KR100928841B1

KR100928841B1 - 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료

Info

Publication number: KR100928841B1
Application number: KR1020087004716A
Authority: KR
Inventors: 데츠오 오츠카; 도오루 야기; 도오루 시라이와; 가즈마 이가라시
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2009-11-30
Also published as: CN101258115B; KR20080038184A; WO2007029399A1; CN101258115A

Abstract

뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 방지되며, 적당한 길이변화율, 체적팽창율이 유지되고, 고강도 성능을 가지는 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료를 제공하는 것을 과제로 한다.

시멘트, 팽창재, 포졸란 미분말(微粉末), 발포제, 그리고, 나프탈렌술폰산계 감수제(減水劑), 멜라민술폰산계 감수제, 리그닌술폰산계 감수제, 및 폴리카르본산계 감수제로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 2종 이상의 감수제(단, 나프탈렌술폰산계 감수제 및 폴리카르본산계 감수제의 2종으로 이루어지는 감수제를 제외함)를 함유하여 이루어지는 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료에 있어서, 상기 팽창재가, 블레인 비표면적값으로 2,000㎠/g 이상인 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 블레인 비표면적값으로 4,500㎠/g을 넘는 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료{Cement composition for grouting and grout material comprising the same}

본 발명은, 토목ㆍ건축분야에서 사용되는 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료, 상세히는, 고(高)유동, 고강도의 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료에 관한 것이다.

종래부터, 그라우트 재료로서는, 시멘트에 감수제(減水劑)를 가한 것이 일반적이며, 또한, 칼슘 설포알루미네이트계 또는 석회계의 팽창재나, 알루미늄분(粉) 등의 발포제를 첨가하여 무(無)수축재료로 하고, 이들에 강모래나 규사 등을 배합하여, 페이스트나 모르타르로 하여, 토목ㆍ건축공사, 특히, 콘크리트 구조물의 미세한 공극, 역타(逆打)공법에서의 공극, 구조물의 보수나 보강, 기계장치의 베이스 플레이트 하부, 및 궤도 상판(床版) 하부 등에 충전하는 공법 등에 널리 사용되고 있다.

그리고, 그라우트 재료에는, PC그라우트, 프리팩트 콘크리트용 그라우트, 터널이나 실드의 뒤채우기 그라우트, 프리캐스트용 그라우트, 구조물의 보수나 보강 주입 그라우트, 철근이음매 그라우트, 교량의 지승(支承; 받침) 하부 그라우트, 기계대좌(機械臺座) 하부 그라우트, 포장판(鋪裝版) 하부 그라우트, 궤도 하부 슬래브 그라우트, 및 원자력발전소 격납용기 하부 그라우트 등이 있다.

최근, 토목ㆍ건축구조물에 사용되는 콘크리트의 품질이 고성능화되어, 그라우트 재료에 요구되는 성능이 고도화되고 있다.

그라우트용 시멘트 혼화재에 요구되는 성능으로서는, ⑴ 무(無)수축일 것, ⑵ 유동성이 양호하고 그 유지성이 양호할 것, ⑶ 블리딩(bleeding)이나 재료분리가 없을 것 등이 요구되는데, 최근, 콘크리트의 고강도화가 진척되어 왔기 때문에, 용도에 따라서는 그라우트 재료에도 고강도화가 필요하게 되고, 충전 위치에 따라서는 고(高)유동화가 요구되고 있다(비특허문헌 1 참조).

[비특허문헌 1] 「고강도 그라우트재의 충전성에 관한 실험연구」, 일본 건축학회대회 학술강연 경개집(梗槪集), NO.1313, 1995년 8월

또한, 유동성을 높이기 위하여, 감수제를 많이 배합하면 모르타르에 거품이 발생하기 쉽고, 특히 고온 하에서는 현저하게 발생하는 경우가 있다.

다량으로 거품이 발생하면 콘크리트와의 부착이 잘 되지 않을 뿐만 아니라, 재료분리를 일으킬 가능성이 있어서, 콘크리트와의 사이에 간극이 생길 것으로 생각되어, 시공 상의 과제가 있었다.

한편, 특정 감수제를 조합한 시멘트계 그라우트 조성물을 사용함으로써, 온도의존성이 적고, 유동성ㆍ충전성 유지효과가 현저하게 높으며, 장기간에 걸쳐서 강도 증진 효과를 기대할 수 있는 것도 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2003-171162호 공보

특허문헌 1에는, 「시멘트, 세골재(細骨材), 감수제, 팽창재, 무기질 미분말 및 발포물질로 이루어지는 조성물에 있어서, 감수제의 배합량이 시멘트 100질량부에 대하여 0.05∼4질량부이고, 이 감수제 100질량부 중의 멜라민술폰산염계 감수제가 10∼30질량부, 나프탈렌술폰산염계 감수제가 55∼85질량부, 리그닌술폰산염계 감수제가 5∼20질량부인 것을 특징으로 하는 시멘트계 그라우트 조성물.」(청구항 1)의 발명이 기재되고, 팽창재로서는, 「아우인(Hauyne)계 팽창재나 석회계 팽창재 외에, 유리(遊離)석회, 칼슘 알루미노페라이트 및 석고류를 함유하여 이루어지는 팽창재 등」(단락 [0006])을 사용하는 것이 기재되며, 유리석회, C₄AF 및 무수(無水)석고를 함유하고 있는 팽창재로서, 블레인(Blaine) 비표면적 4000㎠/g의 것(단락 [0028])이 나타내어져 있지만, 특정 팽창재를 조합하는 것은 나타내어져 있지 않다. 또한, 충분한 치수 안정성을 얻을 목적으로 팽창재를 사용하는(단락 [0007]) 것이어서, 특정 팽창재를 사용하여 거품의 발생을 방지하는 것은 시사되어 있지 않다.

또한, 특정 팽창재를 병용함으로써, 경화체(硬化體)에 통상의 전치(前置)시간으로 재령(材齡) 초기에 안정된 큰 팽창량과 함께, 고강도와 양호한 부착 성상(性狀)을 부여하는 뛰어난 효과가 얻어지는 것도 알려져 있다(특허문헌 2 참조).

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2003-128449호 공보

특허문헌 2에는, 「CaO 원료, Al₂O₃ 원료, Fe₂O₃ 원료 및 CaSO₄ 원료를 열처리하여 얻어지는 물질로서, 유리(遊離)석회, 칼슘 알루미노페라이트 및 무수(無水)석고를 함유하는 팽창물질과, CaO 원료, Al₂O₃ 원료 및 CaSO₄ 원료를 열처리하여 얻어지는 물질로서, 유리석회, 칼슘 설포알루미네이트 및 무수석고를 함유하는 팽창물질로 이루어지는 시멘트 혼화재.」(청구항 1)의 발명이 기재되어 있는데, 「팽창물질의 입도(粒度)는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 블레인 비표면적으로 1500∼4500㎠/g이 바람직하다. 1500㎠/g 미만에서는 미반응물이 장기간 잔존하여, 내구성을 저하시키는 경우가 있으며, 4500㎠/g을 넘으면 수화(水和)반응이 빨라서, 소정의 팽창성능이 얻어지지 않는 경우가 있다.」(단락 [0013])라고 기재되어 있기 때문에, 4500㎠/g을 넘는 블레인 비표면적을 가지는 팽창물질(팽창재)을 사용하는 것을 의도하는 것은 아니며, 또한, 거품의 발생을 방지할 목적으로, 특정 팽창물질(팽창재)을 사용하는 것은 아니다.

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은, 상기 과제를 해결하고자 하는 것이며, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 방지되며, 적당한 길이변화율, 체적 팽창율이 유지되고, 고강도 성능을 가지는 그라우트용 시멘트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 재료를 제공하는 것을 과제로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 다양한 검토를 거듭한 결과, 특정 팽창재를 병용함과 함께, 포졸란 미분말을 함유시키고, 또한, 특정 감수제를 병용한 그라우트용 시멘트 조성물을 채용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 지적 발견을 얻어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 시멘트, 팽창재, 포졸란 미분말, 발포제, 그리고, 나프탈렌술폰산계 감수제, 멜라민술폰산계 감수제, 리그닌술폰산계 감수제, 및 폴리카르본산계 감수제로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 2종 이상의 감수제(단, 나프탈렌술폰산계 감수제 및 폴리카르본산계 감수제의 2종으로 이루어지는 감수제를 제외함)를 함유하여 이루어지는 그라우트용 시멘트 조성물에 있어서, 상기 팽창재가, 블레인 비표면적값으로 2,000㎠/g 이상인 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 블레인 비표면적값으로 4,500㎠/g을 넘는 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지는 것이고, 상기 팽창재가, 블레인 비표면적값으로 2,000∼6,000㎠/g인 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 블레인 비표면적값으로 5,000∼9,000㎠/g인 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지는 이 그라우트용 시멘트 조성물이며, 상기 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재가, 시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재(이하, 결합재라 함) 100부 중, 1∼4부인 이 그라우트용 시멘트 조성물이고, 상기 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재가, 결합재 100부 중, 0.5∼2부인 이 그라우트용 시멘트 조성물이며, 상기 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 상기 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재의 합계량이, 결합재 100부 중, 3∼6부인 이 그라우트용 시멘트 조성물이고, 상기 포졸란 미분말이, 결합재 100부 중, 3∼10부인 이 그라우트용 시멘트 조성물이며, 또한, 상기 시멘트가, 조강(早强) 포틀랜드 시멘트인 이 그라우트용 시멘트 조성물이고, 이 그라우트용 시멘트 조성물을 사용하여 이루어지는 그라우트 재료이다.

[발명의 효과]

본 발명의 그라우트용 시멘트 조성물을 사용함으로써, 양호한 유동성이 유지되고, 거품의 발생이 없으며, 고강도를 가지는 그라우트 모르타르를 제공할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용하는 부(部)나 ％는 특히 규정이 없는 한 질량기준이다.

또한, 본 발명에서, 그라우트 모르타르라 함은, 그라우트 페이스트도 포함하는 것이다.

본 발명에서는, 시멘트와, 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지는 팽창재, 포졸란 미분말, 발포제, 그리고, 나프탈렌술폰산계 감수제, 멜라민술폰산계 감수제, 리그닌술폰산계 감수제, 및 폴리카르본산계 감수제로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 2종 이상의 감수제를 함유하여 이루어지는 그라우트용 시멘트 조성물과, 또한 필요에 따라 세골재(細骨材)를 배합하여, 물과 혼련(混練)하여 그라우트 모르타르를 조제하는 것이다.

본 발명에서 사용하는 팽창재로서는, 주로, 팽창성, 유동성, 및 보수성(保水性) 유지의 면에서, 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와, 주로, 팽창성이나 거품의 발생을 억제시키는 효과의 면에서 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 병용한다.

팽창재는, CaO 원료, Al₂O₃ 원료, Fe₂O₃ 원료, 및 CaSO₄ 원료를 소정의 비율이 되도록 배합하고, 전기로(爐)나 로터리킬른 등을 이용하여, 일반적으로는 1,100∼1,600℃로 열처리하여 제조된다. 열처리 온도가 1,100℃ 미만에서는 얻어진 팽창재의 팽창성능이 충분하지 않은 경우가 있고, 1,600℃를 넘으면 무수(無水)석고가 분해되는 경우가 있다.

CaO 원료로서는 석회석이나 소석회(消石灰) 등을, Al₂O₃ 원료로서는 보크사 이트나 알루미늄 잔회(殘灰) 등을, Fe₂O₃ 원료로서는 구리 슬래그나 시판되는 산화철 등을, 그리고, CaSO₄ 원료로서는 이수(二水)석고, 반수(半水)석고, 및 무수(無水)석고 등을 들 수 있다.

칼슘 알루미노페라이트계 팽창재(이하, C₄AF 팽창재라 함)라 함은, CaO 원료, Al₂O₃ 원료, Fe₂O₃ 원료, 및 CaSO₄ 원료를 열처리하여 얻어지는 물질로서, 유리(遊離)석회, 칼슘 알루미노페라이트 및 무수(無水)석고를 함유하는 팽창물질이며, 그 비율에 대해서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 팽창물질 100부 중, 유리석회는 30∼60부가 바람직하고, 40∼50부가 보다 바람직하다. 또한, 칼슘 알루미노페라이트는 10∼40부가 바람직하고, 15∼35부가 보다 바람직하다. 또한, 무수석고는 10∼40부가 바람직하고, 20∼35부가 보다 바람직하다.

본 발명의 칼슘 알루미노페라이트라 함은, CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃계 화합물을 총칭하는 것이며 특히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로, CaO를 C, Al₂O₃를 A, Fe₂O₃를 F라 하면, C₄AF나 C₆AF₂ 등으로 나타내어지는 화합물이 잘 알려져 있다. 통상은 C₄AF로서 존재하고 있다고 생각하면 된다.

C₄AF 팽창재의 분말도는, 블레인 비표면적값(이하, 블레인값이라 함)으로 2,000㎠/g 이상이 바람직하고, 2,000∼6,000㎠/g이 보다 바람직하다. 2,000㎠/g 미만에서는 팽창량이 커서 블리딩(bleeding)도 나오기 쉽고, 6,000㎠/g을 넘으면 양 호한 유동성을 유지하는 시간이 짧아지는 경향이 있다.

C₄AF 팽창재의 사용량은, 결합재 100부 중 1∼4부가 바람직하고, 2∼3부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 양호한 팽창성이나 보수성(保水性)이 얻어지지 않는 경우가 있고, 4부를 넘으면 마찬가지로 양호한 팽창성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

칼슘 설포알루미네이트계 팽창재(이하, CSA 팽창재라 함)라 함은, CaO 원료, Al₂O₃ 원료, 및 CaSO₄ 원료를 열처리하여 얻어지는 물질로서, 유리(遊離)석회, 칼슘 설포알루미네이트 및 무수(無水)석고를 함유하는 팽창물질이며, 그 비율에 대해서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 팽창물질 100부 중, 유리석회는 5∼40부가 바람직하고, 15∼35부가 보다 바람직하다. 또한, 칼슘 설포알루미네이트는 10∼40부가 바람직하고, 15∼35부가 보다 바람직하다. 또한, 무수석고는 30∼60부가 바람직하고, 40∼50부가 보다 바람직하다.

본 발명의 칼슘 설포알루미네이트라 함은, CaO-CaSO₄-Al₂O₃계로 이루어지고, 유리석회, 아우인(Hauyne), 및 무수석고를 주체로 하는 팽창재를 총칭하는 것이며 특히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로, CaO를 C, Al₂O₃을 A, CaSO₄을 S라 하면, CSA로 나타내어지는 화합물이 잘 알려져 있다.

CSA 팽창재의 분말도는, 블레인값으로 4,500㎠/g을 넘는 것이 바람직하고, 5,000∼9,000㎠/g이 보다 바람직하다. 4,500㎠/g 이하에서는 거품발생의 억제효과가 작은 경우가 있고, 또한, 필요 이상으로 팽창량이 커지는 경우가 있으며, 9,000 ㎠/g을 넘어도 그 효과의 향상은 기대할 수 없어 비경제적이다.

CSA 팽창재의 사용량은, 결합재 100부 중, 0.5∼2.0부가 바람직하다. 0.5부 미만에서는 거품발생의 억제효과를 얻어지지 않는 경우가 있고, 2.0부를 넘어도 효과의 향상은 기대할 수 없다.

본 발명에서는, 블레인값으로 2,000㎠/g 이상인 C₄AF 팽창재와 블레인값으로 4,500㎠/g을 넘는 CSA 팽창재를 팽창재로서 병용한다. 양자(兩者)의 합계량은, 결합재 100부 중, 3∼6부가 바람직하다. 3부 미만에서는, 적절한 팽창을 나타내지 않는 경우가 있고, 6부를 넘으면 양호한 팽창성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 포졸란 미분말은 특히 한정되는 것은 아니지만, 고로(高爐) 수쇄(水碎) 슬래그, 플라이애쉬, 및 실리카흄 등을 들 수 있고, 그 중에서, 실리카흄이, 그것도, 입자형성(造粒)한 실리카흄이, 블리딩의 방지, 강도 발현과 더불어 양호한 유동성을 얻는 면에서 바람직하다.

포졸란 미분말의 분말도는, 블레인값으로 3,000㎠/g 이상이 바람직하다. 3,000㎠/g 미만에서는, 그라우트 모르타르의 양호한 유동성, 블리딩의 방지나 강도 발현의 면에서 충분한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

포졸란 미분말의 사용량은, 결합재 100부 중, 3∼10부가 바람직하다. 3부 미만에서는, 블리딩의 방지효과가 낮고, 10부를 넘어도 향상된 효과는 기대할 수 없다.

본 발명에서는, 혼련(混練) 후의 그라우트 모르타르의 초기 팽창을 얻기 위 하여, 물과 혼련하였을 때에 가스를 발생시키는 발포제를 병용한다.

발포제로서는 특히 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 금속분말이나 과산화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 알루미늄 분말이 바람직하지만, 알루미늄 분말의 표면은 산화되기 쉬우며 산화 피막으로 덮히면 반응성이 저하되므로, 식물유(油), 광물유(油), 또는 스테아린산 등으로 표면처리한 알루미늄 분말이 바람직하다.

발포제의 사용량은, 결합재 100부에 대하여, 0.0003∼0.003부가 바람직하다. 0.0003부 미만에서는 팽창량이 극히 적어지는 경우가 있고, 0.003부를 넘으면 팽창량이 커서 강도 저하가 현저하게 되는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 시멘트로서는, 보통, 조강(早强), 초(超)조강, 저열, 및 중용열(中庸熱) 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에, 고로 슬래그, 플라이애쉬, 실리카, 또는 석회석 미분(微粉) 등을 혼합한 각종 혼합시멘트, 그리고, 폐기물 이용형 시멘트, 소위 에코 시멘트 등을 들 수 있고, 그 중 강도 발현의 면에서 조강 시멘트가 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 감수제는, 시멘트에 대한 분산작용이나 공기 연행(連行)작용을 가져서, 유동성 개선이나 강도 증진시키는 것의 총칭으로서, 구체적으로는, 나프탈렌술폰산계 감수제, 멜라민술폰산계 감수제, 리그닌술폰산계 감수제, 및 폴리카르본산계 감수제를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는, 그 중 2종 이상을 사용하는 것이다. 이들 중, 나프탈렌술폰산계 감수제, 멜라민술폰산계 감수제, 및 리그닌술폰산계 감수제 중 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 나프탈렌술폰산계 감수제와 멜라민술폰산계 감수제를 베이스로 하는 것이 보다 바람직하다.

결합재 100부에 대한, 나프탈렌술폰산계 감수제의 사용량은, 분체(粉體)로 0.8∼2.0부가 바람직하고, 멜라민술폰산계 감수제의 사용량은, 0.2∼0.4부가 바람직하다. 나프탈렌술폰산계 감수제가 0.8부 미만에서는 고(高)유동성이 얻어지지 않는 경우가 있고, 2.0부를 넘으면 재료분리를 일으키는 경우가 있다. 또한, 멜라민술폰산계 감수제가 이 범위 외에서는 적절한 유동성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

또한, 더욱이 옥시카르본산 또는 그 염, 덱스트린이나 수크로오스(Sucrose) 등의 당류, 및 무기염 등의 지연성을 가지는 것을 병용하는 것이 가능하다.

또한, 감수제의 사용형태는, 액체, 분체 모두 사용 가능하지만, 프리믹스 제품으로서 사용할 때에는 분체가 바람직하고, 그 첨가량은, 결합재 100부에 대하여, 1.0∼2.5부가 바람직하다. 1.0부 미만에서는 고(高)유동성을 얻기 힘든 경우가 있고, 2.5부를 넘으면 재료분리가 생기는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 세골재로서는, 통상 사용되고 있는 강모래, 바다모래, 부순모래(碎砂), 및 규사 등이 사용 가능하고, 프리믹스 제품으로서 사용할 때에는 이들의 건조 모래가 바람직하고, 그 입도(粒度)는 유동성의 면에서 최대 입자직경이 1.2㎜인 것이 바람직하다.

세골재의 사용량은, 결합재 100부에 대하여, 70∼150부가 바람직하다. 70부 미만에서는 수축량이 많아지는 경우가 있고, 150부를 넘으면 강도나 유동성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 혼련수(混練水) 양은 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 물/결합재 비(比)로 25∼45％가 바람직하고, 30∼40％가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 유동성이 크게 저하되거나, 재료분리가 발생하는 경우가 있어, 강도가 저하되는 경우도 있다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

결합재 100부 중, 표 1에 나타내는 팽창재, 포졸란 미분말 6부, 발포제 0.0014부, 나프탈렌술폰산계 감수제 1.3부와 멜라민술폰산계 감수제 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제하고, 물/결합재 비가 32％가 되도록 물을 첨가하여 고속 핸드믹서를 이용하여 혼련하여 그라우트 모르타르를 제작하여, 그 유동성을 측정하고, 거품의 발생상황을 평가하였다.

또한, 제작한 그라우트 모르타르를, 20℃, 80％ RH의 항온항습실에서, 형틀에 타설(打設)하고, 1일 후부터의 양생은, 20℃ 수중(水中)양생으로 하고, 길이변화율, 체적팽창율, 및 압축강도를 측정하였다. 결과를 표 1에 병기한다.

＜사용재료＞

시멘트 : 조강(早强) 포틀랜드 시멘트, 시판품

팽창재 A : C₄AF 팽창재, 블레인값 2,500㎠/g, 시판품

팽창재 B : CSA 팽창재, 블레인값 6,050㎠/g

포졸란 미분말 : 실리카흄 입자형성(造粒)품, 시판품

발포제 : 알루미늄 분말, 시판품

감수제 a : 나프탈렌술폰산계 감수제, 시판품

감수제 b : 멜라민술폰산계 감수제, 시판품

세골재 : 석회 사골재(砂骨材), 밀도 2.62g/㎤, 1.2㎜ 하급품

＜측정방법＞

유동성 : 중화인민공화국 국가표준 GB2419-81 「모르타르 유동도 측정방법」에 준하여 측정, 유동성의 경시(經時) 변화는, 그 때마다 그라우트 모르타르를 고속 핸드믹서로 10초간 다시 개어서 측정

거품의 발생상황 : 시각으로 관찰

길이변화율 : 일본 규격협회 JIS A 6202 「콘크리트용 팽창재」의 부속서 1 「팽창재의 모르타르에 의한 팽창성 시험방법」에 준하여 측정. 재령(材齡) 28일의 측정치

체적팽창율 : 세로방향 팽창율, 중화인민공화국 국가표준 GBJ119 「콘크리트외가제(外加劑) 응용 기술규범」에 준하여, 20℃, 80％ RH의 항온항습실에서 타설 후 1일의 값을 측정

압축강도 : 항압(抗壓)강도, 중화인민공화국 국가표준 GB177 「시멘트 모르타르 강도시험」에 준하여 측정

표 1로부터, 블레인값으로 2,000㎠/g 이상인 팽창재 A(C₄AF 팽창재)와 블레인값으로 4,500㎠/g을 넘는 팽창재 B(CSA 팽창재)를 병용한 실험 No.1-2∼1-5, No.1-7∼1-10의 실시예의 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

C₄AF 팽창재는, 결합재 100부 중, 1부에서부터 효과가 현저해지고, 4부를 넘으면 유동성은 높아지지만, 압축강도가 저하되며, 길이변화율이 지나치게 커지기 때문에, 1∼4부가 바람직하다.

CSA 팽창재는, 결합재 100부 중, 0.5부에서부터 효과가 현저해지고, 2부를 넘으면 압축강도의 향상은 한계점이 되므로, 0.5∼2부가 바람직하다.

이에 대하여, 팽창재 B(CSA 팽창재) 뿐이고, 팽창재 A(C₄AF 팽창재)를 사용하지 않는 실험 No.1-1의 비교예의 그라우트 모르타르는, 시간의 경과에 따라서 유동성이 저하되고, 거품의 발생이 있으며, 길이변화율이 작다. 또한, 팽창재 A(C₄AF 팽창재) 뿐이고 팽창재 B(CSA 팽창재)를 사용하지 않는 실험 No.1-6의 비교예의 그라우트 모르타르는, 유동성은 높지만, 거품의 발생이 있으며, 체적팽창율이 작다.

따라서, 블레인값으로 2,000㎠/g 이상인 C₄AF 팽창재와 블레인값으로 4,500㎠/g을 넘는 CSA 팽창재를 조합하여 그라우트 모르타르에 함유시키는 것이 바람직하다.

[실시예 2]

결합재 100부 중, 팽창재 A 2부, 팽창재 B 2부, 표 2에 나타내는 포졸란 미분말, 발포제 0.0014부, 감수제 a 1.3부와 감수제 b 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 병기한다.

표 2로부터, 포졸란 미분말을, 결합재 100부 중, 3∼10부 함유시킨 실험 No.2-2∼2-4, No.1-3의 실시예의 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 포졸란 미분말을 함유하지 않는 실험 No.2-1의 비교예의 그라우트 모르타르는, 유동성이 낮고, 체적팽창율이 크며, 압축강도가 낮다.

따라서, 포졸란 미분말을, 결합재 100부 중, 3∼10부 함유시켜서 그라우트 모르타르로 하는 것이 바람직하다.

[실시예 3]

결합재 100부 중, 팽창재 A 2부, 팽창재 B 2부, 포졸란 미분말 6부, 발포제 0.0014부, 표 3에 나타내는 감수제, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 3에 병기한다.

＜사용재료＞

감수제 c : 리그닌술폰산계 감수제, 시판품

감수제 d : 폴리카르본산계 감수제, 시판품

표 3으로부터, 감수제 a(나프탈렌술폰산계 감수제), 감수제 b(멜라민술폰산계 감수제), 감수제 c(리그닌술폰산계 감수제), 감수제 d(폴리카르본산계 감수제)로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 2종 이상(나프탈렌술폰산계 감수제 및 폴리카르본산계 감수제의 2종의 조합을 제외함)을 조합하여 함유시킨 실험 No.3-1∼3-3, No.1-3, No.3-8∼3-13의 실시예의 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 감수제 a(나프탈렌술폰산계 감수제)를 함유하지만, 감수제 b, c, d를 함유하지 않는 실험 No.3-4의 비교예의 그라우트 모르타르는, 유동성은 크지만, 거품의 발생이 있으며, 체적팽창율이 마이너스가 되어 버린다.

감수제 b(멜라민술폰산계 감수제)를 함유하지만, 감수제 a, c, d를 함유하지 않는 실험 No.3-5의 비교예의 그라우트 모르타르는, 시간의 경과에 따라서 유동성이 크게 저하되고, 거품의 발생이 있으며, 체적팽창율이 마이너스가 되어 버린다.

감수제 c(리그닌술폰산계 감수제)를 함유하지만, 감수제 a, b, d를 함유하지 않는 실험 No.3-6의 비교예의 그라우트 모르타르는, 유동성이 낮고, 거품의 발생이 있으며, 체적팽창율이 마이너스가 되어 버리고, 압축강도도 작다.

감수제 d(폴리카르본산계 감수제)를 함유하지만, 감수제 a, b, c를 함유하지 않는 실험 No.3-14의 비교예의 그라우트 모르타르는, 소량의 첨가로 유동성은 개선되지만, 거품의 발생이 있으며, 체적팽창율이 마이너스가 되어 버리고, 압축강도도 작다.

다만, 2종을 조합한 경우이더라도, 감수제 a(나프탈렌술폰산계 감수제) 및 감수제 d(폴리카르본산계 감수제)의 2종으로 이루어지는 감수제를 함유하는 실험 No.3-7의 비교예의 그라우트 모르타르는, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도는 높지만, 플로우 다운이 커서 유동성이 저해되어 버린다. 따라서, 나프탈렌술폰산계 감수제와 폴리카르본산계 감수제만의 조합은, 유동성의 관점에서 바람직하지 못하고, 이 유동성을 개선하기 위해서는, 실험 No.3-8, No.3-11, No.3-13과 같이 또 다른 1종(감수제 b, c) 이상을 조합할 필요가 있다.

[실시예 4]

결합재 100부 중, 팽창재 A 50부와 팽창재 B 50부로 이루어지는 표 4에 나타내는 팽창재, 포졸란 미분말 6부, 발포제 0.0014부, 감수제 a 1.3부와 감수제 b 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 4에 병기한다.

표 4로부터, 팽창재 A와 팽창재 B를 합계량으로, 결합재 100부 중, 3∼6부 함유시킨 실험 No.4-2∼4-4, No.1-3의 실시예의 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 팽창재를 함유하지 않는 실험 No.4-1의 비교예의 그라우트 모르타르는, 거품의 발생이 있으며, 길이변화율이 작다.

따라서, C₄AF 팽창재와 CSA 팽창재를 합계량으로, 결합재 100부 중, 3∼6부함유시켜서 그라우트 모르타르로 하는 것이 바람직하다.

[실시예 5]

결합재 100부 중, 팽창재 A 2부, 팽창재 B 2부, 포졸란 미분말 6부, 표 5에 나타내는 발포제, 감수제 a 1.3부와 감수제 b 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 5에 병기한다.

표 5로부터, 발포제를, 결합재 100부 중, 0.0003∼0.003부 함유시킨 실험 No.5-1, No.5-2, No.1-3의 실시예의 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

[실시예 6]

결합재 100부 중, 팽창재 A 2부와 팽창재 C 2부, 팽창재 A 2부와 팽창재 D 2부에, 포졸란 미분말 6부, 발포제 0.0014부, 감수제a 1 .3부와 감수제 b 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 6에 병기한다.

팽창재 C : CSA 팽창재, 블레인값 4,580㎠/g

팽창재 D : CSA 팽창재, 블레인값 5,070㎠/g

표 6으로부터, CSA 팽창재의 블레인값이 실시예의 실험 No.1-3보다도 작은 경우이더라도, 실험 No.6-1 및 6-2의 실시예의 4,500㎠/g을 넘는 CSA 팽창재(팽창재 C 및 팽창재 D)를 사용한 그라우트 모르타르는, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높은 것을 알 수 있다.

[비교예]

결합재 100부 중, 팽창재 A 2부, 팽창재 E 2부, 포졸란 미분말 6부, 발포제 0.0014부, 감수제 a 1.3부와 감수제 b 0.2부, 및 세골재 100부를 혼합하여 그라우트 재료를 조제한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 7에 병기한다.

팽창재 E : CSA 팽창재, 블레인 4,380㎠/g

표 7에 나타내는 바와 같이, 실험 No.7-1의 비교예의 블레인값이 4,500㎠/g 이하인 CSA 팽창재(팽창재 E)를 사용한 그라우트 모르타르에는, 거품의 발생이 보였다.

본 발명의 그라우트용 시멘트 조성물을 사용하여 이루어지는 그라우트 모르타르(그라우트 재료)는, 상기한 바와 같이, 뛰어난 유동성이 얻어지고, 거품의 발생이 없으며, 길이변화율, 체적팽창율이 적당한 정도로 유지되고, 압축강도가 높기 때문에, 토목ㆍ건축공사, 특히, 콘크리트 구조물의 미세한 공극, 역타(逆打)공법에서의 공극, 구조물의 보수나 보강, 기계장치의 베이스 플레이트 하부, 및 궤도 상판(床版) 하부 등에 충전하는 공법 등에 사용할 수 있다.

Claims

시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재, 발포제, 그리고, 나프탈렌술폰산계 감수제, 멜라민술폰산계 감수제, 리그닌술폰산계 감수제, 및 폴리카르본산계 감수제로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 2종 이상의 감수제(단, 나프탈렌술폰산계 감수제 및 폴리카르본산계 감수제의 2종으로 이루어지는 감수제를 제외함)를 함유하여 이루어지는 그라우트용 시멘트 조성물에 있어서,

상기 팽창재가, 블레인 비표면적값으로 2,000㎠/g 이상인 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 블레인 비표면적값으로 4,500㎠/g을 넘는 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지며, 상기 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재가, 상기 시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부(部) 중, 1∼4부이고, 또한, 상기 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재가, 상기 시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 0.5∼2부인 것을 특징으로 하는 그라우트용 시멘트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 팽창재가, 블레인 비표면적값으로 2,000∼6,000㎠/g인 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 블레인 비표면적값으로 5,000∼9,000㎠/g인 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우트용 시멘트 조성물.
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청구항 1에 있어서,

상기 칼슘 알루미노페라이트계 팽창재와 상기 칼슘 설포알루미네이트계 팽창재의 합계량이, 상기 시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 3∼6부인 것을 특징으로 하는 그라우트용 시멘트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 포졸란 미분말이, 상기 시멘트, 팽창재, 및 포졸란 미분말로 이루어지는 결합재 100부 중, 3∼10부인 것을 특징으로 하는 그라우트용 시멘트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 시멘트가, 조강(早强) 포틀랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 그라우트용 시멘트 조성물.
청구항 1, 청구항 2, 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 그라우트용 시멘트 조성물을 사용하여 이루어지는 그라우트 재료.