KR101461190B1 - 자기치유 터널 라이닝 콘크리트 - Google Patents

자기치유 터널 라이닝 콘크리트 Download PDF

Info

Publication number
KR101461190B1
KR101461190B1 KR1020140030974A KR20140030974A KR101461190B1 KR 101461190 B1 KR101461190 B1 KR 101461190B1 KR 1020140030974 A KR1020140030974 A KR 1020140030974A KR 20140030974 A KR20140030974 A KR 20140030974A KR 101461190 B1 KR101461190 B1 KR 101461190B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
concrete
self
healing
weight
water
Prior art date
Application number
KR1020140030974A
Other languages
English (en)
Inventor
안상욱
정경선
박동철
박재범
양완희
이정우
황지순
황무연
Original Assignee
주식회사 인트켐
정경선
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 인트켐, 정경선 filed Critical 주식회사 인트켐
Priority to KR1020140030974A priority Critical patent/KR101461190B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101461190B1 publication Critical patent/KR101461190B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/06Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0675Mortars activated by rain, percolating or sucked-up water; Self-healing mortars or concrete
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/06Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08Flue dust, i.e. fly ash
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04Portland cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/32Aluminous cements
    • C04B7/323Calcium aluminosulfate cements, e.g. cements hydrating into ettringite
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04Lining with building materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482Coating or impregnation materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

본 발명은 콘크리트에 혼입되면 물 및 이산화탄소와 반응하여 자기치유 수화물을 생성하는 콘크리트 혼화재로서 건조수축 저항성과 조강성을 개선시킨 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재와, 이를 바람직하게 이용한 자기치유 터널 라이닝 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재는, 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물, 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물 15~85중량%, 수용성 무기질계 겔화재 5~25중량%, 알칼리 설페이트 5~45중량%, 알루민산나트륨 5~25중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트는, 시멘트, 플라이애시, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재를 포함하여 조성된 결합재로 배합하는 것을 특징으로 한다. 여기서 결합재는 시멘트 70~91중량%, 플라이애시 5~25중량%, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재 4~8중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하며, 나아가 폴리카르본산계 혼화제를 전체 결합재의 0.5~2중량% 더 포함시켜 배합하는 것이 바람직하다.

Description

자기치유 터널 라이닝 콘크리트{Self-Healing Tunnel Lining Concrete}
본 발명은 콘크리트에 혼입되면 물 및 이산화탄소와 반응하여 자기치유 수화물을 생성하는 콘크리트 혼화재로서 건조수축 저항성과 조강성을 개선시킨 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재와, 이를 바람직하게 이용한 자기치유 터널 라이닝 콘크리트에 관한 것이다.
콘크리트는 지구상에서 가장 널리 사용되고 있는 재료로, 토목 및 건축, 플랜트에 이르기까지 대부분의 구조물은 콘크리트를 사용하여 건설되고 있다. 콘크리트는 타설이나 성형 후 일정 기간이 경과하면, 그 성능이 점차 저하하고 노후되므로 콘크리트 구조물은 항상 보수나 보강과 같은 일정한 유지관리 활동을 해야 한다. 콘크리트의 성능저하에 결정적 영향을 미치는 것이 콘크리트에 발생하는 균열(crack)인데, 콘크리트에 균열(crack)이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 외기나 수분, 화학 성분이 침투하여 콘크리트의 성능저하가 더욱 촉진된다. 나아가 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트가 탈락하는 현상이 일어나고, 또한 철근 부식에 의해 철근단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 종국에는 구조물이 붕괴하는 정도까지 이를 수 있다.
콘크리트 구조물에 손상이 있으면 콘크리트 구조물의 성능이 설계 내용연수에 미치지 못하므로, 콘크리트 구조물의 유지관리를 위해 콘크리트 구조물의 시공시 균열을 제어할 수 있는 공법이나 다양한 방법의 보수공법을 도입할 필요가 있다. 균열제어공법은 균열발생을 저감할 수 있는 각종 섬유를 콘크리트에 혼입하여 타설하거나 와이어매시(Wire mesh)를 콘크리트 구조물 내부에 설치하는 방법이고, 균열보수공법은 열화된 기존 콘크리트를 제거하고, 시멘트 재료에 고분자 수지 등을 혼입하여 물리성능 및 내구성, 작업성 등을 다소 향상시킨 폴리머 시멘트 모르타르를 충진하여 보수하는 방법이다.
그런데 기존의 균열제어공법은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 완벽히 방지하지 못하므로 추가적인 보수가 필요하여 근본적인 대책이 될 수 없다. 또한 균열보수공법은 보수된 부분도 추가적인 균열이 발생할 수 있어 지속적인 유지관리가 필요한 단점이 있으며, 특히 터널이나 지하구조물 같이 지표면 아래에 설치되는 콘크리트 구조물의 경우 지하수의 활동에 따라 균열부를 통해 누수 현상이 발생하여 이에 대해 보수공사를 진행할 경우 구조물의 지속적인 활용에 제약이 되고 막대한 공사기간과 비용이 발생하는 문제가 있다. 이러한 기존 콘크리트 구조물의 균열제어공법이나 균열보수공법의 문제를 개선하고자 자기치유 콘크리트에 대한 기술이 제안되었다. 자기치유 콘크리트 기술은 콘크리트 구조물에 균열이 발생할 경우 콘크리트 스스로 복원하고 치유하기 때문에 추가적인 보수공사가 필요하지 않은 기술로서, 콘크리트의 사용기간을 연장시키고 유지관리 비용을 절감할 수 있다.
기존 자기치유 콘크리트 기술은 팽윤재, 팽창재, 탄산화제로 구성된 혼화재를 이용하는 방식이다. 균열이 발생한 콘크리트에 물이 침투하면 팽윤재와 팽창재가 물과 반응하여 팽윤 및 팽창 작용을 하여 균열이 복원되도록 하고, 침투된 이산화탄소(CO2)에 의해 탄산화제가 탄산화 반응을 하여 복원된 균열부를 더욱 밀실하고 안정하게 치유하는 작용을 하게 한 것이다. 다시 말해 팽윤제는 균열부를 통해 콘크리트 내부에 침투된 수분과 반응하여 팽윤하기 때문에 균열부에 팽창성 반응물의 점착이 유도되며, 팽창재는 침투된 수분과 반응하여 팽창성 수화물을 생성하기 때문에 균열부가 복원되며, 균열부의 복원과정에서 이산화탄소(CO2)가 공급되어 탄산화제에 의해 탄산화 반응물이 생성되기 때문에 치유속도 개선 및 균열부 경도 증진네 기여하게 되는 것이다. 그러나 기존 자기치유 콘크리트 기술은 콘크리트 타설 초기에 팽윤제의 영향으로 유동성 감소와 지연제의 활용과 팽윤제의 활용으로 콘크리트 초기강도가 저하하는 문제가 있다. 이러한 기존 자기치유 콘크리트 기술의 문제를 개선하고자 특허 제10-1303622호가 개발된 바 있다.
특허 제10-1303622호에서는 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨(NaAlO2), 수용성 실리카를 포함하여 조성된 자기치유 특성의 콘크리트 혼화재가 제안되고 있다. 이러한 혼화재는 팽윤제를 사용하지 않기 때문에 콘크리트의 유동성 저하 방지가 가능하며, 나아가 초기의 시멘트 수화반응을 촉진하므로 조기강도 성능 확보에도 유리하다.
한편 터널 라이닝은 터널의 가장 내측에 무근 또는 철근 콘크리트로 시공되는 부분이다. 터널 라이닝에는 외부 작용하중에 의해 인장응력의 증가로 발생하는 균열보다는 주로 건조수축 등의 콘크리트 자체의 특성에 따라 발생하는 균열이 많다. 이러한 특성에 따라 콘크리트의 인장응력과 인장강도가 같아질 때 균열이 발생하게 되며, 철근 등의 보강을 실시하여도 균열의 발생을 피할 수는 없다. 특히, 콘크리트 경화온도 강하에 따른 온도신축, 터널 내 온도의 변화에 따른 온도신축, 터널 내 습도의 저하에 의한 건조수축, 콘크리트 라이닝의 두께 부족, 슬럼프(Slump)가 큰 콘크리트의 타설, 콘크리트 라이닝과 원지반과의 사이의 공극에 의한 휨모멘트 혹은 편압의 발생, 수화열에 의한 자기수축 또는 재료분리에 의한 건조수축으로 초기 균열 발생, 콘크리트 라이닝 타설시 천장부의 처짐에 의한 콘크리트 라이닝 두께 부족, 콘크리트 라이닝 타설시 천단부의 배면공동에 의한 콘크리트 라이닝 두께 부족 등이 균열 발생의 주된 원인이 된다.
본 발명은 기존 자기치유 콘크리트 기술을 개선하여 더욱 효과적인 자기치유성능을 발현하면서도 건조수축 저항성과 조기강도 개선에 유리하여 라이닝 콘크리트에 바람직하게 적용할 수 있는 새로운 자기치유 콘크리트 혼화재를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 균열저항성과 자기치유성, 유동성 개선, 재료분리 저항성, 수화열 저감이 가능하여 우수한 내구연한을 발휘하는 라이닝 콘크리트를 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 물 및 이산화탄소와 반응하여 자기치유 수화물을 생성하는 콘크리트 혼화재로서, 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물, 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재를 제공한다. 여기서 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물은 4CaO3Al2O3SO3가 50% 이상 포함된 것으로 채택하고, 수용성 무기질계 겔화재는 Al2(SO4)3, AlK(SO4)2 중에서 하나 이상 채택하고, 알칼리 설페이트는 CaSO4, CaSO42H2O, CaSO41/2H2O 중 하나 이상 35~70중량%와 Na2SO4, K2SO4 중 하나 이상 30~65중량%로 채택하는 것이 바람직하다. 나아가 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물 15~85중량%, 수용성 무기질계 겔화재 5~25중량%, 알칼리 설페이트 5~45중량%, 알루민산나트륨 5~25중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 시멘트, 플라이애시, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재를 포함하여 조성된 결합재로 배합하는 것을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트를 제공하며, 여기서 결합재는 시멘트 70~91중량%, 플라이애시 5~25중량%, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재 4~8중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하며, 나아가 폴리카르본산계 혼화제를 전체 결합재의 0.5~2중량% 더 포함시켜 배합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 콘크리트 혼화재는 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물, 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨로 구성되기 때문에, 건조수축 저항성과 자기치유성능 발휘가 가능하며, 나아가 초기의 시멘트 수화반응을 촉진하여 조기강도 성능 확보에도 기여한다.
둘째, 본 발명에 따른 터널 라이닝 콘크리트는 재료분리 저항성, 건조수축 저항성, 자기치유성, 수화열 저감, 유동성 개선에 효과적이기 때문에 우수한 내구연한을 발휘하는 터널 구조물로 완성할 수 있다.
도 1은 콘크리트 블리딩 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 콘크리트 수화열 시험 모델을 도시한다.
도 3은 콘크리트 수화열 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 콘크리트 투수시험 모델을 도시한다.
도 5는 콘크리트 투수시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 콘크리트 길이변화 시험 걸과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 물 및 이산화탄소와 반응하여 자기치유 수화물을 생성하는 자기치유 특성의 콘크리트 혼화재에 관한 것으로 에트링자이트(Ettringite) 생성계 팽창성 무기광물, 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨(NaAlO2)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 콘크리트 혼화재는 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물 15~85중량%, 수용성 무기질계 겔화재 5~25중량%, 알칼리 설페이트 5~45중량%, 알루민산나트륨 5~25중량%로 조성하는 것이 반응성과 경제성을 고려할 때 바람직하다.
에트링자이트(Ettringite) 생성계 팽창성 무기광물은 아래 반응식에서와 같이 시멘트와 반응하여 팽창성 수화물인 Ettringite 생성하는 것으로, 콘크리트 건조수축을 저감시켜 균열방지에 기여하고, 혼화재 제조과정에서 DryMixing 시 제조성 확보에 기여하며, 더불어 콘크리트 혼합시 혼화재를 균질하게 분산시켜 혼화재의 안정적인 성능 발현에 기여한다. 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물은 4CaO3Al2O3SO3가 50% 이상 포함된 것이 바람직한데, 이는 반응성을 고려한 결과이다.
4CaO3Al2O3SO3 + 8CaSO4 + 6CaO + 96H2O =>3(3CaOAl2O33CaSO432H2O)
위 반응식에서 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물인 4CaO3Al2O3SO3는 CSA이고, CaSO4는 시멘트나 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물에 포함된 석고원 또는 알칼리 설페이트로부터 공급되며, CaO는 포틀랜드 시멘트의 Ca(OH)2로 공급되며, H2O는 콘크리트 배합수가 된다.
수용성 무기질계 겔화제는 무기질계 응집제로서 초기에는 물리화학적 응집 현상에 기여하고 경화 후에는 겔화 형태를 유지하여 수분이 공급시 이온의 용출을 통하여 delayed ettringite 생성하는 작용을 한다. 가령 수용성 무기질계 겔화제의 대표격인 황산알루미늄(Al2(SO4)3·xH2O)은 무기전해질로서 물에 용해되어 액체 속의 입자의 표면전위를 거의 0에 가깝게 하여 입자 상호 간의 전기적 반발력을 없애 줌으로써 고점도의 응집현상을 일으키고, 더불어 물에 용해되어 SO42 - 이온과 Al3 + 이온을 공급함으로써 시멘트 수화물 중의 Ca(OH)2에서 Ca2 + 이온과 반응하여 Ettringite(3CaO·Al2O3·3Ca(SO)4·32H2O) 생성에 기여한다. 수용성 무기질계 겔화제는 황산알루미늄과, 황산칼륨알루미늄(AlK(SO4)2·xH2O) 중에서 하나 이상 채택하면 적당하며, 반응성을 고려할 때 비중이 1.5~1.9이고, 용해도가 8%이상(25℃)이 며 Al2O3함량이 15%이상 것이 바람직하다.
알칼리 설페이트는 아래 반응식에서와 같이 수분이 공급되면 팽창성 수화물(ettringite, 3CaO·Al2O3·3Ca(SO)4·32H2O)을 생성하여 균열부를 복원하는데 기여한다.
3R2SO4+3CaO·Al2O3 + 3Ca(OH)2 + 32H2O -> 3CaO·Al2O3·3Ca(SO)4·32H2O + 6R(OH)
위 반응식에서 3CaO·Al2O3, 3Ca(OH)2는 시멘트 성분에서 공급되는데, 시멘트의 수화반응 초기에 시멘트의 3CO·Al2O3가 설페이트 이온(SO42 -)과 급격하게 반응하기 때문에 xCaO·yAl2O3·zH2O가 생성되는 수화반응이 지연되면서 유동성이 확보된다. 또한 재령 초기에는 아래 반응식에서와 같이 알칼리 환경을 제공하여 시멘트의 수화반응을 촉진함으로써 강도 증진에도 기여한다.
(XCaO + YSiO2 + ZH2O)(Condition : pH 12~13) -> xCaO·yAl2O3·zH2O
위 반응식에서 CaO, SiO2는 시멘트 성분에서 공급되며, pH 12~13의 환경은 Alkali Sulfate의 용해에 의한 ROH의 생성으로 pH가 12~13의 조건이 되며, 또한 시멘트의 수화과정에서 발생하는 Ca(OH)2의 생성도 pH 조건에 기여한다. 이러한 반응을 통해 생성되는 칼슘실리케이트 수화물 xCaO·yAl2O3·zH2O은 강도발현을 하는 대표적인 시멘트 수화물로 우수한 강도를 발현한다.
알칼리 설페이트는 CaSO4, CaSO42H2O, CaSO41/2H2O 중 하나 이상 35~70중량%와 Na2SO4, K2SO4 중 하나 이상 30~65중량%를 혼합하여 사용하는 것이 반응성을 고려할 때 바람직하다.
알루민산나트륨(Al2O3·nNa2O)은 일반적으로 물에 용해되면 NaOH와 Al(OH)3를 생성하여 알칼리성을 나타내는데(Al2O3·nNa2O + 5H2O -> xNaOH + yAl(OH)3), 이때 생성되는 NaOH는 시멘트 페이스트의 pH를 높여 시멘트의 수화반응을 촉진함으로써 칼슘실리케이트 수화물(xCaO·yAl2O3·zH2O)을 신속하게 생성시켜 자기치유 석출물의 초기 석출 및 성장에 기여하며, Al(OH)3는 황산알루미늄과 함께 Ettringite 생성하여 초기재령 강도 증진에 기여한다. 알루민산나트륨은 화학식이 Al2O3nNa2O(n=1.3~1.8)이고, Na2O 함량이 35중량%이상이고, 겉보기밀도가 0.4~0.7g/㎤d인 것이 반응성을 고려할 때 바람직하다.
상기와 같은 구성의 자기치유 콘크리트 혼화재는 시멘트 및 플라이애시와 함께 결합재로 사용하여 터널 라이닝용 콘크리트로 배합할 수 있다. 이 경우 시멘트 70~91중량%, 플라이애시 5~25중량%, 자기치유 콘크리트 혼화재 4~8중량%를 포함하여 조성하는 것이 바람직하다. 이러한 배합범위는 터널 라이닝용으로 적합한 요구성능을 만족시키면서 경제성 등을 고려한 결과이다. 특히 플라이애시의 혼합으로 수화열 저감과 유동성 증진을 기대할 수 있고, 더불어 자기치유 혼화재의 혼합으로 균열 저항성, 조강성, 건조수축 저항성, 유동성 개선을 기대할 수 있다. 나아가 폴리카르본산계 혼화제를 전체 결합재의 0.5~2중량% 더 포함시켜 배합할 수 있는데, 콘크리트의 단위수량 저감, 콘크리트의 건조수축 저감, 재료 분리 저항성 증대에 기여한다.
이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 자기치유 스마트 콘크리트 특성
1. 콘크리트 배합
아래 [표 1]의 콘크리트 혼화재와 [표 2]의 결합재를 이용하여 [표 3]과 같이 콘크리트 배합하였다.
콘크리트 혼화재 조성
구분 조성비(%) 비고
Ettringite 생성계 팽창성 혼화재 62 비중 : 2.86, 분말도 : 3,860㎠/g,
Al2O3함량 12.9%인 4CaO3Al2O3SO3
수용성
무기질계
겔화재
7 비중: 1.69, 용해도: 11%(25℃),
Al2O3함량 17%인 Al2(SO4)3
알칼리 설페이트
(Alkali Sulfate)
23 Na2SO4 99.0% 이상의 무수황산나트륨
알루민산나트륨
(Sodium Aluminate)
8 Na2O 함량: 42%, Al2O3nNa2O(n=1.4),
겉보기밀도: 0.6g/㎤ 인 알루민산나트륨
100 -
결합재 조성
구분 조성비(%) 비고
보통 포틀랜드 시멘트 84 비중: 3.15, 분말도: 3,419㎠/g
플라이애시 10 비중: 2.22, 분말도: 3,018㎠/g
자기치유 혼화재 6 표 1
100 -
콘크리트 배합
구분 W/B
(%)
S/a
(%)
단위재료사용량(kg/)
결합재
(OPC/FA/SH)
배합수 굵은골재 잔골재 혼화제(%)
비교예 49.9 50.2 337/- /- 168 877 874 나프탈렌계 AE감수제 0.7
실시예 48.3 50.2 283/34/20 163 884 881 폴리카르본산계 AE감수제 0.7
*OPC: 1종 보통 포틀랜드 시멘트(비중 3.15g/, 분말도 3,419/g)
*FA: Fly ash(비중2.22, 분말도 3,018/g)
*SH: Self healing admixture(표 1)
*굵은 골재: 비중 2.61, 최대치수 25mm인 부순자갈
*잔골재: 비중 2.58 세척사
2. 콘크리트 물성
[표 3]의 콘크리트에 대해 유동성, 압축강도를 시험하였으며, 그 결과는 아래 [표 4]와 같다.
콘크리트 물성
구분 공기량(%) Slump(mm) 압축강도(MPa)
3일 7일 28일
비교예 4.5 175 15.8 21.8 31.4
실시예 4.3 235 16.4 22.4 32.2
위의 [표 4]에서와 같이 압축강도 시험결과는 실시예의 3일 압축강도가 비교예보다 약 4%정도 우수한 결과를 나타냈으며, 28일 압축강도는 약 3%정도 우수한 결과를 나타냈다. 공기량 시험결과는 비교예와 실시예에서 서로 유사한 결과를 나타냈다. Slump 시험결과는 실시예에서 235mm를 나타내어 175mm를 나타낸 비교예에 비해 월등히 우수한 결과를 나타냈는데, 폴리카르본산계 혼화제의 사용으로 단위 수량을 일부 저감하고도 유동성은 자기충전이 가능한 수준으로 향상된 것을 알 수 있다.
3. 콘크리트 재료분리 저항성
[표 3]의 콘크리트에 대해 재료분리 저항성(블리딩) 시험을 수행하였다. 재료분리 저항성(블리딩) 시험은 'KS F 2414 콘크리트의 블리딩 시험방법'에 따라 실시하였으며, 그 결과는 아래 [표 5] 및 도 1과 같이 나타냈다.
블리딩 시험 결과
시간(min) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
비교예(ml) 1.9 4.7 7.5 10.4 14.1 15.3 19.6 25.9 29.2 34.3 37.2 37.7 37.7
실시예(ml) 1.7 4.4 7.0 9.6 13.1 14.5 16.3 23.5 27.3 30.5 32.6 32.8 32.9
[표 5] 및 도 1에서 보는 바와 같이 블리딩 측정결과, 자기치유 혼화제를 사용한 실시예가 비교예보다 약 13%정도 개선된 것으로 확인되었다.
4. 콘크리트 수화열 실험
도 2와 같은 모델로 콘크리트 수화열 시험을 수행하였다. 수화열 시험에서 콘크리트는 0.4m×0.4m×0.4m로 크기로 타설하고 단열재는 5cm 두께의 발포 폴리스틸렌을 사용하였으며, 콘크리트 타설 후 열전대를 설치하고 데이터로그를 통해 수화열을 측정하였다. 수화열 측정 결과는 아래 [표 6] 및 도 3과 같이 나타냈다.
수화열 시험 결과
시간
(hr)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54
비교예
(℃)
16 16 16 16 17 17 16 18 20 24 28 32 35 39 42 44 47 49 51 52 53 54 54 54 54 54 54
실시예
(℃)
18 17 16 16 17 19 21 23 27 29 31 33 36 37 40 42 44 45 47 47 47 48 48 48 48 48 47
외기
온도
(℃)
20 22 23 22 22 22 23 22 19 23 22 22 22 22 22 22 23 22 21 22 23 23 22 23 22 23 23
위 [표 6] 및 도 3에서 보는 바와 같이 수화열 측정결과, 약 44시간을 전후하여 최고 수화열 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있었는데, 실시예가 비교예보다 수화열이 감소하는 것으로 나타났다. 특히 비교예의 최고온도가 54.3℃인데 비해 실시예의 최고온도는 48.3℃로 최대 6.0℃ 정도 차이가 나는 것으로 확인되었다.
5. 콘크리트 균열 후 투수량 시험
도 4와 같은 모델로 투수시험을 실시하였다. 먼저 할렬된 투수시험용 콘크리트 시험체에 투수용기를 끼워 넣고 투수용기와 시험체 연결면을 실링한 다음, 실링된 투수시험용 콘크리트 시험체(Ø100×H200mm) 상부에 일정한 높이(12cm, 수압 1.2Kpa)의 물을 투수시킨다. 이어 투수 시작과 함께 일정한 시간 동안 지속적으로 시험체 상부의 물 높이를 유지하고 투수하며, 재령에 따라 시험체를 통과하여 투수된 물의 양을 일정한 시간(5분)동안 측정한다. 투수시험 결과는 아래 [표 7] 및 도 5와 같이 나타냈다.
콘크리트 투수 시험 결과
재령(일) 비교예 실시예
투수량(ml) 투수율(%) 투수량(ml) 투수율(%)
0일 0.41 100% 0.32 100%
1일 0.29 71% 0.13 41%
3일 0.21 51% 0.05 16%
7일 0.19 46% 0.023 7%
14일 0.17 41% 0.014 4%
28일 0.17 41% 0.008 3%
[표 7] 및 도 5에서 보는 바와 같이, 비교예의 1일차 투수량은 0.29/s로 초기대비 71%의 투수율이 측정되고 28일은 41%의 투수율이 측정된데에 비해, 실시예의 1일차 투수량은 0.13/s로 초기대비 41%의 투수율이 측정되고 28일은 3%의 투수율이 측정되어, 실시예가 비교예 보다 균열후 자기치유 특성이 우수한 것으로 나타났다.
6. 콘크리트 건조수축 저항성(길이변화 스트레인게이지)
길이변화 시험은 100×100×100mm의 각주 시험체를 제작하여 이틀간 기중양생을 실시한 후 60mm 부착형 스트레인게이지를 사용하여 온도 20±2℃, 상대습도 60±5%의 항온항습실에서 60일간 연속 측정하였다. 측정 결과 아래 [표 8] 및 도 6과 같이 나타냈다.
콘크리트 건조수축 저항성 시험 결과
구분 28일(×10-6) 56일(×10-6)
비교예 -412 -532
실시예 -320 -417
[표 8] 및 도 6에서와 같이 건조수축 실험결과, 28일에는 실시예가 비교예 보다 약 23%, 56일에서는 약 21%의 건조수축 저항성이 우수한 결과를 나타냈다.

Claims (8)

  1. 시멘트, 플라이애시, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재를 포함하여 조성된 결합재로 배합하되,
    상기 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재는, 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물, 수용성 무기질계 겔화재, 알칼리 설페이트, 알루민산나트륨을 포함하도록 조성됨으로써 물 및 이산화탄소와 반응하여 자기치유 수화물을 생성하는 콘크리트 혼화재임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  2. 제1항에서,
    상기 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물은, 4CaO3Al2O3SO3가 50% 이상 포함된 것임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  3. 제1항에서,
    상기 수용성 무기질계 겔화재는, Al2(SO4)3, AlK(SO4)2 중에서 하나 이상인 것임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  4. 제1항에서,
    상기 알칼리 설페이트는, CaSO4, CaSO42H2O, CaSO41/2H2O 중 하나 이상이 35~70중량%이고, Na2SO4, K2SO4 중 하나 이상이 30~65중량%인 것임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재는, 에트링자이트 생성계 팽창성 무기광물 15~85중량%, 수용성 무기질계 겔화재 5~25중량%, 알칼리 설페이트 5~45중량%, 알루민산나트륨 5~25중량%를 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  6. 삭제
  7. 제5항에서,
    상기 결합재는, 시멘트 70~91중량%, 플라이애시 5~25중량%, 자기치유 특성의 개량 콘크리트 혼화재 4~8중량%를 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
  8. 제7항에서,
    폴리카르본산계 혼화제를 상기 결합재의 0.5~2중량% 더 포함시켜 배합하는 것을 특징으로 하는 자기치유 터널 라이닝용 콘크리트.
KR1020140030974A 2014-03-17 2014-03-17 자기치유 터널 라이닝 콘크리트 KR101461190B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140030974A KR101461190B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 자기치유 터널 라이닝 콘크리트

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140030974A KR101461190B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 자기치유 터널 라이닝 콘크리트

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101461190B1 true KR101461190B1 (ko) 2014-11-18

Family

ID=52290551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140030974A KR101461190B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 자기치유 터널 라이닝 콘크리트

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101461190B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730701B1 (ko) * 2015-03-04 2017-04-28 한양대학교 산학협력단 콘크리트 자기 치유 조성물, 그 제조 방법, 및 그 사용 방법
KR20200098048A (ko) 2019-02-11 2020-08-20 (주)에스엠씨 자기 보수성 모르타르 조성물

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120063280A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 유진기업 주식회사 조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물
KR101303622B1 (ko) * 2013-02-21 2013-09-11 주식회사 인트켐 자기치유 특성의 콘크리트 혼화재 및 이를 포함하는 시멘트 혼합물과 자기치유 스마트 콘크리트
KR101308084B1 (ko) * 2013-02-21 2013-09-12 주식회사 인트켐 무기질 자기치유재를 이용한 콘크리트 구조물의 자기치유 보수 및 복구 공법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120063280A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 유진기업 주식회사 조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물
KR101303622B1 (ko) * 2013-02-21 2013-09-11 주식회사 인트켐 자기치유 특성의 콘크리트 혼화재 및 이를 포함하는 시멘트 혼합물과 자기치유 스마트 콘크리트
KR101308084B1 (ko) * 2013-02-21 2013-09-12 주식회사 인트켐 무기질 자기치유재를 이용한 콘크리트 구조물의 자기치유 보수 및 복구 공법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730701B1 (ko) * 2015-03-04 2017-04-28 한양대학교 산학협력단 콘크리트 자기 치유 조성물, 그 제조 방법, 및 그 사용 방법
KR20200098048A (ko) 2019-02-11 2020-08-20 (주)에스엠씨 자기 보수성 모르타르 조성물

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101303622B1 (ko) 자기치유 특성의 콘크리트 혼화재 및 이를 포함하는 시멘트 혼합물과 자기치유 스마트 콘크리트
KR101783063B1 (ko) 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트
KR101662721B1 (ko) 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법
CN102464463B (zh) 用于水泥基材料的复合型高性能膨胀剂
KR101645586B1 (ko) 초조강형 그라우트 조성물 및 이를 이용한 조기인장 그라우팅 공법
KR101794107B1 (ko) 침상결정형 유기복합체가 함유된 자기치유 조기발현형 시멘트계 조성물 및 이를 이용한 지반 그라우팅 공법
KR20080102114A (ko) 산업부산물을 이용한 혼합시멘트 조성물 및 그 제조방법
JP2019085304A (ja) 無収縮グラウト組成物、及び無収縮グラウト材
KR20150048682A (ko) 레드머드 슬러지를 이용한 성토재 조성물
KR102349613B1 (ko) 급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과 이를 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 시공방법
KR101377475B1 (ko) 마사토와 마사토로부터 모래 분리에 따라 발생되는 슬러지를 이용한 황토 블록의 제조방법
KR20180002288A (ko) 그라우트재 조성물, 이를 이용한 고유동성 그라우트
KR101683090B1 (ko) 침상형결정구조를 갖는 유무기 융합 자기치유 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 결합재 조성물
KR20160033522A (ko) 환원슬래그를 이용한 고함수율 연약지반 토양 개량용 고화재 조성물 및 이를 이용한 토양 고화 방법
KR102337977B1 (ko) 지반차수 및 보강용 그라우팅 약액 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR100403831B1 (ko) 콘크리트 균열방지용 수축저감제와 이를 이용한 콘크리트조성물
KR20180051840A (ko) 시멘트를 함유하지 않은 무독성 지반 주입재 및 이를 이용한 지반 보강 방
KR101461190B1 (ko) 자기치유 터널 라이닝 콘크리트
CN113998945A (zh) 一种微膨胀、强抗渗的水泥基注浆材料及其制备方法
CN109485299A (zh) 一种具有自修复能力的多效混凝土结构自防水添加剂
KR101473228B1 (ko) 고강도 급결성 고화제 조성물
JP2014122129A (ja) 水硬性組成物
CN110451840B (zh) 一种复合式密实剂
US5728208A (en) Concrete mix, process for preparing same, an additive for concrete mix, and process for preparing same
CN106007442A (zh) 用于蒸养水泥基材料裂缝自愈合的矿物外加剂及其制备

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171106

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191105

Year of fee payment: 6