KR101333447B1

KR101333447B1 - 급결제 및 그것을 이용한 분사 공법

Info

Publication number: KR101333447B1
Application number: KR1020097009532A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 나카시마; 요우헤이 야마기시; 순이치 미시마; 이사오 데라시마
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2013-11-26
Also published as: AU2007318532B2; AU2007318532A1; TW200838825A; CN102442794A; EP2080741B1; WO2008056716A1; US8950928B2; MY151884A; CN101535208B; CN102442794B; JP5268648B2; TWI411592B; EP2080741A1; US20100072294A1; SG175655A1; KR20090080072A; EP2080741A4; JPWO2008056716A1; CN101535208A

Abstract

급결제(急結劑, set accelerator) 첨가 지그(jig) 내에서의 슬러리 상태로 된 급결제의 고결을 억제하는데 유효하게 되는 분사용 급결제 및 분사 공법을 제공하는 것이다. 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트, 알칼리 금속 황산염 및 물을 함유하여 이루어진 슬러리 급결제와, 이 슬러리 급결제와 시멘트 콘크리트를 함유하여 이루어진 급결성 시멘트 콘크리트이다. 상기 슬러리 급결제는 추가로 황산 칼슘, 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄, 지연제 등을 함유해도 된다. 또, 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 함유 물질을 함유하여 이루어진 분체 급결제와 물을 혼합하여 슬러리 급결제로 하고, 이 슬러리 급결제를 시멘트 콘크리트와 혼합하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하여, 이 급결성 시멘트 콘크리트를 분사하는 것을 특징으로 하는 분사 공법이다. 또한, 액체 급결제와, 알칼리 토류 금속 탄산염 등의 발포제와 칼슘 알루미네이트를 함유하는 분체 혼화재를 혼합하여 이루어진 분사용 급결제로서, 분체 혼화재 중에 황산 칼슘이나 알칼리 금속 함유 물질을 함유하고, 액체 급결제가 알칼리 금속 원소나 불소 원소를 함유하는 화합물을 포함하는 분사용 급결제이다. 또, 상기와 같은 액체 급결제와 상기와 같은 분체 혼화재를 합류, 혼합하여 슬러리 상태로 한 분사용 급결제이다.

Description

급결제 및 그것을 이용한 분사 공법{SET ACCELERATOR AND TECHNIQUE FOR SPRAYING WITH THE SAME}

본 발명은 법면(法面), 입갱(立坑), 지하 공간 또는 도로, 철도, 도수로 등의 터널에 있어서, 노출된 벽면에 사용하는 분사용 급결제(急結劑, set accelerator), 분사 재료 및 그것을 이용한 분사 공법에 관한 것이다.

종래 터널의 굴착 작업 등에 있어서 노출된 지산(地山)의 붕락을 방지하기 위해, 분체(粉體)의 급결제를 콘크리트에 혼합한 급결성 콘크리트를 분사하는 공법이 이용되고 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).

이들 분사 공법에서 사용하는 급결제로는, 급결 성능이 뛰어난 것으로 인하여 칼슘 알루미네이트에 알칼리 금속 알루민산염 또는 알칼리 금속 탄산염 등을 혼합한 것이 사용되고 있었다.

그러나, 칼슘 알루미네이트에 알칼리 금속 알루민산염이나 알칼리 금속 탄산염 등을 혼합한 급결제보다 낮은 pH 값인 것으로, 약알칼리성, 바람직하게는 중성 또는 약산성의 급결제가 요구되고 있었다.

또, 급결제를 콘크리트에 첨가하는 지그(jig)로는 일반적으로 Y자 관이 사용되고 있다. 이 경우, 혼합성을 높이기 위해서 일단 압축 에어를 이용하여 콘크리트를 풀고 급결제를 첨가하는 것 같은 수법이 이용되고 있다. 그 결과, 분사시에 사용하는 압축 에어량이 증대하여 발생하는 분진량이 증가하는 경우가 있었다. 그렇기 때문에, 분사시에는 분진 대책을 취할 필요가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 액체 급결제로서, 염기성 알루미늄염이나 유기 카르복시산을 주성분으로 하는 것(특허문헌 3 참조), 황산 알루미늄이나 알칸올 아민을 주성분으로 하는 것(특허문헌 4 참조) 및 알루미늄의 염기성 수용액과 규산 리튬 및 알루민산 리튬을 주성분으로 하는 것(특허문헌 5 참조) 등이 이용되고 있다.

그러나, 이 액체 급결제는 초기 강도 발현을 얻기 어렵고, 종래의 분체계 급결제와 비교해서 터널 갱 내에서 두껍게 분사했을 경우에는 벗겨져 떨어질 위험성이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 칼슘 알루미네이트와 황산 알루미늄을 함유 한 급결제에 물을 혼합하여 슬러리 상태로 하여 콘크리트에 첨가하는 기술이 개발되었다(특허문헌 6, 특허문헌 7, 특허문헌 8 참조).

본 기술은 황산 알루미늄과 칼슘 알루미네이트를 병용함으로써 알칼리 약상(藥傷)을 저감하고 있다. 또한, 분체의 급결제와 물을 혼합하여 슬러리화함으로써 저분진성을 얻는 기술이다. 또, 이들 특허문헌에는 AE제나 발포제에 대한 기술이 있으나, 이것들은 콘크리트에 미리 첨가하여 분진량을 저감하는 물질로서 예시되어 있고, 급결제 중에 발포제를 사용하는 것에 대하여는 언급되어 있지 않다.

이들 슬러리 급결제를 콘크리트에 첨가하는 지그로는, Y자 관이나 콘크리트 배관 내에 샤워 상태로 급결제를 첨가하는 샤워링(shower ring) 관 등이 사용되고 있다.

Y자 관의 경우, 혼합성을 높이기 위해서 일단 압축 에어를 이용하여 콘크리트를 풀고 급결제를 첨가하는 것 같은 수법이 이용되고 있으며, 그 결과 분사시에 사용하는 압축 에어량이 증대하여 발생하는 분진량이 증가하는 경우가 있었다.

한편, 샤워링 관을 사용했을 경우, 슬러리 급결제와 콘크리트의 혼합성이 양호하기 때문에 풀기용 에어를 필요로 하지 않아 저분진 분사가 가능해지지만, 한편으로 구조가 복잡하기 때문에 내부에서의 슬러리의 고결 빈도는 Y자 관보다 많아 실용화할 수 없는 상황이었다.

이 때문에, 샤워링 관을 사용한 분사에서는 액체 급결제가 주류가 되고 있었으나, 액체 급결제의 성분은 시멘트의 수화 반응을 촉진하는 성분일 뿐, 스스로 경화하여 급결성을 부여하는 자경성을 갖지 않기 때문에, 칼슘 알루미네이트를 함유한 슬러리 급결제와 비교하여 급결성이 떨어지는 것과 같은 문제가 있었다.

종래보다 더욱 급결성을 높인 액체 급결제로서 황산 알루미늄에 불소 원소를 함유한 것이 개발되었다(특허문헌 9, 특허문헌 10, 특허문헌 11 참조).

그러나, 실용화에 있어서는 급결성의 추가적인 향상, 용수(湧水) 개소에서의 부착성의 향상 등이 요구되고 있었다.

또, 액체 급결제와 분체 급결제를 조합한 기술도 공개되었다(특허문헌 12, 특허문헌 13 참조). 그러나, 분사시에 액체 급결제와 분체 급결제를 혼합하여 슬러리 상태로 했을 경우, 앞서 기술한 슬러리 급결제와 마찬가지로 슬러리가 고결하는 경우가 있었다. 그 때문에, 급결제 첨가 지그의 부분에서 슬러리가 고결하지 않아, 첨가 지그의 교환 사이클이 긴 것이 요구되고 있었다.

또, 황산 알루미늄과 칼슘 알루미네이트류와 감수제와 물을 함유하는 액상 급결제를 무기 분말을 함유하는 시멘트 콘크리트에 첨가하는 기술(특허문헌 14 참조)이나, 탄산칼슘을 함유하는 시멘트를 사용한 콘크리트에 액체 급결제를 첨가하는 기술(특허문헌 15 참조)이나, 시멘트 조성물 중에 탄산칼슘을 함유하며 액체 급결제를 병용하는 기술(특허문헌 16, 특허문헌 17, 특허문헌 18 참조) 등이 공개되어 있다. 그러나, 이들은 다량으로 포함되는 시멘트 성분의 알칼리에 의해 탄산칼슘이 산성 분위기로 되지 않아 슬러리 급결제가 발포되어 고결을 방지하는 기술이 아니고, 샤워링 관을 사용하여 저분진성을 얻는 기술도 아니었다.

또, 시멘트 조성물 중에 사전에 급결제를 함유하는 것에서는, 콘크리트의 유동 유지성을 얻을 수 없기 때문에, 분사 직전에 골재와 시멘트 조성물과 액체 급결제를 혼합하지 않으면 안되고, 균일한 조성의 분사 콘크리트를 얻을 수 없는 등의 문제가 있었다. 또한, 산성 물질과 발포제를 병용한 급결제에서의 알칼리 금속 황산염의 유효성에 대해 언급한 것이 아니다.

근래에는 인체에 대한 영향이 종래의 염기성 급결제와 비교해서 적고, 초기 강도 발현성이 뛰어나며, 급결제 첨가 지그의 부분에서 고결하기 어려운 것과 같은 급결제의 개발이 기다려지고 있었다.

특허문헌 1: 일본 특공소60-004149호 공보

특허문헌 2: 일본 특개평09-019910호 공보

특허문헌 3: 일본 특표2001-509124

특허문헌 4: 일본 특개평10-087358호 공보

특허문헌 5: 일본 특개2001-130935호 공보

특허문헌 6: 일본 특개2000-302505 공보

특허문헌 7: 일본 특개2000-302506 공보

특허문헌 8: 일본 특개2001-302323 공보

특허문헌 9: 일본 특개2002-080250호 공보

특허문헌 10: 일본 특개2002-047048호 공보

특허문헌 11: 일본 특개2004-035387호 공보

특허문헌 12: 일본 특개2002-220270호 공보

특허문헌 13: 국제공개 제2005/019131호 팜플렛

특허문헌 14: 일본 특개2001-270768 공보

특허문헌 15: 일본 특개2003-321263

특허문헌 16: 일본 특개평11-79818호 공보

특허문헌 17: 일본 특개2001-270768호 공보

특허문헌 18: 일본 특개2007-119263호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명자는 이상의 상황을 감안하여 인체에 대한 영향이 종래의 염기성 급결제와 비교해서 적고, 초기 강도 발현성이 뛰어나며, 급결제 첨가 지그의 부분에서 고결하기 어려운 급결제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 이하의 요지를 갖는 것이다.

(1) 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하여 이루어진 분체 급결제와 물을 함유하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러리 급결제.

(2) 추가로 황산 칼슘을 함유하여 이루어진 상기 (1)에 기재된 슬러리 급결제.

(3) 추가로 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄을 함유하여 이루어진 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 슬러리 급결제.

(4) 추가로 지연제를 함유하여 이루어진 상기 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 슬러리 급결제.

(5) 상기 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 슬러리 급결제와 시멘트 콘크리트를 함유하여 이루어진 급결성 시멘트 콘크리트.

(6) 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하여 이루어진 분체 급결제와 물을 혼합하여 슬러리 급결제로 하고, 이 슬러리 급결제를 시멘트 콘크리트와 혼합하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하여, 이 급결성 시멘트 콘크리트를 분사하는 것을 특징으로 하는 분사 공법.

(7) 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하고, 분체 급결제 공급 라인 중을 수송(輸送)하여 이루어진 분체 급결제와 물 공급 라인 중을 수송하여 이루어진 물을 슬러리화 노즐에서 합류, 혼합하여 슬러리 급결제로 하고, 이 슬러리 급결제를 슬러리 급결제 도입부에서 샤워링 관에 도입하고, 슬러리 급결제 첨가 구멍을 통해 시멘트 콘크리트와 혼합하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하고, 이 급결성 시멘트 콘크리트를 분사하는 것을 특징으로 하는 분사 공법.

(8) 샤워링 관이 외관과 내관으로 이루어진 이중 구조를 가지며, 또한 내관에 슬러리 급결제 첨가 구멍을 가지는 상기 (7)에 기재된 분사 공법.

(9) 분체 급결제가 황산 칼슘을 함유하여 이루어진 상기 (6)~(8) 중 어느 하나에 기재된 분사 공법.

(10) 분체 급결제가 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄을 함유하여 이루어진 상기 (6)~(9) 중 어느 하나에 기재된 분사 공법.

(11) 분체 급결제가 지연제를 함유하여 이루어진 상기 (6)~(10) 중 어느 하나에 기재된 분사 공법.

(12) 액체 급결제와, 발포제와 칼슘 알루미네이트를 함유하는 분체 혼화재를 혼합해서 이루어진 분사용 급결제.

(13) 발포제가 알칼리 토류 금속 탄산염인 상기 (12)에 기재된 분사용 급결제.

(14) 추가로 분체 혼화재 중에 황산 칼슘을 함유하는 상기 (12) 또는 상기 (13)에 기재된 분사용 급결제.

(15) 추가로 분체 혼화재 중에 알칼리 금속 황산염을 함유하는 상기 (12)~(14) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(16) 액체 급결제가 추가로 알칼리 금속 원소를 가지는 화합물을 함유하는 상기 (12)~(15) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(17) 액체 급결제 중에 불소 원소를 가지는 화합물을 함유하는 상기 (12)~(16) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(18) 분체 혼화재 100부 중 알칼리 토류 금속 탄산염을 2~30부, 칼슘 알루미네이트를 30~70부, 알칼리 금속 황산염을 2~50부, 황산 칼슘을 5~40부 함유하는 상기 (12)~(17) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(19) 액체 급결제와 분체 혼화재의 사용 비율이 중량비로 95:5~30:70인 상기 (12)~(18) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(20) 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하여 슬러리 상태로 하여 이루어진 상기 (12)~(19) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(21) 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고 나서 1분 후의 pH가 3~9인 상기 (12)~(20) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제.

(22) 시멘트, 골재 및 상기 (12)~(21) 중 어느 하나에 기재된 분사용 급결제를 함유하여 이루어진 분사 재료.

(23) 액체 급결제와 분체 혼화재를 함유하여 이루어진 분사용 급결제의 사용량이 시멘트 100부에 대해 5~25부인 것을 특징으로 하는 상기 (22)에 기재된 분사 재료.

(24) 상기 (22) 또는 (23)에 기재된 분사 재료를 이용하는 분사 공법.

발명의 효과

본 발명의 분사용 급결제, 분사 재료 및 그것을 이용한 분사 공법을 채용함으로써 급결제 첨가 지그 내에서의 고결을 억제할 수 있어, 시멘트 콘크리트에 높은 급결성과 내구성을 부여하는 효과를 나타낸다.

발명을 실시하기 위한 바람직한 형태

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 퍼센트(%) 및 부(部)는 특별히 언급되지 않는 한 중량 기준으로 나타낸 것이다.

본 발명에서 말하는 시멘트 콘크리트란 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 총칭을 말한다. 또, 본 발명에서의 부나 %는 특별히 규정하지 않는 한 중량 기준이다.

본 발명의 슬러리 급결제는 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하는 분체 급결제와 물을 함유한다. 나아가서는, 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트, 알칼리 금속 황산염, 황산 칼슘, 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄, 알칼리 금속 탄산염, 알루민산염 및 지연제를 함유하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 분체 혼화재는 발포제와 칼슘 알루미네이트를 함유한다. 나아가서는, 알칼리 토류 금속 탄산염, 칼슘 알루미네이트, 황산 칼슘 및 알칼리 금속 황산염을 함유하는 것이 바람직하다. 분체 급결제는 액체 급결제와 병용함으로써 급결제 첨가 지그에서의 슬러리 고결 방지 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에서 사용하는 알칼리 토류 금속 탄산염은 급결제 첨가 지그에서의 슬러리 고결을 해소할 목적으로 사용된다. 알칼리 토류 금속 탄산염으로는, 예를 들어 탄산칼슘이나 탄산마그네슘 등이 적합하다. 알칼리 토류 금속 탄산염을 수용성 산성 물질과 병용함으로써 물과 혼합하여 슬러리 급결제를 조제했을 때에, 탄산가스가 발생하고 슬러리 중에서 발포하여 지그 내에서의 슬러리 고화물의 부착을 방지하는 것이다.

알칼리 토류 금속 탄산염은 슬러리를 신속하게 중성 영역으로 조정하여 분사 경화체의 내(耐)중화성을 향상시키는 효과도 갖는다. 알칼리 토류 금속 탄산염은 슬러리 급결제에 포함됨으로써 이러한 효과를 발현시키는 것이며, 사전에 시멘트 콘크리트에 혼합되어 있는 같은 물질과는 효과를 달리하는 것이다.

알칼리 토류 금속 탄산염의 입도나 그 분포는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 브레인 비표면적값(이하, 브레인값이라고 함)으로 500~10,000㎠/g이 슬러리의 고결 방지 효과의 관점에서 바람직하며 1,000~5,000㎠/g가 보다 바람직하다. 브레인값이 500㎠/g 미만에서는 분체 급결제 중에 균일하게 분산되지 않아 소정의 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다.

알칼리 토류 금속 탄산염은 분체 급결제 100부 중 2~30부가 바람직하고, 5~20부가 보다 바람직하며, 7~15부가 가장 바람직하다. 사용량이 2부 미만에서는 뛰어난 슬러리의 고결 방지 효과를 얻을 수 없는 경우가 있고, 30부를 넘으면 뛰어난 급결 성상을 얻을 수 없는 경우가 있다.

또, 알칼리 토류 금속 탄산염은 분체 혼화재 100부 중 2~50부가 바람직하고, 5~30부가 보다 바람직하며, 8~30부가 가장 바람직하다. 사용량이 2부 미만에서는 뛰어난 슬러리의 고결 방지 효과를 얻을 수 없는 경우가 있고, 50부를 넘으면 뛰어난 급결 성상을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 수용성 산성 물질은 물에 용해되어 산성을 나타내는 물질의 총칭이다. 물에 신속하게 용해되어 분체 급결제와 물로 이루어진 슬러리 급결제의 pH를 산성 영역으로 하고, 알칼리 토류 금속 탄산염과 반응하여 탄산가스를 발포시키는 물질이면 어느 물질이라도 사용 가능하다. 이 슬러리 급결제는 시멘트 콘크리트와 혼합한 후는, 알칼리 분위기로 되기 때문에 발포 반응을 정지하여 경화체를 발포 가스에 의해 팽창·파괴에 이르게 하는 일은 없다. 수용성 산성 물질로는, 예를 들어 황산염, 명반, 질산염, 염화물, 인산염, 히드록실산염 등을 들 수 있으며, 이 중에서도 초기 강도 발현성이 양호하기 때문에 황산염으로는 황산 알루미늄이 바람직하고, 히드록실산염으로는 옥살산이 바람직하다. 이들 중에서는 황산 알루미늄이 가장 바람직하다.

황산 알루미늄은 무수나 함수 중 어느 것이라도 사용 가능하며, 상기 수용성 산성 물질의 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하다.

수용성 산성 물질의 입도나 그 분포는 물과 혼합했을 때의 용해도가 빨라, 신속하게 알칼리 토류 금속 탄산염과 반응하여 발포되기 때문에, 브레인값으로 500㎠/g 이상이 바람직하고, 1000㎠/g 이상이 보다 바람직하다.

수용성 산성 물질의 사용량은 분체 급결제 100부 중 3~50부가 바람직하고, 5~40부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 고결 방지 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 칼슘 알루미네이트는 물과 접촉하여 경화하는 물질이며, 시멘트 콘크리트와 혼합하여 초기 강도 발현성을 높이는 것이 가능해진다. CaO 원료나 Al₂O₃ 원료 등을 혼합한 것을 킬른(kiln)에서의 소성, 전기로에서의 용융 등과 같은 열처리를 하고 분쇄하여 얻어지는 것이다. CaO를 C, Al₂O₃을 A라고 약기하면, 혼합물로는, 예를 들어 C₃A, C₁₂A₇, C₁₁A₇·CaF₂, C₁₁A₇·CaCl₂, CA 및 CA₂ 등이며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 병용하는 것이 가능하다(여기서, CaF₂는 불화칼슘이며, CaCl₂는 염화칼슘이다.).

또한, 이것들에 Na, K 및 Li 등의 알칼리 금속이 R₂O 환산(R은 알칼리 금속 원소)으로 0.05~10% 고용한 것(예를 들어, 8CaO· Na₂O· 3Al₂O₃ 등)이나 SiO₂를 30% 미만 함유시킨 칼슘 알루미노실리케이트도 사용 가능하다.

또, 본 발명에서 사용하는 칼슘 알루미네이트는 그 밖에 제1 산화철, 제2 산화철, 산화망간, 마그네시아, 인산, 알칼리 등의 1종 또는 2종 이상을 30% 미만 함유하는 것이 가능하다.

칼슘 알루미네이트는 비정질, 결정질 모두 사용 가능하며, 이것들이 혼재하는 것도 가능하나, 급결 성상이 뛰어나기 때문에 비정질인 것을 80% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 90% 이상 함유하는 것이 보다 바람직하다.

칼슘 알루미네이트 중의 CaO/Al₂O₃ 몰비는 특별히 한정되지 않으나, 1.5~3.0이 바람직하고, 1.7~2.3의 범위가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결 성상을 얻을 수 없는 경우가 있다.

칼슘 알루미네이트의 입도나 그 분포는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 브레인값으로 3000㎠/g 이상이 초기 강도 발현성의 관점에서 바람직하고, 5,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 브레인값이 3,000㎠/g 미만에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

칼슘 알루미네이트는 분체 급결제 100부 중 20~70부가 바람직하고, 35~60부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 칼슘 알루미네이트는 분체 혼화재 100부 중 30~70부가 바람직하고, 40~60부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 알칼리 금속 황산염은 급결성이나 강도 발현성을 향상시킬 목적으로 사용하는 것이고, 산성 물질과 발포제를 병용하는 조성에서의 사용에 바람직한 물질이며, 종래의 급결제로 사용되어 온 물에 용해시켜 알칼리성을 나타내는 알칼리 금속 함유 물질과는 효과를 달리하는 것이다. 알칼리 금속으로는, 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 원소를 들 수 있다.

알칼리 금속 황산염의 입도나 그 분포는 브레인값으로 500㎠/g 이상이 초기 강도 발현성의 관점에서 바람직하고, 1,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 브레인값이 500㎠/g 미만에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

알칼리 금속 황산염은 분체 급결제 100부 중 2~30부가 바람직하고, 5~20부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 알칼리 금속 황산염은 분체 혼화재 100부 중 2~50부가 바람직하고, 5~30부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 액체 급결제는 함유하는 원소로서 알루미늄과 유황 이외, 필요에 따라 불소 및 알칼리 금속 등의 원소 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이다.

본 발명의 알루미늄 원소의 공급 원료는 특별히 한정되지 않으나, 비정질 혹은 결정질의 수산화 알루미늄, 알루미늄의 황산염, 알루민산염, 그 외의 무기 알루미늄 화합물, 유기 알루미늄 화합물, 알루미늄 착체 등의 화합물을 들 수 있다. 이들 중 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 유황 원소의 공급 원료로도 되는 알루미늄의 황산염의 사용이 바람직하다.

본 발명의 유황 원소의 공급 원료는 특별히 한정되는 것은 아니다. 유황이나 유황화(硫黃華)와 같은 원소 상태의 유황, 황화물, 황산 또는 황산염, 아황산 또는 아황산염, 티오황산 또는 티오황산염, 유기 유황 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 물에 대한 용해성이 높고 제조 비용이 싸며, 또한 급결 성상이 뛰어난 면에서 황산 또는 황산염이 바람직하다. 황산염 중 명반류이며, 또한 알루미늄 원소와 알칼리 금속 원소를 함유하는 화합물이 보다 바람직하다.

본 발명의 불소 원소의 공급 원료는 용제 또는 물에 용해 혹은 분산하는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 불화수소산, 유기 불소 화합물, 불화염, 규불화염, 불화붕소염 등을 들 수 있다. 이들 중 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 독성이나 폭발성 등의 위험성이 없고, 제조 비용이 싸며, 또한 급결 성상이 뛰어난 면에서 불화수소산, 불화염, 규불화염, 붕불화염 등이 바람직하다.

본 발명의 알칼리 금속 원소의 공급 원료는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 등의 알칼리 금속 원소를 포함하는 수용성 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중, 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다. 상기 화합물로는 알칼리 금속 원소의 산화물, 과산화물, 염화물, 수산화물, 질산염, 아질산염, 인산염, 규산염, 알루민산염, 황산염, 티오황산염, 과황산염, 황화염, 탄산염, 중탄산염, 옥살산염, 붕산염, 불화물, 규산염, 규불화염, 명반, 금속 알콕시드 등이 사용 가능하다. 이들 중 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다.

또, 액체 급결제의 성능을 향상시키기 위해서 알칸올 아민의 사용이 가능하다. 또한, 액체 급결제의 성능을 장기적으로 안정화시키기 위해서 옥시 카르복시산류의 유기산이 사용 가능하다.

알루미늄 원소의 공급 원료, 유황 원소의 공급 원료, 불소 원소의 공급 원료 및 알칼리 금속 원소의 공급 원료, 알칸올 아민 원료 및 옥시 카르복시산 원료를 혼합하는 방법은 특별하게는 한정되지 않는다.

액체 급결제 중의 알루미늄 원소, 유황 원소, 불소 원소, 알칼리 금속 원소, 알칸올 아민 및 옥시 카르복시산류의 함유량은 특별히 한정되는 것은 아니다. SO₃ 환산의 유황 원소 100부에 대해 알루미늄 원소를 Al₂O₃ 환산으로 25~110부, 불소 원소를 2~50부, 알칼리 금속 원소를 R₂O 환산(R은 알칼리 금속 원소)으로 2~50부 함유하는 것이 바람직하고, 알루미늄 원소를 Al₂O₃ 환산으로 30~70부, 불소 원소를 5~30부, 알칼리 금속 원소를 R₂O 환산으로 5~30부 함유하는 것이 보다 바람직하다. 함유 비율의 상한이 설정되는 이유는 액체의 점성이 높아지거나 혹은 장기 안정성이 나빠지는 이유에서이다.

액체 급결제에 알칼리 금속 원소를 함유하는 원료를 사용하는 경우, 액체 급결제 100부 중의 알칼리 금속 원소의 함유량은 R₂O 환산(R은 알칼리 금속 원소)으로 1%를 넘는 것이 바람직하고, 2% 이상이 보다 바람직하다. 알칼리 금속 원소의 함유량의 상한은 5% 이하이다.

본 발명의 액체 급결제는 다종의 재료를 복합하여 사용하는 성질상, 본 발명의 액체 급결제 중에 함유하는 원소나 성분 이외의 것도 본 발명의 효과를 현저하게 저하시키지 않는 범위에서 사용하는 것도 가능하다.

또, 본 발명의 액체 급결제와 병용하여 기존의 수용성 수화 촉진제를 사용하는 것도 가능하다.

액체 급결제 중의 고형분의 농도는 20~60%인 것이 바람직하고, 25~50%인 것이 보다 바람직하다. 20% 미만에서는 뛰어난 급결 성상을 얻을 수 없는 경우가 있고, 60%를 넘는 것에서는 액체의 점성이 높아 펌프에서의 압송성이 나빠지는 경우가 있다.

본 발명의 액체 급결제는 산성인 것이 바람직하고, pH가 1~5가 바람직하며, 2~4가 보다 바람직하다.

본 발명의 액체 급결제의 형태는 액상이며, 현탁액의 것도 포함한다. 현택액 중의 현탁 입자의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 현탁 입자의 분산성으로부터 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3㎛ 이하가 보다 바람직하다.

분체 급결제나 분체 혼화재로는, 상기 액체 급결제로 사용하는 재료 이외, 황산 칼슘, 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄, 알칼리 금속 탄산염, 알루민산염 및 지연제 등이 사용 가능하다.

본 발명에서 사용하는 황산 칼슘은 경화체의 강도 발현성을 향상시킬 목적으로 사용하는 것이다. 황산 칼슘으로는 무수 석고, 반수 석고, 2수 석고 등을 들 수 있다. 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 가능하다.

황산 칼슘의 결정 형태는 특별히 한정되는 것은 아니지만, α형 반수 석고, β형 반수 석고, I형 무수 석고, II형 무수 석고, III형 무수 석고 등이 사용 가능하다.

또, 상기 황산 칼슘에는 천연으로 산출하는 것이나, 산업 부산물로 얻어지는 배탈(排脫) 석고나 불산 부생 무수 석고 등이 포함된다. 황산 칼슘의 입도는 브레인값으로 2,000㎠/g 이상이 바람직하고, 3,000㎠/g 이상이 강도 발현성의 관점에서 보다 바람직하다. 황산 칼슘은 분체 급결제 100부 중 4~50부가 바람직하고, 8~30부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 황산 칼슘은 분체 혼화재 100부 중 5~40부가 바람직하고, 10~30부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

급결성이나 분사시의 지산에 대한 부착성을 향상시키기 위해 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄을 함유해도 된다.

수산화 칼슘으로는 생석회나 카바이드가 수화했을 때에 생기는 소석회도 포함된다. 그 이유는, 시멘트 콘크리트는 물을 사용하기 때문에 물과의 반응에 의해 수산화 칼슘을 다량으로 생성시키는 생석회 등을 사용하거나, 혹은 이것을 수산화 칼슘과 병용하는 것이 가능하기 때문이다.

수산화 칼슘의 결정 형태는 특별히 한정되는 것은 아니다.

수산화 알루미늄은 화학식으로는 Al(OH)₃나 AlO(OH)·nH₂O 등의 물질이다. 수산화 알루미늄으로는 결정질이나 비정질의 것이 있으며, 어느 것이나 사용 가능하나, 비정질의 수산화 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.

수산화 칼슘이나 수산화 알루미늄의 분말은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 브레인값으로 4,000㎠/g 이상이 바람직하고, 8,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 브레인값이 4,000㎠/g 미만에서는 분사시의 지산에 대한 뛰어난 부착성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄은 분체 급결제 100부 중 2~30부가 바람직하고, 3~20부가 보다 바람직하다. 사용량이 2부 미만에서는 급결성이나 분사시의 지산에 대한 부착성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 30부를 넘으면 급결성이나 장기 강도 발현성이 손상되는 경우가 있다. 또, 수산화 칼슘 및/또는 수산화 알루미늄은 분체 혼화재 100부 중 2~30부가 바람직하고, 3~20부가 보다 바람직하다. 사용량이 2부 미만에서는 분사시의 지산에 대한 뛰어난 부착성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 30부를 넘으면 장기 강도 발현성이 손상되는 경우가 있다.

본 발명에서는 분체 급결제 혹은 분체 혼화재 중에 알칼리 금속 탄산염이나 알루민산염 등의 알칼리 물질을 함유해도 된다.

지연제로는 시트르산, 타르타르산, 말산 및 글루콘산 등의 옥시카르복시산, 혹은 이들의 옥시카르복시산의 나트륨이나 칼륨 등의 알칼리 금속염 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서는 강도 발현성의 점에서 옥시카르복시산 및/또는 옥시카르복시산의 알칼리 금속염이 바람직하고, 시트르산 및/또는 시트르산의 알칼리 금속염이 보다 바람직하다.

지연제의 사용량은 분체 급결제 혹은 분체 혼화재 100부에 대해 0.05~5부가 바람직하고, 0.1~2부가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 급결성이나 분사시의 지산에 대한 부착 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 슬러리 급결제의 사용 방법에 대하여 이하 기술한다.

물과 분체 급결제를 시멘트 콘크리트 첨가 직전에 혼합하여 슬러리 급결제로 하는 것이 시멘트 콘크리트와의 혼합성을 향상시키는 관점에서 바람직하다.

본 발명에서는 응결 시간을 조정하기 위해서 지연제를 함유시켜도 된다. 슬러리 급결제에 있어서 혼합하는 슬러리수의 양이 적은 경우, 예를 들어 슬러리수와 분체 급결제의 사용 비율이 물과 분체 급결제의 중량비가 30:70~40:60인 경우, 지연제를 함유하면 급결성이 향상된다. 물과 분체 급결제의 사용 비율은 중량비 40:60~60:40이 바람직하고, 45:55~55:45가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성이나 강도 발현성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

물과 분체 급결제를 함유하는 슬러리 급결제의 사용량은 시멘트 콘크리트 100부에 대해 고형분 환산으로 4~20부가 바람직하고, 6~12부가 보다 바람직하다. 사용량이 4부 미만에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 20부를 넘더라도 급결성이 한계점에 이르게 되어 사용량이 많아져 경제적으로 바람직하지 않다.

다음으로, 본 발명의 분사용 급결제의 사용 방법에 대하여 기술한다.

본 발명의 분사용 급결제는 본 발명의 액체 급결제와, 발포제와 칼슘 알루미네이트를 함유하는 분체 혼화재를 혼합한 것이다.

본 발명의 액체 급결제와 분체 혼화재의 사용 비율은 특별히 한정되지 않으나, 중량비로 95:5~30:70이 바람직하고, 90:10~50:50이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 뛰어난 급결성이나 강도 발현성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 본 발명에서 말하는 액체 급결제의 사용량이란 액체로서의 사용량을 말한다.

본 발명에서는 액체 급결제와 분체 혼화재를 시멘트 콘크리트에 첨가하기 직전에 혼합하여 슬러리화하는 것이 시멘트 콘크리트와의 혼합성을 향상시키는 관점에서 바람직하다.

예를 들어, 액체 급결제를 단독으로 시멘트 콘크리트에 첨가하여 사용했을 경우에는 경화체의 내중성화를 저하시키는 경우가 있다. 본 발명과 같이 액체 급결제와 분체 혼화재를 일단 혼합하여 슬러리화한 분사용 급결제를 사용한 분사 경화체는 중성화에 대한 저항성이 액체 급결제만을 사용했을 경우보다 내중성화가 향상된다.

이것은 분체 혼화재 중에 함유되는 발포제, 예를 들어 탄산염에 의해 슬러리의 pH가 신속하게 중성 영역으로 조정되기 때문이라고 생각된다. 중성화에 대한 저항성 향상의 점에서 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고, 혼합하고 나서 1분 후의 pH를 3~9로 하는 것이 바람직하며, 4~6으로 하는 것이 보다 바람직하다.

따라서, 발포제를 함유하는 분체 혼화재와 액체 급결제를 혼합시켜 사용하는 것은 급결제 첨가 지그 내에서의 슬러리 고결 방지에 유효할 뿐만 아니라, 분사 경화체의 내구성 향상에도 유효하다.

본 발명의 액체 급결제와 분체 혼화재를 함유하는 분사용 급결제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 시멘트 100부에 대해 5~25부가 바람직하고, 8~15부가 보다 바람직하다. 5부 미만에서는 뛰어난 급결성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 25부를 넘더라도 급결성이 한계점에 이르게 되어 사용량이 많아져 경제적으로 바람직하지 않다.

분사용 급결제의 첨가 지그로는, 급결제가 시멘트 콘크리트에 첨가되었을 경우에 분사 성상이 현저하게 저하하지 않으면, 어떠한 지그도 사용 가능하다. 예를 들어, Y자 관이나 인렛 피스(이하, 샤워링 관이라고도 함) 등이 사용 가능하지만, 시멘트 콘크리트와의 혼합성이 양호하여 적은 압축 에어량으로 분사가 가능하게 되는 점에서 샤워링 관을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 물 혹은 액체 급결제와, 분체 급결제 혹은 분체 혼화재를 샤워링 관에 도입하기 전에 혼합시켜 슬러리 상태로 하는 지그(슬러리화 노즐)를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 슬러리화 노즐·샤워링 관으로는, 예를 들어 도 1~3에 나타낸 것이 사용 가능하다. 물 혹은 액체 급결제 공급 라인(1)과 분체 급결제 혹은 분체 혼화재 공급 라인(2)이 슬러리화 노즐(3)에서 합류되어 공급 원료가 혼합되어 슬러리 상태가 된다. 더욱이, 슬러리 상태의 급결제는 슬러리 급결제 도입부(4)에서 샤워링 관(5)에 도입되어 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)을 통해 시멘트 콘크리트에 첨가된다.

분사에 사용하는 압축 에어는 물 혹은 액체 급결제 공급 라인(1)이나 분체 급결제 혹은 분체 혼화재 공급 라인(2)으로부터 공급된다. 분사에 사용하는 압축 에어의 양은 2㎥/min~10㎥/min이 바람직하고, 3㎥/min~7㎥/min이 보다 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 샤워링 관(51)은, 예를 들어 외관과 내관으로 이루어진 이중 구조를 갖는다. 시멘트 콘크리트가 압송되는 내관의 지름은 통상 1.0~3.5인치 정도, 바람직하게는 2.5~3.2인치의 것이며, 이 내관에 2개 이상의 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)을 가지는 것이다.

내관에 가지는 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)의 수는 2~15개가 바람직하고, 4~10개가 보다 바람직하다. 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)이 1개에서는 시멘트 콘크리트와 슬러리 급결제의 균일한 혼합을 없을 수 없어 뛰어난 부착성이나 분진 저감성을 얻을 수 없는 경우가 있으며, 16개 이상에서는 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)이 폐색하는 경우가 있다.

또, 샤워링 관(5)의 길이는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 5~50㎝ 정도, 바람직하게는 20~40m의 것이 사용되며, 그 외 치수 등은 특별히 한정되는 것은 아니다.

샤워링 관(5)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 금속제, 수지제 또는 플라스틱제인 것이 사용 가능하며, 이들을 복합한 것도 사용 가능하다.

본 발명에서 사용하는 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 시멘트 콘크리트의 흐름에 대해 수직 혹은 시멘트 콘크리트 출구 방향으로 각도를 만들어 여는 것이 바람직하다.

슬러리 급결제 첨가 구멍(6)의 총 면적은 특별히 한정되는 것은 아니나, 2~30㎠가 바람직하고, 4~20㎠가 보다 바람직하다. 2㎠ 미만에서는 슬러리 급결제 첨가 구멍(6)이 폐색하는 경우가 있고, 30㎠를 넘으면 시멘트 콘크리트와 슬러리 급결제의 균일한 혼합을 얻지 못하여 뛰어난 부착성이나 분진 저감성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 슬러리용 물 혹은 액체 급결제는 20℃ 이상, 90℃ 이하의 범위, 바람직하게는 10℃ 이상, 50℃ 이하, 보다 바람직하게는 15℃ 이상, 45℃ 이하에서 가열하여 분체 급결제나 분체 혼화재에 혼합시킴으로써 급결성을 보다 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 슬러리 급결제를 시멘트 콘크리트에 혼합할 때, 슬러리 급결제를 분사 직전에 혼합하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 압송되어 온 시멘트 콘크리트에 슬러리 급결제를 첨가하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하는 것이다. 그 급결성 시멘트 콘크리트가 토출될 때까지의 시간을 5초 이내로 하는 것이 바람직하고, 2초 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 시멘트는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조강(早强), 초조강(超早强), 중용열(中庸熱) 또는 저열(低熱) 등의 각종 포틀랜드 시멘트나, 이들 포틀랜드 시멘트에 고로(高爐) 슬래그, 플라이애시 및 석회석 미분말을 혼합한 각종 혼합 시멘트 등의 어느 것도 사용 가능하다. 혼합 시멘트에서의 혼합물과 시멘트의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니다. JIS에서 규정하는 값 이상의 혼합물을 혼합한 것도 사용 가능하다.

시멘트의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 강도 발현성이 뛰어난 점에서 350㎏/㎥ 이상이 바람직하고, 400㎏/㎥ 이상이 보다 바람직하다.

시멘트 콘크리트의 W/C(물/시멘트 비)의 백분율은 40~70%가 바람직하고, 45~60%가 보다 바람직하다.

본 발명에서는 상기 각 재료나 모래 혹은 자갈 등의 골재 이외에, 감수제, 섬유 등을 병용하는 것이 가능하다.

감수제는, 예를 들어 리그닌 술폰산계, 나프탈렌 술폰산계, 폴리카르복시산계 등의 공지의 감수제 모두가 사용 가능하다. 감수제의 사용량은 시멘트량에 대해 0.2~2.0%가 바람직하고, 0.5~1.5%가 보다 바람직하다.

본 발명의 법면이나 터널에 대한 분사 공법으로는, 일반적으로 행해지고 있는 건식, 습식 중 어느 분사 공법이라도 가능하다. 그 중에서도 분진의 발생량이 적다고 하는 점에서 습식 분사 공법이 바람직하다.

도 1은 슬러리화 노즐·샤워링 관 외관도이다.

도 2는 슬러리화 노즐·샤워링 관의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 샤워링 관의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.

부호의 설명

1 물 혹은 액체 급결제 공급 라인

2 분체 급결제 혹은 분체 혼화재 공급 라인

3 슬러리화 노즐

4 슬러리 급결제 도입부

5 샤워링 관

6 슬러리 급결제 첨가 구멍

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠으나, 이들로 한정하여 해석되는 것은 아니다.

또한, 실시예는 특별히 언급되지 않는 한 모두 실온(20℃)에서 실시된 것이다.

(실시예 1)

표 1에 나타낸 양의 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트, 황산 칼슘, 알칼리 금속 황산염 및 수산화 칼슘을 함유하여 이루어진 분체 급결제와 슬러리용의 물을 중량비 50:50으로 합류, 혼합시켰다. 분체 급결제는 1인치(2.54㎝)의 압송 호스를 이용하여 4㎥/min의 에어량과 함께 5㎏/min의 압송량으로 반송하였다. 한편, 슬러리용의 물은 5㎏/min으로 펌프 압송하고, 양자를 슬러리화 노즐(도 1 및 도 2에 기재된 것)에서 합류, 혼합시켜 슬러리 상태로 하여 샤워링 관(도 1 내지 도 3에 기재된 것으로, 구멍 크기 직경 8㎜ × 6개, 내경 3인치(7.62㎝) × 길이 30㎝, 재질:강철재)에 도입하였다. 소정 시간, 이 상태를 유지하고, 샤워링 관을 분해하여 내부의 상황을 확인하였다. 또, 비교를 위해 알칼리 토류 금속 탄산염을 사용하지 않는 케이스를 비교예로 하여 시험하였다. 결과를 표 1에 나타냈다.

<사용 재료의 물성>

알칼리 토류 금속 탄산염: 탄산칼슘, 천연 광석 분쇄품, 브레인값 3000㎠/g.

수용성 산성 물질(A): 황산 알루미늄 8수염, 브레인값 1000㎠/g, 시판품.

수용성 산성 물질(B): 옥살산 2수화물, 브레인값 500㎠/g, 시판품.

칼슘 알루미네이트: 비정질, CaO 50%-Al₂O₃ 45%-SiO₂ 5%, CaO/Al₂O₃ 몰비 2.0, 유리화율 98%, 브레인값 6000㎠/g.

황산 칼슘: 천연 무수 석고, 브레인값 4000㎠/g, 시판품.

알칼리 금속 황산염: 황산나트륨, 브레인값 2000㎠/g, 시판품.

수산화 칼슘: 브레인값 12000㎠/g, 시판품.

물: 수돗물.

<측정 방법>

브레인값: JIS R 5201에 준하여 측정하였다.

유리화율: XRD(X-선 회절법)로 측정하였다.

<슬러리 상태의 평가방법>

표 1에 나타낸 소정 시간 후에 샤워링 관을 분해하고 슬러리 상태를 내부 관찰에 의해 실시했다. 평가는 이하와 같다.

·고화물의 고착이 전혀 확인되지 않는다: ◎

·일부 고착이 확인되나, 슬러리 급결제 첨가 구멍 6개 모두가 관통하고 있으며, 폐색이 확인되지 않는다: ○

·6개의 구멍 중, 폐색이 2개 이내이다: △

·6개의 구멍 중, 폐색이 3개 이상이다: ×

[표 1]

표 1로부터, 발포제를 사용하면 슬러리의 고결 방지 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

(실시예 2)

시멘트/모래의 비가 1/3, W/C(물/시멘트비)가 50%인 배합비의 시멘트에 감수제를 C(시멘트량) × 1.0% 사용하여 모르타르를 조제하였다. 이 모르타르 중의 시 멘트 100부에 대해 슬러리 급결제(표 2에 나타낸 분체 급결제와 슬러리수를 중량비 50:50으로 혼합한 것)를 고형분 환산으로 10부 배합하여 형틀 내에 채워 넣고, 시험 환경 온도 20℃에서 프록터 관입 저항값을 측정하였다. 또한, 비교로서 시판되는 액체 급결제를 고형분 환산으로 10부 사용하여 동일하게 시험하였다(실험 No. 2-1). 결과를 표 2에 나타내었다.

<사용 재료>

시멘트: 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품, 비중 3.16.

모래: 니가타현 히메가와산 강모래, 비중 2.62.

감수제: 폴리카르복시산계 고성능 감수제, 시판품.

액체 급결제: 수용성 알루미늄염, pH 2.6, 시판품.

물: 수돗물.

<측정 방법>

프록터 관입 저항값: JSCE D-102-1999에 준하여 측정(재령(材齡) 5분, 15분 측정)하였다.

[표 2]

표 2로부터, 분체 급결제 중에 알칼리 토류 금속 탄산염, 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트, 황산 칼슘, 알칼리 금속 황산염 및 수산화 칼슘 등을 적당량 사용함으로써 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

(실시예 3)

슬러리수와 실시예 2의 실험 No. 2-6의 분체 급결제의 혼합 비율을 각각 표 3에 나타낸 비율로 슬러리화하고, 시멘트 100부에 대해 슬러리 급결제를 고형분 환산으로 10부 첨가한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 시험하였다. 또한, 실험 No. 3-2에서는 실험 No. 3-1과 동일한 슬러리수/분체 급결제의 중량비로, 나아가 분체 급결제 100부에 대해 지연제를 0.6부 사용하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.

<사용 재료>

지연제: 시트르산나트륨, 시판품.

[표 3]

표 3으로부터, 슬러리수와 분체 급결제의 사용 비율을 중량비로 적당량으로 함으로써, 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 실험 No. 3-1에서는, 혼합하는 슬러리수의 양이 적어 충분히 슬러리화되지 않아 급결성이 낮아지고 있으나, 지연제를 병용한 실험 No. 3-2에서는 급결성이 향상되는 것을 알 수 있었다.

(실시예 4)

슬러리수와 실시예 2의 실험 No. 2-6의 분체 급결제를 중량비 50:50으로 혼합하고, 슬러리 급결제를 시멘트 100부에 대해 고형분 환산으로 표 4에 나타낸 양을 사용하여 평가한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 시험하였다. 또한, 실험 No. 4-2에서는, 실험 No. 4-1과 동일한 슬러리수/분체 급결제의 중량비로, 나아가 분체 급결제 100부에 대해 지연제를 0.6부 사용하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.

<측정 방법>

압축 강도: 1시간 강도는 JIS R 5201-2002에 준하여 측정하였다. 또, 28일 강도는 20℃에서 수중 양생하고 JIS R 5201-2002에 준하여 측정하였다.

[표 4]

표 4로부터, 급결제를 첨가함으로써 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 실험 No. 3-1에서는, 혼합하는 슬러리수의 양이 적어 충분히 슬러리화되지 않아 급결성이나 장기 강도 발현성이 낮아져 있으나, 지연제를 병용한 실험 No. 3-2에서는 급결성이나 장기 강도 발현성이 향상되는 것을 알 수 있었다.

상기 실시예에 의해 이하의 사실을 알 수 있었다. 본 발명의 산성 분위기에서 발포하는 알칼리 토류 금속 탄산염과 수용성 산성 물질과 칼슘 알루미네이트와 알칼리 물질을 함유하는 분체 급결제를 슬러리화하여 사용함으로써, 샤워링 관 내 에서의 고결을 방지할 수 있어, 종래의 고결제보다 높은 급결성을 얻을 수 있었다.

(실시예 5)

칼슘 알루미네이트 50부, 알칼리 금속 황산염 20부, 황산 칼슘 20부, 알칼리 토류 금속 탄산염 10부를 함유하여 이루어진 분체 혼화재와 표 1에 나타낸 액체 급결제를 중량비 2:1로 합류, 혼합시켰다. 분체 혼화제는 1인치의 압송 호스를 이용하여 4㎥/min의 에어량과 함께 3㎏/min의 압송량으로 반송하고, 한편 액체 급결제는 6㎏/min으로 펌프 압송하여, 양자를 슬러리화 노즐(도 1 및 도 2에 기재된 것)에서 합류, 혼합하게 하였다. 뒤이어, 슬러리 상태로 하여 샤워링 관(도 1 내지 도 3에 기재된 것으로, 구멍 크기 직경 8㎜ × 6개, 내경 3인치 × 길이 30㎝, 재질:강철재)에 도입하였다. 소정 시간, 이 상태를 유지하고, 샤워링 관을 분해하여 내부의 상황을 확인하였다. 또, 비교를 위해, 알칼리 토류 금속 탄산염을 사용하지 않는 케이스와 수산화 칼슘을 사용한 케이스를 비교예로 하여 시험하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.

<사용 재료>

칼슘 알루미네이트: 비정질의 12Ca0·7Al₂O₃ 조성물, 브레인값 6000㎠/g.

알칼리 금속 황산염: 황산나트륨, 브레인값 1000㎠/g 이상, 시판품.

황산 칼슘: 천연 무수 석고, 브레인값 4000㎠/g, 시판품.

알칼리 토류 금속 탄산염: 탄산칼슘, 브레인값 3000㎠/g, 시판품.

수산화 칼슘: 브레인값 12000㎠/g, 시판품.

액체 급결제(E1): Al₂O₃: 8.0%, SO₃: 18.8%, Na₂O: 0%, pH 2.3, 황산 알루미늄 용액, 고형분 농도: 26.8%, 시판품. SO₃ 환산의 유황 100부에 대해 알루미늄을 Al₂O₃ 환산으로 42.6부 함유한다.

액체 급결제(E2): Al₂O₃: 8.0%, SO₃: 18.8%, Na₂O: 3.0%, pH 2.9, 황산 알루미늄 용액, 분말 황산 알루미늄, 탄산 나트륨을 소정량 혼합하고, 80℃에서 용해시킨 것. 고형분 농도: 26.8%, SO₃ 환산의 유황 원소 100부에 대해 알루미늄 원소를 Al₂O₃ 환산으로 42.6부, 알칼리 금속 원소를 R₂O(R은 알칼리 금속 원소) 환산으로 16부 함유한다.

액체 급결제(E3): Al₂O₃: 8.0%, SO₃: 18.8%, Na₂O: 3.0%, F: 3.0%, pH 2.7, 황산 알루미늄 용액, 분말 황산 알루미늄, 탄산 나트륨, 불화수소산을 소정량 혼합하고, 80℃에서 용해시킨 것. 고형분 농도: 26.8%, SO₃ 환산의 유황 원소 100부에 대해 알루미늄 원소를 Al₂O₃ 환산으로 42.6부, 불소를 16부, 알칼리 금속 원소를 R₂O 환산(R은 알칼리 금속 원소)으로 16부 함유한다.

<측정 방법>

pH: pH 미터(호리바 제작소사제)를 사용하여 측정하였다.

브레인값: JIS R 5201에 준하여 측정하였다.

<슬러리 상태의 평가 방법>

표 1에 나타낸 소정 시간 후에 샤워링 관을 분해하고, 슬러리 상태를 내부 관찰에 의해 실시했다. 평가는 이하와 같다.

· 고화물의 고착이 전혀 확인되지 않는다: ◎

· 일부 고착이 확인되지만, 슬러리 급결제 첨가 구멍 6개 모두가 관통하고 있으며, 폐색이 확인되지 않는다: ○

· 6개의 구멍 중, 폐색이 2개 이내이다: △

· 6개의 구멍 중, 폐색이 3개 이상이다: ×

[표 5]

표 5로부터, 알칼리 토류 금속 탄산염을 사용하면, 슬러리의 고결 방지 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 6)

시멘트/모래의 비가 1/3, W/C(물/시멘트비)가 50%인 배합비의 시멘트에 감수제를 C(시멘트량) × 1.0% 사용하여 모르타르를 조제하였다. 이 모르타르의 시멘트 100부에 대해 슬러리화한 분사용 급결제(표 6에 나타낸 분체 혼화재와 급결제를 중량비 2:1로 혼합한 것)를 12부 배합하여 형틀 내에 채워 넣고, 시험 환경 온도 20℃에서 프록터 관입 저항값을 측정하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.

<사용 재료>

시멘트: 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품, 비중 3.16.

모래: 니가타현 히메가와 강모래, 비중 2.62.

감수제: 폴리카르복시산계 고성능 감수제, 시판품.

물: 수돗물.

<측정 방법>

프록터 관입 저항값: JSCE D-102-1999에 준하여 측정(재령 5분, 15분에서 측정)하였다.

[표 6]

표 6으로부터, 분체 혼화재 중에 알칼리 토류 금속 탄산염, 칼슘 알루미네이트, 알칼리 금속 황산염 및 황산 칼슘을 적당량 사용함으로써 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 7)

액체 급결제(E3)와 실시예 5의 실험 No. 5-3의 분체 혼화재를 이용하고, 각각 표 7에 나타낸 비율로 슬러리화한 분사용 급결제를 사용하여 평가한 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 시험하였다.

결과를 표 7에 나타낸다.

[표 7]

표 7로부터, 액체 급결제와 분체 혼화재의 사용 비율을 중량비로 적당량으로 함으로써 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 8)

액체 급결제(E3)와 실시예 5의 실험 No. 5-3의 분체 혼화재를 이용하고, 각각 표 8에 나타낸 비율로 혼합하여 슬러리화하고, 혼합으로부터 1분 후의 pH를 리 트머스 시험지에 의해 측정하였다. 결과를 표 8에 나타낸다.

<평가 방법>

pH: 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고, 1분간 교반한 후의 pH를 도요로시사제의 리트머스 시험지를 이용하여 측정하였다.

[표 8]

표 8로부터, 액체 급결제와 분체 혼화재의 사용 비율을 중량비로 적당량으로 함으로써 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고 나서 1분 후의 pH가 3~9의 범위 내로 되는 것을 알 수 있다.

(실시예 9)

액체 급결제(E3)와 실시예 5의 실험 No. 5-3의 분체 혼화재를 중량비 2:1로 혼합하고, 슬러리화한 분사용 급결제를 시멘트 100부에 대해 표 9에 나타낸 양을 사용하여 평가한 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 시험하였다. 결과를 표 9에 나타낸다.

[표 9]

표 9로부터, 급결제를 첨가함으로써 뛰어난 급결성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 10)

시멘트/모래의 비가 1/3, W/C(물/시멘트비)가 50%인 배합비의 시멘트에 감수제를 C × 1.0% 사용하여 모르타르를 조제하였다. 모르타르 중의 시멘트 100부에 대해 액체 급결제(E3)와 실시예 5의 실험 No. 5-3의 분체 혼화재를 중량비 2:1로 혼합하여 슬러리화하였다. 뒤이어, 슬러리화한 분사용 급결제를 12부 배합하여 형틀 내에 채워 넣고, 시험 환경 온도 20℃에서 1일 양생 후, 탈형하여 경화체를 얻었다. 얻어진 경화체를 20℃ 수중에서 28일간 양생한 후, 7일간 20℃-60% RH 환경하에서 건조시키고, 그 후 촉진 중성화 시험을 실시하였다. 또한, 비교를 위해, 액체 급결제만을 사용한 경화체에 대해서도 평가하였다. 결과를 표 10에 나타낸다.

<측정 방법>

촉진 중성화 시험: 온도 30℃, 습도 60%, CO₂ 농도 5% 환경하에서 촉진 중성화 시험을 하였다. 소정 재령으로 시험에 제공하는 경화체(4 × 4 × 16㎝)를 절단하고, 절단면에 페놀프탈레인을 산포하여 중성화 깊이를 확인하였다.

[표 10]

표 10으로부터, 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고 슬러리화한 분사용 급결제를 사용함으로써 중성화에 대한 저항성이 향상되는 것을 알 수 있다.

상기 실시예에 의해 이하의 사실을 알 수 있다.

즉, 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합한 본 발명의 분사용 급결제를 사용함으로써, 종래의 급결제보다 높은 급결성과 저분진성을 얻을 수 있다. 본 발명의 슬러리화한 분사용 급결제 중의 액체 급결제는 시멘트의 수화 반응을 촉진하며, 분체 혼화재는 그 자체가 경화되는 특성을 갖는다. 양자를 혼합하여 사용함으로써, 종래의 급결제보다 효율이 좋은 급결성의 부여가 가능해진다.

본 발명은 이하의 점에서 뛰어나 분사 급결제로서 지하 공간, 혹은 터널 등에서 이용 가능하다.

(1) 급결제 첨가 지그 내에서 슬러리 상태로 된 급결제의 고결을 억제한다.

(2) 액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하여 사용함으로써, 종래의 급결제보다 높은 급결성을 얻을 수 있다.

(3) 액체 급결제만을 사용했을 경우와 비교해서 내중성화가 향상된다.

또한, 2006년 11월 9일에 출원된 일본 특허출원 2006-304597호 및 2007년 7월 19일에 출원된 일본 특허출원 2007-188759호의 명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims

알칼리 토류 금속 탄산염, 황산 알루미늄과 옥살산으로부터 선택되는 하나 이상의 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하여 이루어진 분체 급결제(急結劑, set accelerator)와 물을 함유하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러리 급결제.
청구항 1에 있어서,

추가로 황산 칼슘을 함유하여 이루어진 슬러리 급결제.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

추가로 수산화 칼슘 및 수산화 알루미늄으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하여 이루어진 슬러리 급결제.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

추가로 지연제를 함유하여 이루어진 슬러리 급결제.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 슬러리 급결제와 시멘트 콘크리트를 함유하여 이루어진 급결성 시멘트 콘크리트.
알칼리 토류 금속 탄산염, 황산 알루미늄과 옥살산으로부터 선택되는 하나 이상의 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하여 이루어진 분체 급결제와 물을 혼합하여 슬러리 급결제로 하고, 이 슬러리 급결제를 시멘트 콘크리트와 혼합하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하여, 이 급결성 시멘트 콘크리트를 분사하는 것을 특징으로 하는 분사 공법.
알칼리 토류 금속 탄산염, 황산 알루미늄과 옥살산으로부터 선택되는 하나 이상의 수용성 산성 물질, 칼슘 알루미네이트 및 알칼리 금속 황산염을 함유하고, 분체 급결제 공급 라인 중을 수송하여 이루어진 분체 급결제와 물 공급 라인 중을 수송하여 이루어진 물을 슬러리화 노즐에서 합류, 혼합하여 슬러리 급결제로 하고, 이 슬러리 급결제를 슬러리 급결제 도입부에서 샤워링 관에 도입하고 슬러리 급결제 첨가 구멍을 통해 시멘트 콘크리트와 혼합하여 급결성 시멘트 콘크리트로 하여, 이 급결성 시멘트 콘크리트를 분사하는 것을 특징으로 하는 분사 공법.
청구항 7에 있어서,

샤워링 관이 외관과 내관으로 이루어진 이중 구조를 가지고, 또한 내관에 슬러리 급결제 첨가 구멍을 가지는 분사 공법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

분체 급결제가 황산 칼슘을 함유하여 이루어진 분사 공법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

분체 급결제가 수산화 칼슘 및 수산화 알루미늄으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하여 이루어진 분사 공법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

분체 급결제가 지연제를 함유하여 이루어진 분사 공법.
알루미늄 원소, 유황 원소 및 알칼리 금속 원소를 함유하는 액체 급결제와, 발포제와 칼슘 알루미네이트를 함유하는 분체 혼화재를 혼합하여 이루어진 분사용 급결제.
청구항 12에 있어서,

발포제가 알칼리 토류 금속 탄산염인 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

추가로 분체 혼화재 중에 황산 칼슘을 함유하는 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

추가로 분체 혼화재 중에 알칼리 금속 황산염을 함유하는 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

액체 급결제가 추가로 알칼리 금속 원소를 가지는 화합물을 함유하는 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

액체 급결제 중에 불소 원소를 가지는 화합물을 함유하는 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

분체 혼화재 100부 중 알칼리 토류 금속 탄산염을 2~30부, 칼슘 알루미네이트를 30~70부, 알칼리 금속 황산염을 2~50부, 황산 칼슘을 5~40부 함유하는 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

액체 급결제와 분체 혼화재의 사용 비율이 중량비로 95:5~30:70인 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하여 슬러리 상태로 하여 이루어진 분사용 급결제.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

액체 급결제와 분체 혼화재를 혼합하고 나서 1분 후의 pH가 3~9인 분사용 급결제.
시멘트, 골재 및 청구항 12에 기재된 분사용 급결제를 함유하여 이루어진 분사 재료.
청구항 22에 있어서,

액체 급결제와 분체 혼화재를 함유하여 이루어진 분사용 급결제의 사용량이 시멘트 100부에 대해 5~25부인 것을 특징으로 하는 분사 재료.
청구항 22 또는 청구항 23에 기재된 분사 재료를 사용하는 분사 공법.