KR20110032882A - 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물 - Google Patents

플라이애시를 포함하는 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 그 목적하는 바는 제조 시 이산화탄소를 다량으로 배출하는 시멘트 대신에 물리적으로 활성화시킨 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨이 적정비율로 구성된 결합재를 제공하고자 하며, 또한 이러한 결합재를 적용하고, 적정비율의 배합수를 적용하여, 작업성이 우수하고 상온양생이 가능한 압축강도 20~55MPa급의 무시멘트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 결합재는 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨으로 구성되며, 상기 플라이애시와 나머지 결합재인 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨이 중량비로 70:30 ~ 80:20이고, 상기 알칼리성 무기질 재료와 규산나트륨이 중량비로 75:25 ~ 25:75인 것을 특징으로 한다.
플라이애시, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 규산나트륨, 무시멘트 콘크리트

Description

플라이애시를 포함하는 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물{NON-SINTERING BINDER USING FLY-ASH AND A CONCRETE COMPOSITION USING THEREOF}
본 발명은 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재 및 이러한 비소성 결합재를 사용하는 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 대신에 적정비율의 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨으로 구성된 소성가공이 필요가 없고 친환경적인 결합재와, 이러한 결합재를 사용하는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
세계적으로 지구 온난화 방지를 위하여 다양한 형태의 노력(1997년 채택, 2005년 발효된 교토 의정서 2012년 종료)을 가하고 있는 가운데 2007년 12월에는 인도네시아 발리에서 ‘발리 로드맵’을 채택함에 따라 2009년 까지 새 기후변화 협약을 위한 협상이 진행되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 이산화탄소 등 온실가스의 배출량을 큰 폭으로 줄여야 하는 실정에 있다.
한편, 콘크리트 제조 시 근간이 되는 시멘트 1 톤을 생산하는 데 이산화탄소를 약 0.9톤을 배출할 정도로 시멘트 산업은 철강산업과 더불어 주요 이산화탄소 배출 산업이므로, 지금까지의 이러한 시멘트 산업에 대한 대체 방법이나 대체 물질 의 제시가 시급히 요구되고 있다.
국내의 시멘트 생산량은 1년에 약 6,000만 톤으로 이산화탄소를 약 5,400만 톤 배출하고 있다. 이러한 환경오염에 대한 타개책의 일환으로 산업부산물을 이용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구가 끊임없이 진행되고 있다. 국내외적으로 고로슬래그, 플라이애시 등을 시멘트와 일부 혼합하여 콘크리트에 많이 적용되고 있으나, 이런 방법으로는 이산화탄소를 획기적으로 저감시키는 데에는 한계가 있다.
국외에서는 중합반응에 의한 알칼리 활성화 시멘트(콘크리트)에 관한 기술은 개념적으로 1978년 Davidovits(프랑스)에 의해 카올리나이트 광물질을 이용하고 제올라이트와 유사한 구조를 가지도록 하는 메커니즘으로 이론이 정립되었지만, 제조상의 문제점 및 경제성 등의 이유로 실용화가 이루어지지 않았다.
또한, 시멘트를 전혀 사용하지 않고 석탄회만을 사용하여 콘크리트를 제조하는 종래의 기술로서, 60℃ 이상의 고온양생 과정을 통해 석탄회의 유리(glassy) 피막을 파괴하여 반응을 유도하여 20MPa 이상을 확보할 수 있는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 고온양생으로 인한 에너지 소비와 이산화탄소 배출 문제가 발생하였다.
또한, 종래 기술 중에는 메타카올린을 사용하는 경우가 있으나, 카올린을 700~800℃로 소성하여 메타카올린을 사용하기 때문에 이 과정에서 이산화탄소를 배출하고 가격도 고가이어서 실용화하는 데 문제점이 있었다.
그리고, 종래 기술 중에 플라이애시를 단독으로 사용하고 액상의 나트륨계 알칼리 활성화제를 사용하여 고온에서 무시멘트 콘크리트를 제조하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법에 의한 콘크리트는 고온에서 20~50MPa 정도의 압축강도가 발 현되나, 상온에서는 강도가 충분히 발현되지 않는 문제점 및 장기강도가 크게 향상되지 않는 등 실용화하는데 문제가 되고 있다.
이에 본 발명자들은 플라이애시를 콘크리트의 결합재로 사용하기 위해 연구와 실험을 거듭하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 제조 시 이산화탄소를 다량으로 배출하는 시멘트 대신에 물리적으로 활성화시킨 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료(수산화칼슘(Ca(OH)2) 및/또는 수산화나트륨(NaOH)) 및 규산나트륨이 적정비율로 구성된 결합재를 제공하고자 하며, 또한 이러한 결합재를 적용하고, 적정비율의 배합수를 적용하여, 작업성이 우수하고 상온양생이 가능한 압축강도 20~55MPa급의 무시멘트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 결합재는 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨으로 구성되며, 상기 플라이애시와 나머지 결합재인 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨이 중량비로 70:30 ~ 80:20이고, 상기 알칼리성 무기질 재료와 규산나트륨이 중량비로 75:25 ~ 25:75인 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트는 상기한 바와 같은 결합재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 결합재 및 콘크리트 제조방법에 따르면, 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 그리고 규산나트륨으로 구성된 결합재의 혼합비, 그리 고 배합수와 결합재의 비에 따라 상온에서도 압축강도를 20~50MPa 범위까지 확보할 수 있고, 콘크리트 제조 후 2시간 이상 유동성이 유지되어 충분한 작업성을 확보할 수 있으며, 건조수축, 화학저항성 및 내구성이 매우 우수하기 때문에 시멘트를 사용한 일반 콘크리트를 대신하여 콘크리트 구조물에 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.
나아가, 진동밀을 이용하여 물리적으로 플라이애시의 유리질 피막을 파괴시켜 활성화 시킴으로써 상온에서도 중합반응 및 포졸란 반응을 활발히 일으킬 수 있도록 하였고, 또한 수산화칼슘를 사용함으로써 플라이애시를 사용한 지오폴리머의 중합반응 외에 포졸란반응을 유도시킴으로써 상온에서 강도가 발현되고, 장기강도도 크게 향상시킬 수 있도록 하였다.
그리고 콘크리트 제조에 시멘트를 전혀 사용하지 않고 고온양생이 필요하지 않기 때문에, 시멘트 제조 시 그리고 콘크리트 제조 시 다량의 CO2 가스의 발생을 줄일 수 있어 환경오염을 줄이고, 산업 부산물인 플라이애시가 재활용되므로 매립지 확보를 위한 경제적 부담뿐만 아니라, 매립 시 발생되는 침출수에 의해 발생하는 많은 환경문제 등을 저감시킬 수 있다.
따라서 향후 건설현장의 여러 방면에서 보통강도와 고강도 콘크리트 모두를 제조할 수 있어 광범위하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 비소성 결합재는 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료(수산화칼슘(Ca(OH)2) 및/또는 수산화나트륨) 및 규산나트륨을 포함하여 구성된다. 상기 플라이애시는 미분탄 연소시 발생하는 가스로부터 집진기로 채취한 석탄재를 말하는 것으로, 이러한 플라이애시를 기반으로 하고, 알칼리 활성을 접목시킨 시멘트는 알칼리 활성화제와 Si 및 Si 성분들과의 개별적인 응집 과정에 의한 경화가 되는 메카니즘을 가지고 있다.
C-S-H gel과 같은 수화생성물이 형성되지 않기 때문에 알칼리 활성 슬래그 콘크리트에 비해 강도가 다소 낮을 뿐만 아니라 양생온도에 매우 민감하다.
본 발명과 같은 알칼리 활성 플라이애시 기반 콘크리트의 경화 과정은 1) 수산화 이온들의 합성 작용을 통한 전구체들의 형성, 2) 알칼리-실리카의 부분적 재구성, 3) 무기질 구조의 형성을 위한 재 침전 등으로 구분할 수 있다.
이러한 알칼리 활성 플라이애시 기반 콘크리트에서는 Al/Si의 비와 더불어 H2O/SiO2 비도 중요하다. H2O는 알루미늄과 실리카 이온들의 용해 과정에서 중요한 역할을 하기 때문이다. 그러나 알칼리 활성 플라이애시 기반 콘크리트의 주요 경화 메카니즘의 중합반응은 아직 명확하게 밝혀지지 않은 상태이다.
본 발명에서는 플라이애시와 알칼리 무기질 재료 및 규산나트륨의 배합구성을 통해 중합반응(Polymersation)을 유도하여 강도가 증진되게 함으로써 결국 시멘트를 사용하지 않으면서 소성과정이 없이 일정 강도이상을 발현할 수 있는 결합재를 제공하는 것이며, 또한 이러한 결합재를 사용한 콘크리트 조성물을 제공할 수 있는 것이다.
본 발명에서 상기 결합재는 플라이애시(A), 알칼리성 무기질 재료(B) 및 규산나트륨(C)로 구성되며, 이때 플라이애시(A)와 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨(B+C)는 중량비가 70:30 내지 80:20으로 구성되고, 알칼리성 무기질 재료(B)와 소듐실리케이트의 중량비는 75:25 내지 25:75으로 구성된다.
결합재 중 플라이애쉬와 알칼리성 무기질재료의 중량비(A:B+C)를 70:30 내지 80:20으로 구성한 것은 중합반응에 필요한 적절한 비율의 Si 및 Al과 Na가 존재하여야 하기 때문으로 플라이애쉬의 중량비가 이보다 클 경우 상대적으로 반응에 필요한 Na가 부족하게 되어 강도가 저하되고, 이와 반대로 이보다 작을 경우 강도에 기여하는 Si 또는 Al가 부족하여 강도가 저하되기 때문이다.
또한 알칼리 무기질재료(B)와 규산나트륨(C)를 중량비로 75:25 내지 25:75으로 구성한 것은 알칼리성 무기질 재료를 75중량%를 초과하여 사용하면 시공성이 저하될 뿐만 아니라 알루미노실리케이트가 과다하게 생성되어 팽창에 의한 콘크리트가 균열이 발생하여 강도가 저하되는 문제점이 있으며, 25중량% 미만으로 사용한 경우에는 재령 초기에 알루미노실리케이트의 생성이 작아져 초기강도가 저하되고, 수축이 다소 증가되는 문제점과 함께 다량의 규산나트륨 사용으로 경제성 측면에서 불리하게 작용하는 문제점이 있다.
상기 플라이애시는 분말도가 3,300 ~ 6,200cm2/g인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 플라이애시의 분말도가 3,300cm2/g 미만인 경우에는 반응성이 작아 강 도발현에 불리하고, 분말도가 6,200cm2/g을 초과하는 경우에는 반응성이 크지만, 시공성이 다소 저하되고 통상의 제품으로 판매되지 않는 관계로 미분말시키기 위해 분쇄하는 과정 또는 분급하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 경제성이 저하될 수 있기 때문이다.
나아가 상기 플라이애시는 보다 우수한 반응성 및 시공성을 얻기 위해, 분말도가 3,500~6,000cm2/g인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 플라이애시는 물리적으로 활성화시킨 것을 사용하는 것이 바람직한데, 물리적으로 활성화시키는 방법은 진동밀 등을 이용하여 구형입자의 플라이애시의 유리질 피막을 물리적인 방법으로 분쇄하여 중합반응을 활성화시키고자 하는 것이고, 물리적으로 활성화 시키면 상온에서 플라이애시를 이용한 무시멘트 콘크리트 제조효과가 있다.
상기 규산나트륨은 SiO2와 Na2O의 몰비가 1.0 내지 3.4 범위의 값을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직한데, 몰비가 1.0 미만인 경우에는 결합재의 점도가 급격히 증가되어 슬럼프가 저하됨으로써 시공성이 저하될 뿐만 아니라 중합반응에 필요한 Si 성분이 적어져 장기강도가 발현이 작아지고, 몰비가 3.4를 초과하는 경우에는 시공성에 영향을 주지 않지만, Na이온이 적어져 초기강도가 작아지는 문제가 있기 때문이다.
나아가 상기 규산나트륨은 보다 우수한 시공성 및 강도를 얻기 위해, SiO2와 Na2O의 몰비가 2.8~3.2인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 알칼리성 무기질 재료는 6 내지 16M 범위의 수산화칼슘, 수산화나트륨 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 알칼리성 무기질 재료를 6M미만인 것을 사용하면 플라이애시가 모두 반응하는데 필요한 양보다 부족하게 되어, 충분한 알칼리 활성화 반응이 일어나지 않아 강도를 저감시킬 우려가 있고, 16M을 초과하는 것을 사용하면 상대적으로 고가인 알칼리성 무기질 재료의 투입량 대비 강도 향상 효과가 미미하기 때문에 경제적인 측면에서 불리하게 작용하기 때문이다.
상기 수산화칼슘은 순도 99.8% 이상의 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 수산화나트륨은 순도 98% 이상인 것을 사용하는 것이 보다 바람직한데, 98%미만인 경우에는 반응성이 저하되어 소정의 콘크리트의 강도를 달성할 수 없을 가능성이 있기 때문이다.
또한, 본 발명은 상기 플라이애시가 포함한 비소성 결합재를 배합한 콘크리트 조성물을 제시하는 바, 이러한 콘크리트 조성물은 상기 플라이애시를 포함한 비소성 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 물 등을 배합하고, 교반하는 과정과 양생하는 과정을 거쳐 제조한다.
이 경우 배합수와 결합재의 비율은 중량비로 10~25%로 적용하는 것이 바람직한데, 10% 미만인 경우에는 강도 증진에 효과가 있으나 시공성이 급격이 저하되어 감수제 등 기타 혼화제가 다량으로 사용하여 경제성이 저하되고, 25%를 초과하는 경우에는 시공성은 향상되나 강도가 급격이 저하되어 압축강도 25MPa 이하로 콘크리트 구조물에 적용할 수 없게 될 뿐만 아니라 건조수축이 증가되는 등의 문제점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지는 않는다.
<실시예 1>
플라이애시 분말도의 영향
본 발명에서 제시된 플라이애시를 포한한 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물에 있어 플라이애시의 분말도에 따른 영향을 분석하기 위해, 하기 표 1과 같이 분말도 3,300cm2/g, 5,100cm2/g, 6,200cm2/g인 플라이애시를 사용하였다.
구분 분말도(cm2/g)
FA3300 3,300
FA5100 5,100
FA6200 6,200
이러한 플라이애시들은 결합재 전체중량의 80중량%로 하였고, 알칼리성 무기질 재료로서 9M 수산화나트륨을 결합재 전체중량의 10%, 규산나트륨(SiO2와 Na2O의 몰비 3.2)를 결합재 전체중량의 10%로 하여 결합재를 구성하였다. 그리고 물은 상기 결합재에 대해 중량비로 10%를 사용하였으며, 나머지 잔골재, 굵은골재는 통상의 콘크리트와 같은 비율로 사용하여 콘크리트를 제조하였다. 그리고 비교예로서 통상의 시멘트를 사용한 보통 콘크리트(물-시멘트 비 48%)를 제조하였다.
제조한 각각의 콘크리트에 대하여 슬럼프와 압축강도를 측정하여 그 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.
여기서, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 준하여 콘크리트를 혼합하여 믹서로부터 배출된 직후에 작업성을 평가하였으며, 압축강도는 φ100× 200mm 원주시험체를 제작하여 20℃에서 1일 동안 양생을 실시한 후 탈형한 다음 상온상태(습도 50± 5%, 온도 23±2℃)에서 양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28일 및 91일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 플라이애시의 분말도가 클수록 시공성이 다소 저하되는 것으로 나타났으나, 슬럼프가 210~185mm 범위로 시공성에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.
도 2의 결과로부터 플라이애시의 분말도가 작을수록 강도발현이 저하되고, 특히 분쇄하지 않은 분말도 3,300cm2/g인 경우에는 재령 28일에서도 10MPa 미만으로 비교적 낮은 강도를 나타내고 있다. 그리고 분말도 5,100cm2/g, 6,200cm2/g를 사용한 경우에는 재령 7일까지 초기강도의 증진에 효과가 조금 있는 것으로 나타났으나, 그 이후에는 분말도 차이에 따른 강도증진 효과가 거의 없는 것으로 나타났다.
한편, 상기에서 사용한 플라이애시를 진동밀로 분쇄하여 사용한 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 성분분석하여 하기 표2에 나타내었다.
SiO2
(%) 		Al2O3
(%) 		Fe2O3
(%) 		CaO
(%) 		MgO
(%) 		SO3
(%) 		K2O
(%) 		Na2O
(%) 		LOI
(%)

플라이애시
53.0
25.2
9.21
2.96
1.30
0.63
1.22
0.67
3.18

분쇄된 플라이애시
53.6
24.9
9.02
2.96
1.29
0.60
1.22
0.67
3.09
상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 플라이애시를 진동밀을 사용하여 분쇄한 경우 화학성분 변동폭이 매우 소량으로 성분의 차이는 거의 없는 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 플라이애시, 수산화칼슘, 수산화 나트륨, 규산나트륨으로 구성된 결합재를 사용하여 콘크리트 조성물을 제조할 경우, 분말도 6,200cm2/g의 범위까지는 슬럼프 180mm 이상으로 충분한 작업성을 확보할 수 있고, 재령 28일에서 압축강도 30~55MPa 범위의 압축강도를 확보할 수 있으므로 보다 우수한 물성의 무시멘트 콘크리트 제조가 가능할 것으로 판단된다. 특히 시공성, 강도 및 경제성을 고려하면 플라이애시의 분말도는 5,100cm2/g인 것이 가장 바람직 할 것이다.
<실시예 2>
수산화칼슘의 혼입비 영향
본 발명의 결합재 및 조성물에 의해 콘크리트 제조 시 수산화칼슘의 혼입비에 따른 영향을 분석하기 위해, 결합재 전체중량에 대해 수산화칼슘을 각각 1, 2, 3%로 첨가하고, 분말도 5,100cm2/g인 플라이애시를 결합재 전체 중량에 대해 각각 79, 78, 77%를 사용하였다. 그리고 3가지 경우 모두, 수산화나트륨(NaOH-9M)을 결합재 전체 중량에 대하여 10%로 하여 사용하였으며, 규산나트륨을 결합재 전체 중량에 대하여 10%로 하여 사용하였다. 그리고 물과 결합재의 비를 중량비로 10%로 하였고, 나머지 굵은골재 및 잔골재 등은 통상의 콘크리트와 같이 사용하였다.
이렇게 제조된 콘크리트를 φ100× 200mm 원주시험체를 제작하여 20℃에서 1일 동안 양생을 실시한 후 탈형한 다음 상온상태(습도 50± 5%, 온도 23±2℃)에서 양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28일 및 91일에서 KS F 2405에 준하여 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 수산화칼슘의 혼입비가 증가할수록 강도는 증가하는 것으로 나타났고, 수산화칼슘이 혼입된 경우 91일 장기강도에서 모두 우수한 것으로 나타났다. 이러한 이유는 수산화칼슘이 혼입됨으로써 플라이애시의 중합반응 외 포졸란 반응을 일으켜 장기강도가 우수한 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 플라이애시, 수산화칼슘, 수산화나트륨(NaOH-9M), 규산나트륨으로 구성된 결합재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우, 수산화칼슘 2%를 사용하는 것이 초기강도 및 장기강도 증진에서 가장 우수한 효과를 발생하는 것을 알 수 있었다.
<실시예 3>
결합재 구성재료의 중량비 영향
본 발명에 의한 결합재를 이용하여 콘크리트 제조 시, 플라이애시, 수산화칼슘, 수산화나트륨(NaOH-9M), 규산나트륨의 중량비에 따른 영향을 첫째로 결합재 전체 중량에 대한 플라이애시의 상대중량비의 영향과, 둘째로 플라이애시의 상대중량비가 일정할 때 알칼리성 무기질재료와 규산나트륨의 중량비에 따른 영향으로 나누어 분석하였다.
분말도 5,100cm2/g를 가진 플라이애시, 수산화나트륨(NaOH) 9M, SiO2/Na2O의 몰비가 3.2인 규산나트륨을 중량비로 60:20:20, 70:15:15, 80:10:10, 90:5:5로 구성된 결합재와 80:20:0, 80:15:5, 80:10:10, 80:5:15, 80:0:20로 구성된 결합재를 사용하였다. 그리고 물과 결합재의 비를 중량비로 25%로 하였고, 나머지 굵은골재, 잔골재 등은 통상의 콘크리트와 같이 사용하였다.
이렇게 제조된 콘크리트를 KS F 2402에 준하여 슬럼프 시험을 행하고, φ100× 200mm 원주시험체를 제작하여 20℃에서 1일 동안 양생을 실시한 후 탈형한 다음 상온상태(습도 50± 5%, 온도 23±2℃)에서 양생을 실시하여 재령 28일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다. 그 결과를 정리하면 도 4와 도 5과 같다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 결합재 전체 중량에 대한 플라이애시의 상대중량비에 따라 플라이애시의 상대중량비가 70% 또는 80%일 때는 슬럼프와 압축강도 결과가 양호하지만, 60%일 때에는 슬럼프는 크지만 압축강도가 크게 저하되고, 상대중량비가 90%일 때에는 슬럼프가 작고 압축강도도 작게 나타났다. 즉 중합반응에 필요한 적절한 비율의 Si 및 Al과 Na가 존재하는데 플라이애시의 중량비가 이보다 클 경우 상대적으로 반응에 필요한 Na가 부족하게 되어 강도가 저하되고, 이와 반대로 이보다 작을 경우 강도에 기여하는 Si 또는 Al가 부족하여 강도가 저하되는 것이다.
또한, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 플라이애시의 상대중량비가 일정할 때 알칼리 무기질재료와 규산나트륨의 중량비에 따라 수산화나트륨 15% 초과, 규산나트륨 5% 미만에서는 슬럼프의 변화는 크지 않으나, 압축강도 저하가 크고, 수산화나트륨 5%미만, 규산나트륨 15%초과에서도 슬럼프의 변화는 크지 않으나, 압축강도가 저하되는 것으로 나타났다. 즉 수산화나트륨(NaOH)과 규산나트륨의 비에 따라 플라이애시를 결합재로 하는 무 시멘트 콘크리트의 시공성에는 플라이애시의 구형입자형태의 특성으로 인한 볼베어링 효과에 의해 시공성에는 크게 영향을 주지 않으나, 중합반응에 의한 압축강도에는 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 즉 수산화나트륨(NaOH)과 규산나트륨이 적절히 혼합되어야 플라이애시를 결합재로 하는 무 시멘트 콘크리트의 중합반응이 활성화되어 상온에서 강도발현이 극되화 되는 것으로 나타났다.
이상의 결과로부터, 플라이애시, 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨의 구성비는 결합재 전체 중량에 대한 플라이애시의 상대중량비가 70% 내지 80%이고, 알칼리 무기질재료와 규산나트륨를 중량비로 75:25 내지 25:75로 구성될 경우에 시공성과 압축강도 발현이 우수한 것으로 나타나 무시멘트 콘크리트 제조가 가능할 것으로 판단된다.
도 1은 플라이애시의 분말도에 따른 슬럼프 결과를 보이는 그래프이다.
도 2는 플라이애시의 분말도에 따른 압축강도 결과를 보이는 그래프이다.
도 3은 수산화칼슘 혼입비에 따른압축강도 결과를 보이는 그래프이다.
도 4는 결합재 총 중량에 대한 결합재 중 플라이애시의 상대중량비에 따른 슬럼프 결과 및 압축강도 결과를 보이는 그래프이다.
도 5는 결합재 구성재료 중 플라이애시의 상대중량비가 일정할 때 알칼리 무기질재료와 규산나트륨의 중량비에 따른 슬럼프 결과 및 압축강도 결과를 보이는 그래프이다.

Claims (8)

  1. 플라이애시, 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨으로 구성되며, 상기 플라이애시와 나머지 결합재인 알칼리성 무기질 재료 및 규산나트륨이 중량비로 70:30 ~ 80:20이고, 상기 알칼리성 무기질 재료와 규산나트륨이 중량비로 75:25 ~ 25:75인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이애시는 분말도가 3,300 ~ 6,200cm2/g인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라이애시는 분말도가 3,500~6,000cm2/g인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리성 무기질 재료는 6 내지 16M 범위의 수산화나트륨, 수산화칼륨 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 규산나트륨은 SiO2와 Na2O의 몰비가 1.0 내지 3.4인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 규산나트륨은 SiO2와 Na2O의 몰비가 2.8~3.2인 것을 특징으로 하는 플라이애시를 포함하는 비소성 결합재.
  7. 잔골재, 굵은골재, 물 및 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 결합재가 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 비소성 결합재인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 물은 상기 결합재에 대해 중량비로 10~25%로 적용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
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