KR101736694B1 - 모르타르용 방수 조성물 및 이를 이용한 모르타르 구조물의 시공 방법 - Google Patents

모르타르용 방수 조성물 및 이를 이용한 모르타르 구조물의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모르타르용 방수 조성물에 대한 것으로, 보다 자세하게 모르타르 제조시 사용되는 재료(시멘트, 모래, 물)와 함께 첨가되어, 최종 생성물인 모르타르 경화체의 수밀성(水密性)을 향상시키며, 모르타르의 열화를 가져오는 각종 화학성분에 대한 저항성을 개선시키고, 건조 수축을 감소시켜 모르타르 구조체의 균열 생성을 억제시키는 모르타르용 방수 조성물에 관한 것이다.

Description

모르타르용 방수 조성물 및 이를 이용한 모르타르 구조물의 시공 방법 {Water proof admixtures composition for mortar and Method for constructing an mortar structure using the same}
본 발명은 모르타르용 방수 조성물에 대한 것으로, 보다 자세하게 모르타르 제조시 사용되는 재료(시멘트, 모래, 물)와 함께 첨가되어, 최종 생성물인 모르타르 경화체의 수밀성(水密性)을 향상시켜 방수력을 증대시키며, 모르타르의 열화를 가져오는 각종 화학성분에 대한 저항성을 개선시키고, 건조 수축을 감소시켜 모르타르 구조체의 균열 생성을 억제시키는 모르타르용 방수 조성물에 관한 것이다.
모르타르는 제조 공정 및 타설 공정에 요구되는 품질 및 작업성을 확보하기 위해서, 시멘트의 경화에 필요한 혼합 수량 이외의 과량의 물을 사용하게 되는데, 모르타르에 사용된 과량의 혼합수로 인하여 모르타르는 다량의 공극을 가지게 된다. 또한 모르타르 구조체는 외부 환경에 따라 다양한 물리적, 화학적 조건에 노출되기 때문에 지속적으로 균열이 발생할 뿐만 아니라 열화가 진행되어 내구성이 크게 감소하게 된다.
모르타르 구조물에 생성된 균열은 방수성을 현저하게 감소시키며, 모르타르 외부에서 내부로 각종 화학 물질의 이동을 촉진하여 모르타르의 내구성을 크게 저하시키게 된다.
모르타르 구조물이 가지는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 현재 사용되는 모르타르 구조물에는 다양한 방식의 방수 시공을 실시하고 있으나, 모르타르 표면에 방수층을 형성하는 일반적인 방법으로는 모르타르 구조체가 처한 다양한 외부환경에서 항상 만족할 만한 성과를 나타낼 수 없는 실정이다.
따라서 단지 모르타르 표면의 방수성능을 개선하는 것보다는, 모르타르 구조체 전체의 수밀성을 향상시킴으로써 모르타르 자체의 방수성능을 향상시키는 것이 바람직하며, 이와 동시에 모르타르의 건조 수축을 억제하여 균열의 생성을 억제하는 것이 보다 효과적이다. 뿐만 아니라 상기의 목적을 달성하기 위해서는 모르타르에 사용되는 다양한 재료에 방수재를 포함시키더라도 모르타르 자체의 성능이 저하되지 않도록 해야 한다.
기존의 관련 기술들은 모르타르의 강도저하 또는 모르타르 재료와의 적절한 혼합이 이루어지지 않는 등의 바람직하지 못한 영향을 가져오는 문제점을 내포하고 있다.
최근 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 건설재료로써 유황을 사용하기 위한 연구가 진행되고 있으며 다양한 연구결과가 발표되었다. 최근에는 유황을 시멘트와 함께 사용하여 방수성, 안정성 및 시공성을 증진시킨 유황 모르타르가 개발되었다.
냄새, 취급 또는 안전상의 문제점으로 인해 황을 그대로 사용하는 것이 아니라 개질 유황 결합재 (WO2012121432 A1) 등을 사용하고 있으나, 개질에 필요한 공정 등의 경제적, 시간적 소요로 인한 한계가 여전히 극복되고 있지 않다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 방식의 모르타르용 방수 조성물에 대한 연구가 절실한 실정이다.
한국공개특허 제10-2014-0004990호 "석탄재와 유황을 사용하여 만드는 석탄재 유황 폴리머 시멘트모르타르" 한국등록특허 제10-1419445호 "모르타르 구조물의 방수 및 보수, 보강을 위한 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 내진 공법"
이에 본 발명은 모르타르 구조체가 가지는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 모르타르의 수밀성을 향상시켜 방수성을 확보하고, 모르타르에 팽창성을 부여함과 동시에 건조 수축을 감소시켜 균열 생성을 억제하며, 친환경적이며 모르타르 제조에 사용되는 각종 성분 및 재료들과 친화성이 우수한 모르타르용 방수 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 유황 분말에 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화칼슘을 포함하는 강염기 수용액을 고온 고압 하에서 반응시켜 얻어진 유황 수용액 100 중량부에 대해 글리세린 10~20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모르타르용 방수 조성물을 제공한다.
이때, 상기 모르타르용 방수 조성물은 액상일 수 있다.
이때, 상기 유황 수용액은 유황 분말 18~27 중량부에 대해 수산화칼륨 9~13 중량부, 수산화나트륨 10~18 중량부, 수산화칼슘 6~13 중량부 및 물 30~50 중량부를 포함하는 강염기 수용액을 혼합하고, 200~300℃ 및 1.5~3기압 하에서 반응시켜 제조될 수 있다.
이때, 상기 모르타르용 방수 조성물은 유황 수용액 100 중량부에 대해 테레핀유 0.1~1 중량부, 플루오르화나트륨 0.1~1 중량부, 플루오르화수소나트륨 0.1~1 중량부, 규산나트륨 0.1~1 중량부 및 물 20~40 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은
시멘트, 물, 골재를 혼합하는 단계를 포함하는 모르타르 건축물의 시공 방법에 있어서,
상기 혼합단계에 상기 모르타르용 방수 조성물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 모르타르 건축물의 시공 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 모르타르용 방수 조성물은 모르타르의 수밀성을 증진하여 방수성을 향상시킬 뿐만 아니라 우수한 압축강도를 가지고 건조 수축을 감소시킴으로써 균열 발생을 억제하고, 모르타르 제조에 사용되는 각종 성분 및 재료들과 친화성이 우수한 효과가 있다.
이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 수밀성을 증진시켜 방수성을 향상시킬 뿐만 아니라 적절한 팽창성을 모르타르에 제공하여 건조 수축을 감소시킴으로써 균열 발생을 억제할 수 있는 모르타르용 방수 조성물을 제공한다.
본 발명자들은 유황 특유의 냄새가 적고, 취급 및 안정성이 우수한 방수 조성물을 제조하고자 연구를 수행하였으며, 이에 유황을 그대로 사용하거나 개질하는 것이 아니라 수용액 상태로 용융시켜 액상 형태로 제조된 방수용 조성물을 제조하였다. 액상으로 제조된 유황은 모르타르 배합시에 간편하게 추가할 수 있으며, 모르타르 배합물에 고르고 빠르게 혼합될 수 있다.
구체적으로 본 발명의 모르타르용 방수 조성물은 유황 분말에 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화칼슘을 포함하는 강염기 수용액을 고온 고압 하에 반응시켜 얻어진 유황 수용액을 먼저 제조하고, 여기에 글리세린을 일정 함량비로 혼합하여 제조한다.
상기 유황 분말은 천연 유황 분말 또는 개질 유황 분말일 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 바람직하기로 천연 유황 분말을 사용한다.
상기 강염기 수용액은 유황 분말을 완전히 용융시키기 위한 것으로, 상기 유황 수용액은 유황 분말 18~27 중량부에 대해 수산화칼륨 9~13 중량부, 수산화나트륨 10~18 중량부, 수산화칼슘 6~13 중량부 및 물 30~50 중량부를 포함하는 강염기 수용액을 혼합하여 사용한다. 상기 강염기 수용액이 상기 범위보다 적은 경우에는 유황이 제대로 용융되지 않을 수 있으며, 상기 범위보다 많은 경우에는 모르타르의 균열 발생을 억제하기 어려워질 수 있다. 따라서 상기 범위에서 적절한 양을 사용할 수 있다.
이때 유황 분말을 충분히 용해시키기 위해 상온 상압이 아닌 고온 고압 하에 반응을 수행한다. 상기 온도는 200~300℃, 압력은 1.5~3기압에서 2~4시간 동안 수행하고, 이들 범위를 벗어날 경우 유황 분말이 충분히 용해되지 않는다.
반응 이후 얻어진 유황 수용액은 그대로 사용하거나, 불순물 제거를 위해 여과 후 사용한다.
특히, 상기 제조된 유황 수용액을 글리세린과 혼합하여 본 발명에서 제시하는 방수용 조성물을 제조할 수 있다.
글리세린은 액상 상태로, 이를 첨가하더라도 액상 상태의 방수용 조성물을 쉽게 제조할 수 있다.
글리세린은 모르타르의 재료분리 방지를 위한 것으로서, 무색, 무취의 액체이며 점성이 매우 높은 특징이 있어 모르타르에 혼합시 재료분리를 방지하고 작업성을 향상시키는 역할을 하며, 유황 수용액 100 중량부 대비 10~20 중량부로 포함할 수 있다.
상기 유황 수용액과 글리세린의 혼합은 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 각종 혼합 장치를 이용한 혼합이 가능하다.
추가로, 본 발명의 모르타르용 방수 조성물은 방수성, 분산 안정성 등을 더욱 높이기 위해 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.
상기 첨가제로는 유황 수용액 100 중량부에 대해 테레핀유 0.1~1 중량부, 플루오르화나트륨 0.1~1 중량부, 플루오르화수소나트륨 0.1~1 중량부, 규산나트륨 0.1~1 중량부 및 물 20~40 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 테레핀유는 모르타르 혼합물의 상호 결합력을 증진시키기 위해 사용하며, 유황 수용액 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부 포함할 수 있다.
상기 플루오르화나트륨 및 플루오르화수소나트륨은 시멘트 수화 반응시 용출되는 Ca2 +, Mg2 +, Na+또는 K+이온과 반응하여 난용성 금속화합물, 예를 들어 CaF2, MgF2, NaF 또는 KF 등을 생성함으로써 수화열을 흡수하여, 수화열로 인한 모르타르 내의 공극 발생을 차단하여, 모르타르의 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 플루오르화나트륨 및 플루오르화수소나트륨은 각각 유황 수용액 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부 포함할 수 있다.
상기 규산나트륨(물유리=Na2O·nSiO2·xH2O,n=2∼4)은 시멘트의 주요 구성물질인 칼슘실리케이트상(3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2)의 수화과정에서 생성되는 수산화칼슘에 의하여 칼슘실리케이트상(CaO-SiO2-H2O)의 생성을 촉진하거나 직접 생성시킴으로써 모르타르의 수밀성을 크게 개선하는 효과를 나타낸다. 특히 수산화칼슘 결정의 성장을 억제하고 골재와 시멘트의 계면 특성을 개선시켜 줌으로써 모르타르의 내구성을 증진시키고 강도를 증진시키는 효과를 가지고 있다. 이에 의해서 생성되는 CSH겔은 모르타르 내부구조를 치밀하게 형성하여 수밀성을 크게 증진시켜준다. 상기 규산나트륨은 유황 수용액 100 중량부에 대해 0.1~1 중량부 포함할 수 있다.
상기 얻어진 모르타르용 방수 조성물은 점도가 물과 유사한 수준으로 제작되며, 투명한 노란색~주황색상을 띠며, 점도에 따라 색 농도가 달라진다.
본 발명에 따른 모르타르용 방수 조성물은 액상 형태로 제조되어, 이를 농도별로 희석하여 모르타르 구조물의 제작에 바람직하게 사용 가능하다. 상기 조성물은 물에 200~2000배로 희석하여 사용할 수 있다.
모르타르 구조물은 시멘트, 골재 및 물을 기본 조성으로 하며, 여기에 각종 첨가제가 사용될 수 있으며, 상기 시멘트는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 건축에서 주로 사용하는 포틀랜드 시멘트, 기경성 시멘트, 수경성 시멘트, 내산 시멘트, 중용열 시멘트, 조강 시멘트, 저열 시멘트, 내황산 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 포틀랜드 포졸란 (실리카) 시멘트, 백색 시멘트, 팽창질석 시멘트, 팽창성 수경 시멘트, 메이슨리 시멘트, 초조강 시멘트, 초속경 시멘트, 방통 시멘트 및 유정 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 가능하다.
골재는 모래와 같은 입자의 크기가 작은 골재를 세골재 또는 잔골재라고 표현한다.
상기 조성에 더하여 모르타르 구조물의 제작시 사용되는 다양한 조성이 더욱 포함될 수 있다. 일례로, 플라이애쉬, 슬래그, 실리카흄, 메타카올린 및 수중불분리성 혼화제, 증점제, 지연제, 급결제 등과 같은 특수한 용도의 화학 혼화제 등이 추가로 포함될 수 있다.
이때 본 발명에서 제시하는 모르타르용 방수 조성물의 사용량은 시멘트의 함량 대비 0.01~0.3 중량%를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.21 중량%가 사용될 수 있다. 일례로, 시멘트 1,000 kg을 사용할 경우, '시멘트 중량*0.21 중량%'로 계산하여 상기 모르타르용 방수 조성물은 2.1 kg으로 사용이 가능하다.
이때 작업 환경에 따라 사용 직전에 상기 방수용 모르타르 조성물을 첨가하거나 레미콘(ready mixed concrete)에 주입하여 충분히 배합한 후 사용 가능하다.
요약하면, 본 발명에서 제시하는 모르타르용 방수 조성물을 이용하여 모르타르 구조물의 제작할 경우 하기의 이점이 있다.
첫째로, 모르타르는 수밀성이 향상될 뿐만 아니라, 건조 수축에 의한 균열생성이 억제된다.
둘째로, 지상으로 노출된 건물 구조물뿐만 아니라 방수가 특히 요구되는 건물 지하의 구조 제작에 사용시에도 뛰어난 방수성과 강도로 인해 건물의 우수한 구조 안정성을 확보할 수 있다.
셋째로, 액상 상태로 제조되어 시멘트 및 모래의 혼합 시 쉽게 첨가될 수 있어 사용이 편리하다.
넷째로, 시멘트 대비 용량 계산이 용이하고, 제작 과정 중 농도별로 제작이 가능하여 사용자의 편의를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 모르타르용 방수재 조성물은 모르타르의 기본재료(시멘트, 모래, 물, 모르타르용 혼화제)와 직접 혼합되어 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 모르타르의 성능을 향상시키기 위한 목적으로 사용되는 플라이애쉬, 슬래그, 실리카흄, 메타카올린 및 수중불분리성 혼화제, 증점제, 지연제, 급결제 등과 같은 특수한 용도의 화학혼화제 등과 함께 안정적으로 사용할 수 있다. 또한 모르타르 생산 과정에서 본 발명에 따른 조성물을 혼합하는 방법뿐만 아니라, 레미콘에 본 발명의 조성물을 혼합하여 사용하는 것 역시 가능하다는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 효과에 대한 이해를 돕기 위하여 실시예, 비교예 및 실험예를 기재한다. 다만, 하기 기재는 본 발명의 내용 및 효과에 관한 일 예에 해당할 뿐, 본 발명의 권리 범위 및 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
유황 25 중량부, 수산화칼륨 10 중량부, 수산화나트륨 15 중량부, 수산화칼슘 10 중량부 및 물 40 중량부를 혼합한 후, 반응기에 가하여 100℃부터 250℃까지 승온시키고 2.5기압 하에서 3시간 동안 가열하였다. 이후 130℃까지 냉각하고 60분동안 교반한 뒤 상온까지 냉각하였다.
상기 반응물에 글리세린 14 중량부, 테레핀유 0.5 중량부, 플루오르화나트륨 0.5 중량부, 플루오르화수소나트륨 0.5 중량부 및 규산나트륨 0.5 중량부를 가하고 5분 동안 교반한 후, 물 32 중량부를 가하여 교반하여 모르타르용 방수 조성물을 제조하였다.
이후 상기 모르타르용 방수 조성물을 시멘트 중량의 0.21 중량%로 가하여 하기 표 1의 배합으로 모르타르를 제조하였다.
< 비교예 1>
상기 실시예 1의 모르타르용 방수 조성물을 가하지 않고 하기 표 1에 나타난 배합으로 모르타르를 제조하였다.
< 비교예 2>
상기 실시예 1의 모르타르용 방수 조성물에서 글리세린만을 포함하지 않은 방수 조성물을 가하여 하기 표 1에 나타난 배합으로 모르타르를 제조하였다.
< 비교예 3>
상기 실시예 1의 모르타르용 방수 조성물 대신 시판되는 방수 조성물을 적정량 가하여 하기 표 1에 나타난 배합으로 모르타르를 제조하였다.
단위(kg/m3) 물 시멘트 잔골재
(모래)		 모르타르용 방수 조성물
(시멘트*0.21 중량%)		 모르타르용 방수 조성물
(시멘트*0.21 중량%, 글리세린 미포함)		 시판용 방수제
실시예 1 126 300 750 0.63 - -
비교예 1 126 300 750 - - -
비교예 2 126 300 750 - 0.63 -
비교예 3 189 300 761 - - 1.5
< 실험예 1> 모르타르 성질 분석( 실시예 1, 비교예 1)
상기 실시예 1에서 제조된 모르타르용 방수 조성물의 성능을 평가하기 위하여, 본 발명의 모르타르용 방수 조성물을 포함하여 제조된 실시예 1의 모르타르와 상기 조성물을 포함하지 않고 제조한 비교예 1의 모르타르의 투수비, 물흡수계수비, 안정성, 압축강도 및 부착강도를 KS F 4925 "시멘트 액체형 방수재"에 따라 2회 측정하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2~4의 항목 중 투수비 및 물흡수강도비는 ‘실시예 1의 값 ÷ 비교예 1~3의 값’을 의미하며, 압축강도 및 부착강도는 실시예 1의 모르타르에 대한 값이다.
구분 1회 결과값 2회 결과값 평균 결과값
투수비 0.59 0.61 0.6
물흡수계수비 0.55 0.53 0.54
안정성 이상없음 이상없음 이상없음
압축강도(N/mm2) 31 31.7 31.35
부착강도(N/mm2) 1.07 1.09 1.08
< 실험예 2> 모르타르 성질 분석( 실시예 1, 비교예 2)
상기 실시예 1에서 제조된 모르타르용 방수 조성물의 성능을 평가하기 위하여, 본 발명의 모르타르용 방수 조성물을 포함하여 제조된 실시예 1의 모르타르와 글리세린만을 포함하지 않고 제조된 모르타르용 방수 조성물을 포함하여 제조한 비교예 2의 모르타르의 투수비, 물흡수계수비, 안정성, 압축강도 및 부착강도를 KS F 4925 "시멘트 액체형 방수재"에 따라 2회 측정하였다. 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 1회 결과값 2회 결과값 평균 결과값
투수비 0.61 0.62 0.615
물흡수계수비 0.60 0.58 0.59
안정성 이상없음 이상없음 이상없음
압축강도(N/mm2) 29 26.3 27.65
부착강도(N/mm2) 1.04 1.01 1.025
< 실험예 3> 모르타르 성질 분석( 실시예 1, 비교예 3)
상기 실시예 1에서 제조된 모르타르용 방수 조성물의 성능을 평가하기 위하여, 본 발명의 모르타르용 방수 조성물을 포함하여 제조된 실시예 1의 모르타르와 시판되는 방수제를 포함하여 제조한 비교예 3의 모르타르의 투수비, 물흡수계수비, 안정성, 압축강도 및 부착강도를 KS F 4925 "시멘트 액체형 방수재"에 따라 2회 측정하였다. 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 1회 결과값 2회 결과값 평균 결과값
투수비 0.62 0.63 0.625
물흡수계수비 0.57 0.56 0.565
안정성 이상없음 이상없음 이상없음
압축강도(N/mm2) 25 24.7 24.85
부착강도(N/mm2) 1.00 1.03 1.015
상기 표 2~4에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 본 발명의 모르타르용 방수 조성물을 포함하여 제조한 모르타르는 비교예 1~3에 비하여 압축강도가 높아 우수한 강도를 가지는 모르타르 경화체를 만들 수 있으며, 물흡수강도비 및 투수비가 낮아 수밀성이 높아 방수성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 유황 분말 18~27 중량부에 수산화칼륨 9~13 중량부, 수산화나트륨 10~18 중량부, 수산화칼슘 6~13 중량부 및 물 30~50 중량부를 포함하는 강염기 수용액을 혼합하고 200~300℃ 및 1.5~3기압 하에서 반응시켜 제조된 유황 수용액 100 중량부에 대해, 글리세린 10~20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모르타르용 방수 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모르타르용 방수 조성물은 액상인 것을 특징으로 하는 모르타르용 방수 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모르타르용 방수 조성물은 유황 수용액 100 중량부에 대해 테레핀유 0.1~1 중량부, 플루오르화나트륨 0.1~1 중량부, 플루오르화수소나트륨 0.1~1 중량부, 규산나트륨 0.1~1 중량부 및 물 20~40 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모르타르용 방수 조성물.
  5. 시멘트, 물, 골재를 혼합하는 단계를 포함하는 모르타르 건축물의 시공 방법에 있어서,
    상기 혼합단계에 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 따른 모르타르용 방수 조성물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 모르타르 건축물의 시공 방법.
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