KR101336165B1 - 숏크리트용 혼화재 조성물 및 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물 - Google Patents

숏크리트용 혼화재 조성물 및 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 및 지하공간의 굴착직후 굴착단면을 안정화하기 위한 임시 지보재이자 영구 지보재로서 사용되는 숏크리트의 강도, 내구성 등의 성능향상을 위해 사용되는 기능성 혼화재 조성물과 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 숏크리트의 성능향상을 위해 종래에 사용되던 광물질 혼화재인 실리카흄(Silica Fume) 및 메타카올린을 대체하여 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 석고를 주재료로 하는 혼화재를 미리 혼합하고 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가시키고 아울러 경제성을 고려한 고성능 숏크리트 조성물에 관한 것이 개시된다.
본 발명에서는 터널, 지하공간의 주 지보재(primary support)인 숏크리트의 장기강도 및 내구성 증진을 위해, 산업부산물인 슬래그 미분말 50~75% 중량, 무수석고 20~45% 중량, 알카리 활성화제 0.5~10% 중량을 포함하는 것을 특징으로 하며, 감수제 0.01~0.5% 중량을 추가로 포함할 수 있는 숏크리트용 기능성 혼화재 조성물 및 시멘트 광물계 급결제를 적용하여 조강성 및 시공의 안전성을 확보한 고성능 숏크리트가 제공된다.

Description

숏크리트용 혼화재 조성물 및 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물{High performance composite material for shotcrete and high performance shotcrete using it}
본 발명은 숏크리트용 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 고성능 숏크리트 조성물로, 보다 상세하게는 종래에 사용되던 광물질 혼화재인 실리카흄(Silica Fume) 및 메타카올린을 대체하여 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 석고를 주재료로 하는 혼화재를 미리 혼합하고 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가시키고 아울러 경제성을 고려한 고성능 숏크리트용 혼화재 조성물 및 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물에 관한 것이다.
터널/지하공간에 건설에 사용되는 숏크리트는 가장 중요한 1차 지보 및 영구 지보재임에도 불구하고, 현재까지 국내 숏크리트의 28일 압축강도 기준은 21MPa 정도인 경우가 대부분으로서 미국 및 일본의 36MPa 이상, 유럽의 35~50MPa 기준과 비교하여 상당히 낮은 수준이다. 이와 같은 낮은 국내의 강도 규격으로 인해 터널/지하공간의 안정화를 위해 숏크리트는 그 두께가 두꺼워질 수밖에 없으며, 추가적으로 2차 콘크리트 라이닝을 타설하는 현행 공법은 시공속도의 저하와 시공비 상승으로 이어져 시공의 효율성. 경제성을 저해하는 요인이 되고 있다.
하기 표 1은 해외숏크리트 관련 규격에 관한 것으로, 하기 표 1에서 처럼 해외 선진국들의 경우 숏크리트의 장기내구성 및 고강도 발현을 위하여 미분말 혼화재인 실리카흄을 필수적으로 사용하고 있으나, 국내의 경우 전력이 많이 소비되는 실리카흄의 생산이 이루어지지 않아 전량 수입에 의존하고 있으며, 그에 따라 가격이 고가이며, 환율 변동 등에 의해 가격의 편차가 심하다.
Country Usage Shotcrete Thickness(㎝) Compressive strength of shotcrete(MPa)
Australia Road 15 28.4~67.7
Canada Railway 10 39.2
Japan Railway 7 36.3
Norway Road 6~15 40~45
Sweden Road 6~9 Over 39.2
반면, 고로슬래그는 철강제조 시 발생하는 부산물로서, 국내에서도 상당량이 발생하고 있어 철강업계에서도 그 처리방안을 위해 많은 연구를 하고 있는 실정이다.
미 분쇄된 고로슬래그 미분말은 브레인이 3,500~10,000㎠/g 정로로서 CaO, Al2O3, SiO2 등으로 이루어져 시멘트와 유사한 성분을 가지며, 잠재 수경성 물질로서 알칼리환경에서 장기적으로 경화하여 강도를 발현한다. 게다가 내화학성 및 내구성이 뛰어난 특성을 가지고 있어 슬래그 시멘트 등 해양환경에서 많이 사용되어지며, 그 가격도 시멘트 보다 낮은 수준이다.
그러나 고로슬래그 미분말은 잠재 수경성 물질의 특성인 조강성이 부족하여 콘크리트 분야에 일부 적용되는데 머무르고 있으며 조기강도 발현이 필요한 숏크리트에는 적용 실적이 미미한 실정이다.
1. 대한민국등록특허공보 제10-1000258호(2010.12.03) "숏크리트의 성능향상을 위한 고성능 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 숏크리트" 2. 대한민국등록특허공보 제10-0697221호(2007.03.13) "메타카올린을 사용한 고성능 숏크리트 조성물" 3. 대한민국등록특허공보 제10-0449040호(2004.09.07) "알칼리프리(alkali-free) 급결제를 사용한 고강도 숏크리트 조성물" 4. 대한민국등록특허공보 제10-1073967(2011.10.10) "고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법"
본 발명에서는 숏크리트의 성능향상을 위해 종래에 사용되던 광물질 혼화재인 실리카흄(Silica Fume) 및 메타카올린 등에 비해 경제성이 우수하지만, 조강특성이 낮아 숏크리트에 적용이 어렵던 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 이용하여 석고와 함께 주재료로 하는 고로슬래그 미분말의 조강특성을 향상시킨 숏크리트용 혼화재 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 실리카흄, 메타카올린 등에 비해 경제성이 월등히 뛰어나지만, 조강특성이 낮아 숏크리트에 적용이 어렵던 고로슬래그 미분말을 이용하여 혼화재를 미리 혼합하고 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가시키고 아울러 경제성을 고려한 고성능 숏크리트 조성물을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 숏크리트용 혼화재 조성물은 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 고로슬래그 미분말은 분말도 4,000~6,000 브레인(㎠/g)인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경화촉진제는 리튬카보네이트(Li2CO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산마그네슘(MgSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 탄산나트륨(Na2CO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 혼화재 조성물 전체 중량에 대해 폴리카본산계 고성능 감수제 0.1~1.0중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 숏크리트 조성물 1㎥당,
400 ~ 550kgf 중량의 시멘트;
1,400 ~ 2,000kgf 중량의 골재;
상기 시멘트 중량에 대해 10~20 중량%의 숏크리트용 혼화재 조성물; 및
상기 시멘트 중량에 대해 3~8 중량%의 시멘트 광물계 급결제;
를 포함하여 이루어지는 고성능 숏크리트 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 숏크리트용 혼화재 조성물은 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 숏크리트 조성물 1㎥당, 2 ~ 20kgf 중량의 고성능 감수제가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 숏크리트용 혼화재 조성물 총중량에 대해 폴리카본산계 고성능 감수제 0.1~1.0중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 숏크리트 조성물에 강섬유를 상기 시멘트 중량에 대해 8 ~ 10중량%를 포함하도록 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 숏크리트 조성물에 폴리프로필렌 섬유를 상기 시멘트 중량에 대해 2 ~ 3중량%를 포함하도록 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 제공되는 숏크리트용 혼화재 조성물은 조강특성이 낮아 숏크리트에 적용이 어렵던 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 이용하여 석고와 함께 주재료로 하는 고로슬래그 미분말의 조강특성을 향상시킴으로써 숏크리트에 적용시 숏크리트 타설 시공비용을 획기적으로 절감시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따라 제공되는 숏크리트 혼화재 조성물을 이용한 숏크리트 조성물은 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가되고, 아울러 경제성을 확보하고 조강성 및 시공의 안전성을 확보한 고성능 숏크리트를 제공할 수 있는 효과를 가진다.
도 1 은 콘크리트용 고로슬래그 미분말(KS F 2563)의 품질규격을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재령별 숏크리트 및 베이스 콘크리트의 압축강도 변화를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 터널 및 지하공간의 굴착직후 굴착단면을 안정화하기 위한 임시 지보재이자 영구 지보재로서 사용되는 숏크리트의 강도, 내구성 등의 성능향상을 위해 사용되는 기능성 혼화재 조성물과 이를 이용한 고성능 숏크리트 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 숏크리트의 성능향상을 위해 종래에 사용되던 광물질 혼화재인 실리카흄(Silica Fume) 및 메타카올린을 대체하여 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 석고를 주재료로 하는 혼화재를 준비하고, 상기 혼화재를 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가시키고 아울러 경제성을 고려한 고성능 숏크리트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 실리카흄, 메타카올린과 같은 포졸란 재료이지만 산업부산물이기 때문에 가격이 저렴하며 내화학성, 고내구성을 발현하는 고로슬래그 미분말을 숏크리트의 혼화재로 사용하며, 고로슬래그 미분말의 단점이었던 조기강도 보완을 위해 기존에 사용되고 있는 범용 액상급결제 대신 용수부위에 강하고, 초기강도 확보와 함께 장기강도 발현에 손상을 주지 않는 시멘트 광물계 분말 급결제를 사용하여 조기강도를 확보하고, 장기적으로 혼화재가 성능을 발현함으로서 고강도와 고내구성을 발현하게 된다.
본 발명에 의해 제공되는 숏크리트용 혼화재 조성물은 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하여 이루어진다.
이때, 사용되는 상기 고로슬래그 미분말은 분말도 4,000~6,000 브레인(㎠/g)인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그 미분말은 도 1에 도시된 바와 같은 KS F2563 규정에 준하는 1종~3종의 고로슬래그 미분말을 주재료로 하며 그 사용량은 50~80중량부를 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 만일, 그 사용량이 50중량부 미만일 경우에는 장기강도 증진의 효과가 미미하며, 80중량부를 초과할 경우에는 조기강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 의하면, 상기 무수석고는 장기강도 증진을 목적으로 포함하는 것으로 그 사용량은 20~45중량부를 포함하도록 하는 것이다. 만일 그 사용량이 20중량부 미만일 경우에는 장기강도 증진 효과가 저하되는 문제가 있고, 45중량부를 초과할 경우에는 초기 응결특성을 지연시키는 단점이 있게된다.
본 발명에 따르면, 상기 수산화칼슘(CaOH2), 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나는 슬래그 미분말의 알칼리 반응 활성화를 위하여 첨가되는 것으로 그 사용량은 1~5중량부를 포함하도록 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 그 사용량이 1중량부 미만일 경우에는 알칼리 반응 활성화의 효과가 떨어지게 되며, 5중량부를 초과할 경우에는 강도 저하를 초래하는 문제가 있다.
본 발명에서는 또한, 슬래그 미분말의 알칼리 반응 활성화 및 시멘트 경화 촉진을 위해 경화촉진제를 사용하게 되는 데, 이때 사용되는 경화촉진제는 0.1 ~ 0.5중량부를 포함하도록 사용되는 것이 바람직하다. 만일, 그 사용량이 0.1중량부 미만일 경우에는 알칼리 반응 활성화 효과가 미미하며, 0.5중량부를 초과할 경우에는 레미콘 작업성을 저하시키는 문제가 있다.
바람직하게 상기 경화촉진제는 리튬카보네이트(Li2CO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산마그네슘(MgSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 탄산나트륨(Na2CO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용한다. 보다 바람직하게는 탄산나트륨(Na2CO3)을 포함하는 경화촉진제를 사용하는 것이 더욱 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 혼화재 조성물에 혼화재의 시멘트와의 분산특성 및 숏크리트 생산시 단위수량을 감소시켜 콘크리트 생산시 적은 물 사용으로도 적정한 슬럼프를 확보하기 위하여 분말형의 폴리카르본산계 고성능 감수제를 더 첨가할 수 있다. 상기 폴리카르본산계 고성능 감수제를 첨가할 경우 숏크리트에 적용시 작업성을 향상시킬 수 있게 된다. 이때 상기 폴리카르본산계 고성능 감수제는 혼화재의 총량에 대하여 0.1~1.0중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 만일, 그 사용량이 0.1중량부 미만일 경우에는 그 효과가 미미하며, 1.0중량부를 초과할 경우에는 재료의 분리현상 및 강도저하를 초래하는 문제가 있을 수 있다.
이상에서 개시되는 본 발명의 혼화재를 구성하는 각각의 구성성분이 균일한 혼합생태가 되도록 무중력 믹서, 리본믹서, 드럼믹서와 같은 분체혼합용 믹서를 사용하여 혼합하는 방법으로 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 제조할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에서 제공되는 혼화재 조성물은 분말형으로 제조되는 것이다.
본 발명에서는 또한, 이상에서 개시되는 숏크리트용 혼화재 조성물을 포함하는 고성능 숏크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에 의해 제공되는 고성능 숏크리트 조성물은
숏크리트 조성물 1㎥당,
400 ~ 550kgf 중량의 시멘트;
1,400 ~ 2,000kgf 중량의 골재;
상기 시멘트 중량에 대해 10~20 중량%의 숏크리트용 혼화재 조성물; 및
상기 시멘트 중량에 대해 3~8 중량%의 시멘트 광물계 급결제;
를 포함하여 이루어진다.
이때 사용되는 상기 숏크리트용 혼화재 조성물은 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하여 이루어지는 혼화재를 사용한다.
본 발명에 따르면, 상기 숏크리트 조성물 1㎥당, 2 ~ 20kgf 중량의 고성능 감수제가 더 추가될 수 있다. 상기 고성능 감수재는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제일 수 있다. 상기 감수재는 시멘트의 분산특성 및 숏크리트 생산시 단위수량을 감소시켜 콘크리트 생산시 적은 물 사용으로도 적정한 슬럼프를 확보하기 위한 것으로, 최소 중량 미만으로 첨가될 경우에는 목적하는 효과를 달성하기 어렵고, 최대 중량을 초과할 경우에는 재료의 분리현상 및 강도저하를 초래할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 숏크리트 조성물에 숏크리트의 물성의 증대효과를 얻기 위하여 강섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 중 어느 하나를 더 첨가할 수 있으며, 바람직하게는 상기 강섬유의 경우에는 상기 시멘트 중량에 대해 8 ~ 10중량%를 첨가하는 것이 좋으며, 상기 폴리프로필렌 섬유의 경우에는 상기 시멘트 중량에 대해 2 ~ 3중량%를 첨가하는 것이 좋다.
상기 강섬유 또는 폴리프로필렌의 섬유의 각각의 최소값 미만의 양이 첨가될 경우에는 숏크리트의 휨강도, 파단강도 등 물성의 증대 효과가 미미하며, 첨가되는 섬유의 양이 각각의 최대값을 초과하여 첨가될 경우에는 섬유의 뭉침 등의 현상이 발생하여 숏크리트의 이송, 펌핑, 작업성의 저하를 초래할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시로 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형가능하다.
[실시예 1]
미분말 혼화재 조성물의 물성을 확인하기 위하여 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성비로 숏크리트용 혼화재 조성물을 제조하였고, 시멘트 중량대비 혼화재조성물을 중량비로 90:10의 비율로 혼합하고, 급결제는 시멘트 중량 대비 5중량부를 포함하도록 첨가하였다.
<사용재료>
무수석고 : Ⅱ형 무수석고, 국내산 시판품
슬래그 미분말 : 분말도 4,000~6,000㎠/g, 국내 시판품(이하, '슬래그'라 함)
급결제 : 시멘트 광물계 분말 급결제, 국내 시판품
<시험방법>
모르타르 압축강도 시험:
- 급결제 무첨가: KS L ISO 679 "시멘트의 강도 시험 방법" 규정에 따름.
- 급결제 첨가: KS F 2782 "숏크리트용 급결제" 규정에 따름.
혼화재 조성물 첨가량 : 시멘트 중량 대 혼화재 조성물의 중량비 = 90:10
실시 No. 슬래그
(중량부)		 무수
석고
(중량부)		 알칼리활성화제
(중량부)		 경화촉진제
(중량부)		 압축강도 (MPa) CM 급결제
첨가량
(중량부)
재령 1일 재령 7일 재령 28일
P - - - - 14.2 27.6 33.9 5
1A-1 30 65 5 0.5 13.6 28.4 40.8 5
1A-2 40 55 5 0.5 14.3 29.9 42.0 5
1A-3 50 45 5 0.5 14.7 30.5 42.3 5
1A-4 60 35 5 0.5 15.1 30.9 41.8 5
1A-5 70 25 5 0.5 15.2 30.4 41.3 5
상기 표 2의 결과, 혼화재 조성에 따른 압축강도 시험결과를 살펴보면, 혼화재를 혼입하지 않은 배합(P)에 비해 28일 재령기준 평균적으로 20%가량 강도증진 효과를 보였으며, 1A-3 배합의 경우가 증진 폭이 25%가량으로 크게 나타내었다.
상기 표 2에서 알칼리 활성화제로는 수산화 칼슘을 사용하였고, 경화촉진제로는 탄산나트륨을 사용하였다.
[실시예 2]
실시예 1의 결과, 표 2에서 우수한 압축강도 특성을 나타냈던 1A-3 배합으로 이루어진 미분말 혼화재 조성물(하기 표 3에서는 '고강도 혼화재'로 표기함)을 사용하여 시멘트 중량 조건별 강도실험을 진행하였다.
실시 No. OPC
(중량부)		 고강도
혼화재
(중량부)		 압축강도 (MPa) 급결제
첨가량
(중량부)
1일 7일 28일
1B-1 100 0 14.2 27.6 33.9 5
1B-2 95 5 14.7 29.2 38.8 5
1B-3 93 7 17.4 29.3 40.3 5
1B-4 90 10 21.4 39.7 48.5 5
1B-5 88 12 21.0 44.0 48.9 5
1B-6 85 15 17.4 45.3 50.8 5
1B-7 80 20 13.7 47.9 52.5 5
<시험결과>
상기 표 3의 결과, 1일 강도는 1B-4에서 가장 우수하였고, 28일 강도는 1B-7이 우수하게 나타났다.
상기 결과로 보아 본 발명에 따른 혼화재를 혼합하여 숏크리트를 구성할 경우 28일 재령시 압축강도가 전반적으로 크게 향상됨을 알 수 있었다.
[실시예 3]
상기 실시예 1 및 2의 결과를 고려하여 하기 표 4의 콘크리트 배합으로 배합 조건별 강도실험을 진행하였다. 그 시험결과는 표 5에 나타내었다.
<사용재료>
고성능감수제: 폴리카르본산계 감수제(시판품)
<시험방법>
- 급결제 무첨가: KS F 2405 " 콘크리트의 압축강도 시험방법" 규정에 따름.
- 급결제 첨가: 콘크리트 배합표로 제조된 생 콘크리트에 적정량(시멘트 대비 5중량부)의 급결제를 첨가한 후 10초간 혼합후 다짐봉으로 다져서 공시체를 제조, 제조된 공시체는 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법" 규정에 따라 재령별로 측정하였음.
구 분 Gmax
(㎜)		 W/C
(중량부)		 S/a
(중량부)		 단위재료량(㎏/㎥) 급결제
사용량
(중량부)		 고성능감수제/C
(중량부)
W C 혼화재 S G
Plain 10 38 60 182 480 - 964 667 - 1.0
C-1 38 182 480 - 964 667 5 1.0
C-2 38 182 423 47 964 673 - 1.0
C-3 38 182 423 47 964 673 5 1.0
상기 표 4에서 Gmax:조골재 최대Size, C: 단위시멘트, S: 잔골재(모래), G:조골재(자갈), W: 물(배합수), W/C: 단위시멘트 대비 물량, S/a: 전체 골재 중 잔골재의 함량
구 분 압축강도 (MPa)
1일 7일 28일
Plain 19 36 45
C-1 22 31 34
C-2 22 40 50.4
C-3 24.5 34 44
상기 표 4 및 5에 따른 결과에 따르면, 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 사용시 기존 Plain에 비해 12% 가량 재령 28일 강도가 상승하는 것을 알 수 있고, 급결제 첨가 시 강도 증진 효과가 29% 정도로 Plain에 비해 더욱 큰 것으로 나타났다.
또한, 재령 1일 강도의 경우 Plain에 비해 소폭 높게 나타나 기존 포졸란계 혼화재의 문제점이었던 조기강도의 저하의 문제점이 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.
이는, 첨부도면 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 재령별 숏크리트 및 베이스 콘크리트의 압축강도 변화를 보여주는 그래프에서도 본 발명의 혼화재를 첨가시 압축강도의 향상이 일어남을 알 수 있었다.
도 2, 도 3에서 급결제는 C-1의 결과이고, 혼화재+Plain은 C-2의 결과이며, 혼화재+급결제는 C-3의 결과를 도시한 그래프이다.
[실시예 4]
하기의 표 6과 같이 숏크리트 1㎥당 단위시멘트량을 조절하여 콘크리트 시험을 진행하였다. 이때, 각각의 경우에 급결제를 사용하지 않은 것과, 사용한 경우의 압축강도의 변화 또한 측정하였으며, 그 결과는 표 7에 나타내었다.
하기 표 6은 콘크리트 배합표이다.
구 분 Gmax
(㎜)		 W/C
(중량부)		 S/a
(중량부)		 단위재료량(㎏/㎥) 고성능감수제
(중량부)
W C 혼화재 S G
D-1 10 38 60 182 432 48 964 667 1.0
D-2 38 190 450 50 942 652 1.0
D-3 38 199 477 53 914 633 1.0
구 분 급결제
사용량
(중량부)		 압축강도 (MPa)
1일 7일 28일
D-1 Plain - 22 40 50
급결제 5 24.5 34 44
D-2 Plain - 26 46 56
급결제 5 27 38 45
D-3 Plain - 26 48 57.5
급결제 5 26.5 39 48
상기 표 7의 결과로 보아, 각각의 배합에 따라 본 발명의 혼화재를 사용할 경우 재령28일의 콘크리트가 40MPa 이상의 고강도를 나타내고 있으며, 1㎥당 단위시멘트량이 증가할수록 압축강도도 증가하여 설계강도에 따라 단위시멘트량을 조절하여 사용함으로써 경제성을 최대한으로 확보할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 상기 표 7의 결과, 급결제를 사용하지 않은 경우가 사용한 경우에 비해 압축강도가 더 높은 것으로 나타났다.
이상의 결과로 보아 본 발명에 따라 제공되는 숏크리트용 혼화재 조성물은 조강특성이 낮아 숏크리트에 적용이 어렵던 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 이용하여 석고와 함께 주재료로 하는 고로슬래그 미분말의 조강특성이 향상됨을 알 수 있었고, 그에 따라 상기 혼화재 조성물을 숏크리트에 적용시 숏크리트 타설 시공비용을 획기적으로 절감시키는 효과를 얻으면서, 고강도의 숏크리트를 제공할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따라 제공되는 혼화재 조성물을 사용한 숏크리트 조성물은 응결특성 및 조강성, 장기강도 저하가 적은 시멘트 광물계 급결제를 사용하여 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등 역학적 특성은 물론 장기 내구성을 증가되고, 아울러 경제성을 확보하고 조강성 및 시공의 안전성을 확보한 고성능 숏크리트를 제공할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하여 이루어지는 숏크리트용 혼화재 조성물로써,
    상기 고로슬래그 미분말은 분말도 4,000 ~ 6,000브레인(㎠/g)인 것이며,
    상기 경화촉진제는 탄산나트륨(Na2CO3)이고,
    상기 혼화재 조성물 전체 중량에 대해 폴리카본산계 고성능 감수제 0.1~1.0중량부를 더 첨가하며,
    상기 혼화재 조성물을 구성하는 각각의 구성성분이 균일한 혼합생태가 되도록 무중력 믹서, 리본믹서 또는 드럼믹서 중 하나인 분체혼합용 믹서를 사용하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 숏크리트용 혼화재 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 숏크리트 조성물 1㎥당,
    400 ~ 550kgf 중량의 시멘트;
    1,400 ~ 2,000kgf 중량의 골재;
    상기 시멘트 중량에 대해 10~20 중량%의 숏크리트용 혼화재 조성물; 및
    상기 시멘트 중량에 대해 3~8 중량%의 시멘트 광물계 급결제;
    를 포함하여 이루어지는 고성능 숏크리트 조성물로써,
    상기 숏크리트용 혼화재 조성물은 고로슬래그 미분말 50~75중량부; 무수석고 20~45중량부; 수산화칼슘, 수산화나트륨 또는 이들의 혼합물중 어느 하나를 1~5중량부; 경화촉진제 0.1~0.5중량부를 포함하며,
    상기 숏크리트용 혼화재 조성물의 총중량에 대해 폴리카본산계 고성능 감수제 0.1~1.0중량부를 더 첨가하고,
    상기 숏크리트 조성물에 폴리프로필렌 섬유를 상기 시멘트 중량에 대해 2 ~ 3중량%를 포함하도록 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
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  9. 삭제
  10. 삭제
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