KR102005328B1

KR102005328B1 - 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법

Info

Publication number: KR102005328B1
Application number: KR1020170119741A
Authority: KR
Inventors: 이창홍
Original assignee: 주식회사 포스코건설
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2017-09-18
Publication date: 2019-07-30
Also published as: KR20190031819A

Abstract

본 발명은 실리카계 슬래그 미분말을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 제조하는 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 프리캐스트 콘크리트 조성물에 실리카계 슬래그 미분말을 배합하는 단계와, 방음벽 기초 구조물용 거푸집에 타설하는 단계와, 거푸집에서 양생하는 단계와, 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 탈형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 프리캐스트 콘크리트 구조물에 실리카계 슬래그 미분말을 배합하여 구조물을 형성함으로써, 구조물의 역학특성, 환경특성, 장기 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING PRECAST CONCRETE BASE STRUCTURE OF SOUNDPROOF WALL UTILIZING SILICEOUS SLAG BINDER}

본 발명은 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카계 슬래그 미분말을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 제조하는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 관한 것이다.

화력 발전소, 제철소 등의 산업 부산물을 활용한 혼합 콘크리트의 제조는 그간 많은 연구를 양산하였고, 활용 범위를 확장하면서 국.내외적으로도 그 활용성이 점차 증대되고 있다.

즉, 각종 시멘트 대체재의 개발이 기존 OPC(ordinary Portland Cement; 보통 포틀랜드 시멘트) 혹은 고로슬래그 시멘트의 원가절감 측면 혹은 고성능, 고내구성, 고강도성, 고유동성 등의 콘크리트의 개발로 이어지는 원천 기술이 되면서 이와 관련된 시멘트 대체재의 개발 뿐만 아니라, 시멘트 대체제의 요구 성능의 확보를 가속화 하기 위한 고성능 혼화제, 최적 치환률의 개발에도 관련 분야 종사자들의 관심이 집중되고 있다.

여기서, 기존에는 각종 산업 폐기물로 치부되다가 최근에 이르러 혼화재로써 인정을 받는 것들의 대표적인 예는 고로슬래그미분말, 플라이 애쉬, 실리카퓸 등을 들 수 있으며, 그간 고로슬래그미분말 및 플라이 애쉬의 경우는 국내산 제품에 대한 수요와 공급 등이 유기적으로 절충되고 있으며, 실리카퓸의 경우는 관련 공장 및 대량생산 시설의 미비 등으로 인해 우수한 고품질성에도 불구하고 전량 수입에 의존하고 있다가 최근에 이르러서 국산화 보급이 가능한 상태에 도달했다.

한편, 최근 또 다른 철강 산업의 부산물로써 제 4의 재료로 등장한 페로니켈슬래그는 원래 페로니켈의 철강 제조 부산물로써 페로니켈 자체는 스테인리스강 제작을 위한 주 원료로 가장 많이 사용되고 있다.

이의 부산물인 페로니켈슬래그내 니켈계의 스테인리스강은 내열, 내식성, 내산성, 내마모성 등이 우수하고 가공성이 양호할 뿐만 아니라 인체에 무해한 친환경 소재로서 일반 가정에서 사용하는 식기, 주방용품 등에서 사용되어지고 있는 실정이다.

페로니켈의 생산 주요공정은 원료처리, 건조, 예비환원, 용융환원(전기로 공정), 정련 및 주조 공정을 거치게 되며, 최종적으로 약 20% 정도의 니켈과 80% 정도의 철이 함유된 페로니켈을 생산하게 되는데 페로니켈슬래그는 바로 페로니켈 생산과정 중 전기로 공정의 중간단계에서 발생하게 되는 수제형 부산물을 지칭한다.

페로니켈 슬래그는 페로니켈을 생산하기 위해 원료로 사용된 니켈광석, 유연탄 등이 고온에서 용융되어 페로니켈과 분리된 후 얻어진 유용한 자원이다. 페로니켈슬래그는 물리적, 화학적 성질이 우수한 친환경적 자원으로 콘크리트용 골재, 주물사, 연마재, 사문암 대체재 등의 천연자원 대체재로 활용되어 자원과 환경 보전에 기여하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1159490호 (2012년06월22일) 대한민국 등록특허 제10-1036507호 (2011년05월24일) 대한민국 등록특허 제10-1147670호 (2012년05월21일)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 프리캐스트 콘크리트 구조물에 실리카계 슬래그 미분말을 배합하여 구조물을 형성함으로써, 구조물의 역학특성, 환경특성, 장기 내구성을 향상시킬 수 있는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 용도 개선 및 성능향상을 통해 시멘트 대체 치환에 따른 원가절감 효과, 각종 환경 조건하에서 콘크리트 공사 및 고내구성을 요하는 각종 혼합 콘크리트 구조물의 제조에도 적용이 충분히 가능할 수 있는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 탈형강도를 소정의 범위로 유지함으로써, 방음벽의 기초 구조물에 탈형강도와 균열의 상관성을 향상시키는 동시에 내화학 저항성 및 염해 저항성을 향상시킬 수 있는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 방음벽의 기초 구조물에 대한 배합성을 증가시킴으로써, 기초 구조물의 가성비를 증가시키는 동시에 기초 구조물에 대한 신규성, 차별성, 경제성을 향상시킬 수 있는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리카계 슬래그 미분말을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 제조하는 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법으로서, 프리캐스트 콘크리트 조성물에 실리카계 슬래그 미분말을 첨가하여 배합하는 단계; 상기 배합된 프리캐스트 콘크리트 조성물을 방음벽 기초 구조물용 거푸집에 타설하는 단계; 상기 프리캐스트 콘크리트 조성물을 거푸집에서 양생하는 단계; 및 상기 거푸집에서 양생된 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 탈형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 프리캐스트 콘크리트 조성물은, 물 140∼190 ㎏/㎥, 시멘트 240∼430 ㎏/㎥, 잔골재 300∼500 ㎏/㎥, 굵은골재 832∼1270 ㎏/㎥, 혼화제 0.5∼1.0 ㎏/㎥ 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 잔골재는, 입경 1∼5 ㎜, 함수율 4∼6 %의 세척사; 및 입경 2∼5 ㎜, 함수율 8∼12 %의 부순모래;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 배합하는 단계에서는, 상기 프리캐스트 콘크리트 조성물에 상기 실리카계 슬래그 미분말 120∼150 ㎏/㎥을 첨가하여 배합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 실리카계 슬래그 미분말은, 페로니켈의 산업부산물인 수재 페로니켈슬래그를 3,800∼26,300㎠/g의 입자사이즈로 미분쇄하고, SiO₂의 함유량이 45∼60% 인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 탈형하는 단계에서는, 탈형강도를 22∼27 ㎫로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 프리캐스트 콘크리트 구조물에 실리카계 슬래그 미분말을 배합하여 구조물을 형성함으로써, 구조물의 역학특성, 환경특성, 장기 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 용도 개선 및 성능향상을 통해 시멘트 대체 치환에 따른 원가절감 효과, 각종 환경 조건하에서 콘크리트 공사 및 고내구성을 요하는 각종 혼합 콘크리트 구조물의 제조에도 적용이 충분히 가능할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 탈형강도를 소정의 범위로 유지함으로써, 방음벽의 기초 구조물에 탈형강도와 균열의 상관성을 향상시키는 동시에 내화학 저항성 및 염해 저항성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 방음벽의 기초 구조물에 대한 배합성을 증가시킴으로써, 기초 구조물의 가성비를 증가시키는 동시에 기초 구조물에 대한 신규성, 차별성, 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 양생상태를 비교해서 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 잔골재의 배합량에 따른 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 의한 단기간의 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 의한 장기간의 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 배합량에 의한 염소이온의 고정화를 비교해서 나타내는 그래프.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 양생상태를 비교해서 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 잔골재의 배합량에 따른 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 의한 단기간의 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법에 의한 장기간의 압축강도를 비교해서 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법의 배합량에 의한 염소이온의 고정화를 비교해서 나타내는 그래프이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법은, 배합단계(S10), 타설단계(S20), 양생단계(S30) 및 탈형단계(S40)를 포함하여 이루어져, 실리카계 슬래그 미분말을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 제조하는 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법이다.

배합단계(S10)는, 프리캐스트 콘크리트 조성물에 실리카계 슬래그 미분말을 첨가하여 배합하는 단계로서, 프리캐스트 콘크리트 조성물에 실리카계 슬래그 미분말 120∼150 ㎏/㎥을 첨가하여 배합하는 것이 바람직하다.

프리캐스트 콘크리트 조성물은, 단위체적에 대하여 물 140∼190 ㎏/㎥, 시멘트 240∼430 ㎏/㎥, 잔골재 300∼500 ㎏/㎥, 굵은골재 832∼1270 ㎏/㎥, 혼화제 0.5∼1.0 ㎏/㎥ 를 포함하여 이루어진다.

물은, 140∼190 ㎏/㎥의 범위에서 구성되며, 배합수로 쓰이며 수화열 저감을 위한 것이다. 140 미만으로 사용되면, 수화열(heat of hydration)을 저감시키는 데 효과가 없으며, 190 초과하여 구성되면, 유동성에 문제가 생기게 된다.

따라서, 물의 함량은 강도 및 유동성 측면에서 최적 범위로 선택적으로 조절할 수 있으며, 콘크리트 단위체적에 대하여 140∼190 ㎏/㎥을 포함하는 것이 바람직하며, 특히 최적의 상태를 위해서는 170 ㎏/㎥ 로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

시멘트는, 토목용이나 건축용의 무기질의 결합경화제로서, 포틀랜드 시멘트와 같은 기존의 일반시멘트(OPC; Ordinary Portland Cement)로 이루어지며, 240∼430 ㎏/㎥ 로 포함되는 것이 바람직하다.

잔골재는, 모래와 세립한 골재로 5㎜체에 중량으로 85% 이상 통과하는 콘크리트용 골재로서, 입경이 25㎜ 이하인 골재로 이루어지며, 300∼500 ㎏/㎥ 로 포함되는 것이 바람직하다.

이러한 잔골재로는, 밀도 2.6 g/㎤, 흡수율 1.0, 입경 1∼5 ㎜, 함수율 4∼6 %의 세척사와, 밀도 2.6 g/㎤, 흡수율 1.0, 입경 2∼5 ㎜, 함수율 8∼12 %의 부순모래를 포함하여 이루어져 있는 것이 바람직하다.

굵은골재는, 천연 자갈과 인공 쇄석으로 5㎜의 체에 90% 이상 남는 콘크리트용 골재로서, 입경이 5∼25㎜인 골재로 이루어지며, 832∼1270 ㎏/㎥ 로 포함되는 것이 바람직하다.

혼화제는, 시멘트에 첨가되어 사용되는 결합재로서, 치환 비율에 따라서 콘크리트에 미치는 성질이 달라지기 때문에, 사용하는 목적 및 원하는 강도 등 여러 조건에 맞추어 혼합비율을 맞추어 구성하게 되도록 0.5∼1.0 ㎏/㎥ 로 포함되는 것이 바람직하다.

이러한 혼화제로는 메타카올린, 바텀애쉬, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 등이 사용되며, 시멘트 100 중량%에 대하여 5∼10중량% 추가 치환되도록 하는 것이 바람직하다.

그 이유는 혼화제가 5중량% 이하로 구성될 경우에는 유동성이 좋지 않게 되고, 10중량% 이상 구성될 경우에는 목적한 강도가 나오지 않기 때문에 시멘트 100중량%에 대하여 5중량% 내지 10중량% 치환하여 첨가되는 것이 바람직하다.

실리카계 슬래그 미분말은, 페로니켈의 산업부산물인 수재 페로니켈 슬래그를 3,800∼26,300㎠/g의 입자사이즈로 미분쇄하고, SiO₂의 함유량이 45∼60% 인 것이 바람직하다.

페로니켈 슬래그는 페로니켈을 생산하기 위해 원료로 사용된 니켈광석, 유연탄 등이 고온에서 용융되어 페로니켈과 분리된 후 얻어진 유용한 자원이다. 페로니켈슬래그는 물리적, 화학적 성질이 우수한 친환경적 자원으로 콘크리트용 골재, 주물사, 연마재, 사문암 대체재 등의 천연자원 대체재로 활용되어 자원과 환경 보전에 기여하게 된다.

우선, 페로니켈 슬래그의 밀분쇄를 통한 실리카계 슬래그 미분말의 품질에 관련하여 다음의 표 1에 나타낸 바와 같이, 기존의 일반시멘트(OPC; Ordinary Portland Cement), 고로 슬래그 미분말(GGBS; ground granulated blast slag), 플라이애쉬(PFA; Pulverised Fly Ash), 실리카퓸(SF; Silica Fume) 등과 다른 화학적 구성 성분에 대한 차이점이 나타나게 된다.

구분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO
OPC	61.4	20.5	6.4	3.0
GGBS	33.5	44.2	14.0	4.9
PFA	4.2	55.0	21.1	1.2
SF	0.6	96.7	0.3	0.2
실리카계 슬래그미분말	2.1	62.8	1.9	24.7

또한, 본 발명에서 일반 시멘트와 3종의 페로니켈 슬래그(FNS(Low), FNS(Medium), FNS(High))의 비표면적(분말도:cm²/g)에 대한 변수를 통해 결합재로서의 기초물성에 대한 비교평가는 표 2에 표시낸 바와 같이 나타나게 된다.

%	분말도 (cm²/g)	비중 (g/cm³)	강열감량 (%)	Cl^- (%)	Cr⁶⁺ (mg/kg)	SO₃
OPC	3,712	3.10	2.43	0.017	7	2.23
FNS(L)	4,666	3.05	0.00	0.024	0	0.53
FNS(M)	8,600	3.02	0.00	0.020	0	0.29
FNS(H)	26,300	3.02	0.01	0.029	0	0.26

다음에는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 시방배합 및 현장배합의 배합예는 표 3과 표 4에 구체적으로 나타낸 바와 같다.

[시방배합]

	W/B	S/a	Air	단위중량 (kg/m³)
	W/B	S/a	Air	Water	Cement	FNS	S1	S2	G1	AD	AE
OPC	43.5	46.7	3.0	170	442		400	400	932	0.9%	0.0009%
FNS	43.5	46.7	3.0	170	310	132	400	400	932	0.9%	0.0009%

[현장배합]

구분	W/B	S/a	Air	단위중량 (kg/m³)
구분	W/B	S/a	Air	Water	Cement	FNS	S1	S2	G1	AD	AE
1m³	43.5	46.7	3.0	118	442		416	437	932	0.9%	0.0009%
20L				2.36	8.84		8.32	8.74	18.64	79.6	0.0796
1m³	43.5	46.7	3.0	170	310	132	400	400	932	0.9%	0.0009%
20L				3.69	6.18	2.66	8.32	9.16	18.62	88.4

여기에서, W/B(water to binder ratio)는 물-결합재비 이고, S/a(Sand to Aggregate ratio)는 잔골재율 이고, Air는 공기의 단위수량 이고, FNS(Ferro-Nickel Slag)는 페로니켈슬래그의 단위중량 이고, S1(Sand unit weight)는 잔골재의 세척사의 단위중량 이고, S2(Sand unit weight)는 잔골재의 부순모래의 단위중량 이고, G1(Coarse Aggreage unit weight)는 굵은골재의 단위중량 이고, AD(Admixture)는 혼화제의 단위중량 이고, AE(Slica Fume)는 공기연행제의 단위중량 이다. 이때 시멘트의 밀도는 3.15 이고, FNS의 밀도는 3.04 이다.

타설단계(S20)는, 배합단계(S10)에서 실리카계 슬래그 미분말와 배합된 프리캐스트 콘크리트 조성물을 방음벽 기초 구조물용 거푸집에 타설하는 단계로서, 블리딩에 의해 타설하는 것이 바람직하다.

블리딩이란 굳지않은 콘크리트 또는 모르터에서 고체 재료의 침강 또는 분리에 의해 반죽 혼합한 물의 일부가 유리하여 상승하는 현상을 일컫으며, 이의 저감을 위해 실리카계 슬래그 미분말 혼입 조립식 PC박스의 블리딩을 저감하기 위한 방법으로서, 시멘트 재료측면에서 분말도를 높이거나, 응결시간을 빠르게 하는 방법이 있으며, 재료 배합측면에서는 단위수량을 줄이거나, 감수율이 높은 혼화제를 사용하고, 미립분이 많은 잔골재를 사용하고, 비중이 가벼운 골재를 사용하는 것 등이 있다.

또한, 추가적으로 시공 측면에서 수화속도의 증진을 위해 기온이 높은날 타설하고, 1회 타설 높이를 낮추고, 과도한 다짐을 하지 않으며, 가능한 배합 및 재료분리가 적은 콘크리트를 타설하도록 하여야 한다.

한편, 레이턴스란 콘크리트를 쳐서 넣은 다음 블리딩에 따라 내부의 미세한 입자가 부유물과 함께 부상하여 콘크리트 표면에 형성하는 불경성 물질의 층을 일컫으며, 이의 저감을 위한 실리카계 슬래그 미분말 혼입 조립식 PC박스의 레이턴스를 저감하기 위한 방법으로서, 고압의 제트수에 의한 세정 또는 표층의 제거 등을 행하고, 콘크리트가 굳기 전에 고압 공기 및 물로 콘크리트의 표면 층을 제거하도록 한다.

또한, 물을 뿌린 후 표면을 와이어브러시 등으로 충분히 문질러 거칠게 하고, 콘크리트가 굳어진 경우에는 표면을 젖은 모래로 덮은 후 물을 뿌리도록 하는 것이 바람직하다.

양생단계(S30)는, 프리캐스트 콘크리트 조성물을 거푸집에서 양생하는 단계로서, FNS 전용 증기양생 시스템을 시행착오(Trial and Error) 방식에 의해 최적화하여 구성한 시스템이다.

즉, 기본적으로 OPC와 실리카계 슬래그 미분말은, 신재료가 반응하는 에너지의 양은 다르며, 이를 콘크리트로 구성하는 경우에서도 양생온도, 그에 따른 강도의 시간이력에 따른 거동은 다르게 나타나게 된다.

일반적으로 동일재료 내에서는 양생온도가 증가할수록 시간 의존적인 강도의 증가가 선형적으로 증가하는 것으로 알려져 있으나, 본 발명과 같이 기존 시멘트와 실리카계 슬래그 미분말이 혼합되는 경우에는 최적 온도의 양생 시점 및 탈형강도 최적화를 위한 잔존시간이 존재하게 된다.

시간(Hour)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	총온도
온도(OPC)	24	42	59	60	60.1	60	63.1	60	46.3	44	41.6	40	38	35	673.1
온도(FNS)	24	33	43	58	60	63	63	63	58	46	46	46	35	35	673

특히, 상기 도 2 및 표 5에 나타낸 바와 같이 양생 총량 온도를 규제하여 경제성을 동시에 갖추어야 하므로, 양생 시스템의 최적화를 통한 실리카계 슬래그 미분말 전용 조립식 PC 방음벽 기초 구조물의 양생단계에서는 연료효율 측면에서도 동등하고, 구현 탈형강도가 가성비 대비 최적의 성능을 도출하기 위한 양생 사이클(Cycle)의 단계이다.

탈형단계(S40)는, 거푸집에서 양생된 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 탈형하는 단계로서, 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 탈형강도를 23∼27 ㎫로 유지하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 배합은 1일 요구 탈형강도가 18Mpa이며, 28일 설계기준강도가 35MPa이다. 사실상 28일 설계기준 강도의 경우는 전체 배합에 대해 만족함을 사전에 증빙한 후 본 실험을 추가로 최적화 수행하였으므로, 1일 증기양생 탈형강도가 18MPa급을 상회하는 배합을 최적배합으로 산정하는 것이 기능이나 경제성 측면에서의 우위를 가져다 준다.

실리카계 슬래그 미분말 혼입 콘크리트의 경우에는 실물 PC 거푸집에 콘크리트를 타설시, 양생관리의 영향에 따라 표면균열의 유무가 확연히 갈리게 된다. 즉, 재료 최적화 배합적인 측면 외에도 양생관리, 계절별 외기온도의 초기 콘크리트 타설온도 값이 균열과 직관적으로 연결되어 있는 것으로 알려져 있다.

따라서, 실리카계 슬래그 미분말 혼입 유무에 따른 PC 방음벽 기초의 탈형 후 양생관리에 따라 표면에서의 균열 발생 유무 및 면처리 상태가 달라짐을 확인이 가능하였다.

이에는 다짐의 영향도 일부 있을 것으로 판단되나, 균열면의 정량화 측면에서 직관적인 판단이 어려운 부분이 있다. 또한, 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프래캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 내염해성 및 내화학침식성, 황산염 침식 저항성 개선되는 효과도 제공하게 된다.

내염해 측면에서 실리카계 슬래그 미분말 혼합 콘크리트의 경우에는, 일반콘크리트에 비해 약 2배이상의 염해 저항성 자료를 가지는 것으로 나타났다. 이에는 정량적인 측정방법으로 ASTM C 1202에 기반한 표준 재령에서의 염소이온 총 통과전하량의 측정치를 100분율로 환산시킨 비교 그래프는 도 5에 나타낸 바와 같다.

따라서, 실리카계 슬래그 미분말 치환 혼합 콘크리트(100%기준)의 경우가 일반 콘크리트(38%)에 비해 2.63배 높은 염해 저항성을 가지는 것으로 나타났다. 물론 콘크리트의 강도 및 W/B에 따라 다른 거동의 염해 저항성을 가지게 되지만 동일조건에서 실리카계 슬래그 미분말의 치환유무 변수만을 가지고 판단한 변수에서 2.63배라면 상당히 높은 염해저항성 수치를 나타낸다.

즉, 상기 실리카계 슬래그 미분말 혼합콘크리트로 이루어진 조립식 PC 방음벽 기초의 경우에도 당연히 원재료가 내염해성이 좋아지므로, 코어링 시편에서도 보인바와 같이 구조물의 내염해성도 향상되는 것도 가능함은 물론이다.

이하, 표 6와 도 3에 잔골재 변수에 따른 실리카계 슬래그 미분말 콘크리트의 압축강도 성능에 대한 실험 결과를 나타낸다.

구분	시멘트	모래	탈형강도(평균)
OPC100(해사+부사)	한라	해사+부사	37.05
FNS30(해사+부사)	한라	해사+부사	26.94
OPC100	한라	부사	37.32
FNS30	한라	부사	22.44

이러한 실험결과로부터, 실리카계 슬래그 미분말 활용에 따른 콘크리트 탈형강도 성능 실험결과는, 해사와 부사(敷砂)를 쓴 경우가 단순 부사를 쓴 경우에 대해 초기 탈형 1일 강도 측면에서 17% 차이가 나는 것으로 측정되었다.

그러나, 비교대상인 OPC 100%의 경우에는 잔골재 종류에 관계없이 유사한 강도 결과를 가지는 것으로 나타나 실리카계 슬래그 미분말의 경우가 잔골재의 입도분포 및 공극구조 등에도 민감하게 반응하는 것으로 나타나고 있음을 확인이 가능하게 된다.

또한, 시멘트량 변수에서는 시멘트의 단위중량이 증가할수록 특정 재령시점에서의 콘크리트 압축강도도 증가하는 양상을 보이는데, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 실리카계 슬래그 혼입 시멘트의 경우에서도 대체적인 양상은 유사함을 알 수 있게 된다.

다만, 동일 치환비에 대한 시멘트량은 주로 고강도 즉, 원 시멘트의 재료량이 더 많은 배합에서 FNS 활성화 속도도 더욱 커짐을 확인이 가능하다.

또한, 일반 콘크리트의 일반시멘트(OPC)의 단위중량 대비 30%의 실리카 슬래그 미분말 치환 혼합 콘크리트의 MIP(수은압입법) 시험에 의한 공극도 실험결과, OPC가 27.23%일 때, 30%FNS가 21.68%로써 공극이 적게 존재하고 있음을 정량적으로 증명하는 실험결과이며, 즉, 이는 외부의 유해이온, 투수조건에 대해 저항하는 능력이 OPC에 비해 30%FNS가 126% 증가함을 보여주는 실험자료이다.

	W/B	단위중량 (kg/m³)
	W/B	Water	Cement	FNS	S1	S2	G1	AD	AE	소계
OPC	43.5	170	442		400	400	932	0.90%	0.00%
가격			32266		8000	8000	18640	4773.60		71,679.6
FNS	43.5	170	310	132	400	400	932	0.90%	0.00%
가격			22630	5280	8000	8000	18640	4773.60		67,323.6

상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 1m³당 OPC와 실리카계 슬래그 30% 치환 배합에서의 재료변수는 실리카계 슬래그 미분말이며, 1m³ 가격은 OPC의 경우에는 71,679원이고 실리카계 슬래그 혼합콘크리트 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 경우는 67,323원으로 나타나 약 6.1%를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이는 1,000,000m³ 물량(PC 시장)인 경우 43.6억이라는 경제적 부가가치를 가져다 줄 수 있는 양이며, 현재 국내에서 약 200만톤의 페로니켈 슬래그가 생산되므로, 이를 시멘트 치환 30%로 가정할 때 1500만 m³에 쓸수 있는 양이며, 이를 다시 OPC-FNS의 재료비 차액으로 가감하면 653.4억 원이라는 경제적 이익을 가져다 줄 수 있음이 확인 가능하다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 매트릭스계내에서의 염소이온 고정화와 관련된 능력을 측정결과로서, 즉, 시멘트 매트릭스에서 염소이온을 고정화하는 능력이 OPC(57%)에 비해 30%FNS가 61%로 값이 큼을 정량적으로 표현한 수치이다.

즉, 외부의 유해 염소이온이 콘크리트내부로 침투할 때, 다공도(Porosity)에서 25% 저감속도로 지연을 시켜주고, 또한 콘크리트 내부로 염소이온이 침투하여 들어올 때 다시 FNS가 더욱 염소이온을 표면에서부터 고정하여주므로, 종국적인 총 염화물이온의 침투 저항성은 일반 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 월등한 결과값을 정량화되어 나타나는 것이라 할 수 있다.

한편, 내화학 저항성에 대한 거동도 주요 개선 사항으로는 초기재령에서 산성용액의 추가에 따른 콘크리트의 중량감소율을 수치로 비교한 그래프상에서는 재령 14일에서 4% 차이로 나타나지만, 중량비 4%는 실제적으로 큰 비중을 차지하는 값이며 이를 3개월 재령으로 환산한다면 기존 일반콘크리트대비 실리카계 슬래그 미분말 혼합 콘크리트의 산중성화 저항능력은 탁월한 것임을 알 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 프리캐스트 콘크리트 구조물에 실리카계 슬래그 미분말을 배합하여 구조물을 형성함으로써, 구조물의 역학특성, 환경특성, 장기 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

실리카계 슬래그 미분말을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 제조하는 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법으로서,
프리캐스트 콘크리트 조성물에 실리카계 슬래그 미분말을 첨가하여 배합하는 단계;
상기 배합된 프리캐스트 콘크리트 조성물을 방음벽 기초 구조물용 거푸집에 타설하는 단계;
상기 프리캐스트 콘크리트 조성물을 거푸집에서 양생하는 단계; 및
상기 거푸집에서 양생된 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물을 탈형하는 단계;를 포함하고,
상기 프리캐스트 콘크리트 조성물은, 물 140∼190 ㎏/㎥, 시멘트 240∼430 ㎏/㎥, 잔골재 300∼500 ㎏/㎥, 굵은골재 832∼1270 ㎏/㎥, 혼화제 0.5∼1.0 ㎏/㎥ 를 포함하고,
상기 배합하는 단계에서는, 상기 프리캐스트 콘크리트 조성물에 밀도가 3.04 g/㎤ 인 상기 실리카계 슬래그 미분말 120∼150 ㎏/㎥을 첨가하여, 일반 콘크리트의 일반시멘트(OPC)의 단위중량 대비 30%의 실리카계 슬래그 미분말을 치환하여 배합하고,
상기 잔골재는, 입경 1∼5 ㎜, 함수율 4∼6 %의 세척사; 및 입경 2∼5 ㎜, 함수율 8∼12 %의 부순모래;를 포함하며, 해사와 부사를 함께 사용하며,
상기 탈형하는 단계에서는, 증기양생 탈형강도의 평균을 23∼27 ㎫로 유지하는 것을 특징으로 하는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 실리카계 슬래그 미분말은, 페로니켈의 산업부산물인 수재 페로니켈슬래그를 3,800∼26,300㎠/g의 입자사이즈로 미분쇄하고, SiO₂의 함유량이 45∼60% 인 것을 특징으로 하는 실리카계 슬래그 미분말을 이용한 프리캐스트 콘크리트 방음벽 기초 구조물의 제조방법.
삭제