KR100407668B1 - 속경성및자기평활성을갖는시멘트계모트라트조성물 - Google Patents

속경성및자기평활성을갖는시멘트계모트라트조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축물 바닥의 수평성, 내구성, 속경성 등 제반 물성을 향상시킨 속경성 및 자기 평활성(Self Leveling)을 갖는 시멘트계 모르타르(Mortar) 조성물에 관한 것이다.
구체적으로는 시멘트 100중량부에 대해 규사 50∼250중량부, 석회석 10∼100중량부, 칼슘ㆍ알루미나계 화합물과 황산칼슘의 혼합분말을 10∼200중량부로 이루어진 혼합물에 분산제, 증점제, 소포제, 지연제로 구성된 유기 혼화제가 1.0∼5.0중량부, 비닐에스테르계 공중합체 1.0∼25.0중량부를 혼합하여서 된 속경성 및 자기 평활성을 갖는 시멘트계 모르타르 조성물에 관한 것이다.
이러한 시멘트 조성물은 시멘트에 의한 건조 수축율이 현저하게 줄어 종래 자기 평활성 시멘트계 조성물의 문제점으로 대두되었던 균열ㆍ박리현상이 제거되었으며 백화 현상에 의한 침출물의 발생이 해결하였고, 점도 및 유동성의 상승으로 인해 작업성이 뛰어나며 골재 분리 현상이 사라져 종래 문제시 되었던 미세 물질의 부유현상이 제거 되어 이물질에 의한 바닥 마감제의 접착 불량이 개선되었다.

Description

속경성 및 자기 평활성을 갖는 시멘트계 모르타르 조성물
본 발명은 건축물 바닥의 수평성, 내구성, 속경성 등 제반 물성을 향상시킨 속경성 및 자기 평활성(Self Leveling)을 갖는 시멘트계 모르타르(Mortar) 조성물에 관한 것이다.
자기 평활성이란 시멘트 모르타르 조성물을 사용함에 있어 인위적 작용이 없어 조성물 자체가 갖고 있는 유동성에 의해 평활한 면을 형성하는 성질을 말한다.
토목 건축 분야에서 널리 사용되고 있는 시멘트계 모르타르 조성물은 시멘트, 골재, 물을 적절히 조합하여서 된 기재(基材)로서 시멘트 모르타르 또는 약칭으로 모르타르라 한다. 이 시멘트 모르타르의 특성은 시멘트의 수화(水和) 특성과 관련이 있어 조성물의 조성비율에 크게 영향을 받는다. 통상 시공에 있어 작업 능률을 향상시키기 위한 수단으로 이용되는 필요 이상의 가수(加水)는 많은 문제점을 야기시키게 된다. 즉, 브리딩(Bleeding) 현상에 의한 표면 침출물의 발생, 강도 저하, 건조시 지나친 수축 등을 초래하게 된다. 모르타르의 브리딩은 골재의 잔분 및 미세물질을 표면에 침출되게 하여 경화 후 재마감 작업 등이 필요하게 되며 마감재의 접착강도를 약하게 하는 원인이 되기도 하며 분진 발생에 의해 미관 및 환경상의 문제를 발생시키는 단점이 있다. 또한 건조 수축의 증가는 균열(Crack) 및 박리 현상을 초래하여 강도 저하와 함께 건물의 내구년한을 감소시키는 문제점을 발생시킨다. 또한 시멘트 모르타르의 작업성을 가수(加水)에 의해 향상시키는 일에는 상기의 문제점으로 제한되어 숙련된 미장공에 의해서도 평활한 면을 형성하기가 매우 어렵게 되어 있으며 평활한 면을 얻지 못한 경우 빛의 난반사, 집기류의 설치시 불균형에 의한 수명 단축 등 많은 문제점을 수반하게 된다.
이러한 시멘트계 조성물의 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 국내 공고특허공보 제 85-1252 호, 공개특허공보 제 91-14322 호, 일본국 공개특허공보 소 55-203745 호, 소 60-195046 호, 소 62-138349 호 등이 제안된바 있으나 이의 기술은 유동성의 향상에 의한 작업성의 향상은 되었으나 균열 및 박리 등의 원인인 건조 수축 문제가 간과되어 여전히 문제점을 내포하고 있다.
특히 일본 공개특허공보 소 59-203745 호에 게재된 기술내용과 같이 균열 방지를 위해 팽창재를 사용할 경우 유동성이 현격하게 줄어들어 팽창재의 투입량이 많을 경우 팽창압에 의한 균열이 경화 초기에 발생하거나 투입량이 적을 경우 장기 경과후에 미세 균열이 발생하게 되어 실제 사용에 있어 많은 위험을 초래하게 된다. 또한 일본 공개특허공보 소 62-138349 호에서는 조성물의 조기 경화를 위해 탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3) 등의 경화제를 사용하였으나 이로 인한 유동성 손실이 심하여 작업성이 현저히 떨어지는 문제가 발생하였다.
본 발명은 시멘트 모르타르의 일반적 단점과 종래의 자기 평활성 조성물이갖고 있는 문제점을 해결한 자기 평활성 시멘트계 모르타르 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 즉, 수평 작업이 용이하도록 자기 평활성을 부여하는 것 외에 조기 강도 발휘 및 침출물 방지와 균열ㆍ박리 현상의 방지 기술이다. 본원 발명은 시멘트 100중량부에 대해 골재 50∼250중량부, 석회석 10∼100중량부, 칼슘ㆍ알루미나계(CaOㆍAl2O3) 화합물(이하 'CA계 화합물'이라 한다)과 황산칼슘(CaSO4)의 혼합분말 10∼200중량부의 혼합물에 분산제, 증점제, 소포제, 지연제로 구성된 유기 혼화제가 1.0∼5.0중량부, 비닐에스테르계 공중합체 1.0∼25.0중량부를 혼합하여서 된 것이다. 여기서 칼슘ㆍ알루미나계 화합물과 황산칼슘의 혼합분말 사용량이 10중량부 미만일 경우에는 실제로 건조 수축율을 줄이는 효과를 기대하기 힘들며 200중량부 초과시에는 과다한 팽창에 의해 표면 균열이 발생할 우려가 있으며 강도저하, 작업시간 단축등 악영향을 미치므로 사용량을 10∼200중량부로 함이 적당하다. 상기 CA계 화합물은 화학조성이 Al2O331.8중량%, CaO 40.6중량%, SiO23.1중량%, Fe2O31.0중량%, TiO21.2중량%, SO322.3중량%로 구성된 것을 사용한다. 작업성 향상과 접착력 증대, 내충격성 부여를 목적으로 사용되는 비닐에스테르 공중합체는 아세트산 비닐과 에틸렌의 공중합체로서 그 사용량은 1.0∼25.0중량부로 함이 적당하다. 만일 25.0중량부를 초과할 경우 점도상승율에 비해 유동성 상승이 지나치게 높아져 표면침출현상이 발생하고 표면반점의 얼룩발생등의 역효과를 미치게 된다.
우선 본 발명에서의 CA계 화합물과 황산칼슘 사용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 시멘트의 수화 반응에서는 시멘트에 비해 시멘트 수화물의 용적이 크나 수화물은 시멘트 입자와 자유수의 감소로 인해 생기는 공극속에 석출하므로 심한 팽창이 따르지 않는다. 이에 반해 난용성 물질이 수화할 때는 이온의 이동거리는 극히 한정되며 고상 반응에 가까운 모습으로 입자 주위에 수화물이 생기므로 체적 팽창을 일으킨다. 본 발명에서는 이러한 체적 팽창의 메카니즘을 이용, 기재의 수축을 상쇄하여 건조수축시 발생하는 균열 및 박리현상을 방지하였다. 즉, 본 발명에서는 CA계 화합물과 황산칼슘을 조성물에 첨가하여 시멘트 수화 초기에 저비중의 수화물을 적절히 발생시키므로서 팽창 표과를 부여하여 장기적으로 발생이 예상되는 수축을 상쇄, 종래 시멘트 모르타르가 갖고 있던 균열ㆍ박리의 발생 문제를 해결하였다. CA계 화합물은 수화 활성이 커 물과 접촉하여 급격히 반응, 칼슘모노설페이트 수화물이나 에트린자이트(Ettringite : 칼슘과 알루미늄의 수화 황산염)를 생성한다.(표 1 참조) 또한 황산칼슘은 시멘트 수화초기에 CA계 화합물과 반응하여 에트린자이트를 형성하는데 이 에트린자이트는 다른 수화생성물의 밀도가 평균 2.5g/cm3인 것에 비해 1.73g/cm3으로서 저밀도이기 때문에 그 생성시에 체적 증가를 동반한다. 이 체적 증가는 시멘트 경화체가 건조시 발생되는 수축을 상쇄, 수축율에 안정성을 부여할 수 있다.
표 1. CA계 화합물과 황산칼슘의 수화반응도
또한 CA계 화합물은 시멘트 수화 초기에 급격히 반응하는 성질이 있어 시멘트계 조성물의 속경성을 가공한다. 시멘트계 조성물의 빠른 경화는 시공 현장에서의 공사기간 조절이 용이하다는 장점과 더불어 경화체 표면의 침출물 생성 방지에 상당한 효력을 발생하였다. 즉 시멘트 경화체의 경화가 느릴 경우 수화 반응 물질의 생성이 늦어지고 모세관 충진이 불충분하여 수분의 이동이 자유로와 미반응 시멘트분의 용출(백화 현상)에 의해 표면에 침출물이 발생하기 쉽다. 이에 시멘트계 조성물에 속경성을 부여하여 수화를 촉진시켜 모세관 충진 등 조직의 치밀화를 통해 침출물의 생성을 방지하였다. 본 발명에서는 상기와 같이 조기강도 발휘 및 침출물 방지와 균열ㆍ박리 현상의 방지를 위해 CA계 화합물과 황산칼슘(CaSO4)의 혼합물을 시멘트 100중량부에 대하여 10∼200 중량부를 사용하였다.
본 발명의 특징으로서 종래 자기 수평성 시멘트계 조성물에서 사용되고 있는유동화제 또는 분산제의 개선을 들 수 있다. 종래의 자기 수평성 조성물 기술에서는 유동성 발휘를 위해 나프탈린, 멜라민, 리그닌술폰산계 축합물 및 비이온계 계면활성제 등이 분산제로 사용되고 있으며 증점제로서 셀룰로오즈계 증점제가 사용되고 있다. 그러나 이들 첨가제만을 사용할 경우에는 조성물 중의 저비중 물질이 표면으로 침출되어 외관을 해치거나 표면상태가 부실하게 되는 브리딩 현상이 발생하며 이를 방지하기 위해서는 점도가 필요 이상으로 상승되어 원료의 혼합이 어려우며 작업에 필요한 유동성이 발휘되지 못하는 단점이 있다. 본 발명에서는 상기 첨가제외에 아세트산 비닐과 에틸렌의 공중합체인 비닐에스테르 공중합체의 사용을 특징으로 하는 바 이는 선행기술의 문제점에 대응하여 유동성과 점도를 공히 제공하며 시간 경과에 따른 유동성의 손실을 감소시키는 효과 외에 콘크리트 하지와의 접착력 향상, 내충격성 등을 제공한다. 비닐에스테르 공중합체인 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체는 아래와 같은 구조로 이루어져 있다.
아세트산 비닐(비닐아세테이트)
에틸렌
에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(비닐에스테르 공중합체)
비닐기(CH2=CH-)는 일반적으로 점도 증진의 효과가 있으며 아세트산 중의 카르복실기(-COOH)는 유동성 부여의 효과가 있다. 카르복실기는 시멘트 입자에 강하게 흡착되고 음이온의 반발력에 의해 입자가 분산되어 조성물에 고유동성을 부여한다. 상기의 비닐 에스테르계 분산제는 30℃ 미만의 유리 전이온도를 지닌 열가소성 수지이다. 이는 본 조성물에 함유되어 유연력을 증가시키며 또한 이 분산제에 의해 장력(Tensile strength)이 향상되며 접착 결합력도 향상된다. 종래의 시멘트 모르타르는 고온이나 해동(解凍)시 상당한 압력을 받게 된다. 만약 가소성이 부족하게 되면 시멘트 모체에 균열이 생기며 그 결과 균열의 성장, 박리 등의 불안정한 물성을 보이게 된다. 본 발명의 분산제는 가소성을 조성물에 부여해 상기 문제점을 해결하였다. 또한 수지 계통의 고분자물을 사용할 때 우려되는 유동성 저하의 문제도 본 발명의 비닐 에스테르계 공중합체 중 함유되어 있는 카르복실기의 작용에 의해 거의 문제시 되지 않았다. 본 발명에서는 상기의 분산제를 시멘트 100중량부에 대해 1.0∼25중량부를 사용하여 브리딩 현상 방지 및 접착력 향상을 가져왔다.
실시예
본 발명에서 실시한 속경성 자기 평활 시멘트계 조성물의 배합예는 표 1과 같으며 이의 물성은 표 2에 나타내었다.
표 1. 자기 평활성 시멘트계 조성물의 배합예
표 2. 자기 평활성 시멘트계 조성물 물성 비교표
표 2에 나타난 바와같이 CA계 화합물과 CaSO4를 사용하여 조기에 높은 강도를 발현하였으며 균열ㆍ박리 및 침출물 방지에 효과가 있음을 알수 있었으며 조기 경화에 따른 유동성 손실의 우려가 없어 작업이 용이하였다. 또한 비닐 에스테르계 공중합체의 사용으로 점도와 유동성이 동시에 상승되어 작업성이 우수하고 브리딩 현상이 발생치 않았으며 접착 강도의 향상 등 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있었다.
본 발명의 조성중 충진재로서 시멘트 100중량부에 대해 10∼200중량부의 CA(CaOㆍAl2O3)계 화합물과 CaSO4의 혼합물을 사용하였을 경우 시멘트에 의한 건조 수축율이 현저하게 줄어 종래 자기 평활성 시멘트계 조성물의 문제점으로 대두되었던 균열ㆍ박리 현상이 제거되었으며 백화 현상에 의한 침출물의 발생이 해결하였고, 비닐에스테르계 공중합체를 시멘트 100중량부에 대해 1.0∼25.0중량부 사용했을 경우 점도 및 유동성의 상승으로 인해 작업성이 뛰어나며 골재 분리 현상이 사라져 종래 문제시 되었던 미세 물질의 부유현상이 제거되어 이물질에 의한 바닥 마감재의 접착 불량이 개선되었다.

Claims (1)

  1. 시멘트계 모르타르 조성물에 있어서, 시멘트 100중량부에 대해 규사 50∼250중량부, 석회석 10∼100중량부, 칼슘ㆍ알루미나계 화합물과 황산산칼슘의 혼합분말을 10∼200중량부로 이루어진 혼합물에 분산제, 증점제, 소포제, 지연제로 구성된 유기 혼화제가 1.0∼5.0중량부, 비닐에스테르계 공중합체 1.0∼25.0중량부를 혼합하여서 된 속경성 및 자기 평활성을 갖는 시멘트계 모르타르 조성물.
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