KR19990082627A - 모르타르의 제조방법 - Google Patents

모르타르의 제조방법 Download PDF

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KR19990082627A
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안토니우스 조한네스 프란시스쿠스 마리아 코우라게
조셉 페트로넬라 프리이데리흐스
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윌리암 로엘프 드 보에르
디에스엠 엔.브이
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Abstract

본 발명은 직경이 ＜500㎛인 무기입자의 프랙션을 함유하는 콘크리트 모르타르를 제조하는 방법에 관한 것으로서,
상기 무기입자를 함유하는 프랙션은 수용성 중합체의 도움으로 과립물질을 형성하도록 결합되는 무기입자를 함유하는 과립물질의 형태로 첨가되어 결과적으로, 균일한 모르타르가 수득되는 것을 특징으로 한다.

Description

모르타르의 제조방법
본 발명은 직경이 ＜500㎛인 무기입자의 프랙션을 함유하는 모르타르(mortar)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
모르타르라는 용어는 결합제, 충진제, 바람직하게 모래, 및 물을 함유하는 혼합물을 의미한다.
예를 들어 콘크리트 모르타르와 같은 모르타르를 직경이 ＜500㎛인 무기입자의 프랙션과 혼합시킬 필요가 있으며, 이를 이하에 미세한 프랙션(fine fraction)이라고 한다. 결과적으로 콘크리트 또는 모래-석회 벽돌과 같은 모르타르로부터 제조된 생성물의 총 충진제 함량은 증가할 수 있고, 생성물의 기계적 특성이 개선된다. 또한 이는 모르타르로부터 제조된 생성물이 여전히 양호한 기계적 특성을 가지는 반면에 시멘트와 같은 소량의 결합제가 모르타르에 첨가될 수 있게 한다.
상기 모르타르를 제조하는데 있어서의 문제점은 다른 충진제로부터 별개로 첨가되는 미세한 프랙션이 매우 느리게만 혼합하고, 종종 모르타르의 다른 성분과 불완전하게 혼합한다는 사실이다. 결과적으로 미세한 프랙션을 첨가함으로써 얻을 수 있는 잇점은 없거나 부분적으로만 얻을 수 있다. 그러므로 다시 모르타르에 과잉의 결합제를 첨가할 필요가 있는 것이며, 모르타르로부터 제조된 생성물이 덜 내구성이고, 증가된 수축력으로 인해 좋은 영향을 받고, 비용이 많이 든다는 점이 단점이다.
상기 문제점에 대한 해결안은 과거에서부터 추구되어 왔지만, 바람직한 결과가 수득된 해결안은 아직 찾지 못했다.
상기 단점을 가지지 않는 모르타르를 제조하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기 목적은 본 발명의 따른 방법에 있어서, 과립물질을 형성하기 위해 입자가 수용성 중합체의 도움으로 결합되며, 무기입자 프랙션을 함유하는 과립물질의 형태로 첨가되는 미세한 프랙션에 의해 수득된다.
상기는 균질한 모르타르가 수득되도록 미세한 프랙션을 신속하고 잘 혼합시킨다.
다른 잇점은 과립물질이 쉽게 취급될 수 있는 반면에, 잔모래와 같은 미세한 프랙션은 실제로 취급할 수 없다. 옮겨질 때, 잔모래는 먼지를 일으킬 것이므로 건강에 해롭다. 게다가 잔모래는 매우 결합력이 있어서 덩어리로 되며, 저장용기의 호퍼(hopper)내에서 브리지를 형성하고, 모래는 호퍼를 통해 흐를수 없게 된다. 반대로 과립물질은 쉽게 취급할 수 있으며, 먼지를 일으키지 않고, 호퍼를 통해 쉽게 흐른다. 그리고, 과립물질을 형성하도록 입자들을 결합시키는 수용성 중합체가 모르타르의 물내에 용해되기 때문에, 무기입자의 미세한 프랙션을 함유하는 모르타르는 공지된 방법 및 장치의 도움으로 간단한 방법으로 제조될 수 있다.
무기입자가 구성될 수 있는 적당한 물질의 예로는 플라이 애시, 석영, 고로 슬랙, 석회암 및 모래와 같은 산화규소-함유 및 탄산칼슘-함유 물질이 있다. 모래 또는 석회암을 사용하는 것이 바람직하다.
사용될 수 있는 수용성 중합체의 예로는 비닐 알코올, 아크릴산, 말레인산 무수물 및 비닐 아세테이트 셀룰로오스의 단량체 단위들을 함유하는 공중합체, 폴리(비닐 알코올), 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(비닐 아세테이트) 및 상기 중합체 및 공중합체들의 염이 있다.
바람직하게 미세한 프랙션의 입자는 직경이 ＜250㎛, 더 바람직하게 ＜130㎛이다.
결과적으로, 과립물질은 예를 들면, 높은 압축강도 및 낮은 물 침투도를 갖는 콘크리트를 제조하는데 사용하기에 매우 적당하다.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 과립물질은 물내에서 매우 신속히 분해한다. 과립물질이 첨가되고, 물과 다른 성분과의 혼합물에 혼합된후, 과립물질은 콘크리트 모르타르의 제조공정동안 매우 긴 기간이상 견지성을 유지해야 하므로 제조공정을 지연할 필요가 없다. 바람직하게 과립물질은 23℃의 물내에서 600초내에, 더 바람직하게 300초내에, 더욱 더 바람직하게 60초 내에 분해한다.
더 바람직하게 본 발명에 따른 방법에 사용되는 과립물질은 분해하기 전에 첫 번째로 모르타르를 통해 물내에 신속하게 완전하고 균일하게 혼합되도록 분해되는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기중 미세한 프랙션의 덩어리를 함유하지 않거나 매우 소량 함유하는 매우 균일한 모르타르가 수득된다. 부가적으로 상기는 매우 신속한 혼합공정을 제공한다.
입자성물질이 분해하는 속도는 과립물질의 미세한 프랙션에 기초하여 예를 들어 수용성 중합체의 선별, 과립물질의 직경 및 과립물질내에 함유된 수용성 중합체의 양에 의해 영향을 받을 수 있다.
과립물질이 23℃의 물내에서 2초후, 바람직하게 5초후, 더 바람직하게 10초후에 분해되지 않는다면 매우 좋은 결과가 수득된다. 과립물질이 물내에서 분해된 후의 시간은 부피 250㎖, 직경 66㎜인 유리 비이커내 23℃의 물 93g이 직경 8㎜, 길이 40㎜인 원통형 자석 교반기로 교반되는 것에 의해 측정되며, 교반속도는 분당 625 회전이며, 과립물질 5g이 물에 첨가되고, 시간은 과립물질이 완전히 분해된 시간을 의미한다.
본 발명에 따른 방법에서, 적어도 30N, 바람직하게 적어도 40N, 더 바람직하게 적어도 50N의 강도를 갖는 입자성물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 과립물질은 저장, 운반 및 첨가동안 과립물질상에서 발휘되는 힘을 쉽게 견디기 때문에, 상기 공정동안 과립물질은 견지성을 잘 유지하며, 붕해 또는 마멸을 잘 견디고, 다시 과립물질의 형태로 있지 않는 미세한 프랙션을 사용하는 동안에 나타나는 문제가 일어날 수 있다.
과립물질의 강도는 두 개의 평행을 이루는 평판사이에 위치하는 입자에 의해 측정되며, 상기 판은 입자가 수득될때까지 판에 대한 수직방향에서 다른 것으로 움직이며, 상기 강도는 판상에서 발휘되는 것이 측정되고, 이는 과립물질 조성물로부터 10개의 입자에 대해 실시되며, 10개의 측정된 강도의 평균이 계산된다.
본 발명에 따른 방법에서, 사용된 수용성 중합체가 스티렌 및 말레인산 무수물(SMA 중합체)의 단량체 단위를 함유하는 중합체의 염인 과립물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 과립물질은 용해속도와 양호한 강도를 가진다. SMA 중합체의 나트륨염 또는 칼륨염을 사용하는 것이 바람직하다. SMA 중합체의 염은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 용액 및 수득된 혼합물을 염의 형태로 중합체가 용해될때까지 교반하면서 20-150℃의 온도 및 1-10bar의 압력에서 결합된 중합체, 바람직하게 분말에 의해 간단한 방법으로 제조될 수 있다.
SMA 중합체는 예를 들어 Hanson and Zimmerman, Ind. Eng. Chem. Vol. 49, No. 11 (1957) pp. 1803-1807에 기술된 공지된 방법중 한 방법으로 제조될 수 있다. SMA 중합체는 예를 들어 10-50몰% 말레인산 무수물 단량체 단위를 함유한다. 바람직하게 SMA 공중합체는 15-50몰%, 더 바람직하게 20-45몰%의 말레인산 무수물 단량체 단위를 함유한다. 스티렌 및 말레인산 무수물의 단량체 단위에 더해, SMA 공중합체는 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 상기 산들의 에스테르, 아크릴로니트릴, α-메틸스티렌 등과 같은 단량체 단위를 함유할 수 있다. 아크릴산의 존재에 의해 특히 말레인산 무수물 단량체 단위 함유량이 상대적으로 적다면, SMA 중합체 및 SMA 중합체의 염의 수용성은 더 개선된다.
SMA 중합체의 고유 점성도는 예를 들어 0.2-0.8dl/g이다. 과립물질 제조시 사용하기에 매우 적합한 용액이 그로부터 제조될 수 있기 때문에, 바람직하게 고유 점성도는 0.3-0.6dl/g이다. 그러므로 여전히 충분히 낮은 점성도를 갖는 상대적으로 고농도의 SMA 중합체를 함유하는 용액이 제조될 수 있다. 바람직하게 SMA 중합체는 20-50몰% 말레인산 무수물 단량체 단위 및 80-50몰% 스티렌 단량체 단위로 구성되며, 고유 점성도는 0.3-0.6dl/g이다. 과립물질은 무기입자의 100중량부와 물의 10-30중량부, 수용성 중합체의 1-4.5중량부의 혼합비율로 물내에서 수용성 중합체와의 용액과 무기입자를 혼합시킴으로써 제조될 수 있으며, 수득된 혼합물은 혼합물을 오븐내에서 60-90℃의 온도로 가열함으로써 건조되고, 건조혼합물은 분쇄되어 과립물질이 형성된다. 바람직하게 상기 혼합물은 로터리 오븐 또는 조립 디스크에서 건조되며, 과립물질은 과립물질은 건조동안 직접 형성된다.
바람직하게 과립물질은 왕모래를 상기 방법을 실시하는데 사용되는 잔모래로 분쇄함으로써 제조된다. 이는 분쇄후, 상기와 같이 잔모래를 포함하는 소수의 작업을 실시할 필요만 있다는 것과, 잔모래가 복잡한 기술의 도움으로 환경으로부터 추출될 필요가 없다는 것이다. 다른 잇점은 매우 순수한 미세한 프랙션을 수득할 수 있다는 점이다. 과립물질은 다양한 모양과 크기를 가질 수 있다. 바람직하게 과립물질은 1-30㎜, 바람직하게 2-10㎜ 이상의 중량평균 입자직경을 가진다. 바람직하게 상기 입자들은 입자가 같은 속도로 분해되도록 단순분산한다.
본 발명에 따른 입자성물질은 일반적으로 공지된 콘크리트 모르타르에 사용될 수 있다.
모르타르의 1㎥가 과립물질 20-450㎏과 혼합된다면, 양호한 결과가 수득된다.
부가적으로 모르타르는 결합제로서 시멘트 또는 생석회, 직경이 2㎜ 이하인 왕모래 및 왕자갈, 석회암 입자 및 흑연과 같은 직경이 2㎜ 이상인 입자와 같은 모르타르용 다른 성분을 함유할 수 있다. 또한 모르타르는 에이드(aid)를 함유할 수 있다. 에이드는 모르타르의 공정특성 및/또는 모르타르로부터 제조된 생성물의 특성에 영향을 미치는 물질이다. 에이드의 예로는 촉진제, 억제제, 가소제, 착색제 등이 있다.
모르타르의 예로는 콘크리트 모르타르, 메이슨리 모르타르, 수선용 모르타르, 규회벽돌 제조용 모르타르, 벤토나이트 모르타르, 플라스터 모르타르, 포인팅 모르타르, 석회 모르타르가 있다.
콘크리트 모르타르의 조성과 제조는 예를 들어 Fibre reinforced cements and concretes(1989), ISBN 1-85166-415-7 및 Structurally chemically stable polymer concretes(1971), ISBN 0-7065-1137-9에 기술되어 있다.
모르타르 제조시 배합순서, 혼합장비 및 다른 조건은 당 분야에 공지되어 있으며, 모르타르의 타입에 의존한다.
모르타르는 혼합기에 주입되거나 혼합된 모르타르의 다른 성분중 하나와 또는 하나 이상과 물을 혼합함으로써 또는 혼합없이 제조될 수 있으며, 그리고나서 상기 입자는 첨가되어 수용성 중합체가 용해되고, 미세한 프랙션이 혼합물을 통해 균일하게 분산될때까지 혼합되며, 모르타르의 다른 성분은 상기 혼합물내에 적당하게 첨가된다.
또한 모르타르와 과립물질의 건조성분은 혼합기내에서 후에 첨가되는 물과 미리 혼합될 수 있다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 모르타르의 제조시에 사용되는 과립물질에 관한 것이다.
바람직하게 미세한 프랙션에 첨가하는 과립물질은 하나 또는 그 이상의 에이드를 함유한다. 그러므로 더 이상 에이드를 각각 배분할 필요가 없다.
미세한 프랙션의 무기입자외에 과립물질은 또한 다른 무기입자를 함유할 수 있으나 바람직하지는 않다. 그러므로 미세한 프랙션을 제조하는 경우, 생성된 입자부피의 일부는 예를 들어 왕모래를 분쇄함으로써 미세한 프랙션 뿐만 아니라 직경이 큰 입자를 함유할 수 있으며, 이는 미세한 프랙션과 함께 과립물질로 도입된다. 바람직하게 과립물질내에 함유된 무기입자의 총 부피의 적어도 70wt.%, 더 바람직하게 적어도 90wt.%는 미세한 프랙션으로 구성된다. 더 개선된 실시예에서는, 과립물질내에 함유된 무기입자의 적어도 95wt.%는 직경이 ＜500㎛, 바람직하게 ＜250㎛, 더 바람직하게 2 내지 130㎛이다.
실시예 Ⅰ
입자직경이 0.5-3㎜인 왕모래를 입자직경이 3-100㎛인 잔모래로 분쇄한다.
교반되는 용기내에서 스티렌 단량체 단위의 66몰%와 말레인산 무수물 단량체 단위의 34몰%로 구성되고, 고유 점성도가 0.57dl/g인 SMA 중합체 분말 100g, 물 0.9ℓ 및 수산화 칼륨 39g을 SMA 중합체가 용해되고, SMA 중합체의 염이 형성될때까지 80℃의 온도에서 교반하였다.
10ℓ 용기내에서, 잔모래 5㎏을 5분이상 실온에서 물 1ℓ와 SMA 중합체의 염 100g과 혼합하였다. 수득된 혼합물을 80℃의 열풍 오븐내에서 건조시켰다.
그리고나서 건조 혼합물을 커피 그라인더로 분쇄하여 입자직경이 1-3㎜인 과립물질을 생성했다.
23℃에서, 부피가 250㎖이고, 직경이 66㎜인 유리 비이커내 물 95g을 ES5형 독일의 Janke and Kunkel에 의해 제조된 교반기를 사용하여 분당 625회전의 교반속도에서 길이 40㎜, 직경 8㎜인 원통형 자석 교반기로 교반하였다. 상기 물을 과립물질 5g과 혼합시켰다. 60초동안 교반한후 과립물질을 완전히 분해하였다.
표준방법으로, 과립물질을 콘크리트 모르타르내에서 혼합하였다(콘크리트 모르타르 50㎏ 당 과립물질 3㎏).
과립물질을 혼합기내에서 콘크리트 모르타르를 통해 신속하고, 균일하게 분산시킬 수 있었다. 그리고나서 신속하게 분해된 과립물질과, 잔모래의 덩어리를 함유하지 않는 균일한 모르타르를 수득하였다.
압축강도는 두 개의 평행을 이루는 평면 스테인레스-스틸 판사이에 위치할 때 한 입자에 의해 측정되며, 상기 판은 측정되는 판 상에서 발휘되어야 하는 힘에 의해 입자가 수득될때까지 판에 대해 수직방향으로 다른 것을 향해 이동하며, 상기는 과립물질 부피의 5.6 내지 8㎜ 사이의 직경을 갖는 10개의 입자에 대해 실시하고, 10개의 측정값의 평균을 계산하였다. 강도는 76N이었다.
실시예 Ⅱ
중량평균분자량이 130,000㎏/kmol인 폴리(아크릴산)으로 SMA 중합체를 대체하는 것을 제외하고는 실시예 Ⅰ에서와 같이 실시하였다. 물내에 과립물질이 분해될때까지 걸리는 시간은 실시예 Ⅰ에 기술된 바와 같이 측정하였다. 시간은 120초였다. 과립물질의 강도는 80N이었다.
실시예 Ⅲ
PVA S40(폴리(비닐 아세테이트))로 SMA 중합체를 대체하는 것을 제외하고는 실시예 Ⅰ에서와 같이 실시하였다. 분쇄후, 과립물질의 95wt.%와 손실된 잔모래의 5wt.%의 조성물을 얻었다.
물내에 과립물질이 분해되는데 걸리는 시간은 실시예 Ⅰ에 기술된 방법과 같이 측정하였다. 시간은 20분이었다. 강도는 53N이었다.

Claims (11)

  1. 직경이 ＜500㎛인 무기입자의 프랙션을 함유하는 모르타르를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 무기입자를 함유하는 프랙션은 수용성 중합체의 도움으로 과립물질을 형성하도록 결합되는 무기입자를 함유하는 과립물질의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 모르타르의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용된 무기입자의 프랙션은 모래 및/또는 석회암인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 무기입자는 직경이 ＜250㎛인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    23℃의 물내에서 600초내에 분해하는 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    23℃의 물내에서 300초내에 분해하는 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    23℃의 물내에서 2초후에 분해하는 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    23℃의 물내에서 5초후에 분해하는 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강도가 적어도 30N인 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용성 중합체가 스티렌 및 말레인산 무수물의 단량체 단위를 함유하는 중합체의 염인 과립물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    나트륨 염 또는 칼륨 염이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 과립물질.
KR1019980706366A 1996-02-14 1997-02-13 모르타르의 제조방법 KR19990082627A (ko)

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