KR101247400B1 - 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조기에, 구체적으로 1일 이내에 120MPa 이상의 초고강도를 갖는 피에이치씨 파일를 제작할 수 있도록 한 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 조성물은 단위결합재량 400~600kg/㎥, 단위수량 100~120kg/㎥, 단위잔골재량 600~800kg/㎥ 및 단위굵은골재량 1100~1300kg/㎥를 포함하여 조성되고, 결합재에는 고성능 감수제인 화학혼화제가 1.0~2.5 중량%로 혼합되고, 잔골재는 조립율 2.2~3.2의 부순 모래를 60~80중량%, 조립률 2.0~2.8의 세척사를 20~40중량%로 혼합하여 사용하며, 잔골재율은 31.0~40%로 하며, 굵은골재는 최대치수가 10mm~25mm 범위인 것으로 이루어지고, 제조방법은 1차로 상압증기양생 단계 및 2차로 고온고압양생 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 상압증기양생 단계는 20~45℃에서 1~3시간 동안 양생하는 전치 단계, 시간당 15~25℃ 1~2시간 동안 양생하는 1차 승온 단계 및 65~85℃에서 1~3시간 동안 양생하는 1차 유지 단계로 이루어지고, 상기 고온고압양생 단계는 180~190℃까지 3~4시간 동안 양생하는 2차 승온 단계, 180~190℃에서 2~4시간 동안 양생하는 2차 유지 단계 및 2~4시간 동안 자연냉각시키면서 양생하는 서냉 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법{Ultra high strength concrete composition and its manufacturing method for PHC pile}
본 발명은 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형 후 1일 이내에 120MPa 이상의 초고강도를 갖는 피에이치씨 파일을 구현할 수 있는 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
피에이치씨 파일(PHC Pile)은 종래의 피씨(PC Pile)에 비해 압축강도를 높여 78.5~85.0MPa 수준의 압축강도를 갖도록 제작된 고강도 말뚝으로 근래에 많이 사용이 되고 있다.
그러나 최근 특수구조물 및 해안 연약지반 등의 구조물이 많아지면서 선단지지력이 높은 파일 수요가 증대되고 있고, 특히 100MPa이상의 초고강도 피에이치씨 파일 제품의 요구가 증대되고 있는 추세이며, 이러한 추세를 반영하여 100MPa이상의 초고강도 피에이치씨 파일에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이와 관련한 제품도 출시되고 있다.
일예로 대한민국 등록특허공보 제10-1124353호(2012.3.15.공고)가 있다.
이와 같은 100MPa이상의 초고강도 피에이치씨 파일을 제조하기 위해서는, 결합재 조성물로 시멘트, 실리카흄, 무수석고계 고강도 혼합재, 슬래그미분말 등을 혼합 사용하고, 단위결합재량은 종래 제품 대비 150~200kg/㎥정도 증가시켜야 하며, 또한 압축강도 확보를 위해 8~12시간 정도로 증기양생을 실시하고 7일~28일 정도 적치하여야 정상적인 제품의 출하가 가능하게 되는 것이 보통이다.
또한, 이 경우에 단위결합재량이 과도하게 증가하여 비정상적인 콘크리트 물성으로 인해 생산성 및 품질이 크게 떨어질 뿐만 아니라 고가의 혼합재료 사용에 따라 원가 상승의 원인이 되며, 생산기간이 최소 7일 이상 소요됨으로써 생산성이 매우 낮은 문제점이 있는 것이 현 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1124353호(2012.3.15.공고)
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명은 조기에, 구체적으로 1일 이내에 120MPa 이상의 초고강도를 갖는 피에이치씨 파일을 제작할 수 있도록 한 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
특히, 최적의 배합비, 혼합공정, 성형공정, 양생공정을 통해 조기에 초고강도를 실현할 수 있도록 한 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단위결합재량 및 원재료비를 최소화하면서 콘크리트 조직을 치밀하게 하여 초고강도의 피에이치씨 파일을 제작할 수 있도록 한 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물은
단위결합재량 400~600kg/㎥,
단위수량 100~120kg/㎥,
단위잔골재량 600~800kg/㎥ 및
단위굵은골재량 1100~1300kg/㎥를 포함하여 조성되고,
결합재에는 고성능 감수제인 화학혼화제가 1.0~2.5 중량%로 혼합되고,
잔골재는 조립률 2.2~3.2의 부순 모래를 60~80중량%, 조립률 2.0~2.8의 세척사를 20~40중량%로 혼합하여 사용하며,
잔골재율은 31.0~40%로 하며,
굵은골재는 최대치수가 10mm~25mm 범위인 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 결합재는 3종 조강시멘트 60~90중량%와 고반응성 활성규사 10~40중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고반응성 활성규사는 규사미분말 75~95중량%, 탈황석고 5~25중량%로 이루어지고, 고반응성 활성규사의 블레인 비표면적은 3500~6000㎠/g이며, 고반응성 활성규사 중의 이산화규소(SiO2) 및 삼산화황(SO3) 함량은 각각 75중량% 이상, 2.0중량% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 피에이치씨 파일의 제조방법으로,
재료 혼합 단계를 포함하여 이루어지되,
상기 재료 혼합 단계는,
굵은골재와 잔골재 투입 후 30~60초 동안 혼합하는 혼합 제1 단계,
3종 조강시멘트와 고반응성 활성규사를 포함하는 결합재를 투입 후 30~60초 동안 혼합하는 혼합 제2 단계,
물과 폴리카르본산계 혼화제 1/2 투입 후 60~180초 동안 혼합하는 혼합 제3 단계 및
물과 폴리카르본산계 혼화제 나머지 1/2 투입 후 60~180초 혼합하는 혼합 제4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 피에이치씨 파일의 제조방법으로,
원심력을 이용하여 파일을 성형하는 원심성형 단계를 포함하여 이루어지되,
상기 원심성형 단계는,
원심력 1.0~3.0G로 3~5분간 성형하는 원심성형 제1 단계,
원심력 5.5~8.5G로 1~2분간 성형하는 원심성형 제2 단계,
원심력 15.0~18.0G로 1~2분간 성형하는 원심성형 제3 단계,
원심력 20.5~25.5G로 1~2분간 성형하는 원심성형 제4 단계,
원심력 30.0~33.5G로 1~2분간 성형하는 원심성형 제5 단계 및
원심력 33.5~40.5G로 3~5분간 성형하는 원심성형 제6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 피에이치씨 파일의 제조방법으로,
1차로 상압증기양생 단계 및
2차로 고온고압양생 단계를 포함하여 이루어지되,
상기 상압증기양생 단계는
20~45℃에서 1~3시간 동안 양생하는 전치 단계,
시간당 15~25℃ 1~2시간 동안 양생하는 1차 승온 단계 및
65~85℃에서 1~3시간 동안 양생하는 1차 유지 단계로 이루어지고,
상기 고온고압양생 단계는
180~190℃까지 3~4시간 동안 양생하는 2차 승온 단계
180~190℃에서 2~4시간 동안 양생하는 2차 유지 단계 및
2~4시간 동안 자연냉각시키면서 양생하는 서냉 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법은 종래의 원심성형 파일의 압축강도(78.5MPa)보다 약 1.5배를 향상시킨 120MPa 이상의 원심성형 파일을 1일 이내의 조기에 제조할 수 있으므로 현저한 생산성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 허용 항타응력의 증가로 항타시 파일 손상을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최적의 배합비, 혼합공정, 성형공정, 양생공정을 통해 최적 및 균일한 품질의 피에이치씨 파일을 제작할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물은 단위결합재량 400~600kg/㎥, 단위수량 100~120kg/㎥, 단위잔골재량 600~800kg/㎥ 및 단위굵은골재량 1100~1300kg/㎥를 포함하여 조성되고, 결합재에는 고성능 감수제인 화학혼화제가 1.0~2.5 중량%로 혼합되고, 잔골재는 조립률 2.2~3.2의 부순 모래를 60~80중량%, 조립률 2.0~2.8의 세척사를 20~40중량%로 혼합하여 사용하며, 잔골재율은 31.0~40%로 하며, 굵은골재는 최대치수가 10mm~25mm 범위인 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물의 구체적인 배합비는 아래의 표 1과 같다.



구분



W/B(%)



S/a(%)

단위 재료량(kg/㎥)

물(W)

결합재
(B)

잔골재
(S)

굵은골재(G)



16.7~30.0

31.0~40.0

100~120

400~600

600~800

1100~1300
상기와 같이 단위수량(W)을 100~120kg/㎥의 범위로 하는 것은 단위수량이 100kg/㎥ 이하로 떨어지면 콘크리트 유동성에 문제가 생겨 충진불량 등의 문제가 발생하여 생산성이 크게 떨어지고 120kg/㎥ 이상으로 하게 되면 시멘트 수화물의 조직이 치밀하지 못해 120MPa수준의 압축강도 확보가 어려워지기 때문이다.
그리고 잔골재율(S/a)은 잔골재(S,모래)와 굵은골재(G,자갈)를 합한 체적에 대한 잔골재의 체적비로서 콘크리트 작업성 및 충진성을 결정하는 수치이며, 너무 높은 경우 작업성 및 충진성은 좋아지나 압축강도가 낮아지고 반대인 경우 작업성 및 충진성이 저하되어 제품 불량이 발생하게 되므로 본 발명에서는 31.0~38.0%가 되도록 함이 바람직하다.
화학혼화제는 폴리카르본산계 혼화제를 사용하며, 상기 폴리카르본산계 혼화제는 전체 결합재의 1.2~2.5중량% 범위에서 사용하는데, 이는 일반 파일에 사용되는 나프탈렌계 혼화제보다 감수력이 뛰어나며 조기 강도가 뛰어난 특징이 있다.

구분

3종 조강시멘트

고반응성 활성규사

합계(결합재량)

결합재 배합

60~90중량%

10~40중량%

100중량%
그리고 상기 결합재(B)는, 표 2에 나타나 있는 바와 같이, 3종 조강시멘트 중량비 60~90중량%와 고반응성 활성규사 10~40중량%로 이루어지는데, 이와 같은 범위를 채택한 것은 3종 조강시멘트의 사용 비율이 너무 낮게 되면 1차 증기양생 후 압축강도가 현저히 낮게 되어 몰드 탈형시 파일제품의 균열 발생 등의 문제가 발생할 확률이 높아지며, 반대로 사용 비율이 너무 높은 경우는 2차 고온고압양생 후 충분한 압축강도 확보가 어렵기 때문인데 기인한다.
상기 3종 조강시멘트는 1종 시멘트 대비 규산3석회(C3S)의 함량 및 분말도가 높아 초기 반응을 촉진시킴으로써 1종 시멘트의 재령 7일의 압축강도를 재령 3일 이내 발현시킬 수 있는 특징이 있어 증기양생에 최적이며, 시멘트와 고반응성 활성규사의 조성비에 따라 1차 상압 증기양생시 압축강도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 2차 고온고압양생시 토버모라이트 수화물의 생성에 결정적인 영향을 미치므로 최적의 조성비 도출이 압축강도에 큰 영향을 미치는데, 본 발명에서는 이러한 사항을 고려하여 상기와 같은 최적의 조성비를 도출하였다.
그리고 상기 고반응성 활성규사는 2차 고온고압 양생시 이산화규소(SiO2)를 제공해주는 재료로서 고온고압에서 생성되는 토버모라이트 수화물의 생성을 돕는 역할을 하며, 시멘트와 최적 사용비율이 존재하며 본 발명에서는 비율별 압축강도 평가 시험을 통해 최적 비율을 도출하였다.
상기 고반응성 활성규사는 규사미분말 75~95중량%, 탈황석고 5~25중량%로 이루어지고, 고반응성 활성규사의 블레인 비표면적은 3500~6000㎠/g, 고반응성 활성규사 중의 이산화규소(SiO2) 및 삼산화황(SO3) 함량은 각각 75중량% 이상, 2.0중량% 이상으로 함이 바람직하다.
본 발명에 적용되는 고반응성 활성규사의 주요 물리/화학 성능의 예는 표 3과 같다.

화학성분(중량%)

물리성능

CaO

SiO2

Al2O3

SO3

기타
미량성분
LOI
(강열감량)

밀도

비표면적
(㎠/g)

11.1

78.5

3.6

4.3

0.4

2.1

2.72

4386
일반적으로 2차 고온고압 양생을 실시하는 원심성형 파일의 경우 혼합재로 규사미분말을 중량비 20~30% 사용하고 있으며, 규사미분말은 1차 양생에서는 강도증진에 효과가 없으나 2차 고온고압 조건하에서 토버모라이트라는 안정적인 구조의 수화물을 다량으로 생성함으로써 압축강도를 증진시키는 역할을 하는데, 본 발명에서 사용하는 고반응성 활성규사의 경우는 규사미분말을 주원료하고 여기에 시멘트 반응을 촉진할 수 있는 첨가재를 혼합하여 1차 상압 증기양생에서 5~15% 강도 증진 효과를 가져 올 수 있으며, 2차 고온고압 양생시에는 종래의 규사미분말과 동등한 수준의 압축강도를 발현시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 고반응성 활성규사를 사용하는 경우 종래 대비 1차 양생 시간의 단축이 가능하고 규사미분말 사용량을 늘일 수 있어 생산성 향상 및 원가 절감 효과를 도모할 수 있는 것이다.
이하, 상기한 바와 같이 조성으로 이루어지는 피에이치씨 파일의 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 피에이치씨 파일의 제조방법은 크게 재료 혼합 단계, 원심성형 단계, 양생단계로 이루어진다.
여기서, 재료 혼합 단계는 결합재, 물, 굵은골재, 잔골재를 혼합하는 단계이며, 원심성형 단계는 혼합된 재료를 가지고 원심력을 이용하여 파일을 성형하는 단계이며, 양생단계는 경화시키는 단계로서 본 발명에서 상압증기양생 단계 및 고온고압양생 단계로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 따른 피에이치씨 파일의 제조방법을 각 단계별로 구체적으로 설명하도록 한다.

구분

원재료

혼합 시간(초)

1단계

굵은골재, 잔골재

30~60

2단계

3종 조강시멘트, 고반응성 활성규사

30~60

3단계

물/혼화제 1/2

60~180

4단계

물/혼화제 나머지 1/2

60~180
먼저, 재료 혼합 단계는 표 4와 같이 4개의 과정으로 이루어지는데, 그 배경에 대해 설명하면, 일반적으로 원심성형 파일에서 120MPa급 압축강도를 확보하려면 결합재량이 급격히 늘어나고 단위수량이 감소하게 되며 이로 인해 극도로 점성이 강한 콘크리트 형상을 띠게 되고, 콘크리트는 물, 결합재, 모래, 자갈로 이루어진 복합재료이므로 각각의 재료들이 적정하게 혼합되지 않으면 재료 분리 및 압축강도 저하 등의 현상이 발생하게 되며 특히 상기의 120MPa급의 초고강도 영역에서는 그 현상이 더욱 뚜렷하게 나타나는데, 이러한 사항을 고려하여 본 발명에서는 120MPa급 파일 제조를 위한 콘크리트에 최적화된 재료 혼합 방법을 도출하고자 하였으며, 아래의 방식으로 원재료를 투입 및 혼합하는 경우 유동성 증가 및 압축강도가 향상되는 효과를 도모할 수 있다.
구체적으로 혼합 제1 단계는 굵은골재와 잔골재를 투입한 후 30~60초 동안 혼합하는 과정으로, 일반적으로 고강도 콘크리트의 경우 모르타르(물/혼화제/결합재/모래)를 혼합한 후 굵은골재를 투입하는 순서로 이루어지는 것과는 달리, 원심성형 파일의 경우 극도의 된 배합을 가지는 콘크리트 특성상 1차로 굵은골재와 잔골재를 먼저 혼합하도록 하는데 특징이 있다.
혼합 제2 단계는 3종 조강시멘트와 고반응성 활성규사를 포함하는 결합재를 투입 후 30~60초 동안 혼합하는 과정으로서, 잘 혼합된 골재에 결합재를 혼합함으로써 결합재 미분말들이 골재 사이사이에 적절하게 분산되어 분산성 및 골재와 결합력을 향상시켜 유동성 및 압축강도를 향상시키도록 하는데 특징이 있다.
혼합 제3 단계는 물과 폴리카르본산계 혼화제 1/2를 투입 후 60~180초 동안 혼합하는 단계이며, 혼합 제4 단계는 물과 폴리카르본산계 혼화제 나머지 1/2 투입 후 60~180초 혼합하는 단계로서, 일반적으로 종래기술이 물에 혼화제를 섞어 한번에 투입하는 것과 달리, 본 발명에서 사용하는 폴리카르본산계 혼화제의 특성상 혼합 후 시간경과에 따라 유동 성능이 확연히 증진되는 점을 이용하여 2차로 나누어 투입/혼합함으로써 시간을 확보하여 충분한 성능을 이끌어 낼 수 있으며, 또한 한번에 투입시 혼화제 입자가 결합재가 아닌 골재미분에 흡착되어 제 성능을 발휘하지 못하는 문제를 해결할 수 있도록 하는데 특징이 있다.

구분

1단계

2단계

3단계

4단계

5단계

6단계

원심력(G)

1.0~3.0

5.5~8.5

15.0~18.0

20.5~25.5

30.0~33.5

33.5~40.5

시간(M)

3~5

1~2

1~2

1~2

1~2

3~5
다음으로, 원심성형 단계는 표 5와 같이 6개의 과정으로 이루어지는데, 본 발명에서는 종래의 4단계 원심 조건을 6단계로 늘려 원심력 단계변경시 발생하는 변속 충격을 최소화하였으며, 고속 및 초고속(5,6단계) 원심력을 크게 증가시켜 원심력에 의한 다짐효과 향상을 통해 조직을 치밀하게 하는데 특징이 있다.
먼저, 원심성형 제1 단계는 원심력 1.0~3.0G로 3~5분간 성형하는 단계로서, 원심 조건 중 저속에 해당되며 콘크리트를 몰드 내부에 부착시키고 중공형의 원심성형 파일 형상을 갖추는 단계이다.
원심성형 제2 단계는 원심력 5.5~8.5G로 1~2분간 성형하는 단계이며, 원심성형 제3 단계는 원심력 15.0~18.0G로 1~2분간 성형하는 단계이며, 원심성형 제4 단계는 원심력 20.5~25.5G로 1~2분간 성형하는 단계로서, 이 원심성형 제2 내지 제4 단계는 원심 조건 중 중속에 해당되며 콘크리트를 수직 또는 축방향으로 늘어뜨려 페이스트를 골재 사이사이에 채우고 볼트구멍 등을 충진하게 된다. 이와 같이 본 발명에서는 중속과정을 여러 단계로 나누어 실시함으로써 변속시 충격을 줄여 재료분리를 최소화하는데 특징이 있다.
원심성형 제5 단계는 원심력 30.0~33.5G로 1~2분간 성형하는 단계로서, 이 단계는 원심 조건 중 고속에 해당되며 강력한 원심력으로 콘크리트를 다져 조직을 치밀하게 하는 단계이며 시간 및 원심력 조건에 따라 압축강도 및 파일 내공에 큰 영향을 미치게 된다.
원심성형 제6 단계는 원심력 33.5~40.5G로 3~5분간 성형하는 단계로서, 이 단계는 원심 조건 중 초고속에 해당되며 종래의 일반 파일에서는 없는 단계이나 본 발명에서는 120MPa급 콘크리트 특성을 고려하여 초고속 단계를 추가함으로써 조직을 좀더 치밀하게 하여 압축강도를 향상시키고 파일 내공 형상을 양호하게 하는 역할을 하게 된다.

구분

전치

승온

유지

서냉

본 발명

1차

20~45℃
1~3시간

15~25℃/시간
1~2시간

65~85℃
1~3시간

없음

2차

없음

180~190℃
3~4시간

180~190℃
2~4시간

상온
2~4시간
다음으로, 양생 단계는 표 6과 같이 1차 상압증기양생 단계의 3개 과정과 2차 고온고압양생 단계의 3개 과정으로 이루어지는데, 종래의 초고강도 파일의 경우 1차 증기양생 후 소요의 압축강도 확보 후 상온에서 약 7일에서 14일 거치시켜 100MPa이상을 확보하는 것과는 달리, 본 발명에서는 1차 증기양생 후 곧바로 2차 고온고압 양생을 실시하여 전체 양생시간 합계 24시간(1일)이내 120MPa를 확보할 수 있는 특징이 있다.
먼저, 상압증기양생 단계는 전치 단계, 1차 승온 단계 및 1차 유지 단계로 이루어지는데, 전치 단계는 20~45℃에서 1~3시간 동안 양생하는 단계로서, 이 과정이 너무 짧은 경우 온도상승에 의한 부피 팽창시 발생하는 응력을 감당하지 못해 수화물 조직에 미세균열이 발생하여 조직이 치밀하지 못하게 되어 강도발현에 악영향을 미칠 수 있으며 5시간 이상인 경우는 강도 증진효과는 거의 없으며 양생 시간 증가로 생산성 감소를 가져오게 된다.
1차 승온 단계는 시간당 15~25℃씩 온도상승 되도록 1~2시간 동안 양생하는 단계로서, 이 단계는 온도 상승이 천천히 할수록 효과적이긴 하나 생산성 및 압축강도 두 가지 요소를 모두 고려할 때 시간당 온도상승 속도는 15~20℃ 이내가 더욱 바람직하다.
1차 유지 단계는 65~85℃에서 1~3시간 동안 양생하는 단계로서, 상기와 같은 조건의 채택은 유지 온도는 65℃ 이하가 되면 시간이 크게 증가하여 생산성이 떨어지고, 85℃를 넘게 되면 수화생성물이 치밀하지 못해 압축강도 발현이 부족하게 되며 보일러 가동이 크게 늘어 경제성이 떨어지게 되기 때문이다.
고온고압양생 단계는 상압증기 양생에서 생성된 수화물(C-S-H)에 규소원을 공급하여 좀 더 안정적인 토버모라이트 수화물을 생성하기 위한 단계로서, 180~190℃까지 3~4시간 동안 양생하는 2차 승온 단계, 180~190℃에서 2~4시간 동안 양생하는 2차 유지 단계 및 2~4시간 동안 자연냉각시키면서 양생하는 서냉 단계로 이루어지며, 이 고온고압양생 단계는 규사미분말의 반응을 위해 최소 180℃ 이상이 필요하며 190℃ 이상의 증진은 무의미하다.
이하, 본 발명에 따른 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법에 의한 피에이치씨 파일과 종래의 피에이치씨 파일의 성능 비교예에 대해 설명하도록 한다.
[실험예 1]

구분

W/B

S/a

단위 재료량(kg/㎥)

W

B

C(1종)

고강도
혼합재

잔골재

굵은골재

종래

24.6

37.0

130

528

480

48

672

1145
표 7은 일반 피에이치씨 파일의 배합비이다.

구분

W/B

S/a

단위 재료량(kg/㎥)

W

B

C(3종)

고반응성
활성
규사

잔골재

굵은골재

본 발명

22.0

33.0

110

500

350

150

616

1251
표 8은 본 발명의 초고강도 피에이치씨 파일의 배합비이다.
종래 원심성형 파일의 경우 1종 보통시멘트를 480kg/㎥사용하며 파일용 고강도 혼합재를 중량비 10%인 48kg/㎥를 추가로 사용하여 결합재량은 528kg/㎥이다.
본 발명의 초고강도 파일은 결합재량이 500kg/㎥이며 이중 70%는 3종 조강시멘트, 30%는 고반응성 활성규사를 사용한다. 단위수량은 110kg/㎥을 사용하여 W/B가 22.0% 정도로 낮은 게 특징이다.

구분

전치

승온

유지

서냉

합계

종래

1차

45℃
2시간

20℃/시간
2시간

85℃
3시간

상온
2시간

9시간
표 9는 일반 피에이치씨 파일 양생 조건이다.

구분

전치

승온

유지

서냉

합계

본 발명

1차

45℃
3시간

20℃/시간
2시간

85℃
2시간

없음

7시간

2차

없음

185℃
3시간

185℃
4시간

상온
4시간

11시간
표 10은 본 발명의 초고강도 피에이치씨 파일 양생 조건이다.
종래 파일의 경우 1차 증기양생을 9시간 정도 실시하며, 이후는 야외 적재하며, 재령 7일 및 14일 경과 후 압축강도를 측정하였고, 본 발명의 원심성형 파일은 1차 양생 7시간 후 탈형하여 오토클레이브 양생기에서 2차 양생을 11시간 추가로 실시 후 상온에서 서냉하고 양생 시작 20시간 경과 시점에서 압축강도를 측정하였다.

구분

1단계

2단계

3단계

4단계

5단계

6단계

원심력(G)

1.5

8.5

16.5

32.0

-

-

시간(M)

3

2

2

3

-

-
표 11은 종래의 원심 조건이다.

구분

1단계

2단계

3단계

4단계

5단계

6단계

원심력(G)

1.5

6.5

14.5

28.5

35.5

41.5

시간(M)

3

1

1

1

2

4
표 12는 본 발명의 원심 조건이다.
종래 원심성형 파일의 경우 종래의 원심 4단계 조건을 적용하였으며, 본 발명에서는 4단계 원심 조건이 아닌 6단계로 나누어 실시하고 초고속 단계(5,6단계)를 두어 원심에 의한 다짐작용을 충분하게 실시하였다.

구분

압축강도(MPa)

1일

7일

14일

종래

75.6

81.2

84.6

초고강도(본 발명)

122.1

-

-
표 13은 재령별 압축강도를 비교한 결과이다.
종래 파일의 경우 소요압축강도(78.5MPa) 확보를 위해서는 최소 7일 이상의 기간이 필요하였으나, 본 발명의 초고강도 파일은 생산 1일 이내 120MPa이상 압축강도를 확보하였다.
[실험예 2]
실험예 2에서는 종래 120MPa급 원심성형 파일과 본 발명의 120MPa급 원심성형 파일 비교한다.

구분

W/B

S/a

단위 재료량(kg/㎥)

W

B

C(1종)

고강도
혼합재

잔골재

굵은골재

종래

20.0

29.0

120

660

600

60

499

1221
표 14는 종래 파일의 배합비이다.

구분

W/B

S/a

단위 재료량(kg/㎥)

W

B

C(3종)

고반응성 활성규사

잔골재

굵은골재

본 발명

22.0

36.0

110

500

350

150

674

1198
표 15는 본 발명 파일의 배합비이다.
종래 초고강도 PHC파일의 경우 1종 보통시멘트를 600kg/㎥사용하며 파일용 고강도 혼합재를 중량비 10%인 60kg/㎥를 추가로 사용하여 결합재량은 660kg/㎥으로 본 발명에서 사용된 단위결합재량 보다 월등히 높다.

구분

전치

승온

유지

서냉

합계

종래

1차

45℃
4시간

20℃/시간
2시간

85℃
4시간

상온
2시간

12시간
표 16은 종래 피에이치씨 파일 양생 조건이다.

구분

전치

승온

유지

서냉

합계

본 발명

1차

45℃
3시간

20℃/시간
2시간

85℃
2시간

없음

7시간

2차

없음

185℃
3시간

185℃
4시간

상온
4시간

11시간
표 17은 본 발명의 피에이치씨 파일 양생 조건이다.
종래 파일의 경우 1차 증기양생을 12시간 정도 실시하며, 이후는 야외 적재하며 재령 7일 및 14일 경과 후 압축강도를 측정하였고, 본 발명의 초고강도 파일은 1차 양생 7시간 후 탈형하여 오토클레이브 양생기에서 2차 양생을 11시간 추가로 실시 후 상온에서 서냉하고 양생시작 20시간 경과 시점에서 압축강도를 측정하였다.

구분

1단계

2단계

3단계

4단계

5단계

6단계

원심력(G)

1.5

8.5

16.5

32.0

-

-

시간(M)

3

2

3

5

-

-
표 18은 종래 파일의 원심성형 조건이다.

구분

1단계

2단계

3단계

4단계

5단계

6단계

원심력(G)

1.5

6.5

14.5

28.5

35.5

41.5

시간(M)

3

1

1

1

2

4
표 19는 본 발명의 원심성형 조건이다.
일반 원심성형 파일의 경우 종래 원심 4단계 조건을 적용하였으며, 본 발명에서는 4단계 원심 조건이 아닌 6단계로 나누어 실시하고 초고속 단계(5,6단계)를 두어 원심에 의한 다짐작용을 충분하게 실시하였다.

구분

압축강도(MPa)

1일

7일

14일

종래 초고강도

96.8

113.5

124.3

초고강도(본 발명)

122.1

-

-
표 20은 재령에 따른 압축강도 비교 결과이다.
종래 파일의 경우 120MPa 확보를 위해서는 최소 14일 이상의 기간이 필요하였으나, 본 발명의 초고강도 파일은 생산 1일 이내 120MPa이상 압축강도를 확보하였다.

Claims (3)

  1. 단위결합재량 400~600kg/㎥,
    단위수량 100~120kg/㎥,
    단위잔골재량 600~800kg/㎥ 및
    단위굵은골재량 1100~1300kg/㎥를 포함하여 조성되고,

    결합재에는 결합재를 기준으로 폴리카르본산계 혼화제가 1.0~2.5 중량%로 혼합되고,
    잔골재는 조립률 2.2~3.2의 부순 모래를 60~80중량%, 조립률 2.0~2.8의 세척사를 20~40중량%로 혼합하여 사용하며,
    잔골재율은 31.0~40%로 하며,
    굵은골재는 최대치수가 10mm~25mm 범위인 것으로 이루어지며,

    상기 결합재는 3종 조강시멘트 60~90중량%와 고반응성 활성규사 10~40중량%로 이루어지며,

    상기 고반응성 활성규사는 규사미분말 75~95중량%, 탈황석고 5~25중량%로 이루어지되, 상기 고반응성 활성규사의 블레인 비표면적은 3500~6000㎠/g이며, 상기 고반응성 활성규사 중의 이산화규소(SiO2) 및 삼산화황(SO3) 함량은 각각 75중량% 이상, 2.0중량% 이상인 것을 특징으로 하는
    조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물
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