KR20150031432A - 낮은 열전도율을 갖는 경량 콘크리트 - Google Patents

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로랑 페레이라
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Abstract

본 발명은, 낮은 열전도율을 갖는 경량 콘크리트, 및 그러한 콘크리트의 제조 방법과 용도에 관한 것이다.

Description

낮은 열전도율을 갖는 경량 콘크리트{LIGHTWEIGHT CONCRETE WITH LOW THERMAL CONDUCTIVITY}
본 발명은, 낮은 열전도율을 갖는 경량 콘크리트, 및 그러한 콘크리트의 제조 방법과 용도에 관한 것이다. 이러한 콘크리트는 현장에서 캐스팅되는 구조물, 건물 및 토목 구조물을 위한 프리캐스트 구조물 또는 프리캐스트 구조물의 요소를 형성하기 위한 것일 수도 있다.
콘크리트의 열전도율을 감소시키는 것이 매우 바람직한데, 그 이유는 이것이 건물의 에너지 효율을 증가시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어, 특히 실내 단열된 여러 층의 건물에서 열교 (thermal bridges) 를 감소시킬 수 있다. 또한, 콘크리트의 열전도율의 감소는 건물의 공기 조화에 요구되는 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
그렇지만, 콘크리트의 열전도율의 감소는 보통 콘크리트의 밀도를 감소시킴으로써 획득된다. 이러한 밀도의 감소는 콘크리트의 강도 손실을 발생시키고, 이는 구조용 콘크리트로서의 사용을 제한하는 경향이 있다. 감소된 열전도율을 갖는 다양한 콘크리트 제형 (formulations) 이 제안되었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 압축 강도와 낮은 열전도율을 관련시킬 수 있게 하는 경량 구조용 콘크리트의 신규 제형을 제공하는 것으로서, 상기 압축 강도는 이 콘크리트를 건설 공사의 하중지탱 (load-bearing) 구조물에서 사용하는 것을 가능하게 하기에 충분해야 한다.
놀랍게도, 본 발명자들은 유효한 기계적 강도를 유지하면서 낮은 열전도율을 획득하기 위해 선택된 크기 및 밀도를 갖는 골재 (aggregates) 를 사용하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다.
이러한 목적으로, 본 발명은 적어도 하나의 시멘트, 유효 물 (effective water), 골재, 선택적으로 혼화제 (admixtures) 및 선택적으로 첨가제 (additions) 를 포함하는 콘크리트를 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트는 다음의 특징들 중 하나 이상을 갖는다:
- 유리하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 0.35 W/(m.K) 미만의, 23℃ 및 50% 상대 습도에서의 열전도율을 갖고;
- 유리하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는, 2005년 10월의 유럽 NF EN 206-1 표준 및 2003년 2월의 유럽 NF EN 12390-3 표준에 따르면, 15 ㎝ × 30 ㎝ 실린더에서 측정할 때, 혼합 후 28 일에 12 Mpa 의 압축 강도를 갖거나, 또는 15 ㎝ × 15 ㎝ 큐브에서 측정할 때, 혼합 후 28 일에 15 Mpa 의 압축 강도를 갖고;
- 유리하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 건조 상태에서 1250 ㎏/㎥ 미만, 바람직하게는 1200 ㎏/㎥ 미만의 경화 콘크리트의 밀도를 갖는다.
하중지탱 구조물은 일반적으로, 자신의 하중보다 더 많은 하중을 지탱하는 구조물의 모든 요소를 포함한다. 하중지탱할 수 있는 요소의 예로써, 기둥, 바닥, 벽, 들보, 인방 (lintels) 을 언급할 수 있다.
본 발명은,
- 시멘트;
- 유효 물;
- 20 ㎜ 의 최대 크기 및 450 내지 1200 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1);
- 선택적으로, 4 ㎜ 의 최대 크기 및 진밀도 (ρ2) 를 갖는 골재 (G2) 로서, 1/ρ = m1/(ρ1) + m2/(ρ2) 이고, ml 및 m2 가 각각 (G1) 및 (G2) 의 질량 분획일 때, 혼합물 (G1) + (G2) 의 진밀도 (ρ) 가 450 내지 1200 ㎏/㎥ 이 되는, 상기 골재 (G2)
를 포함하는 콘크리트에 관한 것으로서,
상기 콘크리트는 굳지않은 상태에서 800 내지 1500 ㎏/㎥, 유리하게는 1400 ㎏/㎥ 이하의 밀도를 갖고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 0.19 로부터 0.60 까지 변하는, 굳지 않은 상태의 Weffective/Beq 비를 갖고,
Weffective 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 유효 물의 양 (㎏) 을 나타내고,
Beq 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 바인더 당량 (binder equivalent) 으로 표현되는 시멘트와 선택적으로 첨가제의 양 (㎏) 을 나타내고,
상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 100 리터로부터 320 리터까지 변하는 유효 물의 양을 포함하고,
상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 200 ㎏ 이상의 시멘트와 선택적으로 첨가제의 양을 포함하고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 300 l/㎥ 이상의 페이스트의 부피를 갖고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 1 내지 16 % 의 공기의 부피를 갖는다.
수경성 (hydraulic) 바인더는 수화 (hydration) 에 의해 응고 및 경화되는 재료이다. 바람직하게는, 수경성 바인더는 시멘트이다.
본 발명에 따라 사용되는 수경성 바인더는 시멘트 및 선택적으로 첨가제를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 콘크리트에 적절한 시멘트는 바람직하게는, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준에 따라 기술된 시멘트이다. 본 발명에 따른 콘크리트에 적절한 시멘트는 CEM Ⅰ, CEM Ⅱ, CEM Ⅲ, CEM Ⅳ 또는 CEM Ⅴ 타입일 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 시멘트는 다음의 시멘트 타입에서 선택된다:
- CEM Ⅲ, CEM Ⅳ 또는 CEM Ⅴ, 또는
- 선택적으로 첨가제와 혼합된, CEM Ⅰ 또는 CEM Ⅱ.
본 발명에 따른 바람직한 시멘트는 CEM Ⅲ 시멘트 자체, 또는 첨가제나 다른 시멘트 (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준에 따라 기술된 것) 와 혼합된 CEM Ⅲ 시멘트이다.
본 발명에 따른 콘크리트를 위한 다른 적절한 시멘트는 칼슘 알루미네이트 시멘트이다. 이는 일반적으로, C4A3$, CA, C12A7, C3A 또는 C11A7CaF2 광물학적 상 또는 이들의 혼합물을 포함하는 시멘트, 예컨대 2006년 12월의 NF EN 14647 표준을 따르는 칼슘 알루미네이트 시멘트, 설포알루미노스 시멘트, Fondu® 시멘트, 특허출원 WO 2006/018569 에 기재된 클링커로부터 획득되는 시멘트, 또는 이들의 혼합물이다.
변형예에 따르면, 본 발명에 따른 콘크리트는 슬래그의 첨가제 및/또는 플라이 애시 및/또는 실리카 흄(fume) 및/또는 포졸란 재료 및/또는 메타카올린과 혼합된 CEM Ⅰ 또는 CEM Ⅱ 타입의 시멘트를 포함한다.
시멘트 및 선택적으로 첨가제의 양은 2005년 10월의 NF EN 206-1 표준에 따라 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 바인더 당량 (㎏) 에 의해 표현될 수도 있다.
첨가제는 일반적으로 시멘트를 부분적으로 대체하는데 사용될 수 있는 재료이다. 본 발명에 따라 사용되는 첨가제는, (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.3 절에 규정된 것과 같은) 포졸란 재료, (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.7 절에 규정된 것과 같은) 실리카 흄, (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.2 절에 규정된 것과 같은) 슬래그, (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.5 절에 규정된 것과 같은) 하소된 셰일 (calcined shale), 칼슘 카보네이트를 함유하는 재료, 예컨대 (예컨대, 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.6 절에 규정된 것과 같은) 석회석, (예컨대, 1998년 12월의 프랑스 NF P 18-509 표준 5 절에 규정된 것과 같은) 규산질 첨가제, (예컨대, 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.4 절에 규정된 것과 같은) 플라이 애시, 메타카올린 또는 이들의 혼합물일 수도 있다.
플라이 애시는 일반적으로, 석탄이 공급되는 화력 발전소로부터의 흄에 포함된 미분 (pulverulent) 입자이다. 플라이 애시는 일반적으로 정전식 또는 기계식 집진에 의해 회수된다.
플라이 애시의 화학 조성은 주로, 미연소 탄소의 화학 조성과 이것이 나오는 화력 발전소에서 사용되는 프로세스에 따라 달라진다. 그의 광물학적 조성도 또한 동일한 인자들에 의존한다. 본 발명에 따라 사용되는 플라이 애시는 규산 또는 칼슘 성질을 가질 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 플라이 애시는 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준에 기재된 것들로부터 선택된다.
슬래그는 일반적으로, 고로에서 철광석의 융해로부터 얻어지는 용융 슬래그의 급속 냉각에 의해 획득된다.
본 발명에 따라 사용되는 슬래그는 2001년 2월의 EN 197-1 표준에 따른 과립화 (granulated) 고로 슬래그로부터 선택될 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 실리카 흄은 페로실리콘의 합금 및 규소의 생산을 위해 사용되는 전기 아크로에서의 석탄에 의한 초순수 석영의 환원에 의해 획득되는 물질일 수도 있다. 실리카 흄은 일반적으로, 적어도 85 질량% 의 비정질 실리카를 포함하는 구형 입자로 형성된다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 실리카 흄은 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.7 절에 따른 실리카 흄으로부터 선택될 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 포졸란 재료는 천연 규산질 및/또는 실리코-알루미노스 물질 또는 이들의 조합일 수도 있다. 포졸란 재료들 중에서, 일반적으로 화산성 기원의 재료 또는 퇴적암인 천연 포졸란, 및 화산성 기원의 재료, 점토, 셰일, 또는 열활성화된 퇴적암인 천연 하소된 포졸란을 언급할 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 포졸란 재료는 부석, 응회암, 스코리아 (scoriae) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 포졸란 재료는 2001년 2월의 유럽 NF EN 197-1 표준 5.2.3 절에 따른 포졸란 재료로부터 선택될 수도 있다.
메타카올린은 디포짓에 따라 가변 비율의, 상이한 광물 (필로실리케이트 (phyllosilicates), 석영, 산화철) 에 관련된 점토, 카올리나이트의 하소의 결과일 수도 있다. 이들은 회전 가마 (kilns), 플라토 (plateaux) 를 갖는 제조 유닛에서 하소와 그에 후속하는 그라인딩에 의해 또는 그라인딩과 그에 후속하는 하소에 의해, 또는 예컨대 ≪플래시≫ 하소로 불리는 하소에 의해 획득될 수도 있다. 이들은 본질적으로, 비정질 알루미나 실리케이트의 입자들로 구성된다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 메타카올린은 2011년 12월의 PR NF P 18-513 표준의 예비 프로젝트에 따른 메타카올린으로부터 선택될 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 첨가제는 슬래그 및/또는 플라이 애시 및/또는 실리카 흄일 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 첨가제는 슬래그이다.
골재는 일반적으로 광물 재료이지만, 또한 식물성 기원의 재료 또는 재활용 재료일 수도 있다.
광물 골재 중에서 천연 또는 인공 골재를 찾을 수 있다.
광물 기원의 천연 골재는 기계적 변형 이외에 다른 변형에 일반적으로 굴복하지 않고, 일반적으로 화산암으로부터 나온다. 이러한 천연 골재는 예컨대 포졸란 (부석) 또는 실리케이트 (질석 또는 펄라이트) 이다.
광물 기원의 인공 골재는 열적 또는 다른 개질을 포함하는 산업 프로세스로부터 나온다. 이러한 인공 골재는 예컨대, 점토 (팽창 점토), 셰일 (팽창 셰일, 팽창 슬레이트) 또는 실리케이트 (팽창 질석 또는 팽창 펄라이트) 또는 팽창 유리의 골재이다.
본 발명에 따라 사용되는 하소된 셰일은 디칼슘 실리케이트 및 모노칼슘 알루미네이트 (EN 197-1 표준 5.2.5 절 참조) 를 주로 포함하는 800℃ 의 대략적인 온도에서 특별한 가마에서 생성되는 재료일 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 점토는 필로실리케이트일 수도 있다. 본 발명에 따른 점토는 카올리나이트, 스멕타이트 (몬모릴로나이트를 포함하는 팽윤성 점토를 가리키는 일반적인 용어), 일라이트, 머스코바이트, 클로라이트, 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 하소된 점토는 열처리를 거친 점토일 수도 있다.
식물성 기원의 골재는 천연 다공성 목질 복합재 (lignocellulosic composites) 이고, 산업적 생산 프로세스 (예컨대, 그라인딩) 를 통해 식물로부터 유래하는 유기 물질 (셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌) 이 풍부한다.
식물성 기원을 갖는 골재의 예는 대마 겨 (hemp chaff) (대마), 옥수수 속대 (maize cob), 수수, 아마 결속섬유 (flax shives), 억새 (부들 (elephant grass)) 왕겨, 사탕수수 바가스, 우드 칩 (예컨대, 가문비나무) 의 골재이다.
재활용 재료로부터 획득되는 골재의 예는, 특히, 콘크리트 재활용으로부터 유래하는 골재, 플라스틱의 재활용으로부터 유래하는 대안적인 골재, 예컨대 전자 또는 전기 장비 폐기물로부터 생산되는 골재이다.
본 발명에 따라 사용되는 골재는 플라스틱 골재일 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 골재는, 특히 2002년 12월의 NF EN 13055-1 표준에 규정된 것과 같은, 경량 골재일 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 골재는 골재의 물 흡수 능력 (water-absorption capacity) 을 감소시키기 위해 상이한 타입의 재료로 그리고 상이한 프로세스를 통해 처리된 골재일 수도 있다. 또한, 포화된 골재를 사용하기 전에 24시간 행해진 담금 (immersion) 에 의해 부분적으로 또는 완전히 미리 물로 포화된 골재를 언급할 수도 있다.
예컨대, 처리된 골재는 특정 성질을 부여하는 화합물과 혼합되거나 화합물로 분무될 수도 있다. 예컨대, 처리는 골재를 더 혐수성으로 만들거나 또는 물 흡수 능력을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따라 처리된 골재는,
- (알칸 (alcane), 아스팔트, 폴리에틸렌 비닐 아세테이트, 실란, 실록산 또는 에폭시에 기반한) 순수 수지로 함침되거나, 또는
- 상기한 수지의 에멀젼의 담금 또는 분무에 의해 함침되거나, 또는
- 시간에 걸쳐 겔화되는 용액, 예컨대 무기 겔 (규산나트륨, 수산화알루미늄, 수산화철, 수산화마그네슘, 또는 칼슘 카보네이트 겔), 무기 겔 (올레산 나트륨과 혼합된 알코올, 니트로-셀룰로오스 또는 셀룰로오스 아세테이트), 또는 천연 유기 겔 (덱스트란 또는 한천 (agar) 을 포함하는 다당류, 카세인, 또는 겔화된 오일 (gelled oils)) 로 함침될 수 있다.
골재는 건조 오븐에서의 건조 후에 결정되는 진밀도를 특징으로 할 수도 있다. 건조 오븐에서의 건조 후에 결정되는 진밀도는 2001년 6월의 유럽 NF EN 1097-6 표준 3.2 절에 따라, 건조 오븐에서 건조된 샘플의 질량과 그것이 물 중에서 차지하는 부피 (폐 기공 (closed pores) 및 물에 접근가능한 것을 포함함) 사이의 비이다. 간략화 목적으로, 건조 오븐에서의 건조 후에 결정되는 진밀도는 전체 설명 및 첨부된 청구항에서 진밀도 (ρ) 로 부른다.
본 발명에 따른 콘크리트는 20 ㎜ 의 최대 크기 및 450 내지 1200 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 18 ㎜ 의 최대 크기 및 470 내지 1150 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 16 ㎜ 의 최대 크기 및 470 내지 1150 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 16 ㎜ 의 최대 크기 및 470 내지 1000 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 16 ㎜ 의 최대 크기 및 500 내지 900 ㎏/㎥ 의 진밀도를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 10 ㎜ 의 최대 크기 및 600 내지 900 ㎏/㎥ 의 진밀도를 갖는 골재 (G1) 를 포함한다.
본 발명에 따른 콘크리트는 4 ㎜ 의 최대 크기 및 진밀도 (ρ2) 를 갖는 골재 (G2) 를 더 포함할 수도 있고, 따라서 혼합물 (G1) + (G2) 의 진밀도 (ρ) 가 450 내지 1200 ㎏/㎥ 이고, 1/ρ = m1/(ρ1) + m2/(ρ2) 이고, ml 및 m2 가 각각 (G1) 및 (G2) 의 질량 분획이고, 바람직하게는 600 내지 900 ㎏/㎥ 이다. 질량 분획은 골재들의 총 혼합물 중의 각 골재의 질량 비율이다.
변형예에 따르면, 골재 (G1) 및 골재 (G2) 는 동일한 기원의 재료이다.
변형예에 따르면, 콘크리트는 처리된 골재들의 적어도 하나의 타입을 포함한다. 다른 변형예에 따르면, 본 발명에 따라 사용된 모든 골재는 처리된 골재이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 ㎥ 당 700 리터 이하의 골재의 양을 포함한다.
유효 물은, 수경성 바인더를 수화시키고 또한 굳지않은 상태에서 획득되는 수경성 조성물의 유동성을 제공하는데 필요한 물이다. 전체 물은 (혼합시) 믹스 내에 존재하는 물의 전체를 나타내고, 유효 물과 골재에 의해 흡수된 물을 포함한다. 골재에 의해 보유된 물은 유효 물로 고려되지 않는데, 수경성 바인더의 수화에 참여하지 않기 때문이다. 유효 물 및 그의 계산은 2005년 10월의 유럽 NF EN 206-1 표준에 기재되어 있다.
골재에 의해 흡수가능한 물의 양은 2001년 6월의 유럽 NF EN 1097-6 표준에 따라 측정되는 골재의 흡수 계수로부터 추론된다. 물의 흡수 게수는 초기에 건조 상태에서 24시간 동안 물에 침지된 골재 샘플의 그의 건조 질량에 대한 질량 증가의 비이다. 질량 증가는 물-접근가능 골재의 기공에 침투하는 물 때문이다.
본 발명에 따른 콘크리트는 예컨대, 2002년 9월의 유럽 NF EN 934-2 표준, 2009년 11월의 유럽 NF EN 934-3 표준, 또는 2009년 8월의 유럽 NF EN 934-4 표준에 기재된 혼화제들 중 하나를 포함할 수도 있다. 유리하게는, 본 발명에 따른 수경성 조성물은 수경성 조성물을 위한 혼화제를 포함한다. 그러한 혼화제는 다음의 혼화제들 중 하나 이상일 수도 있다: 경화촉진제 (accelerator), 공기연행제, 점도조절제, 응결지연제 (retarder), 점토-불활성화제 (clay-inerting agent), 소포제, 가소제 (plasticizer), 고성능 감수제 (superplasticizer) 등. 특히, 폴리카르복실레이트 타입의 고성능 감수제를 바인더의 질량으로 특히 0.05 내지 1.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.8 % 사용하는 것이 유용하다.
점토-불활성화제는 수경성 바인더의 성능에 대한 점토의 유해한 영향을 감소시키거나 방지할 수 있는 화합물이다. 점토-불활성화제는 WO 2006/032785 및 WO 2006/032786 에 기재된 것들을 포함한다.
변형예에 따르면, 본 발명에 따른 콘크리트는 고성능 감수제를 포함한다.
본 설명 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 용어 고성능 감수제는 Concrete Admixtures Handbook (Properties Science and Technology, V.S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984년) 에 기재된 것과 같은 고성능 감수제 및 감수제 (water reducers) 쌍방을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
감수제는 주어진 워커빌리티에서 콘크리트의 혼합수 (mixing water) 의 양을 전형적으로 10 내지 15% 만큼 감소시키는 혼화제로서 정의된다. 감수제는 예컨대, 리그노술포네이트 (lignosulphonates), 히드록시카르복실산, 글루시드 및 다른 특수 유기 화합물, 예컨대 글리세롤, 폴리비닐 알코올, 나트륨 알루미노-메틸-실리코네이트, 술파닐산 및 카세인을 포함한다.
고성능 감수제는, 더 오랜 감수제와 화학적으로 상이하고 또한 물 함량을 대략 30 질량% 감소시킬 수 있는 신규 클래스의 감수제에 속한다. 고성능 감수제는 대략 4 개의 그룹으로 분류된다: 술포네이티드 나프탈렌 포름알데히드 응축물 (SNF) (일반적으로 나트륨 염); 술포네이티드 멜라민 포름알데히드 응축물 (SMF); 개질 리그노술포네이트 (MLS); 및 그 외. 더 최근의 고성능 감수제는 폴리카르복실레이트와 같은 폴리카르복시계 화합물, 예컨대 폴리아크릴레이트를 포함한다. 고성능 감수제는 신세대 고성능 감수제, 예컨대 그라프트 사슬로서 폴리에틸렌 글리콜을 함유하고 주 사슬에 카르복실기, 예컨대 폴리카르복실 에테르를 함유하는 코폴리머인 것이 바람직하다. 상이한 효과를 갖는 PCP 일 수도 있다. 나트륨 폴리카르복실레이트-폴리술포네이트 및 나트륨 폴리아크릴레이트가 또한 사용될 수도 있다. 포스폰산 유도체가 또한 사용될 수도 있다. 요구되는 고성능 감수제의 양은 일반적으로 시멘트의 반응성에 의존한다. 반응성이 낮을수록, 요구되는 고성능 감수제의 양이 적어진다.
본 발명에 따른 콘크리트는 레디믹스 (ready-mix) 콘크리트, 프로젝티드 (projected) 콘크리트, 현장에서 프리캐스트된 콘크리트, 또는 프리캐스트 요소의 생산 공장에서 생산된 콘크리트일 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 레디믹스 콘크리트이다. 레디믹스 콘크리트는 일반적으로, 콘크리트가 부어질 현장으로 콘크리트를 운송할 수 있도록 충분한 개방 작업성 시간 (open workability time) 을 갖는 콘크리트이다. 운반 중에, 레디믹스 콘크리트는 일반적으로, 2005년 10월의 유럽 NF EN 206-1 표준에 따른 적어도 S3 의 일관된 클래스에 있어야 한다. 바람직하게는, 레디믹스 콘크리트의 개방 작업성 시간은 적어도 1 시간 30 분일 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트에서 희망 공기 비율을 획득하고 제어하기 위해, 하나 이상의 공기연행 혼화제를 추가하는 것이 가능하다. 이 혼화제는 콘크리트 분야에서 통상적으로 사용되고, 예컨대, 이온성 또는 비이온성 계면활성제의 그룹, 예컨대 올레산염, 술포네이트 및 카르복실레이트로부터 선택될 수도 있다. 레디믹스 콘크리트의 운반 시에 타깃 스프레드를 획득하기 위해, 혼화제의 양이 조절될 수도 있다.
본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 상태에서 1 내지 16 부피% 의 공기를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 상태에서 1 내지 14 부피% 의 공기를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 상태에서 2 내지 12 부피% 의 공기를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 상태에서 3 내지 10 부피% 의 공기를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 콘크리트는 굳지않은 상태에서 굳지않은 콘크리트의 300 l/㎥ 이상의 페이스트의 부피를 갖는다.
페이스트의 부피는 일반적으로, 시멘트와, 선택적으로 첨가제, 유효 물, 공기 및 혼화제의 부피이다.
본 발명에 따른 콘크리트의 제형은 구조적 역할을 보장하기 위한 충분히 높은 압축 강도를, 본 기술분야에서 전형적으로 입수가능한 콘크리트의 열전도율에 비해 감소된 열전도율과 관련시킨다. 더욱이, 이 제형은 간단하고 사용하기 용이하다. 마지막으로, 사용되는 재료는 비교적 값비싸지 않고, 용이하게 입수가능하다. 이것이 이 제형을 산업에서 유용하게 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트는 23℃ 및 50% RH 에서 0.35 W/m.K 미만, 바람직하게는 0.30 W/m.K 미만, 보다 더 바람직하게는 0.20 W/m.K 미만의 열전도율을 갖는다.
열전도율 (또한 람다 (λ) 라고 함) 은 전도에 의한 열 전달 동안의 재료의 거동을 특징짓는 물리적 값이다. 열전도율은 온도 구배에 대해 표면 유닛 당 그리고 시간 유닛 당 전달되는 열의 양을 나타낸다. 유닛의 국제 시스템에서, 열전도율은 미터 당 캘빈 당 와트 (W·m-1·K-1) 로 주어진다. 종래 콘크리트는 23℃ 및 50% 상대 습도에서 1.3 내지 2.1 의 열전도율을 갖는다. 종래의 경량 구조용 콘크리트는 23℃ 및 50% 상대 습도에서 0.8 W/m.K 보다 일반적으로 더 큰 열전도율을 갖는다.
열전도율은 본 발명에 따르면, 이하의 절차에 따라 결정되는, 23℃ 및 50% 상대 습도에서의 열전도율로서 이해되어야 한다:
- 샘플을 완전히 건조한 후, 1991년 8월의 ISO 8302 표준에 따른 열평판법에 따라 건식 열전도율을 측정함,
- 결정된 분위수 및 신뢰 수준이 주어지고, 2008년 6월의 유럽 NF EN ISO 10456 표준에 따라, 표준 조건에 합당하다고 생각되는 사용 시간에 해당하면, 기준 온도 및 습도 조건에서 측정된 값들로부터 열전도율을 결정함.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 콘크리트의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 방법은 물과 시멘트, 골제, 선택적으로 클링커 이외의 무기 재료, 및 선택적으로 혼화제를, 본 발명에 따른 콘크리트를 위해 전술한 바와 같은 양으로 혼합하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 콘크리트의 준비 방법에 관한 것으로서, 이 방법은
- 시멘트;
- 유효 물;
- 20 ㎜ 의 최대 크기 및 450 내지 1200 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1);
- 선택적으로, 4 ㎜ 의 최대 크기 및 진밀도 (ρ2) 를 갖는 골재 (G2) 로서, 1/ρ = m1/(ρ1) + m2/(ρ2) 이고, ml 및 m2 가 각각 (G1) 및 (G2) 의 질량 분획일 때, 혼합물 (G1) + (G2) 의 진밀도 (ρ) 가 450 내지 1200 ㎏/㎥ 이 되는, 상기 골재 (G2)
를 혼합하는 것을 포함하고,
상기 콘크리트는 굳지않은 상태에서 800 내지 1500 ㎏/㎥, 유리하게는 1400 ㎏/㎥ 이하의 밀도를 갖고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 0.19 로부터 0.60 까지 변하는, 굳지 않은 상태의 Weffective/Beq 비를 갖고,
Weffective 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 유효 물의 양 (㎏) 을 나타내고,
Beq 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 바인더 당량으로 표현되는 시멘트와 선택적으로 첨가제의 양 (㎏) 을 나타내고,
상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 100 리터로부터 320 리터까지 변하는 유효 물의 양을 포함하고,
상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 200 ㎏ 이상의 시멘트와 선택적으로 첨가제의 양을 포함하고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 300 l/㎥ 이상의 페이스트의 부피를 갖고,
굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 1 내지 16 % 의 공기의 부피를 갖는다.
혼합은 예컨대 공지된 방법에 의해 행해질 수도 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 수경성 바인더는 제 1 단계 동안에 준비되고, 응집체 및 물은 제 2 단계 동안에 첨가된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시형태에 따르면, 전술한 요소들 각각을 개별적으로 첨가하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 콘크리트는 건설 분야를 위해 캐스팅된 물품을, 수화 및 경화 후에 생산하도록 캐스팅될 수도 있다. 또한, 본 발명은 전술한 것과 같은 콘크리트를 포함하는, 그러한 캐스팅된 물품에 관한 것이다. 건설 분야를 위해 캐스팅된 물품은, 예컨대 슬래브, 바닥, 스크리드, 파운데이션, 벽, 파티션 벽, 천장, 들보 (beam), 조리대 (work top), 기둥, 교각 (bridge pier), 콘크리트 블록, 선택적으로 폼드 콘크리트, 파이프, 도관 (conduit), 포스트 (post), 계단 (stair), 패널, 코니스 (cornice), 몰드, 도로 시스템 성분 (예컨대, 보도 (pavement) 의 경계), 지붕 타일, 표면피복 (surfacing) (예컨대, 도로나 벽의 표면피복), 절연 성분 (음향 및/또는 열적 절연 성분) 을 포함한다.
첨부 도면을 포함하여, 본 설명에서, 달리 특정되지 않는 한, 백분율은 질량 기준이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 콘크리트의 건설 재료로서의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 콘크리트 물품에 관한 것이다.
이하의 예는 순전히 본 발명의 비제한적인 설명을 위해 제공된다.
본 발명의 실시형태들의 예들
유효 물의 함량의 결정:
콘크리트 중의 유효 물의 함량은, 굳지않은 콘크리트 1 ㎥ 에 포함된 총 물의 양과 골재에 의해 흡수될 수 있는 물의 양 사이의 차이다. 골재에 의해 흡수될 수 있는 물의 양은 굳지않은 콘크리트의 1 ㎥ 중의 건조 골재의 질량에 골재의 물 흡수 계수를 곱함으로써 결정되었다. 골재의 물 흡수 계수는 2001년 6월의 유럽 NF EN 1097-6 표준의 Appendix C 에 기재된 방법에 따라 획득되었다. 이 방법은 4 내지 31.5 ㎜ 의 크기를 갖는 골재에 유효하다. 4 ㎜ 미만의 크기를 갖는 골재에 대해서는, 2001년 6월의 유럽 NF EN 1097-6 표준 9 절에 기재된 방법을 사용하여야 한다.
굳지않은 상태에서의 밀도의 결정:
굳지않은 콘크리트의 밀도는 1999년 12월의 유럽 NF EN 12350-6 표준에 따라 결정되었다.
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도의 결정:
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도는 2001년 9월의 유럽 NF EN 12390-7 에 따라 결정되었다.
콘크리트의 공기 함량의 결정:
콘크리트의 공기 함량은 2001년 11월의 ASTM C173 표준에 따라 결정되었다.
압축 강도의 결정:
압축 강도의 측정은 유럽 NF EN 12390-3 표준에 따라 실린더 (직경: 11 ㎝ 및 높이: 22 ㎝) 에서 행해졌다.
원료의 리스트:
CEM Ⅲ/A 52.5 시멘트는 2960 ㎏/㎥ 의 밀도를 갖는 고로 시멘트이다. 이 시멘트는 CEM Ⅲ 타입이고, Le Havre 의 Lafarge 공장으로부터 나오는 52.5 강도 클래스를 갖는다.
CEM I 52.5 시멘트는 3150 ㎏/㎥ 의 밀도를 갖는포틀랜드 시멘트이다. 이 시멘트는 CEM I 타입이고, 52.5 강도 클래스를 갖는다. 이는 Le Havre 의 Lafarge 공장으로부터 나온다.
고로 슬래그는 Fos Sur Mer 에 있는 Mittal-Arcelor 에 의해 생산된 슬래그이다. 이 슬래그의 밀도는 2950 ㎏/㎥ 이고, Blaine 비표면은 3258 ㎠/g 이다.
팽창 점토의 샌드는 840 ㎏/㎥ 의 진밀도, 2 ㎜ 의 최대 크기, 및 1 시간에 1 질량%의 물 흡수를 갖는다. 이는 Laterlite 회사 (이탈리아) 로부터 나온다.
팽창 점토의 굵은 골재는 8 ㎜ 의 최대 크기, 550 ㎏/㎥ 의 진밀도, 및 1 시간에 1 질량%의 물 흡수를 갖는다. 이는 Laterlite 회사 (이탈리아) 로부터 나온다.
부석 샌드는 930 ㎏/㎥ 의 진밀도, 4 ㎜ 의 최대 크기, 및 1 시간에 10 질량%의 물 흡수를 갖는다. 부석 샌드는 Ecoponce S.A.M 회사로부터 나온다.
부석 굵은 골재는 16 ㎜ 의 최대 크기, 640 ㎏/㎥ 의 진밀도, 및 1 시간에 12 질량%의 물 흡수를 갖는다. 부석 골재는 Ecoponce S.A.M 회사로부터 나온다.
플라스틱 골재는 10 ㎜ 의 최대 크기, 1180 ㎏/㎥ 의 진밀도, 및 1 시간에 1 질량%의 물 흡수를 갖는다. 샌드 및 굵은 골재는 Veolia Environnement 회사 (프랑스) 로부터 나온다.
고성능 감수제는 폴리카르복실레이트 폴리옥사이드 (PCP) 의 패밀리이고, 이는 BASF 회사로부터의 GLENIUM 27 이다.
가소제는 리그노술포네이트의 베이스를 갖는다. 이는 BASF 회사로부터의 포조리스 (pozzolith) 391N 이다.
공기연행제는 올레산 나트륨의 베이스를 갖는다. 이는 BASF 회사로부터의 Microair 104 이다.
소포제는 지방산의 에스테르의 베이스를 갖는다. 이는 BASF 회사로부터의 Clerol 이다.
물은 수돗물이다.
콘크리트의 제조 방법:
제조 방법은 표준 경량 콘크리트에 사용되는 방법이다.
예들의 원료들은 행성식 무브먼트 (planetary movement) 를 갖는 표준 30-리터 믹서에 도입되었다, 참조: Pemat Mischtechnik GmbH 회사로부터의 ZYKLOS ZK30.
골재를 프리웨팅 (pre-wetting) 시키는 예비 단계를 행하였고, 이 단계 동안에, 이 골재는 프리웨팅 물과 2 분간 혼합되었고, 그리고 나서 1 내지 24 시간의 특정 시간 동안 방치되었다. 그리고 나서, 이하의 단계들을 행하였다:
- 믹서에 골재를 도입하는 단계,
- 1 분간 혼합하는 단계,
- 혼합을 정지시키는 단계,
- 믹서에 시멘트 및 선택적으로 첨가제를 30 초간 도입하는 단계,
- 1 분간 혼합을 재개하는 단계,
- 혼합을 계속하면서, 믹서에 혼합수 (mixing water) (총 물) 를 30 초간 도입하는 단계,
- 1 분간 혼합하는 단계.
굳지않은 콘크리트를 획득하였고, 실린더 형상 (직경: 11 ㎝ 및 높이: 22 ㎝) 을 갖는 몰드에 부었다.
콘크리트의 실린더 (시료라 함) 를 3 개의 층으로 만들었고, 2001년 10월의 유럽 NF EN 12390-2 표준 5.2.3 절에 따라 다짐봉 (tamping rod) 을 이용하여 콘크리트를 부었다. 몰드를 충전한 후, 이 시료들을 2001년 10월의 유럽 NF EN 12390 표준 5.5 절에 기재된 방법에 따라 유지하였다.
따라서 획득된 콘크리트의 특성들은 2003년 2월의 유럽 NF EN 12390-3 표준, 2005년 10월의 유럽 NF EN 206-1 표준, ISO 3806 및 2008년 6월의 유럽 NF EN ISO 10456 표준을 이용하여 결정되었다.
본 발명에 따른 콘크리트는 후술하는 실시형태들에서 예시된다.
Figure pct00001

획득된 콘크리트의 특성:
굳지않은 상태에서의 Weffective/Beq 비: 0.34
굳지않은 상태에서의 밀도: 1140 ㎏/㎥
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도: 1040 ㎏/㎥
실린더에서의 28일 압축 기계적 강도: 22.1 MPa
23℃ 및 50% RH 에서의 열전도율: 0.30 W/(m.K)
Figure pct00002

획득된 콘크리트의 특성:
굳지않은 상태에서의 Weffective/Beq 비: 0.39
굳지않은 상태에서의 밀도: 1470 ㎏/㎥
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도: 1120 ㎏/㎥
실린더에서의 28일 압축 기계적 강도: 24.6 MPa
23℃ 및 50% RH 에서의 열전도율: 0.31 W/(m.K)
Figure pct00003

획득된 콘크리트의 특성:
굳지않은 상태에서의 Weffective/Beq 비: 0.39
굳지않은 상태에서의 밀도: 1260 ㎏/㎥
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도: 1240 ㎏/㎥
실린더에서의 28일 압축 기계적 강도: 17.1 MPa
23℃ 및 50% RH 에서의 열전도율: 0.3 W/(m.K)
Figure pct00004

획득된 콘크리트의 특성:
굳지않은 상태에서의 Weffective/Beq 비: 0.33
굳지않은 상태에서의 밀도: 1190 ㎏/㎥
건조 상태에서의 경화 콘크리트의 밀도: 1090 ㎏/㎥
실린더에서의 28일 압축 기계적 강도: 24.6 MPa
23℃ 및 50% RH 에서의 열전도율: 0.32 W/(m.K)

Claims (9)

  1. - 시멘트;
    - 유효 물;
    - 20 ㎜ 의 최대 크기 및 450 내지 1200 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1);
    - 선택적으로, 4 ㎜ 의 최대 크기 및 진밀도 (ρ2) 를 갖는 골재 (G2) 로서, 1/ρ = m1/(ρ1) + m2/(ρ2) 이고, ml 및 m2 가 각각 (G1) 및 (G2) 의 질량 분획일 때, 혼합물 (G1) + (G2) 의 진밀도 (ρ) 가 450 내지 1200 ㎏/㎥ 이 되는, 상기 골재 (G2)
    를 포함하는 콘크리트로서,
    상기 콘크리트는 굳지않은 상태에서 800 내지 1500 ㎏/㎥, 유리하게는 1400 ㎏/㎥ 이하의 밀도를 갖고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 0.19 로부터 0.60 까지 변하는, 굳지 않은 상태의 Weffective/Beq 비를 갖고,
    Weffective 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 유효 물의 양 (㎏) 을 나타내고,
    Beq 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 바인더 당량 (binder equivalent) 으로 표현되는 시멘트와 선택적으로 첨가제들의 양 (㎏) 을 나타내고,
    상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 100 리터로부터 320 리터까지 변하는 유효 물의 양을 포함하고,
    상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 200 ㎏ 이상의 시멘트와 선택적으로 첨가제들의 양을 포함하고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 300 l/㎥ 이상의 페이스트의 부피를 갖고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 1 내지 16 % 의 공기의 부피를 갖는 콘크리트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 골재는 처리된 골재 (treated aggregates) 인 콘크리트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고성능 감수제 (superplasticizer) 를 포함하는 콘크리트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시멘트는 다음의 시멘트 타입:
    - CEM Ⅲ, CEM Ⅳ 또는 CEM Ⅴ, 또는
    - 선택적으로 첨가제들과 혼합된, CEM Ⅰ 또는 CEM Ⅱ
    로부터 선택되는 콘크리트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    슬래그 및/또는 플라이 애시 및/또는 실리카 흄 및/또는 메타카올린의 첨가제들과 혼합된 CEM Ⅰ 또는 CEM Ⅱ 타입의 시멘트를 포함하는 콘크리트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    굳지않은 상태에서, 2 내지 12 부피% 의 공기를 포함하는 콘크리트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 콘크리트의 제조 방법으로서,
    상기 제조 방법은,
    - 시멘트;
    - 유효 물;
    - 20 ㎜ 의 최대 크기 및 450 내지 1200 ㎏/㎥ 의 진밀도 (ρ1) 를 갖는 골재 (G1);
    - 선택적으로, 4 ㎜ 의 최대 크기 및 진밀도 (ρ2) 를 갖는 골재 (G2) 로서, 1/ρ = m1/(ρ1) + m2/(ρ2) 이고, ml 및 m2 가 각각 (G1) 및 (G2) 의 질량 분획일 때, 혼합물 (G1) + (G2) 의 진밀도 (ρ) 가 450 내지 1200 ㎏/㎥ 이 되는, 상기 골재 (G2)
    를 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 콘크리트는 굳지않은 상태에서 800 내지 1500 ㎏/㎥, 유리하게는 1400 ㎏/㎥ 이하의 밀도를 갖고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 0.19 로부터 0.60 까지 변하는, 굳지 않은 상태의 Weffective/Beq 비를 갖고,
    Weffective 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 유효 물의 양 (㎏) 을 나타내고,
    Beq 는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 바인더 당량으로 표현되는 시멘트와 선택적으로 첨가제들의 양 (㎏) 을 나타내고,
    상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 100 리터로부터 320 리터까지 변하는 유효 물의 양을 포함하고,
    상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트 ㎥ 당 200 ㎏ 이상의 시멘트와 선택적으로 첨가제들의 양을 포함하고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 300 l/㎥ 이상의 페이스트의 부피를 갖고,
    굳지않은 상태의 상기 콘크리트는 1 내지 16 % 의 공기의 부피를 갖는 콘크리트의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 콘크리트의 건설 재료로서의 용도.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 콘크리트의 물품 (object)
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