KR20100100206A - 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물 - Google Patents

고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물에 관한 것으로서, 특히 1㎥당 단위결합재량 550~1,240㎏/㎥; 단위배합수량 165~185㎏/㎥; 단위잔골재량 600~900㎏/㎥; 및 단위굵은골재량 400~700㎏/㎥;를 포함하여 조성물을 조성하되; 배합수-결합재비가 상기 조성물 중량 대비 15~30중량%, 잔골재가 상기 조성물 중량 대비 50~65중량%, 굵은골재가 상기 조성물 중량 대비 20중량%로 배합되며, 상기 결합재 대비 0.005~0.1중량%의 증점제를 더 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 일반시멘트에 석회석 미분말을 적정비율로 혼합하여 제조된 결합재와, 유동성 및 재료분리 저항성을 확보하기 위한 규사 및 천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제를 사용하고, 콘크리트의 균열 및 폭렬제어용섬유인 폴리프로필렌과 나일론을 일정량 혼입함으로써 슬럼프 플로 80cm 이상의 높은 유동성과 재료분리저항성, 그리고 3시간 내화성능을 확보할 수 있다.
시멘트, 콘크리트, 초고강도, 초유동, 고내화성, 폴리사카라이드

Description

고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물{CEMENT COMPOSITION FOR HIGH FIRE RESISTANCE AND ULTRA HIGH STRENGTH ULTRA SELF-COMPACTING CONCRETE}
본 발명은 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 슬럼프 플로 80cm이상의 높은 유동성과 재료분리 저항성을 가지면서 60MPa이상의 압축강도와 내화성능을 동시에 확보하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 철근이 조밀하게 배근된 부재 또는 형상이 복잡하여 다짐하기 어려운 부재, 보통 콘크리트로는 타설이 곤란한 곳 등에 콘크리트를 타설할 경우 진동˙다짐작업 없이 거푸집내 및 철근주위를 치밀하게 채워줄 수 있는 고유동 콘크리트가 적용되고 있다.
그러나 최근 들어 30층 이상의 초고층 건축물이 일반화되면서 주요 구조부재에 사용되는 콘크리트강도 또한 고강도화됨에 따라 기존 고유동 콘크리트에서의 유동성만으로는 변화하는 콘크리트의 요구성능을 만족하는데 한계가 있다.
이와 함께 고강도화에 따른 단점으로 지적되고 있는 화재시의 폭렬현상으로 인한 부재의 단면결손 현상을 방지할 수 있는 세부적인 기술의 확보가 필연적으로 요구된다.
기존 고유동 콘크리트의 재료분리에는 모르타르나 굵은 골재의 분리 이외에, 높은 유동성을 얻기 위해 고성능 AE 감수제를 다량 첨가함에 따라 콘크리트 표면에 페이스트상의 물이 떠오르는 분리가 있다. 이러한 분리현상은 펌프압송에 있어서도 막힘의 원인이 되고, 더욱이 타설한 콘크리트에 있어서도 굵은 골재와 모르타르와의 분리를 일으키는 원인이 되기도 한다.
따라서 종래에는 재료분리저항성을 높이기 위한 방안으로 분리저감제(일명 증점제)를 사용하는 방법과, 분리저감제를 사용하지 않고, 분체구성(시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬 등의 각종 분체를 다량으로 사용)만으로 재료분리저항성을 확보하는 기술(국내특허등록 10-0686353호(명칭: 고내화성 초고강도 콘크리트 조성물), 국내특허등록 10-0686350호(명칭: 초고강도 콘크리트 조성물))이 개시되어 있으나, 이 또한 최대 슬럼프 플로가 70~75㎝ 수준으로써 더욱 더 높은 유동성을 발휘하는 데는 많은 어려움이 있다. 더욱이 고내화성을 달성하기 위해 사용하는 폴리론 섬유를 혼합할 경우 유동성이 급격히 불량해지기 때문에 고유동 콘크리트 고유의 성능을 발휘하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일반시멘트에 석회석 미분말을 혼합하여 제조된 결합재와, 유동성 및 재료분리 저항성을 확보하기 위 한 규사 및 천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제를 사용하고, 아울러 폴리프로필렌과 나일론이 혼합된 폭렬제어용 섬유를 추가적으로 혼입하여 슬럼프 플로 80cm 이상의 높은 유동성과 재료분리저항성, 그리고 3시간 내화성능을 확보할 수 있도록 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
1㎥당 단위결합재량 550~1,240㎏/㎥; 단위배합수량 165~185㎏/㎥; 단위잔골재량 600~900㎏/㎥; 및 단위굵은골재량 400~700㎏/㎥;를 포함하여 조성물을 조성하되; 배합수-결합재비가 상기 조성물 중량 대비 15~30중량%, 잔골재가 상기 조성물 중량 대비 50~65중량%, 굵은골재(입도 5~25㎜)가 상기 조성물 중량 대비 20중량%로 배합되며, 상기 결합재 대비 0.005~0.1중량%의 증점제를 더 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물은 전체 용적의 0.05~2.0부피%로 폭렬제어용 섬유를 더 혼입하여 배합한다.
여기에서 또한, 상기 폭렬제어용 섬유는 폴리프로필렌 50부피%; 나일론 50부피%로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 결합재는 시멘트 30~89중량%; 석회석 미분말 10~50중량%; 및 실리카 흄(Silica Fume) 1~20중량%로 이루어지고, 상기 석회석 미분말은 분말도가 3,000~6,000 ㎠/g이다.
여기에서 또, 상기 잔골재는 조립율이 2.5~3.0인 일반모래(S1) 5~40부피%; 그 입도가 0.15~0.6㎜인 인조규사(S2) 20~85부피%; 및 그 입도가 0.01~0.3㎜인 인조규사(S3) 10~40부피%으로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 인조규사(S2)는 그 입도가 0.3~0.6㎜인 인조규사 60~95중량%; 그 입도가 0.15㎜~0.3㎜미만인 인조규사 5~40중량%로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 인조규사(S3)는 그 입도가 0.15~0.3㎜인 인조규사 50~95중량%,그 입도가 0.01~0.15㎜미만인 인조규사 5~50중량%로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 증점제는 천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명인 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물에 따르면, 고강도로 인한 부재단면의 슬림화, 장스팬화, 경량화 가능하여 교량 등에서는 상부공의 경량화, 장스팬화 등에 따라 기초공의 슬림화, 수량감소가 가능하고, 높은 유동성으로 인하여 종래에는 설계불가능으로 있던 구조형식도 선정 가능할 수 있다.
또한, 상기와 같이 이루어지는 본 발명인 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물에 따르면, 콘크리트 작업원수 및 작업량의 저감하고, 부재단면의 슬림화에 따른 콘크리트량이 감소하며, 고강도화로 인한 거푸집 존치기간이 단축되고, 거푸집 작업이 감소하며, 슬럼프플로 80cm 이상의 높은 유동성에 따른 충진성이 향상되고, 건설현장 소음저감 및 작업환경을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물은 결합재에 유동성 및 재료분리 저항성을 확보하기 위한 적정량의 규사 및 천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제를 소량 사용하고, 폴리프로필렌과 나일론이 혼합된 폭렬제어용 섬유를 일정량 혼입하는 데 특징이 있다.
구체적인 배합범위는 하기 표 1과 같다.
Figure 112009013625358-PAT00001
(1) 결합재
시멘트와 석회석 미분말과, 실리카 흄을 일정 비율로 혼합하고, 결합재의 단위량은 1㎥당 550~1,240㎏/㎥ 확보되도록 하여 고내화성 및 초고강도 발현에 문제없도록 한다.
본 발명에서는 시멘트의 고내화성 및 조기 강도 발현의 목적으로 석회석 미분말을 채택하고, 이미 초고강도 발현에 유용한 효과가 있는 것으로 알려진 실리카흄을 채택하고 있다.
또한, 석회석 미분말은 탄산칼슘(CaCO3) 함량이 80~95중량%이고, 분말도가 3,000~6,000c㎡/g인 석회석 분말을 지칭한다. 이러한 석회석 미분말은 건식 시멘트 제조 공정 중 소성로(kiln)에 석회석 분말을 투입하는 과정에서 발생하는 분말을 포집함으로써 얻을 수 있다.
결합재의 혼합비율은 하기 표 2와 같은 비율로 설정하도록 하며, 이는 콘크리트의 유동성과 강도를 고려하여 설정된 것이다.
Figure 112009013625358-PAT00002
(2) 배합수
유해물질을 포함하지 않은 물(지하수, 수도수 등)로 일반 콘크리트와 동일한 배합수이다. 본 발명에서는 초고강도 발현을 위해 통상 콘크리트 배합에서와는 달리 1㎥당 165~185㎏/㎥의 낮은 범위에서 결정되는데, 이는 유동성을 크게 저하시키기 않으면서 수화열 저감을 고려한 것이다.
(3) 잔골재
모래(S1)와 인조규사(S2, S3)의 혼합으로 이루어지는 데, 혼합비율은 하기 표 3과 같은 비율로 설정한다.
Figure 112009013625358-PAT00003
한편, 인조규사(S2)는 그 입도가 0.3~0.6㎜인 인조규사 60~95중량%, 0.15㎜~0.3㎜미만인 인조규사 5~40중량%로 이루어진다.
그리고, 인조규사(S3)는 그 입도가 0.15~0.3㎜인 인조규사 50~95중량%, 0.01~0.15㎜미만인 인조규사 5~30중량%로 이루어진다.
(4) 굵은골재
통상 콘크리트에 사용되는 굵은골재(자갈)로, 그 입도가 5~25mm인 단위굵은골재량은 1㎥당 400~700㎏/㎥ 범위에서 선택하도록 한다.
(5) 배합수-결합재비(W/B)
설계강도 60MPa 초고강도 및 초유동성 콘크리트 발현을 위하여 15~30중량%를 사용한다.
(6) 잔골재율(S/a)
전체 골재(잔골재+굵은골재)의 체적에 대한 잔골재의 체적비로서 콘크리트의 유동성을 결정하는 수치이며, 잔골재의 조립율을 고려하여 50~65부피% 수준에서 설정하도록 한다.
(7) 증점제 : 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제
본 발명에서 증점제는 굳지 않은 콘크리트의 재료분리저항성을 증가시킬 목적으로 소성점도나 항복치 등의 필요한 레올로지 특성을 부여하기 위하여 사용된다. 본 발명에서 사용하는 증점제는 균체에 알칼리게네스(Alcaligenes) ATTC31555를 사용하는 천연다당류계 증점제, 즉 천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제로써 소량의 첨가량으로 재료분리저항성 및 유동성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 온도 및 단위수량 변화에 의한 슬럼프 플로의 경시변화가 작아 우수한 자기충전성을 부여하는 효과가 있다. 적정 사용량은 결합재중 시멘트 중량 대비 0.005~0.1중량%가 바람직하다.
(8) 폭열제어용 섬유 : 폴리프로필렌(PP) 섬유+나일론 섬유
경화후 치밀한 구조로 완성되는 초고강도 콘크리트의 폭열을 제어하기 위해 본 발명에서는 폭열제어용 섬유를 혼입하고 있는데, 폭열제어용 섬유는 콘크리트 강도의 손해를 주지 않는 범위 내에서 그 양을 설정해야 할 것이며 구체적으로는 조성물의 전체용적에 대하여 0.05~2.0부피%가 바람직하다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

1㎥당 단위결합재량 550~1,240㎏/㎥; 단위배합수량 165~185㎏/㎥; 단위잔골재량 600~900㎏/㎥; 및 단위굵은골재량 400~700㎏/㎥;를 포함하여 조성물을 조성하되;
배합수-결합재비가 상기 조성물 중량 대비 15~30중량%, 잔골재가 상기 조성물 중량 대비 50~65중량%, 굵은골재(입도 5~25㎜)가 상기 조성물 중량 대비 20중량%로 배합되며,
상기 결합재 대비 0.005~0.1중량%의 증점제를 더 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물은,
전체 용적의 0.05~2.0부피%로 폭렬제어용 섬유를 더 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 폭렬제어용 섬유는,
폴리프로필렌 50부피%; 나일론 50부피%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 결합재는,
시멘트 30~89중량%; 석회석 미분말 10~50중량%; 및 실리카 흄(Silica Fume) 1~20중량%로 이루어지고,
상기 석회석 미분말은,
분말도가 3,000~6,000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 잔골재는,
조립율이 2.5~3.0인 일반모래(S1) 5~40부피%; 그 입도가 0.15~0.6㎜인 인조규사(S2) 20~85부피%; 및 그 입도가 0.01~0.3㎜인 인조규사(S3) 10~40부피%으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 5 항에 있어서,
상기 인조규사(S2)는,
그 입도가 0.3~0.6㎜인 인조규사 60~95중량%; 그 입도가 0.15㎜~0.3㎜미만인 인조규사 5~40중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 5 항에 있어서,
상기 인조규사(S3)는,
그 입도가 0.15~0.3㎜인 인조규사 50~95중량%,그 입도가 0.01~0.15㎜미만인 인조규사 5~50중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 증점제는,
천연다당류로 수용성 폴리사카라이드(Polysaccharide) 계열의 증점제인 것을 특징으로 하는 고내화성 초고강도˙초유동 콘크리트용 시멘트 결합재의 조성물.
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