KR102317802B1 - 고화재, 이를 포함하는 시멘트계 조성물 및 콘크리트 조성물 - Google Patents

고화재, 이를 포함하는 시멘트계 조성물 및 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 골재 첨가 없이도 고화가 가능한 고화재 및 이를 포함하는 시멘트계 조성물 및 콘크리트를 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 콘크리트의 경우, 초기 강도 발현이 빠르고, 장기간 강도를 유지하면서 반영구적인 강도 발현을 제공할 수 있다.

Description

고화재, 이를 포함하는 시멘트계 조성물 및 콘크리트 조성물 {A solidifying agent, a Cement-based composition and a concrete composition containing thereof}
본 발명은 골재 첨가 없이도 고화가 가능한 고화재 및 이를 포함하는 시멘트계 조성물 및 콘크리트 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 콘크리트의 경우, 초기 강도 발현이 빠르고, 장기간 강도를 유지하면서 반영구적인 강도 발현을 제공할 수 있다.
콘크리트는 오늘날 가장 중요한 토목 공학의 재료 중 하나이다. 이것은 고압축 강도 (high compressive strength), 고 내구성 (high durability) 및 넓은 강도 범위 뿐만 아니라 풍부한 원료, 저비용 및 간단한 제조공정의 특성 때문에 다양한 토목 작업에서 널리 사용되고 있다.
일반적인 콘크리트는 시멘트, 모래, 석재, 혼화재 및 물의 혼합물의 경화 후에 형성된 인공의 석재 재료이다. 모래 및 석재는 콘크리트에서 골격의 역할을 하고 시멘트의 신축(contraction)을 억제한다. 시멘트 및 물은 모래 및 석재의 표면을 피복하고 상기 모래 및 상기 석재 사이의 공간을 채우는 시멘트 페이스트를 형성한다. 경화단계 전에, 시멘트 페이스트는 윤활제 역할 (lubricating role)을 하고 바람직한 작업성 (workability)을 갖는 콘크리트 혼합물을 제조한다. 경화 단계 후에, 이것은 단단한 몸체 (firm body)를 형성하기 위해 골격의 역할을 하는 상기 골재(aggregate)를 굳힌다. 일반적인 콘크리트는 특정한 작업성, 강도, 변형 (deformation) 및 내구성을 갖는다. 이렇듯, 통상적으로 시멘트 고화의 경우, 자갈과 모래인 골재를 첨가하지 않으면, 강도 발현이 어렵다.
콘크리트 재료 중 현재 잔골재로 사용되고 있는 자연사의 무분별한 채취는 자연생태계 및 환경의 불균형을 초래하며, 더욱이 자연사의 품질을 급속도로 저하시키는 결과를 가져왔으며, 또한, 고강도 콘크리트제조시 필수적인 양질의 골재 수급 역시 날로 불투명해 고강도 콘크리트 제조에 어려움을 내재하고 있다.
한편, 최근 초고층 구조물의 증가에 따라 초고강도 콘크리트에 대한 관심이 증대하고 있다. 건물의 대형화, 장대화로 인한 콘크리트의 강도 및 자중 감소 등의 물성에 대해서 문제가 대두되고 있으며, 이에 대한 개발이 활발한 실정이다.
예를 들어, 등록특허 제 10-1948627호에서는 인공경량골재를 포함하는 고강도 경량콘크리트 조성물에서는 물, 시멘트, 고로슬래그미분말 및 인공경량골재를 포함하는 조성물을 제공하여, 인공경량골재의 높은 흡수율로 인해 콘크리트에 적용할 때 발생하는 문제를 해결 할 수 있고, 콘크리트 표준시방서에 따른 기준을 만족하는 고강도 경량콘크리트를 제공할 수 있음을 개시하고 있으나, 이는 인공골재를 포함하는 점에서 한계가 있다.
또한, 공개특허 제 10-2019-0050409호에서는 선별 골재를 구비한 초고성능 콘크리트 조성물을 개시하고 있으며, 초고성능 콘크리트(UHPC) 제조 시, 5㎜급 선별골재로서 백운석, 현무암, 석회암, 화강암 등을 적어도 하나 이상 포함하도록 선별함으로써 초고성능 콘크리트(UHPC)의 제조비용을 감소시키면서도 압축강도, 인장강도 및 유동성 등의 우수한 물성을 유지할 수 있는 기술을 개시하고 있다. 다만, 이 역시 5mm급 선별 골재를 포함하는 점에서, 다소 한계가 있다.
이에, 본 특허는 골재 첨가 없이도 고화가 가능한 고화재 및 이를 포함하는 시멘트계 조성물을 제공하면서, 이를 포함하는 경우, 콘크리트의 강도가 반영구적으로 발현되는 기술을 제공하기 위하여, 본 발명을 완성하였다. 나아가, 이러한 기술은 건축, 토목 및 그 외 다양한 산업군에 적용이 가능하다.
본 발명의 목적은 골재 첨가 없이 시멘트의 고화가 가능한 고화재 및 이를 포함하는 시멘트계 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 유기질 및 무기질계 토양에 적용이 가능한 시멘트계 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 상기 시멘트계 조성물을 포함하는 콘크리트 제조 시, 초기 발현 강도가 높고 장기간 강도 발현을 나타내면서 반영구적으로 강도 발현을 지속시키는 것이다.
또한, 상기 시멘트계 조성물을 다양한 분야에 적용하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 리그노설폰산계 화합물 20 내지 40 중량부에 대하여, 규산염 광물 1 내지 20 중량부, 보습제 10 내지 30 중량부, 금속화합물 20 내지 40 중량부 및 산화철 5 내지 25 중량부를 포함하는 고화재가 제공된다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 리그노설폰산계 화합물은 리그노설폰산염 소다, 리그노설폰산염 칼슘, 리그노설폰산염 나트륨 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 규산염광물은 카올리나이트(kaolinite), 제올라이트(zeolite) 몬트릴로나이트 (montmorillonite), 필로실리케이트(phyllosilicate), 스멕타이트(smectite), 할로사이트(halloysite), 논트로나이트(nontronite), 벤토나이트(bentonite), 버미큘라이트(vermiculite), 사포나이트(saponite) 및 베이델라이트(beidellite) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다. 바람직하게는 카놀리나이트가 제공된다.
상기 규산염광물은 다공질 형태이며, 이 경우, 공극 (porous)의 크기가 5 내지 40 옹스트롬인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 보습제는 지르코늄, 알로페인, 일라이트, 글리콜류 및 글리세린류로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 금속화합물은 염화칼슘, 염화칼륨, 염화나트륨, 황산칼슘 및 황산나트륨중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 산화철은 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3) 및 사산화삼철(Fe2O3) 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다.
한편, 본 발명의 일 실시예를 따르면, 고화재 및 시멘트를 포함하는 시멘트계 조성물이 제공된다.
이 경우, 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 고화재는 1 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 초속경 시멘트에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 시멘트계 조성물 및 토양을 포함하는 콘크리트 조성물이 제공된다.
이 경우, 토양 100 중량부에 대하여, 시멘트계 조성물 5 내지 25 중량부를 포함한다.
또한, 상기 토양은 유기질토, 무기질토, 점성토, 산모래, 진흙, 개흙, 석탄재, 화산재 및 소각재로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것인 포함한다.
본 발명에 따른 골재 첨가 없이 시멘트의 고화가 가능한 고화재를 제공하는 효과가 있다. 또한, 상기 고화재를 포함하는 시멘트 조성물을 제공이 가능하다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물을 포함하는 콘크리트의 경우, 초기 강도 발현이 빠르고, 장기간 강도를 유지하면서 반영구적인 강도 발현을 제공할 수 있다. 또한, 균열 발생을 억제하는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물을 포함하는 콘크리트의 경우, 유기물 및 무기물의 고화가 가능하고, 자경성 및 수경성을 가지며, 조기 고화가 가능함에 따라 작업성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 토목, 건설 및 건축은 물론 2차제품에도 적용이 가능하여 높은 활용도를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 고화재를 포함하는 시멘트계 조성물을 제공하여 콘크리트 제조 시, 시간에 따른 강도발현을 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 가능한 구현 예들을 설명한다. 다만, 하기에 구체적으로 명시되지 않은 구성에 관하여서는, 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 해당 기술분야에 알려진 내용이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "분자량"은 달리 정의되지 않는 한 "중량평균 분자량(Weight Average Molecular Weight, Mw)"을 의미한다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 시멘트에 혼합이 가능한 고화재가 제공된다.
보다 자세하게는, 리그노설폰산계 화합물 20 내지 40 중량부에 대하여, 규산염 광물 1 내지 20 중량부, 보습제 10 내지 30 중량부, 금속화합물 20 내지 40 중량부 및 산화철 5 내지 25 중량부를 포함하는 고화재가 제공된다.
리그노설폰산계 화합물로는 리그노설폰산염 소다, 리그노설폰산염 칼슘, 리그노설폰산염 나트륨 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공되며, 이는 시멘트 고화에 있어서, 지연제 효과를 제공한다.
지연제란 일반적으로 시멘트의 수화반응을 억제하여 콘크리트의 응결 또는 경화를 지연시키는 물질을 말한다. 시멘트 수화반응은 시멘트가 물과 접촉하면서 수산화칼슘, 에트린가이트, 규산칼슘수화물 등을 생성하기 때문에 발생한다. 그러므로 액상 중 칼슘이온(Ca2+)이 증가하여 최고치에 이른 후 다시 감소하게 되고 이 최고치에 도달할 때까지의 시간이 규산칼슘수화물의 생성 개시기 또는 응결 개시시기이다. 따라서 액상의 Ca2+가 최고치에 도달하는 시간(과포화 최대시간)을 연장시키는 화합물이 지연제로서 기능을 하며 일반적으로 액상의 Ca2+를 봉쇄하는 것(Ca를 착염화하는 것)이나, 시멘트 입자에 수화방지막을 만드는 것이 지연제가 된다.
본 발명에 따른 리그노설폰산염은 바람직하게는 리그노설폰산 소다가 제공된다. 이는 무기계 지연제에 해당하고, 20 내지 40 중량부를 제공한다. 20 중량부 미만의 경우, 지연제의 효과가 미비하고, 40 중량부를 초과하는 경우, 경제적으로 비효율적인 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리그노설폰산 소다의 경우, 분산성 향상을 위하여, 미분화 처리를 하며, 지연제로서의 역할도 바람직하게 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 규산염광물은 카올리나이트(kaolinite), 제올라이트(zeolite) 몬트릴로나이트 (montmorillonite), 필로실리케이트(phyllosilicate), 스멕타이트(smectite), 할로사이트(halloysite), 논트로나이트(nontronite), 벤토나이트(bentonite), 버미큘라이트(vermiculite), 사포나이트(saponite) 및 베이델라이트(beidellite) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다. 바람직하게는 카놀리나이트가 제공된다.
카놀리나이트를 포함하는 규산염광물은 통상적으로 흡착능력을 제공한다. 특히, 카올리나이트는 포졸란 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 카올리나이트의 중량비가 증가하면 초기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 상기 카올리나이트은 1 내지 20 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 카올리나이트의 함량이 20 중량부를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있고, 상기 카올리나이트의 함량이 1 중량부 미만이면 장기 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 규산염물질은 다공성을 가지므로 흡착의 성질을 제공할 수 있다. 다공질 형태의 규산염물질의 공극(porous)의 크기는 5 내지 40 옴스트롱(
Figure 112019061080256-pat00001
)으로 제공된다. 규산염물질은 유해물질 차단기능과 마찬가지로 악취의 경우에도 냄새의 원인물질을 흡착 및 고정화하여,　공기중의 악취를 저감시키는 효과가 우수하다. 공극의 크기가 5 내지 40 옹스트롱 범위를 제공하여, 콘크리트 시공하는 경우, 각종 유기 오염 물질 및 중금속과 같은 오염물질을 고정화 시킬 수 있다. 즉, 오염물질 중 중금속, 질소 및 인 등은 전하를 띠게 되어 흡착이 용이하고, 이를 고정화하여 재용출이 되지 않도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보습제는 10 내지 30 중량부가 제공된다. 본 발명의 일 실시예를 따르면, 보습제는 지르코늄(Zirconium), 알로페인(allophane), 일라이트(illite), 글리콜(glycol) 및 글리세린(glycerin)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공되며, 바람직하게는 지르코늄이 제공된다. 지르코늄은 보습효과를 제공하면서 동시에 장기 강도 발현, 내화성 및 내식성이 개선된다.
상기 알로페인(allophane)은 비정질 점토광물으로 천연 알로페인은 화산 분출물의 풍화물인 풍화 경석에 많이 포함되어있으며, 이러한 알로페인 알갱이는 다공질 구형 구조로 형성되며, 다공질 구형 입자의 구멍 내부에 정부 양극성에 대전한 반응기가 존재하여 중금속을 포함한 다양한 물질의 흡착 능력이 우수하고, 습도를 조절할 수 있기 때문에 보습효과 또한 제공이 가능하다.
상기 일라이트(illite)는 미세한 입자로 된 백운모족의 광물이며, 백색이거나 엷은 갈색을 뛰고 주로 점토광물 산출지역인 산(山)에서 산출되며, 음이온과 원적외선이 다량 방사되며, 주로 흡착 성능이 뛰어나 흡착제 및 탈취제로 사용이 가능하다. 또한, 보습효과 역시 제공한다.
상기 글리콜(glycol)류는 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 등이 제공될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 글리세린(glycerin)류는 디글리세린, 트리글리세린, 폴리글리세린, 포스포글리세린, 디포스포글리세린 및 트리포스포글리세린 등이 제공될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 글리콜류 및 글리세린류는 경제적이면서, 부작용없이 보습효과를 제공할 수 있음은 당업자에게 익히 알려진 사실이다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 금속화합물 20 내지 40 중량부가 제공된다. 본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 금속화합물은 염화칼슘, 염화칼륨, 염화나트륨, 황산칼슘 및 황산나트륨중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공된다. 금속화합물의 경우, 바람직하게는 염화칼슘이 제공되고, 이는 초기 강도발현을 관여한다. 다만, 염화칼슘에 제한되지 않으며, 이온을 제공할 수 있는 황산나트륨, 염화칼륨 및 염화나트륨도 제공이 가능하다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 산화철은 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3) 및 사산화삼철(Fe3O4)중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 제공될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 산화철은 중금속을 붕괴하는 역할을 제공한다.
한편, 본 발명의 일 실시예를 따르면, 고화재 및 시멘트를 포함하는 시멘트계 조성물이 제공된다. 이 경우, 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 고화재는 1 내지 10 중량부를 포함한다. 바람직하게는 2 내지 4 중량부를 포함한다. 다만, 사용 목적에 따라 상기 시멘트계 조성물에서, 고화재의 농도는 필요에 따라 조절이 가능하다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 고화제를 포함하는 시멘트계 조성물의 경우, 토목재료로 다양하게 제공이 될 수 있다. 콘크리트를 제조할 수 있음은 물론 각종 산업재료에도 적용이 가능하다. 예를 들어서, 석탄재의 경우, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물을 포함하여, 인공제올라이트 및 인공골재화에도 적용이 가능하다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 시멘트계 조성물 및 토양을 포함하는 콘크리트 조성물이 제공된다. 이 경우, 토양 100 중량부에 대하여, 시멘트계 조성물 5 내지 25 중량부를 포함한다.
특히, 기존의 시멘트 조성물의 경우, 콘크리트를 제조하는 경우, 골재인 모래, 자갈 등이 필수적으로 필요함에 비하여, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물은 골재없이 흙만으로도 콘크리트의 제조가 가능함이 특징이다. 특히, 자경성 및 수경성에 의한 고화가 모두 가능하다.
이에, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물에 의해 제조되는 콘크리트의 경우, 반영구적으로 강도 발현을 지속하는 것을 제공한다. 도 1의 결과를 살펴보면, 본 발명의 따른 콘크리트 제조 시, 초기 강도 발현이 빠르고, 그 후 일시적으로 시멘트 고화 강도가 커지는 시기가 다소 느려지는 구간이 있지만, 일정 기간 이후에는 발현이 계속 진행되는 것을 확인할 수 있다.
나아가, 이러한 콘크리트조성물에 의해 제조되는 콘크리트는 건축물, 도로, 노반재, 어초, 소파블록 등에 적용이 가능하며 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 초속경 시멘트에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 제공할 수 있으며, 통상적으로 사용되는 시멘트라면 제한없이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 시멘트계 조성물 및 토양을 포함하는 콘크리트 조성물이 제공된다.
이 경우, 필요에 따라 물, 토양개량제 등이 더 포함될 수 있다. 상기 토양과 시멘트를 혼합하는데, 이는 미세한 미립자를 내포하여 토양이 물을 흡수하여 뭉쳐지는 특성이 있기 때문에, 물을 초기단계에 투입하면 고른 분쇄 및 혼합이 되지 않고 장비에 과부하가 걸리므로, 토사를 충분히 건조시키고 시멘트와 조기 혼합한 후, 필요에 따라 토질개량제 및 물을 투입하는 것이 바람직하다. 건조된 토양와 시멘트가 혼합된 후, 이에 토질개량제는 수용액의 형태로 투입하여 혼합한다. 상기 토질개량제 수용액은 그 농도를 제한하지 않으며, 시멘트 비율에 맞춘 펌프의 분사량에 맞게 필요에 따라 설계하도록 한다. 물 투입량은, 정해져 있는 것은 아니며, 이 기술이 속하는 분야의 기술자라면 모두 알고 있는 수준으로 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, 토양 100 중량부에 대하여, 시멘트계 조성물 5 내지 25 중량부를 포함한다. 상기 범위에서, 토양의 압축강도 및 토양의 결속력 또한 충분하게 유지될 수 있다. 이에 조기 고화가 가능하여, 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 토양은 유기질토, 무기질토, 점성토, 진흙, 개흙, 산모래, 석탄재, 화산재 및 소각재에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것인 포함하며, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어서, 토양 고화에 있어서, 일반적인 지반 개량, 연약 지반 개량, 도로, 노반재, 노상 등의 건설에 있어서, 토양 대비 시멘트계 조성물의 비율을 목적에 따라 그 비율을 조절하여 적용이 가능하다.
나아가, 진흙, 개흙 등을 제공하는 경우 또는 석탄재, 점성토 및 그 혼합물을 제공하는 경우, 자경성 및 수경성을 모두 겸비할 수 있으므로 매립재 또는 기반재로 활용이 가능하며, 해수에서도 고화가 가능하다.
치밀한 조직형성이 가능하여 유기질 또는 무기질을 포함한 토양 모두에서 강도 발현이 우수하다.
나아가, 어초, 소파블록 등의 토목, 건축에 있어서, 2차 제품으로도 제공이 가능하다.
또한, 표층이 불필요한 도로, 농로, 가설 등 조기 복구가 시급한 현장에서 본 발명에 따른 시멘트계 조성물을 제공하여, 단기간에 고강도를 발휘하는 복구에 효율적인 작업을 제공할 수 있으며, 도로, 공원, 운동장, 산책로 등을 조성하는 시공방법에 제공할 수 있음은 물론이다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
(1) 고화재의 제조
리그노설폰산염 소다 29 중량부에 대하여, 카올리나이트 10 중량부, 지르코늄 17 중량부, 염화칼슘 29 중량부 및 산화제일철 14 중량부를 포함하여 고화재를 제조하였다.
(2) 시멘트계 조성물의 제조
포틀랜드시멘트 100중랑부에 대하여, 상기 제조된 고화재 3 중량부롤 포함하여, 시멘트계 조성물을 제조하였다.
(3) 콘크리트 조성물의 제조
점성토 100 중량부에 대하여, 상기 제조된 시멘트계 조성물을 10 중량부, 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 2
실시예1에서 제조한 콘크리트 조성물에서 시멘트계 조성물을 15 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3
실시예1에서 제조한 콘크리트 조성물에서 시멘트계 조성물을 20 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 4
실시예1에서 제조한 시멘트계 조성물에서 점성토를 대신하여, 소각재를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 5
실시예1에서 제조한 시멘트계 조성물에서 점성토를 대신하여, 산모래를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1
시중에 판매중인 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
평가예 1: 콘크리트 강도 발현 결과
실시예 1에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 이용하고, 비교예 1에 따른 시멘트를 사용하여 통상적인 방법으로 콘크리트를 제조하였다. 양생 기간을 관찰하여 강도발현을 측정하였다. 양생 조건은 온도를 23℃로 유지한 상태로 진행하였다. 강도발현 측정은 KS B 5533에서 규정하는 압축 시험기에 의한다. 이에 대한 결과는 도 1에 나타내었다.
또한, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 포함한 콘크리트의 강도발현을 측정하여 표 1에 나타내었다. 참고로 본 측정은 하절기에 나타낸 실험 결과이다.
양생 1일후 3일 후 7일 후 30일 후
실시예 1 측정 불가 10KN/m2 ~ 보행 가능 30KN/m2
5일 정도로 반응 완료		 50KN/m2
실시예 2 보행 가능 20KN/m2 ~ 30KN/m2 ~계속되던 일시적 반응이 대부분 종료 70KN/m2 ~
강도 발현이 계속 진행됨
실시예 3 시공 완료 후수 시간 안에
보행 가능		 30KN/m2 ~ 40KN/m2 70KN/m2
평가예 2: 점성토에 기반한 콘크리트의 물성 결과
상기 실시예 1에 따른 콘크리트 조성물을 3일간 양생하여, 이에 대한 물성을 측정하였다. 다만, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물의 배합량을 표 2와 같이 변경하여 측정하였다.
습윤밀도는 KS F 2311에 의해 측정하였으며,일축압축은 KS F 2405에 따라 측정하였다.파괴변형과 변형계수는 압축 시험기를 통한 응력 변형율 선도로 측정하였다. 또한, 투수 시험은 실내 시험 방식 중 변수위 투수 시험을 통하여 측정 되었다. 이에 대한 결과를 표2에 나타내었다.
배합량
Kg/m3 		습윤밀도
Kg/m3 		함수비
%		 일축압축
Kg/cm2 		파괴변형
%		 변형계수
Kg/cm2
280 2.011 20.61 29.697 1.4 2697.4
320 1.997 21.17 39.906 1.2 4089.1
360 1.989 19.64 51.918 0.9 8485.2
투수 시험 360일 4.75×10-7 cm/S
평가예 3: 소각재에 기반한 콘크리트의 물성 결과
상기 실시예 4에 따른 콘크리트 조성물을 3일간 양생하여, 이에 대한 물성을 측정하였다. 다만, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물의 배합량을 표 3과 같이 변경하여, 측정하였다.
배합량
Kg/m3 		습윤밀도
Kg/m3 		함수비
%		 일축압축
Kg/cm2 		파괴변형
%		 변형계수
Kg/cm2
200 1.766 20.50 38.825 0.8 8823.6
240 1.781 20.29 47.192 0.9 9869.3
253 1.793 18.55 51.521 0.7 12296.4
투수 시험 253일 7.17×10-8 cm/S
평가예 4: 산모래에 기반한 콘크리트의 물성 결과
상기 실시예 5에 따른 콘크리트 조성물을 3일간 양생하여, 이에 대한 물성테스트를 진행하였다. 다만, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물의 배합량을 표 4와 같이 변경하여, 측정하였다.
배합량
Kg/m3 		습윤밀도
Kg/m3 		함수비
%		 일축압축
Kg/cm2 		파괴변형
%		 변형계수
Kg/cm2
130 2.071 11.56 38.528 0.7 7114.5
170 2.090 11.01 50.631 0.7 10278.6
200 2.126 9.18 67.159 0.6 15372.3
240 2.126 9.11 78.202 0.6 18704.2
투수 시험 160일 1.27×10-7 cm/S
먼저, 도 1을 살펴보면, 본 발명의 따른 콘크리트 제조 시, 초기 강도 발현이 빠르고, 그 후 일시적으로 시멘트 고화 강도가 커지는 시기가 다소 느려지는 구간이 있지만, 일정 기간 이후에는 발현이 계속 진행되는 것을 확인할 수 있다. 이에, 반영구적으로 강도 발현을 지속시키는 효과를 확인할 수 있다.
표 2 내지 표 4를 결과를 참고하면, 토양의 종류가 점성토, 소각재 및 산모래의 경우, 본 발명에 따른 시멘트계 조성물의 배합량이 많아질수록 일축압축값, 파괴변형, 변형계수 등의 물성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
더불어, 투수성 또한 양호한 것을 확인할 수 있었다.
이에 본 발명에 따른 시멘트계 조성물에 의하는 경우, 유기질 또는 무기질계 토양에 모두 적용이 될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 별다른 첨가물이 없더라도, 고화가 진행됨을 확인할 수 있다.
더불어, 카올리나트륨 등의 광물을 포함하여, 중금속의 고정화를 도모하여, 중금속 고정화를 도모하여, 콘크리트 제조 시, 중금속이나 오염물질이 재용출되지 않게 하는 효과를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 리그노설폰산계 화합물 20 내지 40 중량부에 대하여, 규산염 광물 1 내지 20 중량부, 보습제 10 내지 30 중량부, 금속화합물 20 내지 40 중량부 및 산화철 5 내지 25 중량부를 포함하고,
    상기 규산염광물은 다공질 형태로 공극의 크기가 5 내지 40 옹스트롬인 것을 특징으로 하는 고화재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리그노설폰산계 화합물은 리그노설폰산염 소다, 리그노설폰산염 칼슘, 리그노설폰산염 나트륨로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 고화재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 규산염광물은 카올리나이트, 제올라이트, 몬트릴로나이트, 필로실리케이트, 스멕타이트, 할로사이트, 논트로나이트, 벤토나이트, 버미큘라이트, 사포나이트 및 베이델라이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 고화재.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보습제는 지르코늄, 알로페인, 일라이트, 글리콜류 및 글리세린류로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 고화재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 금속화합물은 염화칼슘, 염화칼륨, 염화나트륨, 황산칼슘 및 황산나트륨로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 고화재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 산화철은 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3) 및 사산화삼철(Fe2O3) 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 고화재.
  8. 제 1항에 따른 고화재 및 시멘트를 포함하는 시멘트계 조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 고화재는 1 내지 10 중량부를 포함하는 시멘트계 조성물.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 초속경 시멘트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 시멘트계 조성물.
  11. 제 8항에 따른 시멘트계 조성물 및 토양을 포함하는 콘크리트 조성물.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 토양 100 중량부에 대하여, 시멘트계 조성물은 5 내지 25 중량부를 포함하는 콘크리트 조성물.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 토양은 유기질토, 무기질토, 점성토, 산모래, 진흙, 개흙, 석탄재, 화산재 및 소각재로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 콘크리트 조성물.
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