KR102279214B1 - 일반강도 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동성확보를 위해 폴리칼본산계를 주재로 하며 재료분리에 대한 저항성 등을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되는 일반강도 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물에 관한 것이다.

Description

일반강도 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물{Admixture Composition for General Strength High Flowing Concrete}

본 발명은 저분체 콘크리트에 첨가되어 고유동성이 안정적으로 발현되도록 하면서도 강도저하 없이 재료분리에 대한 저항성, 다양한 원인에 의한 균열저항성을 향상시킬 수 있는 혼화제 조성물에 관한 것이다.

최근 구조물의 고층화 및 대형화 뿐만이 아니라 개성 있는 디자인의 건축물 시공이 증가됨에 따라 부재단면 축소 및 과밀배근으로 인해 콘크리트 채움성이 문제가 되고 있다. 일반적으로 콘크리트의 채움성을 향상시키기 위해서는 콘크리트의 유동성(Slump flow)을 증가시켜야 한다. 하지만, 일반강도 영역에서는 낮은 분체량으로 인해 유동성 증진에 한계가 존재하고, 분체량을 증가시키게 되면 콘크리트 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.

고유동 콘크리트는 크게 분체계와 증점제계로 구분되는데 분체계는 다량의 결합재의 시용에 의한 정성증대에 기인하여 유동성 및 충전성을 발현한다. 이러한 분체계는 다량의 결합재의 사용에 의해 콘크리트의 유동성을 극대화시켜주는 원리이며 고강도 콘크리트의 영역에 속하는데, SCP용 채움 콘크리트의 필요강도는 35MPa의 콘크리트이므로 분체계의 고유동 콘크리트의 적용은 비효율적이다.

증점제계 고유동 콘크리트의 경우 증점제에 의한 재료분리 억제에 의해 낮은 분체량을 사용하고도 제조가 가능하여 SCP용 35MPa급 고유동 콘크리트의 제조에 적합하다. 하지만 증점제계 고유동 콘크리트는 점성의 증대로 인한 콘크리트의 작업성 및 유동성 증대에 많은 어려움이 있으며, 증점제를 고성능 감수제와 별도로 투입해야 하는 하므로 생산시설의 보완 및 추가 투자가 이루어져야 하여 원가상승의 문제점이 대두되고 있다.

일 예로 대한민국 특허등록 제0888534호에서는 중량백분율로서 시멘트 조성물 20~25%, 물 5~10%, 골재 65~74.9% 및 고유동화제, 공기연행제, 점증제를 포함하

는 혼화제 0.1~0.5%를 교반하는 과정으로 이루어지며, 상기 시멘트 조성물은 중량백분율로서 시멘트 36~44%, 플라이애시 18~22%, 고로슬래그 분말 27~37% 및 석회석 분말 9~11%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유동성 콘크리트 제조방법을 제시하고 있다.

그런데 상기 기술의 경우 고유동화제에 의해 고유동성이 확보될 수 있으나 재료분리에 대한 저항성, 균열에 대한 저항성을 기대할 수 없는 문제가 있으며, 시간경과에 따라 안정적인 유동성의 확보가 담보되지 않아 타설과정 등에서 충진성이 저하되는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제0888534호

따라서, 본 발명은 저분체 콘크리트에 첨가되어 안정적인 고유동성이 확보되면서도 재료분리에 대한 저항성, 균열에 대한 저항성이 향상될 수 있는 혼화제를 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일반강도 고유동 콘크리트용 혼화제 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은, 유동성확보를 위해 폴리칼본산계를 주재로 하며, 폴리에틸렌옥사이드와 마그네슘알루미늄실리케이트가 포함된 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물이 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 하이드록시에틸섬유소, 수산화마그네슘이 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조성물은 저분체 콘크리트에 있어 안정적으로 고유동성이 발현되도록 하면서도 강도저하 없이 재료분리에 대한 저항성, 각종 원인에 의한 균열저항성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 시료별 유동성(FLOW) 실험결과를 나타내는 그래프이고,
도 2는 시료별 U-box 채움높이에 대한 실험결과를 나타내는 그래프이다.

이하 본 발명의 실시 예 및 실험 예를 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 조성물은 폴리칼본산계를 주재로 하며 재료분리에 대한 저항성 등을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리칼본산계의 경우 기존에 사용하던 혼화제에 비하여 우수한 감수성능을 발휘할 뿐만 아니라, 슬럼프 로스가 적고, 또한 우수한 혼련성을 가지는 특징이 있다. 이러한 폴리칼본산계는 1개의 주쇄와 측쇄로 구성되어 주쇄는 시멘트 입자의 간격을 넓혀 혼합수가 효과적으로 시멘트와 접촉하여 수화반응을 원활하게 하는 기능을 하여 주로 콘크리트의 감수효과를 높이는 역할을 하고, 측쇄는 시간에 따라 감소하는 콘크리트의 유동특성을 지연시켜 작업성 즉 유동성을 높이는 역할을 하는 것이다.

그런데 저분체 콘크리트에서 고유동성을 확보하기 위해 폴리칼본산계를 다량 첨가하는 경우 재료분리가 발생되는 문제가 있는 바, 본 발명에서는 재료분리에 대한 저항성 등을 향상시키기 위해 첨가제가 포함되도록 하는 것이며, 재료분리에 대한 저항성을 향상시키기 위한 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드가 포함되도록 하는 것이다.

그런데 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드만을 첨가하는 경우 재료분리방지에는 효과가 발현되나 이러한 혼화제를 콘크리트 조성에 배합하여 사용하는 경우 카르복시메틸 반응에서 물이 생성되는데 이렇게 생성된 물이 입자간 응집력을 강화시켜 덩어리지게 하는 현상이 발생되는 바, 이러한 현상에 의해 작업성이 저하되는 문제가 발생되는 경우가 있다.

이에 본 발명에서는 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드에 더하여 마그네슘알루미늄실리케이트가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있는데, 상기 마그네슘알루미늄실리케이트는 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 조성물이 혼화제로서 콘크리트 조성물에 첨가되어 배합될 시에 카르복시메틸 반응에서 생성되는 물을 흡수, 제거함으로써 반응물이 덩어리지는 것을 방지하는 역할을 수행하게 되어 폴리에틸렌옥사이드의 첨가에 의해 재료분리가 방지되도록 하면서 이에 더하여 마그네슘알루미늄실리케이트의 첨가에 의해 작업성이 저하되는 것을 방지토록 하기 위한 것이다.

이에 더하여 상기 첨가제에 마그네슘알루미늄실리케이트가 첨가됨에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 카르복시메틸 반응에서 생성되는 물을 흡수함에 따라 보습제로서 기능도 발현되도록 하는 것이다.

즉 본 발명의 조성물이 칼리본산계를 주재로 하고 폴리에틸렌옥사이드를 첨가제로 한 혼화제만을 첨가하는 경우 고유동성 확보에 따른 수축균열의 문제가 유발될 수 있는데 상기 마그네슘알루미늄실리케이트가 첨가됨에 의해 이러한 수축균열의 문제가 제어되는 것이다.

이하에서 설명하는 바와 같이 본 발명의 조성물은 균열저항성을 향상시키기 위해 하이드록시에틸섬유소가 포함되도록 하는데 균열제어를 위해 하이드록시에틸섬유소를 다량으로 첨가하는 경우 하이드록시에틸섬유소 간 뭉침이 발생되거나 층분리현상이 발생되는 문제가 있을 수 있는 바, 본 발명의 조성물과 같이 마그네슘알루미늄실리케이트가 첨가되도록 하여 이러한 문제점을 해결하게 된 것이다.

또한 본 발명의 조성물에 있어 상기 첨가제에는 상기 조성들 외에도 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물이 더 포함되는 예를 제시한다. 이는 상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 조성물에 있어 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드가 포함되어 재료분리를 방지토록 하는데 폴리에틸렌옥사이드에 의해 점성이 너무 일찍 발현되는 경우 충분한 작업성 및 충진성이 확보되지 않는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물이 더 포함되도록 하는데 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물이 포함됨에 의해 배합후 타설과정에까지 작업성이 유지되도록 하는 것이다. 즉 폴리에틸렌옥사이드에 의해 배합물이 젤(Gel) 형태가 되는데 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물의 첨가에 의해 이러한 배합물이 배합과정 등에서 기계적 충돌에 의해 졸(Sol) 형태로 변하여 작업성이 시간적 경과에도 불구 유지되도록 하는 것이며 이후 타설후에 기계적 충돌 등 에너지가 제거되면 다시 젤(Gel) 형태가 되도록 하는 것이다.

상기에서 본 바와 같이 칼리본산계를 주재로 하고 폴리에틸렌옥사이드를 첨가제로 한 혼화제만을 첨가하는 경우 고유동성 확보에 따른 수축균열의 문제가 유발될 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기 첨가제에 하이드록시에틸섬유소가 더 포함되는 예를 제시하고 있다.

상기 하이드록시에틸섬유소는 수용성 고분자로서 첨가되는 것으로 수성 성분의 폴리머 에멀젼을 통해 피막기능을 부여하게 되는 것이다. 즉 물에 상기 하이드록시에틸섬유소가 분산된 상태에서 도포 등이 되어 수분증발에 따라 폴리머 필름을 형성시킴으로써 시멘트 입자 표면으로부터의 수분 증발을 억제시킨다. 즉 이러한 하이드록시에틸섬유소에 의해 수분증발을 방지함으로써 모세관현상에 의한 균열 등을 제어하게 되는 것이다. 또한 수분증발에 의한 유동성 저하의 문제도 해결토록 하는 것이다.

이와 같이 저분체 콘크리트에 하이드록시에틸섬유소를 포함하는 혼화제를 첨가하여 고유동성이 확보되도록 함과 동시에 수분증발을 제어하여 균열을 제어토록 하게 된다.

한편 본 발명의 조성물이 특히 대형 구조물 등의 용도로 콘크리트 조성물에 첨가되어 사용될 시 상기에서 언급한 바와 같이 마그네슘알루미늄실리케이트 및 하이드록시에틸섬유소의 상호작용에 의해 수분증발 등에 의한 균열은 제어할 수 있으나 경화과정에서 온도수축에 의한 균열은 제어할 수 없는데 본 발명의 조성물에서는 이러한 온도균열을 제어하기 위한 조성으로서 상기 첨가제에 상기 조성들 외에 수산화마그네슘이 더 포함되는 예를 제시하고 있다. 상기 수산화마그네슘의 경우 페이스트의 경화과정에서 발생되는 경화열을 흡수하여 온도균열을 제어토록 하기 위한 것이다.

바람직하게 상기 첨가제에는 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 마그네슘알루미늄실리케이트 20 내지 40중량부, 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물 20 내지 40중량부, 하이드록시에틸섬유소 20 내지 40중량부, 수산화마그네슘 1 내지 5중량부가 포함되도록 하는 것이 타당하다.

이하 실험예를 통해 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 실험에서의 각 시료는 하기 표 1에서 보는 바와 같은 배합에 의해 제조되었다. 각 시료에 있어 혼화제(AD)는 혼화제 전체 100중량부에 대해 첨가제 30중량부가 포함되도록 하고, 실시예 1은 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드만이 포함된 예이며, 실시예 2는 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 마그네슘알루미늄실리케이트 20중량부가 포함된 예이고, 실시예 3은 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 마그네슘알루미늄실리케이트 20중량부, 소듐 폴리아크릴레이트 스타치 20중량부가 포함된 예이고, 실시예 4는 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 마그네슘알루미늄실리케이트 20중량부, 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물 20중량부, 하이드록시에틸섬유소 20중량부, 수산화마그네슘 3중량부가 포함된 예이다.

■ 목표 분체량 : 400 kg/m³

■ 목표 유동성 : Slump flow 600 mm 이상

■ 목표 채움성 : U-box 채움 높이 300 mm 이상

■ 목표 공기량 : 4.5 ± 1.5 %

■ 목표 유지시간 : 1시간

실험결과가 상기 표 2 및 도 1 등에 도시되고 있는데, 실시예 1 내지 4 공히 즉시 및 60분 경시 후 유동성 및 채움성의 실험 목표를 충족하고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2의 경우가 실시예 1의 경우보다 시간경과(60분)후 유동성 및 채움성에서 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2의 경우 첨가제로 폴리에틸렌옥사이드에 더하여 마그네슘알루미늄실리케이트가 첨가됨에 기인한 것으로 사료되는 바, 상기에서 언급한 바와 같이 마그네슘알루미늄실리케이트가 카르복시메틸 반응에서 생성되는 물을 흡수, 제거함으로써 반응물이 덩어리지는 것을 방지하는 역할을 수행하게 되어 작업성이 저하되는 것을 방지토록 하는 기능이 발현됨에 기인한 것으로 판단된다.

또한 실시예 3의 경우가 실시예 2의 경우보다도 시간경과(60분)후 유동성 및 채움성에서 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 3의 경우 첨가제로 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물이 더 첨가됨에 기인한 것으로 판단되는 바, 상기에서 언급한 바와 같이 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물의 첨가에 의해 배합물이 배합과정 등에서 기계적 충돌에 의해 졸(Sol) 형태로 변하여 작업성이 시간적 경과에도 불구 유지됨에 기인한 것으로 판단된다.

또한 강도면에서 보면 실시예 2의 경우가 실시예 1의 경우보다 강도면에서 유리한 것을 알 수 있는데 이는 상기에서 언급한 바와 같이 마그네슘알루미늄실리케이트가 수분증발에 의한 균열을 제어함에 기인한 것으로 보이며, 실시예 4의 경우가 실시예 2 및 실시예 3보다 강도면에서 유리한 것을 알 수 있는데 이 경우도 상기에서 언급한 바와 같이 하이드록시에틸섬유소, 수산화마그네슘의 더 첨가됨에 의해 각종 균열에 대한 저항성의 향상에 기인한 것으로 판단된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

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Claims (3)

1. 유동성확보를 위해 폴리칼본산계를 주재로 하며, 폴리에틸렌옥사이드 100중량부에 대해 마그네슘알루미늄실리케이트 20 내지 40중량부, 소듐 폴리아크릴레이트 및 스타치 혼합물 20 내지 40중량부, 하이드록시에틸섬유소 20 내지 40중량부, 수산화마그네슘 1 내지 5중량부가 포함된 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 하는 일반강도 고유동성 콘크리트용 혼화제 조성물.
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