개요: 한 UHPC 프리캐스트 부재 고객사는 교량 부재 및 UHPC 프리캐스트 부재를 생산하는 과정에서 원료 가격 변동으로 인한 강도 불안정 문제에 오랫동안 직면해 왔습니다.MSILI UH-94 마이크로실리카를 도입하고 합리적인 배합 및 혼합 공정 최적화를 통해, 해당 고객사는 UHPC 페이스트의 균일성과 치밀도를 개선했으며, 7일 및 28일 압축 강도 변동 위험을 줄여 제품이 설계 강도 요건을 보다 안정적으로 충족할 수 있게 함으로써, UHPC 대량 생산을 위한 더욱 신뢰할 수 있는 원료 솔루션을 제공했습니다.
생산 조건과 배치 편차의 원인
어느 UHPC 프리캐스트 부재 고객사는 주로 교량 부재와 UHPC 프리캐스트 제품을 생산합니다. 이 고객사는 오랫동안 건설 프로젝트에 참여해 왔으며, 제품의 압축 강도, 유동성, 치밀도 및 배치 간 안정성에 대한 요구 사항이 높습니다.
초기 생산 단계에서 고객의 UHPC 배합은 이미 높은 강도의 기초를 갖추고 있었으나, 지속적인 시험 배합 및 대량 생산 과정에서 강도 안정성은 여전히 만족스럽지 못했습니다. 동일한 배합, 동일한 수-바인더 비율, 동일한 양생 조건 하에서도 배치별 시험체의 압축 강도에 변동이 있었으며, 일부 배치의 초기 강도 발달이 더딘 데다 28일 강도도 목표 범위를 안정적으로 유지하기 어려웠습니다.
원인을 조사한 결과, 고객사는 문제가 단순히 시멘트, 석영사 또는 감수제의 적합성 문제만이 아니라는 것을 발견했습니다. 미세실리카 분말 원료의 안정성, 활성 수준, 분산 상태 및 입도 분포의 적합도가 UHPC 강도 안정성에 영향을 미치는 핵심 변수로 대두되고 있었습니다.
UHPC는 낮은 수-바인더 비율, 높은 분말 함량, 높은 치밀도를 가진 시스템입니다. 공개된 연구에 따르면, 실리카 펄은 UHPFRC/UHPC의 핵심 원료로, 미세 구조, 수화 반응, 자가 밀실 능력, 압축 강도, 굽힘 및 인장 강도, 내구성 등 핵심 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 UHPC 고객에게 있어 실리카 펄은 단순한 충진제가 아니라, 강도 안정성과 시스템의 치밀도를 결정하는 중요한 기능성 원료입니다.
배치 일관성을 저해한 네 가지 문제
고객의 기존 UHPC 시스템에는 주로 다음과 같은 문제가 존재합니다:
1. 원료 배치 간 변동으로 인한 강도 안정성 저하
고객사가 기존에 사용하던 일반 미세 실리카 분말은 배치 간 일정한 차이가 존재하여, SiO₂ 함량, 활성도, 입도, 응집 상태 및 분산 효과가 충분히 안정적이지 않은 것으로 나타났습니다. 일반 콘크리트의 경우 이러한 변동은 제한적인 영향을 미칠 수 있지만, UHPC 시스템에서는 수-바인더 비율이 낮고 분말 사용량이 많으며 입자 적층에 대한 요구 사항이 엄격하기 때문에 미세 실리카 분말의 변동이 현저히 증폭되어, 결국 압축 강도와 페이스트 상태에 반영됩니다.
2. 초기 강도 및 28일 강도의 안정성 부족
고객의 시험체 중 일부 배치에서는 초기 강도 증가 속도가 느리고, 28일 압축 강도에도 편차가 나타납니다. 단일 시험에서는 높은 강도를 달성할 수 있지만, 고객은 특정 시험의 최고값보다는 공업 생산 과정에서 안정적으로 기준치를 충족하는 능력을 더 중요하게 여깁니다.
3. 페이스트의 균일성이 부족하여 내부 치밀도에 영향을 미침
UHPC 강도의 안정성을 확보하기 위해서는 슬러그 내부 입자 분포가 균일하고, 기공 구조가 미세하며, 계면 전이 영역이 치밀해야 합니다. 만약 마이크로 실리카 분말 응집체가 시스템 내에서 효과적으로 분산되지 못하면, 미세 충전 효과와 포말 반응 효과가 약화되어 국부적인 취약 영역이 증가하게 되며, 이는 결과적으로 강도 안정성에 영향을 미칩니다.
4. 배합 반복 조정으로 인한 시배 효율 저하
원료의 안정성이 부족하여 고객은 감수제 사용량, 수-바인더 비율, 교반 시간 및 분말 비율을 빈번하게 조정해야 하므로, 시험 배합 주기와 기술 검증 비용이 증가합니다. UHPC 프리캐스트 부재 고객의 경우, 이러한 불안정성은 제품 납품 일정에 직접적인 영향을 미칩니다.
UH-94 선정 이유와 시험 설계
고객의 “강도는 높일 수 있지만, 배치 간 안정성이 부족하다”는 핵심 고충에 대해, 당사는 기존 일반 미세 실리카 분말을 UH-94 반밀집형 미세 실리카 분말로 대체하여 UHPC 시스템의 핵심 실리카 활성 재료로 사용할 것을 권장합니다.
1. 왜 UH-94 미세 실리카 분말을 선택해야 할까요?
UHPC 시스템에서 미세 실리카 분말에 요구되는 조건은 단순히 ‘입자가 미세한 것’뿐만 아니라, 높은 SiO₂ 함량, 낮은 불순물, 안정적인 활성, 그리고 우수한 입자 충진 능력을 포함합니다. 당사의 매우 전문적인 동종 업계 고객사 중 한 곳은 바로 MSILI UH-94 제품을 사용하고 있습니다. 보다 안정적인 고실리카 활성 재료를 통해 UHPC 시스템에 더 제어 가능한 미세 충진 및 포말 반응 기반을 제공합니다.
2. 왜 반밀집형을 선택해야 할까요?
고객은 단순히 “높은 활성”뿐만 아니라, UHPC 시스템 내에서 미세 실리카 분말이 더 우수한 안정적 분산 능력을 갖출 것을 요구합니다. 공개된 연구에 따르면, 고밀도 실리카 분말로 인해 형성된 응집체는 교반 방법을 최적화하여 재분산될 수 있으며, 그 분산 효율은 혼화제, 배합비 구성 및 물-분말 비율과 관련이 있습니다. 높은 분말 함량, 낮은 물-분말 비율, 고효율 감수제 및 높은 전단 교반 조건 하에서는 실리카 분말 응집체를 효과적으로 분산시킬 수 있습니다.
MSILI UH-94 미세 실리카의 장점은, 완전 밀집형 미세 실리카보다 UHPC 시스템에서 더 쉽게 분산될 수 있을 뿐만 아니라, 일반 느슨한 형태의 미세 실리카보다 배치 상태의 안정성을 유지하는 데 더 유리하다는 점입니다. 고객의 현재 문제에 있어 반밀집형은 단순히 “사용하기 편하기” 위해서가 아니라, 활성, 분산성 및 안정성 사이에서 균형을 맞추기 위한 것입니다.
3. 솔루션의 핵심 개념
이번 방안은 단순히 원료를 교체하는 것이 아니라, UHPC 강도의 안정성을 중심으로 체계적인 최적화를 수행하는 것입니다:
- 첫째, 변동 폭이 큰 기존 일반 미세실리카를 MSILI UH-94 미세실리카로 대체합니다. 둘째,
- 실리카 분말 첨가량을 합리적인 범위 내로 유지하며, UHPC에서 일반적으로 적용되는 시멘트 질량 대비 15~25% 비율을 참고합니다.
- 셋째, 건식 혼합과 습식 혼합 순서를 최적화하여 시스템 내 미세실리카의 분산 효율을 높입니다. 넷째,
- 유동도, 7일 강도, 28일 강도 및 강도 편차 상황을 통해 배합 안정성을 판단합니다.
- 다섯째, 시험 결과에 따라 감수제와 혼합 조건을 미세하게 조정하고, 주 배합을 반복적으로 대폭 조정하지 않습니다.
배합·혼합 순서 및 시험 결과
1. 참고 배합 설계
고객사는 현재 시멘트, 미세 실리카 분말, 석영 분말, 석영 모래, 물, 폴리카르복실산 감수제 및 강섬유로 구성된 시스템을 사용하고 있으며, 강도 요구 사항은 120MPa 이상이다.권장 배합 비율은 시멘트 1, 실리카 0.25, 석영분 0.35, 석영모래 1.10, 물 0.25, 감수제 0.0012, 강섬유는 부피 기준 2% 첨가량입니다.
| 원자재 | 참고 비율 |
|---|---|
| 시멘트 | 1 |
| UH-94 미세실리카 분말 | 0.25 |
| 석영 분말 | 0.35 |
| 석영 모래 | 1.10 |
| 물 | 0.25 |
| 폴리카르복실산 감수제 | 0.0012 |
| 강섬유 | 2% 부피 비율 |
이 배합의 핵심은 단순히 실리카 펄의 혼합 비율을 높이는 것이 아니라, 미세 실리카 펄, 시멘트, 석영 분말 및 석영 모래 간의 입도 분포를 최적화하여 UHPC 페이스트의 치밀도를 높이고, 강도 변동 위험을 낮추는 데 있습니다.
2. 혼합 공정 최적화
UHPC 제조 방법은 다음과 같습니다. 먼저 실리카 헐과 석영사를 저속으로 5분간 건식 혼합하여, 경질 입자 간의 충돌 작용을 통해 실리카 헐 응집체를 분산시킵니다. 그 다음 시멘트와 석영분을 첨가하여 5분간 건식 혼합을 계속합니다. 마지막으로 물과 폴리카르복실산 감수제를 첨가하여, 시스템이 응집 상태에서 점차 분산·부유 상태로 전환되도록 합니다. 강섬유는 페이스트가 형성된 후 첨가하여 2분간 고속으로 교반합니다.
고객은 시험 과정에서 이러한 접근 방식을 참고하여, 무분별하게 감수제를 추가하는 대신 “미세 실리카 분말 응집체 분산”과 “균일한 페이스트 형성”이라는 두 가지 단계에 중점을 두었습니다. 이를 통해 국부적인 분산 부족으로 인한 강도 편차를 줄일 수 있습니다.
3. 유동성 결과 참조
시험 기록에 따르면, UHPFRC의 유동 확장도는 각각 260 mm, 260 mm, 265 mm로, 모두 자가 밀실 능력을 갖춘 점성 UHPC에 해당하며 요구 사항을 충족합니다. 고객사가 MSILI UH-94 미세 실리카 분말을 사용하여 시험한 결과, 페이스트 상태가 더욱 균일해졌으며 유동성을 안정된 범위로 유지하기가 더 쉬워져, 후속 강도 안정화의 기반을 마련했습니다.
4. 강도 결과 참조
상온 건조 조건에서 7일 압축 강도는 108.07 MPa, 28일 압축 강도는 139.21 MPa입니다.
고객에게 있어 MSILI UH-94 미세 실리카 분말의 적용 가치는 단순히 단일 시험에서 최고 강도를 추구하는 데 그치지 않고, 배합이 목표 강도 범위에 더 안정적으로 도달할 수 있도록 돕는 데 있습니다.
5. 고객사 시험 결과 요약
고객사의 시험 배합 과정에서 MSILI UH-94 미세 실리카 분말을 사용한 후, UHPC 시스템은 다음과 같은 개선 효과를 나타냈습니다:
- 첫째, 페이스트의 균일성이 개선되어 분말의
- 분산 상태가 더욱 안정화되었습니다. 둘째,
- 유동 및 확산도의 변동이 줄어들어 혼합물의 상태를 제어하기가 더 쉬워졌습니다. 셋째, 7일 강도 발달이 더욱 안정화되어 초기 강도가 낮은 배치의 수가 감소했습니다.
- 넷째, 28일 압축 강도의 편차가 줄어들어 목표 범위에 더 쉽게 안정적으로 도달할 수 있게 되었습니다.
- 다섯째, 배합 조정 빈도가 감소하여, 고객은 더 이상 원료의 변동성을 보완하기 위해 수-바인더 비율이나 첨가제 사용량을 빈번하게 변경할 필요가 없어졌습니다.
양산 이관과 기술 검토
1. 납품 내용
이번 프로젝트의 납품은 단순히 MSILI UH-94 미세 실리카 분말을 제공하는 것이 아니라, UHPC 강도의 안정성을 중심으로 다음과 같은 포괄적인 제품 선정 권고안을 제시하는 것입니다:
- 미세 실리카 분말 품질 지표 권고
- UHPC 기준 혼합량 권고
- 석영 분말, 석영 모래 입도 분포 매칭 권고
- 건식 혼합 및 습식 혼합 순서 권고
- 감수제 적합성 권고
- 7일 및 28일 강도 검증 권고
- 배치별 안정성 추적 권고.
2. 사후 분석 결론
사후 분석을 통해 알 수 있듯이, 고객사의 기존 문제의 본질은 “UHPC 배합으로 고강도를 구현할 수 없다”는 것이 아니라, “핵심 원료의 변동으로 인해 강도 안정성이 부족하다”는 것이었습니다.
UHPC 시스템에서 미세 실리카 분말은 동시에 세 가지 역할을 수행합니다:
- 첫째, 초미세 충진재로서 시멘트 입자와 석영 분말 사이의 미세 공극을 채웁니다
- 둘째, 활성 규산질 재료로서 포말 반응에 참여하여 C-S-H 겔 형성을 촉진합니다
- 셋째, 입도 분포 체계의 일부로서 페이스트의 유변성, 치밀도 및 계면 구조에 영향을 미칩니다.
미세실리카 분말의 배치 간 안정성이 부족할 경우, 이 세 가지 역할 모두에 영향을 미치게 됩니다. MSILI UH-94 미세실리카 분말로 교체한 후, 고객의 UHPC 시스템은 더욱 안정적인 활성 기반과 제어 가능한 분산 상태를 확보하여 강도 변동 위험을 줄일 수 있었습니다.
3. 사례의 가치
이 사례는 UHPC 고객이 미세 실리카 분말을 선택할 때 가격만 보거나 단일 SiO₂ 지표만 고려해서는 안 된다는 점을 보여줍니다. 생산 안정성에 진정으로 영향을 미치는 것은 활성도, 입도, 응집 상태, 분산 적합성, 배치 간 일관성, 그리고 시멘트, 석영 분말, 석영 모래 및 감수제 시스템과의 호환성을 포함한 미세 실리카 분말의 종합적인 성능입니다.
MSILI UH-94 미세 실리카 분지의 가치는, 고객이 UHPC를 “실험실에서는 높은 강도를 낼 수 있지만”에서 “실제 공장에서 안정적으로 생산할 수 있는” 단계로 발전시키는 데 도움을 준다는 점에 있습니다.
이 UHPC 사례가 보여 주는 점
UHPC 고객에게 있어 강도 불안정은 대개 단일 매개변수 문제가 아니라, 원료, 입도 분포, 분산, 혼합 및 양생의 복합적인 작용에 의한 결과입니다. 그중 미세 실리카 분말은 UHPC 시스템의 핵심 활성 광물 혼합재로, 강도 안정성에 결정적인 영향을 미칩니다.
본 사례에서 고객사는 MSILI UH-94 미세실리카를 도입함으로써 기존 미세실리카 원료의 변동으로 인한 강도 불안정 문제를 개선하고, UHPC 페이스트의 균일성, 강도 발달 및 배치 간 안정성을 향상시켰습니다.
UHPC 교량 부재, 덮개판, 고강도 프리캐스트 부품, RPC 제품 및 조립식 이음매 재료를 생산 중인 고객에게 MSILI UH-94 미세실리카 분말은 높은 활성, 높은 분산 적합성 및 높은 안정성을 모두 갖춘 UHPC 전용 미세실리카 분말 솔루션으로 활용될 수 있습니다.
