KR20110015020A - 긴 가공시간 및 우수한 조기강도를 갖는 수경성 결합제용 첨가제 - Google Patents

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프란츠 봄바허
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시카 테크놀러지 아게
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Abstract

본 발명은 수경성 결합제에 첨가되는 것으로서, 적어도 1종의 다가알코올 에스테르와 산 및/또는 그의 염을 포함하는 경화 양생 촉진제를 개시하며 여기서의 산은 인산, 아인산 혹은 C2 내지 C20 카르복실산이다. 본 발명에 따른 촉진제는, 도로나 다리의 건설, 콘크리트 및 강화 콘크리트 마감부를 위한 콘크리트 구성요소의 사전조성 혹은 활주로 재시공 등에 있어서, 마감부로부터 구성요소를 신속히 탈형, 수송, 적치 혹은 프리스트레스 처리하거나 혹은 노면이나 활주로를 신속히 사용해야 할 때 특히 적합하다.

Description

긴 가공시간 및 우수한 조기강도를 갖는 수경성 결합제용 첨가제 {ADDITIVE FOR HYDRAULIC BINDING AGENT WITH LONG PROCESSING TIME AND HIGH EARLY STRENGTH}
본 발명은 수경성 결합제용 혼화재 및 이것으로 조성한 시스템, 예컨대 콘크리트와 모르타르에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 적어도 1종의 다가 알코올 에스테르와 산 및/또는 그의 염을 포함하고 이때의 산은 인산, 아인산 혹은 C2 내지 C20 카르복실산인 것을 특징으로 하는, 수경성 결합제용 경화 및 양생 촉진제에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘트리트, 특히, 속성 경화시멘트의 경화 및 양생을 촉진하는데 이용하는 것으로서 본 발명에 따른 적어도 1종의 촉진제를 포함하거나 또는 이것으로 이루어진 조성물의 용도, 또한 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트의 경화 및 양생을 촉진하는 방법에 관한 것이다.
프리캐스트 콘크리트나 강화 콘크리트 (혹은 철근 콘크리트) 구성요소 또는 노면이나 활주로 재시공 등에 있어서, 프리캐스트 구성요소를 수시간 내에 탈형, 수송, 적치 또는 프리스트레스(prestress) 처리할 수 있거나 또는 노면이나 활주로의 통행이 가능하도록 하기 위해, 조기강도 향상에 대한 요구가 더욱 증대되고 있다. 이러한 목적을 실제로 달성하기 위하여, w/c 비율이 낮거나 시멘트 함량이 큰 것 등 우수한 성능의 콘크리트 제형은 물론 열처리나 수증기처리가 자주 이용되고 있다. 이러한 처리법은 큰 에너지를 필요로 하기 때문에 에너지 비용의 증가, 막대한 자본 비용, 내구성 및 콘크리트 노출에 따른 문제점 등으로 인해 포기하는 경우가 많아 양생 과정을 가속할 대안적인 방법을 찾고 있는 실정이다.
지금까지의 경화 촉진 첨가제는 열처리나 수증기 처리의 대안으로서 만족할만한 수준이 아니었다. 콘크리트 경화 양생을 촉진하는 물질은 현재 다수 공지되어 있다. 일반적으로 사용되는 물질의 예를 들면, 강알칼리성 물질 예컨대 알칼리금속 수산화물, 알칼리금속 탄산염, 알칼리금속 규산염, 알칼리금속 알루민산염, 알칼리토금속 염화물 등이 있다. 그러나 강알칼리성 물질은 약품에 화상을 입는 등 사용자에게 해를 끼칠 수도 있으며 콘크리트의 최종강도 및 내구성을 약화시킨다.
EP 0076927 B1 및 EP 0946451 B1는 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 수경성 결합제에 이용할 비알칼리성 고화 촉진제를 소개한다. 예컨대, 시멘트, 석회, 수경성 석회 및 석고 등의 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트의 고화 및 양생을 가속하기 위해 비알칼리성 고화 및 양생 촉진제를 첨가하며 이러한 촉진제는 수산화알루미늄 및 선택적으로 알루미늄 염과 유기 카르복실산을 함유한다.
위와 같은 공지의 촉진제(또는 급결제)는 수경성 경화 시스템의 경화 양생을 가속화할 수 있으나, 값이 비싸고 내구성 및 효능 측면에서 만족스럽지 않아 그 용도가 제한되어 있다. 또한 가공시간이 짧아지고 콘크리트의 최종강도에 악영향을 미칠 수 있다. 상술한 경화 양생 촉진제의 또다른 단점으로서, 이들은 최초의 수시간 내지 수일 동안의 조기강도가 낮고 용액 안정성도 적당하지 않다.
급결제를 첨가하여 콘크리트 수화를 가속시키는 현재의 시스템은 대부분 스프레이 콘크리트에 관한 것이다. 수화작용을 제어하는 종래의 방법은 급결제 첨가시 시멘트 혼합물이 급속하게 경화하는 문제점이 있다. 이러한 작용은 특히 스프레이 콘크리트 형태일 경우에는 바람직하게 응용되고 있다. 그러나 상기 시스템은, 시멘트 혼합물을 활성화 후 가공하거나 또는 가공된 콘크리트를 재빨리 스트레스(stress) 처리해야 하는 경우에는 적합치 않다. 스프레이 콘크리트에 응용하는 공지의 시스템은 활성화 후에는 더이상 가공성을 갖지 않는다.
그러므로, 수경성 결합제를 함유하는 조성물의 경화 양생을 촉진하고, 스프레이 콘크리트에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 조기강도가 높으면서 우수한 가공성을 갖는 속성 양생형 모르타르나 콘크리트 조성물을 제조하는데 이용할 수 있고, 따라서 조기 탈형 또는 조기 스트레스 처리를 가능하게 하는, 혼화재를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 한편으로는 경화를 촉진하고 또다른 한편으로는 시멘트나 콘크리트 혼합물에 첨가 후 소정의 시간 동안 시멘트나 콘크리트 혼합물을 추가로 가공할 수 있도록 하는, 경화 양생 촉진제 혹은 혼화재를 제공하는 것이다. 또한, 상기의 촉진제나 혼화재를 이용하여 최대의 조기강도를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 목적은 본원의 청구범위 제1항에 개시된 특성에 따라 달성된다.
본 발명의 장점은 수경성 조성물, 예컨대, 시멘트나 콘크리트 혼합물에 본 발명에 따른 촉진제를 혼합한 뒤에도 상기 혼합물이 여전히 가공성을 유지할 수 있다는 점이다. '활성화 작용'은 경화 현상을 가속시켜, 활성화되지 않은 콘크리트와 대조적으로, 조기강도를 조속히 달성하고 또한 예컨대 조기 탈형이나 스트레스 처리를 가능하게 한다. 그러나 콘크리트의 활성화 후에도, 가공성은 소정 기간 동안 유지된다.
본 발명에 따른 기타의 유리한 기술구성은 하기의 상세한 설명 및 청구범위의 종속항에 명확히 개시되어 있다.
본 발명에 따른 수경성 결합제용 경화 양생 촉진제는 적어도 1종의 다가 알코올 에스테르와 산 및/또는 그의 염을 포함하고 이때의 산은 인산, 아인산 혹은 C2 또는 C20 카르복실산이다.
상기의 에스테르는 다가 알코올과 산 및/또는 그의 염의 에스테르 교환반응에 의해 수득된다. 에스테르는 다가 알코올 바람직하게는 2가 또는 3가 알코올의 부분 에스테르이다. "다가 알코올의 부분 에스테르"란 하나 이상의 에스테르 결합과 더불어 하나 이상의 유리 히드록실기를 가진 다가 알코올을 말한다. 이러한 에스테르로서 모노-, 디- 또는 트리에스테르 등을 들 수 있다. 특히 바람직한 에스테르는 모노에스테르, 바람직하게는 2가나 3가 알코올의 모노에스테르이다.
"다가 알코올"은 1개 이상의 히드록실기를 가진 알코올, 예를 들어, 2개, 3개, 4개 또는 5개의 히드록실기를 가진 알코올을 의미하는 것으로 이해한다. 특히 바람직한 것은 2개나 3개의 히드록실기를 가진 알코올, 즉, 2가나 3가 알코올이다. 적합한 알코올로서, 프로판디올, 부탄디올 등의 다가 알킬 알코올, 또는 글리세롤, 디글리세롤, 폴리글리세롤, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 1,3,5-펜탄트리올, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 소르비톨, 소르비탄 또는 이소소르비드 등을 예로 들 수 있다.
에스테르 제조를 위해 특히 바람직한 산이나 그의 염은 특히 인산이나 그의 염이다. 아인산이나 C2 내지 C20 카르복실산도 마찬가지로 적절하다. 본 발명에서 유용한 카르복실산은 모노카르복실산, 바람직하게는 C4 내지 C20 모노카르복실산이며, 특히 바람직한 것은 지방산이다. 불포화산, 특히 올레익산을 사용하면 보다 양호한 결과를 얻을 수 있다.
상기의 산은 유리산이나 염 형태 혹은 부분 염 형태일 수 있으며, 여기서 "염" 이란 염기와 중화반응하여 얻어지는 종래의 염뿐만 아니라 금속 이온과 카르복실산염 또는 리간드인 카르복실기 사이에서 형성되는 착염도 포함한다.
에스테르의 유리산기 전체나 일부가 중화되어 얻어진 염은, 알칼리금속염이나 알칼리토금속염, 즉, 1가나 다가 양이온의 염으로서, 특히 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 아연이나 알루미늄염, 바람직하게는 나트륨이나 알루미늄염 등을 포함한다.
본 발명에 따른 적절한 경화 양생 촉진제는 예를 들어 에스테르, 특히, 글리세릴 포스페이트, 글리세릴 부티레이트, 글리세릴 옥타노에이트, 글리세릴 데카노에이트, 글리세릴 라우레이트, 글리세릴 미리스테이트, 글리세릴 팔미테이트, 글리세릴 스테아레이트 또는 글리세릴 올레이트로 이루어진 군에서 선택되는 모노에스테르이다. 특히 바람직한 것은, 글리세릴 모노올레이트나 글리세릴 모노포스페이트이다. 특히 바람직한 것은 글리세릴 2-포스페이트나 글리세릴 3-포스페이트이다.
본 발명의 경화 양생 촉진제는 특히 콘크리트 및 시멘트 기술에서 다양한 부문에 이용할 수 있다. 이 촉진제는 특히 수경성 조성물용 급결제로서의 양호한 특성을 보유한다. 즉, 수경성 결합제 특히 속성 경화시멘트 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트의 경화 양생을 촉진하는데 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 촉진제는 높은 조기강도 및 최종강도를 갖는 모르타르나 콘크리트를 제조하는데 사용할 수 있다. 그러므로, 도로나 다리 건설, 프리캐스트 콘크리트 및 강화 콘크리트 구성요소에 포함된 콘크리트 요소의 사전조성, 활주로 특히 임시활주로의 재시공 등의 분야에서, 수경성 조성물을 도포후 즉시 스트레스 처리하거나 혹은 통행해야 할 경우에 본 발명의 경화 양생 촉진제가 특히 적합하다. 이 결과로서, 프리캐스트 구성요소를 수시간 이내에 탈형, 수송, 적치 또는 프리스트레스 처리하거나 또는 노면이나 활주로를 사용할 수 있게 된다. 놀랍게도, 본 발명의 경화 양생 촉진제는 종래의 급결제보다 효과가 훨씬 빠른 것으로 확인되었다. 또한 본 발명의 촉진제는 이를 이용하여 제조한 모르타르나 콘크리트의 최종강도나 가공시간에 악영향을 미치지 않는다.
본 발명에서 사용하는 수경성 경화 시스템이나 조성물은 콘크리트 업계에서 널리 공지된 일반 수경성 경화물질을 기초로 할 수 있다. 더 구체적으로, 시멘트 예컨대 포틀랜드 시멘트나 고알루미나 함량의 시멘트, 또한 이것에 플라이애쉬, 흄드 실리카, 슬래그, 슬래그 모래, 석회석 충전제 등을 가한 혼합물 등이 수경성 결합제이다. 본 발명에 있어서 또다른 수경성 경화물질은 생석회를 들 수 있다. 바람직한 수경성 조성물은 시멘트이다. 모래, 자갈, 돌, 석영가루, 백악 등의 골재도 사용할 수 있으며 또한, 첨가제로서, 예컨대 리그노술포네이트, 술폰화 나프탈렌-포름알데히드 축합물, 술폰화 멜라민-포름알데히드 축합물이나 폴리카르복실산 에테르 등의 콘크리트 가소제, 급결제, 부식방지제, 지연제, 수축저감제, 소포제, 기공 형성제 등 통상의 구성물질도 포함할 수 있다.
본 발명의 촉진제는 액상이나 고체상으로, 단독으로 혹은 혼화재를 구성하는 한성분으로서 이용될 수 있다. 따라서 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 1종의 촉진제를 포함하는 액상 혹은 고체상 형태의 혼화재를 제공한다.
본 발명의 촉진제를 수경성 결합제에 첨가한 후의 가공시간을 연장하고 가공성을 개선하기 위해서, 본 발명의 혼화재는 상기 촉진제와 더불어 가소제를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 유용한 가소제는, 예를 들어, 리그노술포네이트, 술폰화 나프탈렌-포름알데히드 축합물, 술폰화 멜라민-포름알데히드 축합물, 술폰화 비닐 공중합체, 콘크리트 업계에서 고성능 가소제로 알려진 폴리카르복실레이트 가소제, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 다수의 공지문헌, 즉, EP 0056627 B1, EP 0840712 B1, EP 1136508 A1, EP 1138697 B1 또는 EP 1348729 A1 등에 개시된 폴리카르복실레이트 가소제가 바람직하며, 특히 EP 1138697 B1이나 EP 1348729 A1에 개시된 고분자-유사체 반응에 의해 제조된 가소제가 바람직하다.
본 발명의 가소제나 이를 함유하는 혼화재는 기타의 성분들도 포함할 수 있다. 이러한 기타 성분들의 예로는, 용매 특히 물, 또다른 촉진물질 예컨대 티오시아네이트, 니트레이트나 알루미늄 염, 산이나 그의 염, 알카놀아민 같은 아민-함유 물질, 지연제, 수축저감제, 소포제 혹은 발포제 등의 첨가제를 들 수 있다.
본 발명의 촉진제나 이를 함유하는 혼화재가 액상으로 사용될 경우, 반응 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 적절한 용매는 예를 들면, 헥산, 톨루엔, 크실렌, 메틸시클로헥산, 시클로헥산 혹은 디옥산, 알코올 특히 에탄올이나 이소프로판올, 또한 물 등이며, 특히 물이 가장 바람직한 용매이다.
본 발명의 촉진제나 이를 함유하는 혼화재는 고체 상태, 예를 들면, 분말, 플레이크, 펠릿, 과립이나 슬랩(판상체) 등의 형태로 존재할 수 있고 또한 이러한 형태로 아무런 문제 없이 수송 및 보관이 가능하다.
본 발명의 촉진제는 고체 상태로 존재할 수도 있고 고체 상태의 가소제와 혼합되기도 한다. 또한 이러한 형태로 장기간 보관이나 수송이 가능하다. 한편, 본 발명의 촉진제는 액상 가소제와 혼합하여 액상의 혼화재 형태로 이용될 수도 있다. 액상 혼화재는 또한, 보호 콜로이드나 기타의 무수 보조제를 이용하여 분무 건조 등을 통해 추후에 고체 상태, 예컨대, 분말 형태로 다시 전환할 수 있다.
본 발명의 촉진제나 이를 함유하는 혼화재는, 고체 상태로 시멘트 조성물, 소위 무수 혼합재의 일부가 되기도 하며 이러한 상태로 장기간 보관할 수 있다. 일반적으로 백에 포장하거나 사일로에 보관하여 추후 사용한다.
본 발명의 촉진제나 이를 함유하는 혼화재는 물과 함께 혹은 물의 첨가 직전이나 직후에 첨가되거나, 또는 종래의 콘크리트의 조성물에 첨가할 수 있다. 본 발명의 촉진제는 수성액이나 분산액 형태로 첨가하는 것이 적합하다. 특히 혼합수나 그의 일부로서 또는 혼합수와 함께 수경성 결합제에 가해질 액상 혼화재의 일부로서 콘크리트 조성물에 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 촉진제나 이를 함유하는 혼화재는 수경성 혹은 잠재 수경성 결합제를 분쇄하기 전 또는 후에, 결합제, 콘크리트, 모르타르 및 비수경성 혼화재에 대해 액상 형태로 분무될 수도 있다. 예를 들어, 수경성 결합제를 촉진제나 이를 함유하는 혼화재로 부분 피복하기도 한다. 이에 따라, 본 발명의 촉진제나 이를 함유한 혼화재가 포함된 수경성 결합제 특히 시멘트나 잠재 수경성 슬래그를 제조할 수 있으며, 이러한 제품은 소위 속성 경화시멘트라고 하는 마감 혼화재 형태로 보관 및 판매할 수 있다. 혼합수를 첨가하면 이 시멘트는 우수한 속성 경화력 및 높은 조기강도를 나타낼 수 있으며, 건설 현장에서 별도의 혼화재를 상기 혼합수에 가하지 않아도 된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 적어도 1종의 수경성 결합제 및 적어도 1종의 본 발명에 따른 경화 양생 촉진제를 포함하는 결합제-함유 혼합재료에 관한 것이다. 본 발명에서 유용한 결합제는 시멘트, 특히 포틀랜드 시멘트나 고-알루미나 함량의 시멘트 및 이것에 플라이애쉬, 흄드 실리카, 슬래그, 슬래그 모래, 석고 및 석회석 충전제, 생석회, 잠재 수경성 분말이나 불활성 미세분말 등을 가하여 조제한 혼합물 등을 포함한다. 본 발명에서의 결합제-함유 혼합재료는 콘크리트 조성물이 바람직하다.
또한, 이 혼합재료는 모래, 자갈, 돌, 석영가루, 백악 등의 골재와 또한 첨가제로서, 예컨대 리그노술포네이트, 술폰화 나프탈렌-포름알데히드 축합물, 술폰화 멜라민-포름알데히드 축합물이나 폴리카르복실산 에테르 등의 콘크리트 가소제, 급결제, 부식방지제, 난연제, 수축저감제, 소포제, 발포제 등 통상의 구성물질도 포함할 수 있다.
바람직하게, 결합제-함유 혼합재료는 상술한 본 발명의 촉진제 이외에도 적어도 1종의 가소제, 바람직하게는 폴리카르복실산 에테르(PCE)계의 가소제를 포함한다.
본 발명의 촉진제는 바람직하게는 결합제의 중량에 대해 0.001 내지 10중량%의 양으로 사용함으로써 원하는 효과를 달성할 수 있다. 또한 다수의 촉진제를 혼합물에 가하여 원하는 효과를 달성할 수도 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 결합제-함유 혼합재료를 제조하는 방법을 제공하며 적어도 1종의 촉진제가 상기 결합제에 개별 첨가되거나 혹은 고체상이나 액상의 혼화재 형태로 이것과 사전배합된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트의 경화 및 양생을 촉진하는 방법에 관한 것으로서 이때 본 발명의 경화 양생 촉진제를, 시멘트의 중량에 대해 0.001 내지 10중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.1중량%의 양으로, 수경성 결합제가 함유된 혼합물에 첨가한다. 본 발명의 촉진제와 또한 바람직하게 적어도 1종의 가소제를 함유하는 혼화재를 상기 수경성 결합제에 첨가할 때, 혼화재의 전체 첨가량은 수경성 결합제의 중량에 대해 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량%이다.
본 발명은 가공시간, 결합제를 이용하여 제조한 모르타르나 콘크리트의 내구성이나 강도에 악영향을 미치지 않고 수경성 결합제의 경화 및 양생 공정을 촉진하는 수경성 결합제용 혼화재를 제공한다. 본 발명의 혼화재 및 특히 본 발명의 경화 양생 촉진제는, 예컨대, 도로나 다리 건설, 프리캐스트 콘크리트 및 강화 콘크리트 구성요소에 포함된 콘크리트 요소의 사전조성, 활주로 특히 임시활주로의 재시공 등의 분야에서, 수경성 조성물을 도포후 즉시 스트레스 처리하거나 혹은 바로 통행해야 할 경우에 특히 적합하다. 이에 따르면, 불과 수시간 내에 프리캐스트 구성요소를 탈형, 수송, 적치 또는 프리스트레스 처리하거나 또는 노면이나 활주로를 사용할 수 있게 된다.
놀랍게도, 본 발명의 경화 양생 촉진제는 종래의 급결제보다 효과가 훨씬 빠른 것으로 확인되었다. 또한 본 발명의 촉진제는 이를 이용하여 제조한 모르타르나 콘크리트의 최종강도나 가공시간에 악영향을 미치지 않는다.
실시예
1. 혼화재의 제조
혼화제 Z1
5.0g의 글리세릴 2-모노포스페이트 (예, 인산글리세릴 2나트륨염 5수화물, 플루카사 제품, 스위스)를 160.0g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제 (Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)에 용해했다. 시멘트의 중량에 대해 1.6중량% 또는 1.65중량%의 양으로 상기 용액을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했다.
혼화제 Z2
0.43g의 글리세릴 2-모노포스페이트 (예, 인산글리세릴 2나트륨염 5수화물, 플루카사 제품, 스위스) 및 13.6g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제 (Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)를 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했으며, 이 경우 시멘트의 중량에 대한 가소제의 양은 1.6중량%이고 촉진제의 양은 0.05중량%에 해당한다.
혼화제 Z3
19.0g의 글리세릴 1-모노올레이트 (플루카사 제품, 스위스)를 160.0g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제 (Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)에 용해했다. 시멘트의 중량에 대해 1.6중량%의 양으로 상기 용액을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했다.
혼화제 Z4
1.77g의 85% 글리세롤 용액(예, 플루카사 제품, 스위스) 및 6.21g의 제3인산나트륨(예, 플루카사 제품, 스위스)를 160.0g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제(Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)에 용해했다. 시멘트의 중량에 대해 1.6중량%의 양으로 상기 용액을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했다.
혼화제 Z5
1.77g의 85% 글리세롤 용액(예, 플루카사 제품, 스위스)을 160.0g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제(Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)에 용해했다. 시멘트의 중량에 대해 1.62중량%의 양으로 상기 용액을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했다.
혼화제 Z6
6.21g의 제3인산나트륨(예, 플루카사 제품, 스위스)를 160.0g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제(Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)에 용해했다. 시멘트의 중량에 대해 1.66중량%의 양으로 상기 용액을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했다.
혼화제 Z7
13.6g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제(Sika® ViscoCrete® 20HE, Sika Schweiz AG사 제품)를 준비했다. 이것을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했으며, 이 경우 시멘트의 중량에 대한 상기 첨가제의 양은 1.6중량%에 해당한다.
혼화제 Z8
13.6g의 액상 폴리카르복실산 에테르 가소제(Glenium® ACE30, BASF Admixtures Deutschland GmbH사 제품)를 준비했다. 이것을 혼합수와 함께 모르타르 혼합물에 가했으며, 이 경우 시멘트의 중량에 대한 상기 첨가제의 양은 1.6중량%에 해당한다.
혼화재의 성분 조성(중량%)
번호 촉진제 가소제 특징
Z1 3중량% 글리세릴 2-모노포스페이트 97중량% VC-20HE 용액
Z2 3중량% 글리세릴 2-모노포스페이트 97중량7% VC-20HE 개별 성분
Z3 10.6중량% 글리세릴 1-모노올레이트 89.4중량% VC-20HE 용액
Z4 1.1중량% 글리세롤 (85%), 3.7중량% 제3인산나트륨 95.2중량% VC-20HE 용액
Z5 1.1중량% 글리세롤(85%) 98.9중량% VC-20GE 용액
Z6 3.7중량% 제3인산나트륨 96.3중량% VC-20HE 용액
Z7 - 100중량% VC-20HE 용액
Z8 비공개 글레늄® ACE30 용액
1. 모르타르 시험
종래의 혼화재와 비교하여, 본 발명의 촉진제 및 이를 함유하는 혼화재의 효능을 모르타르에 대해 시험했다.
모르타르 혼합물의 조성 ( MW ): (최대 입자크기 8 mm ) 사용량 (g)
포틀랜드 시멘트 (Schweizer CEM I 52.5R) 850
석회석 충전제 141
모래 (0 내지 1mm) 738
모래 (1 내지 4mm) 1107
모래 (4 내지 8mm) 1154
상이한 분말도를 갖는 CEM I 52.5R 속성 경화시멘트를 사용했다. 모르타르 혼합물(MM1)은 블레인 분말도가 7000cm2/g인 속성 경화시멘트(S1)를 이용하여 제조했다. 모르타르 혼합물(MM2)는 블레인 분말도가 5000cm2/g인 속성 경화시멘트(S2)를 이용하여 제조했다.
모래, 충전제 및 시멘트를 호바트 혼합기로 1분간 건식 혼합했다. 30초 이내에, 혼화재가 용해되거나 분산되어 있는 혼합수를 첨가하고 다시 2.5분간 혼합했다. 총 습식 혼합 시간은 3분이었다. 물/시멘트 비율 (w/c 비율)은 0.4이었다.
본 발명의 촉진제나 혼화재의 효능을 확인하기 위해, 모르타르 혼합물(MM1 및 MM2)를 다양한 혼화재 (표 2 및 3 참조)와 혼합했다. 상기 혼화재(Z1, Z2 및 Z3)을 함유하는 예(B1 내지 B6)가 본 발명의 실시예이며, 반면 혼화재(Z4 내지 Z8)를 함유하는 예(V7 내지 V12)는 비교예가 된다.
본 발명의 촉진제나 혼화재의 효능을 확인하기 위하여, 슬럼프값(표 2) 및 압축강도(표 3)를 측정했다.
0, 20, 40 및 60분 후의 슬럼프(mm). 혼화재의 함량은 시멘트에 대한 중량%로 표시됨.
번호 혼화재 (중량%) 모르타르 혼합물 0분후 슬럼프 20분후 슬럼프 40분후 슬럼프 60분후 슬럼프
B1 1.6중량% Z1 MM1 232 233 193 140
B2 1.6중량% Z1 MM2 250 247 251 213
B3 1.65중량% Z1 MM2 263 242 224 215
B4 1.65중량% Z2 MM1 253 239 216 172
B5 1.65중량% Z2 MM2 258 240 227 223
B6 1.6중량% Z3 MM1 253 220 198 189
V7 1.68중량% Z4 MM2 264 228 212 217
V8 1.62중량% Z5 MM2 261 228 229 224
V9 1.66중량% Z6 MM2 262 232 224 207
V10 1.6중량% Z7 MM2 263 245 237 231
V11 1.6중량% Z8 MM1 264 243 235 212
V12 1.6중량% Z8 MM2 257 235 213 210
모르타르의 슬럼프는 EN 1015-3 시험법에 따라 측정했다.
표 2는 혼화재에 함유된 본 발명의 촉진제가 모르타르 조성물의 슬럼프에 아무런 영향을 미치지 않으며 또한, 본 발명의 촉진제를 함유하지 않는 종래의 혼화재가 사용된 모르타르 조성물과 비교시, 본 발명에 따른 모르타르 조성물이 이들과 대등한 가공성을 갖는 것을 보여준다. 도로 건설을 위한 사전작업에서 프리캐스트 구성요소를 제조할 때, 특히 20분 내지 40분 후의 슬럼프 값이 중요하다. 어떤 경우든 슬럼프 값은 20분 후 220mm 혹은 40분 후 190mm 이상인 것이 적합하다.
도로나 다리 건설, 프리캐스트 콘크리트 및 강화 콘크리트 구성요소에 포함된 콘크리트 요소의 사전조성, 활주로 재시공 등의 분야에 이용시, 수시간 이내에 프리캐스트 구성요소를 탈형, 수송, 적치 혹은 프리스트레스 처리하는 경우나 노면 혹은 활주로를 사용해야 하는 경우 슬럼프의 우수성 여부보다 4시간 또는 6시간 후의 고강도 값이 더 중요하다.
압축강도 (N/mm2 단위)를 측정하는 시험은 4시간, 6시간 및 8시간 후 바늘 관입시험기(needle penetrometer)(Mecmesin BFG500)와 프리즘(40×40×160mm)을 이용하여 시행했다 (표 3 참조).
4, 6 및 8시간 후의 압축강도 (N/mm2)
번호 혼화재 (중량%) 모르타르 혼합물 4시간후 6시간후 8시간후
B1 1.6중량% Z1 MM1 4.9 24.1 35.2
B2 1.6중량% Z1 MM2 3.2 16.8 29.3
B3 1.65중량% Z1 MM2 3.8 21.2 34.1
B4 1.65중량% Z2 MM1 3.2 15.6 28.9
B5 1.65중량% Z2 MM2 4.7 20.4 34.3
B6 1.6중량% Z3 MM1 1.5 13.5 26.5
V7 1.68중량% Z4 MM2 1.7 6.3 18.6
V8 1.62중량% Z5 MM2 2.1 7.0 20.2
V9 1.66중량% Z6 MM2 1.2 4.8 14.6
V10 1.6중량% Z7 MM2 1.9 6.4 18.1
V11 1.6중량% Z8 MM1 2.5 11.1 25.3
V12 1.6중량% Z8 MM2 2.3 9.9 24.8
표 3은 본 발명의 촉진제를 함유하는 혼화재(Z1, Z2 및 Z3)가 각각 용액(Z1, Z3) 또는 개별 성분(Z2) 형태로 첨가된 모르타르 조성물들이 매우 우수한 조기강도를 갖는다는 것을 보여준다. 종래의 혼화재와 비교시, 본 발명의 혼화재를 이용한 모르타르 조성물의 강도가 4시간 후(Z1, Z3) 특히 6시간 후(Z1, Z2, Z3)에 훨씬 높았다. 그 중 일부는 거의 2배에 달하였다 (본 발명의 혼화재(Z1 및 Z2)를 각각 함유하는 모르타르(B1 내지 B5) 참조).
글리세릴 포스페이트 및 폴리카르복실산 에테르 가소제를 사용했을 때 탁월한 결과를 얻었다 (B1 내지 B5). 글리세롤과 인산의 에스테르 대신 글리세릴 및 제3인산나트륨을 각각 독립적으로 이용할 경우는 강도가 좋지 않다 (V7 내지 V9 참조).
또한 글리세릴 모노올레이트(B6)를 사용해도, 6시간 후 및 8시간 후 종래의 혼화재를 사용할 때보다 더욱 우수한 강도를 얻을 수 있었다.
한편 가소제만 사용하거나 (V10) 종래의 혼화재(Glenium® ACE 30, 속성 경화시멘트에 통상적으로 이용되는 제품)를 사용하는 경우 (V11, V12), 강도가 훨씬 낮았다.
상기의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 촉진제를 이용하면 수경성 결합제의 경화 및 양생 공정이 훨씬 가속화되며 또한 가공시간, 결합제를 이용하여 제조한 모르타르나 콘크리트의 내구성이나 강도 등에 악영향을 미치는 일 없이 탁월한 조기강도를 달성할 수 있다.
상술한 실시예는 예시를 위한 것이며 본 발명은 이들 실시예에 국한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 적어도 1종의 다가 알코올 에스테르와 산 및/또는 그의 염을 포함하고 이때의 산은 인산, 아인산 혹은 C2 내지 C20 카르복실산인 것을 특징으로 하는 수경성 경화제용 경화 양생 촉진제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산은 인산인 것인 경화 양생 촉진제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산은 모노카르복실산, 특히 C4 내지 C20 모노카르복실산인 것인 경화 양생 촉진제.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산은 불포화산, 바람직하게는 올레익산인 것인 경화 양생 촉진제.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    에스테르의 전체 혹은 일부 유리산기는 중화되고, 염은 알칼리금속염이거나 다가양이온의 염, 바람직하게는 나트륨, 칼슘 혹은 알루미늄염인 것인 경화 양생 촉진제.
  6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    에스테르는 다가 알코올의 부분에스테르, 바람직하게는 2가 알코올이나 3가 알코올의 모노에스테르인 것인 경화 양생 촉진제.
  7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    다가 알코올은 글리세롤인 것인 경화 양생 촉진제.
  8. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    에스테르는 글리세릴 포스페이트인 것인 경화 양생 촉진제.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에스테르는 글리세릴 올레이트인 것인 경화 양생 촉진제.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 1종의 촉진제 및 적어도 1종의 가소제를 포함하는 것인 수경성 경화 시스템용 혼화재.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가소제는 리그노술포네이트, 술폰화 나프탈렌-포름알데히드 축합물, 술폰화 멜라민-포름알데히드 축합물, 술폰화 비닐 공중합체, 폴리카르복실레이트 또는 그의 혼합물을 포함하거나 이것으로 이루어진 것인 혼화재.
  12. 적어도 1종의 수경성 결합제와 더불어, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 1종의 촉진제 혹은 제 10항이나 제 11항에 따른 혼화재를 결합제의 중량에 대해 0.001 내지 10중량%의 양으로 포함하는 것인 결합제-함유 혼합재료.
  13. 제 12항에 따른 결합제-함유 혼합재료를 제조하는 것으로서, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 촉진제를 독립적으로 첨가하거나 또는 고체상이나 액상의 혼화재 형태로 사전배합하는 것을 포함하는 제조방법.
  14. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 1종의 촉진제를 포함하거나 이것으로 이루어진 조성물을, 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트 특히 속성 경화시멘트의 경화 및 양생을 촉진하기 위해 사용하는 것인 상기 조성물의 용도.
  15. 수경성 결합제 및 이것으로 조성한 모르타르나 콘크리트의 경화 및 양생을 촉진하는 방법으로서, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 경화 양생 촉진제를, 수경성 결합제의 중량에 대하여 0.001 내지 10중량%의 양으로, 이 수경성 결합제가 함유된 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 것인 촉진 방법.
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