KR101688459B1 - 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트, 물, 골재, 혼화제가 포함되되, 골재에는 부순모래가 포함되며, 혼화제는 폴리카르본산계 감수제, 폴리카르본산계 유지제, 공기연행제, 회합형 증점제, 소포제를 포함하는 부순모래용 혼화제가 사용되는 것을 특징으로 하는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

Description

부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물 및 제조방법{CONCRETE ADMIXTURES AND FABRICATION METHOD THEREOF USING ADMIXTURES COMPOSITION FOR CRUSHED SAND}

본 발명은 콘크리트 제조시 부순모래를 다량으로 첨가하여도 작업성 저하를 유발하지 않으면서 블리딩을 제어할 수 있는 콘크리트 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트에는 시멘트, 물, 골재 이외에 화학 혼화제(chemical admixtures)가 추가로 사용된다. 상기 화학 혼화제는 콘크리트의 물리, 화학적 특성을 변화시키고 작업성을 유지하고 개선시키기 위해서 시멘트 조성물에 첨가되는 화학물질로, 화학 혼화제의 사용량은 콘크리트에 사용되는 시멘트 중량의 약 0.5~3% 정도로 미미하지만, 화학 혼화제를 사용함으로써 콘크리트의 물리적 특성을 크게 변화시키거나 개선시킬 수 있다. 화학 혼화제는 그 기능에 따라서 크게 AE제, 감수제, 고성능 감수제 및 고성능 AE제 등으로 분류될 수 있다.

한편 최근 자연모래의 부족 및 고갈로 인하여 콘크리트의 주원료인 자연모래가 부족하여 부순모래의 사용이 증가하는 추세에 있으며 향후 전체를 부순모래로 대체해야 하는 것이 현실이다.

이렇게 부순모래를 사용하는 기술이 다수 제시되고 있는 바, 일 예로 대한민국 특허등록 제1547895호에서는 시멘트 87.5~91.0중량부, 실리카 흄, 플라이 애쉬 중에 1종 이상이 선택된 포졸란 반응성 혼화제 5~10중량부, 폴리카본산계 감수제 0.1~2중량부, 유리섬유, 비닐섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리프로필렌섬유, 나일론 섬유중의 어느 하나의 길이 6~12mm의 단사섬유로 구성된 보강섬유 0.1~1.5중량부, CSA계 팽창재와 무수석고(CaSO4)로 구성된 수축저감제 0.5~2.5 중량부로 구성된 시멘트혼합물 40~45중량부와; 강모래, 규사, 부순모래, 재생잔골재 중에서 적어도 1종 이상으로 구성된 잔골재 36~47중량부와; 합성라텍스 고형분 47중량부와 물 57중량부로 구성된 수용성 라텍스 5~15중량부로 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수용 수용성 라텍스 모르타르를 제시하고 있다.

그런데 부순모래를 사용하면 자연모래와 비교하여 입형이 모가 나있으며 굵기도 크고 흡수율이 낮아 이를 이용하여 콘크리트를 제조하면 블리딩 및 작업성에 좋지 않은 영향을 가져오며 입형이 모가 나 있어 장시간 운반하는데 많은 작업성 저하를 가져오는 문제가 있다.

상기 기술의 경우도 부순모래를 사용하는 예를 제시하고는 있으나 부순모래 사용에 따른 작업성 저하 및 블리딩 발생의 문제를 해결하기 위한 어떠한 기술을 제시하고 있지는 않고 있다.

대한민국 특허등록 제1547895호

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 콘크리트 제조시 부순모래를 사용하더라도 작업성이 저하되지 않으며 블리딩을 제어할 수 있는 콘크리트 조성물 및 제조방법을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물은 시멘트, 물, 골재, 혼화제가 포함되되, 골재에는 부순모래가 포함되며, 혼화제는 폴리카르본산계 감수제, 폴리카르본산계 유지제, 공기연행제, 회합형 증점제, 소포제를 포함하는 부순모래용 혼화제가 사용되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 부순모래는 자연모래와 중량비로 50:50 내지 100:0으로 배합되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 부순모래용 혼화제는, 폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 폴리카르본산계 유지제 80 내지 150중량부, 공기연행제 10 내지 80중량부, 회합형 증점제 5 내지 30중량부, 소포제 3 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 회합형 증점제는 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물로서 중량비로 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 혼화제에는 폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 모노에탄올아민 1 내지 5중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 혼화제에는 디부틸히드록시톨루엔 0.1 내지 1중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 제조방법은 상기 부순모래용 혼화제를 제조하는 단계(S10); 시멘트, 물, 부순모래, 상기 부순모래용 혼화제를 포함하도록 배합하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명인 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물 및 제조방법은 콘크리트 배합시 부순모래를 다량으로 첨가할 수 있어 경제성 및 압축강도면에서 유리한 장점이 있다.

또한 본 발명인 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물 및 제조방법은 콘크리트 배합시 부순모래의 사용량을 증가시킴에도 블리딩을 제어할 수 있음과 동시에 작업성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 나타내는 블록도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예 및 실험 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물은 시멘트, 물, 골재, 혼화제가 포함되되, 골재에는 부순모래가 포함되며, 혼화제는 폴리카르본산계 감수제, 폴리카르본산계 유지제, 공기연행제, 회합형 증점제, 소포제를 포함하는 부순모래용 혼화제가 사용되는 것을 특징으로 한다. 여기서 부순모래는 자연모래와 중량비로 50:50 내지 100:0으로 배합되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 콘크리트 제조시 부순모래를 대량으로 사용하더라도 상기 부순모래용 혼화제의 첨가에 의해 작업성을 향상시키면서도 블리딩을 저감시킬 수 있도록 하는 것이다. 또한 부순모래의 사용량을 늘림에 따라 경제성이 확보되며 압축강도면에서도 유리한 효과가 있다.

특히 본 발명에서는 부순모래를 대량으로 첨가함에 따라 상기에서 언급한 바와 같이 작업성 및 블리딩에서 불리한 효과를 상쇄하고자 혼화제로 부순모래용 혼화제가 사용되는데, 상기 부순모래용 혼화제는 폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 폴리카르본산계 유지제 80 내지 150중량부, 공기연행제 10 내지 80중량부, 회합형 증점제 5 내지 30중량부, 소포제 3 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 폴리카르본산계 감수제는 고형분 15 내지 30의 주쇄가 짧고 측쇄가 길며 측쇄의 밀도가 작은 에테르계 폴리카르본산계 감수제인 것이 바람직하다.

특히 본 발명에서는 상기 회합형 증점제로 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물이 사용되는데 중량비로 10:90 내지 90:10인 것이 사용됨에 특징이 있다. 본 발명에 있어 증점제를 회합형으로 사용하는 이유는 적은 사용량으로 높은 점성을 확보하기 위한 것이다.

이와 같이 본 발명이 증점제로 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제를 혼합하여 사용하는 이유는 회합형 우레탄계 증점제는 항복응력이 낮고 소성점도가 높아 배합 및 펌프압송이 용이하도록 함과 동시에 아크릴계 증점제는 항복응력이 높고 소성점도가 높아 타설후 점성발현으로 강도를 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉 회합형 우레탄계 증점제에 의해 배합단계에서는 시멘트 분산성을 향상시키는 것이며 콘크리트 펌프카에 의하여 재료가 호스를 거쳐 노즐까지 이동하는 중에는 펌프압송에 용이한 낮은 항복응력이 발현되도록 하는 것이며, 회합형 아크릴계 증점제에 의해 펌핑 후에는 콘크리트에 높은 점성 및 높은 항복응력이 발현되도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 증점제로 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제를 혼합하여 사용함에 의해 부순모래를 다량으로 사용하여도 작업성을 향상시킬 수 있어 물의 사용량을 줄일 수 있으며 이렇게 물의 사용량을 줄임에 의해 블리딩을 제어할 수 있게 되는 것이다.

바람직하게 상기 회합형 우레탄계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 25중량% 이고, 점도는 20 내지 55cPS 이며, pH는 6 내지 8인 것이 타당하고, 상기 회합형 아크릴계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 30중량%이고, 점도는 35 내지 50cPs 이며, pH는 2.5 내지 5.5인 것이 타당하다.

또한 본 발명에서는 작업성을 향상시키기 위해 공기연행제를 첨가하도록 하여 부순모래를 사용하여도 물의 사용량을 제어토록 함으로써 상기에서 언급한 바와 같이 블리딩을 저감시키도록 하는 것이다.

이에 더하여 본 발명에서는 폴리카르본산계 감수제 및 유지제에서 나오는 큰공기를 소포제를 이용하여 파포시킴으로 실제 작업성 향상에 영향을 주는 공기만 잔존시킴으로써 페이스트의 내구성을 향상시키도록 한다. 이를 위해 본 발명에 있어 소포제는 억포형 소포제가 사용되는 것이 타당하다. 이렇게 억포형 소포제가 사용되도록 하는 이유는 상기에서 언급한 바와 같이 폴리카르본산계 감수제 및 유지제에서 나오는 큰공기의 연행자체를 제어함으로써 내구성을 확보하도록 하기 위한 것이다. 상기 억포형 소포제로는 에스테르계가 사용되는 것이 타당하다.

또한 본 발명에서는 소포제를 사용하는 경우라도 기포의 완전한 제거가 이루어지지 않거나 상기 범위를 초과하여 소포제를 사용하는 경우 연행된 기포가 너무 제거되어 유동성 확보가 용이하지 않은 문제가 있어 상기 범위로 소포제를 첨가함에 따라 시공후 기포가 잔존하게 된다.

그런데 잔존하는 기포는 시공후 기포가 터지면서 가스에 의해 페이스트 내부의 산화를 유발하게 되고 이러한 산화는 페이스트 전체 내구성 저하의 문제를 유발할 수 있는데 이에 본 발명에서는 디부틸히드록시톨루엔이 더 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다. 이와 같이 디부틸히드록시톨루엔이 더 첨가되어 시공후 잔존하는 기포에 의해 페이스트 내부의 부식, 산화 등 내구성 저하를 방지토록 하는 것이다.

한편 본 발명은 부순모래를 사용하더라도 상기에서 언급한 증점제를 첨가하여 작업성이 확보되도록 함에 따라 물의 사용량을 줄이도록 하여 블리딩을 제어토록 하고 있으나 부순모래는 그 자체로 흡수율이 낮아 경우에 따라 물의 사용량을 줄이면 작업성을 충분히 확보하지 못하는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 상기 조성외에도 폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 모노에탄올아민 1 내지 5중량부가 더 배합되는 예를 제시하고 있다.

이러한 모노에탄올아민은 부순모래의 개질제로서 첨가되는 것으로 모노에탄올아민은 그 주위에 CO₃ ^{2 -} 이온들이 부착되며 배합시 부순모래와 접하게 되면 부착된 친수성기인 CO₃ ^{2 -} 의 -O^- 가 부순모래 입자 주위의 (+)작용기에 부착되면서 부순모래 입자주위를 친수화시키는 것이다. 즉, 부순모래 입자 주변을 친수화 시켜 부순모래 자체의 흡수율이 낮은 단점을 개선하게 되는 것이며 이러한 개질에 의해 물의 사용량을 줄이더라도 충분한 작업성이 확보되며 이러한 이유로 블리딩도 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명에서는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 제조방법을 제시하고 있는 바, 도 1에서 보는 바와 같이 우선 상기 부순모래용 혼화제를 제조하는 단계(S10)를 갖는다. 이후에 시멘트, 물, 부순모래, 상기 부순모래용 혼화제를 포함하도록 배합하는 단계(S20)를 거치도록 하는 것이다. 이렇게 배합된 조성물은 용도에 맞게 타설되는 것이다.

이하 본 발명의 실험예에 대해 설명한다.

<실험>

이하, 본 발명을 실험 예를 통해 바람직한 실시 예를 설명한다. 단, 본 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일예에 불과하며, 본 실시예의 의하여 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 본 실험 예에서 콘크리트 배합강도는 일반 강도인 24MPa에서 결정하였으며, 자세한 배합은 하단의 [표 1]에 나타내었다.

또한 혼화제에 있어 조성의 배합을 달리하여 하기 [표 2]와 같이 비교 예 1 내지 비교 예 3 및 실시 예 1 내지 실시 예 2의 시료를 제조하였다. 각각의 시료에 대한 플로우, 압축강도 실험을 진행하였으며 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다.

실험결과, 비교 예 1과 비교예 2 및 비교예 3을 비교하면, 회합형 우레탄계 증점제만을 사용한 경우(비교예 2) 비교예 1과 비교하여 플로우는 증가하는 경향이 나타났으며, 소성점도는 증가하나 항복응력은 감소하는 경향이 나타났다. 즉, 페이스트의 점성은 증가되나 외력에 의한 유동성은 향상되는 것으로 나타남에 따라 회합형 우레탄계 증점제를 적절하게 혼합 사용하면 유동성을 확보할 수 있는 것으로 판단된다.

또한 회합형 아크릴계 증점제만을 사용한 경우(비교예 3)는 비교예 1과 대비 플로우는 증가하는 경향이 나타났으며, 소성점도 및 항복응력 모두 증가하는 경향이 나타났다. 또한 회합형 아크릴계 증점제를 사용한 경우(비교 예 3) 상기 회합형 우레탄계 증점제를 사용한 경우(비교 예 2)와 비교하여 소성점도 증가치는 낮아지고 항복응력은 증가되는 경향이 나타남에 따라 회합형 아크릴계 증점제를 적절하게 혼합 사용하면 타설후 재료의 일체성을 위한 점착성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제를 혼합 사용한 경우(실시 예 1)는 비교 예들과 비교시 플로우 값은 가장 우수하게 나타나며 소성점도 및 항복응력 값이 각각의 특성에 맞게 적정으로 나타남에 따라 본 발명의 용도에 있어 즉 부순모래를 사용함에 있어서도 물의 사용량을 늘리지 않으면서도 작업성이 확보되도록 할 수 있으며 이에 블리딩을 저감시키는데 가장 적합할 것으로 판단된다.

또한 실시 예 2의 경우는 실시 예 1의 혼화제 조성과 동일하되 모노에탄올아민이 더 첨가되도록 하였는 바, 실시예 2의 경우가 플로우 면에서 가장 유리한 결과를 도출시키는 것을 알 수 있다. 이는 모노에탄올아민이 상기에서 언급한 바와 같이 부순모래를 친수화 시켜 흡수율을 높임에 따라 동일한 물의 량이 사용되더라도 작업성을 가장 향상시키도록 하는 결과가 도출되는 것을 알 수 있으며 강도면에서도 가장 유리한 결과가 도출되었는데 이는 부순모래의 친수화에 의해 시멘트 등과 수소결합력을 강하게 가져갈 수 있는 페이스트가 제공됨에 기인한 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

1. 시멘트, 물, 골재, 혼화제가 포함되되, 골재에는 부순모래가 포함되며,
   혼화제는 폴리카르본산계 감수제, 폴리카르본산계 유지제, 공기연행제, 회합형 증점제, 소포제를 포함하는 부순모래용 혼화제가 사용되는 것을 특징으로 하고,
   부순모래는 자연모래와 중량비로 50:50 내지 100:0으로 배합되는 것을 특징으로 하며,
   상기 부순모래용 혼환제는, 폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 폴리카르본산계 유지제 80 내지 150중량부, 공기연행제 10 내지 80중량부, 회합형 증점제 5 내지 30중량부, 소포제 3 내지 20중량부를 포함하되,
   상기 회합형 증점제는 항복응력이 낮고 소성점도가 높아 배합 및 펌프압송이 용이하도록 하는 회합형 우레탄계 증점제 및 항복응력이 높고 소성점도가 높아 타설후 점성발현으로 강도를 향상시킬 수 있도록 하는 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물로서 중량비로 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하며,
   상기 회합형 우레탄계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 25중량% 이고, 점도는 20 내지 55cPS 이며, pH는 6 내지 8인 것을 특징으로 하고,
   상기 회합형 아크릴계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 30중량%이고, 점도는 35 내지 50cPs 이며, pH는 2.5 내지 5.5인 것을 특징으로 하는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   폴리카르본산계 감수제 100중량부에 대해 모노에탄올아민 1 내지 5중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 하는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물.
   
6. 제 1항에 있어서,
   디부틸히드록시톨루엔 0.1 내지 1중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 조성물.
   
7. 제 1항, 제 5항 및 제 6항중 어느 한항의 부순모래용 혼화제를 제조하는 단계(S10);
   시멘트, 물, 부순모래, 상기 부순모래용 혼화제를 포함하도록 배합하는 단계(S20);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 부순모래용 혼화제를 사용한 콘크리트 제조방법.
   
   

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