KR20120055119A - 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 석산에서 부순 돌 및 부순 모래 생산 시 발생하는 미분말의 석분을 충전재로 사용함에 따라 시멘트 페이스트와 골재 또는 섬유 사이의 파괴를 방지하여 경제적으로 강도, 인성 등 초고성능을 확보할 수 있으며, 미분말 석분 및 실리카퓸에 의해 시멘트 매트릭스에 점성을 부여하여 증점제 사용 없이도 섬유보강량을 증진시킬 수 있어 고인성을 확보할 수 있는 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부순 돌 및 부순 모래 생산과정에서 발생한 미분말 석분을 충전재로 사용함으로써 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면영역 또는 시멘트 페이스트와 섬유 사이의 계면영역에 충전되어 필러(filler)작용을 함으로서 계면영역 파괴의 방지를 통해 초고성능을 발휘하고, 시멘트 메트릭스의 점성을 향상시켜 섬유분산성을 확보함으로서 보다 많은 량의 섬유보강에 의해 고인성을 확보할 수 있는 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
콘크리트는 경제성 및 내구성이 우수한 건설재료로서 강재와 더불어 콘크리트 구조물의 건설에 널리 사용되고 있다. 그러나 콘크리트는 인장강도와 휨강도가 작고, 균열이 발생하기 쉬운 본질적인 결합을 가지고 있으며, 또한 최근 고강도 콘크리트의 실용화에 따른 압축강도의 증가로 인해 콘크리트의 취성파괴(Brittle Failure)가 문제시되고 있다.
한편, 콘크리트가 어떤 하중을 받아 파괴되는 경우는 시멘트 페이스트의 파괴, 골재 파괴 그리고 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면영역에서 파괴로 구분되고, 고강도 콘크리트 영역에서 대부분 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면영역에서 파괴가 주된 요인이 된다. 그리고 섬유보강 콘크리트에서 상기의 3가지 요인이외에 시멘트 페이스트와 섬유 사이의 계면영역에서 파괴로 강도뿐만 아니라 인성이 저하되는 원인이 된다.
그러나 기존 고강도 콘크리트 제조 기술에서 주로 계면영역의 파괴보다는 시멘트 페이스트의 파괴에 초점을 맞추어 물-결합재비를 극히 낮추거나 실리카퓸 등혼화재를 시멘트와 대체하여 사용하는 기술이 많이 개발되어 왔다. 이런 고강도 콘크리트는 강도를 높이는 데 한계가 있으며, 제조가격도 상승하는 문제점을 갖고 있다.
또한, 종래에 시공성이 우수한 초고강도, 고인성 및 고내구성을 가진 초고성능 섬유보강 시멘트(콘크리트)의 경우(특허 제10-0620866호 ; 강섬유 보강 시멘트 복합체 및 그 제조방법)에는 이런 계면영역의 파괴를 방지하기 위해 10㎛ 이하의 입자크기를 갖는 SiO2 95% 이상인 석영질 분말 또는 CaCO3 75% 이상인 석회석 미분말을 시멘트 100 중량부를 기준으로 10~30 중량부를 사용하고 있다. 이 경우에는 강도, 시공성, 인성 등 성능이 향상되고 있으나, 사용재료가 고가이므로 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
그리고 섬유의 분산성을 향상시키기 위해서 시멘트 복합체에 일정한 점성을 확보해야 하는데, 이 경우에는 점성을 확보하기 위해 셀로룰오스(cellulose) 증점제 또는 아크릴(acryl) 증점제를 시멘트 100 중량부를 기준으로 0.05~1% 중량부를 사용하고 있다. 이로 인해 응결제어가 어렵고 필요이상으로 고성능 감수제 사용량이 사용되어 마찬가지로 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 1990년대 이후 강에서 채취한 강자갈 및 강모래는 대부분 고갈되어 현재 석산에서 생산되는 파쇄골재가 대부분 사용되고 있는 실정이다. 석재 생산과정에서 발생하는 석분은 연간 발생량이 1500만 톤에 이르며, 이 양의 대부분이 매립에 의하여 처분되고 있다(환경부-21C 프론티어 연구개발사업, 2005). 석분은 폐기물관리법상 재활용대상폐기물 중 '무기성 오니'로 분류할 수 있으며, 재활용 준수사항에서 일반 토사류 또는 건설 폐재류를 재활용한 토사류를 50%이상 혼합하여 사용하도록 규정되어 있어 고비용의 재활용 처리 또한 문제시되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 앞서 언급한 기존의 일반 콘크리트, 섬유보강 콘크리트 및 초고성능 섬유보강 콘크리트가 안고 있는 문제점을 극복하고자 시멘트 입자의 크기, 시멘트 페이스 및 골재 사이의 계면 크기 등을 고려하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 고가의 석영질 분말 또는 석회석 미분말을 대신하여 석산의 부산물인 미분말 석분을 사용함으로써 초고성능 섬유보강 콘크리트에서 강도, 인성 등 성능뿐만 아니라 경제성을 향상시킬 수 있음을 알아내고 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 초고성능 섬유보강 콘크리트에 적절한 석산 부산물인 미분말 석분의 및 크기 및 사용량을 분석하여 초고성능 섬유보강 콘크리트 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트는 시멘트 100중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 포함됨을 특징으로 한다.
상기에서 충전재로 사용되는 석분은 석산에서 부순 돌, 부순 모래 등을 생산하는 과정에서 발생하는 부산물인 미분말 석분으로 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면영역 또는 시멘트 페이스트와 섬유 사이의 계면 영역에 충전되어 필러작용을 함으로서 계면영역의 파괴를 방지하여 초고성능 섬유보강 콘크리트에 있어 강도 및 인성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 석분은 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가짐에 의해 시멘트 메트릭스에 점성이 부여되어 시멘트 페이스트 내에서 섬유 분산성을 향상시켜 증점제 등 기타 혼화제의 사용을 억제할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트는 시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성 분체 10 내지 30중량부를 포함하는 모르타르로 구성되되, 상기 모르타르에 있어 결합재의 비율이 0.25 이하가 되도록 물이 배합됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어 상기 섬유는 직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유인 것을 특징으로 하며, 상기 강섬유는 전체체적 대비 1 내지 5체적%가 배합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응성 분체는 SiO2 함유율이 96%이고, 그 밀도가 2.10g/㎤이며, 그 비표면적 200,000㎠/g인 실리카퓸인 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법은,
시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 배합되어 모르타르를 제조하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 배합되어 모르타르를 제조하는 단계에는, 시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성분체 10 내지 30중량부를 배합하여 모르타르를 제조하는 단계를 포함하고, 배합수를 모르타르의 결합재의 비율이 0.25이하가 되도록 혼합하는 단계와, 직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유를 전체체적 대비 1 내지 5체적%가 되도록 배합수와 모르타르의 혼합물에 투입하는 단계와, 강섬유가 투입된 배합수 및 모르타르 혼합물에 대하여 습윤양생 후 60 내지 110℃의 온도에서 2일 내지 4일 동안 증기양생을 실시하여 양생을 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 모르타르 제조단계는 상기 모르타르를 구성하는 혼합물을 20 내지 40rpm의 속도로 7 내지 15분 동안 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 배합수와 모르타르의 혼합단계는 80 내지 120rpm의 속도로 7분 내지 20분 동안 혼합한 후 다시 40 내지 60rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 강섬유를 상기 배합수와 모르타르에 혼합하는 단계는 30 내지 50rpm의 속도로 3 내지 10분 동안 혼합하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명은 충전재로서 고가의 석영분말 또는 석회석 미분말 대신에 석산 부산물인 미분말 석분을 사용함으로써 시멘트 페이스트와 골재 또는 시멘트 페이스트와 섬유 사이의 계면영역의 파괴를 방지하여 경제적이면서도 강도 및 인성 등 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 미분말 석분 사용으로 시멘트 페이스트에 있어 점성이 부여됨으로서 증점제의 사용없이 섬유분산성을 향상시킬 수 있어 다량의 섬유를 혼입함에 의해 고인성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
또한 석산 부산물인 석분이 재활용되므로 매립지 확보를 위한 경제적 부담뿐만 아니라, 매립 시 발생되는 침출수에 의해 발생하는 많은 환경문제 등을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 초고성능 섬유보강 콘크리트에서 미분말 석분 사용에 따른 충전효과를 나타낸 개념도이다.
도 2는 초고성능 섬유보강 콘크리트에서 미분말 석분 사용에 따른 충전효과를 나타낸 개념도이다.
도 2는 초고성능 섬유보강 콘크리트에서 미분말 석분 사용에 따른 충전효과를 나타낸 개념도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트는 시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 포함됨에 특징이 있는 바, 상기 미분말 석분은 충전재로 사용되어, 도 1에서 보는 바와 같이 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면영역 또는 도 2에서 보는 바와 같이 시멘트 페이스트와 섬유 사이의 계면 영역에 충전되어 필러작용을 함으로서 계면영역의 파괴를 방지하여 콘크리트 구조체가 강도 및 인성 등 초고성능을 발휘하도록 하는 것이다.
또한, 상기 석분의 사용으로 시멘트 메트릭스에 점성이 부여되어 섬유분산성을 향상시킬 수 있게 된다. 일반적으로 강섬유로 보강한 콘크리트에서는 강섬유의 비중과 형상계수(aspect ratio ; 직경와 길이의 비)가 시멘트 매트릭스를 구성하는 재료의 입자와의 차이로 강섬유를 다량으로 사용한 경우에는 섬유 뭉침(fiber ball) 현상이 발생하여 강섬유 보강 콘크리트의 본래 성능을 발휘하지 못하거나 오히려 취성파괴 및 내구성 저하를 일으키는 것으로 알려져 있다.
그러나 본 발명에 있어서는 미분말의 석분을 사용함으로서 섬유 분산성을 확보하여 섬유 뭉침 현상 없이도 다량의 강섬유를 첨가하여 고인성을 구현할 수 있다. 이로서 별도의 증점제 등 기타 혼화제의 사용을 억제할 수 있게 되어 경제성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 충전재로 석분을 포함하는 것과 더불어 시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성 분체 10 내지 30중량부를 포함하는 프리믹싱 모르타르와, 상기 모르타르의 결합재(시멘트와 혼화재)의 비율이 0.25 이하가 되도록 물이 배합됨을 특징으로 한다.
상기 골재는 모래를 사용하되, 5mm 이하의 크기를 가진 석영질 모래(SiO₂ 90중량% 이상)가 사용됨이 타당하고, 시멘트 100중량부를 기준으로 약 100?130중량부가 사용된다. 5mm 이하의 모래를 사용한 이유는 시멘트 복합체의 균질성을 확보하여 그 강도를 향상시키기 위한 것이다.
상기 반응성 분체는 구형 입자들로 이루어져 있어 본 발명에 따른 콘크리트에 있어 마찰을 감소시켜 시공성을 향상시키고, 시멘트 페이스트(paste)의 점성을 증가시킴으로 상기 석분과 더불어 섬유 분산성을 증가시키고, 또한 포졸란 반응에 의해 강도를 향상시키는 역할을 한다.
여기서 상기 반응성 분체는 SiO2 함유율이 96%이고, 그 밀도가 2.10g/㎤이며, 그 비표면적 200,000㎠/g인 실리카퓸이 사용됨이 타당하다.
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 충전재로 미분말 석분이 사용되고 반응성 분체로 실리카퓸이 사용되어 섬유분산성이 향상됨에 의해 섬유의 사용량을 증대시켜 전체 구조체의 인성을 향상시킬 수 있다. 즉 기존의 섬유 보강 콘크리트에 첨가되는 섬유가 1체적% 정도인 것과 대비 본 발명에 있어서는 상기 섬유를 전체 체적 대비 1 내지 5체적%가 사용될 수 있어 이러한 다량의 섬유의 사용으로 구조체의 고인성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 있어 상기 섬유는 직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유인 것으로 한정하는 것이 타당한 바, 이는 직경이 0.2mm 미만이고, 그 길이가 12mm미만의 경우는 강섬유가 시멘트 페이스트 내에서 강도발현 및 균열제어에 효과를 발현하는 것이 미미하기 때문이며, 직경이 0.5mm를 초과하고 그 길이가 30mm를 초과하는 경우 각각의 섬유 간에 뭉침이 발생하여 분산성이 저하될 수 있으며, 비중의 증가에 의해 분산성이 저하될 수 있기 때문이다. 이와 같은 직경과 길이를 갖는 강섬유는 특정 직경과 지름을 갖는 단일 또는 다양한 직경과 길이를 갖는 하이브리드 형태로 사용되는 것이 가능하다.
한편 본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법은 시멘트, 모래, 반응성 분체, 석분을 미리 골고루 혼합한 프리믹싱(premixing)형 모르타르 재료에 배합수를 혼합하여 고속믹서기로 혼합한 후, 모르타르와 배합수의 혼합물에 크기가 서로 다른 강섬유를 단독 또는 하이브리드 형태로 투입하여 다시 혼합한 후 일정 기간의 양생 과정을 거쳐 제조됨에 특징이 있다.
구체적으로 본 발명의 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법은 시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 배합되어 모르타르를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 단계에는 시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성분체 10 내지 30중량부를 배합하여 모르타르를 제조하는 단계를 포함하고, 그 다음으로 배합수를 모르타르의 결합재의 비율이 0.25이하가 되도록 혼합하는 단계와, 직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유를 전체체적 대비 1 내지 5체적%가 되도록 배합수와 모르타르의 혼합물에 투입하는 단계와, 강섬유가 투입된 배합수 및 모르타르 혼합물에 대하여 습윤양생 후 60 내지 120℃의 온도에서 2 일 내지 4일 동안 증기양생을 실시하여 양생을 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 모르타르 제조단계는 상기 모르타를 구성하는 혼합물을 20 내지 40rpm의 속도로 7 내지 15분 동안 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 배합수와 모르타르의 혼합단계는 80 내지 120rpm의 속도로 7분 내지 20분 동안 혼합한 후 다시 40 내지 60rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 강섬유를 상기 배합수와 모르타르에 혼합하는 단계는 30 내지 50rpm의 속도로 3 내지 10분 동안 혼합하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 제조방법은 프리믹싱 모르타르를 제조하는 단계를 거치는 바, 이와 같이 프리믹싱 모르타르를 제조하는 것은 건설 현장에서 사용되는 재료의 저장고를 설치하기 위한 장소, 비용의 절감과 계량 오차의 최소화 및 믹싱 시간을 단축시키기 위한 것으로서, 시멘트 100중량부를 기준으로 모래 100 ~ 130중량부, 실리카퓸 10 ~ 30중량부, 미분말 석분 10 ~ 30중량부를 준비하고, 이렇게 준비된 재료를 20?40rpm속도로 7?15분 동안 골고루 혼합하여 제조하게 되는 것이다.
그 다음으로 이렇게 제조된 프리믹싱 모르타르 재료의 유동성 및 시공성을 확보하기 위해 배합수를 혼합하게 되는 바, 더욱 바람직하게는 물과 고형분 30?40중량%인 폴리칼본산계(Polycarboxylic) 고성능 감수제 또는 나프탈렌계(Naphthalene) 고성능 감수제를 각각 90 ~ 99.5중량%와 0.5 ~ 10중량% 비를 이루도록 배합수를 제조하여, 배합수-결합재(시멘트와 반응성 분체의 합)의 비가 0.25 이하가 되도록 프리믹싱 모르타르와 배합수를 고속 믹서기에서 80?120rpm 속도로 7?20분 동안 혼합한 후, 다시 40?60rpm의 속도로 2?5분 동안 혼합한다.
이렇게 혼합된 모르타르와 배합수의 혼합물에 다시 직경이 0.2 ~ 0.5mm이고 길이가 12 ~ 30mm 중 특정 직경과 길이를 갖는 강섬유를 단독 또는 다양한 직경과 길이를 갖는 강섬유를 하이브리드(Hybrid) 형태로 상기 혼합물에 1 ~ 5체적%를 투입하여 30?50rpm의 속도로 3?10분 동안 혼합한다.
그리고, 이와 같이 최종 혼합물을 1?3일 동안의 습윤양생을 실시한 다음, 시멘트의 수화반응과 반응성 분체의 포졸란 반응(Pozzolanic reaction)을 활성화시키기 위해 60?120℃의 고온하에서 증기양생을 2?4일 동안 실시함으로써 본 발명에 따른 초고성능 섬유보강 콘크리트가 제조된다.
일반적으로 반응성 분체는 시멘트의 수화반응 생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 규산칼슘염(3CaO?2SiO2?3H2O)과 알루미산칼슘염(3CaO?Al2O 3)을 생성하는 포졸란 반응에 의해 장기 강도가 증가시키는 장점이 있으나, 재령 초기에는 반응성 분체를 사용한 만큼 시멘트 사용량이 감소하므로 콘크리트의 초기 강도가 저하되어 시공 기간이 길어지고, 수축이 많이 발생하는 단점이 있다.
이에 본 발명의 발명자는 이와 같은 반응성 분체의 의한 초기 강도 저하 등의 문제점을 해결하기 위하여, 시멘트의 수화반응과 반응성 분체의 포졸란 반응이 활성화되도록 앞서 설명한 바와 같이 재령 초기에 60?120℃의 고온하에서 증기양생을 실시하는 방안을 창안하였다. 그와 같은 기술적 구성에 의하여 시멘트의 수화반응이 빨리 진행될 뿐만 아니라 포졸란 반응에 의해 수산화칼슘이 거의 소비되어 본 발명에 따른 시멘트 복합체의 초기 강도 저하를 극복하는 동시에 초강도화를 실현할 수 있었다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
본 실시예는 본 발명에 따른 석분의 분말도가 초고성능 섬유보강 시멘트 복합체에 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다. 본 실시 예에서는 초고성능 즉 초고강도를 발현하도록 하기 위해 압축강도 180MPa 이상을 확보할 수 있는 배합을 선정하여 제조하였는데, 사용된 재료구성은 시멘트 100 중량부를 기준으로 반응성 분체인 실리카퓸(SiO2 96%, 밀도 2.10g/㎤, 비표면적 200,000㎠/g)을 30 중량부, 입자크기 5mm 이하인 석영질 모래 110 중량부, 미분말 석분을 25 중량부에 대해 분말도를 2,000, 2,500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000㎠/g로 변화시켜 30rpm 속도로 10분 동안 골고루 혼합하여 프리믹싱 모르타르 재료를 제조하고, 배합수-결합재의 비가 0.20이 되도록 하여 고속믹서기에서 100rpm 속도로 15분 동안 혼합하여 다시 50rpm 속도로 3분 동안 혼합하여 직경 0.2mm와 길이 12mm인 강섬유를 전체 체적 대비 2%를 투입하여 40rpm 속도로 7분 동안 혼합하여 강섬유 보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 플로우 시험(KS L 5105)과 육안관찰에 의한 섬유의 분산성을 검토하였다. 이 시멘트 복합체에 대해 2일 동안 습윤양생을 하고, 100℃에서 증기양생을 3일 동안 실시한 다음 압축강도는 Ø 100 × 200mm 원주 콘크리트 시편을 이용하여 KS F 2405에 준하여 실시하였고, 100 × 100 × 400mm 콘크리트 시편을 이용하여 휨강도(KS F 2566)를 측정하였다.
| 석분 분말도 | 슬럼프 플로 (mm) |
섬유의 분산성 (MPa) |
압축강도 (MPa) |
휨강도 (MPa) |
| 2,000 | 614 | 보통 | 175 | 36 |
| 2,500 | 616 | 보통 | 197 | 42 |
| 3,000 | 616 | 양호 | 207 | 46 |
| 3,500 | 615 | 양호 | 223 | 51 |
| 4,000 | 590 | 양호 | 221 | 49 |
| 4,500 | 570 | 양호 | 198 | 42 |
| 5,000 | 510 | 양호 | 187 | 38 |
분말도가 낮은 석분을 사용한 경우에는 슬럼프 플로는 증가하나, 섬유의 분산성은 나빠지는 경향이 있으며, 압축강도와 휨강도도 저하되는 경향이 있는 것으로 나타났다. 이것은 석분의 분말도가 낮은 경우에는 점성이 저하와 시멘트 복합체와 모래 사이의 경계 또는 시멘트 복합체와 섬유 사이의 경계에 충전되는 효과가 떨어지기 때문으로 분석된다.
그리고 분말도가 높은 경우에는 반대로 슬럼프 플로가 감소하여 다짐불량 등으로 압축강도 및 휨강도가 저하되고 있으며, 필요 이상으로 분말도가 높을 경우에는 경제성에도 문제가 있다.
시험결과, 초고성능 섬유보강 콘크리트에 있어서는 분말도 2,500 내지 4,000 ㎠/g의 석분을 사용할 경우에는 적절한 유동성 및 섬유의 분산성을 확보할 수 있으며, 강도 등 성능 향상도 기대된다.
<실시예 2>
본 실시예에 있어서는 석분의 혼입률이 초고성능 섬유보강 콘크리트에 미치는 영향을 분석하기 위한 것이다. 본 실시 예의 경우도 압축강도 180MPa 이상을 확보할 수 있는 배합을 선정하여 제조하였는데, 사용된 재료구성은 시멘트 100 중량부를 기준으로 반응성 분체인 실리카퓸(SiO2 96%, 밀도 2.10g/㎤, 비표면적 200,000㎠/g)을 30중량부, 입자크기 5mm 이하인 석영질 모래 110중량부, 분말도 3500㎠/g을 가진 미분말 석분을 시멘트 100 중량부에 대해 0, 5, 10, 20, 30, 35, 40 중량부로 변화시켜 30rpm 속도로 10분 동안 골고루 혼합하여 프리믹싱 모르타르 재료를 제조하고, 배합수-결합재의 비가 0.20이 되도록 하여 고속믹서기에서 100rpm 속도로 15분 동안 혼합하여 다시 50rpm 속도로 3분 동안 혼합하여 직경 0.2mm와 길이 12mm인 강섬유를 시멘트 복합체의 체적에 대해 2%를 투입하여 40rpm 속도로 7분 동안 혼합하여 강섬유 보강 시멘트 복합체를 제조한 다음 플로우 시험(KS L 5105)을 실시하였다. 이 시멘트 복합체에 대해 2일 동안 습윤양생을 하고, 100℃에서 증기양생을 3일 동안 실시한 다음 압축강도는 Ø 100 × 200mm 원주 콘크리트 시편을 이용하여 KS F 2405에 준하여 실시하였고, 100 × 100 × 400mm 콘크리트 시편을 이용하여 휨강도(KS F 2566)를 측정하였다.
| 석분 혼입률 (시멘트 중량부) |
슬럼프 플로 (mm) |
섬유의 분산성 (MPa) |
압축강도 (MPa) |
휨강도 (MPa) |
| 0 | 610 | 불량 | 153 | 29 |
| 5 | 612 | 보통 | 177 | 32 |
| 10 | 614 | 양호 | 198 | 45 |
| 20 | 615 | 양호 | 208 | 49 |
| 25 | 615 | 양호 | 223 | 51 |
| 30 | 590 | 양호 | 211 | 47 |
| 35 | 530 | 보통 | 189 | 39 |
| 40 | 470 | 불량 | 167 | 32 |
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 시멘트 중량부에 대해 혼입률 0 즉, 석분을 전혀 사용하지 않은 경우에는 섬유의 뭉침 현상이 발생하는 등 섬유의 분산성에 문제가 발생하였을 뿐만 아니라 시멘트 복합체와 모래의 경계 또는 시멘트 복합체와 섬유의 경계 사이에 충전효과 없어 그 부분에 먼저 파괴되어 강도가 급격이 저하되고 있음을 알 수 있다.
그리고 석분 30중량부를 초과하는 경우에는 시공성이 저하되어 강도도 저하되고 있음을 알 수 있다. 이것은 석분을 너무 많이 사용할 경우에는 점성 증가로 시공성이 나빠지고 그로 인해 충전이 잘 되지 않아 강도도 저하되는 것으로 분석된다.
시험결과, 초고성능 섬유보강 콘크리트에 있어서 석분은 시멘트 중량 대비 10 내지 30중량부의 석분을 사용할 경우에는 적절한 유동성 및 섬유의 분산성뿐만 아니라 강도 등 성능 향상도 기대된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
시멘트 혼화제
미분말 석분 강섬유
미분말 석분 강섬유
Claims (8)
- 섬유를 포함하는 초고성능 섬유보강 콘크리트에 있어서, 시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 10 내지 30중량부가 충전재로 포함됨을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트.
- 제 1항에 있어서,
시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성 분체 10 내지 30중량부를 포함하는 모르타르로 구성되되, 상기 모르타르의 결합재의 비율이 0.25이하가 되도록 물이 배합됨을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트.
- 제 1항에 있어서
상기 섬유는 직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트.
- 제 3항에 있어서,
상기 강섬유는 전체체적 대비 1 내지 5체적%가 배합됨을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트.
- 제 1항에 있어서
상기 반응성 분체는 SiO2 함유율이 96%이고, 그 밀도가 2.10g/㎤이며, 그 비표면적 200,000㎠/g인 실리카퓸인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트.
- 섬유를 포함하는 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법에 있어서,
시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 15 내지 35중량부가 충전재로 배합되어 모르타르를 제조하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
시멘트 100 중량부 대비 분말도 2,500~4,000㎠/g를 가진 석분 15 내지 35중량부가 충전재로 배합되어 모르타르를 제조하는 단계에는 시멘트 100중량부 대비 골재 100 내지 130중량부, 반응성분체 10 내지 30중량부를 배합하여 모르타르를 제조하는 단계를 포함하고,
배합수를 모르타르의 결합재의 비율이 0.25이하가 되도록 혼합하는 단계와,
직경이 0.2 내지 0.5mm이고, 그 길이가 12 내지 30mm인 강섬유를 전체체적 대비 1 내지 5체적%가 되도록 배합수와 모르타르의 혼합물에 투입하는 단계와,
강섬유가 투입된 배합수 및 모르타르 혼합물에 대하여 습윤양생 후 60 내지 110℃의 온도에서 2 일 내지 4일 동안 증기양생을 실시하여 양생을 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 모르타르 제조단계는 상기 모르타르를 구성하는 혼합물을 20 내지 40rpm의 속도로 7 내지 15분 동안 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 배합수와 모르타르의 혼합단계는 80 내지 120rpm의 속도로 7분 내지 20분 동안 혼합한 후 다시 40 내지 60rpm의 속도로 2 내지 5분동안 혼한하는 단계를 포함하고,
상기 강섬유를 상기 배합수와 모르타르에 혼합하는 단계는 30 내지 50rpm의 속도로 3 내지 10분 동안 혼합하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 콘크리트 제조방법.
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