KR19990011605A - 시멘트 혼화제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도 또한 고강도의 콘크리트를 생성해서, 내마모성등의 물리적 성능 및 내약품성등의 화학적 성능의 개선을 꾀하는 시멘트 혼화제 및 그 제조방법을 제공할 수 있도록 한 것에 목적이 있으며, 해결수단으로서,

암모늄염류 또는 나트륨염류의 최소한 어떤 것이든지, 칼륨염류와, 철화합물과 질산칼슘 또는 염화칼슘과 마그네슘염류를 물에 첨가해서, 다종 다량의 알칼리이온과 금속이온을 함유하는 액체를 조리한다.

이 액체는 그 이온이 풍부한 성질때문에 콘크리트와 모르타르등의 토양성분의 응결을 촉진, 활성화하고, 그 결과 양생한 콘크리트등은 매우 치밀하고 견고한 상온 세라믹상결정화 구성으로 변성토록 한데 있다.

Description

시멘트 혼화제 및 그 제조방법

본 발명은 시멘트 혼화제, 특히 고밀도, 고강도의 콘크리트를 생성(결합)하는 것이 가능한 시멘트 혼화제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

예를들면,

댐이나 해양하천의 호안벽, 교량, 터널등을 비롯해서 일반건물 시설, 하수관, 테트라포트, 전주등에 이르기까지 여러가지 토목건축구조물에 사용되는 콘크리트 및 2차 제품에 대한 품질요구는 해마다 높아지고 있고,

종래에도 그 강도와 내구성, 또는 내약품성, 방수성등의 물리적, 화학적성태의 개선을 도모하기 위한 종류의 시멘트 혼화제가 알려져 있다.

예를들어,

AI₂O₃와 C_aO와의 몰비가 소정범위에 있는 칼슘알루미늄계 화합물과, 석고류로 되는 조성물을 주성분으로 하고, 포트랜트시멘트의 강도발현성의 개량을 도모하는 시멘트 혼화제(特開平4-6133호 공보)와 양이온 교환물로 되고, 콘크리트의 알칼리골재반응의 억제를 꾀하는 시멘트 혼화제(特開平4-114945호 공보)등은 그 하나의 예이다.

그렇지만 종래 알고 있는 시멘트 혼화물에 의해서도 생성된 콘크리트의 성능에는 대부분 개선의 여지가 있다. 그래서 종래의 시멘트 혼화제는 어떤 것의 시멘트 구성성분의 결합력 그것이 강하지 않기 때문에 강도와 내구성, 내마모성등의 물리적 성능의 향상에 한도가 있는 것과 아울러 구성성분 향상에도 한계가 있고, 예를 들어 콘크리트 표면에 코팅을 같이 해서 그 성능부족을 보충하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 양생시에 들 수 있는 시멘트 구성성분의 결합반응에 관여하여 고밀도, 고강도의 콘크리트를 생성하고, 내마모성과 내약품성의 물리적, 화학적 성능으로 우수한 콘크리트를 실현하는 것이 가능한 시멘트 혼화제 및 그 제조방법의 제공을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,

먼저, 본 발명의 청구항 1로 기재된 발명(이하 '제1발명'이라 한다)은 100중량부의 물에 암모늄염류를 1-4중량부, 철화합물을 3-10중량부, 질산칼슘 또는 염화칼슘을 70-150중량부, 및 마그네슘염류를 3-7중량부 첨가해서 되는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화물에 관한 것이다.

또, 청구항 2에 기재된 발명(이하 '제2발명'이라 한다)은 상기 제1발명에 두고, 물은 미리 염소분이 제거된 물로 하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화물에 관한 것이다.

한편, 본 발명의 청구항3에 기재된 발명(이하 '제3발명'이라 한다)은 100중량부의 물에, 1-3중량부의 암모늄염류 또는 나트륨염류를 조금이라도 어떤 것이든지 1-4중량부의 칼륨염분을 동시에 첨가한 후 3-10중량부의 철화합물을 첨가하고 그런 후 3-7중량부의 마그네슘염류를 첨가하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법에 관한 것이다.

또 청구항4에 기재된 발명(이하 '제4발명'이라 한다)은 상기 제3발명에 있어 물에 처음으로 티오황산나트륨을 첨가하고 해수중의 염수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법에 관한 것이다.

게다가, 청구항5에 기재된 발명(이하 '제5발명'이라 한다)은 상기 제3발명 또는 4발명에 있어, 초산칼슘 또는 염화칼슘을 첨가할 때까지는 수온 3-10(℃)로 유지하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법에 관계한다.

이들의 제1발명 없이 제5발명으로 나타내도록, 본 발명에 관계되는 시멘트 혼화제는 여러종류의 무기화합물이 첨가되고 많은 알카리이온과 금속이온을 함유하는 이온이 풍부한 조성물이다. 본 발명자는 이 조성물을 시멘트에 혼하는 것보다, 매우 치밀하고, 강고한 구성으로 변성한 콘크리트를 얻을 수 있는 것을 볼 수 있다.

이 이론에 의해 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명에 관한 시멘트 혼화제중에 존재하는 다량의 이온에 의해 전자농도가 높게 되고, 산칼슘과 실리카등의 시멘트 무기성분의 이온화반응이 활성화되고, 이 같은 촉매적인 작용의 결과로 시멘트의 응결, 변화가 촉진됨과 함께 또한, 그 경우에는 시멘트중에 혼재하고, 응결, 변화의 지장이 되는 수산기화나 칼본산기를 가진 이온화 속도가 낮은 유기화합물이 활성화한 무기이온이 빠른 결합반응에 관여할 확률이 저감되고, 이것의 상호효과에 의해, 무기성분의 순도가 높고, 결합력이 크고 상온 세라믹상결정화구조의 콘크리트가 생성하는 것이라 생각된다.

그리고, 이 같은 구성성분 사이의 결합력이 크고, 매우 치밀한 세라믹 상결정구조 때문에 고밀도, 고강도의 콘크리트가 실현되고, 내구성, 내마모성등의 물리적, 기계적성능이 비약적으로 올라감과 동시에 내약품성, 내수성, 내후성 등의 화학적성능이 우수하고, 콘크리트강도의 약화의 원인이 되는 중성화에 대해서도 침해되기 어렵다고 생각된다.

본 발명에 관계되는 시멘트 혼화제로 사용하는 물은 제2발명 또는 제4발명에서 나타나는 것처럼, 미리, 예를 들어 티오황산나트륨을 사용하고 수중의 염소분을 제거해 두도록 한다.

이것이 보다 수용중의 각종 이온의 안정화를 꾀할 수 있다. 그 경우 티오황산나트륨의 첨가량에서는 100중량부의 물에 대해 약 0.008-0.015중량부 정도이고, 또 첨가후 약8-12분간 교반하도록 한다.

그리고, 본 발명에 관계되는 시멘트 혼화제의 제조방법으로는 먼저, 이 염소분을 제거한 물 100중량부에 1-3중량부의 암모늄염류 또는 나트륨염류를 조금이라도 어떤 것이든지, 1-4중량부의 칼륨염류를 동시에 첨가한다.

이때, 상기 암모늄염류로서는, 예를 들어, 염화암모늄등의 암모늄염류를 사용할 수 있고, 이것의 1 또는 2이상을 합해서 사용이 가능하다.

또, 나트륨염류로는, 예를 들어, 염화나트륨, 탄산나트륨, 질산나트륨등을 사용할 수 있고, 이것의 1 또는 2이상을 합해서 사용하는 것이 가능하다.

게다가 칼륨염류로서는 예를 들어 탄산칼슘, 염화칼륨, 질산칼륨, 황산칼슘등을 사용할 수 있고, 이것의 1 또는 2이상을 합하여 사용이 가능하다.

또한, 암모늄염류 또는 나트륨염류가 적어도 어떤 것이든지 칼륨염류와 예를 들어 미리 혼합해 두고 똑같이, 동시에 물에 첨가하도록 한다. 이것의 성분이 이온화 촉진되고, 용액조정이 용이하게 되기 때문이다.

또, 이것의 첨가후는 약12-18분간 교반함과 함께, 제5발명으로 보이는 것처럼 수온을 3-10℃로 유지하도록 한다. 이것보다 높은 온도로는 얻을 수 있는 반응생성물의 재현성이 저하된다.

다음, 3-10중량부의 철화합물을 첨가하고, 약12-18분간 교반한다.

이 철화합물로서는 예로 황산철등의 +2가의 철화합물을 사용할 수 있고, 이것의 1 또는 2이상을 합해서 사용할 수 있다.

또, 이 철화합물을 물에 첨가할 때도 상기와 같은 이유로 인해, 제5발명으로 나타나는 것처럼 수온을 3-10℃로 유지하도록 한다.

다음, 70-150중량부의 질산칼슘 또는 염화칼슘을 첨가하고 약25-35분간 교반한다. 이때 질산칼슘 또는 염화칼슘에 대신해서 인산칼슘 또는 산칼슘등의 다른 칼슘염류를 사용하는 것도 가능하다.

그리고, 얻어진 수용액을 10-15시간 방치함과 함께 수온을 15-20(℃), 기호에 따라 17-18℃로 냉각하고, 그런 후 3-7중량부의 마그네슘염류를 첨가한다.

이 마그네슘염류로서는 예로 염화마그네슘, 산마그네슘, 황산마그네슘등을 사용할 수 있고, 이것의 1 또는 2이상을 합해서 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 다른 조성물의 기능으로는 시멘트 구성의 치밀화, 안정화로 덧붙여 시멘트등의 내약품성,보수성(保水性)의 향상, 팽창수축률의 저감, 몰타르등의 접착력의 향상, 변화전의 유동성의 향상등을 들 수 있고, 시멘트 혼화제이외에도,

예로 잔토(殘土)나 排泥(배니)등의 폐기물처리용 응고제등, 각종의 용도로 사용해도 우수한 효과가 발휘된다.

또, 이상에 있어서, 첨가성분으로 해서 염화물을 이용할 때에는 얻을 수 있는 콘크리트등을 철등의 금속재료에 직접 닿는 모양으로 시공하는 것은 가급적 피하는 편이 좋다.

콘크리트에 포함된 염소분에 의해 금속재료가 부식하고, 또는 산화하는 것을 회피하기 때문이다. 이 조성물을 시멘트와 모르타르의 혼화제로 사용할 수 있지만, 염화칼륨을 사용했을 경우에는 배니(排泥)등의 응고제로 사용하도록 한다.

도 1 은 본 발명의 혼화제를 혼화한 경우 콘크리트의 경화곡선을 나타내는 그래프이다.

이하, 실지예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

혼화제A의 조정(混和劑 A 의 調整)

123㎏의 공업용수로 12g의 티오황산나트륨을 더해서 10분간 교반하고, 수중의 칼크(석회)분을 고정화 제거했다. 다음, 수온을 약7(℃)로 유지하면서, 1.7kg의 염화암모늄과 2.9kg의 탄산칼륨과를 동시에 가해서, 15분간 교반했을 무렵, 똑같이 수온을 7℃로 유지한 채, 황산철을 5.6kg 첨가해서 거기다 15분간 교반했다.

이 용액에 염화칼슘 130kg을 더해서 30분간 교반한 후, 12시간 실온에서 방치하고, 수온이 대략 17-18℃로 되었을 때, 6.1kg의 염화마그네슘을 첨가해서 혼화제 A를 얻었다.

콘크리트 응결시험(CONCRET 凝結試驗)

상기 혼화제 A를 20배(중량비)의 물에 희석하고, 이것을 포트랜트시멘트 100중량부(드라이환산)에 대해서 물 60중량부(W/C 60)으로 되도록 혼합해서 응결시켰다.

비교를 위해 보통 마시는 물을 사용해서, 포트랜트시멘트를 상기와 같이 W/C 60조건으로 혼합하고 응결시켰다. 각 혼합시점으로부터의 응열개시시간 및 종료시간의 계측결과를 표1로 나타낸다.

[표 1]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우 응결이 조기에 개시하고 종료함과 함께, 그 사이에 응결로 필요한 시간도 약반분으로 짧게 되어 있고, 시멘트 구성성분의 결합반응이 촉진되고 있는 것을 확인할 수 있다.

콘크리트 관입시험(CONCRETE 貫入試驗)

상기 2 종의 콘크리트에 대해서 소정시간마다 관입시험을 실시했다. 그 시험결과를 그림1로 나타낸다. 본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 단시간에 경화가 진행되고, 시멘트 구성성분의 빠른 결합이 일어나고 있는 것을 확인할 수 있다.

콘크리트 압축강도 시험

상기 혼화제 A를 20배(중량비)의 물로 희석하고, 이것을 포트랜트시멘트에 W/C 56의 조건으로 혼합하고 양생했다. 비교를 위해 종래 시판된 혼화제X를 사용하고, 포트랜트시멘트를 상기와 같이 W/C 56의 조건으로 혼합하고 양생했다.

이것이 2종의 콘크리트에 대해 7일후 및 28일후에 압축강도시험을 실시했다.

그 시험결과를 표2로 나타낸다.

[표 2]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 어떤 것의 재령(材令)에 두어도 압축강도가 큰폭으로 높아짐을 확인할 수 있다.

모르타르 압축강도시험

상기 혼화제A의 10배, 15배, 20배 희석액을 1 : 2모르타르에 W/C 65의 조건으로 혼합하고 양생했다. 비교를 위해, 보통 마시는 물을 사용하고, 1 : 2모르타르를 상기와 같이 W/C 65조건으로 혼합하고 양생했다. 이것의 4종의 모르타르에 대해 압축강도시험을 실시했다. 그 시험결과를 표3으로 나타낸다.

[표 3]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 어떤 것의 희석배율에 있어서도 압축강도가 크고, 모르타르성분끼리가 견고히 결합하고 있는 것을 확인할 수 있다.

모르타르 경사강도시험

또, 같이 상기혼합제A를 20배(중량부)의 물로 희석하고, 이것을 보통 모르타르에 W/C 40의 조건으로 혼합하고 양생했다. 이것의 2종의 모르타르에 대해 소정시간마다 경사강도시험을 실시했다. 그 시험결과를 표4에 나타낸다.

[표 4]

이 경우도 본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 어떤 것도 경사강도가 큰폭으로 높아짐을 확인할 수 있다.

모르타르 내마모시험(MORTAR 耐磨耗試驗)

상기 혼화제A를 20배(중량부)의 물로 희석하고, 이것을 1 : 3모르타르에 W/C 60의 조건으로 혼합해서 양생했다. 비교를 위해 보통 마시는 물을 사용하고, 1 : 3모르타르를 같이 W/C 60의 조건으로 혼합해서 양생했다. 이것의 2종의 모르타르에 대해 내마모시험을 실시했다. 시험조건은 재령(材令)16일, 테바마모시험기계를 이용하고, 5,000rpm, 하중(荷重)500gr, 마모륜 GC-J100으로 했다.

[표 5]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 마모량 및 마모깊이가 어떤 것도 적고, 내마모성에서 우수함을 확인할 수 있다.

모르타르아류산가스 침식시험(MORTAR 亞硫酸가스浸食試驗)

상기 혼화제A의 10배, 15배, 20배 희석액을 보통 모르타르에 혼합해서 양생했다.

비교를 위해, 보통 마시는 물을 이용해 상기와 같이 보통 모르타를 양생했다.

이것의 4종의 모르타르에 대해 아류산가스 침식시험을 행했다. 그 시험결과를 표6에 나타낸다.

[표 6]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 어떤 것의 희석배율에 있어서도 가스질량감소율이 적고, 중성화에 대해 침해되기 어려운 것을 확인할 수 있다.

패스트 내후성시험(PASTE 耐候性試驗)

상기 혼화제A를 W/C 50의 조건으로 혼입한 패스트와 일반시판의 페인트를 보통 모르타르에 붙여서 선샤인웨자메터을 사용해서 내후성시험을 행했다. 그 시험결과를 표7로 나타낸다.

[표 7]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 웨자일조사(一照射) 및 염수분무의 어떤 것의 조건이라도 내후성에 뛰어난 것을 확인할 수 있다.

X선 해석, 세공경분포측정시험(X線解析, 細孔徑分布測定試驗)

상기 혼화제A를 혼입해서 W/C 37의 조건으로 수중양생시킨 보통 패스트와 비교를 위해 보통 마시는 물을 이용해 같이 W/C 37의 조건으로 수중양생시킨 보통 패스트에 이어 X선해석, 세공경분포측정시험을 행했다. 그 시험결과를 표9에 나타낸다.

[표 8]

본 발명에 관한 혼화제A를 혼입시킨 경우는 전압입용적이 적고, 세공경비율이 크고, 양생한 패스트가 고밀도로 패스트(PASTE)성분끼리 견고하게 결합하고 있음을 확인할 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 시멘트 혼화제를 사용하면 매우 치밀하고 강한 상온세라믹상결정화구조로 변성한 콘크리트를 얻을 수 있기 때문에, 고밀도, 고강도의 콘크리트가 실현되고, 내구성, 내마모성등의 물리적, 기계적 성능이 비약적으로 향상시킬 수 있음과 동시에 내약품성, 내수성, 내후성등의 화학성능이 우수하고 또한 콘크리트강도의 약화의 원인이 되는 중성화에 대해서도 침범이 어렵게 되고, 큰크리트성능을 발본적으로 개량할 수 있음이 가능하여 여러가지 용도로 사용할 수 있다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

Claims (5)

100중량부의 물에 암모늄염류 또는 나트륨염류의 최소한 1-3중량부, 칼륨염류를 1-4중량부, 철화합물을 3-10중량부, 질산칼슘 또는 염화칼슘을 70-150중량부 및 마그네슘염류를 3-7중량부 첨가한 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제.

제1항에 있어서,

물은 미리 염소분이 제거된 물을 특징으로 하는 시멘트 혼화제.

100중량부의 물에 1-3중량부의 암모늄염류 또는 나트륨염류가 최소한으로 1-4중량부의 말륨염류와 동시에 첨가한후, 3-10중량부의 철화합물을 첨가하고, 또 70-150중량부의 질산칼슘 또는 염화칼슘을 첨가하고, 그런후 3-7중량부의 마그네슘염류를 첨가하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법.

제3항에 있어서,

물에 처음으로 티오황산나트륨을 첨가하고, 그 수중의 염산분을 제거하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법.

제3항 및 제4항에 있어서,

질산칼슘 또는 염화칼륨을 첨가할때까지는 수온을 3-10(℃)로 유지하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화제의 제조방법.