KR102251569B1 - 시멘트 급결용 조성물 - Google Patents

시멘트 급결용 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR102251569B1
KR102251569B1 KR1020190007370A KR20190007370A KR102251569B1 KR 102251569 B1 KR102251569 B1 KR 102251569B1 KR 1020190007370 A KR1020190007370 A KR 1020190007370A KR 20190007370 A KR20190007370 A KR 20190007370A KR 102251569 B1 KR102251569 B1 KR 102251569B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cement
weight
setting
liquid
composition
Prior art date
Application number
KR1020190007370A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200090398A (ko
Inventor
이석기
Original Assignee
우석대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 우석대학교 산학협력단 filed Critical 우석대학교 산학협력단
Priority to KR1020190007370A priority Critical patent/KR102251569B1/ko
Publication of KR20200090398A publication Critical patent/KR20200090398A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102251569B1 publication Critical patent/KR102251569B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C04B14/062—Microsilica, e.g. colloïdal silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/045—Alkali-metal containing silicates, e.g. petalite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/002—Water
    • C04B22/0053—Water added in a particular physical form, e.g. atomised or in the gas phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

본 발명은, 시멘트 급결용 조성물에 관한 것으로, 특히, 콜로이드 실리카, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트의 혼합물을 나노버블액과 혼합함으로써 시멘트와 빠른 반응을 이루어 콘크리트를 짧은 시간에 경화시키고 다공성 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구멍을 충진시켜, 짧은 경화시간과 우수한 압축강도를 동시에 달성할 수 있는 시멘트 급결용 조성물에 관한 것이다.

Description

시멘트 급결용 조성물 {COMPOSITION FOR QUICK SETTING CEMENT}
본 발명은, 시멘트 급결용 조성물에 관한 것으로, 특히, 콜로이드 실리카, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트의 혼합물을 나노버블액과 혼합함으로써 시멘트와 빠른 반응을 이루어 콘크리트를 짧은 시간에 경화시키고 다공성 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구멍을 충진시켜, 짧은 경화시간과 우수한 압축강도를 동시에 달성할 수 있는 시멘트 급결용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 시멘트 급결용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 급결성뿐만 아니라 구조용으로도 사용가능하도록 초기 고강도를 발현하며, 리바운드량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 시멘트 급결용 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 장대형 터널, 대공동 지하구조물, 도로 급경사면 및 옥외 치장의 신속한 보강 및 보수를 위하여 숏크리트를 이용하고 있다. 이런 숏크리트는 급결제를 함께 사용함으로써 뿜칠하여 수 분내에 경화하게 된다.
기존의 급결제는 수 분에서 십 분 정도의 응결시간을 나타내지만, 강도 발현이 늦고, 초기강도가 낮아서 뿜칠하여 수 분 안에 강도를 요구하는 곳에 사용하기는 곤란하였다.
또한, 기존의 급결제를 사용한 숏크리트의 리바운드량 ( 숏크리트 작업시 분사기에서 발생되는 분진이나 되튀김 재료양 )이 20 중량% 이상으로서 재료 손실, 환경 문제 및 숏크리트의 품질 저하 등의 문제점을 가지고 있다.
종래에는 숏크리트용 급결제로서 알카리 탄산염계, 알루민산소다계, 물유리계 등을 주성분으로 구성된 액상 및 분말 급결제가 주종을 이루고 있으나, 급결성, 숏크리트의 강도 저하 그리고 강알카리성 등의 단점을 가지고 있다.
최근에는 상기와 같은 급결제의 단점을 보완하기 위해서 12CaO·7Al2O3계, 11CaO·7Al2O3·CaF2계 또는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulpho Aluminate)계의 시멘트계 분말형 급결제가 개발되었다.
그러나, 이러한 시멘트계 급결제는 무기염계 급결제에 비하여 첨가량이 많고, 기존의 무기염계 급결제에 비하여는 물성이 개선되었지만, 즉, 응결시간이 단축되고 강도가 개선되었지만, 뿜칠하여 수 분안에 고강도를 요구하는 특수한 용도에는 사용하기가 어려웠다.
따라서 초기 고강도를 발현하기 위해서 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트에 Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 등의 탄산염계 촉진제를 미량 첨가하여 고강도를 얻는 방법을 연구하고 있으나, 이 또한 초속경 시멘트 또는 알루미나 시멘트를 전체 결합재 대비 50 중량% 이상 필요하기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.
또한 초기 고강도와 함께 내열성이 요구되는 내화물, 철강 공장의 옥외치장에서는 기존의 급결제를 이용한 숏크리트로는 단기간 내에 붕괴되는 등 큰 문제점을 가지고 있었다.
기존의 숏크리트용 급결제의 반응메카니즘은 크게 1) 알카리 금속 탄산염에 의한 반응, 2) 알루민산소다에 의한 반응, 3) 규산소다에 의한 반응, 4) 11CaO-7Al2O3-CaF2, 4CaO-3Al2O3-SO3에 의한 반응이 단독 또는 병용하여 급결 반응이 일어나게 된다.
즉, Na2CO3, K2CO3 등의 알카리 금속 탄산염, 알루민산소다, 규산소다는 시멘트의 수화생성물이나 첨가 혼합된 Ca(OH)2와 반응하여 강알카리성의 NaOH가 생성하게 되고, 생성된 NaOH는 시멘트의 수화를 촉진시켜 급결시킨다. 그러나, 급결되기 때문에 수화물이 치밀하게 형성되지 않고, 일부 수화물이 용해되며, C-S-H 수화물의 Ca/Si가 변화하여 강도가 저하하는 것으로 알려져 있다. 그래서 단순히 초기 급결에 의한 초기강도 유지가 주된 효과였으며, 장기강도는 떨어지는 것이 단점으로 되어 있다.
또한, 11CaO-7Al2O3-CaF2, 4CaO-3Al2O3-SO3의 시멘트 광물계에 의한 급결 메카니즘은 수화반응이 급격이 일어나기 때문에 급결하게 된다. 이 시멘트 광물계에 의한 수화는 지속적인 장기강도를 종전보다 향상시킬 수 있으며, 초기 강도도 상기의 무기염계에 비하여 개선된다. 그러나, 첨가량이 높고, 초기강도가 개선되었지만, 뿜칠 후 수 분 내에 강도를 요구하는 곳에는 사용하기가 곤란하였다.
상기의 기존 급결제로는 종결 시간을 3 분 이내로 하고 뿜칠 후 수 분 내에 20 kgf/cm2 이상의 강도를 발현하는 것은 어려웠다.
한국공개특허 제 2002-0020132 호 (2002.03.14 공개)는 C12A7 비드를 비표면적이 블레인치로서 5000 ㎠/g 이상이 되도록 분쇄한 분말 50 내지 90 중량부에 탄산나트륨 4 내지 30 중량부, 소석회 1 내지 20 중량부, 무수석고 1 내지 20 중량부를 혼합한 숏크리트용 시멘트 광물계 급결제를 개시하고 있으나, C12A7 비드 제조시 고압의 공기와 물을 사용하여 유리상의 크기를 조절함에 따라 운전비가 과다해지는 문제점이 있다.
따라서 짧은 경화시간과 우수한 압축강도를 동시에 달성할 수 있는 시멘트 급결용 조성물에 대한 시장의 요구는 상당한 실정이다.
한국공개특허 제 2002-0020132 호 (2002.03.14 공개)
본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 콜로이드 실리카, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트의 혼합물을 나노버블액과 혼합함으로써 다공성 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구멍을 충진시켜 짧은 경화시간과 우수한 압축강도를 동시에 달성할 수 있는 시멘트 급결용 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
나노버블액 100 중량부,
콜로이드 실리카 (colloid silica) 0.1 내지 40 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 35 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량부,
소듐 실리케이트 (sodium silicate) 0.1 내지 35 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 25 중량부, 및
포타슘 실리케이트 (potassium silicate) 0.5 내지 20 중량부, 바람직하게는 1 내지 18 중량부, 보다 바람직하게는 3 내지 15 중량부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노버블액의 기포 평균입경은 1 내지 500 nm, 바람직하게는 5 내지 450 nm, 보다 바람직하게는 10 내지 400 nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노버블액을 구성하는 액체는 물, 에탄올 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노버블액을 구성하는 기체는 공기, 질소, 산소 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노버블액의 액체 및 기체의 중량비는 액체 : 기체 = 70 내지 99.9 : 0.1 내지 30, 바람직하게는 75 내지 99 : 1 내지 25, 보다 바람직하게는 80 내지 90 : 10 내지 20인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 콜로이드 실리카의 평균입경은 10 내지 500 nm, 바람직하게는 20 내지 400 nm, 보다 바람직하게는 30 내지 300 nm인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 시멘트 페이스트(paste)는 상기 시멘트 급결용 조성물, 물 및 시멘트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 : 물의 중량비는 1 : 1 내지 9, 바람직하게는 1 : 3 내지 8, 보다 바람직하게는 1 : 5 내지 7일 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 및 물의 합 : 시멘트의 중량비는 100 : 20 내지 38, 바람직하게는 100 : 22 내지 35, 보다 바람직하게는 100 : 25 내지 32일 수 있다.
그리고, 상기 시멘트 페이스트의 급결지수는 0.007 내지 0.014, 바람직하게는 0.008 내지 0.013, 보다 바람직하게는 0.009 내지 0.012일 수 있다.
한편, 본 발명의 시멘트 모르타르(mortar)는 상기 시멘트 급결용 조성물, 물, 시멘트 및 모래를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 콘크리트는 시멘트 급결용 조성물, 물, 시멘트 및 골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물은 다공성 구조물 내부까지 침투하여, 콜로이드 실리카의 존재하에서 칼슘 실리케이트와 복합 콜로이드 규산 화합물 등의 불용성 화합물을 생성시켜 다공성 구조물에 존재하는 구멍을 완전히 충진하여 무공화시킬 수 있다. 그 결과 신속하게 고강도의 구조물을 구축할 수 있고, 그 구조물의 지속적이고 영구적인 열화현상 방지 효과를 얻을 수 있음은 물론, 건축물의 외관을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 난연효과가 우수하다. 뿐만 아니라, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물이 구조물의 공극을 폐색함으로써 구조물에 포함된 유해 유기화합물의 발산을 억제하고, 구조물을 구성하는 석면 등의 미립자가 비산하여 발생되는 환경적, 위생적 위험을 원천적으로 차단할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 대표적인 처리 효과를 들면 다음과 같다.
1) 신속한 내구성(강도, 방진) 증진 효과:
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물은 구조물 내부에 불용성 결정체를 형성하기 때문에, 강도가 신속하게 증대되어 내마모성이 대폭적으로 향상된다. 또한, 공극 부분이 무공질로 개질되기 때문에, 동결융해에도 강하고 방수 효과가 지속적으로 발휘되며, 이러한 특징은 본 발명의 조성물이 매질로서 나노버블액을 사용함으로써 장기간에 걸쳐 보다 안정적으로 분산질 또는 용질인 무기물을 분산시킬 수 있기 때문이다. 특히, 산성비는 구조물의 산성화 등 열화를 야기시키나, 본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물의 미반응 성분이 산성비의 성분과 복잡한 불용성 부분을 형성하기 때문에, 산성비에 대해 현저한 대처 효과를 발휘한다. 나아가, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 각종 시멘트에 입자를 무기계 화합물로 결합하여 물의 침투를 잘 막아줌으로써 우수한 방수성을 갖는다. 그리고, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물을 사용한 각종 시멘트 또는 모르타르를 철 구조물에 도장하면 우수한 방청성 및 방화성을 갖는다. 뿐만 아니라, 본 발명의 조성물을 사용한 모르타르는 우수한 신축 강도를 가져 진동이 있는 밑바탕의 움직임에도 잘 견딜 수 있다. 또한, 중력이나 압력을 잘 흡수하여 매우 우수한 내충격성 및 내압축 강도를 발휘한다. 나아가, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물을 시멘트 페이스트, 시멘트 모르타르, 또는 콘크리트 제조시 물 대신 사용하면 이들의 강도를 현저히 상승시킬 수 있다.
2) 산성화/열화 방지 효과:
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물은 콘크리트 구조물 등의 산성화 내지는 중성화 현상의 요인인 물, CO2, NOx, SOx 등의 진입을 차단함으로써 산성화와 그로 인한 열화를 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물를 포함한 시멘트 및 모르타르는 접착력이 뛰어나 외부로부터의 물이나 오염 물질의 침투를 막고 콘크리트 자체의 알칼리성을 유지시켜 주며 방청 효과도 뛰어나 콘크리트 중성화 방지에 효과적이고, 특히 염화칼슘 등의 제설제나 해풍, 해수에 노출된 콘크리트 벽체 구조물에 효과적이다.
3) 내후성/동결융해 방지 효과:
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물을 다공성 구조물에 도포하면, 내후성이 향상되고 자외선에 의한 열화를 억제시킨다. 또한, 수분의 침투를 방지하여 동결/융해 사이클에 의해 발생하는 크랙을 방지한다. 더구나, 곰팡이의 발생도 억제하는 것이 가능하다.
4) 외관 향상 효과:
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물을 다공성 구조물에 도포하면, 개질 반응에 의해 고체화된 칼슘 실리케이트 및 복합 콜로이드 규산 화합물이 충진되기 때문에, 재료의 표면이 봉인되어 건축물의 외관이 미려해지는 효과가 있다.
5) 환경오염 차단
본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 매질로서 유기화합물을 사용하지 않음으로써, 상기 유기화합물의 휘발로 인한 환경오염을 원천적으로 차단할 수 있으며, 이에 더하여 작업자들의 보건위생 역시 제고하는 효과가 있다.
6) 내약품성(화학적 저항성) 향상 효과:
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물을 다공성 구조물에 도포하면, 이하의 약품에 대해 뛰어난 내약품성(화학적 저항성)을 발휘한다.
a) 각종 탄화수소, 할로겐 탄화수소와 같은 치환 탄화수소류, 알데히드-케톤류, 알코올류, 아민류, 계면활성제, 지방산 등
b) 자동차용, 기계용, 식품용 등의 각종 유지류
c) 기타, 해수 등의 염류 용액, 부동액 등.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
본 발명에서 '급결지수'라 함은 하기 수학식을 가리키는 것이다:
[수학식 1]
급결지수 =
( 나노버블액의 기포 평균입경 / 콜로이드 실리카의 평균입경 )
× ( 나노버블액 중 기체의 중량 / 나노버블액 중 액체의 중량 )
× ( 시멘트 급결용 조성물의 중량 / 물의 중량 )
× ( 시멘트 급결용 조성물 및 물의 중량 / 시멘트의 중량 ).
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물은,
나노버블액 100 중량부,
콜로이드 실리카 (colloid silica) 0.1 내지 40 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 35 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량부,
소듐 실리케이트 (sodium silicate) 0.1 내지 35 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 25 중량부, 및
포타슘 실리케이트 (potassium silicate) 0.5 내지 20 중량부, 바람직하게는 1 내지 18 중량부, 보다 바람직하게는 3 내지 15 중량부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
최근 작은 직경을 갖는 기포(버블)에 여러가지 작용 효과가 있다는 것이 밝혀졌으며, 현재 이러한 기포를 제조하는 기술 및 그 효과에 대한 연구가 진행되고 있다. 상기 기포는 그 직경에 따라서 마이크로 버블, 마이크로 나노버블 및 나노버블로 분류할 수 있다. 구체적으로는, 마이크로 버블은 그 발생시에 있어서 10 내지 수십 ㎛의 직경을 갖는 기포이고, 마이크로 나노버블은 그 발생시에 있어서 수백 ㎚ 내지 10 ㎛의 직경을 갖는 기포이며, 나노버블은 그 발생시에 있어서 수백 ㎚ 이하의 직경을 갖는 기포이다. 또한, 마이크로 버블은 발생 후의 수축 운동에 의해 그 일부가 마이크로 나노버블로 변화되는 경우가 있다. 또, 나노버블은 장기간에 걸쳐 액체 중에 존재할 수 있다는 성질을 가지고 있다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2004-121962 호에는 물을 전기분해함과 함께 당해 물에 초음파 진동을 가함으로써 제조한 나노버블이 부력의 감소, 표면적의 증가, 표면 활성의 증대, 국소 고압장(高壓場)의 생성 또는 정전 분극의 실현에 따라 계면 활성 작용 및 살균 작용을 나타낸다는 것이 기재되어 있으며, 한국특허출원 제 2010-0110141 호에는 한 쌍의 펌프와 상기 펌프들 사이에 위치하며 별도로 공기가 유입되는 관으로 이루어진 나노버블액 발생장치가 개시되어 있다.
본 발명은 이러한 나노버블을 함유한 나노버블액을 사용함으로써 별도의 분산제 없이도 무기물들을 용이하게 혼합시킬 수 있고, 오랜 시간 경과 후에도 상기 무기물들이 안정적으로 혼합상태를 유지할 수 있음을 가장 큰 특징으로 한다. 분산제는 분산질이 분산매에 잘 분산되도록 첨가하는 성분인데, 이 자체가 환경에 유해할 수 있고, 더군다나 본 발명의 경우에는 콜로이드 실리카의 촉매 작용을 저해하므로 그 사용을 지양하는 것이 바람직하다.
상기 나노버블액을 구성하는 기포의 평균입경은 1 내지 500 nm, 바람직하게는 5 내지 450 nm, 보다 바람직하게는 10 내지 400 nm인 것이 바람직한데, 1 nm 미만의 나노버블을 형성시키려면 초음파를 더 많이 가하거나 펌핑 압력을 상승시켜야 하므로 불필요한 운전비용의 상승을 가져오고, 반대로 평균입경이 500 nm를 초과하면 본 발명 소기의 목적을 달성하기 곤란한 문제점이 있다.
상기 나노버블액을 구성하는 액체는 물, 무기용매, 유기용매 또는 그 혼합물 등 제한이 없으나, 물이 일반적이고, 필요시 에탄올을 사용할 수도 있으며, 물과 에탄올의 혼합 매질을 사용하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 나노버블액을 구성하는 기체는 공기가 일반적이나, 산화력을 필요로 하는 경우에는 산소를, 반대로 산화가 문제되는 경우에는 질소를 사용하는 것이 더 바람직하며, 이들의 혼합 기체를 사용하는 것도 가능하다.
상기 나노버블액을 구성하는 액체 및 기체의 중량비는 액체 : 기체 = 70 내지 99.9 : 0.1 내지 30, 바람직하게는 75 내지 99 : 1 내지 25, 보다 바람직하게는 80 내지 90 : 10 내지 20인 것이 바람직한데, 기체가 0.1 중량비 미만인 경우 본 발명 소기의 목적을 달성하기 곤란하고, 30 중량비를 초과하는 경우 과도한 기포 주입으로 인한 운전비 상승의 문제점이 있다.
본 발명에 따른 시멘트 급결용 조성물의 구성성분 중 다공성 구조물을 처리할 때 촉매로 작용하는 콜로이드 실리카는, 단분산 형태를 갖는 나노입자로서, 평균 입자크기가 약 10 내지 500 nm, 바람직하게는 20 내지 400 nm, 보다 바람직하게는 30 내지 300 nm이며, 통상의 물 유리를 이온교환법으로 제조하거나, 메틸 트리메톡시 실란 (methyl tri-methoxy silane) 등으로 대표되는 알킬 알콕시 실란 (alkyl alkoxy silane)이나 테트라 에톡시 실란 (tetra ethoxy silane) 등으로 대표되는 테트라 알콕시 실란으로부터 제조한다.
한편, 상기한 본 발명의 조성물에 있어서, 콜로이드 실리카의 함량이 나노버블액 100 중량부 당 0.1 중량부보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 40 중량부보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물의 안정성이 떨어져, 제조 후 곧바로 침전현상을 일으키기 쉽고, 점도의 증가로 인해 침투율이 저하되며 그 결과 결합력 약화 및 작업성 저하를 초래하게 된다. 또한, 소듐 실리케이트의 함량이 나노버블액 100 중량부 당 0.1 중량부보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 35 중량부보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물이 곧바로 겔화(gelation)되어 고화된 규산염 화합물을 생성하고, 점도의 증가로 인해 결합력 약화 및 작업성 저하를 초래하게 된다. 마찬가지로, 포타슘 실리케이트의 함량이 나노버블액 100 중량부 당 0.5 중량부보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 20 중량부보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물이 곧바로 겔화(gelation)되어 고화된 규산염 화합물을 생성하고, 점도의 증가로 인해 결합력 약화 및 작업성 저하를 초래하게 된다.
그리고, 상기 콜로이드 실리카의 평균입경은 10 내지 500 nm, 바람직하게는 20 내지 400 nm, 보다 바람직하게는 30 내지 300 nm인 것이 바람직하다. 콜로이드 실리카의 평균입경이 상기 범위 미만이면 원료 가격이 지나치게 상승하고, 반대로 상기 범위를 초과하면 나노버블액과 혼합 시 분산이 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 시멘트 페이스트, 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 제조시 물 대신 사용하는 것도 가능하다. 이처럼, 물 대신 본 발명의 조성물을 사용하면 제조된 시멘트 모르타르 또는 콘크리트의 급결속도 및 강도가 현저히 개선되고, 시멘트 페이스트 역시 골재와 더욱 단단하게 결합된다. 이 경우도 마찬가지로 본 발명의 시멘트 급결용 조성물과 시멘트, 모래 또는 골재의 혼합비는 당해 기술분야에 널리 알려져 있는 범위면 무방하다.
특히, 상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 : 물의 중량비는 1 : 1 내지 9, 바람직하게는 1 : 3 내지 8, 보다 바람직하게는 1 : 5 내지 7일 수 있다. 물의 중량비가 상기 범위 미만이면 시멘트와 혼합하자마자 경화가 일어나 작업성을 확보할 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 경화속도가 늦을 뿐만 아니라 경화 후에도 다시 열화가 나타나는 문제점이 있다.
특히, 상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 및 물의 합 : 시멘트의 중량비는 100 : 20 내지 38, 바람직하게는 100 : 22 내지 35, 보다 바람직하게는 100 : 25 내지 32일 수 있다. 시멘트의 중량비가 상기 범위 미만이면 혼합하자마자 경화가 일어나 작업성을 확보할 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 경화속도가 늦을 뿐만 아니라 경화 후에도 다시 열화가 나타나는 문제점이 있다.
본 발명에서는 시멘트의 급결을 담보하기 위해 '급결지수'라는 새로운 변수를 도입하였다. 상기 급결지수는 하기 수학식 1과 같이 정의된다:
[수학식 1]
급결지수 =
( 나노버블액의 기포 평균입경 / 콜로이드 실리카의 평균입경 )
× ( 나노버블액 중 기체의 중량 / 나노버블액 중 액체의 중량 )
× ( 시멘트 급결용 조성물의 중량 / 물의 중량 )
× ( 시멘트 급결용 조성물 및 물의 중량 / 시멘트의 중량 ).
본 발명에서 상기 시멘트 페이스트의 급결지수는 0.007 내지 0.014, 바람직하게는 0.008 내지 0.013, 보다 바람직하게는 0.009 내지 0.012일 수 있다. 급결지수가 상기 범위 미만이면 시멘트의 응결이 지연되어 충분한 급결효과를 거두기 어렵고, 반대로 상기 범위를 초과하면 급결지수의 증가에도 응결시간의 단축은 미미하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
나아가, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 화학적 저항성이 뛰어나 경화된 영구 결정체는 흡수성을 감소시키고 솔벤트, 글리즈 및 일반 화학약품에 대해 높은 내구성을 나타낸다. 그리고, 중성화 방지 기능으로 인해 옹벽, 도로, 교량, 교각 등 콘크리트 구조물의 중성화를 방지하고 일반석재나 인조 화강암 콘크리트 표면에도 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예
실시예 1: 시멘트 급결용 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 조성비에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 급결용 조성물을 제조하였다. 이 경우 나노버블액의 기포 평균입경은 300 nm이었고, 나노버블액의 액체 및 기체의 중량비는 액체 : 기체 = 85 : 15였다. 그리고, 나노버블액을 구성하는 액체는 물이었고, 기체는 공기였다. 또한, 콜로이드 실리카의 평균입경은 250 nm이었다.
구성성분 조성비 (중량부)
나노버블액 87.0
콜로이드 실리카 2.5
소듐 실리케이트 2.5
포타슘 실리케이트 8.0
실시예 2, 3 및 비교예 1, 2: 시멘트 페이스트의 제조
실시예 1의 시멘트 급결용 조성물과 물을 하기 표 2의 비율로 혼합한 혼합물 23 g 및 시멘트 (한주맥반석, 한국) 77 g을 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였다.
실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
실시예 1에 대한 물의 중량비 5 8 10 20
시험예 1 : 내하중시험
실시예 2, 3 및 비교예 1, 2의 시멘트 페이스트에 대해 경화속도 및 내하중시험 (압축강도시험기. Shimadzu. Japan)을 수행하였다. 시험결과를 하기 표 3에 나타내었다.
경화속도 (시간) 하중 (N)

실시예 2
0.5
 3893.3
2568.8
2828.4

실시예 3
1.5
 2537.7
1947.7
2746.1

비교예 1
4
 1044.8
1058.3
1217.4

비교예 2
10
 447.0
552.1
540.9
상기 표 3으로부터, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물을 정해진 중량비로 물과 혼합했을 때 뛰어난 급결성능과 내하중성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2 : 유해물 방출
상기 실시예 2로부터 유해물 방출 여부를 외부 의뢰한 결과를 표 4에 나타내었다.
분석항목 단위 시험방법 검출한계 분석결과
비소 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
카드뮴 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
구리 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
수은 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
니켈 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
납 mg/kg US EPA 3051A 10 불검출
6가 크롬 mg/kg US EPA 3051A 5 불검출
포름알데히드 mg/kg US EPA 8315A 20 불검출
VOCs g/ℓ KS M ISO 11890-2 : 2014 1 불검출
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시멘트 급결용 조성물은 유해물질을 전혀 방출하지 않음으로써, 환경에 무해하고 작업자에게 위생적으로 안전한 물질임을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 시멘트 급결용 조성물, 물 및 시멘트를 포함하는 시멘트 페이스트(paste)로서,
    상기 시멘트 급결용 조성물은
    나노버블액 100 중량부,
    콜로이드 실리카 (colloid silica) 0.1 내지 40 중량부,
    소듐 실리케이트 (sodium silicate) 0.1 내지 35 중량부, 및
    포타슘 실리케이트 (potassium silicate) 0.5 내지 20 중량부
    를 포함하고,
    상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 : 물의 중량비는 1 : 5 내지 7이고,
    상기 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트 급결용 조성물 및 물의 합 : 시멘트의 중량비는 100 : 25 내지 32이고,
    상기 시멘트 페이스트의 급결지수는 0.009 내지 0.012이고,
    상기 급결지수는 하기 식으로 정의되는
    급결지수 =
    ( 나노버블액의 기포 평균입경 / 콜로이드 실리카의 평균입경 )
    × ( 나노버블액 중 기체의 중량 / 나노버블액 중 액체의 중량 )
    × ( 시멘트 급결용 조성물의 중량 / 물의 중량 )
    × ( 시멘트 급결용 조성물 및 물의 중량 / 시멘트의 중량 ), 급결용 시멘트 페이스트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노버블액의 기포 평균입경은 1 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는, 급결용 시멘트 페이스트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노버블액을 구성하는 액체는 물, 에탄올 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 급결용 시멘트 페이스트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노버블액을 구성하는 기체는 공기, 질소, 산소 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 급결용 시멘트 페이스트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노버블액의 액체 및 기체의 중량비는 액체 : 기체 = 70 내지 99.9 : 0.1 내지 30인 것을 특징으로 하는, 급결용 시멘트 페이스트.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항의 시멘트 페이스트 및 모래를 포함하는, 급결용 시멘트 모르타르(mortar).
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항의 시멘트 페이스트 및 골재를 포함하는, 급결용 콘크리트.

KR1020190007370A 2019-01-21 2019-01-21 시멘트 급결용 조성물 KR102251569B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190007370A KR102251569B1 (ko) 2019-01-21 2019-01-21 시멘트 급결용 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190007370A KR102251569B1 (ko) 2019-01-21 2019-01-21 시멘트 급결용 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200090398A KR20200090398A (ko) 2020-07-29
KR102251569B1 true KR102251569B1 (ko) 2021-05-12

Family

ID=71893604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190007370A KR102251569B1 (ko) 2019-01-21 2019-01-21 시멘트 급결용 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102251569B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100760039B1 (ko) * 2007-04-20 2007-09-18 박민화 단열 및 방음효과가 우수한 급결용 경량기포시멘트 발포체제조방법
KR101515171B1 (ko) 2014-09-30 2015-05-11 이종원 상온 경화형 무기질 결합제 난연 조성물 및 이를 이용한 가연성 물체의 난연처리방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100464184B1 (ko) 2000-09-08 2004-12-31 삼성물산 주식회사 숏크리트용 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법
KR101310041B1 (ko) * 2011-03-11 2013-09-17 이석기 상온 경화형 무기질 결합제 조성물 및 이를 이용한 다공질 구조물의 표면처리방법
KR101240571B1 (ko) * 2011-04-13 2013-03-13 이종원 분진 비산방지용 조성물 및 이를 이용한 분진 비산방지방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100760039B1 (ko) * 2007-04-20 2007-09-18 박민화 단열 및 방음효과가 우수한 급결용 경량기포시멘트 발포체제조방법
KR101515171B1 (ko) 2014-09-30 2015-05-11 이종원 상온 경화형 무기질 결합제 난연 조성물 및 이를 이용한 가연성 물체의 난연처리방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200090398A (ko) 2020-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2721049C1 (ru) Холодный бетон
KR101724062B1 (ko) 손상된 콘크리트 구조물의 심층 미세 균열 억제 및 콘크리트 구조물 보수보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강 공법
KR101355392B1 (ko) 내산 및 내염해성 시멘트 조성물, 이를 이용한 보수용 모르타르 시멘트 조성물 및 상기 보수용 모르타르 시멘트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법
KR101141347B1 (ko) 환경 친화적인 지오폴리머 단면복구용 모르타르 조성물과 이를 이용한 철근부식 및 염해, 중성화 억제 콘크리트 단면보수공법
KR101492233B1 (ko) 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법
KR100951032B1 (ko) 폴리머 시멘트 콘크리트의 원리를 이용한흙-폴리머-시멘트 콘크리트 조성물
KR101446245B1 (ko) 내구성이 우수한 콘크리트 구조물 보수용 칼라 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법
KR101941179B1 (ko) 고강도 모르타르를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 보강재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법
KR101311700B1 (ko) 단열성 및 내구성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물, 이를 이용한 판넬의 제조방법 및 블록의 제조방법
KR101311699B1 (ko) 내산성 및 내구성이 우수한 콘크리트 구조물 보수용 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법
KR101921929B1 (ko) 콘크리트 구조물 보수용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수·보강 방법
KR100895497B1 (ko) 콘크리트 구조물 중성화 및 염해 방지용 시멘트 모르타르조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 보강공법
KR101900248B1 (ko) 내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법
EP1165455A1 (en) Inorganic cementitious material
KR102178145B1 (ko) 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법
KR102232477B1 (ko) 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법
KR101074371B1 (ko) 내염성 시멘트를 사용한 반강성 도로포장용 시멘트 밀크와 이를 가진 주입 시공한 고내구성 반강성 도로포장 시공방법
JP7193437B2 (ja) ジオポリマー組成物
KR102662384B1 (ko) 작업성 및 재료분리에 대한 저항성이 우수한 저수축 중유동 콘크리트 조성물
KR101380171B1 (ko) 내염성 시멘트를 포함하는 반강성 도로포장용 고내구성 시멘트와 이를 가진 주입 시공한 고내구성 반강성 도로포장 시공방법
KR101963579B1 (ko) 조기강도 발현 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101755639B1 (ko) 화강석 석판재용 차열성 코팅조성물 및 코팅방법
KR100711115B1 (ko) 점토용 고화제와 그 고화제가 첨가된 점토조성물
KR20220054304A (ko) 무기 폴리머들 및 합성 재료에서의 이의 용도
JP2017210407A (ja) ポリマーセメントモルタル、及びポリマーセメントモルタルを用いた工法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant