KR100888534B1 - 시멘트 조성물 및 고유동 콘크리트 제조방법 - Google Patents

시멘트 조성물 및 고유동 콘크리트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 시멘트 조성물은 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 분말 및 석회석 분말을 포함한다. 상기 시멘트 조성물은 전체 조성물의 36~44 중량%인 시멘트를 포함하고, 전체 조성물의 18~22 중량%인 플라이 애쉬, 전체 조성물의 27~37 중량%인 고로슬래그 분말을 포함할 수 있다. 또한, 플라이 애쉬 및 고로슬래그 분말과 함께 전체 조성물의 9~11 중량%인 석회석 분말을 더 포함할 수 있다.
시멘트, 플라이애시, 고로슬래그

Description

시멘트 조성물 및 고유동 콘크리트 제조방법{CEMENT COMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING HIGH FLOW CONCRETE}
본 발명은 시멘트 조성물 및 콘크리트 제조방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고유동 콘크리트에 사용되는 시멘트 조성물 및 고유동 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.
원자력 발전소의 콘크리트 구조물은 시공성 및 강도 등의 품질 외에도 내구성이 확보되어야하므로, 내구성 개선 및 고유동성을 위한 배합설계 기준을 만족하는 고유동 콘크리트로 시공된다. 일반적으로 고유동 콘크리트는 플라이애쉬를 20~30 중량비%를 함유한 시멘트 조성물을 사용하고 있고, 콘크리트의 유동성 및 재료분리 저항성 향상하기 위하여 여러가지 혼화제를 사용하고 있다.
시멘트는 자본 집약산업에서 생산되는 제품으로서, 제조과정에서 다량의 석유 및 석탄 등의 화석연료가 필요하다. 플라이애쉬를 함유하여 유동성 및 재료분리 저항성이 높은 콘크리트를 제조하는데 있어서도 시멘트의 중량비가 70%이상이 요구되기 때문에 시멘트 제조단가 상승 및 건설자재의 부족이 문제되고 있는 것이 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시멘트의 중량비가 작으면서도 유동성 및 재료분리 저항성이 높은 고유동 콘크리트를 제조할 수 있는 시멘트 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시멘트의 중량비가 작으면서도 유동성 및 재료분리 저항성이 높은 고유동 콘크리트 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 산업부산물을 포함하는 시멘트 조성물을 제공한다. 이 조성물은 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 분말 및 석회석 분말을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 시멘트 조성물은 전체 조성물의 36~44 중량%인 시멘트를 포함하고, 전체 조성물의 18~22 중량%인 플라이 애쉬, 전체 조성물의 27~37 중량%인 고로슬래그 분말을 포함할 수 있다. 또한, 플라이 애쉬 및 고로슬래그 분말과 함께 전체 조성물의 9~11 중량%인 석회석 분말을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 시멘트 조성물을 사용하여 고유동성 콘크리트를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 물, 골재 및 혼화제와, 플라이애시, 고로슬래그 분말을 포함하는 시멘트 조성물을 교반하는 것을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 시멘트 조성물은 석회석 분말을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 고유동 콘크리트는 시멘트 조성물 20~25 중량%, 물 5~10 중량%, 골재 65~75 중량% 및 혼화제 0.1~0.5 중량%를 교반하여 제조할 수 있 다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 조성물은 시멘트와 무기질계 포졸란 재료인 플라이애시 및 슬래그 분말을 포함한다. 이 시멘트 조성물은 중량백분율로서 시멘트 36~44%, 플라이애시 18~22% 및 고로슬래그 분말 27~33%을 포함할 수 있다. 또한, 석회석 분말을 9-11% 더 포함하여 수화열 저감, 내해수성 및 내화학성을 보다 더 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 고유동 콘크리트의 경제성·적용 용이성 및 초기 강도 등을 고려할 때 1종 시멘트를 사용할 수 있다. 콘크리트 제조시 단위시멘트량이 높은 경우 수화반응에 의해 수화열이 증가하며 체적변화 및 응력이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 고로슬래그 분말 및 플라이애시를 혼화재로 사용함으로써 콘크리트의 온도상승을 낮추고 수화열에 의한 균열발생을 억제할 수 있다. 또한, 시멘트 조성물의 유동성이 향상되어 콘크리트 타설시 우수한 작업성을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 제조방법은 중량백분율로서 상기 시멘트 조성물 20~25%, 물 5~10%, 골재 65~74.9% 및 혼화제 0.1~0.5%를 교반하는 것이 특징이다. 혼화제로는 시공성 및 단위수량이나 단위시멘트량을 감소시키기 위한 감수제, 공기연행제 및 유동화제를 사용할 수 있다.
원자력 발전소 구조물은 압축강도 5500psi (380kgf/㎠)에 대한 배합설계 기준이 적용된다. 본 발명에 따른 시멘트 조성물 및 콘크리트의 특성을 평가하기 위하여, 상기 배합설계 기준을 만족하는 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물의 내구성을 시험하고 평가하였다.
시멘트 조성물은 본 발명의 실시예에 따른 것으로서 중량백분율로서 시멘트 40%, 플라이애시 20% 및 고로슬래그 분말 40%로 구성된 것과, 시멘트 40%, 플라이애시 20%, 고로슬래그 분말 30% 및 석회석 10%로 구성된 것을 사용하였으며, 종래기술에 따른 것으로서 시멘트 80% 및 플라이애시 20%로 구성된 것을 사용하였다.
[표 1]은 내구성 시험을 위한 본 발명의 배합조건 및 종래의 배합조건을 나타낸 표이다.
종류 W/B (%) S/a (%) 단 위 중 량(㎏/㎥)
물 (W) 골재 (B) 시멘트 플라이애쉬 고로슬래그 석회석분말 SP제 증점제
배합1 39.4 42 185 470 376 94 - - 2.82 -
배합2 37 53 185 500 200 100 200 - 6.5 0.2498
배합3 38 53 190 500 200 100 200 - 10.5 0.2489
배합4 42 40 185 440 176 88 176 - 5.28 -
배합5 37 53 185 500 200 100 150 50 5.65 0.2498
배합6 38 53 190 500 200 100 150 50 10.25 0.2489
상기 배합1은 리그닌계 일반 감수제를 사용하는 종래에 따른 배합조건이고, 배합2 내지 배합6은 다양한 감수제를 적용한 본 발명에 따른 배합조건이다. 구체적으로, 배합2 및 배합5는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였고, 배합3, 4 및 5는 멜라민계 고성능 감수제를 사용하였다. 본 발명에 따른 시멘트 조성물의 특성을 검증하기 위하여 시멘트 조성물 및 혼합재 및 혼화제의 양이 다른 배합조건을 적용하였다.
먼저 상기 배합조건으로 중성화 시험을 실시하였다. 중성화 실험을 위하여, 10×10×15㎝ 몰드를 사용하여 배합조건별로 8개의 시료를 제작하였다. 콘크리트 타설 1일 후 탈형하여 23℃ 수중에서 조건별 4개의 시료는 28일, 조건별 4개의 시료는 91일동안 표준양생하였다. 시료의 5면은 에폭시로 코팅하여 일방향으로 이산화탄소의 침투를 유도하였다.
[표 2]는 표준양생기간에 따른 중성화촉진 시험결과를 나타낸 것이다.
종류 중성화 깊이(㎜)
7일 28일 60일 91일
배합1 1.04 5.1 7.5 8.36
배합2 0.95 4.12 6.15 6.73
배합3 0.93 4.49 5.27 5.77
배합4 1.1 4.44 4.98 6.26
배합5 1.4 3.94 6.18 6.66
배합6 1.8 4.17 5.53 7.4
중성화촉진 시험결과에서, 본 발명의 배합조건은 종래의 배합조건에 비해 중성화 깊이가 작은 것으로 나타났다. 더 나아가서, 폴리카르본산계 감수제를 사용한 조건에서는 석회석 분말을 혼합함으로써 중성화 진행속도가 저하됨을 알 수 있다.
[표 3]은 콘크리트 염해시험결과를 나타낸 것이다.
10×10×40㎝ 몰드를 사용하여 각 조건별로 6개의 시료를 제작하였다. 콘크리트 타설 1일 후 탈형하여 23℃ 수중에서 배합조건별로 3개씩 28일 및 91일동안 표준양생하였다.
본 시험에서 3.6% NaCl 농도의 염화물 용액을 사용하여 28일, 60일 및 91일 동안 침전시킨 후 KS F2713, 2714, 2715와 ASTM C1152 및 1218에 의해 염화물을 측정하였다.
염분 함유율(%)
28일 60일 91일
배합1 0.0238 0.318 0.0339
배합2 0.0176 0.0277 0.0332
배합3 0.022 0.0262 0.0301
배합4 0.0231 0.0331 0.0355
배합5 0.0221 0.0248 0.0279
배합6 0.0225 0.0288 0.0304
시험결과 유동화멜라민계 감수제를 사용한 본원 발명의 배합조건에서 염분 함유율이 다소 높게 측정되었으나 허용 범위에 해당하고, 석회석 분말을 포함하는 본원의 배합조건에 폴리카르본산계 감수제를 사용할 때 염소 이온침투가 적은 것으로 나타났다.
상기 내구성 시험 결과에서, 본 발명의 실시예에 따른 시멘트 조성물은 종래의 배합비에 따른 시멘트 조성물에 비해 콘크리트의 내구성이 향상된 것을 알 수 있다. 특히, 혼화제의 종류를 변경하더라도 본 발명의 배합조건은 종래의 배합조건에 비해 우수한 내구성을 갖는 콘크리트 구조물을 제작할 수 있음을 알 수 있다.
[표 4]는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 제조방법을 위한 배합조건을 나타낸 것이다.
성분 함량(㎏/㎥)
물 185
분체 시멘트 200
플라이애시 100
고로슬래그 분말 150
석회석 분말 50
소계 500
골재 잔골재 802
굵은골재 770
소계 1572
혼화제 고유동화제 5.65
공기연행제 0.04
증점제 0.2492
소계 5.9398
합계 2263
[표 4]는 본 발명의 일 실시예에 따라 최적화된 콘크리트 제조방법의 배합설계를 나타낸 것으로서, 조성물의 중량백분율은 상기 본 발명의 범위에서 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 상기 콘크리트 배합비에 따라 통상의 콘크리트 타설방법에 의해 콘크리트 구조물이 제조될 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 다량의 무기질계 포졸란 재료로 시멘트를 대체함으로써 수화열이 저감될 수 있으며, 그 결과 낮은 열응력이 요구되는 매스 콘크리트 구조물에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 내구성이 향상되어 콘크리트의 1회 타설 높이를 증가시킬 수 있어 공사기간 및 비용을 절감할 수 있다.
더 나아가, 산업부산물인 플라이애시 및 고로슬래그를 활용함으로써 시멘트 소모량을 감소할 수 있어, 시멘트 생산을 위한 에너지 소비를 현저히 절감할 수 있다.

Claims (8)

  1. 중량백분율로서 시멘트 36~44%, 플라이애시 18~22%, 고로슬래그 분말 27~37% 및 석회석 분말 9~11%를 포함하고, 상기 플라이애시 및 고로슬래그 분말의 분말도는 6000 내지 10000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중량백분율로서 시멘트 조성물 20~25%, 물 5~10%, 골재 65~74.9% 및 고유동화제, 공기연행제, 점증제를 포함하는 혼화제 0.1~0.5%를 교반하는 과정으로 이루어지며, 상기 시멘트 조성물은 중량백분율로서 시멘트 36~44%, 플라이애시 18~22%, 고로슬래그 분말 27~37% 및 석회석 분말 9~11%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유동성 콘크리트 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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