KR100399618B1 - 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부원료로서 공지의 석고나 생석회를 사용하고, 시멘트 건조수축 보상광물인 에트링가이트의 생성에 공지의 칼슘 설포 알루미네이트 대신에 하소 명반석 중의 황산칼륨 알루미늄 성분을 이용하는 것으로서, 하소 명반석 중의 황산칼륨 알루미늄과 석고중의 황산이온과 생석회 중의 칼슘이온이 결합하여 시멘트 중에 팽창성 광물인 에트링가이트를 최대한 생성시켜 시멘트의 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있는 시멘트 콘크리트용 팽창재에 관한 것이다.

본 발명의 주요구성은 유동화제를 포함하는 팽창재에 있어서, 하소 명반석 19.2중량%, 생 명반석 12.5중량%, 무수석고 50.8중량%, 생석회 16.2중량%, 메틸셀루로오스 0.5중량%, 스테아린산 아연 0.6중량%, 유동화제 0.2중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다.

Description

시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법{Manufacture Method of Expansive Material for Cement and Concrete Crack}

본 발명은 시멘트 콘크리트용 팽창재의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 부원료로서 공지의 석고나 생석회를 사용하고, 시멘트 건조수축 보상광물인 에트링가이트의 생성에 공지의 칼슘 설포 알루미네이트 대신에 하소 명반석 중의 황산칼륨 알루미늄 [KAl(SO4)2]성분을 이용하는 것으로서, 하소 명반석 중의 황산칼륨 알루미늄과 석고중의 황산이온과 생석회 중의 칼슘이온이 결합하여 시멘트 중에 팽창성 광물인 에트링가이트를 최대한 생성시켜 시멘트의 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있는 시멘트 콘크리트용 팽창재의 제조방법에 관한 것이다.또한 하소 명반석의 황산칼륨 알루미늄의 또다른 특성인 시멘트 조강 특성과 셀룰로오스 화합물의 보습 특성, 스테아린산 염의 시멘트 겔(gel) 내의 자유수의 이동을 원활하게 하는 작용을 활용하여 시멘트 모르터의 초기 소성수축(Plastic Shrinkage)에 의한 수축균열을 방지하여 공동주택 바닥용 온돌 모르터의 균열을 방지하는 시멘트 콘크리트용 팽창재의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 공동주택 온돌 미장 모르터의 균열을 방지하기 위한 재료는 크게 두가지로 사용되어 왔다.

1) 물리적인 방법에 의한 재료의 종류

가) 와이어 메쉬(와이어 라스,Wire Laths)

와이어 메쉬는 KSF 4551에 규정되어 있으며 주로 시멘트 모르터의 바탕에 사용 되는 것으로 규정되어 있다. 이는 단열층(기포 콘크리트 등) 위의 온수배관 위에 설치하여 2방향성 인장응력에 의하여 모르터의 균열을 억제한다는 이론에 의해 사용했었으나, 정확한 시공이 어렵고 그 효과가 미흡하여 현재는 거의 사용하지 않고 있다.

나) 메탈 라스(Metal Laths)

메탈라스는 미장공사의 바탕 및 콘크리트의 바탕에 사용하는 재료로서 KSF 4552(메탈라스)에 규정되어 있다. 종류로는 평평라스, 봉우리라스, 파형라스 및 리브라스의 4종류로 구분하며 방청 처리한 것과 처리하지 않은 것으로 구분된다. 현재 물리적 균열방지용 재료로 섬유보강재와 더불어 가장 많이 사용되고 있으며 섬유보강재와 함께 사용하였을 경우 아파트 30평형 기준 하여 발생되는 균열길이는 약 25 m 정도이다. 와이어 메쉬와 마찬가지로 정확한 시공이 어렵고 근본적으로는 균열방지 효과가 부족하며, 기타 모르터 경화 후 모르터 표면 위로 튀어나온 메탈라스 끝 부분을 제거해야 하는 이중 시공하자 부담이 있어 사용이 감소하고 있는 추세이다.

다) 섬유보강재

섬유보강재는 원래 콘크리트 물성 개선용으로 개발 된 것을 국내에서는 온돌미장 모르터 균열저감용으로 응용한 것이다. 주로 폴리프로필렌(비중:0.92)계 섬유혹은 폴리에스터(비중:1.31) 섬유가 사용되고 있는데 폴리 프로필렌계 제품은 부착력 증대를 위한 표면 개질을 실시한 제품이고, 폴리에스터 제품은 내알카리성 향상을 위한 제품이며 Flexural Strength 및 Tensile Strength의 향상에는 확실하게 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또 균열 방지용 재료로서 메탈라스는 2차원 평면보강인 반면 섬유보강재는 3차원 입체보강이라는 점에서 메탈라스 보다 우수할 것으로 예상되었으나, 시공 환경 및 특성이 독특한 방바닥 마감 모르터의 경우에는 효과 면에서 메탈라스와 비슷한 정도의 결과가 나타난다.

2) 화학적인 방법에 의한 재료의 종류

가) 석회-석고 계 팽창재

석회-석고 계 팽창재는 온돌미장 모르터의 균열방지용으로 국내에서 최초로 사용한 것은 충남 서산의 현대정유공장에서 원유의 탈황공정에서 나오는 부산물을 이용한 것으로서 저렴한 가격으로 팽창성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 정유공장의 탈황공정의 공정 이상이나 공정개선 혹은 탈황공정에 사용되는 석회석(또는 백운석)의 품위에 따라 품질의 편차가 크고 또 팽창특성의 지속적인 유지 측면에서도 문제가 있어 경제성과 성능을 조화시키는 개선이 필요한 실정이다. 현재 사용되고 있는 석회-석고 계 팽창재는 원유공장의 탈황 부산물이 주종을 이루고 있으며 기타 일부 업체에서 각각의 재료배합에 의한 제품을 판매하고 있다. 또한 혼화재로서의 판매뿐 아니라 일부 시멘트회사에서는 공장배합 모르터 또는 시멘트에 혼합한 상태로서 이용이 되고 있다.

나) 아우인계(CSA) 팽창재

팽창재로서 그라우트용 시멘트 등의 정밀한 성능 발현이 필요한 곳에 많이 사용되고 있으나 가격은 석회-석고계 팽창재 보다 비싼 편이며, 온돌 미장 모르터 용으로는 품질의 불안정한 이유로 인하여 범용적으로 사용되고 있지는 않다. 아우인계(CSA) 팽창재의 개발을 위해서는 CSA가 그 조성에 따라 조강성, 속경성, 팽창성을 나타내는 바 온돌미장 모르터 용으로 적절한 기준을 찾는 것이 중요하며 한편 경제성을 확보하는 것이 주요한 개발 포인트가 되고 있다.

3) 소성수축 균열

소성수축 균열은 온돌미장 모르터 시공 직후에서 하루 이틀 사이에 발생하는 균열로 기후 요인에 의해 타설 된 모르터가 응결되기 전에 급격히 물을 잃으면서 발생하는 균열이다. 그런데 원인은 정확히 밝혀지지 않고 있으나 최근 들어 건조기(봄, 가을)에 타설하는 온돌미장 모르터에서 소성수축 균열의 발생이 눈에 띄게 증가하고 있는데, 이는 작업성을 심각히 저해할 뿐만 아니라 시공 품질 차원에서 감리측과 많은 마찰을 불러일으키고 있다. 또한 하자보수비를 증가시키는 동시에 양생된 모르터의 일체성 부족으로 건조수축 균열을 많이 유발시키는 것으로 나타나 이에 대책이 시급한 실정이지만 현재로서는 이에 대한 뚜렷한 대책이 없는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 명반석을 주원료로 사용하여 온돌미장 모르터의 초기 소성수축을 제어하기 위하여 보습 특성이 강한 셀루로오스 화합물과 소성수축의 가장 중요한 요인인 시멘트 겔 내의 자유수의 이동을 원활히 하기 위하여 스테아린산 염을 사용하여 시멘트의 초기 소성수축에 의한 균열의 제어가 원활하게 되고, 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있는 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 명반석의 X-선 회절분석 결과.

도 2은 명반석의 시차 열분석 결과.

도 3은 본 발명의 팽장재를 사용한 바닥 온돌용 모르터의 전자현미경 사진.

도 4는 에트링가이트에 대한 분말 X-선 회절분석결과.

도 5는 본 발명에 의한 팽창재를 사용한 시공현장의 사진.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법은 통상의 유동화제를 포함하는 팽창재의 제조방법에 있어서, 하소 명반석 19.2중량%, 생 명반석 12.5중량%, 무수석고 50.8중량%, 생석회 16.2중량%, 메틸셀루로오스 0.5중량%, 스테아린산 아연 0.6중량%, 유동화제 0.2중량%를 혼합한는 것을 특징으로 한다.바람직하게, 상기 하소 명반석은 명반석을 1분당 섭씨 10℃의 승온속도로 섭씨 650℃까지 상승시킨 후 이 온도에서 약 60분 내지 2시간 동안 소성시간을 유지하여 제조된 것을 특징으로 하다.이하, 본 발명의 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.본 발명의 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재는 하소 명반석, 생 명반석, 무수석고, 생석회, 메틸셀루로오스, 스테아린산, 유동화제를 혼합하여 제조된다.본 발명에서 사용된 명반석은 표 1에 나타낸 바와 같은 화학조성을 갖으며, 도 1과 같은 X-선 회절분석 결과를 갖으며, 도 2와 같은 시차 열분석 결과를 갖는다. 본 발명의 하소 명반석은 명반석을 550℃∼650℃로 승온시킨 후에 약 1시간 내지 2시간 동안 하소하여 제조된다. 예를 들면, 명반석 1,000g을 승온속도 10℃/분으로 가열한 후에 최고온도 650℃에서 1시간 소성하면 하소 명반석 약 720g을 제조할 수 있다.그 후, 전체 중량를 기준으로 제조된 하소 명반석 19.2중량%, 생 명반석 12.5중량%, 무수석고 50.8중량%, 생석회 16.2중량%, 메틸셀루로오스 0.5중량%, 스테아린산 아연 0.6중량%, 유동화제 0.2중량%를 혼합하여 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재를 제조한다.이때, 유동화제는 균열방지용 팽창재의 유동성을 확보하기 위해 투입되는 일반적인 재료로서 물 또는 멜라민설폰산 포름알데히드계 등이 사용된다.이와 같이 제조된 팽창화제를 시멘트 중량에 대하여 약 10%로 첨가하여 사용한다. 예를 들면, 공동주택 바닥 온돌용 모르터의 경우에는 시멘트 450kg, 모래 1,500kg, 물 300kg에 본 발명에 의해 제조된 팽창재 50kg을 혼합하여 생성하여 전자현미경으로 촬영하여 도 3에 나타내었으며, 팽창성 광물인 에트링가이트에 대한 분말 X-선 회절분석결과를 도 4에 각각 나타내었다.이때, 에트링가이트는 시멘트 건조수축 보상광물로서 혼합되는 하소 명반석 중에 포함된 황산칼륨 알루미늄[KAl(SO4)2]과 석고에 포함된 황산이온과 생석회에 포함된 칼슘이온이 결합하여 생성되며, 시멘트의 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하기로 하며, 후술할 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1000kg의 팽창재를 제조할 경우에, 하소 명반석 192kg과, 명반석 125kg, 석고 508kg과, 생석회 162kg, 메틸 셀루로오스 5kg, 스테아린산 아연 6kg, 유동화제로서 멜라민설폰산 포름알데히드 축합물 2kg을 혼합하여 팽창재를 제조하였다.그 후, 시멘트 450kg과 제조된 팽창재 50kg, 모래 1,500kg, 물 300kg을 혼합하여 공동주택 바닥 온돌용 모르터로 하였다.이와 같이 제조된 공동주택 바닥 온돌용 모르터의 균열저감 효과에 대한 모르터의 물리적 성질을 표 2에 나타내었고, 직접 시공현장에 적용한 사진을 도 5 및 팽창재적용 현장의 균열발생 특성를 표 3에 나타내었다. 표 2 및 표 3에의 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 의해 제조된 팽창재는 온돌미장용 모르터의 균열방지에 최적효과를 나타냄을 알 수 있었다.

상기와 같이, 본 고안에 의해 제조된 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재는 온돌미장용 모르터의 균열방지에 적합하다.또한, 시멘트의 초기 소성수축에 의한 균열의 제어가 원활하게 되고, 건조수축에 의한 균열을 방지할 수 있다.또한, 공동주택 온돌미장 모르터의 균열방지, 팽창성 콘크리트의 제조, 콘크리트 2차제품의 수축 균열방지. 무수축 그라우트재의 무수축용으로 사용할 수 있다.

Claims (3)

1. 통상의 유동화제를 포함하는 팽창재의 제조방법에 있어서, 하소 명반석 19.2중량%, 생 명반석 12.5중량%, 무수석고 50.8중량%, 생석회 16.2중량%, 메틸셀루로오스 0.5중량%, 스테아린산 아연 0.6중량%, 유동화제 0.2중량%을 혼합한 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하소 명반석은 1분당 섭씨10℃의 승온속도로 섭씨 650℃까지 상승시킨 후 이 온도에서 약 60분 내지 2시간 동안 소성시간을 유지하여 제조된 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 균열방지용 팽창재의 제조방법.
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