KR20130113190A

KR20130113190A - 친환경 콘크리트용 결합재 조성물

Info

Publication number: KR20130113190A
Application number: KR20120035574A
Authority: KR
Inventors: 김훈상; 류득현; 전준영; 백철우; 유창달; 황해정; 조현태
Original assignee: 유진기업 주식회사
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-10-15
Also published as: KR101366174B1

Abstract

본 발명은 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.

Description

친환경 콘크리트용 결합재 조성물{Ecofriendly cement binder composite}

본 발명은 고칼슘애시를 포함하는 산업부산물을 이용한 탄소저감형 콘크리트용 친환경 결합재 조성물에 관한 것이다.

현재 지구온난화 방지를 위한 전세계적 협력체계의 구축이 심도있게 진행되고 있으며, 이에 따라 건설분야에서도 글로벌화, 녹색건설 증대 및 기술혁신의 요구가 화두가 되고 있다. 우리나라의 온실가스 중 대부분을 차지하는 탄소 배출량은 2007년 기준 약 4억 9천만톤으로 OECD내에서 6위, 전세계에서 9위를 차지하고, 이 중 건설교통분야의 비중은 43.2%로 높은 비중을 차지하고 있다. 특히 국내 건설산업 규모는 GDP의 17% 수준에 달하며, 이 중 38%의 비중을 차지하는 건설재료는 시멘트, 철강과 같이 다량의 탄소 발생과 국가 에너지소비의 약 25%를 소모하는 산업부문에 해당한다.

또한 2008년 국내 전체 탄소 발생량은 6.6억톤으로 건설재료 중 콘크리트산업에서 약 10%가 발생되는 것으로 조사되었으며, 대부분의 탄소 발생이 시멘트 제조시에 발생된다. 시멘트 1톤 생산시 약 0.8톤의 이산화탄소가 발생하며, 그 중 60% 이상이 공정 중 석회석의 탈탄산반응에 의해 발생한다.

시멘트의 혼합재로 흔히 사용되는 것은 고로슬래그미분말과 플라이애시 등의 산업부산물과 석회석 미분말 등이 있다. 혼합재의 사용은 클링커 양의 저감에 따른 탄소배출량 저감뿐만 아니라 콘크리트의 수화열특성 개선 및 고밀도화를 통한 내화학성 및 염소이온침투 저항성 등의 내구성을 향상시키는 작용을 하며, 낮은 비중과 적절한 유변학적 특성으로 인하여 초유동 콘크리트 제조에도 적합하다.

그러나 고로슬래그미분말, 플라이애시와 같은 산업부산물은 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 반응하여 안정된 불용성화합물을 형성하나, 그 반응성이 상대적으로 매우 느려 다량으로 사용할 경우, 콘크리트의 초기강도 발현에 악영향을 미칠 수 있으며, Ca이온 공급원인 시멘트가 일정 수준 이하일 경우 포졸란 물질의 반응성을 활성화시키지 못해 콘크리트의 강도 및 내구성을 하락시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 콘크리트 강도 발현을 위해 과도하게 결합재 사용량을 증가시키거나, 단위수량을 감소시킬 경우, 콘크리트 점성 증가로 인한 작업성 불량 발생 및 콘크리트 원가 상승으로 인한 구조물의 경제성에 불리한 결과를 초래할 수 있다.

이에 기후변화협약에 능동적으로 대응하고, 향후 시멘트 산업의 경쟁력 제고를 위해 산업부산물 활용 증대를 통한 탄소저감형 친환경 시멘트 개발이 필요하다.

본 발명에서는 다량의 산업부산물 사용 및 시멘트 사용량 감소에 따른 콘크리트의 강도 및 내구성 저하를 개선하기 위하여 고칼슘애시와 활성화 결합재가 일정 비율로 포함된 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하고자 한다.

특히, 고로슬래그미분말과 플라이애시를 주원료로 하고 무수석고, 이수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 구성된 활성화 결합재를 일정 범위로 첨가함으로써 다량의 산업부산물 사용에 따른 조기강도 저하가 큰 폭으로 개선되는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하고자 한다.

전술한 과제의 해결을 위해 본 발명은, 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.

이때, 상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO₃함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 결합재 조성물은 시멘트를 적게 함유하고, 고칼슘애시, 플라이애시, 고로슬래그미분말 등 산업부산물을 다량 포함하고 있어 시멘트 제조시 발생하는 탄소 배출량을 저감시켜 환경보존에 주요한 역할을 한다.

또한 본 발명에 따른 결합재가 콘크리트에 적용되는 경우에 고칼슘애시와 활성화 결합재인 석고가 Ca이온을 다량 공급하여, 고로슬래그미분말과 플라이애시의 잠재수경성의 활성화 및 포졸란 반응을 지속적으로 이루어지게 한다. 따라서 기존의 저시멘트 결합재와 달리 다량의 알칼리 자극제를 사용할 필요가 없어, 다량의 알칼리 자극제 사용시 발생할 수 있는 작업성 저하, 급결현상 및 백화현상 등을 방지하고,콘크리트 시공성을 향상시켜 주는 효과가 있다.

한편 본 발명에 따른 결합재가 콘크리트에 적용되는 경우에 고칼슘애시와 석고에 존재하는 유리석회와 SO₃로 인해 시멘트 감소에 의한 강도 저하를 보상하며, 수화열 저감 및 내염해성 증가와 같은 내구성 측면에서 우수한 성능을 발휘할 수 있게 해준다.

[도 1]은 고칼슘애시 열분석결과표이다.

본 발명은 시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 유리석회(CaO)를 함유하는 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO₃함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.

또한 본 발명은 상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.

또한 본 발명은 상기 결합재 조성물의 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재의 성분에 SO₃ 가 포함되어 있고, 상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO₃함량은 4~8wt%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물을 함께 제공한다.

이하에서는 먼저 본 발명의 결합재 조성물을 살펴보고, 본 발명에서 제시하는 분체비율에 따른 구체적인 실험에 따라 본 발명의 특성을 설명하도록 한다.

1. 본 발명의 결합재 조성물

(1) 시멘트

본 발명의 결합재 조성물 중 시멘트는 콘크리트의 제조에 필요한 결합재의 성분으로 일반적으로 사용되는 조성물이다. 상기 시멘트의 주요성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃ 등이며 이들은 시멘트의 주요한 성질인 수화·응결·경화 등의 작용을 지배하는 주요광물의 구성을 추산, 판단하는 근거가 된다. 상기 시멘트는 물과 수화반응을 일으키고 이를 통해 응결과 경화 반응이 진행되도록 한다. 상온·상압하에서 진행되는 수화반응의 대표적인 생성물은 C-S-H 수화물(규산화 칼슘 수화물) 및 Ca(OH)₂(수산화 칼슘)이다.

일반적인 결합재 조성물은 대부분 시멘트로만 구성되지만 본 발명에 따른 결합재 조성물은 제조시 석회석의 탈탄산으로 다량의 이산화탄소를 배출하는 시멘트의 함량이 5~20wt%인 저시멘트 결합재 조성물로서 시멘트 사용량을 대폭 줄일 수 있게 해주어 친환경적이다. 시멘트는 5~20wt%를 함유하도록 한 점은 5wt% 이하로 포함할 경우, 콘크리트의 강도를 발현하는 주결합재의 부족과 여타 혼합물의 반응을 활성화시키는 Ca이온의 공급원이 부족하여 콘크리트 강도발현에 문제가 발생할 수 있으며, 20wt% 이상이면 본 발명의 목적인 탄소발생량을 저감하려는 목적에 부합하지 못하고, 결합재의 수화열이 증가하여 콘크리트에 적용시 온도균열이 발생할 확률이 증가하기 때문이다.

(2) 고로슬래그 미분말

고로슬래그 미분말은 제철소에서 발생하는 산업부산물로써, 일반적으로 고로슬래그미분말은 플라이애시에 미치지 못하지만 어느 정도의 수화열 저감효과를 가지며, 잠재수경성에 의해 플라이애시보다 우수한 강도발현을 한다. 본 발명의 결합재 조성물의 전체 중량비 중 고로슬래그 미분말의 함유량은 30~70wt%인 것이 바람직하다. 고로슬래그 미분말의 함유량이 30wt% 이하일 경우, 시멘트 사용량 감소에 따라 조기 강도발현에 주요한 역할을 하는 주재료의 함량이 낮아져 강도발현이 미흡하게 되고, 고로슬래그 미분말의 함유량이 70wt% 이상이면 결합재의 점성 증가로 콘크리트 작업성이 저하될 뿐만 아니라, 고분말도 인한 건조 및 자기 수축율 증가로 균열발생 확률이 증가하게 되기 때문이다.

특히 상기 고로슬래그 미분말은 미분쇄한 분말도가 3,000~4,500㎠/g인 것을 이용하는 것이 바람직한데, 분말도가 3,000㎠/g 이하일 경우에는 입자가 조대하여 잠재수경성이 지연되어 강도 발현에 악영향을 미치게 되고, 분말도가 4,500㎠/g 이상일 경우에는 결합재의 분말도가 과도하게 높아 점성이 증가함에 따라 콘크리트의 작업성을 저하시키는 원인이 될 수 있기 때문이다.

(3) 플라이애시

플라이애시(fly ash)는 본 발명을 통해 개발하고자 하는 친환경 결합재에서 함유량이 10~30wt%인 것이 바람직하다. 일반적으로 플라이애시는 그 자체로는 수경성이 없으나 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 서서히 반응하여 안정된 불용성화합물을 생성하여 경화하는 성질이 있으므로, 콘크리트의 수화열 감소 효과 및 장기강도 발현을 위해 10~30wt%인 것이 바람직하다.

(4) 고칼슘애시

고칼슘애시는 열병합발전소와 제지공정에서 발생하는 산업부산물이다. 중소규모의 열병합발전소에서는 질산화물과 황산화물의 배출을 최소하기 위해 일반 화력발전소와 달리 연소온도가 850℃로 비교적 저온이기 때문에 화력발전소에서 발생하는 플라이애시(KS L 5405)와 매우 상이한 화학적 특성을 가지고 있다. 제지공정에서는 석회석 미분말이 다량 포함된 슬러지가 발생하는데, 슬러지를 소각하는 과정에서 애시가 전기집진기에 포집되게 된다. 이는 열병합발전소에서 질산화물의 배출을 방지하기 위해 연소온도를 850℃ 정도로 유지하고, 암모니아를 분무하는 등의 방법을 사용하는 과정에서 발생하여 고함량의 유리석회(CaO)가 존재하며, SO₃ 및 MgO가 일반 플라이애시에 비해 다량 포함되어 있는 것이 특징이다. 이러한 차이는 화력발전소 정제 플라이애시와 본 발명에서 사용되는 고칼슘애시의 특징을 비교한 비교표인 [표 1]에서 확인할 수 있다.

항목	화력발전소 정제 플라이애시	고칼슘애시
연소온도	약 1,350℃	약 850℃
탈황설비	별도의 습식탈황설비 운용	석회석 혼소로 탈황
탈질설비	별도의 탈질설비 운용	낮은 연소온도 및 암모니아 분무
주요화학성분	SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃	SiO₂, Al₂O₃, MgO, Free CaO(40~60wt%), SO₃(3~7wt%)

본 발명의 결합재 조성물은 시멘트 사용량 저감에 따른 강도 저하를 보상하고자 열병합발전소와 제지공정에서 발생하는 고칼슘애시 5~15wt%를 포함하고 있으며, 특히 상기 고칼슘애시에는 유리석회가 20~60wt%, SO₃가 2~7wt%로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 고칼슘애시의 함량을 통해 Ca이온이 충분히 공급되어 고로슬래그미분말과 플라이애시의 잠재수경성 및 포졸란 반응이 지속적으로 이루어질 수 있어 콘크리트의 우수한 장기강도 발현과 내구성 향상을 도모할 수 있다.

상기 유리석회는 고로슬래그미분말 및 플라이애시 등의 혼합재의 포졸란 반응성에 기여하여 강도발현에 주요한 역할을 하는바, 20wt% 이하일 경우, 혼합재의 포졸란 반응에 의한 수화생성물이 부족하여 강도 발현이 미흡하게 되고, 60wt% 이상일 경우, 유리석회의 빠른 반응으로 Ca 이온이 과도하게 생성되어 수화반응을 지연시키는 작용을 하게 됨으로 강도발현이 지연되는 결과를 초래하게 된다.

또한 상기 고칼슘애시에 포함되는 SO₃함량은 2~7wt% 범위가 바람직한데, 유리석회와 마찬가지로 SO₃는 시멘트 및 혼합재의 반응성을 촉진시켜 조기강도발현에 유효한 작용을 하게 되지만, 2~7wt% 범위를 벗어날 경우에는 수화생성물 부족 및 수화 지연 작용을 하여 경화체의 강도발현이 저하되기 때문이다.

한편, 고칼슘애시의 분말도는 2,000~5,000㎠/g 범위가 바람직한데, 2,000㎠/g 이하이면 조대한 입자가 장기 재령까지 미반응으로 존재하는 경우에는 유리 석회의 늦은 반응에 의한 팽창압 발현으로 구조물에 균열을 발생시키는 요인이 될 수 있으며, 5,000㎠/g 이상일 때는 초기에 고칼슘애시의 급격한 반응으로 인해 콘크리트의 작업성 저하 및 경시변화가 증가될 염려가 있다.

(5) 활성화 결합재

활성화 결합재는 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한 가지 이상으로 이루어진 것으로서, 본 발명에서는 활성화 결합재의 함량을 3~7 wt% 로 제시하고 있다. 이는 일반적으로 시멘트에서는 석고가 시멘트의 초기 급격한 반응을 제어하기 위한 응결지연제로 작용하지만, 본 발명의 경우 다량의 혼합재를 포함하고 있으므로 본 발명에서 활성화 결합재로 이용하는 석고는 고로슬래그미분말의 잠재수경성을 촉진시키는 작용을 하는 것은 물론 높은 발열과 함께 급격한 반응을 일으키는 유리석회와 반응하여 초기 작업성 확보 및 강도발현에 주요한 역할을 하기 때문이다. 활성화 결합재의 함량이 3wt%이하이면, SO₃함량 부족으로 혼합재가 조기에 반응하지 못해 강도발현이 미흡하며, 7wt%이상이면 과도한 SO₃로 인해 강도발현이 지연되게 되므로 본 발명에서 제시하는 3~7 wt%의 활성화 결합재가 포함되는 것이 바람직하다.

(6) 전체 결합재 조성물에 포함된 유리석회 함량 및 SO ₃ 함량비율

특히 본 발명은 상기 결합재 조성물 중 고칼슘애시에 유리석회가 함유되어 있고, 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재에 부분적으로 SO₃가 함유되어 있어 고칼슘애시에 포함된 유리석회 함량 및 SO₃ 함량비율뿐만 아니라 결합재 조성물 전체의 유리석회 및 SO₃ 함량비율도 중요하다.

상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO₃함량은 4~8wt%인 것이 바람직하다. 결합재 조성물 중 시멘트에는 2.5wt% 정도의 SO₃가 함유되어 있으며, 고로슬래그미분말에는 3wt% 정도가, 석고 등의 활성화 결합재에도 약 40~53wt% 정도의 SO₃가 함유되어 있어 전체 결합재 조성물의 SO₃의 함량을 4~8wt%로, 유리석회의 함량은 1~8wt%로 비율을 맞추어 콘크리트에 적용하는 것이 압축강도 및 내구성에 효과적이다.

2. 본 발명의 결합재 조성물에 대한 시험

(1) 본 발명의 시험을 위한 배합조건

본 발명의 결합재 조성물은 강도발현에 기여하는 시멘트 함량을 낮춘 것으로서, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 주원료로 하고 무수석고, 이수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 구성된 활성화 결합재와 고칼슘애시를 혼합하여 Ca이온을 충분히 공급한다.

특히 혼합재의 반응성 촉진을 위해 고칼슘애시 및 활성화 결합재인 석고를 포함하게 된다. 고칼슘애시의 주성분인 유리석회는 초기에 강도발현을 소폭 지연시키나, 장기 강도 발현에 주요한 작용을 하며, 석고에 포함된 SO₃는 고로슬래그 미분말의 잠재수경성의 활성화를 촉진시켜 조기강도발현에 탁월한 성능을 발휘하게 된다. 그러나, 고칼슘애시와 석고의 함량이 부족하거나 과도한 경우 적정 수준의 성능을 발휘할 수 없기 때문에 이는 고칼슘애시와 석고의 화학성분을 고려한 적절한 혼합비로 조정될 수 있으며, 상기의 특정 범위를 벗어날 경우 결합재의 강도발현이 미흡할 수 있으며, 강도 발현시간이 과도하게 지연되어 본 발명에서 얻고자 하는 성능에 만족할 수 없게 된다.

따라서 본 발명에서는 시멘트, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 고칼슘애시와 활성화 결합재로 무수석고를 혼합한 콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 바, 본 발명의 결합재 조성물을 이용하는 경우, 저시멘트임에도 KS L ISO 679에 준한 우수한 조기강도 및 장기강도를 나타내는지를 확인하기 위한 시험을 수행하였다.

이하의 [표 2]는 본 발명에 속하는 실시예와 비교예의 분체 배합조건을 나타내고 있다.

	분체 배합 조건 (wt%)								화학성분(wt%)
	OPC	SP3	SP4	SP7	FA	HA1	HA2	GY	CaO함량	SO3함량
실시예 1	10		60		20	5		5	1.59	5.78
실시예 2	10		55		20	10		5	3.18	5.85
실시예 3	10		55		20	10		3	3.18	4.84
실시예 4	10		55		20		10	5	2.91	5.41
실시예 5	10	55			20	10		5	3.18	5.98
비교예 1	10		70		20				-	3.17
비교예 2	10	70			20				-	3.34
비교예 3	10			70	20				-	3.03
비교예 4	10		60		20	10			3.18	3.31
비교예 5	10		60		20		10		2.91	2.89
비교예 6	10		67		20			3	-	4.69
비교예 7	10		65		20			5	-	5.71
비교예 8	10		55		20	5		10	1.59	8.32
* OPC : 시멘트 * SP3 : 고로슬래그미분말 분말도 3000cm2/g * SP4 : 고로슬래그미분말 분말도 4000cm2/g * SP7 : 고로슬래그미분말 7000cm2/g * FA : 플라이애시 * HA1, 2 : 고칼슘애시 * GY : 천연무수석고

이하의 [표 3]은 고칼슘애시 화학분석결과를 나타낸 것이다.

	화학성분(중량비)						분말도 (㎠/g)
	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	분말도 (㎠/g)
HA1	27.60	12.95	6.85	35.25	5.98	5.57	4848
HA2	25.50	13.28	5.42	45.70	5.27	1.29	2150

본 발명에서는 [표 3]의 화학분석결과에 나타낸 바와 같이 CaO 함량이 다른 두 가지 시료를 이용하여 시험을 진행하였다.

[도 1]은 고칼슘애시 열분석결과표이다. [도 1]의 열분석결과에서 나타나는 바와 같이 450℃부근에서 수산화칼슘에 의한 흡열피크와 750℃부근에서 탈탄산에 의한 흡열피크가 나타나면서, HA1의 경우 순수한 CaO로 존재하는 유리석회의 함량은 약 33wt%이며, HA2는 약 28wt% 수준의 유리석회를 함유하도록 하고 있음을 확인할 수 있다.

(2) 압축강도

본 발명을 이용한 모르타르의 압축강도를 확인하기 위하여 상기 [표 2]에서 제시한 실시예 1~5를 본 발명의 압축강도 발현 특성을 KS L ISO 679에 준하여 비교예 1~8과 비교평가하였다.

	모르타르 압축강도 (MPa)
	3일	7일	28일
실시예 1	13.2	28.2	36.0
실시예 2	12.1	26.6	36.9
실시예 3	16.4	26.6	35.5
실시예 4	16.9	25.3	33.5
실시예 5	10.7	25.6	34.2
비교예 1	9.4	15.4	28.2
비교예 2	9.3	14.4	25.1
비교예 3	11.0	16.0	23.9
비교예 4	10.3	17.2	29.3
비교예 5	9.6	17.2	28.4
비교예 6	14.1	20.3	25.0
비교예 7	16.1	24.1	27.8
비교예 8	11.2	19.4	26.7

[표 4]는 상기 [표 2]에서 제시한 실시예와 비교예의 배합조건을 이용한 모르타르 압축강도 측정결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예의 경우 조기부터 강도발현이 우수하여 재령 7일에서 25MPa이상의 조기강도를 발현하여 고칼슘애시와 석고가 첨가되지 않은 비교예 1~3에 비해 우수한 조기 강도를 발현하고 있다. 또한 시멘트 함량이 감소되었음에도 불구하고 장기강도 발현에서도 비교예에 비교하여 우수한 결과를 나타내고 있다. 이는 석고 첨가 시 수화 초기에 고황산염의 수화물을 생성하여 조기강도 발현에 주요한 작용을 하며, 이후 고칼슘애시 중에 포함되어 있는 유리석회가 고로슬래그미분말 및 플라이애시와 포졸란 반응을 하여 장기강도 발현이 향상된 결과이다.

또한, 비교예 4~8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 결합재 조성 범위를 벗어날 경우, 초기강도 발현 저조 및 시멘트 함량 부족에 따른 장기강도 발현 감소로 본 발명에서 얻고자 하는 압축강도 발현 성능을 얻지 못하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 비교예 8의 경우 과도한 석고 첨가로 본 발명의 범위를 벗어남에 따라 조기 강도 지연 이후 재령 28일까지 강도발현이 저조한 것을 확인할 수 있다.

상기 결합재를 이용하여 제조한 콘크리트 배합 및 콘크리트 물성은 하기 [표 5]와 같다.

배합명	W/B (vol%)	S/a (vol%)	Binder (kg/m³)	WR/B (wt%)	slump flow (mm)	Air (vol%)	콘크리트 압축강도 (MPa)
배합명	W/B (vol%)	S/a (vol%)	Binder (kg/m³)	WR/B (wt%)	slump flow (mm)	Air (vol%)	3일	7일	28일
실시예 1	27.5	45.0	550	0.75	640	3.2	20.6	40.3	58.0
실시예 2				0.75	660	3.3	19.4	41.1	59.6
실시예 3				0.75	680	3.0	19.8	38.7	56.9
실시예 5				0.70	650	3.1	18.2	35.1	52.8
비교예 1				0.75	620	2.9	16.0	29.2	33.6
비교예 2				0.75	650	3.0	15.0	26.8	30.2
비교예 3				0.85	630	2.6	21.4	34.4	45.3

(W/B=물결합재, S/a=잔골재율, Binder=결합재, WR=감수제)

[표 5]는 본 발명이 제공하는 결합재 조성물을 이용하여 배합한 콘크리트에 대한 실험결과이다. 이 때 물결합재비는 결합재 100부피% 대비 물의 부피%, 잔골재율은 굵은골재와 잔골재를 합한 전체 골재 100부피% 대비 잔골재의 부피%를 의미한다. 결합재의 단위는 콘크리트의 단위체적 1m³당 중량(kg)으로 나타낸 것이고, 감수제는 결합재 100중량%(wt%)를 기준으로 한 중량%(wt%), 공기량은 콘크리트 전체 100부피%를 기준으로 한 부피%로 나타내었다.

먼저 [표 5]에서 실시예 3과 비교예 2를 비교하면 동일 조건하에 고칼슘애시가 함유된 본 발명의 결합재를 이용한 실시예 3의 경우에 슬럼프 플로우 수치가 높아 작업성이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.

또한 실시예 5와 비교예 2를 비교하여 보면, 슬럼프 플로우가 650mm로 동일한 조건에서 비교예 2는 감수제가 0.75 부피%로 포함되어 있는데 비해 실시예 5에서는 감수제가 0.70 부피%로 포함되고 있으므로, 결국 본 발명을 적용하였을 때에는 감수제의 함량이 낮아도 동일한 슬럼프 플로우 수치가 산출되는 효과를 얻을 수 있다. 이는 고칼슘애시 중에 존재하는 유리석회가 시멘트의 수화반응을 초기에 지연시켜 작업 성능을 향상시키기 때문이다.

한편, 콘크리트 압축강도 특성 또한, 실시예가 비교예에 비해 조기부터 우수한 강도발현특성을 나타내며, 재령 28일까지 유지되는 것을 확인할 수 있으나, 비교예의 경우 고분말도의 고로슬래그미분말을 적용한 비교예 3을 제외하고 재령 3일부터 강도발현이 저조하여 재령 28일까지 강도발현이 미흡한 것을 확인할 수 있다.

비교예 3은 고로슬래그미분말의 고분말도화로 인한 콘크리트 조직치밀화로 초기에는 우수한 강도발현특성을 나타내고 있으나, 이후 포졸란 물질의 반응을 위한 시멘트 함량 부족으로 재령 28일에서 강도발현이 저조한 것을 확인할 수 있다.

또한 결합재 조성물 전체의 유리석회 및 SO₃의 함량비율에 따른 효과에 대하여는 실시예 4 및 비교예 8을 비교하였을 때 실시예 4의 모르타르 압축강도가 재령 28일에 비교예 8에 비해 현저하게 유지되는 것을 통하여 확인할 수 있다.

따라서, 콘크리트 특성에 있어서도 본 발명의 결합재 조성물을 이용한 경우가 슬럼프 플로우가 상대적으로 증가하여 우수한 작업성능을 발휘하고 있으며, 압축강도 역시 재령 3일부터 우수한 강도발현의 특성을 나타내고 재령 28일까지 그 강도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.

(3) 염해저항성

콘크리트 염해저항성에 따른 내구성 평가는 상기 [표 2]의 실시예 및 비교예 의 일부에 대한 염분확산계수를 산출하여 평가하였다. [표 6]은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 재령 7일과 28일의 염분확산계수의 산출결과이다.

		실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
염분확산계수 (10^-12m²/s)	7일	10.2	9.8	12.5	13.6
염분확산계수 (10^-12m²/s)	28일	2.8	2.4	6.6	7.3

재령 7일에서는 상대적으로 시멘트에 비해 고분말도의 산업부산물을 다량 사용하여 실시예 1, 2와 비교예 1, 2가 큰 차이에 보이지 않으나, 실시예 1, 2가 비교예 1, 2보다 소폭 낮은 염분확산계수를 나타내며 초기부터 우수한 내구성능을 발휘하고 있으며, 재령 28일에서는 지속적인 포졸란 반응성에 의한 콘크리트 조직치밀화로 실시예 1, 2가 비교예 1, 2에 비해 탁월한 내구성능을 발휘하고 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 콘크리트용 결합재 조성물은 산업부산물을 사용하여 탄소저감효과를 가져오므로 친환경적이며, 압축강도 및 염해저항성이 기존의 결합재에 비해 우수한 특징을 가지고 있다.

본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

없음

Claims

시멘트 5~20wt%, 고로슬래그미분말 30~70wt%, 플라이애시 10~30wt%, 고칼슘애시 5~15wt%, 이수석고, 무수석고 및 탈황석고 중 어느 한가지 이상으로 이루어진 활성화 결합재 3~7wt%를 포함하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.
제1항에서,
상기 고칼슘애시는 유리석회(CaO)함량이 20~60wt%, SO₃함량은 2~7wt%, 분말도 2,000~5,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.
제1항에서,
상기 고로슬래그미분말은 고로수쇄슬래그를 미분쇄한 것으로서, 분말도가 3,000~4,500 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.
제1항에서,
상기 결합재 조성물의 시멘트, 고로슬래그미분말, 고칼슘애시, 활성화 결합재에는 SO₃ 가 함유되어 있고,
상기 결합재 조성물의 전체에 대한 유리석회의 함량은 1~8wt%, SO₃함량은 4~8wt%인 것을 특징으로 하는 친환경 콘크리트용 결합재 조성물.