산화철 안료와 시멘트 수화 반응: 경화 시간과 강도에 미치는 영향

요약하면: 산화철 안료는 미세한 분말이며, 이러한 미세 분말은 콘크리트 혼합물 내의 다른 모든 성분과 물 및 혼화제를 두고 경쟁한다. 대부분의 공장에서는 이로 인한 응결 시간 및 28일 강도 변화가 미미하여, 실제 원인이 다른 데 있음에도 불구하고 안료 탓으로 돌려지기 십상이다. 동일한 시멘트, 동일한 수시멘트비, 동일한 양생 조건을 적용한 기준 배합과 착색 배합을 각각 한 번씩 실시한 후, 응결 시간과 압축 강도 시험 결과를 비교해 보라. 이 단 하나의 배합 쌍만으로도 고객이 진정으로 묻고 있는 질문에 대한 답을 얻을 수 있다.

금요일에 배치 플랜트에서 색상이 바뀌었고, 화요일에 압축 강도 시험 결과가 낮게 나왔다. 눈에 띄게 달라진 유일한 요소가 안료이기 때문에, 일단 안료를 탓하기 마련이다. 때때로 이는 타당할 수도 있지만, 자주 그렇지 않다.

착색제를 첨가할 때 믹서 내부에서 실제로 벌어지는 현상이다.

안료는 혼합체 내에서 두 번째 분말이다.

시멘트 입자는 수화 반응을 일으키며, 이 과정에서 물을 흡수하고 열을 방출한다. 산화철 적색(Fe2O3)은 그러한 반응을 하지 않는다. 포틀랜드 시멘트 체계 내에서는 화학적으로 비활성 상태이기 때문에 수십 년 동안 색상을 유지할 수 있다.

그러나 이 안료는 표면적을 증가시킨다. 일반적인 일체형 착색 콘크리트 농도로 첨가된 안료는 다수의 매우 미세한 입자를 도입한다. 이러한 입자들은 물을 흡수하려는 성향이 있으며, 특히 혼합물이 아직 가소성 상태일 때 그 욕구가 강하게 나타난다. 결과적으로 보통 물 요구량이 약간 증가하며, 동일한 슬럼프 조건에서도 가소성 혼합물이 약간 더 뻣뻣하게 느껴진다.

또 다른 영향이 있는데, 이는 생산 공장에서 종종 간과된다. 미세한 안료 입자의 표면이 공기함입제 또는 감수제를 시멘트에 도달하기 전에 일부 흡착해 버릴 수 있다. 배치 카드에 기재된 용량은 여전히 드럼 내에 존재하지만, 실제로 작용하는 양은 줄어든다.

응결 시간에서 이 현상을 처음으로 인지하게 된다

설정은 열과 화학 반응이 일어나는 과정이다. 삼산화칼슘 실리케이트(C3S, 포틀랜드 시멘트에서 주요 강도를 부여하는 상)가 반응을 시작하고, 페이스트가 굳기 시작한다. 물이 시멘트 입자에 도달하는 것을 늦추는 요인은 모두 이 곡선을 오른쪽으로 이동시킨다.

실제로 색소를 첨가한 혼합물은 대조군보다 약간 늦게 경화되는 경우가 흔하다. 10분에서 20분 정도의 지연은 일반적이며 보통 무해하다. 중요한 것은 이 변화가 일관되게 나타나는지, 그리고 색소 첨가량이 증가함에 따라 점차 커지는지 여부이다.

이 문제를 해결하는 데는 두 가지 방법이 있다. 비카트 바늘법(ASTM C191, 페이스트에 대한 침투 바늘 시험)은 실험실에서 명확한 수치를 제공한다. 침투 저항법(ASTM C403, 체로 거른 모르타르에 프로브를 밀어 넣는 시험)은 골재가 포함된 실제 혼합물에 더 잘 적용된다. 동일한 시멘트 로트에서 채취한 대조군과 색소 첨가 시료를 각각 사용하여 어느 한 방법을 시행하면, 경화 시간 변화의 크기를 알 수 있다.

안료를 다른 모든 성분과 분리하기

강도 저하는 여러 원인을 가진다. 시멘트 로트 변동, 골재의 수분 함량, 배합 허용 오차, 양생 조건, 타설 온도 등이 모두 강도 값을 변화시킨다. 안료와 배합 조성을 동시에 변경하면 어떤 결론도 도출할 수 없다.

기준 배합을 정확히 유지하라. 동일한 시멘트 실로, 동일한 골재 적재장, 동일한 물-시멘트 비(w/c: 물의 중량을 시멘트의 중량으로 나눈 값), 동일한 혼화제 배치를 사용하라. 안료만 변경하라. 두 배합 모두에서 실린더 시험체를 제작하고, 동일한 조건에서 함께 양생한 후 ASTM C39에 따라 7일 및 28일에 압축 강도 시험을 실시하라.

착색 배합의 강도가 두 시험 시점(7일 및 28일) 모두 기준 배합보다 낮고, 그 차이가 점차 벌어진다면 실제 영향이 있는 것이며, 우선 검토해야 할 것은 안료 투입량이다. 두 배합의 강도 값이 자체 시험 결과의 산포 범위 내에 있다면, 안료는 문제의 원인이 아니며, 양생 조건과 수분 관리 쪽을 점검해야 한다.

분산 정도에 대해서도 솔직해야 한다. 두 개의 실린더만으로는 근거가 부족하다. 단일 큐브로 0.5 메가파스칼 차이를 놓고 논쟁하는 배칭 공장은 보통 잡음에 대한 논쟁을 벌이고 있는 것이다.

색상보다 더 중요한 세 가지 사항

안료를 스푼이 아니라 무게로 배합한다. 2세제곱미터 배치에서 최소 1킬로그램 단위로 측정된 안료는 문제없다. 그러나 삽으로 투입된 안료는 그렇지 않으며, 이로 인해 발생하는 색상 차이는 일반적으로 공급업체 탓을 받는다.

분산 시간 혼합 사이클 종료 직전에 안료를 투입하고 30초 후 바로 배출하면 결코 제대로 분산되지 않는다. 줄무늬가 생기고, 실험실에서 시험한 혼합물과는 다른 거동을 보이는 혼합물이 된다. 충분한 혼합 시간을 확보하고 배출 과정을 주의 깊게 관찰해야 한다.

항상 양생을 실시한다. 착색 콘크리트는 표면으로 평가되며, 표면은 양생 효과가 가장 먼저 나타나는 부분이다. 조기에 건조된 착색 슬래브는 반점처럼 보여 안료 결함으로 오인되기 쉽다. 그러나 실제로는 대부분 안료 문제와 무관하다.

공장에서 실수를 저지르는 지점은 거의 항상 여기, 이 세 가지 항목에서 발생하며, 색소가 들어간 드럼에서는 아님.

한 번의 혼합으로 질문에 대한 답을 얻을 수 있는 시험.

1. 실제로 사용할 시멘트 로트 번호를 확보하고, 기준 배합과 시험 배합 모두 동일한 로트를 사용함.
2. 시작 전에 서면으로 물-시멘트 비율과 혼화제 투입량을 고정하고, 목표 슬럼프 값을 명시함.
3. 색소를 첨가하지 않은 기준 배합을 제조함. 실린더를 성형하고, 비카트 또는 침투 경화 시험을 실시함.
4. 생산 시 사용할 색소 투입량으로 착색 배합을 제조함. 동일한 시멘트, 동일한 골재, 동일한 물-시멘트 비율을 사용함. 동일한 방식으로 실린더를 성형하고 시험함.
5. 두 배합 모두 슬럼프를 측정함. 물 요구량이 변동된 경우, 목표 슬럼프를 회복하기 위해 추가된 물 또는 혼화제의 양을 기록함.
6. 실린더를 7일 및 28일 후 압축 파괴 시험함. 결과는 배치 기록과 함께 보관하고, 개인 노트북에는 기록하지 않음.
7. 생산 중 하나 이상의 색소 투입량을 사용하는 경우, 최상위 범위에서 동일한 절차를 반복함. 효과는 투입량에 따라 달라짐.
8. 색소 로트(비교를 위해 승인된 샘플)와 시멘트 로트의 보관 샘플을 함께 보관하여, 내년에 발생할 수 있는 논쟁에 대한 근거 자료를 확보하세요.

색소 공급업체가 귀사에 제공해야 할 사항

색소 공급업체는 자사 제품이 귀사 믹서에서 어떻게 작동하는지 알려줄 수 없습니다. 다만, 제품의 성분을 알려주고, 시험의 유효성을 유지하기 위해 동일한 배치의 제품을 반복적으로 공급해 줄 수 있습니다.

저희는 26년간 산화철 계열 색소를 제조해 왔으며, 콘크리트, 모르타르, 아스팔트, 코팅제, 플라스틱 및 고무용으로 적색(Fe2O3), 황색(α-FeOOH), 흑색(Fe3O4), 갈색, 복합 녹색 및 청색 등급을 생산합니다. 최소 주문량은 1톤(1,000kg)이며, 견적서에 명시된 동일한 생산 로트에서 시험용 물량을 공급할 수 있으며, 이때 로트 번호와 분석 증명서를 함께 제공합니다.

색상이 있는 혼합물에 대해 특정 시간 또는 강도 관련 질문이 있는 경우, 혼합 설계와 사용 중인 시멘트 로트를 당사로 보내 주십시오. 당사는 색소 로트를 이에 맞춰 조정하여, 귀하의 시험에서 변수는 의도한 하나만 남게 합니다.

문의처: [email protected] | +86-13400211655