KR100196702B1

KR100196702B1 - 고품질 시공을 위한 고내구성 콘크리트 제조방법

Info

Publication number: KR100196702B1
Application number: KR1019950051981A
Authority: KR
Inventors: 정원기
Original assignee: 유성용; 동아건설산업주식회사
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970026984A

Abstract

[목적]

고품질의 고내구성 콘크리트를 제공함

[구성]

고내구성 콘크리트의 배합비는 물-시멘트비 43%(물 164kg/㎥)와 잔골재율 45%(잔골재 850kg/㎥, 굵은골재 1040kg/㎥)를 기준으로 구성되어 있다. 즉, 시멘트 285kg/㎥-342kg/㎥, 물 164kg/㎥, 잔골재 850kg/㎥, 최대치수 25mm의 굵은골재 1040kg/㎥에 플라이애쉬 57kg/㎥ 또는 실리카 흄 38kg/㎥ 혹은 고로슬래그 47.5kg/㎥와 공기연행제 0.04% 및 고유동화제 1.2%01.8%의 비로 배합하여 고품질의 고내구성 콘크리트를 제조한다.

Description

고품질 시공을 위한 고내구성 콘크리트 제조방법

제1도는 염소이온 투과장치 설명도이며,

제2도는 철근 부식시험 장면이며,

제3도는 내황산염 시험 장면도이며,

제4도는 동결융해 시험 장면이며,

제5도는 당진화력 발전소 현장 Tetrapod 시험시공 전경이며,

제6도는 장기거동 측정용 공시체 해안가 거치 장면이며,

제7도는 의왕 ICD 현장 콘크리트 라아멘 교량 시공 장면이며,

제8도는 가양하수 처리장벽체 시공 장면이며,

제9도는 가양하수 처리장 전경이다.

본 발명은 고내구성(高耐久性) 콘크리트의 제조방법에 관한 것으로 특히 고품질 시공을 위한 고내구성 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.

종래의 콘크리트는 압축강도만 만족하면 시공이 충족되는 것으로 알고 있었다. 그러나 환경적 요인에 의하여 시간이 지남에 따라 콘크리트는 부식을 하고 콘크리트 내부에 있는 철근이 부식을 하여 철근 콘크리트 구조물의 성능이 상당히 저하된다. 따라서 구조물의 요구된 수명이 다하지 못하며, 때에 따라서는 구조물의 보수 보강 혹은 조기에 재 시공하는 경우를 자주 접하게 되어 막대한 국가 경제적 손실을 초래하게 된다.

본 발명은 고품질의 콘크리트 시공을 이루기 위하여 콘크리트 배합 및 제조가 수월하며, 현장 작업의 용이성과 제작된 콘크리트 품질의 우수성이 향상되도록 함이 목적이다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 기존의 콘크리트에 비해 워커빌리티(슬럼프 18±3cm)가 증대되어 직업이 수월하며, 이에 따라서 종래 현장에서 작업의 편이성을 위하여 변칙적으로 물을 첨가하여 콘크리트의 강도 및 성능저하를 초래하던 시공불량 원인을 제거하고 또 각종 환경적(염해, 동결융해, 철근부식 등)요인들에 의한 저항성 극대활시켜 구조물이 존재하는 동안 만족할 만한 수준의 신뢰성(reliability)과 사용성(serviceability)을 유지할 수 있도록 했다. 그리고 콘크리트 제작시 발생되는 오차(골재의 종류, 골재 표면수등)를 충분히 고려하여 설계 배합 강도가 도출하도록 배합비를 결정 되었다.

본 발명에서 상기한 고내구성 콘크리트 배합비는 상기한 목적을 달성하기 위하여 산업 부산물인 플라이애쉬(Fly ash), 고로슬래그(Blast furnace slag), 실리카흄(Silica fume)을 시멘트 대체 재료로 사용하여 콘크리트의 품질을 대폭적으로 향상시켰을 뿐 아니라 환경 보존에 일조할 수 있도록 한 것이다.

본 발명 실시예에서 사용된 시멘트는 국내 S사의 제1종 보통 포틀랜드 시멘트이며, 기본적인 물성에 관한 시험결과는 아래 표와 같고 이는 KS규정을 만족 시키고 있다.

콘크리트용 골재는 깨끗하고, 단단하며, 내구적인 것이며, 적당한 입도를 가지며, 또한 화학적으로 안정하며, 얇은 세편이나 가느다란 석편, 찰흙 또는 유기 불순물이나 유해물질이 포함되지 아니한 서울 근교의 하천에서 채취된 잔 골재류를 사용하였으며, 사용된 잔골재의 비중은 2.60이며, 흡수율 1.5%의 것이었다.

또 본 발명 실시예에서 사용되는 굵은 골재도 일반 콘크리트에 사용되는 골재와 마찬가지로 강자갈이 부순 돌보다 물성이 양호하고 적절한 최대 치수 및 입도 분포의 굵은 골재를 사용하면 더욱 좋겠지만 최근에는 구하기 힘들어 부순 돌을 사용하였는바 이때의 최대 골재치수는 25mm의 쇄석을 사용한 것이다. 사용된 골재의 비중은 2.75이며 흡수율은 1.0%였다.

본 발명 실시예에서 주요 변수로 혼화재(플라이애쉬, 고로슬래그, 실리카흄)를 사용하였는데 플라이애쉬는 보령산으로 H사 제품이며, 사용된 고로 슬래그(Blast furnace slag)는 광양 제철소에서 생산된 것이며, 비표면적은 Blaine 투과법에 의해 측정한 결과 4000㎠/g였으며, 실리카흄(Silica fume)은 노르웨이 E사의 제품을 사용한 것이다. 그리고 본 실시예에서 사용되는 고유동화제는 국내의 Mighty사 제품으로 ASTM C494 type D,G에 적합한 코폴리머(copolymer)로 되는 고유동화제이다.

혼화제의 구별은 다음의 ASTM C494의 규정에 따른 것이다. 사용된 고유동화제의 성상은 비중 1.20±0.01, 고형분 41±1%, 색상은 암갈색이었으며, pH는 8∼10, 염화물은 0.00%로 전혀 없었다. 본 발명 실시예에서 사용된 고유동화제는 효과적인 시멘트 입자의 유동성 확보로 콘크리트 배합시 물의 양을 20-30% 정도 줄일 수 있었으며, 동일한 물-시멘트 비 조건하에서는 고유동화제를 첨가하지 않은 콘크리트보다 재료 분리현상이 생기지 않으면서 작업성(Workability)이 월등히 좋고 또 유동성이 상당시간 동안 지속되어 타설작업을 용이하게 한다.

공기연행제는 콘크리트 내부에 미세한 공기방울들을 적절히 연행시킬 목적으로 사용됐다. 공기연행은 콘크리트가 수분에 노출되어 동결융해작용을 받는 경우 콘크리트의 내구성을 괄목할만 하게 향상시켜 주며, 굳지않은 콘크리트의 워커빌리티를 향상시켜 준다. 공기연행 콘크리트는 시멘트 풀을 통하여 균이하게 분포된 미세한 공기방울을 함유한다. 본 발명의 실시예에서 사용한 공기연행제는 국내 K사의 상표명 EZAiR로서 위의 요구조건을 만족시키는 수용성 용액으로 염화물은 함유하고 있지 않다.

한편 본 발명에 실시예에 있어서의 고내구성 콘크리트의 배합비는 강도 350kg/㎠이상이며, 슬럼프 18±3cm의 유동성을 유지하고 적절한 공기량을 확보하기 위하여 공기연행제량과 고유동유화제량이 각 실시예마다 결정되어 있다. 그리고 굵은골재의 최대 크기는 경제성을 고려하여 25mm를 사용했으며, 콘크리트의 내구성을 증지 시키기 위하여 혼화제로 플라이애쉬와 고로슬래그 및 실리카흄을 시멘트 대체재료로 사용하였다.

또 시멘트 결합재량 380kg/㎥, 물-시멘트비 43%, 잔골재율 45%를 기준으로 총 11가지의 배합비(표2)를 결정하였으며 구조물의 중요도 및 외적환경요인 별로 적절한 배합비를 추천하였다.

다음은 외적 환경영향별(동결융해, 철근부식, 황산염해 등)에 대한 실시예를 실시한 것이다.

[실시예 1]

시멘트 323kg/㎥, 혼화재로 플라이애쉬 57kg/㎥, 물 164kg/㎥, 잔골재 850kg/㎥, 최대 크기 25mm 굵은골재 1040kg/㎥, 공기연행제 0.04%, 고유동화제 1.5%를 배합하여 콘크리트를 조성하였다. 시편의 투수성에 따른 통과 전하량은 565(Coulomb)로 기준치 510보다 매우 낮은 결과를 얻음으로서 내투성에 대한 저항성이 우수했으며, 압축 강도시험에 있어서 7일째 270kg/㎡이며, 28일째에는 433kg/㎡였으며, 할열강도에 있어서 28일째 48kg/㎠이며, 휨강도 역시 48kg/㎠였다.

[실시예 2]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고 시멘트 266kg/㎥, 플라이애쉬 114kg/㎥, 고유동화제 1.2%로 배합하여 항목 별로 측정하여 아래에 표시했다.

[실시예 3]

물과 잔골재, 굵은굴재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 323kg/㎥, 플라이애쉬 57kg/㎥, 고유동화제 1.3%로 배합하여 시편을 만들어 각기 측정했다. 측정치는 항목 별로 별도 아래에 표시했다.

[실시예 4]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 342kg/㎥, 혼화재로 실리카흄 38kg/㎥, 고유동화제 1.4%로 배합하여 시편을 만들어 각기 측정했다. 측정치는 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 5]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 342kg/㎥, 실리카흄 38kg/㎥, 고유동화제 1.5%로 배합하고 시편을 만들어 각기 측정했다. 측정 결과는 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 6]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공지연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 332.5kg/㎥, 고로슬래그 47.5kg/㎥, 고유동화제 1.8%로 배합하고 시편을 만들어 각기 측정했다.

측정 결과를 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 7]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 285kg/㎥, 고로슬래그 95kg/㎥, 고유동화제 1.7%의 비로 배합하여 시편을 만들고 측정했다. 측정결과를 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 8]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 285kg/㎥, 플라이애쉬 57kg/㎥, 실리카흄 38kg/㎥, 고유동화제 1.6%의 비로 배합하여 시편을 만들고 측정했다. 측정 결과를 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 9]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 323kg/㎥, 플라이애쉬 57kg/㎥, 고유동화제 1.4%의 비로 배합하여 시편을 만들고 측정했다. 측정결과를 항목별로 아래에 표시했다.

[실시예 10]

물과 잔골재, 굵은골재 및 공기연행제는 실시예 1과 같고, 시멘트 285kg/㎥, 플라이애쉬 57kg/㎥, 실리카흄 38kg/㎥, 고유동화제 1.5%의 비로 배합하고 시편을 만들어 측정했다. 측정 결과를 항목별로 아래에 표시했다.

각 실시예들에 대한 내구성 증진 실험을 아래와 같이 실시하여 그 성능을 입증하였다.

1) 동결융해 저항성 실험

콘크리트의 동결융해 작용에 의한 성능저하와 내구성을 측정함에 있어서는 콘크리트 시편에 간극수의 빙점이하의 온도(영하 18도), 빙점이상의 온도(영상 4도)를 주기적으로 가하는 실험으로 KS F 2456(급속동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험법)을 표준시험방법에 준하여 실시했다(표3). 동결융해시험의 손상은 일정한 주기로 동탄성계수를 측정하여 판단하는데 300주기를 원칙으로 실시하고 상대동탄성 계수가 60%이하인 경우 실험을 종료한다.

2) 내투수성 시험

내투수성 시험(제1도)에 있어 콘크리트는 작은 기공을 통하여 각종 열화현상이 초래된다. 따라서 투수성이 작을수록 콘크리트는 부식에 대한 저항성이 있다. 본 실시예의 투수시험에 있어서는 투수성을 측정할 수 없을 정도로 내투수성이 우수했으며(표4), 특별히 염소이온 투과시험을 통하여야 만이 투수성을 측정할 수 있었다.

3) 내부식성 시험

내부식성 시험은 각 실시예들의 직류회로에서 흐르는 전류를 측정한 결과 콘크리트내의 철근의 부식이 진전되면서 철근의 부피 팽창으로 인한 균열(제2도)에 의하여 전류가 급격히 상승하게 될 때에 부식의 한계로 규정했으며 또 서서히 전류가 증가하는 경우 전류의 양이 20mA가 될 때까지 실험의 기준으로 한것이다(표5).

4) 황산염 저항성 시험

본 발명 실시예의 황산염 저항성시험에 있어서, 콘크리트는 지중이나 수중 또는 대기중에 포함된 황산에 의하여 화학반응을 일으킨다. 이 화학반응은 콘크리트를 팽창시켜 균열을 발생시킨다. 본 발명 실시예에 있어 황산염 용액에 시편을 침전(제3도)시켜 실험을 하여 일반 콘크리트의 결과와 비교해 본 결과 그 저항성이 상당히 증대(표6)되어 해양 구조물이나 황산염 피해 가능지역에 적합한 고내구성의 콘크리트임을 확인할 수가 있었다. 또 일반적으로 5종 시멘트제품(내황산 시멘트)을 사용하나 이 시멘트는 상당히 고가임을 감안할 때 본 발명 내구성 콘크리트가 경제면에서도 상당히 효과가 있음이 입증됐다.

그밖에 고유동성에 있어 상기한 본 발명 실시예와 같은 배합후 슬럼프 21±2Cm, 30분 후 타설 직전 슬럼프 18±3Cm의 고유동성을 유지하여 시공성이 상당히 개선되었음을 확인할 수 있고, 1시간 후의 유동성 확보는 분할 투입하여 유지될 수가 있다.

5) 강도 특성

다음 표7는 각 실시예별 배합에 의한 콘크리트 구조물의 강도특성에 대한 실험 측정치를 나타낸 것이다. 특히 실시예 4 및 5의 예에 있어서는 플라이애쉬나 고로 슬래그를 사용한 실시예에 비하여 탁월하여 설계강도 500kg/㎠을 기준으로 한다. 그러나 실리카흄은 수입제품이기 때문에 제조단가가 높다는데 문제가 있으나 중요도가 크거나 장기 수명이 요구되는 구조물, 예를 들어 방사능 폐기물 저장소나, 요구 수명이 300년 이상 되는 경우에는 절대 필요하다.

그리고 본 발명 실시예의 각 변수별 실시예는 지역별 예를들어 중부 이북지방 및 산간지방과 같은 기온의 차이가 심하거나 교량별 (PC, 장대교량, 일반교량)은 물론 콘크리트 댐, 박스구조물(지하철, 수로, 지하통로), 하수처리장, 방사능 폐기물장소, 화학물 저장소, 터널, 항만시설, 원자력 발전소와 건축 구조물에 적합함을 확인 할 수가 있다.

6) 현장타설 적용시험

고내구성 콘크리트 실용화를 위하여 내구성 시험을 통하여 구한 배합비를 현장 실용화 타설을 표8과 같이 다양한 장소에 실시하여 검증하였다(그림 제5-9도 참조).

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고내구성 콘크리트의 배합비에는 시멘트, 자갈, 모래, 물 이외에 고유동화제와 공기연행제를 사용하여 최적의 경제성 배합을 할 수가 있고, 또 환경적 열화요인 및 구조물의 중요도에 따라 적합한고내구성 콘크리트를 얻을 수가 있고, 또 본 발명 고내구성 콘크리트의 강도는 최소한 350강도 이상을 발현할 수가 있고 실리카 흄을 사용하는 경우 500강도 이상 발현할 수 있으며, 또한 플라이애쉬와 고로슬래그의 포졸란반응으로 28일 강도보다 56일 강도는 일반콘크리트에 비해 사실상 증대된 산업상 유익한 신규의 발명인 것이다.

Claims

고내구성 콘크리트를 제조함에 있어서, 플라이애쉬 57kg/㎥, 또는 실리카흄 38kg/㎥ 혹은 고로슬래그 47.5kg/㎥중 어느 하나의 첨가물과, 시멘트 285kg/㎥-342kg/㎥, 물 164kg/㎥, 잔골재 850kg/㎥, 최대치수 25mm의 굵은골재 1040kg/㎥ 및 공기연행제 0.04%, 고유동화제 1.2%-1.8%의 혼합비율로 배합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 고품질 시공을 위한 고내구성 콘크리트 제조방법.
제1항에 있어서, 시멘트 285kg/㎥, 물 164kg/㎥, 잔골재 850kg/㎥, 최대치수 25mm의 굵은골재 1040kg/㎥, 공기연행제 0.04%, 고유동화제 1.6%에 플라이애쉬 57kg/㎥와, 실리카흄 38kg/㎥를 상호 첨가하여 배합한 것을 특징으로 하는 고품질 시공을 위한 고내구성 콘크리트 제조방법.