KR20030063973A - 시멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트 조성물은, 시멘트 원료분말과 고로슬래그 미분말이 혼합된 상태이며, 상기 고로슬래그 미분말은 상기 시멘트 원료분말에 대한 중량 대비 50 내지 70 중량%인 것을 특징으로 한다. 상기 시멘트 조성물에 상기 시멘트 조성물 전체 중량 대비 50 내지 60 중량%의 물과, 500 내지 600 중량%의 골재와, 0.2 내지 0.5 중량%의 화학 혼화제가 더 포함되면 바람직하다. 본 발명에 따르면, 종래의 시멘트만을 이용하여 콘크리트를 제조하는 것에 비하여 콘크리트의 작업성 및 물리적 특성인 압축 강도 등이 개선되는 장점을 가진다. 한편, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트를 이용한 레디믹스트 콘크리트를 제조하면, 원가가 저렴한 고로슬래그 시멘트의 대체로 인해 전체 콘크리트 제조 원가가 절감될 수 있다.

Description

시멘트 조성물 {COMPOSITION OF CEMENT}

본 발명은 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철산업의 부산물인 고로슬래그 미세분말이 포함된 고로슬래그 시멘트를 주요 성분으로 포함시킨 시멘트 조성물을 이용함으로써 원가 절감이 가능하며, 고성능 감수제의 첨가량이 감소되어도 목표 슬럼프가 달성될 수 있음으로 인해 콘크리트 작업성 및 강도 특성의 개선을 도모할 수 있는 시멘트 조성물에 관한 것이다.

종래의 시멘트 조성물은, 순수 시멘트 성분을 그대로 이용함으로써 고가의 제품을 공급할 수 밖에 없으며, 종래의 시멘트를 이용하여 콘크리트 제품을 제조하는 경우에 요청되는 콘크리트 성능 개선제, 예컨대 고가의 고성능 감수제가 과량으로 사용되어야 하며, 이로 인한 제조 단가의 상승은 물론 그 취급이 용이하지 못하여 콘크리트 작업성이 저하되는 문제점이 있어 왔다.

따라서, 본 발명은 콘크리트 작업성을 개선하며, 콘크리트의 물리적 특성, 예컨대 압축강도, 인장강도, 휨강도 등을 최소한 동일한 정도로 유지시키거나 더욱 향상된 물리적 특성을 발현시키되, 그 제조 단가를 현저하게 절감시킬 수 있는 시멘트 조성물을 제공하고자 하는 노력에서 안출된 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제철산업에서 부수적으로 발생되는 고로슬래그 미세분말이 포함된 고로슬래그 시멘트로 종래의 시멘트 함량의 일정부분을 대체함으로써 그 원가를 절감시키며, 이로 인해 제조된 시멘트 조성물이 종래의 시멘트가 갖는 물리적 특성을 개선함은 물론, 그 제조 과정에 필요에 따라 사용되는 다른 성분, 예컨대 고성능 감수제의 함량을 감소시킴으로써 작업성을 향상시키는 데 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성하기 위해 고로슬래그 시멘트량이 소정 함량 포함되는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 1은 제조된 콘크리트의 소정 목표 슬럼프(12±2cm)를 확보하기 위해 사용되는 고로슬래그 시멘트 혼입률과 고성능 감수제 첨가량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트 혼입률에 따른 콘크리트의 재령별 압축강도를 나타낸 그래프이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위한, 시멘트 조성물은, 시멘트 원료분말과 고로슬래그 시멘트 분말이 혼합된 상태이며, 상기 고로슬래그 시멘트 분말은 상기 시멘트 원료분말에 대한 중량 대비 50 내지 70 중량%인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 시멘트 조성물에 상기 시멘트 조성물 전체 중량 대비 50 내지 60 중량%의 물과, 500 내지 600 중량%의 골재와, 0.2 내지 0.5 중량%의 고성능 감수제인 화학 혼화제가 더 포함되면 바람직하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

본 발명의 실시예에 따라 제조되는 시멘트 조성물에 포함되는 각각의 성분에 대한 물리적 특성을 이해하기 위해 하기 표 1 내지 4에 각각 나타내었다.

먼저, 하기 표 1에서는, 종래의 통상적으로 이용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트(한일 시멘트사 제품)와 고로슬래그 미세분말을 포함하는 고로슬래그 시멘트(한국고로시멘트사 제품)에 대한 물리적 성질을 나타낸 것이다.

시멘트종류	비중	응결시간(분)	분말도(㎠/g)	압축강도(kgf/㎠)
		초결		종결	재령 3일	재령 7일	재령 28일
보통보틀랜드시멘트	3.12	150	330	3,465	190	255	318
고로슬래그시멘트	3.05	-	-	3,930	180	275	441

다음으로, 상기 표 1의 시멘트에 대한 적정한 함량에 따른 배합 과정을 거친 후, 콘크리트 제품 생산을 위해 더 투입되는 골재에 관한 물리적 성질을 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다. 하기 표 2는 잔골재(경북 안동시 낙동강산 하천모래)에 대한 물리적 성질이며, 하기 표 3은 굵은 골재(경북 안동시 안동산 부순돌)에 대한 물리적 성질을 고찰한 것이다.

시료	비중	흡수율(%)	단위중량(t/㎥)	200체 통과량(%)	조립률
하천모래(낙동강산)	2.60	1.12	1,598	2.1	2,93

시료	굵은골재최대치수(mm)	비중	흡수율(%)	단위중량(t/㎥)	조립률	마모율(%)
부순돌(안동산)	25	2.67	0.5	1.648	7.27	27.5

한편, 본 발명에 따른 시멘트 조성물을 이용하여 콘크리트 제품을 제조할 때 사용되는 화학 혼화제는 제조된 콘크리트의 고강도성 또는 유동성을 확보하기 위한 목적으로 사용되는 데, 통상 나프탈렌계의 고성능 감수제가 이용되고 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 경기화학 제품으로서 표준형 화합물을 사용하였으며, 그 물리적 특성은 하기 표 4에 나타낸 바와 같다.

종류	비중	pH	고형분(%)	표준사용량(%)(시멘트중량비)	주성분	비고
고성능감수제	1.21	8	41	0.2 내지 2.0	나프탈렌 술폰산 나트륨염	액상

본 발명의 실시예에서는 콘크리트 구조설계시 사용되는 설계기준강도를 일반 콘크리트 설계시 사용되는 범위인 210 kgf/㎠로 설정한 후, 고로슬래그 시멘트를 단위시멘트량(315 kg/㎥)의 0%, 20%, 40%, 60%, 80% 및 100%로 순차적으로 변화시켰다. 이때, 최종 콘크리트 제품의 목표 슬럼프는 12±2cm이며, 목표 공기량은 3.0±0.5%로 설정하였으며, 콘크리트 공시체는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 따라 제작하였으며, 성형 후 24시간 경과하여 몰드를 제거하고 시험 전까지 20±3℃의 온도로 습윤양생하였다. 하기 표 5는 전술한 조건에 따른 콘크리트 배합표를 나타낸 것이다.

설계기준강도(kgf/㎠)	굵은골재의최대치수(mm)	고로슬래그시멘트혼입률(%)	슬럼프의범위(cm)	공기량의 범위(%)	물-시멘트비(%)	잔골재율(%)	단위량(kg/㎥)	고성능감수제[(C+BFC)×%]
							물(W)		포틀랜드시멘트(C)	고로슬래그시멘트(BFC)	잔골재(S)	굵은골재(G)
210	25	0	12±2	3.0±0.5	57	55	180	315	0	985	828	0.6
		20						252	63	985	827	0.6
		40						189	126	984	827	0.5
		60						126	189	983	826	0.4
		80						63	252	983	826	0.4
		100						0	315	982	825	0.3

상기 표 1 내지 5에서 나타내고 있는 재료와 함량비에 따라 고로슬래그 시멘트를 이용하여 콘크리트를 제조한 결과를 고찰하기 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 제조된 콘크리트의 소정 목표 슬럼프(12±2cm)를 확보하기 위해 사용되는 고로슬래그 시멘트 혼입률과 고성능 감수제 첨가량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

상기 도 1에 도시된 바에 따르면, 목표 슬럼프 달성을 위해, 고로슬래그 시멘트 혼입률이 증가할 수록 고성능 감수제 첨가량이 작아도 됨을 확인할 수 있으며, 특히 고성능 감수제의 첨가량이 0.2 내지 0.5%인 경우에는 시멘트 조성물 대비 고로슬래그 시멘트의 혼입률이 50% 이상을 차지하여도 충분한 물리적 특성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 고성능 감수제의 첨가량이 많을수록 작업성은 저하되며, 제조 원가의 상승이 되므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서와 같이 고로슬래그 시멘트의 혼입률은 50 내지 70%가 유지되는 것이 콘크리트 목표 슬럼프 확보 및 고성능 감수제 첨가량의 적절한 수치 이하로 조절할 수 있으므로 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트 혼입률에 따른 콘크리트의 재령별 압축강도를 나타낸 그래프이다.

상기 도 2에 도시된 바에 따르면, 고로슬래그 시멘트 혼입률이 20% 및 40%인 경우 고로슬래그 시멘트를 혼입하지 않은 기준 콘크리트에 대한 고로슬래그 시멘트 혼입 콘크리트의 재령 7일 및 28일의 압축강도비는 약 1.35로 나타났으며, 그 혼입률이 60%인 경우 기준 콘크리트에 대한 재령 7일 및 28일의 압축강도비는 1.38, 1.55로 나타나고 있으며, 그 혼입률이 80%를 초과하는 경우에는 기준 콘크리트에 대한 재령 7일 및 28일의 압축강도비가 약 1.25로 나타나고 있음을 확인할 수 있는 바, 고로슬래그 시멘트 혼입률이 대체로 50 내지 70% 정도에서 콘크리트의 물리적 특성인 압축강도가 특히 개선되고 있음을 확인할 수 있다.

이상의 도 1 및 도 2에 나타난 바에 따르면, 소정의 콘크리트 목표 슬럼프를 달성하면서, 콘크리트의 물리적 특성과 관련된 압축강도의 개선 및 콘크리트의 작업성과 관련하여 시멘트 조성물 중의 고로슬래그 시멘트의 최적 혼입률은 50 내지 70% 정도인 것이 바람직함을 알 수 있으며, 특히 고로슬래그 시멘트의 최적 혼입률은 60%로 측정되고 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 고로슬래그 시멘트의 혼입률이 50% 미만인 경우에는 경제성을 고려한 적정한 압축강도의 구현이 어려우며, 고성능 감수제의 첨가량이 0.5% 이상을 차지하게 되므로 작업성이 떨어지는 단점이 있으며, 반대로 고로슬래그 시멘트의 혼입률이 70%를 초과하는 경우에는 압축강도 증진이 오히려 저하되는 문제점이 발생하고 있음을 확인할 수 있는 바, 고로슬래그 시멘트의 혼입률의 바람직한 정도는 50 내지 70% 정도임을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 최적 혼입률인 60%인 상태에서 제조된 레디믹스트 콘크리트의 물리적 특성을 고찰한 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

구분	재령 28일 강도(kgf/㎠)	비고()안의 수치는 비교예를 기준값으로 고려한 실시예에서의 효과 상승률을 표시한 것임
	압축강도		인장강도	휨강도
비교예	226	28	49	고로슬래그시멘트 혼입률 0%
실시예	351(1.55)	36(1.29)	56(1.14)	고로슬래그시멘트 혼입률 60%: 최적혼입률임

상기 표 6에 나타난 바에 따르면, 재령 28일의 콘크리트 강도를 기준으로 하였을 때 고로슬래그를 혼입하지 않은 기준 콘크리트인 비교예에 대한 고로슬래그시멘트를 사용한 콘크리트인 실시예의 역학적 특성인 압축, 인장 및 휨강도비는 1.55, 1.29 및 1.14로 각각 나타나고 있음을 알 수 있다. 따라서 기준 콘크리트에 대한 고로슬래그 시멘트를 사용한 콘크리트의 강도증진율은 압축강도에서 가장 현저하게 나타나고 있으며, 인장강도 및 휨강도에서의 물리적 특성도 더불어 개선되고 있음도 확인할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 종래의 시멘트만을 이용하여 콘크리트를 제조하는 것에 비하여 콘크리트의 작업성 개선되는 장점을 가진다. 즉, 종래의 시멘트(예를 들어 보통 포틀랜드 시멘트)를 사용한 콘크리트에 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 일정량을 일부 대체함으로써 콘크리트의 목표 슬럼프를 확보하기 위해 고성능 감수제의 첨가량을 감소시킬 수 있으므로 콘크리트의 작업성이 개선될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 시멘트에 비해, 고로슬래그 시멘트를 일부 혼용한 시멘트를 이용한 레디믹스트 콘크리트를 제조하면, 원가가 저렴한 고로슬래그 시멘트의 대체로 인해 전체 콘크리트 제조 원가가 절감될 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 최적 혼입률 60% 정도에서 고로슬래그 시멘트를 이용한 레디믹스트 콘크리트를 제조하면, 콘크리트의 설계기준 강도로 채택되고 있는 재령 28일 강도는 50% 정도 증진되면서 상대적으로 저렴한 재료를 이용하게 됨으로써 전체적인 콘크리트 제작 원가의 절감효과를 가져올 수 있다. 이러한 원가 절감의 효과는 저가 재료의 대체로 이루어지는 것으로 파악될 수 있으나, 단순한 재료 대체만이 그 기술적 구성의 특징은 아니며, 본 발명에서 상술한 바와 같이 단순한 재료의 대체가 아니라, 종래의 시멘트를 이용한 콘크리트 제작과정에 대비하여 콘크리트의 물리적 특성, 특히 압축 강도의 현저한 개선을 이루면서도 그 작업성을 충분하게 향상시킬 수 있는 장점을 동시에 수반하고 있는 것이 본 발명에 따른 직접적 효과임은 자명하다.

Claims (2)

1. 시멘트 조성물에 있어서,

   상기 시멘트 조성물의 구성 성분은 시멘트 원료분말과 고로슬래그 시멘트가 혼합된 상태이며,

   상기 고로슬래그 시멘트는 상기 시멘트 원료분말에 대한 중량 대비 50 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시멘트 조성물에 상기 시멘트 조성물 전체 중량 대비 50 내지 60 중량%의 물과, 500 내지 600 중량%의 골재와, 0.2 내지 0.5 중량%의 고성능 감수제인 화학 혼화제가 더 포함된 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.