KR101219616B1 - 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물 - Google Patents

수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 기포군으로 구성되어지되, 시멘트킬른더스트는 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%가 사용되며, 산업부산물은 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되고, 잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되며, 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 각각 0.1 ~ 1중량% 사용되고, 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되며, 기포군을 형성하기 위한 기포제는 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않아 경량 기포 콘크리트의 효과가 그대로 발현되며, 투수성을 만족시키면서도 강도를 향상시키고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 경량 기포 콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하 발생으로 용적 저하가 방지되며 밀도증대에 따른 재료 사용량 증가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물{Lightweight foamed concrete composition having antiwashout property underwater}
본 발명은 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 기포군으로 구성되어지되, 시멘트킬른더스트는 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%가 사용되며, 산업부산물은 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되고, 잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되며, 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 각각 0.1 ~ 1중량% 사용되고, 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되며, 기포군을 형성하기 위한 기포제는 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용되는 것을 특징지워지고, 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않아 경량 기포 콘크리트의 효과가 그대로 발현되며, 투수성을 만족시키면서도 강도를 향상시키고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 경량기포콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하 발생으로 용적 저하가 방지되며 밀도증대에 따른 재료 사용량 증가를 줄일 수 있는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 도로포장은 도로면을 보호 강화하고 평탄성을 높여 사람의 통행과 차량의 주행을 편하게 하기 위해서 처리된 노면구조물로서, 여러 층으로 이루어진 층구조이며, 각 층은 각각의 역할을 분담하게 된다.
도로 포장의 층구조를 크게 나누면 표층과, 기층 및 보조기층으로 구성되는 노반으로 이루어지며, 표층은 하중을 받아 평활한 면을 유지하고, 마모에 강해야 할 뿐만 아니라 미끄럼에 대해서도 마찰력이 커야 하고, 그 밖에 방수성이 있어 동결, 융해의 파괴작용에 저항할 수 있어야 하며, 노반은 표층에 작용하는 하중을 분산시켜 안전하게 노반 밑의 노상으로 전달하는 것이 주된 역할이다.
도로포장은 표층부의 재질에 따라 역청계(아스팔트) 포장, 콘크리트계 포장 및 블록 포장의 세 가지로 크게 분류되어지는 데, 역청계 포장은 표층부가 아스팔트 또는 타르에 의해 고결된 쇄석 등의 골재로 되어 있는 것으로, 아스팔트 포장, 타르포장 등과 같이 부르고 있으며, 현재 세계 각국의 도로의 대부분을 차지하고 있고, 그 종류도 대단히 많다.
콘크리트계 포장은 표층부에 콘크리트를 포설한 것인데, 콘크리트뿐이거나 콘크리트에 철망을 삽입한 보통의 콘크리트 포장 외에, 철근 콘크리트 포장, 프리스트레스트 콘크리트 포장 등이 있으며, 블록포장은 돌, 벽돌, 시멘트, 나무, 아스팔트 등의 각종 블록을 표층부에 깔아서 된 것으로, 현재 차도에는 별로 쓰이지 않고, 보도나 광장 등에 쓰이고 있을 뿐이다.
포장이라고 하면 도로의 차도부의 것이 주체이며, 가장 중요한 것이다. 아스팔트 포장은 콘크리트 포장에 비해서 건설비가 약간 싸기는 하나, 장기적인 안목에서 보면 유지비 등이 있어 콘크리트 포장이 유리할 때가 있다. 또한, 아스팔트 포장은 건설속도가 빠르고 평탄성이 좋으므로 국내 간선도로의 포장은 거의 아스팔트 포장으로 되어 있다. 그러나, 아스팔트 포장에도 나름대로의 장점이 있고, 특히 한국의 경우는 토질이 좋고, 시멘트의 생산량이 많으므로, 설계법이나 시공법에 개량
만 가한다면 앞으로 크게 발전 할 수 있는 소지가 많다.
도로포장의 두께는 아스팔트나 콘크리트 등으로 이루어진 표층부의 두께와 그 아래의 노반의 두께를 합한 두께인데, 주로 교통량과 노상의 지지력에 의해 결정되며, 포장표면은 도로면에 내린 빗물의 배수를 위해 도로횡단으로 약간의 구배를 주게 되는데, 아스팔트 포장과 콘크리트 포장의 경우는 1.5 % 정도, 블록 포장의 경우는 2 % 정도이다.
아스팔트 포장은 연성포장으로 골재를 역청재료로 결합시켜 만든 표층이 있는 포장을 의미하는 것으로, 일반적인 구조는 표층, 기층 및 보조기층으로 이루어져 있고, 탄성이론을 바탕으로 설계된 개념으로 상부층으로 갈수록 탄성계수가 큰 재료를 사용하여 교통하중 작용시 상부층으로부터 전달되는 하중을 점점 넓게 분산시켜 수직응력과 전단응력으로 노상이 지지되도록 한 것이다.
콘크리트 포장은 콘크리트 슬래브 자체가 빔과 같이 거동하여 교통하중에 의해 발생되는 응력을 휨하중으로 지지하는 포장형식으로, 표층에 해당하는 콘크리트 슬래브와 보조기층으로 구성되어 있으며, 콘크리트 슬래브는 직접 교통에 공용되어 그 하중을 지지하는 가장 중요한 층으로, 온도 변화 및 함수량 변화 등에 의한 응력을 줄이기 위해 줄눈을 적당한 간격으로 설치하는 등 단면을 두껍게 하고, 보조기층은 콘크리트 슬래브를 지지하며 슬래브로부터 전달되는 교통하중을 분산하여 노상에 전달하는 층으로, 내구성이 좋고 충분한 지지력을 가진 재료가 사용되며, 보조기층의 내수성 및 내구성을 개선하기 위해 보조기층 최상부에 아스팔트 중간층을 설치하기도 한다.
노반은 포장체의 일부로 표층과 노상 사이의 층을 의미하며, 표층에 작용하는 교통하중의 분산 및 동상방지 등을 목적으로 하고, 상층노반과 하층노반으로 구성되며, 상층노반에 질이 좋은 재료를 사용하며, 쇄석, 자갈, 모래 또는 시멘트나 아스팔트로 안정 처리한 흙이 사용된다.
노상은 포장을 지지하는 포장 하부의 지반으로, 깊이는 약 1m이며, 자연지반을 이용하는 경우와 흙쌓기를 하여 만드는 경우가 있으나, 두 가지 모두 롤러로 단단하게 다져야 한다.
상기와 같은 도로 포장에 있어서, 기층 및 보조기층은 쇄석, 자갈, 모래 또는 시멘트나 아스팔트로 안정 처리한 흙이 사용되어지는 데 다짐이 완전하게 이루어지지 않을 경우 침하가 일어나 표층이 평탄하지 않게 될 뿐만 아니라 우수 등의 침투로 인하여 챈널링 현상(channeling)이 발생하여 노반은 물론 노상 자체가 평탄하지 않게 되어 표층이 깨져 주져 앉거나 크랙이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
즉, 종래에는 노상위에 혼합석을 연속적으로 일정 두께 만큼 포설 후 로울러 다짐이나 탄템다짐기를 이용하여 목적하는 압밀도가 형성될 때 까지 물뿌리기와 다짐을 연속적으로 실시하지만, 좋지 않은 혼합석이 유입되어 사용되었을 경우 다짐한 곳이 침하되거나 지하수의 유입 및 지표수의 유입으로 인하여 침하가 발생하는 등의 문제가 있었으며, 강우시 강우의 증발과 완전한 침투 후 재다짐하여야 하는 등 시공상의 번거로움과 비용이 증가하였을 뿐만 아니라 다짐용 기계장비, 포설장비, 운반장비 등이 동원되어야 하며, 공사 높이를 맞추기 위한 많은 측정장비들이 필요한 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 표층이 아스팔트나 콘크리트로 형성되어 있어 배수가 잘 이루어지지 않아 강우시 도로 표면에 빗물이 고이게 되므로 수막 현상에 의한 사고 위험은 물론 보행자에게 불편을 주는 등의 문제가 있어, 최근 들어서는 포러스 콘크리트로 시공을 하는 방법이 제안되고 있지만 과도한 투수로 기층은 물론 노반과 노상이 붕괴되는 등의 문제점이 야기되었다.
한편, 보도나 광장 등에 주로 사용되는 블록포장은 하지면을 다짐 시공한 후에 모래를 이용하여 보조기층을 형성하여 평탄성을 부여한 다음, 보도블록이나 고무블록 등을 설치하거나 포러스 콘크리트를 포설하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기의 방법은 강우시 모래층이 유실되거나 특정 부분으로 투과수의 과다한 유출로 인하여 불규칙한 침하가 발생하고 이는 표층의 균열이나 손상 및 침하로 이어지는 문제점이 있었다.
한편, 도로포장을 위한 성토방법으로는 EPS(Expandable Polystyrene) 공법, 발포 혼합 보강토 공법 및 발포 비토 혼합 경량토공법 등이 주로 사용되고 있으며, EPS공법은 석유정제 과정에서 발생하는 폴리스티렌을 발포하여 만든 EPS 블록을 성토재로 조각조각 쌓아 성토하는 방법으로 시공성이 양호하고 하중을 저감시키는 장점을 가지고 있으나, 성토량 많큼의 부피를 갖는 EPS 블록을 운반해야 하고 석유화학산업을 통해 생산되는 고분자 화합물이어서 친환경이지 못하며, 시공후 재활용이 불가능하고, 성토부위에 지하수의 유입이 있을시 부력이 발생되며 지하수의 흐름을 방해할 뿐만 아니라 화학적 내구성이 없어 기름이나 기타 솔벤트류의 침투시 성토재가 손상되는 단점이 있다.
또한, 발포 혼합 보강토 공법은 시멘트와 물을 기반으로 하여 현장에서 채취되는 흙을 잔골재 대용으로 사용한 경량 기포콘크리트 성토 방법이지만, 경량화를 하기 위한 목적으로 기포군을 사전에 생산하여 혼합하는 프리폼(pre-foam)방식을 선택하고 있는데 프리폼 방식의 경량 기포콘크리트의 특징은 정량화된 기포군의 도입을 통한 계량화된 특정 밀도에서 물리적 성질은 안정화 될 수 있다는 것이지만 현장에서 채취되는 흙의 함수율의 변화에 따라 밀도의 변화가 심하고, 흙 구성성분의 입자 크기에 따라 기포군이 혼입될 때 기포군이 소멸되어 목표 품질을 유지할 수 없으며, 흙의 구성성분 중 점토분의 함유량이 균일하지 못할 뿐만 아니라 혼합시에 기포군과 함께 섞을 경우 각 재료들이 분산되지 않는 문제점이 있으며, 굳지 않은 혼합토 경량기포콘크리트 내부의 재료의 균질하지 않은 분산성은 양생시 밀도차이에 의한 균열이 발생하며 성토부위에 침하를 유발하게 된다.
그리고, 발포 비토 혼합 경량토공법은 상기 발포 혼합 보강토 공법에 흙 대신에 혼합재로 발포 EPS 비트(알갱이)를 혼합하는 방법으로 발포 혼합 보강토의 문제점인 불균일성을 일부 개선한 것으로 발포 혼합 보강토 공법보다 동일 밀도에서 보다 개선된 압축강도를 갖지만 경량 비트를 경량 기포 콘크리트에 혼합시 흙과 시멘트 슬러리의 비중 차이가 많아 비트가 슬러리 상부층에 뜨는 문제점이 발생하며, 비트의 낮은 비중으로 계량화가 어려워 현장 적용에 많은 문제점이 있고, 저밀도의 보강토를 생산하기 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 특허 제698487호에는 기층과 보조기층 중 적어도 1개 층 이상을 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 잔골재, 시멘트, 물 및 기포군을 혼합한 경량의 투수성 콘크리트를 타설하여 양생시키므로서 평활한 면을 유지하고, 마모에 강할 뿐만 아니라 미끄럼에 대해서도 마찰력이 크고, 방수성이 있어 동결, 융해의 파괴작용에 저항할 수 있으며, 표층에 작용하는 하중을 분산시켜 안전하게 노반 밑의 노상으로 전달하고, 강도와 투수성이 우수하여 도로의 내구성을 향상시키며 강우시 수막현상이 방지되어 교통 안전을 꾀할 수 있고, 간단한 시공 및 저렴한 비용으로 도로를 포장하는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 상기의 방법으로 시공시 투수성은 우수하지만 경량의 투수성 콘크리트가 타설되는 위치에 수분이 많을 경우에는 경량의 투수성 콘크리트가 양생되기 전에 풀어져 기포가 파괴될 뿐만 아니라 양생되더라도 동절기에 경량의 투수성 콘크리트가 타설된 부분에 수분이 침투되고 동결융해가 반복되면 기포 내부에 수분이 팽창하면서 기포를 파괴시켜 침하의 원인이 되어 안정성이 저해되고, 경량기포콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하발생으로 용적이 저하되는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않아 경량 기포 콘크리트의 효과가 그대로 발현되며, 투수성을 만족시키면서도 강도를 향상시키고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 경량기포콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하 발생으로 용적 저하가 방지되며 밀도증대에 따른 재료 사용량 증가를 줄일 수 있는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물을 제공하는 데 있다.
상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출되는 다른 목적들을 용이하게 달성하기 위하여 본 발명에서는 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 기포군으로 구성되어지되, 시멘트킬른더스트는 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%가 사용되며, 산업부산물은 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되고, 잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되며, 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 각각 0.1 ~ 1중량% 사용되고, 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되며, 기포군을 형성하기 위한 기포제는 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용되는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트를 사용함으로써 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않아 경량 기포 콘크리트의 효과가 그대로 발현되며, 투수성을 만족시키면서도 강도를 향상시키고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 경량 기포 콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하 발생으로 용적 저하가 방지되며 밀도증대에 따른 재료 사용량 증가를 줄일 수 있도록 하였다.
본 발명에 따른 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물은 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않아 경량 기포 콘크리트의 효과가 그대로 발현되며, 투수성을 만족시키면서도 강도를 향상시키고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 경량기포콘크리트 타설시 재료분리에 의한 침하 발생으로 용적 저하가 방지되며 밀도증대에 따른 재료 사용량 증가를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물은 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 기포군으로 구성되어지되, 시멘트킬른더스트는 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%가 사용되며, 산업부산물은 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되고, 잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되며, 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 각각 0.1 ~ 1중량% 사용되고, 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되며, 기포군을 형성하기 위한 기포제는 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용되는 것으로 특징지워진다.
본 발명에서 사용되는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물은 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 공극형성을 위한 인위적인 기포군으로 형성되는 재료를 이용한 것이다.
즉, 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물을 일정한 비율로 배합하여 일정한 흐름도를 갖는 슬러리 형태의 액상으로 만든 후, 이것에 기계적 장치를 이용한 기포군을 강제적으로 형성시켜 고압으로 슬러리에 투입시켜 혼합한다. 혼합된 기포군 슬러리를 타설하고 양생시킨다.
플라이애쉬란 석탄화력발전소의 보일러에서 나오는 가스 중에 포함된 재의 미분입자를 집진기로 포집한 것을 말하며, 화학성분으로는 주로 이산화규소(SiO2)와 산화알미늄(Al2O3)으로 구성되어 있어 콘크리트 혼화재로 사용하여 시멘트 사용량을 줄이고 작업성(Workability)과 펌프성(Pumpability)을 개선시킴으로서 원가절감과 품질개선 효과를 가져오게 되어 최근에는 레미콘 업계에서 사용이 보편화되고 사용량이 점차로 증대되고 있으며, 본 발명에서는 잔골재 대용으로 사용이 가능하다.
고로슬래그(Blast Furnace Slag)는 고로에 장입된 철광석, 코크스와 석회석 등에 포함된 비철금속이 용융된 것으로, 석회(CaO)와 규석질(SiO2)이 주성분인 무기물로 이루어져 있으며, 용융상태에서 고압의 물로 급냉시켜 모래와 같은 형상으로 만든 수재슬래그와 냉각장에서 서서히 식힌 괴재슬래그로 구분되고, 시멘트 원료, 비료, 도로 및 토목용 골재로 사용되어 자원의 절약, 환경오염 저감 등 경제적, 환경적 측면에서 커다란 효용성을 갖는 재료로서 본 발명에서는 골재로 사용되었다.
제지 더스트와 석회석 더스트는 제지공장과 석회석 생산 공장에서 각각 불순물로 얻어지는 미분말로서 플라이애쉬와 고로슬래그와 마찬가지로 골재로 사용되었다.
플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트는 각각 사용될 수 있을 뿐만 아니라 1종 이상의 혼합물로도 사용될 수 있다. 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물은 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되는 것이 바람직하며, 산업부산물의 사용량이 10중량% 미만일 경우에는 침해 방지 효과가 미약하고, 25중량%를 초과하여 사용될 경우에는 강도가 저하되는 문제가 있다.
산업부산물은 미분말, 바람직하게는 직경 2mm 이하인 것을 사용하는 것이 효과적이고, 직경이 2mm를 초과하는 것을 사용할 경우에는 산업부산물 분말이 침전되어 균일한 슬러리로의 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 기포군의 투입과 혼합이 용이하지 못한 단점이 있다.
한편, 결합재는 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성된다.
본 발명에서는 소포에 의한 체적 감소 방지 및 양생 후의 콘크리트 강도를 더욱 향상시키기 위하여 시멘트킬른더스트를 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%를 사용하는 것이 효과적이며, 5중량% 미만으로 사용될 경우에는 첨가 효과가 미약한 문제점이 있으며, 20중량%를 초과할 경우에는 양생 후에 콘크리트의 강도가 만족스럽지 못한 단점이 있다.
시멘트킬른더스트(CKD)는 시멘트 제조 공정 중 클링커 소성시에 예열기 상부로부터 비산 분진을 백필터로 집진한 미세 입자로 주성분은 탄산칼슘으로 구성되어 있고, 밀도 2.67g/㎤, 분말도 8,200㎠/g이며, SiO2 9.65%, Al2O3 3.70%, Fe2O3 1.54%, CaO 43.6%, MgO 1.40%, SO3 0.77%, K2O 0.35%, Na2O 0.06% 및 기타 미량 성분 38.93%로 구성되어 있다. CKD의 발생량은 시멘트 생산량의 약 7 ~ 15%정도로써, 백필터가 설치되기 이전에는 대기 중으로 방출되어 환경오염의 주범이 되기도 하였다. 현재는 대부분 시멘트 공장의 경우 이러한 CKD를 집진한 후 킬른에 재투입하여 사용하고 있는 실정이지만, 이러한 과정에서 CKD는 시멘트 생산공정을 반복하여 순환함으로써 시멘트 생산효율 감소 및 킬른관 내부에 스케일을 발생시켜 제조 설비의 효율성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 따라서, 시멘트 제조과정 중 CKD를 부분적으로 배출 제거함으로써 공정 효율성 및 시멘트 생산성 향상과 아울러 산업부산물의 재활용에 따른 경제적인 효과도 얻을 수 있다.
시멘트는 일반적인 포틀랜드 시멘트이고, 고로슬래그시멘트는 제철소에서 선철을 제조할 때 발생되는 용융슬래그를 냉각수로 급냉시켜 유리질로된 작은 유리 모양의 급냉슬래그를 미분쇄하여 포틀랜드 시멘트에 혼합하고, 물과 접촉시 반응이 일어나도록 하는 자극제인 황산염을 혼합한 것으로 시멘트와 고로슬래그시멘트 전체 중량에 대하여 고로슬래그가 20중량% 미만으로 사용되는 것이 바람직하고, 고로슬래그의 함량이 20중량%를 초과하게 되면 기포 형성이 용이하지 못한 단점이 있다.
잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되는 것이 효과적이며, 초과 사용시에는 압축강도 및 인장강도가 저하되는 문제점이 있고, 소량 사용시에는 밀도가 너무 증가하는 단점이 있다. 잔골재는 특별히 한정되는 것은 아니지만 모래가 특히 바람직하며, 직경 2mm 이하인 것을 사용하는 것이 효과적이고, 직경이 2mm를 초과하는 것을 사용할 경우에는 잔골재가 침전되어 균일한 슬러리로의 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 기포군의 투입과 혼합이 용이하지 못한 단점이 있다.
또한, 물의 사용량은 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 55 ~ 70중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 55중량% 미만으로 사용될 경우에는 기포군을 형성하기가 용이하지 못하여 양생 후에 콘크리트의 공극율이 미약하거나 산업부산물, 잔골재 및 시멘트킬른더스트와 시멘트의 혼합이 용이하게 이루어지지 않는 단점이 있고, 70중량%를 초과할 경우에는 산업부산물, 잔골재와 시멘트킬른더스트의 접착력이 약해져 양생 후의 콘크리트 강도가 저하되는 단점이 있다.
한편, 본 발명에서는 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지지 않고, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 것을 방지하기 위하여 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제를 사용한다.
본 발명에서 사용 가능한 유동화제로는 나프탈렌 술폰산 포름알데히드 축합물 염(나프탈렌계), 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물 염(멜라민계), 폴리카르본산 염(폴리카르본산계)이 있고, 경화 특성을 고려할 때 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물 염이 가장 효과적이었으며, 사용되는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 1중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 유동화제의 사용량이 0.1중량% 미만일 경우에는 바람직한 유동성 개선 효과를 기대할 수 없으며, 1중량%를 초과하여 사용할 경우에는 유동성 측면에서 더 이상의 개선 효과가 극히 미미하여 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명에서 사용 가능한 증점화제로는 증점제의 종류로는 메틸 셀룰로즈, 하이드록시 에틸셀룰로즈, 하이드록시 프로필 셀룰로즈 등의 셀룰로즈계, 폴리 아크릴 아미드계 고분자, 풀루란, 잔탄검, 웰란검, 람잔검, 숙시노글리칸, 덱스트란, 트라가칸스검, 구아검, 타라검, 로커스트빈검, 가티검, 아라비노갈락탄검, 아라비아검, 퀸스시드검, 펙틴, 전분, 사일륨시드검, 카라기난, 알긴산, 한천, 젤라틴, 카제인 등의 폴리사카라이드계의 고분자가 있고, 사용되는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 1중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 증점화제의 사용량이 사용되는 시멘트 중량에 대하여 0.1중량% 미만일 경우에는 공사현장에 유입되는 지하수나 침출수에 의하여 풀어지거나, 지하수나 침출수의 유입과 동절기의 급격한 온도저하로 인한 동결융해시 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 문제점이 있으며, 1중량%를 초과하여 사용할 경우에는 첨가 상승 효과가 극히 미약하여 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.
뿐만 아니라, 본 발명에서 사용 가능한 기포안정화제는 라우릴 디메틸 아민 옥사이드(Lauryl dimethyl amine oxide)와 음이온 계면활성제를 혼합한 것으로 본 발명의 경량 기포 콘크리트에서 기포를 안정화시키는 것으로, 사용되는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 1중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 0.1중량% 미만일 경우에는 기포가 파괴되어 안정성이 저해되는 문제점이 있고, 1중량%를 초과하여 사용할 경우에는 첨가 상승 효과가 극히 미약하여 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.
상기와 같이 구성되는 산업부산물, 결합재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 즉, 상기 성분들을 일정한 비율로 배합하여 일정한 흐름도를 갖는 슬러리 형태의 혼합물로 만든 후, 이것에 기계적 장치를 이용한 기포군을 강제적으로 형성시켜 고압으로 슬러리에 투입시켜 혼합한다.
산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 슬러리 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되는 것이 바람직하며, 사용량이 20부피% 미만일 경우에는 공극율이 너무 높아 양생후의 콘크리트 강도가 저하되는 단점이 있고, 60부피%를 초과할 경우에는 공극율이 낮아 투수성이 좋지 못한 등의 단점이 있다.
이때 목적하는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트를 만들기 위해서는 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물과 함유되어지는 기포군의 양이 정확하게 배합되어져야 하며, 배합시 소멸되는 기포군이 최소화되도록 하여야 한다. 또한, 형성된 기포군이 각각 독립적으로 존재하지 않아야 하며, 서로 연결된 오픈 구조를 형성하도록 혼합하여야 한다.
본 발명에서 사용하는 콘크리트 내부에 형성되는 공극 각각의 크기는 기존의 투수콘크리트 보다 매우 작으며, 공극 개개의 모양 또한 균일하고 치밀하며 완전한 구형에 가까움에도 불구하고 단위용적당 차지하는 공극의 총량은 종래의 투수 콘크
리트 보다 훨씬 크다.
기포군을 형성하기 위하여 사용되는 기포제로는 동물성 단백질 유도체 화합물과 팜유나 야자유를 원료로 한 화학유도체 등을 사용하는 것이 바람직하며, 사용량은 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용하는 것이 바람직하다. 기포제의 사용량이 1중량% 미만일 경우에는 기포군의 형성이 용이하지 못하거나 미약한 단점이 있고, 5중량%를 초과할 경우에는 기포군의 형성이 너무 과다하여 양생 후의 콘크리트의 강도가 저하되는 등의 단점이 있었다.
한편, 사용되는 콘크리트의 양생 후 공극율 및 강도 등을 고려하여 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물과 기포군의 혼합 비율은 변경될 수 있으며, 높은 강도가 요구될수록 공극율이 저하되고 높은 공극율이 요구되면 강도가 저하되는 등 반비례의 관계를 고려하고, 잔골재의 함수율을 고려하여 물 및 시멘트와 기포제의 양도 변경될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트의 물성은 다음의 표 1과 같다.
구분(밀도) 600kg/㎥ 800kg/㎥ 1,200kg/㎥
일축압축강도(28일 후) 2.5N/㎟ 3.5N/㎟ 5.5N/㎟
인장강도(28일 후) 0.25N/㎟ 0.35N/㎟ 0.55N/㎟
탄성계수 1,350 2,500 6,400
투수계수 1.80 × 10-1㎝/s 1.73 × 10-2㎝/s 1.32 × 10-4㎝/s

Claims (1)

  1. 플라이애쉬, 고로슬래그, 제지더스트, 석회석더스트로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산업부산물, 시멘트킬른더스트와 시멘트 또는 고로슬래그시멘트로 구성되는 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 물 및 기포군으로 구성되어지되, 시멘트킬른더스트는 시멘트 또는 고로슬래그시멘트 중량에 대하여 5 ~ 20중량%가 사용되며, 산업부산물은 결합재 중량에 대하여 10 ~ 25중량%가 사용되고, 잔골재는 결합재와 산업부산물의 전체 중량에 대하여 1 ~ 9 : 1 의 비율로 사용되며, 유동화제, 증점화제 및 기포안정화제는 산업부산물, 결합재 및 잔골재 전체 중량에 대하여 각각 0.1 ~ 1중량% 사용되고, 산업부산물, 결합재, 잔골재, 유동화제, 증점화제, 기포안정화제, 시멘트, 물의 혼합물은 기포군 전체 부피에 대하여 20 ~ 60부피%로 사용되며, 기포군을 형성하기 위한 기포제는 산업부산물, 시멘트킬른더스트, 유동화화제, 점증화제, 잔골재, 시멘트, 물의 혼합물 중량에 대하여 1 ~ 5중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 수중 불분리 경량 기포 콘크리트 조성물.
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