KR101272814B1 - 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물 - Google Patents
고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물에 관한 것으로, 그 목적하는 바는 제조 시 이산화탄소를 다량으로 배출하고 에너지가 많이 소모되는 소성공정이 필요한 시멘트를 완전히 대체할 수 있는 친환경적인 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물을 제공하고자 하는데 있으며, 또한 초기 강도 발현이 우수하여 20℃의 상온에서도 1일 20~40MPa의 압축강도를 발휘함으로써 공사기간을 대폭으로 단축시킬 수 있는데 있다.
이에 상기 비소성 결합재는 고로슬래그 및 알칼리 활성화제로 구성되며, 초기 요구되는 강도에 따라 알칼리 활성화제를 변화시켜 요구되는 작업성 및 압축강도를 용이하게 제조할 수 있는 특징이 있다.
또한 상기 조강형 무시멘트 모르타르 조성물은 상기 결합재에 적정비율의 물, 잔골재가 배합되어 제조된다.
초조강 모르타르, 고로슬래그, 수산화나트륨, 소듐실리케이트
Description
본 발명은 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물 제조방법 및 그 모르타르 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 대신에 적정비율의 고로슬래그, 알칼리 활성화제(수산화나트륨(NaOH) 용액과 소듐실리케이트)로 구성된 친환경적인 무시멘트 비소성 결합재와, 이러한 결합재를 사용하는 모르타르 조성물에 관한 것으로써 이를 이용한 모르타르의 1일 강도가 20~40MPa의 높은 압축강도를 발현될 수 있도록 할 수 있는 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물 제조방법 및 그 모르타르 조성물에 관한 것이다.
시멘트는 산업의 근대화 과정에서 가장 중요하고 널리 사용되어 온 건설용 구조재료로서 도로, 교량, 터널, 항만, 주택, 건물 등 각종 사회간접자본(SOC)의 건설에 있어 기본이 되는 재료이다.
특히 20세기에 들어서 산업구조의 고도화에 따른 건설기술도 진보해왔으며, 이에 맞추어 20세기 초부터 본격적으로 생산되기 시작한 보통포틀랜드시멘트는 그 생산량도 크게 증가하여 현재 15억 톤 정도를 생산하고 있으며, 이용기술도 획기적으로 발전하여 왔다.
그리고 향후 산업구조의 고도화 및 사회구조의 다양화에 의해 수반되는 정보화 시대, 창조지향 시대를 향한 SOC의 확충을 위해 초고층건물, 심도 지하구조물, 거대교량, 해상공항 및 수중 도시 등 건설 프로젝트가 계획하는 등 시멘트의 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예측된다.
이와 같이 시멘트는 그 동안 SOC 건설에 중요한 역할을 해왔음에도 불구하고 최근 들어 자연 및 지구환경에 대한 부정적인 재료로 인식되는 경향이 높아지고 있다.
특히 시멘트는 석회석 등을 사용할 뿐만 아니라 소성과정 즉 클링커 제조 시 고온(약 1,500℃)상태에서 제조됨으로써 이 과정에서 시멘트 1톤을 생산하는데 0.7~1.0톤의 이산화탄소 가스를 배출하여 전 세계 온실가스 배출량의 7~8%를 차지할 정도로 심각한 실정이다.
우리나라에서 시멘트 생산량은 연간 약 6,300만 톤으로 약 5,670만 톤의 이산화탄소를 배출하여 철강산업에 이어 두 번째로 많이 배출하고 있다.
한편 세계 국가들은 1992년 브라질 리오에서 지구온난화 방지를 위한 기후변화 협약이 채택된 이후 지구온난화 문제가 인류 공동과제로 인식되었고, 세계 각국은 일찍부터 이에 대응방안을 마련하였다.
특히, 1997년 일본 교토에서 기후변화협약에 관한 교토의정서가 채택된 이 후, 2005년 교토의정서가 발효됨에 따라 세계 38개국의 선진국은 온실가스 감축의무를 준수해야 한다.
교토의정서에 따르면 제 1차 공약기간(2008년~2012년)에 1990년도 배출량 대비 평균 5.2%를 감축해야 하는 어려운 과제를 안고 있다.
최근 2008년 7월에는 일본 도쿄에서 열린 G8 정상회담에서 각국 정상들은 2050년까지 배출가스를 현재의 50%로 감축하는 방안을 검토하고 있다. 이렇게 강도 높은 온실가스 감축노력은 우리나라도 예외는 아니며, 2013년부터 온실가스를 감축해야 하는 2차 의무이행 대상국에 편입될 것이 확실시됨에 따라 정부차원에서 강력한 대책이 필요한 실정이다.
우리나라는 2004년 기준 4억 6210만 톤의 이산화탄소를 배출하여 세계에서 10위를 차지하고 있으며, 특히 이산화탄소의 배출량 증가율은 중국에 이어 세계에서 2번째로 이산화탄소 배출 정도가 심각한 실정이다.
한편 제철소의 부산물인 고로슬래그는 시멘트 원료, 콘크리트용 혼화재료 등으로 대부분 활용되고 있지만, 100% 치환하여 사용하지 못하고 있는 실정이다.
최근 건설기술이 발전됨에 따라 형태의 다양화 및 시공속도의 향상을 도모하고자 여러 건설기술이 개발되고 있는 실정이다. 일반적으로 시멘트를 사용한 콘크리트의 경우 3일 내지 7일 정도의 양생기간이 필요하며, 이는 공사기간이 길어지는 원인이 되고 이에 따라 통행의 불편, 교통체증을 초래하는 등 사회간접비용의 부담이 상당하다.
콘크리트에 반드시 필요한 결합재인 시멘트를 전혀 사용하지 않고 알칼리 활 성화제와 고로슬래그를 활용할 경우 타설 시간의 단축을 통한 공사 기간의 단축을 향상시킬 수 있다. 그러나 초기 작업성 확보의 어려움으로 사용이 제한적이며, 최근 환경적 문제와 결부되어 시멘트 제조 시 발생되는 다량의 이산화탄소를 절감하는 재료를 사용하는 동시에 작업성 확보와 동시에 초기 조강형 결합재로 활용할 수 있는 배합기술이 필요한 실정이다.
이에 본 발명은 고로슬래그를 모르타르(또는 콘크리트)의 결합재로 사용하기 위해 연구와 실험을 거듭하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 제조 시 이산화탄소를 다량으로 배출하고 에너지가 많이 소모되는 소성공정이 필요한 시멘트를 완전히 대체할 수 있는 친환경적인 무시멘트 비소성 결합재 및 이를 배합한 모르타르 조성물을 제공하고 공사기간을 단축 할 수 있는 조강형 모르타르 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 고로슬래그를 포함한 무시멘트 비소성 결합재는 고로슬래그, 수산화나트률 용액 및 소듐실리케이트를 포함하는 알칼리 활성화제를 포함하도록 구성된다.
본 발명은 기본적으로 고로슬래그와 알칼리 활성화제(수산화나트률(NaOH) 용액 및 소듐실리케이트)의 배합구성을 통해 중합반응(Polymersation)을 유도하여 이를 이용한 모르타르(또는 콘크리트)의 강도가 증진되도록 하는 반응 메커니즘을 가지고 있다.
이때, 앞서 언급한 모르타르(또는 콘크리트)의 강도확보를 위한 중합반응 시 필요한 화학성분은 Na2O, SiO2, Al2O3 성분이다.
이에 고로슬래그에는 알칼리 성분인 Na 성분이 없다. 이에 Na 성분 첨가가 반드시 필요하여 알칼리 활성화제를 사용하게 된다.
알칼리 활성화제로써 이에 수산화나트률(NaOH) 용액 및 소듐실리케이트가 이용되는데, 상기 수산화나트률(NaOH) 용액은 결국 고로슬래그를 이용함에 있어 필요한 Na 성분 첨가를 위한 것이라 할 수 있다.
소듐실리케이트의 경우 구성 성분에 SiO2가 30%, Na2O가 10%이다. 따라서 알칼리 활성화제로 이용하게 되는데, 소듐실리게이트의 SiO2가 액체 상태로 되어있어 초기에 축합 반응하기 때문에 본 발명에 의한 조강형 모르타르 조성물을 얻기 위해 필요하게 된다.
이때, 고로슬래그에 수산화나트률(NaOH) 용액만에 의한 알칼리 활성화제 사용 시, 강도 발현에 한계가 있을 수밖에 없으므로 상기 수산화나트률(NaOH) 용액의 몰농도를 변경(2~12M 범위)하여 실험하여 강도발현이 문제되지 않는 범위의 몰농도를 확보할 수 있도록 하였고,
이때, 고로슬래그에 소듐실리케이트만에 의한 알칼리 활성화제 사용 시, 초기급결 문제가 있을 수밖에 없어 사용에 제한적이므로 이는 배제하고,
고로슬래그에 수산화나트률(NaOH) 용액과 소듐실리케이트를 혼합한 알칼리 활성화제 사용하여 강도발현에 문제가 없도록 하였다.
물론 이때 수산화나트률(NaOH) 용액의 적정한 몰 농도의 최적치를 2~9M이 되도록 하게 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비소성 결합재는 고로슬래그, 수산화 나트륨(NaOH) 용액과 소듐실리케이트로 구성되는 알칼리활성화제로 구성되도록 하고, 상기 고로슬래그와 알칼리활성화제가 중량비로 60:40 ~ 80:20으로 혼합되고, 알칼리활성화제 중 수산화나트륨(NaOH) 용액을 단독으로 사용한 경우 2~12M의 용액을 사용하고 알칼리 활성화제로서 소듐실리케이트를 혼합 사용할 경우 알칼리활성화제는 수산화나트륨(NaOH)용액 및 소듐실리케이트가 중량비로 99:1~1:99로 혼합시켜 제조되도록 한다.
이에 상기 비소성 결합재는 시멘트를 전혀 사용하지 않아 친환경적이고 수산화나트륨(NaOH)의 몰 농도 조정 및 알칼리 활성화제를 구성하는 수산화나트륨(NaOH)과 소뮴실리게이트의 혼합 비율을 이용하여 상기 결합재를 이용한 모르타르 조성물의 초기 강도발현 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
이에 상기 수산화나트륨(NaOH) 용액은 수산화나트륨(NaOH) 2M내지 12M 범위로 증류수와 혼합하여 NaOH의 분자량 40에 맞추어 각각의 수산화나트륨(NaOH) 용액으로 제조하였으며, 상기 사용된 소듐실리케이트는 SiO2와 Na2O의 몰 비가 1 내지 3.5인 물유리를 포함한 알칼리 활성화제를 제조하였다.
나아가. 본 발명에 의한 모르타르 조성물은 상기 비소성 결합재인 고로슬래그에, 잔골재, 물을 배합시키되, 물은 유동성 확보를 위하여 상기 비소성 결합재에 대해 중량비로 20~40% 이내로 적용하도록 하였다.
상술한 바와 같은 본 발명의 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 배 합한 모르타르 조성물은 배합 및 타설을 위한 작업시간을 최소 10분에서 최대 40분까지 확보가 가능하며, 초기(재령 1일) 압축강도를 20~40MPa 범위로 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 장기강도(재령 28일 이후)에서는 30~80MPa의 압축강도가 발현됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 배합한 무시멘트 모르타르 조성물은 수산화나트륨의 몰농도 및 수산화나트륨 몰용액과 소듐실리케이트의 혼합비율에 따라 목표로 하는 모르타르의 유동성 및 초기 강도발현을 조절할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 비소서 결합재는 고로슬래그, 알칼리활성화제를 포함하여 구성된다.
상기 제철소의 부산물인 고로슬래그는 산업 부산물로서 잠재수경성이 있는 것이 특징이다. 이러한 고로슬래그는 CaO 성분이 다량 포함되어 있어 물과 반응이 가능한 동시에 알칼리 활성화제를 통한 초기 강도발현이 우수한 재료로서 초기 강도발현이 가능한 모르타르(또는 콘크리트)를 제조하는데 장점이 있다.
여기서 알칼리 활성화제의 알칼리 활성화는 고 알칼리 환경 하에서 Si-O-Al-O 합성체를 만드는 다양한 알루미늄-규산 산화물들 사이의 화학적 반응이다.
비록 알칼리 활성화에 대한 화학 반응 기구는 아직 명확하게 밝혀지지 않았지만 알칼리 수산화물을 이용하여 유도된 반응 기구는 다음과 같이 일반화 될 수 있다.
위 두 반응 기구는 Al과 Si 성분이 알칼리 활성화의 기본임을 명확히 보여준다. 이들 반응속도는 매우 빠르며 용해, 전이 및 적응 그리고 중축합의 단계로서 반응 기구가 구성될 수 있다.
이에 본 발명은 고로슬래그와 알칼리 활성화제(수산화나트률(NaOH) 용액 및 소듐실리케이트)의 배합구성을 통해 중합반응(Polymersation)을 유도하여 이를 이용한 모르타르의 강도가 증진되게 함으로써 결국 시멘트를 사용하지 않으면서 소성과정이 없이 일정 강도이상을 발현할 수 있는 고로슬래그를 이용한 무시멘트 비소성 결합재 또는 이를 이용한 모르타르 조성물을 형성할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서 상기 비소성 결합재는 고로슬래그를 사용하며, 알칼리활성화제인 수산화나트륨(NaOH) 용액을 단독으로 사용할 경우, 상기 수산화나트륨(NaOH) 용액은 증류수를 이용하여 2~12M로 제조된 것이 이용되고, 상기 결합재와의 중량비가 60:40 ~ 80:20으로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한 NaOH 용액과 소듐실리케이트를 동시에 사용할 경우 알칼리활성화제는 수산화나트륨(NaOH) 용액 및 소듐실리케이트가 중량비로 99:1 ~ 1:99로 혼합되도록 하되 상기 수산화나트륨(NaOH) 용액은 증류수를 이용하여 2~9M로 제조된 것이 이용된다.
이는 수산화나트륨(NaOH) 용액을 단독으로 사용할 경우 몰농도가 낮을수록 이를 이용한 모르타르는 그 초기강도는 지연되고 반대로 몰농도가 증가되면 초기 강도는 빠르게 진행되는 특성을 가지므로 초기 경화속도를 맞추기 위한 범위로서 상기 몰농도가 2M 미만이면 초기응결 시간이 너무 지연되고, 12M이상이면 초기응결 시간이 너무 빠르게 되므로 적절한 수준의 초기 강도를 확보하기 위함이라 할 수 있다.
나아가 수산화나트륨(NaOH) 2~9M 용액과 소듐실리케이트를 동시에 사용할 경우 소듐실리케이트의 사용량이 증가되면 초기 강도는 촉진되고 소듐실리케이트의 비율이 낮아지면 초기 강도는 지연되는 특성을 갖는다. 이에 수산화나트륨(NaOH) 용액과 소듐실리케이트의 혼합비율을 조정하여 적절한 유동성 및 강도발현 효과를 제어할 수 있는 것이 특징이다.
결국, 상기 알칼리 활성화제의 단위 사용량이 증가되면 이를 이용한 모르타르의 초기 강도는 촉진되고 반대로 낮아지면 초기 강도는 지연되는 경향을 나타내어 초기 소요의 경화속도에 맞추어 조절이 필요함을 알 수 있다.
또한 상기 소듐실리케이트(Na2O, SiO2, Al2O3로 구성)를 사용한 이유는 일반적인 소듐실리케이트의 경우 SiO2와 Na2O의 몰비는 1.0 내지 3.5 범위의 값을 가진다. 그러나 몰비가 1.0 미만인 경우에는 결합재의 점도가 급격히 증가되어 슬럼프가 저하됨으로써 시공성이 저하될 뿐만 아니라 중합반응에 필요한 Si 성분이 적어져 장기강도가 발현이 작아지고, 몰비가 3.5를 초과하는 경우에는 시공성에 영향을 주지 않지만, Na이온이 적어져 초기강도가 작아지는 문제가 있어 SiO2와 Na2O의 몰비는 3.2인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합재는 고로슬래그와 알칼리활성화제(소듐실리케이트 및 수산화 나트륨 용액)에 대해 고로슬래그 : 알칼리활성화제의 중량비가 60:40 내지 80:20이고 수산화나트륨(NaOH) 용액과 소듐실리케이트의 중량비가 99:1~1:99인 것을 특징으로 하는 바, 알칼리 활성화제 중 수산화나트륨 용액의 몰농도는 최종 강도에 따라 2~12M 까지 변화시켜 소요의 강도를 발현시킬 수 있으나 소듐실리케이트를 다량 사용할 경우 초기 급결로 작업성 확보가 어려운 문제가 있다.
한편 본 발명은 상기의 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재를 배합한 모르타르 조성물을 제시하는 바, 이러한 모르타르 조성물은 상기의 고로슬래그를 포함하는 무시멘트 비소성 결합재, 잔골재 및 물 등을 배합하고, 교반하는 순서를 거쳐 제조됨을 특징으로 하고 있다.
이 경우 물과 결합재의 비는 그 중량비로 20~40% 이내로 적용될 수 있는 바, 물을 전혀 사용하지 않았을 때에는 수용액 상태의 알칼리 무기질 재료 즉 수산화나 트륨 용액내의 화학적 결합수에 의해 유동성을 확보할 수 있으며, 이렇게 물량 혹은 수산화나트륨 용액의 몰농도를 조절함으로써 강도조절 및 유동성 조절이 용이하도록 하는 특징이 있다.
결국, 화학혼화제의 배합비율을 줄이면서 작업의 용이성을 확보하기 위해 물과 결합재의 비율을 중량비로 20~40% 이내로 한정을 하는 것이며, 40%를 초과하는 경우에 시공성은 향상되나 강도가 급격이 저하되고 건조수축이 증가되는 등의 문제점이 있기 때문에 그 중량비를 40%미만으로 한정하는 것이라 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
<실시예 1>
수산화나트륨(NaOH) 용액의 몰농도 영향
본 발명에서 제시된 고로슬래그를 포한한 비소성 결합재 및 이를 이용한 모르타르 조성물에 있어 수산화 나트륨 용액(NaOH)의 몰농도에 따른 영향을 분석하기 위해, 수산화 나트륨 용액의 몰농도를 2, 3, 4, 5, 6, 9, 12M로 제조하여 유동성 손실, 응결, 압축강도 시험을 실시하였으며, 배합은 표1과 같이 총 7배합을 실시하였다.
| 구분 | 고로슬래그 | 수산화나트륨용액 | 배합수(물) | 잔골재 |
| NaOh 2M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 3M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 4M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 5M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 6M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 9M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
| NaOh 12M | 1600 | 560 | 460 | 2400 |
각각의 배합에는 기본적인 결합재로 고로슬래그를 중량비로 31.87% 를 사용하였으며, 수산화나트륨 용액을 중량 11.15%로 구성하였다. 그리고 배합수를 중량비로 9.16%를 사용하였으며, 나머지 잔골재는 통상의 모르타르와 같은 비율로 사용하였다.
제조한 모르타르에 대하여 슬럼프 손실과 관입저항 시험, 압축강도를 측정하여 그 결과를 각각 도 1, 도 2 및 도3에 나타내었다.
여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 모르타르를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후에 작업성을 평가하였으며, 응결시험은 KS F 2436에 준하여 실시하였다.
그 후 재령별 압축강도는φ100× 200mm 원주시험체를 제작하여 20℃에서 1일 동안 양생을 실시한 다음 기건상태(습도 65± 5%)에서 상온양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28, 56일 및 91일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 수산화 나트륨 용액의 몰수가 증가할수록 유동성 손실은 증가하는 경향을 나타내었으나, 2M과 3M은 비교적 작업성이 우수한 것으로 나타났으며, 3M 이상에서는 유동성 손실이 크게 나타났다.
따라서 수산화 나트륨 용액의 몰수가 초기 경화에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났으며, 상황에 따라 작업성 확보의 요구조건에 따라 몰수 조정을 통한 조절이 가능한 것으로 나타났다.
도 2의 결과로부터 수산화 나트륨 용액의 몰수가 증가됨에 따라 초결과 종결은 빨라지는 것으로 나타났으며, 특히 9 및 12M의 초기 응결시간은 매우 빠른 것으로 나타났다.
따라서 일반 모르타르의 초기 응결시간보다 최대 10배 이상의 빠른 강도발현을 통한 시공속도 향상에 기여가 가능할 것으로 판단된다.
도 3의 결과로부터 수산화 나트륨 용액의 몰수가 증가됨에 따라 압축강도는 2M을 제외하고 모두 10% 내외로 강도에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
이러한 원인은 중합반응에서 사용되는 Na+ 이온의 경우 결합재와 반응하는 양이 3M 이상을 혼합하더라도 일정하다는 것을 의미하는 것으로 판단된다. 따라서 수산화 나트륨 용액의 몰수 변화는 압축강도의 제어 보다는 초기 응결 속도의 제어에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 수산화 나트륨 용액의 몰수를 조절할 경우 초기 경화속도를 제어할 수 있으며, 압축강도는 3M 이상을 사용할 경우 대등한 강도발현이 가능하여 수산화 나트륨 용액의 몰수 조절은 초기경화 속도 제어를 위한 방법으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
특히 프리캐스트 제품과 같은 빠른 시간 내에 강도발현이 필요한 경우 6M 이상의 수산화 나트륨 용액을 사용하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다.
<실시예 2>
알칼리 활성화제 혼합 비율에 따른 영향
본 발명에서 제시된 방법을 사용한 모르타르 제조 시 수산화 나트륨 용액 9M 용액과 소듐실리케이트의 혼합비율에 따른 영향을 분석하기 위해 수산화 나트륨 용액 9M과 소듐실리케이트의 혼합비율을 5수준(0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0)으로 하여 실험을 실시하였으며, 배합은 표2와 같이 총 5배합을 실시하였다.
| SS:SH 비율 | 고로슬래그 | 수산화나트륨 용액 |
소듐실리케이트 | 배합수 | 잔골재 |
| 1:99 | 1600 | 1 | 799 | 320 | 2400 |
| 25:75 | 1600 | 200 | 600 | 320 | 2400 |
| 50:50 | 1600 | 400 | 400 | 320 | 2400 |
| 75:25 | 1600 | 600 | 200 | 320 | 2400 |
| 99:1 | 1600 | 799 | 1 | 320 | 2400 |
(여기서 SS:소듐실리케이트 , SH:NaOH 9M용액 이다.)
여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 모르타르를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후에 작업성을 평가하였으며, 응결시험은 KS F 2436에 준하여 실시하였다. 그 후 재령별 압축강도는φ100× 200mm 원주시험체를 제작하여 20℃에서 1일 동안 양생을 실시한 다음 기건상태(습도 65± 5%)에서 상온양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28, 56일 및 91일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.
도 4는 유동성 손실을 실험하여 정리한 것이다. 실시예 1과 같이 소듐실리케이트를 사용하지 않은 경우 비교적 높은 유동성 확보가 가능하나 실시예 2에서는 소듐실리케이트와 수산화 나트륨 9M 용액을 혼합 사용한 경우 유동성 손실은 10분 이내로 나타났다. 혼합비율에서 보면 수산화 나트륨 용액만을 사용한 경우 비교적 양호한 작업성을 나타냈다.
도 5는 응결실험을 실시한 것이다. 응결 시험 실시 결과 SS의 혼합비율이 75% 이상일 경우 약 40분 경과 후 종결시간이 오는 것으로 나타났으며, 50:50의 경우부터 수산화 나트륨 용액의 혼합 비율이 증가됨에 따라 대체적으로 응결은 지연되는 경향을 나타내었다.
도 6은 에서 알 수 있는 수산화 나트륨 9M 용액과 쇼듐실리케이트의 혼합비가 50:50인 경우 가장 높은 약 70MPa의 압축강도를 나타내었으며, 쇼듐실리케이트의 혼합비율이 증가됨에 따라 압축강도는 높은 경향을 나타내었다. 따라서 압축강도와 초기 응결을 고려한 다방면의 모르타르 제조가 가능할 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 수산화 나트륨 용액과 쇼듐실리케이트의 구성비를 조절하면 초기 종결을 40분 이내로 조절이 가능하고 압축강도는 30~70MPa의 초조강형 모르타르 제조가 가능할 것으로 판단된다.
도 1은 수산화 나트륨 용액의 몰농도에 따른 유동성 손실 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는수산화 나트륨 용액의 몰농도에 따른 응결시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은수산화 나트륨 용액의 몰농도에 재령별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 수산화 나트륨 용액과 쇼듐실리케이트의 혼합비율에 따른 유동성 손실 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 수산화 나트륨 용액과 쇼듐실리케이트의 혼합비율에 따른 응결시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 수산화 나트륨 용액과 쇼듐실리케이트의 혼합비율에 따른 재령별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
Claims (5)
- 고로슬래그 및 알칼리 활성화제로 구성되며, 상기 고로슬래그와 알칼리활성화제가 중량비로 60:40 ~ 80:20으로 혼합되고, 상기 알칼리활성화제는 수산화나트륨(NaOH) 용액만을 이용하되,상기 수산화나트륨(NaOH) 용액은 초기 경화속도를 제어를 위하여 2 내지 12M 범위의 용액으로 제조된 것이 이용되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그를 포함하는 비소성 결합재.
- 삭제
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- 잔골재, 물 및 결합재를 포함하는 조강형 무시멘트 모르타르 조성물에 있어서,상기 결합재가 제 1 항의 비소성 결합재이며, 상기 물은 상기 결합재에 대해 중량비로 20~40% 이내로 적용하는 것을 특징으로 하는 조강형 무시멘트 모르타르 조성물.
- 삭제
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004168640A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-17 | Doboku Chishitsu Kk | 水ガラススラグコンクリート用水ガラス、その製造方法および水ガラススラグコンクリート |
| JP2004175601A (ja) | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Jfe Steel Kk | 調湿性無機質粉末及び調湿建材 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004168640A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-17 | Doboku Chishitsu Kk | 水ガラススラグコンクリート用水ガラス、その製造方法および水ガラススラグコンクリート |
| JP2004175601A (ja) | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Jfe Steel Kk | 調湿性無機質粉末及び調湿建材 |
| KR100855686B1 (ko) * | 2007-06-29 | 2008-09-03 | 전남대학교산학협력단 | 무시멘트 알카리 활성 결합재 |
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