KR20110077144A - 조기강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분말화 및 조강형 무기첨가재(예를 들면, 무수석고)를 혼입한 조강형 고분말 시멘트; 및 아민계 조강제가 혼합된 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 포함하는 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 4,000 내지 4,500cm2/g의 분말도를 가지며 조강형 무기첨가재가 함유된 조강형 고분말 시멘트; 및 아민계 조강제가 혼합된 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 포함하여, 조기 강도 발현 성능을 극대화시킨 가지는 콘크리트 조성물이 제공된다.
시멘트, 조강형, 고성능, 감수제

Description

조기강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물{Concrete Composition Revealing Early-Strength}
본 발명은 조기 강도 발현을 위한 콘크리트 조성물로서, 구체적으로 고분말도를 가지며 조강형 무기첨가재가 함유된 조강형 고분말 시멘트와, 조강형 PC계 혼화제를 포함하여, 조기에 높은 강도를 발현할 수 있는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
조기 강도 발현을 위한 조강 콘크리트와 관련하여, 종래 기술의 경우 조기 강도를 확보하는 방안으로 단위 시멘트량을 증가시키고, 촉진형 고성능 감수제를 사용하여 콘크리트의 응결을 촉진시키는 것에 초점을 맞추어 개발되었다. 그러나 이와 같은 종래 방법의 경우 콘크리트 제조 비용이 크게 증가되고, 조기 강도 발현의 안정성도 떨어진다는 문제점이 제기되고 있다.
이에 비용이 저렴하면서도 조기 강도 발현의 안정성이 우수한 새로운 조강 콘크리트의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 궁극적으로는 조기 강도 발현 성능이 현저히 향상된 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 고분말화되고 조강형 무기첨가재가 혼입된 조강형 고분말 시멘트; 및 아민계 조강제가 혼합된 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 포함하여, 우수한 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물이 제공된다.
구체적으로 본 발명은, 고분말화되고 조강형 무기첨가재가 혼입된 조강형 고분말 시멘트와, 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 함유하므로써, 조기강도 발현 성능을 향상시키는 것을 기본적인 기술적 사상으로 삼고 있는 것으로서, 4,000 내지 4,500cm2/g의 분말도를 가지며 조강형 무기첨가재가 함유된 조강형 고분말 시멘트; 및 아민계 조강제가 혼합된 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 포함하는 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물을 상기한 목적 달성의 수단으로 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 종래의 콘크리트 조성물에 비해 우수한 조기 강도 성능을 발휘할 수 있으며, 비교적 낮은 온도에서도 목적하는 강도를 가질 수 있다. 더욱이, 종래의 콘크리트 조성물에 비해 비교적 적은 양의 단위 시멘트량을 사용하는 경우에도, 목적하는 조기 강도 발현 성능을 확보할 수 있으므로, 경제성 역시 우수하다는 장점과 효과를 발휘한다.
특히, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 기존 일반 콘크리트(1종 시멘트와 촉진형 고성능 감수제의 혼합)와 콘크리트의 시공성 및 내구성에 차이가 없으면서도, 12 ~ 48시간의 초기 재령(材令)에서는 종래의 콘크리트 조성물을 사용한 콘크리트에 비해 약 300~650% 정도 조기강도 발현 성능이 우수하다. 더욱이, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 양생온도 20℃ 이상의 상온조건보다 약 10℃ 저온 조건에서 종래의 콘크리트 조성물에 비해 조기강도 발현이 특히 우수함을 확인하였다. 이를 통해, 건설 현장에서의 공기 단축이 가능할 뿐만 아니라, 동절기에 초기동해 방지 강도를 빠르게 발현할 수 있어서, 동해 저항성 확보에도 유리하게 된다.
본 발명의 콘크리트 조성물은, 4,000 내지 4,500cm2/g의 분말도를 가지며 조강형 무기첨가재가 함유된 조강형 고분말 시멘트를 포함한다. 상기 조강형 고분말 시멘트는 시멘트에 조기강도 발현을 위한 무기첨가재를 첨가하고, 위와 같이 4,000 내지 4,500cm2/g의 높은 분말도를 가지도록 함으로써, 조기 강도 성능 발현에 적합하도록 초기 압축강도를 향상시킬 수 있는 시멘트이다.
상기 조강형 고분말 시멘트의 조기강도 발현을 위한 분말도는 4,000 내지 4,500cm2/g인 것이 바람직한 데, 이는 분말도가 4,000cm2/g 미만일 경우, 조기 강도 발현 특성이 저하되고, 4,500cm2/g 초과일 경우, 작업성 및 경제성 확보가 어렵기 때문이다.
상기 무기첨가재로는 무수석고를 사용할 수 있는데, 무수석고는 시멘트 중량에 대하여 3 ~ 5중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 무수석고가 3중량% 미만일 경우, 시멘트 수화물에 영향을 미쳐 조기강도 특성을 저하시키며, 5중량% 초과일 경우, 응결지연에 따른 조기강도 저하 및 비경제적이게 된다.
상기 조강형 고분말 시멘트와, 하기에서 설명하는 조강형 PC계 고성능 AE 감수제를 함유하는 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 종래의 콘크리트 조성물에 비해 비교적 낮은 온도에서 목적하는 강도를 가질 수 있으며, 우수한 조기 강도 발현 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 조성물은, 아민계 조강제가 혼합된 조강형PC(Polycarboxylate)계 혼화제를 포함한다. 상기 조강형 PC계 혼화제는, 아민계 조강제를 혼합하여 조강 성능을 부여한 혼화제로서, 본 발명에서는 혼화제에 아민계 조강제를 함유하도록 함으로써 조기강도 발현 성능을 극대하였다. 상기 조강형 PC계 혼화제의 일예로는 조강형 PC계 고성능 AE 감수제(high-early strength type and high-range air-entraining water-reducing agent)를 들 수 있다.
구체적으로 상기한 본 발명의 조강형 PC계 혼화제는, 혼화제에 아민계 조강제가 혼합되어 조기 강도 특성을 발현에 역할을 하는 것으로, 상기 PC계 혼화제는 시멘트의 분산성 또는 조기 강도 특성 발현을 위해 적합한 것이라면 어떠한 화학 구조의 것도 포함할 수 있는데, 예를 들어 폴리카르본산 주쇄에 에틸렌옥사이드와 같은 비이온성 계면활성제를 가교결합시킨 구조의 PC계 고성능 AE 감수제일 수 있다.
상기 아민계 조강제는, 조기 강도 특성 발현을 위해 콘크리트 조성물에 통상 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민일 수 있다. 또한, 아민계 조강제는 조기 강도 발현 성능 구현에 적합한 양으로 포함될 수 있으며, 예를 들어 PC계 고성능 AE 감수제 고형분의 중량을 기준으로 2~20중량%로 포함될 수 있다. 아민계 조강제의 경우, 2중량%미만의 사용으로는 원하는 조강성능을 얻을 수 없으며, 20중량%를 초과하여 사용시에는 경제성이 악화되므로 실질적으로 20중량%를 초과할 수 없다.
상기 조강형 PC계 혼화제의 함유량은 콘크리트 조성물에 목적하는 조강 성능을 부여할 수 있을 정도라면 특별하게 제한되지 않으나, 예를 들어 준조강 시멘트의 중량을 기준으로 0.2~2.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 조강형 PC계 혼화제의 사용량이 0.2중량 미만이면 콘크리트 단위 수량 증대로 인하여 조강 성능을 얻을 수 없고, 2.5중량%를 초과하게 되면 사용량 과다로 인하여 콘크리트의 재료 분리가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 상기 조강형 고분말 시멘트 및 조강형 PC계 혼화제는 배합수(또는 비빔수)를 더 포함하여 배합될 수 있다. 상기 배합수는 골재 등 다른 재료와 배합 전, 조강형 고분말 시멘트 및 조강형 PC계 혼화제와 혼합 즉, 프리-믹싱(pre-mixing)될 수 있으며, 목적하는 콘크리트 조성물의 배합에 적합하다면 특별히 제한되지 않으나, 시멘트의 총량을 기준으로 18~60 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 조기 강도 성능 발현을 위하여 목적하는 압축강도를 가질 수 있도록 단위 수량범위가 120 ~ 185 kg/m3일 수 있으며, 단위 결합재의 양(혼화재를 사용하지 아니할 경우에는 시멘트량이 되고, 혼화재를 사용할 경우에는 시멘트에 혼화재를 포함한 량)은 280 ~ 1,100 kg/m3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 조성물은 골재를 더 포함할 수 있으며, 상기 골재는 잔골재와 굵은 골재를 혼합한 것일 수 있으며, 상기 골재 전체의 절대용적에 대한 잔골재의 절대용적(잔골재율: S/a)은 40 내지 50%일 수 있다.
경우에 따라서, 본 발명의 콘크리트 조성물은 무기질 혼화재(mineral admixture)를 더 포함할 수 있으며, 상기 무기질 혼화재는 플라이애시 또는 고로슬래그 미분말, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 10 내지 15℃에서 12 내지 18 시간 이내에 5.0MPa 이상의 압축강도를 발현할 수 있으며, 종래 콘크리트 조성물에 비해 우수한 조기 강도 발현 성능을 가질 수 있다. 하기의 실시예에 입증된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 양생온도 20℃ 이상의 상온조건보다 10 내지 15℃ 정도의 저온 조건에서 12 내지 18 시간 이내에 5.0MPa 이상의 압축강도를 발현하여 동절기에 초기 동해 방지 강도를 빠르게 발현할 수 있다.
이하, 실시예 및 시험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예]
아래의 표 1에 기재된 구성을 포함하는 콘크리트 조성물을 각각 비교예 및 실시예로 하여, 아래의 표 2에 기재된 조성으로 배합하였다.
Figure 112009081477594-PAT00001
Figure 112009081477594-PAT00002
[시험예 1] 조기강도 발현 특성 비교
실시예 및 비교예에 대하여, 양생온도 조건에 따른 조기 강도를 측정하였으며, 그 결과를 아래의 표 3 및 도 1에 나타내었다. 아래의 표에서 h는 시간(1시간)을 의미한다.
Figure 112009081477594-PAT00003
표 3을 참조하면, 비교예의 경우 15시간에서 조기강도 5MPa 확보를 위해서는 20℃ 이상의 양생조건이 필요하지만, 실시예의 경우 15℃ 양생조건에서 확보가 가능한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예의 경우 양생온도 10℃의 조건에서 수직거푸집 탈형 강도가 18시간 이내에 확보되는 것으로 나타나, 비교예에 비해 우수한 조강 성능을 확보하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 1은 시멘트 종류 및 양생 온도별 단위 결합재량(단위 시멘트량)에 따른 조기강도 발현 특성을 나타낸 것으로서, 실시예의 조강형 고분말 시멘트 및 조강형 고성능 AE 감수제를 포함하는 경우 양생온도 15℃ 조건에서는 단위 결합재량 330kg/m3에서 "5MPa/15시간"을 확보할 수 있는 것으로 나타나, 비교예에 비해 경제성 확보가 가능한 것으로 나타났다.
또한, 단위 결합재량 증가에 따른 조기강도 발현 정도를 파악하기 위한 데이터 추세 결과 실시예(15℃) > 실시예(10℃) > 비교예(15℃) > 비교예 (10℃)의 순으로 조기강도가 우수함을 나타내고 있어, 실시예가 비교예에 비해 우수한 조기강도 발현 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
비록 본 발명이 상기 언급된 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물의 조기강도 발현 특성을 나타낸 그래프이다.

Claims (3)

  1. 4,000 내지 4,500cm2/g의 분말도를 가지는 조강형 고분말 시멘트; 및
    아민계 조강제가 혼합된 조강형 PC(Polycarboxylate)계 혼화제로서 조강형 고분말 시멘트의 중량을 기준으로 0.2~2.5중량%의 조강형 PC계 혼화제를 포함하며;
    상기 아민계 조강제는, 조강형 PC계 혼화제 고형분의 중량을 기준으로 5~20중량%로 포함되며;
    10 내지 15℃에서 12 내지 18 시간 이내에 5.0MPa 이상의 압축강도를 발현하는 것을 특징으로 하는 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조강형 고분말 시멘트에는 무수석고가 시멘트 중량에 대하여 3 ~ 5중량%로 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 아민계 조강제는, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 또는 메틸디에탄올아 민인 것을 특징으로 하는 조기 강도 발현 성능을 가지는 콘크리트 조성물.
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