KR20180045600A

KR20180045600A - 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 고강도 콘크리트 조성물 및 이의 생산방법

Info

Publication number: KR20180045600A
Application number: KR1020160140145A
Authority: KR
Inventors: 박찬규; 정재홍; 김중수
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-05-04

Abstract

본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 저점도의 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물과 이의 바람직한 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물은, pH 7.5~10의 고pH 실리카퓸을 사용하여 굳지않은 시멘트계 조성물의 점성을 약 20~50% 감소시키며, 그 결과 콘크리트의 흐름성과 펌핑성을 증대시킨다는데 특징이 있다.
본 발명에 따른 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물의 생산방법은, 실리카퓸과 탈이온수(deionized water)을 1:4의 중량비로 혼합한 용액의 pH를 측정한 후, pH가 7.5~10인 실리카퓸을 선별하여 사용하면서 생산하는 것을 특징으로 한다.

Description

고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물 및 이의 생산방법{Low Viscosity Cement Compound Mixed with High pH Silica-Fume and Producing Method thereof}

본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 저점도의 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 pH 7.5~10의 고pH 실리카퓸 사용으로 굳지않은 시멘트계 조성물의 점성을 약 20~50% 감소시켜 흐름성과 펌핑성을 증대시킨 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물과 이의 바람직한 생산방법에 관한 것이다.

통상 페이스트는 결합재, 물, 기타 화학혼화제(감수제, 수축저감제 등) 등으로 구성되고, 모르타르는 페이스트에 잔골재를 더 혼입하여 구성되고, 콘크리트는 이 모르타르에 굵은골재를 더 혼입하여 구성되는데, 이들 페이스트, 모르타르, 콘크리트는 경화반응으로 굳어지면서 경화체가 된다. 여기서 결합재로 시멘트를 주로 사용하면 시멘트계 경화체가 된다.

한편 시멘트계 경화체용 조성물은 압축강도 증가, 내염해성 증가 등을 위해 일반적으로 낮은 물-결합재비를 사용한다. 더불어 경화체 조직을 더 치밀하게 하기 위해 매우 작은 입자의 분체를 더 혼입하기도 하는데, 대표적인 것으로 실리카퓸이 있다.

실리카퓸은 주로 전기로에서 금속 규소나 규소 철을 생산하는 과정에서 부산물로 생성되는 매우 미세한 포졸란계 재료로서, 대부분 무정형의 규소로 이루어져 있다. 실리카퓸의 물리적 성질은 약 90% 이상이 구형으로 구성되어 있고, 입경이 1㎛이하, 평균입경은 0.1㎛, 비표면적(BET)은 약 20㎡/g 정도, 비중이 약 2.1~2.2 정도로 알려졌다.

그런데 실리카퓸은 대부분이 구형이기 때문에 시멘트 등이 포함된 결합재에 혼입하면, 그 경화체용 조성물은 점성이 감소하여 부드러워지는 특징이 있다. 그러나 실리카퓸은 입자가 매우 작아 서로 응집하기 쉬우며, 이에 따라 경화체용 조성물을 배합할 때 감수제의 사용, 믹서기의 날개, 골재와의 충돌 및 마찰 등에 의해서도 실리카퓸 각각의 입자가 잘 분산되지 않아 경화체용 조성물의 점도 개선에 미흡한 단점이 있다. 그 결과 실리카퓸의 각 입자가 구형인 장점이 많이 감소하여 경화체용 조성물의 흐름성과 펌핑성 향상을 기대하기 어려웠다.

위와 같은 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체 조성물의 점성 저감 문제를 개선하고 등록특허 제10-1221031호가 개발되었다. 등록특허 제10-122103호는 지르코니아(ZrO2)가 3중량% 미만 함유하면서 BET법(Brunauer Emanett and Teller method)으로 측정된 비표면적이 5~15㎡/g인 실리카퓸을 선별하여 사용하는 방식으로 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체 조성물의 점성을 증대시키고 있다.

등록특허 제10-1221031호

본 발명은 종래 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체용 조성물의 점성 저감 문제를 개선하기 위해 개발된 것으로서, 실리카퓸의 종류를 선별하여 사용하는 것만으로 간단하게 굳지않은 시멘트계 조성물의 흐름성과 펌핑성을 증대시킬 수 있는 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서, 실리카퓸은 pH가 7.5~10인 것임을 특징으로 하는 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물을 생산하는 방법으로, 실리카퓸과 탈이온수(deionized water)를 1:4의 중량비로 혼합한 용액의 pH를 측정한 후, pH가 7.5~10인 실리카퓸을 선별하여 사용하면서 생산하는 것을 특징으로 하는 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물의 생산방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체용 조성물의 점도를 저하시킬 수 있기 때문에 유동성, 펌핑성, 작업성이 우수한 페이스트, 모르타르 및 콘크리트를 생산할 수 있다.

둘째, 실리카퓸을 선별하여 사용하는 것으로 간편하게 유동성을 증대시킬 수 있으며, 또한 적은 고성능 감수제의 사용으로도 목적하는 유동성을 확보할 수 있기 때문에 경제적으로 저점도의 페이스트, 모르타르 및 콘크리트를 생산할 수 있다.

도 1은 콘크리트 윤활층의 개요를 보여준다.
도 2는 [실시예1]에서의 pH에 따른 콘크리트의 점성 측정결과를 보여준다.
도 3은 [실시예1]에서의 슬럼프 플로우 측정결과를 보여준다.
도 4는 [실시예2]에서의 pH에 따른 콘크리트의 점성 측정결과를 보여준다.
도 5는 [실시예2]에서의 슬럼프 플로우 측정결과를 보여준다.
도 6은 [실시예3]에서의 pH에 따른 콘크리트의 점성 측정결과를 보여준다.
도 7은 [실시예3]에서의 슬럼프 플로우 측정결과를 보여준다.
도 8은 [실시예4]에서의 pH에 따른 콘크리트의 점성 측정결과를 보여준다.
도 9는 [실시예4]에서의 슬럼프 플로우 측정결과를 보여준다.
도 10은 [실시예1~4]의 콘크리트 점성 측정결과를 종합하여 보여준다.

본 발명은 시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 콘크리트, 모르타르 및 페이스트 등의 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체용 조성물 배합할 때, pH가 7.5~10인 실리카퓸을 선별하여 사용할 것을 제안한다. 실험을 통해 실리카퓸의 pH에 따라 콘크리트 점성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하고 그 결과로서 본 발명을 제안하고 있는 것이다.

아울러 본 발명은 고pH 실리카퓸 혼입 시멘트계 경화체용 조성물의 바람직한 배합방법으로 고강도 콘크리트 배합설계를 제안하며, 통상의 고강도 콘크리트 배합에서 pH가 7.5~10인 실리카퓸을 사용하면 된다. 가령 20~30중량%의 물결합재비(W/B), 잔골재율(S/a) 40~60중량%, 단위수량 100~180kg/㎥이고, 단위결합재량 550~700kg/㎥, 결합재(B)의 0.1~2중량% 고성능 감수제로 배합한다. 여기서 결합재는 실리카퓸 5~15중량%를 포함하도록 조성하는데, 예를 들면 시멘트 85~95중량%와 실리카퓸 5~15중량%의 2성분계 결합재(B)로 조성하거나, 시멘트 65~85중량%, 실리카퓸 5~15중량%, 플라이애시 5~25중량%의 3성분계 결합재(B)로 조성하거나, 시멘트 30~60중량%, 실리카퓸 5~15중량%, 고로슬래그 30~60중량%의 3성분계 결합재(B) 등으로 조성한다. 이러한 배합은 저점도 고강도 콘크리트 배합이 되어 고강도와 함께 펌핑성이 요구되는 고층 건물 시공에 유리하게 적용할 수 있다.

나아가 본 발명은 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물을 바람직한 생산하는 방법으로, 실리카퓸과 탈이온수(deionized water)를 1:4의 중량비로 혼합한 용액의 pH를 측정한 후, pH가 7.5~10인 실리카퓸을 선별하여 사용하면서 생산할 것을 제안한다. 실리카퓸을 탈이온수에 용해, 분산시켜 pH를 측정하고, pH 측정결과를 기준으로 하여 pH 7.5~10 범위의 실리카퓸만을 선별해서 사용하는 것이다.

이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[실시예1] 3성분 배합에서 실리카퓸의 pH에 따른 콘크리트의 유동성

시멘트, 플라이애시, 실리카퓸으로 구성된 3성분계 결합재를 이용하여 고강도 콘크리트를 배합하였으며, pH가 다른 3종의 실리카퓸을 이용하면서 동일한 조건으로 배합하였다. 그리고 고강도 콘크리트에 대하여 점성을 측정하고 슬럼프 플로우를 측정하였다. 특히 콘크리트 점성은 굳지않은 콘크리트의 점성과 함께 배관 내 윤활층에서의 점성을 측정하였는데, 여기서 윤활층(Lubricating Layer)은 도 1에서와 같이 콘크리트를 배관으로 압송하는 경우 배관내부와 콘크리트의 경계면에 생기는 몰탈층으로 윤활층의 점성이 클수록 압송성이 저하된다.

고강도 콘크리트 배합과 실리카퓸의 pH에 따른 점성 측정결과는 아래 [표 1] 및 도 2와 같고, 실리카퓸의 pH에 따른 슬럼프 플로우 측정결과는 도 3과 같다.

고강도 콘크리트 배합

W: 배합수, C: 시멘트, Fa: 플라이애시, SF: 실리카퓸, S1: 하천사, S2: 세척사, G: 20mm 굵은골재(석회암), HRWR(High Range Water Reducer): 고성능 감수제, Concrete Viscosity: 콘크리트 점성, Viscosity of Lubricating Layer: 윤활층의 점성

위의 [표 1] 및 도 2,3에서와 같이 유사한 플로우에서 실리카퓸의 pH가 높을수록 콘크리트 점성과 윤활층의 점성은 감소하는 것으로 확인된다.

[실시예2] 2성분 배합에서 실리카퓸의 pH에 따른 콘크리트의 유동성1

pH가 다른 3종의 실리카퓸을 이용하면서 시멘트와 실리카퓸으로 구성된 2성분계 결합재로 고강도 콘크리트를 배합하고, 그 고강도 콘크리트에 대하여 점성과 슬럼프 플로우를 측정하였다. 고강도 콘크리트 배합과 점성 및 슬럼프 플로우 측정결과는 아래 [표 2] 및 도 4,5와 같다.

고강도 콘크리트 배합

위의 [표 2] 및 도 4,5에서와 같이 유사한 수준의 플로우에서 실리카퓸의 pH가 높을수록 콘크리트 점성은 감소하는 것으로 확인된다.

[실시예3] 2성분 배합에서 실리카퓸의 pH에 따른 콘크리트의 유동성2

pH가 다른 3종의 실리카퓸을 이용하면서 시멘트와 실리카퓸으로 구성된 2성분계 결합재로 고강도 콘크리트를 배합하고, 그 고강도 콘크리트에 대하여 점성과 슬럼프 플로우를 측정하였다. 고강도 콘크리트 배합은 아래 [표 3]과 같은데, 보는 바와 같이 [실시예2]와 비교할 때, 굵은골재의 종류와 사용량, 고성능 감수제의 사용량, 실리카퓸의 pH에서 차이가 있다.

고강도 콘크리트 배합

W: 배합수, C: 시멘트, Fa: 플라이애시, SF: 실리카퓸, S1: 하천사, S2: 세척사, G: 20mm 굵은골재(화강암), HRWR(High Range Water Reducer): 고성능 감수제, Concrete Viscosity: 콘크리트 점성, Viscosity of Lubricating Layer: 윤활층의 점성

콘크리트 점성 및 슬럼프 플로우 측정결과는 위의 [표 3] 및 도 6,7과 같은데, 보는 바와 같이 실리카퓸의 pH가 높을수록 콘크리트 점성과 윤활층의 점성은 감소하는 것으로 확인된다.

[실시예4] 2성분 배합에서 실리카퓸의 pH에 따른 콘크리트의 유동성2

pH가 다른 5종의 실리카퓸을 이용하면서 시멘트와 실리카퓸으로 구성된 2성분계 결합재로 고강도 콘크리트를 배합하고, 그 고강도 콘크리트에 대하여 점성과 슬럼프 플로우를 측정하였다. 고강도 콘크리트 배합은 아래 [표 4]와 같고, 점성과 슬럼프 측정결과는 도 8,9와 같으며, 압축강도 측정결과는 아래 [표 5]와 같다.

고강도 콘크리트 배합

압축강도(MPa)

구분	7일	28일	56일
SF A10	78.6	101.2	102.6
SF A11	76.3	102.4	102.7
SF A12	79.7	88.2	101.4
SF A13	81.2	102	105
SF A14	77.2	93.4	100

위의 [표 4] 및 도 8,9에서와 같이 실리카퓸의 pH가 클수록 콘크리트 점성과 윤활층의 점성이 감소하는 것으로 확인된다. 또한 [표 5]에서와 같이 실리카퓸의 pH와 무관하게 고강도 발현이 된다.

이상과 같은 [실시예1~4]의 결과를 정리하면 도 10과 같다. 도 10은 [실시예1~4]에서 실리카퓸의 pH에 따른 콘크리트 점성의 추이를 나타낸다. 보는 바와 같이 실리카퓸의 pH가 높을수록 콘크리트 점성이 감소하며, 특히 pH7.5~10 사이의 실리카퓸을 사용한 경우 pH1~3의 실리카퓸을 사용한 경우보다 콘크리트 점성이 약 20~50% 감소한다.

Claims

시멘트와 실리카퓸이 포함된 결합재를 이용하여 페이스트, 모르타르, 콘크리트로 배합하는 시멘트계 경화체용 조성물로서,
상기 실리카퓸은, pH가 7.5~10인 것임을 특징으로 하는 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물.
제1항에서,
상기 시멘트계 경화체용 조성물은, 고강도 콘크리트로 배합설계되되,
실리카퓸 5~15중량% 포함하도록 조성된 결합재(B), 20~30중량%의 물결합재비(W/B), 잔골재율(S/a) 40~60중량%, 단위수량 100~180kg/㎥이고, 단위결합재량 550~700kg/㎥, 결합재(B)의 0.1~2중량% 고성능 감수제로 배합되는 것을 특징으로 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 따른 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물을 생산하는 방법으로,
실리카퓸과 탈이온수(deionized water)을 1:4의 중량비로 혼합한 용액의 pH를 측정한 후, pH가 7.5~10인 실리카퓸을 선별하여 사용하면서 생산하는 것을 특징으로 하는 고pH 실리카퓸 혼입 저점도 시멘트계 경화체용 조성물의 생산방법.