KR20100039006A - 고로슬래그 미분말의 물성을 개선시킨 콘크리트용 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트용 결합재 조성물 - Google Patents
고로슬래그 미분말의 물성을 개선시킨 콘크리트용 혼화재 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트용 결합재 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고로슬래그 미분말과 석회석 고미분말 및 석고를 적절히 조성함으로써 고로슬래그 미분말의 고유 물성을 최적으로 개선시킨 3성분계 혼화재 조성물과, 이 혼화재 조성물을 적절히 조성한 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트용 혼화재 조성물은, 고로슬래그 미분말 60~80중량%; 석회석 고미분말 15~30중량%; 및, 석고 5~10중량%;를 포함하여 구성되되, 상기 석회석 고미분말은, 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분으로 75~90중량% 차지하는 한편, 분말도가 6,000~12,000㎠/g이면서 평균입경이 4~6㎛이고 밀도가 2.6~7g/㎤인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트용 결합재 조성물은, 상기한 콘크리트용 혼화재 조성물을 10~35중량% 치환하여 조성하는 것을 특징으로 한다.
고로슬래그, 석회석 고미분말, 석고, 혼화재, 초기강도
Description
본 발명은 고로슬래그 미분말과 석회석 고미분말 및 석고를 적절히 조성함으로써 고로슬래그 미분말의 고유 물성을 최적으로 개선시킨 3성분계 혼화재 조성물과, 이 혼화재 조성물을 적절히 조성한 콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 제조시 통상적으로 고로슬래그 미분말이나 플라이애쉬, 기타의 천연 포졸란 재료들이 혼화재로서 사용되고 있다. 혼화재는 산업부산물을 활용하여 상대적으로 고가인 시멘트량을 일부 대체하는 것이기 때문에 경제성은 물론 자원 재활용에 기여한다. 나아가, 강도 발현, 화학저항성 증대, 콘크리트 수화열 저감을 통한 등 내구성 향상에도 기여하는 것으로 확인되어 혼화재는 기능성 콘크리트 제조에 유용한 재료로서 그 사용실적이 늘어나고 있는 추세이다.
여러 혼화재 중에서 고로슬래그 미분말은 화학저항성 증대, 콘크리트의 수화열에 의한 온도상승 제어, 알칼리 골재반응 억제, 해수에 대한 저항성 및 장기강도 등이 크게 개선되는 장점이 인정되어 많이 이용되고 있다.
하지만, 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하게 되면 고로슬래그 입자의 표면에 불투수성의 산성피막이 입자를 둘러싸게 되어 수화반응이 억제되는데, 이 때문에 고로슬래그 미분말을 사용하면 초기의 수화반응 발현율이 현저히 떨어지고, 특히 저온에서의 강도 발현율이 낮은 특성이 나타난다. 이와 같은 특성은 고로슬래그 미분말의 적극적인 활용을 저해하는 요인이 된다.
한편, 시멘트 제조 중 원료의 분쇄 및 이송공정에는 공기의 흐름과 함께 비산분진(킬른더스트)이 발생하며, 이러한 비산분진은 별도 집진기를 통해 포집된 후 다시 제조공정으로 재투입되는 과정을 반복하게 된다. 하지만, 비산분진은 시멘트 원료의 90%이상이 석회석으로 구성되기 때문에 그 역시 주성분이 석회석 고미분말(CaCO3)인데, 이러한 비산분진은 매우 미립자의 형태를 띠고 있어 시멘트 제조공정으로 재투입되면 원료의 흐름을 방해하거나 일부 휘발성 물질과 함께 접착성을 높여 설비의 효율성을 저하시킨다.
그렇다면 시멘트 제조과정에서 발생한 비산분진을 포집하여 제거하는 것이 시멘트 제조의 효율성과 시멘트 생산성 향상을 위해 바람직할 것이고, 나아가 포집한 비산분진을 재활용할 수 있다면 자원 재활용 차원에서 바람직할 것이다.
이에 본 발명자는 비산분진의 재활용 방안에 대해 연구하게 되었으며, 그 결과 비산분진(킬른더스트)의 시멘트 혼화재로의 사용가능성에 대하여 연구하고 이를 특허출원 제10-2001-0008806호로 출원하여 등록받은 바 있다. 하지만, 특허출원 제10-2001-0008806호는 비산분진의 시멘트 혼화재로의 사용가능성에 대해 검토하는 정도에만 머무르기 때문에, 비산분진의 적극적인 활용을 위해서는 비산분진의 효과적인 이용방법에 대한 실질적인 연구가 더욱 필요한 상황이다. 이와 같은 상황에 따라 본 발명자들은 비산분진의 최적 배합범위 대한 연구를 수행하여 본 발명을 개발하기에 이르렀다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 개발된 것으로서, 고로슬래그 미분말의 물성을 최적으로 개선시키기 위해 석회석 고미분말을 최적 조합비율로 이용한 콘크리트용 혼화재 조성물과, 그 혼화재 조성물이 바람직하게 치환된 결합재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고로슬래그 미분말 60~80중량%; 석회석 고미분말 15~30중량%; 및, 석고 5~10중량%;를 포함하여 구성되되, 상 기 석회석 고미분말은, 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분으로 75~90 중량% 차지하는 한편, 분말도가 6,000~12,000㎠/g이면서 평균입경이 4~6㎛이고 밀도가 2.6~7g/㎤인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 혼화재 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 콘크리트용 혼화재 조성물을 10~35중량% 치환하여 조성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 고로슬래그 미분말의 장점을 그대로 살리면서 단점인 초기강도를 억제할 수 있기 때문에 다각도로 우수한 품질의 콘크리트를 제공할 수 있다. 특히, 저온 양생조건에서도 충분한 초기강도를 확보할 수 있는 콘크리트를 제공할 수 있다.
둘째, 원재료 중의 하나인 석회석 고미분말을 산업부산물로 제안하기 때문에 자원재활용을 하면서 경제적으로 콘크리트를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 환경도 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트용 혼화재 조성물은, 고로슬래그 미분말 60~80중량%; 석회석 고미분말 15~30중량%; 및, 석고 5~10중량%;를 포함하여 구성된다.
고로슬래그 미분말은 일반적으로 장기강도가 우수하며 시멘트와 혼합사용할 경우 원가절감 효과는 물론 우수한 반응성 때문에 기존 레미콘에서도 사용되어 왔으며, 본 발명에서는 이와 같은 특성을 그대로 활용하고 있다. 다만, 고로슬래그 미분말은 초기강도가 떨어지는 단점이 있는데, 본 발명에서는 이러한 단점은 석회석 고미분말 및 석고와 함께 사용함으로써 보완하고 있다.
본 발명에 따른 혼화재 조성물에서 고로슬래그 미분말은 60~80중량% 차지하는데, 이러한 함량범위는 하기의 실험예를 통해 가장 바람직하게 범위로서 결정된 것이다. 다시 말해, 고로슬래그 미분말이 60중량% 이하이면 고로슬래그 미분말의 장점인 내구성과 장기강도 성능이 크게 부각되지 않게 됨은 물론 석회석 고미분말이 상대적으로 증가하여 초기 유동성이 저하되며, 고로슬래그 미분말이 80중량% 이상이면 고로슬래그 미분말의 초기강도 개선효과가 미흡하여 실효성이 떨어진다.
석회석 고미분말은 주성분으로 탄산칼슘(CaCO3)이 75~90중량% 차지하는 한편 분말도가 6,000~12,000㎠/g이면서 평균입경이 4~6㎛이고 밀도 2.6~7g/㎤인 것이며, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, SO3, K2O, Na2O 등 미량 성분을 포함하고 있는 것이 특징이다(하기 표 3 참조). 이와 같은 석회석 고미분말은 고분말도에 의한 미립자 충전효과, 미량의 알칼리 자극성 성분에 의한 상승작용으로 고로슬래그 미분말의 초기수화 촉진효과를 나타내게 된다.
특히, 본 발명에서는 석회석 고미분말로 시멘트 제조공정 중에서 원료의 분 쇄 및 이송공정에서 발생하는 비산분진을 백필터로 집진한 것을 사용할 것을 제안한다. 석회석 고미분말을 석회석 원석에서 얻는다면 석회석 원석을 고미분으로 분쇄가공하는 공정 때문에 원가 상승이 불가피하겠지만, 본 발명에서는 석회석 고미분말을 시멘트 제조공정에서 불리하게 작용하는 비산분진을 포집하여 입수하기 때문에 재료의 원가를 오히려 절감할 수 있고 나아가 자원재활용 효과도 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 혼화재 조성물에서 석회석 고미분말은 본 발명에 따른 혼화재 조성물에서 고로슬래그 미분말은 15~30중량% 차지하는데, 이러한 함량범위는 하기의 실험예를 통해 가장 바람직하게 범위로서 결정된 것이다. 다시 말해, 석회석 고미분말이 15중량% 이하이면 충전효과에 의한 초기강도 개선효과가 저하되고, 석회석 고미분이 30중량% 이상이면 분말도 증가에 따른 유동성 저하 및 강도저하의 문제점이 발생한다.
석고는 수화생성물(에트린자이트) 생성에서 SO4 2-이온의 공급원이 되어 고로슬래그 미분말의 자극재 역할을 한다.
본 발명에 따른 혼화재 조성물에서 석고는 5~10중량%를 차지하는데, 5중량% 이하이면 고로슬래그 미분말의 자극재 역할이 충분치 못하고 초기강도 개선에 미읍하게 되고, 10중량% 이상이면 초기강도는 크게 증가하나 과잉첨가에 의한 장기강도 하락의 우려가 발생하여 바람직하지 못하다.
상기와 같은 고로슬래그 미분말, 석회석 고미분말 및 석고의 3성분으로 구성된 혼화재 조성물은 전체 결합재에 대해 10~35중량%로 치환하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 경제적인 배합과 고로슬래그 미분말의 초기강도 개선을 위함이다. 다시 말해, 본 발명에 따른 혼화재 치환량이 10중량% 이하이면 고로슬래그 미분말의 혼입량이 지나치게 작아져 고로슬래그 미분말의 특성과 장점을 충분히 얻을 수 없기 때문에 비경제적인 배합이 되고, 본 발명에 따른 혼화재 치환량이 35중량% 이상이면 석회석 고미분말이 상대적으로 증가하여 유동성 경시변화가 클 뿐만 아니라 초기강도는 물론 28일 이후 장기강도도 저하하는 문제점이 발생한다. 여기서 결합재(binder)라 함은 시멘트와 각종 혼화재를 합한 분체를 의미하며, 본 발명에 따른 혼화재 조성물은 일종의 콘크리트용 혼화재로서 결합재에 포함된다. 이와 같은 혼화재 조성물은 레디믹스드(ready-mixed) 타입의 콘크리트 생산에 바로 적용할 수 있으며, 이때 혼화재 조성물은 하나의 사일로(silo)에 투입된다.
이하에서는 실험예에 의거하여 본 발명에 따른 혼화재 조성물이 콘크리트용 혼화재로 이용가능한지에 대해 살펴본다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1] 혼화재의 바람직한 조성 도출을 위한 모르타르 품질특성 실험
(1)혼화재 조성물 재료
①고로슬래그 미분말
본 실험예에서 이용한 고로슬래그 미분말의 화학적 특성 및 물리적 특성은 하기의 [표 1] 및 [표 2]와 같다.
| 성 분 | LOI | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | SUM |
| 함량(%) | 0.20 | 34.41 | 15.80 | 1.41 | 40.02 | 5.51 | 2.20 | 0.40 | 0.05 | 100 |
| 구분 | 활성도 지수 | 염기도 | Cl | 밀도 | 비표면적 (㎠/g) | ||
| 7일 | 28일 | 91일 | |||||
| KS 규격 | 55↑ | 75↑ | 95↑ | 1.6↑ | 0.02↓ | 2.80↑ | 4,000~6,000 |
| 슬래그 분말 | 70 | 94 | 108 | 1.83 | 0.01 | 2.91 | 4,430 |
②석회석 고미분말
본 실험예에서 이용한 석회석 고미분말은 시멘트 제조공정 중에서 원료의 분쇄 및 이송공정에서 발생하는 비산분진을 백필터로 집진한 것으로, 하기 [표 3]과 같은 화학적 특성을 가지며 그 분말도(Blaine)가 7,850㎠/g인 것이다.
| 성 분 | Ignition loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | SUM |
| 함량(%) | 36.50 | 10.39 | 3.31 | 2.23 | 44.78 | 1.52 | 0.64 | 0.62 | 0.01 | 100 |
③석고(CaSO42H2O)
본 실험예에서 이용한 석고는 하기 [표 4]와 같은 화학적 특성을 가지는 것으로 그 분말도(Blaine)가 4,760 ㎠/g 수준의 것이다.
| 성 분 | LOI | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | SUM |
| 함량(%) | 2.49 | 2.01 | 0.79 | 0.46 | 43.66 | 0.73 | 49.62 | 0.17 | 0.06 | 100 |
(2)실험방법
상기의 재료를 가지고 본 발명에 따른 혼화재 조성물의 최적 조합 인자를 도출할 수 있도록 실험계획을 수립하였다. 즉, 하기 [표 5]와 [표 6]에서와 같이, 일반 보통 포틀랜드 시멘트만을 이용한 Plain, 혼화재를 고로슬래그 미분말(BFS)로 하여 각각 25%, 50% 치환한 SBF1과 MBF1, SBF1과 MBF1에서 혼화재를 석회석 고미분말과 석고로 조정하면서 치환한 SBF2~8과 MBF2~8에 대한 실험계획을 수립하였다.
한편, 모르타르 시험체 제작 및 양생은 ISO 679(Method of testing cement- Determination of strength)에 의거하여 실시하였다.
| 구분 | 시멘트 (g) | 모래 (g) | 물 (g) | 혼화재 (g) | 혼화재 조성비율(%) | |||
| 고로슬래그 미분말 | 석회석 고미분말 | 석고 | ||||||
| Plain | 450 | 1,350 | 225 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| S (R= 25%) | BF1 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 100 | 0 | 0 |
| BF2 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 75 | 15 | 10.0 | |
| BF3 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 65 | 25 | 10.0 | |
| BF4 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 60 | 30 | 10.0 | |
| BF5 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 70 | 25 | 5.0 | |
| BF6 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 70 | 24 | 6.0 | |
| BF7 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 70 | 23 | 7.0 | |
| BF8 | 337.5 | 1,350 | 225 | 112.5 | 70 | 22 | 8.0 | |
| 시멘트: 1종 보통 포틀랜드 시멘트 모래: ISO 표준사 물: KS F 4009에 규정된 상수도수 | ||||||||
| 구분 | 시멘트 (g) | 모래 (g) | 물 (g) | 혼화재 (g) | 혼화재 조성비율(%) | |||
| 고로슬래그 미분말 | 석회석 고미분말 | 석고 | ||||||
| Plain | 450 | 1,350 | 225 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| M (R= 50%) | BF1 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 100 | 0 | 0 |
| BF2 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 75 | 15 | 10.0 | |
| BF3 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 65 | 25 | 10.0 | |
| BF4 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 60 | 30 | 10.0 | |
| BF5 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 70 | 25 | 5.0 | |
| BF6 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 70 | 24 | 6.0 | |
| BF7 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 70 | 23 | 7.0 | |
| BF8 | 225.0 | 1,350 | 225 | 225.0 | 70 | 22 | 8.0 | |
| 시멘트: 1종 보통 포틀랜드 시멘트 모래: ISO 표준사 물: KS F 4009에 규정된 상수도수 | ||||||||
(3)실험결과
상기 [표 5]와 [표 6]의 배합에 따른 모르타르의 물성을 평가한 결과, 하기 [표 7]과 같이 확인되었다.
| 구 분 | 모르타르 물성 평가 결과 | ||||||||||
| Flow (㎜) | 휨강도 (N/㎟) | 압축강도 (N/㎟) | |||||||||
| 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | 91일 | 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | 91일 | ||
| Plain | 82.5 | 3.9 | 5.8 | 6.9 | 8.3 | 8.9 | 14.3 | 25.8 | 33.7 | 50.0 | 55.8 |
| SBF1 | 82.3 | 2.7 | 5.1 | 6.7 | 8.6 | 8.6 | 8.8 | 22.1 | 34.0 | 56.5 | 56.7 |
| SBF2 | 76.6 | 3.7 | 6.6 | 8.3 | 9.5 | 9.8 | 13.6 | 29.4 | 37.1 | 53.0 | 63.5 |
| SBF3 | 79.7 | 4.6 | 6.1 | 8.7 | 9.5 | 9.5 | 14.5 | 27.3 | 41.4 | 52.0 | 58.8 |
| SBF4 | 81.5 | 4.1 | 6.6 | 8.6 | 9.5 | 9.8 | 13.4 | 28.9 | 44.4 | 51.2 | 55.8 |
| SBF5 | 83.5 | 4.3 | 6.4 | 8.0 | 9.0 | 9.4 | 14.0 | 26.9 | 44.3 | 49.3 | 52.4 |
| SBF6 | 81.9 | 4.4 | 5.7 | 7.1 | 9.3 | 9.7 | 14.9 | 27.5 | 43.3 | 46.9 | 51.3 |
| SBF7 | 83 | 3.8 | 5.8 | 8.1 | 9.2 | 9.2 | 12.9 | 27.1 | 42.3 | 47.2 | 55.0 |
| SBF8 | 83.5 | 3.8 | 5.7 | 8.0 | 8.9 | 9.2 | 13.2 | 25.1 | 43.8 | 45.8 | 53.8 |
| MBF1 | 90.8 | 2.1 | 4.7 | 5.8 | 8.4 | 10.4 | 7.2 | 17.0 | 34.1 | 54.9 | 62.4 |
| MBF2 | 85.4 | 2.4 | 5.5 | 7.5 | 9.8 | 10.7 | 7.9 | 21.6 | 38.7 | 52.8 | 58.3 |
| MBF3 | 83.6 | 2.2 | 5.2 | 7.3 | 9.6 | 9.8 | 7.8 | 22.0 | 32.4 | 49.4 | 56.2 |
| MBF4 | 82.5 | 2.2 | 5.5 | 7.0 | 10.1 | 10.5 | 7.7 | 22.4 | 31.7 | 49.5 | 55.6 |
| MBF5 | 78.9 | 2.3 | 4.7 | 7.1 | 9.2 | 10.3 | 7.4 | 20.5 | 29.1 | 51.5 | 51.1 |
| MBF6 | 83.5 | 2.4 | 5.3 | 6.5 | 9.9 | 10.0 | 7.7 | 21.6 | 28.5 | 49.7 | 56.9 |
| MBF7 | 90.1 | 2.2 | 5.3 | 7.7 | 9.0 | 9.8 | 7.8 | 21.3 | 37.0 | 48.5 | 55.2 |
| MBF8 | 89.9 | 1.8 | 5.1 | 7.7 | 8.5 | 9.9 | 6.5 | 21.8 | 36.3 | 47.1 | 52.8 |
한편, 상기 [표 7]에서와 같은 모르타르의 물성 결과를 정리하면 도 1 내지 도 3과 같다.
도 1은 플로우 값을 보여주는데, 전반적으로 혼화재의 치환비율 25%일 때보다 치환비율 50%일 때의 모르타르 플로우가 큰 경향을 나타내고 있다. 다만, 어느 경우에서는 충분한 유동성을 확보하고 있는 것으로 확인되는 바, 사용상 문제되지 않을 것이다.
도 2는 재령별 모르타르 휨강도를 보여주는데, SBF3가 Plain 대비 초기강도 개선효과가 가장 뛰어난 것은 물론 모든 재령에서도 우수한 것으로 나타났으며, 나머지 경우에는 일부 재령에서 Plain 대비 저하되는 것으로 나타났다.
도 3은 재령별 모르타르 압축강도를 보여주는데, SBF3가 모든 재령에서 Plain 대비 우수한 것으로 나타나고, 나머지 경우에는 일부 재령에서 Plain 대비 저하되는 것으로 나타났다.
결국, 고로슬래그 미분말, 석회석 고미분말, 석고의 최적 조합 비율 도출을 위한 모르타르의 휨강도 및 압축강도에 대한 강도 발현특성을 종합적으로 고찰해 보면, SBF3이 유일하게 초기 재령 및 중장기 재령에서의 휨강도 및 압축강도가 Plain 대비 동등 수준 이상으로 나타났다. 이에, 본 발명에서는 이러한 결과를 참고하여 60~80중량%의 고로슬래그 미분말, 15~30중량%의 석회석 고미분말, 5~10중량%의 석고로 구성된 혼화재 조성물을 바람직한 최적범위로 제안한다.
[실험예 2] 혼화재의 바람직한 사용량 도출을 위한 모르타르 품질특성 실험
(1)실험방법
상기 [실험예 1]에서 도출한 최적 조성의 혼화재 조성물 SBF3로서 본 발명에 따른 혼화재 조성물의 바람직한 사용량(치환량)을 도출할 수 있도록 실험계획을 수립하였다. 즉, 하기 [표 11]에서와 같이, 일반 보통 포틀랜드 시멘트만을 이용한 Plain, 혼화재를 고로슬래그 미분말 단독으로 하면서 각각 10%, 20%, 30% 치환한 ABF1, BBF1 및 CBF1, 혼화재를 상기 [실험예 1]에서 도출한 최적 조성의 혼화재 조성물 SBF3로 하여 각각 10%, 20%, 30% 치환한 ABF2, BBF2 및 CBF2에 대한 실험계획을 수립하였다.
한편, 실험재료와 실험방법은 상기 [실험예 1]과 동일하게 하였다.
| 구분 | 시멘트 (g) | 모래 (g) | 물 (g) | 혼화재 (g) | 혼화재 조합비율(%) | |||
| 고로슬래그 미분말 | 석회석 고미분말 | 석고 | ||||||
| Plain | 450 | 1,350 | 225 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| A (R=10%) | BF1 | 405.0 | 1,350 | 225 | 45.0 | 100 | 0 | 0 |
| BF2 | 405.0 | 1,350 | 225 | 45.0 | 65 | 25 | 10 | |
| B (R=20%) | BF1 | 360.0 | 1,350 | 225 | 90.0 | 100 | 0 | 0 |
| BF2 | 360.0 | 1,350 | 225 | 90.0 | 65 | 25 | 10 | |
| C (R=30%) | BF1 | 315.0 | 1,350 | 225 | 135.0 | 100 | 0 | 0 |
| BF2 | 315.0 | 1,350 | 225 | 135.0 | 65 | 25 | 10 | |
(2)실험결과
상기 [표 8]의 배합에 따른 모르타르의 물성을 평가한 결과, 하기 [표 9]와 같이 확인되었다.
| 구 분 | 모르타르 물성 평가 결과 | |||||||||||
| Flow (㎜) | 휨강도 (N/㎟) | 압축강도 (N/㎟) | ||||||||||
| 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | 91일 | 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | 91일 | |||
| 상온 (20℃) | Plain | 198 | 3.4 | 5.4 | 6.2 | 7.8 | 7.8 | 13.6 | 26.7 | 41.5 | 47.5 | 57.8 |
| ABF1 | 198 | 3.3 | 5.2 | 6.4 | 8.1 | 8.1 | 12.0 | 25.9 | 44.5 | 52.4 | 61.2 | |
| ABF2 | 203 | 3.8 | 6.3 | 6.7 | 8.3 | 8.2 | 14.2 | 31.3 | 45.6 | 52.3 | 60.3 | |
| BBF1 | 192 | 2.8 | 5.2 | 6.4 | 8.3 | 8.7 | 10.1 | 25.2 | 34.9 | 46.9 | 60.9 | |
| BBF2 | 200 | 4.2 | 6.6 | 7.3 | 9.2 | 9.1 | 14.2 | 32.0 | 46.8 | 51.8 | 65.6 | |
| CBF1 | 207 | 2.6 | 5.0 | 6.2 | 8.0 | 8.4 | 8.7 | 23.5 | 32.5 | 46.1 | 59.8 | |
| CBF2 | 203 | 3.8 | 6.4 | 7.2 | 9.1 | 9.2 | 12.9 | 30.4 | 43.2 | 50.9 | 62.6 | |
| 저온 (10℃) | Plain | ― | ― | 4.8 | 5.8 | ― | ― | ― | 18.6 | 32.6 | ― | ― |
| ABF1 | ― | ― | 4.1 | 5.6 | ― | ― | ― | 16.4 | 28.7 | ― | ― | |
| ABF2 | ― | ― | 4.8 | 5.7 | ― | ― | ― | 19.3 | 31.1 | ― | ― | |
| BBF1 | ― | ― | 3.8 | 5.3 | ― | ― | ― | 14.8 | 26.3 | ― | ― | |
| BBF2 | ― | ― | 4.9 | 5.6 | ― | ― | ― | 19.5 | 30.9 | ― | ― | |
| CBF1 | ― | ― | 3.3 | 5.0 | ― | ― | ― | 13.0 | 23.6 | ― | ― | |
| CBF2 | ― | ― | 4.2 | 5.6 | ― | ― | ― | 17.7 | 29.9 | ― | ― | |
한편, 상기 [표 9]에서와 같은 모르타르의 물성 결과를 정리하면 도 4 내지 도 8과 같다.
도 4는 플로우 값을 보여주는데, 전반적으로 어느 경우에서는 충분한 유동성을 확보하고 있는 것으로 확인된다.
도 5와 도 6은 상온에서의 재령별 모르타르 휨강도와 압축강도를 보여주는데, 전체적으로 Plain 또는 고로슬래그 미분말을 단독으로 치환한 ABF1, BBF1, CBF1에 비하여 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 치환한 ABF2, BBF2, CBF2가 휨강도 및 압축강도 발현특성이 현저히 우수한 것으로 확인된다.
도 7과 도 8은 상온과 저온에서의 3일과 7일 모르타르 휨강도와 압축강도를 보여주는데, 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 치환한 경우는 Plain 대비 동등 수준이었지만 고로슬래그 미분말을 단독으로 치환한 경우보다 강도 발현특성이 양호한 것으로 나타났다. 특히, 저온환경에서의 강도발현은 고로슬래그 미분말을 단독으로 사용한 경우와 비교하여 상대적으로 크게 나타나 저온환경에서의 조기강도 개선효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
결국, 고로슬래그 미분말, 석회석 고미분말, 석고로 구성된 혼화재의 바람직한 사용량 도출을 위한 모르타르의 휨강도 및 압축강도에 대한 강도 발현특성을 종합적으로 고찰해 보면, ABE2와 BBF2, 특히 BBF2가 초기 재령 및 중장기 재령에서의 휨강도 및 압축강도가 Plain 대비 동등 수준 이상으로 나타났다. 이에, 본 발명에서는 이러한 결과를 참고하여 고로슬래그 미분말, 석회석 고미분말, 석고로 구성된 혼화재 조성물을 전체 결합재에 대하여 10~35중량% 치환할 것을 제안한다.
[실험예 3] 혼화재 조성물의 콘크리트 적용특성 검토실험
(1)실험방법
본 발명에 따른 혼화재 조성물이 콘크리트에 바람직하게 적용할 수 있는지 확인할 수 있도록 실험계획을 수립하였다. 즉, 하기 [표 10]에서와 같이, 일반 보통 포틀랜드 시멘트만을 이용한 P-C(Plain Concrete), 혼화재를 고로슬래그 미분말 단독으로 하면서 20% 치환한 B-C(Blast Furnace Slag Concrete), 혼화재를 상기 [실험예 1]에서 도출한 최적 조성의 혼화재 조성물 SBF3로 하여 20% 치환한 M-C(Mix Concrete)에 대한 실험계획을 수립하였다.
| 구분 | W/B (%) | Gmax (㎜) | S/a (%) | W | 단위량 (kg/㎥) | |||||
| 결합재 | S | G | AE 감수제 | |||||||
| C | 슬래그 | 혼화재 | ||||||||
| P-C | 51.5 | 20 | 46.5 | 175 | 340 | 0 | 0 | 809 | 967 | 1.7 |
| B-C | 51.5 | 20 | 46.5 | 175 | 272 | 68 | 0 | 809 | 967 | 1.7 |
| M-C | 51.5 | 20 | 46.5 | 175 | 272 | 0 | 68 | 809 | 967 | 1.7 |
| 시멘트: 1종 보통 포틀랜드 시멘트 물: KS F 4009에 규정된 상수도수 잔골재: 해사(조립률 2.23) 굵은골재: 부순골재(조립률 6.83) AE감수제: 나프탈렌계 고성능 AE감수제(표준형) | ||||||||||
한편, 콘크리트 혼합은 20±2℃의 실험실에서 강제식 팬믹서를 이용하여 잔골재, 결합재(시멘트, 고로슬래그 미분말, 혼화재), 굵은골재를 투입하여 30초간 건비빔한 후 AE감수제를 희석한 배합수를 넣고 90초간 혼합하여 총 120초간에 걸쳐 혼합을 완료하는 것으로 하였다. 시험체의 제작은 각각의 시험항목별 한국산업규격(KS) 기준에 따라서 실시하였다. 콘크리트의 물성특성을 확인하기 위한 구체적은 실험방법은 하기 [표 11]과 같다.
| 콘크리트 물성실험방법 | |
| 슬럼프 | KS F 2402 |
| 공기량 | KS F 2421(워싱턴형 공기량 측정기 이용) |
| 압축강도 | KS F 2405 |
| 염화물 침투저항성 | (1)시편에 전위차 적용->염소이온 콘크리트 강제 통과->통과 전하량으로 콘크리트 침투저항성 평가 (2)침투저항성 시험 끝난 시험체 2분할->KS M ISO 6353-2 R 28 규정의 질산 0.1N수용액 분무->염소이온 침투깊이 측정 |
(2)실험결과
상기 [표 10]의 배합에 따른 콘크리트를 상기 [표 11]의 방법에 따라 물성을 평가한 결과, 하기 [표 12]와 [표 13]에서와 같이 확인되었다.
| 구 분 | 슬럼프 (㎝) | 공기량 (%) | ||
| 혼합 직후 | 40분 후 | 혼합 직후 | 40분 후 | |
| P-C | 18.5 | 15.5 | 6.2 | 3.7 |
| B-C | 21.5 | 16.0 | 4.8 | 3.8 |
| M-C | 17.0 | 15.5 | 4.1 | 3.6 |
| 구분 | 압축강도 (N/㎟) | 염화물 침투저항성 | ||||||
| 상온(20℃) | 저온 (10℃) | 통과 전하량 (×103 Columbs) | 침투깊이 (㎜) | |||||
| 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | 56일 | 3일 | |||
| P-C | 4.7 | 19.9 | 24.4 | 30.9 | 32.0 | 14.7 | 5.124 | 31.5 |
| B-C | 3.0 | 16.2 | 21.4 | 31.9 | 34.8 | 10.3 | 3.862 | 21.7 |
| M-C | 4.4 | 19.0 | 27.3 | 37.6 | 37.1 | 13.4 | 2.983 | 14.9 |
한편, 상기 [표 12]와 [표 13]에서와 같은 콘크리트의 물성결과를 정리하면 도 9 내지 도 13과 같다.
도 9는 콘크리트의 슬럼프 및 경시변화 특성을 나타내고 있는데, 보는 바와 같이 혼합직후의 콘크리트 슬럼프는 B-C가 가장 높은 것으로 측정되었다. 비록 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 이용한 콘크리트 M-C는 P-C에 비하여 감소된 특성을 보이고 있지만, KS F 4009 : 2004(레디믹스드 콘크리트)에서 규정하고 있는 슬럼프 8㎝이상에서의 허용오차 ±2.5㎝의 범위(목표 슬럼프 대비 ±13.8% 이내) 내에 속하고 있기 때문에 적용상에는 문제되지 않는다.
도 10은 콘크리트의 공기량 및 경시변화 특성을 나타내고 있는데, 보는 바와 같이 혼합직후의 콘크리트 공기량은 P-C가 가장 높은 것으로 측정되었다. 비록 본 발명에 따른 혼화재 조성물을 이용한 M-C의 공기량은 P-C에 비하여 감소되는 것으로 나타났지만, 목표 공기량인 4.5±1.5%를 만족하는 것으로 측정되었기 때문에 적용상에는 문제되지 않는다.
도 11은 재령별 콘크리트의 압축강도 특성을 나타내고 있는데, M-C는 초기 재령에서 P-C와 비하여 동등 수준 내지 그 이상의 강도가 발현되고 중장기 재령에서는 P-C에 비하여 높게 발현되는 것으로 측정되었는 바, M-C는 초기 재령 및 중장기 재령에 있어 압축강도의 확보에 양호한 것으로 평가할 수 있다. 또한, 도 12는 콘크리트의 저온(10℃) 양생에 따른 압축강도 발현특성을 보여주는데, 저온 양생한 콘크리트의 압축강도는 전반적으로 동일 수준의 상온 양생 콘크리트의 압축강도에 비하여 -26.1~-36.2% 정도 낮은 것으로 측정되지만, M-C가 P-C와 비슷하면서도 B-C에 비해 우수한 수준으로 확인되는 바, 저온환경에서의 조기강도 개선효과가 우수하여 강도면에서도 M-C의 활용가능성은 매우 양호한 수준으로 평가할 수 있다.
도 13은 염소이온 침투저항에 따른 통과전하량과 염소이온 침투깊이를 나타내고 있는데, 보는 바와 같이 M-C는 P-C와 B-C에 비하여 염화물 침투저항 성능이 뚜렷하게 향상되는 것으로 확인된다.
결국, 고로슬래그 미분말, 석회석 고미분말, 석고로 구성된 혼화재는 결합재의 하나로서 콘크리트에 바람직하게 적용할 수 있다고 하겠다.
도 1 내지 도 3은 혼화재 조성물의 조성별 모르타르 물성평가결과(슬럼프, 휨강도, 압축강도)를 보여준다.
도 4 내지 도 8은 혼화재 조성물의 사용량별 모르타르 물성평가결과(슬럼프, 휨강도, 압축강도)를 보여준다.
도 9 내지 도 13은 혼화재 조성물의 사용대비 콘크리트 물성평가결과(슬럼프, 공기량, 압축강도, 염소이온 통과전하량, 염화물 침투깊이)를 보여준다.
Claims (3)
- 고로슬래그 미분말 60~80중량%;석회석 고미분말 15~30중량%; 및,석고 5~10중량%;를 포함하여 구성되되,상기 석회석 고미분말은, 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분으로 75~90중량% 차지하는 한편, 분말도가 6,000~12,000㎠/g이면서 평균입경이 4~6㎛이고 밀도가 2.6~7g/㎤인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 혼화재 조성물.
- 제1항에서,상기 석회석 고미분말은,시멘트 제조공정 중에서 원료의 분쇄 및 이송공정에서 발생하는 비산분진을 백필터로 집진한 것임을 특징으로 하는 콘크리트용 혼화재 조성물.
- 상기 제1항 또는 제2항의 콘크리트용 혼화재 조성물을 10~35중량% 치환하여 조성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 결합재 조성물.
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