KR101222076B1 - 고로괴재슬래그 골재를 포함하는 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 골재의 전부 또는 일부를 고로괴재슬래그 파쇄물로 대체한 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 첨가제의 사용에 의해 고로괴재슬래그를 잔골재로 사용할 때의 부정적인 요인을 극복하여 콘크리트의 압축강도, 내구성 및 작업성이 고루 우수하게 발현되도록 한 것이다.
본 발명은 음이온계 AE제 100중량부 대비 야자유 0.5~5.0중량부의 비율로 혼합 조성된 연행공기 분산제를 제공한다.
또한, 본 발명은 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서, 상기 잔골재의 5~50부피부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고, 감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고, 음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고, 야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물을 함께 제공한다.
또한, 본 발명은 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서, 상기 굵은골재의 전부 또는 일부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고, 감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고, 음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고, 야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물을 함께 제공한다.

Description

고로괴재슬래그 골재를 포함하는 콘크리트 조성물{Concrete composition containing blast furnance air-cooled slag as aggregate}
본 발명은 골재의 전부 또는 일부를 고로괴재슬래그 파쇄물로 대체한 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 첨가제의 사용에 의해 고로괴재슬래그를 골재로 사용할 때의 부정적인 요인을 극복하여 콘크리트의 압축강도, 내구성 및 작업성이 고루 우수하게 발현되도록 한 것이다.
철강슬래그는 고로슬래그와 제강슬래그로 구분된다. 고로슬래그는 고온에서 철광석으로부터 선철을 제조하는 과정중에 발생하며, 냉각방식에 따라 고로괴재슬래그와 고로수쇄슬래그로 구분된다.
고로괴재슬래그는 냉각과정에서 내부의 가스가 방출되면서 내부와 표면에 다량의 공극이 형성된다. 고로괴재슬래그는 잠재수경성이 있기 때문에 미분말로 분쇄하여 시멘트 대체재로 사용할 수 있으나, 미분말화하지 않은 성상 그대로는 적당한 크기로 파쇄하여 성토·복토용, 충전(充塡)용 등으로 활용할 뿐 다른 용처(用處)를 찾기 어려웠다. 특히, 고로괴재슬래그를 건축구조재료인 콘크리트를 구성하는 굵은골재나 잔골재로 적용된 사례는 찾을 수 없다.
[참고사진 1] - 파쇄 전 고로괴재슬래그
Figure 112012053938601-pat00001

고로괴재슬래그에 관한 선행기술들을 살펴보면 다음과 같다.
등록특허 제1115721호 "고로괴재슬래그를 함유하는 시멘트 조성물 및 그 제조 방법" 은 고로괴재슬래그를 미분말화하여 시멘트 조성물로 포함시킨 내용의 것이다.
공개특허 제2001-0056828호 "고로 노벽보수시 로내 장입물의 밀봉방법"은 고로괴재슬래그를 고로의 밀봉재로 활용하는 기술, 즉 고로괴재슬래그를 고로에 충전시키는 내용의 것이다.
공개특허 제1997-0026990호는 "고로 괴재(塊材)슬래그를 이용한 아스콘용 충진재 제조방법"은 고로괴재슬래그를 아스콘용 충진재로 사용하는 기술에 관한 것으로서, 이 역시 고로슬래그를 충전재로 사용하는 것이다.
공개특허 제2002-0017108호 "잠재수경성 재료를 이용한 연약지반에서의 말뚝 및 폐기물매립장 조성방법"은 고로괴재슬래그를 지반 충전용으로 사용하는 내용이 포함된 것이다.
이상과 같이 고로괴재슬래그를 사용한 선행 기술들은 모두 고로괴재슬래그를 미분말화한 것이거나 고로괴재슬래그를 충전재로 사용한 것이다.
한편, 등록특허 제0445126호 "고로슬래그를 사용한 투수성 콘크리트 조성물", 등록특허 제0693391호 "제강슬래그 및 고로슬래그를 이용한 구조물 성형 컬러콘크리트 조성물 및 제조 방법", 등록특허 제0797297호 "콘크리트 잔골재 대체용 슬래그 및 이를 포함하는 내구성이 우수한 콘크리트 조성물" 등의 특허 문헌에서는 고로슬래그를 잔골재 또는 굵은골재로 활용한 예를 찾아볼 수 있다. 그러나 위의 선행기술들은 고로수쇄슬래그의 활용에 관한 기술들로서, 고로괴재슬래그를 이용하는 기술로 볼 수 없다. 또한, 고로수쇄슬래그에 관한 위 선행기술들을 고로괴재슬래그에 확대 적용할 수 있다 하더라도, 위와 같은 선행기술들은 고로슬래그 골재의 단점(입자의 내부와 표면에 공극이 형성됨)에 의해 기술 적용 범위가 제한되어 있다.
등록특허 제0445126호의 경우 "고로슬래그는 일반 콘크리트보다는 투수성 콘크리트용 골재로서의 사용가치가 크다. 그 이유는 포장용의 투수성 콘크리트는 된반죽의 것을 로울러로 전압하여 다짐을 하는 것이 보통이기 때문에 고로슬래그와 같은 불량한 골재의 입형이 시공성에 미치는 영향이 일반 콘크리트에 비하여 적다는 점에 있다"고 설명하면서 고로슬래그 골재를 포함하는 콘크리트 조성물을 건축구조재료용이 아닌 "투수성 콘크리트"로 한정하고 있다.
등록특허 제0693391호는 그 특허청구범위의 청구항 1에 인공어초 구조물에 적용하는 것임을 전제하고 있으며, "본 발명의 구조물은 다공질로 이루어지며 다공질 콘크리트의 공극률이 높고 공극의 크기가 큰 편이므로 해상 수생식물의 착상이 쉽고 해상생물의 생육환경에 적합하도록 공극률 20~30%, 골재 입경 조골재 10~15mm, 쇄석 13~29mm로 하였다"고 설명되어 있어 고로슬래그의 공극을 해상 수생식물의 착상에 이용하기 위한 발명임을 알 수 있다.
고로괴재슬래그는 내부 및 표면에 다량의 공극이 분포하고 있으므로, 이러한 고로괴재슬래그를 파쇄하여 콘크리트의 잔골재 또는 굵은골재로 포함시키는 경우 괴재슬래그 표면의 다공질 구조로 인하여 일반 골재를 사용한 콘크리트와 동일한 물-결합재비로 배합하는 경우 작업성이 저하된다.
[참고사진 2] - 고로괴재슬래그를 파쇄하여 제조한 굵은골재
Figure 112012053938601-pat00002
따라서 고로괴재슬래그를 파쇄하여 제조한 잔골재 또는 굵은골재를 사용한 콘크리트가 일반골재를 사용한 콘크리트와 동등한 수준의 작업성이 발현되도록 하려면 단위수량을 증가시켜야 하며, 이 경우에는 블리딩 증가로 인한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 고로괴재슬래는 [참고사진 2]와 같이 내부 및 표면에 다량의 공극이 분포하며, 약 2~4vol%의 닫힌 공극으로 형성되어 있으므로 고로괴재슬래그를 잔골재 또는 굵은골재로 포함시킨 콘크리트의 공기량이 KS 레미콘 규격값인 3~6vol%를 만족하더라도, 시멘트 페이스트에는 1~2vol%의 공기량만이 존재하는 결과가 발생한다. 연행공기(entrained air)는 콘크리트의 동결융해시 발생하는 팽창압을 흡수하여 동결융해의 피해를 감쇄시키므로 시멘트 페이스트의 공기량이 기준 미만으로 감소한다는 것은 곧 콘크리트의 내구성이 저하되는 결과로 이어진다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해소하기 위한 것으로서, 고로괴재슬래그를 파쇄하여 잔골재 또는 굵은골재로 사용함에도 구조재료용 콘크리트로서 기본적으로 갖추어야할 콘크리트의 압축강도, 내구성 및 작업성이 고루 우수하게 발현되는 콘크리트 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 골재의 전부 또는 일부를 고로괴재슬래그 파쇄물로 대체한 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 첨가제의 사용에 의해 고로괴재슬래그를 골재로 사용할 때의 부정적인 요인을 극복하여 콘크리트의 압축강도, 내구성 및 작업성이 고루 우수하게 발현되도록 한 것이다.
콘크리트 조성물을 형성시킬 때 고로괴재슬래그 파쇄물을 잔골재 또는 굵은골재로 사용함에 의한 작업성 저하의 문제는 감수제를 사용함으로써 해결할 수 있다.
콘크리트의 동결융해저항성을 확보하기 위해 가장 간단하고 경제적이며 효과적인 방법은 공기연행제(air-entraining agent, 이하 'AE제' 혼용)를 사용하는 것이다. AE제를 사용한 콘크리트의 내부에는 직경이 50~500㎛ 정도인 연행공기가 형성되며, 이것의 볼베어링 작용 등에 의해 아직 굳지않은 콘크리트의 유동성 및 수밀성이 증가하며, 무엇보다도 동결융해 작용에 대한 저항성이 증대된다. 이와 같이 AE제 사용에 의하여 콘크리트의 동결융해저항성이 향상되는 이유는 AE제를 사용함으로써 콘크리트에는 미세한 다량의 연행공기가 도입되고, 이 연행공기가 콘크리트 표면 및 내부 수분이 동결하여 체적이 팽창함에 따라 발생되는 팽창압을 완화시키는 작용을 하기 때문이다. 팽창압을 완화시키기 위해서는 연행공기간의 간격이 가까울수록 좋지만 너무 많은 연행공기가 도입되면 강도가 현저히 저하되므로 적당량의 연행공기를 도입할 필요가 있다. 콘크리트의 동결융해저항성은 연행공기간의 평균거리를 나타내는 기포간격계수(spacing factor)로 설명할 수 있는데, ACI 소위원회 보고서에서는 일반콘크리트의 동결융해저항성을 확보하기 위해서 기포간격계수가 200㎛ 이하로 되도록 AE제의 사용을 제안하고 있다. 아래의 [그래프 1]은 콘크리트 내의 기포간격계수와 콘크리트의 내구성 지수 간의 관계를 나타낸 것이다.
[그래프 1]
Figure 112012053938601-pat00003
본 발명에서 사용한 고로괴재슬래그 골재는 내부에 2~4vol%의 닫힌공극을 포함하고 있고, 시멘트 페이스트에는 1~2vol%의 연행공기가 존재하게 된다. 이때의 기포간격계수는 350~500㎛로 분포하게 되며, 이에 따라 동결융해저항성이 크게 감소하게 된다.
이에 본 발명은 「음이온계 AE제 100중량부 대비 야자유 0.5~5.0중량부의 비율로 혼합 조성된 연행공기 분산제」를 제공한다. 상기 연행공기 분산제를 사용하게 되면 시멘트 페이스트 내의 공기량을 동일하게 유지하면서, 기포의 직경을 통상적인 음이온계 AE제를 사용할 때보다 작게 형성시켜 시멘트 페이스트 내 기포의 수를 증가시킨다. 이에 따라 콘크리트 내부 기포의 기포간격계수를 줄임으로써 연행공기의 동결융해에 대한 완충작용을 크게 늘려 콘크리트의 동결융해 저항성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 고로괴재슬래그 잔골재 또는 굵은골재를 사용한 콘크리트 조성물을 건축 구조재료로 사용할 수 있다. 또한 본 발명이 제공하는 연행공기 분산제는 콘크리트 내부의 기포간격계수를 줄임으로써 콘크리트의 동결융해 저항성을 향상시키는 효과가 있으므로 새로운 유형의 혼화제로서 일반적인 콘크리트 조성물에도 확대 적용할 수 있다.
Ⅰ. 연행공기 분산제
본 발명은 음이온계 AE제 100중량부 대비 야자유 0.5~5.0중량부의 비율로 혼합 조성된 연행공기 분산제를 제공한다.
AE제는 거품을 일으키는 성질이 뛰어난 계면활성제로서, 콘크리트 중에 작은 기포(氣泡)를 고르게 발생시켜 내동결융해성(耐凍結融解性)·내식성(耐蝕性) 등의 내구성을 개선한다. 또, 프레시(fresh) 콘크리트의 유동성을 좋게 하여 부어넣기 작업을 용이하게 하고, 굳은 콘크리트의 열전도율을 저하시키며, 수밀성(水密性)을 향상시키는 등의 2차적인 효과도 있다. 현재 콘크리트 혼화제로 사용되는 AE제는 대부분 음이온계 AE제이다. 음이온계 AE제는 물에서 용해되어 계면활성을 발휘하는 기(基)가 음이온의 전하를 띤 것으로 수지비누, 유산에스텔계, 설포네이트계 등이 있다. 이러한 AE제의 사용량은 콘크리트 중의 전(全)공기량이 용적으로 약 3~6%가 되도록 할 것이며, 너무 많이 사용하면 비경제적일 뿐만 아니라, 압축강도의 감소, 철근과의 부착강도의 저하 등 여러 가지 장애가 일어나므로, 적정 사용량을 엄수해야 한다.
필리핀, 인도네시아에서 생산되는 야자수 과실의 핵 내부의 지방질을 건조시킨 것을 코프러(함유분 55~65%)라고 하며, 이러한 코프러에서 채유되는 식물성 기름을 야자유라 한다. 이러한 야자유는 라우린산, 미리스틴산, 가프르산 등의 중급 지방산의 혼합 트리글리세리드가 주성분이다. 녹는점 23~28℃, 비중 0.914~0.938, 굴절률 1.447~1.449, 비누화값 253~258, 아이오딘값 8~10, 라이헤르트-마이슬값 5.5~8.9이다. 입 속에서 잘 녹아 제과용 유지로 사용되며, 양질의 비누 원료, 합성 계면 활성제의 원료로도 사용된다.
본 발명이 제공하는 연행공기 분산제는 음이온계 AE제와 야자유를 혼합하여 조성한 것으로서, 이는 일반적인 음이온계 AE제에 의해 형성되는 콘크리트 내의 기포 보다 작은 기포를 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 콘크리트 내 공기량이 동일한 상태에서 기포의 수량이 증대되고, 기포간격계수는 줄어들게 된다. 따라서, 일반적인 음이온계 AE제와 본 발명이 제공하는 연행공기 분산제를 동일한 양으로 사용하면 연행공기 분산제를 사용할 때 콘크리트의 내구성, 프레시 콘크리트의 작업성 및 굳은 콘크리트의 수밀성이 고루 향상된다. 다른 관점에서, 콘크리트의 발현 성능을 동일하게 할 때에는 상기 연행공기 분산제를 사용할 때 음이온계 AE제 사용량을 약 10~20wt% 감소시킬 수 있다.
이러한 연행공기 분산제는 후술할 "잔골재로 고로괴재슬래그를 포함하는 콘크리트 조성물"을 위해 개발된 것이기는 하나 일반 콘크리트 조성물에 첨가되어 기능이 향상된 공기연행제로서 작용토록 할 수도 있다.
Ⅱ. 고로괴재슬래그 잔골재를 포함하는 콘크리트 조성물
콘크리트 조성물은 기본적으로 결합재, 물, 굵은골재 및 잔골재로 조성되며, 여기에 각종 혼화제가 첨가될 수 있다. 본 발명은 고로괴재슬래그를 콘크리트 조성물을 이루는 잔골재의 일부로 적용하기 위한 것으로서, 해당 콘크리트 조성물을 구조재료로 사용하기 위해 필요한 압축강도, 작업성 및 내구성이 고루 발현될 수 있도록 하기 위한 고로괴재슬래그의 사용량 및 첨가되는 혼화제에 특징이 있다. 즉, 본 발명은 결합재량, 단위수량, 골재량 등에 관계없이, 잔골재 중 고로괴재슬래그가 포함된 비율과, 결합재 100중량부를 기준으로 첨가되는 혼화제(감수제 및 전술한 연행공기 분산제)의 양에 의해 구현되는 것이다.
구체적으로 본 발명은 「결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서, 상기 잔골재의 5~50부피부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고, 감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고, 음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고, 야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물」을 제공한다. 상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제 또는 나프탈렌계 감수제를 선택적으로 적용할 수 있다.
골재는 콘크리트용 골재 중 표준 망체(5㎜)를 85% 이상 통과하는 골재로서, 본 발명에 적용되는 고로괴재슬래그 파쇄물도 당연히 상기 잔골재의 조건에 부합되어야 한다. 본 명세서에서는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것(고로괴재슬래그 파쇄물) 중 상기 잔골재의 조건에 부합하는 것을 '고로괴재슬래그 잔골재'라 칭한다.
상기 음이온계 AE제와 야자유는 그 함량을 특정하기 위해 편의상 별도의 구성요소로 기술했으나 음이온계 AE제와 야자유를 위의 함량에 따라 미리 혼합하여 사용할 수 있으며, 이는 전술한 "연행공기 분산제"와 동일하다.
상기 음이온계 AE제는 결합재의 성분, 물-결합재비 등의 요인에 의해 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부의 범위에서 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 결합재 중 플라이애시의 함량이 높으면 음이온계 AE제 사용량을 늘려야 하고, 결합재가 1종 보통 포틀랜드시멘트만으로 이루어진 것은 음이온계 AE제 사용량을 줄일 수 있다.
이하에서는 구체적인 시험예와 함께 본 발명을 설명하기로 한다.
아래의 [표 1]은 물-결합재비, 결합재량, 잔골재율 등을 동일하게 통제한 상태에서 잔골재 중 일부를 고로괴재슬래그 잔골재로 치환한 비율 및 첨가제(혼화제) 사용량에 따른 콘크리트의 물성 변화를 파악하기 위한 시험예들의 배합표이다.
[표 1]
Figure 112012053938601-pat00004
- W/B : 물-결합재비, 결합재 대비 물의 중량비
- B : 단위 결합재량, 콘크리트 조성물 1㎥ 중의 결합재 중량
- S/a : 잔골재율, 전체 골재 체적(잔골재+굵은골재) 대비 잔골재의 부피비
- 추가수량 : 물-결합재비 산정에 반영된 단위수량에 외에 동일 작업성 발현을 위해 추가된 수량
- 잔골재 치환율 : 잔골재 전체 체적 대비 고로괴재슬래그 잔골재의 부피비
- 감수제 : 나프탈렌계 감수제를 적용함, 결합재 대비 감수제의 중량비
- 음이온계 AE제 : 결합재 대비 음이온계 AE제의 중량비
- 야자유 : 음이온계 AE제 대비 야자유의 중량비
아래의 [표 2]는 실시예1 내지 실시예6의 AE제 사용량 상대비, 슬럼프값, 공기량, 압축강도 및 내구성지수를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112012053938601-pat00005
- AE제 사용량 상대비 : 비교예의 AE제 사용량을 기준(100%)으로 한 실시예1 내지 실시예6의 AE제 사용량 상대비(중량비)
- 공기량 : 콘크리트 조성물 중 공기의 부피비
- 내구성 지수 : 최초 동탄성계수를 기준(100%)으로 한 시험체별 동결융해시험(300싸이클) 후 동탄성계수의 상대값
위 [표 1] 및 [표 2]에 타나난 시험 값의 의미는 다음과 같다.
(1) 프레시 콘크리트의 작업성
프레시 콘크리트의 작업성은 슬럼프값을 통해 확인할 수 있다. 고로괴재슬래그 잔골재를 사용하는 경우 콘크리트 조성물에 물을 추가하여 작업성 손실을 막을 수 있는 것으로 나타났다. 한편, 상기 나프탈렌계 감수제를 폴리카르본산계 감수제로 바꾸어 실험하더라도 위 실험결과에 큰 차이는 없을 것으로 판단된다.
(2) 경화된 콘크리트의 압축강도
재령 3, 7일 압축강도의 경우 일반골재를 100% 사용한 비교예보다 고로괴재슬래그 잔골재를 50vol% 범위 내에서 사용한 실시예1 내지 실시예4가 대체적으로 높게 나타났다. 이는 고로괴재슬래그 내의 일부 유황분이 시멘트 중의 알루민산3석회와 반응하여 에트린가이트를 빠르게 생성시켜 초기 강도가 높게 발현되는 것으로 판단된다. 재령 28일 압축강도의 경우 비교예와 실시예1 내지 실시예4가 동등한 수준으로 나타났다. 다만, 고로괴재슬래그 잔골재 치환율이 50vol%를 초과하는 실시예5 및 실시예6은 재령 28일 압축강도가 일반골재를 사용한 비교예보다 저하되므로 잔골재 치환율은 50vol% 이내로 제한하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
(3) 경화된 콘크리트의 내구성
콘크리트 중의 연행공기는 동결융해에 대한 저항성을 강화시켜준다. [표 2]를 볼 때, 비교예와 실시예들의 공기량은 4.4~5.6vol% 존재하나 [표 2]에 나타난 공기량은 고로괴재슬래그 잔골재의 공극에 갖힌 공기까지를 포함한 양이며, 정작 동결융해 저항성을 위해 필요한 시멘트 페이스트에 함유된 공기량은 고로괴재슬래그 잔골재의 사용량이 많을수록 감소하게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 음이온계 AE제와 야자유가 혼합된 연행공기 분산제에 의해 해결하였으며, 전술한 바와 같이 상기 연행공기 분산제는 시멘트 페이스트 내의 연행공기를 일반 음이온계 AE제에 의한 연행공기보다 작은 크기로 분산시키는 역할을 한다.
연행공기 분산에 따른 효과는 KS F 2437(공명진동에 의한 콘크리트의 동탄성계수, 동전단 탄성계수 및 동 포아슨비의 시험방법)에 따른 동탄성계수 측정 및 동결융해시험을 통하여 확인할 수 있었다. 즉, 비교예과 실시예들의 시험체별로 동탄성계수를 측정하고, 각 시험체별 동결융해시험(동결-융해를 300싸이클 반복) 실시 후의 동탄성계수를 측정하여, 최초 동탄성계수 대비 동결융해시험 실시 후 동탄성계수의 상대비를 내구성지수로 나타낼 수 있는 것이다.
고로괴재슬래그 잔골재를 사용한 실시예1 및 실시예2의 경우 상대동탄성계수의 하한값인 60%는 만족하나, 고로괴재슬래그 잔골재 내부 공극의 영향으로 인하여 비교예에 비하여 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 다만 실시예3 및 실시예4와 같이 야자유를 추가하여 사용하면 시멘트 페이스트 내에 음이온계 AE제에 의해 발생한 연행공기보다 작은 사이즈의 기포가 균질하게 발생하게 되며, 이에 따라 내구성 지수가 90%이상으로 대폭 개선되는 것으로 나타났다.
다만, 고로괴재슬래그 잔골재를 과다하게 사용하는 경우에는 굳지 않은 콘크리트의 작업성을 위한 감수제를 사용함에 의해 극복할 수 있는 한도를 넘으면서 물이 더 필요하게 되고, 이에 따라 물-결합재비가 높아지면서 경화된 콘크리트의 압축강도가 저하되는 문제가 있다. 따라서 고로괴재슬래그 사용량의 적정 한도를 설정할 필요가 있으며, 이에 본 발명에서는 고로괴재슬래그 잔골재의 사용량을 잔골재 전체 대비 5~50부피부로 한정하였다.
Ⅲ. 고로괴재슬래그 굵은골재를 포함하는 콘크리트 조성물
본 발명은 고로괴재슬래그를 콘크리트 조성물을 이루는 굵은골재로 적용하기 위한 것으로서, 해당 콘크리트 조성물을 건축 구조재료로 사용하기 위해 필요한 압축강도, 작업성 및 내구성이 고루 발현될 수 있도록 하기 위한 것이다.
구체적으로 본 발명은 「결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서, 상기 굵은골재의 전부 또는 일부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고, 감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고, 음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고, 야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물」을 제공한다. 상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제 또는 나프탈렌계 감수제를 선택적으로 적용할 수 있다.
굵은골재는 콘크리트용 골재 중 직경 25mm 이하로서 표준망체(5㎜)에 90% 이상 남는 골재를 의미한다. 본 발명에 적용되는 고로괴재슬래그 굵은골재도 당연히 상기 굵은골재의 조건에 부합되어야 한다. 본 명세서에서는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것(고로괴재슬래그 파쇄물) 중 상기 굵은골재의 조건에 부합하는 것을 '고로괴재슬래그 굵은골재'라 칭한다.
상기 음이온계 AE제와 야자유는 관한 사항은 "Ⅱ. 고로괴재슬래그 굵은골재를 포함하는 콘크리트 조성물" 부분에서 설명한 바와 같다.
이하에서는 구체적인 시험예와 함께 본 발명을 설명하기로 한다.
아래의 [표 3]은 물-결합재비, 결합재량, 잔골재율 등을 동일하게 통제한 상태에서 굵은골재를 고로괴재슬래그 굵은골재로 치환한 비율 및 첨가제(혼화제) 사용량에 따른 콘크리트의 물성 변화를 파악하기 위한 실험예들의 배합표이다.
[표 3]
Figure 112012053938601-pat00006
- W/B : 물-결합재비, 결합재 대비 물의 중량비
- B : 단위 결합재량, 콘크리트 조성물 1㎥ 중의 결합재 중량
- S/a : 잔골재율, 전체 골재 체적(잔골재+굵은골재) 대비 잔골재의 부피비
- 추가수량 : 물-결합재비 산정에 반영된 단위수량에 외에 동일 작업성 발현을 위해 추가된 수량
- 굵은골재 치환율 : 굵은골재 전체 체적 대비 고로괴재슬래그 굵은골재의 부피비
- 감수제 : 나프탈렌계 감수제를 적용함, 결합재 대비 감수제의 중량비
- 음이온계 AE제 : 결합재 대비 음이온계 AE제의 중량비
- 야자유 : 음이온계 AE제 대비 야자유의 중량비
아래의 [표 4]는 실시예7 내지 실시예10의 AE제 사용량 상대비, 슬럼프값, 공기량, 압축강도 및 내구성지수를 나타낸 것이다.
[표 4]
Figure 112012053938601-pat00007
- AE제 사용량 상대비 : 비교예의 AE제 사용량을 기준(100%)으로 한 실시예7 내지 실시예10의 AE제 사용량 상대비(중량비)
- 공기량 : 콘크리트 조성물 중 공기의 부피비
- 내구성 지수 : 최초 동탄성계수를 기준(100%)으로 한 시험체별 동결융해시험(300싸이클) 후 동탄성계수의 상대값
위 [표 3] 및 [표 4]에 타나난 실험값의 의미는 다음과 같다.
(1) 프레시 콘크리트의 작업성
프레시 콘크리트의 작업성은 슬럼프값을 통해 확인할 수 있다. 고로괴재슬래그 굵은골재를 사용하는 경우 콘크리트 조성물에 물을 추가하여 작업성 손실을 막을 수 있는 것으로 나타났다. 한편, 상기 나프탈렌계 감수제를 폴리카르본산계 감수제로 바꾸어 실험하더라도 위 실험결과에 큰 차이는 없을 것으로 판단된다.
(2) 경화된 콘크리트의 압축강도
재령 3, 7일 압축강도의 경우 일반골재를 100% 사용한 비교예보다 고로괴재슬래그 굵은골재를 사용한 실시예7 내지 실시예10이 대체적으로 높게 나타났다. 이는 고로괴재슬래그 내의 일부 유황분이 시멘트 중의 알루민산3석회와 반응하여 에트린가이트를 빠르게 생성시켜 초기 강도가 높게 발현되는 것으로 판단된다. 28일 압축강도의 경우 비교예와 실시예7 내지 실시예10이 동등한 수준으로 나타났다.
(3) 경화된 콘크리트의 내구성
콘크리트 중의 연행공기는 동결융해에 대한 저항성을 강화시켜준다. [표 4]를 볼 때, 비교예과 실시예들의 공기량은 4.5~5.6vol% 존재하나 [표 2]에 나타난 공기량은 고로괴재슬래그 굵은골재의 공극에 갖힌 공기까지를 포함한 양이며, 정작 동결융해 저항성을 위해 필요한 시멘트 페이스트에 함유된 공기량은 고로괴재슬래그 굵은골재의 사용량이 많을수록 감소하게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 전술한 연행공기 분산제에 의해 해결하였다.
상기 연행공기 분산제는 음이온계 AE제 100중량부 대비 야자유 0.5~5.0중량부의 비율로 혼합 조성된 것이고, 이에 관한 세부 내용은 전술한 바와 같다.
연행공기 분산에 따른 효과는 전술한 바와 같은 동탄성계수 측정 및 동결융해시험을 통하여 확인하였다.
고로괴재슬래그 굵은골재를 사용한 실시예7 및 실시예8의 경우 상대동탄성계수의 하한값인 60%는 만족하나, 고로괴재슬래그 굵은골재 내부 공극의 영향으로 인하여 비교예에 비하여 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 다만 실시예9 및 실시예10과 같이 야자유를 추가하여 사용하면 시멘트 페이스트 내에 음이온계 AE제에 의해 발생한 연행공기보다 작은 사이즈의 기포가 균질하게 발생하게 되며, 기포간격계수가 줄어들게 되어 내구성 지수가 90%이상으로 대폭 개선되는 것으로 나타났다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서,
    상기 잔골재의 5~50부피부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고,
    감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고,
    음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고,
    야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제 또는 나프탈렌계 감수제인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
  4. 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물이 배합된 콘크리트 조성물로서,
    상기 굵은골재의 전부 또는 일부는 고로괴재슬래그를 파쇄한 것이고,
    감수제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.5~2.0중량부 첨가되고,
    음이온계 AE제가 상기 결합재 100중량부 대비 0.003~0.05중량부 첨가되고,
    야자유가 상기 음이온계 AE제 100중량부 대비 0.5~5.0중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
  5. 제4항에서,
    상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제 또는 나프탈렌계 감수제인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
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