상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 포틀랜드시멘트 100 중량부, 슬래그 30∼70 중량부, 황목사(건 슬러지) 13∼30 중량부, 석분 150∼180 중량부, 굵은골재 240∼280 중량부, 고성능 AE 감수제 1.3∼1.8 중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 고강도콘크리트 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용하는 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
(1) 시멘트
본 발명에서는 고강도콘크리트의 실용화를 고려하여 일반적인 보통포틀랜트시멘트를 사용하였으며 물리적 성질은 다음과 같다.
<표 1> 시멘트의 물리적 성질
안정도(%) |
Blaine(cm2/g) |
응결시간 |
압축강도(kg/cm2) |
비중 |
초결(min) |
종결(hr:m) |
3d |
7d |
28d |
0.08 |
3,250 |
243 |
5:53 |
235 |
287 |
383 |
3.14 |
(2) 황목사(건 슬러지) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질
고강도 혼합재의 주성분인 황목사(건 슬러지)는 시멘트 입자 사이의 공극을채워주는 마이크로 충전효과와 α'-C2S가 시멘트 성분중 칼슘알루미네이트 (3CaO·Al2O3)와 반응하여 에트링자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)의 생성에 의한 강도 증진 효과와 고로수쇄슬래그와 시멘트 중의 Ca(OH)2와 반응하여 C-S-H 수화물을 생성함으로써 안정화되고 우수한 강도발현이 이루어진다.
황목사(건 슬러지) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질은 <표 2>와 같다.
<표 2> 황목사(건 슬러지) 및 고로수쇄슬래그의 화학적 성질
구분 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
Ig-loss |
황목사(건 슬러지) |
29.60 |
1.39 |
- |
54.94 |
7.23 |
- |
- |
고로수쇄슬래그 |
33.80 |
15.26 |
1.36 |
41.78 |
6.65 |
0.067 |
-1.37 |
(3) 고성능 감수제
콘크리트를 고강도화하기 위한 기본배합은 낮은 물.시멘트비가 필수적이므로 이에 따른 작업성(Workbility)을 확보하기 위하여 고성능AE감수제 (Superplasticizing Air Entrainning Agent)를 사용했다.
본 발명에서는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르본산계, 아미노술폰산계 혼화제를 사용 하였다.
(4) 골재
고강도콘크리트를 제조하기위해 적절한 골재의 사용은 필수적이며 잔골재로써 압축강도에 유리한 석분을 사용하였으며 물리적 성질은 <표 3>과 같다.
<표 3> 석분의 물리적 성질
비중 |
흡수율(%) |
조립율 |
단위용적중량(kg/m3) |
씻기손실량(%) |
실적율(%) |
비고 |
2.58 |
3.0 |
3.12 |
1,889 |
15.6 |
59.0 |
|
이하 실시예를 통하여 본 발명을 설명하기로 한다
실시예 1
포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 144kg, 황목사(건 슬러지) 36kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 2
포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 126kg, 황목사(건 슬러지) 54kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 3
틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 108kg, 황목사(건 슬러지) 72kg, 석분 656kg, 굵은골재 1,021kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 4
포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 192kg, 황목사(건 슬러지) 48kg, 석분653kg, 굵은골재 980kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 5
포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 192kg, 황목사(건 슬러지) 48kg, 석분 653kg, 굵은골재 980kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 6
포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 144kg, 황목사(건 슬러지) 96kg, 석분 653kg, 굵은골재 980kg을 첨가한 다음, 물150(㎏/㎥), 고성능AE감수제 7.8(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<표 4> 실시예에 따른 재료의 조합
구분 |
물결합재비 |
단위결합재량(kg/m3) |
단위수량(kg/m3) |
중 량 (kg/m3) |
시멘트 |
슬래그 |
황목사(건슬러지) |
석분 |
굵은골재 |
고성능AE감수제(단위결합재량×%) |
실시예1 |
0.25 |
600 |
150 |
420 |
144 |
36 |
656 |
1021 |
1.3(7.8kg/m3) |
실시예2 |
〃 |
〃 |
〃 |
〃 |
126 |
54 |
〃 |
〃 |
〃 |
실시예3 |
〃 |
〃 |
〃 |
〃 |
108 |
72 |
〃 |
〃 |
〃 |
실시예4 |
0.25 |
600 |
150 |
360 |
192 |
48 |
653 |
980 |
〃 |
실시예5 |
〃 |
〃 |
〃 |
〃 |
168 |
72 |
〃 |
〃 |
〃 |
실시예6 |
〃 |
〃 |
〃 |
〃 |
144 |
96 |
〃 |
〃 |
〃 |
실험예1
상기와 같은 조합과 비빔방법과 양생에 의해 얻어진 각 실시예에 따른 고강도 콘크리트를 KS F 2405에 따라 압축강도시험한 결과는 <표 5>과 같다.
<표 5> 실시예에 따른 고강도콘크리트의 압축강도
구 분 |
압축강도(kgf/cm2) |
3일 |
7일 |
28일 |
실시예 1 |
555 |
635 |
8220 |
실시예 2 |
588 |
663 |
885 |
실시예 3 |
586 |
659 |
883 |
실시예 4 |
535 |
627 |
809 |
실시예 5 |
574 |
661 |
887 |
실시예 6 |
575 |
668 |
880 |
실시예 7
포틀랜드시멘트 420kg에 슬래그 126kg, 황목사(건 슬러지) 54kg, 석분 687kg, 굵은골재 1,070kg을 첨가한 다음, 물120(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.0(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 8
포틀랜드시멘트 455kg에 슬래그 137kg, 황목사(건 슬러지) 59kg, 석분 594kg, 굵은골재 1,006kg을 첨가한 다음, 물162.5(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.75(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 9
포틀랜드시멘트 455kg에 슬래그 137kg, 황목사(건 슬러지) 59kg, 석분 626kg, 굵은골재 1,061g을 첨가한 다음, 물130(㎏/㎥), 고성능AE감수제 11.7(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 10
포틀랜드시멘트 360kg에 슬래그 168kg, 황목사(건 슬러지) 72kg, 석분 650kg, 굵은골재 1,102kg을 첨가한 다음, 물120(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.0(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 11
포틀랜드시멘트 390kg에 슬래그 273kg, 황목사(건 슬러지) 117kg, 석분 577kg, 굵은골재 899kg을 첨가한 다음, 물162.5(㎏/㎥), 고성능AE감수제 9.75(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 12
포틀랜드시멘트 390kg에 슬래그 273kg, 황목사(건 슬러지) 117kg, 석분 580kg, 굵은골재 984kg을 첨가한 다음, 물130(㎏/㎥), 고성능AE감수제 11.7(㎏/㎥)를 첨가하여 고강도 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<표 6> 실시예 1에 따른 재료의 조합
구분 |
물결합재비 |
단위결합재량(kg/m3) |
단위수량(kg/m3) |
중 량 (kg/m3) |
시멘트 |
슬래그 |
황목사(건슬러지) |
석분 |
굵은골재 |
고성능AE감수제(단위결합재량×%) |
실시예2 |
0.25 |
600 |
150 |
420 |
126 |
54 |
656 |
1021 |
1.3 |
실시예7 |
0.20 |
600 |
120 |
420 |
126 |
54 |
687 |
1070 |
1.5 |
실시예8 |
0.25 |
650 |
163 |
455 |
137 |
59 |
594 |
1006 |
1.5 |
실시예9 |
0.20 |
650 |
130 |
455 |
137 |
59 |
626 |
1061 |
1.8 |
실시예5 |
0.25 |
600 |
150 |
360 |
168 |
72 |
653 |
1018 |
1.3 |
실시예10 |
0.20 |
600 |
120 |
360 |
168 |
72 |
650 |
1102 |
1.5 |
실시예11 |
0.25 |
650 |
163 |
390 |
273 |
117 |
577 |
899 |
1.5 |
실시예12 |
0.20 |
650 |
130 |
390 |
273 |
117 |
580 |
984 |
1.8 |
상기와 같은 조합과 비빔방법과 양생에 의해 얻어진 각 실시예에 따른 고강도 콘크리트를 KS F 2405에 따라 압축강도시험한 결과는 <표 7> 및 도1과 같다.
<표 7> 각 실시예에 따른 고강도콘크리트의 압축강도
구분 |
압축강도(kgf/cm2) |
3일 |
7일 |
28일 |
실시예2 |
574 |
662 |
867 |
실시예7 |
669 |
745 |
896 |
실시예8 |
653 |
775 |
1029 |
실시예9 |
687 |
816 |
1100 |
실시예5 |
566 |
658 |
859 |
실시예10 |
655 |
746 |
883 |
실시예11 |
649 |
772 |
1003 |
실시예12 |
688 |
807 |
1096 |
표 7 및 도1에서 알 수 있듯이 800∼1000kgf/cm2정도의 압축강도를 나타내고 있으며 실시예 중에서 가장 높은 강도는 1100kgf/cm2 결과를 보이고 있는데 이것은 시멘트페이스트와 석분과의 부착력 증가와 고강도 혼합재인 황목사(건 슬러지) 그리고 슬래그를 적절히 혼합 사용함으로써 얻어진 결과로 판단된다.
도2는 중성화 촉진시험결과도에 관한 것으로서, 도2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 고강도 콘크리트조성물과 사용하지 않는 고강도 콘크리트의 중성화촉진시험은 탈형 후 재령 1주까지 수중양생을 실시하고, 2주 동안 기건상태에서 건조시켜 탄산가스 농도 10%로 20℃의 온도범위에서, 습도는 60%를 유지하여 7일, 14일, 28일간 중성화촉진양생하여 중성화 깊이를 측정하였다. 시험결과 본 발명품을 사용한 고강도 콘크리트의 중성화현상이 적음을 알 수 있다.
도3은 동결융해시험결과도표에 관한 것으로서, 본 발명을 사용한 고강도 콘크리트와 사용하지 않는 고강도 콘크리트의 동결과 융해에 대한 저항성을 알기위한 시험으로 300싸이클을 원칙으로 하였으며 상대동탄성계수가 60%이하로 될 때를 끝으로 하였다. 시험결과 본 발명품을 사용한 고강도 콘크리트의 동결과 융해에 대한 내구성이 양호함을 알 수 있었다.
상기와 같은 조합으로 된 각 실시예의 재료들은 용량 60ℓ의 팬타입믹서를 이용하여 비빔을 하였고 비빔방법은 시멘트와 슬래그 및 황목사(건 슬러지) 그리고 석분을 투입하여 건모르터를 만들었고, 건모르터에 물과 고성능AE감수제를 투입하여 1분간 비빔을 하여 유동화 모르터를 만들었으며 유동화모르터 위에 굵은골재를 투입하여 2분간 비빔을 하였다. 비빔에 의해 얻어진 각 실시예의 조합물을 제조 직후 아직 굳지 않은 상태에서 2층으로 나누어 몰드에 투입한 후 각 층에 대하여 봉 바이브레이터로 내부의 기포가 제거될 때까지 진동다짐을 행하여 공시체를 제작하였다. 양생방법으로는 표준양생법을 이용하였다.