KR102326273B1 - 동결융해 저항성이 우수한 조성물로 된 콘크리트 및 이의 제조방법 - Google Patents

동결융해 저항성이 우수한 조성물로 된 콘크리트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물 시공 또는 도로 포장 등에 원료로 사용되는 조성물로 된 콘크리트에 관한 것으로 동결 융해 저항성이 높으면서도 이미 발생한 표면 또는 내부 균열에 대해 자가치유 가능하도록 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물을 포함하되 결합제는 결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함하고, 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0. 3 mm 이고, 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45로 하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid) 중에서 선택되는 결정성 유기 화합물을 더 포함할 수 있고, 또한 결합재 100 중량부에 대하여 AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 포함할 수 있으며, 조성물로 된 콘크리트로 시공한 구조물 표면에 대해 UV 조사를 시켜 양생함으로써 양생 시간을 줄일 수 있고 내부 조직이 치밀해져 외부, 내부 환경에 대해 저항성을 가질 수 있다.

Description

동결융해 저항성이 우수한 조성물로 된 콘크리트 및 이의 제조방법{Concrete for preventing freezing and melting and its manufacturing method}
본 발명은 건축물 시공 또는 도로 포장 등에 원료로 사용되는 동결융해 저항성이 우수한 조성물로 된 콘크리트에 관한 것이다.
콘크리트는 시멘트와 물,모래,자갈 그리고 강도를 위한 골재 및 혼화재료를 적절하게 배합하여 굳힌 혼합물로서, 콘트리트 구조물은 높은 내구성을 구비하고 있어 반영구적으로 사용할 수 있는 것으로 인정되어 왔다.
그러나 최근의 많은 연구 결과와 기존 구조물의 조사 결과 철근 콘크리트 구조물도 경년 열화현상을 피할 수 없는 것으로 밝혀지고 있다. 특히 구조물의 축조 후 수십 년을 넘기지 못하고 본래의 기능을 상실하게 되는 사례가 종종 보고 되고 있다. 콘크리트 구조물은 콘크리트의 압축 강도와 내구성 및 경제성 등의 장점을 가지고 있기는 하나, 콘크리트는 중성화에 의한 내구성 저하, 동결융해에 대한 저항성이 적고, 잦은 폭설로 인한 제설작업을 위하여 염화칼슘이 대량 사용됨에 따라 염해에 의해 콘크리트 구조물 표면의 스케일링 발생, 구조물 내부 철근의 부식 발생, 구체 균열 발생 등으로 내구성이 떨어져 기능을 상실하는 문제점이 대두되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국공개특허 제10-2020-0101023호는 미생물 기반 자기치유 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기치유 콘크리트의 제조방법에 관한 것으로서 우레아 분해 기능을 가지는 미생물에 의해 탄산칼슘 결정을 생성시켜 콘크리트 표면에 존재하는 공극을 탄산칼슘으로 충전하고 코팅하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 우레아 분해 기능을 가지는 미생물을 이용하는 경우 콘크리트 내부에서 발생하는 균열에 의해서는 자가치유기능을 발휘할 수 없는 단점이 있다.
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대한민국 공개특허공보 제10-2020-0101023 (2020.08.27)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안한 것으로서, 본 발명은 콘크리트를 이루는 잔골재의 미립분, 잔골재율 및 굵은골재의 입형을 조절하여 균일성과 치밀성을 증가시킴으로서 동결융해 저항성을 갖는 조성물로 된 콘크리트를 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 동결 융해 작용 반복으로 인해 이미 발생된 콘크리트 구조물의 표면 균열, 내부 균열에 대해 자가보수가 가능하도록 함으로써 별도의 보수 공정을 거치지 않고 자체 치유할 수 있는 조성물로 된 콘크리트를 제공하고자 하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물을 포함하는 조성물로 된 콘크리트로서, 상기 결합재는 결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함하고, 상기 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0. 3 mm 이고, 상기 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45인 것을 특징으로 하는 조성물로 된 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트를 제공한다.
또한 본 발명은 결정성 유기 화합물을 더 포함하고, 상기 결정성 유기 화합물은 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid) 중에서 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 결합재 100 중량부에 대하여 AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 결합재 및 상기 물을 혼합하여 교반하는 단계; ‚–은골재와 잔골재를 투입하여 교반하는 단계를 포함하고, 결합재는 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부이고, 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0. 3 mm 이고, 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45인 것을 특징으로 하는 조성물로 된 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트의 제조방법을 제공한다.
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본 발명에 따른 조성물로 된 콘크리트는 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0. 3 mm 이고, 굵은골재 대비 잔골재의 비가 55 내지 60 대 40 내지 45이므로 재료 분리가 일어나지 않고 조성물 내 공기포수가 조절되면서도 조성물의 치밀도가 높아져 온도 격차가 높은 외부 환경에서도 동결 융해에 대해 저항성이 우수한 효과가 있다. 또한 굵은골재 대비 잔골재의 비가 55 대 45 보다 크지 않도록 하여 잔골재 함량을 과도하게 높이지 않으면서도 콘크리트 조성물의 유동성을 높일 수 있으므로 본 발명에 따른 조성물로 된 콘크리트를 이용한 워커빌리티에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.
또한 본 발명은 결정성 유기 화합물을 더 포함함으로써 콘크리트 구조물에 이미 발생된 균열에 대해 수분과 반응으로 결정체를 형성할 수 있어 별도의 보수 공정을 거치지 않고도 자가치유가 가능하다.
또한 본 발명에 따른 조성물로 된 콘크리트로 시공한 구조물 표면에 대해 UV 조사를 시켜 양생함으로써 양생 시간을 줄일 수 있고 내부 조직이 치밀해져 외부, 내부 환경에 대해 저항성을 가질 수 있다.
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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물로 된 콘크리트의 제조방법을 도시한 순서도이다.
이에 본 발명자들은 동결 융해에 저항성이 강하고 콘크리트에 발생한 균열의 자가 치유 능력이 우수한 조성물로 된 콘크리트를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 굵은골재 대비 잔골재의 함량을 조절하고 결정성 유기 화합물을 이용함으로써 본 발명을 완성하였다. 이하에서는 “본 발명의 콘크리트 조성물”, “결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물의 혼합물”, “결정성 유기 화합물을 더 포함한 혼합물”, “AE제를 더 포함한 혼합물” 에 대해 모두 ‘콘크리트 조성물’이라 칭하고, 조성물로 된 콘크리트를 원재료로 이용하여 시공한 구조물을 ‘콘크리트 구조물’이라 칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물로 된 콘크리트는 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물을 포함하며 결합재는 시멘트, 실리카 퓸, 고로슬래그 미분말및 플라이애시가 혼합될 수 있다. 결합제는 결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함할 수 있다. 고로슬래그 및 플라이애쉬의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 굵은골재와 잔골재 중에서 입도 차이가 큰 입자들과 균일하게 혼합되지 않게 된다. 따라서 재료 분리가 일어나거나 조성물의 유동성을 조절하기 어렵고 조성물의 제조 및 구조물의 시공에 있어서 지속적으로 혼합 검수해야 하는 불편이 있으며 구조물의 견고함이 떨어지고 내구성이 부족하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 균일성 및 치밀성을 향상시킨 콘크리트에서, 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45 이다. 상기 굵은골재 대비 잔골재의 비가 60 대 40 보다 작으면 입도가 비교적 큰 굵은골재 함량이 상대적으로 많아지므로 재료의 분리가 일어나거나 콘크리트 조성물 내부에 공기포수가 많아져, 조성물의 치밀도가 낮아져 외부 환경 변화에 취약해질 수 있다. 반면 상기 굵은골재 대비 잔골재의 비가 55 대 45 보다 크면 잔골재 함량이 상대적으로 높아지는데, 이 경우 콘크리트의 점성이 높아져 유동성이 낮아짐으로써 시공난이도가 높아지게 된다.
본 발명에서 잔골재는 0.15mm체를 통과하는 질량 백분율이 0%이고 0.3mm체를 통과하는 질량 백분율이 10% 이하로 설정되도록 상기 잔골재의 입도를 선별하는 것을 특징으로 한다. 상기 굵은골재의 입형 판정 실적률은 56~58%일 수 있다. 즉, 굵은골재는 일반적으로 잘게 부순 돌 즉, 쇄석을 사용하므로 골재의 입형이 콘크리트의 작업성 및 강도에 큰 영향을 주고 있으며, 예를 들면, 콘크리트용 쇄석에 관한 KS규격(KS F 2527)에 따르면, 굵은골재의 입형 판정 실적률을 55% 이상으로 규정하고 있지만, 초고강도 콘크리트에 입형 판정 실적률이 55%인 굵은골재를 사용할 경우, 작업성이 크게 저하되므로, 굵은골재의 입형 판정 실적률은 56~58%인 것이 바람직하다. 만일, 굵은골재의 입형 판정 실적률이 58% 이상일 경우, 콘크리트 유동성 향상에 유리하지만 굵은골재 가격 상승의 원인이 될 수 있으므로 56~58%의 입형 판정 실적률을 만족하는 굵은골재를 사용한다.
본 발명의 조성물로 된 콘크리트는 결정성 유기 화합물을 더 포함할 수 있다. 결정성 유기 화합물은 콘크리트 구조물에 발생된 균열을 통해 침투한 물과 반응하여 결정체를 형성함으로써 균열을 밀봉함으로써 균열을 채우고 더 이상 균열이 커지지 않도록 한다. 또한 상기 결정성 유기 화합물은 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 멘톨은 한 개의 고리로 이루어진 모노테르펜에 속하는 알코올이며, 박하의 잎이나 줄기를 수증기 증류하여 얻을 수 있다. 또한 상기 벤조산은 방향족 카르복실산의 하나로 무색의 결정성 고체이다. 또한 상기 프탈산은 방향족 다이카르복실산의 일종이다. 또한 상기 결정성 유기 화합물은 상기 결합재 100 중량부에 대하여 15.93-16.33 중량부인 것이 바람직한데, 상기 결정성 유기 화합물이 15.93 중량부 미만으로 포함되면 지속적인 결정체 형성 효과가 떨어지기 때문에 균열 밀봉 성능이 저하되어 바람직하지 않으며, 상기 결정성 유기 화합물이 16.33 중량부를 초과하여 포함되면 본 발명에 따른 결정성장형 복합 방수제의 다른 조성물이 반응하는 것을 방해하여 본 발명의 목적을 달성하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 조성물로 된 콘크리트는 결합재 100 중량부에 대하여 AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 포함할 수 있다. AE제는 조성물로 된 콘크리트 내에 다량의 미세 공극 즉 공기포를 형성함으로써 상기 결정성 유기 화합물이 물과 반응할 수 있는 환경을 조성한다. 상기 AE제는 결합재 100 중량부에 대하여 0.3 ~ 1.0 중량부인 것이 바람직한데 AE제가 0.3 중량부 미만으로 혼입될 경우 공기 연행이 거의 되지 않아 결정성 유기 화합물과 물의 반응이 저조하여 자가치유 능력이 부족하고 AE제가 1.0 중량부를 초과하게 되면 공기포수가 많아져, 조성물의 치밀도가 낮아져 외부 환경 변화에 취약해질 수 있다.
본 발명에서 제조된 조성물로 된 콘크리트로 시공한 구조물 표면에 대해 UV 조사를 시켜 양생할 수 있다. UV 조사를 통하면 양생 시간을 줄일 수 있고 내부 조직이 치밀해져 외부, 내부 환경에 대해 더 높은 저항성을 가질 수 있다. UV 조사는 시공 직후 또는 시공 후 2시간 전에 수행해야 경화 반응이 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물로 된 콘크리트의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 조성물로 된 콘크리트는
결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함하는 결합재, 0.15 mm 내지 0. 3 mm 입도의 잔골재와 ‚–은골재 및 물을 준비하는 단계(S110);
상기 결합재 및 상기 물을 혼합하여 교반하는 단계(S120);
상기 굵은골재와 상기 잔골재를 투입(S130)하되 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45가 되도록 투입하여 교반하는 단계를 포함하여 제조된다.
여기서 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid) 중에서 선택된 어느 하나의 결정성 유기 화합물을 투입하는 단계(S140)를 더 포함하여 조성물의 자가치유 능력을 높일 수 있다.
또한 결합재 및 상기 물을 혼합하여 교반하는 단계에서, 결합재 100 중량부에 대하여 AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 투입하여 혼합(S150)함으로써 공기포수를 조절하여 조성물의 치밀도 결과적으로 높일 수 있다.
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이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
S110 : 결합재, 굵은골재 및 물을 준비하는 단계
S120 : 결합재와 물을 혼합 및 교반하는 단계
S130 : 굵은골재와 잔골재를 투입 및 교반하는 단계
S140 : 결정성 유기 화합물 투입하는 단계
S150 : AE제를 투입하는 단계

Claims (7)

  1. 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물을 포함하는 조성물로 된 콘크리트에 있어서,
    상기 결합재는 결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함하고,
    상기 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0.3 mm 이고, 상기 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45의 비로 포함하고,
    상기 조성물은 UV 조사를 통해 양생되어 제조되는 것을 특징으로 하는 조성물로 된 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    결정성 유기 화합물을 더 포함하고, 결정성 유기 화합물은 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid) 중에서 선택하는 것을 특징으로 하는 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여, AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트.
  4. 삭제
  5. 결합재, 굵은골재, 잔골재 및 물을 포함하는 조성물로 된 콘크리트의 제조방법에 있어서,
    상기 결합재 및 상기 물을 혼합하여 교반하는 단계;
    상기 굵은골재와 상기 잔골재를 투입하여 교반하는 단계를 포함하고,
    상기 결합재는 결합재 100 중량부에 대하여 고로슬래그 20~30 중량부, 플라이애쉬 15~25 중량부를 포함하고,
    상기 잔골재의 입도는 0.15 mm 내지 0.3 mm 이고, 상기 굵은골재 대비 잔골재의 비는 55 내지 60 대 40 내지 45의 비로 포함하고,
    상기 조성물은 UV 조사를 통해 양생되어 제조되는 것을 특징으로 하는 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 굵은골재와 상기 잔골재를 투입하여 교반한 후 결정성 유기 화합물을 투입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 결정성 유기 화합물은 멘톨(Menthol), 벤조산(benzoic acid) 및 프탈산(phthalic acid) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 결합재 및 상기 물을 혼합하여 교반하는 단계에서, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 AE제 0.3 ~ 1.0 중량부를 더 투입하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 동결 융해 저항성이 우수한 콘크리트의 제조방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101329698B1 (ko) * 2013-06-19 2013-11-14 우경기술주식회사 균열 자가 치유가 가능한 결정성장형 복합 방수제 및 이를 이용한 철근 콘크리트의 타설방법
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KR20200101023A (ko) 2019-02-19 2020-08-27 한국과학기술원 미생물 기반 자기치유 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기치유 콘크리트의 제조방법

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