KR101362977B1 - 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 30~45중량%, 골재 40~50중량%, 폴리머 결합재 5~10중량%, 천연세라믹계 팽창제 3~5중량%, 아질산염계 방청제 1~5중량%, 나노클레이 0.1~1중량%를 포함하도록 구성되는 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 천연세라믹계 팽창제와 아질산염계 방청제로 인한 방수성 및 방청성 향상, 자체 강도발현과 함께 콘크리트 구조물의 산성화와 열화현상을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 기대함과 더불어 나노클레이로 인한 안전성, 난연성, 항균성, 부식방지를 기대하고, 나아가 산업폐기물이고 재료 자체의 함수율이 높은 바텀애쉬를 사용함으로써 보수능력이 개선되고 자원의 재활용 측면에서 비용절감을 기대할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물{Polymer cement mortar composition}

본 발명은 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연세라믹계 팽창제와 아질산염계 방청제로 인한 방수성 및 방청성 향상, 자체 강도발현과 함께 콘크리트 구조물의 산성화와 열화현상을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 기대함과 더불어 나노클레이로 인한 안전성, 난연성, 항균성, 부식방지를 기대하고, 나아가 산업폐기물이고 재료 자체의 함수율이 높은 바텀애쉬를 사용함으로써 보수능력이 개선되고 자원의 재활용 측면에서 비용절감을 기대할 수 있도록 하는 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 건설현장에서 구조재료로 가장 널리 사용되고 있는 콘크리트의 대표적인 시멘트계 재료는 우수한 압축강도, 경제성 및 내구성이 뛰어나 건설구조물의 주요 구성 재료로서 널리 사용되어 왔으나, 인장 및 휨강도가 작고 변형 능력이 작아 유해한 균열발생 후에 응력 및 내구성이 급격히 저하되는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점으로 인하여 시멘트계 재료는 최대 응력에 도달한 이후 갑자기 파괴가 되어 구조물의 수명을 급격히 저하시키는 대표적인 취성재료가 되었다.

한편, 건설 기술의 발전과 함께 오늘날 많은 콘크리트 구조물들이 만들어지면서 문제점이 발생하고 있는데 이중 균열발생이 그 대표적이라 하겠으며, 일반적으로 사용되는 콘크리트 및 보수용 모르타르는 양생 전후에 초기균열 및 미세균열 등이 발생하는데, 이는 콘크리트 구조물에서 나타나는 이중 균열의 원인 중 하나인 것이다.

균열은 크게 구조적인 균열(structural crack)과 비구조적인 균열(nonstructural crack)의 두 가지로 분류할 수 있는데, 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면, 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상, 철근부식, 방수성능 저하 등으로 구조물의 수명단축에 치명적인 손실을 초래한다.

이러한 균열 원인 중의 하나로서 시멘트를 이용한 모르타르의 양생과정 중 수급의 급격한 방출에 의해 모르타르 내부와 표면 사이의 응력이 발생하고, 보수재료인 모르타르가 가져야 할 점착력을 얻기 위해 시멘트의 사용량을 증가시킬 경우 수화열에 의한 모르타르 내ㆍ외부간 응력이 발생함으로써 몰탈 소성 과정 중에 균열이 발생되는 가능성을 가지게 되며, 이러한 균열 가능성은 양생 후반기에 들어서 균열발생이라는 중대한 결점으로 나타난다.

이 외의 균열 원인으로는 외적인 하중이나 부등침하에 의한 작용력을 지속적으로 받게 되고 외부의 온도변화에 의하여 수축팽창이 반복적으로 일어남에 따라 구조적 강도가 취약한 부위로부터 균열이 발생되고, 양생시의 급격한 온도 차이와 시멘트의 수화반응에 의해 균열이 발생하게 된다.

또한, 환경이 오염되면서 많은 차량에서 또는 공장에서 배출되는 대기중에 이산화탄소가 수분과 결합하여 콘크리트에 침입하면 철근 콘크리트내 철근 주변을 감싸고 있는 강알칼리성 보호막을 중성화시켜 철근 콘크리트내 철근의 부식이 발생하게 된다.

또한, 지상노출 콘크리트 구조물이나 지하 콘크리트 구조물에서는 검은곰팡이나 박테리아가 생성되고, 지하 콘크리트 구조물에서는 유기화합물이 썩어 암모니아, 아황산가스, 메탄과 같은 독성 기체로 인하여 악취, 썩은 냄새가 발생하여 콘크리트 구조물에 악영향을 미치며, 하천에 부유물로 인하여 건강에 해를 끼치고 생활을 불편하게 만든다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 천연세라믹계 팽창제와 아질산염계 방청제로 인한 방수성 및 방청성 향상, 자체 강도발현과 함께 콘크리트 구조물의 산성화와 열화현상을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 기대함과 더불어 나노클레이로 인한 안전성, 난연성, 항균성, 부식방지를 기대하고, 나아가 산업폐기물이고 재료 자체의 함수율이 높은 바텀애쉬를 사용함으로써 보수능력이 개선되고 자원의 재활용 측면에서 비용절감을 기대할 수 있도록 하는 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은, 시멘트 30~45중량%, 골재 40~50중량%, 폴리머 결합재 5~10중량%, 천연세라믹계 팽창제 3~5중량%, 아질산염계 방청제 1~5중량%, 나노클레이 0.1~1중량%를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

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이처럼 본 발명은 천연세라믹계 팽창제와 아질산염계 방청제로 인한 방수성 및 방청성 향상, 자체 강도발현과 함께 콘크리트 구조물의 산성화와 열화현상을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 기대함과 더불어 나노클레이로 인한 안전성, 난연성, 항균성, 부식방지를 기대하고, 나아가 산업폐기물이고 재료 자체의 함수율이 높은 바텀애쉬를 사용함으로써 보수능력이 개선되고 자원의 재활용 측면에서 비용절감을 기대할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

상기한 목적 및 효과를 달성하기 위한 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은, 시멘트 30~45중량%, 골재 40~50중량%, 폴리머 결합재 5~10중량%, 천연세라믹계 팽창제 3~5중량%, 아질산염계 방청제 1~5중량%, 나노클레이 0.1~1중량%를 포함하도록 구성된다.

상기 시멘트는 통상적인 포틀랜트 시멘트를 의미하되 특별한 제한이 없고, 30~45중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 이는 상기 시멘트의 중량이 30중량% 미만인 경우에는 응결속도가 지연되고 강도가 저하되는 문제점이 있으며, 45중량%를 초과한 경우에는 수화열의 발생에 의한 수축균열이 발생하기 때문이다.

상기 골재는 40~50중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 이는 상기 골재의 중량이 40중량% 미만인 경우에는 강도가 저하되어 작업하는데 어려움이 있고, 50중량%를 초과한 경우에는 경화 속도가 지연되어 작업하는데 매우 어렵기 때문이다.

이때 상기 골재는 바텀애쉬, 플라이애쉬, 모래의 혼합물로 구성된다.

상기 바텀애쉬는 화력발전소로부터 발생되는 산업폐기물로, 잠재 수경성 특성을 가지고 있으나 재료 자체의 함수율이 높아 내수성은 작다.

그리고 상기 바텀애쉬는, 펠릿 형태의 성형체로 제조된 후 상기 성형체를 로터리킬른에서 1,000~1,200℃의 온도로 소성하여 입경 1~5㎜의 크기와 함수율 3%이하로 제조함으로써 경량골재로의 역할을 수행하게 된다.

상기 플라이애쉬는 미분탄을 연소하는 화력발전소 연도 가스로부터 집진 채취한 회분(석탄재)을 말하는 것으로, 알루미나와 실리카가 주성분이고, 이러한 플라이애쉬는 혼화제의 기능을 하게 되며, 경화열을 완화시키고, 장기적인 강도 및 수밀성을 향상시키는 기능을 하게 된다.

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상기 폴리머계 결합재는 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 불포화 폴리에스테르를 주재료 하되, 결합재의 경화시 수축을 저감시키기 위한 수축저감제와 결합재의 경화를 촉진시키기 위한 경화촉진제 및 경화성 개시제가 더 포함된다.

물론 상기 불포화 폴리에스테르의 이외의 다른 결합재가 사용되고, 상기 결합재의 성능 향상을 위해 아크릴(acryl) 에멀젼 및 아크릴 부틸을 포함하며, 고성능 감수제 및 소포제를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.

그리고 상기 폴리머 결합재는 5~10중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 이는 상기 폴리머 결합재의 중량이 5중량% 미만인 경우에는 만족할 만한 강도 및 내구성을 기대하기 어렵고, 10중량%를 초과한 경우에는 조성물의 점도가 너무 높아져 작업성이 떨어질 뿐더러 수화반응을 지연시켜 조기 강도발현을 저하시킴과 동시에 가격경쟁력이 저하되기 때문이다.

상기 천연세라믹계 팽창제는 실리카계로 실리케이트(Silicate) 300~500메쉬 분말이 적용될 수 있으며, 구조체에 입자가 깊이 침투하여 표면 조직의 기공을 막으며, 자체 강도를 증가시켜 수밀화로 구조물의 지속적이고 산성화 및 열화현상을 반영구적으로 방지하는 한편, 항균성 물질의 흡착 및 내열성에 효과가 있고, 또 상기 천연세라믹계 팽창제는 광분해성, 자외선 흡수분해성이 뛰어나 내산, 내유, 내화학성, 내식이 우수하고, 구조물에 대한 안전성을 높이는 기능을 하게 된다.

그리고 상기 천연세라믹계 팽창제는 3~5중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 이는 상기 천연세라믹계 팽창제의 중량이 3중량% 미만인 경우에는 강도를 포함한 광분해성, 내산, 내유, 내화학성, 내식 등의 효과를 기대하기 어렵고, 5중량%를 초과한 경우에는 조성물의 점도가 높아져 작업성이 떨어지고 가격경쟁력이 저하될 뿐더러 그 효과가 미비하기 때문이다.

상기 아질산염계 방청제는 아질산 이온이 제 1철 이온과 반응하여 아노드부에서 제 1철 이온의 이동이 저하되어 철 표면에 침전하고 부동태 피막을 형성함에 의해 콘크리트 중의 철근에 대한 부식을 억제시키기 위한 것으로, 상기 아질산염계 방청제는 1~5중량%로 함유됨이 바람직하다.

상기 나노클레이는 안정성, 난연성, 항균성, 원적외선 방출, 부식방지를 위한 것으로, 상기 나노클레이는 0.1~1중량%로 함유되는 것이 바람직하다.

즉 상기 나노클레이의 중량이 0.1중량% 미만인 경우에는 상기와 같은 효과를 기대하기 어렵고, 1중량%를 초과한 경우에는 그 효과가 미비하기 때문이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims (3)

1. 시멘트 30~45중량%, 골재 40~50중량%, 폴리머 결합재 5~10중량%, 천연세라믹계 팽창제 3~5중량%, 아질산염계 방청제 1~5중량%, 나노클레이 0.1~1중량%를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 폴리머 시멘트 모르타르 조성물.
   
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