KR20220094029A - 순환골재 콘크리트용 혼화제 및 이를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물 - Google Patents

순환골재 콘크리트용 혼화제 및 이를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제를 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제에 관한 것으로, 상기 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15이며, 상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 10 내지 20중량%인 것을 특징으로 한다. 이러한 순환골재 콘크리트용 혼화제는 높은 물성 유지력을 나타낼 수 있고, 압축강도를 충분하게 유지시킬 수 있으며, 타설 후 건조수축을 억제하여 건축물 균열 발생을 억제할 수 있다.

Description

순환골재 콘크리트용 혼화제 및 이를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물{Admixture for recycled aggregate concrete and recycled aggregate concrete composition comprising thereof}
본 발명은, 순환골재 콘크리트용 혼화제 및 이를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
최근, 노후 주택의 급증으로 택지, 건물 및 도시의 재개발 및 재건축이 활발해지면서 건설 폐기물 발생량은 매년 증가되고 있는 추세이다. 또한, 폐기물에는 생활 폐기물, 사업장 폐기물 및 건설 폐기물 등이 있으며 그 중에서 건설 폐기물 발생량이 약 46.3%로 가장 많은 비중을 차지하고 있고, 건설 폐기물 중 폐콘크리트가 약 62.8% 정도나 되어 폐콘크리트의 재활용이 시급한 상황이다.
이에, 건설폐기물의 재활용을 촉진하여 순환골재의 다양하고 폭넓은 활용을 권장하고 있으며, 일정 부분 이상을 순환골재로 사용해야 하는 의무사용제도가 생겼다. 순환골재는 앞으로 환경친화적으로 매우 중요하며 건설 폐기물의 높은 비중을 차지하는 폐콘크리트의 재활용 그리고 천연골재의 대체원으로 매우 중요한 역할을 할 것이다.
그러나, 순환골재의 품질편차 및 순환골재 콘크리트의 압축강도 저하, 수축량 증가로 인한 균열 발생, 급격한 슬럼프 저하 등 다양한 문제로 인해 활용을 못하고 있는 실정이다. 또한, 최근 환경적인 문제로 골재 채취가 제한되어 골재 품귀현상을 겪어 건설 공사가 중단되거나 저품질 골재를 사용하는 현상이 발생하였다.
이러한 순환골재 콘크리트에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다. 이와 관련하여, 순환골재 사용률이 높을수록 콘크리트의 압축강도가 감소하는 결과를 가져옴을 확인하였다. 특히, 고강도(40MPa)로 갈수록 압축강도에 미치는 영향이 시멘트는 상대적으로 크고, 골재는 상대적으로 작다고 알려져 있다. 하지만, 구조용 순환골재 콘크리트는 건축물에서 압축 강도가 27MPa 이하인 것만 사용 가능하므로, 순환골재 사용시 압축강도가 감소되는 문제점을 내포하고 있다.
이를 보완하기 위해, 종래에는 순환골재 자체를 콜로이달 실리카로 코팅하거나 콜로이달 실리카 등과 같은 용액으로 표면처리하는 방법을 사용하였다. 하지만, 이는 모두 코팅하거나 용액을 함침하기 위한 별도의 공간 및 시간이 필요하여 현장 적용이 어렵고, 경제성을 고려하면 현실적으로 적용이 불가능하였다.
이에, 다양한 품질의 순환골재를 사용하여도 최종적으로 안정적인 현장 적용을 할 수 있고, 압축강도 및 건조수축율 등을 고려한 고품질의 구조용 순환골재 콘크리트를 제조 생산할 수 있는 혼화제가 필요하였다.
순환 골재는 재개발, 재건축 등과 같이 건축물 해체시 발생되는 건설폐기물 중 폐콘크리트를 재활용한 골재로 표면에 다량의 시멘트 모르타르와 불순물이 혼재되어 있다. 이에, 순환 골재는 낮은 밀도 및 높은 흡수율을 가지며 콘크리트용 골재로 사용시 콘크리트의 단위수량을 증가시키고 경시변화에 대한 물성 저항력 저하, 건조수축 증가 등의 다양한 문제점을 야기시켜 현장 적용에 어려움이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은, 순환골재를 포함하는 콘크리트에 사용하기 위한 혼화제로, 콘크리트의 단위수량을 감소시키고 콘크리트의 경시변화에 대한 물성 유지력 및 압축강도를 향상시키면서 건조수축이 발생하지 않도록 하는 순환골재 콘크리트용 혼화제를 제공하고자 한다.
본 발명은, 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제를 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제로서, 상기 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15이며, 상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 비율은 10 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 순환골재 콘크리트용 혼화제를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 순환골재 콘크리트용 혼화제를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 순환골재 콘크리트용 혼화제는, 순환골재 콘크리트에 사용시, 경시변화에 대한 슬럼프와 공기량의 물성 유지력과 압축강도를 향상시킬 수 있고, 건조 수축율을 감소시켜 건축물 균열을 억제시킬 수 있다.
또한, 순환골재가 가지는 기존의 문제점을 해결하여 다양한 품질의 순환골재를 적용시킬 수 있으며, 폐콘크리트 또는 폐아스팔트 등의 자원 재활용이 활성화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실험예 1에 따른 분산제와 유지제 비율별 경시변화 당 슬럼프를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 분산제와 유지제 비율별 경시변화 당 공기량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 분산제와 유지제 비율별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 콘크리트 재료분리가 발생된 구조체의 참고 사진이다.
도 5는 재료분리 현상과 일반적인 형상 비교를 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예 2에 따른 분산제, 유지제 및 증점제 비율별 경시변화 당 슬럼프를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험예 2에 따른 분산제, 유지제 및 증점제 비율별 경시변화 당 공기량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예 2에 따른 분산제, 유지제 및 증점제 비율별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예 2에 따른 분산제, 유지제 및 증점제 비율별 EISN 값을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예 3에 따른 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제 비율별 경시변화 당 슬럼프를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험예 3에 따른 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제 비율별 경시변화 당 공기량을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실험예 3에 따른 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제 비율별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 13는 본 발명의 실험예 3에 따른 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제 비율별 길이변화율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 순환골재를 포함하는 콘크리트에 사용되는 혼화제로, 혼화제에 포함되는 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제의 중량 비율을 조절하여 가장 적절한 중량비율을 찾아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은, 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제를 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제를 제공한다. 보다 상세하게는 상기 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15이며, 상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 10 내지 20중량%인 것을 특징으로 한다.
여기서, 순환골재 콘크리트용 혼화제는 순환골재를 포함하는 콘크리트에 사용되는 혼화제를 의미하고, 순환골재는 폐아스팔트 또는 폐콘크리트 구조물 철거시, 회수하여 얻은 것을 의미할 수 있다. 또한, 구조용 순환골재 콘크리트는 상기 순환골재를 포함하고, 구조물 구조상의 하중을 받기 위해 사용되거나 구조체의 일부를 형성하는 콘크리트를 통틀어서 의미할 수 있다.
분산제는 시멘트 입자에 흡착하여 정전기적으로 작용하여 시멘트 입자를 분산시키는 원리로 작용할 수 있다. 콘크리트 내에서 시멘트 입자의 분산, 유동성 향상, 단위 수량의 감소 및 콘크리트 작업성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명에서 분산제는 상기 역할을 하고 콘크리트 조성물에 포함될 수 있는 당업계에 알려진 분산제라면 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 분산제의 비제한적인 예로는 폴리카본산계, 리그닌계, 나프날렌계, 멜라민계, 폴리글리콜에테르류, 고분자량의 축합 나프탈렌 술폰산 나트륨염, 나프탈렌 술폰산 칼슘염 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 등이 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 분산제는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate), 글루콘산 나트륨(Sodium Gluconate), 및 알파 올레핀 설폰산 나트륨(Sodium C14-C16 Olefin Sulphonate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 3개의 성분들을 모두 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 분산제는 분산제 전체 100중량부 대비 폴리메틸 메타크릴레이트 20~30 중량부, 글루콘산 나트륨 10~15 중량부, 및 알파 올레핀 설폰산 나트륨(Sodium C14-C16 Olefin Sulphonate) 1~5 중량부를 포함할 수 있다. 상기 분산제가 이와 같은 조성을 가질 경우, 시멘트 입자를 보다 효율적으로 분산시킬 수 있다.
유지제는 경시 변화시 발생되는 순환골재 콘크리트의 물성 저하를 억제시켜주는 역할을 할 수 있다. 이러한 유지제는 레미콘의 먼거리 운반시 공장에서 현장까지 목표 워커빌리티를 유지시켜줄 수 있다. 단, 많은 양의 유지제를 사용할 경우 압축강도 저하 및 재료분리가 발생할 수 있으므로, 적절한 투입량을 조절하는 것이 중요하다.
본 발명에서 유지제는 상기 역할을 하고 콘크리트 조성물에 포함될 수 있는 당업계에 알려진 유지제라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 유지제는 폴리카본산계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 유지제는 로릴 에테르 황산나트륨(Sodium Lauryl Ether Sulfate), 아크릴산 중합체(Acrylic Acid Polymer), 및 메틸 프로페노익산 중합체(Methyl Propenoic Acid Polymer) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 3개의 성분들을 모두 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 유지제는 유지제 전체 100중량부 대비 로릴 에테르 황산나트륨 1~10 중량부, 아크릴산 중합체 20~30 중량부, 및 메틸 프로페노익산 중합체 20~30 중량부를 포함할 수 있다. 상기 유지제가 이와 같은 조성을 가질 경우, 순환골재 콘크리트의 물성 저하를 효율적으로 억제시킬 수 있다.
증점제는 콘크리트 조성물의 점도를 증가시켜 콘크리트의 재료분리를 방지하는 역할을 할 수 있다. 단, 많은 양의 증점제를 사용할 경우 레미콘 점성이 증가되어 타설시 어려움이 발생될 수 있어 적절한 투입량을 조절하는 것이 중요하다.
본 발명에서 증점제는 상기 역할을 하고 콘크리트 조성물에 포함될 수 있는 당업계에 알려진 증점제라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 증점제는 셀룰로오스계, 폴리에틸렌 옥사이드계, 또는 아크릴계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 증점제는 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스(Hydoxypropyl Methyl Cellulose), 염화나트륨(Sodium Chloride), 및 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르(Polyethylene Glycol Oleyl Ether) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 3개의 성분들을 모두 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 증점제는 증점제 전체 100중량부 대비 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스 70~80 중량부, 염화나트륨 5~10 중량부, 및 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르 10~20 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 혼화제에 포함되어 있는 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15일 수 있다. 보다 상세하게는 하기와 같다.
분산제와 유지제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 일 수 있다. 바람직하게는50 내지 70 : 30 내지 45, 50 내지 70 : 30 내지 40, 55 내지 70 : 30 내지 50, 55 내지 65 : 30 내지 50, 또는 55 내지 65 : 35 내지 45 일 수 있고, 가장 바람직하게는 60:40일 수 있다. 만약, 분산제 비율이 낮고 유지제 비율이 높을 경우에는 경시변화에 대한 물성 저항력은 높으나 재령에 따른 압축강도 증진이 불안정하여 목표 강도를 만족할 수 없다. 또한, 분산제 비율이 높고 유지제 비율이 낮을 경우에는 압축강도 증진은 양호하나 경시변화에 대한 물성 저항력이 낮아 급격한 슬럼프 저하가 발생할 수 있다. 이에, 분산제 및 유지제의 비율을 적절하게 조절하여 상기 중량비율을 가질 경우, 압축강도 증진 및 슬럼프 유지가 양호한 값을 가질 수 있다.
증점제는 분산제:유지제:증점제 중량비가 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15가 되도록 포함될 수 있고, 구체적으로는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 10, 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 8로 포함될 수 있다.
보다 구체적으로는, 증점제는 분산제 및 유지제의 중량합:증점제의 중량비가 100:3 내지 15일 수 있다. 바람직하게는, 100:3 내지 12, 100:3 내지 10, 또는 100:3 내지 8일 수 있고, 가장 바람직하게는 100:5일 수 있다. 증점제를 상기 비율로 포함할 경우, 재료 분리를 충분히 방지할 수 있다.
본 발명의 혼화제는 수축저감제를 추가로 포함할 수 있다.
수축저감제는 초결 이후 자기수축과 건조수축에 대한 저항력을 증가시키고 균열을 억제하는 역할을 할 수 있다. 특히, 순환골재와 같은 다공성 재료는 흡수율이 보통 골재보다 높은 특징이 있어 레미콘 생산시 단위 수량이 증가할 수 있고, 건조수축 유발을 촉진시켜 균열 발생 확률이 높아진다. 따라서, 순환골재의 콘크리트의 균열 억제를 위해 수축저감제를 사용할 수 있다.
본 발명에 사용된 수축저감제는 콘크리트의 고유 특성인 양생 시 내부 수분 증발로 인한 수축을 억제하기 위해 팽창성 물질을 부여함으로써 콘크리트의 수축에 의한 균열을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에서 수축저감제는 상기 역할을 하고 콘크리트 조성물에 포함될 수 있는 당업계에 알려진 수축저감제라면 제한 없이 사용할 수 있다.
수축저감제는 트리에틸렌 글리콜(Triethylene Glycol) 및 다이에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르(Diethylene Glycol Monobutyl Ether) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 2개의 성분들을 모두 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 수축저감제는 수축저감제 전체 100중량부 대비 트리에틸렌 글리콜 30~40 중량부 및 다이에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르 50~60 중량부를 포함할 수 있다.
상기 수축 저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 10 내지 20중량%일 수 있다. 바람직하게는, 10 내지 18중량%, 또는 12 내지 18중량%일 수 있으며, 가장 바람직하게는 15중량%일 수 있다. 수축저감제를 많이 사용할 경우, 분산제, 유지제 및 증점제의 사용비율이 줄어들고 건조수축 효과가 증가되나, 압축강도, 경시변화에 대한 물성 저항력이 낮아지고, 고가의 수축저감제를 사용하면 경제성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 상기 순환골재 콘크리트용 혼화제는 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제를 포함하고, 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 10이며, 상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 12 내지 18중량%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 분산제, 유지제, 증점제, 및 수축저감제 각각은 물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 본 발명의 순환골재 콘크리트는 구조용 순환골재 콘크리트일 수 있다.
한편, 압축강도와 관련하여, 기존에는 순환골재를 포함하는 경우, 단위수량 증가로 인해 강도 증진이 저하되고 목표강도에 미달되지만, 본 발명의 혼화제를 함께 포함하는 경우, 압축강도를 향상시킬 수 있고, 통상 설계기준강도인 27MPa를 상회하는 압축강도를 발현할 수 있다.
또한, 슬럼프 및 공기량과 관련하여, 기존에는 제조 생산한 후 초기에 급격한 슬럼프 및 공기량 감소가 발생하여 현장에 도착시 타설이 불가하다는 문제가 있었으나, 본 발명의 혼화제를 함께 포함하는 경우, 90분 경시변화에도 높은 물성 유지력을 나타내어, 초기 슬럼프에서 200mm, 60분 경시변화에서 180mm 이상 유지가 가능하였다.
아울러, 건조수축과 관련하여, 기존에는 높은 흡수율의 순환골재로 인해 콘크리트 내 건조수축이 증가하여 건축물 균열 발생이 증가하였으나, 본 발명의 혼화제를 함께 포함하는 경우, 수축저감으로 건조수축이 억제되어 건축물 균열 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 순환골재 콘크리트용 혼화제는 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제 외에 경화촉진제, 발포제, 방수제, AE제, AE감수제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한, 상기 순환골재 콘크리트용 혼화제; 및 순환골재를 포함하는 순환 골재 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 순환 골재 콘크리트 조성물은, 시멘트, 고로슬래그, 플라이애시, 잔골재, 천연 굵은골재, 및 순환 굵은골재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 시멘트, 고로슬래그, 플라이애시, 잔골재, 천연 굵은골재, 및 순환 굵은골재를 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 물-시멘트 비율은 40 내지 50중량%일 수 있고, 잔골재율은 45 내지 55중량%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 본 발명의 혼화제의 함량은 시멘트 중량 대비 0.01 내지 3중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 2.5중량%, 0.1 내지 2.5중량%, 0.5 내지 2 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 본 발명의 순환골재 콘크리트 조성물은 시멘트 200 내지 350kg/m3, 고로슬래그 40 내지 70kg/m3, 플라이애시 20 내지 50kg/m3, 잔골재 800 내지 1100kg/m3, 천연 굵은골재 400 내지 600kg/m3, 순환 굵은골재 350 내지 500kg/m3, 상기 혼화제 1 내지 5kg/m3를 포함할 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1에 기재되어 있는 조성을 포함하는 분산제, 유지제, 증점제, 및 수축저감제를 각각 준비하였다. 하기 실시예에 기재되어 있는 "%"는 다른 특별한 기재가 없는 한, "중량%"를 의미한다.
성분 함량(중량%)
분산제 폴리메틸 메타크릴레이트 20-30%
글루콘산 나트륨 10-15%
알파 올레핀 설폰산 나트륨 1-5%
물 65-80%
유지제 로릴 에테르 황산나트륨 1-10%
아크릴산 중합체 20-30%
메틸 프로페노익산 중합체 20-30%
물 40-50%
증점제 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스 70-80%
염화나트륨 5-10%
폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르 10-20%
수축저감제 트리에틸렌 글리콜 30-40%
다이에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르 50-60%
물 1-10%
본 실험에서는 순환골재 콘크리트에 포함되는 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제의 혼합 비율을 조절하여 최적의 비율을 찾아내었다.
구체적으로, 하기 실험예 1 내지 3에서와 같이 다양한 조성 및 비율로 혼화제를 제조하였으며, 이러한 혼화제를 하기 표 2와 같은 성분 및 질량배합으로 균일하게 혼합하여 구조용 순환골재 콘크리트를 제조하였고, 이에 따른 효과를 확인하였다.
Figure pat00001
한편, 하기 표들에 기재되어 있는 배합명과 관련하여, A는 분산제, B 는 유지제, C 는 증점제, D 는 수축저감제를 의미하고, 알파벳의 오른쪽에 기재되어 있는 수치는 혼화제에 포함되는 중량%를 의미한다.
예를 들어, 배합명이 A60B40C05 의 경우, 분산제 60%, 유지제 40%, 분산제 및 유지제의 중량합 대비 증점제 5%로 배합한 것을 의미하며, A60B40C05D15 의 경우, 분산제 60%, 유지제 40%, 분산제 및 유지제의 중량합 대비 증점제 5%, 분산제, 유지제 및 증점제 중량합 대비 수축저감제 15%를 의미한다.
<실험예 1> 분산제 및 유지제의 최적 배합 도출
상기 표 1에 따른 분산제 및 유지제를 각각 20%씩 치환하여 하기 표 3과 같은 6가지의 배합의 혼화제를 제조하였으며, 이러한 혼화제를 포함하는 순환골재 콘크리트를 표 2의 조성에 따라 제조하였다.
분산제
(%)		 유지제
(%)		 배합명
100 0 A100B0
80 20 A80B20
60 40 A60B40
40 60 A40B60
20 80 A20B80
0 100 A0B100
<슬럼프 및 공기량 시험>
일반적으로 표준화된 시험방법인 슬럼프 시험과 공기량 시험을 실시하였다. KSF 2402와 KSF 2409에 따라 슬럼프 및 공기량을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4 와 도 1 및 2에 나타내었다.
분산제(A) : 유지제(B) 슬럼프(㎜) 공기량(%)
배합명 비율
(A:B)		 0분 30분 60분 90분 0분 30분 60분 90분
A100B0 100 : 0 195 175 140 110 5.2 4.9 4.5 4.4
A80B20 80 : 20 190 180 145 130 4.9 4.9 4.6 4.3
A60B40 60 : 40 195 190 180 170 5.2 5.2 5.1 4.9
A40B60 40 : 60 190 190 180 175 4.8 4.6 4.6 4.5
A20B80 20 : 80 195 195 195 190 5.2 5 5 4.8
A0B100 0 : 100 190 190 190 185 5.3 5.1 5.1 4.9
유지제를 분산제 및 유지제의 중량합 대비 40%이상 배합할 경우, 경시변화 90분에서 슬럼프 유지가 양호하게 나타났으며, 공기량은 유지제와 분산제의 중량비율에 대해 미미한 영향을 받는 것으로 분석되었다.
<압축강도 시험>
　경시변화에 따른 슬럼프 및 공기량 측정 이후 φ100×200mm의 공시체를 3, 7, 14, 28일 재령에 맞추어 3개 씩 제작하였으며, 각 재령시 까지 20±1℃로 유지된 양생 수조에서 침수시킨 후 압축강도는 KSF 2405에서 규정한 방법에 따라 측정하였다. 그 결과를 하기 표 5 및 도 3에 나타내었다.
분산제(A) : 유지제(B) 압축강도(MPa)
배합명 비율
(A:B)		 3일 7일 14일 28일
A100B0 100 : 0 16.2 22.9 28.5 32.3
A80B20 80 : 20 15.1 20.4 27.6 30.9
A60B40 60 : 40 15.5 20.8 27.3 30.2
A40B60 40 : 60 15.1 19.2 25.6 27.5
A20B80 20 : 80 14.2 17.6 20.7 22.2
A0B100 0 : 100 13.5 16.8 20.5 21.7
압축 강도는 분산제를 분산제 및 유지제 중량합 대비 60%이상 사용할 때, 양호한 결과가 나타났으며, 분산제를 20% 로 사용할 때, 압축강도가 급격하게 감소되었다.
상기 시험들로부터 슬럼프와 압축강도를 고려한 분산제와 유지제의 최적 배합은 분산제:유지제의 중량비율이 60:40 내지 40:60 인 것으로 확인하였다.
<실험예 2> 증점제의 최적 배합 도출
콘크리트 재료 분리 억제력을 살펴보기 위하여, 증점제를 0, 5, 10%로 투입하여 진행하였다. 재료 분리 판정방법으로는 고유동 콘크리트 재료분리 판정방법을 이용하였다.
구체적으로, 하기 표 6과 같이 분산제 및 유지제를 각각 60:40 또는 40:60 비율로 혼합되어 있는 혼합물에 증점제를 분산제 및 유지제의 중량합 대비 0, 5 및 10%로 달리하여 상기 혼합물에 투입하여 혼화제를 제조하였다. 이러한 혼화제를 포함하는 순환골재 콘크리트를 표 2의 조성에 따라 제조하였다.
분산제 : 유지제
(%)		 증점제
(%)		 배합명
60 : 40 0 A60B40C00
5 A60B40C05
10 A60B40C10
40 : 60 0 A40B60C00
5 A40B60C05
10 A40B60C10
순환골재 콘크리트의 슬럼프와 공기량 및 압축강도는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 슬럼프와 공기량의 결과는 하기 표 7과 도 6 및 7에 나타내었고, 압축강도와 EISN 결과를 하기 표 8과 도 8 및 9에 나타내었다.
<EISN 시험>
고유동 콘크리트 재료분리 평가정수 EISN 수치는 콘크리트 슬럼프 플로우 최대치와 슬럼프 플로우 최소치의 비로 판정하였다. 전 배합에서 1.00~1.03은 1등급, 1.03~1.06은 2등급, 1.06~1.09는 3등급으로 성능을 구분하며, 1.09 초과는 재료분리로 판정하였다.
분산제(A) : 유지제(B)
: 증점제(C)		 슬럼프(㎜) 공기량(%)
배합명 비율
(A:B:C)		 0분 30분 60분 90분 0분 30분 60분 90분
A60B40C00 60:40:0 195 190 175 170 4.9 4.7 4.7 4.5
A60B40C05 60:40:5 200 195 190 190 5.2 5.1 5.1 4.8
A60B40C10 60:40:10 195 190 190 185 4.8 4.8 4.6 4.6
A40B60C00 40:60:0 190 190 185 180 5.4 5.3 5.1 5.1
A40B60C05 40:60:5 195 195 195 190 5.0 4.8 4.8 4.7
A40B60C10 40:60:10 195 195 195 190 4.9 4.8 4.6 4.5
분산제(A) : 유지제(B)
: 증점제(C)		 압축강도(MPa) EISN
배합명 비율
(A:B:C)		 3일 7일 14일 28일 슬럼프플로우
최대치
(ㄱ)		 슬럼프
플로우
최소치
(ㄴ)		 EISN
(ㄱ/ㄴ)
A60B40C00 60:40:0 16.3 21.7 28.5 30.9 255 230 1.109
A60B40C05 60:40:5 15.9 21.4 27.9 30.0 245 240 1.021
A60B40C10 60:40:10 16.1 20.9 28.2 31.1 245 245 1.000
A40B60C00 40:60:0 15.7 20.0 24.8 27.3 260 235 1.106
A40B60C05 40:60:5 15.5 19.5 25.1 28.4 245 245 1.000
A40B60C10 40:60:10 14.8 19.2 23.9 26.6 250 245 1.020
분산제 및 유지제를 각각 60:40의 비율로 혼합하고, 증점제를 0, 5, 10%로 투입하여 배합한 실험 결과를 살펴보면, 증점제 5 및 10%를 넣은 A60B40C05와 A60B40C10이 90분 경시변화에서 슬럼프가 10mm 이내로 유지되었고, 증점제를 넣지 않은 A60B40C00에서 90분 경시변화는 약 25mm로 슬럼프가 감소되는 것으로 나타났다. 공기량과 압축강도에서는 전 배합에서 큰 차이를 보이지 않았다.
EISN 재료 분리 평가에서는 증점제를 넣지 않은 A60B40C00의 EISN 값이 1.109로 매우 높아 재료분리가 발생된 것을 확인하였고, 증점제를 5, 10% 넣은 A60B40C05와 A60B40C10은 각각 1.021, 1.000으로 재료분리가 발생되지 않은 것으로 나타났다.
한편, 분산제 및 유지제를 40:60의 비율로 혼합하고, 증점제를 0, 5, 10%로 투입한 경우, 슬럼프와 공기량에서 전 배합이 유사한 결과를 나타내었다. 다만,
EISN 재료 분리 평가에서는 증점제를 넣지 않은 A40B60C00의 EISN 값이 1.106으로 매우 높은 수치를 나타내어 재료 분리가 발생된 것으로 분석되었다. 증점제 5, 10% 첨가한 경우인 A40B60C05 및 A40B60C10은 각각 1.000, 1.020 로 재로분리가 발생되지 않은 것으로 분석되었다.
압축강도는 분산제:유지제가 40:60인 경우 증점제 혼입율에 따라 압축강도 차이가 크지 않으나, 분산제 및 유지제가 60:40인 경우, 40:60 인 경우보다 압축강도 차이가 2 내지 4MPa 정도 높기 때문에, 60:40이 가장 바람직한 것을 확인할 수 있다. 또한, 증점제는 분산제 및 유지제의 중량합 대비 5% 사용이 적절한 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3> 수축저감제의 최적 배합 도출
콘크리트의 수축저감을 억제하여 균열 방지 목적으로 수축저감제를 투입하였다. 하기 표 9과 분산제:유지제:증점제가 60:40:5 의 중량비율로 혼합되어 있는 혼합물에 수축저감제를 상기 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 0, 5, 10, 15, 20% 로 달리하여 상기 혼합물에 투입하여 혼화제를 제조하였다. 또한, 이러한 혼화제를 포함하는 순환골재 콘크리트를 표 2의 조성에 따라 제조하였다.
분산제 : 유지제 : 증점제
(%)		 수축저감제
(%)		 배합명
60 : 40 : 5 0 A60B40C05D00
5 A60B40C05D05
10 A60B40C05D10
15 A60B40C05D15
20 A60B40C05D20
순환골재 콘크리트의 슬럼프와 공기량 및 압축강도는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 슬럼프와 공기량의 결과를 하기 표 10과 도 10 및 11에 나타내었고, 압축강도 및 길이변화 시험의 결과를 하기 표 11과 도 12 및 13에 나타내었다.
<길이 변화 시험>
콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 길이변화를 측정하였다.
분산제(A) : 유지제(B)
: 증점제(C) : 수축저감제(D)		 슬럼프(㎜) 공기량(%)
배합명 비율
(A:B:C:D)		 0분 30분 60분 90분 0분 30분 60분 90분
A60B40C05D00 60:40:5:0 195 195 190 185 5 4.8 4.8 4.6
A60B40C05D05 60:40:5:5 195 195 195 190 5.5 5.4 5.4 5.1
A60B40C05D10 60:40:5:10 195 195 190 185 4.8 4.8 4.6 4.5
A60B40C05D15 40:60:5:15 200 195 185 180 5.2 5 5 4.8
A60B40C05D20 40:60:5:20 195 190 185 180 4.7 4.7 4.6 4.3
분산제(A) : 유지제(B)
: 증점제(C) : 수축저감제(D)		 압축강도(MPa) 길이변화(㎛)
배합명 비율
(A:B:C:D)		 3일 7일 14일 28일 1주 2주 4주 8주 12주
A60B40C05D00 60:40:5:0 16.3 21.7 28.5 30.9 239 349 531 639 673
A60B40C05D05 60:40:5:5 15.9 21.4 27.9 30.0 195 294 448 553 599
A60B40C05D10 60:40:5:10 16.1 20.9 28.2 31.1 143 276 368 466 485
A60B40C05D15 40:60:5:15 15.7 20.0 24.8 27.3 139 234 363 422 446
A60B40C05D20 40:60:5:20 15.5 19.5 25.1 28.4 132 249 347 431 435
슬럼프와 공기량, 압축강도는 상기 전 배합에서 유사한 결과를 나타내었다. 하지만 길이변화 시험에서 재령 12주에서 수축저감제 5% 사용하는 A60B40C05D05가 수축저감제를 사용하지 않는 A60B40C05D00 대비 약 11%, 수축저감제 10% 사용하는 A60B40C05D10은 A60B40C05D00 대비 약 28%, 수축저감제 15% 사용하는 A60B40C05D15는 A60B40C05D00 대비 약 34%, 수축저감제 20% 사용하는 A60B40C05D20은 A60B40C05D00 대비 35% 감소되었다. 이에, 수축저감제를 15% 이상 투입하는 것은 길이변화의 차이가 미미한 것으로 분석되었다. 따라서, 혼화제의 경제성을 함께 고려해보면 수축저감제는 15%로 투입하는 것이 가장 적합하였다.

Claims (6)

  1. 분산제, 유지제, 증점제 및 수축저감제를 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제로서,
    상기 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 15이며,
    상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 10 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 순환골재 콘크리트용 혼화제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산제는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate), 글루콘산 나트륨(Sodium Gluconate), 및 알파 올레핀 설폰산 나트륨(Sodium C14-C16 Olefin Sulphonate) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 유지제는 로릴 에테르 황산나트륨(Sodium Lauryl Ether Sulfate), 아크릴산 중합체(Acrylic Acid Polymer), 및 메틸 프로페노익산 중합체(Methyl Propenoic Acid Polymer) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 순환골재 콘크리트용 혼화제.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증점제는 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스(Hydoxypropyl Methyl Cellulose), 염화나트륨(Sodium Chloride), 및 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르(Polyethylene Glycol Oleyl Ether) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수축저감제는 트리에틸렌 글리콜(Triethylene Glycol), 및 다이에틸렌 글리콜 모노뷰틸 에테르(Diethylene Glycol Monobutyl Ether) 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 순환골재 콘크리트용 혼화제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산제:유지제:증점제의 중량 비는 50 내지 70 : 30 내지 50 : 3 내지 10이며,
    상기 수축저감제의 중량%는 분산제, 유지제 및 증점제의 중량합 대비 12 내지 18중량%인 것을 특징으로 하는 순환골재 콘크리트용 혼화제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 순환골재 콘크리트용 혼화제; 및 순환골재를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물.
KR1020200185286A 2020-12-28 2020-12-28 순환골재 콘크리트용 혼화제 및 이를 포함하는 순환골재 콘크리트 조성물 KR102499635B1 (ko)

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