KR101105275B1 - 고강도 내화 콘크리트 조성물 및 이에 의해 제조되는 콘크리트 - Google Patents

고강도 내화 콘크리트 조성물 및 이에 의해 제조되는 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적절한 시공성과 고강도를 나타냄과 동시에 내화성이 우수한 콘크리트 조성물 및 이를 이용해 제조되는 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세히는 코팅 액이 표면에 처리된 섬유보강재를 콘크리트에 혼입함에 의해 분산성이 확보되도록 하여 적절한 시공성 즉 유동성, 충진성이 확보되고, 120Mpa이상의 강도가 발현됨과 동시에 폭렬현상이 방지될 수 있어 내화성이 우수한 콘크리트 조성물 및 이를 이용해 제조되는 콘크리트에 관한 것이다.
고강도, 내화성, 섬유보강재, 코팅

Description

고강도 내화 콘크리트 조성물 및 이에 의해 제조되는 콘크리트{A High Strength Concrete Composition With Fire Resistance And Concrete Using It}
본 발명은 적절한 시공성과 고강도를 나타냄과 동시에 내화성이 우수한 콘크리트 조성물 및 이를 이용해 제조되는 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세히는 코팅액이 표면에 처리된 섬유보강재를 콘크리트에 혼입함에 의해 분산성이 확보되도록 하여 적절한 시공성 즉 유동성, 충진성이 확보되고, 120MPa이상의 강도가 발현됨과 동시에 폭렬현상이 방지될 수 있어 내화성이 우수한 콘크리트 조성물 및 이를 이용해 제조되는 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로 철근콘크리트구조는 포틀랜드시멘트와 골재 및 물이 일정한 비율로 배합되어 이루어진 콘크리트에 철근이 보강되어 경화되면서 하중을 지지할 수 있도록 만들어진 구조체를 말한다. 이와 같은 철근콘크리트구조는 경제성, 시공성, 내구성, 조형성 등의 장점이 뛰어나 구조재료로서의 적합성이 인정되어 각종 건축물은 물론 교량, 항만 및 해양구조물, 지하구조물 등에 널리 사용되고 있다.
또한 최근에는 건축구조물이 초고층화, 대형화 되고 있어 고강도 및 고성능 콘크리트의 사용이 증가하고 있는데, 고성능 콘크리트는 화재 시 발생하는 폭렬현상에 취약한 문제가 있다. 이는 고성능 콘크리트는 큰 압축강도와 양호한 내구성을 발휘하도록 제조되는데 이러한 성능을 충족시키기 위하여 콘크리트 구조체의 내부조직이 치밀하게 구성된다. 그러므로 화재시 발생하는 갑작스런 고온현상이 콘크리트 구조체 내부로 전달되면 내부 수증기압이 발생하고, 콘크리트 구조체 내부에서 발생된 내부 수증기압이 콘크리트의 인장강도를 초과하면서 심한 폭음과 함께 콘크리트의 구조체에서 박리 및 탈락현상이 발생된다. 고성능 콘크리트를 사용한 건축물에서 화재시 갑작스런 고열을 받게 되어 부재표면이 심한 폭음과 함께 박리 및 탈락하는 현상을 폭렬현상이라 하며, 폭렬현상으로 인하여 보강된 철근까지 노출되면 주요 구조부재의 내력저하로 구조물의 붕괴까지도 초래될 수 있다.
이와 같은 폭렬현상은 낮은 물-시멘트비로 강도가 크고, 내부 조직이 치밀한 고성능 콘크리트 일수록 더 크게 된다.
상기에서 언급한 바와 같이 고성능 콘크리트에 있어 문제점인 폭렬현상에 대한 저항성능을 나타내는 내화성을 향상시키는 기술이 다양하게 제시되고 있는 바, 대한민국 공개특허 제 2003-47069호, 미국특허 제 5749961호 등에서는 고성능 콘크리트 제조 시 유기섬유를 혼입하는 것에 대해 개시하고 있다.
그러나 상기와 같은 기술에서는 유기섬유를 콘크리트 조성물에 혼입함으로써 콘크리트의 폭열방지에 대해서는 효과를 나타내나, 유기섬유의 혼입 시 분산이 제대로 되지 않아 유기섬유 간 뭉침 현상 등에 의해 시공성은 물론 내구성이 떨어지 는 문제가 있다.
즉 지금까지 고성능 콘크리트의 기계적 성질(강도)을 개선하려는 시도들은 내화성에 해로운 영향을 미쳐왔고, 반대로 콘크리트의 내화성을 증가시키기 위해 제안된 시도들은 콘크리트의 기계적 성질(강도) 또는 유동성 등 시공성을 저하시키는 문제가 있었다.
본 발명은, 콘크리트의 고강도 및 시공성을 유지하면서 내화성을 향상시킬 수 있는 조성물 및 이에 의해 제조되는 콘크리트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명은,
콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트를 포함하는 결합재 900 내지 1200㎏/㎥과; 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 140 내지 170㎏/㎥과; 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 400 내지 800㎏/㎥과; 콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 600 내지 1200㎏/㎥과; 콘크리트 단위체적에 대하여 섬유보강재 0.1 내지 5.0㎏/㎥을 포함하여 조성되되, 상기 섬유보강재는 섬유표면에 에스테르계 윤활제, 비이온계 계면활성제 및 대전방지제를 포함하는 코팅액이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 내화 콘크리트 조성물을 제공한다.
초고강도 콘크리트의 경우 일반콘크리트에 비하여 치밀한 구조 즉, 콘크리트 강도가 높아져 수분함량이 작게 배합되고 이에 따라 내부의 공극이 적게 되므로 발생하는 수증기압을 유출시키는 것이 용이하지 않은 구조이므로 화재 시 폭렬현상이 심하게 나타나는 바, 본 발명은 시공성 및 고강도를 유지하면서 폭렬에 대한 저항성인 내화성을 강화시키기 위해 분산촉진제가 코팅된 섬유보강재를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어 시멘트를 포함하는 결합재(binder)는 콘크리트 단위체적에 대하여 900 내지 1200㎏/㎥를 포함한다. 상기 결합재는 강도발현 측면에서 900㎏/㎥이상을 포함되는 것이 바람직하고, 경제성, 열화 측면 그리고 내부공극의 결여로 인한 수증기압 증가를 방지하는 측면에서 1200㎏/㎥이하로 포함되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 상기 시멘트를 포함하는 결합재는 시멘트로 KS L 5201 규격의 포틀랜드시멘트 1,2,4종 중 하나 이상의 혼합물과 결합재로는 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 실리카퓸 외 광물질 혼화재 1종 이상을 추가하여 구성할 수 있다.
상기 시멘트를 포함하는 결합재의 조성비는 포틀랜드시멘트 1,2,4종 중 하나 이상의 혼합물 45 내지 80중량%와, 고로슬래그 미분말 10 내지 45중량%와, 플라이애시 3 내지 25중량%와, 실리카퓸 3 내지 15중량%와, 팽창제 4 내지 7중량%로 각각의 조성물의 합이 100중량%로 구성하는 것이 타당하다.
상기에서 언급한 고로슬래그 미분말은 용광로에서 배출되는 슬래그를 급랭하 여 입상화한 것을 미분쇄한 것을 사용할 수 있다. 또한 고로슬래그 미분말은 KS F 2563 규격에 준하는 밀도가 2.8g/㎤ 이상이고, 비표면적이 4,000 내지 10,000g/㎤ , 바람직하게는 4,000 내지 8,000g/㎤ 인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 언급한 고로슬래그 미분말은 그 자체로는 수경성이 없지만 시멘트 속의 알칼리성을 자극하여 천천히 수화하는 특징이 있으며, 콘크리트의 워커빌리티 및 장기 강도가 증진되며, 조직이 치밀하여 수밀성 및 화학적 저항성을 향상시킨다.
플라이애시는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬 때 불연 부분이 용융상태로 부유하는 것을 냉각 고화시켜 채취한 미분탄재를 사용할 수 있다. 상기 플라이애시는 KS L 5405 규격에 준하는 밀도가 1.95g/㎤ 이상이고, 비표면적이 30,000g/㎤ 이상인 것을 사용할 수 있다. 또한 플라이애시는 표면이 매끈한 구형입자이기 때문에 볼 베어링 작용을 하여 콘크리트 워커빌리티, 즉 유동성을 좋게 하고, 콘크리트 속에서 물에 녹아 있는 수산화칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성시킴으로써 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다.
여기서 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 함량비는 중량 기준으로 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 2:1로 사용될 수 있다.
팽창제는 주요 구성물질인 3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄는 콘크리트의 경화시 CaSO₄및 Ca(OH)₂와의 반응에 의해 미세한 침상의 에트린자이트 결정을 생성시켜 체적팽창을 함으로써 건조수축, 자기수축을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 조성물 중 물은 콘크리트 단위체적에 대하여 140 내지 170㎏/㎥을 포함하며, 물의 함량은 강도 및 유동성 측면에서 최적 범위로 선택적으로 조절할 수 있는 것이다.
본 발명에서 골재는 일반적으로 콘크리트용으로 알려진 것을 사용할 수 있으며, 잔골재와 굵은 골재로 이루어질 수 있다. 잔골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 0.15 내지 5.0mm, 절대건조밀도 2.5g/㎤ 이상, 흡수율 3%이하, 안정성 10%이하인 것을 사용할 수 있다.
굵은 골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 2.5 내지 25mm, 절대조건밀도 2.5g/㎤이상, 흡수율 3%이하, 안정성 10%이하, 마모율 40% 이하인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어 잔골재는 콘크리트 단위체적에 대하여 400 내지 800㎏/㎥을 포함하며, 상기 잔골재는 유동성 및 재료분리저감 측면에서 상기 함량 범위로 한정하는 것이 타당하다. 또한 굵은 골재는 콘크리트 단위체적에 대하여, 600 내지 1200㎏/㎥를 포함하는 것이 유동성 및 재료분리저감 측면에서 바람직 할 것이다.
특히 본 발명은 코팅재가 표면 처리된 섬유보강재를 시멘트 매트릭스에 분산시킴으로써 어느 정도의 시공성(유동성)을 갖으면서 동시에 고강도 및 내화성을 갖도록 할 수 있다.
본 발명에 있어 섬유보강재는 다양하게 구성될 수 있는 바, 바람직하게는 폴리아미드로 구성될 수 있다.
상기 섬유보강재의 단면형상은 다양하게 구성될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 섬유보강재에 양단에 확장된 직경으로 부착단이 더 구성되도록 하여 시멘트 등과의 부착력을 증진시킬 수 있는 것이다. 즉 도 6에서 보는 바와 같이 상기 섬유보강재(10)는 표면에 코팅층(11)이 형성되고, 양단에 부착단(12)이 구성되는 바, 상기 부착단(12)은 각각 끝단으로 갈수록 직경이 넓어지도록 구성되어 상기 섬유보강재(10) 양단에서 콘크리트와의 결합력(부착력)이 증진되도록 하는 것이다. 상기 부착단(12)은 상기 섬유보강재(10)를 제작 시 느린 속도로 진동을 주면서 절단을 하여 섬유보강재(10)의 양단에서 섬유보강재(10)를 구성하는 섬유들 상호간의 부착이 헐거워지도록 하여 섬유보강재(10) 양 끝단에서 섬유 간의 부착이 헐거워짐에 의한 직경이 확장되는 형상으로 구성되는 것이다. 즉 이렇게 부착단(12)을 구성함에 의해 부착단(12)에서 섬유간의 부착이 헐거워짐에 의해 발생하는 간극 사이로 시멘트가 충진 되어 섬유보강재(10)와 콘크리트 간의 결합력이 증대되는 것이다.
또한, 상기 섬유보강재는 균일 형상을 갖는 것이고, 상기 섬유보강재의 길이는 1 내지 100mm, 바람직하게는 3 내지 40mm이며, 상기 섬유보강재 단면의 직경 또는 두께는 1 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛이다. 상기 섬유보강재의 길이 및 직경 또는 두께는 목적하는 콘크리트의 품질, 내구성능, 강도 등을 고려하여 적정범위로 조절할 수 있음은 당연하고 균일형상을 유지하는 균일 길이 및 균일 직경으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 섬유보강재에서 균일 형상이라 함은 길이 또는 직경 중 어느 하나라도 상이한 섬유가 혼합되지 않는 것을 말하는 것이며, 콘크리트 내에서 분산성 측면에서 균일 길이 및 균일 직경의 균일 형상을 갖는 섬유보강재를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명의 조성물이 내화성 및 고강도를 갖으면서 적절한 시공성을 갖 기 위해서는 상기 섬유보강재가 균일 형상으로 구성되어 콘크리트 내에서 분산성이 좋아야 하는 것이다.
또한 상기 섬유보강재는 5mm의 게이지 길이로 측정한 강도가 7.5g/d이상, 바람직하게는 9.5g/d 이상이고, 5mm의 게이지 길이로 측정한 신도가 50% 내지 120%, 바람직하게는 70 내지 110%가 될 수 있다. 섬유보강재의 강도 및 신도가 상기 범위를 벗어나는 경우 콘크리트의 균열저항 등의 면에서 불리하게 될 것이다.
또한 상기 섬유보강재는 상대점도(RV)가 2.9이상, 바람직하게는 3.2이상이 될 수 있으며, 섬유보강재의 상대점도(RV)가 상기 범위보다 낮으면 섬유자체의 강도 및 내마모 특성이 저하될 수 있다.
또한 본 발명에서 섬유보강재는 섬도가 1 내지 10데니어, 바람직하게는 1.5 내지 5 데니어인 것을 사용할 수 있다. 상기 섬도가 1 데니어 미만인 경우에는 섬유 표면적이 증가해서 콘크리트와의 접촉면적이 증가하는 장점은 있으나, 섬유 자체의 강도가 저하되고 콘크리트내 섬유의 분산성이 저하될 수 있다. 반면에 섬도가 10데니어를 초과하는 경우에는 콘크리트 단위면적당 섬유개수가 감소하여 상대적으로 콘크리트의 취약부가 형성될 위험이 발생될 수 있다.
특히 상기 섬유보강재는 섬유표면에 에스테르계 윤활제, 비이온성 계면활성제 및 대전방지제를 포함하는 코팅액으로 코팅되어야 하며, 이러한 코팅을 통해 콘크리트 내 분산성과 콘크리트와 결합력이 크게 향상될 수 있다. 즉 코팅액이 코팅된 섬유보강재에 의해 섬유보강재가 콘크리트 내에서 분산성이 좋아지고 콘크리트와의 결합력이 향상되어 섬유보강재의 첨가에 의해 콘크리트의 강도가 저하되는 것 을 방지할 수 있게 되는 것이며, 섬유 뭉침 등을 방지하여 시공성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 특히 콘크리트 내에 고르게 분포되는 섬유보강재에 의해 콘크리트 내에서의 편중이 없이 증기압을 전체적으로 감소시킬 수 있게 되는 것이므로 내화성의 측면에서 그 효과가 증대되는 것이다.
섬유보강재의 분산성과 결합력의 개선효과를 고려하여 상기 코팅액의 코팅량은 섬유보강재의 전체중량 대비 0.5 내지 3중량%가 바람직하다. 단, 본 발명에서 상기 코팅액의 코팅량을 특별하게 한정하는 것은 아니며, 단지 바람직한 일례로서 상기 코팅액은 다가알코올 에스테르 윤활제 40 내지 50중량%, 비이온계 계면활성제 30 내지 40중량% 및 대전방지제 10 내지 30중량%로 구성되는 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 에스테르계 윤활제, 비이온성 계면활성제 및 대전방지제를 포함하는 코팅액으로 코팅한 섬유보강재를 사용함에 의해 분산성과 결합력이 증대되는 것에 대한 기술은 본 출원인이 기 출원한 특허출원 제 2008-79583호에 실험 예가 제시되고 있는 바이므로 그 설명을 생략한다.
상기 섬유보강재는 콘크리트 단위체적에 대하여 0.1 내지 5.0㎏/㎥를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 섬유보강재의 함량이 콘크리트 단위체적에 대하여 0.1㎏/㎥미만이면 본 발명의 특성인 내화성 면에서 불리하고, 이와 더불어 균열제어 측면에서도 불리하게 되는 것이다. 또한 상기 섬유보강재가 5.0㎏/㎥을 초과하면 본 발명의 특성인 초고강도(120Mpa이상) 측면에서 불리하게 되는 것이며 다량의 섬유보강재의 혼입에 의해 콘크리트내의 분산이 균일하게 되지 않는 바 시공성이 저하되고, 균열제어 측면에서도 불리하게 되는 것이다.
본 발명의 조성물에는 다양한 혼화제를 사용할 수 있는 바, 일 예로 KS F 2560 규격에 준하는 콘크리트용 화학 혼화제로 알려진 AE제, 감수제, AE감수제 및 고성능감수제로 이루어진 1종 이상의 혼화제를 추가로 물과 혼합하여 사용할 수 있다.
AE제는 일반적으로 2개 이상의 상 혹은 다른 물질의 경계면에 흡착하여 계면의 성질을 현저하게 변화시키는 물질을 말하며, 기본적인 분자구조는 2개의 동일구조, 즉 물에 잘 녹지 않은 소수기와 물에 잘 녹는 친수기로 구성되어 있으며, 수용액 중 친수기 이온의 전기적 성질에 따라 음이온계, 양이온계, 비이온계로 분류된다. 음이온계 AE제는 시판되고 있는 AE제의 대부분을 이루고 있으며, 화학적 주성분은 수지산염, 황산에스테르, 설퍼네이트계가 있고, 양 이온계 AE제는 친수기가 양이온을 띤 것으로서 AE제로는 사용되고 있지 않다. 또한 비이온계 AE제는 수용중에서 이온으로 해리하지 않으나 분자 자체가 계면활성 작용을 하는 것으로서 에테르계, 에스테르계가 사용되고 있다.
감수제 및 AE감수제는 콘크리트 중의 시멘트 입자를 분산시켜 단위수량을 감소시키거나, 콘크리트 중에 미세기포를 연행시키면서 작업성을 향상시키는 한편 분산효과에 의해 단위수량을 감소시킬 수 있는 혼화제이다. 감수제 및 AE감수제는 콘크리트의 응결, 초기경화의 속도에 따라 각각 표준형, 지연형, 촉진형으로 분류되며, 그 화학적 조성에 따라 리그닌설폰산염계, 알킬아릴설폰산계, 폴리옥시에틸렌계, 알킬아릴에테르계, 옥시칼본산계, 멜라민술폰산계 및 풀리칼본산계 등을 사용할 수 있다.
고성능감수제는 일반적인 감수제의 기능을 더욱 향상시켜 시멘트 입자를 효과적으로 분산시켜 응결지연, 지나친 공기연행, 강도저하 등의 악영향 없이 높은 첨가율로 사용하여 단위수량을 대폭 감소시킬 수 있는 혼화제를 말한다.
본 발명인 내화성 고강도 콘크리트 조성물 및 이에 의해 제조되는 콘크리트는 적절한 시공성을 갖으면서 120MPa이상의 초고강도를 갖는 동시에 내화성을 갖는 콘크리트를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
실시 예 및 실험 예
실시 예 및 실험 예에 사용되는 사용재료는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
[표 1]
Figure 112009031178687-pat00001
실시 예 및 실험 예에 사용되는 사용재료로서 섬유보강재 및 설계기준강도는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
상기 섬유보강재로서 폴리아미드를 사용하였으며, 또한 비교 예로서 섬유보강재로 폴리프로필렌을 사용 하였는바, 각각의 섬유보강재에는 분산제가 코팅된 것을 사용하였다.
[표 2]
Figure 112009031178687-pat00002
본 실시 예 및 실험 예에 있어 실험항목은 하기 표 3에 나타난 바와 같다.
[표 3]
Figure 112009031178687-pat00003
본 실시 예 및 실험 예에 있어 공시체 제작 및 양생방법은 아래와 같다.
ㆍ 공시체 제작 : Table Vibrator 사용
ㆍ 양생방법 : 압축강도 공시체 - 표준양생, 폭열 시험용 공시체 - 대기양생
본 실시 예 및 실험 예에 있어 배합재료량은 하기 표 4에 나타난 바와 같다.
[표 4]
Figure 112009031178687-pat00004
W/B : 물-결합재비, S/a : 잔골재율, W : 물, S : 잔골재, G : 굵은 골재
Ad : 혼화제, F : 섬유보강재
본 실시 예 및 실험 예의 실험결과는 다음과 같다.
-. 굳지 않은 콘크리트 특성
상기 표 5에서 보는 바와 같이 섬유보강재 혼입량별, 섬유보강재 길이별, 및 섬유보강재 종류별 굳지 않은 콘크리트의 특성이 나타난다. 목표품질은 슬럼프 플로 우 700ㅁ 100mm, 공기량 3.5% 이하로 정하고 목표품질 미달 시 혼화제 사용량을 조정하여 실험하였다.
[표 5]
Figure 112009031178687-pat00005
상기 표 5에서 Plain은 섬유보강재를 혼입하지 않은 공시체로서 비교 예를 나타내는 것이고, PA는 섬유보강재로서 폴리아미드를 사용하는 실시 예를 나타내는 것이고, PP는 섬유보강재로서 폴리프로필렌을 사용하는 비교 예를 나타내는 것이다. 한편 본 실험 예에서는 본 발명의 실시 예 및 비교 예로서 9개의 공시체가 제시되는 바, 각각의 실시 예로서 PA 6-1.5는 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 6mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 1.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, AP 6-2.0은 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 6mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.0㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, AP 6-2.5는 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 6mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, AP 13-1.5는 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 13mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 1.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, AP 13-2.0은 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 13mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.0㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, AP 13-2.5는 폴리아미드로 된 섬유보강재로서 길이 6mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, PP 13-1.5는 폴리프로필렌으로 된 섬유보강재로서 길이 13mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 1.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, PP 13-2.0은 폴리프로필렌으로 된 섬유보강재로서 길이 13mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.0㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이고, PP 13-2.5는 폴리프로필렌으로 된 섬유보강재로서 길이 13mm, 혼입량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.5㎏/㎥이 혼입된 공시체를 나타내는 것이다.
도 1에서 보는 바와 같이 섬유보강재가 혼입됨에 따라 슬럼프 플로우가 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 유동성 측면에서 비교 예(Plain)와 대비 섬유보강재가 혼입되는 경우 불리하게 됨을 알 수 있으나, PP 13-2.0, PP 13-2.5를 제외하고는 목표 슬럼프 플로우인 700ㅁ 100mm을 만족하는 것을 알 수 있다. 즉 유동성 측면에서 폴리아미드의 경우 길이 13mm이하, 혼입량 1.5 이상 2.5㎏/㎥이하의 경우가 최적의 배합량인 것을 알 수 있으며, 폴리프로필렌의 경우보다 폴리아미드의 경우가 유동성측면에서 유리한 것을 알 수 있다.
충진성(슬럼프 플로우와 J-Ring의 차이 25 mm 이하)의 경우도 PP 13-2.0, PP 13-2.5을 제외하고 양호한 것을 알 수 있는 바, 충진성 측면에서 최적의 섬유보강재 배합량도 상기 유동성 측면과 동일한 것을 알 수 있으며, 폴리프로필렌보다 폴리아미드의 경우가 유리한 것을 알 수 있다.
-. 굳은 콘크리트 특성
(1) 강도특성
하기 표 6은 각각의 비교 예 및 실시 예의 강도특성을 나타낸다.
[표 6]
Figure 112009031178687-pat00006
상기 표 6 및 도 2에서 보는 바와 같이 목표재령인 56일에는 PA 13-2.5 및 PP 13-2.5를 제외하고 설계기준강도인 160MPa을 모두 만족하는 것을 알 수 있는 바, 강도 측면에서 나일론의 경우 길이 13mm이하, 혼입량 1.5 이상 2.0㎏/㎥이하의 경우가 최적의 배합량인 것을 알 수 있으며, 폴리프로필렌의 경우보다 폴리아미드의 경우가 강도측면에서도 유리한 것을 알 수 있다.
(2) 내화성
내화성에 관해 시험기관은 한국방재시험연구원(경기도 여주군 가남면 소재)이 주관하고, 시험조건은 KS F 2257-1 표준시간-가열온도곡선에 의하고 비재하 3시간을 조건으로 한다.
시험체 제작
ㆍ 질량감소율, 폭×력등급 : Φ 100 ㅧ 200 mm
ㆍ 철근온도 : 150 × 150 ×225 mm, 철근 피복 40 mm
상기와 같은 조건에서 실험 결과는 하기 표 7에 나타난 바와 같다.
[표 7]
Figure 112009031178687-pat00007
주)폭렬등급 분류
. 1등급 : 비폭렬 또는 1/4이하 탈락 혹은 박리
. 2등급 : 공시체 1/4이상, 1/2이하의 탈락 혹은 박리
. 3등급 : 공시체 1/2이상, 3/4이하의 탈락 혹은 박리
. 4등급 : 공시체 3/4이상의 탈락 혹은 박리
상기 표에서 보듯이 질량감소율은 섬유보강재가 혼입된 공시체 전체에서 20 ~ 23%로 다소 크게 나타나는 바, 이는 굵은 골재로 백운석을 사용할 결과 600 ~ 900℃에서 백운석 분해(탈 탄산화) 영향으로 사료된다.
폭렬현상은 도 3에서 보듯이 비교 예 즉 섬유보강재가 혼입되지 않은 공시체에서 가장 심하게 발생하고, PA 6-1.5, PA 6-2.0에서도 다소 심하게 발생하는 것을 알 수 있는 바, 섬유보강재의 길이 및 혼입량이 증가할수록 폭렬현상이 작아지는 것을 알 수 있다.
철근온도의 경우 표 8은 도 4에서 도시된 실험체(폴리아미드가 혼입됨)에서 11, 12, 13, 14에서의 180분간의 온도증가를 도시한 것으로 도 5는 그 결과에 대한 그래프를 나타내는 것이다. 표 8 및 도 5에서 보는 바와 같이 폴리아미드가 혼입된 실험체의 경우 180분간에 기준치(649℃)에 도달하지 않는 것을 알 수 있다. 반면 도면에 도시된 바는 없으나 동일 규격에서 섬유보강재가 혼입되지 않은 실험체의 경우 기준치(649℃)에 도달하는 시간은 57분으로 섬유보강재가 혼입되지 않은 공시체보다 섬유보강재가 혼입된 공시체에서 기준치(649℃) 도달시간이 길게 나타나는 것을 알 수 있다.
[표 8]
Figure 112009031178687-pat00008
결론적으로 굳지 않은 콘크리트에서 유동성, 충진성 측면에서 섬유보강재의 혼입에 의해 다소 저하되는 면이 있으나, 폴리아미드의 경우 길이 19mm이하, 혼입량 1.5 이상 3.0㎏/㎥이하에서 목표 슬럼프 플로우를 만족하여 최적의 배합량인 것으로 판단됨을 알 수 있다.
한편 굳은 콘크리트에서 강도면에서 섬유보강재의 혼입에 의해 다소 저하되는 면이 있으나, 폴리아미드의 경우 길이 19mm이하, 혼입량 1.5 이상 3.0㎏/㎥이하의 경우가 설계기준강도인 160MPa을 만족하여 최적의 배합량인 것으로 판단된다.
또한 폭렬현상 및 철근온도에서 섬유보강재의 길이 및 혼입량의 증가에 따라 폭렬현상이 없어지고, 철근온도의 상승시간이 길어짐을 알 수 있다.
결국 섬유보강재의 혼입량이 증가할수록 내화성은 강화되나, 유동성 등 시공성 및 강도 측면에서 저하되는 바, 상기 모든 조건을 만족하기 위해서는 나일론의 경우 길이 19mm이하, 혼입량 1.5 이상 3.0㎏/㎥이하가 최적의 배합율인 것으로 판단된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따라 유동성 실험결과를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 예에 따라 압축강도 실험결과를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 예에 따라 폭렬형상을 나타내는 실험결과.
도 4는 본 발명의 일 예에 따라 철근온도 측정용 공시체의 폭렬형상을 나타 내는 실험결과.
도 5는 본 발명의 일 예에 따라 철근온도 실험결과를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 일 구성인 섬유보강재의 형상을 나타내는 SEM 사진.

Claims (11)

  1. 삭제
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  5. 삭제
  6. 콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트를 포함하는 결합재 900 내지 1200㎏/㎥ 과;
    콘크리트 단위체적에 대하여, 물 140 내지 170㎏/㎥과;
    콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 400 내지 800㎏/㎥과;
    콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 600 내지 1200㎏/㎥과;
    콘크리트 단위체적에 대하여 섬유보강재 0.1 내지 5.0㎏/㎥를 포함하여 조성되되,
    상기 섬유보강재는 섬유표면에 다가알코올 에스테르 윤활제, 비이온계 계면활성제 및 대전방지제를 포함하는 코팅액이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 섬유보강재는 양단에 확장된 직경으로 부착단이 더 구성됨을 특징으로 하는 고강도 내화 콘크리트 조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 시멘트를 포함하는 결합재는,
    포틀랜드시멘트 1,2,4종 중 하나 이상의 혼합물 45 내지 80중량%와, 고로슬래그 미분말 10 내지 45중량%와, 플라이애시 3 내지 25중량%와, 실리카퓸 3 내지 15중량%와, 팽창제 4 내지 7중량%인 다성분계 시멘트인 것을 특징으로 하는 고강도 내화 콘크리트 조성물.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다성분계 시멘트는 무중력 믹서 또는 믹서 몸체와 교반 날개가 역회전하는 방식의 믹서로 혼합시간 2∼10분으로 혼합됨을 특징으로 하는 고강도 내화 콘크리트 조성물.
  11. 삭제
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