KR101608841B1 - Steel scraps reinforced cement composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시공성이 우수한 고강도, 고인성 및 고내구성을 가진 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조 방법 및 그러한 방법에 의해 제조되는 시멘트 복합재료에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고강도, 고인성 및 고내구성을 지닌 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 교량, 빌딩, 항만구조물 등의 콘크리트 구조물에 적용할 경우, 기존의 콘크리트에 비해 그 강도 및 인성 등 역학적 성능이 현저히 향상되는 효과가 있으며, 강스크랩은 철강산업의 부산물로 가격이 저렴하므로, 종래의 강섬유 보강 시멘트 복합체에서 사용되는 강섬유보다 경제적이면서, 강섬유 대신 강스크랩 사용으로 철강제품인 강섬유 생산 절감으로 인한 CO2 배출량이 억제되어 환경친화적인 효과가 있다.
The present invention relates to a method for producing a steel scrap reinforced cement composite material having excellent workability, high strength, high toughness and high durability, and a cement composite material produced by such a method.
When a steel scrap reinforced cement composite material having high strength, high toughness and high durability according to the present invention is applied to a concrete structure such as a bridge, a building or a harbor structure, the mechanical strength such as strength and toughness is remarkably improved Steel scrap is a byproduct of the steel industry and is cheaper than steel fibers used in conventional steel fiber reinforced cement composites and uses steel scrap instead of steel fiber to suppress CO 2 emissions from steel fiber production There is an eco-friendly effect.

Description

강스크랩 보강 시멘트 복합재료 및 그 제조 방법{Steel scraps reinforced cement composite material and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel scrap reinforced cement composite material and a manufacturing method thereof,

본 발명은 고강도, 고인성 및 고내구성을 가진 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조 방법 및 그러한 방법에 의해 제조되는 시멘트 복합재료에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a steel scrap reinforced cement composite material having high strength, high toughness and high durability, and a cement composite material produced by such a method.

콘크리트는 시멘트에 골재를 혼합하여 다양한 구조물을 만들기 위한 것으로서, 시멘트는 크게 골재와 골재를 결합시키는 역할을 한다. 시멘트는 도로, 교량 및 빌딩 등의 건설에 있어서, 일반적으로 가장 기초가 되는 재료로서 함께 혼합되는 다양한 재료에 따라 여러 가지 특성을 가지게 된다. 즉, 첨가되는 재료에 따라서 압축강도를 높이거나, 인장강도 또는 휨강도를 높일 수 있으며, 이 밖에 방수성이나 내화성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.Concrete is used to make various structures by mixing aggregate with cement, and cement plays a role of combining aggregate and aggregate. Cement has various characteristics depending on various materials to be mixed together as a generally basic material in the construction of roads, bridges, and buildings. That is, the compression strength can be increased, the tensile strength or the bending strength can be increased according to the material to be added, and the characteristics such as water resistance and fire resistance can be improved.

또한, 콘크리트는 경제성 및 내구성이 우수한 건설재료로서 강재와 더불어 콘크리트 구조물의 건설에 널리 사용되고 있다.In addition, concrete is a construction material having excellent economy and durability, and is widely used for construction of steel structures and concrete structures.

한편, 콘크리트는 압축강도가 크고 내구성이 우수하며 경제적이고, 구조적 기능에 대한 재료의 적합성, 내화성, 낮은 유지관리비 등에서 우수하나, 인장강도가 압축강도의 약 10% 정도로 낮아, 인장측에 균열을 유발시켜 철근을 부식시키기 쉽고, 취성파괴를 일으키기 쉽다.Concrete, on the other hand, is excellent in compressive strength, durability, economic efficiency, material compatibility, fire resistance and low maintenance cost. However, tensile strength is low as about 10% of compressive strength, So that it is liable to corrode the reinforcing steel, and brittle fracture tends to occur.

또한, 콘크리트는 강재에 비해 인성이 작아 에너지 흡수능력이 현저히 떨어지고, 이로 인해 지진과 같은 자연재해에 취약한 단점을 가지고 있다. 콘크리트의 수화반응의 특성상 강도 발현에 시간이 소요되고, 인장에는 약한 취성적 성질과 건조수축이 크고, 타설 직후 가소성의 유동체로 응결될 때, 표면 건조에 의해 인장응력이 작용하여 소성수축 균열이 발생하는 등의 문제점이 존재한다.In addition, concrete has a lower toughness than steel, and its energy absorption capability is significantly lowered, which is disadvantageous to natural disasters such as earthquakes. When the concrete is hydrated, it takes a long time for the strength development, and the weak brittle property and drying shrinkage are large in the tensile force. When the concrete is condensed immediately after casting with plasticity, tensile stress acts on the surface, And the like.

이에 따라 콘크리트의 인장강도 증진 및 균열 제어를 통한 장기 내구성 확보를 목적으로 각종 섬유를 혼입한 콘크리트 및 시멘트 복합재료 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, researches on the development of concrete and cement composite materials mixed with various fibers have been actively carried out in order to enhance the tensile strength of concrete and to secure long - term durability through crack control.

콘크리트의 취성파괴 등을 방지하기 위해 일반 콘크리트의 배합에 강섬유 및 유기섬유 등을 1% 정도로 혼입하여 제조하는 섬유 보강 콘크리트(fiber reinfored concrete) 또는 섬유보강 시멘트 복합재료(fiber reinforced cement composite material)가 일부 콘크리트 구조물에 사용되고 있다.Fiber reinforced concrete or fiber reinforced cement composite material, which is produced by mixing about 1% of steel fiber and organic fiber into a mixture of ordinary concrete to prevent brittle fracture of concrete, It is used in concrete structures.

섬유 보강 콘크리트는 일반 콘크리트의 배합에 섬유를 투입하므로 콘크리트의 점성 부족으로 섬유를 다량으로 투입하지 못하여 만족할 만할 인성을 확보하지도 못할 뿐더러, 섬유 뭉침(fiber ball) 현상이 발생하여 오히려 콘크리트의 성능을 저하시키는 경우도 발생하고 있다. 또한, 1% 정도의 섬유 혼입으로는 고강도 콘크리트의 취성파괴를 완전히 방지하지 못하여, 지진 또는 차량의 반복 및 충격하중, 화재 및 자연 열화현상 등이 발생하였을 때 곧바로 구조물이 파괴되는 취약점을 안고 있다.Since fiber-reinforced concrete injects fiber into the blend of ordinary concrete, it can not satisfy satisfactory toughness due to insufficient amount of fiber due to lack of viscosity of concrete, and fiber ball phenomenon occurs, and consequently, There is also a case where it is lowered. In addition, fiber content of about 1% can not completely prevent the brittle fracture of high strength concrete. Therefore, it is vulnerable that structure is destroyed immediately when earthquake, repetitive and impact load of vehicle, fire and natural deterioration occurs.

각종 섬유 중 강섬유는 건설산업에서 가장 일반적으로 사용되는 섬유로서 사용시 콘크리트의 유동성을 저하시키지만 인장강도와 연성 향상에 매우 효과적이다. 그러나 강섬유는 가격이 고가이므로, 경제적으로 섬유보강 콘크리트나 시멘트 복합재료를 개발하기 위해서는 강섬유를 대체할 수 있는 섬유 개발이 시급히 요구되는 문제점이 있는 실정이다.Among various fibers, steel fiber is the most commonly used fiber in the construction industry, which reduces the fluidity of concrete but is very effective in improving tensile strength and ductility. However, since steel fibers are expensive, there is an urgent need to develop fibers that can replace steel fibers in order to economically develop fiber-reinforced concrete or cement composite materials.

한국등록특허 제10-1190282호Korean Patent No. 10-1190282

본 발명의 목적은 앞서 언급한 기존의 일반 콘크리트와 섬유 보강 콘크리트가 안고 있는 문제점을 극복할 수 있는, 고강도, 고인성 및 고내구성을 가진 강스크랩 보강 시멘트 복합재료 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a steel scrap reinforced cement composite material having high strength, high toughness and high durability and capable of overcoming the problems of the conventional concrete and fiber reinforced concrete mentioned above, and a method of manufacturing the same.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 시멘트 100 중량부, 잔골재 50 내지 150 중량부 및 물 30 내지 40 중량부를 포함하는 혼합물 및 상기 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.In order to accomplish the above-mentioned technical object, the present invention provides a cement paste composition comprising 100 parts by weight of cement, 50 to 150 parts by weight of fine aggregate, 30 to 40 parts by weight of water, and 2 vol.% Or less of steel scrap This paper proposes a steel scrap reinforced cement composite material.

또한, 상기 강스크랩은 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5 mm, 폭이 1~2 mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.Also, the steel scrap has a length of 10 to 30 mm, a thickness of 0.3 to 0.5 mm, a width of 1 to 2 mm, and a density of 7.0 to 8.0 g / cm 3 .

또한, 상기 잔골재는 밀도가 2.0~3.0 g/cm3, 단위용적 질량이 1,400~1,800 kg/m3, 흡수율이 1~3 %, 입자 크기가 5 mm 이하인 모래인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.The fine aggregate is sand having a density of 2.0 to 3.0 g / cm 3 , a unit volume of 1,400 to 1,800 kg / m 3 , a water absorption of 1 to 3% and a particle size of 5 mm or less. We suggest a composite material.

또한, 고성능 감수제 1 중량부 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.Further, the present invention further provides a steel scrap reinforced cement composite material characterized by further containing 1 part by weight or less of a high-performance water reducing agent.

또한, 상기 고성능 감수제는 고형분이 15~25 중량%인 폴리카르본산계 감수제, 나프탈렌계 감수제, 멜라민계 감수제 및 리그닌계 감수제로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.The high-performance water reducing agent is at least one selected from the group consisting of a polycarboxylic acid-based water reducing agent having a solid content of 15 to 25% by weight, a naphthalene-based water reducing agent, a melamine-based water reducing agent and a lignin-based water reducing agent. I suggest.

또한, 상기 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 재령 28일 압축 강도가 50~70 MPa이고, 휨강도가 8.5~10.5 MPa인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제안한다.Also, the steel scrap reinforced cement composite material has a 28-day compressive strength of 50 to 70 MPa and a flexural strength of 8.5 to 10.5 MPa.

또한, 본 발명은 (a) 시멘트 100 중량부에 잔골재 50 내지 150 중량부를 혼합하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부를 혼합하는 단계 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 혼합한 후 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법을 제안한다.(A) mixing 50 to 150 parts by weight of a fine aggregate with 100 parts by weight of cement, (b) mixing 30 to 40 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the cement to the mixture prepared in the step (a) And (c) mixing the mixture prepared in the step (b) with steel scrap of 2 vol.% Or less based on the volume of the mixture and curing the mixed steel scrap. I suggest.

또한, 상기 강스크랩은 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5 mm, 폭이 1~2 mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법을 제안한다.The steel scrap has a length of 10 to 30 mm, a thickness of 0.3 to 0.5 mm, a width of 1 to 2 mm, and a density of 7.0 to 8.0 g / cm 3 . .

또한, 상기 단계 (b)에서 고성능 감수제 1 중량부 이하를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법을 제안한다.Also, in the step (b), 1 part by weight or less of a high-performance water reducing agent is further mixed, thereby producing a steel scrap-reinforced cement composite material.

또한, 상기 단계 (a)에서는 시멘트 100 중량부에 잔골재 50 내지 150 중량부를 팬믹서(pan mixer) 또는 이에 준하는 믹서로 1 내지 2분 동안 혼합하고, 상기 단계 (b)에서는 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부를 팬믹서 또는 이에 준하는 믹서로 2 내지 3분 동안 혼합하여 소정의 유동성을 확보한 후, 상기 단계 (c)에서는 단계 (b)에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 팬믹서 또는 이에 준하는 믹서로 3 내지 5분 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법을 제안한다.In the step (a), 50 to 150 parts by weight of the fine aggregate is mixed with 100 parts by weight of cement for 1 to 2 minutes using a pan mixer or a similar mixer, and in step (b) 30 to 40 parts by weight of water based on 100 parts by weight of cement is mixed with a pan mixer or a similar mixer for 2 to 3 minutes to obtain a predetermined fluidity. In the step (c) And mixing the steel scrap with 2 vol.% Or less of the volume of the mixture to the mixture with a pan mixer or a similar mixer for 3 to 5 minutes.

본 발명에 따른 고강도, 고인성 및 고내구성을 지닌 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 교량, 빌딩, 항만구조물 등의 콘크리트 구조물에 적용할 경우, 기존의 콘크리트에 비해 그 강도 및 인성 등 역학적 성능이 현저히 향상되는 효과가 있다.When a steel scrap reinforced cement composite material having high strength, high toughness and high durability according to the present invention is applied to a concrete structure such as a bridge, a building or a harbor structure, the mechanical strength such as strength and toughness is remarkably improved .

또한, 본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료에서, 강스크랩은 철강산업의 부산물로 가격이 저렴하므로, 종래의 강섬유 보강 시멘트 복합체에서 사용되는 강섬유보다 경제적이면서, 강섬유 대신 강스크랩 사용으로 철강제품인 강섬유 생산 절감으로 인한 CO2 배출량이 억제되어 환경친화적인 효과가 있다.In the steel scrap reinforced cement composite material according to the present invention, the steel scrap is a by-product of the steel industry, and thus the steel scrap is less expensive than the steel fiber used in the conventional steel fiber reinforced cement composite, CO 2 emissions from production cutbacks are suppressed, which is environmentally friendly.

도 1은 강스크랩 종류별 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 시멘트에 대한 물의 중량비가 30%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 플로값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 시멘트에 대한 물의 중량비가 40%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 플로값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 시멘트에 대한 물의 중량비가 30%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 시멘트에 대한 물의 중량비가 40%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 시멘트에 대한 물의 중량비가 30%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 휨강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 시멘트에 대한 물의 비가 40%일 때 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 휨강도를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the density of steel scrap according to the type.
FIG. 2 is a graph showing a flow value of a cement composite material incorporating shelf scrap when the weight ratio of water to cement is 30%. FIG.
3 is a graph showing a flow value of a cement composite material incorporating shelf scrap when the weight ratio of water to cement is 40%.
4 is a graph showing the compressive strength of a cement composite material incorporating shelf scrap when the weight ratio of water to cement is 30%.
5 is a graph showing the compressive strength of a cement composite material incorporating shelf scrap when the weight ratio of water to cement is 40%.
6 is a graph showing the flexural strength of a cement composite material incorporating shelf scrap when the weight ratio of water to cement is 30%.
7 is a graph showing the flexural strength of a cement composite material incorporating shelf scrap when the water to cement ratio is 40%.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료는 시멘트 100 중량부, 잔골재 50 내지 150 중량부 및 물 30 내지 40 중량부를 포함하는 혼합물 및 상기 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 포함하는 것을 특징으로 한다.The steel scrap reinforced cement composite material according to the present invention comprises a mixture comprising 100 parts by weight of cement, 50 to 150 parts by weight of fine aggregate and 30 to 40 parts by weight of water and 2 vol.% Or less of steel scrap with respect to the mixture volume .

상기 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여(성분을 조절하기 위하여 규산질 원료와 산화철 원료를 첨가하기도 한다) 미분쇄한 후, 그 일부가 용융할 때까지(약 1,450℃) 소성하여 얻어지는 클링커에, 응결조절제(凝結調節劑)로서 약간의 석고를 가하여 미분쇄하여 만든 보통 포틀랜드 시멘트일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The cement is mainly pulverized by mixing the calcareous raw material and the clay raw material at an appropriate ratio (the siliceous raw material and the iron oxide raw material are added to adjust the component), and then the calcined product is fired until a part thereof is melted (about 1,450 ° C.) However, the present invention is not limited to the ordinary portland cement obtained by adding fine gypsum to the resulting clinker as a coagulation controlling agent.

상기 강스크랩은 고강도 및 고내구성을 지닌 시멘트 복합재료에 고인성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 콘크리트 내부에서 콘크리트와 결합하여 콘크리트를 잡아 지지하는 역할을 하며, 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5mm, 폭이 1~2mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3 인 것을 사용하는 것이 바람직하다.The steel scrap is used to impart high toughness to cement composites having high strength and high durability. It serves to hold concrete by bonding with concrete inside of concrete and has a length of 10 to 30 mm and a thickness of 0.3 A width of 1 to 2 mm, and a density of 7.0 to 8.0 g / cm < 3 >.

강스크랩은 철강 산업의 강재 생산 또는 가공 과정이나 철강 제품의 사용 불능 상태 등에서 발생한 것으로, 연간 약 23,000천톤(2010년, 한국철강협회 기준)이 발생하고 있고, 발생된 강스크랩은 전량이 철강 제조 원료로 사용되고 있다.Steel scrap is generated in the process of steel production or processing of the steel industry or inability to use steel products. It generates about 23,000 tons per year (2010, Korea Iron & Steel Association standard), and the generated steel scrap .

강스크랩의 분류 방법은 발생원에 의한 분류, 성분·형태에 의한 분류, 구입 형태에 의한 분류 등이 있는데 발생원에 의한 분류 기준을 보면 다음과 같다.The classification methods of steel scrap include classification by source, classification by composition and form, classification by purchase type, and classification criteria by source are as follows.

발생원 기준으로는 자가발생 스크랩, 가공 스크랩 및 노폐 스크랩으로 분류된다. 자가발생 스크랩은 철강회사에서 철강제품 제조공정 중 발생하는 것으로 별도의 가공 처리나 유통 거래없이 전량 회수, 사용되고 있다. 가공 스크랩은 기계·자동차 등 철강 수요산업의 생산 공정에서 철강재 가공시 발생하는 스크랩을 의미하며, 노폐 스크랩은 최종 제품의 유용성이 소실되어 철강 폐기물로 가공 처리되는 철스크랩을 일컫는다.The sources are classified into self-generated scrap, processed scrap, and scrap scrap. The self-generated scrap is generated during the manufacturing process of steel products by steel companies and is recovered and used without any separate processing or distribution transactions. Scrap refers to scrap generated during processing steel products in the steel industry, such as machinery and automobiles, and scrap scrap refers to steel scrap that is processed into steel waste due to the loss of usefulness of the final product.

또한, 강스크랩은 강스크랩 분류 기준(KSD 2101)에 따라, 생철 스크랩, 노폐 스크랩, 선반 스크랩, 가공 스크랩으로 분류되며, 강스크랩 종류별 밀도는 7.0~8.0 g/cm3 정도로 시판되는 강섬유의 밀도 7.7 g/cm3와 유사하여 강섬유 대체 섬유로서 강스크랩이 사용될 수 있으며, 본 발명의 강스크랩 보강 시멘트 복합재료 제조시 강섬유 대체 섬유로서 선반 스크랩이 가장 바람직하게 사용될 수 있다. Steel scrap is classified into steel scrap, scrap, scrap, and scrap according to the steel scrap classification standard (KSD 2101). The steel scrap has a density of 7.0 to 8.0 g / cm 3 and a density of 7.7 g / cm < 3 >, steel scrap may be used as the alternative fiber of the steel fiber, and lathe scrap may be most preferably used as the steel fiber alternative fiber in manufacturing the steel scrap reinforced cement composite material of the present invention.

국내에서 발생된 강스크랩은 노폐 스크랩이 약 75%, 자가발생 스크랩이 약 25% 정도를 차지하고 있다. 한번 사용하고 나면 그 효용을 다하는 타 소재와는 달리 수명을 다한 철은 철스크랩으로 회수되어 90% 이상 다시 철로 생산되고 있다. 한번 생산된 철 1톤은 재생산의 과정이 40여 차례 이루어져 누적 사용량이 10톤을 넘게 된다고 한다. 철을 재활용하면 철광석으로부터 직접 철을 제조하는 방법에 비해 이산화탄소는 82%, 질소 산화물은 88.9%, 황산화물은 94.7%까지 줄일 수 있다.Domestic steel scrap accounts for about 75% of scrap and about 25% of self-generated scrap. Unlike other materials that do their utilities once they have been used once, their lifetime is recovered as iron scrap, and more than 90% of steel is produced again. The production of 1 ton of iron is about 40 reprocessing processes, so the cumulative usage is over 10 tons. Recycling iron can reduce carbon dioxide by 82%, nitrogen oxides by 88.9%, and sulfur oxides by 94.7% compared with iron production directly from iron ore.

상기 잔골재는 밀도가 2.0~3.0 g/cm3, 단위용적 질량이 1,400~1,800 kg/m3, 흡수율이 1~3 %, 입자 크기가 5 mm 이하인 모래일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The fine aggregate may be sand having a density of 2.0 to 3.0 g / cm 3 , a unit volume of 1,400 to 1,800 kg / m 3 , a water absorption of 1 to 3% and a particle size of 5 mm or less, but is not limited thereto.

잔골재는 시멘트 복합재료의 균질성을 확보하여 그 강도를 향상시키기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 시멘트 100 중량부를 기준으로 모래 50 내지 150 중량부가 포함될 수 있다.The fine aggregate is used for securing the homogeneity of the cement composite material to improve its strength. According to one embodiment of the present invention, 50 to 150 parts by weight of sand may be included based on 100 parts by weight of cement.

또한, 필요에 따라 시멘트 100 중량부를 기준으로 1 중량부 이하의 고성능 감수제 가 더 포함될 수 있다.Further, if necessary, 1 part by weight or less of a high-performance water reducing agent based on 100 parts by weight of cement may be further included.

구체적으로, 상기 고성능 감수제는 고형분이 15~25 중량%인 폴리카르본산계 감수제, 나프탈렌계 감수제, 멜라민계 감수제 및 리그닌계 감수제로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Specifically, the high performance water reducing agent may be at least one selected from the group consisting of a polycarboxylic acid type water reducing agent having a solid content of 15 to 25% by weight, a naphthalene type water reducing agent, a melamine water reducing agent and a lignin water reducing agent.

고성능 감수제는 콘크리트 중의 시멘트입자를 정전기적으로 활성화하여 분산시킴으로서, 시멘트 입자끼리 서로 반발하여 워커빌리티(workability)를 향상시키고 소정의 컨시스턴시(consistency) 및 강도를 얻기 위해 단위 수량과 단위 시멘트량을 감소시킬 목적으로 사용하며, 통상적인 고성능 감수제는 나프탈렌설폰산 축합물계, 멜라민 수지설폰산염 축합물계, 폴리카르본산계 등으로 분류된다.The high performance water reducing agent activates and disperses the cement particles in the concrete electrostatically to disperse the cement particles so that the cement particles repel each other to improve the workability and reduce the unit amount and the unit cement amount to obtain a predetermined consistency and strength . Typical high-performance water reducing agents include naphthalene sulfonic acid condensate, melamine resin sulfonate condensate, and polycarboxylic acid.

위와 같은 통상의 고성능 감수제에는 아민계 화합물, 글루코네이트계 화합물 및 아질산염계 화합물을 첨가하여 콘크리트의 초기 및 재령 28일 압축강도가 최대한 향상되도록 할 수 있다.The conventional high performance water reducing agent may be added with an amine compound, a gluconate compound and a nitrite compound to maximize the compressive strength of the concrete at the initial stage and at the age of 28 days.

또한, 본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료는 재령 28일 압축 강도가 50~70 MPa이고, 휨강도가 8.5~10.5 MPa인 것을 특징으로 한다. Also, the steel scrap reinforced cement composite material according to the present invention has a 28-day compressive strength of 50 to 70 MPa and a flexural strength of 8.5 to 10.5 MPa.

한편, 본 발명의 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조 방법은 (a) 시멘트 100 중량부에 잔골재 50 내지 150 중량부를 혼합하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부를 혼합하는 단계 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 혼합한 후 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것에 특징이 있다.(A) mixing 50 to 150 parts by weight of a fine aggregate with 100 parts by weight of cement; (b) mixing 100 parts by weight of cement into the mixture prepared in step (a) (C) mixing the mixture prepared in the step (b) with steel scrap of 2 vol.% Or less based on the volume of the mixture and curing the mixture. have.

또한, 본 발명은 상기 강스크랩이 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5 mm, 폭이 1~2 mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention steel scrap reinforced cement composite material characterized in that the steel scrap length of 10 ~ 30 mm, a thickness of 0.3 ~ 0.5 mm, a width of 1 ~ 2 mm, a density of 7.0 ~ 8.0 g / cm 3 Which is characterized in that it is a production method of the present invention.

또한, 본 발명은 상기 단계 (b)에서는 필요에 따라 1 중량부 이하의 고성능 감수제 를 더 혼합할 수 있다.Further, in the step (b) of the present invention, 1 part by weight or less of a high-performance water reducing agent may be further mixed as necessary.

또한, 본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법에서 상기 단계 (a)에서는 시멘트 100 중량부에 잔골재 50 내지 150 중량부를 팬믹서 또는 이에 준하는 믹서로 1 내지 2분 동안 혼합하고, 상기 단계 (b)에서는 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부를 팬믹서 또는 이에 준하는 믹서로 2 내지 3분 동안 혼합하여 소정의 유동성을 확보한 후, 상기 단계 (c)에서는 단계 (b)에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 2 vol.% 이하의 강스크랩을 팬믹서 또는 이에 준하는 믹서로 3 내지 5분 동안 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것에 특징이 있다.In the method of manufacturing a steel-scrap reinforced cement composite material according to the present invention, 50 to 150 parts by weight of the fine aggregate is mixed with 100 parts by weight of cement for 1 to 2 minutes with a pan mixer or a similar mixer, (b), 30 to 40 parts by weight of water is mixed with the mixture prepared in step (a) on the basis of 100 parts by weight of cement for 2 to 3 minutes with a pan mixer or a similar mixer to obtain a predetermined fluidity, c) mixing the mixture produced in step (b) with steel scrap of 2 vol.% or less by volume of the mixture in a pan mixer or a similar mixer for 3 to 5 minutes.

그리고, 본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제조하기 위해서 상기 최종 혼합물을 1 내지 3일 동안 습윤양생을 실시한 다음, 시멘트의 수화반응을 활성화시키기 위해 60 내지 120 ℃의 고온 하에서 증기양생을 2 내지 4일 동안 실시할 수 있다.In order to produce the steel scrap reinforced cement composite material according to the present invention, the final mixture is subjected to wet curing for 1 to 3 days, and then steam curing is carried out at a high temperature of 60 to 120 DEG C to activate the hydration reaction of the cement. To 4 days.

강섬유보강 시멘트 복합재료 제조시 강섬유 대신 강스크랩의 일종인 선반 스크랩을 활용함으로써 선반 스크랩을 혼입하지 않은 보통 콘크리트보다 휨강도를 약 10%정도 개선시킬 수 있었으며, 강섬유 대신 강스크랩을 활용함으로써 제조 단가가 절감될 뿐만 아니라 철강제품인 강섬유 생산 절감으로 인한 탄소배출량이 억제되어 환경친화적인 효과가 있다.
By using steel scrap instead of steel fiber in the production of steel fiber reinforced cement composites, the flexural strength can be improved by about 10% compared to ordinary concrete without steel scrap. By using steel scrap instead of steel fiber, manufacturing cost is reduced In addition, carbon emissions due to the reduction of steel fiber production, which is a steel product, are suppressed, which is environmentally friendly.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위한 실시예를 제시한다. Hereinafter, embodiments for explaining the present invention in more detail will be presented.

그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 설명하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are provided to more easily illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

< 실시예 > < Examples >

본 실시예에서는 아래와 같이 본 발명에 따른 강스크랩 보강 시멘트 복합재료를 제조하여 선반 스크랩 혼입률별 작업성, 압축강도 및 휨강도 특성을 분석하였다.In this example, the workability, compressive strength and bending strength characteristics of steel scrap reinforced cement composites according to the present invention were analyzed as follows.

1) 사용 재료1) Materials used

시멘트는 시중에서 쉽게 구입할 수 있는 보통 포틀랜드 시멘트(한일 시멘트)를 사용하였으며, 그 물리적 성질은 표 1과 같다. Cement is usually Portland cement (Hanil cement) which can be easily purchased in the market, and its physical properties are shown in Table 1.

[표 1] [Table 1]

Figure 112014071078989-pat00001

Figure 112014071078989-pat00001

잔골재는 경북 안동에서 생산된 낙동강산 하천사를 사용하였고, 모르타르의 유동성 개선을 위한 화학 혼화제는 고강도 및 유동화 콘크리트용으로 사용되고 있는 S사의 폴리카르본산계의 고성능 감수제를 사용하였으며, 이들의 물리적 성질은 표 2 및 3과 같다. The chemical admixture for improving the flowability of the mortar was a polycarboxylic acid high performance water reducing agent of S Company which is used for high strength and fluidized concrete. The physical properties of these materials are as follows: Table 2 and 3 show the results.

[표 2] [Table 2]

Figure 112014071078989-pat00002
Figure 112014071078989-pat00002

[표 3] [Table 3]

Figure 112014071078989-pat00003

Figure 112014071078989-pat00003

섬유보강 시멘트 복합재료 제조시 강섬유 대체섬유로서 강스크랩을 활용하기 위하여 서울특별시 영등포구 도림로와 대구광역시 성서공단에 위치한 기계 가공공장 밀집지역에서 강스크랩의 일종인 선반 스크랩을 수집하였다. 선반 스크랩은 금속의 선반작업이나 밀링작업시 발생하는 스크랩으로서 대부분 직경이 가늘고 넝쿨모양으로 발생되므로 강스크랩 중에서 강섬유에 가장 가까운 스크랩이라 할 수 있으며, 동일 종류의 금속 및 재질이라도 작업자의 작업방식에 따라 스크랩의 굵기와 길이가 다른 특징을 가지고 있다. 도 1은 선반 스크랩 종류별 밀도를 나타낸 것으로, 알루미늄 선반 스크랩을 제외한 모든 스크랩의 밀도는 약 7.5~8.0 g/cm3로 시판 중인 강섬유의 밀도(7.70 g/cm3)와 유사한 것으로 나타났다. 본 배합실험에 사용된 선반 스크랩은 길이가 짧은 스크랩으로서 평균길이가 20 mm이고, 평균두께가 0.4 mm이고, 평균폭이 1.5 mm이고, 밀도가 7.53 g/cm3이다.
In order to utilize steel scrap as a substitute for steel fiber in fiber - reinforced cement composites, a scrap of steel scrap was collected in the densely - machined area of Dormero, Yeongdeungpo - gu, Seoul and Seongseo Industrial Complex, Daegu Metropolitan City. Shelf scrap is a scrap generated during metal working or milling work. Most of the steel scrap is scrap close to steel fiber because it has a small diameter and is formed in a vine shape. Depending on the work type The thickness and length of scrap have different characteristics. Fig. 1 shows the density of each type of lathe scrap. The density of all the scrap except aluminum shelf scrap was about 7.5 ~ 8.0 g / cm 3, which was similar to the density (7.70 g / cm 3 ) of a commercially available steel fiber. The shelf scrap used in this experiment was a short scrap having an average length of 20 mm, an average thickness of 0.4 mm, an average width of 1.5 mm and a density of 7.53 g / cm 3 .

2) 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 배합 실험2) Mixing experiment of cement composites incorporating shelf scrap

선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 공시체를 제작하기 위하여 표 4와 같이 단위질량에 의한 배합비를 정하였다. 시멘트에 대한 물의 비는 30 % 및 40 %로 설정하였고, 선반 스크랩 혼입률은 강섬유 혼입률을 기준으로 하여 모르타르 체적의 0~2.0 %까지 0.5 %씩 변화시켰으며, 목표 플로값은 210±20 mm로 설정하였다. KS F 2403 및 KS L ISO 679에 따라 원주형 공시체(Ø100×200 mm) 및 각주형 공시체(40×40×160 mm)를 제작하였으며, 제작된 공시체는 성형 후 24시간 경과하여 몰드를 제거한 후 강도시험 전까지 20±3 ℃의 온도로 습윤 양생하였다.In order to fabricate specimens of cement composites incorporating shelf scrap, the mixing ratio by unit mass was determined as shown in Table 4. The ratio of water to cement was set at 30% and 40%, and the mixing ratio of steel scrap was varied from 0 to 2.0% of the mortar volume by 0.5% based on the steel fiber content. The target flow value was set at 210 ± 20 mm Respectively. A cylindrical specimen (Ø100 × 200 mm) and a rectangular specimen (40 × 40 × 160 mm) were fabricated in accordance with KS F 2403 and KS L ISO 679. The mold was removed after 24 hours after molding, Curing was carried out at a temperature of 20 ± 3 ° C until the test.

[표 4][Table 4]

Figure 112014071078989-pat00004

Figure 112014071078989-pat00004

3) 압축강도 및 휨강도 시험3) Compressive strength and flexural strength test

선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 선반 스크랩 혼입률에 따른 압축강도 및 휨강도 특성을 평가하기 위하여 KS F 2405 및 KS L ISO 679에 따라 각각 재령 7일 및 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 시험을 수행하였다.
In order to evaluate the compressive strength and flexural strength characteristics of the cement composites incorporating shelf scrap, the compressive strength and the 28th day bending strength test were carried out according to KS F 2405 and KS L ISO 679 Respectively.

4) 4) 강스크랩을Steel scrap 혼입한 시멘트 복합재료의 특성 Characteristics of mixed cement composites

(1) 작업성(1) Workability

도 2 및 도 3은 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 작업성을 평가하기 위한 플로값을 나타낸 것으로, 시멘트에 대한 물의 비가 30 %인 경우 고성능 감수제 첨가량이 시멘트 질량의 0.5 %로 일정하였을 때, 선반 스크랩의 혼입률이 증가함에 따라 시멘트 복합재료의 플로값이 약간 감소하므로, 시멘트에 대한 물의 비가 작은 경우 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 작업성은 선반 스크랩의 혼입률이 증가할수록 다소 감소하는 것으로 나타났으나, 강스크랩의 뭉침 현상은 없는 것으로 나타났다. 한편, 시멘트에 대한 물의 비가 40 %인 경우는 고성능 감수제를 첨가하지 않아도 목표 플로값(210±20 mm)을 만족하는 것으로 나타났으며, 선반 스크랩의 혼입률이 증가하여도 플로값이 감소되지 않아, 시멘트에 대한 물의 비가 다소 큰 경우 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 작업성은 선반 스크랩을 혼입하지 않은 보통 콘크리트와 유사한 것으로 나타났다.
FIG. 2 and FIG. 3 show the flow values for evaluating the workability of the cement composite material incorporating the lathe scrap. When the water ratio to the cement is 30% and the addition amount of the high performance water reducing agent is 0.5% Since the flow rate of the cement composites decreases slightly as the mixing ratio of the lathe scrap increases, the workability of the cement composite incorporating the lathe scrap decreases slightly as the water ratio to the cement is small There was no aggregation of steel scrap. On the other hand, when the ratio of water to cement is 40%, the target flow value (210 ± 20 mm) is satisfied even without the addition of high-performance water reducing agent, and the flow value is not decreased even if the mixing ratio of the scrap is increased. When the ratio of water to cement is rather large, the workability of cement composites incorporating shelf scrap is similar to that of ordinary concrete without lath scrap.

(2) 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도(2) Compressive strength of cement composites incorporating shelf scrap

도 4 및 도 5는 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 재령 7일 및 28일 압축강도를 나타낸 것으로, 시멘트에 대한 물의 비에 관계없이 선반 스크랩의 혼입률이 증가할수록 압축강도는 다소 감소하는 것으로 나타났으나, 유의할 수준은 아닌 것으로 나타났다. 즉, 시멘트에 대한 물의 비가 40 %인 경우 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도는 선반 스크랩을 2.0 %까지 혼입하여도 보통 콘크리트의 93 %까지 발휘하였으며, 시멘트에 대한 물의 비가 30 %인 경우 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도는 선반 스크랩 혼입률 2.0 %까지 혼입한 경우에도 보통 콘크리트의 약 92 %까지 발휘한 것으로 나타났다. 섬유보강 시멘트 복합재료는 압축강도 증진보다는 휨강도 및 인성 개선 목적으로 사용하므로, 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 압축강도가 약간 감소하는 것은 사용상 문제가 없는 것으로 판단된다.
Figs. 4 and 5 show the compressive strengths of the cement composites incorporating the lathe scrap at the ages of 7 days and 28 days. As the mixing ratio of the lath scrap increases, the compressive strength decreases somewhat regardless of the water ratio to the cement But it was not at the level to be noticed. In other words, the compressive strength of cement composites incorporating shelf scrap up to 40% of the cement ratio showed up to 93% of the ordinary concrete even when the shelf scrap was mixed up to 2.0%. When the water ratio to cement was 30% The compressive strength of cement composites incorporating shelf scrapings showed up to 92% of ordinary concrete even when mixed with shelf scrap 2.0%. Since the fiber reinforced cement composites are used for the purpose of improving the bending strength and toughness rather than improving the compressive strength, the compressive strength of the cement composite containing the shelf scrap is slightly reduced.

(3) 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 휨강도(3) Flexural strength of cement composites incorporating shelf scrap

도 6 및 도 7은 선반 스크랩을 혼입한 시멘트 복합재료의 재령 28일 휨강도를 나타낸 것으로, 시멘트에 대한 물의 비에 관계없이 선반 스크랩 혼입률 최대 범위인 2.0 %까지 휨강도가 개선되며, 선반 스크랩 혼입률 1.5 %에서 최대 휨강도를 나타내며, 이때 휨강도는 선반 스크랩을 혼입하지 않은 보통 콘크리트보다 약 10 % 정도 개선되는 것으로 나타났다.
Fig. 6 and Fig. 7 show the bending strength of the cement composites incorporating the lathe scrap at 28 days. The bending strength was improved up to 2.0%, which is the maximum range of the scrap inclusion ratio regardless of the water ratio to the cement. , And the bending strength is improved by about 10% compared with the ordinary concrete without the scrap.

Claims (10)

시멘트 100 중량부; 잔골재 50 내지 150 중량부; 물 30 내지 40 중량부; 및 아민계 화합물, 글루코네이트계 화합물 및 아질산염계 화합물이 포함된 리그닌계 감수제 0 초과 1 중량부 이하를 포함하는 혼합물 및 상기 혼합물 체적 대비 0 초과 2 vol.% 이하의 강스크랩을 포함하며,
상기 강스크랩은 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5 mm, 폭이 1~2 mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료.
100 parts by weight of cement; 50 to 150 parts by weight of fine aggregate; 30 to 40 parts by weight of water; And a mixture containing an amine-based compound, a gluconate-based compound, and a nitrite-based compound, in an amount exceeding 1 part by weight and a lignin-based water-reducing agent in an amount of 0 to 2 vol.
Wherein the steel scrap has a length of 10 to 30 mm, a thickness of 0.3 to 0.5 mm, a width of 1 to 2 mm, and a density of 7.0 to 8.0 g / cm 3 .
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 잔골재는 밀도가 2.0~3.0 g/cm3, 단위용적 질량이 1,400~1,800 kg/m3, 흡수율이 1~3 %, 입자 크기가 5 mm 이하인 모래인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료.The fine aggregate according to claim 1, wherein the fine aggregate is sand having a density of 2.0 to 3.0 g / cm 3 , a unit volume of 1,400 to 1,800 kg / m 3 , a water absorption of 1 to 3%, and a particle size of 5 mm or less Steel scrap reinforced cement composites. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 재령 28일 압축 강도가 50~70 MPa이고, 휨강도가 8.5~10.5 MPa인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료.The steel scrap reinforced cement composite material according to claim 1, wherein the steel scrap-reinforced cement composite material has a 28-day compressive strength of 50 to 70 MPa and a flexural strength of 8.5 to 10.5 MPa. (a) 시멘트 100 중량부, 잔골재 50 내지 150 중량부를 혼합하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부; 및 아민계 화합물, 글루코네이트계 화합물 및 아질산염계 화합물이 포함된 리그닌계 감수제 0 초과 1 중량부 이하를 혼합하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 0 초과 2 vol.% 이하의 강스크랩을 혼합한 후 양생하는 단계를 포함하며,
상기 강스크랩은 길이가 10~30 mm, 두께가 0.3~0.5 mm, 폭이 1~2 mm, 밀도가 7.0~8.0 g/cm3인 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법.
(a) 100 parts by weight of cement and 50 to 150 parts by weight of fine aggregate;
(b) 30 to 40 parts by weight of water on the basis of 100 parts by weight of cement to the mixture prepared in the step (a); And not less than 1 part by weight of a lignin-based water reducing agent containing an amine compound, a gluconate compound and a nitrite compound; And
(c) mixing the mixture prepared in the step (b) with steel scrap in an amount of not less than 0 vol% and not more than 2 vol.% based on the volume of the mixture, followed by curing,
Wherein the steel scrap has a length of 10 to 30 mm, a thickness of 0.3 to 0.5 mm, a width of 1 to 2 mm, and a density of 7.0 to 8.0 g / cm 3 .
삭제delete 삭제delete 제 7항에 있어서,
상기 단계 (a)에서는 시멘트 100 중량부에 잔골재 50 내지 150 중량부를 팬믹서로 1 내지 2분 동안 혼합하고,
상기 단계 (b)에서는 단계 (a)에서 제조된 혼합물에 시멘트 100 중량부 기준으로 물 30 내지 40 중량부; 및 아민계 화합물, 글루코네이트계 화합물 및 아질산염계 화합물이 포함된 리그닌계 감수제 0 초과 1 중량부를 팬믹서로 2 내지 3분 동안 혼합한 후,
상기 단계 (c)에서는 단계 (b)에서 제조된 혼합물에 혼합물 체적 대비 0 초과 2 vol.% 이하의 강스크랩을 팬믹서로 3 내지 5분 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 강스크랩 보강 시멘트 복합재료의 제조방법.
8. The method of claim 7,
In step (a), 50 to 150 parts by weight of the fine aggregate is mixed with 100 parts by weight of cement for 1 to 2 minutes with a pan mixer,
In the step (b), 30 to 40 parts by weight of water is added to the mixture prepared in step (a) on the basis of 100 parts by weight of cement; And 1 part by weight of a lignin-based water reducing agent containing an amine compound, a gluconate compound and a nitrite compound, were mixed for 2 to 3 minutes with a pan mixer,
Wherein in step (c), the steel scrap is mixed with the mixture prepared in step (b) in an amount of not less than 0 vol% and not more than 2 vol.% Based on the volume of the mixture with a fan mixer for 3 to 5 minutes. Gt;
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