KR100917117B1

KR100917117B1 - 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매충전시공방법

Info

Publication number: KR100917117B1
Application number: KR20077029329A
Authority: KR
Inventors: 데츠오 오츠카; 도오루 시라이와; 도오루 야기; 마사히로 아부카와
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤; 니혼 스프라이스 슬리브 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2009-09-11
Also published as: US8080104B2; CN104481146A; JP5165873B2; CN101331094A; JP2008094674A; TWI409240B; KR20080053912A; WO2008044361A1; TW200817300A; US20100126389A1

Abstract

뛰어난 유동성 및 그 유지가 얻어지고, 적당한 길이 변화율, 고강도 성능을 가지는 철강이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법을 제공한다.

시멘트, 팽창재, 포졸란 미분말, 감수제 및 세골재를 함유하여 이루어지는 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법에 있어서, 상기 팽창재가, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재이고, 상기 포졸란 미분말이, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90% 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 실리카질 미분말이며, 또한 상기 감수제가, 폴리카본산계 감수제인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재는, 블레인 비표면적 값으로 2,000∼6,000㎠/g이 바람직하고, 상기 세골재는, 밀도 3.0g/㎤ 이상의 중량 골재인 것이 바람직하다.

Description

철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법{Filler for Iron reinforcing rod joint and construction method for filling-up of iron reinforcing rod joint using the same}

본 발명은, 토목·건축분야에서 사용되는 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법, 상세히는, 고유동, 고강도, 저수축의 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법에 관한 것이다.

종래부터, 토목·건축공사에 사용되는 시멘트 모르타르 재료로서는, 시멘트에 감수제(減水劑)를 가한 것이 일반적이며, 또한, 칼슘 술포알루미네이트(calcium sulfo-aluminate)계 팽창재 또는 석회계 팽창재나, 알루미늄 가루 등의 발포제를 첨가하여 무(無)수축 재료로 하고, 이들에 강(川)모래나 규사 등을 배합하여, 페이스트나 모르타르로 하여, 특히, 콘크리트 구조물의 미세한 공극, 역타(逆打) 공법에서의 공극, 구조물의 보수나 보강, 기계장치의 베이스 플레이트 하부, 및 궤도(軌道; rail) 받침판 하부 등에 충전하는 공법 등에 널리 사용되고 있다.

일반적으로 토목·건축공사에 있어서 충전 시공되는 모르타르 재료는 그라우 트(grout)라고 하지만, 그라우트에는, PC 그라우트, 프리팩트(prepacked) 콘크리트용 그라우트, 터널이나 실드의 이입(裏入) 그라우트, 프리캐스트(precast)용 그라우트, 구조물의 보수·보강 그라우트, 철근이음매 그라우트, 교량의 지지부 하부 그라우트, 포장(鋪裝) 받침판 하부 그라우트, 궤도 받침판 하부 그라우트, 및 원자력 발전소 격납용기 하부 그라우트 등이 있다.

최근, 토목·건축 구조물에 사용되는 콘크리트의 품질이 고성능화되어, 그라우트로서 사용되는 모르타르 재료에 요구되는 성능도 용도에 따라서는 고강도, 고유동, 저수축 등이 요구되고 있다(비특허문헌 1 참조).

비특허문헌 1 : 「고강도 그라우트 재료의 충전성에 관한 실험 연구」, 일본 건축학회 대회학술강연 개요집, NO.1313, 1995년 8월

그중에서도, 철근 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 등의 구조물에 있어서 철근을 접속시키는 철근이음매에 충전되는 시멘트 모르타르에는 철근 콘크리트 구조물의 대형화, 내진성(耐震性) 향상에 의한 콘크리트의 고강도화에 수반하여, 이음매부의 고강도화 등 이음매 내력(耐力)의 향상도 필요하게 되어, 고유동에 맞추어 높은 강도 발현성, 저수축성이 요망되고 있다.

한편, 특정의 감수제를 조합시킨 시멘트계 그라우트 조성물을 사용함으로써, 온도 의존성이 적고, 유동성·충전성 유지효과가 현저하게 높아서, 장기에 걸쳐 강 도 증진효과를 기대할 수 있는 것도 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2003-171162호 공보

특허문헌 1에는,

「시멘트, 세골재(細骨材), 감수제, 팽창재, 무기질 미분말 및 발포물질로 이루어지는 조성물에 있어서, 감수제의 배합량이 시멘트 100 질량부에 대하여 0.05∼4 질량부이고, 이 감수제 100 질량부 중의 멜라민 술폰산염계 감수제가10∼30 질량부, 나프탈렌 술폰산염계 감수제가 55∼85 질량부, 리그닌 술폰산염계 감수제가 5∼20 질량부인 것을 특징으로 하는 시멘트계 그라우트 조성물.」(청구항 1)

의 발명이 기재되고, 무기질 미분말로서, 블레인(Blaine) 비표면적이 4000㎠/g 이상, 강열(强熱) 감량이 3.5％ 이하인 플라이 애쉬(fly ash)인 청구항 1 또는 2 기재의 시멘트계 그라우트 조성물(청구항 3)이 나타나 있지만 이산화규소 함유율, 수소이온농도범위가 특정의 실리카질 미분말을 사용하는 것은 시사되어 있지 않다. 또한, 팽창재로서 「블레인 비표면적 4000㎠/g(JIS R 5201에 준하여 측정)」의 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재를 사용하는 것(단락 [0028])이 나타나 있지만, 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것은 아니어서, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재를 얻기 위하여, 특정의 실리카질 미분말, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재 및 폴리카본산계 감수제를 병용하는 것은 나타나 있지 않다.

또한, 특정의 골재, 실리카 퓸(비정질 미립자)을 병용함으로써, 고강도를 가지는 모르타르·콘크리트를 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 2 참조).

특허문헌 2 : 일본국 특허공개 평05-058701호 공보

특허문헌 2에는,

「석영 또는 장석을 주성분으로 하고, 비중이 2.58 이상, 셰어 경도가 90 이상, 압축강도가 2000㎏f/㎠ 이상인 물리적 성질을 가지는 골재를 이용하여, 수(水)결합재 비가 25% 이하에서, 혼화재로서 SiO₂를 90% 이상 함유하는 실리카 퓸을 시멘트 중량의 5∼20％ 혼입하고, 또한, 고성능 AE 감수제를 이용하여 조합(調合)하는 것을 특징으로 하는 모르타르·콘크리트의 제조방법」(청구항 1)

의 발명이 기재되어 있지만, 실리카 퓸에 대하여서는, SiO₂ 함유율의 기재뿐이고(단락 [0006], [0007], [0009]), 수소이온농도의 기재는 없으며, 또한, 유동성 향상을 위하여 사용하는 것을 의도하고 있지 않다. 또한, 고성능 AE 감수제를 사용하고 있지만, 팽창재를 병용하는 것은 아니어서, 실리카 퓸, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재 및 폴리카본산계 감수제를 병용하여, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재를 제조하는 것은 나타나 있지 않다.

또한, 고(高) 벨라이트(belite)계 시멘트와, 실리카 퓸과, 폴리 알킬렌 글리콜 사슬을 가지는 폴리카본산계 고분자 화합물을 주성분으로 하는 시멘트 분산제 와, 석회계 혼화재 또는 유기계 수축 저감제와, 이 고 벨라이트계 시멘트의 수화(水和)반응에 기인하는 수축력에 대항하는 압력을 발생시키는 물질과, 비중이 3.4 이상이고 흡수율이 0.5∼1.5％인 세골재(細骨材)를 함유하는 시멘트 조성물이 유동성의 유지와 고강도를 얻는 것이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).

특허문헌 3 : 일본국 특허공개 2003-286064호 공보

특허문헌 3에는,

「고 벨라이트계 시멘트를 필수 성분으로서 함유한다.」(단락 [0014])

가 기재되어 있고, 시멘트에 실리카 퓸, 폴리 알킬렌 글리콜 사슬을 가지는 폴리카본산계 고분자 화합물을 주성분으로 하는 시멘트 분산제, 석회계 혼화재, 이 고 벨라이트계 시멘트의 수화반응에 기인하는 수축력에 대항하는 압력을 발생시키는 물질(탄소계 발포제)과 비중이 3.4 이상이고 흡수율이 0.5∼1.5%인 세골재를 함유하는 시멘트 조성물을 특정한 수량(水量)으로 반죽 혼합한 물성 평가에 있어서, 고 벨라이트계 시멘트를 사용하지 않은 배합(보통 시멘트를 사용)에서는, 반죽 혼합한 후 60분의 플로우(flow) 값이 140㎜ 미만이어서, 안정되어 높은 유동성을 얻을 수는 없었다는 기재가 있어(단락 [0049], [0051], [0054]), 고 벨라이트계 시멘트 이외의 시멘트로는 양호한 유동성과 높은 압축강도와 양호한 무(無) 수축성을 함께 가지는 시멘트 조성물은 제공할 수 없는 것을 시사하고 있다. 또한, 여기에서 사용되는 실리카 퓸에 대하여서는, 평균 입도(粒度), 카본 함유량의 기재는 있지만(단락 [0038]), 수소이온농도에 관한 기재는 보이지 않는다. 또한, 실리카 퓸 및 폴리카본산계 감수제와 병용하는 것은 석회계 팽창재이어서(단락 [0018]), 실리카 퓸, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재 및 폴리카본산계 감수제를 병용하여, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재를 얻는 것은 나타나 있지 않다.

또한, 제조작업 중의 취급이 간편하고, 적은 감수제의 사용으로 고강도 및 고 작업성을 가지는 모르타르·콘크리트를 제조하기 위하여, 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하고 산화지르코늄을 하나의 성분으로서 포함하는 미립자로 이루어지는 분체(粉體)를 사용하는 것이 알려져 있다(특허문헌 4 참조).

특허문헌 4 : 일본국 특허공개 2004-203733호 공보

특허문헌 4에는,

「시멘트와, 세골재(細骨材)와, 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하고 산화지르코늄을 하나의 성분으로서 포함하는 미립자로 이루어지는 분체를 반죽 혼합한 혼합물을 이용하여 조합(調合)하는 것을 특징으로 하는 모르타르·콘크리트의 제조방법.」(청구항 2)

의 발명이 기재되어 있고, 이 미립자(특수 실리카질 미분말)로서,

「SiO₂ : 92.74 중량%, ZrO₂ : 4.76 중량%, Fe₂O₃ : 0.35 중량%, Al₂O₃ : 0.01 중량% 미만, TiO₂ : 0.05 중량%, H₂O : 0.18 중량%, Na₂O : 0.02 중량%, pH : 4.2, 및 BET법으로 측정한 비표면적 : 9.22㎡/g.」,

「밀도 : 2.45g/㎤, SiO₂ : 94.5 중량%, ZrO₂ : 4.0 중량%, pH : 3 내지 4, 평균 입경(粒徑) : 1㎛, 및 BET법으로 측정한 비표면적 : 8.7㎡/g」

의 것을 사용하는 것(단락 [0025] 및 [0055]), 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것(단락 [0054])이 나타나 있지만,

「본 실시예에 있어서의 콘크리트의 제조방법에 있어서는, 혼화재로서의 특수 실리카질 미분말의 입경이 큰 것에 의하여, 입경이 작은 실리카 퓸을 사용하는 종래의 경우에 비하여 혼화재의 비산이 적기 때문에, 정확한 조합(調合)비를 얻을 수 있음과 함께 작업이 간편하게 된다.」(단락 [0038])

고 기재되어 있는 바와 같이, 실리카질 미분말의 입경이 중요한 것으로서 나타나 있기만 하고, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능의 철근이음매용 충전재를 얻기 위하여, 「이산화규소(SiO₂) 함유율이 90% 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 실리카질 미분말」을 사용한다는 기술적 사상의 개시는 없다. 또한, 특허문헌 4에 기재된 발명은, 팽창재의 사용을 피하는 것이므로(단락 [0006]), 상기 특정의 실리카질 미분말을 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재와 병용하는 것을 당업자가 용이하게 착상할 수 있다고는 말할 수 없다.

또한, 중량(重量) 골재를 배합한 중량 모르타르에 있어서 양호한 유동성을 가지며, 재료 분리도 없고, 온도상승이 억제된 모르타르를 얻는 발명도 알려져 있 다(특허문헌 5 참조).

특허문헌 5 : 일본국 특허공개 2005-047772호 공보

특허문헌 5에는,

「시멘트, 팽창재, 및 포졸란(pozzolan) 미분말을 함유하여 이루어지는 결합재, 세골재, 및, 감수제를 배합하여 이루어지고, 세골재가, 입경 0.15㎜ 이하인 것을 10∼20% 포함하고, 비중 3.0 이상이고 입경 2.5㎜ 이하이며, 결합재 100부에 대하여 200∼300부인 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.」(청구항 1)

이 기재되고, 포졸란 미분말로서 실리카 퓸을 사용하는 것(단락 [0020]), 감수제로서 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것(단락 [0025])이 나타나 있지만, 팽창재로서는, 칼슘 술포알루미네이트계의 것이 나타나 있을(단락 [0011])뿐이고, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재에 대한 기재는 없으며, 실리카 퓸에 대하여서도, 그 이산화규소 함유율, 수소이온농도에 관한 기재는 없어서, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재, 특정의 포졸란 미분말 및 폴리카본산계 감수제를 병용함으로써, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재를 얻는다는 과제를 해결하고자 하는 것은 아니다.

또한, 수(水) 시멘트비가 낮은 경우에 있어서도 유동성이 높고, 또한 그 경화체(硬化體)의 재령(材齡) 28일에 있어서의 압축강도가 80N/㎟ 이상이라는 높은 강도를 가지며, 골재 등의 재료 분리를 일으키지 않고, 또한, 팽창재를 병용하면, 고강도의 무(無)수축 그라우트 모르타르로서 적합하게 사용할 수 있는 모르타르의 발명도 알려져 있다(특허문헌 6 참조).

특허문헌 6 : 일본국 특허공개 2005-119885호 공보

특허문헌 6에는,

「（Ａ）시멘트, （Ｂ）입상(粒狀) 시멘트 클링커(clinker), 및 （Ｃ）감수제, 초미분(超微粉) 및 비중 2.7 이상의 골재에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.」(청구항 1)

이 기재되고, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재를 사용하는 것(단락 [0020]), 감수제로서 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것(단락 [0014]), 초미분으로서 실리카 퓸을 사용하는 것(단락 [0015])이 나타나 있지만, 실제로 사용되고 있는 것은, 나프탈렌 술폰산계 감수제와 석회계 팽창재이며(단락 [0024]), 실리카 퓸에 대하여서는, 그 이산화규소 함유율, 수소이온농도에 대한 기재는 없어서, 뛰어난 유동성 유지, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재를 얻기 위하여, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재, 특정의 실리카 퓸 및 폴리카본산계 감수제를 병용하는 것은 나타나 있지 않다. 또한, 상기와 같이, 특허문헌 4에 기재된 발명은, 팽창재의 사용을 피하는 것이기 때문에, 팽창재를 병용하는 특허문헌 6에 기재된 발명의 초미분으로서, 특허문헌 4에 기재된 특수 실리카질 미분말을 사용하는 것을, 당업자가 용이하게 착상할 수 있다고는 말할 수 없다.

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은, 상기 종래기술에는 나타나 있지 않은 과제를 해결하고자 하는 것으로서, 뛰어난 유동성과 그 유지를 얻을 수 있고, 또한 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 다양한 검토를 거듭한 결과, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재, 특정의 포졸란 미분말, 및 폴리카본산계 감수제를 병용하고, 또한, 세골재를 함유시킨 철근이음매용 충전재를 채용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 지적 발견을 얻어 본 발명을 완성함에 이르렀다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 이하의 수단을 채용한다.

（1）시멘트, 팽창재, 포졸란 미분말, 감수제 및 세골재를 함유하여 이루어지는 철근이음매용 충전재에 있어서, 상기 팽창재가, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재이고, 상기 포졸란 미분말이, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90% 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 실리카질 미분말이며, 및 상기 감수제가, 폴리카본산계 감수제인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재이다.

（2）상기 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재가, 블레인 비표면적 값으로, 2,000∼6,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 상기 （1）의 철근이음매용 충전재이다.

（3）상기 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재가, 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 1∼4부인 것을 특징으로 하는 상기 （1） 또는 （2）의 철근이음매용 충전재이다.

（4）상기 포졸란 미분말이, 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 5∼15부인 것을 특징으로 하는 상기 （1） 내지 （3） 중 어느 한 항의 철근이음매용 충전재이다.

（5）또한, 소포제(消泡劑, antifoaming agent)를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 （1） 내지 （4） 중 어느 한 항의 철근이음매용 충전재이다.

（6）상기 세골재가, 밀도 3.0g/㎤ 이상의 중량 골재인 것을 특징으로 하는 상기 （1） 내지 （5） 중 어느 한 항의 철근이음매용 충전재이다.

（7）상기 （1） 내지 （6） 중 어느 한 항에 기재된 철근이음매용 충전재를 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부에 대하여 20∼30부의 물을 가하여 반죽 혼합하는 것을 특징으로 하는 철근이음매 충전시공방법이다.

（8）핸드믹서, 고속 그라우트 믹서 또는 강제(强制)믹서로 반죽 혼합하는 것을 특징으로 하는 상기 （7）의 철근이음매 충전시공방법이다.

[발명의 효과]

본 발명의 철근이음매용 충전재를 사용하여, 반죽 혼합함으로써, 양호한 유동성이 유지되고, 고강도, 저수축 성능을 가지는 철근이음매용 충전재 및 이를 이용한 철근이음매 충전시공방법을 제공할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용하는 부(部)나 %는 특히 규정이 없는 한 질량기준이다.

또한, 본 발명에서, 시멘트 모르타르란, 시멘트 페이스트도 포함하는 것이다.

본 발명에서는, 시멘트, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재, 특정의 포졸란 미분말, 폴리카본산계 감수제 및 세골재를 함유하여 이루어지는 시멘트 모르타르 조성물을 물과 혼련하여, 시멘트 모르타르를 조제하여, 철근이음매에 충전하는 것이다.

팽창재로서는, 칼슘 술포알루미네이트계 팽창재(이하, CSA 팽창재라 함), 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재, 및 석회계 팽창재 등을 들 수 있지만, 본 발명에서는, 주로, 팽창성, 유동성, 및 보수성(保水性) 유지의 측면에서, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재를 사용한다.

팽창재는, CaO 원료, Al₂O₃ 원료, Fe₂O₃ 원료, 및 CaSO₄ 원료를 소정의 비율이 되도록 배합하여, 전기로(爐)나 로타리 킬른 등을 이용하여, 일반적으로는 1,100∼1,600℃로 열처리하여 제조된다. 열처리 온도가 1,100℃ 미만에서는 얻어진 팽창재의 팽창성능이 충분하지 않을 경우가 있고, 1,600℃를 넘으면 무수(無水)석고가 분해되는 경우가 있다.

CaO 원료로서는 석회석이나 소석회 등이, Al₂O₃ 원료로서는 보크사이트나 알루미 잔회(殘灰) 등이, Fe₂O₃ 원료로서는 동(銅) 슬래그(Slag)나 시판되는 산화철 등이, 그리고, CaSO₄ 원료로서는 이수(2水)석고, 반수(半水)석고, 및 무수(無水)석고 등을 들 수 있다.

칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재(이하, C₄AF 팽창재라 함)란, CaO 원료, Al₂O₃ 원료, Fe₂O₃ 원료, 및 CaSO₄ 원료를 열처리하여 얻어지는 물질로서, 유리(遊離)석회, 칼슘 알루미노 페라이트 및 무수석고를 함유하는 팽창물질이며, 그 비율에 대하여서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 팽창물질 100부 중, 유리석회는 30∼60부가 바람직하고, 40∼50부가 보다 바람직하다. 또한 칼슘 알루미노 페라이트는 10∼40부가 바람직하고, 15∼35부가 보다 바람직하다. 또한 무수석고는 10∼40부가 바람직하고, 20∼35부가 보다 바람직하다.

본 발명의 칼슘 알루미노 페라이트란, CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃계 화합물을 총칭하는 것으로서 특히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로, CaO를 C, Al₂O₃를 A, Fe₂O₃를 F 라 하면, C₄AF나 C₆AF₂ 등으로 표시되는 화합물이 잘 알려져 있다. 보통은 C₄AF로서 존재하고 있다고 생각하여도 좋다.

C₄AF 팽창재의 분말도는, 블레인 비표면적 값(이하, 블레인 값이라 함)으로 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 2,000∼6,000㎠/g이 보다 바람직하다. 2,000㎠/g 미만에서는 팽창량이 커서 브리딩(breeding)도 나오기 쉽고, 6,000㎠/g을 넘으면 양호한 유동성을 유지하는 시간이 짧아지는 경향이 있다.

C₄AF 팽창재의 사용량은, 결합재 100부 중 1∼4부가 바람직하고, 2∼3부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 양호한 팽창성이나 보수(保水)성이 얻어지지 않는 경우가 있으며, 4부를 넘으면 마찬가지로 양호한 팽창성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 포졸란 미분말은, 특히 저수비(低水比)에서의 양호한 유동성 및 브리딩 방지, 강도 발현에 사용하는 것으로서, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90% 이상이며, 수소이온농도가 산성 영역에 있는 실리카질 미분말이다. 여기에서 말하는 수소이온농도란, 실리카질 미분말 20g을 순수 100g에 넣어 마그네틱 스터러(교반기; stirrer)로 5분간 교반한 다음, 현탁액 중의 수소이온농도를 PH 미터에 의하여 계측한 값이다.

실리카질 미분말의 제조방법은, 예컨대 금속 실리콘 미분말을 화염 속에서 산화시키는 방법이나 고온 화염 속에서 실리카질 원료 미분말을 용융하는 방법에 있어서 원료의 열처리 조건을 조정하고, 포집 온도를 550℃ 이상으로 함으로써 제조할 수 있다. 또한, 전기로에 있어서 지르콘 샌드를 전융(電融)하였을 때에 사이클론 등으로 포집한 후 분급하여 제조되는 것도 있다.

그 평균 입자 직경은, 1㎛ 이하인 초미립자이다.

포졸란 미분말의 사용량은, 결합재 100부 중, 5∼15부가 바람직하다. 5부 미만에서는 강도 발현이 불충분하거나 볼 베어링 효과가 없어져 반죽 혼합시의 부하가 커지게 되는 경우가 있으며, 15부를 넘으면 반죽 혼합시의 부하가 커지게 되어 소정의 수량(水量)으로 뛰어난 유동성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

본 발명에서는 소포(消泡)제를 사용하는 것이 바람직하다. 소포제로서는 특히 한정되는 것은 아니지만 폴리옥시에틸렌 알킬에테르계, 플루로닉(Pluronic)계 화합물 등을 들 수 있다. 그 사용량은 결합재 100부에 대하여 0.005∼0.05부가 바람직하다. 0.005부 미만에서는 소포 효과가 불충분하여 인트랩트 에어(entrapped air)나 감수제의 인트레인드 에어(entrained air)가 다 빠지지 않아 강도가 불충분하거나 유동성이 잘 나오지 않는 경우가 있다. 또한, 0.05부를 넘으면 소포된 거품이 시멘트 모르타르 표면에 다량으로 올라오는 경우가 있다.

본 발명에서는, 반죽 혼합 후의 시멘트 모르타르의 초기 팽창을 얻기 위하여, 물과 반죽 혼합하였을 때에 가스를 발생하는 발포제(發泡劑)를 병용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 시멘트로서는, 보통(普通), 조강(早强), 초(超)조강, 저열(低熱), 및 중용열(中庸熱) 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에, 고로(高爐) 슬래그, 플라이 애쉬, 실리카, 또는 석회석 미분(微粉) 등을 혼합한 각종 혼합 시멘트, 및, 폐기물 이용형 시멘트, 소위 에코(환경)시멘트 등을 들 수 있으며, 그 중 반죽 혼합성 및 강도 발현 측면에서 보통 또는 조강 시멘트가 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 감수제(減水劑)는, 시멘트에 대한 분산작용이나 공기 연행(連行)작용을 가져서, 유동성 개선이나 강도 증진하는 것의 총칭으로서, 구체적으로는, 나프탈렌 술폰산계 감수제, 멜라민 술폰산계 감수제, 리그닌 술폰산계 감수제, 및 폴리카본산계 감수제 등을 들 수 있는데, 본 발명에서는, 폴리카본산계 감수제를 사용한다. 폴리카본산계 감수제를 사용함으로써 유동성의 유지가 양호하게 된다.

감수제의 사용형태는 분체(粉體), 액체의 어느 쪽이라도 사용할 수 있지만 프리믹스(premix) 제품으로서 사용할 때에는 분체가 바람직하며, 결합재 100부에 대한 폴리카본산계 감수제의 사용량은, 분체로 0.05∼0.20부가 바람직하며, 0.07∼0.15부가 보다 바람직하다.

폴리카본산계 감수제가 0.05부 미만에서는 고(高)유동성이 얻어지지 않는 경우가 있고, 0.20부를 넘으면 거품이 발생하거나 응결 지연을 일으키는 경우가 있 다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 멜라민 술폰산계 감수제, 리그닌 술폰산계 감수제를 병용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 세골재(細骨材)로서는, 중량(重量) 골재가 바람직하며, 강도 발현성, 유동성의 유지 등이 얻어지고, 밀도가 3.0g/㎤ 이상이라면 특히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 자(磁)철광석, 적(赤)철광석, 감람암, 페로(Ferro)크롬 슬래그, 동(銅) 슬래그, 전기로 산화 슬래그 등을 들 수 있는데, 본 발명에서는, 이들 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 병용하는 것이 가능하다. 프리믹스 제품으로서 사용할 때에는 각각을 건조한 건조사(砂)가 바람직하며, 그 입도(粒度)는 그 유동성 측면에서 최대 입경이 2.0㎜인 것이 바람직하다.

세골재의 사용량은, 결합재 100부에 대하여, 70∼150부가 바람직하다. 70부 미만에서는 수축량이 많아지는 경우가 있으며, 150부를 넘으면 강도나 유동성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 반죽 혼합 수량(水量)은 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, (물)/(결합재) 비로 20∼30％가 바람직하고, 22∼26％가 보다 바람직하다. 이 범위 이외에서는, 유동성이 크게 저하되거나, 강도가 저하되는 경우도 있다.

본 발명의 시멘트 모르타르의 철근이음매 충전시공방법에서는, 세골재를 배 합한 모르타르의 반죽 혼합은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 회전수가 900r.p.m 이상인 핸드믹서, 및 통상적인 고속 그라우트 믹서, 이축(二軸)형의 강제믹서를 사용하는 것이 바람직하다.

핸드믹서 또는 고속 그라우트 믹서에서의 반죽 혼합은, 페일(pail) 캔 등 반죽용기 또는 믹서에 미리 소정의 물을 넣고, 그 후 믹서를 회전시키면서 상기 결합재 등과 세골재를 혼합한 시멘트 모르타르 조성물을 투입하여 2분 이상 반죽 혼합한다. 또한, 강제믹서에서의 반죽 혼합은, 미리 상기 혼합한 시멘트 모르타르 조성물을 믹서에 투입하여 믹서를 회전시키면서 소정의 물을 투입하여 적어도 2분 이상 반죽 혼합한다. 반죽 혼합시간이 2분 미만에서는, 반죽 부족으로 인하여 적절한 시멘트 모르타르의 유동성을 얻기 어려운 경우가 있다.

반죽 혼합된 시멘트 모르타르는, 통상, 다이어프램식 수동가압펌프, 혹은, 스퀴즈식 등 모르타르 펌프에 의하여 철근이음매에 충전시공된다.

이하에, 참고예 및 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 참고예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.

（참고예 1）

결합재 100부 중, 표 1에 나타내는 팽창재, 및 포졸란 미분말a 12부, 결합재 100에 대하여, 폴리카본산계 감수제 0.24부, 소포제 0.04부, 및 세골재 100부를 혼합하여 시멘트 모르타르 재료를 조제하고, (물)/(결합재) 비가 22％가 되도록 물을 첨가하여 고속 핸드믹서를 이용하여 2분간 반죽 혼합하여 시멘트 모르타르를 제작하여, 20℃, 80％RH의 항온항습실에서 그 유동성을 측정하였다.

또한, 제작한 시멘트 모르타르를, 20℃, 80％RH의 항온항습실에서, 형틀에 타설(打設)하여, 길이 변화율, 및 압축강도를 측정하였다. 길이 변화율, 압축강도는 하루 만에 탈형(脫型) 후, 재령(材齡)까지 20℃ 수중(水中) 양생으로 하였다. 결과를 표 1에 병기한다.

＜사용재료＞

시멘트 : 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품

팽창재Ａ : C₄AF 팽창재, 블레인 값 2,900㎠/g, 시판품

팽창재Ｂ : C₄AF 팽창재, 블레인 값 1,900㎠/g

팽창재Ｃ : C₄AF 팽창재, 블레인 값 5,830㎠/g

팽창재Ｄ : C₄AF 팽창재, 블레인 값 6,090㎠/g

팽창재Ｅ : CSA 팽창재, 블레인 값 2,850㎠/g, 시판품

포졸란 미분말a : 실리카 퓸, PH＝2.90, SiO₂ 함유율 95.2％, 시판품

소포제 : 폴리옥시에틸렌 알킬에테르계, 시판품

감수제 : 폴리카본산계 감수제, 시판품

세골재 : 페로크롬 슬래그, 밀도 3.20g/㎤, 2.0㎜ 하품(下品), 시판품

＜측정방법＞

유동성 : 일본규격협회 JIS R5201-1997 「시멘트의 물리시험방법 11. 플로우 시험」으로 15회의 낙하운동을 행하지 않는 정치(靜置) 플로우를 측정. 여기에서 사용하는 플로우 콘은, 「부속서 1 시멘트의 시험방법 - 응결과 안정성의 측정 5. 표준연도(軟度) 시험」에서 사용하는 시멘트 페이스트 용기로 하였다.

길이 변화율 : 일본규격협회 JIS A 6202 「콘크리트용 팽창재」의 부속서 1 「팽창재의 모르타르에 의한 팽창성 시험방법」에 준하여 측정. 재령(材齡) 7일의 측정치

압축강도 : 일본 토목학회 JSCE-G505-1999 「원주(圓柱) 공시체(供試體)를 이용한 모르타르 또는 시멘트 페이스트의 압축강도 시험방법」에 준하여 측정. 재령 28일의 측정치

표 1로부터, 블레인 값으로 2,000∼6,000㎠/g의 팽창재Ａ 및 팽창재Ｃ를 결합재 100부 중 1∼4부 함유하는 실험 No.1-2∼1-5 및 No.1-8의 참고예의 시멘트 모르타르는, 뛰어난 유동성 유지, 적당한 길이 변화율을 얻을 수 있고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 블레인 값이 2,000㎠/g 미만의 팽창재Ｂ를 함유한 시멘트 모르타르는, 유동성은 높지만, 압축강도가 낮고, 길이 변화율이 너무 커지게 되며(실험 No.1-7), 또한, 블레인 값이 6,000㎠/g을 넘는 팽창재Ｄ를 함유한 시멘트 모르타르는, 압축강도는 높지만, 유동성의 유지가 짧아지게 되므로(실험 No.1-9), 팽창재의 비표면적은, 블레인 값으로 2,000∼6,000㎠/g이 바람직하다.

C₄AF 팽창재는, 결합재 100부 중, 1부 미만에서는 유동성, 압축강도는 얻을 수 있지만, 길이 변화율은 작고(실험 No.1-1, No.1-10), 1부에서부터 유동성, 압축강도에 맞추어 길이 변화율의 효과가 현저하게 되고, 4부를 넘으면 유동성은 높아지지만, 압축강도가 저하되고, 길이 변화율이 너무 커지게 되므로(실험 No.1-6), 1∼4부가 바람직하다.

또한, C₄AF 팽창재 대신에 CSA 팽창재를 배합한 시멘트 모르타르(실험 No.1-11∼1-12)는, 유동성의 유지성이 나쁘고, 또한, 길이 변화율은 C₄AF 팽창재에 비하여 작아서 팽창재 혼합량을 많게 할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 철근이음매용 충전재(시멘트 모르타르)에서는, 팽창재로서 C₄AF계 팽창재를 사용한다.

（참고예 2）

결합재 100부 중, 팽창재Ａ 3부, 및 표 2에 나타내는 포졸란 미분말, 결합재 100부에 대하여, 표 2에 나타내는 폴리카본산계 감수제, 소포제 0.04부, 및 세골재 100부를 혼합하여 시멘트 모르타르 재료를 조제한 것 이외에는 참고예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 병기한다.

＜사용재료＞

포졸란 미분말ｂ : 실리카 퓸, PH＝6.45, SiO₂ 함유율 99.9％

포졸란 미분말ｃ : 실리카 퓸, PH＝7.73, SiO₂ 함유율 96.3％, 시판품

포졸란 미분말ｄ : 실리카 퓸, PH＝9.49, SiO₂ 함유율 89.1％, 시판품

표 2로부터, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90％ 이상이고, 또한 수소이온농도가 산성 영역에 있는 포졸란 미분말ａ 및 ｂ를 결합재 100부 중, 5∼15부 함유하는 실험 No.2-1∼2-3, No.1-4, No.2-6의 참고예의 시멘트 모르타르는, 뛰어난 유동성 유지, 적당한 길이 변화율을 얻을 수 있고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90％ 이상이지만 수소이온농도가 알칼리 영역인 포졸란 미분말ｃ, 및 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90％ 미만이고 수소이온농도가 알칼리 영역인 포졸린 미분말ｄ를 함유하는 실험 No.2-7∼2-10의 비교예의 시멘트 모르타르는, 포졸란 미분말ａ와 동등한 감수제 양으로는 반죽 혼합할 수 없고, 감수제 양을 늘려서 반죽 혼합하여도, 거품이 다량으로 발생하여, 뛰어난 유동성을 얻기 어렵고, 또한 길이 변화율, 압축강도가 저하된다.

따라서, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90％ 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 포졸란 미분말을 사용함으로써, 뛰어난 유동성 유지, 적당한 길이 변화율, 높은 압축강도를 가지는 시멘트 모르타르를 얻을 수 있는 것이 확인되었으므로, 본 발명의 철근이음매용 충전재에 있어서는, 이와 같은 포졸란 미분말을 사용한다.

（비교예）

결합재 100부 중, 팽창재Ａ 3부, 및 포졸란 미분말ａ 12부, 결합재 100부에 대하여, 표 3에 나타내는 감수제(폴리카본산계 감수제 대신에 나프탈렌 술폰산계 감수제), 소포제 0.04부, 및 세골재 100부를 혼합하여 시멘트 모르타르 재료를 조제한 것 이외에는 참고예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 3에 병기한다.

＜사용재료＞

감수제 : 나프탈렌 술폰산계 감수제, 시판품

표 3으로부터, 감수제를 나프탈렌 술폰산계 감수제로 한 No.3-1∼3-2의 비교예의 시멘트 모르타르는, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90％ 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 포졸란 미분말을 사용하고 있지만, 폴리카본산계 감수제와 동등한 감수제 양으로는 반죽 혼합할 수 없어, 감수제 양을 많이 필요로 하고, 이로 인하여 거품의 발생이 많아지게 되어 바람직하지 않다.

상기의 비교예에 나타나는 바와 같이, 폴리카본산계 감수제 이외의 감수제를 사용한 것에서는, 뛰어난 유동성 유지, 적당한 길이 변화율, 높은 압축강도를 가지는 시멘트 모르타르는 얻을 수 없으므로, 본 발명의 철근이음매용 충전재에 있어서는, 폴리카본산계 감수제를 사용한다.

（참고예 3）

결합재 100부 중, 팽창재Ａ 3부, 및 포졸란 미분말ａ 12부, 결합재 100부에 대하여, 폴리카본산계 감수제 0.24부, 소포제 0.04부, 및 세골재 100부를 혼합하여 시멘트 모르타르를 조제하여, 표 4에 나타내는 (물)/(결합재) 비로 반죽 혼합한 것 이외에는 참고예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 4에 병기한다.

표 4로부터, (물)/(결합재) 비에서 20∼30％로 반죽 혼합된 실험 No.4-1∼4-2, No.1-4의 시멘트 모르타르는, 뛰어난 유동성 유지, 적당한 길이 변화율, 높은 압축강도를 얻을 수 있다.

이에 대하여 (물)/(결합재) 비가 20％ 미만에서는, 반죽 혼합에 큰 부하가 걸려 반죽 혼합이 곤란한 경우가 있고, 또한 (물)/(결합재) 비가 30％를 넘는 실험 No.4-3에서는, 거품의 발생이 다량으로 보여져 유동성 유지는 뛰어나지만 압축강도는 저하된다.

따라서, 본 발명의 철근이음매용 충전재의 반죽 혼합에 사용되는 (물)/(결합재) 비는 20∼30％가 바람직하다.

[실시예 1]

참고예 1의 실험 No.1-4(표 1 참조)의 시멘트 모르타르를 사용하여 철근이음매 성능을 평가하였다.

시험은, SD590 및 SD685 철근의 D25∼D51을 이용하여, 이음매 상호간에 철근을 삽입 후, 반죽된 시멘트 모르타르를 다이어프램식 수동펌프로 이음매의 주입구로부터 충전하고, 공기 배출구로부터 배출되는 것을 확인하여 모르타르 충전을 멈추었다.

시멘트 모르타르를 충전한 철근이음매 시험체는, 5℃, 20℃의 항온실에서 소정 재령(材齡)까지 양생 후, Ａ급(일본 2001년판 건축구조물의 구조관계기술 기준해설서「철근이음매 성능 판정기준」)에 정하여진 시험방법에 의하여 이음매시험을 행하였다.

20℃ 양생한, SD590 및 SD685 철근의 D38의 시험결과를, 각각 표 5 및 표 6에 나타낸다.

다만, 철근 시험체는, 750㎜로 커트한 철근을 사용하고, 이음매 길이는, 535㎜, 유효매립 길이는 235㎜로 하였다.

표 5 및 표 6으로부터, 본 발명의 철근이음매용 충전재(시멘트 모르타르)를 충전한 철근이음매는, 종래의 이음매 형상을 바꾸지 않고, 철근이음매 성능 판정기준의 Ａ급의 성능을 얻을 수 있었다.

일반적으로 이음매 성능은 이음매 내에 매립된 철근의 길이가 같다면, 모르타르의 압축강도가 높을수록 양호한 결과를 얻을 수 있음이 알려져 있다.

종래 제품을 이용한 이음매 성능은, SD490 철근을 이용한 경우, 이음매에 충전된 모르타르의 압축강도가 70N/㎟으로, 철근이음매 성능 판정기준의 Ａ급의 성능을 만족한다. 그러나, SD490 철근 이상의 인장강도의 철근을 이용하기 위하여서는, 모르타르의 압축강도를 올리거나, 이음매 내에 매립된 철근의 길이를 길게 할 필요가 있다. 그러나, 이음매 내에 매립된 철근의 길이를 길게 하기 위하여서는, 이음매를 길게 할 필요가 있으므로 새로이 이음매를 개발·제조할 필요가 있어, 경제적 손실이 크다.

본 발명 제품은 종래 제품에 비하여, 보다 높은 압축강도를 얻을 수 있으므로, 이음매 내에 매립되는 철근의 길이를 종래의 길이와 동일하게 할 수 있어서, 종래의 이음매를 이용하여도 양호한 이음매 성능을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명 제품을 이용하여 이음매에 충전하는 시공법에 대하여서는, 유동성(플로우)의 유지성이 뛰어나므로, 펌프의 가압이송성이 뛰어나서, 종래 제품과 동일한 시공법을 채용한 경우에 있어서도, 가일층 양호한 충전 성능과 상태를 나타낸다.

본 발명의 철근이음매용 충전재는, 상기와 같이, 뛰어난 유동성 유지, 길이 변화율을 얻을 수 있고, 압축강도가 높기 때문에, 토목·건축공사, 특히, 철근 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 등의 제조물에 있어서 철근을 접속시키는 철근이음매에 충전하는 공법에 사용할 수 있다.

Claims

시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재, 감수제(減水劑), 및 세골재(細骨材)를 함유하여 이루어지는 철근이음매용 충전재에 있어서,

상기 팽창재가, 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재이고,

상기 포졸란 미분말이, 이산화규소(SiO₂) 함유율이 90% 이상이고 수소이온농도가 산성 영역에 있는 실리카질 미분말이며, 또한

상기 감수제가, 폴리카본산계 감수제인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
청구항 1에 있어서,

상기 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재가, 블레인 비표면적 값으로, 2,000∼6,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
청구항 1에 있어서,

상기 칼슘 알루미노 페라이트계 팽창재가, 상기 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부(部) 중, 1∼4부인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
청구항 1에 있어서,

상기 포졸란 미분말이, 상기 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 5∼15부인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
청구항 1에 있어서,

소포제(消泡劑)를 더욱 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
청구항 1에 있어서,

상기 세골재가, 밀도 3.0g/㎤ 이상의 중량(重量) 골재인 것을 특징으로 하는 철근이음매용 충전재.
이음매 내에 철근을 삽입 후, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 철근이음매용 충전재를 충전하는 철근이음매 충전시공방법에 있어서,

상기 시멘트, 팽창재 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재, 상기 감수제 및 상기 세골제를 혼합하고, 상기 결합재 100부에 대하여 20∼30부의 물을 가하여 반죽 혼합하여 충전하는 것을 특징으로 하는 철근이음매 충전시공방법.
청구항 7에 있어서

핸드믹서, 고속 그라우트 믹서 또는 강제(强制)믹서로 반죽 혼합하는 것을 특징으로 하는 철근이음매 충전시공방법.