KR100217312B1 - 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 시멘트계 결합재에 탄소섬유, 세골재 등을 특정 함량비로 첨가하여 표면저항을 10³-10⁶Ω까지 조절이 가능하고, 구조물의 바닥재료로 사용 가능한 강도를 갖도록한 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에 관한 것이다.

Description

대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물

본 발명은 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 시멘트계 결합재에 탄소섬유, 세골재 등을 특정 함량비로 첨가하여 표면저항을 10³∼ 10⁶Ω까지 조절이 가능하고, 구조물의 바닥재료로 사용 가능한 강도를 갖도록한 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에 관한 것이다.

지금까지의 대전방지용 재료로는 전도성 비닐타일, 전도성 카펫타일, 전도성 고무매트 등이 사용되었다. 그러나, 이러한 대전방지용 재료를 각종 인화성 및 폭발성 물질의 중량물 이송 및 작업장소에서의 공구 등에 사용할 경우, 작업자의 부주의로 인한 낙하물에 의해 부분적인 파손이 발생되어 정전기에 의한 피해 발생율이 높고, 콘크리트바닥에 이와같은 소재로 시공시 콘크리트의 바닥재와 일체화가 어렵고, 물청소 등을 자주 하는 곳에서는 들뜸현상과 접합부분이 떨어져 자주 보수하여야 하므로 내구성 및 경제적인 문제점이 있다. 이외에도 도전성 레진몰탈 등을 대전방지용 재료로 사용할 경우, 시공이 복잡하고 섬유의 분산성이 떨어져 표면저항 10⁵Ω이하로 조절하기가 어렵다.

이에 본 발명자들은 시멘트계 결합재에 도전성 재료로서 흑연 등의 탄소분말이 함유된 도전성 몰탈 및 콘크리트 조성물을 특허출원한 바도 있다 [대한민국 특허 출원 제95-8110호]. 도전성 재료로서 탄소분말만을 함유시킨 경우 10³∼ 10⁶Ω정도의 일정한 표면저항치를 얻기가 어려울 뿐만 아니라 이를 바닥재료로 사용시 건조수축으로 인한 균열이 발생하게 되고, 안료첨가시에는 원하는 색상을 얻기 어려우므로 개선의 여지가 있다.

본 발명은 대한민국특허출원 제95-8110호의 개량발명으로서, 대전성 재료로는 탄소섬유 단독 또는 탄소섬유와 탄소분말을 함께 함유시켜 상기에서 지적한 바와 같은 문제를 한꺼번에 해결함은 물론이고 문제표면저항을 10³∼ 10⁶Ω까지 조절이 가능하도록 하였고, 또 여기에 세골재 등을 함유시켜 압축강도, 시공성, 내구성이 우수하도록 할 뿐만아니라 기존 콘크리트 구조물 바닥과 일체화가 가능하고, 중량물의 이송, 청소 등이 가능하여 정전기로 인한 재해를 방지할 수 있는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 결합재와 도전성재료가 함유되어 있는 대전방지용 도전성 재료 조성물에 있어서, 시멘트계 결합재 100 중량부와 탄소섬유 0.05 ∼ 5 중량부, 세골재 100 ∼ 200 중량부, 무기 혼합재 1 ∼ 30 중량부, 그리고 나프탈렌계, 멜라민계 또는 리그닌계에서 선택된 유동화제 0.5 ∼ 2.0 중량부가 함유된 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 표면저항 조절이 가능하고 강도가 우수한 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에 관한 것이다. 일반적으로 시멘트 몰탈 및 콘크리트는 표면저항이 10⁹Ω이상으로서 정전기로 인한 재해에 대하여 방지효과가 없는 절연체이다.

그러나, 본 발명에서는 시멘트계 결합재에 도전성을 부여하기 위하여 탄소섬유를 함유시켰고, 또한 도전성 재료의 고른 분산을 위하여 세골재를 특정 함량범위로 함유시킨 것에 가장 큰 특징이 있다.

본 발명에 따른 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에서 결합재로는 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트 등과 같은 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 알루미나 시멘트 등과 같은 혼합시멘트, 백시멘트, 초속경 시멘트, 팽창 시멘트 또는 고강도 시멘트 등과 같은 특수 시멘트를 사용한다.

그리고 도전성 재료로는 탄소섬유를 사용한다. 탄소섬유로는 핏치(Pitch)계 탄소섬유와 팬(PAN)계 탄소섬유 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직한 바, 이들 섬유는 모두 10^-6Ω-m 정도의 전기전도성을 가지고 있기 때문이다. 도전성 재료로서 함유되는 탄소섬유는 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 0.05 ∼ 5 중량부 사용한다. 이때 혼합의 효율성을 향상시키기 위해 탄소섬유의 길이가 1 ∼ 10mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만일 결합재 100 중량부에 대하여 탄소섬유의 함량이 0.05 중량부 미만이면 표면저항이 10⁷Ω이상으로서 대전방지용 재료로 사용할 수 없게되고, 탄소섬유의 함량이 5 중량부를 초과하면 표면저항이 10²Ω이하로 낮아져서 역전류의 위험이 있을 뿐만아니라 혼합이 어려워지는 단점이 있다.

또한, 시멘트계 결합재내에 도전성 재료로 사용된 탄소섬유가 연속적으로 분포할 수 있도록 탄소 섬유와 함께 탄소분말을 함유시킬 수도 있다. 탄소분말로는 입도범위가 4 ∼ 200 메쉬인 토상흑연, 인조흑연 및 인상흑연 중에서 1종 이상을 선택하여 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 30 중량부미만 첨가하여 사용한다. 만일 결합재 100 중량부에 대하여 탄소분말의 함량이 30 중량부를 초과하면 오히려 표면저항이 10³Ω 이하로 낮아져서 역전류가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 강도가 저하되는 문제가 있다.

그리고, 본 발명에서는 상기 시멘트계 결합재와 도전성 재료 이외에도 탄소섬유의 분산성을 향상시켜 제품의 균일한 혼합을 가져올 뿐만아니라 강도의 증진을 위해서 세골재를 함유시킨다. 본 발명의 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물에서 도전성 재료로 함유된 탄소섬유의 분산이 잘 이루어지지 않으면, 표면저항이 국부적으로 낮게 나타나고, 시공성을 향상시키기 위해 물의 사용량을 증가시키면 강도가 감소하게 되어 중량물의 이송 및 작업자의 부주의로 공구 등과 같은 낙하물에 의해 파손이 일어난다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 세골재를 함유시키므로써 물의 첨가량을 감소시켜 강도를 증진시키고, 재료의 균일한 분산성을 얻을 수 있었다. 세골재는 입도 4mm 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 100 ∼ 200 중량부 함유시키는 것이 특히 바람직하다.

그리고, 재료의 충전율 및 반응성을 향상시켜 강도를 증진시킬 목적으로 무기혼합재를 함유시킨다. 본 발명에서는 무기 혼합재로서 마이크로실리카, 메타카올린, 슬라그 미분말, 탄산칼슘, 플라이애쉬 미분말 등 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 이는 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 1 ∼ 30 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 재료의 분산성 및 시공성을 향상시키기 위해 상기에서 설명한 세골재 이외에도 나프탈렌계, 멜라민계 또는 리그닌계의 유동화제를 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 0.5 ∼ 2.0 중량부 첨가한다. 이로써 물의 첨가량을 감소시켜 강도를 증진시키고, 재료의 균일한 분산성을 얻을 수 있었다.

또한, 상기에서 예시한 조성성분 이외에도 용도에 따라 기타 첨가제로서 안료를 첨가하여 색상을 부여 할수도 있다. 여기서 안료(흑색, 녹색, 적색, 황색, 청색 등)로는 무기계 안료를 사용하는 것이 특히 바람직한 바, 무기질계 재료들과의 혼합성과 결합력이 우수할 뿐만 아니라 장기적으로 변색이 일어나지 않는 장점이 있다. 안료는 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 15 중량부 미만으로 첨가한다.

상기와 같은 본 발명의 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물은 표면저항의 조절이 가능하고, 콘크리트 구조물의 바닥과 일체화가 가능하며 휘발성 및 폭발성 중량물 이송이 용이하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3]

실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3의 조성 및 그 함량은 다음 표 1에 나타낸 바와 같으며, 결합재와 세골재, 도전성재료 및 기타첨가제를 혼합한 후 물을 첨가하여 혼합하였다. 혼합방법은 KS L 5109에 규정되어 있는 수경성 시멘트 반죽 및 모르터의 기계적 혼합방법을 적용하였다.

[실험예]

상기 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3에 의해 제조된 대전방지용 도전성 몰탈 조성물을 5×5×5cm 몰드로 성형하여 압축강도 공시체를 제조하고, 제조 후 1일째 탈형하여 대기 중에서 양생하였다. 양생후 재령 28일에서 KS L 5105 수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법에 규정되어 있는 방법으로 측정하였다.

그리고 표면저항 측정용 공시체는 120cm×120cm크기의 콘크리트 바닥에 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3에 의해 제조된 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물을 두께 2cm로 성형하여 대기중에 양생하였다. 양생후 재령 7일과 28일에서 ASTM F 105 전도성 탄성 바닥재에 대한 전기저항 표준 측정법에 규정되어 있는 방법으로 표면저항을 측정하였다.

그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

상기 표 2의 결과에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1 ∼ 3의 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물은 결합재로서 다양한 종류의 시멘트를 사용할 수 있고, 도전성 재료로서 탄소섬유를 첨가함으로써 표면저항의 조절이 가능한 조성물을 얻을 수 있었으며, 세골재와 유동화제를 첨가함로써 섬유의 균일한 분산성 및 시공성을 향상시킬 수 있었다. 또한, 첨가제로서 무기혼합재를 사용함으로써 구조체의 치밀화 및 반응성을 향상시킬 수 있어 압축강도의 향상을 기할 수 있고, 안료의 첨가로 색상을 조절할 수 있어 작업환경에 적합한 대전방지용 바닥면을 얻을 수 있다.

반면에, 도전성 재료가 함유되지 않은 비교예 1은 표면저항이 10⁷Ω이상으로서 대전방지능이 없다. 비교예 2는 도전성 재료와 세골재는 함유되어 있으나 무기혼합재가 함유되지 않은 예로서, 압축강도가 저조함은 물론이고 표면저항도 비교적 높아서 도전성 재료로 사용하기에는 문제가 있다. 비교예 3은 도전성 재료로서 탄소섬유와 탄소분말을 함께 함유시키되 세골재가 함유되지 않은 예로서, 세골재가 함유되지 않음으로써 탄소섬유와 탄소분말의 분산성이 저하되었고, 이로써 시멘트의 수화가 진행되어 표면저항의 변화율이 크게 나타났다.

본 발명에 따른 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물은 화학공장, 주유소, 반도체 공장, 인화성 또는 폭발성물질을 취급하는 장소, 휘발성물질을 취급하는 장소, 휘발성물질을 취급하는 장소, 화약과 화공약품을 취급하는 장소 등에 유용하게 사용할 수 있으며, 특히 높은 압축강도, 우수한 시공성 및 고내구성을 갖고 있어서 중량물의 이동이 가능하고, 시공이 용이한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 결합재와 도전성재료가 함유되어 있는 대전방지용 도전성 재료 조성물에 있어서, 시멘트계 결합재 100 중량부와 탄소섬유 0.05 ∼ 5 중량부, 세골재 100 ∼ 200 중량부, 무기 혼합재 1 ∼ 30 중량부, 그리고 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계에서 선택된 유동화제 0.5 ∼ 2.0 중량부가 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 시멘트계 결합재 100 중량부에 대하여 탄소분말이 5 ∼ 30 중량부 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 초조강 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 알루미나 시멘트, 백시멘트, 초속경 시멘트, 팽창 시멘트, 및 고강도 시멘트중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유는 핏치(pitch)계와 팬(PAN)계 중에서 선택된 1종 이상의 것임을특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 탄소섬유는 그 길이가 1 ∼ 10mm인 것임을 특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 무기 혼합재는 마이크로실리카, 메타카올린, 슬라그 미분말, 탄산칼슘 및 플라이애쉬 미분말 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 대전방지용 도전성 시멘트 몰탈 조성물.