KR102376104B1 - 초고강도 phc 파일 제조용 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 phc 파일 - Google Patents

초고강도 phc 파일 제조용 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 phc 파일 Download PDF

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Abstract

초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 PHC 파일이 개시된다. 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 시멘트 및 고로 슬래그 분말을 포함하되, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 시멘트 100중량%에 대하여 40~55중량%로 치환하여 배합된다.

Description

초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 PHC 파일{Cement Composition for ultra high strength PHC pile and ultra high strength PHC pile manufactured thereby}
본 발명은, 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 110Mpa 이상의 압축강도를 발현하기 위한 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물의 구성성분(원료) 및 그 배합비에 관한 것이다.
PHC 파일은 'Pretensioned spun High strength Concrete Pile'의 약자로, 일반 PC 파일과 비교하여 압축강도가 1.6배 이상인 고강도 파일이다. PHC 파일 관련 규격인 「KS F 4306 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝」에서는 "원심력을 응용하여 제조한 콘크리트의 압축 강도 78.5MPa(=N/㎟) 이상의 프리텐션 방식에 의한 고강도 콘크리트 말뚝"이라고 규정하고 있다.
이러한 PHC 파일은 기존의 PC 파일과 비교하여 압축강도가 높은 고강도 제품이라는 점이 가장 큰 특징이며, 높은 압축강도와 함께 파괴 휨 모멘트가 우수하며 PC 파일에 비해 시공(항타)이 유리하고 경제적이라는 장점을 갖고 있다.
한편, PHC 파일은 현재 시공 현장에서 초고강도 PHC 파일, 대구경 PHC 파일, 선단 확장형 PHC 파일 등 여러 제품으로 세분화 되고 있는데, 특히 110MPa 이상의 압축강도 발현이 요구되는 초고강도 PHC 파일은 초기에는 대기업 중심으로 생산하였으나 최근 중소기업에서도 점진적으로 생산량을 늘리고 있는 추세이다.
이에, 생산 설비, 제조 원가 등에 큰 변화를 주지 않기 위해 사용 원료 및 배합 조절을 통해 초고강도 PHC 파일이 요구하는 110MPa 이상의 압축강도를 발현할 수 있는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 제품에 대한 개발이 요구되고 있다.
관련 선행기술문헌으로는 등록특허공보 제10-1466064호(발명의 명칭: 초고강도 PHC 파일용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 PHC 파일의 제조방법, 공고일자: 2014년 11월 27일) 및 등록특허공보 제10-1247400호(발명의 명칭: 조기 초고강도 확보를 위한 피에이치씨 파일용 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법, 공고일자: 2013년 03월 25일) 등이 있다.
본 발명의 목적은, 생산 설비, 제조 원가 등에 큰 변화를 주지 않고도 초고강도 PHC 파일의 제조시 110Mpa 이상의 압축강도를 발현하여 초고강도 PHC 파일의 제조에 적합한 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 PHC 파일을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 초고강도 PHC 파일의 제조에 사용되는 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트 및 고로 슬래그 분말을 포함하고, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 시멘트 100중량%에 대하여 40~55중량%로 치환하여 배합되는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물 및 이에 의해 제조된 초고강도 PHC 파일에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 고로 슬래그 분말은 4,600~5,200cm2/g 범위의 분말도를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 시멘트 조성물은 석고 분말을 더 포함하고, 상기 석고 분말은 상기 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 8~12중량%로 치환하여 배합될 수 있다.
더 바람직하게, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 시멘트 100중량%에 대하여 45~50중량%로 치환하여 배합되고, 상기 석고 분말은 상기 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 9~11중량%로 치환하여 배합될 수 있다.
바람직하게, 상기 초고강도 PHC 파일의 제조시 상기 시멘트 조성물의 양생온도는 85~95℃ 범위를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 시멘트 조성물의 전체 SO3 함량이 3.6~3.9중량% 범위를 나타내도록 상기 석고 분말의 치환량을 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 시멘트 조성물은 그래핀 분말을 더 포함하고, 상기 그래핀 분말은 상기 고로 슬래그 분말과 상기 석고 분말의 전체 중량에 대하여 5~9중량%로 치환하여 배합될 수 있다.
바람직하게, 상기 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 배합시 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0~40.0%로 적용될 수 있다.
본 발명은, 초고강도 PHC 파일의 제조에 사용되는 시멘트 조성물에 있어서, 시멘트 및 고로 슬래그 분말을 포함하되, 상기 고로 슬래그 분말을 상기 시멘트 100중량%에 대하여 40~55중량%로 치환하여 배합함으로써, 생산 설비, 제조 원가 등에 큰 변화를 주지 않고도 초고강도 PHC 파일의 제조시 110Mpa 이상의 압축강도를 발현시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물을 구체적으로 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은 PHC 파일의 제조에 사용되는 시멘트 조성물에 관한 것으로, 일반용 PHC 파일이 아니라 초고강도 PHC 파일의 제조에 사용되는 시멘트 조성물에 관한 것이다. 통상적으로, 일반용 PHC 파일은 78.5Mpa 이상의 압축강도가 확보되어야 하는 반면, 초고강도 PHC 파일은 일반용 PHC 파일보다 높은 110Mpa 이상의 압축강도가 확보되어야 한다.
이에, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 PHC 파일의 제조에 있어서 110Mpa 이상의 압축강도, 적어도 100Mpa 이상의 압축강도를 발현시키기 위한 구성성분(원료) 및 그 배합비를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 시멘트 및 고로 슬래그 분말을 포함하되, 이때 고로 슬래그 분말은 시멘트 100중량%에 대하여 40~55중량%로 치환하여 배합되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 그 전체 중량에 대해 시멘트 45~60중량% 및 고로 슬래그 분말 40~55중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 고로 슬래그 분말은 시멘트 100중량%에 대하여 45~50중량%로 치환하여 배합될 수 있으며, 더 바람직하게 고로 슬래그 분말은 시멘트 100중량%에 대하여 45중량%로 치환하여 배합될 수 있다.
이때, 고로 슬래그 분말은 그 명칭 그대로 고로 슬래그를 분쇄 처리하여 분말 혹은 미분말 형태로 제공되고, 구체적으로 4,600~5,200cm2/g 범위의 분말도를 갖는 것이 바람직하다. 참고로, 본 실시예에서는 4,700cm2/g의 평균 분말도를 갖는 고로 슬래그 분말이 사용되었다.
참고로, 고로 슬래그는 제철의 용광로에서 철광석으로부터 선철을 만들 때 얻어지는 부산물로서 철광석 중에 불순물이 코크스의 재와 석회석과 반응하여 생긴 용융물이다. 이러한 고로 슬래그 분말은 잠재 수경성 물질로 물과 접촉하게 되면 수화반응이 빠르지 않아서 시멘트 제조에 사용되는 경우 유동성이 우수하고 장기적인 강도 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 시멘트, 고로 슬래그 분말 외에도 석고 분말을 더 포함하되, 이때 석고 분말은 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 8~12중량%로 치환하여 배합되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 고로 슬래그 분말과 석고 분말의 혼합물이 시멘트에 대해 40~55중량%, 바람직하게 45~50중량%, 더 바람직하게 45중량%로 치환하여 배합되되, 고로 슬래그 분말과 석고 분말의 중량 비율이 88~92 : 8~12 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 석고 분말은 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 9~11중량%로 치환하여 배합될 수 있으며, 더 바람직하게 석고 분말은 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 10중량%로 치환하여 배합될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 석고 분말로 무수석고 분말이 사용되었다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물을 사용하여 초고강도 PHC 파일을 제조할 때, 시멘트 조성물의 양생온도가 초고강도 PHC 파일의 압축강도에 영향을 주는 것으로 확인되는데, 본 발명의 시험 결과에 따르면 시멘트 조성물의 양생온도는 고로 슬래그의 온도 의존 특성에 따른 압축강도의 발현 측면에서 85~95℃ 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 시멘트 조성물의 양생시간은 6시간 이상으로 실시되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 본 발명의 시험 결과에 따르면, 시멘트 조성물의 전체 SO3 함량이 3.60~3.90중량%(더 바람직하게는 3.70~3.80중량%) 범위를 나타낼 때 가장 우수한 압축강도 발현을 나타내는 것으로 확인된다. 이에, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물에 있어서 시멘트 조성물의 전체 SO3 함량이 3.60~3.90중량%(더 바람직하게는 3.70~3.80%) 범위를 나타내도록 석고 분말의 치환량을 결정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 시멘트, 고로 슬래그 분말, 석고 분말 외에도 그래핀 분말을 더 포함할 수 있다. 이때 그래핀 분말은 고로 슬래그 분말과 석고 분말의 전체 중량에 대하여 5~9중량%로 치환하여 배합되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 콘크리트의 수화율을 저감하기 위한 플라스틱 분쇄물이 시멘트의 전체 중량에 대해 0.1~5 중량%로 첨가될 수 있다. 여기서, 플라스틱 분쇄물은 발포폴리에틸렌 재질로 이루어지며, 구체적으로 보온재, 완충재 등으로 사용되었던 발포폴리에틸렌 자재를 재활용하는 방식으로 폐 발포폴리에틸렌 자재를 직경 0.1~5mm로 분쇄하여 제조된 분쇄물로 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 발포폴리에틸렌 분쇄물은 비표면적이 높은 열가소성 물질로서 콘크리트의 수화열을 흡수하여 수화열을 저감시키는 효과가 뛰어나, 이를 통해 콘크리트의 수축에 의한 균열을 방지함으로써, 초고강도 PHC 파일에 요구되는 압축강도를 지속적으로 확보하는데 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예와 그 시험 결과를 설명함으로써, 본 발명의 구성 및 작용효과를 더 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
<고로 슬래그 함량에 따른 배합 비교 시험>
1. 시험 개요 및 콘크리트 배합표
고로 슬래그 분말의 함량에 따른 압축강도 발현율을 비교하기 위해, 시멘트에 대해 고로 슬래그 분말의 치환량을 40중량%(실시예 1-1), 45중량%(실시예 1-2), 50중량%(실시예 1-3), 60중량%(실시예 1-4)로 하여 배합된 시멘트 조성물로 PHC 파일 형태의 콘크리트 시료들을 제작한 후, 각각에 대해 압축강도 시험을 진행하였다. 참고로, 압축강도 시험은 KS 규격 「KS F 2454 : 2011」에 규정된 시험 방법에 따라 진행하였다.
그리고, 고로 슬래그 분말에 대한 석고 분말의 치환량 관련해서는, 슬래그 시멘트(S/C)의 KS 규격상 SO3의 함량은 4중량% 이내로 규제하고 있으나, SO3 함량이 4중량% 이상일 때에 압축강도 발현율도 확인하기 위해, 석고 분말은 모든 배합 시료에 있어서 고로 슬래그 분말의 전체 중량에 대해 15중량%로 치환하여 첨가하였다. 이때, 석고 분말은 황산칼슘(CaSO4) 무수물인 무수석고 분말을 사용하였다. 한편, 일반용 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물을 사용하는 비교예에 대해서도 콘크리트 시료를 제작하여 압축강도 시험을 진행하였다. 비교예 및 실시예 1-1 내지 1-4 모두에 대해 콘크리트 양생온도는 60℃로 하였다.
구체적으로, 실시예 1-1에 따른 콘크리트 배합은 시멘트 전체의 중량에 대해 고로 슬래그 분말이 40중량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3, 시멘트 427kg/m3, 고로 슬래그 분말(무수석고 분말 15중량% 치환) 183kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-결합재비 혹은 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며, 감수제 혹은 유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물에 대해 1.50%로 첨가되고, 전체 SO3 함량은 4.62중량% 이다.
실시예 1-2에 따른 콘크리트 배합은 시멘트의 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말이 45중량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3, 시멘트 366kg/m3, 고로 슬래그 분말(무수석고 분말 15중량% 치환) 244kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며, 유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물에 대해 1.40%로 첨가되고, 전체 SO3 함량은 4.91중량% 이다.
실시예 1-3에 따른 콘크리트 배합은 시멘트의 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말이 50량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3, 시멘트 305kg/m3, 고로 슬래그 분말(무수석고 분말 15중량% 치환) 305kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며,유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물에 대해 1.30%로 첨가되고, 전체 SO3 함량은 5.20중량% 이다.
실시예 1-4에 따른 콘크리트 배합은 시멘트의 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말이 60중량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3, 시멘트 244kg/m3, 고로 슬래그 분말(무수석고 분말 15중량% 치환) 366kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며,유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물에 대해 1.25%로 첨가되고, 전체 SO3 함량은 5.78중량% 이다.
한편, 비교예에 따른 콘크리트 배합은 일반용 PHC 파일의 제조에 통상적으로 사용되는 시멘트 조성물을 사용한 것으로, 물 110kg/m3, 결합재인 시멘트 조성물 610kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 물-시멘트비(W/C) 및 잔골재율(S/a)은 위 실시예들과 마찬가지로 각각 18.0% 및 35.0%로 적용되며, 유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물에 대해 1.30%로 첨가되고, 전체 SO3 함량은 3.23중량% 이다. 참고로, 비교예에서 시멘트 조성물은 본 출원인이 일반용 PHC 파일 제조용으로 생산하고 있는 시멘트 조성물을 사용하였다.
이상의 비교예 및 실시예 1-1 내지 1-4에 따른 콘크리트 배합을 정리하면 아래의 [표 1]과 같다. 여기서, 'Slag'는 고로 슬래그 분말과 석고 분말의 혼합물을 나타낸다.
Figure 112021143126712-pat00007
2. 시험 결과 및 분석
비교예 및 실시예 1-1 내지 1-4에 대해 재령 1일 및 재령 7일의 압축강도를 측정한 결과를 아래의 [표 2]로 정리하였다.
Figure 112021011966516-pat00002
위 [표 2]를 참조하면, 고로 슬래그 함량에 따른 압축강도의 측정 결과, 대부분의 실시예들에서 비교예(일반용 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물 사용)와 비슷한 정도의 압축강도 발현율을 보였으나, 실시예 1-4(고로 슬래그 60중량% 치환)는 비교예와 대비하여 압축강도 발현율이 90%(재령 7일 기준) 정도로 낮게 나타났으며, 실시예 1-1(고로 슬래그 40중량% 치환)도 비교예보다 압축강도가 낮게 나타났다. 이에, 비교예와 비슷하거나 높은 압축강도 발현을 나타내는 실시예 1-2 및 실시예 1-3에 따라 고로 슬래그 치환량을 45중량% 및 50중량%로 결정하고 석고 함량에 따른 추가적인 배합 비교 시험을 진행하기로 했다.
<석고 함량에 따른 배합 비교 시험>
1. 시험 개요 및 콘크리트 배합표
앞에서도 언급한 바와 같이, 고로 슬래그 시멘트(S/C)는 KS 규격 「KS L 5210 고로 슬래그 시멘트」에 따라 SO3 함량이 4중량% 이내로 규정되어 있다. 이에 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트의 최적의 SO3 함량을 선정하기 위해, 위의 '고로 슬래그 함량에 따른 배합 비교 시험' 결과에 따라 결정된 고로 슬래그 치환량을 45중량% 및 50중량%에 대해 각각 석고를 8%, 10% 및 12% 치환하였으며(실시예 2-1 내지 2-6), 양생온도 60℃, 80℃ 및 90℃로 나누어 압축강도 시험을 진행하였다. 실시예 2-1 내지 2-6에 따른 콘크리트 배합을 아래의 [표 3]로 정리하였다.
Figure 112021011966516-pat00003
위 [표 3]에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1 내지 2-3 따른 콘크리트 배합은 시멘트 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말(석고분말 치환량 포함)이 45중량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3,, 시멘트 335kg/m3, Slag(고로 슬래그 분말과 무수석고 분말의 혼합물) 275kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며, 유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물 전체에 대해 1.40%로 첨가되었다.
여기서, 실시예 2-1에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말의 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 8중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 253kg/m3, 무수석고 분말 22kg/m3)된 것이고, 실시예 2-2에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 10중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 247.5kg/m3, 무수석고 분말 27.5kg/m3)된 것이며, 실시예 2-3에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 12중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 242kg/m3, 무수석고 분말 33kg/m3)된 것이다. 그리고, 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 실시예 2-3에 따른 콘트리트 배합에서 전체 SO3 함량은 각각 3.21중량%, 3.70중량% 및 4.18중량% 이다.
또한, 실시예 2-4 내지 2-6 따른 콘크리트 배합은 위 [표 3]에 나타낸 바와 같이, 시멘트 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말(석고분말 치환량 포함)이 50중량%로 치환된 것으로, 물 110kg/m3, 시멘트 305kg/m3, Slag(고로 슬래그 분말과 무수석고 분말의 혼합물) 305kg/m3, 잔골재, 굵은골재 및 유동화제를 포함하되, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되고, 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0%로 적용되며, 유동화제(AD)는 결합재인 시멘트 조성물 전체에 대해 1.30%로 첨가되었다.
여기서, 실시예 2-4에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말의 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 8중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 280.6kg/m3, 무수석고 분말 24.4kg/m3)된 것이고, 실시예 2-5에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 10중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 274.5kg/m3, 무수석고 분말 30.5kg/m3)된 것이며, 실시예 2-6에 따른 콘크리트 배합은 고로 슬래그 분말 전체 중량에 대해 무수석고 분말이 12중량%로 치환(즉, 고로 슬래그 분말 268.4kg/m3, 무수석고 분말 36.6kg/m3)된 것이다. 그리고, 실시예 2-4, 실시예 2-5 및 실시예 2-6에 따른 콘트리트 배합에서 전체 SO3 함량은 각각 3.31중량%, 3.85중량% 및 4.39중량% 이다.
2-1. 시험 결과 및 분석 - 양생온도 60℃
양생온도 60℃에서 실시예 2-1 내지 2-6에 대해 재령 1일 및 재령 7일의 압축강도를 측정한 결과를 아래의 [표 4]로 정리하였다.
Figure 112021011966516-pat00004
위 [표 4]를 참조하면, 60℃에서 양생한 결과 실시예 2-2(고로 슬래그 치환량 45중량%, 무수석고 첨가량 10중량%, 전체 SO3 함량 3.70중량%) 및 실시예 2-5(고로 슬래그 치환량 50중량%, 무수석고 첨가량 10중량%, 전체 SO3 함량 3.85중량%)에서 재령 3일 및 제7일의 압축강도 발현율이 우수한 것으로 나타났으나(즉, 무수석고 분말이 고로 슬래그 분말의 전체 중량에 대해 10중량%로 치환되었을 때 압축강도 발현율이 우수함), 100MPa이상 발현되지 않는 것으로 확인 되었다. 이는 60℃ 양생온도에서는 고로 슬래그의 온도 의존 특성에 크게 영향을 주지 못한 것으로 판단된다. 이에 위 실시예 2-1 내지 2-6에 따른 콘크리트 배합에 때해 양생온도를 80℃ 및 90℃로 하여 압축강도 시험을 진행하는 것으로 결정하였다.
참고로, 실제 초고강도 PHC 파일의 제조시 양생시간은 생산 여건에 따라 달라질수 있으나 3~6시간이 일반적이며, 양생온도가 최고온도에 이르는 경우 양생시간은 6시간 이상이 될 수도 있다.
2-2. 시험 결과 및 분석 - 양생온도 80℃
양생온도 80℃에서 실시예 2-1 내지 2-6에 대해 재령 1일 및 재령 7일의 압축강도를 측정한 결과를 아래의 [표 5]로 정리하였다.
Figure 112021011966516-pat00005
위 [표 5]를 참조하면, 80℃에서 양생한 결과 앞서 60℃에서 양생한 결과와 마찬가지로, 실시예 2-2(고로 슬래그 치환량 45중량%, 무수석고 첨가량 10중량%, 전체 SO3 함량 3.70중량%) 및 실시예 2-5(고로 슬래그 치환량 50중량%, 무수석고 첨가량 10중량%, 전체 SO3 함량 3.85중량%)에서 재령 3일 및 제7일의 압축강도 발현율이 우수한 것으로 나타났으며, 실시예 2-2 및 실시예 2-5 모두 재령 7일 기준으로 105MPa 이상 압축강도가 발현되는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 앞서 언급한 고로 슬래그의 온도 의존 특성이 압축강도 발현 특성에 영향을 준 것으로 판단된다.
2-3. 시험 결과 및 분석 - 양생온도 90℃
양생온도 90℃에서 실시예 2-1 내지 2-6에 대해 재령 1일 및 재령 7일의 압축강도를 측정한 결과를 아래의 [표 6]으로 정리하였다.
Figure 112021011966516-pat00006
위 [표 6]을 참조하면, 90℃에서 양생한 결과 실시예 2-2(고로 슬래그 치환량 45중량%, 무수석고 첨가량 10중량%, 전체 SO3 함량 3.70중량%)에서 재령 7일 기준으로 압축강도 110MPa 이상을 발현하는 것을 확인할 수 있었다.
이후 연속적인 확인 시험에서도 마찬가지로 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 고로 슬래그 치환량 45중량%(석고 첨가량 10중량% 포함), 전체 SO3 함량 3.70~3.80중량%에서 가장 우수한 압축강도 발현율을 나타냈다.
한편, 위 시험들에서 제작된 콘크리트 시료는 실제 PHC 파일과 달리 PC 강선 등이 내장되지 않은 것이므로, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물을 사용하여 실제 PHC 파일을 제조할 경우, 위 시험 결과에서 나타난 압축강도보다 높은 압축강도를 발현할 것으로 예상된다.
이상의 시험 결과들을 종합해보면, 본 발명에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물에서, 시멘트의 전체 중량에 대해 고로 슬래그 분말이 45중량%로 치환되고, 고로 슬래그 분말의 전체 중량에 대해 석고 분말이 10중량%로 치환되며, 전체 SO3 함량 3.70~3.80중량%일 때, 가장 우수한 압축강도를 발현하는 것을 알 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따른 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물은 그 전체 중량에 대해 시멘트 55중량%, 고로 슬래그 분말 40.5중량% 및 석고 분말 4.5중량%을 포함하는 것이다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 초고강도 PHC 파일의 제조에 사용되는 시멘트 조성물에 있어서,
    시멘트 및 고로 슬래그 분말을 포함하고,
    상기 고로 슬래그 분말은 상기 시멘트 100중량%에 대하여 40~50중량%로 치환하여 배합되며,
    상기 시멘트 조성물은 석고 분말을 더 포함하고,
    상기 석고 분말은 상기 고로 슬래그 분말 100중량%에 대하여 9~11중량%로 치환하여 배합되며,
    상기 시멘트 조성물의 전체 SO3 함량이 3.7~3.8중량% 범위를 나타내도록 상기 석고 분말의 치환량을 결정하고,
    상기 시멘트 조성물은 플라스틱 분쇄물이 상기 시멘트 100중량%에 대하여 0.1~5중량%로 첨가되되, 상기 플라스틱 분쇄물은 보온재나 완충재로 사용되었던 발포폴리에틸렌 자재를 재활용하는 방식으로 폐 발포폴리에틸렌 자재를 직경 0.1~5mm로 분쇄하여 제조되는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고로 슬래그 분말은 4,600~5,200cm2/g 범위의 분말도를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초고강도 PHC 파일의 제조시 상기 시멘트 조성물의 양생온도는 85~95℃ 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 조성물은 그래핀 분말을 더 포함하고,
    상기 그래핀 분말은 상기 고로 슬래그 분말과 상기 석고 분말의 전체 중량에 대하여 5~9중량%로 치환하여 배합되는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 배합시 물-시멘트비(W/C)는 18.0%, 잔골재율(S/a)은 35.0~40.0%로 적용되는 것을 특징으로 하는 초고강도 PHC 파일 제조용 시멘트 조성물.
  9. 제1항에 기재된 시멘트 조성물을 사용하여 제조된 초고강도 PHC 파일.
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