KR102610482B1 - 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되, 상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더에 CSA 팽창재 및 황산염의 추가 혼입을 통해, 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부에 미반응 상태로 충진되어 균열 폭 증가에 따른 수분 침투량이 증가하고 이로 인한 균열 내부의 이온 농도가 감소하는 경우에도 칼사이트가 침전됨으로써, 콘크리트 균열치유성능을 향상할 뿐만 아니라 강도를 개선할 수 있다.
본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되, 상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더에 CSA 팽창재 및 황산염의 추가 혼입을 통해, 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부에 미반응 상태로 충진되어 균열 폭 증가에 따른 수분 침투량이 증가하고 이로 인한 균열 내부의 이온 농도가 감소하는 경우에도 칼사이트가 침전됨으로써, 콘크리트 균열치유성능을 향상할 뿐만 아니라 강도를 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되, 상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더에, CSA 팽창재 및 황산염의 추가 혼입을 통해, 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부에 미반응 상태로 충진되어 균열 폭 증가에 따른 수분 침투량이 증가하고 이로 인한 균열 내부의 이온 농도가 감소하는 경우에도 치유생성물 및 칼사이트가 침전됨으로써, 콘크리트 균열치유성능 및 강도가 개선된, 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 시공 과정에서 발생하는 수축균열 및 시공하중에 의한 인장 균열은 수분에 의한 유해 이온 침투로 인해 콘크리트 내구성을 급격하게 저하시킨다. 구체적으로는 콘크리트 구조물에 발생한 균열은 염소이온, CO2 등 철근의 부식을 유발할 수 있는 외부 인자에 의한 침투 속도를 높여 내구성능을 감소시켜 초래된다.
따라서 콘크리트의 균열제어를 통해 콘크리트 구조물의 안전을 확보하고 보수비용과 보수주기를 최소화하는 것이 중요하다.
그러나 접근하기 어려운 현장에서 발생하는 균열의 제어는 극히 어렵고 제한적이므로 최근 스스로 균열을 치유하여 내구성능을 향상시키는 자기치유형 콘크리트에 대한 필요성이 높아지고 있으며 그에 따른 기술 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.
자기치유형 콘크리트 기술은 콘크리트에 발생한 균열을 외부의 작업 없이 치유할 수 있는 기술로서, 일반적으로 보통 포틀랜드 시멘트는 균열을 스스로 치유하는 자연 치유(autogenous healing) 특성을 가지고 있다.
특히, 시멘트계 재료를 활용한 자기치유형 콘크리트 기술은 균열 내 미반응 입자가 균열 발생시 침투한 수분과 2차 수화반응을 통해 자기치유 생성물을 형성하여 균열을 채우는 것과 칼사이트(calcite, CaCO3)의 침전을 통해 균열을 채우는 기술로 구분된다.
그러나 자연 치유에 의한 균열 치유 성능은 0.1mm 이하로 미비하기 때문에 시멘트 자체의 성능만으로는 콘크리트에 발생한 균열을 효과적으로 치유하기엔 부족하다.
따라서, 시멘트계 재료를 단독으로 사용할 경우 자기치유 능력이 제한적이라는 점에서 추가적인 첨가재의 혼입이 필요하다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 자기치유형 콘크리트 기술은 사용하는 소재에 따라 무기계 혼합재료 활용 기술, 박테리아 활용 기술, 캡슐 활용 기술, 고분자 소재 활용 기술 등으로 구분된다.
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. 특히, 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.
그러나 무기계 혼합재료를 활용하여 자연 치유 성능을 향상시킨 콘크리트 기술 역시 균열 폭이 증가하는 경우에는 침투한 물 대비 내부의 낮은 이온 농도로 인해 포화에 도달하지 못하고 균열을 치유할 수 있을 만큼 충분한 침전물이 생성되지 않는 문제가 있다.
부연하면, 250㎛ 이상의 균열에 대해 균열 내 수분량 증가에 따른 균열 이온농도 감소로 인해 치유생성물의 형성 또는 칼사이트(CaCO3) 침전이 어려워짐에 따라, 균열 충진 효과가 감소하므로 자기치유 성능을 확보하기 어렵다.
이를 위해 개선하고자, 종래에는 고로슬래그 미분말, 플라이 애시, 실리카 퓸과 같은 시멘트 대체 재료와 팽창제, 팽윤제, 결정촉진제를 활용하여 균열 내 자기치유 수화물 생성량을 증가시키는 방법이 시도된 바 있다.
그러나, 무기계 자기치유 소재 활용 자기치유형 콘크리트는 박테리아 및 캡슐 활용 기술에 비해 콘크리트와의 접합성을 확보하기 쉽고 경제적이라는 장점이 있으나, 종래 기술에 의한 자기치유형 콘크리트는 균열 폭이 0.25mm(250㎛) 이상 증가한 경우에는 균열 내 수분량이 증가하여 균열 내 이온 농도가 감소하여 수화 반응에 의한 침전물 생성이 어려워지고, 생성된 자기치유 수화물에 의한 균열 채움 효율이 크게 감소하여 궁극적으로 자기치유 성능을 확보하기 어려운 단점이 있다.
따라서 균열 폭이 250㎛ 이상인 경우에는 신규한 무기계 자기치유 소재에 의한 자기치유 성능을 확보가 요구된다.
특허문헌 1에는 무기계 자기치유 소재를 배합한 자기치유형 콘크리트에 관한 기술로서, 상기 무기계 자기치유 소재로서 나노 칼사이트(Nano-Calcite)를 배합한 자기치유형 콘크리트를 개시하면서, 종래 고가의 나노 소재인 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 등의 소재대비 저렴하면서 나노 칼사이트의 시드 효과로 낮은 이온 농도 환경에서도 지속적인 수화에 의한 자기치유 수화물의 생성 및 칼사이트 생성을 촉진시켜, 동일 이온 농도조건에서 자기치유 물질 생성량을 현저하게 증가시켜, 균열 폭 250㎛ 이상에서도 자기치유성능을 달성할 수 있다고 제안하고 있다.
그러나 상기 나노 칼사이트는 상용제품을 사용하고 있고, 나노크기의 평균직경 분포에 따라, 투수 감소율 및 슬럼프 플로우가 감소하고 작업성이 떨어지는 영향을 받으므로, 나노크기의 입도분포 제어에 민감한 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2는 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 기술로서, 최적의 입도 분포로 분쇄된 클링커 바인더 및 클링커 골재가 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 개시하고 있다.
구체적으로, 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 조성물을 제안하고 있다.
그러나, 상기 특허에서는 클링커 조립화 또는 미립화에 따른 미반응량 증가 또는 감소 결과를 추적함으로써, 클링커의 조립화(입자의 지름증가)에 따라 미반응 클링커가 증가하므로 조립화한 소재를 사용하는 경우 장기적으로 미반응 클링커가 증가하고 최종적으로 자기치유 성능이 증가한다고 보고하고 있다.
그러나 상기 발명은 250㎛ 이상의 균열에 대한 자기치유 성능 확보에 대한 가능성을 언급하고 있지 않다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 무기계 결정촉진제로서 클링커 바인더 단독으로 사용한 경우보다 CSA 팽창재와 Na2SO4의 추가 혼입을 통해 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부에 미반응 상태로 충진되어 콘크리트에 남아있는 미반응 클링커가 균열 발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 치유생성물을 생성하고, 균열 폭 증가에 따른 수분 침투량이 증가하고 이로 인한 균열 내부의 이온 농도가 감소하는 경우에도 칼사이트가 침전되도록 하여 콘크리트 균열치유성능을 향상할 뿐만 아니라 강도 개선을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되, 상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더에, CSA 팽창재 및 황산염이 배합된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 클링커 바인더가 시멘트 함량에 1 내지 10중량% 대체 배합되는 것이 바람직하고, 상기 CSA 팽창재가 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합되고, 상기 Na2SO4이 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합되는 것이 바람직하다.
상기 자기치유형 콘크리트 조성물은 클링커 바인더 단독으로 사용한 경우보다 무기계 결정촉진제로서 CSA 팽창재와 Na2SO4의 추가 혼입을 통해 콘크리트에 남아있는 미반응 클링커가 균열 발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 치유생성물을 생성함으로써, 300㎛ 이상의 균열 폭에 자유치유성능이 가능하다.
본 발명에 따른 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물에 따라, 분쇄된 클링커 바인더와 CSA 팽창재, Na2SO4을 활용하여 장기적으로 균열 발생 시 콘크리트에 남아있는 미반응 클링커가 균열발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 치유생성물을 생성하고, CSA 팽창재 및 Na2SO4이 콘크리트의 기초물성 및 치유성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 콘크리트 배합 시 시멘트 일부를 분쇄된 클링커 바인더와 CSA 팽창재, Na2SO4으로 치환함으로써 자기치유 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 무기계 결정촉진제의 단독사용 유무에 따른 자기치유성능을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 클링커 바인더의 입도 분포도이고,
도 3은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 균열 콘크리트 내부 사진이고,
도 4는 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 압축강도 결과이고,
도 5는 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 자기치유 성능평가를 위한 정수위 투수시험방법 셋팅 사진이고,
도 6은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 정수위투수시험 결과이고,
도 7 은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물의 시편 최대균열폭에 대한 자기치유 성능을 현미경을 통해 관찰한 결과이고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물의 시편 최대균열폭에 대한 자기치유 성능을 현미경을 통해 관찰한 결과이다.
도 2는 본 발명의 클링커 바인더의 입도 분포도이고,
도 3은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 균열 콘크리트 내부 사진이고,
도 4는 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 압축강도 결과이고,
도 5는 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 자기치유 성능평가를 위한 정수위 투수시험방법 셋팅 사진이고,
도 6은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 정수위투수시험 결과이고,
도 7 은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물의 시편 최대균열폭에 대한 자기치유 성능을 현미경을 통해 관찰한 결과이고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물의 시편 최대균열폭에 대한 자기치유 성능을 현미경을 통해 관찰한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되,
상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더에, CSA 팽창재 및 황산염이 배합된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공한다.
더욱 구체적으로 본 발명은 시멘트 100 중량부에 대하여 골재 200 내지 300 중량부가 배합수와 포함된 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 함량에 30 내지 300㎛ 분포로 분쇄된 클링커 바인더가 1 내지 10중량%, CSA 팽창재 1 내지 2.5중량% 및 황산염 1 내지 2.5중량%가 대체 배합된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에서 클링커(Clinker)는 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3) 및 석고를 혼합하고 로터리 킬른에서 소성해 얻어진 덩어리를 의미한다. 클링커는 동일한 품질로 생산 가능하며, 분쇄를 통해 원하는 입자로 가공하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 무기계 결정촉진제의 단독사용 유무에 따른 자기치유성능을 도시한 것으로서, 클링커 바인더 단독사용한 경우대비, 상기 클링커 바인더와 CSA 팽창재 및 Na2SO4의 추가 혼입의 경우, 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부에 미반응 상태로 충진됨으로써, 균열 폭 증가에 따른 수분 침투량이 증가하고 이로 인한 균열 내부의 이온 농도가 감소하는 경우에도 칼사이트(calcite, CaCO3)가 침전할 수 있도록 치유성능을 확보할 수 있다.
따라서, 콘크리트에 남아있는 미반응 클링커가 균열 발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 치유생성물을 생성이 유리하고, CSA 팽창재와 Na2SO4의 추가 혼입을 통해, 자기치유 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트의 기초물성을 향상시켜 강도 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에서 클링커 바인더는 상기 클링커 분쇄 시 30 내지 350㎛ 범위의 체 크기에 따라 입자크기별 분포비율로 구성된다.
통상 균열 발생 시 미립화된 클링커의 경우 균열 주변에 존재하는 미반응 클링커가 감소하여 표면부터 시작되는 수화반응으로 인해 미반응량이 감소하게 된다.
반면에, 지름이 큰 경우 주변에 존재하는 미반응 클링커가 증가하고, 균열 면에 미반응 클링커 크기가 증가함에 따라, 균열 폭의 자기치유 성능이 향상된다.
도 2는 본 발명의 클링커 바인더의 입도 분포로서, 클링커 분쇄시 30 내지 300 ㎛ 범위의 분포 비율로 구성된다.
더욱 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.
이때, 상기 클링커 바인더는 시멘트 함량에 1 내지 10중량% 대체 배합되는 것이 바람직하고 상기 1중량% 미만이면, 자기치유효과를 기대하기 어렵고, 10중량%를 초과하면, 자기치유성능 향상폭이 크지 않으며 팽창에 의한 균열이 발생할 수 있다.
본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물에 있어서, 무기계 결정촉진제로서 사용된 CSA(calcium sulfoaluminate, 칼슘 설포알루미네이트) 팽창재는 Ye'elimite, CaSO4, CaO를 주성분으로 하며, 물과 혼합되면 수화반응에 의해 침상형 수화물인 에트링자이트(3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)) 등을 생성하여, 모르타르 또는 콘크리트의 균열을 채울 수 있다. 또한, 판상형 수화물인 모노설페이트(monosulfate)를 형성하여 균열을 치유한다.
상기 생성된 에트링자이트는 수 마이크로미터 정도의 미세한 침상 결정(raphides)을 가질 수 있고, 침상 결정을 갖는 에트링자이트는 콘크리트 또는 모르타르의 균열을 채울 수 있다. CSA의 수화 반응은 CSA에 포함된 유리 석회의 수화 반응에 의해 수산화 칼슘 결정이 생성되고, 수산화 칼슘 결정의 성장에 의해 팽창이 발생될 수 있다.
이상의 CSA 팽창재는 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합되는 것이 바람직하고, 상기 1중량% 미만이면, 자기치유효과를 기대하기 어렵고, 2.5중량%를 초과하면, 초기 수화반응을 가속시키고 팽창을 유발하여 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물에 있어서, 무기계 결정촉진제로서 사용된 황산염은 Na2SO4 또는 CaSO4에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 Na2SO4를 사용한다. 이때, 상기 Na2SO4는 Na+와 SO4 2-로 용해되어 SO4 2-는 침상형 수화물인 에트링자이트와 판상형 수화물인 모노설페이트를 형성하여 균열을 치유하고, Na+는 빠른 확산 속도로 인해 균열부에서 Na-계 화합물을 형성한다.
상기 Na2SO4는 Na+의 공급원이며 빠른 이온 확산속도로 자기치유에 유리하지만, 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 CSA 팽창재에 포함된 CaSO4로 대체할 수도 있다.
상기 CaSO4는 Ca2+와 SO4 2-로 용해되어 SO4 2-는 침상형 수화물인 에트링자이트와 판상형 수화물인 모노설페이트를 형성하여 균열을 치유하고, Ca2+는 CO3 2-와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)를 형성하여 균열을 치유한다.
이상의 황산염은 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합되는 것이 바람직하고 상기 1중량% 미만이면, 자기치유효과를 기대하기 어렵고, 2.5중량%를 초과하면, 초기 시멘트 응결을 가속시켜 재료 배합의 어려움이 있다.
이상의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물은 클링커 바인더 단독으로 사용한 경우보다 CSA 팽창재와 황산염의 추가 혼입을 통해 콘크리트에 남아있는 미반응 클링커가 균열 발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 치유생성물을 생성함으로써, 300㎛ 이상의 균열 폭에 자유치유성능을 확인할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 본 발명의 실시예 1을 통해 400㎛의 균열 폭에 자유치유성능을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 균열 콘크리트 내부 사진으로서, 클링커 바인더와 CSA 팽창재 및 Na2SO4 혼입에 따라 균열부 내 큐빅 형태의 치유생성물인 칼사이트(calcite, CaCO3)의 침전을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물은 클링커 바인더에 강도저하 CSA 팽창재와 Na2SO4의 추가 혼입을 통해, 자기치유 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트의 기초물성을 향상시켜 강도 저하를 억제할 수 있다.
이러한 결과는 도 4에 도시된 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 압축강도 결과로부터 확인될 수 있다. 구체적으로 비교예 1 대비 실시예 1의 압축강도는 재령 28일 대비 20% 이상의 향상을 확인할 수 있다.
본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유 콘크리트 조성물의 자기치유 성능평가를 위하여, 도 5의 정수위 투수시험법(hydrostatic water flow test) 세팅 후 시간에 따른 투수량 변화를 측정한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물로 제작된 시편에서 투수량 감소율이 큰 결과를 보임으로써, 비교예 1(일반배합) 대비 우수한 자기치유 효과를 확인할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물의 시편 최대균열폭 390㎛ 및 307㎛에 대한 자기치유 성능을 현미경을 통해 관찰한 결과로서, 시편의 균열 발생 직후와 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물을 이용하여, 치유 재령 28일의 균열 내부를 관찰한 결과, 최대균열폭 300㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 400㎛ 수준의 균열면에도 치유생성물 형성으로 인해 콘크리트 균열의 자기치유 효과를 확인할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1∼2> 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유형 콘크리트 조성물 제조
하기 표 1에서 제시된 배합비율에 따라 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 대하여, 30 내지 300㎛ 입도분포로 분쇄된 클링커 바인더, CSA 팽창재 및 Na2SO4가 배합된 자기치유형 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1∼4>
하기 표 1에 제시된 배합비율에 따른 조성물을 제조하였다.
<실험예 1> 압축강도 측정
상기 표 1의 배합비별로 제조된 조성물을 이용하여 직경 100mm, 높이 200mm의 공시체를 제작하였다.
시편 배합 이후 1일 간 23±1℃, RH 100% 챔버에서 양생하였으며, 이후 23±1℃, RH 65% 항온 항습실에서 재령 28일까지 양생하였다. 상기 재령 7일, 14일, 28일의 시편을 재료만능시험기를 이용하여 압축강도를 측정하였다.
도 4에 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 조성물을 이용한 시편의 압축강도 측정결과를 도시하였다. 그 결과, 재령 28일 대비 비교예 1 대비 실시예 1의 압축강도는 20% 이상 향상되었다.
<실험예 2> 자기치유 성능 평가
상기 표 1의 배합비별로 제조된 조성물을 이용하여 직경 100mm, 높이 50mm의 디스크 시편을 제작하였다.
균열 유도를 위해 시편 배합 이후 1일 간 23±1℃, RH 100% 챔버에서 양생하였으며, 이후 23±1℃, RH 65% 항온 항습실에서 재령 28일까지 양생하였다. 상기 재령 28일의 시편을 재료만능시험기를 이용하여 관통 균열을 유도한 후 실리콘 시트를 시편 양 끝에 넣어 균열 폭이 300±10㎛이 되도록 고정시켰다.
도 5는 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유 콘크리트 조성물의 자기치유 성능평가를 위한 정수위 투수시험방법 셋팅 사진이다.
상기 도 5의 정수위 투수시험법(hydrostatic water flow test) 세팅 후 본 발명의 자기치유형 콘크리트 조성물로 제작된 시편의 균열 자기치유 성능평가를 위하여, 시간에 따른 투수량 변화를 측정하였다.
도 6은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유 콘크리트 조성물의 정수위투수시험 결과로서, 실험은 총 28일간 수행하였고 투수량(water flow) 변화를 측정하였다. 이때 투수량 감소율이 클수록 자기치유 성능이 뛰어난 것으로 볼 수 있다.
그 결과, 비교예 1은 60% 투수량이 감소하였으며, 실시예 1의 경우 80% 이상 투수량이 감소하였다. 따라서 실시예 1의 조성물로 제작된 시편에서 낮은 투수율을 보임으로써, 우수한 자기치유 효과를 확인하였다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 무기계 결정촉진제를 활용한 자기치유 콘크리트 시편 균열의 자기치유 물질 생성을 현미경을 통해 관찰한 결과로서, 시편의 균열 발생 직후와 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 자기치유형 콘크리트 조성물을 이용하여, 치유 재령 28일의 균열 내부를 나타낸 것이다.
그 결과, 비교예 1의 경우, 최대균열폭 100㎛는 시멘트 자체의 자기치유 성능에 기인한 것으로 판단되며, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 최대균열폭 300㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 400㎛ 수준의 균열면에 위치하는 치유생성물이 형성됨으로써, 우수한 자기치유 성능을 확인하였다.
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.
Claims (5)
- 시멘트 및 골재가 배합수와 함께 배합된 콘크리트 조성물에 있어서,
상기 시멘트 함량에 무기계 결정촉진제가 대체 포함되되,
상기 무기계 결정촉진제가 30 내지 350㎛ 입도분포로 구성된 클링커 바인더에 CSA 팽창재 및 황산염의 추가 혼입을 통해, 최대균열폭 300㎛ 이상의 균열면에 자유치유성능이 확보되고,
상기 클링커 바인더가 클링커 분쇄 시 30∼350㎛ 범위의 체크기에 따라 30㎛ 입자 22중량%, 100㎛ 입자 48중량%, 150㎛ 입자 20중량%, 350㎛ 입자 10중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 클링커 바인더가 시멘트 함량에 1 내지 10중량% 대체 배합된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 CSA 팽창재가 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 황산염이 시멘트 함량에 1 내지 2.5중량% 대체 배합된 것을 특징으로 하는 자기치유형 콘크리트 조성물.
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