KR101359187B1 - 수축 저감형 콘크리트 조성물 및 이에 의한 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수축 저감형 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 결합재 320 내지 360kg/m³, 잔 골재 700-900kg/m³, 굵은 골재 800-1000kg/m³ 및 물 150-170kg/m³을 포함하며, 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커 20~55중량%, 고로 수재슬래그 미분말 45~70중량% 및 선택적으로 플라이애쉬 30중량% 이하를 포함하는 시멘트 혼화재 100중량부, 상기 시멘트 혼화재 100중량부에 대하여 탈황 슬래그 미분말 1~4중량부 및 소결 탈황 더스트 0.2~1.5중량부를 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물을 제공한다. 나아가, 상기 조성물로부터 얻어진 콘크리트 구조물을 제공한다.

Description

수축 저감형 콘크리트 조성물 및 이에 의한 콘크리트 구조물{Concrete Composition with Reduced Shrinkage Property and Concrete Structure Prepared by the Same}

본 발명은 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 고로 슬래그 미분말의 함량을 대량으로 포함하는 결합재를 사용하더라도 건조 수축량이 적은 콘크리트를 얻을 수 있는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 콘크리트 조성물로부터 얻어진 콘크리트 구조물에 관한 것이다.

최근, 탄소 저감형, 친환경 등의 키워드가 이슈화되고 있으며, 이와 같은 기술 환경의 변화를 반영하여 건설사, 레미콘사 등에서는 시멘트를 소량으로 사용하는 콘크리트 제조에 대한 관심이 증대되고 있다.

일반적으로 시멘트의 주원료는 석회석(CaCO₃)인데, 시멘트 제조시 석회석을 소성하는 소성과정을 거치게 된다. 이때 대부분의 석회석은 탈탄산에 의해 생석회로 전환되며, 이 과정에서 대량의 CO₂가 발생하게 된다. 통상, 시멘트 1톤을 생산할 경우, 0.85톤의 CO₂가 발생된다.

따라서, CO₂ 저감을 위해 시멘트를 소량으로 활용하고 고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬 등의 콘크리트용 혼화재료를 대량으로 활용하고자 하는 시도가 대두되고 있다.

그러나, 이와 같이 고로슬래그 미분말을 대량으로 활용하는 경우, 다음과 같은 문제점이 발생한다.

첫째, 고로 슬래그 미분말을 대량으로 포함하는 경우에 콘크리트의 초기강도가 저하된다. 고로슬래그는 통상 Ca, Si, Al 등의 이온을 포함하는데, 상기 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 미분말 표면에 비결정질 피막이 형성된다. 이와 같은 비결정질 피막은 고로 슬래그 미분말 내부에 포함된 Ca^{2 +}, Al^{2 +} 등의 용출을 억제하여 그 자체로 경화하는 성질이 약하다. 반면, 포틀랜드 시멘트와 혼합하는 경우, 시멘트와 물이 반응하여 생성되는 수산화칼슘 및 황산염과 같은 수화생성물이 생성되고, 그 후에, 상기 수화생성물에 의해 고로 슬래그 미분말이 경화하는 특징이 있다.

이로 인해, 고로 슬래그 미분말의 반응은 2차적으로 시작되어 수화반응이 조기에 일어나지 않게 되고, 그 결과, 초기 압축강도가 낮아, 거푸집 탈형 시기 지연 등의 문제를 초래하여 공기 지연을 야기하게 된다.

다음으로, 고로 슬래그 미분말을 대량으로 포함하는 결합재를 사용하여 콘크리트를 제조하는 경우에, 콘크리트의 수축량 증대로 인해 균열 발생량이 증가하는 문제가 있다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 압축 강도가 우수하지만, 인장 강도와 신장 능력이 떨어진다. 아울러, 시공 과정에서 체적 변화와 구속 조건 및 외력이 작용하게 되어, 콘크리트 구조물에는 균열이 발생하게 된다. 이러한 균열을 방치하게 되면, 균열을 통해 이물질이 침투하여, 콘크리트 구조물의 내구성이 저하될 수 있다. 이로 인해, 초기수축에 의한 균열을 방지하기 위하여 콘크리트 타설시 팽창성 분말 혼화재 또는 PVA, PP 등과 같은 합성 섬유를 첨가한다. 하지만 이러한 재료들은 고가의 재료이기 때문에, 실제 현장에서 이용하기에는 제약이 따른다.

특히, 고로슬래그 미분말을 대량으로 활용하게 되면 수화반응에 따른 수축이 역시 수반되는데, 통상적인 고로슬래그 미분말의 분말도는 4000~4500cm²/g 범위로서 시멘트 대비 분말도가 높기 때문에 내부의 모세관 장력발생에 의해 수축이 크게 일어나 균열이 발생하기 쉽다. 따라서 수축을 보다 획기적으로 저감할 수 있는 경제적이고 실용적인 방안이 필요하다.

본 발명은 고로슬래그 미분말을 대량으로 활용함에 있어서 기존 대비 초기강도 저하가 없으면서도 콘크리트의 수축량을 저감함으로써 콘크리트의 균열 발생이 적은 콘크리트 조성물 및 이로부터 얻어진 콘크리트 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명은 수축 저감형 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 결합재 320 내지 360kg/m³, 잔 골재 700-900 kg/m³, 굵은 골재 800-1000kg/m³ 및 물 150-170 kg/m³을 포함하며, 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커 20~55중량%, 고로 수재슬래그 미분말 45~70중량% 및 선택적으로 플라이애쉬 30중량% 이하를 포함하는 시멘트 혼화재 100중량부, 상기 시멘트 혼화재 100중량부에 대하여 탈황 슬래그 미분말 1~4중량부, 및 소결 탈황 더스트 0.2~1.5중량부를 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물을 제공한다.

상기 고로 슬래그 시멘트 조성물은 황산나트륨 0.5~1.5중량부를 더 포함한다.

보다 바람직하게는 상기 소결탈황 더스트는 0.2 내지 0.8중량부 포함할 수 있다.

또한, 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커, 고로수재 슬래그 미분말 및 플라이애쉬의 합계 100중량부에 대하여 5중량부 이하(0을 제외한다)의 석고를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 콘크리트 조성물은 상기 혼화재 100중량부에 대하여 감수재 0.5-1.0중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 고강도 저발열 콘크리트 구조물을 제공하며, 본 발명의 고강도 저발열 콘크리트 구조물은 상기한 바와 같은 콘크리트 조성물로 제조되며, 재령 28일의 압축강도가 24-27MPa 범위를 갖는 구조물을 얻을 수 있다.

본 발명의 콘크리트 조성물을 사용함으로써, 높은 함량으로 고로슬래그 미분말을 함유하더라도 콘크리트의 초기 강도 향상이 가능하고 콘크리트의 수축 저감을 도모할 수 있어 최종적으로는 수축균열을 저감시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 궁극적으로는 보통시멘트 활용을 적극적으로 저감할 수 있어, 시멘트 제조 시에 석회석의 탈탄산 반응에 의해 발생되는 CO₂ 발생량을 줄일 수 있음은 물론, 저렴한 슬래그 사용량을 증대시킬 수 있어, 경제적이다.

나아가, 본 발명의 기능성 첨가재를 포함하는 콘크리트 조성물을 사용함으로써 콘크리트의 초기강도를 저하시키지 않고도 고강도 콘크리트 제조가 가능하며, 또한, 기존의 콘크리트 배합과 비교하여 콘크리트의 수화열을 저감시킬 수 있으므로, 이를 통해 콘크리트의 온도 균열 발생을 대폭 저감시킬 수 있다.

도 1은 실시예의 비교예 1 내지 3 및 발명예 1 내지 2에 의해 얻어진 콘크리트에 대하여 측정한 압축강도를 3일, 7일 및 28일의 재령별로 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 3 및 발명예 1의 콘크리트 조성물로부터 얻어진 재령 3일의 콘크리트로부터 채취한 시멘트 페이스트를 촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 3 및 발명예 1의 콘크리트 조성물로부터 얻어진 콘크리트에 대하여 측정한 건조수축 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 3 및 발명예 1의 콘크리트 조성물로부터 얻어진 1m×1m×0.2m의 구속형 판상 시험체의 경화에 따른 장기간의 균열 패턴을 촬영한 사진이다.

본 발명은 고로슬래그 미분말을 대량으로 함유하는 결합재를 사용하는 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 고로 슬래그 미분말의 사용에 따른 초기강도 저하가 적고, 수축 저감 특성을 갖는 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 콘크리트 조성물은 결합재, 골재 및 기타 첨가제를 포함한다.

본 발명의 콘크리트 조성물에 사용되는 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커와 다량의 고로 슬래그 미분말 및 필요에 따라 플라이 애쉬를 포함하되, 고로 슬래그 미분말을 다량으로 포함하는 고로 슬래그 시멘트 조성물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커 20~55중량%, 고로 수재슬래그 미분말 45~70중량% 및 선택적으로 플라이애쉬 30중량% 이하를 포함하는 시멘트 혼화재 100중량부, 상기 시멘트 혼화재 100중량부에 대하여 탈황 슬래그 미분말 1~4중량부 및 소결 탈황 더스트 0.2~1.5중량부를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 고로 슬래그는 용광로 제선 과정 중에서 발생하는 것으로서, 슬래그 배출시에 고온 용융 상태의 고로 슬래그를 살수 급냉함으로써 5mm 미만의 비결정질 알갱이 상태로 형성되는 수재 슬래그를 사용할 수 있다. 이를 분말화할 경우, 콘크리트용 혼화재, 슬래그 시멘트 원료 등으로 활용할 수 있다.

상기 고로 슬래그는 통상 Ca, Si, Al 등의 이온을 포함하며, 상기 고로 슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 미분말 표면에 비결정질 피막이 형성된다. 따라서, 상기 비결정질 피막에 의해 고로 슬래그 미분말 내부의 Ca^{2 +}, Al^{2 +} 등의 용출이 이루어지지 않고, 따라서 그 자체로 경화하는 성질이 약하다. 한편, 상기 고로 슬래그 미분말과 포틀랜드 시멘트의 혼합물에 물을 투입하는 경우, 시멘트와 물의 반응에 의해 수산화칼슘 및 황산염과 같은 수화생성물이 생성되고, 그 후에, 상기 수화생성물에 의해 고로 슬래그 미분말이 경화하는 특징이 있다.

이때, 상기 시멘트와 고로 슬래그 미분말의 첨가량은 포틀랜드 시멘트 20 내지 55중량%와 고로 슬래그 시멘트 미분말 45 내지 70중량%의 비율로 혼합할 수 있다. 이들을 별도로 혼합할 수도 있으며, 이들이 혼합되어 있는 슬래그시멘트를 사용할 수도 있다.

본 발명의 시멘트 혼화재로는 플라이 애쉬를 추가로 포함할 수 있다. 상기 플라이애쉬는 혼화재로서 사용될 수 있는 물질 중에서 저렴한 것으로서 경제적이며, 입자가 구형이어서 콘크리트에 혼입시 볼베어링 효과에 따른 유동성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 플라이애쉬는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 30중량% 이하로 첨가될 수 있다.

이와 같은 고로 슬래그 미분말의 특성으로 인해, 고로 슬래그 미분말의 반응은 2차적으로 시작되어 수화반응이 조기에 일어나지 않게 된다. 그 결과, 콘크리트의 초기 압축강도가 낮아, 거푸집 탈형 시기 지연 등의 문제를 초래하여 공기 지연을 야기하게 된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 다량의 고로 슬래그 미분말을 포함하는 결합재를 제공하고자 하는 경우에는 초기 강도 발현을 위해 반응 촉진재의 사용이 요구된다.

상기 고로 슬래그 미분말의 조기 수화반응을 위해, 본 발명에서는 고로 슬래그 미분말의 반응 촉진재로서 탈황 슬래그 및 소결 탈황 더스트를 포함한다.

탈황 슬래그는 쇳물(제선) 중 함유하고 있는 황(S)을 제거하는 용선 예비처리 공정에서 발생하는 부산물로서, CaO 50~70중량%, SiO₂ 15~20중량%, Fe₂O₃ 10중량% 미만, SO₃ 6~8중량%를 함유하고 있다. 이러한 탈황 슬래그에 다량 포함되어 있는 CaO는 이미 수화된 상태의 Ca(OH)₂이며 높은 pH를 유지하고 있다.

이러한 탈황 슬래그는 물과 반응시, 탈황 슬래그 내에 함유되어 있는 Ca(OH)₂로부터 생성된 OH^-와 내부의 티오황산(S₂O₃)이 SO₄ ^{2 -} 등의 황산염으로 전환되어 고로 슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하며, 이로 인해 고로 슬래그 내의 Ca²⁺, Al^{2 +} 등의 용출이 용이하게 된다. 이렇게 용출된 이온들은 고로 슬래그 미분말의 수화 반응을 촉진하여 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 등을 생성함으로써 경화가 시작된다.

또한, 잉여의 황산화물은 침상형의 구조를 갖는 에트링가이트(Ettringite) 수화물(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O)을 생성함으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화할 수 있다. 이러한 에트링가이트 수화물은 팽창성을 가지므로 콘크리트의 수축을 저감하는데 기여할 수 있다.

특히, 탈황 슬래그는 상기와 같은 반응 촉진재로서 기능을 수행함은 물론, 그 자체가 서서히 포졸란 반응을 일으켜 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 등을 장시간 생성함으로써 성형체의 장기 강도 발현에도 기여할 수 있다.

이때 상기 탈황 슬래그는 시멘트와 고로 슬래그 미분말의 결합재 100중량부에 대하여 1~4중량부로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 탈황 슬래그 함량이 1중량부 미만인 경우에는 고로 슬래그 미분말의 자극 효과 및 장기 강도 발현 효과가 미미하고, 4중량부를 초과하여 혼입하게 되면 급속 응결 현상에 의해 콘크리트의 유동성을 저하시켜 작업성을 악화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 결합재는 반응 촉진재로서 소결 탈황 더스트를 포함한다. 일반적으로 철광석을 고로에 투입하기 전에 소결광을 제조하게 되는데, 이때 발생하는 SOx를 포집하기 위하여 고분말의 NaHCO₃를 투입되며, 이에 의해 소결 탈황 더스트가 얻어지며, 최종적으로 Na₂CO₃ 및 Na₂SO₄ 형태로 발생한다. 이에 의해 얻어지는 상기 소결 탈황 더스트는 분말도 수준이 4,000cm²/g~6,000cm²/g 정도이다.

상기 소결 탈황 더스트는 물과 반응시 Na⁺ 및 SO₄ ^{2 -}로 용해되어 높은 pH를 유지시킴과 더불어 황산염 자극을 유도하므로, 고로 슬래그 미분말의 수화반응을 촉진하게 된다. 따라서 제철 공정 중에 부산물로 발생하는 소결 탈황 더스트는 고로 슬래그 미분말의 반응 촉진재로서 효과적으로 활용할 수 있다.

이와 같은 소결 탈황 더스트는 시멘트와 고로 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 0.2 내지 1.5중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위의 함량으로 소결 탈황 더스트를 사용하는 경우 고로 슬래그의 충분한 자극 효과를 부여할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 소결 탈황 더스트는 0.2 내지 0.8중량부의 범위로 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 결합재는 황산나트륨을 더 포함할 수 있다. 상기 황산나트륨은 상기 소결 탈황 더스트와 같이 물과 반응시 Na₂ ⁺ 및 SO₄ ^{2 -}로 용해되어 높은 pH를 유지시킴과 더불어 황산염 자극을 유도하므로 고로 슬래그 미분말의 수화반응을 촉진하게 된다.

상기 황산나트륨은 Na₂SO₄의 총량이 시멘트 및 고로 슬래그의 결합재 100중량부에 대하여 2.5중량부 이하가 되도록 첨가될 수 있다. Na₂SO₄의 총량이 2.5중량부를 초과하는 경우 급속 응결로 인해 시멘트의 유동성 저하를 야기하여, 작업성을 저하시키며, 나아가 28일 강도의 저하를 야기하게 되어, 바람직하지 않다. 따라서 상기 황산나트륨은 시멘트 및 고로 수재슬래그 100중량부에 대하여 0.5~1.5중량부로 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조성의 결합재는 초기 강도 향상을 위해 석고를 5중량% 이내로 포함할 수도 있다. 이때 사용되는 석고는 특별히 한정하지 않으며, 무수석고, 이수석고, 반수석고 등을 사용할 수 있다.

상기와 같은 탈황 슬래그, 소결 탈황 더스트, 황산나트륨, 석고 등의 기능성 첨가재는 에트링가이트 수화물을 생성하고 이러한 에트링가이트 수화물은 팽창성을 가지므로 콘크리트의 수축을 저감하는데 기여할 수 있다.

상기와 같은 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물을 사용하여 콘크리트를 타설하는 경우, 양생 중에 초기 강도의 향상을 도모할 수 있음은 물론, 수화열 발생을 억제시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 결합재는 고성능 감수제를 포함할 수 있다. 상기 감수제로서는, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 적용될 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 액체상 또는 분말상의 감수제, AE 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제 등의 콘크리트에 이용되는 감수제로서 공지의 것을 제한없이 적용할 수 있다. 구체적으로는 폴리카르복실산계의 감수제를 사용할 수 있다.

상기 감수제는, 상기 결합재로서 포함될 수 있음은 물론, 결합재를 이용하여 콘크리트를 조제할 때에 첨가해도 된다. 이와 같은 감수제는 시멘트 및 고로 수재슬래그 100중량부에 대하여 0.5~1.2중량부로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 콘크리트 조성물은 상기와 같은 고로 슬래그 시멘트 조성물에 모래와 같은 잔골재 및 자갈 등의 굵은 골재와 같은 골재를 혼합한다. 상기와 같은 골재는 콘크리트 조성물에 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용될 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는다.

예를 들어, 상기 잔골재는 상기 콘크리트 표준 시방서에 의하면 체를 통과하는 골재의 중량 백분율이 10mm 100%, 5mm 95~100%, 2.5mm 80~100%, 1.2mm 50~85%, 0.6mm 25~60%, 0.3mm 10~30%, 0.15mm 2~10%의 입도 분포를 만족시키는 골재를 의미하는 것으로서, 예를 들어, 모래를 포함하여, 다양한 제철 공정 중에서 발생하는 다양한 슬래그 입자를 사용할 수 있으며, 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 한편, 굵은 골재는 자갈, 쇄석 등 5mm 이상의 골재를 의미한다.

본 발명의 콘크리트 조성물의 재료들의 배합비는 공지의 콘크리트 조성물의 배합비에 따라 배합할 수 있는 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 콘크리트 조성물 1m³ 당 물 150~170kg, 결합재 320 내지 360kg, 잔골재 700 내지 900kg, 굵은 골재 800 내지 1000kg을 배합하여 조성할 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 콘크리트 조성물을 사용하여 얻어진 콘크리트는 600~800×10^-6 수준의 수축량을 가지며, 28일 재령에서 24-27MPa 범위의 압축강도 수준을 갖는다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.

발명예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 혼합하여 콘크리트 조성물을 준비하였다.

각각의 발명예 및 비교예의 콘크리트 조성물은 감수재로서 폴리카르복실산계의 고성능 AE 감수재를 보통 시멘트, 고로 슬래그 미분말 및 플라이애쉬의 합계 중량 100중량부에 대하여 1중량부의 함량으로 첨가하였다.

구분	물/바인더 (%)	재 료 량 (kg/m3)
		물	보통 시멘트	고로 슬래그 미분말	플라이 애쉬	반응 촉진재	총 분말 결합재	모래	자갈
비교예 1	48.5	179	298	-	53	-	350	862	886
비교예 2	48.5	155	160	96	64	-	320	865	963
비교예 3	48.5	155	77	179	64	-	320	862	960
발명예 1	48.5	155	77	171	64	8.3	320	862	960
발명예 2	48.5	155	86	192	32	9.4	320	862	960

반응촉진재: 탈황 슬래그, 황산나트륨 및 소결 탈황 더스트를 2:1:0.5의 중량비로 혼합한 혼합물임.

총 분말 결합재: 보통 시멘트, 고로 슬래그 미분말, 플라이애쉬 및 반응 촉진재의 합계

비교예 1은 통상의 콘크리트 배합으로서 총 분말 결합재 중 보통시멘트가 85중량%, 그리고, 플라이애쉬가 15중량% 혼입된 콘크리트 조성물이다. 그리고, 비교예 2는 국내 일부 건설사에 사용하고 있는 탄소저감형 콘크리트 배합으로서 보통시멘트 50중량%, 고로슬래그 미분말 30중량% 및 플라이애쉬 20중량% 수준의 배합되어 있는 콘크리트 조성물이다. 또한, 비교예 3은 총 분말 결합재 중 보통시멘트가 24중량%, 고로슬래그 미분말 56중량% 및 플라이애쉬가 20중량% 수준으로 배합되되, 기능성 첨가재가 혼입되어 있지 않은 콘크리트 조성물이다.

한편, 발명예 1은 총 분말 결합재 중 보통 시멘트가 24중량%, 고로슬래그 미분말이 54중량%, 및 플라이애쉬가 20중량% 수준으로 배합되며, 소량의 기능성 첨가재가 첨가된 콘크리트 조성물이다. 또한, 발명예 2는 총 분말 결합재 중 보통시멘트가 27%, 고로슬래그 미분말이 61중량% 및 플라이애쉬가 10중량% 수준으로 배합되며, 소량의 기능성 첨가재가 첨가되어 있는 콘크리트 조성물이다.

즉, 발명예 1 및 2는 비교예에 나타낸 통상의 콘크리트 배합에 비하여 보통 시멘트의 양이 절대적으로 적은 양이라 할 수 있다.

압축강도 측정

상기 각각의 실시예 및 비교예에 따른 콘크리트 조성물을 사용하여 (직경 10cm)×(높이 20cm) 크기의 원형으로 콘크리트 시편을 제조하고, 20℃의 수중에서 표준 양생하였다.

상기 제조된 시편에 대하여 3일, 7일, 및 28일 재령의 압축강도를 측정하였다. 압축강도 측정은 통상적인 KS 방법(KS F 2405)에 의해 실시하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

시멘트 사용량이 85% 수준인 비교예 1에 대비하여 비교예 2의 압축강도는 재령 3일 및 7일에서는 비교예 1이 우세하나 재령 28일에서는 비교예 2가 높게 나타났다.

한편, 비교예 3 및 발명예 1은 기능성 첨가재 혼입 여부에 따른 초기 강도 향상 효과를 평가한 결과로서, 시멘트 양이 24중량% 수준에 불과한 발명예 1의 압축강도는 초기 3일 및 7일 및 28일에서 비교예 3에 비하여 높은 결과를 나타내었으며, 나아가, 비교예 1 및 2에 비하여도 높게 평가되었다.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에서 사용되는 기능성 첨가재, 즉, 반응 촉진재의 첨가에 의해 초기강도 및 28일 압축강도가 향상되었음을 확인하였다.

한편, 발명예 2는 플라이애쉬의 혼입률이 20중량%인 발명예 1에 비해 플라이애쉬의 혼입률을 10중량%로 줄였을 경우의 압축강도를 확인하기 위한 것으로서, 모든 시험체에서 가장 높은 강도 값을 발현함을 알 수 있다.

또한, 기능성 첨가재 혼입 유무에 따른 페이스트의 결합 상태를 확인하기 위해, 상기 표 1에 나타낸 시험체 중 비교예 3 및 발명예 1의 시험체 중 재령 3일에서의 시멘트 페이스트를 채취하여 이들에 대한 SEM 촬영을 행하고, 이를 도 2에 나타내었다. 도 2의 A는 비교예 3의 시험체로부터 채취한 페이스트의 SEM 사진이며, B는 발명예 1의 시험체로부터 채취한 페이스트의 SEM 사진이다.

도 2의 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 3으로부터 채취한 페이스트에서는 침상형의 에트링가이트 수화생성물을 확인할 수 없었으나, 도 2의 B에 나타낸 바와 같이, 발명예 1에 따른 페이스트에는 침상형의 에트링가이트 수화생성물(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·2H₂O)이 다량 생성되었음을 확인할 수 있다.

이러한 침상형의 에트링가이트는 콘크리트 내의 미세 공극을 치밀하게 충진할 수 있어, 콘크리트의 강도, 특히 재령 3일의 초기강도를 향상시킬 수 있다.

건조 수축량 측정

기능성 첨가재 혼입 유무에 따른 건조수축을 측정하기 위해, 비교예 3 및 발명예 1의 콘크리트 조성물을 사용하여 10m×10m×40m의 시험체를 제작하였다. 이때 매립형 게이지를 혼입하여 재령 70여일 동안 길이 변화를 측정함으로써, 건조수축량을 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기능성 첨가재를 혼입한 발명예 1에 따른 시험체의 수축량은 300~400×10^-6 수준인 반면, 비교예 3에 따른 시험체는 300~400×10^-6 수준의 수축량을 나타내어, 비교예 3의 콘크리트 조성물을 사용한 시험체에 비하여 발명예 1의 콘크리트 조성물을 사용한 시험체의 수축량이 대폭 저감됨을 확인할 수 있다.

이러한 수축량 저감 효과는 본 발명에 따른 기능성 첨가재로서 첨가된 탈황슬래그, 소결 탈황 슬래그, 황산나트륨, 석고 등과 같은 반응 촉진제로부터 생성되는 에트링가이트 수화물의 팽창 효과로 인한 것이라 할 수 있다.

한편, 상기 수축량 측정을 위한 시험체 제작과 함께, 1m×1m×0.2m의 구속형 판상 시험체를 동시에 제작하고, 시간의 경과에 따른 시험체 표면의 균열 발생 패턴을 육안으로 관찰하였다. 시험체 제조 후 10일이 경과한 시험체의 표면 상태를 촬영하여 도 4에 나타내었다. 도 4에 있어서, A는 비교예 3의 콘크리트 조성물로부터 얻어진 시험체에 따른 표면을 촬영한 사진이며, B는 발명예 1의 콘크리트 조성물로부터 얻어진 시험체에 따른 표면을 촬영한 사진이다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 3의 콘크리트 조성물을 사용한 시험체(A)에 비하여, 발명예 1의 콘크리트 조성물을 사용한 시험체에서의 건조 수축으로 인한 균열이 현저하게 감소함을 확인할 수 있는바, 발명예 1은 균열 저감 성능이 우수함을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 결합재 320 내지 360kg/m³, 잔 골재 700-900 kg/m³, 굵은 골재 800-1000kg/m³ 및 물 150-170kg/m³을 포함하며, 상기 결합재는
   시멘트 또는 클링커 20~55중량%, 고로 수재슬래그 미분말 45~70중량% 및 선택적으로 플라이애쉬 30중량% 이하를 포함하는 시멘트 혼화재 100중량부,
   상기 시멘트 혼화재 100중량부에 대하여
   탈황 슬래그 미분말 1~4중량부, 및
   소결 탈황 더스트 0.2~1.5중량부를 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 고로 슬래그 시멘트 조성물은 황산나트륨 0.5~1.5중량부를 더 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 소결탈황 더스트는 상기 시멘트 혼화재 100중량부에 대하여 0.2 내지 0.8중량부인 수축 저감형 콘크리트 조성물.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 결합재는 시멘트 또는 클링커와 고로수재 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 5중량부 이하(0을 제외한다)의 석고를 더 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 콘크리트 조성물은 상기 혼화재 100중량부에 대하여 감수재 0.5-1.5중량부를 더 포함하는 수축 저감형 콘크리트 조성물.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 콘크리트 조성물로 제조되며, 재령 28일의 압축강도가 24-27MPa인 콘크리트 구조물.

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