KR20050104156A - 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강산 및 고온 환경에서의 전기전도성을 가진 바닥 표면 몰탈의 조성물으로서 몰탈의 전기전도성 내화성, 내산성 및 부착성능을 향상시키는 알루미노 실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물에 관한 것이다. 본 도전성 내산내화 모르타르 조성물은 칼슘알루미네이트계 시멘트와 포틀랜드 시멘트 중 적어도 어느 하나이상의 시멘트계 결합재 10 내지 35중량%와, 규사 30 내지 65중량%와, 알루미노실리케이트 분말 10 내지 30중량%와, 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되는 중합조절제 0.5 내지 5.0중량%와, 탄소섬유 0.1 내지 2.0중량%와, 전도성 탄소분말 0.2 내지 6.5중량%를 포함한다. 이에 따라, 결합재의 부착성능, 수치안정성, 내화학성, 내화성 등의 물성을 향상시키기 위하여 알루미노 실리케이트를 주성분으로 하는 무기물에 수산화리튬, 실리카흄, 규불화염으로 구성되는 중합조절제( Polymerization Agent ) 및 탄소섬유, 탄소분말의 전도성 물질를 첨가하여 시공하므로 경제성이 우수하고, 수명을 향상시키고, 유지관리비용을 줄이는 효과가 있다.

Description

알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물{Electro-conductive alumino-silicate type mortar composition with high chemical resistance and fire resistance}

본 발명은 전기전도성 내산내화 몰탈 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강산 및 고온 환경에서의 전기전도성을 가진 바닥 표면 몰탈의 조성물으로서 몰탈의 전기전도성 내화성, 내산성 및 부착성능을 향상시키는 알루미노 실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 정유공장, 발전소 등에서는 연소 후에 배연가스에 포함된 SOx를 흡수, 산화, 환원, 흡착 등의 공정으로 제거하는 방법으로 탈황설비를 이용한다. 탈황설비 및 주위 시설은 그 특성상 고온의 배기가스 및 황산 등의 유해 환경에 노출되어지게 된다.

이러한 산성 및 고온의 노출된 환경에서 전기방식에 의하여 부식방지 및 표면보호를 위해서 최근의 콘크리트 보수공법 중의 하나인 전기방식 보수용 전도성 폴리머 모르타르 기술이나 시멘트계 접지저항 저감재 기술을 접목시키는데 많은 문제점이 나타났다.

즉 대한민국 특허출원 제2002-26841호에 의한 전기방식 보수용 전도성 폴리머 모르타르의 경우는 산성 및 고온 열화에 의한 장기간 성능이 지속되지 않고, 탄소섬유에 의해서만 전도성이 부여되기 때문에 현장에서의 혼합 효율 등에 따라서 불균일한 전기전도성을 가지게 되어 부분적인 부식을 일으킬 문제점을 가지고 있다.

또한 대한민국 특허등록 제70062호에 의한 시멘트계 접지저항 저감재 기술은 접지 저항을 최대한 낮추기 위하여 시멘트계 결합재에 탄소섬유 등을 이용한 기술로서, 전기전도성은 우수하나 바닥재로 사용하기에는 작업성, 수치안정성, 모재와의 부착성능, 내산특성 등이 적합하지 않은 결과가 보고되고 있다.

기존기술은 상기와 같은 문제점을 가지고 있어, 전기방식 및 표면 보호 목적을 위하여 사용하는 경우에 보수 기간이 매우 짧아 현실적으로 유지 관리가 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 우수한 내산, 내화 성능을 가져 내구성이 우수하면서 10 Ohm-m 이하의 전기전도성을 가지는 바닥 모르타르의 조성물을 제공하면서 현장 여건 등이 변하여도 전기전도성이 균일하게 발현되도록 한 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물을 제공하는데 있다.

즉, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 결합재의 부착성능, 수치안정성, 내화학성, 내화성 등의 물성을 향상시키기 위하여 알루미노 실리케이트를 주성분으로 하는 무기물에 수산화리튬, 실리카흄, 규불화염으로 구성되는 중합조절제( Polymerization Agent ) 및 탄소섬유, 탄소분말의 전도성 물질를 첨가함으로써 경제성이 우수한 알루미노 실리케이트계 내산 내화 모르타르를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 칼슘알루미네이트계 시멘트와 포틀랜드 시멘트 중 적어도 어느 하나이상의 시멘트계 결합재 10 내지 35중량%와, 규사 30 내지 65중량%와, 알루미노실리케이트 분말 10 내지 30중량%와, 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되는 중합조절제 0.5 내지 5.0중량%와, 탄소섬유 0.1 내지 2.0중량%와, 전도성 탄소분말 0.2 내지 6.5중량%를 포함하는 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물에 의해 달성된다.

여기서, 상기 알루미노실리케이트 분말은 고로슬래그 미분말, 메타카올린, 제지애쉬 중 적어도 어느 하나이며, 그 분말의 비표면적이 3,200 cm²/g - 8,500 cm²/g 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되는 중합조절제는 수산화리튬 : 실리카흄 의 몰비는 1 : 2.5 ~ 3.5의 비로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전도성 탄소 분말은 직경이 0.5mm 이상인 그래뉼형 인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 내산 내화 성능 및 도전성을 위한 모르타르 조성물은 시멘트계 결합재, 알루미노실리케이트, 중합조절제, 골재(규사), 도전성 재료 및 분산제, 증점제 등의 화학혼화제로 구성된다.

본 발명의 실시에 있어서 시멘트계 결합재는 칼슘알루미네이트계 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 등이 10 내지 35중량% 사용된다.

이 때, 칼슘알루미네이트계 시멘트는 4CaO·3Al₂O₃·SO₃, CaO·Al₂ O₃, 12CaO·7Al₂O₃, 11CaO·7Al₂O₃·CaF₂ 중 적어도 어느 하나이상을 주성분으로 하는 시멘트가 해당한다.

또한 상기의 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 포틀랜드 시멘트가 적용된다.

본 발명의 알루미노실리케이트계 분말로는 고로슬래그 미분말, 메타카올린, 제지애쉬 중 적어도 어느 하나이상을 주성분으로 하며, 그 분말의 비표면적이 3,200 내지 8,500 cm²/g 인 것이다.

상기 알루미노실리케이트계 분말은 다음의 중합 조절제에 의해서 그 분자 구조( 시알레이터 [Sialate] 구조 )가 폴리실레이터-실록소 또는 폴리시알레이터의 무기 폴리머 구조로 쉽게 변형이 가능하다.

특히, 본 발명의 전체 구성비율에서 상기 알루미노실리케이트 분말은 10 내지 30중량%을 가지지만, 10 중량% 미만으로 사용하게 되면 사용된 중합조절제의 작용이 시멘트의 응결특성, 강도 특성 등의 수화반응에 직접적으로 작용하여 본래의 목적인 알루미노실리케이트계 분말의 무기 폴리머화하는데 적당하지 않다는 문제점이 있으며, 30중량%를 초과하면 무기 폴리머화하는데 있어 중합조절제의 함량이 증가하여 경제성이 낮아진다는 문제점이 있으므로, 가장 바람직한 상기 알루미노실리케이트 분말의 최적비율은 20 내지 25중량%이다.

그리고 알루미노실리케이트계 분말의 비표면적은 3,200 내지 8,500 cm²/g 인 것이 적합하지만, 가장 바람직하게는 4,200 내지 6,300 cm²/g 이다.

그리고, 상기의 중합조절제는 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되며, 전체 모르타르에 대하여 0.5 내지 5 중량%을 갖는다. 그 이유는 만일 0.5중량% 미만이면 알루미노실리케이트와 반응이 일어나기에 부족하며, 5중량%를 초과하면 무기 폴리머화 반응에 참여하고 남는 수산화리튬이 시멘트의 수화에 영향을 미치는 문제점이 있다.

또한 상기의 중합조절제 중의 구성성분인 수산화리튬는 이와 함께 사용되는 실리카흄과 반응하여 리튬실리케이트를 생성하는데 수산화리튬 및 실리카흄의 반응 몰비에 의해서 중합조절제로서의 성능이 차이가 난다. 즉, 수산화리튬 : 실리카흄의 몰비가 1.0 : 2.5 ~ 3.5 로 구성되는데, 이를 벗어나면 알루미노실리케이트의 무기 폴리머화가 미약하던지, 반응속도의 차이에 의해 불균일하게 구조를 형성하게 된다.

상기의 골재는 규사가 적합하며, 입도가 0.1mm ~ 0.6mm 의 것이 적당하다. 또한, 전체 모르타르에 대하여 30 내지 65중량%의 비율을 가진다. 이 범위를 벗어나면 모르타르의 작업성에 영향을 미쳐 현장에서 작업하기가 곤란하다.

상기의 도전성 재료로는 탄소섬유 및 전도성 탄소 분말로 구성되며, 전체 모르타르에 대하여 탄소섬유는 0.1 내지 2.5중량%이며, 전도성 탄소 분말은 0.2 내지 6.5 중량% 이다.

상기의 탄소섬유는 팬(PAN)계 탄소섬유에 한정하며, 직경이 1 내지 10㎛ 이고 길이가 1 내지 10mm 인 것이 적당하다.

만일 탄소섬유의 길이가 10mm를 초과하게 되면 재료의 혼합시 분산성이 불량하여 저항 및 강도 특성에 나쁜 영향을 미친다. 또한 탄소섬유 함량이 0.1 중량% 미만이 되면 전기전도성이 10³ ohm-m 이상으로 형성되어 도전성 재료로서 사용할 수 없으며, 탄소섬유 함량이 2.5중량%를 초과하게 되면 재료의 혼합이 어려울 뿐만 아니라 바닥재로서의 표면 불량 및 물리적 성능이 저하되는 문제가 있다.

그리고 상기의 전도성 탄소 분말을 사용하게 되면, 균일한 전도성 부여 및 물과 혼합 정도가 색상에 의하여 나타나기 때문에 현장에서의 품질 관리를 용이하게 하는 역할을 한다. 전도성 탄소 분말은 그래뉼(과립상)형, 분말형 등의 여러 종류가 있으나 본 발명에서는 0.5mm 이상의 입경을 갖는 그래뉼(과립상)형을 사용한다. 이는 제조시의 비산에 의한 문제가 발생하지 않으며, 물과 혼합시에 혼합 정도에 따른 색상 변화가 뚜렷히 나타나게 한다. 예를들어, 일정한 배합비에 따라서 소정의 시간동안 혼합할 경우 그 색상이 점차적으로 검은 색으로 변하게되어 혼합의 양호 및 불양을 시각적으로 파악할 수 있다.

또한, 전체 중량비에 대하여 전도성 탄소분말은 0.2 내지 6.5 중량% 가 사용된다. 예를들어 상기 탄소분말이 0.2중량% 미만이면 전도성 탄소 분말의 역할인 균일한 전도성 확보 및 현장 품질 관리의 가늠자의 역할을 하기에는 부족하며, 6.5중량%를 초과하면 물과 혼합 시 초기에 흡수량이 커서 제반 물리적 성능이 저하되어 바닥재로서 사용하기가 곤란하다. 가장 바람직한 최적의 중량은 0.5 내지 4.5 중량% 이다.

한편, 본 발명의 도전성 내산 내화 모르타르의 작업성이나 응결조절을 위하여 분산제, 증점제, 소포제, 촉진제, 지연제 등을 사용함으로써 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 모르타르 경화체의 수치 안정성 확보를 위하여 칼슘 설포 알루미네이트계, 석고계 또는 석회계 팽창재를 첨가해 줌으로써 바닥재로서의 균열을 방지하고 조직을 치밀하게 하여 수축을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 기술된 실시예에 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1 - 2 및 비교예 1 - 2>

실시예 1 -2 및 비교예 1 -2 의 조성 및 그 함량은 하기 표 1과 같으며, 결합재, 알루미노실리케이트, 도전성 재료, 규사 등을 미리 건식 혼합한 후 제조된 조성물 100 중량%와 표 1의 배합수 중량비에 대하여 배합하여 JIS R 5201에 규정되어 있는 "시멘트의 물리시험 방법"에 따라 혼합하였다.

이후, 온도 20 ± 1℃, 상대습도 90% 이상의 항온항습기에서 양생시킨 다음 24시간이 경과된 후 양생된 경화체를 탈형시켜 물성측정을 행하였다.

본 실시예 및 비교예에서 사용한 원료에 있어서, CSA계 결합재는 CSA를 25% 함유하는 중국산 CSA계 시멘트를 사용하였고, 알루미노실리케이트는 시판 메타 카올린 분말을 사용하였고, 규사는 0.1mm - 0.6mm 입도를 가지는 것을 사용하였으며, 중합조절제로서 수산화리튬 및 실리카흄은 각각 미국산 및 캐나다산 시판 제품을 사용하였다. 탄소섬유는 일본산 PAN계 3mm를, 도전성 탄소분말은 그래뉼 타입의 시판 제품을 가공 처리한 것을 사용하였다. 기타 팽창재는 일본산 CSA팽창재를 사용하였다. 또한 기타 혼화제로서 동일한 분산제, 소포제, 증점제, 지연제, 촉진제, 점도조절제를 사용하였다.

[ 표 1 ]

이하, 본 발명에 의해 제조된 경화체의 물성측정 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 전기저항시험

공시체의 단면( 40mm X 40mm )에 도전성 페이스트를 도포한 후 동판 등의 도체를 밀착시켜 양단간의 저항치를 공시체의 저항치로 한다.

측정은 시험체 3개에 대하여 측정하며 각 측정값의 평균값으로서 판정한다.

또한 전기저항율의 표준편차를 구하기 위하여 시험체 10개에 대하여 측정하고 표준편차를 구하였다.

공시체의 전기저항율( Ω-m )

= 공시체의 저항( Ω ) X ( 공시체의 전극면적 / 공시체 길이 )

2. 압축강도

탈형된 경화체를 20 ± 2 ℃ 의 수중에서 6일간 양생한 공시체의 압축강도를 측정하고, 제반 측정은 JIS R 5201 "시멘트의 물리시험 방법의 강도시험” 시험항목에 준해 측정한다.

3. 굴곡 강도

탈형된 경화체를 20 ± 2 ℃ 의 수중에서 6일간 양생한 공시체의 압축강도를 측정하고, 제반 측정은 JIS R 5201 "시멘트의 물리시험 방법“의 강도시험” 시험항목에 준해 측정한다.

4. 열간 강도

상기의 압축강도 공시체와 동일하게 제작되고 7일 양생된 공시체를 전기로에서 500℃ 의 온도로 3시간 가열한 후 상온까지 냉각한 후 압축강도를 측정한다.

5. 황산저항성

7일 양생된 공시체를 10% H₂SO₄ 용액에 24시간 침지시킨 후, 중량 변화를 측정한다.

6. 표면 균열 관찰

1M × 1M 의 넓이에 두께 10 ± 3mm로 타설한 모르타르를 7일간 상대습도 60% 이하의 실내에 보관한 후 표면의 균열을 육안 관찰하여 그 균열길이를 줄자를 이용하여 측정하였다.

상기 실시예 1 - 2 및 비교예 1 - 2의 물성 측정결과는 표 2와 같다.

[ 표 2 ]

상기 표 2의 나타난 바와 같이, 중합조절제를 사용하고 도전성 탄소 분말을 조합한 본 공시체는 전기저항율, 전기저항율 표준편차, 열간강도 및 황산저항성에서 비교예보다 우수한 결과를 나타내고 있다.

이는 알루미노실리케이트와 중합조절제에 의하여 결합재가 열적 및 강산에 안정한 무기폴리머화가 되었음을 보여주고 있다. 또한 일반적인 압축강도 대비 굴곡강도의 발현값에 비하여 2배 이상 높은 우수한 결과를 나타내었다. 그리고 도전성 탄소분말에 의하여 전기저항율이 매우 균일한 값을 나타내는 것을 전기저항율 표준편차에 의해서 알 수 있다.

본 발명은 결합재의 부착성능, 수치안정성, 내화학성, 내화성 등의 물성을 향상시키기 위하여 알루미노 실리케이트를 주성분으로 하는 무기물에 수산화리튬, 실리카흄, 규불화염으로 구성되는 중합조절제( Polymerization Agent ) 및 탄소섬유, 탄소분말의 전도성 물질를 첨가하여 시공하므로 경제성이 우수하고, 수명을 향상시키고, 유지관리비용을 줄이는 효과가 있다.

또한, 작업성이 뛰어나기 때문에 신속하고 정확하게 작업을 완수할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 칼슘알루미네이트계 시멘트와 포틀랜드 시멘트 중 적어도 어느 하나이상의 시멘트계 결합재 10 내지 35중량%와, 규사 30 내지 65중량%와, 알루미노실리케이트 분말 10 내지 30중량%와, 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되는 중합조절제 0.5 내지 5.0중량%와, 탄소섬유 0.1 내지 2.0중량%와, 전도성 탄소분말 0.2 내지 6.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물.
2. 제1항에 있어서;

   상기 알루미노실리케이트 분말은 고로슬래그 미분말, 메타카올린, 제지애쉬 중 적어도 어느 하나이며, 그 분말의 비표면적이 3,200 cm²/g - 8,500 cm²/g 인 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물.
3. 제1항에 있어서;

   상기 수산화리튬 및 실리카흄으로 구성되는 중합조절제는 수산화리튬 : 실리카흄 의 몰비는 1 : 2.5 ~ 3.5의 비로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물.
4. 제1항에 있어서;

   상기 전도성 탄소 분말은 직경이 0.5mm 이상인 그래뉼형 인 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트계 도전성 내산내화 모르타르 조성물.