KR20150072052A - 탈황반수석고를 포함하는 건축용 모르타르 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈황반수석고를 포함하는 건축용 모르타르 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 석고성분으로서 탈황반수석고 및 천연무수석고를 포함하고, 유동화제와 지연제를 추가로 포함함으로써, 건축용으로 종래에 사용되던 시멘트계 모르타르가 가지는 양생시간 지연으로 인한 공기 지연, 양생시 수축에 의한 크랙 발생 등의 단점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 배연탈황공정의 부산물로 발생되는 탈황석고를 활용하여 제조된 탈황반수석고를 사용할 수 있어서 종래 공해물질로 분류되어 폐기되거나 저부가가치 자원으로만 사용되던 부산석고를 비교적 단순한 공정을 통해 고부가가치의 제품에 경제성 있게 활용할 수 있어 소비자에게 경제적인 이익을 제공할 수 있고, 향후 부산석고 발생량 증가로 인한 문제도 해결할 수 있는 건축용 모르타르 조성물에 관한 것이다.

Description

탈황반수석고를 포함하는 건축용 모르타르 조성물{Mortar composition for building comprising desulfurized gypsum hemihydrate}

본 발명은 탈황반수석고를 포함하는 건축용 모르타르 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 석고성분으로서 탈황반수석고 및 천연무수석고를 포함하고, 유동화제와 지연제를 추가로 포함함으로써, 건축용으로 종래에 사용되던 시멘트계 모르타르가 가지는 양생시간 지연으로 인한 공기 지연, 양생시 수축에 의한 크랙 발생 등의 단점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 배연탈황공정의 부산물로 발생되는 탈황석고를 활용하여 제조된 탈황반수석고를 사용할 수 있어서 종래 공해물질로 분류되어 폐기되거나 저부가가치 자원으로만 사용되던 부산석고를 비교적 단순한 공정을 통해 고부가가치의 제품에 경제성 있게 활용할 수 있어 소비자에게 경제적인 이익을 제공할 수 있고, 향후 부산석고 발생량 증가로 인한 문제도 해결할 수 있는 건축용 모르타르 조성물에 관한 것이다.

공동 주택 등의 모르타르 시공시 저렴한 시공비용 및 시공 편의성 등으로 인해 현재까지는 주로 시멘트, 모래 및 혼화제를 주성분으로 하는 시멘트계 모르타르가 광범위하게 사용되고 있다.

하지만, 시멘트 수화물은 그 고유 특성에 따라 장시간의 수화시간이 소요되어 공기가 지연되며, 건조 수축으로 인한 크랙 발생 등의 문제점으로 인하여 모르타르 시공 후 표면 마감을 위한 추가 공정 및 크랙 발생시 하자 보수를 위한 추가 비용이 발생하는 단점이 있다.

대한민국공개특허 제2013-0013141호에는 열병합 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 등을 주성분으로 하고, 이에 석고, 모래 등을 혼합하여 시멘트의 사용량을 감소시킨 바닥 시공용 모르타르 조성물이 개시되어 있다. 하지만 이 모르타르 조성물은 플라이애쉬 및 고로슬래그 사용에 따른 초기압축강도 저하문제가 있으며, 또한 초기 유동성 저하, 초기경화 지연에 따른 양생 중 온도관리의 어려움, 표면 크랙 발생, 동해 피해 우려 등의 문제점이 있다.

이러한 단점을 개선하고자, 화력발전소 부산물인 탈황석고를 소성시킨 알파형 반수석고를 주성분으로 하는 모르타르를 사용하는 시공이 일부 건축물에 이루어지고 있으나, 소성비용이 높고 대량생산에 부적합하여 상용화율은 매우 저조한 상황이다.

화력발전소 부산물인 탈황석고의 경우, 주로 시멘트 모르타르의 경화 조절을 위한 지연제로 개발 및 적용되어 왔다. 그러나, 향후 화력발전소 증설 및 배연탈황 설비의 확대 등으로 인하여 탈황석고 발생량의 급격한 증가가 예상되는바, 시멘트 모르타르용 지연제 정도의 용도로는 향후 급격히 증가될 탈황석고 발생량을 소진시키기에 한계가 있다. 따라서, 화력발전소 부산물인 탈황석고의 용도 확대 및 관련기술의 개발도 시급한 실정이다.

요컨대, 설비 운영이 용이하고 비용이 저렴하며 대량생산이 가능한 방법으로 화력발전소 부산물인 탈황석고를 건축용 모르타르에 활용하면서도 종래의 시멘트계 모르타르가 가지는 물성 측면의 단점을 개선할 수 있는 건축용 모르타르 조성물이 요청되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 종래의 건축용 시멘트계 모르타르가 가지는 양생시간 지연으로 인한 공기 지연, 양생시 수축에 의한 크랙 발생 등의 단점을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 화력발전소의 배연탈황공정에서 부산물로 발생되는 부산석고를 고부가가치 자원으로 재활용할 수 있어 경제적 측면 및 환경적 측면에서도 매우 바람직한 건축용 모르타르 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 탈황반수석고 및 천연무수석고를 포함하는 석고성분 100 중량부; 유동화제 0.1~5 중량부; 및 지연제 0.1~1 중량부를 포함하며, 상기 석고성분 총 100 중량부 내에는 탈황반수석고 60~99 중랑부 및 천연무수석고 1~40 중량부가 포함되는, 건축용 모르타르 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 건축용 모르타르 조성물을 건축물에 시공하면, 특히 바닥용으로 시공하면, 종래의 건축용 시멘트계 모르타르에 비하여 모르타르의 양생기간이 짧아 시공 후 조기에 보행강도를 확보하여 건축물의 시공기간을 단축할 수 있고, 시멘트계 모르타르의 단점인 양생시 수축에 의한 크랙 발생 등을 개선할 수 있어 시공 후 별도의 마감 처리 및 크랙 발생으로 인한 개보수 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 향후 환경적으로 문제가 될 소지가 다분한 화력발전소의 부산석고를 고부가가치 자원으로 재활용할 수 있어 경제적 측면 및 환경적 측면에서도 매우 바람직하다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 탈황반수석고로는 원료 탈황석고를 소성시켜 얻어진 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 원료 탈황석고로서 화력발전소의 배연탈황공정에서 부산물로 발생된 것을 사용할 수 있다. 이러한 부산물 탈황석고는, 예컨대, 자유 수분 함량이 5~15중량%, 평균입경이 30~60㎛, 순도가 90% 이상일 수 있으며, 그 소성 온도는 150~200℃일 수 있다.

본 발명에 있어서, 탈황반수석고의 결정수(crystal water, CW) 함량은 0~7중량% 수준일 수 있고, 그 평균입경은 5~40㎛일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 상기 탈황반수석고의 함량은, 석고성분 총 100 중량부를 기준으로 60~99 중량부이고, 바람직하게는 65~95 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 67~90 중량부일 수 있다. 조성물 내 탈황반수석고의 함량이 석고성분 총 100 중량부를 기준으로 60 중량부에 못 미치면 급격한 초기경화 및 유동성 저하의 문제점이 있고, 99 중량부를 초과하면 강도저하 및 경화시간 지연의 문제점이 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 천연무수석고는 조성물의 강도 향상을 위하여 사용되는 것으로서, 이를 사용하면, 석고성분으로 탈황반수석고만을 사용한 모르타르 조성물의 강도 보다 약 10~60 kgf/cm² 더 높은 강도를 조성물에 제공하는 강도 향상 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 상기 천연무수석고의 함량은, 석고성분 100 중량부를 기준으로 1~40 중량부이고, 바람직하게는 1~30 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 2~20 중량부일 수 있다. 조성물 내 천연무수석고의 함량이 석고성분 100 중량부를 기준으로 1 중량부에 못 미치면 강도저하 및 경화시간 지연의 문제점이 있고, 40 중량부를 초과하면 급격한 초기경화 및 유동성 저하의 문제점이 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 유동화제는 조성물 시공시 표면 마감에 대한 수평 레벨성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, 그 사용으로 인하여 조성물의 유동성이 160~200mm 확보되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 유동화제로서, 나프탈렌 설포네이트 포름알데히드 축합물, 칼슘 리그노설포네이트 및 폴리카르복실산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 상기 유동화제의 함량은, 석고성분 100 중량부를 기준으로 0.1~5 중량부이고, 바람직하게는 0.3~4 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5~3 중량부일 수 있다. 조성물 내 유동화제의 함량이 석고성분 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부에 못 미치면 유동성 저하의 문제점이 있고, 5 중량부를 초과하면 시공성 저하의 문제점이 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 지연제는 조성물 시공시 수평 레벨링 작업을 위한 최소한의 시간을 확보하고자 조성물의 경화를 지연시키기 위하여 사용되는 것으로서, 그 사용으로 인하여 조성물의 경화시간이 8~15시간이 되도록 하는 것이 바람직하다. 기존의 시멘트계 모르타르는 경화에 24~30시간, 양생에 3~7일이 필요한 반면, 본 발명의 조성물은 상기한 정도의 경화시간 후에 후속 작업을 진행할 수 있어, 시공 시간을 대폭 줄일 수 있다.

본 발명에서는 상기 지연제로서, 칼슘 함유 폴리아미드 화합물, 시트르산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 포함되는 상기 지연제의 함량은, 석고성분 100 중량부를 기준으로 0.1~1 중량부이고, 바람직하게는 0.2~0.9 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.3~0.6 중량부일 수 있다. 조성물 내 지연제의 함량이 석고성분 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부에 못 미치면 경화시간이 너무 빨라지는 문제점이 있고, 1 중량부를 초과하면 경화시간 지연에 따른 강도저하의 문제점이 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물은, 모르타르 내부에 기포가 발생하여 압축강도가 저하되는 것을 막기 위하여, 소포제를 더 포함할 수 있다. 소포제로는 실리콘계 화합물, 고급알콜계 에멀젼, 변성실리콘 광유계로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 건축용 모르타르 조성물에 소포제가 포함되는 경우, 그 함량은, 석고성분 100 중량부를 기준으로 0.1~3 중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.2~2 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.2~1 중량부일 수 있다. 조성물 내 소포제 함량이 상기 수준보다 적으면 그 사용 효과가 미흡하고, 지나치게 많으면 강도저하의 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물은 시멘트 성분을 포함하지 않고도 우수한 효과를 나타내지만, 이것이 본 발명의 조성물에 있어서 시멘트의 사용을 배제한다는 의미는 아니다. 따라서, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 본 발명의 건축용 모르타르 조성물은 압축강도를 더욱 향상시키고자 시멘트 성분을 더 포함할 수도 있다. 본 발명의 조성물에 포함 가능한 시멘트 성분으로는 알루미나 시멘트(알루미나 함량 50% 이상)를 들 수 있다. 본 발명의 조성물에 시멘트 성분이 사용되는 경우, 그 함량은, 석고성분 100 중량부를 기준으로 1~20 중량부일 수 이고, 보다 구체적으로는 1~15 중량부일 수 있으며, 보다 더구체적으로는 2~10 중량부일 수 있다. 조성물 내 시멘트 함량이 상기 수준보다 적으면 그 사용 효과가 미흡하고, 지나치게 많으면 경제성 저하 등의 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 건축용 모르타르 조성물에는 상기한 성분들 이외에 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 건축용 모르타르 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제 성분들을 하나 이상 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 건축용 모르타르 조성물은 상기한 성분들 및 임의로 추가의 첨가제 성분들을 혼합하는 간단한 방법으로 제조가능하며, 그렇게 제조된 본 발명의 조성물에 적정량의 물만 혼합하면 바로 습식 시공이 가능하다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 및 비교예 ]

자유 수분이 약 10%, 평균입경이 30~60㎛, 순도가 90% 이상인 탈황석고를 화력발전소로부터 입수한 뒤, 이를 약 150~200℃에서 소성시켜 탈황반수석고를 제조하였다. 소성과정을 거처 만들어진 석고는 β-반수석고로, 석고 수분함량이 6.2% 내외였다.

상기 제조된 탈황반수석고에 천연무수석고, 유동화제로서 나프탈렌 설포네이트 포름알데히드 축합물, 및 지연제로서 칼슘 함유 폴리아미드 화합물을 하기 표 1에 나타낸 함량으로 첨가하고, 통상의 방법으로 혼합하여 석고계 모르타르 조성물을 제조하였다.

제조된 모르타르 조성물들에 대하여 경화시간, 압축강도 및 슬럼프를 측정하고, 표면의 크랙 발생 여부를 관찰하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 각 항목의 구체적인 측정방법은 다음과 같았다.

경화시간: 조성물 200g을 물 104~108g과 혼합한 뒤 몰드에 담고, 10분 간격으로 유리막대로 찔러서 유리 막대가 들어가지 않는 시점까지 경과된 시간을 경화 시간으로 결정하였다.

압축강도: 조성물 200g을 물 104~108g과 혼합한 뒤 50*50*50mm 몰드에 시공하고, 1일 양생후 탈형하여 기건양생하고, 28일 양생후 압축강도 측정기로 측정하였다.

슬럼프: 평평한 아크릴판에 측정용 콘을 올려놓고, 조성물 200g을 물 104~108g과 혼합하여 콘의 상부까지 부어넣은 후, 콘을 제거하고 바닥몰탈이 퍼지는 정도를 자로 측정하였다. 슬럼프 값은 160~200mm 수준이 적절한데, 너무 작으면 유동성 저하 문제가 있고, 너무 크면 시공성 저하 문제가 발생한다.

상기 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 1~5의 조성물들은 경화가 1일 이내로 양호하며, 바닥 난방용 모르타르 물성에 적합한 압축강도 및 슬럼프를 확보할 수 있었다. 반면, 비교예 1, 2, 5 및 6의 경우 모르타르 경화시간이 지연되어 조기 보행강도의 확보가 불가능하였으며, 강도도 현저하게 낮았다. 비교예 3 및 4의 경우 경화시간은 짧았으나 슬럼프 저하 현상이 발생하였으며, 이로 인하여 수평 레벨링 작업 및 품질확보에 어려움이 있었다.

Claims (11)

1. 탈황반수석고 및 천연무수석고를 포함하는 석고성분 100 중량부; 유동화제 0.1~5 중량부; 및 지연제 0.1~1 중량부를 포함하며, 상기 석고성분 총 100 중량부 내에는 탈황반수석고 60~99 중랑부 및 천연무수석고 1~40 중량부가 포함되는, 건축용 모르타르 조성물.
2. 제1항에 있어서, 탈황반수석고로서 화력발전소의 배연탈황공정에서 부산물로 발생된 원료 탈황석고를 소성시켜 얻어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
3. 제2항에 있어서, 원료 탈황석고가 5~15중량%의 자유 수분 함량, 30~60㎛의 평균입경 및 90% 이상의 순도를 가지며, 그 소성 온도가 150~200℃인 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
4. 제1항에 있어서, 탈황반수석고의 결정수 함량이 0~7중량%이고, 그 평균입경이 5~40㎛인 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
5. 제1항에 있어서, 유동화제가 나프탈렌 설포네이트 포름알데히드 축합물, 칼슘 리그노설포네이트 및 폴리카르복실산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
6. 제1항에 있어서, 경화시간이 4~15시간인 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
7. 제1항에 있어서, 지연제가 칼슘 함유 폴리아미드 화합물, 시트르산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
8. 제1항에 있어서, 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
9. 제1항에 있어서, 시멘트 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
10. 제1항에 있어서, 물만 혼합하여 습식 시공이 가능한 것을 특징으로 하는 건축용 모르타르 조성물.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 건축용 모르타르 조성물을 시공하여 만들어진 것을 특징으로 하는 난방용 바닥.