KR101238835B1

KR101238835B1 - 1종 시멘트를 사용한 초고강도 저점도 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR101238835B1
Application number: KR20100127529A
Authority: KR
Inventors: 이승훈; 손유신; 이주하
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2013-03-04
Also published as: KR20120066277A

Abstract

본 발명은 200MPa이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 나타내는 콘크리트의 배합기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트는, 단위수량 130~150㎏/㎥, 물-결합재비 11~13중량%, 잔골재 조립율 2.9~3.1, 잔골재율 15~45중량%, 감수제량을 결합재 중량의 1.0~3.0중량%로 하여 배합된 콘크리트로서, 결합재가 1종 보통포틀랜드 시멘트 55~60중량%, 분말도가 100,000~150,000㎠/g인 저분말도 실리카퓸 15~25중량%, 분말도가 4,000~10,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 15~25%, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 무수석고 1~10중량%를 포함하여 조성된 것이어서, 200MPa 이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 발현하는 것임을 특징으로 한다.

Description

1종 시멘트를 사용한 초고강도 저점도 콘크리트 조성물{Ultra high strength and Low Viscosity concrete composition using type I cement}

본 발명은 200MPa 이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 나타내는 콘크리트의 배합기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합재로 1종 시멘트와 저분말도의 실리카퓸을 주요하게 사용한 초고강도 콘크리트 배합에 관한 것이다.

최근 초고층 구조물의 증가에 따라 초고강도 콘크리트의 관심이 증대되고 있다. 초고강도 콘크리트의 적용을 통해 기둥 단면의 축소가 가능해져 RC구조물은 물론 SRC구조물의 경우에 골조경비를 절감시킬 수 있기 때문이다. 특히 SRC구조물의 경우에는 철골량을 크게 줄일 수 있어 경제성에 기여한다. 나아가 초고강도 콘크리트 적용으로 기둥 단면의 축소가 가능해지고 이에 따라 넓은 내부 공간의 확보가 가능해지므로 효율적인 공간 활용이 가능해진다.

통상 초고강도 콘크리트라고 하면 경화 콘크리트가 80MPa 이상의 압축강도를 발현하는 경우를 의미한다. 지금까지는 시멘트에 산업부산물인 실리카퓸, 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 혼합한 것을 결합재로 채택함으로 100~150㎫ 정도의 초고강도 콘크리트를 확보하여 왔으나, 아직까지 그 이상을 넘는 배합설계가 이루어지지 않는 실정이다. 또한 초고강도 콘크리트에는 1종 시멘트보다는 4종 특수시멘트를 사용하는 실정이어서 경제적이지 못한 단점이 있다.

본 발명은 종래 초고강도 콘크리트의 배합기술을 개선하기 위해 개발된 것으로, 1종 시멘트를 사용하면서도 200MPa 이상의 초고강도를 발현하고 나아가 일정의 시공성을 확보할 수 있도록 100Pa.s 이하의 저점도를 나타내는 콘크리트 배합을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 단위수량 130~150㎏/㎥, 물-결합재비 11~13중량%, 잔골재 조립율 2.9~3.1, 잔골재율 15~45중량%, 감수제량을 결합재 중량의 1.0~3.0중량%로 하여 배합된 콘크리트로서, 결합재가 1종 보통포틀랜드 시멘트 55~60중량%, 분말도가 100,000~150,000㎠/g인 저분말도 실리카퓸 15~25중량%, 분말도가 4,000~10,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 15~25%, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 무수석고 1~10중량%를 포함하여 조성된 것이어서, 200MPa 이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 발현하는 것임을 특징으로 하는 초고강도 저점도 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 고가의 4종 또는 특수시멘트를 이용하지 않고 1종 시멘트를 이용하면서도 200MPa 이상의 초고강도 콘크리트를 제공할 수 있다. 이에 따라 초고강도 콘크리트를 경제적으로 적용할 수 있다.

둘째, 저분말도의 실리카퓸을 사용하여 저점도의 콘크리트로 배합하기 때문에 유동성이 우수하고 높은 시공성을 가지는 초고강도 콘크리트를 제공할 수 있다. 다시 말해 초고강도 콘크리트의 점성을 저감시킬 수 있어 초고강도 콘크리트의 문제점인 낮은 물-결합재비로 인한 압송성능의 저하 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트의 점성 측정에 이용한 시험장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트의 슬럼프 플로우 시험결과를 나타낸다.

본 발명은 200MPa 이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 나타내는 콘크리트에 관한 것으로, 결합재로 1종 시멘트와 저분말의 실리카퓸을 사용한 배합기술을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 구체적인 배합범위는 하기 표 1과 같다.

200MPa 초고강도 콘크리트 배합

W/B(중량%)	S/a(중량%) (a=S+G)	W(㎏/㎥)	B(중량%)
			시멘트	실리카퓸	고로슬래그미분말	무수석고
11~13	15~45%	130~150㎏/㎥	50~70%	15~25%	15~25%	0 ~ 10%

본 발명에서 물-결합재비(W/B)는 11~13중량% 범위이다. 11중량% 미만이면 콘크리트 내 절대 단위수량이 부족하여 미수화 현상이 발생할 뿐만 아니라 충분한 혼합이 이루어지지 않게 되며, 13중량%를 초과하면 조직이 밀실하지 못하여 초고강도 발현에 문제가 있다.

잔골재율(S/a)은 콘크리트의 유동성을 결정하는 수치가 되는데, 본 발명에서는 잔골재 조립율 2.9~3.1에서 잔골재율 15~45중량% 범위를 제안한다. 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트는 다른 배합보다 결합재량이 많아 점도가 큰데, 여기에 잔골재까지 많아지면 점성이 과도하게 강해져 콘크리트의 유동성을 떨어뜨릴 우려가 있으므로 상기와 같은 범위가 바람직하다. 잔골재(S)는 일반 레미콘사에서 사용하는 것과 동일한 것을 사용하면 되고, 굵은골재(G)는 모암강도가 200MPa 이상이면서 1,200℃에서 1시간 이상의 내화성능이 확보된 것을 사용하도록 한다.

본 발명에서 단위수량은 초고강도 발현을 위해 130~150㎏/㎥의 작은 범위를 가진다. 이러한 범위는 유동성을 크게 떨어뜨리지 않으면서 수화열 저감을 고려한 것이다.

본 발명에서 결합재(B)는 1종 보통포틀랜드 시멘트, 실리카퓸, 고로슬래그 미분말의 3성분계 내지 여기에 무수석고를 더 포함한 4성분계를 제안한다. 3성분계로 이용하는 경우에는 1종 시멘트 50~70중량%, 실리카퓸 15~25중량%, 고로슬래그 미분말 15~25%로 조성하도록 하며, 4성분계로 이용하는 경우에는 1종 시멘트 55~60중량%, 저분말도 실리카퓸 15~25중량%, 고로슬래그 미분말 15~25%, 무수석고 1~10중량%로 조성하도록 한다.

결합재에서 실리카퓸은 실리카 성분이 시멘트 수화로 생성되는 수화물과 반응하여 저 결정의 C-S-H 겔을 생성하여 수화물 공극을 충전시켜 압축강도를 증진시키는 중요한 성분이 되는데, 그 함량이 높을수록 콘크리트의 강도 증진 효과가 크다. 이에 본 발명에서는 SiO₂ 함량이 92% 이상인 실리카퓸을 사용할 것을 제안한다.

나아가 본 발명에서는 콘크리트의 점성을 떨어뜨려 유동성 내지 시공성 저하를 막기 위해 100,000~150,000㎠/g의 저분말도 실리카퓸을 사용할 것을 제안한다. 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트에서 실리카퓸의 혼입량은 상대적으로 매우 높은 편이어서 실리카퓸의 분말도가 콘크리트의 유동성 및 점성에 미치는 영향은 크다. 하기 [실시예1]에 따르면 비표면적이 작고 입자 크기가 큰 저분말도 실리카퓸(약 10만㎠/g)을 사용할 경우 고분말도 실리카퓸(약 20만㎠/g)에 비해 혼합 시간이 크게 감소하였고, 유동성 증가 및 점성 저하 효과를 가져와 극히 낮은 물-결합재비 조건에서 전체 결합재의 분산성에 기여하는 것을 확인할 수 있었다.

한편 결합재에서 고로슬래그 미분말은 시멘트 수화열 저감, 수화생성물의 증대, 치밀한 조직의 형성 및 장기강도 증진에 기여하고, 무수석고는 잠재수경성 재료인 고로슬래그 미분말의 자극제 역할과 함께 유효팽창에 따른 치밀한 조직형성에 기여한다. 고로슬래그 미분말와 무수석고는 각각 분말도가 4,000∼10,000㎠/g인 것과, 3,000∼8,000㎠/g인 것을 만족하는 것을 채택하면 이들을 충분히 믹싱하여 잘 분산시킴으로써 유동성 및 강도개선에 유리하게 작용할 것으로 기대된다.

한편, 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트는 극히 낮은 물-결합재비를 가지므로 고성능 감수제를 더 혼합하는 것이 바람직한데, 이때 고성능 감수제로는 분산력 및 감수력이 우수한 폴리카르본산계 고성능 감수제를 채택하면 적당하다. 폴리카르본산계 고성능 감수제는 결합재량의 1.0~3.0중량%로 혼합하도록 하는 것이 경제성,응결지연 방지 및 우수한 강도발현을 고려할 때 바람직하다.

이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[실시예1] 실리카퓸의 분말도에 따른 콘크리트의 점도

(1)콘크리트 배합

실리카퓸의 분말도에 따른 콘크리트의 특성을 확인하기 위해 하기 [표 2]와 같은 조건에서 배합하였으며, 배합에 이용한 1종 시멘트는 하기 [표 3]과 같다.

콘크리트 배합

구분	물-결합재비(%)	S/a(%)	시멘트	실리카퓸 분말도	혼화제
배합 1	13.5	35	1종	10만㎠/g	B×1.3%
배합 2	13.5	35	1종	20만㎠/g	B×2.9%
결합재(B)- 1종 시멘트:실리카퓸:슬래그미분말:석고=55:20:20:5 슬래그 미분말- 1종 석고: 분말도 4,000㎠/g 잔골재 조립율- 3.0 혼화제- 폴리카르본산계 고성능 감수제

1종 시멘트 조성

화학조성
LOI	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	K₂O
0.85	21.80	4.85	3.63	63.60	2.00	2.05	1.00
광물조성(뢰트벨드법, 내부표준법 사용)
C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF	F-CaO	F-MgO	석고	K₂SO₄
64.0	16.1	4.7	10.9	0.5	0.6	2.0	1.1

(2)콘크리트의 물성

상기 [표 2]의 조건으로 배합한 콘크리트에 대해 슬럼프플로우, 점도, 공기량 등의 물성을 조사했으며, 점도는 도 1의 시험장치를 이용하여 측정하였다.

그 결과 [표 4]와 같이 나타냈는데, 보는 바와 같이 실리카퓸의 분말도에 따라 슬럼프 플로우, 공기량 등에서는 차이가 거의 없었으나, 점도에서는 저분말도의 실리카퓸을 사용할 때 크게 저하되는 것으로 나타냈다. 특히 혼화제를 적게 사용하고도 저분말도의 실리카퓸을 사용으로 점도 저감에 효과가 있음을 알 수 있다.

굳지않은 시멘트 페이스트의 물성

구분	슬럼프플로우(cm/cm)	T50(sec)	T60(sec)	공기량(%)	점도(Pa.s)
배합 1	81/81	3.93	9.48	2.1	80.0
배합 2	81/82	4.13	10.36	2.0	158.0
T50: 50cm 도달시간 T60: 60cm 도달시간

[실시예2] 초고강도 콘크리트의 특성

(1)콘크리트 배합

상기 [표 3]의 1종 시멘트를 이용하여 하기 [표 5]와 같이 콘크리트를 배합하여 본 발명에 따른 초고강도 콘크리트의 특성에 대해 조사하였다.

초고강도 콘크리트 배합

W/B(중량%)	S/a(중량%)	단위재료량(㎏/㎥)		혼화제
		W	B
12.5%	35%	150	1,200	B×1.6%
B- 1종 시멘트:실리카퓸:슬래그미분말:석고=55:20:20:5 슬래그 미분말- 1종 석고: 분말도 4,000㎠/g S- 잔골재 조립율 3.0 혼화제- 폴리카르본산계 고성능 감수제

(2)콘크리트 물성

상기 [표 5]의 조건으로 배합한 콘크리트의 물성을 조사한 결과 도 2 및 하기 [표 6], [표 7]과 같이 나타냈다.

굳지않은 콘크리트 물성

슬럼프 플로우(㎜)	공기량(%)	점도(Pa.s)
800	2.0	68

경화콘크리트 시험결과

압축강도(㎫)
3일	7일	28일	56일	91일
108	149	189	195	206

상기와 같이 굳지않은 콘크리트의 경우 슬럼프 플로우 80㎝, 공기량 2.0%, 점도 68Pa.s로 나타내 충분한 유동성과 시공성이 확보되고 있음을 알 수 있다. 또한 경화콘크리트의 경우에도 재령 28일에 180Mpa를 초과하여 재령 91일에 200Mpa를 초과하는 것을 알 수 있다.

Claims

단위수량 130~150㎏/㎥, 물-결합재비 11~13중량%, 잔골재 조립율 2.9~3.1, 잔골재율 15~45중량%, 감수제량을 결합재 중량의 1.0~3.0중량%로 하여 배합된 콘크리트로서,
결합재가 1종 보통포틀랜드 시멘트 55~60중량%, 분말도가 100,000~150,000㎠/g인 저분말도 실리카퓸 15~25중량%, 분말도가 4,000~10,000㎠/g인 고로슬래그 미분말 15~25%, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 무수석고 1~10중량%를 포함하여 조성된 것이어서, 200MPa 이상의 초고강도와 100Pa.s 이하의 저점도를 발현하는 것임을 특징으로 하는 초고강도 저점도 콘크리트 조성물.
제1항에서,
모암강도가 200MPa 이상이면서 1,200℃에서 1시간 이상의 내화성능을 확보하는 굵은골재를 이용하면서 배합되는 것을 특징으로 하는 초고강도 저점도 콘크리트 조성물.
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