KR101203419B1

KR101203419B1 - 수축저감재 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 모르타르 바닥 마감재

Info

Publication number: KR101203419B1
Application number: KR1020120056596A
Authority: KR
Inventors: 이병원
Original assignee: 이병원
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2012-11-21

Abstract

본 발명은, 시멘트 결합재와 잔골재는 질량비로 1:1~3의 비율로 포함되고, 보통시멘트 8~45중량%, 폴리머 결합재 13~70중량% 및 충전재 3~40중량%를 포함하며, 상기 시멘트 결합재는, 보통 시멘트 60~90중량%, 수축저감재 5~14중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1~15중량%, 중공형 실리카 분말 0.1~15중량%, 메타카올린 0.1~15중량%, 운모 0.01~10중량% 및 중공형 아크릴 분말 0.01~3중량%를 포함하는 고유동성 및 보온성이 우수한 수축저감재 시멘트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 수축저감재 시멘트 모르타르는, 과팽창을 제어할 수 있는 시멘트 결합재를 사용함으로써 건조수축에 의한 균열을 방지함과 동시에 장기강도 개선되어 유지관리비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 고유동성 및 보온성을 가질 수 있어 건축물 바닥 마감재로 사용 시 단열효과가 기대된다.

Description

수축저감재 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 모르타르 바닥 마감재 {Crack retardant mixture for cement mortar}

본 발명은 수축저감재 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 모르타르 바닥 마감재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무기질 시멘트가 물과 반응하여 수화물을 생성시키면서 응결 및 경화 반응을 일으킬 때 수축하는 특성을 저감시키는 수축저감재 시멘트계 결합재를 사용함으로써 건조수축에 의한 균열을 방지함과 동시에 장기강도 개선, 고유동성 및 보온성을 가지도록 하기 위한 것이다.

최근 들어 주택건설이 양적으로 증대함과 아울러 주택이 고층화, 대형화됨에 따라 시멘트 모르타르를 펌프로 압송하여 방바닥에 미장하는 기계화시공이 급속히 확산되고 있다. 기계화시공은 펌프압송의 편의를 위해 과도한 물이 첨가되고 있는 실정이어서 시공 후에 평균 1m/평 정도의 심각한 균열 하자가 발생하고 있다.

이러한 균열은 시멘트가 응결되는 과정에서 수축에 의해 발생하는 것으로, 시멘트의 구성성분, 시멘트의 분말도, 사용되는 물의 양 등에 가장 큰 영향을 받는다. 시멘트의 수축균열을 방지하기 위해 건조수축을 보상하는 정도로 팽창할 수 있는 팽창시멘트를 사용하는 방법이 알려져 있다.

그 대표적인 예가 한국 공개특허번호 제1996-34119호에 제안한 온돌마감미장용 수축저감모르타르이다. 이 모르타르는 정유공장에서 발생하는 폐기물인 석유코우크스 연소재와 시멘트로 조성되는데, 사용수량이 많은 모르타르에서도 균열방지에 효과를 나타내고 있다. 그러나, 이 수축저감재 모르타르는 초기응결 시간의 단축으로 인하여 충분한 미장시간을 얻기 힘들어 초기 과다한 균열의 발생하는 경우가 자주 있고 또한, 28일 압축강도 발현이 늦으며, 계절특성에 따른 차등배합이 어려운 단점이 있다.

기존 수축저감재 모르타르는 대부분이 생석회가 포함된 물질을 이용하고 있어 이를 과량 사용하게 되면 과팽창의 우려가 있고, 적게 사용하면 건조수축균열 증가로 하자 발생률이 높아지는 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점인 생석회의 과량 사용으로 발생되는 과팽창을 방지하기 위하여 칼슘 설포알루미네이트를 적정량 사용함으로써 과량 팽창하는 것을 제어하여 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 보온성이 우수한 수축저감재 시멘트 조성물을 제공함에 있다.

본 발명은, 시멘트 결합재와 잔골재를 질량비로 1:1~3.0으로 혼합한 보온성이 우수한 수축저감재 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 모르타르 바닥 마감재를 제공한다.

상기 시멘트 결합재는 보통 시멘트 60~90중량%, 수축저감재 5~14중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1~15중량%, 중공형 실리카 분말 0.1~15중량%, 메타카올린 0.1~15중량%, 운모 0.01~10중량% 및 중공형 아크릴 분말 0.01~3.0중량%를 포함할 수 있다.

상기 시멘트 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 유동성, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함할 수 있으며, 상기 감수제는 시멘트 결합재에 0.01~2.0중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 결합재는 점성을 향상시켜 유동성 증대 역할뿐만 아니라 내구성을 개선시키기 위하여 증점제를 포함할 수 있으며, 상기 증점제는 상기 시멘트 결합재에 0.01~2.0중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 결합재는 시멘트 모르타르 내의 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 소포제를 사용한다. 또한, 상기 소포제가 시멘트 모르타르에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 시멘트 결합재에 0.01~2.0중량% 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 시멘트 결합재와 잔골재를 질량비로 1.0 : 1~3으로 하여 강제식 믹서기에서 건비빔한 후 물을 첨가하여 1~5분간 믹싱하여 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물을 제조하는 제조방법을 제공한다.

본 발명은 기존 수축저감재 모르타르에서는 수축저감재로 생석회가 포함된 물질을 대부분 사용하였으나, 이를 과량 사용시에는 과팽창이 일어나고, 적게 사용되면 건조수축이 발생하여 유지보수비용이 발생하였으나, 본 발명에서는 칼슘설포알루미네이트를 사용함으로써 과팽창에 대한 팽창제어가 가능하여 건조수축에 의한 균열을 방지함과 동시에 장기강도가 개선되어 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 고유동성 및 보온성을 가질 수 있어 건축물 바닥 마감재로 사용 시 단열효과가 기대된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수축저감재 시멘트 모르타르 조성물에 대하여 살펴보면, 시멘트 결합재는 보통 시멘트 60~90중량%, 수축저감재 5~14중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1~15중량%, 중공형 실리카 분말 0.1~15중량%, 메타카올린 0.1~15중량%, 운모 0.01~10중량% 및 중공형 아크릴 분말 0.01~3중량%를 포함한다.

상기 시멘트 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제 0.01~2중량%를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 시멘트 결합재는 유동성 및 내구성 확보를 증점제 0.01~2중량%를 더 포함할 수 있다.

상기 보통 시멘트는 KS규격에 맞는 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보통 시멘트는 시멘트계 결합재에 60~90중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 수축저감재는 석유 정제 부산물 발생과정에서 생석회 성분이 동시에 함유되면서 팽창성에 유효한 에트링게이트의 생성량의 부족에 기인한 장기수축균열을 억제하기 위해 첨가한다. 상기 수축저감재는 시멘트 결합재에 5~14중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 수축저감재의 함량이 5중량% 미만일 경우 첨가효과를 기대하기 어려우며, 그 함량이 14 중량%를 초과하는 경우 양생 후 외부에서 수분이 침투되는 경우에 2차 팽창을 일으킬 수 있다.

상기 수축저감재는 석고와 생석회 및 플라이애쉬가 결합된 구성이고, 상기 석고는 무수석고, 이수석고, 반수석고 어떠한 것도 가능한데, 동절기에는 무수석고를 하절기에는 이수석고를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이수석고가 무수석고에 비해 초기응결시간이 길어 하절기에 유리하기 때문이다.

상기 칼슘설포알루미네이트는 수화반응성을 증가시키고 균열 억제를 위해 첨가하는 무기계 속경성 광물 재료로서, 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린가이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 시멘트와 혼합할 때 단시간 내에 우수한 압축 강도를 얻을 수 있게 한다.

상기 칼슘설포알루미네이트는 시멘트 결합재에 0.1~15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 그 함량이 0.1중량% 미만일 경우 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약하고, 15중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 과팽창이 발생할 수 있으며 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.

상기 중공형 실리카분말 및 메타카올린은 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 중공형 실리카분말 및 메타카올린의 중량비가 증가하면 조기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다.

상기 중공형 실리카 분말은 시멘트 결합재에 0.1~15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 또한 상기 메타카올린은 시멘트 결합재에 0.1~15중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 운모는 원적외선이 방출되는 물질로 조성물에서 원적외선이 방출되어 생체 활성 효과를 높이기 위하여 사용된다. 상기 운모는 상기 시멘트 결합재 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 중공형 아크릴 분말은 조성물의 단열효과를 개선하기 위하여 사용된다. 상기 중공형 아크릴 분말은 입경이 20~80이고 가스를 중공 상태에 삽입한 후 두께가 0.1이 되도록 아크릴 수지로 캡슐화시킨 것으로 팽창 전 밀도는 1000~1300kg/m³이고, 팽창 후 밀도는 20~70kg/m³정도로 초경량임으로 진동이 심한 부위, 지진지역의 콘크리트 및 모르타르, 초경량 모르타르에 이용된다. 상기 중공형 아크릴 분말은 상기 시멘트 결합재에 0.01~3중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 감수제는 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노슬폰산계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제는 폴리카르본산계 감수제에 비하여 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 크지 않으며, 폴리머 결합재와 혼합되는 경우 거품 현상이 발생하여 혼화성이 나쁘다는 단점이 있다.

따라서, 상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 증점제는 유동성, 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 모르타르를 형성하는데 기여할 수 있으며, 부수적으로는 탁월한 응집력에 의해 수중 오염방지, 콘크리트 구조물의 철근 보호 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다.

상기 증점제는 스타치(전분), 메틸셀롤로오스, 셀롤로오스를 사용할 수 있다. 성능 대비 경제성면에서 스타치를 사용하는 것이 바람직하고, 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 소포제는 시멘트 모르타르 내의 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 또한, 상기 소포제가 시멘트 모르타르에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소포제로는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다.

상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있다. 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있다. 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다.

상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있다. 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물은 상기 시멘트 결합재와 잔골재를 질량비로 1:1~3으로 연속믹서기 등으로 건비빔 후 물을 첨가하여 소정 시간(예컨대, 1~10분간) 동안 교반하여 제조할 수 있다.

상기 잔골재를 조립율(F.M)이 2.8이상이고 5mm이하의 강모래를 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시 예 1>

시멘트 결합재 28중량%. 잔골재 66중량% 및 물 6중량%를 연속식 믹서에 2분간 교반하여 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물을 제조하였다.

이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 시멘트 70중량%, 수축저감재 10중량%, 칼슘설포알루미네이트 5중량%, 중공형 실리카 분말 5중량%, 메타카올린 5중량%, 운모 3중량%, 중공형 아크릴 분말 0.5 중량%, 감수제 0.5 중량%, 증점제 0.5 중량% 및 소포제 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.

상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제를 사용하였다. 상기 증점제로는 스타치를 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.

<실시 예 2>

시멘트 결합재 28중량%. 잔골재 66 중량% 및 물 6 중량%를 연속식 믹서에 2분간 교반하여 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물을 제조하였다.

이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 시멘트 80 중량%, 수축저감재 5중량%, 칼슘설포알루미네이트 5중량%, 중공형 실리카 분말 3중량%, 메타카올린 3중량%, 운모 1중량%, 중공형 아크릴 분말 0.5 중량%, 감수제 0.5 중량%, 증점제 0.5 중량% 및 소포제 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.

<실시 예 3>

이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 시멘트 90중량%, 수축저감재 2중량%, 칼슘설포알루미네이트 3중량%, 중공형 실리카 분말 1중량%, 메타카올린 1중량%, 운모 1중량%, 중공형 아크릴 분말 0.5 중량%, 감수제 0.5 중량%, 증점제 0.5 중량% 및 소포제 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.

상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 시멘트 모르타르 조성물을 제시한 것이다.

<비교 예 1>

시멘트 결합재 28중량%. 잔골재 66 중량% 및 물 6 중량%를 연속식 믹서로 교반하여 보통 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.

<시험 예 1>

본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3의 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물과 비교예 1 에 의하여 제조된 조성물을 KS F 2405(모르타르의 압축강도 시험방법)에 의한 압축강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, KS F 2408(모르타르의 휨강도 시험방법)에 의하여 휨강도 시험을 수행하였고, JIS A 6916 (마무리 도장재용 바탕 조정재)에 의하여 공시체의 접착강도를 측정하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

			실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
강도 (kgf/)	휨	7일	35	31	29	19
	휨	28일	74	67	63	52
	압축	7일	298	279	260	230
	압축	28일	380	358	333	310
	접착	7일	13	11	10	-
	접착	28일	20	19	18	14

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물(실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3)의 휨, 압축 및 접착강도는 비교예 1 에서 제조한 조성물보다 월등히 높았다.

본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물이 비교예에서 제조한 조성물과 비교하여 강도 면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

<시험예 2>

실시 예 1 내지 실시 예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
건조수축(X10^-4)	0.9	1.1	1.2	8.9

위의 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

<시험 예 3>

실시 예 1 내지 실시 예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 아래의 표 3에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 열화를 촉진시키고 파손을 초래하는 문제가 발생한다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
흡수율(%)	2.1	2.0	1.8	3.3

위의 표 3에서와 같이, 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물은 비교 예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.

<시험예 4>

실시 예 1 내지 실시 예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물을 KS L 9016에 규정한 방법에 따라 열전도율 시험의 측정 결과를 아래의 표 4에 나타내었다. 표 4는 열전도율 시험에 따른 각각의 실시 예들 및 비교 예들의 열전도율을 표시한 것이다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
열전도율 (W/mk)	0.50	0.51	0.51	1.15

위의 표 4에서와 같이, 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따라 제조된 수축저감재 시멘트 모르타르 바닥 마감재 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 열전도율이 월등히 낮으므로, 보온성이 향상된 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

보통 시멘트 60~90중량%, 수축저감재 5~14중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1~15중량%, 중공형 실리카 분말 0.1~15중량%, 메타카올린 0.1~15중량%, 운모 0.01~10중량% 및 중공형 아크릴 분말 0.01~3중량%로 혼합된 시멘트 결합재와 잔골재를 질량비로 1:1~3으로 혼합하여 믹서기에서 건비빔한 후, 물을 첨가하여 1~5분간 믹싱하여 구성한 것을 특징으로 하는 수축저감재 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 시멘트 결합재는 물-시멘트비를 감소시키기 위한 감수제를 더 포함할 수 있고, 상기 감수제는 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되게 구성한 것을 특징으로 하는 수축저감재 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 시멘트 결합재는 점성을 향상시기 위해 증점제를 더 포함할 수 있으며, 상기 증점제는 상기 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되게 구성한 것을 특징으로 하는 수축저감재 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 시멘트 결합재는 시멘트 모르타르 내의 기포를 제거하기 위하여 소포제를 더 포함할 수 있으며, 상기 소포제는 시멘트 결합재에 0.01~2중량% 함유되게 구성한 것을 특징으로 하는 수축저감재 시멘트 조성물.
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