KR20200113453A - 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물 - Google Patents

유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20200113453A
KR20200113453A KR1020190033660A KR20190033660A KR20200113453A KR 20200113453 A KR20200113453 A KR 20200113453A KR 1020190033660 A KR1020190033660 A KR 1020190033660A KR 20190033660 A KR20190033660 A KR 20190033660A KR 20200113453 A KR20200113453 A KR 20200113453A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
parts
binder
geopolymer
mixture
Prior art date
Application number
KR1020190033660A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102342009B9 (ko
KR102342009B1 (ko
Inventor
이차돈
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020190033660A priority Critical patent/KR102342009B1/ko
Publication of KR20200113453A publication Critical patent/KR20200113453A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102342009B1 publication Critical patent/KR102342009B1/ko
Publication of KR102342009B9 publication Critical patent/KR102342009B9/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B12/00—Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
    • C04B12/005—Geopolymer cements, e.g. reaction products of aluminosilicates with alkali metal hydroxides or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0032—Controlling the process of mixing, e.g. adding ingredients in a quantity depending on a measured or desired value
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재를 건비빔하여 건비빔 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 건비빔 혼합물에 알칼리 자극제 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 배합 혼합물에 추가로 혼합수를 투입하고 혼합하여 타설 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법이 제공된다.

Description

유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물{Manufacturing method of geopolymer concrete with enhanced flowability and geopolymer concrete composition with enhanced flowability}
유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트의 유동성을 확보하여 콘크리트 부재를 용이하게 형성할 수 있는 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
기후온난화와 탄소 배출량 규제가 이슈가 되면서 시멘트를 사용하지 않는 결합재인 지오폴리머에 대한 관심이 높아지고 있다. 지오폴리머 결합재는 시멘트 대신 산업부산물인 플라이애쉬와 고로슬래그 등을 활용하는 결합재로 기존 시멘트 결합재에 비해 친환경적이고 이산화탄소 배출량이 적은 장점이 있다.
그러나, 시멘트 결합재의 경우 물과 접촉되면서 수화반응을 일으켜 경화가 이루어지나, 지오폴리머 결합재의 경우에는 알칼리 자극제에 의해 축중합반응이 일어나면서 경화가 일어난다.
플라이애쉬와 고로슬래그의 지오폴리머 결합재를 사용하여 적정한 강도를 발휘하도록 지오폴리머 콘크리트 배합하는 경우 지오폴리머 콘크리트의 매우 빠른 경화로 인해 유동성이 확보되지 않아 콘크리트 부재를 형성하는데 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-0857616호(2008년09월09일 공고)
본 발명은 지오폴리머 결합재를 사용하여 지오폴리머 콘크리트를 배합하는 경우 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트의 유동성을 확보하여 콘크리트 부재를 용이하게 형성할 수 있는 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재를 건비빔하여 건비빔 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 건비빔 혼합물에 알칼리 자극제 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 배합 혼합물에 추가로 혼합수를 투입하고 혼합하여 타설 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법이 제공된다.
상기 배합 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 건비빔 혼합물과 상기 알칼리 자극제 수용액의 혼합 시간은 120 내지 180초 일 수 있다.
상기 지오폴리머 결합재는, 플라이애쉬 55 ~ 80 wt% 및 고로슬래그 20 ~ 45 wt%를 포함할 수 있다.
상기 골재는, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 상기 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부를 포함할 수 있다.
상기 알칼리 자극제 수용액은, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부와; 상기 결합재 100 중량부에 대하여, 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함할 수 있다.
상기 수산화나트륨(NaOH)에 대한 상기 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3일 수 있다.
상기 혼합수는, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부로 투입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 플라이애쉬 55 ~ 80 wt% 및 고로슬래그 20 ~ 45 wt%를 포함하는 지오폴리머 결합재 100 중량부에 대하여, 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부; 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함하는 배합 혼합물로서, 상기 배합 혼합물 혼합 후 추가로 투입되는 혼합수 5 ~10 중량부를 더 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물이 제공된다.
상기 수산화나트륨(NaOH)에 대한 상기 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3일 수 있다.
상기 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물은, 상기 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 상기 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 지오폴리머 결합재를 사용하여 지오폴리머 콘크리트를 배합하는 경우 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트의 유동성을 확보하여 콘크리트 부재를 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법의 순서도.
도 2는 추가적으로 투입되는 혼합수의 투입량에 따른 슬럼프 및 압축강도의 변화를 나타낸 그래프.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물의 실시예를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법의 순서도이다.
본 실시예에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법은, 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재를 건비빔하여 건비빔 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 건비빔 혼합물에 알칼리 자극제 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 배합 혼합물에 추가로 혼합수를 투입하고 혼합하여 타설 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다.
지오폴리머 콘크리트는 칼슘의 성분이 적은 저칼슘 기반(low calcium system)의 플라이애쉬를 주재료로 하여 제조되거나 칼슘의 성분이 많은 고칼슘 기반(high calcium system)의 고로슬래그 미분말를 주재료하여 제조될 수 있는데, 본 실시예에 따른 지오폴리머 콘크리트는 플라이애쉬를 주재료로 하고 유동성 확보를 위하여 고로슬래그를 첨부하는 형태로서, 플라이애쉬와 고로슬래그가 지오폴리머 결합재로서 이용된다.
플라이애쉬와 고로슬래그의 지오폴리머 결합재를 사용하여 적정한 강도를 발휘하도록 지오폴리머 콘크리트 배합하여 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트 조성물을 제조하는 경우, 지오폴리머 콘크리트의 특성 상 배합과 동시에 경화가 일어나게 되어 유동성을 확보할 수 없어 콘크리트 부재 형성을 위한 워커빌러티(workability)가 매우 취약한 문제가 있다.
한편, 지오폴리머 콘크리트의 이러한 급결성은 프리캐스트 콘크리트 부재에 적합한 측면이 있으므로 초기 타설 시 지오폴리머 콘크리트의 유동성을 확보한다면 지오폴리머 콘크리트를 이용하여 프리캐스트 콘크리트 부재를 용이하게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법을 자세히 살펴보기로 한다.
먼저, 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재를 건비빔하여 건비빔 혼합물을 형성한다(S100). 지오폴리머 결합재와 후술할 알카리 자극제 수용액의 반응에 따라 경화가 일어나면서 골재 간의 결합이 이루어지는데, 경화 속도가 빠르기 때문에 재료를 한꺼번에 투입하여 혼합하는 경우 균일한 혼합이 어렵다. 따라서 본 실시예에서는 알카리 자극제 수용액을 투입하기 전에 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재 만으로 건비빔하여 결합재가 골재 표면을 골고루 코팅되도록 한다.
이때, 지오폴리머 결합재 및 골재의 배합비를 보면, 플라이애쉬는 55 내지 80 wt%로 투입하고, 고로슬래그는 20 내지 45 wt%로 배합하여 결합재를 형성한다.
플라이애쉬는 결합재의 주재료로서 지오폴리머 콘크리트의 강도 발현에 관여하는데, 설계압축강도 30MPa이상으로 배합하는 경우 전체 결합재 대비 55 내지 80 wt% 가 적절하다. 55 wt% 보다 적은 경우에는 플라이애쉬의 경화 반응량이 적어 적절한 압축강도발현이 어렵고, 80 wt% 보다 많은 경우에는 빠른 경화로 워커빌러티(workability) 확보가 어렵다.
고로슬래그는 플라이애쉬와 같이 첨가되는 결합재의 일부로서, 지오폴리머 콘크리트의 강도 발현과 유동성에 영향을 미친다. 고로슬래그가 전체 결합재 대비 20 wt% 보다 적은 경우에는 목표로 하는 압축강도 발현이 어렵고 유동성이 떨어져 콘크리트 부재 형성을 위한 워커빌러티가 떨어지고, 고로슬래그가 전체 결합재 대비 45 wt% 보다 많은 경우에는 목표로 하는 압축강도 발현이 어렵다.
골재는 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부로 혼입된다. 골재의 양은 통상적인 시멘트 콘크리트 배합 설계 방식으로 결정될 수 있는데, 본 실시예에서는 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부로 혼입된 형태를 제시한다.
다음에, 건비빔 혼합물에 알칼리 자극제 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 형성한다(S200). 고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 지오폴리머의 경우 물의 접촉에 따른 수화반응을 일어나지 않고, 알칼리 자극제 수용액에 포함된 알칼리 자극제와 반응하면서 경화가 일어난다.
알칼리 자극제로는 지오폴리머 콘크리트의 강도발현과 경제성을 고려하여 수산화나트륨(NaOH)과 규산나트륨(Na2SiO3)이 적용될 수 있는데, 건비빔 혼합물과의 습식 혼합을 고려하여 수용액 형태로 혼합하여 배합 혼합물을 형성한다.
배합 혼합물은 유동성 확보를 위하여 혼합수가 추가로 투입되기 전의 배합물로서, 지오폴리머 결합재와 알칼리 자극제 수용액이 혼합되면서 경화반응이 빠르게 이루어지고 있는 상태에 있다.
배합 혼합물 상태로도 콘크리트의 경화가 이루어지나, 프리캐스트 콘크리트 부재와 같이 콘크리트 부재를 형성하기 위해서는 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트의 타설이 필요한데, 배합 혼합물 상태의 경우에는 빠른 경화로 인해 유동성이 확보되지 않아 타설 워커빌러티를 확보할 수 없다. 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이 배합 혼합물을 형성한 상태에서 혼합수를 추가적으로 투입하여 유동성을 확보하게 된다.
건비빔 혼합물과 상기 알칼리 자극제 수용액의 혼합 시간은 120 내지 180초 범위에서 진행한다. 120초 보다 혼합 시간이 적으면 완전한 혼합이 어렵고 180초 보다 혼합 시간이 길면 경화가 너무 많이 진행되어 후술한 바와 같이 추가로 혼합수를 투입하더라도 유동성 확보가 어렵다.
본 실시예에 따른 알칼리 자극제 수용액은, 결합재 100 중량부에 대하여 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부와, 상기 결합재 100 중량부에 대하여, 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함한다.
수산화나트륨은 물성 상 물에 잘 녹지 않기 때문에 10 내지 12 몰농도(M)로 수용액을 제조하여 배합한다. 규산나트륨(Na2SiO3)은, 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 수용액으로 제조하여 배합한다.
한편, 투입되는 수산화나트륨(NaOH)에 대한 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3를 유지한다. 즉, 중량비로 수산화나트륨에 대하여 2 ~ 3배의 규산나트륨을 더 투입하는 것이다. 실험에 따르면 이러한 중량비를 유지하는 경우 강도 저하없이 설계강도를 발현이 가능하였다.
다음에, 배합 혼합물에 추가로 혼합수를 투입하고 혼합하여 타설 혼합물을 형성한다(S300). 배합 혼합물 상태에서는 빠른 경화로 인해 유동성이 확보되지 않기 때문에 타설 워커빌러티를 확보할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 배합 혼합물 상태에서 추가적으로 혼합수를 투입하고 다시 혼합하여 지오폴리머 콘크리트의 유동성을 확보하였다. 배합비에 따라 결합재, 알칼리 자극제 수용액, 골재 등을 배합한 상태로 혼합한 후 배합 혼합물이 형성되면, 바로 혼합수를 투입하여 다시 믹서 등으로 혼합하여 타설 혼합물을 형성한다.
타설 혼합물은 유동성이 확보된 상태로서 거푸집 등에 타설할 때 워커빌러티가 확보될 수 있다.
추가로 투입되는 혼합수는, 결합재 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부로 배합 혼합물에 투입된다. 결합재 100 중량부에 대하여 5 중량부 보다 적게 혼합수를 투입하면 유동성을 확보할 수 없고, 10 중량부 보다 많게 혼합수를 투입하는 경우에는 유동성은 확보되나 설계강도 발현이 어렵다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지오폴리머 콘크리트 조성물에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 지오폴리머 콘크리트 조성물은, 플라이애쉬 55 ~ 80 wt% 및 고로슬래그 20 ~ 45 wt%를 포함하는 지오폴리머 결합재 100 중량부에 대하여, 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부; 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함하는 배합 혼합물로서, 상기 배합 혼합물 혼합 후 추가로 투입되는 혼합수 5 ~10 중량부를 더 포함한다.
플라이애쉬는 결합재의 주재료로서 지오폴리머 콘크리트의 강도 발현에 관여하는데, 설계압축강도 30MPa이상으로 하는 경우 전체 결합재 대비 55 내지 80 wt% 가 적절하다. 55 wt% 보다 적은 경우에는 플라이애쉬의 경화반응량이 적어 적절한 압축강도발현이 어렵고, 80 wt% 보다 많은 경우에는 빠른 경화로 워커빌러티(workability) 확보가 어렵다.
고로슬래그는 플라이애쉬와 같이 첨가되는 결합재의 일부로서, 지오폴리머 콘크리트의 강도 발현과 유동성에 영향을 미친다. 고로슬래그가 전체 결합재 대비 20 wt% 보다 적은 경우에는 목표로 하는 압축강도 발현이 어렵고 유동성이 떨어져 콘크리트 부재 형성을 위한 워커빌러티가 떨어지고, 고로슬래그가 전체 결합재 대비 45 wt% 보다 많은 경우에는 목표로 하는 압축강도 발현이 어렵다.
고로슬래그와 플라이애쉬와 같은 지오폴리머의 경우 물의 접촉에 따른 수화반응을 일어나지 않고, 알칼리 자극제 수용액에 포함된 알칼리 자극제와 지오폴리머가 반응하면서 경화가 일어난다.
알칼리 자극제로는 지오폴리머 콘크리트의 강도발현과 경제성을 고려하여 수산화나트륨(NaOH)과 규산나트륨(Na2SiO3)을 적용하는데, 지오폴리머 결합재와 골재의 건비빔 혼합물과의 습식 혼합을 고려하여 수용액 형태로 혼합하여 배합 혼합물을 형성한다.
본 실시예에 따른 알칼리 자극제 수용액은, 결합재 100 중량부에 대하여 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부와, 결합재 100 중량부에 대하여 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt% 를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함한다.
수산화나트륨은 물성 상 물에 잘 녹지 않기 때문에 10 내지 12 몰농도(M)로 수용액을 제조하여 배합한다. 규산나트륨(Na2SiO3)은, 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt% 를 혼합하여 수용액으로 제조하여 배합한다.
한편, 투입되는 수산화나트륨(NaOH)에 대한 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3를 유지한다. 즉, 중량비로 수산화나트륨에 대하여 2 ~ 3배의 규산나트륨을 더 투입한다. 실험에 따르면 이러한 중량비를 유지하는 경우 강도 저하없이 설계강도를 발현이 가능하였다.
배합 혼합물은 유동성 확보를 위하여 추가로 투입되는 혼합수가 투입되기 전의 배합물로서 지오폴리머 결합재와 알칼리 자극제 수용액이 혼합되면서 경화반응이 빠르게 이루어지고 있는 상태에 있다.
배합 혼합물 상태로도 콘크리트의 경화가 이루어지나, 프리캐스트 콘크리트 부재와 같이 콘크리트 부재를 형성하기 위해서는 굳지 않은 지오폴리머 콘크리트의 타설이 필요한데, 배합 혼합물 상태의 경우에는 빠른 경화로 인해 유동성이 확보되지 않아 타설 워커빌러티를 확보할 수 없다. 본 실시예에서는 배합 혼합물을 형성한 상태에서 혼합수를 추가적으로 투입하여 유동성을 확보하게 된다.
추가로 투입되는 혼합수는, 결합재 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부로 배합 혼합물에 투입된다. 결합재 100 중량부에 대하여 5 중량부 보다 적게 혼합수를 투입하면 유동성을 확보할 수 없고, 10 중량부 보다 많게 혼합수를 투입하는 경우에는 유동성은 확보되나 설계강도 발현이 어렵다.
골재는 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부로 혼입된다. 골재의 양은 통상적인 시멘트 콘크리트 배합 설계 방식으로 결정될 수 있는데, 본 실시예에서는 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와; 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부로 혼입된 형태를 제시한다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물을 설명하기로 한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이므로 이들만으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
실시예는, 표 1에 기재된 바와 같이, 배합 강도 30MPa, 40MPa, 50MPa 각각에 대해 지오폴리머 결합재 이외의 배합물을 아래의 표 1과 같이 일정하게 하고, 지오폴리머 결합재인 플라이애쉬와 고로슬래그의 상대적인 양을 변화시켜 공시체를 제작하여 각각의 압축강도와 슬럼프를 측정하였다.
지오폴리머 콘크리트 조성물은 상술한 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법에 따라, 먼저 지오폴리머 결합재와 골재가 골고루 섞이도록 건비빔한 상태에서, 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 만들고, 추가적으로 혼합수를 투입하여 최종적으로 타설 혼합물을 제조한 방식으로 제조하였다.
아래의 표 1에서 표에 기재된 배합값은 결합재 100 중량부에 대한 해당 조성물의 중량부로 나타냈다.
구분 배합비(결합재 100중량부에 대한 중량부)
배합
강도
(MPa)		 결합재(B) 골재 알칼리 자극제 수용액 혼합수
플라이애쉬 고로슬래그 잔골재
(모래)		 굵은골재
(자갈)		 수산화나트륨
(12M)		 규산나트륨
실시예1 30 80 20 123 227 20 40 5
실시예2 40 70 30
실시예3 50 60 40
* 표 1의 값은 결합재 100 중량부에 대해 해당 조성물의 중량부로 나타낸 것임]
실시예에 따른 성능 평가 결과
구분 압축강도(MPa) 슬럼프(mm)
실시예 1 31.2 220
실시예 2 43.2 232
실시예 3 54.8 217
[표 1]의 실시예의 배합에 따라 제작된 공시체에 대하여 KS L ISO 679에 의한 압축 강도를 시험한 결과, 실시예 1(배합강도 30MPa), 실시예 2(배합강도 40MPa), 실시예 3(배합강도 50MPa) 각각에 대해 31.2MPa, 43.2MPa, 54.8MPa로 나타나 목표한 배합강도 이상의 압축강도가 나타났다.
또한, 슬럼프 테스트는 KL F 2402에 따라 수행하였으며, 실시예 1(배합강도 30MPa), 실시예 2(배합강도 40MPa), 실시예 3(배합강도 50MPa) 각각에 대해 220mm, 232mm, 217mm로 나타나 콘크리트 타설이 가능한 유동성을 확보한 것으로 나타났다.
한편, 실시예 1의 배합비에 대해 혼합수의 량을 결합재 100 중량부에 대해 혼합수를 넣지 않은 0 중량부(실시예 4), 5 중량부(실시예 5), 10 중량부(실시예 6)로 변화시켜 압축강도 측정과 슬럼프 테스트를 수행하였다.
도 2는 추가적으로 투입되는 혼합수의 투입량에 따른 슬럼프 및 압축강도의 변화를 나타낸 그래프로서, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6 각각 32.1MPa, 31.2MPa, 30.1MPa의 압축강도를 나타내어 목표한 배합강도를 도달하였으나, 혼합수를 투입하지 않은 실시예 4의 경우 슬럼프 값이 0mm로 거의 없으며, 실시예 5 및 실시예 6은 각각 220mm, 260mm로 나타나 콘크리트 타설이 가능한 유동성을 확보한 것으로 나타났다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

Claims (10)

  1. 플라이애쉬 및 고로슬래그를 포함하는 지오폴리머 결합재와 골재를 건비빔하여 건비빔 혼합물을 형성하는 단계와;
    상기 건비빔 혼합물에 알칼리 자극제 수용액을 투입하고 혼합하여 배합 혼합물을 형성하는 단계와;
    상기 배합 혼합물에 추가로 혼합수를 투입하고 혼합하여 타설 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서
    상기 배합 혼합물을 형성하는 단계에서,
    상기 건비빔 혼합물과 상기 알칼리 자극제 수용액의 혼합 시간은 120 내지 180초 인 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지오폴리머 결합재는,
    플라이애쉬 55 ~ 80 wt% 및 고로슬래그 20 ~ 45 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 골재는,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와;
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 알칼리 자극제 수용액은,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부와;
    상기 결합재 100 중량부에 대하여, 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수산화나트륨(NaOH)에 대한 상기 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3인 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 혼합수는,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부로 투입되는 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법.
  8. 플라이애쉬 55 ~ 80 wt% 및 고로슬래그 20 ~ 45 wt%를 포함하는 지오폴리머 결합재 100 중량부에 대하여, 10 ~ 12 몰농도(M)의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15 ~ 20 중량부; 산화나트륨(Na2O) 14 ~ 15 wt%, 이산화규소(SiO2) 34 ~ 35 wt% 및 증류수(H20) 50 ~ 52 wt%를 혼합하여 생성된 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액 40 ~ 45 중량부를 포함하는 배합 혼합물로서,
    상기 배합 혼합물 혼합 후 추가로 투입되는 혼합수 5 ~10 중량부를 더 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수산화나트륨(NaOH)에 대한 상기 규산나트륨(Na2SiO3)의 중량비는, 2 내지 3인 것을 특징으로 하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 굵은 골재 227 ~ 230 중량부와;
    상기 결합재 100 중량부에 대하여 잔골재 120 ~ 123 중량부를 더 포함하는, 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물.

KR1020190033660A 2019-03-25 2019-03-25 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물 KR102342009B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190033660A KR102342009B1 (ko) 2019-03-25 2019-03-25 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190033660A KR102342009B1 (ko) 2019-03-25 2019-03-25 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20200113453A true KR20200113453A (ko) 2020-10-07
KR102342009B1 KR102342009B1 (ko) 2021-12-22
KR102342009B9 KR102342009B9 (ko) 2022-05-23

Family

ID=72883548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190033660A KR102342009B1 (ko) 2019-03-25 2019-03-25 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102342009B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113800829A (zh) * 2021-07-01 2021-12-17 西北农林科技大学 一种早强型超高延性地聚物混凝土材料及其制备方法
KR102400785B1 (ko) * 2021-07-01 2022-05-20 김용광 카빙 방식 기반 조형물 제조방법 및 이에 의한 조형물

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857616B1 (ko) 2006-03-20 2008-09-09 카운슬 오브 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 플라이 애쉬 및 고로 수쇄 슬래그로부터 지오폴리머시멘트를 제조하는 방법, 이에 의해 제조되는 지오폴리머시멘트, 및 이에 의한 생산물
KR20120066146A (ko) * 2010-12-14 2012-06-22 주식회사 삼표 무시멘트 콘크리트 조성물 및 무시멘트 콘크리트 제조방법
JP2013001580A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Nishimatsu Constr Co Ltd ジオポリマー組成物およびその製造方法
JP2017132657A (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 三菱ケミカル株式会社 ジオポリマー組成物の製造方法
KR20180052132A (ko) * 2016-10-27 2018-05-18 경일대학교산학협력단 알칼리 활성 콘크리트 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857616B1 (ko) 2006-03-20 2008-09-09 카운슬 오브 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 플라이 애쉬 및 고로 수쇄 슬래그로부터 지오폴리머시멘트를 제조하는 방법, 이에 의해 제조되는 지오폴리머시멘트, 및 이에 의한 생산물
KR20120066146A (ko) * 2010-12-14 2012-06-22 주식회사 삼표 무시멘트 콘크리트 조성물 및 무시멘트 콘크리트 제조방법
JP2013001580A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Nishimatsu Constr Co Ltd ジオポリマー組成物およびその製造方法
JP2017132657A (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 三菱ケミカル株式会社 ジオポリマー組成物の製造方法
KR20180052132A (ko) * 2016-10-27 2018-05-18 경일대학교산학협력단 알칼리 활성 콘크리트 및 이의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113800829A (zh) * 2021-07-01 2021-12-17 西北农林科技大学 一种早强型超高延性地聚物混凝土材料及其制备方法
KR102400785B1 (ko) * 2021-07-01 2022-05-20 김용광 카빙 방식 기반 조형물 제조방법 및 이에 의한 조형물

Also Published As

Publication number Publication date
KR102342009B9 (ko) 2022-05-23
KR102342009B1 (ko) 2021-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8617452B2 (en) Methods of making a construction material with a voltage
JP5931317B2 (ja) 水硬性組成物および該水硬性組成物を用いたコンクリート
JP5992148B2 (ja) セメント組成物
JP4384902B2 (ja) モルタル・コンクリートの製造方法
CN115925306B (zh) 一种硅酸二钙活化剂及其制备方法和应用
KR102342009B1 (ko) 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 제조 방법 및 유동성이 강화된 지오폴리머 콘크리트 조성물
JP2011195364A (ja) コンクリート組成物およびコンクリート硬化体
KR101992802B1 (ko) 나노 실리카 졸을 이용한 친환경 시멘트 복합재료의 제조방법
KR101052602B1 (ko) 유동화 컴파운드를 이용한 고성능 바닥용 모르타르 조성물 및 이의 제조방법
CN112930329A (zh) 具低收缩率的碱活化干混修补砂浆
KR102342008B1 (ko) 프리캐스트 지오폴리머 콘크리트 부재 제조 방법
KR100667631B1 (ko) 초기강도 증진용 콘크리트 혼화제 및 콘크리트 조성물
KR102581342B1 (ko) 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재와 그 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 이용한 그라우팅 공법
KR20190108323A (ko) 자기충전 지오폴리머 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기충전 지오폴리머 콘크리트의 제조 방법
JP6985177B2 (ja) 水硬性組成物及びコンクリート
JP6216843B2 (ja) セメント硬化体の製造方法
KR20190129449A (ko) 유무기 복합 시멘트 수화열 저감제 및 이를 이용한 수화열 저감 콘크리트 조성물
KR101272814B1 (ko) 고로슬래그를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 조강형 무시멘트 모르타르 조성물
KR101147985B1 (ko) 고로슬래그를 이용한 무시멘트 콘크리트 및 그 제조방법
JPH05213654A (ja) 水硬性組成物及び該組成物を用いてコンクリートパイルを製造する方法
JP2008201605A (ja) 高流動水硬性組成物用速硬材及び高流動水硬性組成物
KR100987788B1 (ko) 펌프압송성 증대를 위한 하이볼륨 플라이애시 콘크리트 조성물 및 그 콘크리트 생산방법
JPH05116996A (ja) セメント混和材及びセメント硬化体の製造方法
KR102619095B1 (ko) 조기 고강도 발현이 가능한 친환경 그라우트재
JP2002293594A (ja) 急硬性セメント用急結剤および急硬性セメント組成物

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]