KR20070120174A - 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강모르타르 또는 콘크리트, 및 초고강도 시멘트 혼화재 - Google Patents

초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강모르타르 또는 콘크리트, 및 초고강도 시멘트 혼화재 Download PDF

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덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
가지마 겐세쓰 가부시키가이샤
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Abstract

유동성(작업성)을 향상시킴과 함께, 금속 섬유를 포함하지 않는 모르타르의 압축 강도의 절대값을 높이면서 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율을 높임으로써, 보다 소량의 금속 섬유로도 높은 굽힘 강도가 얻어지고, 또한 일반적으로 생콘크리트에서 사용되고 있는 세골재도 사용할 수 있는, 범용성이 높은 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트를 제공한다.
시멘트, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 석고 및 금속 섬유를 함유하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부 : 5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 또한 이 시멘트 조성물에 세골재를 함유하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이며, 또, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시 및 석고를 주성분으로 하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부 : 5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 시멘트 혼화재이다.

Description

초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트, 및 초고강도 시멘트 혼화재 {ULTRAHIGH-STRENGTH FIBER-REINFORCED CEMENT COMPOSITION, ULTRAHIGH-STRENGTH FIBER-REINFORCED MORTAR OR CONCRETE, AND ULTRAHIGH-STRENGTH CEMENT ADMIXTURE}
본 발명은 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트 및 초고강도 시멘트 혼화재에 관한 것이다. 상세하게는, 특정한 비율로 혼합한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시(fly ash), 석고, 및 금속 섬유를 함유하는 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 또한, 이 시멘트 조성물에 세골재를 함유하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트 및 이들에 사용하는 초고강도 시멘트 혼화재이다.
모르타르나 콘크리트는 기본적으로 압축 강도에 비교하여 굽힘 강도가 작은 것이 과제이며, 압축 강도를 높게 해도 굽힘 강도는 그만큼 커지지 않는다. 종래, 굽힘 강도를 높이기 위해서는 PC 강재에 의해 프리스트레스(prestress)를 도입하는 방법이나, 팽창재에 의해 케미칼 프리스트레스를 도입하는 방법, 금속 섬유에 의해 보강하는 방법, 및 강관(鋼管)에 고강도인 모르타르나 콘크리트를 충전한 복합 구조로 하는 방법 등이 실시되고 있다.
금속 섬유로 보강한 초고강도, 높은 굽힘을 발현하는 시멘트 조성물이나 그것을 이용한 시멘트계 경화체에 관해서는 이미 제안되어 있고, 시멘트, 평균 입경 1.5㎛미만의 포졸란(pozzolan) 물질, 평균 입경 1.5~20㎛의 석영질 분말, 골재로 이루어지는 시멘트 조성물과 금속 섬유를 이용하여 압축 강도 1500kgf／㎠(147N／㎟), 굽힘 강도 150kgf／㎠(14.7N／㎟) 이상의 시멘트계 경화체를 얻는다는 것이다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1：일본 공개특허공보 평 11-130508호
또한, 석탄 가스화 플라이애시란, 가스화 석탄을 이용하여 발전(發電)할 때의 부산물로서 배출되는 것이고, 그 구형 입자는 통상의 미분탄을 땐 플라이애시와 비교하면 평균 입경이 작다. 또한, 석탄 가스화 플라이애시의 구형 입자 표면은 매끄럽기 때문에, 통상의 플라이애시보다 볼 베어링(ball bearing) 작용이 뛰어나고, 저수(低水) 결합재비에 있어서 고유동성의 고강도 모르타르 또는 콘크리트용으로서 이용할 수 있는 것도 이미 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 2：일본 공개특허공보 2001-19527호
또한, 석고류는 증기 양생의 유무에 관계없이 고강도 혼화재로서 많이 사용되고, 실리카흄과 조합함으로써 보다 높은 강도나 내구성이 얻어지는 혼화재로서 제안되고 있다(특허 문헌 3 참조).
특허 문헌 3：일본 등록특허공보 제2581803호
그러나, 특허 문헌 1의 경우는 포졸란질 미분말로는 실리카흄이나 플라이애시인 것이 기재되어 있다. 실리카흄의 평균 입경은 0.1㎛이기 때문에 그대로 고강 도용 혼화재로서 사용 가능하다. 한편, 미분탄을 땐 화력 발전소로부터 부생하는 플라이애시는 최대 입경이 100㎛ 정도이기 때문에, 분급이나 분쇄 분급하지 않으면 이용할 수 없다. 또한, 가스화 석탄을 이용하여 발전할 때의 부산물로서 배출되는 석탄 가스화 플라이애시에 관해서는 명확한 기재는 없지만, 이 플라이애시의 최대 입경은 5~10㎛이기 때문에 역시 분급이 필요해진다. 그러므로, 공업적으로 이용하려면 분급 또는 분쇄 분급 공정이 증가된다는 과제가 남는다. 또한, 최대 입경 1.5~20㎛인 석영질 분말에 있어서도 분쇄 조정해야 한다는 동일한 과제가 존재한다. 또한, 실리카흄과 분급하지 않은 석탄 가스화 플라이애시를 특정한 비율로 병용한 경우의 특이적 작용 효과에 대한 기재나 시사는 전혀 없다.
특허 문헌 2의 경우는, 석탄 가스화 플라이애시의 포졸란 활성은 실리카흄보다는 상당히 작고, 증기 양생을 행해도 압축 강도를 높이는 효과는 작으며, 또한, 굽힘 강도에 대한 개선 효과를 기대할 수 없다는 과제를 가진다. 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시를 특정한 비율로 병용한 경우의 작용 효과에 대해서도 기재되어 있지 않고, 그 시사도 없는 것이다.
특허 문헌 3의 경우는, 석고류와 포졸란 물질(실리카흄, 플라이애시 등)과 병용함에 따라 용이하게 고강도를 발현시키지만, 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율은 증가하지 않는, 즉, 굽힘 강도의 향상을 기대할 수 없다는 과제가 있다. 또한, 석탄 가스화 플라이애시에 관한 기재는 없고, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시를 특정한 비율로 병용한 경우의 작용 효과에 대해서도 기재되어 있지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유동성(작업성)을 향상시킴과 함께, 금속 섬유를 포함하지 않는 모르타르의 압축 강도의 절대값을 높이면서 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율을 높임으로써 보다 소량의 금속 섬유로도 높은 굽힘 강도가 얻어지고, 또한 일반의 생(生)콘크리트에서 사용되고 있는 세골재도 사용할 수 있는, 범용성이 높은 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트를 제공하는 것이다. 이러한 과제를 종래 알려져 있는 실리카흄이나 석탄 가스화 플라이애시 및 석고를 특정한 범위에서 조합한 시멘트 혼화재를 사용함에 따라 상승(相乘)적으로 달성하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용한다.
(1) 시멘트, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 석고, 및 금속 섬유를 함유 하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부：5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물이다.
(2) 시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물이다.
(3) 시멘트, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 석고, 세골재 및 금속 섬유를 함유하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부：5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이다.
(4) 시멘트 100 질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (3)의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이다.
(5) 상기 금속 섬유가 길이 5~30㎜인 것임을 특징으로 하는 상기 (3) 또는 (4)의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이다.
(6) 시멘트와 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시와 석고의 합계 100질량부에 대해서, 세골재 50~200질량부, 혼련수와 고성능 감수제의 합계 15~25질량부를 함유하고, 금속 섬유를 모르타르 또는 콘크리트 1㎥ 당 0.5~3용적％ 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (3) 내지 (5) 중 어느 하나의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이다.
(7) 150N／㎟ 이상의 압축 강도와 20N／㎟ 이상의 굽힘 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (3) 내지 (6) 중 어느 하나의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트이다.
(8) 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 및 석고를 주성분으로 하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부 : 5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 시멘트 혼화재이다.
(9) 시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 (8)의 초고강도 시멘트 혼화재이다.
한편, 본 발명에서 사용하는 배합 비율이나 첨가량을 나타내는 부(部)나 ％는 질량 기준이지만 금속 섬유인 경우만 습관상 용적 기준이다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트는, (a) 유동성이 향상되고, 양호한 작업성이 얻어진다. 또한, (b) 압축 강도가 150N／㎟ 이상, 굽힘 강도가 20N／㎟ 이상이고, 또한 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율이 높은 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트 부재(초고압축 강도 또한 높은 굽힘 강도, 매우 치밀한 고내구성의 시멘트 경화체)가 얻어진다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물 등에 사용하는 시멘트는, 보통, 조강, 중용열, 저열, 내황산염성 및 백색 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 고로(高爐) 슬러그(slug)나 통상의 플라이애시를 포틀랜드 시멘트에 혼합한 혼합 시멘트, 에코 시멘트, 초조강 시멘트나 급경 시멘트 등이다. 또한, 이러한 시멘트의 복수를 임의량 혼합한 시멘트도 사용할 수 있다. 또한, 에트린가이트(ettringite)를 생성시키는데 적합한 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 고로 슬러그 시멘트 등이 보다 바람직하다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물 등에 사용하는 실리카흄이란 금속 실리콘이나 페로실리콘 등의 실리콘합금을 전기로 등에서 제조할 때에 부생하는 구형의 초미립자이며, 주성분은 비정질 SiO2이다. 실리카흄은 첨가량에 따라 시멘트 경화체의 압축 강도는 높아지지만, 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율은 혼화하지 않는 경우보다도 저하되는 경우도 있다. 또한, 실리카흄은 구형의 초미립 자이므로, 고성능 감수제 등과 병용하면, 시멘트 혼련물에 양호한 유동성이 얻어진다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물 등에 사용하는 석탄 가스화 플라이애시(Coal Gasification Fly Ash, 이하 CGFA로 약칭함)는 상기 단락［0003］에서 기술한 바와 같이 가스화 석탄을 이용하여 발전할 때의 부산물로서 배출되는 것이고, 연소 가스와 함께 보일러의 연도(煙道)로부터 폐기되어 집진기에서 회수되는 최대 입자가 5~10㎛인 구형의 미립자이다. 또한, 통상의 석탄을 땐 플라이애시와는 입자 직경이나 입자 표면 성상이 상이함과 함께 SiO2 함유량도 높다는 특징이 있다.
CGFA는 실리카흄과 동일하게 입경이 구형상이므로, 고성능 감수제와 병용하면 유동성을 높이는 효과를 갖지만, 포졸란 활성은 실리카흄보다 낮기 때문에 강도 증진 효과는 작다.
본 발명에서는 실리카흄 95~50질량부와 CGFA 5~50질량부의 비율로 배합하지만, 이 특정 비율로 혼합함으로써 시멘트 혼련물의 유동성이나 시멘트 경화체의 굽힘 강도를 상승적으로 높이는 것이 가능해진다.
CGFA 5질량부 미만에서는 유동성이나 굽힘 강도의 개선 효과는 작고, 50질량부를 초과하면 압축 강도의 저하를 초래하게 된다. 실리카흄에 대한 CGFA의 배합 비율은 CGFA가 증가함에 따라 유동성도 굽힘 강도도 개선 효과가 점차 커진다. 그러나, 피크의 값을 넘으면, CGFA량이 증가함에 따라 그러한 개선 효과가 저하된다. 따라서, 실리카흄과 CGFA의 배합 비율에는 바람직한 범위가 있고, 본원의 보다 바람직한 범위는 실리카흄 90~60질량부, CGFA 10~40질량부이다.
또한, 특정한 비율의 실리카흄과 CGFA는 합계량으로, 시멘트 100질량부에 대해서 5~40질량부 첨가된다. 5질량부 미만에서는 유동성의 향상 및 압축 강도나 굽힘 강도에 대한 강도 증진 효과가 작고, 40질량부를 초과하여 첨가한 경우, 유동성의 저하를 초래함과 동시에 첨가율에 따른 강도 증진 효과를 기대할 수 없기 때문에, 성능적으로도 경제적으로도 바람직하지 않다. 본원에서의 보다 바람직한 범위는 7~30질량부이다.
또한, 본 발명에서 사용하는 석고는 이수 석고, 반수 석고, 가용성 무수 석고(III형), 및 불용성 무수 석고(II형) 등의 각종 형태의 석고가 사용되지만, 보다 바람직하게는 무수 석고와 반수 석고, 이수 석고이다. 석고는 수화 초기에는 일단 칼슘 알루미네이트의 수화를 억제하여 유동성을 높이고, 그 후, 수화 반응에 의해서 바늘형상 결정의 에트린가이트를 생성한다. 이 에트린가이트는 시멘트 경화체 중의 공극을 충전하여 밀실화를 촉진하고 고강도화를 가능하게 한다.
석고는 시멘트 100질량부에 대해서 무수물 환산으로 0.5~8질량부 배합되고, 0.5질량부 미만에서는 유동성이나 강도를 높이는 작용은 작고, 8질량부를 초과하여 배합해도 그 이상 강도의 증진 효과를 기대할 수 없다. 바람직하게는 1~5질량부이다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트에 사용되는 세골재는, 생콘크리트 공장에서 이용되고 있는 강모래나 부순 모래가 가장 입수하기 쉽기 때문에 바람직하지만, 특별히 한정은 되지 않는다. 보다 높은 강도를 얻기 위해서 고경도의 소성 보크사이트나 철광석, 석영편암, 그 외의 세골재를 사용하는 것에는 제한은 받지 않는 것이다. 또한, 최대 골재 치수를 작게 하는 등의 특수한 입도 구성으로 할 필요도 없지만, 목적과 용도에 따라서는 최대 골재 치수를 제한해도 좋다. 통상은, 토목 학회나 건축 학회에서 규정하고 있는 입도 구성의 것으로 충분하다. 세골재는 시멘트와 실리카흄과 CGFA와 석고의 합계(이하, 단순히 결합재라고 함) 100질량부에 대해서, 50~200질량부 배합한다. 50질량부 미만에서는 시멘트 경화체가 취성적 성상을 나타내고 굽힘 강도가 작아지는 경우가 있다. 또한, 200질량부를 초과하면, 고성능 감수제를 최대한으로 활용해도 150N／㎟ 이상의 압축 강도를 얻는 것이 곤란해진다. 또한, 본원의 보다 바람직한 범위는 60~150질량부이다.
또한, 임의량의 조골재를 병용하는 것도 가능하다. 조골재의 품질도 세골재와 동일하게 특별히 한정되는 것이 아니고, 생콘크리트 공장에서 이용되고 있는 것을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트를 제조할 때에, 결합재 100질량부에 대해서, 혼련수와 고성능 감수제의 합계량으로 15~25질량부 배합(이하, 단지 물 비(水比)라고 함)한다. 단, 이 경우의 고성능 감수제는 고형분 농도에 관계없이 액체 상태로 시판되고 있는 감수제를 나타낸다. 분말 상태로 시판되고 있는 고성능 감수제를 사용하는 경우에는 15~25질량부 중에는 포함되지 않는다. 혼련수가 15질량부 미만에서는, 세골재를 적게 하여 고성능 감수제의 감수율 이 최대가 되는 질량을 배합해도 양호한 유동성은 얻기 어렵고, 25질량부를 초과하면 목적으로 하는 높은 강도는 얻어지지 않는다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물 등에 사용할 수 있는 고성능 감수제에는, 단순히 고성능 감수제라고 칭해지는 것이나 고성능 AE 감수제라고 칭해지는 것 등이다. 또한, 고성능 감수제의 종류나 배합량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 어느 종류의 고성능 감수제에서도 시멘트 100질량부에 대한 사용량은 많아도 5질량부이며, 바람직하게는 4질량부이다. 5질량부를 초과하는 양을 배합해도 감수율을 높일 수 없는 경우가 많다.
고성능 감수제란 폴리알킬알릴술폰산염계 고성능 감수제, 방향족 아미노술폰산염계 고성능 감수제, 멜라민포르말린 수지 술폰산염계 고성능 감수제 및 폴리카르복시산염계 감수제 등의 어느 하나를 주성분으로 하는 것이고, 이러한 1종 또는 2종 이상이 사용되는 것이다. 폴리알킬알릴술폰산염계 고성능 감수제에는 메틸나프탈렌술폰산포르말린 축합물, 나프탈렌술폰산포르말린 축합물 및 안트라센술폰산포르말린 축합물 등이 있고, 감수율이 커서 공기 연행성(連行性)이 없고, 응결 지연성도 작은 특징을 갖는 반면, 플로우나 슬럼프 유지성이 작다는 과제를 가진다. 시판품으로서는 덴키가가꾸고교(주)사 상품명 「FT-500」와 그 시리즈, 카오(주)사 상품명 「마이티 100(분말)」이나 「마이티 150」과 그 시리즈, 다이이치고교세이야꾸(주)사 상품명 「셀플로 155」, 타케모토유시(주)사 상품명 「폴파인 MF」등 , 및 (주)플로릭사 상품명 「플로릭 PS」와 그 시리즈 등이 대표적이다. 방향족 아미노술폰산염계 고성능 감수제로서는, (주)플로릭사 상품명 「플로릭 VP200」와 그 시리즈가 있고, 멜라민포르말린 수지 술폰산염계 고성능 감수제에는 그레이스 케미컬즈사 상품명 「다렉스 FT-3S」, 쇼와덴코겐자이(주)사 상품명 「몰마스터 F-10(분말)」나 「몰마스터 F-20(분말)」를 들 수 있다.
고성능 AE 감수제는 폴리알킬알릴술폰산염계 고성능 감수제, 방향족 아미노 술폰산염계 고성능 감수제, 멜라민포르말린 수지 술폰산염계의 개량형도 있지만, 일반적으로는 폴리카르복시산염계 감수제를 의미하는 경우가 있다. 폴리카르복실산염계 감수제는 불포화카르복시산 모노머를 성분으로서 포함하는 공중합체 또는 그 염이며, 예를 들어 폴리알킬렌글리콜모노아크릴산에스테르, 폴리알킬렌글리콜모노메타크릴산에스테르, 무수말레산 및 스티렌의 공중합체나 아크릴산이나 메타크릴산염의 공중합체 및 이들의 단량체와 공중합 가능한 단량체로부터 유도된 공중합체 등이 주류이며, 고성능 감수제계보다도 적은 첨가량에서 감수율이 크다. 일반적으로, 공기 연행성을 갖고, 응결 경화의 지연성도 큰 반면, 플로우나 슬럼프 유지성이 양호하다는 특징을 가진다. (주)NMB사 상품명 「레오빌드 SP 8N, 8 HU」시리즈, 플로릭(주)사 상품명 「플로릭 SF500S」시리즈, 타케모토유시(주)사 상품명 「츄폴 HP8」, 「츄폴 HP11」시리즈, 그레이스 케미컬즈(주)사 상품명 「다렉스슈퍼 100」, 「다렉스슈퍼 200」, 「다렉스슈퍼 300」, 「다렉스슈퍼 1000」시리즈, 가오(주)사 상품명 「마이티 3000」, 「마이티 21WH」, 「마이티 21WH」시리즈, 그 외가 시판되고 있다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트 등에 사용되는 금속 섬유는 길이가 5~30㎜이고, 직경이 0.1~1㎜인 금속 섬유이며, 모르타르 또는 콘크 리트 1㎥ 당 0.5~3용적％ 배합된다. 길이가 30㎜를 초과하면 모르타르 또는 콘크리트의 유동성이 저하되고, 그 결과로서 굽힘 강도의 향상을 기대할 수 없게 된다. 또한, 5㎜ 미만에서는 세골재의 최대 치수보다 짧아지기 때문에, 굽힘 응력 작용 시의 섬유 보강 효과가 작아지고 굽힘 강도가 저하된다. 바람직하게는 10~30㎜이다. 금속 섬유의 직경은 0.1㎜ 미만에서는 금속 섬유 그 자체의 강도가 약해지므로 굽힘 강도는 향상되기 어려운 경우가 있고, 1㎜를 초과하면 배합량을 많게 해도 금속 섬유의 모르타르 또는 콘크리트 중의 단위 체적 당 갯수가 적어지므로 굽힘 강도는 향상되지 않게 된다.
금속 섬유의 배합량은 모르타르 또는 콘크리트 1㎥ 중에 0.5~3용적％이며, 0.5용적％ 미만에서는 굽힘 강도를 향상시키는 효과는 작고, 3용적％를 초과하여 배합해도 굽힘 강도의 배합율에 따른 증가는 기대할 수 없다. 바람직하게는 0.7~2.5용적％이다. 또한, 금속 섬유의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 강제(鋼製), 스테인리스제가 입수하기 쉽기 때문에 보다 바람직하다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트 등의 혼련 방법도 특별한 방법은 필요하지 않고, 통상 행해지고 있는 혼련 방법으로 좋다. 또한, 강제 혼련형 믹서를 사용하는 경우, 금속 섬유를 첨가하는 타이밍은, 모르타르 또는 콘크리트에 유동성이 생긴 시점에서 믹서에 투입하여 재차 혼련하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 초고강도 섬유 모르타르 또는 콘크리트 등의 양생 방법은 한정되는 것이 아니고, 현장 타설(cast-in-place) 콘크리트에서는 통상의 양생 방 법, 제품 공장의 콘크리트에서는 증기 양생, 오토 클레이브(autoclave) 양생 및 온수 양생 등이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예에서 상세하게 설명하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 사용하는 재료와 시험 항목과 그 방법을 이하에 정리하여 나타낸다.
〔사용 재료〕
시멘트 : 덴키가가꾸고교(주)사 제 보통 포틀랜드 시멘트, 밀도 3.16g/㎤
세골재 : 니가타켄 히메가와산 강모래, 5㎜ 이하, 밀도 2.62g/㎤
SF : 실리카흄, 에르켐사 제, 밀도 2.44g/㎤
CGFA : 네덜란드산, 밀도 2.44g/cc
석고 : 불용성 무수 석고, 천연산, 밀도 2.82g/㎤
고성능 감수제 : 폴리카르복시산염계 감수제, 그레이스 케미칼즈 (주) 사 제 「슈퍼 1000N」
금속 섬유 A : 직경 0.2㎜, 길이 20㎜의 스테인리스제, 인장 강도 2000N/㎟ 이상, 밀도 7.85g/㎤
금속 섬유 B : 직경 0.2㎜, 길이 15㎜의 강제, 인장 강도 2000N／㎟, 밀도 7.80g/㎤
금속 섬유 C : 직경 0.2㎜, 길이 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40㎜의 강제, 인장 강도 1600N／㎟, 밀도 7.80g/㎤
〔시험 항목과 그 방법〕
·모르타르의 혼련과 플로우의 측정
JIS R 5201에 준거하였다. 플로우는 뽑아 올렸을 때의 정치 플로우값(㎜)으로 하였다.
·모르타르 강도의 측정 방법
굽힘 강도는 JIS R 5201에 준거하고, 압축 강도는 φ5×10㎝의 거푸집에 성형한 것을 이용하였다.
또한, 모르타르의 혼련은 JIS R 5201의 모르타르 믹서를 사용하고, 시멘트, 실리카흄, CGFA, 석고 및 세골재를 미리 폴리에틸렌 봉투 안에서 손으로 혼합한 것을 반죽 사발에 넣고, 물에 고성능 감수제를 용해한 혼련수를 첨가하여 저속으로 5분간, 고속으로 2분간 혼련하였다. 금속 섬유는 모르타르가 반죽되고 나서 저속 교반하면서 조금씩 첨가하고, 모두 첨가하고 나서 3분간 혼련하였다. 또한, 양생 방법은 성형한 초고강도 섬유 모르타르 공시체는 즉시 20℃ 항온실 내에서 거푸집 상면을 비닐 시트에 의해 봉함 양생(封緘養生) 후, 다음날 탈형, 증기 양생조에 넣어 80℃까지 승온하고, 24시간 증기 양생을 행하였다. 증기 양생 후 자연 방랭을 행한 후, 강도 측정 시험을 실시하였다.
실시예 1
결합재 100질량부에 대해서, 세골재 100질량부, 물(혼련수와 감수제를 결합재에 대해서 3질량부를 포함함) 비 19질량부, 금속 섬유 A의 배합율을 0.7용적％로 하여, 결합재 중의 실리카흄과 CGFA의 배합 비율과 그 양 및 석고의 배합량을 임의 로 바꾸어 초고강도 섬유 모르타르를 혼련하고, 공시체를 성형하여 양생하여 압축 강도와 굽힘 강도를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112007077751930-PCT00001
표 1에 나타나는 바와 같이, 실험 No.1-1의 플레인(plain)에 대해서 비교예의 실리카흄과 CGFA의 단독 첨가 또는 그들에 석고를 병용한 실험 No.1-2 ~ No.1-7 의 비교예에서는, 압축 강도는 플레인보다 각각 높아지지만, 굽힘 강도는 20N／㎟를 넘지 않는다. 또한, 압축 강도에 대한 굽힘 강도의 비율도 플레인과 동등하거나, 저하되는 경향이 나타난다.
실험 No.1-8 ~ No.1-15에서는, 석고의 배합량과 실리카흄과 CGFA의 합계의 배합량을 일정하게 하여 실리카흄과 CGFA의 배합 비율을 변화시켰다. CGFA의 배합 비율이 증가하면, 압축 강도는 서서히 저하되지만, 굽힘 강도는 반대로 증가하여 최대가 되고, 그 후 저하된다. 즉, 실리카흄과 CGFA의 비율이 95：5보다 작으면(실험 No.1-8：비교예), 굽힘 강도는 20N／㎟ 미만이지만, 95：5(실험 No.1-9)에서 굽힘 강도는 20N／㎟를 넘고 70：30(실험 No.1-12)에서 최대가 되고, 50：50(실험 No.1-14)보다도 CGFA의 배합율이 많아지면(실험 No.1-15：비교예) 압축 강도는 150N／㎟를 하회하고, 굽힘 강도도 20N／㎟ 미만이 된다. 이상에서, 실리카흄과 CGFA의 배합 비율(질량 비율)은 95~50：5~50이며, 바람직하게는 실리카흄과 CGFA의 배합 비율(질량 비율)은 90~60 : 10~40이다.
또한, 석고의 배합량을 바꾼 실험 No.1-16 ~ No.1-22에서는, 석고 0.5~8 질량부에서 효과가 발견된다. 또한, 석고 1질량부(실험 No.1-17)로부터 효과가 현저해지고, 5질량부(실험 No.1-20)를 초과하여 배합해도 첨가율에 대한 강도 개선 효과는 발견되지 않는다. 따라서, 보다 바람직한 범위는 1~5질량부인 것도 나타나고 있다.
실리카흄과 CGFA의 배합 비율과 석고의 배합량을 일정하게 하여 실리카흄과 CGFA의 배합량을 바꾼 실험 No.1-23 ~ 1-28에서는, 압축 강도와 굽힘 강도는 각각 150N／㎟, 20N／㎟ 이상 얻어지고, 배합량이 많아질수록 높은 값이 얻어지지만, 너무 많아도 상대적으로 시멘트량이 적어지므로 강도는 저하되고, 실리카흄과 CGFA의 합계의 배합율은 5~40질량부이며, 바람직하게는 7~30질량부이다.
실시예 2
시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄：CGFA=70：30의 혼합물을 15질량부, 석고를 3질량부 배합한 결합재에 대해서, 세골재의 비율과 수결합재(水結合材)비, 금속 섬유 B의 배합량을 바꾸어 실시예 1과 동일한 실험을 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 플로우값은 캐스트 성형 가능한 200±5㎜가 되도록 고성능 감수제량을 임의로 첨가하였다.
Figure 112007077751930-PCT00002
표 2에서, 고성능 감수제의 효과가 최대가 되는 양을 배합하고, 세골재량을 50질량부로 줄여도, 캐스트 성형 가능한 플로우값을 얻으려면 수량은 15질량부이며, 이 경우, 금속 섬유 B를 0.5용적％로 줄여도 굽힘 강도는 20N／㎟를 넘는 강도가 얻어진다(실험 No.2-1).
세골재량을 증가시켜 가면 수량도 많아지지만 취성적 성질이 개선되기 때문에 압축 강도는 증가하고, 최대를 나타낸 후, 저하된다. 따라서, 압축 강도로부터 세골재의 배합량은 50~200질량부이며, 바람직하게는 60~150질량부이다(실험 No.2-1 ~ No.2-14). 또한, 세골재량이 200질량부이고 수량(水量)이 25질량부에서도, 금속 섬유 B 0.5용적％ 배합에서 굽힘 강도는 20N／㎟를 초과하고, 압축 강도도 150N／㎟를 초과하는 것이 나타난다(실험 No.2-15).
굽힘 강도는 금속 섬유 B의 배합량에 크게 의존하지만, 3.5용적％를 초과하여 배합해도 굽힘 강도의 증가는 발견되지 않는 것도 나타나고 있다(실험 No.2-10).
실시예 3
시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄：CGFA=60：40의 혼합물을 13질량부, 석고를 3질량부 배합한 결합재에 대해서, 결합재 100질량부에 대해서 세골재를 70질량부, 물을 16질량부, 금속 섬유 C의 섬유 길이와 배합량을 변화시켜 실시예 1과 동일한 실험을 행하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 고성능 감수제는 결합 재 질량의 3.0％로 하였다.
Figure 112007077751930-PCT00003
표 3에서, 섬유 길이가 5~30㎜이면, 양호한 유동성을 확보하면서 높은 굽힘 강도를 얻을 수 있다. 한편, 섬유 길이가 5㎜ 미만(실험 No.3-1)에서는, 굽힘 강도 향상의 효과가 작다. 또한, 섬유 길이가 30㎜를 넘으면(실험 No. 3-9) 급속히 유동성이 저하되어 성형에 곤란을 일으키는 결과가 된다.
본 발명의 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물, 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트를 이용함으로써 초고강도에서 고인성(高靭性)을 이용하여 교량용 구조 부재, 교량용 부속물, 지하 구조 부재, 댐 구조 부재, 해양 구조 부재, 건축 구조 부재, 건축 건재, 토목 건축 자재 등에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 시멘트, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 석고, 및 금속 섬유를 함유하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부：5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 시멘트 조성물.
  3. 시멘트, 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 석고, 세골재 및 금속 섬유를 함유하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부 : 5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  4. 청구항 3에 있어서, 시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 금속 섬유가 길이 5~30㎜인 것임을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 금속 섬유가 길이 5~30㎜인 것임을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  7. 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 시멘트와 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시와 석고의 합계 100질량부에 대해서, 세골재 50~200질량부, 혼련수와 고성능 감수제의 합계 15~25질량부를 함유하고, 금속 섬유를 모르타르 또는 콘크리트 1㎥당 0.5~3용적％ 함유하는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  8. 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 150N／㎟ 이상의 압축 강도와, 20N／㎟ 이상의 굽힘 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  9. 청구항 7에 있어서, 150N／㎟ 이상의 압축 강도와, 20N／㎟ 이상의 굽힘 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유 보강 모르타르 또는 콘크리트.
  10. 실리카흄, 석탄 가스화 플라이애시, 및 석고를 주성분으로 하고, 또한 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 비율이 질량비로 95~50부 : 5~50부인 것을 특징으로 하는 초고강도 시멘트 혼화재.
  11. 청구항 10에 있어서, 시멘트 100질량부에 대해서, 실리카흄과 석탄 가스화 플라이애시의 합계 5~40질량부, 석고 0.5~8질량부의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 초고강도 시멘트 혼화재.
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