KR102406849B1 - Composition of self-healing concrete using clinker binder and clinker aggregate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 무기계 혼합재료의 조립화를 통해 무기계 혼합재료 입자 크기를 증가시켜 초기 콘크리트의 수화 과정에서 표면부에서만 수화가 발생하고 콘크리트에 남아 있는 미반응 클링커는 균열 발생 시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 수화물을 생성하여 장기적으로 균열을 치유하도록 설계한 것으로, 최적의 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.
The present invention relates to a self-healing concrete composition comprising a clinker binder and clinker aggregate.
The present invention increases the particle size of the inorganic mixed material through granulation of the inorganic mixed material, so that hydration occurs only on the surface during the initial hydration process of concrete, and the unreacted clinker remaining in the concrete is subjected to secondary hydration with the moisture that penetrated when cracking occurs. A self-healing concrete composition containing pulverized clinker binder and clinker aggregate with an optimal particle size distribution can be provided.

Description

클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물{COMPOSITION OF SELF-HEALING CONCRETE USING CLINKER BINDER AND CLINKER AGGREGATE}Self-healing concrete composition containing clinker binder and clinker aggregate

본 발명은 클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기계 혼합재료의 조립화를 통해 무기계 혼합재료 입자 크기를 증가시켜 초기 콘크리트의 수화 과정에서 표면부에서만 수화가 발생하고 콘크리트에 남아 있는 미반응 클링커는 균열 발생 시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 수화물을 생성하여 장기적으로 균열을 치유하도록, 최적의 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a self-healing concrete composition containing a clinker binder and clinker aggregate, and more particularly, to increase the particle size of the inorganic mixed material through granulation of the inorganic mixed material to hydrate only the surface portion during the initial hydration process of concrete. Clinker binder and clinker aggregate pulverized to an optimal particle size distribution are included so that the unreacted clinker remaining in the concrete after cracking causes secondary hydration with the infiltrated moisture to form hydrates in the cracks to heal the cracks in the long term. It relates to a self-healing concrete composition.

철근 콘크리트 구조물은 과거에는 반영구적인 구조물로 인식되었으나, 외부 유해 이온의 침투 등으로 인한 철근의 부식으로 인해 구조적 성능이 감소하여 구조물의 붕괴가 일어나는 경우도 발생한다. Reinforced concrete structures were recognized as semi-permanent structures in the past, but structural performance decreases due to corrosion of reinforcing bars due to infiltration of external harmful ions, and the structure collapses.

콘크리트 구조물에 발생한 균열은 염소이온, CO2 등 철근의 부식을 유발할 수 있는 외부 인자에 의한 침투 속도를 높여 내구성능을 감소시켜 초래된다. 따라서 구조물의 장기적인 내구성능을 확보하기 위해서는 콘크리트 구조물에 발생한 균열을 빠르게 보수하는 것이 필요하다. Cracks in the concrete structure are caused by reducing the durability by increasing the penetration rate by external factors that can cause corrosion of reinforcing bars such as chlorine ions and CO 2 . Therefore, in order to secure the long-term durability of the structure, it is necessary to quickly repair the cracks in the concrete structure.

그러나 구조물에 발생한 미세한 균열은 확인이 어려울 뿐 아니라 토목 구조물의 경우 규모가 크고 작업자가 균열부로 접근하기 어려운 문제가 있어 균열의 보수가 쉽지 않으며, 또한, 지하 구조물의 경우 균열의 보수가 불가능한 경우도 많아 이에 대한 대책이 필요하다.However, not only is it difficult to identify minute cracks in the structure, but also, in the case of civil structures, it is difficult to repair cracks because the scale is large and workers have difficulty accessing the cracks. Measures need to be taken against this.

자기치유 콘크리트 기술은 콘크리트에 발생한 균열을 외부의 작업 없이 치유할 수 있는 기술을 의미한다. Self-healing concrete technology refers to a technology that can heal cracks in concrete without external work.

이러한 자기치유 콘크리트 기술은 사용하는 소재에 따라 무기계 혼합재료 활용 기술, 박테리아 활용 기술, 캡슐 활용 기술, 고분자 소재 활용 기술 등으로 나뉜다. 이중에서 무기계 혼합재료 활용 기술은 무기계 팽창제, 무기계 팽윤제, 결정촉진제, 시멘트 대체 재료(플라이 애쉬, 고로슬래그 미분말, 실리카 퓸 등) 등 무기계 재료를 자기치유 소재로 사용한 기술을 의미한다. This self-healing concrete technology is divided into inorganic mixed material utilization technology, bacteria utilization technology, capsule utilization technology, polymer material utilization technology, etc. depending on the material used. Among them, inorganic mixed material utilization technology refers to a technology that uses inorganic materials such as inorganic expanding agents, inorganic swelling agents, crystal accelerators, and cement substitutes (fly ash, fine blast furnace slag powder, silica fume, etc.) as self-healing materials.

무기계 혼합재료 활용 기술은 다른 기술에 비해 자기치유 소재(무기계 혼합재료)의 비용이 저렴하고 가공이 용이하기 때문에 다른 소재에 비해 콘크리트에 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다. Compared to other technologies, the inorganic mixed material utilization technology has the advantage that it can be easily applied to concrete compared to other materials because the cost of the self-healing material (inorganic mixed material) is low and processing is easy.

그러나 무기계 혼합재료의 경우, 콘크리트의 수화 과정에서 반응하여 경화하기 때문에 장기적으로 자기치유 성능이 감소한다는 문제가 존재한다. 즉, 무기계 혼합재료를 자기치유 소재로 활용한 자기치유 콘크리트 기술은 무기계 혼합재료를 콘크리트에 그대로 혼입하는 경우 콘크리트의 초기 수화 과정에서 모두 반응하여 장기적으로 자기치유 성능을 확보하기 어렵다는 문제가 발생한다. However, in the case of inorganic mixed materials, there is a problem that the self-healing performance decreases in the long term because it reacts and hardens during the hydration process of concrete. That is, the self-healing concrete technology using inorganic mixed materials as a self-healing material has a problem in that it is difficult to secure self-healing performance in the long term because all of the inorganic mixed materials react in the initial hydration process of concrete when mixed as it is.

따라서 장기적으로 자기치유 성능을 확보하기 위해서는 무기계 혼합재료가 초기 재령에서 반응하지 않도록 하는 것이 필요하다. Therefore, in order to secure the self-healing performance in the long term, it is necessary to prevent the inorganic mixed material from reacting at the initial age.

이에, 무기계 혼합재료의 입도가 증가하는 경우 초기 재령에서 무기계 혼합재료 입자의 표면만 수화되고 내부는 미반응 상태로 남아 있기 때문에, 장기 재령에도 미반응 상태의 무기계 혼합재료가 증가한다. Therefore, when the particle size of the inorganic mixed material increases, only the surface of the inorganic mixed material particles is hydrated at the initial age and the inside remains unreacted, so the unreacted inorganic mixed material increases even at long-term age.

그러나 무기계 혼합재료를 적절한 지름으로 제조하는 것은 어려운 일이며, 결합재의 반응량이 감소하는 경우 강도저하가 함께 발생할 수 있다. However, it is difficult to manufacture an inorganic mixed material with an appropriate diameter, and when the amount of reaction of the binder decreases, strength may decrease.

따라서 초기에 무기계 혼합재료의 반응을 억제하여 미반응 상태로 남아 있도록 하여, 균열 발생 이후 침투한 수분과 재반응할 수 있는 소재의 양을 증가시키는 기술이 필요하다. Therefore, there is a need for a technology that suppresses the reaction of the inorganic mixed material in the initial stage so that it remains in an unreacted state, thereby increasing the amount of the material that can re-react with the moisture that has penetrated after cracking.

이에 몇몇 연구자들은 초기 반응을 억제하기 위해 무기계 혼합재료를 캡슐화하는 방법 등을 통하여 이를 극복하기 위한 연구가 보고되고 있다. Accordingly, some researchers have reported studies to overcome this by encapsulating an inorganic mixed material in order to suppress the initial reaction.

특허문헌 1은 마이크로캡슐, 자기치유 코팅재 형성용 조성물 및 캡슐 분산형 자기치유 코팅재와 그의 제조방법을 개시하고 있으며, 개시된 마이크로캡슐은 자기치유 물질과 형광물질을 포함하는 코어부, 및 고분자를 포함하며 상기 코어부를 둘러싼 캡슐막을 포함한다.Patent Document 1 discloses a microcapsule, a composition for forming a self-healing coating material, a capsule dispersion type self-healing coating material and a method for manufacturing the same, and the disclosed microcapsule includes a core portion including a self-healing material and a fluorescent material, and a polymer, and a capsule membrane surrounding the core part.

그러나, 상기 자기치유 기술의 특징은 구조물의 표면에 보호 피막으로써 적용하는 경우가 대부분이기 때문에 자기치유 마이크로 캡슐량이 한정적이라는 문제점이 있다. 이는 배합과정 등에서 코팅층의 손상으로 코어재의 사전유출 등의 문제가 있어 그 배합량이 한정되며 이러한 제한에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 기존에는 구조물 표면에 보호피막으로 적용되는 정도에 불과한 것이다.However, the characteristic of the self-healing technology is that the amount of self-healing microcapsules is limited because most cases are applied as a protective film on the surface of the structure. This is because there is a problem such as prior leakage of the core material due to damage to the coating layer in the mixing process, etc., so the mixing amount is limited.

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 특허문헌 2는 콘크리트 재료로서 골재에 자기치유의 기능이 발현되도록 하는 것은 물론 시멘트 복합재료와 직접 혼합의 경우도 코팅의 손상에 의해 초기 비빔시에 자기치유 조성의 외부노출을 제어할 수 있어 그 적용성이 큰 골재 제조방법 및 이에 의해 제조되는 자기치유 골재를 제안하고 있다. In order to solve this problem, Patent Document 2 not only allows the expression of a self-healing function in aggregate as a concrete material, but also exposes the self-healing composition to the outside during initial mixing due to damage to the coating in the case of direct mixing with cement composite material. We propose a method for manufacturing an aggregate with great applicability because it can control the

그러나 일련의 캡슐화하는 방법은 균열 발생 시 캡슐이 깨지지 않으면, 자기치유 성능을 오히려 감소시킨다는 문제가 있고, 높은 캡슐화 비용으로 경제성이 낮다는 문제가 지적된다.However, a series of encapsulation methods have a problem in that, if the capsule is not broken when a crack occurs, the self-healing performance is rather reduced, and the problem of low economic efficiency due to high encapsulation cost is pointed out.

이에 본 발명자들은 종래의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 무기계 혼합재료를 조립화하여 장기적인 미반응 물질을 확보하여, 상기 무기계 혼합재료의 조립화는 무기계 혼합재료 입자 크기를 증가시켜 반응성을 억제하고, 장기적으로 반응되는 양을 감소시키고 미반응량을 증가시키는 구성을 안출하고, 무기계 혼합재료로서 클링커를 일정 크기로 분쇄한 클링커 바인더와 클링커 골재를 활용하여 초기 콘크리트의 수화 과정에서 표면부에서만 수화가 발생하고 콘크리트에 남아 있는 미반응 클링커는 균열 발생 시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 수화물을 생성하여 균열을 치유하는 자기치유 성능 향상을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have tried to solve the problems of the prior art, as a result of granulating the inorganic mixed material to secure a long-term unreacted material, the granulation of the inorganic mixed material increases the particle size of the inorganic mixed material to suppress reactivity, In the initial concrete hydration process, hydration occurs only on the surface part by using a clinker binder and clinker aggregate, which is crushed clinker to a certain size, as an inorganic mixed material, and The present invention was completed by confirming that the unreacted clinker remaining in the concrete improves the self-healing performance of healing cracks by generating hydrates in the cracks by causing secondary hydration with the moisture that penetrated when cracks occur.

대한민국특허 제1168038호 (2012.07.27 공고)Korea Patent No. 1168038 (published on July 27, 2012) 대한민국특허 제1958444호 (2019.03.14 공고)Korean Patent No. 1958444 (published on March 14, 2019)

본 발명의 목적은 클링커를 분쇄하여 일정 크기로 분쇄한 클링커 바인더와 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a self-healing concrete composition comprising a clinker binder pulverized to a predetermined size by pulverizing clinker and clinker aggregate.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에, 클링커가 30 내지 350㎛ 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및 In order to achieve the above object, the present invention provides a clinker binder in which clinker is pulverized to a particle size distribution of 30 to 350 μm in a concrete composition in which cement and aggregate are blended with mixing water, and

80 내지 2,500㎛의 입도 분포로 분쇄된 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공한다. Provided is a self-healing concrete composition comprising clinker aggregate pulverized to a particle size distribution of 80 to 2,500 μm.

상기에서 클링커 바인더는 상기 시멘트 함량에 1 내지 30중량%가 대체 배합되며, 상기 클링커 바인더는 클링커 분쇄 시 30∼350㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된다.In the above, 1 to 30% by weight of the clinker binder is alternately blended with the cement content, and the clinker binder is composed of a distribution ratio for each particle size according to a sieve size in the range of 30 to 350 μm when the clinker is pulverized.

또한, 상기 클링커 골재는 상기 골재 함량에 1 내지 30중량%가 대체 배합되며, 상기 클링커 골재는 클링커 분쇄 시 80∼2,500㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된 것이다. In addition, 1 to 30% by weight of the clinker aggregate is alternately blended with the aggregate content, and the clinker aggregate is composed of a distribution ratio for each particle size according to a sieve size in the range of 80 to 2,500 μm when clinker is pulverized.

이때, 상기 클링커 골재는 NaOH 용액에 침지되어 표면처리된 것이 바람직하다.In this case, the clinker aggregate is preferably immersed in NaOH solution and surface-treated.

본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물에 따라, 클링커를 분쇄한 클링커 바인더와 클링커 골재를 자기치유 소재로 활용하여 장기적으로 균열 발생 시 수분 침투에 의해 재수화할 수 있는 미반응량을 증가시키고 궁극적으로 자기치유 성능을 향상시킬 수 있다. According to the self-healing concrete composition of the present invention, the unreacted amount that can be rehydrated by moisture penetration when cracks occur in the long term by using the clinker binder and clinker aggregate from crushed clinker as a self-healing material, and ultimately self-healing performance can be improved.

또한, 클링커를 분쇄하여 자기치유 소재로 활용하는 기술은 분말을 응집하여 입도를 증가시키는 방법에 비해 절차가 간소하며, 소요비용이 적기 때문에 보다 경제적으로 제조할 수 있다. In addition, the technique of pulverizing clinker and using it as a self-healing material has a simpler procedure and less cost than a method of increasing the particle size by aggregating powder, so it can be manufactured more economically.

본 발명은 클링커를 분쇄하여 콘크리트의 배합시 결합재의 일부를 클링커 바인더로 치환하고, 골재의 일부를 클링커 골재로 치환함으로써, 자기치유 성능을 향상할 수 있을 뿐 아니라 입자 분포가 다른 클링커 바인더 및 클링커 골재를 혼용함으로써, 강도저하도 방지할 수 있다. The present invention can improve self-healing performance by pulverizing clinker and replacing a part of the binder with clinker binder when mixing concrete and substituting a part of the aggregate with clinker aggregate, as well as clinker binder and clinker aggregate with different particle distribution By mixing them, it is also possible to prevent the decrease in strength.

도 1은 클링커 조립화 또는 미립화에 따른 미반응량 증가 또는 감소를 도시한 것이고,
도 2는 균열 발생 시 균열 주변부의 미반응 클링커를 나타낸 것이고,
도 3은 클링커 바인더의 크기에 따른 균열 자기치유 성능을 나타내는 개념도이고,
도 4는 본 발명의 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재의 입도를 비교한 사진이고,
도 5는 본 발명의 분쇄된 클링커 바인더의 입도 분포를 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 분쇄된 클링커 골재의 입도 분포를 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물의 균열 자기치유 성능평가를 위한 투수시험법(water flow test) 세팅 사진이고,
도 8은 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물의 투수시험법 결과를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물의 클링커 바인더 주변의 자기치유 물질 생성을 CT를 통해 관찰한 결과이다.
1 shows an increase or decrease in the unreacted amount according to clinker granulation or atomization,
2 shows unreacted clinker around the cracks when cracks occur;
3 is a conceptual diagram showing the crack self-healing performance according to the size of the clinker binder;
4 is a photograph comparing the particle size of the pulverized clinker binder and clinker aggregate of the present invention;
5 shows the particle size distribution of the pulverized clinker binder of the present invention;
6 shows the particle size distribution of the pulverized clinker aggregate of the present invention,
7 is a water flow test setting photograph for evaluating the crack self-healing performance of the self-healing concrete composition of the present invention;
8 is a view showing the results of the permeability test method of the self-healing type concrete composition of the present invention,
9 is a result of observing the self-healing material generation around the clinker binder of the self-healing concrete composition of the present invention through CT.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에, The present invention relates to a concrete composition in which cement and aggregate are blended with mixing water,

클링커가 30 내지 350㎛ 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및 A clinker binder in which clinker is pulverized to a particle size distribution of 30 to 350 μm, and

80 내지 2,500㎛의 입도 분포로 분쇄된 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공한다. Provided is a self-healing concrete composition comprising clinker aggregate pulverized to a particle size distribution of 80 to 2,500 μm.

더욱 구체적으로, 본 발명은 무기계 혼합재료의 조립화를 통해 무기계 혼합재료 입자 크기를 증가시켜 초기 콘크리트의 수화 과정에서 표면부에서만 수화가 발생하고 콘크리트에 남아 있는 무기계 혼합재료는 균열 발생 시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 수화물을 생성하여 장기적으로 자기치유 성능을 가지도록 안출된 것으로서, 본 발명에서 무기계 혼합재료로서 클링커(Clinker)를 사용한다. More specifically, the present invention increases the particle size of the inorganic mixed material through granulation of the inorganic mixed material, so that hydration occurs only at the surface portion during the initial hydration process of concrete, and the inorganic mixed material remaining in the concrete is the moisture penetrating when cracks occur. It was devised to have long-term self-healing performance by generating hydrates in cracks by causing secondary hydration and clinker as an inorganic mixed material in the present invention.

본 발명에서 클링커란 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3) 및 석고를 혼합하고, 로터리 킬른에서 소성해 얻어진 덩어리를 의미한다. In the present invention, clinker refers to a mass obtained by mixing lime (CaO), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) and iron oxide (Fe 2 O 3 ) and gypsum, and calcining in a rotary kiln.

클링커는 동일한 품질로 생산이 용이하며, 분쇄를 통해 원하는 입자 크기로 조절하는 것이 용이하다.Clinker is easy to produce with the same quality, and it is easy to control the desired particle size through grinding.

도 1은 클링커 조립화 또는 미립화에 따른 미반응량 증가 또는 감소를 도시한 것으로서, 클링커의 조립화(입자의 지름 증가)에 따라 미반응 클링커가 증가하는 것을 나타낸다. 1 shows an increase or decrease in the amount of unreacted clinker according to granulation or atomization of clinker, and shows an increase in unreacted clinker according to granulation of clinker (increase in diameter of particles).

보다 구체적으로는, 클링커 바인더 및 클링커 골재의 수화는 표면부터 시작되기 때문에 표면만 반응되고 내부는 미반응 상태로 남아 있게 된다. 따라서 조립화한 소재를 사용하는 경우 장기적으로 미반응 클링커가 증가한다. 반면에, 클링커의 미립화의 경우, 표면부터 시작되는 수화반응으로 인해 미반응량이 감소하게 된다. More specifically, since hydration of the clinker binder and clinker aggregate starts from the surface, only the surface is reacted and the interior remains unreacted. Therefore, if granulated material is used, unreacted clinker increases in the long term. On the other hand, in the case of atomization of clinker, the unreacted amount decreases due to the hydration reaction starting from the surface.

도 2는 균열 발생 시 균열 주변부의 미반응 클링커를 나타낸 것으로서, 지름이 작은 경우 균열 주변에 존재하는 미반응 클링커가 감소하며, 지름이 큰 경우 주변에 존재하는 미반응 클링커가 증가한다. 따라서 자기치유 성능이 향상된다. FIG. 2 shows unreacted clinker at the periphery of a crack when a crack occurs. When the diameter is small, unreacted clinker existing around the crack decreases, and when the diameter is large, unreacted clinker existing around the crack increases. Accordingly, the self-healing performance is improved.

또한, 균열 면에 미반응 클링커 크기가 증가함에 따라, 균열 폭의 자기치유 성능이 증가한다. Also, as the unreacted clinker size on the crack surface increases, the self-healing performance of the crack width increases.

도 3은 클링커 바인더의 크기에 따른 균열 자기치유 성능을 나타내는 개념도이다. 구체적으로는, 클링커 바인더의 크기가 증가함에 따라 더 큰 폭의 균열을 치유할 수 있음을 알 수 있다. 3 is a conceptual diagram illustrating crack self-healing performance according to the size of a clinker binder. Specifically, it can be seen that cracks with a larger width can be healed as the size of the clinker binder increases.

반면에, 클링커 바인더의 크기가 너무 큰 경우 콘크리트의 역학적 성능 감소 및 블리딩 등 품질 저하가 발생할 수 있기 때문에 적절한 크기의 클링커를 제조하는 것이 필요하다. On the other hand, if the size of the clinker binder is too large, it is necessary to manufacture clinker of an appropriate size because the mechanical performance of concrete may decrease and quality deterioration such as bleeding may occur.

이에, 본 발명에서는 클링커를 30 내지 350㎛ 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더와 80 내지 2,500㎛의 입도 분포로 분쇄된 클링커 골재를 치환하여 자기치유 성능을 확보한다. Therefore, in the present invention, the clinker binder pulverized to a particle size distribution of 30 to 350 μm and clinker aggregate crushed to a particle size distribution of 80 to 2,500 μm are substituted for the clinker to secure self-healing performance.

도 4는 본 발명의 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재의 입도를 비교한 사진으로서, 바람직하게는 클링커 바인더의 입도 분포 (30∼350㎛) 및 클링커 골재의 입도 분포(80∼2,500㎛)로 선별된 것이다. 4 is a photograph comparing the particle sizes of pulverized clinker binder and clinker aggregate of the present invention, preferably selected according to the particle size distribution of the clinker binder (30 to 350 μm) and the particle size distribution of the clinker aggregate (80 to 2,500 μm). will be.

도 5는 본 발명의 분쇄된 클링커 바인더의 입도 분포로서, 클링커 바인더는 클링커 분쇄 시 30∼350㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된다. 5 is a particle size distribution of the pulverized clinker binder of the present invention, and the clinker binder is composed of a distribution ratio for each particle size according to a sieve size in the range of 30 to 350 μm when clinker is pulverized.

구체적으로 클링커 바인더의 입도 분포가 30∼350㎛로 구성될 때, 클링커 분쇄 시 30∼350㎛ 범위의 체 크기에 따라 30㎛ 입자는 22중량%, 100㎛ 입자 48중량%, 150㎛ 입자 20중량%, 350㎛ 입자 10중량%로 구성된다. Specifically, when the particle size distribution of the clinker binder is 30 to 350 μm, depending on the sieve size in the range of 30 to 350 μm when crushing the clinker, 30 μm particles are 22 wt%, 100 μm particles 48 wt%, 150 μm particles 20 wt. %, consisting of 10% by weight of 350 μm particles.

도 6은 본 발명의 분쇄된 클링커 골재의 입도 분포를 나타낸 것으로서, 클링커 골재는 클링커 분쇄 시 80 내지 2,500㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된 것이다. 클링커 골재의 입도 분포가 80∼2500㎛로 구성될 때, 체로 걸러진 입자크기 및 분포를 구성될 수 있으며, 이상의 클링커 바인더와 클링커 골재의 최적 입도는 배합 조건에 따라 조정될 수 있다. 6 is a graph showing the particle size distribution of pulverized clinker aggregate of the present invention, wherein the clinker aggregate is composed of a distribution ratio for each particle size according to a sieve size in the range of 80 to 2,500 μm when clinker is pulverized. When the particle size distribution of the clinker aggregate is 80 to 2500 μm, the sieved particle size and distribution can be configured, and the optimal particle size of the above clinker binder and clinker aggregate can be adjusted according to the mixing conditions.

본 발명에서 클링커 바인더라 함은 콘크리트 배합 설계 시 시멘트를 대체하는 결합재를 의미하며, 클링커 골재는 잔골재(일반적으로 모래)를 대체하여 사용하는 재료를 의미한다. In the present invention, the clinker binder refers to a binder that replaces cement when designing a concrete mix, and clinker aggregate refers to a material used to replace fine aggregate (generally sand).

더욱 구체적으로는, 시멘트 100 중량부에 대하여, 골재 200 내지 300중량부가 배합수와 포함된 콘크리트 조성물에, 상기 시멘트에 클링커 바인더 1 내지 30중량%가 대체 배합되고, 상기 골재에 클링커 골재가 1 내지 30중량%가 대체 배합된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다. More specifically, with respect to 100 parts by weight of cement, in a concrete composition containing 200 to 300 parts by weight of aggregate with mixing water, 1 to 30% by weight of a clinker binder is alternately blended with the cement, and 1 to 30% by weight of clinker aggregate is added to the aggregate. 30% by weight can provide a self-healing concrete composition with an alternative blending.

따라서, 본 발명은 클링커를 적절한 크기로 분쇄된 클링커 바인더와 클링커 골재를 자기치유 소재로 활용하여 콘크리트의 배합시 결합재의 일부를 클링커 바인더로 치환하고, 골재의 일부를 클링커 골재로 치환함으로써, 초기 콘크리트의 수화 과정에서 표면부에서만 수화되고 장기적으로 콘크리트 내부에 미반응 상태의 무기계 혼합재료가 잔류되어 균열 발생시 자기치유 성능을 향상할 수 있을 뿐 아니라 입자 분포가 다른 클링커 바인더 및 클링커 골재를 혼용함으로써, 강도저하도 방지할 수 있다. Therefore, the present invention uses clinker binder pulverized to an appropriate size and clinker aggregate as a self-healing material to replace a part of the binder with the clinker binder when mixing concrete, and replace a part of the aggregate with clinker aggregate. In the course of hydration of , it is hydrated only on the surface part and in the long term, the unreacted inorganic mixed material remains inside the concrete to improve the self-healing performance when cracks occur. degradation can also be prevented.

상기 클링커 바인더는 시멘트의 1∼30중량%까지 치환한다. 상기 클링커 골재는 잔골재의 1∼30중량%까지 치환한다. 이때, 클링커 바인더의 치환율이 높은 경우 클링커 바인더의 반응을 촉진시키기 위해 무수석고를 클링커 바인더 치환량의 10%만큼 치환하였다. 예를 들어, 클링커 바인더로 시멘트를 10% 치환하는 경우 무수석고를 1%만큼 치환한다. 이는 자기치유 콘크리트의 자기치유 성능과 역학적 성능을 모두 확보하기 위함이다. The clinker binder is substituted up to 1 to 30% by weight of the cement. The clinker aggregate is substituted up to 1 to 30% by weight of the fine aggregate. At this time, when the substitution rate of the clinker binder is high, anhydrite was substituted by 10% of the substitution amount of the clinker binder in order to promote the reaction of the clinker binder. For example, if 10% of cement is replaced with clinker binder, 1% of anhydrite is replaced. This is to secure both the self-healing performance and the mechanical performance of the self-healing concrete.

상기 클링커 바인더가 1중량% 미만이면, 시멘트와 배합시 입자 조립화에 따른 효과가 미흡하여 자기치유 성능을 확보하기 어려우며, 30중량%를 초과하면 콘크리트의 유동성 및 역학적 성능이 감소하는 문제가 발생하여 바람직하지 않다. If the clinker binder is less than 1% by weight, it is difficult to secure self-healing performance due to insufficient effect due to granulation of particles when blending with cement. Not desirable.

또한, 클링커 골재가 1중량% 미만이면, 골재 배합시 입자 조립화에 따른 효과가 미흡하고 30중량%를 초과하면, 자기치유 성능은 향상되나, 강도가 저하될 수 있다. 이때, 상기 클링커 골재는 표면을 전처리하여 초기 반응을 제어할 수 있다. 바람직하게는 NaOH 용액에 1∼5분 침지방법으로 표면처리하는 것으로 클링커 표면에 수화물에 의한 얇은 막이 생성되어 배합 초기에 유동성 저하가 발생하지 않으며, 장기적으로는 동일한 자기치유 성능을 확보할 수 있다.In addition, if the clinker aggregate is less than 1% by weight, the effect due to granulation of particles during aggregate mixing is insufficient, and when it exceeds 30% by weight, the self-healing performance is improved, but the strength may be reduced. At this time, the clinker aggregate may control the initial reaction by pretreating the surface. Preferably, surface treatment by immersion in NaOH solution for 1 to 5 minutes creates a thin film by hydrate on the surface of the clinker, so fluidity does not decrease in the initial stage of mixing, and the same self-healing performance can be secured in the long term.

도 7은 본 발명의 클링커를 분쇄하여 일정 크기로 분쇄한 클링커 바인더와 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물의 균열 자기치유 성능평가를 위한 투수시험법(water flow test) 세팅 사진이고, 도 8은 투수시험법 결과를 도시한 것이다. 7 is a water flow test setting photograph for evaluating the crack self-healing performance of a self-healing concrete composition containing clinker binder and clinker aggregate, which is crushed to a predetermined size by pulverizing clinker of the present invention, FIG. 8 shows the results of the permeability test method.

본 발명의 실시예 1의 자기치유 배합의 경우, 일반배합인 비교예 1과 대비한 결과, 자기치유 배합에서 느린 투수율을 보임으로써, 자기치유 효과를 확인할 수 있다. In the case of the self-healing formulation of Example 1 of the present invention, as a result of comparison with Comparative Example 1, which is a general formulation, the self-healing effect was confirmed by showing a slow water permeability in the self-healing formulation.

도 9는 클링커 바인더 주변의 자기치유 물질 생성을 CT를 통해 관찰한 결과로서, 균열면에 위치하는 미반응 클링커 바인더의 추가 수화반응에 의해 균열에 자기치유 물질 생성이 촉진되는 것을 확인할 수 있다. 9 is a result of observing the generation of a self-healing material around the clinker binder through CT, and it can be confirmed that the generation of a self-healing material in the crack is promoted by the additional hydration reaction of the unreacted clinker binder located on the crack surface.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. These examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1> <Example 1>

단계 1: 자기치유형 클링커 바인더 및 골재의 제조Step 1: Preparation of self-healing clinker binder and aggregate

1. 자기치유 바인더 및 골재를 제조하기 위한 클링커를 준비하였다. 이때 클링커는 하기 표 1의 화학성분을 만족하여야 한다. 자기치유 바인더 및 골재의 반응성을 높이기 위해 C3S와 C3A의 함량을 각각 60.0중량%, 10,0중량% 이상이 되도록 한다. 1. A self-healing binder and clinker for preparing aggregate were prepared. At this time, the clinker must satisfy the chemical composition of Table 1 below. In order to increase the reactivity of the self-healing binder and aggregate, the content of C 3 S and C 3 A is 60.0% by weight and 10,0% by weight or more, respectively.

2. 상기 준비된 클링커의 분쇄 과정에서 공기 중의 수분과의 수화반응이 발생하지 않도록 낮은 습도(RH 50% 이하)의 환경에서 24시간 건조시켰다. 2. The prepared clinker was dried in an environment of low humidity (RH 50% or less) for 24 hours to prevent a hydration reaction with moisture in the air during the grinding process.

3. 상기 24시간 동안 건조된 클링커를 낮은 습도(RH 50% 이하) 환경에서 물리적 분쇄 장치(Jaw Crusher 등)으로 분쇄하였다. 이때, 분쇄 장치에서 분출되는 시료의 최대 치수(지름)를 3mm가 되도록 장치를 조절하였다. 특히, 가능하다면 클링커 바인더 및 클링커 골재의 수득률을 높이기 위해 분쇄 시 최소 간격을 30㎛로 제어한다. 3. The clinker dried for 24 hours was pulverized with a physical crusher (Jaw Crusher, etc.) in a low humidity (RH 50% or less) environment. At this time, the device was adjusted so that the maximum dimension (diameter) of the sample ejected from the grinding device was 3 mm. In particular, if possible, in order to increase the yield of clinker binder and clinker aggregate, the minimum spacing during grinding is controlled to 30 μm.

4. 상기 분쇄된 클링커는 체 가름기를 이용하여 입도별로 분류하였다. 도 4는 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재의 입도를 비교한 사진으로서, 클링커 바인더의 입도 분포는 30∼350㎛가 되도록 하며, 클링커 골재의 입도 분포는 80∼2,500㎛가 되도록 하였다. 상기 클링커 바인더와 클링커 골재의 최적 입도는 배합 조건에 따라 조정할 수 있다. 4. The pulverized clinker was classified by particle size using a sieve. 4 is a photograph comparing the particle sizes of pulverized clinker binder and clinker aggregate. The particle size distribution of the clinker binder was set to be 30 to 350 μm, and the particle size distribution of the clinker aggregate was set to 80 to 2,500 μm. The optimum particle size of the clinker binder and the clinker aggregate may be adjusted according to the mixing conditions.

도 5는 분쇄된 클링커 바인더의 입도분포를 나타내고, 더욱 구체적으로는 클링커 바인더의 입도 분포는 30∼350㎛로 구성될 때, 전체 입도 분포에 있어서, 30㎛ 입자는 22중량%, 100㎛ 입자 48중량%, 150㎛ 입자 20중량%, 350㎛ 입자 10중량%로 구성된다. 5 shows the particle size distribution of the pulverized clinker binder, and more specifically, when the particle size distribution of the clinker binder is 30 to 350 μm, in the total particle size distribution, 30 μm particles are 22 wt%, 100 μm particles 48 % by weight, 150 μm particles 20% by weight, and 350 μm particles 10% by weight.

또한, 도 6은 분쇄된 클링커 골재의 입도를 나타낸다. 클링커 골재의 입도 분포는 80∼2,500㎛로 구성되며, 구체적인 입도 분포는 하기 표 2에 기재하였다. In addition, Figure 6 shows the particle size of the crushed clinker aggregate. The particle size distribution of the clinker aggregate consists of 80 to 2,500 μm, and the specific particle size distribution is described in Table 2 below.

5. 자기치유 콘크리트의 유동성을 제어할 목적으로 클링커 골재의 표면을 전처리하여 초기 반응을 제어하였다. 이때 전처리 방법은 NaOH 용액에 1∼5분 사이로 침지시키는 방법으로 이때 클링커 표면에 수화물에 의한 얇은 막이 생성되어 배합 초기에 유동성 저하가 발생하지 않으며, 장기적으로는 동일한 자기치유 성능을 확보할 수 있다. 5. In order to control the fluidity of self-healing concrete, the initial reaction was controlled by pretreating the surface of the clinker aggregate. At this time, the pre-treatment method is a method of immersion in NaOH solution for 1 to 5 minutes. At this time, a thin film by hydrate is generated on the surface of the clinker, so fluidity deterioration does not occur at the beginning of mixing, and the same self-healing performance can be secured in the long term.

6. 클링커 바인더와 클링커 골재를 분리하여 공기 중에 존재하는 수분과 반응하지 않도록 방수 포장하여 준비하였다. 6. The clinker binder and clinker aggregate were separated and prepared in waterproof packaging so as not to react with moisture present in the air.

Figure 112020044667991-pat00001
Figure 112020044667991-pat00001

Figure 112020044667991-pat00002
Figure 112020044667991-pat00002

단계 2: 자기치유 콘크리트의 제조Step 2: Preparation of self-healing concrete

Figure 112020044667991-pat00003
Figure 112020044667991-pat00003

<실험예 1> 자기치유 성능평가<Experimental Example 1> Self-healing performance evaluation

상기 실시예 1에서 클링커 바인더와 클링커 골재를 제조하고, 이를 활용한 자기치유형 모르타르의 자기치유 성능평가를 수행하였다. In Example 1, a clinker binder and clinker aggregate were prepared, and self-healing performance evaluation of a self-healing mortar using the same was performed.

본 발명에 의한 코팅 소재를 활용한 자기치유 콘크리트의 자기치유 성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였다. An experiment was performed to evaluate the self-healing performance of self-healing concrete using the coating material according to the present invention.

실험을 위하여, 하기 표 3의 배합비를 이용하여 직경 100mm, 높이 50mm의 디스크를 만들었다. 일반 배합은 자기치유 배합과의 성능 비교를 위해 사용되었다. For the experiment, a disk having a diameter of 100 mm and a height of 50 mm was made using the mixing ratio of Table 3 below. The general formulation was used for performance comparison with the self-healing formulation.

균열 유도하기 위하여, 시편 배합 이후 1일 간 23±1℃, RH 100% 챔버에서 양생하였으며, 이후 23±1℃ 수조에서 재령 28일까지 수중 양생하였다. 상기 재령 28일의 시편을 수조에서 꺼내 UTM을 이용하여 관통 균열을 유도한 후 실리콘 시트를 시편 양 끝에 넣어 균열 폭이 250±10㎛이 되도록 고정시킨다.In order to induce cracks, the specimens were cured in a chamber at 23±1℃, RH 100% for 1 day after mixing, and then cured in water at 23±1℃ in a water bath until 28 days of age. After taking the 28-day-old specimen out of the water tank and inducing a penetration crack using UTM, a silicone sheet is placed at both ends of the specimen and fixed so that the crack width is 250±10 μm.

도 7은 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물의 균열 자기치유 성능평가를 위한 투수시험법(water flow test) 세팅 후 시간에 따른 투수량 변화를 측정하였다.7 is a water flow test (water flow test) setting for crack self-healing performance evaluation of the self-healing concrete composition of the present invention, and the change in water permeation amount with time was measured.

도 8은 투수시험법 결과를 도시한 것으로서, 실험은 총 28일간 수행하였으며, 투수량 감소율이 클수록 자기치유 성능이 뛰어난 것으로 볼 수 있다. 8 shows the results of the permeability test method, the experiment was performed for a total of 28 days, and it can be seen that the greater the permeability reduction rate, the better the self-healing performance.

본 발명의 실시예 1의 자기치유 배합의 경우, 일반배합인 비교예 1과 대비하여 28일간 투수량(water flow) 변화를 측정한 결과, 일반 배합은 약 60% 투수량이 감소하였으며, 자기치유 배합은 90% 이상 투수량이 감소하였다. 이에, 자기치유 배합에서 느린 투수율을 보임으로써, 자기치유 효과를 확인하였다.In the case of the self-healing formulation of Example 1 of the present invention, as a result of measuring the change in water flow for 28 days compared to Comparative Example 1, which is a general formulation, the general formulation decreased water permeability by about 60%, and the self-healing formulation was Pitching volume decreased by more than 90%. Accordingly, by showing a slow water permeability in the self-healing formulation, the self-healing effect was confirmed.

또한, 도 9는 클링커 바인더 주변의 자기치유 물질 생성을 CT를 통해 관찰한 결과로서, 균열 면에 위치하는 미반응 클링커 바인더의 추가 수화반응(further hydration)에 의해 균열에 자기치유 물질 생성이 촉진되는 것을 확인할 수 있었다. In addition, FIG. 9 is a result of observing the generation of self-healing material around the clinker binder through CT, showing that the generation of self-healing material in the crack is promoted by further hydration of the unreacted clinker binder located on the crack surface. could confirm that

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.

Claims (6)

시멘트 100 중량부에 대하여, 골재 200 내지 300중량부가 배합수와 포함된 콘크리트 조성물에,
클링커가 30 내지 350㎛ 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및
80 내지 1,600㎛의 입도 분포로 분쇄된 클링커 골재가 포함되되,
상기 시멘트 함량에 상기 클링커 바인더 10 내지 30중량%가 대체 배합되고, 상기 골재 함량에 상기 클링커 골재 5 내지 30중량%가 대체 배합된 자기치유형 콘크리트 조성물.
Based on 100 parts by weight of cement, 200 to 300 parts by weight of aggregate are included in the concrete composition containing mixing water,
A clinker binder in which clinker is pulverized to a particle size distribution of 30 to 350 μm, and
Clinker aggregate pulverized to a particle size distribution of 80 to 1,600 μm is included,
A self-healing concrete composition in which 10 to 30% by weight of the clinker binder is alternately blended with the cement content, and 5 to 30% by weight of the clinker aggregate is alternately blended with the aggregate content.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 클링커 바인더가 클링커 분쇄 시 30∼350㎛ 범위의 체크기에 따라 30㎛ 입자 22중량%, 100㎛ 입자 48중량%, 150㎛ 입자 20중량%, 350㎛ 입자 10중량%의 입자크기별 분포비율로 구성된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물.The method according to claim 1, wherein the clinker binder contains 22 wt% of 30 μm particles, 48 wt% of 100 μm particles, 20 wt% of 150 μm particles, and 10 wt% of 350 μm particles according to a checker in the range of 30 to 350 μm when the clinker is pulverized. A self-healing type concrete composition, characterized in that it is composed of a distribution ratio for each particle size. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 클링커 골재가 클링커 분쇄 시 80 내지 2,500㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물.The self-healing concrete composition according to claim 1, wherein the clinker aggregate is composed of a distribution ratio for each particle size according to a sieve size in the range of 80 to 2,500 μm when the clinker is pulverized. 삭제delete
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