KR102321773B1 - 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법을 개시한다.
본 발명에 따르는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법은 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 플라이애시가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 효과가 있다.

Description

플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법{Strength-strengthening method of concrete-structures with fly ash powder}

본 발명은 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 플라이애시가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 관한 것이다.

종래 국내외적으로 지구온난화로 인해 다양한 정책 및 기술개발이 이루어지고 있으며, 온실가스 감축이 전 세계적으로 최대 이슈가 되고 있음은 주지의 사실이다.

국내에서도 온실가스 30% 감축을 위해 전 분야에서 노력이 필요하며, 화력발전소 및 시멘트 산업과 같이 온실가스를 대량으로 배출하는 산업분야에서는 더욱더 강력한 대책이 필요한 실정이다.

시멘트 산업은 전세계 이산화탄소(CO₂) 발생량의 7%정도를 차지할 정도로 상당히 많은 온실가스를 배출하는 산업으로 시멘트를 대체 할 수 있는 혼화재 개발이 필요한 실정이다.

그 중에서도 화력발전소에서 부산물로 발생되는 석탄재의 일부인 플라이애시는 폐기물 재활용에 따른 부가가치의 창출 및 환경오염방지에 기여할 수 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 플라이애시는 시멘트 콘크리트 제조시의 시멘트 저감용 혼화재로서 많이 사용되고 있다. 또한 콘크리트의 특성 개선, 콘크리트 제품의 가격 저감 및 내구성 개선, 수화열 저감 등의 장점으로 많이 사용되고 있다.

그러나 이러한 장점에도 불구하고 플라이애시를 혼화재로 다량 첨가시 콘크리트의 초기강도가 저감되는 문제로 그 사용량이 제한되고 있는 실정이다.

따라서 플라이애시 사용량을 증가시킬 수 있는 개발이 필요한 실정인데, 이에 대한민국 특허등록 제0887943호 등에서는 플라이애시에 활성화제를 첨가함으로써 플라이애시를 활성화시켜 혼화재로서 시멘트 치환량을 증가시키는 기술이 제시되고 있다.

그러나, 이러한 기술들에 의해서도 플라이애시를 사용함에 따라 발생되는 초기강도 저하의 문제를 충분히 해결할 수 없는 문제가 있다.

또한, 최근 국내의 레미콘 업체에서는 환경보호와 원가절감 목적으로 플라이애시(FA) 등 광물질 혼화재를 다량치환하여 사용하는 경우가 많아지고 있다.

그러나, 의도하지 않은 실수에 의해 광물질 혼화재가 다량치환되어 설계재령에서 설계기준강도가 크게 미달되는 경우가 있는데, 이 경우는 타설된 구조체를 철거하고 재시공 할 수밖에 없음에 따라 공기 및 공사비 등에서 막대한 피해가 발생하게 된다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 플라이애시가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 있어서, 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트구조체의 처리방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라이애시는 분말도 1,500 ~ 6,000㎠/g인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 도포 후 양생 온도는 15 내지 70℃인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 복수회 도포의 간격은 도포막이 건조되기 전에 다음의 도포가 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명에 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 의하면, 플라이애시가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트구조체의 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예(FA 90 중량%)에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예(FA 90중량%)에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예(FA 90중량%)에 의한 모르타르를 수중침지 후 건조한 시료를 촬영한 사진으로, 30분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 콘크리트구조체의 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예(FA 90 중량%)에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예(FA 90중량%)에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예(FA 90중량%)에 의한 모르타르를 수중침지 후 건조한 시료를 촬영한 사진으로, 30분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 것인데, 이를 참고한다.

본 발명에 따르는 콘크리트구조체의 처리방법은 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 처리방법에 있어서, 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기 플라이애시를 포함하는 콘크리트 구조체는 플라이애시 외에 결합재, 잔골재, 굵은골재, 배합수를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 플라이애시는 미분말 상태로 사용하는 것이 바람직한데, 그 분말도는 1,500 ~ 6,000㎠/g인 것일 수 있고, 만일 1,500㎠/g 미만이면, KS L 5405 플라이애시 4종기준 이하이며, 반응성이 작아 강도발현에 불리하고, 반대로 6,000㎠/g을 초과하면, KS L 5405 플라이애시 1종기준 4,500㎠/g이상을 충분히 만족하나, 높은 분말도로 인하여 비경제적이 될 수 있으며, 알칼리 용액의 침투가 어려워 구조체의 회복에 어려움이 있을 수 있다.

아울러, 상기 알카리용액의 농도는 3 내지 20 몰(mol)일 수 있는데, 만일 3 몰 미만이면 알카리용액의 농도가 낮아 강도강화효과가 떨어지므로 문제가 있고, 반대로 20 몰을 초과하면 알카리용액의 점성이 높아져 구조체로의 침투효과가 낮아져 강도강화효과가 떨어져 바람직하지 아니하다.

용매로 물을 사용할 수 있음은 물론이나, 콘크리트구조체 내부로 침투 속도를 향상시키기 위하여 약전해질이나 비전해질 용매를 사용할 수 있다.

또한, 상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하는 것일 수 있는데, 이에 의하여 콘크리트구조체는 표면이나 내부에서 포졸란 반응이 발현되어 경화되며 소원하는 압축강도가 확보될 수 있다.

이러한 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것을 특징으로 하는데, 이러한 이온들은 미반응된 플라이애시에 포함된 칼슘, 실리콘, 알루미늄과 함께 구조체로 진입하는 용액의 수산화기와 반응하여 수화생성물의 생성을 더 빠르게 효과적이 될 수 있다.

아울러, 상기 알칼리 용액의 용매는 아세토니트릴, 아세트산, 불산, 아질산, 메탄올, 에탄올 또는 요소를 사용할 수 있는데, 이러한 용매는 전해성이 약하거나 없는 용매로서 콘크리트구조체에 침투성이 물보다 우수하여 더 깊이 빠른 시간에 금속이온이나 수산화기를 안내하여 포졸란 반응 발현이 유리한 측면이 있다.

한편, 상기 알칼리 용액의 도포 온도는 15 내지 70℃인 것일 수 있는데, 온도에 따라서 알카리 용액 중 이온의 이동속도나 플라이애시의 수화반응 속도의 영향을 미치게 되는데, 만일 15℃ 미만이면, 알칼리 용액과 물의 침투에 이익이 될 수 있으나, 낮은 온도 유지에 에너지가 많이 투하될 수 있고, 반대로 70℃를 초과하면, 에너지 비효율적임은 물론 낮은 온도에서 보다 더 용액이나 물의 침투정도가 낮아져 강도 발현에 불이익하다.

아울러서, 상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것이 바람직한데, 용액이 콘크리트구조체로 침투하는데 도포막을 형성하는 도포면에서 건조되면 용액을 침투시키는 원동력(driving force)이 되는 모세관 움직임이 방해될 수 있으며, 단번에 많은 양을 도포하는 것 보다 미건조 상태가 유지되도록 복수회로 나누어 도포 시공하는 것이 바람직하다.

<실시예>

본 발명에 따르는 콘크리트구조체의 준비는 배합사항으로 B:S(W/B)를 1:3(50중량%)이고, OPC(보통 포틀랜드 시멘트)에 대한 FA치환율은 FA 0 중량%, 30중량%, 90중량%로 준비하고, 또한, 도포 처리방법으로는 FA 90%에 대하여 수산화나트륨 용액, 수산화칼슘 용액을 준비하고, 3시간동안 마르지 않도록 하기 위하여 여러차례 반복하여 도포하였는데, 수산화나트륨의 경우 점성이 없는 액체상태이므로, 30분마다 도포해야 마르지 않은 상태가 되었고, 수산화칼슘의 경우는 점성이 있는 상태이므로, 수 번 도포만으로도 마르지 않은 상태를 유지할 수 있었다. 수산화나트륨과 수산화 칼슘 도포후 양생온도은 20, 65℃ 2수준으로 실시하였으며, 실험사항으로는 경화 모르타르의 압축강도를 재령 3일, 7일, 28일에 측정하였고, 해당 콘크리트 구조체를 수중침지 후 건조 10분을 주기적으로 측정하여 콘크리트의 회복 및 강도 강화를 육안상으로 확인하였다.

1) FA 90의 배합에서만 강도회복법 적용

2) 모든 수준에 적용

3) NaOH, Ca(OH)₂의 도포에 대하여만 적용함

도 1을 참고하면, 이는 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 것인데, 재령일이 증가함에 따라 압축강도는 증가하였지만 FA의 치환율이 90 중량%인 경우에는 그 정도가 미미함을 알 수 있다.

또한, 도 2는 FA 90%에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 것으로,

재령일이 경과하면서 압축강도는 증가하였지만, 20℃ 양생의 경우에는 증가가 미미하였으나, 65℃ 양생의 경우에는 7일까지는 FA 30중량%보다 높게 발현되었고, 28일까지는 약간 증가하였으며, 양생온도 20℃의 경우 3.5㎫로 10.3%인 반면에, 65℃에서는 17.6㎫로 53.3%의 압축강도를 발휘하였다.

아울러, 도 3은 FA 90중량%에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 것인데, 재령일이 경과하면서 압축강도는 7일일때는 비슷한 경향을 보이나 28일로 가면서 65℃가 더 높게 발휘하는 경향으로 나왔으며, 재령 28일의 압축강도와 강도발현율은 양생온도 20℃일 경우 6.4㎫로 19.4%인 반면에 65℃인 경우에는 10.4㎫로 31.5%로 낮은 압축강도를 나타내었고, 수산화칼슘을 사용하여 도포할 경우는 20℃보다 65℃로 유지시켜주는 것이 침투성 및 강도발현에 있어 더 좋은 결과를 보여준다.

그러나 재령 7일, 28일, 온도 20℃, 65℃ 모두 수산화나트륨의 압축강도 및 강도발현율보다는 낮은 경향을 보여준다.

또한, 도 4는 OPC에 대한 FA치환율 90%인 모르타르를 수중침지 후 건조한 것을 60분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 사진인데, 시간경과에 따라 수산화나트륨을 도포한 것이 20℃에서 60분부터 반응이 된 부분과 되지 아니한 부분의 경계선이 나타나기 시작하였고, 120분 경과되며 경계선이 더욱 뚜렷하지만 65℃는 경계선을 찾을 수 없었다.

그러나, 수산화칼슘을 도포한 것은 120분이 지나도록 경계선은 관찰되지 아니하였고, 수산화나트륨을 도포한 공시체보다 전체적으로 수분을 많이 함유하고 있는 것을 알 수 있었다.

즉, 재령 28일 압축강도는 수산화칼슘을 사용하여 도포한 것보다 수산화나트륨을 사용한 것이 더 높은 압축강도를 보였고, 양생온도 20℃보다 65℃에서 양생시키는 것이 강도회복을 위한 도포재의 침투깊이 및 FA와의 반응을 촉진시켜 강도회복이 증가함을 알 수 있고, 수중침지후 건조에서는 65℃에서 수산화나트륨을 도포한 것이 침투깊이의 경계선을 가장 뚜렷하게 나타냄을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 있어서,
   상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하고,
   상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하며,
   상기 알칼리 용액의 용매는 아세토니트릴, 아세트산, 불산, 아질산, 메탄올, 에탄올 또는 요소를 사용하고,
   상기 알카리용액의 농도는 3 내지 20 몰(mol)이며,
   상기 알칼리 용액의 도포 온도는 15 내지 70℃인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플라이애시는 분말도 1,500~6,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 복수회 도포의 간격은 도포막이 건조되기 전에 다음의 도포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.

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