KR19980043623A - 초고강도 수경성 재료의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수경성 재료의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무기계 수경성 재료에 금속 분말과 고분자계 혼화재가 첨가된 초고강도 수경성 재료의 조성물인 것이다.

종래의 금속 대체 재료로 사용되는 초고강도 시멘트 재료의 표면 처리 방법은 제작 공법이 어렵거나, 합성수지와 시멘트의 접착 상태가 불량하거나, 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

본 발명은 무기계 수경성 재료에 금속 분말과 고분자계 혼화제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물이며, 본 발명의 조성물은 종래의 제작 공법에 비하여 경제적이고, 제작 공법이 용이하며, 모체를 이루는 시멘트 재료와 동질의 재료로 일체화되기 때문에 접착 불량 상태가 발생하지 않고, 제작 품질이 우수한 금형의 제작이 가능하다. 또한, 본 발명의 조성물은 금속 대체용의 초고강도 시멘트 조성물의 표면 뿐만 아니라 금속 대체용으로도 사용할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

초고강도 수경성 재료의 조성물

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

본 발명의 목적은 기계적 물성, 기계적 가공성 및 표면 평활도가 우수한 초고강도 수경성 재료의 조성물을 제공하는 것이다.

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 수경성 재료의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 분말과 고분자계 혼화재가 첨가되어서 금속 대체용의 초고강도 시멘트의 표면 처리에 적합한 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물에 관한 것이다.

금속 재료는 기계적인 특성이 우수하여 광범위한 용도로 이용되고 있으나, 일반적으로 일정한 형상을 얻기 위해 고온에서 주물 과정이 필요하고, 금속이 식으면서 수축하므로 기계 가공이나 표면층 연마 등의 마무리 공정에 시간과 비용이 많이 들고 작업 기간도 많이 소요된다.

예를 들면, 금형 분야는 대부분 금속 재료를 사용하고 있고, 주철 또는 융점이 낮은 아연 합금 등의 재료를 이용하여 주물에 의해 금형을 제작하고, 기계 가공이나 연마에 의해 표면을 마무리하여 왔다.

그러나, 최근에는 금형 등에서 사용되는 금속 대체 재료로 초고강도 시멘트의 개발이 진행중인데, 초고강도 시멘트는 상온에서 원하는 형태를 제조할 수 있고, 금속에 비해 경제적이고, 화학적 및 열적으로 안정하며, 우수한 기계적 물성을 갖고 있어 금속 재료와는 달리 고온의 열처리가 필요없으므로 제작 비용이 절감되고 작업 기간이 단축되는 장점을 갖는다. 또한, 초고강도 시멘트 재료는 초미립자를 이용하여 입자의 충진성과 유동성을 향상시킨 것으로, 시멘트 재료에 분산제와 초미분말을 조합하고 극소의 작업 물량으로 반죽하여서 공극이 감소하고 성형이 치밀하게 된다.

그러나, 초고강도 시멘트 재료는 일반적인 세라믹스와 마찬가지로 인장 응력에 대한 변형율이 매우 작고, 파괴 강도가 낮은 취성 재료여서 기계적 가공성이 매우 낮으므로 금형 재료 등의 금속 재료 대체 분야에 적용하면 표면 마무리에 대한 결점을 갖는다. 이를 해결하고자, 표면 처리를 위해 합성 수지 코팅, 함침, 금속이나 세라믹 플라즈마 스프레이, 금속 인서트 등의 방법이 제시되어 적용되고 있으나, 그 제작 공법과 금형 상태, 제작한 판넬의 품질 및 경제성 측면에서 만족스럽지 못하다.

표면을 합성 수지로 코팅하는 일반적인 방식은 시멘트 타설 전과 시멘트 타설 후에 처리하는 방법이 있다. 시멘트 타설 전에 합성 수지를 코팅하는 방식은 제작 공법은 단순하나, 표면층 자체의 두께를 두껍게 할 수 없는 단점이 있고, 시멘트 타설 후에 합성 수지를 코팅하는 방식은 표면층을 두껍게 할 수 있고 시멘트가 경화된 후에 합성 수지를 코팅하므로 금형 및 제작 판넬의 상태가 양호하나, 합성 수지를 투입하기 위해 미리 타설해 경화된 시멘트를 천공해야 하므로 제작 공법이 어려운 단점이 있다. 또한, 합성 수지의 함침, 세라믹이나 금속 플라즈마 스프레이 등의 방법은 제조 비용이 비싸고 공법 자체가 복잡하고 적용 결과도 떨어지며, 금속 인서트 방법은 적용된 결과는 양호하지만 제작 공법에 많은 숙련도가 필요한 단점이 있다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명자들은 초고강도 시멘트 재료에 금속 분말과 고분자계 혼화제를 첨가하여 제조한, 금속 대체용 초고강도 시멘트의 표면 처리에 사용되는 초고강도 수경성 재료의 조성물은 기계적 물성과 기계적 가공성이 우수하고 경제적이며 제작 공법이 용이하고, 모체를 이루는 시멘트 재료와 동질의 재료로서 일체화되어 접착 상태가 양호하게 됨을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명은 무기계 수경성 재료에 금속 분말, 고분자계 혼화제 및 통상의 기타 첨가제가 첨가된 초고강도 수경성 재료의 조성물인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 금속 대체용의 초고강도 시멘트의 표면 처리에 사용되는 기계적 가공성이 우수한 초고강도 수경성 재료의 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 조성물은 결합재인 무기계 수경성 재료, 금속 분말, 고분자계 혼화제, 고성능 감수제, 소포제, 경화 조절제 및 물로 이루어진다.

일반적으로 수경성 재료의 조성물은 압축, 휨, 인장, 파괴 인성, 충격 저항성 등의 기계적 물성이 우수해야 하고, 기계적으로 가공성이 있어야 하며, 표면의 평활도가 거울면에 근접할수록 바람직하고, 조직이 균질하여 예를 들면, 커다란 기포가 발생하지 않으며, 무(無)수축이 바람직하다.

본 발명에서 결합재로 사용되는 무기계 수경성 재료는 시멘트, 초미립자, 무기계 미분말, 무기계 팽창재로 구성된다. 상기 성분은 시멘트 입자에 비해 1내지 2도 정도로 크기가 작고 반응성이 좋은 초미립자와 무기계 미분말을 이용하여 입자들간의 충진성을 향상시키고, 유동성을 높여 극소량의 작업 물량으로 반죽하여 경화체 내의 공극을 감소시키므로써 치밀한 성형이 가능해지고, 팽창재를 이용하여 길이의 변화가 거의 없는 무수축 재료를 사용한다.

시멘트는 포클랜드 시멘트계, 예를 들면 일반 시멘트, 중용 시멘트, 조강시멘트, 초조강 시멘트, 내황산염 시멘트, 벨라이트계 시멘트를 사용할 수 있고, 또한 알루미나질 시멘트를 사용할 수 있다. 시멘트는 무기계 수경성 재료 전체에 대해 50 내지 80 중량%로 사용된다.

초미립자는 시멘트에 비해 2도 정도로 크기가 작은 실리카 흄을 사용하고, BET 비표면적이 15㎡/g 이상인 것을 사용한다. 초미립자는 무기계 수경성 재료 전체에 대하여 2 내지 30 중량%로 사용된다.

무기계 미분말로는 고로 슬래그, 플라이 애쉬, 메타 카올린, 화이트 클레이 등의 반응성이 좋은 미분말들을 단독 또는 함께 사용하고, 평균 입자 크기가 5㎛ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 무기계 미분말이 첨가되면, 실리카 흄만 첨가되는 경우와 비교하여 분체의 충진 상태가 더욱 양호해지고 유동성이 좋아지며, 이들의 잠재 수경성으로 인해 수화 조직이 더욱 균질하고 치밀해져서 기계적 특성이 향상된다. 무기계 미분말은 무기계 수경성 재료 전체에 대하여 5 내지 30 중량%로 사용된다.

무기계 팽창제는 시판되는 칼슘 설포 알루미네이트계, 소석회계, 알루미나 시멘트계 등을 사용할 수 있고, 체적의 안정성과 초기 강도 발현의 측면에서 칼슘 설포 알루미네이트계를 사용하는 것이 바람직하다. 무기계 팽창제는 무기계 수경성 재료 전체에 대하여 1 내지 15중량%로 사용된다.

본 발명에서 사용하는 금속 분말은 골재의 역할을 하고, 휨, 인성 및 기계적 가공성을 향상시킨다. 금속 분말은 연속적인 입도 분포가 0.001 내지 1mm인 것으로, 무기계 수경성 재료 100 중량부에 대하여 100 내지 400 중량부를 첨가한다. 기계 가공성 및 기계적 물성의 증진 측면에서는 0.15mm 이하의 금속 분말이 바람직하지만, 상기 입도의 분말만을 사용하면 금속의 비중이 커서 골재로서 차지하는 부피가 작아지므로 길이 변화에 의한 균열 발생의 위험이 많게 되고, 유동성이 저하되므로 이러한 이유들로 인해 0.15 내지 1mm의 입도 분말을 함께 사용한다. 금속 분말로는 철질 분말, 스테인레스 합금, 페로 실리콘 합금 또는 페로 망간 합금을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 고분자계 혼화제는 본 수경성 재료의 휨 및 인성 등의 기계적 물성의 증진은 물론, 시멘트 모체와의 부착 성능을 증진시키고, 평활한 표면을 얻도록 사용하는 것으로, 수용성 폴리머 디스퍼션계 고분자 물질, 분말 에멀젼계 고분자 물질, 수용성 폴리머계 고분자 물질, 액상 폴리머계 고분자 물질 등을 단독 또는 함께 사용할 수 있고, 바람직하게는 EVA계 고분자 물질 또는 아크릴계 고분자 물질을 사용한다. 고분자계 혼화제는 무기계 수경성 재료 100 중량부에 대하여 2 내지 30 중량부를 사용하는 것이 기계적 물성과 경제적 측면에서 바람직하고, 고형분의 경우에는 시멘트 정도의 입자 크기로 체질을 하여 덩어리지지 않게 하여 사용한다.

본 발명에서 사용되는 기타 첨가제로는 고성능 감수제, 소포제, 경화 조절제 및 물이 있다.

고성능 감수제와 소포제는 극소량의 작업 물량에서 작업성과 유동성을 확보하고 기포를 제거하기 위해 필수적으로 사용되고, 시판되는 분말 형태 또는 액상 형태를 사용할 수 있다. 분말 형태를 사용할 경우에는 균질하게 혼합시키기 위해 무기계 수경성 재료 부분에 미리 혼합하여 사용하고, 액상 형태를 사용할 경우에는 물을 투입해 혼련시에 함께 첨가한다. 고성능 감수제는 무기계 수경성 재료 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부가 사용되며, 1 중량부 이하로 사용할 경우에는 유동성을 얻기 어렵고, 5 중량부보다 많을 경우에는 경화 측면에서 바람직하지 않다. 소포제는 무기계 수경성 재료 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부를 사용한다.

경화 조절제는 고성능 감수제 첨가로 인한 유동성을 확보하기 위해 첨가하고, 알칼리 황산염, 탄산염, 탄산 수소염 등을 사용한다. 경화 조절제는 무기계 수경성 재료 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부를 첨가한다. 경화 조절제가 3 중량부 이상 첨가되는 경우에는 기계적 물성이 저하되고, 경화가 지연되므로 매우 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

실시예 1

포틀랜드 시멘트(쌍용양회사 제, 1종) 60 중량부, 실리카 흄(노르웨이 Elken사 제, BET 비표면적 25㎡/g) 15 중량부, 고로 슬래그(수세 슬래그, 블래인 9000㎠/g 수분 분급분) 15 중량부 및 CAS계 팽창제(쌍용향회사 제, CAS계 K 형 팽창제) 10 중량부로 이루어지는 무기계 수경성 재료 100 중량부와 EVA 공중합체(독일 Wacker사 제) 분말 2.5 중량부와 소포제(초산염계 분말형, 상품명 Agitan) 분말 0.5 중량부를 건식으로 미리 혼합한 후에 물 20 중량부를 첨가하여 3분동안 혼련하고, 고성능 감수제(멜라민계 액상형, 상품명 Melment L10) 3 중량부와 Na₂SO₄시약(일본 Junsei사 제) 0.1 중량부를 투입하여 유동성을 갖게하고, 철 분말(Hoeganaes사 제인 0.15mm 통과분과 0.3-1.0mm통과분) 150 중량부를 투입하여 다시 3분동안 혼련하였다. 이 때에, 혼합기는 기포 발생을 줄이기 위해서는 탈기 장치가 부착된, 팬 타입이나 옴니 믹서 등의 충분한 강제적 부하를 줄 수 있는 혼합기를 사용하는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 탈기 조건을 50mmHg로 하여 탈기 장치가 부착되어 있는 30ℓ옴니 믹서를 사용하였다.

4×4×4cm 크기의 몰드를 3500rpm의 진동판 위에 놓고 재료를 따르면서 성형하였다. 성형제의 표면을 마무리한 다음, 25℃ 상대 습도 100%의 습기함에서 12시간 전치시킨 후에 80℃ 증기에서 24시간 양생시켰다. 양생은 예를 들면, 상온 양생, 상압 증기 양생, 열수 양생, 고온 양생, 고압 양생 또는 이들의 복합 양생의 방법 중에서 실시하며, 상기 양생 방법 모두가 무방하나 공기 단축과 치밀한 수화 조직 측면에서 고온 양생 또는 고압 양생이 바람직하다.

기계적 물성, 기계 가공성 및 표면 평활도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

실시예 2 내지 실시예 5

표 1의 성분과 함량을 사용하여 각각 실시예 2 내지 실시예 5로 하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 초고강도 시멘트 재료의 조성물을 제조하고, 기계적 물성, 기계적 가공성 및 표면 평활도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 1과 비교예 2

표 1의 성분과 함량을 사용하여 각각 비교예 1과 비교예 2로 하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 초고강도 시멘트 재료의 조성물을 제조하고, 기계적 물성, 기계 가공성 및 표면 평활도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

본 발명에 따라 제조된 수경성 재료는 기계적 물성인 압축 강도와 휨 강도가 우수하고, 기계 가공성과 표면 활성도 역시 우수한 것으로 나타났다.

[발명의 효과]

본 발명에 따라 제조된 초고강도 수경성 재료의 조성물은 종래의 제작 공법에 비하여 경제적이고, 제작 공법이 용이하며, 모체를 이루는 시멘트 재료와 동질의 재료로 일체화되기 때문에 접착 상태가 양호하게 금속 대체용의 시멘트 표면의 처리에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초고강도 수경성 재료의 조성물은 성형체 전체를 가공해야 하는 천공 등의 기계적 가공이 필요한 재료에 사용할 수 있다.

Claims (5)

1. 무기계 수경성 재료 100중량부에 금속 분말 100 내지 400 중량부, 고분자계 혼화제 2 내지 30 중량부 및 통상의 기타 첨가제가 첨가된 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 무기계 수경성 재료가 시멘트 50 내지 80 중량%, 실리카 흄 2 내지 30 중량%, 무기계 미분말 5 내지 30 중량% 및 무기계 팽창재 1 내지 15 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속 분말이 0.15mm 통과분 입자와 0.15 내지 1.0mm 통과분 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 금속 분말이 철질 분말, 스테인레스합금, 페로 실리콘 합금 또는 페로 망간 합금 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고분자계 혼화제가 수용성 폴리머 디스퍼션계 고분자 물질, 분말 에멀젼계 고분자 물질, 수용성 폴리머계 고분자 물질 및 액상 폴리머계 고분자 물질 중에서 1이상이 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 초고강도 수경성 재료의 조성물.