KR101664887B1 - 팽창성 급냉슬래그 골재를 활용한 저수축 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 내지 200 중량부, 플라이애시 10 내지 200 중량부, 잔골재 200 내지 500 중량부를 포함하는 저수축 조성물로, 상기 잔골재 100 중량% 중 5 내지 25 중량%가 급냉슬래그로 치환된 것인 저수축 조성물에 관한 것이다.

Description

팽창성 급냉슬래그 골재를 활용한 저수축 조성물 및 이의 제조방법{Low shrinkage composition using the expansive cooling slag fine aggregate and method for the preparation thereof}

본 발명은 팽창성 급냉슬래그 골재를 포함하는 저수축 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 잔골재 중 일부를 급냉슬래그로 치환하여 급냉슬래그 특유의 팽창성을 활용하고, 플라이애시 및 강도 증진용 자극제를 첨부하여 강도증진 및 길이 변화를 저감시켜 모르타르 및 콘크리트에 사용될 수 있는 팽창성 급냉슬래그 골재를 포함하는 저수축 조성물에 관한 것이다.

모르타르 및 콘크리트는 대표적인 건설재료 중 하나로 시공성, 강도, 내구성 및 유지관리 측면에서 우수한 성능을 발휘할 뿐만 아니라 경제적인 이점까지 있어 건설공사에서 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 모르타르는 다양한 환경, 재료, 시공요인 등에 의한 열화현상이 발생될 가능성을 지니고 있으며, 이로 인한 균열은 건설구조물의 강도 및 내구성 등의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 구조물의 미관과 사용성 저하를 초래할 수 있다.

모르타르 및 콘크리트에 발생하는 균열은 재료적 요인, 시공적 요인, 환경 및 구조적 요인 등 여러 요인에 의해 발생되는데, 그 중 가장 빈번하게 발생하는 사례 중 하나가 건조수축 균열이다. 건조수축 균열은 모르타르 경화 시 내부수분의 외부 이동에 따른 모세관 장력에 의한 체적감소로 수축이 발생하게 되는 현상이다. 건조수축은 대부분의 모르타르 및 콘크리트에서 발생되는 현상으로 부재가 구속된 경우 체적감소에 따른 내부응력의 발생으로 균열을 야기시키며, 이는 모르타르의 가장 큰 균열발생 원인이 되고 있다.

특히, 최근 건설구조물은 대형화 및 장대화에 따른 장스팬의 슬래브나 시공편의를 위한 프리캐스트 영구 거푸집의 사용 등 모르타르에 작용하는 구속력 및 내부응력의 증가로 균열 발생 가능성이 더욱 더 높아지고 있다. 또한 모르타르 및 콘크리트 제조에 사용되는 골재의 품질저하로 모르타르의 유동성이 떨어져 레미콘 생산 시 작업성 확보를 위한 단위수량의 증가로 건조수축에 의한 균열 발생은 더욱 증가되고 있다. 따라서 건조수축은 현재 건설구조물에서 해결해야 할 가장 큰 문제점 중 하나이기도 하다.

모르타르 및 콘크리트의 건조에 의한 수축을 저감하기 위해서는 될 수 있는 한 단위수량을 최대한 적게 사용해야 하는데 이는 시공성 확보의 문제와 경제적인 요인에 의해 현실적으로 어렵다. 따라서 혼화재료에 의한 해결을 주로 실시하였는데 대표적인 것이 팽창재와 수축저감제의 사용이다. 하지만 팽창재는 초기의 팽창으로 인한 수축량을 보상하는 것으로 초기 팽창량 과다로 인한 균열을 초래할 우려가 크다. 수축저감제는 표면장력을 저감시켜 표면건조에 따른 내부수분이동을 억제하는 것으로 재료분리 및 강도저하의 요인이 되는 문제를 지니고 있다.

한편 고로슬래그 미분말은 용광로에서 철광석의 철 성분을 추출하고 남는 광물성 부산물로 이를 공기 중에서 냉각시켜 미분쇄한 것을 말하고 슬래그 잔골재는 이를 미분쇄하기 전의 상태를 의미하는데, 본질적으로 철보다 가벼운 것이 비중 차에 의해 분리된 것이므로, 중금속을 거의 함유하지 않고 있어 환경 유해성이 낮아 건설 산업용 재료로 사용하고자 하는 연구가 비교적 활발하였다. 그러나 고로슬래그 미분말은 OPC(Ordinary Portland Cement)에 비해 응결 경화속도가 늦으며 초기재령에 있어서도 낮은 강도 발현율을 나타내고 있고 잠재 수경성 반응에 의해 초기 이후의 내부수분의 소비로 인한 수축을 증가시키는 요인이 되고 있다. 또한 슬래그 잔골재는 반응성이 없어 중량 증가용으로 밖에는 활용되지 못하는 실정이다.

이러한 고로슬래그의 상용성 및 성능을 극대화하기 위해 고속의 공기를 이용하여 용융 상태의 고로슬래그를 급냉시키는 방법으로 유리석회(free-CaO)의 생성량을 최소화하는 방법이 개발되고 있는데, 이러한 고로슬래그는 구형화되므로 아토마이징 제강슬래그(ASS, atomizing steel slag)라고도 하고, 급냉공정에 의해 제조되었으므로 급냉 제강슬래그(RCSS, rapidly cooled steel slag) 또는 PS ball(precious slag ball)이라는 이름으로 상용화가 시도되고 있다. 그러나 이를 미분쇄할 시 급냉으로 인한 화학적 불안정성에 의해 반응성이 극대화 되어 수화반응이 OPC 이상으로 빨라지나 이로 급격한 반응에 의한 팽창 및 수화열이 문제되고 있다.

전종협, 인산부산석고와 이의 활용, 태학원 출판사, p.80 ~ 87, 1984. 井上和久, "高爐スラグ係混合セメントの初期水和に及ぼす石こうの影響", セメントコンクリ-ト論文集, No.46, p.74 ~ 79, 1992.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상세하게는 모르타르 또는 콘크리트 조성물의 기계적, 화학적 물성을 유지하면서 수축 및 강도저하문제를 해결할 수 있는 팽창성 급냉슬래그 골재를 활용한 모르타르 및 콘크리트 조성물의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 급냉슬래그를 첨가하여 모르타르 또는 콘크리트의 건조수축 발생량을 저감할 수 있는 급냉슬래그 골재를 활용한 모르타르 및 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 급냉슬래그를 포함하는 저수축 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태는 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 내지 200 중량부, 플라이애시 10 내지 200 중량부, 잔골재 200 내지 500 중량부를 포함하는 저수축 모르타르 조성물로, 상기 잔골재 100 중량% 중 5 내지 25 중량%가 급냉슬래그로 치환된 것인 저수축 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 플라이애시는 시멘트 100 중량부에 대하여 50 내지 120 중량부 포함할 수 있으며, 상기 급냉슬래그는 평균입경이 5㎜ 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 상기 모르타르 조성물에 공기혼입제, 분산제, 화산회, 경화개선제, 강도개선제, 경화지연제, 습윤제, 수용성 중합제, 유동개질제, 발수제, 투과성 감소제, 펌핑보조제, 살균제 및 알칼리 반응감소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 급냉슬래그를 포함하는 모르타르 조성물에 관한 것이다. 이때 상기 첨가제는 상기 모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 급냉슬래그를 포함하는 저수축 조성물은 잔골재의 일부를 급냉 고로슬래그로 치환하여 조성물의 물성을 유지하면서 강도를 증진시킬 뿐만 아니라 급냉 고로슬래그가 가지는 반응성 및 팽창성을 활용하여 모르타르 또는 콘크리트의 건조수축을 크게 저감할 수 있다.

또한 급냉슬래그와 플라이애시를 동시에 사용함으로써 급냉슬래그가 가지는 수축 저감 효과를 증폭시킴과 동시에 작업성 개선 및 장기적인 강도, 수밀성이 향상될 수 있다.

소량의 팽창성을 지닌 급냉슬래그의 사용은 팽창 팽창제 및 수축저감제 등의 첨가제 사용을 대체하여 제품의 제조원가를 절감할 수 있으며, 잔골재의 일부를 산업부산물인 슬래그로 대체하여 이산화탄소 배출량 절감을 통한 대기 환경 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이하 구체예들을 참조하여 본 발명에 따른 급냉슬래그를 포함하는 모르타르 조성물에 대해 더 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 여러 형태로 구현될 수 있다.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

본 발명에서 상기 ‘급냉슬래그’는 앞서 기재한 바와 같이 고로슬래그(blast furnace slag)를 고속의 공기를 이용하여 용융 상태의 고로슬래그를 급랭시켜 제조되는 것으로, 아토마이징 제강슬래그(ASS), 급냉 제강슬래그(RCSS)와 동일한 대상을 가리키는 용어다.

일반적으로 고로슬래그는 앞서 기재한 바와 같이 제철소의 고로에서 선철을 제조 때 철광석과 코크스에 존재하는 불순물인 규석 등 점토질 광물과 회분이 고온에서 석회와 반응하여 생성된 일종의 폐기물이다. 이러한 고로슬래그는 종래의 잔골재를 대체할 수 있는 물질로서 꾸준히 사용되고 있으나, 수경성이 있어 온도와 습도가 높은 여름철에 뭉쳐지기 쉽기 때문에 안정된 저장을 위하여 고결되기 쉬운 것과 고결되지 않는 것을 구분하여 저장하거나, 천연 골재와 혼합하여 저장하여야 하는 등 잔골재로 사용하기에는 부적합한 많은 문제점을 가지고 있을 뿐 아니라, 오히려 시멘트의 클링커에 사용하기에 적합한 성질을 가지고 있으므로 잔골재로는 많이 사용되지 않았었다.

이러한 고로슬래그를 단점을 해소하기 위해 고속의 공기를 이용하여 용융 상태의 고로슬래그를 급냉시키는 방법으로 유리석회(free-CaO)의 생성량을 최소화하는 방법을 적용하였다. 상기와 같은 방법으로 제조된 고로슬래그는 구형화되므로 아토마이징 제강슬래그(ASS, atomizing steel slag)라고도 하고, 급냉공정에 의해 제조되었으므로 급냉 제강슬래그(RCSS, rapidly cooled steel slag) 또는 PS ball(precious slag ball)이라는 이름으로 상용화가 시도되고 있다.

이와 같은 급냉슬래그는 유리석회가 거의 없어 팽창 붕괴의 위험이 없고 입형이 구형에 가까운 잔골재 형태를 갖기 때문에 콘크리트용 건설재료로써 활용할 경우 볼베어링 효과(ball bearing effect)에 의해 유동성이 증가하는 장점이 있으며, 약간의 반응성에 의한 미량 팽창에 의한 수축저감 및 강도증진의 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 모르타르 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 내지 200 중량부, 플라이애시 10 내지 200 중량부, 잔골재 200 내지 500 중량부를 포함하는 저수축 모르타르 조성물로, 상기 잔골재 100 중량% 중 5 내지 25 중량%가 급냉슬래그로 치환될 수 있다.

본 발명에서 상기 급냉슬래그는 제철소의 제강 공정에서 발생되는 액상의 슬래그를 포트(pot)에 담은 다음 물이 혼합된 고압의 가스가 분무되는 지역에 상기 제강 슬래그를 흘려서, 제강 슬래그가 상기 혼합 가스의 운동에너지를 공급받아 수많은 미세 액적으로 분할되도록 하고, 상기 분할된 미세 액적이 표면에너지로 인하여 구형으로 된 것을 물 또는 공기로 냉각시켜 수득될 수 있다.

본 발명에서 상기 급냉슬래그는 CaO, SiO₂, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃, MnO 등의 성분으로 이루어질 수 있다. 상기와 같은 성분원소들은 단독으로 존재하기 보다는 다른 성분과 결합하여 복합상을 형성하며, 상기 복합상들이 급냉될 경우 경도가 아주 높아지게 되며 그 결과 우수한 내마모성을 가질 수 있다.

본 발명에서 상기 급냉슬래그의 원료로 사용되는 제강 슬래그는 한정하고 있지 않으며, 가령 예를 들에서 처리된 2차 정련 슬래그도 사용 가능하다. 또한 상기 급냉슬래그는 함께 첨가되는 잔골재의 형태 및 크기에 따라 적절하게 입경 등을 조절할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 급냉슬래그는 함께 첨가되는 잔골재 100 중량% 중 5 내지 25 중량% 치환될 수 있다. 상기 급냉슬래그의 치환량이 많아질수록, 재령일의 경과에 따른 모르타르 또는 콘크리트의 건조 수축 변화가 감소하며, 기계적인 물성이 증가할 수 있으나, 잔골재 치환에 따른 미분량의 간소로 인한 재료분리 저항성 감소 및 공기량 상승의 문제점을 야기시켜 모르타르 및 콘크리트의 초기물성을 크게 저하시킬 수 있어 좋지 않다.

또한 상기 급냉슬래그는 평균입경이 5㎜ 이하, 바람직하게는 0.08 내지 5㎜인 것이 좋다. 평균입경이 0.08㎜ 미만인 경우 급냉슬래그의 비표면적 증가로 모르타르 또는 콘크리트 조성물의 양생 시 급격한 팽창이 발생할 수 있으며, 5㎜ 초과인 경우 반대로 비표면적 감소로 인해 급냉슬래그의 반응성이 감소할 수 있다.

상기 시멘트는 당업계에서 고로슬래그 시멘트를 제조하기 위해 사용되는 것이라면 종류에 한정하지 않으며, 바람직하게는 일반 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 초속경 시멘트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 시멘트 분말형태 뿐만 아니라 클링커 형태도 사용 가능하다. 다만 시멘트 클링커를 사용하는 경우 전처리로 소성 및 분쇄과정을 거친 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 시멘트의 비표면적은 2000 ㎠/g 내지 8000 ㎠/g인 것이 바람직하다.

상기 잔골재는 5 ㎜ 이하의 입자를 가지며, 콘크리트 표준시방서 기준을 만족하면 별도의 제한 없이 사용할 수 있다. 더 상세하게는 4번 체(ASTM C125, 4.75 ㎜)를 거의 완전하게 통과하는 물질이 좋으며, 실리카 모래 등을 사용하는 것이 좋다. 또한 본 발명에서는 콘크리트의 유동성을 결정하기 위하여 잔골재율(S/a)이 35 내지 55 부피%를 만족하는 것이 좋은데, 이는 전체 골재(모래+자갈, a)체적에 대한 모래(S)의 체적비로 계산한다.

상기 물은 종류에 한정하지 않으나, 불순물이 없고 깨끗하게 정제된 물을 사용하는 것이 좋다. 또한 물과 결합재(시멘트 및 슬래그 등의 분체(W/B))는 설계기준강도 및 배합강도같은 콘크리트의 강도와 내구성 등을 결정하는 수치로서, W/B가 30 내지 55 중량%가 되도록 하는 것이 콘크리트의 건조수축, 재료 분리 등이 일어나지 않는 조건으로 바람직하다.

본 발명에서 상기 플라이애시는 석탄을 연소하는 화력발전소 등에서 발생하는 석탄재중 미분탄 연소보일러의 집진기로 포집되는 입자상의 물질로, 시멘트 콘크리트에서의 혼합재로 사용되고 있으며, 자체 수경성은 없으나 수화물과 반응하여 조직을 치밀화 시킴으로써 장기강도 향상 및 내구성을 증진시키는 포졸란 물질로 이용되고 있다. 따라서 본 발명에서 한정하는 것은 아니나, 상기 플라이애시의 포졸란 반응성을 증가시키기 위해서는 분말도를 3000 ㎠/g 정도로 분쇄하여 혼합되는 것이 바람직하다.

또한 상기 플라이애시는 급냉슬래그와 혼합하여 사용하는 경우, 원인은 알 수 없으나 급냉슬래그가 갖고 있는 초기 수축 저감 효과를 더욱 증폭시키고, 동시에 강도를 비롯한 제반 기계적 물성이 증가하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 모르타르 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 내지 200 중량부, 플라이애시 10 내지 200 중량부, 잔골재 200 내지 500 중량부를 포함할 수 있다. 상기 조성을 만족하는 경우, 건조 수축 저감 효과가 발현됨과 동시에 기계적인 물성을 만족할 수 있으며, 추가적으로 작업성을 확보할 수 있어 좋다.

특히 상기 조성물 중 플라이애시의 경우 시멘트 100 중량부에 대하여 50 내지 120 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 플라이애시는 산화실리콘이나 산화알루미늄을 주성분으로 가지나, 경우에 따라 일부 탄화수소를 함유할 수 있는데, 탄화수소가 AE제를 흡착하는 성질을 가져 AE제 양이 상당이 많이 요구되며, 다량 첨가 시 모르타르 또는 콘크리트 조성물의 공기량, 유동성 및 강도가 저하되는 단점이 있으므로, 상기 범위의 사용량을 준수하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 모르타르 조성물에 공기혼입제, 골재, 화산회, 분산제, 경화개선제, 강도개선제, 경화지연제, 습윤제, 수용성 중합제, 유동개질제, 발수제, 투과성 감소제, 펌핑보조제, 살균제 및 알칼리 반응감소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 공기혼입제는 일반적으로 열 또는 수분에 의해 활성되고, 이산화탄소, 수소와 같은 가스를 생성하는 임의의 혼합물이다. 상기 공기혼입제로는 하이드라진(hydrazine), 하이드라지드(hydrazide), 아지드(azide), 아조화합물(azo composition), 아조다이카본아미드(azodicarboamide), 톨루엔설포닐하이드라지드(toluene sulfonylhydrazide), 벤젠설포닐하이드라지드(benzene sulfonylhydrazid), 톨루엔설포닐 아세톤 하이드라존(toluene sulfonyl acetone hydrezone), 톨루엔 설포닐세미카바지드(toluene sulfonyl semicarbazide), 페닐테트라졸(phenyltetrazole), 다이니트로소-펜타메틸렌테트라민(dinitrosopentamethylenetetramine) 등의 질소기체 생성화합물, 나트륨 보로하이드라지드(sodium borohydrazide) 등과 같은 수소기체 생성화합물, 유기 퍼옥사이드, 무기 퍼옥사이드 등의 산소기체 생성화합물, 중탄산나트륨, 알칼리 카보네이드, 알칼리토 카보네이트 등의 이산화탄소 생성화합물, 활성 탄소 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화산회는 물의 존재 하에서 생성되는 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트질의 성질을 가지는 물질로서 바람직하게는 규조토, 오팔규질암, 클레이, 혈암, 실리카, 석회석, 대리석, 화강암 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 분산제는 물 등의 액체에 콘트리트 조성물이 고르게 분포하도록 하는 역할을 하는 것으로서 용액의 계면장력의 변화를 크게 하지 않고 시멘트의 물성을 하락하지 않는다면 종류에 한정하지 않는다. 바람직하게는 리그노설페이트(lignosulfate), 설폰화 나프탈렌 포름알데히드 축합물(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate), 설폰화 멜라민 포름알데히드 축합물(Sulfonated melamine formaldehyde condensate), 폴리카르복시산(Polycarboxylic acid), 수정리그노술포네이트(modified lignosulfonate) 등을 사용하는 것이 좋다.

상기 경화 및 강도개선제는 물리, 화학적 작용에 의해 경화 전후의 콘크리트 성질을 개선하는 작용을 하는 것으로 바람직하게는 알칼리금속, 알칼리토금속 또는 알루미늄을 가지는 니트레이트염, 니트라이트염, 티오시아네이트염, 티오설페이트염, 카르복실산염, 할라이드염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 지연경화제는 조성물의 경화속도를 조절하기 위해 경화속도를 지연시키기 위해 사용할 수 있으며, 바람직하게는 리그노설포네이트, 하이드록시화 카르복시산, 붕사, 글루콘산, 타르타르산 및 다른 유기산, 포스포네이트 등을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 여기에 콘크리트 조성물의 용도 및 물성 등에 따라 습윤제, 수용성 중합제, 유동개질제, 발수제, 투과성 감소제, 펌핑보조제, 살균제 및 알칼리 반응감소제 등을 더 첨가할 수 있다. 이러한 상기 첨가제는 전체 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부 첨가하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 시멘트 조성물은 상기 성분 이외에 고로슬래그를 더 포함할 수도 있다. 상기 고로슬래그는 선철 제조 공정의 부산물인 수재슬래그를 미분쇄한 것으로 시멘트의 장기강도를 높여주고, 수밀성, 내해수성을 증대시키는 역할을 하게된다. 상기 고로슬래그는 분말도 2000 내지 15000 ㎠/g, 바람직하게는 4000 내지 8000 ㎠/g 을 사용하는 것이 콘크리트 조성물의 유동성을 유지시키면서 콘크리트 조성물의 장기강도 증진에 유리하다.

본 발명에서는 상기 고로슬래그의 함량을 제한하는 것은 아니나, 시멘트 100 중량부 대비 10 내지 200 중량부 더 포함할 수 있다. 하지만 고로슬래그가 많이 사용될 경우 초기강도 지연 및 응결지연이 발생할 우려가 있어 주의를 필요로 한다.

본 발명은 상기 저수축 조성물에 거친골재(자갈, 굵은골재 등)을 더 혼합한 저수축 콘크리트 조성물을 포함할 수 있다.

상기 콘크리트 조성물에 포함되는 조성물 중 거친골재는 상기 4번 채(ASTM C125, 4.75 ㎜)에 골재를 걸렀을 때 주로 남아있는 물질, 예를 들어 실리카 모래, 석영, 대리석, 화강암, 석회석, 방해석, 장석, 충적사, 기타 모래 등 다른 내구성 골재 또는 이들의 혼합물이 좋으며 더욱 바람직하게는 KS F 2502 또는 KS F 2527을 만족하는 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 거친골재는 전체 시멘트 조성물에 포함되는 시멘트 100 중량부 대비 100 내지 500 중량부 더 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 재료비용의 저감 및 건조 수축에 따른 콘크리트 전체 수축량을 줄여 균열의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 제조방법을 한정하는 것은 아니며, 조성물에 포함되는 고로슬래그, 분말조강제, 시멘트 및 골재(석고, 모래, 자갈)는 각각 분쇄과정을 거친 후에 혼합하거나 동시에 혼합한 다음 한꺼번에 분쇄할 수 있다. 예를 들어 분쇄방법의 경우 크러셔 및 콘크러셔 등의 분쇄장치 등으로 분쇄한 후 선별장치를 통과시킴으로써 크기별로 분리해서 사용할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예에 사용된 재료 및 하기 실시예를 통해 제조된 콘크리트 조성물의 물성을 다음과 같이 측정하였다.

(재료)

실시예에 사용된 재료의 제원은 하기와 같다

⒜ 시멘트

본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 그 제원은 표 1과 같다.

[표 1]

⒝ 골재

모르타르 및 콘크리트 제조에 사용된 잔골재는 국내산 부순모래와 급냉슬래그 잔골재를 사용하였으며, 콘크리트 제조에 사용된 굵은 골재는 최대 치수 25㎜의 국내산 부순골재를 사용하였으며, 그 제원은 하기 표 2와 같다.

[표 2]

⒞ 혼화재

플라이애시는 보령산이며, 고로슬래그 미분말은 분말도 4,500 ㎠/g이다. 또한 팽창제와 수축저감제 및 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였으며, 각각의 제원은 순서대로 하기 표 3 내지 7과 같다.

[표 3] - 플라이애시

[표 4] - 고로슬래그

[표 5] - 팽창제

[표 6] - 수축저감제

[표 7] - 고성능 감수제

(슬럼프)

KS F 2402(콘크리트의 슬럼프 시험 방법)에 의거하여 시험을 실시하였다.

(공기량)

KS F 2421(압력법에 의해 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험 방법)에 의거하여 시험을 실시하였다.

(압축강도)

KS F 2405(콘크리트 압축 강도 시험 방법)에 의거하여 시험을 실시하였다. 이때 공시체는 KS F 2403에 따라 제작하였으며, 2000KN UTM을 사용하여 측정하였다.

(응결측정)

KS F 2436(관입 저항침에 의한 콘크리트 응결 시간 시험 방법)에 의거하여 실시하였다. 이때 제조 직후의 콘크리트를 KS A 5101에 의거한 금속망체(5㎜)를 통과시켜 얻은 모르타르를 용기에 담아 각각 16, 32, 65, 161, 323, 645㎟의 지지면적을 가지는 관입침(penetration needles)을 50㎜ 깊이까지 밀어넣었을 때 필요한 하중을 구하고, 관입저항이 3.5 MPa, 28.0 MPa이 될 때까지의 시간을 각각 초결 시간과 종결 시간으로 결정하였다.

(실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 9)

급냉슬래그의 함량에 따른 모르타르의 기초물성에 미치는 영향을 알아보기 위해 하기 표 8에 기재된 조성비로 물, 시멘트, 고로슬래그, 모래 및 골재를 투입하였다. 여기에 급냉슬래그, 팽창제, 수축저감제 등의 함량을 달리하여 각각 투입하여 시멘트를 제조하였다. 제조된 시멘트의 플로우, 공기량 및 1일, 3일, 7일 및 28일 후의 압축강도를 측정하여 하기 표 9에 기재하였다.

[표 8]

(W : 물, B : 분체(B=C+FA+EA), C : 시멘트, FA : 플라이애시, EA : 팽창재, CS : 부순모래, BSS : 급냉슬래그 잔골재, SRA : 수축저감제, AD : 고성능 감수제이며, EA는 분체량에 치환 사용함, BSS는 잔골재량에 치환 사용함, SRA는 단위수량에 치환 사용함)

[표 9]

[표 10]

상기 표 9 및 10과 같이 본 발명에 따른 모르타르 조성물은 급냉슬래그의 사용량이 증가함에 따라 유동성과 공기량이 증가하는 경향을 보였으며, 압축강도는 전 재령일에 걸쳐 증가하는 경향을 나타냈는데 이는 급냉슬래그의 반응성에 의한 것으로 보인다. 즉 모르타르의 수축은 초기 재령에서 크게 발생하고 장기 재령으로 갈수록 점점 감소하여 수렴되는 양상을 나타내는데, 급냉슬래그의 경우 미세한 팽창반응이 5일 이상 지속되어 초기 재령에서의 수축발생을 억제하는 효과를 나타내어 매우 우수한 저감 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

이에 반해 비교예 1 내지 2의 경우 급냉슬래그의 치환량이 30%의 경우 재료분리 현상이 발생하여 시험체를 제작할 수 없어 측정이 불가능하여 25%를 초과하는 경우는 추가 조치가 필요할 것으로 판단된다. 또한 플라이애시를 사용하지 않는 경우 실시예의 성능에 비해 수축저감성능이 저하되는 경우를 확인할 수 있었다.

비교예 4 내지 6의 팽창제의 경우 초기 반응에 의해 생성되는 에트린자이트에 의해 팽창하여 미분말의 형태를 가져 사용량이 증가할수록 Plain 대비 유동성이 저하되는 경향을 보였으며, 압축강도는 초기재령에서 크게 상승하는 경향을 보였다. 이는 과도한 팽창으로 인한 균열의 발생 원인이 될 수 있다.

비교예 7 내지 9의 수축저감제의 경우 모르타르의 점성을 크게 저하시키는 요인으로 작용하여 유동성이 증가하는 경향을 보였으나, 초기 생성물과의 가수분해 반응에 의해 초기 강도가 크게 저하하는 경향을 보였으며, 공기량 또한 크게 상승시키는 요인으로 작용하였다. 이는 수축 저감 효과의 경우 팽창제에 비해 양호한 것으로 보이나, 유동성, 공기량 및 압축강도 등의 기초적인 특성에 악영향을 미치는 결과가 보여 실질적인 적용에 무리가 있을 것으로 보인다.

(실시예 6 내지 10 및 비교예 10 내지 14)

급냉슬래그의 함량에 따른 모르타르의 기초물성에 미치는 영향을 알아보기 위해 하기 표 11에 기재된 조성비로 물, 시멘트, 모래 및 자갈을 투입하였다. 여기에 조강제의 혼합비를 달리하여 각각 투입하여 시멘트를 제조하였다. 제조된 시멘트의 슬럼프, 공기량, 응결시간 및 1일, 3일, 7일 및 28일 후의 압축강도를 측정하여 하기 표 12에 기재하였다.

[표 11]

(B : 분체, C : 시멘트, FA : 플라이애시, EA : 팽창재, CS : 부순모래, BSS : 급냉슬래그 잔골재, SRA : 수축저감제, AD : 고성능 감수제, AE : 공기연행제, EA는 분체량에 치환 사용함, BSS는 잔골재량에 치환 사용함, SRA는 단위수량에 치환 사용함)

[표 12]

[표 13]

상기 표 12 및 13과 같이 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 급냉슬래그의 사용량이 증가함에 따라 유동성과 공기량이 증가하는 경향을 보였으며, 압축강도는 전 재령일에 걸쳐 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 분체의 수화반응에 아무런 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 잔골재 자체도 초기 재령에서 서서히 반응하여 초기 팽창에 의한 우려가 적으며, 초기의 지속적인 팽창에 의한 급격한 수축량 발생을 억제하는 효과가 있는 것으로 확인되었다. 또한 이러한 팽창반응은 약 7일 내외로 수렴하는 양상을 보여, 콘크리트의 특성에도 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.

급냉슬래그가 30% 치환 사용된 비교예 10의 경우 모르타르와 마찬가지로 재료분리 현상이 발생하여 시험체 제작이 어려웠으며, 비교예 11의 경우도 모르타르와 같은 결과를 나타냈다.

팽창제를 사용한 비교예 13 경우 유동성 및 공기량이 저하되는 경향을 보여 소요되는 고성능 감수제 및 AE제의 양이 증가되는 것으로 확인되었다. 또한 초기 팽창량으로 인한 콘크리트의 수축량을 보상해주지만 초기의 팽창량에 의한 균열이 발생할 우려가 있는 것으로 보였다.

수축저감제를 사용하는 비교예 14 경우 팽창제와 반대의 경향을 나타냈으며, 수축발생량 감소에는 양호한 성능을 발현하나 그 외의 물리적인 물성에 악영향을 미치는 요인이 되며, 초기 압축강도의 저하로 인한 공기 지연으로 공사비 증대의 원인이 될 우려가 있을 것으로 보였다.

Claims (4)

1. 시멘트와, 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 내지 200 중량부, 플라이애시 50 내지 120 중량부 및 잔골재 200 내지 500 중량부를 포함하는 저수축 조성물로,
   상기 조성물은 공기혼입제, 분산제, 경화개선제, 강도개선제, 화산회, 경화지연제, 습윤제, 수용성 중합제, 유동개질제, 발수제, 투과성 감소제, 펌핑보조제, 살균제 및 알칼리 반응감소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하며,
   상기 잔골재는 잔골재 전체 중량에 대하여 5 내지 25 중량%가 급냉슬래그로 치환된 것인 저수축 조성물.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 급냉슬래그는 평균입경이 5㎜ 이하인 저수축 조성물.
4. 삭제