problem of the prior art. Specifically, an object of the present invention is to provide an artificial aggregate for high-strength concrete with excellent heat resistance and strength of aggregate, which can be used for concrete mixing, and economics.
특히, 본 발명은, 인공 골재를 사용하여 콘크리트를 제조하되, 인공 골재의 밀도를 기존의 골재 밀도인 2.2 g/cm3 이상으로 확보할 수 있도록 함으로서, 이러한 골재를 사용하여 내화성 콘크리트를 제조할 수 있는 콘크리트의 배합기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, the present invention, while manufacturing concrete using artificial aggregate, by ensuring that the density of artificial aggregate to 2.2 g / cm 3 or more of the existing aggregate density, it is possible to manufacture fire-resistant concrete using such aggregate. The purpose is to provide a formulation technology for concrete.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 내열성이 뛰어난 인공 골재와 그 제조 방법, 그리고 상기 인공 골재를 이용한 콘크리트 조성물을 제공한다. 본 발명의 인공 골재는, 인산칼슘(Ca3(PO4)2), 점토 및 석회석과 물을 포함하는 혼합물을 소성하여 제조된다. 본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, 상기 인산칼슘, 점토와 석회석은 각각 혼합 분말의 중량을 기준으로 5~10 중량%, 70~80 중량%, 10~20 중량%를 차지하게 된다. In order to achieve the above object, the present invention provides an artificial aggregate having excellent heat resistance, a manufacturing method thereof, and a concrete composition using the artificial aggregate. The artificial aggregate of the present invention is produced by firing a mixture comprising calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), clay, limestone and water. In a specific embodiment of the present invention, the calcium phosphate, clay and limestone each occupy 5 to 10% by weight, 70 to 80% by weight, and 10 to 20% by weight based on the weight of the mixed powder.
또한, 본 발명에서는 상기 인공 골재를 함유하는 콘크리트 조성물이 제공된다. 특히, 본 발명에 있어서, 콘크리트의 굵은 골재를 모두 상기한 인공 골재로 대체할 수도 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 1 ㎥ 당 874~918 kg의 상기 인공 골재를 함유할 수 있다.In addition, the present invention provides a concrete composition containing the artificial aggregate. In particular, in the present invention, all of the coarse aggregate of concrete may be replaced with the above-described artificial aggregate. Specifically, the concrete composition according to the present invention may contain 874 ~ 918 kg of the artificial aggregate per 1 m 3.
본 발명에서는 위와 같은 인공 골재 자체뿐만 아니라, 그 제조 방법도 제공한다. 본 발명에 따른 인공 골재의 제조 방법은, 구체적으로 (1) 인산칼슘, 점토 및 석회석 성분을 포함하는 원료를 배합하여 혼합 분말을 제조하는 단계, (2) 상기 혼합 분말에 물을 부가하여 배합하는 단계, (3) 상기 (2) 단계를 마친 조성물을 성형하고 건조하는 단계, 및 (4) 상기 건조된 조성물을 소성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In the present invention, as well as the artificial aggregate itself as described above, also provides a method of manufacturing the same. In the method for producing artificial aggregate according to the present invention, specifically, (1) mixing raw materials including calcium phosphate, clay and limestone components to prepare a mixed powder, and (2) adding water to the mixed powder to mix the same. Step, (3) forming and drying the composition of step (2), and (4) calcining the dried composition.
다음에서는 본 발명의 구성을 실시예와 함께 상세히 설명한다. Next, the configuration of the present invention will be described in detail with examples.
본 발명에서는, 고강도 콘크리트에서 주요 폭렬의 인자인 골재의 내열성을 증대시켜, 고강도 콘크리트의 폭렬을 제어하게 된다. 이를 위하여 본 발명에서는, 내열성이 우수하고, 물리적 특성이 기존의 천연 골재와 유사한 인공 골재를 제조하기 위하여, 인산칼슘, 점토, 석회석 분말을 이용하여 일정 비율로 혼합하고 이를 소성하여 인공 골재를 제조한다. 본 발명에서는 인산칼슘, 점토를 정량적으로 배합하며, 경제성을 확보하기 위하여 석회석을 첨가한 후 소성과정을 통해 골재를 제조한다. 이때 각각의 재료에 대한 배합비율은 골재의 강도와 내화성을 연계하여 배합한다. In the present invention, the heat resistance of the aggregate, which is a factor of the main explosion in high strength concrete, is increased, thereby controlling the explosion of the high strength concrete. To this end, in the present invention, in order to produce an artificial aggregate having excellent heat resistance and physical properties similar to existing natural aggregates, an artificial aggregate is manufactured by mixing at a ratio using calcium phosphate, clay, and limestone powder and firing it. . In the present invention, calcium phosphate, clay is quantitatively blended, and limestone is added to secure economics, and then aggregate is prepared through a calcination process. At this time, the mixing ratio for each material is combined in combination with the strength and fire resistance of the aggregate.
본 발명에 따른 인공 골재의 제조 방법에서는 점토, 석회석과 물을 배합하여 성형한 뒤 소성하여 인공 골재를 제조한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 먼저 인산칼슘(Ca3(PO4)2) 5~10 중량%, 이산화규소(SiO2) 성분이 60% 이상인 점토 70~80 중량%, 및 산화칼슘(CaO)을 주성분으로 하는 석회석 10~20 중량%로 함유하는 분말에, 상기 분말 중량을 기준으로 55~85 중량%의 물을 부가하여 배합한다. 1차 혼련이 완료된 상기 배합비의 조성물은 볼 및 골재의 형태로 성형되고, 성형이 완료되면 건조시킨 후 소성로에서 1,100~1,400℃의 온도로 가열하고 본 발명의 인공 골재를 완성하게 된다. 이렇게 완성된 인공 골재는 밀도 2.2~2.6 g/cm3, 입도 25 mm 이하, 흡수율 2% 이하의 물성을 가지게 된다. In the method of manufacturing artificial aggregate according to the present invention, the artificial aggregate is manufactured by mixing clay, limestone and water, followed by molding. According to an embodiment of the present invention, first, calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) 5 to 10% by weight, silicon dioxide (SiO 2) is more than 60% clay 70-80% by weight, and calcium oxide (CaO 55 to 85% by weight of water, based on the weight of the powder, is added to the powder containing 10% to 20% by weight of limestone as the main component. The composition of the blending ratio of the first kneading is completed is molded in the form of a ball and aggregate, dried after the molding is completed is heated to a temperature of 1,100 ~ 1,400 ℃ in a firing furnace to complete the artificial aggregate of the present invention. The artificial aggregate thus completed has a physical density of 2.2-2.6 g / cm 3 , a particle size of 25 mm or less, and an absorption rate of 2% or less.
위와 같은 인공 골재를 사용하여 압축강도 40 MPa 이상의 내화성이 우수한 고강도 콘크리트를 제조할 수 있게 된다. 40 MPa의 강도를 가지는 기존 콘크리트의 경우, KS F 2257에 의한 가열 시험을 실시하였을 때 10여분부터 폭렬이 시작되어 60분 정도가 경과되면 성능을 상실하게 된다. 그러나, 위와 같은 본 발명에 다른 인공 골재를 사용하여 고강도 콘크리트를 제조할 경우, 폭렬에 대한 성능한계 시간이 현저하게 연장된다. By using the artificial aggregate as described above it is possible to manufacture a high-strength concrete with excellent fire resistance of 40 MPa or more compressive strength. In the case of the existing concrete having a strength of 40 MPa, when the heating test according to KS F 2257 is performed, the explosion starts from about 10 minutes and the performance is lost after about 60 minutes. However, when producing high-strength concrete using another artificial aggregate in the present invention as described above, the performance time limit for explosion is significantly extended.
다음에서는 본 발명의 구성 성분 각각에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 인공 골재의 제조에 사용하는 원료인 인산칼슘은 무색, 비결정성 분말로 녹는점 1670℃, 비중 3.14이며, 물에 잘 녹지 않으나 강한 산에는 녹는다. 천연으로는 인회석(燐灰石)으로서 산출되며, 척추동물의 뼈나 토양 속에 널리 분포하여 식물의 생장에도 필요한 요소이다. 인산칼슘을 첨가하면 내열성이 크게 늘어나 고, 점토 성형물의 강도를 증강시키는 효과가 있기 때문에 본 발명에서는 공업적으로 사용이 가능한 인산칼슘(Ca3(PO4)2)을 활용하였다.In the following, each of the components of the present invention will be described in more detail. Calcium phosphate, which is a raw material used in the manufacture of artificial aggregates according to the present invention, is a colorless, amorphous powder with a melting point of 1670 ° C. and a specific gravity of 3.14. It is insoluble in water but soluble in strong acids. Naturally produced as apatite, it is widely distributed in the bones and soil of vertebrates and is necessary for plant growth. The addition of calcium phosphate significantly increases the heat resistance, and has the effect of enhancing the strength of the clay moldings. In the present invention, calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), which is industrially usable, was utilized.
본 발명에 따른 인공 골재에는, 골재 제조용 분말의 중량을 기준으로 5~10 중량%의 인산칼슘을 함유한다. 본 발명의 인공 골재에서, 인산칼슘의 함유량이 상기 5% 미만일 경우 골재의 충격 강도가 약해지고, 골재의 밀도가 2.2~2.6 g/cm3 이하로 떨어지게 되며, 10%를 초과하는 경우 인공 골재 중에 잉여량이 잔존하여 비경제적인 요인으로 작용되는 문제점이 있다.The artificial aggregate according to the present invention contains 5 to 10% by weight of calcium phosphate based on the weight of the powder for producing aggregate. In the artificial aggregate of the present invention, when the content of calcium phosphate is less than 5%, the impact strength of the aggregate is weakened, and the density of the aggregate is 2.2 to 2.6 g / cm 3. If it falls below, if the excess exceeds 10%, there is a problem that the surplus remaining in the artificial aggregate acts as an uneconomic factor.
한편, 본 발명에 따른 인공 골재에는 점토가 함유된다. 순수한 점토는 Al2O3 ·2SiO3 ·2H2O의 조성을 가지며 그 용융 온도는 1,750℃ 정도이지만 보통의 것은 불순물로 인하여 용융점이 낮아진다. 내열성을 가질 수 있는 산화알루미늄과 규산질 원료가 많은 점토는 소성 결정을 통하여 견고하게 성형할 수 있다. 본 발명의 인공 골재에 사용되는 점토로서, 이산화규소 성분이 60% 이상인 점토가 바람직한데, 이산화규소 함량이 상기 하한값을 밑도는 점토를 사용하면 용융점이 떨어져 내화성이 나빠지게 된다. 따라서 이산화규소 성분이 60% 이상인 점토가 골재 제조용 분말에서 중량을 기준으로 40~80 중량%를 차지하도록 부가하는 것이 바람직하다. 점토 부가량이 상기 40% 미만인 경우는 내화 성분이 부족하게 되어 내화성이 떨어지지만, 80%를 초과하여 점토를 가하더라도 내화 성능의 향상은 뚜렷하게 발생하지 않는다.On the other hand, the artificial aggregate according to the present invention contains clay. Pure clay has a composition of Al 2 O 3 · 2SiO 3 · 2H 2 O and its melting temperature is about 1,750 ° C., but the ordinary one has a low melting point due to impurities. Clay having a lot of aluminum oxide and siliceous raw material which can have heat resistance can be molded firmly through plastic crystal. As the clay used in the artificial aggregate of the present invention, a clay having a silicon dioxide component of 60% or more is preferable, but using a clay having a silicon dioxide content below the lower limit results in a poor melting point and poor fire resistance. Therefore, it is preferable to add so that the clay having a silicon dioxide component of 60% or more occupies 40 to 80% by weight based on the weight in the powder for producing aggregate. If the amount of clay added is less than the above 40%, the refractory component is insufficient and the fire resistance is inferior. However, even if the clay is added in excess of 80%, the improvement of the fire resistance does not occur clearly.
본 발명의 인공 골재에서 사용하는 석회석의 성분은 그 주성분이 산화칼 슘(CaO)인 것을 말한다. 본 발명의 인공 골재용 석회석 분말로서 전형적인 것은 산화칼슘 함량이 약 50%이며 불순물이 40% 이상을 점유하고 있다. 본 발명에서 석회석 분말은 골재 제조를 위한 분말의 중량 기준 10~20 중량%를 차지한다. 석회석 분말은 점토에서 제공하는 규산질 재료와 더불어 소성 전 단계에서 경화할 수 있는 산화칼슘의 공급원 역할을 하며, 인산칼슘을 사용하고 소성을 함에 따라 높아지는 비용을 낮추어 경제성을 높이는 효과가 있다.The limestone component used in the artificial aggregate of the present invention means that its main component is calcium oxide (CaO). Typical of the limestone powder for artificial aggregate of the present invention is a calcium oxide content of about 50% and an impurity of 40% or more. Limestone powder in the present invention occupies 10 to 20% by weight based on the weight of the powder for producing aggregate. Limestone powder, together with the siliceous material provided by the clay, serves as a source of calcium oxide that can be cured in the pre-firing stage, and has the effect of increasing the economics by using calcium phosphate and lowering the rising cost.
이상과 같이 본 발명에서 구성하는 원재료의 조성비는 앞서 기술한 바와 같이 인산칼슘(Ca3(PO4)2) 5~10 중량%, SiO2 성분이 60% 이상인 점토 40~80 중량%, 산화칼슘을 주성분으로 하는 석회석 10~20 중량%로서, 이들을 배합한 골재 제조용 분말에 이들 성분을 결합시키기 위한 물을 골재 제조용 분말 중량의 55~85 중량%로 부가하여 배합 조성물을 얻는다. 이러한 배합 조성물의 성분 영역은 도 6에 도시되어 있다.As described above, the composition ratio of the raw materials constituting the present invention is 5 to 10% by weight of calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), 40 to 80% by weight of clay having a SiO 2 component of 60% or more, calcium oxide As limestone having as a main component 10 to 20% by weight, water for bonding these components to the aggregate production powder containing these is added at 55 to 85% by weight of the aggregate production powder to obtain a blending composition. The component regions of this formulation composition are shown in FIG. 6.
위와 같은 배합 조성물로부터 최종적인 골재를 제조하는 공정에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기한 배합 조성물을 건식 및 습식 혼련한 다음, 진공토련기를 이용하여 평균 25 mm 크기의 볼 및 베어링의 형태로 골재를 제조한다. 이때 구형으로 성형하기 위하여 진동선반을 이용할 수도 있다. 이후 24시간 기건 양생한 뒤 소성로(kiln)에서 소성을 실시하여 골재를 완성한다. 이때 소성 온도는 1,100~1,400℃인 것이 바람직하다. 이러한 과정을 거쳐 제조된 인공 골재는 밀도 2.3 g/cm3 이상, 흡수율 2% 이하, 평균 입도 25 mm의 물성을 가지게 된다.Referring to the process for producing the final aggregate from the combination composition as described above in detail. Drying and wet kneading the above blended composition is then carried out using a vacuum drill to produce aggregates in the form of balls and bearings with an average size of 25 mm. At this time, a vibration shelf may be used to shape the sphere. After curing for 24 hours and then firing in a kiln (kiln) to complete the aggregate. At this time, the firing temperature is preferably 1,100 ~ 1,400 ℃. Artificial aggregate produced through this process has a physical property of density 2.3 g / cm 3 or more,
본 발명에 따르면, 위와 같은 인공 골재를 사용하여 고강도 콘크리트용 굵은 골재를 전부 대체한 폭렬 방지 고강도 콘크리트를 제조할 수 있다. 본 발명의 폭렬 방지 고강도 콘크리트에서는 콘크리트 1 m3 당 본 발명의 인공 골재를 874~918 kg 배합하여 제조하게 된다. 본 발명의 폭렬 방지 콘크리트에서 인공 골재 함량이 상기 단위량의 최소값을 밑도는 경우는 내화성이 현저하게 떨어지게 되며, 상기 단위량의 최대값을 넘는 경우에는 비용이 매우 커짐은 물론, 내화성의 향상이 더 이상 드러나지 않게 된다.According to the present invention, it is possible to manufacture a high-strength explosion-proof concrete in which all of the coarse aggregate for high-strength concrete using the artificial aggregate as described above. In the explosion-resistant high-strength concrete of the present invention will be prepared by mixing 874 ~ 918 kg of the artificial aggregate of the present invention per 1 m 3 of concrete. When the artificial aggregate content in the explosion prevention concrete of the present invention is less than the minimum value of the unit amount, the fire resistance is remarkably inferior, and when the maximum value of the unit amount is exceeded, the cost is very high, as well as the improvement of the fire resistance is no longer. It will not be revealed.
본 발명의 폭렬 방지 고강도 콘크리트는 굵은 골재를 본 발명의 인공 골재로 대체하는 점을 제외하면 통상의 고강도 콘크리트 제조 방법을 사용하여 제조할 수 있다.The explosion-proof high-strength concrete of the present invention can be produced using a conventional high-strength concrete manufacturing method except that the coarse aggregate is replaced with the artificial aggregate of the present invention.
실시예Example
이하 실시예와 실험예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 아래 실시예에 나타낸 구성은 어디까지나 발명의 이해를 돕기 위함이며 어떠한 경우에도 본 발명의 기술적 범위를 실시예에서 제시한 실시 태양으로 제한하려는 것이 아님을 밝혀 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. The configuration shown in the following examples are intended to help the understanding of the invention to the last, and in any case it is not intended to limit the technical scope of the present invention to the embodiments presented in the examples.
[실시예 1]Example 1
표 1은 국내에서 범용적으로 사용되는 고강도 콘크리트의 상하 범위를 예로 기존의 고강도 콘크리트와 달리 천연 골재를 전혀 사용하지 않고 인공 골재만을 사용하여 소정의 성능검증을 마치고 산출한 배합설계의 실시예이다. Table 1 is an example of the blended design calculated after completing a predetermined performance verification using only artificial aggregates without using natural aggregates at all, unlike the existing high-strength concrete, using the upper and lower ranges of high-strength concrete used universally in Korea.
아래 표 1의 콘크리트 조성물은 표준 시방서(혹은 KS F 4009 규격)에 규정된 대로 통상적으로 사용되는 방식으로 제조할 수 있다. 인공 골재를 제외한 나머지 구성 요소는 통상의 고강도 콘크리트용 배합 비율을 따른다. The concrete composition of Table 1 below may be prepared in the manner commonly used as defined in the standard specification (or KS F 4009 standard). The remaining components, except the artificial aggregate, follow the mixing ratio for conventional high strength concrete.
[실험예 1]Experimental Example 1
상기의 실시예 1의 표 1의 조성으로 제조한 고강도 콘크리트에 대하여 KS F 2257에 의한 가열 시험을 실시하여 내화성을 측정하였다. 실시예에 따른 콘크리트 강도는 7일 강도를 기준으로 하였으며, 이때 내화 성능은 40 MPa, 80 MPa 규격 모두 골재에 의한 폭렬 없이 강도를 유지하는 지속 시간이 3시간을 충족하는 것으로 나타났다. The high strength concrete manufactured by the composition of Table 1 of Example 1 above was subjected to the heating test by KS F 2257 to measure the fire resistance. Concrete strength according to the embodiment was based on the 7-day strength, the fire resistance performance of 40 MPa, 80 MPa all appeared that the duration of 3 hours to maintain the strength without the explosion caused by the aggregate.
이러한 실험 결과는, 기존의 40 MPa 콘크리트의 경우 10 여분부터 폭렬이 시작되어 60분 정도가 경과되면 성능을 상실하게 되는 것에 비하여 본 발명에 따른 인공 골재를 사용하여 제조된 고강도 콘크리트의 내화성이 현저히 강화된다는 것을 보여 준다. The results of the experiment show that the conventional 40 MPa concrete starts to explode from 10 excess and loses its performance after about 60 minutes, whereas the fire resistance of the high-strength concrete manufactured using the artificial aggregate according to the present invention is significantly enhanced. Show that
앞서 설명한 것처럼, 본 발명의 인공 골재는, 밀도가 기존의 다른 인공 골재에 비하여 높고, 내화성이 뛰어나 기존의 고강도 콘크리트에 쓰이던 굵은 골재를 대체하여 우수한 내화성 고강도 콘크리트를 제공해주는 동시에 경제성을 잃지 않는다는 장점이 있다. 본 발명의 인공 골재는 통상의 고강도 콘크리트 배합 방식에 쉽게 적용될 수 있고, 인공 골재 외에 고유동화제 등의 고가 성분을 추가하여야 하거나, 별도의 제조 공정을 덧붙여야 하는 불편함이 없고, 인공 골재 자체의 제조 과정이 간단하기 때문에 화재시에도 건물의 내구성과 내화성을 유지하는데 큰 도움이 될 것이다. 특히, 본 발명에 의하면, 40~80 MPa의 고강도 콘크리트 영역에서 화재시 구조적으로 안정적인 콘크리트를 제조할 수 있게 된다. As described above, the artificial aggregate of the present invention has the advantage that the density is higher than other artificial aggregates, and has excellent fire resistance, thereby providing excellent fire-resistant high-strength concrete without replacing the coarse aggregate used in the high-strength concrete, and at the same time, not losing economic efficiency. have. Artificial aggregate of the present invention can be easily applied to a conventional high-strength concrete compounding method, there is no inconvenience to add expensive components such as a high fluidizing agent in addition to the artificial aggregate, or add a separate manufacturing process, the artificial aggregate itself The simple manufacturing process will help to maintain the durability and fire resistance of the building in the event of a fire. In particular, according to the present invention, it is possible to produce structurally stable concrete in case of fire in the high-strength concrete region of 40 ~ 80 MPa.
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Cited By (2)
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| KR101105254B1 (en) | 2011-07-14 | 2012-01-17 | 주식회사 삼표 | High stiffness concrete composition comprising silicate aggregate |
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- 2007-06-01 KR KR1020070054130A patent/KR100857510B1/en not_active IP Right Cessation
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