KR101783063B1 - 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트 - Google Patents

시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 시멘트 혼화재는, 균열 자기 치유 재료에 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트 및 물을 첨가하여 혼련하고, 균열 자기 치유 재료를 주성분으로서 포함하는 조립물이며, 균열 자기 치유 재료가, 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트), 결정성 및 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트), 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물, 불소를 함유하는 화합물, 포조란 반응성을 가지는 재료, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 산화칼슘을 함유하는 재료, 시멘트의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택, 임의의 혼합 비율로 혼합하는 것이다.

Description

시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트{CEMENT ADMIXTURE, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND CEMENT COMPOSITION, MORTAR, AND CONCRETE EACH CONTAINING THE ADMIXTURE}
본 발명은, 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트에 관한 것으로, 특히 균열에 대해서 자기 수복 성능을 가지는 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트에 관한 것이다.
건축 또는 토목 구조물의 구축에 이용되는 모르타르나 콘크리트는, 시멘트, 물, 골재 등을 포함하며, 수화 반응에 의해서 경화하는 성질을 가진다. 이 경화 후의 모르타르나 콘크리트는, 응력이 작용하거나, 온도 변화나 건조 등에 의해 체적 변화가 생기거나 함으로써, 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있었다.
이러한 균열이 발생하면, 물이 모르타르나 콘크리트의 균열을 통해 침입하기 쉬워지고, 누수 등의 원인이 되는 것 외에, 구조물의 내구성의 저하나, 미관의 악화라는 문제가 생기게 된다.
또한, 예를 들면 지하 구조물의 경우에도 균열에 의한 누수가 문제가 되는데, 이 경우, 균열의 보수 공사가 곤란하기 때문에, 비용이 비교적 고가로 된다.
종래부터, 균열의 발생 후에 충전제를 주입하여 수복을 실시하거나, 균열이 발생해도 구조물에 영향을 주지 않도록 모르타르나 콘크리트에 방수공(防水工), 지수공(止水工)을 실시하거나 하는 대책이 취해지고 있다.
그러나, 상술한 수복이나 방수공, 지수공 등의 대책은, 필연적으로 비용의 증가나 구조물 건조시의 공사기간의 장기화 등을 초래하게 되기 때문에, 가능한 한 생략할 수 있는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 수복이나 방수공, 지수공 등을 실시하지 않은 경우라도 지수 성능이나 내구성을 유지할 수 있는 것으로, 균열이 발생해도 이것을 스스로 수복할 수 있는 자기 치유 콘크리트가 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2, 3, 4 참조).
그러나, 상술한 바와 같은 자기 치유 콘크리트는, 만족한 균열 자기 치유 성능이 얻어지는 것이 아니라, 균열 후의 지수성능의 한층 더한 향상이 요구되고 있다.
또한, 건축 구조물에 이용되는 경우, 타설(打設) 후의 얼마 되지 않은 기간 뿐만이 아니라, 오랜 시간이 경과한 후에 균열이 생긴 경우라도, 충분한 자기 치유성을 발휘 할 수 있는 것도 요구되고 있다.
또한 상술한 특허문헌 4에서는, 자기 치유 성능을 가지는 재료(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 탄산염, 산화칼슘, 팽창재 등)를 콘크리트에 더하고, 그 화학적 작용을 이용하여 균열 발생시에 콘크리트 자체가 능동적으로 균열을 치유하는 기술이 제안되고 있지만, 이들 자기 치유 성능을 가지는 재료는, 흡수성 또는 팽윤성 혹은 물과의 반응 활성이 높기 때문에, 콘크리트에 그대로 혼련하면 콘크리트의 슬럼프 저하를 일으켜, 슬럼프 회복을 위해 감수제의 첨가량의 증대를 하지 않을 수 없어, 콘크리트의 응결을 현저하게 지연시키거나, 혹은 제조 비용을 상승시켜 버리는 등의 문제가 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허등록공보 제3658568호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 2005-239482호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 2007-332010호 특허문헌 4: 일본국 특허출원공보 2008-33548호
본 발명의 목적은, 균열 자기 치유 재료를 콘크리트에 혼화했을 때에 슬럼프의 저하 등의 플레시 성상에 악영향을 미치지 않으며, 또한, 콘크리트에 균열이 발생할 때까지, 균열 자기 치유 성능을 온존(溫存)(유지)함으로써, 콘크리트의 균열 치유 능력을 장기에 걸쳐 지속시키는 것으로, 콘크리트의 장기 내구성을 크게 향상시키는 것이 가능한 콘크리트를 형성할 수 있는 시멘트 혼화재 및 그 제조 방법, 및 그 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 시멘트 혼화재는, 균열 자기 치유 재료에 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트 및 물을 첨가해서 혼련하고, 균열 자기 치유 재료를 주성분으로서 포함하는 조립물인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다.
적합하게는, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재에 있어서, 균열 자기 치유 재료가, 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트), 결정성 및 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트), 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물, 불소를 함유하는 화합물, 포조란 반응성을 가지는 재료, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 산화칼슘을 함유하는 재료, 시멘트의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택하여, 임의의 혼합 비율로 혼합하는 것인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다.
또한 상기 조립물의 입경이, 0.1~15mm의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다.
또한 상기 조립물에, 차수(遮水) 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다. 더욱 적합하게는, 상기 시멘트 혼화재에 있어서, 상기 차수 재료가, 규불화 화합물 및/또는 탄소수가 12 이상의 지방산의 유기 화합물인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다.
또한 더욱 적합하게는, 본 발명의 상기 시멘트 혼화재에 있어서, 파이버 및/또는 감수제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재이다.
본 발명의 시멘트 혼화재의 제조 방법은, 균열 자기 치유 재료에, 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트를 그 자기 치유 재료에 대해서 5~200중량% 및 물을 그 자기 치유 재료에 대해서 10~100중량%로 첨가하여 혼련하고, 얻어진 혼련 재료의 조립 처리를 적어도 1회 실시하여 조립물을 제조하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재의 제조 방법이다.
적합하게는, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재의 제조 방법에 있어서, 조립 처리 후의 조립물에, 차수 처리를 적어도 1회 실시하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재의 제조 방법이다.
본 발명의 시멘트 조성물은, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재와, 시멘트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 조성물이다.
또한, 본 발명의 모르타르 또는 콘크리트는, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재와, 시멘트, 물 및 골재를 함유하는 것을 특징으로 하는, 모르타르 또는 콘크리트이다.
본 발명에 의하면, 모르타르 및 콘크리트에 대해서 뛰어난 자기 치유성을 부여할 수 있으며, 또한 모르타르 및 콘크리트의 유동성을 해치지 않고, 또한 장기에 걸쳐 이 자기 치유성을 양호하게 유지하는 것이 가능한 시멘트 혼화재를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 시멘트 혼화재를 포함하여, 높은 자기 치유성을 가짐과 함께 자기 치유성을 길고 양호하게 유지할 수 있는 시멘트 조성물 및 이를 포함하는 모르타르 및 콘크리트를 제공하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명을 적합한 실시 형태에 근거하여 설명하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 시멘트 혼화재는, 균열 자기 치유 재료에 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트 및 물을 첨가하여 혼련하고, 균열 자기 치유 재료를 주성분으로서 포함하는 조립물인 시멘트 혼화재이다.
해당 자기 치유 재료는, 흡수성 또는 팽윤성 또는 물과의 반응 활성이 높은 재료로, 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트), 결정성 또는 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트), 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 또는 광물, 리튬을 함유하는 화합물 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 화합물 또는 광물, 불소를 함유하는 화합물, 포조란 반응성을 가지는 재료, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 산화칼슘을 함유하는 재료, 시멘트의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택하여, 임의의 혼합 비율로 혼합 사용할 수 있다.
여기서, 본 발명에 있어서, 「물과의 반응 활성이 높다」는 것은, 물과 수화 반응하는, 물에의 용해도가 높은 등의 성상를 가지는 것을 의미한다.
상기 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)로서는, 점토 광물의 카올린족에 속하는 카올리나이트, 할로이사이트, 디카이트, 나크라이트, 오디라이트, 점토 광물의 탈크-파이로필라이트족에 속하는 탈크(활석), 윌렘사이트, 케롤라이트(결정성이 나쁜 탈크), 피멜라이트(결정성이 나쁜 윌렘라이트), 파이로필라이트(납석), 점토 광물의 스메크타이트족에 속하는 사포나이트, 헥토라이트, 소코나이트, 스티븐사이트, 스윈홀다이트, 몬모릴로나이트, 바이델라이트, 논트로나이트, 볼콘스코아이트, 점토 광물의 버미큘라이트족에 속하는 삼팔면체형 버미큘라이트, 이팔면체형 버미큘라이트, 점토 광물의 운모족에 속하는 마스코바이트(백운모), 플로고파이트(금운모), 안나이트(철운모), 이스트나이트, 시데로필라이트 테트라페리 철운모, 폴리리시오나이트, 세라돈석, 철세라돈석, 철아르미노세라돈석, 알루미노 세라돈석, 지부(砥部) 운모, 소다 운모, 셀리사이트(견운모), 점토 광물의 층간결손형 운모족에 속하는 일라이트, 해록석, 브라마라이트, 워네사이트, 점토 광물의 취운모족에 속하는 크린토나이트, 키노시타, 히데운모, 진주운모, 점토 광물의 녹니석족에 속하는 클리노클로어(녹니석), 샤모사이트, 페난타이트, 니마이트, 베이리클로어, 돈바사이트, 쿡케이트, 스도아이트 등을 들 수 있다.
이들 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트) 중에서는, 특히, 몬모릴로나이트((Na, Ca)0.33(Al, Mg)2Si4010(OH)2·nH20, n=부정), 탈크(활석, 3MgO·4SiO2·H2O)의 사용이 바람직하고, 또한 몬모릴로나이트 중에서도 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트, 산성 백토, 아타팔자이트(파리골스카이트, Mg5Si8020(OH)2(OH2)4·H2O, 다만 Mg의 일부는 Al로 치환되어 있다), 세피오라이트(Mg8Si12030(OH2)4(OH)4·6~8H20)의 사용이, 팽윤 작용에 의한 균열의 자기 치유 성능이 뛰어나기 때문에, 특히 바람직하다.
또한, 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)은, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄된 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다.
또한, 층상 규산염 광물은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 층상 규산염 광물은, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 결정성 또는 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트)로서는, 결정성의 규산염 광물(알루미노 실리케이트)은, 제올라이트(비석)에 속하는 클리노프틸로라이트(사(斜)프틸롤 비석), 모르데나이트(모르덴 비석), 로몬타이트(탁비석), 능비석, 소다 비석등의 천연산 제올라이트, 합성(인조) 제올라이트, 플라이애쉬(석탄재)에 수산화 나트륨 등의 강알칼리성 수용액을 더하여 가열 처리함으로써 얻어지는 인공(개질) 제올라이트 등을 들 수 있다. 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트)로서는, 아로펜(Al203·nSiO2·nH20, n=1 이상), 이모고라이트(Al203·SiO2·2H20), 히신게라이트 등을 들 수 있다.
이들 결정성 또는 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트) 중에서는, 천연산으로 염가의 알로팬, 화산재에 함유되는 이모고라이트의 사용이 바람직하다.
또한, 결정성 또는 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트)은, 일부 팽창 반응성을 가지는 경우가 있기 때문에, 모르타르 경화체 및 콘크리트 경화체의 팝 아웃을 피하기 위해, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄된 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다.
또한, 결정성 또는 및 비정질의 규산염 광물은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
결정성 또는 비정질의 규산염 광물은, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 인산 칼슘으로서는, Ca(H2PO4)2(제1 인산칼슘), CaHPO4(제2 인산칼슘), Ca3(PO4)2(제3 인산칼슘), 골회(인산칼슘=Ca3(PO4)2) 등을 들 수 있다.
이들 인산칼슘 중에서는, CaHPO4(제2 인산칼슘)는, 시멘트 조성물을 포함하는 모르타르 및 콘크리트에 있어서, 시멘트 광물의 수화물로서 생성하는 수산화 칼슘이나 상기의 층상 규산염 광물(마그네슘 실리케이트)과 반응하여, 결합력이 높은 Ca5(PO4)3(OH)(하이드록시 아파타이트=수산인회석), Ca18Mg2H2(PO4)14(윗트록카이트), 인산삼칼슘, 인산수소칼슘 이수화물, 인산수소칼슘 무수화물, 비정질 인산칼슘, 인산팔칼슘 등의 인산 칼슘 화합물을 생성하여, 균열부에 치밀한 수화물을 형성할 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 인산 칼슘은, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄된 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
인산 칼슘은, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 탄산기를 가지는 화합물 또는 광물로서는, 금속의 탄산염이 적합하고, 예를 들면, Li2CO3(탄산리튬), Na2CO3(탄산나트륨), K2CO3(탄산칼륨), MgCO3(탄산마그네슘), LiHCO3(탄산수소리튬), NaHCO3(탄산수소나트륨), KHCO3(탄산수소칼륨), Mg(HCO3)2(탄산수소마그네슘) 등을 들 수 있다.
이들 탄산기를 가지는 화합물로서는, Li2CO3(탄산리튬)가, 콘크리트의 균열을 수복하는 특성이 뛰어나기 때문에 특히 바람직하다.
탄산기를 가지는 화합물 또는 광물은, 입경 0.01~0.1mm 정도로 미분쇄된 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 화합물 또는 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
탄산기를 가지는 화합물 및 광물은, 시멘트 조성물 중, 1~10중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 리튬을 함유하는 화합물 또는 광물로서는, Li2CO3(탄산리튬), LiHCO3(탄산수소리튬), Li20(산화리튬), LiOH(수산화리튬), LiOH·H2O(수산화리튬-수화물), Li2SO4·H2O(황산리튬-수화물), LiAlO2(알루민산리튬), LiHSO4(황산수소리튬), Li2SO3·nH20(아황산리튬n수화물, n=부정), LiNO2(아질산리튬), LiNO3(질산리튬), Li3PO4(인산리튬), (LiPO3n)n(메타인산리튬, n=부정), Li2HPO4(인산수소리튬), LiH2PO4(인산이수소리튬), Li3P(인화삼리튬), Li2SiO3(메타규산리튬), Li4SiO2(오르토규산리튬), Li404Si(규산 사리튬), HCOOLi·H2O(포름산리튬-수화물), Li2C204(옥살산리튬), Li3(C6H507)·4H2O(시트르산리튬 사수화물), Li2(C4H406)·H2O(타르타르산리튬-수화물), CH3COOLi(아세트산리튬), C2H4(COOLi)2(숙신산리튬), Li(C3H503)(락트산리튬), C6H5COOLi(벤조산리튬), C17H33COOLi(올레인산리튬), C17H35COOLi(스테아린산리튬) 등의 공업용 리튬 화합물 외, 페타라이트(엽장석=LiAlSi4010), 스포쥬멘(리시아 휘석=LiAlSi206), 레피도라이트(리시아 운모=K(Li, Al)3(AlSi3010)(OH, F)2), 앰블리고나이트, 몬테브라사이트, 비키타아이트 등의 리튬 함유 광물을 들 수 있다.
이들 리튬을 함유하는 화합물 또는 광물은, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄된 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 모르타르 및 콘크리트에 발생한 균열의 자기 치유 속도를 중시하는 경우는, 고가이기는 하지만 리튬 함유량이 높은 탄산 리튬 또는 아질산 리튬의 사용이 바람직하다.
한편, 제조 비용의 저감 및 초장기에 걸치는 자기 치유 성능을 확보하기 위해서는, 리튬 함유량은 낮지만, 저렴하며 또한 포조란 반응성을 가지는 페타라이트(엽장석), 스포쥬멘(리시아 휘석) 등의 리튬 함유 광물의 사용이 바람직하다.
또한 이들 리튬을 함유하는 화합물 또는 광물은, 상기 예시한 화합물 또는 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
리튬을 함유하는 화합물 및 광물은, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 마그네슘을 함유하는 화합물 또는 광물로서는, MgCO3(탄산마그네슘), MgO(산화마그네슘=마그네시아, 페리클레이스), Mg(OH)2(수산화마그네슘=브루사이트), MgSO4(황산마그네슘), Mg(NO2)2(아질산마그네슘), Mg(NO3)2(질산마그네슘), 2MgO·3SiO2·nH20(규산마그네슘, n=부정), Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H20(하이드로탈사이트) 등의 공업용 마그네슘 화합물 외, 마그네슘을 다량으로 함유하는 돌로마이트(고회석, CaCO3·MgCO3), 마그네사이트(능고토광, 주성분=MgCO3), 감람암=감람석(두나이트, 올리빈샌드, 폴스테라이트샌드, 다나이트샌드 등 , 주성분=(Mg, Fe)2SiO4), 사문암(3MgO·2SiO2·2H20, 일부 브루사이트=Mg(OH)2를 포함한다), 각섬석(Mg7(Si4011)2(OH)2, 다만 석면=아스베스토를 포함하는 것은 제외하다), 휘석, 완화휘석(엔스타타이트=Mg2Si206), 투휘석(CaMgSi206), 콜린가이트(Mg10Fe2CO3(OH)24·2H20), 쇼그레나이트(sjogrenite)(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H20), 파이로오라이트(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H20), 브루그나테라이트(Mg6Fe(OH)13CO3·4H20), 네스퀘호나이트(MgCO3·3H20) 등의 마그네슘 함유 광물, 페로티켈 정련 시의 부산물인 페로니켈 슬래그 제냉재(除冷滓) 및 일본공업규격 JIS A 5011-2에 적합한 콘크리트용 골재용의 페로니켈 슬래그 세골재 등의 마그네슘 함유 슬래그, 포르스테라이트 벽돌 및 마그사이트 벽돌 등의 마그네슘 함유 내화물 등을 들 수 있다.
이들 마그네슘을 함유하는 화합물 또는 광물은, 모르타르 경화체 및 콘크리트 경화체의 팝 아웃을 피하기 위해, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 모르타르 경화체 및 콘크리트 경화체에 발생한 균열의 자기 치유 속도를 중시하는 경우는, 고가이기는 하지만 마그네슘 함유량이 높은 탄산마그네슘, 수산화 마그네슘의 사용이 바람직하다.
한편, 제조 비용의 저감을 도모하기 위해서는, 마그네슘 함유량은 낮지만, 극히 염가의 마그네슘을 함유하는 광물 및 슬래그, 내화물의 사용이 바람직하다.
또한, 산화 마그네슘은, 모르타르 경화체 및 콘크리트 경화체의 팝 아웃을 피하기 위해 입경 0.1mm 이하로 미분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이들 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물은, 상기 예시한 화합물 또는 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물은, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 불소를 함유하는 화합물로서는, Na2PO3F(모노플루오로인산나트륨), LiF(불화리튬), MgSiF6·6H20(규불화마그네슘), Na2SiF6(규불화나트륨) 등을 들 수 있다.
이들 불소를 함유하는 화합물은, 시멘트 조성물을 포함하는 모르타르 및 콘크리트에 있어서, 시멘트 광물의 수화물로서 생성하는 수산화 칼슘이나 다른 칼슘을 함유하는 자기 치유 재료와 반응하여, 플루오로아파타이트, 불화칼슘, 규불화칼슘 등의 불용성 염을 생성해서 균열을 치유한다. 이들 불소를 함유하는 화합물은, 상기 예시한 화합물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
불소를 함유하는 화합물은, 시멘트 조성물 중, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 5~50중량% 포함되어 있는 것이 바람직하다.
상기 포조란 반응성을 가지는 재료로서는, 플라이애쉬(석탄재), 실리카흄(흄드실리카), 전융 지르코니아 제조시에 회수되는 실리카질 미분말, 광파이버 등의 실리카 유리 제조시에 회수되는 실리카질 미분말, 금속 실리콘(Si, 규소)을 연소(산화)시켜 제조하는 합성 실리카질 미분말, 규소 염화물을 기화하여 고온의 수소염 중에 있어서 기상 반응에 의해서 합성하는 실리카질 미분말, 규산 소다 수용액의 pH를 조정하여 합성하는 침강성 실리카 또는 실리카 겔, 왕겨 또는 벼짚의 연소재, 카올린 광물(카올리나이트=Al203·2SiO2·2H20, 디카이트=Al203·2SiO2·2H20, 할로이사이트=Al203·2SiO2·4H20 등)을 500~900℃ 정도에서 소성한 메타카오린 등으로 대표되는 소성점토, 요업으로부터 발생하는 폐재(폐기와, 폐벽돌, 폐도기, 폐도자기 등), 제강시에 발생하는 고로(高爐) 흄 등의 실리카=이산화규소(SiO2) 함유량이 높은 인공 포조란 및 시라스, 규산질백토, 응회암(유문암질 응회암, 제올라이트질 응회암 등), 규조토, 산성 화산암, 화산재 등의 실리카=이산화규소(SiO2) 함유량이 높은 천연 포조란 등을 들 수 있다.
이들 포조란 반응성을 가지는 재료로서는, 염가이며 입수가 용이한 플라이애쉬(석탄재)의 사용이 바람직하고, 플라이애쉬로서는, 일본공업규격 JIS A 6201 「콘크리트용 플라이애쉬」에 정해진 I종 규격품, II종 규격품, III종 규격품, IV종 규격품, 최대 입경이 10~20㎛ 정도의 특정 입경(입도 분포)으로 조정된 분급 플라이애쉬, CaO를 10중량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 불순물이 적은 JIS의 I종 또는 II종의 규격 적합품, 분급 플라이애쉬, CaO를 10중량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬의 사용이 보다 바람직하고, 또한 분급 플라이애쉬, CaO를 10중량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬는, 포조란 반응성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
이들 플라이애쉬 등의 포조란 반응성을 가지는 재료는, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
플라이애쉬 등의 포조란 반응성을 가지는 재료는, 시멘트 조성물 중, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 5~50중량% 포함되어 있는 것이 바람직하다.
상기 잠재 수경성을 가지는 재료로서는, 제강시의 부산물인 고로 수쇄슬래그를 들 수 있다. 고로 수쇄슬래그 중에서도 품질이 안정되고 입수가 용이한, 일본공업규격 JIS A 6206 「콘크리트용 고로 슬래그 미분말」에 정해진 고로 슬래그 미분말 4000 규격품, 고로 슬래그 미분말 6000 규격품, 고로 슬래그 미분말 8000 규격품, 혹은 JIS A 5011-1 「콘크리트용 슬래그 골재-제1부: 고로 슬래그 골재」에 정해진 고로 슬래그 조골재 또는 고로 슬래그 세골재를, 입경 0.01~1mm 정도로 분쇄한 것의 사용이 바람직하다.
이들 잠재 수경성을 가지는 재료는, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
잠재 수경성을 가지는 재료는, 시멘트 조성물 중, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 5~50중량% 포함되어 있는 것이 바람직하다.
상기 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료로서는, 시판의 에트린가이트계(칼슘 설포 알루미네이트계) 팽창재, 생석회계 팽창재, 에트린가이트 생석회 복합계 팽창재, 팽창재의 유효 성분인 아윈=칼슘 설포 알루미네이트(3CaO·3Al203·CaSO4), 유리 석회(CaO), 유리 석고(CaSO4)를 함유하는 시멘트 클린커 또는 시멘트, 비소성의 팽창재 성분 함유 재료(석고, 아윈, 산화칼슘의 분말을 각각 임의의 조합 및 혼합 비율로 혼합한 것으로, 혼합 후에 소성 처리를 가하지 않는 것) 등을 들 수 있다. 이들 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료 중에서도 품질이 안정되어 있는 일본공업규격 JIS A 6202 「콘크리트용 팽창재」의 규격을 만족하는 것이 바람직하다. 또한 이들 팽창재는, 상기 예시한 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료는, 시멘트 조성물중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 산화칼슘(생석회, CaO)을 함유하는 재료로서는, 시판의 제철 소결용 생석회, 제강 전로용 생석회, 경소(사소) 생석회, 토질 개량용 생석회, 제강시의 부산물로 산화칼슘을 다량으로 포함하는 전로 슬래그 및 전기로 환원 슬래그 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 통상의 생석회보다 소화 속도(수화 반응속도)가 늦은 경소(사소) 생석회의 사용이 바람직하다. 산화칼슘을 함유하는 재료는, 물과의 반응에 의해 Ca(OH)2를 발생시키지만, 이 반응은 체적 팽창이며, 팽창재로서도 기능한다.
또한 탄산기를 가지는 화합물과 산화칼슘을 함유하는 재료를 조합하는 것으로, 모르타르나 콘크리트에 균열이 생겼을 경우, 이러한 양성분의 반응에 의한 탄산칼슘(칼사이트, CaCO3) 등의 안정성이 높은 반응물을 형성할 수 있으며, 한층 뛰어난 균열 자기 치유 성능이 얻어지게 된다.
또한 이들 산화칼슘을 함유하는 재료는, 모르타르 경화체 및 콘크리트 경화체의 팝 아웃을 피하기 위해, 입경 0.1mm 이하로 미분쇄된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 단체 또는 임의의 종류 및 입경이 다른 복수의 산화칼슘을 사용할 수도 있다.
산화칼슘을 함유하는 재료는, 시멘트 조성물 중, 1~10중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
상기 시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트, 그 외의 혼합 시멘트, 초속경계 시멘트 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트로서는, 저열, 중용열, 보통, 조강, 초조강, 내황산염 등의 각종 포틀랜드 시멘트를 들 수 있으며, 또한, 혼합 시멘트로서는, 고로 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 실리카 시멘트 등을 들 수 있다. 초속경계 시멘트로서는, 알루미나 시멘트, 11CaO·7Al203·CaX2계(X는 F 등의 할로겐 원소) 시멘트, 아윈=칼슘 설포 알루미네이트(3CaO·3Al203·CaSO4)계 시멘트, 또한 전술한 각종 시멘트를 통상보다 큰 입도(예를 들면, 최대 입경=100~300㎛, 브레인 비표면적=500~2000cm2/g)로 조정한 조분 시멘트를 들 수 있다.
이들 중에서도, 염가의 포틀랜드 시멘트가 바람직하고, 또한 모르타르나 콘크리트의 경화체의 균열을 억제하기 위해서는, 모르타르나 콘크리트의 경화체의 건조 수축(자기 수축)이 작아지는 벨라이트(C2S) 함유량이 높은 저열 포틀랜드 시멘트 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 사용이 특히 바람직하다. 또한, 각종 시멘트의 통상보다 큰 입도(예를 들면, 최대 입경=100~300㎛, 브레인 비표면적=500~2000cm3/g)로 조정한 조분시멘트를 사용했을 경우는, 모르타르나 콘크리트의 경화체의 자기 치유 성능의 장기 온존 효과가 향상하기 때문에 바람직하다.
이들 시멘트는, 상기 예시한 시멘트를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 그 시멘트는, 시멘트 조성물 중, 5~50중량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점에서 바람직하다.
본 발명의 시멘트 혼화재의 조립물은, 상기 균열 자기 치유 재료를 단체로 또는 2종 이상 임의의 비율로 혼합한 재료를 주성분으로 한 조립물이지만, 그 조립물을 제조함에 있어서, 조립용의 바인더 재료를 이용한다. 조립용 바인더 재료로서는, 시멘트 및 물이 사용된다.
조립용의 바인더 재료용의 시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트, 그 외의 혼합 시멘트, 초속경계 시멘트 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트로서는, 저열, 중용열, 보통, 조강, 초조강, 내황산염 등의 각종 포틀랜드 시멘트를 들 수 있으며, 또한, 혼합 시멘트로서는, 고로 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 실리카 시멘트등을 들 수 있다.초속경계 시멘트로서는, 알루미나 시멘트, 11CaO·7Al203·CaX2계(X는 F 등의 할로겐 원소) 시멘트, 아윈=칼슘 설포 알루미네이트(3CaO·3Al203·CaSO4)계 시멘트 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 염가의 포틀랜드 시멘트가 바람직하고, 또한 모르타르나 콘크리트의 경화체의 균열을 억제하기 위해서는, 모르타르나 콘크리트의 경화체의 건조 수축(자기 수축)이 작아지는 벨라이트(C2S) 함유량이 높은 저열 포틀랜드 시멘트 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 사용이 특히 바람직하다.
조립용의 바인더 재료가 되는 시멘트의 첨가량은, 조립 대상이 되는 자기 치유 재료에 대해서 5~200중량%의 범위 내가 적합하다.
시멘트의 첨가량이 5중량% 미만에서는, 바인더가 부족하여 조립 입자의 강도가 현저하게 저하하기 때문에 부적당하고, 한편, 시멘트의 첨가량이 200중량%를 넘으면 바인더가 과잉으로 되어 조립 입자의 강도가 너무 높아 지고, 또한 조립물 중의 자기 치유 재료의 함유량이 낮아져, 모르타르나 콘크리트에 발생한 균열의 자기 치유 성능을 충분히 얻어지지 않기 때문에 부적당하다.
또한, 상기 조립용의 바인더 재료용의 물로서는, 시멘트의 수화 반응이나 모르타르 및 콘크리트의 경화체에 악영향을 미치는 유기물, 염화물 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온 등을 함유하지 않으면 특별히 한정되지 않으며, 상수도수, 공업용수, 지하수, 하천수, 빗물, 증류수, 화학분석용의 고순도수(초순수, 순수, 이온 교환수) 등을 사용할 수 있다.
이들 중에서도, 염가이며 품질이 안정되어 있는 상수도수 또는 공업용수의 사용이 바람직하다. 조립용의 바인더 재료가 되는 물의 첨가량은, 조립 대상이 되는 자기 치유 재료에 대해서 10~100중량%의 범위 내가 적합하다.
물의 첨가량이 10중량% 미만에서는, 물이 부족하여 조립 대상이 되는 입자가 응집하지 않기 때문에, 조립 불능이 되며, 한편, 물의 첨가량이 100중량%를 넘으면, 물이 과잉으로 되어 조립 불능이 되기 때문에 부적당하다.
본 발명의 시멘트 혼화재는, 적합하게는, 또한 상기 조립물에, 차수 처리가 실시되어, 차수 재료가 포함되어 있다.
본 발명의 시멘트 혼화재 조립물에 차수 처리할 때에 이용하는 차수 처리용의 재료는, 규불화 화합물의 수용액 또는 탄소수가 12 이상의 지방산의 유기용매 용액이다.
규불화 화합물로서는, 규불화마그네슘(MgSiF6·6H20), 규불화칼슘, 규불화칼륨, 규불화나트륨, 규불화리튬 등의 물에 대한 용해도가 높은, 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다.
그 중에서도 규불화마그네슘이, 콘크리트의 균열을 수복하는 특성이 뛰어나기 때문에 특히 바람직하다.
이들 차수 처리용의 규불화 화합물을 상수도수, 화학분석용의 순수 등에 용해하여, 농도가 10~50중량%의 수용액이 되도록 조제해서 사용하는 것이 바람직하다.
규불화 화합물은, 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 탄소수가 12 이상의 지방산(=고급 지방산)으로서는, 라우린산(도데칸산), 미리스틴산(테트라데칸산), 펜타데실산(펜타데칸산), 팔미틴산(헥사데칸산), 팔미토일산(9-헥사데센산), 마르가르산(헵타데칸산), 스테아린산(옥타데칸산), 올레인산(시스-9-옥타데센산), 바크센산(11-옥타데센산), 리놀산(시스·시스-9·12옥타데카디엔산), 리놀렌산(옥타데카트리엔산), 투베르쿨로스테아르산(나노데칸산), 베헨산(도코산산), 리그노세린산(테트라도코산산), 네르본산(시스-15-테트라도코산산), 세로틴산(헥사도코산산), 몬탄산(옥타도코산산), 메리신산 등의 포화 지방산 또는 불포화 지방산을 들 수 있으며, 일반의 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다.
그 중에서도 스테아린산(옥타데칸산)이, 염가이며 입수가 용이하기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 탄소수가 12 미만의 지방산은, 악취를 가지는 것이 많고, 또한 융점이 너무 낮기(상온에서 액체임) 때문에 바람직하지 않다.
이들 차수 처리용의 탄소수가 12 이상인 지방산을 에틸 알코올, 메틸 알코올, 아세톤 등의 유기용매에 포화 농도가 되도록 용해시켜 사용하는 것이 바람직하다.
탄소수가 12 이상인 지방산은, 단체로 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
더욱 적합하게는, 본 발명 시멘트 혼화재의 조립물에는, 파이버 및/또는 감수제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 시멘트 혼화재 조립물에 이용하는 파이버 재료는, 아스베스토스(석면)와 같이 인체에 유해한 파이버 재료를 제외하면 특별히 제한되지 않고, 고분자 섬유, 무기 섬유, 금속 섬유 등의 어느 재질의 것에서도 사용할 수 있다.
고분자 섬유로서는, 비닐론계 고분자 섬유, 폴리프로필렌계 고분자 섬유, 폴리비닐 알코올계 고분자 섬유, 폴리아크릴계 고분자 섬유, 폴리아크릴니트릴계 고분자 섬유, 폴리아미드계 고분자 섬유, 폴리우레탄계 고분자 섬유, 셀룰로오스계 고분자 섬유, 레이온계 고분자 섬유, 아세테이트계 고분자 섬유 등을 들 수 있다.
무기 섬유로서는, 내알칼리성 유리 섬유, 록울, 슬래그 울, 울러스터나이트 섬유, 염기성 황산마그네슘 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아타팔자이트(팔리골스카이트), 세피오라이트, PAN계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 등을 들 수 있다. 금속 섬유로서는, 강철 섬유, 고장력강철 섬유, 스텐레스 섬유 등을 들 수 있다.
이 중에서는, 유기 섬유로서는 염가의 비닐론계 고분자 섬유, 폴리프로필렌계 고분자 섬유의 사용이 바람직하다. 무기 섬유로서는, 자기 치유 재료나 시멘트와의 친화성이 높은 록울, 슬래그 울, 울러스터나이트 섬유, 염기성 황산마그네슘 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아타팔자이트(팔리골스카이트), 세피오라이트의 사용이 바람직하고, 자기 치유 재료(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)의 조성(성분)을 가지는 염기성 황산마그네슘 섬유, 아타팔자이트(팔리골스카이트), 세피오라이트의 사용이 특히 바람직하다.
그 파이버 재료의 형상은, 섬유 길이가 15mm 이하, 섬유 지름이 0.1mm 이하인 것이 바람직하고, 섬유 길이는 본 발명의 시멘트 혼화재 자기 치유 재료 조립물의 입경과 거의 같은 길이가 바람직하다.
파이버 재료는 단독으로 사용해도 되지만, 또한 재질 및 형상이 다른 복수의 파이버를 임의의 조합 및 혼합 비율로 혼합 사용할 수도 있다.
파이버 재료는, 시멘트 조성물 중, 0.1~5체적% 포함되어 있는 것이 강도의 점에서 바람직하다.
파이버 재료를 조립시(造粒時)에, 본 발명의 시멘트 혼화재 재료에 더함으로써, 얻어지는 시멘트 혼화재 조립물(造粒物)의 강도를 높이고, 또한 본 발명의 시멘트 혼화재를 첨가한 콘크리트가 경화 후, 균열이 발생했을 때에, 균열면 또는 균열면 근방에 존재하는 자기 치유 재료 조립물의 입자가 갈라지기 쉽게 되어(앵커 효과), 균열의 자기 치유 속도가 빨라진다.
또한 균열면의 사이에 있어서, 파이버 재료가 자기 치유 생성물의 석출 사이트(핵)가 되기 때문에, 통상 치유를 기대할 수 있는 균열폭보다 큰 균열에 있어서도 자기 치유하기 쉬워지는 효과가 얻어진다.
또한, 감수제로서는, 액체상 또는 분말상의 감수제, AE 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제 등의 콘크리트에 이용되는 감수제로서 공지의 것을 제한없이 적용할 수 있다.
폴리카르복실산계의 감수제는, 상술한 팽윤성을 가지는 알루미노 실리케이트의 첨가에 수반하는 콘크리트의 유동성의 저하를 억제할 수 있어, 유동성을 양호하게 유지하여 작업성을 향상시키는 관점에서도 적합하다.
또한 감수제를 포함함으로써, 자기 치유 재료 조립물에 포함되는 시멘트계 재료의 수화 반응을 지연 시킬 수 있기 때문에, 모르타르 및 콘크리트의 자기 치유 성능을 보다 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능해진다.
감수제는, 시멘트 조성물 중, 0.1~3.0중량% 포함되면 바람직하다. 또한, 감수제는, 시멘트 혼화재로서 포함되는 것이 아니라, 후술하는 바와 같이 시멘트 조성물을 이용하여 콘크리트를 조제할 때에 첨가해도 된다.
본 발명의 시멘트 혼화재의 제조 방법은, 균열 자기 치유 재료에, 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트를 그 자기 치유 재료에 대해서 5~200중량% 및 물을 그 자기 치유 재료에 대해서 10~100중량%로 첨가하여 혼련하고, 얻어진 혼련 재료의 조립 처리를 적어도 1회 실시하여 조립물을 제조하는 공정을 포함하는 것이다.
본 발명에 있어서는, 상기 균열 자기 치유 재료에, 상기 바인더 재료를 배합하고, 또한 필요에 따라서 파이버 재료나 감수제를 첨가하고, 균일하게 교반 혼합하여, 얻어진 혼합 재료를 조립(造粒)한다. 또한, 조립시에 자기 치유 재료의 입자 표면에 바인더 재료의 껍질을 형성(코팅)시키면 자기 치유 재료의 차수성이 높아져, 자기 치유 성능의 장기 온존 효과가 향상하기 때문에 바람직하다.
본 발명의 시멘트 혼화재의 제조 방법에 이용되는, 조립 방법(조립 장치)은, 소망하는 조립물의 입경 및 입도 분포를 얻을 수 있는 방식이면 특별히 한정되지 않으며, 시판의 일반적인 혼련식 조립기, 습식 압출식 조립기, 원통식 조립기, 경동식 전동 교반 조립기, 쌍축식 조립기, 디스크펠리터(팬 펠레타이저), 유동층 조립기, 선회 유동층 조립기 등을 사용할 수 있다.
특히, 단시간에 대량으로 조립 처리를 실시할 수 있는 혼련식 조립기, 습식 압출식 조립기, 원통식 조립기, 경동식 전동 교반 조립기, 쌍축식 조립기, 디스크펠리터(팬 펠레타이저) 등이 바람직하다. 그리고, 소망하는 입경이 되도록 조립기의 회전수, 바인더 재료인 시멘트 및 물의 첨가량 등을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 조립된 본 발명의 시멘트 혼화재 조립물의 입경은, 0.1~15mm의 범위가 바람직하고, 입경 0.5~5mm의 범위가 특히 바람직하다.
또한 입도 분포는 연속 입도 혹은 단일 입경의 조립물로 구성되어도 문제는 없다. 조립물의 입경이 0.1mm 미만에서는, 콘크리트의 프레시 성상이나 감수제 첨가량에 관한 개선 효과나 콘크리트의 균열 자기 치유 성능의 장기 온존 효과를 얻을 수 없게 되기 때문에 부적당하다. 한편, 조립물의 입경이 15mm를 넘으면, 콘크리트 중에 있어서 자기 치유 재료가 편재하기 쉬워, 균열의 자기 치유 성능이 저하하기 때문에 부적당하다. 소망하는 입도로 조정하기 위해서는, 일반적인 채(예. JIS 채) 등의 분급 장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 시멘트 혼화 재료를 제조하려면, 상기 자기 치유 재료에, 상기 조립 처리를 1회 이상, 또한 필요에 따라서 차수 처리를 1회 이상 반복함으로써 제조할 수 있다. 조립 처리에 있어서 소망하는 임의의 입경보다 작은 자기 치유 재료 조립물을 채 분류 등에 의해서 분리한 후, 재차 바인더 재료(시멘트 및 물)를 더하여 조립 처리를 실시해도 되며, 또한 소망하는 임의의 입경보다 큰 자기 치유 재료 조립물을 채 분류 등에 의해서 분리한 후, 파쇄하여 입경을 작게 해도 된다. 또한, 파쇄하여 입경을 작게 한 후, 재차 바인더 재료(시멘트 및 물)를 더하여 조립 처리를 실시해도 된다.
상기 조립 처리를 1회 이상, 또한 필요에 따라서 차수 처리를 1회 이상 반복함으로써, 자기 치유 재료의 차수성이 높아지고, 자기 치유 성능의 장기 온존 효과가 향상하기 때문에 바람직하다.
또한 적합하게는, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재를 제조함에 있어서, 조립 처리 후의 조립물에, 차수 처리를 적어도 1회 실시한다.
그 차수 처리 방법은, 상술한 규불화 화합물의 수용액을 사용하는 경우, 농도를 10~50중량%으로 조제하고, 이 규불화 화합물의 수용액을 자기 치유 재료 조립물에 대해서 도포, 함침, 주입 등의 방법 혹은, 자기 치유 재료 조립물을 규불화 화합물의 수용액 중에 침지시키고, 그 후, 양생 및 건조시킴으로써 차수 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
규불화 화합물은, 자기 치유 재료 조립물에 포함되는 시멘트나 산화칼슘 등의 칼슘 화합물과 반응하여 규불화 칼슘 화합물 등의 물에 난용성의 화합물로 변화함으로써 자기 치유 재료 조립물의 표면 및 내부가 치밀화하여, 차수 처리가 실시된다. 차수 처리에 있어서의 양생 기간은 상온(약 20℃)에서 24시간 이상, 바람직하게는 72시간 정도 실시한 후, 건조는 상온(약 20℃)에서 100℃ 정도의 온도 범위에서 건조시킨다.
규불화 화합물의 수용액의 사용량은, 자기 치유 재료 조립물에 대해서 5~20중량% 정도 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 상술한 탄소수가 12 이상인 지방산을 사용하는 경우는, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 프로판올, 부탄올, 아세톤 등의 유기용매에 포화 농도가 되도록 용해시켜, 이 유기용매 용액을 자기 치유 재료 조립물에 대해서 도포, 함침, 주입 등의 방법 혹은, 자기 치유 재료 조립물을 이 유기용매 용액에 침지시키고, 그 후, 유기용매만을 증발 제거시킴으로써 차수 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
탄소수가 12 이상인 지방산은, 자기 치유 재료 조립물에 포함되는 시멘트나 산화칼슘 등의 칼슘 화합물과 반응하여 지방산의 칼슘염(칼슘 비누) 등의 물에 난용성인 화합물로 변화함으로써 자기 치유 재료 조립물의 표면 및 내부가 치밀화하여, 차수 처리가 실시된다. 또한, 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기용매 용액을 사용하는 경우는 차수 처리에 있어서의 양생 기간은 불필요하며, 유기용매를 제거하기 위해 상온(약 20℃)에서 100℃정도의 온도 범위에서 건조시킨다. 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기용매 용액의 사용량은, 자기 치유 재료 조립물에 대해서 1~10중량%정도 사용하는 것이 바람직하다.
차수 처리는, 규불화 화합물을 포함하는 수용액 또는 탄소수가 12 이상인 지방산을 포함하는 유기용매를 시멘트 혼화재 조립물에 대해서 도포, 함침, 주입 등의 방법 혹은, 시멘트 혼화재 조(粗)조립물을, 규불화 화합물을 포함하는 수용액 또는 탄소수가 12 이상인 지방산을 포함하는 유기용매 중에 침지시키는 차수 처리를 2회 이상 반복해서 실시해도 된다.
또한, 이러한 조립 처리 및 차수 처리를 임의로 2회 이상 조합해서 실시해도 된다. 조립 처리 또는/및 차수 처리를 2회 이상 반복함으로써 자기 치유 재료 조립물을 더한 콘크리트의 프레시 성상이 감수제 첨가량에 관한 개선 효과나 콘크리트의 균열 자기 치유 성능의 장기 온존 효과가 향상한다.
본 발명의 시멘트 조성물은, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재와 시멘트를 함유하는 시멘트 조성물이다.
본 발명에 있어서의 시멘트 조성물용의 시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트, 그 외의 혼합 시멘트, 초속경계 시멘트 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트로서는, 저열, 중용열, 보통, 조강, 초조강, 내황산염 등의 각종 포틀랜드 시멘트를 들 수 있으며, 또한, 혼합 시멘트로서는, 고로 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 실리카 시멘트 등을 들 수 있다. 초속경계 시멘트로서는, 알루미나 시멘트, 11CaO·7A1203·CaX2계(X는 F 등의 할로겐 원소) 시멘트, 아윈=칼슘 설포 알루미네이트계 시멘트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 염가의 포틀랜드 시멘트가 바람직하고, 또한 모르타르나 콘크리트의 경화체의 균열의 억제상, 모르타르나 콘크리트의 경화체의 건조 수축(자기 수축)이 작아지는 비라이트(C2S) 함유량이 높은 저열 포틀랜드 시멘트 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 사용이 특히 바람직하다. 또한 이외의 성분으로서 고로 수쇄슬래그 미분말, 석회석 미분말, 플라이애쉬, 실리카흄, 이수 석고, 무수 석고, 반수 석고 등의 일반적인 시멘트용 혼화재를 조합해도 된다.
본 발명의 시멘트 혼화재는, 균열 자기 치유 재료(층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)), 결정성 및 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트), 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물, 불소를 함유하는 화합물, 포조란 반응성을 가지는 재료, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 산화칼슘을 함유하는 재료, 시멘트의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택, 임의의 혼합 비율로 혼합한 것에, 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트 및 물을 첨가해서 혼련하여 조립물로 한 것을 시멘트 조성물에 함유시켜 모르타르 및 콘크리트로서 적용했을 경우, 이러한 모르타르 및 콘크리트에 대해서 뛰어난 자기 치유성을 부여할 수 있으며, 또한 장기에 걸쳐 이 자기 치유성을 유지하는 것을 가능하게 한다. 이 요인에 관해서는 분명하지는 않지만, 다음과 같이 추측된다.
즉, 본 발명의 시멘트 혼화재 중의 자기 치유성을 가지는 재료는, 모르타르 및 콘크리트에 균열이 생겼을 때에, 균열부에 있어서, 물과의 수화 반응에 의해 팽창성을 가지는 수화물을 생성하고, 이 수화물의 팽창에 의해서 균열부를 충전할 수 있다. 또한, 시멘트 혼화재 중의 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)은, 물과의 수화 반응에 의해 결정성의 수화물을 생성하여 팽윤하며, 그 외의 자기 치유 재료로부터 생성되는 수화물 또는 용출하는 성분과 조합되어, 균열 부분에 불용성의 석출물을 형성할 수 있다. 이들을 포함하는 모르타르 및 콘크리트에 있어서, 균열부에 물이 침수했을 때에는, 우선, 팽윤성을 가지는 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)이 즉석에서 팽윤하여 콘크리트 중의 공극을 먼저 매우고, 콘크리트에 있어서의 수화물이 석출 가능한 공간을 감소시킨다.
그리고, 이에 계속하여, 결정성 및 비정질의 규산염 광물(알루미노 실리케이트), 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 마그네슘을 함유하는 화합물 및 광물, 불소를 함유하는 화합물, 포조란 반응성을 가지는 재료, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 산화칼슘, 시멘트를 함유하는 재료로부터 용출하는 성분이 모르타르 및 콘크리트 중에 석출하는 일 없이 확산에 의해서 균열부로 이동함으로써, 균열부를 선택적으로 충전한다는 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다고 생각된다. 그 결과, 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물을 이용한 모르타르 및 콘크리트에 의하면, 균열이 발생했다고 해도, 장기간에 걸쳐 균열이 충분히 수복되어 지수성능이 양호하게 유지되게 된다.
또한, 본 발명의 모르타르 또는 콘크리트는, 상기 본 발명의 시멘트 혼화재와 시멘트, 물 및 골재를 함유하는 모르타르 또는 콘크리트이다.
모르타르나 콘크리트에 이용하는 골재로서는, 세골재 및 조골재를 들 수 있다. 여기서, 시멘트 조성물에, 골재로서 세골재만을 더한 것은 통상 모르타르로 불리며, 골재로서 조골재와 세골재의 양쪽 모두를 더한 것은 통상 콘크리트로 불린다.
본 발명의 모르타르 및 콘크리트는, 세골재로서는, 육지모래(산모래), 바닷모래, 강모래, 부순모래, 규사, 고로 슬래그 세골재, 페로니켈 슬래그 세골재, 전기로 산화 슬래그 세골재, 구리 슬래그 세골재, 페로크롬 세골재, 인공 경량 세골재, 재생 세골재, 용융 슬래그 세골재 등을 들 수 있다. 조골재(粗骨材)로서는, 육지자갈(산자갈), 바다자갈, 강자갈, 부순돌, 고로 슬래그 조골재, 인공 경량 조골재, 재생 조골재, 용융 슬래그 조골재 등을 들 수 있다.
또한, 조골재 및 세골재란, 통상의 분류(채 분류 등)에 의해서 구별할 수 있다. 또한 콘크리트에 포함되는 물의 양은, 시멘트 조성물을 100중량%로 했을 때, 25~60중량%가 되는 양이면 바람직하고, 40~50중량%가 되는 양이면 보다 바람직하다.
이 물의 양이 60중량%를 넘으면, 경화 후의 콘크리트 중에 다량의 물이 남아 버려, 강도가 불충분하게 될 우려가 있는 것 외에, 시멘트 혼화재 중의 자기 치유 재료가 가지는 자기 치유 능력이 저하해 버리는 등에 의해, 자기 치유성을 장기로 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
또한, 콘크리트 중의 시멘트 조성물의 함유량은, 예를 들면, 전술한 바와 같이 통상 모르타르로 분류되는 것의 경우, 그 1m3 당, 300~1000kg이면 보다 바람직하고, 400~800kg이면 보다 바람직하다. 또한, 통상 콘크리트로 분류되는 것의 경우, 해당 콘크리트 1m3 당, 200~700kg이면 바람직하고, 300~450kg이면 보다 바람직하다. 시멘트 조성물의 함유량이 이러한 범위이면, 시멘트 조성물에 의한 콘크리트의 고체화가 양호하게 발생하여, 뛰어난 강도를 얻을 수 있는 것 외에, 콘크리트중에 미반응의 자기 치유 재료 등이 적합하게 잔존하여, 뛰어난 자기 치유성을 얻을 수 있음과 동시에, 장기에 걸쳐 자기 치유성을 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 이러한 콘크리트에 있어서 충분한 강도를 얻는 관점에서는, 콘크리트중의 세골재의 함유량은, 예를 들면, 통상 모르타르로 분류되는 것의 경우, 그 1m3 당, 1000~1700kg이면 바람직하고, 1200~1500kg이면 보다 바람직하다. 또한, 통상 콘크리트로 분류되는 것의 경우, 해당 콘크리트 1m3 당 700~1000kg이면 바람직하고, 800~900kg이면 보다 바람직하며, 또한, 조골재의 함유량은, 콘크리트 1m3 당 800~1100kg이면 바람직하고, 850~950kg이면 보다 바람직하다.
이러한 콘크리트는, 예를 들면, 시멘트에 대해서 상기 시멘트 혼화재를 더하여 시멘트 조성물로 하고, 이것에 물이나 골재를 더하여 혼합함으로써 얻을 수 있다. 다만, 본 발명의 콘크리트는, 그 조성 중에 상기 시멘트 혼화재를 포함하는 것이면 되기 때문에, 예를 들면, 시멘트 혼화재에 포함되는 일부의 성분이, 시멘트 조성물에는 포함되지 않고, 모르타르, 콘크리트의 제작시에 첨가된 것이어도 된다. 혹은, 본 발명의 자기 치유 재료 조립품 그 자체를 세골재 및/또는 조골재의 일부와 치환하여 골재 대체로서 사용해도 된다. 그 경우의 치환량은, 통상 모르타르로 분류되는 것의 경우, 그 1m3 당, 30~400kg이면 바람직하다. 또한, 통상 콘크리트로 분류되는 것의 경우, 해당 콘크리트 1m3 당, 15~200kg이면 바람직하다.
전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물을 이용한 콘크리트는, 경화 후에 균열이 생겼다고 해도, 지수(止水)성능을 스스로 회복하는 특성이 뛰어나며, 또한 이러한 특성을 오래 유지할 수 있기 때문에, 예를 들면, 지하 구조물, 터널 등의 누수가 발생하기 쉬우며, 또한 보수가 곤란했던 구조물에 대해서 극히 적합하게 적용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[사용 재료]
(1) 자기 치유 재료
·Na-벤토나이트(웨스턴 젤, 벤토나이트산업사제, 미국 와이오밍산)
·탈크(범용 탈크 SSS, 니폰탈크사제)
·플라이애쉬(파이낫슈 20, 욘덴비즈니스사제, 입경 20㎛ 이하로 분급 처리된 플라이애쉬, JIS A 6201의 I종 적합품)
·제2 인산칼슘(에이틴, 토요덴카코교사제, 사료용, 중국산)
·탄산 리튬(전지용 고순도 탄산 리튬, 혼죠케미컬사제, 미분쇄품, 칠레산)
상기 5종류의 재료를, 다음의 표 1의 배합 비율로 1배치 10kg으로 되도록 계량하여, 자기 치유 재료를 조제했다.
[표 1]
Figure 112012029048459-pct00001
(2) 조립용 바인더 재료
·시멘트(저열포틀랜드 시멘트, 스미토모오사카시멘트사제,
JIS R 5210 적합품)
·물: 상수도수
(3) 차수 처리용 재료
i) 규불화 마그네슘 수용액
·차수 재료：규불화 마그네슘(칸토카가쿠사제, 시약 MgSiF6·6H20)
·용매: 상수도수
(조제 방법)
상수도수 10리터에 상기 규불화 마그네슘(MgSiF6·6H20)을 3kg 용해시킨 규불화 마그네슘 수용액을 조제했다.
ii) 스테아린산 포화 에틸 알코올 용액
·차수 재료：스테아린산(칸토카가쿠사제, 시약 C17H35COOH)
·용매: 에틸 알코올(칸토카가쿠사제, 시약 특급 C2H50H)
(조제 방법)
에틸 알코올 10리터에 50g=과잉량의 스테아린산(C17H35COOH)을 혼합하여 충분히 교반하고, 과잉량의 스테아린산을 침전시켜, 상등 용액을 분취하여 스테아린산 포화 에틸 알코올 용액을 조제했다.
(4) 파이버 재료
·비닐론 단섬유(파워론 RFCS7×6, 쿠라레사제, 섬유길이 6mm, 섬유 직경 27㎛, 밀도=1.3g/cm3)
(5) 감수제
·폴리칼계 분말 감수제(마이티 21P, 카오사제, 메타크릴산 나트륨계)
(6) 시멘트 조성물용 시멘트
·저열포틀랜드 시멘트(스미토모오사카시멘트사제, JIS R 5210 적합품)
(7) 모르타르 및 콘크리트용 재료
·시멘트: 보통 포틀랜드 시멘트
(스미토모오사카시멘트사제,
JIS R 5210 적합품, 밀도=3.15g/cm3)
·모르타르용 세골제: JIS R 5201용 표준모래
(시멘트 협회, 1봉=1350g)
·콘크리트용세골재: 치바현 토미츠산 육지모래
(표건밀도=2.55g/cm3, 흡수율 2.1%)
·조골재：이바라키현 사쿠라가와산 경질 사암 쇄석 2005
(표건밀도=2.66g/cm3, 흡수율 0.6%)
·물: 상수도수
·콘크리트용 감수제: (BASF사제, 리그닌 설폰산계,
JIS A 6204 적합품)
[사용 기기]
·교반 조립 장치(타이헤이요키코사제, H.F 콘믹서 HF-50형,
정격 용량 50리터)
·모르타르 믹서(JIS R 5201용)
·콘크리트 믹서(타이헤이요키코사제, 2축 강제반죽믹서, SUPER DOUBLE MIXER SD-55, 정격 용량 55리터)
·균열 관찰용 디지털 현미경(키엔스사제, VHX-1000)
[혼화재의 조제]
상기 (1) 자기 치유 재료를 10kg 계량하여, 상기 교반 조립 장치에 투입하고, 저속 회전으로 1분간 건식 혼합했다. 그 후, 상기 (2) 조립용 바인더 재료인 저열 포틀랜드 시멘트 및 물을, 또한, 필요에 따라서 상기 (4) 파이버 재료인 비닐론 섬유나 상기 (5) 감수제인 폴리칼계 분말 감수제를, 그 교반 조립 장치에 투입한 그 자기 치유 재료 10kg에 대해서, 각각 하기 표 2의 외할량(外割量)으로, 그 교반 조립 장치 내에 조금씩 첨가하면서 교반를 실시하여, 3분간에 걸쳐 최대 입경 15~20mm 정도가 되도록 조립 처리를 실시했다.
얻어진 조립물은, 폴리에틸렌제의 봉투안에 밀봉하고, 20℃ 항온 실내에서 3일간 양생을 실시하여, 조립물인 시멘트 혼화재를 얻었다.
또한, 필요에 따라서, 또한 그 후, 하기 표 2의 조건으로 규불화 화합물의 수용액 중에 1일간 침지, 또는 스테아린산 포화 에틸 알코올 용액 중에 1시간 침지한 후, 그 침지한 조립물을 꺼내어 100℃에서 3시간 건조시켜, 시멘트 혼화재를 얻었다.
또한, 필요에 따라서, 표 2에 나타내는 바와 같이, 상기 조립 처리 및 차수 처리를 여러 차례 실시하는 경우에는, 상기 처리를 반복해서 실시했다.
또한 얻어진 조립물은, 구멍이 0.1mm, 0.5mm, 5mm, 15mm인 채를 사용하여, 표 2에 나타내는 바와 같이 입경의 범위가 0.1~15mm, 0.5~5mm, 0.1mm미만, 15mm 초과의 범위로 각각 조정했다.
실험예 1
상기에서 조제된 실시예 1~17및 비교예 1~9의 시멘트 혼화재(조립물)의 아래와 같이 평가를 실시하여, 얻어진 결과를 표 2에 나타냈다.
(1) 시멘트 혼화재 조립물의 양부(良否)
조립물 전체의 육안 및 랜덤으로 추출한 조립물 10개의 촉진(觸診)(시멘트 혼화재의 경도)에 의해 조립의 양부를 판정했다.
◎=몹시 뛰어남(깨끗한 구상으로 표면이 매끄러움, 손가락과 손가락으로 압축했을 때에 거의 찌그러지지 않음, 가루가 거의 나오지 않음), ○=뛰어남(구상으로 표면이 매끄러움, 손가락과 손가락으로 압축했을 때에 일부 찌그러지지 않음, 가루가 약간 나옴), ●=보통(대체로 구상으로 표면은 요철 있음, 손가락과 손가락으로 압축했을 때에 반 정도 찌그러짐, 가루가 나옴), △=약간 뒤떨어짐(찌그러진 구상의 것이 섞여 표면은 요철 있음, 손가락과 손가락으로 압축했을 때에 반이상 찌그러짐, 가루가 약간 많이 나온다), ×=뒤떨어짐(찌그러진 구상의 것이 많고 표면은 요철 있음, 손가락과 손가락으로 압축했을 때에 대부분이 찌그러짐, 가루가 매우 많이 나옴)
또한 육안의 경우는, 구상에 가까울수록, 및 조립 입자 표면의 요철이 적을수록, 우수하다고 판정했다. 또한 촉진의 경우는, 양생 전 및 양생 후의 조립물의 압괴강도가 높을(손가락과 손가락으로 압축했을 때에 찌그러지기 어려움)수록, 및 조립물의 안정성이 높을(손가락과 손가락으로 압축했을 때의 가루의 나오는 것이 적음=붕괴 하기 어려움)수록, 우수하다고 판정했다.
(시멘트 혼화재 조립물의 흡수 안정성)
시멘트 혼화재의 10배량(중량)의 상수도수 중에 각 시멘트 혼화재를 6시간 침지하고, 흡수에 의해 팽창 파괴(자기 붕괴)하지 않는지 어떤지를, 조립물 전체의 목시 및 랜덤으로 추출한 조립물 10개의 촉진(흡수 후의 조립물의 경도 등)에 의해 흡수 안정성을 판정했다.
◎=뛰어남(거의 팽창 및 붕괴하고 있지 않다), ○=보통(일부에 팽창 또는 붕괴하고 있다), ×=뒤떨어짐(거의 팽창 또는 붕괴하고 있다)
(모르타르의 유동성, 모르타르 경화체의 균열 자기 치유 성능)
각 시멘트 혼화재를, 보통 포틀랜드 시멘트(스미토모오사카시멘트 주식회사제)에 대해서, 25중량% 내할 치환하여, 각 시멘트 조성물로 하고, 또한 이 시멘트 조성물 450g에 대해서, 일본공업규격 JIS R 5201 「포틀랜드 시멘트의 물리 시험 방법」용의 표준모래 1350g 및 상수도수 225g을 더하여, JIS R 5201에 준거하여 모르타르 믹서로 혼련했다.
반죽한 각 모르타르를 즉시 JIS R 5201에 준거하여 15타 모르타르 플로우를 측정하여, 각 모르타르 유동성의 평가로 했다.
모르타르의 유동성
·A: 15타 플로우가 200mm 이상
·B: 15타 플로우가 150mm 이상, 200mm 미만
·C: 15타 플로우가 100mm 이상, 150mm 미만
·D: 플로우 측정 불능
다음으로, 상기 플로우를 측정한 각 모르타르를 모르타르 믹서의 반죽사발으로 되돌리고, 30초간 재차 혼련한 후, 안치수 4cm×16cm×16cm의 합판제 형틀에 때려 넣어, 판상 모르타르 경화공시체를 제작했다.
각 모르타르 경화체를 20℃ 항온하에서 봉함양생했다.
재령 7일째에 탈형한 각 모르타르 경화체에, 폭 0.2~0.3mm의 균열을 1개소 발생시킨 후, 각각 상수도수 2리터 넣은 폴리프로필렌제 배트(납작한 접시)에 침지하여, 20℃ 항온 실내에서 수중 양생을 실시했다.
그 후, 1일간 간격으로 모르타르 경화체의 균열 형성부에 관하여 디지털 현미경(제품 번호 VHX-1000, 키엔스주식회사제)을 이용하여 관찰을 실시하여, 균열 자기 치유 성능에 관하여 평가를 실시했다.
자기 치유 성능(모르타르 경화체)
·A: 균열부가 석출물로 급속히 충전되어, 석출물의 화학적 안정성이 지극히 높다.
·B: 균열부가 석출물로 천천히 충전되어 석출물의 화학적 안정성이 높다.
·C: 균열부가 석출물로 충전되지만, 석출물의 화학적 안정성은, 그다지 높지 않다.
·D: 균열부에 석출물이 충전하지 않고, 균열의 자기 치유 효과가 없다.
[표 2]
Figure 112012029048459-pct00002
상기 표 2로부터, 본 발명의 실시예 1~17은, 시멘트 혼화재 조립물의 양부 및 흡수 안정성, 모르타르에 첨가했을 경우의 모르타르의 프레시 성상(유동성) 및 균열 자기 치유 성능의 모두가 양호했던 것에 대하여, 본 발명 이외의 비교예 1~9의 경우는, 시멘트 또는 물의 첨가량이 과소 또는 과대했었기 때문에 조립 자체가 불가능, 혹은 조립물의 강도가 너무 높아 져서 , 조립 상태는 불량이었다. 또한 조립 혹은 차수 처리가 불충분했었기 때문에, 흡수 안정성도 불량이었다. 또한 모르타르에 첨가했을 경우의 모르타르의 프레시 성상(유동성)이 현저하게 낮았다. 또한 자기 치유 성능이 낮은 것이 분명하다.
시험예 2
[콘크리트 경화체에 의한 균열 자기 치유 성능]
실시예 18~22 및 비교예 10·11에서 얻어진 시멘트 혼화재(조립물)를 사용하여, 하기 표 3의 배합으로, 1배치 반죽 혼합을 25리터로 하여 2축 강제반죽믹서를 이용하여 2분간 콘크리트를 혼련했다.
다음으로, 그 혼련 후의 콘크리트를 이용하여 10cm×10cm×40cm의 직방체 형상의 콘크리트공시체를 2체씩 제작했다.
그 콘크리트 공시체는, 20℃ 항온하에서 재령 7일까지 봉함한 상태로 보관하고, PC 강봉에 의해 외적으로 구속을 주었다.
재령 7일에 있어서, 각 콘크리트 공시체에 균열을 1개소 도입했다. 균열은, 각 공시체에 인장력을 작용시켜 발생시켰다. 콘크리트 공시체 부분에 발생시킨 균열폭은, 0.3mm로 고정했다.
상기 각 콘크리트공시체를 이하의 평가에 부과하여, 얻어진 결과를 표 3에 나타냈다.
(1) 슬럼프의 평가
콘크리트 반죽 완성 직후, 일본공업규격 JIS A 1101 「콘크리트의 슬럼프 시험」에 준거하여 슬럼프 시험을 실시했다.
슬럼프의 평가
수치가 클수록, 프레시 콘크리트의 콘시스텐시(시공성)가 좋다.
비교예 11(플레인 콘크리트)의 수치와 비교한다.
(2) 지수성의 평가
균열의 고정 후, 1m의 수두(水頭)를 주어 콘크리트 경화체의 균열간에 항상 물이 흐르는 상태로 하여 균열의 자기 치유 성상를 관찰했다. 이 때의 동수구배는, 10m/m였다. 해당 평가에 있어서는, (i) 상시 투수 상태로 하여 전술한 투수량을 측정해서 얻어진 지수성의 평가에 더하여, (ii) 상시 투수 상태로 하여 균열부를 현미경에 의해 관찰하고, 그 균열폭이 감소하는 정도에 관해서도 평가했다.
지수성의 평가
·A: 7일간에서 투수량이 초기 투수량의 50분의 1 이하가 되는 경우
·B: 7일간에서 투수량이 초기 투수량의 50분의 1보다 크고,
10분의 1 이하가 되는 경우
·C：7일간에서 투수량이 초기 투수량의 10분의 1보다 크고
2분의 1 이하가 되는 경우
·D: 7일간에서 투수량을 초기 투수량의 2분의 1 이하로 할 수
없는 경우
(3) 균열폭의 평가
균열의 고정 후, 콘크리트 경화체를 각각 상수도수 20리터 넣은 폴리프로필렌제 컨테이너에 침지하고, 20℃ 항온 실내에서 수중 양생을 실시했다. 그 후, 1일간 간격으로 콘크리트 경화체의 균열 형성부에 관하여 디지털 현미경을 이용해서 관찰을 실시하여, 균열 자기 치유 성능에 관하여 평가를 실시했다.
균열폭의 평가
·A: 28일간에서 균열폭이 0.1mm 이상 감소했을 경우
·B: 28일간에서 균열폭의 감소가 0.05mm 이상
0.1 mm 미만이었을 경우
·C: 28일간에서 균열폭의 감소가 0.025mm 이상
0.5mm 미만이었을 경우
·D: 28일간에서의 균열폭의 감소가 0.025mm 미만인 경우
[표 3]
Figure 112012029048459-pct00003
상기 표 3으로부터, 본 발명의 실시예 18~22는, 콘크리트의 슬럼프 저하가 낮고, 지수성의 향상 및 균열폭의 감소가 빠르며, 균열 자기 치유 성능이 뛰어난 것에 대하여, 본 발명 이외의 비교예 10의 경우는, 자기 치유 성능은 우수했지만, 슬럼프의 저하가 현저했다. 비교예 11의 경우는, 자기 치유 재료를 포함하지 않은 플레인 콘크리트이기 때문에, 슬럼프는 컸지만, 자기 치유 성능이 전혀 확인되지 않았다.
본 발명의 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트 조성물, 모르타르 및 콘크리트는, 예를 들면, 지하 구조물, 터널 등의 누수가 발생하기 쉽고, 또한 균열 수복·보수가 곤란했던 구조물에 대해서 극히 적합하게 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 균열 자기 치유 재료에 조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트 및 물을 첨가하여 혼련하고, 균열 자기 치유 재료를 주성분으로서 포함하는 조립물인 것이고,
    상기 균열 자기 치유 재료가, 알루미노 실리케이트 광물, 결정성 및 비정질의 규산염 광물, 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 및 산화칼슘을 함유하는 재료의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택, 임의의 혼합 비율로 혼합하는 것이고,
    상기 조립물에, 차수 재료로서, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 또는 아세톤의 유기용매에 포화 농도가 되도록 용해시킨 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기 화합물이 더 포함되어 있고,
    상기 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기용매 용액의 사용량은, 자기 치유 재료 조립물에 대해서 1~10중량%인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    조립물의 입경이, 0.1~15mm의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    파이버 및/또는 감수제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재.
  7. 제1항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 시멘트 혼화재의 제조 방법으로서,
    조립 처리용 바인더 재료로서의 시멘트를, 알루미노 실리케이트 광물, 결정성 및 비정질의 규산염 광물, 인산 칼슘, 탄산기를 가지는 화합물 및 광물, 리튬을 함유하는 화합물 및 광물, 잠재 수경성을 가지는 재료, 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료, 및 산화칼슘을 함유하는 재료의 군으로부터 적어도 1종류 이상을 선택, 임의의 혼합 비율로 혼합한 균열 자기 치유 재료에 대해서 5~200중량% 및 물을 상기 균열 자기 치유 재료에 대해서 10~100중량%로 첨가하여 혼련하고, 얻어진 혼련 재료의 조립 처리를 적어도 1회 실시하여 조립물을 제조하고,
    상기 조립물에, 차수 재료로서, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 또는 아세톤의 유기용매에 포화 농도가 되도록 용해시킨 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기 화합물을 포함함으로써, 조립 처리 후의 조립물에, 차수 처리를 적어도 1회 실시하고,
    상기 탄소수가 12 이상인 지방산의 유기용매 용액의 사용량은, 자기 치유 재료 조립물에 대해서 1~10중량%인 것을 특징으로 하는, 시멘트 혼화재의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 시멘트 혼화재와, 시멘트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 조성물.
  10. 제1항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 시멘트 혼화재와, 시멘트, 물 및 골재를 함유하는 것을 특징으로 하는, 모르타르.

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