KR20190108323A - 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법 - Google Patents

자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트를 사용하지 않고 알카리활성반응을 통해 시멘트와 대등하거나 그 보다 우수한 성능 발현이 가능하며, 지오폴리머 결합재의 급결 현상 및 낮은 작업성을 개선할 수 있는 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물은, 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 실리카퓸 미분말의 합 1.0 중량부에 대해, 고로슬래그 미분말 0.4~0.6 중량부, 플라이애쉬 미분말 0.2~0.4 중량부, 실리카퓸 미분말 0.1~0.2 중량부, 분말형 알카리활성화제 0.1~0.2 중량부, 탄산나트륨 0.05~0.1 중량부, 골재 3.0~4.5 중량부, 소포제 0.003~0.007 중량부, 유동화제 0.01~0.025 중량부, 수축저감제 0.001~0.003 중량부를 포함할 수 있다.

Description

자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법{Geopolymer Concrete Composition And Method for Manufacturing Geopolymer Concrete Using the Same}
본 발명은 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 산업부산물에 분말형 알카리활성화제와 탄산 나트륨 등을 혼합하여 시멘트를 사용하지 않으면서 시멘트와 상응하는 성능 발현이 가능한 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법에 관한 것이다.
자기충전 콘크리트는 시멘트 이외에 무기계 분체 또는 증점제 등을 이용하여 고유동성을 가지며, 자체적으로 굳지않은 콘크리트 표면의 수평을 이루는 다짐이 필요없는 Self-leveling 콘크리트이다.
종래의 자기충전 콘크리트는 시멘트에 고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 산업부산물과, 무수석고 등을 혼합하여 만들어지는데, 시멘트를 사용함에 따른 이산화탄소 배출 문제를 수반하고 있다.
이에 최근 시멘트산업에도 CO2저감 및 고객의 다양한 요구성능을 충족하기 위하여 산업부산물을 이용하여 시멘트를 대체하기 위한 연구로 국내외적으로 고로슬래그, 플라이애쉬 등에 대한 적용연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.
하지만, 무시멘트의 조성물과 관련한 종래의 기술의 대부분은 시판되거나 각 산지별로 발생되는 산업부산물인 고로슬래그와 플라이애쉬를 단독 또는 일정비율로 2성분계로 혼합하는 방식을 일반적으로 취하고 있으며 이는 조성물의 특성 및 2차제품(모르타르, 콘크리트)로써의 적용함에 있어 기존 시멘트가 가지고 있는 건조수축 특성에 대비하여 보다 큰 수축특성이 나타나게 되는 기술의 한계성이 있다. 이와 같은 건조수축은 건축용으로 사용될 경우 사람이 주거하는 공간이 주택, 건축물에서 매우 큰 잠재위험 요소를 포함하고 있으며, 토목용으로 사용될 경우 도로, 댐 등 국가 기반기설의 붕괴 등의 매우 큰 잠재위험 요소를 포함하고 있다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 산업부산물에 알카리활성화제를 혼입하여 역학적·물리적 특성이 우수한 지오폴리머 콘크리트를 제조하는 기술이 사용되고 있다.
그러나 종래의 지오폴리머 콘크리트는 액상형태의 물유리(소듐실리케이트)의 혼합사용으로 실제 현장에서의 시공에 있어 추가적인 알칼리활성화제를 정량 계량하여 투입-혼합하여 타설하는 중복적인 시공절차가 필요하며, 경제적 측면에서도 고가의 물유리를 사용함에 따라 실용화할 수 있는 기술로는 부족함이 있는 실정이다.
그리고 알카리활성화제와 관련한 종래의 기술의 대부분은 고알카리성에만 의존된 NaOH, KOH, Na2SiO3, Na2SO4 등의 고가의 무기화학물질을 단독 또는 일정비율별로 혼합하는 기술이 주가 되는데, 각 알칼리활성제별 NaOH는 높은 발열특성에 따른 범용적인 사용제한성을 비롯하여 실제 건축, 토목공사의 사용에서 필요로 하는 압축강도 발현율이 기존 시멘트 압축강도 대비 약 70~80%의 수준으로 실제 상용화 할수 있는 강도안정 범위에 미치지 못하는 실정이다.
등록특허 제10-1818143호(2018.01.08. 등록) 등록특허 제10-1393201호(2014.04.30. 등록) 등록특허 제10-1364149호(2014.02.11. 등록) 등록특허 제10-1534217호(2015.06.30. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 시멘트를 사용하지 않고 알카리활성반응을 통해 시멘트와 대등하거나 그 보다 우수한 성능 발현이 가능하며, 지오폴리머 결합재의 급결 현상 및 낮은 작업성을 개선할 수 있는 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물은, 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 실리카퓸 미분말의 합 1.0 중량부에 대해, 고로슬래그 미분말 0.4~0.6 중량부, 플라이애쉬 미분말 0.2~0.4 중량부, 실리카퓸 미분말 0.1~0.2 중량부, 분말형 알카리활성화제 0.1~0.2 중량부, 탄산나트륨 0.05~0.1 중량부, 골재 3.0~4.5 중량부, 소포제 0.003~0.007 중량부, 유동화제 0.01~0.025 중량부, 수축저감제 0.001~0.003 중량부를 포함할 수 있다.
상기 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제는 함께 혼합된 후 일정한 온도에서 가열 및 소성되어 혼합될 수 있다.
상기 분말형 알카리활성화제는 SiO2/Na2O의 중량비가 1.0~1.5 인 것이 바람직하다.
상기 실리카퓸 미분말은 SiO2의 함량이 89~91 중량% 의 미분말인 것이 바람직하다.
상기 유동화제는 분말 형태이며, 폴리카르복실레이트(polycarboxylate) 계열이며, pH가 6~12 인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물을 이용하여 자기충전 지오폴리머 콘크리트를 제조하는 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 혼합하는 단계
(b) 상기 (a) 단계에서 혼합된 재료에 실리카퓸 미분말, 골재, 탄산나트륨과 함께 교반하여 혼합하는 단계
(c) 상기 (b) 단계에서 혼합된 재료에 유동화제, 수축저감제, 소포제, 및 물을 혼합하는 단계
(d) 상기 (c) 단계에서 혼합된 재료를 타설 및 양생하는 단계.
상기 (a) 단계에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 함께 혼합한 후 일정한 온도에서 가열 및 소성할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음가 같은 효과가 있다.
첫째, 시멘트를 사용하지 않고 알카리활성반응을 통해 우수한 강도를 가지며, 수축이 거의 없는 자기충전 지오폴리머(geopolymer) 콘크리트를 구현할 수 있으므로 시멘트를 대체하여 자기충전 콘크리트 재료로서 사용이 가능하다. 따라서 시멘트의 생산 및 사용에 따른 이산화탄소 발생을 저감시키는 효과가 있으며, 고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 산업부산물을 대량 활용함으로써 생산비 및 시공비 절감 효과가 있다.
둘째, 분말형의 재료만을 사용하므로 단일 제품화가 용이한 효과도 있다.
세째, 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말 및 분말형 알카리활성화제를 일정한 온도로 가열하여 소성하여 사용함으로써 소성하지 않은 경우에 비하여 강도 발현에 유리하며, 비표면적이 적어져 배합에 필요로 하는 물의 양을 저감시킬 수 있는 효과도 있다.
넷째, 종래의 지오폴리머 콘크리트에서 결점으로 제기되는 지오폴리머 결합재의 급결 현상 및 낮은 작업성을 개선할 수 있고, 높은 유동성을 확보할 수 있는 효과도 있다.
이하 본 발명에 따른 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물은 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말, 실리카퓸과 같이 알루미늄과 규산이 풍부한 포졸란 물질을 분말형 알카리활성화제와의 반응을 통하여 역학적/물리적 특성이 우수하게 한 지오폴리머(Geopolymer) 콘크리트 조성물이다.
지오폴리머의 화학반응은 다음과 같다.
Figure pat00001
시멘트는 수화반응을 통해서 C-S-H gel 을 생성한다.
반면에 지오폴리머는 아래와 같은 수화반응을 통해서 N-A-S-H 를 생성하는데, 이 N-A-S-H 는 C-S-H gel 보다 내구성 측면에서 우수하다.
SiO2, Al2O3 + alkali metal ion → 축합반응 → Alumino-silicate gel(N-A-S-H)
본 발명에 따른 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물은 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 실리카퓸 미분말로 이루어진 결합재 1.0 중량부를 기준으로, 고로슬래그 미분말 0.4~0.6 중량부, 플라이애쉬 미분말 0.2~0.4 중량부, 실리카퓸 미분말 0.1~0.2 중량부, 분말형 알카리활성화제 0.1~0.2 중량부, 탄산나트륨 0.05~0.1 중량부, 골재 3.0~4.5 중량부, 소포제 0.003~0.007 중량부, 유동화제 0.01~0.025 중량부, 수축저감제 0.001~0.003 중량부를 포함하며, 분말형으로 이루어진다.
상기 고로슬래그 미분말은 X-선 회절 패턴의 25~35 2θ 구간에서 비결정질의 형태를 나타내고, 화학조성비에서 40 중량% 이상의 칼슘(CaO)과 30 중량% 이상의 규소(SiO2), 10 중량% 이상의 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것이 적절하다.
그리고 상기 플라이애쉬 미분말은 X-선 회절 패턴의 20~25 2θ 구간에서 비결정질의 형태를 나타내고, 화학조성비에서 5 중량% 미만의 칼슘(CaO)과 50 중량% 이상의 규소(SiO2), 20 중량% 이상의 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것이 적절하다.
상기 고로슬래그 미분말과 플래이애시 미분말의 혼합비는 중량비로 대략 1:1 ~ 2:1 인 것이 바람직하며, 이는 결합재에 고로슬래그 미분말의 함량이 증가할수록 자기수축으로 인한 균열에 취약해지기 때문이다.
상기 실리카퓸 미분말은 SiO2의 함량이 89~91 중량% 의 미분말로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 실리카퓸 미분말은 물과 교반된 모르타르의 유동성을 증가시킬 뿐만 아니라 역학적 성능(압축강도, 휨강도)을 크게 개선시킨다. 상기 실리카퓸 미분말은 반응성이 뛰어난 규소를 다량 함유하고 있기 때문에 다른 성분들과 반응하여 규산칼슘 수화물과 알무미늄 규산 수화물의 생성을 증가시킨다.
상기 분말형 알카리활성화제로는 분말형의 규산나트륨이 사용될 수 있는데, 강도 측면에서 0.1 중량부 이상인 것이 바람직하지만, 0.2 중량부를 넘게 되면 자기수축 및 이로 인한 균열을 발생시킬 수 있다. 규산나트륨은 SiO2/Na2O의 중량비가 1.0~1.5 인 것이 바람직하다. 상기 분말형 규산나트륨과 상기 고로슬래그 미분말은 수화반응 및 중합반응(Polymersation)에 의해 규산칼슘수화물(C-S-H gel ;3CaO.2SiO23H2O) 등을 생성하여 강도를 증진시키는 작용을 한다.
상기 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제는 함께 혼합되어 건비빔된 후 일정한 온도에서 가열 및 소성되어 재료 간에 일부 결합이 일어나게 한 것이 바람직하다. 소성이 진행되는 온도는 대략 200℃ 이고, 소성 시간은 2시간 정도인 것이 바람직하다. 이와 같이 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 혼합하여 소성하면 수분이 제거되고, 알칼리활성화제로 공급되는 나트륨(Na)이 고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬 미분말의 유리질 층(glassy layer) 피막을 깨서 소성 후 물과 교반하였을 때 반응이 용이하게 이루어질 수 있게 되어 강도 향상에 유리하다.
이러한 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제의 소성 가공을 수행하게 되면, 고체 상태에서의 반응을 유도하여 일부 재료가 결합하게 되고, 이에 따라 소성하지 않았을 때보다 강도 발현에 유리하며, 비표면적이 적어져 배합에 필요로 하는 물의 양을 줄일 수 있는 이점이 있다.
상기 탄산나트륨은 다른 재료와 교반될 때 탄산나트륨에서 용해되는 CO2가 기화되어 없어지는 데까지 걸리는 1~2 시간 동안 pH를 낮게 유지하여 반응도를 늦추게 된다. CO2가 증발하고 나면 잔여 나트륨이온(Na+)이 물과 반응하여 용액 상태의 NaOH를 생성하고, 용액의 pH 를 높여 반응을 활성화시킬 수 있다. 이러한 메커니즘을 통해 종래의 지오폴리머 콘크리트에서 결점으로 제기되는 지오폴리머 결합재의 급결 현상 및 낮은 작업성을 개선할 수 있고, 높은 유동성을 확보할 수 있게 된다.
상기 유동화제는 분말형으로 된 것으로, 유동성 확보를 위하여 결합재 1.0 중량부에 대해 0.01~0.025 중량부인 것이 적절하다. 분말형 유동화제가 0.025 중량부를 초과하여 과도하게 첨가되면 콘크리트 내부에 공극률을 크게 증가시킬 수 있다. 상기 분말형 유동화제로는 폴리카르복실레이트(polycarboxylate) 계열이며, 유동화제 첨가로 인한 pH 저하를 감소시키고 알칼리활성 반응이 더 쉽게 일어나도록 하기 위해 pH가 6~12 인 것이 바람직하다.
상기 수축저감제 역시 분말형으로 된 것으로, 결합재 1.0 중량부에 대해 0.001~0.003 중량부가 사용되며, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(CH3CH(OH)CH2OCH3), 디프로필렌글리콜모노메틸에테르(C7H16O3), 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르(CH3(OC3H6)3OH), 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(CH3COOCH(CH3)CH2OCH3) 중 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
소포제(antifoamer)는 공지의 콘크리트용 소포제를 사용할 수 있는데, 산성을 띄는 것이 바람직하다. 소포제로는 예를 들어 상품명 TROYKYD D126이란 이름으로 트로이 케미컬사에 의해 판매되는 중합 글리콜로 처리한 규산염을 사용할 수 있다.
콘크리트 조성물에 혼입되는 골재로는 모래와 자갈 등을 사용할 수 있는데, 모래는 결합재 1.0 중량부에 대해 1.0~2.0 중량부가 사용되고, 자갈은 최대 치수가 40㎜를 넘지 않는 것이 바람직하며 결합재 1.0 중량부에 대해 2.0~2.5 중량부가 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 콘크리트 조성물을 제조하는 방법은 다음과 같다.
(a) 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 혼합하는 단계
(b) 상기 (a) 단계에서 혼합된 재료에 실리카퓸 미분말, 골재, 탄산나트륨과 함께 교반하여 혼합하는 단계
(c) 상기 (b) 단계에서 혼합된 재료에 유동화제, 수축저감제, 소포제, 및 물을 혼합하는 단계
(d) 상기 (c) 단계에서 혼합된 재료를 타설 및 양생하는 단계
상기 (a) 단계에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 함께 혼합한 후 약 200℃의 온도에서 2시간 동안 가열 및 소성한다.
실시예
아래의 표 1에 나열한 배합비(중량부로 표시함)에 따라 콘크리트 시편을 제조하고, 제조된 시편에 대해 슬럼프 플로우 시험 및 28일 압축강도를 시험을 수행하였다.
고로슬래그 플라이애쉬 실리카퓸 표준 모래 굵은 골재 분말형 규산나트륨
0.45 0.35 0.20 1.10 2.10 0.10
고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리성화제인 분말형 규산나트륨을 10분간 교반하고, 200℃에서 2시간 동안 소성시켜 재료 간의 일부 결합이 일어나도록 한 다음, 소성시킨 재료를 상기한 배합비에 따라 실리카퓸 미분말과 표준 모래, 굵은 골재를 혼합하고, 탄산나트륨 0.1 중량부를 교반하여 혼합하였다. 이어서 상기와 같이 혼합된 재료 60.95 중량%에 유동화제 2중량%, 수축저감제 2중량%, 소포제 0.05 중량%를 물 35 중량%와 함께 3~5분간 교반하여 혼합한 후 타설하였다.
양생 온도는 10~30℃가 적당한데, 이 실시예에서는 25℃에서 양생하였으며, 타설후 7일간 수분 증발을 막기 위하여 랩으로 감싼 상태로 양생하였다.
아래의 표 2는 위의 배합비로 제작한 자기충전 지오폴리머 콘크리트 시편의 슬럼프 플로우 시험 및 28일 압축강도에 대한 시험 결과를 나타낸다.
항목 단위 성능치 시험기준
슬럼프 플로우 ㎜ 600 콘크리트 표준시방서
KS F 2594
슬럼프 플로우 도달시간 sec 20 K콘크리트 표준시방서
KS F 2594
28일 압축강도 MPa 55 KS F 2405
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 실리카퓸 미분말의 합 1.0 중량부에 대해, 고로슬래그 미분말 0.4~0.6 중량부, 플라이애쉬 미분말 0.2~0.4 중량부, 실리카퓸 미분말 0.1~0.2 중량부, 분말형 알카리활성화제 0.1~0.2 중량부, 탄산나트륨 0.05~0.1 중량부, 골재 3.0~4.5 중량부, 소포제 0.003~0.007 중량부, 유동화제 0.01~0.025 중량부, 수축저감제 0.001~0.003 중량부를 포함하는 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제는 함께 혼합된 후 일정한 온도에서 가열 및 소성되어 혼합된 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분말형 알카리활성화제는 SiO2/Na2O의 중량비가 1.0~1.5 인 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리카퓸 미분말은 SiO2의 함량이 89~91 중량% 의 미분말인 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유동화제는 분말 형태이며, 폴리카르복실레이트(polycarboxylate) 계열이며, pH가 6~12 인 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물을 이용하여 자기충전 지오폴리머 콘크리트를 제조하는 방법으로,
    (a) 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 혼합하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 혼합된 재료에 실리카퓸 미분말, 골재, 탄산나트륨과 함께 교반하여 혼합하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 혼합된 재료에 유동화제, 수축저감제, 소포제, 및 물을 혼합하는 단계; 및,
    (d) 상기 (c) 단계에서 혼합된 재료를 타설 및 양생하는 단계;
    를 포함하는 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (a) 단계에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 미분말과 분말형 알카리활성화제를 함께 혼합한 후 일정한 온도에서 가열 및 소성하는 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102403274B1 (ko) * 2022-02-06 2022-05-31 씨엘엠테크(주) 탄소 저감형 친환경 지오폴리머 콘크리트용 모르타르 조성물 및 상기 모르타르 조성물과 바잘트 격자망 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수/보강 공법
WO2023100915A1 (ja) * 2021-12-02 2023-06-08 株式会社トクヤマ 粉末状水硬性組成物
WO2023219029A1 (ja) * 2022-05-13 2023-11-16 学校法人大阪産業大学 ジオポリマー組成物、ジオポリマー硬化体及びジオポリマー硬化体の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101364149B1 (ko) 2012-08-02 2014-02-17 한국건설기술연구원 도로 및 공항포장 부분단면 보수용 알칼리 활성 모르타르 조성물
KR101393201B1 (ko) 2012-06-19 2014-05-12 신우에코텍 주식회사 순환자원을 이용한 고화재 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101534217B1 (ko) 2014-06-19 2015-07-06 한국건설기술연구원 플라이애시, 고로슬래그 및 분말형 알칼리 활성화제를 이용한 건식 무시멘트 콘크리트 및 그 제조 방법
KR101818143B1 (ko) 2016-04-05 2018-01-12 한국과학기술원 무수축 무시멘트 모르타르 조성물

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101393201B1 (ko) 2012-06-19 2014-05-12 신우에코텍 주식회사 순환자원을 이용한 고화재 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101364149B1 (ko) 2012-08-02 2014-02-17 한국건설기술연구원 도로 및 공항포장 부분단면 보수용 알칼리 활성 모르타르 조성물
KR101534217B1 (ko) 2014-06-19 2015-07-06 한국건설기술연구원 플라이애시, 고로슬래그 및 분말형 알칼리 활성화제를 이용한 건식 무시멘트 콘크리트 및 그 제조 방법
KR101818143B1 (ko) 2016-04-05 2018-01-12 한국과학기술원 무수축 무시멘트 모르타르 조성물

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023100915A1 (ja) * 2021-12-02 2023-06-08 株式会社トクヤマ 粉末状水硬性組成物
KR102403274B1 (ko) * 2022-02-06 2022-05-31 씨엘엠테크(주) 탄소 저감형 친환경 지오폴리머 콘크리트용 모르타르 조성물 및 상기 모르타르 조성물과 바잘트 격자망 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수/보강 공법
WO2023219029A1 (ja) * 2022-05-13 2023-11-16 学校法人大阪産業大学 ジオポリマー組成物、ジオポリマー硬化体及びジオポリマー硬化体の製造方法

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