KR100974320B1 - 황마 보강 콘크리트 및 그 배합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황마 보강 콘크리트 및 그 배합방법에 관한 것으로서, 본 발명의 황마 보강 콘크리트는 콘크리트 안에서 뭉침현상이 발생되지 않도록 전체 콘크리트에 대한 중량비를 0.035 내지 0.075%로 하여 황마를 첨가한 것을, 본 발명의 황마 보강 콘크리트 배합방법은 시멘트, 혼화재, 잔 골재, 및 황마를 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입하는 1차 투입단계; 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 시멘트, 혼화재, 잔 골재, 및 황마를 20 내지 30초 동안 혼합하는 1차 비빔단계; 물과 혼화제를 투입하는 2차 투입단계; 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 물과 혼화제를 상기 1차 혼합물과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 2차 비빔단계; 굵은 골재를 투입하는 3차 투입단계; 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 굵은 골재를 상기 2차 혼합물과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 3차 비빔단계; 및 최종 혼합물을 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트로부터 배출시키는 배출단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 위와 같은 구성에 따르면, 상대적으로 적은 량의 황마를 혼입하고도 콘크리트 구조체의 휨강도, 압축강도, 인장강도 등의 향상으로, 콘크리트 구조체 내에서의 균열 발생을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 콘크리트 시공단가를 줄일 수 있게 된다.

콘크리트, 황마, 배합, 균열

Description

황마 보강 콘크리트 및 그 배합방법{Jute reinforced concrete and mixing method thereof}

본 발명은 황마 보강 콘크리트 및 그 배합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황마를 이용하여 콘크리트 내부에 발생하는 균열을 최소화할 수 있도록 한 황마 보강 콘크리트 및 이와 같이 황마가 보강된 콘크리트를 배합하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응(水化反應)을 이용하여 골재를 시멘트풀로 둘러싸서 다진 것으로, 최근 들어 건설기술의 고기능화로 재료에 요구되는 특성이 점차 복잡, 다양화되고 있으며, 따라서 고도의 특성을 부여한 건설용 복합재료의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

그 한 예로, 콘크리트 내에 섬유보강재를 혼입함으로써 콘크리트의 내구성 내지 충격강도 등을 보강하는 다양한 구조의 건설용 콘크리트 구조체에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 최근에는 투수성을 향상시킨 투수성 콘크리트가 각종 건설 또는 토목공사에 이용되고 있으나, 이러한 투수성 콘크리트는 투수성이 향상된 반면, 휨인성, 내구성, 충격강도 등이 저하됨에 따라 온도응력 및 건조수축 에 따른 균열 발생을 억제하기 어려운 단점이 있었다.

한편, 대한건축학회지 제23권 제10호(통권 228호) 2007년 9월에는 "황마를 보강섬유로 혼입한 압출성형 시멘트 복합체의 물리적 특성 연구"라는 연구논문이 개시된 바 있는데, 이 논문은 5 내지 10㎜의 길이를 가진 황마를 1 내지 2 중량% 정도 시멘트 내에 혼입한 압출성형 시멘트 복합체를 개시하고 있다. 이 논문에 따르면 황마를 혼입한 시멘트 복합체는 휨강도, 탄성계수, 압출속도 등이 우수한 것을 알 수 있었다.

그러나, 위 논문의 시멘트 복합체는 압출성형 시멘트 복합체로서, 골재를 사용하지 않으므로 도로, 인도, 광장 등과 같은 건설, 토목용 구조에는 사용되지 못하는 단점이 있었으며, 또한, 골재를 사용하지 않기 때문에 혼입되는 황마의 길이가 상대적으로 길어지고, 황마의 혼입량이 많으므로 그 제조단가가 높아지는 단점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 황마를 혼입한 시멘트 복합체가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 현장에서 타설되는 콘크리트 내에 적은 량의 황마를 혼입하는 것만으로 콘크리트 구조체 내에서 발생하는 균열의 발생을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 혼입량 감소에 따라 시공단가의 대폭적인 감소를 가져올 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 콘크리트 안에서 뭉침현상이 발생되지 않도록 전체 콘크리트에 대한 중량비를 0.035 내지 0.075%로 하여 황마를 첨가한 황마 보강 콘크리트를 제공한다.

또한, 시멘트, 혼화재, 잔 골재, 및 황마를 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입하는 1차 투입단계; 상기 1차 투입단계에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 시멘트, 혼화재, 잔 골재, 및 황마를 20 내지 30초 동안 혼합하는 1차 비빔단계; 상기 1차 비빔단계에서 혼합된 1차 혼합물에 물과 혼화제를 투입하는 2차 투입단계; 상기 2차 투입단계에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 물과 혼화제를 상기 1차 혼합물과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 2차 비빔단계; 상기 2차 비빔단계에서 혼합된 2차 혼합물에 굵은 골재를 투입하는 3차 투입단계; 상기 3차 투입단계에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 굵은 골재를 상기 2차 혼합물과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 3차 비빔단계; 및 상기 3차 비빔단계에서 혼합된 최종 혼합물을 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트로부터 배출시키는 배출단계;로 이루어지는 황마 보강 콘크리트 배합방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 황마 보강 콘크리트 및 그 배합방법에 따르면, 현장에서 타설되는 콘크리트 내에 일반 황마 혼입 콘크리트에 비해 상대적으로 적은 량의 황마를 혼입하고도 콘크리트 구조체의 휨강도, 압축강도, 인장강도 등이 향상되므로, 콘크리트 구조체 내에서의 균열 발생을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 황마 투입량 감소에 따라 콘크리트 시공단가를 대폭 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명과 일반 콘크리트 대조군에 대하여 최종 배합이 종료된 후로부터 30분 경과 후를 살펴보면, 본 발명은 최초 85㎜인 슬럼프값과 5.3%인 공기량은 상기 시간이 경과한 후에도 85㎜ 슬럼프 값과 공기량이 5.2%로 거의 변하지 않는 반면, 같은 조건에서 일반 콘크리트 대조군은 최초 90㎜인 슬럼프값과 5.3%인 공기량은 상기 시간이 경과한 후에 85㎜ 슬럼프 값과 공기량이 4.9%로 급격히 감소하고 있는 바, 본 발명은 콘크리트의 수축 및 균열을 억제하는 효과가 일반 콘크리트에 비하여 현저하게 뛰어날 뿐만 아니라, 골재침하 현상이 감소되며 브리딩(기포 발생) 현상이 최소화되는 것을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 황마 보강 콘크리트를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 황마 보강 콘크리트는 일반적인 배합성분과 배합비를 가진 콘크리트에 황마라는 섬유보강재를 혼입한 콘크리트인 바, 시멘트, 혼화재, 잔 골재, 굵은 골재, 혼화제, 물 그리고 황마를 배합하여 형성되는데, 여기에서 먼저 시멘트와 골재는 통상의 콘크리트에서와 같이 다양한 종류가 이용될 수 있으나, 특히 시멘트의 경우에는 KS L 5201(포틀랜드 시멘트)에 규정된 포틀랜드 시멘트가 적용되는 것이 바람직하며, 골재로는 다양한 직경을 가진 굵은 골재와 잔 골재가 사용될 수 있다.

한편, 황마는 피나무과(Tiliaceae) 코르코루스속(Corchorus)에 속하는 2종(種)의 식물로서, 인피섬유 무리 중 하나인 이들의 섬유도 동시에 가리키며, 황갈 색의 색상으로 인해 황마라 명명되었다. 황마의 주산지는 방글라데시, 인도 등으로 주로 따뜻하고 습기가 있는 곳에서 자라며, 토질은 배수가 잘되는 사질토양이 적합하다.

황마는 또한 각 섬유들이 천연의 접착제에 의해 결합된 다발 형상을 이루고 있으며, 단면은 중심부에 루멘을 갖고 5 내지 6각형의 모양을 이루고 있다. 동일한 섬유 내에서도 루멘은 섬유의 길이방향에 따라 크기가 다르게 배열되므로, 치수 안정성 및 강도에 효율적인 구조를 가지며, 그 표면상태는 거친 구조로서 섬유보강에 매우 효과적이다.

황마는 인공 유기계 보강섬유와 비교하여 상대적으로 경제적이고 내열성능 및 내알칼리성이 우수하며, 콘크리트 구조체의 강도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 황마는 층상형의 단면구조를 이룸에 따라 콘크리트의 보강에 매우 유리할 뿐만 아니라 황마의 길이 및 혼입량에 따라 인장강도, 압축강도, 및 휨강도가 결정될 수 있다. 이에 따라, 황마는 나일론 등과 같은 인공섬유와 비교하여 상대적으로 휨강도가 우수한 것으로 나타나는데, 이는 매트릭스 내에서 황마의 부착력에 따른 매트릭스와의 결합효과가 우수하기 때문이다. 따라서, 황마가 보강된 콘크리트로 시공된 구조물은 쪼갬인장강도가 높아지고, 이로 인해 온도응력 및 건조수축 등에 따른 균열 발생이 최소화될 수 있다.

또한, 황마는 길이방향으로 연속되면서 시멘트 매트릭스에 결착됨으로써 그 치수 안정성이 우수하여 나일론, 폴리비닐알콜 등과 같은 인공 유기계 섬유에 비해 그 길이 변화율이 우수한 장점이 있다.

그리고, 황마는 그 표면이 거칠고 불규칙함에 따라 인공섬유에 비해 매트릭스 내에서의 부착 특성이 우수할 뿐 아니라, 그 윤활특성이 우수하므로 브리딩 현상의 최소화를 도모할 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 콘크리트는 전체 중량에 대하여 0.035 내지 0.075%의 비율로 황마가 혼입되는 것이 바람직한데, 이러한 중량비는 단위체적당 2ton(2,000,000g/㎥)의 무게를 갖는 전체 콘크리트에 대해 700 내지 1500g의 황마를 투입한 것과 같은 비율이며, 황마의 양이 상대적으로 적기 때문에 콘크리트 안에서 뭉침현상이 발생되지 않는다.

이때, 황마는 2 내지 10㎜의 길이로 절단된 조각실 형태로 제작되는 것이 바람직한데, 더욱이는 6㎜의 길이로 절단되는 것이 바람직하다.

아래 표 1은 대조군 샘플과 본 발명 샘플의 배합표를 나타낸다.

상기 대조군 샘플과 본 발명 샘플의 함수율은 다음의 표 2와 같다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 황마 보강 콘크리트의 배합방법을 설명한다.

본 발명에 따른 콘크리트 배합방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 투입단계(S10), 1차 비빔단계(S20), 2차 투입단계(S30), 2차 비빔단계(S40), 3차 투입단계(S50), 3차 비빔단계(S60), 및 배출단계(S70)로 이루어지며, 각 단계는 다음과 같다.

먼저, 1차 투입단계(S10)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 믹서 또는 베쳐 플랜트에 포틀랜드 시멘트와 같은 시멘트(Ce), 고로슬래그분말이나 플라이애쉬 등과 같은 혼화재(Am), 잔 골재(As), 및 황마(J)를 투입한다.

그리고 나서, 1차 비빔단계(S20)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 1차 투입단계(S10)에서 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 시멘트(Ce), 혼화재(Am), 잔 골재(As), 및 황마(J)를 20 내지 30초 동안 혼합한다.

다음에, 2차 투입단계(S30)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 1차 비빔단계(S20)에서 혼합된 1차 혼합물(M1)에 물(W)과 혼화제(Ag)를 투입한다. 이때, 혼화제는 콘크리트 경화 전후의 성질을 개량하기 위해 콘크리트에 계획적으로 첨가되는 바, 시멘트량의 1% 전후가 사용되는데, 최근 콘크리트에 대한 높은 요구를 충족시키거나 여러 가지 결점을 보완하기 위해 필수적인 요소로 사용되고 있으며, 특히 분산제와 AE제가 전체 혼화제의 90% 비중을 차지하고 있다.

이어서, 2차 비빔단계(S40)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 2차 투입단계(S30)에서 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 물(W)과 혼화제(Ag)를 1차 혼합물(M1)과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하여 2차 혼합물(M2)을 만든다.

그리고 나서, 3차 투입단계(S50)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 2차 비빔단계(S40)에서 혼합된 2차 혼합물(M2)에 굵은 골재(Ab)를 투입한다.

그 다음, 3차 비빔단계(S60)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 3차 투입단계(S30)에서 믹서 또는 베쳐 플랜트로 투입된 굵은 골재(Ab)와 2차 혼합물(M2)을 20 내지 30초 동안 함께 혼합하여 최종 혼합물(M3)을 만든다.

끝으로, 배출단계(S70)에서는 도 1에 도시된 것처럼, 믹서 또는 베쳐 플랜트로부터 최종 혼합물(M3)을 배출함으로써 전체 황마 보강 콘크리트 배합을 마치게 된다.

따라서, 위와 같이 배합된 황마 보강 콘크리트는 도 2에 도시된 바와 같이, 황마(J) 자체가 수산기(OH)를 가지고 있기 때문에 시멘트 매트릭스와 뛰어난 부착성을 유지할 수 있게 되며, 분산성이 우수하여 미소균열 또는 미세공극(30)의 발생과 성장을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

표 3은 상기 표 1의 배합을 가진 대조군 샘플 및 본 발명에 따른 샘플을 시험한 결과표이다.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명은 황마를 보강함으로써 압축강도, 쪼갬인장강도, 휨강도 등이 대조군에 비해 월등하게 향상됨을 알 수 있다. 특히, 본 발명은 대조군과 비교하여 쪼갬인장강도가 70 내지 73% 정도 향상됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상대적으로 적은 량의 황마를 혼입하고도 그 휨강도, 압축강도, 인장강도 등을 향상시킴으로써 콘크리트 구조체에서 발생할 수 있는 균열 발생을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 황마 보강 콘크리트의 배합방법을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트의 내부에 분산된 황마에 의해 균열이 제어되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30 : 미소균열 또는 미세공극 Ab : 굵은 골재

Ag : 혼화제 Am : 혼화재

As : 잔 골재 Ce : 시멘트

J : 황마 M1, M2, M3 : 1차, 2차, 3차 혼합물

W : 물

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 시멘트(Ce), 혼화재(Am), 잔 골재(As), 및 황마(J)를 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입하는 1차 투입단계(S10);

   상기 1차 투입단계(S10)에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 시멘트(Ce), 혼화재(Am), 잔 골재(As), 및 황마(J)를 20 내지 30초 동안 혼합하는 1차 비빔단계(S20);

   상기 1차 비빔단계(S20)에서 혼합된 1차 혼합물(M1)에 물(W)과 혼화제(Ag)를 투입하는 2차 투입단계(S30);

   상기 2차 투입단계(S30)에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 물(W)과 혼화제(Ag)를 상기 1차 혼합물(M1)과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 2차 비빔단계(S40);

   상기 2차 비빔단계(S40)에서 혼합된 2차 혼합물(M2)에 굵은 골재(Al)를 투입하는 3차 투입단계(S50);

   상기 3차 투입단계(S50)에서 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트에 투입된 굵은 골재를 상기 2차 혼합물(M2)과 함께 20 내지 30초 동안 혼합하는 3차 비빔단계(S60); 및

   상기 3차 비빔단계(S60)에서 혼합된 최종 혼합물(M3)을 상기 믹서 또는 베쳐 플랜트로부터 배출시키는 배출단계(S70);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 황마 보강 콘크리트의 배합방법.

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