KR19980082507A

KR19980082507A - 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재

Info

Publication number: KR19980082507A
Application number: KR1019970017475A
Authority: KR
Inventors: 이병기; 김도수
Original assignee: 노재성; 이성식; 송학기업 주식회사
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-12-05
Also published as: KR100233778B1

Abstract

본 발명은 주재료로 규불화마그네슘, 규불화아연, 규불화나트륨, 규불화망간 및 규불화칼슘으로 구성된 규불화염과 Ⅱ형 무수석고를 사용하고 부재료로 산업부산물인 석탄회 및/또는 고로슬랙 미분말을 사용하여 제조한 고강도 콘크리트용 분말혼화재에 관한 것으로서, 몰탈이나 콘크리트 배합시 시멘트 대비 8∼15wt% 첨가하여 증기양생하면 3일 강도를 800kgf/㎠ 이상으로 발현시킬 수 있음은 물론 원재료 모두 현재 국내에서 발생되는 산업부산물을 사용함으로써 경제적임과 동시에 환경 오염도 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

Description

산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재

본 발명은 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증기양생을 통하여 제조되는 콘크리트 2차 제품의 초기(3일) 강도를 우수하게 발현시키는 콘크리트용 분말혼화재에 관한 것이다.

종래 일반적인 콘크리트 2차 제품의 고강도 발현용 분말혼화재로는 칼슘 술포알루미네이트계 분말혼화재와 실리카흄 등의 반응성실리카를 이용한 분말혼화제가 있다.

이중에 칼슘 술포알루미네이트계 분말혼화재는 칼슘원료광물, Ⅱ형 무수석고 및 알루미나원료광물을 혼합하여 고온 소성한 후 10㎛ 이하로 미분쇄한 것으로, 고온 소성에 따라 장치비와 연료비가 많이 든다는 단점이 있다.

또한 반응성실리카를 이용한 분말혼화제는 실리카흄이 국내에서는 생산되지 않기 때문에 전량 외국으로부터 수입하고 있을 뿐만 아니라 저장의 장기화에 따른 반응성 상실의 우려가 있고, 또한 고가이다.

따라서, 관련업계에서는 고강도용 분말혼화재의 가격이 콘크리트 제품의 단가를 좌우하기 때문에 저렴하면서도 3일 강도가 800kgf/㎠ 이상 발현되는 고강도 분말혼화재의 출현이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

한편, 산업계에서는 각종 제품 생산시 발생되는 산업부산물을 대부분 매립 처리하고 있는 실정으로, 매립지의 부족 및 2차 환경오염 발생에 따른 문제로 이들의 재활용 방안이 강력하게 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 국내에서 원재료를 전량 조달할 수 있고 또한 상온,상압에서 제조할 수 있으며, 비교적 가격이 저렴한 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 고강도 콘크리트용 분말혼화제는 주재로서 규불화마그네슘(MgSiF₆), 규불화아연(ZnSiF₆), 규불화나트륨(Na₂SiF₆), 규불화구리(CuSiF₆) 및 규불화칼슘(CaSiF₆)로 구성된 그룹으로 부터 선택된 규불화염과 불산의 제조공정시 발생되는 Ⅱ형 무수석고를 사용하고, 부재로서 석탄회, 고로슬랙 미분말을 사용한 데에 그 특징이 있다.

바람직하게는 규불화염 5∼25wt%, Ⅱ형 무수석고 65∼85wt%, 석탄회와 고로슬랙 미분말 중 적어도 1종 이상 5∼25wt%로 조성된 혼합분말이다.

본 발명에서는 불산의 제조공정시 부산물로 발생되는 규불화수소산(H₂SiF₆)이 강한 산성으로 콘크리트에 직접 사용할 수 없기 때문에 이를 원료로하여 규불화염을 제조 사용하였다.

규불화염은 규불화수소산(H₂SiF₆)을 물에 희석한 규불화수소산 수용액과 금속이온의 치환반응을 통하여 미분말이 응집된 상태로 제조되는 것으로 쉽게 분쇄하여 미분말 상태로 사용할 수 있으며, 그 종류로는 규불화마그네슘(MgSiF₆), 규불화아연(ZnSiF₆), 규불화나트륨(Na₂SiF₆), 규불화구리(CuSiF₆) 및 규불화칼슘(CaSiF6)이 있다. 본 발명에서는 이들 규불화염을 1종 이상 혼합하여 사용하는데, 가장 바람직한 혼합비는 규불화마그네슘 50wt%, 규불화아연 20wt%, 규불화나트륨 10wt%, 규불화구리 10wt%, 규불화칼슘 10wt% 이다.

이러한 규불화염, 특히 규불화마그네슘은 콘크리트 양생시 시멘트의 수화반응에 의해 용출되는 Ca²⁺, Al³⁺등의 이온과 빠르게 반응하여 용해도가 매우 작은 CaF₂, AlF₃등의 불용성 염을 석출하게 되고, 이들 염은 매우 미세하고 난용성이기 때문에 시멘트의 수화시 형성되는 기공을 충전함으로써 시멘트의 구조 결함을 제거하여 강도 및 내구성을 증진시키게 된다.

Ⅱ형 무수석고는 형석(CaF₂)과 황산(H₂SO₄)을 사용하여 약 450℃로 열처리하는 불산의 제조공정에서 부산물로 생성되는 것으로, 결정형태가 Ⅱ형으로 직접 생성되기 때문에 열처리를 하지 않고 직접 사용할 수 있다. 이러한 Ⅱ형 무수석고는 시멘트와 반응하여 다량의 결정수를 함유하는 에트링자이트(ettringite) 결정을 생성하게 되고, 미세한 에트링자이트 결정은 다량의 수분을 결정수로 함유하고 있기 때문에 단위물량을 저하시킬 수 있음은 물론 시멘트 수화생성물 사이의 미세공극을 충전함으로써 강도 증진에 기여를 하게 된다. 특히 콘크리트를 증기양생하는 경우 강도 증진이 가속화 된다.

부재료로 사용되는 석탄회는 화력발전소에서, 고로슬랙 미분말은 포항제철 등의 제철공장에서 발생되는 것을 평균입도 5㎛ 이하가 되도록 햄머밀로 분쇄하여 사용한다. 이러한 석탄회 및 고로슬랙 미분말은 포졸란 광물로서 시멘트 수화시 생성되는 Ca²⁺이온과 포졸란 반응을 하여 시멘트의 수화생성물인 규산칼슘수화물을 형성하여 강도 증진에 기여한다.

이하 실시예를 통하여 설명한다.

[실시예 1∼7]

규불화수소산과 금속이온의 치환반응으로부터 제조한 규불화마그네슘 50 중량부, 규불화아연 20 중량부, 규불화나트륨 10 중량부, 규불화구리 10 중량부 및 규불화칼슘 10 중량부로 조성된 규불화염과, 분쇄기를 사용하여 평균입도 5㎛ 이하로 분쇄한 Ⅱ형 무수석고와, 석탄회 및 고로슬랙 미분말을 다음의 표1과 같은 조성으로 혼합하여 콘크리트용 분말혼화재를 제조하였다.

[표 1]

실시예	규불화염	Ⅱ형 무수석고	석탄회	고로슬랙 미분말
실시예 1실시예 2실시예 3실시예 4실시예 5실시예 6실시예 7	10102020152010	80807070707080	10-10-1055	-10-105105
단위는 중량부이다.

상기 실시예에서 제조된 본 발명에 따른 분말혼화제를 사용하여 몰탈과 콘크리트를 제조한 후 이들의 경화시간에 따른 강도를 알아보았다. 이 시험에서 분말혼화재는 시멘트 대비 10wt%씩 치환 사용하였다.

먼저 실시예 1∼7 에서 제조한 분말혼화재를 각각 사용하여 다음 표 2와 같은 성분과 조성으로 몰탈을 배합하여 시료(공시체) 1∼7를 성형한 후 증기양생하여 재령에 따른 강도를 측정하였다. 강도 측정 결과는 표 3에 나타냈다. 몰탈의 압축강도 시험용 시료 1∼7은 KS L 5105, 5109에 의해 성형하여 80℃에서 4시간 동안 증기양생한 다음 재령 1, 3, 7일의 압축강도를 KS L 5105에 의거 측정하였다.

[표 2]

몰탈배합비

분류	시멘트(g)	모래(g)	혼합수(g)	분말혼화재(g)	고유동화제(g)	물/시멘트(wt%)
대조구시료 1∼7	570570	627627	143143	-57	12.012.0	2525

[표 3]

증기양생후 몰탈의 압축강도 비교

시료명	강도(kgf/㎠)
시료명	1일후	2일후	3일후
대조구시료 1시료 2시료 3시료 4시료 5시료 6시료 7	525721755758773770728736	638837852835903896875862	7329469659801003975992980

상기 표 3에서 보면, 대조구를 제외한 모든 시료들의 압축강도가 3일 양생에서 800kgf/㎠ 이상을 보였다. 특히 규불화염 20중량부, Ⅱ형 무수석고 70중량부, 고로슬랙 미분말 10중량부를 혼합하여 제조한 분말혼화재를 사용한 시료 4의 경우 양생기간 3일에서 900kgf/㎠ 이상의 압축강도가 발현되었다.

다음, 실시예 1∼7 에서 제조된 분말혼화재를 표 4와 같은 성분 및 조성으로 배합한 콘크리트를 원통형 몰드에 채워 진공 다짐하면서 시료 1∼7을 성형하고, 상기 몰탈 시료 제조시와 같은 방법으로 양생하면서 경화에 따른 압축강도를 측정하였다. 그 결과는 표5에 나타냈다.

[표 4]

콘크리트 배합비

분류	시멘트(g)	잔골재(g)	조골재(g)	분말혼화재(g)	고유동화재(g)	몰/시멘트(wt%)
대조구시료 1∼7	570513	637637	11131113	-57	15.015.0	2525
여기서 잔골재는 5㎜체 통과분을, 조골재는 19㎜체 통과분을 의미한다.

[표 5]

증기양생후 콘크리트의 압축강도 비교

시료명	강도(kgf/㎠)
시료명	1일후	3일후	7일후
대조구시료-1시료-2시료-3시료-4시료-5시료-6시료-7	470691736732780760754756	596821836812837853839840	695923938942953939896953

표 5를 참조하면, 콘크리트의 압축강도는 몰탈의 압축강도보다 약간 약하게 측정되었다. 대조구의 경우에는 3일 강도가 596kgf/㎠으로 고강도 기준으로 설정한 800kgf/㎠에 미달하였으며, 시료 1∼7은 모두 3일후 강도 800kgf/㎠ 이상을 만족하였다. 특히 몰탈시험 결과와는 달리 규불화염 15중량부, Ⅱ형 무수석고 70중량부, 석탄회 10중량부, 고로슬랙 미분말 5 중량부를 혼합한 분말혼화재를 사용한 시료 5가 3일후 강도에서 853kgf/㎠를 보여 제일 강도 발현이 높은 것으로 나타났다. 그러나 양생 7일후의 강도발현율을 보면 시료 7이 가장 높게 나타났다.

본 실시예에서는 콘크리트 2차 제품의 강도를 알아보기 위해 몰탈 및 콘크리트 배합시 분말혼화재를 시멘트 대비 10% 치환하여 사용하였으나, 이들은 콘크리트 2차 제품의 용도, 요구되는 강도 등에 따라 배합비율(바람직한 량 : 시멘트 대비 5∼15% 치환)을 달리할 수 있음은 자명하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 콘크리트용 분말혼화재는 현재 국내에서 산업부산물로 대량 생산되는 규불화염과 Ⅱ형 무수석고를 주재료로 사용하고 석탄회와 고로슬랙 미분말을 부재로로 사용한 것으로, 몰탈이나 콘크리트 배합시 시멘트 대비 5∼15wt% 정도를 치환 사용하면 3일후 압축강도가 800kgf/㎠ 이상 발현되고, 그 재료로서 국내에서 발생되는 산업부산물을 사용하기 때문에 환경 오염의 방지 효과가 있음은 물론 경제적이고, 오랜기간 동안 저장할 필요가 없어 특성이 우수하다.

Claims

주재료인 규불화염과 Ⅱ형 무수석고에 석탄회와 고로슬랙 미분말에서 선택된 1종 이상의 부재료를 혼합하여 조성된 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재.
제 1 항에 있어서, 규불화염 5∼25wt%, Ⅱ형 무수석고 65∼85wt%, 석탄회와 고로슬랙 미분말 중 1종 이상 5∼25wt%로 조성된 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재.
제 1 항에 있어서, 규불화염은 규불화마그네슘, 규불화아연, 규불화나트륨, 규불화구리, 규불화칼슘에서 선택된 1종 이상이 혼합된 것임을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재.
제 1 항에 있어서, 규불화염은 규불화마그네슘 50wt%, 규불화아연 20wt%, 규불화나트륨 10wt%, 규불화구리 10wt%, 규불화칼슘 10wt%로 조성된 것임을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 고강도 콘크리트용 분말혼화재.
제 1 항 내지 제 4 항의 고강도 콘크리트용 분말혼화재를 시멘트 대비 5∼15% 치환 사용하여 제조되는 콘크리트 2차 제품.