KR101993873B1 - 분체량 절감을 위한 조강형 저수축 콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조강형 시멘트를 사용하여 조기에 높은 강도를 발현함으로써 골조공사의 시공사이클을 단축할 수 있는 조기강도 발현 콘크리트 기술에 관한 것이다.
본 발명은 분말도 4,000~6,000㎠/g의 조강형 시멘트를 결합재로 사용한 조강형 시멘트 혼합물에서, 고형분 함량이 18~25중량%인 폴리카본산계 고성능 감수제를 단위결합재량의 0.5~1.2중량% 혼입하는 것을 특징으로 한다. 나아가 본 발명은 분체량 절감을 위한 조강형 시멘트 혼합물 조성물을 콘크리트로 조성하되, 결합재로 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 라임스톤 중에서 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분체량 절감을 위한 조강형 저수축 콘크리트{Concrete for Early Strength and Low-Shrinkage}

본 발명은 조강형 시멘트를 사용하여 조기에 높은 강도를 발현함으로써 골조공사의 시공사이클을 단축할 수 있는 조기강도 발현 콘크리트 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 콘크리트 대비 전체 분체량을 저감시켜 콘크리트의 원가절감에 기여하고 콘크리트의 수축량을 저감시킬 수 있는 조강형 시멘트 혼합물 조성물과 이를 이용한 조강형 저수축 콘크리트에 관한 것이다.

현재 콘크리트의 조기강도 발현기술은 주로 강도 상향, 가열 양생 및 조강제 사용에 의존하는 편이다. 그러나 강도 상향방법은 원가상승이 따르고, 가열 양생방법은 장기강도 저하 문제가 따르며, 조강제 사용방법은 조기강도 상승 미비로 조기강도 확보에는 한계가 있다.

조강형 시멘트를 사용하는 방법도 있으나, 조강형 시멘트만을 사용할 경우에 콘크리트의 급결 현상에 따른 균열 발생, 슬럼프 loss 상승에 따른 시공성 저하, 조강형 시멘트 사용에 따른 원가 상승 등으로 현장에서 안정적으로 성능확보 하기에는 다소 어려운 현실이다. 절충하는 방법으로 일반 시멘트에 조강형 시멘트를 혼화재 형태로 사용할 수도 있으나, 이 방법은 약간의 효과를 얻을 수 있을 뿐 골조공사를 5 Day Cycle로 실현하기에는 역부족하다.

이에 따라 조강형 시멘트를 사용하여 조기강도 발현을 확보하면서도 전체 분체량 저감을 통해 균열을 저감하여 품질을 향상시키고 아울러 슬럼프 loss를 저감하여 시공성 및 작업성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 기술을 개발하고자 본 발명을 개발하게 되었다.

특허 제10-1154699호 특허 제10-1225575호

본 발명은 종래 콘크리트 배합기술을 개선하고자 개발된 것으로서, 콘크리트 수직재 거푸집 탈형 소요강도인 5MPa을 조기에 발현할 수 있는 콘크리트 배합기술로서 종래 일반 콘크리트의 5MPa 발현시점(6 Day Cycle)보다 조기에 1.5~2.0배 높은 강도를 발현하여 골조공사를 5 day Cycle로 실현할 수 있는 콘크리트 배합기술을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한 본 발명은 일반 콘크리트 대비 전체 분체량을 저감시켜, 콘크리트의 원가절감에 기여하며, 콘크리트의 수축량을 30% 저감할 수 있는 콘크리트 배합기술을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 분체량 절감을 위한 조강형 시멘트 혼합물 조성물과 이를 이용한 조강형 저수축 콘크리트를 제공한다.

본 발명에 따른 분체량 절감을 위한 조강형 시멘트 혼합물 조성물은, 분말도 4,000~6,000㎠/g의 조강형 시멘트를 결합재로 사용한 조강형 시멘트 혼합물에서 고형분 함량이 18~25중량%인 폴리카본산계 고성능 감수제가 단위결합재량의 0.5~1.2중량% 혼입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조강형 저수축 콘크리트 조성물은, 상기와 같은 분체량 절감을 위한 조강형 시멘트 혼합물 조성물을 콘크리트로 조성하되, 결합재가 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 라임스톤 중에서 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 조강형 시멘트를 사용함으로써 조기강도 확보가 가능해져 골조공사를 5 Day Cycle로 계획하여 시공할 수 있으며, 이에 따라 공기단축 및 공기경쟁력을 확보할 수 있다.

둘째, 적절한 감수제의 선택으로 분체량을 저감하면서도 강도확보가 가능해져 콘크리트 원가절감을 통한 수주경쟁력을 확보할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 [시험예1]의 시험결과로서, 각각 콘크리트의 재령별 압축강도, 건조수축량, 수화열을 나타낸 그래프이다.
도 4는 [시험예2]의 결과로서, 현장적용 사진이다.

본 발명은 조기강도 발현 콘크리트 기술에 관한 것으로, 분말도 4,000~6,000㎠/g의 조강형 시멘트를 결합재로 사용한 조강형 시멘트 혼합물에서 고형분 함량이 18~25중량%인 폴리카본산계 고성능 감수제가 단위시멘트량의 0.5~1.2중량% 혼입된다는데 특징이 있다. 본 발명에서 시멘트 혼합물은, 시멘트 페이스트, 시멘트 모르타르, 시멘트 콘크리트를 모두 포함한다.

본 발명에서 조강형 시멘트는 분말도 4,000~6,000㎠/g을 가지는 미립자 시멘트로, 물과의 접촉 표면적이 증대함에 따라 수화반응을 촉진하게 되고, 이로써 시멘트의 응결시간을 촉진하여 조기강도 발현을 증진시킨다. 조강형 시멘트는 통상의 조강 시멘트도 가능하지만, 더욱 바람직하게는 특허 제10-1225575호에서 제안하는 조강형 시멘트를 채택한다. 특허 제10-1225575호에 따른 조강형 시멘트는 제2형 CaSO₄를 6~8중량% 함유한 시멘트 조성물로 제조함으로써 우수한 조강성을 나타내고, 나아가 석고를 3~5중량% 더 함유한 시멘트 조성물로 제조함으로써 최적의 유동성을 나타낸다.

본 발명에서 고성능 감수제는 감수율 상승 및 유동성 증진을 위한 재료가 되며, 특히 고형분 함량이 18~25중량%을 가지는 폴리카본산계(PC계) 고성능 감수제를 사용한다. PC계가 나프탈렌계보다 감수율이 30~40% 높고 강도와 유동성을 증진시키는데 효과적이다. 또한 통상 24MPa 정도의 일반강도 콘크리트에서는 민감도를 줄여 안정성을 확보하고자 15중량% 내외의 낮은 고형분 함량을 가지는 PC계 고성능 감수제를 사용하였지만, 본 발명에서는 조강형 시멘트와 물의 접촉 표면적이 증대함에 따른 빠른 응결 특성에 효과적으로 대응하고자 고형분 함량이 18~25중량%로 감수력이 큰 PC계 고성능 감수제를 사용하는 것이다. 이와 같이 감수력이 큰 PC계 고성능 감수제를 사용함에 따라 조강형 시멘트의 효과적인 성능발현을 유도하여 전체 분체량을 저감할 수 있게 되며, 이로써 단위수량을 줄이고 슬럼프 loss를 저감시키면서 균열 저감과 품질 향상을 이끌 수 있다. 고형분 함량이 18~25중량%를 가지는 폴리카본산계(PC계) 고성능 감수제는 경제성을 동시에 고려할 때 단위결합재량에 대하여 0.5~1.2중량% 사용하면 적당하며, 더욱 바람직하게는 0.7~0.9중량% 사용한다.

나아가 본 발명은 조강형 시멘트 혼합물 조성물을 콘크리트로 조성할 것을 제안하는데, 이 경우에는 결합재에 조강형 시멘트 외에 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 라임스톤 중에서 하나 이상의 혼화재를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이들 혼화재는 산업부산물의 재활용은 물론 장기강도 증진에 기여한다.

특히 본 발명에서는 실시예를 통해 플라이애시의 사용을 예시하는데, 플라이애시는 볼베어링 작용에 의한 워커빌리티 상승, 수화열 및 건조수축 저감에 의한 내구성 증가에 기여한다. 콘크리트 배합에서 결합재를 조강형 시멘트와 플라이애시로 구성한다면, 조강형 시멘트 50~99중량%와 1~50중량%의 플라이애시로 조성하여 배합하면 적당하다. 그 결과 일반 시멘트를 사용한 배합보다 단위결합재량을 1~20중량% 절감할 수 있으며, 특히 저강도 배합보다 고강도 배합에서 더욱 많은 단위결합재량을 줄일 수 있다. 바람직하게는 계절에 따라 동절기에는 조강형 시멘트 95~99중량%와 플라이애시 1~5중량%로 조성하고, 춘추절기에는 조강형 시멘트 60~80중량%와 플라이애시 20~40중량%로 조성하며, 하절기에는 조강형 시멘트 50~70중량%와 플라이애시 30~50중량%로 조성하는데, 이로써 춘추기(표준기) 배합에서는 일반 시멘트를 사용한 배합보다 단위결합재량을 3~5중량% 절감할 수 있고, 동절기(한중) 배합에서는 6~9중량% 절감할 수 있다.

이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[ 시험예1 ] 춘추절기 콘크리트 Lab Test

1. 콘크리트 배합

아래 [표 1]과 같은 조성과 특성으로 콘크리트를 배합하였다.

[표 1] 콘크리트 배합

[표 1]에서 AD는 고성능 감수제로서, 일반 배합에서는 고형분 함량이 15중량%인 PC계 고성능 감수제(준PC계)를 단위시멘트량에 대하여 0.7중량% 사용하고, 조강형 배합에서는 고형분 함량이 20중량%인 PC계 고성능 감수제(중PC계)를 단위시멘트량에 0.75중량% 사용하였다. RHC는 특허 제10-1225575호에 따라 제조된 분말도 4,320㎠/g인 조강형 시멘트이며, 일반 배합에서보다 조강형 배합에서 단위결합재량이 저감된 것을 확인할 수 있다.

2. 압축강도 시험

[표 1]과 같이 배합된 콘크리트에 대해 재령별 압축강도를 측정하였으며, 측정결과는 아래 [표 2] 및 도 1과 같이 나타냈다.

[표 2] 재령별 압축강도

보는 바와 같이 일반 배합(OPC)보다 조강형 배합(RHC)에서 단위결합재량이 적음에도 1일 압축강도가 1.5~2배 증진하는 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과에 따라 양생온도 15℃, 20℃에서 골조공사를 5 Day Cycle로 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

3. 건조수축 시험

[표 1]의 콘크리트 중에서 '25-24-150'의 배합에 대해 20℃, RH 60% 양생조건에서 건조수축 시험을 실시하였으며, 시험 결과는 도 2와 같이 나타냈다. 보는 바와 같이 일반 배합(OPC)에 비해 조강형 배합(RHC)이 건조수축량이 저감하였으며, 특히 수축변형이 650㎛ 이하로 저수축 콘크리트 수준을 나타냈다.

4. 수화열 시험

[표 1]의 콘크리트 중에서 '25-30-150'의 배합에 대해 15℃ 양생조건에서 수화열 시험을 실시하였으며, 시험 결과는 도 3과 같이 나타냈다. 보는 바와 같이 일반 배합(OPC)과 조강형 배합(RHC)은 수화발열량이 동등한 수준으로 확인되었으며, 며, 이에 따라 수화열에 의한 온도균열 등의 영향은 없을 것으로 본다.

[시험예2] 현장 Test

[표 1] 중 '25-24-150'의 조강형으로 콘크리트 배합하고 현장에 시험적용하였으며, 도 4는 현장시험을 보여준다. 현장배합에서는 슬럼프가 160mm, 30min loss 10mm로 나타나고, 공기량이 4.5%, 30min loss 0.5%로 나타났으며, 점도(viscosity)는 다소 높은 경향을 나타냈으나, 전반적으로 정상적인 압송성(pumpability)을 보여주면서 시공이 가능했다. 마감에서는 블리딩(bleeding) 발생량이 현저히 저하하고, 레이턴스(laitance) 저하하는 등 전반적으로 마감성 향상을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 향후 박리하자 저감 및 수명연장 등의 효과가 기대된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 분말도 4,000~6,000㎠/g의 조강형 시멘트 50~99중량%와 플라이애시 1~50중량%를 포함하여 구성된 결합재를 사용한 콘크리트 조성물에서,
   상기 조강형 시멘트는, 제2형 CaSO₄를 6~8중량% 함유하면서 석고 3~5중량% 함유한 것이며,
   고형분 함량이 18~25중량%인 폴리카본산계 고성능 감수제가 단위시멘트량의 0.5~1.2중량% 혼입되는 것을 특징으로 하는 분체량 절감을 위한 조강형 저수축 콘크리트 조성물.

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