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KR101866854B1 - 폐자원을 이용한 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물, 이를 포함하는 해양구조물용 시멘트 모르타르 및 해양구조물용 콘크리트 - Google Patents

폐자원을 이용한 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물, 이를 포함하는 해양구조물용 시멘트 모르타르 및 해양구조물용 콘크리트 Download PDF

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KR101866854B1
KR101866854B1 KR1020160030236A KR20160030236A KR101866854B1 KR 101866854 B1 KR101866854 B1 KR 101866854B1 KR 1020160030236 A KR1020160030236 A KR 1020160030236A KR 20160030236 A KR20160030236 A KR 20160030236A KR 101866854 B1 KR101866854 B1 KR 101866854B1
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강승민
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Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물 10 내지 40 중량%; (b) 고로수쇄 슬래그 20 내지 50 중량%; (c) 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이 애쉬 10 내지 30 중량%; (d) 무수 망초 5 내지 10 중량%; (e) 응결지연제 1 내지 5 중량%;로 구성되며, 상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 제철소 제련 공정에서 발생하는 슬래그를 용융하여 냉각시키는 공정으로 제조되는 용융슬래그 70 내지 90 중량%와 이수석고(CaSO4·2H2O) 10 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물 및 이를 포함하는 해양용 시멘트 모르타르 및 해양콘크리트에 관한 것이다.

Description

폐자원을 이용한 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물, 이를 포함하는 해양구조물용 시멘트 모르타르 및 해양구조물용 콘크리트{A composite of binding materials with marine eco-friendly for marine concrete by using waste resources, marine cement mortar and marine concrete comprising the same}
본 발명은 폐자원을 이용한 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물, 이를 포함하는 해양용 시멘트 모르타르 및 해양콘크리트에 관한 것이다.
세계적으로 지구 온난화 방지를 위하여 다양한 형태의 노력(1997년 채택, 2005년 발효된 교토 의정서 2012년 종료)이 행해지고 있다. 특히 2007년 12월에는 인도네시아 발리에서 ‘발리 로드맵’이 채택됨에 따라 2009년까지 새 기후변화 협약을 위한 협상이 진행되었으며, 급기야 2015년 12월에는 지구 기후변화에 대한 대처 방안을 수립하고, 이를 지키기 위한 방안을 다양하게 제시하는 파리협약을 공동 확인하였다. 이에 따라 전 세계적으로 이산화탄소 등 온실가스의 배출량을 큰 폭으로 줄여야 하는 상황이다.
시멘트 산업은 철강산업과 더불어 주요 이산화탄소 배출 산업이다. 예를 들어, 콘크리트 제조 시 근간이 되는 시멘트 1 톤을 생산할 경우 이산화탄소가 약 0.9톤 정도 배출된다. 그러므로 시멘트 산업 분야에서는 이산화탄소 배출 저감에 대한 효과적인 방법의 개발이 시급히 요구되고 있다.
구체적으로 시멘트 생산량은 1년에 약 6,000만 톤이며, 그에 따른 이산화탄소의 배출량은 약 5,400만 톤 정도이다. 따라서 이산화탄소 발생을 저감시키기 위하여 시멘트의 주성분을 산업부산물로 대체하기 위한 연구가 끊임없이 진행되고 있다.
국내외적으로 고로슬래그, 플라이애시 등을 시멘트와 일부 혼합하여 콘크리트에 많이 적용하고 있으나, 이런 방법으로는 이산화탄소를 획기적으로 저감시키는 데 한계가 있다.
중합반응에 의한 알칼리 활성화 시멘트(콘크리트)에 관한 기술은 개념적으로 1978년 Davidovits(프랑스)에 의해 카올리나이트 광물질을 이용하고 제올라이트와 유사한 구조를 가지도록 하는 메커니즘으로 이론이 정립되었지만, 제조상의 문제점 및 경제성 등의 이유로 실용화되지는 못하였다.
시멘트를 전혀 사용하지 않고 석탄회만을 사용하여 콘크리트를 제조하는 종래의 기술로는 60℃ 이상의 고온양생 과정을 통해 석탄회의 유리(glassy) 피막을 파괴하여 반응을 유도하여 30MPa 이상의 강도를 확보할 수 있는 방법이 있다. 그 러나 이 방법은 고온양생으로 인한 에너지 소비와 이산화탄소의 배출 문제로 실용화되기 어려웠다.
또한, 종래 기술 중에는 메타카올린을 사용하는 방법이 있으나, 카올린을 700~800℃로 소성하여 메타카올린을 사용하기 때문에 이 과정에서 이산화탄소가 배출되며 경제성도 좋지 않아서 실용화되기 어려웠다.
또한, 시멘트의 부분 대체재로 고로슬래그 또는 플라이애쉬를 혼입하고 알칼리 활성화제를 사용하여 강도성능을 높인 알칼리활성 결합재에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 현재까지 콘크리트 분야의 친환경재료 개발을 목표로 선행 연구된 무시멘트 알칼리 활성결합재들은 주로 규산나트륨을 활성화제로 사용한 무시멘트 알칼리 활성 콘크리트였으며, 배합강도 모델도 제시되고 있다.
그러나 규산나트륨을 활성화제로 사용한 무시멘트 알칼리 활성 콘크리트의 경우, 요구강도를 확보하기 위한 알칼리 활성화제의 첨가량이 증가하면서 초기 유동성이 빠르게 소실되고 급결하는 경향을 보였으며, 제조단가가 상승하는 문제도 야기되었다.
또한 대한민국 특허 10-0855686 및 10-1014869, 한국 콘크리트 학회 학술 논문 중에서는 고로슬래그 또는 플라이 애시를 단독 또는 복합으로 사용하고 고알칼리성을 가진 액상 NaOH, KOH 등의 알칼리 활성화제를 사용하여 무시멘트 모르타르 및 콘크리트 조성물를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법에 의한 무시멘트 모르타르 및 콘크리트 조성물은 고로슬래그 또는 플라이 애시와 혼합 사용시 알칼리 활성화제에 의한 강한 고알칼리 특성에 의해 환경피해가 나타난다. 또한 강알칼리의 수분 흡수능으로 인하여 건조 시멘트 모르타르와 같은 건조된 상태에서는 사용이 곤란하며, 습식 레디믹스 콘크리트에 사용할 경우에도 강알칼리제 첨가를 위한 별도의 시설 장비가 필요하게 되는 등, 범용적으로 사용하기 곤란한 문제점이 있다.
한편, 대한민국 등록특허 10-1488147는 저온 소성 무시멘트 결합재 조성물을 개시하고 있는데, 이는 소성온도 섭씨 1,450도에서 제조되는 일반 시멘트의 제조 조건보다 더 낮은 온도에서 소성하거나, 고로슬래그의 반응을 활성화시키기 위한 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 발명은 고로슬래그의 초기 수화 특성이 일반 시멘트와 비교하여 동등 이상의 물성을 나타내지 못하는 단점이 있으며, 그 사용 범위가 극히 제한적이라는 문제점이 있다.
한편 해양 콘크리트는 해수와 접하는 콘크리트와 해수 중에 함침시키는 구조물 콘크리트로 구분할 수 있다. 특히 항만, 교량, 발전소, 해상구조물(offshore structures)과 같이 해양환경 하에 건설되는 콘크리트 시설물은 철근부식과 같은 심각한 성능저하(deterioration)의 위험에 노출되기 때문에 내구성에 대한 검토가 반드시 필요하며, 고강도를 갖는 고성능 콘크리트의 적용이 필수적으로 요구된다. 또한 해상 구조물이나 해수 중의 구조물은 해수에 의한 콘크리트의 내구성능 뿐 아니라, 해양 환경을 오염시키는 부분도 고려되어야 한다. 즉, 해수 중의 염분에 의한 철근 부식과 더불어, 내구성능 열화에 의한 콘크리트의 박리 탈락 등에 의해 해양 호나경을 오염시킬 수 있는 부분도 고려되어야 한다.
콘크리트의 주요 결합재인 일반 보통 포틀랜드 시멘트는 주성분이 칼슘 이온으로 되어 있기 때문에 해수 중에서 칼슘 이온을 용출시킨다. 따라서 칼슘 이온에 의해 패각류의 생성을 활발하게 할 수는 있으나, 해양 환경을 오염시키며 해조류의 생존에 심각한 위해를 미치는 심각한 문제를 야기한다.
따라서, 상술된 문제를 해결할 수 있는 새로운 조성의 해양 환경 친화형 콘크리트 구조물용 결합재의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0855686호 대한민국 등록특허 제10-1014869호 대한민국 등록특허 제10-1488147호
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
폐자원을 이용하여 시멘트를 대체함으로써, 시멘트 재료의 칼슘 이온 용출을 저감하여 해양환경 하에서 해조류의 식생에 악영향을 최소화하며, 해양 구조물의 압축강도 향상과 해수 중에서의 내구성능을 향상시킬 수 있는 친해양 환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않기 때문에 pH 범위가 8 내지 10의 범위로, 일반 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트의 pH 범위인 11 내지 13보다 낮아, 강한 알칼리로 인한 해양 식생의 장애를 야기하지 않으므로, 해초류의 성장에 유리하며, 해양환경 보존에 기여할 수 있는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 폐자원을 이용하여 결합재 조성물을 제조하는 것에 의해 폐기되는 폐자원의 양을 감소시키며, 시멘트의 제조단계에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 현저하게 감소시킴으로써 환경보호에 유익한 효과를 제공하는 친해양 환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 해수를 혼합하여 사용함으로써 높은 초기 강도와 장기 강도를 발현시키며, 수화반응 열이 낮추며, 내약품성을 높이며, 동결융해 저항성을 높이며, 내화성능을 향상시키며, 비탄성 변형을 낮추며, 친환경성 및 내염성을 향상시키는 친해양 환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 폐자원을 이용한 친해양 환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 포함하는 해양용 시멘트 모르타르 및 해양용 콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여,
(a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물 10 내지 40 중량%;
(b) 고로수쇄 슬래그 20 내지 50 중량%;
(c) 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이 애쉬 10 내지 30 중량%;
(d) 무수 망초 5 내지 10 중량%;
(e) 응결지연제 1 내지 5 중량%;를 포함하며,
상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 제철소 제련 공정에서 발생하는 슬래그를 용융하여 냉각시키는 공정으로 제조되는 용융슬래그 70내지 90 중량%와 이수석고(CaSO4·2H2O) 10 내지 30 중량%를 혼합한 것임을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물 및 이를 포함하는 해양용 시멘트 모르타르 및 해양콘크리트를 제공한다.
본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물은 폐자원을 이용하여 시멘트를 대체함으로써, 시멘트 재료의 칼슘 이온 용출을 저감하여 해양환경 하에서 해조류의 식생에 악영향을 최소화하며, 해양 구조물의 압축강도 향상과 해수 중에서의 내구성능을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않기 때문에 pH 범위가 8 내지 10의 범위로, 일반 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트의 pH 범위인 11 내지 13보다 낮아, 강한 알칼리로 인한 해양 식생의 장애를 야기하지 않으므로, 해초류의 성장에 유리하며, 해양환경 보존에 기여할 수 있다.
또한, 폐자원을 이용하여 결합재 조성물을 제조하는 것에 의해 폐기되는 폐자원의 양을 감소시키며, 시멘트의 제조단계에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 현저하게 감소시킴으로써 환경보호에 유익한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물의 사용시에 해수를 사용하는 경우, 상기 해수는 결합재 조성물의 높은 초기 강도와 장기 강도를 발현시키며, 수화반응 열이 낮추며, 내약품성을 높이며, 동결융해 저항성을 높이며, 내화성능을 향상시키며, 비탄성 변형을 낮추는 효과를 제공한다. 또한, 해양 환경조건에서 결합재 조성물의 친환경성 및 내염성을 향상시킨다.
또한 본 발명의 폐자원을 이용한 친해양 환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물은 대량 생산이 용이하고 폐기되는 자원을 재활용하므로 우수한 경제성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물에 대한 물성테스트 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 본 발명에서 특별한 언급 없이 불분명하게 사용된 %의 단위는 중량%를 의미한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여,
(a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물 10 내지 40 중량%;
(b) 고로수쇄 슬래그 20 내지 50 중량%;
(c) 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이 애쉬 10 내지 30 중량%;
(d) 무수 망초 5 내지 10 중량%;
(e) 응결지연제 1 내지 5 중량%;를 포함하며,
상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 제철소 제련 공정에서 발생하는 슬래그를 용융하여 냉각시키는 공정으로 제조되는 용융슬래그 70 내지 90 중량%와 이수석고(CaSO4·2H2O) 10 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물에 관한 것이다.
상기에서 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 용융슬래그 75 내지 85 중량%와 이수석고(CaSO4·2H2O)는 15 내지 25 중량%를 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기에서 용융된 슬래그의 냉각은 급냉 과정에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 급냉은 슬래그를 용융시킨 상태에서, 10 내지 30분 내에 60℃ 이하로 냉각시키는 공정에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 급냉에 의해 제조되는 용융슬래그는 고로슬래그의 수화반응을 촉진시키는 측면에서 더욱 바람직한 효과를 제공한다.
상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물에 있어서, 용융 슬래그의 중량이 70 중량% 미만으로 포함되고 이수석고의 함량이 30 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 초기 결합재의 경화속도가 지연되고 압축강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 용융 슬래그의 중량이 90 중량%를 초과하고 이수석고의 함량이 10 중량% 미만으로 포함되면 개질 용융 제련 슬래그 혼합물이 수화 초기에 급결되어 혼합이 어려워지며, 요구하는 콘크리트 형태를 형성할 수 없는 문제가 발생한다.
상기 용융슬래그는 평균 분말도가 4,000g/cm2 이상이 되도록 분쇄된 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 이수석고도 평균분말도가 4,000g/cm2 이상이 되도록 분쇄된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기에서 용융슬래그 및 이수석고의 평균 분말도가 4,000g/cm2 미만이 되는 경우에는 초기 수화 촉진 반응이 지연되어 목적하는 압축강도가 발현되지 못한다.
본 발명에서 상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 10 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물이 10 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 고로슬래그의 수화반응을 촉진시키지 못하여 초기 압축강도 발현이 지연되는 문제가 발생하며, 40 중량%를 초과하여 포함되는 경우 오히려 급격한 수화반응으로 인한 모르타르 또는 콘크리트의 혼합이 어려운 문제가 발생한다.
본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로 25 내지 70 중량부, 바람직하게는 35 내지 65 중량부의 해수를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 해수는 결합재 조성물의 높은 초기 강도와 장기 강도를 발현시키며, 수화반응 열이 낮추며, 내약품성을 높이며, 동결융해 저항성을 높이며, 내화성능을 향상시키며, 비탄성 변형이 낮추는 효과를 제공한다. 또한, 해양 환경조건에서 결합재 조성물의 친환경성 및 내염성을 향상시킨다.
즉, 본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물은 담수를 사용하여 혼합하여 사용할 수도 있지만, 해수를 사용하여 혼합하여 사용하는 경우에 콘크리트의 압축강도 등의 다양한 측면에서 더욱 우수한 효과를 제공한다.
공지의 보통 포틀랜드 시멘트를 제조하기 위해서는, 섭씨 1,450도에서 소성이 필요하므로 공지의 보통 포틀랜드 시멘트 100kg을 제조하는 경우 이산화탄소 배출량이 90 내지 95kg이나 발생한다. 그러나 본 발명의 결합재 100kg을 제조하는 경우 이산화탄소 배출량이 20 내지 40kg의 범위로 발생하기 때문에 본 발명은 이산화탄소 배출량을 현저하게 저감시키는 것을 특징으로 한다.
상기 (b) 고로수쇄 슬래그는 평균 분말도가 4,000g/cm2 이상인 제철소 고로에서 발생하는 슬래그를 20 내지 50 중량% 사용하며, 만약, 상기 고로슬래그의 사용량이 20 중량% 미만으로 포함되면 해양 콘크리트용 결합재로서 재령 28일 이상의 장기간 양생에서 충분한 압축강도의 발현이 어려우며, 50 중량%를 초과하면 결합재의 초기 경화속도가 지연되어 초기 양생시간이 길어지는 문제점이 있다. 상기에서 더욱 바람직하게는 30 내지 40 중량%를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물에 있어서, 상기 (a) 성분과 (b) 성분을 사용함으로서 기존의 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량%를 사용하는 경우와 비교하여, 약 40 내지 70 중량%의 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있다.
상기 (c) 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이 애쉬로는 시멘트 치환재료로 알려진 것을 사용할 수 있으며, 10 내지 30 중량%로 포함할 수 있다. 상기 유동층 보일러에서 발생하는 플라이애쉬는 그 성분에 산화칼슘이 30 내지 50 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용하는 산화칼슘이 30 내지 50 중량% 함유되어 있는 유동층 보일러 플라이 애쉬는 함유되어 있는 산화칼슘의 성분 량에 의해 본 발명의 개질 용융 제련 슬래그 및 고로슬래그의 초기 수화반응을 촉진 시키는 역할을 수행하게 되며, 더불어 플라이 애쉬의 특징인 콘크리트 제조시의 유동성개선, 장기강도 증진, 수화열감소, 알칼리골재반응 억제, 황산염에 대한 저항성, 콘크리트 수밀성향상 등의 장점을 제공하며, 상대적으로 비싼 시멘트를 치환할 수 있어서 원가절감에 큰 도움이 된다.
플라이 애쉬가 상기 범위로 포함되는 경우, 작업성이 개선되고 경화열이 낮아질 뿐만 아니라 장기적인 강도 및 수밀성도 향상된다.
상기 (d) 무수 망초(Na2SO4)는 개질 용융 제련 슬래그와 반응하여 해양 콘크리트의 초기 수화 반응을 촉진시키는 역할을 한다. 상기 무수 망초는 나트륨 이온에 의해 해양 식생의 기능을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
상기 무수 망초로는 중금속 이온의 함유가 없는 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 무수 망초는 5 내지 10 중량% 포함되며, 5 중량% 미만으로 포함되는 경우 고로슬래그의 초기 수화촉진에 영향을 미치지 못하는 단점이 있고, 10 중량%를 초과하여 포함되는 경우 해양 콘크리트의 표면에 백화현상을 유발하는 단점이 발생할 수 있다.
상기 (e) 응결지연제는 재료의 혼합시 급격한 수화 반응에 의하여 혼합이 곤란해질 수 있기 때문에 첨가되며, 이러한 문제가 발생할 염려가 없는 경우에는 첨가하지 않을 수도 있다. 상기 응결지연제로는 시트르산(citric acid) 등 이 분야에 공지된 성분이 사용될 수 있다. 상기 분산제는 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은,
상기 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 포함하는 시멘트 모르타르에 관한 것이다. 상기 시멘트 모르타르는 해양콘크리트 구조물의 파손, 보수용으로 사용될 수 있다.
상기 결합재 조성물은 해양구조물용 시멘트 모르타르 총 중량에 대하여 20 내지 50 중량%로 포함될 수 있으며, 25 내지 45 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은,
본 발명의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 포함하는 해양콘크리트에 관한 것이다. 상기 결합재 조성물은 해양콘크리트 총 중량에 대하여 20 내지 50 중량%로 포함될 수 있으며, 25 내지 45 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 해양콘크리트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 해양용 콘크리트는와 비교하여 알칼리 용출성 저하에 의한 해양환경 친화성 향상의 효과 및 해양 식생성능을 개선하는 효과가 우수하기 때문에, 해양 콘크리트 구조물인 인공어초용 콘크리트, 방파제에 사용되는 테트라포트 콘크리트, 호안블록 등 해양구조물용 콘크리트로 바람직하게 사용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
제조예 1~3: 개질 용융 제련 슬래그 혼합물의 제조
하기 표 1과 같은 조성을 가지도록, 평균 분말도를 4,000g/cm2 이상으로 분쇄한 용융 제련 슬래그와 평균 분말도를 4,000g/cm2 이상으로 분쇄한 이수석고 분말을 회전속도 60회/분의 속도로 30분 간 혼합하여 개질 용융 제련 슬래그 혼합물을 제조하였다. 상기에서 제련 용융슬래그는 제철소 제련 공정에서 발생된 슬래그를 용융시킨 후, 찬공기와 접촉 시키는 방법으로 3 내지 5분 동안 급냉시켜서 제조된 것을 사용하였다.
제조예 1 제조예 2 제조예 3
분쇄한 용융 제련슬래그 75 80 85
이수석고 25 20 15
총합 100 100 100
(단위: 중량%)
실시예 1~6: 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물의 제조
하기 표 2와 같은 조성을 가지도록 상기 표 1의 개질 용융 제련 슬래그 혼합물과 나머지 성분들을 혼합하여 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 제조하였다. 비교예 1은 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 것으로 하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1
보통 포틀랜드 시멘트 0 0 0 0 0 0 100
고로슬래그 35 30 35 30 35 30 0
개질 용융 제련 슬래그 제조예 1 제조예 1 제조예 2 제조예 2 제조예 3 제조예 3
30 35 30 35 30 35 0
플라이 애쉬 25 25 25 25 25 25 0
무수망초 7 10 7 10 7 10 0
응결지연제
(시트르산)		 3 0 3 0 3 0 0
총합 100 100 100 100 100 100 100
(단위: 중량%)
시험예 1: 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물의 물성평가
상기 실시예 1~6 및 비교예 1의 결합재 조성물을 하기 표 3에 나타낸 조성에 따라 혼합하고, 콘크리트의 공시체를 제작하는 방법(KS F 2403; 시험실에서 콘크리트의 압축강도 및 휨강도 시험용 공시체를 제작하고 양생하는 방법), 및 KS F 2404(현장에서 콘크리트의 압축강도 및 휨강도 시험용 공시체를 제작하고 양생하는 방법)에 따라 시험체를 제조하였다.
상기 시험체의 물성은 대한민국 표준 시험방법인 KS F 2405;2010(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 의해 진행하였다.
상기 시험결과 즉, 재령 28일 압축강도 시험 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
결합재 잔골재 굵은골재 혼화제 상수도 물 또는 해수
비교예(보통포틀랜드시멘트) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예1(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예1(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예2(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예2(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예3(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예3(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예4(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예4(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예5(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예5(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예6(상수도 물) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예6(해수) 366 868 916 결합재*0.7% 168
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1
물 해수 물 해수 물 해수 물 해수 물 해수 물 해수 물
압축강도
(MPa)		 56.2 60.8 52.7 55.3 52.9 55.1 57.1 58.9 56.3 57.1 53.5 55.9 51.7
상기 표 4로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 사용하여 제조된 시험체의 경우, 비교예 1의 일반 시멘트를 사용하여 제조된 시험체보다 현저히 우수한 압축강도 발현성능을 나타냈다.
시험예 2: 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물의 물성평가(외부기관)
평가의 신뢰성을 확보하기 위하여 외부 공인인증기관인 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 물성평가를 실시하였다. 시험은 비교예 1과 실시예 1(물 및 해수 사용)에 대하여 실시되었으며, 시험결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 사용하여 제조된 시험체의 경우, 비교예 1의 일반 시멘트를 사용하여 제조된 시험체보다 현저히 우수한 압축강도 발현성능을 나타냈다.
본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 조성물 총 중량에 대하여,
    (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물 10 내지 40 중량%;
    (b) 고로수쇄 슬래그 20 내지 50 중량%;
    (c) 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이 애쉬 10 내지 30 중량%;
    (d) 무수 망초 5 내지 10 중량%;
    (e) 응결지연제 1 내지 5 중량%;를 포함하며,
    상기 (a) 개질 용융 제련 슬래그 혼합물은 제철소 제련 공정에서 발생하는 슬래그를 용융하여 냉각시키는 공정으로 제조되는 용융슬래그 70 내지 90 중량%와 이수석고(CaSO4·2H2O) 10 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물로서,
    상기 결합재 조성물은 결합재 조성물 고형분 100 중량부를 기준으로 25 내지 70 중량부의 해수를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융된 슬래그를 냉각시키는 공정은 슬래그를 용융시킨 상태에서, 10 내지 30 분 내에 60℃이하로 냉각시키는 급냉공정에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 포함하는 해양용 시멘트 모르타르.
  5. 제1항의 친해양환경성 해양콘크리트용 결합재 조성물을 포함하는 해양콘크리트.
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