KR20100132129A

KR20100132129A - 고강도 경량콘크리트

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Publication number: KR20100132129A
Application number: KR1020090050783A
Authority: KR
Inventors: 이재삼; 배연기; 박희곤; 이진우; 채희수
Original assignee: (주)렉스콘
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-17
Also published as: KR101086980B1

Abstract

본 발명은 고강도 발현을 위해 프리믹스시멘트를 배합하고, 경량화를 위해 구조용 경량 굵은골재 및 비구조용 경량 잔골재를 배합하여 조성한 고강도 경량콘크리트에 관한 것이다.

본 발명은 물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재가 단위수량 140~170㎏/㎥; 단위결합재량 500~1100㎏/㎥; 단위굵은골재량 500~600㎏/㎥; 및 단위잔골재량 260~550㎏/㎥; 으로 혼입되고, 물-결합재비가 15~35중량%, 잔골재율이 30~45중량%로 배합되되, 상기 결합재는 OPC, 고로슬래그분말, 실리카흄 및 급결지연제가 균일하게 섞인 프리믹스시멘트이고, 상기 굵은골재는 구조용 경량 굵은골재이며, 상기 잔골재는 모래와 비구조용 경량 잔골재가 혼합된 것임을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

고강도 콘크리트, 경량 콘크리트, 프리믹스시멘트, 굵은골재, 잔골재

Description

고강도 경량콘크리트{High-Strength Light weight Concrete}

최근 구조물이 대형화, 다기능화하면서 초고층, 초대형, 장스팬, 특수구조물(해양구조 등) 등을 구현하기 위한 건설재료의 성능향상 문제가 큰 관심사가 되고 있다. 기존 콘크리트는 단위무게에 비하여 강도가 낮고, 자중이 무겁기 때문에 구조부재의 단면이 확대되고 사용면적이 감소하는 등의 문제점을 갖고 있으며, 천연골재의 고갈 및 골재 채취에 따른 환경문제도 부각되고 있다. 위 문제들의 해소를 위해서는 경량콘크리트, 고강도콘크리트 등의 특수 콘크리트가 다양하게 개발되어 사용되고 있다. 경량콘크리트와 고강도콘크리트에 대해 간단히 살펴보면 다음과 같다.

경량콘크리트는 경량골재콘크리트, 경량기포콘크리트, 무잔골재콘크리트가 있으며, 이중 경량골재콘크리트는 보통포틀랜드시멘트와 경량골재를 혼합하여 만든 콘크리트이다. 경량골재는 구조용과 비구조용(단열, 방음 목적 등)으로 분류할 수 있는데, 구조용 인공경량골재는 팽창혈암(expanded shale), 팽창점토(expanded clay), 팽창슬래그, 팽창석탄, 가공석탄재 등이 있다. 경량골재는 내부에 무수한 공극을 형성하여 가벼운 반면, 높은 흡수율 때문에 배합직후의 슬럼프 저하를 유발하게 될 뿐만 아니라 펌프압송시 작용하는 압력에 의한 가압흡수(加壓吸水)로 인해 압송전후의 콘크리트품질에 차이가 나게 되는 문제가 있다. 이 때문에 유럽지역 에서는 흡수율이 매우 작은(5∼8%) 경량골재를 사용하는 경우가 많으나 우리나라와 미국, 일본 등지에서는 흡수율이 높은(일반적으로 10∼30%) 경량골재를 1일에서 3일 정도 충분한 사전흡수(pre-wetting) 과정을 거쳐서 경량콘크리트를 생산하는 방법을 이용하고 있다. 사전흡수(pre-wetting)는 경량골재의 흡수율을 낮추어 펌프압송중에 매트릭스 부분에서 수분이 경량골재로 이동하여 생기는 슬럼프 저하를 최소화시키며, 압송전후의 콘크리트의 품질변화를 줄여주고, 장기적으로는 양생과정에서 경량골재에서 수분을 조금씩 방출하여 내부양생(internal curing)의 효과를 발휘하여 콘크리트의 수명에도 도움을 준다.

한편, 콘크리트 표준시방서에 따르면 고강도콘크리트는 40Mpa 이상, 고강도 경량콘크리트는 27Mpa 이상으로 정하고 있다. 국내의 초고층건축물에는 50Mpa 정도가 상용화된 것으로 보이며, 80~100Mpa 범위에서 제한적으로 적용되고 있다. 고강 도콘크리트에 사용되는 시멘트로는 보통포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 알루미나시멘트, 실리카시멘트, 고로슬래그(특종), 플라이애시시멘트(A종) 등을 사용할 수 있다. 골재는 물리적(열, 기상작용), 화학적(탄산가스 등)으로 안정하고 치밀하고 단단해야 하며 유해물질을 함유하지 않아야 하는데, 잔골재는 콘크리트 중의 배합수를 적게 필요로 하는 원형입자 모양과 표면이 매끄러운 내구성 있는 골재라야 한다.

본 발명은 40Mpa 이상의 고강도 성능을 발현하면서도, 단위용적당 질량은 낮추어 구조물의 자중을 줄일 수 있는 고강도 경량콘크리트를 제공함에 그 목적이 있다.

일반적인 콘크리트는 물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재가 배합되어 조성된다. 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 상기 결합재로서 프리믹스시멘트를 적용하고, 상기 굵은골재로서 구조용 경량 굵은골재를 적용하며, 상기 잔골재로서는 비구조용 경량 잔골재를 적용한다.

본 발명에 따르면, 고강도이면서 경량인 콘크리트를 얻을 수 있어 구조물의 내구성 증진과 자중 경감을 함께 실현할 수 있다.

본 발명은 물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재가 단위수량 140~170㎏/㎥; 단위결합재량 500~1100㎏/㎥; 단위굵은골재량 500~600㎏/㎥; 및 단위잔골재량 260~550㎏/㎥; 으로 혼입되고, 물-결합재비가 15~35중량%, 잔골재율이 30~45중량%로 배합 되되, 상기 결합재는 OPC, 고로슬래그분말, 실리카흄 및 급결지연제가 균일하게 섞인 프리믹스시멘트이고, 상기 굵은골재는 구조용 경량 굵은골재이며, 상기 잔골재는 모래와 비구조용 경량 잔골재가 혼합된 것임을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 프리믹스시멘트는 OPC 50~60중량%; 고로슬래그분말 30~40중량%; 실리카흄 5~15중량%; 및 급결지연제 0.1~5중량%; 가 혼합된 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

또한, 본 발명은 감수제가 단위감수제량 5~30㎏/㎥; 으로 더 혼입된 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

또한, 본 발명은 구조용 경량 굵은골재는 절건밀도가 1.5~1.9t/㎥인 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 비구조용 경량 잔골재는 전체 잔골재 대비 10~30부피%로 혼합된 것임을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트를 제공한다.

이하에서는 구체적인 실험데이터와 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트는 상기한 프리믹스시멘트(단위결합재량 500~1100㎏/㎥), 구조용 경량 굵은골재(단위굵은골재량 500~600㎏/㎥) 및 잔골재(모래 + 비구조용 경량 잔골재, 단위잔골재량 260~550㎏/㎥)와 물단위수량 140~170㎏/㎥이 배합되어 조성된 것이다. 이 때, 콘크리트의 워커빌리티(workability)의 개선을 위해서는 감수제를 혼입시킬 수 있는데, 감수제는 프리믹스시멘트 중량의 0.1~0.6% 정도밖에 혼입되지 않지만(단위감수제량 5~30㎏/㎥;), 콘크리트의 내구성과 압축강도를 향상시키는 효과는 뛰어나다.

본 발명의 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트(OPC)보다 강도를 높인 혼합시멘트의 사용을 기본으로 하였으며, 이에 혼합시멘트의 원재료를 사전에 프리믹스(pre-mix)한 고분말의 프리믹스시멘트(pre-mixed cement)를 적용하였다.

본 발명에 적용되는 프리믹스시멘트는 OPC 50~60중량%; 고로슬래그분말 30~40중량%; 실리카흄 5~15중량%; 및 급결지연제 1~5중량%; 가 혼합된 것이며, 이는 1종 보통포틀랜드 시멘트(OPC)에 비하여 분말도와 압축강도가 향상되었다.

아래의 [표 1]은 OPC 55중량%, 고로슬래그분말 30중량%, 실리카흄 10중량%, 급결지연제 5중량%를 균일하게 혼합하여 조성된 프리믹스시멘트와 1종 보통포틀랜드시멘트간의 분말도와 압축강도를 비교한 것이다.

[표 1] OPC와 프리믹스시멘트의 물성비교

구 분	분말도	압축강도(MPa)
구 분	분말도	3일	7일	28일
OPC	3,200	23.0	31.5	39.4
프리믹스시멘트	6,400	38.8	50.4	62.4

위 [표 1]에서는 프리믹스시멘트가 OPC에 비해 분말도가 2배 높아졌으며, 28일 압축강도는 약 1.5배 높아졌음을 확인할 수 있다.

한편, 콘크리트의 경량화를 위해서는 콘크리트 배합 중 70~80%의 용적을 차지하는 골재(굵은골재 및 잔골재)의 경량화를 이루어야 한다. 따라서 국내에서는 일반적으로 굵은골재를 경량골재로 사용하는 1종 경량콘크리트와 굵은골재를 경량골재로 사용함과 함께 잔골재의 부분 또는 전량을 경량골재로 사용하는 2종 경량콘크리트로 사용하고 있다. 그러나 콘크리트의 압축강도는 전체 용적의 약 40%를 차지하는 굵은골재의 강도에 큰 영향을 받으므로 경량콘크리트에 사용하는 구조용 경량 굵은골재의 밀도에 대한 조정이 필요하다.

콘크리트 압축강도에 따라 요구되는 구조용 경량 굵은골재의 절건밀도는 아래의 [표 2]에 나타난 바와 같다.

[표 2] 굵은골재의 절건밀도와 콘크리트의 압축강도 간의 관계

콘크리트 압축강도	구조용 경량 굵은골재의 절건밀도
21MPa 이하	0.9t/㎥ 이하 굵은골재 사용
21~27MPa	1.0~1.3t/㎥
27~40MPa	1.3~1.5t/㎥
40MPa 이상	1.5~1.9t/㎥ 이상 골재 사용

위 [표 2]로부터 파악되는 바와 같이 압축강도 40MPa 이상의 고강도 경량콘크리트 제조를 위해서는 절건밀도 1.5~1.9t/㎥의 구조용 경량 굵은골재를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구조용 경량 굵은골재로서는 팽창점토를 예시할 수 있다.

그러나 절건밀도 1.5~1.9t/㎥의 구조용 경량 굵은골재를 사용하면 콘크리트의 단위용적질량을 저감하는데 한계가 있으므로 경량콘크리트의 제조가 어렵게 된다. 따라서 본 발명에서는 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환함으로써 콘크리트의 단위용적질량 저감을 실현하게 된 것이다. 상기 비구조용 경량 잔골재는 그 절건밀도가 0.3~0.6t/㎥인 것이 바람직하며, 모래를 상기 비구조용 경량 잔골재로 치환하는 양은 모래를 포함한 전체 잔골재 대비 10~30부피%로 하는 것이 바람직하다. 30부피% 이상으로 치환하는 경우에는 콘크리트 압축강도저하가 뚜렷하게 발생하기 때문이다.

이와 같이 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환함으로써 얻을 수 있는 효과는 아래의 [표 3] 내지 [표 6]을 통해 확인할 수 있다.

아래의 [표 3]은 일반 고강도 콘크리트 실시예들의 배합상태를 나타낸 것이고, [표 4]는 위 실시예들의 압축강도와 단위용적질량을 나타낸 것이다.

[표 3] 일반 고강도 콘크리트 비교예들의 배합상태

배합강도	W/B (%)	S/a (%)	단위재료량(kg/㎥)
배합강도	W/B (%)	S/a (%)	W	C	S	G	AD
50	32.0	44.0	165	516	694	595	6.19
60	26.0	42.0	165	635	618	575	7.62
80	15.0	32.0	165	1,033	382	546	25.83

W/B : 물-결합재비 S/a : 잔골재율

W : 단위수량 C : 프리믹스시멘트

S : 천연바다모래

G : 구조용 경량 굵은골재(절건밀도 1.60g/㎤)

AD : 감수제

[표 4] 일반 고강도 콘크리트 비교예들의 물성

배합강도	압축강도(MPa)			단위용적질량(kg/㎥)
배합강도	3일	7일	28일	경화 전	경화 후
50	36.7	49.5	57.6	1,942	1,875
60	40.9	51.8	62.5	1,968	1,883
80	57.4	69.4	84.3	2,116	2,049

한편, 아래의 [표 5]은 고강도 경량콘크리트 실시예들의 배합상태를 나타낸 것이고, [표 6]는 위 실시예들의 압축강도와 단위용적질량을 나타낸 것이다. [표 5]에 나타난 고강도 경량콘크리트 실시예들은 위 [표 3]의 실시예들의 구성물 중 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환한 것이라는 점 이외에 다른 배합조건은 [표 3]의 실시예들과 동일하게 하였다.

[표 5] - 본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트 실시예들의 배합상태

배합강도	W/B (%)	S/a (%)	단위재료량(kg/㎥)
배합강도	W/B (%)	S/a (%)	W	C	S1	S2	G	AD
50	32.0	44.0	165	516	490	49	595	6.19
60	26.0	42.0	165	635	433	43	575	7.62
80	15.0	32.0	155	1033	229	36	546	25.83

W/B : 물-결합재비 S/a : 잔골재율

W : 단위수량 C : 프리믹스시멘트

S1 : 천연바다모래

S2 : 비구조용 경량 잔골재(절건밀도 0.6g/㎤)

G : 구조용 경량 굵은골재(절건밀도 1.60g/㎤)

AD : 감수제

[표 6] - 본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트 실시예들의 물성

배합강도	압축강도(MPa)			단위용적질량(kg/㎥)
배합강도	3일	7일	28일	경화 전	경화 후
50	36.5	46.9	56.4	1,820	1,759
60	39.3	52.0	62.0	1,847	1,786
80	55.7	66.0	80.4	2,011	1,965

[표 5]의 배합상태로 구성된 고강도 경량콘크리트 실시예들의 물성은 [표 6]에서 확인할 수 있다.

위의 [표 4]와 [표 6]을 비교해보면, 일반 고강도 콘크리트와 본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트는 그 배합강도에 따라 1㎥당 약 80~120㎏의 무게 차이가 있음을 알 수 있으며, 이러한 차이는 건축물 전체를 기준으로 보면, 건축물의 규모에 따라 수톤~수십톤의 무게 차이로 이어지게 된다.

[도 1]은 본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트 실시예의 시험성적서이다. 한 국건자재시험연구소에서는 본 발명의 범위 내에 속하는 공시체를 대상으로, KS F 2405와 KS F 2462에 따라 재령 28일 압축강도시험과 단위질량 시험을 하였는 바, 재령 28일 압축강도는 모두 80MPa을 넘었고, 단위질량은 1885~1895kg/㎥ 이어서, 본 발명이 목표로 하는 경량화와 고강도 발현 모두를 충족시키는 것으로 밝혀졌다.

도 1은 본 발명에 따른 고강도 경량콘크리트 실시예의 시험성적서이다.

Claims

물, 결합재, 굵은골재 및 잔골재가 단위수량 140~170㎏/㎥; 단위결합재량 500~1100㎏/㎥; 단위굵은골재량 500~600㎏/㎥; 및 단위잔골재량 260~550㎏/㎥; 으로 혼입되고,

물-결합재비가 15~35중량%, 잔골재율이 30~45중량%로 배합되되,

상기 결합재는 OPC, 고로슬래그분말, 실리카흄 및 급결지연제가 균일하게 섞인 프리믹스시멘트이고,

상기 굵은골재는 구조용 경량 굵은골재이며,

상기 잔골재는 모래와 비구조용 경량 잔골재가 혼합된 것임을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트.
제1항에서,

상기 프리믹스시멘트는 OPC 50~60중량%; 고로슬래그분말 30~40중량%; 실리카흄 5~15중량%; 및 급결지연제 1~5중량%; 가 혼합된 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트.
제1항에서,

감수제가 단위감수제량 5~30㎏/㎥로 더 혼입된 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트.
제1항에서,

구조용 경량 굵은골재는 절건밀도가 1.5~1.9t/㎥인 것을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트.
제1항에서,

상기 비구조용 경량 잔골재는 전체 잔골재 대비 10~30부피%로 혼합된 것임을 특징으로 하는 고강도 경량콘크리트.