KR101479722B1 - 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 시멘트, 물, 골재가 배합된 보통콘크리트에 무기물인 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하고, 이 혼합콘크리트에 유기물인 라텍스 또는 수용성 폴리머 및 아크릴계 폴리머를 혼합하여 형성한 재배합콘크리트가 숏팅안내부재로 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 공기를 소산시키면서 공기함유량이 3~7% 되도록 하고, 100~200mm 정도의 슬럼프를 가지는 하이브리드 콘크리트를 제조함으로써, 일반적으로 혼입되는 라텍스의 혼입량을 줄임으로 시공단가를 대폭 절감함은 물론 재배합콘크리트를 배출할 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 공기를 소산시켜 공기량이 3~7% 되면서 100~200mm 정도의 슬럼프를 가지도록 하여 고강도, 고내구성을 확보할 수 있는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.

Description

고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법{hybrid concrete methode for addition mix of bubble slurry and latex}

본 발명은 하이브리드 콘크리트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트, 물, 골재가 배합된 보통콘크리트에 무기물인 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하고, 이 혼합콘크리트에 유기물인 라텍스 또는 수용성 폴리머 및 아크릴계 폴리머를 혼합하여 형성한 재배합콘크리트가 숏팅안내부재로 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 공기를 소산시켜 공기함유량이 3~7% 되면서 100~200mm의 슬럼프를 유지하는 하이브리드 콘크리트를 제조하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.

경량기포콘크리트는 경화된 페이스트 또는 모르타르 내부에 보통 20% 이상의 안정된 공극을 도입하여 콘크리트의 밀도를 감소시킨 것으로, 바닥, 벽체, 지붕 등에 블록, 판넬, 충전재 등의 형태로 단열용으로 사용된다. 경량기포콘크리트에 시멘트 페이스트만 사용할 경우, 밀도가 약 0.3~0.5t/㎥ 정도이고, 잔골재를 혼입한 모르타르를 사용할 경우에는 밀도가 0.8~1.5t/㎥ 정도임이 바람직하다.

상기 경량기포콘크리트는 기포의 발생 시기에 따라 선발포 기포콘크리트(pre-foaming cellular concrete)와 후발포 기포콘크리트(post-foaming cellular concrete)로 분류된다. 선발포 방식은 기포를 미리 발생시켜 제조하는 과정에 투입하는 방법으로 내부에 공극을 만들어 밀도를 감소시켜 경량성을 증진시키거나, 기포의 볼베어링 효과를 이용해 슬럼프를 크게 하여 충전성을 높이는데 사용된다.

선발포 경량기포콘크리트는 기포를 미리 만들어 시멘트 페이스트(시멘트+물), 모르타르(시멘트+물+잔골재), 콘크리트(시멘트+물+잔골재+굵은골재) 등에 각각 사용될 수 있으나, 경량성과 충전성을 위해 보통 시멘트 페이스트나 모르타르에 사용되는 것이 일반적이며, 굵은골재를 사용한 콘크리트에 사용하는 경우는 매우 드물다. 즉, 선발포 경량기포콘크리트는 미리 만든 기포를 시멘트 페이스트나 모르타르에 혼합하여 그 자체의 경량성과 충전성을 증진시킨 것이다.

예로서, 경량기포 모르타르는, 기포를 미리 발포해서 모르타르에 혼합하며, 이때 지름이 0.1~1.0mm 정도의 크기로 선 발포된 기포는 모르타르 내에 골고루 분산되어 밀도를 감소시키면서 슬럼프를 증가시키므로 경량성, 단열성, 방음성, 충전성 등이 요구되는 아파트 바닥 마감재 및 비구조 벽체 등에 현장타설되기도 하고, 경량블럭, 경량판넬 등으로 제작되기도 한다.

그리고 경량기포쏘일(soil)은 선 발포된 기포를 시멘트 페이스트에 배합하고, 이를 선별된 현장 흙에 다시 배합하여 흐름 콘크리트(flos foll concrete) 형태로 이용한 것으로, 추후 보수를 위한 굴착이 용이하도록 강도를 크게 낮춘 경량기포 재료이다.

상기 선발포 경량기포콘크리트는 경량성과 충전성을 위해 비 구조재료에 이용되고 있으나, 구조재료로 사용되는 경우는 거의 없다. 이는 공기량이 1% 증가하면 4% 정도의 압축강도가 저하되기 때문이다.

또한, 고분말 포졸란재료 혼입 콘크리트는, 포틀랜드시멘트 콘크리트에 포졸란재료(실리카퓸, 메타카올린, 플라이애쉬, 슬래그미분말)를 넣고 혼합하여 만든 콘크리트로서, 내구성, 장기강도의 발현, 화학적 저항성, 수밀성, 내수성 등을 향상시킨다. 포졸란재료 자신은 수경성을 갖지 않으나, 상온에서 물과 수산화칼슘이 화합하여 불용성의 염을 형성하여 경화하는데, 이를 포졸란반응이라 하며, 이로 인하여 시멘트의 성질이 개선되어 수밀성 및 강도가 증가한다.

특히, 실리카퓸(Silica fume)은, 실리콘(Si), 펠로실리콘(FeSi), 실리콘 제품 등을 제조할 때, 발생되는 초미립자 산업부산물로서, 콘크리트에 혼입하면, 시멘트 입자의 공극을 충전하는 마이크로 필러 효과를 유발하여 강도증진, 투수성 감소 및 내구성 증진 효과를 가져온다.

그리고, 상기 콘크리트의 성능을 증진시킬 목적으로 실리카퓸(Silica fume), 메타카올린(Metakaolin), 플라이 애쉬(Fly ash), 슬래그미분말 등 고분말 포졸란재료가 사용되고 있으며, 이중 실리카퓸과 메타카올린이 고성능 콘크리트의 대표적인 재료이다. 상기 실리카퓸은 시멘트 분말 대비 1/80~1/100 정도로 미세하여 콘크리트 내부를 충전시키며 포졸란반응으로 내부를 더욱 밀실하게 만들어 고강도와 고내구성으로 만드나 비표면적이 커서 작업성을 나쁘게 하는 특성 때문에 고유동화제와 함께 이용한다.

상기 실리카퓸은 시멘트 중량대비 7~10%를 사용하는 것이 일반적이며, 시멘트에 미리 배합(pre-blending)하여 혼합시멘트 형태로 사용되는데, 이는 실리카퓸이 미세한 분말이기 때문에 현장 배처플랜트에서 배합시, 타 콘크리트 재료와 함께 투입해서 배합하거나 이미 배합된 콘크리트(레미콘)에 투입해서 배합하면, 실리카퓸이 골고루 분산되지 않아 오히려 많은 문제점을 야기하기 때문이다.

상기 실리카퓸, 메타카올린, 플라이 애쉬, 슬래그미분말 등 고분말 포졸란재료를 이용할 경우, 분산을 위해 혼합시멘트를 사용한다. 상기 혼합시멘트의 사용량이 많을 경우, 공장에서 벌크로 생산 및 현장 이송하고, 현장 이송된 벌크를 별도의 사이로를 준비하여 사용하며, 사용량이 중급이나 소규모일 때는, 톤백으로 공급하기도 하는데, 이는 별도의 공정과 별도의 수송으로 생산단가를 상승시키는 문제점이 있었다.

또한, 라텍스 개질콘크리트란 라텍스(latex)를 보통콘크리트에 일정량 혼합하여 만든 콘크리트로서, 배합시에는 유동성이 크게 증가하여 작업성을 증진시키며, 경화 후에는 라텍스 고형분이 콘크리트 내부의 미세공극을 채워 충전재 역할을 하며 동시에 필름막을 형성하여 콘크리트의 투수성 저하, 신·구 콘크리트와의 부착력 증대, 균열에 대한 저하성 증가, 동결-융해 저항성 증가 등 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 라텍스(latex)는, 고무나무로부터 얻어진 천연제품과 인조 화학제품이 있는데, 화학제품 라텍스는, 스틸렌(styrene)과 부타디엔(butadiene)이 주 성분으로 구성되어 있는 고분자를 공중합한 폴리머와 물을 일정비율로 혼합하고 소량의 계면활성제와 안정제를 첨가하면, 우유빛의 반투명 액체이고, 콜로이드 같은 작은 구형(예; 0.05~0.2μ)의 유기체 폴리머입자가 물속에 안정된 상태로 분산되어 있다. 이러한 라텍스는 고형분의 함량이 45~48% 정도이며, 공중합 중에 라텍스의 안정화를 위해 소량의 기포발생억제제(antiformer)를 첨가하며, 라텍스 개질콘크리트 배합 중 기포의 발생을 억제하기 위해 소포제(deformer)를 후 첨가한다.

라텍스개질콘크리트 배합표

굵은골재 최대치수(mm)	공기량 (%)	W/C (%)	S/A (%)	단위량(kg/㎥)
				W	C	S	G	latex
13	4.5	33	58	64	400	964	719	128

상기 표 1은, 일반적으로 사용하고 있는 라텍스개질콘크리트의 시방배합표이다. 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 라텍스는 1㎥의 콘크리트를 생산하는데, 128kg을 혼입한다.

그러나 석유값이 급등하면서 화학제품인 라텍스 값이 급등하여 1,800/kg에 이르고, 1㎥의 콘크리트를 생산하는데, 라텍스 값만 230,400원/㎥이 발생하므로 생산단가를 크게 향상시켜 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 라텍스 개질콘크리트는 배합특성상 현장에서 재료를 공급받아 모빌믹서(mobile mixer)를 이용하여 생산 및 공급하는데, 모빌믹서 장비운영과 재료공급 운송 및 재료공급 장비운영 등으로 생산단가를 크게 향상시켜 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0075106호

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 배처플랜트에서 생산된 슬럼프 40~120mm 정도의 보통콘크리트를 레미콘 트럭에 의해 현장 이송 후, 고분말 포졸란재료 기포슬러리(기포+물+고분말 포졸란재료)와 라텍스 또는 수용성 폴리머 및 아크릴계 폴리머를 순차적으로 배합 및 혼합하여 기존 라텍스 개질콘크리트와 성능이 유사한 하이브리드 콘크리트를 제조할 수 있는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스가 순차적으로 배합된 재배합콘크리트 내에 존재하는 다량의 공기 중 일부를 라텍스에 포함된 소포제에 의해 소산시키면서 재배합콘크리트를 배출할 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기를 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 공기를 소산시켜 공기량이 3~7% 되면서 100~200mm 정도의 슬럼프를 가지도록 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법은,

물, 시멘트, 골재를 일정비율로 배합하여 슬럼프 40~120mm가 되는 보통콘크리트를 생산하는 단계와;

고분말 포졸란재료와 물을 배합하여 생산된 슬러리 및 기포를 혼합하여 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 생산하는 단계와;

상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 보통콘크리트에 투입 및 고분말 포졸란재료가 균일하게 분산되도록 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 투입으로 유동성이 커진 혼합콘크리트의 기포를 일부 제거하면서 라텍스를 투입 및 혼합하여 재배합콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 재배합콘크리트가 숏팅안내부재로 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 기포를 소산시켜 슬럼프가 감소되는 하이브리드 콘크리트를 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 배처플랜트에서 생산된 슬럼프 40~120mm 정도의 보통콘크리트를 레미콘 트럭에 의해 현장 이송 후, 고분말 포졸란재료 기포슬러리(기포+물+고분말 포졸란재료)와 라텍스 또는 수용성 폴리머 및 아크릴계 폴리머를 순차적으로 배합 및 혼합하여 기존 라텍스 개질콘크리트와 성능이 유사한 하이브리드 콘크리트를 제조할 수 있으므로, 일반적으로 혼입되는 라텍스의 혼입량을 줄임으로 시공단가를 대폭 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 고분말 포졸란재료를 현장에서 모빌믹서를 이용하지 않고 레미콘 트럭에 의해 혼합되도록 함은 물론 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 배합에 따라 미소공기의 볼베어링 효과로 콘크리트 내에 골고루 분산되도록 하여 작업성을 증진시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스가 순차적으로 배합된 재배합콘크리트 내에 존재하는 다량의 공기 중 일부를 라텍스에 포함된 소포제에 의해 소산시키면서 재배합콘크리트를 배출할 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기를 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 공기를 소산시켜 공기량이 3~7% 되면서 100~200mm 정도의 슬럼프를 가지도록 하여 고강도, 고내구성을 확보할 수 있으므로 효율적인 시공으로 전체 공사비를 대폭 절감할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 흐름도
도 2는 본 발명의 보통콘크리트를 형성하는 도면
도 3은 본 발명의 슬러리를 형성하는 도면
도 4는 본 발명의 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 형성하는 도면
도 5는 본 발명 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 확대사진
도 6 내지 도 7은 본 발명 혼합부의 제1실시예를 나타낸 도면
도 8은 본 발명 혼합부의 제2실시예를 나타낸 도면
도 9 내지 도 11은 본 발명의 보통콘크리트와 혼합콘크리트 및 재배합콘크리트의 슬럼프 사진
도 12 내지 도 13은 본 발명 하이브리드 콘크리트의 숏팅과정도
도 14은 본 발명 숏팅안내부재의 평단면 도면

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 흐름도이다.

본 발명 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법은,

물, 시멘트, 골재를 일정비율로 배합하여 슬럼프 40~120mm가 되는 보통콘크리트를 생산하는 단계와;

고분말 포졸란재료와 물을 배합하여 생산된 슬러리 및 기포를 혼합하여 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 생산하는 단계와;

상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 보통콘크리트에 투입 및 고분말 포졸란재료가 균일하게 분산되도록 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 투입으로 유동성이 커진 혼합콘크리트의 기포를 일부 제거하면서 라텍스를 투입 및 혼합하여 재배합콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 재배합콘크리트가 숏팅안내부재로 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 기포를 소산시켜 슬럼프가 감소되는 하이브리드 콘크리트를 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명 하이브리드 콘크리트 제조과정을 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 배처플랜트(BP)에서 각각 공급되는 물, 시멘트, 골재 등을 일정비율로 배합 및 혼합하여 슬럼프 40~120mm의 보통콘크리트를 형성한 후, 레미콘 트럭(40)에 의해 시공현장으로 이송한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 라텍스(latex)를 제외한 실리카퓸(Silica fume), 메타카올린(Metakaolin), 플라이 애쉬(Fly ash), 슬래그미분말의 고분말 포졸란재료(S) 1.5kg과 물 1.5kg 즉, 1:1 비율로 배합 및 스크류 혼합장치(20)로 혼합하여 슬러리를 생산하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 생산된 슬러리 1kg에 기포제 및 기포발생기로부터 생산된 기포(A) 10ℓ를 상하교반식 혼합장치(30)로 혼합하여 기포슬러리를 생산하는데, 상기 슬러리와 기포의 혼합량은 하이브리드 콘크리트의 강도와 슬럼프를 고려하여 배합하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 기포슬러리는 수평회전식 믹서기를 사용하지 않고, 상하교반식 혼합장치로 혼합하는데, 이는 기포슬러리의 기포(A)가 가벼워 수평회전식 혼합장치로는 배합이 불가하고, 슬러리와 기포의 중량 차이에서 오는 재료 분리현상을 극복할 수 있기 때문이다.

여기서, 상기 기포를 형성하는 방법 중, 발포제를 사용할 수 있는데, 이는 보통콘크리트에 추가 첨가하여 교반하고 재혼합하는 과정에서 기포를 발생시키는 것으로, 믹서의 고속회전에 의해 형성되는데, 초기에는 큰 기포가 발생하지만 교반과정에서 잘게 부숴져 분포가 비교적 균일하나, 혼합시간에 따라 기포발생량에 큰 차이가 발생한다. 상기 발포제로는 알루미늄 분말이 있으며, 하이브리드 콘크리트 전체대비 0.1~0.5% 사용되는 것이 바람직하다.

상기 기포와 고분말 포졸란재료 기포슬러리가 혼합된 확대사진이 도 5에 도시되었으며, 상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리에 포함된 기포(A)의 크기는 약 0.1~1mm로 형성되고, 상기 기포(A)들 사이에 실리카퓸인 고분말 포졸란재료(S)가 골고루 산재하여 분포되어 있음을 알 수 있다.

상기 고분말 포졸란재료의 실리카퓸과 메타카올린은, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 1~20 중량부로 혼합되고, 플라이 애쉬와 슬래그미분말은, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 3~40 중량부로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 고분말 포졸란재료의 각 범위보다 작을 경우, 고강도, 고내구성이 떨어지며, 상기 범위를 초과할 경우, 고강도, 고내구성이 더 높게 나타나지는 않으면서 시공원가가 상승하고, 추후, 추가되는 라텍스(latex)의 혼입량을 줄일 수 있기 때문이다.

여기서, 상기 라텍스는, SB 라텍스와 아크릴계 폴리머를 포함한다.

상기와 같이 생산된 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 보통콘크리트를 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하는데, 상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 보통콘크리트의 혼합비율은, 보통콘크리트 1㎥ 당 고분말 포졸란재료 기포슬러리 300~400ℓ로 혼합하여 혼합콘크리트에 기포량이 30~35%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 혼합콘크리트는 통상 수평회전식 믹서기를 사용하나, 본 발명에서는 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 보통콘크리트가 투입된 레미콘 트럭(40)에 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 투입하면, 혼합부(60) 축(61)의 회전에 따라 축(61)에 1단 이상 방사상으로 연결된 혼합부재(62)의 회전으로 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 혼합하는데, 이때, 기포의 볼베어링 효과를 이용해 고분말 포졸란재료를 고루 분산시켜 혼합콘크리트를 형성할 수 있고, 상기 혼합콘크리트가 형성된 레미콘 트럭(40)에 라텍스를 투입 및 축(61)의 회전에 의한 혼합부재(62)의 회전으로 라텍스가 고루 분산된 재배합콘크리트를 형성할 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 레미콘 트럭(40)으로 이송되는 상기 보통콘크리트를 혼합부(60')의 호퍼(63)로 공급하고, 호퍼(63)로 공급된 보통콘크리트는 교반회전부재(64)에 의해 믹서부(65)로 이동되도록 한 후, 상기 보통콘크리트에 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 투입하여 교반회전부재(64)의 회전으로 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러기가 혼합된 혼합콘크리트를 형성할 수 있고, 상기 혼합콘크리트를 믹서부(65)로 공급한 후, 상기 믹서부(65)에 라텍스를 공급 및 혼합하여 재배합콘크리트를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 혼합콘크리트는 기포(A)의 볼베어링 효과에 의해 라텍스를 제외한 고분말 포졸란재료(S)가 보통콘크리트에 고르게 분산되어 혼합되며, 상기 기포(A)의 혼입으로 유동성이 상당히 커진 재배합콘크리트를 형성하게 된다.

또한, 상기 혼합콘크리트에 투입되는 라텍스의 투입량은, 고분말 포졸란재료(S)의 투입량에 따라 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~15 중량부로 혼합되는 것이 바람직하고, 상기 라텍스에는 소포제가 함유되어 있으므로 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 동시에 혼합하지 못하고, 고분말 포졸란재료 기포슬러리 투입 후, 추가로 투입하는 것이 바람직하다.

여기서, 수용성 폴리머 및 아크릴계 폴리머는 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~12 중량부로 혼합하여도 라텍스를 혼합할 때와 동일한 효과를 내며, 수용성 폴리머 또는 아크릴계 폴리머보다 라텍스를 사용하는 이유는 원가가 저렴하여 시공비용을 줄일 수 있기 때문이다.

상기 고분말 포졸란재료의 실리카퓸과 라텍스의 혼입량에 따른 재배합콘크리트의 슬럼프 변화를 표 2에 나타내었다.

(단위: cm)

라텍스 혼입량	콘크리트 상태	실리카흄 혼입량
		6%	7%	8%
3%	보통콘크리트(OPC)	11	8	12
	기포슬러리 혼합 후	22	21	24
	라텍스 추가 혼입 후	27	26.5	26
	숏팅 후	5	1	2
5%	보통콘크리트(OPC)	9	9.5	8
	기포슬러리 혼합 후	22	21	23
	라텍스 추가 혼입 후	25	24	25
	숏팅 후	14	13	12
7%	보통콘크리트(OPC)	12	9.5	8
	기포슬러리 혼합 후	21	19	22
	라텍스 추가 혼입 후	27	26	27
	숏팅 후	22	18	16

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 라텍스를 3%, 5%, 7%로 변화하여 혼입하면, 라텍스 혼입량이 증가함에 따라 표면활성제 역할로 인해 숏팅 후, 슬럼프가 증가하고, 실리카퓸을 6%, 7%, 8%로 변화하여 혼입하면, 실리카퓸의 혼입량에 따라 숏팅 후, 슬럼프가 감소함을 알 수 있으며, 실리카퓸의 혼입량이 많고 라텍스의 혼입량이 적은 경우, 슬럼프가 매우 적음을 알 수 있는데, 이는 실리카퓸의 높은 표면적으로 인한 것으로, 본 실험결과 최적의 배합은, 라텍스 5%와 실리카퓸의 7%의 배합이 가장 적합한 것임을 알 수 있다.

또한, 표 3은 실리카퓸과 라텍스의 혼입량에 따른 공기량 변화를 나타낸 것이다.

(단위: %)

라텍스 혼입량	콘크리트 상태	실리카흄 혼입량
		6%	7%	8%
3%	보통콘크리트(OPC)	over 10	over 10	over 10
	기포슬러리 혼합 후	38.54	40.06	38.95
	라텍스 추가 혼입 후	32.45	35.76	32.37
	숏팅 후	6.0	7.0	5.5
5%	보통콘크리트(OPC)	over 10	over 10	over 10
	기포슬러리 혼합 후	37.87	39.76	41.53
	라텍스 추가 혼입 후	33.07	33.03	29.14
	숏팅 후	6.0	7.0	5.5
7%	보통콘크리트(OPC)	over 10	over 10	over 10
	기포슬러리 혼합 후	44.93	40.66	38.94
	라텍스 추가 혼입 후	31.76	28.1	26.12
	숏팅 후	5.0	5.2	5.5

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 혼입으로 공기량이 대폭 증가하고, 라텍스의 추가 혼입으로 공기량이 감소하였으며, 라텍스의 혼입량이 증가함에 따라 감소량이 증가하는데, 이는 라텍스 내의 소포제 때문인 것으로 판단되며, 본 실험결과 최적의 배합은, 라텍스 5%와 실리카퓸 7%의 배합이 가장 적합한 것임을 알 수 있다.

상기와 같이, 라텍스가 추가 투입된 재배합콘크리트에는 라텍스에 포함된 소포제에 의해 기포가 일정 제거됨을 알 수 있고, 라텍스의 표면활성제 역할 때문에 슬럼프가 추가로 커짐을 알 수 있는데, 이는 실험에 의해 도 9 내지 도 11과 같이, 보통콘크리트의 슬럼프는 120mm 임을 알 수 있고, 고분말 포졸란재료 기포슬러리가 혼입된 혼합콘크리트의 슬럼프는 240mm 임을 알 수 있으며, 라텍스가 혼합된 재배합콘크리트의 슬럼프는 270mm 임을 알 수 있다.

즉, 보통콘크리트에 포함되는 공기량과 압축강도의 관계에서 보통콘크리트 내에 1%의 공기량이 증가하는 경우, 압축강도는 약 4% 감소하므로, 다량의 기포가 포함된 재배합콘크리트는 강도가 크게 저하되어 구조용 재료로 사용하기 어려움과 아울러 슬럼프의 증가로 재배합콘크리트 타설에 따른 소요의 작업성 범위를 벗어나게 된다.

따라서, 상기 재배합콘크리트에 포함된 다량의 공기를 감소시키기 위하여 숏팅안내부재(70)를 통해 숏팅을 실시하게 된다.

상기 숏팅안내부재(70)는, 레미콘 트럭(40) 및 펌프카(50)의 압송관(51)에 착탈 가능하게 장착된 숏팅안내몸체(71)의 입구로 공급되는데, 상기 숏팅안내몸체(71)는 내부가 관통된 입/출구의 양단부보다 중앙부의 직경이 작게 형성되어 있으므로 숏팅안내몸체(71)로 공급되는 재배합콘크리트는 압축되면서 압력이 발생한다.

또한, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 숏팅안내부재(71)의 중앙부를 경유하여 중앙부의 직경보다 큰 숏팅안내부재(71)의 출구로 재배합콘크리트가 통과함과 동시에 5기압 이상의 고압의 압축공기가 숏팅안내부재(71)의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성된 공기공급공(72)으로 공급되면서 숏팅안내부재(71)의 출구로 와류되어 숏팅되는데, 상기 압축공기와 재배합콘크리트는 스프레이방식으로 펼쳐짐은 물론 스프레이방식으로 압축공기와 재배합콘크리트가 펼쳐질 때, 압축공기와 재배합콘크리트가 부딪히면서 재배합콘크리트에 포함된 다량의 기포가 소산되는 것이다.

상기 기포가 소산되는 재배합콘크리트에 포함된 기포량은 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 혼합하기 전의 보통콘크리트에 포함된 공기량의 범위에 근접하도록 재배합콘크리트에 포함된 공기량을 3~7%로 줄이면서 100~220mm의 슬럼프를 유지하는 하이브리드 콘크리트를 얻을 수 있는 것이다.

상기 하이브리드 콘크리트는 보통 교면포장용으로 사용되며, 표 4의 물성을 요구하는데, 실리카퓸과 라텍스를 혼입하여 강도특성과 내구특성은 상당히 좋으며, 굳지 않은 범위의 슬럼프와 공기량 기준을 만족시킬 수 있는 것이다.

항목	시험방법	단위	기준
슬럼프	KS F 2403	cm	10~18
공기량	KS F 2409	%	3~7
28일 압축강도	KS F 2405	MPa	27 이상
28일 휨강도	KS F 2408	MPa	4.5 이상
28일 부착강도	직접 인발 시험	MPa	1.4 이상
특수특성	ASTM C 1202	쿨롱	1000쿨롱 이하
동결융해	KS F 2456	내구성지수	80% 이상
표면박리저항	ASTM C 672	kg/㎡	0.1 이하

또한, 표 5는 라텍스와 실리카퓸 혼입량 변화에 따른 28일 압축강도와 휨강도를 표시한 것으로, 28일 압축강도는 실리카퓸 혼입량에 크게 영향을 받으나, 라텍스의 혼입량에는 영향을 거의 받지 않는다. 교면포장용 압축강도 요구물성인 27MPa를 만족시키기 위해서는 실리카퓸 7% 이상 혼입해야 하며, 본 실험결과 압축강도 측면에서 최적 배합은 라텍스 3% - 실리카퓸 7%, 라텍스 5% - 실리카퓸 7%, 라텍스 3% - 실리카퓸 8% 배합인 것으로 나타났다.

상기 28일 압축강도는 실리카퓸 혼입량에 거의 영향을 받지 않으나, 라텍스의 혼입량에는 큰 영향을 받으며, 라텍스의 혼입량이 증가함에 따라 휨강도가 증가함을 알 수 있고, 교면포장용 휨강도 요구물성인 4.5MPa는 모두 만족함을 알 수 있다. 본 실험결과, 콘크리트가 굳지 않은 상태의 공기량 및 슬럼프 변화와 굳은 후의 28일 압축강도와 휨강도를 종합적으로 고려한 최적의 배합은, 라텍스 5% - 실리카퓸 7%의 배합이 가장 적합한 것으로 나타났다.

(단위: MPa)

강도	라텍스 혼입량	실리카흄 혼입량
		6%	7%	8%
압축강도	3%	26.47	31.86	31.10
	5%	26.80	32.28	35.09
	7%	27.10	36.33	35.92
휨강도	3%	5.68	5.51	5.47
	5%	5.75	5.81	6.11
	7%	5.99	5.97	6.12

본 발명에서 상기 실시형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다 할 것이다.

10: 배처플랜트 20: 스크류 혼합장치
30: 상하교반식 혼합장치 40: 레미콘 트럭
50: 콘크리트 펌프카 60,60': 혼합부
70: 숏팅안내부재

Claims (14)

1. 물, 시멘트, 골재를 일정비율로 배합하여 슬럼프 40~120mm가 되는 보통콘크리트를 생산하는 단계와;
   고분말 포졸란재료와 물을 배합하여 생산된 슬러리 및 기포를 혼합하여 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 생산하는 단계와;
   상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 보통콘크리트에 투입 및 고분말 포졸란재료가 균일하게 분산되도록 혼합하여 혼합콘크리트를 형성하는 단계와;
   상기 고분말 포졸란재료 기포슬러리의 투입으로 유동성이 커진 혼합콘크리트의 기포를 일부 제거하면서 라텍스를 투입 및 혼합하여 재배합콘크리트를 형성하는 단계와;
   상기 재배합콘크리트가 숏팅안내부재로 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기로 뿜어 재배합콘크리트에 포함된 기포를 소산시켜 슬럼프가 감소되는 하이브리드 콘크리트를 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 고분말 포졸란재료는,
   실리카퓸, 메타카올린, 플라이애쉬, 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 하나 이상 혼합하는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 실리카퓸과 메타카올린은, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 1~20 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 플라이 애쉬와 슬래그미분말은, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 3~40 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 기포는,
   기포발생기나 기포제 및 발포제 중 어느 하나로 발생되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 라텍스는, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~15 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 라텍스는 SB 라텍스와 아크릴계 폴리머를 포함하며, 상기 아크릴계 폴리머 또는 수용성 폴리머는 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~12 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합콘크리트 형성 단계에서,
   상기 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러리가 투입되는 레미콘 트럭 내부에 모터의 동력으로 회전하는 축과;
   상기 축에 적어도 1단 이상 방사상으로 형성되어 축의 회전방향으로 회전하면서 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 혼합하는 혼합부재를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 혼합콘크리트 형성 단계에서,
    레미콘 트럭으로 이송되는 상기 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러리가 투입되는 호퍼와;
    상기 호퍼로 투입되는 보통콘크리트와 고분말 포졸란재료 기포슬러리를 믹서부로 이동시켜 혼합하는 교반회전부재를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 재배합콘크리트 형성 단계에서,
    상기 혼합콘크리트와 라텍스를 혼합부재의 회전으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
    
12. 청구항 1에 있어서 ,상기 재배합콘크리트 형성 단계에서,
    상기 혼합콘크리트와 라텍스를 믹서부의 회전으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조방법.
    
13. 청구항 1에 있어서, 상기 숏팅안내부재는,
    상기 재배합콘크리트가 유입 및 압축되어 배출되도록 내부가 관통되면서 재배합콘크리트가 유입/배출되는 입/출구의 직경보다 중앙부의 직경이 작게 형성되는 숏팅안내몸체와;
    상기 숏팅안내몸체로 유입되는 재배합콘크리트에 포함된 기포를 소산시키면서 공기량을 감소시키도록 5기압 이상의 고압의 공기를 공급하도록 숏팅안내부재에 관통된 공기공급공을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 공기공급공은,
    상기 숏팅안내몸체의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고분말 포졸란재료 기포슬러리와 라텍스의 후첨가 배합에 의한 하이브리드 콘크리트 제조 방법.
    

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