KR20060123031A

KR20060123031A - 시멘트 혼화재, 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트

Info

Publication number: KR20060123031A
Application number: KR20057018239A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 와타나베
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-12-01
Also published as: CN1826298A; JP4813355B2; MY153230A; TWI336318B; TW200602283A; JPWO2005087682A1; WO2005087682A1

Abstract

본 발명은 실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회를 함유하는 시멘트 혼화재로서, 실리카 퓸:분급한 비산회의 배합 비율이 중량비로 95:5 ~ 10:90 인 시멘트 혼화재, 및 석고를 더 함유한 상기 시멘트 혼화재를 제공한다. 본 발명은 또한 상기 시멘트 혼화재를 이용한 시멘트 조성물, 모르타르, 콘크리트, 및 시멘트 경화체에 관한 것이다. 본 발명에 의해, 혼련한 모르타르나 콘크리트의 플로우치가 향상해 양호한 작업성을 얻을 수 있다. 게다가, 얻어지는 모르타르 및 콘크리트는 압축 강도 및 휨 강도가 높은 절대치를 가지면서, 압축 강도에 대해서 높은 비율의 휨 강도가 얻어진다. 또한, 금속 섬유를 배합해 보강하면 비약적으로 휨 강도를 높일 수 있어, 토목 건축 구조물 및 콘크리트 이차 제품을 제조하는 경우 경제적인 한편 유리한 설계가 가능하게 된다.

Description

시멘트 혼화재, 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트 {CEMENT ADMIXTURE, CEMENT COMPOSITION, MORTAR AND CONCRETE}

본 발명은 시멘트 혼화재, 시멘트 조성물, 및 상기 시멘트 조성물을 이용한 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회 (fly ash) 를 배합한 시멘트 혼화재, 및 상기 시멘트 혼화재를 시멘트에 첨가한 시멘트 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 시멘트 조성물을 이용하여 휨 강도를 높인 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다.

모르타르 또는 콘크리트는 기본적으로 이들의 압축 강도에 비해 휨 강도가 작다고 하는 문제가 있어, 압축 강도를 높게 해도 휨 강도는 그만큼 높게 되지 않는다. 따라서, 휨 강도에 따라 설계하는 노면, 들보 (beam), 대들보 (girder), 및 여러 콘크리트 이차 제품에서는 과배합으로 비경제적인 콘크리트 배합으로 되기 쉽고, 휨 강도 내성을 더 높이기 위해서 부재 단면을 두껍게 하거나, PC 강철봉에 의해 압축응력 (prestress) 을 도입하고 있다. 또, 흄관 (Hume pipe) 등에서는 팽창재를 콘크리트에 배합해 화학적 응력 또는 화학적 압축응력을 도입해 외압 강도를 높이고 있다.

한편, 실리카 퓸 (silica fume) 은 포졸란 (pozzolan) 활성이 높고 강도 증 진재로서 이용되고 있다. 더욱이 실리카 퓸을 비교적 대량의 고성능 감수제 (water reducing agent) 와 조합시킴으로써 모르타르 플로우, 콘크리트 슬럼프 또는 슬럼프 플로우를 증대시키는 한편 낮은 물/결합재 비의 모르타르나 콘크리트를 용이하게 제조할 수 있으므로, 고유동성의 고강도 모르타르 또는 콘크리트용 혼화재로도 다용되고 있다.

또, 비산회는 미분 탄-연소 화력 발전소로부터 부산물로 얻어지는 지름 100 ㎛ 이하의 중공 입자를 포함하는 구형 입자의 석탄재이며, 그 포졸란 활성이 낮기는 하지만 장기적으로 반응해 수밀성 (water tightness) 등을 높이므로 비산회 시멘트로서 다용되고 있다. 특허 문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 비산회를 20 ㎛ 이하 또는 10 ㎛ 이하로 분급함으로써 큰 중공 입자가 제거되어 구형의 중공이 없는 우수한 입자가 된다. 그 볼 베어링 작용에 의해서, 고성능 감수제나 고성능 AE 감수제와 조합시키면, 특히 모르타르 플로우, 콘크리트 슬럼프 또는 슬럼프 플로우를 증대시켜 강한 점성을 발휘한다. 또한, 동일한 플로우나 슬럼프로 했을 경우에도, 분급 비산회를 혼화시키지 않은 모르타르나 콘크리트보다 감수 (water reduction) 한 만큼 강도를 높이는 것도 알려져 있다.

또한, 예를 들면 특허 문헌 2 에 나타내는 바와 같이, 석고는 증기 양생 (curing) 의 수행 여부와 상관 없이 고강도 혼화재로서 다용되며, 석고와 실리카 퓸을 조합시킴으로써 보다 높은 강도 및 내구성이 얻어지는 것이 알려져 있다.

또, 특허 문헌 3 에 나타내는 바와 같이 휨 강도나 인성 (toughness) 을 높이기 위한 고전적 방법으로 금속 섬유를 첨가하는 방법도 있다. 그리고 금속 섬유 를 사용해 인성을 더욱 개선하는 방법으로서, 실리카 퓸과 침상이나 판상 미분말을 시멘트에 첨가해, 최대 골재 (aggregate) 지름을 작게 한정할 수 있는 것도 알려져 있다.

특허 문헌 1: 일본 특개소 63-8248 호 공보

특허 문헌 2: 일본 특개평 3-40947 호 공보

특허 문헌 3: 일본 특개평 11-246255 호 공보

그렇지만, 실리카 퓸만을 배합하는 범용 기술로는 콘크리트의 압축 강도는 높아지지만 콘크리트가 물러져, 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율이 실리카 퓸을 혼화시키지 않은 경우보다 낮아진다는 문제가 있다. 또, 특허 문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 20 ㎛ 이하 또는 10 ㎛ 이하로 분급한 비산회는 본래 포졸란 활성이 낮기 때문에 감수한 만큼 강도는 높아지지만, 동일하게 낮은 물/결합재 비로 만든 분급 비산회를 혼화시키지 않은 경우에 비해, 비록 증기 양생하더라도 단기적인 강도 증가는 거의 증대하지 않았다.

또한, 특허 문헌 2 에 나타내는 바와 같이, 석고 단독 또는 실리카 퓸과 병용함으로써 용이하게 고강도를 발현시켜 압축 강도의 증가에 대해서 휨 강도도 증가시키지만, 그 비율은 일반 콘크리트와 마찬가지로 나아지지 않는다는 문제가 있었다. 특허 문헌 3 에 나타내는 바와 같이, 금속 섬유로 보강하는 방법에서는, 생 (ready-mixed) 콘크리트 공장이나 콘크리트 제품 공장에서 사용되고 있는 모르타르 또는 콘크리트용 세골재 (fine aggregate) 는 5 mm 이하인데 비해, 최대 골재 지름을 2 mm 이하 또는 1 mm 이하로 하는 것이 필수 요건이 되고 있기 때문에 일반적으 로 널리 보급할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

발명이 해결하려는 과제

본 발명은 종래 기술에 있어서 상기 문제를 해결하기 위해 수행된 것이며, 본 발명의 목적은 압축 강도와 휨 강도의 절대치를 높이는 한편 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율을 높인 모르타르 또는 콘크리트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 모르타르 또는 콘크리트를 실현하기 위한 시멘트 혼화재, 및 상기 시멘트 혼화재를 이용한 시멘트 조성물을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 모르타르 또는 콘크리트로부터 얻어지는 시멘트 경화체를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

시멘트 혼화재로서 종래 알려져 있는 실리카 퓸, 지름 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회 및 석고를 단독이 아니라 조합시켜 사용함으로써, 각각을 단독으로 사용하는 경우에 비해 휨 강도 및 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율을 상승적으로 높일 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 베이스 모르타르 또는 콘크리트 자체의 휨 강도를 높이는 것이 가능하므로, 통상 사용되고 있는 모르타르 또는 콘크리트용의 세골재를 사용하는 경우에도 금속 섬유를 병용함으로써 휨 강도를 비약적으로 높게 할 수 있는 사실을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하의 시멘트 혼화재, 시멘트 조성물, 모르타르, 콘크리트, 시멘트 경화체에 관한 것이다.

(1) 실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회를 함유하는 시멘트 혼화재로서, 실리카 퓸:분급한 비산회의 배합 비율이 중량비로 95:5 ~ 10:90 인 시멘트 혼화재.

(2) 석고를 더 함유하는 상기 (1) 기재의 시멘트 혼화재.

(3) 시멘트 100 중량부에 대해서 상기 (1) 기재의 시멘트 혼화재를 1 내지 35 중량부의 비율로 함유하는 시멘트 조성물.

(4) 시멘트 100 중량부에 대해서, 무수물로 환산하여 0.5 내지 12 중량부의 석고를 더 함유하는 상기 (3) 기재의 시멘트 조성물.

(5) 상기 (3) 또는 (4) 기재의 시멘트 조성물, 세골재, 감수제 및 혼련수 (kneading water) 를 함유하는 모르타르.

(6) 상기 (5) 기재의 모르타르에 있어서, 상기 모르타르 1 ㎥ 에 대하여 외부첨가량으로 1.0 내지 6.0 부피% 의 금속 섬유를 첨가한 모르타르.

(7) 상기 (3) 또는 (4) 기재의 시멘트 조성물, 세골재, 조골재 (coarse aggregate), 감수제 및 혼련수를 함유하는 콘크리트.

(8) 상기 (7) 기재의 콘크리트에 있어서, 상기 콘크리트 1 ㎥ 에 대하여 외부첨가량으로 1.0 내지 4.0 부피% 의 금속 섬유를 첨가한 콘크리트.

(9) 상기 (5) 또는 (6) 기재의 모르타르를 경화시켜 얻어지는 시멘트 경화체.

(10) 상기 (7) 또는 (8) 기재의 콘크리트를 경화시켜 얻어지는 시멘트 경화체.

발명의 효과

본 발명에 의해, 혼련한 모르타르나 콘크리트의 플로우치가 향상해, 양호한 작업성이 얻어진다. 더욱이, 얻어지는 모르타르 및 콘크리트는 압축 강도 및 휨 강도가 높은 절대치를 가지면서, 압축 강도에 대해서 높은 비율의 휨 강도가 얻어진다. 또한, 금속 섬유를 배합해 보강하면 비약적으로 휨 강도를 높일 수 있어, 토목 건축 구조물 및 콘크리트의 이차 제품을 제조하는데 있어서 경제적인 한편 유리한 설계가 가능해진다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 자세하게 설명한다. 또한, 본 발명에서 사용하는 배합 비율이나 첨가량을 나타내는 부 및 % 는 중량 단위이다. 단, 금속 섬유의 경우는 모르타르 또는 콘크리트 1 ㎥ 에 대한 외부 첨가 부피% 이다.

본 발명에서 사용하는 실리카 퓸이란 금속 실리콘이나 페로실리콘 등의 실리콘 합금 및 지르코니아를 전기로에서 제조할 때에 부산물로 얻어지는, 지름이 1 ㎛ 이하인 구형의 미립자로, 주성분은 반응성이 높은 비결정질의 SiO₂ 이다. 압축 강도는 실리카 퓸의 첨가량에 따라 높아지지만, 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율은 실리카 퓸을 혼화시키지 않은 경우보다도 저하한다.

실리카 퓸은 상기한 바와 같이 단순히 강도 증진재로서 뿐만 아니라, 시멘트에 대해서 10% 전후의 실리카 퓸과 비교적 대량의 고성능 감수제를 병용하면 유동성을 현저하게 높인다. 단, 고성능 감수제의 종류에 따라서 유동 특성이 다르며, 폴리알킬알릴술포네이트계나 멜라민-포르말린 수지 술포네이트계의 이른바 단순히 고성능 감수제로 불리는 감수제와의 병용은 페이스트의 항복치 (yielding value) 가 작은, 비교적 점성이 강한 유동성을 나타낸다. 한편, 실리카 퓸을 공기를 혼입시키는 폴리카복실레이트계의 이른바 고성능 AE 감수제와 병용하는 경우에는 단순히 점성이라기보다 점착성이 있는 플라스틱 상태로 유동성이 커져, 삽으로 뒤짚을 때 느낌이 전자는 무겁고 후자는 가벼운 느낌이 된다. 따라서, 고성능 AE 감수제와 실리카 퓸의 병용계는 단순히 펌핑하는 것이 용이해진다는 이유로 사용되는 경우도 있다.

비산회는 상기한 바와 같이 미분 탄-연소 화력 발전소로부터 부산물로 얻어지는 석탄재로서 보일러의 화기 통로로부터 연소 가스와 함께 폐기되어 집진기에 의해 회수된 구형의 과립상 잔여물이며, 통상 비산회는 그대로 시멘트에 배합되어 비산회 시멘트로도 사용된다. 본 발명에서는 더욱 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회를 사용하는 것이 필수 조건이며, 분급하지 않은 비산회로는 본 발명의 효과를 얻을 수 없다. 분급 비산회의 시판품으로는 20 ㎛ 이하로 분급한 것과 10 ㎛ 이하로 분급한 것의 2 종류가 있다.

본 발명의 시멘트 혼화재는 실리카 퓸:20 ㎛ 이하로 분급한 비산회의 중량비를 95:5 ~ 10:90, 바람직하게는 90:10 ~ 15:85, 보다 바람직하게는 80:20 ~ 70:30 의 비율로 한다. 분급 비산회가 5% 미만이면 휨 강도의 증대 효과가 작고, 분급 비산회가 90% 를 초과하면 휨 강도의 증대 효과가 작다. 분급 비산회의 배합 비율을 크게 하면 압축 강도는 서서히 저하하지만, 휨 강도의 증대 효과는 60:40 부근에서 피크가 된다.

한편, 분급 비산회의 배합 비율을 크게 하면, 모르타르 플로우, 슬럼프 또는 슬럼프 플로우 (이하 간단히 "플로우" 라 함) 도 증대하여, 실리카 퓸:분급 비산회의 비 50:50 부근에 피크가 있고, 분급 비산회에 의한 적당한 점성은 골재의 분리를 억제하여 금속 섬유를 첨가해도 유동하기 쉽게 한다.

본 발명의 혼화재는 시멘트 100 부에 대하여 바람직하게는 1 ~ 35 부, 보다 바람직하게는 2 ~ 30 부, 특히 바람직하게는 3 ~ 25 부 첨가된다. 혼화재를 35 부를 초과하여 첨가하면 휨 강도의 증가가 피크에 도달하여 경제적으로 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용하는 석고로는 2수 석고, 반수 석고, 가용성 무수 석고 (III 형), 및 불용성 무수 석고 (II 형) 의 각종 형태의 석고가 사용되지만, 무수 석고와 2수 석고가 바람직하다. 시멘트에 "실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회" 의 시멘트 혼화재를 첨가했을 경우에, 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회의 배합 비율이 많아짐에 따라 압축 강도가 저하하지만, 석고는 감소치를 초과해 압축 강도를 높여 압축 강도와 휨 강도 모두의 절대치를 높이는 효과를 가진다. 석고는 무수물로 환산하여 시멘트 100 부에 대해서 바람직하게는 0.5 ~ 12 부, 보다 바람직하게는 0.8 ~ 10 부, 특히 바람직하게는 1 ~ 8 부 첨가된다. 12 부를 초과해 석고를 첨가해도, 그 이상의 강도 증가는 얻어지지 않는다.

본 발명에서는 고성능 감수제나 고성능 AE 감수제의 필요량을 병용한다. 고성능 감수제는 폴리알킬알릴술포네이트, 방향족 아미노술포네이트, 및 멜라민-포르말린 수지 술포네이트 중 임의 하나를 주성분으로 하는 것이며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상이 사용되는 것이다. 폴리알킬알릴술포네이트계 고성능 감수제로는 메틸나프탈렌술폰산-포르말린 축합물, 나프탈렌술폰산-포르말린 축합물, 및 안트라센술폰산-포르말린 축합물 등이 있고, 시판품으로는 Denki Kagaku Kogyo K.K. 제 "FT-500" (상품명) 과 그 시리즈, Kao Corporation 제 "Mighty-100" (상품명, 분말) 및 "Mighty-150" 과 그 시리즈, Daiich Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 제 "Selflow 110P" (상품명, 분말), Takemoto Oil & Fat Co., Ltd. 제 "Polfine 510N" (상품명) 및 Nippon Paper Industries Co., Ltd. 제 "Sunflow PS" (상품명) 와 그 시리즈 등이 대표적이다. 방향족 아미노술포네이트계 고성능 감수제로는 Fujisawa Pharmaceutical Co., Ltd. 제 "Paric FP200H" (상품명) 과 그 시리즈가 있고, 멜라민 포름알데히드 수지 술포네이트계 고성능 감수제로는 Grace Chemicals K.K. 제 "FT-3S" (상품명) 를 들 수 있다.

고성능 AE 감수제는 통상 폴리카복실레이트계 감수제로 불리며, 불포화 카르복시산 단량체를 단일 성분으로 포함하는 공중합체 또는 그의 염이다. 예컨대, 폴리(알킬렌 글리콜)모노아크릴레이트, 폴리(알킬렌 글리콜)모노메타크릴레이트, 무수 말레인산 및 스티렌의 공중합체, 아크릴레이트나 메타크릴레이트의 공중합체 및 이들 단량체와 공중합가능한 단량체로부터 유도되는 공중합체 등을 들 수 있다. NMB Co., Ltd. 제 "Rheobuild SP8N" (상품명) 시리즈, Fujisawa Pharmaceutical Co., Ltd. 제 "Paric FP100S 및 300S" (상품명) 시리즈, Takemoto Oil & Fat Co., Ltd. 제 "Chupol HP8 및 11" (상품명) 시리즈, Grace Chemicals K.K. 제 "Darex Super 100, 200, 300 및 1000" (상품명) 시리즈 등이 시판되고 있다.

본 발명에서 사용하는 시멘트는 각종 포틀랜드 (Portland) 시멘트, 각종 혼합 시멘트 또는 에코시멘트 (ecocement) 일 수 있다. 또, 이들의 임의량을 혼합한 시멘트여도 된다.

본 발명의 모르타르 및 콘크리트를 제조하는데 있어서 특별한 제한은 없고, 일반적으로 사용되고 있는 세골재 및 조골재를 사용할 수 있다. 또, 모르타르 또는 콘크리트의 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율 및 휨 강도의 절대치는 물/결합재 비나 세골재율에 상관 없이 나름대로 증대하므로, 임의로 선택할 수 있다.

또한, 본 발명에서 금속 섬유를 병용할 수 있다. 금속 섬유도 특별한 것이 아니고, 통상 시판되고 있는 모르타르 또는 콘크리트용 금속 섬유이면 된다. 금속 섬유는 모르타르 또는 콘크리트 1 ㎥ 에 대해 외부 첨가량으로 1.0 내지 6.0 부피% 를 첨가하지만, 휨 강도의 증대 효과와 작업성의 관점에서 모르타르의 경우와 콘크리트의 경우 간에는 최대 첨가량 및 바람직한 범위가 서로 다르다. 또, 진동 성형, 원심력 성형 등 콘크리트의 성형 방법에 따라서도 최대 첨가량 및 바람직한 범위가 다르다.

진동 성형의 경우, 모르타르에서 2 부피% 미만에서는 휨 강도의 증가가 적지만, 2 부피% 이상으로 금속 섬유의 첨가량을 많게 하면 휨 강도도 금속 섬유의 첨가량에 따라 높아지며, 5.5 부피% 이상에서는 피크에 도달하고, 6.0 부피% 를 초과하면 유동하기 어려워 성형할 수 없게 되므로, 금속 섬유는 외부 첨가량 1.0 ~ 6.0 부피%, 바람직하게는 2.5 ~ 5.0 부피% 로 첨가된다. 콘크리트의 경우는 1.5 부피% 이상에서부터 효과를 발휘해 4 부피% 를 초과하면 작업성이 나빠지므로, 금속 섬유는 외부 첨가량 1.0 ~ 4.0 부피%, 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 부피% 로 첨가된다.

원심력 성형체에서는 모르타르도 콘크리트도 금속 섬유의 외부 첨가량 1.0 부피% 로부터 휨 인장 강도가 증대하며, 모르타르의 경우에는 작업성의 관점에서 5.0 부피% 이하로 하는 것이 바람직하고, 콘크리트에서는 3.0 부피% 이하가 바람직하다. 덧붙여, 흄관의 외압 강도를 높이려면, 관 안쪽에 강철 섬유를 집중하면 좋으므로 관 두께의 안쪽 2/3 전후 이하의 두께를 보강하는 것이 경제적으로도 바람직하다.

본 발명의 혼화재의 첨가 방법은 특별히 제한되지 않는다. 모르타르 또는 콘크리트의 혼련 시에, 실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회를 혼합한 것을 첨가해도 되고, 또한 석고를 혼합하여 첨가해도 된다. 또, 각각의 성분을 따로 준비해 믹서에 기타 모르타르 또는 콘크리트 재료와 함께 첨가해도 된다. 혼련 방법도 특별히 제한되지 않고, 통상 행해지고 있는 혼련 방법이면 된다. 또, 금속 섬유의 첨가 방법도 특별히 제한은 없지만, 모르타르 또는 콘크리트를 혼련하고 나서 믹서의 교반을 더 계속하면서 그 중에 금속 섬유를 첨가하는 방법이 섬유 볼 (fiber ball) 을 생성하기 어렵기 때문에 바람직하다.

또, 본 발명의 모르타르 또는 콘크리트의 양생 방법에도 제한은 없고, 표준 양생, 증기 양생, 및 오토클레이브 양생도 이용가능하다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용하는 재료와 시험 항목과 그 방 법을 전체적으로 나타낸다.

<사용 재료>

시멘트 : Denki Kagaku Kogyo K.K. 제 일반 포틀랜드 시멘트, 밀도 3.16 g/㎤

세골재 : Niigata현 Hime하천산 (川産) 모래 (5 mm 이하), 밀도 2.62 g/㎤

조골재 : Niigata현 Hime하천산 분쇄석 (5 ~ 13 mm), 밀도 2.64 g/㎤

실리카 퓸 : 러시아산, 과립상으로 된 것 (SF 라 한다), 밀도 2.44 g/㎤

비산회 : Shikoku Electric Power Co., Inc. 제, 20 ㎛ 이하로 분급한 것 (FA20 라 한다) 과 10 ㎛ 이하로 분급한 것 (FA10 이라 한다) 과 분급하지 않은 비산회 (FA 라 한다), 밀도 2.44 g/㎤

석고 : 불용성 무수 석고 (천연산, 밀도 2.82 g/㎤) 와 공업용 2수 석고 분말, 밀도 2.30 g/㎤

금속 섬유 : Tokyo Rope MFG. Co., Ltd. 제 "Dipac", 철제, 폭 0.9 mm, 두께 0.34 mm, 길이 30 mm, 밀도 8.00 g/㎤

감수제 : 고성능 AE 감수제 WRA (1), Grace Chemicals K.K. 제 "Super 1000N"; 고성능 감수제 WRA (2), Daiich Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 제 "Selflow 110P"

<시험 항목과 그 방법>

[모르타르 플로우의 측정]

JIS R 5201 에 준거해, 당겼을 때의 플로우치를 측정했다. 단, 플로우 테이 블 위에 50 × 50 × 2 cm 의 아크릴 유리판을 얹어 그 위에서 측정했다.

[모르타르 강도의 측정 방법]

휨 강도는 JIS R 5201 에 준거해 측정했으며, 압축 강도는 지름 5 × 길이 10 cm 의 형틀 (mold form) 에서 성형한 시험편을 이용하여 측정하였다.

[콘크리트 플로우의 측정]

JIS A 1101 에 준거해 당겼을 때 콘크리트의 횡측 확장을 측정했다.

[콘크리트의 휨 강도와 압축 강도의 측정]

JIS A 1132, JIS A 1106, JIS A 1132 및 JIS A 1108 에 준거했다.

[원심력 성형의 휨 인장 강도의 측정]

외경 20 cm × 길이 30 cm 의 원통 형틀에 콘크리트 17.5 kg 을 충전하고, 초속 1.5G × 2 분, 저속 3G × 5 분, 중속 I: 8G × 1 분, 중속 II: 15G × 2 분, 고속 30G × 3 분의 조건으로 원심력 성형하여, 양생 후 균열이 발생하는 외압 하중과 관 두께를 측정해 휨 인장 강도를 산출했다. 또, 내측 1/3 을 금속 섬유가 포함된 모르타르로 형성한 경우에는 콘크리트 12.5 kg 을 충전하고 상기 조건으로 원심력 성형한 후, 모르타르 5 kg 를 다시 충전하고, 마찬가지로 원심력 성형했다.

덧붙여, 모르타르 (또는 콘크리트) 의 혼련 시에는 시멘트, 혼화재의 각 성분, 세골재 (및 조골재) 를 30 초간 건조 혼합한 후, 물에 감수제를 용해한 혼련수를 첨가하여 3 분간 옴니 (Omni) 믹서로 혼련했다. 금속 섬유를 첨가하는 경우는 모르타르 또는 콘크리트를 3 분간 혼련한 후, 교반을 정지하지 않고 조금씩 금속 섬유를 첨가하고 나서, 3 분간 더 혼련했다.

실시예 1

(모르타르)

시멘트 100 부, 세골재 100 부, 실리카 퓸과 비산회의 배합량을 표 1 에 나타낸 바와 같이 바꾸고, 물 20 부에 고성능 AE 감수제 3 부를 용해한 혼련수를 결합재 (시멘트 또는 시멘트 + 실리카 퓸 및/또는 비산회) 에 대해 20 부를 첨가하고 혼련하여, 모르타르의 플로우치를 측정해 표 1 에 병기했다. 이 모르타르를 성형해 수득한 시험편을 미리 8 시간 방치하고, 그 온도를 승온 속도 20℃/시간으로 80℃ 까지 올려서 그대로 5 시간 유지하고 나서, 증기 밸브를 닫아 다음날까지 증기 양생조 중에서 서서히 냉각하여, 재령 (材齡) 1 일째의 휨 강도와 압축 강도를 측정해, 그 결과를 표 1 에 병기했다.

표 1 으로부터 분명한 바와 같이, 실리카 퓸 및 비산회를 혼화시키지 않은 실험 No. 1-1 에 비해 실리카 퓸만을 첨가한 비교예의 실험 No. 1-2 에서는 플로우치가 커져 작업성이 개선되고 압축 강도 및 휨 강도도 증가했지만, 압축 강도의 증가에 대한 휨 강도의 증가가 적어, 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율은 저하했다. 또, 분급한 비산회만을 첨가한 실험 No. 1-14 에서도 플로우치의 향상은 인정되지만, 압축 강도 및 휨 강도는 거의 증가하지 않았다. 이것에 비해, 본 발명의 실시예의 실험 No. 1-3 ~ No. 1-13, 및 No. 1-26 ~ No. 1-30 에서 보이는 바와 같이, 실리카 퓸과 분급한 비산회를 배합함으로써 플로우치는 보다 커졌다. 압축 강도의 증가는 실리카 퓸의 비율이 적어질수록 저하하지만, 휨 강도의 증가가 현저하고 압축 강도에 대한 휨 강도의 비율도 커지는 것이 판명되었다. 그리고 휨 강도는 실 리카 퓸/분급 비산회의 비율이 60:40 일 때 최고에 도달했다.

또, 실험 No. 1-15 ~ No. 1-25 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 혼화재는 그 첨가량을 많게 하면 플로우치, 휨 강도 및 압축 강도가 증가하지만, 휨 강도는 시멘트 100 부에 대해 1 부로부터 증가하기 시작해 3 부에서 현저해지고, 35 부 이상에서는 플로우치, 휨 강도, 및 압축 강도가 모두 피크에 도달하여, 경제성도 고려하면 30 부 이하가 바람직하다.

실험 No.	시멘트 100 부에 대한 배합량		플로우치 (mm)	휨 강도 (N/mm²)	압축 강도 (N/mm²)	휨/압축 강도비
실험 No.	SF (부)	FA (부)	플로우치 (mm)	휨 강도 (N/mm²)	압축 강도 (N/mm²)	휨/압축 강도비
1-1	0	0	198	14.6	133	1/9.1
1-2	16.0 (100)	0	283	15.0	156	1/10.4
1-3	15.2 (95)	FA20 0.8 (5)	294	18.7	158	1/8.4
1-4	14.4 (90)	FA20 1.6 (10)	312	24.8	155	1/6.3
1-5	12.8 (80)	FA20 3.2 (20)	342	27.6	152	1/5.5
1-6	11.2 (70)	FA20 4.8 (30)	355	29.2	150	1/5.1
1-7	9.6 (60)	FA20 6.4 (40)	360	29.5	148	1/5.0
1-8	8.0 (50)	FA20 8.0 (50)	368	28.9	145	1/5.0
1-9	6.4 (40)	FA20 9.6 (60)	364	28.8	142	1/5.1
1-10	4.8 (30)	FA20 11.2 (70)	355	27.1	141	1/5.2
1-11	3.2 (20)	FA20 12.8 (80)	342	25.5	140	1/5.5
1-12	2.4 (15)	FA20 13.6 (85)	336	22.7	138	1/6.1
1-13	1.6 (10)	FA20 14.4 (90)	311	17.1	136	1/8.0
1-14	0	FA20 16.0 (100)	290	15.3	134	1/8.8
1-15	0.5 (50)	FA20 0.5 (50)	202	16.7	137	1/8.2
1-16	1.5 (50)	FA20 1.5 (50)	273	19.1	143	1/7.5
1-17	2.5 (50)	FA20 2.5 (50)	296	21.2	140	1/6.6
1-18	3.5 (50)	FA20 3.5 (50)	325	24.7	148	1/6.0
1-19	5.0 (50)	FA20 5.0 (50)	348	28.0	140	1/5.0
1-20	7.0 (50)	FA20 7.0 (50)	357	29.6	153	1/5.2
1-21	10.0 (50)	FA20 10.0 (50)	374	31.5	158	1/5.0
1-22	12.5 (50)	FA20 12.5 (50)	380	32.0	160	1/5.0
1-23	15.0 (50)	FA20 15.0 (50)	385	33.0	162	1/4.9
1-24	17.5 (50)	FA20 17.5 (50)	387	33.4	163	1/4.9
1-25	20.0 (50)	FA20 20.0 (50)	389	31.8	158	1/5.0
1-26	15.2 (95)	FA10 0.8 (5)	305	19.7	160	1/8.1
1-27	14.4 (90)	FA10 1.6 (10)	323	26.0	156	1/6.0
1-28	9.6 (60)	FA10 6.4 (40)	371	30.4	152	1/5.0
1-29	2.4 (15)	FA10 13.6 (85)	346	24.1	140	1/5.8
1-30	1.6 (10)	FA10 14.4 (90)	323	17.5	138	1/7.8
1-31	9.6 (60)	FA 6.4 (40)	259	16.6	148	1/8.9
주. ( ) 내 수치는 SF 와 FA 의 중량 비율을 나타낸다.

실시예 2

(모르타르)

실시예 1 의 실험 No. 1-1, No. 1-2, No. 1-7, No. 1-14 에서, 표 2 에 나타내는 종류와 첨가량 (시멘트 100 부에 대한 양) 의 석고를 더 배합해 실시예 1 과 같은 시험을 실시해, 그 결과를 표 2 에 나타냈다.

표 2 에서, 석고는 압축 강도와 휨 강도 모두를 증강시켜 강도를 높인다. 본 실시예에서는 시멘트 100 부에 대해서 석고를 0.5 부 이상 첨가했을 경우에 효과가 나타났으며, 0.8 부 이상 또는 1.0 부 이상에서 효과가 보다 현저하게 되고, 12 부를 초과해 첨가해도 그 이상의 강도 증가 효과는 얻을 수 없다. 이 결과, 시멘트 100 부에 대해 10 부 이하, 바람직하게는 1 ~ 8 부의 석고를 첨가하면, 압축 강도와 휨 강도 모두의 절대치를 높이는 것이 판명되었다.

실험 No.	결합재의 종류	석고의 배합량 (부)		플로우치 (mm)	휨 강도 (N/㎟)	압축 강도 (N/㎟)
실험 No.	결합재의 종류	무수 석고	2수 석고	플로우치 (mm)	휨 강도 (N/㎟)	압축 강도 (N/㎟)
2-1	No. 1-1	5.0	-	203	16.6	153
2-2	No. 1-2	5.0	-	299	17.1	168
2-3	No. 1-14	5.0	-	301	15.5	147
2-4	No. 1-7	0.5	-	363	30.0	153
2-5	No. 1-7	0.8	-	366	31.5	158
2-6	No. 1-7	1.0	-	370	33.8	165
2-7	No. 1-7	2.0	-	374	34.3	171
2-8	No. 1-7	3.0	-	375	35.0	176
2-9	No. 1-7	5.0	-	377	36.4	180
2-10	No. 1-7	6.0	-	368	37.2	186
2-11	No. 1-7	8.0	-	360	37.3	188
2-12	No. 1-7	10.0	-	356	37.2	186
2-13	No. 1-7	12.0	-	342	36.0	184
2-14	No. 1-7	-	1.0	360	31.4	160
2-15	No. 1-7	-	3.0	358	33.9	164
2-16	No. 1-7	-	5.0	342	34.3	167
2-17	No. 1-7	-	6.0	330	35.3	173
2-18	No. 1-7	-	8.0	321	35.6	174
2-19	No. 1-7	-	10.0	308	35.7	172

실시예 3

(금속 섬유 배합 모르타르)

실시예 1 의 실험 No. 1-8 의 모르타르 1 ㎥ (공기량은 4%) 에 금속 섬유의 첨가량 (모르타르에 대한 외부 첨가) 을 바꾸어 혼련하고, 시험편을 부어 성형하고, 실시예 1 과 같이 증기 양생하여 재령 1 일째의 휨 강도 시험을 실시했다. 그 결과를 표 3 에 나타냈다.

표 3 에서, 금속 섬유는 모르타르의 휨 강도를 비약적으로 높이지만, 1.5 부피% 에서는 전혀 효과가 없고, 2 부피% 로부터 탁월한 효과를 나타내게 되어, 금속 섬유의 첨가량이 많아질수록 휨 강도는 증대했다. 5.0 부피% 를 초과하면 피크에 도달하며, 또한 6.5 부피% 에서는 작업성이 나빠서 성형성이 나빠졌다. 진동 성형으로 얻어지는 모르타르의 경우, 특히 바람직한 범위는 2.5 ~ 5 부피% 인 것이 판명되었다.

실험 번호	결합재의 종류	금속 섬유 (부피%)	휨 강도 (N/㎟)
3-1	No. 1-8	0	28.9
3-2	No. 1-8	1.5	28.7
3-3	No. 1-8	2.0	33.2
3-4	No. 1-8	2.5	42.4
3-5	No. 1-8	3.0	47.5
3-6	No. 1-8	3.5	52.6
3-7	No. 1-8	4.0	58.0
3-8	No. 1-8	4.5	62.4
3-9	No. 1-8	5.0	65.8
3-10	No. 1-8	5.5	66.2
3-11	No. 1-8	6.0	66.4
3-12	No. 1-8	6.5	성형 불가능

실시예 4

(콘크리트)

콘크리트 1 ㎥ 당 900 kg/㎥ 의 조골재를 가하고, 또 공기량을 2.5% 로 조정한 이외는 실시예 1 의 실험 No. 1-1 ~ 실험 No. 1-14 와 실시예 2 의 실험 No. 2-5 ~ 실험 No. 2-13 의 모르타르와 마찬가지로 배합하여, 전체를 1 ㎥ 로 한 콘크리트를 혼련하고 시험편을 성형해, 표준 양생 91 일째의 압축 강도와 휨 강도를 측정해, 그 결과를 표 4 에 나타냈다.

표 4 로부터 분명한 바와 같이, 결합재로서 시멘트와 실리카 퓸만을 첨가한 실험 No. 4-2 의 콘크리트, 및 시멘트와 분급한 비산회만을 첨가한 실험 No. 4-14 의 콘크리트는 휨 강도의 증가율이 작았다. 한편, 실험 No. 4-3 ~ 실험 No. 4-13 과 마찬가지로, 실리카 퓸과 분급한 비산회 모두를 배합한 콘크리트의 경우는 휨 강도의 증가가 현저한 것이 판명되었다. 이는 실리카 퓸:분급 비산회의 비율이 95:5 ~ 10:90, 바람직하게는 90:10 ~ 20:80 의 경우에 특히 현저했다.

또, 석고를 병용하면, 실험 No. 4-15 ~ 실험 No. 4-23 에서 분명한 바와 같이, 압축 강도 및 휨 강도 모두를 증대시키는 것이 나타났다. 콘크리트의 경우, 석고의 병용은 모르타르의 경우와 마찬가지로 시멘트 100 부에 대해서 12 부를 초과해 첨가하더라도 그 이상의 강도 증가 효과는 얻을 수 없어, 석고 첨가량은 10 부 이하, 바람직하게는 1 ~ 8 부이다.

실험 번호	결합재의 종류 (석고 포함)	휨 강도 (N/㎟)	압축 강도 (N/㎟)	휨/압축 강도비
4-1	No. 1-1	11.2	123	1/11.0
4-2	No. 1-2	12.1	156	1/12.9
4-3	No. 1-3	15.3	155	1/10.1
4-4	No. 1-4	15.9	154	1/9.7
4-5	No. 1-5	18.8	152	1/8.1
4-6	No. 1-6	20.8	150	1/7.2
4-7	No. 1-7	21.2	151	1/7.1
4-8	No. 1-8	20.5	150	1/7.3
4-9	No. 1-9	20.0	149	1/7.5
4-10	No. 1-10	18.0	150	1/8.3
4-11	No. 1-11	17.2	152	1/8.8
4-12	No. 1-12	15.5	150	1/9.7
4-13	No. 1-13	13.7	144	1/10.5
4-14	No. 1-14	11.9	142	1/11.9
4-15	No. 2-5	21.9	162	1/7.9
4-16	No. 2-6	23.1	165	1/7.1
4-17	No. 2-7	24.9	170	1/6.8
4-18	No. 2-8	25.3	174	1/6.9
4-19	No. 2-9	25.8	178	1/6.9
4-20	No. 2-10	26.4	177	1/6.7
4-21	No. 2-11	26.0	175	1/6.7
4-22	No. 2-12	25.9	176	1/6.8
4-23	No. 2-13	25.0	173	1/6.9

실시예 5

(금속 섬유 배합 콘크리트)

실시예 4 의 실험 No. 4-8 의 콘크리트 1 ㎥ 에, 표 5 에 나타내는 양 (콘크리트에 대해서 외부 첨가) 의 금속 섬유를 혼련하고, 형틀을 테이블 진동기 위에 두어, 금속 섬유가 분리하지 않게 조금 진동을 걸면서 콘크리트를 부어 시험편을 성형해, 실시예 1 과 마찬가지로 증기 양생하고 나서 재령 1 일째의 휨 강도 시험을 실시했다. 그 결과를 표 5 에 나타냈다.

표 5 에서 분명하듯이, 금속 섬유는 콘크리트의 휨 강도를 높이지만, 1.0 부피% 에서는 거의 효과가 없고, 1.5 부피% 로부터 탁월한 효과를 나타내게 되어, 금속 섬유의 첨가량이 많아질수록 휨 강도가 증대하지만 점점 피크에 도달한다. 4.5 부피% 에서는 작업성이 나빠서 성형이 곤란해진다. 그리고, 진동 성형으로 얻어지는 콘크리트의 경우 작업성을 포함해 특히 바람직한 범위는 2.0 ~ 4.0 부피% 인 것이 판명되었다.

실험 번호	콘크리트의 종류	금속 섬유 (외부 부피%) (콘크리트 기준)	휨 강도 (N/㎟)
5-1	No. 4-8	1.0	21.7
5-2	No. 4-8	1.5	23.8
5-3	No. 4-8	2.0	27.1
5-4	No. 4-8	2.5	32.4
5-5	No. 4-8	3.0	36.5
5-6	No. 4-8	3.5	38.6
5-7	No. 4-8	4.0	39.1
5-8	No. 4-9	4.5	성형 불가능

실시예 6

표 6 의 배합을 이용하고 금속 섬유의 첨가량을 바꾸어 모르타르 또는 콘크리트를 혼련하고 원심력 성형해 시험편을 제작하여, 실시예 1 과 마찬가지로 증기 양생을 실시하고, 재령 1 일째의 균열이 발생하는 시점의 외압 하중을 측정하여 휨 인장 강도를 산출했다. 가운데줄은 콘크리트의 배합, 윗줄은 비교용 콘크리트의 배합이며, 아래줄의 모르타르의 배합은 가운데줄의 콘크리트 배합으로부터 조골재를 빼고 1 ㎥ 로 환산해 나타냈다. 여기서, 표 6 중의 기호는 각각 이하의 것을 나타낸다.

Gmax: 최대 골재 치수

air: 공기량

sL: 슬럼프

s/a: 세골재비

W/B: 물/결합재비

W: 물

C: 시멘트

S: 세골재

G: 조골재

원심력 성형 시험편은 전체를 금속 섬유의 첨가량을 바꾸어 모르타르 또는 콘크리트로 1 층 성형한 것과, 외측 3 cm 를 금속 섬유 없는 모르타르 또는 콘크리트로 성형한 후, 내측 2 cm 를 금속 섬유의 첨가량을 바꾼 모르타르 또는 콘크리트로 2 층 성형한 것을 제작했다. 그 결과를 표 7 에 나타냈다.

Gmax (mm)	air (%)	sL (cm)	s/a (%)	W/B (%)	단위량 (kg/㎥)
Gmax (mm)	air (%)	sL (cm)	s/a (%)	W/B (%)	W	C	S	G	WRA(2)	SF	FA20	II-CS
*13	1.5	65	48.7	28	168	600	799	850	12	0	0	0
13	1.5	65	48.1	28	168	500	782	850	10	48	29	19
-	1.6	35	-	20	234	984	953	-	18	94	56	38
(주) WRA(2): 고성능 감수제로서, 분말 상태로 첨가하여 혼련시켰다. II-CS 는 불용성 무수 석고이다.

표 7 에서 알 수 있듯이, 금속 섬유를 1.0 부피% 첨가하면 휨 인장 강도가 증가하며, 금속 섬유의 첨가량이 많아질수록 휨 인장 강도도 증가해 나간다. 콘크리트의 경우, 유동성이 높은 콘크리트에 금속 섬유를 첨가해도 3.5 부피% 첨가로는 콘크리트의 확장이 불량하여 섬유 볼이 내면으로 뜨기 때문에, 금속 섬유의 첨가량은 3.0 부피% 까지가 바람직하다.

모르타르의 경우에는 5.0 부피% 를 초과하면 성형할 수 없게 되어, 금속 섬유의 첨가량은 5.0 부피% 이하가 바람직한 것이 판명되었다. 또, 흄관을 가정하는 경우는, 관 전체에 금속 섬유를 배합해 성형하는 것보다도, 관 두께의 안쪽에만 금속 섬유를 배합해 성형하는 것이 휨 인장 강도가 높아져, 경제적인 것이 판명되었다.

실험 No.	금속 섬유의 첨가량 (외부 첨가량, 부피%)		성형법	휨 인장 강도 (N/㎟)
실험 No.	콘크리트 중	모르타르 중	성형법	휨 인장 강도 (N/㎟)
6-1	0, 관 전체를 성형	-	1 층	13.1
6-2	1.0, 관 전체를 성형	-	1 층	16.1
6-3	1.5, 관 전체를 성형	-	1 층	19.0
6-4	2.0, 관 전체를 성형	-	1 층	22.5
6-5	2.5, 관 전체를 성형	-	1 층	27.6
6-6	3.0, 관 전체를 성형	-	1 층	27.5
6-7	3.5, 관 전체를 성형	-	1 층	섬유 볼
6-8	-	0, 관 전체를 성형	1 층	17.0
6-9	-	1.0, 관 전체를 성형	1 층	21.0
6-10	-	1.5, 관 전체를 성형	1 층	24.6
6-11	-	2.0, 관 전체를 성형	1 층	28.3
6-12	-	3.0, 관 전체를 성형	1 층	33.2
6-13	-	3.5, 관 전체를 성형	1 층	37.2
6-14	-	4.0, 관 전체를 성형	1 층	40.0
6-15	-	5.0, 관 전체를 성형	1 층	41.7
6-16	-	6.0, 관 전체를 성형	1 층	성형 불가능
6-17	1.0, 내측을 성형	-	2 층	19.8
6-18	2.0, 내측을 성형	-	2 층	25.8
6-19	3.0, 내측을 성형	-	2 층	30.1
6-21	-	1.0, 내측을 성형	2 층	24.1
6-22	-	2.0, 내측을 성형	2 층	32.5
6-23	-	3.0, 내측을 성형	2 층	36.2
6-24	-	4.0, 내측을 성형	2 층	44.5
6-25	*0, 관 전체를 성형		1 층	8.2
(주): 표 6 에서 "" 로 나타낸 콘크리트 배합에 따른 비교예이다.

본 발명을 상세하게 특정 실시형태를 참조해 설명했지만, 본 발명의 요지와 범위를 일탈하는 일 없이 여러가지 변경 및 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은 2004 년 3 월 17 일 출원한 일본 특허 출원 (특원 2004-075718) 에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에서 참조로서 도입된다.

본 발명에 의해, 혼련 모르타르나 콘크리트의 플로우치가 향상해, 양호한 작업성을 얻을 수 있다. 게다가, 얻어지는 모르타르 및 콘크리트의 압축 강도 및 휨 강도가 높은 절대치를 가지면서, 압축 강도에 대해서 높은 비율의 휨 강도를 얻을 수 있다. 또한, 금속 섬유를 배합해 보강하면 비약적으로 휨 강도를 높일 수 있어, 토목 건축 구조물 및 콘크리트 이차 제품을 제조하는데 있어서 경제적인 한편 유리한 설계가 가능하게 된다.

Claims

실리카 퓸과 20 ㎛ 이하로 분급한 비산회를 함유하는 시멘트 혼화재로서, 실리카 퓸:분급한 비산회의 배합 비율이 중량비로 95:5 ~ 10:90 인 시멘트 혼화재.
제 1 항에 있어서,

석고를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
시멘트 100 중량부에 대해서 제 1 항의 시멘트 혼화재를 1 내지 35 중량부의 비율로 함유하는 시멘트 조성물.
제 3 항에 있어서,

시멘트 100 중량부에 대해서 무수물로 환산하여 0.5 내지 12 중량부의 석고를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
제 3 항 또는 제 4 항의 시멘트 조성물, 세골재, 감수제 및 혼련수를 함유하는 모르타르.
제 5 항에 있어서,

상기 모르타르 1 ㎥ 에 대하여 외부첨가량으로 1.0 내지 6.0 부피% 의 금속 섬유를 첨가한 것을 특징으로 하는 모르타르.
제 3 항 또는 제 4 항의 시멘트 조성물, 세골재, 조골재, 감수제 및 혼련수를 함유하는 콘크리트.
제 7 항에 있어서,

상기 콘크리트 1 ㎥ 에 대하여 외부첨가량으로 1.0 내지 4.0 부피% 의 금속 섬유를 첨가한 것을 특징으로 하는 콘크리트.
제 5 항 또는 제 6 항의 모르타르를 경화시켜 얻어지는 시멘트 경화체.
제 7 항 또는 제 8 항의 콘크리트를 경화시켜 얻어지는 시멘트 경화체.