KR102350627B1 - 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 시공 방법 - Google Patents

조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그를 포함하고, 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들이 균질하게 혼입되어 있는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 제조 방법이 제공되는데, 상기 미세기포들은 0.3 내지 1mm의 평균입도를 가지며, 조성물 총중량에 대해 5 내지 20함량%의 비율로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물은, 고가의 경량화 및/또는 기포화 재료들을 사용함이 없이, 유동성, 밀도, 압축강도, 침하량 등의 기초 특성이 우수하고, 5 내지 15℃의 낮은 양생온도에서도 안정된 기포를 형성하고 조기 압축강도가 우수하여, 기포의 소포에 의한 침하를 방지할 수 있다.

Description

조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 시공 방법{LIGHTWEIGHT FOAMING CONCRETE COMPOSITION FOR EARLY STRENGTH IMPROVEMENT AND SINK PREVENTION, AND PREPARATION THEREOF}
본 발명은 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조기강도 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물과 공동주택 바닥 및 토목공사 현장 등의 현장 시공방법에 관한 것이다.
포틀랜드 시멘트는 석회석, 점토, 규석, 산화철 원료 등을 건조한 후 적정비율로 배합하고, 배합된 원료를 킬른(Kiln)에서 1450℃로 소성하여 냉각한 클링커(Clinker)에 적당량의 석고를 첨가하여 분쇄 밀(mill)에서 미분쇄하여 제조한다. 따라서 시멘트산업은 이와 같이 대량의 화석연료와 에너지를 많이 소비하는 대표적인 산업으로 소성시 석회석의 탈탄산 반응과 화석원료의 사용 때문에 온실가스의 주범인 이산화탄소(CO2)를 시멘트 1톤당 약 0.8톤을 배출하고 있다.
이는 전 세계적으로는 이산화탄소 총배출량의 약 8%를 배출하고, 국내는 약 10%를 배출하는 대표적인 온실가스 대량 배출산업이다. 2015년 12월 파리 기후변화협약(COP21)에서 “신 기후 변화 체제”를 발표한 후 시멘트 산업에서도 온실감축 주범인 이산화탄소를 줄이기 위한 노력을 진행하고 있다. 유럽은 시멘트산업에서 이산화탄소를 감축하기 위해 Aether Project(Lafarge Cement)와 Eco-binder Project(European Commission)를 진행하고 있고, 일본은 혁신적 시멘트 제조 프로세스 기반기술 개발 등을 진행하고 있다.
이들 프로젝트에서는 기존 시멘트에 사용되는 클링커보다 약 100~200℃ 낮은 온도에서 소성이 가능한 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4, Ye’elimite또는 CSA) 클링커 및 이를 활용한 BCT(Belite Calciumsulfoaluminate Ternesite), BYF(Belite, Ye’elimite, Ferrite phases), BeliteHauyne계 등 다양한 클링커 개발을 진행하고 있다.
일반적으로 칼슘설포알루미네트계 클링커는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 무수석고(CaSO4)등의 성분을 포함하며, 여기에 무수석고(CaSO4)와 생석회(CaO)를 적당량 혼합하게 되면 이들의 혼합비에 따라 속경성, 팽창성 그리고 조강성을 갖는 시멘트가 제조된다.
칼슘설포알루미네이트계 시멘트는, 물과의 수화반응으로 침상 및 주상의 에트링자이트(C3A·3CaSO4·32H2O)등의 수화물 결정성장의 활성화로 인해 팽창성을 나타냄으로써, 포틀랜드 시멘트의 단점인 건조수축에 의한 경화체의 균열을 방지하고, 인장강도를 증진시킬 수 있는 것이다.
경량기포 콘크리트는 시멘트와 물을 혼합한 시멘트 슬러리에 기포제로 발표시킨 일정량의 폼(Foam)을 혼합하여 무수히 많은 독립기포를 형성시켜 만든 콘크리트이다.
기포콘크리트는 밀도가 낮은 경량재료로서 단열, 방음, 경량 등의 우수한 특징을 가진 건설재료로서 가치와 활용도가 우수하다. 국내에서 경량기포 콘크리트는 공동주택 바닥 난방 공사에서 단열 및 난방 파이프 고정 등의 목적, 노후화되어 폐쇄된 상수관 또는 하수관의 채움재, 싱크홀의 채움재, 각종 성토공사에 사용된다.
기포콘크리트는 제 성능을 발휘하기 위해서 경화되기 전에 기포가 소포되지 않아야 한다. 그러나 양생온도가 낮거나 일반 혼합재료인 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 등을 사용할 경우 기포콘크리트의 응결시간이 늦어져 내부 기포가 소포되어 침하와 균열이 발생되어 제 성능을 발휘하지 못하는 경우가 발생한다(도 1a 및 도 1b 참조).
종래 기술에서는 경량성 및 기포성을 보완하기 위하여, 발포석, 에어로젤 등의 고가의 경량화 재료 및/또는 후발포제 등의 기포화 재료들을 사용하여 상술한 문제점을 해결하고자 하였다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 복수의 미세 기포들을 포함하는 시멘트; 상기 미세 기포들을 포위하고, 1mm 이하의 직경을 갖는 복수의 미립자 바텀애쉬들; 상기 시멘트와 혼합된 진주 발포석; 및 기포제 및 비표면적이 600 내지 800m2/g인 실리카 에어로겔을 포함하고, 상기 복수의 미세 기포들은 0.3mm 이하의 직경을 갖는, 경량 기포 콘크리트 조성물이 개시되어 있다. 상기 문헌의 경량기포 콘크리트 조성물은 고가의 경량성 첨가물(진주 발포석 및 실리카 에어로겔)을 사용하여 비용이 높고, 제조과정이 복잡하여 공사현장에서 시공하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
이런 상황에서, 동절기와 같이 양생온도가 낮을 경우 기포의 셀 안정성이 저하되어 기포의 소포현상이 빨라질 뿐 아니라, 고가의 경량화 재료 및/또는 기포 재료를 사용하지 않고, 포틀랜드 시멘트(OPC)와 같이 일반적인 혼합재료들만을 사용하면 저온에서의 느린 경화 속도로 인해 소포로 인한 침하현상 (기포 꺼짐 현상) 등이 발생할 우려가 있다.
따라서, 낮은 양생온도 및 일반 혼합재료의 사용으로 인한 기포콘크리트의 소포현상 때문에 발생하는 침하 및 균열을 방지할 수 있도록, 제조가 간단하고 공사현장에서 시공이 간편한 새로운 경량기포 콘크리트 조성물이 절실히 요구되고 있다.
종래 현장에서 경량기포 콘크리트를 배합하는 방식은 시공자의 경험에 의한 것이 대부분이며, 이러한 방법을 통해 시공된 경량기포 콘크리트는 품질 안정성이 떨어지고 불균일한 품질특성으로 인해 시공현장에서 하자가 발생되는 원인이 되고 있다. 따라서 정확하게 원료를 계량하기 위해 유량계와 계량계를 적용하고, 정량계량을 통해 연속식으로 경량기포 콘크리트를 현장으로 압송하는 공정이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2005464호(2019.07.30. 공고)
본 발명의 목적은, 상술한 요구에 부응하여, 경량기포 콘크리트에서 동절기의 낮은 양생 온도 및 일반 혼합재료의 사용으로 인한 소포현상 때문에 발생하는 침하 및 균열을 방지하기 위하여, 속경성을 가진 칼슘설포알루미네이트(이하, CSA)를 사용하여, 콘크리트의 유동성, 밀도, 압축강도 및 침하량 등 기초특성을 유지하면서, 조기 강도가 높고 침하 및 균열이 방지될 수 있는 새로운 경량기포 콘크리트 조성물을 개발하고, 연속식 공정을 통해 균일한 품질의 경량기포 콘크리트 시공에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 및 미분탄 플라이애쉬 및/또는 고로슬래그를 포함하고, 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들이 균질하게 혼입되어 있는, 경량기포 콘크리트 조성물을 제공하는데, 상기 미세기포들은 0.3 내지 1mm의 평균입도를 가지며, 조성물에 대해 5 내지 20함량%의 비율로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경량기포 콘크리트 조성물은 포틀랜드 시멘트 60~87중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~18중량%, 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그 8~22중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세기포는 식물성 계면활성계 기포제, 기포안정제 및 점도제를 포함하는 용액을 사용하여 선발포된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물성 계면활성계 기포제는 도데실황산 나트륨, 도데실벤젠술폰산 나트륨 및 구조식 RO(CH2CH2O)mSO3 -Na+의 알킬옥시화된 폴리에틸렌글리콜술폰산 나트륨 (식중 R은 C10-C24를 나타내고, m은 2 내지 5의 정수를 나타냄)로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 음이온성 계면활성제일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다른 경량화 재료 및 기포화 재료를 사용함이 없이, 10℃ 부근 또는 그 이하의 낮은 양생 온도에서, 포틀랜드 시멘트로 된 콘크리트 조성물에 비해 압축강도 및 조기압축강도가 더 높고 침하깊이가 더 적을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경량기포 콘크리트의 원료 (물, 시멘트 배합물, 기포액)를 혼합하고, 연속식 압송펌프를 통해 현장까지 압송하여 균일한 품질을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
(단계 1) 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하는 단계(S100);
(단계 2) 상기 시멘트 배합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 제조하는 단계(S200);
(단계 3) 상기 혼합 페이스트에 친환경 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들을 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하는 단계(S300);
(단계 4) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S400);를 포함하는 경량기포 콘크리트 조성물의 제조 방법이 제공되며, 상기 미세기포들은 0.3 내지 1mm의 평균입도를 가지며, 조성물에 대해 5 내지 20함량%의 비율로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
(단계 1) 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트 및 미분탄 플라이애쉬를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하는 단계(S100);
(단계 2) 상기 시멘트 배합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 제조하는 단계(S200);
(단계 3) 상기 혼합 페이스트에 친환경 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들을 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하는 단계(S300);
(단계 4a) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 연속식 압송펌프를 통해 시공현장으로 압송하는 단계(S420); 및
(단계 4b) 상기 압송된 경량기포 콘크리트 슬러리를 공동주택 바닥 및 토목 시공현장에 시공하는 단계(S440).
(단계 4c) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S460);
를 포함하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법이 제공되며, 상기 미세기포들은 0.3 내지 1mm의 평균입도를 가지며, 조성물에 대해 5 내지 20함량%의 비율로 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 1에서, 포틀랜드 시멘트 60~87중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~18중량% 및 미분탄플라이애쉬 또는 고로슬래그 8~22중량%를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 2에서, 물을 혼합 페이스트에 대해 30 내지 70중량%의 양으로 배합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 3에서, 상기 미세기포는 친환경 식물성 계면활성계 기포제, 기포안정제 및 점도제를 포함하는 용액을 사용하여 선발포된 것일 수 있으며, 이때, 상기 계면활성제는 도데실황산 나트륨, 도데실벤젠술폰산 나트륨 및 구조식 RO(CH2CH2O)mSO3 -Na+의 알킬옥시화된 폴리에틸렌글리콜술폰산 나트륨 (식중 R은 C10-C24를 나타내고, m은 2 내지 5의 정수를 나타냄)로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 음이온성 계면활성제일 수 있다.
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물은, 고가의 경량화 및/또는 기포화 재료들을 사용함이 없이, 유동성, 밀도, 압축강도, 침하량 등의 기초 특성이 우수하고, 15℃ 이하의 낮은 양생온도에서도 안정된 기포를 형성하고 조기 압축강도가 우수하여, 기포의 소포에 의한 침하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물의 균일한 품질을 통해 공동주택 바닥시공 현장 및 토목공사 현장과 폐갱도 또는 천연동굴 동공부 및 시공된 터널, 도로, 기타시설물이 안전하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 경량기포 콘크리트를 사용한 바닥설치 작업장에서 발생한 균열 및 경량충전 작업장에서 발생한 침하를 각각 보여주는 사진이다.
도 2a는 본 발명의 경량기포 콘크리트 조성물의 제조 방법의 일 실시예에 따른 공정순서도를 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따라 안전한 경량기포 콘크리트 조성물을 고품질로 현장에서 시공할 수 있는 시공 방법의 일 실시예에 따른 공정순서도를 보여주는 도면이다.
도 3은 공동주택 바닥 및 토목공사 현장을 고품질로 시공하기 위해 경량기포 콘크리트를 사용한 연속식 시공 장치의 모식도를 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 경량기포 콘크리트 조성물에서 측정된 플로우, 겉보기밀도, 압축강도 및 침하깊이를 각각 보여주는 그래프이다.
도 8 내지 도10은 본 발명의 실시예 3 및 4에서 제조된 0.4품 및 0.6품 경량기포 콘크리트 조성물에서 측정된 겉보기밀도, 압축강도 및 침하깊이를 각각 보여주는 그래프이다.
도11은 실시예1에 따라 랩 테스트(lab test)에서 제조된 경량기포 콘크리트 조성물 및 현장시공에서 제조된 경량기포 콘크리트 조성물의 압축강도를 비교한 것을 보여주는 그래프이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물은 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로 슬래그를 포함하고, 친환경 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들이 균질하게 혼입되어 있으며, 상기 미세기포들은 0.3 내지 1mm, 바람직하게는 0.4 내지 0.8mm의 평균입도를 가지며, 조성물에 대해 5 내지 20함량%, 바람직하게는 7 내지 15함량%의 비율로 포함될 수 있다.
상기 경량기포 콘크리트 조성물은 포틀랜드 시멘트 60~87중량%, 바람직하게는 65~75중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~18중량%, 바람직하게는 5~15중량% 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그 8~22중량%, 바람직하게는 10~20중량%를 포함할 수 있다.
칼슘설포알루미네이트(CSA)가 상기 범위보다 적으면 조기강도 향상효과가 저하되고, 상기 범위보다 높으면 에트링가이트가 너무 많이 생성되고 이로 인해 과팽창으로 인해 균열을 야기하는 등, 오히려 콘크리트 물성을 저하시킬 우려가 있다. 플라이애쉬(F/A) 및 고로슬래그는 상기 범위보다 적으면 기포가 불안정해질 우려가 있고, 상기 범위보다 많으면 수분을 흡착하여 양생을 저하시키거나 조기압축강도 등을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물성 계면활성계 기포제는 통상적으로 사용되는 식물성 계면활성제에서 선택될 수 있으며, 예를 들면, 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로는, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 구조식 RO(CH2CH2O)mSO3 -Na+의 알킬옥시화된 폴리에틸렌글리콜술폰산나트륨(식중 R은 C10-C24를 나타내고, m은 2 내지 5의 정수를 나타냄)을 갖는 음이온성 계면활성제, 알칸올(장쇄지방알콜), 일반 세제(음이온, 양이온, 비이온 계면활성제) 등을 언급할 수 있다.
이러한 식물성 계면활성계 기포제를 사용하여 제조된 경량기포 콘크리트에서는 기포방이 전체로 연결되어 있어 방음 및 단열성능이 감소된다는 단점이 있지만, 유동성 및 평활성이 우수하여 작업성이 좋고, 상부침하가 거의 없고, 비용이 저가라는 장점이 있다.
상기 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포는 기포 슬러리 형태로 사용될 수 있다. 기포 슬러리는 물 100 중량부에 계면활성계 기포제 3~15중량%, 바람직하게는 4~12중량%, 더욱 바람직하게는 5~10중량% 및 임의의 첨가제를 투입하고, 예를 들어 발포장치 또는 기포발생장치 등을 사용하여 선발포함으로써 제조될 수 있다. 이러한 기포 슬러리는 제조에 사용된 물, 계면활성제 및 첨가제의 비율에 따라 기포율을 조절할 수 있으며, 콘크리트 슬러리와의 배합비율(함량)은 부피비(부피%)에 따라 결정할 수 있지만, 시공 현장에서는 상기 성분들의 중량에 따른 중량비(중량%)에 따라 결정하는 것이 편할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기포 슬러리는 경량기포 콘크리트 슬러리의 중량을 기준으로 5 내지 20함량%, 바람직하게는 7 내지 15함량%의 비율로 첨가하고, 5분 내지 30분 동안, 바람직하게는 10분 내지 20분 동안 교반 또는 혼련함으로서기포의 소포를 최대한 방지하면서 혼합할 수 있다.
상기 식물성 계면활성계 기포제와 함께 사용될 수 있는 첨가제로는 사포닌(saponin), 기포안정제, 점도제 등을 언급할 수 있다. 이러한 기포안정제 및 점도제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물은, 다른 경량화 재료 및 기포화 재료를 사용함이 없이, 5 내지 15℃, 바람직하게는 10℃ 부근의 낮은 양생 온도에서 포틀랜드 시멘트로 된 콘크리트 조성물에 비해 조기압축강도(예. 재령 3일 압축강도) 및 재령 압축강도(예. 재령 7일 및/또는 재령 28일 압축강도)가 더 높고 침하깊이가 월등히 더 적을 수 있다 (도 6 및 도 7 참조).
본 발명에 따른 경량기포 콘크리트 조성물에 있어서, 상술한 바처럼 5 내지 15℃의 낮은 양생온도에서 우수한 조기 압축강도와 재령 압축강도, 그리고 탁월한 침하깊이 특성을 나타낼 수 있다고 기재되어 있지만, 15℃ 이상, 구체적으로 15 내지 25℃의 일반적인 양생 온도에서도 상술한 효과를 나타낼 수 있음은 물론이다.
도 2a는 본 발명의 경량기포 콘크리트 조성물의 제조 방법의 일 실시예에 따른 공정순서도를 보여주는 도면으로서, 하기 단계를 포함한다:
(단계 1) 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하는 단계(S100);
(단계 2) 상기 시멘트 배합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 제조하는 단계(S200);
(단계 3) 상기 혼합 페이스트에 식물성 계면활성제로 선발포된 미세기포들을 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하는 단계(S300);
(단계 4) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S400).
또한 도 2b는 안전한 경량기포 콘크리트 조성물을 고품질로 현장에서 시공할 수 있는 시공 방법의 일 실시예에 따른 공정순서도를 보여주는 도면으로서, 하기 단계를 포함한다:
(단계 1) 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트 및 미분탄 플라이애쉬를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하는 단계(S100);
(단계 2) 상기 시멘트 배합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 제조하는 단계(S200);
(단계 3) 상기 혼합 페이스트에 식물성 계면활성제로 선발포된 미세기포들을 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하는 단계(S300);
(단계 4a) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 연속식 압송펌프를 통해 시공현장으로 압송하는 단계(S420); 및
(단계 4b) 상기 압송된 경량기포 콘크리트 슬러리를 공동주택 바닥 및 토목 시공현장에 시공하는 단계(S440).
(단계 4c) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S460).
단계 S100에서, 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그는 통상적인 혼합기 또는 혼합방식으로 균일하게 혼합시킬 수 있다. 이들의 입도는 엄밀하게 한정되지 않으며, 시판 또는 구입되는 제품 그대로 사용할 수 있다. 이러한 혼합은 물을 사용하지 않은 건식 혼합으로, 예를 들어, 혼합과 체질을 반복하거나, 혼합과 분쇄를 반복함으로써, 뭉친 입자들을 분쇄하면서 입자들을 균질하게 혼합해주는 것이 바람직하다.
단계 S200은, 상기 단계 S100에서 얻어진 혼합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 형성하는 단계로서, 물은 상기 혼합물에 대해 30 내지 70중량%, 바람직하게는 40 내지 60중량%, 더욱 바람직하게는 45 내지 55중량%의 양으로 배합될 수 있다.
단계 S300에서, 상기 혼합 페이스트(시멘트 페이스트)를 친환경 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들을 혼입하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조할 수 있다.
상기 친환경 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포는 경량기포 콘크리트 슬러리의 중량을 기준으로 5 내지 20함량%, 바람직하게는 7 내지 15함량%의 비율로 첨가하고, 5분 내지 30분 동안, 바람직하게는 10분 내지 20분 동안 교반 또는 혼련함으로써 기포의 소포를 최대한 방지하면서 혼합할 수 있다.
단계 S400에서, 상기 경량기포 콘크리트 슬러리는 거푸집이나 성형틀을 이용하여 일정한 형태로 형상화하고, 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조할 수 있다. 양생 조건은 특별히 한정되지 않으나, 거푸집 또는 성형틀을 야외에서 2 내지 5일 동안 방치함으로써 양생할 수 있다. 이후에 거푸집 또는 성형틀을 제거하고 동일 온도에서 계속 방치함으로써 더욱 양생할 수 있다.
단계 S400과 관련하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 경량기포 콘크리트 슬러리를 거푸집 또는 성형틀에 일정한 형태로 형상화하고, 5 내지 15℃의 저온 및 50 내지 70%의 습도 조건에서 2~5일간 양생함으로써, 조기강도가 높고 침하를 방지할 수 있는 경량기포 콘크리트 조성물을 제조할 수 있다.
이후에 거푸집 또는 성형틀을 제거하고, 가능한한 높은 습도를 유지하며 상기와 동일하게 낮은 온도에서 계속 방치함으로써 더욱 양생할 수 있다.
단계 S400은 안전한 경량기포 콘크리트를 현장에서 높은 품질로 제조하기 위하여, 아래와 같이 단계 4a(S420), 단계 4b(S440) 및 단계 4c(S460)에 따라 시행될 수 있다:
(단계 4a) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 연속식 압송펌프를 통해 시공현장으로 압송하는 단계(S420); 및
(단계 4b) 상기 압송된 경량기포 콘크리트 슬러리를 공동주택 바닥 또는 토목 시공현장에 타설하는 단계(S440).
(단계 4c) 상기 타설된 경량기포 콘크리트를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S460).
이러한 시공 방법에 의하여 시공된 경량기포 콘크리트 조성물은 조기강도가 향상되고 침하가 방지될 수 있어 안전하고 품질이 높다. 따라서, 본 발명에 따르면, 안전한 경량기포 콘크리트를 공동주택 바닥시공 현장 및 토목공사 현장과 폐갱도 또는 천연동굴 동공부 및 시공된 터널, 도로, 기타 시설물에 안전한 경량기포 콘크리트를 높은 품질로 시공할 수 있다.
도 3은 공동주택 바닥 및 토목공사 현장을 고품질로 시공하기 위해 경량기포 콘크리트를 사용한 연속식 시공 장치의 모식도를 보여주는 도면으로서, 본 발명에 따른 안전하고 고품질의 경량기포 콘크리트를 공동주택 바닥시공 현장 및 토목공사 현장과 폐갱도 또는 천연동굴 동공부 및 시공된 터널, 도로, 기타 시설물에 연속적으로 시공할 수 있음을 보여준다.
한편, 본 발명에 있어서, 포틀랜드 시멘트에 CSA와 플라이애쉬 및/또는 고로슬래그를 첨가하는 방식 및 첨가량에 따라 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
첫째, CSA 사용량이 증가할수록 유동성(플로우)은 감소한다. 이는 CSA사용이 에트링가이트를 조기에 생성시키기 때문에 다수의 수분을 흡수하게 되어 유동성(플로우)이 감소하는 것으로 판단된다.
둘째, CSA 사용량이 10중량%가 될 때까지는 압축강도는 표준에서 요구하는 기준(KS F 4039 표준, 재령7일 0.9MPa)을 만족한다. 반면, CSA를 사용하지 않고, 플라이애쉬 및/또는 고로슬래그만을 첨가하면, 상기 압축강도 기준을 만족하지 못한다.
셋째, CSA를 첨가하면 침하깊이가 감소한다. CSA를 첨가하면 5 내지 15℃의 낮은 양생온도에서도 요구하는 침하깊이(KS F 4039표준, 10mm이하)를 만족하였다. 반면, CSA를 사용하지 않고 플라이애쉬 및/또는 고로슬래그만을 첨가하면, 상기 침하깊이 기준을 만족하지 못하였다.
넷째, 종합적으로는, CSA를 10%까지 첨가할 경우 조기에 에트링가이트를 형성시켜 응결시간을 단축하기 때문에 10℃ 정도의 낮은 양생온도에서도 기포의 소포에 의한 침하방지가 가능하다. 또한 안정된 기포를 형성하기 때문에 압축강도도 우수한 것으로 나타났다.
결론적으로, 본 발명에 따른 경량기포 콘크리트는 낮은 양생온도 및 일반 혼합재료를 사용함으로써 소포현상으로 인한 침하를 방지할 수 있고, 우수한 플로우, 압축강도, 겉보기밀도 및 침하깊이를 가지므로, 유동성, 밀도, 압축강도, 침하량 등의 기초 특성이 우수하고 연속식 압송펌프 등을 활용한 시공장비를 통해 현장시공시 균일한 품질을 확보할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예
본 발명의 실시예에서 사용된 고화용 재료인 시멘트는 시판 포틀랜드 시멘트로서, 하기 표 1에서와 같이 KS L 5201(포틀랜드시멘트)의 규정을 만족하였다.
사용된 시멘트의 물리적 성질
밀도
(g/cm 3 ) 		비표면적
(Blaine법)
(cm 2 /g) 		설정시간(분) 압축강도(MPa)
초기 최종 3일 7일 28일
3.15 3,450 230 345 25.1 42.5 59.8
본 발명의 실시예에서 사용된 플라이애쉬는 산업부산물로서, 화력발전소에서 발생되는 미분탄 플라이애쉬를 정제 후 사용하였으며, 고로슬래그는 제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물로서, 미분말로 분쇄하여 사용하였다. 실시예에서 사용된 칼슘설포알루미네이트(CSA)는 침하량 저감 및 초기강도 확보를 위해 사용되었으며, 산업부산물을 활용하여 실험실에서 제조한 것을 사용하였다. 실시예에서 사용된 플라이애쉬, 고로슬래그 및 CSA의 화학성분은 표 2와 같다.
화학 조성(%)
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 K 2 O Na 2 O
CSA 8.91 30.30 1.83 40.60 1.53 12.60 0.35 1.53
플라이애쉬 57.8 21.8 7.5 6.3 1.5 1.8 - -
고로슬래그 34.7 15.8 0.5 42.3 5.3 1.9 - -
기포제로는 친환경적인 식물성 계면활성계 기포제를 사용하였다.
실시예 1
포틀랜드 시멘트(OPC) 85중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 3.5중량부, 석고(gypsum) 1.5중량부 및 미분탄 플라이애쉬 10중량부를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하고, 여기에 물 110중량부를 첨가하고, 저속에서 약 3분 동안 혼합함으로써 혼합 페이스트를 제조하였다. 얻어진 혼합 페이스트에서 물-결합재 중량비(W/B)는 55%이었다.
물 55중량부에 식물성 기포제(상품명: HIFAC, 제조사:한국산업) 3중량부를 첨가하고, 상온(20±3℃)에서 140rpm으로 혼합하여 기포 슬러리를 제조하였다.
상기 혼합 페이스트에 기포 슬러리를 표 3에 기재된 비율로 첨가하고 혼합기에서 1분 30초 동안 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하였다.
상기 제조된 경량기포 콘크리트 슬러리를 실린더 몰드(직경100mm×높이200mm)를 사용하여 시험체로 성형하고, 양생온도 10±2℃, 습도 60±5%로 유지되는 양생 챔버에서 3일간 양생하여, 경량기포 콘크리트 시험체를 제조하였다. 양생이 끝나면, 이를 탈형하고, 포화습도 상태에서 필요한 재령까지 양생온도 10±2℃에서 다시 양생하였다.
얻어진 경량기포 콘크리트 시험체의 물성을 하기 시험예 1~3에 기재된 방식으로 플로우, 압축강도, 겉보기밀도 및 침하깊이에 대해 측정하고, 그 결과를 도 4~7에 도시하였다.
실시예 2~3 및 비교예 1~4
실시예 1에서와 동일한 방식을 사용하여, 하기 표 3에 기재된 함량으로 포틀랜드 시멘트(OPC), 칼슘술포알루미네이트(CSA), 석고(Gypsum) 및 플라이애쉬(F/A) 또는 고로슬래그(furnace slag)를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하고, 여기에 물을 첨가하고 저속에서 약 3분 동안 혼합하여, W/B가 55%인 혼합 페이스트를 제조하였다.
상기 제조된 혼합 페이스트와 실시예 1에서 제조된 선발포된 기포 슬러리를 표 3에 기재된 부피 비율로 혼합하여, 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하였다.
상기 제조된 경량기포 콘크리트 슬러리를 실린더 몰드(직경100mm×높이 200mm)를 사용하여 시험체로 성형하고, 양생온도 10±2℃, 습도 60±5%로 유지되는 양생챔버에서 3일간 양생하여, 경량기포 콘크리트 시험체를 제조하였다. 양생이 끝나면, 이를 탈형하고, 포화습도 상태에서 필요한 재령까지 양생온도 10±2℃에서 다시 양생하였다.
상기 결과된 경량기포 콘크리트 시험체의 물성을 하기 시험예 1~3에 기재된 방식으로 플로우, 겉보기밀도, 압축강도 및 침하 깊이에 대해 각각 측정하고, 그 결과를 실시예 1의 결과와 함께 도 4 내지 도 7에 비교 도시하였다.
실시예 4 및 5
하기 표 4에 기재된 함량에 따라, 포틀랜드 시멘트(OPC), 칼슘술포알루미네이트(CSA) 및 플라이애쉬(F/A)를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하고, 여기에 물을 첨가하고 저속에서 약 3분 동안 혼합하여, W/B가 55%인 혼합 페이스트를 제조하였다.
상기 제조된 혼합 페이스트와 실시예 1에서 제조된 선발포된 기포 슬러리를 표 4에 기재된 함량 비율로 혼합하여, 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하였다.
상기 제조된 경량기포 콘크리트 슬러리를 실린더 몰드(직경100mm×높이 200mm)를 사용하여 시험체로 성형하고, 양생온도 10±2℃, 습도 60±5%로 유지되는 양생챔버에서 3일간 양생하여, 경량기포 콘크리트 시험체를 제조하였다. 양생이 끝나면, 이를 탈형하고, 포화습도 상태에서 필요한 재령까지 양생온도 10±2℃에서 다시 양생하였다.
상기 결과된 경량기포 콘크리트 시험체의 물성을 하기 시험예 1~3에 기재된 방식으로 겉보기밀도, 압축강도 및 침하깊이에 대해 각각 측정하고, 그 결과를 도 8 내지 도 10에 도시하였다.
No Grade W/B
(%) 		wt(%) 기포함량
(함량%)
OPC CSA 석고 F/A Slag SUM
비교예 1 0.5 55 100 - - - - 100 8.9
비교예 2 0.5 55 90 - - 10 - 100 8.4
실시예 1 0.5 55 85 3.5 1.5 10 - 100 8.5
실시예 2 0.5 55 80 7 3 10 - 100 8.7
비교예 3 0.5 55 70 14 6 10 - 100 8.6
비교예 4 0.5 55 80 - - - 20 100 8.4
실시예 3 0.5 55 70 7 3 - 20 100 8.5
No Grade W/B
(%) 		wt(%) 기포함량
(함량%)
OPC CSA 석고 F/A SUM
실시예 4 0.4 55 80 7 3 10 100 12.1
실시예 5 0.6 55 80 7 3 10 100 7.5
시험례
경량기포 콘크리트의 물성으로서, 플로우(flow)는 KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트)기준에 의거하여 측정하였고, 겉보기밀도 및 압축강도는 KS F 2459(기포콘크리트의 겉보기밀도, 함수율, 흡수율 및 압축강도 시험방법)에 의거하여 측정하였다. 경량기포 콘크리트의 침하깊이는 KS F4039(현장 타설용 기포콘크리트)에 의거하여, 투명 아크릴 용기(직경75mm×높이500mm)에 시료를 수평으로 상부 끝까지 채우고 건조된 후 상부 침하깊이를 mm 단위로 측정하였다.
시험례 1 (경량기포 콘크리트의 유동성 특성)
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 경량기포 콘크리트로 된 시험체의 유동성은 KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트) 표준에 의거하여 플로우(flow)를 측정하여 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 함께 나타내었다.
KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트) 표준에 따르면, 경량기포 콘크리트의 플로우는 직경80mm×높이80mm 크기의 평판과 체적 400ml 아크릴 원통을 사용하여 측정되며, 이때, 아크릴원통을 세운 후 슬러리를 상부까지 붓고 남은 윗부분은 수평으로 제거한 다음, 원통을 살며시 들어 올려 슬러리가 퍼진 방향과 길이(mm)를 측정함으로써, 플로우를 결정한다.
경량기포 콘크리트의 플로우의 특성은 경량기포 슬러리의 이송 및 타설 장소에서의 수평작업과 관련이 있는 항목으로 현장에서의 시공성 및 마무리 정도를 나타내는 척도로 활용되고 있다.
현장에서 시공하기 적합한 플로우값으로서, KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트)의 플로우 기준에 따르면, 180mm 이상이 요구되고 있다. 일반적으로 기포콘크리트의 플로우의 특성은 단위결합재량과 기포율, 그리고 결합재 구성 원료의 특성에 영향을 받는다. 각 배합별 기포콘크리트의 플로우의 결과는 도3에 나타내었다. 실시예와 비교예의 모든 배합물이 KS 기준인 180mm 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
포틀랜드 시멘트 100%를 사용한 배합물(비교예 1)은 245mm로 가장 큰 플로우 값을 나타내었고, CSA 20%(즉 CSA 14% 및 석고 6%)를 치환한 배합물(비교예 3)의 경우 185mm로 가장 작은 플로우 값을 나타내었다. 따라서 CSA의 치환량이 증가할수록 플로우값은 감소하는 결과를 나타내었다.
이러한 결과는 CSA를 첨가하면 에트링가이트(ettringite)가 조기에 생성되고, 에트링가이트(화학식 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)의 생성시 다수의 물 분자가 필요하게 되므로, CSA함량이 증가할 경우 에트링가이트를 생성하기 위해 수분 흡수량이 많아지고, 이로 인해 플로우값이 감소하는 것으로 판단된다.
시험례 2 (경량기포 콘크리트의 겉보기밀도)
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 경량기포 콘크리트로 된 시험체의 겉보기밀도를 측정하고, 그 결과를 도 5에 함께 나타내었다.
경량기포 콘크리트의 겉보기밀도는 단열성과 반비례하므로 단열성을 평가하는 기준이 되기도 하지만 그 밖에 물리적 특성과도 관계있는 것으로 보고되고 있다.
KS F4039(현장 타설용 기포콘크리트)의 규정에 따르면, 0.5품 기포콘크리트는 0.40~0.50 g/cm3 의 겉보기밀도를, 0.4품 기포콘크리트는 0.30~0.40g/cm3의 겉보기밀도를, 그리고 0.6품 기포콘크리트는 0.05~0.70g/cm3의 겉보기밀도를 만족해야 한다.
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 배합물의 겉보기밀도를 측정한 결과, 모든 배합물이 0.5품에 해당하는 기준을 충족하는 것을 확인하였다.
또한, 도 8에 나타낸 바처럼, 실시예 4 및 5에서 제조된 0.4품 및 0.6품 경량기포 콘크리트는 겉보기밀도가 KS에서 요구하는 기준치를 충족하는 것이 또한 확인되었다.
시험례 3 (경량기포 콘크리트의 압축강도 및 조기강도)
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 경량기포 콘크리트로 된 시험체의 조기 압축강도(재령 3일) 및 재령 압축강도(재령 7일 및 28일)를 각각 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 함께 나타내었다.
상기 압축강도는 재령 3일, 7일 및 28일에 각각 측정하였다.
일반적으로, 경량기포 콘크리트는 품질관리를 위해 타설후 7일 및 28일 압축강도를 KS F4039(현장 타설용 기포콘크리트) 표준에 의거하여 측정하는 것이 기본이지만, 본 발명에서는 조기 압축강도의 특성을 확인하기 위해 타설후 3일 압축강도도 측정하였다.
경량기포 콘크리트의 압축강도는 단위 결합재량 및 결합재 구성요소 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다고 보고되고 있다.
도 6에 나타낸 바처럼, CSA를 사용하지 않은 비교예 1, 2 및 4의 기포 콘크리트들에 대해서 타설후 7일째에 측정된 재령 7일 압축강도를 살펴보면, 시멘트 100%만을 사용한 배합(비교예 1)은 압축강도가 0.8MPa이고, 플라이애쉬 10중량%를 사용한 배합(비교예 2)은 압축강도가 0.75MPa이고, 슬래그 20중량%를 사용한 배합(비교예 4)은 압축강도가 0.82MPa이어서, KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트) 표준에서 제시하고 있는 0.9MPa를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
그러나 CSA를 첨가한 실시예 1 내지 3의 기포 콘크리트들에 대해서 재령 7일에 측정된 압축강도를 살펴보면, CSA 3.5중량% 또는 CSA 클링커 5중량%(즉 CSA 3.5중량% 및 석고 1.5중량%)를 사용한 배합(실시예 1)은 재령 7일에서 0.95MPa의 압축강도를, CSA 7중량% 또는 CSA 클링커 10중량%(즉 CSA 7중량% 및 석고 3중량%)를 사용한 배합(실시예 2 및 3)은 각각 약 1.26MPa 및 약 1.1 MPa의 압축강도를 나타내어, KS F 4039(현장 타설용 기포콘크리트)에서 제시하고 있는 0.9MPa를 만족하는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 시멘트의 수화반응으로 생성된 수산화칼슘과 CSA의 성분 중의 Al2O3와 수분이 반응하여 생성된 Al(OH)3에 의해 Ca-Al-H2계 수화물을 생성시켜 시멘트 100% 대비 경화시간이 단축되어 생긴 결과로 판단된다.
CSA 14중량% 또는 CSA 클링커 20중량%(즉, CSA 14중량% 및 석고 6중량%)를 사용한 배합(비교예 3)은 재령 7일에 0.3MPa로 압축강도가 크게 감소한 것으로 나타났다. 그 이유는, CSA의 과다 사용에 따라 다량의 에트링가이트(ettringite)가 생성되어 기포콘크리트 시험체 내부의 수분을 차지함으로써, 시멘트와 반응에 필요한 수분이 부족하였기 때문으로 판단된다. 따라서 압축강도 측정결과 CSA를 10중량% 이하로, 또는 CSA 클링커를 15중량% 이하로 사용하는 것이 적정할 것으로 판단된다.
또한, 도 9에 나타낸 바처럼, 실시예 4 및 5에서 제조된 0.4품 및 0.6품 경량기포 콘크리트는 조기 압축강도 및 재령 압축강도가 KS에서 요구하는 기준치를 충족하는 것이 또한 확인되었다.
시험례 4 (경량기포 콘크리트의 침하깊이 분석)
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에서 제조된 경량기포 콘크리트 시험체의 침하깊이를 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
경량기포 콘크리트의 침하깊이는 경제성 및 품질안정성에도 영향을 미친다. 일반적으로 소성침하가 발생할 경우 균열의 원인으로도 보고되고 있다. 기포콘크리트의 침하 원인은 시공시 배합수량 과다 및 침출수 과다로 인한 양생불량 등의 영향을 받기도 하지만 일반적으로 응결지연에 따른 기포의 소포현상에 의해 침하가 발생된다. 따라서 기포콘크리트의 침하 깊이의 중요성은 여러 연구 자료에서도 확인할 수 있다.
KS F4039(현장 타설용 기포콘크리트)에 따르면, 콘크리트 침하깊이는 0.4품의 경우에 15mm 이하, 0.5품의 경우에 10mm 이하, 및 0.6품의 경우에 6mm 이하인 것으로 요구되고 있다.
도 7에 나타낸 바처럼, 양생온도 10℃에서 경량기포 콘크리트의 침하깊이를 측정한 결과, 시멘트 100%를 사용한 배합물(비교예 1)은 침하깊이가 52mm이었고, CSA를 사용하지 않고 플라이애쉬 10중량%를 사용한 배합물(비교예 2)은 침하깊이가 34mm이었으며, 마찬가지로 CSA를 사용하지 않고 고로슬래그 20중량%를 사용한 배합물(비교예 4)는 침하깊이가 30mm이었으며, 이들은 모두 KS F4039(현장 타설용 기포콘크리트)에서 요구하는 침하깊이 10mm 이하의 기준을 충족하지 못하였다.
반면 CSA 3.5중량%(또는 CSA 클링커 5중량%)의 양으로 사용한 배합물(실시예 1) 은 침하깊이가 5mm 정도인 것으로 측정되었으며, CSA 클링커를 10중량%의 양으로 사용한 배합물(실시예 2)은 약 2mm의 침하깊이를, CSA 클링커를 20중량%의 양으로 사용한 비교예 3의 배합물은 침하가 발생되지 않은 것을 나타났다. 이는 CSA 또는 CSA 클링커를 사용함에 따라 조기에 에트링가이트를 형성시켜 기포콘크리트의 응결시간을 단축하여 기포가 소포되는 것을 방지하였기 때문으로 판단된다.
또한, 도 10에 나타낸 바처럼, 실시예 4 및 5에서 제조된 0.4품 및 0.6품 경량기포 콘크리트는 침하깊이가 각각 약 2.5mm 및 약 1.9mm로 측정되어, 모두 KS 기준을 충족하는 것이 또한 확인되었다.
따라서 CSA 사용이 낮은 양생온도에서 경량기포 콘크리트의 침하방지에 효과적일 것으로 판단된다.
지금까지 본 발명에 따른 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물 및 이의 시공 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그를 포함하고, 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들이 혼입되어 있는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물로서,
    상기 미세기포들은 0.3 내지 1 mm의 평균입도를 가지며, 조성물 총 100 중량부에 대해, 5 내지 20 중량부의 비율로 포함되어 있고,
    상기 식물성 계면활성계 기포제는 구조식 RO(CH2CH2O)mSO3-Na+의 알킬옥시화된 폴리에틸렌글리콜술폰산 나트륨(식중 R은 C10-C24를 나타내고, m은 2 내지 5의 정수를 나타냄)인 음이온성 계면활성제이고,
    5 내지 10℃의 낮은 양생 온도에서, 재령 7일에 측정된 압축강도는 0.95 Mpa 내지 1.26 Mpa 인 것을 특징으로 하는,
    조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 조성물 총 100 중량에 대해 포틀랜드 시멘트 60~87 중량%, 칼슘설포알루미네이트 3~18 중량%, 석고 1~5 중량% 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그 9~22 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세기포는 식물성 계면활성계 기포제, 기포안정제 및 점도제를 포함하는 용액을 사용하여 선발포된 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. (단계 1) 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그를 혼합하여 시멘트 배합물을 제조하는 단계(S100);
    (단계 2) 상기 시멘트 배합물을 물과 배합하여 혼합 페이스트를 제조하는 단계(S200);
    (단계 3) 상기 혼합 페이스트에 친환경 식물성 계면활성계 기포제로 선발포된 미세기포들을 혼합하여 경량기포 콘크리트 슬러리를 제조하는 단계(S300);
    (단계 4a) 상기 경량기포 콘크리트 슬러리를 연속식 압송펌프를 통해 시공현장으로 압송하는 단계(S420);
    (단계 4b) 상기 압송된 경량기포 콘크리트 슬러리를 공동주택 바닥 또는 토목 시공현장에 타설하는 단계(S440); 및
    (단계 4c) 상기 타설된 경량기포 콘크리트를 양생하여 경량기포 콘크리트 조성물을 제조하는 단계(S460);를 포함하는,
    조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법으로서,
    상기 미세기포들은 0.3 내지 1 mm의 평균입도를 가지며, 조성물 총 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 비율로 포함되어 있고,
    상기 식물성 계면활성계 기포제는 구조식 RO(CH2CH2O)mSO3-Na+의 알킬옥시화된 폴리에틸렌글리콜술폰산 나트륨(식중 R은 C10-C24를 나타내고, m은 2 내지 5의 정수를 나타냄)인 음이온성 계면활성제이고,
    상기 단계 4c의 5 내지 10 ℃의 낮은 양생 온도에서, 재령 7일에 측정된 측정된 압축강도는 0.95 Mpa 내지 1.26 Mpa 인 것을 특징으로 하는,
    조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단계 1에서,
    조성물 총 100 중량에 대해, 포틀랜드 시멘트 60~87 중량%, 칼슘설포알루미네이트 3~18 중량%, 석고 1~5 중량% 및 미분탄 플라이애쉬 또는 고로슬래그 9~22 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 단계 2에서,
    물을 혼합 페이스트에 대해 30 내지 70중량%의 양으로 배합하는 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 단계 3에서,
    상기 미세기포는 식물성 계면활성계 기포제, 기포안정제 및 점도제를 포함하는 용액을 사용하여 선발포된 것을 특징으로 하는, 조기강도 향상 및 침하방지를 위한 경량기포 콘크리트 조성물의 시공 방법.
  10. 삭제
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