KR20130062162A - 고로슬래그와 ｃｓａ계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트 - Google Patents

고로슬래그와 ｃｓａ계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여,
고로슬래그 40~60 중량%, CSA(Calcium Sulfur Aluminate) 34∼47 중량%, 석고 4∼7 중량%, 타르타르산(tartaric acid) 1∼3 중량%, 및 염기성 화합물 1∼3 중량%를 포함하는 고로슬래그 조강시멘트 조성물, 및 상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 이용하여 제조된 시멘트에 관한 것이다.

Description

고로슬래그와 ＣＳＡ계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트{High early strength cement comprising blast furnace slag and CSA cement}
본 발명은 고로슬래그와 CSA계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로, 프리캐스트 콘크리트 제품을 제조하기 위해서는 보통 포틀랜드 시멘트 단독 또는 실리카 물질을 혼합하여 고온 및 고압에서 증기 양생을 하거나, 무수석고계 고강도 혼화재를 시멘트에 혼합하여. 상압증기 양생시켜 조기 강도를 발현시키고 있다. 상압증기 양생용 조기강도 발현 혼화재는 주로 무수석고를 주성분으로 하고, 실리카 흄, 슬래그 분말, 플라이 애쉬, 규조토 또는 카올린 분말 등의 포졸란 물질을 혼합하여 제조하고 있다. 상압증기 양생에 따른 수화생성물의 생성시기 및 형태를 조절하여 조기강도를 발현시키기 위해서 무수석고는 분쇄된 미세분말을 사용하고 있으며, 반응성이 우수한 실리카 흄이나 미분쇄된 슬래그를 포졸란 물질로 주로 사용하고 있다.
그러나, 포틀랜드 시멘트는 제조 기술적인 면에 있어서, 에너지 다소비, 환경 및 공해문제 등을 야기한다. 또한, 품질 면에 있어서도 느린 경화 속도, 낮은 인장강도 및 탄성률에 의한 경화시 건조 수축 문제, 수화열에 의한 균열 문제로 현장 타설 콘크리트로 사용하는데 제약이 있다. 또한, 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조 공정에 있어서, 종래 프리캐스트 콘크리트 제품은 반드시 증기양생 과정을 거치기 때문에 공정이 복잡하고, 제작비용이 상승되며, 제조 시간이 증대되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허 제10-0385815호에서는 시멘트 경화체의 공극을 감소시킬 수 있는 칼슘 설포알루미네이트 클링커를 포틀랜드 시멘트에 첨가하여 포틀랜드 시멘트의 조강성 및 고강도를 증진시키는 기술을 소개하고 있다. 또한, 포틀랜드 시멘트에 실리카 물질(대한민국 등록특허 제10-0183536호), 또는 비산재, 규조토 또는 카올린 분말 등의 포졸란 물질을 혼합한 고로슬래그 조강시멘트 조성물도 개발되고 있다. 이외에도 대한민국 공개특허 제10-2011-0053833호에는 고로슬래그를 포틀랜드 시멘트와 혼합하여, 조강성 및 고강도성을 증진시킬 수 있는 시멘트 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 조강시멘트는 경제성이 낮고, 시공 현장에서 실제 사용하기 어려운 문제가 존재한다.
따라서, 콘크리트 제조 공정 기간을 단축시키면서, 콘크리트의 조강성 및 고강도성을 제공할 수 있는 경제성을 갖춘 조강시멘트 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트의 개발이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-0385815호 대한민국 등록특허 제10-0183536호 대한민국 공개특허 제10-2011-0053833호
본 발명은 조강특성이 우수하며, 경제성이 뛰어난 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고로슬래그를 포함하는 조강시멘트 조성물의 초기 경화 및 압축강도 지연 문제를 해결할 수 있는 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여,
고로슬래그 40~60 중량%, CSA(Calcium Sulfur Aluminate) 34∼47 중량%, 석고 4∼7 중량%, 타르타르산(tartaric acid) 1∼3 중량%, 및 염기성 화합물 1∼3 중량%를 포함하는 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명의 조강시멘트 조성물에 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 혼합하여 상온에서 양생되어 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트를 제공한다.
본 발명에 따른 고로슬래그 조강시멘트 조성물은 시멘트 제조시 양생 과정을 단축시키면서, 필요로 하는 압축강도를 얻을 수 있도록 함으로써 공정을 단순화시키고, 제작 비용 및 시간을 감소시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 고로슬래그 조강시멘트 조성물은 고로슬래그를 주 원료로서 사용하고, 이의 초기 경화 및 압축강도 지연의 문제를 해결할 수 있는 성분 및 함량을 최적화시켜 고로슬래그를 포틀랜드 시멘트 대용으로 사용할 수 있게 한다. 이에 따라, 제철 부산물인 고로슬래그를 재활용함으로써, 시멘트 제조에 따른 환경문제를 감소시키는 효과를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은
고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여,
고로슬래그 40~60 중량%, CSA(Calcium Sulfur Aluminate) 34∼47 중량%, 석고 4∼7 중량%, 타르타르산(tartaric acid) 1∼3 중량%, 및 염기성 화합물 1∼3 중량%를 포함하는 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조강시멘트 조성물은 고로슬래그를 주요 성분으로 이용하고 있으며, 염기성의 수산화리튬(Lithium hydroxide)만을 첨가함으로써 상기 고로슬래그의 조기 강도 발현 및 경화속도를 촉진시키는 효과를 제공한다. 이에 따라, 시멘트 제조 공정을 단순화시키고, 제작 비용 및 시간을 크게 단축시킬 수 있게 한다.
상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 있어서, 고로슬래그는 제철 공업에서 발생되는 부산물로서, 콘크리트의 장기강도를 증진시키고, 수화열을 낮추며, 화학적 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 시멘트의 사용량을 감소시킴으로써, 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소 가스의 양을 감소시키며, 석회석 등의 자원을 절약하는 효과를 제공한다.
상기 고로슬래그는 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여 40~60 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 고로 슬래그가 40 중량% 미만으로 첨가되는 경우, 재령 1일 압축강도가 14MPa 이하로 발현되는 단점이 있고 60 중량% 이상이 첨가될 경우 미반응의 고로슬래그가 잠재적으로 존재하여 역시 재령 1일에서의 압축강도 발현이 낮아질 수 있다.
또한, 상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 있어서, CSA는 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여 CSA는 34∼47 중량%, 석고는 4∼7 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 CSA가 34 중량% 미만으로 첨가되는 경우 재령 1일 압축강도가 14MPa 이하로 발현되는 단점이 있고, 47 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 작업성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 석고의 경우, 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여 4 중량% 미만으로 첨가되는 경우 응결 시간이 지연되는 단점이 있으며, 7 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 가응결 현상이 발생하는 단점이 있다.
또한, 상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 있어서, 상기 타르타르산(tartaric acid)은 응결조절제로서 역할을 한다. 구체적으로, 타르타르산과 같은 약산성의 응결조절제를 시멘트가 물과 반응할 때의 수화액상에 첨가하면, 약 pH 12정도의 알칼리성의 수화액의 pH를 일시적으로 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 반응 초기에 Ca2+ 이온의 용출을 지연시키거나, 용출된 Ca2+ 이온과 강한 킬레이트(chelate) 화합물을 형성하여 시멘트 입자표면에 흡착되어 수화를 지연시키는 작용을 한다.
상기 타르타르산은 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여, 1∼3 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 타르타르산이 1 중량% 미만으로 첨가되는 경우 응결시간 단축 효과가 없는 단점이 있고, 3 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 가응결 현상이 발생하는 단점이 있다.
또한, 상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 있어서, 상기 염기성 화합물은 포졸란 반응을 촉진시켜 경화 반응성 및 폐알루미나 슬럿지의 초속경성을 강화시키는 효과를 제공하며, 수산화 리튬(Lithium hydroxide), 수산화 나트륨(sodium hydroxide), 및 수산화 칼륨(potassium hydroxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 염기성 화합물은 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여, 1∼3 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 염기성 화합물이 1 중량% 미만으로 첨가되는 경우 고로 슬래그의 활성화 반응이 미약하여 초기 압축강도 발현이 낮게 나타날 수 있으며, 3 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 급결 현상이 발생는 단점이 있다.
또한, 상기 고로슬래그 조강시멘트 조성물은 고로슬래그를 주 경화원료이며, 상기 고로슬래그의 조강 성능, 경화 향상에 수산화 리튬만을 첨가하여 원하는 강도의 시멘트를 제조할 수 있게 한다. 즉, 일반적인 조강시멘트 조성물에 이용되는 CSA 및 석고 대신 고로슬래그를 주 경화원료로 사용하며, 조강 성능 및 경화 향상에 실리카흄, C12A7(석회와 알루미나로 구성된 시멘트 화합물인 12Ca07A1203), 알루미나 시멘트 등의 원료를 사용하지 않고, 염기성 화합물인 수산화 리튬만을 사용함으로써, 비용, 제조 시간측면에서 우수한 조강시멘트 조성물을 제공하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명의 조강시멘트 조성물에 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 혼합하여 상온에서 양생되어 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트에 관한 것이다.
상기에서 고로슬래그 조강시멘트 조성물에 관하여 기재된 내용은 본 발명의 콘크리트에 모두 적용될 수 있다.
상기 콘크리트에 있어서, 양생 방법은 수중양생, 습윤양생, 증기양생, 전기양생 및 피막 양생 등일 수 있으며, 수중 양생 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 콘크리트는 본 발명의 고로슬래그 조강시멘트 40~60 중량부, 잔골재 70~80 중량부, 굵은골재 80~90 중량부, 및 배합수 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.
상술한 조강시멘트 조성물을 이용하여 제조된 콘크리트는 재령 1일 째 15~30MPa의 압축강도를 발현하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 본 발명에 따른 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 이용한 콘크리트의 제조
<1-1> 본 발명에 따른 고로슬래그 조강시멘트 조성물의 제조
고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여, 고로슬래그 55 중량%, CSA 35 중량%, 석고 6 중량%, 타르타르산(tartaric acid) 2 중량% 및 수산화리튬 2 중량%을 혼합하여 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 1분당 회전 수 60회로 하여 30분간 고르게 혼합하여 제조하였다.
<1-2> 본 발명에 따른 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 이용한 콘크리트의 제조
상기 실시예 1-1에서 제조한 고로슬래그 조강시멘트 조성물 475 kg, 잔골재 715 kg, 굵은 골재 874 kg, 및 배합수 165 kg을 혼합하고, 상온(20±3℃)에서 습윤양생 방법을 이용하여 콘크리트를 제조하였다.
함량(㎏)
본 발명의 고로슬래그 조강시멘트 조성물 475
잔골재 715
굵은 골재 874
배합수 165
상기 실시예 1-1의 본 발명의 고로슬래그 조강시멘트 조성물을 이용하여 제조된 콘크리트를 KS F 2405(콘크리트 압축강도 시험방법)에 의해서 측정한 결과, 24시간의 압축강도가 20.9MPa으로 측정되었다. 따라서 목표성능(설계기준강도(28일): 40 MPa)에 충분히 도달할 것으로 판단된다.

Claims (3)

  1. 고로슬래그 조강시멘트 조성물 총 중량에 대하여,
    고로슬래그 40~60 중량%, CSA(Calcium Sulfur Aluminate) 34∼47 중량%, 석고 4∼7 중량%, 타르타르산(tartaric acid) 1∼3 중량%, 및 염기성 화합물 1∼3 중랑%를 포함하는 고로슬래그 조강시멘트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 염기성 화합물은 수산화 리튬(Lithium hydroxide), 수산화 나트륨(sodium hydroxide), 및 수산화 칼륨(potassium hydroxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 조강시멘트 조성물.
  3. 제 1항의 고로슬래그 조강시멘트 조성물에
    잔골재, 굵은골재 및 배합수를 혼합하여 상온에서 양생하여 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
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