KR101440551B1

KR101440551B1 - 고로슬래그 미분말을 다량 포함하는 ｐｃ 침목용 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR101440551B1
Application number: KR20120156833A
Authority: KR
Inventors: 양준모; 이필구; 이훈하; 조봉석
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-09-16
Also published as: KR20140087268A

Abstract

본 발명은 결합재 400 내지 500kg/m³, 잔 골재 700-900 kg/m³, 굵은 골재 920-1200kg/m³ 및 물 125-150 kg/m³, 혼화재 4-5kg/m³을 포함하며, 상기 결합재는 3종 조강 포틀랜트 시멘트 20 내지 35중량%; 1종 보통 포틀랜트 시멘트 20 내지 25중량%; 및 고로슬래그 미분말 70 내지 99.9중량부 및 탈황슬래그 0.1 내지 30중량부를 포함하는 고로슬래그 미분말 결합재 45 내지 60중량%를 포함하는 PC 침목용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 PC 침목용 콘크리트 조성물은 조강 포틀랜트 시멘트의 사용량을 현저히 줄임에도 불구하고, PC 침목에 대하여 요구되는 조건을 모두 만족시킬 수 있으며, 따라서, 조강 포틀랜트 시멘트의 사용량 감소에 따라 시멘트 제조 공정 중 발생되는 CO₂ 발생량을 감소시킬 수 있다.

Description

고로슬래그 미분말을 다량 포함하는 ＰＣ 침목용 콘크리트 조성물{Concrete Composition for PC Tie Comprising Blast Furnace Slag}

본 발명은 PC 침목용 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고로슬래그 미분말을 시멘트 대체제로서 다량 포함하는 PC 침목용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

철도 침목(枕木)은 레일을 소정 위치에 고정시키고 지지하며 레일을 통하여 전달되는 차량의 하중을 도상에 넓게 분포시키는 역할을 하는 것으로서, 도 1과 같은 구조를 갖는다. 이러한 침목은 도상의 종류 및 침목의 재료에 따라서 여러 가지가 있으나, 현재 자갈 도상에 사용되는 콘크리트 침목은 PC(Prestressed Concrete) 침목만이 사용되고 있으며, 매년 30~40만개의 침목이 PC 침목으로 갱환되고 있다.

PC 침목 생산을 위해서는 PC 강연선의 긴장력 도입을 위한 조기강도가 매우 중요하며, 이를 위해 현재 PC 침목 생산에는 결합재로서 3종 조강시멘트를 100% 사용하고 50℃에서 7시간 유지하는 증기 양생법을 사용하고 있다. 이를 통해 철도표준규격(KRS-TR-0008-11R)에서 규정하고 있는 긴장력 도입 압축강도 35MPa, 28일 강도 50MPa을 만족시키면서 하루에 한 라인의 PC 침목을 생산하고 있다.

그러나, PC 침목용 콘크리트를 제조함에 있어서 결합재로서 조강시멘트를 100% 사용하는 경우, 상기 조강시멘트는 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 가격이 비싸고 이산화탄소를 다량 배출한다는 점에서 친환경 녹색 성장을 위해 부정적인 재료로 인식이 되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 최근 산업부산물인 고로슬래그를 건설 현장에 사용하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

그러나, 상기 고로슬래그를 시멘트 대신 치환하여 사용할 경우 수화열 저감, 수밀성 향상, 유동성 향상, 내구성 향상, 이산화탄소 배출량 저감 등의 많은 이점을 얻을 수 있지만, 강도 발현이 지연되어 PC 침목 생산에 있어 가장 중요한 인자인 조기 긴장력 도입 압축강도(35MPa) 확보에 어려움이 있어 PC 침목에 적용하기 위해서는 고로슬래그 미분말 치환율의 한계가 있는 것이 현실이다.

또한, 일반 PC 침목은 차량에 의한 충격 및 반복 하중으로 인해 설계 수명보다 조기에 파괴되어 유지보수를 위한 추가적인 비용이 많이 발생하고 있는 것이 현실이다.

고로슬래그 미분말을 다량 치환한 PC 침목용 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.

구체적으로는 고로 슬래그 미분말의 활성도를 향상시키고자 자극제를 적정 비율로 포함함으로써 PC 침목용 콘크리트 배합시 결합재인 시멘트를 고로슬래그 미분말로 다량 치환한 PC 침목용 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 PC 침목용 콘크리트 조성물은 결합재 400 내지 500kg/m³, 잔 골재 700-900 kg/m³, 굵은 골재 920-1200kg/m³ 및 물 125-150 kg/m³, 혼화재 4-5kg/m³을 포함하며, 상기 결합재는 3종 조강 포틀랜트 시멘트 20 내지 35중량%; 1종 보통 포틀랜트 시멘트 20 내지 25중량%; 및 고로슬래그 미분말 70 내지 99.9 중량부 및 탈황슬래그 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 고로슬래그 미분말 결합재 45 내지 60중량%를 포함한다.

또한, 상기 PC 침목용 콘크리트 조성물은 강섬유를 30 내지 70kg/m³의 함량으로 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 강섬유는 직경이 0.5 내지 0.9mm이고, 길이가 30 내지 50mm이며, 형상비가 50 내지 75인 것이 바람직하다.

상기 혼화재는 폴리카르본산계 고성능 AE 감수제일 수 있다.

상기 고로슬래그 미분말은 분말도가 2,700 내지 10,000cm²/g인 것이 바람직하다.

상기 고로슬래그 미분말 결합재는 고로슬래그 미분말 결합재 100중량부를 기준으로 석고 0.1 내지 10중량부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 고로슬래그 미분말을 다량 사용하여 PC 침목을 제조함으로써 결합재로서의 조강시멘트의 사용량을 대폭 낮출 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 이산화탄소 배출량을 최소화할 수 있는 친환경적인 PC 침목을 생산할 수 있다.

본 발명에 따르면, 조강 시멘트를 대체하여 고로슬래그 미분말을 다량 사용함에도 불구하고, 조기 강도 발현을 도모할 수 있으며, PC 침목의 휨강도, 휨인성 및 충격강도 등의 물성을 향상시킬 수 있고, 이에 의해 PC 침목의 사용수명 증대 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 PC 침목의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

본 발명은 PC 침목용 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 결합재로서 조강 포틀랜트 시멘트 및 보통 포틀랜트 시멘트와 함께, 고로슬래그 미분말을 다량 포함하는 PC 침목용 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명의 PC 침목 제조용 콘크리트 조성물은 3종 조강 포틀랜트 시멘트를 포함한다. 상기 3종 조강 포틀랜트 시멘트는 PC 침목용으로 통상적으로 사용되는 것으로서, 예를 들면, KS F 5201에 규정된 '포틀랜트 시멘트'의 Type Ⅲ 시멘트의 조건을 만족하는 것이라면 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

상기 3종 조강 포틀랜트 시멘트는 20 내지 35중량%의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. PC 침목 생산을 위해서는 PC 강연선의 긴장력 도입을 위한 조기 압축강도가 매우 중요한데, 조강 포틀랜드 시멘트의 함량이 20중량% 미만으로 포함되는 경우에는 PC 침목으로서 요구되는 조기 압축강도 및 28일 강도를 확보하기가 어렵다. 한편, 본 발명의 콘크리트 조성물은 결합재로서 3종 조강 포틀랜트 시멘트와 함께 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 함께 사용하는바, 3종 조강 포틀랜트 시멘트 사용량이 결합재 중량의 35중량%를 초과하는 경우에는 조강 시멘트를 대체하는 효과가 적으며, 나아가 전체적인 시멘트 사용량이 증대되어, 시멘트 사용량 감소에 따른 CO₂ 저감 효과가 미미하다.

본 발명의 PC 침목 제조용 콘크리트 조성물은 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 포함한다. 상기 1종 보통 포틀랜트 시멘트는 KS F 5201에 규정된 '포틀랜트 시멘트'의 Type Ⅰ 시멘트의 조건을 만족하는 것이라면 특별히 한정하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 고로슬래그 미분말은 스스로 물과 반응하여 수화반응을 하지 않고 알카리 환경 하에서 반응하는 '잠재수경성' 재료이기 때문에 보통 포틀랜트 시멘트가 수화반응을 하여 알카리 환경을 조성한 후에 고로슬래그 미분말이 수화반응을 할 수 있는데, 상기 보통 포틀랜트 시멘트가 이러한 고로슬래그 미분말의 반응 촉진제 역할을 한다. 조강 포틀랜트 시멘트도 이와 같은 역할을 할 수 있으나 고가의 조강 시멘트량을 최소화하기 위해서 보통 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 조강 포틀랜트 시멘트를 사용하지 않고 조강 포틀랜트 시멘트 대신에 보통 포틀랜트 시멘트를 사용할 수 있으나, 이 경우, 조기강도 발현에 문제가 생기고 그 강도에 도달하기 위해 증기 양생 온도를 높이게 되면 증기양생 마감 후 온도 하강 시에 주변과의 온도 차이로 인해 콘크리트의 조기 균열이 발생될 우려가 크다. 따라서, 조강 포틀랜트 시멘트와 함께 보통 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 1종 보통 포틀랜트 시멘트는 결합재 중량에 대하여 20 내지 25중량%의 범위로 포함할 수 있다. 20중량% 미만으로 사용되는 경우에는 고로슬래그 미분말의 수화를 촉진하는 알카리 자극재로서의 역할을 충분히 발휘하기 어려울 수 있으며, 고가의 조강 포틀랜트 시멘트 사용량이 상대적으로 증대된다. 한편, 25중량%를 초과하는 경우에는 조강 포틀랜트 시멘트와의 합계 중량이 증대되어 시멘트 사용량 감소 효과가 미미하며, CO₂ 저감 효과가 반감할 수 있다. 이때, 시멘트 사용량 감소를 위해 조강 포틀랜트 시멘트 사용량을 줄이는 경우에는 상기한 바와 같이 조기강도 발현의 문제가 생기며, 소정의 강도를 구현하기 위해 증기 양생 온도를 높이는 경우에는 콘크리트의 조기 균열을 유발할 수 있다.

본 발명의 PC 침목용 콘크리트 조성물은 상기 조강 포틀랜트 시멘트 및 보통 포틀랜트 시멘트와 함께 고로슬래그 미분말을 결합재로서 사용할 수 있다. 이때, 상기 고로슬래그 미분말 결합재는 고로슬래그 미분말과 함께 반응 촉진재로서 탈황슬래그를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 고로슬래그 미분말은 분말도가 2,700 내지 10,000cm²/g인 것이 바람직하며, 3,000 내지 8,000cm²/g인 것이 보다 바람직하다. 즉, 분말도 2,700cm²/g 수준 이상일 경우에는 경화반응이 용이해지며, 분말도 수준이 10,000cm²/g 초과하면 반응속도가 지나치게 빨라져서 급결하므로 시공성이 매우 떨어질 수 있다.

또한, 상기 고로슬래그는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 통상 20 내지 40중량%의 SiO₂, 20 내지 40중량%의 Al₂O₃, 0 내지 2중량%의 Fe₂O₃, 20 내지 40중량%의 CaO, 5 내지 17중량%의 MgO, 0 내지 5중량%의 MnO 및 0 내지 2중량%의 SO₃를 포함하는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 고로슬래그 미분말은 상기한 바와 같이 반응 촉진제로서 탈황슬래그와 혼합하여 고로슬래그 미분말 결합재로 사용되는 것으로서, 고로슬래그 미분말 결합재 100중량부에 대하여 70 내지 99.9중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 70 내지 99중량부가 보다 바람직하며, 75 내지 95중량부가 더욱 바람직하다. 70중량부 미만 사용하면 급속한 경화로 인해 유도성 저하 문제가 있고, 99.9 중량부를 초과하면초기 경화가 늦어져 경화시간이 과도하게 소요되는 문제가 있다.

한편, 상기 탈황슬래그는 제강공정 중 쇳물에 포함된 불순물 중 황(S)을 제거하는 용선예비처리 단계에서 발생하는 부산물로서, 통상 40 내지 70중량%의 CaO, 10 내지 30중량%의 SiO₂, 5 내지 20중량%의 Al₂O₃, 1 내지 15중량%의 MgO, 0.5 내지 30중량%의 T-Fe 및 0.1 내지 40중량%의 SO₃를 포함한다. 이와 같은 탈황슬래그는 고염기도로 숙성시 분화되어 기존 제강슬래그의 물성을 저하시키는 반면, CaO 성분을 다량 함유하고 있어, 이것을 통상의 고로슬래그 미분말에 혼입할 경우 활성도를 향상시켜 잠재수경성을 촉진할 뿐만 아니라, 이를 통해 콘크리트의 초기 강도를 향상시킬 수 있다.

통상, 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 미분말 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca² ⁺, Al² ⁺ 등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 상기 탈황슬래그를 혼입한 후, 물을 투입하면, 탈황슬래그가 함유하고 있는 CaO 및 Ca(OH)₂로부터 생성된 OH^-와 탈황슬래그 내의 S가 SO₄ ² ^- 등의 황산염으로 전환되어 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca² ⁺, Al² ⁺ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출된 이온들이 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화를 빠르게 촉진하여, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 에트린가이트 수화생성물(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·12H₂O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화체의 압축강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 탈황슬래그는 전체 고로슬래그 미분말 조성물 100중량부에 대하여 0.1 내지 30중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 1 내지 30중량부를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 5 내지 25중량부를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 탈황슬래그의 함량이 0.1중량부 미만인 경우에는 고로슬래그 미분말의 반응 촉진 효과가 부족하여 조기강도 증진 및 유동성 향상 효과가 거의 없고, 30중량부를 초과하는 경우에는 반응성이 과잉 촉진되어 유동성에 무리가 있어 시공이 불량하다.

본 발명에서 상기 고로슬래그 미분말 조성물에 반응촉진재로서 석고를 추가로 포함할 수 있으며, 또한 수축 저감재 역할을 한다. 단기적으로는 수축 저감에 따른 문제의 우려는 없으나 장기적으로는 수축 균열이 발생할 우려가 있으므로, 석고 활용에 의한 수축 저감이 바람직하다. 상기 석고는 특별히 한정하지 않으나, 25 내지 40중량%의 CaO, 30 내지 60중량%의 SO₃ 및 잔부의 물을 포함한다.

상기 석고는 고로슬래그 미분말 결합재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 1 내지 7중량부를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 석고의 함량이 0.1중량부 미만인 경우에는 수축저감의 효과가 나타나지 않고, 10 중량부를 초과하면 에트린가이트 수화생성물이 과도하게 발생되어 과팽창의 우려가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 결합재는 3종 조강 포틀랜트 시멘트, 1종 보통 포틀랜트 시멘트 및 상기 고로슬래그 미분말 결합재를 포함한다. 이때, 상기 고로 슬래그 미분말 결합재는 결합재 총 중량에 대하여 45 내지 60중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 고로 슬래그 미분말 결합재가 45중량% 미만으로 포함되는 경우에는 시멘트 사용량이 상대적으로 증대되어, CO₂ 저감의 효과가 감소하게 된다. 45중량% 이상 포함하는 경우, 시멘트 사용량을 줄이면서도 PC 침목용 콘크리트에 대하여 요구되는 휨강도, 휨인성 및 충격 강도 등의 물성 조건을 만족시킬 수 있으며, 또한, 조기 강도를 발현시킬 수 있다. 그러나, 60중량%를 초과하는 경우에는 시멘트 사용량을 줄일 수 있으나, 지나치게 많은 고로슬래그 분말의 사용으로 인해 상대적으로 강도 발현이 지연되어 조기 긴장력 도입 압축강도(35MPa) 확보에 어려움이 있으며, 어 PC 침목에 적용하기가 부적합할 수 있다.

본 발명의 PC 침목용 콘크리트 조성물은 결합재로서, 상기와 같은 조강 포틀랜트 시멘트, 1종 보통 포틀랜트 시멘트 및 고로슬래그 미분말을 결합재로 사용하며, 이와 함께, 잔골재, 굵은 골재, 감수제 및 물을 포함한다.

본 발명의 콘크리트 조성물은 상기와 같은 결합재에 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 PC 침목용 콘크리트 조성물의 재료들의 배합비는 특별히 한정하지 않으나, 콘크리트 조성물 1m³ 당 물 125~150kg, 상기 결합재 400 내지 500kg, 잔골재 700 내지 900kg, 굵은 골재 920 내지 1200kg 및 감수제 4-5kg을 배합하여 조성할 수 있다.

상기 감수제는 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 감수제를 사용할 수 있다. 구체적으로는 폴리카르본산계의 감수제를 사용할 수 있다.

나아가, 본 발명의 콘크리트 조성물은 강섬유를 30-70kg/㎥ 포함할 수 있다. 이와 같은 강섬유는 PC침목의 휨균열강도, 전단강도뿐만 아니라 철도에 의해 레일에 전달되는 충격 및 피로 하중에 대한 저항 성능을 크게 향상시키기 위한 것으로 강섬유 혼입을 통해 PC침목의 내구수명을 2배 이상 향상시킬 수 있다. 이와 같은 강섬유가 30kg/㎥ 미만으로 첨가되는 경우, 휨균열 강도, 전단강도, 충격 및 피로저항 성능 향상 효과가 적으며, 70kg/㎥을 초과하는 경우에는 추가 첨가에 따른 성능 향상 효과의 증대가 크지 않으며, 슬럼프가 작아 작업성이 매우 떨어지고, 강섬유가 뭉치는 화이어 볼 현상을 초래할 수 있다. 또한, 상기 강섬유는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 직경이 0.5 내지 0.9mm이고, 길이가 30 내지 50mm, 형상비가 50 내지 75인 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명에 대한 일 예로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.

본 실시예에서 사용된 각 성분은 다음과 같다.

- 3종 조강 포틀랜트시멘트: KS F 5201 '포틀랜트 시멘트'의 Type Ⅲ 시멘트

- 1종 보통 포틀랜트시멘트: KS F 5201 '포틀랜트 시멘트'의 Type Ⅰ 시멘트

- 고로슬래그 미분말: 평균 분말도 4000㎠/g,

- 자갈, 모래: KS F 2526 '콘크리트용 골재'의 품질특성을 모두 만족하는 것으로서, 자갈은 쇄석 골재, 모래는 세척 해사 사용.

- 혼화제: 비교예 1은 나프탈렌계 감수제, 실시예 1 내지 6은 폴리카르본산계 고성능 AE 감수제 사용.

- 강섬유: 직경 0.5mm, 길이 30mm의 후크타입(hook type) 강섬유

실시예 1

실험실에서 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비로 PC 침목용 콘크리트 조성물을 배합하였다. 각 조성물을 KS F 2403 '콘크리트 강도 시험용 공시체 제작 방법'에 따라 압축강도용 공시체를 제작한 후 증기양생 시험기에서 양생을 실시하였다. 증기양생은 15℃/h의 속도로 약 2시간 동안 온도상승, 7시간 동안 50℃ 유지, -10℃/h의 속도로 상온까지 온도하강의 순으로 진행하였다.

콘크리트 타설 후 16시간 후에 긴장력 도입강도를 KS F 2405 '콘크리트 압축 강도 시험 방법'에 따라 측정하였다. 이에 따른 측정 결과를 표 1에 나타내었다.

구 분	단위중량 (kg/m³)							압축강도 (MPa)
구 분	물	3종시멘트	1종시멘트	고로슬래그	모래	자갈	혼화제	압축강도 (MPa)
비교예 1	134	415	0	0	814	1006	4.15	54.2
발명예 1	133	133	93	217	798	986	4.87	51.8
발명예 2	140	140	98	229	781	965	4.67	48.8
발명예 3	147	147	103	239	764	943	4.89	51.9
발명예 4	147	122	110	256	764	943	4.89	51.7
발명예 5	147	98	117	274	764	943	4.89	54.6

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발명예 1 내지 5는 모두 긴장력 도입 조기 압축강도가 35MPa를 모두 만족하는 것으로서, PC 침목용으로 요구되는 요건을 만족함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 시멘트 사용량을 현저히 저감시키면서도 우수한 물성을 갖는 PC 침목을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

(나) 제작장 조건

실제 PC 침목이 제작되는 제작장 조건에서 일반 PC 침목 배합표(비교예1)과 실험실 조건 실험결과 가장 우수한 압축강도 값을 나타내는 발명예 5와 동일한 조성비로 PC 침목용 콘크리트 조성물을 배합하였다. 나아가, 상기 발명예 5와 동일한 조성에 강섬유를 추가로 혼입한 한 후 PC 침목용 콘크리트 조성물을 배합하였다(발명예 6).

한편, 비교를 위해 3종 조강 포틀랜트 시멘트를 결합재로서 100% 사용한 비교예 1에 대하여도 동일하게 수행하였다. 제작장 조건 하에서의 각각의 배합비를 다음 표 2에 나타내었다.

구 분	단위중량 (kg/m³)
구 분	물	3종시멘트	1종시멘트	고로슬래그	모래	자갈	혼화제	강섬유
비교예 1	134	415	0	0	814	1006	4.15	0
발명예 5	147	98	117	274	764	943	4.89	0
발명예 6	147	98	117	274	764	943	4.89	58.8

상기 얻어진 PC 침목용 콘크리트 조성물을 KS F 2403 '콘크리트 강도 시험용 공시체 제작 방법'에 준하여 압축강도용 공시체를 제작하였다.

제작된 공시체는 PC 침목 제작장 테이블 하단에 배치하여 실제 생산되는 PC 침목과 동일한 조건하에서 7시간 동안 50℃를 유지하면서 양생하였다. 콘크리트 타설 후 16시간 후의 긴장력 도입 압축강도와 28일 압축강도를 KS F 2405 '콘크리트 압축강도 시험 방법에 준하여 측정하였다. 압축강도 측정 결과를 표 3에 나타내었다.

구 분	16시간 압축강도(MPa)	28일 압축강도(MPa)
비교예 1	37.7	59.7
실시예 5	41.5	54.0
실시예 6	44.9	58.2

표 3의 압축강도 측정 결과로부터, 본 발명에 따라, 결합재로서 조강 포틀랜트 시멘트와 함께 1종 포틀랜트 시멘트 및 고로슬래그 미분말 결합재를 혼합하여 사용하더라도 철도표준규격(KRS-TR-0008-11R)에서 규정하고 있는 긴장력 도입 압축강도 35MPa, 28일 압축강도 50MPa 기준을 만족함을 알 수 있다. 나아가, 비교예 1에 비하여 16시간 후의 긴장력 도입 초기 압축 강도 값에 있어서는 보다 향상된 결과를 나타내어, PC 침목에 있어서 가장 중요하게 요구되는 긴장력 도입 압축강도의 향상을 도모할 수 있다.

나아가, 발명예 6으로부터는, 강섬유를 혼입함으로써 얻어지는 PC 침목의 압축강도가 더욱 향상되며, 28일 압축강도에 있어서도 비교예 1과 대등한 값을 나타냄을 알 수 있다.

이와 같은 결과로부터, 종래 PC 침목 제조를 위해 결합재인 조강 포틀랜트 시멘트의 상당 부분을 고로 슬래그 미분말로 대체할 수 있으며, 이에 의해 조강 포틀랜트 시멘트의 사용으로 인하여 발생되는 CO₂의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있다.

Claims

결합재 400 내지 500kg/m³, 잔 골재 700-900 kg/m³, 굵은 골재 920-1200kg/m³ 및 물 125-150 kg/m³, 혼화재 4-5kg/m³을 포함하되,
상기 결합재는 결합재 총 중량 기준 3종 조강 포틀랜트 시멘트 20 내지 35중량%; 1종 보통 포틀랜트 시멘트 20 내지 25중량%; 및 고로슬래그 미분말 결합재 45 내지 60중량%를 포함하고,
상기 고로슬래그 미분말 결합재는 고로슬래그 미분말 결합재 100 중량부를 기준으로 고로슬래그 미분말 70 내지 99.9중량부 및 탈황슬래그 0.1 내지 30중량부를 포함하는 PC 침목용 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 콘크리트 조성물은 강섬유를 30 내지 70kg/m³의 함량으로 더 포함하는 PC 침목용 콘크리트 조성물.
제2항에 있어서, 상기 강섬유는 직경이 0.2 내지 0.9mm이고, 길이가 30 내지 50mm이며, 형상비가 50-75인 PC 침목용 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 혼화재는 폴리카르본산계 고성능 AE 감수제인 PC 침목용 콘크리트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 고로슬래그 미분말은 분말도가 2,700 내지 10,000cm²/g인 PC 침목용 콘크리트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고로슬래그 미분말 결합재 100중량부를 기준으로 석고 0.1 내지 10중량부를 더 포함하는 것인 PC 침목용 콘크리트 조성물.