KR20010071263A

KR20010071263A - 시멘트 메트릭스에 분산된 유기 섬유, 콘크리트 시멘트메트릭스 및 프리믹스를 포함하는 콘크리트

Info

Publication number: KR20010071263A
Application number: KR1020007012788A
Authority: KR
Inventors: 미르셀 체이르지; 제름 듀가트; 산드라 부와빈; 킬스 오란지; 라우렌트 프륀
Original assignee: 뷰게스; 라파르지; 로디아 치미
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2001-07-28
Also published as: HK1037172A1; CZ302725B6; JP2007055895A; ATE249399T1; EP1080049B1; WO1999058468A1; ES2205811T3; DE69911202T3; CN1325426C; TW568893B; MX221807B; FR2778654A1; ID28741A; DK1080049T3; JP5603538B2; PL195684B1; EP1080049A1; BR9910471B1; TR200003314T2; CN1305441A

Abstract

본 발명은 시멘트 메트릭스에 분산된 유기 섬유로 이루어진 콘크리트에 관한 것이다. 예정된 특성을 가진 시멘트 메트릭스와 예정된 특성을 가진 유기섬유를 결합함으로써, 특히 입자크기, 섬유의 길이 및 직경을 조절함으로써, 메트릭스와 유기섬유사이의 상승작용효과에 의해, 콘크리트의 거동이 미세 균열과 큰 균열의 전파에 관하여 향상된다. 도면은 금속 섬유 콘크리트와 유기 섬유 콘크리트 혼합물에 대한 4 점 휨 시험들로부터 얻은 그래프이다.

Description

시멘트 메트릭스에 분산된 유기 섬유, 콘크리트 시멘트 메트릭스 및 프리믹스를 포함하는 콘크리트{Concrete comprising organic fibers dispersed in a cement matrix, concrete cement matrix and premixes}

콘크리트의 구조분석은 그의 기계적 성질들이 구조 결함들의 존재에 밀접하게 관련된다는 것을 보여주였다. 이들 콘크리트 혼합물들이 기계적 하중을 받을 때 많은 형태의 구조결함들이 이들 콘크리트 혼합물에서 관찰될 수 있다. 결함들은 그것들의 크기에서 서로 다르다.

가장 낮은 크기에는, 콘크리트의 소위 미세 기공결함이 관찰되며, 그것은 새로운 페이스트내에 초기부터 존재하는 입자간 공간들로부터 초래되는 소위 모세관을 의미한다. 그것들의 크기는 50 나노미터 내지 몇 마이크로미터의 범위내에 존재한다.

중간 크기에는, 미세균열들이 관찰된다. 이것들은 1 과 100 마이크로미터사이에 존재하는 오프닝을 갖는 미세균열들이다. 이것들은 어떠한 합체도 없다. 즉, 이것들은 구조전체에 걸쳐서 연속적인 통로를 형성하지 않는다. 이것들은 콘크리트의 불균일특성에 본질적으로 기인하며, 이는 입자들이 결합제/시멘트의 기계적 및 물리적 성질과 다른 기계적 및 물리적 성질을 가지기 때문이다. 이것들은 기계적 하중시에 발생한다. 이 결함 형태는 주로 콘크리트의 열등한 기계적 인장응력 물성과 그의 부서지기 쉬운 특성때문이다.

상부 크기에는, 거시균열 결함들이 관찰된다. 균열오프닝은 100 ㎛ 내지 1 m 내에서 변한다. 이 균열들은 합체되어 있다.

열등한 콘크리트 제조에 기인하는 밀리미터 크기의 주요한 결함들(차단된 공기, 충진 결함들)이 또한 관찰될 수 있다.

본 발명은 구조부품들을 만들수 있게 하고 종래의 부품들의 성질보다 더 우수한 성질, 특히 인장응력거동(벤딩 및 다이렉트 인장응력)의 면에서 종래의 부품의 성질보다 더 우수한 성질을 갖는 신규의 섬유 콘크리트에 관한 것이다. 사용되어 지는 섬유들은 유기 섬유들이다.

도1은 연성 특성을 갖는 콘크리트의 전형적인 직접 인장응력곡선을 나타낸다.

도 2는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 Sag(mm)의 값을 나타내며, E/C 비=0.2 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 4 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: 강섬유들(강 코드)과 유기 섬유들(APV)의 비교를 보여준다.

도3은 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 Sag값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.2 및 90℃에서의 열처리상태에서의 4 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: 강섬유들(강 코드)과 유기 섬유들(APV)의 비교를 보여준다.

도4는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.2 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 4 점 휨 시험에 의해얻어진 그래프이다: 유기 섬유들(APV).

도5는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.2 및 90℃에서의 열처리상태에서의 직접인장응력시험들에 의해 얻어진 그래프이다: 유기 섬유들(APV).

도6은 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 wollastonite-함유 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.24 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 직접 인장응력 시험들에 의해 얻어진 그래프이다:

도7은 종좌표의 힘(N) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 시프트값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.25 및 90℃에서의 열처리상태에서의 3 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: APV RF 1500 섬유들.

도8은 종좌표의 힘(N) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 시프트값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.25 및 90℃에서의 열처리상태에서의 3 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: 여러 길이(10mm 내지 30mm)의 APV RF 1500 섬유들.

도9은 종좌표의 힘(N) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 시프트값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.25 및 90℃에서의 열처리상태에서의 3 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: PEHD 섬유들.

도10은 E/C 비=0.25 및 90℃에서의 48시간의 열처리상태에서의 콘크리트 메트릭스에서의 APV 유기섬유들(RF 1500의 2% vol. 및 RF 4000의 2% vol.)의 혼합의 효과를 보여주는 3 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: PEHD 섬유들.

도11은 표 Ⅴ의 PEHD 섬유들을 갖는 조성물들 18 및 19에서의 3 점 휨 시험에서 얻어진 응력/시프트 곡선들을 나타내는 그래프이다.

도12는 표 Ⅴ의 PA 섬유들을 갖는 조성물 20 및 21에서 얻어진 도11의 그래프와 유사한 그래프이다.

도13은 표 Ⅴ의 APV 섬유들을 갖는 조성물들 22, 23, 및 24과, APV/강 하이브리드를 갖는 조성물 25에서 얻어진 도11 및 도12의 그래프와 유사한 그래프이다.

도14는 표 Ⅴ의 조성물 18(PEHD), 20(PA) 및 23(APV)에 따른 다른 형태들의 거동들과 비교하기 위한 도11 내지 도13의 그래프와 유사한 그래프이다.

도15는 표 Ⅵ에 표시된 조성의 매트릭스에서 종좌표에 힘을, 횡좌표에 시프트를 나타내는 다양한 섬유형태들을 갖는 단일섬유 풀-아웃트 시험들에서 얻어진 결과들을예시하는 그래프이다.

이들 다양한 결함들의 존재를 감소시키거나 또는 이것들의 영향을 완화시키기 위한 해결책들이 제안되었다.

그래서, 물/시멘트 중량비를 감소시키고 유동화제를 사용함으로써 미세기공을 부분적으로 조절하는 것이 가능하였다. 미세한 충진물의 사용, 특히 포졸란 반응은 또한 미세공의 크기를 감소시켰다.

미세균열에 관련하여, 다음과 같이 행함으로써 그것은 크게 감소되었다:

-콘크리트의 균일성을 향상시킴으로써, 예를 들면, 입자크기를 800 ㎛로 감소시킴으로써,

-재료 소형화(입자 최적화 및 세팅전 및 세팅동안에 선택적으로 압착함으로써,

-세팅후에 열적처리.

미세균열화에 관련하여, 금속섬유들의 사용에 의해 조절되었다.

WO-A-95/01316은 공지 문헌으로서 언급될 수 있다. 이것은 금속섬유들과 입자요소들(모래, 입자들)사이의 크기비를 조절하는 것에 관한 것이다. 이 증가된 섬유 콘크리트는 시멘트, 입자요소들, 포졸란 반응을 하는 미세요소들 및 금속섬유들로 이루어진다. 입자요소들은 최대로 800 마이크로미터의 최대 입자크기 D를 가지야 하며 섬유들은 4 mm 내지 20 mm의 범위에 있는 개개의 길이 Ⅰ를 가져야 하고, 섬유의 평균길이 L과 D사이의 비 R는 적어도 10 이어야 한다.

결과로 생긴 콘크리트는 유연성 인성 거동 또는 유사 냉간가공을 보여준다.

예를 들면, A. BENTUR, S. MINDESS(Elsevier Applied Science, 1990)에 의한 문헌 "Fibre reinforced cementitious composites"에 기재된 바와 같이, 금속섬유와 선택적으로 선택적으로 결합된, 유기 섬유를 포함하는 콘크리트 또는 모르타르 조성물(mortar formulations)이 다양한 목적에 제안되어왔다.

섬유 콘크리트를 제제할 목적을 가진 이 분야의 당업자는 섬유보다는 콘크리트 시멘트 메트릭스를 고려하여야 하고, 재료들 및 비율들의 다중의 가능한 선택들에 직면하므로, 현존하는 콘크리트 혼합물에 비하여 향상된 물성 및 건축산업과 공공공사에 효율적으로 사용하기 위하여 판매가 이루어질 수 있는 비용을 갖는 콘크리트가 제제되어야 한다는 문제점이 여전히 존재한다는 것을 기술의 상태는 보여주고 있다.

목적으로 하는 물성에 대한 해결책은, 금속섬유보다는 유기섬유의 사용의 관점에서 찾아져야 할 것이다; 연성의 증가, 특히 인장응력, 부식효과의 감소, 섬유 콘크리트 구조물의 중량감소. 방사전기신호의 덜 중요한 완화가 또한 언급될 수 있다.

중합체형 강화섬유들의 존재에 의해 제공된 흥미로운 효과는 섬유 콘크리트 혼합체의 향상된 섬유거동이다.

다른 해결책은 위에 언급된 결함들, 특히 미세균열의 제거의 관점에서 찾아져야 할 것이다. 이는 공지기술에서 설명된 구현예들은 미세균열이 아니라 거시균열의 발생을 제거하도록 주로 설계되어 있다는 것이 관찰되었기 때문이다: 미세균열들은 안정화되지 않고 응력하에서 발생한다.

본 발명의 목적은 강화 유기 섬유를 포함하며, 공지의 콘크리트 혼합물에 비하여 향상된 물성들, 특히 인장응력(휨 및 직접 인장응력)을 가지는 콘크리트 혼합물이다.

본 발명의 다른 목적은 거시균열 전파를 조절함으로써 제 1 손상을 초과하여 향상된 냉간가공을 콘크리트 혼합물에 제공하는 것이다. 본 발명은 그래서 콘크리트에 연성거동을 제공함으로써 콘크리트의 사용 분야를 제 1 손상을 초과하도록 증가시키는 데 있다.

첨부도면의 도1은 공지기술에 의한 콘크리트 혼합체의 연성에 따른 전형적인 직접 인장응력곡선이다.

파단(break)가 부서지기 쉬운 형태(여기서 "부서지기 쉬운"이 의미하는 것은 그 파단이 급격하고 점진적인 것이 아니다는 것을 의미한다)가 아닌 경우에는, 구조물을 설계하는 엔지니어 및 구조물을 계산하거나 또는 그의 안정성을 체크하여야 하는 엔지니어는 모두 재료의 거동법칙 및 그것이 보이는 특성에 대한 접근을 하여야할 필요가 있다. 재료 연성은 단지 제한 피이크 A에 앞서, 직접 인장 응력에서 어떠한 탄성 스트레인이 일어나지 않는 것에 해당된다.

연성의 잇점을 보여주기 위하여,(중량이 하부단에 부가되는) 증가하는 인장하중을 받는 타이-로드(예를 들면 상부단에 붙박이로 만들어진 스트러트)의 거동을 단지 생각할 수 있다. 이 하중이 피이크 값에 도달하자마자, 파단이 일어나고 완료한다(직접 인장응력 시험에서, 특히 시험이 응력하에서 수행된다면 포스트-피이크 부분(post-peak portion)을 단지 볼 수 있다).

비탄성 재료의 연성은 단순한 인장응력에서 전체적인 응력-변형량곡선에 의해 특징지어지며, 단지 피이크까지만 고려될 수 있다. 연성은 파단 응력(만약 σ_A이 σ_B보다 크다면)에 해당하는 탄성 응력에 대한 파단응력 εA의 비,ε_el=ε_B·(σ_A/σ_B)로서 또한 정의될 수 있다; 이 비는 파단에서 시컨트계수(피이크 변형량으로 나누어진 피이크 응력 또는 OA 기울기)에 의해 나누어진 탄성계수의 비(OB 기울기)와 동일하다.

연성은 연성계수 δ에 의해 기재될 수 있다:

여기서, =피이크 변형량, 및

ε_el은 운전응력하에서 결과로 생긴 변형량을 탄성적으로 외삽함으로써 피이크 응력하에서 얻어진 변형량.

이 정의는 시험시편상에서 관측된 물리적 거동(멀티크랙킹)과 완전히 일치한다: 최초 크랙킹시에 소위 제 1 균열 피이크 B(이것은 단지 국부적 또는 부분적으로 최대임)가 국부적으로 도달되며, 제 1 피이크와 이 피이크값을 초과하는 점 C사이에 있는 도1로부터 읽을 수 있는 오프닝이 이어진다; 이 때에, 제 2 균열등이 발생할 때까지 전체적으로 응력받은 체적에서 응력이 다시 증가하기 때문에 제 1 균열은 안정화된다.

본 발명의 다른 목적은 제 1 콘크리트 손상(즉, 미세균열들)이 일어나는 응력레벨을 증가시켜서, 콘크리트에 대한 사용분야(탄성 선형거동)를 확장시키는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시멘트 메트릭스와 유기 섬유들사이의 상승작용효과에 의해, 미세균열들의 발생 및 거시균열들의 전파에 관련한 콘크리트의 거동을향상시키는 데에 있다.

본 발명의 목적은 한정된 특징을 갖는 시멘트 메트릭스와 한정된 특징을 또한 갖는 유기 섬유를 결합한 시멘트에 의해 달성되는 것을 밝혀졌다.

보다 상세하게는, 일반적으로 말하면, 본 발명은 유기 섬유들이 분산된 경화된 시멘트 메트릭스를 포함하며, 유기섬유를 함유하는 조성물을 물과 혼합함으로써 얻어진 콘크리트를 목적으로 한다:

(a) 시멘트,

(b)최대로 2 mm의, 바람직하게는 최대로 1 mm의, 최대입자크기 D를 갖는 입자요소들,

(c) 최대로 20 ㎛의 기본 입자크기, 바람직하게는 최대로 1 ㎛의 기본 입자크기를 가지며, poulzzolanic 반응을 갖는 미세 요소들,

(d) 적어도 분산제, 및

다음 조건을 만족시킨다.

(e) 시멘트(a)와 시멘트(c)의 부가된 중량에 대한 물 E의 중량 퍼센티지가 8% 내지 25%의 범위내에 있으며,

(f) 섬유들은 적어도 2 mm의 개개의 길이 I 및 적어도 20의 I/ø 비(여기서 ø는 섬유직경이다)를 가지고,

(g) 입자요소들의 평균 섬유길이 L과 최대 입자 크기 D사이의 비 R은 적어도 5이며,

(h) 섬유량은 세팅후에 최대의 콘크리트체적에서 섬유의 체적이 8%를 나타내는 정도의 양이다.

그래서, 입자골격 및 그의 강화섬유와의 관계의 신규한 설계에 의해, 이 해결책은 기계적 성질과 레올로지사이의 이 타협으로 직면한 문제점을 해결한다.

매트릭스내에서, 입자 요소들(b)이 사용되고 입자크기가 2 mm를 초과하지만 모든 성분들 (a)+(b)+(c)의 체적의 25%를 초과하는 않는 비율로 있다면, 본 발명에 따른 콘크리트 성질들은 실질적으로 개량되지 않는다.

이러한 비율로 이 입자 종류의 존재는 다음과 같은 한 재료의 기계적 성능에 기여하지 않는 충진물로서 생각할 수 있다:

- 모든 성분들(a), (b) 및 (c)의 입자크기 D50은 최대로 200 ㎛이고, 바람직하게는 최대로 150 ㎛이며, 또한

-모든 성분들(a), (b) 및 (c)의 평균 섬유길이 L와 입자크기 D사이의 비 R는 적어도 5이고, 바람직하게는 10이다.

입자크기 D75와 D50에 의해, 체 크기를 부분적으로 부분을 통과하는 총 입자체적의 75% 및 50%를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.

그러므로, 본 발명은 또한 유기 섬유들이 분산된 경화 시멘트 메트릭스를 포함하며, 유기섬유들을 함유하는 조성물을 물과 혼합함으로써 얻어진 콘크리트로서,

(a) 시멘트,

(b) 입자요소들,

(c) 최대로 1 ㎛의 기본 입자크기, 바람직하게는 최대로 0.5 ㎛의 기본 입자크기를 가지며, poulzzolanic 반응을 갖는 요소들,

(d) 적어도 하나의 분산제를 포함하며, 또한,

(1) 시멘트(a)와 시멘트(c)의 첨가중량 C에 대한 물 E의 중량 퍼센트가 8% 내지 24%의 범위내에 있으며,

(2) 섬유들은 적어도 2 mm의 개개의 길이 I 및 적어도 20의 I/ø 비(여기서 ø는 섬유직경이다)를 가지고,

(3) 모든 입자요소들(a), (b) 및 (c)의 평균 섬유길이 L과 입자 크기 D75사이의 비 R은 적어도 5이고, 바람직하게는 적어도 10이며,

(4) 섬유량은 세팅후에 최대의 콘크리트체적에서 섬유의 체적이 8%를 나타내는 정도의 양이고, 또한

(5) 전체요소들 (a), (b) 및 (c)은 최대로 2 mm, 바람직하게는 최대로 1mm의, 입자크기 D75 및 최대로 150 ㎛, 바람직하게는 최대로 100 ㎛ 의, 입자크기 D50를 가지는 조건들을 만족시키는 콘크리트에 관한 것이다.

조건들 (3) 및 (5)은, 섬유없이, 모든 고체 요소들(a), (b), 및 (c)에 함께 적용되며, 개개로 취해진 각 요소에 대하여 적용되는 것은 아니다.

변형예로서, 유기 섬유들의 일부는 금속섬유로 대체된다: 그래서 "하이브리드" 복합체는 얻어지며, 그의 기계적 거동은 요구되는 성능들(탄성 및 냉간가공 부분/포스트-피이크 부분)에 따라서 변경될 수 있다.

유기섬유가 존재함으로써, 앞에서 정의한 대로 콘크리트 섬유 거동이 변경될 수 있다.

실제로, 상기 섬유들의 용해성은, 온도의 강한 증가시에, 스팀 또는 물이 압력하에서 탈출할 수 있는 통로를 만드는 것을 가능하게 한다.

유기섬유들은 폴리비닐 알코올 섬유(APV), 폴리아크릴로니트릴 섬유(PAN), 폴리에틸렌 섬유(PE), 고 밀도 폴리에틸렌 섬유(PEHD), 폴리프로필렌 섬유(PP), 호모-또는 코폴리머, 폴리아미드 또는 폴리이미드 섬유들, 아라미드 섬유, 탄소 섬유중에서 선택될 수 있다. 이 섬유들의 혼합물도 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 사용된 강화 섬유들은 시장의 다양한 사용가능한 섬유들중에서 선택될 수 있으며 다음 3 개의 카테고리중 하나로 분류되어진다: 고 모듈러스 비 반응성 섬유, 저 모듈러스 비 반응성 섬유 및 반응성 섬유. 다음의 예시적인 예들은, 다른 것중에서, 비 반응성 PEHD 섬유들(그의 모듈러스는 콘크리트 메트릭스의 모듈러스보다 더 높다), 비 반응성 폴리아미드 섬유들(PA)(그의 모듈러스는 콘크리트 메트릭스의 모듈러스보다 더 낮다), 및 콘크리트 메트릭스와 반응하는 APV 섬유들에 관한 것이다.

"하이브리드"강화요소들은 다양한 성질 및/또는 길이의 섬유들을 결합함으로써 제조될 수 있다. 다음의 예시적인 예들은 짧은 APV 유기섬유(6 mm) 및 긴 금속섬유(13 mm)에 특히 관련이 있고, 그래서 상당한 강화 상승작용 효과가 얻어진다는 것을 보여준다. 유사한 결합의 다른 예들은 다음과 같다:

APV 또는 PEHD 짧은 섬유들(6 mm) 및 APV 긴 섬유들(20 mm),

짧은 강선들(5 mm) 및 APV 긴 섬유들(20 mm).

이 유기섬유들은 모노스트랜드 또는 멀티스트랜드 중 하나로서 만들어진 물체의 형태를 가질 수 있다. 물체직경은 10 ㎛ 내지 800 ㎛의 범위내에 있다. 유기섬유들은 또한 직물 또는 비 직물 구조의 형태로 또는 하이브리드 스트랜드(필라멘트 브렌드)의 형태로 사용될 수 있다.

유기섬유들의 개개의 길이는 5 mm 내지 40 mm의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

섬유량은 그의 체적이 세팅후의 콘크리트 체적의 8 % 보다 적거나, 바람직하게는 5% 보다 적다.

Ⅰ/Ø 비는 적어도 20이고, 바람직하게는 최대로 500 이며, 여기서 Ø는 섬유 직경이다.

시험들은, 메트릭스 제제를 고려하여, 1%보다 낮은 체적에 이르는 섬유량조차도 효과적일 수 있다는 것을 보여주였지만, 그 값을 한계값으로 고려하지 않아야 한다.

실제로, 유효한 투여량은 섬유 기하학적 형상, 그의 화학적 성질 및 그의 본질적인 기계적인 성질들(탄성 모듈러스, 흐름 한계값(flowing threshold), 기계적 강도)에 크게 의존한다.

다른 여러 특성들을 갖는 섬유 브랜드를 사용함으로써, 원하는 특성으로 콘크리트 물성이 변경될 수 있다.

바람직하게는, 시멘트 메트릭스에서의 섬유의 평균 부착응력은, 섬유 성질에 따라서, 적어도 2 MPa, 바람직하게는 5 MPa이어야 한다.

이 응력은 이후에 설명되는 바와 같이, 콘크리트 블록내에 삽입된 모노섬유에 대한 추출시험에 의해 결정된다.

섬유/메트릭스 부착 레벨은 개개로 또는 동시에 만들어질 수 있는 여러 방법들을 사용하여 조절될 수 있다.

시멘트 메트릭스에서의 섬유 부착은 섬유와 시멘트 메트릭스사이의 반응성에 의해 얻어질 수 있으며, 그 반응성은 콘크리트상에서 행해는 열처리(숙성) 또는 섬유표면처리에 의해 향상될 수 있다.

다른 방법에 의하면, 시멘트 메트릭스에서의 섬유부착응력은 다음 화합물들중의 적어도 하나를 조성물에 첨가함으로써 얻어질 수 있다: 실리카, 석출된 탄화칼슘, 폴리비닐 알코올의 수용액, 인산염, 라텍스, 계면활성제(기포 억제제, 습윤제 등) 또는 상기 화합물들의 혼합물.

본질적으로 실리카를 포함하는 실리카 화합물이라 함은 석출 실리카, 실리카 졸, 파이로제네이션 실리카(pyrogenation silica)(에어로실 타이프), 실리코-알루미네이트, 예를 들면 RHODIA Chimie에 의해 시판되는 Tixosil 28, 또는 점토 타이프의 천연제품: 스멕타이트, 마그네슘 실리케이트, 시이피어라이트, 몬모릴론석을 에칭하여 얻어진 제품중에서 선택된 합성 생성물을 의미한다.

바람직하게는, 적어도 하나의 석출 실리카가 사용된다.

석출 실리카라 함은 석출매체의 적절한 pH에서, 특히 염기성, 중성 또는 약산성 pH에서, 알칼리 금속 실리케이트의 산, 통상 무기산과 반응에 의한 석출에 의해 얻어진 실리카를 의미한다.

통상, 도입되는 석출 실리카는 콘크리트 총 조성물에 대하여 건조중량으로 0.1% 내지 5%의 범위내로 포함된다. 5%를 초과하면, 레올러지(rheology) 문제가 콘크리트를 제조할 때에 통상 관찰된다.

석출 실리카는 바람직하게는, 수용액의 서스펜션으로 조성물에 도입된다. 그것은 더 바람직하게는 수용액의 실리카 서스펜션으로서,

-중량%로 10% 내지 40%의 범위내에 있는 건조 물질,

-50s^-1전단변형에 대하여 4.10^-2Pa.s보다 낮는 점도,

-서스펜션에 함유된 실리카 중량의 50%보다 많은, 30분동안 7500 rpm에서 상기 서스펜션의 상청액에 함유된 실리카 량

을 가지는 수용액의 실리카 서스펜션일 수 있다.

이 서스펜션은 WO-A-96/01787의 특허출원서에 보다 구체적으로 기재되어 있다. RHODIA Chimie에 의해 시판되는 Rhoximat 60 SL 실리카 서스펜션이 이 콘크리트 타입에 특히 적합하다.

바람직하게는, 콘크리트 메트릭스는 메트릭스 인성을 증가시키기 위한 구성요소를 또한 포함하며, 그것은 침상 또는 플레이트리트 형상 요소들중에서 선택되고, 그의 평균크기는 최대로 1 mm이고, 입자요소(b)와 포졸란 반응 요소들(c)의 첨가 체적의 2.5% 내지 3.5%사이의 체적 비율로 제공된다. 메트릭스 인성은 바람직하게는 적어도 15 J/m²이고, 유리하게는 적어도 20 J/m²이다.

"시멘트 메트릭스"라 함은 섬유가 없는 경화 시멘트 조성물을 의미한다.

입자요소들은 본질적으로 미세 모래 또는 체질되거나 또는 분쇄된 미세 분말들의 혼합물이며, 그것은 유리하게는 실리카 모래, 특히 석영분말을 함유할 수 있다.

이 요소들의 최대 크기 D는 바람직하게는 1 mm이거나 또는 최대로 500 ㎛이다.

이 입자요소들은 일반적으로 시멘트 메트릭스 중량에 대하여 20% 내지 60%, 바람직하게는 상기 메트릭스 중량에 대하여 25% 내지 50%의 범위내에서 제공된다.

섬유들의 평균길이 L의 입자요소들의 최대 입자크기 D의 비 R은 특히 입자요소들이 1 mm의 최대 입자크기를 가질 때, 적어도 5 이다.

본 발명에 따른 조성물의 시멘트는 유리하게는 포틀랜드 CPA PMES, HP, HPR, CEM I PMES, 52.5 또는 52.5 R 또는 HTS(고 실리카 콘텐트) 시멘트들과 같은 포틀랜드 시멘트이다.

포졸란 반응을 갖는 미세 요소들은 적어도 0.1 ㎛의, 최대로 20 ㎛의, 바람직하게는 최대로 0.5 ㎛의, 기본입자크기를 가진다. 미세 요소들은 플라이 애쉬, 용광로 슬래그와 같은 실리카들, 고령토와 같은 점토 유도체들 중에서 선택될 수 있다. 실리카는 실리카 산업으로부터의 실리카 스모크 대신에 지르코늄 산업으로부터의 실리카 스모크일 수 있다.

본 발명에 따른 조성물의 물/시멘트 중량 퍼센트는 시멘트 대체물이 사용되어 질 때, 특히 포졸란 반응 요소들이 사용되어 질 때, 변할 수 있다.

물의 비율은 포졸란 반응 요소들을 갖는 시멘트의 첨가중량에 대한 물 량 E의 중량비로서 정의된다: 그것은 약 8% 내지 25%사이에서, 또는 약 13% 내지 25% 사이에서 변한다.

본 발명에 따른 조성물은 또한 분산제를 포함한다. 이 분산제는 일반적으로 유동화제이다. 유동화제는 리그너솔폰네이트, 카세인, 폴리나프탈렌, 특히 알칼리금속 폴리나프탈렌솔폰네이트, 포름알데히드 유도체, 알칼리금속 폴리아크릴레이트, 알칼리금속 폴리카르복실레이트 및 그래프티드(grafted) 에틸렌 폴리옥사이드 중에서 선택될 수 있다. 대개, 본 발명에 따른 조성물은 시멘트중량에서의 100 부에 대하여 유동화제의 중량에서의 0.5 내지 2.5 부 사이를 포함한다.

다른 첨가제, 예를 들면 기포 억제제가 본 발명에 따른 조성물에 첨가될 수 있다. 예들은 기포 억제제로 특히 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.

이들 제의 타입중에서, 특히 용액형태의 실리콘, 고상 및 바람직하게는 수지, 오일 또는 에멀션, 바람직하게는 물상태의 실리콘을 언급할 가치가 있다. 패턴 M(RSiO_0.5) 및 D(R₂SiO)을 본질적으로 포함하는 실리콘이 보다 적합하다. 이들 화학식에서, `동일하거나 다른 R 라디칼이 수소 및 1 내지 8 탄소원자들로 이루어진 알킬 그룹에서 선택되는 것이 보다 바람직하며, 메틸 그룹이 바람직하다. 패턴들의 수는 30 내지 120의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 성분에서 이런 재료의 양은 보통 100파트 시멘트에서 무게로 최대 5파트이다.

모든 입자 크기는 MET(전송 전자 현미경사용) 또는 MEB(스캐닝 전자 현미경사용)를 사용하여 측정된다.

상기 콘크리트는 이 분야에서 숙련된 자에 의해서 잘 알려진 방법을 사용하여 준비되고, 한편 상기 고체 성분들과 물을 섞고, 민감하게 하기(몰딩, 캐스팅, 인젝션, 펌핑, 압출성형, 윤내기), 그리고 이때 경화한다.

그 결과 콘크리트는 주위 온도로부터 100 까지 온도로, 바람직하게 60 에서 100 사이에서, 상기 원하는 기계적 특성들을 얻기 위하여 요구되는 시간동안 저장되기 쉽다. 상기 저장시간은 최적시간이 대략 2일간이 되는 6시간에서 4일간 사이의 범위가 될 수 있고, 상기 저장은 상기 혼합의 응고 완료 와 상기 응고 시작 후 최소한 하루 후에 시작한다.

상기 저장은 건조 또는 습기 조건들 또는 양쪽 조건을 주기적으로 번갈아 가며, 이를테면 습기환경에서 24시간 뒤이어 건조한 환경에서 24시간 저장으로 수행된다.

이러한 저장은 그들 경화를 완료하는 콘크리트혼합, 바람직하게 최소한 하루 지나도록, 더욱 바람직하게 대략 최소한 7일간 지나도록 수행된다.

상기 석영 가루의 추가는 상기 콘크리트가 높은 온도에서 저장되어 질 때 특히 유용하다.

그 결과 콘크리트는 아마 약간의 유연성을 갖는 작용으로 최소한 6MPa의 직접 응력 강도 Rt를 대개 나타내는 본 발명에 따라 혼합된다.

그들은 최소한 20MPa의 4점 휨 강도 Rf, 최소한 140MPa의 압축강도 Rc와 최소한 2000J/ 의 파괴 에너지 Wf를 역시 나타낼 수 있다.

이방성의 모양과 많아야 1 의 평균 크기, 바람직하게 많아야 500 로 상기시멘트 성분에 강화제를 첨가함으로써 상기 시멘트 모체의 유연성은 특히 얻어진다.

대개, 본 발명에 따른 상기 성분의 강화제는 바늘 또는 소판 모양으로 존재한다.

마이크로-강화제 "크기"란 가장 큰 차원(특히, 침상체의 길이)의 평균크기를 의미한다.

이 제들은 자연물 또는 합성물로 될 수 있다.

침상 강화제는 규회석 섬유, 보크사이트 섬유, 멀라이트 섬유, 티탄산 칼슘 섬유, 탄화 실리콘 섬유, 인산염 섬유 중에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 인산 칼슘 섬유, 특히 수산화 인회석(HAP), 셀룰로오스(또는 그 유도체) 섬유, 탄소 섬유, 탄산 칼슘 섬유, (내알칼리성) 유리 섬유를 사용한다. (고작 2 mm 길이, 바람직하게 고작 1 mm의) 짧은 섬유, 즉 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴로니트릴, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리아미드, 아라미드, 또는 폴리프로필렌이 사용될 수도 있다.

작은 판상체로서의 강화제가 운모 판상체, 활석 판상체, 합성 규산염 판상체(점토), 버미큘라이트 판상체, 알루미나 판상체 중에서 선택될 수 있다.

본 발명에 따라 콘크리트 혼합물에 상기한 다양한 형태의 미세 강화제 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 강화제는 적어도 다음과 같은 성분의 하나로부터 얻어진 폴리머 유기 피복 표면 상에서 표시될 수 있다:

폴리비닐 알콜, 실란, 실리콘염, 실록산 수지 또는 폴리유기 실록산 또는 (i) 3 - 22개 탄소원자를 포함하는 적어도 하나의 카르복시산, (ii) 2 - 25개 탄소원자를 포함하는 적어도 하나의 다기능 방향족이나 지방족의 아민 또는 치환된 아민, 및 (iii) 아연, 알루미늄, 티탄, 구리, 크롬, 철, 지르코늄 및 납 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 수용성 금속 화합물 간의 반응 물질.

피복의 두께는 0.01 마이크로미터와 10 마이크로미터, 바람직하게 0.1 마이크로미터와 1 마이크로미터 사이에서 변화될 수 있다.

라텍스는 스티렌-부타디엔 라텍스, 아크릴산 라텍스, 스티렌-아크릴산 라텍스, 메타크릴 라텍스, 카르복실화되고 포스폰화된 라텍스 중에서 선택될 수 있다. 칼슘 화합 기능을 가진 라텍스가 바람직하다.

폴리머 유기 피복은 상기 어느 하나의 화합물이 있는 곳에서 유체 베드 또는 FORBERG형 믹서를 사용하여 강화제를 처리함에 의해 얻어질 수 있다.

바람직한 화합물은 RHODIA Chimie사에서 판매하는 H240 폴리유기실록산, 로도르실(Rhodorsil) 878, 865 및 1830 PX 실록산 수지, 403/60/WS 및 WB LS 14 마나록스(Manalox)와, 실리콘산 칼륨을 포함한다.

위와 같은 처리는 자연산의 강화제에 대해 특히 바람직하다.

콘크리트는 점착성 와이어 또는 점착성 밧줄에 의한 프리-텐션하에서 미리 응력이 가해지거나, 윤활유가 쳐진 외장 단일 스트랜드 또는 외장 케이블 또는 바아(bar)로 포스트-텐션하에서 미리 응력이 가해질 수 있다. 외장 케이블은 철사 모음 또는 스트랜드로 만들어진다.

프리-텐션 또는 포스트-텐션 하에서 미리 응력을 가함은 특히 본 발명에 따른 콘크리트 제품에 적합하다.

금속 프리-스트레스 케이블은 항상 매우 높은 인장강도를 갖지만, 잘못 사용하면 그들을 포함하는 기질의 부서지기 쉬운 성질 때문에 콘크리트 구조 엘리먼트의 크기를 최적화할 수는 없다.

고성능 콘크리트 혼합물을 사용하여 개선된 점은 본 발명에 따른 콘크리트의 경우 유기 또는 복합 섬유에 의해 물질이 균일하게 강화된다는 것이다. 이 개선은 콘크리트가 약간의 연성을 가짐과 동시에 높은 기계적 성능을 갖도록 허용한다. 케이블 또는 스트랜드를 사용함에 의한 재료의 프리-스트레스는 그 방법이 어떤 것이던 간에 완전하게 사용되어 매우 저항력이 높은 인장력 및 휨 프리-스트레스된 콘크리트 엘리먼트를 생성하게 되고 따라서 최적화된다.

이와 같이 기계적 강도가 증가함에 따른 체적 감소는 매우 가벼운 예비 제조된 콘크리트 엘리먼트를 제공할 수 있다. 그 결과, 가벼운 중량 때문에 큰 경간의 콘크리트 엘리먼트가 쉽게 운반될 수 있는 가능성을 부여한다; 이것은 포스트-텐션하에서 프리-스트레스가 광범위하게 사용되는 커다란 미술 작품을 만드는데 특히 적합하다.

더욱이, 열처리는 양생 후 수축을 현저히 감소시키고 이에 따라 시간 경과에서 프리-스트레스 손실을 억제한다.

이 특성은 특별히 바람직하고, 제품의 매우 낮은 투과성에 관련하여 전술한 바와 같은 모든 장점들은 미술품의 내구성과 유지보수에 대해 매우 양호하게 작용하며 그 재료는 강철 제작물을 대체할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 설명한 콘크리트를 얻고 구현하기 위한 시멘트 매트릭스에 관한 것이다.

마지막으로, 본 발명은 콘크리트 및 상기한 매트릭스의 조제에 필요한 전체 또는 부분 성분을 포함하는 예비 혼합물에 관한 것이다.

이하의 예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 그 범위를 제한하는 것은 아니다.

다음 실시예들은 본 발명을 예시하지만 이것의 범주를 제한하지는 않는다.

샘플 준비

1) 원재료

-포틀랜드 시멘트: 고 이산화규소( high silica) 내용물, HTS타입(LAFARGE 프랑스)

-모래: BE31 석영 모래(SIFRACO, 프랑스)

-석영 가루: C400등급, 상기 낟알의 50%가 10미크론(SIFRACO 프랑스)

-실리카 스모크: 지르코늄의 제조로부터 얻어진 유리 마이크로실리카(SEPR 프랑스)

-보조제: X 404 (MAPEI 이태리) 또는 OPTIMA 100(CHRYSO, 프랑스) 액체 수퍼가소제

-섬유들: 유기체의 섬유들은 APV(KURARAY RM182, RF1500 및 RF4000,UNITIKA 1800), PEHD(DSM-Dyneema) 또는 PA(FILTEC PAK 50)섬유들. 그것들은 50㎛부터 600㎛까지 범위의 직경과 5 부터 32 mm까지 길이를 갖는 모노스트랜드로 제공된다. 사용되고 있는 투입량은 체적으로 1 %에서 5 %까지의 범위에 있다(총 체적에 대하여).

-침상 강화제: 규회석(CaSiO₃)NYAD G등급(NYCO 미국)

-플레이트리트상 강화제: 운모(러시아인)MG 160등급(KAOLINS D'ARVOR,프랑스).

2)제조 방식

상기 성분들은 다음 순서로 혼합된다:

- 매트릭스 분말의 성분들과 부가 성분들을 혼합하고,

- 물과 보조제 일부를 넣고,

- 혼합하고,

- 유동화제의 나머지 분율을 넣고,

- 혼합하고,

- 강화 섬유들을 넣고,

- 혼합한다.

상기 혼합 기간은 상기 사용되는 혼합기의 타입에 크게 의존한다(EIRICH 또는 HOBART).

상기 탈가스 작업은 공정의 끝에 감소된 속도로 혼합함으로써 보다 쉬워질수 있다.

그리고, 모울드에 통상의 절차들에 따라 충진하고 채워지고 모울드를 진동시킨다.

3)경화

- 20℃ 에서 숙성한다. 시편들 주조한 후에 48시간 방치된다. 그리고, 그것들은 최소한 14 일동안 대략 20℃의 물에 저장하는 처리를 하게 된다. 시편들은 (수행될 시험에 따라서) 주조한 후에 26일 내지 28일동안 기계가공되고, 시험이 차그 다음날들에 수행된다.

- 90℃ 에서 열처리한다. 시편들은 주조한 후에 48시간 방치된다. 그리고, 그것들은 습한 공기(＞ 90℃ RH)속에서 24시간동안 90℃의 오븐에 저장되고, 그후 건조한 공기속에서 24시간 열처리된다. 기계가공은 주조한 후에 6일동안 수행되고 시험은 그 다음날들에 실행된다(주조한 후에 최소한 7일).

측정 방법들

직접 응력 작용: Rt

이것은 50 mm 높이의 70× 50 mm²인 유용한 섹션을 갖기 위해 70×70× 280 프리즘들로부터 기계가공된 아령 형상의 시편들에 대하여 직접 인장 응력으로서 얻어진 값이다. 주의깊게 정렬된 시편들은 단일 자유도로(무릎 카단 타입의 관절과 연결없이) 상기 테스팅 뱅크(UTS)상에 단단하게 장착된다.

여기서 Fmax는 상기 70×50 중앙 부분에서 발생하는 파단에 대한 최대강도(N(피이크)로 표시)을 나타낸다.

연성 계수:δ

상기 연성 계수 δ는 다음 관계로 정의된다:

여기서 ε_A는 피이크에서의 변형량이고, 또한

는 가동 응력하에 얻어진 스트레인으로부터 탄성적으로 외삽하여 피이크응력하에서 얻어진 스트레인이다.

휨 거동: Rf

ⅰ) 4점 휨

Rf는 무릎 모양의 베어링들 상에 장착된 70×70×280 mm 프리즘의 시편들상에서 4점 휨(축들 간의 거리: 70×210)으로 얻어진 값이다.

여기서 Fmax는 N(피크에서 강도)으로 최대강도를 나타내고, I=210 mm이고, 또한, I'=1/3 및 d=w=70 mm. .

ⅱ) 3점 휨

3점 휨 Rf(축들 간의 거리: 200)에서 얻어진 값은 무릎 모양의 베어링들 상에 장착된 40×40×250 mm 프리즘 시편들상에서 얻어진다.

여기서 Fmax는 N(피크에서 강도)으로 최대강도를 나타내고, I=200 mm와 d=w=40 mm이다.

압축 거동: Rc

Rc는 교정된 원통형상의 샘플(직경 70 mm /높이 140 mm )상에서 직접 압축으로 얻어진 값이다.

여기서 F는 N로 파단 강도를 나타내고 d는 샘플 직경(70 mm )이다.

인성: Kc, Gc

인성은 파단 선형학(Break Linear Mechanics)의 식을 사용하여, 응력의 형태로 (임계 응력 세기인자: Kc) 또는 에너지의 형태로 (에너지 임계율: Gc) 표시된다.

시험은 노치된 40×40×250 또는 70×70×280 mm 프리즘들, 즉 SENB 기하학 샘플들(ASTM-E399-83방법)로부터 3점 휨이 수행된다. V-프로파일 노치는 다이아몬드 디스크를 갖는 밀링 머신을 사용하여 이들 프리즘들상에 건식으로 만들어진다. 노치의 상대적 깊이 a/w는 0.4(a:노치 깊이, w:샘플 높이)이다.

상기 응력세기 임계 인자 Kc는 상기 불안정점에서 파단 하중 F와 균열 길이 a로부터 얻어진다(10^-2mm/s 로, SCHENCK 만능 시험기상에서의 서보 동작 시험):

여기서:

I는 축들간, 지지점들(supporting points)간 거리 (밴딩 작업대)를 나타내며 210 mm 이고,

d와 w는 각각 상기 샘플의 깊이와 높이,

a는 파단동안의 균열의 길이,

Y는 균열의 길이에 종속되는 형상 파라미터이다(α=a/w).

3점 휨에서, SRAWLEY J.E(International J. of Fracture(1976), vol. 12, pp. 475-476)에 따라 Y 파라미터는 바람직하게 다음과 같이 사용된다:

Gc는 간섭 스트레인들에 기인하는 기여가 추출되고, 방산된 에너지가 인대 섹션에 기록되는 조건:(w-a)×d 에서 강도-시프트곡선들로부터 얻어질 수 있다:

평면적 스트레인에서 Kc와 Gc사이에는 단순한 관계가 있다.

여기서,E는 탄성계수이고,

V는 Poisson의 계수를 나타낸다.

E는 기본적인 빈도측정(GRINDO-SONIC 방법)으로부터 두 개의 지지체상에서 프리즘의 샘플 베어링을 진동시킴으로써 실험적으로 얻어진다.

파괴 에너지: Wf

Wf는 70×70×280 mm 프리즘 상에서 4점 휨 시험시에 힘-Sag 곡선아래의 전체 면적을 결정하여 얻어진 값이다. 측정된 새그는 실제의 샘플 시프트을 측정하기 위해 정정된다.

여기서 F는 적용된 힘이고 δc는 실제 시프트(정정된 새그), d× w는 샘플 섹션이다.

부착

시멘트 메트릭스에서의 유기섬유 부착에 대하여, 응력이 콘크리트 블록에 끼워진 모노파이버에 대한 추출실험에 의해서 결정된다.

와이어들은 콘크리트 블록에 끼워지며 그의 차원은 4×4×4 cm 이다. 사용되는 조성물은 기계적 시험(휨, 압축 및 인장)에서의 시편에 대하여 사용된 것과 동일한 조성물이다: 물과 시멘트의 비는 0.25로 정해져 있다.

10 mm의 길이로 꽂혀있는 와이어들은 0.1 mm /분의 속력로 만능시험기(SCHENCK)를 사용하여 추출된다.

가해지는 압력은 변형된 강도센서에 의해 측정되며 와이어 시프트(샘플에 대한)은 연신 센서로 측정된다.

평균 부착 응력은 다음의 단순화된 공식으로부터 구해진다.

여기서 Fmax는 측정되는 최대 강도, 는 전선의 직경, Ie는 꽂혀있는 길이이다.

섬유 콘크리트 혼합물을 하기의 표 Ⅰ내지 표 Ⅵ에 기재된 섬유들을 사용하여 제조하였으며, 이 콘크리트 혼합물들의 조성물은 다음의 표 Ⅱ 내지 표 Ⅵ에 기재되어 있다. 이 조성물들은 중량으로 표시되어 있다.

상기 콘크리트 혼합물의 성능은 도2 내지 도14 뿐만 아니라 다음의 표 Ⅱ 내지 표 Ⅴ에 나타내어진다.

이 도면들에서:

도4는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을나타내며, E/C 비=0.2 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 4 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: 유기 섬유들(APV).

도4는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.2 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 4 점 휨 시험에 의해 얻어진 그래프이다: 유기 섬유들(APV).

도6는 종좌표의 응력값들(MPa) 및 횡좌표의 wollastonite-함유 콘크리트 샘플들에 대한 연신값(mm)을 나타내며, E/C 비=0.24 및 20℃(28 일)에서의 숙성상태에서의 직접 인장응력 시험들에 의해 얻어진 그래프이다: 유기 섬유들(APV).

연성기준 δ는 약 3 내지 5로 변한다.

도15는 표 Ⅵ에 표시된 조성의 매트릭스에서 종좌표에 힘을, 횡좌표에 시프트를 나타내는 다양한 섬유형태들을 갖는 단일섬유 풀-아웃트 시험들에서 얻어진 결과들을 예시하는 그래프이다.

예 18 내지 예 25의 3 점 휨에서 얻어진 결과들은 40×40×160mm 프리즘 시험 시편들에서 액슬들사이의 120 mm 거리를 사용하여 수행된 시험들에 해당한다.

콘크리트 매트릭스에 분산된 섬유들에 의해 생긴 강화효과는 (4점) 휨 시험들을 통하여 명백히 향상된다: 도2 및 도3. 4% vol.의 비율로 결합된 폴리비닐 알코올 섬유들(APV)은 강 코드 분산(2% vol.)에 의해 얻어진 거동과 유사한 거동을 초래한다. 열처리(90℃)는 APV 섬유들과 콘크리트 메트릭스사이의 어떤 반응성을 일으킨다: 그러므로, 높은 피이크 응력이 (4점) 휨에서 관찰되었다.

직접 인장응력(도4 및 도5)에서, 중요한 냉각가공효과(연성)가 4% vol. 폴리비닐 알코올 섬유들(APV)의 존재하에서 관찰되었다: 중요한 멀티크래킹이 인장응력 시험시편들에서 관찰되었다. 이 현상은 강 코드의 경우에 관찰되지 않았다. 그 이유는 강 코드의 높은 강성 및 콘크리트 메트릭스에서 이러한 섬유들의 평균접착성 때문이다. 피이크 값은 90℃ 열처리의 경우에 실질적으로 향상되었다.

제 1 손상 응력이 증가함에 따라, wollastonite-함유 매트릭스(도6)에 분산된 APV 섬유들의 경우에 유사한 거동들이 관찰되었다.

유기섬유들의 존재시에, 3 점 휨에서 시험된 콘크리트 혼합물은 높은 연성: 피이크 응력, 후-피이크 분산 에너지까지 높은 냉각가공을 보여준다. 이것은 APV 폴리비닐 알코올 섬유들(도7)과 PHED 높은 밀도의 폴리에틸렌 섬유들(도9)에 대하여 관찰되었다.

섬유길이는 최적화되어야 한다: 리올로지(rheology)와 기계적 성질들사이의 타협. 예를 들면, 대략 400 ㎛ 직경을 갖는 APV 섬유들에 대하여, 3 점 휨에서 대략 18 mm부근의 섬유길이에 대하여 전이가 있다는 것을 관찰하였다. 이것은 50 차원의 연신인자를 준다.

섬유인자의 장점은 도10에 예시된다. 한편으로는 평균차원들의 APV섬유들(KURARAY 1500:4% vol.)은 콘크리트의 휨강도 이득(피이크 응력)을 나타내며: 다른 한편으로는 더 높은 차원 APV 섬유들(KURARAY 4000: 4% vol.)은 휨(후-피이크 부분)에서 중요한 에너지 소산을 일으키지만, 저항(피이크 응력)의 손실을 일으킨다. 두 섬유 형태들의 결합에 의해 놀랍게도 휨 저항(피이크 응력) 및 소산 에너지(연성)의 증가를 갖는(예를 들면 휨에서) 강화 콘크리트를 얻을 수 있다:(도 10).

이 목적을 위한 효과들이 하이브리드 강화에 의해 얻어질 수 있다: 유기섬유들과 금속섬유들의 결합.

본 발명은 기재된 실시예들에 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 또한 청구한 조성물들 또는 균등의 조성물들이외에도, 청구한 조성물들 또는 균등의 조성물들이 예상된 효과들을 나타내는 것을 방해하지 않는 부가적인 성분들을 포함하는 콘크리트 혼합물 및, 콘크리트 매트릭스의 제조에 필요한 구성성분을 전부 또는 일부를 포함하는 예비혼합물을 포함한다.

Claims

유기 섬유들이 분산된 경화 시멘트 메트릭스를 포함하며, 유기섬유들을 함유하는 조성물을 물과 혼합함으로써 얻어진 콘크리트로서,

(a) 시멘트,

(b) 최대로 2 mm의, 바람직하게는 최대로 1 mm의, 최대입자크기 D를 갖는 입자요소들,

(c) 최대로 20 ㎛의 기본 입자크기, 바람직하게는 최대로 1 ㎛의 기본 입자크기를 가지며, poulzzolanic 반응을 갖는 미세 요소들,

(d) 적어도 하나의 분산제를 포함하며, 또한,

(e) 시멘트(a)와 시멘트(c)의 첨가중량에 대한 물의 중량 퍼센트가 8% 내지 25%의 범위내에 있으며,

(f) 섬유들은 적어도 2 mm의 개개의 길이 I 및 적어도 20의 I/ø 비(여기서 ø는 섬유직경이다)를 가지고,

(g) 입자요소들의 평균 섬유길이 L과 최대 입자 크기 D사이의 비 R은 적어도 5이며,

(h) 섬유량은 세팅후에 최대의 콘크리트체적에서 섬유의 체적이 8%를 나타내는 정도의 양인 조건을 만족하는, 콘크리트.
유기 섬유들이 분산된 경화 시멘트 메트릭스를 포함하며, 유기섬유들을 함유하는 조성물을 물과 혼합함으로써 얻어진 콘크리트로서,

(a) 시멘트,

(b) 입자요소들,

(c) 최대로 1 ㎛의 기본 입자크기, 바람직하게는 최대로 0.5 ㎛의 기본 입자크기를 가지며, poulzzolanic 반응을 갖는 요소들,

(d) 적어도 하나의 분산제를 포함하며, 또한,

(1) 시멘트(a)와 시멘트(c)의 첨가중량 C에 대한 물 E의 중량 퍼센트가 8% 내지 24%의 범위내에 있으며,

(2) 섬유들은 적어도 2 mm의 개개의 길이 I 및 적어도 20의 I/ø 비(여기서 ø는 섬유직경이다)를 가지고,

(3) 모든 입자요소들(a), (b) 및 (c)의 평균 섬유길이 L과 입자 크기 D75사이의 비 R은 적어도 5이고, 바람직하게는 적어도 10이며,

(4) 섬유량은 세팅후에 최대의 콘크리트체적에서 섬유의 체적이 8%를 나타내는 정도의 양이고, 또한

(5) 전체요소들 (a), (b) 및 (c)은 최대로 2 mm, 바람직하게는 최대로 1mm의, 입자크기 D75 및 최대로 150 ㎛, 바람직하게는 최대로 100 ㎛ 의, 입자크기 D50를 가지는 조건들을 만족시키는 콘크리트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 콘크리트는 연성계수 δ로 주어졌을 때, 직접 인장응력에서, δ＞1, 바람직하게는 δ＞1.25를 갖는 콘크리트.
제 1 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서, 상기 유기섬유는 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 고 밀도 폴리에틸렌 섬유, 폴리아미드 또는 폴리이미드 섬유들, 폴리프로필렌 섬유(호모- 또는 코폴리머), 아라미드 섬유, 탄소 섬유 및 이 섬유들의 혼합물인 콘크리트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유들의 Ⅰ/Ø 비가 최대로 500 인 콘크리트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한항에 있어서, 경화 시멘트 메트릭스에서의 섬유의 평균 부착 응력은 적어도 2 MPa, 바람직하게는 5 MPa인 콘크리트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시멘트 메트릭스는 실리카, 석출된 탄화칼슘, 수용액내의 폴리비닐 알코올, 인산염, 라텍스, 기포 억제제 또는 상기 화합물들의 혼합물을 본질적으로 포함하는 상기 화합물들 중에서 적어도 하나를 부가적으로 포함하며, 그의 기능은 메트릭스에서의 섬유 부착을 증가시키는 콘크리트.
제 7 항에 있어서, 상기 실리카 화합물은 건조조건들에 기초하여 총 콘크리트 중량에 대하여 0.1% 내지 0.5% 중량의 범위의 함량으로 도입된 석출 실리카인 콘크리트.
제 8 항에 있어서, 상기 석출 실리카는 수용액의 서스펜션으로 상기 조성물에 도입되는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 유기섬유의 일부가 금속섬유로 대체되고, 상기 금속섬유는 바람직하게는 적어도 2 mm의 개개의 길이 및 적어도 20의 Ⅰ/Ø 연신비(Ø는 섬유 직경임)를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 장 및 단 유기 섬유 및/또는 금속 섬유의 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 1 내지 제 11 항 중 어느 한 항에있어서, 또한 상기 콘크리트는 메트릭스 인성을 증가시킬 수 있는 요소들을 포함하며, 상기 요소들은 침상 또는 플레이트리트 형상 요소들중에서 선택되고, 그의 평균크기는 최대로 1 mm이고, 입자요소(b)와 포졸란 반응 요소들(c)의 첨가 체적의 2.5% 내지 3.5%사이의 체적 비율로 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 12 항에 있어서, 상기 시멘트 메트릭스 인성은 적어도 15 J/m²인 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메트릭스 인성은 비등방 형상 및 최대 500 ㎛의 평균크기를 갖는 강화제를 상기 시멘트 조성물에 첨가함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항에 있어서, 강화제는 입자요소들 (b)와 포졸란 반응 요소들(c)의 첨가체적의 5% 내지 25%의 범위의 체적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 12 항 내지 제 15 항에 있어서, 상기 침상 강화제는 월리스토나이트 섬유, 보크사이트 섬유, 멀라이트 섬유, 티탄산 칼륨 섬유, 탄화 실리콘 섬유, 셀로오스 섬유 또는 그의 유도체, 탄소섬유, 인산칼슘 섬유, 보다 구체적으로는 히드록시아페타이트(HAP), 탄화칼슘 섬유, (내알칼리성) 유리섬유 또는 상기 섬유을 분쇄하여 얻은 유도체 및 상기 섬유들의 혼합물, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴로니트릴, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리아미드, 아라미드, 또는 강선과 같은 재료들뿐만 아니라, 제공되기 용이한 폴리프로필렌 단 섬유(최대 2 mm, 바람직하게는 최대 1 mm의 길이)중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트리트는 운모 플레이트리트, 활석 플레이트리트, 복합 실리케이트 플레이트리트(점토), 질석 플레이트리트, 알루미나 및 알루미늄산염 플레이트리트 및 상기 플레이트리트들의 혼합물중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 비등방성 강화제들의 적어도 일부는 그의 표면상에 다음 화합물들: 폴리비닐 알코올, 실란, 실리코네이트, 실록산 수지, 폴리올가노실록산 또는 (ⅰ) 3 내지 22 탄소원자를 함유하는 적어도 하나의 카르복실산, (ⅱ) 적어도 하나의 다기능성 방향족 또는 지방족 아민 또는 치환 아민 및 (ⅲ) 아연, 알루미늄, 티탄, 구리, 크롬, 철, 지르코늄 및 납중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 함유하는 수용성 금속착염인 교차결합제사이의 반응 생성물 중 적어도 하나로부터 얻어진 폴리머 유기 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항중 어느 한 항에 있어서, 입자요소 크기(b)는 최대로 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항중 어느 한 항에 있어서, 입자요소들(b)는 미세 모래 또는 체질되고, 분쇄되며 유리하게는 실리카 모래, 특히 석영분말을 함유하기 쉬운 미세 모래들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자요소들(b)은 시멘트 메트릭스 중량에 대하여 20% 내지 60%, 바람직하게는 25% 내지 50%의 범위내에서 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 포졸란 반응 미세 요소들(c)은 실리카, 보다 바람직하게는 실리카 스모크, 플라이애쉬 및 용광로 슬래그로 이루어진 그룹의 요소들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트 (a)와 포졸란 반응 요소들(c)의 첨가중량에 기초한 물 퍼센트는 13% 내지 25%의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 적어도 6 MPa의 직접 인장응력강도를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 적어도 20 MPa의 4 점 휨 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 적어도 120 MPa, 바람직하게는 140 MPa의 압축저항을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 적어도 2000 J/m²의 파단에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
청구항 1 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 세팅후에, 원하는 기계적 특성을 얻는 데 요구되는 시간동안 실온에 가까운 온도, 예를 들면, 20℃에서 성숙이 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
청구항 1 내지 28 중 어느 한 항에 있어서, 세팅후에, 통상 압력에서 60℃ 내지 100℃사이의 온도에서 열처리가 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 29 항에 있어서, 열처리의 유지시간은 6 시간 내지 4 일이고, 일반적으로 6 시간 내지 72 시간인 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 1 항 내지 제 30 항에 있어서, 상기 콘크리트는 프리-텐션에서 예비-응력을 받는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트는 포스트-텐션에서 예비-응력을 받는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 따른 콘크리트를 얻고 가공하기 위하여 제공되는 시멘트 메트릭스.
청구항 33 에 따른 메트릭스 또는 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 따른 콘크리트를 제조하기 위한 요구되는 구성요소의 전부 또는 일부를 포함하는 예비혼합물.