하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트

청구범위
청구항 1
하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 있어서,폭렬을 저감하고, 압축강도를 높이기 위한 보강재와;물과 반응하는 시멘트와 실리카 퓸을 포함하는 결합재와;상기 결합재와 혼합되어 내구성을 강화하는 골재를 포함하며,물과 상기 결합재의 중량비는 0.2 내지 0.3이고, 모래와 상기 골재의 중량비는 0.35 내지 0.45이며,상기 보강재는하이브리드 섬유와 강섬유이며,상기 하이브리드 섬유는 전체 중량 % 중 0.05 내지 0.1% 이며, 강섬유는 전체 중량 % 중 0.3 내지 0.7%이며상기 하이브리드 섬유는폴리프로필렌, 나일론을 포함하며,상기 폴리프로필렌과 상기 나일론은 중량비로 1:1로 구성되는 것을 특징으로 하는하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트.
청구항 2
삭제
청구항 3
삭제
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 [0001] 하이브리드 섬유 및 강섬유를 보강하여 폭렬현상을 예방하고, 압축강도를 향상시킨 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 관한 것이다.
배 경 기 술
[0002] 최근 들어 건축물의 대형화, 초고층화, 고내구 및 고강도 추세로 인하여 고강도 콘크리트의 수요가 급증하고 있다. 고강도 콘크리트란 설계기준강도 40MPA 이상의 콘크리트로서, 고강도라는 특성 이외에 부재의 경량화, 미세균열의 감소, 균열 및 변형 저항성, 수밀성이 높아 철근의 부식을 억제하는 장점을 가지고 있다.
[0003] 하지만 높은 수밀성을 가진 탓에 화재 발생 시 내부 수증기압의 증가로 인해 내력저하와 폭렬 현상이 발생하는문제점이 있다. 폭렬 현상이란 화재발생시 고압의 수증기가 외부로 분출되지 못하고 있다가 한꺼번에 터져 나오는 현상으로서, 내외부 조직이 치밀한 고강도 콘크리트에서 흔히 발생한다.
[0004] 이러한 고강도 콘크리트의 문제점을 개선하기 위하여 콘크리트에 무기계 섬유 및 유기계 섬유를 혼합하여 보강하여 폭렬방지를 하는 추세이며, 보강되는 섬유는 콘크리트와의 부착성이 양호하고 내구성, 내열성, 내후성이우수해야 한다.
요구되는 콘크리트의 물성 및 화학적 특징에 따라 섬유의 형상, 치수 및 혼입률을 [0005] 달리하게 되며, 무기계 섬유로는 강섬유, 유리섬유, 탄소섬유를 사용하고 유기계 섬유로는 아라마이드, 폴리프로필렌, 비닐론, 나일론 등을사용한다.

[0006] 상기 문제를 해결하기 위하여, 한국 등록특허 제 10-1433650호(탄소섬유 고강도 콘크리트)는 탄소 섬유를 혼합하여 압축강도, 인장강도 및 휨강도 등의 물성이 우수한 특성을 가지고 있지만, 고가인 탄소 섬유를 사용하여비효율적인 문제점이 있었다.
선행기술문헌
특허문헌
[0007] (특허문헌 0001) 한국 등록특허 제 10-1433650호(탄소섬유 고강도 콘크리트)
발명의 내용
해결하려는 과제
[0008] 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하이브리드 섬유와 강섬유를 첨가하여 폭렬 현상을 예방하는 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트을 제공하는 것이다.
[0009] 본 발명의 다른 목적은 하이브리드 섬유와 강섬유를 첨가하여 압축강도를 향상시킨 하이브리드 섬유보강 고강도콘크리트을 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단
[0010] 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트은 폭렬을 저감하고, 압축강도를 높이기 위한 보강재와 물과 반응하는 시멘트와 실리카 퓸을 포함하는 결합재와 상기 결합재와 혼합되어 내구성을강화하는 골재를 포함하며, 물과 상기 결합재의 중량비는 0.2 내지 0.3이고, 모래와 상기 골재의 중량비는 0.35내지 0.45인 것을 특징으로 한다.
[0011] 또한, 상기 보강재는 하이브리드 섬유와 강섬유이며, 상기 하이브리드 섬유는 전체 중량 % 중 0.05 내지 0.1%이며, 강섬유는 전체 중량 % 중 0.3 내지 0.7%인 것을 특징으로 한다.
[0012] 또한, 상기 하이브리드 섬유는 폴리프로필렌, 나일론을 포함하며, 상기 폴리프로필렌과 상기 나일론은 중량비1:1로 구성되는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
[0013] 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 의하면, 폭렬 현상을 예방하는 효과가 있다.
[0014] 본 발명의 다른 목적은 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 의하면, 압축 강도를 향상시키는 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
[0015] 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 홉입되는 하이브리드섬유과 강섬유를 보여주는도면.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 압축강도를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 가열 전후 질량 변화를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 SEM 촬영본을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 섬유가 녹기 전후의 모습을 비교한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 파괴양상을 보여주는 도면.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. [0016] 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는구체적인 설명을 생략하기로 한다.
[0017] 본 발명은 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 섬유 및 강섬유를 보강하여 폭렬현상을 예방하고, 압축강도를 향상시킨 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 관한 것이다.
[0018] 이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
[0019] 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트에 홉입되는 하이브리드섬유과 강섬유를 보여주는도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 압축강도를 보여주는 그래프이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 가열 전후 질량 변화를 보여주는 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 SEM 촬영본을보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 섬유가 녹기 전후의 모습을 비교한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 파괴양상을 보여주는 도면이다.
[0020] 도 1은 본 발명에 따른 고강도 콘크리트에 홉입되는 하이브리드 섬유와 강섬유를 보여주는 도면이며, 본 발명에서는 하이브리드 섬유 보강재로서, 폴리 프로필렌(PP)와 나일론 섬유를 사용하였으며 이들을 중량비 1:1의 비율로 혼합하였다.
[0021] (a)는 나일론 섬유, (b)는 폴리 프로필렌 섬유, (c)는 강섬유이다.
[0022] 표 1에서 상기 하이브리드섬유 및 강섬유의 섬유길이, 직경, 인장강도 및 밀도에 대한 특성을 보여준다.표 1
[0023]
[0024] 표 2에서 본 발명에 따른 배합비와 배합물질을 보여준다.표 2
[0025]
W/B(Water/Binder)는 물-결합재 비, s/a(sand/[0026] aggregate)는 잔골재율이다.
[0027] 물-결합재 비(W/B)는 물과 결합재(Binder)의 중량비로서, 상기 비는 요구하는 압축강도, 수밀성 및 균열 저항성등을 고려하여 결정하며, 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 물-결합재 중량비는 0.2 내지0.3으로 형성된다.
[0028] 유동화제(Superplasticizer)는 콘크리트 품질에 큰 영향을 미치지 않고 유동성을 증대시키기 위하여 사용되며,상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리카르본산계 중 어느 하나로 선택되어 지는 것이 바람직하다.
[0029] 혼입되는 하이브리드 섬유는 전체 중량 % 중 0.05 내지 0.1%, 강섬유는 전체 중량 % 중 0.3 내지 0.7%인 것을특징으로 한다.
[0030] 결합재(Binder)는 물과 반응하여 콘크리트 강도 발현에 기여하는 물질을 생성하는 재료로서, 시멘트, 고로 슬래그 분말, 플라이 애쉬, 실리카 퓸, 팽창재 등을 포함하며, 본 발명에 따른 결합재는 시멘트와 실리카 퓸이다.
[0031] 이 중 실리카 퓸은 실리콘, 페로실리콘, 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는SiO2 를 집진기로 모아서 얻어지는 초미립자의 산업부산물로서, 공극충전효과를 가져 콘크리트의 물성 및 역학적성질을 개선하는데 유효한 효과를 가진다.
[0032] 골재(aggregate)는 콘크리트를 만들기 위하여 시멘트 및 물과 혼합하는 물질로서, 모래, 자갈 등을 포함한다.
골재는 콘크리트에서 많은 용적을 차지하기 때문에 골재의 선택에 따라 콘크리트의 특성에 많은 영향을 주게 된다.
[0033] 골재는 입자의 크기에 따라 잔골재(fine aggregate)와 굵은 골재(coarse aggregate)로 분류되며, 일반적으로5mm체를 통과하고, 0.08mm에 남는 골재를 잔골재라 하고 그 이상의 크기를 가지는 골재는 굵은 골재로분류된다.
[0034] 콘크리트의 배합에서 적정 잔골재율(s/a)이 커지면 콘크리트가 소성을 가져 요구되는 워커빌리티(workability)를 얻는데 필요한 단위수량을 증가시키게 되고 이는 강도 저하 및 다짐성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 한편, 잔골재율이 적정한도보다 낮게 되면 콘크리트가 거칠게 되어 피니셔빌리티(finishability)가 떨어지는 문제점이발생한다.
[0035] 본 발명에 따른 골재는 중량비로 잔골재 약 42.2%, 굵은 골재 약 57.8%로 첨가하였으며, 모래와 상기 골재의중량비는 0.35 내지 0.45인 것을 특징으로 한다.
[0036] 또한, 본 발명에 따른 혼입되는 강섬유는 휨과 전단에 대하여 우수한 특성을 가지게 되며, 강섬유가 상기 특성을 제대로 발현하기 위하여 표면에 유해한 녹이 없고, 분산성이 좋고, 인장강도는 450MPa 이상을 가져야 하는요구 조건을 가진다.
[0037] 또한, 상기 강섬유를 홉입함으로써 콘크리트의 피로저항, 내마모성 및 내부식성, 콘크리트의 단면 두께를 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.
[0038] 온도에 따른 압축강도 실험은 상온에서부터 800℃까지 100℃간격으로 승온 온도 2℃/분의 가열 속도로 목표온도까지 가열 후 2시간 동안 온도를 유지시킨 후 실험을 종료하였다.
[0039] 하기는 본 발명에 따른 하이드로 섬유의 비율을 달리한 실시예로서, 양생 후 7일, 28일에 측정한 압축강도를 보여준다.
실 시 예 1
표 3은 폴리프로필렌과 나일론 섬유를 중량비로 0.05%, 강섬유를 0.5% [0040] 혼입하였을 때 압축강도이다.표 3
[0041]
[0042] 표 4는 폴리프로필렌과 나일론 섬유를 중량비로 0.10%, 강섬유를 0.5% 혼입하였을 때 압축강도이다.표 4
[0043]
[0044] 폴리프로필렌과 나일론 섬유를 중량비로 0.05%로 배합하였을 때 전반적으로 높은 압축강도를 보여주며, 28일이지난 후에 60Mpa 이상의 압축강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
[0045] 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 압축강도를 보여주는 그래프로서, 온도 변화에 따라 지속적으로 압축 강도가 감소하는 경향을 나타낸다. 특히 300℃ 이상부터 급격히 압축강도가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
[0046] 표 5는 본 발명에 따른 콘크리트 시험체의 가열 전후 질량 변화를 보여주는 것으로서, 100℃에서는 질량 변화가거의 없으며 200℃이후부터 질량이 감소하다 400℃이후부터는 질량변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있으며, 도3은 상기 표 5를 그래프로 나타내고 있다.
[0047]
표 5
[0048]
200℃까지는 내부 수분이 배출되지 못하고 외부 표면의 수분만 배출되어 질량 [0049] 변화가 조금 발생하였으며, 400℃이후에서는 섬유가 모두 녹고 내부 수분까지 대부분 배출되어 질량변화가 거의 일정하게 나타낸다.
[0050] 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 SEM 촬영본을 보여주는 도면으로서, 중량비로 하이브리드 섬유가 0.05%, 강섬유가 0.1%가 첨가되었다.
[0051] (a)~(f)는 순서대로 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃일 때이다.
[0052] 100℃~300℃ 까지는 섬유가 녹지 않고 남아있는 것을 확인할 수 있었으며, 400℃ 이상의 온도에서는 섬유가 모두 녹은 것을 확인할 수 있었다.
[0053] 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 섬유가 녹기 전후의 모습을 비교한도면으로서, (a)는 하이브리드 섬유가 녹기 전, (b)는 섬유가 녹은 후 남은 구멍, (c)는 섬유가 녹은 흔적을 보여준다.
[0054] (a)는 하이브리드 섬유가 녹기 전 모습을 보여주는 SEM 촬영본으로서, 나일론 섬유와 폴리프로필렌 섬유를 확연히 관찰할 수 있다.
[0055] (c)400℃ 이상에서 상기 나일론 섬유과 프로필렌이 녹기 시작하여 입자를 거의 확인할 수 없으며, (b)섬유가 녹은 자리에 빈공간이 형성되어 수증기의 통로역할을 하게 된다.
[0056] 이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트는 수증기의 통로가 형성되어 급작스러운 폭렬 현상을 예방할 수 있게 된다.
[0057] 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트의 파괴양상을 보여주는 것으로서, 본 발명에 따른하이브리드 섬유보강 고강도 콘크리트는 연성파괴 양상을 보여준다.
[0058] 취성 파괴란 물체가 외력을 받았을 때 소성 변형을 보이지 않고 균열이 빠르게 전파되어 갑작스럽게 파괴되는방식이며, 연성 파괴란 물체가 외력을 받았을 때 충분한 소성변형을 일으킨다음 서서히 파괴되는 방식이다.
[0059] 연성파괴는 파괴 징후를 예측가능하다는 이점을 가지게 되며, 이러한 이유로 콘크리트 제작시 연성파괴가 될 수있도록 설계를 하게 된다.
[0060] 파란색으로 표시된 A는 하이브리드 섬유이고, 빨간색으로 표시된 B는 강섬유이며, 본 발명에 따른 고강도 콘크리트는 하이브리드 섬유와 강섬유를 혼입함으로써 균열이 서서히 일어나는 연성파괴 양상을 보여준다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 [0061] 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.