KR20080009673A - 접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지속적인 접착성 유지 성능과 지속적인 방수성 유지성능이 우수하고 속경성이 있어 작업시간을 줄일 수 있는 실링(sealing)용 속경성 및 기능성 방수 시멘트 풀에 관한 것으로, 시멘트 30∼50 중량부, 칼슘 설포 알루미네이트 100 중량부에 대해 칼슘 알루미네이트(11CaO 7Al2O3 CaF2) 성분이 20 중량부 이상 함유되어 있는 복합 칼슘 설포 알루미네이트가 25∼40 중량부, 석고가 10∼30 중량부, 실리카 흄이 0.5∼2.0 의 비율로 혼합되고, 재유화형 분말 폴리머 수지인 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리머인 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체가 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 수지 조성물 5∼10 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 시멘트 내부에서 시멘트 수화물과 반응하여 1 마이크로 미터 이하의 유기결정을 생성하는 분말 첨가제가 1.0-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 하며, 본 발명의 시멘트 풀은 종래의 시멘트 재료에서 발생되는 수축 균열에 대하여 미세한 침상결정의 에트링자이트(ettringite) 생성에 의해 수축균열을 방지할 뿐 아니라, 에트링자이트에 의해 시멘트 조직이 치밀화 됨으로서 일차 방수 성능을 나타내며, 폴리머 에멀젼 수지에 의한 시멘트 공극에서의 필름 막의 형성으로 2차 방수성능을 나타낼 뿐아니라 삼원 공중합 수지 조성물에 의해 접착성이 강화되어 시멘트 재료의 사용 후 발생하는 균열에 의한 방수성능 저하를 막는 탁월한 효과가 있다.

에트링자이트, 재유화형 수지, 균열방지, 방수, 접착, 신축성

Description

접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물{A composite of quick setting cement paste for sealing with adhesive and water proofing properties}

본 발명은 접착성능과 방수성능이 우수하며 신축성이 있는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 콘크리트 구조물의 표면에 사용하여 구조물 모체와의 강한 접착성능의 부여 및 신축성과 방수성을 부여함으로서 콘크리트 구조물과의 일체화로 인하여 콘크리트 구조물의 수축 균열을 통한 물의 침투를 차단하여 방수성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 속경성 시멘트 풀에 관한 것이다.

일반적으로 건축물에 사용하는 접착 및 방수 성능의 재료들은 매우 다양하다. 이러한 접착성능과 방수 기능을 동시에 필요로 하는 가장 대표적인 부분은 방수기능을 필요로 하는 곳이다. 건축물에서 방수기능은 여러 부분에서 사용이 되고 있지만 그 중에서도 가장 대표적으로 사용되는 것은 외벽이나 옥상, 지하 구조물 등이라 할 수 있다. 이러한 부분에 사용되는 재료는 유기물, 무기물, 유기-무기 복합물 등 매우 다양하다.

이들 재료 중에서 무기물의 가장 대표적인 재료는 시멘트를 기준으로 한 재료가 주종을 이루고 있으나 이들 무기질 재료 들은 접착강도 등에서는 매우 유리하나, 방수성능 및 시멘트 경화 시간에 따른 작업시간 확보 등의 이유로 별로 크게 사용되지 못하고 있다. 유기질 재료는 주로 우레탄이나 에폭시 등이 많이 사용되고 있는데, 이들 재료는 접착강도, 방수성능, 작업시간 확보 등에서는 매우 유리하나, 가격이 고가이며, 작업시의 휘발성 유기물에 의한 작업환경 조건의 악화 등의 문제점이 있다. 더구나 이들 재료는 유기질 재료로서 건축물의 대부분이 시멘트를 주원료로 한 콘크리트이기 때문에 이질 재료로서의 공사 하자가 빈번히 발생하고 있다. 즉, 콘크리트에 함유되어 있는 수분의 방출로 인해 이들 유기질 재료는 박리, 부분 탈락, 에어 포켓의 형성 등의 하자가 발생하는 것이다.

이러한 유기질 재료와 무기질 재료의 단점을 극복하기 위하여 폴리머 에멀젼을 이용한 시멘트계 재료로서의 무기질-유기질 재료가 여러 가지 복합기능으로 인하여 다양하게 개발되어 사용되고 있다.

그러나 이들 재료는 기본이 시멘트계 재료이기 때문에 시멘트 경화에 소요되는 시간이 길다는 단점을 갖고 있으며, 또한 시멘트 재료의 수화와 폴리머 에멀젼에 의해 생성되는 필름만으로 방수성능을 부여하기 때문에 실제로는 시멘트를 주원료로 한 무기질 재료보다는 방수성능이 약간 우수하나 유기질 재료보다는 방수성능이 약한 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 접착성능과 방수성능 및 신축기능을 위하여 재유화형 폴리머 에멀젼을 사용하고, 무기질인 시멘트 재료의 방수성능 개선을 위하여 수 마이크로 미터 이하의 침상결정의 생성으로 시멘트 조직 내부를 치밀화 시키고, 시멘트 재료의 균열을 저감하며, 작업시간을 단축시키기 위한 속경성을 부여하는 침상 결정의 에트링자이트(ettringite)를 생성시키기 위하여 칼슘 설포 알루미네이트 계 재료와 석고를 사용하며, 경화 후에 시멘트 재료에 발생하는 균열에 대하여 자가 치유 기능을 부여함으로서 지속적인 접착 및 지속적인 방수성능을 나타내는 속경성 실링용 방수 시멘트 풀을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시멘트 30∼50 중량부, 칼슘 설포 알루미네이트 100 중량부에 대해 칼슘 알루미네이트(11CaO 7Al2O3 CaF2) 성분이 20 중량부 이상 함유되어 있는 복합 칼슘 설포 알루미네이트가 25∼40 중량부, 석고가 10∼30 중량부, 실리카 흄이 0.5∼2.0 의 비율로 혼합되고 재유화형 분말 폴리머 수지인 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리머인 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체가 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 수지 조성물 5∼10 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 시멘트 내부에서 시멘트 수화물과 반응하여 1 마이크로 미터 이하의 유기결정을 생성하는 분말 첨가제가 1.0-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물은 기존에 사용되고 있는 여러 가지 접착 및 방수성능의 시멘트 풀에 비하여 우수한 접착성과 방수성(흡수율)을 나타냄으로서 다양한 용도로 각종 콘크리트 구조물의 방수성능 개선 및 균열 저감용으로 사용될 수 있다.

시멘트와 규사, 재유화형 분말 폴리머 등은 통상 사용되고 있는 공지의 재료 들이다. 그러나 본 발명에서는 공지의 재유화형 분말 폴리머를 에틸렌-비닐 아세테이트와 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체를 혼합 사용하므로서 방수기능과 접착기능 만을 부여하는 것이 아니라 피착체의 신축거동에 대응하여 신축성을 발휘하도록 조성되었다.

또한 칼슘설포 알루미네이트와 석고는 시멘트 중의 CaO와 함께 다음의 반응을 통하여 에트링자이트를 생성하게 된다.

4CaO·3Al₂O₃·(SO)₃ + 8CaSO₄ + 6CaO + 96H₂O

==＞ 3(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)

이때 생성되는 에트링자이트는 작은 침상의 결정으로서 시멘트 입자 사이의 공극을 채워 시멘트 수화물의 포어(pore)를 줄이게 되고 시멘트를 치밀화 시켜 방수의 기능을 나타내게 된다. 또한 에트링자이트는 속경성을 나타내게 되므로서 시멘트 수화물의 장기 양생에 의한 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

규불화 염은 물에 용해되면서 해리되어 규산이온은 시멘트 중의 칼슘이온과 반응하여 1 마이크로 미터 이하의 작은 결정의 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)을 형성하여 역시 시멘트 중의 공극을 채워 치밀화 시키게 되는데 이는 몇몇 학술지에 발표된 공지의 사항이나, 본 발명에서는 이러한 칼슘 실리케이트 수화물의 생성 이외에 본 발명에서 나타날 수 있는 시멘트 발열반응을 보완하는 작용으로서의 용도로도 사용되었다. 즉, 시멘트와 칼슘 설포 알루미네이트, 석고 등은 물과 반응하여 속경성을 나타내면서 강한 발열반응을 동반하게 되는데, 규불화염은 시멘트 수화시의 수화열을 낮추는 역할도 같이 수행하게 된다.

본 발명에서는 이러한 기존에 알려진 방수성 재료와 더불어, 시멘트 내부에서 시멘트 수화물과 반응하여 1 마이크로 미터 이하의 유기결정을 생성하여 시멘트에서 발생할 수 있는 균열을 치유할 수 있는 분말 첨가제 등의 조합으로 접착성능과 방수성이 우수한 시멘트 풀을 구성하는 것이다.

상기에서 언급한 균열 치유용 분말 첨가제는 단순하게 콘크리트 구체 방수용으로 사용되고 있으며, 이는 초기에 콘크리트에 혼합되어 콘크리트 내부에 존재하고 있다가 균열 등을 통하여 외부에서 물이 침투할 경우 유기결정이 생성되어 균열을 막아 방수 기능을 나타내는 것으로 되어 있다. 그러나 이 재료는 초기의 방수 기능이 약하여 콘크리트 타설 초기에는 흡수율이 높은 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 이 재료에 의한 후기 방수 성능 발현과 더불어 균열 치유 기능의 재료로서도 적용되었다.

시멘트가 경화된 후 물이 침투하는 경로는 시멘트 경화체의 균열부위 또는 시멘트 경화체 내부에 존재하는 겔 포어(gel pore)를 통하여 침투하게 되며 이로 인하여 시멘트 경화체는 누수현상이 발생하게 된다.

그러나 본 발명에 의한 방수성능 발현은 시멘트 경화체 내의 균열부위와 겔 포어 내부 등에 폴리머 성분에 의한 필름의 형성과 에트링자이트 결정의 생성, 유기 지방산 염의 결정을 생성함으로서 방수기능과 균열 치유기능을 부여하고, 폴리머 성분에 의한 접착성능과 신축 성능을 부여하게 되는 것이다.

본 발명의 접착성능과 방수성능이 우수하며 신축성이 있는 실링용 속경성 시멘트 풀 1000kg의 배합량을 배합 할 때, 시멘트 400 kg. 칼슘 설포 알루미네이트 100 중량부에 대해 칼슘 알루미네이트(11CaO 7Al2O3 CaF2) 성분이 20 중량부 이상 함유되어 있는 복합 칼슘설포 알루미네이트 280 kg, 무수석고 140 kg, 실리카 흄 10 kg, 재유화형 분말 폴리머 수지인 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리머인 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체가 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 수지 조성물 80 kg, 규불화염 화합물인 규불화 마그네슘 30 kg, 유기결정 형성용 분말 첨가제 30 kg, 통상의 실리콘계 소포제 10 kg과 메틸 셀루로오스 10 kg, 멜라민계 분산제 10 kg 을 혼합하여 본 발명을 제조한다.

상기의 실시 예에 따른 본 발명의 방수 시멘트 풀을 시험하기 위해 전체 방수 시멘트 풀 10 kg에 대하여 물 3 kg을 혼합하였으며, 속경성을 확인하기 위하여 응결시간과 재령 1일에서의 압축강도를 측정하였으며, 접착력을 확인하기 위하여 재령 1일에서의 피착체와의 부착강도를 측정하였고, 방수성을 확인하기 위하여 흡 수율, 신축성을 확인하기 위하여 신율, 등을 측정하였다. 신율 측정은 4cm×4cm×16cm 크기의 시료를 재령 28일 간 양생한 후 한쪽 끝을 고정시키고 다른 한쪽 끝을 잡아당겨 시료가 파괴되는 시점의 길이를 측정하여 초기의 길이에 대한 늘어난 길이의 백분율로 신축율을 측정하였다. 이와 같이 본 발명품의 물성을 비교하기 위하여 아크릴 에멀젼과 시멘트 및 규사로 구성되어 있는 시판되는 방수제를 사용하였다.

물성을 비교한 결과는 아래의 표 1과 같다.

표 1

본 발명의 실시예는 응결시간에서 초결시간이 3시간 42분, 종결시간이 6시간 54분으로 작업성에서 시공시 1일 이전에 후기 공정을 시작할 수 있는 것을 확인할 수 있었으며, 재령 1일에서의 압축강도와 부착강도가 충분히 발현되는 것을 확인할 수 있었다. 시판제품의 경우 재령 1일에서는 응결이 완료되지 않아 측정이 불가능하였다.

또한 흡수율은 기존의 시판 방수제품보다 월등히 우수함을 확인할 수 있었으며, 영하의 조건에서의 물성을 확인하기 위하여 각 시료를 동일하게 28일간 수중 양생 후 -20℃∼4℃ 온도 범위에서 100사이클(cycle) 동안 동결융해 저항성 실험을 행한 결과 본 발명품은 우수한 부착강도를 유지하고 있음이 확인되었다. 동결융해 실험 후의 부착강도가 재령 1일에서의 부착강도보다 높게 나타난 것은 동결융해 시험하기 전에 28일 간 양생한 후 실험을 하였기 때문이다.

하기의 도1은 일반 시멘트 재료의 주사형 전자현미경 사진으로서 시멘트 내부 공극을 나타내고 있다. 원으로 표기한 부분이외에도 여러 곳에 시멘트 공극을 확인할 수 있다. 시멘트는 전체 부피의 약 20％ 정도가 이러한 공극으로 되어 있어 다공성 재료(porous materials or porous media)로 불린다.

도2는 본 발명의 시멘트 풀로서 시멘트 내부의 공극이 미세한 결정의 에트링자이트로 충진 되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 시멘트 내부의 공극이 감소하고 시멘트 조직이 치밀하게 되어 수밀성이 높아지고, 따라서 방수성능이 발현된다.

도3은 역시 본 발명의 시멘트 풀에 첨가된 폴리머 수지에 의한 필름의 형성을 보여주고 있다. 이와 같은 필름의 형성으로 시멘트 풀의 방수성능 개선과, 접착성능, 신축성능이 발현된다.

도 1 은 일반 시멘트 모르터의 공극

도 2 는 본 발명의 에트링자이트 생성에 의한 침상결정의 공극 충진

도 3 는 본 발명의 폴리머 수지에 의한 필름 형성과 시멘트 수화물

Claims (3)

1. 시멘트 30∼50 중량부, 칼슘 설포 알루미네이트 100 중량부에 대해 칼슘 알루미네이트(11CaO 7Al2O3 CaF2) 성분이 20 중량부 이상 함유되어 있는 복합 칼슘 설포 알루미네이트가 25∼40 중량부, 석고가 10∼30 중량부, 실리카 흄이 0.5∼2.0 의 비율로 혼합되고 재유화형 분말 폴리머 수지인 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리머인 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체가 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 수지 조성물 5∼10 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 시멘트 내부에서 시멘트 수화물과 반응하여 1 마이크로 미터 이하의 유기결정을 생성하는 분말 첨가제가 1.0-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물
2. 제 1 항에 있어서,

   칼슘 설포 알루미네이트는 속경성을 부여하기 위하여 칼슘 설포 알루미네이트 100 중량부에 대해 칼슘 알루미네이트(11CaO 7Al2O3 CaF2) 성분이 20 중량부 이상 함유되는 것을 특징으로 하는 접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물
3. 제 1 항에 있어서,

   접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀에 부착강도 증진을 위한 접착과 피착체의 신축성에 대응하기 위한 신율 확보를 위해 재유화형 분말 폴리머 수지인 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리머인 비닐 아세테이트-비닐 바세테이트-아크릴의 삼원 공중합체가 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 수지 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 접착성과 방수성을 갖는 실링용 속경성 시멘트 풀 조성물

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