KR20180010529A

KR20180010529A - 골재미분말을 함유한 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 및 이를 이용한 제조방법

Info

Publication number: KR20180010529A
Application number: KR1020160092779A
Authority: KR
Inventors: 강수태
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-31

Abstract

본 발명은 골재미분말을 함유한 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트, 물, 혼화재, 잔골재, 골재미분말, 감수제, 소포제 및 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 포함하여 배합됨을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.

Description

골재미분말을 함유한 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 및 이를 이용한 제조방법{HIGH PERFORMANCE CEMENTITIOUS COMPOSITES CONTAINING AGGREGATE POWDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

1970년대 후반부터 급격하게 증가한 건설수요는 콘크리트 시장을 급속히 팽창시켰으며, 콘크리트 생산 시 필요한 골재의 수요 또한 크게 증가시켰다. 건설산업의 초반에는 대부분 하천골재를 콘크리트 배합용 골재로 사용하였으나, 장기간에 걸친 대량 사용으로 인해 현재는 하천골재가 많이 부족한 상태에 이르렀다. 이러한 하천골재의 부족현상으로 인해 석산에서의 채석을 통한 부순골재의 사용이 불가피하게 되었으며, 현재는 콘크리트에 사용되는 골재 중 부순골재가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 채석을 통해 일차적으로 부순 굵은골재를 생산하는 과정에서 석분 및 석분슬러지의 부산물이 발생하며, 이 때 발생하는 석분은 원석의 약 30%를 차지한다. 그리고 석분으로부터 다시 부순 잔골재를 생산하게 되는데 이 때 석분의 30% 내외로 골재미분말이 발생하게 된다.

또한, 시멘트를 기본으로 하는 복합체(콘크리트, 모르타르, 숏크리트, 그라우트 등)는 일반적으로 압축에는 강하나 인장에는 약한 취성적 성질과 타설 직후 가소성의 유동체로 응결, 경화되면서 대개 수축에 의한 균열이 발생하게 된다. 시멘트 복합체에서 발생하는 균열은 여러 가지 복합적인 원인에 의해 발생되지만 그 중에서 가장 큰 영향은 건조수축 및 소성수축에 의한 균열이다. 이러한 균열은 구조물의 기계적 성질 및 내구성을 약하게 할 뿐 아니라 공동주택 주차장 바닥(주택 포함)이나 건물 바닥의 경우 균열로 인해 들뜸, 방수, 보수, 보강 등에 심각한 문제를 발생하게 된다. 또한, 시멘트를 원료로 사용한 콘크리트를 사용하는 대형 구조물, 도로에서의 균열은 심각한 대형사고의 문제점을 유발하게 된다. 종래에는 이러한 균열을 방지하고자 공동주택이나 공장바닥, 주차장, 도로 등에 사용되는 시멘트 복합체에 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐알코올 섬유 등의 합성수지 장섬유를 보강섬유로 사용하였다. 이러한 합성수지 장섬유는 그 직경이 1 내지 50×10^-3㎜ 아스펙트비(aspect ratio)가 150 내지 500 정도이며, 섬유 직경이 크면 분산성은 좋아지나 시멘트의 부착면적이 낮아져서 시멘트와의 부착력이 낮아진다. 또한 폴리프로필렌 섬유와 같은 소수성 합성수지 장섬유는 이를 보강섬유로 사용한 시멘트 복합체의 변형시 소위 '뽑힘' 현상이 발생하는여 섬유의 인장저항력이 떨어지는 문제점이 있으며, 폴리비닐알코올 섬유와 같은 친수성 합성수지 장섬유는 시멘트 복합체와의 부착력이 너무 커서 오히려 균열과 함께 섬유가 파단되어 균열제어 및 취성완화의 역할을 수행하는데 어려움이 있다.

뿐만 아니라, 합성수지재 장섬유는 0.5부피% 이상으로 시멘트 복합체에 증가되어 사용될 경우에는 합성섬유를 낱개로 콘크리트 내에 분산하기가 어려우며, 분산되더라도 슬럼프 손실이 많이 발생하고, 분산의 형태도 혼합 초기에 섬유볼 형태로 분산되기가 쉬워서 최종 양생된 콘크리트의 압축강도, 휩강도 등의 저하가 발생한다.

또한 시멘트와의 부착성을 개선시키기 위하여 굴곡형, 커필링 처리 등의 가공처리를 하여도 시멘트 복합체에 혼합 전부터 섬유간에 엉킴이 발생하고, 섬유볼 현상이 더욱 두드러진다.

한편, 입경 0.08 mm 이하의 골재미분말은 많은 양이 사장되거나 석분더미로 방치되거나 매립되어 석산 주변의 재해 및 환경문제를 유발할 가능성이 높아 다양하게 활용되지 못하고 있었으나, 이를 고부가가치의 콘크리트 또는 시멘트 기반 재료에 활용한다면 보다 경제적인 콘크리트 및 시멘트 기반 재료의 제조가 가능할 것이며, 현재 방치되거나 매립되어 유발하고 있는 환경문제를 해결할 수 있을 것으로 예상하여 본 발명을 개발하였다.

본 발명의 하나의 목적은 시멘트, 물, 혼화재, 잔골재, 골재미분말, 감수제, 소포제 및 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 포함하여 배합됨을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 더 높은 인장강도의 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유를 추가적으로 시멘트 복합체에 혼합함으로써 섬유의 인장력이 발휘되어 시멘트 복합체의 취성파괴를 방지하거나 저감할 수 있는 시멘트 복합체를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 목적은 시멘트, 물, 잔골재, 골재미분말을 포함하는 시멘트 조성물; 및 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재는 상기 시멘트 복합체 조성물의 전체 부피(%)에 대하여 0.5부피% 내지 3부피%로 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 잔골재는 평균입경 0.15∼2.5mm이며, 골재미분말은 평균입경 0.01∼0.08mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 시멘트 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30∼50 중량부; 잔골재 20∼50 중량부 및 골재미분말 2∼15 중량부를 포함하고, 상기 시멘트 복합체 조성물은 혼화재, 감수제 또는 소포제 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함한다.

본 발명의 또다른 일실시예에 있어서, 상기 혼화재는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼30 중량부로 포함되고, 상기 감수제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼1.5 중량부로 포함되고, 상기 소포제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼1 중량부로 포함되는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 (a)시멘트, 물, 잔골재 및 골재미분말을 포함하는 시멘트 복합체 조성물을 준비하는 단계; (b)상기 시멘트 복합체 조성물에 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 투입하는 단계; (c)상기 시멘트 복합체 조성물을 교반하는 단계; 및 상기 (a)단계 후, 상기 시멘트 복합체 조성물에 혼화재, 감수제 또는 소포제 중 적어도 어느 하나 이상을 투입하는 단계;를 더 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법에 관한 것으로, 상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30∼50 중량부, 잔골재 20∼50 중량부, 골재미분말 2∼15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 혼화재 0 초과∼30 중량부, 감수제 0 초과∼1.5 중량부 및 소포제 0 초과∼1 중량부를 더 포함한다. 또한, 상기 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재는 시멘트 복합체 조성물의 전체 부피(%)에 대하여 0.5부피% 내지 3부피%로 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 잔골재는 평균입경 0.15∼2.5mm이며, 골재미분말은 평균입경 0.01∼0.08mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 추가적으로 혼합하여 제조된 시멘트 복합체는 섬유의 인장력이 발휘됨으로 인해 시멘트 복합체의 취성파괴를 방지하거나 저감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 입경 0.01∼0.08mm의 골재미분말에 관한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 직접인장실험도구에 관한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌(PE) 섬유를 혼입한 고인성 시멘트 복합체의 인장거동에 관한 데이터이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 골재미분말 사용량에 따른 유동성(플로우) 값에 관한 데이터이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 골재미분말 사용량에 따른 압축강도에 관한 데이터이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 초기균열발생강도 및 극한인장강도를 확인한 데이터이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 인장변형률을 확인한 데이터이다.

본 발명은 시멘트, 물, 잔골재, 골재미분말을 포함하는 시멘트 조성물 및 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물을 제공한다.

콘크리트는 가장 많이 사용되는 시멘트 복합체 건설재료 중의 하나로서, 시멘트와 골재를 물과 혼합하여 수화 반응을 거쳐 경화되는데, 이때 콘크리트는 선조수축 및 소성수축 균열과 수화열에 의한 온도균열이 발생된다.

이와 같이 콘크리트에 발생하는 미세한 균열은 콘크리트에 미치는 영향이 상당히 크게 되는데, 콘크리트의 수밀성을 감소시키고, 유해물질의 침투에 의한 열화현상이 가속화된다. 이와 같은 영향으로 콘크리트 구조물의 내구수명은 물론, 최종적으로 구조적 성능저하가 가속화되는 현상이 나타나고 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하지만, 그 이외에도 시중에서 구입할 수 있는 다양한 종류의 시멘트를 모두 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 혼화재는 플라이애쉬를 함유하는 것으로서, 상기 시멘트에 추가로 포함할 수 있다.

플라이애쉬로는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬 때 불연 부분이 용융상태로 부유한 것을 냉각 고화시켜 채취한 미분탄재를 사용할 수 있다. 상기 플라이애쉬는 KS L 5405 규격에 준하는 밀도가 1.95kg/㎥ 이상이고, 비표면적이 3,000㎠/g 이상인 것을 사용할 수 있다. 또한 플라이애쉬는 표면이 매끈한 구형 입자이기 때문에 볼 베어링 작용을 하여 콘크리트의 워커빌리티, 즉 유동성을 좋게 하고, 콘크리트 속에서 물에 녹아있는 수산화 칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성한 것으로 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다.

콘크리트 혼화용 감수제(water-reducing agent)는 시멘트 입자를 고르게 분산시켜 수화(水和) 효과를 높여주며 콘크리트의 작업성을 개선하고 동결융해 저항성(freezing-thawing resistance)을 향상시키며 감수효과에 의한 시멘트 사용량의 절감 및 초기 강도확보를 위하여 사용되는 콘크리트 혼화제의 일종이다.

콘크리트 혼화용 감수제는 그 화학성분에 따라 리그닌계, 폴리올계, 옥시유기산염계, 폴리카르본산계, 알킬아릴설폰산 염계, 멜라민계, 나프타렌계 등으로 분류되고 있으며 통상 감수제의 감수율이 10~15인데 대하여 감수율이 20~30인 것을 고성능 감수제라 하며, 화학성분이 분자내의 카르복실기(-COOH)를 2개 이상 갖고 있는 것을 폴리카르본산계라 한다.

고성능감수제는 그 종류에 따라 시멘트 입자에 흡착되는 형태가 다르며 이들 흡착형태의 차이는 시멘트입자의 분산성 및 분산안정성에 크게 영향을 미친다. 예를들면 나프탈렌계와 멜라민계는 강직한 분자구조를 가지므로 봉상(rod)의 흡착형태를 가지는 것으로 추정되는 반면 폴리카르본산계 고성능감수제는 비교적 유연한 분자구조를 가지므로 시멘트 입자에 흡착될 경우 고리(loop) 형태를 형성하여 전체적으로 빗살 형태를 가질 것으로 추정된다. 따라서 고분자 사슬이 공간상에 입체적으로 퍼짐에 따라 입체 반발력을 발생하여 분산을 이루게 된다. 즉 폴리카르본산계 고성능감수제는 COO- 의 음이온에 의한 전기적 반발력과 주쇄 혹은 측쇄에 의한 입체 효과가 상승적으로 작용하여 보다 적은 사용량으로도 높은 감수효과를 나타내며 우수한 유동성 유지율을 나타낼 수 있다. 시멘트 입자표면에 고리형으로 흡착한 폴리카르본산은 수화반응이 진행됨에 따라 흡착층이 매몰되어도 고분자 사슬의 세그멘트(segment) 밀도가 일 정치 이하가 될 때까지는 반발력이 유지되고, 전기적 반발력에 의한 분산성에만 의존하는 나프탈렌계 및 멜라민계와는 달리 장시간 유동성이 유지될 수 있다. 초기 분산성과 분산유지성을 동시에 만족시키기 위해서는 시멘트입자 주위에 형성되는 전기 이중층에 의한 전기적 반발력이 극대화되거나 시멘트입자에 대한 흡착형태가 봉형이 아닌 입체적인 흡착 형태를 가지는 고성능감수제를 사용하는 것이 더 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.

본 발명의 소포제는 몰탈 내의 연행공기의 발생으로 인한 거대 기공을 제거하여 공기량의 증가를 감소시키기 위하여 첨가되고, 몰탈의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용된다. 상기 소포제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 내지 1 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 소포제의 사용량은 1 중량부 미만으로 사용하면 충분한 기포억제효과를 얻을 수 없다. 상기 소포제로는 등유, 파라핀 등과 같은 광유계 소포제, 동식물유,참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제, 올레인사,스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 간은 지방산계 소포제, 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울에이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제, 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류, (폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제, 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제, 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제, 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제, 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제, 디메틸실리콘유, 실리콘 페이슷, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산). 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.

본 발명의 시멘트 복합체에 있어서 골재는 일반적으로 콘크리트용으로 알려진 것을 사용할 수 있으며, 잔골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 0.15mm 내지 2.5㎜, 보다 바람직하게는 1mm 이하인 것을 사용할 수 있으며, 절대건조밀도 2.5g/㎤ 이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하, 마모율 40% 이하인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 시멘트 복합체에 있어서 잔골재는 규사 및 골재미분말인 것이 바람직하며, 골재미분말을를 0 중량% 내지 30 중량%로 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 시멘트 복합체에 있어서 골재미분말은 일반적으로 콘크리트용 골재생산 목적의 암석을 사용할 수 있으며, 평균입경이 0.01 내지 0.08mm이하, 시멘트 100중량부에 대하여 2중량부 내지 15중량부인 것이 바람직하다.

이에 따라 본 발명은 기존의 일반 콘크리트 조성물을 이용하여 섬유보강재를 포함하는 시멘트 복합체를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 사용 가능한 섬유 보강재는 고장력 폴리에틸렌(High Strength PE/HSPE) 섬유로서, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra Hight Molecular Weight PE/UHMWPE) 섬유라고 부르기도 한다. 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE)은 선형 폴리에틸렌으로 매우 분자량이 큰 재료이며, 이것의 평균 분자량은 고밀도 폴리에틸렌 분자량의 10배 정도이다. 종래의 범용 폴리에틸렌을 섬유로 만들면 10GPa 정도의 탄성계수 밖에 얻지 못하지만, 초고분자량 폴리에틸렌을 젤방사법에 의해 섬유를 만들면 10배에 달하는 100GPa 정도의 탄성률을 얻을 수 있다. 기존의 고인성 섬유보강 시멘트 복합체에서는 폴리비닐알코올(PVA) 섬유의 표면을 소수성으로 표면개질하여 주로 사용하여 왔으며, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유의 일반적인 강도 및 탄성계수는 800∼1,600MPa 및 30GPa 내외로 일반적으로 많이 사용되어졌다. 또한, 폴리프로필렌(PP) 섬유는 가격이 저렴하지만 인장강도는 600MPa 내외, 탄성계수 5GPa 내외로 낮아서 고강도 매트릭스에 사용하기에는 부적절하므로, 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유를 사용하고, 비중은 0.97인 것이 바람직하다.

시멘트 복합체 조성물에서 섬유보강재의 총 혼입률은 0.5부피% 내지 3부피%인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 1.5부피%인 것이 바람직하며, 섬유보강재의 총 혼입률은 0.5부피% 미만이면 섬유보강재로 인한 시멘트 복합체의 균열제어 효과와 인장 성능 개선효과가 미비해지고, 섬유보강재의 총 혼입률이 3 부피%를 초과하면 섬유보강재들이 시멘트 복합체 조성물 내에서 균일하게 분산되지 못하여 오히려 시멘트 복합체 조성물 내부의 공극을 증가시켜 시멘트 복합체의 균열 억제 기능과 인장 성능이 감소하는 결과를 초래할 수 있다.

본 발명은 또한 (a)시멘트, 물, 잔골재 및 골재미분말을 포함하는 시멘트 복합체 조성물을 준비하는 단계; (b)상기 시멘트 복합체 조성물에 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 투입하는 단계; (c)상기 시멘트 복합 조성물을 교반하는 단계; 및 상기 (a)단계 후, 상기 시멘트 복합체 조성물에 혼화재, 감수제 또는 소포제 중 적어도 어느 하나 이상을 투입하는 단계;를 더 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법을 제공한다.

본 발명의 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법으로서, 상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30∼50 중량부, 잔골재 20∼50 중량부, 골재미분말 2∼15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 혼화재 0 초과∼30 중량부, 감수제 0 초과∼1.5 중량부 및 소포제 0 초과∼1 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재는 시멘트 복합체 조성물의 전체 부피(%)에 대하여 0.5부피% 내지 3부피%로 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 잔골재는 평균입경 0.15∼2.5mm이며, 골재미분말은 평균입경 0.01∼0.08mm인 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예 .

(1) 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조

시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, [표 1]은 본 발명의 실시예에 사용된 시멘트의 역학적 특성 및 화학적 성분을 나타낸다.

본 발명의 실시예에서 고성능 감수제의 사용량은 시멘트 중량의 0.07%를 적용하였으며, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE) 섬유보강 콘크리트의 양호한 작업성 확보 및 폴리에틸렌(Polyethylene: PE) 섬유의 분산성 확보를 위하여 증점제 시멘트 0.05중량% 및 소포제를 시멘트 0.05중량% 적용하였고, 고성능 감수제는 각각 0.07, 0.08, 0.1%를 적용하였다.

(2) 배합설계 및 제작

섬유보강시멘트복합체	시멘트 복합 단위질량(kg/m³)
섬유보강시멘트복합체	물	시멘트	잔골재(규사)	골재 미분말	PE섬유보강재
Plain ECC	426	1217	483	0	14.55
ECC-SP10	426	1217	434	48	14.55
ECC-SP20	426	1217	386	96	14.55
ECC-SP30	426	1217	338	145	14.55

배합은 물: 시멘트= 1: 0.35 비율을 적용하여 우선 믹서기에 시멘트와 잔골재(규사)를 투입한 후 저속으로 물을 섞지 않고 비벼주는 건비빔을 실시한 후, 배합수를 투입하여 비빔을 추가적으로 실시한다. 그런 후에, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE) 섬유보강재를 투입하고 약간의 비빔 후, 고성능 감수제를 투입하여 고속으로 비빔을 실시하면서 증점제 시멘트 0.05중량%을 적정량 투입하여 반죽질기와 섬유의 균일한 분산을 얻을 수 있도록 한다. 마지막으로 소포제 시멘트 0.05중량%을 투입하여 저속으로 비비기를 실시하여 갇힌 공기들을 제거하였다.

또한, 시험을 위한 공시체는 실험변수별 50mm×50mm×50mm 크기의 정육면체 압축공시체 3개와 도 2에서 보는 바와 같은 직접인장 실험체 5개를 제작하였다.

(3) 시험방법

[압축강도 시험]

압축강도 시험은 KS L 5105 (수경성 시멘트 모르타르 압축강도 시험방법)에 준하여 50mm×50mm×50mm 크기의 정육면체 압축 공시체를 이용하였으며 Shimadzu사의 만능재료 시험기를 사용하여 재하속도 0.1mm/min의 속도로 하중을 재하하여 측정하였다.

[직접인장 실험]

고인성 섬유보강 콘크리트의 역학적 성능 중 가장 중요한 것은 인장거도동에서의 변형률 성능이므로, 본 발명의 실시예에서는 직접인장실험을 통해 거동특성을 파악하고 섬유혼입률에 따른 인성능력의 변화를 살펴보았다(도 2참고). 실험은 재하용량 100kN의 만능재료시험기(UTM)를 사용하여 실시하였고, 재하속도 0.005mm/sec의 변형제어 방식으로 실험을 진행하였으며, LVDT를 설치한 게이지 길이는 60mm로 하였다.

(4) 실험결과

[고인성 시멘트 복합체의 인장거동]

폴리에틸렌(Polyethylene: PE) 섬유보강재 1% 및 치환율 10%의 골재 미분말을 혼입한 경우의 고인성 시멘트 복합체의 인장거동에 대해 실험한 결과 초기균열이 발생한 이후 많은 미세균열들이 생성되면서 인장응력이 증가하는 상승구간인 변형률경화현상이 현저하게 나타나며, 최대 인장강도에서의 극한변형률도 약 4% 정도로 크게 나타났다. 일반적인 콘크리트의 극한변형률이 약 0.2~0.3% 임을 고려하면 약 10~20배 정도 큰 인장변형률임을 알 수 있다(도 3참고).

[고인성 시멘트 복합체의 플로우값]

고인성 시멘트 복합체의 플로우값을 측정(도 4참고)하였으며, 플로우값은 여러가지 조건에서의 분체와 부피가 큰 고형물의 성질과 유동 특성을 잘 나타내는 것으로, 실제시료를 직접 측정하였으며 골재 미분말 치환율이 증가함에 따라 유동성이 저하되는 결과를 확인하였다. 그러나, 이는 작업성을 크게 저하하는 정도가 아니며, 고성능 감수제 사용량의 정도를 조절함에 따라 제어가 가능한 것을 확인할 수 있었다.

[고인성 시멘트 복합체의 압축강도]

고인성 시멘트 복합체의 압축강도에 관한 것으로, 본 발명은 골재미분말을 사용하였으며, 고인성 시멘트 복합체의 강도변화가 없음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 본 발명의 골재미분말을 사용할 경우, 고인성 시멘트 복합체의 강도변화가 없으며 골재미분말은 많은 양이 사장되거나 석분더미로 방치 및 매립되어 석산 주변의 재해 및 환경문제를 유발하는 것을 개선하여 환경문제를 해결할 수 있는 효과가 있고 보다 경제적인 콘크리트 및 시멘트 기반 재료의 제조가 가능한 것을 의미한다(도 5참고).

[초기균열발생 및 극한인장강도]

고인성 시멘트 복합체의 초기균열발생 및 극한인장강도에 관한 것으로, 초기균열발생강도는 다소 감소하는 경향을 보이지만, 극한인장강도는 골재미분말 10%에서는 약간 증가하고, 그 이상에서는 약간 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 골재미분말을 사용함으로 인해 초기균열발생에서 강도는 감소하지만, 극한인장강도에서는 강도의 많은 변화가 없으므로 초기균열발생강도와 극한인장강도 사이의 간격이 커지므로 그 사이에서 응력증가 구간에서 다수의 미세균열을 생성할 수 있어서 연성 및 인성 능력을 크게 향상됨을 의미하여 따라서 보다 성능이 향상된 고인성 시멘트 복합체의 제조가 가능함을 의미한다(도 6참고).

[인장변형률]

고인성 시멘트 복합체의 인장변형률에 관한 것으로, 고인성 시멘트 복합체가이 당겨질 때 그 재료가 얼마나 강하며 얼마나 잘 늘어나는지에 관한 인장강도(Tensile Strength)를 알아보기 위한 시험이다. 본 발명의 고인성 시멘트 복합체의 인장변형률은 골재미분말 10%에서 인장값이 크게 향상되었으며, 20% 및 30%에서도 약 30% 이상이 향상되었음을 확인하였다(도 7참고).

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

시멘트, 물, 잔골재, 골재미분말을 포함하는 시멘트 조성물; 및 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재는 상기 시멘트 복합체 조성물의 전체 부피(%)에 대하여 0.5부피% 내지 3부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 잔골재는 평균입경 0.15∼2.5mm이며, 골재미분말은 평균입경 0.01∼0.08mm인 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 시멘트 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30∼50 중량부; 잔골재 20∼50 중량부 및 골재미분말 2∼15 중량부를 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 시멘트 복합체 조성물은 혼화재, 감수제 또는 소포제 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
제 5항에 있어서,
상기 혼화재는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼30 중량부로 포함되고,
상기 감수제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼1.5 중량부로 포함되고,
상기 소포제는 시멘트 100 중량부에 대하여 0 초과∼1 중량부로 포함되는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물.
(a)시멘트, 물, 잔골재 및 골재미분말을 포함하는 시멘트 복합체 조성물을 준비하는 단계;
(b)상기 시멘트 복합체 조성물에 고장력 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재를 투입하는 단계;
(c)상기 시멘트 복합체 조성물을 교반하는 단계; 및
상기 (a)단계 후, 상기 시멘트 복합체 조성물에 혼화재, 감수제 또는 소포제 중 적어도 어느 하나 이상을 투입하는 단계;를 더 포함하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30∼50 중량부, 잔골재 20∼50 중량부, 골재미분말 2∼15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 시멘트 복합체 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 혼화재 0 초과∼30 중량부, 감수제 0 초과∼1.5 중량부 및 소포제 0 초과∼1 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 폴리에틸렌(PE) 섬유보강재는 시멘트 복합체 조성물의 전체 부피(%)에 대하여 0.5부피% 내지 3부피%로 포함하는 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 잔골재는 평균입경 0.15∼2.5mm이며, 골재미분말은 평균입경 0.01∼0.08mm인 것을 특징으로 하는 고인성 섬유보강 시멘트 복합체 조성물 제조방법.