KR100970171B1

KR100970171B1 - 폴리아미드 섬유 보강재를 포함하는 누름 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR100970171B1
Application number: KR1020080079583A
Authority: KR
Inventors: 전중규
Original assignee: 코오롱건설주식회사
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-07-14
Also published as: KR20100020812A

Abstract

본 발명은 시멘트, 물, 골재, 및 폴리아미드 섬유보강재를 포함하는 누름 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 a) 콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트를 포함하는 결합재 200 내지 500 kg/m³, b) 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 150 내지 200 kg/m³, c) 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 600 내지 1200 kg/m³, d) 콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 600 내지 1200 kg/m³, 및 e) 콘크리트 단위체적에 대하여, 섬유 보강재 0.1 내지 2.0 kg/m³ 를 포함하는 누름 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

누름 콘크리트, 폴리아미드 섬유, 공동주택

Description

폴리아미드 섬유 보강재를 포함하는 누름 콘크리트 조성물{CONCRETE COMPOSITION COMPRISING POLYAMIDE REINFORCING FIBERS}

본 발명은 시멘트, 물, 골재, 및 단일 형상의 폴리아미드 섬유를 포함하는 누름 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

시멘트를 기본으로 하는 복합체(콘크리트, 모르타르, 숏크리트, 그라우트 등)는 일반적으로 압축에는 강하나 인장에 약한 취성적 성질과 타설 직후 가소성의 유동체로 응결·경화되면서 대개 수축에 의한 균열이 발생하게 된다. 시멘트 복합체에서 발생하는 균열은 여러 가지 복합적인 원인에 의해 발생되지만 그 중에서 가장 큰 영향은 건조수축 및 소성수축에 의한 균열이다.

이러한 균열은 구조물의 기계적 성질 및 내구성을 약하게 할 뿐 아니라 공동주택 주차장 바닥(주택 포함)이나 건물 바닥의 경우 균열로 인해 들뜸, 방수, 보수, 보강 등에 심각한 문제를 야기시키게 된다. 또한, 시멘트를 원료로 사용한 콘크리트를 사용하는 대형 구조물, 도로에서의 균열은 심각한 대형사고의 문제점을 유발하게 된다.

종래에는 이러한 균열을 방지하고자 공동주택이나 공장바닥, 주차장, 도로 등에 사용되는 시멘트 복합체에 폴리프로필렌섬유 등의 합성수지 장섬유를 보강섬유로 사용하였다. 이러한 합성수지 장섬유는 그 직경이 1 내지 50 x 10^-3 mm, 아스펙트비(aspect ratio)가 150 내지 500 정도이며, 섬유 직경이 크면 분산성은 좋아지나 시멘트의 포집력이 낮아져서 시멘트와의 부착력이 낮아진다. 또한, 합성수지 장섬유는 근본적으로 소수성이기 때문에 이를 보강섬유로 사용한 시멘트 복합체의 변형시 소위 "뽑힘" 현상이 발생하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 합성수지재 장섬유는 0.5 부피% 이상으로 시멘트 복합체에 증가되어 사용될 경우에는 합성섬유를 낱개로 콘크리트 내에 분산하기가 어려우며, 분산되더라도 슬럼프(slump) 손실이 많이 발생하고, 분산의 형태도 혼합초기에 섬유볼(fiber-ball) 형태로 분산되기가 쉬워서 최종 양생된 콘크리트의 압축강도, 휨강도 등의 저하가 발생한다. 또한, 시멘트와의 부착성을 개선시키기 위하여 굴곡형, 커플링 처리 등의 가공처리를 하여도 시멘트 복합체에 혼합 전부터 섬유간에 엉킴이 발생하고, 섬유볼 현상이 더욱 두드러진다.

한편, 상기 합성수지 장섬유 이외에 셀룰로오스 섬유를 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용하는 것이 영국특허 제1317245호 및 미국특허 제5,643,359호 등에 알려져 있다. 셀룰로오스 섬유 자체의 비중이 시멘트 복합체 조성물의 다른 무기 원료에 비하여 비중이 매우 낮기 때문에 물에 젖을 때까지는 시멘트 복합체 조성물 위에서 떠다니는 현상으로 혼합하기가 매우 어렵다. 셀룰로오스 섬유를 펄프 상태로 시멘트 복합체에 투입하는 방법도 있지만 별도의 해면 설비로 해면시킨 후 투입 해야 하고, 해면시 다량의 물을 필요로 하므로 콘크리트 등의 단위체 조성물에 물량을 맞추어 투입하는 것은 더욱 어려우며, 혼합비를 정확히 맞추어 투입하기도 어렵다.

그러나, 누름 콘크리트 조성물에서 발생하는 균열에 대한 문제가 제기되면서 이러한 균열은 콘크리트 시공법, 콘크리트 자체 품질 및 양생과정에서 발생된다. 따라서, 공동주택 등의 누름 콘크리트의 균열을 방지하고 좀더 우수한 물성 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 누름 콘크리트의 균열저감과 우수한 분산성, 압축강도, 인장강도 및 휨강도 등을 갖는 누름 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.

발명은 a) 콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트를 포함하는 결합재 200 내지 500 kg/m³, b) 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 150 내지 200 kg/m³, c) 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 600 내지 1200 kg/m³, d) 콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 600 내지 1200 kg/m³, 및 e) 콘크리트 단위체적에 대하여, 폴리아미드 섬유보강재, 더욱 바람직하게는 분산촉진제가 코팅된 폴리아미드 섬유 보강재 0.1 내지 2.0 kg/m³를 포함하는 누름 콘크리트 조성물을 제공한다.

콘크리트는 가장 많이 사용되는 건설재료 중의 하나로서, 시멘트와 골재를 물과 혼합하여 수화반응을 거쳐 경화되는데, 이때 콘크리트는 건조수축 및 소성수축 균열과 수화열에 의한 온도균열이 발생된다. 이와 같이 콘크리트에 발생하는 미세한 균열은 콘크리트에 미치는 영향이 상당히 크게 되는데 콘크리트의 수밀성을 감소시키고, 유해물질의 침투에 의한 열화현상이 가속화된다. 이와 같은 영향으로 콘크리트 구조물의 내구수명은 물론, 최종적으로는 구조적 성능저하가 가속화되는 현상이 나타나고 있다.

이에 따라, 본 발명은 기존의 일반 콘크리트 조성물을 이용하여 공동주택 등의 누름 콘크리트로 시공시 발생되는 균열이나 강도저하의 문제점을 개선하고 효율적인 누름 콘크리트 타설을 위하여, 폴리아미드 섬유 보강재, 더욱 바람직하게는 분산촉진제가 코팅된 폴리아미드 섬유 보강재를 포함하는 누름 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 누름 콘크리트 조성물은 시멘트를 포함하는 결합재(binder)를 콘크리트 단위체적에 대하여 200 내지 500 kg/m³, 바람직하게는 250 내지 400 kg/m³를 포함한다. 상기 결합재는 콘크리트 설계기준강도 측면에서 200 kg/m³ 이상 포함되는 것이 바람직하고, 수화열 저감, 경제성 측면에서 500 kg/m³ 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 누름 콘크리트 조성물에서 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하지만, 그 이외에도 시중에서 구입할 수 있는 다양한 종류의 시멘트를 모두 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 결합재는 상기 시멘트와 함께 고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬 등의 광물질 혼화재 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서 고로슬래그 미분말은 용광로에서 배출되는 슬래그를 급랭하여 입상화한 것을 미분쇄한 것을 사용할 수 있다. 상기 고로슬래그 미분말은 KS F 2563 규격에 준하는 밀도가 2.8 g/cm³이상이고, 비표면적이 4,000내지 10,000 cm²/g, 바람직하게는 4,000 내지 8,000 cm²/g인 것을 사용할 수 있다.

고로슬래그 미분말은 그 자체로는 수경성이 없지만 시멘트 속의 알칼리성을 자극하여 천천히 수화하는 특징이 있으며, 콘크리트의 워커빌리티(유동성) 및 장기강도가 증진되며, 조직이 치밀하여 수밀성 및 화학적 저항성을 향상시킨다.

플라이애쉬로는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬때 불연 부분이 용융상태로 부유한 것을 냉각 고화시켜 채취한 미분탄재를 사용할 수 있다. 상기 플라이애쉬는 KS L 5405 규격에 준하는 밀도가 1.95 g/cm³이상이고, 비표면적이 3,000 cm²/g이상인 것을 사용할 수 있다. 또한, 플라이애쉬는 표면이 매끈한 구형 입자이기 때문에 볼 베어링 작용을 하여 콘크리트의 워커빌리티, 즉 유동성을 좋게 하고, 콘크리트 속에서 물에 녹아 있는 수산화칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성시킴으로써 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다.

여기서, 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬의 함량비는 중량 기준으로 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 3:1로 사용할 수 있다.

특히, 본 발명의 결합재는 시멘트 25 내지 100 중량%, 고로슬래그 미분말 0 내지 50 중량%, 및 플라이애쉬 0 내지 25 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 시멘트 50 내지 90 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 30 중량%, 및 플라이애쉬 5 내지 20 중량%를 포함하는 것으로 사용할 수 있다.

본 발명의 누름 콘크리트 조성물은 물을 콘크리트 단위체적에 대하여 150 내지 200 kg/m³, 바람직하게는 160 내지 190 kg/m³를 포함하며, 물의 함량은 콘크리트 의 강도 및 유동성 측면에서 최적 범위로 조절할 수 있다.

본 발명에서 골재는 일반적으로 콘크리트용으로 알려진 것을 사용할 수 있으며, 잔골재와 굵은 골재로 이루어질 수 있다. 잔골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 0.15내지 2.5mm, 절대건조밀도 2.5 g/cm³이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하인 것을 사용할 수 있다.

굵은 골재로는 KS F 2526 규격에 준하는 입경 2.5 내지 40mm, 절대건조밀도 2.5 g/cm³이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하, 마모율 40% 이하인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 누름 콘크리트 조성물은 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재를 600 내지 1200 kg/m³, 바람직하게는 700 내지 1000 kg/m³를 포함하며, 상기 잔골재는 유동성 및 재료분리저감 측면에서 상기 함량 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 굵은 골재는 콘크리트 단위체적에 대하여 600 내지 1,200 kg/m³, 바람직하게는 700 내지 1,000 kg/m³로 포함하는 것이 유동성 및 재료분리저감 측면에서 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬를 혼입하여 유동성과 내구성 향상 및 수화열을 저감시킴과 동시에, 단섬유상의 보강용 폴리아미드 섬유를 보강재로 시멘트 매트릭스에 균등하게 분산시켜 인장강도, 휨강도 및 휨인성을 대폭 개선시킬 수 있다.

본 발명에서 폴리아미드 섬유 보강재의 예로는 폴리아미드(나일론) 6, 폴리아미드(나일론) 66, 및 아라미드 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 나일론 6이다. 단섬유로서 표준(Standard)형과 크림프(Crimp)형을 사용할 수 있으며, 단면형상은 세모, 네모, 원형 등 다양하게 사용할 수 있으나, 원형에 가까운 단면형상을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 나일론 6는 탄소수 6개의 카프로라크탐을 단독으로 가열하여 중합시켜 만든다. 폴리아미드는 비교적 우수한 불활성 물질이며, 강염기를 포함한 다양한 유기, 무기 물질에 대한 내성이 우수한 것으로 알려져 있다.

본 발명의 폴리아미드 섬유 보강재는 단일 형상을 갖는 것이며, 상기 섬유 보강재의 길이는 1 내지 100 mm, 바람직하게는 3 내지 40 mm이며, 상기 섬유 보강재 단면의 직경 또는 두께는 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 10 내지 40 ㎛이다. 상기 섬유 보강재의 길이 및 직경 또는 두께는 목적하는 콘크리트의 품질, 내구 성능과 인장강도, 휨강도 및 인성 등에 따라 최적 범위로 조절할 수 있으며, 단일 형상을 유지하는 단일 길이 및 단일 직경으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 섬유 보강재에서 단일 형상이라 함은 길이 또는 직경 중 어느 하나라도 상이한 섬유가 혼합되지 않는 것을 말하는 것이며, 콘크리트 내에서 분산성 측면에서 단일 길이 및 단일 직경의 단일 형상을 갖는 섬유 보강재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 섬유 보강재는 5㎜의 게이지 길이(Gauge length)로 측정한 강도가 7.5 g/d 이상, 바람직하게는 9.5 g/d 이상이고, 5㎜의 게이지 길이(Gauge length)로 측정한 신도가 50% 내지 120%, 바람직하게는 70 내지 110%가 될 수 있 다. 본 발명에서 상기 섬유 보강재의 강도 및 신도가 상기 범위를 벗어나면 콘크리트의 균열 저항 등을 개선하는 효과가 미미해질 수 있다.

상기 섬유 보강재는 상대점도(RV)가 2.9 이상, 바람직하게는 3.2 이상이 될 수 있으며, 섬유 보강재의 상대점도(RV)가 상기 범위보다 낮으면 섬유자체의 강도 및 내마모 특성이 저하될 수 있다.

본 발명에서 섬유 보강재는 섬도가 1 내지 10 데니어, 바람직하게는 1.5 내지 5 데니어인 것을 사용할 수 있다. 상기 섬도가 1 데니어 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 증가해서 콘크리트와의 접촉면적이 증가하는 장점은 있으나, 섬유 자체의 강도가 저하되고 콘크리트내 섬유의 분산성이 저하될 수 있다. 반면에, 섬도가 10데니어를 초과하는 경우에는 콘크리트 단위면적당 섬유 개수가 감소하여 상대적으로 콘크리트에서 취약부가 형성될 위험이 발생될 수 있다.

또한, 상기 폴리아미드 섬유 보강재는 섬유 표면에 에스테르계 윤활제 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 코팅액으로 코팅될 수 있으며, 이러한 코팅을 통해 콘크리트내 분산성과 콘크리트와의 결합력이 크게 향상될 수 있다. 섬유 보강재의 분산성과 결합력의 개선효과를 고려하면, 상기 코팅액의 코팅량은 폴리아미드 섬유 전체중량 대비 0.5 내지 3 중량%가 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 상기 코팅액의 코팅량을 특별하게 한정하는 것은 아니며, 단지 바람직한 일례로서 상기 코팅액은 다가알코올 에스테르 윤활제 40내지 50 중량%, 비이온계 계면활성제 30 내지 40중량% 및 대전방지제 10 내지 30 중량%로 구성되는 것을 사용할 수 있다.

상기 섬유 보강재는 콘크리트 단위체적에 대하여 0.1 내지 2.0 kg/m³, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 kg/m³로 포함할 수 있다. 상기 섬유 보강재의 함량이 콘크리트 단위체적에 대하여 0.1 kg/m³ 미만이면, 균열저감 측면에서 우수한 효과상 차이를 얻기 어렵다. 그리고, 상기 섬유 보강재의 함량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.0 kg/m³를 초과하면, 섬유 보강재가 균일하게 분산되지 않아 오히려 콘크리트 내부의 공극을 증가시키며, 이는 균열 억제 성능과 강도 성능이 감소하는 결과를 초래할 수 있다.

본 발명의 누름 콘크리트 조성물에는 KS F 2560 규격에 준하는 콘크리트용 화학 혼화제로 알려진 AE 제, 감수제, AE 감수제 및 고성능감수제로 이루어진 1종 이상의 혼화제를 추가로 물과 혼합하여 사용할 수 있다.

AE 제(혹은 계면활성제)는 일반적으로 2 개 이상의 상 혹은 다른 물질의 경계면에 흡착하여 계면의 성질을 현저하게 변화시키는 물질을 말하여, 기본적인 분자구조는 2개의 동일구조, 즉 물에 잘 녹지 않은 소수기와 물에 잘 녹는 친수기로 구성되어 있으며, 수용액 중의 친수기 이온의 전기적 성질에 따라 음이온계, 양이온계, 비이온계로 분류된다. 음이온계 AE 제는 시판되고 있는 AE 제의 대부분을 이루고 있으며, 화학적 주성분은 수지산염, 황산에스테르, 설퍼네이트계가 있고, 양이온계 AE 제는 친수기가 양이온을 띤 것으로서 AE 제로는 사용되고 있지 않다. 또한, 비이온계 AE 제는 수용중에서 이온으로 해리하지 않으나 분자 자체가 계면활성 작용을 하는 것으로서 에테르계, 에스테르계가 사용되고 있다.

감수제 및 AE 감수제는 콘크리트 중의 시멘트 입자를 분산시켜 단위수량을 감소시키거나, 콘크리트 중에 미세기포를 연행시키면서 작업성을 향상시키는 한편 분산효과에 의해 단위수량을 감소시킬 수 있는 혼화제이다. 감수제 및 AE 감수제는 콘크리트의 응결, 초기경화의 속도에 따라 각각 표준형, 지연형, 촉진형으로 분류되며, 그 화학적 조성에 따라 리그닌설폰산염계, 알킬아릴설폰산계, 폴리옥시 에틸렌 알킬아릴에테르계, 옥시칼본산계, 멜라민술폰산계 및 풀리칼본산계 등을 사용할 수 있다.

고성능감수제는 일반적인 감수제의 기능을 더욱 향상시켜 시멘트 입자를 효과적으로 분산시켜 응결지연, 지나친 공기연행, 강도저하 등의 악영향 없이 높은 첨가율로 사용하여 단위수량을 대폭 감소시킬 수 있는 혼화제를 말한다. 고성능감수제는 1960년 초부터 일본, 독일에서 콘크리트에 처음 사용되어 유럽, 미국 등으로 보급되기 시작하였으며, 주로 나프탈렌계, 멜라닌계 및 폴리카르본산계가 사용될 수 있다.

본 발명은 누름 콘크리트의 균열저감, 우수한 분산성, 압축강도 및 인장강도 등을 갖는 누름 콘크리트를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아 니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4

본 발명의 일례에 따른 콘크리트 조성물에 사용된 각 성분들은 하기와 같다:

(1) 시멘트

본 발명에서 사용된 "보통포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement, OPC)"의 화학성분 및 물리적 성질은 하기의 표 1에 나타낸 바와 같다.

성분		OPC
SiO₂	(%)	20.2
Al₂O₃	(%)	5.8
Fe₂O₃	(%)	3.0
CaO	(%)	63.3
MgO	(%)	3.4
SO₃	(%)	2.1
강열감량	(%)	1.2
비중		3.15
분말도(cm²/g)		3,120

(2) 골재

굵은 골재는 최대치수 25mm인 부순자갈을 사용하였으며, 잔골재는 바다모래를 세척하여 사용하였다. 골재의 물리적 성질은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

상기에서 잔골재는 입경(粒徑)이 0.15 내지 2.5 mm이며, 밀도가 2.5 g/cm³이상으로 이루어진 것이 사용될 수 있고, 굵은 골재는 입경(粒徑)이 2.5 내지 40 mm이며, 밀도 2.5 g/cm³이상으로 이루어진 KS F 2526 "콘크리트용 골재"에 준하는 것이 사용될 수 있다.

구분	Specific gravity	Absorption (%)	Percentage of solids (%)	F.M.	Unit weight (kg/m³)
잔골재	2.60	0.94	56.8	2.80	1,475
굵은 골재	2.68	0.78	65.4	6.97	1,552

(3) 섬유 보강재

하기 표 3과 같은 다양한 종류의 합성섬유를 섬유 보강재로 사용하였다. 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 섬유 보강재의 성질은 제품 제조사에서 제시한 값들을 기재하였다.

구분	KNF_S	KNF_C	ANR_S	CL	PVA	PP
비중	1.16	1.16	1.16	1.50	1.26	0.91
지름(㎛)	23	23	30	11	15	40
길이(mm)	20	20	19	2.9	8	19
인장강도(MPa)	919	919	896	510	890	450
탄성계수(GPa)	5.3	5.3	5.17	6.1	15	5.1
신도(%)	87	87	174	-	-	-
융해점(℃)	221	221	221	-	220	165

KNF_S: 분산제로 코팅된 폴리아미드(나일론) 6 섬유 보강재 (일반형)

KNF_C: 분산제로 코팅된 폴리아미드(나일론) 6 섬유 보강재 (크림프형)

ANR_S: 분산제가 코팅되지 않은 폴리아미드(나일론) 6 섬유 보강재(일반형)

CL: 셀룰로오스 섬유

PVA: 폴리비닐알코올 섬유

PP: 폴리프로필렌 섬유

(4) 콘크리트 조성물 배합

하기 표 4에 나타낸 바와 같은 조성으로 콘크리트 조성물을 배합하였다.

콘크리트의 각종 균열로 인하여 발생되는 수밀성 및 유지관리 비용 증가 현상에 대하여 폴리아미드 섬유보강 콘크리트를 적용시켜 균열저감, 내구성 및 구조적 성능 향상을 목표로 하여, 비교예 1은 폴리아미드 섬유를 혼입하지 않은 일반콘크리트로 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 분산제가 코팅된 일반형 폴리아미드 섬유(KNF_S)와 분산제가 코팅된 크림프형 폴리아미 드섬유(KNF_C)를 각각 0.6 kg/m³ 혼입하여 콘크리트를 제조하고, 실시예 3는 분산제가 코팅되지 않은 폴리아미드 섬유(ANF_S)을 혼입하여 콘크리트를 제조하였다.

또한, 비교예 2 내지 4는 셀롤로오스 섬유(CL), 폴리비닐알코올 섬유(PVA) 및 폴리플로필렌 섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m³ 혼합한 콘크리트를 제조하였다. 이때, 콘크리트의 설계기준강도(f_ck)는 주로 현장에서 많이 사용되고 있는 강도인 24 MPa를 선정하였다.

하기 실시예 1~3 및 비교예 1~4의 콘크리트 배합의 목표로 하는 공기량 및 슬럼프는 각각 15±2.5cm, 4.5±1.5%로 설정하고, 이를 달성할 수 있도록 고성능감수제 및 AE 제 혼입량 등을 조절하였다.

구분	W/B (%)	S/a (%)	Unit Weight(kg/m³)					AD1 (B×%)	AD2 (B×%)	섬유보강재
			W	C	S	G	F
비교예 1	49.1	47.5	162	330	868	964	0.0	0.004	0.7	Control
실시예1							0.6			KNF_S
실시예2							0.6			KNF_C
실시예3							0.6			ANF_S
비교예2							1.2			CL
비교예3							0.9			PVA
비교예4							0.9			PP

W/B: 물-결합재비, S/a: 잔골재율

W: 물, C: 포틀랜트 시멘트, S: 잔골재, G: 굵은 골재

F: 섬유 보강재, AD1: AE제, AD2: 고성능감수제

(5) 실험방법

㉠ 분산성

콘크리트의 분산성은 φ100x200mm 의 원주형 공시체를 제조한 후 0.08 mm체를 사용하여 씻기 분석 시험 방법을 통하여 체에 잔류하는 섬유를 건조시켜 중량을 측정하였다. 상기와 같이 측정된 섬유의 중량을 각 원주형 공시체 투입량 대비로 하여 결과를 나타내었다.

㉡ 압축강도 실험

콘크리트의 압축강도 실험은 φ100x200mm 의 원주형 공시체를 사용하였으며, 공시체를 제작한 즉시 20℃ 및 60% 항온항습실에 양생을 실시하여 조기강도 15h, 18h, 24h의 압축강도를 측정하였으며, 그 이후에는 20±2℃의 수중에서 표준양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28일에서 KS F 2505「콘크리트의 압축강도 시험방법」에 준하여 실시하였다.

㉢ 인장강도 실험

콘크리트의 인장강도 실험은 φ100x200mm 의 원주형 공시체를 제조하여 20±2℃의 수중에서 표준양생을 실시한 후 재령 28일에서 KS F 2423「콘크리트의 인장강도 시험방법」에 준하여 실시하였다.

실험결과

(1) 분산성

상기 표 3에 나타낸 각각의 섬유별 분산성 특성평가 결과를 도 1에 나타내었으며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 2의 분산제를 코팅한 폴리아미드 섬유가 분산성이 100%에 가까운 가장 좋은 결과를 나타냈으며 실시예 3의 폴리아미드 섬유의 분산성도 좋은 결과를 나타냈다. 이와 같은 결과를 나타낸 이유는 기본적으로 폴리아미드 섬유의 비중이 1.06으로 물에 잘 퍼지는 성질을 가지고 있으며, 더불어 섬유의 형상이 단일 길이 및 굵기를 가지고 있어 섬유들과의 간섭이 적으며, 섬유 표면에 분산제를 코팅하여 물과 접촉을 하면 친수기들끼리 반반력을 일으켜 분산성을 좋게 했기 때문이다. 또한, 실시예 3은 폴리아미드 섬유의 분산성을 나타낸 것으로써, 실시예 1 내지 2과 같이 비중을 가지고 있으나 단면 형상이 부정형하고, 분산제가 코팅되어 있지 않으므로 실시예 2 내지 3보다는 분산성이 떨어지는 결과를 나타내었다.

그 밖에 비교예 1로서 섬유보강재를 포함하지 않는 것, 및 실시예 2 내지 4은 셀롤로오스섬유, 폴리비닐알코올섬유 및 폴리플로필렌섬유의 분산성은 섬유의 뭉침현상 또는 콘크리트 내에 균일하게 분산되지 않은 결과를 나타내었다.

(2) 압축강도

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 콘크리트에 대한 압축강도를 측정하여 도 2에 나타내었다. 설계기준강도는 24 MPa 이며, 비교예 1은 일반콘크리트에 폴리아미드섬유를 혼입하지 않고 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 일반콘크리트에 일반형 폴리아미드섬유(KNF_S)와 크림프형 폴리아미드섬유(KNF_C)를 각각 혼입하고, 실시예 3은 폴리아미드섬유(ANF_S)을 각각 0.6 kg/m³ 혼입하여 콘크리트를 제조하였다. 또한, 비교예 2 내지 4는 각각 셀롤로오스섬유(CL), 폴리비닐알코올섬유(PVA) 및 폴리플로필렌섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m³ 혼합한 콘크리트를 제조하였다.

도 2의 측정결과에 따르면, 섬유 보강재 종류에 상관없이 재령 28일 압축강도는 거의 유사한 값을 나타내었으며, 이와 같은 결과는 일반콘크리트에 섬유보강재를 혼입했을 때 압축강도에는 크게 영향을 미치지 않는다는 기존 연구결과와도 동일하였다.

(3) 인장강도

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 콘크리트에 대한 압축강도를 측정하여 하기 도 2에 나타내었다. 설계기준강도는 24 MPa 이며, 비교예 1은 일반콘크리트에 폴리아미드섬유를 혼입하지 않고 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 일반콘크리트에 일반형 폴리아미드섬유(KNF_S)와 크림프형 폴리아미드섬유(KNF_C)를, 실시예 3은 폴리아미드 섬유(ANF_S)를 각각 0.6 kg/m³ 혼입하여 콘크리트를 제조하였다. 또한, 비교예 2 내지 4는 셀롤로오스섬유(CL), 폴리비닐알코올섬유(PVA) 및 폴리플로필렌섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m³ 혼합한 콘크리트를 제조하였다.

도 3의 측정결과에 따르면, 실시예 3의 폴리이미드 섬유가 혼입된 콘크리트 및 실시예 1 및 2의 분산제가 코팅된 폴리아미드 섬유를 혼입한 콘크리트의 인장강도가 가장 좋은 결과를 나타내었으며, 일반콘크리트에 폴리아미드 섬유를 혼입하지 않은 비교예 1과 비교하여 약 15% 정도 인장강도가 크게 나타났다. 이와 같은 결과를 나타낸 이유는 폴리아미드 섬유는 기본적으로 친수성을 가지고 있어 수분을 흡수하여 강한 수소결합을 유도함으로써 콘크리트와 섬유간의 부착력 증가로 이어져 섬유의 가교작용을 충실히 하였으며, 또한, 표면에 코팅된 분산제가 시멘트 수화반응에서 시멘트와 섬유간의 간격을 좁혀주게 되므로 부착력이 증가하게 된다.

그 밖에 비교예 2 내지 4는 콘크리트의 인장강도는 일반콘크리트 즉, 실시예 1보다 약간 큰 값을 나타내었으나, 셀롤로오스 섬유, 폴리비닐알코올 섬유 및 폴리플로필렌 섬유는 분산제가 코팅되어 있지 않아 분산성이 좋지 않았으며 특히, 폴리플로필렌섬유는 소수성이므로 콘크리트와 섬유의 부착성이 떨어져 인장강도가 실시예의 콘크리트보다 작은 것으로 생각된다.

본 발명은 누름 콘크리트 조성물에 섬유보강재를 혼합함으로써, 본 발명은 누름 콘크리트의 균열저감, 우수한 분산성, 압축강도 및 인장강도 등을 크게 향상시켜 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일례에 따라 섬유별 분산성의 측정 결과를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명의 일례에 따라 섬유별 압축강도의 측정 결과를 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 일례에 따라 섬유별 인장강도의 측정 결과를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 일례에 따라 나일론 6 섬유의 단면의SEM 사진으로서, 도 4a는 원형 단면을 갖는 나일론 6 섬유로서 KNF_S의 섬유 단면사진이고, 도 4b는 세모형 단면을 갖는 나이론 6 섬유로서 ANR_S 섬유의 단면사진.

도 5a는 본 발명의 일례에 따라 분산제로 코팅된 나일론 6 섬유 KNF_S가 첨가된 누름 콘크리트의 SEM 사진.

도 6은 각종 콘크리트의 균열 저항성을 비교하기 위한 사진으로서, 섬유 보강재를 첨가하지 않는 콘크리트, 본 발명의 일예에 따라 분산제로 코팅된 나일론 6 섬유 NF_S가 첨가된 누름 콘크리트의 사진.

Claims

a) 콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트를 포함하는 결합재 200 내지 500 kg/m³;

b) 물 150 내지 200 kg/m³;

c) 잔골재 600 내지 1200 kg/m³;

d) 굵은 골재600 내지 1200 kg/m³; 및

e) 폴리아미드 섬유보강재 0.1 내지 2.0 kg/m³

를 포함하고, 상기 섬유 보강재는 210 내지 270 ℃의 융해점을 가지며 상대점도(RV)가 2.9 이상인 누름 콘크리트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 섬유 보강재는 단일 형상을 갖는 것이며, 1 내지 100 mm의 단일 길이 및 1 내지 50 ㎛의 단일 직경을 갖는 것인 누름 콘크리트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 섬유 보강재는 섬유 표면에 에스테르계 윤활제 및 계면활성제를 포함하는 코팅액이 코팅되어 있는 것인 누름 콘크리트 조성물.
제 3항에 있어서, 상기 코팅액의 코팅량은 폴리아미드 섬유 전체중량 대비 0.5 내지 3 중량%인 누름 콘크리트 조성물.
제 3항에 있어서, 상기 코팅액은 다가알코올 에스테르 윤활제 40 내지 50중량%, 비이온계 계면활성제 30 내지 40 중량%, 및 대전방지제 10 내지 30 중량%로 구성되는 것인 누름 콘크리트 조성물.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 섬유 보강재는 5㎜의 게이지 길이(Gauge length)로 측정한 강도가 7.5 g/d 이상이고, 5㎜의 게이지 길이(Gauge length)로 측정한 신도가 50% 내지 120%인 누름 콘크리트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 섬유 보강재는 섬도가 1 내지 10 데니어인 누름 콘크리트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 결합재는 고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것인 누름 콘크리트 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬의 함량비가 중량 기준으로 1:1 내지 1:5 인 누름 콘크리트 조성물.
제 1항 또는 3항에 따른 조성물을 이용하여 제조되고, 슬럼프 8 내지 23 cm이고, 압축강도 40 Mpa 이하인 누름 콘크리트.