KR19980069091A

KR19980069091A - 속경성 그라우트재 조성물

Info

Publication number: KR19980069091A
Application number: KR1019970005994A
Authority: KR
Inventors: 김창률; 서형남
Original assignee: 김종문; 한라시멘트 주식회사
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-10-26
Also published as: KR100194315B1

Abstract

본 발명은 신·구 콘크리트의 접합 및 보수, 앵커볼트의 접합, 철근의 이음 또는 원자력발전소의 격납용기 등을 고정설치하는데 사용되는 결합재로서, 토목·건축분야의 구조물에서 발생되는 크랙부분과, 기계설비와 구조물과의 연결부분에 충진시켜 상이한 2개의 부재를 결합시키기 위한 속경성 그라우트재 조성물에 관한 것으로서, 입경을 조절한 세골재를 사용함으로써 무수축성 및 높은 유동성과, 초기 및 장기 강도발현이 우수한 그라우트재 조성물을 제공함과 동시에 그라우트 조성물 제조시에 사용되는 결합재량을 최소화함으로써 저렴한 재료비로도 품질이 우수한 그라우드재 조성물로서, 아윈계클링커 2 내지 20중량부와, 포틀랜드시멘트 40 내지 60중량부와, 무수석고 5 내지 20중량부와, 소석회 0.1 내지 10중량부와, 실리카퓸 0.1 내지 10중량부와, 슬래그 5 내지 30중량부로 된 결합재혼합물과, 유동하게 0.1-5중량부와, 입경을 조절한 여러 종류의 쇄사로 이루어진 세골재혼합물을 상기 결합재혼합물의 전체중량에 대하여 4:6의 비율로 혼합구성되는 속경성 그라우트재 조성물을 제공한다.

Description

[발명의 명칭]

속경성 그라우트재 조성물

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 토목·건축분야의 구조물에서 발생되는 크랙부분과, 기계설비와 구조물과의 연결부분에 충진되는 충진재로서, 신·구 콘트리트의 접합 및 보수, 앵커볼트의 접합, 철근의 이음 또는 원자력발전소의 격납용기 등에 이용되는 그라우트재 조성물에 관한 것으로, 특히 포틀랜드시멘트·무수석고·소석회 등으로 구성된 결합재 혼합물에 무기계 팽창성 시멘트광물인 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)를 적절히 첨가 배합하고 입경을 조절한 세골재혼합물과 혼합조성된 속경성 그라우트재 조성물에 관한 것이다.

통상적으로 그라우트재는 건축물 또는 토목구조물 등에서 발생되는 크랙부분과, 기계설비의 바닥판과 구조물의 기초콘크리트 사이에서 발생되는 공극을 메꾸어서 구조물 또는 기계설비를 안정하게 지지하는 동시에, 기계설비 또는 구조물 등에서 발생하는 틈사이를 메꾸어서 각종 진동 및 응력을 균일하게 흡수되도록 하여 구조물의 수명을 장기간에 걸쳐 유지하도록 하고, 또한 기계설비 등이 구조물상에서 정확한 위치설정을 계속적으로 유지하도록 하는 기능을 갖는 것으로, 주로 2개의 부재간의 연결부위에 접합기능을 갖는 충진수단으로서 사용된다.

이러한 그라우트 조성물에 기본적으로 요구되는 물성은 경화전과 경화후의 물성으로 대별되는데, 경화전의 물성으로는 무수축성·분리저항성 또는 유동성을 기초로 하는 충진성과, 경화후의 물성으로는 강도·무수축성·수밀성 또는 저발열성을 토대로 하는 내구성이 있다.

상기 설명한 바와 같이, 그라우트 조성물이 가져야 하는 중요한 물성으로는 크게 유동성, 무수축성 및 강도특성 등이 있으며, 특히 이러한 물성 중 그라우트 조성물의 경화전 및 경화후에 공통적으로 요구되는 물성인 무수축성은 그라우트재의 궁극적인 기능과 직결되는 것으로 그라우트 조성물의 제조시에 가장 신중하게 고려해야 하는 물성중에 하나이다.

이와 관련하여, 그라우트재에 무수축성을 부여하기 위한 방법으로서 일반적으로 알려진 방법으로는 크게 알루미늄이나 철등의 금속계팽창재 또는 칼슘알루미네이트계 등의 비금속 무기계팽창재를 그라우트재에 조성하는 방법 등으로 대별할 수 있다.

상기 금속계팽창재에 의한 방법은 알루미늄 금속분말의 반응에 의하여 수소가스를 발생시킴으로써 그라우트재에 팽창성을 부여하거나, 철금속분말을 첨가함으로써 산화 및 수화를 통한 부식을 유발시킴으로써 그라우트재의 팽창을 유도하는 방법이 있다.

이와 함께, 무기계팽창재를 이용하는 방법으로는 칼슘플루오르 알루미네이트(11CaO·7Al₂O₃·CaF₂), 칼슘알루미네이트(CaO·Al₂O₃·12Ca·7Al₂O₃) 또는 비정질칼슘알루미네이트 등 칼슘알루미네이트계 화합물을 석고 및 석회와 반응시켜 팽창성수화물인 애트린자이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)를 생성한 후 이러한 방법으로 생성된 애트린자이트의 팽창특성을 이용하는 방법이 있다.

그러나, 상기 설명한 금속계팽창재로서 알루미늄 금속분말을 사용하는 방법은 알루미늄과 시멘트중의 수산화칼슘과의 반응성으로 수소가스가 발생하면서 초기구조체에 팽창성을 줄 수 있는 반면, 알루미늄의 급격한 반응성으로 인해 초기 알루미늄의 반응속도를 조절하기가 용이하지 않으며, 반응과정에서 생성된 거대기포는 경화체내에 계속 존재하게 됨으로써 경화후의 강도특성에 나쁜 영향을 미칠 뿐만 아니라, 경화후 시멘트수화물에 의한 재수축을 제어하지 못하는 단점이 있다.

또한, 금속계팽창재로서 철분말을 사용하는 방법은 철분말의 산화로 인하여 녹이 생성될 때 팽창되는 원리를 이용한 것으로서, 그라우트재에 장기적인 팽창성을 부여할 수 있는 반면, 이 방법은 수화후에도 계속적인 팽창발생으로 팽창압을 조절하기 쉽지 않고, 녹발생시의 압력이 구조체의 응력을 초과할 때 구조체의 취약부분에 응력을 집중시켜 균열을 발생시킬 수 있으며, 녹의 발생으로 외부벽체의 얼룩지는 현상으로 외관상 보기가 좋지 않은 문제점이 있다.

한편, 비금속 무기계팽창재로서 칼슘플루오르 알루미네이트(11CaO·7Al₂O₃·CaF₂)를 이용하는 방법은 제조비용이 고가일 뿐만 아니라, 장기적으로 안정성이 불확실하며 수화활성이 크므로 물성의 제어가 용이하지 않고 제조방법이 어려운 문제점이 있다.

이와 관련하여 종래에 소개된 그라우트재 조성물의 제조에 관한 기술로서, 국내 특허공보 공고번호 제93-9342호에서는 15㎛ 이하인 입경이 60 내지 90중량%, 5㎛ 이하인 입경이 10중량% 이하로 함유하는 시멘트 100중량부에 대해 칼슘플로루알루미네이트 0.1 내지 10중량부로 혼합된 그라우트재 100중량부에 모래 100중량부, 밀스케일 5 내지 50중량부, 활성실리카질 미분말 0.1 내지 10중량부로 배합된 고강도 무수축 그라우트 조성물을 소개하고 있다.

그러나 상기한 공지의 종래기술에서는 그라우트 조성물의 제조시 팽창재로서 칼슘플로루알루미네이트를 사용함으로써 이미 설명한 바와 같이, 그라우트재의 안정성과 물성 조절 측면에서 많은 문제점을 나타내고 있다.

이상 언급한 바와 같은 무수축성과 함께 그라우트재에 요구되는 또 하나의 주요 물성으로서 강도특성을 들 수 있는데, 그라우트재는 타설되는 장소에 따라 소정 강도이상이 요구되며, 특히 응력이 많이 집중되는 앵커볼트접합, 균열보수 및 기계기초용에 사용되는 때에는 그라우트재가 더욱 고강도일 것이 요구된다.

이러한 그라우트재의 강도특성을 그라우트재의 조성시에 첨가되는 결합재의 량에 따라 결정된다.

즉, 그라우트재의 조성시에 첨가되는 결합재의 배합비율이 다른 첨가물에 비하여 상대적으로 커질수록 고강도의 물성을 발현할 수 있다.

그러나, 그라우트재의 강도특성만을 고려하여 결합재의 량을 과량으로 첨가하게 될 경우, 결합재로 사용되는 알루미나시멘트나 포틀랜드시멘트 등이 비교적 고가인 관계로 인하여 제조원가가 상승하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 그라우트재의 유동성을 저하시키는 요인으로 작용하게 됨으로써 유동성 확보를 위하여 유동화제 등의 첨가제를 결합제의 혼입량에 비례하여 첨가하여야 하는 등의 문제점이 있다.

그라우트재의 경화수축현상은 대부분 그라우트재의 제조시에 조성되는 결합재의 성분으로부터 기인되는 것이므로 결합재의 첨가비율은 그라우트재의 전반적인 수축율에 크게 영향을 미치게 된다.

이와 관련하여 일본공개특허공보 평3-23247호에서는 패창성물과 유동화물로 이루어진 그라우트혼화재로서, 상기 팽창성물은 칼슘설포알루미네이트계 팽창제와 알칼리토금속류의 불화물을 포함하는 석회류를 함유하고, 상기 유동화물은 폴리알킬아릴설포산염의 축합물 및 나프탈렌설포산염의 축합물과, 폴리칼본산염 및 덱스트린을 함유하는 것을 특징으로 하는 그라우트 혼화재 및 이를 시멘트 등의 결합재와 혼합하여 제조된 그라우트 조성물에 대하여 언급하고 있으나, 기설명한 바와 같이 상기 일본국 특허 관련기술은 결합재의 과량사용으로 인한 제조원가의 상승문제를 해결하지 못하고 있다.

또 다른 종래기술의 예로서, 일본공개특허공보 평1-230455호에서 포틀랜드시멘트 30-80중량부, 알루미나시멘트 5-50중량부, 석고 5-20중량부, 수산화칼슘 및 탄산칼슘 1-20중량부로 된 무기질결합재 10중량부에 대하여, 옥실칼본산 및 그 염류 0.01-2.0중량부, 아연화합물 0.001-0.5중량부, 팽창재 0.005-0.02중량부, 감수제 0.01-2.0중량부, 유동화제 0.001-2.0중량부를 배합하여서 된 초속경 그라우트재가 소개되어 있으나, 이 또한 마찬가지로 결합재의 과량사용으로 인한 유동화제 등의 첨가물을 필요로 함으로써 생산원가가 상승되는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 일반적인 방법으로서, 그라우트 조성물 제조시에 세골재를 첨가하여 결합재와 혼합함으로써 첨가되는 결합재의 량을 감소시키는 방법이 있으나, 이때 첨가되는 세골재의 입도는 궁극적으로 제조되는 그라우트재의 유동성 및 강도특성에 큰 영향을 미치게 되므로 세골재의 적절한 입도를 충분히 고려하여 결정하지 않은 상태에서 첨가되어 조성될 경우 오히려 그라우트재의 유동성 및 강도를 저하시킬 수도 있는 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 입경을 조절한 세골재 혼합물을 사용함으로써 무수축성 및 높은 유동성과, 초기 및 장기 강도발현이 우수한 그라우트재 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 결합재량을 적제 사용함으로써 저렴한 재료비로도 품질이 우수한 그라우트재 조성물을 제공하는데 있다.

[발명의 구성 및 작용]

이러한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 속경성 그라우트재 조성물은 팽창성재료로써의 아윈계클링커 2 내지 20중량부와, 포틀랜드시멘트 40 내지 60중량부와, 무수석고 5 내지 20중량부와, 소석회 0.1 내지 10중량부와, 실리카퓸 0.1 내지 10중량부와, 슬래그 5 내지 30중량부로 된 결합재혼합물과, 유동하게 0.1-5중량부와, 입경을 조절한 여러 종류의 쇄사로 이루어진 세골재혼합물을 상기 결합재혼합물의 전체중량에 대하여 4:6의 비율로 혼합된 그라우트재 조성물로 제조된다.

상기 세골재혼합물은 입경 1.18-2.38㎜ 20-30중량%와 입경 0.6-1.18㎜ 30-50중량%와 입경 0.3-0.6㎜ 15-20중량%와 입경 0.15-0.3㎜ 3-6중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 0.1-3중량%의 입자구성을 갖는다.

상기 그라우트재 조성물의 주요성분들에 대하여 구체적으로 살펴 본다.

상기 결합재조성물의 주성분인 포틀랜드시멘트, 무수석고, 소석회, 실리카퓸, 슬래그는 분말상태의 것을 사용하고, 아윈계클링커는 무기계 팽창성 시멘트광물인 칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄) 및 칼슘실리케이트(2CaO·SiO₂)가 주성분으로 분말도가 5,000-6,000㎠/g이 되도록 분쇄하여 사용한다.

이와 함께, 그라우트재에 고유동성을 부여함으로써 타설시의 작업성을 확보하기 위하여 유동화제를 0.1-5중량부를 혼합하여 사용하는데, 이러한 유동화제는 멜라민계와 나프탈린계가 재료비용면과 경화품질면에서 주로 많이 이용되고 있다.

한편, 세골재혼합물은 높은 유동성 및 충진성을 얻기 위해 입경별로 조절된 쇄사를 사용하는데, 이때 굵은 입경을 갖는 쇄사의 첨가비율이 과다할 경우에는 상기 언급한 바와 같이 그라우트재가 높은 유동성 및 충진성을 얻기 어렵기 때문에 작업시 그라우트재가 소정부위에 불완전하게 타설될 수 있어 경화후 강도가 전반적으로 저하되는 문제점이 있으며, 이러한 이유로 0.6㎜ 이하의 쇄사의 첨가비율을 증가시키게 되면 미세입자를 갖는 쇄사의 취급이 어려워 오히려 제조시의 작업성이 크게 하락하는 문제점이 발생하므로 기설명한 바와 같이, 입경 1.18-2.38㎜ 20-30중량%와 입경 0.6-1.18㎜ 30-50중량%와 입경 0.3-0.6㎜ 15-20중량%와 입경 0.15-0.3㎜ 3-6중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 0.1-3중량%로 배합조성함이 바람직하다.

상기 그라우트재 조성물을 물과 혼련하면, 아윈계클링커는 시멘트수화물, 소석회 및 무수석고등과 반응하여 속경성 및 고강도성을 갖는 수화물(애트린자이트)을 생성한다.

이때, 아윈계클링커에 비해 무수석고가 너무 많으면 아윈계클링커의 수화가 지연되고, 액상으로의 성장을 못하기 때문에 플로우(flow)값은 증가하나 강도발현을 하지 못하고, 반면에 무수석고가 너무 적게 첨가되면 수화물생성이 충분하지 못하기 때문에 고강도발현에 기여하지 못한다.

그러므로, 아윈계클링커 및 무수석고는 각각 2-20중량부 및 5-20중량부로 첨가함이 바람직하다.

이와 함께, 상기 결합재혼합물에 조성되는 소석회의 비율이 너무 커지게 되면 플로우값이 급격히 떨어지므로 각각 0.1 내지 10중량부로 첨가됨이 바람직하다.

또한 슬래그분말의 첨가비율이 상승하게 되면 초기강도가 하락하는 경향이 있으므로 5-30중량%가 바람직하며, 더욱이 유동화제는 많이 첨가한다고 작업성이 계속 좋아지는 것이 아니므로 0.1-5중량%가 바람직하다.

상기와 같은 결합재혼합물롸 세골재혼합물의 혼합비는 세골재의 입경을 고유동성과 높은 충진성을 갖도록 조절하였기 때문에 4:6 정도로 적은 결합량으로 재료비, 강도발현 및 수축율면에서 바람한 결과를 얻을 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

속경성 클링커광물로써 분말도 5,800㎠/g로 분쇄한 아윈계클링커 10㎏, 포틀랜드 시멘트 50㎏, 인산염공업에서의 부순물인 무수석고 10㎏, 공업용으로 제조된 소석회 4㎏, 수용성실리카로써 실리콘제조공업 부산물인 실라카퓸(silica fume) 6㎏ 및 분말도 5,800㎠/g로 분쇄한 잠재수경성을 갖는 슬래그분말 20㎏을 혼합하여 결합재 혼합물을 제조한다.

이러한 결합재혼합물의 화학성분은 하기 표 1과 같다.

[표 1]

상기 제조된 결합재혼합물 100㎏과, 유동화제 2㎏ 및 입경 1.18-2.38㎜ 25.8중량%, 입경 0.6-1.18㎜ 48중량%, 입경 0.3-0.6㎜ 18.5중량%, 입경 0.15-0.3㎜ 6.0중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 1.7중량%를 배합조성한 세골재혼합물 150㎏을 혼합하여 제조한 그라우트재 조성물의 조성관계를 표 2에 나타내었으며, 이렇게 조성된 그라우트재를 물과 혼합하여 플로우값을 측정한 결과와, 각각 1일, 3일, 7일, 28일동안 경화시킨 후의 압축강도 및 각각 3일, 7일, 14일, 28일동안 경화시킨 후의 길이변화를 측정한 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하되, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 포틀랜드시멘트를 63㎏, 실리카퓸(silica fume)을 8㎏, 분말도 5,800㎠/g로 분쇄한 잠재수경성을 갖는 슬래그분말을 5㎏으로 하여 그라우트재 조성물을 제조하였으며, 이렇게 조성된 그라우트재를 물과 혼합하여 플로우값을 측정한 결과와, 각각 1일, 3일, 7일, 28일동안 경화시킨 후의 압착강도 및 각각 3일, 7일, 14일, 28일동안 경화시킨 후의 길이변화를 측정한 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하되, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 포틀랜드시멘트를 58㎏, 실리카퓸을 8㎏, 분말도 5,800㎠/g로 분쇄한 잠재수경성을 갖는 슬래그분말을 10㎏으로 하여 그라우트재 조성물을 제조하였으며, 이렇게 조성된 그라우트재를 물과 혼합하여 플로우값을 측정한 결과와, 각각 1일, 3일, 7일, 28일동안 경화시킨 후의 압착강도 및 각각 3일, 7일, 14일, 28일동안 경화시킨 후의 길이변화를 측정한 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서 제조된 그라우트재로서 결합재혼합물 60중량부와 세골재혼합물 40중량부로 혼합하되, 입경 1.18-2.38㎜ 20중량%, 입경 0.6-1.18㎜ 25.6중량%와, 입경 0.3-0.6㎜ 21.2중량%, 입경 0.15-0.3㎜ 31.0중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 2.2중량%의 세골재혼합물로 구성된 그라우트조성물에 대한 물성시험결과를 표3에 나타내었다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 제조된 그라우트재로서 결합재혼합물 55중량부와 세골재혼합물 45중량부로 혼합하되, 입경 1.18-2.38㎜ 19.1중량%, 입경 0.6-1.18㎜ 27.8중량%와, 입경 0.3-0.6㎜ 41.5중량%, 입경 0.15-0.3㎜ 5.5중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 6.12중량%의 세골재혼합물로 구성된 그라우트조성물에 대한 물성시험결과를 표3에 나타내었다.

[표 2]

[표 3]

상기 표 3에서 *1) 혼합수량은 그라우트재에 대한 물비

*2) 압축강도 실험에 사용된 공시체의 크기는 50×50×50㎜

*3) 길이변화 실험에 사용된 공시체는 KSF 2424에 의거한 공시체

이상의 결과에서 알 수 있듯이, 아윈계클링커, 슬래그, 입도조정 세골재를 이용하여 제조한 고기능성 그라우트재는 플로우값이 260㎜정도로 작업성이 뛰어나고, 1일 압축강도가 540 내지 580㎏/㎠이며, 28일 압착강도는 1000㎏/㎠ 이상으로 초기 및 장기 강도면에서 모두 고강도를 발현하며, 더욱이 28일 길이변화율이 거의 0에 가까운 무수축성을 나타내어 비교예 1 및 2에 비해 보다 우수한 본 발명의 고기능성 그라우트재를 조할 수 있다.

[발명의 효과]

이상과 같이, 본 발명의 고기능성 그라우트재 조성물은 아윈계클링커를 사용하여 속경성 및 팽창성의 효과를 얻고, 산업폐부산물인 다량의 슬래그를 포틀랜드시멘트와 치환, 첨가하여 입경을 조절한 세골재혼합물을 사용함으로써 유동성이 높고, 초기 및 장기 강도성도 높으며, 무수축성이라는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 결합재량을 적제 사용함으로써 재료비가 저렴하게 되면서도 품질이 우수하다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

그라우트 조성물에 있어서, 아윈계클링커 2 내지 20중량부와, 포틀랜드시멘트 40 내지 60중량부와, 무수석고 5 내지 20중량부와, 소석회 0.1 내지 10중량부와, 실리카퓸 0.1 내지 10중량부와, 슬래그 5 내지 30중량부로 된 결합재혼합물과, 유동하게 0.1-5중량부와, 입경을 조절한 여러 종류의 쇄사로 이루어진 세골재혼합물을 상기 결합재혼합물의 전체중량에 대하여 4:6의 비율로 혼합되어 구성됨을 특징으로 하는 속경성 그라우트재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 세골재혼합물은 입경 1.18-2.38㎜ 20-30중량%와, 입경 0.6-1.18㎜ 30-50중량%와, 입경 0.3-0.6㎜ 15-20중량%와, 입경 0.15-0.3㎜ 3-6중량% 및 입경 0.075-0.15㎜ 0.1-3중량%로 구성됨을 특징으로 하는 속경성 그라우트재 조성물.