KR20160080297A - 베타-반수석고를 이용한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르 - Google Patents

Abstract

본 발명은 β-반수석고를 이용한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업 부산물인 β-반수석고에 후기 강도를 보완할 수 있는 슬래그미분말과 건조수축 감소 및 균열방지를 위한 무수석고 및 시멘트, 시공성능 및 응결시간의 조절을 위한 감수제 및 지연제를 첨가함으로써, 친환경적이고 양생기간이 짧아 경제성이 우수하며, 일정한 강도를 확보할 수 있는 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르에 관한 것이다.

Description

베타-반수석고를 이용한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르{MORTAR COMPOSITION USING BETA-HEMIHYDRATE GYPSUM AND MORTAR USING THEREOF}

본 발명은 β-반수석고를 이용한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업 부산물인 β-반수석고에 후기 강도를 보완할 수 있는 슬래그미분말과 건조수축 감소 및 균열방지를 위한 무수석고 및 시멘트, 시공성능 및 응결시간의 조절을 위한 감수제 및 지연제를 첨가함으로써, 친환경적이고 양생기간이 짧아 경제성이 우수하며, 일정한 강도를 확보할 수 있는 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르에 관한 것이다.

공동주택 등에 사용되는 바닥난방용 모르타르는 경제성과 편의성을 이유로 시멘트, 규사골재, 혼화제를 주성분으로 하는 시멘트계 모르타르가 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 시멘트계 모르타르는 긴 양생시간으로 인해 시공기간이 길며, 건조수축에 따른 균열, 초기강도 발현의 저하 등이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 개선하고자 화력발전소에서 발생되는 부산물인 탈황석고를 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.

일반적으로 석고분말은 이수석고(CaSO₄·2H₂O), 반수석고(α형, β형 CaSO₄·1/2H₂O), Ⅲ형, Ⅱ형 무수석고 등이 있다. 이 중, α형-반수석고(황산칼슘 알파-반수화물, calcium sulfate alpha-hemihydrate)는 100~150℃의 온도조건에서 오토클레이브(Autoclave) 반응기를 이용하여 제조되기 때문에 생산비가 높아, 의료용이나 공업용 등 특수용도에 한정되어 있다. 반면 β형 반수석고(황산칼슘 베타-반수화물, calcium sulfate Beta-hemihydrate, 이하 β-반수석고)는 그 제조비용이 저렴하나, 강도 저하를 이유로 주로 석고보드와 시멘트 응결조절제로 사용하고 있는 실정이다.

탈황석고를 가압수열법으로 처리하여 제조한 α-반수석고를 이용한 모르타르 조성물이 개시된 바 있으나(예컨대, 한국 등록특허 특허 제 10-2009-0114192호 및 제 10-2005-01255541호), 바닥난방재 등에 광범위하게 적용되기 위해서는 시멘트계 모르타르와 같이 대량생산될 필요성이 있기 때문에, 대량 생산에 한계가 있는 α-반수석고를 주성분으로 하는 모르타르의 시공율은 낮은편이다.

그러나, 향후 전력수급을 위한 화력발전소의 증가 및 배연탈황설비의 증설로 인하여 탈황석고의 생산량이 급격하게 증가할 것으로 예상된다. 따라서, 소성비용이 낮고 대량생산이 가능한 산업 부산물인 β-반수석고를 주성분으로 하여 양생시간을 단축함으로써 경제성을 확보할 수 있으며, 친환경적이면서 기존의 탈황석고를 이용한 모르타르의 물성을 보완할 수 있는 모르타르 조성물의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 산업 부산물인 β-반수석고에 후기 강도를 보완할 수 있는 슬래그미분말과 건조수축 감소 및 균열방지를 위한 무수석고 및 시멘트, 시공성능 및 응결시간의 조절을 위한 감수제 및 지연제를 첨가함으로써, 친환경적이고 양생기간이 짧아 경제성이 우수하며, 일정한 강도를 확보할 수 있는 모르타르 조성물 및 이를 이용한 모르타르를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 조성물 총 100중량부를 기준으로, β-반수석고 80~90중량부, 무수석고 3~8중량부, 시멘트 2~8중량부, 슬래그미분말 2~10중량부, 감수제 0.01~1중량부 및 지연제 0.01~1중량부를 포함하는, 모르타르 조성물을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 모르타르 조성물을 이용하여 형성된 모르타르가 제공된다.

본 발명에 따른 모르타르 조성물은 산업 부산물인 β-반수석고에 후기 강도를 보완할 수 있는 슬래그미분말과 건조수축 감소 및 균열방지를 위한 무수석고 및 시멘트, 시공성능 및 응결시간의 조절을 위한 감수제 및 지연제를 첨가하였기 때문에, 친환경적이고 양생기간이 짧아 경제성이 우수하며, 일정한 강도를 확보할 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 모르타르 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로, β-반수석고 80~90중량부, 무수석고 3~8중량부, 시멘트 2~8중량부, 슬래그미분말 2~10중량부, 감수제 0.01~1중량부 및 지연제 0.01~1중량부를 포함한다.

본 발명의 모르타르 조성물은 α-반수석고를 전혀 사용하지 않으며, β-반수석고의 혼입량이 전체 조성물 100중량부에 대해 80~90중량부(보다 바람직하게는 80~88중량부)이므로, 부산물 활용을 극대화할 수 있다. β-반수석고의 사용량이 80중량부 미만이면 산업부산물을 적게 활용하여 제조 원가가 높아지는 문제가 있고, 90중량부를 초과하면 혼수량이 증가하여 요구하는 압축강도를 얻을 수 없다.

β-반수석고, 무수석고, 시멘트 및 슬래그미분말을 혼합한 후 물을 첨가하면 수화반응에 의해 에트링가이트(ettringite, 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfor Aluminate, 3CaO·Al₂O₃3CaSO₄·32H₂O))와 같은 수화물을 생성시키며, 슬래그미분말의 잠재수경성으로 인하여 장기간에 걸쳐 강도가 증가하므로, β-반수석고의 장기강도가 하락하는 단점을 획기적으로 개선할 수 있다.

특별히 한정하지 않으나, 상기 β-반수석고는 평균 입경이 10~50㎛이고, 결정수 1~6중량%를 포함할 수 있다. 예를 들어, 화력발전소로부터 평균 입경이 30~60㎛이고, 자유수분 10%, 순도가 90% 이상인 탈황석고를 입수하여, 1차로 케이스 밀(Case Mill)에서 80~90℃로 건조하여 자유수분을 제거한 다음, 2차로 임팩트 밀(Impact Mill) 150~160℃로 소성 및 분쇄 공정을 거쳐, 평균 입경이 10~50㎛로 제조된 β-반수석고를 본 발명에서 사용할 수 있다.

본 발명의 모르타르 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로 무수석고 3~8중량부(보다 바람직하게는 4~8중량부)를 포함한다. 무수석고 사용량이 3중량부 미만이면 응결시간이 단축되어 작업성 확보에 문제가 있으며, 8중량부를 초과하면 응결시간이 지연되며 제조원가가 높아지는 문제가 있다.

상기 무수석고로는, 그 비표면적이 예컨대 3,000 내지 6,000㎠/g 정도로 분말화된 것이 바람직하다.

본 발명의 모르타르 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로 시멘트 2~8중량부(보다 바람직하게는 3~8중량부)를 포함한다. 시멘트 사용량이 2중량부 미만이면 모르타르에서 발현되는 압축강도가 낮아 요구하는 강도를 얻을 수 없으며, 8중량부를 초과하면 산업부산물의 활용이 줄어들어 친환경적이 못하다는 문제가 있다.

상기 시멘트로는 백색 포틀랜드 시멘트가 사용가능하며, 이는 Fe₂O₃, SO₃ 및 MgO로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 이 경우, 예를 들어 Fe₂O₃를 0.5중량% 이하로, SO₃를 3.5중량% 이하로, MgO를 5.0중량% 이하로 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 모르타르 조성물은, 조성물 총 100중량부를 기준으로 슬래그미분말 2~10중량부(보다 바람직하게는 3~8중량부)를 포함한다. 슬래그미분말 사용량이 2중량부 미만이면 모르타르의 장기 강도가 저하되는 문제가 있으며, 10중량부를 초과하면 모르타르의 초기 강도가 저하되는 문제가 있다.

특별히 한정하지 않으나, 슬래그미분말로는 MgO 4.0~8.0중량% 및 SO₃ 2.0~3.0중량%를 포함하고, 밀도 2.80~2.95g/㎤, 평균입경 8~12㎛, 비표면적 4,000~6,000㎠/g인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 모르타르 조성물은, 작업성 및 강도를 향상시키기 위하여, 조성물 총 100중량부를 기준으로 감수제 0.01~1중량부(보다 바람직하게는 0.1~1중량부)를 포함한다. 감수제 사용량이 0.01중량부 미만이면 유동성이 낮아 작업성을 확보할 수 없으며, 1중량부를 초과하면 제조원가가 높아지고, 블리딩이 발생하여 강도가 저하되는 문제가 있다.

바람직하게는, 상기 감수제로서 나프탈렌계 축합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어 8-아미노-1,5-나프탈렌디술폰산 모노소듐염 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 모르타르 조성물은, β-반수석고의 급결성을 지연시켜 작업시간을 확보하기 위하여, 조성물 총 100중량부를 기준으로 지연제 0.01~1중량부(보다 바람직하게는 0.1~1중량부)를 포함한다. 지연제 사용량이 0.01중량부 미만이면 응결시간이 빨라져 작업성을 확보할 수 없으며, 1중량부를 초과하면 응결시간이 과다하게 지연되어 양생시간이 길어지므로 경제성을 확보할 수 없다.

바람직하게는, 상기 지연제로서 폴리아미드 화합물, 시트르산, 타르타르산 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 상기 폴리아미드 화합물로는 예를 들어 칼슘이 첨가된 폴리아미드 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기의 성분들로 배합된 모르타르 조성물은 약간의 팽창성을 가지고 있으므로 시멘트계 모르타르에 비하여 균열 발생이 적고, 석고 자체가 갖는 평활성을 바탕으로 유동성이 높다는 장점을 갖는다. 이러한 본 발명의 모르타르 조성물은, 응결시간으로서 바람직하게는 1시간 이상의 초결 시간(예컨대, 1~4시간, 보다 바람직하게는 1~3시간) 및 15시간 이내의 종결 시간(예컨대 4~15시간, 보다 바람직하게는 4~8시간)을 나타낼 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 모르타르 조성물을 이용하여 형성된 모르타르가 제공된다.

본 발명의 모르타르는, 예컨대 상기 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 물 35~55중량부, 보다 구체적으로는 물 40~50중량부를 혼합하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 모르타르는 기존의 β-반수석고계 모르타르가 갖는 강도 저하의 문제점을 개선한 것으로서, 200kgf/㎠ 이상(예컨대, 200~500kgf/㎠)의 압축강도(재령 7일 기준)를 나타낼 수 있다. 본 발명의 모르타르는 건축재로서 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 예를 들어 바닥난방 용도(즉, 난방용 바닥재 용도)로 사용될 수 있다.

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

[ 실시예 ]

표 1에 나타낸 조성으로 배합된 모르타르 조성물을 이용하여 모르타르를 제조한 후, 압축강도 및 응결시간을 측정하여 표 1에 나타내었다.

모르타르의 제조는 KS L 5109 수경성시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법에 따라 실시하였고, KS L 5105 수경성시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법에 따라 재령 3일과 7일, 28일에 각각 모르타르의 압축강도를 측정하였다.

[원료 성분]

β-반수석고: 평균 입경 25㎛, 결정수 5중량% 함유

무수석고: 천연무수석고(청해소재), 비표면적 약 4,000㎠/g

시멘트: 백색 보통포틀랜드시멘트(유니온)

슬래그미분말: 밀도 2.90 g/㎤, 평균입경 10 ㎛, 잔분45㎛ 1.0%, 수분 0.2%, 비표면적 5,000㎠/g

지연제: 칼슘이 첨가된 폴리아미드 화합물[PLAST RETARD PE, (SICIT 2000 S.p.A)]

감수제: 8-아미노-1,5-나프탈렌디술폰산 모노소듐염[NEOCON CA-40N(대동켐텍)]

실시예 1

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 45중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

실시예 2

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 43중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

실시예 3

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 40중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

비교예 1

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 45중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

비교예 2

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 45중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

비교예 3

표 1에 나타낸 조성의 성분들을 혼합하여 모르타르 조성물을 제조한 뒤, 이 모르타르 조성물 100중량부를 기준으로 물 40중량부를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.

상기 실시예 1~3에서 얻어진 석고계 모르타르의 응결시간 및 압축강도는 바닥난방용 모르타르의 기준[압축강도: 200 kgf/㎠ 이상, 응결시간: 초결 1시간 이상, 종결 15시간 이내]에 적합한 수치임을 확인할 수 있었다. 또한, 일반적인 시멘트계 모르타르의 응결시간으로서 초결 시간이 4시간~4시간 30분, 종결시간이 7시간~7시간 30분인 것을 고려할 때, 본 발명의 모르타르 조성물을 이용함으로써 응결시간 및 양생시간을 단축시켜 경제성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.

그러나, 비교예 1과 같이 지연제가 포함되지 않는 경우 응결시간은 빠르게 진행되어 적합한 작업시간의 확보가 불가능하였으며, 비교예 2 및 3과 같이 슬래그미분말이나 백시멘트가 포함되지 않은 경우 매우 낮은 압축강도를 나타내어 바닥난방용 모르타르의 기준에 미치지 못함을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 4는 실시예와 유사한 수준의 압축 강도를 보이나 β-반수석고의 함량이 적어 상대적으로 제조원가가 높아져 경제성을 확보할 수 없었고, 비교예 5는 β-반수석고가 과량으로 포함되어 낮은 압축강도를 가짐을 알 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 모르타르 조성물을 이용하여 적합한 작업성 및 압축강도를 가지는 석고계 모르타르를 제조할 수 있었다.

Claims (12)

1. 조성물 총 100중량부를 기준으로, β-반수석고 80~90중량부, 무수석고 3~8중량부, 시멘트 2~8중량부, 슬래그미분말 2~10중량부, 감수제 0.01~1중량부 및 지연제 0.01~1중량부를 포함하는, 모르타르 조성물.
2. 제1항에 있어서, β-반수석고가 10~50㎛의 평균 입경 및 1~6중량%의 결정수 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
3. 제1항에 있어서, β-반수석고는, 탈황석고를 케이스 밀에서 80~90℃로 건조하고, 임팩트 밀에서 150~160℃로 소성 및 분쇄하여 얻어진 것인, 모르타르 조성물.
4. 제1항에 있어서, 무수석고의 비표면적이 3,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
5. 제1항에 있어서, 시멘트가 백색 포틀랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
6. 제1항에 있어서, 슬래그미분말이 MgO 4.0~8.0중량% 및 SO₃ 2.0~3.0중량%를 포함하며, 그 밀도가 2.80~2.95g/㎤이고, 평균입경이 8~12㎛이며, 비표면적이 4,000~6,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
7. 제1항에 있어서, 감수제가 나프탈렌계 축합물인 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
8. 제1항에 있어서, 지연제가 폴리아미드 화합물, 시트르산, 타르타르산 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
9. 제1항에 있어서, 응결시간으로서 1시간 이상의 초결 시간 및 15시간 이내의 종결 시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 모르타르 조성물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 모르타르 조성물을 이용하여 형성된 모르타르.
11. 제10항에 있어서, 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 물 35~55중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 모르타르.
12. 제10항에 있어서, 바닥난방 용도인 것을 특징으로 하는 모르타르.