KR101670409B1 - 해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물 - Google Patents

해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 100중량부를 기준으로, 해조류 5 내지 50중량부; 방수제 20 내지 80중량부; 아크릴계 수지 20 내지 80중량부; 경화제 5 내지 30중량부; 애시 10 내지 100중량부; 슬래그 10 내지 70중량부; 지연제 0.1 내지 5중량부; 발수제 0.1 내지 3중량부; 및 고성능 감수제 0.01 내지 10중량부를 포함하는 혼합 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 작업환경을 개선하고, 환경오염을 감소시키면서도 종래 시멘트와 대등하거나 그 이상의 강도를 갖는다.

Description

해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물{Blended Cement Composition Using Seaweeds}
본 발명은 해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐이나 도로포장 및 교량 등의 토목공사 또는 건축용 구조재료에 적용 가능한 해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물에 관한 것이다.
시멘트는 물과 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 골재를 시멘트풀로 둘러싸서 다진 콘크리트로 제조되어, 댐이나 도로포장 및 교량 등의 토목공사 또는 건축용 구조재료의 중심이 되고 있다.
또한, 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 건물의 외벽과 같이 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및/또는 보강하기 위한 보수공사에는 조강 포틀랜드 시멘트가 사용되고 있다.
조강 포틀랜드 시멘트는 일반 시멘트에 비하여 시공성이 우수한 장점이 있으나, 투수성이 높아 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 있다.
특히, 조강 포틀랜드 시멘트는 그 특성상 콘크리트가 경화되는 양생시간이 오래 소요되기 때문에 작업의 특성상 짧은 시간 내에 마무리하여야 하는 긴급 보수공사에 사용하기 곤란한 점이 있다.
한편, 등록특허 제10-066312호에는 혼합시멘트 조성물을 개시하고 있는데, 상기 선행자료는 폴리비닐알콜 등의 폴리머를 시멘트 조성물과 혼합하는 것에 특징이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 혼합 시멘트 조성물에 적정량의 해조류와 고분자 수지 등을 사용하여 작업환경을 개선하고, 환경오염을 감소시키면서도 종래 시멘트 조성물과 대등하거나 그 이상의 강도를 갖는 혼합 시멘트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은
시멘트 100중량부를 기준으로,
해조류 5 내지 50중량부;
방수제 20 내지 80중량부;
아크릴계 수지 20 내지 80중량부;
경화제 5 내지 30중량부;
애시 10 내지 100중량부;
슬래그 10 내지 70중량부;
지연제 0.1 내지 5중량부;
발수제 0.1 내지 3중량부; 및
고성능 감수제 0.01 내지 10중량부를 포함하는 혼합 시멘트 조성물에,
평활제를 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고,
아미노기 함유 실록산을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 8중량부로 더 포함하며,
옥틸트리에톡시실란을 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하고,
실리카퓸을 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하며,
메타카올린을 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하고,
흡수성 폴리머를 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하며,
마그네슘 실리케이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 3중량부로 더 포함하고,
천연 셀룰로오스 섬유를 시멘트 100중량부를 기준으로 15 내지 60중량부로 더 포함하며,
나트륨벤토나이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 20중량부로 더 포함하고,
실리케이트와 실란을 혼합하여 제조한 변성실란실리케이트 합성물을 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 30중량부로 더 포함하며,
촉매를 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부로 더 포함하고,
테트라에틸렌펜타민을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하며,
가교된 폴리아크릴레이트염을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하는 혼합 시멘트 조성물을 제공한다.
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본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 작업환경을 개선하고, 환경오염을 감소시키면서도 종래 시멘트와 대등하거나 그 이상의 강도를 갖는다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 시멘트 100중량부를 기준으로, 해조류 5 내지 50중량부; 방수제 20 내지 80중량부; 아크릴계 수지 20 내지 80중량부; 경화제 5 내지 30중량부; 애시 10 내지 100중량부; 슬래그 10 내지 70중량부; 지연제 0.1 내지 5중량부; 발수제 0.1 내지 3중량부; 및 고성능 감수제 0.01 내지 10중량부를 포함하는 혼합 시멘트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물, 바람직하게는 해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물은 건축물 및/또는 토목공사, 교량, 도로개량, 터널, 댐 등 각종 토목 건축공사 또는 이들의 보수공사 등을 포함하는 모든 공사에 적용가능하다.
본 발명에 따른 시멘트는 당업계에서 통상적으로 사용되는 시멘트라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 일반 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그시멘트, 초미분말시멘트, 초속경 시멘트 등의 특수 시멘트 등을 사용할 수 있다.
상기 시멘트의 바람직한 분말도는 3,200 내지 6,500cm2/g인 것이 좋다.
본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물, 특정적으로 해조류를 이용한 혼합 시멘트 조성물을 구성하는 시멘트 외 나머지 성분들의 함량은 시멘트 100중량부를 기준으로 한다.
본 발명에 따른 해조류는 혼합 시멘트 조성물에 포함되어 상기 시멘트 조성물이 건조 및 경화시에 수축이 커져 갈라지거나 굴곡 및 충격강도가 약하여 용이하게 부서지는 것을 극복하기 위해 제공된다.
특히, 본 발명에 따른 해조류는 라텍스혼합개질콘크리트(LMC : Latex Modified Concrete) 공법에 사용되는 라텍스와 같은 기능을 수행하기 위한 것으로서, 사용처 작업 중에는 해조류가 독립적으로 활동하므로 콘크리트의 유동성을 증대시키고, 수화반응 과정에서는 시멘트 수화물 주위에 해조류 입자 막을 형성하여 부착성을 증대시키며, 경화 후에는 콘크리트 내 미세공극이 해조류에 의해 충진됨에 따라 균열의 발생을 억제할 수 있도록 한다.
또한, 상기 해조류는 혼합 시멘트 조성물을 구성하는 구성성분들 간의 결합을 촉진시키고, 균열을 방지할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 해조류는 세계적으로 약 8,000 종, 한국 근해에는 약 500여 종이 서식하고 있으므로, 이들 모두를 사용할 수 있지만, 바람직한 해조류로서 녹조류, 갈조류, 홍조류 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상을 사용하는 것이 좋다.
바람직한 해조류로 대표적인 것은 녹조류로는 가시파래, 홀파래, 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴, 염주말 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 갈조류로는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이, 톳 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홍조류로는 김, 우뭇가사리, 불등가사리, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목, 지누아리 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 해조류는 건조된 해조류, 분말 형태의 해조류 또는 끊여서 농축시킨 농축액 형태를 사용할 수도 있지만, 추천하기로는 건조 후 분쇄한 분말 형태의 고형분을 사용하는 것이 좋다.
바람직한 해조류의 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 50중량부인 것이 좋다.
본 발명에 따른 방수제는 혼합 시멘트 조성물로 제조되는 콘크리트 구조체의 방수성을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 방수제라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것이 좋다.
바람직한 방수제의 사용량은 시멘트 100중량부 기준으로 20 내지 80중량부인 것을 추천한다.
본 발명에 따른 아크릴계 수지는 혼합 시멘트 조성물이 우수한 접착력을 갖도록 하는 동시에, 우수한 바인더 물성 및 기계적 물성을 유지하여 타설 후 신속한 경화를 진행하여도 크랙 및 탈락현상을 현저하게 개선될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 아크릴 수지라면 특별히 한정되지 않는다.
바람직한 아크릴계 수지는 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아크릴계 공중합 수지 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 시멘트 100중량부 기준으로 20 내지 80중량부인 것을 추천한다.
여기서, 상기 메틸메타아크릴레이트는 점도가 10 내지 1,000cps인 저점도 메틸메타크릴레이트 수지 49 내지 70중량%와, 점도가 2,000 내지 20,000cps인 고점도 메틸메타크릴레이트 20 내지 50중량%를 혼합하여 얻어지는 메틸메타크릴레이트 혼합물에 SIS(stylene isoprene stylene), SBR(stylene butadiene rubber), SBS(stylene butadiene stylene) 중에서 선택된 하나 이상의 혼합물 1 내지 10중량%를 혼합한 변성 메틸메타아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 SIS, SBR 및/또는 SBS의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 투입시에 내충격성 저하로 인한 크랙이 발생할 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 변성 메틸메타크릴레이트 수지의 점도상승으로 인하여 작업성에 문제가 발생될 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 경화제는 상기 혼합 시멘트 조성물에 포함된 아크릴계 수지 등을 경화시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 경화제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 시멘트 100중량부 기준으로 5 내지 30중량부를 사용하는 것을 추천한다.
바람직한 경화제로는 2-디에틸아미노에틸아민, N-부틸디에탄올아민, 2-디이소프로필아미노에틸아민, 3-디메틸아미노-1-프로필아민, 3-디에틸아미노프로필아민, 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 3-디부틸아미노프로필아민, 트리프로판올아민, 메틸아민, N,N-디메틸 에탄올아민, 사이클로헥실아민, 3-디메틸아미노프로, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 4,4' 메틸렌 비스(사이클로 헥실 이소시아네이트), 피마자유, 예를 들면 피마자유, 수소화피마자유 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 애시는 혼합 시멘트 조성물에 적량 혼합하여 사용하면 가공성이 개선되고 경화열이 완화됨과 더불어 장기적인 강도 및 수밀성을 향상시킬 수 있다.
이에, 상기 애시는 전술한 목적으로 사용되는 애시라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 플라이 애시 및/또는 제지 애시를 사용하는 것이 좋다.
상기 플라이 애시는 미분탄을 연소하는 보일러의 연도 가스로부터 집진기로 채취한 석탄재를 의미하는 것으로서, 구상인 입자 크기는 시멘트와 같은 정도이고, 알루미나와 실리카가 주성분이다.
특정적으로, 본 발명에 따른 플라이 애시는 미분쇄한 플라이 애시를 사용할 수 있는바, 상기 미분쇄한 플라이 애시는 미분쇄하지 않은 플라이 애시를 사용하는 것 보다 향상된 고강도성 및/또는 유동성을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 미분쇄한 플라이 애시의 분말도는 3,000 내지 3,800cm2/g, 바람직하게는 3,000 내지 3,800cm2/g, 보다 바람직하게는 3,700cm2/g 미만이고, 밀도는 1.5 내지 2.8g/cm3, 바람직하게는 약 2.2g/cm3인 것이 좋다.
한편, 상기 제지 애시는 시멘트의 수화시 발열반응에 의해 형성될 수 있는 수화물과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 화합물을 생성할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 상기 제지 애시가 포함됨으로써, 보수능력이 제공될 수 있다.
이러한 제지 애시는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폐기물로 처리되어 왔던 제지공장 슬러지를 500 내지 1,300℃ 정도의 온도에서 열처리하여 얻은 애시를 분말도가 블레인(blaine) 비표면적으로 4,000 내지 12,000cm2/g 정도가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것이 좋다.
특히, 상기 제지 애시는 혼합 시멘트 조성물에 포함되어 고강도성, 고내구성 및 유동성을 향상시킬 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 애시는 플라이 애시와 제지 애시를 1:9 내지 9:1 중량비, 바람직하게는 2:8 내지 8:2의 중량비로 혼합하여 혼합 시멘트 조성물의 강도, 수밀성 및 보수성뿐만 아니라 내구성과 유동성을 함께 향상시킬 수 있다.
바람직한 애시의 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 100중량부인 것이 좋다.
본 발명에 따른 슬래그는 유해물질의 용출을 배제시키면서 유동성을 향상시키고, 충분한 압축강도 및 휨강도를 가질 수 있도록 한다.
바람직한 슬래그로는 제강 슬래그 및/또는 고로 슬래그를 사용할 수 있다.
이때, 상기 제강 슬래그 및/또는 고로 슬래그는 폐기 처분되던 제강 및/또는 고로 슬래그를 회수하여 재활용함으로써 부수적으로 자원 재활용 효과를 얻을 수 있다.
특정적으로, 본 발명에 따른 제강 슬래그 및/또는 고로 슬래그는 제철 또는 제강공정에서 부산물로 발생하는 것을 포집하여 사용할 수 있다.
바람직한 슬래그의 사용량은 시멘트 100중량부 기준으로 10 내지 70중량부인 것이 좋고, 슬래그의 분말도는 3,700 내지 4,000cm2/g, 바람직하게는 약 3,850cm2/g이고, 밀도는 2.9 내지 3.5g/cm3, 바람직하게는 약 3.1g/cm3인 것이 좋다.
본 발명에 따른 지연제는 작업시간 및/또는 강도발현 속도를 조절하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 타르타르산, 구연산, 글루콘산 등의 카르복시산 또는 그 염으로 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부인 것을 추천한다.
본 발명에 따른 발수제는 침투형 발수제가 사용되는데, 폴리옥시에틸렌 알킬 페놀 부가물을 함유하지 않는 것으로서 아크릴실리콘계 발수제 또는 불소계 발수제를 사용할 수 있다.
상기 불소계 발수제는 그 고형물이 18%인 에멀젼 형상의 것을 사용하며, 냉수에 쉽게 용해되며 비인화성 물질이며, pH는 4 내지 6 정도의 것을 사용하는 것이 좋다.
바람직한 발수제의 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 3중량부인 것을 추천한다.
특정 양태로서, 상기 발수제는 침투 효과를 높이기 위한 첨가제로서 이소프로필알콜, 이소부틸알콜 등의 알콜을 첨가하고, 이 경우 반드시 먼저 첨가한 후 충분히 용해시킨 후 발수제를 사용하며, 그 사용량은 발수제 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부인 것이 좋다.
본 발명에 따른 고성능 감수제는 혼합 시멘트 조성물을 시공을 할 때 그 속에 있는 작은 공기 거품을 고르게 하기 위하여 사용하는 혼화제로서, 거품을 일으키는 성질이 좋아, 시멘트 조성물 중에 작은 기포를 고르게 발생시켜 내동결 융해성, 내식성, 내구성 등을 개선한다.
특히, 상기 감수제는 미리 믹싱된 베이스 시멘트 등에 첨가하여 이것을 교반함으로써 더 부드럽게 하며, 시멘트의 품질을 저하시키지 않고 시멘트의 시공성을 개선할 목적으로 이용된다.
더욱이, 상기 감수제는 시멘트 조성물의 유동성을 좋게 하여 부어 넣기 작업을 용이하게 하고, 굳은 콘크리트의 열전도율을 저하시키며, 수밀성을 향상시키는 등 2차적인 효과도 있다.
이때, 시멘트 조성물에 사용되는 감수제의 감수율은 일반적으로 10 내지 15%정도이나 그 중 감수율이 20 내지 30%인 것을 본 발명에서는 고성능 감수제라 통칭한다.
바람직한 고성능 감수제는 나프탈렌형, 멜라민형, 폴리카르복실산형, 아미노 술폰산형 감수제 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것이 좋고, 그 함량은 특별히 제한되지 않고 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 예를 들어 시멘트 100중량부를 기준으로 0.01 내지 10중량부를 사용할 수 있다.
이때, 상기 나프탈렌형 감수제로서 대표적인 것은 변성리그닌, 알킬아릴술폰산 및 활성지속폴리머, 폴리알킬아일슬폰산염과 반응성고분자, 알킬아릴술폰산염고축합물, 슬폰산기카르복실기 함유 다원폴리머, 알킬나프탈렌슬폰산염, 알킬아릴술폰산염변성리그닌공축합물과 변성리그닌, 리그닌유도체와 알킬아릴술포네이트 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상을 들을 수 있다.
상기 멜라민형 감수제로서 대표적인 것은 변성메칠멜라민축합물과 수용성특수고분자화합물, 슬폰화멜라민고축합물 또는 이들로부터 선택된 하나 이상의 혼합물을 들을 수 있다.
상기 폴리카르복실산형 감수제로서 대표적인 것은 불포화 카르복시산 단량체를 단일 성분으로 포함하는 공중합체 또는 그의 염, 예컨대, 폴리(알킬렌 글리콜)모노아크릴레이트, 폴리(알킬렌 글리콜)모노메타크릴레이트, 무수말레인산 및 스티렌의 공중합체, 아크릴레이트나 메타크릴레이트의 공중합체 및 이들 단량체와 공중합가능한 단량체로부터 유도되는 공중합체 등을 포함할 수 있다.
상기 아미노 술폰산형 감수제로서 대표적인 것은 방향족아미노슬폰산계 고분자화합물, 방향족고분자축합물과 리그닌슬폰산유도체 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 들을 수 있다.
또한, 바람직한 고성능 감수제는 나프탈렌형 고성능 감수제를 단독으로 사용하거나 나프탈렌계 고성능 감수제가 80 내지 95중량%이고, 폴리카르복실산형 고성능 감수제가 5 내지 20중량%로 이루어진 혼합조성을 사용하는 것이 좋다.
바람직한 고성능 감수제의 사용량은 시멘트 100중량부 기준으로 0.01 내지 10중량부인 것을 추천한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부의 평활제를 더 포함할 수 있다.
상기 평활제는 페이스트의 셀프 레벨링(자기충전성능)을 개선하기 위하여서 첨가되는 것으로, 폴리옥사이드계, 우레탄계 및 폴리카본산계 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부의 저수축제를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 저수축제는 혼합 시멘트 조성물이 수축되는 것을 방지한다.
바람직한 저수축제로는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 폴리에스터계 저수축제, 특정적으로 불포화 폴리에스터 수지로 이루어진 저수축제를 사용하는 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부의 열화방지제를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열화방지제는 혼합 시멘트 조성물의 열화를 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 열화방지제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
바람직한 열화방지제, 특정적으로 오존열화방지제는 6PPD (N-(1,3-dimethylutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine) 및/또는 TAPDT(2,4,6-tris-(N-
1,4-dimethylpentyl-p-phenylenediamino)-1,3,5-triazine)를 포함하여 수중에서 활성화된 오존라디칼의 산화작용에 의한 시멘트 조성물의 촉진열화작용을 오존열화방지제 분자구조에 아민과 결합된 방향족 고리화합물 거대분자의 이중결합부분이 자유전자 이동현상에 의해 활성화된 오존라디칼과 상쇄되어 시멘트 조성물의 열화 방지 및 열화를 지연시킬 수 있다.
즉, 상기 오존열화방지제는 페닐렌디아민(Phenylenediamine-based)계 왁스를 사용할 수 있고, 6PPD와 TAPDT을 포함하는 혼합수지 조성을 사용하거나 라디칼 생성이 활발한 방향족 폴리아민계 등을 사용할 수 있으며, 특히 페닐렌디아민계를 사용하는 것이 바람직하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 실온에서 효과적으로 경화하고 내열성, 저온 성능, 내화학성, 내용매성 및 내유성과 같은 개선된 특성을 제공하기 위하여 아미노기 함유 실록산(Aminofunctional siloxan)을 더 포함할 수 있다.
상기 아미노 함유 실록산은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일례로서 아미노메틸폴리디메틸실록산을 들 수 있으며, 그 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 8중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 조성물의 접착성 및 부착강도 향상을 위하여 옥틸트리에톡시실란을 더 포함할 수 있다.
상기 옥틸트리에톡시실란은 단량체 형태로 사용가능하며, 상기 단량체의 분자량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 150 내지 450Da인 것이 좋고, 그 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 20중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 압축강도 등을 향상시키기 위해 시멘트 100중량부 기준으로 10 내지 60중량부의 실리카 퓸을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 실리카 퓸은 지르코늄 실리카 퓸을 포함할 수 있다.
상기 지르코늄 실리카 퓸은 지르코니아의 제조시 발생하는 부산물로서, 3 내지 5중량%의 산화지르코늄을 포함하고, 200 내지 300kg/m3의 단위용적중량을 가지며, 100,000 내지 150,000cm2/g의 분말도와 0.3 내지 1마이크로미터의 입자크기를 갖는 것이 바람직하다.
당업계에서 통상적으로 사용되는 실리카 퓸은 무정형 이산화규소로서, 그 입자크기가 시멘트 입자크기 보다 작아 콘크리트 조성물 등에 첨가하면 점성이 증가하고 높은 압축 강도를 얻을 수 있지만, 상기 지르코늄 실리카 퓸은 입자크기가 커서 시멘트 입자사이에 잘 분산되어 점성을 낮추고 유동성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 지르코늄 실리카 퓸은 고온에서 생성되어 포졸란 활성이 우수한 비정질 상태이며 산화규소 함량이 높아 강도 증가에 유리한 점이 있다.
이에, 본 발명에 따른 실리카 퓸은 당업계에서 통상적으로 사용되는 실리카 퓸, 예를 들면 무정형 이산화규소 및 지르코늄 실리카 퓸을 혼합하여 사용 가능하며, 이러한 경우 지르코늄 실리카 퓸은 전체 실리카 퓸의 중량 기준으로 20 내지 50중량부를 사용하는 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부 기준으로 10 내지 60중량부의 실리카 파우더를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 실리카 파우더의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50 내지 300나노미터의 입자크기를 갖는 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부 기준으로 메타카올린 10 내지 60중량부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메타카올린은 신화알루미늄과 비정질의 산화규소를 주 구성성분으로 하여 물과 반응하며 수화시 포졸란 반응성을 나타낸다.
또한, 상기 메타카올린은 플라이 애시 또는 실리카 퓸과는 달리 수화 초기 단계에서 반응속도가 신속하여 초기 강도가 증진되며, 장기에 있어서는 시멘트 수화 과정시 발생하는 Ca(OH)2와 반응하여 C-A-S-H(Calcium aluminum silicate hydroxide) 수화물을 생성함으로서, 일반적인 시멘트를 이용하여 제조한 콘크리트와 비교하여 공극을 보다 치밀하게 하여 강도를 증진시킨다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 해조류를 포함하는 혼합 시멘트 조성물은 물을 흡수하여 작업성을 좋게 해주고, 이로 인하여 콘크리트 중의 단위 수량을 감소시키고 강도증진에 탁월한 흡수성 폴리머를 더 포함할 수 있다.
상기 흡수성 폴리머로는 폴리아크릴산염 및 그 유도체 및 폴리에틸렌옥사이드 유도체에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으며, 그 사용량은 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 해조류를 포함하는 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부 기준으로 10 내지 30중량부의 수축저감제를 더 포함할 수 있다.
상기 수축저감제는 혼화제를 이용한 콘크리트의 건조수축을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로서, 폴리에테르계, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 조성물의 수명 연장을 위하여 마그네슘 실리케이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 3중량부로 더 포함할 수 있다.
상기, 마그네슘 실리케이트는 내화학성 및 내약품성과 풍화 저항성이 우수한 물성을 갖고 있으므로 콘크리트 조성물의 수명이 연장된다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 건조속도에 따라 표면에 발생할 수 있는 크랙을 미연에 방지하기 위하여 천연 셀룰로오스 섬유(natural cellulose fiber)를 더 포함할 수 있다.
상기 천연 셀룰로오스 섬유는 시멘트 100중량부를 기준으로 15 내지 60중량부의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 공극을 치밀하게 하고 누수를 방지하며 강도를 향상시키기 위하여 나트륨벤토나이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 20중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 나트륨벤토나이트는 많은 양의 물을 흡수해 원래 부피의 여러 배로 팽창되며 겔과 같은 상태가 되어 조성물의 공극을 치밀하게 매우게 되어 누수를 방지하고 강도를 향상시켜 균열방지에 기여하게 된다.
본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성 및/또는 내부착성 등을 향상시키기 위하여 시멘트 100중량부 기준으로 5 내지 30중량부의 변성실란실리케이트 합성물을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변성실란실리케이트 합성물은 가교역할을 하면서 유기??무기 중합 반응성을 형성함으로써 조성물의 점착성을 강화시킬 수 있도록 한다.
상기 변성실란실리케이트 합성물은 실리케이트와 실란을 혼합하여 제조할 수 있다.
바람직한 실리케이트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 실리케이트라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 보다 바람직하게는 알칼리 실리케이트, 특히 바람직하게는 리튬실리케이트, 순수포타슘실리케이트, 전처리된 포타슘실리케이트, 합성실리케이트(리튬, 소디윰, 포타슘), 콜로이드실리카 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직한 실란은 당업계에서 통상적으로 사용되는 실란이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 아미노실란, 비닐실란, 에폭시 실란, 메타크릴실란, 유황, 알킬실란, 페닐실란, 클로로실란 중 비닐트리클로로실란, 노르말헥실트리에톡시실란, 아미노에칠아미노프로필실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 메틸디메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 테트라에톡시실란(TEOS), 3글리시독시프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 실리케이트 및 실란을 서로 혼합하여 변성실란실리케이트 합성물을 제조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 실리케이트 100중량부를 기준으로, 실리케이트에 실란 0.1 내지 2중량부를 95 내지 110℃의 온도범위에서 희석하여 200 내지 400rpm의 속도로 1 내지 2시간 동안 교반하는 것을 포함한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 나노세라믹 입자를 더 포함할 수 있다.
바람직한 나노세라믹 입자는 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, 지르코니아-실리카, ZnO, TiO2 및/또는 CaCO3가 포함된다.
이들 세라믹입자는 평균 입경이 나노 범위인 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500nm, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500nm, 상기 지르코니아-실리카의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 TiO2의 평균 입경은 100 내지 300nm, 그리고 CaCO3의 평균 입경은 500 내지 1000nm인 것이 바람직하다.
이 중에서도 실리콘카바이드는 천연광물로 존재하지 않으므로 인공적으로 합성하며, 고온에서의 화학적 안정성 및 내식성이 뛰어나고 높은 경도를 갖는다.
이러한 실리콘카바이드와 알루미나 초미립자 분말이 건조 중에 도막형성이 종료된 표면으로 부상하여 치밀하고 경도가 높은 도막을 형성하기 때문에, 수증기와 기타 기체, 액체의 투과를 방지함은 물론, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성이 뛰어나고 자외선으로부터 조성물을 보호하게 된다.
또한, 실리콘카바이드와 알루미나의 뛰어난 열적 안정성으로 인하여 온도상승을 방지함으로써 콘크리트의 수축, 팽창을 감소시키며 수지의 중성화/염화를 방지하여 내구성을 장기간 유지시킨다.
상기 나노세라믹 입자의 사용량은 사용자의 선택에 따라 변경 가능 하지만, 추천하기로는 시멘트 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부인 것이 바람직하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부의 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매는 경화를 촉진시키고 유기물인 해조류와 무기물인 시멘트와 이외 물질을 서로 용이하게 결합시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 촉매라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 아미노프로핀트리에폭시실란을 사용하는 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 혼합 시멘트 조성물은 점도 조절 및 강도증진을 위하여 테트라에틸렌펜타민(Tetraethylenepentamine; TEPA)을 시멘트 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부 더 포함할 수 있는데, 테트라에틸렌펜타민이 시멘트 100중량부를 기준으로 1중량부 미만이면 그 효과가 미미하며, 10중량부를 초과하면 그 양이 과다하여 혼합 시멘트 조성물의 물성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 혼합 시멘트 조성물은 수분침투를 방지하여 내구성을 향상시키기 위해 시멘트 100중량부를 기준으로 가교된 폴리아크릴레이트염 1 내지 10중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 가교된 폴리아크릴레이트염은 혼합 시멘트 조성물의 내부의 공극을 채우게 되어 수분의 침투를 방지하게 되고 이에 따라 내부의 내구성을 증진시키는 역할을 하게 되는데, 상세하게는 상기 가교된 폴리아크릴레이트염은 아크릴레이트염의 중합체가 가교(crosslinking)된 물질을 말하며, 가교제로 아크릴산(Acrylic acid)이 포함된 아크릴산과 소듐아크릴레이트(sodium acrylate)의 공중합체로 이루어지며, 하기 (C3H4O2.C3H3O2Na)x의 분자식을 갖는다.
상기 구조로 이루어지는 가교된 폴리아크릴레이트염은 고분자 사슬 간의 가교결합(cross-linking)을 통한 3차원 망상구조 또는 단일 사슬구조에서 친수성기의 도입에 따라 가교된 폴리아크릴레이트염이 사용되면 수분 침투시 팽창하여 내부 공극을 채워 수분의 침투를 방지하고, 내구성을 증진시키게 된다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
포틀랜드 시멘트 100g, 미역 20g, 폴리비닐아세테이트 방수제 30g, 아크릴산 40g, 2-디에틸아미노에틸아민으로 이루어진 경화제 15g, 플라이 애시 50g, 고로슬래그 25g, 타르타르산 3g, 불소계 에멀젼 발수제 2g, 폴리모노아크릴레이트로 이루어진 고성능 감수제 4g을 혼합하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 미역 20g 대신 청태 8g, 미역 7g 및 우뭇가사리 5g을 사용하여 실시하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 불포화 폴리에스터 수지로 이루어진 저수축제 5g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, 6PPD를 포함하는 열화방지제 3g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 아미노메틸폴리디메틸실록산 4g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 평균분자량이 약 200Da인 옥틸트리에톡시실란 8g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 지르코늄 실리카 퓸 30g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 메타카올린 30g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 폴리아크릴산염 30g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 10]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 마그네슘 실리케이트 2g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 11]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 천연 셀룰로오스 섬유 30g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 12]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 나트륨벤토나이트 15g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 13]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 리튬실리케이트와 에폭시 실란을 합성하여 제조된 변성실란실리케이트 화합물 20g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 14]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 촉매로서 아미노프로핀트리에폭시실란 3g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 15]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 테트라에틸렌펜타민 5g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실시예 16]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 가교된 폴리아크릴레이트염 5g을 더 부가하여 혼합 시멘트 조성물을 제조하였다.
[실 험]
실시예에 따라 제조된 조성물을 물과 골재를 혼합하여 콘크리트를 제조한 후 건조 수축률 및 저온과 표준상태에서의 압축강도 등을 측정하였다. 압축강도는 콘크리트 압축강도시험기를 이용하여 측정하였으며, 건조 수축률(미크론)은 각 콘크리트 조성물을 20℃ㅧ60%RH의 조건 하에서 보존한 26주의 공시체에 대해서 비교회로(comparator)법에 의하여 건조 수축 일그러짐을 측정하여 건조 수축률을 구했다. 이 수치는 작을수록 건조 수축이 작은 것을 나타낸다.
공기함량(%) 슬럼프(mm) 건조수축률() 압축강도(MPa)
저온(5) 표준상태(20)
24시간 28일간
실시예 1 0.8 222 178 6.9 78
실시예 2 0.8 222 179 6.5 77
실시예 3 0.9 221 181 6.5 76
실시예 4 0.8 223 180 6.8 79
실시예 5 0.8 221 182 6.6 78
실시예 6 0.8 221 181 7.2 79
실시예 7 0.9 221 181 6.5 76
실시예 8 0.8 220 182 7.5 81
실시예 9 0.8 221 181 6.7 78
실시예 10 0.8 220 181 7.2 79
실시예 11 0.9 222 180 7.4 80
실시예 12 0.9 223 182 6.8 78
실시예 13 0.8 221 181 7.2 79
실시예 14 0.9 222 181 7.4 78
실시예 15 0.9 221 182 6.8 78
실시예 16 0.8 221 180 7.3 79
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 16에 따라 제조된 콘크리트 조성물의 압축강도 및 건조수축률은 통상적인 콘크리트 조성물에서 요구하는 물성에 만족하는 것을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 시멘트 100중량부를 기준으로,
    해조류 5 내지 50중량부;
    방수제 20 내지 80중량부;
    아크릴계 수지 20 내지 80중량부;
    경화제 5 내지 30중량부;
    애시 10 내지 100중량부;
    슬래그 10 내지 70중량부;
    지연제 0.1 내지 5중량부;
    발수제 0.1 내지 3중량부; 및
    고성능 감수제 0.01 내지 10중량부를 포함하는 혼합 시멘트 조성물에,
    평활제를 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고,
    아미노기 함유 실록산을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 8중량부로 더 포함하며,
    옥틸트리에톡시실란을 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하고,
    실리카퓸을 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하며,
    메타카올린을 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하고,
    흡수성 폴리머를 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부로 더 포함하며,
    마그네슘 실리케이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 3중량부로 더 포함하고,
    천연 셀룰로오스 섬유를 시멘트 100중량부를 기준으로 15 내지 60중량부로 더 포함하며,
    나트륨벤토나이트를 시멘트 100중량부를 기준으로 10 내지 20중량부로 더 포함하고,
    실리케이트와 실란을 혼합하여 제조한 변성실란실리케이트 합성물을 시멘트 100중량부를 기준으로 5 내지 30중량부로 더 포함하며,
    촉매를 시멘트 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부로 더 포함하고,
    테트라에틸렌펜타민을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하며,
    가교된 폴리아크릴레이트염을 시멘트 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하는 혼합 시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해조류는 가시파래, 홀파래, 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴, 염주말, 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이, 톳, 김, 우뭇가사리, 불등가사리, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목, 지누아리, 또는 이들 중 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 혼합 시멘트 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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