KR19980026538A - 내균열성 및/또는 자동 수평성을 갖는 모르타르 조성물 - Google Patents

내균열성 및/또는 자동 수평성을 갖는 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내균열성 및/또는 자동수평성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물로서, 시멘트 100중량부와, 석고 10 내지 40중량부와, 고령토 10 내지 40중량부와, 입도 조정한 골재 60 내지 100중량부와, 3 내지 5중량부의 고성능 감수제 및 소량의 응결 촉진제를 포함하는 조성물이다.

Description

내균열성 및/또는 자동 수평성을 갖는 모르타르 조성물
본 발명은 모르타르(mortar)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내균열성(Crack prevention) 및/또는 자동 수평성(Self leveling)을 갖는 모르타르 조성물에 관한 것이다. 즉 본 발명은 시멘트와 모래에 무수 석고 등의 석고와 고온에서 활성화시킨 고령토를 첨가하여 바닥미장용 모르타르의 균열을 방지하고, 또 자동수평기능을 부여한 세라믹계 자기 수평성 모르타르 조성물에 관한 것이다.
전통적으로 좌식 생활을 하고 있는 우리나라 주택에서는 온돌이 필수적이며, 현재 많이 시공되고 있는 온수 온돌 바닥은 온수판 하부에 자갈을 깔거나 기포콘크리트를 타설하고 그 위에 시멘트 모르타르를 바르고 장판지로 마감하여 시공되고 있다. 그러나 상기한 온돌 시공시 사용한 시멘트 모르타르는 재료 자체의 건조 수축과 소성 수축 그리고 난방 실시에 따른 재료의 수축·팽창 등으로 인해 균열이 자주 발생하며, 그 결과 장판, 모노륨과 같은 바닥 상부마감재의 박리·들뜸현상 등이 발생하고, 축열 성능이 저하되는 문제점이 있다. 또한 종래의 시멘트 모르타르는 작업에 필요한 시공성을 얻기 위해 단위 수량을 높게 하기 때문에 시멘트의 레이탄스, 블리딩, 강도 저하 등이 발생하며, 이를 사용하여 넓은 면적의 바닥을 미장 시공할 경우 바닥면의 고저차(레벨차)가 발생하여 평탄하고 정밀한 마감면을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 바닥 미장의 단점을 보완하기 위해 알루미늄 분말 또는 구리 분말과 같은 특정 금속 분말을 혼합하는 모르타르의 제조방법에 관하여 대한민국 특허공고 제86-3174호 및 동 제85-1252호 등에 게재되어 있다. 이들 방법은 금속 성분의 팽창으로 인하여 균열을 저감하려는 의도이나 과도 팽창과 팽창의 불균질성으로 균열 제어에 완벽을 기할 수 없다는 문제점이 있다. 또 시멘트·석고·플라이 애쉬의 혼합물에 각종 혼화제 등을 미리 혼합시킨 예비혼합형 시멘트계 자기평활성 바닥 조성물에 대해서 대한민국 특허공고 제94-8510호, 일본국 특허공개소57-92558호 및 동 소60-19046호 등에 게재되어 있다. 그러나 이들 기술은 석고 반응의 불층분성으로 인해 균열을 충분히 제어할 수 없고 플라이 애쉬의 경화 지연 현상으로 인해 블리딩과 레이턴스의 증가 그리고 후속 공정의 지연을 초래하는 등의 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 내균열성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것을 첫째 목적으로 하고, 자기 평탄성이 우수하여 바닥 미장시 별도의 평탄성 작업 없이도 간단하게 수평 바닥면을 얻을 수 있는 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것을 둘째 목적으로 한다.
[발명의 구성]
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시멘트 100중량부와, 석고 10 내지 40중량부와, 고령토 10 내지 40중량부와, 입도 조정한 골재, 바람직하게는 0.6mm 이상의 입자가 중량비로 10% 이하이고 0.15mm입자가 중량비로 10% 이하로 함유하는 골재, 60 내지 100중량부와, 3 내지 5중량부의 고성능 감수제 및 수량의 응결촉진제를 포함하는 내균열성 및 자동수평성 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
상기한 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물에 있어서, 상기한 시멘트는 보통 포틀란트 시멘트, 고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트, 조강 시멘트, 초조강 시멘트, 팽창 시멘트, 알루미나 시멘트로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것이 바람직하고, 상기 석고는 무수석고, 이수석고, 반수석고로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것이 바람직하며, 상기한 고령토는 활성 고령토, 일반 고령토 및 고령토성분 포함하는 것으로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것이 바람직하고, 상기한 골재는 세척사 및 쇄사, 강사, 규사, 슬래그로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것이 바람직하다. 또 상기한 고성능 감수제는 리그닌계, 유기산계, 나프탈린계, 멜라민계, 텍트로즈계 축합물 및 비이온계 계면활성제로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것이 바람직하며, 상기한 응결촉진제는 중성 또는 약산성 황산염 및 그 복염, 명반, 산성염, 염기, 염기성 슬래그, 규산겔로 구성되는 그릅중에서 선택되는 것이 바람직하다. 상기한 황산염으로는 K2SO4, Na2SO4, (CH4)2SO4, CaSO4·½H2O, MgSO4, C4SO4, ZnSO4, FeSO4로 구성되는 그룹중에서 선택될 수 있으며, 상기한 산성염은 NaHSO4또는 KHSO4이 사용 가능하고, 상기한 염기는 CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2로 구성되는 그룹중에서 선택될 수 있다.
또한 상기한 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은 안료를 더욱 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물에 다른 재료를 첨가하면, 예를 들면 안료를 혼입하여 만든 칼라 바닥재, 그라우팅용 그라우트제 등의 2차 가공품을 제조할 수 있다.
[작용]
본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은 입도 조정된 골재, 석고, 고령토 분말 및 시멘트를 주성분으로 하고 여기에 혼화제를 첨가하여 제조된 것이다.
이하 본 발명을 실시예를 기초로 하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[대표적인 실시예]
[시멘트 모르타르 조성물의 조성]
본 발명의 일 실시예로서 시멘트 모르타르 조성물의 구성은 다음과 같다.
시멘트 ; 국내 상업용 시멘트(보통 포틀랜드 시멘트)
석고 ; 국내 상업용 Ⅱ형 무수석고(CaSO4)
고령토 ; 경남 산청산 고령토
모래 ; 입도 조정된 모래
혼화제 ; 국내 시판 응결 촉진제, 고성능 감수제
상기한 본 발명에 따른 모르타르 조성물이 균열을 방지하고 자기 수평성을 갖을 수 있는 것은 하기와 같은 메카니즘에 의해서이다.
본 발명의 모르타르는 기존 모르타르에서 발생되는 균열을 방지하기 위해서 팽창성을 이용하여 균열을 방지하는 일종의 화학적 프리스트레스(Chemical prestress)를 이용하고 있다. 첫째, 아래의 반응식에 의해 에트링가이트(ettringgite: 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)가 생성되고 이러한 에트링가이트가 체적 팽창을 일으키게 되어 팽창하는 메카니즘을 갖는다.
CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+Ca(OH)2+24H2O
→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
기존의 균열방지용 모르타르에는 석고를 시멘트에 첨가하여 균열을 억제하는 석고계 모르타르가 사용되었는데, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 모르타르 조성물은 시멘트 중에 있는 CaO·Al2O3의 양적 부족으로 인하여 상기한 반응에 한계가 있음을 확인하였다. 따라서 본 발명에서는 충분한 Al2O3를 제공하기 위해 고령토를 사용하였으며, 고령토 중의 Al2O3가 에트링가이트의 생성에 원료로서 공급되어 에트링가이트를 다량 생산시켜 수축을 보상하여 균열을 방지한다. 둘째, 본 발명에서는 시멘트, 석고, 고령토를 적정한 입도로 혼합함으로써, 적정한 입자가 골재의 간극에 밀하게 충전되어 골재 간극에 존재하는 시멘트 페이스트의 분산 효과가 높아져 시멘트 페이스트의 수축에서 유발하는 미세 균열이 감소하는 등 내부 결함이 적어지게 되어 최밀충전 효과에 의하여 수축을 방지한다. 셋째, 고령토 중의 실리카성분이 포졸란 반응을 일으켜 공극을 밀실하게 하는 밀실화 효과 즉, 포졸란 활성을 가진 물질에 의해 수화 반응 결과 생산된 Ca(OH)2를 CSH로 변화시켜 치밀한 모르타르를 구현하는 것에 의하여 수축의 여지를 없애서 수축 균열 방지에 기여하게 된다.
한편 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은 자동 수평성을 갖는데 그 메카니즘은 다음과 같다. 첫째, 본 발명의 조성물중 첨가제인 고성능 감수제에 의한 계면 활성 작용에 의해 유동성을 높인다. 고성능 감수제는 계면활성제로서 두 물질의 계면에 모이기 쉬운 성질을 가지며, 약간 가늘고 긴 모양의 입자 구조를 하고 있으며 친수기와 소수기를 가지고 있고 각 입자 표면에 (+) 또는 (-)전하를 주어 입자간의 상호 반발을 이용하여 두 물질간의 계면장력을 감소시킴으로써 계면의 성질을 변화시킨다. 모르타르에 있어서는 시멘트 입자나 골재 입자와 물의 계면, 또는 모르타르 중의 공기와 물의 계면에 모여서 입자와 물과의 접촉을 좋게 하거나 입자를 물 속에 잘 분산시켜 서로 응집되지 않도록 하는 작용을 한다. 둘째, 시멘트, 석고, 고령토의 입자 크기를 조절하여 다양한 입자 크기 분포를 가진 적정한 입자가 골재의 간극에 밀하게 충전되었을 때, 즉, 시멘트 입자 분포에서는 얻을 수 없는 결합재 입자의 가장 치밀한 충전을 실현하여 골재 간극에 존재하는 매트릭스의 분자력이 감소하면서 모르타르의 유통성을 증가시키는 최밀충전 효과에 의한다. 시멘트 입자에 일정 입도 분포를 실현하면 공극을이 저하하여 공극에 속박된 물의 양을 감소시키는 것으로부터 소정의 물시멘트 비의 저하에서 공극에 속박된 물의 양을 감소시키는 것으로부터 소정의 물시멘트 비의 저하에서 실질 수막 두께는 증가하여 유동성은 향상된다. 일반적으로 시멘트 중의 미립자양이 많아지게 되면 유동성은 저하하여 그 영향은 소성 점성에 현저하게 나타나 점성이 급격하게 증가하게 되지만 조립량과 미립량이 일정 분포를 가지게 되는 것으로 인해 미립의 증가에 의한 소성 점성의 상승을 억제하게 된다. 조립의 증가는 분체 충전시 공극율을 감소시켜 미립의 분산을 향상시켜 소성 점성의 상승을 억제하는 효과에 의한다.
[시멘트 모르타르 조성물의 각 성분의 성상]
본 발명의 일실시예에서 재료는 각 재료의 표준 규격에 맞는 재료를 사용하였으며 그 입도 및 화학 성분은 다음과 같다.
시멘트 : 규정된 보통 포틀랜드 시멘트 비표면적 3000㎠/g 정도
석고 : Ⅱ형 무수석고 비표면적 7000㎠/g 정도
활성 고령토 : 비표면적 2000㎠/g 정도
모래 : ① 0.6mm 이상의 입자가 10% 이하로 0.15mm 입자가 10% 이하로 함유되게 입도 조정한 모래, 또는 ② 1.2mm 이상의 입자가 10% 이하로 0.15mm 입자가 10% 이하로 함유되게 입도 조정한 모래
혼화제 : 나프탈렌계 고축합물 고성능 감수제 및 석고 응격 촉진제를 소량 사용
[시멘트 모르타르 조성물의 배합]
상기한 실시예 2의 모르타르 조성물은 다음과 같이 배합하였다.
KS L 5201 규정과 JIS R 5210 규정을 만족하는 보통 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여, Ⅱ형 무수석고 10 내지 40중량부, 활성 고령토 10 내지 40중량부, 입도 조정한 골재 60 내지 100중량부로 혼합한 4성분계 상 조성물에 3 내지 5 중량부의 고성능 감수제 및 소량의 응결 촉진제를 첨가하여 내균열성 및 자동 수평성 세락믹계 조성물을 제조한다.
실시예 1∼3
하기한 표 1의 조성의 시멘트 모르타르 조성물을 제조하고, 이들에 대하여 하기한 평가 방법에 의하여 유동성 실험, 길이 변화, 압축 강도, 부착 강도, 표면 강도, 균열을 측정하여 그 결과를 하기한 표 2에 나타내었다. 이때 실시예 1, 2, 4에서의 골재는 상기한 시멘트 모르타르 조성물중 ①의 모래를 사용하였고, 살시예 3에서는 ②의 모래를 사용하였다.
비교예 1∼2
하기한 표 1의 조성의 시멘트 모르타르 조성물을 제조하고, 이들에 대하여 하기한 평가 방법에 의하여 유동성 실험, 길이 변화, 압축 강도, 부착 강도, 표면 강도, 균열을 측정하여 그 결과를 하기한 표 2에 나타내었다.
[표 1]
주) G : Gypsum, C : Cement, K : Kaolin, S : Sand, W/P : Water/Power
[표 2]
각각의 평가는 다음과 같이 공인된 방법으로 하였으며 각 시료는 계량하여 프리믹싱한 후 물을 투입하여 저속으로 1분, 고속으로 2분간 비빔하였다. 양생실은 통상의 표준 상태 온도 20±2℃, 습도 65±5%를 유지하였다. 평가 방법은 다음과 같다.
1) 유동성 실험(flow 실험, JASS-15B-103에 의거)
30cm×30cm의 유리판 위의 중앙에 내부 직경 5cm, 높이 5cm의 PVC관을 설치한 후 제조된 시료를 부어 넣는다. 살며시 PVC 관을 들어 올려 시료가 펼쳐지는 직경의 크기를 측정한다. 시료 제조 후 0분, 20분, 40분, 60분마다 측정한다.
2) 길이 변화 실험(JIS-A-1129에 규정된 방법에 의거)
길이 변화 센서를 부착한 4cm×4cm×16cm 몰드에 각선기(刻線機)로 재령 1일의 길이를 표시한 후 콤프레타 방법의 측정기로 재령 7일, 14일, 21일, 28일의 길이변화를 측정한다.
3) 압축 강도(JIS-R-5201의 9.4, 9.5 및 9.6에 규정된 방법으로 실험)
모르타르를 거푸집(40×40×160mm)에 주입하되, 몰드 보다 약 5mm정도 더 높게 주입한다. 습윤양생실에 2시간이상 존치한 후, 몰드의 상단면에 맞추어 시료를 깎아낸다. 이후, 습윤 양생실에 48시간 양생한 후 탈형한다. 탈형후 양생실에서 28일동안 양생한다. 양생한 후 테스트기에서 압축 강도를 측정한다.
4) 부착 강도(JIS-A-6909의 5.8.2에 규정된 방법으로 실험)
시험 기판의 표면에 시일러를 바르고, 표준 양생실에서 24시간 건조한다. 안쪽 규격이 40×40×10mm의 금속제 또는 합성수지제 몰드를 설치하고, 재료를 주입한다. 습윤 양생실에서 48시간까지 양생하여 탈형한다. 탈형 후는 양생실에 재령 28일까지 양생한다.
5) 표면 강도(JIS-A-5536의 4.3.2에 규정된 방법에 따라 실험)
시험기판의 표면에 시일러를 바르고, 표준양생실에서 24시간 건조한다. 안쪽 규격이 40×40×10mm의 금속제 또는 합성수지제 몰드를 설치하고, 재료를 주입한다. 습윤양생실에 48시간까지 양생하여 탈형한다. 탈형 후는 양생실에 지령 14일까지 양생한다. 양생이 어느 정도 완료된 시험체의 표면에 40×40mm절단한다. JIS-A-5536의 4.3.2에 규정된 방법으로 접착하여 2일간 양생한다.
6) 균열 실험
폭×높이×길이가 2.5cm×1cm×180cm인 몰드 3개에 부어 넣고 14일 양생후에 발생한 균열의 개수를 조사하는 실험을 하였다.
상기한 표 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따라 시멘트-석고-고령토-골재를 적절히 배합한 4성분계 바닥 조성물은 고령토내의 풍부한 Al2O3성분에 의한 에트링가이트의 생성으로 수축을 보상하고, 4성분간의 적정 입조 조절에 의한 내부 결합의 감소, 밀실화 효과 등에 의해 수축 균열이 감소되어 내균열성이 방지됨을 확인할 수 있다.
또 시멘트-석고-고령토-골재의 4성분계 바닥 조성물에 고성능 감수제와 응결 촉진제를 첨가시켜 제조한 세라믹계 바닥 조성물은, 시공 및 타설을 위한 작업성을 얻는데 요구되는 바닥 조성물의 단위 수량이 감소되어 종래의 바닥 미장용 모르타르가 갖는 고유의 문제점인 레이턴스, 뷸리딩 및 수축 균열 등이 크게 개선되어 고품질의 마감면을 얻을 수 있으며, 이에 따른 하자 감소로 소비자의 만족도가 상승할 뿐 아니라, 종래보다 낮은 단위 수량에서 유동성이 향상되는 이상적인 바닥 조성물을 얻게 되어 단위수량의 상승으로 인한 균열 발생 등 품질저하의 문제를 해소하였다.
또 본 발명에 따른 조성물은 고층부에 바닥 미장을 타설하기에 충분한 유동성을 확보하여 종래의 펌핑 불량에 따른 시공성 불량의 문제를 해결하였고, 또 기존의 바닥 미장시 바닥의 고저차를 감소시키기 위해 수 회에 걸쳐 미장 작업을 하게 됨에 따라 인건비의 비중이 높았으나 상기의 세라믹계 바닥 조성물은 자동 수평성이 우수하여 특별한 마무리 작업 없이 평활한 마감면을 얻을 수 있기 때문에 우수한 시공성 확보와 인건비 절감에 따른 공사비의 감소 효과를 기대할 수 있으며, 또한 본 바닥 조성물에 사용되는 재료는 기존의 시멘트, 골재 이외에 첨가하는 것이 국내에 풍부히 산재해 있는 석고와 고령토를 사용하였기 때문에 국내산 부존 자원의 활용이라는 거시적 차원에서의 국가경제에 미치는 영향이 클 것으로 보이며 재료 수급의 측면에서도 상당한 장점을 가지고 있다.
그리고 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은 건축물의 과학화, 정밀화 등 품질 향상을 위해 발명된 재료로서, 유동성, 강도(압축, 부착, 접착), 선팽창률, 내구성 등 물리적 특성이 우수하며, 물과 혼합하여 간단한 시공으로 평활한 수평면을 얻을 수 있어 인건비 절감, 공기 단축 등 주거용 건물의 바닥 미장재 뿐 아니라 비주거용 신축 건물의 바닥, 고수평도의 바닥을 요구하는 산업용 건물바닥이나 요철이나 패인 곳 등의 보수 수정 공사에도 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은 균열을 방지하고 유동성을 향상시킴으로써 바닥 미장시 별도의 평탄성 작업 없이도 간단하게 수평바닥면을 얻을 수 있을 뿐 아니라 초기 강도가 우수하여 후속 공정의 연속성을 가능하게 하는 등 공사비를 절감하고 공기를 단축시킬 수 있게 하는 세락믹계 균열 방지 및 자동 수평 바닥 조성물이다.
또한 본 발명에서 사용하는 모든 재료는 국내에서 생산되고 있는 재료를 활용함으로써 국내 산업의 발전과 국제 경쟁력 강화에 일익을 담당할 수 있다.

Claims (11)

  1. 시멘트 100중량부와;
    석고 10 내지 40중량부와;
    고령토 10 내지 40중량부와;
    입도 조정한 골재 60 내지 100중량부와;
    3내지 5중량부의 고성능 감수제 및 소량의 응결촉진제를;
    포함하는 내균열성 및 자동수평성 시멘트 모르타르 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 시멘트는 보통 포틀란트 시멘트, 고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트, 조강 시멘트, 초조강 시멘트, 팽창 시멘트, 알루미나 시멘트로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 석고는 무수석고, 이수석고, 반수석고로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기한 고령토는 활성 고령토, 일반 고령토 및 고령토 성분 포함하는 것으로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기한 입도 조정한 골재는 0.6mm 이상의 입자가 중량비료 10% 이하이고 0.15mm입자가 중량비로 10% 이하로 함유하는 모래, 또는 1.2mm 이상의 입자가 10% 이하로 0.15mm 입자가 10% 이하로 함유되게 입도 조정한 모래인 시멘트 모르타르 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기한 골재는 세척사 및 쇄사, 강사, 규사, 슬래그로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기한 고성능 감수제는 리그닌계, 유기산계, 나프탈린계, 멜라민계, 텍트로즈계 축합물 및 비이온계 계면활성제로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기한 응결촉진제는 중성 또는 약산성 황산염 및 그 복염, 명반, 산성염, 염기, 염기성 슬래그, 규산겔로 구성되는 그룹중에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기한 황산염은 K2SO4, Na2SO4, (CH4)2SO4, CaSO4·½H2O, MgSO4, C2SO4, ZnSO4, FeSO4로 구성되는 그룹중에서 선택되고, 상기한 산성염은 NaHOS4또는 KHSO4이고, 상기한 염기는 CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2로 구성되는 그룹중주에서 선택되는 것인 시멘트 모르타르 조성물.
  10. 제 1항의 시멘트 모르타르 조성물에 안료를 더욱 포함하는 칼라 바닥재 또는 그라우팅용 그라우트제의 2차 가공물.
  11. 시멘트 100중량부와;
    석고 10 내지 40중량부와;
    고령토 10 내지 40중량부와;
    입도 조정한 골재 60 내지 100중량부를;
    포함하는 내균열성 시멘트 모르타르 조성물.
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