KR100436120B1 - 초속경 시멘트 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열수축성이 떨어지고 인장응력의 발생을 저감시키며, 미세 균열의 발생을 억제하여 투수성을 감소시켜서 내구성을 향상시킬 수 있는 초속경 시멘트 조성물에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 응결시간이 많이 소요되고, 수화반응이 서서히 나타나서 안정된 수화물을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 압축강도도 비교예에 비하여 대체로 20%강하였고, 재령 3시간에서의 휨강도도 대체로 30% 정도 높아서 열수축성을 낮출수 있고, 인장응력의 발생을 저감시키며, 미세 균열의 발생을 억제하여 투수성을 감소시켜서 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 값싸고 물성이 뛰어나다.
Description
본 발명은 초속경 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 특히 열수축성이 떨어지고 인장응력의 발생을 저감시키며, 미세 균열의 발생을 억제하여 투수성을 감소시켜서 내구성을 향상시킬 수 있는 초속경 시멘트 조성물에 관한 것이다.
산업의 발전에 따라 교통량의 증가에 의해 시멘트 콘크리트 포장 및 교량 접합부 등의 도로 구조물은 차량의 윤하중으로 인한 조기 열화 현상이 발생하여 긴급 보수 공사가 빈번하게 발생되고 있는 실정에 있으나 콘크리트는 강도를 발현하기 위해 충분한 시간 동안 양생을 필요로 한다는 문제점이 있었다.
초속경 시멘트 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 단시간에 강도를 발현한다는 장점이 있어 시멘트 콘크리트로 포장된 도로의 보수공사시에 교통차단 시간을 줄이므로 경제적인 효과를 얻을 수 있는 우수한 보수 재료일 뿐만 아니라, 현재 비행장의 활주로 보수공사, 일반 토목 건축 공사등에도 널리 사용되고 있다.
그런데, 초속경 시멘트 콘크리트는 통상의 일반 콘크리트와 비교하여 조기 강도 발현을 위해 높은 수화열이 발생하므로, 대형구조물의 시공시 콘크리트 내에서 열과 수분의 이동에 따른 온도 응력과 수축으로 많은 미소 균열이 발생된다. 이러한 미소 균열은 콘크리트의 투수성을 증가시키므로, 콘크리트 구조물의 다양한 형태의 파괴를 유도하여 최종적으로 콘크리트 구조물의 내구성능 저하로 인한 콘크리트 구조물의 내구년수를 감소시킬 뿐만 아니라, 초속경 시멘트는 제조 코스트가 매우 비싸서 활주로의 보수공사 또는 도로의 긴급 보수공사 등에 국한적으로 사용되고 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 여러 가지 문제점을 감안해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 열수축성이 떨어지고 인장응력의 발생을 저감시키며, 미세 균열의 발생을 억제하여 투수성을 감소시켜서 내구성을 향상시킬 수 있는 초속경 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 값싸고 물성이 뛰어난 초속경 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 9중량% 내지 16중량%의 산화규소(SiO2)와, 21중량% 내지 25중량%의 산화알루미늄(Al2O3)과, 1중량% 내지 3.2중량%의 산화철(Fe2O3)과, 0.05중량% 내지 0.2중량%의 산화망간(MnO)과, 55중량% 내지 65중량%의 산화칼슘(CaO)과, 1.7중량% 내지 5중량%의 산화마그네슘(MgO)과, 0.2중량%내지 0.8중량%의 산화카륨(K2O)과, 0.1중량% 내지 0.4중량%의 산화나트륨(Na2O)과, 0.1 내지 0.4중량%의 5산화인(P2O5)과, 0.3 내지 0.8중량%의 산화티탄(TiO2)을 균등하게 혼합한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 산화칼슘(CaO)이 65중량%를 초과하고, 산화규소(SiO2)이 16중량%를 초과하고, 또한 산화알루미늄(Al2O3)이 25중량%를 초과하면 수화열이 높아져서 콘크리트 몰타르의 양생시간은 단축되나, 양생후에 콘크리트에 미세한 균열이 발생하여 투수성이 열화되어 바람직하지 못하고, 산화칼슘(CaO)이 55중량% 미만이고, 산화규소(SiO2)가 9중량%를 미만이고, 또한 산화알루미늄(Al2O3)이 16중량% 미만 함유하고 있으면, 수화열은 떨어지나, 콘크리트 몰타르의 양생시간이 증가하여 초속경 시멘트 조성물의 특성을 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
이하, 본 발명의 여러 가지 실시예를 들어서 상세히 설명한다.
실시예1
산화규소(SiO2) 13중량%
산화알루미늄(Al2O3) 21중량%
산화철(Fe2O3) 2.4중량%
산화망간(MnO) 0.1중량%
산화칼슘(CaO) 60중량%
산화마그네슘(MgO) 2중량%
산화카륨(K2O) 0.5중량%
산화나트륨(Na2O) 0,2중량%
5산화인(P2O5) 0.2중량%
산화티탄(TiO2) 0.6중량%
상기 성분들의 분말을 대기에서 볼밀 또는 믹서를 사용하여 균등하게 혼합하여 초속경 시멘트 조성물을 제조하였다.
이와 같은 성분을 함유하고 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물 17중량%와, 물 6중량%와, 모래 34중량%와, 자갈 42중량%와, 유동화제 1중량%를 레미콘 탱크에서 1시간 동안 균등하게 혼합하여 가로 ×세로 ×높이가 60㎝ ×60㎝ ×10㎝인 시험편을 제작해서 한국 공업 규격 KS F 2436에 의해서 콘크리트 몰타르의 응결시간을 측정하였더니 45분 소요되었다.
또한, 상기 성분들을 혼합한 후, 시간 경과에 따라 수화열을 알기 위하여 스티로폴 용기로 단열시키고, 300 × 300 ×250㎜ 크기의 몰드에 콘크리트 몰타르를 충전하고 중심부에 온도센서(Thermocouples)를 2개 매몰시키고 요꼬가와(주)에서 제조한 수화열 측정장치(모델명 DA100)를 사용하여 콘크리트 시험편을 양생한 후, 수화열을 측정하였더니 20분부터 온도가 서서히 상승하기 시작하여 114분 경과후부터 43℃를 유지하고 있었다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초속경 시멘트조성물을 사용한 콘크리트는 안정된 수화열을 유지하였다
본 발명의 제1 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 직경 ×높이가 10 ×20㎝의 시험편을 제조하여 23 ±2℃ 및 습도 50%의 조건하에서 3시간 양생한 후, 탈형하여 압축강도를 측정하였더니, 255㎏f/㎝2였다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 가로 ×세로 ×높이가 15㎝ ×15㎝ ×55㎝인 시험편을 제작해서 3시간 양생시킨 후, JCI SF4(Method of TESTS for Flexural Strength and Flexural Toughhness of Fiber Reinforced Concrete)의 규정에 따라 휨강도를 측정하였더니 39.57㎏f/㎝2였다.
실시예2
산화규소 9중량%
산화알루미늄 25중량%
산화철 1.9중량%
산화망간 0.05중량%
산화칼슘 60.5중량%
산화마그네슘 2.05중량%
산화카륨 0.3중량%
산화나트륨 0,4중량%
5산화인 0.4중량%
산화티탄 0.4중량%
상기 성분들의 분말을 대기에서 볼밀 또는 믹서를 사용하여 균등하게 혼합하여 초속경 시멘트 조성물을 제조하였다.
이와 같은 성분을 함유하고 있는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물 15중량%와, 물 8중량%와, 모래 25중량%와, 자갈 50중량%와, 유동화제 2중량%를 레미콘 탱크에서 1시간 동안 균등하게 혼합하여 가로 ×세로 ×높이가 60㎝ ×60㎝ ×10㎝인 시험편을 제작해서 한국 공업 규격 KS F 2436에 의해서 본 발명의 제2 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 몰타르의 응결시간을 측정하였더니 48분 소요되었다.
또한, 상기 성분들을 혼합한 후, 시간 경과에 따라 수화열을 알기 위하여 스티로폴 용기로 단열시키고, 300 × 300 ×250㎜ 크기의 몰드에 콘크리트 몰타르를 충전하고 중심부에 온도센서(Thermocouples)를 2개 매몰시키고 요꼬가와(주)에서 제조한 수화열 측정장치(모델명 DA100)를 사용하여 콘크리트 시험편을 양생한 후, 수화열을 측정하였더니 20분부터 온도가 서서히 상승하기 시작하여 110분 경과후부터 45℃를 유지하고 있었다. 따라서, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트는 안정된 수화열을 유지하였다
본 발명의 제2 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 직경 ×높이가 10 ×20㎝의 시험편을 제조하여 23 ±2℃ 및 습도 50%의 조건하에서 3시간 양생한 후, 탈형하여 압축강도를 측정하였더니, 249㎏f/㎝2였다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 가로 ×세로 ×높이가 15㎝ ×15㎝ ×55㎝인 시험편을 제작해서 3시간 양생시킨 후, JCI SF4(Method of TESTS for Flexural Strength and Flexural Toughhness of Fiber Reinforced Concrete)의 규정에 따라 휨강도를 측정하였더니 42.35㎏f/㎝2였다.
실시예3
산화규소 16중량%
산화알루미늄 23중량%
산화철 2.4중량%
산화망간 0.1중량%
산화칼슘 55중량%
산화마그네슘 1.7중량%
산화카륨 0.8중량%
산화나트륨 0,1중량%
5산화인 0.1중량%
산화티탄 0.8중량%
상기 성분들의 분말을 대기에서 볼밀 또는 믹서를 사용하여 균등하게 혼합하여 초속경 시멘트 조성물을 제조하였다.
이와 같은 성분을 함유하고 있는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물 19.5중량%와, 물 7중량%와, 모래 37중량%와, 자갈 36중량%와, 유동화제 0.5중량%를 레미콘 탱크에서 1시간 동안 균등하게 혼합하여 가로 ×세로 ×높이가 60㎝ ×60㎝ ×10㎝인 시험편을 제작해서 한국 공업 규격 KS F 2436에 의해서 본 발명의 제3 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 몰타르의 응결시간을 측정하였더니 43분 소요되었다.
또한, 상기 성분들을 혼합한 후, 시간 경과에 따라 수화열을 알기 위하여 스티로폴 용기로 단열시키고, 300 × 300 ×250㎜ 크기의 몰드에 콘크리트 몰타르를 충전하고 중심부에 온도센서(Thermocouples)를 2개 매몰시키고 요꼬가와(주)에서 제조한 수화열 측정장치(모델명 DA100)를 사용하여 콘크리트 시험편을 양생한 후, 수화열을 측정하였더니 20분부터 온도가 서서히 상승하기 시작하여 110분 경과후부터 47℃를 유지하고 있었다. 따라서, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트는 안정된 수화열을 유지하였다
본 발명의 제3 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 직경 ×높이가 10 ×20㎝의 시험편을제조하여 23 ±2℃ 및 습도 50%의 조건하에서 3시간 양생한 후, 탈형하여 압축강도를 측정하였더니, 258㎏f/㎝2였다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 가로 ×세로 ×높이가 15㎝ ×15㎝ ×55㎝인 시험편을 제작해서 3시간 양생시킨 후, JCI SF4(Method of TESTS for Flexural Strength and Flexural Toughhness of Fiber Reinforced Concrete)의 규정에 따라 휨강도를 측정하였더니 37.30㎏f/㎝2였다.
실시예4
산화규소 10중량%
산화알루미늄 20.8중량%
산화철 3.2중량%
산화망간 0.2중량%
산화칼슘 59.2중량%
산화마그네슘 5중량%
산화카륨 0.2중량%
산화나트륨 0,3중량%
5산화인 0.3중량%
산화티탄 0.8중량%
상기 성분들의 분말을 대기에서 볼밀 또는 믹서를 사용하여 균등하게 혼합하여 초속경 시멘트 조성물을 제조하였다.
이와 같은 성분을 함유하고 있는 본 발명의 제4 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물 11.5중량%와, 물 5중량%와, 모래 37중량%와, 자갈 45중량%와, 유동화제 1.5중량%를 레미콘 탱크에서 1시간 동안 균등하게 혼합하여 가로 ×세로 ×높이가 60㎝ ×60㎝ ×10㎝인 시험편을 제작해서 한국 공업 규격 KS F 2436에 의해서 본 발명의 제4 실시예에 따른 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 몰타르의 응결시간을 측정하였더니 44분 소요되었다.
또한, 상기 성분들을 혼합한 후, 시간 경과에 따라 수화열을 알기 위하여 스티로폴 용기로 단열시키고, 300 × 300 ×250㎜ 크기의 몰드에 콘크리트 몰타르를 충전하고 중심부에 온도센서(Thermocouples)를 2개 매몰시키고 요꼬가와(주)에서 제조한 수화열 측정장치(모델명 DA100)를 사용하여 콘크리트 시험편을 양생한 후, 수화열을 측정하였더니 20분부터 온도가 서서히 상승하기 시작하여 110분 경과후부터 46℃를 유지하고 있었다. 따라서, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트는 안정된 수화열을 유지하였다
본 발명의 제4 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 직경 ×높이가 10 ×20㎝의 시험편을 제조하여 23 ±2℃ 및 습도 50%의 조건하에서 3시간 양생한 후, 탈형하여 압축강도를 측정하였더니, 256㎏f/㎝2였다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 가로 ×세로 ×높이가 15㎝ ×15㎝ ×55㎝인 시험편을 제작해서 3시간 양생시킨 후, JCI SF4(Method of TESTS for Flexural Strength and Flexural Toughhness of Fiber Reinforced Concrete)의 규정에 따라 휨강도를 측정하였더니 38.45㎏f/㎝2였다.
비교예
산화규소 15중량%
산화알루미늄 16중량%
산화철 1중량%
산화망간 0.1중량%
산화칼슘 65중량%
산화마그네슘 2중량%
산화카륨 0.2중량%
산화나트륨 0,2중량%
5산화인 0.2중량%
산화티탄 0.3중량%
상기 성분들의 분말을 대기에서 볼밀 또는 믹서를 사용하여 균등하게 혼합하여 초속경 시멘트 조성물을 제조하였다.
이와 같은 성분을 함유하고 있는 비교예에 따른 초속경 시멘트 조성물 16중량%와, 물 6중량%와, 모래 24중량%와, 자갈 52중량%와, 유동화제 2중량%를 레미콘 탱크에서 1시간 동안 균등하게 혼합하여 가로 ×세로 ×높이가 60㎝ ×60㎝ ×10㎝인 시험편을 제작해서 한국 공업 규격 KS F 2436에 의해서 비교에 따른 초속경 시멘트 조성물을 사용한 콘크리트 몰타르의 응결시간을 측정하였더니 24분 소요되었다.
또한, 상기 성분들을 혼합한 후, 시간 경과에 따라 수화열을 알기 위하여 스티로폴 용기로 단열시키고, 300 × 300 ×250㎜ 크기의 몰드에 콘크리트 몰타르를 충전하고 중심부에 온도센서(Thermocouples)를 2개 매몰시키고 요꼬가와(주)에서 제조한 수화열 측정장치(모델명 DA100)를 사용하여 콘크리트 시험편을 양생한 후, 수화열을 측정하였더니 20분부터 온도가 서서히 상승하기 시작하여 60분 경과후부터 50℃를 유지하고 있었다. 따라서, 비교예는 불안정된 수화열이 나타났다. 다시말하면 수화열이 양생시킨 후 60분 경과하였을 경우, 수화열이 높게 나타나서 양생시간은 단축시킬 수 있으나, 급격히 온도가 증가되어 바람직하지 못하였다.
비교예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 직경 ×높이가 10 ×20㎝의 시험편을 제조하여 23 ±2℃ 및 습도 50%의 조건하에서 3시간 양생한 후, 탈형하여 압축강도를 측정하였더니225㎏f/㎝2였다.
또한, 비교예에 의한 초속경 시멘트 조성물을 사용하여 상술한 비교예의 초속경 시멘트 조성물, 물, 모래, 자갈, 유동화제의 혼합비로 균등하게 혼합하여 제조한 콘크리트 몰타르를 사용해서 가로 ×세로 ×높이가 15㎝ ×15㎝ ×55㎝인 시험편을 제작해서 3시간 양생시킨 후, JCI SF4(Method of TESTS for Flexural Strength and Flexural Toughhness of Fiber Reinforced Concrete)의 규정에 따라 휨강도를 측정하였더니 28.33㎏f/㎝2으로서 휨강도가 약해서 초속경 시멘트로 사용할 수 없었다.
앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 초속경 시멘트 조성물에 의하면, 비교예에 비하여 응결시간이 많이 소요되었고, 수화반응이 서서히 나타나서 안정된 수화물을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 압축강도도 비교예에 비하여 대체로 20%강하였고, 재령 3시간에서의 휨강도도 대체로 30% 정도 높아서 열수축성을 낮출수 있고, 인장응력의 발생을 저감시키며, 미세 균열의 발생을 억제하여 투수성을 감소시켜서 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 값싸고 물성이 뛰어나다는 매우 뛰어난 효과가 있다.
Claims (1)
- 9중량% 내지 16중량%의 산화규소(SiO2)와, 16중량% 내지 25중량%의 산화알루미늄(Al2O3)과, 1중량% 내지 3.2중량%의 산화철(Fe2O3)과, 0.05중량% 내지 0.2중량%의 산화망간(MnO)과, 55중량% 내지 65중량%의 산화칼슘(CaO)과, 1.7중량% 내지 5중량%의 산화마그네슘(MgO)과, 0.2중량% 내지 0.8중량%의 산화카륨(K2O)과, 0.1중량% 내지 0.4중량%의 산화나트륨(Na2O)과, 0.1 내지 0.4중량%의 5산화인(P2O5)과, 0.3 내지 0.8중량%의 산화티탄(TiO2)균등하게 혼합한 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 조성물.
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