KR101418238B1 - 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물 - Google Patents

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조성현
서신석
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본 발명은 3시간만에 보통포틀랜드시멘트의 재령7일강도를 발현하는 고유동, 고내구성 초속경혼합시멘트로서, 특히 기온이 낮은 겨울철 공사나 긴급한 공사의 콘크리트 시공시 최소한의 양생 조건을 갖추고 사용할 수 있는 장점이 있으며, 콘크리트에 사용시 최적의 조기강도 발현과 콘크리트 작업성, 현장시공성이 탁월하며,
장기적인 내구성이 우수한 재료이고, 분말도를 4,000~6,000㎠/g로 고분말화한 조강형 시멘트를 사용하여 초기강도발현에 우수한 장점이 있고, 실란 및 실록산계 실리콘에 의한 발수성을 이용하여 동해 및 염해등에 의한 열화방지에 우수한 특징을 가지고 있다. 보다 상세하게는 클린커(clinker) 90~95%중량부, 이수석고5.0~10.0%중량부로하고, 분말도를 4,000~6,000㎠/g으로한 조강형시멘트를 29.3~43.1% 중량부, 실록산계 실리콘 0.5~1.0%중량부, Al2O3 함량 34~36%인 칼슘설포알루미네이트(3CaO.3Al2O3.CaSO4) 32.5~33.5%중량부, C12A7 2.0~9.5%중량부, 분말도 6,000~11,000㎠/g인 무수석고 19.0~21.0%중량부, 소석회 2.0~4.0%중량부, 유동화제 0.3~0.5%중량부, 경화촉진제 0.1~0.5%중량부, 응결지연제 0.5~0.7%중량부로 조성된 실란 및 실록산계 실리콘을 이용한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물에 관한 것이다.

Description

고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물{To High durability high early strength mix cement Composition}
본 발명은 실란 및 실록산계 실리콘을 이용한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물에 관한 것이다.
시멘트는 건축재료로서 사용되는 접합제로서, 인류는 수천 년 전부터 시멘트를 사용하여 왔다. 피라미드에 사용된 시멘트는 석회와 석고를 혼합한 것이고, 로마시대에는 석회와 화산재를 혼합한 것이다. 이들 시멘트들은 기경성 시멘트로서 18세기경까지 사용되었으며, 수경성 시멘트가 나온 것은 1756 - 1759년경이다. 그 후 석회석과 점토를 혼합한 원료를 구워서 시멘트를 만들었는데, 겉모양, 빛깔 등이 포틀랜드섬의 천연석과 비슷하다고 하여 포틀랜드 시멘트라 명명하였다.
이러한 시멘트는 우리 생활에 널리 사용되며 그 사용용도와 성질에 맞게 개선·사용되어 왔다. 이중 속경성 시멘트는 교량 및 도로 상판의 보수와 같은 긴급성이 필요한 공사에서 건설재료로써 가장 중요하게 요구되는 성질은 공사 후 빠른 시간 내에 실용강도인 200㎏f/㎠이상의 강도를 발현하는 것이다. 일반적으로 시공 후 2시간 내지 3시간 동안에 실용강도를 발현해야 한다.
또한, 속경성 시멘트는 여러 가지 열화요인에 대한 내구성능을 가져야한다.
특히 외부에 타설되는 속경성 시멘트는 계절적인 영향과 외부의 열화요인에 직접적으로 노출되어 있다. 그 가운데 겨울철에 콘크리트 공극수의 동결융해로 콘크리트 내 수분 팽창압의 증가로 인한 피해를 입을 수 있는 동해와 도로의 결빙 시 차량의 안전 주행을 위해 사용되는 염화칼슘, 염화나트륨 등의 제설제에 의해 시멘트수화생성물 Ca(OH)2와 반응하여 CaO.CaCl2.2H2O 및 Mg2(OH)3Cl.4H2O의 결정물들을 생성 후 용적을 팽창시키는 염해가 가장 대표적인 열화손상이라고 할 수 있다. 이러한 두 가지 열화 요인은 서로 복합작용에 의해 내구성능을 더욱 저하시킬 우려가 있다. 하지만 현 상황에서의 속경성 시멘트들은 동해 및 염해에 대한 성능향상은 크게 고려하지 않고 있는 실정이다.
국내등록특허공보 등록번호 제10-0880930호에는 칼슘설포알루미네이트
(3CaO·3Al2O3·CaSO4) 60~85중량%를 포함하는 아윈계 클링커를 분쇄한 분말 40~60중량%; 무수석고와 반수석고가 혼합된 석고 분말 15~30 중량%; 보통 포틀랜드시멘트 20~40 중량%; 소석회 1~4 중량%;를 포함하는 초속경성 시멘트 조성물이 공개되어 있고,
동 공보 등록번호 제10-0702472호에는 중량비로 70% 이상의 일반 포트랜드 시멘트 또는 클링커와 석고, 아우인(4CaO·3Al2O3·SO3)계 시멘트 또는 클링커, 감수제 또는 고유동화제를 30% 이하로 포함하는 초조강성 포트랜드 시멘트가 기재되어 있으며,
동 공보 등록번호 제10-0310657호에 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3· CaSO4) 및 칼슘실리케이트(2CaO·SiO2)를 주성분으로 하는 아윈계 클린커 35 내지 50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 25 내지 35중량%, 무수석고 10 내지 25중량%와, 소석회 5 내지 10중량%로 이루어진 혼합시멘트 100중량부에 대하여 멜라민계 고유동화제 0.1 내지 1중량부 및 응결지연제로서 구연산 0.1 내지 1중량부를 포함하는 고강도의 속경성 시멘트 조성물이 공개되어 있고,
동 공보 등록번호 제10-0967411호에는 3종시멘트 25~50wt%, CSA 6~10wt%, 석고 4~10wt%, 분말형 멜라민계 유동화제 0.2~2wt%, 세피오라이트 분말 1~3wt%, HPMC(hydroxyproplyl methyl cellulose) 0.05~0.2wt%, 친수성 PVA 파이버 0.06~0.2wt%, 입도 2~4㎜ 감람석 10~20wt%, 입도 0.2~2㎜미만 감람석 25~50wt%, 실록산 실란트계 방수제 0.1~0.5wt%, EVA 계 분말수지 1~5wt% 를 포함된 감람석을 이용한 수중 불분리 고강도 모르타르 조성물이 기재되어 있으며,
동 공보 등록번호 제100982469호에는 Al2O3 30~35중량%, CaO 40~42중량%, MgO 2~3중량%를 함유하는 초속경 무기 결합재 분말 20~60중량%; 아크릴계 폴리머, 초산비닐계 폴리머, 부틸아크릴레이트/스틸렌 코폴리머, 폴리카르복실레이트 에테르 폴리머, 에틸렌계 폴리머, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 중에서 하나 이상 선택된 유기 폴리머 고형분말 2~40중량%; 알콕시 실란계 방청재 분말 0.1~8중량%; 산화아연계, 산화마그네슘계, 산화구리계 중에서 하나 이상 선택된 항균세라믹스 분말 0.3~3중량%; 골재 30~68중량%;로 구성되는 알콕시 실란계 방청재, 항균작용을 하는 금속산화물계 항균세라믹스를 복합화한 모르타르 조성물이 공개되어 있고,
동 공보 등록번호 제10-0702471호에는 고로슬래그, 포트랜드 시멘트, 석고의 함량은 전체 혼합물의 총 중량의 70% 이상이며, 상기 아윈계 시멘트 및 감수제의 함량은 전체 혼합물의 총 중량의 30% 이하인 것을 특징으로 하는 초조강 고로슬래그 시멘트가 기재되어 있으며,
국내공고특허공보 공고번호 특1997-0008685호에는 칼슘 알루미노 설페이트 (3CaO·3A12O3·CaSO4) 20중량% 내지 70중량%, 디칼슘 실리케이트(2CaO·SiO2) 15중량% 내지 67중량%와 칼슘 알루미노 페라이트 (6CaO·2Al2O3·Fe2O3) 및 클링커 소성반응 후 결합 되지 않은 칼슘 설페이트(CaSO4)가 함유된 클링커를 사용하여 난용성 무수석고와 소석회[Ca(OH)2], 지방산, 옥시카본산, 질소 함유 칼슘염등을 함유하는 속경성 고강도 시멘트 조성물이 공개되어 있음을 알 수 있다.
상기 종래기술들은 속경성 시멘트의 기본적으로 요구되는 조건을 만족시키기 위한 방법으로 수경성 화합물인 에트링자이트의 급격한 형성 및 성장을 유도하며,
타설 후 2시간 내지 3시간 사이에 실용강도의 발현을 목적으로 하나, 매우 빠른 응결로 인하여 작업성의 저하를 가져오는 문제가 있어 응결지연제를 혼합하여 사용하고 있다. 하지만 기존의 기술들은 환경적 요소에 의한 외부열화요인인 동해 및 염해에 대해서 고려하지 않고 있으며, 따라서 이에 대한 성능향상이 필요한 실정이다.
1. 국내등록특허공보 등록번호 제10-0702472호 2. 국내등록특허공보 등록번호 제10-0310657호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제10-352673호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제10-0967411호 5. 국내등록특허공보 등록번호 제10-982469호 6. 국내등록특허공보 등록번호 제10-0702471호 7. 국내공고특허공보 공고번호 특1997-0008685호
상기와 같은 종래의 기술은 기온이 낮은 겨울철 공사나 긴급한 공사의 콘크리트 시공시 양생 시간이 장기화되고, 콘크리트에 사용시 조기강도 발현과 콘크리트 작업성, 현장시공성에 문제가 있으며, 동해 및 염해 등에 의한 장기적인 내구성에 대한 문제점을 해결하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 해결 과제인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 클린커(clinker) 90~95% 중량부, 이수석고 5.0~10.0%중량부로 하고, 분말도를 4,000~6,000㎠/g으로한 조강형시멘트를 29.3~43.1%중량부, 실록산계 실리콘 0.5~1.0%중량부, Al2O3 함량 34~36%인 칼슘설포알루미네이트(3CaO.3Al2O3.CaSO4) 32.5~33.5%중량부, C12A7 2.0~9.5%중량부, 분말도 6,000~11,000㎠/g인 무수 석고 19.0~21.0%중량부, 소석회 2.0~4.0%중량부, 유동화제 0.3~0.5%중량부, 경화촉진제 0.1~0.5%중량부, 응결지연제 0.5~0.7%중량부로 조성된 실란 및 실록산계 실리콘을 이용한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물을 제공하는 것이 본 발명의 목적인 것이다
본 발명은 3시간 만에 보통포틀랜드시멘트의 재령7일 강도를 발현하는 고유동, 고내구성 초속경혼합시멘트로서, 특히 기온이 낮은 겨울철 공사나 긴급한 공사의 콘크리트 시공 시 최소한의 양생조건을 갖추고 사용할 수 있는 장점이 있으며,
콘크리트에 사용 시 최적의 조기강도 발현과 콘크리트 작업성, 현장시공성이 탁월하며, 장기적인 내구성이 우수한 재료이고, 분말도를 4,000~6,000㎠/g로 고 분말화한 조강형 시멘트를 사용하여 초기강도발현에 우수한 장점이 있고, 실란 및 실록산계 실리콘에 의한 발수성을 이용하여 동해 및 염해 등에 의한 열화방지에 우수한 장점이 있는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 클린커(clinker) 90~95% 중량부, 이수석고 5.0~10.0%중량부로 하고, 분말도를 4,000~6,000㎠/g으로한 조강형시멘트를 29.3~43.1%중량부, 실록산계 실리콘 0.5~1.0%중량부, Al2O3 함량 34~36%인 칼슘설포알루미네이트(3CaO.3Al2O3.CaSO4) 32.5~33.5%중량부, C12A7 2.0~9.5%중량부, 분말도 6,000~11,000㎠/g인 무수석고 19.0~21.0%중량부, 소석회 2.0~4.0%중량부, 유동화제 0.3~0.5%중량부, 경화촉진제 0.1~0.5%중량부, 응결지연제 0.5~0.7%중량부로 조성된 실란 및 실록산계 실리콘을 이용한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 각각의 조성물을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
1) 실리콘
실리콘(Sillicon)과 실리콘(Silicone)이 두 개의 용어는 언뜻 보기에 서로 유사하나, Sillicon은 원소기호 Si로 표시되는 규소를 의미하며, 물질로써는 암회색의 금속상이다.
반면 본 연구에 사용한 Silicone은 유기기를 함유한 규소와 산소 등이 화학결합으로 서로 연결된 모양으로 된 폴리머를 의미한다.
본 발명에서 사용하는 실리콘은 Silicone Hydrophobic Powder로서 실록산(Siloxane)과 실란(Silane)을 결합한 형태로 우수한 발수효과로 동결융해, 염에 의한 결손방지 및 콘크리트 부식방지등 콘크리트의 고내구성을 향상시키는 역할을 한다.
Silicone은 에멀젼(Emulsion)화 되어있는 PDMS(Polydimethyl Siloxane) 또는 Siloxane과 Silane을 결합하여 캡슐화시킨 분말(Powder)을 사용하였다.
Me Me Me
l l l
Me - Si - 0 - Si - O -Si -O - Me
l l l
Me Me Me
[PDMS 구조식]
R
l
RO - Si - OR
OR = Methoxy, ethoxy
R = alkyl, aryl, 또는 Organo function group
[Silane 구조식]
2) 조강형시멘트
조강형시멘트는 클린커(clinker) 90~95%중량부, 이수석고 5.0~10.0%중량부로 하고 분말도를 4,000~6,000㎠/g로 고분말화한 시멘트로 초기강도발현에 우수하며, 특히 기온이 낮은 겨울철 공사나 긴급한 공사의 콘크리트 시공 시 최소한의 양생 조건을 갖추고 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한 조강형시멘트는 콘크리트에 사용 시 최적의 조기강도 발현과 콘크리트 작업성, 현장시공성이 탁월하며, 장기적인 내구성이 우수한 재료이고, 국내최초로 대규모 현장에서 그 성능이 입증된 재료이다.
3) C12A7
①C12A7(12CaO·7Al2O3)
C12A7은 시멘트 광물계 급결제로 주로 사용되며 결정질보다는 비정질의 상태일 때 더욱 급결력이 우수하다. 이는 CaO와 Al2O3의 연속 고용체로서 조성비에 따라 CA, CA2, C12A7, C3A로 구분되며, 이 중 C12A7을 용융하여 급냉한 비정질 광물이 급결제로서 가장 우수한 물성을 나타낸다. C12A7은 비정질화 될수록 시멘트와의 급결반응이 빨라지기 때문에 냉각상태에 따라 성능이 달라지게 된다. 합성된 순수한 C12A7은 물과의 반응으로 1~2분 정도에 응결하여 경화한다.
C12A7이 단독으로 수화할 경우의 수화물은 C2AH8가 주로 생성되기 쉬우며, 이 C12A7을 시멘트에 혼합하면 급결한다. 이 경우 시멘트 중의 CaO가 C12A7과 반응하여 C2AH8과 C4AHx(X는 19 또는 13)의 혼합물을 생성시키며, 이것은 카드 하우스상 구조를 형성하지만 CaSO4와 공존함으로서 C3A·3CaSO4·32H2O의 침상결정을 생성시켜 초기의 강도가 얻어진다.
본 발명에서의 C12A7은 분말도 5,000~6,000㎠/g, Al2O3 43~47%, CaO 51%이하, SiO2 5.5%이하의 것을 사용하였다.
4)CSA
CSA는 석회, 석고, 보크사이트를 주성분으로 하는 소성화합물(Calcium Sulfo Aluminate)을 적당한 입도분포를 가지도록 분쇄하여 제조한 것이며, 이 클링커의 주요한 3가지 광물은 다음과 같다.
아윈(Hauyne) 3CaO.3Al2O3.CaSO4
유리석회 CaO
무수석고 CaSO4
CSA는 위 3가지 광물이 수화반응에 의해 칼슘설포알루미네이트 수화물을 생성하는데 이수화반응에서 Ettringite(3CaO.Al2O3.CaSO4.32H2O)라는 침상의 결정이 생성된다.
Hauyne계 광물은 물과 반응하여 에트린가이트(3CaO.Al2O3.CaSO4.32H2O)나 모노설페이트3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O와 같은 Calcium sulphoaiuminate 수화물이 주로 생성되고 2CaO.Al2O3.8H2O.Al(OH)3등의 수화물이 생성되기도 하며, 석고, CaO혹은Ca(OH)2등이 첨가됨에 따라 수화반응 속도, 생성되는 수화물의 종류 등이 크게 달라진다.
① 3CaO.Al2O3.CaSO4+18H2O
→ 3CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2O + 2Al(OH)3
② 3CaO.Al2O3.CaSO4 + 2CaSO4 + 32H2O
→ 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 2Al(OH)3
③ 3CaO.Al2O3.CaSO4 +6Ca(OH)2+2CaSO4+26H2O
→ 3(CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2O)
④ 3CaO.Al2O3.CaSO4+6Ca(OH)2+8CaSO4+74H2O
→ 3(CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O)
칼슘설포알루미네이트의 화학조성은 CaO-Al2O3-SO3를 주성분으로 하고 있으며 각 조성에 따라 급경성(조강성), 팽창성, 고강도성을 나타내며, 화학조성은 다음과 같다.
화학성분
SIO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
8.21 34.5 1.72 42.36 1.95 9.21
5) 무수석고
무수석고는 수화광물인 에트린가이트의 생성을 목적으로 첨가된다.
3CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
본 발명에서 사용한 무수석고는 천연무수석고와 화학무수석고 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하였으며, 화학조성은 다음과 같다.
화학성분
SIO2 Al2O3 Fe2O3 CaO SO3 ig-loss
1.18 0.62 0.12 40.04 56.9 1.53
6) 소석회
소석회는 시멘트의 초기수화반응을 촉진시키는 역할을 하며, 화학조성은 다음과 같다.
화학성분
SIO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ig-loss
1.48 1.53 0.4 68.79 2.82 0.43 24.6
7) 촉진제
촉진제는 응결촉진제와 경화촉진제로 나누어진다. 응결촉진제는 에트린가이트의 생성을 촉진시켜 응결을 당기는 역할을 하는 화학첨가제이며,
경화촉진제는 시멘트의 C3S의 수화를 촉진시켜 초기강도 증진은 물론, 초기유동성을 확보하는데 도움이 된다.
본 발명에서 사용되는 시멘트경화 촉진제로는 CalciumFormate (Ca(HCOO)2), Li2CO3, CaCl2, K2SO4, Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하였다.
8) 유동화제
유동화제는 적은 물혼합량으로도 작업성을 확보함과 동시에 고강도를 발현시킬 수 있는 역할을 하며, 본 발명에서 사용되는 유동화제로는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카본산계 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하였다.
9) 지연제
지연제란 일반적으로 시멘트의 수화반응을 억제하여 콘크리트의 응결 또는 경화를 지연시키는 물질을 말한다.
시멘트 수화반응은 시멘트가 물과 접촉하면서 수산화칼슘, 에트린가이트, 규산칼슘수화물 등을 생성하기 때문에 발생한다. 그러므로 액상 중 칼슘이온(Ca2+)이 증가하여 최고치에 이른 후 다시 감소하게 되고 이 최고치에 도달할 때까지의 시간이 규산칼슘수화물의 생성 개시기 또는 응결 개시시기이다. 따라서 액상의 Ca2 +가 최고치에 도달하는 시간(과포화 최대시간)을 연장시키는 화합물이 지연제로서 기능을 하며 일반적으로 액상의 Ca2 +를 봉쇄하는 것(Ca를 착염화하는 것)이나, 시멘트 입자에 수화방지막을 만드는 것이 지연제가 된다. 이러한 성질의 지연제는 크게 유기계 시멘트 응결지연제 및 무기계 시멘트 응결지연제의 2종류로 구분된다.
무기계 지연제로는 산화 납, 산화 붕소, 붕산, 염화아연, 산화아연, 규소플로우르화 마그네슘, 등이 사용되고 유기계지연제로는 각종 당류, 옥시카르복실산염, 리그노술폰산염, 글루콘산 또는 그의 염, 타르타르산, 구연산, 피루브산, a-케토글르타르산 및 다른 케토산 등이 사용되며, 본 발명에서는 타르타르산, 구연산 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하였다.
이하에 본 발명의 실시예를 개시하나, 이들은 예시의 목적으로 든 것이지 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 실시예를 참고하여 상세히 설명하면 다음 표와 같다.
실시예 1
클린커(clinker) 95%중량부, 이수석고 5.0%중량부로 조성되며 분말도를 4,800㎠/g로 볼밀에서 분쇄한 조강형시멘트 38.7kg, 실록산계 실리콘인 Silicone Hydrophobic Powder 0.5kg, Al2O3 함량 34~36%인 칼슘설포알루미네이트 (3CaO.3Al2O3.CaSO4) 32.5kg, C12A7 2kg, 분말도 9,000㎠/g인 무수석고 21kg, 소석회 4.0kg, 폴리카르본산계유동화제 0.3kg, Li2CO3 0.5kg, 구연산 0.5kg를 혼합믹서에서 제조된 초속경시멘트 조성물을 제조하였다.
실시예2 ~10
상기 실시예1과 동일한 방법으로 조성성분비만 아래 표와 같이 달리하여 초속경시멘트 조성물을 제조하였다.
구분 초속경시멘트 조성물
조강형시멘트 실리콘 C
S
A		 C12A7 무수석고 소석회 유동화제 경화
촉진제		 응결
지연제
4000 4800 6000 6000 9000 11000
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시2 37.5 0.5 33.5 2 21 4 0.5 0.5 0.5
실시3 37.5 0.5 33.5 2 21 4 0.5 0.5 0.5
실시4 41.1 0.5 32.5 2 19 4 0.3 0.1 0.5
실시5 43.1 0.5 32.5 2 19 2 0.3 0.1 0.5
실시6 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시7 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시8 39.5 0.5 33.5 2 19 4 0.5 0.5 0.5
실시9 34.4 0.5 33.5 5 21 4 0.5 0.5 0.6
실시10 29.3 1.0 33.5 9.5 21 4 0.5 0.5 0.7
실험예1
초속경시멘트 조성물 혼합조성비
구분 보통
포틀랜드시멘트
(3500)		 초속경시멘트 조성물
조강형 시멘트
(4800)		 실리콘 CSA C12A7 무수석고 소석회 유동화제 경화
촉진제		 응결
지연제
비교1 100
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
응결시간, 압축강도 시험결과
구분 배합조건 응결시간(분) 압축강도(MPa)
규사 보통
포틀랜드시멘트		 초속경시멘트 물 초결 종결 3hr 1d 3d 7d 28d
비교1 실시1
비교1 1350 450 225 186 259 - 15.7 31.2 44.6 55.1
실시1 1350 450 225 27 36 42.1 49.2 59.7 65.4 69.8
염소이온침투저항성 시험결과
구분 염소이온침투저항성시험
비교1 실시1 실시2 실시3
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
통과 전하량 1296 1611 1296 216 216 216 845 837 840 880 878 865
수정통과 전하량(C) 1145.6 1403.1 1170.6 194.9 194.9 194.9 762.2 755.4 758.1 753.2 768.4 760.3
침투깊이 (mm) 9.2 9.4 9.2 0.5 0.4 0.4 2.0 2.1 2.2 1.9 2.1 2.2
구분 실시4 실시5 실시6 실시7
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
통과 전하량 687 690 675 650 652 656 670 677 680 678 678 690
수정통과 전하량(C) 553.3 540.8 558.9 530.8 535.7 531.5 570.4 568.8 569.2 586.3 584.1 590.8
침투깊이 (mm) 1.3 1.4 1.3 1.5 1.3 1.5 1.5 1.7 1.8 1.4 1.5 1.3
구분 실시8 실시9 실시10
1 2 3 1 2 3 1 2 3
통과 전하량 333 345 346 453 458 460 298 278 285
수정통과 전하량(C) 207.8 207.5 210.4 325.8 326.0 327.4 200.4 201.5 199.9
침투깊이 (mm) 0.8 0.8 0.9 1.2 1.1 1.0 0.7 0.5 0.7
상대 동탄성 계수 시험결과 (단위 : %)
구분 30
(Cycle)		 60 90 120 150 180 210 240 270 300
비교1 98.54 97.26 92.04 89.75 86.28 83.11 81.38 79.57 78.98 78.25
실시1 99.68 99.35 98.86 96.92 98.38 97.40 96.32 95.95 94.29 94.48
실시2 98.95 98.51 95.96 95.37 94.02 92.83 91.63 90.48 89.62 89.03
실시3 98.48 98.20 97.08 96.99 96.54 95.64 94.28 93.07 92.00 91.12
실시4 98.88 98.13 97.87 97.05 96.44 95.80 94.76 95.47 94.09 93.12
실시5 99.87 99.64 99.01 98.45 97.67 96.99 96.01 95.45 94.29 92.99
실시6 98.79 98.24 97.83 96.98 96.07 95.21 94.35 93.22 92.14 91.09
실시7 98.88 98.46 97.85 96.49 95.88 94.99 94.01 93.27 91.98 90.54
실시8 98.59 98.00 97.24 96.51 95.42 93.51 92.39 91.33 90.28 89.22
실시9 99.45 98.97 98.10 97.45 96.36 95.48 94.24 93.12 92.38 91.19
실시10 99.69 99.25 98.78 98.11 97.57 96.86 95.74 94.67 93.25 92.12
실록산계 실리콘 첨가시 실리콘의 발수특성으로 인하여 염소이온 및 수분이 원천적으로 차단되어 내구성(염소 이온 침투성, 동결융해) 향상에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
실험예2
보통포틀랜드시멘트와 초속경시멘트조성물과의 길이변화 시험결과
길이변화 시험결과
구분 초속경시멘트조성물
조강형
시멘트
(분말도4800)		 보통
포틀랜드시멘트
(분말도3500)		 실리콘 CSA C12A7 무수
석고		 소석회 유동화제 경화
촉진제		 응결
지연제
비교1 100
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
길이변화 시험결과
구분 길이변화율(%)
초기측정 7d 14d 28d 56d
비교1 0 -0.008 -0.011 -0.015 -0.020
실시1 0 -0.002 -0.005 -0.007 -0.007
실험예3
시멘트 분말도에 따른 초속경시멘트조성물 품질특성 비교 예
시멘트분말도별 초속경시멘트 조성비
구분 초속경시멘트 조성물
보통
포틀랜드
시멘트
(분말도3500)		 조강형시멘트 실리콘 CSA C12A7 무수
석고		 소석회 유동화제 경화촉진제 응결지연제
4000 4800 6000
비교2 37.5 0.5 33.5 2 21 4 0.5 0.5 0.5
실시2 37.5 0.5 33.5 2 21 4 0.5 0.5 0.5
실시3 37.5 0.5 33.5 2 21 4 0.5 0.5 0.5
시멘트분말도별 응결시간, 압축강도시험결과
구분 배합조건 응결시간 압축강도(MPa)
규사 초속경시멘트조성물 물 초결 종결 3hr 1d 3d 7d 28d
비교2 실시2 실시3
비교2 1350 450 225 50 170 12.3 24.1 39.5 48.1 58.7
실시2 1350 450 225 35 130 30.2 35.8 46.7 52.2 62.8
실시3 1350 450 225 15 20 47.3 52.6 62.4 67.2 70.5
*시멘트의 분말도가 높을수록 초기강도 및 응결시간이 빠르게 나타났으며, 분말도가 가장 높은 실시3의 경우 가장 우수한 압축강도 발현을 나타냈다.
실험예4
소석회 첨가량에 따른 초속경시멘트조성물 플로우 품질특성 비교 예
소석회 첨가량별 시험결과
구분 초속경시멘트 조성물
조강형 시멘트
(분말도4800)		 실리콘 CSA C12A7 무수
석고		 소석회 유동화제 경화촉진제 응결지연제
비교3 39.1 0.5 32.5 2 19 6 0.3 0.1 0.5
비교4 35.1 0.5 32.5 2 19 10 0.3 0.1 0.5
실시4 41.1 0.5 32.5 2 19 4 0.3 0.1 0.5
실시5 43.1 0.5 32.5 2 19 2 0.3 0.1 0.5
소석회첨가량별 플로우 시험결과
구분 배합조건 플로우
규사 초속경조성물 물 초기 20분
실시4 실시5 비교3 비교4
비교3 1350 450 225 230 195
비교4 1350 450 225 229 182
실시4 1350 450 225 240 220
실시5 1350 450 225 238 219
소석회의 첨가량 6%이상부터는 플로우로스가 심하여 작업성에 문제가 있는 것으로 나타났다.
실험예 5
석고 분말도 검토
석고분말도별 배합조건
구분 초속경시멘트 조성물
조강형
시멘트
(4800)		 실리콘 CSA C12A7 무수석고 분말도 소석회 유동화제 경화
촉진제		 응결
지연제
4500 6000 9000 11000
비교5 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시6 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시7 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
석고분말도별 응결시간, 압축강도시험결과
구분 배합조건 응결시간 압축강도(MPa)
규사 초속경조성물 물 초결 종결 3hr 1d 3d 7d 28d
비교5 실시1 실시6 실시7
비교5 1350 450 225 27 43 12.3 24.1 39.5 48.1 58.7
실시1 1350 450 225 27 36 42.1 49.2 59.7 65.4 69.8
실시6 1350 450 225 19 30 34.1 44.3 48.8 53.6 55.1
실시7 1350 450 225 25 36 32.6 45.1 50.3 54.5 57.1
석고분말도별 시험결과 석고분말도 6,000~11,000㎠/g로 미분쇄한 경우가 우수한 압축강도를 보였으며, 석고분말도가 4,500㎠/g으로 낮은 비교5의 경우 초기 압축강도 발현이 상대적으로 낮게 나타남으로써, 본 발명에서 제시한 석고의 분말도는 6,000~11,000㎠/g으로 하는 것이 바람직하다.
실험예 6
석고첨가량 검토
석고첨가량별 배합조건
구분 초속경시멘트 조성물
조강형
시멘트
(4800)		 실리콘 CSA C12A7 무수석고
(9000)		 소석회 유동화제 경화촉진제 응결지연제
비교6 48.5 0.5 33.5 2 10 4 0.5 0.5 0.5
비교7 43.5 0.5 33.5 2 15 4 0.5 0.5 0.5
비교8 33.5 0.5 33.5 2 25 4 0.5 0.5 0.5
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시8 39.5 0.5 33.5 2 19 4 0.5 0.5 0.5
석고첨가량별 압축강도시험결과
구분 배합조건 압축강도(MPa)
규사 초속경시멘트조성물 물 3hr 1d 3d 7d 28d
비교6 비교7 비교8 실시1 실시8
비교6 1350 450 225 15.9 25 29 36.4 50.8
비교7 1350 450 225 17 31 37 52 59
비교8 1350 450 225 18.7 32.3 20.7 16.3 17.3
실시1 1350 450 225 42.1 49.2 59.7 65.4 69.8
실시8 1350 450 225 38.2 50.5 56.0 60.4 66.8
비교6 내지 비교7에서 보이는 바와 같이 석고첨가량이 10~15%로 적을 경우, 초기강도 발현이 저하됨을 알 수 있으며, 비교8의 석고첨가량 25%일 경우 과팽창으로 인해 압축강도가 오히려 저하되는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에서 제시한 석고첨가량 19~21% 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
실험예 7
C12A7 첨가량에 따른 품질특성
C12A7첨가량별 배합조건
구분 초속경시멘트 조성물
조강형시멘트
(분말도4800)		 실리콘 CSA C12A7 무수석고
(9000)		 소석회 유동화제 경화촉진제 응결지연제
비교9 24.0 0.5 33.5 15 21 4 0.5 0.5 1.0
실시1 38.7 0.5 32.5 2 21 4 0.3 0.5 0.5
실시9 34.4 0.5 33.5 5 21 4 0.5 0.5 0.6
실시10 29.3 1.0 33.5 9.5 21 4 0.5 0.5 0.7
C12A7 첨가량별 응결시간, 압축강도시험결과
구분 배합조건 응결시간 압축강도(MPa)
규사 초속경시멘트조성물 물 초결 종결 3hr 1d 3d 7d 28d
비교9 실시1 실시9 실시10
비교9 1350 450 225 급결 급결 - - - - -
실시1 1350 450 225 27 36 42.1 49.2 59.7 65.4 69.8
실시9 1350 450 225 28 40 22.6 39.9 48.6 53.1 57.7
실시10 1350 450 225 10 12 30.4 42.7 49.4 55.7 60.3
비교9의 C12A7가 첨가량이 15%로 과량일 경우, 급격한 반응으로 인해 응결조절에 매우 민감하게 반응하여 작업성 확보에 어려운 문제점이 있는바, 본 발명에서 제시한 C12A7 2.0~9.5% 범위 내에서 첨가되어 지는 것이 바람직하다.
[실험결론]
본 발명은 초속경성의 기능과 함께 실란 및 실리콘을 이용한 고내구성의 초속경혼합시멘트 조성물로서 건축 및 토목부분의 긴급보수 등에 유용하게 사용될 수 있다. 특히 동결융해저항성, 높은 염해침투저항성을 보유하고 있어 동절기에 도로의 결빙을 방지하기 위해 CaCl2를 살포하는 국내 도로환경에 대하여 탁월한 성능을 발현하며, CaCl2에 의한 콘크리트 열화를 원천적으로 보호하여 콘크리트 수명을 연장시킴으로써 비용절감의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (8)

  1. 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물에 있어서,
    클린커(clinker) 90~95%중량부, 이수석고 5.0~10.0%중량부로한 조강형시멘트를 29.3~43.1%중량부, 실록산계 실리콘 0.5~1.0%중량부, 칼슘설포알루미네이트 (3CaO.3Al2O3.CaSO4) 32.5~33.5%중량부, C12A7 2.0~9.5%중량부, 무수석고 19.0~21.0%중량부, 소석회 2.0~4.0%중량부, 유동화제 0.3~0.5%중량부, 경화촉진제 0.1~0.5%중량부, 응결지연제 0.5~0.7%중량부로 조성된 실란 및 실록산계 실리콘을 이용한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 조강형시멘트는 분말도를 4,000~6,000㎠/g로 한 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 실리콘이 실란 및 실록산계 실리콘임을 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, C12A7은 분말도 5,000~6,000㎠/g, Al2O3 43~47%, CaO 51%이하, SiO2 5.5%이하의 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물
  5. 제1항에 있어서, 무수석고는 천연무수석고와 화학무수석고 중에서 선택된 1종 이상의 화합물로, 분말도는 6,000~11,000㎠/g 인 것을 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카본산계 중에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 경화촉진제는 CalciumFormate (Ca(HCOO)2), Li2CO3, CaCl2, K2SO4, Na2CO3 중에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.

  8. 제1항에 있어서, 응결지연제는 타르타르산, 구연산 중에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 고내구성 초속경 혼합시멘트 조성물.

















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