KR101272408B1

KR101272408B1 - 시멘트 혼화재, 이것을 포함하는 시멘트 조성물 및 콘크리트

Info

Publication number: KR101272408B1
Application number: KR1020107020342A
Authority: KR
Inventors: 토시하루 키시; 태호 안; 아키라 호소다; 카오루 코바야시
Original assignee: 도꾜 다이가꾸; 주식회사 인트켐; 내셔널 유니버서티 코포레이션 요코하마 내셔널 유니버서티
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-06-07
Also published as: EP2246315A4; US20110132231A1; JP5388020B2; CN101952217B; US8105433B2; CN101952217A; WO2009102025A1; JP2009190937A; KR20100126736A; EP2246315A1

Abstract

본 발명은, 충분한 자기 치유성을 가짐과 동시에, 장기간에 걸쳐서 자기 치유성을 양호하게 유지하는 것이 가능한 콘크리트를 형성할 수 있는 시멘트 혼화재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 시멘트 혼화재는, 팽창재와 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트를 함유한다. 이 시멘트 혼화재는 시멘트와 조합하여 시멘트 조성물을 형성한다. 또한, 이 시멘트 조성물과 물과 골재를 혼합함으로써 자기 치유성이 우수한 콘크리트가 제공된다.

Description

시멘트 혼화재, 이것을 포함하는 시멘트 조성물 및 콘크리트{CEMENT ADMIXTURE, AND CEMENT COMPOSITION AND CONCRETE CONTAINING THE CEMENT ADMIXTURE}

본 발명은, 시멘트 혼화재, 이것을 포함하는 시멘트 조성물 및 콘크리트에 관한 것이다.

구조물의 구축에 사용되는 콘크리트는 시멘트, 물, 골재 등을 포함하고, 수화 반응에 의해 경화되는 성질을 갖는다. 이 경화 후의 콘크리트는, 응력이 작용하거나 온도 변화나 건조 등에 따라 부피 변화가 발생함으로써, 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있었다. 이러한 균열이 발생하면 콘크리트를 통해 물이 침입하기 쉬워지고, 누수 등의 원인이 될 뿐만 아니라 구조물의 내구성 저하나 미관 악화와 같은 문제가 발생하게 된다. 또한, 예를 들면 지하 구조물의 경우에도 균열에 의한 누수가 문제가 되고 있지만, 이 경우 균열의 보수 공사가 곤란하기 때문에 비용이 상대적으로 고가가 된다. 종래에는 균열의 발생 후에 충전제를 주입하여 수복을 행하거나, 균열이 발생하여도 구조물에 영향을 주지 않도록 콘크리트에 방수공, 지수공을 실시하는 대책이 취해졌다.

그러나, 상술한 수복이나 방수공, 지수공 등의 대책은 필연적으로 비용의 증가나 구조물 건조(建造)시의 공사 기간의 장기화 등을 초래하게 되기 때문에, 가능한 한 생략할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 균열이 발생하여도 이것을 자체적으로 수복할 수 있는 자기 치유 콘크리트가 개발되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조). 이들 콘크리트는 자체적으로 균열을 수복할 수 있는 특성을 갖고 있기 때문에, 상술한 바와 같은 수복이나 방수공, 지수공 등을 행하지 않은 경우에도 지수 성능이나 내구성을 유지할 수 있다.

일본 특허 제3658568호 공보 일본 특허 공개 제2005-239482호 공보

최근, 상술한 바와 같은 자기 치유 콘크리트에 대해서는 균열 후의 지수 성능의 향상이 한층 더 요구되고 있다. 또한, 구조물에 사용되는 경우, 타설 후의 얼마 되지 않는 기간뿐만 아니라 장기간 경과한 후 균열이 발생한 경우에도, 충분한 자기 치유성을 발휘할 수 있는 것도 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 요구에 응하도록 이루어진 것이며, 충분한 자기 치유성을 가짐과 동시에, 장기간에 걸쳐서 자기 치유성을 양호하게 유지하는 것이 가능한 콘크리트를 형성할 수 있는 시멘트 혼화재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이러한 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물 및 이 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 시멘트 혼화재는 팽창재와 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트를 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 시멘트 혼화재는 시멘트 조성물에 함유시켜 콘크리트로서 적용한 경우, 이러한 콘크리트에 대하여 우수한 자기 치유성을 부여할 수 있으며, 장기간에 걸쳐서 이 자기 치유성을 유지하는 것을 가능하게 한다. 그 요인에 대해서는 분명하지 않지만, 다음과 같이 추측된다.

즉, 본 발명의 시멘트 혼화재 중의 팽창재는, 콘크리트에 균열이 발생했을 때 균열부에서 물과의 수화 반응에 의해 팽창성을 갖는 수화물을 생성하고, 이 수화물의 팽창에 의해 균열부를 충전할 수 있다. 또한, 시멘트 혼화재 중의 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트도 물과의 수화 반응에 의해 결정성의 수화물을 생성하여 팽윤하고, 팽창재에 의한 수화물과 조합되어 불용성의 석출물을 형성할 수 있다. 이들을 포함하는 콘크리트에서 균열부에 물이 침입했을 때에는, 우선 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트가 즉시 팽윤하여 콘크리트 중의 공극을 먼저 매립하고, 콘크리트에서의 수화물이 석출 가능한 공간을 감소시킨다. 또한, 이어서 팽창재로부터 용출하는 성분이 콘크리트 중에 석출되지 않고 확산에 의해 균열부로 이동함으로써, 균열부를 선택적으로 충전하는 우수한 효과를 발휘할 수 있다고 생각된다. 그 결과, 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트에 따르면, 균열이 발생하여도 팽창재 및 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트 양쪽의 작용에 의해 균열이 충분히 수복되고, 지수 성능이 양호하게 유지되게 된다.

또한, 시멘트 혼화재에 포함되어 있는 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트는, 콘크리트 고화의 초기 단계에는 수분을 흡수한다. 따라서, 이 알루미나 실리케이트를 포함하는 시멘트 조성물은, 콘크리트에 적용하여 고화시킬 때 팽창재의 수화를 억제할 수 있으며, 미반응된 팽창재를 남길 수 있다. 따라서, 이 고화 후의 콘크리트는 미반응된 팽창재를 종래에 비해 많이 포함하게 되기 때문에, 상술한 바와 같은 메커니즘에 기초한 자기 치유성을 장기간에 걸쳐서 양호하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 장기간이 경과한 후 균열이 발생한 경우에도 이 균열을 신속히 수복할 수 있다. 단, 본 발명의 작용은 반드시 이들로 한정되지 않는다.

상기 본 발명의 시멘트 혼화재는, 마그네슘 실리케이트를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같은 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트를 포함하는 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트는, 수분 흡수가 신속히 발생하기 때문에 유동성이 저하되는 경우가 있지만, 시멘트 조성물이 마그네슘 실리케이트를 포함함으로써 콘크리트의 유동성을 적절하게 높일 수 있으며, 콘크리트의 타설 등을 행하기 쉬워진다. 또한, 마그네슘 실리케이트는 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트로부터 생성되는 수화물의 안정성을 높일 수 있기 때문에, 균열부를 충전하는 석출물의 화학적 안정성을 높여 자기 수복성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 시멘트 혼화재는 인산칼슘을 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 인산칼슘은, 시멘트의 수화물 중의 성분과 반응하여 결합력이 높은 수화물을 생성할 수 있으며, 시멘트 수화물의 구조를 치밀화할 수 있다. 따라서, 인산칼슘을 포함함으로써, 콘크리트에 균열이 발생한 경우에도 이 균열 부위에 상기한 바와 같은 치밀한 수화물을 형성할 수 있으며, 자기 치유 후의 콘크리트의 지수 성능이 더욱 향상되게 된다.

또한, 시멘트 혼화재는 탄산기를 갖는 화합물 및 산화칼슘을 추가로 함유하는 것이 한층 더 바람직하다. 시멘트 혼화재에서의 이들 성분은 콘크리트에 균열이 발생한 경우 물이 존재하면, 서로 반응하여 물에 대한 용해성이 낮은 탄산 화합물을 형성할 수 있다. 따라서, 탄산기를 갖는 화합물 및 산화칼슘을 포함하는 시멘트 혼화재에 따르면, 콘크리트의 균열 부분이 보다 수복되기 쉬워지고, 자기 치유 성능이 더욱 높아진다.

또한, 시멘트 혼화재는 감수제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 감수제를 포함함으로써 콘크리트를 고화시킬 때의 시멘트 중의 팽창재의 수화 반응을 지연시킬 수 있기 때문에, 콘크리트의 자기 치유 성능을 보다 장기간에 걸쳐서 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은, 시멘트와 상기 본 발명의 시멘트 혼화재를 함유하는 시멘트 조성물을 제공한다. 또한, 상기 본 발명의 시멘트 조성물과 물과 골재를 함유하는 콘크리트를 제공한다. 본 발명의 시멘트 조성물을 포함하는 콘크리트는 상기 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하기 때문에, 상술한 바와 같이 콘크리트에 적용한 경우 우수한 자기 치유성을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 고화 후 장기간이 경과한 후에도 자기 치유성을 양호하게 발휘할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 콘크리트에 대하여 우수한 자기 치유성을 부여할 수 있으며, 장기간에 걸쳐서 이 자기 치유성을 양호하게 유지하는 것이 가능한 시멘트 혼화재를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 시멘트 혼화재를 포함하고, 높은 자기 치유성을 가짐과 동시에 자기 치유성을 장기간 양호하게 유지할 수 있는 시멘트 조성물 및 이것을 포함하는 콘크리트를 제공하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다.

우선, 바람직한 실시 형태의 시멘트 혼화재에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 시멘트 혼화재는, 팽창재와 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트를 함유하는 것이다. 팽창재는 물과의 접촉에 의해 팽창하는 성질을 갖는 성분이며, 이러한 팽창재로서는 수화 반응에 의해 결정을 발생하여 팽창하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수화 반응에 의해 에트린자이트나 수산화칼슘의 결정을 발생하는 시멘트계 팽창재를 예시할 수 있다. 팽창재로서는, 예를 들면 CSA(칼슘술포알루미네이트), CaO, CaSO₄ 등을 들 수 있다. 시멘트 조성물은 팽창재로서 단일종인 것을 포함하고 있을 수도 있고, 복수종인 것을 조합하여 포함하고 있을 수도 있다. 이 팽창재는, 시멘트 및 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물 중 4 내지 6 질량％ 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트는 수분의 흡수에 의해 팽윤하는 특성을 갖는 알루미나 실리케이트이며, 예를 들면 벤토나이트를 들 수 있다. 벤토나이트로서는, Na⁺, Ca⁺, Mg⁺, K⁺ 등의 양이온을 갖는 것을 특별한 제한없이 적용할 수 있다. 그 중에서도 상술한 팽윤성이 우수하고, 콘크리트의 균열 발생 자체를 억제 할 수 있을 뿐만 아니라, 자기 치유성을 유지하는 특성을 양호하게 부여할 수 있는 Na⁺형의 벤토나이트(Na-벤토나이트)가 특히 바람직하다.

바람직한 실시 형태의 시멘트 혼화재는, 팽창재 및 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트뿐만 아니라 다른 성분을 조합하여 포함하는 것이 바람직하다. 다른 성분으로서는, 우선 마그네슘 실리케이트를 들 수 있다. 마그네슘 실리케이트는, 콘크리트의 제조시에 벤토나이트 등의 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트의 첨가에 의해 수분이 흡수되어도, 콘크리트의 유동성을 충분히 유지하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 마그네슘 실리케이트의 첨가에 의해 콘크리트의 취급성이 양호해진다. 또한, 마그네슘 실리케이트는 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트로부터 생성되는 수화물의 안정성을 높일 수도 있기 때문에, 균열부를 충전하는 석출물의 화학적 안정성을 높여 자기 수복성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 시멘트 혼화재는, 마그네슘 실리케이트 이외의 마그네슘 화합물을 포함하고 있을 수도 있다. 특히 마그네사이트(MgCO₃)나 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂)는, 콘크리트의 균열 부위에 안정성이 높은 Mg-Si계 수화물이나 CaCO₃ 수화물을 형성할 수 있어, 자기 수복성의 향상에 기여하기 때문에 바람직하다. 탈크는, 마그네슘 실리케이트뿐만 아니라 마그네슘이나 탄산기를 갖는 상기한 바와 같은 바람직한 성분을 조합하여 포함하는 경우가 많기 때문에, 시멘트 혼화재에 함유시키는 성분으로서 특히 유용하다.

시멘트 혼화재에 첨가하는 다른 성분으로서는, 인산칼슘도 바람직하다. 인산칼슘의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 제1인산칼슘(Ca(H₂PO₄)₂), 제2인산칼슘(CaHPO₄), 제3인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂) 등을 적절하게 선택하여 적용할 수 있다. 인산칼슘은, 시멘트 조성물 중 0.3 내지 1 질량％ 포함되어 있는 것이 바람직하다.

그 중에서도, 제2인산칼슘은 시멘트 조성물을 포함하는 콘크리트에서 시멘트 수화물 중에 발생하는 수산화칼슘과 반응하여, 결합력이 높은 수산화인회석(예를 들면, Ca₁₀(PO₂)₆(OH)₂)를 발생하여 균열부에 치밀한 수화물을 형성할 수 있다. 따라서, 제2인산칼슘은, 콘크리트에 높은 자기 수복성을 부여하는 것이 가능하기 때문에 특히 바람직하다.

또한, 다른 성분으로서는, 탄산기를 갖는 화합물 및 산화칼슘을 조합하여 함유하는 것이 보다 바람직하다. 우선, 탄산기를 갖는 화합물로서는 금속의 탄산염이 바람직하고, 예를 들면 Li₂CO₃(탄산리튬), Na₂CO₃(탄산나트륨), K₂CO₃(탄산칼륨), MgCO₃(탄산마그네슘), LiHCO₃(탄산수소리튬), NaHCO₃(탄산수소나트륨), KHCO₃(탄산수소칼륨), Mg(HCO₃)₂(탄산수소마그네슘) 등을 들 수 있다. 이 중에서도 탄산기를 갖는 염이 바람직하고, NaHCO₃(중조)가 저렴하고 입수가 용이하며, 콘크리트의 균열을 수복하는 특성이 우수하기 때문에 특히 바람직하다. 이 탄산기를 갖는 화합물은, 시멘트 조성물 중에서 10 질량％ 이하가 되도록 포함되어 있는 것이 바람직하고, 0.01 내지 3 질량％를 만족하도록 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다.

한편, 산화칼슘(CaO)은 물과의 반응에 의해 Ca(OH)₂를 발생하지만, 이 반응은 부피 팽창이어서, 상술한 팽창재로서도 기능한다. 따라서, 혼화재가 팽창재로서 CaO를 포함하는 경우에는, CaO가 팽창재와 첨가제 양쪽으로서 기능할 수 있을 정도의 함유량으로 할 수 있다. 탄산기를 갖는 화합물과 CaO를 조합하여 포함함으로써, 콘크리트에 균열이 발생한 경우 이들 양 성분의 반응에 의한 CaCO₃ 등의 안정성이 높은 반응물을 형성할 수 있어, 한층 더 우수한 자기 치유성이 얻어지게 된다.

또한, 시멘트 혼화재는 감수제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 감수제로서는 감수제, AE 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제 등의 콘크리트에 사용되는 감수제로서 공지된 것을 제한없이 적용할 수 있다. 이 중에서도 폴리카르복실산계의 감수제는, 상술한 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트의 첨가에 따른 콘크리트의 유동성 저하를 억제할 수 있어, 유동성을 양호하게 유지하여 작업성을 향상시키는 관점으로부터도 바람직하다. 감수제는 시멘트 조성물 중 0.8 내지 3.0 질량％ 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 감수제는 시멘트 혼화재로서 포함되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이 시멘트 조성물을 사용하여 콘크리트를 제조할 때 첨가할 수도 있다.

또한, 시멘트 혼화재는, 상술한 각 성분뿐만 아니라 시멘트 결정의 생성을 촉진시키는 무기질 시멘트 결정 증식제를 추가로 포함하고 있을 수도 있다. 이 무기질 시멘트 결정 증식제로서는, 예를 들면 포틀랜드 시멘트 조성물과, 미세 실리카, 물유리, 규불화 마그네슘 또는 마그네시아 및 실리카를 포함하는 규불화물 중 적어도 1종으로 이루어지는 수용성 규불화물을 포함하는 조성을 갖는 것을 들 수 있다(일본 특허 제2521274호 공보 참조). 이러한 시멘트 결정 증식재는, 콘크리트에 균열이 발생한 경우 이 균열 부분에 침투하여 이 부분에 결정을 발생시킬 수 있다. 따라서, 이러한 시멘트 결정 증식재를 추가로 포함함으로써, 콘크리트의 자기 수복성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

바람직한 실시 형태의 시멘트 조성물은, 시멘트와 상술한 바와 같은 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 것이다. 시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트나 기타 혼합 시멘트 등을 특별한 제한없이 적용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트로서는 저열 포틀랜드 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트 등을 들 수 있다. 또한, 혼합 시멘트로서는 고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이애시 시멘트 등을 들 수 있다. 시멘트로서는 포틀랜드 시멘트가 바람직하고, 이 중에서도 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트 또는 저열 포틀랜드 시멘트가 바람직하다. 시멘트 조성물은 시멘트를 80 내지 95 질량％ 포함하고, 그 이외의 성분으로서 상술한 시멘트 혼화재를 조합하여 포함하는 것이 바람직하다.

이어서, 콘크리트의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 콘크리트는, 상술한 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물과 물과 골재를 포함하는 것이다. 콘크리트에 사용하는 골재로서는, 조골재나 세골재를 들 수 있다. 여기서, 시멘트 조성물에 골재로서 조골재와 세골재를 모두 첨가한 것은 통상적으로 콘크리트로 불리며, 세골재만을 첨가한 것은 통상적으로 모르타르로 불리지만, 본 발명의 콘크리트는 이들 모두 포함한다. 조골재로서는 강자갈, 바다자갈, 산자갈, 쇄석, 슬래그 쇄석 등을 들 수 있으며, 세골재로서는 강모래, 바다모래, 산모래 등을 들 수 있다. 또한, 조골재와 세골재는 통상적인 분류(체가름 등)에 의해 구별할 수 있다.

이러한 콘크리트에 포함되는 물의 양은, 시멘트 조성물을 100 질량％로 했을 때 25 내지 60 질량％가 되는 양인 것이 바람직하고, 40 내지 50 질량％가 되는 양인 것이 보다 바람직하다. 이 물의 양이 60 질량％를 초과하면, 고화 후의 콘크리트 중에 다량의 물이 남아 강도가 불충분해질 우려가 있을 뿐만 아니라, 시멘트 혼화재 중의 팽창재의 수화가 과도하게 진행됨으로써 자기 치유성을 장기간 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 물의 양이 25 질량％를 하회하여도 콘크리트의 고화나 그의 경화 후의 성상에 특별히 지장은 없지만, 고성능 감수제(혼화제)를 사용하지 않는 경우 등에 있어서 작업시에 콘크리트의 혼련이 곤란해지는 경우도 있다. 예를 들면 고강도의 콘크리트나 고유동 콘크리트를 형성하는 경우 등에는, 물의 양이 25 질량％를 하회할 수도 있다.

또한, 콘크리트 중의 시멘트 조성물의 함유량은, 예를 들면 상술한 바와 같이 통상 모르타르로 분류되는 것인 경우 그의 1 m³당 300 내지 1000 kg인 것이 바람직하고, 400 내지 800 kg인 것이 보다 바람직하다. 또한, 통상 콘크리트로 분류되는 것인 경우 해당 콘크리트 1 m³당 200 내지 700 kg인 것이 바람직하고, 300 내지 450 kg인 것이 보다 바람직하다. 시멘트 조성물의 함유량이 이러한 범위이면 시멘트 조성물에 의한 콘크리트의 고화가 양호하게 발생하고, 우수한 강도가 얻어질 뿐만 아니라, 콘크리트 중에 미반응된 팽창재 등이 바람직하게 잔존하여 우수한 자기 치유성이 얻어짐과 동시에, 장기간에 걸쳐서 자기 치유성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 이러한 콘크리트에서 충분한 강도를 얻는 관점에서 콘크리트 중의 세골재 함유량은, 예를 들면 통상 모르타르로 분류되는 것인 경우 그의 1 m³당 1000 내지 1700 kg인 것이 바람직하고, 1200 내지 1500 kg인 것이 보다 바람직하다. 또한, 통상 콘크리트로 분류되는 것인 경우 해당 콘크리트 1 m³당 700 내지 1000 kg인 것이 바람직하고, 800 내지 900 kg인 것이 보다 바람직하고, 조골재의 함유량은 콘크리트 1 m³당 800 내지 1100 kg인 것이 바람직하고, 850 내지 950 kg인 것이 보다 바람직하다.

이러한 콘크리트는, 예를 들면 시멘트에 대하여 상기 시멘트 혼화재를 첨가하여 시멘트 조성물로 하고, 이것에 물이나 골재를 첨가하여 혼합함으로써 얻을 수 있다. 단, 본 발명의 콘크리트는 그의 조성 중에 상기 시멘트 혼화재를 포함하는 것이면 좋기 때문에, 예를 들면 시멘트 혼화재에 포함되는 일부의 성분이 시멘트 조성물에는 포함되지 않고, 콘크리트의 제조시에 첨가된 것일 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트에 따르면, 우선 시멘트 혼화재 중의 팽창재 및 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트에 의해, 고화 후의 콘크리트에 균열이 발생한 경우에도 이들 성분의 수화 등에 기인하는 석출물의 형성에 의해 균열부를 수복할 수 있다. 또한, 시멘트 혼화재가 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트를 포함하기 때문에, 콘크리트의 고화에 있어서의 팽창재 등의 수화가 억제되어 있으며, 고화 후의 콘크리트는 미반응된 팽창재 등이 많이 잔존하게 된다. 따라서, 이러한 콘크리트는 고화 후에 양호한 자기 치유성을 가질 뿐만 아니라, 이 자기 치유성을 장기간에 걸쳐서 양호하게 유지할 수 있다.

특히, 시멘트 혼화재가 마그네슘 실리케이트, 인산칼슘, 탄산기를 갖는 화합물과 산화칼슘의 조합, 또는 감수제 등의 다른 성분을 추가로 포함함으로써, 상술한 바와 같은 자기 치유성이 더욱 향상되거나, 자기 치유성을 더욱 유지하는 것이 가능해져, 본 발명의 효과가 한층 더 양호하게 얻어지게 된다.

따라서, 이러한 시멘트 혼화재를 포함하는 본 발명의 콘크리트는, 고화 후에 균열이 발생하여도 지수 성능을 자체적으로 회복하는 특성이 우수하고, 이러한 특성을 장기간 유지할 수 있기 때문에, 예를 들면 지하 구조물, 터널 등의 누수가 발생하고 쉽고, 보수가 곤란하였던 구조물에 대하여 매우 바람직하다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.

[시멘트 조성물에 의한 자기 치유성의 평가]

(시멘트 조성물의 제조; 샘플 번호 1 내지 18)

하기 표 1에 나타내는 각 성분을 배합하여, 샘플 번호 1 내지 18의 시멘트 조성물을 제조하였다. 또한, 하기 표 1 중의 각 성분은 다음과 같다. 또한, 표 중의 수치 단위는 시멘트 조성물 전량 중의 해당 성분의 중량％이다.

OPC: 보통 포틀랜드 시멘트

CSA: 칼슘술포알루미네이트, DENKA CSA#20

Na-Ben: Na-벤토나이트, HOJUN(수퍼 클레이)

탈크: 니혼 탈크, 범용 탈크(SSS)

플라이애시: 제이펙, 플라이애시 II종

(평가)

우선, 상술한 샘플 번호 1 내지 18의 각 시멘트 조성물에 각각 시멘트 조성물에 대한 물의 비율(％, 중량 기준)이 45 ％가 되도록 물을 혼합하고, 시멘트 조성물을 고화시켰다. 시멘트 조성물의 수화가 거의 완료된 것으로 판단되는 120일 경과 후의 각 샘플에 폭 0.2 내지 0.3 mm의 균열을 발생시킨 후, 다시 수중에서 양생을 행하였다.

또한, 이와 같이 양생을 행한 각 샘플의 균열 형성부에 대하여 관찰을 행하여, 자기 치유의 정도에 대하여 평가를 행하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1 중 A 내지 D의 평가는 다음의 기준에 기초하여 행하였다.

A: 균열부가 석출물로 급속히 충전되고, 석출물의 화학적 안정성이 매우 높음.

B: 균열부가 석출물로 천천히 충전되고, 석출물의 화학적 안정성이 높음.

C: 균열부가 석출물로 충전되지만, 석출물의 화학적 안정성은 그다지 높지 않음.

D: 균열부에 석출물이 충전되지 않고, 균열의 자기 치유 효과가 없음.

표 1 중, 샘플 1, 2 및 6은 본 발명의 시멘트 혼화재의 조성을 갖고 있지 않기 때문에 본 발명의 비교예에 해당하고, 그 이외의 샘플이 본 발명의 실시예에 해당한다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예의 샘플은 모두 균열부가 석출물에 의해 폐색되고, 자기 치유가 진행된 데 비해, 비교예의 샘플은 자기 치유가 진행되지 않았다는 것이 확인되었다. 또한, 특히 평가가 A인 샘플은 수중에서의 양생 개시로부터 3일 후에 균열부가 석출물에 의해 폐색되었으며, 이 석출물은 본래의 시멘트가 갖고 있는 색에 가깝다는 것도 판명되었다.

이상의 결과로부터 실시예의 시멘트 조성물에 따르면, 양호한 자기 치유성이 얻어진다는 것이 판명되었다. 이러한 시멘트 조성물에서의 결과로부터, 이 시멘트 조성물을 콘크리트에 적용하여도 우수한 자기 치유성이 얻어지는 것으로 추측된다.

[콘크리트에 의한 자기 치유성의 평가]

(콘크리트의 제조; 샘플 번호 19)

하기 표 2에 나타내는 각 성분을 배합하여 샘플 번호 19의 콘크리트를 제조하였다. 표 2 중의 수치는 콘크리트 1 m³당 각 성분의 함유량(kg)이고, 시멘트 조성물의 란에 기재한 괄호 내의 수치는 시멘트 조성물 중 해당 성분의 함유 비율(중량％)이다. 표 2 중의 각 성분은, 상기 표 1에 나타낸 것과 동일한 것을 사용하였다. 또한, 감수제의 SP-III은, 지연 효과를 갖는 고성능 감수제(시카멘트 1100NT)이다.

(콘크리트의 제조; 샘플 번호 20)

또한, 비교예의 콘크리트의 샘플로서 시멘트 조성물을 상기 샘플 번호 1의 것으로 변경한 것 이외에는, 샘플 번호 19와 동일하게 하여 샘플 번호 20의 콘크리트를 제조하였다.

(평가)

상기에서 얻어진 샘플 번호 19 및 20의 콘크리트를 28일간 양생한 후, 이것에 폭 0.1 내지 0.3 mm의 균열을 도입하고, 추가로 수중에서 이들의 양생을 행하였다. 그 결과, 샘플 번호 20의 콘크리트에서는 균열의 도입 후, 28일간 양생을 행하여도 균열부에 석출물이 발생하지 않았다. 이에 비해 샘플 번호 19의 콘크리트에서는 균열의 도입 후, 3일의 양생에 의해 균열부에 석출물이 발생하였으며, 22일의 양생에서는 폭 0.22 mm의 균열 부분도 완전히 폐색된 것이 확인되었다.

[콘크리트에 의한 지수성의 평가]

(콘크리트의 제조; 샘플 번호 21 내지 23)

하기 표 3에 나타내는 각 성분을 배합하여, 샘플 번호 21 내지 23의 콘크리트를 제조하였다.

또한, 표 3 중에 나타낸 수치의 단위는, 표 중에 단위를 명기하고 있는 것을 제외하고는 모두 kg/m³이다. 또한, 표 3 중, 시멘트의 란에 기재한 N 및 L은 시멘트의 종류를 나타내고 있으며, 이하에 나타내는 바와 같다. 또한, 표 중에 기재한 기타 성분도 다음에 나타내는 바와 같다.

N: 보통 포틀랜드 시멘트(밀도=3.15 g/cm³)

L: 저열 포틀랜드 시멘트(밀도=3.24 g/cm³)

팽창재: 에트린자이트계(밀도=3.12 g/cm³, 비표면적 3000 cm²/g)

Z1: 무기질 시멘트 결정 증식재

세골재: 치바현 기미쯔시 호기산 육사(陸砂)(밀도=2.65 g/cm³)

조골재: 사이타마현 치치부군 료카미무라산 쇄석(밀도=2.66 g/cm³)

고성능 AE 감수제: 폴리카르복실산계

(평가)

우선, 각 콘크리트의 샘플에 대하여 하기의 양생을 각각 행함으로써, 각종 평가용 샘플을 얻었다. 이 평가용 샘플로서는, 10 cm×10 cm×40 cm의 직방체 형상의 콘크리트를 제조하였다. 콘크리트는, 재령(material age) 7일까지 봉함한 상태로 보관하였다. 경화 중의 팽창 콘크리트에는, PC 강봉(鋼棒)에 의해 외적으로 구속을 가하였다.

이어서, 각 평가용 샘플에 대하여, 재령 7일째에 각각의 콘크리트 부분에 균열을 도입하였다. 균열은, 평가용 샘플에 인장력을 작용시켜 발생시켰다. 평가용샘플의 콘크리트 부분의 균열폭은, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.4 mm로 고정하였다.

또한, 균열의 고정 후, 균열 사이에 항상 물이 흐르는 상태로 하여 균열의 치유 성상을 관찰하였다. 이 때, 1 m의 수두(水頭)를 가하였다. 또한, 평가용 샘플에 작용하는 동수 경사는 10 m/m였다. 이 평가에서는, (1) 항상 투수 상태로 하여 상술한 투수량을 측정하여 얻어진 지수성을 평가하고, (2) 항상 투수 상태로 하여 균열부를 현미경에 의해 관찰하고, 그 균열폭이 감소하는 정도에 대해서도 평가하였다. 얻어진 평가 결과를 각각 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4 중의 평가는, 이하의 기준에 기초하여 행한 것이다.

(1) 지수성의 평가

A: 7일간 투수량이 초기 투수량의 50분의 1 이하가 되는 경우

B: 7일간 투수량이 초기 투수량의 50분의 1보다 크고 10분의 1 이하가 되는 경우

C: 7일간 투수량이 초기 투수량의 10분의 1보다 크고 2분의 1 이하가 되는 경우

D: 7일간 투수량을 초기 투수량의 2분의 1 이하로 할 수 없는 경우

(2) 균열폭의 평가

A: 28일간 균열폭이 0.1 mm 이상 감소한 경우

B: 28일간 균열폭의 감소가 0.05 mm 이상 0.1 mm 미만인 경우

C: 28일간 균열폭의 감소가 0.025 mm 이상 0.05 mm 미만인 경우

D: 28일간 균열폭의 감소가 0.025 mm 미만인 경우

표 4 중, 샘플 번호 23은 본 발명의 실시예에 해당하고, 샘플 번호 21 및 22는 본 발명의 조성을 만족하고 있지 않기 때문에 비교예에 해당한다. 표 3에 나타낸 결과로부터, 실시예의 샘플 번호 23은 비교예의 샘플 번호 21 및 22에 비해 지수성이 우수하고, 균열폭의 감소 정도도 크고, 우수한 자기 치유성을 갖고 있다는 것이 확인되었다.

Claims

팽창재, 팽윤성을 갖는 알루미나 실리케이트, 인산칼슘 및 마그네슘 실리케이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
삭제
제1항에 있어서, 탄산기를 갖는 화합물 및 산화칼슘을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
제1항에 있어서, 감수제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
시멘트와 제1항에 기재된 시멘트 혼화재를 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
제5항에 기재된 시멘트 조성물과 물과 골재를 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제3항에 있어서, 감수제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
시멘트와 제3항에 기재된 시멘트 혼화재를 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
제8항에 기재된 시멘트 조성물과 물과 골재를 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트.