KR20060004478A - 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물 - Google Patents

폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물 Download PDF

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김문찬
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Abstract

본 발명을 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 관한 것으로서, 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르 제조시 사용되는 불포화 폴리에스터수지를 주재로 사용하는 결합재의 점도를 낮추어 작업성을 향상시킴과 아울러 골재나 충진재 간의 혼합이 충분하게 이루어져 고강도의 발현이 가능하고, 저온 및 수중에서도 경화시간이 단축되어 공정시간을 단축할 수 있도록 한 결합재 조성물을 제공한다.

Description

폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물{Binder composition for polymer concrete or polymer mortar}
본 발명을 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르 제조에 사용되는 결합재의 점도를 낮추어 작업성을 크게 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 충진재나 골재 등과의 균일한 혼합을 가능하게 하여 압축, 인장 및 휨강도가 높은 제품을 제작할 수 있으며, 온도의 영향이 적고 수중상태에서도 적용이 가능하며, 경화시간이 빨라 작업이 효율적으로 이루어 질 수 있는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 관한 것이다.
종래로부터 골재와 시멘트 및 물을 혼합하여 제조되는 시멘트 콘크리트나 시멘트에 물을 혼합하여 제조되는 시멘트 모르타르는 토목분야나 각종 건축분야를 포함하여 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 것으로서 결합재로 시멘트를 사용하고 있다.
그러나, 이러한 시멘트 콘크리트나 시멘트 모르타르의 경우 동결융해저항성, 내약품성 및 수밀성이 약하고 수축, 부식, 접착, 중성화 또는 염화물 이온의 침투에 의한 철근부식 및 알칼리 골재반응에 대한 저항성이 약한 결점을 가지고 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 최근에는 결합재로 시멘트 대신 폴리머를 사용하는 폴리머 콘크리트와 폴리머 모르타르를 사용하는 기술이 널리 활용되고 있다. 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르의 경우 압축, 인장 및 휨강도 등 역학적 성질이 일반 시멘트 콘크리트나 시멘트 모르타르에 비하여 매우 높을 뿐만 아니라 가사시간이나 경화시간을 폭넓게 제어할 수 있으며, 동결융해 저항성, 수밀성, 내식성, 약품에 대한 화학적 저항성 및 내마모성이 우수하고 콘크리트, 석재, 금속, 목재 및 유리 등의 각종 재료에 대한 접착성이 우수한 특성을 가지고 있다.
이와 같은 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르에 사용되는 결합재인 폴리머로는 다양한 종류의 수지들이 사용되고 있으나, 근래에는 가격이 다른 수지에 비하여 저렴하고, 화학적 성질이 매우 우수한 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하는 예가 급증하고 있다.
불포화 폴리에스테르를 주재로 하는 결합재에는 불포화 폴리에스테르 수지와 함께 결합재의 경화시 수축을 저감시키기 위한 수축저감제와 결합재의 경화를 촉진시키기 위한 경화촉진제 및 경화성 개시제가 더 포함되어 있다.
그러나, 상기와 같은 조성을 갖는 불포화 폴리에스테르 수지를 주재로 하는 결합재를 사용하여 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르를 제조하는 경우 점도가 매우 높아 작업성이 떨어지고, 충진재나 골재 등과의 균일한 혼합이 어려워 압축, 인 장 및 휨강도가 떨어지는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르 제조시 사용되는 불포화 폴리에스터수지를 주재로 사용하는 결합재의 점도를 낮추어 작업성을 향상시킴과 아울러 골재나 충진재 간의 혼합이 충분하게 이루어져 고강도의 발현이 가능하고, 저온 및 수중에서도 경화시간이 단축되어 공정시간을 단축할 수 있도록 한 결합재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불포화 폴리에스테르 수지를 주재로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 있어서, 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 부틸아크릴레이트가 5 내지 60중량부 포함됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 부틸아크릴레이트와 함께 폴리스티렌 올리고머가 0 내지 20중량부 더 포함됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물을 제공한다.
이하 본 발명의 결합재 조성물을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에는 총 조성물 100중량부에 대하여 부틸아크릴레이트가 5 내지 60중량부 포함된다.
즉, 본 발명은 불포화 폴리에스테르 수지를 주재로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 소정의 범위 내에서 더 첨가하여 포함되도록 한 것에 그 특징이 있다.
특히, 상기 범위 내에서 부틸아크릴레이트를 포함하는 결합재 조성물의 경우 점도가 낮아져 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르 제조시 골재나 충진재 간의 혼합이 충분하게 이루어지게 되고, 따라서 고강도의 발현이 가능할 뿐만 아니라 작업성이 향상되게 된다. 또한 상기 결합재 조성물의 경우 저온 및 수중에서도 경화시간이 단축되어 공정시간을 단축할 수 있게 된다.
이때, 부틸아크릴레이트의 함량이 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 5중량부 미만으로 포함될 경우 점도가 충분히 낮아지지 않아 작업성과 강도 발현이 충진히 개선되지 않는다는 문제점이 있으며, 그 함량이 60중량부를 초과할 경우 결합재의 점도가 지나치게 낮아져 골재나 충진재 간의 결합력이 저하되어 충분한 강도가 발현되지 못할 뿐만 아니라 경화시간이 지나치게 늦어지는 문제점이 발생하게 되므로, 부틸아크릴레이트의 함량은 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 5 내지 60중량부 포함되도록 하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 부틸아크릴레이트와 함께 폴리스티렌 올리고머가 0 내지 20중량부 더 포함되는 것이 바람직하다.
이와 같이 부틸아크릴레이트와 함께 폴리스티렌 올리고머(스티렌 모노머가 10개 이내에서 중합된 것)가 포함될 경우 이를 사용하여 제조된 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르의 점도를 낮추어주어 골재나 충진재 간의 혼합이 충분하게 이루어지게 만들어 작업성을 좋게 해준다. 그러나, 너무 많은 량이 포함될 경우 상대적으로 폴리에스테르수지의 함량이 줄어들게 되어 강도가 현저하게 낮아지는 단점이 있다.
즉, 폴리스티렌 올리고머의 함량이 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 20중량부를 초과할 경우 점도가 충분히 낮아져 작업성이 좋아지는 이점은 있으나 강도가 현저하게 떨어지는 문제점이 발생하게 되므로, 폴리스티렌 올리고머는 20중량부 미만으로 첨가되는 것이 바람직하다.
이때, 불포화 폴리에스테르 수지는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 아울러 이러한 불포화 폴리에스테르 수지와 부틸아크릴레이트를 포함하는 결합재 조성물은 통상의 결합재 조성물의 함량 범위 내에서 수축저감제, 경화촉진제 및 경화성 개시제가 더 포함될 수 있다.
이러한 조성을 갖는 본 발명에 따른 결합재 조성물을 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르 제조시 사용하게 되면 결합재 조성물의 점도가 낮아져 폴리머 콘크리트나 폴리머 모르타르 제조시 골재나 충진재 사이에 충분히 침투되어 경화되게 되어 고강도의 발현이 가능하게 된다. 뿐만 아니라 결합재의 점도가 낮아 작업성이 향상되게 되며, 특히 저온 및 수중에서도 경화시간이 단축되어 공정시간을 단축할 수 있게 된다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 11>
불포화 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 부틸아크릴레이트, 폴리스티렌 올리고머 및 개시제인 메틸에틸케톤퍼옥사이드를 하기 표 1에 나타낸 비율로 혼합하여 결합재 조성물을 제조하였다.
구분 불포화폴리 에스테르(중량%) 부틸아크릴레이트 (중량%) 폴리스티렌 올리고머(중량%) 메틸에틸케톤 퍼옥사이드(중량%)
실시예 1 98.5 0 0 1.5
실시예 2 95.5 3 0 1.5
실시예 3 93.5 5 0 1.5
실시예 4 68.5 30 0 1.5
실시예 5 38.5 60 0 1.5
실시예 6 28.5 70 0 1.5
실시예 7 65.5 30 3 1.5
실시예 8 63.5 30 5 1.5
실시예 9 58.5 30 10 1.5
실시예 10 48.5 30 20 1.5
실시예 11 38.5 30 30 1.5
<실험예 1>
실시예 1 내지 11에서 제조된 결합재 10중량부와 충전제로서 중질탄산칼슘 15중량부, 평균입경이 0.2mm인 규사 25중량부, 최대입경 4.7mm이하인 규사를 50중량부를 강제식 믹서기로 충분히 혼합하여 폴리머 모르타르를 제조하고, 아래와 같은 방법으로 플로우, 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 하기 표 2에 실시예 1 내지 11에서 제조된 결합재의 점도를 아래와 같이 측정하고 그 결과를 함께 나타내었다.
- 점도측정 -
폴리에스터 결합재에 대한 점도측정은 실린고점도용 VT-04더 모양의 원통 장착된 저점도용 VT-03(측정범위 2∼330 mPa·s, Rion(주))와 고점도용 VT-04(측정범위 330∼440,000 mPa·s, Rion(주)) 점도시험기로 측정하였다. 상기 점도측정기는 점도를 가진 샘플용액 속에서 원통의 회전에 의해 눈금상에서 나타난 값을 점도로 측정하였으며, 330mPa·s를 기준으로 이보다 높은 것은 고점도용으로 측정하고, 이하는 저점도용으로 측정하였다.
- 플로우 -
KS L 5105에 의하여 폴리머 모르타르의 작업성의 척도인 플로우 값을 측정하였다.
- 압축강도, 인장강도, 휨강도 -
KS F 2419의 폴리에스터 레진 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법에 의해 직경이 7.5cm이고 길이가 15cm인 공시체 제조용 원통형 몰드에 폴리머 모르타르를 성형하여 상부면을 캡핑한 후 온도 25±3℃, 습도 60%를 유지하면서 7일간 기건 양생하여 압축강도 시험용 원통형 공시체를 제조하였다. 이후 각각 압축강도는 KS F 2481, 인장강도는 KS F 2480, 휨강도는 KS F 2482에 의하여 측정하였다.
구분 점도 20℃, mPa·s 플로우 압축강도 (kgf/cm2) 인장강도 (kgf/cm2) 휨강도 (kgf/cm2)
실시예 1 3450 125 985 118 225
실시예 2 2000 135 992 119 228
실시예 3 1080 150 1010 121 232
실시예 4 80 171 1090 132 254
실시예 5 60 196 1000 123 230
실시예 6 44 210 895 100 210
실시예 7 72 179 1070 126 245
실시예 8 69 185 1048 120 239
실시예 9 65 199 920 115 210
실시예 10 55 208 825 90 190
실시예 11 49 215 785 78 175
상기 표 2에서 보는 바와 같이 부틸아크릴레이트를 본 발명의 바람직한 범위 내에서 첨가하여 실시한 실시예 2 내지 5의 경우 폴리머 모르타르의 점도가 낮아져 플로우값이 높아져 작업성이 양호한 것을 확인할 수 있으며, 특히 압축강도강도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 아울러 폴리스티렌 올리고머를 첨가한 경우 전반적으로 점도가 감소하여 플로우 값이 증가함을 확인할 수 있으나, 그 함량이 증가할수록 강도가 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 작업성과 강도를 함께 고려하여볼 때 폴리스티렌 올리고머는 20중량부 이내에서 첨가하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
<실험예 2>
실시예 1과, 실시예 4에서 제조한 결합재 10중량부와 충전제로서 중질탄산칼슘 15중량부, 평균입경이 0.2mm인 규사 25중량부, 최대입경 4.7mm이하인 규사를 50중량부를 강제식 믹서기로 충분히 혼합하여 폴리머 모르타르를 제조하였다.
이렇게 제조된 모르타르의 온도를 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 각각의 점도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
또한 모르타르를 양생시키면서 양생시간의 경과일수에 따른 강도(압축, 인 장, 휨)를 20±2℃에서 측정하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 온도에 따른 점도(mPa·s)
-15℃ -5℃ 0℃ 10℃ 20℃
실시예1 7450 4900 3450 2350 1750±50
실시예4 145 98 80 69 58±2
상기 표 3에서 보는 바와 같이 폴리머 모르타르 제조시 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가하지 않고 제조한 실시예 1의 경우 온도가 감소됨에 따라 점도가 매우 높아짐을 확인할 수 있으며, 따라서 작업성이 떨어짐을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가한 것을 사용하여 폴리머 모르타르를 제조한 실시예 4의 경우 저온에서도 점도가 매우 낮음을 알 수 있으며, 따라서 저온에서의 작업이 용이함을 확인할 수 있다.
구분 경과일수 압축강도 (kgf/cm2) 인장강도 (kgf/cm2) 휨강도 (kgf/cm2)
실시예 1 3 335±5 40±2 98±2
7 425±5 50±2 115±2
12 534±5 59±2 148±2
24 710±5 76±2 182±2
72 852±5 98±2 206±2
168 985±5 118±2 225±2
실시예 4 3 485±5 62±2 141±2
7 523±5 78±2 185±2
12 612±5 92±2 195±2
24 853±5 106±2 210±2
72 975±5 119±2 235±2
168 1090±5 132±2 254±2
상기 표 4에서 보는 바와 같이 양생기간 경과일수에 따른 강도는 폴리머 모르타르 제조시 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가하지 않고 제조한 실시예 1에 비하여 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가한 것을 사용하여 폴리머 모르타르를 제조한 실시예 4의 경우가 현저하게 우수한 강도를 나타냄을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
실시예 1과, 실시예 4에서 제조한 결합재 10중량부와 충전제로서 중질탄산칼슘 15중량부, 평균입경이 0.2mm인 규사 25중량부, 최대입경 4.7mm이하인 규사를 50중량부를 강제식 믹서기로 충분히 혼합하여 폴리머 모르타르를 제조하였다. 이렇게 제조된 폴리머 모르타르에 대하여 수중휨접착강도를 아래와 같이 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.
- 수중 휨 접착강도시험 -
수중 휨 접착강도시험은 KS F 2482에 준하여 6×6×24cm의 성형 몰드에 6×6×12cm의 일반시멘트 모르타르의 절편을 미리 수중에 침적시켜 거치한 후 폴리머 모르타르를 수중타설하여 온도 20℃±2에서 7일간 수중양생한 후 휨접착강도를 측정하였다.
구분 수중 휨접착강도(kgf/cm2)
실시예 1 8
실시예 4 48
상기 표 5에서 보는 바와 같이 수중 휨접착강도는 폴리머 모르타르 제조시 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가하지 않고 제조한 실시예 1에 비하여 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트를 첨가한 것을 사용하여 폴리머 모르타르를 제조한 실시예 4의 경우가 우수한 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르 제조에 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지를 주재로 하는 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트가 함유되도록 함으로서 결합재 조성물의 점도를 낮추어 작업성을 크게 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 충진재나 골재 등과의 균일한 혼합을 가능하게 하여 압축, 인장 및 휨강도가 높은 제품을 제작할 수 있으며, 온도의 영향이 적고 수중상태에서도 적용이 가능하며, 경화시간이 빨라 작업이 효율적으로 이루어 질 수 있도록 한 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물을 제공하는 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 불포화 폴리에스테르 수지를 주재로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물에 있어서,
    상기 결합재 조성물에 부틸아크릴레이트가 더 포함됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부틸아크릴레이트는 총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 5 내지 60중량부 포함됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    총 결합재 조성물 100중량부에 대하여 부틸아크릴레이트와 함께 폴리스티렌 올리고머가 0 내지 20중량부 더 포함됨을 특징으로 하는 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물.
KR1020040053604A 2004-07-09 2004-07-09 폴리머 콘크리트 또는 폴리머 모르타르용 결합재 조성물 KR20060004478A (ko)

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