KR101766420B1 - 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법 - Google Patents

스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법 Download PDF

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Abstract

스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법이 개시된다. 본 발명의 사각맨홀 제작방법은, 조강시멘트를 포함한 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 콘크리트 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 내에 상기 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 상기 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물을 양생하는 단계; 및 상기 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 상기 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 단계를 포함하고, 상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가된 것을 특징으로 한다.

Description

스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법{SQUARE MANHOLE CONCRETE COMPOSITION UNNECESSARY FOR STEAM AGING AND MANUFACTURING METHOD FOR SQUARE MANHOLE USING THE SAME}
본 발명은 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양생 공정에서 스팀양생을 실시하지 않고서도 조기강도를 발현할 수 있는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 사각맨홀은 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 것으로 도로나 보도의 바닥면 아래로 하수도 설비, 상수도 설비, 통신 설비, 전력선 설비 등 각종 도시 기반 기초시설의 유지 보수를 위하여 출입할 수 있는 구조를 갖춘 제품으로, 장소와 목적에 따라 오수 맨홀, 우수 맨홀, 통신 맨홀 등 다양한 용도로 사용되고 있는 PC 콘크리트 구조물을 말한다. 참고로, 도 1은 사각맨홀의 일 예를 보여주는 사시도이다.
이러한 사각맨홀은 통상 프리캐스트(Precast) 공법이 적용되는 것으로 공장에서 미리 제작된 후 건설/토목현장으로 운반하여 조립 설치되는데, 일반 공업제품과 같이 부품화하여 공장에서 생산함으로써 품질의 균등화를 확보하면서도 반복, 대량생산에 의해 비용절감을 얻을 수 있다.
한편, 사각맨홀은 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 혹은 사각맨홀용 거푸집 내에 콘크리트 조성물을 타설하고 이를 일정시간 이상 양생한 다음 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 공정 등을 거쳐 제작되는 것이 일반적이다. 이때, 양생공정에서는 양생시간을 단축하면서도 충분한 강도를 확보하기 위해 스팀양생 혹은 증기양생이 필수적으로 요구되고 있다.
그러나, 이러한 스팀양생공정은 과다한 이산화탄소의 배출로 인해 환경문제를 유발시키는 한편, 보일러 등의 설비를 필요로 하기 때문에 결과적으로 생산단가를 증가시키는 요인이 되므로 경제성 측면에서 취약하다는 문제점이 있다.
이에, 사각맨홀을 제작함에 있어서 스팀양생을 실시하지 않고서도 충분한 조기강도를 확보할 수 있는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1065252호(발명의 명칭: 맨홀 본체용 폴리머 모르타르 조성물, 맨홀 플랜지용 폴리머 콘크리트 조성물 및 그 조성물들을 이용한 유리섬유 강화 조립식 맨홀의 제조 방법, 등록일자: 2011년 09월 08일) 및 등록특허공보 제10-0389054호(발명의 명칭: 상수도 맨홀용 프리캐스트 콘크리트 구조체 및 그것을이용한 상수도 맨홀의 시공방법, 등록일자: 2003년 06월 13일) 등이 있다.
본 발명의 목적은 사각맨홀을 제작함에 있어서 스팀양생을 실시하지 않고서도 충분한 조기강도를 확보하여 양생시간을 단축할 수 있는 사각맨홀용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 사각맨홀 제작방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조강시멘트를 포함한 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 콘크리트 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 내에 상기 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 상기 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물을 양생하는 단계; 및 상기 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 상기 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 단계를 포함하고, 상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가된 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법에 의해 달성된다.
상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.6 ~ 2.0 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 경화촉진제는, 중량%로, 질산칼륨 : 1 ~ 70%, 알루미나 시멘트 : 5 ~ 10%, α형 반수석고 : 0.1 ~ 10%, 티오시안산나트륨 : 0.1 ~ 3%, 칼슘 포메이트 : 1 ~ 5% 및 석회석분말 : 5 ~ 20%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조강시멘트에 경화촉진제가 첨가된 콘크리트 조성물을 제조하는 단계; 콘크리트 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 내에 상기 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 상기 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물을 양생하는 단계; 및 상기 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 상기 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 단계를 포함하고, 상기 경화촉진제는, 중량%로, 질산칼륨 : 1 ~ 70%, 알루미나 시멘트 : 5 ~ 10%, α형 반수석고 : 0.1 ~ 10%, 티오시안산나트륨 : 0.1 ~ 3%, 칼슘 포메이트 : 1 ~ 5% 및 석회석분말 : 5 ~ 20%를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법에 의해 달성된다.
상기 알루미나 시멘트 대신, 산화 마그네슘, 실리카흄, CSA , MgO, 무수석고 및 β형 반수석고 중 1종 이상이 첨가될 수 있다. 상기 질산칼륨 대신, 아질산염, 티오시안산 염, 일가 에탄올아민, 이가 에탄올 아민, 삼가 에탄올아민, 알칸올아민, 황산알루미늄, 황산칼륨, 트리에탄올 아민 및 알파-하이드록시카르복실 중 1종 이상이 첨가될 수 있다.
상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 감수제 : 0.6 ~ 1.4 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 콘크리트 조성물은 물 150kg/m3에 대하여, 상기 조강시멘트 : 450 ~ 550kg/m3, 모래 : 750 ~ 850kg/m3, 자갈 : 950 ~ 1000kg/m3, 감수제 : 3 ~ 7kg/m3 및 상기 경화촉진제 : 6 ~ 10kg/m3로 배합되는 것이 바람직하다..
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조강시멘트에 경화촉진제가 첨가된 사각맨홀용 콘크리트 조성물로서, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 상기 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가된 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물에 의해 달성된다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조강시멘트에 경화촉진제가 첨가된 사각맨홀용 콘크리트 조성물로서, 상기 경화촉진제는, 중량%로, 질산칼륨 : 1 ~ 70%, 알루미나 시멘트 : 5 ~ 10%, α형 반수석고 : 0.1 ~ 10%, 티오시안산나트륨 : 0.1 ~ 3%, 칼슘 포메이트 : 1 ~ 5% 및 석회석분말 : 5 ~ 20%를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물에 의해 달성된다.
본 발명은 조강시멘트에 경화촉진제를 최적의 함량비로 첨가한 사각맨홀용 콘크리트 조성물을 제공함으로써, 사각맨홀을 제작함에 있어서 스팀양생을 실시하지 않고서도 충분한 조기강도(양생 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도)를 확보할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래에 조기강도 발현을 위해 스팀양생이 반드시 필요한 사각맨홀 제작방법과 달리 양생공정에서 스팀양생을 실시할 필요가 없으므로, 사각맨홀을 제작함에 있어서 이산화탄소의 배출을 절감하여 친환경적인 작업이 가능함은 물론, 스팀양생에 필요한 보일러 등의 설비가 생략되는 것으로 인해 생산단가를 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 사각맨홀의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 경화촉진제의 사용량에 따른 유동성 및 공기량 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 경화촉진제의 사용량에 따른 응결 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 재령에 따른 압축강도 실험결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 사각맨홀 제작방법은, 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S110)와, 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 내에 콘크리트 조성물을 타설하는 단계(S120)와, 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물을 양생하는 단계(S130)와, 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 단계(S140)를 포함한다.
콘크리트 조성물 제조 단계(S110)에서, 콘크리트 조성물은 조강시멘트에 경화촉진제를 최적의 함량비로 첨가하여 양생 단계(S130)에서 스팀양생을 실시하지 않고서도 충분한 조기강도, 예컨대 재령 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도를 확보할 수 있는 조기강도 발현용 콘크리트 조성물로, 이에 대한 콘크리트 배합설계를 포함한 자세한 사항은 후술하기로 한다.
타설 단계(S120)에서는, 미리 제작된 사각맨홀용 몰드 내에 콘크리트 조성물을 타설한다. 여기서, 사각맨홀용 몰드 혹은 사각맨홀용 거푸집은 제작하고자 하는 사각맨홀에 대응하는 형상으로 제공되는 사각맨홀을 제조하기 위한 틀로서, 콘크리트 조성물을 타설하기에 앞서 콘크리트 철근을 포함하여 고리, 긴결재, 콘크리트 매설재 등이 설치된다. 한편, 사각맨홀용 몰드는 탈형의 용이함을 위해 그 내면에 적정량의 박리제가 도포될 수 있고, 2개 이상의 단위 몰드를 조립하여 제작될 수 있다. 참고로, 사각맨홀용 몰드는 한번 사용하고 폐기하는 것이 아니라 재활용하는 부재로, 탈형 후 사각맨홀용 몰드를 다시 사용하기에 앞서 압축공기나 청소도구 등을 이용하여 몰드에 남아있는 불순물을 제거하는 작업이 필요하다.
양생 단계(S130)에서는, 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물에 대해 일정시간 동안 양생을 실시한다. 종래에 사각맨홀 제작방법에서는 양생시간을 단축하고 충분한 조기강도를 확보하기 위해 스팀양생이 필수적으로 요구되었지만, 본 발명에 따른 사각맨홀 제작방법은 양생 단계(S130)에서 스팀양생을 실시하지 않고도 충분한 조기강도(예컨대 재령 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도)를 확보할 수 있는데, 이는 조강시멘트에 경화촉진제를 최적의 함량비로 첨가하여 제조된 조기강도 발현용 콘크리트 조성물에 의해 발휘되는 작용효과로 이에 대해 자세한 사항은 후술하기로 한다.
탈형 단계(S140)에서는, 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 사각맨홀용 몰드를 탈형한다. 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 과정에서 철근 콘크리트 양생 결과물에 균열, 부분적인 탈락이나 응력이 발생하지 않도록 주의해야 한다. 사각맨홀용 몰드에서 탈거된 철근 콘크리트 양생 결과물인 사각맨홀은 검사 작업, 보수 작업 등을 거쳐 제품으로 출하된다.
이하, 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물은 조강시멘트에 적용되고, 스팀양생을 실시하는 것 없이 양생 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도를 발현할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물은 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.6 ~ 2.0 중량부로 첨가된다.
본 발며에서 경화촉진제는 조강시멘트의 수화반응을 촉진시켜 용액 중의 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 과포화도가 최고에 도달하게 되고 시멘트 겔(CSH Gel)등의 수화생성물의 석출이 매우 활발해져 초기 강도가 커지게 되며, 이로 인해 시멘트 겔의 결정형상에 영향을 주어 장섬유상의 결정이 조직을 밀실하게 하여 강도를 증가시키게 된다.
이러한 경화촉진제는, 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 1.2 ~ 2.0 중량부(더 바람직하게는 1.6 ~ 2.0 중량부)로 첨가되는 것이 바람직하다. 경화촉진제의 첨가량이 조강시멘트 100 중량부에 대하여 1.2 중량부 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 조기강도 발현에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 경화촉진제의 첨가량이 조강시멘트 100 중량부에 대하여 2.0 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
구체적으로, 경화촉진제는 중량%로, 질산칼륨 : 1 ~ 70%, 알루미나 시멘트 : 5 ~ 10%, α형 반수석고 : 0.1 ~ 10%, 티오시안산나트륨 : 0.1 ~ 3%, 칼슘 포메이트 : 1 ~ 5% 및 석회석분말 : 5 ~ 20%를 포함하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 알루미나 시멘트 대신, 산화 마그네슘, 실리카흄, CSA , MgO, 무수석고 및 β형 반수석고 중 1종 이상이 첨가된 것이 이용될 수 있다. 또한, 질산칼륨 대신, 아질산염, 티오시안산 염, 일가 에탄올아민, 이가 에탄올 아민, 삼가 에탄올아민, 알칸올아민, 황산알루미늄, 황산칼륨, 트리에탄올 아민 및 알파-하이드록시카르복실 중 1종 이상이 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물은 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 감수제 : 0.6 ~ 1.4 중량부를 더 포함할 수 있다.
이러한 감수제는 폴리카본계 감수제를 이용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 감수제로는 불포화 카본산 모노머와 중합이나 공중합이 가능한 모노머로부터 유도되는 폴리카본산염계 감수제, 보다 구체적으로는 이들 불포화 카본산 모노머와 스티렌(styrene)의 공중합체가 이용될 수 있다.
이때, 감수제의 첨가량이 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 0.6 중량부 미만일 경우에는 급격한 슬럼프 로스나 그 후의 슬럼프 로스를 개선할 수 없는 경우가 있다. 반대로, 감수제의 첨가량이 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 1.4 중량부를 초과할 경우에는 감수율이 한계 상태에 도달하여 경화 불량을 발생하는 문제를 초래할 수 있다
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물은 물 150kg/m3에 대하여, 상기 조강시멘트 : 450 ~ 550kg/m3, 모래 : 750 ~ 850kg/m3, 자갈 : 950 ~ 1000kg/m3, 감수제 : 3 ~ 7kg/m3 및 상기 경화촉진제 : 6 ~ 10kg/m3로 배합되는 것이 보다 바람직하다. 이때, 물과 시멘트의 배합비는 25 ~ 35인 것이 바람직하다.
한편, 조강시멘트를 포함한 콘크리트 조성물은, 규사, 탄산칼슘, 소포제, 수축저감제, 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose) 및 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)를 더 포함하되, 조강시멘트 : 25 ~ 30 중량%, 규사 : 35 ~ 45 중량%, 탄산칼슘 : 15 ~ 25 중량%, 조강촉진제 0.5~4.0 중량%, 소포제 : 0.05 ~ 0.10 중량%, 수축저감제 : 0.1 ~ 5 중량%, 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose) : 0.001 ~ 0.005 중량% 및 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose) : 0.001 ~ 0.005 중량%로 조성될 수 있다.
여기서, 소포제는 실리콘계, 알코올계 및 에틸렌 옥사이드 프록틸렌(EOPO)계 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있고, 수축저감제는 헤비 글리콜(heavy glycol) 계열의 수축저감제를 이용하는 것이 바람직하다.
조강시멘트는 수화반응속도가 빨라 발열성이 높으므로 경화 및 강도를 증진시키는 역할을 한다. 조강시멘트는 전체 중량의 25 ~ 30 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 조강시멘트의 함량이 25 중량% 미만일 경우에는 충분한 강성을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 조강시멘트의 함량이 30 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시킬 우려가 크므로 경제적이지 못하다.
규사는 시공 후 몰탈의 표면 조도(surface roughness)를 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 규사는 대략 0.01 ~ 0.3mm의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 규사의 평균 직경이 0.0mm 미만일 경우에는 미세 입자를 수득하는데 필요한 시간 및 비용 대비 표면 조도 상승 효과가 미미할 수 있으므로, 경제적이지 못하다. 반대로, 규사의 평균 직경이 0.30mm를 초과할 경우에는 표면 조도 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 뿐만 아니라 크랙 저항성이 급격히 저하되는 문제가 있다. 규사는 시멘트 전체 중량의 35 ~ 45 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 규사의 함량이 35 중량% 미만일 경우에는 표면 조도 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 규사의 함량이 45 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시킬 우려가 크다.
탄산칼슘(CaCO3)은 물에 잘 녹지 않고 수용액 상에서 침전되기 때문에 미분 필러의 용도로서 사용된다. 탄산칼슘은 시멘트 전체 중량의 15 ~ 25 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄산칼슘의 함량이 15 중량% 미만일 경우에는 입도 분산 효율을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄산칼슘의 함량이 25 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 첨가 효과 없이 비용 상승만을 초래할 우려가 크다.
소포제는 기포의 생성을 막고 생성된 기포를 제거하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 소포제로는 실리콘계, 알코올계 및 에틸렌 옥사이드 프록틸렌(EOPO)계 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다. 소포제는 시멘트 전체 중량의 0.05 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 소포제의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 기포 생성 억제 및 제거 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 소포제의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
수축저감제는 수축을 저감하기 위한 목적으로 첨가되며, 이러한 수축저감제로는 헤비 글리콜(heavy glycol) 계열의 수축저감제가 이용될 수 있다. 수축저감제는 시멘트 전체 중량의 0.1 ~ 5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 수축저감제의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 수축저감제의 함량이 5 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
메틸셀룰로우즈(methyl cellulose)는 알킬셀룰로우즈 중 하나의 물질로서, 알칼리 조건에서 점도를 증가시켜, 점착력과 보습성을 가지도록 하는 역할을 한다. 다만, 메틸셀룰로우즈를 단독으로 적용할 경우에는 메틸셀룰로우즈의 함량이 증가함에 따라 시공성이 저하되는 문제가 있으므로, 후술할 보조첨가제인 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)를 함께 혼합하여 과도한 시공성 하락을 방지하면서 접착성 및 장기내구성은 향상시키는 것이 바람직하다.
따라서, 메틸셀룰로우즈는 시멘트 전체 중량의 0.1 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 메틸셀룰로우즈의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 메틸셀룰로우즈의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 점착성이 과도해지는 관계로 끈적거려 시공성이 저하되는 문제가 있다.
메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)는 메틸세룰로우즈 첨가량의 증가에 따른 과도한 시공성 하락을 방지하기 위한 목적으로 첨가된다. 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)는 시멘트 전체 중량의 0.1 ~ 0.2 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 시공성 하락 방지 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)의 함량이 0.2 중량%를 초과할 경우에는 첨가 효과 대비 제조 비용만을 상승시킬 우려가 크므로, 경제적이지 못하다. 또한, 점도 하락으로 인한 처짐(tagging) 현상이 나타날 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물은, 조강시멘트에 경화촉진제를 최적의 함량비로 첨가한 사각맨홀용 콘크리트 조성물을 제공함으로써, 사각맨홀을 제작함에 있어서 스팀양생을 실시하지 않고서도 충분한 조기강도(예컨대, 재령 6시간 이내에 10MPa 이상의 압축강도)를 확보할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래에 조기강도 발현을 위해 스팀양생이 반드시 필요한 사각맨홀 제작방법과 달리 양생공정에서 스팀양생을 실시할 필요가 없으므로, 사각맨홀을 제작함에 있어서 이산화탄소의 배출을 절감하여 친환경적인 작업이 가능함은 물론, 스팀양생에 필요한 보일러 등의 설비가 생략되는 것으로 인해 생산단가를 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
1. 실험 개요α
표 1은 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 콘크리트 배합비를 나타낸 것이고, 표 2는 실험 항목 및 수준을 나타낸 것이다.. 이때, 경화촉진제로는 질산칼륨 : 68wt%, 알루미나 시멘트 : 7wt%, α형 반수석고 : 5wt%, 티오시안산나트륨 : 2wt%, 칼슘 포메이트 : 3wt% 및 석회석분말 : 15wt%인 것을 사용하였고, 감수제로는 폴리카본계 감수제를 사용하였다. 또한, 물시멘트비(W/C)는 30%로 설정하였으며, 조강시멘트(C)의 사용량은 500kg/m3로 설정하였다. 경화촉진제(HA)는 조강시멘트(C) 사용량 대비 0%(비교예), 1.2%(실시예 1), 1.6%(실시예 2), 2.0%(실시예 3)의 4개의 수준으로 사용하였다. 그에 따른 실험실 레벨에서의 실험은 유동성 측정, 공기량 측정, 응결시간 측정을 하였으며 콘크리트 압축강도확인을 위해 재령 6시간, 12시간, 1일, 3일, 7일, 28일의 강도를 측정하였다.
시료명 W/C
(%)		 S/a
(%)		 질량배합(kg/m3) AD
(C%)		 HA (C%)
W C S G
비교예 (HA-0)
30
46.5
150
500
782
964
1.0		 0
실시예1 (HA-1.2) 1.2
실시예2 (HA-1.6) 1.6
실시예3 (HA-2.0) 2.0
W/C :물시멘트비, S/a : 잔골재율, W : 물, C : 조강시멘트, S : 잔골재(모래), G : 굵은골재(자갈), AD : 감수제, HA : 경화촉진제
실험 항목 측정 수준
슬럼프 플로우 (600±100)mm
공기량 실험 2.0±0.5%
관입저항 실험 Initial set : 3.5MPa
Final set : 28.0MPa
압축강도 Age 6, 9, 12, 18, 24 hour
2. 실험결과 및 분석
도 3은 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 경화촉진제의 사용량에 따른 유동성(Slump Flow) 및 공기량(Air Content) 실험결과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 경화촉진제의 사용량에 따른 응결 실험결과를 나타낸 그래프이며, 도 5는 비교예 및 실시예 1 ~ 3에 따른 시료들에 대한 재령에 따른 압축강도 실험결과를 나타낸 그래프이다.
경화촉진제 첨가량에 따른 유동 특성
도 3을 참조하면, Slump Flow 실험결과 고유동 콘크리트의 기준인 600±50의 범위에 만족하는 것으로 나타났다. 또한 경화촉진제의 사용량이 증가함에 따라 Slump Flow 값은 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 경화촉진제의 성분 중 유동성을 증가시키는 Polycarboxyalte 성분이 포함되어 있음으로 유동성이 증가하는 것으로 판단된다. 공기량 실험결과 프리캐스트 콘크리트 생산시 기준으로 설정되고 있는 3.0% 이하의 범위를 만족하는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트 배합에서의 시멘트사용량이 높고 고강도고유동인점을 감안하였을 때 일반 고강도 콘크리트와 유사한 공기량을 나타내는 것으로 판단된다.
경화촉진제 첨가량에 따른 응결 실험결과
도 4를 참조하면, 응결 실험결과 경화촉진제의 사용량이 증가할수록 초결과 종결시간이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 경화촉진제의 주성분인 칼슘이온의 수화반응 인해 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 급격한 증가로 응결시간이 단축되는 것으로 판단된다. 또한 기존의 프리캐스트 콘크리트의 콘크리트는 타설 시간이 60분 이내 이루어짐으로 증기양생이 없는 프리캐스트 콘크리트 개발시 경화촉진제의 사용량은 시멘트량 대비 2%이하로 사용해야 할 것으로 판단된다.
경화촉진제 첨가량에 따른 압축강도 특성
도 5를 참조하면, 재령에 따른 압축강도 실험결과 경화촉진제의 사용량이 시멘트 사용량대비 1.6%이상인 실시예 2(HA-1.6) 및 실시예 3(HA-2.0)에서는 목표한 재령 6시간이내 압축강도 10MPa를 나타내었으나, 비교예(HA-0)의 경우 조기강도발현이 되지 않았다. 또한 경화촉진제의 사용량이 증가함에 따라 재령 12시간까지의 강도발현 속도의 차이가 있었으며 재령 24시간 이후부터는 경화촉진제의 사용량에 상관없이 압축강도가 유사한 것으로 나타냈다. 이는 경화촉진제가 시멘트의 성분 중 초기강도에 영향을 미치는 C3A와 C3S의 수화반응을 촉진시켜 나타나는 현상으로 판단된다. 또한, 경화촉진제가 2%사용된 실시예 3(HA-2.0)은 28일 재령에서 비교예(HA-0)에 비해 압축강도가 5MPa 감소하는 현상을 나타내었는데,. 이는 경화촉진제로 인해 수화반응이 급격하게 증가하였기 때문이다. 수화반응 속도가 증가할수록 수화생성물의 확산이 불충분하며 시멘트 입자주변에 불투수층 생성과 미세 구조내부의 수화 겔(gel) 분포의 불균일에 의해 나타나는 현상으로 판단된다.
소결
유동성 및 공기량 실험결과 경화촉진제의 첨가에 따라 굳지 않은 콘크리트 실험에서 공기량과 유동성의 증가하는 경향을 나타낸 것으로 경화촉진제의 반응이 공기량과 유동성에 영향을 주고 있음을 확인하였다. 또한, 응결 실험결과 경화촉진제의 첨가에 따른 초결 및 종결의 시간은 비교예(HA-0) 대비 뚜렷한 결과를 나타내었다. 또한, 조기강도 실험결과 실시예 2(HA-1.6)와 실시예 3(HA-2.0)이 재령 6시간에 증기양생이 없이 압축강도 10MPa 이상을 확보하는 것으로 나타났다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 조강시멘트를 포함한 콘크리트 조성물을 제조하는 단계;
    콘크리트 철근이 설치된 사각맨홀용 몰드 내에 상기 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;
    상기 사각맨홀용 몰드에 타설된 콘크리트 조성물을 양생하는 단계; 및
    상기 콘트리트 조성물에 대한 양생이 완료된 후 상기 사각맨홀용 몰드를 탈형하는 단계를 포함하고,
    상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가되며,
    상기 콘크리트 조성물은, 규사, 탄산칼슘, 소포제, 수축저감제, 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose) 및 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)를 더 포함하되, 상기 조강시멘트: 25 ~ 30 중량%, 상기 규사: 35 ~ 45 중량%, 상기 탄산칼슘: 15 ~ 25 중량%, 상기 소포제: 0.05 ~ 0.10 중량%, 상기 수축저감제: 0.1 ~ 5 중량%, 상기 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose): 0.001 ~ 0.005 중량% 및 상기 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose): 0.001 ~ 0.005 중량%로 조성되고,
    상기 경화촉진제는, 질산칼륨: 1 ~ 70 중량%, 알루미나 시멘트: 5 ~ 10 중량%, α형 반수석고: 0.1 ~ 10 중량%, 티오시안산나트륨: 0.1 ~ 3 중량%, 칼슘 포메이트: 1 ~ 5 중량% 및 석회석분말: 5 ~ 20 중량%를 포함하며,
    상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 감수제: 0.6 ~ 1.4 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 경화촉진제가 1.6 ~ 2.0 중량부로 첨가된 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 콘크리트 조성물을 이용한 사각맨홀 제작방법.
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  9. 조강시멘트에 경화촉진제가 첨가된 사각맨홀용 콘크리트 조성물로서,
    상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 상기 경화촉진제가 1.2 ~ 2.0 중량부로 첨가되며,
    상기 콘크리트 조성물은, 규사, 탄산칼슘, 소포제, 수축저감제, 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose) 및 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose)를 더 포함하되, 상기 조강시멘트: 25 ~ 30 중량%, 상기 규사: 35 ~ 45 중량%, 상기 탄산칼슘: 15 ~ 25 중량%, 상기 소포제: 0.05 ~ 0.10 중량%, 상기 수축저감제: 0.1 ~ 5 중량%, 상기 메틸셀룰로우즈(methyl cellulose): 0.001 ~ 0.005 중량% 및 상기 메틸에틸셀룰로우즈(methyl ethyl cellulose): 0.001 ~ 0.005 중량%로 조성되고,
    상기 경화촉진제는, 질산칼륨: 1 ~ 70 중량%, 알루미나 시멘트: 5 ~ 10 중량%, α형 반수석고: 0.1 ~ 10 중량%, 티오시안산나트륨: 0.1 ~ 3 중량%, 칼슘 포메이트: 1 ~ 5 중량% 및 석회석분말: 5 ~ 20 중량%를 포함하며,
    상기 콘크리트 조성물은, 상기 조강시멘트 100 중량부에 대하여, 감수제: 0.6 ~ 1.4 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀양생이 필요없는 사각맨홀용 콘크리트 조성물.
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