KR101656853B1 - 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트와 고로슬래그를 포함하는 결합재, 석고, 폴리카르본산, 트리에탄올아민을 포함하는 것을 특징으로 하는 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물에 관한 것이다.

Description

저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물{Mass concrete with admixture that is low viscosity and hydration crack reducing type}

본 발명은 매스콘크리트 조성물에 있어서, 결합재로 시멘트의 치환량을 크게 하더라도 초기강도가 보완되고 저점성이 발현되며 수화열을 저감시킬 수 있는 조성물에 관한 것이다.

고로슬래그는 최근 콘크리트에 사용되어 원가 절감은 물론 장기강도 및 내구성을 증진시키는 효과가 있다.

또한 산업부산물을 재활용하여 탄소 배출이 없는 친환경 재료로 사용을 권장하고 있는 추세이다. 하지만 콘크리트에 60%이상 다량 사용할 경우 초기강도 발현이 저하되며, 사용량이 증가할수록 플라스틱 현상이 발생하여 점성이 높고 슬럼프 로스가 크기 때문에 현장에 적용하기 위해서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 첨가제의 사용이 필수적이다.

최근 이러한 고로슬래그의 문제를 해결하기 위해 초기강도 증진용 혼합재가 많이 개발되고 있으나, 고로슬래그를 활성화하는 재료가 고가의 원료로 제조되어 경제성을 확보하기 어려운 경우가 있으며, 초기강도를 확보하여도 고로슬래그의 사용량이 높아질수록 점성이 높아져 실제 레미콘 생산시 초기물성의 편차가 심하게 되어 안정적인 품질의 레미콘을 생산하기 어려운 실정이다.

한편 기존의 고로슬래그 활성화제는 초기강도가 증가되지만 초기강도가 증가된 만큼 수화열도 증가하여 수화열에 의한 균열 발생이 고려되어야 한다. 따라서 매스콘크리트에 고로슬래그를 다량 혼입하기 위해서는 수화열을 저감하면서 초기강도 발현이 높은 혼화재료의 첨가가 필요하며 레미콘에서 생산이 가능할 수 있는 저점성용 혼화제의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 특허등록 제0900333호

이에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 매스콘크리트에 결합재로서 고로슬래그를 다량 치환하여도 초기강도 저하가 없으며, 저점성이 발현되고 이에 더하여 수화열이 저감될 수 있는 매스콘크리트 조성물을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물은 고로슬래그와 시멘트를 포함하는 결합재, 석고, 폴리카르본산, 트리에탄올아민을 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 기존의 고로슬래그를 포함하는 결합재를 매스콘크리트에 적용하는 경우 초기강도 발현이 늦고, 시멘트 치환량이 많을 경우 결합재의 플라스틱 현상으로 인해 점성이 높은 단점을 해결하고자 하는 것이다.

이를 위해 본 발명의 조성물에 포함되는 석고는 초기 에트린가이트의 형성으로 초기 공극의 많은 상태에서 채움재 역할을 하여 강도를 발현하게 함으로써 초기강도를 보완하는 것이며, 이에 더하여 시멘트의 수화반응 보다 빠른 시간에 고로슬래그의 반응을 유도하여 고로슬래그에 의한 수화열이 시멘트 수화열에 집중되는 것을 방지하고 초기 수화열의 유동으로 소산에 의해 수화열을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 폴리카르본산의 경우는 고로슬래그의 시멘트 치환량의 증가에 의해 점성저하 즉 분산성 저하의 문제를 해결하기 위해 첨가되는 것이며, 이렇게 폴리카르본산의 첨가에 의해 분산성을 향상시키는 경우 초기강도가 저하되는 문제가 있을 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 감수성을 조절함으로써 분산성을 유지하면서도 초기강도 저하를 보완하는 트리에탄올아민을 더 첨가하게 되는 것이다.

바람직하게는 본 발명의 조성물은 고로슬래그를 결합재 총 중량에 대해 70 내지 90중량%로 배합되도록 함에 특징이 있다. 즉 상기에서 언급한 기타 첨가제에 의해 고로슬래그의 단점인 초기강도 발현 및 저점성의 구현이 가능하므로 기존 고로슬래그의 치환량보다 많은 량의 치환이 가능하게 되는 것이며, 이로 인해 당연히 시멘트 사용량의 저감에 의해 친환경적인 효과도 발현이 되는 것이다.

이에 더하여 석고는 결합재 총 중량에 대해 3 내지 8중량%로 배합됨이 바람직한데, 상기 석고가 3중량%미만이면 초기강도 발현의 효과가 미미하고, 8중량%를 초과하는 경우 초기강도 발현에 의한 수화열저감의 효과가 미미해지므로 이와 같이 한정하는 것이다.

또한, 상기 폴리카르본산은 결합재 총 중량에 대해 0.6 내지 1.0중량%로 한정하는데, 그 이유는 0.6중량%미만이면 유동성 향상 효과가 미미하고, 1.0중량%를 초과하면 유동성이 오히려 저하되고, 응결 및 수화가 지연되어 비경제적인 배합이 되는 문제가 있으므로 이와 같이 한정하는 것이다.

또한, 상기 트리에탄올아민은 결합재 총 중량에 대해 0.6 내지 1.0중량%로 한정하는데, 이는 안정화제로서 유동성이 발현되도록 하면서도 초기 감수율을 향상시켜 고감수율에 의해 초기강도가 확보되도록 하기 위해 상기와 같이 한정하는 것이다.

한편 본 발명의 조성물에는 시트르산염이 더 배합되도록 할 수 있는 바, 시트르산염을 배합하는 이유는 고로슬래그의 단점을 보완하기 위해 상기에서 언급한 조성들을 첨가함에 따라 초기강도 증진에 의해 수화열이 증가될 수 있는 바, 이에 시트르산염을 더 첨가함에 의해 시트르산염이 흡열반응을 함으로써 수화반응에 따른 열을 흡수하여 수화열을 저감시키도록 하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 결합재 총 중량에 대해 시트르산염 0.5 내지 1.5중량%가 더 배합되도록 하는 것이 타당하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물은 결합재로서 고로슬래그의 치환에도 초기강도를 향상시킴과 동시에 저점성이 발현되도록 하면서 이에 더하여 수화열을 저감시킬 수 있는 장점이 있으며, 이러한 장점으로 인해 고로슬래그의 치환량을 크게 할 수 있어 시멘트 사용절감에 따라 친환경적인 장점이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 석고 첨가에 따른 수화열측정 그래프이고,
도 2a 및 도 2b는 폴리카르본산 첨가에 따른 점성측정 그래프이고,
도 3은 시트르산염 첨가에 따른 수화열측정 그래프이다.

이하, 실험 예를 통하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

<실험 예 1>

석고 첨가에 따른 압축강도 실험

각각의 시료에 대해 물-결합재(시멘트+고로슬래그)비가 30 내지 40%로 구성되며, 결합재는 고로슬래그가 70중량%로 치환되도록 하고, 실시 예 1-1 내지 1-3의 경우 석고의 함량이 결합재 총중량에 대해 3중량%, 5중량%, 8중량%로 배합을 달리하여 시료를 제작하였다. 활성화제로는 탄산칼슘이 사용되었으며 탄산칼슘은 결합재 총 중량에 대해 10중량%가 배합되도록 하였다.

또한, 비교 예 1-1은 실시예들과 동일하게 배합하되 석고를 첨가하지 않은 시료를 제작하였다.

그 결과가 표 1에 도시되고 있는데, 비교 예와 대비 실시 예들의 경우 압축강도(1일, 7일, 28일)가 증가되는 것을 알 수 있으며, 특히 실시 예 들의 경우 초기 압축강도(1일, 7일)면에서 더욱 유리한 것을 알 수 있다.

이는 본 발명에 있어 결합재로 고로슬래그의 치환량을 크게함에 따라 비교 예의 경우처럼 초기강도가 저하되는 문제를 석고를 첨가하도록 함으로써 이를 보완하게 되는 것으로 판단된다.

구분	압축강도
	3일	7일	28일
비교예 1-1	10.9	19.6	26.1
실시예 1-1	15.4	27.3	29.6
실시예 1-2	16.7	28.5	29.6
실시예 1-3	17.0	27.6	29.0

<실험 예 2>

석고 첨가에 따른 수화열 실험

상기 실험 예 1과 동일하게 배합하되, 실시 예 2-1 내지 2-3의 경우 각각의 시료에 있어 결합재로서 고로슬래그의 치환량을 70중량%, 80중량%, 90중량%로 하고, 석고를 결합재 총 중량에 대해 8중량%로 배합하도록 하였으며, 이와 대비되는 비교 예 2-1 내지 2-3의 경우 각각결합재로서 고로슬래그의 치환량을 70중량%, 80중량%, 90중량%로 하되 석고를 첨가하지 않은 시료를 제작하였다.

그 결과가 도 1a 내지 도 1c에 도시되고 있는데, 도 1a는 실시 예 2-1(SP70(ESA有))과 비교 예 2-1(SP70(ESA無)에 대한 실험결과이고, 도 2b는 실시 예 2-2(SP80(ESA有))과 비교 예 2-2(SP80(ESA無)에 대한 실험결과이며, 도 2c는 실시 예 2-3(SP90(ESA有))과 비교 예 2-3(SP90(ESA無)에 대한 실험결과이다.

비교예들과 실시예들의 시간에 따른 수화열을 보면 극초기(1,2차 peak)에는 다소 실시 예들의 수화열이 높으나, 극초기이후(3차 peak)부터는 실시예들의 수화열이 저감되는 것을 알 수 있다.

이는 석고가 첨가됨에 따라 초기강도가 상승(수화반응 촉진)하여 1,2차 peak에서는 실시 예들이 다소 높은 수화열을 나타내나 시간이 경과하면서 3차 peak부터는 석고에 의해 시멘트의 수화반응 보다 빠른 시간에 고로슬래그의 반응을 유도하여 고로슬래그에 의한 수화열이 시멘트 수화열에 집중되는 것을 방지함으로써 수화열을 소산시킴에 의해 실시예들의 수화열이 저감되는 것을 알 수 있다.

<실험 예 3>

폴리카르본산 첨가에 따른 점성실험

상기 실험 예 1과 동일하게 배합하되, 실시 예 3-1 내지 3-3 및 비교 예 3-1 내지 3-3의 경우 각각의 시료에 있어 결합재로서 고로슬래그의 치환량을 70중량%, 80중량%, 90중량%로 하고, 석고를 결합재 총 중량에 대해 8중량%로 배합하도록 하되, 실시 예 3-1 내지 3-3의 경우 폴리카르본산을 결합재 총 중량에 대해 0.8중량%가 배합되도록 하여 시료를 제조하였다.

그 결과가 도 2a 내지 도 2b에 도시되고 있는데, 도 2a는 비교 예 3-1 내지 3-3에 대한 점성실험 결과이고, 도 3b는 실시 예 3-1 내지 3-3에 대한 점성실험 결과이다. 도 2a에서 보면 고로슬래그의 치환량이 증가할수록 시간경과에 따라 점성의 증가율이 큰 것을 알 수 있다.

즉 고로슬래그의 함량증가에 따라 고점성이 발현되는 것을 알 수 있다. 이와 대비 도 2b에서 보면 실시예들의 경우가 비교예들과 대비 시간경과에 따른 점성증가율이 작은 것을 알 수 있으며, 실시 예들의 경우도 고로슬래그의 치환량이 증가하더라도 점성증가율이 비슷한 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉 고로슬래그의 치환량을 크게 하여 시멘트 사용량을 줄이더라도 폴리카르본산을 첨가함으로써 저점성이 발현되도록 하여 시공성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

<실험 예 4>

트리에탄올 아민 첨가에 따른 슬럼프 및 압축강도 실험

각각의 시료에 있어 비교 예 4-1은 상기 실험 예 3에 있어 실시 예 3-3(고로슬래그 치환율 90중량%)과 동일하게 제조하고, 실시 예 4-1 내지 4-3의 경우 상기 비교예 4-1과 동일하게 배합하면서 트리에탄올아민을 결합재 총 중량 대비 0.6중량%(실시예 4-1), 0.8중량%(실시예 4-2), 1.0중량%(실시예 4-3)를 첨가하여 각각의 시료를 제작하였다.

하기 표 2에서 보는 바와 같이 비교 예 4-1의 경우 상기 실험 예 1의 실시 예 1-3과 대비 초기강도(1일, 7일)가 다소 저하되는 것을 알 수 있다.

이는 분산성 향상을 위해 폴리카르본산을 첨가함에 따라 폴리카르본산을 첨가하지 않은 경우보다 다소 초기강도가 저하되는 것으로 판단되는 바, 이에 실시 예 4-1 내지 4-3의 경우와 같이 트리에탄올아민의 첨가량이 증가함에 따라 슬럼프값의 저하됨 없이(약간 증가) 초기강도(1일, 7일강도)가 더 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 초기 감수율의 향상에 기인한 것으로 판단된다.

구분	굳지 않은 콘크리트	경화특성
	슬럼프(mm)	압축강도
		1일	7일	28일
비교예 4-1(0.0%)	630	14.5	23.2	29.1
실시예 4-1(0.6%)	630	17.5	27.7	29.0
실시예 4-2(0.8%)	640	18.0	27.6	29.6
실시예 4-3(1.0%)	640	19.1	27.5	29.4

<실험 예 5>

시트르산염 첨가에 따른 수화열 실험

각각의 시료에 있어 비교 예 5-1은 상기 실험 예 4에 있어 실시 예 4-3과 동일하게 제조하고, 실시 예 5-1 내지 5-3의 경우 상기 비교 예 5-1과 동일하게 배합하면서 시트르산염을 결합재 총 중량 대비 0.5중량%(실시예 5-1), 1.0중량%(실시예 5-2), 1.5중량%(실시예 5-3)를 첨가하여 각각의 시료를 제작하였다.

그 결과가 도 3에 도시되고 있는 바, 비교 예 5-1의 경우는 고로슬래그의 치환량을 증가시킴에 따라 발생할 수 있는 문제로 초기강도 저하문제, 점성증가의 문제를 해결하기 위해 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명은 석고, 폴리카르본산, 트리에탄올아민을 첨가함으로써 석고에 의해 수화열저감의 효과가 있으나 저점성을 유지하면서 초기강도를 보강하기 위해 트리에탄올아민을 첨가한 결과로서 수화반응 촉진에 의해 다소 수화열이 증가할 수 있는 문제가 있다.

이에 본 실험 예에 있어 실시 예 5-1 내지 5-3과 같이 시트르산염을 더 첨가하도록 하여 수화열을 저감시키도록 하는 것을 알 수 있으며, 시트르산염의 첨가량이 증가할수록 수화열이 더 저감되는 것을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 시멘트와 고로슬래그를 포함하는 결합재; 석고; 폴리카르본산; 트리에탄올아민; 및 시트르산염;을 포함하되,
   상기 고로슬래그는 결합재 총 중량에 대해 70 내지 90중량%이고, 상기 석고는 결합재 총 중량에 대해 3 내지 8중량%이며, 상기 폴리카르본산은 결합재 총 중량에 대해 0.6 내지 1.0중량%로 배합하며,
   상기 트리에탄올아민은 결합재 총 중량에 대해 0.6 내지 1.0중량%로 배합하여 유동성을 확보하면서도 초기강도가 확보되도록 하고,
   상기 시트르산염은 결합재 총 중량에 대해 0.5 내지 1.5중량%로 배합하여 트리에탄올아민 첨가에 따른 수화열을 저감시키는 것을 특징으로 하는 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제

Images