KR101153829B1 - 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법 - Google Patents

고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트의 폭렬 방지 방법에 관한 것이고, 구체적으로 제올라이트 치환에 의한 고강도 콘크리트의 폭렬방지 방법에 관한 것이다. 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법은 시멘트 배합 과정에서 혼화재로 일부 제올라이트 치환 플라이애시를 첨가하여 콘크리트 내부에 벌키 칼슘 실리케이트 수화 겔(Bulky Calcium Silicate Hydrated Gel)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
고강도, 폭렬, 제올라이트, 이온 교환, 벌키 구조

Description

고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법{Method for Preventing High Strength Concrete From being Spalled}
본 발명은 콘크리트의 폭렬 방지 방법에 관한 것이고, 구체적으로 제올라이트 치환에 의한 고강도 콘크리트의 폭렬방지 방법에 관한 것이다.
건물의 고층화가 진행되면 이에 사용되는 콘크리트의 고강도화가 요구된다. 고층건물의 경우 화재와 같은 사고의 발생으로 건물이 붕괴되는 경우 대형 인명사고를 유발할 수 있으므로 고층 건물에 적용되는 고강도 콘크리트(High Strength Concrete: HSC)는 화재가 발생하는 경우라고 할지라도 소정의 시간동안 일정한 강도를 유지할 수 있어야 한다.
고온에 의해 콘크리트 구조물의 표면이 심한 폭음과 함께 박리 또는 탈락이 되는 것을 폭렬(Spalling)이라고 한다. 폭렬은 급격한 온도의 상승, 낮은 물/시멘트비(Water/Cement)와 높은 함수율로 인하여 발생하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 폭렬의 방지를 위하여 급격한 온도 상승이 억제되어야 하고, 함수율이 5~6%이하가 되어야 하며 물/시멘트비가 적절한 수준으로 유지되어야 한다. 그러나 이와 같은 조건은 폭렬 완화를 위한 최소 요건에 지나지 않는다. 고층 건물에 적용되는 고강도 콘크리트의 폭렬 방지를 위하여 이와 같은 기본적인 요건 이외에 추가적으로 폭렬 발생 매커니즘에 기초하는 대비책이 연구되고 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼, 폭렬 발생의 거시적 매커니즘은 화재 발생으로 인하여 콘크리트 표면이 고온에 노출되는 단계; 표면과 내부의 온도 차이로 인하여 불균등 팽창이 발생하는 단계; 및 콘크리트 표면에서 인장 균열이 발생하는 단계로 진행된다. 다른 한편으로 콘크리트 기둥의 상면 및 하면에 하중이 가해지는 경우 즉, 구속된 경우 표면의 팽창력에 비례하여 하중으로 인한 압축력이 증가하게 되어 압축 파괴가 발생하는 단계로 진행될 수도 있다. 폭렬 발생의 미시적 매커니즘은 콘크리트 표면이 고온에 노출되어 열이 콘크리트 내부로 전달되는 단계; 콘크리트 내부에 함유된 물이 수증기로 변화하면서 공극의 압력이 증가하는 단계; 및 과도한 공극 내압으로 인하여 콘크리트 내부가 붕괴되는 단계로 진행될 수 있다.
콘크리트의 폭렬은 고온에 노출이 되어 20분 이내에 표면 팽창에 의하여 발생하는 박리 현상을 수반하는 일차 폭렬 과정과 공극의 증기압의 증가로 인하여 발생하는 2차 및 3차 폭렬 과정으로 진행이 된다. 일차 폭렬 과정에서 주근의 역학적 거동 능력이 상실되고 그리고 2차 및 3차 폭렬 과정에서 단면의 상실로 인하여 건물 붕괴가 발생할 수 있다.
폭렬 매커니즘에 기초하는 폭렬 방지 공법으로 내화도료 도포 방식, 폴리프로필렌과 메탈라스를 사용하는 방법, 내화보드를 적용하는 방법 및 폴리프로필렌과 강섬유를 사용하는 방법이 알려져 있다. 내화도료 도포 방식은 표면온도의 제어가 가능하면서 시공이 용이하다는 장점이 가지는 반면 발포성 소재의 탈락으로 인하여 급격하게 내력이 감소될 수 있다는 단점을 가진다. 폴리프로필렌과 메탈라스를 사용하는 방법은 폭렬에 의한 비산을 감소시킬 수 있다는 장점을 가지지만 유동성 확보와 품질관리가 어렵다는 단점을 가진다. 내화보드를 사용하는 방식은 수열 온도의 제어가 가능하다는 장점을 가지는 반면 부재 단면의 증가로 인하여 유효 공간이 감소한다는 단점을 가진다. 그리고 폴리프로필렌과 강섬유를 사용하는 방법은 인장력 증가로 인하여 압축강도가 증가한다는 이점을 가지지만 유동성 확보 및 품질 관리가 어렵다는 단점을 가진다. 아울러 고강도 콘크리트의 강도가 강해질수록 수증기 배출에 기여하는 공극의 크기가 감소함으로 유기 섬유를 혼입하는 방법으로 폭력을 방지하는 것은 한계가 있다는 단점을 가진다.
폭렬 방지와 관련된 문제를 개선하기 위한 선행기술로 특허등록번호 제838269호 “폐타이어 미분말과 메타카올린을 포함하는 내화성 고강도콘크리트”가 있다. 상기 선행기술은 내부 수증기의 배출 경로를 형성하여 콘크리트의 단면 손실을 방지하기 위하여 메타카올린과 입도가 1.12 ~ 3 mm가 되는 미분말 폐타이어로 만들어지는 고강도 콘크리트 조성물을 제안한다. 폭렬 방지와 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제899838호 “고성능 내화 콘크리트 조성물”이 있다. 상기 선행기술은 습강 종이가 수용매에 분산되어 시트 형상으로 만들어져 건식 해면으로 얻어지는 해면 종이 형태의 폭렬 방지제를 가진 콘크리트 조성물을 제안한다.
메타카올린을 포함하는 콘크리트는 성능 면에서 실리카 흄 또는 플라이애시를 포함하는 콘크리트와 동일한 성능을 가지지만 타설 과정에서 빠른 수분 흡수와 초기 유동성의 감소로 인하여 작업성(warkability)에 문제가 있는 것으로 보고되고 그리고 해면 종이 형태의 폭렬 방지제는 폴리프로필렌(PP) 섬유와 비교할 때 성능 우위를 인정하기 어렵다는 문제점을 가진다.
위에서 설명한 공지 공법 또는 선행기술은 여전히 장점과 단점을 모두 가지고 있으면서 2차 및 3차 폭렬 방지에 대한 근본적인 해결 방안이 되지 못한다는 문제점을 가진다.
본 발명의 이와 같은 공지 또는 선행 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 플라이 애시(fly ash)의 구성 물질의 일부를 제올라이트로 치환하여 벌키 칼슘 실리케이트 수화 켈(bulky Calcium Silicate Hydrated Gel)을 형성하는 것에 의하여 고층 건물에 적용되는 고강도 콘크리트의 폭렬을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법은 시멘트 배합 과정에서 혼화재로 일부 제올라이트 치환 플라이애시를 첨가하여 콘크리트 내부에 벌키 칼슘 실리케이트 수화 겔(Bulky Calcium Silicate Hydrated Gel)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제올라이트는 0.3 ~ 1.3 nm의 나노 세공을 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법은 유기 섬유를 첨가하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제올라이트는 제올라이트 X 또는 제올라이트 Y가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 혼화재는 메타카오린을 더 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 제올라이트의 첨가에 의하여 벌키 구조를 형성하는 것에 의하여 고온에 접촉되는 콘크리트의 급격한 온도 상승을 완화시키면서 발생되는 증기를 수용할 수 있는 공간을 형성하는 것에 의하여 콘크리트의 폭렬을 완화시킬 수 있다는 이점을 가진다.
아래에서 본 발명은 실시 예를 제시하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법은 시멘트 배합시 금속이온으로 이온 교환이 가능한 제올라이트를 첨가하여 벌키 칼슘 실리케이트 수화 겔을 형성하는 것을 포함한다. 벌키 칼슘 실리케이트 수화 겔이란 칼슘 실리케이트 수화물 사이의 공극이 확장된(bulky) 형태로 형성된 것을 말하고 그리고 수화물 내에서 벌키 공극은 네트워크 형태를 이루어 수화물 내의 전체 공극 비율을 증가시킬 수 있다.
콘크리트가 경화되는 경우 강도는 주로 물과 시멘트의 중량 비율(W/C)에 의하여 결정되고 일반적으로 중량 비율이 작아질수록 콘크리트의 강도가 커진다. 경화된 콘크리트는 다수의 기공을 포함하고 있는 다공체가 되고 기공은 크게 연행 공기(entrained air)로부터 만들어진 기포와 수화반응이 진행과정에서 잔류된 모세관 기공과 칼슘 실리케이트 수화물의 층 사이에 존재하는 겔 기공으로 나눌 수 있다. 기포는 동결융해 저항성을 위하여 AE제(Air Entrained Agent)의 첨가에 의하여 전체 부피의 3 내지 4 %가 되도록 유지될 수 있다. 이와 같은 AE제의 사용에 따른 기 포로 인한 폭렬 발생은 나일론 또는 폴리프로필렌 섬유의 사용에 의하여 일정 수준으로 감소시킬 수 있다.
모세관 기공은 시멘트 페이스트에서 입자와 입자사이의 간격으로 시멘트 수산화물에 의해 충전되고 남은 공간을 말한다. 모세관 기공의 크기는 대략적으로 0.1 내지 1000 ㎛가 된다.
겔 기공은 크기가 대략적으로 10 내지 100 Å으로 모세관 기공에 비하여 작은 크기를 가지고 그리고 침상 또는 판상 결정 사이에 존재하게 되므로 미세분말에 의하여 충전시키기 어렵게 된다. 겔 기공에 존재하는 물은 수화물의 표면에 강하게 흡착되어 있어 동결 온도가 낮을 뿐만 아니라 수화 반응에 영향을 미치지 않는다. 그러나 콘크리트가 고온에 노출되는 경우 물은 분리되어 수증기 상태로 되어 폭렬을 발생시키게 된다. 본 발명에 따르면 겔 기공은 치환 제올라이트를 첨가하는 것에 의하여 확장되어 벌키 기공 네트워크를 형태로 만들어질 수 있다.
제올라이트(zeolite)는 결정성 알루미노 규산염으로 흡착-탈착, 양이온 교환 특성 또는 촉매 기능을 가진 화합물을 말한다. 제올라이트 결정은 규소와 알루미늄 원자가 네 개가 산소 원자와 배위하여 기본 단위를 형성할 수 있다. 일반적으로 제올라이트는 규소와 알루미늄으로 이루어지지만 규소와 알루미늄을 다른 원소로 치환한 유사 제올라이트이 합성도 가능하다. 천연 제올라이트는 다공성 결정물에 해당하고 유사 제올라이트도 마찬가지로 다공성을 가지므로 본 발명에 따른 제올라이트는 다공성을 가진 천연 제올라이트와 유사 제올라이트를 모두 포함한다. 본 발명에 따른 제올라이트는 넓은 표면적과 열적 안정성과 결정 구조를 가지는 것이 유리 하다. 제올라이트는 꼭지점이 잘린 정팔면체의 사각형 면 사이의 결합에 의하여 이중 사각형 고리를 만들면서 6방향으로 이어진 제올라이트 A 또는 꼭지점이 잘린 정팔면체가 이중 육각형 고리를 만들면서 이루어진 제올라이트 X 또는 Y가 있다. 본 발명에 따른 제올라이트는 임의의 형태의 제올라이트를 포함하지만 바람직하게 이온 교환 능력이 우수한 제올라이트 X 또는 Y가 될 수 있다.
제올라이트는 규소원자(Si)가 산소 원자를 다리로 하여 다른 규소원자나 알루미늄 원자와 결합된 구조를 가지고 있고 규소 원자의 전하와 알루미늄 원자의 전하 차이로 인하여 전기적으로 중성을 이루지 못한다. 이로 인하여 양이온의 교환이 가능하고 그리고 양이온 교환 정도는 교환되는 이온의 전하량, 온도, 농도, 실리카/알루미늄(SiO2/Al)의 비 또는 pH에 따라 달라질 수 있다. 이온 교환은 예를 들어 세슘, 루비듐, 칼륨, 나트륨, 바륨, 칼슘 또는 리튬과 같은 임의의 금속 이온으로 교환될 수 있지만 시멘트의 성분 또는 첨가물을 고려하여 바람직하게 칼륨, 나트륨, 칼슘 또는 리튬 이온으로 교환될 수 있다.
제올라이트는 콘크리트의 혼화재료로 사용되는 플라이애시(flyash)의 구성 물질의 일부를 치환할 수 있다.
플라이애시는 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiO2)가 주성분이고 시멘트의 원료로 콘크리트 혼화재로 사용될 수 있다. 일반적으로 플라이애시는 콘트리트를 강화시키면서 화학저항성을 높이는 기능을 하고 75~85 중량%의 유리질, 7~12 중량%의 이산화규소, 7~15 중량%의 3Al2O32SiO2와 미량의 칼슘, 인, 코발트, 몰리브덴 또는 붕소 와 같은 성분을 포함할 수 있다. 플라이애시 일부의 제올라이트에 의한 치환은 이 분야에서 공지된 임의의 방법으로 이루어질 수 있다. 치환을 위한 제올라이트는 0.3~1.3 nm 정도 크기의 나노 세공을 가지면서 유기 또는 무기 이온을 용이하게 교환하는 특징을 가지는 것이 유리하다.
제올라이트에 의하여 치환된 플라이애시는 시멘트 배합과정에서 첨가되어 벌키 칼슘 실리케이트 벌키 수화물을 형성하게 되어 콘크리트 내부의 기공의 크기를 확장하면서 이와 동시에 기공 네트워크를 형성하여 콘크리트 내부의 공극 비율을 확장시키면서 이와 동시에 기공 네트워크를 통하여 수증기가 콘크리트 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 한다.
아래에서 본 발명에 따른 고강도 콘크리트의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 적용을 위한 콘크리트 조성물의 제조 과정을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 고강도 콘크리트의 제조방법은 먼저 이온 교환이 가능한 제올라이트가 준비되는 단계(S11); 분말 형태의 플라이애시의 일부를 제올라이트로 치환하는 단계(S12); 제올라이트로 일부 치환된 플라이애시를 혼화재로 시멘트와 물에 투입하는 단계(S13)를 포함한다.
제올라이트는 0.1 내지 1.5 nm의 세공을 가진 제올라이트 X형이 될 수 있고 분말(Powder) 형태로 제조될 수 있다. 제올라이트 X형은 Al2O3, SiO2, NaOH 및 H2O를 일정한 비율로 90 내지 100 ℃의 온도에서 약 24시가 동안 교반하여 반응시키고 그 리고 24시간 내지 72 시간 동안 숙성하는 방법으로 만들어질 수 있다.
플라이애시의 일부를 제올라이트로 치환하는 것(S12)은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 분말 형태의 플라이애시와 제올라이트를 물에 투입하여 일정 온도에서 교반시키는 방법으로 플라이애시의 일부가 제올라이트로 치환될 수 있다(S12). 대안으로 분말 제올라이트와 분말 플라이애시를 일정 비율로 혼합하여(S12) 다른 혼화제와 함께 시멘트와 물에 투입될 수 있다(S13).
일부가 제올라이트로 치환된 플라이애시는 실리카 흄 또는 메타카올린과 같은 다른 혼화재와 함께 물과 시멘트에 투입될 수 있다(S13). 메타카올린은 SiO2,Al2O3, Fe2O3 또는 CaO와 같은 화합물을 포함할 수 있고 시멘트 중량의 5 내지 12 중량%로 준비될 수 있다. 다른 혼화재는 이 분야에서 공지된 임의의 물질이 될 수 있고 본 발명은 특별히 이에 제한되지 않는다. 필요에 따라 보강 섬유가 첨가될 수 있다. 보강 섬유는 예를 들어 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유가 될 수 있고 그리고 섬유 직경이 10 내지 50 ㎛ 이며 길이가 5 내지 20 ㎜가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
제조된 콘크리트 조성물의 성분비를 가질 수 있다.
물: 120 내지 180 kg 중량부
시멘트: 500 내지 600 kg 중량부
플라이애시를 포함하는 혼화재: 50 내지 60 kg 중량부
보강섬유: 5 내지 10 kg 중량부
제올라이트: 20 내지 50 kg 중량부
잔골재: 600 내지 800 kg 중량부
굵은골재: 800 내지 1000 kg 중량부
AE 감수제: 1 내지 2kg 중량부
제시된 성분 이외에 다양한 형태의 공지된 성분이 추가될 수 있고 특별히 이와 같은 성분의 추가 또는 생략에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다. 또한 각각의 성분비는 예시적인 것으로 고층 건물의 형태 및 건축 환경에 따라 성분비는 적절하게 조절될 수 있다.
제조된 콘크리트 조성물은 고강도 콘크리트 건물의 시공에 적용될 수 있고 그리고 시공된 콘크리트는 폭렬 방지 기능을 가질 수 있다.
일부 제올라이트 치환 플라이애시의 첨가에 의하여 형성된 벌키 칼슘 실리케이트 수화물 겔 형태이 모식도 및 실제 사진이 아래에서 제시된다.
도 2a는 일부 제올라이트 치환 플라이애시의 첨가에 의하여 형성된 칼슘 실리케이트 수화물(가)과 일반 칼슘 실리케이트 수화물을 대비한 실제 확대 사진(나)을 제시한 것이다.
도 2a에 나타난 것처럼, 본 발명에 따른 일부 제올라이트 치환 실리케이트 수화물(가)은 일반 칼슘 실리케이트 수화물(나)에 비하여 공극의 크기가 확대되고 그리고 콘크리트 내부에 형성된 공극 네트워크를 가지게 된다는 것을 알 수 있다.
도 2b 및 도 2c는 일부 제올라이트 플라이애시의 성분 및 도 2a에 기초하여 만들어질 수 있는 수화물 내부의 공극 형성 모델 및 공극비율에 따른 가능한 공극 형성 모델을 도시한 것이다.
도 2b에 도시된 것처럼, 제올라이트와 플라이애시는 모두 규소 및 알루미늄을 가지고 플라이애시의 금속원소가 제올라이트에 의하여 치환되는 것에 의하여 벌키 칼슘 실리케이트 수화물이 형성될 수 있다. 그리고 치환 또는 제올라이트와 플라이애시의 혼합 비율에 따라 도 2c에 도시된 것과 같이 공극 비율이 2: 8인 경우의 A타입의 쇄상 구조 또는 공극 비율이 10이 되는 B타입의 판상 구조가 만들어질 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 실시 예는 예시적인 것으로 제올라이트의 치환 능력 또는 혼합 비율에 따라 다양한 형태의 공극 비율을 가진 벌키 구조가 형성될 수 있다.
도 2a, 2b 및 2c로부터 제올라이트 치환 콘크리트의 특성을 살펴보면 아래와 같다. 먼저 나노크기의 입자로 공극 네트워크의 확보가 우수하다는 특징을 가진다. 그리고 미세입자로 구성된 분말 형태로 시멘트와 배합되므로 유동성 확보가 예를 들어 유기 섬유에 비하여 유리하다는 장점을 가진다. 압축 강도의 관점에서 C-H-S의 결합을 유지하므로 치환 전의 배합 설계 값과 비교하여 차이를 나타내지 않는다는 이점을 가진다. 마지막으로 시공연도의 확보면에서 제올라이트로 치환된 입자의 원형을 고려하면 골재와 볼-베이링(Ball-bearing) 작용으로 작업성(workability)이 개선된다는 이점을 가진다.
본 발명에 따른 시공방법은 콘크리트 폭렬 방지 방법에서 아래와 같은 이점을 가진다.
일반적으로 고강도 콘크리트는 강도의 상승효과로 골재보다 시멘트의 비율이 증가되어 AE 공극과 갇힌 공극이 차지하는 양이 감소하게 되고 이로 인하여 콘크리트의 강도가 상승할수록 나노 수준의 겔 공극이 폭렬 매커니즘에 큰 영향을 준다. 본 발명에 따르면 일부 제올라이트 치환 플라이애시의 첨가에 의하여 벌키 칼슘 실리케이트 수화물이 겔이 형성되어 공극이 확장되면서 공극 네트워크 구조가 형성될 수 있다. 이와 같은 확장된 공극 및 네트워크 구조는 고온에 접촉되는 콘크리트의 급격한 온도 상승을 방지하면서 고온으로 인하여 발생하는 증기를 콘크리트 외부로 배출할 수 있는 통로로 기능을 하게 된다. 이로 인하여 고강도 콘크리트는 충분한 내열 특성을 가지게 되어 고온에서 구조적 안정성이 유지될 수 있도록 한다.
구체적으로 콘크리트의 강도 발현은 아래의 식 1에 의하여 보존되고 그리고 공극 네트워크는 도 2d에 제시된 구조로 형성될 수 있다.
2Ca3SiO5 + 7H2O ---> 3CaO2SiO24H2O + 3Ca(OH)2 + 열 ---- 식 1
이로 인하여 본 발명에 따른 폭렬 방지 방법은 고강도를 유지하면서 고온에 노출된 콘크리트의 폭렬이 방지될 수 있도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 적용을 위한 콘크리트 조성물의 제조 과정을 도시한 것이다.
도 2a는 일부 제올라이트 치환 플라이애시의 첨가에 의하여 형성된 칼슘 실리케이트 수화물(가)과 일반 칼슘 실리케이트 수화물을 대비한 실제 확대 사진(나)을 제시한 것이다.
도 2b 및 도 2c는 일부 제올라이트 플라이애시의 성분 및 도 2a에 기초하여 만들어질 수 있는 수화물 내부의 공극 형성 모델 및 공극비율에 따른 가능한 공극 형성 모델을 도시한 것이다.
도 2d는 콘크리트 내부에 형성될 수 있는 공극 네트워크 구조를 예시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 폭렬 매커니즘을 도시한 것이다.

Claims (5)

  1. 시멘트 배합 과정에서 혼화재로 0.3 ~ 1.3 nm의 나노 세공을 가지는 제올라이트 치환 플라이애시를 첨가하여 콘크리트 내부에 벌키 칼슘 실리케이트 수화 겔(Bulky Calcium Silicate Hydrated Gel)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 유기 섬유를 첨가하는 단계를 더 포함하는 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 제올라이트는 제올라이트 X 또는 제올라이트 Y가 되는 것을 특징으로 하는 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 혼화재는 메타카올린을 더 포함하는 고강도 콘크리트의 폭렬 방지 방법.
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KR20020071130A (ko) * 2001-03-03 2002-09-12 이미경 플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020117090A1 (en) 2001-02-20 2002-08-29 Richard Ku Super high strength concrete
KR20020071130A (ko) * 2001-03-03 2002-09-12 이미경 플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물
KR100760039B1 (ko) 2007-04-20 2007-09-18 박민화 단열 및 방음효과가 우수한 급결용 경량기포시멘트 발포체제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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