KR101648297B1 - 비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물 - Google Patents

비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부, 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함한다.

Description

비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물 {NON-SINTERING BINDER AND CONCRETE COMPOSITION COMPRISING THE SAME}
본 발명은 비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 제철 부산물을 활용한 비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 건축 및 토목 분야에 사용하는 콘크리트의 주요 구성 성분은 골재, 혼화재, 물과 함께 시멘트 등의 결합재를 현장에 타설하고, 이를 진동, 가압 및 원심력 등에 의한 성형방법에 의해 성형하며 양생시키는 방법으로 제품화한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0717935호(2007.05.07. 공고, 발명의 명칭: 조강형 초고강도 콘크리트용 결합재 조성물, 및 이것을 이용한 콘크리트 조성물 및 콘크리트 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 작업성, 성형성 및 경화된 성형체의 물성이 우수한 비소성 결합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 자원 절감 효과 및 경제적 효과가 우수한 비소성 결합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 친환경적 효과가 우수한 비소성 결합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 비소성 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 비소성 결합재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부, 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량% 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 고로수쇄슬래그는 철(Fe) 1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 전로 제강분진은 철(Fe) 8~25 중량%, 산화칼슘(CaO) 32~70 중량%, 이산화규소(SiO2) 1~15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 1~15 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 고로수쇄슬래그는 평균크기가 5㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 비소성 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함하고, 상기 물 및 제1 혼합물은 하기 식 1에 의한 배합비가 0.2~0.6인 것을 특징으로 한다:
[식 1]
배합비(W/B)= 물 단위중량/제1 혼합물 단위중량
(상기 식 1에서, 상기 물 단위중량은 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 물의 중량(kg)이고, 상기 제1 혼합물 단위중량은 상기 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 제1 혼합물의 총 중량(kg)임).
한 구체예에서 상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량% 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 비소성 결합재를 포함하여 콘크리트를 제조시 작업성, 성형성 및 성형성이 우수하며, 경화된 성형체의 내구성, 내화학성 및 내크랙성 등의 물성이 우수하고, 제철 공정 부산물로 발생하는 성분을 재활용하여 자원 절감 효과 및, 경제적 효과가 우수하며, 시멘트 제조시 발생하는 이산화탄소(CO2) 가스의 발생을 방지할 수 있어 친환경적 효과가 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 본 발명에 대한 비교예의 콘크리트 조성물의 양생 후 압축강도를 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 비소성 결합재에 관한 것이다. 상기 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 및 염화칼슘(CaCl2)을 포함한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
제1 혼합물
상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함한다.
고로수쇄슬래그
상기 고로수쇄슬래그는 물과 접촉해도 수화물을 생성하며 경화되는 수경성(hydraulic property)을 가지고 있지 않으나, 자극제 등의 투입시 수경성을 나타내는 잠재수경성(latent hydraulic property)을 가지고 있다. 상기 고로수쇄슬래그는 후술할 전로 제강분진과 반응하여 수경성을 나타내게 되며, 품질이 균일하고, 콘크리트 성형체 제조시 수화열을 저감효과가 우수하며, 콘크리트 성형체의 수밀성 및 내화학상이 우수할 수 있다.
상기 고로수쇄슬래그는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 고로(blast furnace)에서 발생한 슬래그를 급냉 처리하여 미분쇄할 수 있다.
구체예에서 상기 고로수쇄슬래그는 철(Fe) 1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함할 수 있다. 상기 조성을 갖는 고로수쇄슬래그를 적용시, 성형체의 내구성 및 강성이 우수하며, 제철 공정의 부산물을 사용하기 때문에 경제성 및 자원 절감 효과가 우수하다. 예를 들면 철(Fe) 1~4 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~42 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~40 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~8 중량%를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 철(Fe) 1~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~40 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~38 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~13 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~6 중량%를 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 고로수쇄슬래그는 평균크기가 5㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다. 본 명세서에서 상기 “크기”는, 상기 고로수쇄슬래그의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다. 상기 범위로 포함시 혼합성 및 성형성이 우수하면서 성형체의 내구성 및 강성이 우수할 수 있다. 예를 들면 20㎛ 내지 80㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량비로 포함시 혼합성 및 성형성이 우수하면서, 성형체의 내구성 및 강성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 고로수쇄슬래그 90~95 중량% 및 전로 제강분진 5~10 중량%를 포함할 수 있다.
전로 제강분진
상기 전로 제강분진은 전로(converter) 제강 공정중 옥내에 비산되는 비산 먼지를 집진한 것으로, 먼지 중에 미반응 생석회(CaO)를 다량 포함하여 화학적으로 불안정한 특성을 갖는다.
한 구체예에서 상기 전로 제강분진은 철(Fe) 8~25 중량%, 산화칼슘(CaO) 32~70 중량%, 이산화규소(SiO2) 1~15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 1~15 중량%를 포함할 수 있다. 상기 조성을 갖는 전로 제강분진을 적용시, 성형체의 내구성 및 강성이 우수하며, 제철 공정의 부산물을 사용하기 때문에 경제성 및 자원 절감 효과가 우수하다. 특히, 상기 예를 들면 철(Fe) 8~20 중량%, 산화칼슘(CaO) 33~65 중량%, 이산화규소(SiO2) 1~8 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.3~8 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 1~10 중량%를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 철(Fe) 10~15 중량%, 산화칼슘(CaO) 36~50 중량%, 이산화규소(SiO2) 1~3 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.5~2 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 2~6 중량%를 포함할 수 있다.
염화칼슘
상기 염화칼슘은 상기 제1 혼합물의 반응을 촉진하여 빠른 수경화 반응이 이루어지게 하면서, 성형체의 강도 향상을 목적으로 포함된다. 구체예에서 상기 염화칼슘은 분말 형태로 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 염화칼슘은 상기 제1 혼합물 100 중량부에 대하여 2~10 중량부 포함된다. 상기 범위로 포함시 경화속도가 우수하고, 성형체의 강도가 우수할 수 있다. 상기 염화칼슘을 2 중량부 미만으로 포함시, 수경화 반응이 일어나지 않으며, 10 중량부를 초과하여 포함시 성형체의 강도 저하 및 팽창현상이 발생할 수 있다. 예를 들면 2~8 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 2~6 중량부 포함될 수 있다. 또 다른 예를 들면 2~4 중량부 포함될 수 있다.
비소성 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물
본 발명의 다른 관점은 상기 비소성 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 구체예에서 상기 콘크리트 조성물은 비소성 결합재 및 물을 포함하며, 상기 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함한다. 상기 범위로 포함시 경화속도가 우수하고, 성형체의 강도가 우수할 수 있다. 상기 고로수쇄슬래그, 전로 제강분진 및 염화칼슘은 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량비로 포함시 상기 콘크리트 조성물의 혼합성 및 성형성이 우수하면서, 성형체의 내구성 및 강성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 고로수쇄슬래그 90~95 중량% 및 전로 제강분진 5~10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 염화칼슘을 2 중량부 미만으로 포함시, 수경화 반응이 일어나지 않으며, 10 중량부를 초과하여 포함시 성형체의 강도 저하 및 팽창현상이 발생할 수 있다. 예를 들면 2~8 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 2~6 중량부 포함될 수 있다. 또 다른 예를 들면 2~4 중량부 포함될 수 있다.
구체예에서 상기 물 및 제1 혼합물은 하기 식 1에 의한 배합비가 0.2~0.6 이다:
[식 1]
배합비(W/B)= 물 단위중량/제1 혼합물 단위중량
(상기 식 1에서, 상기 물 단위중량은 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 물의 중량(kg)이고, 상기 제1 혼합물 단위중량은 상기 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 제1 혼합물의 총 중량(kg)임).
상기 배합비 범위에서 상기 조성물 성분들의 혼합성, 성형성이 우수하여 제조시 부립 및 침하현상을 방지할 수 있다. 상기 배합비가 0.2 미만인 경우 유동성, 혼합성 및 성형성이 저하되며, 0.6을 초과하는 경우, 성형 및 양생과정에서 부립 및 침하현상이 발생할 수 있다. 예를 들면 0.3~0.5 일 수 있다. 다른 예를 들면 0.3~0.4 일 수 있다.
구체예에서 상기 콘크리트 조성물을 적용하여 양생시 40~60℃의 온도에서 양생할 수 있다.
본 발명에 의한 비소성 결합재를 포함하여 콘크리트 조성물을 제조시, 작업성, 성형성 및 성형성이 우수하며, 성형체의 내구성, 내화학성 및 내크랙성 등의 물성이 우수하고, 결합재 제조시 소성 공정이 불필요하여 에너지를 절약할 수 있으며, 제철 공정 부산물로 발생하는 성분을 재활용하여 자원 절감 효과 및, 경제적 효과가 우수하며, 시멘트 제조시 발생하는 이산화탄소(CO2) 가스의 발생을 방지할 수 있어 친환경적 효과가 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
실시예 1
하기 표 1의 조성을 포함하는 고로수쇄슬래그 90 중량% 및 전로 제강분진 10 중량%를 포함하는 제1 혼합물 100 중량부 및 염화칼슘(CaCl2) 2 중량부를 포함하는 비소성결합재를 제조하였다.
Figure 112015029330007-pat00001
그 다음에, 하기 식 1에 따른 상기 제1 혼합물 및 물의 배합비가 0.3이 되도록 포함하는 콘크리트 조성물을 제조하였다.
[식 1]
배합비(W/B)= 물 단위중량/제1 혼합물 단위중량
(상기 식 1에서, 상기 물 단위중량은 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 물의 중량(kg)이고, 상기 제1 혼합물 단위중량은 상기 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 제1 혼합물의 총 중량(kg)임).
실시예 2~3
하기 표 2의 함량에 따른 제1 혼합물 및 염화칼슘을 포함한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하였다.
비교예 1
결합재로 보통 포틀랜드 시멘트를 적용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하였다.
비교예 2~3
하기 표 2의 함량에 따른 제1 혼합물 및 염화칼슘을 포함한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하였다.
단위: 중량부 제1혼합물 염화칼슘
실시예 1 100 2
실시예 2 100 3
실시예 3 100 4
비교예 1 - -
비교예 2 100 -
비교예 3 100 1
상기 실시예 1~3의 및 비교예 1~3의 콘크리트 조성물을 균질하게 혼합한 혼합물을, 실린더 몰드(Ø100*200)㎜를 이용하여 타설 성형하였다. 상기 타설 후 몰드에 타설한 상기 콘크리트 조성물을, 40℃에서 양생하였다. 재령 7일 및 14일에서, KS F 2405에 의거하여 압축강도를 측정하였다.
도 1은 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 콘크리트 조성물의 양생 후 제조된 성형체의 압축강도를 비교한 그래프이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~3의 성형체는 우수한 압축강도를 가짐을 알 수 있었다. 그러나 본 발명의 염화칼슘을 미포함하는 비교예 1 및 염화칼슘의 함량이 본 발명을 벗어난 비교예 2의 경우 양생이 이루어지지 않음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (7)

  1. 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부, 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함하며,
    상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 결합재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고로수쇄슬래그는 철(Fe) 1~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 35~43 중량%, 이산화규소(SiO2) 30~43 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 4~12 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 결합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전로 제강분진은 철(Fe) 8~25 중량%, 산화칼슘(CaO) 32~70 중량%, 이산화규소(SiO2) 1~15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1~15 중량% 및 산화마그네슘(MgO) 1~15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 비소성 결합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고로수쇄슬래그는 평균크기가 5㎛ 내지 100㎛인 비소성 결합재.
  6. 비소성 결합재 및 물을 포함하며,
    상기 비소성 결합재는 고로수쇄슬래그 및 전로 제강분진을 포함하는 제1 혼합물 100 중량부 및 염화칼슘(CaCl2) 2~10 중량부를 포함하고,
    상기 제1 혼합물은 고로수쇄슬래그 90~98 중량% 및 전로 제강분진 2~10 중량% 포함하며,
    상기 물 및 제1 혼합물은 하기 식 1에 의한 배합비가 0.2~0.6인 것을 특징으로 하는 비소성 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물:
    [식 1]
    배합비(W/B)= 물 단위중량/제1 혼합물 단위중량
    (상기 식 1에서, 상기 물 단위중량은 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 물의 중량(kg)이고, 상기 제1 혼합물 단위중량은 상기 콘크리트 조성물 내에 포함된 단위 ㎥당 제1 혼합물의 총 중량(kg)임).

  7. 삭제
KR1020150041708A 2015-03-25 2015-03-25 비소성 결합재 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물 KR101648297B1 (ko)

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KR20010079397A (ko) * 2001-07-11 2001-08-22 최희용 고로슬래그 몰탈 조성물

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Title
김장호 외 3명, 전기로제강분진을 혼화재로 배합한 콘크리트 공시체의 재료특성, 한국콘크리트학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집, pp. 669-674, 2001.11.* *

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