KR102393545B1 - 순환 잔골재 및 동슬래그 미분말을 혼합한 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물 - Google Patents

순환 잔골재 및 동슬래그 미분말을 혼합한 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업부산물로서 폐기되던 입경 1.2㎜ 이하의 동슬래그 미분말을 순환 잔골재와 함께 사용하여 모르타르 조성물을 만들므로써, 순환 잔골재의 재반응(경화)을 방지함과 동시에 순환골재 콘크리트의 우수한 유동성 및 워커빌러티(workability/작업성)를 가지면서도, 순환 잔골재의 밀도 증가 및 흡수율 저하 효과를 통해서 콘크리트가 충분한 강도를 발휘할 수 있게 만들어서 다양한 용도로 사용할 수 있게 되는 "순환 잔골재 및 동슬래그 미분말을 혼합한 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물"에 관한 것이다.

Description

순환 잔골재 및 동슬래그 미분말을 혼합한 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물{Eco Mortar Composition having Copper Slag Powder and Recycled Fine Aggregates}
본 발명은 순환골재 콘크리트를 제조하는데 이용되는 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 산업부산물로서 폐기되던 "입경 1.2㎜ 이하의 동슬래그 미분말"을 순환 잔골재와 함께 사용하여 모르타르 조성물을 만들므로써, 순환 잔골재의 재반응(경화)을 방지함과 동시에 순환골재 콘크리트의 우수한 유동성 및 워커빌러티(workability/작업성)를 가지면서도, 순환 잔골재의 밀도 증가 및 흡수율 저하 효과를 통해서 콘크리트가 충분한 강도를 발휘할 수 있게 만들어서 다양한 용도로 사용할 수 있게 되는 "순환 잔골재 및 동슬래그 미분말을 혼합한 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물"에 관한 것이다.
건설폐기물에서부터 생산된 순환골재를 사용하는 콘크리트 조성물이 대한민국 등록특허 제10-2311713호 등에 의해 알려져 있다. 순환골재는 "순환 잔골재"와 "순환 굵은골재"로 구분될 수 있다. 순환골재를 사용하는 콘크리트("순환골재 콘크리트")는 건축물의 골조 공사에도 사용될 수 있는데, 순환골재 콘크리트를 위한 조성물에서의 순환골재 사용량은 재활용 건축자재의 활용기준에 큰 영향을 준다. 국토교통부의 <재활용 건축자재의 활용기준> 고시에서는 재활용 건축자재 사용량의 용적비율 15 내지 25%에 따라 건축물 용적률 기준 완화 적용 범위를 정하고 있다. 편의상 이러한 건축물 용적률 기준 완화 적용 범위를 "재활용 건축자재 사용 비율"이라고 한다. 연면적 500제곱미터 이상의 건축물에서 기둥, 기초, 바닥, 벽, 보, 계단, 지붕 등의 골조를 구축하는 공사에 순환골재 콘크리트를 사용할 수 있는데, 이 경우 순환골재 사용량("순환골재량")에 따라 재활용 건축자재 사용 비율을 5 내지 15% 범위 내에서 정할 수 있다.
순환골재는 주로 도로공사의 용도로 사용되고 있으며, 콘크리트에는 품질신뢰성 문제로 사용기피 현상이 나타나고 있다. 특히 순환 잔골재는 순환 굵은골재에 보다 품질변동이 심하며, 높은 흡수율, 낮은 밀도, 파쇄과정 중 내부 미세균열 등의 문제가 발생될 수 있다. 또한, 표면에 부착되어 있는 굳은 모르타르 중 시멘트 미분이 세척과정에서 수분을 흡수하게 되어 저장시에 재응결 작용 및 경화 현상(수화반응)이 생긴다. 이로 인해 순환골재 콘크리트 제조시 적정량의 투입이 어렵게 되고 배합관리가 곤란할 뿐만 아니라 슬럼프 플로우 저하, 강도 저하 등이 원인으로 지적되어 사용이 저조한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2311713호(2021. 10. 13. 공고).
본 발명은 위와 같은 필요성 및 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 산업부산물로서 폐기되던 "입경 1.2㎜ 이하의 동슬래그 미분말"을 순환 잔골재와 함께 사용하여 모르타르 조성물을 만들므로써, 레미콘 공장에서 저장하는 과정에서 순환 잔골재의 재응결 및 경화를 방지할 수 있고, 우수한 유동성 및 워커빌러티(workability/작업성), 그리고 높은 밀도를 가지면서 흡수율이 저하되어 충분한 강도를 발휘할 수 있는 우수한 품질의 콘크리트를 생산할 수 있게 되어 다양한 용도로 사용할 수 있는 동슬래그 미분말 및 순환 잔골재를 함유한 친환경 모르타르 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해서 순환 잔골재의 활용도를 높일 수 있게 되는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 바인더, 잔골재, 팽창성 혼화제, 및 배합수를 포함하며; 바인더는 분체로서, 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬로 이루어진 그룹에서 선택된 1 이상의 것이고; 바인더와 잔골재는 중량비로서 1:3의 비율로 포함되며; 잔골재는 천연 잔골재와 재활용 잔골재가 혼합된 것으로서, 잔골재의 총 100중량%에 대하여 천연 잔골재 75 내지 85중량% 및 재활용 잔골재 15 내지 25중량%로 포함되며; 재활용 잔골재는 순환 잔골재와 동슬래그 미분말이 혼합된 것으로서, 재활용 잔골재의 총 100중량%에 대하여 순환 잔골재 70 내지 90중량% 및 동슬래그 미분말 10 내지 30중량%로 포함되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물이 제공된다.
본 발명에 의하면, 순환 잔골재와 동슬래그 미분말을 혼합 사용함으로써, 순환 잔골재 내에서 볼베어링(ball bearing) 작용을 통해서 시멘트 미분의 수화반응을 억제시켜서 레미콘 공장에서 저장시 순환 잔골재간에 경화를 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
특히, 본 발명에서는 순환 잔골재와 동슬래그 미분말을 혼한 사용함으로써, 콘크리트용 모르타르 내부가 밀실해지고 공극이 감소되며, 동슬래그 미분말의 높은 비중과 낮은 흡수율을 통해서 골재의 밀도 증가와 흡수율의 감소 효과를 발휘할 수 있게 되고, 그에 따라 모르타르 및 콘크리트의 유동성 향상 및 작업성이 증가하게 되고, 강도의 증가 및 재료분리의 감소 등의 효과가 발휘된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 실시예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 모르타르 조성물은, 바인더, 잔골재, 팽창성 혼화제, 및 배합수를 포함하여 구성되는 것인데, 여기서 잔골재는 천연 잔골재 및 재활용 잔골재로 이루어진 것이고, 재활용 잔골재는 순환 잔골재와 동슬래그 미분말로 이루어진 것이다. 필요에 따라서는 본 발명의 모르타르 조성물에 소량의 AE제가 더 포함될 수도 있다.
본 발명에 따른 모르타르 조성물에서 바인더는 분체로 이루이진 것으로서, 바인더로는 시멘트만을 사용할 수도 있지만 필요에 따라서는 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 모두 또는 선택적으로 시멘트와 함께 바인더로서 사용할 수도 있다.
본 발명의 모르타르 조성물에서 바인더와 잔골재는 중량비로서 1:3의 비율로 혼합된다. 따라서 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 바람직한 실시예에서는 바인더가 270kg/㎥으로 포함될 수 있는데, 이 경우 잔골재는 810kg/㎥으로 포함된다.
본 발명에서 잔골재는, 천연 잔골재 및 재활용 잔골재로 이루어지는데, 여기서 재활용 잔골재는 순환 잔골재와 동슬래그 미분말로 이루어진 것이다. 건축물 시공에서의 경제성 향상을 위해서 적용 범위 비율을 최대로 적용시킬 수 있는 최적의 재활용잔골재량을 가지며, 더 나아가 재활용 잔골재에서 순환 잔골재와 동슬래그 미분말의 최적 함유 비율을 가진다.
재활용 잔골재를 포함하는 모르타르를 사용함에 있어서, 재활용 건축자재의 활용기준은 모르타르에 포함되는 재활용 잔골재량에 큰 영향을 준다. 구체적으로 국토교통부의 <재활용 건축자재의 활용기준> 고시에서는 재활용 건축자재 사용량의 용적비율 15 내지 25%에 따라 건축물 용적률 기준 완화 적용 범위를 정하고 있다. 편의상 이러한 건축물 용적률 기준 완화 적용 범위를 "적용 범위 비율"이라고 한다. 연면적 500제곱미터 이상의 건축물에서 기둥, 기초, 바닥, 벽, 보, 계단, 지붕 등의 골조를 구축하는 공사에 사용되는 재활용 건축자재의 사용 비율을 15 내지 25% 범위 내에서 정할 수 있다. 국토교통부의 상기한 <재활용 건축자재의 활용기준> 고시에 따르면, 재활용 건축자재의 사용 비율이 15% 이상일 경우에는 적용 범위 비율을 5%로 할 수 있다.
앞서 언급한 것처럼 본 발명의 모르타르 조성물에서 잔골재는, 천연 잔골재 및 재활용 잔골재로 이루어진다. 위에서 설명한 <재활용 건축자재의 활용기준>의 고시 내용을 기준으로 하여, 목표로 하는 재활용 건축자재의 사용 비율에 맞추어 재활용 잔골재의 함유량을 정하게 되는 바, 본 발명에서는 천연 잔골재로만 이루어진 종래 기술에 대해서 중량비로서 잔골재의 약 15 내지 25%를 재활용 잔골재로 대체하는 것이다, 따라서 본 발명의 모르타르 조성물에 있어서, 잔골재의 총 100중량%에 대하여 천연 잔골재는 75 내지 85중량%로 포함되고 재활용 잔골재는 15 내지 25중량%로 포함된다. 재활용 건축자재의 사용 비율이 15%일 경우에는, 잔골재의 총 100중량%에 대하여 천연 잔골재 85중량% 및 재활용 잔골재 15중량%로 포함된다. 그리고 재활용 건축자재의 사용 비율이 20%일 경우에는, 잔골재의 총 100중량%에 대하여 천연 잔골재 80중량% 및 재활용 잔골재 20중량%로 포함되며, 재활용 건축자재의 사용 비율이 25%일 경우에는, 잔골재의 총 100중량부에 대하여 천연 잔골재 75중량% 및 재활용 잔골재 25중량%로 포함된다.
본 발명에서 무엇보다 중요한 점은 재활용 잔골재로서 순환 잔골재로만 사용하는 것이 아니라, 순환 잔골재의 일부를 동슬래그 미분말로 대체하여 사용한다는 점인데, 본 발명에서는 재활용 잔골재 중에서 중량비로서 10 내지 30%의 순환 잔골재를 동슬래그 미분말로 대체하게 된다. 따라서 본 발명의 모르타르 조성물에 있어서, 재활용 잔골재는 순환 잔골재 및 동슬래그 미분말로 이루어지며, 재활용 잔골재의 총 100중량%에 대하여 순환 잔골재는 70 내지 90중량%로 포함되고 동슬래그 미분말은 10 내지 30중량%로 포함되는 구성을 가진다. 즉, 재활용 잔골재에서 순환 잔골재에 대한 동슬래그 미분말의 대체율이 10%인 경우에는 재활용 잔골재의 총 100중량%에 대하여 순환 잔골재 90중량% 및 동슬래그 미분말 10중량%로 포함되는 것이고, 재활용 잔골재에서 순환 잔골재에 대한 동슬래그 미분말의 대체율이 20%인 경우에는 재활용 잔골재의 총 100중량%에 대하여 순환 잔골재 80중량% 및 동슬래그 미분말 20중량%로 포함되는 것이며, 재활용 잔골재에서 순환 잔골재에 대한 동슬래그 미분말의 대체율이 30%인 경우에는 재활용 잔골재의 총 100중량%에 대하여 순환 잔골재 70중량% 및 동슬래그 미분말 30중량%로 포함되는 것이다,
동슬래그 미분말은 유동성(흐름성/워커빌리티)의 개선과 강도 개선, 그리고 동슬래그 미분말의 볼베어링 작용을 통해서, 순환 잔골재만을 사용하였을 때 레미콘 공장에서 저장하는 과정에서 순환 잔골재가 재응결 및 경화되는 것을 방지하기 위하여 사용되는 것으로서, 본 발명에서는 입경 1.2㎜ 이하의 동슬래그 미분말을 사용한다. 표 1에는 본 발명의 모르타르 조성물에 포함되는 동슬래그 미분말의 기타 물리적인 특성이 정리되어 있다.
Figure 112021134909452-pat00001
본 발명의 모르타르 조성물에서 바인더와 잔골재는 중량비로서 1:3의 비율로 혼합된다.
본 발명의 모르타르 조성물에서, 팽창성 혼화제는 순환 잔골재의 사용으로 인하여 야기되는 길이변화 및 건조수축을 완화시키기 위하여 사용되는 것이다. 길이변화와 건조수축은 균열 발생을 증가시킬 수 있고, 이로 인하여 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 모르타르 조성물에는 팽창성 혼화제가 포함되는 것이다. 본 발명에 따른 모르타르 조성물에는 팽창성 혼화제가 포함되어 사용되므로, 길이변화 및 건조수축을 완화 내지 저감시키게 됨은 물론이고, 유동성이 크게 개선되고 압축강도가 향상되어 사용성 및 성능이 증진되는 효과가 발휘된다. 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 바람직한 실시예에서 바인더 270kg/㎥ 및 잔골재 810kg/㎥으로 포함되는 경우, 팽창성 혼화제는 1.5kg/㎥으로 포함된다.
본 발명의 모르타르 조성물에는 AE제가 더 포함될 수 있다. 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 바람직한 실시예에서 바인더 270kg/㎥, 잔골재 810kg/㎥ 및 팽창성 혼화제 1.5kg/㎥로 포함되는 경우, AE제는 0.12kg/㎥으로 포함될 수 있다.
본 발명의 모르타르 조성물의 바람직한 실시예에서 바인더 270kg/㎥, 잔골재 810kg/㎥ 및 팽창성 혼화제 1.5kg/㎥로 포함될 때, 물(배합수)는 259kg/㎥으로 포함된다.
위와 같은 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 배합구성을 정리하면 아래의 표 2와 같다. 아래의 배합은 배합수 170 ~ 259kg/㎥와 혼합되어 사용된다.
Figure 112021134909452-pat00002
다음에서는 본 발명의 실시예 및 이에 대비되는 비교예에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 모르타르 조성물에 대한 실시예 및 이와 대비되는 비교예를 아래의 표 4와 같이 제조하고, 이를 이용하여 표준 공시체를 만들어서, 슬럼프 플로우, 재령에 따른 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 각각 측정하였다.
Figure 112021134909452-pat00003
위 표 4에서 <배합비(바인더:잔골재)>는 바인더와 잔골재가 혼합되는 중량비를 의미하는 것으로서, 예를 들어 배합비 1:3는 바인더의 중량을 1이라고 할 때 잔골재의 중량은 3이 된다는 의미이다. 기타 표 4에서 배합수, 천연 잔골재, 순환 잔골재, 동슬래그 미분말, 시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 팽창성 혼화제 및 공기연행제 각각의 함유량에 대한 수치의 단위는 kg/㎥이다
아래의 표 5에는 표 4의 실시예 및 비교에 각각에 대하여 슬럼프 플로우를 측정한 결과가 정리되어 있다.
Figure 112021134909452-pat00004
일반적으로 유동성(작업성 관련)의 척도인 플로우는 골재의 입형조직과 표면조직의 상태에 따라 영향을 받게 된다. 동슬래그 미분말의 혼입율이 증가함에 따라 슬럼프 플로우는 증가하였으며, 비교예 1(일반 모르타르) 보다 동등하거나 오히려 우수한 성능을 발휘하고 있다. 즉, 본 발명에 따르면 재활용 건축자재 사용 비율 별로 최적의 순환 잔골재 함유량과 동슬래그 미분말 함유량을 가지는 순환골재 콘크리트용 모르타르 조성물을 만들 수 있는 것이며, 그에 따라 건축물 시공에서의 경제성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
아래의 표 6에는 표 4의 실시예 및 비교에 각각에 대하여 재령별 압축강도를 측정한 결과가 정리되어 있으며, 표 7에는 표 4의 실시예 및 비교에 각각에 대하여 재령 28일 인장강도 및 휨강도를 측정한 결과가 정리되어 있다.
Figure 112021134909452-pat00005
Figure 112021134909452-pat00006
모르타르의 강도는 시멘트 페이스트의 강도, 페이스트, 골재간의 부착강도, 물시멘트비 이외에도 골재의 강도, 종류, 공극율, 사용량 등에 따라 영향을 받는다. 페이스트의 강도는 중요한 역할을 하기 때문에 강도에 영향을 미치는 인자는 모두 콘크리트의 강도뿐만 아니라 모르타르의 강도에는 필연적으로 영향을 미친다. 이들 인자 중에서도 물/시멘트비는 가장 중요한 인자이며, 다른 조건이 모두 동일하다면 콘크리트 및 모르타르의 강도 차이는 물/시멘트비 만에 의하여 결정된다.
순환 잔골재의 함유량에 따른 동슬래그 미분말 함유량이 증가할수록 압축강도가 증가하는 경향으로 나타났다. 또한, 재령이 증가할수록 강도의 변화폭은 강도특성에 따라 조금씩 증가하는 경향으로 나타났으며, 본 발명의 실시예들은 비교예 1(일반 모르타르) 보다 동등하거나 오히려 우수한 성능을 발휘하고 있다.
인장강도 및 휨강도 역시 순환 잔골재 함유량에 따른 동슬래그 미분말 함유량이 증가할수록 증가하는 경향으로 나타났으며, 변화폭은 크게 차이가 없었다. 본 발명의 실시예들은 비교예 1(일반 모르타르) 보다 동등하거나 오히려 우수한 성능을 발휘하고 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 재활용 건축자재 사용 비율 별로 최적의 순환 잔골재 함유량을 가지는 모르타르 조성물을 만들 수 있고, 이를 통해서 친환경적인 최적의 콘크리트를 형성할 수 있고, 그에 따라 건축물 시공에서의 경제성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 모르타르 조성물을 이용하게 되면, 순환골재의 재활용이 더욱 활발하게 되는 바, 부족한 천연자원인 천연골재의 사용량을 줄여서 천연자원 채취를 위한 환경파괴 및 환경부하를 저감시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명의 모르타르 조성물은 한국산업규격 기준을 만족시키는 우수한 품질을 가지는 바, 건축물뿐만 아니라, 각종 토목구조물에도 사용할 수 있어서, 그 활용도가 극대화되는 장점이 있으며, 따라서 순환골재의 활용 역시 증대하게 되고, 레미콘 업계에서 생산되는 모르타르 조성물 및 이를 이용한 순환골재 콘크리트 조성물에 대하여 우수한 품질을 확보하고 보장할 수 있게 된다.
무엇보다도 본 발명에서는, 목표로 하는 적용 범위 비율 및 콘크리트 설계강도에 맞추어서 최적화된 순환 굵은 골재량을 가지는 순환골재 콘크리트 조성물이 제공되는 바, 목적에 따라 적용 범위 비율을 최대로 할 수 있게 되고, 그에 따라 건축물 시공의 경제성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

Claims (5)

  1. 바인더로서 시멘트 270kg/㎥;
    배합수 170kg/㎥;
    팽창성 혼화제 1.5kg/㎥;
    AE제 0.12kg/㎥;
    천연 잔골재 608kg/㎥;
    순환 잔골재 141kg/㎥; 및
    조립율 3.4, 비중 3.74, 흡수율 0.52% 및 입경 1.2㎜ 이하의 동슬래그 미분말 61kg/㎥을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환골재 콘크리트 제조용 모르타르 조성물.
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