KR20000007019A - 포졸란 재료를 주성분으로 하는 레미콘 전용 시멘트혼화재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘트(cement) 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이며, 더 자세히는 슬래그(slag)미분말, 플라이애쉬(Fly-ash), 폐제올라이트(zeolite) 등의 포졸란(pozzolan) 재료를 주성분으로 하는 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 혼화재의 단가 상승을 억제하면서, 포졸란 조기 활성을 가능하게 하여 공기의 증가를 유발하지 않고 혼화재의 시멘트 치환량을 증가시킬 수 있는 레미콘 전용 시멘트 혼화재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 레미콘 전용 시멘트 혼화재 조성물에 있어서, 7000∼10000㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말, 플라이애쉬, 폐제올라이트 중에서 선택된 1종의 포졸란 물질 10∼30중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 플라이애쉬 40∼55중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말 40∼55중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 시멘트(cement) 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이며, 더 자세히는 슬래그(slag)미분말, 플라이애쉬(Fly-ash), 폐제올라이트(zeolite) 등의 포졸란(pozzolan) 재료를 주성분으로 하는 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이다.
콘크리트의 고강도화가 요구되면서 실리카흄(silica fume), 메타카올린(metacaoline), CSA계 클링커(clinker) 등을 콘크리트 혼화재로 사용하여 콘크리트를 제조하고 있다. 그런데, 상기의 혼화재들은 그 가격이 매우 비싸기 때문에 콘크리트 구조물의 시공단가를 상승시키는 요인이 되는 단점이 있다.
이러한 혼화재의 사용에 따른 시공단가를 줄이기 위하여 산업폐기물인 플라이애쉬, 슬래그미분말, 폐제올라이트 등의 포졸란 재료를 콘크리트 혼화재로 사용하고 있다. 이러한 포졸란 재료를 사용하는 경우 저가인 산업폐기물을 사용함으로써 시공단가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 장기강도 및 내구성 측면에서도 기존의 천연 포졸란 재료를 사용하는 경우에 비해 뒤지지 않는 장점이 있다. 또한, 콘크리트의 화학저항성 증대, 동결융해 저항성 증대 등 내구성 향상을 기대할 수 있으며, 특히 콘크리트의 수화열을 저감을 통해 수화열에 의한 콘크리트 균열 방지 효과가 있어 저발열 콘크리트의 제조에도 유용하다. 한편, 산업폐기물의 재활용은 환경보호 측면에서 볼 때 시공단가의 저감 못지 않은 큰 장점이라 할 수 있다.
현재 국내에서 주로 사용되고 있는 산업폐기물계 포졸란 재료로 슬래그미분말, 플라이애쉬 등이 있으며, 이들의 분말도는 3000∼4500㎠/g이다. 콘크리트 양생시 상기 슬래그미분말, 플라이애쉬 등으로 시멘트량의 10% 가량을 대체하여 사용하고 있다. 그러나, 이들 혼화재는 포졸란 반응이 매우 느리기 때문에 초기강도가 낮게 나타나고, 이에 따라 상기 혼화재의 시멘트 치환량을 증가시키게 되면 건설현장에서 공기(工期)단축에 걸림돌이 되는 문제점이 있었다.
이러한 종래의 포졸란계 시멘트 혼화재의 문제점을 개선하기 위하여 7500∼8000㎠/g의 분말도를 가지도록 포졸란 재료를 분쇄하여 포졸란 반응의 조기 활성을 이루는 기술이 제안되었으며, 현재 시중에 제품으로 출시되어 사용 중에 있다.
그러나, 7500∼8000㎠/g의 분말도를 가지도록 하는데 적지 않은 분쇄 비용이 발생하여 혼화재의 단가 상승 요인이 되고 있다. 현재 시중에 판매되고 있는 혼화재를 기준으로 할 때, 분말도 3000∼4500㎠/g의 일반 혼화재의 경우 톤당 2∼3만원에 판매되고 있는 반면, 분말도 7500∼8000㎠/g의 혼화재는 12만원 정도에 판매되고 있어 5배 정도의 단가 상승이 발생한다. 이와 같이 큰 단가 차이 때문에 건설현장에서 분말도 7500∼8000㎠/g의 혼화재를 사용하는 것을 기피하고 있으며, 이에 따라 콘크리트 제조시 혼화재의 시멘트 치환량은 10%를 넘지 못하고 있다.
본 발명은 혼화재의 단가 상승을 억제하면서, 포졸란 조기 활성을 가능하게 하여 공기의 증가를 유발하지 않고 혼화재의 시멘트 치환량을 증가시킬 수 있는 레미콘 전용 시멘트 혼화재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 레미콘 전용 시멘트 혼화재 조성물에 있어서, 7000∼10000㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말, 플라이애쉬, 폐제올라이트 중에서 선택된 1종의 포졸란 물질 10∼30중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 플라이애쉬 40∼55중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말 40∼55중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 시멘트 혼화재 조성물은 시멘트 슬러지, 석고, 폐도자기 중 적어도 어느 하나를 1∼10중량% 만큼 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징적인 콘크리트 조성물은 시멘트 혼화재 조성물을 시멘트 중량의 10∼50중량%만큼 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.
본 발명은 7000∼10000㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말, 플라이애쉬, 폐제올라이트 중 적어도 어느 하나의 포졸란 물질 10∼30중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 플라이애쉬 40∼55중량%와, 3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말 40∼55중량%로 시멘트 혼화재를 조성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 대부분의 혼화재로 저가인 분말도 3000∼4500㎠/g의 플라이애쉬 및 슬래그미분말을 사용하면서, 포졸란 조기 활성을 위해 분말도 7000∼10000㎠/g으로 미분쇄한 포졸란 재료를 소량 첨가하였다.
이 경우, 전체 혼화재의 80∼90%만큼을 저가인 분말도 3000∼4500㎠/g의 플라이애쉬 및 슬래그미분말로 충당하고, 고가인 미분쇄 포졸란 재료(슬래그미분말, 플라이애쉬, 폐제올라이트)의 사용은 10∼30% 정도에 그치므로 혼화재의 가격이 크게 상승하지는 않는다.
중요한 점은 소량의 미분쇄 포졸란 재료를 사용하면서 과연 어느 정도의 콘크리트 조기 강도 발현을 구현할 수 있는가에 있을 것이다. 이에, 수많은 실험을 수행하였으며, 그 결과 고가의 미분쇄 포졸란 재료의 첨가를 최소화하면서 일정치 이상의 조기 강도를 확보할 수 있는 각 인자에 대한 범위를 얻을 수 있었다. 즉, 압축 상기한 미분쇄 포졸란 재료의 종류, 분말도 및 중량%는 수많은 실험의 산물이라 할 수 있다.
이하, 실험 결과 중의 일부를 하기의 표 1 내지 표3에 나타내었다.
하기의 표 1은 레미콘 규격인 압축강도 240㎏f/㎠ 콘크리트 표준양생 실험 결과를 나타낸 것이다.
| 구분 | OPC(㎏/㎥) | 분말도3000 FA(㎏/㎥) | 혼화재 조성물(㎏/㎥) | W | S | G | AD | 압축강도(㎏f/㎠) | ||||
| 분말도7500 FA | 분말도7500 SL | 분말도3000 FA | 분말도3000 SL | 7일 | 28일 | |||||||
| NO.1 | 298 | 33 | - | - | - | - | 180 | 865 | 914 | 1.99 | 200 | 278 |
| NO.2 | 265 | - | 6.6 | 6.6 | 26.4 | 26.4 | 180 | 865 | 914 | 1.99 | 208 | 295 |
상기 표 1에서 OPC는 포틀랜드 시멘트, FA는 플라이애쉬, SL은 슬래그미분말을 각각 나타낸 것이며, W는 물, S는 모래, G는 자갈, AD는 혼화제(감수제)를 각각 나타낸 것으로, 부피 단위로 나타내고 있다. NO.1은 포틀랜드 시멘트 298㎏/㎥와 분말도 3000㎠/g의 플라이애쉬 33㎏/㎥을 사용한 표준양생의 경우(종래기술)를 나타낸 것이며, NO.2는 포틀랜드 시멘트를 265㎏/㎥로 줄이고, 분말도 7500㎠/g의 플라이애쉬 및 슬래그미분말을 각각 6.6㎏/㎥, 분말도 3000㎠/g의 플라이애쉬 및 슬래그미분말을 각각 26.4㎏/㎥ 사용하여 양생한 경우(본 발명)를 나타낸 것이다. 즉, NO.2에서는 미분쇄 혼화재를 소량 첨가하면서 분말도 3000㎠/g의 혼화재의 시멘트 치환량을 증가시켰다. 물, 모래, 자갈, 혼화제 등은 NO.1과, NO.2에 대하여 같은 양을 적용하였다.
그 결과, 시멘트의 양이 33㎏/㎥만큼 줄었음에도 불구하고, 7일 강도와 28
일강도에서 NO.2가 NO.1에 비해 우수한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 특히, 28일 강도에 있어서는 기존에 비해 5% 이상의 압축강도 증가를 확인할 수 있다.
| 구분 | OPC(㎏/㎥) | 분말도3000 FA(㎏/㎥) | 혼화재조성물(㎏/㎥) | W | S | G | AD | 압축강도(㎏f/㎠) | |||
| 분말도7500 SL | 분말도3000 SL | 분말도3000 FA | 7일 | 28일 | |||||||
| NO.3 | 450 | 50 | - | - | - | 175 | 801 | 9.30 | 5.0 | 385 | 490 |
| NO.4 | 400 | - | 20 | 40 | 40 | 175 | 801 | 9.30 | 5.0 | 385 | 540 |
상기 표 2는 레미콘 규격인 압축강도 400㎏f/㎠ 콘크리트 표준양생 실험 결과를 나타낸 것으로, 상기 표 1에 나타낸 실험과 같은 방식을 적용하였으며, 다만 미분쇄 포졸란 재료로 슬래그미분말을 단독으로 사용하였다. 이 경우에도, 7일 강도는 동일한 값이 나왔으며, 28일 강도의 경우 NO.4가 NO.3(종래기술)에 비해 오히려 10% 이상 증가함을 확인할 수 있다.
| 구분 | OPC(㎏/㎥) | FA(㎏/㎥) | 혼화재조성물(㎏/㎥) | W | S | G | AD | 압축강도(㎏f/㎠) | |||
| 분말도7500 SL | 분말도3000 FA | 분말도3000 SL | 7일 | 28일 | |||||||
| NO.5 | 360 | 40 | - | - | - | 180 | 840 | 900 | 2.4 | 308 | 100 |
| NO.6 | 320 | - | 16 | 32 | 32 | 180 | 840 | 900 | 2.4 | 315 | 139 |
상기 표 3은 레미콘 규격인 압축강도 350㎏f/㎠ 콘크리트 표준양생 실험 결과를 나타낸 것으로, 상기 표 2에 나타낸 실험과 같은 방식을 적용하였다. 이 경우에도, 7일 강도 및 28일 강도에서 NO.6이 NO.5(종래기술)에 비해 오히려 우수한 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명을 적용하면, 혼화재 조성물의 시멘트 치환량을 시멘트 중량의 50중량% 이상까지 치환이 가능하다(바람직하게는 10∼50중량%). 혼화재의 단가를 크게 증가시키지 않으면서 시멘트의 사용량을 크게 줄일 수 있으므로, 콘크리트의 단가는 오히려 크게 절감된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 혼화재 가격을 크게 상승시키지 않으면서 산업폐기물계 포졸란 재료의 조기 활성을 가능하게 함으로써 혼화재의 시멘트 치환량을 증가시킬 수 있다. 혼화재의 시멘트 치환량 증가는 곧 값비싼 시멘트의 사용을 줄일 수 있음을 의미하며, 이로써 콘크리트의 단가를 크게 절감하는 효과가 있다. 한편, 산업폐기물의 사용량 증가로 인한 환경보호 효과를 기대할 수 있다.
Claims (3)
- 콘크리트 전용 시멘트 혼화재 조성물에 있어서,7000∼10000㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말, 플라이애쉬, 폐제올라이트 중에서 선택된 1종의 포졸란 물질 10∼30중량%와,3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 플라이애쉬 40∼55중량%와,3000∼4500㎠/g의 분말도를 가지는 슬래그미분말 40∼55중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
- 제1항에 있어서,시멘트 슬러지, 석고, 폐도자기 중 적어도 어느 하나를 1∼10중량% 만큼 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
- 제1항 또는 제2항의 시멘트 혼화재 조성물을 시멘트 중량의 10∼50중량%만큼 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
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