KR100991234B1 - 소듐오쏘실리케이트와 황산아연을 이용한 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 보수방법 - Google Patents
소듐오쏘실리케이트와 황산아연을 이용한 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 보수방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 교량, 지하 구조, 암거 등의 구조체 보수에 바람직하게 적용할 수 있는 모르타르 조성물로서 속경성, 강도, 방수성 등에서 우수한 물성을 나타내는 조성물과, 그 조성물을 바람직하게 이용한 보수방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 속경성 보수용 모르타르 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트 38~45중량%; 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말 3~4중량%; 규사 38~45중량%; 49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유한 소듐오쏘실리케이트 분말 1~5중량%; 재분산성 분말수지 3~6중량%; 디메틸올프로판(Dimethylolpropane) 분말 1~3중량%; 황산아연 분말 0.01~1중량%; 및, 기능성 분말형 혼화재료 2~5중량%;로 건조 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 하며, 나아가 상기한 건조 모르타르 조성물 100중량부에 배합수 15~30중량부를 혼합하여 물배합 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 보수방법은, 상기한 조성의 물배합 모르타르 조성물을 보수 대상 표면에 바른 후 실리콘-아크릴 에멀젼을 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 속경성 보수용 모르타르 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트 38~45중량%; 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말 3~4중량%; 규사 38~45중량%; 49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유한 소듐오쏘실리케이트 분말 1~5중량%; 재분산성 분말수지 3~6중량%; 디메틸올프로판(Dimethylolpropane) 분말 1~3중량%; 황산아연 분말 0.01~1중량%; 및, 기능성 분말형 혼화재료 2~5중량%;로 건조 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 하며, 나아가 상기한 건조 모르타르 조성물 100중량부에 배합수 15~30중량부를 혼합하여 물배합 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 보수방법은, 상기한 조성의 물배합 모르타르 조성물을 보수 대상 표면에 바른 후 실리콘-아크릴 에멀젼을 도포하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 교량, 지하 구조, 암거 등의 구조체 보수에 바람직하게 적용할 수 있는 모르타르 조성물로서 속경성, 강도, 방수성 등에서 우수한 물성을 나타내는 조성물과, 그 조성물을 바람직하게 이용한 보수방법에 관한 것이다.
철근콘크리트구조는 압축력에 강한 콘크리트와 인장력에 강한 철근을 합성하여 각 재료의 고유 특성을 합리적으로 보완한 구조방식으로, 알칼리성인 콘크리트가 철근에 부동태 막을 형성시켜 부식 진행을 억제하기 때문에 내구수명을 100년 이상 가져갈 수 있는 우수한 구조방식이다. 그러나 최근 산업화와 공업화로 인해 대기오염이 심화하고 환경변화가 열악해짐에 따라 염해, 중성화 등의 콘크리트 열화요인이 발생하면서 철근 부식이 급속히 진행되고 결과적으로 철근콘크리트 구조물의 내구수명이 줄고 있는 실정이다.
콘크리트의 열화에 따른 철근콘크리트 구조물의 내구성 저하는 보수공사를 통해 유지 관리한다. 일반적으로 철근콘크리트 구조물의 보수공사는 박리, 균열 등하자 발생부위의 콘크리트를 제거한 후 보수용 모르타르를 바르는 방식으로 이루어진다. 보수공사는 신속하게 긴급 진행하는 것이 바람직하므로 보수용 모르타르는 속경성과 조강성이 중요한 요구 성능이 되며, 또한 보수 후 구조물의 일부분이 되므로 내구성도 주요한 요구 성능이 된다.
종래 보수용 모르타르는 대부분 콘크리트 중성화 방지나 유입되는 수분에 의한 철근 부식방지에 초점을 두고 있다. 이러한 특성 대부분의 보수 모르타르는 경화속도가 느리다. 또한 일부 보수 모르타르는 재분산성 폴리머로 내수성과 내알칼리성이 약한 EVA 분말 등을 사용하는데, 이와 같은 보수 모르타르는 황산염이나 염화물을 함유한 물에 대한 저항성이 작아 이차 오염에 의한 콘크리트의 열화가 진행될 가능성이 크고 경화속도가 느려 작업 시간이 길게 되는 단점이 있다.
빠른 경화속도를 위해 종래에는 속경 CSA 시멘트 혹은 알루미나 시멘트와 석고 등을 이용하였다. 하지만 이 방법은 에트링자이트 결정형성을 유도하여 빠르게 굳게 하나, 장기적으로는 미반응된 원료 간에 DEF(Delayed Ettringite Formation)가 일어나 이에 의한 균열과 전이에 의한 물리적 성상의 변형에 우려가 있다.
한편 현재 대부분의 방수성을 나타내는 모르타르는 액상의 폴리머 수지를 혼합한 결과이다. 하지만 액상의 폴리머 수지는 현장에서 모르타르를 배합하는 과정에서 사용해야 하기 때문에 현장 작업자들에 의한 사용량 조정에 불편함이 있다.
본 발명은 상기한 종래 보수 모르타르의 기술적인 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 속경성, 조강성, 방수성, 사용성에서 모두 유리한 모르타르 조성물과 이러한 모르타르를 바람직하게 이용한 보수방법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물과 그 조성물을 바람직하게 이용한 보수방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트 38~45중량%; 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말 3~4중량%; 규사 38~45중량%; 49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유한 소듐오쏘실리케이트 분말 1~5중량%; 재분산성 분말수지 3~6중량%; 디메틸올프로판(Dimethylolpropane) 분말 1~3중량%; 황산아연 분말 0.01~1중량%; 및, 기능성 분말형 혼화재료 2~5중량%;로 건조 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 하며, 나아가 상기한 건조 모르타르 조성물 100중량부에 배합수 15~30중량부를 혼합하여 물배합 모르타르로 조성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 보수방법은, 상기한 조성의 물배합 모르타르 조성물을 보수 대상 표면에 바른 후 실리콘-아크릴 에멀젼을 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 속경성과 조강성은 물론 방수성에서 유리한 효과를 나타내는 보수용 모르타르 조성물을 제공할 수 있다. 이러한 모르타르 조성물은 수분의 침투로 인해 철근 콘크리트의 열화가 예상되는 구조물, 특히 교량 및 콘크리트 도로 보수에 유리하게 적용할 수 있다.
둘째, 모르타르를 건조 상태의 재료만을 이용하여 프리믹스 제품화할 수 있으며, 이에 따라 현장에서는 공장 생산된 건조 모르타르를 현상상황에 따라 배합수(물)를 혼합하면서 간편하게 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 [실험예]에서 모르타르의 배합에 따른 발수성을 확인한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 보수공법을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 보수공법을 보여준다.
본 발명에 따른 속경성 보수용 모르타르 조성물은, 보통 포틀랜드 시멘트 및 규사와 함께 소듐오쏘실리케이트, 황산아연, 재분산성 분말수지를 이용한다는데 특징이 있다. 이러한 특징에 따라 본 발명은 속경성에 초기강도를 효과적으로 발현하는 것은 물론 방수성능을 나타내는 보수용 모르타르 조성물을 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은 보통 포틀랜드 시멘트 38~45중량%; 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말 3~4중량%; 규사 38~45중량%; 49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유한 소듐오쏘실리케이트 분말 1~5중량%; 재분산성 분말수지 3~6중량%; 디메틸올프로판(Dimethylolpropane) 분말 1~3중량%; 황산아연 분말 0.01~1중량%; 기능성 분말형 혼화재료 2~5중량%;로 조성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 조성물은 물(배합수)이 혼합되기 전 상태이며, 이를 본 발명에서는 건조 모르타르라 부른다. 건조 모르타르는 미리 공장에서 조성 배합하여 제품화할 수 있으며, 이렇게 제품화된 건조 모르타르는 현장에서 소정의 물(배합수)과 혼합하여 사용하면 된다. 본 발명에서는 건조 모르타르와 배합수를 혼합한 것을 물배합 모르타르라 부른다.
본 발명에서 보통 포틀랜드 시멘트는 주요한 결합재가 되며, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말은 모르타르의 건조수축을 보상하기 위한 팽창재가 된다. 보통 포틀랜드 시멘트는 38~45중량% 사용하고 칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말은 3~4중량% 사용하는 것이 바람직하며, 아울러 이러한 배합에서 규사는 38~45중량%가 적당하다.
본 발명에서 소듐오쏘실리케이트는 49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유하는 2Na2OSiO2 XH2O 분자식의 백색 결정체로서 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘과 결합하여 불용성의 규산 칼슘으로 고정되는 것인데, 이에 따라 경화체의 공극을 충진하여 치밀한 조직을 만드는데 역할을 한다. 소듐오쏘실리케이트는 1~5중량% 사용하는 것이 바람직한데, 사용량이 5중량% 초과하면 응결속도가 너무 빠르게 진행되어 사용성에 문제가 생기고, 사용량이 1중량% 미만이면 속경성 확보가 어렵기 때문이다.
디메틸올프로판은 HOCH2C(CH3)2CH2OH 분자식을 가지고 비중이 1.06인 백색 결정체로서, 물에 용해되는 성질을 가진다. 본 발명에서 디메틸올프로판은 물에 용해된 상태에서 물에 의해 팽윤된 시멘트 입자 사이에 작용하여 시멘트 입자 사이의 표면장력을 낮추는 역할을 하는데, 이에 따라 경화체 초기의 인장 변형력(Tensile Stress) 크기를 감소시키는 한편 인장 변형력의 발현을 늦춰주어 경화체의 잠재 균열 발생성을 감소시킨다. 본 발명에서는 디메틸올프로판을 1~3중량%를 사용할 것을 제안하는데, 3중량%를 초과하면 응결지연에 영향을 줄 뿐만 아니라 시멘트 입자 간의 표면장력을 크게 저하시켜 모르타르의 점도를 떨어뜨릴 우려가 있고, 1중량% 미만이면 시멘트 입자의 표면 장력 저하를 위한 영향이 약해져 배합수 사용을 증가시킨다.
황산아연은 ZnSO47H2O이 98중량% 이상 차지하는 백색의 비정질 분말인데, 본 발명에서는 이러한 황산아연을 시멘트의 경화속도를 조절하기 위해 사용한다. 황산아연은 소듐오쏘실리케이트의 작용에 의한 빠른 응결속도 조절하도록 소듐오쏘실리케이트 사용량에 비례적으로 사용하며, 다만 1중량%를 초과하면 황산아연에 의한 응결속도의 지연 효과가 커지고 모르타르 강도가 저하되므로 1중량% 이하 사용하는 것이 바람직하다.
재분산성 분말수지는 합성수지 에멀젼을 건조 분무시킨 것으로 물을 가했을 대 재분산되는 성질을 가지는 것인데, 통상 시멘트 경화체의 압축강도, 내구성, 접착강도, 내마모성, 방수성 등을 사용한다. 본 발명에서도 시멘트 경화체의 물성 개선을 위해 재분산성 분말수지를 사용한다. 재분산성 분말수지는 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 비닐버사테이트-비닐아세테이트 중합체(Copolymer of vinylversatate-vinylacetate), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinylacetate), 스티렌부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber) 등 다양한 중합체의 재분산성 수지에서 선택하여 사용하면 된다. 재분산성 분말수지는 3~6중량% 사용하는 것이 바람직한데, 사용량이 6중량% 초과하면 모르타르의 점성이 커지고 재료원가 상승에 따른 경제성 저하가 우려되고, 사용량이 3중량% 미만이면 모르타르의 레올로지가 저하하여 작업성이 떨어진다. 본 발명은 실시예에서 백색 분말로서 pH가 5~6이고 고형분 함량이 98중량% 이상이면서 필름 형성온도가 5℃인 스티렌부타디엔 러버를 사용하고 있다.
본 발명에서는 감수제, AE제, 유동화제, 기포제, 방청제 등의 기능성 분말형 혼화재료에서 하나 이상을 첨가할 것을 제안하는데, 이들 기능성 분말형 혼화재료는 그 전체 사용량이 2~5중량%가 적당하다.
상기와 같은 조성의 건조 모르타르 조성물은 미리 혼합한 후 시공 현장에서 배합수(물)와 혼합하여 이용할 수 있다. 배합수는 건조 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 15~30중량부를 혼합하도록 한다. 배합수가 15중량부 미만이면 충분한 유동성이 발휘되지 못하여 작업성 저하가 우려되며, 30중량부를 초과하면 수량의 과다첨가에 의한 재료분리와 강도발현 저하에 따른 탈락 및 파손 등이 우려된다.
이와 같은 조성의 본 발명은 실시예와 실험예를 통해 안정된 물성, 특히 높은 강도를 발현하고, 낮은 흡수율로 우수한 방수성을 발현하는 것으로 확인되었다. 나아가 내알칼리성도 우수한 것으로 확인되었는바, 염화물과 황산염에 노출되었을 경우에도 철근의 열화를 감소시켜 더욱 안정된 철근콘크리트 구조체로 유지하는데 기여할 것으로 기대된다.
또한 본 발명은 건조 모르타르에 배합수를 혼합한 물배합 모르타르를 보수 대상 표면에 바른 후 실리콘-아크릴 에멀젼(pH가 7~8이고 고형분 함량이 51중량% 이하)을 도포하면서 보수공사를 실시할 것을 제안한다. 즉 물배합 모르타르를 이용하여 보수 대상 구조물의 단면 복구하고, 이어 복구된 모르타르 표면에 실리콘-아크릴수지 에멀젼으로 도포하여 코팅하는 것이다. 물론 도 2에서와 같이 물배합 모르타르를 바르기 전에 접착증강제를 도포하여 물배합 모르타르의 효과적인 접착을 유도하고, 아울러 철근 방청제를 도포하여 철근의 부식 방지를 유도할 수 있다.
실리콘 아크릴 에멀젼은 소수성질을 갖는 규소(SiO2) 성분을 함유한 유백색 액상 재료인데, 시멘트와의 친화성으로 모르타르 표면에 효과적으로 코팅된다. 실리콘 아크릴 에멀젼은 강한 발수 및 방수 성능을 나타내고, 물의 침투를 억제하여 동결 융해 및 결로 방지에도 효과를 나타내며, 표면의 강도 증진에도 기여한다. 나아가 실리콘 아크릴 에멀젼은 수산화 칼슘의 용출을 억제하므로 콘크리트 균열이나 콘크리트의 중성화 진행 억제에 도움이 된다. 이러한 실리콘 아크릴 에멀젼은 그 사용량이 0.2g/㎡정도가 적당하다.
이하에서는 실시예와 실험예에 의거하여 본 발명에 대해 살펴본다. 다만 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 모르타르 배합
하기 [표 1]와 같은 조성비로 건조 모르타르 조성물을 균일하게 혼합한 후 건조 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 18중량부의 배합수를 모르타르 혼합기로 혼합하였다.
| 구분 | 건조 모르타르(중량%) | |||||||
| 시멘트 | CSA | 규사 | 소듐오쏘 실리케이트 |
황산아연 | 스티렌 부타디엔러버 |
디메틸 올프로판 |
감수제 | |
| SP1 | 43 | 3 | 44 | 2 | 0.5 | 4 | 1 | 2.5 |
| SP2 | 43 | 3 | 43 | 3 | 0.5 | 4 | 1 | 2.5 |
| SP3 | 콘스타 Suntar-PM 제품으로, 특수 분말수지 및 화이버가 혼합되어있는 비교적 경량에 해당되는 콘크리트 보수용 몰탈임. | |||||||
[실험예] 모르타르 배합에 따른 물성 조사
상기와 같이 배합한 모르타르에 대해 응결시간, 압축강도, 휨강도, 흡수율, 발수성을 조사하였다. 압축강도, 휨강도, 흡수율은 50㎜×50㎜×50㎜의 시험체를 제작하여 측정하였고, 발수성은 50㎜×50㎜×50㎜의 시험체 표면에 실리콘 아크릴 에멀젼을 약 0.4g 정도를 도포한 상태에서 확인하였다.
(1)응결시간
모르타르 배합에 따른 응결시간은 하기 [표 2]와 같다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 배합(SP1,SP2)에서 초결시간과 종결시간이 짧게 확인된다.
| 구분 | 1 | 2 | 3 |
| 초결(h, min) | 32min | 47min | 2h 45min |
| 종결(h, min) | 1h 45min | 2h 23min | 5h 14min |
(2)압축강도
모르타르 배합에 따른 압축강도는 하기 [표 3]과 같다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 배합(SP1,SP2)에서 초기 압축강도가 높게 발현되는 것으로 확인된다.
| 시험기간 | SP1 | SP2 | SP3 |
| 12시간 | 40 | 46 | 0 |
| 1일 | 204 | 214 | 145 |
| 3일 | 294 | 297 | 290 |
| 14일 | 421 | 419 | 415 |
| 14일(내알칼리시험) | 371 | 374 | 367 |
| 내알칼리 시험은 동일하게 만든 시편을 5% NaOH용액에 침적 후 압축강도 측정함. | |||
(3)휨강도
모르타르 배합에 따른 휨강도는 하기 [표 4]와 같다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 배합(SP1,SP2)에서 초기 휨강도가 높게 발현되는 것으로 확인된다.
| 시험기간 | SP1 | SP2 | SP3 |
| 12시간 | 6 | 6.2 | 0 |
| 14일 | 9.1 | 9.2 | 9.1 |
(4)흡수율
모르타르 배합에 따른 흡수율을 하기 [표 5]와 같다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 배합(SP1,SP2)에서 흡수율이 낮은 것으로 확인된다.
| SP1 | SP2 | Sp3 | |
| 흡수율(%) | 1.2% | 0.8% | 2.4% |
| 시편의 무게를 측정 후 물속에 담가 7일 경과 후 무게 변화 측정 | |||
(5)발수성
모르타르 배합에 따른 발수성은 도 1과 같다. 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 배합(SP1,SP2)에서 발수성이 우수한 것으로 확인된다.
이상과 같은 실험결과를 종합해보면, 본 발명에 따른 모르타르 배합은 속경성, 조강성, 방수성, 발수성을 발휘하므로 각종 보수공사에 유리하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
Claims (4)
- 보통 포틀랜드 시멘트 38~45중량%;
칼슘설포알루미네이트(CSA) 분말 3~4중량%;
규사 38~45중량%;
49~54중량%의 Na2O와 22~31중량%의 SiO2를 함유한 소듐오쏘실리케이트 분말 1~5중량%;
재분산성 분말수지 3~6중량%;
디메틸올프로판(Dimethylolpropane) 분말 1~3중량%;
황산아연 분말 0.01~1중량%;
기능성 분말형 혼화재료 2~5중량%;
로 조성되는 것을 특징으로 하는 방수기능을 가진 속경성 보수용 건조 모르타르 조성물. - 제1항에서,
상기 재분산성 분말수지는, 스티렌부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber)인 것을 특징으로 하는 방수기능을 가진 속경성 보수용 건조 모르타르 조성물. - 제1항 또는 제2항에 따른 건조 모르타르 조성물 100중량부에,
배합수 15~30중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 방수기능을 가진 속경성 보수용 물배합 모르타르 조성물. - 제3항에 따른 물배합 모르타르 조성물을 보수 대상 표면에 바른 후 실리콘-아크릴 에멀젼을 도포하는 것을 특징으로 하는 보수방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100054351A KR100991234B1 (ko) | 2010-06-09 | 2010-06-09 | 소듐오쏘실리케이트와 황산아연을 이용한 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 보수방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020100054351A KR100991234B1 (ko) | 2010-06-09 | 2010-06-09 | 소듐오쏘실리케이트와 황산아연을 이용한 방수기능을 가진 속경성 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 보수방법 |
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| KR (1) | KR100991234B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101075341B1 (ko) | 2011-06-07 | 2011-10-19 | 창흥건설 주식회사 | 황산반토와 리튬카보네이트를 활성화제로 이용한 고황산염금속시멘트 및 고황산염금속시멘트를 이용한 내산 폴리머 보수 모르타르 조성물 |
| WO2014180859A1 (de) * | 2013-05-07 | 2014-11-13 | Franken Maxit Mauermörtel GmbH & Co. | Mineralisches, hydraulisches bindemittel sowie mineralischer, hydraulischer trockenmörtel, frischbeton und festbeton enthaltend das bindemittel |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100973497B1 (ko) | 2010-05-12 | 2010-08-03 | 임펙트디엔씨 주식회사 | 속경성 시멘트 조성물, 이를 이용한 속경성 모르타르 조성물 및 콘크리트 구조물의 보수공법 |
-
2010
- 2010-06-09 KR KR1020100054351A patent/KR100991234B1/ko active IP Right Grant
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| KR101075341B1 (ko) | 2011-06-07 | 2011-10-19 | 창흥건설 주식회사 | 황산반토와 리튬카보네이트를 활성화제로 이용한 고황산염금속시멘트 및 고황산염금속시멘트를 이용한 내산 폴리머 보수 모르타르 조성물 |
| WO2014180859A1 (de) * | 2013-05-07 | 2014-11-13 | Franken Maxit Mauermörtel GmbH & Co. | Mineralisches, hydraulisches bindemittel sowie mineralischer, hydraulischer trockenmörtel, frischbeton und festbeton enthaltend das bindemittel |
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