KR101370694B1 - 중합체 개질된 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법 - Google Patents

중합체 개질된 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트, 충전제, 물, 1 이상의 중합체 및 임의의 추가 혼합물 또는 첨가물을 함유하는 습윤 콘크리트 혼합물을 상기 습식 숏크리트 방법에 의해 도포하는 방법으로서, 1∼15개의 C 원자를 갖는 비분지형 또는 분지형 알킬카르복실산의 1 이상의 비닐 에스테르 및 임의로 1 이상의 추가 에틸렌계 불포화 단량체를 기초로 한 1 이상의 중합체를 함유하는 습윤 콘크리트 혼합물을 콘크리트 분무 장치에 투입하고, 습식 숏크리트 방법에 의해 층 두께 ≥ 3 cm로 기재에 도포하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

Description

중합체 개질된 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법{METHODS FOR APPLYING POLYMER-MODIFIED WET CONCRETE MIXTURES}
본 발명은 습식 숏크리트 방법(wet shotcrete method)에 의해 중합체 개질된 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법, 및 예를 들어 건축 구조물의 생성을 위한, 특히 광산 건축 또는 터널 건축 분야에서의 상기 방법의 용도에 관한 것이다.
콘크리트 혼합물의 일반적인 가공 및 도포 방법은 숏크리트 방법이다. 여기서, 콘크리트 혼합물은, 그 콘크리트 혼합물이 전달 라인을 통해 분무 노즐에 의해서 특정 기재로 분무되는 콘크리트 분무 장치로 투입된다. 콘크리트 혼합물은 시멘트, 충전제, 예컨대 모래 또는 자갈, 및 임의로 추가 첨가제를 함유한다.
건식 숏크리트 방법 및 습식 숏크리트 방법이 이와 관련하여 공지되어 있다. 건식 숏크리트 방법에서, 콘크리트 혼합물은 건조 형태(콘트리트 건조 혼합물)로 적용된다. 상기 콘크리트 건조 혼합물은 물을 첨가하여 분무 노즐로 혼합된다. 상기 건식 숏크리트 방법에서, 이러한 방식으로 얻어진 콘크리트 조성물은 따라서 물과의 혼합 직후에 기재 상에 분무된다. 상기 콘크리트 건조 혼합물에 함유될 수 있거나, 또한 상기 분무 노즐에서만 첨가될 수 있는 중합체가 콘크리트 혼합물을 위한 첨가제의 예이다. JP-A 61097152 및 JP-A 60152778에는 다양한 건식 숏크리트 방법으로 비닐 아세테이트/에틸렌/염화비닐 삼량체를 사용함으로써, 기재로의 콘크리트 혼합물의 도포 시의 리바운드가 감소된다는 것이 개시되어 있다. 상기 건식 숏크리트 방법의 실행 시의 먼지 형성 및 건설지에서의 직원에 대한 관련 건강 위험성을 감소시키기 위해서, JP-A 09-255387에서는 콘크리트 혼합물에 중합체, 예컨대 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체를 사용할 것을 제안한다. 이러한 목적으로, JP-A 63-270334 및 JP-A 63-002847에는 에틸렌계 불포화 카르복실산의 단위를 추가로 포함하는 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체가 제안된다.
습식 숏크리트 방법에서, 콘크리트 혼합물은 수성 형태(습윤 콘크리트 혼합물)로 콘크리트 분무 장치에 투입된다. 이러한 경우, 상기 콘크리트 혼합물은 따라서 우선 물과 함께 혼합된 후, 상기 콘크리트 분무 장치에 투입되고, 여기서 상기 습윤 콘크리트 혼합물은 분무 노즐을 갖는 전달 라인을 통해 기재에 도포된다. 상기 습식 콘크리트 방법을 건축용으로 사용하는 경우, 중합체는 지금까지 상기 분무 노즐에서 첨가되어 왔다.
JP-A 11-107506에는 상기 습식 숏크리트가 상기 기재 상에 미치는 경우에 리바운드되는 것을 감소시키기 위해서 비닐 아세테이트/에틸렌/아크릴산 에스테르 삼량체를 상기 분무 노즐에 첨가하는 습식 숏크리트 방법이 기술되어 있다. DE-A 102007024965 및 DE-A 102007024964에는 중합체 개질된 응결 촉진제(setting accelerator) 및 이의 습식 숏크리트 방법에서의 방법이 기술되어 있으며, 여기서 상기 개질된 응결 촉진제는 상기 분무 노즐에서 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 혼합된다. JP-A 2004-051422에는 습식 숏크리트 방법에 의해 도포되고, 초미립 γ-Ca2SiO4 이외에 첨가제로서 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체를 함유하는 보수 콘크리트 혼합물의 용도가 개시되어 있다. 이와 관련하여, 상기 보수 콘크리트 혼합물은, 상기 습식 숏크리트 방법에 의해 콘크리트를 개조한 후, 도포 두께 2 cm 이하로 수작업하는 데 사용된다. 음이온성 공단량체 단위와 함께 폴리아크릴아미드를 함유하는 콘크리트 조성물은 방화 코팅 생성에 대해서 EP-A 1726432에 공지되어 있다. DE-A 19723474에는 음이온으로 하전된 단량체 단위를 함유하는, 유화제-안정화된 스티렌/아크릴산 에스테르 공중합체를 갖는 건조 및 습윤 혼합물이 기술되어 있다. 그럼에도, 이러한 공중합체는 습윤 콘크리트 혼합물에서 안정하지 않으며, 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 사용 특성뿐만아니라 저장 안정성, 따라서 이송 안정성이 결과적으로 악화된다. 더욱이, 상기 음이온성 공중합체는 또한 이의 음전하로 인해 습윤 콘크리트 혼합물에서 가소제로서 작용한다. 그러나, 실질적으로, 가소제 및 추가 첨가제를 독립적으로 첨가할 수 있어 상기 특정 건축지의 각각의 건축 부위에서의 소정의 콘크리트 특성을 정확히 수립할 수 있는 것이 이롭다. 유화제가 또한 가소제 작용을 보유할 수 있다. DE-A　19723474의 경화 콘크리트는 증가된 탄성율(E 모듈러스), 및 이와 관련하여 낮은 탄성을 보유하며, 이는 상기 경화 콘크리트의 갈라짐을 유발시킬 수 있다.
지금까지 알려진 콘크리트 혼합물 및 이의 쇼크리트 방법에 의한 용도는 물에 대한 불투과성과 관련하여 불적절한 경화 콘크리트를 유도한다. 경화 콘크리트는 습윤 콘크리트 혼합물을 응결시켜 얻는다. 구체적으로는, 건설, 예컨대 터널 또는 광산 건설에서, 경화 콘크리트에 대해 특히 높은 요건이 부여되는데, 이는 상기 경화 콘크리트가, 예를 들어 암반수 또는 지하수와 지속적으로 접촉하고, 이러한 물은 또한 계절 및 지역 환경에 따라 이의 조성, 예컨대 이의 염 함량을 상당히 변화시키며, 이의 상기 경화 콘크리트로의 침투는 이를 심각하게 손상시키기 때문이다.
이러한 배경기술에 대해서, 물에 대한 상대적으로 높은 불투과성으로 구분되고 또한 상기 언급된 추가적인 문제점을 또한 극복하는 경화 콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 놀랍게도 중합체 개질된 습윤 콘크리트 혼합물을 콘크리트 분무 장치에 투입하고, 이를 상기 습윤 콘크리트 방법에 의해 도포 두께 ≥ 3 cm로 도포하여 달성하였다. 본 발명에 따라, 상기 중합체는 따라서 상기 분무 노즐의 습윤 콘크리트 혼합물에 우선 첨가하지 않는다.
본 발명은 시멘트, 충전제, 물, 1 이상의 중합체 및 임의의 추가 첨가 물질 또는 첨가제를 함유하는 습윤 콘크리트 혼합물을 상기 습식 숏크리트 방법에 의해 도포하는 방법으로서,
1∼15개의 C 원자를 갖는 비분지형 또는 분지형 알킬카르복실산의 1 이상의 비닐 에스테르 및 임의로 1 이상의 추가 에틸렌계 불포화 단량체를 기초로 한 1 이상의 중합체를 함유하는 습윤 콘크리트 혼합물을, 콘크리트 분무 장치에 투입하고, 습식 숏크리트 방법에 의해 층 두께 ≥ 3 cm로 기재에 도포하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
바람직한 비닐 에스테르로는 비닐 아세테이트, 피닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트, 비닐 2-에틸헥사노에이트, 비닐 라우레이트, 1-메틸비닐 아세테이트, 비닐 피발레이트 및 9∼13개의 C 원자를 갖는 알파 분지화된 모노카르복실산의 비닐 에스테르, 예를 들어 VeoVa9® 또는 VeoVa10®(상품명 Shell)이 있다. 비닐 아세테이트가 특히 바람직하다.
상기 중량체의 제조를 위한 추가의 에틸렌계 불포화 단량체는 바람직하게는
1∼15개의 C 원자를 갖는 알콜의 메타크릴산 에스테르 및 아크릴산 에스테르, 비닐 방향족, 올레핀, 디엔 또는 비닐 할라이드를 포함하는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
바람직한 메타크릴산 에스테르 또는 아크릴산 에스테르로는 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 노르보르닐 아크릴레이트가 있다. 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트가 특히 바람직하다. 올레핀 및 디엔의 예로는 에틸렌, 프로필렌 및 1,3-부타디엔이 있다. 적합한 비닐방향족으로는, 예를 들어 스티렌 및 비닐톨루엔이 있다. 적합한 비닐 할라이드는 염화비닐이다. 에틸렌계 불포화된 음이온성 단량체는 상기 중합체를 바람직하게는 ≤ 5 중량%, 특히 바람직하게는 ≤ 1 중량%, 가장 바람직하게는 ≤ 0.1 중량%의 정도로 제조하는 데 사용되며, 여기서 상기 양(중량%)는 각각 경우에 상기 중합체 제조를 위한 단량체의 총중량을 기준으로 한다. 음이온성 단량체는 음으로 하전된 에틸렌계 불포화 화합물, 예컨대 에틸렌계 불포화 카르복실산 또는 설폰산으로서 증류수에 적어도 일정 비율로 존재하는 단량체이다. 에틸렌계 불포화된 양이온성 단량체는 바람직하게는 바람직하게는 ≤ 5 중량%, 특히 바람직하게는 ≤ 1 중량%, 가장 바람직하게는 ≤ 0.1 중량% 정도로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 양(중량%)는 각 경우에 상기 중합체 제조를 위한 단량체의 총중량을 기준으로 한다. 양이온성 단량체는 양으로 하전된 에틸렌계 불포화 화합물, 예컨대 에틸렌계 불포화 아민으로서 증류수에 적어도 일정 비율로 존재하는 단량체이다.
상기 중합체로서 적합한 동종중합체 및 공중합체의 예로는 비닐 아세테이트 동종중합체, 비닐 아세테이트과 에틸렌의 공중합체, 비닐 아세테이트과 에틸렌 및 1 이상의 비닐 에스테르의 공중합체, 비닐 아세테이트과 에틸렌 및 아크릴산 에스테르의 공중합체, 및 비닐 아세테이트과 에틸렌 및 염화비닐의 공중합체가 있다.
바람직한 중합체로는 비닐 아세테이트 동종중합체; 비닐 아세테이트과 에틸렌 1∼40 중량%의 공중합체;
비닐 아세테이트과 에틸렌 1∼40 중량% 및 카르복실산 라디칼 중 1∼15개의 C 원자를 갖는 비닐 에스테르, 예컨대 피닐 프로피오네이트, 비닐 도데카노에이트, 9∼13개의 C 원자를 갖는 알파-분지화된 카르복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 VeoVa9®, VeoVa10®, VeoVa11®의 군으로부터의 1 이상의 추가 공단량체 1∼50 중량%의 공중합체;
비닐 아세테이트, 에틸렌 1∼40 중량% 및 바람직하게는 1∼15개의 C 원자를 갖는 비분지형 또는 분지형 알콜의 아크릴산 에스테르, 특히 n-부틸 아크릴레이트 또는 2-에틸헥실 아크릴레이트 1∼60 중량%의 공중합체; 및
비닐 아세테이트 30∼75 중량%, 9∼13개의 C 원자를 갖는 알파-분지화된 카르복실산의 비닐 라우레이트 또는 비닐 에스테르 1∼30　중량%뿐만 아니라, 1∼15개의 C 원자를 갖는 비분지형 또는 분지형 알콜의 아크릴산 에스테르, 특히 에틸렌 1∼40 중량%를 또한 함유하는 n-부틸 아크릴레이트 또는 2-에틸헥실 아크릴레이트 1∼30 중량%의 공중합체;
비닐 아세테이트, 에틸렌 1∼40 중량% 및 염화비닐 1∼60 중량%의 공중합체가 있으며; 상기 중합체는 또한 언급된 양으로 언급된 보조 단량체를 함유하는 것이 가능하고; 상기 양(중량%)는 각 경우에 100 중량%로 합해진다.
특히 바람직한 중합체로는 비닐 아세테이트 동종중합체; 비닐 아세테이트와 에틸렌 1∼40　중량% 및 임의로 카르복실산 라디칼 중 1∼15개의 C 원자를 갖는 비닐 에스테르, 예컨대 피닐 프로피오네이트, 비닐 도데카노에이트, 9∼13개의 C 원자를 갖는 알파-분지화된 카르복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 VeoVa9®, VeoVa10®, VeoVa11®의 군으로부터의 1 이상의 추가 공단량체 1∼50 중량%의 공중합체가 있다.
단량체의 선택 및 이와 관련한 공단량체의 중량 함량의 선택은 상기 중합체의 유리 전이 온도 Tg가 일반적으로 -50℃∼+50℃, 바람직하게는 -30℃∼+20℃, 특히 바람직하게는 -20℃∼+5℃, 가장 바람직하게는 -15℃∼0℃가 되도록 실시한다. 상기 중합체의 유리 전이 온도 Tg는 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 공지된 방법으로 측정할 수 있다. 상기 Tg는 또한 Fox 방정식에 의해 앞서 대략적으로 계산할 수 있다. 방정식[Fox T. G. , Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, page 123 (1956): l/Tg = xl/Tgl + x2/Tg2 + ... + xn/Tgn]에 따르며, 여기서 xn은 상기 단량체 n의 중량 분율(중량%/100)을 나타내고, Tgn은 상기 단량체 n의 동종중합체의 유리 전이 온도(Kelvin)를 나타낸다. 동종중합체에 대한 Tg 수치는 문헌[Polymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975)]에 기재되어 있다. 상기 중합체의 최소 필름 형성 온도 MFT는 바람직하게는 -5℃∼+50℃, 바람직하게는 0℃∼20℃, 특히 바람직하게는 0℃∼+10℃, 가장 바람직하게는 0℃∼5℃이다.
상기 중합체의 제조는, 예를 들어 DE-A 102006007282에 기술된 바와 같이 수성 매질에서, 바람직하게는 에멀션 중합 공정에 의해 실시할 수 있다. 상기 중합체는 이러한 공정에의 수분산액의 형태로 얻어진다. 상기 일반적인 보호 콜로이드 및/또는 유화제를 DE-A 102006007282에 기술된 바와 같이 상기 중합체 적용할 수 있다. 바람직한 화합물로는 가수분해도가 80∼100 mol%인 부분 가수분해되거나 완전 가수분해된 폴리비닐 알콜, 특히 가수분해도가 80∼94 mol%이고, 4% 강도의 수용액에서의 Hoepler 점도가 1∼30 mPas인(20℃에서의 Hoepler 방법, DIN 53015) 부분 가수분해된 폴리비닐 알콜이 있다. 언급된 보호 콜로이드는 당업자에게 공지된 방법에 의해 수득가능하며, 일반적으로 상기 단량체의 총량을 기준으로 전체 1∼20 중량%의 양으로 상기 중합에 첨가된다.
수분산액 형태의 상기 중합체는 통상의 건조 공정에 의해 물에 재분산될 수 있는 상응하는 분말로 전환될 수 있다. 이와 관련하여, 건조 보조제를 일반적으로 상기 분산액의 중합체 구성 성분을 기준으로 3∼30 중량%, 바람직하게는 5∼20 중량%의 전체량으로 사용한다. 상기 전술한 폴리비닐 알콜이 건조 보조제로서 바람직하다.
상기 중합체는 바람직하게는 보호 콜로이드 또는 보호 콜로이드에 의해 안정화된 분말에 의해 안정화된 수분산액의 형태로 존재하며, 물에 재분산될 수 있다.
상기 습윤 혼합물의 전형적인 제법은 시멘트, 예컨대 Portland 시멘트 또는 고로 시멘트, 바람직하게는 Portland 시멘트 CEM I 42,5, Portland 시멘트 CEM I 52,5, Portland 규진 시멘트 CEM II A-D 52,5 또는 고로 시멘트 CEM III 42,5 A 9∼30 중량%, 특히 15∼25 중량%를 함유한다. 중합체는 바람직하게는 고체 함량이 10∼75 중량%, 특히 바람직하게는 40∼60 중량%인 수분산액의 형태로 각 경우에 0.1∼5.0 중량%, 바람직하게는 0.2∼2.0 중량%, 특히 바람직하게는 0.5∼1.5 중량%의 정도로 사용된다. 추가 구성 성분으로는 충전제, 예컨대 모래 또는 자갈 65∼90 중량%, 바람직하게는 75∼90 중량%가 있다. 응결 촉진제는 전형적으로 첨가제로서 상기 수성 콘크리트 조성물의 시멘트 함량을 기준으로 3∼10 중량%의 정도로 사용된다. 바람직하게는, 수성 응결 촉진제는, 바람직하게는 고체 함량 10∼75 중량%, 특히 바람직하게는 30∼60 중량%, 가장 바람직하게는 40∼60 중량%로 사용된다. 달리 언급되지 않는 한, 각 경우의 양(중량%)은 상기 제법 중 건량 100 중량%를 기준으로 한다. 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 제조를 위해, 통상적으로 물을 상기 시멘트의 전체 사용 중량을 기준으로 20∼80 중량%, 특히 바람직하게는 35∼65 중량%, 매우 특히 바람직하게는 40∼60 중량%, 가장 바람직하게는 40∼50 중량%를 사용한다.
통상의 응결 촉진제, 예컨대 알루미늄 화합물, 실리케이트, 알칼리 금속 수산화물 또는 탄산염를 사용할 수 있다. 바람직한 응결 촉진제로는 알루미늄 염, 알루미네이트 및 알칼리 금속 실리케이트, 예컨대, 물유리, 알칼리 금속 탄산염 또는 수산화칼륨이 있다. 특히 바람직한 응결 촉진제로는 황산알루미늄, 알칼리 금속 알루미네이트, 예컨대 알루미늄산칼륨, 수산화알루미늄, 탄산칼륨 또는 설포알루미네이트, 예컨대 칼슘 설포알루미네이트가 있다.
상기 습윤 콘크리트 혼합물의 사용 특성은 추가의 첨가 물질에 의해 향상시킬 수 있다. 상기 수성 콘크리트 조성물의 바람직한 실시양태에서 함유되는 첨가 물질로는, 상기 시멘트를 기준으로, 예를 들어 콘크리트 가소제(당업자에게 유동제로서 또한 알려짐) 또는 안료, 발포 안정화제, 소수성화제, 연화제, 플라이 애쉬(fly ash), 분산 실리카, 상기 콘크리트의 벌크 밀도를 제어하기 위한 공기 연행제(air-entraining agent) 또는 펌핑성을 향상시키기 위한 펌핑제 0.2∼2 중량%, 바람직하게는 0.2∼1.5 중량%, 특히 바람직하게는 0.4∼1.0 중량%가 있다. 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 대한 상기 응결 촉진제의 응결 촉진 효과를 조절하는 첨가제, 예컨대 인산, 포스폰산, 폴리포스페이트, 폴리히드록시카르복실산 또는 유기 첨가제, 특히 폴리아크릴산, 헥사메틸렌테트라아민, 알칸올아민, 예컨대 디에탄올아민(DEA) 또는 트리에탄올아민를 상기 수성 콘크리트 조성물에 임의로 추가 첨가할 수 있다.
상기 제법의 개별 구성 성분으로부터 상기 습윤 콘크리트 혼합물을 제조하는 것은 어떠한 특정 절차 또는 혼합 장치와도 관련되어 있지 않다. 상기 혼합은, 예를 들어 콘크리트 혼합기 또는 레미콘(ready-mixed concrete) 혼합기에서 실시할 수 있다.
상기 중합체를 사용하는 것은 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 다수의 특성에 이로운 영향을 미친다. 따라서, 상기 습윤 콘크리트 혼합물은 본 발명에 다른 방법에서 전술한 매우 낮은 수함량에서도 매우 용이하게 펌핑될 수 있다. 상대적으로 낮은 수함량을 갖는 습윤 콘크리트 혼합물은 응결 후 보다 높은 강도의 생성물을 유도한다. 본 발명에 따른 방법에서 상기 중합체를 사용하여 또한 습윤 콘크리트 혼합물의 흐름을 증가시킴으로써, 콘크리트 가소제 또는 유동제의 첨가를 감소시킬 수 있다.
쇼크리트 방법에 알려진 장치, 예컨대 분무 로봇 또는 분무 기계를 상기 습윤 콘크리트 혼합물을 기재에 도포하는 데 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서의 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 두께는 바람직하게는 5∼40 cm, 특히 바람직하게는 5∼30 cm, 가장 바람직하게는 11∼20 cm이다.
본 발명에 따른 방법을 실시하는 경우, 이롭게도 통상의 방법에 비해 보다 적은 리바운드가 발생한다. 리바운드는 기재로의 도포기 그 기재에 접착하여 남아있지 않고 떨어져 폐기물로서 처분되어야 하는 콘크리트의 양으로서 정의된다. 본 발명에 따른 방법을 실시하는 경우의 상기 리바운드는 각 경우에 습윤 콘크리트 혼합물의 전체 도포량을 기준으로 ≤ 45 중량%, 특히 바람직하게는 3∼45 중량%, 가장 바람직하게는 5∼15 중량%이다. 언급되는 수치는 상기 방법의 정상부 용도에서도 적용된다.
본 발명에 따른 방법은 건축, 표면 실링, 경사면 안전화 또는 암석 및 돌의 고정화를 비롯한 숏크리트 방법의 모든 용도에서 이용될 수 있다. 따라서, 상기 통상의 콘크리트 건축은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻을 수 있다.
건축물로는 빌딩, 샤프트, 공급로, 교량, 바닥 슬랩, 또는 바람직하게는 터널 또는 광산을 들 수 있다.
콘크리트 복합체은 본 발명에 따른 방법에 의해 상기 습윤 콘크리트 혼합물을 1 이상의 층을 층상으로 도포하여 생성할 수 있으며, 구조적 부재는 상기 층간 또는 층내에 임의로 일체화시킬 수 있다.
적합한 구조적 부재로는, 예를 들어 스틸, 불투수성 필름, 바람직하게는 PE 또는 PVC 함유 필름, 또는 불투수성 멤브레인이 있다. 불투수성 멤브레인은 중합체 및 시멘트 성분을 포함하며, 용어 TSL(얇은 분무성 라이너)으로서 당업자에게 공지되어 있다.
콘크리트 복합체를 생성하기 위해, 상기 습윤 콘크리트 혼합물은 바람직하게는 임의의 스틸 강화된 기재에 직접 도포된다. 도포되는 층 두께는 통상적으로 10∼40 cm이다. 특히 보다 두꺼운 콘크리트 층의 제조에서, 상기 습윤 콘크리트 혼합물을 층상의 몇몇 도포층으로 각각 콘크리트 층 두께를 보다 적게 하여 도포하는 것이 이롭다. 동등하게 바람직하게는, 콘크리트 복합체는 또한 기재와 미리제작된 성분 사이에 남아 있는 공간을 수성 콘크리트 조성물로 충전하여 제조할 수 있으며, 스틸 보강이 임의로 포함되어 상기 복합체의 안정성을 증가시킨다.
콘크리트 복합체의 제조를 위해, 불투수성 필름 또는 불투수성 멤브레인을 습윤 콘크리트 혼합물의 층과 성분 사이에, 또는 습윤 콘크리트 혼합물의 2개의 층들 사이에 포함시킬 수 있으며, 이들 각각은 서로 독립적으로 스틸에 의해 임의로 보강된다.
본 발명에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 콘크리트 건축물은 종래 기술에 알려진 상응하는 콘크리트 건축물에 비해 불투수성이 높으며, 보다 높은 강도 및 갈라짐에 대한 보다 낮은 경향을 보유한다. 본 발명에 따라 생성한 콘크리트 건축물은 또한 주요 기재, 예컨대 습윤 기재에 대해서도 매우 우수한 접착력을 특징으로 한다.
경화 콘크리트의 불투수성은 상기 경화 콘크리트로의 물의 침투 깊이를 통해 DIN1048에 의해 특성화한다. DIN1048에 따른 최대 침투 깊이 50 mm 이하가 경화 콘크리트의 최소 요건으로서 수용된다. 투수성이 낮은 경화 콘크리트는 DIN1048에 따라 투수 깊이는 30 mm이다. 본 발명에 따른 방법에서, 경화 콘크리트에서의 투수 깊이 바람직하게는 ≤ 20 mm, 특히 바람직하게는 ≤ 15 mm가 달성된다(DIN 1048에 따라 측정).
건식 숏크리트 방법과는 대조적으로, 본 발명에 따른 습윤 콘크리트 혼합물은 이의 콘크리트 특성, 예컨대 수함량, 점조도(consistency) 또는 슬럼(slump)에 대해 시험하고, 필요한 경우 기재로의 도포 전에 조절할 수 있다. 건식 숏크리트 방법에서 발생하는 먼지 형성 및 이러한 방법에서 발생하는 리바운드 증가는 또한 본 방법에 따라 방지된다. 본 발명에 따라 적용되는 습윤 콘크리트 혼합물은 이송에 적합하다. 가소제 및 중합체 첨가를 분리하여, 예를 들어 임의의 적합한 w/c 수치를 달성할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하는 역할을 하며, 한정의 의미로 이해되어서는 안된다.
콘크리트 드릴 코어의 생성:
비교예 1(C. Ex. 1): 중합체 부재의 습식 숏크리트 방법:
1077 kg 모래 (과립 직경 ∼4.0 mm)
823 kg 자갈 (과립 직경 4.0∼8.0 mm)
400 kg Portland 시멘트 CEM I 52,5 R
20 kg 플라이 애쉬 Safament
2.7 kg Muraplast FK 804.2 (콘크리트 가소제)
0.465 w/c 수치(w/c 수치는 물/시멘트 수치를 나타내며, 특정 습윤 콘크리트 혼합물 중 시멘트에 대한 물의 중량비를 정의함)
4.0 kg Retard 360 (지연제)
전술한 성분들은 부피 2 m3의 통상의 콘크리트 혼합기에서 2 분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다.
이러한 방법으로 얻은 습윤 콘크리트 혼합물을 통상의 분무 로봇에 투입하고, 분무 노즐을 통해 거푸집(길이/높이/폭 = 70 cm/40 cm/70 cm)에 도포하였다. 도중에, 응결 촉진제 Mayco SA 160 전제 40 kg을 상기 분무 노즐을 통해 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 균일하게 첨가하였다.
15℃ 및 대기 상대 습도 65%에서 24 시간 동안 저장한 후, 밑면적 200 mm2 및 높이 100 mm의 원통형 드릴 코어를 상기 방식으로 얻은 경화 콘크리트로부터 취하고, DIN EN 196에 따라 시험 지속 시간 동안 저장하였다. 이어서, 상기 드릴 코어를 사용 시험 처리하였다.
실시예 2(Ex. 2): 중합체 존재의 습식 숏크리트 방법:
비교예 1과는 대조적으로, Muraplast FK 804.2 1.96 kg, Retard 360 6.0 kg, 및 폴리비닐 알콜로 안정화시킨 분말 형태의 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체(Tg -7℃, MFT 0℃) 22 kg을 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 첨가하였다. w/c 수치는 0.465였다.
실시예 3(Ex. 3): 중합체 존재의 습식 숏크리트 방법:
비교예 1과는 대조적으로, Muraplast FK 804.2 1.96 kg, Retard 360 4.0 kg 및 폴리비닐 알콜로 안정화시킨 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체(고체 함량 SC 53 %, Tg -7℃, MFT 0℃)의 수분산액 40 kg을 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 첨가하였다. w/c 수치는 0.47였다.
실시예 4(Ex. 4): 중합체 존재의 습식 숏크리트 방법:
실시예 2와는 대조적으로, 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 Retard 360 4.0 kg를 첨가하였으나, Muraplast FK 804.2(콘크리트 가소제)는 첨가하지 않았으며, w/c 수치는 0.45였다.
실시예 5(Ex. 5): 중합체 존재의 습식 숏크리트 방법:
실시예 3과는 대조적으로, 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 Retard 360 1.96 kg을 첨가하였으며, w/c 수치는 0.45였다.
비교예 6 (C. Ex. 6): 중합체 존재의 건식 숏크리트 방법:
1077 kg 모래 (과립 직경 ∼4.0 mm)
823 kg 자갈 (과립 직경 4.0∼8.0 mm)
300 kg Portland 시멘트 CEM I 52,5 R
20 kg 황산알루미늄(고체) 촉진제
전술한 성분들은 부피 2 m3의 통상의 건식 모터 혼합기에서 2 분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다.
이러한 방법으로 얻은 건식 콘크리트 혼합물을 통상의 분무 로봇에 투입하고, 분무 노즐을 통해 거푸집(길이/높이/폭 = 70 cm/40 cm/70 cm)에 도포하였다. 도중에, 폴리비닐 알콜로 안정화시킨 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체(고체 함량 SC 53%, Tg -7℃, MFT 0℃)의 수분산액 전체 40 kg을 상기 분무 노즐을 통해 균일하게 첨가하였다.
물을 또한 상기 분무 노즐에 첨가하여, 상기 콘크리트 혼합물의 w/c 수치는 0.45였다.
이러한 방식으로 얻은 생성물로부터 비교예 1에 기술된 바와 같이 드릴 코어를 얻었다.
비교예 7(C. Ex. 7): 중합체 존재의 건식 숏크리트 방법:
비교예 6과 대조적으로, 폴리비닐 알콜로 안정화시킨 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체(고체 함량 SC 53%, Tg -7℃, MFT 0℃)의 수분산액 20 kg을 상기 콘크리트 건조 혼합물에 첨가하고, 폴리비닐 알콜로 안정화시킨 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합체(고체 함량 SC 53%, Tg -7℃, MFT 0℃)의 수분산액은 상기 분무 노즐을 통해 첨가하지 않았다.
사용 시험:
DIN 1048-5에 따른 상기 (비교) 실시예의 드릴 코어의 시험은 중합체를 함유하고 본 발명에 따른 방법으로 제조하지 않은 비교예 6 및 7의 드릴 코어는 중합체를 함유하지 않은 비교예 1의 드릴 코어보다도 투수성이 상당히 더욱 컸다는 것을 나타내었다(표 1). 0.5 일 후에 비교예 6 및 7의 드릴 코어를 통해 물이 흐르기 시작했다. 한편, DIN 1048-5에 따른 시험 종결까지 본 발명에 따른 방법으로 제조한 드릴 코어(실시예 2∼5)에는 물이 단지 매우 약간 투과하였다.
실시예 2, 3 및 5의 습윤 콘크리트 혼합물은 상이한 도포 두께로 천연 터널 중 기재에 도포하였으나, 다른 조건은 각 경우에 동일하였다(표 2). 7 일 후에, 수분 투과된 영역의 수를 개개의 예에 대해서 시각적으로 측정하였다. 수분 투과된 영역은 터널 기재의 반대로 콘크리트의 도포면 상에 물얼룩 면적으로 나타났다. 본 발명에 따른 절차에 의해 수분 투과 면적의 수를 상당히 줄이는 것이 가능하였음이 표 2로부터 확인되었다.
표 1: DIN 1048-5에 따른 경화 콘크리트의 불투수성의 측정
방법 중합체 DIN 1048-5에 따른 불투수도 [mm] 시험 지속 기간 [일]
비교예 1 습식 - 24.9 3
실시예 2 습식 분말 11.5 3
실시예 3 습식 분산액 13.3 3
실시예 4 습식 분말 16.2 3
실시예 5 습식 분산액 14.5 3
비교예 6 건식 분산액 31.2 0.5(a)
비교예 7 건식 분말 34.7 0.5(a)

(a) 상기 드릴 코어는 너무 투과성이어서 0.5 일부터 상기 드릴 코어를 통해 물이 흐르기 시작하였음이 확인됨.
표 2: 상기 콘크리트의 도포 두께의 함수로서의 경화 콘크리트의 투수성
10 m2당 수분 투과 영역의 수 비교예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 5
12∼13 cm의 도포 두께 8∼10 1∼2 1∼2 1∼2
대략 2 cm의 도포 두께 > 30 7∼9 7∼9 7∼9
실시예 2∼5의 중합체 개질된 프레쉬 콘크리트 조성물은 소정의 저장 안정성을 나타내고, 따라서 이송에 대해서 안정적이었으며, 이는 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 성분들의 혼합 직후 및 저장 1 시간 직후 동일한 방향에서 드러났다(표 3). 상기 w/c 수치(실시예 4)를 감소시켜, 펌핑성을 손상시킴 없이 흐름을 감소시키는 것이 가능하였다. 또한, 상기 w/c 수치를 감소시켜, 콘크리트의 조기 강도를 향상시킬 수 있었다(실시예 4). 본 발명에 따른 방법을 실시할 시에, 더욱이 더욱 적은 리바운드가 발생하였다.
표 3: 프레쉬 콘크리트 특성의 시험
비교예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
w/c 수치 0.465 0.465 0.470 0.450 0.450
흐름(a) 58 cm 58 cm 57 cm 52 cm 58 cm
1 시간 저장 후 흐름(b) 58 cm 58 cm 57 cm 52 cm 58 cm
리바운드(c) 100 50 50 50 50
7 일 후의 압축 강도 ([N/mm2])(d) 17.0 17.1 22.1 29.3 측정 안됨
28 일 후의 압축 강도 ([N/mm2])(d) 36.9 35.6 39.8 36.1 측정 안됨

(a) 상기 흐름을 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 개별 성분들의 혼합 후 DIN 12350 파트 5에 따라 측정함.
(b) 상기 흐름을 상기 습윤 콘크리트 혼합물을 1 시간 동안 저장한 후 DIN 12350 파트 5에 따라 측정함.
(c) 상기 수치는 비교예 1의 결과에 관한 것임.
(d) 응결된 콘크리트의 압축 강도의 측정을 DIN EN 12504-1에 따라 실시함.
발명의 효과
본 발명에 의해 물에 대한 상대적으로 높은 불투과성으로 구분되고 또한 상기 언급된 추가적인 문제점을 또한 극복하는 경화 콘크리트가 제공된다.

Claims (9)

  1. 습식 숏크리트 방법(wet shotcrete method)에 의한 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법으로서,
    습윤 콘크리트 혼합물은 시멘트, 충전제, 물, 1 이상의 중합체 및,
    상기 시멘트를 기준으로 0.2∼2 중량%의 콘크리트 가소제, 안료, 발포 안정화제, 소수성화제, 연화제, 플라이 애쉬(fly ash), 분산 실리카, 공기 연행제(air-entraining agent) 및 펌핑제로부터 선택되는 임의의 추가 첨가 물질, 또는
    알루미늄 화합물, 실리케이트, 알칼리 금속 수산화물 및 탄산염을 포함하는 응결 촉진제로부터 선택되는 임의의 추가제, 또는
    습윤 콘크리트 혼합물에 대한 응결 촉진제의 응결 촉진 효과를 조절하는 임의의 첨가제로서 인산, 포스폰산, 폴리포스페이트, 폴리히드록시카르복실산 또는 유기 첨가제를 포함하는 임의의 첨가제
    로 이루어지고,
    비닐 아세테이트 동종중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌의 공중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 1 이상의 추가 비닐 에스테르와의 공중합체, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 아크릴산 에스테르와의 공중합체, 또는 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 염화비닐과의 공중합체를 함유하는 습윤 콘크리트 혼합물을, 콘크리트 분무 장치에 투입하고, 습식 숏크리트 방법에 의해 층 두께 ≥ 3 cm로 기재에 도포하는 것을 특징으로 하는 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비닐 에스테르는 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트, 비닐 2-에틸헥사노에이트, 비닐 라우레이트, 1-메틸비닐 아세테이트, 비닐 피발레이트 및 9∼13개의 C 원자를 갖는 알파 분지화된 모노카르복실산의 비닐 에스테르를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합체는 -50℃ ∼ +50℃의 유리 전이 온도 Tg를 갖는 것을 특징으로 하는 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합체의 함량은 상기 습윤 콘크리트 혼합물의 건량을 기준으로 0.1∼5.0 중량%인 것을 특징으로 하는 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 물은 상기 습윤 콘크리트 혼합물에 사용된 시멘트의 총중량을 기준으로 20∼80 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 건축 구조물의 형성, 표면 실링(sealing of surface), 경사면 안전화(securing of slope) 또는 암석 및 돌의 고정화(anchoring)를 위한, 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 빌딩, 샤프트, 공급로, 교량, 바닥 슬랩(flooring slab), 터널 또는 광산의 형성을 위한, 습윤 콘크리트 혼합물의 도포 방법.
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