KR102073301B1 - 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카(

)를 주성분으로 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔;
상기 실리카겔과 혼합 교반되는 분말 타입의 혼화재료;
를 포함하여 구성되되,
슬러리(slurry) 상태로써 분말 타입일 때보다 체적이 감소하므로,
보관공간을 감소시키고 시멘트와 모래를 포함하는 콘크리트 기본재료와 공사현장에서 추가 혼합시 혼합시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 제공한다.

Description

슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물{the slurry type concrete admixture and the field mixing high performance concrete composition using the same}

본 발명은 레미콘공장에서 생산된 콘크리트 또는 모르타르에 현장에서 실리카흄, 메타카올린, 조강제 등의 콘크리트 혼화재를 슬러리 상태로 제조하여 후첨가하여 레미콘 공장 플랜트에서 생산이 불가한 특정 배합조건의 고성능 콘크리트를 생산할 수 있는 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 생산은 배치플랜트, 이동식 믹서트럭, 혼합장비 등을 활용하고 있으나 생산원가는 공장의 배치플랜트를 활용하는 것이 가장 경제적이다.

그러나 배치플랜트의 경우 사일로 등 재료저장이 가능한 저장공간 수량이 한정되어 시멘트, 모래, 자갈 등 기본재료 외에 추가로 사용가능한 혼화재료에 제약이 따르며, 국내 레미콘 공장에서 사용하고 있는 혼화재료는 KS규격 위주의 콘크리트 제조여건을 고려하여 플라이애쉬, 고로슬래그에 국한되고 있다.

그리고 플랜트에 저장되어 있지 않은 혼화재료를 사용하는 경우 해당 사일로에 저장된 혼화재료를 비우고 해당재료를 채워서 사용해야 하므로 현실적으로 적용이 어렵다

따라서, 콘크리트의 강도, 내구성 등 성능향상을 위해 다양한 혼화재료가 개발 및 활용되고 있으나, 배치플랜트를 기반으로 콘크리트를 생산하는 환경은 사용빈도가 높은 KS규격 제품과 관련된 혼화재료(플라이애쉬, 고로슬래그)에 국한되어 고성능 콘크리트 등 특정 목적의 혼화재 사용이 어려운 현실이다.

최근 국내에서 현장배합이 가능한 이동식 혼합장비 사용사례가 늘고 있으며, 대표적으로 차량믹서(Mobile Mixer)를 사용하는 사례가 꾸준히 늘고 있다.

차량믹서의 경우 재료의 적재공간이 협소하여 재료투입→이동→혼합 및 타설 과정을 반복함에 따라 시설과 장비 가격대비 콘크리트 생산효율은 매우 낮아 공장 플랜트에 비해 높은 콘크리트 생산원가를 요구하고 있다.

콘크리트의 성능향상을 목적으로 그동안 플라이애쉬, 고로슬래그 등의 혼화재료를 사용하고 있으며, 최근 분말도가 좋은 실리카흄, 메타카올린을 활용한 고성능 콘크리트 개발사례가 늘고 있다.

이들 혼화재료 대부분은 분말상태로 목표성능을 확보하기 위해선 충분한 혼합시간을 유지해야 한다. 그러나 현장에서 운용이 가능한 믹서용량은 제한적이므로 충분한 혼합시간을 유지하는 조건에서는 대량생산이 어렵다.

그리고 긴급공사, 도로포장 보수를 목적으로 초속경시멘트 사용사례가 늘고 있으나, 운반거리를 고려하는 경우 배치플랜트 생산은 불가하여 일반적으로 이동식 혼합장비(배치플랜트/차량믹서)를 사용하고 있다.

혼화재료는 시멘트 사용량을 기준으로 0.1~10% 수준의 사용을 권장하고 있으며, 고성능 콘크리트 생산을 목적으로 사용하는 혼화재료의 경우 재료의 분말도가 높아 재료의 비체적이 증가하여 현장으로 운반해야 하는 재료량은 더욱 증가하게 되며, 사용량이 늘수록 현장으로 운반해야 할 재료량이 늘어나게 되어 보관(야적)공간 확보에 어려움이 따른다.

콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈, 물을 기본재료로 하여 필요에 따라 혼화재료를 추가하여 사용목적에 맞는 콘크리트를 생산하고 있으며, 전술한 바와 같이 공장 배치플랜트의 경우 대량생산이 가능하나 사용가능한 재료에 제약이 따르고, 이동식 혼합장비는 사용목적에 맞는 고성능 콘크리트 생산이 용이하나 재료보관상의 문제로 대량생산이 어렵다.

따라서 본 발명에서는 콘크리트 재료 구성의 대부분을 차지하는 시멘트, 모래, 자갈, 물 등의 기본재료는 공장 배치플랜트에서 생산하여 공급받고, 현장에서 혼화재료를 추가 배합하여 고성능 콘크리트를 대량 생산하는 데 그 목적을 두고 있다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-1536416호 ‘바텀 애쉬를 이용한 콘크리트용 혼화재 및 그 제조방법’, 2015년07월07일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-1049088호 ‘용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 및 그 제조방법’, 2011년07월07일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 기존의 분말 타입의 혼화재를 액상의 슬러리 타입으로 제작함으로써 단시간에 재료를 균질하게 혼합하여 대량생산이 가능하고, 분말도가 높은 혼화재의 비체적을 줄여 보관공간을 감소시키는 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 실리카(

)를 주성분으로 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔;

상기 실리카겔과 혼합 교반되는 분말 타입의 혼화재료;

를 포함하여 구성되되,

슬러리(slurry) 상태로써 분말 타입일 때보다 체적이 감소하므로,

보관공간을 감소시키고 시멘트와 모래를 포함하는 콘크리트 기본재료와 공사현장에서 추가 혼합시 혼합시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면 기존의 분말 타입의 혼화재를 액상의 슬러리 타입으로 제작함으로써 단시간에 재료를 균질하게 혼합하여 대량생산이 가능하고, 분말도가 높은 혼화재의 비체적을 줄여 보관공간을 감소시키는 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 제공한다.

도 1은 본 발명의 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 생산하는 과정의 개념도이다.
도 2는 분말 타입의 혼화재료에 실리카겔이 투입되어 혼합 교반되는 과정을 촬영한 것이다.
도 3은 기존의 혼화재와 본 발명의 슬러리 타입 혼화재가 투입된 경우의 고유동 콘크리트 배합의 실시예이다.
도 4는 도 3의 실시예로 콘크리트 배합후 재료분리 저항성을 검증하기 위하여 U형 충진시험하는 장면이다.
도 5는 도 3의 실시예의 U형 충진시험과 슬럼프 등의 시험결과이다.
도 6은 기존의 혼화재와 본 발명의 슬러리 타입 혼화재가 투입된 경우의 고성능 숏크리트 및 속경성 콘크리트 배합의 실시예이다.
도 7은 도 6의 압축강도 시험결과이다.
도 8은 도 6의 시험타설 장면이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 슬러리 타입 혼화재는,

실리카(

)를 주성분으로 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔;

상기 실리카겔과 혼합 교반되는 분말 타입의 혼화재료;

를 포함하여 구성되되,

슬러리(slurry) 상태로써 분말 타입일 때보다 체적이 감소하므로,

보관공간을 감소시키고 시멘트와 모래를 포함하는 콘크리트 기본재료와 공사현장에서 추가 혼합시 혼합시간을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 1nm(나노미터)는 10억분의 1 미터, 즉 0.001

(마이크로미터)를 말하며, 입자크기 약 0.1

의 일반적인 실리카흄보다 최대 100배 이상의 크기로 분산효과를 기대할 수 있다. 따라서 본 발명에서 나노크기란 일반적인 실리카흄보다 최대 100배 정도 작은 크기를 말한다.
그리고 본 발명은 시멘트와 모래를 포함하는 상기 콘크리트 기본재료의 혼합에 앞서서, 먼저 실리카(

)를 주성분으로 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔을 먼저 제작하고 상기 실리카겔에 상기 혼화재료를 혼합 교반하며, 이어서 상기 콘크리트 기본재료가 혼합되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 실리카겔은,

상기 물 100 중량부에 대하여,

상기 무기분말 혼화재는 1~10 중량부이고,

0.0001~0.7 중량부의 증점제 및 감수제가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 슬러리(slurry)란 ‘고농도의 현탁 물질을 함유한 유동성이 적은 액체 상태’를 말하며,

상기 분말 타입의 혼화재료는 실리카흄 또는 메타카올린을 주로 사용한다.

상기 분말 타입의 혼화재료(실리카흄 또는 메타카올린)는 실리카겔 100중량부에 대하여 30~50중량부로 혼합 교반되는 것이 바람직하다.

이하, 실리카흄으로 제작된 본 발명의 슬러리 타입 혼화재는 ‘실리카흄 슬러리’, 메타카올린으로 제작된 본 발명의 슬러리 타입 혼화재는 ‘메타카올린 슬러리’로 명명하기로 한다.

그리고 본 발명에서 실리카겔 100 중량부에 대하여 상기 무기분말 혼화재는 20~50 중량부이고,

분말상태의 혼화재를 슬러리상태로 제조할 경우 감소되는 체적은 이론적으로 1.8~3.1배 감소한다.

도 1은 본 발명의 슬러리 타입 혼화재 및 이를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물을 생산하는 과정의 개념도이고,

도 2는 분말 타입의 혼화재료에 실리카겔이 투입되어 혼합 교반되는 과정을 촬영한 것이다.

본 발명은 시멘트, 모래, 자갈, 물 등의 재료를 이용하여 공장 배치플랜트에서 생산한 콘크리트 또는 모르타르를 이용하여 현장에서 슬러리 상태의 혼화재료를 추가 배합하여 고강도 콘크리트, 속경성의 콘크리트 응결속도 제어, 고유동성 콘크리트 등 고성능 콘크리트 또는 특정 배합조건의 콘크리트 생산이 가능하다.

그리고 기존의 분말상태의 혼화재료 투입시 균질한 재료상태 확보를 위해 최소 1분 ~ 1분30초 이상의 교반시간 소요되나, 본 발명에서 슬러리상태의 혼화재료 사용시 최소 교반시간은 15~20초로 측정되어, 단시간에 균질한 혼합상태를 확보할수 있어 생산속도 향상과 일정한 품질 수준을 유지 가능하다.

도면상의 ‘레미콘/모르타르’는 시멘트, 모래, 자갈, 물 등을 사용하여 공장 배치플랜트에서 생산하는 재료로서, 자갈은 25, 40mm 등 KS규격 이외의 사용조건인 경우 모르타르 배합으로 현장에서 추가 투입이 가능하다.

그리고 도면상의 ‘혼화재료 슬러리’는 본 발명의 본 발명의 슬러리 타입 혼화재를 말하는 것으로, 콘크리트 성능 개량 및 향상을 목적으로 사용되며, 공장 배치플랜트에서 사용이 어려운 실리카흄, 메타카올린 등의 주재료와 조강재, 유동화제를 현장에서 혼합시간을 단축하기 위하여 슬러리 상태로 제조하여 사용한다.

통상적으로 실리카흄 또는 메타카올린과 같이 분말도가 높은 혼화재료는 물과 단독 혼합 교반하는 경우 응집되거나 물의 침투가 어려워 균질한 상태로 교반이 어렵다.

따라서 본 발명에서는 혼화재료의 분산성능을 확보하기 위하여 실리카(

)를 주성분으로 하는 나노 크기의 무기분말 혼화재를 주성분으로 하여 물과 1~10 중량부로 혼합 교반된 액상의 실리카겔을 사용하는 것으로 특징으로 한다,

또한 액상상태에서 무기분말(실리카겔)의 안정화와 콘크리트 내에서 균질한 교반이 용이하도록 실리카겔 제조시 증점제와 감수제를 0.0001~0.7 중량부로 혼입하여 사용한다.

본 발명의 슬러리 타입 혼화재의 다른 실시예는,

실리카(

)를 주성분으로 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔;

레드머드;

플라이애쉬;

가 혼합 교반되는 것으로,

조강 및 속경성의 기능을 가지되,

상기 레드머드는 사전 처리로 희석된 염산과 반응하여 철분 함량이 감소되므로,

전체에 대하여,

구성성분

및

는 각각 18~20 중량부 및 17~20 중량부인 것을 특징으로 한다.

이때 상기 플라이애쉬는 유동층 석탄보일러에서 생산된 플라이애쉬로써,

성분이 많아 콘크리트 혼화재료로 단독사용이 어려우나, 본 발명에서는

성분의 활용이 가능하다.

이하, 본 발명의 슬러리 타입 혼화재의 다른 실시예는 ‘조강재 슬러리’로 명명하기로 한다.

조강재는 초기 응결을 촉진하는

성분을 다량 함유하고 있는 레드머드와 이를 보완하기 위한 유동층 석탄재 등의 산업부산물을 활용한다.

레드머드는 보크사이트를 이용하여 알루미늄 제련 과정에서 발생되는 산업부산물로서 습윤상태의 재료에 탈수처리를 목적으로 탈황석고가 함유된 산업부산물, 석고 등을 추가 혼입하여 분쇄 후 제품화된다.

그러나, 레드머드는 알루미늄 제련과정에 따라

,

등의 함량 변화가 심하고, 탈수처리에 사용되는 부산물의 종류에 따라 함량 변화는 더욱 크게 발생되며, 철분 함량이 높아 칼라콘크리트 이외의 용도로 사용하기 어렵다.

그리고 순환유동층 발전소에서 생산되는 석탄재(플라이애쉬)는 미분탄 발전소에서 생산되는 플라이애쉬와 달리 저품위 석탄과 바이오매스 등을 혼합하여 낮은 연소온도에서 발전되는 과정에서 발생되는 부산물로

성분이 많아 레미콘 혼화재 용도로 단독 사용이 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 레드머드의 철분함량을 줄이기 위해 희석된 염산수조에 레드머드를 교반하여 염화철을 생성/침전시키는 방법으로 레드머드에 포함된 철분성분을 콘크리트 혼입시 안료 수준의 발색효과가 나타나지 않은 수준의 함유량이하로 아래 식과 같이 제어하였다.

상기와 같이 1차처리된 레드머드를 유동층 석탄재와 혼합하여 석탄재를 혼합하여

함량 18~20 중량부,

17~20 중량부의 일정한 범위로 유지하여 배합량 조절이 가능하도록 하였으며, 이를 실리카(

)겔에 교반하여 제조된 슬러리 상태의 조강재료를 제조한다.

본 발명의 슬러리 타입 혼화재를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물은,

상기 슬러리 타입 혼화재를 이용한 것으로,

시멘트, 모래, 자갈, 물을 포함하여 공장에서 선 제작된 콘크리트 기본재료;

상기 콘크리트 기본재료가 공사현장에 반입된 후 상기 콘크리트 기본재료에 공사현장에서 투입되어 혼합 교반되는 상기 슬러리 타입 혼화재;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 3은 기존의 혼화재와 본 발명의 슬러리 타입 혼화재가 투입된 경우의 고유동 콘크리트 배합의 실시예이고,

도 4는 도 3의 실시예로 콘크리트 배합후 재료분리 저항성을 검증하기 위하여 U형 충진시험하는 장면이며,

도 5는 도 3의 실시예의 U형 충진시험과 슬럼프 등의 시험결과이다.

도 3 내지 5에 도시된 바와 같이,

고유동 콘크리트용 혼화재료 슬러리는 실리카흄 슬러리(본 발명의 슬러리 타입 혼화재)를 활용하고, 혼합 후 요구되는 콘크리트의 플로우를 고려하여 사용량을 결정하되, 슬러리 사용량은 0.2~3% 를 현장 배합하여 사용한다.

슬러리 혼화재(본 발명의 슬러리 타입 혼화재)를 투입하여 실내시험을 통하여 재료의 유동성을 비교한 결과,

0.7% 후첨가시 슬럼프는 170에서 225mm로 유동성이 증가하나,

U형 충진기 통과 후 씻기시험 결과 양측의 재료 상태가 동일한 것으로 나타나 분리저항성을 확보하여 성능유지가 가능한 것으로 나타났다.

도 6은 기존의 혼화재와 본 발명의 슬러리 타입 혼화재가 투입된 경우의 고성능 숏크리트 및 속경성 콘크리트 배합의 실시예이고,

도 7은 도 6의 압축강도 시험결과이며,

도 8은 도 6의 시험타설 장면이다.

도 6 내지 8에 도시된 바와 같이,

고성능 숏크리트 및 속경성 콘크리트 배합용 혼화재료 슬러리는 실리카흄 슬러리 또는 메타카올린 슬러리와 조강제 슬러리를 1 : 1 ~ 1 : 2 배합으로 혼합하여 제조한다.

공장 배치플랜트에서 생산된 1 : 2 ~ 1 : 3 모르타르에 7 ~ 13mm 골재 200 ~ 700kg/㎥ 와 상기와 같은 비율로 혼합된 슬러리를 1.0 ~ 5%를 현장 배합하여 슬럼프 80~120 mm, 28일 압축강도 35MPa 이상의 고성능 숏크리트를 제조할 수 있다.

도 7에서 본 발명(T-2)의 경우 1일 및 3일 압축강도가 기존(T-1) 보다 높아 초기강도를 확보하여 속경성에 유리하며, 최종적으로 28일 강도는 기존과 유사한 결과치를 나타내었다.

도 8에서 좌도는 기존의 철분조절전의 레드머드로 붉은 색을 유지하고 있으나 우도의 본 발명의 철분이 감소한 레드머드는 붉은 색(발색)이 감소한 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (4)

1. 실리카(

   

   )를 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 액상의 실리카겔;
   상기 실리카겔과 혼합 교반되는 분말 타입의 혼화재료;
   를 포함하여 구성되되,
   슬러리(slurry) 상태로써 분말 타입일 때보다 체적이 감소하므로,
   보관공간을 감소시키고 시멘트와 모래를 포함하는 콘크리트 기본재료와 공사현장에서 추가 혼합시 혼합시간을 감소시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 실리카겔은,
   상기 물 100 중량부에 대하여 상기 무기분말 혼화재는 1~10 중량부이고 0.0001~0.7 중량부의 증점제 및 감수제가 더 포함되는 것을 특징으로 하고,
   상기 실리카겔 100 중량부에 대하여 실리카흄 및 메타카올린이 30~50중량부로 혼합 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하며,
   상기 콘크리트 기본재료의 혼합에 앞서서, 먼저 상기 실리카겔을 먼저 제작하고 상기 실리카겔에 상기 혼화재료를 혼합 교반하며, 이어서 상기 콘크리트 기본재료가 혼합되는 것을 특징으로 하되,
   분말도가 높은 상기 혼화재료가 물과 교반시 응집되거나 물의 침투가 어려워 균질한 상태로 교반되지 않는 것을 방지하기 위하여, 상기 실리카겔을 나노크기의 액상 상태로 제작하여 분말도가 높은 상기 혼화재료의 분산성능을 증가시키는 것을 특징으로 하는 슬러리 타입 혼화재.
   
2. 삭제
3. 실리카(

   

   )를 포함하는 나노크기의 무기분말 혼화재와 물이 혼합 교반된 실리카겔;
   레드머드;
   유동층 석탄보일러에서 생산된 플라이애쉬;
   가 혼합 교반되는 것으로,
   조강 및 속경성의 기능을 가지되,
   상기 레드머드는 사전 처리로 희석된 염산과 반응하여 철분 함량이 감소되므로,
   전체에 대하여,
   구성성분

   

   및

   

   는 각각 18~20 중량부 및 17~20 중량부인 것을 특징으로 하고,
   상기 레드머드의 철분함량을 줄이기 위해 희석된 염산 수조에 상기 레드머드를 교반하여 염화철을 생성/침전시키는 방법으로 레드머드에 포함된 철분성분을 콘크리트 혼입시 안료 수준의 발색효과가 나타나지 않은 수준의 함유량 이하로 아래 식과 같이 제어하는 것을 특징으로 하는 슬러리 타입 혼화재.
   

   

   
   
4. 제1항 또는 제3항의 슬러리 타입 혼화재를 이용한 것으로,
   시멘트, 모래, 자갈, 물을 포함하여 공장에서 선 제작된 콘크리트 기본재료;
   상기 콘크리트 기본재료가 공사현장에 반입된 후 상기 콘크리트 기본재료에 공사현장에서 투입되어 혼합 교반되는 상기 슬러리 타입 혼화재;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러리 타입 혼화재를 이용한 현장 배합 고성능 콘크리트 조성물.

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