KR102620465B1 - Eco-friendly concrete composition - Google Patents

Eco-friendly concrete composition Download PDF

Info

Publication number
KR102620465B1
KR102620465B1 KR1020210156318A KR20210156318A KR102620465B1 KR 102620465 B1 KR102620465 B1 KR 102620465B1 KR 1020210156318 A KR1020210156318 A KR 1020210156318A KR 20210156318 A KR20210156318 A KR 20210156318A KR 102620465 B1 KR102620465 B1 KR 102620465B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
concrete
added
nanomaterial
slag
concrete composition
Prior art date
Application number
KR1020210156318A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230070586A (en
Inventor
임진선
민경환
이민철
이영섭
소비쳇 크렝
신원식
Original Assignee
(주)삼우아이엠씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)삼우아이엠씨 filed Critical (주)삼우아이엠씨
Priority to KR1020210156318A priority Critical patent/KR102620465B1/en
Publication of KR20230070586A publication Critical patent/KR20230070586A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102620465B1 publication Critical patent/KR102620465B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/08Slag cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06Quartz; Sand
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/26Carbonates
    • C04B14/28Carbonates of calcium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/06Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08Flue dust, i.e. fly ash
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/14Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141Slags
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0076Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials characterised by the grain distribution
    • C04B20/008Micro- or nanosized fillers, e.g. micronised fillers with particle size smaller than that of the hydraulic binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/02Elements
    • C04B22/04Metals, e.g. aluminium used as blowing agent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/24Cements from oil shales, residues or waste other than slag
    • C04B7/26Cements from oil shales, residues or waste other than slag from raw materials containing flue dust, i.e. fly ash
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00017Aspects relating to the protection of the environment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Aftertreatments Of Artificial And Natural Stones (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

본 발명은 도로 포장 등에 적합한 강성과 내구성을 보유할 수 있도록 탄산칼슘 또는 이산화규소 등의 나노물질을 첨가한 친환경 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to an eco-friendly concrete composition to which nanomaterials such as calcium carbonate or silicon dioxide are added to maintain rigidity and durability suitable for road paving, etc.

Description

친환경 콘크리트 조성물 {Eco-friendly concrete composition}Eco-friendly concrete composition {Eco-friendly concrete composition}

본 발명은 슬래그 골재, 전기로산화슬래그, 페로니켈 슬래그로 기존 콘트리트 재료를 적어도 일부 대체하여 친환경적이면서 강도와 강성을 강화할 수 있는 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a concrete composition that is environmentally friendly and can enhance strength and rigidity by replacing at least part of existing concrete materials with slag aggregate, electric furnace oxidation slag, and ferronickel slag.

종래에는 콘크리트의 기존 재료를 각종 산업에서 발생되는 부산물로 대체하여 친환경을 도모하는 각종 연구가 활발하게 진행되고 있다. In the past, various researches are being actively conducted to promote eco-friendliness by replacing existing concrete materials with by-products from various industries.

대체로, 친환경 콘크리트 제조 시 보통 포틀랜드 시멘트와 혼화재료로 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 혼합해왔다. 이러한 혼합재료의 사용은 콘크리트 제조시 시멘트 절대사용량을 저감시켜 시멘트 생산시 발생되는 이산화탄소의 배출을 줄이고 산업 부산물을 재료로 사용으로 환경보호에 관점에서도 매우 유리하다.In general, when producing eco-friendly concrete, Portland cement is usually mixed with fly ash and blast furnace slag fine powder as admixtures. The use of these mixed materials is very advantageous from the perspective of environmental protection by reducing the absolute amount of cement used in concrete production, reducing carbon dioxide emissions generated during cement production, and using industrial by-products as materials.

대표적으로, 이러한 친환경 콘크리트는 1종 시멘트에 산업부산물인 플라이 애시 및 고로슬래그 미분말을 적당한 비율로 혼합한 3성분계 콘크리트가 있으며, 이러한 3성분계 콘크리트는 환경적인 측면 뿐만 아니라 수화열 및 수화발열 속도를 억제하며, 내해수성을 향상시키는 효과도 있었다. (한국 등록특허공보 제10-1985750호, 제10-2031784호, 제10-2136100호 참조)Typically, such eco-friendly concrete is a three-component concrete that mixes type 1 cement with fly ash and blast furnace slag fine powder, which are industrial by-products, in an appropriate ratio. This three-component concrete is not only environmentally friendly, but also suppresses the heat of hydration and the rate of hydration heat generation. , it also had the effect of improving seawater resistance. (Refer to Korean Patent Publication Nos. 10-1985750, 10-2031784, and 10-2136100)

다만, 이러한 친환경 콘크리트는 종래 도로 포장 등에 사용하는 콘크리트와 같이 강한 하중이 반복적으로 부가되고 우천 과같이 장시간 다량의 수분에 노출되는 환경에서는, 충분한 강성이나 내구성을 보장할 수 없는 문제가 있었다.However, such eco-friendly concrete has the problem of not being able to guarantee sufficient rigidity or durability in an environment where strong loads are repeatedly applied and exposed to a large amount of moisture for a long time, such as in rainy weather, like the concrete used in conventional road paving.

따라서, 종래에는 친환경 콘크리트를 도로 포장 등에 사용하기 위해서는 방수성과 내구성, 강성을 강화시킬 수 있는 별도의 재료를 부가해야 했다. 그러나, 이러한 재료들이 산업용 부산물이 아니라 별도로 생산해야 하는 공업용 화학제품인 경우에는, 이러한 화학제품을 생산하는 과정에서 다량의 이산화탄소 및 공해물질이 생산된다.Therefore, in the past, in order to use eco-friendly concrete for road paving, etc., separate materials had to be added to enhance waterproofing, durability, and rigidity. However, if these materials are not industrial by-products but industrial chemical products that must be produced separately, a large amount of carbon dioxide and pollutants are produced during the production of these chemical products.

또한, 이러한 공업용 화학제품에 독성이 있는 경우 이를 도로 환경에 그대로 노출하는 것이 되어 안전성에 문제를 발생시킬 우려가 있었다. In addition, if these industrial chemical products are toxic, there is a risk that exposing them to the road environment may cause safety problems.

결과적으로, 친환경 콘크리트의 활용용도에 따라 성질을 변화시키는 과정에서 별도의 공업용 화학제품을 생산해야 하고 이를 혼합시켜 사용해야 한다는 근본적인 모순이 있었다. As a result, there was a fundamental contradiction in that in the process of changing the properties of eco-friendly concrete according to its intended use, separate industrial chemical products had to be produced and mixed to use them.

본 발명은 친환경 콘크리트에 부가되는 첨가물도 산업 부산물을 사용하여 친환경의 특성을 유지할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention aims to solve the problem of providing a concrete composition that can maintain eco-friendly characteristics by using industrial by-products as additives added to eco-friendly concrete.

본 발명은 친환경 콘크리트에 산업 부산물을 부가하더라도 기존의 도로포장들에 사용하는 콘크리트와 같이 강성 또는 방수성을 보장할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention aims to solve the problem of providing a concrete composition that can guarantee rigidity or waterproofing like the concrete used in existing road pavements even when industrial by-products are added to eco-friendly concrete.

본 발명은 산업 부산물을 나노단위로 제작하여 부산물의 표면적을 증대시킴으로써 화학반응이 아니라 물리적인 작용으로도 강성을 보강할 수 있는 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. The present invention aims to solve the problem of providing a concrete composition that can strengthen rigidity through physical action rather than chemical reaction by manufacturing industrial by-products in nanoscale and increasing the surface area of the by-products.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해, 시멘트와 고로슬래그 및 플라이애쉬(fly ash)를 포함하는 3성분계 시멘트를 포함하는 콘크리트 조성물을 제공한다In order to solve the above-described problems, the present invention provides a concrete composition containing a three-component cement containing cement, blast furnace slag, and fly ash.

상기 콘크리트 조성물은 슬래그 골재, 전기로 산화슬래그, 페로니켈 슬래그 중 적어도 어느 하나와, 상기 콘크리트 조성물의 강성을 강화하는 보강물질을 더 포함할 수 있다. The concrete composition may further include at least one of slag aggregate, electric furnace oxidation slag, and ferronickel slag, and a reinforcing material that enhances the rigidity of the concrete composition.

상기 슬래그 골재, 상기 전기로산화슬래그, 상기 페로니켈 슬래그는 모래 중 적어도 일부를 대체하도록 구비되고, 상기 보강물질은 나노미터(nm) 크기로 구비되는 나노물질로 구비될 수 있다.The slag aggregate, the electric furnace oxidation slag, and the ferronickel slag are provided to replace at least a portion of sand, and the reinforcing material may be a nanomaterial with a nanometer (nm) size.

상기 나노물질은 나노미터(nm) 크기로 구비되는 탄산칼슘(CaCO3)과 나노미터(nm) 크기로 구비되는 이산화규소(SiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The nanomaterial may include at least one of nanometer (nm)-sized calcium carbonate (CaCO3) and nanometer (nm)-sized silicon dioxide (SiO2).

상기 나노물질은 전체 중량의 0.5 % 에서 2 %의 중량으로 구비될 수 있다. The nanomaterial may be provided in a weight range of 0.5% to 2% of the total weight.

상기 보강물질은 상기 나노물질과 추가로 투입되는 추가물질을 더 포함하고, 상기 나노물질이 상기 탄산칼슘을 포함하면, 상기 추가물질은 이온결합물질로 구비될 수 있다. The reinforcing material further includes an additional material added in addition to the nanomaterial, and if the nanomaterial includes the calcium carbonate, the additional material may be an ion-binding material.

상기 추가물질은 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2), 산화알류미늄(Al2O3), 산화철(FeO3) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The additional material may include at least one of magnesium oxide (MgO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), and iron oxide (FeO3).

상기 보강물질은 상기 나노물질과 추가로 투입되는 추가물질을 더 포함하고, 상기 나노물질이 상기 이산화규소를 포함하면, 상기 추가물질은 단일원소 물질로 구비될 수 있다. The reinforcing material further includes an additional material added in addition to the nanomaterial, and if the nanomaterial includes the silicon dioxide, the additional material may be a single element material.

상기 추가물질은 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The additional material may include one or more of titanium (Ti), calcium (Ca), sodium (Na), and iron (Fe).

본 발명은 친환경 콘크리트에 부가되는 첨가물도 산업 부산물을 사용하여 친환경의 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of maintaining eco-friendly characteristics by using industrial by-products as additives added to eco-friendly concrete.

본 발명은 친환경 콘크리트에 산업 부산물을 부가하더라도 기존의 도로포장들에 사용하는 콘크리트와 같이 강성 또는 방수성을 보장할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of ensuring rigidity or waterproofing like concrete used in existing road pavements even if industrial by-products are added to eco-friendly concrete.

본 발명은 산업 부산물을 나노단위로 제작하여 부산물의 표면적을 증대시킴으로써 화학반응이 아니라 물리적인 작용으로도 강성을 보강할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of enhancing rigidity through physical action rather than chemical reaction by manufacturing industrial by-products in nanoscale and increasing the surface area of the by-products.

도1은 시멘트의 특성을 도시한 것이다.
도2는 시멘트가 파손되는 경우를 도시한 것이다.
도3은 본 발명 제1실시예의 콘크리트 조성물에 나노입자를 투입하였을때의 효과를 도시한 것이다.
도4는 본 발명 제2실시예의 콘크리트 조성물에 나노입자를 투입하였을때의 효과를 도시한 것이다.
Figure 1 shows the characteristics of cement.
Figure 2 shows a case where cement is damaged.
Figure 3 shows the effect of adding nanoparticles to the concrete composition of the first embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the effect of adding nanoparticles to the concrete composition of the second embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the attached drawings. In this specification, the same or similar reference numbers are assigned to the same or similar components even in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in this specification by the attached drawings.

시멘트는 석회석, 규석, 점토, 철광석 및 석고 등의 주원료를 적절히 배합하여 섭씨 1450도 정도의 고온에서 용융시킨 후 소성하여 얻어진 클링커(clinker)에 석고를 약 3% 첨가한 후 미분쇄하여 제조한다. Cement is manufactured by appropriately mixing main raw materials such as limestone, quartzite, clay, iron ore, and gypsum, melting them at a high temperature of about 1450 degrees Celsius, then firing them, adding about 3% of gypsum to the obtained clinker, and then finely pulverizing it.

이러한 시멘트가 물과 반응하게 되면 화학반응을 일으켜 새로운 수화물이 생성 되면서 콘크리트가 응결 및 경화 과정을 거치게 되며, 이와 같은 화학반응 과정을 수 화반응 또는 수화(Hydration)라고 한다.When this cement reacts with water, a chemical reaction occurs and new hydrates are created, causing the concrete to go through a setting and hardening process. This chemical reaction process is called hydration reaction or hydration.

도1은 시멘트의 수화단계를 도시한 것이다. Figure 1 shows the hydration stage of cement.

도1을 참조하면, 보통 포틀랜드 시멘트를 미소수활열량계를 이용하여 수화열량을 측정하면, 각 단계로 구분할 수 있다. 제1단계는 시멘트가 물과 접촉하여 수 분 이내에 발생하며, 시멘트 광물이 물에 용해되면서 용해열과 활성이 큰 C3A 등이 석고와 반응하여 ettringite의 생성에 의한 최초 발열 피크(점 A)가 나타난다. 제2단계 는 수화반응이 시작된 후 3시간 이내에 잠시 정체되는 단계로 유도기라고 한다. 제3 단계는 반응이 가속적으로 진행하는 단계로 가속기라고 하며, C3S의 수화반응에 의해 규산칼슘수화물(C-S-H)와 수산화칼슘(CH) 등이 생성된다. 이때 생성열에 의해 두 번째 발열 피크(점 B)가 나타난다. 제4단계는 반응이 서서히 감속하는 단계로 감속기라 고 하며, 일부 시멘트의 경우는 새로운 ettringite가 monosulfoaluminate로 전이될 때 나 타나는 발열로 추가적인 발열 피크(점 C) 나타나기도 한다. 제5단계는 수화말기 단계 로서 확산기라고 하며, 수화후 20~30시간 후로 수화층이 두꺼워지면서 투과성이 감소 되고 반응성이 아주 느리게 나타난다.Referring to Figure 1, when the hydration heat of ordinary Portland cement is measured using a microhydraulic calorimeter, it can be divided into each stage. The first stage occurs within a few minutes when cement comes in contact with water, and as cement minerals dissolve in water, C 3 A, which has high dissolution heat and activity, reacts with gypsum to produce ettringite, resulting in the first exothermic peak (point A). appear. The second stage is a stage in which the hydration reaction briefly stagnates within 3 hours after it starts and is called the induction stage. The third stage is called the accelerator, where the reaction progresses at an accelerated rate, and calcium silicate hydrate (CSH) and calcium hydroxide (CH) are produced through the hydration reaction of C 3 S. At this time, a second exothermic peak (point B) appears due to the heat of formation. The fourth stage is a stage in which the reaction slowly slows down and is called the reducer. In some cements, an additional exothermic peak (point C) may appear due to the heat generated when new ettringite is converted to monosulfoaluminate. The fifth stage is the final stage of hydration and is called the diffusion stage. 20 to 30 hours after hydration, the hydration layer thickens, permeability decreases, and reactivity appears very slowly.

도2는 알칼리 실리카 반응의 매커니즘을 도시한 것이다. Figure 2 shows the mechanism of alkali silica reaction.

시멘트가 수화할 때는 알칼리 -실리카 반응(ASR: Alkali Silica Reactivity)이 발생할 수 있다. When cement hydrates, alkali-silica reaction (ASR: Alkali Silica Reactivity) may occur.

알칼리 -실리카 반응은 알칼리 수산화물(alkali hydroxide)과 골재의 실리카(silica) 성분이 반응하여 팽창성 겔(gel)을 생성하는 현상으로, ASR 발생 시 내부 팽창에 의해 균열 이 발생하여 콘크리트 구조물에 심각한 파손을 일으킨다. 알칼리 수산화물과 반응성 실리카 사이의 화학적 반응은 강알칼리(높은 pH) 용액 에 반응성 실리카가 용해되는 분해작용이다. 수산기 이온(OH-)이 반응성 실리카 표면 인근에 siloxane bridge (Si-O-Si)를 공격하여, 이 구조를 분해시킨다. Alkali-silica reaction is a phenomenon in which alkali hydroxide reacts with the silica component of aggregate to produce an expandable gel. When ASR occurs, cracks occur due to internal expansion, causing serious damage to concrete structures. wake up The chemical reaction between alkali hydroxide and reactive silica is a decomposition reaction in which reactive silica is dissolved in a strong alkaline (high pH) solution. Hydroxyl ions (OH - ) attack the siloxane bridge (Si-O-Si) near the surface of reactive silica, decomposing this structure.

이때 음전하를 띤 성분이 Na+, K+와 같은 양전하 알칼리 이온과 결합하여 평형을 맞춘다. 이것이 겔(gel) 이라고 불린다. 이 반응이 진행되면서, 이 겔은 느슨한 격자망 구조를 나타낸다. 이후 내부 또는 외부로부터 수분이 공급될 때 팽창이 발생하고, 이 팽창압이 콘크리트의 인장응력을 초과하게 되면, 겔이 생성된 부분을 따라 균열이 발생하게 된다. At this time, the negatively charged component combines with positively charged alkali ions such as Na + and K + to balance it. This is called a gel. As this reaction progresses, the gel exhibits a loose lattice structure. Afterwards, expansion occurs when moisture is supplied from the inside or outside, and when this expansion pressure exceeds the tensile stress of the concrete, cracks occur along the area where the gel was created.

이러한, ASR을 억제하기 위한 방법 중 대표적인 것이 콘크리트에 혼화재(플라이애시 및 고 로슬래그 미분말)를 치환하는 3성분계 콘크리트가 등장하였다. A representative method for suppressing ASR is the emergence of three-component concrete, which replaces admixtures (fly ash and blast furnace slag fine powder) with concrete.

3성분계 콘크리트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트에 산업부산물인 플라이애시 및 고 로슬래그 미분말을 적당한 비율로 혼합하여 수화열 및 수화발열 속도를 억제하며, 내 해수성을 향상시킨 혼합시멘트 및 콘크리트이다.Three-component concrete is a mixed cement and concrete that suppresses the heat of hydration and the rate of hydration heat generation and improves seawater resistance by mixing one type of ordinary Portland cement with fly ash and blast furnace slag fine powder, which are industrial by-products, in an appropriate ratio.

상기 플라이애시는 ASR 저항성이 가장 우수한 혼화재이다. 상기 플라이애시는 시멘트의 수화반응을 통해 부수적으로 생성된 수산화물과 반응하여 ASR을 저감시키는 효과가 있다. The fly ash is an admixture with the best ASR resistance. The fly ash has the effect of reducing ASR by reacting with hydroxide incidentally generated through the hydration reaction of cement.

플라이애시의 성분들이 ASR 팽창에 어떠한 영향을 미치는 지를 아래 표에 나타내었다. 이런 영향 때문에 대체적으로 SiO2+Al2O3+Fe2O3의 양에 따라 치환율 또는 CaO의 양을 조절할 수 있다.The table below shows how fly ash components affect ASR expansion. Because of this effect, the substitution rate or the amount of CaO can be generally adjusted depending on the amount of SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 .

Deleterious Constituents
(promote expansion)
Deleterious Constituents
(promote expansion)
Beneficial Constituents
(reduce expansion)
Beneficial Constituents
(reduce expansion)
CaO (calcium oxide) Na2Oand K2O (alkalis) MgO (magnesium oxide)
SO3 (sulfur trioxide)
CaO (calcium oxide) Na 2 Oand K 2 O (alkalis) MgO (magnesium oxide)
SO 3 (sulfur trioxide)
SiO2 (silicon dioxide) Al2O3 (aluminum troxide) Fe2O3 (iron oxide)SiO 2 (silicon dioxide) Al 2 O 3 (aluminum troxide) Fe 2 O 3 (iron oxide)

한편, 고로슬래그 미분말이나 플라이애시를 첨가한 콘크리트는 포졸란 반응에 의해 콘크리트 중의 수산화칼슘을 감소시켜 세공용액중의 수산화이온(알칼리 골재반응에 관계하는 이온)을 감소시키고 비표면적이 큰 저칼슘형 규산칼슘수화물(C-S-H)의 생성 과 그것에 의한 알카리이온의 흡착, 그리고 경화시멘트 페이스트 조직의 치밀화에 의 한 물의 이동속도 및 Na+나 K+의 확산속도를 저하하여 팽창성을 크게 감소시킨다. On the other hand, concrete with the addition of blast furnace slag powder or fly ash reduces calcium hydroxide in concrete through a pozzolanic reaction, thereby reducing hydroxide ions (ions related to alkaline aggregate reaction) in the pore solution and forming low-calcium silicate calcium silicate with a large specific surface area. The formation of hydrates (CSH) and the adsorption of alkaline ions by them, and the densification of the hardened cement paste structure, reduce the speed of water movement and diffusion of Na + or K + , greatly reducing the expandability.

3성분계 콘크리트에서 혼화재는 대부분이 산업부산폐기물로 자원의 효율적인 활용의 차원에서 큰 역할을 하며 시멘트의 소성과정에서 석회석의 탈 탄산이 발생하는 것 을 혼화재가 사용된 양만큼 줄어들기 때문에 탄산가스의 발생도 절감되어 지구온난화 방지등 사회 환경적으로 우수한 특성이 있다.In three-component concrete, most of the admixtures are industrial by-product wastes, and they play a big role in the efficient use of resources. During the cement firing process, the decarbonation of limestone is reduced by the amount of admixture used, so the generation of carbon dioxide gas is reduced by the amount of admixture used. It also has excellent social and environmental characteristics, such as preventing global warming.

현재 국내의 경우 KS에 규격화되어 있는 혼합시멘트는 플라애시 시멘트, 슬래그 시멘트 및 포틀래드 포졸란 시멘트 등이 있으며, KS에 규격화되어 있지 않지만 매스 콘크리트 및 해양콘크리트 구조물에 많이 사용되고 있는 3성분계 시멘트 또는 4성분계 시멘트가 있다. Currently, in Korea, mixed cements standardized in KS include fly ash cement, slag cement, and Portland pozzolan cement. Although not standardized in KS, three-component cement or four-component cement are widely used in mass concrete and marine concrete structures. There is.

특히, 3성분계 시멘트의 경우 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 혼화재료 의 종류 및 사용량 조합으로 시공 목적에 맞게 여러 종류의 배합설계가 가능하며, 보통 콘크리트에 비해 수화열 저감 효과 및 강도발현 특성이 우수한 특징이 있다.In particular, in the case of three-component cement, various types of mix designs are possible to suit the purpose of construction by combining one type of ordinary Portland cement and the type and amount of admixtures used, and it has superior hydration heat reduction effect and strength development characteristics compared to ordinary concrete. .

3성분계 콘크리트의 혼합시멘트 배합은 일반적으로 1종 보통 포틀랜드 시멘트30~50%, 플라이애시 10~30%와 고로슬래그 미분말 20~60%로 구성되어 있으며 확실한 목적에 의해 세분화된 사용 목적을 가지고 있다. 역학적 및 내구적 특성은 일반 포틀 랜트 시멘트 콘크리트에 비하여 3성분계 시멘트 콘크리트는 내구성 향상 및 수화열 저감효과가 있어 특유의 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응을 통하여 경화채의 조직을 치밀화시키고 화학적으로 안정화시켜 물, 염류, 황산염 및 해수 등의 침투를 억제할 수 있으며 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 등과 같은 포졸란 및 잠재수경성 재료는 일반 시멘트보다 수화발열량이 적기 때문에 수화열에 의한 온도균열에 의한 열화를 줄일 수 있다. The mixed cement mix of three-component concrete generally consists of 30 to 50% of one type of ordinary Portland cement, 10 to 30% of fly ash, and 20 to 60% of fine blast furnace slag powder, and has a specific use purpose. In terms of mechanical and durability characteristics, compared to general portland cement concrete, three-component cement concrete has improved durability and reduced heat of hydration. It densifies and chemically stabilizes the structure of the hardened material through a unique pozzolanic reaction and latent hydraulic reaction, thereby protecting against water and salts. , it can suppress the penetration of sulfate and seawater, and pozzolanic and latent hydraulic materials such as blast furnace slag powder and fly ash have a lower hydration calorific value than general cement, so they can reduce deterioration due to temperature cracking due to heat of hydration.

즉, 매스콘크리트 구조물의 온도상승 방지를 위해 낮은 발열량을 목적으로 두거나 사용 혼화재의 분말도와 혼합비율의 최적화 및 혼화제와의 적합성을 고 려한 최적의 유동성을 발휘하기 위해 사용된다. 또한 고유동 콘크리트와 내해수성 및 내화학성 등 콘크리트의 고성능 확보 목적으로도 사용될 수 있다. 유럽에서는 각종 혼화재의 사용이 적극 장려되어 일반 시멘트에 다양한 혼화재를 혼합한 콘크리트가 사용되어 진다. 일본의 경우에는 혼합시멘트가 전체 시멘트의 약 20% 가량 사용되어 지고 있다. 이처럼 혼합시멘트는 우수한 물리적 성능 외에도 환경적 측면을 고려할 때 그 사용이 권장되고 있는 실정이다.In other words, it is used for the purpose of low calorific value to prevent temperature rise in mass concrete structures, or to optimize the fineness and mixing ratio of the used admixture and to demonstrate optimal fluidity considering compatibility with the admixture. It can also be used to ensure high performance of concrete, such as high-flow concrete and seawater resistance and chemical resistance. In Europe, the use of various admixtures is actively encouraged, and concrete is used by mixing various admixtures with ordinary cement. In Japan, mixed cement is used for about 20% of all cement. In this way, the use of mixed cement is recommended considering environmental aspects in addition to its excellent physical performance.

3성분계 시멘트 및 콘크리트 제조 특성에 기인하여 구정된 주요 화학조성(혼합 시 멘트)은 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)의 함량이 높고 석회(CaO)량이 상대적으로 적 고 다른 시멘트와 비교해서 상대적으로 밀도가 작고 분말도가 큰 특징을 가지고 있다. 또한 1종 보통 포틀랜드 시멘트에 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 혼합해서 제조되므로 시멘트 화합물에서 알루미네이트상(C3A, C4AF)의 함량이 상대적으로 적어 혼화제의 흡착이 줄어들고 유동성은 높아지며 미분말의 효과에 의한 점성이 증가 된 다. 따라서 낮은 물-결합재비에서 높은 유동성 및 재료분리 저항성을 확보할 수 있어 매스콘크리트 뿐만 아니라 고성능 콘크리트 제조에 적용되고 있다.The main chemical composition (mixed cement) determined due to the manufacturing characteristics of three-component cement and concrete has a high content of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), a relatively low amount of lime (CaO), and is similar to that of other cements. Compared to other materials, it has a relatively small density and high powder fineness. In addition, since it is manufactured by mixing fly ash and blast furnace slag fine powder with one type of ordinary Portland cement, the content of aluminate phase (C 3 A, C 4 AF) in the cement compound is relatively low, which reduces adsorption of admixtures, increases fluidity, and improves the effect of fine powder. Viscosity increases due to Therefore, it can secure high fluidity and material separation resistance at a low water-binder ratio, so it is applied not only to mass concrete but also to the production of high-performance concrete.

또한 초기 수화열이 많이 발생되는 알루미네이트상의 함유량이 적으므로 수화열발생이 매우 작아 대규모 매스콘크리트 공사 시 수화열에 의한 균열 발생을 저감시킬 수 있으며, 3성분계 콘크리트는 장시간에 걸쳐 블리딩이 조금씩 발생하기 때문에 양 호한 시공성을 확보할 수 있을뿐 아니라 경화 후 콘크리트의 품질저하를 예방할 수 있다. 콘크리트의 응결은 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트의 경우보다 지연되는 특성이 있으며, 유동화제 등 혼화제 사용량이 많아질수록 응결지연 경향은 커진다.In addition, since the content of the aluminate phase, which generates a lot of initial hydration heat, is low, the hydration heat generation is very small, which can reduce the occurrence of cracks due to hydration heat during large-scale mass concrete construction. Three-component concrete is good because bleeding occurs little by little over a long period of time. Not only can it ensure constructability, but it can also prevent deterioration in the quality of concrete after hardening. The setting of concrete is delayed compared to concrete using type 1 ordinary Portland cement, and as the amount of admixtures such as fluidizers increases, the tendency for setting delay increases.

3성분계 콘크리트는 수화생성물인 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H) 및 혼화재의 포졸 란 반응에 의하여 치밀한 미세구조를 형성하기 때문에 황상명 및 염화물 등 화학용액에 의한 침식을 억제할 뿐 아니라 화학적 침식을 받는 조건에서도 지속적인 강도 증진현상을 보인다. 특히 해수에 침지한 경우는 포졸란 반응에 의해 생성된 수화물의 미세한 구조형성 및 수화물의 이온흡착으로 이온의 침투를 억제하기 때문에 다른 시 멘트와 비교하여 강도 저하가 거의 없다. Three-component concrete forms a dense microstructure through the pozzolanic reaction of calcium silicate hydrate (C-S-H), a hydration product, and admixtures, so it not only suppresses erosion by chemical solutions such as sulfur dioxide and chloride, but also maintains strength even under chemical attack conditions. Shows improvement. In particular, when immersed in seawater, there is almost no decrease in strength compared to other cements because the fine structure of the hydrate generated by the pozzolanic reaction and the ion adsorption of the hydrate suppress the penetration of ions.

또한, 3성분계 콘크리트는 혼화재의 포졸란 반응에 의하여 시멘트 수화반응 시 생성되는 수산화칼슘이 소모되어 콘크리트 중의 pH가 낮아지므로 알칼리 골재반응을 억제시키는 효과가 있다.In addition, three-component concrete has the effect of suppressing the alkaline aggregate reaction because the pozzolanic reaction of the admixture consumes the calcium hydroxide generated during the cement hydration reaction, lowering the pH in the concrete.

3성분계 콘크리트를 사용함으로 문제시 되고 있는 부분은 재료 구성의 특성상 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 일반 시멘트보다 적게 생성되기 때문에 이산화탄소를 탄산칼슘(CaCO3)으로 고정화 시킬 수 있는 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 양이 부족하여 일반 시멘트콘크리트보다 중성화가 촉진될 가능성이 있다. 그러나 실제로 수산 화칼슘을 소비하는 포졸란 반응에 의해 경화체의 조직이 보다 치밀해져 외부로부터의 이산화탄소의 유입이 잘 되지 않는다는 측면도 있다.The problem with using three-component concrete is that less calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) is produced than regular cement due to the nature of the material composition, so calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), which can fix carbon dioxide into calcium carbonate (CaCO 3 ), is used. ) Due to the insufficient amount of 2 ), there is a possibility that neutralization may be promoted compared to general cement concrete. However, there is also an aspect that the structure of the hardened body becomes more dense due to the pozzolanic reaction that actually consumes calcium hydroxide, making it difficult for carbon dioxide to flow in from the outside.

콘크리트 배합 시 널리 사용되고 있는 대표적 혼화재인 플라이애시는 수화열, 워커 빌리티 향상, 내염 저항성 향상 등 콘크리트의 특성 개량이 주목적이고, 원가절감 효과도 있어 그 사용률이 상당히 높은 재료이다. Fly ash, a representative admixture widely used when mixing concrete, is mainly used to improve the properties of concrete, such as heat of hydration, improved workability, and improved flame resistance, and has a cost-saving effect, making it a material with a fairly high usage rate.

국내 석탄 화력발전소는 회분 함량이 약 45% 정도인 국산 무연탄을 사용하는 곳과 회분 함량이 약 10~15% 정도인 수입 유연탄을 사용하는 곳이 있다. 무연탄 화력발전 소에서 발생한 플라이애시는 미연탄소 함량이 많은 이유로, 유연탄 화력발전소에서 발생한 플라이애시만 콘크리트 배합 시 사용되는 혼화재로서 그 역할을 한다. Domestic coal-fired power plants include those that use domestic anthracite with an ash content of about 45% and those that use imported bituminous coal with an ash content of about 10 to 15%. Because fly ash generated from anthracite-fired power plants has a high unburned carbon content, only fly ash generated from bituminous coal-fired power plants serves as an admixture used when mixing concrete.

석탄 화력발전소에서 미분탄을 보일러 연소실에서 연소시킬 때 남는 석탄회 중에 절탄기나 공기예열기 아래 Hopper에 모이는 것과 전기집진기에 의해서 집진되어 집진기 Hopper 에 보이는 것이 플라이애시다. 보일러 저부에서 회수된 클링커 애시(clinker ash), 절탄 기와 공기예열기에서 회수된 신더 애시(cinder ash) 및 집진기에서 포집된 플라이애시 를 합한 모두를 석탄회라 칭하며, 이 중 플라이애시는 대략 80% 정도이다.When pulverized coal is burned in a boiler combustion chamber in a coal-fired power plant, among the remaining coal ash, fly ash is collected in the hopper under the economizer or air preheater, and is collected by the electrostatic precipitator and visible in the dust collector hopper. The clinker ash recovered from the bottom of the boiler, the cinder ash recovered from the coal economizer and air preheater, and the fly ash collected from the dust collector are all called coal ash, of which fly ash accounts for approximately 80%. .

화력발전소 유연탄 탄종의 변화, 연소실 운전상태의 변동 및 미분탄 분말도 변화에 의해 발생된 플라이애시는 미연탄소함량, 유리화율 및 glass 부분의 포졸란 반응성, 입도분포 등의 품질특성이 변화된다. The quality characteristics of fly ash generated by changes in the type of bituminous coal in thermal power plants, changes in combustion chamber operation conditions, and changes in pulverized coal change in quality characteristics such as unburned carbon content, vitrification rate, pozzolanic reactivity of the glass portion, and particle size distribution.

최근 질산화 물질 배출 기준의 강화로 인해 연소 온도를 하향 관리하고 있는 추세이므로 미연탄소 함량은 특히 증가되는 경향이다. 국내의 경우 대부분이 공기분급 방법으로 플라이애시를 정제한다. As combustion temperatures are being managed downward due to the recent strengthening of nitroxide emission standards, the unburned carbon content tends to increase in particular. In most cases in Korea, fly ash is purified using the air classification method.

콘크리트용 플라이애시는 혼화재로 이용할 경우 KS L 5405(플라이애시)와 혼합시 멘트로 이용할 경우 KS K 5211(플라이애시 시멘트)의 두 가지 규정이 있지만 혼합 시멘트로(A종: 5~10%, B종: 10~20%, C종: 20 ~30%)는 거의 없고 혼화재료만 이용되고 있는 실정이다. 플라이애시의 밀도는 화학성분 중에 철분이 많을 경우 높게 나타나며, 탄소 함유량이 높을 경우 낮은 경향을 보인다. There are two regulations for fly ash for concrete: KS L 5405 (fly ash) when used as an admixture and KS K 5211 (fly ash cement) when used as a cement when mixed, but as a mixed cement (Type A: 5~10%, B Species: 10 to 20%, C species: 20 to 30%) are rare and only mixed materials are used. The density of fly ash tends to be high when there is a lot of iron in the chemical components, and tends to be low when the carbon content is high.

플라이애시를 시멘트의 중량비로 대체한 콘크리트의 강도는 플라이애시를 혼입하 지 않은 콘크리트에 비해 초기재령에서는 약간 감소하나, 장기강도는 상당히 증가하게 된다. The strength of concrete in which fly ash is replaced by cement by weight decreases slightly at an early age compared to concrete without fly ash, but the long-term strength increases significantly.

이는 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 플라이애시의 가용성 실리카 및 알루미나가 결합하는 포졸란반응에서, 포졸란 생성물이 플라이애시 입자의 주변에 채 워지기 전까지 강도발현에 크게 기여하지 못하지만, 후기재령에서는 플라이애시와 시 멘트-페이스트가 포졸란 생성물로 견고하게 결합하게 되어 강도가 증진되고, 수밀성 및 내구성도 향상되기 때문이다. 일반적으로 플라이애시를 사용한 콘크리트의 강도증진 현상은 36개월 이후에 현저해 진다.This is because, in the pozzolanic reaction in which calcium hydroxide, a hydration product of cement, and soluble silica and alumina of fly ash combine, the pozzolanic product does not significantly contribute to the development of strength until it is filled around the fly ash particles, but in the later age, the soluble silica and alumina of fly ash combine. This is because the ment-paste is firmly bonded to the pozzolanic product, improving strength, watertightness, and durability. In general, the strength improvement of concrete using fly ash becomes noticeable after 36 months.

플라이애시를 사용한 콘크리트의 초기강도를 증진시키기 위하여 실리카흄을 혼입 한다. 이는 초기 및 장기재령에서 지속적인 포졸란반응을 위해 수산화칼슘을 충분히 공급해 주기 때문이다. 또 다른 방법으로 물-결합재 비를 감소시키는 대신에 고성능감 수제를 사용하여 초기강도를 증진시키기도 한다. 포틀랜드 시멘트의 수화반응으로 확 보된 강도발현은 콘크리트에 수분이 유지된다면, 플라이애시의 포졸란반응으로 후기 재령에서도 계속 증가하게 된다. 따라서, 플라이애시를 사용한 콘크리트의 장기강도는 초기에 비해 증진하게 된다. 이러한 결과는 플라이애시와 시멘트 경화체와의 경계면 이 포졸란 반응생성물로 충전되어 상호간의 결합력이 재령에 따라 증가되기 때문이다.Silica fume is mixed to improve the initial strength of concrete using fly ash. This is because calcium hydroxide is sufficiently supplied for continuous pozzolanic reaction in the early and long-term stages. Another method is to increase the initial strength by using a high-performance water agent instead of reducing the water-binder ratio. The strength development secured by the hydration reaction of Portland cement continues to increase even at later ages due to the pozzolanic reaction of fly ash if moisture is maintained in the concrete. Therefore, the long-term strength of concrete using fly ash is improved compared to the initial stage. This result is because the interface between the fly ash and the cement hardening body is filled with pozzolanic reaction products, and the bonding strength between them increases with age.

재령이 길수록 강도 발현비가 높기 때문에 시멘트에 혼입하여 사용하면 효과적이다. 장기재령의 연구결과, 플라이애시 콘크리트는 1년 후 50%의 강도 증진이 있는 반 면에 플라이애시를 사용하지 않은 콘크리트는 30% 증진에 불과하였다. 10년 이상의 재령에서도 플라이애시 콘크리트의 성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 고강도콘 크리트를 생산하기 위해서는 플라이애시가 중요한 재료로 사용될 수 있다.The longer the age, the higher the strength development ratio, so it is effective when mixed into cement. As a result of a long-term study, fly ash concrete had a 50% strength increase after one year, while concrete without fly ash had only a 30% strength increase. The performance of fly ash concrete was found to be excellent even at an age of more than 10 years. Therefore, fly ash can be used as an important material to produce high-strength concrete.

플라이애시를 사용한 콘크리트의 탄성계수는 압축강도와 마찬가지로 플라이애시를 사용하지 않은 콘크리트에 비해 초기 재령에서는 약간 낮고, 후기 재령에서는 약간 높게 나타났다. 탄성계수에 미치는 플라이애시의 영향은 압축강도와 같이 중요한 것 은 아니다. 탄성계수에 미치는 영향은 플라이애시보다 시멘트나 골재의 특성에 따라 현저하다는 것을 알 수 있다.Like the compressive strength, the elastic modulus of concrete using fly ash was slightly lower at early ages and slightly higher at later ages compared to concrete without fly ash. The effect of fly ash on elastic modulus is not as significant as on compressive strength. It can be seen that the effect on the elastic modulus is more significant depending on the characteristics of cement or aggregate than fly ash.

대부분의 강도 수준에서 플라이애시를 사용한 콘크리트의 탄성계수는 플라이애시 를 사용하지 않은 일반콘크리트의 탄성계수와 비슷한 경향을 나타내고 있다. 플라이 애시를 사용한 콘크리트일 경우에도 탄성계수 평가는 강도기준으로 하는 것이 바람직 하다.At most strength levels, the elastic modulus of concrete using fly ash shows a similar trend to that of general concrete without fly ash. Even in the case of concrete using fly ash, it is desirable to evaluate the elastic modulus based on strength.

콘크리트의 크리프 변형량과 비율은 주변 온도, 습도, 콘크리트 강도, 탄성계수, 골 재량, 재하 할 때의 콘크리트 재령 및 강도와 지속되는 크리프 응력비에 따라 다르다. 콘크리트의 크리프에 미치는 플라이애시의 영향은 플라이애시가 강도발현에 미치는 영향과 마찬가지로 매우 제한적이다. 재령 28일의 플라이애시 콘크리트는 동일한 체 적의 시멘트만 사용한 콘크리트에 비해 높은 크리프 변형을 나타내는데, 이는 재하할 때의 플라애시 콘크리트 강도가 상대적으로 낮기 때문이다. 그러나 크리프 측정을 위 한 재하초기의 콘크리트 강도가 동일할 경우, 플라애시를 사용한 콘크리트의 크리프 변형은 모든 재령에서 감소하게 된다.The amount and rate of creep deformation of concrete depend on ambient temperature, humidity, concrete strength, elastic modulus, corrugation, concrete age and strength at loading, and sustained creep stress ratio. The effect of fly ash on the creep of concrete is very limited, as is the effect of fly ash on strength development. Fly ash concrete with an age of 28 days shows a higher creep deformation compared to concrete using only cement of the same volume, because the strength of fly ash concrete when loaded is relatively low. However, if the concrete strength at the beginning of loading for creep measurement is the same, the creep deformation of concrete using fly ash decreases at all ages.

콘크리트의 건조수축은 시멘트-페이스트의 체적, 단위수량, 시멘트의 종류와 사용 량, 골재의 종류 등에 따라 다르다. 단위수량이 일정할 때, 플라이애시를 사용한 콘크 리트는 결합재-페이스트의 체적이 증가하기 때문에, 건조수축이 약간 증가하는 경향이 있다. The drying shrinkage of concrete varies depending on the volume of cement-paste, unit quantity, type and amount of cement used, and type of aggregate. When the unit quantity is constant, concrete using fly ash tends to slightly increase drying shrinkage because the volume of the binder-paste increases.

그러나 플라이애시의 사용으로 단위수량을 감소시킬 수 있기 때문에, 플라이애시 콘크리트의 건조수축은 플라이애시를 사용하지 않은 콘크리트와 같거나 감소되며, 균열방지 효과도 있다. However, because the unit quantity can be reduced by using fly ash, the drying shrinkage of fly ash concrete is the same or reduced than that of concrete without fly ash, and it also has a crack prevention effect.

플라이애시 20%를 혼입한 콘크리트의 건조수축은 플라이애시 를 사용하지 않은 콘크리트와 거의 같다. The drying shrinkage of concrete mixed with 20% fly ash is almost the same as that of concrete without fly ash.

또한 플라이애시의 혼입 량을 증가시키면 건조수축이 약간 감소한다는 결과도 있다. 이러한 결과는 단위수량 의 감소와 플라이애시에 함유된 석고의 작용에 기인한 것이다.There are also results showing that drying shrinkage slightly decreases when the amount of fly ash mixed is increased. These results are due to the decrease in unit quantity and the action of gypsum contained in fly ash.

한편, 콘크리트의 수밀성에 영향을 주는 요인으로는 결합재, 단위수량, 골재입도, 밀도, 양생방법 등이 있다. 일반적으로 시멘트 수화에 의해 석출된 Ca(OH)2는 수용성이기 때문에 물의 침투를 받으면 용해되기 쉽다. Meanwhile, factors that affect the watertightness of concrete include binder, unit quantity, aggregate particle size, density, and curing method. In general, Ca(OH) 2 precipitated by cement hydration is water-soluble, so it is easily dissolved when water penetrates.

그러나 포졸란 특성을 갖는 플라이애시를 사용하면 C-S-H를 생성할 때 칼슘, 칼륨, 나트륨과 반응하기 때문에 Ca(OH)2가 용해 될 가능성은 줄어들게 된다.However, when fly ash with pozzolanic properties is used, the possibility of Ca(OH) 2 dissolving is reduced because it reacts with calcium, potassium, and sodium when producing CSH.

초기재령에서 플라이애시를 사용한 콘크리트의 수밀성은 플라이애시를 사용하지 않은 콘크리트보다 낮거나 비슷한 정도를 보이지만, 장기적으로는 플라이애시의 포졸 란 반응으로 인하여 현저하게 증대된다. At the initial age, the water tightness of concrete using fly ash is lower or similar to that of concrete without fly ash, but in the long term, it increases significantly due to the pozzolanic reaction of fly ash.

또한 물의 침투를 억제하기 때문에 콘크리트 구조물의 물리적, 화학적 침식에 대한 저항성이 증대될 뿐 아니라 내구성도 개선된다. In addition, by suppressing water infiltration, the resistance to physical and chemical erosion of concrete structures is increased and durability is also improved.

또한 수밀성은 플라이애시의 분말도가 높을수록 증대하는데 이는 미세입자가 시멘트 페 이스트의 큰 공극을 충전시켜 공극을 보강하기 때문이며 플라이애시를 사용한 콘크리 트의 수밀성 증진은 강도의 증진보다 큰 것으로 알려져 있다.In addition, water tightness increases as the fineness of fly ash increases. This is because fine particles fill the large pores of cement paste and reinforce the pores. It is known that the improvement in water tightness of concrete using fly ash is greater than the improvement in strength.

한편, 콘크리트의 동결융해 저항성은 플라이애시 혼입보다는 공기연행성, 골재의 안정성, 재령, 수화도, 시멘트 페이스트 강도 및 콘크리트의 습도조건에 좌우된다. 플라이애시 를 사용한 콘크리트는 초기 강도발현이 늦기 때문에 재령 28일에 적합한 수화도를 발 위하기 위해서는 결합재량을 증가시켜야 하며 콘크리트 단위체적당 공기연행제 첨가 량도 증가시켜야 한다.Meanwhile, the freeze-thaw resistance of concrete depends on air entrainment, stability of aggregate, age, degree of hydration, cement paste strength, and humidity conditions of concrete rather than fly ash mixing. Because concrete using fly ash has a slow initial strength development, the amount of binder must be increased to develop a degree of hydration suitable for 28 days, and the amount of air entraining agent added per unit volume of concrete must also be increased.

플라이애시를 사용한 콘크리트에서 연행된 공기의 입경분포는 플라이애시를 사용 하지 않은 것과 비교해 볼 때 거의 변화가 없기 때문에 강도 및 공기량을 동시에 비 교하면 동결융해 저항성은 비슷한 것으로 알려져 있다.Since the particle size distribution of air entrained in concrete using fly ash shows little change compared to that without fly ash, the freeze-thaw resistance is known to be similar when strength and air volume are simultaneously compared.

일반적으로 알칼리골재 반응은 시멘트와 같은 재료에 함유된 알칼리 성분과 골재 중에 함유된 실리카성분이 수분의 존재하에서 장기적으로 서서히 새로운 물질을 생성 하는 반응을 말하며 이러한 반응의 생성물은 수분을 흡수, 팽창작용을 하여 콘크리트 의 균열 및 박리를 일으키고 심할 경우 붕괴시키기도 한다. In general, alkaline aggregate reaction refers to a reaction in which the alkaline component contained in materials such as cement and the silica component contained in the aggregate gradually create a new substance over a long period of time in the presence of moisture. The product of this reaction absorbs moisture and has an expansion effect. This causes cracks and peeling of concrete, and in severe cases, collapse.

콘크리트에 플라이애시를 사용할 경우 플라이애시의 실리카계 유리질과 시멘트 페이스트의 수산화 알칼리가 반 응하여 골재의 실리카와 반응 시 팽창을 유발하는 콘크리트의 알칼리량을 소비하게 된다. 따라서 적당량의 플라이애시를 사용하게 되면 골재의 반응을 감소시킬 수 있으 며 콘크리트에 유해한 팽창을 방지할 수 있다.When fly ash is used in concrete, the silica-based glass of the fly ash reacts with the alkali hydroxide of the cement paste, consuming the amount of alkali in the concrete that causes expansion when it reacts with the silica of the aggregate. Therefore, using an appropriate amount of fly ash can reduce the reaction of aggregate and prevent harmful expansion of concrete.

플라이애시 뿐만 아니라 고로슬래그는 잠재수경성 재료로 물과 만나 일부 수분을 흡수할 뿐 화학적 반응을 통한 경화특성이 전혀 나타나지 않는다. 그러나 시멘트 수화반응에 따 라 콘크리트 내 전체적인 알칼리도가 높아져 혼화재의 입자표면을 자극한다면, 이 입 자의 화학성분이 용출되고 주변 성분들과 반응하여 경화특성을 나타낼 수 있다. 혼화재 그 자체에는 수경성이 없지만 그것에 함유되어 있는 SiO2, Al2O3 같은 가용성분이 시멘트 구성 화합물인 C3S, C2S가 수화할 때 생성된 Ca(OH)2와 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 안정한 규산칼슘수화물(C-S-H)이나 칼슘알루미네이트수화물(C-A-H)을 생성하게 되는데, 이를 포졸란 반응이라 한다.Fly ash as well as blast furnace slag are potential hydraulic materials that only absorb some moisture when they come into contact with water and do not exhibit any hardening properties through chemical reactions. However, if the overall alkalinity in the concrete increases due to the cement hydration reaction and stimulates the particle surface of the admixture, the chemical components of these particles may elute and react with surrounding components to exhibit hardening characteristics. The admixture itself does not have hydraulic properties, but the soluble components contained in it, such as SiO 2 and Al 2 O 3 , slowly react with Ca(OH) 2 generated when the cement constituent compounds C 3 S and C 2 S hydrate at room temperature, making them insoluble. This produces stable calcium silicate hydrate (CSH) or calcium aluminate hydrate (CAH), which is called a pozzolanic reaction.

플라이애시와 고로슬래그 미분말은 포졸란 반응을 하는 결합재로서, 시멘트 구성 화합물인 C3S, C2S 등과 물이 접촉하여 수화반응의 결과로 생성되는 수산화칼슘과 플 라이애시의 실리카, 알루미나와 같은 가용성분이 반응하여 2차생성물인 칼슘실리케이 트 또는 칼슘알루미네이트 수화물을 발시킨다. 수화반응을 일으킨 시멘트 페이스트의 경우 약 70%의 칼슘실리케이트, 20%의 수산화칼슘을 포함하고 있다. 수화반응의 결과로 발생된 수산화칼슘을 포함하고 있다. 수화반응의 결과로 발생된 수산화칼슘은 경화체 내부에 공극을 발생시켜 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다. 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 사용할 경우 수산화칼슘을 구속시킴으로써 콘크리트에 성능 향상에 기여할 수 있다.Fly ash and blast furnace slag fine powder are binders that undergo a pozzolanic reaction. Calcium hydroxide produced as a result of a hydration reaction upon contact with water, such as cement constituent compounds C 3 S and C 2 S, and soluble components such as silica and alumina of fly ash. The reaction produces calcium silicate or calcium aluminate hydrate as a secondary product. Cement paste that has undergone a hydration reaction contains approximately 70% calcium silicate and 20% calcium hydroxide. It contains calcium hydroxide generated as a result of a hydration reaction. Calcium hydroxide generated as a result of the hydration reaction creates voids inside the hardened body and acts as a factor in reducing performance. When using fly ash and blast furnace slag fine powder, it can contribute to improving the performance of concrete by binding calcium hydroxide.

CH + S + H C-S-H; CH + A + H C-A-HCH + S + H C-S-H; CH+A+H C-A-H

고로슬래그 미분말은 포졸란 반응뿐만 아니라, 시멘트와 혼합하여 물과 수화반응을 할 때 수산화칼슘을 포함하는 알칼리 성분에 의한 잠재수경성 반응으로 시멘트 수화반응시 생성되는 주된 수화물을 형성한다. 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 수화반응 속 도가 느리지만, 알칼리와 보통 포틀랜드 시멘트는 수화반응률을 증가시키며, 고로슬래 그 미분말과 보통 포틀랜드 시멘트를 혼합산 수화반응에서 고로슬래그 미분말은 칼 륨, 나트륨, 알칼리, CH와 반응하여 칼슘실리케이트 수화물을 형성한다.In addition to the pozzolanic reaction, blast furnace slag fine powder forms the main hydrate produced during the cement hydration reaction due to a latent hydraulic reaction caused by alkaline components including calcium hydroxide when mixed with cement and hydrated with water. Although the hydration reaction rate is slower than that of ordinary Portland cement, alkali and ordinary Portland cement increase the hydration reaction rate, and in the mixed acid hydration reaction of blast furnace slag fine powder and ordinary Portland cement, the blast furnace slag fine powder contains potassium, sodium, alkali, and CH. It reacts with to form calcium silicate hydrate.

상기 고로슬래그는 다음과 같은 과정에서 발생할 수 있다. 광석 내 산화금속을 환원 및 정련할 시, 석회석을 첨가한 저융점의 물질을 슬래그 라 하는데 이는 금속으로부터 분리되어 제거시에 잔존하게 된다. 이는 철강 슬래그와 비철 슬래그로 분리되는데, 비철 슬래그는 환원시키는 비철금속에 따라 동, 니켈 및 은 슬래그 등으로 나뉘게 되며, 철강 슬래그는 선철 생산 시 나오는 고로슬래그와 선 철 정련공정의 전로에서 생성되는 전로 슬래그로 분류된다. 이와 같은 슬래그는 잠재 수경성의 특징을 가지고 있어 여러 용도로 이용할 수 있다. The blast furnace slag may be generated in the following process. When reducing and refining metal oxides in ore, the low melting point material to which limestone is added is called slag, which is separated from the metal and remains when removed. It is separated into steel slag and non-ferrous slag. Non-ferrous slag is divided into copper, nickel, and silver slag depending on the non-ferrous metal being reduced. Steel slag is blast furnace slag produced during pig iron production and converter slag produced in the converter of the pig iron refining process. It is classified as Such slag has potential hydraulic properties and can be used for various purposes.

품질quality 1종1 type 2종2 types 3종3 types 밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 2.80 이상2.80 or higher 2.80 이상2.80 or higher 2.80 이상2.80 or higher 비표면적 (cm2/g)Specific surface area (cm 2 /g) 8,000~10,0008,000~10,000 6,000~8,0006,000~8,000 4,000~6,0004,000~6,000
활성도 지수 (%)

Activity index (%)
재령 7일Age 7 days 95 이상95 and above 75 이상75 and above 55 이상over 55
재령 28일Age 28 105 이상105 or higher 95 이상95 and above 75 이상75 and above 재령 91일Age 91 days 105 이상105 or higher 105 이상105 or higher 95 이상95 and above 플로값 비 (%)Flow value ratio (%) 95 이상95 and above 95 이상95 and above 95 이상95 and above 산화마그네슘(MgO) (%)Magnesium Oxide (MgO) (%) 10 이하below 10 10 이하below 10 10 이하below 10 삼산화황(SO3) (%)Sulfur trioxide (SO 3 ) (%) 4 이하4 or less 4 이하4 or less 4 이하4 or less 강열감량 (%)Ignition loss (%) 3 이하3 or less 3 이하3 or less 3 이하3 or less 염화물이온(%)Chloride ion (%) 0.02 이하0.02 or less 0.02 이하0.02 or less 0.02 이하0.02 or less

고로슬래그 미분말의 품질규정 (KS F 2563)Quality regulations for blast furnace slag fine powder (KS F 2563)

종류type 고로슬래그의 함유량 (%)Blast furnace slag content (%) 1 종1 type 5 초과 30 이하More than 5 but less than 30 2 종2 types 30 초과 60 이하Above 30 but below 60 3 종3 types 60 초과 70 이하Above 60 but below 70

고로슬래그 시멘트의 종류 (KS L 5210)Types of blast furnace slag cement (KS L 5210)

고로슬래그는 첨가되는 석회석이 철광석의 맥성분, 코크스의 연소재 및 각종 산화 물질과 반응하여 생성되는 것으로 고온 용융상태에서 선철과의 비중차에 의해 분리배출된다. 고로슬래그는 냉각방식에 따라서 구분할 수 있는데 급냉슬래그와 반급냉슬 래그 및 서냉슬래그이다. 이중 서냉슬래그는 자연적으로 냉각시킨 것이라서 대분분 결정화되기 때문에 잠재수경성이 낮아서 시멘트용 혼합재로는 부적합하고, 급냉슬래 그는 고온인 슬래그를 물, 공기 등에 의하여 급냉하기 때문에 반응성이 높아서 고로 시멘트용 슬래그나 시멘트용 혼합재로 사용되고 있다.Blast furnace slag is created when added limestone reacts with the veins of iron ore, combustion ash of coke, and various oxidizing substances, and is separated and discharged by the difference in specific gravity from pig iron in a high-temperature molten state. Blast furnace slag can be classified according to the cooling method: quick-cooled slag, semi-quick-cooled slag, and slow-cooled slag. Among these, slowly cooled slag is naturally cooled and mostly crystallizes, so it has low potential hydraulic properties and is therefore unsuitable as a cement mixture. Quickly cooled slag is highly reactive because high temperature slag is rapidly cooled by water, air, etc., so it is used as blast furnace cement slag or cement. It is used as a mixing material.

국내 콘크리트에 이용하는 고로슬래그 미분말에 관한 KS 규격은 KS F 2563 [콘크 리트용 고로슬래그 미분말]의 규정이 있다. KS F 2563에 규저되어 있는 콘크리트용 고로슬래그 미분말의 품질규정은 아래 표와 같다. 주요 품질기준은 분말도에 따라 고 로슬래그 미분말 1종~3종으로 분류하고 밀도 2.80g/cm3 이상으로 규정하고 있으며, 고 로수쇄슬래그 염기도는 1.60 이상으로 규정하고 있다.The KS standard for blast furnace slag fine powder used in domestic concrete is KS F 2563 [Blast furnace slag fine powder for concrete]. The quality regulations for blast furnace slag fine powder for concrete specified in KS F 2563 are as shown in the table below. The main quality standards are classified into 1 to 3 types of blast furnace slag fine powder depending on the fineness, the density is specified as 2.80g/cm 3 or more, and the basicity of crushed blast furnace slag is specified as 1.60 or more.

상기 고로슬래기의 미분말을 혼화재로써 사용한 콘크리트는 고로슬래그 미분말의 명칭, 분 말도 및 치환율, 및 재령의 차이 등에 따라 압축강도의 발현이 다르다. 분말도가 5,000cm2/g 정도 이하의 고로슬래그 미분말을 혼입한 콘크리트의 압축강도는 무 혼합 에 비하여 재령초기에 있어서 저하하지만, 재령의 경과와 함께 강도의 저하가 개선되고 장기 재령에서는 무혼입의 것에 비해 상회하게 된다. Concrete using the fine powder of the blast furnace slag as an admixture shows different compressive strength depending on the name of the fine powder of the blast furnace slag, the powder degree and substitution rate, and the difference in age. The compressive strength of concrete mixed with blast furnace slag fine powder with a fineness of about 5,000 cm 2 /g or less decreases at the beginning of aging compared to that without mixing, but the decrease in strength improves with aging, and at long-term aging, it is as good as that without mixing. It surpasses that of

또한, 슬래그의 화학성분이나 유리질량이 동일할 경우 슬래그의 분말도가 클수록 그 표면적 이 크므로 반응성이 크게 나타난다. 초기강도는 혼입율이 증가할수록 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 비해 작고 그 경향은 치환율이 클수록, 물시멘트비가 작을수록 현저하게 나타난다. 그러나 슬래그의 분말도가 증가할수록 초기강도 차이는 적어지고 일정 이상의 분말도와 적정의 석고량이 첨가되면 포틀랜드 시멘트 콘크리트보다 초기강도 우수하게 나타나게 된다. 압축강도의 비율은 재령이 경과할 수록 크게 되고 슬래 그 혼입율을 70% 다량으로 사용하여도 일반적으로 섭씨 20도의 수중양생을 3개월에서 6개 월간 행한 콘크리트의 압축강도는 적어도 슬래그 무혼입의 것과 동일한 정도로 크게 된다. In addition, when the chemical composition or glass mass of the slag is the same, the greater the fineness of the slag, the greater the surface area, and thus the greater the reactivity. The initial strength decreases compared to Portland cement concrete as the mixing ratio increases, and this tendency becomes more noticeable as the substitution ratio increases and the water-cement ratio decreases. However, as the fineness of slag increases, the difference in initial strength decreases, and when the fineness exceeds a certain level and an appropriate amount of gypsum is added, the initial strength becomes superior to that of Portland cement concrete. The ratio of compressive strength increases with age, and even when a large amount of slag is mixed at 70%, the compressive strength of concrete that has been cured in water at 20 degrees Celsius for 3 to 6 months is at least the same as that without slag. It gets big enough.

또한, 분말도가 작은 슬래그를 혼입한 경우도 장기 재령시에는 강도의 발현이 크고 재령 91일 정도가 되면 분말도가 압축강도에 미치는 영향은 그다지 현저하지는 않다. 장기재령에 있어서 슬래그를 치환한 콘크리트의 강도 회복은 슬래그의 잠재수 경성에 의한다. 따라서 슬래그의 분말도 증가에 따라 수화반응이 활발하게 되고 잠재 수경성의 발현이 한층 촉진되어 초기강도도 개선된다.In addition, even when slag with a small fineness is mixed, the development of strength is large when aged for a long period of time, and when the aged is about 91 days, the effect of fineness on the compressive strength is not so significant. In long-term aging, the strength recovery of concrete replaced with slag depends on the latent water hardening of the slag. Therefore, as the fineness of the slag increases, the hydration reaction becomes more active, the development of latent hydraulic properties is further promoted, and the initial strength is improved.

콘크리트의 균열은 구조물의 구조내력, 내구성 등에 커다란 영향을 미친다. 일반적 으로 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트는 수화반응이 약간 늦고, 초기에는 보통 콘크리트에 비하여 표면으로부터의 수분의 발산이 커지기 때문에 JIS A 1129(모르타 르 및 콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 규정된 시험방법에 따라 시험한 경우에는 건조에 의한 수축율에 경화 수축율이 가산되어, 초기의 수축율은 무혼입 콘크리트와 비교하여 큰 값을 나타낸다. Cracks in concrete have a significant impact on the structural strength and durability of a structure. In general, the hydration reaction of concrete using fine blast furnace slag powder is slightly slow, and the moisture dissipation from the surface is initially greater than that of ordinary concrete, so the test method specified in JIS A 1129 (Length change test method for mortar and concrete) is used. In the case of testing according to , the curing shrinkage rate is added to the drying shrinkage rate, and the initial shrinkage rate shows a large value compared to unmixed concrete.

그러나, 이것은 습윤양생이 충분하지 못한 경우에 나타나 는 현상으로 주의가 요구된다. 고로슬래그 미분말 4,000cm2/g, 6,000cm2/g 및 8,000cm2/g을 사용하고 치환율이 30~70%, 물-결합재 비 25~55% 범위의 콘크리트 재령 1년에서 건조수축율은 70x10-4 전후로 무혼입 콘크리트와 거의 같은 정도이다. However, caution is required as this occurs when wet curing is insufficient. Using 4,000cm 2 /g, 6,000cm 2 /g and 8,000cm 2 /g of blast furnace slag fine powder, the drying shrinkage rate at 1 year of concrete age with a substitution rate of 30 to 70% and a water-binder ratio of 25 to 55% is 70x10 - Before and after 4 , it is almost the same as unmixed concrete.

한편, 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트의 건조수축 변형율 나타낸다. 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트와 무혼입 콘크리트의 건조수축 변형율에는 큰 차이가 나타나고 있지 않다. Meanwhile, the drying shrinkage strain rate of concrete mixed with blast furnace slag fine powder is shown. There is no significant difference in the drying shrinkage strain rate between concrete mixed with blast furnace slag fine powder and concrete without mixed blast furnace slag powder.

고로슬래그 미분말의 분말도가 높을 수록 자기수축 변형율을 작게 나타나 자기수축 변 형에 의한 고강도 콘크리트의 균열을 억제하기 위해서는 고로슬래그 미분말의 분말도 를 높이는 것이 유효한 것을 알 수 있다.The higher the fineness of the blast furnace slag fine powder, the smaller the self-contraction strain rate appears. It can be seen that it is effective to increase the fineness of the blast furnace slag fine powder to suppress cracking of high-strength concrete due to self-contraction deformation.

한편, 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트의 크리프에 관한 자료는 매우 적으나, 재령 7일 또는 28일 까지 섭씨 20도의 표준양생을 실시한 후 즉시 재하하거나 더욱 더 일정기간 양 생한 후에 재하한 경우의 기중 환경에서 크리프는 슬래그를 사용하지 않은 일반 콘크 리트와 비교하여 약간 작다. 또한, 수중 환경에서 기본 크리프는 슬래그의 사용에 의 한 감소가 매우 크다. 그리고 크리프계수는 슬래그의 치환율이 클수록 또한 분말도가 클 수록 각각 작아진다.On the other hand, there is very little data on the creep of concrete mixed with blast furnace slag fine powder, but creep is observed in the air environment when loaded immediately after standard curing at 20 degrees Celsius for 7 or 28 days or when loaded after curing for a certain period of time. is slightly smaller than regular concrete without slag. Additionally, the basic creep in aquatic environments is greatly reduced by the use of slag. And the creep coefficient decreases as the substitution ratio of slag increases and the fineness increases.

고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트는 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 화학저항성을 개선한다. 포틀랜드 시멘트는 수화시 다량의 수산화칼슘을 방출하는 광물(C3S, C2S)이나 황산염 또는 염화물의 존재 하에 복염을 생성하는 광물(C3A)을 함유하고 있 다. 고로슬래그 미분말을 사용하면 치환율에 따라 희석됨과 동시에 방출되는 수산화 칼슘이 슬래그로부터 용출되는 실리케이트(silicate)나 알루미네이트(aluminate)와 모세 관 공극중에서 포졸란 반응을 일으켜 일부 소비되어 치밀한 조직구조를 형성하고 투 수성을 감소시키므로 염류의 침투작용을 억제하게 된다.Concrete using fine blast furnace slag powder improves the chemical resistance of Portland cement concrete. Portland cement contains minerals (C 3 S, C 2 S) that release large amounts of calcium hydroxide when hydrated or minerals (C 3 A) that produce double salts in the presence of sulfate or chloride. When fine blast furnace slag powder is used, calcium hydroxide, which is diluted and released at the same time according to the substitution ratio, causes a pozzolanic reaction with silicate or aluminate eluted from the slag in the capillary pores, and some of it is consumed to form a dense tissue structure and permeate. It reduces the water content and thus inhibits the penetration of salts.

한편, 3성분계 콘크리트는 상기 고로슬래그와 플라이애쉬 시멘트의 조합 뿐만 아니라 굵은골재와 잔골재 및 기타 첨가물을 포함하는 개념이다.Meanwhile, three-component concrete is a concept that includes not only the combination of blast furnace slag and fly ash cement, but also coarse aggregate, fine aggregate, and other additives.

상기 고로슬래그와 플라이애쉬 중 적어도 어느 하나는 시멘트를 대체할 수 있더라도 굵은골재와 잔골재 자체는 완벽하게 대체할 수 없다.Even if at least one of the blast furnace slag and fly ash can replace cement, the coarse aggregate and fine aggregate themselves cannot be completely replaced.

3성분계 시멘트로 콘크리트를 만들게 되면 콘크리트 내부 깊은 곳까지 수분이 포함되어 양생, 경화될때 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 특정부피의 콘크리트를 형성하는데 너무 많은 시멘트가 필요하여 경제적으로 우수하지 않다. 따라서, 자갈과 같은 굵은 골재를 통해 단위수량과 단위시멘트 량을 감소시킬 수 있고, 골재 자체의 강도가 높아 골재 자체의 지닌 강도로 인하여 콘크리트 전체의 강도를 보강시킬 수 있다. When concrete is made with three-component cement, moisture is contained deep inside the concrete, which not only takes a long time to cure and harden, but also requires too much cement to form a specific volume of concrete, which is not economically superior. Therefore, the unit quantity and unit cement quantity can be reduced through coarse aggregate such as gravel, and the strength of the aggregate itself is high, so the strength of the entire concrete can be reinforced due to the strength of the aggregate itself.

상기 고로슬래그는 자갈과 함께 굵은 골재를 적어도 일부 대체하여 콘크리트 자체에 천연자원이 투입되는 것을 절약할 수 있어 친환경성을 더 높일 수 있다.The blast furnace slag can replace at least part of the coarse aggregate with gravel, thereby saving natural resources input into the concrete itself, thereby further improving eco-friendliness.

다만, 굵은 골재만을 사용할 경우, 굵은 골재 사이에 공극 또는 빈공간이 발생하여 콘크리트 자체의 내구성을 보장하지 못한다. 따라서, 상기 자갈과 같은 굵은 골재보다 입경이 더 작은 잔골재를 통해 상기 공극을 매워 시멘크와 골재 전체의 결합력을 향상시킬 수 있는 잔골재가 필요하다.However, when only coarse aggregate is used, voids or empty spaces occur between the coarse aggregates, which does not guarantee the durability of the concrete itself. Therefore, there is a need for a fine aggregate that can improve the bonding strength between the cement and the entire aggregate by filling the voids with fine aggregate that has a smaller particle size than the coarse aggregate such as gravel.

상기 잔골재는 일반적으로 규소계열 등의 모래가 이용될 수 있다.The fine aggregate may generally be sand such as silicon-based sand.

한편, 상기 모래는 역시 천연재료로서, 이를 콘크리트 제작에 활용하기 위해서는 모래의 채굴 및 운반으로 인한 환경파괴가 문제될 수 있다. 따라서, 친환경 콘크리트를 제작하기 위해 상기 슬래그 골재, 전기로산화슬래그, 페로니켈 슬래그로 모래를 대체할 수 있다. Meanwhile, the sand is also a natural material, and in order to use it for concrete production, environmental destruction due to mining and transportation of sand may be a problem. Therefore, in order to produce eco-friendly concrete, sand can be replaced with the slag aggregate, electric furnace oxidation slag, and ferronickel slag.

예를들어, 페로니켈 슬래그 및 고로슬래그 또는 고로수재 슬래그, 전기로산화슬래그, 슬래그 골재로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기 콘크리트의 강도, 휨강도, 부착강도, 마모저항성, 동결저항성, 융해저항성, 염소이온 투과저항성과 같은 물성을 향상시키는 역할을 한다.For example, it is made of one or more selected from the group consisting of ferronickel slag and blast furnace slag or granulated blast furnace slag, electric furnace oxidation slag, and slag aggregate, and the strength, flexural strength, adhesion strength, abrasion resistance, freezing resistance, and melting resistance of the concrete , plays a role in improving physical properties such as chlorine ion penetration resistance.

상기 페로니켈 슬래그는 국내의 페로니켈 제련소에서는 연간 15만톤 이상 생산되고 있으며, 철 80% 및 니켈 20%의 조성비로 만들어진 합금을 페로니켈(ferro-nickel)이라 하는데, 페로니켈 제조를 위해 니켈광을 제련할 때 원료, 제선 및 제강 등의 생산라인을 거치면서 발생되는 부산물을 페로니켈슬래그(ferro-nickel slag)라고 한다. The ferronickel slag is produced in more than 150,000 tons annually at domestic ferronickel smelters, and an alloy made with a composition ratio of 80% iron and 20% nickel is called ferro-nickel, and nickel ore is used to produce ferronickel. During smelting, the by-product generated while passing through production lines such as raw materials, iron making, and steelmaking is called ferro-nickel slag.

페로니켈의 원료는 산화 니켈광이며, 니켈 품위는 2 내지 25 중량% 수준으로The raw material for ferronickel is nickel oxide ore, and the nickel grade is 2 to 25% by weight.

매우 낮고, 그 외의 함유물인 SiO2, MgO, FeO, CaO 등은 대부분 슬래그로 생성되어, 약 100만톤 가량의 페로니켈 슬래그가 발생하고 있다. It is very low, and most of the other contents, such as SiO2, MgO, FeO, and CaO, are generated as slag, generating about 1 million tons of ferronickel slag.

페로니켈 슬래그의 주성분은 40 내지 50중량%의 CaO와 30 내지 40중량%의 MgO로 구성되며, 구상형의 모래 형태로서 그 입도크기가 10mm 미만의 수준이다.The main components of ferronickel slag are 40 to 50% by weight of CaO and 30 to 40% by weight of MgO, and are in the form of spherical sand with a particle size of less than 10 mm.

또한, 고로 슬래그, 슬래그 골재, 전기로산화 슬래그란 용광로에서 선철과 동시에 생성하는 용융 고로 슬래그를 고압의 물이나 공기로 급랭시켜 얻어지는 것으로, 특히 고로로부터 슬래그가 배출되면서 고압의 물을 살수하므로 결정상이 갖추어지지 않고 비결정상의 모래 형태 입자로 생성된다. In addition, blast furnace slag, slag aggregate, and electric furnace oxidation slag are obtained by rapidly cooling molten blast furnace slag, which is produced simultaneously with pig iron in a blast furnace, with high-pressure water or air. In particular, as slag is discharged from the blast furnace, high-pressure water is sprayed, so it has a crystalline phase. It is produced as amorphous sand-like particles.

상기, 페로니켈 슬래그는 흡수율이 작고 구상형의 입형을 가지고 있어 콘크리트Above, the ferronickel slag has a low water absorption rate and a spherical particle shape, making concrete

의 잔골재로 활용시 유동성을 증진시키고 수밀한 콘크리트를 제조할 수 있어 콘크리트의 강도 및 내구성능을 증진시키는 역할을 한다.When used as a fine aggregate, it improves fluidity and can produce watertight concrete, thereby improving the strength and durability of concrete.

또한, 상기 고로 슬래그는 페로니켈 슬래그와 혼합 사용시 페로니켈슬래그의 고비중에 의한 재료분리의 위험성을 낮춰주며, 표면 잠재수경성에 의해 시멘트와의 결합력을 높이는 효과를 나타낸다.In addition, the blast furnace slag reduces the risk of material separation due to the high specific gravity of ferronickel slag when mixed with ferronickel slag, and has the effect of increasing bonding strength with cement due to surface hydraulic potential.

즉, 페로니켈 슬래그와 고로 슬래그 또는 고로수재 슬래그를 혼합한 철강슬래그를 잔골재로 활용하게 되면, 콘크리트의 품질 균일성을 확보할 수 있으며, 물리적 성능 및 내구성을 증진시키는 콘크리트 조성물이 제공된다.In other words, when steel slag mixed with ferronickel slag and blast furnace slag or granulated blast furnace slag is used as a fine aggregate, quality uniformity of concrete can be secured and a concrete composition that improves physical performance and durability is provided.

이때, 상기 페로니켈 슬래그는 15 내지 5 밀리미터의 입자크기를 나타내는 것이 바람직한데. 상기 페로니켈 슬래그의 입자크기가 15 밀리미터 미만이면 고로 수재 슬래그의 입도분포와 겹치게 되어 표준입도를 벗어나게 되므로 콘크리트 제조시 과도하게 시멘트를 소요하게 되어 경제성이 저하되며, 상기 페로니켈 슬래그의 입자크기가 5 밀리미터를 초과하게 되면 입자의 구형 특성을 상실하게 되어 콘크리트 제조시 유동성의 저하를 초래한다.At this time, the ferronickel slag preferably has a particle size of 15 to 5 millimeters. If the particle size of the ferronickel slag is less than 15 millimeters, it overlaps with the particle size distribution of granulated blast furnace slag and deviates from the standard particle size. Therefore, excessive cement is required during concrete production, which reduces economic efficiency, and the particle size of the ferronickel slag is 5 mm. If it exceeds millimeters, the spherical nature of the particles is lost, resulting in a decrease in fluidity during concrete production.

또한, 상기 고로 수재 슬래그는 입자크기가 008 내지 25 밀리미터를 나타내는 것이 바람직한데, 상기 고로 수재 슬래그의 입자크기가 008 밀리미터 미만이면 콘크리트 제조시 점성이 증가하여 표면 마무리작업이 저하되며, 상기 고로 수재 슬래그의 입자크기가 25 밀리미터를 초과하게 되면 페로니켈 슬래그와 입도분포가 겹치게 되어 표준입도분포를 벗어나게 되므로 콘크리트 제조시 과도한 시멘트를 소요하게 되어 경제성이 저하된다.In addition, the granulated blast furnace slag preferably has a particle size of 008 to 25 millimeters. If the particle size of the granulated blast furnace slag is less than 008 millimeters, the viscosity increases during concrete production, thereby deteriorating the surface finishing work, and the granulated blast furnace slag If the particle size exceeds 25 millimeters, the particle size distribution overlaps with that of ferronickel slag and deviates from the standard particle size distribution. Therefore, excessive cement is required when producing concrete, which reduces economic efficiency.

또한, 상기 페로니켈 슬래그와 고로 수재 슬래그의 혼합비는 1:04 내지 1의 비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 고로 수재 슬래그는 페로니켈 슬래그의고비중을 낮춰주는 역할과, 25 밀리미터 이하의 작은 입도를 채워주어 표준 입도분포를 갖출 수 있도록 하는 효과가 있으며, 표면의 잠재수경성으로 인해 시멘트와의 결합력이 증대되어 휨강도 및 부착강도, 방수성능의 증진을 효과를 나타낸다. In addition, it is preferable that the mixing ratio of the ferronickel slag and granulated blast furnace slag is 1:04 to 1, wherein the granulated blast furnace slag serves to lower the high specific gravity of ferronickel slag and has a small size of 25 mm or less. It has the effect of filling the particle size to achieve a standard particle size distribution, and the bonding strength with cement is increased due to the latent hydraulic properties of the surface, thereby improving bending strength, adhesion strength, and waterproofing performance.

한편, 이렇게 3성분계 시멘트와 친환경 재료로 사용되는 굵은골재와 잔골재를 사용하여 콘크리트 또는 3성분계 콘크리트를 제작할 수 있다.Meanwhile, concrete or three-component concrete can be produced using three-component cement and coarse aggregate and fine aggregate used as eco-friendly materials.

그런데, 상기 콘크리트는 차량이 이동하는 도로의 포장재료로 사용되는 경우, 과도한 부하가 반복적, 집중적, 지속적으로 작용한다. 따라서, 친환경으로 콘크리트를 제작하였다고 하더라도 도로 등의 악조건을 견디기에는 내구성이나 강성이 부족할 수 있다. However, when the concrete is used as a paving material for roads on which vehicles travel, excessive loads are applied repeatedly, intensively, and continuously. Therefore, even if concrete is manufactured in an eco-friendly manner, it may lack durability or rigidity to withstand adverse conditions such as roads.

이에 따라, 상기 3성분계 콘크리트에 라텍스와 같은 화학적 첨가물 또는 부가물을 다량으로 첨가하여 내구성이나 강도를 보강하고, 콘크리트의 온도변형과 자기수축변형을 억제할 수 있다.Accordingly, by adding a large amount of chemical additives or adjuncts such as latex to the three-component concrete, durability and strength can be strengthened and temperature deformation and self-contraction deformation of concrete can be suppressed.

그러나, 상기 라텍스와 같은 첨가물로는 도로 등의 상황에 최적으로 적합한 콘크리트의 강성이나 내구성을 달성하지 못하는 문제가 있다. However, there is a problem in that additives such as latex cannot achieve the rigidity or durability of concrete that is optimally suited to road conditions.

더욱이, 상기 라텍스와 같은 화학적 첨가물을 다량으로 부가하면 상기 라텍스 자체의 독성 등으로 환경에 문제를 발생시킬 수 있으며, 상기 라텍스를 제작할 때 다수의 오염물질 등이 발생하여 친환경 콘크리트 제작의 취지에 부합하지 않을 수 있다.Moreover, adding a large amount of chemical additives such as latex can cause problems in the environment due to the toxicity of the latex itself, and when manufacturing the latex, a number of contaminants are generated, which does not meet the purpose of producing eco-friendly concrete. It may not be possible.

따라서, 본 발명 콘크리트 조성물 또는 3성분계 콘크리트 조성물은 나노미터 크기의 첨가물을 추가로 함유하여 강도와 내구성을 일반적인 라텍스 등의 첨가물 보다 더 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, the concrete composition or three-component concrete composition of the present invention can further improve strength and durability by adding nanometer-sized additives compared to common additives such as latex.

물론, 상기 나노미터 크기의 첨가물(이하, 나노물질)을 제작하기 위해서는 별도의 비용이 들며, 일반적인 건축 현장과 같이 콘크리트가 필요한 상황에서는 과비용의 문제로 활용될 여지가 전혀 없었다.Of course, additional costs are incurred to manufacture the nanometer-sized additives (hereinafter referred to as nanomaterials), and in situations where concrete is needed, such as a general construction site, there is no room for use due to the problem of excessive cost.

특히, 콘크리트 비용을 절약하는 과정에서 산업용 부산물을 사용하는 과정에서 고가의 나노 물질을 투입한다는 것은 친환경 콘크리트 제작의 취지와도 부합하지 않는 문제가 있어 나노 크기의 첨가물을 포함한 콘크리트는 산업 전반에 사용될 수 없었다.In particular, the use of expensive nanomaterials in the process of using industrial by-products in the process of saving concrete costs is inconsistent with the purpose of producing eco-friendly concrete, so concrete containing nano-sized additives cannot be used throughout the industry. There wasn't.

그러나, 도로 등과 같이 장시간 교통과 우천시 다량의 물에 노출되는 가혹한 환경에서는 콘크리트의 파손 문제가 빈번하였고, 도로의 유지보수 공정이 반복적으로 발생하였다. However, in harsh environments such as roads where there is long-term traffic and exposure to large amounts of water during rainy weather, problems with concrete damage were frequent, and road maintenance processes occurred repeatedly.

이러한 도로의 유지보수 작업은 재료비, 인건비, 장치운영비 등이 발생하고 일정기간 교통도 통제해야 되기 때문에 매우 큰 사회적 비용이 발생한다. 따라서, 도로 등과 같이 콘크리트의 유지보수가 빈번하게 발생하는 환경이라면, 상기 나노 크기의 첨가물 자체가 고비용이라고 하더라도 나노물질을 부가하여 내구성과 강성이 확보될 수 있는 콘크리트를 사용하는 것이 종합적으로 저렴할 수 있다.Maintenance work on these roads incurs material costs, labor costs, equipment operation costs, etc., and traffic must be controlled for a certain period of time, resulting in very large social costs. Therefore, in environments where concrete maintenance occurs frequently, such as roads, etc., even if the nano-sized additive itself is expensive, it may be cheaper overall to use concrete in which durability and rigidity can be secured by adding nanomaterials. .

따라서, 본 발명 콘크리트는 나노물질을 콘크리트에 부가하여 콘크리트의 내구성과 강성을 더욱 크게 증진시킬 수 있고, 이를 도로 등의 포장 등에 적극활용할 수 있다.Therefore, the concrete of the present invention can further improve the durability and rigidity of concrete by adding nanomaterials to concrete, and this can be actively used for paving roads, etc.

도3 내지 도4는 나노물질이 첨가된 본 발명 콘크리트 조성물의 강도가 증가되는 효과를 도시한 것이다.Figures 3 and 4 show the effect of increasing the strength of the concrete composition of the present invention to which nanomaterials are added.

상기 나노물질은 상기 콘크리트 조성물에 투입되었을 때 크기가 매우 작으므로 3성분계 시멘트와 잔골재 및 굵은골재의 방해를 받지 않고 이동할 수 있다. Since the nanomaterial is very small in size when added to the concrete composition, it can move without being hindered by the three-component cement, fine aggregate, and coarse aggregate.

따라서, 상기 나노물질은 삼투압 또는 농도차에 의한 이동 등에 의해 상기 콘크리트 조성물 전체에 고르게 퍼지거나, 상기 콘크리트 조성물 내부에 발생한 미세한 공극에 까지 용이하게 전달될 수 있다.Therefore, the nanomaterial can be spread evenly throughout the concrete composition by movement due to osmotic pressure or concentration difference, or can be easily delivered to the fine pores generated inside the concrete composition.

상기 나노물질은 같은 질량 대비 마이크로 크기의 물질이나 mm 미터 단위의 크기 물질보다 표면적이 매우 넓다. 이렇게 확장된 표면적으로 인해 같은 질량의 첨가물이 투입되었다고 하더라도 나노물질은 상기 콘크리트 조성물과 접촉되어 강한 접착력을 발생시킬 수 있다. The nanomaterial has a much larger surface area than micro-sized materials or mm-meter-sized materials for the same mass. Due to this expanded surface area, even if the same mass of additives is added, the nanomaterial can generate strong adhesion by contacting the concrete composition.

예를들어, 상기 나노물질은 상기 콘크리트 조성물과 화학적으로 반응하거나 결합하지 않더라도, 반데르발스 힘과 같이 물질 고유에서 발생하는 인력으로 인해 강한 접착력을 발생시킬 수 있다.For example, even if the nanomaterial does not chemically react or combine with the concrete composition, it can generate strong adhesion due to the attractive force generated inherent in the material, such as van der Waals force.

이로써, 상기 나노물질은 미량으로 투입된다고 하더라도 상기 콘크리트 조성물의 결합력을 크게 강화시키거나, 상기 콘크리트 조성물의 공극을 세밀하게 충전할 수 있다. Accordingly, even if the nanomaterial is added in a small amount, the bonding force of the concrete composition can be greatly strengthened or the pores of the concrete composition can be filled in detail.

상기 나노물질은 상기 콘크리트 조성물 또는 물과 화학적으로 반응하지 않는 탄산칼슘이나 이산화규소 등의 물질로 구비될 수 있다. 상기 나노물질이 상기 콘크리트 조성물과 화학적으로 반응하면 상기 콘크리트 조성물에 투입시 상기 콘크리트 조성물 전체에 퍼질 수 없기 때문이다.The nanomaterial may be made of a material such as calcium carbonate or silicon dioxide that does not chemically react with the concrete composition or water. This is because if the nanomaterial reacts chemically with the concrete composition, it cannot spread throughout the concrete composition when added to the concrete composition.

한편, 상기 나노물질이 상기 콘크리트 조성물과 화학적으로 반응하는 경우, 입자 하나당 단위단면적이 매우 크기 때문에 더욱 반응성이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 나노물질이 마이크로미터 또는 미리미터 크기일 때도 공극을 매우거나 포졸란 반응을 일으키는 경우, 상기 나노물질이 나노미터로 구비되는 경우에는 상기 공극을 매우는 정도, 포졸란 반응을 일으키는 정도가 매우 커질 것이다. Meanwhile, when the nanomaterial reacts chemically with the concrete composition, reactivity can be further improved because the unit cross-sectional area per particle is very large. Therefore, if the nanomaterial fills voids or causes a pozzolanic reaction even when it is micrometer or millimeter in size, the degree to which it fills the void or causes a pozzolanic reaction will greatly increase if the nanomaterial is provided in nanometer sizes. will be.

따라서, 상기 나노물질은 콘크리트 조성물에 미치는 영향이 극대화될 수 있다. Therefore, the impact of the nanomaterial on the concrete composition can be maximized.

구체적으로, 상기 나노물질은 50nm 이하로 구비되는 탄산칼슘으로 구비될 수 있다.Specifically, the nanomaterial may be made of calcium carbonate having a thickness of 50 nm or less.

상기 탄산칼슘은 상기 콘크리트에 투입되었을 때 나노물질로 구비된다고 하더라고 화학적 반응을 거의 하지 않는다. 따라서, 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘은 상기 콘크리트에 투입되면 삼투압 등으로 상기 콘크리터 전체에 고르게 퍼질 수 있고, 반데르발스 힘 등을 통해 상기 콘크리트 조성물과 강하게 접착될 수 있다.When the calcium carbonate is added to the concrete, it hardly reacts chemically even though it is composed of nanomaterials. Therefore, when the nanometer-sized calcium carbonate is added to the concrete, it can spread evenly throughout the concrete through osmotic pressure or the like, and can strongly adhere to the concrete composition through van der Waals forces or the like.

또한, 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘은 화학적 반응을 하지 않는 특성상 상기 콘크리트의 미세공극까지 전달되어 미세공극을 충전할 수 있다. In addition, the nanometer-sized calcium carbonate can be delivered to the micropores of the concrete and fill the micropores due to its characteristic of not chemically reacting.

그 결과, 50nm 이하로 구비되는 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘은 투입된 콘크리트의 내구성과 강성을 효과적으로 증진시킬 수 있다. As a result, the nanometer-sized calcium carbonate provided at 50 nm or less can effectively improve the durability and rigidity of the poured concrete.

한편, 상기 탄산칼슘이 50nm 이상으로 구비되는 경우, 상기 콘크리트 조성물 전체의 강도 또는 내구성을 향상시키는 효과는 급감할 수 있다. 이는 50nm 이상으로 구비되면 단위 입자당 면적이 반데르발스(Van Der Waals) 힘이 충분한 접착력을 발생시킬 만큼 충분한 면적이 확보되지 않거나, 콘크리트 조성물과의 충돌로 인해 콘크리트 내부에서 확산되는 속도나 정도가 감소하는 것으로 이해될 수 있다. On the other hand, when the calcium carbonate is provided in an amount of 50 nm or more, the effect of improving the strength or durability of the entire concrete composition may rapidly decrease. This means that if it is provided at 50nm or more, the area per unit particle is not sufficient for the Van Der Waals force to generate sufficient adhesion, or the speed or degree of diffusion within the concrete due to collision with the concrete composition may be insufficient. It can be understood as decreasing.

한편, 상기 나노물질은 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘 자체 뿐만 아니라 제1추가물질을 더 포함할 수 있다. 상기 제1추가물질은 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘의 물리적, 화학적 특성을 변화시키지 않고, 상기 나노크기의 탄산칼슘의 성능을 더 증폭시키도록 구비될 수 있다. Meanwhile, the nanomaterial may further include a first additional material in addition to the nanometer-sized calcium carbonate itself. The first additional material may be provided to further amplify the performance of the nanometer-sized calcium carbonate without changing the physical and chemical properties of the nanometer-sized calcium carbonate.

이러한 추가물질과 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘의 비율은 질량비로 2대 98를 넘지 않도록 설정될 수 있다. 예를들어, 나노미터 크기의 탄산칼슘이 98이며 추가물질의 전체 질량의 합은 2에 해당될 수 있다. The ratio of these additional materials and the nanometer-sized calcium carbonate may be set not to exceed 2 to 98 in mass ratio. For example, a nanometer-sized amount of calcium carbonate would be 98 and the total mass of the additional material would add up to 2.

상기 탄산칼슘과의 반응 특이성을 고려하여, 상기 제1추가물질은 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2), 산화알류미늄(Al2O3), 산화철(FeO3) 중 적어도 어느 하나로 구비될 수 있다. 상기 제1추가물질도 당연히 나노미터 단위 크기로 구비될 수 있다. Considering the specificity of the reaction with calcium carbonate, the first additional material may be at least one of magnesium oxide (MgO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), and iron oxide (FeO3). Of course, the first additional material may also be provided in nanometer size.

상기 제1추가물질은 공통적으로 단일원소가 아니라 모두 산화환원 반응 등의 이온결합으로 구비될 수 있다. 상기 제1추가물질은 상기 나노미터 크기의 탄산칼슘과 함께 상기 콘크리트에 투입되면 이온화 되어 상기 나노크기의 탄산칼슘의 전파력을 증가시키거나, 상기 탄산칼슘과 콘크리트 조성물의 결합력을 증가시키는 데 기여할 수 있다. The first additional material may not be a single element in common, but may be comprised of ionic bonds such as redox reactions. When the first additional material is added to the concrete together with the nanometer-sized calcium carbonate, it is ionized and may contribute to increasing the propagation power of the nanometer-sized calcium carbonate or to increasing the bonding force between the calcium carbonate and the concrete composition. .

또한, 상기 추가물질은 매우 극미량으로 투입되어야 상기 탄산칼슘의 역할을 방해하지 않는 것을 확인할 수 있다. 매우 정밀한 실험을 통해, 상기 산화마그네슘은 전체 나노물질 중 0.35퍼센트 보다 많지 않아야 상기 나노 입자의 탄산칼슘이 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조하고 방해하지 않을 수 있었다. In addition, the additional material must be added in a very small amount to ensure that it does not interfere with the role of the calcium carbonate. Through very precise experiments, it was determined that the magnesium oxide should not be more than 0.35 percent of the total nanomaterial so that the calcium carbonate in the nanoparticles assists and does not hinder the strengthening and strengthening of the concrete composition.

구체적으로, 상기 제1추가물질이 상기 이산화규소를 포함하는 경우에는, 상기 이산화규소는 전체 나노물질 중 0.1퍼센트 보다는 많지 않아야 상기 나노입자의 탄산칼슘이 콘크리트의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다. Specifically, when the first additional material includes silicon dioxide, the silicon dioxide should not be more than 0.1 percent of the total nanomaterial so that the calcium carbonate of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of concrete. there is.

또한, 상기 제1추가물질이 상기 산화철을 포함하는 경우에는, 상기 산화철은 전체 나노물질 중 0.1 퍼센트 보다 많지 않아야 상기 나노입자의 탄산칼슘이 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다. In addition, when the first additional material includes the iron oxide, the iron oxide should not be more than 0.1 percent of the total nanomaterial so that the calcium carbonate of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of the concrete composition.

또한, 상기 제1추가물질이 상기 산화철을 포함하는 경우에는, 상기 산화알루미늄은 전체 나노물질 중 0.1퍼센트 보다 많지 않아야 상기 나노입자의 탄산칼슘이 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다.In addition, when the first additional material includes the iron oxide, the aluminum oxide should not be more than 0.1 percent of the total nanomaterial, so that the calcium carbonate of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of the concrete composition. .

상기 제1추가물질은 상기 산화마그네슘, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철 중 어느 하나으로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 제1추가물질은 상기 산화마그네슘, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철을 모두 포함할 수도 있다. The first additional material may be composed of any one of magnesium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, and iron oxide. However, the first additional material may include all of the magnesium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, and iron oxide.

한편, 상기 나노물질은 나노미터 크기의 이산화규소로 구비될 수도 있다. Meanwhile, the nanomaterial may be made of nanometer-sized silicon dioxide.

상기 나노물질이 이산화규소로 구비될 경우에도, 상기 나노물질은 상기 콘크리트의 강도 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 이산화규소는 콘크리트 조성물에 투입되면, 탄산칼슘과 달리 수환화칼슘 등과 포졸란 반응을 일으킨다. Even when the nanomaterial is comprised of silicon dioxide, the nanomaterial can greatly improve the strength and durability of the concrete. When the silicon dioxide is added to the concrete composition, unlike calcium carbonate, it causes a pozzolanic reaction with calcium hydroxide and the like.

이때, 상기 이산화규소가 나노미터 단위의 나노입자로 구비되는 경우 상기 포졸란 반응은 더욱 극렬하게 발생한다. 다시말해, 상기 이산화규소가 수산화이온(알칼리 골재반응에 관계하는 이온)을 감소시키는 절대량이 증가하여 초기 콘크리트의 ASR 반응이 상당히 방지될수 있다. 나아가, 비표면적이 큰 저칼슘형 규산칼슘수화물(C-S-H)의 생성되어 상기 콘크리트 내부의 공극을 충전하는 정도나 양이 더욱 많아지게 되어 전체 콘크리트의 내구성과 강성을 크게 강화할 수 있다. 나아가, 알카리이온의 흡착, 그리고 경화시멘트 페이스트 조직의 치밀화에 의한 물의 이동속도 및 Na+나 K+의 확산속도를 저하하는 정도도 매우 증폭되어 콘크리트 자체의 팽창성도 더욱 크게 감소시킴으로써, 콘크리트의 내구성을 더욱 강화시킬 수 있다. 상기 이산화 규소도 50nm 이하로 구비될 수 있다.At this time, when the silicon dioxide is provided as nanometer-sized nanoparticles, the pozzolanic reaction occurs more violently. In other words, the absolute amount of silicon dioxide that reduces hydroxide ions (ions related to alkaline aggregate reaction) increases, so that the ASR reaction of early concrete can be significantly prevented. Furthermore, the generation of low-calcium calcium silicate hydrate (CSH) with a large specific surface area increases the degree or amount of filling the voids inside the concrete, greatly enhancing the durability and rigidity of the overall concrete. Furthermore, the degree to which the adsorption of alkaline ions and the reduction in the speed of water movement and diffusion of Na + or K + due to the densification of the hardened cement paste structure is greatly amplified, further reducing the expandability of the concrete itself, thereby increasing the durability of the concrete. It can be further strengthened. The silicon dioxide may also be provided at a thickness of 50 nm or less.

한편, 상기 나노물질은 나노미터 크기의 이산화규소 뿐만 아니라 제2추가물질을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the nanomaterial may further include a second additional material in addition to nanometer-sized silicon dioxide.

상기 제2추가물질은 상기 나노미터 크기의 이산화규소의 물리적, 화학적 특성을 변화시키지 않고, 상기 나노미터 크기의 이산화규소의 성능을 더 증폭시키도록 구비될 수 있다. The second additional material may be provided to further amplify the performance of the nanometer-sized silicon dioxide without changing the physical and chemical properties of the nanometer-sized silicon dioxide.

이러한 제2추가물질과 상기 나노미터 크기의 이산화규소의 비율은 질량비로 2대 98, 1대 99로 구비될 수 있다. The ratio of this second additional material to the nanometer-sized silicon dioxide may be 2 to 98 or 1 to 99 in mass ratio.

이산화규소와의 반응특이성에 따라, 상기 제2추가물질은 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2), 산화알류미늄(Al2O3), 산화철(FeO3)이 아니라, 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe)의 단일원소를 포함할 수 있다. Depending on the specificity of the reaction with silicon dioxide, the second additional material is not magnesium oxide (MgO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), or iron oxide (FeO3), but titanium (Ti), calcium (Ca), It may contain single elements such as sodium (Na) and iron (Fe).

상기 제2추가물질이 상기 티타늄을 포함하는 경우에는, 상기 티타늄은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 220ppm 미만으로 투입되어야 상기 나노 입자의 이산화규소가 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수있다. When the second additional material includes titanium, the titanium should be added at less than 220 ppm based on the entire concrete composition so that the silicon dioxide of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of the concrete composition.

상기 제2추가물질이 상기 칼슘을 포함하는 경우에는, 상기 칼슘은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 130ppm 미만으로 투입되어야 상기 나노 입자의 이산화규소가 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다. When the second additional material includes the calcium, the calcium should be added at less than 130 ppm based on the entire concrete composition so that the silicon dioxide of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of the concrete composition.

상기 제2추가물질이 상기 칼슘을 포함하는 경우에는, 상기 나트륨은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 80ppm 미만으로 투입되어야 상기 나노입자의 이산화규소가 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다. When the second additional material includes the calcium, the sodium should be added at less than 80 ppm based on the entire concrete composition to help the silicon dioxide of the nanoparticles strengthen the durability and rigidity of the concrete composition.

상기 제2추가물질이 상기 철을 포함하는 경우에는, 상기 철은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 40ppm 미만으로 투입되어야 상기 나노입자의 이산화 규소가 콘크리트 조성물의 내구성과 강성을 강화하는 것을 보조할 수 있다. When the second additional material includes iron, the iron should be added in an amount of less than 40 ppm based on the entire concrete composition so that the silicon dioxide of the nanoparticles can help strengthen the durability and rigidity of the concrete composition.

상기 제2추가물질은 상기 티타늄, 칼슘, 나트륨, 철은 어느 하나만 포함할 수도 있고, 상기 티타늄, 칼슘, 나트륨, 철을 포함할 수도 있다. The second additional material may include only one of titanium, calcium, sodium, and iron, or may include titanium, calcium, sodium, and iron.

이하에서는 여러 콘크리트 조성물로 제작된 콘크리트에 상기 나노물질을 투입한 효과를 표와 그래프로 설명한다. Below, the effects of adding the nanomaterials to concrete made from various concrete compositions are explained in tables and graphs.

전술한 것처럼, 상기 나노물질은 나노미터 크기의 입자로 구비되고, 탄산칼슘과 이산화규소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 나노물질은 제1추가물질과 상기 제2추가물질 중 어느하나를 더 포함할 수 있다. As described above, the nanomaterial is provided as nanometer-sized particles and may include at least one of calcium carbonate and silicon dioxide. Additionally, the nanomaterial may further include any one of the first additional material and the second additional material.

상기 나노물질이 상기 탄산칼슘을 포함하는 경우에는 상기 나노물질은 상기 제1추가물질을 더 포함할 수 있다.When the nanomaterial includes the calcium carbonate, the nanomaterial may further include the first additional material.

상기 나노물질이 상기 이산화규소를 포함하는 경우에는 상기 나노물질은 상기 제2추가물질을 더 포함할 수 있다. When the nanomaterial includes the silicon dioxide, the nanomaterial may further include the second additional material.

도3은 본 발명 제1실시예의 콘크리트 조성물에 상기 나노물질을 투입한 효과를 도시한 것이다. Figure 3 shows the effect of adding the nanomaterial to the concrete composition of the first embodiment of the present invention.

본 발명 제1실시예의 콘크리트 조성물은 도로 등의 가혹한 환경에서도 특정 내구성과 강도를 유지할 수 있도록 상기 표와 같이 물리적인 특성이 요구될 수 있다. The concrete composition of the first embodiment of the present invention may require physical properties as shown in the table above to maintain certain durability and strength even in harsh environments such as roads.

구체적으로, 상기 제1실시예의 콘크리트 조성물에 요구되는 물리적인 특성을 만족하기 위해, 골재의 직경은 13mm을 초과해서는 안되며, 강성은 35Mpa 이상으로 유지되어야 한다. 또한, 슬럼프가 190mm가 확보될정도로 유동성이 확보되어야 하고, 내부 공극비율은 3~6% 범위내로 관리되어야 한다. 물과 바인더의 조합비율은 38%에 해당되어야 하고, 잔골재비율은 55%에 해당될 수 있다. Specifically, in order to satisfy the physical properties required for the concrete composition of the first embodiment, the diameter of the aggregate should not exceed 13 mm, and the rigidity should be maintained at 35 MPa or more. In addition, fluidity must be secured to ensure a slump of 190 mm, and the internal void ratio must be managed within the range of 3 to 6%. The combination ratio of water and binder should be 38%, and the fine aggregate ratio may be 55%.

이러한 조건을 만족시킬수 있는 배합은 상기 표와 같다. 본 발명 제1실시예의 콘크리트 조성물 도로의 등이 환경에도 내구성을 유지할 수 있도록 포장될 수 있도록 기본적으로 물 107kg/m3, 시멘트 200kg/m3, 플라이애쉬 60kg/m3, 고로슬래그 140kg/m3m, 모래 908kg/m3, 자갈 752kg/m3, 라텍스 85 kg/m3의 비중으로 배합될 수 있다.나노물질을 투입하지 않은 상기 제1실시예의 콘크리트 조성물의 기간에 따른 강도변화는 다음과 같다.Formulations that can satisfy these conditions are shown in the table above. In order for the concrete composition road of the first embodiment of the present invention to be paved so as to maintain durability in the environment, 107 kg/m3 of water, 200 kg/m3 of cement, 60 kg/m3 of fly ash, 140 kg/m3 of blast furnace slag, and 908 kg/m3 of sand were used. m3, gravel 752 kg/m3, and latex 85 kg/m3. The strength change over time of the concrete composition of the first embodiment without nanomaterials is as follows.

이렇게 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 나노입자를 투입하지 않았을때 기간에 대한 강도변화를 측정할 수 있고, 이를 나노물질의 효과를 비교할 수 있는 대조군으로 설정할 수 있다.When nanoparticles are not added to the concrete composition of the first example mixed in this way, the change in strength over a period of time can be measured, and this can be set as a control group against which the effect of nanomaterials can be compared.

상기 대조군을 기준으로 상기 제1실시예의 콘크리트 조성물에 나노물질을 투입하였을때 기간에 대한 강도변화를 측정하여 비교함으로써, 나노물질의 효과를 확인할 수 있다.The effect of nanomaterials can be confirmed by measuring and comparing the change in strength over a period of time when nanomaterials are added to the concrete composition of the first example based on the control group.

구체적으로, 상기 표는 제1실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 나노물질을 투입하지 않았을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. Specifically, the table shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials were not added to three specimens of the concrete composition of the first example.

상기 제1실시예의 콘크리트는 7일 차에는 강도의 평균값이 27.04MPa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 37.43Mpa로 경화되면서 증가하는 것을 알 수 있다. It can be seen that the average strength of the concrete of the first example is 27.04 MPa on the 7th day, and that the average strength increases as it hardens to 37.43 MPa on the 28th day.

상기 표는 제1실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 이산화규소로 구성된 나노물질을 전체 중량의 1% 비율로 투입했을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The above table shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials composed of silicon dioxide were added to three specimens of the concrete composition of the first example at a rate of 1% of the total weight.

상기 제1실시예의 콘크리트는 이산화규소로 구비된 나노물질을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 32.44Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 45.52Mpa인 것을 알 수 있다.It can be seen that in the concrete of the first example, when nanomaterials made of silicon dioxide were added, the average strength value was 32.44Mpa on the 7th day, and the average strength value was 45.52Mpa on the 28th day.

즉, 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 19.95% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 21.62% 더 증가되었음을 알 수 있다. In other words, when nanomaterials containing silicon dioxide were added, the strength increased by an average of 19.95% on the 7th day compared to when the nanomaterial was not added, and on the 28th day, the strength increased by an average of 21.62%.

상기 표는 제1실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 탄산칼슘으로 구성된 나노물질을 전체 중량의 1% 비율로 투입했을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The above table shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials composed of calcium carbonate were added to three specimens of the concrete composition of the first example at a rate of 1% of the total weight.

상기 제1실시예의 콘크리트는 탄산칼슘으로 구비된 나노물질을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 29.04Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 40.24Mpa인 것을 알 수 있다.It can be seen that the concrete of the first example had an average strength of 29.04Mpa on the 7th day and 40.24Mpa on the 28th day when nanomaterials made of calcium carbonate were added.

즉, 탄산칼슘을 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 7.4% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 7.5% 더 증가되었음을 알 수 있다. In other words, when nanomaterials containing calcium carbonate were added, the strength increased by an average of 7.4% on the 7th day compared to when the nanomaterial was not added, and on the 28th day, the strength increased by an average of 7.5%.

다만, 상기 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다는 강도의 증가율은 낮은 것을 확인할 수 있다. However, it can be seen that the rate of increase in strength is lower than when the nanomaterial containing silicon dioxide is added.

상기 표는 제1실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을 전체 중량의 각각 0.5% 비율로 투입했을때 특정기간에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The table above shows the change in strength over a specific period when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added to three specimens of the concrete composition of the first example at a rate of 0.5% of the total weight.

즉, 상기 제1실시예의 콘크리트는 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 29.90Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 39.35Mpa인 것을 알 수 있다.In other words, when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added to the concrete of the first example, the average strength value was 29.90Mpa on the 7th day, and the average strength value was 39.35Mpa on the 28th day. .

즉, 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 10.56% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 5.13% 더 증가되었음을 알 수 있다. That is, when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added, the strength increased by 10.56% on average on the 7th day compared to when no nanomaterials were added, and on the 28th day, the strength increased by 5.13% on average. Able to know.

다만, 상기 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다는 강도의 증가율은 낮은 것을 확인할 수 있다. 더욱이, 상기 탄산칼슘을 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다 강도가 더 증가하는 추세는 확인하지 못하는 것을 알 수 있다. However, it can be seen that the rate of increase in strength is lower than when the nanomaterial containing silicon dioxide is added. Moreover, it can be seen that the trend of further increase in strength compared to when the nanomaterial containing calcium carbonate was added was not confirmed.

도3은 상기 표와 같이 특정 기간 동안 강도의 변화를 연속적으로 측정하여 그래프로 도시한 것이다. 상기 제1실시예의 콘크리트 조성물을 기준으로 상기 그래프는 x축이 기간이며, y축이 콘크리트 조성물이 시간이 경과함에 따라 강성의 변화를 나타낸다. Figure 3 is a graph showing the change in intensity continuously measured during a specific period as shown in the table above. Based on the concrete composition of the first embodiment, the x-axis of the graph represents the period, and the y-axis represents the change in rigidity of the concrete composition over time.

상기 도3의 그래프를 통해 나노물질의 효과 뿐만 아니라, 나노물질이 어떤 것을 구성되었을때 더 효과가 있는지를 한눈에 파악할 수 있다. Through the graph of FIG. 3, it is possible to see at a glance not only the effect of nanomaterials, but also what nanomaterials are made of that are more effective.

도3의 그래프를 참조하면, 특정 기간 중에 상기 비중으로 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 나노물질을 첨가하지 않은 것과, 상기 비중으로 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 전체 비중의 1프로의 나노크기의 이산화 규소의 나노물질을 첨가한 것과, 상기 비중으로 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 전체비중의 1프로의 나노크기의 탄산칼슘의 나노물질을 첨가한 것과, 상기 비중으로 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 전체비중의 1프로의 나노크기의 탄산칼슘과 이산화규소가 배합된 나노물질을 첨가한 것의 강성변화를 알 수 있다. Referring to the graph of FIG. 3, no nanomaterials were added to the concrete composition of the first embodiment mixed at the above specific gravity during a specific period, and 1% of the total specific gravity of nanomaterials was added to the concrete composition of the first embodiment mixed at the above specific gravity. Addition of nano-sized nanomaterials of silicon dioxide, 1% of the total weight of nano-sized calcium carbonate nanomaterials added to the concrete composition of the first example mixed at the above-mentioned specific gravity, and addition of nano-sized calcium carbonate nanomaterials of the first embodiment mixed at the above-mentioned specific gravity. The change in rigidity can be seen when a nanomaterial containing 1% of the total weight of nano-sized calcium carbonate and silicon dioxide was added to the concrete composition of the example.

그래프를 분석하면, 나노물질을 첨가하지 않은 제1실시예의 콘크리트 조성물의 강도가 전체 기간 중에 제일 낮은 것을 알 수 있다.By analyzing the graph, it can be seen that the strength of the concrete composition of the first example without adding nanomaterials was the lowest during the entire period.

또한, 나노물질을 첨가한 제1실시예의 콘크리트 조성물은 상기 나노물질이 어떤 구성으로 되어 있는지와 상관없어 전부 강성이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the rigidity of the concrete composition of the first example to which nanomaterials were added significantly increased regardless of the composition of the nanomaterials.

따라서, 나노물질의 투입이 전체기간 중에 콘크리트의 강성 및 내구성을 크게 향상시키는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있으며, 기간이 경과함에 따라 그 효과는 더욱 증폭된다는 것도 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the addition of nanomaterials has the effect of significantly improving the rigidity and durability of concrete over the entire period, and that the effect is further amplified as the period passes.

다만, 상기 탄산칼슘의 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물과, 이산화규소와 탄산칼슘을 모두 포함하는 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물의 강도는 전체기간 을 고려하면 거의 유사하나, 이산화규소의 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물의 강도는 월등히 큰 것을 확인할 수 있다.However, the strength of the concrete composition of the first example in which the nanomaterial of calcium carbonate was added and the concrete composition of the first example in which the nanomaterial containing both silicon dioxide and calcium carbonate were added are almost similar when considering the entire period. , it can be seen that the strength of the concrete composition of the first example in which silicon dioxide nanomaterials were added was significantly greater.

이는 탄산칼슘과 상기 이산화규소를 모두 콘크리트에 투입하는 자체가 중요하기 보다 탄산칼슘과 이산화규소의 각각의 절대비율이 더 중요하다는 것을 의미할 수 있다. This may mean that the absolute ratio of calcium carbonate and silicon dioxide is more important than the incorporation of both calcium carbonate and silicon dioxide into concrete.

다시말해, 상기 탄산칼슘과 상기 이산화규소는 서로 독립적으로 작용하므로 상기 콘크리트 질량 대비 상기 탄산칼슘과 상기 이산화규소의 총합의 질량이 보다 각각의 총질량이 강성과 내구성의 보강효과에 더 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.In other words, since the calcium carbonate and the silicon dioxide act independently of each other, the total mass of each has a greater effect on the reinforcing effect of rigidity and durability than the total mass of the calcium carbonate and the silicon dioxide compared to the mass of the concrete. You can see that

이는 상기 탄산칼슘은 반데르발스의 물리적인 방식을 통해 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하고, 상기 이산화규소는 화학반응을 통해 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하므로 각각의 절대치가 총합의 질량보다 더 의미가 있는 인자라고 해석할 수 있다.This means that the calcium carbonate reinforces the durability and rigidity of concrete through van der Waals' physical method, and the silicon dioxide reinforces the durability and rigidity of concrete through a chemical reaction, so each absolute value is more meaningful than the total mass. It can be interpreted as a factor that exists.

또한, 나노물질이 탄산칼슘 보다는 이산화규소로 구비되었을때 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하는 효과가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the effect of reinforcing the durability and rigidity of concrete is greater when the nanomaterial is made of silicon dioxide rather than calcium carbonate.

다만, 상기 나노물질이 탄산칼슘으로 구성되어 있을 경우에는, 콘크리트 조성물 자체와 화학반응을 하지 않으므로 콘크리트의 물리적인 특성이나 성질은 최대한 유지하면서도 내구성 및 강성의 증대를 도모할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다. However, when the nanomaterial is composed of calcium carbonate, it does not chemically react with the concrete composition itself, so it has the effect of increasing durability and rigidity while maintaining the physical properties and properties of concrete as much as possible. You can.

결과적으로, 나노물질이 투입된 콘크리트 조성물은 나노물질이 투입되지 않은 콘크리트 조성물 보다 나노물질의 구성과 상관없이 내구성 및 강성이 크므로, 도로 등과 같이 유지보수가 빈번한 환경에 적극적으로 활용할 수 있다. 그 결과, 도로의 내구성 및 강성이 더 증가되어 유지보수의 횟수를 크게 절감할 수 있다. As a result, concrete compositions containing nanomaterials have greater durability and rigidity than concrete compositions without nanomaterials, regardless of the composition of the nanomaterials, so they can be actively used in environments where maintenance is frequent, such as roads. As a result, the durability and rigidity of the road are further increased and the number of maintenance can be greatly reduced.

도4는 본 발명 제2실시예의 콘크리트 조성물에 나노물질을 투입한 효과를 도시한 것이다. Figure 4 shows the effect of adding nanomaterials to the concrete composition of the second embodiment of the present invention.

본 발명 제2실시예의 콘크리트 조성물은 도로 등의 가혹한 환경에서도 특정 내구성과 강도를 유지할 수 있도록 상기 표와 같이 물리적인 특성이 요구될 수 있다. The concrete composition of the second embodiment of the present invention may require physical properties as shown in the table above to maintain certain durability and strength even in harsh environments such as roads.

예를들어, 상기 요구되는 특성은 골재의 직경은 13mm을 초과해서는 안되며, 강성은 35Mpa 이상으로 유지되어야 한다. 또한, 슬럼프가 190mm가 확보될정도로 유동성이 확보되어야 하고, 내부 공극비율은 3~6% 범위내로 관리되어야 한다. 물과 바인더는 39퍼센트가 되어야 하며, 잔골재율은 58퍼센트일 수 있다. For example, for the above required properties, the diameter of the aggregate should not exceed 13 mm and the rigidity should be maintained at 35 MPa or more. In addition, fluidity must be secured to ensure a slump of 190 mm, and the internal void ratio must be managed within the range of 3 to 6%. The water and binder should be 39 percent, and the fine aggregate percentage may be 58 percent.

본 발명 제2실시예의 콘크리트 조성물은 도로의 등이 환경에도 내구성을 유지할 수 있도록 포장될 수 있도록 기본적으로 물 148kg/m3, 시멘트 190kg/m3, 플라이애쉬 57kg/m3, 고로슬래그133kg/m3, 모래 1031kg/m3, 자갈 764kg/m3로 구비될 수 있다.다만, 라텍스 제외될 수 있다. The concrete composition of the second embodiment of the present invention basically contains 148 kg/m3 of water, 190 kg/m3 of cement, 57 kg/m3 of fly ash, 133 kg/m3 of blast furnace slag, and 1031 kg of sand so that roads can be paved to maintain durability in the environment. /m3, gravel 764kg/m3. However, latex may be excluded.

이렇게 배합된 제2실시예의 콘크리트 조성물에 나노입자를 투입하지 않았을때 기간에 대한 강도변화를 측정할 수 있고, 이를 나노물질의 효과를 비교할 수 있는 대조군으로 설정할 수 있다.When nanoparticles are not added to the concrete composition of the second example mixed in this way, the change in strength over a period of time can be measured, and this can be set as a control group against which the effect of nanomaterials can be compared.

상기 대조군을 기준으로 상기 제1실시예의 콘크리트 조성물에 나노물질을 투입하였을때 기간에 대한 강도변화를 측정하여 비교함으로써, 나노물질의 효과를 확인할 수 있다.The effect of nanomaterials can be confirmed by measuring and comparing the change in strength over a period of time when nanomaterials are added to the concrete composition of the first example based on the control group.

구체적으로, 상기 표는 제2실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 나노물질을 투입하지 않았을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. Specifically, the table shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials were not added to three specimens of the concrete composition of the second example.

상기 제2실시예의 콘크리트는 7일 차에는 강도의 평균값이 34.42MPa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 53.76Mpa로 경화되면서 증가하는 것을 알 수 있다. It can be seen that the average strength of the concrete of the second example is 34.42 MPa on the 7th day, and that the average strength increases as it hardens to 53.76 MPa on the 28th day.

상기 표는 제2실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 이산화규소로 구성된 나노물질을 전체 중량의 2% 비율로 투입했을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The above table shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials composed of silicon dioxide were added to three specimens of the concrete composition of the second example at a rate of 2% of the total weight.

상기 제2실시예의 콘크리트는 이산화규소로 구비된 나노물질을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 36.00Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 63.95Mpa인 것을 알 수 있다.It can be seen that the average strength of the concrete of the second example was 36.00Mpa on the 7th day and 63.95Mpa on the 28th day when nanomaterials made of silicon dioxide were added.

즉, 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 4.59% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 18.97% 더 증가되었음을 알 수 있다. In other words, when nanomaterials containing silicon dioxide were added, the strength increased by an average of 4.59% on the 7th day compared to when the nanomaterial was not added, and on the 28th day, the strength increased by an average of 18.97%.

상기 표는 제2실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 탄산칼슘으로 구성된 나노물질을 전체 중량의 2% 비율로 투입했을때 특정기간 도과에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The table above shows the change in strength over a specific period of time when nanomaterials composed of calcium carbonate were added to three specimens of the concrete composition of the second example at a rate of 2% of the total weight.

상기 제2실시예의 콘크리트는 탄산칼슘으로 구비된 나노물질을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 35.71Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 56.07Mpa인 것을 알 수 있다.It can be seen that in the concrete of the second example, when nanomaterials made of calcium carbonate were added, the average strength value was 35.71Mpa on the 7th day, and the average strength value was 56.07Mpa on the 28th day.

즉, 탄산칼슘을 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 3.74% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 4.30% 더 증가되었음을 알 수 있다. In other words, when nanomaterials containing calcium carbonate were added, the strength increased by an average of 3.74% on the 7th day compared to when no nanomaterials were added, and on the 28th day, the strength increased by an average of 4.30%.

다만, 상기 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다는 강도의 증가율은 낮은 것을 확인할 수 있다. However, it can be seen that the rate of increase in strength is lower than when the nanomaterial containing silicon dioxide is added.

상기 표는 제2실시예의 콘크리트 조성물의 3개 시편에 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을 전체 중량의 각각 1% 비율로 투입했을때 특정기간에 따른 강도변화를 표로 도시한 것이다. The table above shows the change in strength over a specific period when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added to three specimens of the concrete composition of the second example at a rate of 1% of the total weight.

즉, 상기 제2실시예의 콘크리트는 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을을 투입하였을때 7일차에는 강도의 평균값이 35.94Mpa이며, 28일차에는 강도의 평균값이 57.70Mpa인 것을 알 수 있다.In other words, when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added to the concrete of the second example, the average strength value was 35.94Mpa on the 7th day, and the average strength value was 57.70Mpa on the 28th day. .

즉, 탄산칼슘과 이산화규소를 모두 포함하는 나노물질을 투입하였을때 나노물질을 투입하지 않았을때 보다 7일차에는 강도가 평균적으로 4.42% 더 증가되었으며, 28일차에는 강도가 평균적으로 7.33% 더 증가되었음을 알 수 있다. That is, when nanomaterials containing both calcium carbonate and silicon dioxide were added, the strength increased by an average of 4.42% on the 7th day compared to when no nanomaterials were added, and on the 28th day, the strength increased by an average of 7.33%. Able to know.

한편, 제2실시예의 콘크리트는 제1실시예의 콘크리트와 같이, 상기 이산화규소를 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다는 강도의 증가율은 낮은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the concrete of the second embodiment, like the concrete of the first embodiment, has a lower rate of increase in strength than when the nanomaterial containing silicon dioxide is added.

더욱이, 상기 탄산칼슘을 포함하는 나노물질을 투입하였을 때보다 강도가 더 증가하는 추세는 확인하지 못하는 것을 알 수 있다. Moreover, it can be seen that the trend of further increase in strength compared to when the nanomaterial containing calcium carbonate was added was not confirmed.

도4은 상기 표와 같이 특정 기간을따 강도의 변화를 연속적으로 측정하여 그래프로 도시한 것이다. 상기 제2실시예의 콘크리트 조성물을 기준으로 상기 그래프는 x축이 기간이며, y축이 콘크리트 조성물이 시간이 경과함에 따라 강성의 변화를 나타낸다. Figure 4 is a graph showing the change in intensity continuously measured over a specific period as shown in the table above. Based on the concrete composition of the second embodiment, the x-axis of the graph represents the period, and the y-axis represents the change in rigidity of the concrete composition over time.

상기 도4의 그래프를 통해 콘크리트의 조성물이 달라졌을 경우에도 나노물질의 효과 뿐만 아니라, 나노물질이 어떤 것을 구성되었을때 더 효과가 있는지를 한눈에 파악할 수 있다. Through the graph of FIG. 4, it is possible to see at a glance not only the effect of nanomaterials even when the composition of concrete is different, but also what nanomaterials are composed of that are more effective.

다시말해, 도4의 그래프를 통해 콘크리트의 조성물 비율이 달라진다고 하더라도, 나노물질의 효과가 여전히 입증될 수 있는지를 확인할 수 있다. In other words, through the graph in Figure 4, it can be seen whether the effect of nanomaterials can still be proven even if the composition ratio of concrete changes.

도4의 그래프를 참조하면, 특정 기간 중에 상기 비중으로 배합된 제2실시예의 콘크리트 조성물에 나노물질을 첨가하지 않은 것에서, 상기 비중으로 배합된 제2실시예의 콘크리트 조성물에 전체 비중의 2프로의 나노크기의 이산화 규소의 나노물질을 첨가한 것과, 상기 비중으로 배합된 제2실시예의 콘크리트 조성물에 전체비중의 2프로의 나노크기의 탄산칼슘의 나노물질을 첨가한 것과, 상기 비중으로 배합된 제1실시예의 콘크리트 조성물에 전체비중의 2프로의 나노크기의 탄산칼슘과 이산화규소가 배합된 나노물질을 첨가한 것의 강성변화를 알 수 있다. Referring to the graph of FIG. 4, since no nanomaterial was added to the concrete composition of the second example mixed at the above specific gravity during a specific period, 2% of the total specific gravity of the nano material was added to the concrete composition of the second example mixed at the above specific gravity. Nanomaterials of the size of silicon dioxide were added, 2% of the total weight of nanosized calcium carbonate nanomaterials were added to the concrete composition of the second example mixed at the above specific gravity, and the first concrete composition mixed at the above specific gravity. The change in rigidity can be seen when a nanomaterial containing 2% of the total weight of nano-sized calcium carbonate and silicon dioxide was added to the concrete composition of the example.

그래프를 분석하면, 나노물질을 첨가하지 않은 제2실시예의 콘크리트 조성물의 강도가 전체 기간 중에 제일 낮은 것을 알 수 있다.By analyzing the graph, it can be seen that the strength of the concrete composition of the second example without adding nanomaterials was the lowest during the entire period.

또한, 나노물질을 첨가한 제2실시예의 콘크리트 조성물은 상기 나노물질이 어떤 구성으로 되어 있는지와 상관없어 전부 강성이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the rigidity of the concrete composition of the second example to which nanomaterials were added significantly increased regardless of the composition of the nanomaterials.

따라서, 나노물질의 투입이 전체기간 중에 콘크리트의 강성 및 내구성을 크게 향상시키는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있으며, 기간이 경과함에 따라 그 효과는 더욱 증폭된다는 것도 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the addition of nanomaterials has the effect of significantly improving the rigidity and durability of concrete over the entire period, and that the effect is further amplified as the period passes.

다만, 상기 탄산칼슘의 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물과, 이산화규소와 탄산칼슘을 모두 포함하는 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물의 강도는 전체기간 을 고려하면 거의 유사하나, 이산화규소의 나노물질을 투입한 제1실시예의 콘크리트 조성물의 강도는 월등히 큰 것을 확인할 수 있다.However, the strength of the concrete composition of the first example in which the nanomaterial of calcium carbonate was added and the concrete composition of the first example in which the nanomaterial containing both silicon dioxide and calcium carbonate were added are almost similar considering the entire period. , it can be seen that the strength of the concrete composition of the first example in which silicon dioxide nanomaterials were added was significantly greater.

이는 탄산칼슘과 상기 이산화규소를 모두 콘크리트에 투입하는 자체가 중요하기 보다 탄산칼슘과 이산화규소의 각각의 절대비율이 더 중요하다는 것을 의미할 수 있다. This may mean that the absolute ratio of calcium carbonate and silicon dioxide is more important than the incorporation of both calcium carbonate and silicon dioxide into concrete.

다시말해, 상기 탄산칼슘과 상기 이산화규소는 서로 독립적으로 작용하므로 상기 콘크리트 질량 대비 상기 탄산칼슘과 상기 이산화규소의 총합의 질량이 보다 각각의 총질량이 강성과 내구성의 보강효과에 더 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.In other words, since the calcium carbonate and the silicon dioxide act independently of each other, the total mass of each has a greater effect on the reinforcing effect of rigidity and durability than the total mass of the calcium carbonate and the silicon dioxide compared to the mass of the concrete. You can see that

이는 상기 탄산칼슘은 반데르발스의 물리적인 방식을 통해 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하고, 상기 이산화규소는 화학반응을 통해 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하므로 각각의 절대치가 총합의 질량보다 더 의미가 있는 인자라고 해석할 수 있다.This means that the calcium carbonate reinforces the durability and rigidity of concrete through van der Waals' physical method, and the silicon dioxide reinforces the durability and rigidity of concrete through a chemical reaction, so each absolute value is more meaningful than the total mass. It can be interpreted as a factor that exists.

또한, 나노물질이 탄산칼슘 보다는 이산화규소로 구비되었을때 콘크리트의 내구성 및 강성을 보강하는 효과가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the effect of reinforcing the durability and rigidity of concrete is greater when the nanomaterial is made of silicon dioxide rather than calcium carbonate.

다만, 상기 나노물질이 탄산칼슘으로 구성되어 있을 경우에는, 콘크리트 조성물 자체와 화학반응을 하지 않으므로 콘크리트의 물리적인 특성이나 성질은 최대한 유지하면서도 내구성 및 강성의 증대를 도모할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다. However, when the nanomaterial is composed of calcium carbonate, it does not chemically react with the concrete composition itself, so it has the effect of increasing durability and rigidity while maintaining the physical properties and properties of concrete as much as possible. You can.

결과적으로, 나노물질이 투입된 콘크리트 조성물은 나노물질이 투입되지 않은 콘크리트 조성물 보다 나노물질의 구성과 상관없이 내구성 및 강성이 크므로, 도로 등과 같이 유지보수가 빈번한 환경에 적극적으로 활용할 수 있다. 그 결과, 도로의 내구성 및 강성이 더 증가되어 유지보수의 횟수를 크게 절감할 수 있다. As a result, concrete compositions containing nanomaterials have greater durability and rigidity than concrete compositions without nanomaterials, regardless of the composition of the nanomaterials, so they can be actively used in environments where maintenance is frequent, such as roads. As a result, the durability and rigidity of the road are further increased and the number of maintenance can be greatly reduced.

제1실시예의 콘크리트와 제2실시예의 콘크리트는 라텍스의 유무 차이 등 상당한 물리적인 성질이 다른 콘크리트라고 볼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 나노물질을 투입하였을때 모두 내구성과 강성이 비약적으로 증가되는 것을 확인할 수 있으므로, 나노물질은 콘크리트 조성물에 내구성 및 강성을 모두 증가시킨다고 결론 지을 수 있다.The concrete of the first embodiment and the concrete of the second embodiment can be considered as concrete with significant physical properties, such as differences in the presence or absence of latex. Nevertheless, since it can be seen that both durability and rigidity increase dramatically when nanomaterials are added, it can be concluded that nanomaterials increase both durability and rigidity in concrete compositions.

나아가, 본 발명 콘크리트 조성물은 모래를 대체할 수 있는 슬래그 골재, 전기로산화슬래그, 페로니켈 슬래그를 투입하였으므로, 상기 슬래그 골재, 전기로산화슬래그, 페로니켈 슬래그와 나노물질간의 반데르발스 접착효과 및 화학반응의 효과 등으로 일반 모래와 달리 더욱 강성 및 내구성을 강화시키는 효과가 있다고 해석할 수 있다.Furthermore, since the concrete composition of the present invention contains slag aggregate, electric furnace oxide slag, and ferronickel slag, which can replace sand, the van der Waals adhesion effect and chemical reaction between the slag aggregate, electric furnace oxide slag, and ferronickel slag and nanomaterials are increased. It can be interpreted that, unlike regular sand, it has the effect of strengthening stiffness and durability.

결과적으로, 본 발명 나노물질이 투입된 콘크리트는 친환경 콘크리트의 기능을 그대로 구현할 뿐만 아니라, 강성과 내구성까지 보장하여 도로 포장 등에 적극적으로 활용할 수 있는 효과가 있다. As a result, the concrete containing the nanomaterial of the present invention not only implements the functions of eco-friendly concrete, but also guarantees rigidity and durability, so it can be actively used for road paving, etc.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The present invention can be modified and implemented in various forms, and its scope is not limited to the above-described embodiments. Therefore, if the modified embodiment includes elements of the claims of the present invention, it should be considered to fall within the scope of the present invention.

G : 골재크기
SiO2: 이산화규소
CaCO3 : 탄산칼슘
N : 나노물질
G: Aggregate size
SiO2: Silicon dioxide
CaCO3: Calcium carbonate
N: Nanomaterial

Claims (7)

시멘트와 고로슬래그 및 플라이애쉬(fly ash)를 포함하는 3성분계 시멘트를 포함하는 콘크리트 조성물에 있어서,
슬래그 골재, 전기로 산화슬래그, 페로니켈 슬래그 중 적어도 어느 하나와,
상기 콘크리트 조성물의 강성을 강화하는 보강물질을 더 포함하고,
상기 슬래그 골재, 상기 전기로 산화슬래그, 상기 페로니켈 슬래그는 모래 중 적어도 일부를 대체하도록 구비되고,
상기 보강물질은 나노미터(nm) 크기로 구비되는 나노물질과, 상기 나노물질과 추가로 투입되는 추가물질을 더 포함하고,
상기 나노물질은 탄산칼슘(CaCO3)과 이산화규소(SiO2) 중 어느 하나를 포함하고,
상기 나노물질이 상기 탄산칼슘을 포함하면 상기 추가물질은 이온결합물질로만 구비되고,
상기 나노물질이 상기 이산화규소를 포함하면 상기 추가물질은 단일원소물질로만 구비되고,
상기 나노물질은 모두 50 나노미터(nm) 이하로 구비되고,
상기 나노물질이 상기 탄산칼슘을 포함하면, 상기 이온결합물질은 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 이온결합물질이 상기 산화마그네슘을 포함하는 경우에는, 상기 산화마그네슘은 전체 상기 나노물질 100 중량부 중 0.35% 이하의 중량비로 투입되고,
상기 이온결합물질이 상기 이산화규소를 포함하는 경우에는, 상기 이산화규소는 전체 상기 나노물질 100 중량부 중 0.1% 이하의 중량비로 투입되고,
상기 이온결합물질이 상기 산화알루미늄을 포함하는 경우에는, 상기 산화알루미늄은 전체 상기 나노물질 100 중량부 중 0.1% 이하의 중량비로 투입되고,
상기 이온결합물질이 상기 산화철을 포함하는 경우에는, 상기 산화철은 전체 상기 나노물질 100 중량부 중 0.1% 이하의 중량비로 투입되고,
상기 나노물질이 상기 이산화규소를 포함하면, 상기 단일원소물질은 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 단일원소물질이 상기 티타늄을 포함하는 경우에는, 상기 티타늄은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 220ppm 미만으로 투입되고,
상기 단일원소물질이 상기 칼슘을 포함하는 경우에는, 상기 칼슘은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 130ppm 미만으로 투입되고,
상기 단일원소물질이 상기 나트륨을 포함하는 경우에는, 상기 나트륨은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 80ppm 미만으로 투입되고,
상기 단일원소물질이 상기 철을 포함하는 경우에는, 상기 철은 전체 콘크리트 조성물을 기준으로 40ppm 미만으로 투입되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.



In a concrete composition containing a three-component cement containing cement, blast furnace slag, and fly ash,
At least one of slag aggregate, electric furnace oxidation slag, and ferronickel slag,
Further comprising a reinforcing material that enhances the rigidity of the concrete composition,
The slag aggregate, the electric furnace oxidation slag, and the ferronickel slag are provided to replace at least a portion of the sand,
The reinforcing material further includes nanomaterials having a nanometer (nm) size, and additional materials added in addition to the nanomaterials,
The nanomaterial includes either calcium carbonate (CaCO3) or silicon dioxide (SiO2),
If the nanomaterial contains the calcium carbonate, the additional material is provided only as an ionic bonding material,
When the nanomaterial includes the silicon dioxide, the additional material is provided only as a single element material,
All of the above nanomaterials are 50 nanometers (nm) or less,
When the nanomaterial includes the calcium carbonate, the ionic binding material includes at least one of magnesium oxide (MgO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), and iron oxide (FeO3),
When the ionic binding material includes the magnesium oxide, the magnesium oxide is added in a weight ratio of 0.35% or less based on 100 parts by weight of the total nanomaterial,
When the ionic binding material includes silicon dioxide, the silicon dioxide is added in a weight ratio of 0.1% or less based on 100 parts by weight of the total nanomaterial,
When the ionic binding material includes the aluminum oxide, the aluminum oxide is added at a weight ratio of 0.1% or less based on 100 parts by weight of the total nanomaterial,
When the ionic binding material includes the iron oxide, the iron oxide is added in a weight ratio of 0.1% or less based on 100 parts by weight of the total nanomaterial,
When the nanomaterial includes the silicon dioxide, the single element material includes one or more of titanium (Ti), calcium (Ca), sodium (Na), and iron (Fe),
When the single element material includes titanium, the titanium is added at less than 220 ppm based on the entire concrete composition,
When the single element material contains calcium, the calcium is added at less than 130 ppm based on the entire concrete composition,
When the single element material contains sodium, the sodium is added in an amount of less than 80 ppm based on the entire concrete composition,
When the single element material contains iron, the iron is added in an amount of less than 40 ppm based on the entire concrete composition.



삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나노물질은 전체 콘트리트 조성물 중량의 0.5 % 에서 2 %의 중량으로 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.


According to paragraph 1,
A concrete composition, characterized in that the nanomaterial is provided in a weight of 0.5% to 2% of the total weight of the concrete composition.


삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020210156318A 2021-11-15 2021-11-15 Eco-friendly concrete composition KR102620465B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210156318A KR102620465B1 (en) 2021-11-15 2021-11-15 Eco-friendly concrete composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210156318A KR102620465B1 (en) 2021-11-15 2021-11-15 Eco-friendly concrete composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230070586A KR20230070586A (en) 2023-05-23
KR102620465B1 true KR102620465B1 (en) 2024-01-03

Family

ID=86544941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210156318A KR102620465B1 (en) 2021-11-15 2021-11-15 Eco-friendly concrete composition

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102620465B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100867403B1 (en) 2008-02-19 2008-11-06 주식회사동일기술공사 The water permeable block and its manufacturing method
JP2018002576A (en) * 2016-07-05 2018-01-11 グローバル・マテリアルリサーチ株式会社 Early-strength concrete composition
KR102218634B1 (en) * 2020-04-27 2021-02-23 주식회사 한국리페어기술 Section recovery composites for concrete constructions, and reinforcing method for ductile and anti-biotic concrete construction using the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101071239B1 (en) * 2009-04-13 2011-10-10 (주)대우건설 Protection method of steel corrosion of marin concrete with organic-inorganic hybrid nano silica
KR101217059B1 (en) * 2010-12-14 2012-12-31 주식회사 삼표 Concrete Composition Containing Large Amounts Of Admixture
KR20120066765A (en) * 2010-12-15 2012-06-25 김연숙 Method of recycling of ferronickel slag as a fine aggregate for cement mortar and concrete
KR101315191B1 (en) * 2011-12-28 2013-10-07 한국건설기술연구원 Extrusion molding concrete composition having five-resistent and extrusion molding concrete panel using the same
KR101992802B1 (en) * 2017-08-30 2019-06-25 부산대학교 산학협력단 Method for manufacturing eco-friendly cement composite using nano-silica sol

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100867403B1 (en) 2008-02-19 2008-11-06 주식회사동일기술공사 The water permeable block and its manufacturing method
JP2018002576A (en) * 2016-07-05 2018-01-11 グローバル・マテリアルリサーチ株式会社 Early-strength concrete composition
KR102218634B1 (en) * 2020-04-27 2021-02-23 주식회사 한국리페어기술 Section recovery composites for concrete constructions, and reinforcing method for ductile and anti-biotic concrete construction using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230070586A (en) 2023-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheah et al. Recent advances in slag-based binder and chemical activators derived from industrial by-products–A review
KR102152603B1 (en) Concrete composition comprising 3 components using ferro-nickel slag powder and concrete structures manufactured using the same
KR101709240B1 (en) Mortar composition for recovering cross section of eco-friendly cement with sulphate resistance
KR102279625B1 (en) Concrete composition comprising rapid cooled furnace slag and slowly cooled furnace slag powder and concrete structures manufactured using the same
JP5189119B2 (en) Method for selecting blast furnace slow-cooled slag powder suitably used as cement admixture
JP5091519B2 (en) Geopolymer composition and method for producing the same
Siddique et al. Utilization of industrial by-products and natural ashes in mortar and concrete development of sustainable construction materials
KR101581905B1 (en) Eco friendly non-cement quick-hardning binder composition for concrete and quick-hardning concrete composition containing the same
JP4677824B2 (en) Acid resistant grout composition
KR102158524B1 (en) Eco-friendly solidifying composition for weak ground
JP5800387B2 (en) Soil improvement material
KR102373902B1 (en) Concrete mortar for repairing cross-section of concrete structure having sulfate and salt resistance and the method of repairing cross-section of concrete structure using the same
JP2005263614A (en) Mortar composition, mortar and mortar hardened body using the same
US20230060611A1 (en) Use of amorphous silica reagent produced from serpentine in concrete preparation
CN112358270A (en) Solid waste base coastal karst green filling material, and preparation method and application thereof
KR102269372B1 (en) Manufacturing Method of Undersea Concrete Anchor with High Durability
Malhotra Mineral admixtures
KR102377413B1 (en) Composite of Eco Friendly Ground Hardening Materials Having High Strength and Constructing Methods Using Thereof
KR101558893B1 (en) Admixture for Concrete and Concrete Composite Containing High Durability Additive
KR102620465B1 (en) Eco-friendly concrete composition
KR102535232B1 (en) High-strength bonding materials and steam curing concrete structures equipped with them
KR101086240B1 (en) Composition of sulphate resistance polymer repair mortar
JP6292257B2 (en) Hydrated solidified product using desulfurized slag
KR102144170B1 (en) Slag cement composition
KR101653564B1 (en) Ultra rapid hardening mortar composition and manufacturing method using the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant