KR101992232B1 - 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물 및 이를 이용한 저강도 자기충전 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동성증진제 100중량부에 대해 우레탄 회합형 증점제 30 내지 80중량부, 아크릴 회합형 증점제 30 내지 80중량부를 포함하는 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물에 관한 것이다.

Description

콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물 및 이를 이용한 저강도 자기충전 콘크리트 구조물{Self-compacting additive composition for concrete and low strength self-compacting concrete structure using same}

본 발명은 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물이 첨가되어 고유동성이 발현되면서도 재료분리에 대한 저항성이 향상 및 유지되도록 하는 자기충전 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

사회전반에 걸친 급속한 발전은 교량, 도로, 철도 및 항만 등의 사회기반시설물에 대한 수요를 다량으로 창출하였으며, 콘크리트는 사회기반시설을 구축하기 위한 중요한 구조재료로서 안전성 및 내구성을 인정받고 있다.

그러나 최근 콘크리트 구조물이 대형화, 고층화 및 장대화 됨에 따라 콘크리트 단면은 복잡해지고 있으며 콘크리트 타설시 거푸집을 밀실하게 채우지 못하거나 과도한 다짐으로 인한 재료분리 현상 등의 문제점이 나타남에 따라 이러한 문제점을 해결하기 위하여 콘크리트의 성능 및 시공효율을 향상시킨 자기충전 콘크리트의 현장적용이 요구되고 있다.

이러한 자기충전 콘크리트는 고유동혼화제가 첨가되어 고유동성이 발현되도록 하는 경우가 많은데 기존 고유동혼화제는 슬럼프 배합에서 자기충전 콘크리트를 제조하기 위해 혼화제의 사용량이 기존 혼화제 사용량에 비해 약 0.5~0.8중량% 추가하여야 하는데 이처럼 혼화제를 과다 사용할 경우 고유동성은 확보될 수 있으나 재료분리가 발생하는 문제가 있다.

특히 콘크리트의 단위결합재량이 400kg/m³이하인 경우 즉 저분체 콘크리트의 경우 일정 혼화제 사용량을 초과하여 사용하면 재료분리가 발생되고 이러한 재료분리는 콘크리트의 강도를 저하시켜 피충전구조물에 콘크리트 타설시 성형이 불가능한 문제를 유발시킨다.

일 예로 대한민국 특허등록 제0888534호에서는 중량백분율로서 시멘트 조성물 20~25%, 물 5~10%, 골재 65~74.9% 및 고유동화제, 공기연행제, 점증제를 포함하

는 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 저항성을 기대할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제0888534호

따라서, 본 발명은 고유동성이 확보되면서 재료분리에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은 유동성증진제 100중량부에 대해 우레탄 회합형 증점제 30 내지 80중량부, 아크릴 회합형 증점제 30 내지 80중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 전체 중량대비 고형분이 50 내지 60중량%인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 유동성증진제 100중량부에 대해 보습제 10 내지 20중량부, 하이드록시에틸섬유소 10 내지 30중량부, 벤잘코늄염화물 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명은 상기 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물이 전체 중량대비 0.1 내지 0.15중량부로 포함되는 저강도 자기충전 콘크리트 구조물에 대해서도 개시한다.

본 발명의 조성물은 결합재량을 낮게 가져가더라도 고유동성이 발현됨과 동시에 재료분리에 대한 저항성이 향상되는 것은 물론 이러한 기능의 유지력이 향상되도록 하는 장점이 있다.

도 1은 배합별 유동성 실험결과를 나타내는 그래프.
도 2는 각 배합에 따른 플로우시험 결과를 나타내는 그래프.
도 3은 각 배합에 따른 V-lot유하시간 측정결과를 나타내는 그래프.

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

본 발명의 조성물은 고형분 100중량부에 대해 유동성증진제 50 내지 150중량부, 우레탄 회합형 증점제 30 내지 80중량부, 아크릴 회합형 증점제 30 내지 80중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유동성증진제는 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있으며, 일 예로 폴리카르본산계가 적용될 수 있다.

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 지연시켜 작업성 즉 유동성을 높이는 역할을 하는 것이다.

그런데 이러한 유동성증진제만이 포함된 혼화제의 사용량을 늘리면 유동성이 증가하지만 콘크리트의 단위결합재량이 400kg/m³이하인 경우 즉 저분체 콘크리트의 경우 일정 혼화제 사용량을 초과하여 사용하면 콘크리트의 페이스트와 골재가 분리되는 현상이 발생한다.

재료분리 발생하면 콘크리트의 강도를 형성할 수 없으며, 구조물에 콘크리트 타설시 성형이 불가능한 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 유동성증진제에 증점제가 더 첨가되도록 하여 고유동성이 확보되면서도 재료분리에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

특히 증점제로서 우레탄 회합형 증점제 및 아크릴 회합형 증점제가 첨가되도록 하는 것이다.

상기 증점제는 페이스트의 재료분리 방지 및 콘크리트의 점성 향상을 위한 목적으로 사용되는데 상기 우레탄 회합형 증점제는 페이스트의 재료분리 방지와 레벨링 성능을 향상시키는 기능이 발현되도록 하는 것이며, 아크릴 회합형 증점제는 콘크리트의 점성을 높이는 역할을 하는 것이다.

즉 상기 증점제는 재료분리방지의 기능이 발현되도록 하는데, 우레탄 회합형 증점제는 배합초기 등에 유동성이 발현되면서 재료분리가 방지되도록 하는 것이며 아크릴 회합형 증점제는 배합후 일정 시간 경과시 즉 타설시 등에 점성이 유지되도록 하여 재료분리방지 기능의 유지성을 높이도록 하는 것이다.

이러한 본 발명의 조성물은 전체 중량대비 고형분이 50 내지 60중량%인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 조성물은 전체 중량대비 0.1 내지 0.15중량부로 포함되는 것이 타당한 바, 0.1중량부미만인 경우에는 고유동성의 발현이 미미하고 0.15중량부를 초과하는 경우 고유동성 및 재료분리 향상효과가 미미하여 상기와 같이 한정하는 것이다.

상기 본 발명의 조성물을 콘크리트 배합시 첨가하면 고유동성이 확보되면서 재료분리에 대한 저항성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 그런데 자기충전 콘크리트의 경우 재료분리 없이 고유동성이 발현되어야 하는데 작업성을 더욱 향상시키기 위해 본 발명의 조성물만을 더 배합하는 경우 유동성은 향상되나 강도저하 등의 문제를 유발할 수 있다.

또한 고유동성 확보에 따른 수축균열의 문제가 유발될 수 있으므로 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 첨가제들을 더 제시하고 있다.

본 실시 예의 첨가제에는 유동성증진제 100중량부에 대해 보습제 10 내지 20중량부, 하이드록시에틸섬유소 10 내지 30중량부, 벤잘코늄염화물 1 내지 3중량부가 포함되는 예를 제시하고 있다.

보습제가 첨가되도록 함에 따라 작업성능개선제의 첨가량을 상기와 같이 한정하더라도 작업성을 배가시킬 수 있게 되는 것이며, 수축균열의 문제를 해결하게 되는 것이다.

상기 보습제는 공지의 재질을 사용하는데 예로 글리세린이 첨가될 수 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.

그런데 균열제어 등을 위해 하이드록시에틸섬유소를 다량으로 첨가하는 경우 하이드록시에틸섬유소 간 뭉침이 발생되는 문제가 있을 수 있다. 또한 자기충전 콘크리트의 경우 피충전물에 잔존하는 유기물 등에 의해 부식 등이 발생될 수 있는 문제가 있을 수 있다.

이에 본 실시 예에서는 벤잘코늄염화물이 첨가되도록 하는데 벤잘코늄염화물은 상기 보습제의 증발을 방지하여 보습제 기능의 유지성을 높이도록 하는 것이다.

즉 하이드록시에틸섬유소를 상기와 같이 한정된 범위로 첨가하여 균열저항성을 향상시키면서 보습제 기능의 유지성을 높여 수축균열 저항성을 향상시키도록 하는 것이다. 당연히 보습제 기능의 유지성을 통해 작업성의 유지성도 향상되는 것이다.

또한 벤잘코늄염화물은 암모늄 분자의 양이온으로 부착되어 있다가 세균이 존재하는 경우 세균 표면의 음이온 부위를 전기적으로 흡착하여 그 표층을 물리화학적으로 파괴함으로써 세균증식을 억제한다. 즉 피충전물에 유기물 등의 존재에 따른 세균을 제어하여 부식을 방지토록 하는 것이다.

이하에서 실험예를 통해 본 발명을 설명한다.

본 실험에서는 하기 표 1에서 보는 바와 같이 시료를 배합하였으며, 배합 1은 자기충전 첨가제에 유동성증진제만이 첨가된 시료이며, 배합 2는 자기충전 첨가제에 유동성증진제 및 우레탄 회합형 증점제가 첨가된 시료이며, 배합 3은 자기충전 첨가제에 유동성증진제, 우레탄 회합형 증점제 및 아크릴 회합형 증점제가 첨가된 시료이고, 배합 4는 자기충전 첨가제에 유동성증진제, 우레탄 회합형 증점제, 아크릴 회합형 증점제 및 기타 첨가제(보습제, 하이드록시에틸섬유소, 벤잘코늄염화물)가 첨가된 시료이다.

도 1에서 보는 바와 같이 자기충전 첨가제의 첨가량을 높일수록 유동성면에서는 배합 1 내지 4가 모두 좋아지는 것을 알 수 있으나, 배합 1의 경우 표 1에서 보는 바와 같이 재료분리가 발생되는 것을 알 수 있다.

또한 배합 2의 경우 초기에는 재료분리가 관찰되지 않으나 시간경과에 따라 재료분리가 발생되는 것이 관찰된다. 이와 대비 배합 3의 경우 시간경과에 따른 재료분리가 발생되지 않는 것을 알 수 있는데 이는 배합 3의 경우가 배합 2와 달리 증점제로 우레탄 회합형 증점제에 더하여 아크릴 회합형 증점제가 첨가되도록 함에 기인한 것으로 아크릴 회합형 증점제에 의해 재료분리저항성의 지속력이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.

또한 배합 3 및 배합 4을 비교하면 배합 4의 경우가 유동성면에서 더욱 유리한 효과가 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 상기에서 본 바와 같이 첨가제에 보습제, 하이드록시에틸섬유소 및 벤잘코늄염화물이 포함됨에 기인한 것으로 판단되며 이러한 점은 도 2 및 도 3의 FLOW시험, V-lot시험에서도 동일한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.

그 다음으로 각 배합에 대해 자기충전 첨가제를 전체 중량대비 0.1중량%가 첨가한 시료에 대해 FLOW시험, V-lot시험을 실시하였다.

그 결과가 도 2 및 도 3에 도시되고 있는 바, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 배합 1 내지 4의 각 시료에서 콘크리트의 Flow가 600~700mm이고, V-lot시험에서 7~15초로서 자기충전 콘크리트 성능을 갖는 것으로 판단되며 본 실험에 있어서도 배합 4의 경우가 가장 적정의 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.

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 것이다.

Claims (4)

1. 유동성증진제 100중량부에 대해 우레탄 회합형 증점제 30 내지 80중량부, 아크릴 회합형 증점제 30 내지 80중량부, 보습제 10 내지 20중량부를 포함하며, 이에 더하여 수분증발을 방지하기 위해 하이드록시에틸섬유소 10 내지 30중량부가 포함되도록 하되,
   하이드록시에틸섬유소 간 뭉침이 발생되는 문제를 제어하고, 보습제의 증발을 방지하여 보습제의 기능이 유지되도록 하며, 세균에 의한 부식을 제어하기 위해 벤잘코늄염화물 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   전체 중량대비 고형분이 50 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물.
   
3. 삭제
4. 제 1항 내지 제 2항중 어느 한항의 콘크리트용 자기충전 첨가제 조성물이 전체 중량대비 0.1 내지 0.15중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 저강도 자기충전 콘크리트 구조물.

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