KR102370014B1 - 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 해양의 기후 변화에 따른 외력에 의해 파손되거나 유실되는 것을 방지하도록 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재 23~34중량%; 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 잔골재 23~41중량%; 단위 비중이 2.6~2.7t/m3로 이루어지고 황토 분말로 이루어지는 결합재 10~15중량%; 혼합 시멘트 15~18중량%; 물 4~7중량%; 및 AD혼화제 4~6량%를 포함하여 이루어지고, 상기 굵은 골재는, 5~25mm의 입도로 이루어지고, 상기 잔골재는, 0.5~5mm의 입도로 이루어지고, 상기 황토 분말은, 0.15~5mm의 입도로 이루어지고, 상기 혼합 시멘트는, 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트 및 플라이 애시가 5 : 4 : 1의 중량 비율로 혼합되어 이루어지고, 상기 AD혼화제는, 셀룰로오스계 증점제 100중량부에 대해 아크릴계 증점제 1 내지 10중량부, 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제 1 내지 10중량부, 프로필렌 카르보네이트 1 내지 3중량부로 배합되는 배합물을 물에 용해시켜 액상화 시킨 후 건조시켜 분말형태로 이루어지는 증점제, 감수제 및 조강형 폴리카본산계 유동화제를 포함하여 이루어지고, 상기 조강형 폴리카본산계 유동화제는, 에틸메타크릴레이트 100중량부를 기준으로 테트라에톡시실란 50~70중량부와, 폴리비닐아세테이트 30~50중량부, 트리메칠올프로판 트리글리시딜에테르 10~20중량부와, 폴리디메틸실록산 5~15중량부로 구성되고, 비중이 2,700kg/m3 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수급이 용이한 제강 슬래그의 입도를 서로 다르게 하여 굵은 골재 및 잔골재로 사용함으로써, 고비중 해양 콘크리트 구조물을 용이하게 시공할 수 있고, 단위 부피 당 해양 구조물의 질량을 향상시켜 해양 구조물의 부피를 증가시키지 않은 상태로 해양 콘크리트 구조물의 질량이 무거워지도록 함으로써, 해양에 발생되는 기후 변화에 의해 해양 콘크리트 구조물이 유실되거나 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 콘크리트 구조물을 배합할 때에 비중을 높이는 구성요소들 사이의 결합력을 향상시켜 콘크리트 구조물 배합에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방파제가 파도에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여 소파블록을 설치하고 있고, 이러한 소파블록은 콘크리트로 제조되며, 5톤에서부터 100톤에 이르기까지 파도 에너지에 따라 다양한 규모로 제작된다.
그러나 소파블록은 파도에 의해 제방이나 방파제가 파손되는 것을 방지하는 용도로 설치됨에도 불구하고, 예측 이상의 거센 파도가 치면 상호간의 충격으로 파손되어 암(arm)이 절단되고 방파제가 파손될 수 있으며, 소파블록이 개별적으로 유동 또는 전동하게 되어 최초 설치된 장소에서 점차 한곳으로 치우치게 되며, 나아가 깊은 바다로 유실되는 경우가 발생되기도 한다.
이로 인해 파랑을 감소시키는 효과가 현저하게 저하되어 소파블록을 추가로 설치해야 하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해소하거나 최소화하기 위해 소파블록을 보다 크고 무겁게 제작하는 경우도 있으나, 소파블록의 체적이 설계 이상으로 대형화됨에 따라 거푸집 수량의 한계 및 소파블록의 암(arm)길이의 증대로 인해 설치 시 중장비의 작업한계가 발생하는 등의 문제가 발생하게 된다.
또한, 소파블록의 체적이 대형화되면, 예상치 못한 큰 파도에 떠밀려 인접한 타 시설물에 충돌하는 경우 시설물의 파손 또는 인명피해가 커질 우려가 있다.
따라서 체적을 유지하면서 소파블록의 비중을 높여 소파블록의 이탈 방지 및 소파 능력을 향상시킬 필요가 있고, 이를 위하여 종래에는 괴 상태의 자철석, 중정석 등을 인도네시아, 중국 등으로부터 수입하여 소정의 입도(5mm 내지 25mm)로 파쇄시켜 콘크리트 조성물로 활용하였으나, 이는 소요 비용이 커 경제성이 나쁘다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 콘크리트 조성물에서 결합재로 사용되는 시멘트의 경우, 시멘트 1톤 제조 시 석회선 탈탄산 반응에 의해 이산화탄소 0.85톤이 발생하고, 제조된 시멘트로부터 높은 pH의 알칼리 성분이 용출되어 환경오염이 야기되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 체적을 유지하면서 소파블록의 고비중화를 달성함과 동시에, 해양환경을 오염시킬 우려가 있는 친환경 고비중 콘크리트 조성물이 요구되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 고비중 콘크리트 조성물이 개발되었으며, 종래기술에 따른 고비중 콘크리트 조성물은, 고로수재슬래그, 탈황슬래그 및 석고를 포함하는 결합재와, 급랭전로슬래그 및 전기로산화슬래그를 포함하는 골재를 포함하며, 결합재 100 중량부에 대해 골재500~750 중량부를 포함한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1417620호(2014년 07월 01일 공고, 발명의 명칭 : 고비중 콘크리트 조성물 및 이로부터 제조된 소파블록)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 고비중 콘크리트 조성물은, 급랭전로슬래그 및 전기로산화슬래그에 의해 콘크리트 구조물의 비중은 향상될 수 있지만, 급랭전로슬래그 및 전기로산화슬래그로 이루어지는 골재 사이의 결합력이 향상시킬 수 있는 접착제를 제공하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 고로수재슬래그, 탈황슬래그 및 석고를 포함하는 결합재를 사용하는 경우에 골재와 결합재를 배합하는 경우에 배합공정이 용이하게 진행되기 어렵고, 배합공정에 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 고비중 콘크리트 조성물의 단점을 보강하기 위하여 단위 비중이 큰 동 슬래그를 잔골재로 사용하는 경우에는 국내 울산에서만 생산되는 동 슬래그를 공급을 용이하게 진행하기 어렵기 때문에 고비중 콘크리트 조성물을 용이하게 공급할 수 없어 고비중 콘크리트 조성물을 요구하는 현장에 쉽게 보급할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 수급이 용이한 제강 슬래그의 입도를 서로 다르게 하여 굵은 골재 및 잔골재로 사용함으로써, 고비중 해양 콘크리트 구조물을 용이하게 시공할 수 있고, 단위 부피 당 해양 구조물의 질량을 향상시켜 해양 구조물의 부피를 증가시키지 않은 상태로 해양 콘크리트 구조물의 질량이 무거워지도록 함으로써, 해양에 발생되는 기후 변화에 의해 해양 콘크리트 구조물이 유실되거나 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 콘크리트 구조물을 배합할 때에 비중을 높이는 구성요소들 사이의 결합력을 향상시켜 콘크리트 구조물 배합에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 해양의 기후 변화에 따른 외력에 의해 파손되거나 유실되는 것을 방지하도록 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재 23~34중량%; 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 잔골재 23~41중량%; 단위 비중이 2.6~2.7t/m3로 이루어지고 황토 분말로 이루어지는 결합재 10~15중량%; 혼합 시멘트 15~18중량%; 물 4~7중량%; 및 AD혼화제 4~6중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 굵은 골재는, 5~25mm의 입도로 이루어지고, 상기 잔골재는, 0.5~5mm의 입도로 이루어지고, 상기 황토 분말은, 0.15~5mm의 입도로 이루어지고, 상기 혼합 시멘트는, 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트 및 플라이 애시가 5 : 4 : 1의 중량 비율로 혼합되어 이루어지고, 상기 AD혼화제는, 셀룰로오스계 증점제 100중량부에 대해 아크릴계 증점제 1 내지 10중량부, 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제 1 내지 10중량부, 프로필렌 카르보네이트 1 내지 3중량부로 배합되는 배합물을 물에 용해시켜 액상화 시킨 후 건조시켜 분말형태로 이루어지는 증점제, 감수제 및 조강형 폴리카본산계 유동화제를 포함하여 이루어지고, 상기 조강형 폴리카본산계 유동화제는, 에틸메타크릴레이트 100중량부를 기준으로 테트라에톡시실란 50~70중량부와, 폴리비닐아세테이트 30~50중량부, 트리메칠올프로판 트리글리시딜에테르 10~20중량부와, 폴리디메틸실록산 5~15중량부로 구성되고, 비중이 2,700kg/m3 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법은, 대체 골재로 제강 슬래그를 사용하고, 제강 슬래그의 입도를 서로 다르게 하여 굵은 골재 및 잔골재로 제강 슬래그를 사용하며, 결합재로 미분의 황토를 사용하므로 제강 슬래그 및 동 슬래그에 의해 콘크리트 구조물의 비중 및 압축강도를 향상시키고, 결합재로 미분의 황토를 사용하여 조성물들 사이의 결합력을 향상시켜 콘크리트 조성물의 배합을 용이하게 진행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법은, 서로 다른 입도의 제강 슬래그가 굵은 골재 및 잔골재로 사용되고, 대체 골재들 사이의 결합력을 향상시키기 위해 미분 황토가 사용되므로 비중이 2,700kg/m3 이상으로 이루어지는 콘크리트 구조물을 제조할 수 있어 해양의 기후 변화에 의해 해양 구조물들이 유동되면서 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법은, 결합재로 사용되는 미분 황토가 10~15중량%로 포함되므로 굵은 골재와 잔골재를 이루는 제강 슬래그가 다른 조성물들과 용이하게 배합되고, 배합이 완료된 레미콘의 점성이 설정치 이상 초과되는 것을 방지하여 레미콘을 시공 현장에 포설할 때에 레미콘의 높은 점성에 의해 시공성이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고비중 해양 콘크리트 구조물의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고비중 해양 콘크리트 구조물은, 본 발명은, 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재 23~34중량%와, 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 잔골재 23~41중량%와, 단위 비중이 2.6~2.7t/m3로 이루어지고 황토 분말로 이루어지는 결합재 10~15중량%와, 혼합 시멘트 15~18중량%와, 물 4~7중량%와, AD혼화제 4~6량%를 포함하여 이루어진다.
굵은 골재로 사용되는 제강 슬래그는, 고온의 전기로에서 무쇠, 주철, 철 조각 따위를 녹여 강철, 크롬, 망간 따위가 함유된 철을 생산하는 공정에서 발생하는 슬래그를 의미하며, 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재는, 5~25mm의 입도로 이루어진다.
| 시험 항목 | 단위 | 시험 방법 | 기준 | 시험 결과 | 비고 |
| 입도 (25 mm) | % | KS F 2502 | 100 | 100 | |
| 입도 (20 mm) | % | KS F 2502 | 90~100 | 94 | |
| 입도 (10 mm) | % | KS F 2502 | 25~60 | 41 | |
| 입도 (5 mm) | % | KS F 2502 | 0~10 | 4 | |
| 입도 (2.5 mm) | % | KS F 2502 | 0~5 | 2 | |
| 조립률 | - | KS F 2527 | 3.2ㅁ0.20 | 6.57 | |
| 표면 건조 포화상태의 밀도 | g/㎤ | KS F 2504 | 3.10 이상 | 3.16 | |
| 흡수율 | % | KS F 2504 | 2.0 이하 | 1.8 | |
| 단위 용적 중량(다짐봉 시험) | kg/L | KS F 2505 | 1.80 이상 | 1.65 | |
| 수침 팽창비 | (%) | KS F 2580 | - | 0.8 |
표 1에는 제강 슬래그 굵은 골재의 물리적 특성이 기재되었으며, KS F 2502실험방법에 의해 시험한 결과 5~25mm의 입도로 이루어지는 것이 바람직함을 알 수 있다.
잔골재로 사용되는 제강 슬래그는, 0.5~5mm의 입도로 이루어진다.
| 시험 항목 | 단위 | 시험 방법 | 기준 | 시험 결과 | 비고 |
| 입도 (10 mm) | % | KS F 2502 | 100 | 100 | |
| 입도 (5 mm) | % | KS F 2502 | 90~100 | 100 | |
| 입도 (2.5 mm) | % | KS F 2502 | 80~100 | 91 | |
| 입도 (1.2 mm) | % | KS F 2502 | 50~90 | 54 | |
| 입도 (0.6 mm) | % | KS F 2502 | 25~65 | 25 | |
| 입도 (0.3 mm) | % | KS F 2502 | 10~35 | 11 | |
| 입도 (0.15 mm) | % | KS F 2502 | 2~15 | 2 | |
| 조립률 | - | KS F 2527 | 3.2ㅁ0.20 | 3.14 | |
| 표면 건조 포화상태의 밀도 | g/㎤ | KS F 2504 | 3.10 이상 | 3.16 | |
| 흡수율 | % | KS F 2504 | 2.0 이하 | 0.4 | |
| 단위 용적 중량(다짐봉 시험) | kg/L | KS F 2505 | 1.80 이상 | 1.92 |
표 2에는 제강 슬래그로 이루어지는 잔골재의 물리적 및 화학적 특성이 기재되었으며, 표 2에 기재된 바와 같이 KS F 2502의 시험방법으로 시험한 결과 잔골재로 사용되는 제강 슬래그의 입도는 0.5~5mm의 입도로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예의 굵은 골재 및 잔골재는, 고비중 해양 콘크리트 구조물에 대한 초기 물성 및 강도가 저하되는 것을 방지하고, 해양 콘크리트 구조물의 중량을 극대화시키는 효과를 나타나게 된다.
본 실시예에 포함되는 미분의 황토는, 굵은 골재 및 잔골재의 독극물 제거 또는 분해를 유도하고, 해양 콘크리트 구조물을 이루는 각 성분들의 접착력을 향상시켜 해양 콘크리트 구조물의 구조적 안정화를 이루며, 해양 콘크리트 구조물로부터 원적외선이 방사되도록 하여 해양 오염물질을 흡착함과 동시에 산소를 공급하여 해양 수질을 정화시키고, 해양 생태계의 활성화를 촉진시키는 효과를 제공하게 된다.
본 실시예의 황토 분말은, 0.15~5mm의 입도로 이루어지므로 굵은 골재와 잔골재 사이의 간극에 황토 분말이 침투되면서 굵은 골재와 잔골재를 서로 접착시키며 배합을 이루게 된다.
상기한 바와 같이 본 실시예는, 황토 분말이 10~15중량%로 혼합되므로 비중 3.16의 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재와 잔골재가 서로 접착되어 원활하게 배합될 수 있게 되고, 배합이 완료된 레미콘이 설정 범위 내의 점도를 유지하므로 레미콘이 적당한 흐름성을 유지하면서 용이하게 해양 콘크리트 구조물을 제작할 수 있게 된다.
| 시험 항목 | 단위 | 시험 방법 | 시험 결과 | 비고 |
| SiO2 | % | KS M 0028 | 57.0 | |
| CaO | % | KS M 0028 | 10.2 | |
| Al2O3 | % | KS M 0028 | 15.3 | |
| MgO | % | KS M 0028 | 3.8 | |
| Fe2O3 | % | KS M 0028 | 4.6 | |
| TiO2 | % | KS M 0028 | 0.35 | |
| MnO | % | KS M 0028 | 0.18 |
표 3에는 황토의 화학적 특성이 기재되었으며, 표 3에 도시된 바와 같이 KS M 0028의 시험방법으로 시험한 결과 황토에서 나타나는 화학적 특성은 표 3에 도시된 바와 같다.
표 4에는 제강 슬래그 골재의 용출시험을 진행할 결과가 기재되었으며, 표 4에 기재된 바와 같이 각종 유해 물질이 검출되지 않았음을 알 수 있다.
본 실시예의 해양 콘크리트 구조물에 사용되는 혼합 시멘트는, 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트 및 플라이 애시가 5 : 4 : 1의 중량 비율로 혼합되어 이루어지므로 서로 접착되기 어려워 배합이 용이하게 이루어지는 않는 제강 슬래그의 부작용과 동 슬래그의 결점들을 보완하게 된다.
또한, 본 실시예의 AD혼화제는, 셀룰로오스계 증점제 100중량부에 대해 아크릴계 증점제 1 내지 10중량부와, 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제 1 내지 10중량부와, 프로필렌 카르보네이트 1 내지 3중량부로 배합되고, 셀룰로오스계 증점제, 아크릴계 증점제, 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제 및 프로필렌 카르보네이트를 배합하여 물과 용해시켜 액상화 시킨 후 건조시킨 분말형태로 이루어지는 증점제와, 감수제를 포함한다.
상기한 바와 같이 프로필렌 카르보네이트가 첨가되어 증점제의 균일한 분산이 이루어지고, 혼화제로서 셀룰로오스계 증점제에 아크릴계 증점제를 배합하여 점성을 증가시켜 재료분리를 방지하고, 현탁물질의 발생량을 줄임과 동시에 점성의 증가에 따른 유동성의 저하를 방지하기 위해 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제를 더 배합하도록 함으로써 이를 첨가한 콘크리트 조성물의 슬럼프플로우가 600mm이상이며, 압축강도비(수중/기중)가 0.8이상으로 발현되는 효과가 나타나게 된다.
또한, 본 실시예의 AD혼화제는, 조강형 폴리카본산계 유동화제 5~15중량부를 더 포함할 수 있고, 조강형 폴리카본산계 유동화제는 에틸메타크릴레이트 100중량부를 기준으로 테트라에톡시실란 50~70중량부와, 폴리비닐아세테이트 30~50중량부, 트리메칠올프로판 트리글리시딜에테르 10~20중량부와, 폴리디메틸실록산 5~15중량부로 구성된다. 그리고 상기 아미노화합물은 디메틸아미노에탄올디에틸렌트리아민 100중량부를 기준으로 2,3-디메틸-2-부텐 50~150중량부와, 수소화나트륨 1~10중량부를 혼합하여 얻어진다.
따라서 고비중 해양 콘크리트 구조물의 작업성 및 초기 압축강도를 개선하고, 방청 성능 발휘할 수 있게 된다.
본 발명의 고비중 해양 콘크리트 구조물의 물리적 특성을 파악하기 위하여 25-35-180의 콘크리트 규격으로 현장 시공 시 작업성 및 펌프 압송이 가능하도록 배합표를 작성하여 실시예 및 비교예를 구성하였으며, 배합된 시료를 KS F 2402 굳지 않은 콘크리트의 시료 채취 방법에 따라 채취한 시료를 KS F 2402 슬럼프 시험, KS F 2421 공기량 시험, KS F 2405 압축강도 시험 및 KS F 2408 휨강도 시험 시험을 진행하였다.
<실시예1>
단위 비중이 3.0~3.5t/m3로 이루어지는 제강 슬래그 굵은 골재 1,078중량부, 단위 비중이 3.0~3.5t/m3로 이루어지는 제강 슬래그 잔골재 1,031중량부, 단위 비중이 2.82g/m3인 혼합시멘트 409중량부, 비중 2.6~2.7t/m3으로 이루어지는 황토 45중량부, 배합수 171중량부, 증점제 1.71중량부 및 고성능 유동화제 9.1중량부로 하여 믹서에 투입하고 혼합하여 단위 용적 중량 2,734 kg/㎥ 의 고비중 콘크리트를 제조하였다.
<실시예2>
단위 비중이 3.0~3.5t/m3로 이루어지는 제강 슬래그 굵은 골재 1,097중량부, 단위 비중이 3.0~3.5t/m3로 이루어지는 제강 슬래그 잔골재 1,004중량부, 단위 비중이 2.82g/m3인 혼합시멘트 386중량부, 비중 2.6~2.7t/m3으로 이루어지는 황토 68중량부, 배합수 173중량부, 증점제 1.73중량부 및 고성능 유동화제 9.1중량부로 하여 믹서에 투입하고 혼합하여 단위 용적 중량 2,728 kg/㎥ 의 고비중 콘크리트를 제조하였다.
<비교예1>
단위 비중이 2.6~2.8t/m3로 이루어지고 KS F 2527에 준하는 콘크리트용 부순 굵은 골재 919중량부, 단위 비중이 2.5~2.7t/m3로 이루어지고 KS F 2527에 준하는 콘크리트용 부순 잔골재 810중량부, 비중이 2.82인 혼합시멘트를 454중량부, 배합수 162중량부, 증점제 1.62중량부 및 고성능 유동화제 9.1중량부로 하여 믹서에 투입하고 혼합하여 단위 용적 중량 2,339 kg/㎥ 의 보통 콘크리트를 제조하였다.
하기하는 표 5에는 고비중 콘크리트의 시방배합표를 기재하였으며, 표 5에 기재된 바와 같이 실시예1 및 실시예2는 단위 용적 중량이 2,700kg/㎥ 이상으로 이루어지는 것을 알 수 있다.
반면에, 비교예1의 단위 용적 중량은 2,300kg/㎥ 정도로 측정됨을 알 수 있으므로 비교예1의 배합비율로는 고비중 콘크리트 구조물을 제조할 수 없음을 알 수 있다.
위의 시험 결과에서 실시예 1~2의 배합조건으로 시험하였을 경우 경시 변화에 따른 슬럼프 손실량이 10~25mm, 비교예1이 40mm보다 현저히 낮아 황토 및 증점제 첨가에 따른 유동성 손실, 작업성 및 펌프 압송이 문제점이 없는 것으로 판단된다.
또한, 고중량 재료인 제강 슬래그를 굵은 골재와 잔골재로 사용하면 콘크리트 공시체의 중량화 및 황토 사용에 따른 각 재료들 간의 부착 증대, 내부 공극의 밀실화에 따른 압축강도가 보통 콘크리트인 비교예 1보다 약 5~11% , 휨강도가 11~16% 향상된 결과를 보여 고비중 콘크리트의 우수성을 입증할 수 있다.
또한, 2,700kg/㎥ 목표인 실시예1, 실시예2에서 2,757 ~ 2,763 kg/㎥의 결과를 보여 사용 재료에 따라 용도에 맞게 고비중 콘크리트의 제조가 가능하게 되었다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 2에서 제조한 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예 1에서 제조한 조성물을 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 모르타르를 KS L 5220에 규정한 방법에 따라 플로우 시험(비타격 시의 흐름성)을 측정하였다.
재료분리는 모르타르 슬러리를 손으로 저어 보아 판단하였으며, 수중 제작 공시체는 수면아래 10 cm 몰드를 설치한 후 자유 낙하하여 제작하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 플로우(mm) | 201 | 195 | 142 |
| 재료분리 | 없음 | 없음 | 발생 |
표 8에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물을 이루는 레미콘의 비타격 시의 흐름성은 비교예1 보다 매우 높은 흐름성을 보여 유동성이 우수함을 알 수 있었다.
또한, 비교예1에서는 재료분리가 발생하였으나 실시예1 내지 실시예2에서는 재료분리가 발생하지 않아 수중 불분리성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 2>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에서 제조한 시멘트 모르타르 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 의하여 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 압축강도, 휨강도 및 접착강도 시험을 수행하여, 그 결과를 각각 하기 표 9, 표 10 및 표 11에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | |
| 압축강도 (MPa) |
기중 7일 | 40.2 | 39.5 | 30.5 |
| 기중 28일 | 63.5 | 62.3 | 46.5 | |
| 수중 7일 | 40.1 | 39.1 | 30.0 | |
| 수중 28일 | 60.9 | 59.8 | 50.2 | |
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | |
| 휨 강도 (MPa) |
기중 7일 | 9.5 | 9.2 | 2.5 |
| 기중 28일 | 16.2 | 15.7 | 5.5 | |
| 수중 7일 | 7.9 | 7.6 | 2.8 | |
| 수중 28일 | 14.9 | 14.7 | 5.6 | |
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | |
| 접착강도 (MPa) |
기중 7일 | 1.9 | 1.8 | 0.6 |
| 기중 28일 | 2.6 | 2.5 | 1.2 | |
| 수중 7일 | 1.7 | 1.7 | 0.7 | |
| 수중 28일 | 2.3 | 2.2 | 1.3 | |
상기 표 9 내지 표 11에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물의 모르타르가 압축, 휨 및 접착강도는 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 3>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 12에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 길이변화율(%) | 0.01 | 0.01 | 0.10 |
상기 표 12에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 길이변화율이 적게 나타나 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2476에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 아래의 표 13에 나타내었다.
흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생할 수 있다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 흡수율(%) | 0.15 | 0.18 | 2.3 |
상기 표 13에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물은 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 5>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042에 의한 염소이온침투저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 14에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 염화물 이온 침투저항성 (Coulombs) |
285 | 277 | 1,230 |
상기 표 14에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 저항성이 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042에 의한 중성화 저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 15에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 중성화 깊이(mm) | 0.2 | 0.2 | 1.8 |
표 15에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 중성화 침투 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예 1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 일본 공업 규격 원안 [콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]에 준하여 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험의 측정 결과를 아래의 표 16에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | |
| 중량변화율(%) | 3wt% HCl | -0.6 | -0.6 | -6.1 |
| 1wt% H2SO4 | 0 | 0 | -1.9 | |
| 5wt% NaOH | 1.0 | 0.9 | -1.1 | |
표 16에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예 1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험의 측정 결과를 아래의 표 17에 나타내었다.
동결융해는 콘크리트에 모세관 내에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 17은 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예1의 내구성 지수를 표시한 것이다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 내구성 지수 | 94 | 94 | 69 |
상기 표 17에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
<시험예 9>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042에 의한 내알칼리성, 투수량, 물흡수계수 및 습기투과저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 18에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예4 | 비교예1 |
| 내알칼리성 (MPa) | 58.3 | 57.4 | 30.1 |
| 투수량 (g) | 0.3 | 0.4 | 5.8 |
| 물흡수계수 (kg/m2ㅇh0.5) |
0.08 | 0.09 | 0.45 |
| 습기투과저항성 (Sdㅇm) |
0.7 | 0.8 | 1.9 |
표 18에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 내알칼리성이 우수하고, 투수량이 낮고, 물흡수계수가 낮으며, 습기 투과 저항성이 우수함을 알 수 있다.
<시험예 10>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KFIA-FI-1004에 의해 암모니아 가스의 탈취율을 측정하여 탈취성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 19에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 |
| 탈취율(%) | 92 | 92 | 75 |
표 19에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 탈취율이 높게 나타나 탈취성이 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 11>
실시예1 내지 실시예2에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물과 비교예1에 따라 제조된 콘크리트를 5mm 표준체를 이용하여 체가름한 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2322에 준하여 균열을 유발한 후 재령에 따라 투수량 시험을 통하여 성능회복시험을 실시하여, 그 결과를 하기 표 20에 나타내었다.
| 구분 | 실시예3 | 실시예 4 | 비교예1 | |
| 투수량(g) | 0일 | 148.5 | 147.9 | 158.8 |
| 7일 | 33.8 | 34.0 | 142.6 | |
| 14일 | 29.5 | 28.7 | 117.4 | |
| 28일 | 25.3 | 24.6 | 100.5 | |
표 20에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 실시예4에 따라 제조된 고비중 해양 콘크리트 구조물이 비교예1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 투수량이 매우 적게 나타나 성능회복성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이로써, 수급이 용이한 제강 슬래그의 입도를 서로 다르게 하여 굵은 골재 및 잔골재로 사용함으로써, 고비중 해양 콘크리트 구조물을 용이하게 시공할 수 있고, 단위 부피 당 해양 구조물의 질량을 향상시켜 해양 구조물의 부피를 증가시키지 않은 상태로 해양 콘크리트 구조물의 질량이 무거워지도록 함으로써, 해양에 발생되는 기후 변화에 의해 해양 콘크리트 구조물이 유실되거나 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 콘크리트 구조물을 배합할 때에 비중을 높이는 구성요소들 사이의 결합력을 향상시켜 콘크리트 구조물 배합에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 디자인 방법이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Claims (1)
- 해양의 기후 변화에 따른 외력에 의해 파손되거나 유실되는 것을 방지하도록 단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 굵은 골재 23~34중량%;
단위 비중이 2.8~3.5t/m3로 이루어지고 제강 슬래그로 이루어지는 잔골재 23~41중량%;
단위 비중이 2.6~2.7t/m3로 이루어지고 황토 분말로 이루어지는 결합재 10~15중량%;
혼합 시멘트 15~18중량%;
물 4~7중량%; 및
AD혼화제 4~6중량%를 포함하여 이루어지고,
상기 굵은 골재는, 5~25mm의 입도로 이루어지고,
상기 잔골재는, 0.5~5mm의 입도로 이루어지고,
상기 황토 분말은, 0.15~5mm의 입도로 이루어지고,
상기 혼합 시멘트는, 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트 및 플라이 애시가 5 : 4 : 1의 중량 비율로 혼합되어 이루어지고,
상기 AD혼화제는,
셀룰로오스계 증점제 100중량부에 대해 아크릴계 증점제 1 내지 10중량부, 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제 1 내지 10중량부, 프로필렌 카르보네이트 1 내지 3중량부로 배합되는 배합물을 물에 용해시켜 액상화 시킨 후 건조시켜 분말형태로 이루어지는 증점제, 감수제 및 조강형 폴리카본산계 유동화제를 포함하여 이루어지고,
현탁물질의 발생량을 줄임과 동시에 점성의 증가에 따른 유동성의 저하를 방지하기 위해 상기 폴리에틸렌 옥사이드계 증점제를 배합하므로 콘크리트 조성물의 슬럼프플로우가 600mm이상이며, 압축강도비(수중/기중)가 0.8이상으로 발현되고,
상기 조강형 폴리카본산계 유동화제는, 에틸메타크릴레이트 100중량부를 기준으로 테트라에톡시실란 50~70중량부와, 폴리비닐아세테이트 30~50중량부, 트리메칠올프로판 트리글리시딜에테르 10~20중량부와, 폴리디메틸실록산 5~15중량부로 구성되고,
비중이 2,700kg/m3 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단위 비중 2,700kg/m3 이상의 콘크리트 구조물을 제조하는 레미콘 생산 배합 디자인 방법.
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