KR101221031B1 - 시멘트계 경화체용 초저점도 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서, 점도 저하를 통해 굳지않은 시멘트계 조성물의 흐름성과 펌핑성을 극대화시킨 초저점도 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 시멘트계 경화체용 초저점도 조성물, 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서, 상기 실리카퓸을 지르코니아(ZrO2)가 3중량% 미만 함유하는 한편, BET법(Brunauer Emanett and Teller method)으로 측정된 비표면적이 5~15㎡/g인 것으로 선별하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

시멘트계 경화체용 초저점도 조성물{Very low plastic viscosity composition for concrete, mortar and paste}
본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서, 점도 저하를 통해 굳지않은 시멘트계 조성물의 흐름성과 펌핑성을 극대화시킨 초저점도 조성물에 관한 것이다.
통상 페이스트는 결합재, 물, 기타 화학혼화제(감수제, 수축저감제 등) 등으로 구성되고, 모르타르는 페이스트에 잔골재를 더 혼입하여 구성되고, 콘크리트는 이 모르타르에 굵은골재를 더 혼입하여 구성되는데, 이들 페이스트, 모르타르, 콘크리트는 경화반응으로 굳어지면서 경화체가 된다. 여기서 결합재로 시멘트를 주로 사용하면 시멘트계 경화체가 된다.
한편 시멘트계 경화체용 조성물은 압축강도 증가, 내염해성 증가 등을 위해 일반적으로 낮은 물-결합재비를 사용한다. 더불어 경화체 조직을 더 치밀하게 하기 위해 매우 작은 입자의 분체를 더 혼입하기도 하는데, 대표적인 것으로 실리카퓸이 있다.
실리카퓸은 주로 전기로에서 금속 규소나 규소 철을 생산하는 과정에서 부산물로 생성되는 매우 미세한 포졸란계 재료로서, 대부분 무정형의 규소로 이루어져 있다. 실리카퓸의 물리적 성질은 약 90% 이상이 구형으로 구성되어 있고, 입경이 1이하, 평균입경은 0.1, 비표면적(BET)은 약 20㎡/g 정도, 비중이 약 2.1~2.2 정도로 알려져 있다.
실리카퓸은 대부분이 구형이기 때문에 시멘트 등이 포함된 결합재에 혼입하면, 그 경화체용 조성물은 점성이 감소하여 부드러워지는 특징이 있다. 그러나 실리카퓸은 입자가 매우 작아 서로 응집하기 쉬우며, 이에 따라 경화체용 조성물을 배합할 때 감수제의 사용, 믹서기의 날개, 골재와의 충돌 및 마찰 등에 의해서도 실리카퓸 각각의 입자가 잘 분산되지 않아 경화체용 조성물의 점도 개선에 미흡한 단점이 있다. 그 결과 실리카퓸의 각 입자가 구형인 장점이 많이 감소하여 경화체용 조성물의 흐름성과 펌핑성 향상을 기대하기 어려웠다.
본 발명은 종래 실리카퓸의 구형 입자 특성 발현 문제를 개선하기 위해 개발된 것으로서, 실리카퓸의 응집 현상을 최소화하여 구형 입자의 장점을 최대한 발휘할 수 있도록 함으로써 굳지않은 시멘트계 조성물의 흐름성과 펌핑성을 극대화시킬 수 있는 초저점도 콘크리트, 모르타르 및 페이스트 배합방법을 제공하고자 한다.
상기한 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서, 상기 실리카퓸을 지르코니아(ZrO2)가 3중량% 미만 함유하는 한편 BET법(Brunauer Emanett and Teller method)으로 측정된 비표면적이 5~15㎡/g인 것으로 선별하여 사용하는 것을 특징으로 하는 시멘트계 경화체용 초저점도 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 시멘트계 경화체용 조성물의 점도를 저하시킬 수 있기 때문에 유동성, 펌핑성, 작업성이 우수한 페이스트, 모르타르 및 콘크리트를 생산할 수 있다.
둘째, 적은 고성능 감수제의 사용으로도 목적하는 유동성을 확보할 수 있기 때문에 경제적으로 페이스트, 모르타르 및 콘크리트를 생산할 수 있다.
셋째, 실리카퓸을 선별하여 사용하는 것으로 유동성을 증대시킬 수 있기 때문에 확보할 수 있기 때문에 통상의 섬유 혼입 조성물보다 더 많은 섬유를 혼입할 수 있어 섬유 혼입에 따른 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1은 실리카퓸 비표면적에 따른 콘크리트의 점성 및 마찰점성을 나타낸다.
도 2는 실리카퓸의 모양을 나타낸다.
도 3과 도 4는 ZrO2 함량에 따른 콘크리트의 점성 및 마찰 점성 특성을 나타낸다.
본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 콘크리트, 모르타르 및 페이스트 등의 시멘트계 경화체용 조성물 배합할 때, 지르코니아(ZrO2)가 3중량% 미만 함유하는 한편 BET법(Brunauer Emanett and Teller method)으로 측정된 비표면적이 5~15㎡/g인 실리카퓸을 선별하여 사용할 것을 제안한다. 실험을 통해 실리카퓸의 지르코니아(ZrO2) 함량과 비표면적이 콘크리트 점성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하고 그 결과로서 본 발명을 제안하고 있는 것이다.
아울러 본 발명은 시멘트 경화체용 조성물을 배합할 때, 결합재에 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 무수석고 중에서 하나 이상의 분체를 더 포함시켜 배합할 것으로 제안하며, 특히 실리카퓸을 결합재량의 3~25중량%로 포함시켜 배합할 것을 제안한다. 나아가 본 발명은 시멘트 경화체용 조성물을 배합할 때, 유기섬유와 강섬유 중 하나 이상의 섬유를 더 혼입하되 유기섬유는 경화체의 0.01~5.0vol%로 혼입하는 한편 강섬유는 1~800kg/㎥으로 혼입할 것을 제안한다.
이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예1 ] 실리카퓸 특성에 따른 콘크리트의 유동성
(1)실리카퓸의 특성 조사
실리카퓸 특성에 따른 콘크리트 특성을 시험하기 위해 먼저 시중에 유통 중인 4가지의 실리카퓸을 수집하여 물리ㆍ화학적인 특성을 조사하였다. 실리카퓸 A,B,C는 일반 실리카퓸이고, 실리카퓸 D는 지르콘샌드(ZrSiO2·SiO2)를 전기로 용융 시 발생되는 배기가스를 집진한 지르코니아 실리카퓸이다. 비표면적을 측정하기 위하여 사용한 장비는 Micromeritics의 ASAP2020 모델이다. 그리고 평균입경을 측정하기 위하여 BeckmanCoultler의 LS 13320 입도분석기를 사용하였다. 입도분석을 하기 전에 전처리 과정을 2가지로 수행하였다. 처리 방법 A에서는 알코올과 초음파 진동기를 사용하였고, 처리 방법 B에서는 알코올, 분산제 및 초음파 진동기를 사용하였다. 조사 결과 하기 [표 1]과 같다.
실리카퓸 특성
구분 LOI 비중 비표면적
(㎡/g)
(BET법)		 겉보기
평균입경(㎛)		 화학성분(중량%)
처리A 처리B SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O
A 3.67 2.24 19.2 21.68 11.02 92.14 0.17 1.55 0 0.47 0 2.01
B 1.07 2.27 23.6 177.8 12.88 98.93 0 0.19 0 0 0 0
C 2.95 2.22 24.6 측정불가 9.07 96.58 0 0.42 0 0 0 0.05
D 0.69 2.35 9.3 12.56 2.69 99.12 0 0.13 0 0 0 0
A: Elkem 920D, B: Elkem 971U, C; 중국산 Sioxide, D : IMERSYSASTRON Silica Fume
[표 1]에 나타낸 바와 같이 A, B, C 시료는 대체로 비표면적이 크고, D 시료는 상대적으로 비표면적이 작은 것으로 나타났다. 일반적으로 비표면적이 크면 평균입경이 작아야 하는데, 실리카퓸의 응집 현상으로 겉보기 평균입경이 오히려 매우 큰 것으로 나타났다. 즉 일반적인 시멘트 입자가 평균 입경이 10㎛정도이고 이보다 실리카퓸의 입경이 훨씬 작은데도, 상기 [표 1]에서와 같이 실리카퓸의 입경이 크게 측정이 되었다. 이와 같은 결과에 따라 실리카퓸은 생산 과정에서 각각의 입자가 독립적으로 존재하지만 콘크리트에 혼입되는 과정에서 각 입자들이 뭉친다고 할 수 있다. 한편 시료 D는 다른 시료들에 비해 비표면적이 작지만 오히려 입도 분석에서 나타난 겉보기 평균입경은 가장 작으로 것으로 나타났는데, 이는 콘크리트에 혼입되는 과정에서 상대적으로 적게 응집되어 콘크리트 내에서 원활한 분산이 이루어진 것으로 예상된다.
(2)콘크리트의 특성 시험방법
상기 [표 1]의 실리카퓸을 이용하여 하기 [표 2]와 같은 배합비로 콘크리트를 배합한 후 콘크리트의 슬럼프 플로우, 공기량 및 Bingham 모델에 근거한 콘크리트 자체의 점성 및 금속과의 마찰점성을 측정하였다. 사용된 잔골재는 비중 2.64, 흡수율 0.87%의 세척사, 굵은골재는 비중 2.64, 흡수율, 1.01%, 최대골재크기 20mm인 쇄석을 사용하였다. 감수제는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 SP
(B×%)		 질량배합(kg/m3)
W B
C SF
SF-0% 25 42.9 적정량 160 640 0
A,B,C,D-10% 25 42.9 적정량 160 576 64
A,B,C,D-20% 25 42.9 적정량 160 512 128
W: 물, C: 제1종 시멘트, SF:실리카퓸, SP: 폴리카르본산계 고성능 감수제
(3)시험결과
콘크리트 특성에 대한 시험결과는 하기 [표 3] 및 도 1에 나타낸 바와 같다. 콘크리트의 슬럼프 플로우를 거의 동일하게 하고 다른 여러 가지 특성에 대한 변화를 파악하였다.
콘크리트 특성
구분 SP
(B×%)		 Slump
flow(mm)		 Air
content(%)		 concrete
viscosity
(Pa·s)		 Friction
viscosity
(Pa·s/m)		 압축강도(MPa)
7일 28일
SF-0% 1.4 605 1.1 183 2954 67.7 80.9
A-10% 1.65 605 1.2 174 2422 73.2 94.7
A-20% 2.02 565 1.7 116 1705 77.8 102.2
B-10% 1.77 580 1.7 102 1908 79.1 98.3
B-20% 2.45 585 1.5 104 2071 81.1 103.2
C-10% 1.65 620 1.3 107 1711 74.6 96.9
C-20% 1.95 575 1.4 118 1982 78.2 93.4
D-10% 1.07 605 1.2 75 1407 73.2 96.2
D-20% 0.97 595 1.3 49 755 77.0 98.6
상기 [표 3]에 나타낸 바와 같이 동일한 슬럼프 플로우를 생산하기 위한 고성능 감수제의 양은 실리카퓸의 양, 실리카퓸의 종류에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 실리카퓸 A, B, C의 경우 고성능 감수제는 1.65~2.45%로서 실리카퓸을 사용하지 않은 경우인 1.4%보다 높게 나타났다. 그런데 실리카퓸 D의 경우에는 0.97~1.07%로서 실리카퓸을 사용하지 않은 경우보다 훨씬 낮은 것으로 나타났다. 이는 비표면적이 작은 실리카퓸이 콘크리트 내에서 응집이 되지 않고 잘 분산이 되어 시멘트 입자 사이에서 볼 베어링 역할을 하기 때문인 것으로 판단된다.
또한, 상기 [표 3] 및 도 1에서와 같이 실리카퓸이 첨가되면 콘크리트 점성, 마찰점성이 감소하는 것으로 나타났다. 그런데, 실리카퓸 D의 경우에는 다른 실리카퓸보다 콘크리트의 점성을 더 크게 떨어뜨리는 것으로 나타났다. 이는 실리카퓸의 평균입경이 클수록 콘크리트 내에서 분산이 잘 이루어져 콘크리트의 점성을 크게 개선시켰기 때문으로 판단된다.
또한 상기 [표 3]에서 알 수 있는 바와 같이 콘크리트 강도 발현 측면에서 있어서 D 시료를 사용한 경우와 다른 시료를 사용한 경우의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.
[ 실시예2 ] 지르코니아 실리카퓸 특성에 따른 콘크리트 특성
(1)실리카퓸의 특성
지르코니아 실리카퓸에는 ZrO2 성분이 포함되어 있다. 이러한 ZrO2 성분량에 따른 콘크리트의 특성을 파악하기 위하여 2종류의 지르코니아 실리카퓸과 1종류의 일반 실리카퓸을 선택하여 실험을 실시하였다. 사용된 일반 실리카퓸은 [표 1]에서 C 실리카퓸이고, 지르코니아 실리카퓸은 [표 1]에서 D 실리카퓸과 하기 [표 4]의 E 실리카퓸이다. 도 2는 [표 1]과 [표 4]에서 언급된 실리카퓸의 모양을 나타낸다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 ZrO2 성분이 매우 적은 D 실리카퓸은 ZrO2 성분이 3.48중량%인 E 실리카퓸보다 훨씬 흰색을 띰을 알 수 있다. 이는 ZrO2가 보다 어두운 색을 띠기 때문이다.
실리카퓸 특성
구분 LOI 비중 비표면적
(㎡/g)
(BET법)		 화학성분(중량%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 ZrO2
E 1.6 2.50 8.5 93.0 0.46 0.48 3.48
E: Jing Jie Hui Silica Fume(지르코니아 실리카퓸)
(2)콘크리트 특성 시험방법
지르코니아 실리카퓸 특성에 따른 콘크리트 특성 시험은, 하기 [표 5]와 같은 배합비로 콘크리트를 배합한 후 콘크리트의 슬럼프 플로우, 공기량 및 Bingham 모델에 근거한 콘크리트 자체의 점성 및 금속과의 마찰점성을 측정하였다. 사용된 잔골재는 비중 2.59, 흡수율 1.04%의 세척사, 굵은골재는 비중 2.64, 흡수율, 1.01%, 최대골재크기 20mm인 쇄석을 사용하였다. 감수제는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 SP
(B×%)		 질량배합(kg/m3)
W B
C SF
C-25-10% 25 45 적정량 160 576 64
C-25-15% 25 45 적정량 160 544 96
D-25-10% 25 45 적정량 160 576 64
D-25-15% 25 45 적정량 160 544 96
E-25-10% 25 45 적정량 160 576 64
E-25-15% 25 45 적정량 160 544 96
C-32-10% 32 45 적정량 172 484 54
D-32-10% 32 45 적정량 172 484 54
E-32-10% 32 45 적정량 172 484 54
W : 물, C : 제 1종 시멘트, SF:실리카퓸, SP : 폴리카르본산계 고성능 감수제
(3)시험결과
실리카퓸 특성에 따른 콘크리트 특성에 대한 시험결과는 하기 [표 6] 및 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같다. 콘크리트의 슬럼프 플로우를 거의 동일하게 하고 다른 여러 가지 특성에 대한 변화를 파악하였다.
실리카퓸 특성에 따른 콘크리트의 특성
구분 SP
(B×%)		 Slump
flow(mm)		 Air
content(%)		 concrete
viscosity
(Pa·s)		 Friction
viscosity
(Pa·s/m)
C-25-10% 2.3 605 1.7 199 2808
C-25-15% 2.71 610 1.8 131 2420
D-25-10% 1.31 595 2.2 97 1685
D-25-15% 1.12 605 1.7 66 1482
E-25-10% 1.38 605 1.6 104 1812
E-25-15% 1.3 610 2.1 85 1928
C-32-10% 1.55 550 1.4 89 1772
D-32-10% 0.9 580 1.6 69 736
E-32-10% 0.82 600 1.7 81 1124
상기 [표 6]에 나타낸 바와 같이 동일한 슬럼프 플로우를 생산하기 위한 고성능 감수제의 양은 실리카퓸의 양, 실리카퓸의 종류에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 지르코니아 실리카퓸인 D, E 인 경우에 비표면적이 거의 같이 때문에 비슷한 고성능 감수제가 사용되었다.
그러나 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이 콘크리트 자체의 점성과 마찰 점성에서는 차이가 있는 것으로 나타났다. 물-결합재 비에 관계없이 비표면적이 작은 D, E의 콘크리트 점성이 낮은 것은 [실시예1]과 동일하지만, 동일한 비표면적에서는 ZrO2 함량에 따라서 점성의 차이가 확연하게 나타났다. 즉, ZrO2가 3중량% 이상인 E 실리카퓸을 사용한 콘크리트 점성은 ZrO2가 3% 미만인 D 실리카퓸을 사용한 콘크리트 점성보다 모든 경우에 높게 나타났다. 그 결과, 지르코니아 실리카퓸 중에서도 가능한 ZrO2 성분이 낮은 실리카퓸을 사용한다면, 더욱 낮은 저점도 콘크리트로 배합할 수 있을 것이다.
[ 실시예3 ] 플라이애시 첨가에 따른 특성 시험
(1)시험방법
[실시예1]에 따른 콘크리트 시험 결과를 바탕으로 플라이애시가 첨가된 콘크리트에 대해서도 콘크리트 특성이 변화하는지에 대하여 검토를 수행하였다. 콘크리트 배합비는 [표 7]에 나타낸 바와 같다. [표 7]에 나타낸 실리카퓸은 [표 1]의 D 시료이다. 플라이애시 양을 고정하고, D 실리카퓸을 치환량을 변화시키면서 콘크리트의 특성 변화를 살펴보았다. 사용된 잔골재는 비중 2.62, 흡수율 0.85%의 세척사, 굵은골재는 비중 2.68, 흡수율 0.87%, 최대골재크기 20mm인 쇄석을 사용하였다. 감수제는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다. 콘크리트 특성 측정 항목은 슬럼프 플로우, 공기량, 콘크리트 점성 및 마찰 점성이다.
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 SP
(B×%)		 질량배합(kg/m3)
W B
C FA SF
SF-0% 22 42.9 적정량 160 654 73 0
SF-7.5% 22 42.9 적정량 160 600 73 55
SF-15% 22 42.9 적정량 160 545 73 109
SF-22.5% 22 42.9 적정량 160 491 73 164
W : 물, C : 제 1종 시멘트, SF:실리카퓸, FA: 플라이애시, SP : 폴리카르본산계 고성능 감수제
(2)시험결과
플라이애시가 혼입된 콘크리트에 대하여 실리카퓸([표 1]의 시료 D)이 치환된 경우의 콘크리트 특성은 하기 [표 8]과 같다.
콘크리트 특성
구분 SP
(B×%)		 Slump
flow(mm)		 Air
content(%)		 concrete
viscosity
(Pa·s)		 Relative
Friction
viscosity(%)		 압축강도(MPa)
7일 28일
SF-0% 2.1 615 1.0 측정불가 100 72.4 89.5
SF-7.5% 1.85 625 0.9 148 68.1 74.3 100.3
SF-15% 1.6 570 1.0 76 45.1 76.1 103.8
SF-22.5% 1.55 595 1.0 58.3 40.7 78.4 108.3
상기 [표 8]에서와 같이 실리카퓸 치환량이 증가할수록 동일한 슬럼프 플로우를 생산하기 위한 고성능 감수제의 양은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 실리카퓸 치환율이 증가할수록 콘크리트의 점성과 상대 마찰점성 계수의 값이 지속적으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한 콘크리트의 압축강도는 실리카퓸 치환율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다.
통상적으로 실리카퓸을 콘크리트에 사용할 때 총 결합재의 3~25% 범위에서 사용한다. 본 실험결과를 보면 이 정도 범위에서 비표면적이 작으면서 ZrO2가 3% 미만인 실리카퓸을 사용한다면 저점도 콘크리트의 제조가 가능하다고 판단된다.
[ 실시예4 ] 고로슬래그 미분말 첨가에 따른 콘크리트 특성
(1)시험방법
[실시예1]에 따른 콘크리트 시험 결과를 바탕으로 고로슬래그 미분말을 첨가한 콘크리트에 대해서도 콘크리트 특성이 변화하는지에 대하여 검토를 수행하였다. 콘크리트 배합비는 [표 9]에 나타낸 바와 같다. [표 9]에 나타낸 바와 같이 고로슬래그 미분말이 포함된 결합재에 실리카퓸을 혼입하지 않은 경우와, 실리카퓸을 10% 혼입한 경우에는 상기 [표 1]의 실리카퓸 C(SF-C-10%)와 D(SF-D-10%)를 사용하여 콘크리트의 특성을 살펴보았다. 사용된 잔골재는 비중 2.59, 흡수율 1.04%의 세척사, 굵은골재는 비중 2.66, 흡수율 0.63%, 최대골재크기 20mm인 쇄석을 사용하였다. 감수제는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다. 콘크리트 특성 측정 항목은 슬럼프 플로우, 콘크리트 점성 및 마찰 점성이다.
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 SP
(B×%)		 질량배합(kg/m3)
W B
C BFS SF
SF-0% 32 45 적정량 172 323 215 0
SF-C-10% 32 45 적정량 172 290 194 54
SF-D-10% 32 45 적정량 172 290 194 54
W : 물, C : 제 1종 시멘트, SF:실리카퓸, BFS: 고로슬래그 미분말, SP : 폴리카르본산계 고성능 감수제
(2)시험결과
고로슬래그 미분말을 혼입한 경우에 실리카퓸 종류에 따른 콘크리트 특성은 하기 [표 10]에 나타낸 바와 같다.
콘크리트 특성
구분 SP
(B×%)		 Slump
flow(mm)		 concrete
viscosity
(Pa·s)		 Friction
viscosity
(Pa·s/m)
SF-0% 0.7 565 측정불가 2604
SF-C-10% 1.3 575 136 1699
SF -D-10% 0.7 560 70 1086
상기 [표 10]에서와 같이 동일한 슬럼프 플로우를 생산하는 고성능 감수제의 사용량을 살펴보면, 실리카퓸 D가 훨씬 적은 양의 고성능 감수제가 소모되는 것으로 나타났다. 또한 콘크리트 점성 및 마찰점성이 실리카퓸 D가 실리카퓸 C보다 훨씬 작은 것으로 나타났다. 그 결과 고로슬래그 미분말이 혼입된 경우에도 비표면적이 작으면서 ZrO2가 3% 미만인 실리카퓸을 사용하면 저점도 콘크리트 생산이 가능하다.
[ 실시예5 ] 저점도 콘크리트에서의 섬유 혼입
(1)시험방법
콘크리트에 섬유를 혼입하면 콘크리트의 점성 증가가 예상된다. 저점도 콘크리트의 가장 큰 장점은 섬유 혼입 시 점도가 높은 일반 콘크리트보다 훨씬 많은 섬유의 혼입이 가능할 것으로 예상된다. 일반적으로 섬유는 콘크리트보다 모르타르에 훨씬 혼입하기가 용이하고, 모르타르보다는 페이스트에 혼입하기가 용이하다. 그 이유는 굵은 골재와 잔골재가 섬유와 같이 엉키기 때문에 많은 혼입하면 콘크리트나 모르타르가 비벼지지 않기 때문이다.
이에 본 발명에서는 물-결합재비가 아주 낮은 콘크리트에서 실리카퓸 종류에 따른 섬유 혼입 특성에 대하여 검토를 수행하였다. 사용된 실리카퓸은 [표 1]에 나타낸 실리카퓸 B와 D이고, 하기 [표 11]과 같이 배합하였다. 사용된 잔골재는 비중 2.70, 조립율 2.8, 흡수율 0.87의 세척사를 사용하였고, 굵은골재는 비중 2.70, 흡수율 0.80, 최대골재크기 10mm의 쇄석을 사용하였다. PP섬유는 길이 12mm, 직경 40㎛ 제품을 사용하였고, 강섬유는 길이 25mm, 직경 550㎛의 제품을 사용하였다. 콘크리트 특성 측정 항목은 슬럼프 플로우이다.
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 SP
(B×%)		 질량배합(kg/m3) PP
(vol.%)		 강섬유
(kg/㎥)
W B
C BFS SF Gy
D-38-50 11 27.8 적정량 130 591 295 236 59 0.38 40
D-60-50 11 27.8 적정량 130 591 295 236 59 0.60 40
D-38-75 11 27.8 적정량 130 591 295 236 59 0.38 60
D-38-100 11 27.8 적정량 130 591 295 236 59 0.38 80
B-38-50 11 27.8 적정량 130 591 295 236 59 0.38 40
W: 물, C: 제1종 시멘트, SF:실리카퓸, BFS: 고로슬래그미분말, Gy:무수석고
SP: 폴리카르본산계 고성능 감수제
(2)시험결과
실리카퓸의 종류에 따른 콘크리트 특성 시험결과는 [표 12]에 나타낸 바와 같다.
콘크리트 특성
구분 SP
(B×%)		 Slump
flow(mm)
D-38-50 2.3 505
D-60-50 3.0 395
D-38-75 3.0 460
D-38-100 3.1 445
B-38-50 3.0 안풀림
상기 [표 12]에 나타낸 바와 같이 동일한 섬유 혼입량이 D-38-50과 B-38-50을 비교해 보면, 실리카퓸 D를 사용한 경우가 훨씬 적은 양의 고성능 감수제를 사용함에도 불구하고 슬럼프 플로우가 형성된 반면, 실리카퓸 B를 사용한 배합에서는 콘크리트가 형성이 되지 않았다. 또한 D 실리카퓸을 사용한 경우에는 섬유 사용량을 훨씬 증가시켜도 고성능 감수제의 사용량은 약간 증가하지만, 콘크리트가 형성되는 것으로 나타났다. 그 결과, 저점도 콘크리트는 훨씬 많은 양의 섬유를 혼입할 수 있는 것으로 나타났다.
이상과 같은 결과를 종합하면, BET 비표면적이 작으면서 ZrO2가 3% 미만인 실리카퓸을 사용하면 플라이애시, 고로슬래그 미분말 등의 혼화재료에 관계없이 저점도 콘크리트 생산이 가능하며, 실리카퓸의 혼입량이 증가할수록 콘크리트의 점성도 더 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 본 발명에서는 예시하지 않았지만, 페이스트, 모르타르는 콘크리트에서 단순히 각각 골재 및 굵은골재만을 제외한 경우이기 때문에 페이스트와 모르타르의 점성 변화는 분체의 구성요소에 크게 영향을 받을 수밖에 없다. 본 발명에서 제시한 실리카퓸을 페이스트와 모르타르에 적용하더라도 동일한 결과를 얻을 것은 확실하다.
또한 저점도 콘크리트에서는 기존 콘크리트보다 훨씬 많은 양의 섬유를 혼입할 수 있는 것으로 나타났다. 기존 실험결과에 따르면, 페이스트나 모르타르에 유기섬유는 4.0vol%, 강섬유는 800kg/㎥까지 혼입할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 저점도 콘크리트를 적용하면 기존 섬유량보다 많이 혼입할 수 있다.

Claims (4)

  1. 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서,
    상기 실리카퓸은, 지르코니아(ZrO2)가 3중량% 미만 함유하는 한편 BET법(Brunauer Emanett and Teller method)으로 측정된 비표면적이 5~15㎡/g인 것으로, 결합재량의 3~25중량%로 포함되며,
    상기 결합재는, 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 무수석고 중에서 하나 이상의 분체가 더 포함된 것임을 특징으로 하는 시멘트계 경화체용 초저점도 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 시멘트 경화체용 조성물은,
    유기섬유와 강섬유 중 하나 이상의 섬유가 더 혼입되되,
    유기섬유는 경화체의 0.01~5.0vol%로 혼입되는 한편 강섬유는 1~800kg/㎥으로 혼입되는 것을 특징으로 하는 시멘트계 경화체용 초저점도 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
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