KR20100020646A - 고강도 경량 무수축 충진모르타르 - Google Patents

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Abstract

화력 발전소에서 생성되는 부산물인 바텀 애쉬를 이용한 고강도 경량 무수축 충진 모르타르에 관한 것이다. 본 발명은, 결합재로서 시멘트 100 중량부; 미분쇄 바텀 애쉬와, 상기 미분쇄 바텀 애쉬를 0~50 중량% 치환하는 플라이 애쉬로 이루어지고 비표면적이 3,500~4,500cm2/g인 충진재 20 내지 100 중량부; 및 모래와, 상기 모래의 20~60중량%를 치환하는 2.4 mm 이하의 입도를 갖는 바텀 애쉬로 이루어지는 골재 20 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르를 제공한다. 본 발명에 따르면, 화력발전소의 산업부산물을 활용해 기존 충진재에 비해 비중이 가벼우면서도, 우수한 충진성, 높은 역학적 고강도성 및 내화학성을 갖는 새로운 충진 모르타르를 제공할 수 있게 된다.
바텀 애쉬, 미분쇄, 플라이 애쉬, 충진재, 골재, 고강도, 내화학성

Description

고강도 경량 무수축 충진모르타르{HIGH STRENGTH LIGHT AND LOW SHRINKAGE MORTAR}
본 발명은 고강도 경량 무수축 충진 모르타르에 관한 것으로 보다 상세하게는 화력 발전소에서 생성되는 부산물인 바텀 애쉬를 이용한 고강도 경량 무수축 충진 모르타르에 관한 것이다.
본 발명은 충진 모르타르에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력발전소에서 생성되는 산업 부산물을 이용한 충진 모르타르에 관한 것이다.
종래 노후 된 하수관의 기존 관거 내부에 새로운 관을 형성시키는 비굴착 관거 보수 보강공법에는, 기존 관내에 재생관을 형성한 후 그 사이에 주입하여 기존관과 재생관을 일체화 시키는 충진 모르타르가 사용된다.
그러나 이러한 용도로 사용되는 종래의 충진재는 통상의 규사를 사용한 그라우트재를 사용하고 있으나, 규사의 비중이 높아 슬러리 비중이 2.0, 건조비중이 1.8 이상으로 충진재의 하중을 견디기 위한 과량의 서포터(통바리)를 설치해야 한다는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 종래의 충진용 모르타르는 서포터 설치비용 및 시공비용의 증가로 관련 공사의 경제성을 떨어뜨리는 주요 요인이 되어 왔다.
본 발명은 화력발전소의 산업부산물을 활용해 기존 충진재에 비해 비중이 가벼우면서도, 우수한 충진성, 높은 역학적 고강도성 및 내화학성을 갖는 새로운 충진 모르타르를 개발함으로써, 상기와 같은 기존 공법 및 재료의 낮은 경제성을 개선하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 결합재로서 시멘트 100 중량부; 미분쇄 바텀 애쉬와, 상기 미분쇄 바텀 애쉬를 0~50 중량% 치환하는 플라이 애쉬로 이루어지고 비표면적이 3,500~4,500cm2/g인 충진재 20 내지 100 중량부; 및 모래와, 상기 모래의 20~60중량%를 치환하는 바텀 애쉬로 이루어지는 골재 20 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르를 제공한다.
본 발명에서 상기 충진용 모르타르는 건조 비중이 1.55~1.8인 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 상기 충진용 모르타르는 건조 비중이 1.6 이하인 것이 좋다.
또한 본 발명에서 상기 충진재로 사용되는 미분쇄 바텀 애쉬는 비표면적이 3,500~4,500 cm2/g인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 골재로 사용되는 상기 바텀 애쉬는 입경이 2.4 mm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 다공구조로 인한 경량성과 잠재 수경성이 있는 바텀애쉬로 골재를 치환하여 사용함으로써 경량물질 사용에 의한 물-시멘트 비 증가에 의한 강도감소의 부작용을 수경성 반응으로 상쇄 보완할 수 있다.
또한 바텀애쉬는 화학저항성은 우수하나 반응성이 떨어지는 플라이애쉬와 달리, 화학조성물 중 CaO 함량이 20 % 내외의 함량 값을 갖고 있어 반응성이 뛰어나므로, 미분쇄 처리하여 단독 또는 플라이애쉬와 혼합 사용하여 강도 및 내화학성 증진을 도모할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 조강 및 내화학성 증진을 위하여 알루미나시멘트를 사용하게 되면 속경성 내산 주입모르타르를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 상술한다.
본 발명의 충진 모르타르는 결합재, 충진재 및 골재로 구성된다. 이하 각 성분의 기능을 살피면 다음과 같다.
1. 결합재
본 발명에서 결합재로는 일반 포틀랜드 시멘트 또는 알루미나 시멘트가 사용된다. 본 발명에서 상기 일반 시멘트는 일반 충진 모르타르용으로 사용될 수 있으며, 알루미나 시멘트는 속경성 충진 모르타르 또는 내산성 충진 모르타로용 결합재로 사용된다.
본 발명에서 상기 결합재에는 수축 보상재가 포함될 수 있다.
먼저, 일반 충진 모르타르용의 경우 CSA계 팽창재와 같은 팽창재가 추가로 포함될 수 있으며, 그 함량은 시멘트 중량의 10% 내외이다.
또한, 속경성 충진 모르타르 용도로 사용될 때에는 상기 결합재에는 석고(무수석고)가 포함될 수 있다. 이 때 상기 석고의 함량은 알루미나 시멘트 중량에 대해 약 20~100% 사용될 수 있다.
2. 충진재
본 발명에서 충진재로는 미분쇄 바텀 애쉬가 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 미분쇄 바텀 애쉬는 바텀 애쉬를 볼밀 또는 진동 밀 등의 분쇄 수단을 이용하여 미세한 입자로 분쇄한 것을 사용한다. 본 발명에서 상기 미분쇄 바텀 애쉬의 비표면적은 4,000±500 cm2/인 것이 바람직하다. 상기 바텀 애쉬는 주로 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3으로 구성되며, MgO, SO3, K2O, Na2O 등이 미량 존재하는데, CaO 함량이 약 20~30%로 매우 높다.
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3
미분쇄 바텀애쉬 20~30 40~60 15~25 5~15
플라이애쉬 5> 50~70 20~30 5>
위 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 충진재로 사용되는 바텀 애쉬는 통상의 충진재로 사용되는 플라이 애쉬에 비해 반응성이 큰 CaO 함량이 높기 때문에 잠재 수경성을 가지고 있어, 다음과 같은 수식에 따라 가용성 수산화칼슘을 소비하고 장기적으로 산에 강하고 고강도성을 발현하는 실리케이트 화합물을 형성할 수 있다.
5CaO·3SiO2·Al2O3(애쉬) + 2Ca(OH)2(수산화칼슘) + 16H2O →
4CaO·Al2O3·13H2O(C-A-H 수화겔) + 3(CaO·SiO2·H2O)(C-S-H 수화겔)
특히 본 발명에서 바텀 애쉬를 미분쇄하는 이유는 충진재로서의 기능 뿐만 안라 바텀 애쉬의 비표면적을 크게 함으로써 화학 반응이 용이하게 하여 강도를 향상시키고자 함에 있다.
본 발명에서 충진재로 작용하는 상기 미분쇄 바텀 애쉬의 함량은 결합재 100 중량부에 대해 약 20~100 중량부인 것이 좋다.
본 발명에서 상기 충진재로 기능하는 미분쇄 바텀 애쉬의 일부는 플라이 애쉬로 치환될 수 있다. 이 대 상기 플라이 애쉬의 비표면적은 약 3,500±500 cm2/인 것이 바람직하며, 충진재로 사용되는 상기 플라이 애쉬의 함량은 상기 충진재 총량의 50% 이하인 것이 바람직하다.
3. 골재
본 발명에서는 바텀 애쉬를 골재로 사용한다. 본 발명에서 바텀 애쉬는 골재로 사용되기에 적합한 입도를 갖는다. 바텀 애쉬는 통상 2.4mm 이하의 입경을 가지며, 평균 입경은 약 0.15~0.6mm 범위에 있다. 본 발명에서, 골재로 사용되기 위해 상기 바텀 애쉬는 통상 골재로 사용되는 모래와 유사한 크기의 입도와 최대 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 바텀 애쉬는 적절한 선별 수단에 의해 바람직한 입도 분포를 갖도록 사전 처리될 수 있다.
본 발명에서 골재는 상기 바텀 애쉬를 모래와 혼합하여 사용된다. 본 발명에서 상기 바텀 애쉬는 전체 골재 중량에 대해 약 20~60 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 모래와 바텀 애쉬를 포함하는 골재는 상기 결합재 100 중량부에 대해 약 20 내지 100 중량부 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 골재로 사용되는 바텀 애쉬와 모래의 특성을 비교하면 다음과 같다.
비중 조립률 흡수율 최대치수(mm)
바텀애쉬 2.55 2.57 10.9 2.5
모래 2.64 2.63 1.59 2.5
4. 혼화제
또한, 본 발명의 충진 모르타르는 물-시멘트비에서 고유동 특성을 발현하기 위해 나프탈렌계, 멜라민계 또는 폴리카르본산계를 포함하는 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 유동화제를 모르타르 전체 중량에 대해 외할로 약 0.1~1.0 중량% 포함할 수 있다.
또, 본 발명의 충진 모르타르는 모르타르 전체 중량에 대해 0.001~0.1 %의 증점제를 포함할 수 있다. 본 발명에서 증점제로는 예컨대 MC계 증점제가 사용될 수 있다.
기타 본 발명에서는 기포 제거 및 공극 감소에 의한 강도 증진을 위해 글리콜계 또는 실리콘계의 소포제 0.01~0.1%, 속경성 충진 모르타르의 경우 가사 시간 확보를 위해 시트르산(Citric Acid), 타르타르산(Tartaric Acid), 글루콘산(Gluconic Acid) 및 염(Salt) 등의 지연제 0.05~0.3 %, 칼슘 포메이트(Calcium formate)나 Li2CO3 등의 촉진제를 0.1~1.0%로 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.
실시예
표 3에 나열된 배합에 따라 충진용 모르타르를 제조하고, 플로우, 응결, 압축 강도, 길이변화, 슬러리 비중 및 건조 비중, 내화학성을 측정하였다.
플로우는 KS F 2432 '주입 모르터의 컨시스턴시 시험방법'에 따라 측정하였고, 응결 특성은 KS L 5108 '비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험방법'에 따라 측정하였다. 압축 강도는 KS F 2426 '주입 모르타르의 압축강도 시험'에 따르고, 길이 변화는 KS F 2424 '모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법'에 따라 측정하였다. 슬러리 비중의 측정에 사용되는 무게값은 KS L 3136 '수경성시멘트 모르타르의 공기량 측정방법'중의 400 ml 용기를 사용하여 측정하였고, 건조비중은 5cmx5cmx5cm 모르타르 시편을 1주일 습기함 양생 후 1일 100℃ 건조하여 3개의 평균값으로 구하였다.
한편, 내화학성은 5% 황산용액 28일 침지 후의 중량변화율로 측정하였다.
표 3에 나열된 바와 같이, 실시예 1~3은 일반 충진재 배합에 대한 실험 결과이며, 비교예1, 2는 이와 대비하기 위해 바텀 애쉬를 사용하지 않은 경우의 측정치를 나타낸 것이다. 또, 실시예 4~6은 속경성 충진재 배합에 대한 실험결과이며, 비교예3은 이에 대한 비교 실험 결과이다.
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 충진재로 미분쇄 바텀애쉬만을 사용한 배합(실시예2)은 플라이애쉬만을 사용한 배합(비교예2)에 비해 응결시간 및 강도가 조기에 발현됨을 알 수 있다.
또, 충진재로 미분쇄 바텀애쉬만을 사용한 배합(실시예1, 비교예1)은 석회석을 사용한 배합에 비해 장기강도 및 내화학성 측면에서 유리하다는 점을 알 수 있다.
또, 골재로 바텀애쉬를 사용한 배합(실시예2)은 모래만을 사용한 배합(실시예1)에 비해 물-모르타르 비가 증가하며, 초기에 강도저하가 약간 발생하나 장기강도는 높게 발현됨을 알 수 있다. 이것은 바텀애쉬 골재의 잠재수경성 특성 때문으로 판단된다. 또, 바텀애쉬 골재를 사용한 배합은 모래만을 골재로 사용한 배합에 비해 비중감소가 나타나며 특히 건조비중에서의 감소효과가 크다는 사실 또한 알 수 있다.
그 밖에도 표 3으로부터 미분쇄 바텀애쉬 및 바텀애쉬 골재를 사용한 배합은 미사용 배합에 비해 화학 저항성이 우수하며, 특히 알루미나 시멘트와 같이 사용한 경우 그 효과가 큼을 알 수 있다.
Figure 112008057875576-PAT00001
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 결합재로서 시멘트 100 중량부;
    미분쇄 바텀 애쉬와, 상기 미분쇄 바텀 애쉬를 0~50 중량% 치환하는 플라이 애쉬로 이루어지고 비표면적이 3,500~4,500cm2/g인 충진재 20 내지 100 중량부; 및
    모래와, 상기 모래의 20~60중량%를 치환하는 바텀 애쉬로 이루어지는 골재 20 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진용 모르타르는 건조 비중이 1.55~1.8인 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충진용 모르타르는 건조 비중이 1.6 이하인 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충진재로 사용되는 미분쇄 바텀 애쉬는 비표면적이 3,500~4,500 cm2/g인 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
  5. 제1항에 있어서,
    골재로 사용되는 상기 바텀 애쉬는 최대 입경이 2.4 mm인 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는 알루미나 시멘트인 것을 특징으로 하는 충진용 모르타르.
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