KR101693570B1 - Cement Concrete Composite for Road and Bridge Surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로 및 교면의 포장층 조성물로 콘크리트 제조 시에 성능이 향상된 결합재와 상기 결합재의 일부를 대체하여 사용될 수 있는 혼합재를 포함하는 것이 특징이다. 상기 혼합재는 천연 포졸란 재료 20~50 중량%, 고로슬래그 미분말 35~70 중량%, 실리카흄 5~15 중량%, 기능성 혼화제 0.5~2 중량%를 포함한다. 본 발명의 혼합재는 콘크리트 제조 시 시멘트를 포함하는 결합재를 대체하여 사용할 수 있으며, 기존의 포장층 조성물에 비해 사용수명을 증진시키고, 유지보수 비용 절감효과와 유지관리의 편이성을 확보하는 장점이 있다. 또한 상기 결합재 및 혼합재를 이용한 콘크리트 포장층은 각 성분들의 화학작용에 의해 콘크리트 자체적으로 수밀해지고 내구성이 향상되며, 특히 천연 포졸란 재료의 작용으로 균열 저항 효과가 향상된다. The present invention is characterized in that it comprises a binder having improved performance at the time of concrete production and a mixed material which can be used as a substitute for a part of the binder. The mixed material includes 20 to 50% by weight of a natural pozzolanic material, 35 to 70% by weight of a blast furnace slag powder, 5 to 15% by weight of silica fume, and 0.5 to 2% by weight of a functional admixture. The mixed material of the present invention can be used as a substitute for cement-containing binders in the production of concrete, and has an advantage of improving service life, reducing maintenance costs, and ensuring ease of maintenance as compared with existing package layer compositions. Also, the concrete pavement layer using the binder and the mixed material becomes watertight by themselves due to the chemical action of each component, and the durability improves. Especially, the crack resistance effect is improved by the action of the natural pozzolanic material.
Description
본 발명은 도로 및 교면의 포장층의 내구성을 증진시키기 위해 시멘트 콘크리트 제조 시에 결합재 및 혼합재를 첨가한 도로 및 교면의 포장층 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a pavement layer composition for roads and bridges to which a binder and a mixed material are added in the production of cement concrete in order to improve the durability of the pavement layer of roads and bridges.
일반적으로 토목 구조물 또는 건축 구조물에 널리 사용되는 콘크리트는 환경조건에 따라 염해 및 탄산화에 의한 철근 부식, 동결융해에 의한 표면 박리 및 황산염에 의한 화학적 침식 등 다양한 열화현상으로 인해 성능 혹은 기능이 저하되며, 이러한 외부 요인 또는 외부 환경에 기인하여 발생하는 균열 때문에 콘크리트 구조물의 열화가 가속화되어 철근이 부식되고, 콘크리트 구조물 자체가 손상될 수 있는 문제점이 존재한다.
Generally, concrete which is widely used in civil engineering structures or building structures is deteriorated in performance or function due to various deterioration phenomena such as corrosion of steel bars due to chloride and carbonation, surface peeling due to freezing and thawing, and chemical erosion due to sulfate, There is a problem that the deterioration of the concrete structure is accelerated owing to such external factors or cracks caused by the external environment, so that the reinforcing steel is corroded and the concrete structure itself may be damaged.
이러한 콘크리트를 사용한 토목 또는 건축 구조물의 문제점을 보완하고, 내구 연한을 증가시키기 위해서는 크게 두 가지 방법으로 접근할 수 있다. 첫 번째 방법으로는 기존의 널리 알려진 보수 방법으로, 열화가 진행되어 균열이 발생한 콘크리트를 단면보수, 균열 주입 및 단면 보강 등을 통해 균열을 메워 열화된 콘크리트의 성능을 향상시키고, 콘크리트 구조물의 사용 가능 연한을 늘려주는 방법이 있다.
In order to overcome the problems of civil engineering or building structures using such concrete and to increase the durability, two approaches can be approached. The first method is the conventional repair method which improves the performance of the deteriorated concrete by filling the crack through the repair, crack injection, and cross-section reinforcement of the cracked concrete, There is a way to increase the age.
두 번째 방법으로는, 콘크리트 구조물의 시공 초기에 콘크리트 재료 내에 앞서 언급한 여러 가지의 열화 요인에 대한 저항성을 높임으로써, 콘크리트 구조물의 시공 후에 사용 과정 중에서 발생할 수 있는 균열과 같은 외부 환경요인에 의한 열화를 사전에 예방함으로써, 콘크리트의 성능 저하를 방지하는 방법을 들 수 있다.
As a second method, by increasing the resistance to various deterioration factors mentioned above in the concrete material at the beginning of the concrete structure construction, deterioration due to external environmental factors such as cracks that may occur during the use process of the concrete structure To prevent deterioration in the performance of the concrete.
이러한 콘크리트 구조물의 성능과 내구성을 현저하게 감소시키는 열화현상의 원인에 대해서 좀 더 자세히 살펴보면, 콘크리트의 염해, 탄산화, 동결융해 또는 황산염에 의한 열화 등이 있으며, 열화현상의 구체적인 예로 균열 외에도 콘크리트 표면의 박락 및 철근의 부식 현상 등을 들 수 있다.
The cause of the deterioration phenomenon that significantly reduces the performance and durability of such a concrete structure can be explained in more detail by salt corrosion, carbonation of concrete, deterioration due to freezing and thawing or sulfate attack. Specific examples of the deterioration phenomenon include, Corrosion and corrosion of steel bars.
콘크리트 구조물이 통상적인 해양 환경에 노출되었을 경우에는, 해수의 침식 작용, 또는 해수가 구조물 내로 스며들어가서 일으키는 물리적, 화학적 작용의 복합 현상 등으로 인해 성능이 저하된다. 특히, 삼면이 바다인 우리나라는 염해로 인한 콘크리트 구조물의 열화 방지에 대한 중요한 대책이 요구되고 있다.
When a concrete structure is exposed to a typical marine environment, its performance deteriorates due to erosion of seawater, or a combination of physical and chemical effects caused by seepage into the structure. Especially, Korea, which has three sides of the sea, is required to take important countermeasures against the deterioration of concrete structures due to salting.
여기서 해양 환경의 영향이란, 바람에 의해 수 킬로미터 떨어진 곳에 위치한 콘크리트 구조물에 해수가 날아드는 것과 같은 간접적인 영향과 해안 또는 해상에서와 같이 해수의 직접적인 접촉에 의해서 콘크리트 구조물이 받는 영향을 모두 포함한다. 이러한 해양 환경의 직접적인 접촉의 다른 예로는 해수의 온도, 해수에 포함된 각종 무기 염류와 같은 화학 성분 또는 밀물과 썰물 및 파도 등과 같은 기계적 침식 등을 들 수 있으며, 이러한 환경 요인들은 구조물, 특히 콘크리트 구조물의 내해수성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
Here, the impact of the marine environment includes both indirect effects such as sea water flying over concrete structures several kilometers away by wind and impacts of concrete structures due to direct contact of seawater, such as at coast or sea. Other examples of direct contact with such marine environments include seawater temperature, chemical components such as various inorganic salts contained in seawater, or mechanical erosion such as tide and ebb and wave, Of the sea water.
해수의 주요 성분은 널리 알려진 바와 같이 대체로 비슷하지만, 각 성분의 함량은 지역에 따라 다르며, 같은 장소라도 시기 또는 계절에 따라 변화된다. 평균적인 염의 함량은 무게 비로 3.5 %(즉, 35 g/)이며, 주요 이온으로 나트륨이온(Na+), 마그네슘이온 (Mg2+), 염소이온 (Cl-), 황산염이온(SO4 2-) 등이 포함된다.
The major components of seawater are generally similar, but the content of each component varies from region to region and varies from season to season, even at the same location. (Na + ), magnesium ion (Mg 2+ ), chloride ion (Cl - ) and sulfate ion (SO 4 2- ) as main ions, and the average salt content is 3.5% ) And the like.
해수 속에 녹아있는 염 이외에도 해수의 표면 부근이나 해수 중에 존재하는 기체 성분들도 콘크리트의 내구성과 관련되는 화학적 또는 전기화학적 현상에 영향을 미치기도 한다. 예를 들어, 대기 중이나 해수에 존재하는 산소는 철의 노출, 매설 여부에 관계없이 해양 환경하의 철의 부식에 있어서 핵심적인 역할을 수행한다.
In addition to the salts dissolved in seawater, gaseous components present near the surface of seawater and in seawater may also affect the chemical or electrochemical phenomena associated with the durability of the concrete. For example, oxygen present in the atmosphere or in seawater plays a key role in the corrosion of iron in the marine environment, regardless of exposure or burial of iron.
콘크리트의 탄산화, 동결융해, 황산염에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 탄산화에 의한 콘크리트의 성능저하는, 콘크리트의 최초 타설 후 대기 중의 이산화탄소와 직접 반응하거나 수분에 용해되어 반응하는 형태로 콘크리트의 결합강도를 유지하는 혼합재를 탄산화시킴으로써 내부 철골의 부식을 진행시키는 현상을 의미하며, 주된 화학 반응은 다음과 같은 화학식 (1)과 같이 진행된다.
Concrete carbonation, freezing and thawing, and sulfate are described in more detail as follows. The deterioration of concrete caused by carbonation is the phenomenon that the corrosion of the internal steel frame is promoted by carbonizing the mixed material which maintains the bond strength of the concrete in the form of direct reaction with carbon dioxide in the atmosphere or dissolution in water after the first pouring of concrete And the main chemical reaction proceeds as the following chemical formula (1).
CO+ Ca(OH) CaCO + H2O (1)
CO + Ca (OH) CaCO + H 2 O (1)
상기 화학식 (1)과 같은 화학 반응에 의해 콘크리트의 표면으로부터 서서히 탄산화가 진행되어 철근의 보호피막이 파괴되는데, 이와 같이 콘크리트가 알칼리성을 소실하게 될 경우에는 방청력을 상실하여 내부에 매입된 철근이 부식되고, 철근의 부식생성물에 의하여 2~10 배 정도의 체적팽창이 발생하여 피복 콘크리트가 파괴되어 철근을 따라 균열이 발생된다. 이러한 손상이 심해질 경우에는, 콘크리트를 박리 탈락시키고, 철근이 노출되어 콘크리트 구조물의 내구성이 손상됨으로, 탄산화 깊이를 측정하여 탄산화된 콘크리트 영역을 절취하여 새로운 콘크리트나 에폭시모르타르 등으로 교체하는 방식으로 보수 시공이 진행된다.
The carbonation proceeds gradually from the surface of the concrete by the chemical reaction as in the chemical formula (1), so that the protective film of the reinforcing bar is destroyed. If the concrete loses alkalinity as described above, the hearing power is lost, And the volume expansion of 2 ~ 10 times due to the corrosion product of the reinforcing bars causes the concrete to be destroyed and cracks are generated along the reinforcing bars. When such damage is severe, the concrete is peeled off and exposed, and the durability of the concrete structure is impaired due to the exposure of the reinforcing bar. By measuring the carbonation depth, the carbonated concrete area is cut and replaced with new concrete or epoxy mortar. .
동결 융해 작용으로 인한 균열의 예로는, 콘크리트의 표면으로부터 유입되는 수분이나 콘크리트 제조 시 잉여수 등이 동결할 때 생기는 얼음의 팽창압과 물의 이동압에 기인하여 발생하는 균열을 들 수 있다.
Examples of cracks caused by the freeze-thaw action include cracks that occur due to water inflow from the surface of concrete or expansion pressure of ice generated when frozen water is produced in concrete and water movement pressure.
황산염 반응으로 인한 균열로는, 시멘트속의 CA 또는 시멘트의 수화로 인해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH))과 골재 속에 함유된 황산염 또는 외부로부터 들어온 황산염으로 인해 생성된 황산칼슘(CaSO)이 반응하여 에트링가이트As cracks due to the sulfate reaction, calcium hydroxide (Ca (OH)) generated by hydration of cement or cement in the cement, calcium sulfate (CaSO) generated by sulphate contained in the aggregate or sulphate introduced from the outside reacts, Ringgit
(Eteringite)를 생성하면서 발생되는 팽창압으로 인한 균열을 들 수 있다.
And cracks due to the expansion pressure generated while generating the eutectic.
이와 같이 콘크리트의 염해, 탄산화, 동결융해, 황산염 등에 의한 열화 과정은 공통적으로 콘크리트 표면으로부터 열화인자가 내부로 침투되면서 진행되는 열화 과정이므로, 콘크리트 구조물 자체에 발생되는 공극이나 균열을 통하여 열화 정도가 심화되거나 가속화되며, 더 큰 균열이 존재할수록 이러한 콘크리트 구조물의 열화는 더욱 가속화되는 특징이 있으며, 이러한 열화 과정이 각각의 개별적으로 발생할 수도 있지만, 복합적으로 동시에 발생하여 가속화될 수 있다.
Since deterioration process of concrete such as salting, carbonation, freezing and thawing, and sulfate is a deterioration process that proceeds as a deterioration factor penetrates into the interior from the concrete surface in general, the degree of deterioration of the concrete deteriorates through pores or cracks generated in the concrete structure itself Or accelerated. The larger the cracks, the more deteriorated the deterioration of such concrete structures. Such deterioration processes may occur individually, but they can be simultaneously generated and accelerated.
즉, 공기 중의 탄산가스(CO2)나 물, 또는 황산염 등과 같은 유해물질이 콘크리트 표면의 공극을 통하여 콘크리트 내부로 침투되어 염에 의해 철근이 부식되고, 콘크리트를 탄산화시키며, 황산염의 팽창압으로 인하여 균열이 발생하면서 동시에 동결융해로 인하여 균열이 더욱 커지는 형태로 진행될 수 있다.
That is, harmful substances such as carbon dioxide (CO 2 ), water, or sulfate in the air penetrate into the concrete through the voids on the surface of the concrete, so that the steel is corroded by the salt, carbonates the concrete and due to the expansion pressure of the sulfate It is possible to proceed to a form in which cracks are generated and at the same time, cracks are further increased due to freezing and thawing.
일반적으로 균열의 폭이 0.2 mm정도 이상이 되면 통기(通氣)통수(通水) 현상이 발생하기 시작한다고 인식되어 있으며, 한번 발생된 균열의 폭은 시간이 지날수록 계속 성장하여 콘크리트의 열화 및 철근의 부식을 더욱 가속화시키므로, 콘크리트의 균열의 방지 및 콘크리트의 수밀성 향상의 방법으로 이러한 외부 환경 인자인 기체 및 액체 등을 효과적으로 차단시켜야 한다.
Generally, it is recognized that when the width of the crack is about 0.2 mm or more, the ventilation phenomenon starts to occur, and the width of cracks generated once continues to grow as time passes, It is necessary to effectively block such external environmental factors such as gas and liquid by means of prevention of cracking of concrete and improvement of watertightness of concrete.
등록특허 제1007193호는 균열이 생긴 콘크리트에 충전제를 주입하여 더이상의 균열을 막고 그 위에 열화방지공정 및 강화공정을 추가하는 콘크리트 표면 강화 시공방법에 관한 것이다. 하지만 이와 같은 종래의 기술들은 콘크리트가 경화되어 생기는 공극을 충분히 막아주지 못해 고강도, 방수성, 내구성이 요구되는 다양한 구조물의 사용에 충족치 못하여 콘크리트 건축물 특히, 도로에 사용시 강도도 저하되면서 손쉽게 파손되는 빈도가 높은 문제점이 여전히 존재한다.
Korean Patent No. 1007193 relates to a concrete surface strengthening method for preventing further cracking by injecting a filler into a cracked concrete, and further adding a deterioration prevention process and a tempering process thereto. However, such conventional techniques fail to sufficiently cover the pores caused by curing of the concrete, failing to meet the requirements of various structures requiring high strength, water resistance and durability, so that the strength of concrete structures, particularly on roads, There is still a high problem.
본 발명은 콘크리트의 제조 시에 사용되는 시멘트와 같은 결합재와 혼합재를 혼합/사용하는 도로 및 교면 포장층 내구성 증진 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 포장층의 신설 시 환경에 따른 열화인자의 침투를 억제하고 0.3 mm 이하의 균열을 침상형 물질의 생성에 의해 자체적으로 치유할 수 있는 내구성 증진 조성물에 관한 것이다. 즉, 콘크리트의 원료로 굵은골재, 잔골재, 시멘트를 포함한 결합재, 플라이 애쉬, 물, 고로 슬래그 미분말 등을 포함하는 혼합재를 사용하여 콘크리트의 내구성을 증진시킬 수 있는 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a durability improving composition for a road and a bridge pavement layer which mixes and uses a binder and a mixed material such as cement used in the production of concrete. More specifically, And a crack of 0.3 mm or less can be self-healed by the formation of an acicular material. That is, the present invention relates to a composition capable of enhancing the durability of concrete by using a coarse aggregate, a fine aggregate, a binder including cement, fly ash, water, and blast furnace slag fine powder as a raw material of concrete.
앞서 종래의 기술들이 갖는 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 다양한 외부 환경 조건에서 발생하는 염해, 탄산화, 화학적 침식 등을 효과적으로 방지하기 위해, 천연 포졸란 물질, 고로슬래그 미분말, 실리카흄 등의 재료 특성을 활용하여 잠재 수경성 반응 및 포졸란 반응을 유도하고, 이로 인해 콘크리트의 수밀성을 향상시켜 기체 및 액체로 이루어진 열화 인자를 차단시킬 수 있도록 하였다. 또한 콘크리트 균열 부위를, 천연 포졸란 물질의 화학반응으로 인한 생성물로써 균열부위를 봉합하여 콘크리트의 치밀성을 확보하고 균열에 의한 열화의 가속화를 방지할 수 있으므로, 콘크리트 포장층의 내구성을 증진시킬 수 있다.
In order to solve the problems of the prior art, the present invention utilizes the characteristics of materials such as natural pozzolanic material, blast furnace slag powder and silica fume in order to effectively prevent salting, carbonation, and chemical erosion which occur in various external environmental conditions. To induce potential hydraulic and pozzolanic reactions, thereby improving the watertightness of the concrete, thereby blocking the degradation factors of gas and liquid. Also, it is possible to improve the durability of the concrete pavement layer by securing the compactness of the concrete and preventing the acceleration of the deterioration due to the crack, by sealing the cracked portion as a product due to the chemical reaction of the natural pozzolanic substance.
또한, 본 발명에서 제시하는 포장층 조성물은, 콘크리트 제조 시 결합재 및 혼합재를 포함하여 콘크리트의 수밀성을 향상시킴으로써 탄산화, 염해, 화학적 침식의 원인이 되는 열화인자를 효과적으로 차단하고, 다양한 원인에 의해서 발생하는 미세균열을 봉합함으로써 포장층의 내구수명을 증진시킬 수 있다.
In addition, the packaging layer composition disclosed in the present invention improves the watertightness of concrete including a binder and a mixed material during concrete production, thereby effectively blocking deterioration factors causing carbonation, salting and chemical erosion, The durability of the package layer can be improved by sealing the microcracks.
앞서 서술한 종래 기술의 문제점과 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제시하는 포장층 조성물의 혼합재는 천연 포졸란 재료 20~50 중량%, 고로슬래그 미분말 35~70 중량%, 실리카흄 5~15 중량%, 기능성 혼화제 0.5~2 중량%를 포함하며, 상기 천연 포졸란 재료는 화산재, 응회암, 규산백토, 규조토 및 천매암으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 분말상(powder phase)인 것이 특징이다. 또한 실리카 성분을 적어도 75 중량%이상 포함한다.
In order to solve the problems of the prior art described above and to achieve the object of the present invention, the mixed material of the packaging layer composition proposed in the present invention comprises 20 to 50% by weight of natural pozzolana material, 35 to 70% by weight of blast furnace slag fine powder, And 0.5 to 2% by weight of a functional admixture, wherein the natural pozzolanic material is at least one selected from the group consisting of volcanic ash, tuff, silicate clay, diatomaceous earth and phyllite, and is in a powder phase. And at least 75% by weight or more of the silica component.
굵은골재는 최대치수 50mm로 하며, 골재번호로 467호, 57호, 67호, 7호의 입도를 가지며, 부립률이 0인 것을 사용한다.The coarse aggregate has a maximum dimension of 50 mm and has an aggregate number of 467, 57, 67, 7, and has an aggregation ratio of 0.
또한 잔골재는 입경이 3mm 이하인 실리카질 모래이며, 결합재는 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 칼슘알루미나시멘트를 혼합한 시멘트군 70~80 중량%을 포함하고, 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%, 메틸셀룰로오스, 스타치 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%, 전기로 슬래그 1~3 중량%, 리튬실리케이트 1~3 중량%, 케이산 백토 1~3 중량%, 제올라이트 1~3 중량%, 무수석고 1~3 중량%, 알루미늄 분말 1~3 중량%이 더 포함된다.
The fine aggregate is silica sand having a particle diameter of 3 mm or less and the binder includes 70 to 80% by weight of a cement mixture of Portland cement, crude steel cement and calcium alumina cement, and at least one of polycarbonate, naphthalene, melamine and
혼합재에는 스티렌, 부타디엔, 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 과황산칼륨으로 이루어진 액상의 SBR Latex 0.3~2 중량%, 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염 0.3~2 중량%, 케이산 소다 0.3~2 중량%, 보강섬유 0.3~2 중량%, 황산알루미늄 0.3~2 중량%, 염화칼슘 및 규산소다 중 어느 하나 이상 0.3~2 중량%을 더 포함된다. 여기서 보강섬유는 나일론섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유, 탄소섬유 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어진다.
0.3 to 2% by weight of liquid SBR latex consisting of styrene, butadiene, nonionic surfactant, anionic surfactant and potassium persulfate, 0.3 to 2% by weight calcium stearate salt containing calcium metal salt, 0.3 to 2% 0.3 to 2% by weight of reinforcing fibers, 0.3 to 2% by weight of aluminum sulfate, 0.3 to 2% by weight of at least one of calcium chloride and sodium silicate. The reinforcing fiber is made of at least one of nylon fiber, polyethylene, polypropylene, glass fiber and carbon fiber.
또한 혼합재에 포함되는 혼화제는 나프탈린설폰산 고축합물, 멜라닌설폰산 포름알데히드 고축합물, 폴리카르본산중합체 중 어느 하나 이상인 분산제를 5~20 중량%, 음이온계, 양이온계 또는 비이온계 계면활성제 포함하는 공기연행제를 5~20 중량%, 아크릴-실리콘 수지, 실란 및 실록산 중 어느 하나 이상인 발수제를 5~20 중량%, 구연산, 타르타르산, 붕산 및 클루콘산 중 어느 하나 이상인 응결지연제를 5~20 중량%, 메틸셀룰로오즈 에테르로 구성된 증점제를 5~20 중량%, 리그닌설폰산염계, 옥시카르본산염계, 알킬아릴설폰산염계 중 어느 하나 이상인 감수제를 5~20 중량% 포함한다.
Also, the admixture to be contained in the mixed material may contain 5 to 20% by weight of a dispersant comprising at least one of naphthalene sulfonic acid condensate, melamine sulfonic acid formaldehyde condensate and polycarboxylic acid polymer, and an anionic, cationic or non- 5 to 20% by weight of an air entraining agent containing an activator, 5 to 20% by weight of a water repellent agent which is at least one of acryl-silicone resin, silane and siloxane, and 5 to 20% by weight of a coagulation retarder which is at least one of citric acid, tartaric acid, boric acid, 5 to 20% by weight of a thickener composed of methylcellulose ether, and 5 to 20% by weight of a water reducing agent selected from the group consisting of lignin sulfonate, oxycarboxylate and alkylaryl sulfonate.
본 발명에 따른 포장층 조성물은 초기에 내구수명을 연장할 수 있는 방법으로 콘크리트 포장층의 유지보수 비용 절감효과와 유지관리의 편이성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
The packaging layer composition according to the present invention is advantageous in that the maintenance cost of the concrete pavement layer can be saved and the ease of maintenance can be secured by a method that can prolong the durability life at an early stage.
또한 콘크리트의 내구성을 저하시키는 열화인자의 성상이 기체, 액체 및 이온인 점을 감안한다면 미세한 균열일지라도 열화인자의 침투가 용이하다. 따라서 본 발명의 포장층 조성물을 이용하여 콘크리트를 제조할 경우 각 재료의 화학작용에 의해 콘크리트가 자체적으로 수밀해지고 내구성이 향상된다.
Considering that the deterioration factors that degrade the durability of concrete are gas, liquid, and ion, it is easy to penetrate deterioration factor even if it is a minute crack. Therefore, when the concrete is manufactured using the packaging layer composition of the present invention, the concrete is made watertight and the durability is improved by the chemical action of each material.
또한 천연 포졸란 재료의 특징으로, 물과 접촉시 생성되는 불용성 화합물질은 균열을 스스로 봉합할 수 있는 기능을 수행함에 따라 0.3 mm 이하의 균열을 봉합하여 콘크리트의 내구수명을 연장시키는 효과를 갖는다. In addition, insoluble compounds produced by contact with water, which is a feature of natural pozzolanic materials, have the effect of prolonging the durability life of concrete by sealing cracks of 0.3 mm or less as it performs the function of self-sealing the cracks.
도 1a 및 도 1b는 천연 포졸란 재료 함량별 균열 자가치유 정도를 나타내는 이미지이다.
도 2는 천연 포졸란 재료 함량별 투수계수를 측정한 그래프이다.
도 3은 천연 포졸란 재료에 의한 콘크리트의 균열 봉합의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 혼합재의 비율을 달리한 콘크리트 유형별 압축강도 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 혼합재의 비율을 달리한 콘크리트 유형별 촉진탄산화 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 혼합재의 비율을 달리한 콘크리트 유형별 염소이온확산계수를 나타낸 그래프이다.FIGS. 1A and 1B are images showing the degree of self-healing of cracks by natural pozzolanic material content.
2 is a graph showing the permeability coefficient measured by the content of natural pozzolanic material.
3 is a schematic view of crack sealing of concrete by natural pozzolanic material.
FIG. 4 is a graph showing the compressive strength test results of concrete types according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the results of accelerated carbonation tests for different types of concrete according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing chloride ion diffusion coefficients of concrete types according to the present invention.
이하에서는 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 살펴보기 위해 실시예와 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. shall.
콘크리트 제조 시 본 발명의 포장층 조성물은 콘크리트의 수밀성을 향상시켜 방수 기능을 증진시킬 수 있다. 포장층 조성물은 굵은골재, 잔골재, 결합재, 플라이 애쉬, 물 및 혼합재가 포함되고, 굵은골재는 최대치수 50mm로 하며, 골재번호로 467호, 57호, 67호, 7호의 입도를 가지며, 부립률이 0인 것을 사용한다. 또한 잔골재는 입경이 3mm 이하인 실리카질 모래를 사용한다.
When producing concrete, the packaging layer composition of the present invention can improve the watertightness of the concrete and improve the waterproof function. The composition of the pavement layer includes coarse aggregate, fine aggregate, binder, fly ash, water and mixed material. The coarse aggregate has a maximum dimension of 50 mm and has aggregate numbers of 467, 57, 67 and 7, Quot; 0 " The fine aggregate is made of silica sand having a particle diameter of 3 mm or less.
결합재는 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 칼슘알루미나시멘트를 혼합한 시멘트군 70~80 중량%을 포함하고, 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%, 메틸셀룰로오스, 스타치 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%, 전기로 슬래그 1~3 중량%, 리튬실리케이트 1~3 중량%, 케이산 백토 1~3 중량%, 제올라이트 1~3 중량%, 무수석고 1~3 중량%, 알루미늄 분말 1~3 중량%이 더 포함된다.
The binder comprises 70 to 80% by weight of Portland cement, crude steel cement and calcium alumina cement mixed cement, and comprises 5 to 10% by weight of at least one of polycarboxylic acid, naphthalene, melamine and lignin, methyl cellulose, starch , 1 to 3 wt% of electric furnace slag, 1 to 3 wt% of lithium silicate, 1 to 3 wt% of kaolinite, 1 to 3 wt% of zeolite, 1 to 3 wt% of anhydrous gypsum %, And 1 to 3 wt% of aluminum powder.
조강시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트보다 석회분 및 규산분이 다소 많이 함유되어 조기에 경화되며, 강도는 2~3배 높다. 칼슘아루미나시멘트는 무기질계 초속경 재료로서 물과 접촉할 때 신속하게 물과 반응하여 에트린카이트 수화물을 생성함으로써, 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 한다.
Crude steel cement usually contains harder amounts of limestone and silicate than portland cement, and it hardens early and its strength is two to three times higher. Calcium alumina cement is a mineral-based ultra fast-curing material that reacts rapidly with water when contacted with water to produce etricin keto hydrate, thereby enabling the compressive strength of ordinary Portland cement to be achieved within a few hours.
폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌은 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시킨다. 또한 굳지 않은 시멘트 콘크리트에 점성과 유동성을 동시에 부가하여 공극에 침투를 용이하게 하며, 결합재에 5~10 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Polycarboxylic acids, naphthalene, melamine and lignin tighten the internal structure of cement hardened bodies to improve watertightness and freeze-thaw resistance and improve durability. Also, it is preferable that viscosity and fluidity are simultaneously added to the unhardened cement concrete to facilitate penetration into the voids, and the binder is preferably contained in an amount of 5 to 10 wt%.
메틸셀룰로오스 및 스타치는 시멘트 콘크리트 조성물의 재료분리방지와 작업성을 개선하기 위하여 사용되며, 결합재에 5~10 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Methylcellulose and starch are used to improve the workability and prevent deterioration of the cement concrete composition, and it is preferable that the binder is contained in an amount of 5 to 10% by weight.
전기로 슬래그는 제철소 제강공정의 전기로 환원공정에서 발생하는 폐기물로 유리석회 성분이 없으며, 경화가 신속히 진행되는 효과가 있으며, 알루미나 함량이 보통 시멘트보다 많아. 조강성, 내식성, 내화성을 향상시키는 효과가 있다. 리튬실리케이트는 콘크리트 구조물에 침투하여 수산화칼슘과 반응하여 불용성 칼슘실리케이트수화물을 형성할 수 있다. 리튬실리케이트는 콘크리트의 조직을 보다 견고하게 하며 구조물의 내구성능을 향상시키는 효과가 있다. 전기로 슬래그와 리튬실리케이트는 각각 결합재에 1~3 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Electric furnace slag is a waste generated in the electric furnace reduction process of the steelmaking process. It has no free lime ingredient, and it hardens rapidly, and the alumina content is more than ordinary cement. It has an effect of improving rigidity, corrosion resistance and fire resistance. Lithium silicate can penetrate the concrete structure and react with calcium hydroxide to form insoluble calcium silicate hydrates. Lithium silicate has the effect of strengthening the structure of the concrete and improving the durability of the structure. The electric furnace slag and the lithium silicate are preferably contained in the binder in an amount of 1 to 3% by weight.
케이산 백토는 잠재수경성의 무기질계 미분말로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 화학저항성과 내구성을 증대시키는 역할을 하며, 제올라이트는 강도 증진 및 알칼리 골재반응을 억제하기 위하여 사용된다. 케이산 백토와 제올라이트는 각각 결합재에 1~3 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Kaya clay is a potentially hydraulic inorganic powder which improves the long-term strength of cement hardeners and enhances chemical resistance and durability by tightening the hydration structure of cement hardeners. Zeolite inhibits the strength enhancement and alkali aggregate reaction . It is preferable that the kite clay and zeolite are contained in the binder in an amount of 1 to 3% by weight.
무수석고는 초기강도 발현을 위해 사용되며, 알루미늄 분말은 시멘트가 경화되면서 수축되는 것을 억제할 수 있다. 무수석고와 알루미늄 분말은 각각 결합재에 1~3 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Anhydrous gypsum is used for initial strength development, and aluminum powder can inhibit shrinkage of cement as it hardens. The anhydrous gypsum and the aluminum powder are each preferably contained in the binder in an amount of 1 to 3% by weight.
상기 포장층 조성물의 혼합재는 천연 포졸란 재료 20~50 중량%, 고로슬래그 미분말 35~70 중량%, 실리카흄 5~15 중량% 및 기능성 혼화제 0.5~2.0 중량%를 포함한다.
The mixing material of the packaging layer composition comprises 20 to 50% by weight of natural pozzolanic material, 35 to 70% by weight of blast furnace slag powder, 5 to 15% by weight of silica fume, and 0.5 to 2.0% by weight of functional admixture.
상기 천연 포졸란 재료는 그 자신만으로는 수경성을 갖지 않지만, 물에 용해되어 있는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 상온에서 서서히 반응하여 물에 녹지 않는 화합물을 만들 수 있는 미분상태의 천연 물질을 의미하며, 화산재, 응회암, 규산백토, 규조토 및 천매암으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이며, 분말상인 것이 바람직하다. 또한 주성분이 실리카-알루미나질 또는 실리카질일 수 있으며, 바람직하게는 활성실리카질이 75 중량% 이상 포함된 것이다.
The natural pozzolanic material refers to a natural substance in a finely divided state which does not have water solubility by itself but can react with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) dissolved in water to slowly form a compound which does not dissolve in water, Volcanic ash, tuff, silicate white clay, diatomaceous earth and phyllite, and is preferably in powder form. The main component may also be silica-alumina or silica, preferably containing at least 75% by weight of active silica.
일반적으로, 포졸란 반응이란 포졸란 물질에서 용출된 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 가용성분이 시멘트 구성 화합물인 알리트(C3S), 벨리트(C2S) 등이 수화할 때 생성된 수산화칼슘과 서서히 반응하여 불용성 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H)이나 칼슘알루미네이트 수화물(C-A-H)을 형성하여 그 조직을 더욱 치밀하게 만드는 반응을 의미한다.
Generally, the pozzolanic reaction is a reaction in which solubles such as silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) eluted from pozzolanic substances are mixed with cement compounds such as alite (C 3 S), belite (C 2 S) (CaH) or calcium aluminate hydrate (CAH) by gradually reacting with the calcium hydroxide produced during hydration to make the structure more dense.
본 발명에서는 이러한 천연 포졸란 재료는 콘크리트 제조 시에 사용되는 결합재 및 혼합재 전체 무게를 기준으로 2~15중량%의 범위로 투입되어야 효과적인 균열 저항 효과를 기대할 수 있으며, 경제적인 측면이나 투입량 대비 효과를 고려한 투입 효율 측면에서는 3~9 중량%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다. 또한 콘크리트 제조 시 혼합재를 결합재의 10~30% 치환하여 사용하게 되므로, 상기 천연 포졸란 재료가 혼합재 내에서 20~50 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
In the present invention, such a natural pozzolanic material should be applied in a range of 2 to 15% by weight based on the weight of the binder and the mixed material used in the concrete production, so that an effective crack resistance effect can be expected. It is preferably used in the range of 3 to 9% by weight in terms of the injection efficiency. In addition, since 10 to 30% of the binder is used in replacing the binder in the concrete production, it is preferable that the natural pozzolanic material is used in a range of 20 to 50 wt% in the mixture.
또한 혼합재에는 스티렌, 부타디엔, 비이온 계면활성제, 음이온 게면활성제, 과황산칼륨으로 이루어진 액상의 SBR Latex 0.3~2 중량%, 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염 0.3~2 중량%, 케이산 소다 0.3~2 중량%, 보강섬유 0.3~2 중량%, 황산알루미늄 0.3~2 중량%, 염화칼슘 및 규산소다 중 어느 하나 이상 0.3~2 중량%을 더 포함된다.
0.3 to 2% by weight of liquid SBR latex composed of styrene, butadiene, nonionic surfactant, anionic surfactant and potassium persulfate, 0.3 to 2% by weight of calcium stearate salt containing calcium metal salt, 0.3 to 2% , 0.3 to 2 wt% of reinforcing fibers, 0.3 to 2 wt% of aluminum sulfate, 0.3 to 2 wt% of at least one of calcium chloride and sodium silicate.
SBR Latex는 시멘트 콘크리트 내부에서 라텍스 필름을 형성한다. 이는 수밀성을 증대시키고 시멘트와의 혼화성, 콘크리트의 부착력 및 인장강도를 높이며 방수성과 내구성이 개선되는 효과가 있으며, 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염은 콘크리트 경화체와 물의 접촉각을 높여 모세관 공극으로의 물의 침투를 방지하는데 효과적인 역할을 한다. 또한 스테아린산 칼슘염은 시멘트와의 친화성이 우수하다는 장점이 있다. SBR Latex와 스테아린산 칼슘염은 혼합재에 0.3~2 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
SBR Latex forms latex film inside cement concrete. The calcium stearate salt containing calcium metal salt increases the contact angle between the concrete cured body and the water to increase the water contact resistance of the water to the capillary pore. It plays an effective role in preventing penetration. In addition, the calcium stearate salt has an advantage of excellent affinity with cement. It is preferable that SBR latex and calcium stearate are contained in the mixed material in an amount of 0.3 to 2% by weight.
케이산 소다는 콘크리트의 내수성을 개선하기 위해 사용되며, 보강섬유는 휨강도, 인장강도, 초기 소성균열을 방지하기 위해 사용된다. 케이산 소다와 보강섬유는 혼합재에 0.3~2 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
Kaya soda is used to improve the water resistance of concrete, and reinforcing fibers are used to prevent flexural strength, tensile strength, and initial plastic cracking. It is preferable that soda ash and reinforcing fibers are contained in the mixed material in an amount of 0.3 to 2% by weight.
황산알루미늄은 시멘트의 수축을 억제하는 역할을 하며, 염화칼슘 및 규산소다는 시멘트의 초기 수화반응을 활성화하여 경화체 공극을 충전하여 수밀성을 향상시킨다.
Aluminum sulfate plays a role in suppressing the shrinkage of the cement. Calcium chloride and sodium silicate activate the initial hydration reaction of the cement and fill the voids of the cured body to improve watertightness.
또한 혼합재에 포함되는 기능성 혼화제는 가사시간 조절, 적정 점성도 발현, 공기량 저감, 미장성 및 다짐성 증진 등 시공 시 작업성과 연관된 것으로, 나프탈린설폰산 고축합물, 멜라닌설폰산 포름알데히드 고축합물, 폴리카르본산중합체 중 어느 하나 이상인 분산제를 5~20 중량%, 음이온계, 양이온계 또는 비이온계 계면활성제 포함하는 공기연행제를 5~20 중량%, 아크릴-실리콘 수지, 실란 및 실록산 중 어느 하나 이상인 발수제를 5~20 중량%, 구연산, 타르타르산, 붕산 및 클루콘산 중 어느 하나 이상인 응결지연제를 5~20 중량%, 메틸셀룰로오즈 에테르로 구성된 증점제를 5~20 중량%, 리그닌설폰산염계, 옥시카르본산염계, 알킬아릴설폰산염계 중 어느 하나 이상인 감수제를 5~20 중량% 포함한다.
Also, the functional admixture contained in the mixed material is related to the workability at the time of construction such as controlling the pot life, manifesting appropriate viscosity, decreasing the air amount, improving the fineness and the compaction property. The functional admixture includes naphthalene sulfonic acid condensate, melamine sulfonic acid formaldehyde condensate, 5 to 20% by weight of a dispersing agent selected from the group consisting of an acrylic-silicone resin, a polycarboxylic acid polymer, and 5 to 20% by weight of an air entraining agent containing an anionic, cationic or nonionic surfactant, 5 to 20% by weight of a water repellent agent, 5 to 20% by weight of a coagulation retarding agent, which is one or more of citric acid, tartaric acid, boric acid and clinkonic acid, 5 to 20% by weight of a thickener composed of methylcellulose ether, 5 to 20% by weight of a water reducing agent selected from the group consisting of a carboxylate salt and an alkyl aryl sulfonate salt.
굵은골재, 잔골재, 결합재, 플라이 애쉬, 물 및 혼합재를 혼합하여 콘크리트 포장층을 제조하는 방법에 있어서, 상기 결합재의 10~30 중량%가 상기 혼합재로 대체될 수 있다. 상기 결합재 전체 무게를 기준으로 상기 혼합재가 10 중량% 이상인 경우 콘크리트의 기체 및 이온에 대한 침투 저항성이 나타나기 시작하고, 30 중량% 이상으로 증가할 경우에는 더 이상 침투 저항성이 증가하지 않으므로, 경제적인 관점에서 30 중량% 이하의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
In the method for producing a concrete pavement layer by mixing coarse aggregate, fine aggregate, binder, fly ash, water and a mixed material, 10 to 30% by weight of the binder may be replaced with the mixed material. When the mixed material is 10 wt% or more based on the total weight of the binder, permeation resistance against gas and ions of the concrete starts to appear. When the mixing material is increased to 30 wt% or more, the permeation resistance is not increased any more. By weight to 30% by weight or less.
상기 결합재 전체 무게에 대하여, 상기 혼합재는 천연 포졸란 재료 2~15 중량%, 고로슬래그 미분말 3.5~21 중량%, 실리카흄 0.5~4.5 중량%, 기능성혼화제 0.05~0.6 중량%를 포함한다. 상기 혼합재의 역할 및 조성비를 자세히 살펴보면, 먼저 천연 포졸란 재료는 혼합재 전체 무게를 기준으로 2~15 중량% 포함되는 것이 바람직하며 2 중량% 이상 투입하게 되면 콘크리트 균열 저항 효과가 발휘되고 15 중량% 이상에서는 경제적인 관점에서 불리하다.
The mixed material includes 2 to 15% by weight of a natural pozzolanic material, 3.5 to 21% by weight of a blast furnace slag powder, 0.5 to 4.5% by weight of silica fume, and 0.05 to 0.6% by weight of a functional admixture, based on the total weight of the binder. The natural pozzolanic material is preferably contained in an amount of 2 to 15% by weight based on the total weight of the mixed material. When the amount of the natural pozzolanic material is more than 2% by weight, the concrete cracking resistance effect is exhibited. It is disadvantageous from an economic point of view.
굵은골재, 잔골재, 결합재, 플라이 애쉬, 물 및 혼합재를 혼합하여 콘크리트 포장층을 제조하는 방법에 있어서, 상기 결합재의 3~9 중량%가 천연 포졸란 재료로 대체되는 것이 더욱 바람직하다. 콘크리트 제조시 상기 천연포졸란 재료를 상기 혼합재의 3 중량% 이상을 투입하게 되면, 콘크리트의 균열에 대한 자기 봉합효과가 발휘되어 투수계수의 감소가 현저해지고, 9 중량% 이상으로 더욱 사용량이 증가하게 되면 투수계수의 감소 폭이 크지않아 자기 봉합 효과의 향상이 미미해 지므로, 경제적인 관점에서 바람직하지 않게 된다(후술되는 실시예 1 참조).
In the method for producing a concrete pavement layer by mixing coarse aggregate, fine aggregate, binder, fly ash, water and a mixed material, it is more preferable that 3 to 9% by weight of the binder is replaced with a natural pozzolanic material. When the natural pozzolanic material is added to the natural pozzolanic material in an amount of more than 3% by weight, the self-sealing effect against cracking of the concrete is exhibited, so that the decrease of the permeability coefficient becomes remarkable. The improvement of the self-sealing effect becomes insignificant because the decrease in the permeability coefficient is not so large, which is not preferable from the economical point of view (see Example 1 to be described later).
혼합재 중, 실리카흄은 인공 포졸란 물질로서, 콘크리트의 강도 증진, 화학저항성 및 수밀성 등을 증진시키는 역할을 한다. 상기 실리카흄은 전체 결합재 무게를 기준으로 0.5 중량% 미만에서는 상기의 효과가 나타나지 않으며, 4.5 중량% 이상의 투입 시에는 단위수량의 증가 및 플라스틱 수축 균열의 우려가 있다.
Among the mixed materials, silica fume is an artificial pozzolanic substance and plays a role to improve strength, chemical resistance and watertightness of concrete. When the amount of the silica fume is less than 0.5% by weight based on the total weight of the binder, the above effect is not exhibited. When the amount of the silica fume is more than 4.5% by weight, there is a fear of an increase in the unit yield and plastic shrinkage cracking.
혼합재 중, 고로슬래그 미분말은 수화 발열속도의 저감 및 온도상승의 억제효과, 장기강도 및 수밀성 향상, 황산염 등에 대한 화학 저항성 등이 향상되는 장점이 있으며, 특히 염해에 대한 저항성이 우수한 특징이 있으며, 전체 결합재 무게를 기준으로 3.5 중량% 이하에서는 황산염 및 염해 등의 저항성 향상이 미미하고 21 중량% 이상을 투입하게 되면 초기강도 발현 성능이 저하되는 문제점이 있다.
Among the mixed materials, the blast furnace slag powder has the advantages of lowering the hydration heat generation rate, suppressing the temperature rise, improving the long-term strength and watertightness, and improving the chemical resistance to the sulfate etc. Especially, When the content of the binder is less than 3.5% by weight, the improvement of the resistance such as sulfate and salting is insignificant, and when the content is more than 21% by weight, the initial strength development performance is deteriorated.
이하에서는 본 발명의 포장층 조성물에 대한 구체적인 실시예를 중심으로 설명하고자 한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the packaging layer composition of the present invention will be described with reference to specific examples. It should be understood, however, that these embodiments are provided for the purpose of illustration only and are not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, various equivalents and modifications may be made thereto at the time of filing of the present invention .
천연 포졸란 재료를 사용한 혼합재의 자가적인 균열 봉합을 확인하기 위하여 아래의 표 1의 재료를 배합하여 콘크리트 시험체를 제작하였다. 콘크리트 시험체는 100 리터 용량의 강제식 믹서를 사용하여 비빔하였고 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 천연 포졸란 재료를 선 투입 후 1분간 건비빔하고, 폴리카르본산계 고성능 감수제와 비온계 AE제(Air Entering Agent; 공기 연행제)를 물과 함께 투입하여 3 분간 혼합하여 토출하였다. 이렇게 제조된 시멘트 경화체는 하루 동안 양생 후 인위적인 균열을 발생시켰고, 이를 균열 봉합 관찰용 시험체로 선발하였다. 균열의 봉합은 전자현미경을 통해 관찰 및 촬영하였다. 또한, 투수계수를 측정하여 적정한 천연 포졸란 재료의 혼입비율을 검토하였다.
In order to confirm the self-cracking of the mixed material using natural pozzolanic materials, concrete specimens were prepared by mixing the materials shown in Table 1 below. Concrete specimens were prepared by using a mixer with a capacity of 100 liters. The binder, fine aggregate, coarse aggregate and natural pozzolanic material were preheated for 1 minute and then mixed with polycarboxylic high performance water reducing agent and air entering agent ; Air entraining agent) was added with water and mixed for 3 minutes and discharged. The cement hardened product produced an artificial crack after one day of curing, and was selected as a specimen for crack seam observation. Crack closure was observed and photographed through an electron microscope. In addition, the permeability coefficient was measured to examine the mixing ratio of the proper natural pozzolanic material.
도 1a와 1b는 하기 표 1의 배합 조성에 의한 콘크리트 시험체 A0 내지 A12의 균열 자가치유 관찰 사진으로써 좌측은 인위적인 균열을 제작한 직후의 사진이고, 우측은 균열부위가 봉합되는 것을 보여주고 있으며, 이때 천연 포졸란 재료를 3중량% 이상으로 결합재를 대체하여 사용할 때, 균열의 자가치유가 가능함을 확인할 수 있었다. 이는 천연 포졸란 재료의 주성분인 산화규소(SiO2)가 시멘트의 수화 시 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 더불어 물이 접촉되었을 경우 규산 칼슘 수화물을 생성하여 균열을 봉합하는 것이다. 이러한 반응은 일반적인 포졸란 반응과 다소 차이가 있으며, 물과 접촉 시 일어나는 현상으로 잠재적인 포졸란 반응이라 할 수 있다.
Figs. 1A and 1B are photographs of crack self-healing observations of concrete specimens A0 to A12 according to the composition shown in the following Table 1. The photographs are obtained immediately after the anthropic cracks are formed on the left side and the cracks are sutured on the right side. It was confirmed that self-healing of cracks was possible when the natural pozzolanic material was used in place of the binder in an amount of 3 wt% or more. This is because silicon oxide (SiO 2 ), which is a main component of natural pozzolanic material, forms calcium silicate hydrate and seals cracks when water is contacted with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) generated during hydration of cement. This reaction is somewhat different from the normal pozzolanic reaction, and is a potential pozzolanic reaction due to the phenomenon that occurs when contact with water.
또한, 적정한 천연 포졸란 재료의 혼입비율을 검토하기 위한 투수계수(Coefficient of Permeability, 10-10/sec)의 측정결과를 도 2에 나타내었는데, 상기 도 2의 결과에서 확인할 수 있듯이, 천연 포졸란 재료의 결합재 대체 비율 3 중량% 이상으로 증가할수록 균열 봉합 작용에 기인한 투수 계수의 감소가 급격히 발생하고 있음을 확인할 수 있었으며, 특히 9 중량% 이상으로 더욱 증가할수록 투수 계수의 감소 효과는 수렴하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 더욱 바람직한 천연 포졸란 재료의 혼입 비율은 3 중량% 이상이 적정할 것으로 판단되며 9 중량% 이상의 혼입은 비용적, 가격 경쟁력 측면에서 바람직하지 않을 것으로 판단된다. 도 3에는 콘크리트 내구성 증진 재료의 천연 포졸란 재료에 의한 균열 봉합 과정을 모식도의 형태로 제시되어 있다.
2 shows the measurement results of the Coefficient of Permeability (10 -10 / sec) for examining the mixing ratio of the proper natural pozzolanic material. As shown in the results of FIG. 2, As the binder substitution ratio increased to more than 3 wt%, the decrease of the permeability coefficient due to the crack sealing effect was observed to occur rapidly. Especially, the permeation coefficient reduction effect converged as the permeability increased more than 9 wt%. Based on these experimental results, it is considered that the mixing ratio of the natural pozzolan material is more preferably 3 wt% or more, and mixing of 9 wt% or more is not preferable from the viewpoint of cost and cost competitiveness. FIG. 3 is a schematic view showing a crack sealing process by a natural pozzolanic material of a concrete durability improving material.
혼합재의 사용으로 인한 콘크리트의 내구성 증진 효과를 평가하기 위하여 표 2에 나타난 바와 같이 혼합재를 제조하였다. 각각의 혼합재는 시멘트의 일부로 대체하여 사용할 수 있도록 하였고, 결합재의 10 중량% 대체용으로 제조된 혼합재를 M10, 결합재의 20 중량% 대체용으로 제조된 혼합재를 M20, 결합재의 30 중량% 대체용으로 제조된 혼합재를 M30, 결합재의 40 중량% 대체용으로 제조된 혼합재를 M40으로 표현하였다.
In order to evaluate the durability enhancement effect of the concrete due to the use of the mixed material, a mixed material was prepared as shown in Table 2. Each mixed material was made to be usable as a substitute for a portion of cement, and M10 was used as a substitute for 10 wt% of the binder, M20 was used as a substitute for 20 wt% of the binder, and 30 wt% M30 was used as a mixed material, and M40 was used as a mixed material prepared for replacing 40 wt% of the binder.
표 2와 같이 제조된 혼합재를 콘크리트 제조 시 각각 결합재의 10, 20, 30, 40 중량% 치환하여 콘크리트 내구성 평가용 시험체를 제작하였고 제작된 콘크리트 배합은 표 3에 나타내었다. 표 4는 콘크리트 제조시 결합재의 일부로 혼합재를 혼입한 경우 실제 콘크리트에 사용되는 결합재량 중 각 재료들의 비율을 나타낸 것이다.
Table 2 shows the test results of concrete durability evaluation by replacing 10, 20, 30, 40% by weight of binder materials in concrete production. Table 4 shows the ratio of each material in the amount of binder used in actual concrete when a mixed material is incorporated as part of binder in concrete production.
제작된 내구성 평가용 시험체를 대상으로 열화 인자의 침투에 의한 저항성 향상 정도를 평가하기 위하여 기체의 침투에 대한 평가를 위하여 촉진탄산화 실험을 진행하였고 염해에 대한 저항성을 확인하기 위하여 재령 28일의 시험체를 대상으로 염화물이온 촉진 실험을 진행하였으며, 압축강도의 측정을 통하여 물성 변화에 대한 검토를 수행하였다.
In order to evaluate the degree of resistance enhancement by penetration of deterioration factor, the accelerated carbonation experiment was carried out to evaluate the penetration of gas and the 28 days old specimen Chloride ion promoting experiment was carried out and the change of physical properties was examined by measuring compressive strength.
(중량%)W / B
(weight%)
(중량%)S / A
(weight%)
W는 단위수량
B는 전체 혼합재량(시멘트 + 내구성 증진 조성물)
S는 잔골재량
G는 굵은골재량
W/B 전체 혼합재량(B, 시멘트 + 내구성 증진 조성물)에 대한 혼합수량(W)의 중량비
S/A는 전체골재(A, 잔골재 + 굵은골재)에 대한 잔골재(S)의 중랴비here,
W is the unit quantity
B is the total admixture (cement + durability enhancing composition)
S is the amount of fine aggregate
G is coarse aggregate
(W) to the total amount of W / B mixture (B, cement + durability improving composition)
S / A is the ratio of the fine aggregate (S) to the total aggregate (A, fine aggregate + coarse aggregate)
압축강도의 실험결과를 나타낸 도 4를 참조하면, 혼합재를 10~30 중량% 첨가한 콘크리트와 혼합재를 첨가하지 않은 콘크리트(PL)의 압축강도는 큰 차이가 없거나, 무시될 수 있는 정도로 압축강도가 감소하는 경향을 나타내었으며, 본 발명의 혼합재의 대체로 인한 물성의 변화가 적은 것을 확인할 수 있었다.
4 showing the results of the compressive strength test, the compressive strength of the concrete containing 10 to 30 wt% of the mixed material and the concrete without addition of the mixed material is not significantly different, And the change of physical properties due to substitution of the mixed material of the present invention was small.
다만, C4의 재령 28일의 압축강도가 결합재만을 사용한 콘크리트(PL)의 87 % 수준으로 낮아지는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 실리카흄과 고로슬래그 미분말의 포졸란 반응 및 잠재 수경성 반응에 의해 장기강도의 발현이 예상되지만, 결합재만을 사용한 콘크리트에 비해 결합재의 사용량이 60 중량% 정도로 낮기 때문에 초기 강도발현에 영향을 미친 것으로 판단된다. 따라서 본 발명의 혼합재를 40 중량% 이상 치환하여 사용하는 것은 비용이나 경제적인 측면 뿐만 아니라, 콘크리트 구조물의 물성 저하 측면에서도 바람직하지 못함을 확인할 수 있었다.
However, it was confirmed that the compressive strength of C4 at 28 days of age was lowered to 87% of that of concrete (PL) using only the binder. This indicates that the long - term strength of silica fume and blast - furnace slag It is expected, however, that the amount of binder used is as low as 60% by weight compared to concrete using only a binder, which is considered to have affected the initial strength development. Therefore, it has been confirmed that the replacement of the mixed material of the present invention by 40 wt% or more is not preferable not only in terms of cost and economy, but also in terms of deterioration of the physical properties of the concrete structure.
한편, 콘크리트의 내구성능 증진을 확인하기 위한 촉진탄산화 실험 결과를 나타낸 도 5 및 염소이온 확산계수를 나타낸 도 6을 살펴보면 혼합재의 사용에 따라 촉진탄산화 깊이와 염소이온 확산계수가 작아지는 결과를 확인할 수 있었다. 이러한 반응은 혼합재 중 고로슬래그 미분말 및 실리카흄의 충진효과, 포졸란 반응 및 잠재 수경성 반응에 의해 콘크리트가 수밀해져 나타난 결과로써 기체 및 이온에 대한 침투 저항성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 촉진탄산화 깊이 및 염소이온 확산계수의 측정값은 혼합재를 40 중량%이상 사용한 경우 향상 폭이 적어지는 것을 확인할 수 있으므로 혼합재의 경제적인 사용량은 30 중량% 이내가 바람직하다.
Meanwhile, FIG. 5 showing the results of accelerated carbonation experiment to confirm the durability improvement of concrete, and FIG. 6 showing the chloride ion diffusion coefficient show that the accelerated carbonation depth and the chloride ion diffusion coefficient decrease with use of the mixed material there was. This reaction was confirmed to be watertightness of the concrete due to filling effect, pozzolanic reaction and latent hydraulic reaction of blast furnace slag fine powder and silica fume in the mixed material, and it was confirmed that the penetration resistance against gas and ion was improved. However, the measured values of the accelerated carbonation depth and the chlorine ion diffusion coefficient show that the improvement width is reduced when the mixed material is used in an amount of 40% by weight or more. Therefore, the economical use amount of the mixed material is preferably 30% by weight or less.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.
Claims (7)
혼합재는 천연 포졸란 재료 20~50 중량%, 고로슬래그 미분말 35~70 중량%, 실리카흄 5~15 중량%, 혼화제 0.5~2 중량%를 포함하며,
상기 혼합재에는 스티렌, 부타디엔, 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 과황산칼륨으로 이루어진 액상의 SBR Latex 0.3~2 중량%, 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염 0.3~2 중량%, 케이산 소다 0.3~2 중량%, 보강섬유 0.3~2 중량%, 황산알루미늄 0.3~2 중량%, 염화칼슘 및 규산소다 중 어느 하나 이상 0.3~2 중량%을 더 포함하며,
상기 혼화제는 나프탈린설폰산 고축합물, 멜라닌설폰산 포름알데히드 고축합물, 폴리카르본산중합체 중 어느 하나 이상인 분산제를 5~20 중량%,
음이온계, 양이온계 또는 비이온계 계면활성제 포함하는 공기연행제를 5~20 중량%,
아크릴-실리콘 수지, 실란 및 실록산 중 어느 하나 이상인 발수제를 5~20 중량%,
구연산, 타르타르산, 붕산 및 클루콘산 중 어느 하나 이상인 응결지연제를 5~20 중량%,
메틸셀룰로오즈 에테르로 구성된 증점제를 5~20 중량%,
리그닌설폰산염계, 옥시카르본산염계, 알킬아릴설폰산염계 중 어느 하나 이상인 감수제를 5~20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 및 교면 포장층 조성물.
The road and bridge pavement layer composition comprises coarse aggregate, fine aggregate, binder, fly ash, water and admixture,
The mixed material includes 20 to 50% by weight of natural pozzolanic material, 35 to 70% by weight of blast furnace slag powder, 5 to 15% by weight of silica fume, and 0.5 to 2% by weight of admixture,
0.3 to 2% by weight of a liquid SBR latex composed of styrene, butadiene, a nonionic surfactant, an anionic surfactant and potassium persulfate, 0.3 to 2% by weight of calcium stearate containing calcium metal salt, 0.3 to 2% And 0.3 to 2% by weight of at least one of calcium chloride and sodium silicate, 0.3 to 2% by weight of reinforcing fibers, 0.3 to 2% by weight of aluminum sulfate, 0.3 to 2%
The admixture may contain 5 to 20% by weight of a dispersant selected from the group consisting of naphthalene sulfonic acid condensate, melamine sulfonic acid formaldehyde condensate and polycarboxylic acid polymer,
5 to 20% by weight of an air entraining agent containing an anionic, cationic or nonionic surfactant,
5 to 20% by weight of a water-repellent agent, which is at least one of acrylic-silicone resin, silane and siloxane,
5 to 20% by weight of a coagulation retardant, which is at least one of citric acid, tartaric acid, boric acid and clonic acid,
5 to 20% by weight of a thickener composed of methyl cellulose ether,
And 5 to 20% by weight of a water reducing agent selected from the group consisting of lignin sulfonates, oxycarboxylates and alkylaryl sulfonates.
제1항에 있어서,
천연 포졸란 재료는, 화산재, 응회암, 규산백토, 규조토 및 천매암으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 분말상(powder phase)인 것을 특징으로 하는 도로 및 교면 포장층 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the natural pozzolanic material is at least one or more selected from the group consisting of volcanic ash, tuff, silicate clay, diatomaceous earth and cinnabar and is in the powder phase.
상기 천연 포졸란 재료는, 실리카 성분을 적어도 75 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 및 교면 포장층 조성물.
3. The method of claim 2,
Wherein the natural pozzolanic material comprises at least 75 weight percent silica component.
잔골재는 입경이 3mm 이하인 실리카질 모래이며,
결합재는 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 칼슘알루미나시멘트를 혼합한 시멘트군 70~80 중량%를 포함하고,
또한 결합재에 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%,
메틸셀룰로오스, 스타치 중 어느 하나 이상을 5~10 중량%,
전기로 슬래그 1~3 중량%, 리튬실리케이트 1~3 중량%, 케이산 백토 1~3 중량%, 제올라이트 1~3 중량%, 무수석고 1~3 중량%, 알루미늄 분말 1~3 중량%이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 도로 및 교면 포장층 조성물.
The method according to claim 1,
Fine aggregate is silica sand having a particle diameter of 3 mm or less,
The binder comprises 70 to 80% by weight of a cement mixture of Portland cement, crude steel cement, and calcium alumina cement,
And 5 to 10% by weight of at least one of polycarboxylic acid, naphthalene, melamine and lignin,
Methyl cellulose, and starch in an amount of 5 to 10% by weight,
1 to 3 wt% of electric furnace slag, 1 to 3 wt% of lithium silicate, 1 to 3 wt% of kaolinite, 1 to 3 wt% of zeolite, 1 to 3 wt% of anhydrous gypsum and 1 to 3 wt% of aluminum powder ≪ / RTI >
상기 보강섬유는 나일론섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유, 탄소섬유 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 도로 및 교면 포장층 조성물.
5. The method of claim 4,
Wherein the reinforcing fiber is made of at least one of nylon fiber, polyethylene, polypropylene, glass fiber, and carbon fiber.
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