KR20150072135A - 콘크리트 균열지수 제고(提高)용 혼화제 조성물 및 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기계 알카리 활성화제 100중량부에 대해 물 300 내지 700중량부, 상변위물질 100 내지 600중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수 제고(提高)용 혼화제 조성물에 관한 것이다.

Description

콘크리트 균열지수 제고(提高)용 혼화제 조성물 및 저점성 수화 균열 저감형 매스콘크리트 조성물{Mass concrete with admixture that is low viscosity and hydration crack reducing type}

본 발명은 콘크리트 혼화제에 관한 것으로, 수화열을 저감시키면서도 인장강도를 증대시켜 균열지수를 제고시킬 수 있는 혼화제 조성물 및 이를 첨가한 매스콘크리트 조성물에 관한 것이다.

슬래그파우더 및 플라이애시는 콘크리트에 있어 시멘트 대체재로서 사용이 되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하다. 즉 산업부산물을 재활용함에 따라 탄소 배출이 없는 친환경 재료로 사용이 권장되고 있는 추세이다.

하지만 콘크리트에 60%이상 다량 사용할 경우 초기강도 발현이 저하되는 등의 문제가 있어 현장에 적용하기 위해서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 혼화제의 사용이 필수적이다.

최근 슬래그파우더 및 플라이애시를 결합재로 사용하기 위해 다양한 활성화제가 제시되고 있다. 그러나 이러한 활성화제의 사용으로 초기강도를 확보하여도 초기강도가 증가된 만큼 수화열도 증가하여 수화열에 의한 균열 발생이 고려되어야 한다. 특히 매스콘크리트에 슬래그파우더 및 플라이애시를 다량 혼입하기 위해서는 수화열을 효과적으로 저감시킬 수 있는 혼화제의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 특허등록 제0900333호

이에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 수화열을 저감시키면서도 인장강도를 향상시켜 균열지수를 제고시킬 수 있는 혼화제 조성물 및 이를 첨가한 매스콘크리트 조성물을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 균열지수 제고용 혼화제 조성물은, 무기계 알카리 활성화제 100중량부에 대해 물 300 내지 700중량부, 상변위물질 100 내지 600중량부로 배합됨을 특징으로 한다.

여기서 "균열지수"라함은 인장강도에 대한 수화열에 의한 응력의 비를 나타내는 것으로 "균열지수 제고"는 수화열에 의한 응력을 낮추거나 인장강도를 크게 함으로써 발현될 수 있는 것이다. 이에 본 발명의 혼화제 조성물은 콘크리트에 첨가시 상변이물질에 의해 수화열을 저감시킴으로써 수화열에 의한 응력을 낮추고자 하는 것이며, 무기계 알카리 활성화제를 통해 콘크리트의 인장강도를 높여 전체적으로 균열지수를 향상시키는 것이다.

더욱 바람직하게 본 발명의 혼화제 조성물은 물에 무기계 알카리 활성화제를 20 내지 50℃에서 5 내지 8분간 혼합한 후에 상변이물질을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는데, 상기 온도한정범위에서 무기계 알카리 활성화제가 적정의 용해도를 나타내기 때문이다.

또한, 상기 상변이물질은, 옥타데칸, 나프탈렌, 아세트아미드, 스테아르산, 프로피온아미드, 시안아미드로 황산나트륨 수용액(Na2SO4ㅇ10H2O), 아세트산나트륨 수용액(NaCH3COOㅇ3H2O) 중 하나 또는 둘이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 상기 상변이물질은 일정한 상전이온도(phase transition temp)에서 상변화에 필요한 열량을 외부에서 흡수하는 특성을 지니는 것으로, 콘크리트에 첨가되는 경우 시멘트의 수화반응으로 인한 수화온도가 해당 상변이물질의 상전이온도에 도달하게 되면 물리적인 상변화에 의해 시멘트의 수화열을 흡수함에 따라 전체 콘크리트의 수화열을 저감시키도록 하는 것이다.

또한 상기 무기계 알카리 활성화제는, 황산나트륨(Na2SO4), 아질산나트륨(NaNO2), 탄산나트륨(CaCO3), 알루민산나트륨(NAAlO2) 중 하나 또는 둘이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 이러한 무기계 알카리 활성화제는 본 발명의 혼화제 조성물이 콘크리트 조성물에 있어 특히 슬래그 파우더/플라이애시를 포함하는 결합재에서 강도증진 즉 인장강도를 증진시키기 위해 첨가되는 것이다. 일반적으로 중합반응은 Si-Al 함유 광물질이 NaOH 또는 KOH와 반응하는 것으로, 플라이애시는 SiO₂와 Al₂O₃의 함유율이 비교적 높아 중합반응으로 활성화시킬 수 있는 결합재 조성이다. 그러나 플라이애시를 사용한 경우에는 유리(glassy) 피막이 형성되어 있기 때문에 이 피막을 파괴시켜 플라이애시의 반응을 촉진시키기 위해서는 pH 13 이상 매우 높은 알칼리 환경이 필요한 바, 본 발명에서는 이를 위해 무기계 알카리 활성화제를 첨가하는 것이다.

한편 본 발명의 콘크리트 균열지수 제고용 혼화제 조성물이 첨가된 매스콘크리트 조성물은 시멘트와 슬래그파우더/플라이애시를 포함하는 결합재 및 상기 혼화제 조성물이 포함되되, 상기 혼화제 조성물은 결합재 100중량부 대비 0.6 내지 1.8중량부가 혼합되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게 결합재 100중량부에 대해 폴리카르본산 0.6 내지 1.0중량부, 트리에탄올아민 0.6 내지 1.0중량부가 더 배합되는 것이 타당한 바, 이는 본 발명이 결합재 조성으로 슬래그 파우더를 포함하고 있는 바, 슬래그 파우더의 시멘트 치환량이 증가하는 경우 작업성이 저하되는 문제 및 초기강도 저하문제를 해결하기 위한 것이다.

이를 위해 첨가되는 폴리카르본산의 경우는 슬래그 파우더의 시멘트 치환량의 증가에 의해 분산성 저하의 문제를 해결하기 위해 첨가되는 것이며, 이렇게 폴리카르본산의 첨가에 의해 분산성을 향상시키는 경우 초기강도가 저하되는 문제가 있을 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 감수성을 조절함으로써 분산성을 유지하면서도 초기강도 저하를 보완하는 트리에탄올아민을 더 첨가하게 되는 것이다.

상기 폴리카르본산은 결합재 100중량부 대비 0.6 내지 1.0중량부로 한정하는데, 그 이유는 0.6중량부미만이면 유동성 향상 효과가 미미하고, 1.0중량부를 초과하면 유동성이 오히려 저하되고, 응결 및 수화가 지연되어 비경제적인 배합이 되는 문제가 있으므로 이와 같이 한정하는 것이다.

또한, 상기 트리에탄올아민은 결합재 100중량부에 대해 0.6 내지 1.0중량%로 한정하는데, 이는 안정화제로서 유동성이 발현되도록 하면서도 초기 감수율을 향상시켜 고감수율에 의해 초기강도가 확보되도록 하기 위해 상기와 같이 한정하는 것이다.

또한, 본 발명은 무기계 알카리 활성화제에 의해 슬래그 파우더를 활성화 시킴에 따라 급결의 문제가 발생될 수 있는 바, 이에 더하여 트리폴리인산나트륨을 더 첨가함으로써 이를 해결토록 하는 것이다.

여기서 트리폴리인산나트륨은 결합재 100중량부에 대해 0.1 내지 1중량부가 배합되도록 하는 것이 타당한바, 상기와 같이 한정하는 이유는 한정범위보다 작은 경우 반응지연의 효과가 미미하며, 한정범위를 초과하는 경우는 지나치게 반응지연을 유도함으로써 초기강도 발현에 문제가 있으므로 이와 같이 한정을 하는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 콘크리트 균열지수 제고용 혼화제 조성물은 슬래그파우더/플라이애시의 시멘트 치환량이 큰 결합재를 사용하더라도 수화열을 저감시킬 수 있음과 동시에 인장강도를 향상시킬 수 있어 균열지수를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 무기계 알카리 활성화제의 용해도 실험결과를 나타내는 그래프.
도 2는 재령에 따른 수화열 측정결과를 나타내는 그래프.
도 3은 재령에 따른 강도발현율을 나타내는 그래프.
도 4는 균열지수와 타설고의 관계를 나타내는 그래프.

이하, 실험 예를 통하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

<실험 예 1>

무기계 알카리 활성제 용해도 실험

물 100중량부에 대해 무기계 알카리 활성제로 황산나트륨(Na2SO4) 및 아질산나트륨(NaNO2) 혼합물을 30중량부로 혼합하여 온도를 달리하며 용해도를 측정하였다. 그 결과가 도 1에 도시되고 있다.

도 1에서 보는 바와 같이 무기계 알카리 활성제는 20℃에서 용해도가 급증하며, 온도가 상승함에 따라 용해도가 증가하고, 50℃이상에서는 용해도의 증가율이 미미한 것을 알 수 있으며 에너지면에서도 불리한 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 혼화제 조성물은 물에 무기계 알카리 활성화제를 첨가하되, 20 내지 50℃온도범위에서 용해토록 하는 것이 타당한 것을 알 수 있다. 이와 같이 물에 무기계 알카리 활성화제를 용해토록 하는 것은 물과 함께 용해된 무기계 알카리 활성화제가 균일하게 분산되도록 하여 콘크리트에서 결합재의 조성으로 배합되는 슬래그파우더/플라이애시와 반응이 균일하게 이루어지도록 하기 위함이다.

<실험 예 2>

수화열 및 강도 실험

각각의 시료에 대해 물-결합재(시멘트+슬래그파우더+플라이애시)비가 30 내지 40%로 구성되며, 결합재는 슬래그파우더 및 플라이애시를 중량비로 1:1로 하고 시멘트 치환량을 70중량%로 하였으며, 본 발명의 혼화제 조성물에 있어 물, 무기계 알카리 활성제, 상변이물질의 배합량을 달리하여 각각 첨가하였다.

그 결과가 표 1에 도시되고 있는데, 시료 a의 경우보다 타 시료들에서 수화열 감소량이 증가하고, 압축강도가 증가하는 것을 알 수 있다.

즉 본 발명의 혼화제 조성물이 첨가되는 경우가 수화열을 감소시키면서 강도를 증가시켜 결국 균열저감지수를 향상시키게 되는 것이다. 한편 본 발명의 혼화제 조성물을 배합하되 수화열 저감 및 강도향상의 기능발현 정도 등을 고려하면 수화열 감소량을 5℃이상으로 하고, 강도증가율을 110%이상으로 기준을 잡아 무기계 알카리 활성화제 100중량부에 대해 물 300 내지 700중량부, 상변위물질 100 내지 600중량부로 배합하는 것이 타당한 것을 알 수 있다.

시료 b의 경우 상대적으로 상변위물질의 첨가량이 작아 수화열감소량이 작고 시료 i의 경우 상대적으로 상변위물질의 첨가량이 많아 수화열감소량은 크나 강도증가율이 미미한 것을 알 수 있는 바, 상기와 같은 적정의 배합범위를 제시하게 되는 것이다.

물	무기계 활성제	상변위 물질	시료	최고수화열 (℃)	수화열 감소량	강도 (Mpa)	강도 증가율
0	0	0	a	65.3	-	27.5	-
720	100	80	b	60.6	4.7	29.1	105.8%
700	100	100	c	60.2	5.1	30.4	110.1%
620	100	200	d	60	5.3	30.5	110.9%
580	100	300	e	59.1	6.2	30.8	112.0%
470	100	400	f	59	6.3	31.2	113.5%
370	100	500	g	58.6	6.7	31	112.7%
300	100	600	h	57.1	8.2	30.4	110.5%
270	100	650	i	56.7	8.6	27.7	100.7%

<실험 예 3>

재령에 따른 수화열 및 강도 실험

상기 실험예 2에서 시료 a, i, c에 대해 재령에 따른 수화열을 측정하였으며, 그 결과가 도 2에 도시되고 있다.

도 2에 의하면 시료 i의 경우가 가장 재령에 따른 수화열 저감치가 큰 것을 알 수 있으며, 시료 c의 경우도 재령에 따라 시료 a보다 수화열이 더 저감되는 것을 알 수 있다. 즉 본 발명의 혼화제가 첨가되는 경우 각 재령에서 수화열을 저감시킬 수 있어 각 재령에서 균열을 제어할 수 있는 효과가 기대되는 것이다.

또한, 상기 실험예 2에서 시료 a, i, c에 대해 재령에 따른 강도를 측정 하였으며, 그 결과가 도 3에 도시되고 있다.

도 3에 의하면 시료 i의 경우도 3일 재령에서 강도발현율이 110%를 초과하나 1, 7, 28일재령에서는 강도발현율이 100%를 초과하지만 110%에 미달하는 결과가 도출되는 것을 알 수 있는 반면 시료 c의 경우 모든 재령에서 110%를 초과하는 것을 알 수 있다.

<실험 예 4>

균열지수 및 타설고 실험

상기 실험 예 3에 의해 도출되는 수화열 및 압축강도에 의해 균열지수를 도출하였으며, 균열지수 1.2를 기준으로 하여 각 시료의 타설고를 도출하였다.

도 4에서 보는 바와 같이 균열지수는 시료 c가 가장 높게 도출되는 것을 알 수 있는 바, 본 발명의 혼화제 조성물을 첨가하는 경우 균열지수를 크게 하여 균열저항성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

특히 시료 i보다 시료 c가 더 높은 균열지수를 도출되는 것으로 상변이물질을 첨가함에 있어 적정의 한정범위가 있으며 이를 초과하는 경우 물론 혼화제를 첨가하지 않는 경우보다 균열지수를 높일 수 있으나 경제적인 측면, 효과를 고려하여 상기 실험 예 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 혼화제 조성물에 있어 물, 무기계 알카리 활성화제, 상변이물질은 무기계 알카리 활성화제 100중량부에 대해 물 300 내지 700중량부, 상변위물질 100 내지 600중량부로 배합하는 것이 타당한 것을 알 수 있다.

또한, 하기 표 2에서 보는 바와 같이 균열지수 기준 1.2가 되는 타설높이를 보면 시료 a < 시료 i < 시료 c인 것을 알 수 있는 바, 이를 통해서도 본 발명의 혼화제 조성물에 있어 상기 상변이물질의 적정 배합비가 도출되는 것을 알 수 있다.

	타설고	(a)대비 증가율
a	1.947	100.0%
i	2.165	111.2%
c	2.234	114.7%

Claims (7)

1. 무기계 알카리 활성화제 100중량부에 대해 물 300 내지 700중량부, 상변위물질 100 내지 600중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   물에 무기계 알카리 활성화제를 20 내지 60℃에서 5 내지 8분간 혼합한 후에 상변이물질을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 상변이물질은,
   옥타데칸, 나프탈렌, 아세트아미드, 스테아르산, 프로피온아미드, 시안아미드로 황산나트륨 수용액(Na2SO4ㅇ10H2O), 아세트산나트륨 수용액(NaCH3COOㅇ3H2O) 중 하나 또는 둘이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 무기계 알카리 활성화제는,
   황산나트륨(Na2SO4), 아질산나트륨(NaNO2), 탄산나트륨(CaCO3), 알루민산나트륨(NAAlO2) 중 하나 또는 둘이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물.
   
5. 시멘트와 슬래그 파우더/플라이애시를 포함하는 결합재 및 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 혼화제 조성물이 포함되되, 상기 혼화제 조성물은 결합재 100중량부 대비 0.6 내지 1.8중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물이 첨가된 매스콘크리트 조성물.
   
6. 제 5항에 있어서,
   결합재 100중량부에 대해 폴리카르본산 0.6 내지 1.0중량부, 트리에탄올아민 0.6 내지 1.0중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수저감용 혼화제 조성물이 첨가된 매스콘크리트 조성물.
   
7. 제 6항에 있어서,
   결합재 100중량부에 대해 트리폴리인산나트륨 0.1 내지 1중량부가 더 배합되도록 하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열지수향상용 혼화제 조성물이 첨가된 매스콘크리트 조성물.

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