KR20020035180A - 시멘트계 급결 첨가제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼슘 알루미네이트계 초속경 시멘트와 급결성을 지닌 비정질 CA계 광물, K2CO3, Na2CO3등의 탄산염, 소석회, 알루민산소다 등으로 구성된 시멘트계 급결제, 실리카퓸 등을 혼합 제조하여 제조된 급결 첨가제에 관한 것으로, 기존 급결제나 초속경 시멘트로는 불가능한 수 분 안에 종결 뿐만아니라 20kgf/cm2이상의 고강도를 발현할 뿐만아니라, 뿜칠 후 숏크리트의 리바운드량이 15중량% 이하로 현저히 감소하는 급결 첨가제 조성물에 관한 발명이다.

Description

시멘트계 급결 첨가제 { Cementitious accelerating admixtures }
기존의 급결제는 수 분에서 십 분정도의 응결 시간을 나타내지만, 강도 발현이 늦고, 초기 강도가 낮아서 뿜칠하여 수 분안에 강도를 요구하는 곳에 사용하기는 곤란하였다. 또한, 기존의 급결제를 사용한 숏크리트의 리바운드량 ( 숏크리트 작업시 분사기에서 발생되는 분진이나 되튀김 재료양 )이 20중량% 이상으로서 재료 손실, 환경 문제 및 숏크리트의 품질 저하 등의 문제점을 가지고 있다.
본 발명에서는 급결성뿐만 아니라 구조용으로도 사용가능하도록 초기 고강도를 발현하며, 리바운드량을 획기적으로 감소시키는 데 그 목적이 있다. 일반적으로 장대형 터널, 대공동 지하구조물, 도로 급경사면 및 옥외 치장의 신속한 보강 및 보수를 위하여 숏크리트를 이용하고 있다. 이런 숏크리트는 급결제를 함께 사용함으로써 뿜칠하여 수 분내에 경화하게 된다.
종래에는 숏크리트용 급결제로서 알카리 탄산염계, 알루민산소다계, 물유리계 등을 주성분으로 구성된 액상 및 분말 급결제가 주종을 이루고 있으나, 급결성, 숏크리트의 강도 저하 그리고 강알카리성 등의 단점을 가지고 있다.
최근에는 상기 급결제의 단점을 보완하기 위해서 12CaO.7Al2O3계, 11CaO.7Al2O3 .CaF2계 또는 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulpho Aluminate)계의 시멘트계 분말형 급결제가 개발되었다. 그러나, 이러한 시멘트계 급결제는 첨가량이 무기염계 급결제에 비하여 첨가량이 많고, 기존의 무기염계 급결제에 비하여는 물성이 개선되었지만, 즉, 응결시간이 단축되고 강도가 개선되었지만, 뿜칠하여 수 분안에 고강도를 요구하는 특수한 용도에는 사용하기가 어려웠다.
그래서 초기 고강도를 발현하기 위해서 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트에 Li2CO3, Na2CO3, K2CO3등의 탄산염계 촉진제를 미량 첨가하여 고강도를 얻는 방법을 연구하고 있으나, 이 또한 초속경 시멘트 또는 알루미나 시멘트를 전체 결합재 대비 50 중량% 이상 필요하기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.
또한 초기 고강도와 함께 내열성이 요구되는 내화물, 철강 공장의 옥외치장에서는 기존의 급결제를 이용한 숏크리트로는 단기간 내에 붕괴되는 등 큰 문제점을 가지고 있었다.
기존의 숏크리트용 급결제의 반응메카니즘은 크게 1)알카리 금속 탄산염에 의한 반응, 2)알루민산소다에 의한 반응, 3)규산소다에 의한 반응,4)11CaO-7Al2O3-CaF2, 4CaO-3Al2O3-SO3에 의한 반응이 단독 또는 병용하여 급결 반응이 일어나게 된다.
즉, Na2CO3, K2CO3등의 알카리 금속 탄산염, 알루민산소다, 규산소다는 시멘트의 수화생성물이나 첨가 혼합된 Ca(OH)2과 반응하여 강알카리성의 NaOH 가 생성하게 되고, 생성된 NaOH는 시멘트의 수화를 촉진시켜 급결시킨다. 그러나, 급결되기 때문에 수화물이 치밀하게 형성되지 않고, 일부 수화물이 용해되며, C-S-H 수화물의 Ca/Si 가 변화하여 강도가 저하하는 것으로 알려져 있다. 그래서 단순히 초기 급결에 의한 초기강도 유지가 주된 효과였으며, 장기강도는 떨어지는 것이 단점으로 되어 있다.
또한, 11CaO-7Al2O3-CaF2, 4CaO-3Al2O3-SO3의 시멘트 광물계에 의한 급결 메카니즘은 수화 반응이 급격이 일어나기 때문에 급결하게 된다. 이 시멘트 광물계에 의한 수화는 지속적인 장기강도를 종전보다 향상시킬 수 있으며, 초기 강도도 상기의 무기염계에 비하여 개선된다. 그러나, 첨가량이 높고, 초기 강도가 개선되었지만, 뿜칠 후 수 분 내에 강도를 요구하는 곳에는 사용하기가 곤란하였다.
상기의 기존 급결제로는 종결 시간을 3분 이내로 하고 뿜칠 후 수 분 내에 20kgf/cm2이상의 강도를 발현하는 것은 어려우며, 본 발명에서는 초속경 시멘트와 급결제와의 장점을 결합을 시도하였다.
본 발명은 50.0 - 85.0 중량%의 칼슘 알루미네이트계 초속경 시멘트, 주성분으로 비정질 CA계 광물 5.0 - 20.0 중량%를 함유하고, 알카리 금속 탄산염, 소석회, 알루민산 소다, 무수석고를 함유하는 시멘트계 급결제 30 - 50 중량% 및 실리카퓸이 1.0 - 8.0 중량%로 구성되는 급결 첨가제로 한다.
상기 초속경 시멘트는 CA, CA2, C12A7등의 칼슘 알루미네이트계 광물을 주성분으로하는 초속경 시멘트가 적합하며, 칼슘 알루미네이트 광물이 초속경 시멘트 중의 45중량 % 이상인 것이 바람직하다. 또한 전체 본 발명의 급결 첨가제 중의 초속경 시멘트는 60.0 - 70.0중량%가 바람직하다. 그리고 CSA계를 주성분으로하는 초속경 시멘트는 부적합하다. 이는 CSA계 반응이 알루미네이트 광물에 비하여 반응 속도가 느리기 때문이다.
상기의 비정질 CA계 광물계를 주성분으로 하고, 알카리 금속 탄산염, 소석회, 알루민산 소다, 무수석고를 함유하는 시멘트계 급결제는 CaO, Na2O 및 Al2O3를 구성하는 조합원료를 1200 - 1500℃에서 혼합소성한 후 알루민산 소다, 알카리 금속 탄산염, 소석회, 무수석고를 혼합한 분말형으로, 바람직하게는 CA계 광물이 비정질이어야 하고, 본 발명의 급결 첨가제 중에 10 - 15 중량% 이면 최적이다.
상기의 알카리 금속 탄산염에는 Na2CO3, K2CO3, Li2CO3가 해당하며, 급결력 및 강도 측면에서 K2CO3가 가장 적합하다. 또한 상기의 소석회는 일반 공업용 소석회로 순도는 90중량% 이상이면 바람직하다.
상기의 실리카퓸은 Silicon Metal 부산물로서, SiO2가 93 - 98 중량%이고 , 비표면적이 15 - 28m2/g 인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 SiO2가 95중량%이상이고, 비표면적이 20m2/g 이상인 것이 좋다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예는 다음 표 1과 같다.
한편, 본 발명에서 사용된 몰탈 배합은 시멘트량 700g, 물 시멘트 비 50%,시멘트 : 모래비 = 1 : 3, 모래는 KS 표준사를 사용하였다. 그리고 급결 첨가제 첨가량은 실시예 1, 2는 시멘트 양의 8 중량%를 첨가하였고, 실시예 3, 4는 시멘트 양의 12중량%를 첨가하였다. 또한 비교예 1는 일본 Denka 사의 시멘트계 급결제를 시멘트 양의 8중량%를 첨가하였고, 비교예 2는 시멘트계 급결제 및 실리카퓸으로 배합한 경우이다. 프록터 응결시간 측정기준은 500 PSI로 하였고, 종결은 4000 PSI 로 하였다. 그리고 리바운드율 측정은 현장 측정 결과이다. 압축강도 측정은 몰탈을 몰드에 분사하여 10분 후 탈형 후 즉시 측정한 결과이다.
( 표 1 )
초속경시멘트 시멘트계 급결제 실리카퓸 초 결(분:초) 종 결(분:초) 10분압축강도(kgf/cm2) 7일압축강도(kgf/cm2) 리바운드율(중량%)
실시예 1 65 30 5 01:00 02:10 25 250 13
실시예 2 60 35 5 00:45 01:30 24 280 12
실시예 3 55 37 8 01:20 01:25 30 310 10
실시예 4 55 40 5 00:45 01:05 28 300 8
비교예 1 일본 Denka 사 02:00 04:10 5 150 20
비교예 2 0 90 10 3 25
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 숏크리트 작업 즉시 고강도를 발현하기 때문에, 옥외 치장, 대형 터널 천장 등에 사용할 경우, 분사 직후 강도를 유지하여 구조 재료로서 사용이 가능해진다. 또한, 리바운드율이 매우 낮기 때문에 재료 손실, 품질 저하 등의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (1)

  1. 본 발명은 50.0 - 85.0 중량%의 CA계 초속경 시멘트, 주성분으로 비정질 CA계 광물 5.0 - 20.0 중량%를 함유하고, 알카리 금속 탄산염, 소석회, 알루민산 소다, 무수석고를 함유하는 시멘트계 급결제 30 - 50 중량% 및 실리카퓸이 1.0 - 8.0 중량%로 구성되는 급결 첨가제
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