KR101099074B1

KR101099074B1 - 양생시간 조절이 가능한 저발열 특수시멘트를 활용한 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR101099074B1
Application number: KR20110065970A
Authority: KR
Inventors: 박성기; 성상경; 김상현; 고상진; 최영진
Original assignee: 주식회사 제트콘코리아; 주식회사 승화명품건설
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2011-12-27

Abstract

본 발명은 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물 및 이를 위한 저발열 특수시멘트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적 강도발현 및 내구성능 확보가 가능한 분말상태의 무기계 혼화재에 단기간 경화특성과 고강도성의 효과를 낼 수 있도록 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커와 칼슘알루미네이트계 클링커, 무수석고, 소석회, 첨가제 등을 첨가하여 제조된 저발열 특수시멘트 및 골재, 폴리머 개질제, 물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이를 구현하기 위한, 본 발명에 따른 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은 저발열 특수시멘트 16~19 중량%, 골재 72~76중량%, 폴리머 개질제 3~5 중량%, 물 3~5 중량%을 포함하여 이루어진다.

Description

양생시간 조절이 가능한 저발열 특수시멘트를 활용한 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물{CONCRETE CONSTITUTION}

본 발명은 양생시간 조절이 가능한 저발열 특수시멘트를 활용한 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적 강도발현 및 내구성능 확보가 가능한 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말에 단기간 경화특성과 고강도성의 효과를 낼 수 있도록 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커, 칼슘알루미네이트계 클링커, 보통포틀랜드 시멘트, 무수석고, 소석회, 첨가제 등을 첨가하여 제조된 저발열 특수시멘트 및 골재, 폴리머 개질제, 물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

종래의 콘크리트 조성물로는 등록특허 제10-0168297호(2006.08.24. 등록, 이하 '종래기술'이라 함.) "초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물"이 개시되어 있다.

상기 종래기술의 경우에는 콘크리트 도로포장 보수 시 강도발현이 빠른 초속경시멘트 콘크리트를 사용하고 있으나,

초속경 시멘트는 속경성을 갖는 클링커를 사용하여 제조되는 수화광물인 에트린가이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)의 결정 전이에 따라 장기강도가 저하되거나, 강도 발현율이 낮아지는 특성을 나타내어 장기강도의 안정성이 요구되는 구조물의 재료로서는 사용상 한계를 지니고 있다.

또한 시멘트 수화반응 시 높은 수화열과 건조수축으로 인한 콘크리트 내부의 균열 및 응력을 발생시켜 콘크리트 포장이 다양한 형태의 파손을 일으키는 원인이 되고 있다.

이와 더불어 최근에는 건설 분야에서는 시멘트 사용을 최소화하고, 산업부산물의 재활용을 통한 환경오염 방지와 온실가스 배출 감소 및 에너지 절약이 가능하여 자원 이용효율을 향상시킬 수 있는 친환경 콘크리트 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

이중 산업부산물의 고로수쇄슬래그 미분말은 그 자체로는 경화되지 않지만, 잠재수경성이 있어 알칼리나 황산염 자극에 의해 경화되는 특성이 있는 것으로 널리 알려져 있다.

국내에서는 대한토목학회에서 "고로 미분말을 사용한 콘크리트의 설계시공지침(안)" 마련하여 콘크리트 제조의 혼화재료 일종으로 고로슬래그 사용에 기초를 다졌으며, 이후 한국산업규격(KS F 2563) 제정 및 고시(1997년)를 통하여 사용의 확대를 도모하는 노력을 지속적으로 수행하였다.

고로수쇄슬래그는 콘크리트를 치밀한 미세구조로 형성하여 수밀성을 높이기 때문에 수분 및 화학물질의 이동이나 확산을 억제시킬 수 있고, 내수성과 염해에 대한 높은 저항성이 요구되는 구조물용 콘크리트에 사용되고 있다.

본 발명은 고로수쇄슬래그 미분말을 활용하여 저발열, 속경성의 특성을 갖는 시멘트를 제조하고, 콘크리트의 안정성, 내구성, 내저항성 등의 특성을 극대화시키기 위한 콘크리트 조성물을 개발하기 위한 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

도로포장 보수 시 교통개방시간에 따른 양생기간 및 강도발현 조절이 가능하고, 기존 포장체와의 일체성 부여 및 콘크리트의 투수저항성, 동결융해저항성 등의 내구성능 및 부착성능을 향상시킬 수 있는 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 콘크리트의 고내구성 확보가 가능한 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말에 칼슘설포알루미네이트계 클링커와 무수석고 및 소석회, 첨가제 등을 첨가하여 단기간(3~4시간, 12시간, 24시간) 내에 실용강도를 나타냄과 동시에, 지속적인 강도발현과 안정성을 유지할 수 있고,

아울러 산업부산물을 활용하여 자원이용효율의 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 시멘트 제조 시 발생하는 온실가스 배출 저감 및 에너지 절약이 가능한 친환경적이고 경제적인 보수용 특수시멘트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 해결과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은,

상기 저발열 특수시멘트 16~19 중량%, 골재 72~76 중량%, 폴리머 개질제 3~5 중량%, 물 3~5 중량%를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 저발열 특수시멘트는 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10 중량%, 무수석고 10~30 중량%, 소석회 2~5 중량%, 첨가제 2~5 중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 본 밤명에 따른 상기 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비 실리카 퓸 1.0~4.0 중량%와, 고유동화제 0.5~2.0 중량%와, 경화촉진제 0.1~0.5 중량%와, 응결지연제 0.1~1.0 중량%와, 소포제 0.1~0.3 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 상기 저발열 특수 시멘트의 구성 성분 중 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말, 칼슘설포알루미네이트계 클링커, 칼슘알루미네이트계 클링커의 함량 조절에 따른 양생시간 및 강도조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 골재는 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와 자갈 39~42 중량%로 이루어진다.

본 발명에 따른 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은

첫째, 시멘트 제조 시 산업부산물 재활용을 통한 온실가스 배출 및 에너지 소모 절감이 가능하고, 자원이용 효율을 향상시킬 수 있어 경제적이고 친환경적이며 안정적인 강도발현성과 균열제어 성능 향상으로 내구성이 우수한 보수용 특수시멘트를 제공할 수 있다.

둘째, 단기간(3~4시간, 12시간, 24시간) 내에 실용강도 확보가 가능하고, 안정적이고 지속적인 강도발현성을 통하여 콘크리트 도로포장 보수 시 교통개방시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 부착성능 향상을 통한 기존 포장체와의 일체화가 가능하고, 투수저항성, 동결융해저항성 등의 내구성을 향상시켜 다양한 교통하중과 환경조건에 노출된 도로포장의 긴급공사 시 적용할 수 있는 콘크리트 보수재료를 제공하는 효과가 있다.

넷째, 저발열 특수시멘트의 구성 성분 중 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말, 칼슘설포알루미네이트계 클링커, 칼슘알루미네이트계 클링커의 함량 조절을 통하여 콘크리트 조성물의 양생시간 및 강도조절이 가능하여 사용 특성에 따른 최적의 설계 시공을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 2는 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 휨강도를 나타낸 막대그래프,
도 3은 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 부착강도를 나타낸 막대그래프,
도 4는 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 염소이온투과시험 결과를 나타낸 막대그래프.

본 발명에 따른 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은,

저발열 특수시멘트 16~19 중량%, 골재 72~76 중량%, 폴리머 개질제 3~5 중량%, 물 3~5 중량%를 포함하여 이루어지는데,

상기 골재는 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와 자갈 39~42 중량%인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 저발열 특수시멘트는 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10 중량%, 무수석고 10~30 중량%, 소석회 2~5 중량%, 첨가제 2~5 중량%를 혼합하여 이루어진다.

여기서, 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비 실리카 흄 1.0~4.0 중량%, 고유동화제 0.5~2.0 중량%, 경화촉진제 0.1~0.5 중량%, 응결지연제 0.1~1.0 중량%, 소포제 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 이루어진다.

우선 상기 폴리머 개질제는 조성물의 부착성 및 작업성을 개선하기 위하여 사용하는 것으로,

입자간의 자착성 및 흡착성을 갖는 점성적 성질 및 계면활성작용으로 콘크리트의 첨가 시 유동성 증가를 통한 작업성 향상 및 단위수량을 감소시킬 수 있다.

또한 시멘트 페이스트 및 골재 사이를 라텍스 입자로 채우고, 필름막을 형성하여 콘크리트의 수밀성 및 내염화이온 투과성능 및 기존 구체와의 부착성능 향상이 가능하다.

이 때, 상기 폴리머 개질제는 스틸렌(Styrene) 및 부타디엔(Butadiene)으로 이루어진 단량체 혼합물을 중합 반응하여 제조된 미세 구형의 폴리머 입자를 계면활성제로 코팅하여 물속에 분산시킨 반투명 상태의 수용액인 SB(Styrene-Butadiene) 라텍스를 사용하는 것이 가장 바람직하며,

PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 폴리에스터 등도 사용 가능하다.

여기서 상기 폴리머 개질제는 3 내지 5 중량%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하며,

이는 폴리머 개질제의 사용량이 3% 미만이면 조성물의 부착성능이 떨어져 소요의 성능을 확보할 수 없고, 5%를 초과할 경우에는 부착성능, 작업성 등에서 좋은 물성을 얻을 수 있으나, 제조원가의 상승으로 인해 경제적이지 못하다.

상기 저발열 특수시멘트의 무기계 혼화재(고로수쇄슬래그 미분말)는 수화반응 시, 발생하는 수화열을 저감시켜 콘크리트에 발생하는 균열의 억제 및 예방이 가능하고,

수화반응 생성물인 수산화칼슘이나 수산화알칼리 혼합물을 고정하여 조성물 내부의 공극을 채움으로써 침투성 및 화학물질에 대한 저항성을 개선하여 콘크리트의 내구성을 증진시키는 효과가 있다.

즉 상기 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말은 슬래그에 존재하는 CaO 및 SiO₂는 물과 반응하여 시멘트의 특질을 지닌 C-S-H 겔 (C=CaO, S=SiO₂, H=H₂O)을 형성하게 되고,

C-S-H 겔의 형성은 초기 단계에서 응결시간을 가속시키고, 추후 단계에서 강도 발전에 기여하게 된다.

아울러 상기 칼슐설포알루미네이트계 클링커는 수화광물인 에트린자이트를 다량 생성할 뿐만 아니라, 수화 활성이 높고,

또한 상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커와 칼슘알루미네이트계 클링커는 시멘트의 수화물인 Ca(OH)₂, 소석회 및 석고의 SO₃와 반응하여 팽창성, 속경성, 조강성 등의 특성을 나타내게 한다.

그리고 상기 무수석고 및 소석회는 각각 수화광물인 에트린자이트의 형성과 초기강도를 향상시킬 목적으로 첨가된다.

더 나아가 상기 저발열 특수시멘트의 구성 성분 중 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말, 칼슘설포알루미네이트계 클링커, 칼슘알루미네이트계 클링커의 함량 조절을 통하여 콘크리트 조성물의 양생시간 및 강도조절이 가능하게 된다.

즉 상기 무기계 혼화재, 칼슐설포알루미네이트 및 칼슐알루미네이트는 상기한 바와 같이 응결시간, 강도 및 각 특성들의 발현 속도나 정도가 그 함량에 따라 결정되기 때문에

이들의 함량을 조절하여 콘크리트 조성물의 양생시간 및 강도를 조절함으로써 사용 특성에 따른 최적의 설계 시공을 할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 하나,

이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것을 아님을 밝혀둔다.

<실시예 1>

저발열 특수시멘트(결합재) 400kg, 모래 1015kg, 골재 741kg, 폴리머 개질제 80kg, 혼합수 84kg를 첨가한다.

<실시예 2>

저발열 특수시멘트(결합재) 420kg, 모래 993kg, 골재 725kg, 폴리머 개질제 84kg, 혼합수 88kg를 첨가한다.

<비교예 1>

초속경 시멘트(결합재) 400kg, 모래 1062kg, 골재 775kg, 혼합수 132kg를 첨가한다.

이때, 각 실시예 및 비교예의 성분을 계량하여 강제식 교반믹서에 투입한 후 믹싱(mixing)하여 제조하였으며 하기 표는 1은 실시예 및 비교예의 성분별 배합비를 표로 나타낸 것이며, 표 2는 실시예 및 비교예에 대한 각종 시험결과를 나타낸 것이다.

시험예 1 <압축강도 및 휨강도 측정> : 도 1 및 도 2 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표2와 같고 한국공업규격 KS F 2403, 2405 및 2408에 규정된 공시체 제작 및 강도측정방법에 의하여 실시하였다.

실시예 1 내지 2가 비교예 1에 비해 재령 28일에서 더 큰 압축강도를 보이고 있으며 휨강도 역시 [실시예 1 > 실시예 2 > 비교예 1] 순으로 나타났다.

시험예 2 <부착강도 측정> : 도 3 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표 2와 같다.

실시예 1 내지 2가 비교예 1에 비해 더 큰 부착강도를 나태나고 있음을 알 수 있다.

시험예 3 <염소이온 투과시험> : 도 4 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표 2와 같고, 시험방법은 KS F 2711(염소이온 침투저항시험)의 시험기준에 따라 평가하였다.

각 실시예 및 비교예의 염소이온 투과시험에서는 실시예 1이 가장 낮은 투과량을 나타내었고, 그 다음으로 실시예 2 > 비교예 1 임을 알 수 있다.

즉 콘크리트 조성물의 결합재로 본 발명에 따른 저발열 특수시멘트를 사용하는 경우 종래의 초속경 시멘트를 결합재로 사용하는 경우와 대비하여

압축강도에 있어서 지속적인 강도발현에 유리하고,

또한 압축강도, 부착강도, 염소이온 투과시험 등에서 종래의 초속경 시멘트를 결합재로 사용하는 경우에 비하여 월등한 성능을 갖는 것으로 나타났다.

이상에서 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명인 양생시간 조절이 가능한 저발열 특수시멘트를 활용한 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물을 설명함에 각 구성의 특정 수치범위 내에서 설명하였으나,

본 발명의 수치범위 내에서 당업자에 의한 단순한 최적 또는 호적의 수치범위를 선택하는 것이 가능하고, 이러한 최적 또는 호적의 수치범위 선택은 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

저발열 특수시멘트 16~19 중량%;
골재 72~76 중량%;
폴리머 개질제 3~5 중량%; 및
물 3~5 중량%;를 포함하여 이루어지고,

상기 저발열 특수시멘트는
분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%와,
보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%와,
칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%와,
칼슘알루미네이트계 클링커 2~10중량%와,
무수석고 10~30 중량%와,
소석회 2~5 중량%와,
첨가제 2~5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비
실리카 퓸 1.0~4.0 중량%와,
고유동화제 0.5~2.0 중량%와,
경화촉진제 0.1~0.5 중량%와,
응결지연제 0.1~1.0 중량%와,
소포제 0.1~0.3 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물.
삭제
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 골재는
상기 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와, 자갈 39~42 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물.