KR100899838B1

KR100899838B1 - 고성능 내화 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR100899838B1
Application number: KR20080126316A
Authority: KR
Inventors: 전창영; 정기택; 공민호; 용 정; 섭 윤; 송용원
Original assignee: 주식회사 엠코; 주식회사 삼표
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-05-27

Abstract

본 발명은 고성능 내화 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결합재로서 시멘트에 플라이애시 및 고로슬래그 미분말 등을 적정비율로 혼합하여 사용하고, 폭렬방지제로서 해면 종이, 폴리에스테르 섬유를 일정량 혼합 사용함으로써, 콘크리트 타설시 시공성 및 경제성을 확보함과 동시에 배합강도 40∼80MPa의 고강도 범위에서 내화성능을 확보할 수 있는 고성능 내화 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

폭렬 방지, 내화성, 콘크리트, 재활용 제지, 폴리에스테르

Description

고성능 내화 콘크리트 조성물{Concrete composition having high performance and fire-resistant}

본 발명은 고성능 내화 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 타설시 시공성과 경제성이 우수하며 내화성을 갖는 고성능 내화 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 자연적인 열화와 더불어 외부조건에 의해 균열 및 파손이 발생하게 된다. 이로 인해 구조물 내구성능이 저하되게 되며, 이는 다시 구조물 파괴를 촉진시키는 원인이 된다. 또한, 화재시 콘크리트 구조물이 폭렬 또는 박리하거나 콘크리트의 열응력에 의한 강도 감소로 인해 구조 내화성이 급격히 저감됨으로써 구조물이 붕괴될 수도 있다.

따라서, 건축구조물, 터널, 및 지하공간 콘크리트 구조물의 열화에 따른 구조물 보수를 방지하고, 화재로 인한 폭렬 및 박리 방지에서 요구되는 내화 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 콘크리트 조성물의 개발이 필요하다.

상기 콘크리트 조성물은 일반적으로 보통포틀랜드시멘트, 모래, 굵은 골재, 물, 혼화재 등으로 구성되어 구조물의 일부로 사용하고 있다.

기존 내화용 콘크리트 조성물에 대해서, 한국특허공개 제2006-0118073호는 시멘트, 모래, 무기산화물, 폴리머로 폴리비닐계 수지, 광물질 및 유기 고분자 섬유로 폴리프로필렌을 포함하는 내화 및 단열 성능 향상을 위한 시멘트 모르타르 조성물을 개시하였다. 하지만 상기 방법은 분말형태의 폴리머 사용으로 폭렬방지효과가 적은 문제가 있다.

또한, 한국특허등록 제0580597호는 폐PET 재생 불포화 폴리에스테르 수지, 충전재, 골재, 내화-내열 성능 나노소재를 포함하는 콘크리트 조성물을 개시하였다. 하지만, 상기 방법은 굳지않은 콘크리트의 유동성에 악영향을 주는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 화재로 인한 콘크리트의 폭렬을 방지하는 내화성이 우수하면서도 콘크리트 타설시 요구되는 시공성과 경제성 뿐 아니라 압축강도가 우수한 고성능 내화 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 플레인 콘크리트 조성물 및 폭렬 방지제를 포함하는 내화 콘크리트 조성물로서,

상기 플레인 콘크리트 조성물은, 시멘트, 고로슬래그 및 플라이애시를 함유하는 결합재, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 포함하며, 상기 결합재 100 중량부에 대한 물의 함량이 20 내지 40 중량부이고, 콘크리트 단위 체적에 대하여 잔골재가 40 내지 50%(v/v)이고,

상기 폭렬 방지제는, 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하여 얻어지는 해면 종이인, 내화 콘크리트 조성물을 제공한다.

상기 플레인 콘크리트 조성물은 콘크리트 단위체적(1㎥)에 대하여, 물 155~175kg/㎥, 결합재 450~650 kg/㎥, 잔골재 600~850kg/㎥ 및 굵은골재 900~1,100kg/㎥를 포함할 수 있다. 또한 상기 결합재(Binder)는 시멘트 50~70 중량%, 고로슬래그 미분말 20~30 중량%, 및 플라이애시 10~20 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 시멘트에 플라이애시 및 고로슬래그 미분말 등을 적정비율로 혼합한 것을 결합재로 사용하고, 폭렬방지를 위한 고강도 폭렬방지제로서 일정량의 재활용된 해면 종이, 폴리에스테르 등을 사용하여, 콘크리트 타설시 시공성과 경제성이 우수하면서도 배합강도 40 내지 80 MPa에서 내화성을 확보하는 고성능 내화 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

특히, 50 MPa 이상의 콘크리트 시공시 내화성능 관리기준을 만족해야 하는데, 본 발명은 50 MPa 이상의 고강도를 실현할 수 있을 뿐더러 내화성능 또한 만족할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 상기 고강도 콘크리트 기둥/보의 내화성능 관리기준은 국토해양부 고시 제2008-334호에 의거하며, 본 발명은 상기 관리기준에 부합한 내화 콘크리트 조성물을 제공할 수 있는 특징이 있다. 상기 고시 제2008-334호(2008.07.21)에 따르면, "건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제3조 제3호 및 제5호의 규정에 의한 설계기준강도 50MPa 이상의 콘크리트 기둥·보의 내화성능 관리에 관한 사항"을 고시하고 있으며, 그 내용은 당업자라면 충분히 이해될 수 있는 사항이므로, 구체적인 사항은 생략한다.

이러한 본 발명의 내화 콘크리트 조성물은 물, 결합재, 잔골재 및 굵은골재를 포함하는 플레인 콘크리트 조성물에 고성능 폭렬방지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 고성능 폭렬방지제는 습강처리된 습강 종이(Wet strength paper)의 제조 공정 중 발생되는 폐제지를 수거하여 수용매로 분산하고 건식해면 등의 방법으로 가공하여 재활용한 해면 종이(recycle paper, RP)인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 고성능 폭렬방지제로 폴리에스테르를 추가로 더 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르 섬유는 표면처리되어 유동성을 증가시킬 수 있다.

여기서, 본 발명에서 사용하는 "습강 종이"란 종이에 기능적 특성을 부여하거나 강화시키기 위해 습강 수지 (wet-strength resin)와 같은 첨가제를 사용하여, 종이가 습윤 조건 하에서 사용될 때 분해되지 않도록 종이의 습윤 강도를 향상시키는 것을 포함하고자 하는 의도이다. 또한, "해면 종이"란, 상기 습강종이를 수분산시킨 후 시트와 하고 건식해면처리를 수행한 재활용 종이를 의미한다.

따라서, 본 발명은 상기 해면 종이, 폴리에스테르 섬유 등의 사용으로, 친환경 효과를 증진시키고 섬유 직경 감소로 기존 폴리프로필렌 등의 섬유를 사용하는 경우보다 내화성능 및 유동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 섬유 길이 차이에 따른 분산 네트워크를 형성할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면 시멘트의 사용량을 저감시키기 위해 사용된 플라이애시, 고로슬래그 미분말의 다량 치환으로 이산화탄소를 저감할 수 있고 염해침투저항성 향상 및 수화열 저감으로 내구성을 우수하게 한다.

구체적으로, 본 발명에서 사용하는 해면 종이는, 제지회사에서 배출되는 배수에 가라앉은 고형분인 제지슬러지나 신문지 등을 재활용한 것을 사용하는 것이 아니라, 습강처리한 습강 종이의 제조과정에서 폐기되는 폐지를 재활용한 것이어서 가격면에서 매우 경제적이다. 즉, 상기 습강처리된 습강종이는 일반적인 방법으로 종이를 제조하고 이후 습강처리제로 종이를 습강처리한 후 재단을 거쳐 제품형태로 제조된다. 이때, 재단후 원단에서 남는 부분이 발생되는데, 일반적으로 이것은 폐기되고 있는 실정이다. 따라서, 본 발명은 상기 폐기되는 습강 종이를 특정의 방법으로 재활용하여 해면 종이를 제조함으로써, 경제적인 이점을 얻으면서 콘크리트의 내화성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따른 방법으로 제조된 해면 종이는 종래 제지슬러지나 일반 폐지를 재활용한 것 보다 그 형상이 정형적이고 콘크리트에 사용시 물에 강하여 혼합후에도 콘크리트 내부에 그 형상을 유지하고 있기 때문에 폭렬방지 효과가 월등히 뛰어나다.

또한, 기본적으로 폭렬을 제어하기 위해서는 섬유의 직경과 길이가 중요하고, 특히 콘크리트 혼합시 그 형상을 그대로 유지하여야 한다. 그러나, 기존의 제지슬러지나 제지애시는 콘크리트 혼합시 그 형상을 유지할 수 없어 콘크리트의 폭렬방지용으로 사용하기 어렵다. 또한, 습강처리되지 않은 일반적인 종이 또는 폐종이를 단순히 물에 푼 것을 콘크리트에 사용하기에는 형상유지 측면에서 상당히 불리하다. 또한 폭렬을 방지하기 위해서는 콘크리트 내부에서 발생되는 수증기를 밖으로 배출시켜야 하는데, 제지의 형상이 유지되지 않으면 수증기 배출 네트워크 형성이 어렵게 되어 폭렬을 방지할 수 없고, 강도측면에서도 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명은 습강 수지로 처리된 습강 종이를 재활용하여 사용하므로, 최종 콘크리트 조성물의 내화성이나 강도면에서 효과가 우수하다.

이하에서는 도면을 참고하여 본원발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 고강도 폭렬방지제인 재활용된 해면 종이를 제조하는 과정 을 간략히 나타낸 공정도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하는 단계를 포함하여 재활용된 해면 종이를 제조할 수 있다.

이때, 상기 습강 종이는 통상의 펄프를 이용한 제지 공정 중에서 발생되는 폐종이 이면 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명은 종이 타월 및 포장재 등을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게 두루마리 형태로 감겨진 주방용 또는 생활용 시트제지 제조과정에서 얻어지는 폐 습강종이를 사용한다. 상기 주방용 클리닝 시트(cleaning sheet)는 키친타올 등이 있고, 생활용 클리닝 시트로는 두루마리 휴지 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 두루마리 형태의 제지 공정의 경우, 천이나 옷감과 같이 원단형태로 습강처리된 습강종이를 제조하는 과정을 포함하며, 완제품을 얻기 위해 원단을 둘둘 말아서 재단하는 과정을 수행한다. 이 과정에서 재단후 원단의 뒷부분이 조금씩 남겨지는데, 이러한 부분은 모두 폐기되고 있다. 따라서, 본 발명은 상기 폐기되는 폐지 부분을 모아서 재활용 과정을 수행하는 것이다. 상기 습강 종이는 습강수지와 셀룰로오스를 포함하는 것이며, 상기 습강 수지는 멜라민 수지, 멜라민 포름알데히드 수지 또는 폴리아미드-에피클로로히드린 (PAE) 수지로 습강처리된 것일 수 있다. 상기 습강처리 시간은 특별히 한정되지 않고 예를 들면 30분 내지 2시간 수행할 수 있다. 상기 습강 수지는 물에 침적되었을 때 강도를 향상시켜주는 보조제로서, 물에 잘 풀어지지 않고 물에서 그 형태를 보존하도록 하는 것이면 그 종류 및 함량이 특별히 한정되지는 않다.

또한, 본 발명에서 상기 분산물을 시트화하는 공정은 통상의 방법을 따른다. 또한, 시트를 건조하는 공정은 시트가 수분을 거의 함유하지 않으면서 건식 해면처리에 적합한 정도라면 그 방법이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 자연건조 또는 건조기를 사용하여 수행될 수 있다. 상기에서 건조된 시트는 수분함량이 10% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 수분함량이 5% 미만일 수 있다.

또한, 상기 건식 해면처리는 종이의 분산성을 일정하게 하고 형상유지를 위해 수행하는 것이며, 통상의 펄프해면기를 사용하여 건조된 시트를 긁는 등의 방법으로 솜이나 스펀지와 같은 형태로 최종 가공하는 방법을 사용하여 수행할 수 있으나, 그 방법이 반드시 한정되는 것은 않는다. 상기 방법을 통해 제조된 재활용 해면 종이는 직경이 14~17 ㎛이고, 길이가 1.9~2.3㎜이며, 밀도가 0.8 내지 1.2 g/㎤일 수 있다.

본 발명에서 고강도 폭렬방지제로 사용하는 해면 종이의 사용량은 단위당 1kg 미만으로 사용하며, 예를 들면 플레인 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.15 중량부로 사용하고, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.07 중량부로 사용한다. 이때 그 함량이 0.01 중량부 미만이면 콘크리트 폭렬방지 성능이 부족한 문제가 있고, 0.1 중량부를 초과하면 굳지않은 콘크리트의 유동성 확보가 어려운 문제가 있다.

본 발명에서 고강도 폭렬방지제로 폴리에스테르 섬유를 더 사용할 경우, 상기 내화 콘크리트 조성물은 플레인 콘크리트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.15 중량부로 폴리에스테르 섬유를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 폭렬 방지제로 사용하는 상기 해면 종이와 폴리에스테르 섬유의 총 함량의 범위가 0.01 내지 0.15 중량부인 것이 더 바람직하다. 또한 상기 내화 콘크리트 조성물은 해면 종이 및 폴리에스테르 섬유를 중량기준으로 2:8 내지 8:2의 비율로 포함할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 섬유의 사용에 따라 콘크리트 조성물은 80 MPa급 배합강도에서도 우수한 효과를 발휘할 수 있다.

상기 폴리에스테르 섬유는 직경이 20~40 ㎛이고, 길이가 10~15㎜이며, 밀도가 1.38 g/㎤인 것이 바람직하고, 이러한 조건을 만족하는 것은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유인 것이 바람직하다. 또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 0.6 내지 1.0 데니어의 섬도를 가지며, 인장강도 3.4 내지 4.0 g/de, 신장율 35 내지 45%인 것이 바람직하다.

이때, 상기 플레인 콘크리트(plain concreate) 조성물은 배합강도 40 내지 80 MPa의 범위에서 강도를 확보할 수 있도록, 결합재 100 중량부에 대한 물의 함량(즉, 물-결합재비(Water/Binder))이 20 내지 40 중량부이고, 보다 바람직하게는 26 내지 35 중량부인 것이 바람직하다.

또한 상기 플레인 콘크리트 조성물의 잔골재율(S/a=sand/aggregates)은 콘크리트의 유동성을 결정하는 값으로서, 하기 계산식 1에 따라 산출될 수 있으며, 잔골재의 조립율을 고려하여, 콘크리트의 단위체적에 대하여 40 내지 50% (v/v)인 것이 좋다. 이때, 잔골재율은 콘크리트 속의 골재 전체 용적에 대한 잔골재의 전체용적의 백분율을 의미한다. 상기 콘크리트의 단위체적은 1 ㎥당 부피를 의미한다.

[계산식 1]

잔골재율(%) = S/a × 100

(상기 식에서, a는 전체 골재(S+G)의 절대용적이고, S는 잔골재의 절대용적이고, G는 굵은골재의 절대용적임)

상기 물은 유해물질을 포함하지 않은 것이면 모두 사용 가능하고, 일반 콘크리트와 동일한 배합수를 사용할 수 있다. 사용가능한 물은 그 종류가 특별히 한정되지 않고, 지하수, 수돗물 등을 사용할 수 있다. 상기 물의 함량은 콘크리트 단위체적에 대하여 155~175 kg/㎥로 사용하는데, 유동성을 크게 저하하지 않는 범위에서 건조수축을 줄이기 위하여 고려한 것이다.

상기 결합재(Binder)는 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 포함하며, 상기 혼화재를 개별 혼합하거나 프리믹스하여 얻을 수 있다. 상기 혼화재는 시멘트 단독으로 사용하는 경우보다 굳지 않은 콘크리트의 유동성 증진 및 장기 강도 발현에 기여한다. 상기 결합재의 사용량은 콘크리트 단위체적에 대하여 450~650kg/㎥로 포함하는 것이 목표 압축강도 확보 측면에서 바람직하다.

이때, 상기 시멘트는 가장 통상적으로 사용되는 보통 포틀랜드 시멘트를 의미하며, 이것은 칼슘, 실리콘 및 알루미늄의 산화물의 혼합물로 이루어지고, 시멘트, 모르타르(mortar), 및 플래스터(plaster)의 기본성분으로 사용된다. 다만, 본 발명이 상기 보통포틀랜드 시멘트에 한정되지 않고 통상 구입 가능한 다양한 종류의 시멘트를 모두 사용할 수 있다. 상기 시멘트의 사용량은 전체 결합재 조성에 대하여, 50~70 중량%로 사용한다.

상기 고로슬래그 미분말은 시멘트 수화열 저감, 수화 생성물의 증대, 치밀한 조직의 형성 및 장기강도 증진의 목적으로 사용하고, 그 종류가 특별히 한정되지 않고 1종 내지 3종 중 어느 하나의 고로슬래그 미분말을 사용 가능하다. 고로슬래그 미분말은 용광로에서 배출되는 슬래그를 급랭하여 입상화한 것을 미분쇄한 것을 사용할 수 있다. 상기 고로슬래그 미분말은 KS F 2563규격에 준하는 밀도가 2.8 g/㎤이상이고, 비표면적이 4,000내지 10,000 ㎠/g, 바람직하게는 4,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 고로슬래그 분말의 비중은 2.85 ∼ 2.94 g/㎤ 정도이며 평균은 2.90 g/㎤정도이다. 고로슬래그의 형상은 매끈한 구곡상의 파면을 갖는 입방상으로, 평균입경은 16㎛ 정도인 것을 사용할 수 있다. 상기 고로슬래그 미분말의 사용량은 전체 결합재 조성에 대하여, 20~30 중량%로 사용한다.

상기 플라이애시(flyash)는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬 때 불연부분이 용융상태로 부유한 것을 냉각 고화시켜 채취한 부산물을 의미하며, 화학적 주성분은 SiO₂, Al₂O₃, CaO 등으로 이루어진다. 또한 플라이애시의 비표면적은 3000 ㎠/g 이상, 바람직하게 3100-4600 ㎠/g이고, 비중은 화학성분 중의 Fe₂O₃에 의해 좌우되며, 1.95 g/㎤이상일 수 있고, 바람직하게 시멘트의 2/3정도인 1.91 ∼ 2.32 g/㎤ 정도이다. 플라이애시의 입자크기는 1∼140 ㎛ 정도이며, 형태가 거의 매끈한 구형 입자이고, 큰 입자들 가운데는 중앙부가 비어 있는 형태로 존재하거나, 내부가 미세한 구상의 입자로 채워져 있어 콘크리트 조성물의 유동성 향상에 기여할 수 있다. 즉, 플라이애시는 표면의 매끈한 구형 입자가 볼 베어링 작용을 하여 콘크 리트의 워커빌리티(유동성)를 좋게 하고, 콘크리트 속에서 물에 녹아 있는 수산화칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성시킴으로써 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다. 상기 플라이애시의 사용량은 전체 결합재 조성에 대하여, 10 내지 20 중량%로 사용한다.

본 발명에서 사용하는 골재는 일반적으로 콘크리트용으로 알려진 것이면 모두 사용가능하며, 그 종류가 특별히 한정되지 않으며, 잔골재와 굵은 골재로 이루어질 수 있다.

상기 잔골재(S)는 일반 레미콘에서 사용하는 모래보다 일정한 입도를 갖고 표면수가 일정한 세척사, 인조규사, 부순모래 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독 또는 혼합 사용 가능하며 그 종류와 혼합비율이 특별히 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 잔골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 0.15 내지 2.5 mm, 절대건조밀도 2.5 g/㎤이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하인 것을 사용할 수 있다. 또한 잔골재는 조립율이 2.7 내지 3.0 수준의 것을 사용하는 것이 콘크리트의 유동성 확보 및 점성저하를 위해 바람직하다. 잔골재의 사용량은 콘크리트 단위체적에 대하여 600~850 kg/㎥로 포함하는 것이 콘크리트 재료분리방지 측면에서 바람직하다.

상기 굵은 골재(G)는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 2.5 내지 40 mm, 절대건조밀도 2.5 g/㎤이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하, 마모율 40% 이하인 것을 사용할 수 있다. 바람직하게, 굵은 골재는 콘크리트 강도를 고려하여 자갈과 같이 25 mm 수준의 골재를 사용하는 것이 좋다. 굵은골재의 사용량은 콘크리트 단위체적에 대하여 900 내지 1,100 kg/㎥로 포함하는 것이 재료분리 방지 측면에서 바람직 하다.

또한 본 발명의 내화 콘크리트 조성물은 필요에 따라 KS F 2560규격에 준하는 콘크리트용 화학 혼화제로 알려진 AE제, 감수제, AE감수제 및 고성능감수제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 혼화제를 더 포함할 수 있으며, 물과 혼합하여 사용할 수 있다.

AE제(혹은 계면활성제)는 일반적으로 2개 이상의 상 혹은 다른 물질의 경계면에 흡착하여 계면의 성질을 현저하게 변화시키는 물질을 말하여, 기본적인 분자구조는 2개의 동일구조, 즉 물에 잘 녹지 않은 소수기와 물에 잘 녹는 친수기로 구성되어 있으며, 수용액 중의 친수기 이온의 전기적 성질에 따라 음이온계, 양이온계, 비이온계로 분류된다. 음이온계 AE제는 시판되고 있는 AE제의 대부분을 이루고 있으며, 화학적 주성분은 수지산염, 황산에스테르, 설퍼네이트계가 있고, 양이온계 AE제는 친수기가 양이온을 띤 것으로서 AE제로는 사용되고 있지 않다. 또한, 비이온계 AE제는 수용중에서 이온으로 해리하지 않으나 분자 자체가 계면활성 작용을 하는 것으로서 에테르계, 에스테르계가 사용되고 있다.

감수제 및 AE감수제는 콘크리트 중의 시멘트 입자를 분산시켜 단위수량을 감소시키거나, 콘크리트 중에 미세기포를 연행시키면서 작업성을 향상시키는 한편 분산효과에 의해 단위수량을 감소시킬 수 있는 혼화제이다. 감수제 및 AE감수제는 콘크리트의 응결, 초기경화의 속도에 따라 각각 표준형, 지연형, 촉진형으로 분류되며, 그 화학적 조성에 따라 리그닌설폰산염계, 알킬아릴설폰산계, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르계, 옥시카르본산계, 멜라민술폰산계 및 풀리카르본산계 화합물 등 을 사용할 수 있다.

고성능감수제는 일반적인 감수제의 기능을 더욱 향상시켜 시멘트입자를 효과적으로 분산시켜 응결지연, 지나친 공기연행, 강도저하 등의 악영향 없이 높은 첨가율로 사용하여 단위수량을 대폭 감소시킬 수 있는 혼화제를 말한다. 고성능감수제로는 나프탈렌계, 멜라닌계 및 폴리카르본산계가 사용될 수 있다.

바람직하게 본 발명의 내화 콘크리트 조성물은 상기 플레인 콘트리트 조성물 100 중량부에 대하여 고성능감수제 0.5 내지 1.5 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 고성능감수제(AD)는 분산력, 감수력 및 재료분리 저감효과가 우수한 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고성능 내화 콘크리트 조성물은 폭렬방지제로 습강종이를 재활용한 해면종이, 폴리에스테르 섬유 등을 사용함으로써, 배합강도 40 내지 80 MPa에서 내화성을 확보하고, 40~60MPa급 강도에서 기존과 동등이상의 유동성과 강도를 가지며, 특히 우수한 내화성을 갖는다. 또한 본 발명에 따르면 초고층 건물의 타설이 용이하며 기존 대비 60% 이하의 사용량 및 비용 절감 효과가 있어 경제적이다. 더욱이 본 발명은 친환경 재료인 종이를 사용하며, 폐기되는 습강종이를 재활용하여 이용하므로 자원 재활용 효과 및 경제적인 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 단, 아래의 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1 내지 3

다음 표 1과 같은 조성으로 각 성분을 배합하여 플레인 콘크리트를 제조하였다.

[표 1]

구분	W/B (중량부)	S/a (v/v%)	단위량(㎏/㎥) (w/v)							AD (%)
구분	W/B (중량부)	S/a (v/v%)	W	OPC	FA	BS	S1	S2	G	AD (%)
제조예1	37	45	165	312	45	89	388	391	963	1.00
제조예2	32	45	165	361	52	103	384	387	953	0.95
제조예3	28	41	160	400	57	114	334	337	976	0.85
주) W/B : 물-결합재비, S/a : 잔골재율, W : 물 OPC : 보통포틀랜드 시멘트 (분말도 3,433㎠/g, 비중 3.15 g/㎤) FA : 플라이애시 (분말도 4,478㎠/g, 비중 2.22 g/㎤) BS : 고로슬래그 미분말 (분말도 4,578㎠/g, 비중 2.9 g/㎤) S1 : 잔골재(입경 4mm이하의 세척사), S2 : 잔골재(입경 4mm이하의 부순모래) G : 굵은골재(최대치수 25mm인 부순자갈) AD : 고성능감수제(폴리카르본산계)

제조예 4

멜라민 수지로 습강처리된 키친타올 제조공정에서 배출된 폐기되는 습강종이를 수거하였다. 그런 다음, 도 1에 도시된 방법과 같이, 상기 폐 습강종이를 물에 분산시켰다. 이후, 물에 분산된 분산물을 수거하여 시트 형태를 제조한 다음, 건조기에서 수분함량이 5% 이하가 되도록 건조시켰다. 수분이 거의 건조된 시트를 펄프해면기로 건식해면시켜 고강도 폭렬 방지제인 해면 종이(이하, RP)를 제조하였다. 상기재활용 해면 종이는 직경이 14~17 ㎛이고, 길이가 1.9~2.3㎜이고, 밀도가 1.1 g/㎤이었다.

실시예 1-3 및 비교예 1-4

상기 제조예3의 플레인 콘크리트를 이용해서 표 2와 같이 섬유종류 변화에 따른 콘크리트의 폭렬특성실험을 하였다. 하기 표 2에서 혼입률은 플레인 콘크리트 100 중량부를 기준으로 한 것이다. 또한, 설계기준 강도는 국토해양부 고시 제2008-334호에 의거한 60MPa의 배합강도를 나타낸다.

실험사항은 하기 방법으로 슬럼프 플로우, 압축강도 및 내화시험을 하였다.

(1) 굳지 않은 콘크리트의 특성 (슬럼프 플로우 값 측정)

KS F 2405의 방법으로 측정하였다.

(2) 압축강도

KS F 2405 방법으로 측정하였다.

(3) 내화시험

KS F 2257-1 "콘크리트의 내화성 시험방법"에 규정되어 있는 방법에 준하여 측정하였다.

도 2 및 3은 굳지 않은 상태의 각각의 콘크리트의 특성 및 강도 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 즉, 도 2는 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 각 콘크리트의 슬럼프 플로우(slump flow) 및 감수제 혼입량을 나타낸 것이다. 도 3은 섬유 종류 및 혼입률 변화에 따른 각 콘크리트의 압축강도(MPa)를 나타낸 것이며, 세로축의 단위는 MPa이다. 또한 도 4는 KS F 2257-1에 규정되어 있는 표준가열곡선에 의한 각 콘크리트 시험체의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 폭렬성상을 나타낸 것이다.

[표 2]

	조성 (중량부)			배합강도 (MPa)	W/B (중량 %)	수준
	플레인 콘크리트	섬유	사용량		W/B (중량 %)	수준
비교예1	100	-	-	60	28	7
비교예2	100	PP	0.03
비교예3	100	PP	0.06
비교예4	100	PP	0.09
실시예1	100	RP	0.03
실시예2	100	RP	0.06
실시예3	100	RP	0.09
주) W/B: 물-결합재비,　 PP : 폴리프로필렌,　 RP : 제조예 4의 고강도 폭렬방지제(해면종이)

도 2 및 3의 결과로부터, 유동특성으로 슬럼프 플로우는 기존의 내화용 섬유로 잘 알려져 있는 비교예 2-4의 PP섬유와 비교 하였을 때, 본 발명의 재활용 해면종이 역시 거의 유사한 유동성을 나타내고 있었다. 또한 압축강도의 경우도 비교예 1의 플레인과 거의 유사하거나 약간 저하하는 경향으로 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.

또한 도 4에서 보면, 내화 특성으로 비교예 1의 플레인 콘크리트의 경우 심한 폭렬을 나타내고 있으며, 나머지 비교예2-4 및 실시예 1 모두 0.03 중량부의 혼입율에서는 약간의 박리 폭렬만 발생하였으며, 실시예 2, 3의 0.06 중량부 이상 혼입시에는 폭렬이 방지되었다.

실시예 4-15 및 비교예 5

다음 표 4와 같이 섬유의 함량과 종류를 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 표 4에서 사용된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유의 특성은 하기 표 3과 같다.

이후, 상기와 동일한 방법으로 물성을 측정하였다. 도 5 및 6은 굳지 않은 상태의 각각의 콘크리트의 특성 및 강도 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 즉, 도 5는 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 각 콘크리트의 슬럼프 플로우 및 감수제 혼입량을 나타낸 것이다. 도 6은 섬유 종류 및 혼입률 변화에 따른 각 콘크리트의 압축강도(MPa)를 나타낸 것이고, 세로축의 단위는 MPa이다. 또한 도 7은 KS F 2257-1에 규정되어 있는 표준가열곡선에 의한 각 콘크리트 시험체의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 폭렬성상을 나타낸 것이다.

또한, 도 5 및 6에서 알파벳 기호는 다음을 의미하는 것이다. 즉, A는 비교예 4, B는 실시예 4, C는 실시예 5, D는 실시예 6, E는 실시예 7, F는 실시예 8, G는 실시예 9, H는 실시예 10, I는 실시예 11, J는 실시예 12, K는 실시예 13, L은 실시예 14, M은 실시예 15를 나타낸 것이다.

[표 3]

	폴리에스테르 섬유
재질	폴리에틸렌테레프탈레이트
길이	12 mm
직경	20, 40 ㎛
밀도	1.35 g/㎤
데니어	1.4, 15 g/9000m
인장강도	3.4~4.0 g/de
신장율	40%
융점	260 ℃

[표 4]

	섬유	섬유혼입률 (중량부)	배합강도 (MPa)	W/B (중량%)	수준
비교예5	PP	0.01	60	28	13
실시예4	RP	0.01
실시예5	RP	0.03
실시예6	RP	0.05
실시예7	RP : PET (8:2)	0.01
실시예8	RP : PET (8:2)	0.03
실시예9	RP : PET (8:2)	0.05
실시예10	RP : PET (5:5)	0.01
실시예11	RP : PET (5:5)	0.03
실시예12	RP : PET (5:5)	0.05
실시예13	RP : PET (2:8)	0.01
실시예14	RP : PET (2:8)	0.03
실시예15	RP : PET (2:8)	0.05

도 5 및 6의 결과에서 보면, 재활용 해면 종이에 PET를 혼합한 경우 실시예 7-15의 경우 기존과 동등 이상의 유동성을 나타냄을 확인하였다. 섬유의 혼입율이 증가할수록 유동성이 감소하였지만, 그 차이가 크지 않았으며, 압축강도 역시 플레인 콘크리트와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

또한 도 4의 시험결과와 마찬가지로, 도 7의 결과를 보면, 해면 종이의 함량이 0.01 중량부인 실시예 4의 경우 PP섬유를 혼입한 폭렬성상과 동등하면서도 유사한 특성을 나타내었다.

또한 실시예 5의 해면 종이를 0.03 중량부로 사용한 경우, 표면박리 폭렬만 발생하였고, 실시예 6은 폭렬방지 효과가 우수하였다. 또한 해면 종이와 PET를 혼합한 실시예 7, 8, 10, 13의 경우에서도 약간의 표면박리 폭렬만이 발생하여, 폭렬방지에 보다 유리한 결과를 나타내고 있다. 그 밖에 나머지 실시예의 경우는 효과가 모두 우수하였고, 특히 본 발명의 고성능 폭렬방지제의 혼입율이 0.05 중량부인 실시예 9, 12, 15의 경우 모두 매우 우수한 결과를 나타내었다.

이러한 결과로부터 본 발명은 40 내지 80 MPa의 배합강도 범위내에서 우수한 폭렬방지를 보이며, 특히 설계기준강도 50 MPa 이상의 콘크리트 타설시 고강도와 함께 내화성능을 모두 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 건식해면 처리된 해면종이를 제조하는 간략 공정도.

도 2는 비교예 1-4 및 실시예 1-3의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 슬럼프 플로우 및 감수제 혼입량 비교 그래프.

도 3은 비교예 1-4 및 실시예 1-3의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 압축강도(MPa) 비교 그래프.

도 4는 비교예 1-4 및 실시예 1-3의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 폭렬성상의 비교 사진.

도 5는 비교예 5 및 실시예 4-15의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 슬럼프 플로우 및 감수제 혼입량의 비교 그래프.

도 6은 비교예 5 및 실시예 4-15의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 압축강도(MPa)의 비교 그래프.

도 7은 비교예 5 및 실시예 4-15의 섬유 종류 및 혼입율 변화에 따른 폭렬성상의 비교 사진.

Claims

플레인 콘크리트 조성물 및 폭렬 방지제를 포함하는 내화 콘크리트 조성물로서,

상기 플레인 콘크리트 조성물은, 시멘트, 고로슬래그 및 플라이애시를 함유하는 결합재, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 포함하며, 상기 결합재 100 중량부에 대한 물의 함량이 20 내지 40 중량부이고, 콘크리트 단위 체적(1㎥)에 대하여 잔골재가 40 내지 50%(v/v)이고,

상기 폭렬 방지제는, 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하여 얻어지는 해면 종이인, 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폭렬 방지제는 플레인 콘크리트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.15 중량부로 포함하는, 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 해면종이는 직경이 14~17 ㎛이고, 길이가 1.9~2.3㎜인 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 해면 종이는 주방용 또는 생활용 클리닝 시트인 습강 종이 제조과정에서 폐기되는 폐 습강 종이를 물에 분산시키고, 상기 물에 풀어진 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 펄프해면기로 건식해면 처리하여 얻어지는 것인, 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 건조된 시트는 수분을 10% 이하로 포함하는 것인, 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 내화 콘크리트 조성물은 플레인 콘크리트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.15 중량부로 폴리에스테르 섬유를 더 포함하는 내화 콘크리트 조성물.
제6항에 있어서, 상기 폴리에스테르 섬유는 직경이 20~40 ㎛이고, 길이가 10~15㎜인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인, 내화 콘크리트 조성물.
제6항에 있어서, 상기 내화 콘크리트 조성물은 고강도 폭렬 방지제 및 폴리에스테르 수지를 중량기준으로 2:8 내지 8:2의 비율로 포함하는 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 플레인 콘크리트 조성물은 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 155~175kg/㎥, 결합재 450~650 kg/㎥, 잔골재 600~850kg/㎥ 및 굵은골재 900~1,100kg/㎥를 포함하며, 상기 결합재(Binder)는 결합재 총중량을 기준으로 시멘트 50~70 중량%, 고로슬래그 미분말 20~30중량%, 및 플라이애시 10~20 중량%를 포함하는, 내화 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 내화 콘크리트 조성물은 플레인 콘트리트 조성물 100 중량부에 대하여 폴리카르본산계 고성능감수제 0.5 내지 1.5 중량부를 더 포함하는 내화 콘크리트 조성물.