KR101530246B1 - 초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물 - Google Patents

초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 혼화재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 혼화재로 널리 사용되는 기존 플라이애시의 문제점인 초기강도 및 중성화 저항성 부족 문제를 해결하기 위하여 pH가 11.5 이상인 고알칼리성 플라이애시와 석유 코크스 연소재를 혼합하여 초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 콘크리트 혼화재 조성물은 SiO2 함량이 45중량% 이상이며 CaO 함량이 10중량% 미만인 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, SiO2 함량이 45중량% 미만이며 CaO 함량이 10~55중량%이고 SO3 함량이 3~15중량%인 고알칼리 플라이애시 2.5~300중량부를 포함하며, 상기 저알칼리 플라이애시는 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되고, 상기 고알칼리 플라이애시는 노내 탈황설비를 보유한 화력 또는 열병합 발전소에서 배출되는 것이다.

Description

초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물{CONCREAT ADMIXTURE COMPOSITION}
본 발명은 콘크리트 혼화재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 혼화재로 널리 사용되는 기존 플라이애시의 문제점인 초기강도 및 중성화 저항성 부족 문제를 해결하기 위하여 pH가 11.5 이상인 고알칼리성 플라이애시와 석유 코크스 연소재를 혼합하여 초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물에 관한 것이다.
온실가스의 55%를 차지하는 CO2의 배출량 중 약 8%는 포틀랜드 시멘트 제조 분야에서 배출되는 것으로 집계되고 있다. 포틀랜드 시멘트는 고온(약 1,450) 상태에서 용융과정을 거쳐 생산되기 때문에 대량의 에너지를 소비하게 되는데 1톤의 포틀랜드 시멘트를 제조하는 경우 석회석은 약 1.13톤, 클링커의 소성에 필요한 유연탄은 130kg 정도가 소비된다. 이에 따른 이산화탄소의 배출량은 석회석의 하소 단계에서 약 0.50톤, 화석 연료의 연소를 통한 소성 공정에서 약 0.40톤으로서 결국 1톤의 포틀랜드 시멘트를 생산할 때마다 약 0.9톤의 이산화탄소를 배출하게 된다. 따라서 향후 온실가스 감축은 포틀랜드 시멘트 업계의 가장 큰 현안으로 등장할 것이다.
이에 대한 대응방안으로 화력 발전소의 부산물로 발생되고 있는 플라이애시를 다량 활용하여 포틀랜드 시멘트의 양을 최소할 수 있는 기술개발이 필요하다. 일반적으로 국내에서 활용되고 있는 플라이애시는 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 것으로 주성분이 비결정질 상태의 SiO2로서 상대적으로 CaO 함량이 10중량% 미만이기 때문에 pH가 6~10 정도의 중성 및 저알칼리 물질이다.
플라이애시는 포틀랜드 시멘트에 일부 치환하여 사용되고 있는데 플라이애시는 포졸란 반응성이 있어서, 그것 자체로 경화하는 성질이 미약하다. 즉, 포틀랜드 시멘트와 혼합한 경우 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘이 생성된 이후에, 이것에 의해 플라이애시가 자극을 받아 경화하는 특징이 있다. 이로 인해, 플라이애시의 반응은 2차적으로 시작되며, 이러한 이유로 포틀랜드 시멘트에 플라이애시 혼합 활용 시, 응결지연, 초기강도 저감, 중성화 등 문제점을 내포하고 있다.
이러한 현상에 의해 건설현장에서는 거푸집 탈형시기 지연, 초기 강도 품질 저하, 중성화에 의한 장기 내구성 저하 등의 문제가 발생할 수 있어 포틀랜드 시멘트 100 중량% 대비 플라이애시의 함유량을 5 내지 20 중량%로 활용하고 있다.
따라서, 플라이애시의 다량 혼입에 따른 기존 문제점을 개선할 수 있다면 시멘트 사용량 절감에 따른 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 예상된다.
한편, 최근 중소형 발전소에서는 공사비가 매우 고가인 별도의 탈황설비를 설치하지 않고 석회석과 같은 탈황제를 석탄과 혼합 연소하는 노내 탈황설비를 많이 건설하고 있는 추세이다. 이로 인해 CaO 성분과 SO3 함량이 높은 pH 11.5 이상의 고알칼리 플라이애시가 배출되고 있으나 이렇게 발생된 플라이애시는 국내 KS 5405 규준인 SiO2 45% 이상과 SO3 함량 5% 이하의 범위를 만족하지 못할 뿐만 아니라 미국 ASTM의 C급 플라이애시 규준인 SiO2+Al2O3+Fe2O3의 양이 50% 이상과 SO3 함량 5% 이하의 범위를 만족할 수 없기 때문에 재활용에 어려움을 겪고 있다.
또한, 정제 석유 제품에 대한 수요 증가와 잠재 성장 지속성, 원유의 점진적 품질저하로 보다 많은 석유 코크스 원료화의 필요성이 대두됨에 따라 연료와 에너지원으로서의 생산량 및 소비량의 증가로 인한 석유 코크스 연소재의 활용방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. 석유 코크스 연소재 또한 노내 탈황설비를 보유한 열병합 발전소에서 석유 코크스+석회석을 혼합 연소하고 남은 산업부산물로 석회석의 탈탄산 과정 및 탈황반응으로 생석회 및 석고 성분인 CaO 성분과 CaSO4 등이 다량 함유되어 있어 pH가 11.5 이상의 고알칼리 물질이며 저알칼리 플라이애시와 같이 활용될 경우 결합재 및 자극제로서 동시 역할을 수행할 수 있는 성질을 가지고 있지만 현재까지는 그 활용도가 매우 미흡하여 대부분 위탁 처리되고 있는 실정이다.
최근 포틀랜트 시멘트의 사용을 줄이기 위해 플라이애시를 이용한 지오폴리머 기술이 최근 제안되고 있다. 이러한 기술은 플라이애시와 같이 활성화 될 수 있는 비정질 물질을 NaOH, KOH, Na2CO3, Na2SiO3 같은 고알칼리 약품으로 자극하여 일반 시멘트와 같은 특성을 발휘하며, 수밀성과 내열성이 높은 결합재를 만들 수 있다는 연구들이 보고되고 있다. 그러나 이러한 지오폴리머는 자극제로 사용되는 약품이 너무 고가이기에 경제성이 취약하고, 그 강도발현 메카니즘의 특성상 탄산화 되기 쉬워 내구성이 취약하며, 또한 자극제의 pH가 13을 초과할 정도로 자극성이 강한 고알칼리를 띠고 있기 때문에 대기 중에 노출되면 쉽게 용해되는 조해성이 큰 원료들로서, 분체로서의 취급이 곤란하기 때문에 액상화하여 사용해야하는 문제를 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 콘크리트 혼화재로 널리 사용되는 기존 플라이애시의 문제점인 초기강도 및 중성화 저항성 부족 문제를 해결하기 위하여 pH가 11.5 이상인 고알칼리 플라이애시와 석유 코크스 연소재를 혼합하여 초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 콘크리트 혼화재 조성물은 SiO2 함량이 45중량% 이상이며 CaO 함량이 10중량% 미만인 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, SiO2 함량이 45중량% 미만이며 CaO 함량이 10~55중량%이고 SO3 함량이 3~15중량%인 고알칼리 플라이애시 2.5~300중량부를 포함하며, 상기 저알칼리 플라이애시는 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되고, 상기 고알칼리 플라이애시는 노내 탈황설비를 보유한 화력 또는 열병합 발전소에서 배출되는 것이다.
또한 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, CaO 함량이 55~80중량%이며 SO3 함량이 15~40중량%인 석유 코크스 연소재 2.5~500중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 알칼리 자극제를 0.5~50중량부 더 포함하며, 상기 알칼리 자극제는 생석회, 소석회, 돌로마이트 플라스터, 무수석고, 제철소에서 발생되는 소결 탈황 분진 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 슬래그 미분말을 10~1,000 중량부 더 포함하며, 상기 슬래그 미분말은 전로 슬래그 미분말, 전기로 산화슬래그 미분말, 고로슬래그 미분말, 전기로 환원슬래그 미분말, 동 슬래그 미분말, 스테인레스 슬래그 미분말, 연 슬래그 미분말, KR 슬래그 미분말, 탈황 슬래그 미분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기존의 플라이애시 혼입에 따른 콘크리트의 응결지연, 초기강도 저감, 중성화 등 문제점을 개선할 수 있다.
또한 시멘트 사용량 절감에 따른 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 콘크리트 혼화재 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 초기강도 및 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 혼화재 조성물 및 이를 포함한 콘크리트 조성물은 SiO2 함량이 45중량% 이상이며 CaO 함량이 10중량% 미만인 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, SiO2 함량이 45중량% 미만이며 CaO 함량이 10~55중량%, SO3 함량이 3~15중량%인 노내 탈황설비를 보유한 화력발전소 또는 열병합 발전소에서 배출되는 고알칼리 플라이애시 2.5~300중량부를 포함한다.
일반적으로 국내에서 활용되는 저알칼리 플라이애시는 별도의 탈황설비를 구비하고 있는 화력발전소에서 미분탄 연소보일러의 연소가스가 집진장치를 통과할 때 채취된 회로서, SiO2 함량이 45중량% 이상이며 CaO 함량이 10중량% 미만이기 때문에 pH가 6~10 정도의 중성 및 저알칼리 물질이다.
저알칼리 플라이애시는 포틀랜드 시멘트에 일부 치환하여 사용되고 있는데 플라이애시는 포졸란 반응성이 있어서, 그것 자체로 경화하는 성질이 미약하다. 즉, 포틀랜드 시멘트와 혼합한 경우 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘이 생성된 이후에, 이것에 의해 플라이애시가 자극을 받아 경화하는 특징이 있다. 이로 인해, 플라이애시의 반응은 2차적으로 시작되며, 이러한 이유로 포틀랜드 시멘트에 플라이애시 혼합 활용 시, 응결지연, 초기강도 저감, 중성화 등 문제점을 내포하고 있다.
이러한 현상에 의해 건설현장에서는 거푸집 탈형시기 지연, 초기 강도 품질 저하, 중성화에 의한 장기 내구성 저하 등의 문제가 발생할 수 있어 포틀랜드 시멘트 100 중량% 대비 플라이애시의 함유량을 5 내지 20 중량%로 활용하고 있다.
상기 고알칼리 플라이애시는 노내 탈황설비를 보유한 화력 및 열병합 발전소에서 배출되는데 석회석과 석탄과 혼합 연소하기 때문에 석회석의 탈탄산 및 탈황 과정에서 CaO 성분과 SO3 함량이 높은 pH 11.5 이상의 고알칼리 물질로 배출된다. 이렇게 발생된 고알칼리 플라이애시는 국내 KS 5405 규준인 SiO2 45% 이상과 SO3 함량 5% 이하의 범위를 만족하지 못할 뿐만 아니라 미국 ASTM의 C급 플라이애시 규준인 SiO2+Al2O3+Fe2O3의 양이 50% 이상과 SO3 함량 5% 이하의 범위를 만족할 수 없기 때문에 재활용에 어려움을 겪고 있다.
통상의 저알칼리 플라이애시에 물을 투입하게 되면, 표면에 산성의 유리질 피막이 형성되어, 내부의 실리카 성분의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 이때 Ca(OH)2와 같은 고알칼리 물질이 산성의 유리질 피막을 파괴해주면서 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 되는 포졸란 반응이 개시된다. 그러나 Ca(OH)2는 시멘트의 성분 중 C3S나 C2S 성분이 수화반응을 개시하게 된 후 2차적으로 생성되기 때문에 저알칼리 플라이애시의 포졸란 반응은 재령이 최소 7일 이상 경과된 후 강도에 기여할 수 있어 초기강도가 매우 낮게 나타나는 것이다. 또한 장기재령에서는 시멘트의 Ca(OH)2 성분이 저알칼리 플라이애시와 반응하여 점차 소진되기 때문에 콘크리트에서 Ca(OH)2 성분이 부족할 경우 장기작용에 있어 C-S-H 수화물의 생성이 적어져 압축강도의 저하가 초래되고, 콘크리트의 중성화가 빨라지게 되어 철근 및 철골 등의 부식을 방지하는데 필요한 중성화 저항 기능도 저하되게 된다.
따라서, 고알칼리 플라이애시는 CaO 성분이 높기 때문에 물과 반응 후 Ca(OH)2로 전이된 후 초기부터 저알칼리 플라이애시의 알칼리 자극제 역할은 물론 장기재령에서는 Ca(OH)2 성분을 지속적으로 공급해주는 역할을 수행하여 콘크리트의 초기강도와 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트의 혼화재 제조가 가능하다.
고알칼리 플라이애시는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 2.5~300중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 2.5중량부 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 300중량부 초과일 경우 저알칼리 플라이애시의 SiO2 함량이 상대적으로 감소하여 포졸란 반응이 저하되고 상대적으로 CaO 성분이 많아져 물을 다량 흡수하여 콘크리트의 유동성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, CaO 성분이 55~80중량%이며 SO3 함량이 15~40중량%인 석유 코크스 연소재 2.5~500중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 석유 코크스 연소재는 석유 코크스만을 연료로 하거나 석유 코크스와 석탄을 혼합하여 연료로 하는 가압 유동층 보일러에서 석회석과 혼소하여 노내 탈황공정 중 발생한다.
석유 코크스를 연료로 사용하는 순환유동층 보일러의 탈황공정은 연소실 내에 석회석을 주입하여 연료와 함께 연소시켜 연소가스 중의 인산화황과 석회석이 노내에서 반응하여 연소가스 중의 황은 제거되고 무수석고가 생성되며, 황과 반응하지 않은 석회석은 탈탄산되어 생석회 성분으로 전이되어 배출된다. 결국, 석유 코크스 탈황공정 부산물은 CaO 및 CaSO4 성분으로 구성되어 있으며 pH가 11.5 이상의 고알칼리 물질이며 저알칼리 또는 고알칼리 플라이애시의 알칼리 자극제 역활을 수행할 수 있는 성질을 가지고 있다.
상기 석유 코크스 연소재는 CaO 함량이 55% 이상 함유되어 있는데 물과 반응하여 Ca(OH)2로 변환되어 저알칼리 또는 고알칼리 플라이애시의 실리카 성분과 반응하여 C-S-H 수화물을 생성시키는 역할과 동시에 중성화를 방지하는데 매우 중요한 역할을 한다. 콘크리트에서 Ca(OH)2 성분이 부족할 경우 장기작용에 있어 C-S-H 수화물의 생성이 적어져 압축강도의 저하가 초래되고, 콘크리트의 중성화가 빨라지게 되어 철근 및 철골 등의 부식을 방지하는데 필요한 중성화 저항 기능도 저하되게 된다.
또한 석유 코크스 연소재에 존재하는 순수 CaO는 물과 반응하여 흡수, 발열 및 팽창하여 Ca(OH)2이 될 때 반응식은 아래와 같으며 이때 체적이 약 1.99배 팽창한다.
CaO+ H2O->Ca(OH)2+15.6kcal mol-1
따라서 순수 CaO 성분은 물과 반응하여 수산화칼슘으로 전이 후 저알칼리 또는 고알칼리 플라이애시의 알칼리 자극제 역할도 수행하지만 발열에 의한 온도상승으로 저알칼리 또는 고알칼리 플라이애시의 수화반응 촉진, 콘크리트의 체적 수축을 보상하는 효과와 중성화 방지 역할 등도 동시에 발휘하게 된다.
석유 코크스 연소재는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 석유 코크스 연소재 2.5~500중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 2.5중량부 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 500중량부 초과일 경우 상대적으로 CaO 성분이 많아져 발열 및 팽창이 과도하게 일어날 수 있다.
또한 초기 강도 향상을 위해 알칼리 자극제로 생석회, 소석회, 돌로마이트 플라스터, 무수석고, 제철소에서 발생되는 소결 탈황 분진 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 자극제는 시중에서 유통되는 일반적인 공업용 제품으로 비표면적으로 2,500cm2/g 이상의 분말형 제품이면 사용 가능하다. 상기 제철소에서 발생되는 소결 탈황 분진은 고로의 주원료인 소결광을 제조하는 소결공정에서 발생되는 탈황 분진으로서 소결로에서 발생하는 황성분을 포함한 분진을 중탄산나트륨으로 처리하여 얻어지며 탄산나트륨 및 황산나트륨 형태로 발생하며 비표면적은 3,500~6,000cm2/g의 범위이다.
상기 알칼리 자극제는 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여 0.5~50중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만이면 초기 강도 발현 효과가 나타나지 않으며 50중량부를 초과할 경우 경제성이 부족하다.
또한 강도를 증진시키기 위하여 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 슬래그 미분말을 더 포함하며, 상기 슬래그 미분말은 전로 슬래그 미분말, 전기로 산화슬래그 미분말, 고로슬래그 미분말, 전기로 환원슬래그 미분말, 동 슬래그 미분말, 스테인레스 슬래그 미분말, 연 슬래그 미분말, KR 슬래그 미분말, 탈황 슬래그 미분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 슬래그는 모두 제철 및 제강 공정 부산물로 배출되는 것으로 CaO 성분이 약 35% 이상 함유되어 있어 알칼리 자극제 역할과 중성화 방지 역할 수행이 가능하며, 잠재수경성 발휘도 가능하여 장기재령에서 강도를 더욱 증진시킬 수 있다. 상기 슬래그는 비표면적으로 2,500cm2/g 이상의 미분말 형태로 분쇄하여 사용 가능하다.
또한 상기 슬래그 미분말은 상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여 10~1,000중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 10중량부 미만이면 그 효과가 나타나지 않으며 1,000중량부를 초과할 경우 저알칼리 플라이애시의 혼입이 상대적으로 적어져 플라이애시의 재활용 효과가 미비하고 경제성 측면에서도 불리하다.
이렇게 제조된 콘크리트 혼화재에 시멘트, 물 및 골재를 혼합하여 초기강도 및 중성화 저항성을 증진시킬 수 있는 콘크리트를 제조할 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
비교예
SiO2 함량이 63.2중량%이고 CaO 함량이 4.3중량%인 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 1:1의 중량 비율로 혼합하여 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 양생 시간에 따라 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 이때, 상기 각 실시예에서의 성형체 제작 및 강도평가 방법은 KS L ISO 679 "시멘트의 강도시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 3일, 7일 및 28일, 90일에 측정하였으며, 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정한 값의 평균값을 압축강도 값으로 나타내었다. 또한 중성화 저항성을 측정하기 위해 28일 재령의 경화체를 대상으로 20±3°, 상대습도 60±5%, CO2 농도 10±2%로 설정하여 촉진중성화 시험기에 투입하여 16주 후 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.
실시예 1
SiO2 함량이 63.2중량%이고 CaO 함량이 4.3중량%인 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, SiO2 함량이 27.4중량% 미만이며 CaO 함량이 41.3중량%, SO3 함량이 7.3%인 노내 탈황설비를 보유한 열병합 발전소에서 배출되는 고알칼리 플라이애시 50중량부, CaO 함량이 64.7중량%이며 SO3 함량이 23.4중량%인 석유 코크스 연소재 30중량부 혼합하여 콘크리트 혼화재를 제조하였다. 이렇게 제조된 콘크리트 혼화재에 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 1:1의 중량 비율로 혼합하여 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 양생 시간에 따라 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 또한 비교예와 동일한 조건으로 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.
실시예 2
SiO2 함량이 63.2중량%이고 CaO 함량이 4.3중량%인 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되는 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, SiO2 함량이 27.4중량% 미만이며 CaO 함량이 41.3중량%, SO3 함량이 7.3%인 노내 탈황설비를 보유한 열병합 발전소에서 배출되는 고알칼리 플라이애시 50중량부, CaO 함량이 64.7중량%이며 SO3 함량이 23.4중량%인 석유 코크스 연소재 30중량부, 돌로마이트 플라스터 5중량부, 고로슬래그 미분말 100중량부를 혼합하여 콘크리트 혼화재를 제조하였다. 이렇게 제조된 콘크리트 혼화재에 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 2:1의 중량 비율로 혼합하여 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 50중량부 ISO 표준사 300중량부를 혼합하여 시멘트 성형체를 제조하고 양생 시간에 따라 압축강도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 또한 비교예와 동일한 조건으로 중성화 깊이를 측정하여 표 2에 나타내었다.
구분 압축강도 3일
(MPa)		 압축강도 7일
(MPa)		 압축강도 28일
(MPa)		 압축강도 90일
(MPa)
비교예 11.3 17.3 34.8 48.2
실시예1 15.8 23.2 42.6 55.3
실시예2 17.6 26.4 47.5 58.8
구분 중성화 침투 깊이
(mm)
비교예 5.8
실시예1 3.5
실시예2 3.7
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 비교예는 저알칼리 플라이애시와 1종 보통포틀랜드시멘트와 1:1 중량 비율로 혼합한 성형체의 압축강도이며, 실시예 1은 저알칼리 플라이애시에 고알칼리 플라이애시와 석유 코크스 연소재를 혼합하여 제조한 콘크리트 혼화재와 1종 보통포틀랜드시멘트를 1:1 중량 비율로 혼합한 성형체의 압축강도이다. 실시예 1의 경우 3일 재령에서의 압축강도는 비교예 1에 비해 약 40%정도 높은 초기강도를 보이며 7일 이후 모든 재령에서도 비교예 1에 비하여 더 높은 강도를 보였다.
실시예 2는 저알칼리 플라이애시에 고알칼리 플라이애시, 석유 코크스 연소재, 소석회, 고로슬래그 미분말을를 혼합하여 제조된 콘크리트 혼화재에 1종 보통포틀랜드시멘트를 2:1 중량 비율로 혼합한 성형체의 압축강도이다. 콘크리트 혼화재의 혼입량을 더욱 늘리고 1종 보통포틀랜드 시멘트의 사용량을 줄였음에도 불구하고 비교예에 비하여 3일에서 7일 강도는 물론 28일 재령 이후에서는 더욱 높은 강도를 발현함을 알 수 있다.
이는 저알칼리 플라이애시에 고알칼리 플라이애시 및 석유 코크스 연소재를 혼입하여 콘크리트 혼화재를 제조할 경우 수화초기에 알칼리도(pH>12)를 높여 주어 저알칼리 플라이애시 입자표면에 형성된 산성피막을 빠르게 파괴하여 내부에 포위되어 있던 SiO4 2 - 이온의 용출을 가속화 시켜 수산화칼슘과 반응하여 수화물을 생성한다. 따라서 저알칼리 플라이애시에 고알칼리 플라이애시 및 석유 코크스 연소재의 혼입은 초기강도 뿐만 아니라 장기강도 증진에 매우 효과적임을 알 수 있다.
중성화 깊이는 본 발명이 적용된 실시예 1의 경우 비교예에 비해 중성화 깊이가 더 적게 나타났으며, 실시예 2의 경우에는 시멘트 사용량이 더욱 감소하였음에도 불구하고 비교예에 비해 중성화 깊이가 더 적게 나타내었다. 이는 pH가 높은 고알칼리 플라이애시 및 석유 코크스 연소재의 혼입에 의해 저알칼리 플라이애시의 중성화 저항성이 개선됨을 의미한다.
따라서, 본 발명의 조성을 갖는 경우, 콘크리트 혼화재로서 기존 저알칼리 플라이애시 혼입에 따른 초기강도 부족, 중성화 저항성을 크게 개선할 수 있기 때문에 시멘트의 사용량을 크게 감소시켜 시멘트 제조시에 발생하는 CO2 발생량을 줄일 수 있음은 물론 가격이 저렴한 저알칼리 플라이애시, 고알칼리 플라이애시, 석유 코스스 연소재 등 순환자원의 사용량을 증대시킬 수 있고 이들을 효과적으로 복합 재활용이 가능하다.

Claims (4)

  1. SiO2 함량이 45중량% 이상이며 CaO 함량이 10중량% 미만인 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여,
    SiO2 함량이 45중량% 미만이며 CaO 함량이 10~55중량%이고 SO3 함량이 3~15중량%인 고알칼리 플라이애시 2.5~300중량부와,
    CaO 함량이 55~80중량%이며 SO3 함량이 15~40중량%인 석유 코크스 연소재 2.5~500중량부와,
    슬래그 미분말 10~1,000 중량부를 포함하며,
    상기 저알칼리 플라이애시는 별도의 탈황설비를 보유한 화력발전소에서 배출되고,
    상기 고알칼리 플라이애시는 노내 탈황설비를 보유한 화력 또는 열병합 발전소에서 배출되며,
    상기 슬래그 미분말은 전로 슬래그 미분말, 전기로 산화슬래그 미분말, 고로슬래그 미분말, 전기로 환원슬래그 미분말, 동 슬래그 미분말, 스테인레스 슬래그 미분말, 연 슬래그 미분말, KR 슬래그 미분말, 탈황 슬래그 미분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 콘크리트 혼화재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저알칼리 플라이애시 100중량부에 대하여, 알칼리 자극제를 0.5~50중량부 더 포함하며,
    상기 알칼리 자극제는 생석회, 소석회, 돌로마이트 플라스터, 무수석고, 제철소에서 발생되는 소결 탈황 분진 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화재 조성물.
  4. 삭제
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101591288B1 (ko) * 2015-07-14 2016-02-03 강남훈 전기로 산화 슬래그 및 환원 슬래그를 함유한 고로 슬래그 시멘트 조성물
KR101789583B1 (ko) * 2015-12-23 2017-10-26 (주)에코파워텍 아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위한 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물
KR101790542B1 (ko) * 2016-02-19 2017-10-27 주식회사 대웅 순환자원을 이용한 저시멘트계 결합재 조성물
KR101888359B1 (ko) * 2018-02-06 2018-08-14 홍경자 칼슘 플로라이트 제련부산물을 이용한 증기 양생용 고강도 혼합재 조성물
KR20180099598A (ko) * 2017-02-27 2018-09-05 주식회사 대웅 조강성이 향상된 콘크리트 2차제품용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 2차제품 제조방법
KR20190002895A (ko) * 2017-06-30 2019-01-09 주식회사 대웅 순환자원을 자극제로 이용한 시멘트 대체용 결합재 조성물
CN110282898A (zh) * 2019-07-25 2019-09-27 武汉武新新型建材股份有限公司 高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101296589B1 (ko) * 2013-01-08 2013-08-14 주식회사 삼표 콘크리트 2차 제품용 혼화재 조성물
KR20130113190A (ko) * 2012-04-05 2013-10-15 유진기업 주식회사 친환경 콘크리트용 결합재 조성물
KR20140015303A (ko) * 2010-12-30 2014-02-06 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니 비산회 기반 기포화 경량 결합제 및 방법
KR101409784B1 (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 유진기업 주식회사 고칼슘애시와 플라이애시를 포함하여 구성된 콘크리트 혼합재

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140015303A (ko) * 2010-12-30 2014-02-06 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니 비산회 기반 기포화 경량 결합제 및 방법
KR20130113190A (ko) * 2012-04-05 2013-10-15 유진기업 주식회사 친환경 콘크리트용 결합재 조성물
KR101409784B1 (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 유진기업 주식회사 고칼슘애시와 플라이애시를 포함하여 구성된 콘크리트 혼합재
KR101296589B1 (ko) * 2013-01-08 2013-08-14 주식회사 삼표 콘크리트 2차 제품용 혼화재 조성물

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101591288B1 (ko) * 2015-07-14 2016-02-03 강남훈 전기로 산화 슬래그 및 환원 슬래그를 함유한 고로 슬래그 시멘트 조성물
KR101789583B1 (ko) * 2015-12-23 2017-10-26 (주)에코파워텍 아스팔트 혼합물의 박리저항성 향상을 위한 재활용 재료 이용 아스팔트 혼합물용 채움재 조성물
KR101790542B1 (ko) * 2016-02-19 2017-10-27 주식회사 대웅 순환자원을 이용한 저시멘트계 결합재 조성물
KR20180099598A (ko) * 2017-02-27 2018-09-05 주식회사 대웅 조강성이 향상된 콘크리트 2차제품용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 2차제품 제조방법
KR102305174B1 (ko) * 2017-02-27 2021-09-28 주식회사 대웅 조강성이 향상된 콘크리트 2차제품용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 2차제품 제조방법
KR20190002895A (ko) * 2017-06-30 2019-01-09 주식회사 대웅 순환자원을 자극제로 이용한 시멘트 대체용 결합재 조성물
KR101973093B1 (ko) * 2017-06-30 2019-04-26 주식회사 대웅 순환자원을 자극제로 이용한 시멘트 대체용 결합재 조성물
KR101888359B1 (ko) * 2018-02-06 2018-08-14 홍경자 칼슘 플로라이트 제련부산물을 이용한 증기 양생용 고강도 혼합재 조성물
CN110282898A (zh) * 2019-07-25 2019-09-27 武汉武新新型建材股份有限公司 高性能矿物掺合料及其在混凝土中的应用

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