KR100371397B1 - 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물 - Google Patents

타일부착용 시멘트 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물의 내벽 또는 외벽에 마감재로 사용되는 타일을 부착하기 위한 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에서는 시멘트, 무기골재 및 혼화제로 조성된 조성물에 있어서, 상기 혼화제는 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창을 개선하여 내구성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올의 혼합물로 이루어져 있고 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트 중량에 대하여 0.9%로 첨가되며, 상기 혼화제에서 상기 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올 각각의 사용량을 합한 혼화제의 사용량에 대한 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.7이고, 시멘트에 대한 플라이 애쉬의 대체율이 9% 내지 10%가 되도록 플라이 애쉬를 첨가하며, 잔골재를 시멘트와 플라이 애쉬의 100중량부에 대하여 150중량부의 비율로 사용하여 내구성 등을 향상시킨 것을 특징으로 하는 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물이 제공된다.
본 발명의 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물을 사용하면, 기존 타일 시멘트의 내구성 저하 원인인 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창 등을 개선하여 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있었다.

Description

타일부착용 시멘트 모르타르 조성물{CEMENT MORTAR COMPOSITION FOR GLUING TILE}
본 발명은 건축물의 내벽 또는 외벽에 마감재로 사용되는 타일을 부착하기 위한 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물(이하 "타일시멘트 조성물"이라고 약칭한다)에 관한 것이다.
대부분의 건축물에서 내, 외부의 미관을 개선하기 위하여 마감재료로 사용되는 타일을 부착하기 위하여 수경 시멘트를 이용한 타일시멘트 조성물이 주로 사용되고 있다. 그러나, 수경 시멘트로 이루어진 종래의 타일시멘트 조성물을 이용하여 타일을 부착하는 경우에는 수분 침투에 의한 타일시멘트 조성물의 동결융해 및 일기의 변화에 의한 건습의 반복으로 인하여 타일시멘트 조성물의 부착력이 감소하게 되고, 결국 타일이 타일시멘트 조성물로부터 떨어지게 된다. 그래서, 뛰어난 미관에 불구하고 타일을 외벽의 마감재로 사용하는 것은 한계가 있다.
또한, 욕실이나 화장실에 타일을 사용하는 경우에도 과도한 수분의 영향으로 인하여 탈락 현상이 빈번하게 발생하게 된다.
이러한 타일시멘트 조성물의 부착력 저하로 인한 타일의 탈락은 건축물의 미관을 해치고, 유지/보수에 대한 비용을 증가시키는 등의 경제적인 문제를 발생시키며, 나아가 부실공사에 대한 시공자와 건축주의 분쟁을 유발하기도 한다.
상기 문제점으로 인해 타일시멘트 조성물의 생산자와 사용자의 입장에서는 외기 및 과도한 수분에 노출된 경우에도 부착 내구성이 저하되지 않는 타일시멘트 조성물을 절실히 요구하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 개발된 것으로서, 시멘트 모르타르의 성분조성을 새롭게 조정하므로써 표준규격에 적합하면서도 종래의 타일시멘트 조성물 보다 강도, 부착성 및 내구성이 향상된 타일시멘트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 혼화제의 사용량 및 플라이 애쉬의 사용량을 특별히 선정하여 타일시멘트의 강도, 부착성 및 내구성이 종래의 타일시멘트 보다 향상되도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 타일시멘트 조성물은 시멘트, 무기골재 및 혼화제로 조성된 조성물에 있어서, 상기 혼화제는 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창을 개선하여 내구성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올의 혼합물로 이루어져 있고 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트 중량에 대하여 0.8% 내지 1.0%로 첨가되며, 상기 혼화제에서 상기 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올 각각의 사용량을 합한 혼화제의 사용량에 대한 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.6 내지 0.8이 되도록 구성한다.
본 발명에 있어서, 상기 혼화제를 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트 중량에 대하여 0.9%로 첨가하며, 상기 메칠셀룰로오스 사용량의 비율을 0.7로 하는 경우, 더욱 바람직한 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물을 만들 수 있다.
더 나아가, 위와 같은 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물에 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 7% 내지 11%이 되도록 플라이 애쉬를 첨가하는 것도 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 타일시멘트 조성물은, 시멘트, 무기 골재 및 혼화제로 구성되며, 기타 첨가제(혼화제)가 더 첨가될 수 있다. 일반적으로 시멘트 모르타르 조성물에 사용되는 혼화제로는 폴리머가 사용되는데, 본 발명의 타일시멘트 조성물에는 혼화제로서 셀룰로오스 유도체를 사용한다. 더 구체적으로는 본 발명의 타일시멘트 조성물의 혼화제로서 메칠셀룰로오스(MC) 및/또는 폴리비닐알코올(PVA)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 타일시멘트 조성물에 있어서, 셀룰로오스 유도체로 이루어진 혼화제는 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트 중량에 대하여 0.8% 내지 1.0%로 첨가된다. 혼화제가 0.8% 미만으로 첨가되는 경우, 타일시멘트 조성물이 경화되었을 때의 전단강도가 소정의 기준강도 이하가 되며, 부착력이 저하되어 타일부착용으로 사용하기에 적합하지 않다. 또한 혼화제가 1.0%를 초과하는 경우에는 시멘트의 배합 및 마무리 처리가 곤란하게 되는 등 시공상의 문제점이 발생하므로 타일시멘트 조성물로는 적합하지 않다. 가장 바람직한 범위는 0.85% 내지 0.95%이며, 최적의 혼화제 첨가비는 0.9%이다.
본 발명의 타일시멘트 조성물에 있어서, 혼화제로서 셀룰로오스 유도체 중 메칠셀룰로오스 및/또는 폴리비닐알코올을 혼합하여 또는 단독으로 사용할 수 있는데, 이 경우 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올 각각의 사용량을 합한 혼화제의 사용량(MC 사용량 + PVA 사용량)에 대한 메칠셀룰로오스 사용량(MC 사용량)의 비율, 즉 {메칠셀룰로오스의 사용량/(메칠셀룰로오스의 사용량+폴리비닐알코올의 사용량)}은 0.6 내지 0.8 범위에 있는 것이 바람직하다.
만일, 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.6 미만이 되면 폴리비닐알코올 사용량이 상대적으로 많아지게 되어, 모르타르의 유동성을 나타내는 모르타르의 흐름값이 과도하게 된다. 모르타르의 흐름값이 과도하게 되면, 연직구조물에 타일을 부착하는 작업에서 모르타르 자체가 구조물로부터 탈락하는 현상이 발생하게 되므로, 작업성이 극히 저하된다. 또한, 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.6 미만인 경우 전단강도가 저하된다. 따라서, 본 발명의 모르타르 조성물에서는 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.6 이상으로 되어야 한다.
한편, 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.8을 초과하는 경우에는 침입도가 과도하게 커지게 되어 타일시멘트로서 사용하기에 적합하지 않게 된다. 침입도는 모르타르의 전단변형에 대한 저항성과 작업용이성을 나타내는 지표이다.
본 발명에 있어서, 전단강도, 흐름값 및 전단변형에 대한 저항성을 나타내는 변형 침입도를 고려할 때, 가장 바람직한 메칠셀룰로오스 사용량의 비율은 0.7 이다.
다음에서는 본 발명에 따른 타일시멘트 조성물의 실험예 및 비교실험예에 대하여 살펴본다.
우선 혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7로 고정한 후 혼화제의 사용량을 변화시켜 실험을 수행하였다.
(비교실험예1)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 1.2g (시멘트 총 중량의 0.6%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 0.84g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.56g
(실험예1)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 1.6g (시멘트 총 중량의 0.8%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 1.12g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.48g
(실험예2)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 1.8g (시멘트 총 중량의 0.9%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 1.26g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.54g
(실험예3)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 2.0g (시멘트 총 중량의 1.0%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 1.4g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.6g
(비교실험예2)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 2.4g (시멘트 총 중량의 1.2%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 1.68g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.7)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.72g
다음으로는 시멘트 사용량에 대한 혼화제 사용량의 비율을 0.9%로 고정한 경우에 대하여 각각 메칠셀룰로오스 사용량을 변화시켜 실험을 수행하였다.
(비교실험예3)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 1.8g (시멘트 총 중량의 0.9%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 0.9g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.5)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.9g
(실험예4)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올을 혼합하여 사용
혼화제의 사용량 : 1.8g (시멘트 총 중량의 0.9%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 1.08g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 0.6)
폴리비닐알코올 사용량 : 0.72g
(비교실험예4)
시멘트 사용량 : 200g
잔골재 사용량 : 300g
사용한 혼화제 : 메칠셀룰로오스만 사용
혼화제의 사용량 : 2.0g (시멘트 총 중량의 1.0%)
메칠셀룰로오스 사용량 : 2.0g
(혼화제 사용량 중 메칠셀룰로오스 사용량의 비율 1.0)
폴리비닐알코올 사용량 : 0 g
위와 같은 실험예 및 비교실험예에 대하여 전단강도, 침입도 및 흐름값을 각각 측정하였다.
(1) 전단강도
전단강도는 타일의 뒷면에 실험예 및 비교실험예에 의한 모르타르 조성물을 모르타르 층이 3mm가 되도록 붙인 후, 온도 23±2℃, 상대습도 50±5%인 항온항습기에서 양생하였다. 전단강도는 시편을 시험기에 설치한 후 1000kgf/min의 속도로 하중을 가하여 시험기에서 측정된 최대하중을 타일의 접착면적으로 나누어 전단 접착강도를 계산하였다.
시험결과, 혼화제의 사용량이 시멘트 총 중량의 0.6%인 비교실험예1의 경우, 전단강도가 9.2㎏/㎠으로서, 기준 전단강도인 10.5㎏/㎠에 미치지 못하였다. 반면에 혼화제의 사용량이 시멘트 총 중량의 0.8%, 0.9%, 1.0% 및 1.2%인 실험예1 내지 실험예3 및 비교실험예2의 경우는, 전단강도가 각각 11.02㎏/㎠, 12.83㎏/㎠, 14.21㎏/㎠, 15.33㎏/㎠으로서 모두 기준 전단강도를 초과하였다.
또한, 비교실험예3의 경우 전단강도가 9.82㎏/㎠이어서 기준 전단강도에 미치지 못하였으나, 실험예4 및 비교실험예4의 경우에는 전단강도가 각각 12.83㎏/㎠, 10.96㎏/㎠으로서 모두 기준 전단강도를 초과하였다.
(2) 침입도
침입도는 모르타르의 변형에 대한 저항정도를 평가하는 지표가 되는데, 일반적으로 침입도가 크면 모르타르를 이용한 타일 부착작업이 용이하다. 본 실험에서는 침입도 시험기 끝에 약 27mm의 원형판을 설치하여 300g의 침에 의하여 모르타르 조성물에 관입되는 침입깊이를 측정하였다.
실험결과, 비교실시예1의 경우 6.2㎝ 이었으며, 실시예1, 실시예2 및 실시예3은 각각 5.4㎝, 5.2㎝, 6.1㎝이었고, 비교실시예2의 경우는 11.5㎝로서 침입깊이가 다소 큰 것으로 나타났다.
비교실시예3 및 실시예4의 경우는 각각 5.6㎝, 7.2㎝ 이었으나, 비교실시예4의 경우는 12.0㎝로서 침입깊이가 과도한 것으로 나타났다.
(3) 흐름값
흐름값은 모르타르의 유동성을 나타내는 지표로서, 흐름값이 과도한 경우에는 연직 구조물의 타일부착 작업시 모르타르의 탈락이 발생하므로 작업성이 불량하게 된다.
흐름값의 측정결과, 비교실시예1의 경우 13.5㎝ 이었으며, 실시예1, 실시예2 및 실시예3은 각각 14㎝, 15.2㎝, 16㎝이었고, 비교실시예2의 경우는 18㎝로서 흐름값이 과도하게 큰 것으로 나타났다.
비교실시예3의 경우 역시 흐름값이 21㎝로서 지나치게 큰 것으로 측정되었으나, 실시예4의 경우는 13.8㎝이 이었으며, 비교실시예4의 경우는 17.0㎝이었다.
한편, 본 발명에서는 시멘트를 대체하기 위하여 사용되는 혼화재로서 플라이 애쉬(Fly Ash)를 첨가한 타일시멘트 조성물이 제공된다. 일반적으로 플라이 애쉬는 시멘트 수화물 중의 수산화 칼슘과 반응하여 물에 녹지 않는 불용성의 화합물을 생성하여 시멘트 수화조직을 치밀하게 하며, 건습의 반복으로 인한 길이 변화를 저감시키는 특징이 있다.
또한, 플라이 애쉬는 화력발전소, 제철소의 연돌에서 집진한 연료의 연소 폐기물이므로, 시멘트에 비하여 가격이 저렴하며 산업폐기물을 재활용한다는 점에서 환경을 보호할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 타일시멘트 조성물에서는, 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 7% 이상 11% 이하가 되도록 플라이 애쉬가 첨가된다. 여기서 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이라 함은, 플라이 애쉬와 시멘트를 합한 중량에 대한 플라이 애쉬의 사용량을 의미한다. 즉, 플라이 애쉬의 시멘트 대체율은 (플라이 애쉬의 사용량)/(플라이 애쉬의 사용량 + 시멘트 사용량) 이다.
플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 11%를 초과하게 되면 전단접착강도가 저하되어 타일시멘트로서 적합하지 않게 된다. 한편, 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 7% 미만인 경우에는 시멘트를 플라이 애쉬로 대체함에 따른 경제적인 장점이 없어진다. 전단강도를 기준으로 할 때, 본 발명에 있어서, 가장 바람직한 플라이 애쉬의 시멘트 대체율은 10%이다.
플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 7% 이상 11% 이하인 본 발명의 경우, 모르타르의 흐름값은 종래의 타일시멘트 수준을 유지하게 된다. 따라서, 위와 같은 범위의 플라이 애쉬를 사용하므로써, 시멘트의 사용량을 절약하면서도 전단접착강도 및 흐름값 면에서 플라이 애쉬를 사용하지 아니한 종래의 타일시멘트 조성물과 동등한 또는 그 이상의 양호한 물성을 가진 타일시멘트 조성물을 만들 수 있게 된다.
다음에서는 최적의 혼화제 첨가비 0.9% 및 메칠셀룰로오스 사용 비율 0.7일경우에 대하여 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 각각 0%, 5%, 7%, 10% 및 15%인 경우에 대하여 실험을 수행하였다.
(비교실험예5)
잔골재량 : 1200g
메칠셀룰로오스 사용량 : 5.6g
폴리비닐알코올 사용량 : 2.4g
시멘트 사용량 : 800g
플라이 애쉬의 사용량 : 0g (플라이 애쉬의 시멘트 대체율 0%)
(비교실험예6)
잔골재량 : 1200g
메칠셀룰로오스 사용량 : 5.6g
폴리비닐알코올 사용량 : 2.4g
시멘트 사용량 : 760g
플라이 애쉬의 사용량 : 40g (플라이 애쉬의 시멘트 대체율 5%)
(실험예5)
잔골재량 : 1200g
메칠셀룰로오스 사용량 : 5.6g
폴리비닐알코올 사용량 : 2.4g
시멘트 사용량 : 744g
플라이 애쉬의 사용량 : 56g (플라이 애쉬의 시멘트 대체율 7%)
(실험예6)
잔골재량 : 1200g
메칠셀룰로오스 사용량 : 5.6g
폴리비닐알코올 사용량 : 2.4g
시멘트 사용량 : 720g
플라이 애쉬의 사용량 : 60g (플라이 애쉬의 시멘트 대체율 10%)
(비교실험예7)
잔골재량 : 1200g
메칠셀룰로오스 사용량 : 5.6g
폴리비닐알코올 사용량 : 2.4g
시멘트 사용량 : 680g
플라이 애쉬의 사용량 : 120g (플라이 애쉬의 시멘트 대체율 15%)
위와 같은 실험예 및 비교실험예에 대하여 전단강도 및 흐름값을 각각 측정하였다.
(1) 전단강도
비교실시예4, 비교실시예5, 실시예5, 실시예6 및 비교실시예6의 전단접착강도를 측정한 결과 각각 1000㎏/㎠, 1030㎏/㎠, 1170㎏/㎠, 1190㎏/㎠ 및 1046㎏/㎠로 나타났다.
위의 결과로부터 본 발명의 타일시멘트 조성물에 해당하는 실시예5 및 실시예6이 우수한 전단접착강도를 보이는 것을 확인하였으며, 플라이 애쉬의 사용량이 많은 비교실시예6의 경우는 전단접착강도가 다소 감소하는 것을 확인하였다.
(2) 흐름값
흐름값을 측정한 결과, 비교실시예4, 비교실시예5, 실시예5, 실시예6 및 비교실시예6은 각각 13.2㎝, 13.5㎝, 13.8㎝, 13.6㎝ 및 14.3㎝로 측정되었다.
비교실시예4, 비교실시예5, 실시예5 및 실시예6의 흐름값은 대체로 적정한 것으로 나타났으나, 비교실시예6의 경우는 흐름값이 과도하여 바람직하지 아니한 것으로 나타났다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물을 사용하면, 기존 타일 시멘트의 내구성 저하 원인인 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창 등을 개선하여 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있었다.
또한, 산업 부산물인 플라이 애쉬를 혼입하여 기존 제품에 비해 강도 저하가 거의 없고 작업성이 거의 같은 타일부착용 시멘트를 얻을 수 있었다. 또한, 산업 부산물을 이용함으로써 환경 친화적인 제품을 생산하였으며, 원가도 기존 제품에 비해 저렴한 것으로 나타났다.
이상에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 따라 자유로운 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 시멘트, 무기골재 및 혼화제로 조성된 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물에 있어서,
    상기 혼화제는 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창을 개선하여 내구성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올의 혼합물로 이루어져 있고 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트와 플라이 애쉬의 중량에 대하여 0.9%로 첨가되며;
    상기 혼화제에서 상기 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올 각각의 사용량을 합한 혼화제의 사용량에 대한 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.7이며;
    플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 9% 내지 10%이 되도록 플라이 애쉬를 포함하고;
    잔골재를 시멘트와 플라이 애쉬의 100중량부에 대하여 150중량부의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물.
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