KR20200124498A - SBR Latex Modified Polymer Cement Mixtures for 3D Concrete Printing and Its Manufacturing Method - Google Patents

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KR20200124498A KR1020190047891A KR20190047891A KR20200124498A KR 20200124498 A KR20200124498 A KR 20200124498A KR 1020190047891 A KR1020190047891 A KR 1020190047891A KR 20190047891 A KR20190047891 A KR 20190047891A KR 20200124498 A KR20200124498 A KR 20200124498A
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Abstract

The present invention relates to an SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing, in which SBR latex, a water-soluble polymer compound, is properly mixed with cement to improve fluidity, extrudability, lamination and open time, so as to facilitate printing and enhance the compressive strength, flexural strength, modulus of elasticity, drying shrinkage, etc., thereby securing the safety and durability of a printed structure. Accordingly, the present invention not only facilitates construction by obtaining properties such as suitable fluidity, extrudability, lamination, and open time before hardening, but also improves properties such as compressive strength, flexural strength, modulus of elasticity, drying shrinkage, etc., after hardening, thereby securing stability and durability of a printed structure.

Description

3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 및 그의 제조방법{SBR Latex Modified Polymer Cement Mixtures for 3D Concrete Printing and Its Manufacturing Method}SBR Latex Modified Polymer Cement Mixtures for 3D Concrete Printing and Its Manufacturing Method {SBR Latex Modified Polymer Cement Mixtures for 3D Concrete Printing and Its Manufacturing Method}

본 발명은 폴리머 시멘트 혼합물에 관한 것이며, 더욱 상세히는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer cement mixture, and more particularly, to a SBR (Styrene Butadiene Rubber) latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing and a method of manufacturing the same.

근년에 이르러 신속조형기술(rapid prototyping technology), 특히 3D 프린팅(three-dimensional printing) 기술은 여러 분야에서 성공적으로 이용되고 있다. 특히 제조업 분야, 의료분야, 그리고 식품분야에 많이 이용되고 있다. 이들 분야에서는 3D 프린팅 기술이 빠르게 발전해 왔지만 건설 산업 분야에서는 발전 속도는 매우 느리다.In recent years, rapid prototyping technology, particularly 3D printing technology, has been successfully used in various fields. In particular, it is widely used in the manufacturing field, medical field, and food field. In these fields, 3D printing technology has developed rapidly, but in the construction industry, the pace of development is very slow.

특히 건설 산업에서 중요한 역할을 하는 콘크리트는 건설 재료 가운데 가장 널리 쓰이고 있지만, 이러한 콘크리트를 시공하는 데는 거푸집이 필수적이다. 거푸집 공사는 재료, 인력, 공사기간, 장비에 대한 비용이 많이 소요되고, 환경적인 측면에서 부정적인 면도 있다.In particular, concrete, which plays an important role in the construction industry, is the most widely used among construction materials, but formwork is essential to construct such concrete. Formwork is expensive for materials, manpower, construction period, and equipment, and there are negative aspects in terms of environment.

그래서 디지털 기술과 재료 기술로부터 나오는 새로운 지식을 결합한 신기술로서 거푸집을 사용하지 않고도 자유로운 형상의 구조물(free-form construction)을 건설할 수 있는 3D 프린팅 기술을 적용한 시공법 연구가 1997년 이후부터 세계적으로 이루어지기 시작했다.So, as a new technology that combines new knowledge from digital technology and material technology, research on construction methods applying 3D printing technology that can construct free-form construction without using a formwork has been conducted worldwide since 1997. it started.

이 기술은 겐트리(gantry)나 로봇 암(robotic arm)을 이용한 대형설비가 필요하며, 프린팅용 재료도 대량으로 소요된다. 그래서 소형이면서 정밀한 다른 산업 분야의 3D 프린팅 기술과 차이가 크기 때문에, 그 명칭도 3D 콘크리트 프린팅(3D Concrete Printing : 3DCP) 공법이라고 부르고 있다.This technology requires large equipment using a gantry or a robotic arm, and a large amount of printing materials are required. So, because it is small and precise, it is different from 3D printing technology in other industrial fields, so its name is also called 3D Concrete Printing (3DCP) method.

3DCP는 시멘트 복합재료를 층층이 쌓아서 시공하는 적층 제조(additive manufacturing)기술이다. 좀 더 자세히 3DCP 시스템에 대하여 살펴보면, 프린팅 방법에는 혼합물 압출방식(extrusion-based technology)과 분말 분사방식(powder-based technology)이 있으며, 현재 개발 중인 기술의 대부분은 압출식이다. 3DCP는 컴퓨터 제어에 의해 작동하며, 정해진 프로세스에 의해 순차적으로 적층시켜, 소정의 크기를 정확하게 형성하고 경화시킴으로써 거푸집이 불필요한 공법이다.3DCP is an additive manufacturing technology in which cement composite materials are stacked and constructed. Looking at the 3DCP system in more detail, printing methods include extrusion-based technology and powder-based technology, and most of the technologies currently being developed are extrusion. 3DCP is a method that does not require a formwork by operating by computer control and sequentially stacking according to a predetermined process to accurately form and cure a predetermined size.

3DCP 기술은 전통적인 건설 기술과 비교할 때, 기하학적인 복잡성 실현을 위해 거의 무제한의 가능성을 제공하는 환경 친화적인 기술이기도 하다. 그리고 이 기술은 비용과 시간의 절약, 환경오염의 최소화 및 건설 현장의 사고 감소와 같은 이점을 가지고 있다. 무엇보다도 3DCP 기술은 ‘무거푸집 건설’을 대표하는 기술로서 빠른 시공이 가능하기 때문에 건설 산업의 미래기술로 기대를 모으고 있다.3DCP technology is also an environmentally friendly technology that offers virtually unlimited possibilities for realizing geometric complexity compared to traditional construction technology. And this technology has advantages such as saving cost and time, minimizing environmental pollution and reducing accidents at construction sites. Above all, 3DCP technology is a technology that represents'no-form construction' and is expected to be the future technology of the construction industry because it enables rapid construction.

3DCP 기술은 콘크리트 프린팅 장비, 3D 모델링 소프트웨어, 프린팅용 재료로 구성되며, 컴퓨터에 의해 자동으로 작동된다. 그러나 이들 요소들의 성격은 독립적이라고 볼 수 있으며, 전공 영역으로는 기계, IT, 재료 분야로 구성된다.3DCP technology consists of concrete printing equipment, 3D modeling software, and materials for printing, and is automatically operated by a computer. However, the characteristics of these elements can be seen as independent, and the major fields consist of machinery, IT, and materials.

특히 근년에 이르러 건설 대상 구조물의 특성에 맞는 프린팅 재료의 개발에 대한 연구가 활발히 경쟁적으로 수행되고 있다.In particular, in recent years, research on the development of printing materials suitable for the characteristics of structures to be constructed has been actively and competitively conducted.

그러나 현재 사용되고 있는 3DCP용 재료에 대한 기술은 아직 초보적인 수준에 머무르고 있다. 이 때문에 소정의 굳지 않은 성질이 확보되지 않아 적층에 애로가 많을 뿐만 아니라 성형성도 매우 불량하며, 소정의 굳은 후 성질이 확보되지 않아 품질관리가 어렵고, 시공된 구조물의 안정성이나 내구성을 확보하지 못하는 문제점이 노출되고 있다.However, the technology for materials for 3DCP currently being used is still at a rudimentary level. Because of this, not only is there a lot of difficulties in lamination because the predetermined non-hardening properties are not secured, but also the formability is very poor, and quality control is difficult because the properties are not secured after predetermined hardening, and the stability or durability of the constructed structure is not secured. Is being exposed.

KRKR 10-162007510-1620075 B1B1

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시멘트에 수용성 고분자 화합물인 SBR 라텍스를 적절하게 배합함으로써 유동성, 압출성, 적층성과 오픈 타임을 개선하여 프린팅 작업이 용이하고, 압축강도, 휨강도, 탄성계수, 건조수축 등이 향상되어 프린팅 된 구조물의 안전성과 내구성 확보가 가능한 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to improve fluidity, extrudability, lamination and open time by appropriately blending SBR latex, which is a water-soluble high molecular compound in cement, to facilitate printing, It is to provide a SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing that can secure safety and durability of printed structures by improving compressive strength, flexural strength, modulus of elasticity, and drying shrinkage, and a manufacturing method thereof.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물은, SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시(fly ash) 5∼8중량%, 실리카 흄(silica fume) 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention includes 1 to 5% by weight of SBR (Styrene Butadiene Rubber) latex and 23 to 25% by weight of Portland cement, and water. 7 to 12% by weight, 50 to 54% by weight of fine aggregate, 5 to 8% by weight of fly ash, 2 to 4% by weight of silica fume, 0.23 to 0.26% by weight of water reducing agent and 0.009 to 0.015% by weight of viscosity modifier It is characterized by including %.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 SBR 라텍스는 에멀션(emulsion) 형태로서 전고형분 함량이 47∼50%인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the SBR latex is in the form of an emulsion and has a total solid content of 47-50%.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 세골재는 각형 입자로서 입자크기는 직경 0.05∼5mm, 비중은 1.5∼1.6, 수분함량은 0.1% 이하인 순도 90% 이상의 실리카질 모래인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the fine aggregate is a prismatic particle with a particle size of 0.05 to 5 mm in diameter, a specific gravity of 1.5 to 1.6, and a moisture content of 0.1% or less with a purity of 90% or more It is characterized by being.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 플라이 애시는 KS L 5405(플라이 애시)에 규정되어 있는 2종 플라이 애시이며 수분함량 1.0% 이하인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the fly ash is two types of fly ash specified in KS L 5405 (fly ash) and has a moisture content of 1.0% or less.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 실리카 흄은 이산화규소(SiO2) 함량 90% 이상, 수분함량 1.0% 이하, 비표면적 155000∼159000㎠/g인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the silica fume has a silicon dioxide (SiO 2 ) content of 90% or more, a moisture content of 1.0% or less, and a specific surface area of 155000 to 159000 cm2/g. do.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 감수제는 폴리카르본산계(polycarbonate type) 감수제인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the water reducing agent is characterized in that the water reducing agent is a polycarbonate type water reducing agent.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물에 있어서, 상기 점도 조절제는 유기개질점도(organic modified clay)인 것을 특징으로 한다.In the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, the viscosity modifier is characterized in that it is an organic modified clay.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법은, SBR 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시 5∼8중량%, 실리카 흄 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조하기 위하여, 1/100 정밀도의 계량저울로 상기한 각 재료를 계량하는 제1과정과; 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 세골재와 플라이 애시 및 실리카 흄을 강제식 믹서로 건비빔하는 제2과정; 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 테이블 믹서로 혼합하는 제3과정; 상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 SBR 라텍스를 넣고 테이블 믹서로 혼합하는 제4과정; 및 상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 강제식 믹서로 혼합하여 상기한 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조 완료하는 제5과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the SBR latex-modified polymer cement mixture manufacturing method for 3D concrete printing according to the present invention includes 1 to 5% by weight of SBR latex, 23 to 25% by weight of Portland cement, and 7 to 12 of water. Modified SBR latex for 3D concrete printing containing weight %, fine aggregate 50 to 54 weight %, fly ash 5 to 8 weight %, silica fume 2 to 4 weight %, water reducing agent 0.23 to 0.26 weight %, and viscosity modifier 0.009 to 0.015 weight% A first step of weighing each of the above materials with a weighing scale having 1/100 accuracy in order to prepare a polymer cement mixture; A second process of mixing fine aggregate, fly ash, and silica fume among the materials measured in the first process with a forced mixer; A third step of adding a water reducing agent and a viscosity modifier to water among the materials measured in the first step and mixing them with a table mixer; A fourth step of putting SBR latex among the materials measured in the first step into the mixture made in the third step and mixing with a table mixer; And a fifth process of injecting the mixture made in the fourth process into the mixture made by hot mixing in the second process and mixing it with a forced mixer to complete the production of the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing. It characterized in that it is made.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법에 있어서, 상기 제3과정에서는 20∼30℃ 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 5∼10분 동안 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, in the third step, a water reducing agent and a viscosity modifier are added to water at 20 to 30° C. and mixed for 5 to 10 minutes.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법에 있어서, 상기 제4과정에서는 상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 SBR 라텍스를 넣고 5∼10분 동안 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, in the fourth step, SBR latex among the materials measured in the first step is added to the mixture prepared in the third step and for 5 to 10 minutes. It is characterized by mixing.

본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법에 있어서, 상기 제5과정에서는 상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 5∼10분 동안 혼합하여 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조 완료하는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention, in the fifth process, the mixture made in the fourth process is added to the mixture made by hot mixing in the second process, and then 5-10 minutes It characterized in that the production of the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing is completed by mixing.

본 발명은 굳기 전 성질 특히 적당한 유동성, 압출성, 적층성, 오픈 타임을 얻을 수 있어 시공이 용이 할 뿐만 아니라, 굳은 후의 성질 특히 압축강도, 휨강도, 탄성계수, 건조수축 등이 개선되어 프린팅 된 구조물의 안정성과 내구성을 확보할 수 있다.The present invention not only facilitates construction by obtaining properties before hardening, particularly suitable fluidity, extrudability, lamination, and open time, but also improves properties after hardening, especially compressive strength, flexural strength, elastic modulus, drying shrinkage, etc. Stability and durability can be secured.

도 1은 본 발명 혼합물의 유동성과 적층성 시험에 사용된 3DCP 장비의 노즐 형상 및 작업 형태를 나타낸 실시예.
도 2 내지 도 5는 흐름률에 따른 프린팅 시험 모습을 나타낸 실시예.
도 6은 흐름률이 낮은 경우 필라멘트의 표면부 하자를 나타낸 실시예.
도 7은 3DCP 장비에 의한 본 발명 혼합물의 1층 압출시험 모습을 나타낸 실시예.
도 8은 본 발명 혼합물의 10층 적층성 시험 모습을 나타낸 실시예.
도 9는 SBR 라텍스 함량에 따른 본 발명 혼합물의 흐름률 변화를 나타낸 그래프.
도 10은 SBR 라텍스 함량에 따른 본 발명 혼합물의 재령별 압축강도 발현 양상을 나타낸 그래프.
도 11은 SBR 라텍스 함량에 따른 본 발명 혼합물의 재령별 휨강도 발현 양상을 나타낸 그래프.
도 12는 SBR 라텍스 함량에 따른 본 발명 혼합물의 압축응력-변형률의 관계도를 나타낸 그래프.
도 13은 SBR 라텍스 함량에 따른 본 발명 혼합물의 재령별 건조수축량 변화를 나타낸 그래프.
도 14는 보통 시멘트 혼합물과 SBR 라텍스로 개질된 본 발명 혼합물의 조직구조 변화를 나타낸 실시예.
1 is an example showing the nozzle shape and operation form of the 3DCP equipment used in the fluidity and lamination test of the mixture of the present invention.
2 to 5 are examples showing the state of the printing test according to the flow rate.
Figure 6 is an embodiment showing a surface defect of the filament when the flow rate is low.
Figure 7 is an example showing a one-layer extrusion test state of the present invention mixture by 3DCP equipment.
8 is an example showing the state of the 10-layer lamination test of the mixture of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the flow rate change of the mixture of the present invention according to the SBR latex content.
10 is a graph showing the expression pattern of compressive strength by age of the inventive mixture according to the SBR latex content.
Figure 11 is a graph showing the appearance of the flexural strength of the mixture according to the age of the present invention according to the SBR latex content.
12 is a graph showing the relationship between the compressive stress-strain of the inventive mixture according to the SBR latex content.
13 is a graph showing the change in the amount of drying shrinkage by age of the inventive mixture according to the SBR latex content.
14 is an example showing a change in the structure of the mixture of the present invention modified with a normal cement mixture and SBR latex.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서 설명하는 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 및 그의 제조방법은 하기의 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 청구하는 기술의 요지를 벗어남이 없이 해당 기술분야에 대하여 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention described below and a method of manufacturing the same are not limited to the following examples, and are generally applicable to the technical field without departing from the gist of the technology claimed in the claims. Anyone who has the knowledge of this has the technical spirit to the extent that anyone can change and implement it.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물은 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시(fly ash) 5∼8중량%, 실리카 흄(silica fume) 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함한다.SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to a preferred embodiment of the present invention is SBR (Styrene Butadiene Rubber) latex 1-5% by weight, Portland cement 23-25% by weight, water 7-12% by weight, fine aggregate 50- 54 wt%, fly ash 5-8 wt%, silica fume 2-4 wt%, water reducing agent 0.23-0.26 wt%, and viscosity modifier 0.009-0.015 wt%.

상기 SBR 라텍스는 에멀션(emulsion) 형태로서 전고형분 함량이 47∼50%인 것이 바람직하며, 폴리머 필름 형성에 의한 압축, 휨, 인장강도 증진, 방수성, 접착성, 내약품성의 증진효과가 있다.The SBR latex is in the form of an emulsion and preferably has a total solid content of 47 to 50%, and has an effect of improving compression, warpage, tensile strength, waterproofness, adhesion, and chemical resistance by forming a polymer film.

상기 포틀랜드 시멘트는 KS L 5201(포틀랜드 시멘트) 및 ASTM C 150(Standard Specification for Portland Cement)에 적합한 것으로, 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.The Portland cement is suitable for KS L 5201 (Portland Cement) and ASTM C 150 (Standard Specification for Portland Cement), and it is preferable to use one type of ordinary Portland cement.

상기 물은 배합수로서 음용의 수돗물을 사용하는 것이 바람직하다.As for the water, it is preferable to use tap water for drinking as the mixing water.

상기 세골재는 각형 입자로서 입자크기는 직경 0.05∼5mm(바람직하게는 0.08mm), 비중은 1.5∼1.6(바람직하게는 1.57), 수분함량은 0.1% 이하인 순도 90% 이상의 실리카질 모래인 것이 바람직하다.The fine aggregate is a prismatic particle, and a particle size of 0.05 to 5 mm (preferably 0.08 mm), a specific gravity of 1.5 to 1.6 (preferably 1.57), a water content of 0.1% or less, and a purity of 90% or more silica sand is preferred. .

상기 플라이 애시는 KS L 5405(플라이 애시)에 규정되어 있는 2종 플라이 애시이며 수분함량 1.0% 이하인 것이 바람직하며, 콘크리트의 유동성과 수밀성 향상, 초기 수화열 억제 등의 효과가 있다.The fly ash is two types of fly ash specified in KS L 5405 (fly ash), and preferably has a moisture content of 1.0% or less, and has effects such as improving the fluidity and watertightness of concrete, and inhibiting initial heat of hydration.

상기 실리카 흄은 이산화규소(SiO2) 함량 90% 이상, 수분함량 1.0% 이하, 비표면적 155000∼159000㎠/g(바람직하게는 157000㎠/g)인 것이 바람직하며, 수산화칼슘<Ca(OH)2)>과의 포졸란 반응(pozzolanic reaction)에 의해 고강도, 고내구성, 재료분리 저항성, 수밀성 등이 우수한 C-S-H겔을 형성하는 특성이 있다.The silica fume is preferably a silicon dioxide (SiO 2 ) content of 90% or more, a moisture content of 1.0% or less, a specific surface area of 155000 to 159000 ㎠/g (preferably 157000 ㎠/g), and calcium hydroxide <Ca(OH) 2 Pozzolanic reaction with )> has the characteristics of forming a CSH gel with excellent high strength, high durability, material separation resistance, and water tightness.

상기 감수제는 일반 감수제보다 분산 효과가 우수한 고성능 감수제인 폴리카르본산계(polycarbonate type) 감수제인 것이 바람직하며, 작업성 향상을 목적으로 사용한다.The water reducing agent is preferably a polycarbonate type water reducing agent, which is a high-performance water reducing agent that has superior dispersion effect than general water reducing agents, and is used for the purpose of improving workability.

상기 점도 조절제는 유기개질점토(organic modified clay)이며, 초기 접착력을 향상시키고 재료분리 저감과 유동성 확보를 목적으로 사용한다.The viscosity modifier is organic modified clay, and is used for the purpose of improving initial adhesion, reducing material separation and securing fluidity.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물은 다음과 같이 제조된다.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention constituted as described above is prepared as follows.

먼저, SBR 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시 5∼8중량%, 실리카 흄 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조하기 위하여, 1/100 정밀도의 계량저울로 상기한 각 재료를 계량한다(제1과정).First, 1 to 5% by weight of SBR latex and 23 to 25% by weight of Portland cement, 7 to 12% by weight of water, 50 to 54% by weight of fine aggregate, 5 to 8% by weight of fly ash, 2 to 4% by weight of silica fume, 0.23 water reducing agent To prepare a SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing containing -0.26% by weight and 0.009 to 0.015% by weight of a viscosity modifier, each of the above materials is weighed with a 1/100-accuracy weighing scale (1st step). .

상기 제1과정에 있어서, 1/100 정밀도의 계량저울을 사용하는 이유는 감수제와 점도 조절제가 미량이므로 정밀도가 높은 계량 저울이 필요하며, 철저한 품질관리를 위해서 다른 재료들의 계량도 정확하게 이루어져야 하기 때문이다.In the first step, the reason for using a weighing scale with 1/100 accuracy is that the water reducing agent and the viscosity modifier are trace amounts, so a weighing scale with high precision is required, and other materials must be accurately weighed for thorough quality control. .

이어서, 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 세골재와 플라이 애시 및 실리카 흄을 강제식 믹서로 건비빔한다(제2과정).Subsequently, the fine aggregate, fly ash, and silica fume among the materials measured in the first step are mixed with a forced mixer (second step).

이어서, 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 혼합한다(제3과정). 이때, 20∼30℃ 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 5∼10분 동안 테이블 믹서로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.Then, a water reducing agent and a viscosity modifier are added to water among the materials measured in the first step and mixed (third step). At this time, it is most preferable to put a water reducing agent and a viscosity modifier in water at 20 to 30° C. and mix with a table mixer for 5 to 10 minutes.

상기 제3과정에 있어서, 물이 20℃ 미만이면 감수제와 점도 조절제의 용해속도가 늦어지고, 물이 30℃ 이상이면 하기의 제5과정에서 너무 빠른 경화반응이 일어날 수 있다. 또한, 5분 미만 혼합 시 감수제와 점도 조절제가 불균일하게 혼합될 수 있고, 10분 이상 혼합 시 재료의 분리현상을 초래할 수 있으며 과다한 혼합시간은 생산성을 저하시킨다.In the third process, if the water is less than 20°C, the dissolution rate of the water reducing agent and the viscosity modifier is slow, and if the water is 30°C or more, too fast curing reaction may occur in the fifth step below. In addition, when mixing for less than 5 minutes, the water reducing agent and the viscosity modifier may be mixed unevenly, and when mixing for 10 minutes or more, separation of the material may occur, and excessive mixing time decreases productivity.

따라사, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 제3과정에서 물의 온도는 20∼30℃, 혼합시간은 5∼10분으로 한정하였다.Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, the temperature of water in the third process is limited to 20 to 30° C. and the mixing time is limited to 5 to 10 minutes.

이어서, 상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 SBR 라텍스를 넣고 혼합한다(제4과정). 이때, 상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 SBR 라텍스를 넣고 5∼10분 동안 테이블 믹서로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.Subsequently, SBR latex among the materials measured in the first step is added to the mixture prepared in the third step and mixed (step 4). At this time, it is most preferable to put the SBR latex into the mixture made in the third step and mix it with a table mixer for 5 to 10 minutes.

상기 제4과정에 있어서, 5분 미만 혼합 시 제3과정의 혼합물과 SBR 라텍스가 불균일하게 혼합될 수 있고, 10분 이상 혼합 시 재료의 분리현상을 초래할 수 있으며 과다한 혼합시간은 생산성을 저하시킨다.In the fourth process, when the mixture is mixed for less than 5 minutes, the mixture of the third process and the SBR latex may be mixed unevenly, and when the mixture is mixed for more than 10 minutes, separation of the material may occur, and excessive mixing time decreases productivity.

따라사, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 제4과정에서 혼합시간은 5∼10분으로 한정하였다.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the mixing time in the fourth process is limited to 5 to 10 minutes.

마지막으로, 상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 혼합하여 상기한 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조 완료한다(제5과정). 이때, 상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 5∼10분 동안 강제식 믹서로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.Finally, the mixture made in the fourth process is added to the mixture made by hot mixing in the second process and then mixed to complete the production of the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing (step 5). At this time, it is most preferable to add the mixture made in the fourth process to the mixture made by hot mixing in the second process and then mix it with a forced mixer for 5 to 10 minutes.

상기 제5과정에 있어서, 5분 미만 혼합 시 제2과정의 혼합물과 제4과정 혼합물이 불균일하게 혼합될 수 있고, 10분 이상 혼합 시 재료의 분리현상을 초래할 수 있으며 과다한 혼합시간은 생산성을 저하시킨다.In the fifth process, when mixing for less than 5 minutes, the mixture of the second process and the mixture of the fourth process may be mixed unevenly, and when mixing for more than 10 minutes, separation of the material may occur, and excessive mixing time decreases productivity. Let it.

따라사, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 제5과정에서 혼합시간은 5∼10분으로 한정하였다.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the mixing time in the fifth process is limited to 5 to 10 minutes.

상기한 제1과정 내지 제5과정은 순차적으로 수행하는 것이 바람직하며, 특히 만약 상기한 제2과정에서 상기한 제3과정에 사용되는 미량의 감수제와 점도 조절제를 강제식 믹서에 먼저 투입한 후 나중에 물과 혼합하면 해당 감수제와 점도 조절제가 물에 충분히 섞이지 않은 불균일한 상태로 다른 재료와 혼합되기 때문에 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물의 성능을 얻을 수 없다.It is preferable to perform the first to fifth processes sequentially, and in particular, if in the second process, a trace amount of the water reducing agent and the viscosity modifier used in the third process are first added to the forced mixer, and then later When mixed with water, the water reducing agent and the viscosity modifier are mixed with other materials in a non-uniform state that is not sufficiently mixed with water, so the performance of the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention cannot be obtained.

상기와 같이 제조 완료된 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물은 상기한 3D 콘크리트 프린팅(3D Concrete Printing : 3DCP) 공법에 의한 자동화 건설에 이용된다.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention prepared as described above is used for automated construction by the 3D concrete printing (3DCP) method described above.

예컨대, 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물은 버킷(bucket)에 투입되어 펌프까지 이송된 후, 노즐을 통해 필라멘트 형태로 압축되어 정해진 구조물 형상으로 적층된 후 양생하는 단계를 거쳐 3DCP 작업에 의한 자동화 시공이 완성된다.For example, the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to the present invention is injected into a bucket and transferred to a pump, then compressed into a filament form through a nozzle, stacked in a predetermined structure shape, and then cured. Automated construction by 3DCP work is completed.

이하에서는, 3D 모델링 소프프 웨어가 장착된 3D 프린팅 장비에 의한 시공 작업에 있어서 본 발명에 따른 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물(이하, 본 발명 혼합물)의 적정한 배합비율을 도출하여 결정한 과정을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process determined by deriving an appropriate mixing ratio of the SBR latex-modified polymer cement mixture (hereinafter, the present invention mixture) for 3D concrete printing according to the present invention in the construction work by the 3D printing equipment equipped with the 3D modeling software. It will be described in detail.

상기 본 발명 혼합물의 적정한 배합비율을 도출하여 결정하기 위해, SBR 라텍스의 배합비(중량%)를 하기의 표 1과 같이 달리하였다.In order to derive and determine an appropriate blending ratio of the mixture of the present invention, the blending ratio (% by weight) of SBR latex was varied as shown in Table 1 below.

상기 SBR 라텍스는 전고형분 함량이 50%인 것을 사용하였고, 상기 포틀랜드 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 상기 물은 수돗물을 사용하였다.The SBR latex was used with a total solid content of 50%, and the Portland cement was used as a type of normal Portland cement, and tap water was used as the water.

상기 세골재는 각형 입자로서 입자크기는 직경 0.08mm, 비중은 1.57, 수분함량은 0.1% 이하인 순도 90% 이상의 실리카질 모래를 사용하였다.The fine aggregates were prismatic particles, and a particle size of 0.08mm in diameter, a specific gravity of 1.57, and a water content of 0.1% or less with a purity of 90% or more of silica sand were used.

상기 실리카 흄은 이산화규소(SiO2) 함량 90% 이상, 수분함량 1.0% 이하, 비표면적 157000㎠/g인 것을 사용하였다.The silica fume was used having a silicon dioxide (SiO 2 ) content of 90% or more, a moisture content of 1.0% or less, and a specific surface area of 157000 cm2/g.

상기 감수제는 일반 감수제보다 분산 효과가 우수한 고성능 감수제인 폴리카르본산계(polycarbonate type) 감수제로서 Flowmix 3000S를 사용하였다.Flowmix 3000S was used as the water reducing agent as a polycarbonate type water reducing agent, which is a high-performance water reducing agent that has better dispersion effect than general water reducing agents.

상기 점도 조절제는 유기개질점토로서 THICKENT W를 사용하였다.THICKENT W was used as an organic modified clay as the viscosity modifier.

(1) 적정 흐름률 도출(1) Derivation of an appropriate flow rate

상기한 본 발명 혼합물은 버킷에서 펌프를 통해 노즐까지 원활하게 이동되어야 하고, 노즐을 통해 압출된 필라멘트는 적층이 안정적으로 되어야 하는 기본적인 요구조건을 만족시켜야 하고, 이러한 요구조건은 흐름률(flow rate)을 측정하여 그것을 기준으로 하는 것이 바람직하다.The mixture of the present invention should be smoothly moved from the bucket to the nozzle through the pump, and the filament extruded through the nozzle should satisfy the basic requirement that lamination should be stable, and this requirement is a flow rate. It is desirable to measure and use it as a reference.

본 발명 혼합물의 유동성과 적층성 시험에 사용된 3DCP 장비의 노즐 형상 및 작업 형태는 도 1과 같다. 참고로, 도 1은 노즐 사이즈 가로 5.7cm 세로 1.4cm인 3DCP 장비로 길이 50cm로 압출된 필라멘트를 적층하는 실시예를 나타낸다.The nozzle shape and operation form of the 3DCP equipment used for the fluidity and lamination test of the mixture of the present invention are shown in FIG. 1. For reference, FIG. 1 shows an example in which filaments extruded to a length of 50 cm are stacked with 3DCP equipment having a nozzle size of 5.7 cm in width and 1.4 cm in length.

반복 시험에 의해 가장 원활한 유동성과 적층성을 갖는 흐름률을 ASTM C1437-15(Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar)에 의한 시험으로 찾아낸다.The flow rate that has the smoothest fluidity and lamination by repeated tests is found by the test according to ASTM C1437-15 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar).

도 2는 본 발명 혼합물의 SBR 라텍스 함량 3.65중량%인 경우 흐름률 60% 상태를 나타내는 사진이다.2 is a photograph showing a flow rate of 60% when the SBR latex content of the mixture of the present invention is 3.65% by weight.

도 3은 본 발명 혼합물의 SBR 라텍스 함량 3.65중량%인 경우 흐름률 65% 상태를 나타내는 사진이다.3 is a photograph showing a flow rate of 65% when the SBR latex content of the mixture of the present invention is 3.65% by weight.

도 4는 본 발명 혼합물의 SBR 라텍스 함량 3.65중량%인 경우 흐름률 70% 상태를 나타내는 사진이다.4 is a photograph showing a flow rate of 70% when the SBR latex content of the inventive mixture is 3.65% by weight.

도 3은 본 발명 혼합물의 SBR 라텍스 함량 3.65중량%인 경우 흐름률 75% 상태를 나타내는 사진이다.3 is a photograph showing a flow rate of 75% when the SBR latex content of the inventive mixture is 3.65% by weight.

시험 결과, 흐름률 55%의 경우는 본 발명 혼합물이 압출되지 않았고, 흐름률 60%의 경우 11.5cm(도 2 참조), 흐름률 65%의 경우 11.3cm(도 3 참조), 흐름률 70%의 경우 12.5cm(도 4 참조)로 적층되었으며, 흐름률 75%의 경우 본 발명 혼합물이 압출은 되지만 측정불가(도 5 참조)로 나타났다.As a result of the test, in the case of a flow rate of 55%, the inventive mixture was not extruded, in the case of a flow rate of 60%, 11.5 cm (see Fig. 2), in a case of a flow rate of 65%, 11.3 cm (see Fig. 3), and a flow rate of 70% In the case of 12.5 cm (see Fig. 4), it was laminated, and in the case of a flow rate of 75%, the inventive mixture was extruded, but it was not measurable (see Fig. 5).

(2) 적정 배합비 도출(2) Derivation of the proper mixing ratio

상기한 시험 결과를 분선하여 원활한 유동성과 적층성을 갖는 흐름률을 70%로 하여 본 발명 혼합물의 적정 배합리의 결정 기준으로 사용한다.The above-described test results are divided and the flow rate having smooth fluidity and lamination property is set to 70%, and is used as a criterion for determining the proper mixing ratio of the mixture of the present invention.

SBR 라텍스의 함량 변화에 따른 본 발명 혼합물의 적정 배합비는 하기의 표 1과 같이 도출되었으며, 표 1에 나타낸 각 재료의 배합비의 단위는 중량%이다.The appropriate mixing ratio of the mixture of the present invention according to the change in the content of the SBR latex was derived as shown in Table 1 below, and the unit of the mixing ratio of each material shown in Table 1 is% by weight.

SBR 라텍스SBR latex 포틀랜드 시멘트Portland cement water 세골재Fine aggregate 플라이 애쉬Fly ash 실리카 흄 Silica fume 감수제Water reducer 점도
조절제
Viscosity
Modulator
0.000.00 24.8024.80 11.1611.16 53.1553.15 7.097.09 3.543.54 0.250.25 0.010.01 1.231.23 24.6524.65 10.4810.48 52.8252.82 7.047.04 3.523.52 0.250.25 0.010.01 2.452.45 24.5024.50 9.809.80 52.5052.50 7.007.00 3.503.50 0.240.24 0.010.01 3.653.65 24.3524.35 9.139.13 52.1852.18 6.966.96 3.483.48 0.240.24 0.010.01 4.844.84 24.2024.20 8.478.47 51.8651.86 6.916.91 3.463.46 0.240.24 0.010.01

이하에서는, 3D 모델링 소프프 웨어가 장착된 3D 프린팅 장비에 의한 시공 작업에 있어서 본 발명 혼합물의 굳기 전 성질에 대하여 구체적으로 설명한다.In the following, in the construction work by the 3D printing equipment equipped with the 3D modeling software, the properties before hardening of the mixture of the present invention will be described in detail.

(1) 유동성(flowability)(1) flowability

유동성은 교반된 본 발명 혼합물을 펌프의 버킷에 투입한 후, 노즐까지 이동의 수월성을 나타내는 것으로서, ASTM C1437-15 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar)에 따라 시험하였다.The flowability indicates the excellence in moving to the nozzle after the agitated mixture of the present invention was introduced into the bucket of the pump, and was tested according to ASTM C1437-15 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar).

시험 결과, 최적의 흐름률은 70%로서 앞에서 제시한 배합비의 결정 기준으로도 이용되었다. 흐름률이 60%이하이면 지면 유동성이 급격히 떨어져 도 6과 같이 필라멘트의 표면부 하자가 발생한다.As a result of the test, the optimum flow rate was 70%, which was also used as a criterion for determining the mixing ratio suggested above. If the flow rate is less than 60%, the ground fluidity is rapidly deteriorated, resulting in a defect on the surface of the filament as shown in FIG.

(2) 압출성(extrudability)(2) extrudability

압출의 시작시간과 종료시간, 그리고 압출된 필라멘트의 총 길이를 측정하여 1분간에 압출되는 길이를 산출하였다.The starting and ending times of extrusion, and the total length of the extruded filament were measured to calculate the extruded length in 1 minute.

즉, 한 층의 길이 50cm, 적층수를 10층으로 하여 SBR 라텍스 함량에 따른 ㅂ본 발명 혼합물의 압출성을 평가 하였으며, 압출시험 모습은 도 7과 같다. 적층 수를 10층으로 한 이유는 필라멘트의 폭이 좁고, 적층방식이 구조적으로 불안정한 직선형이기 때문에 전도되지 않는 안정한 높이를 택하였기 때문이다.That is, the length of one layer was 50 cm and the number of layers was 10 to evaluate the extrudability of the mixture of the present invention according to the SBR latex content, and the appearance of the extrusion test is shown in FIG. 7. The reason why the number of stacking is 10 layers is that the width of the filaments is narrow and the stacking method is structurally unstable and straight, so a stable height that does not fall is selected.

시험 결과, 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이, 압출성은 SBR 함량 0중량%의 경우 41.7cm/min, 1.23중량%의 경우 41.7cm/min, 2.45중량%의 경우 41.7cm/min, 3.65중량%의 경우 50.0cm/min, 그리고 4.84중량%의 경우 62.5cm/min로 SBR 라텍스의 함량이 많아질수록 좋아짐을 알 수 있다. 이러한 경향은 SBR 라텍스에 분산되어 있는 입자들의 볼 베어링(ball bearing) 작용에 기인하여 시멘트와 수화입자(hydration particles)의 상대적 움직임을 용이하게 한다.As a result of the test, as shown in Table 2 below, the extrudability of the SBR content of 0% by weight is 41.7cm/min, in the case of 1.23% by weight, 41.7cm/min, in the case of 2.45% by weight, 41.7cm/min, and 3.65% by weight. In the case of 50.0cm/min, and in the case of 4.84% by weight, it was 62.5cm/min. It can be seen that the higher the content of SBR latex, the better. This tendency facilitates the relative movement of cement and hydration particles due to the ball bearing action of particles dispersed in the SBR latex.

SBR 라텍스 함량
(중량%)
SBR latex content
(weight%)
길이
(cm)
Length
(cm)
프린팅 시간
(min)
Printing time
(min)
압출성
(cm/min)
Extrudability
(cm/min)
00 500500 1212 41.741.7 1.231.23 1212 41.741.7 2.452.45 1212 41.741.7 3.653.65 1010 50.050.0 4.844.84 88 62.562.5

(3) 적층성(buildability)(3) buildability

상기한 유동성과 압출성이 적층성과 밀접한 관계가 있다. 적층성 평가를 위해 도 8과 같이 길이 50cm로 하여 10층으로 쌓았을 때, 적층 직후 높이 및 적층 30분 후의 높이를 측정하여 그 차이를 조사하였다.The above-described fluidity and extrudability have a close relationship with the lamination property. In order to evaluate the stackability, when stacking into 10 layers with a length of 50 cm as shown in FIG. 8, the height immediately after stacking and the height after stacking 30 minutes were measured to investigate the difference.

시험 결과, 적층 직후 높이는 SBR 라텍스 함량 0중량%, 1.23중량%, 2.45중량%의 경우 1mm 이내, 3.65중량%의 경우 5mm, 4.84중량%의 경우 20mm가 낮아졌다. 적층 30분 후의 높이는 SBR 라텍스 함량 0중량%, 1.23중량%, 2.45중량%의 경우 1mm 이내, 3.65중량%의 경우 4mm, 4.84중량%의 경우 3mm가 낮아졌다. 따라서 적층성 측면에서 보면 SBR 라텍스 1.23∼3.65중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.As a result of the test, the height immediately after lamination was less than 1 mm for the SBR latex content of 0% by weight, 1.23% by weight and 2.45% by weight, 5 mm for 3.65% by weight, and 20 mm for 4.84% by weight. The height after 30 minutes of lamination decreased within 1 mm for the SBR latex content of 0 wt%, 1.23 wt%, and 2.45 wt%, 4 mm for 3.65 wt%, and 3 mm for 4.84 wt%. Therefore, it is preferable to add 1.23 to 3.65% by weight of SBR latex in terms of lamination properties.

(4) 오픈 타임(open time)(4) open time

오픈 타임은 유동성을 유지할 수 있는 시간으로 3DCP 공법의 경우 작업 가능시간을 결정하는데 중요한 지표로서 흐름률 시험에 의해 구한다. 흐름률은 ASTM C1437-15 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar)에 따라 시험 하였다.Open time is the time to maintain fluidity, and in the case of the 3DCP method, it is an important index to determine the workable time and is obtained by flow rate test. The flow rate was tested according to ASTM C1437-15 (Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar).

SBR 라텍스의 함량에 따른 흐름률 변화를 측정하였으며, 기준 흐름률을 70%로 하고, 이 값이 압출이 불가능한 흐름률 55%에 도달할 때까지의 시간을 오픈 타임으로 하였다.The flow rate change according to the content of the SBR latex was measured, and the reference flow rate was set to 70%, and the time until the value reached 55% of the flow rate at which extrusion was impossible was set as the open time.

시험 결과, SBR 라텍스 함량 0중량%의 경우 46분, 1,23중량%의 경우 110분, 2.45중량%의 경우 122분, 3.65중량%의 경우 131분, 그리고 4.84중량%의 경우 140분으로 SBR 라텍스의 함량이 증가할수록 길었으며, 이 결과는 도 9에 나타낸 바와 같다. 도 9에서, (1)은 시작점, (2)는 압출이 되지 않는 흐름률 55%의 경계선을 나타낸 것이다.As a result of the test, SBR latex content of 0% by weight was 46 minutes, 1,23% by weight was 110 minutes, 2.45% by weight was 122 minutes, 3.65% by weight was 131 minutes, and 4.84% by weight was 140 minutes. It was longer as the content of latex increased, and this result is as shown in FIG. 9. In FIG. 9, (1) represents the starting point, and (2) represents the boundary line at a flow rate of 55% at which extrusion is not performed.

이하에서는, 3D 모델링 소프프 웨어가 장착된 3D 프린팅 장비에 의한 시공 작업에 있어서 본 발명 혼합물의 굳은 후 성질에 대하여 구체적으로 설명한다.In the following, in the construction work by the 3D printing equipment equipped with the 3D modeling software, the properties after hardening of the mixture of the present invention will be described in detail.

(1) 압축강도(1) compressive strength

압축강도 시험은 ASTM C349-14 (Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic-cement Mortars)에 의해 실시하였으며, SBR 라텍스 함량에 따른 재령별 압축강도 발현 양상은 도 10에 나타낸 바와 같다.The compressive strength test was conducted by ASTM C349-14 (Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic-cement Mortars), and the expression pattern of compressive strength by age according to the SBR latex content is as shown in FIG.

SBR 라텍스 함량에 따른 재령 28일 압축강도와, SBR 라텍스 함량 0중량%일 때를 기준으로 하여 산출한 상대압축강도는 하기의 표 3에 나타낸 바와 같다.The compressive strength at 28 days of age according to the SBR latex content and the relative compressive strength calculated based on the SBR latex content of 0% by weight are shown in Table 3 below.

SBR 라텍스 함량(중량%)SBR latex content (% by weight) 00 1.231.23 2.452.45 3.653.65 4.844.84 압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 43.543.5 50.450.4 54.354.3 60.560.5 63.263.2 상대압축강도(%)Relative compressive strength (%) 100100 116116 125125 139139 145145

재령 28일 압축강도는 43.5∼63.2MPa로 SBR 라텍스 함량이 많아짐에 따라 증가하였으나 3.65중량%를 넘으면 증가가 둔화되었으며, SBR 라텍스 0중량%에 대한 상대압축강도도 역시 작았다.The compressive strength of 28 days of age was 43.5~63.2 MPa, which increased as the content of SBR latex increased, but the increase slowed when the content of SBR latex exceeded 3.65% by weight, and the relative compressive strength for 0% by weight of SBR latex was also small.

압축강도 측면에서 보면 SBR 라텍스의 첨가량이 2.45∼3.65중량%가 적당함을 보여준다.In terms of compressive strength, it shows that the amount of SBR latex added is 2.45 to 3.65% by weight.

(2) 휨강도(2) flexural strength

휨강도 시험은 ASTM C348-14 (Standard Test of Method for Flexural Strength of Hydraulic-Cement Mortars)에 의해 실시하였으며, SBR 라텍스 함량에 따른 재령별 휨강도 발현 양상은 도 11에 나타낸 바와 같다.The flexural strength test was performed according to ASTM C348-14 (Standard Test of Method for Flexural Strength of Hydraulic-Cement Mortars), and the appearance of flexural strength for each age according to the SBR latex content is as shown in FIG.

SBR 라텍스 함량에 따른 재령 28일 휨강도와 SBR 라텍스 함량 0중량%일 때를 기준으로 하여 산출한 상대휨강도는 하기의 표 4에 나타낸 바와 같다.The 28-day flexural strength according to the SBR latex content and the relative flexural strength calculated based on the SBR latex content of 0% by weight are shown in Table 4 below.

SBR 라텍스 함량(중량%)SBR latex content (% by weight) 00 1.231.23 2.452.45 3.653.65 4.844.84 휨강도(MPa)Flexural strength (MPa) 12.712.7 13.613.6 14.514.5 16.716.7 17.917.9 상대휨강도(%)Relative flexural strength (%) 100100 107107 114114 130130 140140

재령 28일의 휨강도는 12.7∼17.9MPa로 SBR 라텍스 함량이 많아짐에 따라 증가하였으나, SBR 라텍스 0중량%에 대한 상대휨강도는 일관되게 커진다.The flexural strength at 28 days of age was 12.7 to 17.9 MPa, which increased as the content of SBR latex increased, but the relative flexural strength to 0% by weight of SBR latex increased consistently.

(3) 탄성계수(3) modulus of elasticity

본 발명 혼합물의 압축응력-변형률의 관계도는 도 12에 나타낸 바와 같으며, 이 관계도로부터 산출된 탄성계수는 하기의 표 5에 나타낸 바와 같다.The compressive stress-strain relationship diagram of the inventive mixture is as shown in FIG. 12, and the elastic modulus calculated from this relationship is shown in Table 5 below.

SBR 라텍스 함량(중량%)SBR latex content (% by weight) 압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 탄성계수(

Figure pat00001
)(MPa)Modulus of elasticity (
Figure pat00001
)(MPa) 00 50.950.9 2.162.16 1.231.23 54.354.3 2.292.29 2.452.45 58.058.0 2.312.31 3.653.65 60.460.4 2.442.44 4.844.84 63.563.5 2.532.53

탄성계수는 압축강도의 1/3점에서의 기울기를 구한 할선탄성계수(secant modulus of elasticity)로 SBR 라텍스 함량 0중량%의 경우 2.16×104MPa, 1.23중량%의 경우 2.29×104MPa, 2.45중량%의 경우 2.31×104MPa, 3.65중량%의 경우 2.44×104MPa, 그리고 4.84중량%의 경우 2.53×104MPa로서, SBR 라텍스 함량이 많아질수록 탄성계수는 증가한다.The modulus of elasticity is the secant modulus of elasticity obtained from the slope at 1/3 of the compressive strength, and is 2.16×10 4 MPa for 0% by weight of SBR latex, 2.29×10 4 MPa for 1.23% by weight, In the case of 2.45% by weight, 2.31×10 4 MPa, in the case of 3.65% by weight 2.44×10 4 MPa, and in the case of 4.84% by weight, 2.53×10 4 MPa, the modulus of elasticity increases as the SBR latex content increases.

(4) 건조수축(4) drying shrinkage

도 13에 나타낸 바와 같이, 재령 28일의 건조수축 시험결과는 SBR 라텍스 함량 0중량%의 경우 3.31×10-4, SBR 라텍스 함량 1.23중량%의 경우 2.82×10-4, SBR 라텍스 함량 2.45중량%의 경우 2.25×10-4, SBR 라텍스 함량 3.65중량%의 경우 1.84×10-4, 그리고 SBR 라텍스 함량 4.84중량%의 경우 1.44×10-4으로 SBR 라텍스 함량이 증가함에 따라 감소한다.As shown in FIG. 13, the results of the dry shrinkage test at 28 days of age are 3.31×10 -4 for 0% by weight of SBR latex content, 2.82×10 -4 for 1.23% by weight of SBR latex content, 2.45% by weight of SBR latex content. In the case of 2.25×10 -4 , the SBR latex content of 3.65 wt% is 1.84×10 -4 , and the SBR latex content of 4.84 wt% is 1.44×10 -4 , which decreases as the SBR latex content increases.

이와 같이 건조수축이 감소하는 현상은 SBR 라텍스 개질로 이한 폴리머 필름 형성이 매트릭스에서 수축 현상을 제한하는 미세섬유 역할을 하고, 공극을 막아 수분 증발을 억제하는데 기인한다.This decrease in drying shrinkage is due to the fact that the formation of a polymer film due to SBR latex modification acts as microfibers that limit the shrinkage phenomenon in the matrix, and blocks the pores to inhibit water evaporation.

(5) 조직구조의 변화(5) Changes in organizational structure

SBR 라텍스에 의한 성능개선의 근거를 파악하기 위하여 고분해능 주사 전자현미경(Hitachi S-4800 모델)에 의해 보통 시멘트 혼합물과 SBR 개질 시멘트 혼합물의 조직구조를 찍은 사진이 도 14이다.14 is a photograph of the structure of a cement mixture and an SBR-modified cement mixture by a high-resolution scanning electron microscope (Hitachi S-4800 model) in order to grasp the basis of the performance improvement by SBR latex.

도 14의 (a)에 나타낸 보통 시멘트 혼합물의 경우 수산화칼슘<Ca(OH)2>과 에트링가이트 결정(ettringite crystal)의 형상만이 관찰되었으나, 도 14의 (b)에 나타낸 SBR 라텍스로 개질된 본 발명 혼합물의 경우는 수산화칼슘과 에트링가이트 결정과 함께 폴리머(SBR 라텍스) 입자의 형상도 관찰되었다. 이러한 폴리머 자체라든가 SBR 라텍스에 포함되어 있는 계면활성제는 감수제와 같은 작용을 해서, 슬럼프 값을 증가시키고 물의 사용량을 감소시키고, 상기의 폴리머는 경화된 본 발명 혼합물, 즉 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물의 내부에 필름을 형성하여 압축 및 휨강도, 탄성계수, 건조수축 등에 대한 개선효과를 가져온다.In the case of the normal cement mixture shown in FIG. 14(a), only the shape of calcium hydroxide <Ca(OH) 2 > and ettringite crystal was observed, but modified with the SBR latex shown in FIG. 14(b) In the case of the mixture of the present invention, the shape of the polymer (SBR latex) particle was also observed along with calcium hydroxide and ethringite crystals. The polymer itself or the surfactant contained in the SBR latex acts like a water reducing agent, increasing the slump value and reducing the amount of water used, and the polymer is a cured inventive mixture, that is, a SBR latex modified polymer for 3D concrete printing. By forming a film inside the cement mixture, it has the effect of improving compression and flexural strength, modulus of elasticity, and drying shrinkage.

Claims (11)

SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시(fly ash) 5∼8중량%, 실리카 흄(silica fume) 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.SBR (Styrene Butadiene Rubber) latex 1-5% by weight and Portland cement 23-25% by weight, water 7-12% by weight, fine aggregate 50-54% by weight, fly ash 5-8% by weight, silica fume ( Silica fume) SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing, characterized in that it comprises 2-4% by weight, a water reducing agent 0.23-0.26% by weight, and a viscosity modifier 0.009-0.015% by weight. 제 1 항에 있어서, 상기 SBR 라텍스는 에멀션(emulsion) 형태로서 전고형분 함량이 47∼50%인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the SBR latex is in the form of an emulsion and has a total solid content of 47-50%. 제 1 항에 있어서, 상기 세골재는 각형 입자로서 입자크기는 직경 0.05∼5mm, 비중은 1.5∼1.6, 수분함량은 0.1% 이하인 순도 90% 이상의 실리카질 모래인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the fine aggregate is a prismatic particle, the particle size is 0.05 to 5 mm in diameter, the specific gravity is 1.5 to 1.6, and the water content is less than 0.1% and a purity of 90% or more siliceous sand. Modified polymer cement mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 플라이 애시는 KS L 5405(플라이 애시)에 규정되어 있는 2종 플라이 애시이며 수분함량 1.0% 이하인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the fly ash is two types of fly ash specified in KS L 5405 (fly ash) and has a moisture content of 1.0% or less. 제 1 항에 있어서, 상기 실리카 흄은 이산화규소(SiO2) 함량 90% 이상, 수분함량 1.0% 이하, 비표면적 155000∼159000㎠/g인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the silica fume has a silicon dioxide (SiO 2 ) content of 90% or more, a moisture content of 1.0% or less, and a specific surface area of 155000 to 159000 cm2/g. . 제 1 항에 있어서, 상기 감수제는 폴리카르본산계(polycarbonate type) 감수제인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the water reducing agent is a polycarbonate type water reducing agent. 제 1 항에 있어서, 상기 점도 조절제는 유기개질점도(organic modified clay)인 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물.The SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing according to claim 1, wherein the viscosity modifier is organic modified clay. SBR 라텍스 1∼5중량%와 포틀랜드 시멘트 23∼25중량%, 물 7∼12중량%, 세골재 50∼54중량%, 플라이 애시 5∼8중량%, 실리카 흄 2∼4중량%, 감수제 0.23∼0.26중량% 및 점도 조절제 0.009∼0.015중량%를 포함하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조하기 위하여, 1/100 정밀도의 계량저울로 상기한 각 재료를 계량하는 제1과정과;
상기 제1과정에서 계량한 재료 중 세골재와 플라이 애시 및 실리카 흄을 강제식 믹서로 건비빔하는 제2과정;
상기 제1과정에서 계량한 재료 중 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 테이블 믹서로 혼합하는 제3과정;
상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 SBR 라텍스를 넣고 테이블 믹서로 혼합하는 제4과정; 및
상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 강제식 믹서로 혼합하여 상기한 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조 완료하는 제5과정;
으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법.
1 to 5% by weight of SBR latex and 23 to 25% by weight of Portland cement, 7 to 12% by weight of water, 50 to 54% by weight of fine aggregate, 5 to 8% by weight of fly ash, 2 to 4% by weight of silica fume, 0.23 to 0.26 of water reducing agent In order to prepare a SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing containing 0.009 to 0.015 wt% of a viscosity modifier and a weight%, a first step of weighing each of the above materials with a weighing scale with 1/100 accuracy;
A second process of mixing fine aggregate, fly ash, and silica fume among the materials measured in the first process with a forced mixer;
A third step of adding a water reducing agent and a viscosity modifier to water among the materials measured in the first step and mixing them with a table mixer;
A fourth step of putting SBR latex among the materials measured in the first step into the mixture made in the third step and mixing with a table mixer; And
A fifth process of injecting the mixture made in the fourth process into the mixture made by hot mixing in the second process and mixing with a forced mixer to complete the production of the SBR latex-modified polymer cement mixture for 3D concrete printing;
SBR latex-modified polymer cement mixture manufacturing method for 3D concrete printing, characterized in that consisting of.
제 8 항에 있어서, 상기 제3과정에서는 20∼30℃ 물에 감수제와 점도 조절제를 넣고 5∼10분 동안 테이블 믹서로 혼합하는 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법.The method of claim 8, wherein in the third step, a water reducing agent and a viscosity modifier are added to water at 20 to 30° C. and mixed with a table mixer for 5 to 10 minutes. 제 8 항에 있어서, 상기 제4과정에서는 상기 제3과정에서 만든 혼합물에 상기 제1과정에서 계량한 재료 중 SBR 라텍스를 넣고 5∼10분 동안 테이블 믹서로 혼합하는 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법.The 3D concrete printing method according to claim 8, wherein in the fourth step, SBR latex among the materials measured in the first step is added to the mixture made in the third step and mixed with a table mixer for 5 to 10 minutes. SBR latex modified polymer cement mixture manufacturing method. 제 8 항에 있어서, 상기 제5과정에서는 상기 제4과정에서 만든 혼합물을 상기 제2과정에서 건비빔하여 만든 혼합물에 투입한 후 5∼10분 동안 강제식 믹서로 혼합하여 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물을 제조 완료하는 것을 특징으로 하는 3D 콘크리트 프린팅용 SBR 라텍스 개질 폴리머 시멘트 혼합물 제조방법.The SBR latex for 3D concrete printing according to claim 8, wherein in the fifth step, the mixture made in the fourth step is added to the mixture made by hot mixing in the second step, and then mixed with a forced mixer for 5 to 10 minutes. SBR latex modified polymer cement mixture manufacturing method for 3D concrete printing, characterized in that to complete the production of the modified polymer cement mixture.
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