KR20150135738A - 고로슬래그를 사용하는 phc 파일용 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 phc 파일의 제조방법 - Google Patents

고로슬래그를 사용하는 phc 파일용 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 phc 파일의 제조방법 Download PDF

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KR20150135738A KR1020140184675A KR20140184675A KR20150135738A KR 20150135738 A KR20150135738 A KR 20150135738A KR 1020140184675 A KR1020140184675 A KR 1020140184675A KR 20140184675 A KR20140184675 A KR 20140184675A KR 20150135738 A KR20150135738 A KR 20150135738A
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Abstract

본 발명은 고로 슬래그를 사용하여 친환경적이면서 고강도의 특성을 발현할 수 있는 PHC 파일용 콘크리트 조성물과 상기 조성물을 이용하여 건물의 기초에 사용되는 PHC 파일을 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 단위결합재량 500~900kg/m3; 단위수량 100~140kg/m3; 단위잔골재량 500~900kg/m3; 및 단위굵은골재량 900~1300kg/m3를 포함하여 조성되고, 잔골재율은 32~45%이고, 굵은 골재는 최대 치수가 9~25mm이며, 잔골재는 조립율 2.4~3.4의 부순모래 및 콘크리트용 철강슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 30~99중량% 및 조립율 1.9~3.2의, 세척사, 강모래 및 산모래로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 1~70중량%로 포함하고, 결합재는 고로슬래그 30~70 중량%, 자극제 0.3~4.9중량%, 강도 증진재 5~25중량% 및 잔부 시멘트를 포함하며, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.8~2.0중량부의 양으로 폴리카르본산계 혼화제를 포함하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물과, 상기 조성물을 양생하여 PHC 파일을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

고로슬래그를 사용하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 PHC 파일의 제조방법{CONCRETE COMPOSITION FOR PHC PILE CONTAINING FURNACE BLAST SLAG AND THE METHOD FOR PREPARING PHC PILE BY USING THE SAME}
본 발명은 고로슬래그를 사용하여 친환경적이면서 고강도의 특성을 발현할 수 있는 PHC 파일용 콘크리트 조성물과 상기 조성물을 이용하여 건물의 기초에 사용되는 PHC 파일을 제조하는 방법에 관한 것이다.
PHC 파일이란 Pretensioned spun High strength Concrete의 약자로서, 원심력을 응용하여 만든 것으로서, 콘크리트의 압축강도가 78.5MPa 이상인 프리텐션 방식에 의한 고강도 말뚝을 말한다.
이렇게 PHC 파일은 KS F 4306에서는 압축강도를 78.5MPa 이상으로 규정하고 있으나, 생산 공장에서는 안전율을 고려하여 80MPa 이상의 고강도 특성을 발현해야 하는 제품으로 시멘트만을 사용하여 제조되고 있는데, 시멘트 양이 400kg/m3 이상의 부배합으로 되어있어 경제성이 떨어지고, 시멘트 생산 시 발생하는 CO2 량으로 인해 환경오염을 야기하고 있다.
이에, 종래부터 보다 저렴한 방법으로 친환경적이고 고강도를 확보할 수 있는 PHC 파일용 콘크리트 조성물에 대한 연구가 지속적으로 수행되어 왔다.
한편, 고로슬래그는 철강 산업 부산물로서 주성분이 CaO와 SiO2 등에 해당하여 시멘트와 그 조성이 유사하면서도 CO2를 발생시키지 않아 친환경 건설소재로 알려져 있다.
따라서, 최근에는 아파트 등 건축공사에 사용하는 레미콘의 경우에는 고로슬래그를 일부 사용하고 있다. 그런데, 고로슬래그는 시멘트와 달리 수화반응을 하지 않기 때문에, 충분한 초기 강도를 확보하기 어려워 PHC 파일과 같이 고강도 콘크리트를 제조할 경우에는 사용이 제한되어 왔다.
더욱이, PHC 파일의 경우 공장제작 제품이고, 작업성이 일반 레미콘과 달리 무슬럼프의 작업성을 필요로 하고, 파일 거푸집에 타설 시 점성이 너무 클 경우 성형성이 나빠지게 되므로, 고로슬래그가 사용되지 않고 있다.
본 발명은 고로슬래그를 활용하여 친환경성 및 경제성을 높이면서도, 높은 초기 강도와 우수한 작업성을 확보할 수 있는 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기한 콘크리트 조성물을 이용하여 간단하고, 용이한 공정을 통해 고강도의 PHC 파일을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 단위결합재량 500~900kg/m3; 단위수량 100~140kg/m3; 단위잔골재량 500~900kg/m3; 및 단위굵은골재량 900~1300kg/m3를 포함하여 조성되고, 잔골재율은 32~45%이고, 굵은 골재는 최대 치수가 9~25mm이며, 잔골재는 조립율 2.4~3.4의 부순모래 및 콘크리트용 철강슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 30~99중량% 및 조립율 1.9~3.2의, 세척사, 강모래 및 산모래로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 1~70중량%로 포함하고, 결합재는 고로슬래그 30~70 중량%, 자극제 0.3~4.9중량%, 강도 증진재 5~25중량% 및 잔부의 시멘트를 포함하며, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.8~2.0중량부의 양으로 폴리카르본산계 혼화제를 포함하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 자극제는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.1~7중량부의 양으로 포함될 수 있다.
상기 자극제는 나트륨계 자극제, 칼륨계 자극제 및 칼슘계 자극제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비하는 단계; 및 준비된 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 양생하는 단계를 포함하는 PHC 파일의 제조방법을 제공한다.
상기 양생하는 단계는, 15~30℃에서 1~3시간 동안 전치 양생하는 단계; 10~20℃/h의 승온 속도로 2~3시간 동안 승온하는 단계; 60~90℃에서 3~5시간 동안 양생하는 단계; 및 자연 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물은 고로슬래그를 사용함으로써, 원가 절감에 따른 경제적인 효과를 거둘 수 있을 뿐만 아니라, CO2 발생량을 현저하게 감소시켜, 환경 부담을 경감시킬 수 있다.
다만, 본 발명에서 제공하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물은, 배합비와 양생 조건을 최적화함으로써, 높은 초기 강도를 갖는 PHC 파일을 제조할 수 있고, 또한 우수한 작업성을 확보하여 PHC 파일의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 PHC 파일의 재령별 압축강도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 PHC 파일의 재령별 압축강도를 비교한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 PHC 파일의 재령별 압축강도를 비교한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2 내지 4에서 제조된 PHC 파일의 압축 강도를 비교한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 고로슬래그를 사용하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물과, 상기 조성물을 이용하여 PHC 파일을 제조하는 방법에 관한 것으로, PHC 파일을 제조하는 데에 사용되는 콘크리트 조성물에 철강산업에서 부산물로 발생되는 고로슬래그를 사용함으로써, 원가 절감에 따른 경제적인 효과를 거둘 수 있을 뿐만 아니라, CO2 발생량을 현저하게 감소시켜, 환경 부담을 경감시킬 수 있다.
다만, 고로슬래그는 통상 Ca, Si, Al 등의 이온을 포함하며, 상기 고로슬래그의 미분말에 물을 투입하게 되면, 미분말 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca2 +, Al2 + 등의 용출이 이루어지지 않아, 그 자체로 경화하는 성질이 약하고, 포틀랜드 시멘트와 혼합하는 경우, 수화생성물인 수산화칼슘 및 황산염이 생성된 이후에, 그에 의해 고로슬래그 미분말이 경화하는 특징이 있다.
이로 인해, 고로슬래그의 반응은 2차적으로 시작되어 수화반응이 조기에 일어나지 않게 되고, 그 결과, 초기 압축강도가 낮아, 거푸집 탈형 시기 지연 등의 문제를 초래하여 공기 지연을 야기하게 된다.
따라서, 본 발명에서와 같이 다량의 고로슬래그를 포함하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 경우에는, 초기 강도의 발현을 위해 화학 혼화제와 자극제를 사용하며, 상기 조성물에 포함되는 각 성분들의 배합비와 양생 조건 등을 최적화함으로써, 높은 초기 강도 및 우수한 작업성의 특성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 친환경 고강도 PHC 파일용 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 단위결합재량 500~900kg/m3; 단위수량 100~140kg/m3; 단위잔골재량 500~900kg/m3; 및 단위굵은골재량 900~1300kg/m3을 포함하여 조성된다.
이때, 상기 단위결합재량은 500~900kg/m3가 바람직하다. 단위결합재량이 500kg/m3 미만인 경우, 80MPa 이상의 압축강도를 확보하기 어려울 수 있고, 단위결합재량이 900kg/m3를 초과하는 경우, 상대적으로 고로슬래그의 함량이 높아져 콘크리트 조성물의 점성이 크게 증가함에 따라, 작업성이 문제될 수 있다.
또한, 상기 단위수량은 100~140kg/m3가 바람직하고, 단위수량이 100kg/m3 미만인 경우, 콘크리트 조성물의 유동성에 문제가 생겨 충진 불량 등의 문제가 발생하여 생산성이 크게 저하될 수 있고, 단위수량이 140kg/m3를 초과하는 경우, PHC 파일의 조직이 치밀하지 못하여 80MPa 이상의 압축강도를 확보하기 어려울 수 있다.
한편, 잔골재율(S/a)은 잔골재(S, 모래)와 굵은 골재(G, 자갈)를 합한 체적에 대한 잔골재의 체적비로서, 콘크리트 조성물의 작업성과 충진성을 결정하는 수치에 해당한다. 본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물에서는 상기 잔골재율이 32~45%인 것이 바람직하고, 잔골재율이 32% 미만인 경우, 작업성 및 충진성이 저하되어 제품 불량의 발생 빈도가 높아지게 되고, 잔골재율이 45%를 초과하는 경우, 작업성 및 충진성은 높아지나, 압축강도가 낮아져 문제가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물에 있어서, 잔골재는 조립율 2.4~3.4의 부순모래 및 콘크리트용 철강슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 30~99중량% 및 조립율 1.9~3.2의, 세척사, 강모래 및 산모래로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 1~70중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 굵은 골재의 최대 치수가 25mm를 초과하면 유동성 저하 및 골재 돌출의 영향이 크기 때문에, 그 치수는 25mm 이하가 바람직하되, 골재의 최대 치수가 강도에 영향을 미치는 효과를 최소화하고, 유동성의 개선을 위하여 최대 치수가 9~25mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물에 있어서, 결합재는 고로슬래그, 자극제, 강도 증진재 및 시멘트를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 결합재는 고로슬래그 30~70중량%, 자극제 0.3~4.9중량%, 강도 증진재 5~25중량% 및 잔부로 시멘트를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고로슬래그는 용광로 제선과정 중에서 발생하는 것으로서, 슬래그 배출 시에 고온 용융 상태의 고로 슬래그를 살수 급냉함으로써 5mm 미만의 비결정질 알갱이 상태로 형성되는 수재슬래그를 사용할 수 있고, 또는 예를 들어, 상기 수재슬래그를 분말화해 사용하는 것이 작업성을 보다 향상시킬 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그는 결합재 내에 30 내지 70중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 고로슬래그가 30 중량% 미만의 양으로 포함되는 경우, 시멘트의 대체 양이 상대적으로 감소하여 경제적 및 친환경적 효과가 미미할 수 있고, 고로슬래그가 70 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 경화 속도가 매우 느려져 초기의 압축강도가 현저히 저하될 수 있고, 점성의 상승으로 인한 작업성의 저하가 문제될 수 있다.
또한, 본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물은 시멘트 대체제로서 고로슬래그를 대량으로 사용함으로써 초기 강도가 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 결합재 내에 자극제를 0.3 내지 4.9중량%로 포함할 수 있다.
이때, 상기 자극제로는 나트륨계 자극제, 칼륨계 자극제 및 칼슘계 자극제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있고, 구체적으로 상기 나트륨계 자극제로는 탄산나트륨(Na2CO3), 수산화나트륨(NaOH) 또는 황산나트륨(Na2SO4)를 사용할 수 있고, 상기 칼륨계 자극제로는 수산화칼륨(KOH)를 사용할 수 있으며, 상기 칼슘계 자극제로는 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 자극제에 포함된 OH-, SO4 2 - 또는 CO3 2 - 등은 고로슬래그의 비결정질 피막을 파괴하여 고로슬래그 내의 Ca2 +, Al2 + 등의 용출이 용이하게 하고, 이렇게 용출된 이온들이 수화를 촉진하여 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성함으로써 경화가 시작되며, 또한, 잉여의 황산화물은 침상형의 구조를 갖는 에트링가이트(Ettringite) 수화 생성물(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)을 생성함으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 자극제는 결합재 내에 0.3 내지 4.9중량%의 양으로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는, 상기 결합재 내에 포함된 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.1 내지 7 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 자극제가 고로슬래그 100 중량부에 0.1 중량부 미만의 양으로 포함되는 경우, 충분한 초기 강도를 확보하기 어려울 수 있고, 7 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 급속 응결현상에 의해 콘크리트 조성물의 유동성을 저하시켜 작업성을 악화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물에서는 초기 강도의 발현을 증진시키기 위하여, 상기 강도 증진재가 결합재 내에 5 내지 25중량%로 포함될 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 강도 증진재의 종류나 그 조성은 특별히 한정하지는 않으나, 석고 계열의 혼합물로서 시판되고 있는 것을 사용할 수 있고, 구체적인 예를 들어, 시멘트사에서 제조된 제품이나, 또는 삼표사에서 제조된 HIA 제품을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 결합재 내에 잔부로 포함되는 시멘트의 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 일반 포틀랜트 시멘트를 사용하여도 충분한 강도를 확보할 수 있으므로, 이를 사용하는 것이 실용성 및 경제성 면에 측면에 있어서 바람직하다.
본 발명의 PHC 파일용 콘크리트 조성물은 시멘트 대체제로서 고로슬래그를 대량 사용함으로써 초기 강도가 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 상기 자극제와 함께 고성능감수제인 화학 혼화제를 포함할 수 있다.
이때, 상기 화학 혼화제는 결합재 100 중량부에 대하여 0.8~2.0중량부의 양으로 포함될 수 있고, 상기 화학 혼화제로는 폴리카르본산계 혼화제를 사용하는 것이, 일반 PHC 파일에 주로 사용되는 나프탈렌계 혼화제보다 감수력이 뛰어나며, 우수한 초기 강도를 확보할 수 있어 바람직하다.
이렇게 본 발명에서 제공되는 콘크리트 조성물은 결합재에 포함되는 시멘트의 상당량을 고로슬래그로 대체하여 사용함으로써, 원가 절감에 따른 경제적인 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 시멘트 제조 시 발생하는 CO2 양을 저감할 수 있어, 친환경적인 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로 상기 결합재의 30중량%의 양을 고로슬래그로 대체하여 사용하는 경우, 단위결합재량이 520kg/m3 일 때, 1m3의 PHC 파일 생산 시, CO2 발생량 중 156kg을 저감할 수 있고, 연간 200만m3로 PHC 파일을 생산하는 경우, 312,000톤 양의 CO2 발생을 저감시킬 수 있으며, 소나무 1그루당 연간 5kg의 CO2 를 흡수할 수 있으므로, 이는 소나무 6200만 그루를 심는 효과를 갖는다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에서 제공하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 이용하여 PHC 파일을 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 본 발명에서 제공하는 상기 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비하는 단계; 및 준비된 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 양생하는 단계를 포함한다.
단, 본 발명의 PHC 파일의 제조방법에서 사용하는 콘크리트 조성물은 상기한 본 발명에서 제공하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물에서 기재한 바와 동일하다.
본 발명의 PHC의 제조방법에서, 상기와 같이 PHC 파일용 콘크리트 조성물이 준비되면, 이에 대하여 상압 양생 공정을 수행할 수 있는데, 이때 양생하는 공정은 15~30℃에서 1~3시간 동안 전치 양생하는 단계; 10~20℃/h의 승온 속도로 2~3시간 동안 승온하는 단계; 60~90℃에서 3~5시간 동안 양생하는 단계; 및 자연 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전치 양생하는 단계는 시멘트 응결 확보를 위한 조건으로, 이 단계에서 온도가 너무 높거나 시간이 짧은 경우, 온도 상승 시 내외부 팽창에 의한 응력발생으로 미세균열이 발생하여 강도 증진을 방해하고 내구성을 악화시키게 될 수 있다. 다만, 본 발명에서는 결합재로서, 고로슬래그, 자극제, 강도 증진재 및 시멘트의 최적의 배합을 통해 응결시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 이로 인하여 본 발명에서의 전치 양생 공정은 15~30℃의 저온에서 1~3시간 시간 동안 내외부 팽창에 의한 응력 이상의 강도 확보가 충분하다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기한 전치 양생 공정 후, 연속하여 승온하는 공정을 수행할 수 있는데, 이때 승온 속도는 10~20℃/h가 바람직하고, 승온 속도가 10℃/h 미만인 경우, 생산성이 저하될 수 있고, 승온 속도가 20℃/h 를 초과하는 경우, 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기한 승온 공정 후, 이어서 60~90℃에서 3~5시간 동안 유지하며 양생하는 공정을 수행한 뒤, 서냉하는 공정을 수행할 수 있다. 이때, 상기 유지 온도가 90℃까지는 온도가 높을수록 압축강도가 증가하지만 그 이상의 경우 장기 재령의 압축강도가 저하되고 열손실이 크게 증가하여 에너지 낭비가 심하게 될 수 있고, 온도가 55℃ 이하가 되면 탈형강도 이하로 나올 가능성이 크다.
이렇게, 본 발명에서 제공하는 상기 콘크리트 조성물을 이용하여 제조되는 PHC 파일은 재령 7일 이내에 80MPa 이상의 높은 압축강도의 특성을 가지므로, 건물의 기초에 사용되기에 적합할 뿐만 아니라, 생산 공정에서 안전율을 보다 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
하기 표 1에 나타난 조건으로 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비한 뒤, 이를 45℃에서 2시간 전치 양생하고, 20℃/h의 승온 속도로 3시간 승온시킨 뒤, 최고 온도 85℃에서 3시간 유지한 후 자연 냉각하여 PHC 파일을 제작하였다. 이렇게 얻어진 PHC 파일의 압축강도를 양생 시간에 따라 측정해 그 결과를 도 1에 나타내었다.
이때, 상기 실시예에서의 PHC 파일의 제작 및 강도평가 방법은 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 1일, 7일에 측정하였다, 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정하여 나타내었다.
구분 W/B
(%)
S/a
(%)
단위 재료량(kg/m3)

(W)
잔골재
(S)
굵은
골재
(G)
결합재(B) 폴리카르본산계 화학 혼화제
(결합재 총 중량에 대하여 1.3중량%)
OPC 강도 증진재 자극제 고로
슬래그
실시예 1 25 39 130 717 1120 236 100 1.8 182 6.76
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 이용해 제조된 PHC 파일의 3가지 시험체 모두 1일 압축강도가 70MPa 이상이고, 7일 압축강도가 80MPa 이상으로, KS F 4306 기준 이상의 수준을 갖는 것을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은, 고로슬래그를 시멘트를 대체하여 다량 포함하여도, 높은 압축강도를 확보할 수 있어, 건설의 기초에 사용되는 PHC 파일에 적합한 것을 알 수 있다.
[실시예 2 내지 3 및 비교예 1]
하기 표 2에 나타난 조건으로 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비한 뒤, 이를 45℃에서 2시간 전치 양생하고, 20℃/h의 승온 속도로 3시간 승온시킨 뒤, 최고 온도 85℃에서 3시간 유지한 후 자연 냉각하여 PHC 파일을 제작하였다. 이렇게 얻어진 PHC 파일의 압축강도를 양생 시간에 따라 측정해 그 결과를 도 2에 나타내었다.
이때, 상기 각 실시예 및 비교예에서의 PHC 파일의 제작 및 강도평가 방법은 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 1일, 7일에 측정하였다, 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정하여 그 평균값을 나타내었다.
구분 W/B
(%)
S/a
(%)
단위 재료량(kg/m3)

(W)
잔골재
(S)
굵은
골재
(G)
결합재(B) 폴리카르본산계 화학 혼화제
(결합재 총 중량에 대하여 1.3중량%)
OPC 강도 증진재 자극제 고로
슬래그
실시예 2 25 39 130 717 1120 236 100 3.6
(Ca(OH)2)
180.2 6.76
실시예 3 25 39 130 717 1120 236 100 9
(Na2CO3)
174.8 6.76
비교예 1 25 39 130 717 1120 236 100 - 183.8 6.76
도 2에서 보는 바와 같이, 결합재 내에 고로슬래그를 포함함에도 자극제를 포함하지 않는 비교예 1은 7일 압축강도가 80MPa 미만에 해당하지만, 각각 수산화칼슘과 탄산나트륨을 자극제로 사용한 실시예 2 및 3은 모두 7일 압축강도가 80MPa 이상에 해당하여 PHC 파일로 적합한 것을 볼 수 있다.
더욱이, 자극제를 고로슬래그의 함량에 대하여 5중량%의 양으로 사용한 실시예 3이 자극제를 고로슬래그의 함량에 대하여 2중량%의 양으로 사용한 실시예 2보다 1일 및 7일 압축강도가 모두 향상된 것을 볼 수 있는바, 본 발명의 범위 내의 자극제 함량 범위에서는 그 함량이 증가할수록 압축강도가 증가하는 것을 볼 수 있다.
[실시예 1 및 비교예 2 내지 4]
단위결합재량에 따르는 PHC 파일의 압축강도의 변화를 알아보기 위하여, 하기 표 3에 나타난 조건으로 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비한 뒤, 이를 45℃에서 2시간 전치 양생하고, 20℃/h의 승온 속도로 3시간 승온시킨 뒤, 최고 온도 85℃에서 3시간 유지한 후 자연 냉각하여 PHC 파일을 제작하였다. 이렇게 얻어진 PHC 파일의 압축강도와, 상기 실시예 1에서 얻어진 PHC 파일의 압축강도를 양생 시간에 따라 측정해 그 결과를 도 3에 나타내었다.
이때, 상기 각 실시예 및 비교예에서의 PHC 파일의 제작 및 강도평가 방법은 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 1일, 7일에 측정하였다, 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정하여 그 평균값을 나타내었다.
구분 W/B
(%)
S/a
(%)
단위 재료량(kg/m3)

(W)
잔골재
(S)
굵은
골재
(G)
결합재(B) 폴리
카르본산계 화학 혼화제
(결합재 총 중량에 대하여 1.3중량%)
OPC 강도 증진재 자극제 고로
슬래그
비교예 2 26.5 39 130 717 1120 395.77 94.23 - - 6.37
비교예 3 26.5 39 130 717 1120 247.27 94.23 1.5 147 6.37
비교예 4 26.5 39 130 717 1120 197.77 94.23 2 196 6.37
도 3에서 보는 바와 같이, 단위결합재량이 490kg/m3에 해당하는 경우, 결합재로 일반 시멘트를 사용한 비교예 2는 7일 압축강도가 80MPa에 해당하지만, 고로슬래그를 각각 30중량% 및 40중량%로 포함하는 결합재를 사용하는 경우, 7일 압축강도가 80MPa에 현저히 미달하여 PHC 파일로서 기능하기에 충분히 높은 강도를 확보하지 못하는 것을 볼 수 있다.
다만, 본 발명의 범위에 속하는 것으로 단위결합재량이 520kg/m3이며, 고로슬래그를 결합재 내에 대략 35중량%로 포함하는 콘크리트 조성물을 이용해 제조된 실시예 1의 PHC 파일은 7일 압축강도가 80MPa 이상에 해당하여, PHC 파일로 사용하기에 충분한 강도를 확보할 수 있는 것을 볼 수 있다.
[실시예 4 내지 6]
하기 표 4에 나타난 조건으로 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비한 뒤, 이를 45℃에서 2시간 전치 양생하고, 20℃/h의 승온 속도로 3시간 승온시킨 뒤, 최고 온도 85℃에서 3시간 유지한 후 자연 냉각하여 PHC 파일을 제작하였다. 이렇게 얻어진 PHC 파일의 압축강도를 양생 시간에 따라 측정해 그 결과를 도 4에 나타내었다. 이때, 하기 표 4의 철강슬래그 함량은, 잔골재에 포함되는 콘크리트용 철강슬래그의 부순모래에 대한 비율을 %로 나타낸 것이다.
구체적으로, 상기 잔골재는 조립율 3.0의 부순모래 및 콘크리트용 철강슬래그로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나 이상을 90중량% 및 세척사 10중량%를 포함하고 있다. 이때, 실시예 4는 조립율 3.0의 부순모래 90중량% 및 세척사 10중량%를 포함하고, 실시예 5는 조립율 3.0의 부순모래 45중량%, 콘크리트용 철강슬래그 45중량% 및 세척사 10중량%를 포함하고, 실시예 6은 콘크리트용 철강슬래그 90중량% 및 세척사 10중량%를 포함하도록 잔골재를 제조하였다.
이때, 상기 각 실시예에서의 PHC 파일의 제작 및 강도 평가 방법은 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 준하여 평가하였으며, 압축강도는 1일, 7일에 측정하였다. 각 측정일에 시험체를 3개씩 측정하여 그 평균값을 나타내었다.
구분 W/B
(%)
S/a
(%)
단위 재료량(kg/m3)

(W)
잔골재
(S)
철강슬래그 함량(%) 굵은
골재
(G)
결합재(B) 폴리
카르본산계 화학 혼화제
(결합재 총 중량에 대하여 1.3중량%)
OPC 강도 증진재 자극제 고로
슬래그
실시예 4 25 39 130 717 0 1120 236 100 1.8 182 6.76
실시예 5 25 39 130 717 50 1120 236 100 1.8 182 6.76
실시예 6 25 39 130 717 100 1120 236 100 1.8 182 6.76
도 4에서 보는 바와 같이, 잔골재에 포함되는 부순모래가 0%(실시예 4), 50%(실시예 5) 및 100%(실시예 6)의 비율로 콘크리트용 철강슬래그로 치환된 각각의 경우, 7일 압축 강도가 80MPa를 초과하는 결과를 나타내고 있어, PHC 파일로 기능하기에 충분히 높은 강도를 확보하고 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (5)

  1. 단위결합재량 500~900kg/m3;
    단위수량 100~140kg/m3;
    단위잔골재량 500~900kg/m3; 및
    단위굵은골재량 900~1300kg/m3를 포함하여 조성되고,
    잔골재율은 32~45%이고,
    굵은 골재는 최대 치수가 9~25mm이며,
    잔골재는 조립율 2.4~3.4의 부순모래 및 콘크리트용 철강슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 30 내지 99중량% 및 조립율 1.9~3.2의, 세척사, 강모래 및 산모래로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 1~70중량%로 포함하고,
    결합재는 고로슬래그 30~70 중량%, 자극제 0.3~4.9중량%, 강도 증진재 5~25중량% 및 잔부의 시멘트를 포함하며,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.8~2.0중량부의 양으로 폴리카르본산계 혼화제를 포함하는 PHC 파일용 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자극제는 고로슬래그 100 중량부에 대하여 0.1~7중량부의 양으로 포함되는 PHC 파일용 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 자극제는 나트륨계 자극제, 칼륨계 자극제 및 칼슘계 자극제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 PHC 파일용 콘크리트 조성물.
  4. 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 준비하는 단계; 및
    준비된 PHC 파일용 콘크리트 조성물을 양생하는 단계를 포함하는 PHC 파일의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 양생하는 단계는,
    15~30℃에서 1~3시간 동안 전치 양생하는 단계;
    10~20℃/h의 승온 속도로 2~3시간 동안 승온하는 단계;
    60~90℃에서 3~5시간 동안 양생하는 단계; 및
    자연 냉각하는 단계를 포함하는 PHC 파일의 제조방법.
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