KR102169776B1 - 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물에 관한 것으로, 상기 콘크리트 배합 조성물은 염화나트륨, 염화암모늄, 염화칼슘, 염화마그네슘, 소다회, 계면활성제, 프로필렌 글리콜, 아질산, 질산칼슘, 및 유동화제를 포함하여, 콘크리트의 강도를 증진시키고, 영하의 온도에서 동해에 의한 콘크리트의 균열 및 단면 결함을 방지할 수 있다.

Description

내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물{CONCRETE FORMULATING COMPOSITION HAVING IMPROVED FREEZE-THAW RESISTANCE}
본 발명은 콘크리트 배합 조성물에 관한 것으로, 강도가 증강되고 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물에 관한 것이다.
동절기간이 긴 지역에서 시공된 콘크리트 구조물은 소정의 강도와 내구성을 기대하기가 어렵다. 국내의 국토교통부 시방서에 의하면 한중콘크리트는 하루 평균 기온이 4℃ 이하인 날로 규정하고 있으며 기온이 0℃ 이하인 경우 물공사 중단을 실시하도록 지방자치 단체와 토지주택공사의 경우 조치하고 있다. 지방단체인 경우 31∼160일이고 토지주택공사의 경우 20∼120일에 이르고 있어 공사중단에 따른 막대한 손실을 초래하고 있는 실정이다. 콘크리트의 동해를 방지하기 위해서는 먼저 강도나 내구성 등의 요구 성능을 만족시켜야 하며 굳지 않은 상태의 시공성과 경화 시의 수화반응이 충실히 이루어지도록 하지 않으면 안 된다.
콘크리트의 동해를 방지하기 위해 일반적으로 사용되는 방법으로 물 및 골재를 가열하여 사용되는 방법이 있으나 실제 대부분의 레미콘 공장에서 물 및 골재를 가열하여 레미콘을 생산할 수 있는 설비가 제대로 갖추지 못하고 있는 실정이다.
이러한 실정에 맞춰, 칼슘설포 알루미네이트 및 석고 등을 혼합한 초속경성 시멘트가 개발되고 있다(한국등록특허 제 0880930호).
이에 본 발명은, 동절기 영하 온도 환경하에서 동해를 방지하고 콘크리트의 강도를 증진시켜, 영하의 온도에서 콘크리트의 균열 및 단면 결함을 방지할 수 있는 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물을 고안하였다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 강도 및 동결방지 기능이 향상되어 기온이 낮은 겨울철 공사의 콘크리트 처리 공사 시 강도 향상 및 동해 방지가 가능한 콘크리트 배합 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본원에 기재된 다양한 구현예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구현예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구현예" 또는 "구현예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구현예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구현예에서" 또는 "구현예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구현예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
본 발명 내 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당 업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명은 기존의 콘크리트의 성분을 개선하여 콘크리트의 본래의 강성을 최대한 유지하면서도 화재발생시 폭열 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 콘크리트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 염화나트륨, 염화암모늄, 염화칼슘, 염화마그네슘, 소다회, 계면활성제, 프로필렌 글리콜, 아질산, 질산칼슘 및 유동화제를 포함하는 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 배합 조성물에서 상기 아질산의 함량은 4.2 중량% 내지 5.8 중량%인 것이 바람직하고, 상기 아질산의 함량이 4.2 중량% 미만이면 철근 콘크리트 구조물을 부식시킬 위험성이 커지고, 그 함량이 5.8 중량% 초과이면 시공성이 떨어진다.
본 발명의 콘크리트 배합 조성물에서 상기 질산칼슘의 함량은 2.5 중량% 내지 5.5 중량%인 것이 바람직하고, 상기 질산칼슘의 함량이 2.5 중량% 미만이면 시멘트 수화반응을 촉진시킬 수 없고, 그 함량이 5.5 중량% 초과하면 철근 콘크리트 구조물을 부식시킬 위험성이 커진다.
또한, 본 발명의 콘크리트 배합 조성물에서 아질산과 질산칼슘은 그 비율을 5:2~4의 중량 비율, 바람직하게는 5:3의 중량 비율로 첨가하였을 때 저온 환경 하에서의 압축 강도 또는 내동해성 등의 목적하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 콘크리트 배합 조성물에서 상기 유동화제의 함량은 8.5 중량% 내지 11.5 중량%인 것이 바람직하고, 상기 유동화제의 함량이 8.5 중량% 미만이면 유동성 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 11.5 중량%를 초과하면 재료분리가 발생하기 쉽다.
또한, 본 발명에서 상기 유동화제는 나프탈렌(액상 또는 분말), 폴리카복실레이트, 멜라민(액상), 리그닌, 및 폴리카본산계 유동화제로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르 유도체(polyoxyethylene nonyl phenyl ether derivatives; MONOPOL NPE40, 동남화학사제)이다.
본 발명에서 계면활성제는 고급 지방산과 고급 알코올의 에스테르 화합물을 사용할 수 있다. 상기 고급 지방산은 탄소수 10 이상의 지방산으로서, 대표적인 것으로는 라우르산(Lauric acid), 미리스트산(Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 이소스테아르산(Iso-stearic acid), 올레산(Oleic acid), 리놀레산(Linoleic acid), 베헨산(Behenic acid), 리놀렌산(Linoleic acid) 또는 팔미토올레인산(Palmitoleic acid)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 고급 알코올로는 글리세린(Glycelin), 글리콜(Glycol), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 솔비탄(Sorbitan), 만니탄(Mannitan) 또는 리비톨(Ribitol)을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물에 이용되는 계면 활성제는 솔비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate), 솔비탄 디올레이트(Sorbitan dioleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 솔비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate), 솔비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate), 솔비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate), 솔비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate), 만니탄 모노올레이트(Mannitan monooleate), 만니탄 디올레이트(Mannitan dioleate), 만니탄 트리올레이트(Mannitan trioleate), 만니탄 트리스테아레이트(Mannitan tristearate), 만니탄 모노스테아레이트(Mannitan monostearate), 만니탄 모노팔미테이트(Mannitan monopalmitate), 폴리글리콜-지방산 에스테르(Polyglycol-fatty acid ester), 디글리콜-라우레이트(Diglycol-laurate), 디글리콜-올레이트(Diglycol-oleate), 디글리콜-스테아레이트(Diglycol-stearate), 디에틸렌-글리콜라우레이트(Diethyleneglycollaurate), 프로필렌-글리콜모노라우레이트(Propylene-glycolmonolaurate), 프로필렌-글리콜모노올레이트(Propylene-glycol monooleate), 프로필렌-글리콜모노스테아레이트(Propylene-glycolmonostearate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate), 글리세롤-모노올레이트(Glycerol-Monooleate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate), 폴리옥시에틸렌 수소화 카스터 오일, 에톡시화 지방산 에스테르 및 폴리에테르계 실리콘 계면활성제일 수 있다. 보다 바람직하게는, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노올레이트, 솔비탄 트리올레이트, 솔비탄 모노이소스테아레이트, 솔비탄 트리스테아레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 글리세롤-모노스테아레이트, 글리세롤-모노올레이트, 폴리옥시에틸렌 수소화 카스터 오일, 에톡시화 지방산 에스테르 및 폴리에테르계 실리콘 계면활성제를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일 예시로, 상기 콘크리트 배합 조성물은 염화나트륨 12.5 중량% 내지 17.1 중량%, 염화암모늄 9.7 중량% 내지 13.3 중량%, 염화칼슘 25 중량% 내지 34 중량%, 염화마그네슘 2.8 중량% 내지 3.8 중량%, 소다회 9.7 중량% 내지 13.3 중량%, 계면활성제 4.8 중량% 내지 6.6 중량%, 프로필렌 글리콜 4.8 중량% 내지 6.6 중량%, 아질산 4.2 중량% 내지 5.8 중량%, 질산칼슘 2.5 중량% 내지 5.5 중량%, 및 유동화제 8.5 중량% 내지 11.5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 예시로, 상기 콘크리트 배합 조성물은 염화나트륨 13.3 중량% 내지 16.3 중량%, 염화암모늄 10.3 중량% 내지 12.7 중량%, 염화칼슘 26.5 중량% 내지 32.5 중량%, 염화마그네슘 2.9 중량% 내지 3.7 중량%, 소다회 10.3 중량% 내지 12.7 중량%, 계면활성제 5.1 중량% 내지 6.3 중량%, 프로필렌 글리콜 5.1 중량% 내지 6.3 중량%, 아질산 4.5 중량% 내지 5.6 중량%, 질산칼슘 2.7 중량% 내지 5.3 중량%, 및 유동화제 9 중량% 내지 11 중량%를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 예시로, 상기 콘크리트 배합 조성물은 염화나트륨 14 중량% 내지 15.6 중량%, 염화암모늄 10.9 중량% 내지 12.1 중량%, 염화칼슘 28 중량% 내지 31 중량%, 염화마그네슘 3.1 중량% 내지 3.5 중량%, 소다회 10.9 중량% 내지 12.1 중량%, 계면활성제 5.4 중량% 내지 6 중량%, 프로필렌 글리콜 5.4 중량% 내지 6 중량%, 아질산 4.7 중량% 내지 5.5 중량%, 질산칼슘 2.8 중량% 내지 5.2 중량%, 및 유동화제 9.5 중량% 내지 10.5 중량%를 포함한다.
본 발명에서 상기 콘크리트 배합 조성물은 콘크리트 배합 시 물, 시멘트, 모레, 및 자갈과 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 콘크리트 배합 조성물은 콘크리트 배합 시 시멘트와 콘크리트 배합 조성물은 100~500:1의 중량 비율, 바람직하게는 100~300:1의 중량 비율로 혼합할 수 있다.
상술한 본 발명의 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물은 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트의 생산을 위해, 각종 골재와 시멘트, 모래, 물을 각각 담은 복수의 용기들과, 이들의 공급을 각각 제어하기 위해 설치되는 액추에이터들과, 복수의 골재들, 시멘트, 모래, 물을 혼합하는 혼합용기와, 혼합용기에 결합되는 혼합장치와, 혼합장치에서 혼합된 콘크리트를 포설하는 포설장치와, 각 액추에이터의 동작과 혼합장치의 동작과 포설장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하여 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트를 제조하거나, 포설할 수 있으며, 이를 자동 혹은 반자동으로 수행되도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물은 동절기 영하 온도 환경하에서 동해를 방지하고 콘크리트의 강도를 증진시켜, 영하의 온도에서 콘크리트의 균열 및 단면 결함을 방지할 수 있다. 따라서 동절기에 겨울공사 중단에 따른 막대한 손실을 방지할 수 있다는 측면에 있어서도 매우 효과적이라 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예 1 및 2: 강도 증진 및 동해 방지용 콘크리트 배합 조성물이 포함된 콘크리트의 제조 방법
하기 표 1에 나타낸 조성으로 본 발명에 따른 강도 증진 및 동해 방지용 콘크리트 배합 조성물이 포함된 콘크리트를 제조하였다. 그 제조 방법으로는, i) 시멘트, 모래, 자갈을 믹서 또는 배쳐 플랜트에 투입하고 건 혼합시켜 1차 혼합물을 제조하는 단계; ⅱ) 상기 1차 혼합물에 시멘트에 대한 물이 50:50이 되도록 물을 투입하고, 본 발명에 따른 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물을 넣고 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계로 실시하였다. 또한, 본 발명에 따른 콘크리트 배합 조성물은 시멘트와 콘크리트 배합 조성물은 200:1의 비율로 혼합하였다. 단계 ⅱ) 후에, 상기 2차 혼합물을 상기 믹서 또는 배쳐 플랜트로부터 배출시켰다.
본 발명의 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물은 하기 표 1에 나타낸 조성으로 염화나트륨, 염화암모늄, 염화칼슘 및 염화마그네슘을 혼합하여 1차 혼합물을 형성한 뒤, 이어서, 상기 1차 혼합물에 소다회, 계면활성제(솔비탄 모노올레이트), 프로필렌 글리콜, 아질산, 질산칼슘, 및 유동화제(폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르 유도체) 10 중량%를 넣고 상기 2차 혼합물을 넣고 제조하였다. 여기서, 아질산과 질산칼슘은 그 비율을 5:3의 비율로 넣어줬을 때 목적하는 효과를 얻을 수 있었다.
비교예 1 내지 5: 강도 증진 및 동해 방지용 콘크리트 배합 조성물이 포함된 콘크리트의 제조 방법
상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법에 따라 제조하되, 콘크리트 배합 조성물의 배합 비율을 하기 표 1에 나타난 바와 같이 혼합하여 준비하였다.
성분 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
염화나트륨 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 14.8 18
염화암모늄 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 14
염화칼슘 29.5 29.5 29.5 29.5 29.5 29.5 36
염화마그네숨 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 4
소다회 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 14
계면활성제 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 7
프로필렌글리콜 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 7
아질산 5 5.5 8 - 2 8 　-
질산칼슘 3 3.3 - 8 6 7 　-
유동화제 10 9.2 10 10 10 3 　-
실험예 1: 저온 환경 하에서 압축 강도 특성 평가
실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 5의 조성물이 저온 환경 하에서 우수한 강도를 발현할 수 있는지를 알아보기 위해 KS L ISO 679(시멘트의 강도 시험 방법) 규정에 따라 각각 제작한 후 -2℃의 온도에서 양생한 후 재령일에 따른 압축 강도(MPa)를 평가하였다. 이후 그 결과를 하기 표 2에 각각 나타내었다.
정확한 실험을 위하여 모든 온도 조건은 항온항습기를 이용하여 시험일 24시간 전에 재료 및 측정 용기를 보관하여 동일자에 비교 평가하였다. 본 시험은 3회 이상 비교 평가하여 평균값을 나타낸 결과이다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
재령 3일 33.61 35.78 27.33 27.18 25.46 24.67 26.78
재령 7일 46.79 48.38 34.13 34.05 30.71 29.16 33.54
재령 28일 59.16 60.44 47.05 46.84 44.68 43.77 45.76
표 2에 나타난 바와 같이, 조성 성분의 배합 비율에 따라 강도의 차이를 확인할 수 있었다.
실험예 2: 내동해성 평가
실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 4의 조성물에 대하여, 동결 융해 작용에 의한 내동해성 평가를 실시하였다. KS F 2456 (급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항성 시험법) 및 ASTMC 666 (Resistance of concrete to rapid freezing-thawing)에 준하여 실험을 실행하였다. 동결 융해 시험 중, 각 30 사이클 별로 1차 공명 진동수를 측정하고, 동결 융해 시험 전의 동탄성 계수에 대한 상대 동탄성 계수를 산출하였다. 또한, 30 사이클 종료 후, 콘크리트의 표면 열화를 정량적으로 평가하기 위하여 시험체의 수중질량 및 표건질량을 측정한 후, 하기 식(1)을 이용하여 콘크리트의 스케일링량(cm3/cm2)을 측정하였다.
[식(1)]
Vsn= (Vo-Vn)/A
여기서,
Vsn : n 사이클에서의 스케일링량 (cm3/cm2)
Vo : 동결 융해 시험 전의 시험체 용적 (cm3)
Vn : n 사이클에서의 시험체 용적 (cm3)
A : 동결 융해 시험 전의 시험체 표면적 (cm2)
시험체의 용적(cm3)은 하기 식(2)에 의해 산출하였다.
[식(2)]
Vn= (Wn-Wwn)×ρw
여기서,
Vn : n 사이클에서의 시험체 용적 (cm3)
Wn : n 사이클에서의 시험체 표건질량 (g)
Wwn : n 사이클에서의 시험체의 수중질량 (g)
w : 물의 비중
실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 4의 조성물을 물과 혼합한 후 상온 및 영하(0 내지 -5℃)의 온도에서 상대 동탄성을 비교하여 동결 융해 여부를 확인하였다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
동결 융해 내동해성 우수함 내동해성 우수함 영하에서 얼어서 굳지 않음 영하에서 얼어서 굳지 않음 영하에서 얼어서 굳지 않음 영하에서 얼어서 굳지 않음
실시예 1 및 2의 조성물은 영하의 온도에서도 얼지 않고 굳는 것을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 염화나트륨 14 중량% 내지 15.5 중량%, 염화암모늄 10.9 중량% 내지 12.1 중량%, 염화칼슘 28 중량% 내지 31 중량%, 염화마그네슘 3.1 중량% 내지 3.5 중량%, 소다회 10.9 중량% 내지 12.1 중량%, 계면활성제 5.4 중량% 내지 6 중량%, 프로필렌 글리콜 5.4 중량% 내지 6 중량%, 아질산 5 중량% 내지 5.5 중량%, 질산칼슘 3 중량% 내지 3.3 중량%, 및 유동화제 9.2 중량% 내지 10 중량%를 포함하는, 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물에 있어서,
    상기 유동화제는 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르 유도체이고,
    상기 아질산과 상기 질산칼슘은 5:3의 중량 비율로 포함되는,
    강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 콘크리트 배합 조성물은 콘크리트 배합 시 물, 시멘트, 모래, 및 자갈과 혼합하여 사용하는, 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 콘크리트 배합 조성물은 콘크리트 배합 시 시멘트와 콘크리트 배합 조성물은 100~500:1의 중량 비율로 혼합하는, 강도 및 내동해성이 향상된 콘크리트 배합 조성물.
  6. 삭제
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