KR102014870B1 - Super low heat cementless binder for mass concrete - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무시멘트결합재에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 초기 수화반응을 크게 억제함으로써 수화열에 의한 성능저하, 즉 내외부 온도차이에 의한 온도균열과 이어치기에 의한 연결부의 내구성 문제 등을 해결한 매스콘크리트용 초저발열 무시멘트 결합재에 관한 것이다.The present invention relates to cementless binder, and more specifically, to suppress the initial hydration reaction, the concrete concrete that solves the performance degradation due to the heat of hydration, that is, the temperature cracking due to the internal and external temperature difference and the durability problem of the connecting portion due to the connection. An ultra low heat cementless binder for use.

Description

매스 콘트리트용 초저발열 무시멘트 결합재{Super low heat cementless binder for mass concrete} Super low heat cementless binder for mass concrete

본 발명은 무시멘트결합재에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 초기 수화반응을 크게 억제함으로써 수화열에 의한 성능저하, 즉 내외부 온도차이에 의한 온도균열과 이어치기에 의한 연결부의 내구성 문제 등을 해결한 매스콘크리트용 초저발열 무시멘트 결합재에 관한 것이다.The present invention relates to cementless binder, and more specifically, to suppress the initial hydration reaction, the concrete concrete that solves the performance degradation due to the heat of hydration, that is, the temperature cracking due to the internal and external temperature difference and the durability problem of the connecting portion due to the connection. An ultra low heat cementless binder for use.

시멘트 및 무시멘트(알칼리 활성 슬래그 결합재)는 경화가 시작되는 수화 반응 초기에 비교적 많은 양의 수화열이 발생한다. 용적 대비 표면적이 큰 일반 구조물은 열전도율을 고려했을 때 대기 노출 시 자연적으로 냉각(cooling)이 가능하다. 하지만, 대용량 매스 콘크리트는 용적 대비 표면적이 작기 때문에 자연적인 냉각이 불가능하다. 또한 내ㅇ외부의 온도차가 발생하여 열 변형 차이에서 오는 내부구속응력으로 온도균열 등의 결함이 발생하게 된다. 따라서, 매스콘크리트 타설시 이런 수화열의 문제 때문에 수화열을 줄이기 위한 방법으로는 파이프 쿨링(Pipe Cooling)을 이용하여 내부 온도를 낮추는 방법과 저발열 콘크리트를 사용하여 수화반응으로 인한 발열량 자체를 낮추는 방법, 콘크리트 부재의 단면을 나누어 분할 타설하는 방법 등을 사용한다. Cement and cements (alkaline activated slag binders) generate a relatively large amount of heat of hydration at the beginning of the hydration reaction at which curing begins. General structures with large surface area to volume ratios can naturally cool down to atmospheric exposure, taking into account thermal conductivity. However, bulk mass concrete has a small surface area to volume, which makes natural cooling impossible. In addition, internal and external temperature difference occurs, and defects such as temperature cracking occur due to internal restraint stress resulting from thermal deformation difference. Therefore, in order to reduce the heat of hydration due to the problem of heat of hydration during mass concrete casting, the method of lowering the internal temperature by using pipe cooling and the method of lowering the calorific value due to the hydration reaction by using low heat concrete, concrete The method of dividing the cross section of a member by dividing is used.

하지만, 저 발열 시멘트는 C3S나 C3A의 함량을 낮추고, 반응성이 낮은 C2S를 다량 사용하기 때문에 하기 표 1에 제시된 포틀랜드시멘트 종류별 압축강도 및 수화열 특성에 의하면 일반 시멘트에 비해 조기강도 및 탈형강도가 낮고 수화열 저감 효과가 그리 크지 않다. However, the low exothermic cement lowers the content of C3S or C3A and uses a large amount of C2S, which is less reactive. The reduction effect is not so great.

시멘트종류Cement Type 광물조성(%)Mineral composition (%) 압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 수화열(J/g)Hydration Heat (J / g) C3SC3S C2SC2S C3AC3A C4AFC4AF 3일3 days 7일7 days 28일28 days 7일7 days 28일28 days 1종Type 1 보통usually 4949 2323 1010 99 2020 2929 3838 339339 385385 2종2 types 중용열Middle heat 4242 3535 55 1212 1616 2323 3737 285285 330330 3종3 types 조강Crude steel 5959 1616 1212 88 3030 3737 4747 356356 419419 4종4 types 저열Low heat 3131 4848 33 1111 1313 1818 3434 246246 286286 5종5 types 내황산염Sulfate 4646 3232 44 1313 1919 2727 3939 272272 335335

또한 냉각 파이프 인입은 추가적인 설비와 장비가 투입 되어 공사비가 증가하게 된다. In addition, the introduction of cooling pipes increases the cost of construction due to additional equipment and equipment.

이런 문제점을 해결하기 위해 수화열을 낮게 발현하는 결합재(플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 등)를 결합재로 사용한 기술들이 하기와 같이 다수 공개된 바 있다. In order to solve this problem, a number of techniques using a binder (fly ash, blast furnace slag fine powder, etc.) that express low heat of hydration as a binder have been disclosed as follows.

공개특허 제1997-0042387호(플라이애쉬를 함유하는 저발열 저수축 콘크리트 조성물)는 콘크리트를 구성하는 시멘트의 일부(15~40중량%)를 플라이애쉬(fly-ash)로 치환하고 혼화제를 다량 첨가함으로서 단위시멘트량 및 단위수량을 대폭 감소하여 수화발열량 및 건조수축을 저감시키고자 한 것이다. 공개특허 제1997-0042391호(슬래그 미분말을 함유하는 저발열 저수축 콘크리트 조성물)는 콘크리트를 구성하는 시멘트의 일부(20~50중량%)를 슬래그 미분말로 치환하여 사용하거나 슬래그 시멘트를 사용하고 혼화제를 다량 첨가함으로써 단위시멘트량 및 단위수량을 대폭 감소하여 수화발열량 및 건조수축을 저감시키고자 한 것이다. 공개특허 제1997-0042388호(삼성분계 시멘트를 함유하는 저발열 저수축 콘크리트 조성물)은 시멘트의 일부를 플라이애쉬(fly-ash)와 슬래그(slag) 미분말로 치환하고 혼화제를 다량 첨가함으로써 단위시멘트량 및 단위수량을 대폭 감소하여 수화발열량 및 건조수축을 저감시키고자 한 것이다. 이는 시멘트와 함께 플라이애쉬와 슬래그 미분말을 함께 사용하고자 한 것으로 플라애애쉬 또는 슬래그 미분말의 과다 사용시에는 전술한 문제점이 있어 결합재를 3가지 성분으로 구성한 것이나, 응결시간 지연 및 블리딩 발생의 문제점은 극복되지 않는 것으로 보인다. 공개특허 제2001-0037292호(플라이애쉬와 유기혼화제를 이용한 저발열 콘크리트의 제조방법)은 시멘트의 일부를 플라이애쉬(Fly Ash)로 대체하고 여러 종류의 유기혼화제를 적절히 조성시킴으로서, 콘크리트에 고유동성을 부여함과 함께 슬럼프 손실 및 수화열을 줄이고, 건조 수축을 억제하며, 장기강도를 증진시키고자 한 것인데, 상기 유기혼화제로는 나프탈렌계 고유동화제가 60∼80중량% 이고, 글루콘산소다가 10∼30중량% 이고, 폴리아크릴아미드가 5∼10중량% 이고, AE(Air entraining agent: 공기연행제)제가 5중량% 이하로 구성된 것을 제시하고 있다. 등록특허 제0874584호(저발열 초고강도 콘크리트 조성물)은 결합재로 시멘트에 고로슬래그 미분말, 실리카흄 및 무수석고가 적정비율로 혼합된 결합재를 사용하고 10~17중량%의 낮은 물-결합재비로 배합되도록 함으로써 일정의 시공성을 확보하면서 120㎫를 넘는 강도가 발현되는 저발열 초고강도 콘크리트 조성물에 관한 것이다.Korean Patent No. 1997-0042387 (Low Heat Generation Low Shrinkage Concrete Composition Containing Fly Ash) replaces a portion (15-40 wt%) of cement constituting concrete with fly ash and adds a large amount of admixture. By greatly reducing the amount of unit cement and the amount of unit by reducing the amount of hydration calorific value and drying shrinkage. Korean Patent No. 1997-0042391 (Low Heat Generation Low Shrinkage Concrete Composition Containing Slag Fine Powder) is used to replace a part of cement (20-50 wt%) of the cement constituting concrete with fine slag powder or use slag cement and admixture. By adding a large amount, the amount of unit cement and unit water are greatly reduced to reduce the amount of heat of hydration and drying shrinkage. Patent No. 1997-0042388 (Low heat generation low shrinkage concrete composition containing three-component cement) is a unit cement amount by replacing a portion of the cement with fly-ash and slag fine powder and adding a large amount of admixture And it is intended to reduce the amount of hydration calorific value and drying shrinkage by greatly reducing the unit quantity. This is to use fly ash and fine slag powder together with cement. When excessive use of fly ash or fine slag powder has the above-mentioned problems, it is composed of three components, but the problem of delayed setting time and bleeding is not overcome. Does not seem to be. Korean Patent No. 2001-0037292 (Method for producing low-heat concrete using fly ash and organic admixture) replaces a part of cement with fly ash and forms various types of organic admixtures, thereby providing high fluidity to concrete. In addition to reducing slump loss and heat of hydration, to suppress drying shrinkage, and to enhance the long-term strength, the organic admixture is 60 to 80% by weight of the naphthalene-based high fluidizing agent, 10 to 10 g of sodium gluconate It is shown that it is 30 weight%, 5 to 10 weight% of polyacrylamide, and 5 weight% or less of AE (Air entraining agent) agent is shown. Patent No. 0874584 (Low Heat Ultra High Strength Concrete Composition) uses a binder in which blast furnace slag fine powder, silica fume and anhydrous gypsum are mixed in an appropriate ratio as a binder and blended at a low water-binder ratio of 10 to 17% by weight. It relates to a low heat generation ultra-high strength concrete composition expressing strength over 120 MPa while securing a constant workability.

하지만, 지금까지 알려진 저발열 콘크리트 조성물은 시멘트를 포함하고 있어 시멘트를 전혀 사용하지 않은 무시멘트를 이용한 저발열 콘크리트 조성물이 개발될 필요가 있었지만, 시멘트 대신 무시멘트결합재(알칼리 활성슬래그 결합재)를 이용하여 매스콘크리트를 타설하게 되면, 초기 알칼리 활성화제의 이온화와 슬래그의 재결합 반응에 의해 높은 수화열이 발생하고, 이를 억제하기 위해 반응성(pH)이 낮은 활성화제를 사용하게 되면, 강도발현이 낮아지는 문제점이 존재하였다. However, the low heat concrete composition known so far contains cement, so it was necessary to develop a low heat concrete composition using cement that did not use cement at all, but using cement cement (alkali activated slag binder) instead of cement When the concrete is poured, high heat of hydration is generated by ionization of the initial alkali activator and recombination of slag, and when the activator with low reactivity (pH) is used to suppress it, the strength expression is lowered. Existed.

본 발명자들은 상술된 문제점을 해결할 수 있는 무시멘트 결합재를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과 수화열을 현저하게 줄일 수 있는 초저발열 무시멘트 결합재를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors completed the present invention by developing an ultra-low heat generating cement binder which can significantly reduce the heat of hydration as a result of research efforts to develop the cement cement binder which can solve the above-mentioned problems.

따라서, 본 발명의 목적은 반응 속도에 영향을 미치는 자극제의 이온화도, 이온화 속도 등을 제어함으로서 초기 반응 속도를 억제하고 장기적으로 반응유지시간을 늘려 수화열을 줄이고 종국강도를 향상시킬 수 있는 새로운 조성의 초저발열 무시멘트 결합재용 4성분계 알칼리활성화제를 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to control the ionization rate, ionization rate, etc. of the stimulant that affects the reaction rate to suppress the initial reaction rate and increase the reaction holding time in the long term to reduce the heat of hydration and to improve the final strength It is to provide a four-component alkali activator for exothermic cement binder.

본 발명의 다른 목적은 4성분계 알칼리활성화제를 사용하여 타설 초기 수화반응을 크게 억제함으로써 수화열을 현저하게 감소시켜 수화열에 의한 성능저하, 즉 내외부 온도차이에 의한 온도균열과 이어치기에 의한 연결부의 내구성 문제 등이 없으면서도 종국강도를 30~55 MPa 수준의 강도를 확보할 수 있는 새로운 조성의 초저발열 무시멘트 결합재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to significantly reduce the heat of hydration by greatly inhibiting the initial hydration reaction by using a four-component alkali activator to significantly reduce the heat of hydration, i.e. durability of the connection part by connecting with temperature cracking due to internal and external temperature differences. It is to provide an ultra-low heat generation cement binder with a new composition that can secure a final strength of 30-55 MPa without problems.

본 발명의 또 다른 목적은 초저발열 무시멘트 결합재로 매스 콘크리트 구조물 형성시 초기 수화열이 매우 낮기 때문에 냉각장치의 설치나 1회 타설량 한계치(이어치기) 없이 타설 할 수 있어 공사비 절감과 공기단축 효과가 있으며, 내부 결함이 없고 고강도까지 발현할 수 있어 구조물의 강도 및 내구성을 확보에 유리한 매스 콘크리트 구조물을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is that the initial heat of hydration is very low when forming a mass concrete structure as an ultra low heat cement cement binder, so that it can be poured without the installation of a cooling device or a one-time casting amount limit (resulting), thereby reducing the construction cost and reducing the air. In addition, since there is no internal defect and can express high strength, it is to provide a mass concrete structure that is advantageous for securing the strength and durability of the structure.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and even if not explicitly stated, the object of the invention that can be recognized by those skilled in the art can be naturally included from the description of the detailed description below. .

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨을 포함하는 초저발열 무시멘트 결합재용 4성분계 알칼리활성화제를 제공한다. In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a four-component alkali activator for ultra-low heat cementedum binder comprising calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium fluoride and potassium carbonate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨은 각각 7~10: 1~3: 1~3: 0.5~2의 중량비로 배합된다.In a preferred embodiment, the calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium silicon fluoride and potassium carbonate are each blended in a weight ratio of 7 to 10: 1 to 3: 1 to 3: 0.5 to 2.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화칼슘은 주활성화제로 작용하고, 황산나트륨은 강도증진용 보조 활성화제로 작용하며, 상기 불화규소나트륨은 수화반응속도 및 반응유지시간을 조정용 활성화제로 작용하며, 상기 탄산칼륨은 수화반응속도제어 및 종국강도증진용 활성화제로 작용하는 것이다.In a preferred embodiment, the calcium hydroxide acts as a main activator, sodium sulfate acts as an auxiliary activator for strength enhancement, the sodium fluoride acts as an activator for adjusting the hydration reaction rate and reaction holding time, the potassium carbonate It acts as an activator for reaction rate control and final strength increase.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨은 분말이다. In a preferred embodiment, the calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium silicon fluoride and potassium carbonate are powders.

또한, 본 발명은 고로슬래그; 및 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨을 포함하는 4성분계 알칼리활성화제;를 포함하는 초저발열 무시멘트 결합재를 제공한다. In addition, the present invention is a blast furnace slag; And a four-component alkali activator comprising calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium fluoride, and potassium carbonate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 고로슬래그는 전체 결합재 대비 82중량% 내지 90.5중량%포함되고, 상기 4성분계 알칼리활성화제는 전체 결합재 대비 9.5중량% 내지 18중량% 포함된다. In a preferred embodiment, the blast furnace slag is contained 82% to 90.5% by weight relative to the total binder, the four-component alkali activator is included from 9.5% to 18% by weight relative to the total binder.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 4성분계 알칼리활성화제에 포함된 상기 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨은 각각 7~10: 1~3: 1~3: 0.5~2의 중량비로 배합된다. In a preferred embodiment, the calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium fluoride and potassium carbonate contained in the four-component alkali activator are each blended in a weight ratio of 7 to 10: 1 to 3: 1 to 3: 0.5 to 2.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 4성분계 알칼리활성화제는 분말상이다.In a preferred embodiment, the four-component alkali activator is in powder form.

바람직한 실시예에 있어서, 재령 70시간 누적 수화열이 70 J/g 이하이고 재령 28일 압축강도는 30 ~ 55 MPa이다. In a preferred embodiment, the age 70-hour cumulative heat of hydration is 70 J / g or less and age 28 days compressive strength is 30 ~ 55 MPa.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 초저발열 무시멘트 결합재를 포함하는 매스콘크리트구조물을 제공한다.In addition, the present invention provides a mass concrete structure comprising any one of the ultra-low heat cementing material binder described above.

상술된 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제에 의하면, 고로슬래그의 반응 속도에 영향을 미치는 자극제의 이온화도, 이온화 속도 등을 제어함으로서 초기 반응 속도를 억제하고 장기적으로 반응유지시간을 늘려 수화열을 줄이고 종국강도를 향상시킬 수 있다.According to the four-component alkali activator of the present invention described above, by controlling the ionization degree, ionization rate, etc. of the stimulant that affects the reaction rate of the blast furnace slag to suppress the initial reaction rate and increase the reaction holding time in the long term to reduce the heat of hydration and ultimate strength Can improve.

또한, 본 발명의 초저발열 무시멘트 결합재에 의하면 4성분계 알칼리활성화제를 사용하여 타설 초기 수화반응을 크게 억제함으로써 수화열을 현저하게 감소시켜 수화열에 의한 성능저하, 즉 내외부 온도차이에 의한 온도균열과 이어치기에 의한 연결부의 내구성 문제 등이 없으면서도 종국강도를 30~55 MPa 수준으로 확보할 수 있다.In addition, according to the ultra-low calorific cement binder of the present invention, by significantly suppressing the initial hydration reaction by using a four-component alkali activator, the heat of hydration is remarkably reduced, thereby degrading performance due to hydration heat, that is, temperature cracking due to internal and external temperature differences. The final strength can be secured at 30 ~ 55 MPa without any problems with the durability of the connection part due to the stroke.

또한, 본 발명의 결합재로 매스 콘크리트 구조물 형성시 초기 수화열이 매우 낮기 때문에 냉각장치의 설치나 1회 타설량 한계치(이어치기) 없이 타설 할 수 있어 공사비 절감과 공기단축 효과가 있으며, 내부 결함이 없고 고강도까지 발현할 수 있어 구조물의 강도 및 내구성을 확보에 유리하다.In addition, since the initial heat of hydration is very low when forming the mass concrete structure with the binder of the present invention, it can be poured without the installation of the cooling device or the one-time pouring amount limit (breaking), thereby reducing the construction cost and reducing the air, and there is no internal defect. Since it can express high strength, it is advantageous to secure the strength and durability of the structure.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical effects of the present invention are not limited to the above-mentioned range, and even if not explicitly stated, the effects of the invention that can be recognized by those skilled in the art from the description of the specific contents for the implementation of the following invention are also mentioned. Of course included.

도 1은 결합재별 단열온도상승 수화열 속도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 결합재별 단열온도상승 수화열량(누적발열량)을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the heat transfer rate of hydration heat insulation by binder.
Figure 2 is a graph showing the heat of hydration (accumulated calorific value) thermal insulation temperature increase by binder.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다. The terms used in the present invention have been selected as widely used general terms as possible in consideration of the functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of the person skilled in the art, the emergence of new technologies and the like. In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the terms used in the present invention should not be interpreted based on the general meaning of the term but the contents described throughout the specification of the present invention, rather than simply the name of the term. In particular, when the terms "about", "substantially" and the like are used, they may be interpreted as being used at or near that numerical value when a manufacturing and material tolerance unique to the stated meaning is given. .

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and that one or more other features It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.

본 발명의 기술적 특징은 고로슬래그의 수화반응시 반응 속도에 영향을 미치는 알칼리활성화제의 이온화도, 이온화 속도 등을 제어함으로서 초기 반응 속도를 억제하고 장기적으로 반응유지시간을 늘려 수화열을 줄이면서도 종국강도를 향상시킬 수 있는 새로운 조성의 4성분계 알칼리활성화제 및 이를 포함하는 무시멘트결합재에 있다. The technical feature of the present invention is to control the ionization rate, ionization rate, etc. of the alkali activator that affects the reaction rate during the hydration reaction of the blast furnace slag to suppress the initial reaction rate and increase the reaction holding time in the long term, while reducing the final heat of hydration and ultimate strength. The four-component alkali activator of the new composition that can be improved and the cement binder comprising the same.

따라서, 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제는 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨을 포함한다.Accordingly, the four-component alkali activator of the present invention includes calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium silicon fluoride and potassium carbonate.

즉, 통상 알칼리활성화제로 사용되지 않는 탄산칼륨과 수산화칼슘, 황산나트륨 및 불화규소나트륨이 일정 함량으로 배합되어 고로슬래그가 수경성을 갖도록 자극제로 사용하게 되면 타설 초기 수화반응속도를 억제하여 수화열 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 재령 28일 후에 충분한 강도의 발현이 가능하였기 때문이다.That is, when potassium carbonate, calcium hydroxide, sodium sulfate, and sodium fluoride, which are not normally used as alkali activators, are mixed in a certain amount and used as a stimulant to make the blast furnace slag hydraulic, the initial hydration reaction rate can be suppressed to suppress the heat of hydration. Not only that, but after 28 days of age, sufficient intensity was possible.

이와 같이, 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제는 활성화제의 계열 및 음이온을 고려하여 선정된 성분들이 포함되어 반응 속도에 영향을 미치는 알칼리활성화제의 이온화도, 이온화 속도 등을 제어함으로서 초기 반응 속도를 억제하고 장기적으로 반응유지시간을 늘려 수화열을 줄이고 종국강도를 향상시킬 수 있다. 특히, 수산화칼슘과 황산나트륨은 강도발현을 위한 주요 자극제로써 선정되었고, 불화규소나트륨은 수화반응속도 및 반응유지시간을 조정하기 위해 선정되었으며, 탄산칼륨은 수화반응 속도제어 및 종국강도증진을 위해 선정되었다. As such, the four-component alkali activator of the present invention suppresses the initial reaction rate by controlling the ionization degree, ionization rate, etc. of the alkali activator that affects the reaction rate by including the components selected in consideration of the series and the anion of the activator. In the long run, the reaction holding time can be extended to reduce the heat of hydration and ultimately to improve the strength. In particular, calcium hydroxide and sodium sulfate were selected as the main stimulants for strength expression, sodium fluoride was selected to adjust the hydration reaction rate and reaction holding time, and potassium carbonate was selected for the control of hydration reaction rate and ultimate strength.

또한, 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제는 수산화칼슘(Ca(OH)2), 황산나트륨(Na2SO4), 불화규소나트륨(Na2SiF6) 및 탄산칼륨(KCO3)을 각각 7~10: 1~3: 1~3: 0.5~2의 중량비로 배합하여 완성될 수 있다. 각 구성요소의 종류 및 함량비는 실험적으로 결정된 것으로 정해진 범위를 벗어나면 수화열 발생 억제 및 종국강도증진이라는 의도하는 작용효과가 감소하였다. In addition, the four-component alkali activator of the present invention is calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium fluoride (Na 2 SiF 6 ) and potassium carbonate (KCO 3 ) 7-10: It can be completed by blending in a weight ratio of 1 to 3: 1 to 3: 0.5 to 2. The type and content ratio of each component were determined experimentally, and beyond the defined range, the intended effects of suppressing the generation of hydration heat and enhancing final strength were reduced.

또한, 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제는 종래 무시멘트결합재의 주재료인 고로슬래그 파우더의 유리질을 분해하기 위한 자극제로 사용되는 알칼리활성화제가 액상형이었던 것과는 달리 분말상을 사용함으로써 초기 급격한 반응을 억제할 수 있다. In addition, the quaternary alkali activator of the present invention can suppress the initial rapid reaction by using the powder phase, unlike the alkaline activator used as a stimulant for decomposing the glass of the blast furnace slag powder, which is the main material of the cementless binder in the prior art .

다음으로, 본 발명의 초저발열 무시멘트 결합재는 고로슬래그; 및 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨으로 구성된 4성분계 알칼리활성화제;를 포함한다. Next, the ultra low heat cementing material of the present invention is blast furnace slag; And a four-component alkali activator composed of calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium fluoride, and potassium carbonate.

여기서, 고로슬래그는 전체 결합재 대비 82중량% 내지 90.5중량%포함되고, 4성분계 알칼리활성화제는 전체 결합재 대비 9.5중량% 내지 18중량% 포함될 수 있는데, 고로슬래그와 4성분계 알칼리활성화제의 배합비 또한 실험적으로 결정된 것으로 정해진 범위를 벗어나면 수화열 발생 억제 및 종국강도증진이라는 의도하는 작용효과가 감소하였다. Here, the blast furnace slag is contained 82% to 90.5% by weight relative to the total binder, the four-component alkali activator may be included in the 9.5% to 18% by weight relative to the total binder, the mixing ratio of the blast furnace slag and four-component alkali activator is also experimental Outside the defined range, the intended effects of suppressing the heat of hydration and ultimately increasing the intensity were reduced.

이와 같이 4성분계 알칼리활성화제를 포함하는 본 발명의 초저발열 무시멘트 결합재는 재령 70시간 누적 수화열이 70 J/g 이하이고 재령 28일 압축강도 30 ~ 55 MPa를 나타내어 기존에 알려진 무시멘트결합재와 비교하여 수화열은 현저하게 낮지만 강도발현은 동등 이상으로서 후술하는 바와 같이 종국강도는 오히려 더 우수하였다.As described above, the ultra-low calorific cement binder of the present invention containing a four-component alkali activator has a cumulative heat of hydration of 70 J / g or less for 70 hours and shows a compressive strength of 30 to 55 MPa for 28 days. Therefore, the heat of hydration was remarkably low, but the strength expression was equal or more, and the ultimate strength was rather excellent as described later.

그 결과 본 발명의 초저발열 무시멘트 결합재로 형성된 매스콘크리트구조물은 구조물 형성시 초기 수화열이 매우 낮기 때문에 냉각장치의 설치나 1회 타설량 한계치(이어치기) 없이 타설 할 수 있어 공사비 절감과 공기단축 효과가 있으며, 내부 결함이 없고 고강도까지 발현할 수 있어 구조물의 강도 및 내구성을 확보에 유리하다.As a result, the mass concrete structure formed of the ultra-low heat cementing cement binder of the present invention can be poured without the installation of a cooling device or the limit of one-time pouring amount because the initial heat of hydration is very low at the time of forming the structure, thereby reducing the construction cost and air shortening effect. There is no internal defect and can express up to high strength, which is advantageous for securing the strength and durability of the structure.

실시예 1 내지 14Examples 1-14

하기 표2와 같은 배합으로 4성분계 알칼리활성화제1 내지 7을 제조하고, 하기 표3과 같은 배합으로 초저발열 무시멘트결합재1 내지 7을 제조하였다.The four-component alkali activators 1 to 7 were prepared by the formulation as shown in Table 2 below, and ultra low heat cementing material binders 1 to 7 were prepared by the formulation as shown in Table 3 below.

구분division Ca(OH)2
(단위: 중량%)
Ca (OH) 2
(Unit: weight%)
Na2SO4
(단위:중량%)
Na 2 SO 4
(Unit: weight%)
Na2SiF6
(단위:중량%)
Na 2 SiF 6
(Unit: weight%)
KCO3
(단위:중량%)
KCO 3
(Unit: weight%)
실시예1Example 1 7.07.0 1.01.0 3.03.0 0.50.5 실시예2Example 2 7.07.0 1.01.0 3.03.0 1.01.0 실시예3Example 3 7.07.0 1.01.0 3.03.0 1.51.5 실시예4Example 4 7.07.0 1.01.0 3.03.0 2.02.0 실시예5Example 5 7.07.0 3.03.0 3.03.0 2.02.0 실시예6Example 6 7.07.0 3.03.0 3.03.0 0.50.5 실시예7Example 7 7.07.0 3.03.0 3.03.0 1.01.0

구분division 고로슬래그
(단위 :중량%)
Blast furnace slag
(Unit: weight%)
4성분계알칼리활성화제
(단위 :중량%)
4-component alkali activator
(Unit: weight%)
실시예8Example 8 88.588.5 11.511.5 실시예9Example 9 8888 1212 실시예10Example 10 87.587.5 12.512.5 실시예11Example 11 8787 1313 실시예12Example 12 8585 1515 실시예13Example 13 86.586.5 13.513.5 실시예14Example 14 8686 1414

비교예 1 내지 14Comparative Examples 1 to 14

하기 표 4와 같은 배합으로 비교예 알칼리활성화제1 내지 7을 제조하고,하기 표5와 같은 배합으로 비교예무시멘트결합재1 내지 7을 제조하였다. Comparative Examples Alkali Activators 1 to 7 were prepared in the formulation as shown in Table 4, and Comparative Example Cement Binders 1 to 7 were prepared in the formulation as in Table 5 below.

구분division Ca(OH)2
(단위: 중량%)
Ca (OH) 2
(Unit: weight%)
Na2SO4
(단위:중량%)
Na 2 SO 4
(Unit: weight%)
Na2SiF6
(단위:중량%)
Na 2 SiF 6
(Unit: weight%)
비교예1Comparative Example 1 33 44 비교예2Comparative Example 2 1010 비교예3Comparative Example 3 7.07.0 비교예4Comparative Example 4 7.07.0 3.03.0 비교예5Comparative Example 5 7.07.0 1.01.0 비교예6Comparative Example 6 7.07.0 2.02.0 비교예7Comparative Example 7 7.07.0 3.03.0

구분division 고로슬래그
(단위 :중량%)
Blast furnace slag
(Unit: weight%)
비교예알칼리활성화제
(단위 :중량%)
Comparative Example Alkali Activator
(Unit: weight%)
비교예8Comparative Example 8 9393 77 비교예9Comparative Example 9 9090 1010 비교예10Comparative Example 10 9393 77 비교예11Comparative Example 11 9090 1010 비교예12Comparative Example 12 9292 88 비교예13Comparative Example 13 9191 99 비교예14Comparative Example 14 9090 1010

실험예 1Experimental Example 1

1종보통포틀랜드 시멘트(OPC), 비교예무시멘트결합재1, 비교예무시멘트결합재 2 및 초저발열 무시멘트결합재 6을 대상으로 다음과 같이 결합재별 압축강도(MPa) 및 수화열량(J/g)을 측정하고 그 결과를 표 6 , 도 1 및 도 2에 나타내었다.Compressive strength (MPa) and heat of hydration (J / g) for each of the following types of materials: Portland Cement (OPC), Comparative Cement Binder 1, Comparative Cement Binder 2 and Ultra Low Heat Cement Binder 6 Was measured and the results are shown in Table 6, FIG. 1 and FIG.

압축강도 측정용 시험체는 KS L 5105(시멘트 모르타르 압축강도 시험방법)에 준하여 모르타르 시험체를 제작하였으며, 양생 후 압축강도 시험일까지 각 시험체는 외기와 닿지 않지 않도록 밀봉양생 하였다. 또한 압축강도 시험은 최대하중 300kN(해상도 10N)의 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 시험체 각 배합당 3일, 7일 28일 재령일에 KS L 5105에 준하여 실시하였다.Mortar test specimens were prepared according to KS L 5105 (cement mortar compressive strength test method), and the specimens were sealed and cured so that they did not come into contact with the outside air until the compressive strength test date after curing. In addition, the compressive strength test was carried out in accordance with KS L 5105 on the 3rd, 7th and 28th day of reinforcement using a universal testing machine (UTM) with a maximum load of 300kN (resolution 10N).

수화열은 각 시료당 10g을 계량하여 도쿄리코社의 미소수화열의 단열온도상승곡선을 plot할 수 있는 시멘트수화열 열량계(CHC-OM6) 장비를 이용하여 용기내 교반 방법으로 시간 별 발열량을 초기 수화열 반응이 거의 끝나는 시점인 3일간 측정하였다. 도 1은 결합재별 단열온도상승 수화열 속도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 수화열 속도 data를 시간에 따른 누적 발열량으로 그래프화 하여 나타낸 것이다.The heat of hydration is measured by the cement hydration calorimeter (CHC-OM6), which measures 10 g of each sample and plots the adiabatic temperature rise curve of Tokyo Rico's microhydration heat. It was measured for 3 days, which is almost the end point. 1 is a graph showing the heat of hydration heat rise rate for each binder, and FIG. 2 is a graph showing the heat of hydration rate data shown in FIG. 1 as a cumulative calorific value with time.

결합재 종류Binder type 압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 수화열(J/g)Hydration Heat (J / g) 3일3 days 7일7 days 28일28 days 3일3 days 1종보통포틀랜드 시멘트(OPC)Class 1 Ordinary Portland Cement (OPC) 2020 2929 3838 232232 비교예무시멘트결합재1
(NaOH기반 무시멘트 결합재)
Comparative Cement Binder 1
(NaOH-based cement binder)

21.62

21.62

24.84

24.84

30.15

30.15

174

174
비교예무시멘트결합재 2
(Na2SiO3기반 무시멘트 결합재)
Comparative Cement Binder 2
(Na 2 SiO 3 based cementless binder)

16.48

16.48

26.11

26.11

32.18

32.18

143

143
초저발열 무시멘트결합재 6Ultra Low Heat Cement Binder 6 5.455.45 26.8726.87 41.5541.55 6060

상기 표 6, 도 1 및 도 2로부터 본 발명의 4성분계 알칼리활성화제가 사용된 초저발열 무시멘트가 초기 수화열은 현저하게 거의 3배 이상 낮으면서 재령 28일 압축강도는 가장 높은 것을 알 수 있다. From Table 6, Figures 1 and 2 it can be seen that the ultra-low calorific cement used with the four-component alkali activator of the present invention has the highest initial heat of hydration, while the initial heat of hydration is almost three times lower.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 7내지 14에서 얻어진 초저발열 무시멘트결합재1 내지 7 및 비교예 7 내지 14에서 얻어진 비교예무시멘트결합재1 내지 7을 대상으로 압축강도 측정용 콘크리트 시험체를 제작하여 실험예1의 방법에 따라 압축강도를 측정하고 그 결과를 표 7에 나타내었다.According to the method of Experimental Example 1 to prepare a concrete test specimen for measuring the compressive strength of the ultra low heat cemented cement binders 1 to 7 obtained in Examples 7 to 14 and the comparative cement cement binders 1 to 7 obtained in Comparative Examples 7 to 14 Compressive strength was measured and the results are shown in Table 7.

구분division compressive strengthcompressive strength 3일3 days 7일7 days 28일28 days 실시예8Example 8 1.24 1.24 21.54 21.54 30.23 30.23 실시예9Example 9 0.84 0.84 18.85 18.85 32.96 32.96 실시예10Example 10 0.72 0.72 9.93 9.93 47.23 47.23 실시예11Example 11 0.68 0.68 8.80 8.80 52.62 52.62 실시예12Example 12 0.49 0.49 17.28 17.28 52.54 52.54 실시예13Example 13 5.455.45 26.8726.87 41.5541.55 실시예14Example 14 1.811.81 22.4422.44 46.3546.35 비교예8Comparative Example 8 21.6221.62 24.8424.84 30.1530.15 비교예9Comparative Example 9 16.4816.48 26.1126.11 32.1832.18 비교예10Comparative Example 10 7.43 7.43 8.51 8.51 12.4212.42 비교예11Comparative Example 11 12.04 12.04 14.91 14.91 16.24 16.24 비교예12Comparative Example 12 7.43 7.43 8.51 8.51 11.4111.41 비교예13Comparative Example 13 10.82 10.82 13.02 13.02 16.0116.01 비교예14Comparative Example 14 13.05 13.05 16.42 16.42 18.1418.14

표 7은 본 발명의 초저발열 무시멘트결합재가 비교예 무시멘트결합재와 비교하여 초기 발현 강도는 낮지만 재령 28일에 측정된 종국강도는 매우 우수한 것을 알 수 있다. Table 7 shows that the ultra-low heat cementing binder of the present invention has a lower initial expression strength than the comparative cementing binder, but the final strength measured at 28 days is very good.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

Claims (10)

주활성화제로 작용하는 수산화칼슘, 강도증진용 보조 활성화제로 작용하는 황산나트륨, 수화반응속도 및 반응유지시간을 조정용 활성화제로 작용하는 불화규소나트륨 및 수화반응속도제어 및 종국강도증진용 활성화제로 작용하는 탄산칼륨이각각 7~10: 1~3: 1~3: 0.5~2의 중량비로 배합되며,
상기 배합되는 성분들의 종류 및 배합비를 통해 이온화도 및 이온화속도를 포함하여 무시멘트결합재에 포함된 고로슬래그의 수화 반응속도에 영향을 미치는 조건을 제어함으로써 상기 고로슬래그의 초기 반응 속도를 억제하여 상기 무시멘트결합재의 수화열은 감소되고 종국강도는 증진시키는 것을 특징으로 하는 초저발열 무시멘트 결합재용 4성분계 알칼리활성화제.
Calcium hydroxide acts as a main activator, sodium sulfate acts as an auxiliary activator for strength enhancement, sodium fluoride acts as an activator for adjusting the hydration reaction rate and reaction holding time, and potassium carbonate acting as an activator for hydration reaction rate control and final strength enhancement Each is blended in a weight ratio of 7 to 10: 1 to 3: 1 to 3: 0.5 to 2,
By suppressing the initial reaction rate of the blast furnace slag by controlling the conditions affecting the hydration reaction rate of the blast furnace slag contained in the cement cement binder, including the degree of ionization and ionization rate through the type and the mixing ratio of the components to be blended A four-component alkali activator for ultra low heat cementless binder, characterized in that the heat of hydration of the binder is reduced and the ultimate strength is improved.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 수산화칼슘, 황산나트륨, 불화규소나트륨 및 탄산칼륨은 분말인 것을 특징으로 하는 초저발열 무시멘트 결합재용 4성분계 알칼리활성화제.
The method of claim 1,
The calcium hydroxide, sodium sulfate, sodium fluoride and potassium carbonate is a four-component alkali activator for ultra low heat cement cement binder, characterized in that the powder.
고로슬래그; 및
주활성화제로 작용하는 수산화칼슘, 강도증진용 보조 활성화제로 작용하는 황산나트륨, 수화반응속도 및 반응유지시간을 조정용 활성화제로 작용하는 불화규소나트륨 및 수화반응속도제어 및 종국강도증진용 활성화제로 작용하는 탄산칼륨이 각각 7~10: 1~3: 1~3: 0.5~2의 중량비로 배합되고,상기 배합되는 성분들의 종류 및 배합비를 통해 이온화도 및 이온화속도를 포함하여 상기 고로슬래그의 수화 반응속도에 영향을 미치는 조건을 제어하는 4성분계 알칼리활성화제;를 포함하고,
상기 고로슬래그의 초기 반응 속도가 억제되어 수화열은 감소되고 종국강도는 증진되는 것을 특징으로 하는초저발열 무시멘트 결합재.
Blast furnace slag; And
Calcium hydroxide acts as a main activator, sodium sulfate acts as an auxiliary activator for strength enhancement, sodium fluoride acts as an activator for adjusting the hydration reaction rate and reaction holding time, and potassium carbonate acting as an activator for hydration reaction rate control and final strength enhancement 7 to 10: 1 to 3: 1 to 3: 0.5 to 2, respectively, in a weight ratio, which affects the hydration reaction rate of the blast furnace slag, including the degree of ionization and the rate of ionization, through the type and the mixing ratio of the components. It includes; four-component alkali activator for controlling the conditions;
The initial reaction rate of the blast furnace slag is suppressed, the heat of hydration is reduced, the ultimate strength is characterized in that the ultimate strength of cementless binder.
제 5 항에 있어서,
상기 고로슬래그는 전체 결합재 대비 82중량% 내지 90.5중량%포함되고, 상기 4성분계 알칼리활성화제는 전체 결합재 대비 9.5중량% 내지 18중량% 포함되는 것을 특징으로 초저발열 무시멘트 결합재.
The method of claim 5,
The blast furnace slag is 82% by weight to 90.5% by weight relative to the total binder, the four-component alkali activator is characterized in that ultra-low heat fever cement binder is included in the 9.5% by weight to 18% by weight relative to the total binder.
삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 4성분계 알칼리활성화제는 분말상인 것을 특징으로 하는 초저발열 무시멘트 결합재.
The method of claim 5,
The four-component alkali activator is ultra-low heat fever cement binder, characterized in that the powder.
제 5 항에 있어서,
재령 70시간 누적 수화열이 70 J/g 이하이고 재령 28일 압축강도는 30 ~ 55 MPa인 것을 특징으로 하는 초저발열 무시멘트 결합재.
The method of claim 5,
70-hour cumulative heat of hydration is less than 70 J / g and age 28 days compressive strength is ultra-low heat cement cement binder, characterized in that 30 ~ 55 MPa.
제 5 항, 제 6 항, 제 8 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항의 초저발열 무시멘트 결합재를 포함하는 매스콘크리트구조물.10. A mass concrete structure comprising the ultra low heat cementing cement binder of any one of claims 5, 6, 8, and 9.
KR1020170157136A 2017-11-23 2017-11-23 Super low heat cementless binder for mass concrete KR102014870B1 (en)

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