KR20220169802A - 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 및 이를 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트 - Google Patents

고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 및 이를 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 혼입될 때 저온 환경에서 조기강도 발현을 가능케 하면서도 초기 유동성을 유지할 수 있으며, 블리딩을 제어하여 초기 건조수축을 저감할 수 있고 중·장기강도 발현도 가능한 새로운 기능성 첨가제 조성물과 그 기능성 첨가제 조성물을 이용한 기능성 첨가제의 바람직한 제조방법, 그리고 그 기능성 첨가제를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 조성물은, 티오시안나트륨(NaSCN) 10~20중량%; 인산칼륨(KH2PO4) 5~15중량%; 황산나트륨(Na2SO4) 15~30중량%; 질산나트륨(NaNO3) 5~15중량%; 유기계 수축저감제 25~35중량%; 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~40중량%;로 조성되는 것을 특징으로 하는 한다. 여기서 유기계 수축저감제는 플레이크(flake) 형태의 펜틸글리콜(Fentyl Glycol)을 바람직하게 적용할 수 있다.

Description

고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 및 이를 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트{Hybrid Functional Additive for Slag Cement and Slag Cement Concrete Using the Same}
본 발명은 시멘트를 고로슬래그로 일부 대체한 고로슬래그 시멘트의 물성 개선을 위한 고로슬래그 시멘트용 기능성 첨가제와 이를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 혼입될 때 저온 환경에서 조기강도 발현을 가능케 하면서도 초기 유동성을 유지할 수 있으며, 블리딩을 제어하여 초기 건조수축을 저감할 수 있고 중·장기강도 발현도 가능한 새로운 기능성 첨가제 조성물과 그 기능성 첨가제 조성물을 이용한 기능성 첨가제의 바람직한 제조방법, 그리고 그 기능성 첨가제를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 관한 것이다.
시멘트 산업은 전력산업에 이어 두 번째로 많은 탄소를 배출하는 산업이다. 이에 따라 이산화탄소 배출이 많은 시멘트의 사용을 억제하고자 하는 연구들이 많이 진행되고 있으며, 고로슬래그 시멘트도 그 중 하나이다. 고로슬래그 시멘트는 시멘트를 고로슬래그로 일부 대체하여 시멘트의 사용을 줄인 방법이 된다.
고로슬래그 시멘트는 반응시간이 일반 시멘트에 비하여 느리기 때문에 고로슬래그 시멘트 콘크리트는 초기강도 발현이 늦고, 더불어 자기수축, 소성수축 및 초기 건조수축 증대 등의 내구성 저하 문제가 있다. 일반적으로 고로슬래그 시멘트는 콘크리트 강도를 개선하고자 알칼리 활성화제를 함께 사용하나, 표준온도 미만의 저온 환경에서는 그 효과가 미미하다. 저온 환경에서 요구 강도 확보를 위해서는 알칼리 활성화제의 첨가량이 증가할 수밖에 없는데, 이 경우 초기 유동성을 빠르게 손실하고 급결하는 경향과 더불어 콘크리트의 관리기준인 염화물 함량을 벗어나 내구성의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 고로슬래그 시멘트 콘크리트는 블리딩으로 인한 소성수축 및 초기 건조수축 증대 등의 문제가 있다. 따라서 저온 환경에서 조기강도 발현을 가능케 하면서도 초기 유동성을 유지할 수 있으며, 블리딩을 제어하여 초기 건조수축을 저감할 수 있고 중·장기강도 발현도 가능한 새로운 기능성 첨가제가 필요한 실정이다.
한편 최근 건설 현장은 기후변화에 따라 간절기와 동절기 기간이 길어지면서 습식 공정의 기간이 길어지고 예정 공기보다 늦어지는 어려움이 있다. 또한 콘크리트 공사는 펌프 압송 기계화 시공이 일반적인데, 이 경우 펌프 압송의 편의를 위해 과도한 물 배합이 이루어져 시공 후 균열 발생 및 구조체 강도 저하 문제가 빈번하다. 보통 콘크리트의 건조수축을 저감 시키기 위한 방안으로 팽창재가 소개되지만, 팽창재는 수화반응을 통하여 부피 팽창을 일으키는 것으로 보통 매우 고가이어서 경제적인 제품 제조에 활용하는데 제약이 된다. 또한, 다량의 팽창재를 사용하면 우천 등에 의한 수분의 반복, 지속적인 공급에 의하여 과량 팽창하여 구조물을 파괴할 우려가 있기 때문에 시공현장에서의 사용의 한계가 있다.
KR 10-1244825 B1 KR 10-2013-0087663 A
본 발명은 저온 환경에서도 유리하게 적용할 수 있는 새로운 고로슬래그 시멘트 콘크리트를 제안하고자 개발된 것으로서, 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 혼입될 때 저온 환경에서 조기강도 발현을 가능케 하면서도 초기 유동성을 유지할 수 있으며, 블리딩을 제어하여 초기 건조수축을 저감할 수 있고 중·장기강도 발현도 가능한 새로운 기능성 첨가제 조성물과, 그 기능성 첨가제 조성물을 이용한 기능성 첨가제의 바람직한 제조방법, 그리고 그 기능성 첨가제를 바람직하게 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 티오시안나트륨(NaSCN) 10~20중량%; 인산칼륨(KH2PO4) 5~15중량%; 황산나트륨(Na2SO4) 15~30중량%; 질산나트륨(NaNO3) 5~15중량%; 유기계 수축저감제 25~35중량%; 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~40중량%;로 조성되되, 초임계 유동층 보일러 플라이애시가 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로서 5∼20중량%의 SO3와 20∼30중량%의 CaO를 함유하면서 분말도가 6,000~9,000cm2/g인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 조성물을 제공한다. 여기서 유기계 수축저감제는 플레이크(flake) 형태의 펜틸글리콜(Fentyl Glycol)을 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제를 제조하는 바람직한 방법으로, 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 일부, 인산칼륨, 티오시안나트륨을 순서대로 분쇄믹서에 투입하면서 분쇄혼합하는 것으로 제1혼합물을 준비하는 한편, 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 나머지, 황산나트륨과 질산나트륨, 유기계 수축저감제를 순서대로 믹서에 투입하면서 혼합하는 것으로 제2혼합물을 준비한 다음, 제1혼합물과 제2혼합물을 혼합믹서에 투입하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제의 제조방법을 제공할 수 있다. 여기서 제2혼합물도 분쇄믹서에서 분쇄혼합하여 준비할 수 있다.
나아가, 본 발명은 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제를 이용한 콘크리트 배합에서, 시멘트 40~60중량%와 고로슬래그 미분말 40~60중량%로 조성된 결합재 100중량부에, 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 0.25~2.00중량부 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트 콘크리트를 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 본 발명의 기능성 첨가제는 고로슬래그 시멘트 콘크르트 배합에 혼입되면 저온 환경에서의 조기강도 발현과 초기 유동성 유지에 기여하고, 블리딩 제어를 통해 초기 건조수축 저감과 중·장기강도 발현 증진에도 기여한다.
둘째 본 발명의 고로슬래그 시멘트 콘크리트는 시멘트를 대체하여 고로슬래그 미분말을 사용하기 때문에 시멘트 사용 저감에 따른 이산화탄소 발생량 억제에 기여하고, 고로슬래브 미분말에 의해 우수한 염소이온침투저항성을 발휘한다.
본 발명은 시멘트를 고로슬래그로 일부 대체한 고로슬래그 시멘트의 물성 개선을 위한 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제와 이를 바람하게 이용한 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 관한 것이다.
1. 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제
본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트용 기능성 첨가제는 유·무기 복합 기능성 첨가제로, 일반적으로 사용되는 알칼리 활성화제와 경화 촉진제의 단점을 상호 보완하는 첨가제가 된다. 즉, 고로슬래그 시멘트 콘크리트 배합에 혼입될 때, 초기 유동성 유지와 함께 초기강도 및 중·장기강도 증진이 가능하고, 더불어 고로슬래그 시멘트의 고질적인 단점인 소성·건조수축 균열을 억제할 수 있다. .구체적으로 본 발명에 따른 유·무기 복합 기능성 첨가제는, 티오시안나트륨(NaSCN) 10~20중량%; 인산칼륨(KH2PO4) 5~15중량%; 황산나트륨(Na2SO4) 15~30중량%; 질산나트륨(NaNO3) 5~15중량%; 유기계 수축저감제 25~35중량%; 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~40중량%;로 조성된다.
기능성 첨가제에서 티오시안나트륨(NaSCN)은 시멘트 중의 Ca2+ 이온을 빠르게 용출시켜 시멘트 중 초기강도에 중요한 역할을 하는 성분인 3CaO·SiO2의 수화를 촉진하며, 결국 시멘트의 경화 반응을 촉진하게 된다. 티오시안나트륨은 10~20중량% 사용하는데, 10중량% 미만이면 시멘트 경화 촉진 효과가 미미하고 20중량% 초과하면 경제성이 상실한다.
인산칼륨(KH2PO4)은 고로슬래그 미분말을 자극하여 강도 증진에 도움을 준다. 인산칼륨은 고로슬래그 미분말의 MgO, CaO, 혼합수(H2O)와 결합하여 각각 Mg·K·PO4·6H2O(MgO + KH2PO4 + 5H2O → Mg·K·PO4·6H2O) 수화물과, Ca·K·PO4·6H2O(CaO + KH2PO4 + 5H2O → Ca·K·PO4·6H2O)CaO + KH2PO4 + 5H2O → Ca·K·PO4·6H2O) 수화물을 생성하며, 이렇게 생성된 수화물이 콘크리트 결합재의 고로슬래그 미분말을 자극하여 재령 3일 이후 시점의 강도 증진에 도움을 주는 것이다. 인산칼륨은 5~15중량% 사용하며, 5중량% 미만이면 강도증진 효과가 미미하고 15중량% 초과하면 경제성이 상실할 뿐만 아니라 오히려 강도 저하가 우려된다.
황산나트륨(Na2SO4)과 질산나트륨(NaNO3)은 Na+ 이온이 pH를 증가시켜 시멘트 수화반응을 촉진하는 역할을 하고 동시에 콘크리트 조성물이 골고루 혼합될 수 있게 하는 충진재 역할을 한다. 또한 황산나트륨은 SO42- 이온이 에트린자이트를 생성하여 강도 증진에도 기여하고, 3CaO·Al2O3의 급격한 반응을 적절히 완화시켜 콘크리트의 초기 유동성을 유지할 수 있게 한다. 황산나트륨은 15~30중량%를 사용하며, 15중량% 미만이면 강도 증진 효과가 미미하고 30중량% 초과하면 경제성이 상실한다. 한편 질산나트륨(NaNO3)은 SNO3 - 이온이 혼합수의 응결 온도를 낮추어 저온에서의 사용성 확보에 기여 한다. 질산나트륨은 5~15중량% 사용하는데, 5중량% 미만이면 수화반응 촉진효과가 미미하고 15중량% 초과하면 유동성 저하, 경제성 상실이 우려된다.
유기계 수축저감제는 콘크리트 모세관 응축수의 용해하여 표면장력을 완하시킴으로써 콘크리트 건조수축 저감에 기여하는 재료가 되며, 결국 유기계 수축저감제에 의해 콘크리트 균열 발생 및 나아가 콘크리트 구조물의 탄산화를 억제할 수 있게 된다. 유기계 수축저감제로는 플레이트(Flake) 타입의 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol)을 바람직하게 사용할 수 있다. 유기계 수축저감제는 25~35중량% 사용하며, 25중량% 미만이면 수축저감 효과가 미미하고 35중량% 초과하면 초기·장기 강도 부진, 경제성 상실이 우려된다.
초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로서, 5∼20중량%의 SO3와 20∼30중량%의 CaO을 함유하면서 분말도가 6,000~9,000cm2/g인 애시이다. 일반적인 플라이애시는 석탁 화력발전소에서 연료(석탄)와 공기를 주입하여 연소(1200~1500도)하는 공정에서 배출되는 애시이고, 순환 유동층 보일러 플라이애시는 순환 유동층 보일러에서 공기와 석회를 동시에 주입하여 지속적으로 열을 순환시키면서 석탄을 완전 연소(760~950도)하는 공정을 통해 배출되는 애시이고, 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러(물이 증기로 변환되는 임계조건(2255kg/cm2 증기압, 374도 증기온도)으로 가하여 발전하는 보일러)에서 공기 대신 산소를 주입하여 초임계 상태에서 연료(석탄)을 연소하는 공정에서 배출되는 애시이다. 이들 플라이애시들은 석탄을 연료로 하는 발전설비에서 배출되는 애시라는 점에서 공통점이 있으나 발전설비의 구체적인 처리방식이 달라 플라이애시의 화학성분과 물리적 특성에서 차이가 있다.
초임계 유동층 보일러 플라이애시는 다량의 CaO와 SO3의 성분으로 포졸란 반응에 의해 시멘트의 C3A와 반응하여 에트린자이트를 생성하여 강도성능 향상에 기여한다. 또한 높은 분말도와 고르지 못한 입형의 다공성으로 흡수율이 높기 때문에, 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 단점인 블리딩을 적절히 제어함으로써 소성수축에 기여한다. 나아가 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 다른 재료들이 골고루 혼합될 수 있도록 충진재 역할을 하는데, 특히 조해성으로 흡습성이 높아지면서 적절한 분산력을 상실하기 쉬운 티오시안나트륨과 인산칼륨, 유기계 수축저감제가 균일하게 분산될 수 있도록 충진재 역할을 하는 것이다. 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 10~40중량% 사용하며, 10중량% 미만이면 분산효과, 블리딩 제어효과, 강도 증진효과가 미미하고, 40중량% 초과하면 콘크리트 팽창, 유동성 저하, 강도 저하가 우려된다.
위와 같은 조성으로 준비된 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 조성물은 일부 재료들의 조해성으로 동시에 혼합할 경우 균일한 분산이 어려울 수 있으므로, 본 발명에서는 바람직한 제조방법을 제안한다. 먼저 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 일부(준비량의 50% 내외), 인산칼륨, 티오시안나트륨을 순서대로 분쇄믹서에 투입하면서 분쇄혼합하는 것으로 제1혼합물을 준비한다. 조해성이 높은 물질을 마지막에 투입함으로써 적절한 분산 및 분쇄 혼합될 수 있도록 한 것인데, 높은 조해성의 물질이 분쇄믹서에 먼저 투입된다면 믹서내부에 달라붙어 단단하게 다져지게 되면서 로스가 발생하고 그로 인해 배합비의 변동을 줄 수 있다. 다공질의 초임계 유동층 보일러 플라이애시가 높은 흡수율로 인해 골고루 혼합될 수 있도록 충진재 역할을 하기 때문에 적절한 분산이 가능해진다. 특히 제1혼합물은 분쇄믹서에서 분쇄혼합하며, 이는 분쇄를 통한 미분화로 콘크리트 배합 시에 H2O(배합수)에 더욱 빠르게 용해되게 하여 반응성을 끌어올리기 위함이다.
제1혼합물 준비와 함께, 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 나머지, 황산나트륨과 질산나트륨, 유기계 수축저감제를 순서대로 믹서에 투입하면서 혼합하는 것으로 제2혼합물을 준비한다. 제2혼합물도 제1혼합물과 마찬가지로, 조해성이 높은 유기계 수축저감제를 마지막에 투입하여 적절히 분산 및 혼합 분쇄가 될 수 있게 한다. 제2혼합물은 조해성이 높은 유기계 수축저감제가 용해성이 좋기 때문에 제1혼합물과 달리 일반 혼합믹서에서 혼합하는 것으로 충분하나, 적절한 분산의 목적으로 분쇄믹서에서 분쇄혼합할 수도 있다.
제1,2혼합물의 준비가 다 된 후에는, 제제1,2혼합물을 혼합믹서에 투입하여 혼합하기만 하면 된다. 이로써 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트용 기능성 첨가제가 제조되며, 이렇게 제조된 고로슬래그 시멘트용 기능성 첨가제는 모든 구성재료가 프리믹스된 상태로 현장에서는 일반 혼화제의 사용방법과 마찬가지로 간편하게 적용하면 된다.
2. 고로슬래그 시멘트 콘크리트
본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제는 고로슬래그 시멘트 콘크리트 배합에 유리하게 적용할 수 있다. 고로슬래그 시멘트 콘크리트 배합에서 결합재는 보통포틀랜드 시멘트 40~60중량%와 고로슬래그 미분말(분말도 3,500~5,500cm2/g) 40~60중량%로 조성하면 적절하다. 여기서 시멘트의 함량은 초기강도 및 중·장기강도를 고려한 범위가 되고, 고로슬래그 미분말의 함량은 염소이온 침투 저항 효과와 함께 초기,장기강도를 고려한 범위가 된다. 특히 고로슬래그 미분말은 높은 분말도로 고로슬래그 내부에 SiO2 성분이 시멘트 수화물과 포졸란 반응하여 C-S-H(Calcium silicate hydrate) 수화물을 생성하여 강도 증진, 염소이온 침투 저항성 확보에 효과적이므로, 경제성과 강도를 고려하여 사용 범위를 결정한다. 위와 같은 조성의 결합재 100중량부에 대하여, 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제는 0.25~2.00중량부 혼입하는 것이 기능성, 경제성에서 적당하다.
이하에서는 제조예 및 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 제조예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[제조예] 고로슬래그 시멘트용 기능성 첨가제 제조
1. 고로슬래그 시멘트용 첨가제 조성물
고로슬래그 시멘트용 첨가제 조성물을 준비였다. 비교예1~3은 무기계 재료만으로 준비하였는데, 비교예1은 티오시안나트륨 20중량부를 단독으로 준비하고, 비교예2는 티오시안나트륨 20중량부, 인산칼슘 10중량부의 조성으로 준비하고, 비교예3은 티오시안나트륨 20중량부, 인산칼륨 10중량부, 황산나트륨 20중량부, 질산나트륨 10중량부의 조성으로 준비하였다. 실시예1,2는 무기계 재료에 유기계 재료를 더 추가하여 준비하였는데, 둘다 티오시안나트륨 20중량부, 인산칼륨 10중량부, 황산나트륨 20중량부, 질산나트륨 10중량부, 유기계 수축저감제 20중량부, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 20중량부의 조성으로 준비하였다.
2. 고로슬래그 시멘트용 첨가제 제조
쥰비한 조성물로 고로슬래그 시멘트용 첨가제를 제조하였다. 비교예1~3과 실시예1은 모든 조성재료를 단순 혼합하는 방법으로 제조한 반면, 실시예2은 본 발명에서 바람직하게 제안한 제조방법에 따라 제1,2혼합물로 각각 따로 준비한 후 혼합하는 방법으로 제조하였다. 특히 실시예2에서 제1혼합물은 분쇄믹서에 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10중량부를 먼저 투입하고 이어 인산칼륨 10중량부를 투입한 다음 마지막으로 티오시안나트륨 20중량부를 투입하면서 분쇄혼합하여 준비하고, 제2혼합물은 혼합믹서에 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10중량부를 먼저 투입하고 이어 황산나트륨 20중량부와 질산나트륨 10중량부를 투입한 다음 마지막으로 유기계 수축저감제를 투입하면서 혼합하여 준비하였으며, 이렇게 준비한 제1,2혼합물을 혼합믹서에서 혼합하는 방법으로 제조하였다.
[시험예] 고로슬래그 시멘트 콘크리트 특성
1. 고로슬래그 시멘트 콘크리트 배합
[제조예]에 따라 제조한 기능성 첨가제를 이용하여 고로슬래그 시멘트 콘크리트를 아래 [표 1]과 같이 배합하였다. 보는 바와 같이 대조예1,2,3는 결합재의 종류를 달리한 배합으로, 제조예의 기능성 첨가제를 혼입하지 아니한 배합이다. 비교예1~4와 실시예1은 [제조예]의 기능성 첨가제를 혼입한 배합이다.
콘크리트 배합(25-24-150)
구분 W/B S/a W 결합재
(kg/m3)		 골재
(kg/m3)		 PC계
고성능
혼화제		 기능성
첨가제
(B×%)
OPC SP 합계 잔골재 굵은골재
대조예1 48.0 49.0 168 350 - 350 883 920 2.80 -
대조예2 210 140 350 878 915 -
대조예3 175 175 350 876 915 -
비교예1 175 175 350 876 915 0.15
비교예2 175 175 350 876 915 0.20
비교예3 175 175 350 876 915 0.35
실시예1 175 175 350 876 915 0.50
실시예2 175 175 350 876 915 0.50
2. 콘크리트 특성
[표 1]과 같이 배합한 콘크리트에 대하여, 압축강도(KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법), 길이변화(Data Rogger(TDS-530)법), 염소이온침투저항성( KS F 2711 전기전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투저항성 시험방법), 블리딩(KS F 2414 콘크리트의 블리딩 시험방법) 시험을 실시하였다. 특히 압축강도는 시험체 제작 후 10.5~12.9 ℃ 범위의 항온항습기에서 24hr 경과 후 1일 조기강도를 측정하고, 이후에는 표준조건 양생(20℃±1℃)을 실시하여 측정하였다. 시험결과는 아래 [표 2]와 같이 나타냈다.
콘크리트 특성
구분 대조예1 대조예2 대조예3 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
압축강도1)
(MPa)		 1일 3.1 2.4 1.9 2.7 3.0 3.3 3.0 3.3
3일 21.1 10.8 8.0 10.7 11.0 11.7 11.9 12.4
7일 33.2 26.2 23.7 27.9 28.2 29.9 34.8 35.6
28일 40.5 43.7 41.9 40.7 41.9 44.5 45.3 45.5
블리딩율 (%) 16.4 13.9 11.4 9.2 9.4 9.7 7.0 6.9
Slump(mm) 180 200 220 205 215 215 220 220
Air(%) 5.0 5.3 5.5 4.9 5.2 5.0 5.5 5.4
길이변화(×10-6) 28일 -621 -714 -779 -697 -701 -656 -464 -451
염소이온 침투저항성(Coulombs) 4,424.5 1,315.1 800.4 857.2 816.1 900.2 989.4 997.2
위의 [표 2]와 같이, 결합재를 시멘트 100%로 구성한 대조예1에 비해 시멘트의 40~50%를 고로슬래그 미분말로 치환 조성한 대조예2,3은 조기강도와 중기강도가 크게 낮아지고 길이변화도 저감하는 것으로 확인되나, 염소이온침투저항성과 유동성(슬럼프) 및 블리딩율은 향상되는 것으로 확인된다. 이와 같은 결과에 따라 시멘트와 고로슬래그 미분말의 2성분으로 조성한 결합재는 조기, 중기강도 발현과 길이변화 저감에 효과적인 기능성 첨가제가 필요하다고 할 수 있다.
비교예1은 대조예3의 결합재에 기능성 첨가제로 티오시안나트륨과 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 더 혼입한 예인데, 보는 바와 같이 대조예3보다 초기 재령의 압축강도와 길이변화는 다소 향상된 것으로 확인되나, 7일 이후 28일 압축강도에서는 오히려 저감하는 것으로 확인된다. 비교예2는 비교예1에서 다소 부족하였던 조기와 중·장기 압축강도 성능을 향상시키기 위하여 기능성 첨가제로 비교예1의 기능성 첨가제 외에 인산칼륨을 더 추가 혼입한 예인데, 비교예1보다 전반적으로 압축강도 성능이 소폭 상승하고 장기강도 측면에서 대조예3과 동등한 수준을 나타내는 것으로 확인된다. 비교예3은 부족한 장기강도를 더욱 보완하고자 비교예2의 기능성 첨가제 외에 고로슬래그 미분말의 자극을 위한 알칼리 활성화제를 더 추가 혼입한 예로, 보는 바와 같이 저온 환경의 조기강도가 비교예 1수준과 동등 또는 그 이상으로 확인되고, 장기강도 또한 44.5MP로 측정되어 대조예1~3은 물론 비교예 1,2보다도 우수하게 확인된다. 다만 비교예1,2,3는 전체적으로 시멘트만을 사용한 대조예1보다 길이변화가 증가된 결과를 나타냈다.
실시예1은 길이변화의 감소를 위해 비교예3의 기능성 첨가제 외에 유기계 수축저감제를 더 추가 혼입한 예인데, 보는 바와 같이 비교예3에 비해 조기, 중·장기 강도와, 블리딩율 감소, 길이변화 감소에서 우수한 효과가 확인된다. 염소이온침투저항성는 비교예3보다 소폭 상승하는 경향이었지만 1,000C 미만의 수준으로 매우 낮음의 침투성등급으로 확인된다. 실시예2는 실시예1의 기능성 첨가제를 본 발명에 따른 제조방법오로 제조하여 혼입한 예로서, 실시예1보다 증진된 특성(조기강도, 길이변화 등)가 확인된다. 실시예2는 실시예1보다 미세한 증진 효과를 나타냈지만, 시험조건보다 규모가 상당히 커지는 실제 현장에서는 실시예2에 따를 경우에 더욱 증진된 효과를 나타낸 것으로 예상된다.
위와 같은 결과에 따라, 본 발명의 기능성 첨가제(실시예1,2)는 고로슬래그 시멘트 콘크리트 배합에 적용되면, 저온 환경에서의 조기강도와 중·장기강도 확보, 블리딩율 저감으로 인한 소성수축 억제, 길이변화 저감으로 인한 균열 저감에 기여할 것으로 기대된다. 더불어 고로슬래그 베이스의 결합재로 인해 염소이온침투저항성 또한 우수할 것이다.

Claims (5)

  1. 티오시안나트륨(NaSCN) 10~20중량%; 인산칼륨(KH2PO4) 5~15중량%; 황산나트륨(Na2SO4) 15~30중량%; 질산나트륨(NaNO3) 5~15중량%; 유기계 수축저감제 25~35중량%; 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~40중량%;로 조성되되,
    상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는, 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로서 5∼20중량%의 SO3와 20∼30중량%의 CaO를 함유하면서 분말도가 6,000~9,000cm2/g인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 유기계 수축저감제는, 플레이크(flake) 형태의 펜틸글리콜(Fentyl Glycol)인 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 따른 조성물로 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제를 제조하는 방법으로,
    초임계 유동층 보일러 플라이애시의 일부, 인산칼륨, 티오시안나트륨을 순서대로 분쇄믹서에 투입하면서 분쇄혼합하는 것으로 제1혼합물을 준비하는 한편, 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 나머지, 황산나트륨과 질산나트륨, 유기계 수축저감제를 순서대로 믹서에 투입하면서 혼합하는 것으로 제2혼합물을 준비한 다음, 제1혼합물과 제2혼합물을 혼합믹서에 투입하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제의 제조방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제2혼합물은 분쇄믹서에서 분쇄혼합하여 준비하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제의 제조방법.
  5. 제3항에 따라 제조된 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제를 이용한 콘크리트 배합에서
    시멘트 40~60중량%와 고로슬래그 미분말 40~60중량%로 조성된 결합재 100중량부에, 고로슬래그 시멘트용 유·무기 복합 기능성 첨가제 0.25~2.00중량부 혼입하여 배합하는 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트 콘크리트.
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