KR102442518B1 - 3d 프린팅용 모르타르 조성물 - Google Patents

3d 프린팅용 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

건설 산업에 사용되는 3D 프린팅용 모르타르 조성물이 개시된다. 본 발명의 3D 프린팅용 모르타르 조성물은, 결합재, 잔골재 및 배합수를 포함하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 있어서, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 석고를 구성성분으로 포함한다.

Description

3D 프린팅용 모르타르 조성물{MORTAR COMPOSITION FOR 3D PRINTING}
본 발명은 건설 산업에서 사용되는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 건설 산업에서 재료 압출 방식의 3D 프린팅 기술에 사용되는 건설 재료로서 모르타르 조성물에 관한 것이다.
최근 3D 프린팅 기술은 다양한 산업 분야로 그 적용범위를 확대하고 있다. 특히, 건설 산업에서 건축 구조물의 전부나 일부를 3D 프린팅 기술 적용하여 시공하는 공법이 개발되고 어느 정도 상용화되고 있다. 참고로, 건설 산업에서는 재료 압출(ME: Material Extrusion) 방식과 접착제 분사(BJ: Binder Jetting) 방식의 3D 프린팅 장비가 적용되고 있는데, 재료 압출 방식이 더 선호되는 추세이다.
그런데, 건설 산업에서 사용되는 3D 프린팅용 모르타르는 3D 프린팅이라는 특성상 일반적으로 건설 산업에서 사용되는 모르타르나 콘크리트와는 다른 성능 기준 혹은 품질을 갖고 있다. 특히, 3D 프린팅용 모르타르에 있어서 요구되는 응결시간, 압축강도 등의 성능 기준은 일반적인 모르타르에 있어서 요구되는 성능 기준과는 다르다.
아래의 [표 1]은 건설 산업의 3D 프린팅 시장에서 상당한 점유율을 확보하고 있는 A사가 제시하고 있는 3D 프린팅용 모르타르의 성능 기준 혹은 품질 기준을 정리한 것이다.
입도 사이즈 0~3mm DIN/BS EN 933-1
층 두께 H:20mm, L:40mm
응결 시간 초결 2분, 종결 5분 DIN/BS EN 996-3


압축 강도		 재령 5시간: 20MPa
DIN/BS EN 12390-13
DIN/BS EN 1015-11
1일 : 25MPa
3일 : 30MPa
28일 : 40MPa
플로우 160mm ASTM C1437-01
한편, 건설 산업에 있어서 3D 프린팅 기술은 아직 초기 단계라 볼 수 있고, 이에 사용되는 건설 재료로서 3D 프린팅용 모르타르 또한 개선이나 개량의 여지가 많이 있다. 특히, 건설 재료로서 3D 프린팅용 모르타르는 일반적인 모르타르에 비해 상당히 높은 가격을 형성하고 있는데, 이는 건설 산업에 있어서 3D 프린팅 기술을 적용함에 있어서 부담으로 작용하고 있다.
이에, 건설 산업에 있어서 3D 프린팅 시장의 확대를 대비할 때, 3D 프린팅용 모르타르에 있어서 요구되는 응결시간, 압축강도 등의 성능 기준을 만족시키면서도 합리적인 가격(생산 단가 또는 재료 단가)을 제공할 수 있는 3D 프린팅용 모르타르에 대한 연구와 개발이 요구되고 있다.
관련 선행기술문헌으로는 등록특허공보 제10-2243246호(발명의 명칭: 황토와 생석회를 포함하는 3D 프린팅용 복합체, 공고일자: 2021년 04월 23일), 공개특허공보 제10-2019-0061618호(발명의 명칭: 황토와 본시멘트를 포함하는 3D 프린팅용 복합체, 공개일자: 2019년 06월 05일) 등이 있다.
본 발명의 목적은, 3D 프린팅용 모르타르에 있어서 요구되는 응결시간, 압축강도 등의 성능 기준 혹은 품질 기준을 만족시키면서도 합리적인 가격(생산단가 또는 재료단가)을 제공할 수 있는 3D 프린팅용 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 결합재, 잔골재 및 배합수를 포함하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 있어서, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 석고를 구성성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게, 상기 잔골재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 70~80중량%로 배합되고, 상기 결합재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 상기 보통 포틀랜드 시멘트 13.6~17.6중량%, 상기 알루미나 시멘트 5.4~7.4중량% 및 상기 석고 2~4중량%를 구성성분으로 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 모르타르 조성물은 응결 지연제로서 타르타르산(Tartaric Acid)이 첨가될 수 있고, 더 바람직하게 상기 타르타르산은 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량에 대해 0.023~0.043중량부로 첨가될 수 있다.
바람직하게, 상기 모르타르 조성물은 초기 압축강도 증가를 위해 리튬(Lithium)이 첨가될 수 있고, 더 바람직하게 상기 리튬은 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량부에 대해 0.06~0.08중량부로 첨가될 수 있다.
바람직하게, 상기 잔골재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 70~80중량%로 배합되고, 상기 결합재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 상기 보통 포틀랜드 시멘트 13.6~17.6중량%, 상기 알루미나 시멘트 5.4~7.4중량% 및 상기 석고 2~4중량%로 배합되며, 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량부에 대해 타르타르산 0.023~0.043중량부가 첨가되고, 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량부에 대해 리튬 0.06~0.08중량부가 첨가될 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 잔골재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 75중량%로 배합되고, 상기 결합재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 상기 보통 포틀랜드 시멘트 15.6중량%, 상기 알루미나 시멘트 6.4중량% 및 상기 석고 3중량%로 배합되며, 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량부에 대해 타르타르산 0.033중량부가 첨가되고, 상기 결합재와 상기 잔골재의 100중량부에 대해 리튬 0.07중량부가 첨가될 수 있다.
본 발명은 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 있어서 결합재의 바람직한 구성성분들(보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 석고)과 그 배합비율, 그리고 혼화제로서 첨가되는 응결 지연제(타르타르산) 및 초기 압축강도 증진제(리튬)의 바람직한 성분과 그 첨가비율을 제공함으로써, 3D 프린팅용 모르타르에 있어서 요구되는 응결시간, 압축강도 등의 성능 기준 혹은 품질 기준을 만족시키면서도 생산단가 내지 재료단가를 합리적으로 낮출 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 1 내지 5를 통해 타르타르산의 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5 내지 7를 통해 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 및 8 내지 10를 통해 리튬 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 9, 및 11 내지 13를 통해 리튬 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 16 내지 23에 있어서 배합수 11.5중량% 및 알루미나 시멘트 6.4중량% 고정시 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 31에 있어서 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 배합비 16 내지 18 및 32 내지 34에 있어서 배합수 및 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 26 및 35 내지 37에 있어서 배합수 및 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은 건설 산업에 3D 프린팅 기술을 적용함에 있어서 건설 재료로 사용되는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 건설 산업에서 재료 압출 방식의 3D 프린팅 기술에 사용된다.
본 발명에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 결합재(B), 잔골재(S) 및 배합수(W)를 포함하되, 여기서 결합재(B)는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC: OPC: Ordinary Portland Cement), 알루미나 시멘트(Alc: Alumina Cement) 및 석고(AG: Anhydrous Gypsum)를 구성성분으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 있어서 잔골재는 결합재와 잔골재의 전체(즉, T = B + S) 100중량%에 대해 70~80중량%로 배합되고, 결합재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 보통 포틀랜드 시멘트 13.6~17.6중량%, 알루미나 시멘트 5.4~7.4중량% 및 석고 2~4중량%를 구성성분으로 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 잔골재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 75중량%로 배합되고, 결합재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 보통 포틀랜드 시멘트 15.6중량%, 알루미나 시멘트 6.4중량% 및 석고 3중량%를 구성성분으로 포함한다. 이때, 배합수는 그 비율(W/T 또는 W/M)에 있어서 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 10.5~12.5중량부로 배합되는 것이 바람직하며(여기서 'T' 또는 'M'은 결합재와 잔골재를 모두 포함한 중량을 의미함), 더 바람직하게는 배합수는 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 11중량부로 배합된다.
본 발명에서 결합재의 구성성분 중 하나로 사용되는 알루미나 시멘트는 XRF 분석 결과 그 주성분은 Al2O3, CaO 및 SO3으로, 구체적으로 Al2O3, CaO 및 SO3 각각 알루미나 시멘트의 전체 100중량%에 대해 24.97중량%, 53.79중량% 및 14.45중량%의 비율로 구성되며, XRD 분석 결과 주 피크는 CaSO4로 나타났으며 Mayenite(Ca12Al14O33) 피크는 미세하게 나타났다. 그리고, 본 발명에서 결합재의 구성성분 중 하나로 사용되는 석고는 '무수석고'로서 XRF 분석 결과 그 주성분은 SO3 및 CaO으로, 구체적으로 SO3 및 CaO 각각 무수석고의 전체 100중량%에 대해 48.80중량% 및 48.19중량%의 비율로 구성되며, XRD 분석 결과 소량의 이수석고가 검출되었으나 피크는 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 본 발명에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 혼화제(AD)로서 타르타르산(TA: Tartaric Acid)이 첨가되는 것을 특징으로 한다. 타르타르산은 응결 지연제로서 그 첨가량에 따라 3D 프린팅용 모르타르의 응결시간에 영향을 주는데, 본 발명에 있어서 타르타르산은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.023~0.043중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 타르타르산은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.033중량부로 첨가된다. 3D 프린팅용 모르타르에 있어서 응결시간은 3D 프린팅용 모르타르의 성능이나 품질을 결정하는 중요한 인자 중에 하나이다. 참고로, 타르타르산 혹은 타타르산은 주석에 탄산칼슘을 넣어 생성되는 침전물에 황산을 처리하여 얻는 유기화합물로서 '주석산'이라고도 한다.
또한, 본 발명에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 혼화제(AD)로서 리튬(Li: Lithium)이 첨가되는 것을 특징으로 한다. 리튬은 3D 프린팅용 모르타르의 초기 압축강도를 증가시키기 위해 첨가되는 초기 압축강도 증진제로서, 본 발명에 있어서 리튬은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.06~0.08중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 리튬은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.07중량부로 첨가된다. 참고로, 리튬은 가장 밀도가 낮은 고체 원소로 반응성이 강한 금속 중 하나로, 리튬 화합물은 다양한 용도로 사용되지만 전자 제품이나 전기 자동차 등에 있어서 재충전이 가능한 리튬 2차전지로 사용되고 있으며, 또한 유리 성분의 녹는점을 낮추거나 유리나 세라믹 요리 기구의 열저항을 증가시키기 위해 유리와 세라믹 산업에서 널리 사용되고 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 결합재, 잔골재, 배합수, 타르타르산, 및 리튬을 포함하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물로서, 잔골재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 70~80중량%로 배합되고, 결합재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 보통 포틀랜드 시멘트 13.6~17.6중량%, 알루미나 시멘트 5.4~7.4중량% 및 석고 2~4중량%를 구성성분으로 포함하며, 타르타르산은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.023~0.043중량부가 첨가되고, 리튬은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.06~0.08중량부가 첨가된다. 이때, 배합수는 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 10.5~12.5중량부로 배합된다.
더 나아가, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따른 3D 프린팅용 모르타르 조성물은 결합재, 잔골재, 배합수, 타르타르산, 및 리튬을 포함하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물로서, 잔골재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%(즉, 모르타르의 전체 100중량%)에 대해 75중량%로 배합되고, 결합재는 결합재와 잔골재의 전체 100중량%에 대해 보통 포틀랜드 시멘트 15.6중량%, 알루미나 시멘트 6.4중량% 및 석고 3중량%를 구성성분으로 포함하며, 타르타르산은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.033중량부가 첨가되고, 리튬은 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.07중량부가 첨가된다. 이때, 배합수는 결합재와 잔골재의 전체 100중량부에 대해 11중량부로 배합된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들과 그 실험 결과를 설명함으로써, 본 발명의 구성 및 작용효과를 더 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 1 내지 37에 대해 플로우(Flow), 응결시간 및 압축강도에 대해 실험을 진행하였으며, 그 실험 결과 및 분석 결과에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 배합비에 대한 실험 결과 및 분석 결과를 설명하기에 앞서, 위 [발명의 배경이 되는 기술]에서 [표 1]에 예시된 3D 프린팅용 모르타르에 요구되는 성능 기준을 본 발명의 실시예들에 따른 배합비에 대한 성능평가의 목표 값으로 설정하기로 한다.
실험 1 - 타르타르산의 함량에 따른 성능평가
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 1 내지 5에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 2]에 나타내었다. 그리고, 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 1 내지 5를 통해 타르타르산의 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00001
[표 2] 및 도 1을 참조하면, 배합비 1은 목표 값보다 낮은 응결시간을 나타내었고, 배합비 4는 응결 지연제인 타르타르산의 감소로 인해 타설 후 급결 현상(2분 이내)이 나타나 몰드 성형에 어려움이 있었다.본 실험 1에 있어서 응결 지연제 타르타르산의 조절을 통한 응결시간을 측정한 결과, 타르타르산은 응결시간에 결정적인 영향을 미치는 중요한 구성성분으로 판단되며, 적정 사용량(첨가량)에 대한 선정이 필요하다. 한편, 초기 압축강도 및 응결시간에 대한 평가 결과, 배합비 5가 응결시간 대비 높은 압축강도를 발현하는 것으로 확인되었다.
실험 2 - 무수석고 사용량에 따른 성능평가
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5 내지 7에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 3]에 나타내었다. 그리고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5 내지 7를 통해 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00002
[표 3] 및 도 2를 참조하면, 무수석고의 사용량에 따른 응결시간 및 압축강도의 평가 결과, 무수석고는 응결시간에 영향을 미치지 않으나 초기 압축강도의 발현이 늦게 나타나는 것으로 확인되었다. 무수석고를 사용하지 않은 실험체(배합비 6)와 무수석고의 사용량을 배합비 5 기준 대비 50% 절감한 실험체(배합비 7)에서는 초기 압축강도가 목표 값보다 낮게 나타났으며, 이에 무수석고는 초기 압축강도의 발현에 많은 영향을 미치는 것으로 중요한 구성성분으로 판단된다.
실험 3 - 리튬 사용량에 따른 성능평가
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 및 8 내지 10에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 4]에 나타내었다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 및 8 내지 10를 통해 리튬 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00003
[표 4] 및 도 3을 참조하면, 리튬의 사용량에 따른 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과, 리튬은 응결시간에 영향을 미치지 않으나, 리튬을 사용하지 않을 경우 초기 압축강도가 감소하는 것으로 확인되었다.배합비 5 기준 대비 리튬 사용량을 50% 절감한 실험체(배합비 9)에서도 거의 동일한 초기 압축강도가 발현되었으므로, 리튬 사용량을 배합비 5 기준 대비 50% 정도 감소시켜도 응결시간과 초기 압축강도에는 영향이 없는 것으로 판단된다. 그러나, 리튬을 전혀 사용하지 않은 실험체들(배합비 8 및 10)에서는 초결 시간이 단축되는 반면, 압축강도는 저하되는 현상이 나타났다. 참고로, 배합비 10은 리튬 사용량을 대신에 알루미나 시멘트 사용량을 증가시킨 실험체이다.
따라서, 리튬은 초기 압축강도를 증진시키기 위한 중요한 구성성분으로 판단되며, 가격이 비싼 리튬을 감안할 때 그 사용량을 배합비 5 기준 대비 50% 절감시켜도 응결시간 및 압축강도에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
실험 4 - 무수석고 증가에 따른 성능평가
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 9, 및 11 내지 13에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 5]에 나타내었다. 그리고, 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 5, 9, 및 11 내지 13를 통해 리튬 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00004
[표 5] 및 도 4를 참조하면, 배합비 11은 배합비 5 기준 대비 무수석고의 증가로 인해 응결시간이 약 2분 정도 늦어지나 압축강도는 증가하는 것으로 확인되었다. 또한, 배합비 12는 배합비 9 기준 대비 보통 포틀랜드 시멘트의 사용량을 감소시키고 무수석고의 사용량을 증가시킨 실험체로서 응결시간은 약 2분 정도 늦어지나 압축강도는 재령 5시간 22MPa로 목표 값을 달성하였다.따라서, 무수석고의 사용량 증가는 초기 압축강도 향상에는 효과적이나 응결시간이 늦어지는 단점을 가지고 있는 것으로 판단된다. 이를 보안하고자 배합비 13은 알루미나 시멘트의 사용얄을 약 1% 정도 증가시켰을 때 응결시간이 약 1분 정도 단축되었으며 재령 5시간 압축강도 또한 높게 나타났으며, 다만 재령 1일 압축강도는 배합비 12보다 낮게 나타났다.
실험 5 - 배합수 감소와 타르타르산 감소에 따른 성능평가
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 12, 14 및 15에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 6]에 나타내었다.
Figure 112021119178431-pat00005
[표 6]을 참조하면, 배합비 14는 배합수를 감소시킨 배합이고, 배합비 15는 타르타르산을 감소시킨 배합으로, 배합비 14의 경우 배합수가 감소됨에 따라 유동성이 감소되고 초결이 약 1분 정도 단축되었으나, 타설 후 급격하게 로스(Loss)되어 시공성이 저하되는 것으로 나타났다. 또한, 배합비 14의 재령 1일 압축강도는 배합비 12와 유사하게 나타났다.배합비 15는 배합비 14의 시공성 부족으로 배합수를 원상태로 사용하고 응결시간 단축을 위해 타르타르산의 사용량을 감소시킨 것으로, 그 결과 시공성은 배합비 12와 유사하게 나타났으며, 응결시간 또한 약 3분 정도 단축되었다.
실험 6 - 무수석고 함량에 따른 성능평가 (알루미나 시멘트 6.4중량% 고정)
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 16 내지 23에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 7]에 나타내었다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 16 내지 23에 있어서 배합수 11.5중량% 및 알루미나 시멘트 6.4중량% 고정시 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00006
[표 7] 및 도 5를 참조하면, 알루미나 시멘트 사용량을 6.4중량%로 고정하면서 무수석고 사용량을 변화시켜 가면서 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과, 무수석고 사용량 3.0중량% 이상 사용시 압축강도가 저하되고 응결시간이 지연되는 것으로 확인되었다. 본 실험 8의 결과 재령 5시간 압축강도 기준으로 가장 높은 압축강도를 나타낸 무수석고 함량 2.7중량%가 최적의 사용량인 것으로 판단된다.
실험 7 - 무수석고 함량에 따른 성능평가 (알루미나 시멘트 7.4중량% 고정)
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 31에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 8]에 나타내었다. 그리고, 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 31에 있어서 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00007
[표 8] 및 도 6을 참조하면, 알루미나 시멘트 사용량을 7.4중량%로 고정하면서 무수석고 사용량을 변화시켜 가면서 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과, 무수석고 사용량 2.7~2.9중량%의 경우 재령 5시간 압축강도는 증가 이후 다시 감소하는 경향을 나타냈다. 무수석고 함량이 증가함에 따라 응결시간이 증가하는 현상이 나타났으며, 알루미나 시멘트의 사용량을 7.4중량%로 고정하였을 때 최적의 무수석고 사용량은 2.9중량%로 판단된다. 다만, 가격이 상대적으로 비싼 알루미나 시멘트의 사용량이 늘어나면 생산 단가 또한 증가하는 단점이 있다.
실험 8 - 무수석고 함량 및 배합수 감소에 따른 성능평가 (알루미나 시멘트 6.4중량% 고정)
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 16 내지 18 및 32 내지 34에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 9]에 나타내었다. 그리고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 배합비 16 내지 18 및 32 내지 34에 있어서 배합수 및 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00008
[표 9] 및 도 7을 참조하면, 알루미나 시멘트 사용량을 6.4중량%로 고정하면서 무수석고와 배합수의 사용량을 변화시켜 가면서 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과, 배합수의 사용량을 0.5중량% 감소시 압축강도는 10% 이상 증가하였으며, 플로우 또한 감소하는 것으로 나타났다. 배합수의 사용량이 1.0중량% 이상 감소하는 경우 몰드 성형이 어려웠으며, 최적의 배합수 사용량은 11.0중량%인 것으로 판단된다.
실험 9 - 무수석고 함량 및 배합수 감소에 따른 성능평가 (알루미나 시멘트 7.4중량% 고정)
본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 26 및 35 내지 37에 대해 플로우, 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과를 아래의 [표 10]에 나타내었다. 그리고, 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 배합비 24 내지 26 및 35 내지 37에 있어서 배합수 및 무수석고 함량에 따른 성능평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
Figure 112021119178431-pat00009
[표 10] 및 도 8을 참조하면, 알루미나 시멘트 사용량을 7.4중량%로 고정하면서 무수석고와 배합수의 사용량을 변화시켜 가면서 응결시간 및 압축강도를 실험한 결과, 배합수의 사용량을 0.5중량% 감소시 압축강도는 10% 이상 증가하였으며, 플로우 또한 감소하고 압축강도는 증가하는 것으로 나타났다. 배합수의 사용량이 1.0중량% 이상 감소하는 경우 몰드 성형이 어려웠으며, 최적의 배합수 사용량은 11.0중량%인 것으로 판단된다.
발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 결합재, 잔골재 및 배합수를 포함하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물에 있어서,
    상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 무수석고를 구성성분으로 포함하고,
    상기 잔골재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 75중량%로 배합되며,
    상기 결합재는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량%에 대해 상기 보통 포틀랜드 시멘트 15.6중량%, 상기 알루미나 시멘트 6.4중량% 및 상기 무수석고 3중량%를 구성성분으로 포함하고,
    상기 배합수는 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100 중량부에 대해 11중량부로 배합되며,
    상기 모르타르 조성물은 응결 지연제로서 타르타르산(Tartaric Acid)을 더 포함하되, 상기 타르타르산은 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.033중량부로 첨가되고,
    상기 모르타르 조성물은 초기 압축강도 증가를 위해 리튬(Lithium)을 더 포함하되, 상기 리튬은 상기 결합재와 상기 잔골재의 전체 100중량부에 대해 0.07중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 모르타르 조성물.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190079617A (ko) * 2016-11-01 2019-07-05 시카 테크놀러지 아게 다성분 모르타르 시스템
KR20200037265A (ko) * 2017-08-09 2020-04-08 시카 테크놀러지 아게 무기질 바인더 조성물의 3d-인쇄 방법
KR102303931B1 (ko) * 2020-12-22 2021-09-27 현대건설주식회사 3차원 바인더 젯 프린팅용 분체 조성물 및 이를 이용한 3차원 프린팅 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190079617A (ko) * 2016-11-01 2019-07-05 시카 테크놀러지 아게 다성분 모르타르 시스템
KR20200037265A (ko) * 2017-08-09 2020-04-08 시카 테크놀러지 아게 무기질 바인더 조성물의 3d-인쇄 방법
KR102303931B1 (ko) * 2020-12-22 2021-09-27 현대건설주식회사 3차원 바인더 젯 프린팅용 분체 조성물 및 이를 이용한 3차원 프린팅 장치

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