KR101567347B1 - 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 잔골재를 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그로 사용하고, 굵은골재를 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그로 일정 비율로 대체하여 사용함으로써 기존의 폴리머 콘크리트의 물성은 유지되면서 친환경적일 뿐만 아니라 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 대량으로 소비하는 재활용 효과를 기대할 수 있으며, 폴리머 콘크리트의 생산원가에 가장 큰 영향을 주는 폴리머 결합재의 사용량을 절감할 수 있어 원가절감 효과가 크다.

Description

아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법{The composition of polymer concrete using atomizing ladle furnace steel slag as a aggregate and the manufacturing method thereof}
본 발명은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잔골재를 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그로 사용하고, 굵은골재를 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그로 일정 비율로 대체하여 사용함으로써 기존 폴리머 콘크리트의 물성은 유지되면서 친환경적이며 경제적인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전기로(래들로, Ladle Furnace)에서 고철의 용융된 용강에 코크스와 생석회를 투입하여 산소와 황 등을 제거하는 환원공정에서 환원슬래그(Ladle Furnace Slag, LFS)가 발생되고 있다. 이러한 제강 환원슬래그 속에는 미반응의 산화칼슘(CaO)과 산화마그네슘(MgO)이 존재한다. 이러한 미반응의 산화금속(CaO, MgO)은 물과 반응하면 체적이 팽창되면서 붕괴되기 때문에 시멘트 콘크리트의 유용한 골재자원으로 활용할 수 없는 것으로 알려져 있다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제강 환원슬래그 용탕을 소량으로 흘려보내면서 고압의 압축공기를 분사하여 용탕을 비산 급냉시키는 아토마이징(atomazing) 공법을 개발하였다. 아토마이징 공법으로 생산된 제강 환원슬래그는 구형의 형상으로 산화칼슘(CaO)과 산화마그네슘(MgO)이 유리화되기 때문에 화학반응성이 상당히 감소되게 된다. 그러나 현재의 기술로는 미반응의 산화금속(CaO, MgO)을 완전히 제거할 수 없을 뿐만 아니라 일반 골재보다 비중이 훨씬 크기 때문에 재료분리가 일어나 시멘트 콘크리트용 골재로 사용하는데 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 물과 시멘트를 전혀 사용하지 않는 폴리머 콘크리트 복합재료 제조에 골재를 대체하여 재활용할 수 있는 기술을 생각해 볼 수 있다. 폴리머 콘크리트 복합재료는 시멘트 콘크리트에 비하여 기계적 강도가 훨씬 우수할 뿐만 아니라 시멘트 콘크리트가 갖고 있지 못한 수밀성, 내구성, 내약품성, 내마모성 및 내충격성 등이 매우 우수하여 바닥재, 포장재, 방수재, 보수재, 방식재 및 프리캐스트 제품에 이르기까지 다양한 산업분야에 널리 활용되고 있으나 시멘트 콘크리트에 비하여 동일한 부피당 생산가격이 8~10배 비싸기 때문에 보급에 한계성이 있다. 최근에는 폴리머 콘크리트 생산가격의 대부분을 차지하고 있는 폴리머 결합재의 사용량을 절감하려는 연구가 진행되고 있다.
이에 본 발명자들은 저점도· 저가형의 폴리머 수지를 사용하고, 제철공장에서 부산물로 얻을 수 있는 구형의 래들로 제강 환원슬래그를 입도에 따라 잔골재와 굵은골재를 대체하여 사용함으로써 기존의 폴리머 콘크리트의 물성은 유지되면서 경제성이 우수한 폴리머 콘크리트를 제조하고자 연구하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 공개번호 제10-2012-0111249호(발명의 명칭: 전기로 환원 슬래그를 이용한 함철 브리켓 제조용 바인더 및 이의 제조방법, 공개일: 2012.10.10)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저점도 수지를 사용한 폴리머 콘크리트의 작업성을 개선하고, 입도에 따라 구형(아토마이징)의 래들로 제강 환원슬래그를 폴리머 콘크리트의 골재로 사용함으로써 최밀충전을 구현하며, 기존 폴리머 콘크리트의 물성은 유지되면서 친환경적이며 경제적인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리머 결합재 16~19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 11.25~36부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 11.25~36부피%를 포함하는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리머 결합재 16~19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 45~48부피%를 포함하는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리머 결합재 16~19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 45~48부피%를 포함하는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 a)불포화 폴리에스테르수지와 폴리스티렌수지를 혼합하는 단계;
b)상기 a)단계의 혼합된 수지에 촉매로서 경화제 및 촉진제를 혼합하는 단계; c)탄산칼슘, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 및 깬자갈을 혼합하는 단계; 및 d)상기 c)단계의 분말 혼합물에 상기 b)단계의 폴리머 결합재를 혼입하고 교반하는 단계를 포함하여 제조되는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 a)불포화 폴리에스테르수지와 폴리스티렌수지를 혼합하는 단계;
b)상기 a)단계의 혼합된 수지에 촉매로서 경화제 및 촉진제를 혼합하는 단계; c)탄산칼슘 및 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 혼합하는 단계; 및 d)상기 c)단계의 분말 혼합물에 상기 b)단계의 폴리머 결합재를 혼입하고 교반하는 단계를 포함하여 제조되는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 폴리머 결합재는 불포화 폴리에스테르 수지:폴리스티렌 수지의 중량비 4:1로 혼합하여 제조되는 것이 바람직하다.
여기에, 촉매로서 경화제인 메틸에틸케톤퍼옥사이드(MEKPO) 0.5~2PHR(parts per hundred parts of resin), 촉진제인 옥텐산코발트(cobalt octoate) 0.5~2PHR를 사용하는 것이 바람직하나 이에 제한되지는 않는다.
불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin)는 폴리머 콘크리트의 제조원가에 가장 큰 영향을 미치는 불포화 폴리에스테르 수지의 사용량을 최대한으로 적게 사용하기 위하여 비교적 점도가 높은 불포화 폴리에스테르수지 대신에 저점도의 불포화 폴리에스테르 수지를 제조하여 사용한다. 값이 싸고 점도가 낮은 불포화 폴리에스테르 수지를 제조하기 위하여 수지제조 원료 중에서 가격이 비싼 프로필렌글리콜 대신 값이 싼 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜을 사용한다. 점도가 낮은 수지는 점도가 높은 수지에 비하여 유동성이 양호하기 때문에 적은 양을 사용하여도 혼합이 용이하고 또 제품의 성형과정에서 작업성이 양호하여 수지의 사용량을 절감할 수 있다.
한편, 폴리스티렌 수지(polystyrene resin)는 폴리머 콘크리트의 경화 과정에서 발생하는 중합반응에 의해 불포화 폴리에스테르 수지는 경화 시에 체적 수축이 발생하기 때문에 과대한 체적 수축으로 인한 폴리머 콘크리트의 균열을 억제하고 치수 안정성 유지 및 한도 이상의 수축을 제어하기 위한 수축저감재로 사용한다.
또한, 본 발명의 폴리머 결합재는 16부피% 미만의 경우에는 폴리머 콘크리트의 배합작업이 어려우며, 19부피% 초과의 경우에는 폴리머 콘크리트의 변형과 재료 분리가 일어나기 때문에 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 16~19부피%인 것이 바람직하다.
또한, 최밀충전으로 인한 강도 증진과 폴리머 결합재(불포화 폴리에스테르 수지 및 폴리스티렌 수지 혼합물;polymer binder)의 사용량을 감소시키기 위하여 굵은 골재의 대체재로 사용되는 본 발명의 아토마이징(atomizing) 래들로 제강 환원슬래그(LFS)는 입도 1.2~2.5mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 아토마이징(atomizing) 래들로 제강 환원슬래그(LFS)는 11.25부피% 미만의 경우에는 굵은골재에 대한 대체량이 적어 폴리머 콘크리트의 유동성이 저하됨으로서 폴리머 결합재의 사용량을 증가시켜야 되는 문제가 발생되고, 36부피% 초과의 경우에는 강도저하 현상이 나타나기 때문에 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 11.25~36부피%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 굵은 골재는 입도 5~8㎜의 깬자갈을 사용하고, 굵은 골재의 대체재로 사용되는 본 발명의 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징(atomizing) 래들로 제강 환원슬래그(LFS)의 대체율에 맞추어 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 11.25~36부피%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 탄산칼슘은 충전재로서 평균입경 30㎛인 중질탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하며, 굵은골재 대체재로서 사용되는 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 대체율에 맞추어 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 16부피%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 아토마이징(atomizing) 래들로 제강 환원슬래그(LFS)는 잔골재의 대체용으로 입도 0.3~1.2mm인 것을 사용하고, 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 20부피%인 것이 바람직하다.
한편, 굵은골재로서 입도 5~8㎜의 깬자갈만을 사용하는 경우와 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그만을 사용하는 경우에는 폴리머 콘크리트 총 조성물을 기준으로 각각 48부피%인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그는 도 1에서 보이는 바와 같이, 표면이 매끄럽고 구형을 이루고 있어 혼합과정에서 볼베어링 효과를 나타내어 적은 양의 폴리머 결합재를 사용하여도 우수한 작업성을 나타내게 되는데 반하여, 탄산칼슘은 도 2에서 보이는 바와 같이 무정형의 뾰죽한 형태로 되어 있어 혼합과정에서 볼베어링 효과를 나타내지 못하기 때문에 동일한 양의 폴리머 결합재를 사용하여도 유동성이 떨어져 많은 양의 폴리머 결합재를 사용해야 한다.
본 발명은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그로 골재를 대체하여 사용함으로써 기존의 폴리머 콘크리트의 물성은 유지되면서 친환경적일 뿐만 아니라 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 대량으로 소비하는 재활용 효과를 기대할 수 있으며, 폴리머 콘크리트의 생산원가에 가장 큰 영향을 주는 폴리머 결합재의 사용량을 절감할 수 있어 원가절감 효과가 크다.
도 1은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 탄산칼슘의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 폴리머 콘크리트의 압축강도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 폴리머 콘크리트의 휨강도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 시편의 총 세공량에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 시편의 세공의 평균직경에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 시편의 공극률에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 시편의 밀도에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 내열수성시험 전의 본 발명의 실시예 13에 따른 폴리머 콘크리트 공시체의 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 내열수성시험 후의 본 발명의 실시예 13에 따른 폴리머 콘크리트 공시체의 주사전자현미경 사진이다.
도 11은 내열수성시험 전의 본 발명의 실시예 13에 따른 폴리머 콘크리트 공시체의 파단면을 조사한 주사전자현미경 사진이다.
도 12는 내열수성시험 후의 본 발명의 실시예 13에 따른 폴리머 콘크리트 공시체의 파단면을 조사한 주사전자현미경 사진이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 통상적인 변화가 가능하다.
<실시예 1>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 불포화 폴리에스테르수지:폴리스티렌수지를 4:1의 중량비로 교반기를 이용하여 균일하게 혼합한 후에 메틸에틸케톤퍼옥사이드(MEKPO) 1.0중량%, 옥텐산코발트(Cobalt octoate) 0.5중량%를 넣어 교반하면서 균일하게 혼합하여 폴리머 결합재를 제조하였다.
다음으로, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 48부피%를 혼합하여 분말 혼합물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 분말 혼합물에 상기 폴리머 결합재 16부피%를 가하고 교반하여 폴리머 콘크리트 조성물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 제조된 폴리머 콘크리트 조성물을 6×6×24cm의 사각금형에 넣어 다진 후 5시간 후에 탈형하여, 20±2℃에서 14일간 양생하여 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 2>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 불포화 폴리에스테르수지:폴리스티렌수지를 4:1의 중량비로 교반기를 이용하여 균일하게 혼합한 후에 메틸에틸케톤퍼옥사이드(MEKPO) 1.0중량%, 옥텐산코발트(Cobalt octoate) 0.5중량%를 넣어 교반하면서 균일하게 혼합하여 폴리머 결합재를 제조하였다.
다음으로, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 12부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 36부피%를 혼합하여 분말 혼합물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 분말 혼합물에 상기 폴리머 결합재 16부피%를 가하고 교반하여 폴리머 콘크리트 조성물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 제조된 폴리머 콘크리트 조성물을 6×6×24cm의 사각금형에 넣어 다진 후 5시간 후에 탈형하여, 20±2℃에서 14일간 양생하여 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 3>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 16부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 24부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 24부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 4>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 16부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 36부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 12부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 5>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 불포화 폴리에스테르수지:폴리스티렌수지를 4:1의 중량비로 교반기를 이용하여 균일하게 혼합한 후에 메틸에틸케톤퍼옥사이드(MEKPO) 1.0중량%, 옥텐산코발트(Cobalt octoate) 0.5중량%를 넣어 교반하면서 균일하게 혼합하여 폴리머 결합재를 제조하였다.
다음으로, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 48부피%를 혼합하여 분말 혼합물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 분말 혼합물에 상기 폴리머 결합재 16부피%를 가하고 교반하여 폴리머 콘크리트 조성물을 제조하였다.
그런 다음, 상기 제조된 폴리머 콘크리트 조성물을 6×6×24cm의 사각금형에 넣어 다진 후 5시간 후에 탈형하여, 20±2℃에서 14일간 양생하여 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 6>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 17부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 47부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 7>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 17부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 11.75부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 35.25부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 8>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 17부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 23.5부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 23.5부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 9>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 17부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 35.25부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 11.75부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 10>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 17부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 47부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 11>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 46부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 12>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 11.5부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 34.5부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 13>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 23부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 23부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 14>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 34.5부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 11.5부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 15>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 46부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 16>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 45부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 17>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 11.25부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 33.75부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 18>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 22.5부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 22.5부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 19>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 33.75부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 11.25부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
<실시예 20>
하기의 표 1의 본 발명의 폴리머 콘크리트 조성물의 배합조성과 같이, 폴리머 결합재 19부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피% 및 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 45부피%인 것을 제외하고 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 폴리머 콘크리트 공시체를 제조하였다.
Figure 112014040870312-pat00001
<시험예 1>
아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 압축강도 측정
상기 실시예 1 내지 20에 의해 제조된 폴리머 콘크리트 공시체에 대하여 KS F 2481에 의하여 압축강도를 측정하였다.
그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그(LFS)의 굵은골재 대체율이 증가될수록 압축강도는 점차 감소되는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 강도가 굵은골재보다 약한 것과 굵은골재를 대체한 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 입자가 굵은골재보다 훨씬 작기 때문에 표면적이 넓어져 폴리머 결합재의 부족으로 나타난 결과로 판단된다.
또한, 폴리머 결합재의 첨가율이 증가될수록 압축강도는 증가되지만 폴리머 결합재 19부피%를 첨가하여 제작한 공시체(실시예 16 내지 실시예 20)에서는 강도증가 현상이 현저히 둔화되는 것을 볼 수 있었다. 그러나, Iso-type 불포화 폴리에스테르수지를 폴리머 결합재로 사용하는 경우에 폴리머 결합재가 17부피% 이상 사용되는 경우에서 100MPa 이상의 압축강도를 발현하고 있기 때문에 상업적으로 활용하는데 전혀 문제가 없는 것으로 판단된다. 다만, 압축강도와 경제성을 함께 고려한 최적의 배합조건은 실시예 12 내지 실시예 14와 같이 폴리머 결합재 18부피%, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율이 25~75%범위로 판단된다.
이상과 같이, 보통의 폴리머 콘크리트 제조에 있어서 폴리머 결합재의 사용량이 대략 22부피%임을 감안할 때, 잔골재(강모래) 및 굵은골재(쇄석)를 대체하여 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 사용함으로서 볼베어링 효과에 의한 유동성 향상으로 폴리머 결합재의 사용량을 18부피%로 절감함으로서 약 18.2부피%의 폴리머 결합재의 사용량을 절감할 수 있음을 알 수 있다.
<시험예 2>
아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 휨강도 측정
상기 실시예 1 내지 20에 의해 제조된 폴리머 콘크리트 공시체에 대하여 KS F 2482에 의하여 휨강도를 측정하였다.
그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 대체적으로 래들로 제강 환원슬래그의 굵은 골재 대체율 50%에서 최대 휨강도를 나타냄을 알 수 있었다. 이러한 현상은 굵은 골재를 대체하여 사용된 래들로 제강 환원슬래그와 굵은 골재가 상호 보완되어 나타난 결과로 판단된다.
또한, 폴리머 결합재의 첨가율이 증가될수록 휨강도는 증가되지만 폴리머 결합재 19부피%(실시예 16 내지 실시예 20)에서는 휨강도 증가현상이 현저히 둔화되는 것을 볼 수 있었다.
이상의 시험예 1 및 시험예 2의 압축강도 및 휨강도 측정결과를 종합하여 보면, 폴리머 결합재 18부피%, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은 골재 대체율 50%인 경우(실시예 13)가 최적의 배합임을 알 수 있다.
<시험예 3>
아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 세공분포 측정
상기 실시예 16 내지 20에 의해 제조된 폴리머 콘크리트 공시체의 입경 2.5~5mm 범위의 시료를 채취하여 아세톤으로 세정하고 48시간 건조시켜 수은 압입법으로 세공량을 측정하였다.
상기 실시예 16 내지 20에 의해 제조된 폴리머 콘크리트 공시체를 90℃의 열수에 28일간 내열수성시험을 하였다.
총 세공량
폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 폴리머 콘크리트 공시체(실시예 16 내지 20)의 총 세공량에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 비교하여 도 5에 나타내었다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은 골재 대체율이 증가됨에 따라 내열수성시험 전에 측정한 총세공량은 점차 감소되는데 반하여, 내열수성시험 후에 측정한 총세공량은 점차 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한 내열수성시험 후에 측정한 총세공량은 내열수성시험 전에 측정한 총세공량에 비하여 현저하게 증가되는 경향을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
이러한 결과는 구형의 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 사용함으로서 연행되는 공기량이 적고 또한 래들로 제강 환원슬래그는 용탕이 급냉되어 소결된 물질로서 치밀한 조직을 갖고 있기 때문에 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 대체율 증가에 따라 총세공량이 감소되는 것이며, 금속성분을 다량 함유하고 있는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 주위의 폴리머 결합재가 쉽게 분해 또는 열화되면서 미세한 공극이나 균열이 발생되기 때문 내열수성시험에 의하여 총세공량이 증가되는 것으로 판단된다.
세공의 평균직경
폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 폴리머 콘크리트 공시체(실시예 16 내지 20)의 세공의 평균직경에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 비교하여 도 6에 나타내었다.
도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 내열수성시험 전에 측정한 세공의 평균직경은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 대체율이 증가됨에 따라 점차 증가되는 경향을 보여주고 있으나, 내열수성시험 후에 측정한 세공의 평균직경은 대체율이 증가됨에 따라 점차 감소되는 것을 알 수 있었다.
내열수성시험 전에 측정한 세공의 평균직경에 비하여 내열수성시험 후에 측정한 세공의 평균직경이 현저하게 감소되는 이유는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 속에 금속성분이 많아 열전달이 쉽게 이루어져 폴리머 결합재가 분해 또는 열화되면서 폴리머 결합재 속에 존재하던 비교적 큰 기포들이 열려지기 때문에 나타나는 결과로 판단된다.
공극률
폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 폴리머 콘크리트 공시체(실시예 16 내지 20)의 공극률에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 비교하여 도 7에 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 내열수성시험 전과 후에 측정한 공극률은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은 골재 대체율이 증가됨에 따라 감소되는 것을 알 수 있고, 내열수성시험 전에 측정한 공극률에 비하여 내열수성시험 후에 측정한 공극률이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 내열수성 시험으로 폴리머 결합재의 열화 또는 분해에 기인되어 나타나는 결과로 판단된다.
밀도
폴리머 결합재 19부피%를 첨가한 폴리머 콘크리트 공시체(실시예 16 내지 20)의 밀도에 대한 내열수성시험 전과 후에 측정한 시험결과를 비교하여 도 8에 나타내었다.
도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은 골재 대체율이 증가됨에 따라 밀도가 증가되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 굵은 골재에 비하여 밀도가 큰 아토마이징 래들로 제강슬래그의 양이 증가되기 때문에 나타나는 결과로 판단된다.
또한, 내열수성시험 전에 측정한 밀도에 비하여 내열수성시험 후에 측정한 밀도가 적게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 공시체를 열수 속에 오랫동안 침적시킴으로서 폴리머 결합재가 분해되거나 열화되기 때문에 나타나는 결과로 판단된다.
<시험예 4>
아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 굵은골재 대체율에 따른 SEM 분석시험
상기 실시예 13의 폴리머 콘크리트 공시체(굵은 골재에 대한 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 대체율 50% 및 폴리머 결합재 첨가율 18부피%)를 아세톤으로 세정하고, 건조시킨 다음 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 공시체의 미세조직을 관찰하였다.
또한, 상기 실시예 13의 폴리머 콘크리트 공시체를 90℃의 열수에 28일간 내열수성시험을 한 후, 아세톤으로 세정하고, 건조시킨 다음 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 공시체의 미세조직을 관찰하였다.
그 결과를 도 9 내지 도 12에 나타내었다.
도 9 내지 도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보통 폴리머 콘크리트에서는 폴리머 결합재를 22부피% 전후 사용하여 제작하여야 유동성이 확보되어 표면이 매끄럽게 제작되지만, 도 9에서 보는 바와 같이 구형의 래들로 제강 환원슬래그를 굵은 골재를 대체하여 사용함으로써 폴리머 결합재 18부피%의 적은 양을 사용하여도 폴리머 결합재, 충전재 및 골재가 잘 융착되어 co-matrix상을 형성하여 공시체 표면이 매끄럽게 제작된 것을 볼 수 있었다. 그러나, 내열수성시험 후의 공시체 표면사진인 도 10에서는 폴리머 결합재가 열화 또는 분해되어 폴리머 결합재가 많이 빠져나간 모양을 관찰할 수 있었다.
도 11에서와 같이 내열수성시험 전 공시체 파단면은 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그의 계면을 따라 폴리머 결합재가 연속적으로 잘 결합되어 있음을 관찰할 수 있는데 반하여, 도 12에서와 같이 내열수성시험 후 공시체 파단면은 내열수성시험 후 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 주위에서 재료들 간의 열팽창계수차로 인하여 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그와 폴리머 결합재가 단리되어 있는 모양을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그는 금속성분을 다량 함유하고 있기 때문에 열전달이 쉽고, 또 열팽창계수가 높아 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 주위에서 폴리머 결합재의 열화현상이 두드러지게 나타나기 때문인 것으로 판단된다.

Claims (8)

  1. 폴리머 결합재 18부피%, 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 23부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 23부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. a)불포화 폴리에스테르수지와 폴리스티렌수지를 혼합하는 단계;
    b)상기 a)단계의 혼합된 수지에 촉매로서 경화제 및 촉진제를 혼합하는 단계;
    c)탄산칼슘, 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 및 깬자갈을 혼합하는 단계; 및
    d)상기 c)단계의 분말 혼합물에 상기 b)단계의 폴리머 결합재를 혼입하고 교반하는 단계를 포함하여 제조되는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 c)단계는 탄산칼슘 16부피%, 입도 0.3~1.2mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 20부피%, 입도 1.2~2.5mm인 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그 23부피% 및 입도 5~8mm인 깬자갈 23부피%를 혼합하고,
    상기 d)단계는 폴리머 결합재 18부피%를 혼입하여 교반하는 것을 특징으로 하는 아토마이징 래들로 제강 환원슬래그를 골재로 사용한 폴리머 콘크리트 조성물의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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