KR20060112442A - 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 - Google Patents
개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060112442A KR20060112442A KR1020050034898A KR20050034898A KR20060112442A KR 20060112442 A KR20060112442 A KR 20060112442A KR 1020050034898 A KR1020050034898 A KR 1020050034898A KR 20050034898 A KR20050034898 A KR 20050034898A KR 20060112442 A KR20060112442 A KR 20060112442A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sulfur
- weight
- modified sulfur
- binder
- mortar
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 137
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 title claims abstract description 129
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 title claims abstract description 63
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 135
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 135
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 135
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N cyclopentadiene Chemical compound C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 239000013638 trimer Substances 0.000 claims description 17
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 7
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 6
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 abstract 1
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 18
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 18
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 10
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 9
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- WRMNZCZEMHIOCP-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethanol Chemical compound OCCC1=CC=CC=C1 WRMNZCZEMHIOCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- NFWSQSCIDYBUOU-UHFFFAOYSA-N methylcyclopentadiene Chemical compound CC1=CC=CC1 NFWSQSCIDYBUOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- CDDBPMZDDVHXFN-ONEGZZNKSA-N 2-[(e)-3-(1,3-benzodioxol-5-yl)prop-2-enyl]-1-hydroxypiperidine Chemical compound ON1CCCCC1C\C=C\C1=CC=C(OCO2)C2=C1 CDDBPMZDDVHXFN-ONEGZZNKSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- -1 but specifically Substances 0.000 description 2
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- MLFHJEHSLIIPHL-UHFFFAOYSA-N isoamyl acetate Chemical compound CC(C)CCOC(C)=O MLFHJEHSLIIPHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMGQYMWWDOXHJM-UHFFFAOYSA-N limonene Chemical compound CC(=C)C1CCC(C)=CC1 XMGQYMWWDOXHJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 2
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 2
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- MHCVCKDNQYMGEX-UHFFFAOYSA-N 1,1'-biphenyl;phenoxybenzene Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 MHCVCKDNQYMGEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMIFGARJSWXZSH-UHFFFAOYSA-N DMH1 Chemical compound C1=CC(OC(C)C)=CC=C1C1=CN2N=CC(C=3C4=CC=CC=C4N=CC=3)=C2N=C1 JMIFGARJSWXZSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001313207 Gonepteryx rhamni Species 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical group C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000009499 Vanilla fragrans Nutrition 0.000 description 1
- 244000263375 Vanilla tahitensis Species 0.000 description 1
- 235000012036 Vanilla tahitensis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004063 acid-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000001023 inorganic pigment Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229940117955 isoamyl acetate Drugs 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- HJWLCRVIBGQPNF-UHFFFAOYSA-N prop-2-enylbenzene Chemical compound C=CCC1=CC=CC=C1 HJWLCRVIBGQPNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/36—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing sulfur, sulfides or selenium
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10D—STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS; WIND MUSICAL INSTRUMENTS; ACCORDIONS OR CONCERTINAS; PERCUSSION MUSICAL INSTRUMENTS; AEOLIAN HARPS; SINGING-FLAME MUSICAL INSTRUMENTS; MUSICAL INSTRUMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10D13/00—Percussion musical instruments; Details or accessories therefor
- G10D13/01—General design of percussion musical instruments
- G10D13/08—Multi-toned musical instruments with sonorous bars, blocks, forks, gongs, plates, rods or teeth
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
본 발명은 액상에서의 저장 안정성이 우수하면서도 이를 액상으로부터 고상으로 전환시키는 과정에서 과냉각과 같은 비효율 요소가 최대한 억제되어 향상된 유용성을 갖는 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트에 관한 것으로, 몰타르 및 콘크리트를 제조함에 있어서 요구되는 작업성 및 기계적 강도 특성을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 몰타르 및 콘크리트는 내화학성 및 내염소이온 차단성이 우수하기 때문에 산성물질의 취급이 빈번한 화학 플랜트 또는 기타 내산 저항성 재료를 필요로 하는 분야에 적용할 수 있으며, 또한 해양 환경에서도 용이하게 적용할 수 있다.
개질유황결합재, 몰타르, 콘크리트, 잔골재, 굵은 골재
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 개질유황결합재와 골재를 혼합하여 몰타르 또는 콘크리트를 제조하기 위한 핫 믹서(hot mixer)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 실시예 2에서 140℃에서 용융된 순수 유황, 그리고 실시예 1의 용융된 샘플 1, 3 및 5 각각을 냉각하는 과정 중 시간 경과에 따른 경도(Shore D)를 측정한 결과를 도시하는 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 각각 실시예 2에서 샘플 1 및 3을 고상화시킨 후에 관찰한 결정 구조의 전자현미경 사진이고, 그리고
도 4는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 액상 샘플 2∼5의 점도가 130℃의 저장 과정 중 시간에 따라 변화하는 정도를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용된 잔골재의 입도분포곡선이고,
도 6은 본 발명의 실시예 6에 따라 필러의 치환량을 변화시키면서 개질유황몰타르의 슬럼프 값을 측정한 결과를 나타내는 도면이고,
도 7은 본 발명의 실시예에서 사용된 굵은 골재의 입도분포곡선이고, 그리고
도 8a 및 도 8b는 각각 일반 콘크리트 및 본 발명의 실시예 9에 따라 본 발 명에 따른 개질유황콘크리트에 대한 내산성(10% 황산)을 평가한 결과를 나타내는 사진이다.
본 발명은 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액상에서의 저장 안정성이 우수하면서도 이를 액상으로부터 고상으로 전환시키는 과정에서 과냉각과 같은 비효율 요소가 최대한 억제되어 향상된 유용성을 갖는 개질유황결합재를 함유하여 우수한 작업성 및 기계적 물성을 부여한 몰타르 및 콘크리트에 관한 것이다.
통상적으로 콘크리트는 몰타르 및 콘크리트를 포함하는 개념으로 사용되고 있으나, 구체적으로는 사용되는 골재(aggregates)의 크기에 따라 몰타르 및 콘크리트를 각각 구별되는 바, 본 발명에서는 이를 구별하여 기재한다.
전형적으로, 포틀랜드 시멘트를 사용하여 제조된 보통 콘크리트는 알칼리 특성을 나타내고, 산에 매우 취약한 특성을 갖는다. 산성물질을 취급하는 화학플랜트의 보통 콘크리트 바닥, 펌프의 거치대 등을 포클랜드 시멘트를 사용하여 시공할 경우, 산성 물질에 대한 노출로 인하여 부식 현상이 야기되며, 주기적으로 유지 보수가 요구된다. 또한, 보통 콘크리트로 제조된 오수관은 오수 속의 유기물에 생존하는 미생물이 H2SO3 가스를 발생시켜 오수관의 부식을 야기하는 원인으로 작용할 뿐만 아니라, 관에 크랙(crack)을 형성시켜 오수의 누수 원인이 되고 있다.
경화 메커니즘 면에서, 보통 콘크리트는 물을 사용한 수화반응에 의하여 서서히 경화되므로 본연의 강도를 나타내기 위하여 약 28일간의 양생기간이 필요하다. 그러나, 양생 기간을 단축시키기 위하여 보통 콘크리트의 프리캐스트(pre-cast) 제품 경우에는 증기 양생을 실시하여 납품기간을 단축시키고 있으나, 증기 양생을 위하여 별도의 연료비가 들고, 급격한 양생에 의하여 변형 및 크랙 발생을 야기한다. 또한, 보통 콘크리트는 제조 시 물을 사용해야 하므로 물의 어는점 이하의 온도에서는 시공할 수 없는 단점이 있을 뿐만 아니라, 영하의 온도에서 시공 시 부실공사의 원인이 되는 등 물의 사용으로부터 오는 여러 사용상 제한점을 가지고 있다. 이외에도, 보통 콘크리트는 압축강도, 휨강도, 투수성 등에 재료적 한계를 가지고 있으며, 이를 보완하기 위하여 특수목적의 화학 첨가제를 사용하고 있으나 비경제적이다.
상술한 보통 콘크리트의 단점을 극복하기 위한 방안으로서 포틀랜드 시멘트 대신에 유황 성분을 바인더 또는 결합재로 사용하고, 이를 각종 골재와 혼합하여 몰타르 또는 콘크리트를 제조하는 기술이 개발되었으며, 이러한 결합재를 사용할 경우에는 물을 사용할 필요가 없다. 유황 결합재를 사용한 몰타르 또는 콘크리트는 통상적으로 유황 및 골재를 유황을 용융하기에 충분한 온도에서 혼합·가열하고 냉각시키는 방식으로 제조된다. 그러나, 순수 유황을 결합재로 사용한 성형물의 경우에는 취성 등의 물성에 있어서 많은 문제점을 야기하고 있어 그 적용이 한정되었다.
이러한 순수 유황을 결합재로 사용하는 경우에 야기되는 문제점을 해결하기 위하여 개질재(modifier)로서 특정한 첨가용 화합물을 사용하는 방안이 연구되었다. 특히, 이러한 첨가용 화합물로서, 디시클로펜타디엔은 가격이 저렴하여 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 강도의 발현에 양호한 작용을 하는 것으로 알려져 있다(New Uses of Sulfur-Ⅱ, pp. 68∼77(1978)).
이와 관련하여, 미국특허번호 제4,025,352호는 용융된 유황 및 디시클로펜타디엔의 바인더를 골재와 혼합하고, 상기 혼합물을 냉각시키는 유황개질 콘크리트의 제조공정을 개시하고 있다. 상기 특허의 경우, 유황, 디시클로펜타디엔 및 골재를 특정 영역의 온도-혼합시간의 조건 하에서 수행함으로써 용매, 염(salt), 산 및 알칼리 내성이 우수한 장점을 달성할 수 있다는 점을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허는 기본적으로 골재의 존재를 전제로 하는 콘크리트 조성물의 제조 공정을 위한 조건을 제시하고 있는 바, 황 및 개질 성분으로 이루어지는 결합재를 제조한 후에 골재와 혼합하여 제조되는 본 발명과 개념적으로 상이하다.
전형적으로, 디시클로펜타디엔 및 유황의 반응은 일종의 중합 반응으로 볼 수 있다. 즉, 초기에 유황과 디시클로펜타디엔이 반응하고, 그 다음 유황 라디칼(radical)과의 연쇄반응에 의하여 고분자가 생성된다. 그러나, 계속되는 디사이클로펜타디엔과 유황 사이의 반응은 많은 열이 발생되며, 온도 및 점도가 급격히 상승하기 때문에 반응 제어가 곤란하고, 상온에서 급격히 고상화되므로 성형이 불가능한 상태가 된다. 이를 방지하기 위하여, 미국특허번호 제4,311,826호는 유황과 20∼40 중량%의 개질제(디시클로펜타디엔 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상으로 이 루어진 올리고머 혼합물의 결합물)을 반응시켜 개질유황결합재를 제조한 다음, 개질유황결합재 40∼50 중량% 및 잔골재 50∼60 중량%를 혼합하여 몰타르를 제조하는 기술을 개시하고 있다. 또한, 일본 특공평 2-28529호 및 이의 대응 미국특허번호 제4,391,969호는 유황 및 2∼20 중량%의 시클로펜타디엔 올리고머 혼합물-디시클로펜타디엔을 함유하는 개질제(modifier)를 반응시킨 고분자로 이루어지는 개질유황결합재를 사용하고, 상기 결합재 7∼80 중량% 및 골재 93∼20 중량%로 이루어지는 콘크리트, 그리고 상기 결합재 40∼50 중량% 및 골재 50∼60 중량%로 이루어지는 몰타르를 개시하고 있으며, 이때 상기 개질제 내의 시클로펜타디엔 올리고머의 함량이 적어도 37%일 것을 요구하고 있다. 상기 특허에 따르면, 유황 및 개질제의 조성을 가열한 후에 경화시키는 과정을 수반하며, 이때 이러한 시클로펜타디엔 올리고머는 시클로펜타디엔의 3량체(trimer), 4량체(tetramer) 및 5량체(pentamer)와 같이 디시클로펜타디엔 이외의 올리고머를 의미한다. 특히, 개질제로서 디시클로펜타디엔 뿐만 아니라 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 일정 함량 이상으로 첨가하는 점에 그 특징이 있다.
그러나, 상기 언급된 선행기술이 디사이클로펜타디엔을 첨가하는 경우의 제조 조건(온도, 디시클로펜타디엔의 농도 등)과 결합재의 성상의 관계, 더 나아가 고상의 결합재를 골재와 혼합하기 위하여 재가열하는 과정에서 야기되는 추가적인 중합에 따른 경화 현상을 해결하기 위한 혼합 조건을 규명하고 있지 않은 점을 고려하여, 개선된 고상의 개질유황결합재의 제조 공정의 조건을 특정화하고 있는 선행기술이 알려져 있다.
예를 들면, WO 03/076360 A1은 유황 100 중량부에 대하여 시클로펜타디엔 0.1 중량부 이상, 2 중량부 미만을 135∼155 ℃로 밀폐 상태에서 용융 혼합하는 단계 및 상기 용융물의 140 ℃에서의 점도가 0.05∼1.2 ㎩·s로 되도록 한 다음, 135 ℃ 이하로 냉각시켜 제조된 개질유황결합재와 골재를 1∼5:5∼9의 중량비로 135∼155 ℃의 온도에서 용융 혼합하고 135 ℃ 이하에서 냉각하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 유황, 시클로디펜타디엔 및 골재를 135∼155 ℃의 온도에서 용융 혼합한 다음 135 ℃ 이하에서 냉각하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 선행기술에서는 유황 100 중량부에 대하여 시클로펜타디엔을 2 중량부 미만으로 사용하기 때문에 본 발명에서 요구되는 수준의 유황 개질 효과를 얻기 곤란하다.
한편, 전술한 선행기술 대부분은 일단 별도로 유황 및 디시클로펜타디엔과 같은 개질 성분의 반응 생성물인 결합재를 고상으로 제조한 다음, 추후 골재를 사용하여 콘크리트, 아스팔트 등의 건축 또는 토목 자재 용도로 적용 시 가열 하에서 골재와 특정 비율로 혼합하고 냉각하는 방식, 또는 유황, 개질 성분 및 골재를 특정 공정 조건 하에서 일거에 용융 혼합한 후에 냉각하는 방식을 채택하고 있다. 그러나, 고온의 용융된 결합재를 고상으로 냉각시키는 과정은 생산성 및 에너지 효율 면에서 문제점으로 지적되고 있으며, 고상화를 위한 설비투자 역시 제조원가 상승요인으로 작용되고 있는 실정이다.
또한, 실제 고상화를 위한 냉각 단계에서 반응생성물이 실온 조건임에도 불구하고 고상으로 존재하기보다는 과냉각된 상태, 즉 점액 상태로 존재하는 경향을 갖는다. 따라서, 과냉각 상태가 해소되어 고상화되기까지 상당한 시간을 요하므로 시간 및 경제성 면에서 심각한 단점을 갖고 있다. 특히, 개질 성분의 함량이 증가할수록 중합 반응이 증가하는 만큼, 이러한 과냉각 현상은 더욱 악화된다.
이와 관련하여, 본 발명자들은 현재까지 액상 형태에 적합한 결합재 제조를 위한 조성, 공정 조건 등에 대하여는 구체적으로 알려져 있지 않을 뿐만 아니라, 기존의 고상 형태의 결합재 제조에서 고려되지 않은 기술적 과제가 해결되어야 함을 발견하였다. 특히, 골재와의 혼합에 앞서 일정 온도 이상에서 저장될 수 있어야 하고, 이러한 저장 기간 동안 물성의 변화를 최대한 억제할 수 있는 방안이 고려되어야 한다. 또한, 종종 전술한 고상 개질유황결합재에서 나타나는 문제점을 감수하고라도 이러한 액상 개질유황결합재를 고상으로 저장·이송하는 것이 요구되는 경우가 있는 바, 이러한 액상 개질유황결합재가 고상화를 위한 냉각 과정에서 과냉각과 같은 현상이 최대한 억제될 수 있는 성상을 갖도록 하는 것도 중요한 고려 요소이다. 상기의 점을 고려하여, 본 출원인은 국내특허출원번호 제2005-23423호에서 종래에 알려진 결합재 및 고상 개질유황결합재와 동등 이상의 기계적 물성을 나타내면서, 액상 저장 과정에서 점도 등의 물성의 변화가 최대한 억제할 수 있고, 경우에 따라 고상으로 전환시 과냉각 현상이 효과적으로 억제된 개질유황결합재 및 이의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 개질유황결합재의 장점이 최대한 발휘되고, 콘크리트 또는 몰타르에 각각 요구되는 작업성, 그리고 기계적 물성 및 화학적 물성을 만족시키도록 각종 골재와의 혼합비 등의 조건을 보다 구체적으로 규명할 것이 요구된다.
종래에 알려진 몰타르 및 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 국내특허출원번호 제2005-23423호에 개시된 개질유황결합재를 기초로 하여 우수한 기계적, 그리고 화학적 물성을 갖는 개질유황 몰타르 및 콘크리트를 개발하게 된 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 액상에서도 종래의 고상의 개질유황결합재와 동등 이상의 기계적 물성을 나타내면서, 액상 유지 과정에서 점도와 같은 물성의 변화가 최대한 억제될 수 있고, 특별히 고상화가 요구되는 경우에 있어서는 냉각 과정 중 과냉각 현상을 최대한 억제될 수 있는 저장·이송이 가능한 개질유황결합재를 사용한 몰타르 및 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 개질유황결합재를 사용하여 내화학약품성이 우수한 몰타르 및 콘크리르를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 몰타르 및 콘크리트를 효과적으로 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 면에 따르면, 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 1 : 1.5∼2.5의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르가 제공된다.
본 발명의 제2 면에 따르면, 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 잔골재; 및 굵은 골재를 중량 기준으로 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트가 제공된다.
본 발명의 제3 면에 따르면,
a) 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 1 : 1.5∼2.5의 비율로 분리하여 또는 함께 제공하는 단계; 및
b) 상기 a) 단계에서 제공된 개질유황결합재 및 잔골재를 130∼150 ℃의 온도 범위에서 혼합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제4 면에 따르면,
a) 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 잔골재; 굵은 골재를 중량 기준으로 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 분리하여 또는 함께 제공하는 단계; 및
b) 상기 a) 단계에서 제공된 개질유황결합재, 잔골재 및 굵은 골재를 130∼150 ℃의 온도 범위에서 혼합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 있어서, "액상에서의 저장 안정성"은 제조된 액상의 개질유황결합재의 가장 중요한 물성 중 하나인 점도를 중심으로 설명되며, 구체적으로는 제조된 개질유황결합재의 저장 온도 범위에서 최대한 점도 특성이 안정적으로 유지될 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서, "시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는"이라는 표현은 개질제 내에서 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머가 불순물로서 최대 0.5 중량%, 바람직하게는 최대 0.2 중량%까지 함유될 수 있음을 의미한다.
개질유황결합재
전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 개질유황결합재는 국내특허출원번호 제2005-23423호에 개시된 것으로서, 본 발명의 참고문헌으로 포함된다. 이에 대한 설명은 하기와 같다:
본 발명에 따라 제공되는 개질유황결합재는 유황을 소량의 개질제와 용융 조건 하에서 반응시킨 것으로서, 상기 반응 결과 폴리설파이드가 생성되어 개질에 따른 물성 향상 효과를 부여한다. 이와 관련하여, 보다 구체적인 반응 메커니즘은 미국특허번호 제4,311,826호에 설명되어 있으며, 상기 선행문헌 역시 본 발명에 있어서 참고 문헌으로 포함된다.
본 발명에 따르면, 개질유황결합재 제조를 위하여 사용될 수 있는 유황은 통상적인 유황 원소를 사용할 수 있으며, 특히 원유의 정제 과정으로부터 유래 유황 또는 광산으로부터 유래하는 천연유황을 사용할 수 있다.
유황 개질을 위하여 사용되는 개질제는 디시클로펜타디엔계 개질제이다. 이러한 개질제는 개질 성분으로 디시클로펜타디엔(DCP)을 포함하며, 상기 디시클로펜타디엔에 시클로펜타디엔(CP) 및/또는 이들의 유도체(예를 들면, 메틸시클로펜타디엔(MCP), 메틸디시클로펜타디엔(MDCP))를 선택적으로 더 함유할 수 있다(예를 들면, DCP 이외의 개질 성분은 전체 개질 성분 중 약 20 중량% 이하일 수 있음). 또한, 상기 개질제는 디펜텐, 스티렌모노머, 비닐톨루엔 등과 혼합된 형태로 제공될 수도 있다. 특히 주목해야할 사항은 상기 개질제 내에 전술한 선행기술, 예를 들면 미국특허번호 제4,311,826호 및 제4,391,969호에서 개시된 바와 달리, 의도적으로 특정 함량 이상의 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 함유하지 않고, 오히려 이러한 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 형태의 개질제를 사용해도 의도하는 기술적 특징을 달성할 수 있다는 점이다. 따라서, 본 발명은 개질 성분으로서 디시클로펜타디엔 단독 사용이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 특히, 상기 개질제는 개질 성분이 전형적으로 바람직하게는 적어도 약 80 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 90 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 98 중량%의 순도를 갖는 형태로 제공될 수도 있다. 이러한 형태의 개질제의 예시적인 조성의 경우, 디시클로펜 타디엔 약 65∼75 중량%, 시클로펜타디엔 약 10∼20 중량%, 이들의 유도체(MCP, MDCP 등) 약 10∼20 중량%, 그리고 기타 성분 약 0.1∼1.5 중량%이다.
종래 기술의 경우, 정유공장 나프타 분해 공정의 크래커 잔류물 등 정제되지 않은 유분을 사용하여 제조과정 또는 사용과정 중에 역한 냄새의 발생을 야기하고, 분석하기 곤란한 여러 가지 물질로 인하여 반응조건 및 생성물 성상과의 관계를 충분히 입증하기 곤란하였다. 그러나, 본 발명의 경우에는 비교적 정제된 디시클로펜타디엔를 사용함으로써 이와는 차별화된다.
한편, 본 발명에 따르면, 개질유황결합재 제조 시 유황과 개질제와의 중합에 의한 발열반응으로 인하여 반응물의 급격한 온도상승이 일어난다. 이로 인하여 부생성물의 형성 및 런어웨이(run-away) 반응이 야기될 수 있는 바, 이를 방지하기 위하여 개질제를 서서히 일정량으로 투입하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 일단 유황을 약 140 ℃로 용융시킨 후에 개질제를 서서히 투입하고, 약 135∼145 ℃의 용융 조건 하에서(바람직하게는, 교반 하에서) 반응시킨다. 이때, 반응시간은 개질제의 사용량 등에 따라 조절되는데, 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 약 40∼80 중량%, 바람직하게는 약 60∼80 중량%의 범위가 되는 시점까지 반응시킨다. 특히, 본 발명에서 유황의 사방정계 결정 함량을 전술한 범위로 한정하는 이유는 상기 범위 내에서 유황의 화학개질 정도가 결합제로서의 원하는 물성 및 성능으로 발현할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 유황 및 디시클로펜타디엔계 개질제를 97:3으로 사용한 경우에는 약 140 ℃에서 전형적으로 약 1∼3시간 정도 경과한 후에 상기 사방정계 결정의 함량 범위에 도달할 것이다.
이와 관련하여, 사방정계 결정의 함량은 고상을 전제로 하는 개념으로 이해될 수 있으나, 실제 고상의 개질유황결합재 내의 사방정계 결정 함량을 DSC(differential scanning calorimeter) 등의 장치를 이용하여 측정하는 과정에서 용융이 수반되므로, 액상의 개질유황결합재에도 특별한 무리 없이 적용될 수 있다.
상기 반응 생성물은 반응 완료 시 바람직하게는 약 10∼800 cP, 보다 바람직하게는 약 10∼100 cP의 점도(135 ℃ 기준)를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 상기 개질제의 사용량은 반응물의 전체 중량을 기준으로 약 2∼4 중량%, 보다 바람직하게는 약 2∼3 중량%, 가장 바람직하게는 약 3 중량% 수준으로 사용된다. 만약 2중량% 미만의 개질제를 사용할 경우, 반응 진척도의 기준을 제시하는 반응 생성물 내의 사방정계 결정의 함량이 반응 전의 유황과 특별히 차별화되지 않기 때문에 폴리설파이드의 함량이 전술한 범위에 미달되는 바, 의도하는 유황 개질의 효과를 기대하기 곤란하다. 반면, 개질제의 사용량이 4 중량%를 초과할 경우에는 액상 저장과정(예를 들면, 전형적인 저장 온도인 130∼140 ℃에서 저장할 경우)에서 지속적인 중합반응 등에 의하여 현격한 점도 상승을 야기한다.
이와 관련하여, 흥미로운 사실은 개질제의 사용량이 4 중량%를 초과한 경우에도 반응 생성물 내에서 유황의 사방정계 함량이 요구되는 수준을 충족할 수 있음에도 불구하고, 본 발명과 같이 한정하는 범위(2∼4 중량%)와 대비하면, 액상 저장 과정에서 시간에 따라 현저한 점도 상승을 초래한다는 점이다. 이는 본 발명이 개질제로서 디시클로펜타디엔을 단독으로 사용하는 경우에도 그 사용량을 특정한 범위로 조절함으로써 개질유황결합재의 액상 저장 안정성이 확보됨을 의미하며, 고상 의 개질유황결합재 제조를 전제로 하여 반응 생성물의 점도를 일정하게 유지하기 위하여 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 상당한 량으로 사용할 것을 요구하는 종래의 선행기술과는 상이하다.
특히, 후술하는 바와 같이, 액상으로 제조된 개질유황결합재를 고상화시키는 과정에서 4 중량%를 초과하는 경우에는 생성물의 과냉각(super-cooling) 현상을 유발하는 요인으로 작용하여 요구 수준의 경도를 달성하기 위하여 유황의 융점보다 현저히 낮은 온도, 예를 들면 상온에서조차 단시간에 고상화가 이루어지지 않고, 실제 많은 시간을 방치해야 하는 문제점을 야기한다.
본 발명에 따르면, 최종 생성물인 개질유황결합재의 적용 분야의 요구 특성 등을 고려하여 다양한 첨가 성분을 1 또는 2 이상 사용할 수 있다.
이와 관련하여, 반응 과정에서 분산도를 높이기 위하여 초과첨가물(super-addition)로서 유황과 개질제의 총 중량을 기준으로 약 0.1∼5 중량%의 카본 또는 카본블랙과 같은 가소제(plasticizer)를 추가적으로 사용할 수 있다. 또한, 건축 또는 토목 자재에 미감 또는 식별 기능을 요구하는 추세에 부응하여, 당업계에서 알려진 여러 가지 안료, 특히 무기 안료(예를 들면, 산화철 등)를 역시 유황과 개질제의 총 중량을 기준으로 약 0.1∼5 중량% 첨가하여 다양한 색상의 개질유황결합재를 제조할 수 있다. 이외에도, 유황 자체가 갖는 자극적인 냄새로 인한 불쾌감을 감소시키기 위하여 방향 목적으로 상기 반응 과정에서 이소아밀아세테이트 또는 페네틸알코올, 바람직하게는 페네틸알코올을 유황과 개질제의 총 중량을 기준으로 약 0.01∼2 중량% 더 첨가할 수 있다. 이와 같이, 방향 성분이 첨가된 개질유황결 합재는 제조 또는 시공 시 바닐라향, 장미향 등을 부여함으로써 작업성 등을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 유황과 개질제의 반응에 따라 얻어진 반응생성물의 액상에서의 저장·이송 온도는 바람직하게는 약 130∼140 ℃, 보다 바람직하게는 약 135 ℃ 수준이다. 예를 들면, 약 130 ℃에서 2주간의 액상 저장 시 상기 액상 개질유황결합재의 점도 범위는 바람직하게는 약 10∼1000 cP, 보다 바람직하게는 약 10∼500 cP 수준이다.
또한, 본 발명에 있어서, 액상의 개질유황결합재의 저장·이송 온도는 전술한 유황과 개질제의 반응 온도에 비하여 약 2∼5 ℃ 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반응온도가 약 140 ℃인 경우, 저장 온도는 약 135 ℃ 수준이다.
한편, 본 발명에서 사용 가능한 액상의 개질유황결합재는 장거리 수송 또는 소량 사용을 목적으로 하는 경우에 있어서, 고상화된 형태로 변형시킬 수 있다. 즉, 유황 및 개질제의 용융된 반응생성물을 비커 마이크로경도수가 약 15∼30, 바람직하게는 약 20∼30으로 도달할 때까지 냉각시킨다. 이와 관련하여, 본 발명에서 사용 가능한 유황개질결합재는 유황과 개질제를 용융 조건 하에서 반응시킨 액상의 생성물 또는 이를 액상으로 저장시킨 형태, 또는 상술한 바와 같이 고상화된 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 일단 반응 후 또는 저장 중에 있는 액상의 개질유황결합재를 반응기, 저장탱크 또는 별도의 설비 내에서 약 120∼125 ℃, 보다 바람직하게는 약 125 ℃ 전후로 냉각시킨 후에 이를 진행하는 컨베이어 스틸 벨트와 같은 이송 수단 상에 분배기 또는 depositer로부터 떨어뜨리고 상기 컨베이어 벨트 형태의 진행에 따라 냉각시킨다. 이때, 컨베이어 벨트 상의 냉각 분위기는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들면 상온도 가능하다. 이러한 태양의 경우, 과냉각 현상의 악화를 추가적으로 억제할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 상기 태양에 따라 제조되는 고상의 개질유황결합재는 냉각과정 중 플레이크 형태 등으로 자체 입자화되는 경향을 갖기 때문에 취급 면에서 유리하다. 이외에도, 반구, 펠렛 등의 형태로 냉각시킬 수도 있다.
잔골재 및 굵은 골재
본 발명에 따르면, 개질유황몰타르를 제조하는 경우에는 잔골재(fine aggregates)가 사용되는 한편, 개질유황콘크리트를 제조하는 경우에는 잔골재 및 굵은 골재(coarse aggregates)가 함께 사용된다.
골재의 선택에 있어 사용이 예상되는 환경 하에서 화학적 침식에 대한 저항성을 가져야 한다. 예를 들면 석영질 골재는 산 및 염기 환경 하에서 모두 적용 가능한 반면, 석회석 골재는 염기 환경 하에서 적합하나, 산 환경에서는 적합하지 않다. 특히, 산과 접촉하는 환경 하에서 시공 시 골재는 예상되는 산 농도 및 온도 조건에서 시험되었을 때 거품이 발생하지 않아야 한다. 예를 들면, 골재를 60℃에서 사용시 예상되는 농도의 산에 24시간 침적했을 때, 2중량% 이하의 중량 손실을 나타내는 것이 바람직할 것이다.
상기 잔골재는 통상적으로 4.75㎜(No. 4 체)보다 작고 75㎛(No. 200 체)보다 큰 골재 입자를 의미하는 바, 천연 모래, 부순 모래 등이 있다. 또한, 굵은 골재 는 4.75㎜(No. 4 체)보다 큰 골재 입자를 의미하며, 최대 골재 지름이 2.5㎜, 1.9㎜, 13㎜, 9㎜ 등의 일반적인 골재를 사용할 수 있다.
필러
본 발명에 있어서, 필러는 몰타르 또는 콘크리트 중 유황개질결합재를 특정 수준까지 치환하여 사용할 수 있는(개질유황결합재 내에 더 포함할 수 있는) 선택적 성분으로서, 간극 충진재의 기능을 담당한다. 본 발명에서 사용 가능한 필러는 플라이애쉬, KS L 5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 미분말, 실리카흄, 고로슬래그시멘트 등이 있으며, 이들을 단독으로 또는 결합하여 사용할 수 있다. 입자의 크기는 바람직하게는 약 1∼150㎛ 정도, 보다 바람직하게는 약 1∼50㎛이다. 특히, 필러의 치환량이 증가함에 따라 몰타르 또는 콘크리트의 압축 강도 및 휨 강도는 개선되는 반면, 슬럼프 값이 저하되는 경향을 나타내므로 요구 특성 등을 고려하여 적절한 량으로 사용할 필요가 있다.
개질유황몰타르
본 발명에 있어서, 개질유황몰타르는 개질유황결합재(개질유황결합재+필러) 및 잔골재를 적절하게 배합한 혼합물을 의미한다. 특히, 개질유황결합재와 잔골재의 사용비율을 변화시키면서 물성 테스트를 수행하여 이로부터 개질유황결합재와 잔골재 사이의 최적 조성비 범위를 도출할 수 있으며, 개질유황결합재를 필러로 일부 대치할 경우에는 상기에서 얻어진 개질유황결합재 및 잔골재의 조성비에 따라 필러의 사용량을 변화시키면서 물성 테스트를 수행하여 이로부터 필러 사용량의 범위를 도출할 수 있다.
본 발명의 경우, 개질유황몰타르는 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 약 1 : 1.5∼2.5의 비율로 포함한다.
상술한 개질유황몰타르의 조성 범위를 결정함에 있어서 특히 고려될 사항으로서 작업 용이성을 가리키는 지표인 슬럼프 값을 들 수 있다. 슬럼프는 반죽이 정도를 나타내는 테스트법으로서 전형적으로 KS F2402에 의한다. 슬럼프 값이 작을수록 작업성이 저하되는 경향을 나타내는 반면, 슬럼프 값이 클수록 작업성은 개선된다. 그러나, 슬럼프 값이 지나치게 큰 경우에는 양생시간이 길어지므로 바람직하지 않다. 특히, 슬럼프값이 지나치게 높은 경우에는 몰타르의 과다한 흐름성으로 인하여 개질유황결합재와 잔골재의 분리 현상이 야기될 수 있다. 본 발명에 따른 개질유황몰타르는 바람직하게는 약 9∼13㎝의 슬럼프 값을 갖는다.
이처럼, 본 발명에서는 일정 수준의 작업성 확보 및 요구되는 기계적 강도(특히, 압축강도 및/또는 휨강도), 그리고 개질유황결합재의 사용량을 최소화하는 등의 다양한 고려사항에 기초하여 개질유황결합재 및 잔골재의 조성비를 전술한 범위로 한정한다.
한편, 본 발명에 따른 개질유황몰타르는 개질유황결합재의 일부를 필러로 치환할 수 있다(즉, 필러-함유 개질유황결합재). 필러를 간극 충진재로 사용할 경우, 개질유황결합재의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 개질유황결합재 와 잔골재의 조성비의 범위 내에서 압축 강도 및 휨강도 특성을 보다 향상시킬 수 있는 추가적인 장점을 제공한다. 그러나, 간극 충진재로서 필러의 치환량이 증가함에 따라 강도 특성은 개선되는 반면, 슬럼프 값은 저하되는 경향을 나타내므로 필러는 일정 범위 내에서 첨가되어야 한다. 이와 관련하여, 본 발명에서는 필러의 최대 허용 가능한 첨가량은 개질유황결합재 및 필러의 합을 기준으로(즉, 필러-함유 개질유황결합재를 기준으로) 약 20∼40 중량% 범위인 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 필러의 사용량은 재질유황결합재 : 잔골재의 비율에 따라 허용 가능한 슬럼프 값의 범위(예를 들면, 9∼13㎝)를 유지하는 범위 내에서 적절하게 조절될 필요가 있다. 예를 들면, 필러의 최대 허용 가능한 첨가량은 개질유황결합재 및 필러의 합을 기준으로 개질유황결합재:잔골재의 비율이 1 : 1.5인 경우에는 약 40 중량%이며, 1 : 2.0인 경우에는 약 30 중량%이고, 그리고 1 : 2.5인 경우에는 약 20 중량%의 수준이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 개질유황몰타르는 필러를 사용하지 않을 경우의 압축 강도 및 휨강도의 범위가 전형적으로 각각 약 477∼547 ㎏f/㎠ 및 약 77∼83 ㎏f/㎠ 수준이며, 필러를 사용할 경우의 압축 강도 및 휨강도가 전형적으로 각각 약 489∼650 ㎏f/㎠ 및 약 80∼132 ㎏f/㎠ 수준이나, 본 발명이 특정한 수치로 한정되는 것은 아니다.
개질유황콘크리트
본 발명에 있어서, 개질유황콘크리트는 개질유황결합재(개질유황결합재+필러), 잔골재 및 굵은 골재를 적절하게 배합한 혼합물을 의미한다. 개질유황콘크리 트 역시 전술한 개질유황몰타르와 유사한 방법에 따라 조성비를 결정하는 바, 이때, 개질유황콘크리트의 경우에는 몰타르와는 달리 굵은 골재가 추가되므로 유동성 확보를 위하여 개질유황결합재의 함량을 높일 필요가 있다. 필러를 사용할 경우, 조성비 범위를 결정하는 방법은 예를 들면 먼저 개질유황결합재와 필러의 사용량을 변화시키면서 개질유황콘크리트를 제조하고 물성 테스트를 수행하여 이로부터 개질유황결합재와 필러 사이의 조성비 범위를 결정한다. 그 다음, 이를 기초로 하여 잔골재와 굵은 골재의 비율을 변화시키면서 개질유황콘크리트를 제조하고 물성 테스트를 수행하여 최종 조성비를 결정한다.
개질유황콘크리트의 조성 범위를 결정함에 있어서, 몰타르에서와 유사하게 고려될 사항으로서 작업 용이성을 가리키는 지표로서 슬럼프 값을 들 수 있다. 본 발명에 따르면, 개질유황콘크리트는 바람직하게는 약 9∼13㎝의 슬럼프 값을 갖는다(특히, 슬라브 또는 보의 경우).
상기의 점을 고려할 때, 본 발명의 개질유황콘크리트는 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 잔골재 및 굵은 골재를 중량 기준으로 약 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 포함한다. 이와 관련하여, 잔골재 : 굵은 골재의 중량비를 약 1 : 0.8∼1.2로 조절하는 것이 바람직한 바, 예를 들면 개질유황결합재 : 잔골재의 중량비가 1 : 1.6인 경우에는 잔골재 : 굵은 골재의 중량비의 바람직한 범위가 약 1.6 : 1.3∼1.6 : 1.9이며, 개질유황결합재 : 잔골재의 중량비가 1 : 1.9인 경우에는 잔골재 : 굵은 골재의 중량비의 바람직한 범위가 약 1.9 : 1.5∼1.9 : 2.3이다.
한편, 본 발명에 따른 개질유황콘크리트 역시 개질유황결합재의 일부를 필러로 치환할 수 있다(즉, 필러-함유 개질유황결합재). 그러나, 전술한 바와 같이, 필러의 치환량이 증가함에 따라 강도 특성은 개선되는 반면, 슬럼프 값은 저하되는 경향을 나타내므로 필러의 첨가는 일정 범위에 내에서 이루어져야 한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 필러의 최대 허용 첨가량을 개질유황결합재 및 필러의 합을 기준으로 약 30 중량% 수준으로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 필러의 사용량은 재질유황결합재와 사용되는 골재의 비율에 따라 허용 가능한 슬럼프 값의 범위(예를 들면, 9∼13㎝)를 유지하는 범위 내에서 적절하게 조절될 필요가 있다.
본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 개질유황콘크리트는 필러를 사용하지 않을 경우의 압축 강도 및 휨강도의 범위가 전형적으로 각각 약 534∼587 ㎏f/㎠ 및 약 82∼90 ㎏f/㎠ 수준이며, 필러를 사용할 경우의 압축 강도 및 휨강도가 전형적으로 각각 약 570∼673 ㎏f/㎠ 및 약 88∼112 ㎏f/㎠ 수준이나, 본 발명이 특정한 수치로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 개질유황몰타르 및 개질유황콘크리트는 전술한 조성비에 따라 가열 하에서 개질유황결합재(개질유황결합재 및 필러) 및 골재(잔골재 또는 잔골재와 굵은 골재)를 혼합하여 제조된다. 이때, 개질유황결합재는 액상 또는 고상으로 골재와 함께 또는 분리하여 믹서 내로 도입될 수 있다. 또한, 결합재와의 혼합에 앞서 골재를 예열할 수도 있다. 이와 함께, 개질유황결합재의 성상(특히, 고상인 경우)에 따라 적절한 열을 가하여 개질유황결합재 역시 혼합에 앞서 예열할 수도 있다. 상기 혼합 과정은 개질유황결합재가 용융되는 온도 범위인 약 130∼150 ℃, 바람직하게는 약 135∼145 ℃에서 수행된다. 다만, 상기 혼합에 수반되는 시간이 지나치게 긴 경우에는 개질유황결합재의 변성 가능성이 있기 때문에 적절하게 조절하는 것이 바람직하며, 예를 들면 약 5∼10분 동안 혼합할 수 있으나, 본 발명이 특정 혼합시간으로 한정되는 것은 아니다. 상기 혼합 과정을 거침으로써 몰타르 및 콘크리트가 제조되는 것이다.
본 발명에 따르면, 혼합 과정에서 직접 가열 방식보다는 간접 가열 방식에 의하여 균일하게 가열하는 방식이 바람직하게 채택된다. 이는 직접 가열 방식은 국부적으로 급격한 온도 상승을 야기하여 유해 가스를 발생시키는 등의 문제점이 있기 때문이다. 이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 개질유황결합재와 골재를 혼합하여 몰타르 또는 콘크리트를 제조하기 위한 핫 믹서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이러한 장치는 열매체유를 이용하여 믹서 외벽을 간접 가열하는 방식이며, 열매체유(예를 들면, Dowtherm, Thermaloil 66 등)는 전기에 의하여 가열된다.
상기 핫 믹서 장치는 크게 전원/온도제어 유닛(1), 전기를 공급받아 열원을 발생시키는 전기열봉 유닛(2), 상기 전기열봉 유닛으로부터 열을 전달받아 열매체유를 통하여 간접적으로 열을 전달하는 이중자켓 유닛(3), 상기 이중자켓 유닛에 의하여 적어도 일부분이 둘러싸인 믹서 유닛(4), 및 혼합된 개질유황몰타르 또는 개질유황콘크리트의 배출 게이트 유닛(6)을 포함한다. 이때, 상기 믹서 유닛은 모터(7)에 의하여 회전하는 혼합 블레이드(5)가 장착되어 있다. 상기 전기열봉 유닛, 모터 등의 구체적인 성능은 믹서 유닛의 용량 등을 종합적으로 고려하여 결정한다.
상기와 같이 개질유황결합재 및 골재를 혼합한 후, 예를 들면 50 ℃ 이하, 보다 전형적으로 상온에서 냉각시켜 고형화시키는 바, 이러한 경화 메커니즘은 상전이에 의한 것이므로 별도의 양생기간을 요하지 않는다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1에 기재된 조성의 반응물(총 100g 기준)을 사용하여 유황 및 디시클로펜타디엔(DCP)을 반응시켰다. 이때, 반응은 140 ℃에서 예열 용융된 유황에 디시클로펜타디엔을 서서히 첨가하면서 상기 온도를 유지시켰다. 또한, 유황 및 디시클로펜타디엔의 반응이 발열반응인 점을 고려하여 온도의 급상승이 일어나지 않도록 하였으며, 총 반응시간은 약 3시간이었다. 반응생성물 내의 물성(밀도 및 점도), 및 유황의 사방정계 결정 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
| 샘플 | 조성(중량%) | 물성 | 사방정계 결정의 함량3(중량%) | ||
| 유황 | DCP | 밀도1 (g/㎤) | 점도2 (cP) | ||
| 1 | 99 | 1 | 1.92 | 11 | 90 |
| 2 | 98 | 2 | 1.90 | 13 | 78 |
| 3 | 97 | 3 | 1.87 | 25 | 67 |
| 4 | 96 | 4 | 1.86 | 43 | 60 |
| 5 | 95 | 5 | 1.83 | 65 | 52 |
1: 25 ℃에서 ASTM D70에 따라 측정되고,
2: 135 ℃에서 ASTM D4402에 따라 측정되고, 그리고
3: PerkinElmer사의 상품명 Pyris 6로 측정된 개질유황결합재 내에서의 유황의 사방정계 결정 함량을 의미함.
실시예 2
개질제의 사용량이 개질유황결합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 140 ℃에서 용융된 순수 유황, 그리고 실시예 1 중 용융 상태의 샘플 1, 3 및 5를 냉각하였으며, 시간 경과에 따른 경도(Shore D)를 ASTM 2240에 의하여 측정하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.
상기 도 1로부터 샘플 1은 순수 유황과 같이 시간이 경과할수록 경도가 점차 저하되는 반면, 샘플 3 및 5는 점차 경도가 증가함을 알 수 있다.
이와 함께, 샘플 1 및 샘플 3을 상온에서 고형화시킨 후, 그 결정 구조를 전자 현미경을 통하여 관찰하였다. 그 결과를 도 2a 및 도 2b에 각각 나타내었다.
상기 도 2에 따르면, 샘플 1은 매우 불규칙하고 큰 결정이 다수 존재하는 반면, 샘플 3은 상대적으로 결정이 작고, 규칙적인 배열을 갖고 있다. 이는 샘플 1의 경우, 불충분한 개질에 따른 과다한 결정 성장으로 인하여 순수 유황과 유사한 결정구조를 갖는 반면, 샘플 3의 경우, 적절한 량의 개질제 사용으로 인하여 화학적 개질이 충분히 이루어짐으로써 지나친 결정 성장이 완화됨을 가리킨다. 따라서, 샘플 3이 샘플 1에 비하여 추후 성형 시 취성 등에 있어서 우수한 특성을 부여할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3
실시예 1에 따라 반응시켜 생성된 개질유황결합재(시료 2∼5)를 130 ℃의 저장하였으며, 시간 경과에 따른 점도 변화를 관찰하였다. 그 결과를 도 3에 도시하였다.
상기 도 3에서 도시된 바와 같이, 개질제로서 디시클로펜타디엔 단독을 사용하더라도 개질제 사용량을 2∼4 중량%로 조절한 경우(샘플 2∼4)에는 액상에서 6주 이상을 저장하더라도 안정화된 점도 특성을 나타내었다. 반면, 개질제로서 5 중량%의 디시클로펜타디엔을 사용한 경우(샘플 5)에는 결합재 내에서의 유황의 사방정계 결정 함량이 52 중량%로서 요구 수준을 만족하고 있음에도 불구하고 액상 저장시 3주 후에는 10000 cP 이상을 나타내었다. 상기 결과를 종합할 때, 개질유황결합재의 액상 저장성에 있어서 개질제의 사용량이 중요한 요소임이 확인되었다. 또한, 샘플 2 및 3이 보다 안정적인 저장성을 나타내고 있는 점에 비추어, 바람직한 개질제의 사용량은 2∼3 중량% 수준임을 알 수 있다.
실시예 4
본 발명에 있어서, 고상화 과정에서의 과냉각의 정도를 평가하기 위하여 실시예 1에 따라 반응을 수행한 후에 140 ℃의 용융된 반응생성물(샘플 2∼5)로부터 각각 5g의 샘플을 얻어 상온에서 냉각시켜 비커 마이크로경도수가 15(최소)에서 30(최대)에 도달할 때까지 소요되는 시간을 측정하였다. 이때, 비커 마이크로경도수는 Matsuzawa사의 상품명 DMH-1로 측정하였다. 상기 테스트 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 샘플 | 고형화에 소용되는 총 시간(분) |
| 2 | 10∼15 |
| 3 | 15∼20 |
| 4 | 20∼30 |
| 5 | 50∼60 |
상기 표에 비추어, 본 발명에 따른 액상의 개질유황결합재에 해당하는 샘플 2∼4가 샘플 5에 비하여 심각한 과냉각 현상을 억제할 수 있기 때문에 고형화에 요구되는 시간이 상당히 낮은 수준임을 확인할 수 있다.
실시예 5
본 실시예에서는 표 1의 샘플 3의 개질유황결합재를 사용하여 도 1의 핫 믹서를 사용하여 잔골재와 140 ℃에서 10분 동안 혼합함으로써 몰타르를 제조하였다. 사용된 잔골재는 No. 4 체를 통과한 모래를 사용하였는 바, 이의 물리적 성상은 하기 표 3, 그리고 입도분포곡선을 도 5에 나타내었다. 이때, 핫 믹서(용량: 70ℓ)의 전기 열봉은 1㎾급이었고, 모터는 2㎾급이었다.
또한, 개질유황결합재와 잔골재의 혼합비를 변화시키면서 개질유황몰타르를 제조하였다. 각각 제조된 몰타르를 사용하여 슬럼프, 압축강도 및 휨강도를 각각 KS F2402, KS F2403 및 KS F2405에 따라 측정하였다. 몰타르의 조성비 및 테스트 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 물리적 성질 | 절건비중 | 흡수율 | 조립율 |
| 잔골재 | 2.57 | 1.63 | 2.55 |
| 개질유황결합재 | 잔골재 | 슬럼프 (㎝) | 압축강도 (㎏f/㎠) | 휨강도 (㎏f/㎠) | |
| No. 1 | 1 | 1 | 14.0 | 560 | 86 |
| No. 2 | 1 | 1.5 | 12.3 | 547 | 83 |
| No. 3 | 1 | 2 | 12.3 | 489 | 80 |
| No. 4 | 1 | 2.5 | 11.2 | 477 | 77 |
| No. 5 | 1 | 3 | 8.2 | 447 | 72 |
| No. 6 | 1 | 4 | 7.0 | 291 | 65 |
상기 표 4에서, No. 2 내지 No. 4의 경우가 일정 수준의 기계적 강도 특성을 만족하면서 작업성 면에서 적합한 슬럼프 값의 범위를 유지하는 것으로 판단되었다.
실시예 6
실시예 5에 있어서, No. 3의 결합재와 잔골재 간의 조성비를 유지하면서 개질유황결합재의 일부를 플라이애쉬(입자크기 1∼150㎛)로 치환시키고, 치환량을 변화시키면서 몰타르를 제조하였다. 제조된 몰타르를 사용하여 슬럼프, 압축강도 및 휨강도를 실시예 5와 동일한 방식에 따라 측정하였으며, 몰타르의 조성비 및 테스트 결과를 하기 표 5 및 도 6에 나타내었다.
| 총결합재 | 잔골재 | 슬럼프 (㎝) | 압축강도 (㎏f/㎠) | 휨강도 (㎏f/㎠) | ||
| 개질유황결합재 | 플라이애쉬 | |||||
| No. 3 | 1 | 0 | 2 | 12.3 | 489 | 80 |
| No. 7 | 0.9 | 0.1 | 2 | 10.8 | 530 | 109 |
| No. 8 | 0.8 | 0.2 | 2 | 9.7 | 535 | 125 |
| No. 9 | 0.7 | 0.3 | 2 | 9.1 | 650 | 132 |
| No. 10 | 0.6 | 0.4 | 2 | 6.2 | 682 | 139 |
상기 표 5 및 도 6에서 알 수 있듯이, 필러 치환량이 증가할수록 슬럼프 값은 저하되나, 압축강도 및 휨강도는 증가하는 경향을 갖는다. 본 실시예에서는 No. 7 내지 No. 9가 적합한 반면, No. 10의 경우에는 슬럼프 값이 급격히 저하되어 작업성에 문제를 야기함을 알 수 있다.
실시예 7
본 실시예에서는 표 1의 샘플 3의 개질유황결합재를 사용하여 도 1의 핫 믹서를 사용하여 잔골재 및 굵은 골재와 140 ℃에서 10분 동안 혼합함으로써 콘크리트를 제조하였다. 사용된 잔골재는 실시예 5에서와 동일하였고, 굵은 골재는 최대치수가 13㎜로서 이의 물리적 성상을 하기 표 6, 그리고 입도분포곡선을 도 7에 나타내었다. 이때, 실시예 5에서 사용된 핫 믹서를 사용하였다.
또한, 잔골재 및 굵은 골재의 사용량을 고정시킨 조건 하에서 개질유황결합재와 필러의 혼합비를 변화시키면서 개질유황콘크리트를 제조하였다. 각각 제조된 콘크리트의 조성비 및 테스트 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
| 물리적 성질 | Na2SO4에 대한 안정성(%) | 절건 비중 | 흡수율 | 분쇄된 굵은 골재의 파쇄면(%) | 마모율 (%) | 단위용적 중량 (㎏/㎤) |
| 굵은골재 | 4.7 | 2.52 | 0.74 | 100 | 21.6 | 1.566 |
| 총결합재 | 잔골재 | 굵은 골재 | 슬럼프 (㎝) | 압축강도 (㎏f/㎠) | ||
| 개질유황 결합재 | 플라이애쉬 | |||||
| No. 11 | 1 | 0 | 1.75 | 1.75 | 12.3 | 489 |
| No. 12 | 0.9 | 0.1 | 1.75 | 1.75 | 10.8 | 530 |
| No. 13 | 0.8 | 0.2 | 1.75 | 1.75 | 9.7 | 535 |
| No. 14 | 0.7 | 0.3 | 1.75 | 1.75 | 9.1 | 650 |
| No. 15 | 0.6 | 0.4 | 1.75 | 1.75 | 6.2 | 682 |
상기 표 7에서 알 수 있듯이, No. 11 내지 No. 14의 경우, 필러의 사용량이 증가할수록 기계적 강도가 개선되는 반면, 슬럼프 값은 감소함을 알 수 있다. 특히, No. 15의 경우에는 슬럼프 값이 급격히 저하되었다.
실시예 8
실시예 7에 있어서, No. 14의 개질유황결합재와 필러 간의 조성비를 유지하고 잔골재 및 굵은 골재의 혼합비를 변화시키면서 콘크리트를 제조하였다. 제조된 콘크리트를 사용하여 슬럼프 및 압축강도를 실시예 7과 동일한 방식에 따라 측정하였으며, 콘크리트의 조성비 및 테스트 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
| 총결합재 | 잔골재 | 굵은 골재 | 슬럼프 (㎝) | 압축강도 (㎏f/㎠) | ||
| 개질유황 결합재 | 플라이애쉬 | |||||
| No. 16 | 0.7 | 0.3 | 1.5 | 1.0 | 25.4 | 526 |
| No. 17 | 0.7 | 0.3 | 1.5 | 1.2 | 23.7 | 556 |
| No. 18 | 0.7 | 0.3 | 1.5 | 1.8 | 17.2 | 592 |
| No. 19 | 0.7 | 0.3 | 1.5 | 2.0 | 14.1 | 611 |
| No. 20 | 0.7 | 0.3 | 1.6 | 1.1 | 19.9 | 543 |
| No. 21 | 0.7 | 0.3 | 1.6 | 1.3 | 12.6 | 570 |
| No. 22 | 0.7 | 0.3 | 1.6 | 1.9 | 10.7 | 598 |
| No. 23 | 0.7 | 0.3 | 1.6 | 2.1 | 8.3 | 603 |
| No. 24 | 0.7 | 0.3 | 1.9 | 1.3 | 14.5 | 621 |
| No. 25 | 0.7 | 0.3 | 1.9 | 1.5 | 11.1 | 647 |
| No. 26 | 0.7 | 0.3 | 1.9 | 2.3 | 9.5 | 673 |
| No. 27 | 0.7 | 0.3 | 1.9 | 2.5 | 5.2 | 689 |
| No. 28 | 0.7 | 0.3 | 2.0 | 1.4 | 7.6 | 690 |
| No. 29 | 0.7 | 0.3 | 2.0 | 1.6 | 3.8 | 695 |
| No. 30 | 0.7 | 0.3 | 2.0 | 2.4 | 2.6 | 700 |
| No. 31 | 0.7 | 0.3 | 2.0 | 2.6 | 1.2 | 705 |
상기 표에서 알 수 있듯이, No. 21, No. 22, No. 25 및 No. 26의 경우, 요구되는 수준 이상의 기계적 강도를 얻을 수 있으면서 9∼13㎝ 범위의 슬럼프 값을 갖고 있음을 확인하였다. 따라서, 잔골재 : 굵은 골재의 상대적인 중량비가 1 : 0.8∼1.2 범위를 갖도록 조절하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
실시예 9
본 발명의 개질유황콘크리트의 내화학성을 평가하기 위하여, 실시예 8의 No. 22를 사용하여 실린더형(지름 10㎝, 길이 20㎝)으로 성형하였다. 그 다음, 10% 농도의 황산에 침지시켜 시간 경과에 따른 콘크리트 성형물의 압축강도의 변화 및 침식 정도를 일반 콘크리트와 대비한 결과를 표 9, 그리고 도 8a 및 도 8b에 나타내었다.
| 침지전 강도 | 1주 | 1개월 | 6개월 | |
| 일반 콘크리트 | 100% | 83% | 26% | 측정불가 |
| 개질유황 콘크리트 | 100% | 123% | 118% | 96% |
상기 표 9, 그리고 도 8a 및 도 8b에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 개질유황콘크리트는 황산에 침지시키는 경우에 일정 기간 내에서는 오히려 강도가 향상될 뿐만 아니라, 외관상으로도 특별한 변화가 없다. 반면, 일반 콘크리트의 경우, 시간이 경과함에 따라 강도가 급격히 저하될 뿐만 아니라, 육안으로도 과다한 침식 현상을 발견하였다. 따라서, 우수한 내화학 특성을 갖고 있음을 확인하였다.
실시예 10
본 발명의 개질유황콘크리트의 염소이온차단성을 평가하기 위하여, 실시예 8의 No 22에 대하여 ASTM 1202-97 "Test Method for Electrical Indication of concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration"과 AASHTO T259 방법에 따라 염화이온 투과성 테스트를 수행하였다. 일반 콘크리트와 비교한 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
| 1일 | 7일 | 28일 | |
| 일반 콘크리트 | 측정불가 | 47941 | 3070 |
| 개질유황 콘크리트 | 36 | 35 | 11 |
1: 단위는 coulomb
상기 표에서 알 수 있듯이, 일반 콘크리트의 경우에는 7일 후에는 4794 coulomb의 높은 값을 나타내고 있는 바, 이는 염소이온 투과성이 높음을 의미한다. 반면, 본 발명에 따른 개질유황콘크리트의 경우에는 통과전하량이 11∼36 coulomb으로서 염소이온투과성이 무시할 정도로 작음을 알 수 있다. 이는 개질유황콘크리트의 내부조직이 치밀하여 염소이온을 거의 투과시키지 않음을 의미한다. 따라서, 해양 환경에서 적용시 높은 염소이온 차단 성능을 발휘할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 종래에 알려진 일반 포틀랜드 시멘트 및 고상 개질유황결합재와 동등 이상의 기계적 물성을 나타내면서, 액상 저장 과정에서 점도와 같은 물성의 변화가 최대한 억제될 수 있는 개질유황결합재를 사용하여 몰타르 및 콘크리트를 제조함에 있어서 요구되는 작업성 및 기계적 강도 특성을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 몰타르 및 콘크리트는 내화학성 및 내염소이온 차단성이 우수하기 때문에 산성물질의 취급이 빈번한 화학 플랜트 또는 기타 내산 저항성 재료를 필요로 하는 분야에 적용할 수 있으며, 또한 해양 환경에서도 용이하게 적용할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (23)
- 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 1 : 1.5∼2.5의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제1항에 있어서, 상기 개질유황몰타르는 9∼13㎝의 슬럼프 값을 갖는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제2항에 있어서, 상기 개질유황결합재 내에 필러를 더 포함하며, 상기 필러-함유 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 1 : 1.5∼2.5의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제3항에 있어서, 상기 필러-함유 개질유황결합재 내에서의 필러의 최대 허용 가능한 함량이 20∼40 중량%인 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제3항에 있어서, 상기 필러는 플라이애쉬, KS L 5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 미분말, 실리카흄, 고로슬래그시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개질유황몰타르의 압축 강도 및 휨강도의 범위가 각각 477∼547 ㎏f/㎠ 및 77∼83 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 제3항에 있어서, 상기 개질유황몰타르의 압축 강도 및 휨강도가 각각 약 489∼650 ㎏f/㎠ 및 약 80∼132 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르.
- 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 잔골재; 및 굵은 골재를 중량 기준으로 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제8항에 있어서, 잔골재 : 굵은 골재의 중량비가 1 : 0.8∼1.2로 조절되는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제9항에 있어서, 상기 개질유황콘크리트는 9∼13㎝의 슬럼프 값을 갖는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 개질유황결합재 내에 필러를 더 포함하며, 상기 필러-함유 개질유황결합재; 잔골재; 및 굵은 골재를 중량 기준으로 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제11항에 있어서, 상기 필러-함유 개질유황결합재 내에서의 필러의 최대 허용 가능한 함량이 30 중량%인 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제11항에 있어서, 상기 필러는 플라이애쉬, KS L 5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 미분말, 실리카흄, 고로슬래그시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질유황콘크리트의 압축 강도 및 휨강도의 범위가 각각 534∼587 ㎏f/㎠ 및 82∼90 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- 제11항에 있어서, 상기 개질유황콘크리트의 압축 강도 및 휨강도가 각각 570∼673 ㎏f/㎠ 및 88∼112 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트.
- a) 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적 으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 및 잔골재를 중량 기준으로 1 : 1.5∼2.5의 비율로 분리하여 또는 함께 제공하는 단계; 및b) 상기 a) 단계에서 제공된 개질유황결합재 및 잔골재를 130∼150 ℃의 온도 범위에서 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르의 제조방법
- 제16항에 있어서, 상기 b) 단계는 간접가열 하에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 b) 단계가 전원/온도제어 유닛, 상기 전원/온도제어 유닛의 제어 하에서 열원을 발생시키는 전기열봉 유닛, 상기 전기열봉 유닛으로부터 열을 전달받아 열매체유를 통하여 간접적으로 열을 전달하는 이중자켓 유닛, 상기 이중자켓 유닛에 의하여 적어도 일부분이 둘러싸인 믹서 유닛, 및 혼합된 개질유황몰타르의 배출 게이트 유닛을 포함하는 핫 믹서에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 믹서 유닛은 모터에 의하여 회전하는 혼합 블레이드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 개질유황몰타르의 제조방법.
- a) 유황 96∼98 중량% 및 시클로펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로펜타디엔계 개질제 2∼4 중량%의 용융 조건 하에서의 반응생성물을 포함하며, 상기 반응생성물 내에서 유황의 사방정계 결정 함량이 40∼80 중량% 범위인 개질유황결합재; 잔골재; 굵은 골재를 중량 기준으로 1 : 1.6∼1.9 : 1.3∼2.3의 비율로 분리하여 또는 함께 제공하는 단계; 및b) 상기 a) 단계에서 제공된 개질유황결합재, 잔골재 및 굵은 골재를 130∼150 ℃의 온도 범위에서 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트의 제조방법
- 제20항에 있어서, 상기 b) 단계는 간접가열 하에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트의 제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 b) 단계가 전원/온도제어 유닛, 상기 전원/온도제어 유닛의 제어 하에서 열원을 발생시키는 전기열봉 유닛, 상기 전기열봉 유닛으로부터 열을 전달받아 열매체유를 통하여 간접적으로 열을 전달하는 이중자켓 유닛, 상기 이중자켓 유닛에 의하여 적어도 일부분이 둘러싸인 믹서 유닛, 및 혼합된 개질유황몰타르의 배출 게이트 유닛을 포함하는 핫 믹서에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트의 제조방법.
- 제22항에 있어서, 상기 믹서 유닛은 모터에 의하여 회전하는 혼합 블레이드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 개질유황콘크리트의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050034898A KR100797369B1 (ko) | 2005-04-27 | 2005-04-27 | 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050034898A KR100797369B1 (ko) | 2005-04-27 | 2005-04-27 | 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060112442A true KR20060112442A (ko) | 2006-11-01 |
| KR100797369B1 KR100797369B1 (ko) | 2008-01-22 |
Family
ID=37620724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050034898A KR100797369B1 (ko) | 2005-04-27 | 2005-04-27 | 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100797369B1 (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100789572B1 (ko) * | 2005-05-24 | 2007-12-28 | 에스케이에너지 주식회사 | 개질유황결합재를 함유하는 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 |
| KR100789573B1 (ko) * | 2006-01-20 | 2007-12-28 | 에스케이에너지 주식회사 | 인공어초용 유황 고분자 조성물 및 이를 이용한 인공어초의 제조방법 |
| WO2010044496A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-22 | Mun-Son Choe | Modified sulfur binder and the fabrication method thereof, hydraulic modified sulfur material composition and the fabrication method thereof or combustible modified sulfur material composition and the fabrication method thereof containing the modified sulfur binder |
| WO2013112824A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Saudi Arabian Oil Company | Sulfur steel-slag aggregate concrete |
| KR20140058456A (ko) * | 2012-06-22 | 2014-05-14 | 한국과학기술연구원 | 숏크리트 조성물 및 이의 제조방법 |
| EP2733130A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-21 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Sulphur cement product |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101017990B1 (ko) | 2008-12-24 | 2011-03-02 | 최문선 | 개질 유황 결합재를 이용한 아스팔트 혼합물 및 그 제조 방법 |
| KR101144210B1 (ko) | 2009-12-10 | 2012-05-11 | 한미이엔씨 주식회사 | 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법 |
| KR101319942B1 (ko) | 2011-04-22 | 2013-10-22 | 최진성 | 유황폴리머시멘트 및 그 제조 방법 |
| KR101296305B1 (ko) * | 2013-01-10 | 2013-08-13 | 하나케이텍(주) | 화학저항성이 우수한 프리캐스트 콘크리트용 결합재 조성물 |
| KR101502777B1 (ko) | 2013-03-12 | 2015-03-18 | (재)울산테크노파크 | 유황과 디시클로펜타디엔(ｄｃｐｄ)계 개질재가 중합된 개질유황바인더를 함유하는 콘크리트 블록 제조방법 |
| KR101926629B1 (ko) * | 2016-09-20 | 2018-12-07 | 울산대학교 산학협력단 | 유해 폐기물 고형화 장치 및 방법 |
| KR20220040241A (ko) | 2020-09-23 | 2022-03-30 | 이희재 | 콘크리트 조성물 제조용 폴리설파이드의 제조방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4311826A (en) | 1979-10-16 | 1982-01-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Commerce | Modified sulfur cement |
| US4414385A (en) | 1982-03-11 | 1983-11-08 | Gha Lock Joint, Inc. | Concrete comprising sulfur, cyclopentadiene oligomers, aggregate and glass fibers |
| US20050268822A1 (en) * | 2002-07-31 | 2005-12-08 | Nippon Oil Corporation | Acid-resistant sulfur material and method for application of acid-resistant sulfur material |
| KR100651168B1 (ko) * | 2004-12-13 | 2006-12-01 | 주식회사 보림에쓰에쓰 | Ｍｓｐｃ 조성물 믹싱장치 |
-
2005
- 2005-04-27 KR KR1020050034898A patent/KR100797369B1/ko active IP Right Grant
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100789572B1 (ko) * | 2005-05-24 | 2007-12-28 | 에스케이에너지 주식회사 | 개질유황결합재를 함유하는 아스팔트 조성물 및 이를 이용한 아스팔트 콘크리트 |
| KR100789573B1 (ko) * | 2006-01-20 | 2007-12-28 | 에스케이에너지 주식회사 | 인공어초용 유황 고분자 조성물 및 이를 이용한 인공어초의 제조방법 |
| WO2010044496A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-22 | Mun-Son Choe | Modified sulfur binder and the fabrication method thereof, hydraulic modified sulfur material composition and the fabrication method thereof or combustible modified sulfur material composition and the fabrication method thereof containing the modified sulfur binder |
| CN102216235A (zh) * | 2008-10-15 | 2011-10-12 | 崔文瑄 | 改性硫粘合剂及其制备方法、含有该改性硫粘合剂的水硬性改性硫材料组合物及其制备方法或者可燃性改性硫材料组合物及其制备方法 |
| US8207249B2 (en) | 2008-10-15 | 2012-06-26 | Hanmi E&C Co., Ltd. | Modified sulfur binder and the fabrication method thereof, hydraulic modified sulfur material composition and the fabrication method thereof or combustible modified sulfur material composition and the fabrication method thereof containing the modified sulfur binder |
| WO2013112824A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Saudi Arabian Oil Company | Sulfur steel-slag aggregate concrete |
| US8652251B2 (en) | 2012-01-27 | 2014-02-18 | Saudi Arabian Oil Company | Sulfur steel-slag aggregate concrete |
| KR20150008845A (ko) * | 2012-01-27 | 2015-01-23 | 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 | 황 제강-슬래그 골재 콘크리트 |
| KR20140058456A (ko) * | 2012-06-22 | 2014-05-14 | 한국과학기술연구원 | 숏크리트 조성물 및 이의 제조방법 |
| EP2733130A1 (en) * | 2012-11-19 | 2014-05-21 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Sulphur cement product |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100797369B1 (ko) | 2008-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100797369B1 (ko) | 개질유황결합재를 함유하는 몰타르 및 콘크리트 | |
| KR100632609B1 (ko) | 개질유황결합재 및 이의 제조방법 | |
| KR970001242B1 (ko) | 저발열형 시멘트 조성물 | |
| CN112752736A (zh) | 用于能量储存应用的地质聚合物混凝土 | |
| Mohamed et al. | Sulfur based hazardous waste solidification | |
| RU2447036C1 (ru) | Композиция для получения строительных материалов | |
| TWI543957B (zh) | 水合固化體的製造方法及水合固化體 | |
| KR20050026021A (ko) | 내산성 유황 자재 및 내산성 유황 자재의 시공방법 | |
| CN106977216B (zh) | 用于熔铝炉的抗侵蚀内衬及其制备方法 | |
| US4376831A (en) | Phosphoric acid treated sulfur cement-aggregate compositions | |
| KR101343454B1 (ko) | Ｃｎｔ를 혼입한 수화열 방열 콘크리트 조성물 | |
| JPWO2007055351A1 (ja) | 変性硫黄含有結合材及び変性硫黄含有資材の製造法 | |
| CN112079606B (zh) | 一种不发火混凝土及其制备方法 | |
| KR101612615B1 (ko) | 페로실리콘 산업부산물 혼합 콘크리트 조성물 | |
| CN109456072A (zh) | 一种水泥窑用抗结皮浇注料及其制备方法 | |
| JP4421803B2 (ja) | 変性硫黄含有結合材の製造方法及び変性硫黄含有材料の製造方法 | |
| CN103833396B (zh) | 一种采用均化矾土制备的电石炉用高强高铝砖及其制备方法 | |
| US4414385A (en) | Concrete comprising sulfur, cyclopentadiene oligomers, aggregate and glass fibers | |
| EP2807132B1 (en) | Method for disposing sulfur through use as sand-sulfur mortar | |
| US9796629B1 (en) | Fire-resistant sulfur concrete | |
| KR100632574B1 (ko) | 개질유황결합재의 액상/고상 이중모드 제조 공정 | |
| CN114394805A (zh) | 一种镍铁渣基耐热混凝土组合物、镍铁渣基耐热混凝土及其制备方法 | |
| CN104163637A (zh) | 一种用于高炉铁水沟的碳复合耐火材料及其制备方法 | |
| JP3485122B2 (ja) | セメント組成物 | |
| CZ2003840A3 (cs) | Žáruvzdorný výrobek |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121122 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131212 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141215 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151230 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170102 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171227 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181218 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191226 Year of fee payment: 13 |