KR102102814B1 - 조강형 초고성능 콘크리트, 그 제조방법 및 이를 위한 조강형 프리믹싱 결합재 - Google Patents

조강형 초고성능 콘크리트, 그 제조방법 및 이를 위한 조강형 프리믹싱 결합재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재에 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고를 첨가하고 응결촉진제와 유동화제를 더 추가한 조강형 프리믹싱 결합재를 형성하고, 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수와 섬유를 더 혼입함으로써, 우수한 유동성을 가지게 되어 자기충전이 가능할 뿐만 아니라 짧은 시간내에 강도가 발현되어 거푸집의 조기 제거가 가능하며, 우수한 압축강도 및 휨인장강도, 그리고 우수한 수밀성과 내구성을 가지는 "조강형 초고성능 콘크리트"와 이를 제조하는 "제조방법", 그리고 조강형 초고성능 콘크리트의 제조에 이용되는 분말 상태의 "조강형 프리믹싱 결합재"에 관한 것이다.

Description

조강형 초고성능 콘크리트, 그 제조방법 및 이를 위한 조강형 프리믹싱 결합재{High Early Strength-Ultra High Performance Concrete, Manufacturing Method thereof, and Premixing Binder therefor}
본 발명은 조강형 초고성능 콘크리트와, 이를 제조하는 방법, 그리고 이러한 조강형 초고성능 콘크리트를 제조하는데 이용되는 조강형 프리믹싱 결합재에 관한 것으로서, 구체적으로는 시멘트, 잔골재, 반응성 분체, 및 필러재에, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고를 첨가하고, 응결촉진제와, 유동화제를 더 추가하여 조강형 프리믹싱 결합재를 형성하고, 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수와 섬유를 더 혼입함으로써, 우수한 유동성을 가지게 되어 자기충전이 가능할 뿐만 아니라 짧은 시간 내에 강도가 발현되어 거푸집의 조기 탈형이 가능하며, 우수한 압축강도 및 휨인장강도, 그리고 우수한 수밀성과 내구성을 가지는 "조강형 초고성능 콘크리트"와 이를 제조하는 "제조방법", 그리고 조강형 초고성능 콘크리트의 제조에 이용되는 분말 상태의 "조강형 프리믹싱 결합재"에 관한 것이다.
최근 압축강도 100MPa 이상, 휨인장강도 20MPa 이상을 발휘하는 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete : 이하 "UHPC"라고 약칭함)가 개발되어 대한민국 등록특허 제10-1591275호를 통해서 제안되고 있다. UHPC는 탁월한 역학적 특성뿐만 아니라 수밀성과 내구성이 뛰어나 구조물의 내구수명을 크게 증가시키며, 물처럼 흐르는 높은 유동 특성을 가지고 있어서 복잡한 형상을 자유롭게 구현할 수 있게 되는 장점을 가진다. 따라서 UHPC는 다양한 구조물 또는 부재에 적용되고 있으며, 향후에도 다양한 분야에 많이 적용될 것으로 전망된다.
종래의 UHPC는 일반적인 보통 콘크리트 또는 압축강도 100MPa 미만의 고강도 콘크리트에 비해 다량의 결합재를 사용하여 제조되며, 충분한 유동성을 발휘하기 위해 다량의 고성능 감수제 등이 사용하기 때문에 응결과 경화가 지연되어 일반적으로 타설 후 1일 정도가 경과되어야 강도 발현이 시작된다. 응결과 경화가 지연될 경우, 타설 현장에서 거푸집에 작용하는 측압이 커지게 되고, 공장제품의 제작 시에는 다량의 거푸집이 필요하여 생산단가의 상승이 유발되며, 공사기간을 길어지게 만든다.
또한 종래의 UHPC는 경화된 상태에서 거푸집을 탈형할 때 UHPC가 수축하면서 구속되어 균열이 발생할 수 있으며, 복잡한 단면의 구조물 제작시 에는 심지어 거푸집에서 제거가 어려워지는 경우도 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1591275호(2016. 02. 04. 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술에 의한 UHPC를 더욱 개선시키기 위하여 개발된 것으로서, 우수한 유동성을 가지고 있어서 자기충전이 가능하고, 압축강도 100MPa 이상 및 휨인장강도 20MPa 이상의 초고강도를 발휘하며, 우수한 수밀성과 내구성을 가지면서도, 타설 초기부터 상당히 높은 정도의 강도가 발현되는 조강 특성을 가짐으로써 타설 후 약 0.5 내지 3시간 이내에 거푸집에서 탈형이 가능하며, 더 나아가 우수한 수축균열 저항성을 발휘하게 되는 "조강형(High Early Strength)" 초고성능(Ultra High Performance) 콘크리트와, 이러한 조강형 초고성능 콘크리트를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 현장에서 배합수와 섬유만을 혼입하여 간단하고 신속하게 상기한 조강형 초고성능 콘크리트를 만들어서 사용할 수 있도록, 미리 성분 재료들이 혼합되어 있는 분말형의 "조강형 프리믹싱 결합재"를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재를 포함하는 기본 결합재에, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고, 그리고 응결촉진제와 유동화제를 더 혼합하여 만들어진 분말형태의 조강형 프리믹싱 결합재에, 배합수를 혼합하고; 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물에 섬유를 더 혼입하되; 시멘트 100중량부를 기준으로, 잔골재는 100 내지 130중량부, 반응성 분체는 10 내지 30중량부, 및 필러재는 10 내지 30중량부로 포함되고; 시멘트 100중량부를 기준으로 경화촉진제서 포름산칼슘은 0.01 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄은 0.1 내지 0.5중량부 및 반수석고 1 내지 5중량부로 포함되며; 시멘트 100중량부를 기준으로 응결촉진제는 0.1 내지 0.5중량부 및 유동화제는 1 내지 5중량부로 포함되며; 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수는 질량비 1 : 0.15 내지 0.3로 혼합되고; 섬유는, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 조강형 초고성능 콘크리트가 제공된다.
또한 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기한 조강형 초고성능 콘크리트를 제조하는 방법이 제공되며, 더 나아가, 이러한 조강형 초고성능 콘크리트의 제조에 사용되도록 분말형태로 사전 준비되는 조강형 프리믹스 결합재가 제공된다.
본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 종래의 UHPC와 마찬가지로 우수한 유동성을 가지고 있어서 자기충전이 가능하고, 압축강도 100MPa 이상 및 휨인장강도 20MPa 이상의 초고강도를 발휘하며 우수한 수밀성과 내구성을 가지는 것에 더하여, 타설 후 매우 빠르게 상당히 높은 정도의 강도가 발현되는 바, 타설 후 약 0.5 내지 3시간 이내에 거푸집에서 탈형이 가능하게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 빠르게 응결 및 경화되는 우수한 조강특성을 가지는 바, 현장 타설시 거푸집에 작용하는 측압을 감소시킬 수 있게 되어 거푸집에 요구되는 강성을 낮출 수 있고, 그에 따라 거푸집 제작에 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 공장제품을 제작할 경우에도 거푸집에 소요되는 비용 절감은 물론이고 빠른 탈형에 의한 제품 제작 및 시공기간의 단축효과를 발휘하게 된다.
또한 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트에서는, 투입된 반수석고 등에 의하여 팽창 보상이 이루어지고 그에 따라 수축이 크게 줄어들게 되는 바, 우수한 수축균열 저항성을 발휘하게 되며, 염해, 탄산화, 동결융해의 내구성 등의 물성에 있어서도, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 종래의 일반 콘크리트 및 고강도 콘크리트에 비해 훨씬 우수하고, 종래의 초고성능 콘크리트와 동등 이상의 성능을 발휘하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 <조강형 프리믹싱 결합재>의 구성을 도식화하여 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 만들어진 <조강형 초고성능 콘크리트>의 구성을 도식화하여 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따라 <조강형 초고성능 콘크리트>를 제조하는 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 각각 실시예에 대한 슬럼프 플로, 초결 시간 및 종결 시간의 측정결과를 표로 정리한 것이다.
도 7 내지 도 10은 각각 실시예에 대한 압축강도 및 휨인장강도의 측정결과를 표로 정리한 것이다.
도 11은 실시예 13와 종래의 보통강도 콘크리트, 고강도 콘크리트 및 초고성능 콘크리트에 대한 물성치 측정결과를 표로 정리한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 조강형 프리믹싱 결합재(1)의 구성을 도식화하여 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따라 만들어진 조강형 초고성능 콘크리트(4)의 구성을 도식화하여 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 3에는 본 발명에 따라 조강형 초고성능 콘크리트(4)를 제조하는 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 것처럼 본 발명에서는 우선 기본 결합재에 해당하는 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러(filler)재에, 조강성능을 발휘하게 만드는 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O)를 투입하고, 더 나아가 응결촉진제와, 유동화제를 혼합하여 분말형태의 <조강형 프리믹싱 결합재(High Early Strength Premixing Binder)>(1)를 만들게 된다. 본 발명의 조강형 프리믹싱 결합재(1)는 사전에 상기한 성분 재료를 혼합하여 미리 제작해둘 수 있는데, 이렇게 <조강형 프리믹싱 결합재>를 미리 제작하여 준비해두면 현장에서 각 재료를 계량할 필요가 없으며, 그에 따라 사일로 등과 같은 각각의 성분재료를 개별적으로 저장해두기 위한 설비가 필요하지 않게 되고 현장에서의 작업시간(각 재료의 계량, 혼합 등을 위한 시간)을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 각 재료의 정밀한 투입 및 혼합이 가능하게 되는 장점이 있다.
본 발명에서는 상기한 구성을 가지는 분말형태의 조강형 프리믹싱 결합재(1)에 배합수(2)와 섬유(3)를 혼합함으로써 <조강형 초고성능 콘크리트>(4)를 제조하게 된다. 이러한 본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트(4)는 거푸집을 이용하거나 기타 다양한 방법을 통해서 원하는 형상의 구조물을 구축하는데 이용되거나 또는 채움재 등과 같은 다양한 용도로 이용된다.
구체적으로 본 발명의 <조강형 초고성능 콘크리트>를 이루게 되는 <조강형 프리믹싱 결합재>에는, 기본 결합재에 해당하는 구성재료로서 시멘트, 잔골재, 반응성 분체, 및 필러(filler)재가 포함되는데, 시멘트 100중량부에 대해 각각 잔골재는 100 내지 120중량부, 반응성 분체는 10 내지 30중량부, 및 필러재는 10 내지 30중량부로 포함된다.
본 발명에서 시멘트로는 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다. 본 발명에서 잔골재는 시멘트 100중량부에 대해 100 내지 130중량부로 포함되는데, 잔골재가 시멘트 100중량부에 대해 100중량부 미만으로 함유될 경우 유동성이 저하되어 고성능 감수제의 사용량이 증가하고 충전성이 저하되어 강도 증진에 나쁜 영향을 주며, 시멘트 100중량부에 대해 130중량부를 초과하여 함유될 경우 재료분리 현상이 발생하는 경향을 보여서 강도 저하 현상이 발생한다. 잔골재로는 석영질 모래가 바람직한데, 특히 석영질 모래의 전체 질량 100%에 대해 SiO2의 질량이 90%이상인 석영질 모래가 더욱 바람직하다. SiO2가 90% 미만인 석영질 모래의 경우, 역시 모래 자체의 밀도 저하로 콘크리트의 강도 저하 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트 품질의 균질성 확보와 강도 향상을 위해서 석영질 모래의 평균입자는 입경이 5mm 이하인 것이 바람직하다. 또한 본 발명에서 잔골재로 사용되는 석영질 모래는 절대건조 상태의 것이 사용되는 것이 바람직한데, 석영질 모래에 수분이 포함된 경우에는 수분이 시멘트와 반응하여 본 발명의 조강형 프리믹싱 결합재를 이용한 콘크리트에서 풍화가 발생될 될 우려가 있고, 강도의 저하가 나타날 수 있기 때문이다.
본 발명에서 반응성 분체는 시멘트 100중량부에 대해 10 내지 30중량부로 포함되며, 반응성 분체로는 실리카퓸, 고로슬래그 미분말, 메타카올린 미분말 및 플라이애시로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합하여 사용될 수 있다. 반응성 분체는 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 포졸란 반응을 일으켜서 칼슘실리케이트(C-S-H) 수화물을 생성하게 됨으로써 강도 발현 증진 및 수밀성과 내구성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 우수한 초기 강도 발현을 위해서는 반응성 분체로서 실리카퓸을 사용하는 것이 가장 유리하다. 반응성 분체의 함유량이 시멘트 100중량부에 대해 10중량부 미만일 경우에는, 상기한 강도 발현 증진 및 수밀성과 내구성 향상의 효과를 기대하기 어려우며, 10중량부에서부터 30중량부까지는 반응성 분체의 사용량이 많을수록 강도 증진이 되지만 30중량부를 초과하게 되면 오히려 강도가 저하되는 경향을 보이게 된다. 특히, 반응성 분체의 사용량이 지나치게 많을 경우에는, 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2) 역시 과도하게 생산되어 콘크리트 내에 존재하게 되고, 그에 따라 콘크리트의 강도, 수밀성 및 내구성 저하의 원인이 되는 바, 본 발명에서 반응성 분체는 시멘트 100중량부에 대해 10 내지 30중량부로 포함되며, 바람직하기로는 10 내지 20중량부로 포함된다.
본 발명에 있어서, 필러재(filling materials)는 시멘트 페이스트와 잔골재 사이의 계면영역에 충전되어 필러 작용을 함으로써 계면영역에서의 파괴를 방지하여 강도를 향상시키는 기능을 하게 된다. 이를 위해서 본 발명에서 필러재로서 석영 분말 및 석회석 미분말으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종을 혼합한 것이 사용된다. 필러재가 시멘트 100중량부에 대해 10중량부 미만으로 함유될 경우에는 필러재의 효과를 기대하기 어려우며, 반면에 30중량부를 초과하여 사용될 경우, 0.5일 이후의 재령에서 강도 증진 효과가 저하되면서도 유동성이 저하되고 계면에서의 충전성 역시 저하되는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서 필러재는 시멘트 100중량부에 대해 10 내지 30중량부로 함유된다. 필러재로 사용되는 석영 분말은 석영 분말의 중량을 100%라고 할 때 SiO2가 중량이 95% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하며, 석회석 미분말은 석회석 미분말의 중량 100%에 대해 CaCO3의 중량 50% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 시멘트 입자 크기가 10㎛ 정도이기 때문에, 필러재가 상기한 바와 같이 시멘트 페이스트와 잔골재 사이의 계면영역 파괴 방지 효과를 발휘하기 위해서는, 필러재의 입자크기가 시멘트 입자보다 작아서 시멘트 페이스트와 잔골재 사이의 계면영역에 잘 충전되어야 하며, 이를 위해서 본 발명에서 필러재는 10㎛ 이하의 입자크기를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 위와 같은 기본 결합재에 해당하는 재료에, 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O)를 추가하고, 응결촉진제와 유동화제를 더 혼합함으로써 <조강형 프리믹싱 결합재>를 만들게 된다.
경화촉진제에 해당하는 포름산칼슘(Ca(HCO2)2은 시멘트의 성분인 C3S(3CaO·SiO2)의 수화촉진을 위해 사용되는 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해 0.01 내지 0.1중량부로 포함된다. 포름산칼슘의 함유량이 0.01중량부 미만일 경우에는 함유에 따른 효과가 거의 없으며, 반대로 0.1중량부를 초과할 경우, 조강형 프리믹싱 결합재 사용시의 유동성이 급격히 저하되어 타설 시간 제어가 어려워져서 사용이 어렵게 되며 강도 역시 저하되는 경향을 나타낸다. 본 발명에서 포름산칼슘은 상기한 함유량으로 사용됨으로써 3일 이하의 강도를 증진시키는 효과를 발휘하게 된다.
수산화알루미늄(Al(OH)3)과 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 역시 경화촉진제로서 혼합되는 것인데, 수산화알루미늄과 반수석고 각각은 시멘트의 성분인 C3A(3CaO·Al2O3)의 수화를 촉진시켜서 재령 초기부터 다량의 에트링가이트(ettringite)를 생성하여 강도를 증진시키는 효과를 발휘하게 된다. 특히, 본 발명에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 1일 이내 강도를 증진시키는 효능을 발휘하게 되는데, 시멘트 100중량부에 대해 0.1 내지 0.5중량부로 포함된다. 수산화알루미늄의 함유량이 0.1중량부 미만일 경우에는 사용 효과가 현저히 저하되고, 0.5중량부를 초과할 경우에는 급격한 반응으로 유동성이 저하되어 시공성 제어가 어려운 문제점이 있다.
본 발명에서 반수석고(CaSO4·0.5H2O)는 재령 1일에서 3일 이내의 강도를 향상시키고 수축을 저감시키는 효능을 발휘하게 되는데, 시멘트 100중량부에 대해 1 내지 5중량부로 포함된다. 반수석고의 함유량이 1중량부 미만일 경우에는 사용 효과가 저하되고, 5중량부를 초과할 경우에는 급결로 인해 유동성 저하 현상뿐만 아니라 과도한 팽창에 의한 균열을 유발할 수 있다.
본 발명에서 응결촉진제는 시멘트 100중량부에 대하여 각각 0.1 내지 0.5중량부로 포함된다. 응결촉진제의 함유량이 시멘트 100중량부에 대해 0.1중량부 미만일 경우에는 응결촉진 효과가 거의 없고, 0.5중량부를 초과하게 되면 응결이 과도하게 촉진되어 시공성 조절이 어렵게 되고 장기강도도 저하되는 문제점이 발생된다. 응결촉진제로는 글리세린(Glycerin)이 사용될 수 있는데, 글리세린은 시멘트의 성분인 C3A와 석고 반응에 의해 생성되는 에트링가이트 생성을 더욱 촉진시킬 뿐만 아니라, 형성된 에트링가이트를 모노셀페이트(monosulfate)상으로의 이행을 촉진시킴으로써 수화촉진 작용을 발휘하는데 효과가 있으며, 5시간 이내의 응결시간을 촉진시키는 작용을 한다.
본 발명에는 높은 유동성을 발휘하기 위하여 유동화제가 포함되는데, 유동화제는 분말형태의 것으로서 시멘트 100중량부에 대해 1 내지 5중량부로 포함된다. 유동화제의 함유량이 1중량부 미만일 경우에는 충분한 유동성이 발휘되지 않으며, 5중량부를 초과할 때에는 유동성이 너무 높아져서 재료분리는 물론 강도 저하 현상이 발생된다. 유동화제로는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하는 것이 바람직하다. 유동화제로서 나프탈렌계 고성능 감수제, 멜라민계 고성능 감수제 등을 사용할 수 있으나, 유동성 증진 효과가 크지 않아 많은 량을 사용해야 하며, 이 경우에는 응결과 경화 지연이 될 수 있는 바, 유동화제로는 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
위에서 설명한 기본 결합재로서의 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러(filler)재와, 경화촉진제와, 응결촉진제와, 유동화제를 모두 상기한 분량으로 믹서에 투입하여 혼합함으로써 본 발명에 따른 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하게 되는데, 이 때, 혼합작업은 믹서에서 20rpm 내지 50rpm의 속도로 3분 내지 10분 동안 혼합함으로써 각 성분재료가 균질하게 섞일 수 있게 하는 것이 바람직하다.
<조강형 프리믹싱 결합재>가 만들어진 후에는, 배합수와 섬유를 조강형 프리믹싱 결합재와 혼합하여 본 발명의 <조강형 초고성능 콘크리트>로 만들어서, 필요한 용도로 타설하여 사용하게 된다. 배합수는 조강형 프리믹싱 결합재에 대해 중량비 1: 0.1 내지 0.3로 혼합되는데, 조강형 프리믹싱 결합재의 중량을 1이라고 할 때, 배합수의 중량이 0.1 내지 0.3이 되도록 혼합되는 것이다. 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량이 0.10 미만으로 되면, 배합수에 비해 조강형 프리믹싱 결합재가 지나치게 다량으로 투입되므로 유동성이 저하되어 시공성을 확보하지 못할 뿐만 아니라 경제성도 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반면에 본 발명의 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량이 0.3을 초과하게 되면, 배합수에 비하여 본 발명의 조강형 프리믹싱 결합재 량이 지나치게 적어서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없게 된다.
본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트를 이루기 위해서는 섬유가 추가되는데, 섬유는 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수가 투입되어 충분히 혼합된 상태에서 더 추가된다. 본 발명에서 섬유는 <조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 혼합한 것>의 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입되어 혼합된다. 즉, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 혼합한 것의 체적이 100이라고 할 때 섬유의 체적이 1 내지 3이 되도록 투입되는 것이다. 섬유는 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 혼합한 것의 인장강도 부족으로 인하여 충격하중과 피로하중에 의한 파괴 및 건조수축에 의한 균열이 발생하는 문제를 해결하고 콘크리트에 인성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로서, 강섬유나 유기섬유(예를 들면, PVA 섬유), 또는 이들 강섬유와 유기섬유를 혼합한 것을 섬유로서 이용할 수 있다. 섬유를 투입하게 되면 조강형 초고성능 콘크리트의 휨인장강도 및 압축강도가 증가하게 되고, 콘크리트의 갑작스러운 취성파괴를 방지하는데 유리한 효과가 발휘된다. 섬유가 1체적% 이상으로 혼입되면 섬유의 혼입에 따른 상기한 효과가 발휘되며, 섬유의 혼입량이 증가할수록 그에 따른 상기한 유리한 효과도 향상되지만, 과도한 량으로 혼합될 경우에는 경제성과 시공성 저하의 현상도 발생한다. 따라서 본 발명에서 섬유는 1 내지 3체적%로 혼입되는 것이다.
배합수와 섬유는 <조강형 프리믹싱 결합재>에 동시에 투입될 수도 있지만, 순차적으로 투입되어 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 혼합하여 균질한 상태를 만든 후에, 섬유를 투입하여 혼합하는 형태로 순차적으로 혼합하는 것이다. 특히, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 앞서 설명한 중량비 1 : 0.1 내지 0.3으로 믹서에 투입하여 유동성이 충분히 발휘될 때까지 20 내지 100rpm의 속도로 2분 내지 7분 동안 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물>을 만든 후, 상기 혼합물에 섬유를 더 추가 투입하는 것이 바람직하다.
<조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 혼합한 것>에 섬유를 투입하여 혼합함으로써, 본 발명의 <조강형 초고성능 콘크리트>를 만들게 되는데, 이와 같이 만들어진 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트를 이용하여 구조물을 제작할 때에는, 본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하고, 타설 시간으로부터 0.5 내지 3시간 경과 후에 탈형하여 온도가 섭씨 20 내지 50도, 그리고 습도가 8% 이상으로 유지되는 조건에서 양생을 실시하는 것이 바람직하다.
<실시예 1-1 및 실시예 1-2>
시멘트 종류가 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 1-1과 실시예 1-2를 각각 제작하였다.
실시예 1-1는 시멘트로서 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것이고 실시예 1-2는 조강 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 우선 실시예 1-1과 실시예 1-2의 공통적으로, 시멘트 100중량부에 대해 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부를 혼합하고, 경화촉진제로서 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가하여 믹서에 투입한 후, 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하였다.
후속하는 공정으로서, 상기한 바와 같이 제조된 실시예 1-1과 실시예 1-2를 위한 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량 0.2의 비율이 되도록 상기한 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 50rpm 속도로 4분 동안 유동성이 충분히 발휘될 때까지 혼합하고, 이렇게 혼합된 것(조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물)의 100체적%에 대해 강섬유를 1.5체적%로 투입하여 믹서에서 30rpm의 속도로 1분 30초간 혼합함으로써, 본 발명에 따른 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 <조강형 초고성능 콘크리트>를 제조하였다.
제조된 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여, 100×200mm의 원주시험체 및 100×100×400mm의 각주시험체의 형태로 각각 성형하고, 1시간 경과 후에 탈형하여 온도 섭씨 20도와 습도 85%가 유지되는 조건에서 양생을 실시하였다. 이 때, 원주시험체 형태로 타설된 조강형 초고성능 콘크리트에 대해서는 KS F 2594 규정에 따라 슬럼프 플로(slump flow)를 측정하였으며, 응결특성의 파악을 위하여 KS F 2436 규정에 따라 초결(initial setting) 시간과 종결(final setting) 시간을 각각 측정하였다. 실시예에 대한 슬럼프 플로, 초결 시간 및 종결 시간의 측정결과는 각각 표로 정리하여 도 4 내지 도 6로 각각 도시하였다.
그리고 상기한 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 조강형 초고성능 콘크리트로 만들어져 양생된 원주시험체에 대해서는 KS F 2405 규정에 따라 압축강도를 측정하였고, 각주시험체에 대해서는 KS F 2408 규정에 따라 휨인장강도를 각각 측정하였으며, 압축강도 및 휨인장강도의 측정결과는 표로 정리하여 도 7 내지 도 10로 각각 도시하였다.
<실시예 2-1 내지 실시예 2-6>
반응성 분체로서 함유되는 실리카퓸의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 2-1 내지 실시예 2-6을 각각 제작하였다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-6은 공통적으로 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해 각각 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 시멘트 100중량부에 대해 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가하여 상기 재료를 믹서에 투입한 후, 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하였다는 점에서 공통점이 있다. 다만, 반응성 분체로서 시멘트 100중량부에 대해 실시예 2-1은 실리카퓸을 0중량부로 함유하고, 실시예 2-2는 실리카퓸을 10중량부로 함유하고, 실시예 2-3은 실리카퓸을 20중량부로 함유하고, 실시예 2-4는 실리카퓸을 25중량부로 함유하고, 실시예 2-5는 실리카퓸을 30중량부로 함유하고, 실시예 2-6은 실리카퓸을 35중량부로 함유하였다. 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 각각에 대해 성분 재료를 모두 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하였다. 실시예 2-1의 경우에는 실리카퓸의 함유량이 0중량부이고, 실시예 2-6의 경우에는 실리카품의 함유량이 35중량부로서 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 1-1 및 실시예 1-2와 마찬가지로, 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에 대해서도, 제조된 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량 0.2의 비율이 되도록 상기한 각각의 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 50rpm 속도로 4분 동안 유동성이 충분히 발휘될 때까지 혼합한 후, 이렇게 혼합된 것(조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물)의 100체적%에 대해 강섬유를 1.5체적%로 투입하여 믹서에서 30rpm의 속도로 1분 30초간 혼합함으로써, 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 과정과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 3-1 내지 실시예 3-4>
반응성 분체의 종류가 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 3-1 내지 실시예 3-4를 각각 제작하였다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-4는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해 각각 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체, 필러재로서 석영 분말 20중량부를 혼합한 것에, 시멘트 100중량부에 대해 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부를 추가하고, 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부 및 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 추가하되, 시멘트 100중량부에 대해 반응성 분체로서 실시예 3-1은 실리카퓸을 25중량부로 함유한 것이고, 실시예 3-2는 고로슬래그 미분말을 25중량부로 함유한 것이며, 실시예 3-3은 플라이애시를 25중량부로 함유한 것이고, 실시예 3-4는 메타카올린 미분말을 25중량부로 함유한 것이다. 실시예 3-1 내지 실시예 3-4에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-4에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 추가 투입 및 혼합함으로써 실시예 3-1 내지 실시예 3-4의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 3-1 내지 실시예 3-4의 조강형 초고성능 콘크리트를 타설 및 성형하여 양생함으로써 시험체를 제작하고, 이에 대해 시험을 수행하여 필요한 물성치를 측정하는 것과 그 측정결과는 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 4-1 내지 실시예 4-5>
필러재의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 4-1 내지 실시에 4-5를 제작하였다.
실시예 4-1 내지 실시예 4-5는 모두 시멘트로서 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것이며, 시멘트 100중량부에 대해 각각 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가한 것이다. 다만, 시멘트 100중량부에 대해 실시예 4-1은 필러재를 0중량부로 함유하고, 실시예 4-2는 필러재로서 석영 분말을 10중량부로 함유하고, 실시예 4-3은 필러재로서 석영 분말을 20중량부로 함유하고, 실시예 4-4는 필러재로서 석영 분말을 30중량부로 함유하며, 실시예 4-5는 필러재로서 석영 분말을 40중량부로 함유하여, 이들 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조한 것이다. 실시예 4-1의 경우에는 필러재의 함유량이 0중량부이고, 실시예 4-5의 경우에는 필러재의 함유량이 40중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 4-1 내지 실시예 4-5 각각에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 추가 투입 및 혼합함으로써 실시예 4-1 내지 실시예 4-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 4-1 내지 실시예 4-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 방법과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 5-1 내지 실시예 5-5>
잔골재로서 석영질 모래의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 5-1 내지 실시예 5-5를 제작하였다.
실시예 5-1 내지 실시예 5-5는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해 각각 잔골재, 반응성 분체로서의 실리카퓸 25중량부 및 필러재로서 석영 분말 20중량부를 혼합한 것에, 시멘트 100중량부에 대해 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가하되, 시멘트 100중량부에 대해 잔골재로서 석영질 모래를 실시예 5-1은 90중량부로 함유하고, 실시예 5-2는 100중량부로 함유하고, 실시예 5-3은 110중량부로 함유하고, 실시예 5-4는 120중량부로 함유하고, 실시예 5-5는 130중량부로 함유하여, 이들 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조한 것이다. 실시예 5-1의 경우에는 석영질 모래의 함유량이 90중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 5-1 내지 실시예 5-5에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 5-1 내지 실시예 5-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 5-1 내지 실시예 5-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 타설 및 성형하여 양생함으로써 시험체를 제작하고, 이에 대해 시험을 수행하여 필요한 물성치를 측정하는 것과 그 측정결과는 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 6-1 내지 실시예 6-6>
경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 사용하되, 특별히 포름산칼슘의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 6-1 내지 실시예 6-6을 각각 제작하였다.
실시예 6-1 내지 실시예 6-6은 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부, 그리고 경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 포함하되, 시멘트 100중량부에 대해 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 0.25중량부로, 그리고 반수석고(CaSO4·0.5H2O)는 2.5중량부로 포함하며, 특히, 시멘트 100중량부에 대해 실시예 6-1은 경화촉진제로서 포름산칼슘이 0중량부로 함유된 것이며, 실시예 6-2는 포름산칼슘이 0.01중량부로 함유된 것이고, 실시예 6-3은 포름산칼슘이 0.02중량부로 함유된 것이며, 실시예 6-4는 포름산칼슘이 0.05중량부로 함유된 것이며, 실시예 6-5는 포름산칼슘이 0.1중량부로 함유된 것이고, 실시예 6-6은 포름산칼슘이 0.15중량부로 함유된 것이다. 실시예 6-1 내지 실시예 6-6에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다. 실시예 6-1 및 실시예 6-6의 경우에는 각각 포름산칼슘의 함유량이 0중량부 및 0.15중량부이므로, 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 6-1 내지 실시예 6-6에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 6-1 내지 실시예 6-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 6-1 내지 실시예 6-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 방법과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 7-1 내지 실시예 7-5>
경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 사용하되, 수산화알루미늄의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 7-1 내지 실시예 7-5를 각각 제작하였다.
실시예 7-1 내지 실시예 7-5는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부, 그리고 경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 포함하되, 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘은 0.05 중량부로, 그리고 반수석고(CaSO4·0.5H2O)는 2.5중량부로 포함하며, 특히, 시멘트 100중량부에 대해 실시예 7-1은 수산화알루미늄이 0중량부로 함유된 것이며, 실시예 7-2는 수산화알루미늄이 0.1중량부로 함유된 것이고, 실시예 7-3은 수산화알루미늄이 0.25중량부로 함유된 것이며, 실시예 7-4는 수산화알루미늄이 0.5중량부로 함유된 것이고, 실시예 7-5는 수산화알루미늄이 0.75중량부로 함유된 것이다. 실시예 7-1 내지 실시예 7-5에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다. 실시예 7-1 및 실시예 7-5는 각각 수산화알루미늄의 함유량이 0중량부 및 0.75중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 7-1 내지 실시예 7-5에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 7-1 내지 실시예 7-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 7-1 내지 실시예 7-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 타설 및 성형하여 양생함으로써 시험체를 제작하고, 이에 대해 시험을 수행하여 필요한 물성치를 측정하는 것과 그 측정결과는 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 8-1 내지 실시예 8-5>
경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 사용하되, 반수석고의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 8-1 내지 실시예 8-5를 각각 제작하였다.
실시예 8-1 내지 실시예 8-5는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부, 그리고 경화촉진제로서 포름산칼슘과 수산화알루미늄과 반수석고를 포함하되, 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘은 0.05중량부로, 그리고 수산화알루미늄은 0.25중량부로 포함하며, 특히, 시멘트 100중량부에 대해 실시예 8-1은 반수석고가 0중량부로 함유된 것이며, 실시예 8-2는 반수석고가 1중량부로 함유된 것이고, 실시예 8-3은 반수석고가 2.5중량부로 함유된 것이며, 실시예 8-4는 반수석고가 5중량부로 함유된 것이고, 실시예 8-5는 반수석고가 7.5중량부로 함유된 것이다. 실시예 8-1 내지 실시예 8-5에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다. 실시예 8-1 및 실시예 8-5의 경우에는 각각 반수석고의 함유량이 0중량부 및 7.5중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 8-1 내지 실시예 8-5에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 8-1 내지 실시예 8-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 8-1 내지 실시예 8-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 방법과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 9-1 내지 실시예 9-5>
응결촉진제로서 글리세린을 사용하되, 글리세린의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 9-1 내지 실시예 9-5를 각각 제작하였다.
실시예 9-1 내지 실시예 9-5는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 경화촉진제로서 포름산칼슘 0.05중량부와 수산화알루미늄 0.25중량부와 반수석고 2.5중량부를 포함하며, 응결촉진제 및 유동화제를 더 포함하는데, 유동화제로는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제를 시멘트 100중량부에 대해 2중량부로 포함하고, 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 실시예 9-1은 글리세린이 0중량부로 함유된 것이며, 실시예 9-2는 글리세린이 0.1중량부로 함유된 것이고, 실시예 9-3은 글리세린이 0.25중량부로 함유된 것이며, 실시예 9-4는 글리세린이 0.5중량부로 함유된 것이고, 실시예 9-5는 글리세린이 0.75중량부로 함유된 것이다. 실시예 9-1 내지 실시예 9-5에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다. 실시예 9-1 및 실시예 9-5의 경우에는 글리세린의 함유량이 각각 0중량부 및 0.75중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 9-1 내지 실시예 9-5에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 9-1 내지 실시예 9-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 9-1 내지 실시예 9-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 타설 및 성형하여 양생함으로써 시험체를 제작하고, 이에 대해 시험을 수행하여 필요한 물성치를 측정하는 것과 그 측정결과는 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 10-1 내지 실시예 10-5>
유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하되, 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제의 함유량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 10-1 내지 실시예 10-5를 각각 제작하였다.
실시예 10-1 내지 실시예 10-5는 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로서, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 경화촉진제로서 포름산칼슘 0.05중량부와 수산화알루미늄 0.25중량부와 반수석고 2.5중량부를 포함하며, 응결촉진제로서 글리세린을 시멘트 100중량부에 대해 0.25중량부로 포함하고, 시멘트 100중량부에 대해 유동화제로서 실시예 10-1은 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제가 0중량부로 함유된 것이며, 실시예 10-2는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제가 1중량부로 함유된 것이고, 실시예 10-3은 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제가 2중량부로 함유된 것이며, 실시예 10-4는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제가 5중량부로 함유된 것이고, 실시예 10-5는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제가 7중량부로 함유된 것이다. 실시예 10-1 내지 실시예 10-5에 대해 각각의 성분 재료를 믹서에 투입하고 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합함으로써 조강형 프리믹싱 결합재로 제조하였다. 실시예 10-1 및 실시예 10-5의 경우에는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제의 함유량이 각각 0중량부 및 7중량부이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 10-1 내지 실시예 10-5에 대해서도, 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 혼합하고, 추가로 강섬유를 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일한 비율과 방식으로 더 투입 및 혼합함으로써 실시예 10-1 내지 실시예 10-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다.
제조된 실시예 10-1 내지 실시예 10-5의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 방법과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 11-1 내지 실시예 11-4>
조강형 초고성능 콘크리트를 위하여 혼합되는 섬유의 종류를 변화시키고, 사용되는 섬유의 량을 변화시키면서 그에 따른 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예 11-1 내지 실시예 11-7을 각각 제작하였다.
실시예 11-1 내지 실시예 11-7 각각에 대해 공통적으로, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트 100중량부에 대해, 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부를 혼합하고, 경화촉진제로서 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가하여 상기 재료를 믹서에 투입한 후, 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하였다.
후속하는 공정으로서, 상기한 바와 같이 제조된 실시예 11-1 내지 실시예 11-7을 위한 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량 0.2의 비율이 되도록 상기한 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 50rpm 속도로 4분 동안 유동성이 충분히 발휘될 때까지 혼합하였다.
이렇게 만들어진 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물에 강섬유 또는 PVA 섬유(Polyvinyl Alcohol 섬유)를 각각 투입 체적을 달리하여 혼합하였는데, 실시예 11-1의 경우는 섬유를 투입하지 않았으며 실시예 11-2 내지 실시예 11-4의 경우는 강섬유를 투입하였고, 실시예 11-5 내지 실시예 11-7의 경우는 PVA 섬유를 투입하였다. 구체적으로 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물의 체적을 100체적%라고 할 때, 실시예 11-1의 경우는 섬유가 0체적%로 투입된 것이고, 실시예 11-2의 경우는 강섬유가 1체적%로 투입된 것이며, 실시예 11-3의 경우는 강섬유가 2체적%로 투입된 것이고, 실시예 11-4의 경우는 강섬유가 3체적%로 투입된 것이다. 한편, 실시예 11-5의 경우는 PVA 섬유가 1체적%로 투입된 것이며, 실시예 11-6의 경우는 PVA 섬유가 2체적%로 투입된 것이고, 실시예 11-7의 경우는 PVA 섬유가 3체적%로 투입된 것이다. 실시예 11-1의 경우에는 섬유의 함유량이 0(zero)이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
실시예 11-1 내지 실시예 11-7에서는, 위와 같은 비율로 각각 강섬유 또는 PVA 섬유를 투입하여 믹서에서 30rpm의 속도로 1분 30초간 혼합함으로써 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다. 제조된 실시예 11-1 내지 실시예 11-4의 조강형 초고성능 콘크리트를 타설 및 성형하여 양생함으로써 시험체를 제작하고, 이에 대해 시험을 수행하여 필요한 물성치를 측정하는 것과 그 측정결과는 앞서 설명한 실시예 1-1 및 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 12-1 내지 실시예 12-6>
조강형 프리믹싱 결합재와 혼합되는 배합수의 량이 조강형 초고성능 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 배합수의 량을 달리하면서 실시예 12-1 내지 실시예 12-6을 각각 제작하였다.
실시예 12-1 내지 실시예 12-6의 각각에 대해 공통적으로, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트 100중량부에 대해 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 더 첨가하여 상기 재료를 믹서에 투입한 후, 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하였다.
후속하는 공정으로서, 상기한 바와 같이 제조된 실시예 13-1 내지 실시예 13-4를 위한 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량의 비율을 각각 달리하면서 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수를 투입하여 믹싱하였는데, 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해, 실시예 12-1의 경우는 배합수의 중량이 0.1이 되도록, 실시예 12-2의 경우는 배합수의 중량이 0.15가 되도록, 실시예 12-3의 경우는 배합수의 중량이 0.2가 되도록, 실시예 12-4의 경우는 배합수의 중량이 0.25가 되도록, 실시예 12-5의 경우는 배합수의 중량이 0.3이 되도록, 실시예 12-6의 경우는 배합수의 중량이 0.35가 되도록 각각 투입하여, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에서 50rpm 속도로 4분 동안 유동성이 충분히 발휘될 때까지 혼합하였다. 실시예 12-6의 경우에는 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대한 배합수의 중량이 0.35이므로 실질적으로는 본 발명에 해당하는 것이 아니라 "비교예"에 해당한다.
이러한 방법으로 혼합되어 만들어진 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물의 100체적%에 대해, 강섬유를 1.5체적%로 투입하여 믹서에서 30rpm의 속도로 1분 30초간 혼합함으로써, 실시예 12-1 내지 실시예 12-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 각각 제조하였다. 제조된 실시예 12-1 내지 실시예 12-6의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 시험체 형태로 성형하고, 탈형하여 양생시키는 과정, 그리고 제조된 조강형 초고성능 콘크리트 시험체에 대해 슬럼프 플로, 응결특성, 압축강도 및 휨인장강도를 각각 측정하는 방법과, 그 결과를 정리하는 것은 앞서 설명한 실시예 1-1 및 실시예 1-2와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
<실시예 1-1 내지 실시예 12-6에 대한 실험결과의 분석>
앞서 언급한 것처럼 도 4 내지 도 6은 각각 상기한 실시예 1-1 내지 실시예12-6에 대해 슬럼프 플로와, 응결시간(초결 시간 및 종결시간)을 측정한 값을 표로 정리한 도면인데, 도 4 내지 도 6에 정리된 시험결과에서 알 수 있듯이, 굳지 않은 상태의 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트에서는 슬럼프 플로와 초결이 관련이 있는 것으로 파악되었는데, 일반적으로 슬럼프 플로가 클수록 초결이 늦게 발생하는 것으로 나타났다. 슬럼프 플로가 500mm 이상이면 약한 진동 또는 진동 없이도 자기 충전이 가능한 유동성이 가지며, 800mm를 초과하면 재료분리가 발생하여 섬유의 뭉침 현상과 강도 저하가 발생한다. 따라서 현장에서 사용하기에 적정한 슬럼프 플로의 범위는 500 내지 800mm 인데, 본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트에 해당하는 실시예의 경우에는 이와 같은 슬럼프 플로의 적정 범위 내의 플로 측정값을 보였다.
실시예에 대한 시험결과에 따르면, C2S 성분이 적은 조강 포틀랜드 시멘트를 사용한 경우가, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것에 비해 응결이 빠르게 진행되어 초결시간이 짧았다. 반응성 분체의 함유량과 종류를 달리한 실시예 중에서는 실리카퓸의 함유량이 20중량부일 때에 초결시간이 가장 짧았으며, 필러재의 경우에는 함유량 증가할수록 응결이 빠르게 발생하는 경향을 보였고, 석영질 모래의 경우에는 시멘트 100중량부에 대해 120중량부로 함유될 경우가 가장 빠른 응결을 보이는 것으로 나타났다.
경화촉진제에 의한 영향과 관련해서는, 포름산칼슘의 함유량이 증가할수록 응결이 빨라지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 포름산칼슘으로 인하여 시멘트 성분인 C3S의 수화가 촉진되기 때문인 것으로 파악된다. 수산화알루미늄과 반수석고의 경우에도, 그 함유량이 증가할수록 응결이 촉진되는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 재령초기부터 수산화알루미늄 및 반수석고가 시멘트 성분인 C3A와 반응하였기 때문인 것으로 파악된다. 이와 같이 경화촉진제는 그 함유량 많을수록 응결이 촉진되는 것으로 확인되었으나, 이와 더불어 슬럼프 플로도 급격히 저하되는 것으로 나타났는 바, 적정한 양으로 사용하는 것이 매우 중요하며, 본 발명에서 제시한 경화촉진제에 해당하는 각 재료의 함유량 즉, 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘 0.02 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄 0.1 내지 0.5중량부, 및 반수석고1 내지 5중량부가 매우 적정한 함유량 범위라는 점이 실시예를 통해서 확인되었다.
응결촉진제로서 글리세린은 시멘트의 성분인 C3A와의 반응을 촉진시키는 작용을 하여 응결을 촉진시키는 바, 그 함유량이 많을수록 응결시간이 빨라진다는 것을 실시예를 통해서 확인하였다. 그리고 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 감수제는 그 함유량이 과대해질 경우에는 약간 응결이 지연되는 것을 확인할 수 있었으며, 섬유는 종류와 양에 관계없이 응결에 거의 영향을 주지 않으며, 배합수는 그 배합비율이 적을수록 응결이 촉진되는 것으로 확인되었다.
앞서 언급한 것처럼 도 7 내지 도 10은, 상기한 실시예 1-1 내지 실시예12-6에 대해 압축강도와 휨인장강도를 측정한 값을 표로 정리한 도면인데, 도 7 내지 도 10에 정리된 실시예의 시험결과에서 알 수 있듯이, 초기 강도를 약하게 하는 C2S의 양이 적은 조강 포틀랜드 시멘트를 사용한 경우가 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 경우에 비하여 강도가 빨리 발현되는 것으로 나타났으나, 시멘트의 종류에 상관없이 본 발명에 따른 실시예들은 0.5일 압축강도는 10MPa 이상, 그리고 휨인장강도는 2MPa 이상을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 국가건설기준의 콘크리트 표준시방서 거푸집 및 동바리(KCS 14 20 12)에 따르면 거푸집 제거 시기는 최소 압축강도 5MPa 이상으로 규정하고 있는 바, 위와 같이 빠른 강도 발현 특성을 가지는 본 발명의 조강형 초고성능 콘크리트는 0.5일에서도 거푸집 제거가 가능하게 되며, 그에 따라 시공시간을 단축할 수 있고, 거푸집의 빠른 탈형을 통한 시공경제성 향상의 효과를 기대할 수 있다.
반응성 분체로서 함유되는 재료 중에는 실리카퓸이 빠른 강도 발현의 효과에서 가장 우수하였으며, 특히 실리카퓸의 함유량이 25중량부일 때 가장 빨리 강도가 발현되었다. 25중량부 미만의 함유량으로 실리카퓸이 사용될 경우, 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 실리카가 포졸란 반응을 일으켜 칼슘실리케이트(C-S-H) 수화물을 생성하였고, 실리카퓸의 함유량이 25중량부를 초과할 경우에는 초기재령에 포졸란 반응에 필요한 수산화칼슘의 양이 적어 초기 강도가 작게 발현되었으나, 재령이 증가함에 따라 강도가 점차로 증가하는 것으로 파악되었다.
잔골재로서 사용되는 석영질 모래의 함유량이 110중량부일 때 가장 강도가 높게 나타났고, 그 미만에서 유동성이 저하로 인한 충전성 부족 때문에 강도가 저하되고, 110중량부를 초과할 경우에는 석영질 모래의 함유량이 과도하게 많아져서 수화에 필요한 시멘트 부족 및 재료분리 현상이 발생하였고 이로 인하여 강도 저하가 나타났다.
필러재는 재령 1일까지는 함량이 많을수록 강도가 증가하고 있으며, 이것은 시멘트 수화반응에 의한 것보다 물리적 현상의 충전효과에 의한 것으로 분석된다. 장기 강도에 있어서는 필러재의 함유량 20중량부에서 가장 강도가 높게 나타났다.
경화촉진제로서의 포름산칼슘은 0.5일 강도까지는 함유량이 많을수록 강도가 증가하였으나, 1일 강도 이상에 대해서는 0.1중량부 이상의 함유량이 되면 유동성 저하 등으로 강도가 저하되는 것으로 나타났으며, 함유량 0.05중량부가 강도 측면에서 가장 유리한 것으로 분석된다. 경화촉진제로서 함유되는 수산화알루미늄도 0.5일 강도까지는 함유량이 많을수록 강도가 증가하나, 1일 강도부터는 0.5중량부 이상으로 함유될 경우 과도한 급결에 의해 강도 발현이 점차 저하되는 것으로 나타났는 바, 수산화알루미늄의 함유량은 0.25중량부일 때 가장 효과적인 것으로 나타났다. 반수석고는 그 함유량이 2.5중량부일 때 가장 효과가 있는 것으로 나타났는데, 시멘트 성분인 C3A와 반응하여 재령초기부터 다량의 에트링가이트(ettringite)를 생성하여 강도를 증진시키는데 효과를 발휘하는 것인 바, 본 실험 결과를 통해서도 초기강도의 증진에 유리한 작용을 하는 것으로 확인되었다.
응결촉진제로 사용되는 글리세린은 시멘트 성분인 C3A와 석고의 반응에 의한 에트링가이트 생성을 더욱 촉진시키고, 더 나아가 생성된 에트링가이트를 모노셀페이트(monosulfate)상으로의 이행을 촉진시킴으로써 수화촉진 작용을 발휘한다. 본 발명에 따른 실시예에 대한 실험결과에서도, 글리세린의 함유량이 많을수록 특히 초기강도가 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
유동화제로 사용되는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제는 시멘트 복합체의 유동성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 1중량부 내지 5중량부 범위에서 초기의 압축강도 및 휨인장강도에 약간의 영향을 주지만, 궁극적으로 거의 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 그러나 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제의 함유량이 5중량부를 초과할 경우, 강도저하가 급격히 발생하는 것으로 확인되었다.
섬유는, 시멘트 복합체의 인장강도 부족으로 충격하중과 피로하중에 의한 파괴 및 건조수축에 의한 균열이 발생하는 문제를 해결하고자 사용한 것으로, 본 발명에 따른 실시예에 대한 실험결과에 의하면, 강섬유를 사용한 경우가 PVA 섬유를 사용한 경우보다 압축강도뿐만 아니라 휨인장강도 증진 효과가 큰 것으로 나타났으며, 본 발명에서 제시한 함유량의 범위가 적절한 것으로 파악되었다.
배합수의 경우에는, 조강형 프리믹싱 결합재에 대한 중량비에 따라 압축강도 및 휨인장강도가 다르게 나타났지만, 본 발명에서 제시한 중량비의 범위가 적절한 것으로 파악되었다.
위와 같은 시험결과에 근거할 때, 시멘트 100중량부를 기준으로, 잔골재로서 절대건조상태로 만든 입경이 5mm 이하인 석영질 모래 100 내지 130중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 10 내지 30중량부, 필러재 10 내지 30중량부에, 경화촉진제로서 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.02 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.1 내지 0.5중량부 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 1 내지 5중량부와, 응결촉진제로서 글리세린(Glycerin) 0.1 내지 0.5중량부 및 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 1 내지 5중량부를 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 구성하고, 질량비로서 상기 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 비율이 1 : 0.15 내지 0.3이 되도록 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수를 혼합한 후, 섬유(강섬유나 유기섬유, 또는 이들의 혼합)을 <조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물> 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입하여 혼합함으로써, 본 발명에 따른 <조강형 초고성능 콘크리트>를 형성하는 것이 가장 바람직하다는 것이 확인되었다.
한편, 본 발명에 따른 <조강형 초고성능 콘크리트>이 종래 기술에 의한 일반적인 콘크리트와 어떠한 차이가 있는지를 분석하기 위하여 다음과 같은 <실시예 13>를 제작하였다.
<실시예 13>
실시예 13은 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트로서 제작된 것인데, 실시예 13을 제작을 위하여 우선 시멘트로서 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하여, 시멘트 100중량부에 대해 잔골재로서 석영질 모래 110중량부, 반응성 분체로서 실리카퓸 25중량부, 필러재로서 석영 분말 20중량부, 경화촉진제로서 시멘트 100중량부에 대해 포름산칼슘(Ca(HCO2)2 0.05중량부, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.25중량부, 및 반수석고(CaSO4·0.5H2O) 2.5중량부, 그리고 시멘트 100중량부에 대해 응결촉진제로서 글리세린 0.25중량부와 유동화제로서 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제 2중량부를 첨가하여 믹서에 투입한 후, 30rpm 속도로 5분 동안 균질하게 혼합하여 <조강형 프리믹싱 결합재>를 제조하였다.
후속하는 공정으로서, 실시예 13을 위하여 상기한 바와 같이 제조된 조강형 프리믹싱 결합재의 중량 1에 대해 배합수의 중량 0.2의 비율이 되도록 상기한 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수를 믹서에 투입하여 50rpm 속도로 4분 동안 유동성이 충분히 발휘될 때까지 혼합하고, 이러한 혼합물의 100체적%에 대해 강섬유를 1.5체적%로 투입하여 믹서에서 30rpm의 속도로 1분 30초간 혼합함으로써, 실시예 13의 <조강형 초고성능 콘크리트>를 제조하였다.
제조된 실시예 13의 조강형 초고성능 콘크리트를 거푸집에 타설하여 성형하고, 1시간 경과 후에 탈형하여 온도 섭씨 20도와 습도 85%가 유지되는 조건에서 양생을 실시하였다. 상기한 실시예 13의 조강형 초고성능 콘크리트로 만들어져 양생된 원주시험체에 대해서는 KS 규정에 따라 각종 물성치를 측정하였으며, 측정결과는 표로 정리하여 도 11로 첨부하였다.
도 11의 표로 정리된 것처럼, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 압축강도, 휨강도 및 탄성계수에 있어서 종래의 보통 강도 콘크리트 및 고강도 콘크리트에 비해 월등히 큰 성능을 보이고 있으며, 종래의 초고성능 콘크리트에 비해 1일 강도가 훨씬 큰 것으로 확인되었는 바, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 타설 후 1일이 지나면 충분히 구조물로서 사용해도 문제가 없을 것으로 판단되고, 재령이 증가함에 따라 강도 역시 증가하는 등 역학적 특성이 탁월하다는 점이 확인되었다.
종래의 초고성능 콘크리트의 경우에는, 수화반응에 의해 발생하는 초기수축이 크게 발생하여 최종 수축이 큰 것으로 나타났으나, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트의 경우, 사용된 반수석고 등에 의하여 팽창 보상이 이루어지고 그에 따라 수축이 크게 줄어들어서, 종래의 일반 콘크리트 또는 고강도 콘크리트의 수준 이하로 수축을 줄일 수 있다는 것이 확인되었다.
염해, 탄산화, 동결융해의 내구성 등의 물성에 있어서도, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트는 종래의 일반 콘크리트 및 고강도 콘크리트에 비해 훨씬 우수하고, 종래의 초고성능 콘크리트와 동등 이상의 성능을 보이고 있는 바, 본 발명에 따른 조강형 초고성능 콘크리트를 적용한 구조물/부재는 내구수명이 크게 증가할 것으로 분석된다.
1: 조강형 프리믹싱 결합재
2: 배합수
3: 섬유
4: 조강형 초고성능 콘크리트

Claims (7)

  1. 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재를 포함하는 기본 결합재에, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고, 그리고 응결촉진제와 유동화제를 더 혼합하여 분말형태의 조강형 프리믹싱 결합재를 만들고;
    조강형 프리믹싱 결합재에 배합수를 혼합하고;
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물에 섬유를 더 혼입하되;
    시멘트 100중량부를 기준으로, 잔골재는 100-110중량부, 반응성 분체는 10 내지 30중량부, 및 필러재는 10 내지 20중량부로 포함되고;
    시멘트 100중량부를 기준으로, 경화촉진제로서 포름산칼슘 0.02 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄 0.1 내지 0.25중량부 및 반수석고 1 내지 5중량부로 포함되며;
    시멘트 100중량부를 기준으로 응결촉진제는 0.1 내지 0.5중량부, 및 유동화제는 1 내지 5중량부로 포함되며;
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수는 질량비 1 : 0.15 내지 0.3로 혼합되고;
    섬유는, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입된 구성을 가지며;
    시멘트는 조강 포틀랜드 시멘트이고, 잔골재는 석영질 모래이며;
    반응성 분체는 실리카퓸, 고로슬래그 미분말, 메타카올린 미분말 및 플라이애시로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이고;
    필러재는 석영 분말 및 석회석 미분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이며;
    응결촉진제는 글리세린이고;
    유동화제는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제인 것임을 특징으로 하는 조강형 초고성능 콘크리트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재를 포함하는 기본 결합재에, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고, 그리고 응결촉진제와 유동화제를 더 혼합하여 분말형태의 조강형 프리믹싱 결합재를 제조하는 단계;
    제조된 분말형태의 조강형 프리믹싱 결합재에 배합수를 혼합하는 단계; 및
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물에 섬유를 더 혼입하는 단계를 포함하되;
    시멘트 100중량부를 기준으로, 잔골재는 100-110중량부, 반응성 분체는 10 내지 30중량부, 및 필러재는 10 내지 20중량부로 포함되고;
    시멘트 100중량부를 기준으로 경화촉진제로서 포름산칼슘 0.02 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄 0.1 내지 0.25중량부 및 반수석고 1 내지 5중량부로 포함되며;
    시멘트 100중량부를 기준으로 응결촉진제는 0.1 내지 0.5중량부 및 유동화제는 1 내지 5중량부로 포함되며;
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수는 질량비 1 : 0.15 내지 0.3로 혼합되고;
    섬유는, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입되며;
    시멘트는 조강 포틀랜드 시멘트이고, 잔골재는 석영질 모래이며;
    반응성 분체는 실리카퓸, 고로슬래그 미분말, 메타카올린 미분말 및 플라이애시로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이고;
    필러재는 석영 분말 및 석회석 미분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이며;
    응결촉진제는 글리세린이고;
    유동화제는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제인 것임을 특징으로 하는 조강형 초고성능 콘크리트의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    조강형 프리믹싱 결합재를 제조하는 단계에서는, 시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재를 포함하는 기본 결합재와, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고와, 응결촉진제와, 유동화제가 믹서에 투입되어 20rpm 내지 50rpm의 속도로 3분 내지 10분 동안 혼합되는 것을 특징으로 하는 조강형 초고성능 콘크리트의 제조방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수는 믹서에서 20 내지 100rpm의 속도로 2분 내지 7분 동안 혼합되는 것을 특징으로 하는 조강형 초고성능 콘크리트의 제조방법.
  7. 배합수 및 섬유와 혼합되어 조강형 초고성능 콘크리트를 이루는 결합재로서,
    시멘트, 잔골재, 반응성 분체 및 필러재를 포함하는 기본 결합재에, 경화촉진제로서 포름산칼슘, 수산화알루미늄 및 반수석고, 그리고 응결촉진제와 유동화제를 더 혼합하여 분말 형태로 제조되는데;
    시멘트 100중량부를 기준으로 잔골재는 100-110중량부, 반응성 분체는 10 내지 30중량부, 및 필러재는 10 내지 20중량부로 포함되고;
    시멘트 100중량부를 기준으로 경화촉진제로서 포름산칼슘 0.02 내지 0.1중량부, 수산화알루미늄은 0.1 내지 0.25중량부 및 반수석고 1 내지 5중량부로 포함되며;
    시멘트 100중량부를 기준으로 응결촉진제는 0.1 내지 0.5중량부 및 유동화제는 1 내지 5중량부로 포함되며;
    조강형 프리믹싱 결합재와 배합수는 질량비 1 : 0.15 내지 0.3로 혼합되고;
    섬유는, 조강형 프리믹싱 결합재와 배합수의 혼합물 100체적%에 대해 1 내지 3체적%로 투입되어 혼합되며;
    시멘트는 조강 포틀랜드 시멘트이고, 잔골재는 석영질 모래이며;
    반응성 분체는 실리카퓸, 고로슬래그 미분말, 메타카올린 미분말 및 플라이애시로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이고;
    필러재는 석영 분말 및 석회석 미분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 복수개의 종을 혼합한 것이며;
    응결촉진제는 글리세린이고;
    유동화제는 분말형 폴리카르본산계 고성능 감수제인 것임을 특징으로 하는 조강형 프리믹스 결합재.
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