KR102349613B1 - 급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과 이를 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 시공방법 - Google Patents

급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과 이를 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 현장 수화 콘크리트 매트에 적용되는 시멘트 혼합재 조성물로 초기에 급속 팽창성을 발휘하면서 경화하는 급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과, 이를 바람직하게 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 바람직한 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물은, 비표면적이 4,000-5,200㎠/g인 조강시멘트 25~65 중량%; 비표면적이 5,000~6,000㎠/g인 하소 산화마그네슘 분말 5.0~20중량%; 점도가 45,000~65,000cpa인 고점도 증점제 0.1~0.6중량%; CSA계 클링커 분말 5.5~15중량%; 무수석고 3.0~10중량%; 건조규사 20~25중량%; 응결지연제 0.2~2.0중량%; 고유동화제 0.3~1.6 중량%; 소포제 0.2~0.8중량%;를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다. 이러한 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물은 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 충전되어 롤(Roll)형의 현장 수화 콘크리트 매트로 제작될 수 있다.

Description

급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과 이를 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 시공방법{Cement Admixture Composite for Rapid Expansion Hardening Type, On-site Hydration Concrete Mat Using the Cement Admixture Composite and Construction Method Using the Mat}
본 발명은 현장 수화 콘크리트 매트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장 수화 콘크리트 매트에 적용되는 시멘트 혼합재 조성물로 초기에 급속 팽창성을 발휘하면서 경화하는 급속 팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과, 이를 바람직하게 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 바람직한 시공방법에 관한 것이다.
현장 수화 콘크리트 매트는 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 시멘트 혼합재가 충전되면서 롤(Roll)형으로 제작되는 매트로, 현장에 포설된 후 단순한 물의 분사·살포로 수화시키고 시멘트 혼합재가 경화되면 간편하게 콘크리트 보호층을 조성할 수 있다. 이러한 현장 수화 콘크리트 매트는 절취사면의 보강, 저류조, 수로 인공호수 등의 사면 마감 등에 유리하게 적용되고 있다.
그러나 현장 수화 콘크리트 매트는 롤형태로 생산 운송되는 과정에서 재료의 쏠림현상이 발생하여 내부 공극이이 발생하는 문제가 있었다. 또한 포설한 후 물의 분사·살포하는 시공 과정에서 시멘트 혼합재가 물에 씻기어 유실되면서 침하 현상이 발생하거나, 시멘트 혼합재가 경화하는 과정에서 섬유커버와의 사이에 공극이 발생하여 결합력 약화 및 강도 저하가 발생하는 문제가 있었다.
한편 현장 수화 콘크리트 매트에서 시멘트 혼합재는 주로 속경성 재료로 배합설계되며, 대표적으로 특허 제10-1809237호가 있다. 특허 제10-1809237호에는 초미립 시멘트, 에폭시 수지, 플라이애시, 고로슬래그, 아민계 경화제, 탄산칼슘, 알루미네이트 속경제, 알루미네이트 팽창제, 유동화제, 골재 등으로 조성된 속경성 폴리머 시멘트 혼합재가 개시되고 있다.
KR 10-1809237 B1
본 발명은 새로운 시멘트 혼합재를 적용한 현장 수화 콘크리트 매트를 제공하고자 개발된 것으로, 초기에 급속 팽창성을 발휘하면서 경화하는 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과 이러한 시멘트 혼합재 조성물을 적용함으로써 시공 과정에서 급속 경화에 의해 물에 씻기어 유실되는 유실량을 최소화하고 동시에 팽창 경화에 의해 섬유커버와의 사이에 공극 발생을 최소화함으로써 시멘트 혼합재와 섬유커버 사이의 결합력 확보와 함께 강도 확보도 가능한 현장 수화 콘크리트 매트를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물이 적용된 현장 수화 콘크리트 매트를 바람직하게 이용한 시공방법으로, 저온에서도 안정적인 경화특성을 발휘하여 사계절 범용적으로 시공 현장에 적용할 수 있는 콘크리트 매트의 시공방법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 비표면적이 4,000-5,200㎠/g인 조강시멘트 25~65 중량%; 비표면적이 5,000~6,000㎠/g인 하소 산화마그네슘 5.0~20중량%; 점도가 45,000~65,000cpa인 고점도 증점제 0.1~0.6중량%; CSA계 클링커 분말 5.5~15중량%; 무수석고 3.0~10중량%; 건조규사 20~25중량%; 응결지연제 0.2~2.0중량%; 고유동화제 0.3~1.6중량%; 소포제 0.2~0.8중량%;를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물을 제공한다. 여기에, 응결지연제 0.2~2.0중량%; 고유동화제 0.3~1.6중량%; 소포제 0.2~0.8중량%; 중에서 하나 이상 더 포함하여 조성될 수 있다.
또한 본 발명은 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 시멘트 혼합재가 충전되면서 롤(Roll)형으로 제작되는 현장 수화 콘크리트 매트에서, 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물이 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 충전되는 것을 특징으로 하는 현장 수화 콘크리트 매트를 제공한다.
나아가 본 발명은 현장 수화 콘크리트 매트의 시공방법으로, 메타규산칼륨, 소듐실리케이트 및 콜로이드실리가 축중합 반응하여 제조된 경화촉진제를 물에 혼입하여 양생수로 준비하고, 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물이 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 충전되면서 롤(Roll)형으로 제작되는 현장 수화 콘크리트 매트를 설치한 후에, 현장 수화 콘크리트 매트 표면에 양생수를 살포하는 것을 특징으로 하는 현장 수화 콘크리트 매트 시공방법을 제공한다. 이때, 경화촉진제는 메타규산칼륨(K2SiO3) 분말(A) 20~40중량%와 소듐실리케이트 액상(B) 60~80중량%으로 조성된 조성물을 반응기내 25~35℃ 조건에서 투입하여 용융 반응시키고 용융 반응물 60중량부에 콜로이트실리카 30~50중량부를 반응기내 45~55℃ 조건에서 투입 반응시켜 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 경화촉진제 1~15중량%;와, 물 85~99중량%;를 조성하여 양생수로 마련할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 본 발명의 시멘트 혼합재는 급속 팽창경화와 블리딩율 제로 특성을 나타내고 더불어 매우 우수한 강도 특성을 나타낸다. 이에 따라 현장 수화 콘크리트 매트에 적용될 때, 시공 과정에서 급속 경화에 의해 물에 씻기어 유실되는 유실량을 최소화하고 동시에 팽창 경화에 의해 섬유커버와의 사이에 공극 발생을 최소화함으로써 시멘트 혼합재와 섬유커버 사이의 결합력 확보와 함께 강도 확보도 가능하다.
둘째, 본 발명은 현장 수화 콘크리트 매트를 경화촉진제가 혼입된 양생수와 함께 사용하여 시공하기 때문에, 현장 수화 콘크리트 매트 내의 시멘트 혼합재의 반응성이 향상되어 저온에서도 안정적인 경화특성을 발휘하는 현장 수화 콘크리트 매트 시공방법이 된다. 이로써 본 발명의 현장 수화 콘크리트 매트 시공방법은 사계절 범용적으로 적용할 수 있으며, 또한 5~30분 내에 급속 경화특성을 향상시킬 수 있어 긴급을 요구하는 공사에 유리하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 현장 수화 콘크리트 매트의 개요도이다.
본 발명은 현장 수화 콘크리트 매트에 유리하게 적용하기 위한 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물과, 그 시멘트 혼합재 조성물을 이용한 현장 수화 콘크리트 매트, 그리고 콘크리트 매트의 시공방법에 관한 것이다.
1. 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물
본 발명에 따른 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물은, 비표면적이 4,000-5,200㎠/g인 조강시멘트 25~65중량%; 비표면적이 5,000~6,000㎠/g인 하소 산화마그네슘 5.0~20중량%; 점도가 45,000~65,000cpa인 고점도 증점제 0.1~0.6중량%; CSA계 클링커 분말 5.5~15중량%; 무수석고 3.0~10중량%; 건조규사 20~25중량%; 응결지연제 0.2~2.0중량%; 고유동화제 0.3~1.6중량%; 소포제 0.2~0.8중량%;를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 조성의 시멘트 혼합재는 급속 팽창경화와 블리딩율 제로 특성을 나타내고 더불어 매우 우수한 강도 특성을 나타낸다.
시멘트 혼합재에서 조강시멘트는 기본적인 결합재가 되는 재료로, 조기 강도 발현과 밀실한 구조 형성에 기여한다. 본 발명에서 조강시멘트는 통상의 조강시멘트와 마찬가지로 보통 포틀랜드시멘트의 재령 3일 압축강도를 1일에, 7일 압축강도를 3일에 발현하는 조강형의 시멘트로, C3S의 함유율이 65중량%까지 높이고 비표면적이 4,000-5,200㎠/g까지 미분화한 시멘트가 된다. 조강시멘트는 25~65중량% 사용하는데, 25중량% 미만이면 조기 강도성능 확보가 어렵고, 65중량% 초과하면 경제성이 떨어진다.
시멘트 혼합재에서 하소 산화마그네슘은 수팽창 특성을 지닌 산화마그네슘(Magnesia, MgO)이 하소(Calcining)과정을 거쳐 제조된 것으로, 산화마그네슘의 활성을 향상시켜 수팽창 특성을 더욱 향상시키는 재료가 된다. 하소 산화마그네슘은 5.0~20중량%를 사용하는데, 5.0중량% 미만이면 팽창성과 팽윤특성이 낮아 밀실한 구조의 성능 발현이 어렵고, 20중량% 초과하면 급속 과팽창이 발생하여 오히려 물리적 성능을 저하시킬 우려가 있다.
하소 산화마그네슘은 600~1,000℃의 전기로 온도에서 3~5시간 유지 가열하는 하소(Calcining)과정을 거친 후 8~10시간 자연냉각시키고 비표면적이 5,000~6,000㎠/g이 되도록 분쇄하여 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 하소 산화마그네슘은 산화마그네슘의 결정구조를 이완시켜 활성화 및 고상반응을 촉진할 수 있게 된다.
특히 하소 산화마그네슘은 산화마그네슘을 600~1,000℃의 전기로에서 3~5시간 유지 가열되는 하소(Calcining)과정을 거친 후 8~10시간 자연냉각하여 산화마그네슘 하소 분말을 1차 제조하고, 1차 제조한 산화마그네슘 하소 분말 70~90중량%와 Na형 벤토나이트 분말(Bentonite, 몬모릴로나이트 함유량 65%이상, 쇼디움 이온 60%이상) 10~30중량%로 조성한 분말 조성물을 세라믹 밀에서 균일한 분산과 안정화 반응을 위해 ZrO2 볼을 사용하여 300~700rpm으로 회전시키면서 6~8시간동안 밀링 분쇄하여 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 하소 산화마그네슘은 비표면적이 5,000~6,000㎠/g인 고미분말 재료가 되는데, Na형 벤토나이트의 입자표면에 결합된 Na+ 이온이 산화마그네슘 하소 분말 내부에 결합되면서 수화반응시 반응을 촉진시키고, 또한 고미분말화된 벤토나이트가 3층판(Si-Ai-Si)상의 층간 흡착 구조에서 최대한 물을 많이 흡수하여 팽윤력을 향상시키게 된다. 결국 하소 산화마그네슘은 물과 접촉하였을 때 급속 수화 팽창성과 팽윤성을 갖게 되어 도 1과 같은 밀실한 구조 형성에 기여한다.
시멘트 혼합재에서 고점도 증점제는 시멘트 혼합재의 점도를 증가시켜 재료의 유실량과 재료 분리를 최소화하고 결합력을 높이는 재료가 된다. 또한 고점도 증점제는 점도가 45,000~65,000cps인 것으로 히드록시프로필 메틸셀룰로오스(Hydroxy propyl methyl cellulose)계의 고겔화점을 갖는 표면처리제품이 바람직한데, 이러한 고점도 증점제는 수중에서 재료분리방지 및 블리딩억제에 더욱 유리한 역할을 한다. 고점도 증점제는 시멘트 혼합재에서 0.1~0.6중량% 사용하며, 0.1중량% 미만이면 분산성이 저하하여 효과가 미미하고 0.6중량% 초과하면 높은 점성에 의해 분산성이 떨어져 균등한 강도발현을 저해한다.
CSA(calcium sulfo-aluminate)계 클링커(Clinker) 분말은 무기질계 화합물로 속경성능을 발휘하여 수시간내 공용강도가 발휘할 수 있도록 기여한다. CSA계 클링커 분말 5.5~15중량% 사용하는데, 5.5중량% 미만이면 속경성능이 미흡하여 성능을 발현하기 어렵고, 15중량% 초과하면 급속한 급결로 위응결 현상이 발행하여 안정적인 수화물을 생성하지 못하여 내구성이 미흡해지는 문제가 있다.
무수석고는 속경시멘트 수화과정에서 칼슘알루미네이트(nCaO·mA12O3)와 반응에 있어서 안정적인 에트린가이트(3CaO · A12O3 · 3CaSO4 · 32H2O)를 생성하고 반응을 유지하여 강도 향상에 기여한다. 본 발명에서는 천연무수석고를 바람직하게 사용한다. 무수석고는 3.0~10중량% 사용하며, 3중량% 미만이면 활성도가 낮아 물리적능 발현이 어렵고, 10중량% 초과하면 수화물의 결합력이 약해 강도에 기여하지 못하는 문제가 있다.
건조규사는 충전재로서 강도 증진에도 기여하는 재료가 되며, 물의 부피 함량은 ≤0.3%이고 입자 크기는 0.2-2.5mm인 것이 바람직하다. 건조규사는 20~25중량% 사용한다.
응결지연제는 시멘트 수화반응의 억제를 통해 콘크리트 매트의 경화 또는 응결을 지연시켜 작업 가사시간을 증대시키는 역할을 하며, 타르타르산, 구연산, 글루콘산 나트륨 등이 사용될 수 있다. 응결지연제는 0.2~2.0중량% 사용하는데, 0.2중량% 미만이면 지연효과가 미흡하며, 2.0중량% 이상이면 응결지연이 너무 커 조기강도 발현 및 강도저하가 우려된다.
고유동화제는 적은 물혼합량으로 초기 작업성을 확보함과 동시에 시멘트 입자의분산성과 고강도를 발현시킬 수 있는 역할을 하며, 나프탈린설폰산 고축합물, 멜라닌설폰산 포름알데히드 고축합물, 폴리카르본산 중합체 등이 사용될 수 있다. 고유동화제는 0.3중량~1.6중량% 사용하며, 0.3중량% 이하이면 물-결합재비의 저감 효과가 떨어지고 1.6중량% 초과하면 유동성이 너무 커져 블리딩, 재료분리 등이 현상이 나타날 수 있다.
소포제는 콘크리트 매트의 섬유커버와 시멘트 혼합재 사용에 따라 발생되는 내부 공기를 감소시키고 밀실화하여 고강도 성능을 발현시키는 재료가 되며, 실리콘계, 알콜계, 비이온계, 지방산계 등이 적절하다. 소포제는 0.2~0.8중량%가 적당한데, 0.2중량% 이하이면 소포제의 효과가 미흡하며, 0.8중량% 이상이면 연행 공기량이 현저히 줄어 작업성이 저하되고 오히려 강도저하 등의 현상이 나타날 수 있다.
2. 현장 수화 콘크리트 매트
급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물은 급속 팽창경화와 블리딩율 제로, 우수한 강도 특성을 나타내므로 현장 수화 콘크리트 매트에 유리하게 적용할 수 있다. 즉, 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물이 충전되면서 롤(Roll)형으로 제작하는 것이다. 이러한 현장 수화 콘크리트 매트는 종래 현장 수화 콘크리트 매트와 동일한 방식으로 제작될 수 있으며, 섬유커버 또한 특허 제10-1851183호, 특허 제10-1879389호 등 이미 개발된 현장 수화 콘크리트 매트에서와 상당하게 적용될 수 있다.
3. 콘크리트 매트의 시공방법
현장 수화 콘크리트 매트는 종래와 동일하게 시공현장에 포설한 후 물을 분사·살포하는 방식으로 시공할 수 있다. 가령 매트를 포설하고 전처리가 끝나면 매트의 중간부분부터 물(시멘트 혼합재의 40~60중량%)을 살포하고 자연 상태로 경화시키는 것이다.
다만 현장 수화 콘크리트 매트 내부의 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물은 무기질계의 수경화성 재료이므로 동절기 및 간절기 등의 낮은 외기 온도에 따라 재료의 수화반응속도가 느려져 시공성이 떨어지거나 시공이 불가할 수도 있는데, 이러한 경우에는 물에 경화촉진제를 혼입하여 준비한 양생수를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 경화촉진제는 메타규산칼륨, 소듐실리케이트 및 콜로이드실리카를 축중합 반응시켜 제조한 것이 되는데, 이러한된 경화촉진제는 시멘트 혼합재의 강알카리성 이온 및 Ca, Mg, Al, Ba 등의 금속이온들과 반응하여 불용성의 규산염 금속수화물 및 규산염 금속수산화물, 규산 등을 동시에 생성함으로써 급속 경화특성을 나타낸다. 이로써 경화촉진제를 혼입한 양생수를 사용하면, 시멘트 혼합재의 반응성을 높여 저온에서도 안정적인 경화특성을 발휘하고, 긴급을 요구하는 공사에서도 사용하여 5~30분 내 급속 경화특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 현장 수화 콘크리트 매트를 사계절 범용적으로 적용할 수 있게 된다.
특히 경화촉진제는 메타규산칼륨 분말(A) 20~40중량%와 소듐실리케이트 액상(B) 60~80중량%으로 조성된 조성물(A+B)을 반응기내 25~35℃ 조건에서 투입하여 250~300rpm 속도로 1~2시간 용융 반응시키고, 용융 반응물(A+B) 60중량부에 콜로이트실리카 30~50중량부를 반응기내 45~55℃ 조건에서 천천히 투입하여 400~550rpm으로 3~5시간 동안 반응시키는 방법으로 바람직하게 제조할 수 있다. 이로써 반응 효율이 우수하고 상분리 현상을 야기하지 않으며, 점도가 낮으면서도 균일한 경화촉진제로 제조된다. 이러한 경화촉진제 1~15중량%;와, 물 85~99중량%;로 조성하여 양생수로 준비할 수 있다. 나아가 경화촉진제는 위와 같이 메타규산칼륨, 소듐실리케이트 및 콜로이드실리카로 제조된 후에 염화칼슘, 염화나트륨, 초산칼륨, 소금 등의 제설제가 더 혼입될 수도 있는데, 제설제는 동절기에 결빙방지, 결빙에 의한 미끄럼 방지, 융빙 성능을 갖도록 하기 위함이다. 통상 현장 수화 콘크리트 매트에서 상층은 섬유직물 구성되기 때문에 제설제의 염화물이나 수분의 침투시 부식에 의한 영향이 없으며, 하층은 방수 및 방습 재료층을 형성하가 때문에 지표면의 습기를 차단하고 제설제의 성분을 오랫동안 유지하여 재결빙 방지 및 융빙 성능을 효과를 갖게 된다.
이하에서는 제조예 및 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 제조예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[제조예1] 하소 산화마그네슘 제조
산화마그네슘(Magnesia, MgO, 40.32g/mol)을 600~1,000℃의 전기로 온도에서 3~5시간 유지 가열하여 하소(Calcining)과정을 거친 후 8~10시간 자연냉각하여 산화마그네슘 하소 분말을 얻었다. 이어 산화마그네슘 하소 분말 80중량%와 Na형 벤토나이트(Bentonite, 몬모릴로나이트 함유량 65%이상, 쇼디움 이온 60%이상) 분말 20중량%를 세라믹 볼밀에서 ZrO2 볼을 사용하여 300~700rpm으로 회전시켜 6~8시간 동안 밀링분쇄를 하였다. 이로써 비표면적 5,000~6,000㎠/g, 비중 3.0~3.2의 수팽창성 고활성의 하소 산화마그네슘이 제조되었다.
[시험예1] Na형 벤토나이트의 팽윤특성
하소 산화마그네슘 제조에 사용되는 벤토나이트의 팽윤특성을 확인하기 위해, 조강시멘트에 Na형 벤토나이트를 혼입하여 혼합시멘트로 제조하고 팽윤도를 평가하였다. 팽윤도(Degree of swelling) 시험은 ASTM D 5890 규격에 준하여 100㎖ 메스실린더에 물을 100㎖ 넣고 혼합시멘트를 각각 2g씩 넣은 다음 60분, 120분, 180분 경과에 따른 상태를 관찰하였으며, 그 결과는 아래 [표 1]과 같이 나타냈다.
Na형 벤토나이트의 팽윤특성
구분 비교예1 실시예1 실시예2
혼합
시멘트		 조강시멘트 100 90 75
Na계 벤토나이트 0 10 25
팽윤도
(㎖)		 60분 0 4 10
120분 0 9 16
180분 0 14 20
위의 [표 1]에서와 같이 실시예2는 비교예1 내지 실시예1보다 우수한 팽윤도가 확인되었다. 이러한 결과에 따라 하소 산화마그네슘의 제조에서 벤토나이트를 사용하면 증가된 팽창력을 기대할 수 있다.
[시험예2] 시멘트 혼합재의 특성 1
1. 시멘트 혼합재의 배합(중량%)
시멘트 혼합재를 아래 [표 1]과 같은 조성으로 배합하였다. 아래 배합에서 고미분말 조강시멘트는 비표면적 40,000~5.200㎠/g, C3S함유량 65~67%, 비중 3.12~3.14인 것을 사용하고, 하소 산화마그네슘은 제조예1로 제조한 것을 사용하였으며, 고점도 증점제는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스(Hydroxy propyl methyl cellulose, HPMC)로, 백색분말의 점도 45,000~65,000cps, 입도 250㎛<90 % , 겉보기 비중(g/l) 250~550인 것을 사용하였다. CSA계 클링커는 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulpho Aluminate)로 분말도 4,000~4,500㎠/g, Al2O3 33~34 중량%, 비중 2.7~2.8인 것을 사용하고, 무수석고는 비표면적 3,500~4,000㎠/g, CaO 40~41중량%, SO3 50~57중량% 비중 2.85~2.9인 천연무수석고(CaSO4)를 사용하였으며, 응결지연제는 분자량 150.09, 입도 200㎛<5%, 밀도(g/㎤) 1.79, pH 3.0인 Tartaric acid(C4H6O6)를 사용하였다. 고유동화제는 폴리카르본산계 유동화제로 입도 200㎛<5% 겉보기 비중(g/l) 250~350, pH 6.0±0.1인 것을 사용하고, 소포제는 백색분말의 실리콘계 소포제(AGITAN)로 입도 250㎛ <90 % , 겉보기 비중(g/l) 300~330, pH 8.5±0.1인 것을 사용하였으며, 건조규사는 SiO2 함유량 95%이상, 함수율≤0.3%이하, 입도 0.2~2.5mm인 것을 사용하였다.
시멘트 혼합재의 조성(중량%)
구분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
조강시멘트 63.7 63.3 57.9 52.0 56.3
하소 산화마그네슘 - - 5.8 12.4 8.0
고점도 증점제 - 0.4 - 0.3 0.4
CSA계 클링커 9.0 9.0 9.0 8.9 8.9
무수석고 3.6 3.6 3.6 2.8 2.8
응결지연제 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1
고유동화제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
소포제 0.25 0.25 0.25 0.2 0.2
건조규사 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0
소계 100 100 100 100 100
2. 시멘트 혼합재의 특성
[표 2]의 조성으로 배합된 시멘트 혼합재의 특성을 평가하였다. 이때 양생수는 시멘트 혼합재의 60중량% 물로 사용하였다. KS L 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)에 따라 팽창율 및 블리딩율을 시험하고, 강도는 매트에 충전하여 양생 후 절단하여 KS L ISO 679 (시멘트의 강도시험 방법)에 따라 시험하였다. 그 결과는 아래 [표 3]과 같이 나타냈다.
시멘트 혼합재의 특성
구분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
팽창율
(%)		 10분 0 0 0.8 1.8 1.6
30분 -0.4 -0.3 1.6 2.8 2.3
60분 -1.6 -1.0 1.7 2.9 2.4
최종 블리딩율(%) 1.2 0.4 0.2 0 0
강도
(Mpa)		 3일 압축 24.4 25.2 26.6 29.7 28.4
휨 2.3 2.6 2.7 3.4 3.2
7일 압축 38.7 42.2 41.4 48.5 44.7
휨 3.6 3.4 3.8 4.5 4.2
위의 [표 3]에서와 같이 본 발명에 따른 배합의 실시예1,2는 급속 수팽창 하소 산화 마그네슘나 고점도 증점제를 사용하지 아니한 배합의 비교예1~3에 비하여, 급속 팽창경화와 블리딩율 제로 특성을 나타내고 더불어 매우 우수한 강도 특성을 나타냈다. 이러한 결과에 따라 실시예1,2는 양생 초기에 밀실한 구조와 결합력을 갖는다고 할 수 있다.
[시험예3] 시멘트 혼합재의 특성 2
산화마그네슘 종류에 따른 시멘트 혼합재의 특성을 확인하기 위해, 아래 [표 4]와 같은 조성으로 시멘트 혼합재를 배합하고, KS L 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)에 따라 팽창율 및 블리딩율을 시험하였다. 시멘트 혼합재의 조성에서 일반 산화마그네슘은 비표면적 2,200~3,200㎠/g, 비중 3.4~3.6인 것을 사용하고, 하소 산화마그네슘은 제조예1에서 제조된 비표면적 5,000~6,000㎠/g, 3.0~3.2인 것을 사용하였으며, 다른 재료들은 시험예2에서와 동일하게 사용하였다. 시험결과는 아래 아래 [표 4]과 같이 나타냈다.
산화마그네슘 종류에 따른 시멘트 혼합재의 특성
구분 대조예 비교예 실시예
조성 시멘트
혼합재		 조강시멘트 64.3 56.3 56.3
일반 산화마그네슘 - 8.0 -
하소 산화마그네슘 - - 8.0
고점도 증점제 0.4 0.4 0.4
CSA계 클링커 8.9 8.9 8.9
무수석고 2.8 2.8 2.8
응결지연제 0.1 0.1 0.1
고유동화제 0.3 0.3 0.3
소포제 0.2 0.2 0.2
건조규사 23.0 23.0 23.0
특성 팽창율
(%)		 10분 -0.2 0.0 1.6
30분 -0.4 -0.3 2.3
60분 -1.7 -0.8 2.4
최종 블리딩율(%) 0.5 0.2 0
위의 [표 4]에서와 같이 하소 산화마그네슘을 사용한 실시예는 산화마그네슘을 사용하지 아니한 대조예나 일반 산화마그네슘을 사용한 비교예1보다 우수한 팽창 경화성능과 블리딩 없음을 나타냈다. 이와 같은 결과에 따라 하소 산화마그네슘을 사용할 경우, 양생초기에 밀실한 구조와 결합력을 갖는 특성을 나타낸다고 할 수 있다.
[시험예4] 시멘트 혼합재의 특성 3
증점제의 종류에 따른 시멘트 혼합재의 특성을 확인하기 위해, 아래 [표 5]와 같은 조성으로 시멘트 혼합재를 배합하고, KS L 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)에 따라 블리딩을 시험하여 점성에 따라 수중에서의 재료분리 방지의 성능을 평가하였다. 시멘트 혼합재의 조성에서 저점도 증점제는 점도가 3,500~4,500cps, 겉보기비중(g/l) 250~550인 것을 사용하고, 고점도 증점제는 점도가 45,000~65,000cps, 겉보기비중(g/l) 250~550인 것을 사용하였으며, 다른 재료들은 시험예2에서와 동일하게 사용하였다. 시험결과는 아래 [표 5]과 같이 나타냈다.
증점제 종류에 따른 시멘트 혼합재의 특성
구분 대조예 비교예 실시예1 실시예2
조성 시멘트
혼합재		 조강시멘트 56.7 56.3 56.3 56.3
하소 산화마그네슘 8.0 8.0 8.0 8.0
고점도 증점제 - - 0.3 0.4
저점도 증점제 - 0.4 - -
CSA계 클링커 8.9 8.9 8.9 8.9
무수석고 2.8 2.8 2.8 2.8
응결지연제 0.1 0.1 0.1 0.1
고유동화제 0.3 0.3 0.3 0.3
소포제 0.2 0.2 0.2 0.2
건조규사 23.0 23.0 23.0 23.0
특성 최종블리딩율(%) 0.6 0.3 0 0
위의 [표 5]에서와 같이 고점도 증점제를 사용한 실시예1,2는 증점제를 사용하지 아니한 대조예나 저점도 증점제를 사용한 비교예1에 비하여 블리딩이 없음이 확인된다. 이와 같은 결과에 따라 고점도 증점제를 사용할 경우, 양생초기에 수중 양생 재료의 결합력을 높이고 재료분리 방지에 우수한 특성을 나타낸다고 할 수 있다.
[제조예2] 경화촉진제의 제조
메타규산칼륨(K2SiO3 =154.29, 투명고상, 조해성) 분말(A) 30중량%와 소듐실리케이트(Na2SiO3 =122.06, 액상, 고형분 38~40%) 액상(B) 중량% 70로 조성한 조성물을 반응기내 30℃의 온도조건에서 250~300rpm 속도로 1~2시간 용융 반응을 시킨다. 이어 용융 반응물(A+B) 60중량부에 콜로이트실리카(C) 40중량부를 준비하고 반응기내 50℃ 조건에서 용융 반응물(A+B)에 천천히 콜로이드실리카(C)를 투입하면서 400~550rpm으로 3~5시간 동안 반응을 수행시킨다. 이로써 경화촉진제가 제조되었다.
[시험예5] 경화촉진제의 특성
[시험예2]의 실시예1의 배합으로 준비된 시멘트 혼합재에 대해, [제조예2]에서 제조한 경화촉진제의 특성을 평가하였다. 시험 방법은 KS L ISO 9597(시멘트의 응결시험 및 안정성 시험방법)에 따라 현장 수화 콘크리트 매트의 응결시험으로 수행하였고, 이때 초결은 상부에서 5mm 침입하였을 때, 종결은 침입 0~0.5mm 때의 기준으로 시험하였다. 결과는 아래 [표 6]과 같이 나타냈다.
경화촉진제의 특성
구분 비교예 1 실시예 1 실시예2 실시예3
양생수 물 100 95 90 85
경화촉진제 - 5 10 15
응결시간 20℃ 초결 분 80 8 9 12
종결 분 180 20 25 32
10℃ 초결 분 160 20 25 25
종결 분 320 45 55 60
5℃ 초결 분 200 32 40 45
종결 분 420 60 70 85
위의 [표 6]에서와 같이 경화촉진제를 혼입한 양생수를 사용한 실시예1~3은 물만을 사용한 비교예1에 비하여 상온 20℃은 물론 저온 5~10℃ 환경에서도 우수한 급속경화 특성을 나타냈다.

Claims (6)

  1. 비표면적이 4,000-5,200㎠/g인 조강시멘트 25~65중량%;
    비표면적이 5,000~6,000㎠/g인 하소 산화마그네슘 5.0~20중량%;
    점도가 45,000~65,000cpa인 고점도 증점제 0.1~0.6중량%;
    CSA계 클링커 분말 5.5~15중량%;
    무수석고 3.0~10중량%;
    건조규사 20~25중량%;
    응결지연제 0.2~2.0중량%;
    고유동화제 0.3~1.6중량%;
    소포제 0.2~0.8중량%;를 포함하여 조성되되,
    상기 하소 산화마그네슘은, 산화마그네슘을 600~1,000℃의 전기로에서 3~5시간 유지 가열되는 하소(Calcining)과정을 거친 후 8~10시간 자연냉각하여 산화마그네슘 하소 분말을 1차 제조하고, 1차 제조한 산화마그네슘 하소 분말 70~90중량%와 Na형 벤토나이트 분말 10~30중량%로 조성한 분말 조성물을 세라믹 밀에서 ZrO2 볼을 사용하여 분쇄하여 제조한 것임을 특징으로 하는 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물.
  2. 삭제
  3. 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 시멘트 혼합재가 충전되면서 롤(Roll)형으로 제작되는 현장 수화 콘크리트 매트에서,
    제1항에 따른 급속 수팽창 경화형 시멘트 혼합재 조성물이, 섬유커버로 둘러싸인 공간 내부에 충전되는 것을 특징으로 하는 현장 수화 콘크리트 매트.
  4. 제3항에 따른 현장 수화 콘크리트 매트의 시공방법으로,
    메타규산칼륨, 소듐실리케이트 및 콜로이드실리가 축중합 반응하여 제조된 경화촉진제를, 물에 혼입하여 양생수로 준비하고,
    현장 수화 콘크리트 매트를 설치한 후, 현장 수화 콘크리트 매트 표면에 양생수를 살포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 매트의 시공방법.
  5. 제4항에서,
    상기 경화촉진제는, 메타규산칼륨(K2SiO3) 분말(A) 20~40중량%와 소듐실리케이트 액상(B) 60~80중량%으로 조성된 조성물을 반응기내 25~35℃ 조건에서 투입하여 용융 반응시키고, 용융 반응물 60중량부에 콜로이트실리카 30~50중량부를 반응기내 45~55℃ 조건에서 투입 반응시켜 제조된 것이며,
    상기 양생수는, 물 85~99중량%; 경화촉진제 1~15중량%;로 조성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 매트의 시공방법.
  6. 제5항에서,
    상기 경화촉진제는, 메타규산칼륨, 소듐실리케이트 및 콜로이드실리카로 제조된 후에 제설제가 더 혼입된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 매트의 시공방법.
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