KR102031784B1 - 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물 - Google Patents

고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물

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Abstract

본 발명은 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물, 속경성 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 라텍스로 이루어지며, 상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 내구성과 시공성이 우수하며, 신속한 도로 보수작업을 가능하게 하여 경제성, 조기 교통개방 안정성 및 장기공용성을 확보하는 효과를 나타낸다.

Description

고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물 {Eco - friendly quick - setting concrete composition using blast - furnace slag and ferronickel composite fine aggregate}
본 발명은 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성과 시공성이 우수하며, 신속한 도로 보수작업을 가능하게 하여 경제성, 조기 교통개방 안정성 및 장기공용성을 확보하는 효과를 나타내는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 건물의 외벽과 같이 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 또는 보강하기 위한 보수공사에는 조강 포틀랜드 시멘트(3종 시멘트)가 널리 사용되고 있다. 조강 포틀랜드 시멘트는 일반 시멘트에 비하여 시공성이 우수한 장점이 있으나, 투수성이 높아 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 있다. 특히, 조강 포틀랜드 시멘트는 그 특성상 콘크리트가 경화되는 양생 시간이 오래 소요되기 때문에 작업의 특성상 짧은 시간 내에 마무리를 요하는 긴급 보수공사에 사용하기에는 더욱 곤란한 문제점을 내포하고 있다.
특히, 도로는 중차량, 동절기 제설제 및 환경적 변화 등에 의해 초기 서비스 상태에서 공용기간이 증대될수록 그 기능 및 성능이 저하되며 이러한 성능저하는 도로파손으로 이어지고, 도로의 파손은 이용자의 안전에 직접적인 영향을 미치게 되므로 파손 직후 신속하고 적절한 보수가 이루어져야 한다.
현재, 콘크리트 포장의 균열이나 스폴링 등의 파손이 발생하는 경우 대처할 수 있는 보수재료로는 주로 고내구성 속경성 콘크리트가 사용되고 있다.
그러나, 종래에 고내구성 속경성 콘크리트는 잔골재로 대부분 자연모래를 사용하고 있는데, 최근 모래자원의 고갈에 따라 현장에서 모래의 수급에 어려움을 겪고 있을 뿐만 아니라 품질도 균일하지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 상기의 문제점을 해소하기 위해 자연사를 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중 철강 부산물을 잔골재로 활용하려는 시도가 이루어졌으나, 철강 부산물의 경우 고비중에 의한 콘크리트 재료분리나 입도 불량 등의 이유로 사용이 제한적인 문제점을 가지고 있다.
한국특허등록 제10-0908213호(2009.07.10) 한국특허등록 제10-1814725호(2017.12.27)
본 발명의 목적은 내구성과 시공성이 우수하며, 신속한 도로 보수작업을 가능하게 하여 경제성, 조기 교통개방 안정성 및 장기공용성을 확보하는 효과를 나타내는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트의 물성에 적합하도록 조합하여 제조된 분급파쇄석이 혼합되어 균일한 물성을 나타내며, 초기강도와 내구성이 향상된 속경성 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 물, 속경성 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 라텍스로 이루어지며, 상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 물 100 중량부, 속경성 시멘트 500 내지 550 중량부, 잔골재 1600 내지 1800 중량부, 굵은골재 1100 내지 1300 중량부 및 라텍스 110 내지 150 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 속경성 시멘트는 포틀랜드시멘트 100 중량부, 칼슘설포 알루미네이트 50 내지 55 중량부, 무수석고 35 내지 45 중량부, 탄산리튬 0.3 내지 0.5 중량부, 탄산나트륨 0.3 내지 0.5 중량부, 유동화제 0.15 내지 0.3 중량부 및 붕산 0.8 내지 1.2 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그가 1:0.4 내지 1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 페로니켈 슬래그는 입자크기가 1.5 내지 5 밀리미터인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 고로 수재 슬래그는 입자크기가 0.08 내지 2.5 밀리미터인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 잔골재에는 상기 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석 40 내지 60 중량부가 더 함유되며, 상기 파쇄석은 입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 파쇄석 100 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부 및 입도가 1.4 내지 2.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 내구성과 시공성이 우수하며, 신속한 도로 보수작업을 가능하게 하여 경제성, 조기 교통개방 안정성 및 장기공용성을 확보하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 콘크리트의 물성에 적합하도록 조합하여 제조된 분급파쇄석이 혼합되어 균일한 물성을 나타내며, 초기강도와 내구성이 향상되는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 잔골재의 종류별 입자크기를 나타낸 그래프이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 물, 속경성 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 라텍스로 이루어지며, 물 100 중량부, 속경성 시멘트 500 내지 550 중량부, 잔골재 1600 내지 1800 중량부, 굵은골재 1100 내지 1300 중량부 및 라텍스 110 내지 150 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 속경성 시멘트는 500 내지 550 중량부가 함유되며, 초기강도 발현에 필요한 시멘트 수화물인 트리설페이트(trisulfate) 및 모노설페이트(monosulfate)의 생성을 촉진하는 칼슘설포 알루미네이트와 무수석고가 다량 함유되는데, 포틀랜드시멘트 100 중량부, 칼슘설포 알루미네이트 50 내지 55 중량부, 무수석고 35 내지 45 중량부, 탄산리튬 0.3 내지 0.5 중량부, 탄산나트륨 0.3 내지 0.5 중량부, 유동화제 0.15 내지 0.3 중량부 및 붕산 0.8 내지 1.2 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 트레설페이트와 상기 모노설페이트의 반응을 아래 반응식 1에 나타내었다.
[반응식 1]
C3A+3CaSO4 + 32H2O → C3A·3CaSO4·32H2O (trisulfate)
2C3A+C3A·3CaSO4·32H2O + 4H2O → 3(C3A·CaSO4·12H2O) (monosulfate)
또한, 상기 포틀랜드 시멘트는 주 바인더의 역할을 하며, 비표면적이 3200cm2/g 이상의 1종 포틀랜드시멘트를 사용하며, 상기 칼슘설포 알루미네이트는 비표면적이 4,800cm2/g 이상인 알루미나의 함량이 32% 이상인 것을 사용한다.
또한, 수분의 함량 1% 이내이며 비표면적 4000cm2/g 이상인 천연 또는 화학무수석고를 사용하며, 속경성 시멘트에 필요한 부가적인 물성을 확보하기 위한 첨가제로 경화촉진제인 탄산리튬과 탄산나트륨을 사용하고, 유동성과 감수효과를 나타내는 폴리카본산계 유동화제를 사용하며, 속경성 시멘트의 초기경화를 조절하는 지연제로 주석산, 붕산 및 구연산 나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 사용할 수 있으며, 붕산을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 속경성 시멘트의 함량이 500 중량부 미만이면 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물의 경화가 더디게 진행되기 때문에 바람직하지 못하며, 상기 속경성 시멘트의 함량이 550 중량부를 초과하게 되면 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물의 경화속도가 지나치게 증가하여 진행되어 작업성이 저하될 수 있다.
상기 잔골재는 1600 내지 1800 중량부가 함유되며, 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물의 압축강도, 휨강도, 부착강도, 마모저항성, 동결융해저항성, 염소이온 투과저항성과 같은 물성을 향상시키는 역할을 한다.
이때, 상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그가 1:0.4 내지 1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 더욱 바람직하며, 상기 페로니켈 슬래그는 입자크기가 1.5 내지 5 밀리미터인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 고로 수재 슬래그는 입자크기가 0.08 내지 2.5 밀리미터인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 페로니켈 슬래그는 국내의 페로니켈 제련소에서는 연간 15만톤 이상 생산되고 있으며, 철 80중량% 및 니켈 20중량%의 조성비로 만들어진 합금을 페로니켈(ferro-nickel)이라 하는데, 페로니켈 제조를 위해 니켈광을 제련할 때 원료, 제선 및 제강 등의 생산라인을 거치면서 발생되는 부산물을 페로니켈 슬래그(ferro-nickel slag)라고 한다. 페로니켈의 원료는 산화 니켈광이며, 니켈 품위는 2 내지 2.5 중량% 수준으로 매우 낮고, 그 외의 함유물인 SiO2, MgO, FeO, CaO 등은 대부분 슬래그로 생성되어, 약 100만톤 가량의 페로니켈 슬래그가 발생하고 있다. 페로니켈 슬래그의 주성분은 40 내지 50중량%의 CaO와 30 내지 40중량%의 MgO로 구성되며, 구상형의 모래 형태로서 그 입도크기가 10mm 미만의 수준이다.
또한, 고로 수재 슬래그란 용광로에서 선철과 동시에 생성하는 용융 고로 슬래그를 고압의 물이나 공기로 급랭시켜 얻어지는 것으로, 특히 고로로부터 슬래그가 배출되면서 고압의 물을 살수하므로 결정상이 갖추어지지 않고 비결정상의 모래 형태 입자로 생성된다.
상기, 페로니켈 슬래그는 흡수율이 작고 구상형의 입형을 가지고 있어 콘크리트의 잔골재로 활용시 유동성을 증진시키고 수밀한 콘크리트를 제조할 수 있어 콘크리트의 강도 및 내구성능을 증진시키는 역할을 한다.
또한, 상기 고로 수재 슬래그는 페로니켈 슬래그와 혼합 사용시 페로니켈슬래그의 고비중에 의한 재료분리의 위험성을 낮춰주며, 표면 잠재수경성에 의해 시멘트와의 결합력을 높이는 효과를 나타낸다.
즉, 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그를 혼합한 철강슬래그를 잔골재로 활용하게 되면, 콘크리트의 품질 균일성을 확보할 수 있으며, 물리적 성능 및 내구성을 증진시키는 콘크리트 조성물이 제공된다.
이때, 상기 페로니켈 슬래그는 1.5 내지 5 밀리미터의 입자크기를 나타내는 것이 바람직한데. 상기 페로니켈 슬래그의 입자크기가 1.5 밀리미터 미만이면 고로 수재 슬래그의 입도분포와 겹치게 되어 표준입도를 벗어나게 되므로 콘크리트 제조시 과도하게 시멘트를 소요하게 되어 경제성이 저하되며, 상기 페로니켈 슬래그의 입자크기가 5 밀리미터를 초과하게 되면 입자의 구형 특성을 상실하게 되어 콘크리트 제조시 유동성의 저하를 초래한다.
또한, 상기 고로 수재 슬래그는 입자크기가 0.08 내지 2.5 밀리미터를 나타내는 것이 바람직한데, 상기 고로 수재 슬래그의 입자크기가 0.08 밀리미터 미만이면 콘크리트 제조시 점성이 증가하여 표면 마무리작업이 저하되며, 상기 고로 수재 슬래그의 입자크기가 2.5 밀리미터를 초과하게 되면 페로니켈 슬래그와 입도분포가 겹치게 되어 표준입도분포를 벗어나게 되므로 콘크리트 제조시 과도한 시멘트를 소요하게 되어 경제성이 저하된다.
또한, 상기 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그의 혼합비는 1:0.4 내지 1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 고로 수재 슬래그는 페로니켈 슬래그의 고비중을 낮춰주는 역할과, 2.5 밀리미터 이하의 작은 입도를 채워주어 표준 입도분포를 갖출 수 있도록 하는 효과가 있으며, 표면의 잠재수경성으로 인해 시멘트와의 결합력이 증대되어 휨강도 및 부착강도, 방수성능의 증진을 효과를 나타내는데, 상기 고로 수재 슬래그의 혼합비가 0.4 중량부 미만이면 잔골재의 비중이 증가하기 때문에, 콘크리트 재료분리의 위험성이 있으며, 표준 입도분포를 벗어나게 되고, 상기 고로 수재 슬래그의 혼합비가 1 중량부를 초과하게 되면 표준 입도분포를 벗어나며 구상형의 잔골재가 줄어들어 유동성의 증진 효과가 미미해진다.
상기의 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그의 물성을 및 성분을 분석하여 아래 표 1에 나타내었다.
<표 1>
상기 잔골재의 함량이 1600 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 잔골재의 함량이 1800 중량부를 초과하게 되면, 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 물, 속경성 시멘트, 굵은골재 및 라텍스의 함량이 줄어들에 콘크리트 조성물의 전체적인 물성이 저하될 수 있다.
또한, 아래 도 1에 잔골재의 종류별 입도분포를 그래프로 나타내었는데, 아래 도 1에 나타낸 바와 같이, 자연사는 표준입도 범위(점선으로 표시)를 벗어나고 있으나, 본 발명에 사용되는 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그의 혼합물은 잔골재의 표준입도에 적합한 범위를 나타내고 있는 것을 알 수 있는데, 이는 품질관리 및 고내구성 콘크리트를 제조하는데, 매우 중요한 부분을 차지한다.
또한, 상기 잔골재에는 상기 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석 40 내지 60 중량부가 더 함유되며, 상기 파쇄석은 입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 파쇄석 100 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부 및 입도가 1.4 내지 2.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부로 이루어지는데, 상기 파쇄석은 장석, 백운석 및 석회석으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기의 성분 및 입도로 이루어지는 파쇄석은 최근 자원의 고갈에 따라 양질의 자연사를 현장에서 사용하지 못함에 따라 발생되는 콘크리트 품질문제점을 해결하는 역할을 하며, 현장에서의 잔골재 배합과정을 간소화할 뿐만 아니라, 균질한 품질의 모르타르 및 콘크리트를 제공하며, 초기의 빠른 경화와 장기적인 수축을 해결하기 위한 칼슘설포 알루미네이트와 무수석고의 최적 배합을 속경성 콘크리트에 적용함으로써 초기강도 및 장기적인 내구성을 확보할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 굵은골재는 1100 내지 1300 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데, 이때 상기 굵은골재는 콘크리트 제조에 사용되는 통상의 것을 사용하기 때문에, 굵은골재의 구체적인 성분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 굵은골재의 함량이 1100 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 굵은 골재의 함량이 1300 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 콘크리트의 결속력이 저하되어 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 라텍스는 110 내지 150 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물의 내충격성을 향상시키는 역할을 하는데, 더욱 상세하게는 상기 라텍스는 콘크리트 조성물을 구성하는 시멘트성분과 골재를 단단하게 결속하는 역할을 하기 때문에, 콘크리트 조성물의 내충격성 및 내마모성과 같은 물성을 향상시킨다.
이때, 상기 라텍스의 함량이 110 중량부 미만이면 콘크리트 조성물의 내구성 향상효과가 미미하며, 상기 라텍스의 함량이 150 중량부를 초과하게 되면 콘크리트몰탈의 끈적임이 지나치게 증가하여 작업성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 상기 라텍스는 라텍스는 유리전이온도(Tg : glass temperature)가 -10 내지 0℃이고, MFFT 0℃이상이며, 고형분의 함량이 46 내지 50%인 아크릴라텍스 또는 SBR라텍스를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물의 제조방법과 그 제조방법을 통해 제조된 콘크리트의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 속경성 시멘트의 제조
1종 포틀랜드시멘트 55 중량부, 칼슘설포 알루미네이트 25 중량부, 무수석고 19 중량부, 탄산리튬 0.2 중량부, 탄산나트륨 0.2 중량부, 유동화제 0.1 중량부 및 붕산 0.5 중량부를 배합하여 속경성 시멘트를 제조하였다.
<실시예 1>
물 60kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 340kg, 페로니켈 슬래그 836kg, 고로 수재 슬래그 358kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 80kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
물 65kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 345kg, 페로니켈 슬래그 709kg, 고로 수재 슬래그 473kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 84kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
물 70kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 350kg, 페로니켈 슬래그 585kg, 고로 수재 슬래그 585kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 88kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
물 70kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 350kg, 고로 수재 슬래그 1111kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 88kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
물 75kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 360kg, 페로니켈 슬래그 706kg, 고로 수재 슬래그 471kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 92kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그 로 이루어진 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석(입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 장석 397 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 장석 400 중량부, 입도가 1.4 내지 2.4인 장석 397 중량부로 이루어짐) 50 중량부를 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 7>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그 로 이루어진 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석(입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 장석 342 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 장석 410 중량부, 입도가 1.4 내지 2.4인 장석 442 중량부로 이루어짐) 50 중량부를 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<실시예 8>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그 로 이루어진 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석(입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 장석 442 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 장석 410 중량부, 입도가 1.4 내지 2.4 밀리미터인 장석 342 중량부로 이루어짐) 50 중량부를 혼합하여 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
물 75kg, 상기 제조예 1을 통해 제조된 속경성 시멘트 360kg, 자연사(마사토 및 점토) 1124kg, 굵은골재 802kg 및 SBR라텍스 92kg을 콘크리트 혼합기에 투입하고 혼합하여 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1을 통해 제조된 콘크리트 공시체의 내구특성, 구조특성 및 적합특성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 내구특성은 염분침투저항성, 동결융해저항성, 스케일링저항성 및 균열저항성으로 구분하였으며, 구조특성은 압축강도, 휨강도 및 부착강도로 구분하였고, 적합특성은 건조수축, 열팽창계수 및 탄성계수로 구분하였다.
이때, 염분침투저항성은 KS F 2711에 의거하여 측정하였으며, 보다 상세하게는 콘크리트 공시체의 가운데 부분을 50mm 두께로 절단하고, 공시체 내부의 갇힌 공기를 제거하기 위해 데시게이터 안에 넣고 진공펌프를 3시간 동안 작동시킨 후 다시 공시체를 물로 포화시키기 위하여 데시게이터에 물을 넣어 1시간 동안 펌프를 작동시킨 후에 진공펌프의 작동을 중지시키고 공시체를 물속에서 완전히 포화시킨 상태로 18±1시간 동안 유지하였다.
투수실험을 위한 공시체 준비단계가 끝난 후 투수성을 실험하기 위하여 공시체를 A.V.Cell에 고정시켰다. (+)전극에는 0.3N의 NaOH 용액을 채우고, (-)전극에는 3%의 NaCl 용액을 채운 후 공시체에 직류 60V를 공급하여 6시간 동안 전류값을 측정하였다.
또한, 동결융해 저항성은 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항시험 방법 중 A 방법-수중 급속 동결 융해 시험 방법)에 의거하여 측정하였는데, 1 사이클을 4시간으로 하였으며, 매 30 사이클에서 상대 동탄성계수를 측정하여 나타내었다.
동결융해 반복은 -17±1.7℃에서 16 내지 18시간 동안 동결을 시킨 다음 23±2℃, 상대습도 45 내지 55%에서 6 내지 8시간 동안 융해시키는 것을 1사이클로 하여 총 50사이클 동안 수행했으며, 매 5사이클 마다 표면상태를 측정하기 위해 ASTM 규정에 따라 등급으로 표면박리 정도를 관찰하였다.
또한, 스케일링 저항성은 ASTM C 672에 의거하여 측정하였다.
또한, 균열저항성은 AASHTO PP34-98에 의거하여 링 테스트 실험을 실시하여 측정하였는데. 링 테스트 실험은 두 링사이의 공간에 콘크리트를 타설하여 1시간 후에 외부 몰드를 제거하였고 수분의 증발을 외부 원형표면으로 유도하기 위해서 콘크리트 공시체 상하면을 실리콘으로 실링한 후에 상대습도 45%, 온도 23℃의 항온 항습실에서 56일간 균열의 발생 및 성장을 관찰하는 방법을 이용하였다.
또한, 압축강도는 KS F 2405에 의거하여 측정하였는데, 보다 상세하게는 콘크리트 공시체를 그 중심측이 가압판의 중심과 일치하도록 놓은 후, 시험기의 가압판과 공시체의 끝면은 직접 밀착시키고, 공시체에 충격을 주지 않도록 일정한 속도로 하중을 가해서 압축강도를 4시간, 28일에 측정하였다.
또한, 휨강도는 KS F 2408에 의거하여 측정하였는데, 보다 상세하게는 콘크리트 공시체를 몰드에 채웠을 때 옆면을 상하면으로 하여 베어링나비의 중앙에 놓고, 지간 3등분점에 상부 가압장치를 접촉시킨 후, 공시체가 인장쪽 표면 지간방향 중심선의 3등분점 사이에서 파괴하여 휨 강도를 28일에 측정하였다.
또한, 부착강도는 KS F 2762에 의거하여 측정하였는데, 보다 상세하게는 콘크리트 공시체의 표면에 직각이 되도록 하여 서서히 힘을 가하며 천공 후, 코어 면에 에폭시 수지 접착제를 칠한 후 돌리를 접착시킨다. 접착 강도기를 코어에 부착된 돌리 위에 직각이 되도록 고정시킨 후, 코어에 대하여 연직 방향으로 인장력을 가하여 파괴시까지 하중을 가하여 부착강도를 28일에 측정하였다.
또한, 탄성계수는 콘크리트 공시체의 상하면을 연마기로 연마하였으며, 길이 60mm의 변형률 게이지를 사용하여 측정하여 KS F 2438 '콘크리트 원주공시체의 정탄성계수 및 푸아숑비 시험방법'에 따라 측정하였다.
또한, 건조수축은 콘크리트 공시체를 KS F 2424 '모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험방법'에 따라 주변의 온도를 20℃, 습도를 60%로 유지하고, 온도 및 습도를 유지한 상태에서 다이얼 게이지를 사용하여 길이변화율을 산출하였다.
또한, 열팽창계수는 AASHTO TP60-00의 방법으로 LVDT통해 온도변화에 따른 변형율이 매우낮은 Invar지지 프레임으로 제작된 팽창계를 사용하여 온도변화에 따른 상기 공시체의 길이변화를 측정하였다.}
<표 2>
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5를 통해 제조된 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 속경성 콘크리트 조성물에 비해 염분침투저항성, 동결융해저항성, 스케일링저항성 및 균열저항성을 포함한 내구특성이 우수하며, 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 포함한 구조특성이 우수하고, 탄성계수, 건조수축 및 열팽창계수를 포함한 적합성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 6 내지 8 및 비교예 1을 통해 제조된 속경성 콘크리트 조성물의 슬럼프 및 건조수축률을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
(단, 슬럼프는 KS F 2402의 시험방법을 이용하여 측정하였으며, 건조수축은 KS F 2424의 시험방법을 이용하여 측정하였다.)
<표 3>
상기 표 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 6 내지 8을 통해 제조된 속경성 콘크리트 조성물은 적용된 파쇄석 중 입도가 작은 파쇄석의 함량이 증가함에 따라 슬럼프 수치가 감소하는 것을 알 수 있으며, 비교예 1을 통해 제조된 속경성 콘크리트 조성물의 경우 슬럼프 수치가 매우 낮게 나타나는데, 이는 잔골재로 사용된 자연사인 마사토 및 점토분의 영향이 많이 작용됐기 때문이다.
또한, 실시예 6 내지 8을 통해 제조된 속경성 콘크리트 조성물도 파쇄석의 입도가 작아질수록 슬럼프 수치가 낮아지지만 자연사가 적용된 비교예 1 보다는 그양상이 덜한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물은 내구성과 시공성이 우수하며, 신속한 도로 보수작업을 가능하게 하여 경제성, 조기 교통개방 안정성 및 장기공용성을 확보할 수 있고, 콘크리트의 물성에 적합하도록 조합하여 제조된 분급파쇄석이 혼합되어 균일한 물성을 나타내며 초기강도와 내구성이 향상된다.

Claims (7)

  1. 물 100 중량부, 속경성 시멘트 500 내지 550 중량부, 잔골재 1600 내지 1800 중량부, 굵은골재 1100 내지 1300 중량부 및 라텍스 110 내지 150 중량부로 이루어지며,
    상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고,
    상기 잔골재에는 상기 잔골재 100 중량부 대비 파쇄석 40 내지 60 중량부가 더 함유되며,
    상기 파쇄석은 입도가 0.17 내지 0.6 밀리미터인 파쇄석 100 중량부, 입도가 0.6 내지 1.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부 및 입도가 1.4 내지 2.4 밀리미터인 파쇄석 50 내지 150 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 속경성 시멘트는 포틀랜드시멘트 100 중량부, 칼슘설포 알루미네이트 50 내지 55 중량부, 무수석고 35 내지 45 중량부, 탄산리튬 0.3 내지 0.5 중량부, 탄산나트륨 0.3 내지 0.5 중량부, 유동화제 0.15 내지 0.3 중량부 및 붕산 0.8 내지 1.2 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔골재는 페로니켈 슬래그 및 고로 수재 슬래그가 1:0.4 내지 1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 페로니켈 슬래그는 입자크기가 1.5 내지 5 밀리미터인 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 고로 수재 슬래그는 입자크기가 0.08 내지 2.5 밀리미터인 것을 특징으로 하는 고로수재슬래그 및 페로니켈 복합잔골재를 사용한 친환경 속경성 콘크리트 조성물.
  7. 삭제
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