KR101663048B1 - 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법 - Google Patents

외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동성이 우수한 초고성능 콘크리트를 이용하여 내구성이 우수하면서도 외관 및 사용성이 우수한 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법에 대한 것이다.
본 발명은 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하기 위한 것으로, (a) 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제1콘크리트혼합물을 몰드 저면에 두께 5㎜ 이하로 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트의 표면층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 제1콘크리트혼합물이 셀프레벨링되어 상면이 평탄면을 이루도록 제1콘크리트혼합물 타설 후 2분 이후 3분 이전에, 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 강섬유, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제2콘크리트혼합물을 상기 제1콘크리트혼합물 상면에 타설하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법{Manufacturing Method of Ultra-High Performance Concrete for Exterior}
본 발명은 유동성이 우수한 초고성능 콘크리트를 이용하여 내구성이 우수하면서도 외관 및 사용성이 우수한 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법에 대한 것이다.
초고성능 콘크리트(Ultra-High Performance Concrete; UHPC)는 일반 콘크리트에 비하여 압축 및 인장 강도, 인성 및 연성 등의 역학적 측면 및 유동성, 성형성 등 시공적 측면에서 우수한 성질을 보유하고 있어 외장용 건축 재료, 비정형 콘크리트 등 다양한 구조물에 적용이 확대되고 있다.
이러한 초고성능 콘크리트(UHPC)는 고강도 콘크리트의 취성적인 특징을 완화하고 인장강도, 연성능력 및 충격성능 확보를 위해 강섬유를 혼합하여 사용하는 경우가 많다.
그러나 이 경우 도 1에 도시된 바와 같이 강섬유(40)가 초고성능 콘크리트 구조물(1) 외부에 노출되므로 강섬유(40)가 부식되어 표면을 탈색시켜 미관을 해치게 되고, 표면으로 돌출된 강섬유(40) 때문에 안전에 문제가 발생한다.
종래 공개특허 제1999-007369호는 시멘트에 첨가되는 금속 스트라이프를 철, 인, 탄소, 실리콘 및 크롬계 금속 합금으로 제조하여 금속 스트라이프의 부식을 방지하고자 하였으나, 여전히 금속 스트라이트가 콘크리트 구조물 표면으로 돌출될 수 있기 때문에 안전성 문제가 남아 있고, 제조 단가가 높아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 초고성능 콘크리트(UHPC)를 외장용으로 사용하기 위해서는 컬러를 혼합하여야 하기 때문에, 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸을 사용하여 초고성능 콘크리트(UHPC)를 제작하여야 하는데, 이러한 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸의 사용으로 인해 유동성이 저하되는 문제가 있다.
그런데 초고성능 콘크리트(UHPC)는 다량의 분체로 구성되어 있으며, 바인더인 단위체적당 시멘트와 실리카퓸의 혼입량이 가장 높은 콘크리트 중 하나로, 일반적으로 콘크리트는 분체량이 높고, 시멘트와 실리카퓸이 많이 혼입될수록 유동성을 확보하기 위해 필요한 물의 양은 증가한다. 물의 양이 많아질수록 최종 경화 후 남아 있는 공극의 비율도 늘어나기 때문에 강도 저하 및 내구성 저하로 이어진다.
즉, 컬러 초고성능 콘크리트의 유동성 저하를 방지하기 위해 물의 양을 증가시켜 유동성을 높이면 강도가 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서 초고성능 콘크리트(UHPC)에서는 유동성을 높이면서 강도 저하를 방지할 수 있는 대책이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강섬유가 첨가되지 않은 제1콘크리트혼합물을 몰드 저면에 타설한 후 강섬유가 첨가된 제2콘크리트혼합물을 상기 제1콘크리트혼합물 상면에 타설하기 때문에, 콘크리트 구조물 표면에 강섬유가 노출되지 않아 부식에 의한 변색이 없고, 사용시 안전성이 우수한 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 초고성능 콘크리트의 혼합 방법을 개선하여 다양한 색상을 연출하면서도 유동성이 저하되지 않는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하기 위한 것으로, (a) 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제1콘크리트혼합물을 몰드 저면에 두께 5㎜ 이하로 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트의 표면층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 제1콘크리트혼합물이 셀프레벨링되어 상면이 평탄면을 이루도록 제1콘크리트혼합물 타설 후 2분 이후 3분 이전에, 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 강섬유, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제2콘크리트혼합물을 상기 제1콘크리트혼합물 상면에 타설하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 제1콘크리트혼합물과 제2콘크리트혼합물은 각각 별개의 믹서에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 제2콘크리트혼합물은 (a) 단계에서 제1콘크리트혼합물의 일부를 몰드 저면에 타설한 후 (b) 단계에서 상기 제1콘크리트혼합물이 저장된 믹서에 강섬유를 혼입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 (b) 단계에서, 제2콘크리트혼합물은 강섬유 혼입 후 1분 내지 2분 믹싱 후 타설되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 제1콘크리트혼합물에 혼합되는 시멘트 및 실리카퓸은 각각 일부 또는 전부가 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 (b) 단계에서, 상기 믹서는 2축 회전 믹서인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 제1콘크리트혼합물에는 무기안료 또는 유기안료 중 적어도 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1콘크리트혼합물에 혼합되는 시멘트 및 실리카퓸은 각각 일부 또는 전부가 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸이고, 상기 믹서는 메인축, 상기 메인축 하부에 편심되게 결합되어 메인축의 회전에 따라 드럼 내에서 원을 그리며 회전하는 종속축 및 상기 종속축 하부에 결합되어 종속축의 회전에 따라 회전하는 팬으로 구성되는 2축 회전 믹서인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 상기 (a) 단계에서, 상기 제1콘크리트혼합물에는 무기안료 또는 유기안료 중 적어도 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 강섬유가 첨가되지 않은 제1콘크리트혼합물을 몰드 저면에 타설하고, 상기 제1콘크리트혼합물 상면에 강섬유가 첨가된 제2콘크리트혼합물을 타설함으로써, 강섬유가 콘크리트 표면에 노출되지 않아 강섬유의 부식을 방지하여 부식에 의해 표면이 변색되는 것을 방지할 수 있고, 강섬유를 일반 강철로 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다.
둘째, 콘크리트 표면으로 강섬유가 돌출되지 않기 때문에, 표면이 매끄럽고 안전하여 사용성이 우수하다.
셋째, 초고성능 콘크리트에서 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸 혼합시 2축 회전 믹서로 혼합함으로써, 유동성을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 물-결합재비를 낮출 수 있어 역학적 성능과 내구성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸을 배합하여 백색 초고성능 콘크리트 혼합물을 제조하기 때문에, 다양한 색상의 안료를 첨가하여 다양한 색상의 초고성능 콘크리트를 제조할 수 있다.
도 1은 종래 강섬유가 혼합된 외장용 초고성능 콘크리트 구조물을 도시하는 사시도이다.
도 2는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조순서를 도시하는 도면이다.
도 3은 제1콘크리트 혼합물이 타설된 상태를 보여주는 사진이다.
도 4는 외장용 초고성능 콘크리트의 사진이다.
도 5는 제1콘크리트혼합물과 제2콘크리트혼합물을 혼합하여 타설하는 실시예를 도시하는 개념도이다.
도 6은 제1콘크리트혼합물과 제2콘크리트혼합물을 혼합하여 타설하는 다른 실시예를 도시하는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 사용되는 2축 회전 믹서를 도시하는 도면이다.
도 8은 종래 믹서의 혼합 과정과 본 발명의 믹서 혼합과정을 도시하는 개념도이다.
도 9는 도 8의 개념도이다.
도 10은 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸의 치환비율에 따른 외장용 초고성능 콘크리트 시편의 사진이다.
도 11은 도 10의 시편에 대한 유동성 및 강도 측정 실험결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 백색 초고성능 콘크리트와 회색 초고성능 콘크리트의 성능비교를 측정한 실험 사진이다.
도 13은 도 12의 실험결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조순서를 도시하는 도면이고, 도 3은 제1콘크리트 혼합물이 타설된 상태를 보여주는 사진이며, 도 4는 외장용 초고성능 콘크리트의 사진이다.
본 발명의 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법은 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하기 위한 것으로, (a) 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제1콘크리트혼합물을 몰드 저면에 두께 5㎜ 이하로 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트의 표면층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 제1콘크리트혼합물이 셀프레벨링되어 상면이 평탄면을 이루도록 제1콘크리트혼합물 타설 후 2분 이후 3분 이전에, 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 강섬유, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제2콘크리트혼합물을 상기 제1콘크리트혼합물 상면에 타설하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2의 (a) 및 도 3에 도시된 바와 같이, 믹서에 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물과 물 및 고성능 감수제를 넣고 혼합하여 제조된 제1콘크리트혼합물(31)을 몰드(20) 저면에 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트의 표면층을 형성한다.
이후 도 2의 (b) 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트혼합물에 강섬유(40), 물 및 고성능 감수제를 넣고 혼합한 제2콘크리트혼합물(32)을 상기 제1콘크리트혼합물(31) 상면에 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트를 제조한다.
상기 강섬유(40)는 초고성능 콘크리트의 취성적 특성 완화와 인장 강도, 연성능력, 충격성능 등이 낮은 문제점을 해결하고자 콘크리트에 혼합되는 보강재이다.
실험결과 상기 보강재로 합성섬유를 사용하게 되면 혼합 과정에서 합성섬유 간에 서로 뒤엉킴(entanglement) 현상이 일어나 유동성이 급격히 저하되어 본 발명에서는 강섬유를 사용하였다.
제2콘크리트혼합물(32)은 제1콘크리트혼합물(31) 타설 후 2분 이후 3분 이전에 타설되는 것이 바람직하다.
초고성능 콘크리트는 유동성이 좋아 타설시 셀프레벨링이 가능한데 제1콘크리트혼합물(31)이 셀프레벨링되어 제1콘크리트혼합물(31)의 상면이 평탄면을 이룰 수 있도록 충분한 시간을 확보하기 위해 제2콘크리트혼합물(32) 타설 전까지 최소 2분 이상의 간격을 두는 것이 바람직하다.
또한, 제1콘크리트혼합물(31) 타설 이후 시간이 지나치게 경과되면, 제1콘크리트혼합물(31)의 경화가 시작되어 제1콘크리트혼합물(31)과 제2콘크리트혼합물(32) 사이에 콜드조인트가 발생하여 내구성 저하 원인이 될 수 있으므로 제1콘크리트혼합물(31) 타설 이후 3분 이내에 제2콘크리트혼합물(32)을 타설하는 것이 바람직하다.
이에 따라 강섬유(40)가 혼입된 제2콘크리트혼합물(32) 전면을 강섬유(40)가 없는 제1콘크리트혼합물(31)이 보호하게 되므로, 강섬유(40)의 부식에 의한 표면 변색을 방지할 수 있고, 구조물 표면으로 강섬유(40)가 돌출되지 않아 사용자의 안전성을 확보할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명에서는 강섬유(40)가 제1콘크리트혼합물(31)에 의해 콘크리트 표면으로 노출되어 부식될 우려가 없으므로, 강섬유(40)를 코팅하거나 합금을 사용하지 않고 일반 강철을 사용할 수 있어 경제적이다.
도 5는 제1콘크리트혼합물과 제2콘크리트혼합물을 혼합하여 타설하는 실시예를 도시하는 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1콘크리트혼합물(31)과 제2콘크리트혼합물(32)은 각각 별개의 믹서(101, 102)에서 혼합될 수 있다.
별개의 믹서(101, 102)를 사용하여 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 제1믹서(101)에는 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재가 포함된 시멘트혼합물에 물과 고성능 감수제를 넣고 혼합하여 제1콘크리트혼합물(31)을 제조하고, 제2믹서(102)에는 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재가 포함된 시멘트혼합물에 강섬유(40), 물 및 고성능 감수제를 넣고 혼합하여 제2콘크리트혼합물(32)을 제조한다.
다음으로, 도 5의 (a)와 같이 상기 제1믹서(101)에서 혼합된 제1콘크리트혼합물(31)을 먼저 몰드(20) 저면에 타설한다.
마지막으로, 도 3의 (b)와 같이 상기 제2믹서(102)에서 혼합된 제2콘크리트혼합물(32)을 몰드(20) 저면에 타설된 상기 제1콘크리트혼합물(31) 상면에 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트를 제조한다.
이와 같이 별개의 믹서(101, 102)를 사용하게 되면 강섬유(40) 투입 및 혼합시간을 자유롭게 조절할 수 있다. 또한, 제2믹서(102)에서 시멘트혼합물 및 강섬유(40)를 넣고 미리 혼합하여 강섬유(40)를 골고루 분산시킨 후 물을 첨가하여 제2콘크리트혼합물(32)을 제조할 수 있기 때문에, 제2콘크리트혼합물(32)의 유동성을 좋게 할 수 있다.
도 6은 제1콘크리트혼합물과 제2콘크리트혼합물을 혼합하여 타설하는 다른 실시예를 도시하는 개념도이다.
제1콘크리트혼합물(31)과 제2콘크리트혼합물(32)을 동일한 믹서(10)로 혼합하여 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하는 다른 방법은 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2콘크리트혼합물(32)은 (a) 단계에서 제1콘크리트혼합물(31)의 일부를 몰드(20) 저면에 타설할 후 (b) 단계에서 상기 제1콘크리트혼합물(31)이 저장된 믹서(10)에 강섬유(40)를 혼입하여 형성될 수 있다.
먼저, 도 6의 (a)는 믹서에 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재가 포함된 시멘트혼합물과 물 및 고성능 감수제를 넣고 혼합하여 제1콘크리트혼합물(31)을 제조하여 몰드(20) 저면에 일부를 타설하는 단계이다.
다음으로, 도 6의 (b)는 믹서에 남은 제1콘크리트혼합물(31)에 강섬유(40)를 혼입하여 제2콘크리트혼합물(32)을 제조하는 단계이다.
마지막으로, 도 6의 (c)는 제2콘크리트혼합물(32)을 상기 제1콘크리트혼합물(31) 상부에 타설하는 단계이다.
이와 같이, 동일한 믹서(10)를 사용하게 되면 장비를 최소화하여 제조 단가를 줄일 수 있다.
상기 (b) 단계에서 제2콘크리트혼합물(32)은 강섬유(40) 혼입 후 1분 내지 2분 믹싱 후 타설되는 것이 바람직하다.
상기 강섬유(40)는 제1콘크리트혼합물(31)을 타설한 후 바로 투입시켜 1분 내지 2분 동안 혼합 작업을 거치게 되는데, 1분 미만으로 혼합하면 강섬유(40)의 혼합이 원활하지 않아 유동성이 떨어질 수 있고, 2분 이상으로 혼합하면 제2콘크리트혼합물(32)의 경화가 시작될 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 몰드(20)에 타설되는 제1콘크리트혼합물(31)은 두께가 5㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 제1콘크리트혼합물(31)의 두께가 5㎜보다 더욱 두꺼워지면, 강섬유(40)를 함유하고 있지 않은 제1콘크리트혼합물(31) 층이 제2콘크리트혼합물(32) 층보다 상대적으로 두꺼워져 본 발명의 외장용 초고성능 콘크리트 구조물의 인장 강도, 연성능력 및 충격성능을 확보하기 어렵다.
상기 제1콘크리트혼합물(31)에 혼합되는 시멘트 및 실리카퓸은 각각 일부 또는 전부가 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸인 것이 바람직하다.
초고성능 콘크리트는 주로 외장재로 많이 사용되는데 콘크리트의 색상이 회색이어서 미관상 도색하여 마감하는 것이 일반적이다. 하지만 일반적으로 사용되는 도색은 외부 환경에 의해 쉽게 벗겨지거나 색이 변하는 경우가 많아 유지관리 비용이 많이 소요된다.
이에 따라 일반 컬러 콘크리트와 같이 초고성능 콘크리트의 시멘트 및 실리카퓸을 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸으로 치환하여 컬러 초고성능 콘크리트의 제조가 가능하다.
백색 시멘트는 순백색의 수경성 백색 포틀랜드 시멘트로서 백색 칼라를 표현하기 위한 착색 목적으로 사용되며 안료와 함께 사용되어 다양한 색상을 연출할 수 있다.
아울러 상기 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸은 제1콘크리트혼합물(31)뿐만 아니라 제2콘크리트혼합물(32)에도 사용 가능하다.
도 7은 본 발명에 사용되는 2축 회전 믹서를 도시하는 도면이고, 도 8은 종래 믹서의 혼합 과정과 본 발명의 믹서 혼합과정을 도시하는 개념도이며, 도 9는 도 8의 개념도이다.
일반적으로 콘크리트에서 시멘트나 실리카퓸을 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸으로 치환하는 경우 콘크리트의 유동성 및 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 유동성 및 내구성 저하가 없는 컬러 초고성능 콘크리트를 제조하고자 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계에서, 상기 믹서(10)는 2축 회전 믹서(12)인 것을 특징으로 한다.
상기 2축 회전 믹서(12)는 메인축(122), 상기 메인축(122) 하부에 편심되게 결합되어 메인축(122)의 회전에 따라 드럼(121) 내에서 원을 그리며 회전하는 종속축(123) 및 상기 종속축(123) 하부에 결합되어 종속축(123)의 회전에 따라 같이 회전하는 팬(124)으로 구성된다.
도 8의 (a) 및 도 9의 (a)는 일반적으로 초고성능 콘크리트를 혼합하는 팬타입 믹서(11)의 혼합 과정을 도시한 개념도로서, 팬(112)이 드럼(111) 내부에서 일방향으로 회전하거나 드럼(111)이 팬(112)을 기준으로 회전하면서 콘크리트혼합물(30)을 혼합한다.
이때 상기 팬(112)은 콘크리트혼합물(30)을 회전 방향으로 밀면서 혼합하기 때문에, 콘크리트혼합물(30)이 팬(112)의 회전 방향으로 몰려 뭉치는 현상이 발생하여 원활한 혼합이 어렵고, 드럼(121)과 혼합물에 포함된 강섬유의 마찰로 인해 콘크리트혼합물(30)의 온도가 상승하여 콘크리트혼합물(30)의 유동성이 저하되는 문제점이 발생한다.
반면, 본 발명에서는 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 2축 회전 믹서(12)를 사용하여 메인축(122)의 회전 방향에 따라 팬(124)이 드럼(121) 내주변을 따라 회전하면서 콘크리트혼합물(30)을 혼합할 뿐만 아니라, 종속축(123)이 상기 메인축(122) 회전 방향의 반대 방향으로 팬(124)을 회전시키면서 콘크리트혼합물(30)을 혼합하기 때문에 콘크리트혼합물(30)의 뭉치는 현상 없이 균일하게 혼합할 수 있다.
이러한 2축 회전 믹서(12)에 의해 혼합할 경우 혼합물이 전체적으로 혼합됨과 동시에 국부적으로 혼합이 이루어져 분산이 원활하게 이루어지므로 콘크리트혼합물(30)의 유동성이 향상된다.
따라서 종래 백색 시멘트가 혼입된 콘크리트 제조 방법에 비해 물-결합재비(W/C)를 낮추어 콘크리트의 강도 및 내구성을 더욱 높일 수 있다.
상기 제1콘크리트혼합물(31)에는 무기안료 또는 유기안료 중 적어도 어느 하나가 첨가될 수 있다.
상기 무기안료는 내구성이 우수하여 오랜 기간 색의 유지가 가능하고 미세한 무기안료 입자가 콘크리트 중의 공극을 충진하여 강도를 높일 수도 있다.
상기 무기안료는 금속화합물을 주성분으로 하고 화학조성에 따라 산화물, 수산화물, 황산염, 크롬산염, 탄산염, 황화물, 규산염 등이 있다.
상기 유기안료는 일반적으로 많이 사용하는 도료용 안료로서 색상의 선명도가 우수하여 원하는 색상을 연출하기 쉬우나 자외선이나 열 및 유기용제에 의해 분해되거나 변색되는 단점이 있어 외장용으로는 독자적으로 사용하는 것보다는 무기안료와 혼합하여 사용하는 것이 더 바람직하다.
상기 2축 회전 믹서(12)를 이용한 백색 시멘트 또는 백색 실리카퓸이 혼입된 콘크리트 혼합물의 제조 방법 및 콘크리트의 유색화 방법은 상기 제1콘크리트혼합물(31)과 제2콘크리트혼합물(32)로 이루어진 외장용 초고성능 콘크리트뿐 아니라 강섬유가 혼입되지 않은 초고성능 콘크리트에도 적용이 가능하다. 이때 제조 방법은 상기 제1콘크리트혼합물(31)을 유색화 하는 방법과 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸의 치환비율에 따른 외장용 초고성능 콘크리트 시편의 사진이고, 도 11은 도 10의 시편에 대한 유동성 및 강도 측정 실험결과를 나타내는 그래프이며, 도 12는 백색 초고성능 콘크리트와 회색 초고성능 콘크리트의 성능비교를 측정한 실험 사진이고, 도 13은 도 12의 실험결과를 나타내는 그래프이다.
일반 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement; OPC) 및 회색 실리카퓸(Gray Silica Fume; GSF)을 사용한 초고성능 콘크리트 및 일부 또는 전부를 백색 시멘트(White Portland Cement;WPC) 및 백색 실리카퓸(White Silica Fume; WSF)으로 치환하여 2축 회전 믹서로 제조한 초고성능 콘크리트의 색상, 물-결합재비(W/C) 및 유동성에 관한 실험을 하였다.
유동성 실험을 위하여 실험장비는 KS L 5111 규격을 만족하는 시멘트 모르타르 시험용 플로우 테이블을 사용하였다.
아울러 플로우 콘에 시료를 채우고, 콘을 들어올린 후 플로우 테이블의 낙하 없이 최대 및 최소 직경의 평균값을 측정하였다.
초고성능 콘크리트는 자기 충전성을 가지고 있으므로 어떠한 외부 충격 없이도 충분한 유동성을 나타내야하기 때문에 낙하 없이 플로우 시험을 진행하였다.
상기 실험을 위해 아래 [표 1]과 같이 각각 다른 실험변수로 8개 군의 초고성능 콘크리트(UHPC)를 제조하였다.

UHPC		 실험 변수
OPC WPC GSF WSF
1 1 - 0.25 -
2 1 - 0.125 0.125
3 1 - - 0.25
4 - 1 0.25 -
5 - 1 0.125 0.125
6 - 1 - 0.25
7 0.5 0.5 0.25 -
8 0.5 0.5 - 0.25
OPC: Ordinary Portland Cement (일반 포틀랜드 시멘트)
WPC: White Portland Cement (백색 시멘트)
GSF: Grey Silica Fume (회색 실리카퓸)
WSF: White Silica Fume (백색 실리카퓸)
일반 포틀랜드 시멘트(OPC)가 100% 일 때(UHPC 1, 2 및 3), 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율에 따른 색상 및 분산시간과 슬럼프 플로우에 대하여 측정하여 상호 비교하였다. 이때 물-결합재비(W/C)는 0.23으로 하였고, 2축 회전 믹서를 사용하여 혼합하였다.
UHPC 1 2 3
분산시간 1분 2분 7분
슬럼프 플로우 220㎜ 220㎜ 230㎜
상기 [표 2] 및 도 10의 (a)를 참조하면, 초고성능 콘크리트의 색상은 큰 변화가 없으나 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율이 높을수록 색상이 연하게 변화된 것을 확인할 수 있다.
또한, 회색 실리카퓸(GSF)은 분산형이고 백색 실리카퓸(WSF)은 응집형이라, 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율이 높을수록 혼합되어 분산되는 시간이 오래 걸리며 이때 슬럼프 플로우에는 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.
초고성능 콘크리트 조성물에서 일반 포틀랜드 시멘트(OPC) 대신 백색 시멘트(WPC)를 100% 치환하였을 때(UHPC 4, 5 및 6), 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율에 따른 색상 및 분산시간과 슬럼프 플로우에 대하여 비교하였다. 이때 물-결합재비(W/C)는 0.22로 [실시예 1]보다 1% 줄였다. 또한, [실시예 1]과 마찬가지로 믹서는 2축 회전 믹서를 사용하였다.
UHPC 4 5 6
분산시간 1분 2분 7분
슬럼프 플로우 270㎜ 270㎜ 260㎜
상기 [표 3] 및 도 10의 (b)를 참조하면, 초고성능 콘크리트의 색상은 도 10의 (a) 보다 전체적으로 백색 콘크리트로 변화되어 색상 차이를 보이고 있으며, 큰 차이는 없지만 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율이 높을수록 색상이 순백색으로 변화된 것을 확인할 수 있다.
또한, [실시예 1]과 같이 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율이 높을수록 혼합되어 분산되는 시간이 오래 걸리며 이때 슬럼프 플로우는 큰 변화 없이 유지된다.
그러나 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)를 100% 사용한 [실시예 1]의 물-결합재비(W/C)에 대한 슬럼프 플로우를 비교하여 보면, 물-결합재비(W/C)를 1% 줄인 백색 시멘트(WPC)를 100% 사용한 [실시예 2]의 슬럼프 플로우가 증가되었다.
즉 2축 회전 믹서를 사용하여 일반 포틀랜드 시멘트(OPC) 대신 백색 시멘트(WPC)로 치환하여 사용하였을 때, 실리카퓸의 종류에 상관없이 유동성이 더 좋은 결과를 나타내고 있다.
초고성능 콘크리트 조성물에서 회색 실리카퓸(GSF)을 100% 일 때(UHPC 1, 7 및 4), 백색 시멘트(WPC)의 치환율에 따른 색상 및 분산시간과 슬럼프 플로우에 대하여 비교하였다. 이때 백색 시멘트(WPC)로 치환하였을 때의 물-겹합재비(W/C)는 0.22로 1%로 줄였다.
UHPC 1 (W/C=0.23) 7 (W/C=0.22) 4 (W/C=0.22)
분산시간 1분 1분 1분
슬럼프 플로우 220㎜ 260㎜ 270㎜
상기 [표 4] 및 도 10의 (c)를 참조하면, 초고성능 콘크리트의 색상은 백색 시멘트(WPC)가 많이 치환될수록 백색에 가까운 색상이 표현되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 백색 시멘트(WPC)의 치환율이 증가하여도 분산시간은 변동이 없고, 슬럼프 플로우는 백색 시멘트(WPC)로 치환하고 물-결합재비(W/C)를 1% 줄인 0.22로 하였을 때 유동성이 대폭 증가한 결과를 나타내고 있다.
초고성능 콘크리트 조성물에서 백색 실리카퓸(WSF)을 100% 일 때(UHPC 3, 8 및 6), 백색 시멘트(WPC)의 치환율에 따른 분산시간 및 슬럼프 플로우에 대하여 비교하였다. 이때 역시 [실시예 3]과 같이 물-결합재비(W/C)를 백색 시멘트(WPC)로 치환하지 않았을 때는 0.23 및 백색 시멘트(WPC)로 치환하였을 때는 0.22로 하였다.
UHPC 3 (W/C=0.23) 8 (W/C=0.22) 6 (W/C=0.22)
분산시간 7분 7분 7분
슬럼프 플로우 220㎜ 260㎜ 270㎜
상기 [표 5] 및 도 10의 (d)를 참조하면, 백색 시멘트(WPC)와 백색 실리카퓸(WSF)으로 치환하여 제조된 초고성능 콘크리트가 가장 순백에 가까운 밝은 색상을 나타내고 있다.
또한, 상기 [실시예 3]과 같이 백색 시멘트(WPC)의 치환율이 증가하여도 분산시간은 변동이 없었고, 슬럼프 플로우는 백색 시멘트(WPC)로 치환하고 물-결합재비(W/C)를 1% 줄인 0.22로 하였을 때 슬럼프 플로우가 대폭 증가하여 유동성이 향상된 결과를 확인할 수 있다.
아울러 [실시예 3]과 비교하여 보면, 회색 실리카퓸(GSF)을 사용하였을 때보다 백색 실리카퓸(WSF)을 사용하였을 때의 분산시간이 더 길어진 것을 확인할 수 있다. 즉, 응집형인 백색 실리카퓸(WSF)의 치환율은 유동성의 영향보다는 분산시간에 많은 영향을 준다는 결과를 확인할 수 있다.
상기 실시예에서 본 바와 같이, 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)는 표면이 부드러워서 잘 흐르려는 성향이 있어 분산이 잘되나, 물과 혼합되어 2축 회전 믹서로 혼합할 경우 실리카퓸과 결합하려는 성향이 강해 분산이 되더라도 서로 끌어당기는 힘 때문에 점성증가로 인한 유동성 저하를 유발하게 된다.
그러나 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)와는 달리 백색 시멘트(WPC)는 표면이 푸석푸석하여 흐르려는 성향이 적어 분산에 불리하나 물과 혼합되어 2축 회전 믹서로 혼합하면 실리카퓸과 결합하려는 성향이 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)보다 상대적으로 약해 점성이 감소하여 유동성이 향상된다.
도 11을 참조하면, 물-결합재비(W/C)를 0.22로 하고 백색 시멘트(WPC)를 100%로 치환한 실험군(4, 5 및 6)이 백색 시멘트(WPC)로 100% 치환하지 않은 실험군(1, 2, 3, 7 및 8)과 비교하여 유동성이 높은 것을 알 수 있다.
이에 따라, 유동성을 종래 일반 포틀랜드 시멘트(OPC) 수준으로 낮추면 물-결합재비(W/C)를 더욱 낮출 수 있어 강도 증가를 기대할 수 있다.
종래 일반 포틀랜드 시멘트(OPC) 및 회색 실리카퓸(GSF)를 사용한 회색 초고성능 콘크리트와 백색 시멘트(WPC) 및 백색 실리카퓸(WSF)로 치환한 백색 초고성능 콘크리트의 압축강도 및 휨 인장강도의 성능비교를 하였다.
이때, 물-결합재비(W/C)는 0.215로 하였고, 강섬유의 체적비는 2% 혼합하였다.
사용장비는 2000kN 용량의 만능재료시험기(UTM)을 사용하였다.
도 12의 (a)를 참조하면, 압축강도 측정은 KS F2405에 따른 콘크리트 압축강도 시험법을 따라 지름 100㎜ 및 높이 200㎜의 실린더 시편을 3개 제작하여 실시하였다.
아울러 도 12의 (b)를 참조하면, 휨 인장강도 측정은 KS L ISO 679에 따른 시멘트 모르타르 휨강도 시험법을 따라 40㎜×40㎜×160㎜의 직육면체 시편을 3개 제작하여 실시하였다.
재료 압축강도 (㎫) 휨 인장강도 (㎫)
Avg. 1 2 3 비율 Avg. 1 2 3 비율
회색 UHPC 185.67 178 1971 188 1 43.68 46.10 44.97 39.97 1
백색 UHPC 192.67 195 189 194 1.032 45.19 51.53 35.76 48.30 1.035
[표 6]은 압축강도 및 휨 인장강도의 실험 결과이다.
상기 비율은 회색 초고성능 콘크리트(UHPC) 대비 백색 초고성능 콘크리트(UHPC)의 강도 비율을 나타낸 것이다.
[표 6] 및 도 13에서와 같이 동일한 물-결합재비(W/C)로 제조한 회색 초고성능 콘크리트(UHPC) 및 백색 초고성능 콘크리트(UHPC)의 압축강도 및 휨 인장강도는 백색 초고성능 콘크리트(UHPC)가 더 좋은 것을 확인할 수 있다.
1: 초고성능 콘크리트 구조물 10: 믹서
101: 제1믹서 102: 제2믹서
11: 팬타입 믹서 12: 2축 회전 믹서
111,121: 드럼 112,124: 팬
122: 메인축 123: 종속축
20: 몰드 30: 콘크리트 혼합물
31: 제1콘크리트혼합물 32: 제2콘크리트혼합물
40: 강섬유

Claims (11)

  1. 외장용 초고성능 콘크리트를 제조하기 위한 것으로,
    (a) 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제1콘크리트혼합물(31)을 몰드(20) 저면에 두께 5㎜ 이하로 타설하여 외장용 초고성능 콘크리트의 표면층을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 제1콘크리트혼합물(31)이 셀프레벨링되어 상면이 평탄면을 이루도록 제1콘크리트혼합물(31) 타설 후 2분 이후 3분 이전에, 시멘트, 실리카퓸, 충전재 및 잔골재로 구성된 시멘트혼합물, 강섬유(40), 물 및 고성능 감수제를 믹서에 넣고 혼합한 제2콘크리트혼합물(32)을 상기 제1콘크리트혼합물(31) 상면에 타설하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1콘크리트혼합물(31)과 제2콘크리트혼합물(32)은 각각 별개의 믹서(101, 102)에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 제2콘크리트혼합물(32)은 (a) 단계에서 제1콘크리트혼합물(31)의 일부를 몰드(20) 저면에 타설한 후 (b) 단계에서 상기 제1콘크리트혼합물(31)이 저장된 믹서(10)에 강섬유(40)를 혼입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 (b) 단계에서, 제2콘크리트혼합물(32)은 강섬유(40) 혼입 후 1분 내지 2분 믹싱 후 타설되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 제1콘크리트혼합물(31)에 혼합되는 시멘트 및 실리카퓸은 각각 일부 또는 전부가 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 믹서(10)는 2축 회전 믹서(12)인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 제1콘크리트혼합물(31)에는 무기안료 또는 유기안료 중 적어도 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  10. 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1콘크리트혼합물(31)에 혼합되는 시멘트 및 실리카퓸은 각각 일부 또는 전부가 백색 시멘트 및 백색 실리카퓸이고,
    상기 믹서는 메인축(122), 상기 메인축(122) 하부에 편심되게 결합되어 메인축(122)의 회전에 따라 드럼(121) 내에서 원을 그리며 회전하는 종속축(123) 및 상기 종속축(123) 하부에 결합되어 종속축(123)의 회전에 따라 회전하는 팬(124)으로 구성되는 2축 회전 믹서(12)인 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 제1콘크리트혼합물(31)에는 무기안료 또는 유기안료 중 적어도 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 외장용 초고성능 콘크리트의 제조 방법.
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