KR20110063638A - 콘크리트 믹스용 분산액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 믹스에 사용되는 분산액에 대한 것이고, 또한 콘크리트 믹스의 생산과 사용에 관한 것이다. 환경 친화적인 콘크리트 믹스는 (a) 분산액의 총 중량에 대해 85.0 내지 95.0 중량%의 물 (b) 분산액의 총 중량에 대해 0.5 내지 2.0 중량%의 셀룰로오스 (c) 분산액의 총 중량에 대해 0.1 내지 0.3 중량%의 수산화 나트륩 (d) 분산액의 총 중량에 대해 0.9 내지 1.5 중량%의 염화칼슘 (e) 분산액의 총 중량에 대해 5 내지 10 중량%의 스티렌-부타디엔을 함유하고, 분산액의 모든 요소의 총 중량은 100 중량% 이다.

Description

콘크리트 믹스용 분산액{DISPERSION FOR USE IN A CONCRETE MIX}

본 발명은 콘크리트 믹스용 분산액에 대한 발명, 나아가 콘크리트 믹스, 이의 제조방법 및 사용에 관한 것이다.

세계의 많은 나라들의 산업화의 증가와 점진적인 인구이동의 필요성의 증가에 따라, 고속도로 및 도로건설이 더욱더 중요해지고 있는 추세에 있다.

이와 관련된 종류의 콘크리트 믹스용 분산액은 EP 0 868 407 B1으로부터 공지되어 있다. 이러한 콘크리트 믹스를 더 개발, 개선하고,이의 범위를 넓히는 것은 가치있는 일이다.

경화되는 과정에서 이의 수축을 감소시키고 가요성을 증가시키기 위하여, 콘크리트 믹스에 혼합물질을 넣는다는 것은 AU-A-35121/93으로부터 공지되어 있다. 혼합물질은 주로 두가지 성분으로 구성되는데, 이 중 하나는 염화염이고, 다른 하나는 알칼리규산염(물유리), 바람직하게는 규산나트륨이다. 상기 두 성분들을 기혼합한 다음 그것을 예를 들어 고속도로의 건설에 사용하기 위해, 모래, 물 및 시멘트의 콘크리트 믹스에 상기 기혼합물을 혼합한다.

이 방법은 혼합물질의 두 성분들이 기혼합 과정중에서 이미 상호간에 반응이 일어난다는 점 및 상기 규산염이 콘크리트 믹스와 접촉하기 이전에 이미 경화된다는 점에서 불리하고, 따라서 이 콘크리트 믹스 내에서 혼합물질의 실질적인 효과는 제한된다. 나아가, 물유리가 위험한 물질로 분류되어 있고, 장갑, 보안경 및 앞치마를 사용하여 다루어야 하고, 그것을 운반하는 과정에 적절한 안전 예방책이 있어야 한다는 점으로부터 다른 문제들이 기인된다.

뿐만 아니라, 폴리머(polymer) 분산액으로 제조된 모르타르 조성물은 EP-A-460 744로부터 공지되어 있다. 상기 모르타르 조성물로부터 생산된 기질들(substrates)은 높은 탄성을 가지고 있고, 실제 사용시 강한 진동과 구부림을 견딘다. 그러나, 모르타르 조성물은 높은 폴리머 함량(30 중량% 이하)을 가지고 있어서 역청(bitumen)에 비교하여 비용-효율적인 방식으로 제조될 수 없다. 더 나아가, 상기 모르타르 조성물로부터 생산된 기질의 높은 수준의 가요성은 고속도로 건설에 사용을 어렵게 한다.

결과적으로, 경화후에 탄성이 개선되고, 내열성의 탄성 필링(filling)물질로 사용되기에 적합한, 폴리머 함유 시멘트 혼합물은 일본특허출원 85-167828로부터 공지되어 있다. 그러나, 이 시멘트 혼합물은 그 높은 폴리머 함량 때문에 고속도로 건설에 사용되기에는 또한 적합하지가 않다.

본 발명의 목적은 경화 과정에서 수축이 감소되고 경화 후 최종산물 가요성이 증가되고 장기간 높은 안정성을 갖는 환경에 무해한 콘크리트 믹스를 더 개발하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 제 1항에 따른 분산액 및 제 7항에 따른 콘크리트 믹스에 의하여 달성된다.

본 발명에 또 다른 목적은, 분산액을 포함하는 본 발명에 따른 콘크리트 믹스로, 건축 자재, 바람직하게는 슬래브(slab) 또는 석조(stone)를 생산하는 것이다.

바람직하게, 본 발명에 따른 콘크리트 믹스는 시멘트, 필러, 선택적으로 물을 서로 혼합한 다음 수성분산액을 첨가함으로써 생산된다. 그러나, 임의의 다른 순서로도 또한 가능하다.

본 발명에 또 다른 목적은, 분산액을 포함하는 본 발명에 따른 콘크리트 믹스로, 건축 자재, 바람직하게는 슬래브(slab) 또는 석조(stone)를 생산하는 것이다.

더욱이, 본 발명에 따른 콘크리트 믹스는 임의의 콘크리트 건축물, 바람직하게는 고속도로, 도로, 그리고 보강공사에 사용될 수 있다. 그러므로 본 발명의 다른 특징은 이의 사용 및 건축활동에 해당하는, 바람직하게는 고속도로의 영역, 도로 그리고 보강토에 사용되는 것이다.

본 발명에 따른 분산액의 이점은 한 곳에서 정밀하게 생산되고, 운반이 편리하고 실질적인 작동면에서 공정이 간편하다는 사실에 있고, 상기 콘크리트 믹스가 생산될 수 있다.

상기 언급한 EP 868 407 B1에서의 콘크리트 믹스의 경우, 사용되는 순수한 아크릴레이트(acrylate)는 시멘트 메트릭스(matrix)의 높은 pH때문에 반복적으로 화학적 공격을 당한다. 이제 이러한 문제들은 새로운 분산액에 대해서 더 이상 존재하지 않는다. 나아가, 새로운 분산액을 사용하는 콘크리트 믹스는 기존의 알려진 콘크리트 믹스보다 상당히 더 큰 가요성을 보인다.

본 발명에 따른 콘크리트 믹스는 빠르게 경화된다. 수성 분산액은 환경적으로 무해하다. 이것은 위험물질로 분류되어 있지 않아서 안전보호장치들 없이도 공정을 진행할 수 있다. 상기 분산액은 오랜 기간 동안 보관할 수 있다.

상기 수성 분산액을 사용하여, 필러 물질을 갖는 본 발명에 따른 콘크리트 믹스를 생산할 수 있으며, 이러한 필러는 지금까지 시멘트 독성이 있는 것으로 알려져 있다.

일반적인 모래 뿐만 아니라 오염된 또는 오염되지 않은 임의의 토양, 및/또는 보크사이트(bauxite), 라테라이트(laterite), 화산재, 부석 그리고 소각장으로부터의 재와 같은 물질이 콘크리트 믹스에 필러 물질로 사용되어 질 수 있다.

만일 필러 물질의 수분이 본 발명의 콘크리트 믹스의 용수량을 충분히 충족시키면, 물은 본 발명에 따른 콘크리트 믹스에 더 첨가되지 않아야 한다.

본 발명에 따른 콘크리트 믹스를 사용하여, 임의의 타입의 건축자재들과 콘크리트 성분, 바람직하게 고속도로와 도로표면이 일반적인 필러 물질들 대신에, 건축현장에서 이용될 수 있는 토양 또는 모래와 같은 물질 및/또는 건축현장의 굴착토를 콘크리트 믹스의 필러로써 사용하여 생산될 수 있다.

물로써 일반적인 물, 특히 식수가 사용될 수 있다. 메틸셀룰로오스(methylcellulose)가 특히 셀룰로오스로 적합하다. 바람직하게, Dow Europe S.A.(스위스 CH-8810 Horgen)가 생산하는 Dow Methocell J 75 MS가 제안된다. 수산화 나트륨은 백색 펠렛(pellet)의 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 이것은 표준 산업 생산물이다.

염화 칼슘은 백색 파우더의 형태로 제공되는 것이 바람직하다; 이것 또한 표준 산업 생산물이다.

스티렌-부타디엔은 30 내지 90 중량%, 바람직하게는 40 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 50 중량%의 고체 함량을 갖고 나머지는 물이다. 상기 고체 내용물은 고무로 이루어져 있다. Dow Latex DL 455가 사용되는 것이 바람직하다. 이것은 고무 냄새가 나는 하얀 액체이다. 전술한 Dow Europe S.A.가 공급자이다.

분산액을 생산할 때, 용해기의 회전률은 1,000 내지 1,500 r.p.m으로 하는 것이 바람직하다. 용해기는 혼합 시에 공기가 접근하지 못하게 하는 장점이 있다. 생산도중 거품의 생성은 막아야 한다. 소포제는 어떤 상황에서도 사용되어서는 안된다.

먼저, 물을 기계에 가득 채운다. 기계가 작동하기 시작하거나 이미 작동하고 있다면; 생산이 끝날 때까지 계속 작동하게 두어야 한다. 그리고 나서, 셀룰로오스 물질을 서서히 뿌리면서 혼합하며; 이는 처리과정에서 덩어리의 형성을 막기 위함이다. 그리고 나서, 혼합과정이 완료되고 모든 덩어리들이 녹을 때까지 잠시 기다린다. 마지막으로, 백색 펠렛의 수산화 나트륨을 혼합물이 빳빳해질 때까지 서서히 붓는다. 도배용 풀의 농도와 비슷해질 때까지 잠시 기다린다. 그러면, 표면은 청색을 띠고, 점성이 있고, 약간 오돌도톨한 구조를 띨 것이다. 백색 파우더 형태의 염화 칼슘을 서서히 교반하며 혼합한다: 마지막으로, 스티렌-부타디엔을 서서히 교반하며 혼합한다. 끝으로, 보존제를 서서히 교반하며 혼합하고; 혼합물은 이러한 과정을 거치면서 약간 얇아지게 된다. 마지막에, 혼합물을 2 내지 3분 정도 더 교반하여 주며; 그 후, 기계의 스위치를 끄고; 얻은 산물은 용기들에 담는다.

또한 분산액을 2번의 단계를 거쳐서 생산할 수 있다. 이 경우에는, 건조된 혼합물이 처음으로 생산된다. 이것은 쉽게 운반할 수 있으며; 물의 무게는 제거 되었다. 이 건조된 혼합물은 그 과정에서 물과 혼합된며, 예를 들어 1 대 9, 즉, 건조된 분산액의 무게를 1로 할 때, 물의 무게를 9로 하여 혼합한다. 건조된 혼합물은 또한 시멘트와 혼합될 수 있다.

건조된 혼합물을 생산하기 위해서, 구성요소 b.내지 e.가 건조된 형태로 명시된 무게에 의한 건조된 형태의 일부분으로 함께 혼합된다. 상기 구성요소들 중에서, 위에서 언급하였던 스티렌-부타디엔은 물을 포함하고 있다. 이를 사용하기 위해서는 건조된 스티렌-부타디엔으로 만들어지거나, 또는 전술한 스티렌-부타디엔을 파우더 혼합물 제조 이전에 건조, 예를 들어 동결건조기에서 건조시켜야 한다. 따라서 이것은 또한 파우더로 제공된다. 상기 파우더 혼합물은 명시된 무게만큼 일부가 혼합된며; 혼합은 강제 혼합기에 의해 실시되며; 예를 들어, 니더재(kneader)가 사용된다. 만약 보존제가 또한 도입되었다면, 그것은 비수용 보존제로써 첨가된 것이며; 예를 들어, 전술한 바와 같이 보존제는 얼림 건조되어 있다. 그 대신에, 소르브산 칼륨(potassium sorbate)이 보존제로써 사용되어질 수 있다.

본 발명에 관한 가루 혼합물로부터 제조된 산물은 임의의 갈라짐을 보이지 않는다. 또한 임의의 백태도 보이지 않는다.

실시예 1

본 발명에 따른 분산액에 의해 역학적 성질, 특히 콘크리트의 수축 및 탄성이 변화되는 정도 및 콘크리트 믹스의 수축이 감소될 수 있는 정도를 평가하기 위해, 이 실험은 수용 분산액의 유/무를 나누어서 실행된다.

먼저, 콘크리트 믹스는 하기의 물질로 구성된다:

- 2.0 kg의 시멘트,

- 100 리터의 모래, 및

- 5 리터의 물.

그 다음에 상기 콘크리트 믹스는 1 대 1의 비율로 나누어지고 두 개의 분리된 튜브에 채워진다.

하나의 콘크리트 믹스는 그대로 방치되는 반면, 다른 콘크리트 믹스는 하기의 물질로 구성되는 본 발명에 따른 분산액 1리터를 혼합한다.

a. 90 중량%의 물,

b. 1 중량%의 셀룰로오스,

c. 2 중량%의 수산화나트륨,

d. 1.2 중량%의 염화칼슘, 및

e. 7.4 중량%의 스티렌-부타디엔.

그 다음에 본 발명에 따른 콘크리트 믹스와 종래의 콘크리트 믹스를 크기 50 × 20 × 1 cm (길이; 폭; 깊이)의 나무틀에 경화될 수 있도록 각각 붓는다. 각각 10개의 슬래브들이 생산된다.

콘크리트 슬래브들의 시각적 평가는 종래의 콘크리트 슬래브들보다 본 발명에 따른 콘크리트 슬래브가 덜 수축되었는지를 보면 된다.

그 다음에, 10개의 콘크리트 슬래브들은 각각 한쪽 넓은 면을 실험장치안으로 넣고 단단히 고정되고, 고정된 곳으로부터 45cm 떨어진 곳까지 다른 넓은 면을 점진적으로 통과하게 되며, 수압펌프와 같은 실험장치를 사용하여 부서질 때까지 실험을 한다. 이 실험과정에서 콘크리트 슬래브의 변형을 각각의 경우마다 시각적으로 측정되었다.

본 발명에 따른 콘크리트 슬래브는 부러지기 전에 평균적으로 2.5배 더 높은 변형성을 가지고 있음이 밝혀졌다.

실시예 2

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분산액은 콘크리트 믹스에 필러로 사용될 수 있으며, 이러한 필러는 지금까지 시멘트 독성이 있는 것으로 알려져 있다.

이것을 증명하기 위해서, 20kg의 시멘트와 5리터의 물을 각각 포함하는 시멘트 혼합물 세 개를 준비한다. 필러 물질로써, 1번 혼합물에는 통상적으로 이용 가능한 건축용 모래 100리터를 넣고, 2번 혼합물에는 건축현장으로부터 출토한 표토 100리터를 넣고, 그리고 3번 혼합물에는 소각장으로부터 얻은 재 100리터를 넣는다.

상기 콘크리트 믹스는 각각 콘크리트 믹서에서 직접적으로 기혼합되고, 그 다음에 각각의 콘크리트 믹서는 실시예 1에 따른 분산액 1리터와 함께 튜브에서 혼합되고, 슬래브을 형성하기 위해 실시예1 에서 기술된 틀에 부으며, 이러한 슬래브은 콘크리트 믹스의 경화로 된다.

10개의 각각의 콘크리트 슬래브를 시각적으로 평가한 결과 경화과정에서 모든 경우에 콘크리트 믹스의 수축이 작게 나타났다.

그 다음에, 상기 슬래브들은 다양하게 기계적으로 시험되었으며, 예를 들어, 압축강도, 변형도 및 표면 굳기가 시험되었으며, 모든 콘크리트 슬래브의 기계적 성질은 동등하게 우수한 것으로 나타났다.

Claims (11)

1. 콘크리트 믹스, 특히 고속도로와 도로의 건설을 위한 콘크리트 믹스에 혼합하기 위한 하기로 구성된 수성 분산액에 있어서, 상기 분산액은;
   a. 분산액의 총 중량에 대해 85.0 내지 95.0 중량%의 물,
   b. 분산액의 총 중량에 대해 0.50 내지 2.0 중량%의 셀룰로오스,
   c. 분산액의 총 중량에 대해 0.1 내지 0.3 중량%의 수산화나트륨,
   d. 분산액의 총 중량에 대해 0.9 내지 1.5 중량%의 염화칼슘,
   e. 분산액의 총 중량에 대해 5 내지 10 중량%의 스티렌-부타디엔,
   분산액의 모든 요소의 총 중량은 100 중량% 이다.
2. 제 1항에 있어서, 하기 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 분산액:
   a. 분산액의 총 중량에 대해 90 중량%의 물,
   b. 분산액의 총 중량에 대해 1 중량%의 셀룰로오스
   c. 분산액의 총 중량에 대해 0.2 중량%의 수산화나트륨,
   d. 분산액의 총 중량에 대해 1.2 중량%의 염화칼슘,
   e. 분산액의 총 중량에 대해 7.4 중량%의 스티렌-부타디엔,
   분산액의 모든 요소의 총 중량은 100 중량% 이다.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수산화나트륨은 펠렛(pellet) 형태, 특히 백색 펠렛 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 분산액.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염화칼슘은 파우더의 형태, 특히 백색 파우더의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 분산액.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스티렌-부타디엔은 백색 액체로 제공되는 것을 특징으로 분산액.
6. 콘크리트 믹스에 있어서, 고속도로와 도로의 건설을 위한 상기 콘크리트 믹스는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 분산액, 그리고 시멘트, 필러, 선택적으로 물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 믹스.
7. 선행하는 청구항들에 따른 분산액을 생산하는데 있어서, 먼저 물을 믹서에 넣는 단계, 그런 다음 셀룰로오스를 서서히 뿌리면서 넣고 완전히 혼합하는 단계, 수산화나트륨을 서서히 붓는 단계, 그런 다음 염화칼슘을 서서히 교반하면서 넣어주는 단계, 최종적으로 스티렌-부타디엔을 서서히 교반하면서 넣어주는 단계; 그런다음 교반공정을 완료시키는 단계를 특징으로 하는 분산액을 제조하는 방법.
8. 선행하는 청구항들에 따른 분산액을 생산하는데 있어서, 구성요소 b. 내지 e.가 건조된 형태가 아닌 경우, 동 구성요소를 건조하고, 건조된 구성요소 b. 내지 e.를 서로 혼합하고, 그 후 얻은 건조 혼합물은 물과 혼합하는데, 특히 90 중량%의 물과 10 중량%의 건조 혼합물을 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 분산액을 제조하는 방법.
9. 모든 종류의 고속도로 및 도로 건설의 콘크리트 구성요소 그리고 콘크리트 건축재료를 생산하는데 있어서, 제 6항에 따른 콘크리트 믹스는 상기 콘크리트 믹스를 생산하기 위하여 건축부지지역에서 이용되는 필러 및/또는 굴착토를 사용한 것을 특징으로 하는 모든 종류의 고속도로 및 도로 건설의 콘크리트 구성요소 그리고 콘크리트 건축재료를 생산하는 방법.
10. 제 6항에 따른 경화 콘크리트 믹스로 구성된 콘크리트 구성요소들, 콘크리트 건축재료들, 콘크리트 고속도로 및 도로 표면 또는 고속도로와 도로건설을 위한 강화 콘크리트.
11. 고속도로와 도로의 건설을 위한 제 6항에 따른 콘크리트 믹스의 사용.