KR102243265B1 - 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물 - Google Patents

요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벤토나이트, 아타풀자이트 및 실리카를 포함하는 요변제 등을 포함함으로써 시멘트의 사용량을 낮추더라도 블리딩이 발생하지 않고, 모래와 골재가 침강하여 균열 발생, 강도 저하 현상의 발생이 없는 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물은, 포틀랜드 시멘트 30 ~ 98 중량%, 그리고 슬래그 미분말 0.0001 ~ 70 중량%, 그리고 벤토나이트, 아타풀자이트, 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 요변제 0.1 ~ 10 중량%, 그리고 증점제 0.0001 ~ 1.0 중량%를 포함한다.

Description

요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물{CEMENT COMPOSITION WITH THIXOTROPHIC AGENT AND CONCRETE COMPOSITION THEREOF}
본 발명은 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벤토나이트, 아타풀자이트 및 실리카를 포함하는 요변제 등을 포함함으로써 시멘트의 사용량을 낮추더라도 블리딩이 발생하지 않고, 모래와 골재가 침강하여 균열 발생, 강도 저하 현상의 발생이 없는 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
자력 수평이란 뛰어난 유동성으로 시멘트, 몰탈, 콘크리트 등을 이용하여 시공 시에 이들 재료들이 뛰어난 유동성으로 스스로 수평면을 만들 수 있는 능력을 말하는데, 이러한 자력 수평을 수치적으로 나타내기 위해 건축업계에서는 Slump flow라는 물리량을 사용한다.
Slump flow는 슬럼프 콘에 프레시 콘크리트를 충전하고, 탈형했을 때 자중에 의해 변형되어 프레시 콘크리트의 상면이 밑으로 내려앉는 양을 말하는데, 이는 결국 프레시 콘크리트의 유동성 정도와 자력 수평성을 수치적으로 표시할 수 있게 된다. 이러한 Slump flow를 증가시키기 위해서 종래에 사용되었던 자력 수평 콘크리트, 초유동화 콘크리트에는 자력 수평성을 부가하기 위해 우레탄계 요변제와 함께 AE 감수제를 사용하였다.
그러나 종래에 사용되었던 자력 수평 콘크리트는 시메트의 사용량을 최소 400kg/m3 이상을 사용하여야만 골재의 분리 없이 높은 Slump flow 값을 획득(500mm 이상)할 수 있어 경제적이지 못하였고, 또한 경제성을 높이기 위해 시멘트의 사용량을 낮춘 경우에는 자력 수평성을 부여하기 위해 첨가된 감수제에 의해 시멘트 입자와 물이 분리되어 블리딩이 크게 발생하게 되고, 결국에는 골재가 침강하여 균열 및 강도 저하 현상이 발생하거나 동결 융해성에 악영향을 주는 등 그 사용상의 문제점이 존재하였다.
아울러, 최근에는 액상의 우레탄계 요변제 등을 사용하여 자력 수평 콘크리트 등을 제조하는 방법이 연구되고 있으나 목적하는 만큼의 요변성을 획득하기 힘들고, 이도 결국에는 골재의 침강을 발생시켜 작업자의 부상, 부실시공 등이 발생할 수 있어 그 문제점이 상당하다.
따라서 시멘트의 양을 종래 보다 줄여 경제성을 획득할 수 있으면서도 골재의 분리나 침강, 강도 저하 현상, 균열 발생이 나타나지 않고, 동결 융해성에 해로운 영향을 주지도 않으며, 작업자의 숙련도에 구애 받지 않고 구조물 등을 시공할 수 있는 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 벤토나이트, 아타풀자이트 및 실리카를 포함하는 요변제를 통해 Slump flow 값을 대폭 높인 콘크리트 조성물에 사용되는 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 시멘트의 사용량을 줄이더라도 AE감수제에 의해 시멘트 입자와 물이 분리되는 블리딩 현상이 거의 발생하지 않고, 블리딩 현상에 의해 모래 및 골재가 침강하여 강도 저하 현상, 균열 발생을 일으키지 않는 콘크리트 조성물에 사용되는 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 소정의 분말도에 해당하는 슬래그 미분말을 포함함으로써 내식성, 장기 강도 등이 뛰어나고, 소정의 증점제를 통해 구성성분들의 상분리를 억제하면서도 원활한 작업을 가능케 하는 콘크리트 조성물에 사용되는 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 기능성 첨가제를 통해 상기 콘크리트 조성물로 시공된 구조물 주위에서 발생되는 대기 중의 질소산화물, 유기 할로겐 화합물, 악취 가스 등을 효과적으로 제거함과 동시에 콘크리트 조성물의 유화안정성을 증대시킬 수 있는 콘크리트 조성물의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물은, 포틀랜드 시멘트 30 ~ 98 중량%, 그리고 슬래그 미분말 0.0001 ~ 70 중량%, 그리고 벤토나이트, 아타풀자이트, 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 요변제 0.1 ~ 10 중량%, 그리고 증점제 0.0001 ~ 1.0 중량%를 포함한다.
또한 상기 슬래그 미분말은 분말도 3000 ~ 8000cm3/g인 것이 사용되고, 상기 증점제는 PVA(Poly Vinyl Alcohol), 잔탄검(Xanthan gum), 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 자력 수평 시멘트 조성물 100 중량부, 그리고 입경이 25mm 미만인 모래 250 ~ 280 중량부, 그리고 입경이 25mm이상인 자갈 235 ~ 255 중량부, 그리고 AE 감수제 1.1 ~ 1.3 중량부, 그리고 물 45 ~ 60 중량부를 포함한다.
또한 기능성 첨가제 1 중량부를 더 포함하고, 상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함한다.
상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 벤토나이트, 아타풀자이트 및 실리카를 포함하는 요변제를 통해 Slump flow 값을 대폭 높임으로써 다짐 인력 비용을 감소시킬 수 있고, 작업자의 숙력도에 구애 받지 않고 구조물을 시공할 수 있으며, 타설 속도를 증진시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한 시멘트의 사용량을 줄이더라도 AE감수제에 의해 시멘트 입자와 물이 분리되는 블리딩 현상이 거의 발생하지 않고, 블리딩 현상에 의해 모래 및 골재가 침강하여 강도 저하 현상, 균열 발생을 일으키지 않는 효과를 갖는다.
또한 소정의 분말도에 해당하는 슬래그 미분말을 포함함으로써 내식성, 장기 강도 등이 뛰어나고, 소정의 증점제를 통해 구성성분들의 상분리를 억제하면서도 원활한 작업을 가능케 하는 효과를 갖는다.
또한 기능성 첨가제를 통해 상기 콘크리트 조성물로 시공된 구조물 주위에서 발생되는 대기 중의 질소산화물, 유기 할로겐 화합물, 악취 가스 등을 효과적으로 제거함과 동시에 콘크리트 조성물의 유화안정성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본 발명은 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벤토나이트, 아타풀자이트 및 실리카를 포함하는 요변제 등을 포함함으로써 시멘트의 사용량을 낮추더라도 블리딩이 발생하지 않고, 모래와 골재가 침강하여 균열 발생, 강도 저하 현상의 발생이 없는 요변제를 이용한 자력 수평 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 그리고 이하에서는 자력 수평 시멘트 조성물 및 자력 수평 콘크리트 조성물 각각을 간략하게 시멘트 조성물 및 콘크리트 조성물로 칭하기로 한다.
먼저 포틀랜드 시멘트는 석회, 실리카, 알루미나, 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 클링커에 석고를 첨가해 분말로 한 것으로, 오늘날 콘크리트, 몰탈, 그라우트 등의 기본 재료로 흔히 쓰이고 있는 보통 시멘트를 말한다. 본 발명에서는 한국산업표준 1종에 해당하는 보통 포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있다.
그리고 상기 포틀랜드 시멘트는 30 ~ 98 중량%가 포함될 수 있는데, 30 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 콘크리트 조성물을 생산하기 위해 사용되는 모래나 자갈들의 사이의 공극을 채우지 못하고, 또한 콘크리트 조성물의 유동성을 충분하게 확보하지 못할 수 있고, 98 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 점성증가로 인한 시공성의 감소와 높은 수화열에 의해 균열이 발생할 수 있다.
그 다음으로 슬래그 미분말에 대해 살펴보면, 상기 슬래그 미분말을 통하여 일반 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement)를 상기 슬래그 미분말이 첨가된 시멘트로 대체할 경우 수화과정에서 에트린자이트(Ettringite) 수화생성물(3CaOㅇSiO2ㅇ3CaSO4ㅇ32H2O)이 형성되어 수화체가 치밀해 질 수 있고, 또한 프리델씨염(C3AㅇCaCl2ㅇ10H2O)이 형성되므로 Cl-고정화 효과가 나타나게 된다. 즉, 슬래그 미분말을 다량 함유한 시멘트의 수화체를 XRD 등의 장비로 분석해 보면 수화 초기에 해당되는 3일 내지 7일차에 하기 분자식을 갖는 모노설페이트([Ca2Al(OH)6]2(SO4)ㅇ2H2O), 모노카보네이트([Ca2Al(OH)6]2(CO3)ㅇ2H2O) 및 헤미카보네이트([Ca2Al(OH)6]2(CO3)1/2(OH)1/2ㅇ2H2O)가 동시에 확인될 수 있다.
모노설페이트의 SO2 -4기와 모노카보네이트, 헤미카보네이트의 CO2 -3기는 각각 Cl-기와 반응하여 치환 및 고정화되는 특징이 있어 콘크리트에 침투되는 Cl을 표면부터 고정화하므로 내염해에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 슬래그 미분말은 용광로 제선과정 중에서 발생하는 것으로서 통상 Ca, Si, Al 등의 이온을 포함할 수 있다. 바람직하게는 고온 용융 상태의 슬래그를 살수 급냉함으로써 5mm 미만의 비결정질 알갱이 상태로 형성되는 수재슬래그일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
그리고 슬래그 미분말은 분말도 3000 ~ 8000cm3/g인 것이 사용되는 것이 바람직한데, 분말도가 3000cm3/g 미만인 경우에는 경화속도가 떨어지고, 강도가 저하되는 현상이 발생될 수 있고, 분말도가 8000cm3/g를 초과하는 경우에는 활성반응이 과도하게 높아져 물성에 악영향을 미칠 수 있다.
그리고 슬래그 미분말은 0.0001 ~ 70 중량%를 포함하는 것이 바람직한데, 0.0001 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 에트린자이트 수화생성물이 형성되지 않아 수화체가 치밀해지기 어렵고, 70 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 미반응물질이 발생하여 물리적 성질이 감소할 수 있다.
그 다음으로 요변제에 대해 살펴보면, 먼저 요변성(thixotrophy)이란 현탁액이 정지 상태에서는 유동성이 없으나 진동시키면 유동성을 갖는 성질을 말하는데, 상기 요변제는 이러한 요변성을 부여하는 물질로서 사용된다.
즉, 상기 요변제는 응력이 없는 상태에서는 고점도를 나타내고 응력이 있는 상태에서는 점도가 급격히 저하되고 다시 응력을 제거하면 가역적으로 점도가 증가하는 성질을 있으며 pH, 온도 및 경시 변화에 따른 점도 등 물성의 변화가 거의 없다.
또한 상기 요변제는 수분의 흐름성을 용이하게 하여 다량의 물에 의해 콘크리트의 흐름성을 맞출 수 있도록 만들기 위한 것으로, 많은 양의 수분을 잡으면서도 수분의 표면에 차단막을 형성하지 않아 보습성이 유지되면서도 수분이동이 용이하여 수분이탈에 의한 크랙 저항성이 큰 효과를 갖게 된다.
이러한 요변제는 아타풀자이트, 벤토나이트, 실리카 중 적어도 하나를 포함하는데, 특히 아타풀자이트는 수분이동 차단막이 형성되지 않아 수분의 이동을 용이하게 이루어지는 효과가 매우 크고, 이로 인해 콘크리트 경화체의 표면과 내부의 건조속도에 차이가 발생되지 않아 크랙현상이 현저하게 저감되게 된다.
또한 상기 아타풀자이트는 흡수 시에도 부피변형이 없어 안정된 경화체를 만들 수 있게 되며, 상기 아타풀자이트는 외관상 벤토나이트와 거의 흡사하지만 벤토나이트보다 규산분이 많고, 알루미나 성분이 적은 특성을 구비하고 있으며, 다공성을 구비하여 콘크리트 내의 각종 중금속을 흡수/제거하는 기능도 함께 구비할 수 있게 된다.
그리고 상기 요변제는 0.1 ~ 10 중량%가 포함되는 것이 바람직한데, 0.1 중량% 미만으로 사용되는 경우 상기한 효과가 미미하여 후술할 콘크리트 조성물에 포함되는 모래, 자갈 등의 골재가 침강할 수 있게 되고, 10 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 초기 강도 및 초결(initial set) 시간이 지연될 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 포틀랜드 시멘트에 다량의 물을 혼합 사용하여 콘크리트 조성물을 구성함으로써 경량성을 확보하되, 아타풀자이트 등을 포함하는 요변제 및 증점제를 첨가하여 골재의 분리 및 침강 현상이 없고, 비용절감 및 작업성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
그 다음으로 증점제는 페이스트의 자기충전효과가 있어서 재료 분리현상을 방지하고, 또한 전술한 요변제를 통한 요변성 부여 효과의 극대화를 위해 첨가되는 것이고, 상기 증점제로 PVA(Poly Vinyl Alcohol), 잔탄검(Xanthan gum), 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 상기 증점제는 0.0001 ~ 1.0 중량%가 포함되는 것이 바람직한데, 0.0001 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 점도 저하에 의한 부착력이 감소하며, 1.0 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 과도한 점도 증가로 기계 시공성, 미장 마감성 등이 저하되며, 압축 강도 등의 물성이 저하된다.
그리고 특히 PVA로서 사용되는 PVA 섬유는 인장 및 동적하중 하에서 급작스럽게 파괴를 일으키는 취성을 띄고 균열의 생성 및 성장을 억제하기 힘든 부분을 인장 저항능력의 증대, 국부적 균열의 생성 및 성장을 억제하는 등 역학적 성질을 개선, 보강하기 위해 콘크리트 조성물에 불연속적이며 단상인 섬유질 재료를 분산시켜 섬유 보강 콘크리트 조성물을 만들게 된다.
PVA계 섬유는 탄소를 함유한 솔벤트, 기름, 염분, 알칼리에 매우 높은 저항성을 나타내며 직사광선에 노출되어도 뛰어난 저항성을 가지고 있다.
특히 친수성 PVA계 섬유는 섬유 표면이 수산기를 가지고 있는 친수성 구조로서 분산이 잘되고 높은 부착성능을 가지고 있으며, 비교적 작은 직경을 갖추고 있어 미소균열을 억제하고 안정화시키며, 섬유의 가교작용을 통하여 역학적 성질을 증대시키는데 매우 효과적이며 피로와 충격하중에 의해 발생하는 균열을 억제하는데 효과적이고, 표면에 노출이 되지 않아 마감성이 매우 우수하다.
그리고 상기 증점제가 상기 친수성 PVA계 섬유로 이루어지는 경우에는, 0.0001 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 피로와 충격하중에 의해 발생하는 균열을 억제하는 효과가 감소하며, 1.0 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 섬유볼이 발생하여 급격한 물성 저하가 발생하게 된다.
그 다음으로 상기 시멘트 조성물 100 중량부 대비 입경이 25mm 미만인 모래 250 ~ 280 중량부, 그리고 입경이 25mm이상인 자갈 235 ~ 255 중량부, 그리고 AE 감수제 1.1 ~ 1.3 중량부, 그리고 물 45 ~ 60 중량부를 포함하는 자력 수평 콘크리트 조성물에 대해 살펴보기로 한다.
먼저 상기 시멘트 조성물은 높은 요변성을 갖고 있어서 시멘트 조성물의 함량이 적은 경우에도 AE 감수제를 다량 사용하여도 시멘트 조성물과 물이 분리되어 아직 굳지 않은 콘크리트 조성물의 표면으로 물이 상승하는 블리딩 현상이 거의 발생하지 않게 된다. 특히 이 경우에 기존과 달리 Slump flow 값을 500mm 이상으로 유지시키면서도 후술할 모래와 골재가 침강하여 균열이 발생하고 강도가 저하하는 현상을 억제할 수 있게 된다.
이는 결국 진동 다짐 인력 비용을 감소시킬 수 있게 되고, 작업자의 숙력도에 크게 구애 받지 않고, 구조물을 시공할 수 있는 효과를 가질 수 있게 되고, 콘크리트 조성물의 타설 속도를 크게 높여 생산 비용을 최대 50%를 절감할 수 있게 된다.
그 다음으로 모래 및 자갈을 포함하는 골재는 콘크리트 조성물의 충전재(Filler) 역할로, 총 콘크리트 조성물 중의 시멘트 량을 저감시켜 시멘트 조성물의 수화반응에 의해 발생하는 수화열량을 저감시킬 수 있게 되고, 이는 여름철 등의 기온이 높은 경우에 시멘트의 경화체의 급격한 수화에 의해 발생하는 높은 온도에 의한 문제점의 개선 등이 가능할 수 있게 된다.
그리고 본 발명에서는 입경이 25mm 미만에 해당하는 골재에 대해서는 모래로 정의하고, 입경이 25mm 이상에 해당하는 골재에 대해서는 자갈로 정의하기로 한다.
상기 모래는 250 ~ 280 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 250 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 상기한 효과가 미미할 수 있고, 280 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제성 저하 및 시멘트 조성물의 양이 상대적으로 감소하는 바 내구성 저하가 발생될 수 있다.
상기 자갈은 235 ~ 255 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 235 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 상기한 효과가 미미할 수 있고, 255 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제성 저하 및 시멘트 조성물의 양이 상대적으로 감소하는 바 내구성 저하가 발생될 수 있다.
그 다음으로 AE 감수제에 대해 살펴보면, 먼저 콘크리트 조성물에서 비표면적으로 인한 점도의 증가로 현장에서는 과도한 혼합수를 사용하게 되는데 이는 강도의 하락과 경화지연의 원인이 된다.
이를 해결하기 위해 상기 AE 감수제가 사용되며, 상기 AE 감수제의 구체적인 실시예로는 적은 양의 사용만으로도 큰 효과를 볼 수 있는 폴리카르본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어 진 것으로 들 수 있다.
그리고 상기 AE 감수제는 1.1 ~ 1.3 중량부로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 AE 감수제가 1.1 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 혼합수 사용 증대로 압축강도, 휨강도가 저하되며, 1.3 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 재료분리가 발생되며 흐름성 향상으로 시공성이 불량해질 수 있다.
그리고 특히 상기 AE 감수제는 AE 감수제 전체 중량을 기준으로 고형분의 폴리카르본산계 20 중량%로 이루어지는 것이 바람직한데, 이를 통해 상기한 효과들을 극대화시킬 수 있게 된다.
그 다음으로 본 발명에서는 물이 45 ~ 60 중량부가 포함되는데, 이는 구조물의 종류 및 용도를 고려하여 결정된 것으로, 상기한 바와 같이 구조물의 종류 및 용도에 따라 해당 업계의 통상의 기술 상식을 바탕으로 상기한 함량에 구애 받지 않고, 그 함량을 적절히 조절할 수 있을 것이다.
그리고 아래의 표 1 및 표 2는 콘크리트 조성물의 물성을 나타내기 위한 표이며, 표 1의 조성물의 함량은 중량부로 기재된 것이다.
Figure 112020075907969-pat00001
Figure 112020075907969-pat00002
먼저 Slump flow 값에 대해 살펴보면 비교예　1 및 2는 각각 300mm 및 340mm인 반면에 실시예의 경우에는 500mm ~ 550mm의 값을 가지는 바 유동성이 매우 큰 바 본 발명에 따른 콘크리트 조성물을 사용하여 시공한 경우 진동 다짐 인력 비용 등을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
그리고 공기량의 경우 비교예들과 비교하여서도 크게 변화가 없어 사용 시에 동결융해성 등과 관련하여 나쁜 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.
그리고 블리딩량의 비의 경우 비교예들은 35%이며, 이와 대비하여 실시예들은 5.0%에 해당하는바 블리딩이 거의 발생하지 않아 균열 등의 발생을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
그리고 압축강도의 경우 보통 재령 기준을 28일로 잡는데, 실시예들의 경우 27.3 ~ 29.9 MPa 값을 가져 구조적으로 안정된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 기능성 첨가제 1 중량부를 더 포함할 수 있고, 상기 기능성 첨가제를 첨가함으로써 콘크리트 조성물로 시공된 구조물 주변에 존재하는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물, 악취 가스 등을 효과적으로 제거함과 동시에 콘크리트 조성물의 유화안정성을 증대시킬 수 있게 된다.
상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함한다.
각각의 구성 별로 살펴보면 상기 바인더로는 실리콘 알콕사이드가 사용될 수 있고, 이하 기능성 첨가제의 각 조성물의 함량은 바인더 100 중량부를 기준으로 한다.
그 다음으로 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 이산화티타늄의 전구체로, 후술할 백금 이온과 교반되어 이산화티타늄의 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드 사이의 에너지 갭을 감소시킨 백금-이산화티타늄을 생성시킨다.
따라서 이러한 백금-이산화티타늄은 자외선 영역뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 활성상태를 만들 수 있게 되고, 활성상태에서 전자와 홀이 표면으로 이동해 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼을 형성시킴으로써 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 제거할 수 있게 된다.
그리고 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 ((CH3)2CHO)2Ti(C5H7O2)2의 화학식을 갖는 것이 사용될 수 있으며, 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 12 중량부가 포함되고, 12 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 효과적으로 제거할 수 없으며, 12 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 좁은 에너지 밴드 간격을 형성하기 힘들다.
그 다음으로 백금이온은 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드와 교반되어 백금-이산화티타늄을 생성시키게 되며, 클로로백금산 등으로부터 얻을 수 있고, 교반 과정은 통상의 방법을 따를 수 있다. 이러한 백금이온은 0.3 중량부가 포함되고, 0.3 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 백금-이산화티타늄의 에너지 밴드 간격을 효과적으로 줄일 수 없고, 0.3 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제적이지 못하다.
그 다음으로 폴리페닐메틸실록산은 상기한 백금-이산화티타늄과 교반되어 백금-이산화티타늄을 감싸 이들의 활성 상태를 억제시켜주는 물질로서 후술할 폴리디메톡시실란 및 폴리염화포스포니트릴과 함께 상기 백금-이산화티타늄이 콘크리트 조성물을 구성하는 물질들을 급격하게 산화시키는 것을 방지하게 되며, 백금-이산화티타늄과 동일한 양을 첨가하는 것이 바람직하다.
그 다음으로 폴리디메톡시실란과 폴리염화포스포니트릴은 상기 폴리페닐메틸실록산을 분해시켜주는 물질로 사용되는데, 백금-이산화티타늄과 폴리페닐메틸실록산을 교반시킨 이후에 첨가되며, 백금-이산화티타늄을 감싸고 있던 폴리페닐메틸실록산을 서서히 분해시킴으로써 콘크리트 조성물이나 이들을 구성하는 물질들의 물성 변화를 일으키지 않으면서 백금-이산화티타늄이 대기 중에 존재하는 질소 산화물 등을 제거할 수 있게 된다. 그리고 이러한 폴리디메톡시실란은 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴은 5 중량부가 사용되는 것이 바람직하고, 각각 40 중량부, 5 중량부 미만으로 사용하는 경우에는 상기 폴리페닐메틸실록산의 분해 속도가 너무 느려져 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 효과적으로 제거할 수 없게 되고, 각각 40 중량부, 5 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 상기 폴리페닐메틸실록산의 분해 속도가 너무 빨라져 백금-이산화티타늄의 강한 산화력으로 인해 콘크리트 조성물의 물성에 악영향을 미칠 수 있다.
그 다음으로 이소토는 유화안정성을 높이기 위해 첨가되는 것이고, 3.8 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 3.8 중량부 미만으로 사용하는 경우에는 유화성을 증진시킬 수 없게 되고, 3.8 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 경제성 저하 및 물성 저하가 발생할 수 있게 된다.
그 다음으로 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물은 알칼리 분위기에서 연화되거나 용해되는 물질들로, 상기 기능성 첨가제가 알칼리 분위기를 갖는 콘크리트 조성물과 접촉하기 이전에는 상기 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물이 인간에게 유해한(눈 등에 들어갈 경우 강한 자극 등) 영향을 미칠 수 있는 이소토를 감싸게 되어 작업자를 보호할 수 있게 되고, 상기 기능성 첨가제가 알칼리 분위기를 갖는 콘크리트 조성물과 접촉한 이후에는 상기 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물이 연화되거나 분해되면서 상기 이소토의 유화안정성 효과가 발휘될 수 있게 된다. 그리고 수지 바인더에 해당하는 상기 초산비닐 2 중량부를 기준으로 하여, 알칼리 영역에서 용해도가 큰 수산화아연 0.1 중량부 및 알칼리 영역에서 용해도가 큰 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함할 수 있는데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우에는 상기 이소토의 유해한 성질을 억제시키기 힘들고, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우에는 상기 이소토의 유화성 증진 효과를 얻기가 힘들게 된다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 포틀랜드 시멘트 30 ~ 98 중량%;
    슬래그 미분말 0.0001 ~ 68 중량%;
    벤토나이트, 아타풀자이트, 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 요변제 0.1 ~ 10 중량%; 및
    증점제 0.0001 ~ 1.0 중량%;
    를 포함하고,
    기능성 첨가제 1 중량부를 더 포함하고,
    상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력 수평 시멘트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 미분말은 분말도 3000 ~ 8000cm3/g인 것이 사용되고,
    상기 증점제는 PVA(Poly Vinyl Alcohol), 잔탄검(Xanthan gum), 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력 수평 시멘트 조성물.
  3. 청구항 1에 기재된 자력 수평 시멘트 조성물 100 중량부;
    입경이 25mm 미만인 모래 250 ~ 280 중량부;
    입경이 25mm이상인 자갈 235 ~ 255 중량부;
    AE 감수제 1.1 ~ 1.3 중량부; 및
    물 45 ~ 60 중량부;
    를 포함하고,
    기능성 첨가제 1 중량부를 더 포함하고,
    상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자력 수평 콘크리트 조성물.
  4. 삭제
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