KR101079000B1 - 장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르 조성물 - Google Patents

장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 조성물 및 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 친수성이 부여된 PET 섬유가 첨가되어 유동성과 재료분리 저항성이 향상된 장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 단위체적 1㎥ 당 물 140~175㎏, 결합재 337~933㎏, 잔골재 500~1,200㎏ 및 굵은골재 500~999㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및 상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며, 상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 장거리 압송용 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 단위체적 1㎥ 당 물 180~400㎏, 결합재 200~900㎏ 및 잔골재 900~1,800㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및 상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며, 상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 모르타르 조성물을 함께 제공한다.

Description

장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르 조성물{Concrete composition for long-distance pumping ＆ Inducing mortar composition}
본 발명은 콘크리트 조성물 및 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 친수성이 부여된 PET 섬유가 첨가되어 유동성과 재료분리 저항성이 향상된 장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르에 관한 것이다.
철근콘크리트 구조의 초고층 건물을 축조할 때에는 콘크리트 압송기술이 중요하다. 고층으로 콘크리트를 압송하기 위해서는 펌프카의 압송능력도 중요하지만 콘크리트의 물성도 장거리 압송을 위해 최적화 되어 있어야 한다. 압송성 증진을 위해서는 굳지 않은 상태의 콘크리트에 고유동성이 요구되고, 이를 위해서는 굳지 않은 콘크리트의 점성이 낮아야 한다. 그러나 고층 빌딩의 수직부(기둥, 내력벽 등)를 구축하기 위한 콘크리트는 높은 압축강도를 갖고 있어야 하며, 종래의 고강도 콘크리트는 분체(결합재)의 중량비가 커서 점성이 높으므로 장거리 펌프 압송에는 불리하다. 한편, 단위수량 등을 증가시켜 콘크리트의 점성을 낮추면 압송관 내부의 높은 압력으로 인해 재료분리 현상이 발생하였다.
콘크리트 압송에 유리하도록 콘크리트 압송 전에 압송관 내부를 코팅하는 모르타르를 유도 모르타르라고 하는데, 지금까지 사용되는 유도 모르타르는 압송하기에 충분한 유동성을 가지고 있지만 점성이 부족하여 장거리 압송시 재료분리가 발생하여 압송관이 폐색되는 문제가 발생하였다.
본 발명은 유동성과 재료분리 저항성을 함께 갖춘 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르를 제공함에 그 목적이 있다.
굳지 않은 콘크리트의 유동성을 높이기 위해서 단위수량을 늘릴 수 있으나, 이 경우는 콘크리트의 재료분리가 심화되는 문제가 있다. 또한, 전체 골재량 대비 잔골재율을 높이는 방법도 있으나 이 경우에는 콘크리트의 압축강도가 저하될 우려가 있다. 혼화제를 첨가할 수도 있으나 재료분리 저항성과 유동성을 함께 증진시킬 수 있는 폴리카본산계 고성능 감수제는 그 가격적인 요인으로 인해 널리 사용되지는 못하고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 콘크리트 조성물과 모르타르 조성물에 각각 PET 섬유를 첨가하여 PET 섬유가 콘크리트 또는 모르타르 내부에서 각 구성재료를 잡아주는 역할을 하도록 하여 재료분리 저항성이 증진되도록 하면서, 상기 PET 섬유의 표면에 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제를 코팅함으로써 PET 섬유에 친수성을 부여하고, 친수기의 이온에 의해 수중에서 정전기적 반발력이 발생하도록 하여 콘크리트 또는 모르타르의 유동성이 함께 증진되도록 하였다.
전술한 과제 해결 수단에 따라 도출된 장거리 압송용 콘크리트 조성물 및 유도 모르타르 조성물은 점성이 낮아 유동성이 크면서도 재료분리 저항성이 크게 나타나므로 압송성이 증진된다.
Ⅰ. 장거리 압송용 콘크리트 조성물
본 발명은 「단위체적 1㎥ 당 물 140~175㎏, 결합재 337~933㎏, 잔골재 500~1,200㎏ 및 굵은골재 500~999㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및 상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며, 상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 장거리 압송용 콘크리트 조성물」을 제공한다. 상기 결합재로는 보통 포틀랜드 시멘트 65~80중량%, 플라이애시 15~25중량% 및 고로슬래그 미분말 5~10중량%를 균일하게 혼합한 것을 적용할 수 있다. 이상의 단위체적 당 수량, 결합재량, 잔골재량 및 굵은골재량은 통상적인 콘크리트 조성물의 배합범위 내에 있는 것이므로 이하에서 상기 구성성분들의 배합량에 따른 콘크리트 조성물의 물성 비교 설명은 생략하기로 한다.
굳지 않은 상태의 콘크리트가 유동성이 낮고 점성이 강하면 압송에 필요한 펌프압이 높아져 장거리 압송이 어렵다. 반면 굳지 않은 상태의 콘크리트가 유동성이 높고 점성이 낮으면 압송 시 압송관 내에 발생하는 마찰력과 압송력에 의해 콘크리트를 구성하는 성분 중 상대적으로 유동성이 큰 물과 시멘트 페이스트가 먼저 빠져나가는 재료분리 현상이 발생하여 압송관 내의 특정 구간에서 골재가 막혀 압송관 폐색이 발생하게 되므로 이 경우 역시 펌프압송이 불가능하게 된다. 따라서, 장거리 압송용 콘크리트에는 유동성이 높고 점성이 낮으면서 재료분리 저항성도 함께 갖추어져야 한다. 본 발명에서는 콘크리트 조성물에 PET 섬유를 첨가하여, 상기 PET 섬유가 콘크리트 매트릭스 내부에서 각 구성재료를 잡아주는 역할을 하여 재료분리 저항성을 높였으며, 그 PET 섬유의 표면에 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제를 코팅함으로써 PET 섬유에 친수성을 부여하고, 친수기의 이온에 의해 수중에서 정전기적 반발력이 발생하도록 하여 콘크리트의 유동성이 함께 증진되도록 하였다. 다만, PET 섬유가 콘크리트 조성물의 1부피% 이상 혼입되면 굳지 않은 콘크리트의 고유동성 발현이 어려움이 많으므로 본 발명에서 PET 섬유의 혼입율은 콘크리트 조성물의 0.001~0.9부피%로 한정하였다.
이하에서는 본 발명이 제공하는 장거리 압송용 콘크리트 조성물이 고유동성, 저점성, 재료분리 저항성의 물성을 갖추고 있는지에 대해 실험 결과를 토대로 설명하기로 한다.
1. 유동성 및 점성 실험 결과
실험예 ①, ③, ④, ⑤는 동일 유동성을 만족하도록 슬럼프플로우를 600±50㎜의 범위안에서 V-lot([사진 1] 참조) 유하시간을 비교할 수 있도록 배합설계한 것이다.
비교예 콘크리트 배합사항
시험예 ① fck=60MPa, W:160㎏/㎥, OPC 70%, FA 20%, SP 10%, S:764㎏/㎥, G:897㎏/㎥
시험예 ② fck=60MPa, W:175㎏/㎥, OPC 70%, FA 20%, SP 10%, S:727㎏/㎥, G:853㎏/㎥
시험예 ③ fck=60MPa, W:160㎏/㎥, OPC 70%, FA 20%, SP 10%, S:764㎏/㎥, G:897㎏/㎥
PET 섬유(알킬포스페이트계 유제 코팅) 0.03vol% 포함
시험예 ④ fck=60MPa, W:160㎏/㎥, OPC 70%, FA 20%, SP 10%, S:764㎏/㎥, G:897㎏/㎥
PET 섬유(알킬포스페이트계 유제 코팅) 0.10vol% 포함
시험예 ⑤ fck=60MPa, W:160㎏/㎥, OPC 70%, FA 20%, SP 10%, S:783㎏/㎥, G:919㎏/㎥
fck : 설계기준강도, W : 단위수량
OPC : 보통 포틀랜드 시멘트, FA : 플라이애쉬
SP : 고로슬래그 미분말, S : 잔골재, G : 굵은골재
시험예 ①은 설계기준강도 60MPa, 단위수량 160㎏/㎥, 결합재의 총량 중 보통 포틀랜드 시멘트가 70중량%, 플라이애쉬가 20중량%, 고로슬래그 미분말이 10중량%를 이루고, 단위 잔골재량 764㎏/㎥, 단위 굵은골재량 897㎏/㎥로 배합된 콘크리트 조성물이다.
시험예 ②는 설계기준강도 60MPa, 단위수량 175㎏/㎥, 결합재의 총량 중 보통 포틀랜드 시멘트가 70중량%, 플라이애쉬가 20중량%, 고로슬래그 미분말이 10중량%를 이루고, 단위 잔골재량 727㎏/㎥, 단위 굵은골재량 853㎏/㎥로 배합된 콘크리트 조성물이다.
시험예 ③은 설계기준강도 60MPa, 단위수량 160㎏/㎥, 결합재의 총량 중 보통 포틀랜드 시멘트가 70중량%, 플라이애쉬가 20중량%, 고로슬래그 미분말이 10중량%를 이루고, 단위 잔골재량 764㎏/㎥, 단위 굵은골재량 897㎏/㎥로 배합되어 있으며, 여기에 알킬포스페이트계 유제가 코팅된 PET 섬유가 0.03부피% 함유되어 있는 콘크리트 조성물이다.
시험예 ④는 설계기준강도 60MPa, 단위수량 160㎏/㎥, 결합재의 총량 중 보통 포틀랜드 시멘트가 70중량%, 플라이애쉬가 20중량%, 고로슬래그 미분말이 10중량%를 이루고, 단위 잔골재량 764㎏/㎥, 단위 굵은골재량 897㎏/㎥로 배합되어 있으며, 여기에 알킬포스페이트계 유제가 코팅된 PET 섬유가 0.03부피% 함유되어 있는 콘크리트 조성물이다.
시험예 ⑤는 설계기준강도 60MPa, 단위수량 160㎏/㎥, 결합재의 총량 중 보통 포틀랜드 시멘트가 70중량%, 플라이애쉬가 20중량%, 고로슬래그 미분말이 10중량%를 이루고, 단위 잔골재량 783㎏/㎥, 단위 굵은골재량 919㎏/㎥로 배합된 콘크리트 조성물이다.
아래 [그래프 1]은 실험예별로 슬럼프플로우를 측정하여 유동성을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
[그래프 1]
Figure 112011039018827-pat00001
슬럼프플로우 측정결과 실험예 ①은 600㎜, 실험예 ③은 600㎜, 실험예 ④는 570㎜, 실험예 ⑤는 610㎜로서 모두 600±50㎜의 범위를 만족하는 것으로 나타났다.
아래의 [사진 1]은 V-lot를 촬영한 것이다.
[사진 1]
Figure 112011039018827-pat00002

V-lot 내에 콘크리트를 가득 채우고 V-lot의 밑바닥을 열어 콘크리트가 모두 빠져나가는데 필요한 시간을 측정한 것을 유하시간이라 한다. V-lot을 이용하여 유하시간을 측정하는 방법은 콘크리트의 점성을 간접적으로 알 수 있는 방법으로서, 동일 슬럼프플로우 조건 하에서는 콘크리트에서 유하시간이 짧을수록 점성이 낮다는 것을 의미한다.
[그래프 2]
Figure 112011039018827-pat00003
위의 [그래프 2]를 보면, 시험예 ⑤의 경우 유하시간이 43초로 점성이 매우 높아 장거리 압송에는 불리할 것으로 판단된다. 시험예 ①의 경우는 유하시간이 24초로 시험예 ⑤ 보다는 짧았지만 이 역시 수직 펌프 압송을 기에는 점성이 높다. 시험예 ③과 시험예 ④는 시험예 ①의 배합에 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅된 PET 섬유를 첨가(각각 0.03vol%, 0.10vol%)한 것이다. 시험예 ③과 시험예 ④의 유하시간은 각각 8초, 9초로써 PET 섬유 이외의 다른 배합조건이 동일한 시험예 ①에 비해 유하시간이 3분의 1가량으로 단축된 결과를 보였다. 이는 PET 섬유에 코팅된 알킬포스페이트계 유제에 의해 PET 섬유와 다른 콘크리트 조성물간의 정전기력 반발력이 발생하여 콘크리트의 점성이 낮아졌기 때문인 것으로 판단된다.
2. 재료분리 저항성 실험 결과
[표 1]의 시험예 ②는 PET 섬유 혼입 여부에 따른 콘크리트 조성물의 재료분리 저항성을 평가하기 위한 것으로서, PET 섬유를 혼입하지 않은 채 시험예 ③과 동일한 V-lot 유하시간을 갖도록 배합설계한 것이다. 이에 따라 시험예 ②는 단위수량을 높여 시험예 ③에 비해 슬럼프플로우가 크게 증가되도록 하였다(시험예 ②의 슬럼프플로우는 820㎜).
시험예 ②와 시험예 ③에 대한 재료분리 저항성 평가를 위해서 시험예 ②, ③의 시료로 φ10×20㎝규격의 공시체를 각각 제작하여 재령 28일간 수중 양생한 후 위 공시체를 상하로 이등분하여 다음의 식을 이용하여 재료분리도를 측정하였다.
Figure 112011039018827-pat00004
C : 재료분리도, b1 : 상부 공시체의 무게, b2 : 하부 공시체의 무게
아래의 [그래프 3]은 시험예 ②와 시험예 ③의 재료분리도를 나타낸 것이다. 재료분리도가 1이면 재료분리가 전혀 발생하지 아니한 것인데, 시험예 ②의 재료분리도는 0.82, 시험예 ③의 재료분리도는 0.97인 것으로 측정되었다.
[그래프 3]
Figure 112011039018827-pat00005

PET 섬유를 혼입하지 않은 시험예 ②의 경우, 유하시간 8초를 구현하기 위해 콘크리트 배합시 단위수량을 증가시켰기 때문에 콘크리트 매트릭스간의 점성이 낮아져 굳지 않은 상태에서 재료분리가 일어나는 것이 육안으로 관찰되었고, 공시체의 경화 후 상기 재료분리도를 구해본 결과 공시체 상부의 무게가 공시체 하부 무게의 82%(C=0.82)에 불과한 것으로 나타났다. 반면, PET 섬유를 사용한 시험예 ③의 경우, PET 섬유 표면에 코팅된 친수성의 알킬포스페이트계 유제에 의하여 굳지 않은 콘크리트의 유동성이 증가하고 점성이 낮아져도 콘크리트의 미세한 수준의 재료분리만이 발생하였다(C=0.97). 이는 PET 섬유가 콘크리트 매트릭스 내부에서 각 재료를 잡아주는 역할을 하기 때문인 것으로 판단된다.
Ⅱ. 유도 모르타르 조성물
본 발명은 「단위체적 1㎥ 당 물 180~400㎏, 결합재 200~900㎏ 및 잔골재 900~1,800㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및 상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며, 상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 모르타르 조성물」을 함께 제공한다. 이 경우 상기 결합재로는 보통 포틀랜드 시멘트 40~60중량%, 플라이애시 20~30중량% 및 고로슬래그 미분말 20~30중량%를 균일하게 혼합한 것을 적용할 수 있다. 이상의 단위체적 당 수량, 결합재량 및 잔골재량 및 굵은골재량은 통상적인 유도 모르타르의 배합범위 내에 있는 것이므로 이하에서 상기 구성성분들의 배합량에 따른 유도 모르타르 물성 비교 설명은 생략하기로 한다. 또한, 알킬포스페이트계 유제가 코팅된 PET 섬유의 작용·효과는 위(Ⅰ. 장거리 압송용 콘크리트 조성물) 에서 설명하였으므로 이하에서는 알칼포스페이트계 유제가 코팅된 PET 섬유의 혼입 여부에 따른 유도 모르타르의 압송성 테스트 결과를 중심으로 설명하기로 한다.
유도 모르타르란 콘크리트 압송 전에 압송관 내부에 모르타르를 먼저 코팅하여 콘크리트 압송에 유리한 상태가 되도록 사용되는 모르타르이다. 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅된 PET 섬유 혼입 여부에 따른 유도 모르타르의 압송성을 테스트하기 위해 실제 콘크리트 압송에 사용되는 압송관을 지상에 수평으로 600m 길이로 설치한 다음 여러가지 시험예로 펌프 압송시험을 실시하였다.
구 분 모르타르 배합사항
시험예 ⑥ W:300㎏/㎥, C:635㎏/㎥, FA: 0㎏/㎥, SP: 0㎏/㎥, S: 1,270㎏/㎥
시험예 ⑦ W:287㎏/㎥, C:478㎏/㎥, FA: 0㎏/㎥, SP: 0㎏/㎥, S: 1,434㎏/㎥
시험예 ⑧ W:247㎏/㎥, C:401㎏/㎥, FA: 0㎏/㎥, SP: 0㎏/㎥, S: 1,604㎏/㎥
시험예 ⑨ W:170㎏/㎥, C:340㎏/㎥, FA:50㎏/㎥, SP:100㎏/㎥, S:1700㎏/㎥,
PET 섬유(알킬포스페이트계 유제 코팅) 0.05vol% 포함
시험예 ⑥은 단위수량 300㎏/㎥, 단위 결합재량 635㎏/㎥(전부 보통 포틀랜드 시멘트) 및 단위 잔골재량 1,270㎏/㎥으로 배합된 종래의 유도 콘크리트 조성물이다.
시험예 ⑦은 단위수량 287㎏/㎥, 단위 결합재량 478㎏/㎥(전부 보통 포틀랜드 시멘트) 및 단위 잔골재량 1,434㎏/㎥으로 배합된 종래의 유도 콘크리트 조성물이다.
시험예 ⑧은 단위수량 247㎏/㎥, 단위 결합재량 401㎏/㎥(전부 보통 포틀랜드 시멘트) 및 단위 잔골재량 1,604㎏/㎥으로 배합된 종래의 유도 콘크리트 조성물이다.
시험예 ⑨는 본 발명이 제공하는 유도 콘크리트 조성물로서, 이는 단위수량 170㎏/㎥, 단위 결합재량 635㎏/㎥(보통 포틀랜드 시멘트 317㎏/㎥, 플라이애쉬 159㎏/㎥, 고로슬래그 미분말 159㎏/㎥) 및 단위 잔골재량 1,133㎏/㎥이 배합된 것이고, 여기에 알킬포스페이트계 유제가 코팅된 PET 섬유가 모르타르 전체 체적의 0.05부피% 혼입된 것이다.
구 분 슬럼프플로우(㎜) 폐색여부 폐색위치
시험예 ⑥ 750 폐색 520m
시험예 ⑦ 730 폐색 500m
시험예 ⑧ 770 폐색 550m
시험예 ⑨ 740 폐색안됨 -
위의 [표 3]은 펌프 압송시험 결과를 정리한 것이다. 시험예 ⑥, ⑦, ⑧은 압송길이 500~550m에서 압송관 폐색이 발생하는 것으로 나타났다. 시험예 ⑥, ⑦, ⑧과 같은 일반적인 유도 모르타르의 경우 압송하기에 충분한 유동성을 가지고 있지만 장거리 압송 시 재료분리가 발생하여 압송관 폐색이 발생하였다. 하지만 PET 섬유를 사용한 시험예 ⑨의 경우, 섬유 표면에 부착된 친수성의 유제에 의해 모르타르 표면과 수소결합으로 부착능력이 향상되어 모르타르의 유동성이 증가하고 점성이 낮아져도 모르타르 재료분리가 발생하지 않도록 PET 섬유가 콘크리트 매트릭스 내부에서 각 재료를 잡아주는 역할을 하기 때문인 것으로 판단된다.

Claims (2)

  1. 단위체적 1㎥ 당 물 140~175㎏, 결합재 337~933㎏, 잔골재 500~1,200㎏ 및 굵은골재 500~999㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및
    상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며,
    상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 장거리 압송용 콘크리트 조성물.
  2. 단위체적 1㎥ 당 물 180~400㎏, 결합재 200~900㎏ 및 잔골재 900~1,800㎏이 중량배합된 콘크리트 조성물; 및
    상기 콘크리트 조성물 100부피부에 대하여 0.001~0.9부피부 혼입된 PET 섬유; 를 포함하여 구성되며,
    상기 PET 섬유의 표면에는 알킬포스페이트(alkyl phosphate)계 유제가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 모르타르 조성물.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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