KR20020071130A

KR20020071130A - 플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물

Info

Publication number: KR20020071130A
Application number: KR1020010011070A
Authority: KR
Inventors: 이미경
Original assignee: 이미경
Priority date: 2001-03-03
Filing date: 2001-03-03
Publication date: 2002-09-12

Abstract

본 발명은 시멘트(cement) 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이며, 더 자세히는 플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 플라이애쉬를 주성분으로 하는 시멘트 혼화재 사용시 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하를 억제하면서 시멘트 치환량을 증가시켜 시멘트 2차 제품의 단가를 낮출 수 있는 시멘트 혼화재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 플라이애쉬의 시멘트 치환량 증가에 따라 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하는 단위 시멘트량의 감소에 따른 수화반응성의 저하에 기인한 것으로, 본 발명은 평균입경 15㎛인 통상의 플라이애쉬를 분급하여 5∼10㎛의 평균입경을 가지도록 함으로써 플라이애쉬와 콘크리트 경화체 내부의 Ca(OH)₂가 반응에 의한 C-S-H(calsume siligate hydration) 수화물 증대를 유도하였다. 이 경우, 플라이애쉬의 시멘트 치환량을 최대 30%까지 증가시키더라도 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하를 억제할 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 혼화재에 플라이애쉬의 활성도를 높일 수 있도록 부피면적 6000g/㎠ 이상의 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 무기재료를 소량 첨가하면 미립자에 의한 미분말 효과와 충진 효과를 통해 높은 강도발현을 이룰 수 있다.

Description

플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물{A cement admixture composite using fly-ash}

본 발명은 시멘트(cement) 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이며, 더 자세히는 플라이애쉬를 이용한 시멘트 혼화재 조성물에 관한 것이다.

통상적으로 모르타르나 콘크리트 양생시 실리카흄(silica fume), 플라이애쉬(Fly-ash), 제올라이트(zeolite) 등의 포졸란(pozzolan) 물질을 혼화재로 사용하고 있다. 이러한 시멘트 혼화재는 상대적으로 고가인 시멘트의 사용량을 줄이면서, 콘크리트의 강도발현, 화학저항성 증대, 동결융해 저항성 증대, 콘크리트의 수화열을 저감을 통한 콘크리트 균열 방지 등의 내구성 향상 작용을 하여 시멘트 2차 제품의 성능 향상에 기여하는 바가 크기 때문에 그 수요가 점차 늘어나고 있는 추세이다.

이 중에서 플라이애쉬는 다른 포졸란 재료에 비해 상대적으로 단가가 낮고 산업폐기물의 재활용이라는 장점을 가지고 있어 가장 널리 사용되고 있다.

그러나, 플라이애쉬는 시멘트 2차 제품에 적용하고자 할 때 시멘트 내할 10%내외로 사용이 제한되었다. 즉, 시멘트 100kg당 10kg 정도밖에 사용할 수 없었다.

이는 시멘트 내할 10%를 웃도는 플라이애쉬를 사용할 경우, 오히려 시멘트 2차 제품의 압축강도가 떨어지기 때문이다.

한편, 플라이애쉬와 같은 포졸란 재료인 제올라이트의 경우 통상적으로 시멘트 내할 20%까지 사용하더라도 압축강도의 저하는 나타나지 않기 때문에 시멘트 치환 효과가 크다. 그러나, 제올라이트는 플라이애쉬에 비해 단가가 높은 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 플라이애쉬를 주성분으로 하는 시멘트 혼화재 사용시 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하를 억제하면서 시멘트 치환량을 증가시켜 시멘트 2차 제품의 단가를 낮출 수 있는 시멘트 혼화재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 시멘트 혼화재 조성물에 있어서, 평균입경 5∼10㎛를 가지도록 분급된 플라이애쉬를 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 시멘트 혼화재 조성물은 부피면적 6000g/㎠ 이상의 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 무기재료를 주성분으로 하는 자극물질이 전체 혼화제 조성물의 1∼10% 만큼 더 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자극물질은 상기 무기재료 90∼99%와 분말형 고성능 감수제1∼10%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.

또한, 상기 무기재료는 슬래그 시멘트, 슬래그분말, 제올라이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 시멘트 혼화재 조성물이 시멘트 내할 10∼30%만큼 치환첨가된 것을 특징으로 하는 시멘트 2차 제품을 제공한다.

플라이애쉬의 시멘트 치환량 증가에 따라 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하는 단위 시멘트량의 감소에 따른 수화반응성의 저하에 기인한 것으로, 본 발명은 평균입경 15㎛인 통상의 플라이애쉬를 분급하여 5∼10㎛의 평균입경을 가지도록 함으로써 플라이애쉬와 콘크리트 경화체 내부의 Ca(OH)₂가 반응에 의한 C-S-H(calsume silgate hydration) 수화물 증대를 유도하였다. 이 경우, 플라이애쉬의 시멘트 치환량을 최대 30%까지 증가시키더라도 시멘트 2차 제품의 압축강도 저하를 억제할 수 있다. 한편, 상기와 같은 본 발명의 혼화재에 플라이애쉬의 활성도를 높일 수 있도록 부피면적 6000g/㎠ 이상의 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 무기재료를 소량 첨가하면 미립자에 의한 미분말 효과와 충진 효과를 통해 높은 강도발현을 이룰 수 있다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

(실시예 1)

콘크리트 강도 규격 240kg/㎠의 표준양생 실험 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

상기 표 1을 참조하면, 포틀랜드 시멘트 300kg/㎥과 평균입경 15㎛의 통상의 플라이애쉬 30kg/㎥을 사용하여 양생한 콘크리트(NO.1)의 경우, 7일강도가 190kg/㎠, 28일강도가 265kg/㎠로 나타났다. 한편, 포틀랜드 시멘트 270kg/㎥과 5∼10㎛의 입경을 가지도록 분급된 플라이애쉬 60kg/㎥을 사용하여 양생한 콘크리트(NO.2)의 경우에는 7일강도 및 28일강도가 각각 185kg/㎠ 및 260kg/㎠로 규격을 만족할 뿐만 아니라, 종래기술(NO.1)과 유사한 수치를 나타내고 있다. 즉, 시멘트 내할 10% 만큼의 플라이애쉬를 사용하는 종래기술(NO.1)에 비해 시멘트 사용량을 30kg/㎥만큼 줄이고 그 만큼을 플라이애쉬로 치환하더라도 초기강도 및 장기강도가 떨어지지 않음을 반증하고 있다. 이때, 플라이애쉬의 치환량은 시멘트 내할 약 22%에 해당하는 것이다.

또한, 포틀랜드 시멘트 270kg/㎥과 5∼10㎛의 입경을 가지도록 분급된 플라이애쉬 55kg/㎥과 자극물질 5kg/㎥을 사용하여 양생한 콘크리트(NO.3)의 경우에는단기강도 및 장기강도가 각각 191kg/㎠ 및 275kg/㎠로 향상됨을 확인할 수 있다.

이때, 분급된 플라이애쉬와 자극물질로 이루어진 혼화재의 시멘트 치환량은 NO.2와 같으며, 분급된 플라이애쉬는 시멘트 내할 약 20%, 자극물질은 시멘트 내할 약 2% 정도에 해당한다. 여기서, 자극물질은 슬래그 시멘트, 슬래그분말, 제올라이트 등과 같이 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 무기재료(부피면적 3000∼4000g/㎠)를 부피면적 6000g/㎠ 이상으로 분쇄한 것 90∼99%와 분말형 고성능 감수제 1∼10%로 구성하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 분말형 고성능 감수제는 사용하지 않을 수도 있다. 실험(NO.4)에서 전체 혼화재 내에서 자극물질이 차지하는 비율은 약 6% 정도로, 그 첨가량이 많을수록 우수한 강도 발현 효과를 얻을 수 있으나, 자극물질의 사용량이 전체 혼화재의 10%를 넘는 경우에는 혼화재의 단가를 상승시키는 결과를 초래하기 때문에 사용한다면 그 첨가량을 전체 혼화재의 1∼10% 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

(실시예 2)

콘크리트 강도 규격 350kg/㎠의 표준양생 실험 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

상기 표 2를 참조하면, 포틀랜드 시멘트 360kg/㎥과 평균입경 15㎛의 통상의 플라이애쉬 40kg/㎥을 사용하여 양생한 콘크리트(NO.4)의 경우, 7일강도가 301kg/㎠, 28일강도가 403kg/㎠로 나타났다. 한편, 포틀랜드 시멘트 320kg/㎥과 5∼10㎛의 입경을 가지도록 분급된 플라이애쉬 75kg/㎥을 사용하여 양생한 콘크리트(NO.5)의 경우에는 7일강도 및 28일강도가 각각 305kg/㎠ 및 421kg/㎠로 규격을 만족할 뿐만 아니라, 종래기술(NO.4)에 비해 오히려 우수한 수치를 나타내고 있다. 즉, 시멘트 내할 약 11% 정도의 플라이애쉬를 사용하는 종래기술(NO.4)에 비해 시멘트 사용량을 40kg/㎥만큼 줄이고 그 만큼을 플라이애쉬로 치환하였음에도 불구하고 우수한 초기강도 및 장기강도를 확보할 수 있었다. 이때, 플라이애쉬의 치환량은 시멘트 내할 약 23%에 해당하는 것이다.

상기에서 예시한 실험 결과외에 수 차례의 콘크리트 및 모르타르 양생 실험을 실시한 결과, 평균입경 5∼10㎛의 플라이애쉬를 주성분으로 하는 혼화재를 시멘트 내할 10∼30%만큼 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 이는 시멘트내할 10% 미만의 플라이애쉬를 사용하는 경우 시멘트 치환량이 작기 때문에 사용의 실익이 적고, 시멘트 내할 30%를 넘는 플라이애쉬를 사용하는 경우에는 시멘트 2차제품의 강도발현에 어려움이 따르기 때문이다. 그리고, 평균입경 5∼10㎛를 가지도록 분급된 플라이애쉬를 사용하는 것은 평균입경 10㎛를 초과하는 경우에는 강도발현 효과가 떨어지고, 5㎛ 미만으로 미세 분급하는 경우에는 분급 효율이 떨어지기 때문이다. 물론 분급 효율을 높이기 위하여 분쇄 과정을 거치는 것을 예상할 수 있으나, 분쇄를 미세하게 하면 할수록 분쇄에 소요되는 비용이 급증하기 때문에 분쇄과정을 최소화한 후 분급하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이 자극물질을 플라이애쉬에 첨가하여 사용하는 경우에는 그 첨가량을 전체 혼화재의 1∼10% 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 혼화재는 분급을 통해 플라이애쉬의 활성도를 높이고 시멘트 2차 제품의 내부 조직을 치밀하여 강도 증진 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 혼화재는 플라이애쉬에 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 자극 물질을 첨가함으로써 미립자에 의한 미분말효과와 충진효과를 유도하여 초기강도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 상기와 같은 본 발명의 시멘트 혼화재를 사용하여 콘크리트를 양생하는 경우, 시멘트 치환량을 기존의 배 이상으로 증가시켜도 초기강도의 저하를 억제할 수 있어 레미콘 생산단가를 크게 저감할 수 있으며, 콘크리트 수화열을 저감함으로써 수화열에 의한 균열을 방지하고 저발멸 콘크리트의 제조를 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 산업폐기물인 플라이애쉬의 사용량을 증가시킴으로써 산업폐기물의 재활용을 통한 환경보호 측면에서의 이점을 가진다.

한편, 1992년 리오 선언과 1997년 교또 선언에서 이산화탄소(CO₂)는 환경오염과 지구온난화의 주범이라는 결론을 내린 바 있다. 통상의 포트랜드 시멘트 제조시에 이산화탄소가 다량 방출되고 있으므로, 본 발명의 시멘트 혼화재는 시멘트의 사용량 감소를 통해 지구온난화 방지라는 범인류적인 과제에 부합되는 환경친화적인 제품이라 할 수 있다.

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.

예컨대, 전술한 실시예에서는 플라이애쉬 단독 또는 플라이애쉬에 소량의 자극물질을 첨가하여 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 평균입경 5∼10㎛의 플라이애쉬를 주성분으로 하는 모든 혼화재에 적용될 수 있다.

전술한 본 발명은 시멘트 치환량 증대에 따른 시멘트 2차 제품의 원가 절감효과가 있으며, 산업폐기물의 적극적 재활용과 시멘트 사용량의 저감을 통한 환경보호와 지구온난화 방지에 일익을 담당할 수 있는 효과가 있다.

Claims

시멘트 혼화재 조성물에 있어서,

평균입경 5∼10㎛를 가지도록 분급된 플라이애쉬를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
제1항에 있어서,

부피면적 6000g/㎠ 이상의 수화반응성 또는 포졸란 작용을 가진 무기재료를 주성분으로 하는 자극물질이 전체 혼화재 조성물의 1∼10% 만큼 더 첨가된 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
제2항에 있어서 ,

상기 자극물질은,

상기 무기재료 90∼99%와 분말형 고성능 감수제 1∼10%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 무기재료는,

슬래그 시멘트, 슬래그분말, 제올라이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재 조성물.
제1항 또는 제2항의 시멘트 혼화재 조성물이 시멘트 내할 10∼30%만큼 치환 첨가된 것을 특징으로 하는 시멘트 2차 제품.