KR101366293B1

KR101366293B1 - 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101366293B1
Application number: KR20120052365A
Authority: KR
Inventors: 김시환; 류금성; 고경택; 이장화; 김도겸
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-02-21
Also published as: KR20130128560A; WO2013172497A1

Abstract

본 발명은 바텀애시 및 고로슬래그를 무시멘트 결합재로 사용한 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 바텀애시의 낮은 강도를 적정비의 고로슬래그, 알카리성 무기질재료 및 규산나트륨를 혼합함으로써 활성화에 의해 중합반응을 유도하여 강도 및 작업성을 확보하여 시멘트가 완전히 대체된 콘크리트 조성물이 제공되는 것이며, 이러한 콘크리트 조성물에 의한 침목의 경우도 친환경적이며, 압축강도가 60MPa 이상의 고강도가 발현될 수 있도록 하는 것이다.

Description

고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법{A Non-sintering Binder Having Bottom Ash}

본 발명은 바텀애시 및 고로슬래그를 무시멘트 결합재로 사용한 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 바텀애시의 낮은 강도를 적정비의 고로슬래그, 알카리성 무기질재료 및 규산나트륨를 혼합함으로써 활성화에 의해 중합반응을 유도하여 강도 및 작업성을 확보하여 시멘트가 완전히 대체된 콘크리트 조성물이 제공되는 것이며, 이러한 콘크리트 조성물에 의한 침목의 경우도 친환경적이며, 압축강도가 60MPa 이상의 고강도가 발현될 수 있도록 하는 것이다

세계적으로 지구 온난화 방지를 위하여 다양한 형태의 노력(1997년 채택, 2005년 발효된 교토 의정서 2012년 종료)을 가하고 있는 가운데 2007년 12월에는 인도네시아 발리에서 '발리 로드맵'을 채택함에 따라 2009년 까지 새 기후변화 협약을 위한 협상이 진행되고 있다.

이에 따라 전 세계적으로 이산화탄소 등 온실가스의 배출량을 큰 폭으로 줄여야 하는 실정에 있다.

한편, 콘크리트 제조 시 근간이 되는 시멘트 1 톤을 생산하는 데 이산화탄소를 약 0.9톤을 배출할 정도로 시멘트 산업은 철강산업과 더불어 주요 이산화탄소 배출 산업이므로 이에 대한 방법 및 대체 물질이 제시가 시급히 요구되고 있다.

국내의 시멘트 생산량은 1년에 약 6,000만 톤으로 이산화탄소를 약 5,400만 톤 배출하고 있다. 이에 대한 타개책의 일환으로 산업부산물을 이용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구가 끊임없이 진행되고 있다.

국내외적으로 고로슬래그, 플라이애시 등을 시멘트와 일부 혼합하여 콘크리트에 많이 적용되고 있으나, 이런 방법으로는 이산화탄소를 획기적으로 저감시키는 데 한계가 있다.

국외에서는 중합반응에 의한 알칼리 활성화 시멘트(콘크리트)에 관한 기술은 개념적으로 1978년 Davidovits(프랑스)에 의해 카올리나이트 광물질을 이용하고 제올라이트와 유사한 구조를 가지도록 하는 메커니즘으로 이론이 정립되었지만, 제조상의 문제점 및 경제성 등의 이유로 실용화가 이루어지지 않았다.

한편 종래에는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 바텀애시와 화학성분이 비슷한 플라이애시만을 사용하여 콘크리트를 제조하는 기술이 제시되었는 바, 60℃ 이상의 고온양생 과정을 통해 석탄회의 유리(glassy) 피막을 파괴하여 반응을 유도함으로서 20MPa 이상을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다. 그러나 이러한 기술은 중합반응에 의한 것으로 강도를 높이는데 한계가 있는 문제가 발생하였다.

또한, 종래 기술 중에는 메타카올린을 사용하는 경우가 있으나, 카올린을 700~800℃로 소성하여 메타카올린을 사용하기 때문에 이 과정에서 이산화탄소를 배출하고 가격도 고가이어서 실용화하는 데 문제점이 있었다.

한편, 화력발전소에서 발생되는 석탄회 중에서 플라이애시(Fly ash, 비산재)는 시멘트 원료 및 콘크리트 혼화재로 등으로 대부분 소비되고 있으나, 석탄회 발생량 중 15~25% 정도를 차지는 바텀애시(Bottom ash, 바닥재)는 대부분 매립 처분되어 막대한 처리비용에 따른 경제적 손실과 매립지 증가에 따른 국토의 효율적 활용을 저해하는 요인으로 작용한다. 이에 바텀애시를 시멘트와 함께 또는 대체재로 사용하는 무시멘트 모르타르 또는 콘크리트에 대한 연구가 진행되고 있다.

이에 본 발명자들은 바텀애시를 결합재로 사용하되 바텀애시에 단점인 강도 및 장기양생의 문제를 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 제조 시 이산화탄소를 다량으로 배출하는 시멘트 대신에 물리적으로 활성화 된 바텀애시에 고로슬래그, 알카리성 무기질재료, 규산나트륨을 적정배합비로 배합됨으로써, 시공성 및 압축강도에서 우수한 무시멘트 콘크리트 조성물을 제시하고자 하며, 이러한 조성물에 의한 친환경적이면서 고강도가 발현되는 침목을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물은, 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재, 알칼리성 무기질재료 및 규산나트륨을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 바텀애시가 가지고 있는 단점인 낮은 강도와 장기간의 고온양생기간을 보완하기 위해 고로슬래그와 바텀애시를 혼합한 결합재를 사용함으로써 강도증진 및 고온양생기간을 단축시킨 것을 특징으로 한다.

일반적으로 중합반응은 Si-Al 함유 광물질이 NaOH 또는 KOH와 반응하는 것으로, 바텀애시는 SiO₂와 Al₂O₃의 함유율이 비교적 높아 중합반응으로 활성화시킬 수 있는 결합재이다. 그러나 바텀애시를 사용한 경우에는 유리(glassy) 피막이 형성되어 있기 때문에 이 피막을 파괴시켜 바텀애시의 반응을 촉진시키기 위해서는 pH 13 이상 매우 높은 알칼리 환경이나 고온양생 또는 기타방법 등이 필요하다. 종래의 기술에서는 대부분 고온양생으로 바텀애시의 유리피막을 파괴시켜 중합반응을 유도하였다. 그러나, 본 발명에서는 고로슬래그의 구성 성분 중에 SiO₂, Al₂O₃, 특히 CaO(일반적으로 고로슬래그는 40% 이상 함유)이 다량으로 함유되어있기 때문에 상온에서 수화반응 및 중합반응을 하여 Ca(OH)₂ 등 강알칼리성 물질을 생성하여 바텀애시의 유리피막이 파괴되어 다량의 바텀애시가 혼합되어 있더라도 상온에서 중합반응이 발생하여 강도가 크게 발현되는 것으로 분석된다.

여기서 상기 고로슬래그는 결합재 총 분체량의 5 내지 45중량%인 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 상기 고로슬래그는 결합재 총 분체량의 25 내지 35중량%인 것이 타당하다. 이와 같이 한정하는 이유는 고로슬래그가 결합재 총 분체량의 5중량%미만의 경우 작업성이 확보되나 상온양생에 의해 압축강도가 상당히 낮아지는 문제가 있고, 고로슬래그가 결합재 총 분체량의 45중량%를 초과하는 경우 압축강도를 고강도로 확보할 수 있으나, 작업성이 확보되지 않는 문제가 있기 때문이다.

상기 고로슬래그는 그 분말도가 4,000 ~ 8,000cm²/g인 것이 타당하며, 상기 바텀애시는 분쇄장치를 이용하여 물리적으로 유리질 피막을 파괴시켜 활성화시킴을 특징으로 하고, 그 분말도가 3,300 ~ 6,200cm²/g인 것이 타당하다.

이는 바텀애시의 분말도가 3,300cm²/g미만인 경우와, 고로슬래그의 분말도가 4,000cm²/g 미만인 경우에는 반응성이 작아 강도발현에 불리하고, 바텀애시의 분말도가 6,200cm²/g를 초과하는 경우와, 고로슬래그의 분말도가 8,000cm²/g을 초과하는 경우에는 반응성이 크지만, 화력발전소 또는 제철소에 발생하는 분말도보다도 커져 미분말시키거나 분급을 해야하기 때문에 경제성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

여기서 바텀애시의 분말도가 작을수록 강도발현이 저하되고, 특히 분쇄하지 않은 분말도 2,000cm²/g 미만인 경우에는 재령 28일에서도 10MPa 미만으로 비교적 낮은 강도를 나타낸다. 이는 분쇄하지 않은 바텀애시(분말도 2,000cm²/g미만)를 사용하는 경우는 바텀애시에 유리질 피막이 존재하여 중합반응을 저해하기 때문이다. 그리고 분말도 5,000cm²/g까지는 초기강도 및 장기강도가 증가하나, 분말도 6,200cm²/g을 사용한 경우는 오히려 강도가 저감된다. 강도면에서 바텀애시의 분말도는 4,000 내지 5,000㎠/g인 것이 바람직하다. 즉 바텀애시를 본 발명의 결합재로 사용하는 경우 분쇄(분말도는 4,000 내지 5,000㎠/g)에 의해 유리질 피막을 파괴시킴으로서 중합반응을 활성화 시켜 강도발현을 도모하도록 함이 타당하다.

또한, 고로슬래그 및 바텀애시로 구성된 무시멘트 결합재는 분체량이 300 ~ 500kg/m³인 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 고로슬래그 및 바텀애시로 구성된 무시멘트 결합재는 분체량이 400kg/m³인 것이 타당하다. 이렇게 결합재의 분체량을 한정하는 이유는 중합반응에 필요한 적절한 비율의 Si 및 Al과 Na가 존재하여야 하기 때문으로 결합재의 중량비가 이보다 클 경우 상대적으로 반응에 필요한 Na가 부족하게 되어 강도가 저하되고, 이와 반대로 이보다 작을 경우 강도에 기여하는 Si 또는 Al가 부족하여 강도가 저하되기 때문이다.

한편 상기 알칼리성 무기질재료와 상기 규산나트륨은 중량비로 75:25 내지 25:75인 것이 타당하다. 상기 알칼리성 무기질재료와 상기 규산나트륨은 활성화제로서 첨가되며, 중량비로 75:25 내지 25:75의 비율로 한정하는 것은 상기 규산나트륨의 비율이 알칼리성 무기질재료 대비 25 미만인 경우에는 중합반응에 필요한 Si 성분이 적어져 강도가 발현이 작아지고, 알칼리성 무기질재료 대비 75를 초과하는 경우에는 Na 이온이 적어져 초기강도가 작아지는 문제가 있다.

상기 규산나트륨은 SiO₂와 Na₂O의 몰비가 1.0 내지 3.4 범위의 값을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직한데, 몰비가 1.0 미만인 경우에는 결합재의 점도가 급격히 증가되어 슬럼프가 저하됨으로써 시공성이 저하될 뿐만 아니라 중합반응에 필요한 Si 성분이 적어져 장기강도가 발현이 작아지고, 몰비가 3.4를 초과하는 경우에는 시공성에 영향을 주지 않지만, Na이온이 적어져 초기강도가 작아지는 문제가 있기 때문이다.

나아가 상기 규산나트륨은 보다 우수한 시공성 및 강도를 얻기 위해, SiO₂와 Na₂O의 몰비가 2.8 ~ 3.2인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 알칼리성 무기질 재료는 3 내지 8M 범위의 탄화칼슘(CaC₂), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KaOH) 중 하나 또는 혼합물인 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 알칼리성 무기질 재료를 3M미만으로 사용하는 경우에는 작업성은 좋으나 강도가 저하되어 특히 침목용도로 사용하기 곤란하며, 8M을 초과하는 경우 강도는 만족하나 작업성이 저하되기 때문이다.

바람직하게는 상기 알카리성 무기질재료는 수산화나트륨 100중량부 대비 탄화칼슘은 0을 초과하고 200중량부 이하인 것이 타당하다.

이와 같이 본 발명은 결합재로 고로슬래그와 이에 더하여 분쇄시켜 유리질 피막을 파괴시킴으로서 물리적으로 중합반응을 활성화시킨 바텀애시를 사용하고, 이에 알카리성 무기질 재료로서 탄화칼슘(CaC₂)을 배합함으로써 탄화칼슘에서 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 포졸란반응을 유도함과 동시에 장기강도를 증진시키고, 이에 부가하여 화학적으로 활성화시키기 위해 알카리성 무기질재료로 수산화나트륨에 탄화칼슘(CaC₂)을 더 배합하는 예가 제시되는 것이다.

상기 탄화칼슘(CaC₂)은 아세틸렌(C₂H₂) 가스 제조 시 발생되는 부산물로 아래 식은 탄화칼슘이 물과의 반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 만들어지는 과정을 나타내고 있다. 이렇게 만들어진 수산화칼슘이 바텀애시의 Si, Al, Fe의 성분과 만나서 C-S-H 겔 형태의 포졸란 반응을 일으키는 것으로 이것은 시멘트가 수화반응에서 얻어지는 C-S-H와 유사하여 결국 이러한 반응을 통해 모르타르 또는 콘크리트에 강도발현이 가능하게 되는 것이다.

즉 물리적으로 활성화 시킨 바텀애시 및 고로슬래그를 혼합하여 사용함에 의해 폴리머의 중합반응을 활성화 시켜 강도가 향상될 수 있는 것이며, 이에 더하여 탄화칼슘(CaC₂)에 의해 포졸란반응이 유도됨으로써 이러한 결합재를 이용하더라도 콘크리트 제조 시 장기강도 또한 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 결과적으로 이러한 콘크리트 조성물에 의해 형성되는 침목의 경우 강도 및 장기강도가 크게 향상되어 내구성 있는 구조체가 되는 것이다.

한편 본 발명의 조성물에는 트리폴리인산나트륨(Na₂P₃O₁₀)이 더 배합되되, 상기 트리폴리인산나트륨( Na2P3O10)은 결합재 총 분체량의 3 내지 5중량%로 배합됨이 타당하다. 이렇게 트리폴리인산나트륨을 더 배합하는 것은 결합재로 고로슬래그가 사용됨에 따라 고로슬래그에 의한 급결현상에 의해 작업성이 저해되는 것을 제어하기 위함이다. 즉 트리폴리인산나트륨에 의해 활성화 반응이 지연되도록 하는 것이다.

여기서 트리폴리인산나트륨은 전체 결합재에 대해 3 내지 5중량% 범위로 배합됨이 타당한 바, 5중량%를 초과하면 나트륨 성분이 콘크리트 내부에서 용출되고 지연효과도 과하게 되어 강도저하가 크게 나타날 수 있고, 반대로 너무 적게 사용하면 알칼리반응을 저해하기 때문이다.

한편 본 발명에서는 상기에서 언급한 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재가 포함된 콘크리트 조성물을 이용한 침목에 대해서도 제시하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기에서 언급한 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재가 포함된 콘크리트 조성물을 배합한 후에 60℃에서 12시간으로 양생시킨 침목 제조방법에 대해서도 제시한다.

상기한 바와 같은 결합재와 활성화제가 첨가된 배합원료를 이용하여 본 발명에서 목적하는 콘크리트 조성물을 이용한 침목을 제조하는데, 이때 나머지 배합원료는 통상의 배합비율에 의해 배합할 수 있고, 또한 일일이 열거하지 않았지만 통상적으로 첨가할 수 있는 첨가제를 첨가하여 목적하는 침목을 제조할 수도 있다.

이러한 침목은 배합원료를 적절한 비율로 배합한 후, 교반하고, 양생하는 과정을 거치는데, 본 발명에서의 상기 양생은 60℃에서 12시간으로도 충분한 강도와 작업성이 확보될 수 있는 바, 에너지 소비와 이산화탄소가 배출되는 문제 등이 해결되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 바텀애시가 가지고 있는 단점인 낮은 강도와 장기간의 고온양생기간을 고로슬래그가 더 배합된 결합재를 사용함으로써 강도증진 및 고온양생기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있어 무시멘트에 의한 결합재의 구성이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 바텀애시 및 고로슬래그로 구성되는 결합제에 활성화제를 배합함으로써 적정 배합비에 의해 압축강도를 60MPa이상의 고강도가 발현되고, 슬럼프가 160mm이상으로 작업성이 확보될 수 있음은 물론, 활성화제의 종류에 따라 장기강도까지 확보될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 바텀애쉬 및 고로슬래그에 의해 시멘트가 완전히 대체됨에 의해 시멘트 제조 시 발생되는 다량의 CO₂ 가스의 발생을 줄일 수 있고 산업 부산물인 바텀애시가 재활용되므로 매립지 확보를 위한 경제적 부담뿐만 아니라, 매립 시 발생되는 침출수에 의해 발생하는 많은 환경문제 등을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 고로슬래그 혼합율에 따른 슬럼프 및 압축강도 결과를 보이는 그래프,
도 2는 양생조건에 따른 압축강도 결과를 보이는 그래프,
도 3은 바텀애시와 고로슬래그를 합한 결합재 총 분체량 따른 슬럼프 결과 및 압축강도 결과를 보이는 그래프이고,
도 4는 수산화나트륨(NaOH) 농도에 따른 슬럼프 결과 및 압축강도 결과를 보이는 그래프.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시 예에 한정되지는 않는다.

<실시예 1>

결합재로 바텀애시와 고로슬래그의 혼합비율

본 발명에서 제시된 콘크리트 조성물에서의 결합재로서 바텀애시와 고로슬래그 혼합비에 따른 영향을 분석하기 위해, 바텀애시 및 고로슬래그로 구성된 결합재 총 분량체에 대해 고로슬래그를 중량비로 5중량%, 15중량%, 25중량%, 35중량%, 45중량% 비율로 결합재를 제조하였다. 그리고 6M NaOH(순도 98%)와 규산나트륨(Na₂O=10%, SiO₂=30%, 고형분 38.5%, 비중 1.39)을 중량으로 1:1 비율로 배합하였다. 이렇게 제조한 콘크리트 조성물에 대하여 슬럼프와 압축강도를 측정하여 그 결과를 도 1에 도시하였다. 여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 콘크리트를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후부터 90분까지 수행하여 작업성을 평가하였으며, 압축강도는φ100x200mm 원주시험체를 제작하여 20℃의 기건상태(습도 65±5%)에서 양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 14일 및 28일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.

상기 실시 예 1의 결과가 도 1에서 도시되고 있는 바, 상기 고로슬래그는 결합재 총 분체량의 5 내지 45중량%로 배합되는 경우 압축강도가 20 ~ 70MPa 범위를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 고로슬래그의 배합량이 증가할수록 강도는 증가하나, 슬럼프가 저하되어 작업성이 저하되는 것을 알 수 있다. 상기 실험을 통해 바람직한 실시 예로서는 슬럼프값이 160mm이상이며, 고강도(60MPa 이상)가 발현되도록 하기 위해서는 고로슬래그는 결합재 총 분체량의 25 내지 35중량%인 것이 타당한 것으로 판단된다.

<실시예 2>

양생온도 및 시간의 영향

바텀애시와 고로슬래그의 혼합비율이 65:35(중량비)인 결합재, 6M NaOH(순도 98%)와 규산나트륨(Na₂O=10%, SiO₂=30%, 고형분 38.5%, 비중 1.39)을 중량으로 1:1 비율로 배합하였다. 이렇게 콘크리트를 제조한 다음, 양생조건을 30℃, 60℃, 90℃에서 6시간, 12시간, 24시간, 48시간까지 실시하여 압축강도를 측정하였다. 그 측정결과가 도 2에 도시되고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 30~90℃에서 12~48시간 양생에 따라 압축강도가 20 ~ 70MPa 범위를 나타내는 것을 알 수 있다. 더욱 바람직하게는 고강도(60MPa 이상)가 발현되면서 고온 및 시간에 따른 에너지 소비량을 절감하기 위해서 60℃에서 12시간을 양생조건으로 하는 것이 타당하다고 판단된다.

<실시예 3>

결합재 분체량 ( kg /m ³ )

본 발명에서 제시된 콘크리트 조성물에서의 바텀애시 및 고로슬래그로 구성된 결합재의 분체량에 따른 영향을 분석하기 위해, 바텀애시 및 고로슬래그로 구성된 결합재 분량체을 각각 300, 350, 400, 450, 500kg/m³비율로 배합하였으며, 6M NaOH(순도 98%)와 규산나트륨(Na₂O=10%, SiO₂=30%, 고형분 38.5%, 비중 1.39)을 중량으로 1:1 비율로 배합하였다. 이렇게 제조한 콘크리트 조성물에 대하여 슬럼프와 압축강도를 측정하여 그 결과를 도 3에 도시하였다. 여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 콘크리트를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후부터 90분까지 수행하여 작업성을 평가하였으며, 압축강도는φ100x200mm 원주시험체를 제작하여 60℃의 12시간 양생을 실시하여 재령 28일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.

상기 실시 예 3의 결과가 도 3에서 도시되고 있는 바, 무시멘트 결합재는 분체량이 300 ~ 500kg/m³에서 압축강도가 45MPa이상을 나타내고, 슬럼프가 120mm이상을 나타내는 것을 알 수 있다. 더욱 바람직하게는 고강도(60MPa 이상)를 나타내면서 슬럼프가 160mm이상으로 작업성이 양호하도록 하기 위해서 고로슬래그 및 바텀애시로 구성된 무시멘트 결합재는 분체량이 400kg/m³인 것이 바람직한 것으로 판단된다.

<실시예 4>

NaOH 몰농도의 영향

바텀애시와 고로슬래그의 혼합비를 65:35(중량비)로 하고, 규산나트륨(Na₂O=10%, SiO₂=30%, 고형분 38.5%, 비중 1.39)과 3M, 4M, 5M, 6M, 7M, 8M NaOH(순도 98%)를 중량으로 1:1 비율로 구성된 활성화제를 이용하여 콘크리트를 제조한 다음 각각 슬럼프, 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 제시하고 있다. 여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 콘크리트를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후부터 90분까지 수행하여 작업성을 평가하였으며, 압축강도는φ100x200mm 원주시험체를 제작하여 60℃의 12시간 양생을 실시하여 재령 3, 7, 14, 28일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.

도 4에서 보는 바와 같이 바텀애시와 고로슬래그를 결합재로 사용한 콘크리트는 NaOH의 몰농도가 증가함에 따라 압축강도는 증가하고 슬럼프는 감소하는 경향을 나타냈다. NaOH 3 내지 8M에서 압축강도가 20 내지 70MPa(재령 28일)을 나타내는 것을 알 수 있으며, 슬럼프가 120mm이상을 나타내는 것을 알 수 있다. 바람직하게는 NaOH 5 내지 6M에서 고강도(60MPa 이상)가 발현됨과 동시에 슬럼프가 160mm이상으로 작업성이 양호한 것을 알 수 있다.

Claims

고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재, 알칼리성 무기질재료 및 규산나트륨을 포함하여 구성됨을 특징으로 하되,
상기 고로슬래그는 결합재 총 분체량의 5 내지 45중량%이며, 상기 고로슬래그는 그 분말도가 4,000 ~ 8,000cm²/g이고,
상기 바텀애시는 분쇄장치를 이용하여 물리적으로 유리질 피막을 파괴시켜 활성화시킴을 특징으로 하며, 그 분말도가 3,300 ~ 6,200cm²/g인 것을 특징으로 하고,
고로슬래그 및 바텀애시로 구성된 무시멘트 결합재는 분체량이 300 ~ 500kg/m³인 것을 특징으로 하며,
상기 알칼리성 무기질재료와 상기 규산나트륨은 중량비로 75:25 내지 25:75이고, 상기 알칼리성 무기질 재료는 3 내지 8M 범위의 탄화칼슘(CaC₂), 수산화나트륨(NaOH)의 혼합물로서 상기 알카리성 무기질재료는 수산화나트륨 100중량부 대비 탄화칼슘은 0을 초과하고 200중량부 이하인 것을 특징으로 하며,
트리폴리인산나트륨(Na₂P₃O₁₀)이 더 배합되되, 상기 트리폴리인산나트륨(Na₂P₃O₁₀)은 결합재 총 분체량의 3 내지 5중량%로 배합됨을 특징으로 하는 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물.
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상기 제 1 항의 콘크리트 조성물을 이용한 침목.
상기 제 1항의 콘크리트 조성물을 배합한 후, 60℃에서 12시간으로 양생시킨 침목 제조방법.