KR101217061B1 - Cement Zero Concrete Composition and Cement Zero Concrete & Cement Zero Concrete Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라이애쉬와 고로슬래그를 결합재로 적용한 무시멘트 콘크리트 조성물 및 무시멘트 콘크리트 제조방법에 관한 것으로서, 일반 잔골재의 상당부분을 전기로 산화슬래그 및 바텀애쉬로 치환하면서도 기존의 무시멘트 콘크리트보다 압축강도가 감소하지 않으면서, 작업성 및 시공성이 확보될 수 있도록 하는 콘크리트 배합기술에 관한 것이다.
본 발명은 「결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합되되, 상기 결합재로는 플라이애쉬 또는 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말의 혼합물이 적용되고, 상기 결합재의 화학반응을 활성화시키는 알칼리 활성화제가 첨가된 무시멘트 콘크리트 조성물에서, 상기 잔골재는 일반 잔골재 40~80wt% 및 전기로 산화슬래그 20~60wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물」을 제공한다. The present invention relates to a cementless concrete composition and a method of manufacturing cementless concrete using fly ash and blast furnace slag as binders, and replace compressive portions of general fine aggregates with oxidized slag and bottom ash, but have higher compressive strength than conventional cemented concrete. The present invention relates to a concrete compounding technology that enables workability and workability to be secured without decreasing.
The present invention is "binder, coarse aggregate, fine aggregate and water is blended in the weight ratio for the target slump and the target compressive strength, but the binder is a fly ash or a mixture of fly ash and blast furnace slag fine powder, and the chemicals of the binder In the cement concrete composition to which the alkali activator is added to activate the reaction, the fine aggregate is 40 to 80wt% of the general fine aggregate and 20 to 60wt% of the oxide slag of electricity to provide.
Description
본 발명은 플라이애쉬와 고로슬래그를 결합재로 적용한 무시멘트 콘크리트 조성물 및 무시멘트 콘크리트 제조방법에 관한 것으로서, 일반 잔골재의 상당부분을 전기로 산화슬래그 및 바텀애쉬로 치환하면서도 기존의 무시멘트 콘크리트보다 압축강도가 감소하지 않으면서, 작업성 및 시공성이 확보될 수 있도록 하는 콘크리트 배합기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a cementless concrete composition and a method of manufacturing cementless concrete using fly ash and blast furnace slag as binders, and replace compressive portions of general fine aggregates with oxidized slag and bottom ash, but have higher compressive strength than conventional cemented concrete. The present invention relates to a concrete compounding technology that enables workability and workability to be secured without decreasing.
시멘트란 넓은 뜻으로는 물질과 물질을 접착하는 물질을 말하고 있으나, 일반적으로는 토목·건축용의 무기질 결합경화재를 의미한다. 다만, 본 발명에서의 '시멘트'는 석회, 실리카, 알루미나 등을 주성분으로 하는 '포틀랜드 시멘트(OPC)'를 지칭하는 좁은 의미로 사용하며, 상기 포틀랜드 시멘트와 플라이애쉬, 바텀애쉬, 고로슬래그, 전기로 산화슬래그, 황토 등의 혼화재(混和材)를 함께 아우르는 무기질 결합경화재(넓은 의미의 시멘트)는 '결합재'라 칭함을 미리 밝혀둔다.
Cement broadly means a substance that bonds a substance to a substance, but generally means an inorganic bond hardener for civil engineering and construction. However, the term 'cement' in the present invention is used in a narrow sense to refer to the 'portland cement (OPC), the main component of lime, silica, alumina, etc., the portland cement and fly ash, bottom ash, blast furnace slag, electricity Inorganic bonding hardeners (a wide range of cements), which contain mixed materials such as furnace oxide slag and loess, are known as 'binders' in advance.
시멘트는 산업의 근대화 과정에서 가장 중요하고 널리 사용되어 온 건설용 구조재료로서 도로, 교량, 터널, 항만, 주택, 건물 등 각종 사회간접자본(SOC)의 건설에 있어 기본이 되는 재료이다. 이러한 시멘트는 석회석 등을 주원료로 하여 소성과정 즉 클링커 제조시 고온(약 1,500℃)상태에서 제조되는데, 이 과정에서 시멘트 1톤 생산당 0.7~1.0톤의 이산화탄소 가스를 배출하게 된다. 이에 따라 시멘트가 그 동안 건설산업에서 중요한 역할을 해왔음에도 불구하고 최근에는 자연 및 지구환경에 대한 부정적인 재료로 인식되는 경향이 높아지고 있다.
Cement is the most important and widely used structural material used in the modernization of the industry. Cement is the basic material for the construction of various SOCs such as roads, bridges, tunnels, ports, houses and buildings. Such cement is produced in the high temperature (about 1,500 ℃) state during the firing process, that is, clinker manufacturing using limestone as the main raw material, in the process of producing 0.7 ~ 1.0 tonnes of carbon dioxide gas per tonne of cement. As a result, although cement has played an important role in the construction industry, it has recently become increasingly recognized as a negative material for the natural and global environment.
우리나라에서 시멘트 생산량은 연간 약 6,300만 톤으로 약 5,670만 톤의 이산화탄소를 배출하여 철강산업에 이어 두 번째로 많이 이산화탄소를 배출하고 있다. 한편, 1992년 브라질 리오에서 지구온난화 방지를 위한 기후변화 협약이 채택된 이후 지구온난화 문제가 인류 공동과제로 인식되었고, 세계 각국은 일찍부터 이에 대응방안을 마련하였다. 특히, 1997년 일본 쿄토에서 기후변화협약에 관한 교토의정서가 채택된 이후, 2005년 교토의정사가 발효됨에 따라 세계 38개국의 선진국은 온실가스 감축의무를 준수해야 한다. 교토의정서에 따르면 제1차 공약기간(2008년~2012년)에 1990년도 배출량 대비 평균 5.2%를 감축해야 하는 어려운 과제를 안고 있다. 이렇게 강도 높은 온실가스 감축노력은 우리나라도 예외는 아니며, 2013년부터 온실가스를 감축해야 하는 2차 의무이행 대상국에 편입될 것이 확실시 됨에 따라 정부차원에서 강력한 대책이 필요한 실정이다. 우리나라는 2004년 기준 4억 6210만톤의 이산화탄소를 배출하여 이산화탄소 배출량 세계 10위를 차지하고 있으며, 특히 이산화탄소의 배출량 증가율은 중국에 이어 세계에서 2번째로 높은 실정이다.In Korea, cement production is about 63 million tons per year, releasing about 57.7 million tons of carbon dioxide, which is the second largest after the steel industry. On the other hand, since the climate change agreement to prevent global warming was adopted in Rio in Brazil in 1992, the issue of global warming was recognized as a common human task. In particular, since the Kyoto Protocol on the Climate Change Convention was adopted in Kyoto, Japan in 1997, the Kyoto Protocol came into force in 2005, and 38 developed countries must comply with their obligations to reduce greenhouse gases. According to the Kyoto Protocol, there is a difficult task to reduce the average 5.2% of emissions in 1990 during the first commitment period (2008-2012). Such strong GHG reduction efforts are no exception to Korea, and since 2013, it is clear that they will be included in the second mandatory countries that need to reduce GHG emissions. As of 2004, Korea emits 462.12 million tons of carbon dioxide, making it the 10th largest carbon dioxide emitter in the world.
이런 상황에 맞추어 국내 모든 산업분야에서는 이산화탄소 발생량을 감축하기 위해 많은 설비투자, 기술 개발 등 노력을 하고 있으며, 시멘트 산업에서도 설비의 효율성을 높이고 생산과정에서 유연탄 대신 대체연료의 사용을 늘려 생산하거나 플라이애시, 고로슬래그 등의 혼합시멘트를 사용하는 등 이산화탄소 발생량을 저감하고자 노력하고 있다.
In line with this situation, all domestic industries are making a lot of investments in equipment and technology development to reduce CO2 emissions.In the cement industry, the efficiency of facilities is increased, and the use of alternative fuels instead of bituminous coal is produced or fly ash in the production process. It is trying to reduce the amount of carbon dioxide by using mixed cement such as blast furnace slag.
이에 대한 결과로서 플라이애쉬나 고로슬래그와 같은 산업 부산물을 시멘트(OPC)양에 대해 부분 치환한 콘크리트의 사용이 점차 보편화되고 있으며, 시멘트(OPC) 없이 플라이애쉬와 고로슬래그를 알칼리 활성화시킨 무시멘트 콘크리트에 관한 연구결과도 발표되고 있다. As a result of this, the use of concrete by partially replacing industrial by-products such as fly ash and blast furnace slag with respect to the amount of cement (OPC) is gradually becoming common. Cement cement concrete that alkali-activates fly ash and blast furnace slag without cement (OPC) Research results are also being published.
양근형, 송진규의 논문「알칼리 활성화를 이용한 무시멘트 콘크리트의 구조 성능 및 적용」(콘크리트학회지 제19권 2호, 2007. 3)에는 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말이 알칼리 활성화제에 의해 활성화되어 경화되는 메카니즘과 무시멘트 콘크리트의 여러 가지 장단점이 소개되어 있다.In the paper `` Structural Performance and Application of Cemented Concrete Using Alkali Activation '' (Korean Journal of Concrete Sciences Vol. 19, No. 2, 2007. 3), a mechanism by which fly ash and blast furnace slag fine powders are activated and cured by alkali activators Several advantages and disadvantages of concrete and cementless concrete are introduced.
또한, 공개특허 제2010-0023453호 「플라이애쉬와 고로슬래그를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법」에는 플래이애쉬 및 고로슬래그의 분말도 및 중량비에 따른 강도발형 성상과 양생방법이 소개되어 있다.
In addition, Korean Patent Application Publication No. 2010-0023453 "Method of manufacturing cementless concrete using fly ash and blast furnace slag" has introduced the strength formability and curing method according to the powder ratio and weight ratio of fly ash and blast furnace slag.
그러나 최근 골재 수급불균형 문제 및 천연자원 고갈에 관한 사회적 관심이 집중되는 가운데, 전기로 산화슬래그와 바텀애쉬를 무시멘트 콘크리트의 잔골재로 적용하는 방안에 관한 연구결과는 발표된 바 없다.
Recently, however, there has been no research on the application of oxidized slag and bottom ash as fine aggregate in cement concrete.
본 발명은 전기로 산화슬래그와 바텀애쉬를 무시멘트 콘크리트의 잔골재로 적용하면서도 종래의 무시멘트 콘크리트에 비해 압축강도와 유동성을 더욱 증진킬 수 있는 무시멘트 콘크리트 조성물 및 무시멘트 콘크리트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention is to provide a cement concrete composition and cement concrete manufacturing method that can further improve the compressive strength and fluidity compared to conventional cement concrete while applying the oxide slag and bottom ash as an aggregate of cement cement. The purpose.
본 발명은 「결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합되되, 상기 결합재로는 플라이애쉬 또는 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말의 혼합물이 적용되고, 상기 결합재의 화학반응을 활성화시키는 알칼리 활성화제가 첨가된 무시멘트 콘크리트 조성물에서, 상기 잔골재는 일반 잔골재 40~80wt% 및 전기로 산화슬래그 20~60wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물」을 제공한다.
The present invention is "binder, coarse aggregate, fine aggregate and water is blended in the weight ratio for the target slump and the target compressive strength, but the binder is a fly ash or a mixture of fly ash and blast furnace slag fine powder, and the chemicals of the binder In the cement concrete composition to which the alkali activator is added to activate the reaction, the fine aggregate is 40 to 80wt% of the general fine aggregate and 20 to 60wt% of the oxide slag of electricity to provide.
또한, 본 발명은 「결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합되되, 상기 결합재로는 플라이애쉬 또는 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말의 혼합물이 적용되고, 상기 결합재의 화학반응을 활성화시키는 알칼리 활성화제가 첨가된 무시멘트 콘크리트 조성물에서, 상기 잔골재는 일반 잔골재 30~79중량wt%, 전기로 산화슬래그 20~60중량% 및 바텀애쉬 1~10중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention is "binder, coarse aggregate, fine aggregate and water is blended in the weight ratio for the target slump and the target compressive strength, the binder is a fly ash or a mixture of fly ash and blast furnace slag fine powder, the binder In the cement concrete composition with an alkali activator added to activate the chemical reaction of the fine aggregate, the fine aggregate is composed of 30 to 79 wt% of the general fine aggregate, 20 to 60 wt% electric furnace oxide slag and 1 to 10 wt% bottom ash Cementless concrete composition "to be provided together.
또한, 본 발명은 「상기 결합재는 플라이애쉬 88~99wt% 및 고로슬래그 미분말 1~12wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides the "cement cement composition, characterized in that the binder is composed of fly ash 88 ~ 99wt% and blast furnace slag fine powder 1 ~ 12wt% ''.
또한, 본 발명은 「상기 알칼리 활성화제로는 수산화나트륨 분말을 적용하며, 상기 수산화나트륨 분말과 물의 중량배합비가 1:1:1.86~5.00인 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides the "cement cement composition, wherein the alkali activator is applied with sodium hydroxide powder, and the weight ratio of the sodium hydroxide powder and water is 1: 1: 1.86-5.00.
또한, 본 발명은 「(a) 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말이 혼합된 결합재, 일반 잔골재, 전기로 산화슬래그 및 바텀애쉬가 혼합된 잔골재, 굵은골재 및 물을 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합하여 믹싱하는 단계; (b) 수산화나트륨 분말을 첨가하고, 믹싱하여 무시멘트 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; (c) 무시멘트 콘크리트 조성물을 60℃로 1일 양생한 후, 측정재령까지 20℃로 기건양생하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제조방법」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention "(a) fly ash and blast furnace slag fine powder mixture, the general fine aggregate, the fine aggregate aggregated with the electric furnace oxide slag and the bottom ash, coarse aggregate and water, the weight ratio for the target slump and the target compressive strength expression Mixing by mixing; (b) adding sodium hydroxide powder and mixing to prepare a cementless concrete composition; (c) curing the cement concrete composition at 60 ° C. for 1 day, and then curing the air at 20 ° C. until the measurement age; Cemu cement concrete manufacturing method characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명은 「상기 (a)단계는 상기 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 물을 믹서에 투입하여 20~60rpm으로 10~300초간 믹싱하고, 상기 (b)단계는 상기 수산화나트륨 분말을 첨가하여 30~50rpm으로 60~300초간 믹싱하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제조방법」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention "the step (a) is the binder, fine aggregate, coarse aggregate and water into a mixer for 10 to 300 seconds mixing at 20 ~ 60rpm, the step (b) by adding the sodium hydroxide powder Cemu cement concrete manufacturing method characterized by mixing for 60 to 300 seconds at 30 ~ 50rpm.
본 발명에 따르면 전기로 산화슬래그와 바텀애쉬를 무시멘트 콘크리트의 잔골재로 적용함으로써 이산화탄소 발생량을 저감시킴과 함께 골재 수급불균형 문제 및 천연자원 고갈 문제를 일부 해소하고, 산업부산물의 활용 범위를 확대시켜 나갈 수 있다.
According to the present invention, by applying the electric furnace oxidized slag and bottom ash as fine aggregate of cement concrete, it reduces carbon dioxide generation, solves the problem of aggregate supply and demand imbalance and depletion of natural resources, and expands the scope of industrial by-products. Can be.
[도 1]과 [도 2]는 전기로 산화슬래그를 잔골재로 적용한 무시멘트 콘크리트의 슬럼프와 압축강도를 나타낸 그래프이다.
[도 3] 및 [도 4]는 잔골재 중 전기로 산화슬래그의 구성비율을 40wt%로 고정한 후 바텀애쉬의 구성비율을 0~15wt% 범위에서 치환한 무시멘트 콘크리트의 슬럼프 및 압축강도 결과를 나타낸 그래프이다.
[도 5] 및 [도 6]은 결합재를 구성하는 플라이애쉬(F/A) 및 고로슬래그 미분말(BFS)의 사용 비율에 따른 무시멘트 콘크리트의 슬럼프 및 압축강도 결과를 나타낸 그래프이다.
[도 7] 및 [도 8]은 수산화나트륨 분말 및 물의 혼합 비율에 따른 슬럼프 및 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
[도 9]는 무시멘트 콘크리트의 양생온도 조건에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다.1 and 2 are graphs showing the slump and the compressive strength of cementless concrete in which an oxidized slag was applied as a fine aggregate.
3 and 4 show the results of slump and compressive strength of cementless concrete in which the composition ratio of oxidized slag was fixed to 40wt% in the fine aggregates and then the composition ratio of bottom ash was substituted in the range of 0 to 15wt%. It is a graph.
5 and 6 are graphs showing slump and compressive strength results of cementless concrete according to the use ratio of fly ash (F / A) and blast furnace slag fine powder (BFS) constituting the binder.
7 and 8 are graphs showing slump and compressive strength measurement results according to a mixing ratio of sodium hydroxide powder and water.
9 is a graph showing the compressive strength according to the curing temperature conditions of cementless concrete.
Ⅰ. 무시멘트 콘크리트 조성물Ⅰ. Cement Concrete Composition
본 발명이 제공하는 무시멘트 조성물은 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합된 것이다. 따라서, 상기 각 구성성분의 배합비는 슬럼프와 압축강도의 목표값에 따라 달라질 수 있으며 이는 일반적인 사항이므로 관련된 설명은 생략하기로 한다.Cementum composition provided by the present invention is a binder, coarse aggregate, fine aggregate and water is formulated in a weight ratio for the target slump and the target compressive strength. Therefore, the mixing ratio of each of the components may vary depending on the target value of the slump and the compressive strength, which is a general matter, so the description thereof will be omitted.
무시멘트 콘크리트는 말 그대로 시멘트(OPC)를 전혀 사용하지 않는 대신 결합재로서 플라이애쉬만을 적용하거나 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말의 혼합물이 적용한다. 이러한 무시멘트 콘크리트의 기본적인 강도발현 메카니즘은 플라이애쉬와 고로슬래그에 함유된 알루미늄, 실리카 등의 원자를 고농도의 알칼리 성분에 의해 용해시켜 경화성능을 부여하는 것이다. 따라서, 무시멘트 콘크리트에는 상기 결합재의 화학반응을 활성화시키는 알칼리 활성화제가 첨가되어야 하는데, 알칼리 수산화물(ROH)이나 R2O·(n)SiO2 형태의 규산염을 알칼리 활성화제로 사용할 수 있다. 여기서 R은 Na, K, Li 등과 같은 알칼리 금속이온이며, 수산화나트륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산나트륨 및 황산나트륨 등이 일반적으로 사용되는 알칼리 활성화제이다.
Cementless concrete literally does not use cement (OPC) at all, but instead uses only fly ash as a binder or a mixture of fly ash and blast furnace slag powder. The basic strength expression mechanism of the cementless concrete is to dissolve atoms such as aluminum and silica in fly ash and blast furnace slag with high concentrations of alkali components to impart hardening performance. Therefore, an alkali activator for activating the chemical reaction of the binder should be added to the cement cement, and an alkali hydroxide (ROH) or a silicate in the form of R 2 O · (n) SiO 2 may be used as the alkali activator. R is an alkali metal ion such as Na, K, Li, and the like, and sodium hydroxide, sodium silicate, potassium silicate, sodium carbonate, sodium sulfate and the like are generally used alkali activators.
본 발명은 전기로 산화슬래그가 위와 같은 무시멘트 콘크리트에 배합되는 잔골재의 일부로 적용되며, 더 나아가 바텀애쉬도 잔골재의 일부로 적용할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 잔골재의 일부를 전기로 산화슬래그로 치환하는 경우, 상기 잔골재는 일반 잔골재 40~80wt% 및 전기로 산화슬래그 20~60wt%로 구성할 수 있다.
The present invention has the greatest feature in that the oxidized slag is applied as a part of fine aggregate compounded in cement concrete as described above, and furthermore, bottom ash can be applied as part of fine aggregate. When a part of the fine aggregate is replaced by the oxidized slag by electricity, the fine aggregate may be composed of the general fine aggregate 40 ~ 80wt% and the electric oxidation slag 20 ~ 60wt%.
[도 1]과 [도 2]는 전기로 산화슬래그를 잔골재로 적용한 무시멘트 콘크리트의 슬럼프와 압축강도를 나타낸 그래프이다(아래 [표 1]의 조건 참조). [도 1]에 나타난 슬럼프는 KS F 2402에 따라 믹싱 직후에 측정한 결과값이며, [도 2]에 나타난 압축강도는 φ100×200㎜ 규격의 원주형 시험체를 제작하여 1일 및 28일 압축강도를 측정한 결과값이다.1 and 2 are graphs showing the slump and the compressive strength of the cementless concrete in which the oxidized slag was applied as the fine aggregate with electricity (see conditions in Table 1 below). The slump shown in [FIG. 1] is a result measured immediately after mixing according to KS F 2402, and the compressive strength shown in [FIG. 2] is a cylindrical test specimen having a diameter of 100 × 200 mm to produce a compressive strength for 1 and 28 days. Is the result of measuring.
(℃)Curing temperature
(℃)
97
97
3
3
1
One
2.21
2.21
60
60
콘크리트 슬럼프의 경우 전기로 산화슬래그의 구성비율이 커짐에 따라 슬럼프가 증가하는 것으로 나타났으나 잔골재로서 전기로 산화슬래그를 100wt% 사용한 경우의 슬럼프는 225㎜로서 목표 슬럼프 범위를 벗어나는 것으로 나타났다([도 1] 참조).In the case of concrete slump, the slump increased as the composition ratio of oxidized slag increased with electricity, but the slump when 100 wt% of oxidized slag was used as fine aggregate was 225 mm, which is out of the target slump range. 1]).
압축강도의 경우 전기로 산화슬래그의 구성비율이 60wt%에 이르기까지는 기존 무시멘트 콘크리트(전기로 산화슬래그 0wt%) 대비 압축강도가 높게 나타났으나그 구성비율이 80wt%, 100wt%인 경우에는 압축강도가 다소 저하되는 것으로 나타났다([도 2] 참조).In the case of compressive strength, the compressive strength was higher than that of conventional cement concrete (electricity slag 0wt%) until the composition ratio of oxidized slag was 60wt%, but the compressive strength was 80wt% and 100wt%. Was found to be somewhat lowered (see FIG. 2).
이상의 슬럼프 및 압축강도를 검토한 결과, 잔골재의 20~60wt%를 전기로 산화슬래그로 구성한 경우 전기로 산화슬래그를 전혀 사용하지 않은 종래의 무시멘트 콘크리트에 비해 상대적인 워커빌리티와 압축강도가 향상된 것으로 나타났으며, 특히 잔골재의 40wt%를 전기로 산화슬래그로 구성하는 경우 슬럼프 및 압축강도가 가장 우수한 것으로 나타났다.As a result of reviewing the above slump and compressive strength, when the 20 ~ 60wt% of fine aggregate is composed of oxidized slag of electric furnace, it shows that the relative workability and compressive strength are improved compared with the conventional cement concrete which does not use oxidized slag of electricity at all. In particular, when 40wt% of fine aggregate was composed of oxidized slag with electricity, slump and compressive strength were found to be the best.
전기로 산화 슬래그는 그 구성성분이 SiO2, Al2O3, CaO로 이루어져 있어 높은 알칼리 및 고온환경에서 물과 일부 반응하여 시멘트와 같은 수화생성물인 C-S-H(규산화칼슘수화물;3CaO2SiO23H2O)와 Ca(OH)2 등을 생성하며, 이러한 생성물질 중에서 C-S-H는 초기강도 발현에 기여하고, Ca(OH)2는 강알칼리성 환경을 부여함으로써 플라이애쉬의 중합반응을 더욱 활성화시켜 압축강도를 향상시키는 것으로 분석된다.
Electrically oxidized slag is composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , and CaO, so that it reacts with water in high alkali and high temperature environment to produce CSH (calcium silicate hydrate; 3CaO 2 SiO 2 3H), which is a hydration product such as cement. 2 O) and Ca (OH) 2 and the like, among these products, CSH contributes to the initial strength expression, Ca (OH) 2 gives a strong alkaline environment to further activate the polymerization of fly ash, compressive strength It is analyzed to improve.
한편, 상기 전기로 산화슬래그와 함께 바텀애쉬를 잔골재의 일부로 적용하는 경우, 상기 잔골재는 일반 잔골재 30~79중량wt%, 전기로 산화슬래그 20~60중량% 및 바텀애쉬 1~10중량%로 구성할 수 있다.On the other hand, when the bottom ash is applied as part of the fine aggregate with the oxidation furnace slag, the fine aggregate is composed of 30 to 79 wt% of the general fine aggregate, 20 to 60 wt% electric furnace slag and 1 to 10 wt% bottom ash can do.
[도 3] 및 [도 4]는 잔골재 중 전기로 산화슬래그의 구성비율을 40wt%로 고정한 후 바텀애쉬의 구성비율을 0~15wt% 범위에서 치환한 무시멘트 콘크리트의 슬럼프 및 압축강도 결과를 나타낸 것이다(아래 [표 2]의 조건 참조).3 and 4 show the results of slump and compressive strength of cementless concrete in which the composition ratio of oxidized slag was fixed to 40wt% in the fine aggregates and then the composition ratio of bottom ash was substituted in the range of 0 to 15wt%. (See conditions in Table 2 below).
구성비(wt%)Furnace Oxidation Slag
Composition ratio (wt%)
구성비
(wt%)Bottom ash
Composition ratio
(wt%)
(℃)Curing temperature
(℃)
40
40
97
97
3
3
1
One
2.21
2.21
60
60
슬럼프의 경우 바텀애쉬 자체의 높은 흡수율로 인해 구성비율이 2.5wt%씩 증가함에 따라 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 바텀애쉬의 구성비율이 12.5wt인 경우와 15.0wt인 경우에는 슬럼프 값이 각각 175㎜, 170㎜가 되어 목표 슬럼프 범위인 180~220㎜의 범위를 벗어나는 것으로 나타났다([도 3] 참조). In the case of slump, due to the high absorption rate of bottom ash itself, the composition ratio decreased gradually by 2.5wt%, especially when the composition ratio of bottom ash was 12.5wt and 15.0wt, respectively. It became 175 mm and 170 mm, and it turned out to be out of the range of 180-220 mm which is a target slump range (refer FIG. 3).
잔골재 중 바텀애쉬의 구성비율이 증가함에 따른 1일 및 28일 압축강도는 모두 바텀애쉬를 전혀 사용하지 않은 경우에 비해 증가하는 것으로 나타났으며([도 4] 참조), 이러한 경향은 플라이애쉬와 비슷한 성분으로 구성되어 있는 바텀애쉬 내의 Si 및 Al 성분이 알칼리 활성화제와 결합하여 중합반응을 촉진시켰기 때문인 것으로 사료된다. 위의 결과를 잔골재의 1~10wt가 바텀애쉬로 구성된 경우 소요의 작업성 및 시공성이 확보되는 것으로 판단된다.
As the composition ratio of bottom ash among fine aggregates increased, both the 1st and 28th day compressive strengths were increased compared to the case where no bottom ash was used (see FIG. 4). It is considered that the Si and Al components in the bottom ash composed of similar components promoted the polymerization reaction by combining with the alkali activator. Based on the above results, 1 ~ 10wt of fine aggregate is composed of bottom ash.
[도 5] 및 [도 6]은 결합재를 구성하는 플라이애쉬(F/A) 및 고로슬래그 미분말(BFS)의 사용 비율에 따른 무시멘트 콘크리트의 슬럼프 및 압축강도 결과를 나타낸 그래프이다(아래 [표 3]의 조건 참조).5 and 6 are graphs showing the results of slump and compressive strength of cementless concrete according to the use ratio of fly ash (F / A) and blast furnace slag fine powder (BFS) constituting the binder (see [Table below] 3].
구성비(wt%)Furnace Oxidation Slag
Composition ratio (wt%)
(℃)Curing temperature
(℃)
40
40
1
One
2.21
2.21
60
60
플라이애쉬의 사용 비율이 증가하는 경우 무시멘트 콘크리트의 작업성 및 시공성은 확보되는 반면 상대적으로 압축강도 발현이 낮아지는 문제가 있으며, 반대로 고로슬래그 미분말의 경우 그 사용 비율이 높아짐에 따라 압축강도 발현은 높아지는 반면 작업성 및 시공성 확보가 어려워지는 문제가 발생한다. 그러나 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말의 사용 비율을 적절하게 조합함에 따라 사용자의 요구 조건에 맞는 작업성, 시공성 및 압축강도가 발현되는 경화체를 확보할 수 있다.Increasing the use rate of fly ash, the workability and workability of cementless concrete are secured, but there is a problem that the expression of compressive strength is relatively low.In contrast, in the case of blast furnace slag fine powder, the expression of compressive strength is increased as the use ratio of On the other hand, it is difficult to secure workability and constructability. However, by properly combining the use ratio of fly ash and blast furnace slag powder, it is possible to secure a hardened body in which workability, workability and compressive strength that meet user requirements are expressed.
[도 5]의 그래프에 따르면 고로슬래그 미분말을 전혀 사용하지 않고 플라이애쉬만을 결합재로 사용한 경우 슬럼프는 215㎜로 가장 크게 나타났으며, 고로슬래그 미분말 사용 비율이 3, 6, 9, 12, 15wt%로 증가함에 따라 고로슬래그 미분말 및 알칼리 활성화제와의 급격한 반응으로 슬럼프는 비례적으로 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 고로슬래그 미분말 15%의 경우 슬럼프 값은 165㎜로서 목표 슬럼프 범위를 밑도는 것으로 나타났다. According to the graph of FIG. 5, when blast furnace slag fine powder was not used at all and only fly ash was used as a binder, the slump was the largest as 215 mm, and the blast furnace slag fine powder used ratio was 3, 6, 9, 12, 15 wt%. As slump was decreased due to rapid reaction with blast furnace slag fine powder and alkali activator, especially 15% of blast furnace slag fine powder had a slump value of 165 mm, which is below the target slump range.
반면, 압축강도는 [도 6]의 그래프에 나타난 바와 같이 고로슬래그 미분말의 사용 비율이 증가함에 따라 플라이애쉬만을 결합재로 사용한 경우에 비해 증가하였다.On the other hand, the compressive strength was increased compared to the case of using only fly ash as a binder as the use ratio of blast furnace slag fine powder, as shown in the graph of FIG.
이상의 슬럼프 및 압축강도를 검토한 결과 소요 작업성 및 시공성을 만족할 수 있는 결합재의 구성은 플라이애쉬 88~99wt% 및 고로슬래그 미분말 1~12wt%인 것으로 판단된다.
As a result of examining the slump and the compressive strength, it is judged that the composition of the binder capable of satisfying the required workability and workability is 88 ~ 99wt% of fly ash and 1 ~ 12wt% of blast furnace slag powder.
[도 7] 및 [도 8]은 수산화나트륨 분말 및 물의 혼합 비율에 따른 슬럼프 및 압축강도 측정 결과를 나타낸 것이다(아래 [표 4]의 조건 참조).7 and 8 show slump and compressive strength measurement results according to a mixing ratio of sodium hydroxide powder and water (see conditions of Table 4 below).
구성비(wt%)Furnace Oxidation Slag
Composition ratio (wt%)
(℃)Curing temperature
(℃)
40
40
94
94
6
6
60
60
[도 7] 및 [도 8]의 결과값은 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말을 활성화시키기 위한 알칼리 활성화제로서 수산화나트륨 분말을 적용한 경우의 결과값으로서, 수산화칼슘 분말 대비 물의 혼합 비율이 증가함에 따라 슬럼프는 증가하는 것으로 나타났으며, 모든 배합에서 목표 성능 범위를 만족시켰다([도 7] 참조). 압축강도의 경우는 물의 혼합 비율이 증가함에 따라 다소 저하되는 것으로 나타났으나 그 값이 모두 30MPa 이상으로 양호한 강도 발현을 나타냈다.7 and 8 are results of applying sodium hydroxide powder as an alkali activator for activating fly ash and blast furnace slag fine powder. As the mixing ratio of water to calcium hydroxide powder increases, It was found to increase and met the target performance range in all formulations (see FIG. 7). In the case of compressive strength, it was found that the mixing ratio of water was slightly lowered, but all of them showed good strength at 30 MPa or more.
이상의 결과를 검토한 결과, 수산화나트륨 분말 대비 물의 중량배합비는 1:1:1.86~5.00의 범위 내에서 모두 소요의 작업성 및 시공성 확보가 가능한 것으로 나타났다.
As a result of reviewing the above results, the weight ratio of water to sodium hydroxide powder was found to be able to secure required workability and workability within the range of 1: 1: 1.86 ~ 5.00.
Ⅱ. 무시멘트 콘크리트 제조방법Ⅱ. Manufacturing method of cement concrete
본 발명은 (a) 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말이 혼합된 결합재, 일반 잔골재, 전기로 산화슬래그 및 바텀애쉬가 혼합된 잔골재, 굵은골재 및 물을 목표 슬럼프 및 목표 압축강도 발현을 위한 중량비로 배합하여 믹싱하는 단계; (b) 수산화나트륨 분말을 첨가하고, 믹싱하여 무시멘트 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; (c) 무시멘트 콘크리트 조성물을 60℃로 1일 양생한 후, 측정재령까지 20℃로 기건양생하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제조방법을 제공한다.The present invention is (a) fly ash and blast furnace slag fine powder mixture, the general fine aggregate, finely mixed fine aggregate, coarse aggregate and water ash oxide and bottom ash by mixing the weight ratio for the target slump and the target compressive strength Mixing; (b) adding sodium hydroxide powder and mixing to prepare a cementless concrete composition; (c) curing the cement concrete composition at 60 ° C. for 1 day, and then curing the air at 20 ° C. until the measurement age; It provides a cementless concrete manufacturing method comprising a.
상기 (a)단계에서 상기 결합재의 구성과 잔골재의 구성은 전술한 무시멘트 콘크리트 조성물과 동일하게 특정할 수 있다. 상기 (b)단계는 상기 (a)단계에 의해 믹싱된 조성물에 알칼리 활성화제로 수산화나트륨 분말을 첨가하여 믹싱하는 단계이다. 상기 (a)단계에서는 상기 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 물을 믹서에 투입하여 20~60rpm으로 10~300초간 믹싱하고, 상기 (b)단계에서는 상기 수산화나트륨 분말을 첨가하여 30~50rpm으로 60~300초간 믹싱하는 것이 바람직하다.In the step (a), the composition of the binder and the composition of the fine aggregate may be specified in the same manner as the above-mentioned cement concrete composition. Step (b) is a step of mixing by adding sodium hydroxide powder as an alkali activator to the composition mixed by the step (a). In step (a), the binder, fine aggregate, coarse aggregate, and water are added to a mixer and mixed for 10 to 300 seconds at 20 to 60 rpm, and in step (b), the sodium hydroxide powder is added to 30 to 50 to 50 rpm. It is desirable to mix for 300 seconds.
상기 (a)단계와 (b)단계의 실시를 통해 제조된 무시멘트 콘크리트 조성물은 60℃로 1일 양생한 후, 측정재령까지 20℃로 기건양생하는 것이 바람직하다. Cementum concrete composition prepared by performing the steps (a) and (b) is cured for 1 day at 60 ℃, it is preferable to air-cured at 20 ℃ until the measuring age.
[도 9]는 무시멘트 콘크리트의 양생온도 조건에 따른 압축강도를 나타낸 것이다(아래 [표 5]의 조건 참조). Figure 9 shows the compressive strength according to the curing temperature conditions of cementless concrete (see conditions in Table 5 below).
구성비(wt%)
Furnace Oxidation Slag
Composition ratio (wt%)
(℃)Curing temperature
(℃)
분말Sodium hydroxide
powder
40
40
100
100
0
0
1
One
2.33
2.33
양생온도 60℃의 경우 압축강도는 39~40MPa로 나타났고, 양생온도 40℃의 경우 압축강도는 22~24MPa로 60℃의 경우보다 다소 낮게 나타났으며, 양생온도 20℃의 경우는 압축강도가 9~10MPa로 나타나 30MPa 이상의 압축강도 확보를 위한 양생온도는 60℃가 적당한 것으로 판단된다. 플라이애쉬 중합반응의 경우 유리(Glassy) 피막의 형성으로 반응성이 저하되는 문제가 있으며, 이러한 유리피막 형성에 따른 반응성 저하의 문제를 해결하여 반응을 촉진하기 위해 위와 같은 고온 양생이 필요한 것으로 파악된다.
At curing temperature 60 ℃, the compressive strength was 39 ~ 40MPa. At curing temperature 40 ℃, the compressive strength was 22 ~ 24MPa, which was somewhat lower than that at 60 ℃. The curing temperature for securing a compressive strength of 30MPa or more is 9 ~ 10MPa, which is considered to be 60 ° C. In the case of the fly ash polymerization reaction, there is a problem that the reactivity is lowered due to the formation of a glass coating (Glassy), it is understood that the high temperature curing as described above is required in order to solve the problem of the reactivity caused by the glass film formation to promote the reaction.
본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the claims of the present invention include modifications and variations that fall within the true scope of the invention.
없음none
Claims (6)
상기 잔골재는 일반 잔골재 30~79중량wt%, 전기로 산화슬래그 20~60중량% 및 바텀애쉬 1~10중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물.
The binder, coarse aggregate, fine aggregate and water are formulated in a weight ratio for expressing the target slump and the target compressive strength, and as the binder, a fly ash or a mixture of fly ash and blast furnace slag fine powder is applied, and the chemical reaction of the binder is activated. In cementless concrete compositions with added alkali activator,
The fine aggregate is a cementless concrete composition, characterized in that consisting of the general fine aggregate 30 to 79 wt%, 20 to 60 wt% electric furnace slag and 1 to 10 wt% bottom ash.
상기 결합재는 플라이애쉬 88~99wt% 및 고로슬래그 미분말 1~12wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물.
In claim 2,
The binder is a cementless concrete composition, characterized in that consisting of fly ash 88 ~ 99wt% and blast furnace slag fine powder 1 ~ 12wt%.
상기 알칼리 활성화제로는 수산화나트륨 분말을 적용하며,
상기 수산화나트륨 분말과 물의 중량배합비가 1:1:1.86~5.00인 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 조성물.
In claim 2,
As the alkali activator is applied sodium hydroxide powder,
Cementum concrete composition, characterized in that the weight ratio of the sodium hydroxide powder and water is 1: 1: 1.86 ~ 5.00.
(b) 수산화나트륨 분말을 첨가하고, 믹싱하여 무시멘트 콘크리트 조성물을 제조하는 단계;
(c) 무시멘트 콘크리트 조성물을 60℃로 1일 양생한 후, 측정재령까지 20℃로 기건양생하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제조방법.
(a) mixing and mixing the combination of fly ash and blast furnace slag fine powder, general fine aggregate, fine aggregate, coarse aggregate, and water mixed with oxidized slag and bottom ash in an electric furnace in a weight ratio for expressing a target slump and a target compressive strength; ;
(b) adding sodium hydroxide powder and mixing to prepare a cementless concrete composition;
(c) curing the cement concrete composition at 60 ° C. for 1 day, and then curing the air at 20 ° C. until the measurement age; Cemented concrete manufacturing method comprising a.
상기 (a)단계는 상기 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 물을 믹서에 투입하여 20~60rpm으로 10~300초간 믹싱하고,
상기 (b)단계는 상기 수산화나트륨 분말을 첨가하여 30~50rpm으로 60~300초간 믹싱하는 것을 특징으로 하는 무시멘트 콘크리트 제조방법.The method of claim 5,
In step (a), the binder, fine aggregate, coarse aggregate, and water are added to a mixer and mixed for 10 to 300 seconds at 20 to 60 rpm,
Step (b) is the cement concrete manufacturing method, characterized in that for 60 to 300 seconds mixing at 30 ~ 50rpm by adding the sodium hydroxide powder.
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