KR20160008729A

KR20160008729A - 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물

Info

Publication number: KR20160008729A
Application number: KR1020140088646A
Authority: KR
Inventors: 강대구; 김영곤
Original assignee: (주) 에스와이씨
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-01-25
Also published as: KR101618963B1

Abstract

본 발명은 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 같은 초경량의 단열 소재의 부착시에 다공질인 단열 소재와 벽체 부착용으로 사용되어 경량이면서도 부착 강도가 증가되는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 본 발명은 백색 포틀랜드 시멘트 40 중량%, 경량재 30~40 중량%, 모래 18.0~28.0 중량%, 분말 수지 1.25 중량%, 섬유 0.1 중량%, 소포제 0.1 중량%, 증점제 0.25 중량%, 발수제 0.3 중량%을 포함하여 이루어진다.

Description

미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물{Mortar Composition For Bonding Mineral Hydrate Insulation Panel}

본 발명은 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 같은 초경량의 단열 소재의 부착시에 다공질인 단열 소재와 벽체 부착용으로 사용되어 경량이면서도 부착 강도가 증가되는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 단열 소재로 사용되는 경량 기포 콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete, ALC)는 발포제를 이용해 콘크리트 내부에 미세한 기포를 분산시켜 중량을 가볍게 하여 천연자원의 소모를 적게 한 경량 콘크리트의 일종으로서, 철근이 보강된 패널(Panel) 및 블록의 형태로서 생산, 판매되고 있다. 또한, 경량 콘크리트의 일반적인 장점인 경량성, 단열성, 가공성 등에서 우수한 성능을 나타내고 있다.

ALC(auto clave light weight concrete)는 블록이나 패널을 만드는 공업화 생산품으로, 경량이고 다공질이며 흡습성이 높은 특성을 갖고 있는데 단열, 흠음 및 차음성은 우수하지만 구조재로서 사용은 제한되고 주로 간막이벽, 비내력 외벽 등에 적용되고 있다. ALC는 발포제에 의하여 콘크리트 내부에 무수한 기포를 독립적으로 분산시켜 중량을 가볍게 한 기포콘크리트의 일종으로 블록과 사전에 철근이 보강된 패널형태로서 생산되고 있으며 경량콘크리트의 일반적 장점인 경량성, 단열성, 내화 및 시공성 등에서 우수한 성능을 보이고 있다.

그러나 ALC는 최적강도 발현 및 물리적 특성 부가가 어려울 뿐만 아니라 단열 소재에서 가장 중요한 열전도율 및 개기공을 낮추지 못하여 단열효과가 떨어지는 문제점이 있었기 때문에, 최적강도 발현 및 물리적 특성 부가가 가능하여 성형체의 강도 증진 효과를 가져올 수 있으며, 열전도율 및 개기공을 낮추어 주어 단열효과가 우수할 뿐만 아니라 경량성, 내화성능 및 내구성 향상 등 복합기능이 발현될 수 있는 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재를 단열 소재로 사용하였다.

일반 접착용 모르타르는 경량화되지 않아 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재와의 접착시에 일체화가 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 일반 모르타르로 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재를 벽체 등에 접착할 경우에는 초기 접착력은 우수할 수 있으나 다공질인 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 모르타르간의 강도와 건조 수축에 따른 변형율 등이 차이가 나 모르타르와 접착되는 미네랄 하이드 레이트의 접착면의 균열이 발생하거나, 개기공의 추가 발생으로 단열효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0371397호 "타일부착용 시멘트 모르타르 조성물"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '시멘트, 무기골재 및 혼화제로 조성된 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물에 있어서, 상기 혼화제는 모르타르 조직의 경화초기의 수축현상, 경화 후 고분자 화합물의 수분에 약한 특성, 건습의 반복에 의한 모르타르 조직의 수축팽창을 개선하여 내구성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올의 혼합물로 이루어져 있고 시멘트 모르타르 조성물의 시멘트와 플라이 애쉬의 중량에 대하여 0.9%로 첨가되며; 상기 혼화제에서 상기 메칠셀룰로오스와 폴리비닐알코올 각각의 사용량을 합한 혼화제의 사용량에 대한 메칠셀룰로오스 사용량의 비율이 0.7이며; 플라이 애쉬의 시멘트 대체율이 9% 내지 10%이 되도록 플라이 애쉬를 포함하고; 잔골재를 시멘트와 플라이 애쉬의 100중량부에 대하여 150중량부의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 타일부착용 시멘트 모르타르 조성물.'을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 초경량의 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재와의 접착시에 일체화가 이루어지지 않을 뿐만 아니라 모르타르와 접착되는 미네랄 하이드 레이트의 접착면의 균열이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

특허등록 제0371397호 "타일부착용 시멘트 모르타르 조성물"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다공질 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재의 접착시에 사용되어 모르타르와 미네랄 하이드레이트 단열 소재가 일체화되도록 하여, 경량이면서도 열전도율을 낮추고 부착강도를 높이도록 하는 효과가 있으며, 발포성의 경량재와 다공질인 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 모르타르 간의 강도와 건조 수축에 따른 변형율 등이 차이가 거의 없도록 하여 모르타르와 접착되는 미네랄 하이드레이트의 접착면의 균열이 발생하는 것을 방지하여 단열 소재의 단열기능을 유지시켜주는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 백색 포틀랜드 시멘트 40 중량%, 경량재 30~40 중량%, 모래 18.0~28.0 중량%, 분말 수지 1.25 중량%, 섬유 0.1 중량%, 소포제 0.1 중량%, 증점제 0.25 중량%, 발수제 0.3 중량%을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 경량재는 발포 유리계 경량재인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 분말 수지는 Ethylene/Vinyllaurate/Vinylchloride계의 terpolymer 인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 섬유는 친수성 섬유인 폴리아크릴아마이드계인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물은 다공질 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재의 접착시에 사용되어 모르타르와 미네랄 하이드레이트 단열 소재가 일체화되도록 하여, 경량이면서도 열전도율을 낮추고 부착강도를 높이도록 하는 효과가 있으며, 발포성의 경량재와 다공질인 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 모르타르 간의 강도와 건조 수축에 따른 변형율 등이 차이가 거의 없도록 하여 모르타르와 접착되는 미네랄 하이드레이트의 접착면의 균열이 발생하는 것을 방지하여 단열 소재의 단열기능을 유지시켜주는 매우 유용한 효과가 있다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물은 백색 포틀랜드 시멘트 40 중량%, 경량재 30~40 중량%, 모래 18.0~28.0 중량%, 분말 수지 1.25 중량%, 섬유 0.1 중량%, 소포제 0.1 중량%, 증점제 0.25 중량%, 발수제 0.3 중량%을 포함하여 이루어지며, 상기 조성물에 적정량의 물을 가하여 모르타르를 형성한다.

본 발명에는 백색 포틀랜드 시멘트가 사용되는데, 본 발명은 초경량인 미네랄 하이드레이트 단열 소재의 접착용 모르타르 조성물이기 때문에, 밝은 색상의 미네랄 하이드레이트의 색상을 고려하여 KS L 5204에서 규정한 항목을 만족하는 백색 포틀랜드 시멘트를 사용한다.

경량재는 일반적으로 expanded clay, shale, 퍼라이트 분말, 질석(vermiculite), 발포폴리스타이렌(expanded polystyrene) 등 다양한 원료가 사용되고 있다. 상기의 경량재들은 조성, 밀도, 표면조직, 기공율, 수분의 흡수 및 흡수율 등이 매우 다른 물질이며, 접착 모르타르를 제조하기 위하여 타 재료와의 혼합시에 수분을 흡수하여 강도저하가 나타나는 등 물성에 영향을 끼치기 때문에, 타 재료와의 혼합시에는 최대한 수분을 흡수하지 않고 혼합될 수 있는 재료인 유리연마 슬러지와 발포제를 사용하여 발포시킨 발포 유리계 경량재를 사용하는 것이 바람직하다.

모래는 시멘트의 수화반응에 의한 수축을 저감함과 동시에 부착 강도를 증가시키게 되는데, 특히 모래는 6호사(0.60∼0.425㎜)를 사용하는 것이 바람직하다.

분말 수지는 장기적으로 접착성을 증가시켜, 모르타르와 미네랄 하이드레이트 단열 소재가 일체화되도록 함과 동시에, 고분자 피막에 의한 시멘트 공극을 충진시켜 물이나 유해물질의 침투를 방지하고, 내마모성을 증진시키는 기능을 한다.

즉, 분말 수지는 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 벽체와의 부착력을 향상시키고 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물에 점성을 부가시켜 재료의 결합력을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 액상의 폴리머, EVA(Ethylene Vinylacetate), 아크릴, SBR(Stylene Butadiene Rubber) 등을 사용할 수도 있으며, 특히, 분말 수지는 방수성능이 강화된 Ethylene/Vinyllaurate/Vinylchloride계의 terpolymer를 사용하는 것이 바람직하다.

분말 수지는 1.25 중량% 미만으로 배합되면 제반특성 발현이 미흡하고, 1.25 중량%를 초과하여 배합되면 시멘트 수화반응을 방해하여 강도저하현상이 발생된다.

섬유는 균열 방지, 형상유지 등을 위하여 첨가되며, 유기 또는 무기 물질을 기재로 하는 천연 또는 합성 섬유상 물질, 및 그것들의 혼합물이다. 천연 유기 섬유의 예는, 면, 대마(hemp), 황마(jute), 아마(flax), 목재 섬유, 셀룰로스, 비스코스, 가죽 섬유(leather fiber) 또는 사이잘(sisal)이다. 합성 유기 섬유의 예는, 비스코스 섬유, 폴리아크릴아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 드랄론(Dralon) 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유 또는 아라미드 섬유이다. 무기 섬유는, 예를 들면, 유리 섬유, 탄소 섬유, 미네랄 울 섬유 또는 금속 섬유일 수 있다.

특히, 수분의 함유가 높은 접착 모르타르의 특성상 친수성 섬유인 폴리아크릴아미드계를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 섬유는 0.1중량% 미만으로 배합되면 섬유의 첨가에 따른 보강기능이 저하되고, 0.1중량%를 초과하여 배합되면 혼합 시 뭉쳐져 볼을 형성하는 현상이 발생되므로, 작업성이 저하되는 문제가 발생된다.

소포제를 첨가하여 균일하고 미세한 공기를 형성시킴으로써 작업성을 좋게 할 수도 있다.

시멘트를 모래 및 물과 혼합할 때 의도하지 않은 공기가 연행되는 경우가 발생할 수도 있으며, 이러한 공기는 밀도를 변화시키고 강도를 저하시키는 원인이 되기도 한다. 또한 공기거품은 표면에 분화구나 핀홀과 같은 결점들을 남기기도 하므로 미량의 소포제를 첨가하여 거대 연행기포를 잔 기포화함으로써 동결융해 저항성 및 강도증진 효과를 발휘하도록 하며, 폴리글리콜계, 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다.

소포제는 0.1중량% 미만으로 배합되면 소포효과가 미흡하게 되고, 0.1중량%를 초과하여 배합되면, 과대 파포에 의하여 미장성이 떨어지게 된다.

증점제는 물에 용해될 때 소정의 점도를 가지게 되는 성질이 있어 시멘트 및 모래가 물과 혼합될 때 각 재료에 점성을 주어 재료분리를 완전히 해결하고 소정의 점도로 인한 유동성 증대 역할뿐 아니라 내구성 증진효과를 얻을 수 있는 것이며, 증점제는 고점도로 유지시켜 피착제인 벽면 등에서 흐르지 않도록 해주고 외력을 받았을 때에는 흐름성을 좋게 할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 증점제는 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 또는 스타치에테르(starch ether), 다당류(polysaccharide), 덱스트린(dextrine) 등의 전분(starch)계 등을 사용할 수 있으며, 수성 아크릴 에멀젼 증점제, 아크릴 아마이드계 증점제 등을 사용할 수도 있다. 특히 아크릴 아마이드계 증점제는 증점 효과와 동시에 수분 증발을 억제하는 역할을 하여 시공시 겉마름 현상을 방지하고 정지 상태에서는 고점도를 유지하여, 초경량 단열 소재의 벽체 부착시 처짐 현상을 방지할 수 있어 유리하다.

상기 증점제는 0.25중량% 미만으로 배합되면 증점효과가 미흡하고, 0.25중량%를 초과하여 배합되면 과도한 점성발현으로 작업에 어려움이 발생된다.

발수제는 함량이 0.3중량% 포함할 수 있으며 스테아린산(CH₃(CH₂)₁₆COOH)염인 칼슘염 또는 나트륨염과, 실란계 화합물 등 다양한 종류의 발수제를 사용할 수 있으며, 물이 단면 보수재의 내부로 침투되어 들어감으로써 장기적으로 발생하는 구조물의 열화를 방지하는 역할을 한다. 0.3중량% 미만인 경우에는 물의 내부 확산을 방지하는 효과가 미미하고, 0.3중량%를 초과하여 사용할 경우에는 강도 및 부착성을 감소시키게 된다.

이하, 경량재 배합조건에 따른 실험예와 비교예의 압축강도 및 부착강도를 측정하였다.

경량재의 적정 함량에 대한 평가를 위하여 표 1과 같이 경량재 함량을 25.0중량%, 27.5중량%, 30.0중량%의 조건으로 변화시켜 실험을 실시하였으며, 그에 따른 실험 결과는 표 2와 같다.

경량재 배합조건 선정 실험

구분	시멘트	경량재	모래	분말 수지	섬유	감수제	증점제	발수제	계
실험예 1	40	25.0	33.0	1.25	0.1	0.1	0.25	0.3	100
실험예 2	45	27.5	30.5	1.25	0.1	0.1	0.25	0.3	100
실험예 3	50	30.0	28.0	1.25	0.1	0.1	0.25	0.3	100
비교예 1	38	26	36						100

경량재 배합 조건에 따른 압축강도 및 부착강도

항 목	비 중		압축강도(N/㎟)		부착강도(N/㎟)
항 목	슬러리	건조	7일	28일	7일	28일
실험예 1	1.08	0.90	6.3	9.1	0.49	0.60
실험예 2	0.94	0.80	5.4	7.9	0.47	0.59
실험예 3	0.91	0.76	4.6	7.3	0.50	0.56
비교예 1	1.07	0.87	0.9	3.2	0.54	0.67

실험결과, 실험예에서는 건조 비중을 고려할 때 경량재의 양은 27.5중량% 내외가 적정한 것으로 판단되고, 전체적으로 흐름성이 너무 크기 때문에 감수제 제거의 필요성이 나타났으며, 실험예의 압축강도는 비교예 1에 비하여 2배 이상의 높은 수준을 나타냈다.

시멘트의 적정 함량에 대한 평가를 위하여 표 3과 같이 시멘트 함량을 40중량%, 45중량%, 50중량%의 조건으로 변화시켜 실험을 실시하였으며, 그에 따른 실험 결과는 표 4와 같다.

시멘트 배합조건 선정 실험

구분	백시멘트	경량재	모래	분말 수지	섬유	감수제	증점제	발수제	계
실험예 4	40	27.5	30.7	1.25	0.1	0	0.15	0.3	100
실험예 5	45		25.7
실험예 6	50		20.7

경량재 배합 조건에 따른 압축강도 및 부착강도

항 목	비 중		압축강도(N/㎟)
항 목	슬러리	건조	28일
실험예 4	0.93	0.79	3.12
실험예 5	0.93	0.77	3.41
실험예 6	0.95	0.78	3.47

실험결과, 실험예 4, 5, 6에서 감수제 제거 시 압축강도는 비교예 1 과 유사한 특성을 나타냈으며, 시멘트량의 차이에 의한 압축강도 차이는 크지 않고, 또한 슬러리 혼합 시 공기연행이 너무 많이 되는 경향이 보이기 때문에 소포제 적용이 바람직하다.

따라서 본 발명에서는 압축강도의 차이가 크지 않은 재료인 시멘트 40중량%, 모래 18.0~28.0 중량%로 사용하여 모르타르 조성물을 경량화시키고, 경량재의 비율을 경량재 30~40 중량%로 증가시켜 모르타르 조성물을 최대한 경량화 하였다.

상기의 실험결과를 토대로 표 5에서와 같이 배합 조건을 정하였고, 이 배합비에 따른 공인시험성적 결과는 표 6에 나타냈다.

구분	경량재	시멘트	모래	분말 수지	섬유	소포제	증점제	발수제	계
실시예 1	30	40	28	1.25	0.1	0.1	0.25	0.3	100
실시예 2	35		23
실시예 3	40		18

항 목	밀도(g/㎤)			압축강도 (N/㎟)	휩강도 (N/㎟)	열전도율 (W/m·k)
항 목	겉보기	슬러리	건조	압축강도 (N/㎟)	휩강도 (N/㎟)	열전도율 (W/m·k)
실시예 1	0.81	0.94	0.80	3.89	1.22	0.171
실시예 2	0.81	0.96	0.81	4.38	1.25	0.191
실시예 3	0.81	0.95	0.81	4.69	1.30	0.144

본 발명의 실시예 1, 2, 3은 비교예 1에 비하여 모래를 적게 사용하면서도 압축강도가 높게 나타났으며, 휩강도도 뛰어나고 열전도율이 낮은 것으로 나타났다.

본 발명의 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물은 다공질이면서 초경량의 미네랄 하이드레이트 단열 소재의 접착시에 사용되어 모르타르와 미네랄 하이드레이트 단열 소재가 일체화되도록 하여, 경량이면서도 열전도율을 낮추고 부착강도를 높이도록 하는 효과가 있으며, 발포성의 경량재와 다공질인 미네랄 하이드레이트 단열 소재와 모르타르 간의 강도와 건조 수축에 따른 변형율 등이 차이가 거의 없도록 하여 모르타르와 접착되는 미네랄 하이드레이트의 접착면의 균열이 발생하는 것을 방지하여 단열 소재의 단열기능을 유지시켜주는 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims

백색 포틀랜드 시멘트 40 중량%, 경량재 30~40 중량%, 모래 18.0~28.0 중량%, 분말 수지 1.25 중량%, 섬유 0.1 중량%, 소포제 0.1 중량%, 증점제 0.25 중량%, 발수제 0.3 중량%을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물.
청구항 1에 있어서,
경량재는 발포 유리계 경량재인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물.
청구항 1에 있어서,
분말 수지는 Ethylene/Vinyllaurate/Vinylchloride계의 terpolymer 인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물.
청구항 1에 있어서,
섬유는 친수성 섬유인 폴리아크릴아마이드계인 것을 특징으로 하는 미네랄 하이드레이트 단열 소재 접착용 모르타르 조성물.