KR100635902B1 - 시멘트용 급경성 조성물, 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

양호한 겔의 기립 강도나 단시간 강도의 발현을 갖고, 공극 또는 유수가 많은 지산 등에 대한 충전을 가능하게 하는, 시멘트용 급경성 조성물, 제조 방법 및 시공 방법을 제공한다.

칼슘 알루미네이트 100질량부에 대하여, 무기 황산염을 바람직하게는 50∼200질량부를 함유하는 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 또, 블레인 비표면적값이 7500cm²/g 인 시멘트용 급경성 조성물. 그 급경성 조성물은, 바람직하게는, 블레인 비표면적값이 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와, 블레인 비표면적값이 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을, 블레인 비표면적값 7500cm²/g 이상으로 혼합 분쇄하여 제조된다.

시멘트용 급경성 조성물

Description

시멘트용 급경성 조성물, 및 그 제조 방법{RAPIDLY CURABLE COMPOSITION FOR CEMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 시멘트용 급경성(急硬性) 조성물 및 그 제조 방법, 또한, 그 시멘트 급경성 조성물을 사용한 시공 방법에 관한 것이다.

종래, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염으로 이루어지는 시멘트용 급경성 조성물은, 응결 조정제를 첨가한 물에 개어 혼합한 혼합 반죽 현탁액으로서, 시멘트를 함유하는 혼합 반죽 현탁액에 합류시켜 혼합하여, 예를 들어, 토목 공사 등에 있어서의 토양 중의 용수부(湧水部)에 주입하는 것에 의해 지수(止水)를 꾀하는 공법 등, 지반 개량에 사용되고 있다 (일본 공개특허공보 소57-016089호 참조).

여기서, 사용되는 급경성 조성물을 비롯한 시멘트계의 주입재는, 그 유동성이 없어져 경화되는 과정에서 그 겔이 강하지 않으면, 겔에 힘을 가하는 것에 의해 슬러지 (sludge) 형상으로 되어, 예를 들면, 유수(流水)가 있는 경우 등에서는 그 주입 효과를 발휘할 수 없게 되기 때문에, 이 겔이 허물어지지 않는 강도가 필요하게 된다. 본 발명에서는, 이것을 「겔의 기립(rising) 강도」라고 한다.

종래, 사용되는 급경성 조성물은, 블레인 비표면적값 3000cm²/g 이상, 또는 5000cm²/g 이상의 칼슘 알루미네이트나 무기 황산염이 사용되고, 응결 조정제의 첨가량에 의해 유동성 유지 시간을 자유롭게 조정할 수 있으며, 또한, 시멘트의 배합량에 의해서 강도를 조정할 수 있기 때문에, 터널, 도로 및 하수도 등의 지반 개량에 폭넓게 사용되고 있다.

그러나, 급경성 조성물은 병용하는 시멘트의 종류의 영향을 크게 받기 때문에, 시멘트의 JIS 규격 (JIS R 5210) 의 개정에 의해, 고로 슬래그나 석회석 등이 분쇄된 것이 혼화되게 되어, 고함수율 배합에 있어서의 겔의 기립 강도가 저감되는 경향이 있었다. 이 때문에, 종래와 같은 급경성 조성물에서는, 유수가 많은 지산(地山) 등에 대한 주입시에는 소정 위치에 주입하기가 어렵다는 등의 과제가 발생되었다.

본 발명은, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하는 급경성 조성물에, 응결 조정제를 첨가하여 고함수율로 혼합 반죽한 혼합 반죽 현탁액과, 마찬가지로 고함수율로 혼합 반죽한 시멘트의 혼합 반죽 현탁액을 시공시에 합류시켜 원하는 장소에 충전하는 시공 방법에 사용되는 시멘트용 급경성 조성물로서, 양호한 겔의 기립 강도나 단시간 강도의 발현을 가지고, 공극(空隙), 또는 유수가 많은 지산 등에 대한 충전을 가능하게 하는, 급경성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해 여러가지로 검토를 거듭한 결과, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 종래에는 없었던, 블레인 비표면적값이 매우 높은 급경성 조성물, 특히, 둘 다 특정한 분말도로 분쇄한 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 혼합 분쇄하여, 특정한 매우 높은 분말도로 함으로써 얻어지는 급경성 조성물이, 고함수율 배합에 있어서의 혼합 반죽 현탁액에서도 겔의 기립 강도나 초기 강도를 향상시키는 것이 가능해져 상기 목적을 달성할 수 있음을 새롭게 발견하여, 이것에 근거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이렇게 해서 본 발명은, 하기와 같은 요지를 특징으로 하는 것이다.

(1) 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 또 블레인 비표면적값이 7500cm²/g 이상인 것을 특징으로 하는 시멘트용 급경성 조성물.

(2) 칼슘 알루미네이트 100질량부에 대하여, 무기 황산염 50∼200질량부를 함유하는 상기 (1) 에 기재된 시멘트용 급경성 조성물.

(3) 블레인 비표면적값이 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와, 블레인 비표면적값이 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을, 블레인 비표면적값 7500cm²/g 이상으로 혼합 분쇄하는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 시멘트용 급경성 조성물의 제조 방법.

(4) 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 블레인 비표면적값이 7500cm²/g 이상인 급경성 조성물, 응결 조정제 및 물의 혼합 반죽 현탁액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급경성 혼합 반죽 현탁액.

(5) 응결 조정제를 함유하는 물을 수용하는 믹서에 대하여, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 블레인 비표면적값이 7500cm²/g 이상인 시멘트 급경성 조성물을 첨가하여, 혼합 반죽하는 상기 (4) 에 기재된 급경성 혼합 반죽 현탁액의 제조 방법.

(6) 칼슘 알루미네이트 100질량부에 대하여, 무기 황산염을 50∼200질량부, 및 응결 조정제를, 칼슘 알루미네이트 및 무기 황산염 100질량부에 대하여 0.5∼4질량부 사용하는 상기 (5) 에 기재된 급경성 혼합 반죽 현탁액의 제조 방법.

(7) 제 4 항에 기재된 급경성 혼합 반죽 현탁액, 및 시멘트와 물의 혼합 반죽 현탁액을 각각 별개로 반송하고, 시공 직전에 혼합하여 지반에 주입하는 시공 방법.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

또, 본 발명에 있어서의 「부」나 「%」는 특별히 규정하지 않는 한 질량기준이다.

본 발명에서 사용하는 칼슘 알루미네이트로는, 화학 성분으로 CaO 나 Al₂O₃ 를 유효 성분으로서 함유하는 것으로, 예를 들면, 12CaOㆍ7Al₂O₃, 11CaOㆍ7Al₂O₃ㆍCaF₂, CaOㆍAl₂O₃, 및 3CaOㆍAl ₂O₃ 등의 용융 생성물 또는 소성 생성물을 사용할 수 있고, 결정질 또는 비정질 상관없이 어느 것이나 사용이 가능하다.

또한, 본 발명에서 사용하는 칼슘 알루미네이트는, 알칼리 금속을 함유하는 칼슘알루미네이트 소성물이나 SiO₂ 를 많이 함유하는 야금(冶金) 슬래그 등의 알루미노규산칼슘을 사용할 수 있다.

이들 중, 12CaOㆍ7Al₂O₃ 나 11CaOㆍ7Al₂O₃ㆍCaF₂ 등의 비정질의 칼슘알루미네이트가 특히 급경성이 커 보다 바람직하다.

칼슘 알루미네이트의 분말도는, 블레인 비표면적값 (이하, 블레인값이라고도 한다) 으로 4000∼6000cm²/g 이고, 5000∼6000cm²/g 가 바람직하다. 이 범위 밖에서는 급경성 효과도 그다지 기대할 수 없고, 분쇄 효율도 저하되는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 무기 황산염이란, 에트린가이트나 모노설페이트 수화물의 생성량을 증진시키는 것으로, 대표적인 것으로 석고가 있어, 무수 석고, 반수 석고 및 이수(二水) 석고를 들 수 있으며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 강도 발현성을 양호하게 한다는 면에서 무수 석고의 사용이 가장 바람직하다.

무기 황산염의 분말도는, 블레인값으로 3000∼6000cm²/g 이고, 5000∼6000cm²/g 가 바람직하다. 3000cm²/g 미만에서는 혼합한 급경성 조성물의 편석이 일어나기 쉬운 경우가 있고, 6000cm²/g 를 초과하여도 급경성 효과를 기대할 수 없는 경우가 있다.

무기 황산염의 사용량은, 칼슘 알루미네이트 100부에 대하여, 50∼200부가 바람직하고, 100∼150부가 보다 바람직하다. 이 범위 밖에서는 급경성 조성물 의 단시간 강도가 낮아지는 경우가 있다.

본 발명의 급경성 조성물은, 분말도가 블레인값으로 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와, 분말도가 블레인값으로 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을 혼합 분쇄하여 블레인값 7500cm²/g 이상으로 한 것이 바람직하다. 블레인값으로 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와 블레인값으로 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을 사용하지 않고, 블레인값이 상기 본 발명의 범위 밖인, 예를 들면, 블레인값이 상기 범위보다도 작고 분말도가 작은 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 혼합 분쇄하고, 급경성 조성물의 블레인값을 7500cm²/g 이상으로 한 경우에는, 후기하는 실시예에서 보이는 바와 같이 그다지 뛰어난 효과가 얻어지지 않는다. 이것은, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염의 경도가 크게 다르기 때문에, 무기 황산염만이 우선적으로 미분화되어, 칼슘 알루미네이트가 큰 급경성을 얻는 지점까지 분쇄되지 않기 때문으로 생각된다.

본 발명에 있어서의, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염의 상기 혼합 분쇄는, 혼합 분쇄 후의 급경성 조성물의 블레인값이 7500cm²/g 이상으로 되면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 블레인값으로 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와 블레인값으로 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을 혼합하여, 얻어지는 혼합물을 공(共)분쇄할 수도 있고, 또, 배치식의 분쇄기 등을 사용하는 경우에는, 블레인값이 4000∼6000cm²/g 인 칼슘 알루미네이트와 블레인값이 3000∼6000cm²/g 인 무기 황산염을 미리 혼합하지 않고 분쇄기에 투입하여, 분쇄기 안에서 혼합하면서 분쇄할 수 있다.

본 발명에 있어서, 칼슘 알루미네이트 및/또는 무기 황산염의 분쇄에 사용하는 분쇄기에 대해서는 특별히 제한이 없지만, 바람직하게는 볼밀이나 진동밀 등의 분쇄기를 사용하는 것이 바람직하다. 분쇄기에 있어서의 분쇄 조건도 특별히 제한은 없으며, 기지의 조건에서 실시된다.

본 발명의 상기 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하는 급경성 조성물을 사용하는 경우, 그 급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액 (A) 과, 시멘트의 혼합 반죽 현탁액 (B) 을 합류 혼합하여 시공한다. 본 발명에서는, 급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액 (A) 의 반죽 방치 유지성면이나, 혼합 반죽 현탁액 (A) 과 시멘트의 혼합 반죽 현탁액 (B) 을 합류 혼합한 경우의 겔 타임 조정면에서, 응결 조정제를 사용하는 것이 바람직하다.

응결 조정제로는, 유기산과 알칼리 탄산염의 혼합물이 사용된다. 유기산은, 예를 들면, 시트르산이나 타르타르산 등의 유기 카르복시산 또는 그 염을 바람직하게 사용할 수 있다. 알칼리 탄산염은, 예를 들면, 탄산칼륨이나 나트륨 등의 알칼리 금속 탄산염을 바람직하게 사용할 수 있다.

유기산과 알칼리 탄산염의 사용 비율은 특별히 한정되지 않지만, 알칼리 탄산염 100부에 대하여, 유기산이 20∼60부가 바람직하고, 이 범위 밖에서는 겔의 기 립 강도나 초기 강도 발현성이 낮아지는 경우가 있다. 그 중에서도, 유기산과 알칼리 탄산염의 사용 비율은, 알칼리 탄산염 100부에 대하여 30∼50부가 바람직하다.

본 발명에 있어서, 응결 조정제는, 급경성 조성물에 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 응결 조정제의 사용량은, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염의 합계량 100부에 대하여 0.5∼4부가 바람직하다. 이 범위 밖에서는, 급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액의 반죽 방치 시간이 짧아지는 경우가 있다. 그 중에서도, 응결 조정제의 사용량은 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염의 합계량 100부에 대하여 0.5∼3부가 바람직하다.

본 발명에서, 응결 조정제를 사용하여 급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액을 제조하는 경우, 응결 조정제를 함유하는 물을 수용하는 믹서에 대하여, 상기한 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 함유하고, 블레인값이 7500cm²/g 이상, 바람직하게는 8000cm²/g 이상인 시멘트 급경성 조성물을 첨가하여, 혼합 반죽하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서의 믹서로는, 바람직하게는, 단조(單槽)식 그라우트 믹서, 횡형(橫型) 2 조식 그라우트 믹서, 종형(縱型) 2 조식 그라우트 믹서 등의 그라우트 믹서나 모르타르 믹서 등이 사용된다.

본 발명의 급경성 조성물을 사용하는 시공 방법은, 예를 들면, 시멘트와 별도로 반죽 혼합하여, 급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액 (A) 와 시멘트의 혼합 반죽 현탁액 (B) 를 각각 주입 호스를 통하여 따로따로 압송하고, 지반에 주입하기 직전에 합류ㆍ혼합시키는, 1.5 쇼트 공법에 의해 지반에 주입하는 것이 바람직하다.

급경성 조성물의 혼합 반죽 현탁액 (A) 나 시멘트의 혼합 반죽 현탁액 (B) 의 압송량은, 등량 주입이나 비례 주입 중 어느 것이나 가능하지만, 급경성 조성물과 시멘트의 비율은, 시멘트 100부에 대하여 급경성 조성물이 10∼40부가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 급경성 조성물이 10부 미만에서는 겔의 기립 강도가 약한 경우가 있고, 또 40부 이상에서는 장기 강도의 신장도 작으며, 또한 경제적으로도 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서 사용하는 물의 양은, 급경성 조성물과 시멘트의 합계 100부에 대하여, 바람직하게는 250부 이하가 적합하다. 물의 양이 250부보다 크면 겔의 기립이 약해지는 경우가 있다.

본 발명에 있어서의 급경성 조성물을 사용하는 것에 의해, 종래와 비교하여 고함수비로 배합된 혼합 반죽 현탁액의 주입 공법에 있어서, 양호한 겔의 기립 강도나 단시간 강도의 발현을 가지므로, 공극 또는 유수가 많은 지산 등에 충전하는 것을 가능하게 한다.

다음에 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예로 한정되어 해석되어서는 안되는 것은 물론이다. 또, 이하의 실험예에 있어서, 실험 NO.1-2 및 1-10 이 비교예이고, 그 밖에는 본 발명의 실시예이다.

실험예 1-1∼1-10

진동밀로 분쇄하여, 표 1 에 나타내는 블레인값을 갖는, 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 등량 배합하고, 나우터 믹서로 혼합하여, 얻어진 혼합물을 진동밀에 의해 재분쇄하여 급경성 조성물을 조제하였다.

948cc 의 물을 넣은 반죽 용기에, 응결 조정제 1.5g 을 용해하고, 그 후, 조제한 급경성 조성물을 150g 첨가하여 교반하여, 급경성 조성물을 함유하는 1 리터의 혼합 반죽 현탁액 (A) 을 제작하였다.

한편, 810cc 의 물을 넣은 반죽 용기에, 시멘트 600g 을 첨가하여 교반하여, 시멘트를 함유하는 1 리터의 혼합 반죽 현탁액 (B) 를 제작하였다.

제작한 혼합 반죽 현탁액 (A) 와 혼합 반죽 현탁액 (B) 를 혼합하고 교반하여, 그 겔 타임, 겔의 기립 강도 및 압축 강도를 측정하였다. 시험은 모두, 온도 20℃, 습도 80% 의 항온 항습 실내에서 실시하였다. 결과를 표 1 에 병기한다.

또한, 표 1 에 있어서의 「제조 방법」은, 「혼합」 은 혼합만을 의미하고, 「혼합 분쇄」는 혼합 후에 분쇄하는 것을 의미한다. 즉, 실험예 1-1 및 1-2 는, 혼합 분쇄하지 않고, 표 1 에 나타내는 블레인값을 갖는 칼슘 알루미네이트와 무기 황산염을 혼합한 것이다.

<사용 재료>

칼슘 알루미네이트: 12CaOㆍ7Al₂O₃ 조성으로, 전기로에서 용융하고, 급냉에 의해 비정질로 한 용융물

무기 황산염: Ⅱ 형 무수 석고, 부산 석고, 시판품.

응결 조정제: 주성분이 탄산칼륨과 시트르산의 혼합물, 시판품.

시멘트: 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품.

<측정 방법>

겔 타임: 혼합 반죽 현탁액 (A) 와 혼합 반죽 현탁액 (B) 를 혼합하고, 혼합물의 유동성이 없어질 때까지 걸리는 시간.

겔의 기립 강도: JIS R 5201 에 나타내는 응결 시험의 종결용 표준침을 세팅한 비카침 장치를 사용하여, 혼합 반죽 현탁액 (A) 와 혼합 반죽 현탁액 (B) 를 혼합하고, 겔화 후, 재빨리 시멘트 페이스트 용기에 충전하여, 바늘의 침입도가 10㎜ 이하로 되는 시간.

압축 강도: JIS R 5201 에 준하여, 모르타르 공시체 성형용 틀에 충전하고, 재령(材齡) 1.5 시간의 초기 강도.

실험 No.	원료 분말도		제조방법	급경성 조성물 분말도	겔 타임 (초)	겔의 기립 강도(분)	압축강도 (N/mm2)	편석의 유무
	CA	석고
1-1 1-2	8050 6020	8080 6070	혼합 혼합	8060 6050	21 45	227 590	0.06 0.03	무 무
1-3 1-4 1-5 1-6	2680 4100 5050 6020	5090 5090 5090 5090	혼합분쇄 혼합분쇄 혼합분쇄 혼합분쇄	7560 7580 8050 8600	53 43 41 38	125 23 12 5	0.06 0.16 0.18 0.20	유 무 무 무
1-7 1-8 1-9	4100 5050 5050	2080 3060 6070	혼합분쇄 혼합분쇄 혼합분쇄	7510 7660 8550	65 40 40	158 18 5	0.07 0.16 0.19	유 무 무
1-10	5050	5090	혼합분쇄	7030	50	358	0.06	무

CA 는 칼슘 알루미네이트, 석고는 무기 황산염, 원료 분말도와 급경성 조성물 분말도의 단위는 블레인값 (cm²/g)

표 1 에서 알 수 있듯이, 본 발명의 급경성 조성물은 고함수율 배합에 있어서도 겔의 기립 강도가 크고, 또한 단시간 강도의 발현성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 블레인 비표면적 값이 4000 ~ 6000 cm²/g 인 칼슘알루미네이트와, 블레인 비표면적 값이 3000 ~ 6000 cm²/g 인 무기황산염을, 블레인 비표면적 값이 7500 cm²/g 이상으로 혼합분쇄하는 시멘트용 급경성 조성물의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 칼슘알루미네이트 100 질량부에 대하여 무기황산염 50 ~ 200 질량부를 함유하는 시멘트용 급경성 조성물의 제조방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 시멘트용 급경성 조성물의 블레인 비표면적 값이 8050 cm²/g 이상인 제조방법.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 의해서 제조된 급경성 조성물, 응결조정제, 및 물의 혼련 현탁액으로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 급경성 혼련 현탁액.
12. 응결조정제를 함유하는 물을 수용하는 믹서에 대하여, 칼슘알루미네이트와 무기황산염을 함유하고, 블레인 비표면적 값이 7500 cm²/g 이상인 시멘트 급경성 조성물을 첨가하여, 혼련하는 제 11 항에 기재된 급경성 혼련 현탁액의 제조방법.
13. 제 12 항에 있어서, 칼슘알루미네이트 100 질량부에 대하여, 무기황산염을 50 ~ 200 질량부, 및 응결조정제를 칼슘알루미네이트 및 무기황산염 100 질량부에 대하여 0.5 ~ 4 질량부 사용하는 급경성 혼련 현탁액의 제조방법.
14. 제 11 항에 기재된 급경성 혼련 현탁액, 및 시멘트와 물의 혼련 현탁액을 각각 별도로 반송하고, 시공직전에 혼합하여 지반으로 주입하는 시공방법.