KR101990834B1 - 비구조용 콘크리트 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 버림 콘크리트 또는 옥상의 누름 콘크리트로 사용하기 위한 비구조용 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비구조용 콘크리트로서의 최적화된 요구성능을 발현하면서 산업부산물의 적극적인 재활용으로 경제성을 확보한 비구조 콘크리트용 결합재 조성물과 이를 바람직하게 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비구조 콘크리트용 결합재 조성물은, 포틀랜드 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 미분말 30~50중량%; 포졸란 물질 20~30중량%; 수축 저감형 혼화제 1~5중량%;를 포함하여 조성되되, 포졸란 물질은 열병합발전소 플라이애시와 페로니켈 슬래그가 혼합 조성되어 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유하게 된 것이고, 수축 저감형 혼화제는 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 칼슘 설페이트 10~40중량%, 알칼리 설페이트 30~60중량%를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 비구조 콘크리트용 결합재 조성물은, 포틀랜드 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 미분말 30~50중량%; 포졸란 물질 20~30중량%; 수축 저감형 혼화제 1~5중량%;를 포함하여 조성되되, 포졸란 물질은 열병합발전소 플라이애시와 페로니켈 슬래그가 혼합 조성되어 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유하게 된 것이고, 수축 저감형 혼화제는 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 칼슘 설페이트 10~40중량%, 알칼리 설페이트 30~60중량%를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 버림 콘크리트 또는 옥상의 누름 콘크리트로 사용하기 위한 비구조용 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비구조용 콘크리트로서의 최적화된 요구성능을 발현하면서 산업부산물의 적극적인 재활용으로 경제성을 확보한 비구조 콘크리트용 결합재 조성물과 이를 바람직하게 이용한 비구조용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
비구조용 콘크리트는 대부분 버림 콘크리트나 누름 콘크리트로 사용된다. 버림 콘크리트는 토양이나 지반 등 고르지 못한 바닥에 수평으로 정리하기 위하여 타설하는데, 거푸집 설치, 철근 배근 등의 후속공정 작업을 위한 목적이다. 누름 콘크리트는 공동주택이나 건축물 지하 혹은 옥상의 방수층의 탈락이나 파손 등을 보호할 목적으로 타설하는 콘크리트이다.
비구조용 콘크리트는 구조적 역할을 하지 않기 때문에 15NPa 내외의 저강도로 설계되는데, 요구강도가 낮아 고로슬래그 시멘트나 3성분계 혼합 시멘트 등을 주로 활용한다. 산업부산물을 적극 활용하여 경제성과 친환경성을 확보하고자 한 것이다. 그런데 특수시멘트의 사용과 함께 적은 단위결합재량과 높은 물시멘트비로 배합설계되기 때문에 블리딩, 건조수축 균열 등의 하자가 다수 발생하기 쉽다.
본 발명은 산업부산물을 적극 활용하여 경제성과 친환경성을 확보할 수 있는 새로운 비구조용 콘크리트를 위해 개발된 것으로서, 비구조용 콘크리트로서의 요구성능에 최적화된 경제적인 새로운 결합재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 블리딩과 건조수축에 의한 길이변화를 효과적으로 저감시켜 품질향상을 이끌 수 있는 비구조용 콘크리트를 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 포틀랜드 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 미분말 30~50중량%; 포졸란 물질 20~30중량%; 수축 저감형 혼화제 1~5중량%;를 포함하여 조성되되, 포졸란 물질은 열병합발전소 플라이애시와 페로니켈 슬래그가 혼합 조성되어 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유하게 된 것이고, 수축 저감형 혼화제는 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 칼슘 설페이트 10~40중량%, 알칼리 설페이트 30~60중량%를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 하는 비구조 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 버림 콘크리트 또는 누름 콘크리트 배합에서, 결합재로 비구조 콘크리트용 결합재 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 버림 또는 누름 콘크리트와 같이 비구조용 콘크리트로서의 요구성능에 최적화된 경제적인 새로운 결합재 조성물을 제공할 수 있다. 다시 말해 산업부산물을 적극 활용함으로써 경제성과 친환경성을 확보할 수 있고, 건조수축 저감을 이끌 수 있는 새로운 혼화제를 혼입함으로써 요구성능을 최적화시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 비구조 콘크리트용 결합재 조성물은 반응 초기에 다량의 물과 반응하는 혼화제가 혼입되기 때문에 블리딩을 효과적으로 감소시켜 품질향상을 이끌 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시험예의 결과로서, 각각 길이변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 버림 또는 누름 콘크리트와 같이 비구조용 콘크리트공사에 사용하기 위한 비구조 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것으로, 포틀랜드 시멘트와 함께 산업부산물을 적극 사용하여 친환경성과 경제성을 도모한다는데 특징이 있다. 산업부산물로는 고로슬래그 미분말, 열병합발전소 플라이애시 등으로부터 유래된 포졸란 물질, 재활용 소석고, 재활용 소석회 등을 사용한다.
구체적으로 본 발명에 따른 비구조 콘크리트용 결합재 조성물은, 포틀랜드 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 미분말 30~50중량%; 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유한 포졸란 물질 20~30중량%; 수축 저감형 혼화제 1~5중량%;를 포함하여 조성된다. 여기서 수축 저감형 혼화제는 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 칼슘 설페이트 10~40중량%, 알칼리 설페이트 30~60중량%를 포함하여 조성되며, 이러한 혼화제 조성물은 건조수축 저감 및 블리딩 저감에 기여한다.
포틀랜드 시멘트는 소요강도 발현을 위한 기본적인 재료가 되며, 25~40중량% 사용한다. 25중량% 미만이면 강도발현이 부족하고, 40중량% 초과하면 경제성 및 친환경성이 떨어지고 또한 블리딩이 발생할 우려가 있다.
고로슬래그 미분말은 산업부산물 활용에 따른 경제성 및 친환경성 확보에 기여하는 재료가 되며, 또한 장기강도 발현에도 기여한다. 고로슬래그 미분말은 30~50중량% 사용하는데, 30중량% 미만이면 경제성 및 친환경성 확보가 미흡하고 장기강도 발현이 저하하며, 50중량% 초과하면 초기강도 저하와 블리딩 발생이 우려된다.
알칼리 토금속 함유의 포졸란 물질은 포틀랜드 시멘트의 초기경화 반응을 촉진하는 재료가 된다. 대표적인 포졸란 물질인 석탄 화력발전 플라이애시나 실리카퓸은 알칼리 토금속 함량이 매우 적은데, 본 발명에서는 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유한 포졸란 물질을 적용한다. 다량의 알칼리 토금속에 의해 CSH 수화물(Calcium Silicate Hydrate) 생성이 유리해진다. 또한 포졸란 물질은 포졸란 반응 생성물이 혼화제에 포함된 소석고 및 소석회와 반응하여 에트링자이트(ettringite) 생성에도 기여한다(C3A + xCaO + yCaSO4 + zH2O -> C3A·3CS·32H2O). 본 발명에서 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유한 포졸란 물질은, CaO, MgO 등을 함유한 열병합발전소 플라이애시와 페로니켈 슬래그가 혼합 조성되어 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유하게 된 것이다. 이와 같은 포졸란 물질은 20~30중량% 사용하는데, 20중량% 미만이면 초기경화촉진 효과가 미흡하여 초기강도 발현 저하를 초래하고, 30중량%를 초과하면 발열반응열에 의한 지나친 경화촉진으로 유동성 부족이 우려된다.
수축 저감형 혼화제는 건조수축 저감과 블리딩 저감을 통해 강도증진을 개선하는 재료가 된다. 시멘트 내지 포졸란 물질의 반응 생성물과 수화반응하여 에트린자이트를 생성하며, 이로써 수화반응 초기에 다량의 물과 반응함에 따라 블리딩 감소와 건조수축 저감에 기여하는 것이다. 특히 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 칼슘 설페이트 10~40중량%, 알칼리 설페이트 30~60중량%를 포함하도록 조성하여 사용한다. 이와 같은 재료선택과 조성범위는 건조수축 저감과 블리딩 저감, 경제성을 동시에 고려한 결과인데, 소석고와 소석고는 범위 이하이면 수축 저감 성능이 저하하고 범위를 초과하면 강도 성능이 저하하며, 칼슘 설페이트와 알칼리 설페이트는 범위 이하이면 강도 성능이 저하하고 범위를 초과하면 경제성이 떨어진다. 혼화제에서 소석고 및 소석회는 경제성을 위해 재활용 재료로 채택할 수 있다. 알칼리 설페이트는 알칼리에 의해 pH를 상승시켜 시멘트, 고로슬래그 미분말, 포졸란 물질의 반응성 향상에 기여하는데, 황산나트륨, 황산칼슘 등을 채택하면 적당하다.
이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[시험예] 콘크리트 성능 시험
1. 재료 준비
아래 [표 1]과 같은 조성으로 수축 저감형 혼화제를 준비하고, [표 2]와 같은 조성으로 비구조 콘크리트용 결합재를 준비하였다. 결합재 조성에서 비교예1은 통상의 플라이애시를 사용한 경우이고, 비교예2는 통상의 플라이애시 대신 알칼리 토금속 함유 포졸란 물질을 사용하면서 수축 저감형 혼화제를 사용하지 않은 경우이고, 실시예는 알칼리 토금속 함유 포졸란 물질과 수축 저감형 혼화제를 동시에 사용한 경우이다.
구분 | 범위 | 사용 재료의 조건 |
recycled 소석고(G) | 13 | 주요 화학식: CaSO4 1/2 H2O 밀도: 2.31g/cm3, 분말도: 2760cm2/g |
recycled 소석회(C) | 22 | 주요 화학식: Ca(OH)2 비중: 2.75g/cm3, 분말도: 4312cm2/g |
Calcium Sulfate(S) | 27 | 주요 화학식: CaSO4 비중: 2.91g/cm3 , 분말도: 4480 cm2/g |
Alkali-sulfate(A) | 38 | 주요 화학식: Na2SO4 함량: > 99%, 불용분: < 0.05% |
합계 | 100 | - |
구분 | 재료 조건 | 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 |
보통 포틀랜드 시멘트(OPC) | 밀도 3.15g/cm3 분말도 3,419cm2/g |
40 | 40 | 35 |
고로슬래그 미분말(SP) | 밀도 2.89g/cm3 분말도 4,059 cm2/g |
40 | 40 | 40 |
플라이애시(FA) | 밀도 2.24g/cm3, 분말도 3,430 cm2/g |
20 | - | - |
알칼리 토금속 함유 포졸란 물질 |
밀도 2.47g/cm3 분말도 3,114cm2/g |
- | 20 | 23 |
수축 저감형 혼화제 |
비중 2.74 분말도 3128cm2/g |
- | - | 2 |
소계 | - | 100 | 100 | 100 |
알칼리 토금속 함유 포졸란 물질은 열방합발전소 플라이애시:페로니켈 슬래그를 2:1 중량비로 혼합한 것으로 알칼리 토금속을 12.1중량% 함유함 |
2. 콘크리트 배합
본 발명에 따른 비구조용 콘크리트에 대한 물성을 시험하기 위해 아래 [표 3]과 같은 조건으로 콘크리트를 배합하였다.
구분 | W/C (%) |
S/a (%) |
단위재료량(kg/m3) | ||||||||
OPC | SP | FA | 알칼리 토금속 함유 포졸란 물질 |
수축저감형 혼화제 |
W | G | S | AD | |||
비교예1 | 61.6 | 50.8 | 106 | 106 | 53 | - | - | 163 | 923 | 946 | 1.86 |
비교예2 | 61.6 | 50.8 | 106 | 106 | - | 53 | - | 163 | 923 | 946 | 1.86 |
실시예 | 61.6 | 50.8 | 93 | 106 | - | 61 | 5 | 163 | 923 | 946 | 1.86 |
굵은골재(G): 최대치수 25mm, 밀도 2.61g/cm3의 부순자갈 잔골재(S): 밀도 2.57g/cm3의 세척사 감수제(AD): 폴리카르본산계 감수제 |
3. 콘크리트 물성
(1)시험방법
[표 3]의 조건으로 배합된 콘크리트에 대해 공기량, 슬럼프, 블리딩, 압축강도, 길이변화를 시험하였다. 공기량과 슬럼프는 각각 KS F 2402「콘크리트의 슬럼프 시험방법」과 KS F 2421「압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험방법」으로 시험하였고, 블리딩은 콘크리트의 블리딩 시험은 KS F 2414「콘크리트의 블리딩 시험방법」에 의해 측정하였다. 블리딩 시험에서 블리딩량은 B q =V/A( B q : 블리딩량(㎥/㎡), V: 마지막까지 누계한 블리딩에 의한 물의 용적(㎥), A: 콘크리트 윗면의 면적(㎡))) 계산식에 따라 계산하였다. 압축강도는 KS F 2405「콘크리트의 압축강도 시험방법」으로 시험하였다. 길이변화는 매립형 스트레인 게이지 활용하여 시험체 제작 후 28일까지 측정하였다(시험 조건: 20℃, 상대습도: 35%).
(2)시험결과
시험결과는 아래 [표 4,5,6] 및 도 1과 같다. 보는 바와 같이 실시예는 비교예1,2에 비해 유동성이 향상되면서 블리딩이 효과적으로 저감하고, 더불어 압축강도는 증진하고 길이변화는 저감한 것으로 확인된다. 이와 같은 결과는 알칼리 토금속 함유 포졸란 물질과 수축 저감형 혼화제를 동시 사용함에 따른 것이라 할 수 있겠다.
구분 | 비교예1 | 비교예2 | 실시예 | |
슬럼프 | mm | 170 | 170 | 185 |
공기량 | % | 4.8 | 4.2 | 4.5 |
블리딩 (㎥/㎡) |
~ 120분 | 0.0074 | 0.0063 | 0.0048 |
120분~150분 | 0.0005 | 0.0009 | 0.0004 | |
150분~180분 | 0.0001 | 0.0002 | 0.0002 | |
~180분 누적량 | 0.0080 | 0.0074 | 0.0054 |
구분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 |
3일 | 5.5 | 7.2 | 7.7 |
7일 | 11.1 | 14.8 | 15.3 |
28일 | 15.5 | 17.8 | 20.8 |
구분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 |
7일 | - 760 ×10-6 | - 613 ×10-6 | - 563 ×10-6 |
14일 | - 888 ×10-6 | - 764 ×10-6 | - 683 ×10-6 |
21일 | - 934 ×10-6 | - 787 ×10-6 | - 702 ×10-6 |
28일 | - 965.5 ×10-6 | - 817 ×10-6 | - 720 ×10-6 |
Claims (3)
- 삭제
- 삭제
- 결합재로 비구조용 콘크리트 결합재 조성물을 이용하여 적은 단위결합재량과 높은 물시멘트비로 배합설계되는 버림 콘크리트 또는 누름 콘크리트의 비구조용 콘크리트 조성물에서,
상기 비구조용 콘크리트 결합재 조성물은, 포틀랜드 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 미분말 30~50중량%; 포졸란 물질 20~30중량%; 수축 저감형 혼화제 1~5중량%;를 포함하여 조성되되,
상기 포졸란 물질은, 열병합발전소 플라이애시와 페로니켈 슬래그가 혼합 조성되어 알칼리 토금속을 10~15중량% 함유하게 된 것이며,
상기 수축 저감형 혼화제는, 소석고 5~25중량%, 소석회 20~30중량%, 황산칼슘 10~40중량%, 황산나트륨 30~60중량%를 포함하여 조성된 것임을 특징으로 하는 블리딩 저감이 가능한 비구조용 콘크리트 조성물.
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