KR101969328B1 - 저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동성확보를 위해 폴리칼본산계를 주재로 하며 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되는 저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물에 관한 것이다.

Description

저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물{Admixture composition for low-powder, high-flow concrete}

본 발명은 저분체 콘크리트에 첨가되어 고유동성이 발현되도록 하면서도 강도저하 없이 재료분리에 대한 저항성, 수축에 의한 균열저항성을 향상시킬 수 있는 혼화제 조성물에 관한 것이다.

SCP는 다량의 스터드가 설치되어 일반적인 콘크리트로는 충전이 곤란하여 유동성과 충전성이 우수한 고유동 콘크리트가 사용되어야 한다. 고유동 콘크리트는 크게 분체계와 증점제계로 구분되는데 분체계는 다량의 결합재의 시용에 의한 점성증대에 기인하여 유동성 및 충전성을 발현한다. 이러한 분체계는 다량의 결합재의 사용에 의해 콘크리트의 유동성을 극대화시켜주는 원리이며 고강도 콘크리트의 영역에 속하는데, SCP용 채움 콘크리트의 필요강도는 약 45MPa의 콘크리트이므로 분체계의 고유동 콘크리트의 적용은 비효율적이다.

증점제계 고유동 콘크리트의 경우 증점제에 의한 재료분리 억제하는 방법으로 분체계에 비하여 비교적 낮은 분체량을 사용하고도 제조가 가능 하지만 높은 유동성 확보(슬럼프플로 600 mm 이상)를 위해서는 최소 460 kg/m3이상의 분체량을 필요로 한다. 그러나 SCP용 배합은 분체량이 430kg/m3 이하로 매우 낮은 분체량을 사용함에 따라 일반적인 증점제계를 적용하여 유동성을 확보하는데 어려움이 있다.

또한, 증점제계 고유동 콘크리트는 지나친 점성의 증대로 인한 콘크리트의 작업성 및 유동성 증대에 많은 어려움이 있으며, 증점제를 고성능 감수제와 별도로 투입해야 함으로 생산시설의 보완 및 추가 투자가 이루어져야 하여 원가상승의 문제점이 대두되고 있다.

일 예로 대한민국 특허등록 제0888534호에서는 중량백분율로서 시멘트 조성물 20~25%, 물 5~10%, 골재 65~74.9% 및 고유동화제, 공기연행제, 점증제를 포함하는 혼화제 0.1~0.5%를 교반하는 과정으로 이루어지며, 상기 시멘트 조성물은 중량백분율로서 시멘트 36~44%, 플라이애시 18~22%, 고로슬래그 분말 27~37% 및 석회석 분말 9~11%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유동성 콘크리트 제조방법을 제시하고 있다.

그런데 상기 기술의 경우 고유동화제에 의해 고유동성이 확보될 수 있으나 재료분리에 대한 저항성, 균열에 대한 저항성을 기대할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제0888534호

따라서, 본 발명은 저분체 콘크리트에 첨가되어 고유동성이 확보되면서도 재료분리에 대한 저항성, 균열에 대한 저항성이 향상될 수 있는 혼화제를 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은 폴리칼본산계를 주재로 하며 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 하이드록시에틸섬유소가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 하이드록시에틸섬유소 20 내지 40중량부, 에틸헥실글리세린 1 내지 5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조성물은 저분체 콘크리트에 있어 고유동성이 발현되도록 하면서도 강도저하 없이 재료분리에 대한 저항성, 수축에 의한 균열저항성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 배합별 유동성 및 재료분리평가 정수 실험결과를 나타내는 그래프이고,
도 3은 배합별 재령경과에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이고,
도 4는 배합변경에 따른 유동성 실험결과를 나타내는 사진이고,
도 5는 혼화제원료 및 첨가제원료 혼합성능을 검토하기 위한 과정을 나타낸 것이고,
도 6 및 도 7은 첨가제 종류에 따른 콘크리트 유동성 및 재료분리평가 정수 실험결과를 나타내는 그래프이고,
도 8은 첨가제에 하이드록시에틸섬유소를 과다로 첨가하는 경우에 층분리현상이 발현되는 것을 나타내는 사진이다.

이하 본 발명의 실시 예 및 실험 예를 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은 폴리칼본산계를 주재로 하며 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리칼본산계의 경우 기존에 사용하던 혼화제에 비하여 우수한 감수성능을 발휘할 뿐만 아니라, 슬럼프 로스가 적고, 또한 우수한 혼련성을 가지는 특징이 있다. 이러한 폴리칼본산계는 1개의 주쇄와 측쇄로 구성되어 주쇄는 시멘트 입자의 간격을 넓혀 혼합수가 효과적으로 시멘트와 접촉하여 수화반응을 원활하게 하는 기능을 하여 주로 콘크리트의 감수효과를 높이는 역할을 하고, 측쇄는 시간에 따라 감소하는 콘크리트의 유동특성을 유지시켜 작업성을 높이는 역할을 하는 것이다.

그런데 저분체 콘크리트에서 고유동성을 확보하기 위해 폴리칼본산계를 다량 첨가하는 경우 재료분리 및 응결지연에 따른 강도저하가 발생되는 문제가 있는 바, 본 발명에서는 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되도록 하는 것이며, 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위한 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드가 포함되도록 하는 것이다.

이는 이하에서 보는 실험을 통해서도 증명된다.

본 실험에서는 하기 표 1 및 표 2에서 보는 바와 같이 SCP 충전 콘크리트의 목표 강도와 동일한 수준의 레미콘 배합(배합1, 도 1, 및 도 2에서는 실무배합으로 표기)을 선정하고, 레미콘 배합과 동일 배합에서 유동성을 높인 배합(배합2, 도 1 도 2 및 도 3에서는 LNG용 배합 1 또는 LNG 1로 표기)에 대하여 문제점을 확인한 후, SCP 충전 콘크리트에서 요구되는 고유동 자기충전 콘크리트에 적합하게 굵은골재 및 잔골재율을 조정한 배합(배합3, 도 1 도 2 및 도 3에서는 LNG용배합 2로 표기)의 성능을 검토하여 본 발명의 조성물의 효과를 검토하고자 하는 것이다. 본 실험에서의 혼화제는 폴리칼본산계가 사용되었다.

하기 표 3은 실무배합을 SCP 충전 콘크리트용 배합으로 변경 시 문제점 도출을 위한 배합실험의 실험결과를 나타낸 것이고 도 1은 배합별 유동성 실험결과를 도시하고 있으며, 도 2는 배합별 재령경과에 따른 압축강도를 도시하고 있다.

먼저 유동성으로 실무에서 사용하고 있는 레미콘 배합(배합1)의 유동성은 슬럼프 170 mm로 일반 건축현장에서 사용하는 목표 강도 배합에서 사용하는 유동성 범위와 동일한 범위의 유동성을 확보하였고, 레미콘 배합(배합1)을 SCP 충전 콘크리트에서 요구하는 고유동 자기충전 콘크리트의 물성으로 변경시 배합 1과 잔골재율 및 굵은 골재 최대치수를 고정하여 유동성만을 높인 배합에서는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 목표 유동성 확보가 불가능한 것으로 평가되었다.

SCP 충전 콘크리트 배합에 맞춰 잔골재율 및 굵은골재 13 mm를 적용하여 목표 유동성을 확보하기 위한 배합 3번 실험결과 목표유동성 확보는 가능하였으나 도 3에서 보는 바와 같이 재료분리가 발생하여 동일 유동성에서 재료분리 방지가 가능하고 유동성을 더욱 향상 시킬 수 있도록 하는 것이 타당하다고 판단되었다.

압축강도 측정 결과 모두 목표 강도 이상의 수준을 발현하여 목표 강도 확보를 위한 별도의 대책은 필요 없을 것으로 사료되며 배합 3을 기준으로 단계별 실험에 적용하는 것으로 하였다.

그 다음으로 첨가제 샘플 37 종류를 수급하여 사전 실험을 통하여 혼화제원료로 폴리칼본산계와 상기 샘플들의 혼합성능을 검토하였다. 폴리칼본산계와 첨가제의 혼합성능 검토절차는 도 5에서 보는 바와 같이 혼화제원료(폴리칼본산계)와 첨가제 원료를 각각 동일한 비율의 수용액으로 만든 후 혼화제 원료 수용액과 첨가제 원료 수용액을 혼합하여 7일간 정치시켜 혼합(분리) 성능을 확인하는 것으로 하였다. 총 37개의 첨가제 샘플 중 혼화제 원료와 혼합이 가능한 샘플은 4 가지(PEO계, MC계, 아크릴계, 우레탄계)로 하기 표 4와 같이 사전 실험배합과 동일한 배합에 첨가제원료를 적용하여 성능검토를 실시하였다.

하기 표 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 첨가제 종류 변화에 따른 유동성은 모든 배합에서 600 mm 이상의 유동성을 확보하였으나, 도 7에서 보는 바와 같이 첨가제 PEO(폴리에틸렌옥사이드)계를 제외한 모든 배합에서 재료분리가 발생하여 MC계, 아크릴계, 우레탄계 3종류의 경우는 재료분리 방지에 큰 효과가 없는 것으로 사료되며, PEO계 첨가제의 경우 재료분리가 없는 범위에서 목표 유동성을 확보하는데 효과적인 것으로 나타났다.

상기에서 본 바와 같이 저분체 콘크리트에 상기에서 언급한 혼화제 조성물을 첨가하면 강도저하 없이 고유동성이 확보되면서 재료분리에 대한 저항성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 그런데 폴리칼본산계를 주재로 하고 폴리에틸렌옥사이드를 첨가제로 한 혼화제만을 첨가하는 경우 고유동성 확보에 따른 수축균열의 문제가 유발될 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기 첨가제에 하이드록시에틸섬유소가 더 포함되는 예를 제시하고 있다.

상기 하이드록시에틸섬유소는 수용성 고분자로서 첨가되는 것으로 수성 성분의 폴리머 에멀젼을 통해 피막기능을 부여하게 되는 것이다. 즉 물에 상기 하이드록시에틸섬유소가 분산된 상태에서 도포 등이 되어 수분증발에 따라 폴리머 필름을 형성시킴으로써 시멘트 입자 표면으로부터의 수분 증발을 억제시킨다.

즉 이러한 하이드록시에틸섬유소에 의해 수분증발을 방지함으로써 모세관현상에 의한 균열 등을 제어하게 되는 것이다. 또한 수분증발에 의한 유동성 저하의 문제도 해결토록 하는 것이다.

이와 같이 저분체 콘크리트에 하이드록시에틸섬유소를 포함하는 혼화제를 첨가하여 고유동성이 확보되도록 함과 동시에 수분증발을 제어하여 균열을 제어토록 하게 된다.

그런데 균열제어를 위해 하이드록시에틸섬유소를 다량으로 첨가하는 경우 하이드록시에틸섬유소 간 뭉침이 발생되거나 도 8에서 보는 바와 같이 층분리현상이 발생되는 문제가 있을 수 있다.

이에 본 발명에서는 적정의 하이드록시에틸섬유소가 첨가됨에 더하여 에틸헥실글리세린이 더 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다.

상기 에틸헥실글리세린은 식물성 글리세린의 일종으로 보습효과가 우수한 것으로 알려져 있다. 즉 상기 첨가제에 에틸헥실글리세린이 더 첨가되도록 하여 저분체 콘크리트의 경화과정 및 시공후 모세관현상으로 수분이 증발에 의해 형성되는 미세균열을 제어하는 것이다.

즉 본 실시 예에서는 하이드록시에틸섬유소와 에틸헥실글리세린의 보완작용에 의해 저분체 콘크리트에서 고유동성이 확보되면서도 균열에 대한 저항성도 향상시키도록 하는 것이다.

바람직하게 상기 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 하이드록시에틸섬유소 20 내지 40중량부, 에틸헥실글리세린 1 내지 5중량부가 포함되도록 하는 것이 타당하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이

Claims (4)

1. 유동성확보를 위해 폴리칼본산계를 주재로 하며, 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되며,
   상기 첨가제는,
   폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 하이드록시에틸섬유소 20 내지 40중량부, 에틸헥실글리세린 1 내지 5중량부가 포함되되,
   물에 상기 하이드록시에틸섬유소가 분산된 상태에서 도포되어 수분증발에 따라 폴리머 필름을 형성시킴으로써 시멘트 입자 표면으로부터의 수분 증발을 억제시키면서, 상기 에틸헥실글리세린이 저분체 콘크리트의 경화과정 및 시공후 모세관현상으로 수분 증발에 의해 형성되는 미세균열을 제어하는 것을 특징으로 하는 저분체 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물.
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