KR20210052872A - 과량 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법을 개시한다.
본 발명에 따르는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법은 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 고로슬래그가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 효과가 있다.

Description

과량 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법{Strength-strengthening method of concrete-structures with overweight blast furnace flag powder}

본 발명은 과량 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 고로슬래그가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 과량 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 관한 것이다.

종래 고로슬래그 시멘트는, 시멘트 또는 클링커와 슬래그미분말을 혼합하여 제조하는데, 고로 슬래그 시멘트 제조시, 석회질 원료로서 석회석 등에 실리카, 알루미나, 산화철 및 석회를 함유한 점토질 재료 등을 적당한 비율로 혼합한 후, 약 1450℃까지 시멘트 킬른로에서 소성하여 얻어진 클링커를 냉각하고 분쇄하여 제조된다.

이에 사용되는 시멘트 또는 클링커를 제조함에 있어서는 소성 공정에 의해 시멘트 원료 1톤을 제조함에 있어서 약 0.85톤의 이산화탄소가 발생되므로 다량의 CO₂ 발생 문제를 수반하는 시멘트의 사용량을 줄이는 것이 환경적으로 바람직하다.

이에, 고로 공정에서 발생하는 슬래그 중 고압 살수에 의해 냉각된 고로수재슬래그를 미분말화하여 슬래그 미분말 혼화재 및 슬래그 시멘트 등으로 활용되고 있으며, 관련 KS 규격으로서는, KS F 2563에 콘크리트용 고로슬래그 미분말을 규정하고 있으며, KS L 5210에 고로슬래그 시멘트를 규정하고 있다.

통상적인 국내의 고로슬래그 시멘트는 시멘트 또는 클링커를 60wt%, 슬래그 미분말을 40wt% 수준에서 제조하고 있으며, 보다 많은 양의 고로슬래그를 시멘트 대체재로서 사용하는 것이 이산화탄소 발생량 저감 측면이나 저가화 등에 유익하나, 고로슬래그 미분말의 함량을 높일 경우, 고로슬래그 미분말은 조기에 수화되지 않아 기존 고로슬래그 시멘트 대비 초기 및 장기강도 저하가 수반하여 공기가 길어지게 되는 문제점이 있어, 고로 슬래그의 사용량 증가에 제한이 따르는 문제가 있다.

그러므로, 고로슬래그 미분말의 함량을 높이면서도 기존 고로슬래그 시멘트의 초기강도 및 장기강도를 유지할 수 있다면 생산자 및 소비자의 원가절감과 더불어, 궁극적으로 시멘트산업의 CO₂ 발생량도 저감할 수 있어, 고로슬래그의 사용량 증대를 위한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이러한 문제를 고려하여, 한국공개특허 제2001-0038096에는 고로슬래그를 재료로 한 고로슬래그 시멘트 조성물이 개시되어 있으며, 구체적으로는, 포트랜드 클링커 45~55중량%와 고로슬래그 40~55중량%, 무수석고와 이수석고 각각 중량2~3%, 소석회 03~1중량%, 석회석 1~5중량%, 플라이애쉬 2~5중량%를 포함도록 하고 있다.

그런데 최근 국내의 레미콘 업체에서는 환경보호와 원가절감 목적으로 고로슬래그미분말(BS이하) 등 광물질 혼화재를 다량치환하여 사용하는 경우가 많아지고 있다.

그러나, 의도하지 않은 실수에 의해 광물질 혼화재가 다량치환되어 설계재령에서 설계기준강도가 크게 미달되는 경우가 있는데, 이 경우는 타설된 구조체를 철거하고 재시공 할 수밖에 없음에 따라 공기 및 공사비 등에서 막대한 피해가 발생하게 된다.

따라서 볼 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고로슬래그 미분말이 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 과량 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 있어서, 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트구조체의 처리방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 고로슬래그는 분말도 4,000~10,000㎠/g인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 도포 후 양생 온도는 15 내지 70℃인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 복수회 도포의 간격은 도포막이 건조되기 전에 다음의 도포가 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명에 과량 고로슬래그를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 의하면, 고로슬래그가 다량치환되어 소정 강도 미만의 콘크리트구조체를 간단한 시공방법을 통하여 압축강도를 회복하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 콘크리트구조체의 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예(BS 90 중량%)에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예(BS 90중량%)에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예(BS 90중량%)에 의한 모르타르를 수중침지 후 건조한 시료를 촬영한 사진으로, 30분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 콘크리트구조체의 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예(BS 90 중량%)에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예(BS 90중량%)에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예(BS 90중량%)에 의한 모르타르를 수중침지 후 건조한 시료를 촬영한 사진으로, 30분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 것인데, 이를 참고한다.

본 발명에 따르는 콘크리트구조체의 처리방법은 고로슬래그를 포함하는 콘크리트구조체의 처리방법에 있어서, 상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기 고로슬래그를 포함하는 콘크리트 구조체는 고로슬래그 분말외에 결합재, 잔골재, 굵은골재, 배합수를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 고로슬래그는 미분말상태로 사용되는 것이 바람직한데, 그 분말도는 분말도 4,000 ~ 10,000㎠/g인 것일 수 있고, 만일 4,000㎠/g 미만이면, KS F 2563 고로슬래그 미분말 3종기준 이하이며, 반응성이 작아 강도발현에 불리하고, 반대로 10,000㎠/g을 초과하면, KS F 2563 고로슬래그 미분말 1종기준 이상이며, 알칼리 용액의 침투가 어려워 구조체의 회복에 어려움이 있을 수 있다.

아울러, 상기 알카리용액의 농도는 3 내지 20 몰(mol)일 수 있는데, 만일 3 몰 미만이면 알카리용액의 농도가 낮아 강도강화효과가 떨어지므로 문제가 있고, 반대로 20 몰을 초과하면 알카리용액의 점성이 높아져 구조체로의 침투효과가 낮아져 강도강화효과가 떨어져 바람직하지 아니하다.

용매로 물을 사용할 수 있음은 물론이나, 콘크리트구조체 내부로 침투 속도를 향상시키기 위하여 약전해질이나 비전해질 용매를 사용할 수 있다.

또한, 상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하는 것일 수 있는데, 이에 의하여 콘크리트구조체는 표면이나 내부에서 잠재수경성이 발현되어 경화되며 소원하는 압축강도가 확보될 수 있다.

이러한 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것을 특징으로 하는데, 이러한 이온들은 미반응된 고로슬래그에 포함된 칼슘, 실리콘, 알루미늄과 함께 구조체로 진입하는 용액의 수산화기와 반응하여 수화생성물의 생성을 더 빠르게 효과적이 될 수 있다.

아울러, 상기 알칼리 용액의 용매는 아세토니트릴, 아세트산, 불산, 아질산, 메탄올, 에탄올 또는 요소를 사용할 수 있는데, 이러한 용매는 전해성이 약하거나 없는 용매로서 콘크리트구조체에 침투성이 물보다 우수하여 더 깊이 빠른 시간에 금속이온이나 수산화기를 안내하여 잠재수경성 발현이 유리한 측면이 있다.

한편, 상기 알칼리 용액의 도포 온도는 15 내지 70℃인 것일 수 있는데, 온도에 따라서 알카리 용액 중 이온의 이동속도나 고로슬래그의 수화반응 속도의 영향을 미치게 되는데, 만일 15℃ 미만이면, 알칼리 용액과 물의 침투에 이익이 될 수 있으나, 낮은 온도 유지에 에너지가 많이 투하될 수 있고, 반대로 70℃를 초과하면, 에너지 비효율적임은 물론 낮은 온도에서 보다 더 용액이나 물의 침투정도가 낮아져 강도 발현에 불이익하다.

아울러서, 상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것이 바람직한데, 용액이 콘크리트구조체로 침투하는데 도포막을 형성하는 도포면에서 건조되면 용액을 침투시키는 원동력(driving force)이 되는 모세관 움직임이 방해될 수 있으며, 단번에 많은 양을 도포하는 것 보다 미건조 상태가 유지되도록 복수회로 나누어 도포 시공하는 것이 바람직하다.

<실시예>

본 발명에 따르는 콘크리트구조체의 준비는 배합사항으로 B:S(W/B)를 1:3(50중량%)이고, OPC(보통 포틀랜드 시멘트)에 대한 BS치환율은 BS 0 중량%, 60중량%, 90중량%로 준비하고, 또한, 도포 처리방법으로는 BS 90%에 대하여 수산화나트륨 용액, 수산화칼슘 용액을 준비하고, 3시간동안 마르지 않도록 하기 위하여 여러차례 반복하여 도포하였는데, 수산화나트륨의 경우 점성이 없는 액체상태이므로, 30분마다 도포해야 마르지 않은 상태가 되었고, 수산화칼슘의 경우는 점성이 있는 상태이므로, 수 번 도포만으로도 마르지 않은 상태를 유지할 수 있었다. 수산화나트륨과 수산화 칼슘 도포후 양생온도은 20, 65℃ 2수준으로 실시하였으며, 실험사항으로는 경화 모르타르의 압축강도를 재령 3일, 7일, 28일에 측정하였고, 해당 콘크리트 구조체를 수중침지 후 건조 10분을 주기적으로 측정하여 콘크리트의 회복 및 강도 강화를 육안상으로 확인하였다.

실험요인		실험수준
배합 사항	B:S(W/B)	1	· 1:3(50%)
	OPC에 대한 BS치환율(wt%)	3	· BS 0
			· BS 60
			· BS 90
실험 변수	강도 회복법1)	2	· NaOH (12mol)
			· Ca(OH)2 (6mol)
	처리방법	1	· 도포
	양생온도 (℃)	2	· 202)
			· 653)
실험 사항	경화 모르타르	2	· 압축강도 (3, 7, 28일)
			· 수중침지 후 건조

1) BS 60의 배합에서만 강도회복법 적용

2) 모든 수준에 적용

3) NaOH, Ca(OH)₂의 도포에 대하여만 적용함

도 1을 참고하면, 이는 결합재 조성비 변화에 따른 압축강도를 나타낸 것인데, 재령일이 증가함에 따라 압축강도는 증가하였지만 BS의 치환율이 높아질수록 압축강도가 낮아 지는것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2는 BS 90%에 수산화나트륨 용액을 표면에 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 것으로, 재령일이 경과함에 따라 압축강도는 전체적으로 증가하였지만 7일의 경우에는 양생온도가 20℃일 때 보다 65℃일 때가 더 높게 나타났으나, 재령 28일에서는 양생온도 65℃일 경우 16.1MPa로 48.8%를 발휘한 반면 20℃는 21.7MPa로 65.8%의 압축강도와 강도발현율을 나타내었는데, 이는 이는 수산화나트륨으로 도포 시공할할 경우 65℃보다는 20℃로 유지시켜주는 것이 압축강도 확보에 도움이 됨을 나타낸다.

아울러, 도 3은 BS 90중량%에 수산화칼슘을 도포한 후 양생온도별 압축강도 및 강도발현율을 나타낸 것인데, 재령일이 경과함에 따라 압축강도는 전체적으로 증가하였지만 7일의 경우에는 온도가 20℃보다 65℃일 때가 더 높은 압축강도를 발휘하는 것으로 나타났고, 재령 28일에서는 양생온도 65℃일 경우 16.1MPa과 48.8%인 반면 20℃는 20.8MPa로 63%정도 발휘되었는데, 이는 수산화칼슘을 도포 시공한 경우에 65℃보다는 20℃로 유지시켜주는 것이 침투성 및 강도발현에 있어 더 크게 기여한 것으로 보여진다.

그런데, 재령 7일과 28일, 온도 20℃와 65℃ 모두 수산화나트륨 보다는 낮은 경향을 보여주었다.

또한, 도 4는 OPC에 대한 BS치환율 90%인 모르타르를 수중침지 후 건조한 것을 30분 단위로 수산화나트륨 용액 및 수산화칼슘 용액을 각 20℃와 65℃로 구분하여 나타낸 사진인데, 시간경과에 따라 수산화나트륨과 수산화칼슘을 도포한 것은 30분부터 반응을 한 것과 반응하지 않은 부분의 용매 증발 정도의 차이가 나면서 색의 명도가 차이를 나타냄을 알 수 있다.

즉, 이를 통하여, 60분이 경과하였을 때는 경계선이 뚜렷하게 나타나는데, 이는 침투깊이가 65℃보다 20℃에서 더 깊은 것을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 과량의 고로슬래그를 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법에 있어서,
   상기 콘크리트구조체에 알칼리 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고로슬래그는 분말도 4,000~10,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 알칼리 용액은 수산화금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 알칼리 용액의 금속이온은 나트륨, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘이온인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 도포 온도는 15 내지 70℃인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 도포는 복수회로 나누어 수행하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 복수회 도포의 간격은 도포막이 건조되기 전에 다음의 도포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 미분말을 포함하는 콘크리트구조체의 강도강화방법.

Images