KR101733053B1 - 증기양생 콘크리트의 결합재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증기양생을 통한 고강도 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합재(binder)로써 사용되는 값비싼 시멘트(OPC)의 일부의 함량을 저렴하고 우수한 다른 조성물들로 대체한 고강도 콘크리트 결합재에 관한 것이다.
본 발명의 시멘트(OPC)를 포함하는 결합재(Binder)에 있어서, 상기 결합재는 OPC (Ordinary Portland Cement) 75~90 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 ~ 25 중량 %;를 포함하여 PHC 파일등을 제조한다.

Description

증기양생 콘크리트의 결합재 {Binder of concrete by steam curing}
본 발명은 증기양생을 통한 고강도 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합재(binder)로써 사용되는 값비싼 시멘트(OPC)의 일부의 함량을 저렴하고 우수한 다른 조성물들로 대체한 고강도 콘크리트 결합재에 관한 것이다.
콘크리트 또는 시멘트모르타르 등과 같은 시멘트 조성물은 시멘트와 물과의 반응으로 경화되는 수경성 반응물로, 시멘트(OPC)가 상대적으로 고가이고, 물의 사용량에 따라서 경화 후 압축강도 등의 물리적 특성이 다르다. 보통 물의 사용량의 증가는 작업성을 향상시키는 반면에 압축강도 등을 저하시키고 균열 발생을 초래하므로 시멘트 조성물에 대한 물의 사용량은 제한되며, 물의 사용량을 줄이기 위하여 한국공업규격 KS F 2560에 기재된 바에 따르고, 후술하는 바와 같이 콘크리트용 화학 혼화제 (Chemical agent)를 사용하고 있다.
화학적으로 합성된 혼화제의 종류는 크게 AE제(air entraining admixture), 감수제(water reducing admixture), 고성능 감수제(high range water reducing admixture)등이 사용되고 있다.
또한 시멘트 조성물에 사용되어 미세 공기량을 증가시키는 화학 혼화제인 AE제는 감수제 또는 고성능 감수제와 혼합되어 AE 감수제 (air entraining and water reducing admixture) 및 고성능 AE 감수제로 분류되어 있다. AE 감수제의 물을 감소시키는 능력은 사용하지 않는 것에 대하여 물의 사용량을 10 중량% 정도를 감소시킬 수 있으며, 고성능 AE감수제는 18 중량% 이상을 감소시킬 수 있다.
근래에 들어서는 높은 감수성과 충분한 유동성을 나타내며 또한, 응결 시간 단축을 통해 조기에 강도를 발현시켜 높은 작업성과 공사 기간 단축을 가능하게 해주는 시멘트 혼화제가 개발되어 왔다.
한국 공개특허 10-2009-0095862호 “목초액을 이용하여 제조된 콘크리트의 조강 및 장기강도증진을 위한 혼화제 및 이의 제조방법”은 목초액을 전체 콘크리트용 혼화제 조성물에 대하여 0.02 내지 20.0 중량%의 양으로 첨가함으로써 콘크리트의 초기 강도와 장기 강도를 증가시키고, 기존의 콘크리트 혼화제인 AE 감수제와 고성능 AE 감수제보다 우수한 조강성 및 장기강도증진효과를 갖는 혼화제 및 이의 제조방법이 개시되어 있다.
콘크리트 양생에 대해서 설명한다.
양생이란 시멘트의 수화반응을 촉진시키기 위한 조치로서 양질의 콘크리트를 얻기 위해서는 알맞게 배합된 콘크리트를 타설한 후 경화의 초기 단계에서 적절한 양생법을 채택하여야 한다.
증기양생이란 거푸집을 빨리 제거하고 단시일 내에 소요강도를 발현시키기 위해 고온의 증기로 양생하는 방법으로 고온 촉진양생이라고 한다.
양생에 영향을 주는 요소는, 양생온도, 양생중의 진동 충격, 과대하중등이다.
증기양생의 종류로는, 상압증기양생, 고압증기양생(autoclave curing)등이 있다.
상압증기양생은 콘크리트를 타설후 2~3시간 후 증기양생 개시하고, 온도상승속도는 1시간에 상승20℃이하로 하여, 최고온도 65℃로 하고, 양생후 온도를 서서히 낮추고 외기와의 온도차가 없을 대 제품을 꺼낸다.
고압증기양생(autoclave curing)은 통상 180℃의 온도와 10㎏/㎠의 압력으로 양생하고, 양생과정은 1-4 시간의 전양생시간,3-4시간의 온도상승시간, 3시간의 정온도시간, 3-7시간의 온도하강시간을 포함한다.
한편, 결합재로써의 시멘트만의 사용은 비용이 고가이며, 물을 많이 사용하므로 양생기간이 오래 걸리고 또한 강도에서도 만족하지 않았다.
또한 물을 상기 종래 기술을 통해 물을 적게 사용하는 것의 보완은 되었으나 양생기간 또는/및 고강도 구현면에서 충분하지 않았다.
본 발명에서는 결합재로 사용되는 시멘트(OPC)의 일부의 함량을 다른 재료로 대체하여 사용함으로써, 비용 절감 및 고강도를 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 증기양생 콘크리트의 결합재는, 시멘트(OPC)를 포함하는 결합재(Binder)에 있어서, 상기 결합재는 OPC (Ordinary Portland Cement) 75~90 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 ~ 25 중량 % ; 를 포함한다.
상기 올레인산 혼화제는 콘크리트 규격 또는 해당 용도의 콘크리트에서의 물의 양의 0.2~0.5 중량%가 포함되도록 한다.
상기 혼합재료는 혼합재료 100 중량 % 를 기준으로, 탈황석고(배연탈황석고) 20-50 중량%, 고로슬래그 미분말 30-60 중량%, 천연석고 (천연무수석고) 10-30 중량% 및 올레인산 0.2- 1.25 중량%를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 증기양생 콘크리트의 양생은, 2.5-3.5 시간의 전양생 시간, 0.5-1.5 시간의 온도상승시간, 3-4 시간의 정온도시간, 상온으로의 온도하강시간을 포함하며, 온도 상승속도를 1시간에 50-70℃, 최고온도 80-90℃로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트의 결합재로써 사용되는 시멘트 함량의 일부를 다른 혼합재료로 대체하여 사용함으로써 적어도 15-20%의 원가절감이 가능하다.
또한 본 발명에 의한 혼합재료에 의거 물을 적게 사용등으로 인하여 고강도 콘크리트 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 콘크리트의 양생과정을 보여주는 도면
도 2는 혼합재료의 조성물인 탈황석고의 XRF (X선 형광분석법)이고,
도 3은 고로슬래그, 도 4는 무수석고의 XRF (X선 형광분석법)이다.
도 5는 상기 혼합재료 범위내인 경우의 내공현상이 좋은 것을 보여주는 도면이고,
도 6은 혼합재료 범위를 초과한 경우 내면형상의 불균일을 보여주는 도면
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 실질적으로 동일한 내용에 대해서는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접촉"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접촉"된 경우에도 같은 기술적 사상으로 이해되어야 할 것이다.
또한 어떤 구성 요소가 구비, 형성 또는 구성된다고 기재된 경우, 특별하게 정의를 내리지 않는 한 실질적으로 같은 의미로 해석되어야 할 것이다.
또한 본 발명에서, 포함한다의 의미는 다른 성분도 추가적으로 포함할 수 있다라는 오픈형의 일반적 의미 이외에, 다른 성분으로도 대체 가능하다라는 의미를 나타낼 수 있으니 내용에 의거 판단되어야 한다.
본 발명에서의 혼합재료는, 혼화 재료(admixture) 시멘트, 골재, 물 이외의 재료로서 콘크리트 등에 특별한 성질을 주기 위해 타설하기 전에 필요에 따라 더 넣는 재료를 나타내는 것이다.
이하 도면 및 관련내용을 참고하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
먼저, 본 발명의 기술적 사상은 다음과 같다.
본 발명은 결합재(binder)로 사용되는 시멘트의 함량중 일부 함량을 다른 혼합재료를 대체하여, 저렴하면서도 고강도 콘크리트를 구현하기 위한 것이다.
예를 들어, 콘크리트의 배합은 결합재(binder)(540kg/m3),잔골재(550kg/m3), 굵은골재(1,200kg/m3), 혼화제(6kg/m3)등이 사용된다.
따라서 본 발명의 메인 방향은 상기 결합재로써 사용되었던 원래의 시멘트(OPC)함량을 줄이고, 다른 혼합재료로 대체하여, 증기 양생을 진행하여 탈형 1일만에 고강도 제품을 생산하는 것이다.
하나의 예로써, 시멘트(OPC)를 포함하는 결합재(Binder)에 있어서, 본 발명의 결합재는 OPC (Ordinary Portland Cement) 75~90 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 ~ 25 중량 % ; 를 포함하도록 한다.
상기에서 혼합재료가 10 중량% 미만시에는 가격 또는/및 강도면에서 효과가 급작스레 적어지게 되며, 25% 초과시에는 가격효과, 강도 및 유동성은 증진되나 파일의 내공에 물결모양이 남게되어 시각적으로 불안감을 주게된다.
혼입률이 25% 초과시 고로슬래그 미분말의 잠재수경성(초기에 물과 만나 반응하지 않음)의 특성으로 인하여 슬래그가 안쪽으로 쏠리게 되고 상기와 같이 내공이 물결치는 현상이 발생하여 시각적으로 불안감을 조성함. 단, 물성값은 오히려 증진된다.
도 5는 상기 혼합재료 범위내인 경우의 내공현상이 좋은 것을 보여주는 도면이고, 도 6은 혼합재료 범위를 초과한 경우 내면형상의 불균일을 보여주는 도면이다.
상기 올레인산 혼화제는 콘크리트 KS 규격에서의 물의 양 또는 해당 용도의 콘크리트에서의 물의 양의 0.2~0.5 중량%가 포함되도록 한다.
상기 올레인산이 0.2 중량% 미만인 경우에는 강도 발현성이 저감, 유동성 감소로 인한 타설의 어려움 및 슬럼프 로스시간 단축으로 인한 성형의 어려움이 크다.
반면에, 상기 올레인산이 0.5 중량% 초과인 경우에는 시공적정 유동성을 초과하여 콘크리트의 수화반응 지연 및 응결지연 현상 발생으로 인한 콘크리트 기초물성확보가 불가하다.
상기에서, 상기 혼합재료는 혼합재료 100 중량 % 를 기준으로, 탈황석고(배연탈황석고) 20-50 중량%, 고로슬래그 미분말 30-60 중량%, 천연석고 (천연무수석고) 10-30 중량% 및 올레인산 0.2- 1.25 중량% 를 포함하도록 한다.
상기 올레인산이 0.2 중량% 미만인 경우에는 강도 발현성이 저감, 유동성 감소로 인한 타설의 어려움 및 슬럼프 로스시간 단축으로 인한 성형의 어려움이 크다.
반면에, 상기 올레인산이 1.25 중량% 초과인 경우에는 시공적정 유동성을 초과하여 콘크리트의 수화반응 지연 및 응결지연 현상 발생으로 인한 콘크리트 기초물성확보가 불가하다.
탈황석고의 경우 미연소탄소가 소량 존재하는데, 혼합재에서 탈황석고의 비율을 50 중량% 초과 사용시 혼합재의 미연소탄소분이 증가하게 되며, 증가분의 일부가 원심성형시에 밀도차이로 인하여 내공부분에 쏠려 내부표면에 검댕(미연탄소)이 나타나 시각적인 불안감을 조성한다.
한편, 상기에서 20 중량% 미만 사용시에는 강도 발현성능 저하 및 원가절감 경제성이 저하되어 본 발명의 목적에서 바람직하지 않게 된다.
고로슬래그 미분말의 경우 60% 초과시, 도 6에 나타난 바와 같이 내공불균일 현상에 주된 원인이 된다. 또한 고로슬래그 미분말의 잠재 수경성 (초기에 물과 만나 반응하지 않음)의 특성으로 인하여 슬래그가 안쪽으로 쏠리게 되고, 도 6에 나타난 바와 같이 내공이 물결치는 현상이 발생하여 시각적으로 불안감을 조성하게 된다. 한편, 30 중량% 미만으로 사용시에는 장기강도 발현성능 저하 및 원감 절감의 경제성이 저하된다.
천연석고 30% 초과시 물성이 증진되나, 경제성이 아주 많이 떨어져 본 발명의 목적과 부합되지 않게된다.
한편, 10 중량% 미만 사용시에는 초기강도 발현성능이 저하된다.
상기 올레인산의 화학식은 CH3(CH2)7 CH:CH(CH2)7COOH 이고, 상기와 같은 성분 및 함량에 의한 콘크리트의 증기 양생은, 2.5-3.5 시간의 전양생 시간, 0.5-1.5 시간의 온도상승시간, 3-4 시간의 정온도시간, 상온으로의 온도하강시간을 포함하며, 온도 상승속도를 1시간에 50-70℃, 최고온도 80-90℃로 한다. 도 1은 바람직한 하나의 예에 의한 양생과정을 보여주고 있다.
본 발명에서 시멘트보다는 혼합재료의 값이 저렴하기 때문에(탈황석고와 슬래그가 시멘트보다 저렴하고, 특히 탈황석고는 시멘트 가격의 1/4임), 상기 혼합재료 10 ~ 25 중량 % 보다도 혼입률이 더 많을수록 경제적이나, 상기 범위내로 대체하는 것이 강도 또는/및 유동성면을 고려했을 때 적정하다. 상기 혼합재료 중에서 올레인산이 유동성에 많은 기여를 한다.
상기 혼합재료를 구성하는 각각 조성물, 혼합된 혼합재료의 비표면적은 다음과 같으며, 상대적으로 높은 비표면적에 의거 수화작용이 빨라지므로 초기강도가 증진되는 효과가 있고, 비표면적이 넓어짐으로 물과 접촉면적이 늘어 요구되는 수량이 상대적으로 많아진다. 수량을 동일하게 한다면 비표면적이 넓은 경우가 더 많은 물을 흡착하게 되므로 콘크리트나 모르타르의 반죽질기가 더욱 되어지게 점성이 증대하게 된다.
상기 혼합재료의 각 조성물의 비표면적 평가 결과, 탈황석고 5.7553m2/g, 천연무수석고 2.3371m2/g, 시멘트 1.4974m2/g, 고로슬래그 미분말 1.9384m2/g 로 나타났다. 특히, 군장에너지 ㈜의 탈황석고는 일반 천연석고 분말에 비하여 약 2배, 시멘트에 비하여 약 3배 높은 비표면적을 나타내어 고강도 혼합재로 사용 시 유리하다. 또한 각 조성물이 혼합된 혼합재료의 비표면적은 3.353954m2/g 이다.
상기 올레인산의 화학식은 CH3(CH2)7 CH:CH(CH2)7COOH 인 혼화제이다.
도 2는 혼합재료의 조성물인 탈황석고의 XRF (X선 형광분석법)이고, 도 3은고로슬래그, 도 4는 무수석고의 XRF (X선 형광분석법)이다.
따라서 각 조성물의 성분들을 확인할 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 상기 탈황석고는, Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3, Cl,K2O, CaO, TiO2, V2O5, Cr2O3,MnO, Fe2O3, NiO, ZnO, SrO,ZrO2,MoO3를 포함하며, 함량은 상기 탈황석고 100 중량 %를 기준으로, Na2O 0.0974 중량%, MgO 1.14 중량%, Al2O3 1.37 중량%, SiO2 3.11 중량%, SO3 23.7 중량%,K2O 0.307 중량%, CaO 68.9 중량%, TiO2 0.0862 중량%, V2O5 0.455 중량%, MnO 0.0503 중량%, Fe2O3 0.579 중량%, NiO 0.0728 중량%, SrO 0.0617 중량%, 를 포함한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 상기 고로슬래그는, Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3,K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3,SrO,Y203,ZrO2,BaO를 포함하며, 함량은 상기 고로슬래그 100 중량 %를 기준으로, Na2O 0.0368 중량%, MgO 4.45 중량%, Al2O3 13.9 중량%, SiO2 32.5 중량%, SO3 2.19 중량%,K2O 0.466 중량%, CaO 44.7 중량%, TiO2 0.511 중량%, MnO 0.204 중량%, Fe2O3 0.446 중량%, BaO 0.11O 중량% 를 포함한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 상기 무수석고는, Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3,K2O, CaO, Fe2O3, ZnO, SrO,ZrO2 를 포함하며, 함량은 상기 무수석고 100 중량 %를 기준으로, Na2O 0.0673 중량%, MgO 0.0464 중량%, Al2O3 0.339 중량%, SiO2 0.914 중량%, SO3 55.8 중량%,K2O 0.0790 중량%, CaO 42.5 중량%, Fe2O3 0.107 중량%, SrO 0.0744 중량%, 를 포함한다.
참고적으로 상기 각 성분들의 특징은 다음과 같다.
* 탈황석고의 특성
우리나라의 모든 석탄화력 발전소 탈황공정은 흡수재로 석회석 분말을 사용하는 습식 처리공정으로서 공정의 부산물로 FGD(배연탈황)석고가 발생하는데 석회석 분말 1kg 주입 시 약 1.5kg에서 1.7kg의 배연탈황석고가 이수석고(Calcium Sulfate Dihydrate, CaSO4ㆍ2H2O)형태로 발생한다고 알려져 있다.
배연탈황석고 (탈황석고)는 황산칼슘의 농도는 높고 불순물은 적은 편으로 품질면에서는 천연석고에 비해 크게 뒤지지 않지만 결정구조가 대부분 둥근 침상구조를 형성하고 부분적으로 판상의 결정을 나타내고 있어 천연석고처럼 수화반응에 의해 자경성(self-setting)을 가지지 못하므로 대부분 시멘트의 원료로 사용되고 그 중 일부는 석고보드에 제한적으로 활용되고 있는 실정이다.
따라서, 배연탈황석고 그 자체로만은 현재 고부가가치가 있는 원료로서는 활용되기 어려운 실정이고 현재 거의 전량 재활용되고는 있으나, 향후 발생량은 200만톤을 상회할 것으로 추정할 경우 기존의 단순 재활용에서 이의 부가가치가 높은 건설재료로의 활용이 요구된다.
* 고로슬래그의 특성
상온에서 현재 물과 반응하여 경화체를 형성하는 재료로 널리 알려진 시멘트이외에 알루미노 규산염의 조성을 갖는 광물들이 알칼리 또는 황산염 자극 등에 의하여 수경성을 나타내는 물질들이 알려졌으며, 계속적인 연구 결과, 2족의 알칼리토금속 화합물뿐만 아니라 알칼리 금속도 3족과 4족(알루미나 규산염), 2족과 4족(알칼리토 규산염), 2족과 3족(알칼리토 알루민산염)과 수경성 화합물을 생성할 수 있다는 것이 밝혀져 기존의 시멘트가 아니더라도 수경성 경화체를 얻을 수 있다는 사실이 확인 되고 있다.
특히, 고로슬래그는 선철 제조과정 중 대량 발생되는 대표적인 부산물로 최근 건설재료 중심으로 다방면 사용되고 있는 재료로 시멘트 대체 혼합재의 원료로 재활용한다면 환경기술적 측면에서 클링커 생산에 필요한 석회석, 점토 등의 광물자원 고갈을 방지할 수 있고, 석회석 채광 및 운송에 따른 산림자원의 훼손 방지, 비산분진, 진동, 소음, 산업폐기물의 매립에 따르는 매립지 부족문제 등의 환경부하를 줄일 수 있다.
* 무수 석고 [ 無水石膏 , anhydrous gypsum , Anhydridgips ]
황산칼슘 무수물 CaSO4의관용명.
천연품과 인공품이 있으며 전자는 경석고라 불린다. 인공품의 제법에는 다음 두 가지가 있다.
1)결정 석고(또는 반수(半數) 석고)를 가소하여 탈수한다.
2)부산(副産) 석고( 화학 석고)로서 얻어지는 것, 즉 형석으로부터 플루오르화수소를 제조할 때 또는 습식 인산 제조법 중에서 온도, 인산 농도를 높게 하여 석고를 침전시킬 때 등.
인공 무수 석고에는 Ⅲ형, Ⅱ형, Ⅰ형의 3종류가 있으며 온도와 함께 반수 석고 Ⅲ형, Ⅱ형, Ⅰ형과 같이 전이한다. Ⅲ형은 반수 석고와 같은 구조를 갖고 물분자가 빠진 형에서 수화성이 있다. Ⅱ형은 경석고와 같은 것으로 수화성은 거의 없다. 수화성이 없는 석고를 사소(死燒) 석고라 한다.
* 올레인산 특징
콘크리트의 유동성 및 시공성 증진, 콘크리트 공기량 증진 동결융해저항성 증진, 단위수량 감소시키는 역할, 장기강도 발현에 도움이 된다.
한편, 참고적으로 시멘트계에서 석고계 첨가재에 의한 고강도화 이론은 다음과 같다.
시멘트계에 있어서 석고는 주로 알루민산3칼슘(C3A, 3CaO·Al2O3)과 반응에 의해 생성되는 에트링가이트에 의해 응결을 조절하는 작용을 한다고 알려져 왔다.
석고의 응결조절 효과 메커니즘은 C3A의 입자표면에 에트링가이트의 층이 형성됨으로써 이 층이 C3A의 다음 수화를 지연시켜 시멘트의 응결이 주로 칼슘 실리케이트들(C3S, C2S)의 수화에 의해 일어나도록 하는 것으로 설명될 수 있다. 즉, 에트링가이트의 생성은 시멘트의 주요한 수경성 화합물인 C-S-H겔의 생성을 촉진한다고 볼 수 있다.
또한, 시멘트 매트릭스에 있어서 에트링가이트는 시멘트의 수화반응 속도와 에트링가이트계 수화물의 생성시기의 시간적 조화와 중요한 관련이 있으며, 또한 시멘트 조성에 있어서 CaO-Al2O3-SO3 3성분 중 각각의 성분 함량 비에 의한 특성의 변화에도 중요한 역할을 한다고 알려지고 있다. 이러한 에트링가이트의 반응특성에 따라 무수석고를 혼입한 시멘트는 성분의 조정과 에트링가이트의 생성시기의 조절에 의해서 속경성 시멘트, 팽창시멘트, 무수축재, 고강도시멘트로 이용되어지고 있다.
따라서, 에트링가이트가 시멘트 경화체의 조직이 형성되기 전에 생성되었을 경우에는 급결성을 나타내며, 시멘트 경화체의 조직이 형성되는 시기에 에트링가이트의 행성이 집중적으로 일어나면 경화체의 고강도화에 기여하게 되고, 한편으로 경화체 형성 후에 에트링가이트가 생성되면 에트링가이트 결정의 성장에 기인하여 팽창성을 띄거나 팽창파괴를 일으키게 된다고 한다.
또한 알루미네이트로부터 에트링가이트를 생성시키는 반응은 아래의 세 화학반응식에서 보여지는 것과 같이 실리케이트들의 수화반응에 비하여 효과적으로 물을 고화시킬 수 있기 때문에 매트릭스내의 자유수를 결정수로 고정시켜 실질적인 물/시멘트 비의 감소효과에 기인하여 고강도콘크리트를 제조할 수 있게 된다.
석고계 혼화재가 혼입된 시멘트계에서의 고강도발현 메커니즘은 다음과 같은 두 가지 반응기구로 요약되어 설명되어질 수 있다.
수화의 초기에서부터 증기양생이나 Auto-Clave양생에 의해 C3S의 가수분해가 촉진되어 Ca2 + 이온의 용출량이 많아지며 C3S가 증기양생 개시와 함께 수화물을 증대시켜 고강도를 발현하는 것과 C3A로부터 에트링가이트를 생성시키는 반응은 아래의 세 화학반응식으로부터 보이듯이 실리케이트들의 수화 반응에 비해 수화초기에서부터 에트링가이트가 생성되어 시멘트 경화체내부에 있는 다량의 자유수를 결정수로 고정시켜 실질적으로 물시멘트비를 저하시킴으로써 고강도를 발현시키게 된다.
a) C3A + 3CaSO4 + 32H2O → C3A·3CaSO4 ·32H2O
b) 2C3S + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2
c) 2C2S + 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2
위와 같은 반응으로 생성된 에트링가이트는 수 ㎛의 큰 침상결정으로 1400Å이상의 큰 공극을 충진시킴으로써 콘크리트 조직을 치밀하게 하여 단기간에 고강도를 발현하게 되고 내동결융해성이 크게 되며, 응결ㆍ안정성 모두 보통시멘트보다 월등히 우수하게 된다.
또한 수화 초기에서부터 침상결정인 에트링가이트가 다량으로 생성되어 시멘트페이스트의 내부조직을 치밀하게 만드는 것을 보통포틀랜드 시멘트와 고황산염시멘트를 각각 표준양생과 증기양생을 한 후 재령 1일에서의 기공율 측정을 통하여 확인한 실험결과로부터 알 수 있다. 고황산염시멘트를 사용할 경우 수중양생에서는 23%, 증기양생에서는 30%이상의 공극을 감소시킬 수 있었다고 보고하고 있으며, 염화물 등의 유기물질을 함유하지 않으므로 염해에 의한 철근부식 등에 대한 문제를 유발시키지도 않는다.
이하는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 예를 들어 설명하며, 본 발명은 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
시멘트, 혼합재료와 골재를 배합하여 PHC 파일을 증기양생을 통해 제조하였다.
OPC (Ordinary Portland Cement) 75 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 중량 % ; 를 포함하였다.
시멘트, 혼합재료와 골재를 배합하여 PHC 파일을 증기양생을 통해 제조하였다..
OPC (Ordinary Portland Cement) 90 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 중량 % ; 를 포함하였다.
시멘트, 혼합재료와 골재를 배합하여 PHC 파일을 증기양생을 통해 제조하였다..
OPC (Ordinary Portland Cement) 80 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 20 중량 % ; 를 포함하였다.
* 비교예 1
시멘트, 혼합재료와 골재를 배합하여 PHC 파일을 증기양생을 통해 제조하였다..
OPC (Ordinary Portland Cement) 90 중량% ; 탈황석고, 슬래그, 석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 5 중량 % ; 를 포함하였다.
상기 각 실시 예 및 비교 예에서의 상기 혼합재료는 혼합재료 100 중량 % 를 기준으로, 탈황석고(배연탈황석고) 20-50 중량%, 고로슬래그 미분말 30-60 중량%,
천연석고 (천연무수석고) 10-30 중량% 및 올레인산 0.2- 1.25 중량% 를 동일하게 적용하였다. 그리고 상기 올레인산의 화학식은 CH3(CH2)7 CH:CH(CH2)7COOH 이다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 구조체의 물성(시험예)은 하기 표 1에 나타내었다. 물성은 한국 표준규격 KS F 4306에 의거 관련기관을 통해 측정하였다.
구 분 기준 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비고
압축강도(7일 80N/mm2이상 82.5N/mm2이상 84N/mm2이상 85.7N/mm2이상 81N/mm2이상
전단강도 148.1kN이상 155.2kN이상 158.3kN이상 177.6kN이상 150.3kN이상
균열힘모멘트 53.9 kNm이상 55.3 kNm이상 57.2 kNm이상 63.3 kNm이상 55.0 kNm이상 휨강도
파괴힘모멘트 81.4 kNm이상 82.5 kNm이상 86.4 kNm이상 93.1 kNm이상 82.5 kNm이상 휨강도
균열힘모멘트 182.4 kNm이상 183.8 kNm이상 185.2 kNm이상 188.1 kNm이상 183.2 kNm이상 축력힘강도
파괴힘모멘트 258.9 kNm이상 265.3 kNm이상 270.6 kNm이상 285.8 kNm이상 260.2 kNm이상 축력힘강도
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 시멘트와 혼합재료 비율이 80 :20 인 경우에서 제일 우수한 강도를 나타내었고, 또한 비용면에서 저렴하다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 증기양생을 통한 고강도 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합재(binder)로써 사용되는 값비싼 시멘트(OPC)의 일부의 함량을 저렴하고 우수한 다른 조성물들로 대체한 고강도 콘크리트 결합재 및 그에 의한 콘크리트의 양생방법에 관한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 시멘트(OPC)를 포함하는 결합재(Binder)에 있어서, 상기 결합재는
    OPC (Ordinary Portland Cement) 75~90 중량% ;
    탈황석고, 슬래그, 천연석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 ~ 25 중량 % ; 를 포함하고,
    상기 혼합재료 중의 올레인산은 콘크리트 규격 또는 해당 용도의 콘크리트에서의 물의 양의 0.2~0.5 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 결합재,
  2. 삭제
  3. 시멘트(OPC)를 포함하는 결합재(Binder)에 있어서, 상기 결합재는
    OPC (Ordinary Portland Cement) 75~90 중량% ;
    탈황석고, 슬래그, 천연석고 및 올레인산을 포함하는 혼합재료 10 ~ 25 중량 % ; 를 포함하고,
    상기 혼합재료 100 중량 % 를 기준으로,
    탈황석고 20-50 중량%,
    고로슬래그 미분말 30-60 중량%,
    천연석고 10-30 중량% 및
    올레인산 0.2- 1.25 중량% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 결합재.
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