KR100792015B1 - 강도 및 내구성이 증진된 자기충전성 모르타르 조성물 - Google Patents

강도 및 내구성이 증진된 자기충전성 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모르타르를 구성하는 각 성분의 종류와 구성비를 조절하여 강도 및 내구성을 증진시킨 고유동 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 모르타르 조성물은 압축강도, 휨강도, 인장강도, 접착강도 및 내구성이 우수하고, 기존 모르타르의 단점인 건조수축에 의한 균열 및 접착력이 개선되었으며, 품질이 균일하고, 저장안정성이 양호하여 동결의 염려가 없다는 장점을 가지고 있다.
초미립 시멘트, 재유화형 분말수지, 고흡수성 폴리머, 증점제, 고유동화제

Description

강도 및 내구성이 증진된 자기충전성 모르타르 조성물{SELF LEVELING POLYMER-MODIFIED MORTAR COMPOSITION HAVING IMPROVED STRENGTH AND DURABILITY}
본 발명은 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모르타르 제조 시 사용되는 폴리머 결합재, 증점제, 유동화제 및 섬유보강 등의 각 성분의 종류와 구성비를 효과적으로 조절하여 강도 및 내구성을 증진시킨 자기 충전성 모르타르 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 모르타르라 함은 시멘트와 골재를 혼합한 것을 말한다. 또한 시멘트와 시멘트 혼화용 폴리머와 골재를 혼합한 것을 폴리머 시멘트 모르타르라고 한다.
최근 각종 토목·건축 구조물이 양적으로 증가됨과 동시에 시멘트 사용량이 급증하고 있는 실정이다. 보수공사에 사용되고 있는 기존 시멘트는 현장에서 시멘트와 골재 및 기타 혼화제를 배합하고 여기에 물을 첨가 혼합하여 모르타르를 제조하는 방법과 여기에 폴리머 디스퍼젼을 혼합하는 방법으로 보수공사를 실시해 왔다.
특히 도로보수공사를 비롯하여 소단위 각종 보수공사에서는 시멘트나 골재를 비롯한 각종 보수 모르타르 원료를 시공현장에 운반한 후 배합하여 사용하였음으로 제조 시 발생될 수 있는 계량오차나 일일이 배합하여야 하는 등의 시공 상의 복잡성으로 배합시간이 오래 걸린다는 결점을 가지고 있다.
최근 들어서는 잇다른 구조물의 붕괴사고와 함께 다중이용시설의 안전이 사회적인 관심사로 대두되면서 구조물의 유지보수에 대한 필요성을 인식하게 되어 유지보수시장이 크게 확대되고 있는 상황이다. 따라서 이에 발맞춰 외기조건으로부터 콘크리트를 보호하여 그 수명을 연장시키고 동시에 콘크리트 구조물의 아름다움을 오랫동안 유지시켜 각 건물이나 구조물의 미관은 물론 도시미관에 이바지할 수 있는 성능이 우수하며 경제적인 재료와 공법이 절실히 요망되는 실정이다.
이러한 고성능화를 얻기 위한 방법으로 폴리머 시멘트 모르타르 및 콘크리트가 사용되고 있다. 일반적으로 폴리머 시멘트 모르타르는 결합재가 시멘트와 시멘트 혼화용 폴리머의 2성분으로 되는 복합재료로 보통 시멘트 모르타르와 비교해서 워커빌리티, 보수성, 휨 및 인장강도, 접착성, 방수성, 염화물 이온 침투에 대한 저항성, 중성화에 대한 저항성, 내동결융해성, 내마모성, 내충격성 등에 우수하다. 이 때문에 현재, 폴리머 시멘트 모르타르는 철근콘크리트 구조물용 보수재, 접착재, 도포재, 도장재, 방수재 등으로 그 이용이 급증하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강도 및 내구성이 우수하여 시멘트 부식이나 침식이 많이 발생하는 도로 등에 효과적으로 사용이 가능하며, 수축이 적고 수밀성이 우수하여 지붕 슬래브 방수, 수영장, 정수장 등의 지수 구조물에도 적 용이 가능한 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은
블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g인 초미립 시멘트를 포함하는 결합재 및 골재를 1:1 내지 1:2 중량비로 포함하며, 압축강도가 457-489kgf/cm2, 휨강도가 120~150kgf/cm2, 인장강도가 56~68kgf/cm2, 및 접착강도가 26~31kgf/cm2인 모르타르 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 결합재 및 골재의 혼합비가 1:1 내지 1 : 2중량비로 포함하고, 상기 결합재는 블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g인 초미립 시멘트 50~70중량부, 알루미나 시멘트 15~20중량부, 및 알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말 10~20중량부로 포함하는 모르타르 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 모르타르 조성물에 고흡수성 전분계 폴리머와 재유화형 분말수지로 이루어진 시멘트 혼화제를 추가로 포함하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명의 구체적인 일예에서, 상기 모르타르 조성물 중 상기 결합재는 황산 알루미늄 칼륨 팽창제, 플라이애쉬, 및 실리카흄으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 구체예에서, 상기 모르타르 조성물은 유동화제, 섬유보강 재, 및 증점제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 구체예에서, 상기 모르타르 조성물은 슬래브 방수, 수영장의 지수 구조물, 정수장의 지수 구조물, 및 도로 보수 시공의 용도로 사용될 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하고자, 본 발명자들은 강도 및 내구성이 개선된 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 개발하기 위하여 노력하던 중, 모르타르 제조 시 골재 이외에 일반적으로 첨가되는 결합재의 성분과 각 성분의 배합비를 조절하고, 특히 흡수성 폴리머와 재유화형 분말수지를 혼합한 혼화제를 첨가하여 제조된 모르타르 조성물이 강도 및 내구성 면에서 종래 모르타르 조성물에 비해 월등히 우수함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 모르타르 조성물은 블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g인 초미립 시멘트를 포함하는 결합재와 잔골재를 함유하며, 바람직하게는 본 발명에서 결합재와 잔골재는 1 : 1 내지 1 : 2중량비, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:1.5 중량비로 포함한다.
상기 결합재는 초미립시멘트 50~70중량부 및 알루미나 시멘트15~20중량부 및 알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말 10~20중량부을 포함하며, 바람직하게는 황산 알루미늄 칼륨 팽창재, 플라이애쉬, 및 실리카흄으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 더욱 포함할 수 있다. 상기 황산 알루미늄 칼륨 팽창재는 0.01-0.5중량부, 상기 플라이애쉬는 2~7중량부로, 상기 실리카흄 3~10중량부로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 초미립시멘트는 그 블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g으로 일반 포틀랜드 시멘트의 블레인 분말도 약 2,800~3,500cm2/g과 비교하여 매우 미립으로 물과 접촉하여 시멘트의 수화반응이 빨라 시멘트의 초기강도가 높고 시멘트 경화체의 장기 강도 역시 증가된다.
상기 알루미나 시멘트는 15~20중량부 포함되며, 이러한 범위로 첨가할 경우 건조수축이 매우 적어 모르타르의 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 가사시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 긴 양생기간에 따른 작업인원 및 비용 상승을 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.
알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말을 10~20중량부로 상기 모르타르 조성물에 포함되며, 상기 알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말은 화력발전소에서 석탄을 연소 후 발생되는 플라이애쉬 중에서 습식방법으로 포집하여 가공한 것으로 내부에 기체 (CO2 또는 N2)가 충전되어 있는 알루미나 실리케이트 계열의 구형 유리질 중공체(Hollow Microsphere)로서 종류에 따라 타 광물성 필러(Feller)에 비해 초 경량성, 방음성, 절연성, 유동성의 특징을 지님으로서 보수재료의 작업성 및 평활성이 개선되고 부착강도 및 내구성을 증가시킬 수 있다.
황산 알루미늄 칼륨 팽창제는 시멘트에 일부 미량 첨가 시 시멘트 경화체의 수축을 보상하여 시멘트 경화체의 자기수축 및 건조수축으로 인하여 발생하는 균열과 내구성능 저하를 방지한다.
플라이애쉬 및 실리카흄은 점성과 강도가 증가되어 뿜칠공법(스프레이 등으로 재료를 분사하는 공법)에 적용 시 반사되는 양을 줄일 수 있으며, 플라이애쉬, 실리카흄이 내약품성을 개선할 수 있고, 강도 및 내구성 개선 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 또다른 구체예에서, 상기 모르타르 조성물은 고흡수성 폴리머와 재유화형 분말수지로 이루어진 시멘트 혼화제를, 상기 결합재 총 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 더욱 포함할 수 있으며, 이는 폴리머-시멘트 모르타르 조성물이다. 상기 혼화제는 본 발명의 모르타르 조성물의 물성을 개선하기 위하여 고흡수성 폴리머는 흡수속도가 빠르고, 물 흡수 시 겔화되지 않는 특징을 갖고 있는데, 이와 같이, 고흡수성 폴리머를 모르타르 제조 시 혼입함으로써 W/C비를 저감시켜 모르타르 조성물의 강도를 증진시킬 수 있다. 그러나, 일반적으로 모르타르 제조시 고흡수성 폴리머만을 혼화제로 사용할 경우에는 가사시간이 늦어져 시공기간이 길어지며, 사용 전보다 압축강도가 약 50% 정도 저하되고, 재료 단가가 상승된다. 또한, 다량의 폴리머 사용으로 인한 블리딩 현상으로 폴리머가 표면으로 떠오르게 되어, 표면은 경화되나 모르타르 내부는 경화되지 않는 문제점이 발생한다. 본 발명에서는 상기와 같이 고흡수성 폴리머에 재유화형 분말수지를 혼합함으로써 폴리머를 소량 첨가하여도, W/C 비를 효과적으로 감소시켜 기존 모르타르 조성물 보다 매우 높은 강도 발현 및 내구성 개선효과를 나타낼 수 있다.
상기 혼화제중 고흡수성 폴리머와 재유화형 분말수지의 혼합비율은 1 : 9 내지 3 : 7 중량비인 것이 바람직하다. 이러한 비율로 폴리머를 혼입하게 되면 가사 시간이 단축되어 작업진행이 빠르고 시공기간을 단축시킬 수 있다. 또한, 다량의 폴리머를 혼입할 경우 블리딩으로 인하여 폴리머가 표면으로 떠오르게 되는데, 상기 비율로 혼입하게 되면 표면은 경화되어 단단하게 되는 반면 모르타르 내부는 경화되지 않아 작업자의 착오(거푸집 탈형 등)에 따른 대형 사고 발생을 최소화하고, 폴리머를 소량 첨가하여도 성능이 발현되므로 재료단가 절감효과가 있다.
상기 고흡수성 폴리머의 예로는 합성법에 사용되는 원료에 따라 전분계, 셀룰로즈계 또는 합성폴리머계로서 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전분계 물질의 예로는 감자 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분, 및 폴리사카라이드 등이 포함되고, 상기 셀룰로즈계 폴리머의 예로는 CMC(sodium carboxylmetyl cellulose)를 들 수 있고, 상기 합성 폴리머의 예로는 폴리아크릴 아마이드(polyacryl amide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 등을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 고흡수성 폴리머는 PVA/PAA (polyvinylalcohol/polyacrylic acid) 또는 전분계 고흡수성 폴리머를 사용할 수 있으며, 전분계 고흡수성 폴리머를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
재유화형 분말수지는 모르타르 제조 시 첨가하게 되면 재분산 또는 재유화되어 원래의 수성 폴리머 디스퍼젼으로 되는 특징이 있으며, 모르타르의 워커빌리티(시공 난이도), 공기 연행성, 블리딩이나 재료분리에 대한 저항성, 보수성 등을 개선시킬 수 있다는 이점이 있다.
재유화형 분말수지의 예로는 SBR(styrene butadiene rubber), PVA-VeoVa(vinyle acetate-Viyle versatate), PAE(polyacrylic ester) 및 EVA(ethylene vinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, PVA-VeoVa를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 또다른 일예에서, 상기 조성물은 유동화제, 섬유보강재, 및 증점제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 모르타르 조성물은 시멘트의 분산성을 증대시키기 위해, 유동화제를 결합재 총 중량100중량부에 대하여 1 내지 2중량부로 포함할 수 있다. 상기 유동화제의 종류로는 주성분에 따라 리그닌계, 멜라민계, 나프탈린계, 폴리칼본산계 등이 있으며, 폴리칼본산 분말, 멜라민 분말 및 나프탈렌 분말로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니며, 폴리칼본산 분말을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 함량 범위로 유동화제를 첨가함으로 물-시멘트비를 최소화할 수 있어 강도 및 내구성능을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 작업성도 향상시켜 현장 시공 시 작업인원을 줄일 수 있다.
본 발명의 모르타르 조성물은 유동성이 크기 때문에 재료분리 및 블리딩의 발생이 일어나기 쉬움으로 이를 방지하기 위하여 증점제를 결합재 총 100중량부에 대하여 0.05 내지 0.15 중량부 포함할 수 있다. 상기 증점제의 예로는 메틸 셀롤로오스(Methyl Cellulose), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 및 전분계 증점제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 전분계 증점제에서 변성전분 증점제를 사용하는 것이 바람직하며, 변성전분의 예 로는 에테르전분(starch ethers)계열의 하이드록시알킬전분(Hydroxy alkyl starch), 카르복시알킬전분(Carboxyalkyl starch), 또는 이들을 이중변성시킨 하이드록시알킬카르복시알킬전분(Hydroxy alkyl carboxy alkyl starch) (상기 알킬은 C1-C6 알킬임)를 사용할 수 있으나, 이중에서 하이드록시프로필카르복시메틸(hydroxy propyl carboxyl methyl, HPCM) 전분를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명은 모르타르의 균열방지를 위해 섬유보강재를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 결합재 총 100중량부에 대하여 0.5~2.0중량부 포함할 수 있다. 상기 섬유보강재의 함량이 0.5중량부 미만이면 섬유보강재의 첨가에 따른 효과가 미미하고, 2.0중량부를 초과하게 되면 모르타르 비빔 시 섬유보강재가 서로 엉켜 잘 믹싱되지 않아 물-시멘트비가 증가하게 되어 블리딩이나 강도 및 내구성 저하현상이 발생되는 등 문제점이 발생할 수 있기 때문에 상기 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 섬유보강재로는 유리섬유, 비닐섬유, 탄소섬유, 강섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 비닐섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 모르타르 조성물은 압축강도가 457-489kgf/cm2, 휨강도가 120~150kgf/cm2, 인장강도가 56~68kgf/cm2, 접착강도가 26~31kgf/cm2 로서 강도가 우수하였다. 또한 상기 모르타르 조성물은 내수성이 0.6-0.8%, 내약품성 HCl, H2SO4 및 NaOH수용액에 침적 시 중량감소율이 각각 3-4%, 0.3-0.4% 및 0.2-0.3%, 동결융해 저항성 (내구성지수)이 93-95로서 내구성이 우수하였다.
한편, 본 발명에서 개발된 상기 모르타르 조성물은 수축이 적고 수밀성 등의 내구성이 우수하여 슬래브 방수, 수영장, 정수장 등의 지수 구조물에 적용이 가능하고, 긴급을 요하는 도로 교면 보수에 적용할 경우 시공에 따른 교통 통제를 최소화시킬 수 있다는 이점을 가지고 있어 이러한 용도로도 사용이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
결합재 100 g중에서, 블레인(Blaine) 분말도가 7,000cm2/g 인 초미립 시멘트 (JNT사, 초미립시멘트) 60g, 알루미나 시멘트 (유니온사, 알루미나 시멘트) 15중량g, 플라이애쉬 (케미우스코리아사, 플라이애쉬) 5중량g, 실리카흄 (케미우스코리아사, 실리카흄) 5g ,알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말 (케미우스코리아사, 세노스페어분말) 14.5g, 황산 알루미늄 칼륨 팽창제 (케미우스코리아사, 팽창제) 0.5g로 혼합하여 모르타르용 결합재 100g를 제조하였다. 상기 결합재와 잔골재의 혼합비가 1:1이 되도록, 잔골재를 100g을 첨가하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1에서와 동일하게 결합재 100g과 잔골재 100g을 혼합하여 혼합비가 1:1이 되도록 하여 모르타르 조성물을 제조한 후, Starch 고흡수성 폴리머 (케미우스코리아사, 흡수성 폴리머)와 PVA-VeoVa계 재유화형 분말수지(두영사, PVA 23)가 2:8 중량비로 혼합된 혼화제를 결합재 총 100중량부에 대해 7g, 폴리칼본산 분말 고유동화제(GS사, 폴리칼본산 고유동화제)를 결합재 총 중량에 대해 1g, 변성전분 증점제(삼양제넥스사, HPCM starch)를 결합재 총 중량에 대해 0.05g, 비닐섬유 (유니치카사, 비닐섬유)를 결합재 총 중량에 대해 0.5g을 첨가하여 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
잔골재를 200g으로 혼합하여 결합재와 잔골재의 혼합비를 1 : 2 중량비로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 같은 성분과 함량을 사용하여 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
<비교예 1 및 비교예 2>
보통포틀랜드 시멘트 100g와 잔골재 100g의 혼합비를 1 : 1로 혼합한 모르타르를 비교예 1의 조성물을 제조하고, 보통포틀랜드 시멘트 100g와 잔골재 200g의 혼합비를 1 : 2로 혼합한 모르타르를 비교예 2 조성물로 제조하였다.
<비교예 3 및 비교예 4>
보통포틀랜드 시멘트 100g와 잔골재 100g의 혼합비를 1 : 1로 혼합한 후, EVA계 재유화형 분말수지를 시멘트 총 100g에 대해 7g, 폴리칼본산 분말 고유동화제를 시멘트 총 중량에 대해 1g로 첨가하여 모르타르를 제조한 것을 비교예 3으로 사용하였다.
비교예 4는 보통 포틀랜드 시멘트와 잔골재의 혼합비를 1 : 2로 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 같은 성분과 함량을 사용하여 모르타르를 제조하였다.
<시험예 1> 시험용 공시체의 제작
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 각각의 모르타르를 치수 φ 7.5 X 15cm(압축강도 및 인장강도 시험용), 6 X 6 X 24cm(휨강도 및 동결융해 시험용)의 몰드에 3층으로 나누어 다진 후 성형하였다. 양생방법으로서는 2d 습윤[20℃, 80%(RH)]+ 5d 수중[20℃] + 21d 건조[20℃, 60%(RH)] 양생을 실시하여 시험용 공시체를 각각 제작하였다.
<시험예 2> 블리딩시험
본 발명에 따라 제조된 모르타르와 비교예에서 제조한 모르타르의 블리딩시험을 비교하기 위하여, 상기 제조한 각 모르타르를 굳지 않은 상태에서 KS F 2414(콘크리트의 블리딩 시험방법)에 의한 블리딩 시험을 수행하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
블리딩율 1.2 0.1 0.6 1.9 3.3 1.5 2.1
<시험예 3> 강도시험
본 발명에 따라 제조된 모르타르와 비교예에서 제조한 모르타르의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 2405(모르타르의 압축강도 시험방법)에 의한 압축강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, KS F 2408(모르타르의 휨강도 시험방법)에 의하여 휨강도 시험을 수행하였고, KS F 2423(모르타르의 인장강도 시험방법)에 의하여 인장강도 시험을 수행하였으며, JIS A 6916 (마무리 도장재용 바탕 조정재)에 의하여 공시체의 접착강도를 측정하여 각각의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
강도 (kgf/cm2) 휨 101 150 120 71 58 83 75
압축 403 489 457 360 290 392 344
인장 45 68 56 40 31 48 39
접착 21 31 26 18 17 20 18
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조한 모르타르(실시예 1, 2 및 3)는 휨강도가 각각 101kgf/cm2, 150kgf/cm2, 120kgf/cm2 로서, 비교예 1 내지 4에서 제조한 모르타르의 휨강도 수치인 58~83kgf/cm2 보다 월등히 높았다. 또한, 본 발명에서 제조한 모르타르는 압축강도, 인장강도 접착강도가 비교예의 모르타르와 비교하여 약 10~50% 증가하였다. 즉, 본 발명에서 제조한 모르타르가 비교예에서 제조한 모르타르와 비교하여 강도 면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 4> 건조수축 및 가사시간 측정
상기 시험예 1에서와 같은 공시체 제작 과정에서, 습윤양생 후의 공시체의 기장을 측정하였고, 다시 건조양생을 수행하여 KS F 2424(모르타르 및 모르타르의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축을 측정하였다. 또한, KS F 2436(관입저항침에 의한 모르타르 응결시간 시험방법)에 의하여 모르타르의 응결시험을 수행하여 가사시간(배합 후 응결할 때까지의 시간)을 측정하였고 각각의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
건조수축 (×10-4) 1.8 1.1 1.3 4.3 4.6 2.5 2.8
가사시간 (분) 42 45 52 840 900 860 920
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 모르타르(실시예 1, 2 및 3)는 비교예 1 내지 4에서 제조된 모르타르와 비교하여 50%이상의 건조수축량이 감소되어, 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 가사시간이 월등히 짧아, 본 발명의 모르타르를 도로 보수재로 사용 시 교통통제 시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.
<시험예 5> 내수성 및 내약품성 측정
본 발명의 모르타르가 내수성이 있는지 확인하기 위하여 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 제시된 방법을 이용하여 물에 대한 흡수율을 측정하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 또한, 본 발명의 모르타르가 약품에 대한 내성이 있는지 확인하기 위하여 ASTM C267(모르타르의 화학적 저항에 의한 시험방법)에 제시된 방법을 이용하여 HCl, H2SO4, NaOH 용액을 7일마다 처리한 후 중량변화율을 측정하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 약품에 대한 내약품성 정도는 %로 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
내수성 ( % ) 1.5 0.6 0.8 2.0 2.5 1.1 1.2
내약품성 (%) HCl 8 3 4 15 19 6 7
H2SO4 1.2 0.3 0.4 2.0 2.5 0.6 0.8
NaOH 1.0 0.2 0.3 1.8 2.2 0.5 0.7
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 모르타르는 보통시멘트 모르타르보다 약 60%정도의 내수성 개선 효과를 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명에서 제조된 모르타르는 HCl, H2SO4, NaOH와 같은 강산, 강염기에 침적한 후 얻어진 결과로 보통 시멘트 모르타르에 비해 중량 감소율이 훨씬 적어 내약품성이 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 6> 동결융해성 시험
동결융해 시험은 공시체를 대상으로 KS F 2456(급속동결융해에 대한 모르타르의 저항 시험방법)에 준하여 수행하였으며, 이때 공시체의 온도는 동결시 -18℃, 융해시 4℃가 되게 하였고, 동결융해의 1사이클은 2시간 40분이 소요되었다. 시험 동안 매 50사이클 간격으로 측정하였으며, 동결융해의 반복이 300사이클이 되었을 때 시험을 완료하였다. 이때의 중량감소율, 상대동탄성 계수 및 내구성 지수를 산출하였다.
5-1 중량감소 시험
중량감소 시험은 동결융해 매 50사이클 간격으로 중량을 측정하여 다음 식으로 산출하였고, 각 사이클에서의 중량감소율(%)을 표 5에 나타내었다.
[수학식 1]
W= {(W0-W1)/W0}X100
W : 동결융해 C 사이클 후의 중량 감소율(%)
W0 : 동결융해 0 사이클에서의 중량(g)
W1 : 동결융해 C 사이클에서의 중량(g)
5-2 상대동탄성 계수 시험
동탄성 계수는 6 X 6 X 24cm인 공시체의 길이방향 양면 중앙에 종진동에 의한 공명진동을 측정하여 BS 1881(모르타르의 동탄성 계수 측정방법)에 준하여 측정하였으며, 상대동탄성 계수는 다음 식으로 산출하였다.
[수학식 2]
PC = (n1 2/n2) X100
PC : 동결융해 C 사이클 후의 상대 동탄성 계수(%)
n : 동결융해 0 사이클에서의 가로 1차 진동 주파수
n1 : 동결융해 C 사이클 후의 가로 1차 진동 주파수
5-3 내구성 지수
내구성 지수는 동결융해의 반복이 300 사이클(KS F 2456 급속 동결융해에 대한 모르타르의 저항 시험방법)로 완료되었을 때 5-2 상대동탄성계수시험을 통하여 얻은 상대동탄성계수를 이용하여 다음 식으로 산출하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[수학식 3]
DF = PN / M
DF : 내구성 지수
P : N 사이클에서의 상대동탄성 계수(%)
N : 동결융해의 노출이 끝나게 되는 순간의 사이클 수
M : 동결융해의 노출이 끝날 때의 사이클 수
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
중량감소율(%) 12 5 8 20 25 10 12
내구성 지수 60 95 93 48 42 90 86
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 모르타르는 동결융해시 중량감소율이 비교예에 비해서 낮고, 내구성 지수는 높다. 또한, 상대 동탄성계수는 시험체에 초음파를 흘러 보내어 그 주파수를 측정하는 것으로 비교예보다 30%정도 높게 측정되었다. 이와 같은 결과를 토대로 본 발명에서 제조된 모르타르는 동결융해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 모르타르 조성물은 압축강도, 휨강도, 인장강도, 접착강도 및 내구성이 우수하고, 기존 모르타르의 단점인 건조수축에 의한 균열 및 접착력이 개선되었으며, 품질이 균일하고, 저장안정성이 양호하여 동결의 염려가 없다는 장점을 가지고 있다. 이러한 개선된 장점으로 인하여, 도로 노면 등과 같이 염화칼슘 등의 살포로 인하여 시멘트 부식이나 침식이 많이 발생하는 부분에 적용이 가능하며, 수축이 적고 수밀성 등의 내구성이 우수하여 슬래브 방수, 수영장, 정수장 등의 지수 구조물에도 또한 적용이 가능하다. 한편, 긴급을 요하는 도로 교면 보수에 적용할 경우 시공에 따른 교통 통제를 최소화시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다.

Claims (18)

  1. 결합재 및 골재의 혼합비가 1:1 내지 1:2 중량비로 포함하고,
    상기 결합재는 블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g인 초미립 시멘트 50~70 중량부, 알루미나 시멘트 15~20 중량부, 및 알루미나 실리케이트계 세노스페어 분말 10~20 중량부로 포함하는 모르타르 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합재는 황산 알루미늄 칼륨 팽창재, 플라이애쉬, 및 실리카흄으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 더욱 포함하는 모르타르 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 황산 알루미늄 칼륨 팽창재는 0.01-0.5중량부로 더욱 포함하는 모르타르 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 플라이애쉬는 2~7중량부로 포함되는 모르타르 조성물.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 실리카흄 3~10중량부로 포함하는 모르타르 조성물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모르타르 조성물은 고흡수성 폴리머와 재유화형 분말수지로 이루어진 시멘트 혼화제를, 상기 결합재 총 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 더욱 포함하는 모르타르 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고흡수성 폴리머와 재유화형 분말수지의 혼합비율은 1 : 9 내지 3 : 7 중량비인 모르타르 조성물.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 고흡수성 폴리머는 감자 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분, 폴리사카라이드, 소디움 카르복실메틸 셀룰로스(CMC, sodium carboxylmetyl cellulose), 폴리아크릴 아마이드(polyacryl amide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 PVA/PAA (polyvinylalcohol/polyacrylic acid)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 모르타르 조성물.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 재유화형 분말수지는 SBR(styrene butadiene rubber), PVA-VeoVa(vinyle acetate-Viyle versatate), PAE(polyvinylethylene) 및 EVA(ethylene vinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 모르타르 조성물.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 고흡수성 폴리머는 감자 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분, 및 폴리사카라이드로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택되는 것이고, 재유화형 분말수지는 PVA-VeoVa(vinyle acetate-Viyle versatate)인 모르타르 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 유동화제, 섬유보강재, 및 증점제로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 유동화제는 폴리칼본산 분말, 멜라민 분말 및 나프렌 분말로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이며, 상기 유동화제는 결합재 총 100중량부에 대하여 1 내지 2중량부로 포함하는 모르타르 조성물.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 섬유보강재는 유리섬유, 비닐섬유, 탄소섬유, 강섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 섬유보강재는 상기 결합재 총 100중량부에 대하여 0.5 내지 2.0중량부로 포함하는 모르타르 조성물.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 증점제는 메틸 셀롤로오스(Methyl Cellulose), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 에테르전분(starch ethers)계열의 하이드록시알킬전분(Hydroxy alkyl starch), 카르복시알킬전분(Carboxyalkyl starch), 및 하이드록시알킬카르복시알킬전분(Hydroxy alkyl carboxy alkyl starch)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되며, 상기 증점제는 상기 결합재 총 100중량부에 대하여 0.05 내지 0.15 중량부로 포함하는 모르타르 조성물.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 유동화제는 폴리칼본산 분말이고, 상기 증점제는 하이드록시프로필카르복시메틸 전분이고, 상기 섬유보강제는 비닐섬유인 모르타르 조성물.
  16. 블레인(Blaine) 분말도가 4,500~7,000cm2/g인 초미립 시멘트를 포함하는 결합재 및 골재를 1:1 내지 1:2 중량비로 포함하며, 압축강도가 457-489kgf/cm2, 휨강도가 120~150kgf/cm2, 인장강도가 56~68kgf/cm2, 및 접착강도가 26~31kgf/cm2인 모르타르 조성물.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 모르타르 조성물은 압축강도가 457-489kgf/cm2, 휨강도가 120~150kgf/cm2, 인장강도가 56~68kgf/cm2, 및 접착강도가 26~31kgf/cm2 인 모르타르 조성물.
  18. 제 1항, 2항, 11항, 16항, 및 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모르타르 조성물은 슬래브 방수, 수영장의 지수 구조물, 정수장의 지수 구조물, 및 도로 교 면 보수 시공의 용도로 사용되는 것인 조성물.
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