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KR840001611B1 - 콘크리이트용 강도강화 혼합재조성물 - Google Patents

콘크리이트용 강도강화 혼합재조성물 Download PDF

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KR840001611B1
KR840001611B1 KR1019810002051A KR810002051A KR840001611B1 KR 840001611 B1 KR840001611 B1 KR 840001611B1 KR 1019810002051 A KR1019810002051 A KR 1019810002051A KR 810002051 A KR810002051 A KR 810002051A KR 840001611 B1 KR840001611 B1 KR 840001611B1
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Abstract

내용 없음.

Description

콘크리이트용 강도강화 혼합재조성물
본 발명은, 포틀랜드 시멘트 조성물, 특히 포졸란-함유 포틀랜드 시멘트 콘크리이트 조성물에 사용하여, 이의 강도 및 다른 특성들을 향상시킬 수 있는 혼합체 조성물에 관한 것이다.
미합중국 콘크리이트 협회에서는, 포졸란(pozzolan)을 하기와 같이 정의하고 있다 : "이것은, 본래 시멘트의 성질을 거의 또는 전혀 갖고 있지 않지만, 미분시키고, 습기의 존재하에 상온에서 수산화칼슘과 화학적으로 반응시킬 경우, 시멘트의 성질을 갖는 화합물로 제조할 수 있는 실리카물질 또는 실리카 및 알루미늄 물질이다." 원상태 또는 하소처리한 천연포졸란에는, 규조토, 각암 및 이판암, 응회암, 화산재나 경석과 같은 물질들이 포함된다. 대표적인 인공 포졸란은, 플라이애쉬(fly ash), 석탄의 연소에서 생성된 미분잔류물 및 용광로 슬래그이다.
포틀랜드 시멘트는, 석회석 및 점토 또는 이판암, 또는 다른 석회물질과 점토물질의 혼합물을 용융상태로 가열하여 제조된 제품이다. 클링커(clinker)라고 하는 용융 생성물은 통상적으로 약 4 내지 6%의 석고와 같은 지연제(retarder)와 함께 분쇄시킨다. 포틀랜드시멘트는, 모래 및 돌과 같은 골재와 혼합시켜, 탁월한 구조물특성을 갖는 콘크리트로 제조한다.
통상적으로 포졸란은 콘크리이트에 사용하며, 콘크리이트 혼합공장에서와 같이 포틀랜드시멘트와 별도로 콘크리이트에 혼합시키거나, "IP, IS"시멘트형과 같이 특별히 혼합된 시멘트로서 포틀랜드 시멘트와 함께 첨가시킨다. 콘크리이트에 포졸란을 첨가시킬 경우, 성형도(workability)가 증가하며, 소성 콘크리이트의 유출특성이 감소된다. 이것은, 또한 콘크리이트에 수축을 감소시키고 이의 투과성을 감소시켜 강도를 증가시키므로써, 경화된 콘크리이트의 특성을 향상시킨다. 포졸란을 콘크리이트에 사용하기 시작했던 초기에는, 모래와 같은 세골재의 일부 또는 전부의 대응물로 사용했다.
포졸란은 포틀랜드 시멘트의 부분 대응물로서 가장 많이 콘크리이트에 사용하며, 통상적으로 시멘트의 20%이상을 포졸란으로 대체하여 사용한다. 포졸란은, 이것을 물과 반응시킬 경우, 포틀랜드 시멘트로부터 유리되는 수산화칼슘 (Ca(OH)2)과 반응하여, 시멘트-물 반응으로부터 제조된 것과 유사한 반응생성물을 형성하므로써, 콘크리이트에 강도를 부여한다. 포졸란과 수산화칼슘과의 화학적 반응은 통상적으로 "포졸란 반응"이라고 말한다.
"포졸란 반응"은 매우 느린 반응이며, 포졸란에 의해 부여된 강도는 콘크리이트를 28 내지 90일간 양생시키기 전까지는 현저하게 발현되지 않는다. 이것은, 시멘트의 일부를 포졸란으로 대체시킨 콘크리이트가 포틀랜드 시멘트 콘크리이트보다 28 내지 90일까지는 더 낮은 압축강도를 갖는다는 것을 의미한다. 이와같은 강도감소의 현상은 포졸란 포틀랜드 시멘트중의 조골재 및 세골재 함량을 변화시키므로써 어느정도 상쇄시킬 수 있다.
또한, 포틀랜드 시멘트 콘크리이트용으로 제형화시킨 특정 화학적 혼합재는 포틀랜드 시멘트 포졸란콘크리이트의 초기강도 결핍을 상쇄시키는데 도움을 준다. 이와같은 목적을 위하여 통상은, 리그노설폰산의 염, 히드록실화된 카복실산의 염, 슈가 및 옥수수시럽과 같은 화학물질을 포졸란-함유콘크리이트에 사용해 왔지만, 이들 물질 모두는 존재하는 포졸란에 의해 이미 비정상적으로 지연된 콘크리이트 경화시간을 더욱 지연시킨다.
포틀랜드 시멘트 포졸란 콘크리이트의 경화를 촉진시키고 초기강도를 증진시키기 위하여, 통상은 염화칼슘을 혼합재로 사용한다. 통상적인 염화칼슘의 사용량은 시멘트 중량의 약 1 내지 2%이다. 폼본(Fombonne)의 영국 특허 제940,692호에는, 포틀랜드 시멘트 포졸란 콘크리이트용 촉진제로서 염화나트륨과 같은 다른 염화물염이 기술되어 있다. 시멘트중량의 0.5%를 초과하는 양의 염소이온의 첨가는 콘크리이트에 함입된 금속의 부식문제를 야기시킨다. 또한, 시멘트중량의 0.5%이상의 나트륨의 첨가는 알칼리-골재의 반응문제를 야기시킨다.
최근 수년간 성공적으로 시판되어 사용되고 있는, 포졸란-함유 포틀랜드 시멘트 콘크리이트용 혼합재의 다른 종류는, 리그노설폰산 칼슘과 트리에탄올 아민의 혼합물(95%-5%혼합물)로 이루어진다. 그러나, 향상된 및/또는 신규의 혼합재에 대한 요구는 여전하다.
본 발명의 콘크리이트용 혼합재는 3종이상의 화학물질의 혼합물로써, 이들 물질을 개개로 첨가시킬 때는 발현되지 않지만, 함께 사용할 때는 강도의 강화 및 경화시간의 단축과 같은 바람직한 특성을 제공한다. 본 발명의 혼합재는 단독으로 사용하거나, 공기연행제(air-entraining additives)와 같은 통상의 첨가재와 함께 첨가시킨다.
본 발명의 혼합재는 3종이상의 화학물질의 혼합물이며, 하기표 1에 A, B 및 C로 표시된 각군(Group)으로부터의 1종이상의 성분을 함유한다.
[표 1]
Figure kpo00001
본 발명에 사용된 리그노설폰산 염의 예에는, 리그노설폰산칼슘 및 리그노설폰산 나트륨이 포함된다. 바람직한 히드록실화 카복실산은 글루콘산 또는 헵토글루콘산과 같은 약 6 내지 10개의 탄소원자를 함유하는 것들이다. 또한, 이들의 나트륨염도 바람직하다. 언급된 글루코오스 고분자물질에는, 옥수수시럽 및 덱스트린과 같은 중합된 글루코오스 유니트를 함유하는 고분자물질이 포함된다. 이와같은 글루코오스 고분자물질은, 콘크리이트 제조공장에서 통상 사용하는 양의 물과 혼합시킬 경우, 혼합물이 쉽게 분산될 수 있는 점도를 갖는 수성혼합물을 형성해야 한다.
본 발명의 혼합재는, 시멘트와 포졸란의 총중량을 기준으로 약 15 내지 약 25%의 포졸란과 포틀랜드 시멘트결합재를 함유하는 콘크리이트에 첨가시킨다. 통상적으로, 콘크리이트는 경화된 콘크리이트의 50부피%이상의 비-포졸란계 골재(예 ; 모래 및 돌)도 함유한다.
후술하려는 실시예에 기술된 일련의 시험에서는, 수개의 제조회사에서 시판하는 포틀랜드시멘트와 다양한 포졸란을 함유하는 콘크리이트 조성물을 제조한다. 각각의 시멘트와 포졸란(플라이애쉬, 천연포졸란, 용광로 슬래그)의 화학적 조성은 표 2에 수록되어 있다. 다양한 화학혼합재를 특정 콘크리이트 조성물에 첨가시키고, 생성조성물의 특성을 측정한다. 측정된 특성은 "공기의 함유%"(ASTM C231), "슬럼프"(ASTM C143), "경화시간"(ASTM C403)과 "압축강도"(ASTM C31)등이다. 언급된 포졸란-함유콘크리이트는 포틀랜드 시멘트와 포졸란이외에도 콘크리이트에 통상 사용되는 조골재(분쇄된 석회석)와 세골재(모래)를 함유한다. 본 실험에 있어서, 포졸란은 통상의 콘크리이트 제형화에서 사용되는 시멘트의 대응물로 간주한다. 본 실험에서, 전체골재중의 모래에 대한 석회석의 비는 55 내지 45%이다(통상적인 콘크리이트는 시멘트와 골재를 함유하며, 언급된 골재는 경화 생성물의 50부피%이상으로 존재한다).
후술하려는 실시예에 있어서, 첨가된 다양한 혼합재의 양은, 전술된 시험을 실시한 결과 목적하는 경화시간과 강도강화를 수득하는데 최적인 것으로 평가된 것들이다.
[표 2]
실시예에서 사용된 포틀랜드 시멘트와 포졸란의 조성
Figure kpo00002
[실시예 1]
본 발명의 혼합재 성분으로 전술된 3종의 화학물질을, 각각의 성분별로 콘크리이트에 첨가시키고(콘크리이트 1내지 4, 표 3), 이들 각 성분들의 콘크리이트 특성에 대한 효과를, 이들 3성분을 함께 첨가시켰을 때(콘크리이트 혼합물 5, 표 3)의 효과와 비교한다. 시험결과는 하기 표에 요약 수록되어 있다.
[표 3]
Figure kpo00003
(a)모든 시험용 콘크리이트는 yd3당 396lb의 시멘트 A와 125lb의 플라이애쉬 F를 함유한다. 콘크리이트중의 수함량은 yd3당 290내지 299lb이다.
(b) ASTM C403에 따라 측정한다.
헵토글루콘산 나트륨(혼합물 번호 2, 표 3)은, 1일차에서 탁월한 강도증가를 제공하지만, 28일차에는 수록된 수치의 임계강도증가만을 제공한다. 혼합물 번호 3에서의 염화나트륨은 전 시험기간을 통하여 중간치의 임계강도증가만을 제공한다. 혼합물번호 4에서의 트리에탄올아민은 1일차와 7일차에서 중간치의 강도증가만을 제공하며, 28일차에서 매우 양호한 강도증가를 제공한다. 그러나, 이들 3가지 성분의 혼합물(혼합물번호5)은 전 시험기간을 통하여 매우 탁월한 강도증가를 제공한다. 각각의 성분별로 첨가시킬 경우, 염화나트륨과 트리에탄올아민은 콘크리이트의 경화시간에 현저한 영향을 미치지 않지만, 헵토글루코네이트는 경화시간을 지연시킨다. 그러나, 이들성분의 혼합물은 경화를 현저하게 촉진시킨다.
[실시예 2]
4종의 화학성분으로 이루어진 다양한 혼합물의 플라이애쉬 콘크리이트의 강도에 따라 영향을 조사하기 위해 콘크리이트를 제조한다. 표 4에 수록된 시험데이타를 보면, 헵토글루콘산나트륨, 리그노설폰산칼슘, 트리에탄올아민과 염화나트륨의 혼합물 모두는, 전시험기간에 걸쳐서 비-혼합된 시험용(혼합번호 6)보다 높은 허용치 이상의 강도증가를 제공함을 알 수 있다.
[실시예 3]
표 4에 수록된 데이타를 보면, 0.5 내지 0.15%의 염화나트륨의 첨가는 매우 적은 강도강화의 차이를 제공한다는 것을 알 수 있다. 더 많은 양의 염화나트륨이 첨가된 다른 일련의 콘크리이트를 제조한다. 리그노설폰산칼슘은 혼합재성분으로 사용하지 않는다. 표 5의 시험 데이타를 보면, 염화나트륨이 혼합재의 성능에 중요한 역할을 하며, 이의 첨가비가 0.0%(혼합물번호 20)에서 0.30%(혼합물번호 23)으로 증가함에 따라, 상이한 두가지 성분(즉 헵토글루콘산 나트륨과 트리에탄올아민)의 혼합물은, 초기단계에서만 강도강화재로서 혼합재의 효과를 증가시킬 뿐이라는 것을 명확히 알 수 있다.
[표 4]
Figure kpo00004
(a) 모든 시험콘크리이트는 -388내지 392lb의 시멘트 B/콘크리이트의 yd3
-120내지 121lb의 플라이애쉬 G/콘크리이트의 yd3
-260내지 280lb의 물/콘크리이트의 yd3을 함유한다.
모든 콘크리이트는 2 3/4내지 4 3/4인치의 슬럼프와 1.2내지 2.0%의 공기함량을 갖는다.
(b) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 6)의 %강도강화치를 나타낸 것이다.
[표 5]
Figure kpo00005
(a) 모든 시험 콘크리이트는 -384lb의 시멘트 c/ yd3
-119lb의 플라이애쉬 G/ yd3
-259내지 265lb의 물/ yd3을 함유한다.
모든 시험 콘크리이트는 2 1/4내지 3 1/4인치의 슬럼프와 1.5내지 1.7%의 공기함량을 갖는다.
(b) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 19)에 대한 % 강도강화치를 나타낸 것이다.
[실시예 4]
본 발명의 바람직한 조성물은, 헵토글루콘산나트륨, 트리에탄올아민, 리그노설폰산칼슘 및 염화나트륨의 혼합물, 및 /또는 헵토글루콘산나트륨, 트리에탄올아민 및 염화나트륨의 혼합물이지만, 다수의 다른 물질들을 사용하여 혼합재를 제조할 수도 있다. 표 6과 7의 콘크리이트 시험 데이타를 보면, 글루콘산나트륨 및/또는 글루코오스 고분자를 헵토글루콘산 나트륨대신에, 포름산 및/또는 아질산나트륨을 염화나트륨대신에 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
[표 6]
Figure kpo00006
Figure kpo00007
(a) 모든 시험 콘크리이트는 -384내지 388lb의 시멘트 B/ yd3
-113내지 114lb의 플라이애쉬 F/ yd3
-260내지 278lb의 물/ yd3을 함유한다.
모든 시험 콘크리이트는 2 1/2 내지 3 1/2인치의 슬럼프와 1.1 내지 2.3%의 공기함량을 갖는다.
(b) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 24)에 대한 % 강도강화치를 나타낸 것이다.
[표 7]
Figure kpo00008
(a) 모든 시험 콘크리이트는 -388내지 392lb의 시멘트 c/ yd3
-123 내지 124lb의 플라이애쉬 H/ yd3
-263 내지 278lb의 물/ yd3을 함유한다.
모든 콘크리이트는 2 1/2 내지 3 1/2인치의 슬럼프와 1.0 내지 1.6%의 공기함량을 갖는다.
(b) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 30)에 대한 % 강도강화치를 나타낸 것이다.
[실시예 5]
일련의 콘크리이트를 제조하여 헵토글루콘산나트륨, 트리에탄올아민 및 염화나트륨을 비교적 고-함량비로 배합한 혼합물의 영향을 평가한다. 표 8에 수록된 데이타를 보면, 이들 혼합물이 포틀랜드 시멘트-포졸란 콘크리이트에 대해 효과적인 강도강화재이기는 하지만, 수록된 더높은 2가지의 함량에서는 효과적이지 못함을 알 수 있다.
[표 8]
Figure kpo00009
(a) 모든 시험 콘크리이트는 -388내지 392lb의 시멘트 D/ yd3
-120내지 121lb의 플라이애쉬 G/ yd3
-270내지 208lb의 물/ yd3를 함유한다.
모든 시험 콘크리이트는 4 내지 6인치의 슬럼프와 0.8 내지 1.2%의 공기함량을 갖는다.
(b) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 35)에 대한 % 강도강화치를 나타낸 것이다.
[실시예 6]
천연 포졸란과 미분된 용광로 슬래그를 함유하는 콘크리이트에 본 발명의 혼합재를 첨가시켜 평가한다. 표 9에 수록된 데이타를 보면, 본 발명의 혼합재가 첨가된 콘크리이트 모두는(2개), 전 시험기간에 걸쳐서 본 발명의 혼합재를 함유하지 않는 콘크리이트보다 더 높은 강도를 갖는다는 것을 알 수 있다.
[표 9]
Figure kpo00010
(a) 시멘트 A
(b) 시멘트와 포졸란의 총중량기준으로 0.028%의 헵토글루콘산나트륨
시멘트와 포졸란의 총중량기준으로 0.010%의 트리에탄올아민
시멘트와 포졸란의 총중량기준으로 0.20%의 염화나트륨
(c) 시멘트 D
(d) 시멘트와 슬래그의 총중량기준으로 0.028%의 헵토글루콘산나트륨
시멘트와 슬래그의 총중량기준으로 약 0.010%의 트리에탄올아민
시멘트와 슬래그의 총중량기준으로 0.10%의 염화나트륨
(e) ( )안의 수치는 비교용 콘크리이트(혼합물번호 39 및 41)에 대한 % 강도강화치를 나타낸 것이다.
(f) 비측정
[실시예 7]
본 발명의 혼합재에 사용된 다양한 화학물질의 혼합물은 포틀랜드시멘트-포졸란 콘크리이트 경화를 촉진시키고 강도를 강화시킬 목적으로 제공된 것이지만, 이들의 성능을 통상의 포틀랜드시멘트 콘크리이트중에서 시험하는 것은 매우 중요한 일이다. 표 10에 수록된 시험데이타를 보면, 본 실시예에 사용하기 위해 선택된 화학물질들의 혼합물 2가지는 전시험기간에 걸쳐서 콘크리이트의 강도를 강화시킨다는 예기치 못했던 사실을 알 수 있다. 콘크리이트 혼합물번호 51과 52에 대한 경화시간 측정결과를 보면, 콘크리이트 혼합물번호 52에서 사용한 특수한 배합이 콘크리이트의 경화를 촉진시킨다는 것을 알 수 있다.
[표 10]
v
Figure kpo00011
(a) 시멘트 A
(b) 혼합재-헵토글루콘산나트륨-시멘트중량에 대한 0.028고체%
트리에탄올아민-시멘트중량에 대한 0.010고체%
염화나트륨-시멘트중량에 대한 0.100고체%
(c) 시멘트 B
(d) 시멘트 C
(e) 시멘트 D
(f) 혼합재-글루콘산나트륨-시멘트중량에 대한 0.028고체%
트리에탄올아민-시멘트중량에 대한 0.010고체%
염화나트륨-시멘트중량에 대한 0.100고체%
리그노설폰산칼슘-시멘트중량에 대한 0.092고체%
(g) ASTM-403

Claims (1)

  1. 리그노설폰산염, 히드록실화된 카복실산 및 이의염 및 글루코오스 고분자물질로부터 선택된 1종 이상의 화합물 0.014 내지 0.203중량%, 알칸올아민류로부터 선택된 1종 이상의 화합물 0.005 내지 0.300중량% 및 염화나트륨, 아질산나트륨, 아질산칼슘 및 포름산중에서 선택된 1종 이상의 화합물 0.050 내지 0.300중량%(여기서, 중량%는 콘크리이트중의 시멘트와 포졸란의 총중량을 기준으로 한 것이다)를 함유하는 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는, 포졸란-함유 포틀랜드시멘트 콘크리이트용 혼합재 조성물.
KR1019810002051A 1980-06-06 1981-06-05 콘크리이트용 강도강화 혼합재조성물 Expired KR840001611B1 (ko)

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US156992 1998-09-18

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