KR101790263B1 - 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리카르본산계 감수제, 회합형 증점제, 액상형 나노실리카, 소포제 및 물을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물에 관한 것이다.

Description

뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물{Admixture composition having high performance fiber cement}

본 발명은 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료에 첨가되어 배합, 뿜칠시 및 뿜칠후 각각의 섬유분산성, 유동성, 부착성이 확보되도록 하는 혼화제 조성물을 제공하고자 함이다.

일반적으로 섬유를 사용하지 않거나 비교적 적게 사용하는 경우의 모든 뿜칠형 재료는 다양한 종류의 혼화제를 사용하고 있다. 예로 유동성 향상 목적의 감수제, 섬유분산성 향상 목적의 증점제, 강도저하 방지 목적의 소포제, 수축 방지 목적의 팽창제 및 수축저감제, 점착성 향상 목적의 분말수지 등이 사용된다. 이렇게 다양한 혼화제를 사용하는 이유는 시공 단계별로 요구되는 상이한 유동특성을 제어하기 위함이다. 즉 다량의 섬유를 사용하는 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 경우에는 시공 단계별로 요구되는 상이한 유동특성을 제어하는 것이 더욱더 중요한 문제인데 배합단계에서는 다량의 섬유를 분산하기 위한 높은 점성이 요구되며, 뿜칠시의 경우 뿜칠용 펌프에 의하여 재료가 호스를 거쳐 노즐까지 이동하는 중에는 펌프압송에 용이한 낮은 점성이 요구되고, 뿜칠후의 경우 고압의 공기분사에 의하여 노즐에서 타설면으로 뿜칠이 된 후에는 타설면과의 부착 및 재료의 일체성을 위한 높은 점착성이 요구된다. 이러한 요구에 따라 다양한 혼화제를 사용하는 경우 품질관리가 어려우며, 시공의 불편하고, 각 혼화제의 작용충돌에 의해 제기능이 발현되지 못하는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제0654152호

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료에 첨가되어 배합, 뿜칠시 및 뿜칠후 각각의 섬유분산성, 유동성, 부착성이 확보되도록 하는 혼화제 조성물을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물은 폴리카르본산계 감수제, 회합형 증점제, 액상형 나노실리카, 소포제 및 물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리카르본산계 감수제 10~40 중량%, 회합형 증점제 10~40 중량%, 액상형 나노실리카 1~10 중량%, 소포제 0.05~1 중량%를 포함하며, 잔부는 물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 회합형 증점제는 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물로서 중량비로 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 회합형 우레탄계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 25중량% 이고, 점도는 20 내지 55cPS 이며, pH는 6 내지 8인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 회합형 아크릴계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 30중량%이고, 점도는 35 내지 50cPs 이며, pH는 2.5 내지 5.5인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 소포제는 파포형 소포제로서 에틸알코올인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 디부틸히드록시톨루엔 0.05 내지 0.1중량%가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명인 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물은 뿜칠형 섬유보강 시멘트 복합재료 제조시 첨가되어 섬유의 분산성능을 향상시켜 섬유의 뭉침현상(fiber ball)이 없이 섬유가 3차원적으로 골고루 분포될 수 있으며, 뿜칠시 섬유뭉침현상 등에 의한 폐색으로 압송/뿜칠 성능 저하 문제를 해소할 수 있고, 뿜칠후 타설면과의 부착력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 각 시료의 플로우를 나타내는 그래프이고,
도 2는 각 시료의 섬유분산성을 나타내는 그래프이고,
도 3은 섬유분산성의 척도를 나타내는 사진이고,
도 4는 각 시료의 압축강도를 나타내는 그래프이고,
도 5는 각 시료의 휨성능을 나타내는 그래프이다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예 및 실험 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물은 폴리카르본산계 감수제, 회합형 증점제, 액상형 나노실리카, 소포제 및 물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는 폴리카르본산계 감수제 10~40 중량%, 회합형 증점제 10~40 중량%, 액상형 나노실리카 1~10 중량%, 소포제 0.05~1 중량%를 포함하며, 잔부는 물로 이루어지는 것이 타당하다.

여기서 폴리카르본산계 감수제는 고형분 15 내지 30의 주쇄가 짧고 측쇄가 길며 측쇄의 밀도가 작은 에테르계 폴리카르본산계 감수제인 것이 바람직하다.

특히 본 발명에서는 상기 회합형 증점제로 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물이 사용되는데 중량비로 10:90 내지 90:10인 것이 사용됨에 특징이 있다. 본 발명에 있어 증점제를 회합형으로 사용하는 이유는 적은 사용량으로 높은 점성을 확보하기 위한 것이다.

이와 같이 본 발명이 증점제로 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제를 혼합하여 사용하는 이유는 회합형 우레탄계 증점제는 항복응력이 낮고 소성점도가 높아 배합 및 뿜칠시 섬유의 분산성을 향상시키면서도 펌프압송이 용이하도록 함과 동시에 아크릴계 증점제는 항복응력이 높고 소성점도가 높아 뿜칠 후 타설면과 부착성능 및 리바운드량을 저감하기 위한 것이다.

즉 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 경우에는 시공 단계별로 요구되는 상이한 유동특성을 제어하는 것이 중요한 문제인데 우레탄계 증점제를 이용하여 배합단계에서는 다량의 섬유를 분산하기 위한 높은 점성과 뿜칠시 뿜칠용 펌프에 의하여 재료가 호스를 거쳐 노즐까지 이동하는 중에는 펌프압송에 용이한 낮은 항복응력이 발현되도록 하는 것이며, 회합형 아크릴계 증점제에 의해 뿜칠후에는 타설면과의 부착성능의 향상을 위해 높은 점성 및 높은 항복응력이 발현되도록 하는 것이다.

바람직하게 상기 회합형 우레탄계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 25중량% 이고, 점도는 20 내지 55cPS 이며, pH는 6 내지 8인 것이 타당하고, 상기 회합형 아크릴계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 30중량%이고, 점도는 35 내지 50cPs 이며, pH는 2.5 내지 5.5인 것이 타당하다.

이에 더하여 본 발명에서는 상기 증점제 사용에 따라 다량의 갇힌 공기가 형성되어 강도 저하 현상을 동반하게 되는 문제를 보완하기 위해 액상형 나노실리카가 더 배합되도록 한다.

즉 본 발명에서는 회합형 우레탄계 증점제 및 회합형 아크릴계 증점제를 혼합하여 사용하는데 회합형 아크릴계 증점제의 경우 높은 항복응력으로 인해 특히 뿜칠시에 폐색 등의 문제를 유발할 수 있는데 이에 본 발명에서는 폴리카르본산계 감수제를 사용하여 공기를 연행시켜 뿜칠시의 유동성을 보완토록 하는데 이렇게 연행된 공기는 시공후 강도저하의 요인으로 작용할 수 있으므로 이에 본 발명에서는 액상형 나노실리카가 더 배합되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 이렇게 연행된 공기를 제거하기 위한 소포제가 더 배합되도록 하는 바, 특히 본 발명에서는 소포제로 파포형 소포제가 사용되도록 한다.

이렇게 파포형 소포제가 사용되도록 하는 이유는 상기에서 언급한 바와 같이 폴리카르본산계 감수제에 의해 공기를 연행시킴으로써 회합형 아크릴계 증점제가 혼합됨에도 불구하고 뿜칠시의 유동성을 확보토록 하는데 억포형 소포제가 사용되는 경우 공기연행 자체를 제어함으로써 뿜칠시의 유동성 확보가 용이하지 않을 수 있으므로 본 발명에서는 소포제로 파포형 소포제가 사용되어 공기를 연행시키되 연행된 공기가 제거되도록 하는 것이다. 바람직하게는 파포형 소포제로 에틸알코올이 사용되는 것이 타당하다.

또한 본 발명에서는 파포형 소포제를 사용하는 경우라도 기포의 완전한 제거가 이루어지지 않거나 상기 범위를 초과하여 파포형 소포제를 사용하는 경우 연행된 기포가 너무 제거되어 뿜칠시의 유동성 확보가 용이하지 않은 문제가 있어 상기 범위로 파포형 소포제를 첨가함에 따라 시공후 기포가 잔존하게 된다.

그런데 잔존하는 기포는 시공후 기포가 터지면서 가스에 의해 페이스트 내부의 산화를 유발하게 되고 이러한 산화는 페이스트 전체 내구성 저하의 문제를 유발할 수 있는데 이에 본 발명에서는 디부틸히드록시톨루엔 0.05 내지 0.1중량%가 더 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다.

이와 같이 디부틸히드록시톨루엔이 더 첨가되어 시공후 잔존하는 기포에 의해 페이스트 내부의 부식, 산화 등 내구성 저하를 방지토록 하는 것이다.

이하 본 발명의 실험 예에 대해 설명한다.

<실험 1>

회합형 우레탄계 증점제 종류별 성능을 검증하기 위하여 표 1과 같은 배합표에 의하여 배합 후 플로우(Flow), 소성점도, 항복응력 및 압축강도를 측정하였다. 여기서, 표 2와 같은 회합형 우레탄계 증점제를 사용하였으며, 회합형 우레탄계 증점제는 고형분 20~25%, 점도는 20~55cPs, pH 6~8 범위의 것을 사용하였다. 표 3은 회합형 우레탄계 증점제 종류에 따른 실험결과를 나타낸 것이다.

실험결과, 회합형 우레탄계 증점제를 사용한 경우, 감수제만을 사용한 기준과 비교하여 플로우는 증가하는 경향이 나타났으며, 소성점도는 증가하나 항복응력은 감소하는 경향이 나타났다.

즉, 페이스트의 점성은 증가되나 외력에 의한 유동성은 향상되는 것으로 나타남에 따라 회합형 우레탄계 증점제를 적절하게 혼합 사용하면 유동성을 확보함과 동시에 섬유분산성은 향상 될 것으로 판단된다. 또한 압축강도는 감소하는 경향이 나타나는 것을 알 수 있다.

<실험 2>

회합형 아크릴계 증점제 종류별 성능을 검증하기 위하여 상기 표 1과 같은 배합표에 의하여 배합 후 플로우(Flow), 소성점도, 항복응력 및 압축강도를 측정하였다.

여기서 하기 표 4와 같은 회합형 아크릴계 증점제를 사용하였으며, 회합형 아크릴계 증점제는 고형분 20~30%, 점도는 35~50cPs, pH 2.5~5.5 범위의 것을 사용하였다. 하기 표 5는 회합형 아크릴계 증점제 종류에 따른 실험결과를 나타낸 것이다.

실험결과 회합형 아크릴계 증점제를 사용한 경우, 감수제만을 사용한 기준과 비교하여 플로우는 증가하는 경향이 나타났으며, 소성점도 및 항복응력 모두 증가하는 경향이 나타났다. 또한, 압축강도는 감소하는 경향이 나타났다.

회합형 아크릴계 증점제를 사용한 경우 상기 회합형 우레탄계 증점제를 사용한 경우와 비교하여 소성점도 증가치는 낮아지고 항복응력은 증가되는 경향이 나타남에 따라 회합형 아크릴계 증점제를 적절하게 혼합 사용하면 뿜칠 후 타설면과의 부착 및 재료의 일체성을 위한 점착성을 확보할 수 있을 것을 알 수 있다.

<실험 3>

실험 1,2의 결과를 토대로 하여 회합형 우레탄계 증점제 U-4와 회합형 아크릴계 증점제 A-3의 혼합 사용에 관한 성능을 검증하기 위하여 상기 표 1과 같은 배합표에 의하여 배합 후 플로우(Flow), 소성점도, 항복응력 및 압축강도를 측정하였다.

하기 표 6은 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제의 혼합 비율을 나타낸 것이며, 표 7은 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제의 혼합 사용에 따른 실험결과를 나타낸 것이다.

실험결과 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제를 혼합 사용한 경우 플로우 값과 소성점도 및 항복응력 값이 각각의 특성에 맞추어 변화되는 경향이 나타남에 따라 소요의 목적에 맞게 적절하게 혼합 사용하면 유동성을 확보함과 동시에 섬유분산성 향상 및 타설면(천장, 벽면, 바닥면)에 따른 점착성 향상을 통한 최적의 시공성능 확보가 가능할 것으로 판단된다.

<실험 4>

상기 실험 3의 결과 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제를 소요의 목적에 맞게 적절하게 혼합 사용하면 배합, 뿜칠시 및 뿜칠후 최적의 시공성능 확보가 가능할 것으로 나타났지만, 대체적으로 압축강도가 감소되는 경향이 나타났다.

따라서, 강도저하의 문제를 해결하고자 액상형 나노실리카를 적용하였으며, 성능을 검증하기 위하여 상기 표 1과 같은 배합표에 의하여 배합 후 압축강도를 측정하였다.

여기서, 증점제는 회합형 우레탄계 증점제와 회합형 아크릴계 증점제를 50:50 혼합한 것을 적용하였다. 하기 표 8은 사용된 액상형 나노실리카 종류 및 혼합 비율을 나타낸 것이며, 하기 표 9는 액상형 나노실리카 종류 및 혼합 사용에 따른 실험결과를 나타낸 것이다.

실험결과 액상형 나노실리카를 혼합 사용한 경우 감수제 및 증점제만을 사용한 기준과 비교하여 압축강도는 증가하는 경향이 나타남을 알 수 있다. 한편 액상형 나노실리카의 고형분 및 혼합 비율 증가에 따라 플로우는 감소하고 초기 재령 1일 및 3일 압축강도는 증가하며 재령 28일 압축강도는 감소되는 것으로 나타나는 것을 알 수 있는데 증점제 사용으로 인한 강도보완을 위해 액상형 나노실리카의 적용은 고형분 20%, 사용량 10~20% 범위가 적당한 것으로 판단된다.

<실험 5>

실험 4의 결과를 토대로 하여 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 일액형 혼화제를 제조하기 위하여 하기 표 10과 같은 배합을 실시하였다. 여기서, 섬유는 일반적으로 뿜칠용 복합재료에 가장 많이 사용되는 PVA 단섬유를 사용하였다. 배합변수는 하기 표 11과 같으며, 실험결과는 하기 표 12와 같다. 여기서 기준은 감수제만을 적용한 것이다.

상기 표 12 및 도 1 내지 도 3을 보면 플로우는 감수제만을 사용한 배합과 비교하여 증가하는 것으로 나타났으며, 섬유분산성 등급은 H1-9 배합을 제외하고 모두 섬유 뭉침 없이 균등하게 분산되어 있는 상태인 3등급으로 나타났다.

또한, 표 12 및 도 4를 보면 압축강도는 감수제만을 사용한 배합과 비교하여 초기재령 강도는 증가하는 것으로 나타났으며, 재령 28일 강도는 동등한 수준으로 나타나는 것을 알 수 있다.

또한 , 표 12 및 도 5를 보면 휨성능은 감수제만을 사용한 배합과 비교하여 최대휨강도 및 등가휨강도 모두 대폭 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 원인은 섬유분산성이 향상되어 섬유의 작용에 의한 것으로 판단된다.

<실험 6>

실험 5의 결과를 토대로 하여 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 일액형 혼화제를 제조하기 위하여 하기 표 13과 같은 배합을 실시하였다. 여기서, HH1은 파포형 소포제로 에틸알코올을 첨가한 시료이며, HH2는 억포형 소포제로 실리콘유를 첨가한 시료이다. 실험결과는 하기 표 14와 같다.

상기 표 14를 보면 실리콘유를 소포제로 사용한 시료의 경우 에틸알코올을 소포제로 사용한 시료의 경우와 슬럼프를 대비하면 최초에는 슬럼프치가 거의 유사하나 시간이 경과함에 따라 HH2의 슬럼프치 저하가 더 큰 것을 알 수 있다.

이는 폴리카르본산계 감수제에 의해 공기를 연행시켜 유동성을 향상시키도록 함에 있어 시간의 경과에 따라 실리콘유의 경우 억포작용에 의해 기포의 발생자체를 제어함에 의해 슬럼프치 저하가 큰 것으로 보이며 에틸알코올의 경우 파포작용에 의해 기포의 발생을 제어하지 않으면서 일단 생성된 기포를 제거토록 함에 따라 계속적으로 연행된 기포에 의해 슬럼프치의 저하가 HH2에 비해 작게 되는 것으로 판단된다.

즉 소포제로 에틸알코올을 첨가하는 것이 배합 및 뿜칠시까지 유동성을 확보하는데 더욱 유리한 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

1. 폴리카르본산계 감수제 10~40 중량%, 회합형 증점제 10~40 중량%, 액상형 나노실리카 1~10 중량%, 소포제 0.05~1 중량%를 포함하며, 잔부는 물로 이루어지는 것을 특징으로 하되,
   상기 회합형 증점제는 항복응력이 낮고 소성점도가 높아 배합 및 뿜칠시 섬유의 분산성을 향상시키면서 펌프압송이 용이하도록 하는 회합형 우레탄계 증점제 및 항복응력이 높고 소성점도가 높아 뿜칠 후 타설면과 부착성능 및 리바운드량을 저감시킬 수 있는 회합형 아크릴계 증점제의 혼합물로서 중량비로 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하며,
   상기 회합형 우레탄계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 25중량% 이고, 점도는 20 내지 55cPS 이며, pH는 6 내지 8인 것을 특징으로 하고,
   상기 회합형 아크릴계 증점제는 고형분이 전체 100중량%에서 20 내지 30중량%이고, 점도는 35 내지 50cPs 이며, pH는 2.5 내지 5.5인 것을 특징으로 하는 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 소포제는 파포형 소포제로서 에틸알코올인 것을 특징으로 하는 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물.
   
7. 제 6항에 있어서,
   디부틸히드록시톨루엔 0.05 내지 0.1중량%가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 뿜칠형 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료용 다기능성 혼화제 조성물.

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