KR20000074430A - 벨라이트 리치 시멘트와 고미분말 무기재료와 고성능감수제 및 하이드록시 프로필 메틸 셀루로오즈(에이치피엠씨)계 증점제를 사용한 저발열성의 다짐이 필요 없는 고유동 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

일반적으로 고유동콘크리트나 고강도콘크리트는 시멘트 사용량이 많고 또한, 지하탱크나 지하철구조물 등의 매스구조물의 시공시에는 시멘트 수화시 발생하는 수화열로 인해 구조물에 균열이 발생하여 구조물의 치명적인 문제점이 발생될 가능성이 높다.

본 발명은 수화열이 적으면서 장기강도가 높은 고함량 벨라이트(Belite rich)시멘트와 고미분말 무기재료 및 고성능 AE 감수제와 에스텔르화 반응으로 표면 처리한 증점제를 이용하여 저발열성이면서 고강도 고유동성 콘크리트를 제조함으로써 건설현장에서 다짐이 필요없이 타설 할 수 있는 저발열성 고유동콘크리트 제조에 관한 발명이다. 특히, 본 발명에서 사용하고 있는 고함량 벨라이트시멘트 100 중량부에 고로슬래그, 플라이애시, 실리카흄, 석회석 미분말을 2 종이상 혼합한 것을 10-150 중량부 혼합하고 여기에 1-3 중량%의 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르복실계, 아미노술폰산계, 카르복실 함유 에테르계 등의 고성능감수제를 첨가하고 에스테르화 반응으로 표면처리한 HPMC(Hydroxy Propyl Methyl Cellulose)를 주성분으로 한 증점제를 단위수량의 0.01 ∼ 1 중량% 사용함으로써, 고강도, 고유동성이면서 저발열성의 콘크리트를 제조하여 지하 탱크 등의 지중연속벽, 지하철 구조물, 슬러리 월 등 매스콘크리트 구조물공사에 적합한 콘크리트를 제조에 관한 우수한 발명이다.

Description

벨라이트 리치 시멘트와 고미분말 무기재료와 고성능감수제 및 하이드록시 프로필 메틸 셀루로오즈(에이치피엠씨)계 증점제를 사용한 저발열성의 다짐이 필요 없는 고유동 콘크리트의 제조방법{Production method of low heat non-vibrating concrete using belite rich cement and hydroxy propyl methyl cellulose(HPMC) viscosity agent}

본 발명은 저발열성이면서 다짐이 필요없는 고유동성 고강도콘크리트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Belite Rich 시멘트와 고미분말 무기재료와 고성능 감수제 및 HPMC 계 증점제를 사용하여 저발열성이면서 장기강도가 우수하며 또한 유동성이 확보된 상태에서 점성이 뛰어난 무다짐 콘크리트에 관한 것이다.

일반적으로 자기충전, 고유동 또는 고성능콘크리트 등으로 일컬어 지는 무다짐콘크리트는 일본을 중심으로 1980년대 후반부터 꾸준히 연구되어 왔고, 국내에서는 1990년대 초부터 학계나 연구기관에서 많은 연구가 이루어져 왔으나 이상의 콘크리트는 사용재료나 시공될 구조물의 요구성능에 따라 각각의 특성이 다르다. 특히 지하탱크 등의 지중연속벽 및 지하철 구조물에 사용되는 콘크리트의 요구성능은 고점성의 확보로 물이 콘크리트와 분리되어 떠오르는 블리딩 현상을 완전 제거하고 재료분리 저항성을 향상하여야 하며 또한, 매스(mass)구조물의 특성상 저발열 및 고강도의 특성을 지녀야 한다.

따라서, 일반 고유동 콘크리트는 유동성은 좋으나 저발열성 및 고강도성을 나타내지 않던 것에 비하여 저발열성, 고유동성, 고강도성 및 재료분리 저항성이 우수하여 타설시 다짐이 필요없는 콘크리트를 요구가 대두되고 있다.

본 발명의 목적은, 저발열, 고유동, 고강도의 다짐불요 콘크리트의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저발열, 고유동성의 다짐이 필요없는 콘크리트의 제조방법은, 결합재로 포틀랜드시멘트의 한 종류로서 수화열이 적고, 장기강도가 우수한 광물조성을 본발명의 목적에 맞도록 조정한 Belite Rich 시멘트를 사용하였으며 고미분말 무기재료, 증점제, 고성능 AE감수제 등을 혼합하여 이루어 진다.

상기 콘크리트 제조방법은 Belite Rich 시멘트를 결합재로 사용하며, 이 결합재의 총량에 대하여 10 내지 150 중량%의 고미분말 무기재료와 상기 결합재의 총량에 대하여 1 내지 3 중량%의 고성능 AE 감수제와 결합재의 총량에 대하여 30 내지 60 중량%의 물과 상기 물의 총량에 대하여 0.1 내지 1 중량%의 증점제를 혼합하여 이루어 질 수 있다.

상기 고미분말 무기재료는 고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카흄, 석회석미분말 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것이 사용될 수 있다.

상기 증점제는 고유동콘크리트의 재료분리저항성을 증진하며 보습성을 유지하고 품질관리가 용이하도록 점성이 10,000∼14,000cps 정도가 되도록 HPMC를 주성분으로 한 증점제를 사용한다.

상기 고성능 AE 감수제는 분산성 및 분산유지성 확보를 위해서 가교 폴리머가 첨가된 폴리카르복실 에테르계를 사용한다. 폴리카르복실 에테르계의 감수제는 화학구조 중 보유하고 있는 카르복실기의 (-)이온에 의한 전기적 반발력과 주쇄 또는 측쇄에 의한 입체효과의 2 가지 상승적인 운동으로 시멘트 입자가 분산되어 높은 감수효과를 얻을 수 있다. 폴리카르복실계의 감수제는 나프탈렌 술폰산염계나 멜라민 술폰산염계의 전기적 반발력과 비교하여 소량 사용량으로 동등의 감수효과를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 가교 폴리머는 알카리 성분에 의하여 서서히 분산성을 갖는 폴리카르복실계로 변화하여 시멘트 입자에 흡착 함으로서 분산성이 유지되어 fresh 콘크리트의 특성이 장시간 유지된다.

본 발명에서의 각 재료의 특성 및 작용 메커니즘을 살펴보면 다음과 같다.

(가) 결합재

결합재로 사용되는 Belite rich 시멘트는 초기강도 발현이 낮은 C₂S(벨라이트)함유량을 50%이상으로 하여 수화열을 보통포틀랜드시멘트의 60∼70% 수준으로 저감하였고 장기 강도 발현을 향상하였으며 내구성 측면에서도 안정된 시멘트를 사용한다. 또한 혼화제의 분산성을 극대화 하기 위해 C₃A(알루미네이트상)을 3% 이하로 억제한 저발열성의 고유동성 다짐이 필요없는 콘크리트에 최적의 시멘트이다.

(나) 고미분말 무기재료

다짐하지 않고 타설하는 콘크리트는 기본적으로 유동성 및 분리저항성을 확보하기 위해 분체량이 많아야 하며 고미분말 무기재료는 고미분말의 슬래그분말, 플라이애시, 실리카흄, 석회석 미분말로 이들의 2 종이상을 시멘트의 대체용으로 혼합사용 함으로써, 수화반응을 서서히 일으키도록 조정하여 구조물의 장기 강도향상 및 수화열을 억제하여 매스구조물 시공시 시멘트 수화열에 의해 기인하는 균열 등의 결함을 방지하는 역할을 한다.

(다) 증점제

다짐하지않고 콘크리트를 타설하려면 유동성은 물론 재료분리저항성을 지녀야 한다. 특히 무다짐 콘크리트는 일체의 재료분리가 발생하지 않아야 하므로 증점제는 물과 작용하여 충분한 보습성이 유지되고 온도의존성이 둔감해지도록 설계되어야 한다. 사용하는 증점제는 Cellulose 계로 물의 표면장력에 의한 물과의 혼합이 어려울 수 있으므로 Ester 화 반응으로 표면처리하고 또한, 서로 다른 분자량의 HPMC를 3가지 이상 조합하여 보습성과 온도의존성을 현저히 개선한 HPMC 를 사용한다.

또한 콘크리트가 점성이 증대됨에 따라 콘크리트내에 유입되는 과다한 공기량을 조절하고, 콘크리트의 강도에 영향을 주지 않는 지방산계 소포제나 불소계 소포제를 사용한다. 소포제의 첨가량은 기온이나 타설되는 콘크리트의 종류에 따라 변화될 수 있으나 전체 증점제 양의 1-25 % 범위에서 사용한다.

(라) 고성능 AE 감수제

고성능 AE 감수제는 분산성 및 분산 유지성 확보를 위해 가교 폴리머가 첨가된 폴리카르복실 에테르계를 사용한다. 폴리카르복실 에테르계의 감수제는 화학구조 중 보유하고 있는 카르복실기의 (-)이온에 의한 전기적 반발력과 주쇄 또는 측쇄에 의한 입체효과의 2 가지 상승적인 운동으로 시멘트 입자가 분산되어 높은 감수효과를 얻을 수 있다. 폴리카르복실계의 감수제는 나프탈렌 술폰산염계나 멜라민 술폰산염계의 전기적 반발력과 비교하여 소량 사용량으로 동등의 감수효과를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 가교 폴리머는 알카리 성분에 의하여 서서히 분산성을 갖는 폴리카르복실계로 변화하여 시멘트 입자에 흡착 함으로써, 분산성이 유지되어 fresh 콘크리트의 특성이 장시간 유지되어 슬럼프 손실(Slump loss)에 적게된다.

이하에 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

하기 표 1 에 나타난 바의 배합표에 따라 실시예들을 배합하여 콘크리트를 제조하여, 각각의 성질을 시험하였다. 배합 방법은 다음의 순서에 의한다.

(표 1) 배합표

수록된 무다짐 콘크리트에 대하여 표 2에 나타난 바와 같은 규격을 적용하여 시험을 행하였다.

(표 2) 시험종류 및 규격

상기 표 2 에 기재된 시험들을 각 시험규격에 맞게 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

(1) 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 플로우, 슬럼프 플로우 50cm 도달시간 및 공기량.

(표 3) 굳지않은 콘크리트의 유동성 및 공기량 시험 결과

(2) 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 플로우, 슬럼프 플로우 50cm 도달시간의

경시변화

콘크리트의 타설시 작업성을 확보하기 위해 굳지않은 콘크리트의 특성이 2 시간 동안 유지가 되어야 한다. 하기 표 4 에 나타난 것과 같이 2 시간 까지 콘크리트의 특성이 거의 유지된다.

(표 4) 슬럼프 플로우, 슬럼프 플로우 50cm 도달시간의 경시변화

(3) 굳지 않은 콘크리트의 V-lot 흐름시간

V-lot 흐름시간은 유동성과 점성을 평가하는 시험방법으로 초기에 25 ± 5초가 되어야 적합하다고 판명하며 본발명 실시예의 결과는 모두 규격치를 만족하는것으로 나타내었다.

(표 5) 본 발명흐름시험 결과

(4) 경화 콘크리트의 압축강도

하기 표 6 과 같이 모든 실시 예에서 재령 56 일까지의 압축강도를 측정한 결과이다.

(표 6)

(5) 콘크리트의 단열온도상승

실시예 1 의 1m × 1m × 1m 시험체의 단열온도상승 실험결과는 아래의 그림과 같이 중앙부의 최고온도는 25℃ 정도이다.

(그림 1)

따라서, 본 발명에 의하면 저발열성, 고유동성, 고강도성을 가진 다짐이 불필용한 콘크리트를 적절한 재료의 사용으로 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에서 만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이에 대한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 시멘트계와 고미분말계 결합재 및 고유동화제로 이루어진 다짐이 필요없는 고유동, 저발열 및 고강도 콘크리트를 제조하는데 있어서, Belite Rich 시멘트 100 중량부에 대하여 미분의 고로슬래그, 플라이애시, 실리카흄 및 석회석 미분말 결합재를 2 종이상 혼합하여 10-150 중량부 첨가한 결합재에 고성능 AE 감수제를 결합재량의 1 내지 3 중량부를 첨가하고, Ester 화 반응으로 표면처리 된 HPMC (Hydroxy Propyl Methyl Cellulose)계 증점제를 단위수량의 0.01 내지 1 중량% 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고유동성, 저발열 및 고강도의 다짐이 필요없는 콘크리트의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 증점제는 재료분리저항성을 증진하며 보습성을 유지하고 품질관리가 용이하도록 점성이 10,000∼14,000cps 인 HPMC 를 주성분으로 한 증점제를 사용하는 것을 특징으로 하는 고유동성, 저발열 및 고강도의 다짐이 필요 없는 콘크리트의 제조방법.