KR101613906B1

KR101613906B1 - 소취형 시멘트 혼화제를 함유하는 콘크리트(레미콘) 조성물

Info

Publication number: KR101613906B1
Application number: KR1020150104420A
Authority: KR
Inventors: 김진섭; 김대웅; 박하성
Original assignee: (유)코리아; (주)금영
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2016-04-20

Abstract

본 발명은 유해성분인 암모니아 저감용 소취형 시멘트 혼화제 및 콘크리트(레미콘)의 제공을 목적으로 하며 보다 상세하게는 시멘트 혼화제의 주성분인 감수제의 기능을 개선시킨 기능성 감수제, 유지제, 강도증진제, AE제로 이루어진 암모니아 저감용 소취형 시멘트 혼화제 및 이를 혼합하여 콘크리트 물성증진과 암모니아 성분을 저감시킨 콘크리트(레미콘)을 제공함을 목적으로 한다.

Description

소취형 시멘트 혼화제를 함유하는 콘크리트(레미콘) 조성물 {Cement Concreat admixture and Cement Concreat composition}

본 발명은 시멘트 혼화제 및 이를 함유한 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것으로 구체적으로는 암모니아 등의 유해성분 저감과 유동성 및 작업성 향상과 강도를 증진시키는 콘크리트 혼화제 및 이를 함유한 콘크리트(레미콘) 몰탈에 관한 것이다.

콘크리트 혼화제는 콘크리트의 유동성과 작업성, 강도 등을 향상시키기 위하여 널리 사용되고 있으며, 시멘트의 분산효과를 향상시켜 유동성을 증대시키는 콘크리트 혼화제의 주성분인 감수제의 종류로는 니그닌, 유기산, 나프탈렌·포름알데히드 축합물, 멜라민, 포름알데히드 축합물, 폴리카르본산계 등이 있다.

또한, 콘크리트 혼화제는 일반적으로 상기의 감수제를 주성분으로 하고 공기연행제(AE : air-entraining), 촉진제, 지연제, 강도 증진제 등을 적절히 혼합하여 제조한다. 최근에는 시멘트 원료인 천연광물의 고갈과 자연보호 및 산업부산물의 재활용 목적으로 제철슬러지, 석분, 하수슬러지, 소각제 및 각종폐기물 등을 시멘트 대체원료로 사용하고 있다.

또한, 하천골재(모래)의 고갈로 골재의 파쇄물이나 바닷모래 유기질성분과 토분이 함유되어있는 토사 등을 콘크리트(레미콘) 제조 시 사용하고 있는 현실이다.

이같이 시멘트나 골재 등의 품질 저하로 인해 콘크리트의 강도나 유동성 등의 저하는 물론 질소성분 함유량의 증가로 인해 시멘트나 콘크리트로부터 유해물질인 암모니아가 허용치 이상으로 배출되고 있는 실정이다.

상기의 암모니아는 시멘트 독이라고 알려진 있으며, 눈이나 호흡기, 기관지 등을 자극하여 천식과 기관지염을 유발하므로 정부에서는 대기 중의 악취물질로 규정하여 배출허용기준치를 공업지역은 2ppm, 기타지역은 1ppm으로 제한하고 있어 이를 저감시킬 수 있는 소취형 시멘트 혼화제 및 콘크리트(레미콘)의 개발이 요구되고 있다.

상기 혼화제 관련한 선행기술로 국내 등록특허공보 제10-1046557에는 음이온을 함유하는 용수와 benzene sulfonate Fe염 또는 Poly stylene sulfonate Fe염인 분산제를 함유하는 레미콘 조성물에 관한 기술이 개시되어 있고, 국내등록특허공보 제10-1406926을 나프탈렌 포름알테히드 설폰산 철염과 도데실벤젠철염을 이용한 혼화제가 개시되어 있으며, 국내등록특허공보 제10-0845161호에는 공중합체 (A), 불포화 (폴리)알킬렌 글리콜 에테르 단량체 (a), 알케닐기를 갖지 않는 비중합성 (폴리)알킬렌글리콜 (B), 그리고 옥시알킬렌기 또는 폴리옥시알킬렌기와 카르복실기를 갖고 공중합체 (A) 와는 상이한 중합체 (C) 의 4 가지 성분을 함유하는 시멘트 혼화제에 관한 기술이 개시되어 있다.

또한 국내 등록특허공보 제 10-0725030호에는 용매(물) 55~85중량%와 SO3, K, Na, 및 Si 이온이 몰비로 10~35 : 1~10 : 5~20 : 2~10 으로 구성되는 물에 용해되는 무기물이 15~45중량%로 이루어진 초기강도 증진용 콘크리트 액상 혼화제가 개시되어 있으며, 국내등록특허공보 제10-1152361호에는 음이온 용수 100중량부에 대하여, 메톡시 폴리에틸렌글리콜 메타아크릴산 그라프트 공중합체(Methoxy Polyethylene glycol methacrylic acid graft polymer)인 감수제 20 내지 30중량부, Alky benzene Sulfonate Fe염 또는 Olefin sufonate Fe염 중 1종 또는 이들의 혼합물인 공기연행제 6 내지 10중량부, 트리에탄올 아민(Triethanol amine) 또는 리튬질산염(lithium nitrate) 중 1종 또는 이들의 혼합물인 강도 증진제 4 내지 10중량부로 이루어진 콘크리트 첨가제 조성물이 개시되어 있고, 국내등록특허공보 제10-1470307호에는 물 32~45 중량부, 메틸메타크릴 레이트계 고분자 20~30 중량부, 폴리카르본산계 고분자 10~15 중량부, 셀룰로스계 증점제 10~20 중량부 및 실리콘계 소포제 0.5~3 중량부를 포함하는 콘크리트용 화학 혼화제가 개시되어 있다. 상기한 선행기술들은 대부분 시멘트 콘크리트 제조 시에 혼화제를 첨가하여 물성을 개선시키고 있으나, 시멘트 콘크리트에 함유된 유해성분 내지 독성성분의 저감을 위한 어떠한 기술도 개시하고 있지 않고, 다만, 본 발명자의 선행기술인 국내등록특허공보 제10-1406926, 국내등록특허공보 제10-1152361호 및 국내등록특허공보 제10-1046557에는 시멘트 콘크리트에 함유된 유해성분이나 독성성분의 저감을 위한 기술이 개시되어 있다. 본 발명자는 상기의 선행 기술들의 단점이 제조원가가 높은 점 및 제조과정이 복잡한 점등의 단점을 해소하기 위하여 다년간 노력한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.

1. 국내등록특허공보 제10-1046557호 1. 국내등록특허공보 제10-1406926호 1. 국내등록특허공보 제10-0845161호 1. 국내등록특허공보 제10-0725030호 1. 국내등록특허공보 제10-1152361호 1. 국내등록특허공보 제10-1470307호

본 발명은 유해성분인 암모니아 저감용 소취형 세멘트 혼화제 및 콘크리트(레미콘)조성물의 제공을 목적으로 하며 보다 상세하게는 시멘트 혼화제의 주성분인 감수제의 기능을 개선시킨 기능성 감수제, 유지제, 강도증진제, AE제로 이루어진 암모니아 저감용 소취형 시멘트 혼화제 및 이를 혼합하여 콘크리트 물성증진과 암모니아 성분을 저감시킨 콘크리트(레미콘) 조성물을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 암모니아 저감용 소취형 시멘트 혼화제는 이래와 같이 성분 및 조성비율로 이루어진다.

① 말레인산에스테르(Maleic acid ester) 혼합물 : 100중량부

② polyglucose : 20 ~ 50 중량부

③ AE제(공기연행제) : 5 ~ 10 중량부

④ 리그닌염 또는 나프탈렌 축합물 중에서 선택되는 1 또는 2성분

: 20 ~ 40중량부

⑤ 질산칼슘 : 20 ~ 40 중량부

⑥ 트리에탄올 아민(Triethamol amine) : 5 ~ 10중량부

⑦ 희석수 : 80 ~ 200중량부

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 콘크리트(레미콘)은 시멘트 100중량부에 잔골재 240~320 중량부, 굵은골재 300~360 중량부, 및 물 45 ~ 60중량부로 조성되고, 여기에 상기 본 발명의 소취형 혼화제를 시멘트 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부를 배합함을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 말레인산 에스테르(Maleic acid ester)화 화합물은 아래 [반응식 1]과 같이 말레인산(Maleic acid) 과 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol)의 에스테르화 반응에 의해 공중합 에스테르 화합물이 제조된다.

[반응식 1]

상기 [반응식 1]은 말레인산 110g, 폴리에틸렌글리콜 620g, 파라톨루엔 술폰산(p-Toluenesulfonic acid ; PISA ) 20g을 반응기에 주입 후 8~105℃에서 6시간 에스테르화 반응시킨 후, 추가로 PISA 5g을 주입 후 3시간 반응.숙성시킨 다음 냉각시킨 후 5%의 KOH 로 중화시켜 에스테르화 화합물을 제조한다.

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[반응식 2]

상기의 [반응식 2]에서 알 수 있듯이, 말레인산 에스테르 화합물이 암모니아와 반응하여 암모니아염이 생성되어 콘크리트 내에 고착되므로 소취 효과를 갖게 된다.

또한, 본 발명에서 사용하는 글루코스도 암모니아를 저감시키는 효능을 발휘한다.

당류인 glucos와 알카리인 암모니아가 반응하면 갈색화 반응이 일어나는데 이때 카라멜화 반응과 마이야르(mailard) 반응이 병행하여 갈색 색조물로 전환하며 암모니아를 저감시킨다.

본 발명에서는 나프탈렌 축합물이나 리그닌염을 감수제로 병용하고 있으며, 강도 증진을 위한 강도 증진제로 질산염이나 트리에탄올 아민을 배합하여 사용하고 있다.

또한, 본 발명의 소취형 혼화제는 암모니아를 착염화해서 콘크리트 내에 고착화시켜, 유해물질인 암모니아의 유출(방출)을 저감 내지 차단시킴과 동시에 유동성과 작업성, 강도증진 및 내구성을 향상시켜주는 복합기능을 나타낸다.

본 발명의 소취형 혼화제는 암모니아를 저감시키고, 콘크리트의 감수성, 유동성 및 분산성을 증대시켜 작업성을 향상시키는 등 혼화제(콘크리트)의 품질 향상과 암마니아를 저감시키는 복합기능을 가진 혼화제이다.

도 1, 도 2는 본 발명에 따른 소취형 혼화제 및 콘크리트에 대한 한국 화학 융합시험연구원의 시험 성적서이다.

본 발명의 소취형 콘크리트 혼화제는 암보니아를 저감시킬 뿐 아니라 분산력과 유동성을 증대시키기 위하여 말레인산 에스테르. 폴리글루코스. 공기 연행제(AE : air-entraining), 리그닌염 또는 나프탈렌 술폰산 축합물 중에서 선택되는 1 또는 2 성분, 질산칼슘, 트리에탄올 아민 및 희석수로 조성된다.

상기와 같은 콘크리트용 혼화제는 콘크리트의 품질과 시공성을 개선하고, 원하는 특성의 부여를 위하여 사용되는 것으로 현재 시멘트, 물, 골재에 이어 콘크리트에 제4성분으로서 위치를 차지하고 있는 중요한 재료이다.

혼화제 중 중요한 역할을 하는 공기연행제(Air Entranining agent)는 콘크리트에 미세한 구형의 공기포를 균일하게 연행시켜 굳지않은 상태에서는 미세한 기포의 볼 베어링 효과로 콘크리트의 워커빌리티를 증진시키고 굳은 후에는 동결융해에 대한 저항성을 증가시켜 겨울철이 있는 온대 지방 이상에서는 필수적으로 사용하는 혼화제이다. 감수제는 시멘트 입자표면에 흡착하여 정전기적 반발력으로 입자들을 분산시켜 상대적으로 적은 양의 물로 시멘트 입자를 분산시킬 수 있도록 하는 혼화제이다. 감수제로 본 발명에서는 리그닌염 또는 나프탈렌 술폰산 축합물 중에서 선택되는 1 또는 2 성분을 사용하고 있다.

본 발명에서 혼화제로 첨가하는 말레인산 에스테르 화합물은 반응식 2에서 알 수 있듯이 암모니아와 반응하여 암모니아 염을 생성함으로써 암모니아의 방출을 억제하고 있으며, 또한, 당류인 glucos 역시도 알카리인 암모니아와 갈색화 반응을 일으켜 암모니아를 갈색 색조물로 변환시킴으로서 암모니아를 점감시키고 있다.

그리고, 본 발명에서는 질산염 및 트리에탄올 아민을 첨가함으로써 콘크리트의 강도를 증진시키고 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 혼화제의 혼합비율은 아래와 같고, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 아래 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

말레인산 에스테르 : 100중량부

폴리글루코스 : 25중량부

공기연행제 : 10중량부

리그닌염 : 30중량부

질산칼슘 : 30중량부

트리에탄올 아민(Triethamol amine) : 10중량부

희석수 : 150 중량부

를 투입하고 균일하게 혼합하여 본 발명의 소취형 혼화제를 제조하였다.

<실시예 2>

상기 <실시예 1> 의 리그닌염 대신에 나프탈렌 축중합물을 사용한 것을 제외하고 <실시예 1>과 동일하게 제조하였다.

<비교예 1>

<실시예 1> 및 <실시예 2>의 소취형 혼화제와 비교시험을 위하여 시중에서 사용되고 있는 K사 혼화제(대조예)를 사용하여 콘크리트를 제조하였다. 혼화제 배합비는 양자 동일하게 시멘트 중량에 대하여 0.7 중량%를 사용하였다.

구분	배합비
구분	물	시멘트	잔골재	굵은골재	혼화제
실시예 1 및 2	174	320	768	992	2.24
대조예	174	320	768	992	2.24

<시험예 1>

상기 [표 1]의 실시예 1 및 2의 혼화제와 대조예의 혼화제를 이용하여 레미콘을 제조하였고, 제조된 레미콘의 암모니아 저감율에 대한 시험을 실시한 결과를 표2에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예2	비교예 1	저강율(%)	시험방법
암모니아 ppm	5	5	12	58-3	24시간 후
	4	3	11	63-6	암모니아 검지관 이용측정
	7	6	15	53-3	암모니아 검지관 이용측정

상기 [표 2]에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 소취형 시멘트 혼화제는 유해 물질인 암모니아의 저감효능이 기존의 혼화제를 사용한 레미콘에 비하여 뛰어난 것으로 확인되었다. 그리고 본 발명의 실시예 1의 혼화제를 사용하여 제조한 레미콘에 대한 물성 시험을 한국화학 융합시험원에 의뢰하여 시험하였고, 그 결과는 도 1 및 도 2와 같다.

Claims

하기 [반응식 1]의 생성물인 말레인산 에스테르화(Maleic acid ester) 공중합체 100중량부에 대하여 분자량이 200 - 2000인 폴리글루코스(polyglucose) 20 ~ 50 중량부, 공기연행제 5 ~ 10 중량부, 리그닌염 또는 나프탈렌 축합물 중에서 선택된 어느 한 성분 20 ~ 40중량부, 질산칼슘 20 ~ 40 중량부. 트리에탄올 아민(Triethamol amine) 5 ~ 10중량부 및 희석수 80 ~ 200중량부를 함유하는 것을 특징으로 암모니아 소취형 혼화제.
[반응식 1]
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시멘트 100중량부에 대하여 잔골재 240 - 320중량부, 굵은 골재 300 - 360중량부, 물 45 - 60중량부 및 상기 청구항 1의 혼화제 1 내지 4중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 몰탈.
시멘트 100중량부에 대하여 잔골재 240 - 320중량부, 굵은 골재 300 - 360중량부, 물 45 - 60중량부 및 상기 청구항 1의 혼화제 1 내지 4중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 레미콘 몰탈.