KR101214979B1 - 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료 및 이를 이용한 고유동 수중불분리 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료 및 이를 이용한 고유동 수중불분리 콘크리트 제조방법에 관한 것으로, 고유동 수중불분리 콘크리트 결합재를 적정비율의 시멘트, 고로슬래그로 구성하여 포졸란 반응과 유동성 증진효과가 조화를 이루게 하는 것으로 고유동성을 실현하도록 하고 고유동 수중불분리 콘크리트 제조 시 규사를 사용하여 수중불분리 콘크리트의 점성을 더욱 증진시켜 현탁액 발생량을 감소시키는 고유동 수중불분리 콘크리트의 결합재 및 이를 이용한 수중불분리 콘크리트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
초고강도 콘크리트 배합설계의 단위시멘트량을 구성하는 재료가 시멘트 60~80중량%, 고로슬래그 20~40중량%로 하는 결합재를 구성하여 상기 결합재에 모래와 굵은골재를 이용하여 수중불분리 콘크리트를 만들 때 0.5mm이하의 규사를 모래에 대해 5~20중량%로 일부 치환하는 것을 특징으로 하며, 상기 구성재료를 이용하여 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법을 특징으로 한다.

Description

고유동 수중불분리 콘크리트용 재료 및 이를 이용한 고유동 수중불분리 콘크리트의 제조방법{MATERIALS FOR CONCRETE MATERIALS HAVING HIGH FLUDITY ANTI-WASH CONCRETE AND A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH FLUDITY ANTI-WASH CONCRETE USING THE MATERIALS}

본 발명은 고유동 수중불분리 콘크리트용 구성재료 및 이를 이용하여 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트와 고로슬래그를 고유동을 발휘할 수 있도록 이들 재료를 일정의 비율로 혼합하여 결합재로 구성하고, 이러한 결합재를 이용하여 적정의 물-결합재비(또는 물-시멘트비)에서 모래와 굵은골재를 사용하고 감수제와 수중불분리 혼화제를 사용하고, 또한 0.5mm이하의 규사를 사용하여 고유동 수중불분리 콘크리트 제조시 점성을 더욱 증진시키도록 하여 수중에 수중불분리 타설 시 발생하는 현탁액을 감소시켜 고유동 수중불분리 콘크리트를 얻는 방법에 관한 것이다.

근래에 수중에 건설되는 교량의 기초와 대형 수중 콘크리트 구조물의 현장시공사례가 늘어나면서 수중불분리 콘크리트에 대한 관심이 늘어나고 있다.

이러한 수중불분리 콘크리트는 일반적으로 수중에 직접 타설하기 때문에 콘크리트 타설 중 수중에서 콘크리트내의 시멘트와 골재가 점착되어 물에 의해 분리되지 않도록 수중불분리 혼화제(증점제)를 사용하고 타설 후, 콘크리트의 자중에 의해 퍼지는 유동성을 보유하도록 고성능감수제를 사용하여 제조되어 진다. 그러나 수중에서 콘크리트의 재료분리를 막기 위해 사용하는 수중불분리 혼화제는 콘크리트의 점성을 부여하여 유동성 저하시키고 이와 반대로 고성능감수제는 콘크리트가 잘 퍼지게 하도록 유동성을 증가시키는 물질이므로 이들의 조합이 적절해야 콘크리트의 분리저항성을 부여하면서 자중에 의해 퍼질 수 있는 유동성을 갖게 되므로 수중불분리 콘크리트를 구성하는 결합재 및 혼화재료의 구성에 대한 노하우(know-how)가 반드시 필요하다.

수중에서도 콘크리트가 재료분리 없이 타설되도록 제조된 수중불분리 콘크리트는 재료가 분리되지 않도록 하기위하여 증점제를 사용하기 때문에 일반적인 콘크리트 배합에 비해 단위수량을 높인 상태에서 물-시멘트비(또는 물-결합재비)를 구성하여 일정의 잔골재율(S/a)로 구성된 모래와 굵은골재와 혼합하여 이를 비빌 수 있는 장치인 믹서기를 사용하여 제조한다.

이때 수중불분리 콘크리트는 증점제를 사용하였기 때문에 이들 재료 상호간에 잘 비벼지지 않아 고성능감수제를 사용하여 시공시 콘크리트 타설에 필요한 유동성을 확보하고 있는데, 이 같은 고성능감수제는 멜라민계가 주로 사용되었으나 최근 들어 유동성 향상을 위해 폴리칼본산계가 사용되고 있다.

이때 수중불분리 콘크리트는 수중에 타설되는 콘크리트 특성상 사람이 직접 다짐작업을 할 수 없기 때문에 다짐이 필요 없거나 다짐을 거의 하지 않아도 되는 상태의 유동성과 또한 유동 중에 재료의 분리가 발생하지 않고 일정한 현탁물질량 기준을 만족하도록 제조되어야 하는데 통상 500mm 내외의 슬럼프 플로우를 나타내고 있는 실정이다. 그러나 유동성 평가 지표인 슬럼프 플로우를 더욱 향상 시킨다면 콘크리트 1회 타설 시 보다 넓은 면을 타설 할 수 있어 콘크리트 타설위치를 개수를 줄여 시공비를 절감할 수 있으므로 수중불분리 콘크리트의 유동성 향상을 위한 방법을 찾는 것은 매우 중요하다. 이를 위해 수중불분리 콘크리트에서 결합재 구성이나 혼화제의 구성비를 조절하는 방법이 대두되고 있다.

수중불분리 콘크리트의 결합재 구성방법은 시멘트 만을 사용하는 방법이 일반적이나 유동성을 향상시키기 위한 방법으로 시멘트에 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 등의 광물질 중에서 한 가지 광물질 재료를 혼합하기도 한다.

플라이애쉬나 고로슬래그 미분말을 사용하는 방법은 시멘트의 수화에 의해 생기는 수산화칼슘[Ca(OH)2]과 광물질 혼화재가 서서히 반응하여 불용성화합물을 만드는 포졸란 반응에 기초한 것으로 이러한 재료를 사용한 콘크리트는 워커빌리티 증가, 블리딩 감소, 장기강도 발현 우수, 수화열 감소 등의 장점을 갖는 것은 콘크리트 제조에 있어 일반적으로 알려져 있는 내용이다. 그러나 수중불분리 콘크리트에 혼화재를 적용하는 경우를 살펴보면 다음과 같은 문제점이 있다. 첫 번째로 유동성을 향상시키기 위한 방법으로 플라이애쉬를 사용하는 방법이 있으나 플라이애쉬의 FA 함유율에 따라 유동성이 저하되기도 하는 등 품질변동이 크며 플라이애쉬 혼합시 응결이 지연되고 현탁물질 농도가 기준에 만족하지 못하는 등 수중불분리 콘크리트의 품질에 역효과를 준다. 두번째로 고로슬래그를 사용하는 경우 플라이애쉬에 비해 많은 양을 사용할 수 있어 수화열 감소와 유동성을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나 플라이애쉬와 마찬가지로 현탁물질 농도 기준을 만족하기 어렵다. 따라서 국내에서는 주로 시멘트만 사용하는 배합이 주를 이루고 있다.

또한 감수제와 증점제를 적절히 배합하여 유동성을 향상시키는 경우가 있다. 감수제의 경우 종전에는 멜라민계 감수제를 사용하였으나 보다 성능이 우수한 폴리칼본산계 감수제를 사용하여 유동성을 증진시키는 결과를 나타내고 있다. 그러나 감수제를 많이 사용하게 되면 유동성은 향상되나 반대로 콘크리트의 점성이 떨어져 수중에 콘크리트가 타설되었을 때 물에 의해 시멘트가 씻겨져 나와 시멘트와 골재와의 재료분리가 발생하고 결국에는 수질을 오염시키는 결과가 발생한다. 따라서 감수제와 증점제의 적절한 조화를 이루어지도록 배합하였을 때 현탁액 농도 기준을 만족한 상태에서 슬럼프플로우 최대 500mm가 기술적 한계인 것으로 볼 수 있다.

따라서 그러므로 수중불분리 콘크리트의 유동성을 향상시키기 위한 배합방법으로는 광물질 혼화재 사용 혼화재의 종류에 따라서 강도발현 시기는 차이가 나게 되며 2가지 이상의 광물질 혼화재를 함께 사용할 경우 사용한 광물질 혼화재의 특성에 따라 강도발현에 관한 문제는 더욱 심각해질 수 있다.

또한, 광물질 혼화재를 사용한 경우, 강도가 증진되는 현상을 장기재령에 대한 포졸란 반응에 기초하기 때문에 콘크리트 양생에 더욱 신경을 써야 하므로 건설현장에서는 압축강도 이력관리가 상당히 어려워진다는 문제점이 발생한다.

한편, 수중불분리 콘크리트 제조방법은 콘크리트 1㎥를 만드는데 필요한 단위수량을 약 200~220㎏/㎥로 정하고 물-결합재비를 약 45~55중량%가 되도록 단위시멘트량을 조절하고, 잔골재율을 30~50중량%로 하여 5mm이하의 강모래 또는 부순모래를 잔골재로 사용하고 5~25mm의 강자갈 또는 쇄석골재를 굵은골재로 구성하여 일정의 유동성(통상 슬럼프 플로우 최대 500mm)을 확보하기 위해 멜라민계 고성능감수제와 셀룰로오스 증점계를 적정비율로 혼합하여 제조하는 것이 일반적이라 할 수 있다.

그러나, 이 같은 콘크리트 제조방법은 배합에서는 시멘트와 혼화제만을 사용하기 때문에 유동성(슬럼프 플로우 최대 500mm)을 확보하기에 한계가 있으며 유동성을 증가시키기 위해서는 증점제의 사용량을 줄이고 고성능감수제의 사용량이 크게 증가시켜야 하는데 이렇게 할 경우 현탁물질 기준을 확보하지 못하게 된다는 문제점이 있다. 또한 고성능 감수제를 다량으로 사용하게 되면 콘크리트 내부의 공기량이 증가하게 된다는 문제점이 있는데 수중 불분리 콘크리트의 경우 공기량을 1㎥의 콘크리트 내부에 4.5중량% 이하의 공기량을 연행하도록 콘크리트 배합설계를 권장하고 있다.

하지만 너무 많은 공기량이 발생하게 되면 콘크리트 내부에 연행되었던 기포가 콘크리트가 경화된 후에는 공극으로 남게 되고 이는 강도를 저하시키는 취약부위로 작용하게 되는데 특히, 초고성능 콘크리트에 주로 사용되는 고성능감수제인 폴리칼본산계는 콘크리트 제조시 공기를 많이 발생시키므로 이에 대한 문제점이 현실적으로 남아있다.

그리고, 광물질 혼화재를 사용하는 경우 유동성은 증가시킬 수 있으나 응결지연이나 현탁물질 농도를 증가시키게 되어 수중불분리 콘크리트의 기준을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문에 국내의 시공현장에서는 사용하지 못하고 있는 실정이었다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭한 결과, 플라이애시에 비해 고로슬래그를 사용할 경우 콘크리트의 유동성 뿐만아니라 점성도 같이 증가하게 되는데 이는 고로슬래그가 플라이애쉬에 비해 분말도가 높고 구형의 형상을 가지고 있기 때문에 수중불분리 콘크리트에 필요한 유동성을 증가시켜 고유동을 달성하는데 유리하고 고로슬래그의 제조 특성상 플라이애쉬 보다 비표면적이 커서 점성을 유지하는데 유리하다는 것으로 재해석 할 수 있었고,

이와 같은 사실에 근거하여 비교적 경제적인 0.5mm 이하의 규사를 모래에 치환하여 사용하게 되면 증점제나 고성능감수제를 대폭 추가하지 않으면서도 점성과 유동성을 부여할 수 있다는 것을 알 수 있었으며,

이 규사를 이용하여 골재사이에서 비표면적을 증가시켜 점성이 증가되어 현탁액이 감소에 도움을 주는 것으로 볼 수 있다는 점을 확인하였고, 증가된 비표면적 사이에 수분은 유지하고 있으므로 유동성이 유지되는 결과를 나타낸다는 것을 알고, 본 발명을 제안하게 된 것으로,

본 발명은 시멘트와 고로슬래그를 고유동을 발휘할 수 있도록 이들 재료를 일정의 비율로 혼합하여 결합재로 구성하고, 이러한 결합재를 이용하여 적정의 물-결합재비(또는 물-시멘트비)에서 모래와 굵은골재를 사용하고 모래에 대하여 0.5mm이하의 규사를 적정의 비율로 치환하여 사용하고, 고성능 감수제와 수중불분리 혼화제를 사용하고 유동성이 매우 향상된 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료 및 이를 이용한 수중불분리 콘크리트의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료에 관한 것으로, 고유동 수중불분리 콘크리트 배합설계의 단위시멘트량을 구성하는 결합재의 조성이 시멘트 60~80중량%, 고로슬래그 20~40중량%로 구성되고 0.5mm이하의 규사를 사용하는 잔골재(모래)에 대해 5~20중량%로 치환하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 구성재료를 이용하여 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 결합재, 배합수, 잔골재, 굵은골재, 0.5mm 이하의 규사를 포함하여 구성되는 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법에 있어서, 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위수량을 180~205㎏/㎥으로 물을 준비하는 단계; 본 발명에서 제시한 구성재료를 이용하여, 물-결합재비(W/B)가 35~55중량%가 되도록 배합하고, 사용된 결합재의 함량대비 1~5중량%의 폴리칼본산계 고성능감수제를 배합하고, 사용된 단위수량의 함량대비 0.9~1.2중량%의 수중불분리 혼화제를 배합하고 배합수를 준비하는 단계; 상기 잔골재와 굵은골재를 잔골재율이 45~65중량%가 되도록 골재를 준비하는 단계; 상기 준비물들을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서의 고유동 수중불분리 구성재료의 구성은 시멘트 보다 작은 입자를 사용하여 비표면적을 크게 하여 점성을 증가시키는 효과에 근거한 구성이며, 이와 마찬가지로 일반적인 경우 모래와 굵은골재로 이루어지는 골재부에 대해 모래를 0.5mm이하의 평균입경을 갖는 규사를 사용하여 수중불분리 콘크리트의 유동성을 유지하면서도 고유동 수중불분리 구성재료 전체의 점성을 증가시키는 것으로서 이론적으로 살펴보면 다음과 같다.

즉, 수중불분리 콘크리트가 시멘트, 물, 잔골재, 굵은골재로 이루어진 것으로 볼 때, 이들은 각각의 일정한 크기를 갖는 입자들로 구성되어 있고 물이 들어가 재료가 혼합되어질때 각각 입자 주변으로 물입자들이 둘러싸여지게 된다.

여기에 시멘트 입자보다 작은 고로슬래그를 사용하면 고로슬래그의 비표면적이 더 크기 때문에 동일량의 물을 사용했을 때 고로슬래그 주위를 둘러싸는 물입자의 양이 늘어나게 되어 종국에는 콘크리트의 점성이 증가되어 진다.

이와 마찬가지로 잔골재인 모래와 굵은골재를 구성하고 있는 골재부에서 5mm이하의 입자크기를 갖는 모래의 일정량을 0.5mm이하의 입자크기를 갖는 규사를 치환하여 사용하면 콘크리트용 재료 전체의 점성이 크게 향상된다.

한편, 콘크리트의 점성이 증가한다는 것은 상대적으로 콘크리트의 유동성이 감소한다는 것을 의미한다. 그러나 고로슬래그의 입자의 입형은 구형으로 형성되어 있어 콘크리트의 유동성을 향상시키는 역할을 한다는 것은 건설현장에서 수 십년간 검증하여 사용한 결과이다. 0.5mm이하의 규사 또한 자연산 규사를 사용할 경우 입형이 구형으로 되어 있어 유동성을 유지할 수 있어 여기에 상기 제시한 수중불분리 콘크리트 제조에 필요한 배합에 따라 제조될 경우 현탁액 기준을 만족시키면서도 슬럼프플로우 600mm 이상을 나타내는 고유동 수중불분리 콘크리트 제조가 가능하다.

이 같은 이론에 근거한 본 발명의 초고강도 콘크리트용 구성재료는 시멘트 50~70중량%, 고로슬래그 30~50중량%로 구성되고 0.5mm이하의 규사를 사용하는 잔골재(모래)에 대해 5~20중량%로 치환하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 고로슬래그의 함량이 20중량%미만이면 슬럼프플로우가 저하되고 수화열 저감 등 내구성이 확보되지 못하는 단점이 있으며, 고로슬래그의 함량이 40중량%를 초과하면 콘크리트의 압축강도가 상당히 감소하고 현탁액이 과도하게 발생한은 단점이 있다.

상기 규사의 치환량이 5중량%미만이면 점성증가의 효과가 없는 단점이 있으며, 20중량%를 초과하면 슬럼프플로우 및 압축강도가 저하되는 단점이 있다.

상기 시멘트, 고로슬래그의 비율에 있어서 콘크리트의 유동성 및 현탁액 발생량을 고려하면 각각 58~62중량%, 38~42중량%, 이때 0.5mm 이하 규사는 모래의 8~17중량%로 치환되도록 구성되는 것이 보다 바람직하며, 60중량%, 40중량%, 이때 0.5mm 이하 규사는 모래의 15중량%로 치환되도록 구성되는 것이 가장 바람직하다.

상기 0.5mm 규사는 매우 가는 크기별로 분급한 자연산 모래로서 SiO2 성분이 90% 이상인 규사이며, 분말의 평균입경은 0.5mm이하인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성재료를 사용하여 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법은, 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하는 방법에 있어서, 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위수량을 180~205㎏/㎥으로 물을 준비하는 단계; 본 발명에서 제시한 결합재를 이용하여, 물-결합재비(W/B)가 35~55중량%가 되도록 배합하고, 사용된 단위수량의 함량대비 0.9~1.25중량%의 수중불분리 혼화제를 배합하고 배합수를 준비하는 단계; 상기 잔골재와 굵은골재를 잔골재율이 45~65중량%가 되도록 골재를 준비하는 단계; 상기 준비물들을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 각 단계는 설명의 편의상 부여한 것으로 순서를 결정하는 것은 아니고, 배합비율이 적절하다면 일반적인 여러 콘크리트 배합순서에 의해 배합을 행할 수 있다.

상기 물은 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위수량을 180~205㎏/㎥으로 준비하는데, 이는 기존의 수중불분리 콘크리트에서 사용하는 단위수량인 사용되는 210~220㎏/㎥에 비교하여 상당히 감소시킨 것으로 고가의 수중불분리 혼화제 사용을 감소시킨 경제적인 배합을 구성하는 것이고 결합재 및 골재의 양 및 상태에 따라 적절한 수량을 준비하는 것이다.

상기 잔골재와 굵은골재는 잔골재율이 45~65중량%가 되도록 적용한다. 일반적으로 콘크리트 배합에서 잔골재율은 40~50중량%의 배합을 선택하여 사용하며, 잔골재율은 소요의 워커빌리티를 얻을 수 있는 범위내에서 단위수량이 최소가 되도록 정하게 되어있다.

일반 콘크리트에서는 잔골재율이 증가하면 건조수축이 증가하는 문제점이 있으나 역으로 생각하면 수중불분리 콘크리트는 수중에 노출되어 있어 건조가 발생하지 않아 오히려 잔골재율을 증가시켜 콘크리트의 유동성이 증가하고 증점제와 같은 화학적 혼화제를 적게 사용하면서도 점성이 증가시킬 수 있는 장점이 될 수 있다.

또한 근래 들어 수심이 깊은 해저에 유속의 흐름에 의해 수중불분리 콘크리트의 파괴가 일어나 이를 막기 위해 강섬유를 혼입한 섬유보강 수중불분리 콘크리트가 소개되고 있는데 강섬유를 많이 혼입할수록 강섬유가 콘크리트의 국부적인 파괴를 방지할 수 있으나 기존 수중불분리 콘크리트에는 굵은골재를 많이 사용하므로 강섬유를 많이 혼입하지 못하는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에서는 잔골재율을 기존에 비해 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 잔골재율을 증가시켜 본 발명에서 제시한 콘크리트에 강섬유를 다량으로 넣어 고유동 수중불분리 강섬유 보강 콘크리트도 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한 잔골재율을 증가시켜 굵은골재의 양을 줄이므로써 압축강도가 증진되는 효과를 얻을 수 있다.

상기 물-결합재비(W/B)는 35~55중량%가 되도록 배합하는데, W/B가 35중량%미만이면 유동성 확보가 어렵고, 55중량%를 초과하면 강도에 문제가 발생한다.

상기 폴리칼본산계 고성능감수제는 일반적으로 알려져 있는 것을 사용할 수 있으며, 사용된 결합재의 함량대비 1~5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

이때 결합재 함량대비 1중량%미만이면 그 첨가효과가 미미하고, 5중량%를 초과하면 고유동 수중불분리 콘크리트의 점성이 감소하여 현탁액 발생이 과다해지는 등의 문제가 있다.

상기 수중불분리 혼화제는 일반적으로 알려져 있는 것을 사용할 수 있으며, 사용된 단위수량의 함량대비 0.9~1.25중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

이때 결합재 함량대비 0.9중량%미만이면 그 첨가효과가 미미하고, 1.25중량%를 초과하면 고유동 수중불분리 콘크리트의 유동성이 현격히 떨어지고 응결 및 수화가 지연되고 비경제적인 배합이 되는 등의 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 고유동 수중불분리 콘크리트의 구성재료 및 이를 이용한 제조방법에 따르면, 종래 슬럼프플로우 500mm 정도가 한계인 수중불분리 콘크리트에 비해 600mm이상으로 나타내면서도 증점제나 고성능감수제를 과도하게 사용하지 않고도 재료의 점성을 증가시킬 수 있는 비교적 간단한 배합설계 및 제조방법으로 정리될 수 있고 고유동성 및 초고강도를 효과적으로 얻을 수 있었다.

특히 고로슬래그를 사용함으로써 수중불분리 콘크리트의 현탁액 기준을 초과하여 수중불분리 콘크리트 품질관리 등에 대한 어려움을 해결하는데 효과가 있었다.

도 1은 시리즈 1에 대한 슬럼프플로우 측정결과 그래프이다.
도 2는 시리즈 1에 대한 현탁물질량 측정결과 그래프이다.
도 3은 시리즈 1에 대한 수중/기중 압축강도 비 측정결과 그래프이다.
도 4는 시리즈 2에 대한 슬럼프플로우 측정결과 그래프이다.
도 5는 시리즈 2에 대한 현탁물질량 측정결과 그래프이다.
도 6은 시리즈 2에 대한 수중/기중 압축강도 비 측정결과 그래프이다.
도 7은 시리즈 3에 대한 슬럼프플로우 측정결과 그래프이다
도 8은 시리즈 3에 대한 현탁물질량 측정결과 그래프이다.
도 9는 시리즈 3에 대한 수중/기중 압축강도 비 측정결과 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료 및 이를 이용한 고유동 수중불분리 콘크리트 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 이하 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.

<실시예 1>

본 실시예에서는 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료를 검토하기 위해 하기 표1과 같은 배합설계를 하였다. 여기서 결합재란 시멘트(C), 고로슬래그(BS), 플라이애쉬(FA)를 모두 합한 것을 말한다.

배합설계는 3가지 시리즈로 나누었는데 먼저, 시리즈 1은 고로슬래그와 플라이애쉬를 사용할 때 고유동 콘크리트 제조에 유리한 혼화재를 선택하기 위한 실험으로 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위시멘트량을 450㎏/㎥으로 하고, 이중에서 고로슬래그는 시멘트 사용량의 40%중량으로 치환하여 사용하고 플라이애쉬는 시멘트 사용량의 25%중량으로 치환하였다. 고로슬래그를 사용한 배합을 BS, 플라이애쉬를 사용한 배합을 FA로 정하였다. 이때 순수 시멘트만 사용한 경우와 비교를 하였으며 그 배합을 OPC로 하였다.

시리즈 2는 최적의 고로슬래그 구하기 위한 실험으로 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위시멘트량을 550㎏/㎥으로 하고, 이중에서 배합수의 사용량을 200㎏/㎥으로 고정한 뒤 단위시멘트량 550㎏/㎥에 해당하는 부분에 대해 시멘트와 고로슬래그로 채우고 각각의 사용량을 변화시켰다.

시멘트량의 각각 0, 20, 40, 60%중량에 해당하는 고로슬래그 사용량에 대한 배합을 BS 0 BS20, BS40, BS60으로 정하였다. 시리즈 1에 비해 압축강도를 확보하기 위해 단위시멘트량을 증가시켰다.

시리즈 3은 잔골재를 사용함에 있어서 잔골재의 일부를 평균직경 0.5mm이하의 크기를 갖는 규사를 사용하여 고유동 수중불분리 콘크리트의 점성을 증가시켜 현탁물질 발생량을 줄이는 효과를 파악하고자 하였다. 잔골재의 각각 0, 5, 10, 15, 20%중량에 해당하는 규사 사용량에 대한 배합을 BSFS 0, BSFS 5, BSFS 10, BSFS 15, BS20으로 정하였다.

항목		굵은골재 최대치수 (mm)	물 - 결합재비 (W/B) (%)	잔골재율 (S/a) (%)	단위량(kg/)							비고
					배합수 (W)	결합재 (B=C+SF+F)			잔골재 (S)		굵은 골재 (G)	수중불분리혼화제 (AWA) (W×％)	고성능감수제 (SP) (B×％)
						시멘트 (C)	고로슬래그 (BS)	플라이애쉬 (FA)	잔골재 (S)	규사 (FS)
시리즈 1	OPC	20	50	47	220	450	0	0	731	0	860	1.2	3.0
	BS	20	50	47	220	270	180	0	725	0	853	1.2	3.0
	FA	20	50	47	220	338	0	113	711	0	837	1.2	3.0
시리즈 2	BS0	20	37	46	200	550	0	0	702	0	860	1.0	2.5
	BS20	20	37	46	200	440	110	0	698	0	856	1.0	2.5
	BS40	20	37	46	200	330	220	0	695	0	851	1.0	2.5
	BS60	20	37	46	200	220	330		691	0	847	1.0	2.5
시리즈 3	BSFS0	20	37	46	200	330	220	0	695	0	851	1.0	2.5
	BSFS05	20	37	46	200	330	220	0	660	35	851	1.0	2.5
	BSFS10	20	37	46	200	330	220	0	594	66	851	1.0	2.5
	BSFS15	20	37	46	200	330	220	0	505	89	851	1.0	2.5
	BSFS20	20	37	46	200	330	220	0	404	101	851	1.0	2.5

상기 표1과 같은 비율로 시멘트, 고로슬래그 또는 플라이애쉬, 잔골재, 굵은골재, 규사를 믹서에 투입하여 30rpm의 속도로 5분 동안 건비빔을 한 다음, 배합수, 고성능 감수제, 수중불분리 혼화제를 투입하여 다시 40rpm의 속도로 1분 30초 동안 혼합하여 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조한 다음 슬럼프플로우, 압축강도를 측정하여 도 1 내지 도 4에 나타내었다.

먼저, 도 1은 시리즈 1에 대한 슬럼프플로우 측정결과이다. 시리즈 1은 고로슬래그나 플라이애쉬를 사용한 경우 슬럼프플로우가 향상되는 결과를 나타냈다. 광물질 혼화재의 적절한 사용은 유동성을 향상시키는데 그중에서 BS의 경우 슬럼프플로우가 620mm로 가장 많이 나타나 고유동 수중불분리 콘크리트의 유동성을 크게 향상시키는 것으로 나타났다.

도 2는 시리즈 1에 대한 현탁물질 측정결과이다. 광물질 혼화재를 사용한 경우가 시멘트만 사용한 OPC에 비해 현탁물질이 크게 증가하였고, 플라이애쉬의 경우 고로슬래그를 사용한 경우가 비해 현탁물질이 크게 발생하는 것으로 나타났다. 한편, 수중불분리 콘크리트의 경우 현탁물질량 기준을 정해놓고 있는데 한국콘크리트 학회에서는 50mg/l, 대한토목학회에서는 150mg/l를 초과하지 못하게 정해놓고 있는데 이것을 그림에 점선으로 표시하였다.

도 3은 시리즈 1에 대한 수중 및 기중에서 양생한 공시체에 대해 압축강도를 재령에 따라 각각 측정하여 비율로 나타낸 것으로 슬래그를 사용한 배합에서 압축강도비가 가장 높게 나왔다.

이것은 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하기 위해서는 고로슬래그를 사용하는 것이 유동성, 현탁물질량, 수중/기중 압축강도 비가 높게나와 고유동 수중불분리 콘크리트 제조에 유리한 것로 판단된다.

도 4는 시리즈 2에 대한 슬럼프플로우 측정결과이다. 시리즈 2는 고로슬래그의 적정사용량을 결정하기 위한 실험으로 BS 40의 경우가 슬럼프플로우가 약 630mm로 가장 향상되는 결과를 나타냈다.

도 5는 시리즈 2에 대한 현탁물질 측정결과이다. 고로슬래그의 사용량이 증가할 수록 현탁물질이 증가하는 것으로 나타났다.

도 6은 시리즈 2에 대한 수중/기중 압축강도 비 측정결과이다. BS 40의 경우가 수중/기중 압축강도 비가 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 고유동 수중불분리 콘크리트에서 고로슬래그를 시멘트에 대해서 40%중량 치환하여 사용하는 것이 현탁물질량이 다소 높지만 유동성과 압축강도면에서 우수하여 최적의 사용량으로 판단된다.

시리즈 3은 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조하기 위해서 고로슬래그의 사용하였으나 현탁물질이 다소 높게 나온 것이 문제가 되었다. 현탁물질을 저감시키기 위해서는 수중불분리제의 첨가량을 늘려야 하는데 이러한 화학적 혼화제의 적정양을 구하기 어려우며 또한 고가인 수중불분리제의 첨가량을 늘리는 것은 비경제적인 배합방법이 된다. 이를 위해 콘크리트용 재료의 점성을 증가시켜야 하는데 이때 0.5mm 이하의 규사를 잔골재에 대해 치환하여 사용할 경우 구성재료의 점성을 주는 효과가 있었고 가장 효과가 큰 사용량을 구하는 실험이다.

도 7는 시리즈 3에 대한 슬럼프플로우 측정결과이다. 규사사용량이 잔골재에 대해 15%중량비까지 사용하여도 유동성 감소는 없었으나 20%중량비 이상에서는 급격한 유동성 저하가 나타났다.

도 8는 시리즈 2에 대한 현탁물질 측정결과이다. 규사사용량이 증가할수록 현탁물질량이 감소하는 경향이 나타났다. 따라서 규사를 잔골재에 대해 치환하여 사용하는 것이 재료의 점성을 증가시켜 유동성을 떨어뜨리지 않으면서 현탁물질을 크게 감소시키는 효과를 나타내었다.

도 9은 시리즈 3에 대한 수중/기중 압축강도 비 측정결과이다. 규사사용량이 증가할수록 압축강도비가 감소하는 경향이 나타났다. 따라서 시리즈 3에서 유동성, 현탁액, 강도비를 종합적으로 고찰한 결과 규사를 잔골재에 대해 15%중량비로 치환하면 플로우 600mm 이상을 가지면서 현탁물질 50mg/l 이하를 유지하는 고유동 수중불분리 콘크리트를 제조할 수 있는 것을 확인하였다.

Claims (4)

1. 고유동 수중불분리 콘크리트 배합설계의 단위시멘트량을 구성하는 결합재의 조성이 시멘트 60~80중량%, 고로슬래그 20~40중량%로 하는 결합재를 구성하여 상기 결합재에 모래와 굵은골재를 이용하여 고유동 수중불분리 콘크리트를 만들 때 0.5mm이하의 규사를 잔골재에 대해 5~20중량%로 일부 치환하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 시멘트, 고로슬래그의 비율에 있어서 각각 58~62중량%, 38~42중량%의 결합재와 이때 0.5mm 이하 규사는 잔골재의 8~17중량%로 치환되도록 하는 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 규사는 SiO2 성분이 90% 이상이고, 평균입경이 0.5mm이하인 가는 모래인 것을 특징으로 하는 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료.
4. 결합재, 배합수, 잔골재, 규사, 굵은골재를 포함하는 재료를 혼합하여 구성되는 고유동 수중불분리 콘크리트의 제조 방법에 있어서,
   1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위수량을 180~205㎏/㎥으로 물을 준비하는 단계;
   청구항 1항 내지 3항 중 어느 한 항의 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료를 이용하여, 물-결합재비(W/B)가 35~55중량%가 되도록 배합하고, 사용된 결합재의 함량대비 1~5중량%의 고형성분 25%-30%를 갖는 폴리칼본산계 고성능감수제를 배합하여 배합수를 준비하는 단계;
   사용된 단위수량의 함량대비 0.9~1.25중량%의 아크릴계, 셀룰로오스계, 폴리사크라이드계 성분이 각각 독립적이거나 둘내지 세가지가 성분이 일정한 비율로 혼합되어 증점제 성분을 갖는 수중불분리 혼화제를 배합하여 혼화제를 준비하는 단계; 및
   상기 잔골재와 굵은골재를 잔골재율이 30~50중량%가 되도록 골재를 준비하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유동 수중불분리 콘크리트용 재료를 이용한 고유동 수중불분리 콘크리트의 제조방법.

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