KR101601897B1 - 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물 - Google Patents

개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 혼화재로서 개질된 플라이애시가 포함되도록 하여 초기강도가 발현됨에 따라 상존할 수 있는 조기경화에 의한 수축 등의 문제를 해결하고 밀실한 페이스트 구조를 제시하여 고내구성이 발현될 수 있도록 하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

Description

개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물{High Durable Concrete Composition For Revealing High Early Strength Using Modified Fly Ash}
본 발명은 콘크리트 조성물에 포함되는 혼화재에 개질 플라이애시가 포함되어 초기강도가 발현되면서도 이에 따라 상존할 수 있는 조기경화에 의한 수축 등의 문제를 해결하여 고내구성이 발현될 수 있는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
국내외적으로 지구온난화로 인해 다양한 정책 및 기술개발이 이루어지고 있으며, 온실가스 감축이 전 세계적으로 최대 이슈가 되고 있다. 국내에서도 온실가스 30% 감축을 위해 전 분야에서 노력이 필요하며, 화력발전소 및 시멘트 산업과 같이 온실가스를 대량으로 배출하는 산업분야에서는 더욱더 강력한 대책이 필요한 실정이다. 시멘트 산업은 전세계 CO2 발생량의 7%정도를 차지할 정도로 상당히 많은 온실가스를 배출하는 산업으로 시멘트를 대체 할 수 있는 혼화재 개발이 필요한 실정이다.
그 중에서도 화력발전소에서 부산물로 발생되는 석탄재의 일부인 플라이애시는 폐기물 재활용에 따른 부가가치의 창출 및 환경오염방지에 기여할 수 있는 것으로 알려져 있다. 플라이애시는 시멘트 콘크리트 제조시의 시멘트 저감용 혼화재로서 많이 사용되고 있다. 또한 콘크리트의 특성 개선, 콘크리트 제품의 가격 저감 및 내구성 개선, 수화열 저감 등의 장점으로 많이 사용되고 있다.
그러나 이러한 장점에도 불구하고 플라이애시를 혼화재로 다량 첨가 시 콘크리트의 초기강도가 저감되는 문제로 그 사용량이 제한되고 있는 실정이다. 따라서 플라이애시 사용량을 증가시킬 수 있는 개발이 필요한 실정이다.
이에 대한민국 특허등록 제0887943호 등에서는 플라이애시에 활성화제를 첨가함으로써 플라이애시를 활성화시켜 혼화재로서 시멘트 치환량을 증가시키는 기술이 제시되고 있다.
그러나, 이러한 기술들에 의해서도 플라이애시를 사용함에 따라 발생되는 초기강도 저하의 문제를 충분히 해결할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 활성화제 등에 의해 초기강도 문제가 해결되더라도 조기경화에 따른 수축 등에 의해 내구성에 문제가 있었다.
대한민국 특허등록 제0887943호
이에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 플라이애시에 활성화제 등에 의해 조기강도를 개선시키면서 조기강도 개선에 따른 수화열증대, 수축증가 등에 의한 내구성 저하의 문제를 내구성첨가제 등을 첨가함으로써 조기강도와 동시에 내구성을 향상시키도록 하여 시멘트 치환량을 증대시켜 경제적이며, 친환경적인 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물은 플라이애시, 활성화제, 내구성첨가제를 혼합, 분쇄하여 형성되는 혼화재가 포함되는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 활성화제, 분쇄에 의해 화학적, 물리적으로 플라이애시의 초기강도 저하문제를 해결하면서, 초기강도의 보강에 따라 수화열증대, 수축증가 등에 의해 내구성이 저하될 수 있는 문제를 내구성첨가제의 작용기작에 의해 해결토록 하여 조기강도 및 내구성이 동시에 확보되도록 하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
플라이애시는 산업부산물로서 SiO2, CaO, Al2O3 등과 같이 중합반응이 가능한 구성요소를 갖고 있으며, 여기서 중합반응이란 지오폴리머(GeoPolymer)를 형성하는 반응으로 본 발명에서 유도할 수 있는 가장 큰 반응 중 하나이며, 여기에 더하여 수화반응을 촉진시키는 반응까지 도모할 수 있다.
상기 플라이애시를 사용할 경우 표면의 유리질 피막을 제거하기 위한 수단으로 pH가 13.8 이상의 콘크리트 환경을 조성해야 반응이 가능하며, 이를 확보하기 위해서는 높은 알칼리 활성화제의 사용이 불가피하다. 또한, 플라이애시가 가지고 있는 단점인 낮은 초기강도와 장기간의 고온양생기간을 거쳐야 하는 문제가 있다.
일반적으로 중합반응은 Si-Al 함유 광물질이 NaOH 또는 KOH와 반응하는 것으로, 플라이애시는 SiO2와 Al2O3의 함유율이 비교적 높아 중합반응으로 활성화시킬 수 있는 물질이다. 그러나 플라이애시를 사용한 경우에는 유리질(glassy) 피막이 형성되어 있기 때문에 이 피막을 파괴시켜 반응을 촉진시키기 위해서는 pH 13 이상 매우 높은 알칼리 환경이나 고온양생 또는 기타방법 등이 필요하다. 종래의 기술에서는 대부분 고온양생으로 플라이애시의 유리질피막을 파괴시켜 중합반응을 유도하였다.
특히 본 발명의 콘크리트 조성물에 첨가되는 혼화재는 플라이애시, 활성화제, 내구성첨가제를 혼합하여 분쇄함에 의해 형성되는데 특징이 있는 바, 상기 조성물들을 단순혼합에 의하여 생산하게 되면, 플라이애시의 초기강도를 보완하는 기능이 낮아지는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 상기 조성물들을 혼합한 후에 진동밀 등을 이용하여 분쇄하도록 함으로써 초기강도의 보강효율을 증대시키고자 함이다. 즉 혼합 분쇄하면 분쇄조작에서 균일 혼합이 가능하고 결정구조변화를 동시에 진행하여 입자의 표면을 활성화 시킬 수 있기 때문이다.
본 발명에 있어 상기 혼화재의 바람직한 배합비를 보면 플라이애시 100중량부에 대해, 활성화제 2 내지 4중량부, 내구성첨가제 2 내지 8중량부가 혼합되어 분쇄됨이 타당하다.
본 발명에 있어 활성화제는 플라이애시 100중량부에 대해 2 내지 4중량부로 한정을 하는 바, 이는 일반적인 활성화제의 배합량(20 내지 30중량부)보다 훨씬 적은 량의 배합에 의해 플라이애시를 활성화 시킴으로써 초기강도를 보완하고자 하는 것으로, 혼합분쇄의 영향에 기인한다. 상기 활성화제의 한정비는 중합반응에 필요한 적절한 비율의 Si 및 Al과 Na가 존재하여야 하기 때문으로 플라이애시의 중량비가 이보다 클 경우 상대적으로 반응에 필요한 Na 등이 부족하게 되고, 이와 반대로 이보다 작을 경우 강도에 기여하는 Si 또는 Al가 부족하여 결국 강도보강효과가 저하되기 때문에 이와 같이 한정하는 것이다.
바람직하게는 본 발명에 사용되는 활성화제는 무수석고, 수산화칼슘, 염화칼슘의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 수산화칼슘 및 염화칼슘을 더 첨가함에 따라 초기강도가 보완될 수 있도록 하는 것이며, 이에 더하여 무수석고를 첨가함에 따라 에트링자이트(ettringite) 침상결정을 생성시켜 그 침상결정의 성장압에 의하여, 입자 사이 등을 밀실하게 충진하면서 조밀한 구조를 제공하게 되는 것이다. 즉 무수석고의 첨가에 의해 내구성을 확보하면서 균열에 대한 저항성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이러한, 무수석고, 수산화칼슘 및 염화칼슘 혼합물인 활성화제는 그 배합비가 수산화칼슘 100중량부에 대해 무수석고 100 내지 200중량부, 염화칼슘 100 내지 200중량부로 배합됨이 타당한 바, 이는 무수석고가 상기 한정범위 미만인 경우 내구성의 향상에 기여하는 바가 적고, 상기 한정범위를 초과하는 경우 에트링자이트의 양이 너무 많아 오히려 조직을 팽창시켜 균열제어, 강도발현에 저해가 되므로 이와 같이 한정한다.
또한, 상기 염화칼슘을 상기와 같이 한정하는 이유는 수산화칼슘에 의해 초기강도는 보완되나 장기강도가 저하되는 문제를 해결하기 위해 상기와 같은 범위로 한정하는 것이다.
또한, 본 발명의 콘크리트 조성물에 첨가되는 혼화재는 내구성첨가제를 혼합함으로써 수화열저감, 수축량저감 등에 의해 내구성을 향상시키도록 하는 바, 특히 상기 내구성첨가제는 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 상기 규불화염은 시멘트 페이스트에서 시멘트 수화반응시 생성되는 수산화칼슘과 반응을 통하여 수화반응을 지연시킴에 따라 수화열을 저감시키도록 하는 것은 물론, 이러한 반응과정에서 칼슘수화물을 생성시키며 생성된 칼슘수화물은 시멘트 페이스트에서 미세기공에 충진되어 결국 밀실한 구조를 제공함으로써 내구성을 향상시키게 되는 것이다.
그런데 상기 칼슘수화물의 생성반응에서는 수산화나트륨(NaOH)이 생성되는데 이렇게 생성되는 수산화나트륨은 물에 대한 용해도가 높기 때문에 수분이 존재하면 재용해되어 용출되는 문제점이 있다.
따라서 수산화나트륨과 반응을 하여 불용화하고, 규불화염과 같이 콘크리트 성분과 화학반응하여 미세공극을 충진시키는 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계를 첨가함으로서 콘크리트 구조물을 완전히 밀실한 구조가 되게 한다. 특히 내구성첨가제로서 폴리옥시알킬렌알킬에테르계가 혼입됨에 의해 본원의 혼화재가 플라이애시의 초기강도를 보완함에 따라 발생될 수 있는 콘크리트 수축의 문제를 제어함으로써 수축에 의한 균열의 문제를 제어할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 콘크리트 조성물에 첨가되는 혼화재에는 콘크리트의 조기강도 발현을 도모하기 위해 트리에탄올아민을 더 첨가하는 바, 상기 트리에탄올아민에 의해 초기 분산성이 발현되도록 함으로써 초기 감수율을 향상시켜 고감수율에 의해 조기강도가 확보되도록 하는 것이다.
즉 킬레이트 화합물로 개질시킨 개질플라이애시에서 주쇄의 길이는 짧게, 측쇄의 길이는 길게 함으로써 상기와 같은 효과가 발현되도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 트리에탄올아민의 첨가량은 플라이애시 100중량부에 대해, 트리에탄올아민 0.8 내지 1.0중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.
이에 더하여 본 발명의 콘크리트 조성물에 첨가되는 혼화재에는 충전제가 더 배합될 수 있는 바, 충전제로 탄화칼슘(CaC2)을 배합함으로써 탄화칼슘에서 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 포졸란반응을 유도하여 장기강도를 증진시키도록 할 수 있다. 상기 탄화칼슘(CaC2)은 아세틸렌(C2H2) 가스 제조 시 발생되는 부산물로 물과의 반응에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 생성되고, 이렇게 만들어진 수산화칼슘이 플라이애시의 Si, Al, Fe의 성분과 만나서 C-S-H 겔 형태의 포졸란 반응을 일으키는 것으로 이것이 장기강도를 발현시키게 되는 것이다. 바람직하게는 상기 탄화칼슘은 플라이애시 100중량부에 대해 1 내지 3중량부로 배합되는 것이 타당하다.
또한, 본 발명에 있어 상기 조성들의 혼합 및 분쇄효율을 배가시키기 위해 분쇄조제가 더 배합되도록 할 수 있는 바, 상기 분쇄조제는 플라이애시 100중량부에 대해 0.01 내지 0.03중량부로 한정됨이 타당한 바, 이는 0.01미만으로 첨가되는 경우 분쇄조제의 기능이 미미하며, 0.03을 초과하여 첨가되는 경우는 반응에 비해 공기량이 과다해지는 문제가 있어 이와 같이 한정하는 것이다.
한편 상기 분쇄조제는, 디에틸렌글리콜(DEG)과 폴리글리콜(PG)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 바, 이와 같이 혼합하여 사용하는 경우가 분쇄효율을 증가시킬 수 있기 때문이다.
더욱 바람직하게는 중량비로 디에틸렌글리콜(DEG):폴리글리콜(PG)은 2:1인 것이 타당하다.
더욱 바람직하게는 본 발명의 혼화재 조성물은 플라이애시, 활성화제 등을 혼합, 분쇄하여 형성함에 있어서, 분말도 4,000㎠/g ~ 4,700㎠/g인 플라이애시에 활성화제 등을 혼합, 분쇄시켜 분말도 4,700 ~ 5,300㎠/g인 것이 타당하다.
상기 플라이애시의 분말도가 4,000㎠/g ~ 4,700㎠/g인 것을 혼합하는 이유는 4,000㎠/g 미만의 것을 사용하는 경우 혼합후 분쇄공정에서 에너지소요가 많을 것이며, 4,700㎠/g을 초과하는 경우 통상의 제품으로 판매되지 않는 관계로 재료준비에 있어 별도의 분쇄과정을 거쳐야 하므로 이와 같이 한정하는 것이다.
또한, 혼합 분쇄후의 분말도가 4,700 ~ 5,300㎠/g으로 한정하는 이유는 4,700㎠/g미만의 경우 강도발현에 효과가 미미하고, 5,300㎠/g을 초과하는 경우 시공성이 저하 등 품질성능이 개선되지 않으며 제조원가만 상승하기 때문에 이와 같이 한정하는 것이다.
상기에서 언급한 본 발명의 혼화재 조성물은 시멘트 치환율이 10중량% 이상이면서, 50중량%미만인 것이 타당한 바, 10중량%미만으로 치환되는 경우 치환에 의한 시멘트사용량 저감 등의 효과가 미미하고, 50중량%이상으로 치환되는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있어 이와 같이 한정을 한다. 즉 본 발명은 물리적, 화학적으로 플라이애시를 개질시킴에 따라 초기강도 및 내구성이 강화되어 시멘트 치환율이 30이상 즉 과량의 플라이애시를 사용하여도 무방한 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 콘크리트 조성물은 플라이애시의 단점인 초기강도 발현의 문제가 해결됨에 의해 시멘트 치환량을 증가시킬 수 있어 산업부산물인 플라이애시의 재활용에 의해 경제적이며, 다량의 CO2 가스의 발생을 줄일 수 있어 친환경적인 장점이 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 조성물은 초기강도가 발현됨에 따라 상존할 수 있는 조기경화에 의한 수축 등의 문제를 해결하고 밀실한 페이스트 구조를 제시하여 고내구성이 발현될 수 있도록 하는 장점이 있다.
이하, 실험 예를 통하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
<실험 예 1>
활성화제 적정 배합비
하기 표 1은 활성화제 적정 배합비를 도출하기 위한 모르타르 배합비를 나타낸 것이다.
모르타르 종류 시멘트 플라이애시 표준사 물
기준 450±2 0 1,350±5 225±1
자극제 시험 337.5±1.5 112.5±0.5
하기 표 2는 상기 모르타르 배합비에 따라 활성화제로 무수석고, 염화칼슘, 수산화칼슘의 배합비를 달리하여 각각 시료를 제조한 예를 나타낸다.
구분 무수석고
(FA×%)		 염화칼슘
(FA×%)		 수산화칼슘
(FA×%)
기준 - - -
기준예 1-1 2 - -
기준예 1-2 4 - -
기준예 1-3 - 2 -
기준예 1-4 - 4 -
기준예 1-5 - - 2
기준예 1-6 - - 4
실시예 1-1 2 1 1
실시예 1-2 1 2 1
비교예 1-7 1 1 2
비교예 1-8 2 2 1
비교예 1-9 1 3 1
실시예 1-3 1 2 1
하기 표 3은 각각의 시료에 대해 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
비교예 1-1,2를 보면 활성화제로 무수석고만을 첨가한 경우를 나타내는 것으로, 무수석고 첨가량을 증가시킴에 따라 재령 28일 이후 강도가 증가하는 것을 알 수 있으나, 초기강도가 기준에 미달되는 것으로 나타났다.
비교예 1-3,4를 보면 활성화제로 염화칼슘만을 첨가한 경우를 나타내는 것으로, 염화칼슘 첨가량을 증가시킴에 따라 초기강도(1일, 7일 강도)는 증가하였으나, 7일이후의 강도는 기준에 미달되는 것으로 나타났다.
비교예 1-5,6을 보면 활성화제로 수산화칼슘만을 첨가한 경우를 나타내는 것으로, 수산화칼슘 첨가량을 증가시킴에 따라 극초기강도(1일 강도)는 증가하나, 7일 이후 강도는 기준에 미달되는 것으로 나타났다.
반면 실시 예 1-1, 2와 같이 플라이애시 100중량부에 대해 활성화제를 4중량부로 배합하되, 활성화제로 무수석고:염화칼슘:수산화칼슘=2:1:1 or 1:2:1의 중량비로 배합하는 경우 초기강도는 물론 장기강도에 있어서도 기준을 초과하는 결과가 도출되었다.
한편 비교 예 1-7의 경우는 플라이애시 100중량부에 대해 활성화제를 4중량부로 배합하되, 활성화제로 무수석고:염화칼슘:수산화칼슘=1:1:2 의 중량비로 배합하는 경우 초기강도(1일, 7일)가 기준에 미달되는 결과가 도출되었다.
또한, 비교예 1-8, 9의 경우 플라이애시 100중량부에 대해 활성화제를 5중량부로 배합하되, 실시 예 1-2와 비교 무수석고 또는 염화칼슘을 더 배합한 예로서, 실험결과 모두 초기강도(1일, 7일)가 기준에 미달되는 결과가 도출되었다.
본 실험결과를 통해 플라이애시 100중량부에 대해 활성화제는 2 내지 4중량부가 초기강도 보강면에서 적정 배합비인 것으로 판단되며, 활성화제에 있어서도 무수석고, 염화칼슘, 수산화칼슘을 모두 혼합하는 것이 강도면에서 유리한 것을 알 수 있고, 이들 혼합비는 수산화칼슘 100중량부에 대해 무수석고 100 내지 200중량부, 염화칼슘 100 내지 200중량부가 초기강도 발현면에서 적정 배합비로 사료된다.
한편 실시 예 1-3의 경우는 실시 예 1-2와 동일한 배합비로 제조하되, 실시 예 1-3에서는 충전제로 탄화칼슘(CaC2)이 플라이애시 100중량부에 대해 2중량부가 더 배합되도록 한 것으로, 실시 예 1-2와 비교하면 초기강도(1일, 7일)의 발현은 유사하나, 장기강도(28일, 91일)의 발현에서 더욱 효과가 좋은 것으로 도출되는 것을 알 수 있다. 이는 탄화칼슘에 의해 생성되는 수산화칼슘이 혼입됨으로써 플라이애시의 중합반응과 함께 포졸란 반응 등의 시너지 효과를 일으킴에 의해 장기강도가 증가하는 것으로 판단된다.
구분 압축강도(%)
1일 7일 28일 91일
기준 100 100 100 100
기준예 1-1 88 95 101 105
기준예 1-2 92 96 110 109
기준예 1-3 105 101 95 99
기준예 1-4 115 105 94 97
기준예 1-5 104 98 93 102
기준예 1-6 110 99 89 95
실시예 1-1 100 105 106 103
실시예 1-2 103 102 101 107
비교예 1-7 96 98 101 103
비교예 1-8 97 99 100 102
비교예 1-9 98 97 101 100
실시예 1-3 104 102 104 109
<실험 예 2>
내구성첨가제의 영향
본 실험은 하기 <표 4>에서 보는 바와 같이 상기 실험예 1에 있어 실시예 1-2와 동일한 배합비로 배합하되 실시예 2-1 내지 2-4와 비교예 2-1은 내구성첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물(각각 중량비로 1:1로 혼합)을 플라이애시 100중량부에 대해 각각 2,4,6,8,10중량부가 혼합된 시료이며, 비교예 2-2 및 비교예 2-3은 상기 실험예 1에 있어 실시 예 1-2와 동일한 배합비로 배합하되 내구성첨가제로 규불화염만 또는 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계만 2중량부가 더 배합되도록 한 시료이다.
구분 규불화염 + 폴리옥시알킬렌
알킬에테르계(FA×%)
기준 -
실시예 2-1 2
실시예 2-2 4
실시예 2-3 6
실시예 2-4 8
비교예 2-1 10
비교예 2-2 2(규불화염만)
비교예 2-3 2(폴리옥시알킬렌 알킬에테르계만)
하기 <표 5>에서 보는 바와 같이 실시 예 2-1 내지 2-4의 경우 즉 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물이 내구성첨가제로 첨가되되 그 배합량이 증가함에 따라 수화발열량 및 수축량이 저감하는 것을 알 수 있다.
이러한 실험결과로 내구성첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물이 첨가됨에 따라 수화반응을 지연시켜 밀실한 구조가 되도록 함과 동시에 수축량을 감소시켜 균열 등을 제어할 수 있어 결국 내구성이 향상되도록 하는 것을 알 수 있다.
그러나 비교예 2-1의 경우 내구성첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물이 10중량부가 첨가되는 경우 수화발열량 및 수축량의 저감효과가 미미한 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 2-2의 경우 내구성첨가제로 규불화염만 첨가되는 경우로서 실시 예 2-1과 비교시 수화발열량 저감효과는 비슷한 결과를 나타내지만 수축량에 있어서 저감효과가 발현되지 않아 수축균열 등에 노출될 수 있는 문제가 있음을 알 수 있고, 비교예 2-3의 경우 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계만 첨가되는 경우로서 실시 예 2-1과 비교시 수축량 저감효과는 비슷한 결과를 나타내지만 수화발열량에 있어서 저감효과가 발현되지 않아 수화지연에 의한 밀실한 구조를 제공할 수 없어 동결융해 등에 노출될 수 있는 문제가 있음을 알 수 있다.
따라서 본 실험결과에 의해 규불화염의 첨가로 수화반응의 지연의 효과가 있음을 알 수 있으며, 폴리옥시알킬렌알킬에테르계의 첨가로 수축저감 효과가 있음을 알 수 있고, 수화반응 지연 및 수축저감효과를 동시에 확보하기 위해 내구성 첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하고, 그 적정의 배합량은 플라이애시 100중량부에 대해 내구성 첨가제 2 내지 8중량부인 것을 알 수 있다.
구분 수화발열량(cal/g) 수축량(㎛)
기준 60.02 -480
실시예 2-1 55.07 -460
실시예 2-2 47.56 -445
실시예 2-3 41.26 -420
실시예 2-4 33.65 -395
비교예 2-1 33.70 -396
비교예 2-2 55.08 -470
비교예 2-3 59.2 -458
<실험 예 3>
적정 분쇄시간
표 6은 상기 실험예 2의 실시 예 2-1과 동일하게 배합하여 분쇄시간을 달리하여 비표면적을 측정한 실험결과를 도시하고 있다. 하기 표 6에서 보는 바와 같이 분쇄시간이 길어질수록 비표면적이 증가하는 것을 알 수 있다.
분쇄시간(분) 분쇄속도(rpm) 비표면적(㎠/g)
3 2,000 4,837
5 4,984
10 5,294
15 5,574
하기 표 7은 상기 실시예 2-1과 동일하게 배합하여 분쇄시간을 달리하여 시료를 제작한 것으로, 각각의 시료에 대해 압축강도와 슬럼프플로우를 측정한 결과값을 나타내고 있다.
분쇄시간(분) 압축강도(MPa) 슬럼프(mm)
1일 3일 7일 28일
기준 100 100 100 100 210
3 103 102 101 107 225
5 107 108 109 113 220
10 113 115 118 119 210
15 114 120 122 124 200
상기 표 6 및 7에서 보는 바와 같이 분쇄시간을 길게 할수록 비표면적이 증가하여 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있으나, 분쇄시간을 15분으로 하는 경우 비표면적인 5,574㎠/g으로 슬럼프가 현저히 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서 강도 및 시공성을 고려하여 적정의 분쇄시간은 3 내지 10분인 것을 알 수 있다.
<실험 예 4>
트리에탄올 아민의 영향
하기 표 8은 상기 실험예 2의 실시 예 2-1과 동일하게 배합하면서 트리에탄올아민의 첨가량을 달리하여 제작된 시료에 대해 슬럼프와 압축강도를 측정한 결과를 나타내는 것이다. 하기 표 8에서 보는 바와 같이 트리에탄올아민의 첨가량이 증가하는 경우 실시 예 2-1(실시 예 1-2)와 대비 초기강도가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 트리에탄올아민의 첨가량이 증가할수록 슬럼프값이 커지는 것을 알 수 있다. 그런데 비교예 4-1에서 보는 바와 같이 트리에탄올아민의 첨가량이 0.6중량부(플라이애시 100중량부 대비)의 경우 슬럼프값이 기준에 미달하는 결과가 도출되며 비교예 4-2의 경우 트리에탄올아민의 첨가량이 1.2중량부의 경우 초기강도(1일, 7일)의 증가가 실시 예 4-2와 대비 미미한 결과를 나타내는 것을 알 수 있는 바, 시공성을 확보하면서 초기강도를 증대시키기 위한 트리에탄올아민의 첨가량은 플라이애시 100중량부에 대해 0.8 내지 1.0중량부인 것을 알 수 있다.
구분 굳지 않은 콘크리트 경화특성
슬럼프(mm) 공기량(%) 압축강도(MPa)
0분 60분 0분 60분 1일 7일 28일 91일
기준 220 150 3.5 2.1 100 100 100 100
비교예 4-1(0.6%) 180 160 5.1 4.8 107 103 101 107
실시예 4-1(0.8%) 220 210 5.7 5.4 110 105 102 108
실시예 4-2(1%) 230 230 6.0 5.8 115 110 103 109
비교예 4-2(1.2%) 235 235 6.8 6.7 115 109 103 110
<실험 예 5>
시멘트 치환량에 따른 압축강도
하기 표 9는 상기 실시예 4-2와 동일하게 배합하고, 분쇄시간을 10분으로 하여 시멘트 치환율을 달리한 시료를 각각 제작한 후 압축강도를 측정한 결과를 나타낸다.
FA 치환율(%) 압축강도(MPa)
1일 3일 7일 28일
0 100 100 100 100
10 116 112 105 112
20 115 110 103 109
30 111 109 101 104
40 107 102 100 103
50 97 95 99 96
60 86 87 86 84
상기 표 9에서 보는 바와 같이 치환율이 증가할수록 강도가 저하되는 것을 알 수 있으며, 50중량%를 치환하는 경우 강도가 현저히 저하되는 것을 알 수 있다. 즉 10중량%미만으로 치환하는 경우는 자원재활용면에서 의미가 없다고 판단되며, 50중량% 이상 치환하는 경우 강도가 기준치 이하로 저하되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 혼화재의 경우 적정 치환율은 10중량%이상이며, 50중량%미만인 것으로 판단되고, 최적의 치환율은 자원재활용 및 강도를 고려하여 30중량%인 것으로 판단된다. 결과적으로 기존 플라이애시를 배합하는 경우 초기강도 저하의 문제가 있어 그 치환량이 미미했으나, 본 발명의 경우 플라이애시를 개질함으로써 초기강도를 개선하여 그 치환량을 50중량%미만까지 가능하도록 하여 자원재활용의 면에서 유리한 장점이 제시되는 것이다.
<실험 예 6>
시멘트 치환량에 따른 염해저항성
하기 표 10은 상기 실험예 5와 동일하게 시료를 각각 제작한 후 염해저항성을 판단하기 위해 확산계수를 측정한 결과를 나타낸다.
FA 치환율(%) 확산계수(×10-12㎡/s)
28일 56일 91일
0 13.54 10.61 6.54
10 10.98 8.50 5.21
20 10.12 7.44 4.11
30 9.32 6.22 3.12
40 8.08 5.22 3.01
50 7.44 5.01 2.77
60 8.21 5.55 3.26
상기 표 10에서 보는 바와 같이 본 발명의 경우 플라이애시를 물리적, 화학적으로 개질하여 초기강도를 개선함과 동시에 내구성을 향상시키도록 함에 따라 그 치환량이 50중량%까지는 동결융해에 대한 저항성이 향상되는 것을 알 수 있다.
결과적으로 염해저항성 실험결과면에서도 본 발명의 혼화재의 경우 적정 치환율은 10중량%이상이며, 50중량%미만인 것으로 판단된다.
<실험 예 7>
시멘트 치환량에 따른 동결융해특성
하기 표 11은 상기 실험예 5와 동일하게 시료를 각각 제작한 후 동결융해특성을 판단하기 위해 상대동탄성계수를 측정한 결과를 나타낸다.
FA 치환율(%) 상대동탄성계수(%)
0
(사이클)		 150
(사이클)		 300
(사이클)
0 100 96 78
10 100 97 85
20 100 98 83
30 100 96 84
40 100 97 79
50 100 96 78
60 100 93 70
상기 표 11에서 보는 바와 같이 본 발명의 경우 플라이애시를 물리적, 화학적으로 개질하여 초기강도를 개선함과 동시에 내구성을 향상시키도록 함에 따라 그 치환량이 50중량%까지는 동결융해에 대한 저항성이 치환율이 0%일 때 보다 크거나 같은 것을 알 수 있다. 결과적으로 동결융해 실험결과면에서도 본 발명의 혼화재의 경우 적정 치환율은 10중량%이상이며, 50중량%미만인 것으로 판단된다.
<실험 예 8>
시멘트 치환량에 따른 수화열 특성
하기 표 12는 상기 실험예 5와 동일하게 시료를 각각 제작한 후 수화열특성을 판단하기 위해 수화열를 측정한 결과를 나타낸다.
FA 치환율(%) 수화열
최고온도(℃)
0 85
10 75
20 70
30 63
40 55
50 42
60 31
상기 표 12에서 보는 바와 같이 본 발명의 경우 플라이애시를 물리적, 화학적으로 개질하여 초기강도를 개선함과 동시에 내구성을 향상시키도록 함에 따라 그 치환량이 증가할수록 수화열이 저감되는 것을 알 수 있다.
이는 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 혼화재에 내구성첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계 혼합물이 첨가되기 때문인 것으로 특히 규불화염의 첨가에 기인한 것으로 판단된다.
결과적으로 수화열 면에서는 본 발명의 혼화재의 치환율이 높을수록 타당한 결과가 도출되나 상기에서 언급한 바와 같이 강도, 염해저항성, 동결융해 저항성을 고려하면 본 발명의 혼화재의 경우 적정 치환율은 10중량%이상이며, 50중량%미만인 것으로 판단된다.
<실험 예 9>
시멘트 치환량에 따른 수축특성
하기 표 13은 상기 실험예 5와 동일하게 시료를 각각 제작한 후 수축특성을 측정한 결과를 나타낸다.
FA 치환율(%) 수축량(㎛)
28D
0 -790
10 -785
20 -770
30 -765
40 -750
50 -741
60 -735
상기 표 13에서 보는 바와 같이 본 발명의 경우 플라이애시를 물리적, 화학적으로 개질하여 초기강도를 개선함과 동시에 내구성을 향상시키도록 함에 따라 그 치환량이 증가할수록 수축량이 저감되는 것을 알 수 있다.
이는 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 혼화재에 내구성첨가제로 규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계 혼합물이 첨가되기 때문인 것으로 특히 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 첨가에 기인한 것으로 판단된다.
결과적으로 수축량 면에서는 본 발명의 혼화재의 치환율이 높을수록 타당한 결과가 도출되나 상기에서 언급한 바와 같이 강도, 염해저항성, 동결융해 저항성을 고려하면 본 발명의 혼화재의 경우 적정 치환율은 10중량%이상이며, 50중량%미만인 것으로 판단된다.

Claims (6)

  1. 플라이애시 100중량부에 대해, 활성화제 2 내지 4중량부, 내구성첨가제 2 내지 8중량부가 혼합되어 분쇄됨을 특징으로 하는 혼화재가 포함되되,
    상기 혼화재에는, 충전제로 탄화칼슘(
    Figure 112015094226913-pat00002
    )이 플라이애시 100중량부에 대해 1 내지 3중량부가 배합되어 플라이애시와 포졸란반응을 통해 장기강도가 발현되도록 하고,
    상기 혼화재에는, 플라이애시 100중량부에 대해 트리에탄올아민 0.8 내지 1.0중량부가 배합되어 초기 감수율 향상에 의해 조기강도가 발현되도록 하는 것을 특징으로 하는 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어,
    상기 활성화제는,
    수산화칼슘 100중량부에 대해 무수석고 100 내지 200중량부, 염화칼슘 100 내지 200중량부의 혼합물인 것을 특징으로 하는 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어,
    상기 내구성첨가제는,
    규불화염과 폴리옥시알킬렌 알킬에테르계의 혼합물인 것을 특징으로 하는 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어,
    상기 혼화재에는, 플라이애시 100중량부에 대해 분쇄조제 0.01 내지 0.03중량부가 더 배합되되, 상기 분쇄조제는 디에틸렌글리콜(DEG)와 폴리글리콜(PG)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 개질플라이애시 활용 조기강도 발현형 고내구성 콘크리트 조성물.
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