KR101547661B1 - 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 잔골재 40 내지 80중량부, 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate) 2 내지 20중량부, 유동화제(Superplasticsiz) 0.2 내지 3중량부, 산화칼슘 4 내지 30중량부, 수중용증점제 0.2 내지 3중량부, 실리카퓸 6 내지 45중량부, 소포제 0.2 내지 3중량부, 아질산칼슘(Calcium nitrite) 4 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물에 관한 것이다.

Description

무수축 수중 불분리 모르타르 조성물{Non-Shirinkage Mortar Composition Having Antiwashout Property Underwater}
본 발명은 수중에서 재료분리저항성, 시공성 및 방청성을 동시에 만족시킬 수 있는 모르타르 조성물에 관한 것이다.
우리나라는 3면이 바다로 둘러쌓여 있어 과거부터 신공항 건설, 서해안 고속도로, 등 각종 해상구조물이 신축되어 왔지만 이를 보수 및 그라우팅 하는데 기존 보수방법으론 시멘트가 유실됨에 따라 수질을 오염시키고 수중에서 재료분리가 발생하여 그라우트 품질의 균일성 저하 신, 구 콘크리트의 이음부 및 철근과의 부착강도 저하 등 그라우트 타설 전,후 품질변화에 따른 신뢰성 저하가 문제점으로 지적되고 있다.
또한 해상 풍력발전기 기초를 세움에 있어 강관내부를 그라우팅으로 충진을 하는데 내부에 물이 고여 있거나 또는 물의 흐름이 있어 일반적인 모르타르를 충진하면 모두 유실되고 예상 지지력을 확보하기 어려운 것이 현실이다.
이러한 문제점을 극복하고 해상 풍력발전기의 중요한 기초공사의 품질을 확보하고 가장 기본이 되는 모르타르를 프리믹서타입으로 만들어 품질관리를 수월하게 하며 수질오염에 대한 인식의 확산 등과 같은 문제해결방법으로서 수중에서 높은 유동성과 분리저항성 및 방청성능을 갖는 수중불분리 모르타르(콘크리트)에 대한 관심이 늘어나고 있다.
이러한 기술의 예로서 대한민국 특허등록 제839491호 "수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수공법"이 제시되고 있는 바, 본 기술에서는 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 슬래그를 포함하는 결합재와, 금속염과 가교결합성을 가져 철근의 부식을 방지하고 응집 작용으로 점성을 증가시키는 수용성인 폴리아크릴아마이드와 미끄러짐을 억제하여 재료의 분리를 방지하기 위한 메틸계 셀룰로오스를 포함하는 증점제와, 상기 결합재의 유동성을 확보하기 위한 유동화제를 포함하도록 함에 기술적 특징이 있다. 그러나, 본 기술의 경우도 재료분리저항성, 유동성 및 방청성을 동시에 만족시키는 것은 어려울 것으로 판단된다.
대한민국 특허등록 제0500151호
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 재료분리저항성, 유동성 및 방청성을 동시에 만족할 수 있는 모르타르 조성물을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물은 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 잔골재 40 내지 80중량부, 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate) 2 내지 20중량부, 유동화제(Superplasticsiz) 0.2 내지 3중량부, 산화칼슘 4 내지 30중량부, 수중용증점제 0.2 내지 3중량부, 실리카퓸 6 내지 45중량부, 소포제 0.2 내지 3중량부, 아질산칼슘(Calcium nitrite) 4 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 잔골재는 실리카모래인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 폴리부타디엔 3 내지 10중량부, 트리메틸화실리카 1 내지 5중량부, 팔라듐 1 내지 5중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish) 1 내지 5중량부가 더 배합되되, 상기 푸탈산 수지 니스에는 실란이 전체중량 대비 5 내지 15중량부로 배합된 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명인 무수축 수중 불분리 모르타르 수중에서 재료분리저항성, 유동성 및 방청성을 동시에 만족시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 비교예와 실시예들의 방청성에 대한 실험결과를 나타내는 그래프
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예 및 실험 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물은 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 잔골재 40 내지 80중량부, 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate) 2 내지 20중량부, 유동화제(Superplasticsiz) 0.2 내지 3중량부, 산화칼슘 4 내지 30중량부, 수중용증점제 0.2 내지 3중량부, 실리카퓸 6 내지 45중량부, 소포제 0.2 내지 3중량부, 아질산칼슘(Calcium nitrite) 4 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 잔골재로는 실리카모래를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 실리카모래를 사용하는 이유는 골재의 표면이 다공성 특징을 갖고 있어 시멘트를 포함한 타 조성과의 부착성을 향상시키게 되는 것이며, 수중에서 시멘트를 포함한 타 조성이 씻겨나가지 않도록 잡아주는 기능을 하게 되는 것이다.
속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate)는 시멘트 수화속도를 높여주어 초기강도가 발현되도록 하여 수중에서 시공이 가능하도록 하는 것이며, 상기 산화칼슘과 반응하여 페이스트를 팽창시킴으로써 각종 균열의 발생을 제어토록 하는 것이다. 특히 수중에서 균열의 발생은 페이스트로 수분의 침투포인트가 되므로 균열을 최대한 억제하여야 하기 때문이다. 상기 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate)를 상기와 같이 한정하는 이유는 상기 한정범위를 초과하는 경우 조기강도는 발현될 것이나 온도균열을 제어하지 못하므로 상기와 같이 한정하는 것이다.
상기 유동화제는 본 발명이 수중불분리를 위해 증점제를 첨가함에 따라 시공성이 저하되는 것을 보상하기 위한 것으로 공지의 유동화제가 사용될 수 있다.
상기 산화칼슘(CaO)은 팽창제로서 상기에서 언급한 바와 같이 페이스트 경화과정에서 발생되는 각종 균열을 제어하기 위한 것이다.
상기 수중증점제는 물속에서 조성들의 분산을 막아 소요 지지력을 얻게 해주는 역할을 하며 재료분리 방지효과, 블리딩 억제효과, 셀프레빌링효과를 가져오는 것으로, 수용성증점제가 사용되는 것으로 수용성증점제는 수소결합에 따라 혼합수의 일부를 그 주위에 붙인형태로 수중에 분자 분산하여 나머지 물은 분자 분산된 고분자의 네트워크 중에 닫힌 상태로 되고 자유로운 유동을 방해하기 때문에 물(수용액)의 항복 값이 높이지고 물은 연속 층으로 되어 있기 때문에 시멘트 입자나 골재는 이 항복값이 높은(고점도) 물에 포화되어 있는 상태로 되고 외부물과 접촉하여도 분리가 되지 않도록 하는 것이다. 이러한 수용성증점제의 경우도 공지의 재료를 사용할 수 있으므로 그 설명은 생략한다.
상기 소포제는 페이스트에 발생되는 기포를 제거하기 위한 것이다.
상기 아질산칼슘은 방청성을 향상시키기 위한 것으로 철근의 부식을 억제시키는 역할을 한다. 콘크리트 중의 철근을 부식으로부터 보호하는 작용을 하는 것으로서 콘크리트에 영향을 주지 않으면서 비교적 소량을 사용하여도 철근이나 강재의 부식을 방지하는 방청작용을 하는 것이다. 이러한 아질산칼슘(calcium nitrite)의 작용기작은 아질산이온(NO2-)이 철(Fe)로부터 용출된 철이온(Fe++)과 반응하여 녹 성분인 수산화제이철[Fe(OH)3]의 생성을 차단하면서 안정한 화합물인 Fe2O3를 생성되게 된다. 이렇게 생성된 Fe2O3는 철 표면에 생긴 부식 지점에 피막을 형성하여 폐쇄시키므로 철의 부식 진행을 방지하게 되는 것이다.
이러한 무수축 수중불분리 모르타르는 시멘트, 실리카모래를 먼저 혼합하고 순차적으로 속경재. 팽창제. 소포재, 증점제, 강도증진제, 아질산칼슘을 계량하여 혼합하며 마지막으로 실리카샌드의 입도분포변화에 따라 유동화제량을 조절하여 투입하여 혼합한다. 최종 혼합시간은 20분으로 하며 그 미만으로 하면 수중증점제의 분산에 문제가 있다.
한편 아질산칼슘의 부식억제의 기능은 모르타르 품질에 따라 지극히 방청 성능이 좌우되며, 저 품질 모르타르의 경우 방식기간은 짧아지게 되는데 이는 모르타르에 있어서, 물-시멘트비가 50%이상에서는 아질산칼슘염이 페이스트 외부로 유출속도가 매우 빨라지며 염소이온의 존재시 염소이온의 침입속도가 매우 빠르게 진행되어 경쟁적 조건하에서 열등해지는 시간이 짧아지기 때문이다.
이에 본 발명에서는 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 폴리부타디엔 3 내지 10중량부, 트리메틸화실리카 1 내지 5중량부, 팔라듐 1 내지 5중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.
이는 폴리부타디엔에 상기 트리메틸화실리카가 분산되고 상호 반응하여 치밀한 도막을 만드는 것은 물론 물에 일부 용해되어 알칼리성 분위기를 조성하여 산성화조건을 사전에 차단토록 하는 것이며, 물이 금속 면에 접촉하면 부동태화 되고 그 반응생성물이 물에 녹아 방청성분이 되도록 하는 기능을 하는 것이다.
상기와 같이 폴리부타디엔 및 트리메틸화실리카의 배합범위를 한정하는 이유는 2가지 조성중 하나가 미만으로 첨가되는 경우 도막의 내구성, 방청성능이 현저히 떨어지며, 2가지 조성중 하나가 초과되는 경우 겔 반응이 일어나 도막의 균열, 시공성 저하 등의 문제가 발생되어 상기와 같이 한정하는 것이다.
이에 더하여 본 발명에서는 상기 조성 외에도 팔라듐이 더 첨가되도록 하는데 그 이유는 수중에서 모르타르 특히 표면의 조도불량 즉 표면에 공극이 발생되어 상기 공극으로 탄산, 수분 등의 유입을 방지토록 하기 위한 것이다.
이러한 표면공극은 페이스트의 알카리 성분과 금속성분 등이 반응하여 수소가스를 발생시켜 수소고용 능력이 과포화 되면 양생과정 등에서 수소가 페이스트 조직 외부로 방출되면서 모르타르 표면에 공극, 균열 등이 형성됨에 기인한 것이다. 이렇게 발생된 표면공극은 표면조도를 불량하게 할 뿐 아니라 향후적으로 방청기능의 저하 포인트로서 작용을 하게 되는 것이다.
이에 본 발명에서는 폴리부타디엔과 팔라듐이 동시에 첨가되도록 하는 바, 이러한 폴리부타디엔은 상기 팔라듐의 존재하에 개방되는 이중결합을 가지며 이것은 개방형 이중결합에 수소의 고정을 용이하게 한다. 따라서 본 발명의 조성물에 폴리부타디엔과 팔라듐이 배합됨으로써 페이스트에서 발생되는 수소를 흡수토록 하여 표면공극의 형성을 제어토록 하는 것이다.
또한 본 발명에서는 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish) 1 내지 5중량부가 더 배합되되, 상기 푸탈산 수지 니스에는 실란이 전체중량 대비 5 내지 15중량부로 배합되는 예를 더 제시한다.
상기 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish)는 아질산칼슘(calcium nitrite) 등 타 조성을 페이스트 내부로 침투시켜 밀착시키는 전색제로서 기능을 수행토록 하는 것이다.
그런데 상기 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish)는 내후성에서는 우수하나 모르타르 페이스트의 알카리 환경에서 전색제로서 기능이 퇴색되는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 상기 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish)를 첨가하되 푸탈산 수지 니스에는 전체중량 대비 실란이 5 내지 15중량부로 배합된 액체를 사용토록 하는 것이다.
이와 같이 실란이 첨가됨으로써 알카리 환경에서도 전색제로서 기능이 퇴화되는 것을 방지토록 하는 것이다. 단, 실란이 배합범위를 상기와 같이 한정하는 이유는 15중량부를 초과하는 경우 푸탈산 수지 니스의 전색제로서 기능성이 알카리 환경에서도 발현될 수 있도록 하나, 모르타르의 중성화 초래할 수 있으므로 상기와 같이 한정하는 것이다.
하기 표 1은 본 발명의 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물에 의한 시료(실시예 1)와 일반 모르타르 조성물에 의한 시료(시멘트, 잔골재, 물의 첨가량은 동일)를 가지고 실험한 결과를 나타내고 있다.
실시 예 1은 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 실리카모래 50중량부, 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate) 10중량부, 유동화제(Superplasticsiz) 1중량부, 산화칼슘 10중량부, 수중용증점제 2중량부, 실리카퓸 20중량부, 소포제 1중량부, 아질산칼슘(Calcium nitrite) 10중량부를 포함하도록 배합한 시료에 관한 것이다.
시험항목 비교예 실시예 1 실험방법
흐름(%) 185 192 KSF 2476
압축강도 (Mpa) 7일 9.6 32.2
KCI-AD 102
28일 12.3 47.6
현탁물질량 (g/l) 138 49
길이변화율(%) -1.3 0.08
상기 표 1에서 보는 바와 같이 비교예에 비해 실시 예 1의 경우가 유동성, 압축강도에서 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있으며, 실시 예 1의 경우가 현탁물질의 배출량이 현저히 작은 것을 알 수 있고 수축률도 현저히 작은 것을 알 수 있어 방청성이 우수한 것으로 판단된다.
또한 상기 실험에서의 비교예, 실시 예 1에 더하여 실시 예 2, 실시 예 3에 대한 방청률실험을 KSF2561에 따른 결과를 하기 표 2 및 도 1에서 나타내고 있다.
실시 예 2의 경우는 실시 예 1에 더하여 폴리부타디엔 5중량부, 트리메틸화실리카 3중량부, 팔라듐 3중량부가 더 포함된 시료이며, 단순히 푸탈산수지니스 3중량부가 더 포함된 시료이다. 또한 실시 예 3의 경우는 실시 예 2에 더하여 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish) 3중량부가 더 배합되되, 상기 푸탈산 수지 니스에는 실란이 전체중량 대비 10중량부로 배합된 시료이다.
구분 슬럼프(cm) 압축강도(Mpa) 청률
7일 28일
비교예 5.5 9.6 32.2 82.31
실시예 1 6.4 12.3 47.6 90.1
실시예 2 6.3 13.1 52.4 95.1
실시예3 6.5 13.2 53.4 97.2
KS F 4926에 규정된 방법에 따라 압축강도를 측정하였으며, KS F 2561에 규정된 방법에 따라 방청률을 측정하였다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이 비교예보다 실시예들이 슬럼프치가 큰 것을 볼 수 있으며, 실시예들의 경우 슬럼프치는 거의 동일하게 측정된 것으로 보아 실시예들에 있어 각각의 조성이 첨가에 의하더라도 시공성에 영향은 없는 것으로 판단된다.
압축강도면에서 보면 실시 예 1보다 실시 예 2의 경우가 압축강도 면에서 더욱 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 폴리부타디엔 및 팔라듐이 더 첨가됨으로써 페이스트에 발생하는 수소를 흡수하여 공극을 제어하는 것에 기인한 것으로 보인다.
방청율에서 보면 상기 표 2 및 도 1에서 보는 바와 같이 비교예보다 실시예들이 방청율에서 현저히 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다. 또한 실시 예 1보다 실시 예 2의 경우가 방청율에서 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 폴리부타디엔 및 트리메틸화실리카가 첨가되어 상호 반응에 의해 치밀한 도막을 형성하는 것에 기인한 것이라 판단된다.
또한 실시 예 2보다 실시 예 3의 경우가 방청성에서 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시 예 2의 경우 페이스트의 알카리 환경에서 푸탈산 수지 니스만을 조성으로 사용하는 것과 실시 예 3의 경우와 같이 푸탈산 수지 니스에 실란이 첨가되도록 하여 내알카리 환경이 조성된 경우의 차이로 보여진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

  1. 보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 잔골재 40 내지 80중량부, 속경성 CSA(Calcium sulfo aluminate) 2 내지 20중량부, 유동화제(Superplasticsiz) 0.2 내지 3중량부, 산화칼슘 4 내지 30중량부, 수중용증점제 0.2 내지 3중량부, 실리카퓸 6 내지 45중량부, 소포제 0.2 내지 3중량부, 아질산칼슘(Calcium nitrite) 4 내지 20중량부, 폴리부타디엔 3 내지 10중량부, 트리메틸화실리카 1 내지 5중량부 및 팔라듐 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잔골재는 실리카모래인 것을 특징으로 하는 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    보통포틀랜드시멘트(Ordinary portland cement) 100중량부에 대해 푸탈산 수지 니스(phthalic resin varnish) 1 내지 5중량부가 더 배합되되, 상기 푸탈산 수지 니스에는 실란이 전체중량 대비 5 내지 15중량부로 배합된 것을 특징으로 하는 무수축 수중 불분리 모르타르 조성물.
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