초록

본 발명은 시멘트 슬래그 석회석 미분말 삼성분계 콘크리트 수화 모델 및 배합 최적화 방법 및 프로그램에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명에 따른 프로그램은 재료 실험 없이 콘크리트의 배합 및 양생 조건을 입력한 후에 콘크리트의 압축 강도 발현을 자동으로 산출할 수 있는 것이고, 파라미터 분석을 통해서 시멘트-슬래그-석회석 미분말의 삼성분계 콘크리트의 최적 배합 비율을 도출한다.

대표청구항 ▼

컴퓨팅 장치에 의하여 시멘트-슬러그-석회석 미분말 삼성분계 콘크리트의 압축강도가 계산되고 상기 압축강도를 기준으로 시멘트-슬러그-석회석 미분말 삼성분계 콘크리트 배합을 최적화하는 방법으로서,물(water), 시멘트(cement), 슬러그(slag), 석회석 미분말(limestone powder), 및 골재(aggregate)의 첨가비율과 양생온도(curing temperature)을 포함하는 초기 조건을 입력창에 입력하고 계산을 시작하는 제 1 단계; 상기 초기 조건과 시멘트 수화모델(cement hydration model)을 이

컴퓨팅 장치에 의하여 시멘트-슬러그-석회석 미분말 삼성분계 콘크리트의 압축강도가 계산되고 상기 압축강도를 기준으로 시멘트-슬러그-석회석 미분말 삼성분계 콘크리트 배합을 최적화하는 방법으로서,물(water), 시멘트(cement), 슬러그(slag), 석회석 미분말(limestone powder), 및 골재(aggregate)의 첨가비율과 양생온도(curing temperature)을 포함하는 초기 조건을 입력창에 입력하고 계산을 시작하는 제 1 단계; 상기 초기 조건과 시멘트 수화모델(cement hydration model)을 이용하여 시멘트 수화도(α)를 계산하고, 상기 초기 조건과 슬래그 수화모델(slag hydration model)을 이용하여 슬래그 반응도(αSG)를 계산하고, 상기 초기 조건과 석회석 미분말 수화모델(limestone powder hydration model)을 이용하여 석회석 미분말 반응도(αLS)를 계산하는 제 2 단계; 상기 시멘트 수화도(α), 슬래그 반응도(αSG) 및 석회석 미분말 반응도(αLS)를 이용하여 경화 중 콘크리트의 물-젤 비율(χc)을 계산하는 제 3 단계; 상기 경화 중 콘크리트의 물-젤 비율(χc)을 이용하여 콘크리트의 압축강도(fc(t))를 계산하는 제 4 단계; 및 상기 계산된 시멘트 수화도(α), 슬래그 반응도(αSG), 석회석 미분말 반응도(αLS) 및 콘크리트의 압축강도(fc(t))값을 출력창에 출력하는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 2 단계의 시멘트 수화모델을 이용한 시멘트 수화도(α)의 계산은 하기 수학식 1 및 2;[수학식 1][수학식 2](상기 수학식 1 및 2에 있어서, kd는 반응계수를 의미하며; De는 C-S-H겔을 고려한 수분의 유효확산계수를 의미하며; kri는 시멘트의 무기 화합물의 반응률 계수를 의미하며; α는 무기 화합물의 중량분율(gi)와 무기화합물의 반응도(αi)로 계산할 수 있는 시멘트 수화도를 의미하며; v는 물과 시멘트의 화학양론적 비(0.25)를 의미하며; wg는 C-S-H 겔의 물리적 화학결합수(0.15)를 의미하며; ρw는 물의 밀도를 의미하며; ρc는 시멘트의 밀도를 의미하며; Cw-free는 C-S-H겔의 외부 수분의 총량을 의미하며; r0는 미수화 시멘트 입자의 반경을 의미하며; Sw는 물과 접하고 있는 시멘트의 유효 표면적을 의미하며; S0는 전체표면적을 의미한다.);에 의하여 계산되되,상기 수학식 1의 반응계수(kd)는 하기 수학식 3; [수학식 3](상기 수학식 3에 있어서, 상기 B는 초기 막형성률을 의미하고, 상기 C는 막붕율을 의미한다.);에 의해 계산되며,상기 수학식 1의 C-S-H겔을 고려한 수분의 유효확산지수(De)는 하기 수학식 4;[수학식 4](상기 수학식 4에 있어서, 상기 De0은 초기 확산지수를 의미한다.);에 의해 계산되며,상기 수학식 1의 C-S-H겔의 외부 수분의 총량(Cw-free)은 하기 수학식 5;[수학식 5](상기 수학식 5에 있어서, 상기 C0는 배합에서의 시멘트의 부피를 의미하고, 상기 W0는 배합에서의 수분의 부피를 의미하고, 상기 r은 시멘트 입자의 외부 막에서 내부의 미수화 부분까지 침투할 수 있는 수분의 접근성을 의미한다.);에 의해 계산되며,상기 수학식 3의 초기 막형성률(B), 상기 수학식 3의 막붕율(C), 상기 수학식 1의 시멘트의 무기 화합물의 반응률 계수(kri), 및 상기 수학식 1의 C-S-H겔을 고려한 수분의 유효확산지수(De)의 온도에 따른 반응지수는 아레니우스의 법칙에 따라 하기 수학식 6;[수학식 6](상기 수학식 6에서 β1, β2, E/R, β3은 온도 감도 계수를 의미하는 것으로, 1000, 1000, 5400, 7500값을 가지며, B20, C20, kri20, De20은 각각 20℃에서의 B, C, kri, De를 의미한다.);과 같이 설정되는 것을 특징으로 하며,상기 제 1 단계의 슬래그 수화모델을 이용한 슬래그 반응도(αSG)의 계산은 하기 수학식 7;[수학식 7](상기 수학식 7에서 상기 αSG는 슬래그의 반응도를 의미하고, 상기 P는 배합비상의 슬래그 부피를 의미하고, 상기 mCH(t)는 수화반응한 시멘트와 슬래그 단위 체적에서의 CH 부피를 의미하고, 상기 νSG는 슬래그와 CH의 스토이키 비(Stoichiometric ratio)를 의미하고, 상기 rSG0는 슬래그입자의 반지름을 의미하고, 상기 ρSG는 슬래그의 밀도를 의미하고, 상기 kdSG는 휴면기의 반응률 상수를 의미하고, 상기 DeSG0는 초기확산계수를 의미하고, 상기 krSG는 반응률상수를 의미한다.);에 의해 계산되는 것을 특징으로 하며,상기 제 2 단계의 석회석 미분말 수화모델을 이용한 석회석 미분말의 반응도(αLS)의 계산은 하기 수학식 8;[수학식 8](상기 수학식 8에서 상기 αLS는 석회석 미분말의 반응도를 의미하고, 상기 m1은 석회석 미분말의 치환율을 의미하고, 상기 m2는 석회석 미분말의 분말도를 의미하고, 상기 m3는 시멘트의 분말도를 의미하고, 상기 m4는 슬래그 치환율을 의미하고, 상기 m5는 물-바인더 비율을 의미하고, 상기 m6는 양생 온도를 의미하고, 상기 t는 양생기간을 의미하고, 상기 αLS1은 물-바인더 비율이 50%, 석회석 미분말의 치환율이 20%, 양생온도가 20도인 경우의 석회석 미분말의 반응도를 의미한다.);에 의해 계산되되;상기 수학식 8의 m1 내지 m6은 하기 수학식 9;[수학식 9](상기 수학식 8에서 상기 LS0는 석회석 미분말의 사용량을 의미하고, 상기 C0는 시멘트의 사용량을 의미하고, 상기 dLS는 석회석 미분말의 직경을 의미하고, 상기 SC는 시멘트의 분말도를 의미하고, 상기 AlSG는 슬래그의 알루미늄 함량을 의미하고, 상기 αSG는 슬래그의 반응도를 의미하고, 상기 P는 배합비상의 슬래그 부피를 의미하고, 상기 AlC는 시멘트의 알루미늄 함량을 의미하고, 상기 α는 시멘트 수화도를 의미하고, 상기 C0는 시멘트의 사용량을 의미하고, 상기 α0.5는 바인더에 대한 물의 비율(물/바인더)이 0.5인 경우의 시멘트 수화도를 의미한다.);로 정의되는 것을 특징으로 하며,제 3 단계의 경화 중 콘크리트의 물-젤 비율(χc)은 하기 수학식 12;[수학식 12](상기 수학식 12에서 상기 ρc는 시멘트의 밀도를 의미하고, 상기 α는 무기 화합물의 중량분율(gi)와 무기화합물의 반응도(αi)로 계산할 수 있는 시멘트 수화도를 의미하고, 상기 C0는 시멘트의 사용량을 의미하고, 상기 ρSG는 슬래그의 밀도를 의미하고, 상기 αSG는 슬래그의 반응도를 의미하고, 상기 P는 배합비상의 슬래그 부피를 의미하고, 상기 ρLS는 석회석 미분말의 밀도를 의미하고, 상기 αLS는 석회석 미분말의 반응도를 의미하고, 상기 LS0는 석회석 미분말의 사용량을 의미하고, 상기 LS0는 석회석 미분말의 사용량을 의미하고, 상기 W0는 물의 사용량을 의미한다.);에 의해 계산되는 것을 특징으로 하며,상기 제 4 단계의 콘크리트의 압축강도(fc(t))는 하기 수학식 13;[수학식 13](상기 수학식 13에서 상기 A는 콘크리트의 내 인성 압축강도를 의미하고, 상기 χc는 콘크리트의 물-젤 비율을 의미하고, 상기 n은 콘크리트의 압축강도 지수를 의미하고, 상기 C0는 시멘트의 사용량을 의미하고, 상기 P는 배합비상의 슬래그 부피를 의미하고, 상기 LS0는 석회석 미분말의 사용량을 의미하고, 상기 a1은 시멘트가 콘크리트의 내 인성 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미하고, 상기 a2는 슬래그가 콘크리트의 내 인성 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미하고, 상기 a3은 석회석 미분말이 콘크리트의 내 인성 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미하고, 상기 b1은 시멘트가 콘크리트의 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미하고, 상기 b2는 슬래그가 콘크리트의 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미하고, 상기 b3는 석회석 미분말이 콘크리트의 압축강도에 끼치는 영향계수를 의미한다.):에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 시멘트-슬러그-석회석 미분말 삼성분계 콘크리트 배합을 최적화하는 방법.