KR101042657B1 - 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 특히 해양 콘크리트용 혼합재에 있어서, 제 1입도 분말의 고로슬래그 미분말 55~90중량부와, 제 2입도 분말의 고로슬래그 미분말 8~35중량부; 및 내염해방지제 2~10중량부로 조성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해양 콘크리트용 혼합재를 이용한 해양 콘크리트 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트 30~80중량부와, 상기 해양 콘크리트용 혼합재 10~40중량부; 및 플라이애쉬 10~30중량부로 조성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 무기계 광물질을 사용하여 염화물 침투의 억제뿐 아니라 내염해방지제를 사용하여 콘크리트내로 침투된 염화물 이온을 고정화시켜 활성화되지 않도록 함으로써 기존의 시멘트 조성물에 비해 철근부식 저항성이 우수하고, 또한 해양 콘크리트용 혼합재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우 초기 및 장기강도 확보가 유리하고, 광물질 혼화제의 사용에 따른 콘크리트의 수화열 저감효과 및 콘크리트 조직의 밀실화로 건조수축에 의한 균열에도 우수하다.

해양 콘크리트, 혼합재, 염화물 확산계수, 내염해방지제, 시멘트, 조성물

Description

해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물{COMPOSITION OF COMPOUND AND CEMENT FOR MARINE CONCRETE}

본 발명은 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 광물질 혼화재 및 내염해방지제를 적정비율로 혼합시켜 염화물 이온의 침투를 억제시킬 뿐 아니라 침투된 염화물을 고정화시킬 수 있도록 하는 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물에 관한 것이다.

최근 해안가를 주변으로 장대교량, 조력발전소, 초고층 구조물 등이 건설됨에 따라 해양 콘크리트에 대한 관심이 증가하고 있다. 해양 환경에 있는 콘크리트 구조물은 해수 중에 존재하는 염화물 이온의 침투에 의해 콘크리트 내의 철근이 부식되어 내구성이 저하될 수 있다.

따라서 해양 콘크리트 구조물의 염해를 방지하기 위하여 현재 해양 콘크리트 기술은 배합측면에서 물시멘트비 및 단위수량을 적게 적용하거나, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말, 실리카 흄 등의 혼화재료를 사용하여 염화물 이온의 침투를 억제하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 물시멘트 및 단위수량 적게 적용하는 것은 콘크리트의 점성을 증가 시켜 콘크리트 생산 및 품질관리 측면에 어려움이 많다. 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말의 사용은 초기 반응성이 떨어져서 콘크리트의 초기강도 저하를 초래한다. 실리카 흄은 고가여서 콘크리트 생산시 경제성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 이들 방법들은 콘크리트의 수밀화시켜 염화물 이온의 침투를 최대한 억제시키는 방법이기 때문에 100년 이상의 고내구성 콘크리트를 확보하기 위해서는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 염화물 이온의 침투억제 및 침투된 염화물을 콘크리트 내에서 활성이 되지못하도록 고정화하는 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

해양 콘크리트용 혼합재에 있어서, 제 1입도 분말의 고로슬래그 미분말 55~90중량부와, 제 2입도 분말의 고로슬래그 미분말 8~35중량부; 및 내염해방지제 2~10중량부로 조성되는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 제 1입도 분말은 분말도 6000~8000㎠/g이고, 상기 제 2입도 분말은 분말도 3000~4000㎠/g이다.

여기에서 또한, 상기 내염해방지제는 니트록시드(nitroxide) 라디칼계의 결정성 화합물이다.

본 발명의 다른 특징은,

상기 해양 콘크리트용 혼합재를 이용한 해양 콘크리트 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트 30~80중량부와, 상기 해양 콘크리트용 혼합재 10~40중량부; 및 플라이애쉬 10~30중량부로 조성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물에 따르면, 무기계 광물질을 사용하여 염화물 침투의 억제뿐 아니라 내염해방지제를 사용하여 콘크리트내로 침투된 염화물 이온을 고정화시켜 활성화되지 않도록 함으로써 기존의 시멘트 조성물에 비해 철근부식 저항성이 우수하다.

또한, 본 발명인 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물에 따르면, 해양 콘크리트용 혼합재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우 초기 및 장기강도 확보가 유리하고, 광물질 혼화제의 사용에 따른 콘크리트의 수화열 저감효과 및 콘크리트 조직의 밀실화로 건조수축에 의한 균열에도 우수하다.

이하, 본 발명에 따른 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물을 상세하게 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 개발한 해양 콘크리트용 혼합재는 분말도 3000~4000㎠/g인 고로슬래그 미분말과, 분말도 6000~8000㎠/g인 고로슬래그 미분말 적정비율로 혼합하여 초기재령에서부터 강도발현 및 수화조직을 치밀하게 하여 염화물 이온의 침투를 1차적으로 억제시키고자 하였다.

또한, 콘크리트 내로 침투된 염화물은 활성화되지 않도록 내염해방지제를 사용하여 고정화시킴으로써 염화물 이온의 침투를 2차적으로 억제시키고자 하였다.

또, 해양 콘크리트용 혼합재를 사용하여 제조한 시멘트를 해양 콘크리트 제조시 사용함으로써 내염해 저항성을 향상시키고자 하였다.

본 발명에서는 콘크리트 내부로 침투된 염화물이온을 고정화시킬 목적으로 내염해방지제로 인텔리젼트 재료인 니트록시드(nitroxide) 라디칼을 이용한다.

니트록시드 라디칼은 리빙라디칼 중합에 의한 분자량 분포가 좁은 고분자의 중합체의 제조나 텔로머(telome)의 제조에 이용된다.

니트록시드 라디칼에 의한 고분자의 중합시 반응온도가 최소한 100℃ 정도에서 독특한 구조를 가진 니트록시드 라디칼만이 중합과 체인 트랜스퍼(chain-transfer)의 가역적 반응을 유도함으로서 고분자 중합반응을 제어할 수 있는 기술이나, 본 발명에 있어서는 니트록시드 라디칼은 계내에 생성된 활성화된 다른 라디칼과 급격하게 반응하여 활성화에너지를 없애줌으로서 더 이상 반응이 진행되지 않은 다는 점에 착안하였다.

그리고, 콘크리트구조물 내에서 염소이온은 에너지를 받아 염소라디칼로 전이될 때 철근과의 산화반응이 진행되므로 니트록시드 라디칼은 염소이온이 염소라디칼로 전환하는 것을 억제해 줌으로서 철근의 부식을 억제하는 기능을 발휘하게 된다.

또한, 니트록시드 라디칼은 염소 라디칼과 반응하여 안정한 형태의 화합물을 형성하므로 염화물의 고정화가 이루어진다. 더욱이 염소이온이 존재하지 않는 환경하에서 오히려 산소와 이산화탄소가 에너지를 받아 활성화된 산소 라디칼을 고정화하는 특성이 있어 중성화 저항성을 증대시키는 부수적인 효과도 있다.

본 발명에 사용된 니트록시드 라디칼의 일반적인 구조는 아래의 반응식 1과 같다.

그리고, 용존산소와 니트록시드의 반응 구조는 아래의 반응식 2와 같다.

염산과 니트록시드 라디칼과의 반응 구조는 아래의 반응식 3과 같다.

이러한 니트록시드 라디칼을 지닌 화합물을 시멘트조성물에 첨가하여 철근방청의 효과를 실험한 결과 기존의 방청제에 비하여 우수한 방청성을 나타내었으며, 콘크리트내의 염화물 침투속도가 현저하게 줄어드는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

표 1은 내염해방지제의 사용에 의한 염화물 농도 감소율을 측정하여 내염해방지제의 염화물 고정능력을 평가한 결과이다.

NaCl 농도를 동일하게 한 수용액에 내염해방지제를 혼입하지 않은 경우와, 내염해방지제를 25%를 혼입한 경우에서 음이온방식의 IC(Ion Chromatography) 분석기를 사용하여 Cl^- 이온 농도를 측정하였다.

측정결과 내염해방지제를 혼입하지 않은 경우 Cl^-이온 농도는 증류수의 경우 평균 1,022.5ppm, 내염해방지제를 혼입한 경우는 평균 803ppm을 나타내었고, 내염해방지제 혼입에 따른 Cl^-이온 농도는 평균 21.46% 감소하는 것으로 나타나 염화물 고정화제의 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

《실시예 1》

모르터의 배합은 시멘트 : 표준사 = 1 : 2.45, W/C는 48.5% 조건에서 본 발명에 따른 해양 콘크리트용 혼합재를 보통 포틀랜드 시멘트 질량에 대하여 0, 10, 20, 30% 혼입하였다.

실험사항으로는 굳지 않은 모르터에서 플로, 경화모르터에서는 재령별 압축강도, 염소이온 침투 저항성 실험 후 염화물 침투 깊이를 측정하는 것으로 하였다.

표 2는 해양콘크리트용 혼합재의 혼입량에 따른 모르터 실험결과를 나타낸 것이다.

플로값은 해양콘크리트용 혼합재의 혼입율이 증가할수록 커지는 것으로 나타났으며, 압축강도는 모든 재령에서 전반적으로 유사한 압축강도를 발현하였다. 염화물 침투깊이는 재령 7일에서 해양콘크리트 혼합재 10%를 제외하고는 모든 재령에서 해양콘크리트 혼합재 혼입이 증가할수록 염화물 침투깊이가 감소되는 것으로 나타났으며, 재령 28일을 기준으로 해양콘크리트용 혼합재를 혼입할 경우 약 35~50% 염화물 침투깊이가 감소하는 것으로 나타나 본 발명에 따른 해양콘크리트용 혼합재의 내염해저항성이 우수한 것으로 나타났다.

《실시예 2》

본 발명에서 개발한 해양 콘크리트용 시멘트를 사용한 해양 콘크리트의 특성에 대하여 구체적으로 서술하면 다음과 같다.

콘크리트 배합은 표 3과 같이 W/B 35%, 단위결합재량 391㎏/㎥의 수준에 목표 슬럼프플로 550±50㎜, 목표 공기량 4.5±1.5%를 설정하였다.

비교예의 결합재 구성은 기존 해양 콘크리트용으로 많이 사용되는 시멘트 40중량부, 플라이애쉬 20중량부, 고로슬래그 미분말 40중량부의 3성분계로 하였으며, 실시예에서 사용된 결합재는 본 발명에서 개발한 해양 콘크리트용 시멘트 100중량부로 하였다.

실험사항으로는 굳지 않은 콘크리트에서 슬럼프플로 및 공기량을 측정하고, 경화콘크리트에서는 재령별 압축강도, 염화물 확산계수, 간이 수화열, 길이변화, 측정하였다.

여기에서, W/B는 물결합재비, W는 단위수량, s/a는 잔골재율, C는 시멘트, FA는 플라이애쉬, BS는 고로슬래그 미분말, S는 잔골재, G는 굵은골재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 압축강도 시험결과를 나타낸 그래프이다.

표 1을 참조하면, 압축강도 실험결과 기존에 해양 콘크리트용으로 사용된 비교예와 비교하여 본 발명에서 개발한 해양 콘크리트용 시멘트를 사용한 실시예가 초기재령에서부터 높은 압축강도를 발현하는 것으로 나타났다.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 염화물확산계수 시험결과를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 비교예와 비교하여 모든 재령에서 실시예가 낮은 염화물 확산계수를 보이고 있어 내염해저항성이 우수한 것으로 나타났다. 재령 28일을 기준으로 볼 때 비교예와 비교하여 실시예가 약 50% 염확물 확산 계수값이 낮은 것으로 나타났다. 이는 본 발명에 따른 해양 콘크리트용 시멘트가 무기광물질 혼화제의 사용에 의한 1차적 수밀화 및 콘크리트내로 침투한 염화물을 내염해방지제가 고정화시킴으로써 2차적으로 염화물확산을 방지하였기 때문에 나타난 것으로 판단된다.

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 간이 수화열 시험결과를 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 비교예와 비교하여 실시예가 최대온도 발현시간이 약 14시간 빠른 것으로 나타나 기존 비교예의 수화지연 문제를 개선한 것으로 보인다. 또한 실시예의 최고온도가 비교예보다 다소 낮아 콘크리트 수화열 저감효과도 있는 것으로 나타났다.

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 길이변화 시험결과를 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 길이변화 실험결과에서도 실시예가 비교예보다 길이변화율이 다소 작아 콘크리트의 건조수축에도 유리한 것으로 나타났다. 이는 본 발명에서 개발한 해양 콘크리트용 시멘트내에 함유된 내염해방지제가 수분을 보습하는 효과가 있기 때문에 나타난 현상으로 파악된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 압축강도 시험결과를 나타낸 그래프,

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 염화물확산계수 시험결과를 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 간이 수화열 시험결과를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트(실시예)와 기존에 해양 콘크리트(비교예)의 길이변화 시험결과를 나타낸 그래프.

Claims (5)

1. 해양 콘크리트용 혼합재에 있어서,

   제 1입도 분말의 고로슬래그 미분말 55~90중량부와, 제 2입도 분말의 고로슬래그 미분말 8~35중량부; 및 내염해방지제 2~10중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 해양 콘크리트용 혼합재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1입도 분말은,

   분말도 6000~8000㎠/g인 것을 특징으로 하는 해양 콘크리트용 혼합재.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2입도 분말은,

   분말도 3000~4000㎠/g인 것을 특징으로 하는 해양 콘크리트용 혼합재.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 내염해방지제는,

   니트록시드(nitroxide) 라디칼계의 결정성 화합물인 것을 특징으로 하는 해양 콘크리트용 혼합재.
5. 제 1 항 내지 제 4 항의 해양 콘크리트용 혼합재를 이용한 해양 콘크리트 시멘트 조성물에 있어서,

   시멘트 30~80중량부와, 상기 해양 콘크리트용 혼합재 10~40중량부; 및 플라이애쉬 10~30중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 해양 콘크리트용 혼합재를 이용한 시멘트 조성물.

Images