KR101861228B1 - 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고로슬래그 미분말과 함께 포틀랜드 시멘트, 에폭시 수지 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트를 혼합한 콘크리트 조성물을 제공함으로써, 고로슬래그 미분말이 혼합된 콘크리트 조성물의 가장 큰 문제점인 초기 강도 저하 문제를 해결할 수 있도록 하는, 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

Description

초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물{CONCRETE COMPOSITION WITH IMPROVED EARLY STRENGTH}

본 발명은 고로슬래그 미분말이 혼합된 콘크리트 조성물에 대한 초기 강도를 향상시킬 수 있도록 하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 조성물은 시멘트, 모래, 자갈 및 물이 혼합되어 이루어지는 복합 재료로써, 비교적 저렴한 가격에 비하여 강도가 우수하고 거푸집의 설치에 따라 다양한 형상으로 성형할 수 있어 최근까지 건축 구조체를 형성하는 재료로서 가장 보편적으로 사용되고 있는 재료이다.

상기 콘크리트 조성물은 시멘트, 모래, 자갈 및 물을 기본 재료로 하여 이루어짐이 일반적이나, 최근에는 그 품질을 개선하거나 여러 특성을 부여하기 위하여 고로슬래그 미분말과 같은 포졸란 물질을 혼화재로 첨가하여 사용하는 경우가 증가하고 있다.

상기 고로슬래그 미분말은 제철소에서 선철을 제조할 때 고로에서 비중의 차에 의해 분리되는 용융슬래그를 찬공기나 냉수로 급히 식힌 입상(粒狀)의 수쇄슬래그를 분쇄기로 미분쇄하여 얻는 산업부산물로써, 이를 사용할 경우 미세 결정구조 및 화학적 성질이 포틀랜드 시멘트 경화체화는 다른 특성을 가지며, 포틀랜드 시멘트만을 사용한 콘크리트에 비해 수화발열속도 및 콘크리트 온도상승 억제, 장기강도 향상, 수밀성 향상 등의 효과를 가지며, 관련 선행기술로써 특허문헌 1 내지 3 등이 있다.

하지만 상기와 같은 특허들의 경우에는 일반적으로 고로슬래그 미분말을 사용하지 않은 콘크리트 조성물에 비하여 장기 재령에서는 그 강도가 현저하게 증가하나, 초기 재령에서의 초기 강도는 떨어지는 현상이 발생한다.

이는 고로슬래그 자체의 반응성이 낮으므로 초기 재령에서는 강도가 낮게 발현되나 장기 재령에서는 상기 고로슬래그가 조성물 중의 물에 용해되어 있는 수산화칼슘과 서서히 화합하여 불용성의 안정한 규산칼슘수화물 등을 생성(포졸란 반응)하기 때문이다.

상기와 같은 특성으로 인하여 고로슬래그가 혼입된 콘크리트 조성물의 초기 강도 확보는 콘크리트 공사 관리시 대단히 중요한 사항이 되고 있으며, 이와 관련하여 고성능 감수제, 실리카흄 등 추가로 고가의 혼화재료를 첨가하여 초기 강도를 확보할 수 있으나, 이는 콘크리트 타설시 신중한 배합관리가 요구되고, 비용이 많이 소모되어 경제적으로 부담이 증가되는 단점이 있어 실제 국내의 작업현장에서는 거의 사용되고 있지 않은 실정이다.

따라서, 고로슬래그를 첨가하더라도 저렴한 비용으로 초기 강도를 확보할 수 있는 콘크리트 조성물에 대한 개발이 절실한 실정이다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1606840호 "구조물 보강용 콘크리트 조성물 및 그 제조방법" 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1007928호 "고로슬래그 미분말의 물성 개선을 통한 시멘트 대체용 프리믹스 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트용 결합재 조성물" 특허문헌 3 : 대한민국 등록특허공보 제10-1693333호 "저발열형 고강도 콘크리트 조성물"

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고로슬래그 미분말과 함께 포틀랜드 시멘트, 에폭시 수지 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트를 혼합한 콘크리트 조성물을 제공함으로써, 고로슬래그 미분말이 혼합된 콘크리트 조성물의 가장 큰 문제점인 초기 강도 저하 문제를 해결할 수 있도록 함을 과제로 한다.

본 발명은 콘크리트 조성물에 있어서, 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대하여, 포틀랜드 시멘트 50 ~ 60 중량부, 에폭시 수지 0.5 ~ 2 중량부 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트 30 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.

한편, 상기 고로슬래그 미분말은 3,000 ~ 4,000cm²/g인 분말도를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트는, 테트라알콕시실란과 세피얼라이트를 1 : 1 ~ 4 : 1 중량비로 혼합하여 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 제조되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 세피얼라이트는, 입자크기가 100 ~ 200nm이고, 공극률이 38 ~ 49%인 것이 바람직하다.

본 발명은 고로슬래그 미분말과 함께 포틀랜드 시멘트, 에폭시 수지 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트를 혼합한 콘크리트 조성물을 제공함으로써, 고로슬래그 미분말이 혼합된 콘크리트 조성물의 초기강도를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하며, 일반적인 콘크리트 조성물의 제조분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.

본 발명은 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대하여, 포틀랜드 시멘트 50 ~ 60 중량부, 에폭시 수지 0.5 ~ 2 중량부 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트 30 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 고로슬래그 미분말은 용광로에서 철광석으로부터 선철을 만들 때 생기는 철 이외의 불순물로써, 이를 분쇄하여 3,000 ~ 4,000cm²/g의 분말도를 가지는 것을 사용한다. 분말도가 상기 범위를 벗어날 경우 후술되어질 포틀랜드 시멘트와의 결합성이 저하될 우려가 있다.

상기 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement, OPC)는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부를 용융 및 소결시킨 후 석고를 첨가해 분말로 한 것으로, 세계적으로 가장 널리 쓰이는 보통 시멘트의 한 종류이며 이미 공지된 물질이다. 여기서 상기 포틀랜드 시멘트의 함량이 50 중량부 미만일 경우, 콘크리트 조성물로써 부적합하며, 60 중량부를 초과할 경우, 양생 시 초기 균열이 발생할 우려가 있다.

상기 에폭시 수지는 결합재 및 내구성 향상을 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 0.5 중량부 미만일 경우 콘크리트 조성물이 제대로 혼합되지 못할 우려가 있으며, 2 중량부를 초과할 경우 양생시 균열을 발생시키는 원인이 될 수 있다.

상기 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트는, 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침된 것으로, 콘크리트 조성물의 초기 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 30 중량부 미만일 경우 초기 강도 향상 효율이 미비해질 우려가 있으며, 50 중량부를 초과할 경우 양생시 균열을 발생시키는 원인이 될 수 있다.

한편, 상기 세피얼라이트(Sepiolite)는 해포석(Merrshaum)의 한종류로 다공성 광물이며, 상기 테트라알콕시실란(tetraalkoxysilane)은 콘크리트 조성물에 포함된 수화물과 결합하여 삼차원의 그물구조를 형성하는 것으로, 상기와 같이 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 하기 위해 테트라알콕시실란과 세피얼라이트를 1 : 1 ~ 4 : 1 중량비로 혼합하여 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 한다.

아울러, 그 함침효율 및 초기 강도 향상 효율을 향상시키기 위해 세피얼라이트는, 입자크기가 100 ~ 200nm이고, 공극률이 38 ~ 49%인 것을 사용한다.

여기서, 상기 테트라알콕시실란과 세피얼라이트의 혼합비나 세피얼라이트의입자크기 및 공극률이 상기 범위를 벗어날 경우, 함침효율 및 초기 강도 향상 효율이 미비해질 우려가 있다.

이하, 본 발명을 아래의 실시예를 통해 상세히 설명하지만, 실시예에 의해 반드시 한정하는 것은 아니다.

1. 콘크리트 조성물의 제조

(실시예 1)

분말도가 4,000cm²/g인 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대하여, 포틀랜드 시멘트 50 중량부, 에폭시 수지 0.5 중량부 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트 30 중량부를 혼합하되, 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트는 테트라알콕시실란과, 입자크기가 100nm이고 공극률이 38%인 세피얼라이트를 4 : 1 중량비로 혼합하여 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 제조한 것을 사용하였다.

(실시예 2)

분말도가 3,000cm²/g인 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대하여, 포틀랜드 시멘트 60 중량부, 에폭시 수지 2 중량부 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트 50 중량부를 혼합하되, 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트는 테트라알콕시실란과, 입자크기가 200nm이고 공극률이 49%인 세피얼라이트를 1 : 1 중량비로 혼합하여 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 제조한 것을 사용하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일하게 제조하되, 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트를 혼합하지 않았다.

(비교예 2)

실시예 2와 동일하게 제조하되, 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트를 혼합하지 않았다.

2. 콘크리트 조성물의 초기 강도 비교

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 초기 강도를 측정하기 위해, 재령 3일(초기), 재령 7일(초기) 및 재령 28일 후, 한국공업규격 KS F 2403, 2405에 규정된 공시체 제작 및 강도측정방법에 의하여 초기 강도를 측정하였으며, 그 결과를 아래의 [표 1]에 나타내었다.

구분	압축강도 kgf/㎠
	재령 3일(초기)	재령 7일(초기)	재령 28일
실시예 1	277	317	458
실시예 2	280	328	466
비교예 1	136	197	309
비교예 2	133	208	321

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 고로슬래그 미분말과 함께 포틀랜드 시멘트, 에폭시 수지 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트가 혼합됨에 따라 비교예 1 및 2에 비하여 초기 강도가 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물의 우수성이 입증되었지만 본 발명은 상기의 구성에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (4)

1. 콘크리트 조성물에 있어서,
   고로슬래그 미분말 100 중량부에 대하여, 포틀랜드 시멘트 50 ~ 60 중량부, 에폭시 수지 0.5 ~ 2 중량부 및 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트 30 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어지되,
   상기 테트라알콕시실란이 함침된 세피얼라이트는, 테트라알콕시실란과 세피얼라이트를 1 : 1 ~ 4 : 1 중량비로 혼합하여 세피얼라이트의 공극에 테트라알콕시실란이 함침되도록 제조되는 것을 특징으로 하는, 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고로슬래그 미분말은 3,000 ~ 4,000cm²/g인 분말도를 가지는 것을 특징으로 하는, 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 세피얼라이트는,
   입자크기가 100 ~ 200nm이고, 공극률이 38 ~ 49%인 것을 특징으로 하는, 초기 강도가 향상된 콘크리트 조성물.