KR102177177B1 - 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 이를 포함하는 프리 폼 크리트 - Google Patents

광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 이를 포함하는 프리 폼 크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물은, 초속경 시멘트, 물, 규사 및 광물질 섬유를 포함할 수 있다.

Description

광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 이를 포함하는 프리 폼 크리트 {COMPOSITION FOR FREE FORM CRETE COMPRISING MINERAL FIBER AND FREE FORM CRETE HAVING THE SAME}
본 발명은 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 이를 포함하는 프리 폼 크리트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 월러스토나이트 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 이를 포함하는 프리 폼 크리트에 관한 것이다.
형태로 시공되는 것이 일반적이며, 이로 인해 콘크리트 구조물이 거대해지거나 불필요한 재료가 투입되는 경우가 빈번하게 발생할 수 있다.
구조물을 설치하기 위한 거푸집 설치작업은 거푸집 설치를 위한 전처리 작업, 거푸집 설치작업, 거푸집 해제 작업의 단계로 이루어지며, 전체 공사기간에 있어 많은 비중을 차지하게 된다. 또한, 구조물의 설치 위치에 따라 거푸집의 설치가 용이하지 않을 수 있으며, 장비의 진입이 어려운 현장의 경우 시공이 불가능할 수도 있다.
따라서, 일반 현장 타설 콘크리트 공법으로는 기상재해에 따른 신속 대응 및 복구 기술에는 적용하기가 어려운 실정이며, 이에 대응할 수 있는 숏크리트(shot-crete) 공법이 적용되고 있다.
사면보호공법에 적용하는 숏크리트 공법은 일반 콘크리트에 급결제를 사용하여 초기 강도를 증진시키는 공법이지만, 급결제 사용으로 인한 장기 강도 및 내구성 저하가 많이 발생하고 있으며, 특히 콘크리트를 뿜어 붙일 때 발생되는 반발재로 인한 오염 및 폐기물이 발생 등의 환경 문제가 발생하고 있다.
따라서, 기상재해로 인한 피해를 저감하고 대응할 수 있는 비교적 간편하고 인력 시공이 가능하며, 특히 거푸집이나 레미콘 사용 없이 시공 기간을 단축할 수 있는 프리 폼 크리트(Free Form Crete) 또는 콘크리트 매트(Concrete Mat)의 개발이 필요한 실정이다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
한국등록특허공보 제10-1270727호(2013.06.03.)
유연성 기능 및 사면과의 우수한 일체성을 가지는 프리 폼 크리트(free form crete) 조성물을 이용함으로써, 강우 발생시 침식으로 인한 사면 토사 유실이 자주 발생하고 유속이 심한 하천 호안 공사에 활용할 수 있는 프리 폼 크리트(free form crete)를 제조할 수 있는 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 기상재해로 인한 피해를 저감하고 사계절 시공이 가능하며 시공이 용이하고 신속하게 이루어짐과 동시에 간편하고 인력 시공이 가능하며, 특히 거푸집이나 레미콘 사용없이 시공 기간을 단축할 수 있는 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물은, 초속경 시멘트, 물, 규사 및 광물질 섬유를 포함할 수 있다.
상기 광물질 섬유는 월러스토나이트 광물질 섬유(Wollastonite mineral fiber)를 포함할 수 있다.
상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비는 5:5 또는 6:4가 되도록 혼합될 수 있다.
상기 월러스토나이트 광물질 섬유는, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함될 수 있다.
상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 5:5가 되도록 혼합되는 경우에, 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 규사의 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함될 수 있다.
상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 6:4가 되도록 혼합되는 경우에, 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 규사의 중량 대비 7.5중량%, 15중량%, 22.5중량% 또는 30중량%로 포함될 수 있다.
상기 물의 중량 대비 20중량%를 액상형 폴리머로 치환할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물로 마련되는 중간 층; 상기 중간 층의 상측에 마련되는 상부 층; 및 상기 중간 층의 하측에 마련되는 하부 층;을 포함하며, 상기 상부 층은 니들 펀칭에 의해 상기 중간 층과 고정되는 프리 폼 크리트를 제공할 수 있다.
상기 하부 층의 하측에는 베이스 층이 더 마련될 수 있다.
상기 베이스 층은 방수 소재로 형성되고, 상기 하부 층은 직포로 형성되며, 상기 상부 층은 부직포로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 프리 폼 크리트는 탁월한 유연성 기능 및 사면과의 우수한 일체성을 가지는 프리 폼 크리트(free form crete) 조성물을 이용함으로써, 강우 발생시 침식으로 인한 사면 토사 유실이 자주 발생하고 유속이 심한 하천 호안 공사에 활용할 수 있는 프리 폼 크리트(free form crete)를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 프리 폼 크리트는 기상 재해로 인한 피해를 저감하고 사계절 시공이 가능하며 시공이 용이하고 신속하게 이루어짐과 동시에 간편하고 인력 시공이 가능하며, 특히 거푸집이나 레미콘 사용없이 시공 기간을 단축할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 압축 강도를 측정하는 시험 장비를 보여주는 사진이고, 도 2b는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 휨 강도를 측정하는 시험 장비를 보여주는 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 압축강도 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 휨 강도 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 염소이온 침투 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트를 황산마그네슘 용액에 노출 후 중량 변화율, 압축 강도 및 잔류 압축 강도의 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트를 황산나트륨 용액에 노출 후 중량 변화율, 압축 강도 및 잔류 압축 강도의 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 건조 습윤 반복 후 압축 강도 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 고온 건조 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 동결 융해 반복 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 휨 강도-변위 곡선을 보여주는 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물 및 프리 폼 크리트에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트(100, 도 1 참조)는 거푸집 없이 시멘트 콘크리트 구조를 형성할 수 있는 매트 타입(모양)의 콘크리트로 구현될 수 있다.
본 출원인이 이하에서 제안하는 프리 폼 크리트(100)의 영어 표기는 “FREE FORM CRETE”이다. 영어 표기에서도 알 수 있듯이, “프리 폼 크리트”는 형태가 없거나 형태가 자유로운 콘크리트를 의미한다.
또한, “프리 폼 크리트”가 “콘크리트 매트(Concrete Mat)” 또는 “패브릭 콘크리트(Fabric Concrete)”를 의미할 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 프리 폼 크리트(100)는 매트 형태 또는 직물(fabric)의 형태로 형성된 시멘트 콘크리트 매트에 물을 뿌린 후 경화시켜서 사용할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 폼 크리트(100)는, 프리 폼 크리트 조성물로 마련되 중간 층(110); 상기 중간 층(110)의 상측에 마련되는 상부 층(120); 및 상기 중간 층(110)의 하측에 마련되는 하부 층(130);을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상부 층(120)은 니들 펀칭(Niddle punching)에 의해서 상기 중간 층(110)과 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프리 폼 크리트(100)는 3개의 층을 적층하여 형성되는 구조를 가진다. 다만, 경우에 따라서는 상기 하부 층(130)의 하측에 마련되는 베이스 층(140)을 더 포함할 수도 있다.
상기 베이스 층(140)은 상기 하부 층(130)의 하측에 위치하는데, 저류가 필요하거나 물이 빠져나가는 것을 방지하는 구조물에 본 발명에 따른 프리 폼 크리트(100)가 사용되는 경우에 방수층 또는 방수필름의 기능을 하는 층이다.
베이스 층(140)은 필름, 막 형태 또는 얇게 형성되는 것이 바람직하며, 방수용 PVC 또는 방수 소재인 HDPE(High-density polyethylene)로 형성될 수 있다.
베이스 층(140) 위에 형성되는 하부 층(130)은 직포로 형성될 수 있다. 하부 층(130)은 중간 층(110)을 형성하는 시멘트 입자(미도시)가 위치하며 상기 시멘트 입자가 움직이지 않도록 고정하는 역할을 할 수 있다. 하부 층(130)은 프리 폼 크리트(100)의 중간을 형성하며 시멘트 입자의 움직임을 방지하는 내부 중심기재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프리 폼 크리트(100)는 비교적 다양한 형태에 적용이 가능하기 때문에 하부 층(130)은 직포(織布, woven geotextile)와 같이 플렉시블(flexible)하고 투수성이 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
하부 층(130)의 위에 마련되는 중간 층(110)은 후술할 프리 폼 크리트 조성물로 이루어지는 층이다. 중간 층(110)을 형성하는 프리 폼 크리트 조성물에 대해서는 후술하기로 한다.
상부 층(120)은 프리 폼 크리트 조성물을 덮어서 차폐하는 층으로서, 그 표면에 뿌려진 수분이나 물이 중간 층(110)으로 침투하도록 공극을 가지는 직조된 섬유 또는 방염 처리된 패브릭으로 형성될 수 있다. 즉, 상부 층(120)은 수분이나 물이 스며들 수 있도록 천으로 형성되는 것이 바람직하다. 상부 층(120)은 그 표면에 뿌려진 물이나 수분이 천천히 중간 층(110)으로 스며들 수 있도록 공극을 가지며 변형이 적은 섬유로 직조된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상부 층(120)은 부직포(不織布, Non-woven fabric)로 형성되는 것이 바람직하다.
상부 층(120)은 맨 하부의 베이스 층(140)과 접착 또는 밀봉됨으로써 중간 층(110)을 내부에서 둘러싸도록 형성될 수도 있다. 즉, 상부 층(120)과 베이스 층(140)은 서로 접착 밀봉되고 그 내부의 공간에 중간 층(110)이 위치하는 형태로 마련될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 프리 폼 크리트(100)는, 하부 층(130)인 직포 위에 중간 층(110)인 프리 폼 크리트 조성물이 투입되면, 중간 층(110) 위로 상부 층(120)인 부직포가 니들 펀칭되어 프리 폼 크리트 조성물인 중간 층(110)과 고정될 수 있다. 마지막으로 Roll 형식으로 생산이 완료된 후 베이스 층(140)인 방수포를 부착하는 공정에 의해서 제조될 수 있다.
베이스 층(140)은 하부 층(130)의 하면에 접착제를 분사한 뒤 방수소재인 HDPE(High-density polyethylene)를 부착하여 형성될 수 있다.
강제식 기계 믹서로 원재료가 혼합된 혼합물을 호퍼에 부은 후 부직포와 직포 사이에 드라이 상태의 프리 폼 크리트 조성물을 투입하면서, 부직포를 니들 펀칭하여 프리 폼 크리트 조성물을 고정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 폼 크리트(100)의 중간 층(110)을 형성하는 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물은 초속경 시멘트, 물, 규사 및 광물질 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 광물질 섬유는 월러스토나이트 광물질 섬유(Wollastonite fiber)를 포함할 수 있다. 즉, 광물질 섬유로는 월러스토나이트 광물질 섬유가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 광물질 섬유로는 다음 [표 1]과 같은 물리적 특성을 가지는 월러스토나이트 광물질 섬유가 사용될 수 있다.
특성 값
색상 백색
형상 침상
길이 0.4 ~ 0.6 mm
가로 치수 25 μm ~ 150 μm
최대 종횡비 3 ~ 20
확장계수 (mm/mm/℃) 6.5 ×10-6
밀도 (g/mm3) 2.9
수용성 (g/100cc) 0.0095
pH 9.9
본 발명에서 상기 광물질 섬유 즉, 월러스토나이트 광물질 섬유는 프리 폼 크리트의 휨 성능 및 분산성을 향상시킬 수 있는데, 이로 인해 프리 폼 크리트의 우수한 역학적 성능 및 내구성을 확보할 수 있다.
상기 광물질 섬유로 이용되는 월러스토나이트 광물질 섬유는 천연 광물질 섬유로 최근 들어 석면 섬유를 대체하여 적용이 증가하고 있는 섬유이다. 상기 월러스토나이트 광물질 섬유의 주요 화학적 구성은 하기의 [표 2]에 나타낸 바와 같다.
월러스토나이트 광물질 섬유의 주요 화학적 구성
성분 SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 K2O
혼합비(%) 40~55 40~50 3~5 < 1.0 < 1.0 < 1.0
상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 형상비가 최소 3에서 최대 20인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 상기 초속경 시멘트 및 상기 규사는 일정한 중량 비율로 혼합될 수 있다. 여기서, 상기 초속경 시멘트는 긴급보수용으로 충분한 강도를 발현할 수 있는 결합 재료가 사용되는 것이 바람직하고, 상기 규사로는 6호사를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 크리트 조성물의 재료 배합에 있어서, 물/시멘트 비를 낮춰 단위 시멘트 량은 증가시키고, 단위 수량은 감소시킴으로써 모든 적용 배합에서 목표 강도를 확보할 수 있다. 즉 물/시멘트 비는 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 관계없이 0.50에서 0.38로 감소시키고, 단위 시멘트 량은 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 5:5 배합에서는 780kg/㎥에서 900kg/㎥으로 증가시키고, 단위 수량은 429kg/㎥에서 342kg/㎥으로 감소시켜 적용한다.
또한, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4 배합에서도 단위 시멘트 량은 900kg/㎥에서 1020kg/㎥으로 증가시키고 단위 수량은 450kg/㎥에서 397kg/㎥으로 감소시켜 적용한다.
1. 배합 설계
본 발명에 따른 실시예에서는 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 최적의 배합비를 설정하기 위하여, 하기와 같은 배합비로 설계하여 실험을 수행하였다.
하기의 [표 3] 및 [표 4]는 초속경 시멘트의 일정량을 월러스토나이트 광물질 섬유로 대체하는 혼화 재료의 개념으로 배합하여 적용하였다.
초속경 시멘트(C) 및 규사(S)를 5:5의 중량 비로 배합한 경우
배합명 초속경 시멘트(Kg) 물(Kg) 규사(Kg) 월러스토나이트 광물질 섬유(Kg)
1 900 342 900 0
2 855 342 900 45
3 810 342 900 90
4 765 342 900 135
5 720 342 900 180
초속경 시멘트(C) 및 규사(S)를 6:4의 중량 비로 배합한 경우
배합명 초속경 시멘트(Kg) 물(Kg) 규사(Kg) 월러스토나이트 광물질 섬유(Kg)
1 1020 387 680 0
2 969 387 680 51
3 918 387 680 102
4 867 387 680 153
5 816 387 680 204
[표 3]은 월러스토나이트 광물질 섬유를 포함하지 않을 경우 상기 초속경 시멘트 및 상기 규사가 5:5의 중량 비율로 혼합되고 상기 광물질 섬유는 상기 초속경 시멘트의 중량 대비 20중량% 이하로 포함되는 프리 폼 크리트 조성물의 배합비를 나타낸다.
[표 4]는 월러스토나이트 광물질 섬유를 포함하지 않을 경우 상기 초속경 시멘트 및 상기 규사가 6:4의 중량 비율로 혼합되고 상기 광물질 섬유는 상기 초속경 시멘트의 중량 대비 20중량% 이하로 포함되는 프리 폼 크리트 조성물의 배합비를 나타낸다.
[표 3] 및 [표 4]를 참조하면, 물과 규사는 모든 배합명에서 동일하게 유지되는 반면에 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유의 중량만 다르게 하였음을 알 수 있다.
[표 3]의 경우에는 모든 배합명에 있어서 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 규사의 중량 비는 5:5가 되고, [표 4]의 경우에는 모든 배합명에 있어서 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 규사의 중량 비는 6:4가 됨을 알 수 있다.
[표 3]에 기재된 배합의 경우에는 상기 초속경 시멘트의 일정 중량을 상기 월러스토나이트 광물질 섬유가 대체하는 배합비로 설계되는데, 배합명 2 내지 5는 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량이 규사의 중량과 동일하다. 이때, 배합명 2 내지 5의 경우 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 차례대로 상기 규사의 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 및 20중량%로 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물에 있어서, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 5:5가 되도록 혼합되는 경우에는 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 규사의 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함된다. 다시 설명하면, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 5:5가 되도록 혼합되는 경우에, 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함된다.
[표 4]에 기재된 배합의 경우에도 마찬가지로 상기 초속경 시멘트의 일정 중량을 상기 월러스토나이트 광물질 섬유가 대체하는 배합비로 설계되는데, 배합명 2 내지 5는 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 규사의 중량 비는 6:4가 된다. 이때, 배합명 2 내지 5의 경우 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 차례대로 상기 규사의 중량 대비 7.5중량%, 15중량%, 22.5중량% 및 30중량%로 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물에 있어서, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 6:4가 되도록 혼합되는 경우에는 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 규사의 중량 대비 7.5중량%, 15중량%, 22.5중량% 또는 30중량%로 포함된다. 다시 설명하면, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비가 6:4가 되도록 혼합되는 경우에, 상기 월러스토나이트 광물질 섬유는 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함된다.
2. 실험 방법
(1) 압축 강도
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 최적의 배합비를 설정하기 위하여, KS L 5105에 따라 압축 강도를 측정하였다. 프리 폼 크리트의 목표 압축 강도는 1일 20MPa, 10일 45MPa이다. 따라서 실험은 공시체 제작 후 1일 및 10일 후에 실시하였다.
도 2a는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트 조성물의 압축 강도를 측정하는 시험 장비를 보여주는 사진이다.
(2) 휨 강도
프리 폼 크리트의 휨 강도 시험은 KS L ISO 679에 따라 실시하였다. 프리 폼 크리트 조성물의 목표 휨 강도는 재령 10일 5MPa이다. 휨 강도 시험은 양생 재령 10일에 실시하였다.
도 2b는 본 발명에 따른 프리 폼 크리트 조성물의 휨 강도를 측정하는 시험 장비를 보여주는 사진이다.
본 발명에 따른 프리 폼 크리트에서 상기 압축강도 및 휨 강도는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같은 공지의 장비를 이용하여 수행하였다.
(3) 염소이온 투과 시험
본 발명에서는 프리 폼 크리트 조성물의 투수성을 평가하기 위하여 ASTM C1202에 따른 급속 염화물 투과 시험을 실시하였다. ASTM C1202는 직접적인 프리 폼 크리트 조성물의 투수성을 평가하기는 어렵지만 간접적인 투수성을 평가할 수 있다. 본 발명에서는 2,000 쿨롱(Coulombs)을 목표값으로 하였다.
(4) 내약품성 시험
본 발명에서는 프리 폼 크리트 조성물의 염해 등 화학적 환경에 노출되었을 때의 성능저하 저항성을 평가하기 위하여 약품 용액에 침지 후 중량 변화 및 역학적 특성 시험을 실시하였다. 시험은 10% 황산마그네슘 용액과 4% 황산나트륨 용액을 이용하였다. 재령 10일 공시체를 용액에 노출 후 50일간 중량을 측정하였으며, 50일간 침지 후 압축 강도 시험을 실시하였다.
(5) 건조 습윤 반복 시험
본 발명에서는 프리 폼 크리트 조성물의 건조 습윤이 반복되는 환경에 노출되었을 시 프리 폼 크리트 조성물에 미치는 영향을 평가하기 위하여 건조 습윤 반복 시험을 실시하였다. 시험은 재령 10일 공시체를 60℃의 오븐에 24시간 노출시킨 후 20℃의 물에 24시간 노출시키는 것을 1회 반복으로 하여 총 25회 반복 시험을 실시한 후 압축강도 시험을 실시하여 잔류 압축 강도를 평가하였다.
(6) 장기 고온 노출 시험
본 발명에서는 프리 폼 크리트 조성물의 여름철 장기간 고온에 노출되는 상황을 고려하여 장기 고온 노출 시험을 실시하였다. 시험은 재령 10일 공시체를 60℃ 오븐(oven)에서 50일간 노출시킨 후 압축 강도 시험을 실시하여 잔류 압축 강도를 평가하였다.
(7) 동결 융해 반복 시험
본 발명에서는 프리 폼 크리트 조성물의 동결 융해가 반복되는 계절적 영향을 고려하여 KS F 2456에 따른 급속 동결 융해 반복 시험을 실시하였다. 시험은 재령 14일 공시체를 이용하여 실시하였다.
3. 실험 결과
(1) 압축강도
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 압축 강도 시험결과는 도 3a 및 도 3b와 같다.
도 3a는 월러스토나이트 광물질 섬유 함량과 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 대한 압축강도 시험 결과(1일)이고, 도 3b는 월러스토나이트 광물질 섬유 함량과 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 대한 압축 강도 시험 결과(10일)이다.
시험결과, 모든 배합에서 목표 압축 강도인 1일 20MPa와 10일 45MPa를 만족시킴을 알 수 있다. 압축 강도는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율이 증가할수록 감소함을 보여 준다. 이와 같은 결과는 압축 강도에 영향을 미치는 것은 초속경 시멘트의 양이며 월러스토나이트 광물질 섬유는 초속경 시멘트를 치환하여 사용하고 있기 때문에 초속경 시멘트 량이 감소하기 때문이다. 또한 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 따른 영향은 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 증가할수록 압축 강도가 크게 나타났다. 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율, 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 관계없이 목표로 한 1일, 10일 압축 강도는 모든 사용배합에서 만족하였다.
(2) 휨 강도
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 휨 강도 시험결과는 도 4와 같다. 도 4는 월러스토나이트 광물질 섬유 함량과 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 대한 휨 강도 시험 결과를 나타낸다.
시험결과, 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율 및 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 상관없이 목표로 한 10일 휨 강도 5MPa를 만족하였다. 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율에 따른 영향을 살펴보면 휨 강도의 경우는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율이 증가할수록 휨 강도는 약간씩 증가하지만 치환하지 않은 경우와 비교하여 거의 유사한 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율이 증가할수록 휨 강도 증가에는 효과가 있으나 상대적으로 초속경 시멘트 량을 대체하기 때문에 초속경 시멘트 사용량 감소에 따른 강도 감소가 동시에 발생하여 강도의 증가율이 크지 않은 결과를 나타냈다.
(3) 염소이온 투과량
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 투수성을 평가하기 위하여 염화물 이온 투과 시험을 실시하였으며, 도 5는 염화물 투과 시험 결과를 보여준다.
시험결과, 염화물 목표 염소이온 투과량 2,000 쿨롱(coulombs)을 만족하는 배합은 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율 15% 및 20%에서 나타났다. 즉, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 5:5인 경우에는 월러스토나이트 광물질 섬유가 규사의 중량 대비 10중량% 및 20중량%로 혼합되는 경우에 만족하고, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4인 경우에는 모두 만족하였다.
월러스토나이트 광물질섬유는 초속경 시멘트를 치환하여 사용하기 때문에 프리 폼 크리트 조성물의 강도에 미치는 영향은 크지 않지만 내구성 측면에서 투수성은 감소시키는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 월러스토나이트 광물질 섬유가 미소섬유이지만 형상비가 3∼20을 갖는 섬유로 프리 폼 크리트 내부의 수화열로 인한 균열을 제어할 수 있기 때문이다. 따라서 월러스토나이트 광물질 섬유는 프리 폼 크리트 조성물의 투수 저항성을 향상시킴을 알 수 있다.
(4) 내약품성 시험
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 화학적 환경에 대한 저항성을 평가하기 위하여 황산마그네슘 및 황산나트륨 용액에 노출 후 중량 변화와 잔류 압축 강도를 평가하였다.
도 6a 내지 도 6f는 황산마그네슘 용액에 노출 후의 중량 변화율과 압축 강도, 잔류 압축 강도 시험결과를 각각 보여준다. 도 6a는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 중량 변화율을 보여주는 실험결과, 도 6b는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 중량 변화율을 보여주는 실험결과, 도 6c는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 6d는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 6e는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 6f는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산마그네슘(MgSO4) 용액 침지 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과이다.
시험결과, 중량 변화율은 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율 및 초속경 시멘트:규사의 중량 비에 상관없이 모두 10 %이내의 변화율을 나타내어 큰 영향이 없을 알 수 있다. 또한 압축 강도 역시 목표로 한 10일 압축 강도를 황산마그네슘 용액에 노출 후에도 유지하고 있으며, 잔류 압축 강도도 모두 70% 이상을 보여주어 황산마그네슘 용액 노출에는 큰 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 특히 노출 후에도 목표 압축 강도를 모두 만족하였기 때문에 황산마그네슘 환경에서의 저항성은 우수하다고 할 수 있다.
또한, 초속경 시멘트:규사의 중량 비 5:5 보다는 초속경 시멘트:규사의 중량 비 6:4에서 보다 높은 잔류 압축 강도 결과를 보여주었다.
도 7a 내지 도 7f는 황산나트륨 용액에 노출 후의 중량 변화율과 압축 강도, 잔류 압축 강도 시험결과를 각각 보여준다. 도 7a는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 중량 변화율을 보여주는 실험결과, 도 7b는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 중량 변화율을 보여주는 실험결과, 도 7c는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 7d는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 7e는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 7f는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 황산나트륨(Na2SO4) 용액 침지 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과이다.
시험결과, 모든 배합에서 황산나트륨 용액 노출 후 압축 강도의 감소가 나타나지만 목표로 한 설계 압축 강도 10일 45MPa를 만족하였다. 또한, 중량 변화율도 10%이내이며, 잔류 압축 강도는 초속경 시멘트:규사의 중량 비 5:5에서는 70%이상 초속경 시멘트:규사의 중량 비 6:4에서는 80% 이상을 나타내어 우수한 내약품성을 보여 주었다.
(5) 건조 습윤 반복
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 건조 습윤 반복 후 압축강도 시험결과는 도 8a 내지 도 8d와 같다.
도 8a는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 건조 습윤 반복 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 8b는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 건조 습윤 반복 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 8c는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 건조 습윤 반복 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 8d는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 건조 습윤 반복 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과이다.
시험결과, 건조 습윤 반복 후 압축 강도는 10일 설계기준 강도 10MPa 이상을 모두 만족하였다. 또한 잔류 압축 강도도 90% 이상을 만족하여 건조 습윤 반복에 대한 저항성은 매우 우수하였다. 따라서 건조 습윤 환경에 노출된 프리 폼 크리트 조성물은 큰 영향이 없다는 것을 알 수 있었다. 또한 잔류 압축 강도는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율이 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 보여주어 월러스토나이트 광물질섬유는 내구성 향상에 영향을 미침을 알 수 있었다.
(6) 장기 고온 노출
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물이 여름철 장기간 고온에 노출된 환경에서 내구성을 평가하기 위하여 고온건조시험을 실시하였다. 시험결과는 도 9a 내지 도 9d와 같다.
도 9a는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 장기 오븐 건조 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 9b는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 장기 오븐 건조 후 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 9c는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 장기 오븐 건조 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과, 도 9d는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 장기 오븐 건조 후 잔류 압축 강도를 보여주는 실험결과이다.
시험결과, 50일간의 고온 노출 후 압축 강도는 10일 목표 강도 45MPa를 모두 만족하였으며, 잔류 압축 강도는 90% 이상을 모두 만족하였다. 따라서 여름철 장기간 고온에 노출된 경우에도 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 초속경 시멘트:규사의 중량 비 및 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율에 상관없이 나타났다. 다만, 잔류 압축 강도는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율이 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 보여주어 월러스토나이트 광물질 섬유는 프리 폼 크리트 조성물의 내구성 향상에 효과가 있음을 알 수 있다.
(7) 동결 융해 반복
본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 동결 융해가 반복되는 겨울철에 대한 영향을 평가하기 위하여 동결 융해 반복 시험을 실시하였으며, 시험결과는 도 10a 및 도 10b와 같다.
도 10a는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5일 때 동결 융해 반복 후 상대 동탄성 계수를 보여주는 실험결과, 도 10b는 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4일 때 동결 융해 반복 후 상대 동탄성 계수를 보여주는 실험결과이다.
시험결과, 초속경 시멘트:규사의 중량 비 및 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환율에 상관없이 모두 상대 동탄성 계수 80% 이상을 모두 만족하는 결과를 보여주었다. 따라서, 동결 융해 반복에 대한 충분한 저항성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
4. 결과 요약
(1) 압축 강도 시험결과, 모든 배합에서 목표로 한 1일(20MPa) 및 10일(45MPa) 강도를 모든 배합에서 만족하는 결과를 보였다. 월러스토나이트 광물질 섬유는 초속경 시멘트의 일정량을 치환하여 사용하였기 때문에 압축 강도에는 큰 영향을 미치지 않았다. 또한, 압축 강도는 초속경 시멘트 사용량에 영향을 받아 초속경 시멘트:규사의 중량 비 6:4에서 보다 우수한 결과를 보여주었다.
(2) 휨 강도 시험결과, 모든 배합에서 목표로 한 10일강도 5MPa를 만족하였다. 월러스토나이트 광물질 섬유는 휨 강도를 증가시키지만 큰 영향을 미치지 못하였으며, 월러스토나이트 광물질 섬유보다는 초속경 시멘트 사용량에 더 큰 영향을 받았다.
(3) 염화물 이온 투과 시험결과, 월러스토나이트 광물질 섬유는 염소 이온 투과량에 영향을 미치고 있으며 목표 염화물 투과량 2,000 쿨롱(Coulombs)을 만족시키는 배합은 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 5:5인 경우에는 월러스토나이트 광물질 섬유가 규사의 중량 대비 10중량% 및 20중량%로 혼합되는 경우에 나타났고, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4인 경우에는 모든 배합에서 만족시키는 것으로 나타났다. 따라서 투수성 측면에서는 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환이 효과가 있음을 알 수 있다.
(4) 내약품성 시험결과, 프리 폼 크리트 조성물은 황산마그네슘 및 황산나트륨 용액 노출 후에도 10일 목표 압축 강도 45MPa를 만족하고 있으며 잔류 압축 강도도 70% 이상을 모두 나타내어 화학적 환경 노출에 큰 영향이 없음을 알 수 있었다. 또한, 잔류 압축 강도 시험결과, 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환은 잔류 압축 강도를 약간 증가시키는 것으로 나타났다.
(5) 건조 습윤 반복 및 장기 고온 노출 시험결과, 10일 목표 압축 강도 45MPa를 모두 만족하여 잔류 압축 강도 시험 결과도 90% 이상을 나타내어 큰 영향이 없었다. 또한, 월러스토나이트 광물질 섬유의 초속경 시멘트 치환은 잔류 압축 강도를 약간씩 증가시키는 것을 알 수 있었다.
(6) 동결 융해 반복 시험결과, 프리 폼 크리트 조성물은 동결 융해 반복 후 상대 동탄성 계수가 모두 80% 이상의 값을 나타내어 동결 융해 반복 환경에 노출되었을 때에도 충분한 내구성을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
상기와 같은 본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물의 성능 시험결과, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4이고, 월러스토나이트 광물질 섬유가 규사의 중량 대비 22.5중량% 및 30중량%로 혼합되는 경우에 목표 성능과 내구성이 가장 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
상기에서 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 5:5라는 것의 의미는 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 규사의 중량 비가 5:5라는 것을 의미하고, 초속경 시멘트와 규사의 중량 비가 6:4라는 것의 의미는 초속경 시멘트와 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 규사의 중량 비가 6:4라는 것을 의미한다.
5. 프리 폼 크리트 시제품 성능 평가
(1) 성능 실험용 프리 폼 크리트 시편 제작
본 출원인은, 본 발명에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물을 포함하는 프리 폼 크리트(100, 도 1 참조)의 성능을 평가해 보았다. 이를 위해, 먼저 성능 평가용 시편을 제작하였다.
본 발명에 따른 프리 폼 크리트의 경우 분말 상태에서 물을 공급할 경우 중력에 의해 자연적으로 침투되기 때문에 물 공급이 원활하지 않을 수가 있으며, 또한 다짐을 하지 않기 때문에 실험실에서 제작한 배합보다 강도 저하가 우려될 수 있다. 따라서, 휨 강도를 개선하고 물보다 침투성이 좋은 액상형 폴리머를 물과 혼합하는 것이 바람직하다.
프리 폼 크리트 조성물이 건조 분말 상태인 시제품에 물만 공급한 시편과, 물과 액상형 폴리머를 8:2로 혼합하여 함께 공급한 시편을 각각 제작하였다. 물 공급 후 10일 후에 휨 강도를 측정하였다. 이때, 액상형 폴리머는 라텍스를 포함하거나 라텍스가 사용될 수 있다.
여기서, 물과 액상형 폴리머를 8:2로 혼합했다는 것의 의미는 물:액상형 폴리머=8:2가 되도록 혼합했다는 것을 의미한다. 예를 들어, [표 3] 및 [표 4]의 배합에 액상형 폴리머(라텍스)를 더 추가함으로써 프리 폼 크리트의 휨 강도를 개선할 수 있다. [표 3]의 배합명 2 내지 5의 배합에 액상형 폴리머를 더 추가하는 경우 물과 액상형 폴리머를 합한 중량이 342 Kg이 되고 물:액상형 폴리머=8:2가 된다. 마찬가지로, [표 4]의 배합명 2 내지 5의 배합에 액상형 폴리머를 더 추가하는 경우 물과 액상형 폴리머를 합한 중량이 387 Kg이 되고 물:액상형 폴리머=8:2가 된다. 이와 같이, 액상형 폴리머가 추가되지 않은 배합에서의 물의 중량 대비 20중량%를 액상형 폴리머로 치환하는 배합을 사용함으로써 프리 폼 크리트의 휨 강도를 개선할 수 있다.
시멘트 수화반응에 필요한 물은 시멘트 량의 양의 25%정도이며, 나머지는 작업성 확보를 위하여 추가로 사용되는 물이다. 본 발명에 따른 프리 폼 크리트는 작업성을 필요로 하지 않기 때문에 물의 량을 줄여도 될 것으로 판단되어 기본 물/시멘트 비가 38%인 배합과 비교군인 물/시멘트 비가 30%인 배합을 설정하였다.
(2) 시험방법
본 발명에 따른 프리 폼 크리트 시편에 대한 휨 성능 평가는 재령 10일에 대하여 각각 2개의 시편으로 휨 강도 및 휨 성능을 평가하였다. 휨 성능 평가는 최대 용량 5 ton의 만능재료시험기(UTM)을 이용하였으며, 만능재료시험기는 컴퓨터로 하중 및 변위량이 표시되며, 기능 제어가 가능하다.
휨 성능 실험은 하부의 지지 롤러 위에 본 발명에 따른 프리 폼 크리트 시편을 위치하게 한 후 3점 재하하였으며, 1개의 변위 센서(LVDT)를 하부에 설치하여 수직 변위를 측정하였다.
(3) 휨 강도 평가 결과
본 발명에 따른 프리 폼 크리트 시편의 10일 휨 강도는 아래 [표 5]와 같으며, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 5:5, 6:4인 배합을 비교한 결과, 6:4 비율의 모든 배합에서의 휨 강도가 5:5 배합 보다 높게 나타났다. 6:4 배합의 물/시멘트 비가 38%일 때와 30%일 때를 비교한 결과, 물/시멘트 비가 30%일 때 초속경 시멘트+규사+라텍스(액상형 폴리머) 배합을 제외한 모든 배합에서 휨 강도가 높게 나타났다.
프리 폼 크리트 시편 10일 휨 강도

배합명		 휨 강도 (MPa)
5:5 배합 6:4 배합
W/C = 38% W/C = 38% W/C = 30%
CS 3.33 4.64 5.92
CSF 3.57 5.01 5.40
CSL 4.83 6.72 6.05
CSLF 4.18 6.04 5.82
CSM 3.45 4.63 6.31
CSMF 3.77 4.51 6.78
CSML 6.34 7.52 8.18
CSMLF 6.06 7.35 9.53
[표 5]에서, C는 초속경 시멘트, S는 규사, M은 광물질 섬유(월러스토나이트 광물질 섬유), F는 방수필름, L은 액상형 폴리머(라텍스)를 의미한다.
초속경 시멘트:규사의 중량 비가 5:5일 때와 6:4일 때의 변수에 따른 휨 강도를 비교한 결과, 광물질 섬유와 액상형 폴리머를 같이 사용한 배합에서 강도가 확연히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 광물질 섬유와 액상형 폴리머를 혼합하여 사용할 경우 프리 폼 크리트의 휨 성능이 우수할 것으로 판단된다.
한편, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4 배합에서 물/시멘트 비가 38%일 때와 30%일 때 변수에 따른 휨 강도를 비교한 결과, 물/시멘트 비의 감소에 따른 강도 증진 효과가 나타나지는 않았다.
모든 배합에서 방수소재 HDPE로 된 베이스 층(140)의 유무에 따른 휨 강도를 비교한 결과, 방수층 내지 방수포 유무에 따른 휨 강도의 영향은 없음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 프리 폼 크리트 시편의 휨 강도를 비교 분석한 결과, 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4인 배합과 광물질 섬유인 월러스토나이트 광물질 섬유와 액상형 폴리머(라텍스)를 혼입한 배합에서 휨 강도가 대체적으로 높게 나타났으며, HDPE 방수포 유무에 따른 휨 강도의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았다.
(4) 휨 하중-변위 : 휨 성능 평가 결과
물/시멘트의 비가 38%이고 초속경 시멘트:규사의 중량 비가 6:4인 배합의 프리 폼 크리트의 수직 변위 2 mm까지의 휨 강도-변위 곡선은 도 11과 같다. 시험결과, 액상형 폴리머를 사용한 배합에서는 휨 강도 증진 효과가 있었으며, 광물질 섬유를 사용한 배합에서는 휨 인성이 높게 나타났다. 액상형 폴리머와 광물질 섬유를 혼합하여 사용한 경우 휨 강도 및 휨 인성이 기본 배합에 비하여 우수한 휨 성능 결과를 보여주었다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 프리 폼 크리트
110: 중간 층
120: 상부 층
130: 하부 층
140: 베이스 층

Claims (10)

  1. 초속경 시멘트, 물, 규사 및 광물질 섬유를 포함하되,
    상기 물의 중량 대비 20중량%를 치환하는 액상형 폴리머를 더 포함하며,
    상기 광물질 섬유는 월러스토나이트 광물질 섬유를 포함하고,
    상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량과 상기 규사의 중량 비는 6:4가 되도록 혼합되며,
    상기 월러스토나이트 광물질 섬유는, 상기 초속경 시멘트와 상기 월러스토나이트 광물질 섬유를 합한 중량 대비 5중량%, 10중량%, 15중량% 또는 20중량%로 포함되되, 상기 규사의 중량 대비 7.5중량%, 15중량%, 22.5중량% 또는 30중량%로 포함되고,
    물/초속경 시멘트의 비가 38%인 경우, 10일 목표 휨 강도 7.52 MPa을 만족시키는 것을 특징으로 하는 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물.
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  8. 제1항에 따른 광물질 섬유를 포함하는 프리 폼 크리트 조성물로 마련되는 중간 층;
    상기 중간 층의 상측에 마련되는 상부 층; 및
    상기 중간 층의 하측에 마련되는 하부 층;을 포함하며,
    상기 상부 층은 니들 펀칭에 의해 상기 중간 층과 고정되는 것을 특징으로 하는 프리 폼 크리트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 층의 하측에는 베이스 층이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 프리 폼 크리트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 층은 방수 소재로 형성되고, 상기 하부 층은 직포로 형성되며, 상기 상부 층은 부직포로 형성되는 것을 특징으로 하는 프리 폼 크리트.
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논문 1: 한국농공학회 학술대회초록집* *

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