KR101740872B1 - 수경성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, α-하이드록시술폰산 또는 그 염, 수경성 분체 및 물을 함유하고, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상인 수경성 조성물이다.

Description

수경성 조성물{WATER-SETTABLE COMPOSITION}
본 발명은, 수경성 조성물에 관한 것이다.
토목 분야, 건축 분야 등에 사용되는 수경성 조성물은, 수경성 분체와 물을 함유하고 있다. 수경성 분체로는, 포틀랜드 시멘트 (JIS R 5210), 고로 시멘트 (JIS R 5211), 실리카 시멘트 (JIS R 5212), 플라이애시 시멘트 (JIS R 5213), 알루미나 시멘트 등을 들 수 있다. 시멘트의 품질 규격으로는, 유럽이나 중국과 같이 강도의 관점에서 강도 클래스 (예를 들어, 28 일 강도에 대해 3 랭크, 초기 강도에 대해 2 랭크) 가 구별되는 경우도 있지만, 어느 경우에도, 수경성 분체의 주성분으로서 시멘트가 포함되어 있다. 이 이유는, 경화 후의 형틀 탈형에 필요시되는 강도, 특히 초기 강도로 나타내는 3 일 강도를 담보하는 것을 한 요인으로서 들 수 있다.
일본 공개특허공보 소61-117142호에는, 경화 촉진된 시멘트 조성물로서, 하이드록시메탄술폰산나트륨 및 티오시안산나트륨을 함유하는 시멘트 조성물이 개시되어 있다.
한편, 철강 산업에서는, 광석으로부터의 철 제련시의 부산물로서, 야금 대상으로 하는 금속으로부터 용융에 의해 분리된 광물 성분을 함유하는 물질이 발생한다. 이 물질은, 슬러그라고 불리고 있다. 종래, 슬러그는, 주로 건재 분야의 원료, 제품의 일부로서 적극적으로 활용되어 오고 있고, 특히 시멘트 분야에 있어서는, 원료로서 뿐만 아니라, 시멘트에 배합한 제품, 혼합재로서도 사용되고 있다.
그러나, 슬러그는 잠재 수경성을 갖는 광물이지만, 3 일 정도의 초기 강도는 거의 발현하지 않는다. 이 때문에 초기 강도를 높게 발현시키기 위해서, 시멘트의 배합량이나 분말도 향상 등으로 대응하고 있다.
일본 공표특허공보 2013-517202호에는, 시멘트를 포함하지 않는 알칼리 활성 결합재로서, 슬러그에 알칼리성 수산화물과 탄산염으로 이루어지는 복합 활성화제를 함유하는 모르타르, 또는 콘크리트가 개시되어 있다.
본 발명은, α-하이드록시술폰산 또는 그 염, 수경성 분체 및 물을 함유하고, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상인, 수경성 조성물에 관한 것이다.
수경성 조성물을 구조물의 재료로서 사용하기 위해서는, 현 상황에 있어서는 시멘트와 같은 수경성 화합물을 어느 정도 사용하는 것이 필요시된다. 품질 규격의 범위 내에서 슬러그의 혼합량을 증가시킨 조성으로 수경성 조성물의 경화체의 초기 강도를 높게 할 수 있으면, 시멘트량의 삭감으로 이어진다. 그리고, 시멘트량을 삭감하는 것은, 시멘트 제조시에 발생하는 온실 효과 가스의 배출 삭감의 관점에서 중요하다.
일본 공표특허공보 2013-517202호에서는, 무기 화합물인 알칼리성 수산화물과 탄산염을 알칼리 활성화제로서 사용하고 있는데, 알칼리 활성화제가 분말인 것이나 슬러그 등의 원재료와 혼합하여 결합재로 하는 것 등의 취급성 면, 초기 강도의 향상 면에서는, 추가적인 개량이 요망된다.
본 발명은, 슬러그를 수경성 분체의 주성분으로서 사용한, 초기 강도가 높은 수경성 조성물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 슬러그를 수경성 분체의 주성분으로서 사용한, 초기 강도가 높은 수경성 조성물이 제공된다.
본 발명의 수경성 조성물은, 슬러그와 α-하이드록시술폰산 또는 그 염을 함유하고, 바람직하게는 추가로 알칸올아민, 또 바람직하게는 추가로 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유한다. 이와 같은 조성에 의해, 수경성 조성물의 경화시의 압축 강도, 특히 초기 강도를 향상시킨다는 효과를 발휘한다. 이와 같은 효과를 발휘하는 이유는 확실하지 않지만, 이하와 같이 생각된다.
α-하이드록시술폰산 또는 그 염은, 물과 슬러그를 함유하는 수경성 조성물 중에 있어서 분해되고, 더욱 산화됨으로써, 황산 이온을 방출하는 것으로 추정된다. 또한, 계 중에 존재하는 칼슘, 알루미늄과 반응함으로써, 예를 들어 몰 체적이 큰 에트린가이트를 생성하고, 효율적으로 공극을 매립함으로써 강도가 향상되는 것으로 추측된다.
또, α-하이드록시술폰산 또는 그 염은, 수경성 분체를 함유하는 수경성 조성물의 조제시에 첨가제로서 사용하거나, 혹은 수경성 분체의 제조시에 슬러그를 주체로 하는 화합물의 분쇄시에 사용함으로써, 슬러그를 주체로 하는 수경성 분체에 대해 수화율의 향상 효과, 나아가서는 경화체의 초기 강도 향상 효과가 발현하는 것으로 추정된다.
추가로, 알칸올아민, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유하는 경우에는, 수화 생성물의 제어에 의한 수화율 향상 효과뿐만 아니라, 수화 속도의 증진이 일어나, 보다 강도가 향상되는 것으로 생각된다.
α-하이드록시술폰산은, α-하이드록시알칸술폰산으로도 칭해지는 화합물이며,
[화학식 1]
Figure 112016060404117-pct00001
로 나타내는 화합물이다. 여기서, R1, R2 는 각각 독립적으로, 프로톤 또는 하이드록시기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기, 예를 들어, 하이드록시기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1이상 10 이하의 알킬기이다.
α-하이드록시술폰산으로는, 탄소수 1 이상, 바람직하게는 10 이하, 보다 바람직하게는 6 이하, 더욱 바람직하게는 4 이하인 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 하이드록시메탄술폰산, 1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산을 들 수 있다.
α-하이드록시술폰산의 염은, 나트륨염, 칼륨염 등의 알칼리 금속염을 들 수 있다. 수경성 조성물이 필요한 강도에 도달할 때까지의 시간을 단축하는 관점에서, α-하이드록시술폰산염이 바람직하다. 보다 바람직하게는 α-하이드록시술폰산의 알칼리 금속염이고, 더욱 바람직하게는 α-하이드록시술폰산의 나트륨염이다.
α-하이드록시술폰산 또는 그 염은, 하이드록시메탄술폰산, 1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산, 및 이들 염에서 선택되는 1 종 이상의 화합물이 바람직하다.
α-하이드록시술폰산 또는 그 염은, 시판품을 사용할 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, α-하이드록시술폰산 또는 그 염을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 수경성 화합물의 초기 강도의 관점에서, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.015 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.030 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.050 질량부 이상, 그리고, 수경성 화합물의 초기 강도 및 첨가제 비용의 관점에서, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.15 질량부 이하 함유한다.
본 발명의 수경성 조성물은, 수경성 분체를 함유한다. 그리고, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상이다.
본 발명에 있어서, 수경성 분체란, 물과 반응하여 경화되는 성질을 갖는 물질 및 단독으로는 경화성을 갖지 않지만, 석회나 시멘트와 같은 알칼리 물질 및 물과 조합하면, 물을 통하여 상호 작용에 의해 수화물을 형성하고 경화되는 성질을 갖는 물질의 양방을 의미한다.
슬러그는, 광석으로부터의 금속 제련시에, 야금 대상으로 하는 금속으로부터 용융에 의해 분리된 광물 성분을 함유하는 물질이다.
슬러그는, 단독으로는 경화성을 갖지 않지만, 석회나 시멘트와 같은 알칼리 물질 및 물과 조합하면, 물을 통하여 상호 작용에 의해 수화물을 형성하고 경화되는 성질 (잠재 수경성) 을 갖는다. 이 잠재 수경성이 높은 슬러그는, 유리화율이 높고, 염기도가 높은 것이 바람직하다. 슬러그는, 보통 포틀랜드 시멘트보다 응결이 느리고, 초기재령에 있어서의 강도도 저하되지만, 장기재령에 있어서의 강도는 보통 포틀랜드 시멘트와 동등 이상이 된다. 또, 경화된 조성물은 치밀한 구조가 되기 때문에, 화학 저항성이 높아진다. 또한, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트에 비해, 발생하는 수화열이 대폭 억제되기 때문에, 균열이 적은 치밀한 구조가 된다. 이와 같은 슬러그를 사용하는 경우의 이점에 추가로, 본 발명에서는, 경화체의 초기 강도가 향상된다.
슬러그로는, 슬러그의 품질 안정성의 관점에서, 철강 제조 공정에 있어서 부산물로서 발생하는 철강 슬러그를 들 수 있고, 고로 슬러그가 바람직하며, 나아가 고로 수쇄 (水碎) 슬러그가 바람직하다.
본 발명에서는, 3 일 강도에 있어서의 무첨가로부터의 강도 향상율의 관점에서, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 바람직하게는 80 질량% 이상, 보다 바람직하게는 84 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 88 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 99 질량% 이하, 보다 바람직하게는 95 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 92 질량% 이하이다.
슬러그 이외의 수경성 분체는, 물과 반응하여 경화되는 성질을 갖는 물질 및 슬러그 이외의 잠재 수경성을 갖는 물질로부터 선택되는 분체인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 시멘트, 석고, 알칼리 토금속 수산화물, 플라이애시, 실리카 퓸 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 시멘트 제조시에 발생하는 온실 효과 가스의 배출 삭감의 관점에서, 수경성 분체 중, 시멘트의 비율이 바람직하게는 35 질량% 이하, 보다 바람직하게는 25 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 10 질량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 7 질량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 5 질량% 이하이며, 그리고, 바람직하게는 0 질량% 이상이다. 시멘트의 비율이 실질 0 질량% 또는 0 질량% 인 것이 보다 더욱 바람직하다. 실질 0 질량% 란, 시멘트의 비율이, 수경성 분체로서 기능하는 양에 도달하지 않은 것을 의미한다.
본 발명에서는, 수경성 분체라고 하는 경우, 슬러그, 시멘트, 석고, 및 수산화칼슘을 가리키는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 수경성 분체로는, 슬러그를 함유하는 슬러그 조성물, 추가로 슬러그 및 임의로 그 밖의 분체를 함유하는 슬러그 조성물을 들 수 있다. 수경성 분체는, 슬러그, 석고, 및 수산화칼슘을 함유하는 슬러그 조성물이 바람직하다.
슬러그 조성물은, 슬러그를 60 질량% 이상, 바람직하게는 70 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 95 질량% 이하, 보다 바람직하게는 93 질량% 이하 함유한다.
또, 슬러그 조성물은, 석고를 이수 석고로 환산하고, 바람직하게는 3 질량% 이상, 보다 바람직하게는 5 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 8 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 40 질량% 이하, 보다 바람직하게는 20 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 13 질량% 이하 함유한다.
또, 슬러그 조성물은, 수산화칼슘을 바람직하게는 0 질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 5 질량% 이하, 보다 바람직하게는 2 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량% 이하 함유한다.
또, 수경성 분체 중, 슬러그 조성물의 함유량은, 바람직하게는 65 질량% 이상, 보다 바람직하게는 75 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 90 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 93 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 95 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 실질 100 질량% 또는 100 질량% 이다. 실질 100 질량% 란, 의도적으로 슬러그 조성물 이외의 분체를 첨가하지 않는 것을 의미하고, 제조 공정에서 불가피적으로 혼입되어 버리는 매우 소량의 그 밖의 분체를 함유해도 되는 것을 의미한다.
수경성 분체로서의 고로 슬러그 분말을 얻는 경우, 예를 들어, 광석으로부터의 금속 제련시에, 야금 대상으로 하는 금속으로부터 용융에 의해 분리된 광물 성분을 함유하는 물질 (슬러그 전구 물질) 을, 가압수를 분사하거나 하여 급격하게 냉각 처리하여 모래 형상의 슬러그로 하고, 얻어진 모래 형상의 슬러그를 분쇄함으로써, 소정의 비표면적, 예를 들어 블레인값 3000 ㎠/g 이상의 비표면적을 갖는 고로 슬러그 분말로서 제조된다. 이와 같이 하여 얻어진 고로 슬러그 분말과, 석고 및 수산화칼슘을 혼합하여 수경성 분체를 조제할 수 있다. 또 석고 및 수산화칼슘은, 모래 형상의 슬러그를 분쇄할 때에 추가해도 된다. 수경성 분체는 시멘트를 함유해도 되지만, 본 발명에서는 시멘트의 사용량을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 수경성 분체는, 원료, 용도 (시멘트의 강도 클래스) 등에 따라, 적당한 입경의 분체가 얻어지도록, 분쇄의 조건을 조정하여 얻을 수 있다. 물과 반응하여 경화되는 성질을 갖는 물질의 경우, 수화 반응의 관점에서 비표면적 (블레인값) 이, 바람직하게는 2000 ㎠/g 이상, 보다 바람직하게는 2500 ㎠/g 이상, 더욱 바람직하게는 3000 ㎠/g 이상, 그리고, 분쇄에 수반되는 에너지 삭감의 관점 및 수화열에 수반되는 균열 방지의 관점에서, 바람직하게는 10000 ㎠/g 이하, 보다 바람직하게는 7000 ㎠/g 이하, 더욱 바람직하게는 5000 ㎠/g 이하이다. 또, 슬러그의 비표면적은, 바람직하게는 2000 ㎠/g 이상, 보다 바람직하게는 2500 ㎠/g 이상, 더욱 바람직하게는 3000 ㎠/g 이상, 그리고, 바람직하게는 10000 ㎠/g 이하, 보다 바람직하게는 7000 ㎠/g 이하, 더욱 바람직하게는 5000 ㎠/g 이하이다. 목적으로 하는 비표면적은, 예를 들어 분쇄 시간을 조정함으로써 얻을 수 있다. 분쇄 시간을 길게 하면 비표면적이 커지고, 짧게 하면 비표면적이 작아지는 경향이 있다.
모래 형상의 슬러그의 분쇄에 사용되는 분쇄 장치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 시멘트 등의 분쇄에서 범용되고 있는 볼 밀, 수형 (竪型) 밀을 들 수 있다. 그 장치의 분쇄 매체 (예를 들어 분쇄 볼, 롤러) 의 재질은, 피분쇄물 (예를 들어 고로 수쇄 슬러그) 과 동등하거나 또는 그 이상의 경도를 갖는 것이 바람직하고, 일반적으로 입수 가능한 시판품으로는, 예를 들어 강, 스테인리스, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 텅스텐카바이드 등을 들 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, 알칸올아민을 함유할 수 있다. 알칸올아민은, 수경성 분체의 조성에 따라 첨가량을 조정하여 사용함으로써, 초기 강도를 보다 향상시킬 수 있다. 알칸올아민을 첨가함으로써, 적당한 킬레이트 작용에 의해, 슬러그 조성물에 함유되는 성분으로부터 에트린가이트의 생성을 더욱 촉진시킬 것으로 추정된다.
알칸올아민으로는, 모노알칸올아민, 디알칸올아민, 트리알칸올아민을 들 수 있다. 알칸올아민으로는, 탄소수 1 이상 5 이하의 알칸올기를 1 개 갖는 모노알칸올아민, 탄소수 1 이상 5 이하의 알칸올기를 2 개 갖는 디알칸올아민, 탄소수 1이상 5 이하의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민을 들 수 있다. 알칸올아민은, 트리알칸올아민이 바람직하고, 탄소수 1 이상 4 이하의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민이 보다 바람직하며, 탄소수 2 또는 3 의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민을 들 수 있다. 알칸올아민은, 시판품을 사용할 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, 알칸올아민을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 수경성 화합물의 초기 강도의 관점에서, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.010 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.050 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.070 질량부 이상 함유하고, 그리고, 수경성 화합물의 초기 강도 및 첨가 비용의 관점에서, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.250 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.150 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.120 질량부 이하 함유한다.
본 발명의 수경성 조성물이 알칸올아민을 함유하는 경우, α-하이드록시술폰산 또는 그 염과, 알칸올아민의 질량비 (α-하이드록시술폰산 또는 그 염/알칸올아민) 는, 수경성 화합물의 초기 강도의 관점에서, 바람직하게는 25/75 이상, 보다 바람직하게는 30/70 이상이며, 그리고, 바람직하게는 75/25 이하, 보다 바람직하게는 60/40 이하이다.
본 발명의 수경성 조성물은, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유할 수 있다. 수산기를 갖는 방향족 화합물은, 초기 강도를 보다 향상시킬 수 있는 성분으로서 바람직하다. 수산기를 갖는 방향족 화합물은, 슬러그 조성물에 함유되는 성분의 초기의 수화를 촉진시키고, 수화 반응 속도를 높여 보다 조기에 강도를 향상시키는 것으로 추정된다. 즉, 슬러그 조성물로부터 수화 직후에 생성되는 치밀한 실리케이트 수화물층 (겔상층) 은, 통상, 초기의 수화의 저해 인자가 되지만, 수산기를 갖는 방향족 화합물의 킬레이트 작용에 의해, 상기 겔상층의 물에 대한 용해가 촉진됨으로써, 수화 반응의 저해가 없어져, 보다 조기에 강도가 향상되는 것으로 추정된다.
수산기를 갖는 방향족 화합물로는, 수산기를 갖는 총 탄소수 6 이상 12 이하의 방향족 화합물이 바람직하다. 또, 수산기의 수는 1 개 이상 5 개 이하가 바람직하다. 즉, 수산기를 갖는 방향족 화합물로는, 수산기를 1 개 이상 5 개 이하 갖는 총 탄소수 6 이상 12 이하의 방향족 화합물이 바람직하다. 수산기를 갖는 방향족 화합물로는, 시아노카테콜, 니트로카테콜 등을 들 수 있고, 4-시아노카테콜, 4-니트로카테콜이 바람직하다. 수산기를 갖는 방향족 화합물은, 시판품을 사용할 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, 수산기를 갖는 방향족 화합물을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 수경성 조성물의 초기 강도를 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.001 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.003 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.010 질량부 이상 함유하고, 그리고, 첨가 비용을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.20 질량부 이하 함유한다.
본 발명의 수경성 조성물이 알칸올아민을 함유하는 경우에는, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유하는 것도 바람직하다.
α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 알칸올아민과 수산기를 갖는 방향족 화합물을 존재시켜 수경성 조성물을 얻기 위해서는, 예를 들어 슬러그를 함유하는 수경성 분체에, α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 알칸올아민과 수산기를 갖는 방향족 화합물을 첨가하여 물과 함께 혼련하는 것이 바람직하다. 첨가하는 방법으로는, α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염, 알칸올아민, 수산기를 갖는 방향족 화합물의 각각을 함유하는 액상물, 바람직하게는 수용액을, 슬러그를 함유하는 수경성 분체에 공급하는 방법을 들 수 있다. α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염, 알칸올아민, 수산기를 갖는 방향족 화합물은, 각각을 액상물, 바람직하게는 수용액으로서 각각 슬러그를 함유하는 수경성 분체에 첨가해도 되고, 양자를 혼합한 후에 슬러그를 함유하는 수경성 분체에 첨가해도 된다. 이들 성분의 첨가는, 최종적으로 사용되는 전체량을 일괄로 첨가해도 되고, 분할하여 첨가해도 된다. 또, 연속적 또는 간헐적으로 첨가해도 된다. 나아가, 수경성 분체의 원료의 분쇄시에 첨가해도 된다.
수경성 조성물 중의 공기량의 증대에 따른 강도 저하를 억제하는 관점에서, 본 발명의 수경성 조성물은, 추가로 소포제를 함유할 수 있다. 또, 소포제를 수경성 분체의 제조시에 존재시킴으로써, 얻어지는 수경성 분체의 표면에 소포제를 균일하게 분포시켜, 상기 억제 효과를 보다 효과적으로 발현시킬 수도 있다. 즉, α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 소포제의 존재 하에서, 혹은, α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 알칸올아민과 수산기를 갖는 방향족 화합물과 소포제의 존재 하에서, 수경성 조성물에 있어서의 공기량의 증대에 따른 수경성 조성물의 압축 강도 저하를 억제할 수 있다.
소포제로는, 실리콘계 소포제, 지방산 에스테르계 소포제 및 에테르계 소포제로부터 선택되는 소포제가 바람직하고, 실리콘계 소포제에서는 디메틸폴리실록산이 보다 바람직하고, 지방산 에스테르계 소포제에서는 폴리알킬렌글리콜 지방산 에스테르가 보다 바람직하며, 에테르계 소포제에서는 폴리알킬렌글리콜에테르가 보다 바람직하다.
본 발명의 수경성 조성물은, 알칼리 금속 수산화물을 함유할 수 있다. 알칼리 금속 수산화물은, 초기 강도를 보다 향상시킬 수 있는 성분으로서 바람직하다.
알칼리 금속 수산화물로는, 입수성의 관점에서, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속을 갖는 수산화물이 바람직하고, 나트륨 및 칼륨으로부터 선택되는 알칼리 금속을 갖는 수산화물이 보다 바람직하다. 알칼리 금속 수산화물로는, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 들 수 있고, 수산화나트륨이 바람직하다. 알칼리 금속 수산화물은, 시판품을 사용할 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, 알칼리 금속 수산화물을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 포졸란 반응을 촉진시키는 관점에서, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.001 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.005 질량부 이상 함유하고, 그리고, 포졸란 반응을 제어하는 관점에서, 바람직하게는 1.0 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.10 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.05 질량부 이하 함유한다.
α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 알칸올아민과 수산기를 갖는 방향족 화합물과 알칼리 금속 수산화물을 존재시켜 수경성 조성물을 얻기 위해서는, 예를 들어 슬러그를 함유하는 수경성 분체에, α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염과 알칸올아민과 수산기를 갖는 방향족 화합물과 알칼리 금속 수산화물을 첨가하여 물과 함께 혼련하는 것이 바람직하다. 첨가하는 방법으로는, 각각을 함유하는 액상물, 바람직하게는 수용액에 의해 공급하는 방법을 들 수 있다. α-하이드록시메탄술폰산 또는 그 염, 알칸올아민, 수산기를 갖는 방향족 화합물, 알칼리 금속 수산화물은, 각각을 액상물, 바람직하게는 수용액으로서 각각 슬러그를 함유하는 수경성 분체에 첨가해도 되고, 양자를 혼합한 후에 슬러그를 함유하는 수경성 분체에 첨가해도 된다. 이들 성분의 첨가는, 최종적으로 사용되는 전체량을 일괄로 첨가해도 되고, 분할하여 첨가해도 된다. 또, 연속적 또는 간헐적으로 첨가해도 된다. 나아가, 수경성 분체의 분쇄시에 첨가해도 된다.
본 발명의 수경성 조성물은, 골재를 함유할 수 있다. 골재로는, 세 (細) 골재나 조 (粗) 골재 등을 들 수 있고, 세골재는 산사, 육사, 강사, 쇄사가 바람직하고, 조골재는 산자갈, 육자갈, 강자갈, 쇄석이 바람직하다. 용도에 따라서는, 경량 골재를 사용해도 된다. 또한, 골재의 용어는, 「콘크리트 총람」 (1998년 6월 10일, 기술 서원 발행) 에 따른다. 골재의 함유량은, 통상적으로 사용되는 모르타르나 콘크리트에서의 범위에서 사용할 수 있다.
본 발명의 수경성 조성물은, 유동성을 높이는 관점에서, 분산제를 함유할 수 있다. 분산제로는, 인산에스테르계 중합체, 폴리카르복실산계 공중합체, 술폰산계 공중합체, 나프탈렌계 중합체, 멜라민계 중합체, 페놀계 중합체, 리그닌계 중합체 등의 분산제를 들 수 있다. 분산제는 그 밖의 성분을 배합한 혼화제여도 된다.
본 발명의 수경성 조성물은, 추가로 그 밖의 성분을 함유할 수도 있다. 예를 들어, 수지 비누, 포화 혹은 불포화 지방산, 라우릴술페이트, 알킬벤젠술폰산 또는 그 염, 알칸술포네이트, 폴리옥시알킬렌알킬(또는 알킬페닐)에테르, 폴리옥시알킬렌알킬(또는 알킬페닐)에테르황산에스테르 또는 그 염, 폴리옥시알킬렌알킬(또는 알킬페닐)에테르인산에스테르 또는 그 염, 단백질 재료, 알케닐숙신산, α-올레핀술포네이트 등의 AE 제를 들 수 있다.
또, 글루콘산, 글루코헵톤산, 아라본산, 말산, 시트르산 등의 옥시카르복실산계 지연제, 덱스트린, 단당류, 올리고당류, 다당류 등의 당계 지연제, 당알코올계 지연제 등의 지연제;기포제;증점제;규사;염화칼슘, 아질산칼슘, 질산칼슘, 브롬화칼슘, 요오드화칼슘 등의 가용성 칼슘염, 염화철, 염화마그네슘 등의 염화물 등, 탄산염, 포름산 또는 그 염 등의 조강제 또는 촉진제;발포제;수지산 또는 그 염, 지방산 에스테르, 유지, 실리콘, 파라핀, 아스팔트, 왁스 등의 방수제;유동화제;디메틸폴리실록산계, 폴리알킬렌글리콜 지방산 에스테르계, 광유계, 유지계, 옥시알킬렌계, 알코올계, 아미드계 등의 소포제를 들 수 있다.
추가로, 아질산염, 인산염, 산화아연 등의 방청제;메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계, β-1,3-글루칸, 잔탄검 등의 천연물계, 폴리아크릴산아미드, 폴리에틸렌글리콜, 올레일알코올의 에틸렌옥사이드 부가물 혹은 이것과 비닐시클로헥센디에폭시드의 반응물 등의 합성계 등의 수용성 고분자;(메트)아크릴산알킬 등의 고분자 에멀션을 들 수 있다.
본 발명에 의해 얻어진 수경성 조성물은, 경화시의 압축 강도, 그 중에서도 초기 강도가 향상된 것이 된다.
본 발명에 의해 얻어진 수경성 조성물은, 콘크리트 구조물이나 콘크리트 제품의 재료로서 사용할 수 있다. 본 발명에 의해 얻어진 수경성 조성물을 사용한 콘크리트는, 물에 접촉하고 나서부터 3 일 후와 같은 초기 압축 강도가 향상되기 때문에, 예를 들어, 시멘트를 사용한 콘크리트와 동일한 탈형 시간을 얻을 수 있다. 또, 보통 포틀랜드 시멘트와 비교하여 장기 강도의 향상을 기대할 수 있거나, 화학 저항성이 향상되거나 하는 이점을 갖는다. 또한, 물에 접촉하고 난 후의 초기재령 강도가 낮은 수경성 분체 (플라이애시, 실리카 퓸, 석회석 등) 를, 수경성 분체 중의 슬러그의 비율을 저해하지 않는 범위에서 배합, 치환해도, 동등 이상의, 물에 접촉하고 나서부터 3 일 후의 압축 강도를 얻을 수 있거나 한 이점을 갖는다.
본 발명의 수경성 조성물로는, 모르타르, 콘크리트를 들 수 있다. 또, 본 발명의 수경성 조성물은, 셀프 레벨링용, 내화물용, 플라스터용, 경량 또는 중량 콘크리트용, AE 용, 보수용, 프리팩트용, 트레이미용, 지반 개량용, 그라우트용, 한중용 (寒中用) 등의 어느 분야에 있어서도 유용하다. 24 시간 정도에서 강도를 발현하고, 조기에 형틀로부터 탈형이 가능해지는 관점에서, 콘크리트 진동 제품이나 원심 성형품 등의 콘크리트 제품에 사용하는 것이 바람직하다.
이하에 본 발명의 양태를 설명한다.
<1> α-하이드록시술폰산 또는 그 염, 수경성 분체 및 물을 함유하고, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상인, 수경성 조성물.
<2> α-하이드록시술폰산 또는 그 염을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.015 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.030 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.050 질량부 이상, 그리고, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.15 질량부 이하 함유하는, 상기 <1> 에 기재된 수경성 조성물.
<3> 수경성 분체 중, 시멘트의 비율이, 바람직하게는 35 질량% 이하, 보다 바람직하게는 25 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 10 질량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 7 질량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 5 질량% 이하이며, 그리고, 바람직하게는 0 질량% 이상이거나, 혹은, 수경성 분체 중, 시멘트의 비율이 실질 0 질량% 또는 0 질량% 인, 상기 <1> 또는 <2> 에 기재된 수경성 조성물.
<4> 수경성 분체가, 슬러그를 함유하는 슬러그 조성물, 추가로 슬러그 및 임의로 그 밖의 분체를 함유하는 슬러그 조성물, 추가로 슬러그, 석고, 및 수산화칼슘을 함유하는 슬러그 조성물인, 상기 <1> ∼ <3> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<5> 슬러그 조성물이, 슬러그를 60 질량% 이상, 바람직하게는 70 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 95 질량% 이하, 보다 바람직하게는 93 질량% 이하 함유하는, 상기 <4> 에 기재된 수경성 조성물.
<6> 슬러그 조성물이, 석고를 이수 석고로 환산하고, 바람직하게는 3 질량% 이상, 보다 바람직하게는 5 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 8 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 40 질량% 이하, 보다 바람직하게는 20 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 13 질량% 이하 함유하는, 상기 <4> 또는 <5> 에 기재된 수경성 조성물.
<7> 슬러그 조성물이, 수산화칼슘을 바람직하게는 0 질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 질량% 이상, 그리고, 바람직하게는 5 질량% 이하, 보다 바람직하게는 2 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량% 이하 함유하는, 상기 <4> ∼ <6> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<8> 수경성 분체 중, 슬러그 조성물의 함유량이, 바람직하게는 65 질량% 이상, 보다 바람직하게는 75 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 90 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 93 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 95 질량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 실질 100 질량% 또는 100 질량% 인, 상기 <4> ∼ <7> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<9> 추가로, 알칸올아민을 함유하는, 상기 <1> ∼ <8> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<10> 알칸올아민이, 모노알칸올아민, 디알칸올아민, 및 트리알칸올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민인, 상기 <9> 에 기재된 수경성 조성물.
<11> 알칸올아민이, 탄소수 1 이상 5 이하의 알칸올기를 1 개 갖는 모노알칸올아민, 탄소수 1 이상 5 이하의 알칸올기를 2 개 갖는 디알칸올아민, 및 탄소수 1 이상 5 이하의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민이고, 바람직하게는 트리알칸올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민이고, 보다 바람직하게는 탄소수 1 이상 4 이하의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 2 또는 3 의 알칸올기를 3 개 갖는 트리알칸올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민이며, 보다 더욱 바람직하게는, 트리에탄올아민, 및 트리이소프로판올아민으로부터 선택되는 1 종 이상의 알칸올아민인, 상기 <9> 또는 <10> 에 기재된 수경성 조성물.
<12> 알칸올아민을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.010 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.050 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.070 질량부 이상, 그리고, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.250 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.150 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.120 질량부 이하 함유하는, 상기 <9> ∼ <11> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<13> 추가로, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유하는, 상기 <1> ∼ <12> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<14> 수산기를 갖는 방향족 화합물이, 수산기를 갖는 총 탄소수 6 이상 12 이하의 방향족 화합물이고, 또한 수산기를 1 개 이상 5 개 이하 갖는 총 탄소수 6 이상 12 이하의 방향족 화합물이며, 또한 시아노카테콜, 및 니트로카테콜로부터 선택되는 1 종 이상의 수산기를 갖는 방향족 화합물이고, 또한 4-시아노카테콜, 및 4-니트로카테콜로부터 선택되는 1 종 이상의 수산기를 갖는 방향족 화합물인, 상기 <13> 에 기재된 수경성 조성물.
<15> 수산기를 갖는 방향족 화합물을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.001 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.003 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.005 질량부 이상, 보다 더욱 바람직하게는 0.010 질량부 이상 함유하고, 그리고, 바람직하게는 1.000 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.500 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.20 질량부 이하 함유하는, 상기 <13> 또는 <14> 에 기재된 수경성 조성물.
<16> 추가로, 소포제를 함유하는, 상기 <1> ∼ <15> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<17> 소포제가, 실리콘계 소포제, 지방산 에스테르계 소포제 및 에테르계 소포제로부터 선택되는 소포제인, 상기 <16> 에 기재된 수경성 조성물.
<18> 실리콘계 소포제가 디메틸폴리실록산인, 상기 <16> 또는 <17> 에 기재된 수경성 조성물.
<19> 지방산 에스테르계 소포제가 폴리알킬렌글리콜 지방산 에스테르인, 상기 <16> ∼ <18> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<20> 에테르계 소포제가 폴리알킬렌글리콜에테르인, 상기 <16> ∼ <19> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<21> 추가로, 알칼리 금속 수산화물을 함유하는, 상기 <1> ∼ <20> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
<22> 알칼리 금속 수산화물이, 리튬, 나트륨, 및 칼륨으로부터 선택되는 알칼리 금속을 갖는 수산화물이고, 또한 나트륨, 및 칼륨으로부터 선택되는 알칼리 금속을 갖는 수산화물이거나, 혹은, 수산화리튬, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨으로부터 선택되는 화합물이며, 또한 수산화나트륨인, 상기 <21> 에 기재된 수경성 조성물.
<23> 알칼리 금속 수산화물을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.0005 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.001 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.005 질량부 이상 함유하고, 그리고, 바람직하게는 1.0 질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.10 질량부 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.05 질량부 이하 함유하는, 상기 <21> 또는 <22> 에 기재된 수경성 조성물.
<24> α-하이드록시술폰산 또는 그 염이, 탄소수 1 이상, 바람직하게는 10 이하, 보다 바람직하게는 6 이하, 더욱 바람직하게는 4 이하인 α-하이드록시술폰산 또는 그 염이고, 또한 하이드록시메탄술폰산, 1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산, 및 이들 염에서 선택되는 1 종 이상의 화합물인, 상기 <1> ∼ <23> 중 어느 하나에 기재된 수경성 조성물.
실시예
다음의 실시예는 본 발명의 실시에 대해 서술한다. 실시예는 본 발명의 예시에 대해 서술하는 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
시멘트의 물리 시험 방법 (JIS R 5201) 부속서 2 (시멘트의 시험 방법-강도의 측정) 에 따라 수경성 조성물을 조제하였다. 얻어진 수경성 조성물의 압축 강도를, 시멘트의 물리 시험 방법 (JIS R 5201) 부속서 2 (시멘트의 시험 방법-강도의 측정) 에 따라 평가하였다.
수경성 조성물의 배합은 표 1 과 같다. 표 1 의 배합에 있어서, 각각, 소포제로서 폼렉스 797 (닛카 화학 주식회사 제조) 을 0.03 g 첨가하였다.
또, 수경성 분체의 일부로서, 슬러그 조성물인 표 2 의 배합 1, 배합 2, 또는 배합 3 을 사용하였다.
수경성 조성물 조제 후, 3 일 후의 압축 강도를 측정하였다. 일부의 시험예에서는 28 일 후의 압축 강도도 측정하였다. 결과를 표 3 ∼ 6 에 나타냈다. 표 3 ∼ 6 중, 압축 강도의 상대치는, 각 시험 No. 의 지번 (枝番) 이 「-1」인 비교예의 결과를 100 으로 하는 상대치이다.
표 3 ∼ 6 에서는, α-하이드록시술폰산 또는 그 염을 (A) 성분, 알칸올아민을 (B) 성분, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 (C) 성분, NaOH 를 (D) 성분으로 하여 나타내었다.
또, 표 3 ∼ 6 중의 약호는 이하의 의미이다.
·DHPS:1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산나트륨
·HMS:하이드록시메탄술폰산나트륨
·TEA:트리에탄올아민
·TiPA:트리이소프로판올아민
Figure 112016060404117-pct00002
표 1 의 기호는 이하의 의미이다.
·W:물
·P:수경성 분체 (표 2 의 슬러그 조성물 또는 표 3 ∼ 6 의 수경성 분체)
·S:세골재 (시멘트 강도 시험용 표준 모래:일반 사단법인 시멘트 협회 제조)
Figure 112016060404117-pct00003
*1 슬러그:스피릿 S-40A (닛테츠 스미킨 시멘트 주식회사 제조)
Figure 112016060404117-pct00004
*질량부:수경성 분체 100 질량부에 대한 질량부 (이하 동일)
*1 보통 시멘트:태평양 시멘트 주식회사 제조
*2 고로 시멘트 B 종:스미토모 오사카 시멘트 주식회사 제조
표 3 으로부터, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상인 수경성 분체를 사용한 실시예에서는, α-하이드록시술폰산 또는 그 염을 함유함으로써, 함유하지 않는 경우보다 3 일 후의 압축 강도가 향상되고, 추가로 알칸올아민을 병용함으로써 더욱 압축 강도가 향상되는 것을 알 수 있다. 한편, 슬러그의 비율이 40 ∼ 45 질량% 인 고로 시멘트 B 종을 사용한 비교예에서는, α-하이드록시술폰산 또는 그 염을 함유해도 압축 강도는 향상되지 않고, 슬러그를 함유하지 않는 보통 시멘트에서는, α-하이드록시술폰산 또는 그 염을 함유해도 압축 강도의 향상은 6 % 정도인 것을 알 수 있다.
Figure 112016060404117-pct00005
*1 시험 No.8-1, 8-5, 8-6 은, 각각, 표 3 의 시험 No.7-1, 7-2, 7-3 에 상당한다.
표 4 로부터, α-하이드록시술폰산 또는 그 염으로서, 하이드록시메탄술폰산나트륨 또는 1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산나트륨을 사용하면 3 일 후의 압축 강도가 향상되는 것을 알 수 있다. 추가로 알칸올아민으로서 트리에탄올아민 또는 트리이소프로판올아민을 병용하면 더욱 압축 강도가 향상되는 것을 알 수 있다. 추가로 α-하이드록시술폰산 또는 그 염 및 알칸올아민에 더하여, 수산기를 갖는 방향족 화합물 및 알칼리 금속 수산화물을 병용하면 보다 더욱 압축 강도가 향상되는 것을 알 수 있다.
Figure 112016060404117-pct00006
*1 시험 No.9-1, 9-2 의 수경성 분체는 표 2 의 배합 2 이고, 시험 No.12-1, 12-2 의 수경성 분체는 표 2 의 배합 1 이다.
표 5 로부터, α-하이드록시술폰산 또는 그 염 및 알칸올아민에 더하여, 수산기를 갖는 방향족 화합물 및 알칼리 금속 수산화물을 병용하면 더욱 압축 강도가 향상되는 것을 알 수 있다.
Figure 112016060404117-pct00007
표 6 으로부터, α-하이드록시술폰산 또는 그 염 및 알칸올아민의 함유량을 바꾸어도 압축 강도의 향상 효과가 있는 것을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. α-하이드록시술폰산 또는 그 염, 수경성 분체 및 물을 함유하고, 수경성 분체 중, 슬러그의 비율이 60 질량% 이상이고, 시멘트의 비율이 10 질량% 이하이며, 슬러그가 잠재 수경성을 갖는 고로 수쇄 (水碎) 슬러그인 수경성 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    α-하이드록시술폰산 또는 그 염을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 0.0005 질량부 이상 1.000 질량부 이하 함유하는 수경성 조성물.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 알칸올아민을 함유하는 수경성 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    알칸올아민을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 0.0005 질량부 이상 1.000 질량부 이하 함유하는 수경성 조성물.
  7. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로, 수산기를 갖는 방향족 화합물을 함유하는 수경성 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    수산기를 갖는 방향족 화합물을, 수경성 분체 100 질량부에 대하여, 0.0005 질량부 이상 1.000 질량부 이하 함유하는 수경성 조성물.
  9. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    α-하이드록시술폰산 또는 그 염이, 하이드록시메탄술폰산, 1,2-디하이드록시프로판-2-술폰산, 및 이들 염에서 선택되는 1 종 이상의 화합물인 수경성 조성물.
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