KR20240033253A - 부하 값 증가를 위해 알루미늄 시멘트에 기초한 무기 모르타르 시스템에서 높은 비표면적을 갖는 고순도의 탄산칼슘의 사용 - Google Patents
부하 값 증가를 위해 알루미늄 시멘트에 기초한 무기 모르타르 시스템에서 높은 비표면적을 갖는 고순도의 탄산칼슘의 사용 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과이고, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하는 탄산칼슘의 용도에 관한 것이며, 성분 A는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제, 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함한다. 또한, 본 발명은 부하 값을 증가시키기 위해 무기 모르타르에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 용도, 및 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체와 같은, 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법에 대한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하는, 광물 기재에 앵커와 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 높은 비표면적(m2/g 단위의 BET)을 갖는 고순도의 탄산칼슘의 사용에 관한 것이며, 성분 A는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함한다. 특히, 본 발명은 부하 값을 증가시키기 위해 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체와 같은, 광물 기재에서, 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법에 관한 것이다.
광물 기재 또는 표면에 앵커 및 후시공 보강근을 효과적으로 화학적으로 고정하는 많은 모르타르 시스템이 존재한다. 예를 들어, 자유 라디칼 중합성 수지에 기초한 유기 시스템은 빠른 경화가 요구될 때 사용된다. 그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 환경에 대해 그리고 이들을 다루는 사람에 대해, 오염시키고, 고가이며, 잠재적으로 위험하고/하거나 독성이 있는 것으로 알려져 있어, 이들은 종종 구체적으로 라벨링될 필요가 있다. 또한, 유기 시스템은 흔히 강한 햇빛 또는 그렇지 않으면, 화재와 같은, 고온에 열적으로 노출될 때 안정성이 크게 저하되는 것을 나타내며, 이에 의해 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하는 경우 그의 기계적 성능이 저하된다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 주로 알루미늄 시멘트에 기초한 광물 시스템이 개발되어 왔다. 알루미늄 시멘트는 그의 주요 구성성분으로서 모노칼슘 알루민산염을 가지며 최종 제품이 장기간에 걸쳐 높은 수준의 기계적 성능을 나타내기 때문에 건축 및 건설 산업에 널리 사용된다. 또한, 알루미늄 시멘트는 염기에 저항성이 있고 포틀랜드 시멘트보다 더 빠르게 그의 최대 강도에 도달하고 황산염 용액을 견딜 수 있다. 따라서, 알루미늄 시멘트 시스템은 바람직하게는 화학적 앵커링 분야에 사용된다.
광물 기재에서 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하는 경우, 대부분의 공지된 시스템은 생성된 조성물의 대부분의 실제 응용에 충분한 유동성이 결여되어 있다. 종종 이러한 종래 기술의 조성물은 또한 상대적으로 짧은 시간에서 균열이 발생하는 경향을 나타내거나, 특히 특정 조건 하에서(예: 고온의 영향 하에서), 다양한 조절된 시추공에서 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 필요한 기계적 성능을 나타내지 않는다. 또한, 공지된 시스템은 시추공에 적용될 때 큰 수축을 나타내는 경향이 있으며, 이는 앵커 및 후시공 보강근의 불충분한 앵커링을 초래한다.
특히, 칼슘 알루민산염 슬러리는 고정점에 대해 높은 내화성을 부여하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 수지-기반 고정 모르타르와 비교하여, 이러한 시스템의 경질화는 오히려 느리며, 이는 작업 현장에서 더 긴 대기 시간을 필요로 하며, 종종 작업흐름에서 중단을 야기한다. 이는, 즉각적인 로딩이 높은 중요한, 앵커링 응용에 특히 중요하다. 또한, 칼슘 알루민산염 기반 모르타르는 전환 문제를 겪고 있으며, 이는 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)의 안정 수화물(C3AH6)로 변환에 기인하여 시간 경과에 따른 성능 저하로 이어진다.
따라서, 종래 기술의 시스템보다 우수한, 무기 모르타르 시스템, 바람직하게는 2성분 무기 모르타르 시스템이 필요하다. 특히, 화학적 앵커링 시스템의 취급, 특성 및 기계적 성능에 악영향을 주지 않으면서 광물 기재에서 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하는 데 사용될 수 있는 시스템을 제공하는 것이 중요하다. 특히, 공지된 시스템과 비교할 때 증가된 부하 값을 제공하는 시스템이 필요하다. 또한, 더 고가의 결합제 재료의 소비를 낮추거나 혼합 재료의 일부 특성을 개선하기 위해, 무기 화학 앵커와 같은, 충전제 또는 입자 재료의 첨가에 의해 부하 값을 개선할 필요가 있다. 가장 중요한 것은, 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)의 안정 수화물(C3AH6)로 변환에 기인하여 시간 경과에 따른 성능 저하로 이어지는, 전환을 방지함과 동시에 수화의 가속을 촉진하는, 무기 칼슘 알루민산염 시멘트 기반 시스템이 필요하다는 것이다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은, 장기간에 걸쳐서도 우수한 기계적 성능을 갖는 동시에 알려진 시스템과 비교할 때 증가된 부하 값을 갖는, 무기 모르타르 시스템, 바람직하게는 다성분 모르타르 시스템, 특히 2성분 무기 모르타르 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)의 안정 수화물(C3AH6)로 변환에 기인하여 시간 경과에 따른 성능 저하로 이어지는, 전환을 방지함과 동시에 수화의 가속을 촉진하는, 무기 모르타르 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체와 같은, 광물 기재에서, 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보장된 설명으로부터 명백해지는 이러한 목적 및 기타 목적은 독립항에 기재된 바와 같은 본 발명에 의해 해결된다. 종속 청구항은 바람직한 실시예에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 발명은, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하는, 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용에 관한 것이다. 성분 A는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 부하 값을 증가시키기 위해 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용에 관한 것이다.
마지막으로, 다른 양태에서, 본 발명은, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하는, 무기 모르타르 시스템을 사용하여 고정하는 것을 특징으로 하는, 광물 기재에 앵커와 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 성분 A는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함하며, 이는 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 함유한다. 광물 기재는 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체와 같은 기재이다.
하기 용어 및 정의는 본 발명의 맥락에서 사용될 것이다:
본 발명의 맥락에서 사용되는 바와 같이, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, "a" 및 "an"의 단수 형태는 또한 각각의 복수를 포함한다. 따라서, 용어 "a" 또는 "an"은, 달리 지시되지 않는 한, "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하도록 의도된다.
본 발명의 맥락에서 용어 "알루미늄 시멘트"는 주로 수경성 활성 칼슘 알루민산염으로 이루어진 칼슘 알루민산염 시멘트를 지칭한다. 대체 이름은 "고-알루미나 시멘트" 또는 불어로 "Ciment fondu"이다. 칼슘 알루민산염 시멘트의 주요 활성 구성성분은 모노칼슘 알루민산염(시멘트 화학 표기법에서 CaAl2O4, CaO·Al2O3 또는 CA)이다.
본 발명의 맥락에서 용어 "활성화제"는 특정 화학 반응을 시작하기 위해 화학 환경을 변형시키는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 본 발명에서 활성화제는 모르타르 현탁액의 pH 값을 변형시켜 최종 혼합물에서 수경성 결합제의 차단을 해제한다.
본 발명의 맥락에서 용어 "지연제"는 특정 화학 반응을 지연시키기 위해 화학 환경을 변형시키는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 본 발명에서, 지연제는 모르타르 현탁액의 칼슘 알루민산염 시멘트의 수화 능력을 변형하여 최종 혼합물에서 수경성 결합제 작용을 지연시킨다.
본 발명의 맥락에서 용어 "촉진제"는 특정 화학 반응을 촉진하기 위해 화학 환경을 변형시키는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 본 발명에서 촉진제는 모르타르 현탁액의 칼슘 알루민산염 시멘트의 수화 능력을 변형하여 최종 혼합물에서 수경성 결합제 작용을 가속시킨다.
본 발명의 맥락에서 용어 "초기 설정 시간"은 혼합 후에 성분 A와 성분 B의 혼합물이 설정되기 시작하는 시간을 지칭한다. 혼합 후 일정 기간 동안, 혼합물은 다소 유동적인 수성 현탁액 또는 고체 제품의 페이스트의 형태로 유지된다.
용어 "XRD"는, 결정질 재료의 상 식별을 위해 주로 사용되는 신속한 분석 기술인, X-선 분말 회절을 지칭한다.
용어 "XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량"은 XRD Rietveld 분석에 의해 결정된 바와 같이 탄산칼슘의 총량의 방해석 변형의 정렬된 결정 구조/격자를 나타내는 탄산칼슘의 상대적인 양에 관한 것이다.
놀랍게도, 본 발명자들에 의해, 바람직하게는 칼슘 알루민산염 시멘트를 기본으로 하는 경화성 알루미늄 시멘트 성분을 포함하는, 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 첨가는, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80%를 초과하고 비표면적이 15m2/g을 초과하는 임의의 탄산칼슘을 포함하지 않거나 비표면적이 큰 탄산칼슘만을 포함하는 시스템과 비교할 경우, 부하 값의 상당한 증가를 초래한다. XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 첨가는, 특히 장기간에 걸쳐 적용될 경우, 화학적 앵커링 시스템의 취급, 특성 및 기계적 성능에 악영향을 미치지 않는다는 것이 또한 밝혀졌다.
또한, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용이 전환을 방해할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 효과는 준안정 상 대신 안정 모노카보네이트의 형성을 유발하는 방해석을 사용함으로써 완화될 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 탄산칼슘은 칼슘 알루민산염 시멘트의 수화를 가속화할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 가속 효과는 이전에는 탄산칼슘의 입자 크기에만 기인하였다.
따라서, 본 발명자는 놀랍게도, 일반적으로 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)의 안정 수화물(C3AH6)로 변환되어 시간 경과에 따른 성능 저하로 이어지는, 본 발명의 무기 모르타르 시스템의 전환이 방지되고, 동시에 수화 가속이 촉진된다는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명은, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하는, 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용에 관한 것이다. 특히, 성분 A는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함한다.
본 발명에 사용되는 성분 A는 알루미늄 시멘트(CAC) 또는 칼슘 설포알루민산염 시멘트(CSA)에 기초한다. 본 발명에 사용될 수 있는 알루미늄 시멘트 성분은 바람직하게는 수상 칼슘 알루민산염 시멘트(CAC)에 기초한 알루미늄 시멘트 성분이다. 본 발명에 사용되는 알루미늄 시멘트는 신속 응결 및 신속 경화, 신속 건조, 우수한 내식성 및 수축성을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용되기에 적합한 이러한 칼슘 알루민산염 시멘트는, 예를 들어, Ternal® White (Kerneos, 프랑스)이다.
성분 A가 알루미늄 시멘트(CAC)와 황산칼슘(CaSO4)의 혼합물을 포함하는 경우, 수화 중에 급속한 에트링가이트 형성이 발생한다. 콘크리트 화학에서, 일반 화학식 (CaO)6(Al2O3)(SO3)3·32 H2O 또는 (CaO)3(Al2O3)(CaSO4)3·32H2O로 나타내어지는, 헥사칼슘 알루민산염 삼황산염 수화물은 칼슘 알루민산염과 황산칼슘의 반응에 의해 형성되어, 빠른 응고 및 경화뿐만 아니라 수축 보상 또는 심지어 팽창을 초래한다. 황산염 함량을 적당히 증가시키면, 수축 보상이 달성될 수 있다.
본 발명에 사용되는 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 40 중량%, 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 70 중량%, 약 40 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 85 중량%, 더 바람직하게는 약 60 중량% 내지 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 70 중량% 내지 약 75 중량%의 알루미늄 시멘트를 포함한다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 사용되는 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 20 중량%, 바람직하게는 적어도 약 30 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 바람직하게는 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 보다 바람직하게는 약 35 중량% 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 55 중량%의 알루미늄 시멘트 및, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 5 중량%, 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 보다 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 황산칼슘, 바람직하게는 황산칼슘 반수화물을 포함한다. 본 발명의 2성분 모르타르 시스템의 바람직한 대안적인 실시예에서, 성분 A의 CaSO4/CAC 비율은 35:65 이하여야 한다.
본 발명에 사용되는 바와 같은 성분 A에 포함된 차단제는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 인산 또는 메타인산이며, 가장 바람직하게는 인산, 특히 85% 인산 수용액이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.4 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 차단제를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 약 0.3 중량% 내지 약 10 중량%의 85% 인산 수용액을 포함한다. 바람직하게는, 수경성 결합제 총 중량에 대한 중량 기준 알루미늄 시멘트 및/또는 칼슘 설포알루민산염 시멘트의 양은 다음 값(50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%) 중 어느 것보다 높거나 100%이다.
촉진제, 또는 촉진제 성분은 수산화물, 염화물, 황산염, 인산염, 인산일수소, 인산이수소, 질산염, 탄산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속염으로 구성되고, 바람직하게는 촉진제 성분은 알칼리 또는 알칼리 토금속염이고, 더욱 바람직하게는 수용성 알칼리 또는 알칼리 토금속염이고, 보다 바람직하게는 칼슘 금속염(예: 수산화칼슘, 황산칼슘, 탄산칼슘, 질산칼슘, 아질산칼슘, 염화칼슘, 포름산칼슘 또는 인산칼슘), 나트륨 금속염(예: 수산화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 질산나트륨, 아질산나트륨, 염화나트륨, 포름산나트륨 또는 인산나트륨), 또는 리튬 금속염(예: 수산화리튬, 황산리튬, 황산리튬일수화물, 탄산리튬, 질산리튬, 염화리튬, 포름산리튬 또는 인산리튬)이고, 가장 바람직하게는 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1.0 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 20 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.0 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 촉진제를 포함한다.
성분 A는 가소제를 더 포함할 수 있다. 성분 A에 포함된 가소제는 저분자량(LMW) 폴리아크릴산 중합체, 폴리포스포네이트 폴리옥스 및 폴리카보네이트 폴리옥스 계열의 초가소제, 및 폴리카르복실레이트 에테르 군의 에타크릴 초가소제로 이루어진 군, 및 이들의 혼합물(예: EthacrylTM G(Coatex, Arkema Group, 프랑스), AcumerTM 1051(Rohm and Haas, U.K.) 또는 Sika® ViscoCrete®-20 HE(Sika, 독일))로부터 선택될 수 있다. 적합한 가소제는 시판되는 제품이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.2 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.4 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 약 0.2 중량% 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.4 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 상기 가소제를 포함할 수 있다.
유리한 실시예에서, 본 발명에 사용되는 성분 A는 단독으로 또는 조합하여, 하기 특징을 더 포함한다.
성분 A는 증점제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 증점제는 유기 제품(예: 잔탄검, 웰란검 또는 DIUTAN® 검(CPKelko, 미국)), 전분 유래 에테르, 구아 유래 에테르, 폴리아크릴아미드, 카라기난, 한천, 및 광물성 제품(예: 점토)으로 이루어진 군, 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다. 적합한 증점제는 시판되는 제품이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.2 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 더 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 1 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 0.7 중량%의 상기 증점제를 포함한다.
성분 A는 항균제 또는 살생물제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 항균제 또는 살생물제는 이소티아졸리논 계열의 화합물(예: 메틸이소티아졸리논(MIT), 옥틸이소티아졸리논(OIT) 및 벤조이소티아졸리논(BIT)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 적합한 항균 또는 살생물제는 시판되는 제품이다. 예시적으로 언급된 것은 Ecocide K35R(Progiven, 프랑스) 및 Nuosept OB 03(Ashland, 네덜란드)이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.001 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.005 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.01 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.015 중량%, 약 0.001 중량% 내지 약 1.5 중량%, 바람직하게는 약 0.005 중량% 내지 약 0.1 중량%, 더 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 0.075 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.015 중량% 내지 약 0.03 중량%의 상기 항균제 또는 살생물제를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 약 0.015 중량% 내지 약 0.03 중량%의 Nuosept OB 03을 포함한다.
대안적인 실시예에서, 성분 A는 적어도 하나의 충전제, 특히 유기 또는 광물 충전제를 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 충전제는 석영 분말, 바람직하게는 평균 입자 크기(d50%)가 약 16μm인 석영 분말, 석영 모래, 점토, 비산회, 흄드 실리카, 탄산화합물, 알루미나, 안료, 산화티타늄, 경량 충전제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 적합한 광물 충전제는 시판되는 제품이다. 예시적으로 언급된 것은 석영 분말 Millisil W12 또는 W6(Quarzwerke GmbH, 독일)이다. 성분 A는, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 2 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 8 중량%의 상기 적어도 하나의 충전제를 포함한다.
본 발명에 사용되는 성분 A에 포함된 물 함량은, 성분 A의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%이다.
더욱이, 성분 A는 또한, 당업자에게 공지된, 킬레이트제를 포함할 수 있다. 촉진제, 가소제, 증점제뿐만 아니라 항균제 또는 살생물제 및 킬레이트제의 존재는 시멘트질 성분 A의 전체 무기 성질을 변화시키지 않는다.
알루미늄 시멘트 또는 칼슘 설포알루민산염 시멘트를 포함하는 성분 A는, 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 수상으로 존재한다.
본 발명에 따른 광물 기재의 앵커 및 후시공 보강근의 화학적 고정을 위한 무기 모르타르 시스템에 사용되는 탄산칼슘은 높은 비표면적(m2/g 단위의 BET)을 갖는 고순도 탄산칼슘이다. 특히, 탄산칼슘은 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과이고, 바람직하게는 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 90% 초과이고 비표면적이 20m2/g 초과이다.
특정 바람직한 구현예에서, 사용되는 탄산칼슘은 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 내지 100% 범위이고, 비표면적이 15m2/g 내지 50m2/g 범위이며, 더욱 바람직하게는 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 90% 내지 100% 범위이고, 비표면적이 20m2/g 내지 35 m2/g 범위이다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고, 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘은 무기 모르타르 시스템의 개시제 성분 B에 포함된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 탄산칼슘은 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 더 포함하는 개시제 성분 B에 포함된다. 무기 화학 앵커와 같은 무기 모르타르 시스템에 대해, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 첨가하는 것은 더 고가의 결합제 재료의 소비를 낮추고 혼합 재료의 일부 특성을 개선하며, 특히 부하 값을 증가시키기 위한 것이다.
본 발명에 사용되는 성분 B는, 성분 B의 총 중량을 기준으로, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인, 바람직하게는 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 90% 내지 100% 범위이고 비표면적이 20m2/g 내지 25m2/g 범위인 탄산칼슘을 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 8 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 8 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%를 포함한다.
본 발명에 사용되는 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 더 포함한다. 충분한 처리 시간을 보장하기 위해(초기 설정 시간은 적어도 5분 이상), 모르타르 조성물의 조기 경화를 방지하는 적어도 하나의 지연제가 활성화제 성분 외에 별도의 농도로 사용된다.
성분 B에 존재하는 활성화제는 알칼리 및/또는 알칼리 토금속염 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
특히, 활성화제 성분은 수산화물, 염화물, 황산염, 인산염, 인산일수소, 인산이수소, 질산염, 탄산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속염으로 구성되고, 바람직하게는 활성화제 성분은 알칼리 또는 알칼리 토금속염이고, 더 바람직하게는 칼슘 금속 염(예: 수산화칼슘, 황산칼슘, 탄산칼슘, 포름산칼슘, 질산칼슘 또는 인산칼슘), 나트륨 금속염(예: 수산화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 질산나트륨 또는 인산나트륨), 또는 리튬 금속염(예: 수산화리튬, 황산리튬, 탄산리튬, 질산리튬 또는 인산리튬), 또는 칼륨 금속염(예: 수산화칼륨, 황산칼륨, 탄산칼륨, 포름산칼륨, 질산칼륨 또는 인산칼륨)이고, 가장 바람직하게는 수산화나트륨이다.
성분 B는, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.02 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량%, 바람직하게는 약 0.02 중량% 내지 약 35 중량%, 더 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 25 중량%의 상기 활성화제를 포함한다. 특정 바람직한 실시예에서, 활성화제는 수산화나트륨이다. 성분 B에 포함된 물 함량은, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 30 중량%이다. 특정 바람직한 실시예에서, 성분 B에 포함된 수산화나트륨 함량은, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 1 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 2 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 3 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 8 중량%, 가장 바람직하게는 약 3 중량% 내지 약 6 중량%이다.
본 발명에 사용되는 성분 B에 포함된 적어도 하나의 지연제는 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 시트르산과 타르타르산의 혼합물이다. 성분 B는, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.2 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1.0 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.0 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 지연제를 포함한다.
본 발명에 사용되는 성분 B의 특정 바람직한 실시예에서, 시트르산/타르타르산의 비는 1.6/1이다.
본 발명에 사용되는 성분 B에 포함된, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘에 더하여 적어도 하나의 광물 충전제는 석회석 충전제, 모래, 강옥, 백운석, 내알칼리성 유리, 알루미나, 쇄석, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 다양한 탄산칼슘과 같은 석회석 충전제가 바람직하다. 적어도 하나의 광물 충전제는 바람직하게는 석영 분말 Millisil W12 또는 W6(Quarzwerke GmbH, 독일) 및 석영 모래와 같은 석회석 충전제 또는 석영 충전제로 이루어진 군으로부터 선택된다. 성분 B의 적어도 하나의 광물 충전제는 가장 바람직하게는 탄산칼슘 또는 탄산칼슘의 혼합물이다. 성분 B는, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 20 중량%, 바람직하게는 적어도 약 30 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 60 중량%, 약 20 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 30 중량% 내지 약 90 중량%, 더욱 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 85 중량%, 더욱 더 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 60 중량% 내지 약 70 중량%의 적어도 하나의 광물 충전제를 포함한다.
특정 바람직한 실시예에서, 성분 B에 포함된 적어도 하나의 광물 충전제는 3개의 상이한 탄산칼슘, 즉 상이한 Omyacarb® 유형(Omya International AG, 독일)과 같은 미세 탄산칼슘의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 제1 탄산칼슘은 약 3.2μm의 평균 입자 크기(d50%) 및 45μm 체에서 0.05%의 잔류물을 갖는다(ISO 787/7에 따라 결정됨). 제2 탄산칼슘은 약 7.3μm의 평균 입자 크기(d50%) 및 140μm 체에서 0.5%의 잔류물을 갖는다(ISO 787/7에 따라 결정됨). 제3 탄산칼슘은 약 83μm의 평균 입자 크기(d50%) 및 315μm 체에서 1.0%의 잔류물을 갖는다(ISO 787/7에 따라 결정됨).
특정 바람직한 대안적인 실시예에서, 성분 B에 포함된 적어도 하나의 광물 충전제는 3개의 상이한 석영 충전제의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 제1 석영 충전제는 약 240μm의 평균 입자 크기(d50%)를 갖는 석영 모래이다. 제2 석영 충전제는 약 40μm의 평균 입자 크기(d50%)를 갖는 석영 분말이다. 제3 석영 충전제는 약 15μm의 평균 입자 크기(d50%)를 갖는 석영 분말이다.
유리한 실시예에서, 성분 B는 단독으로 또는 조합하여 취해진 하기 특징을 더 포함한다.
성분 B는 증점제를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 사용되는 증점제는 벤토나이트, 이산화규소, 석영, 아크릴레이트계 증점제, 예컨대 알칼리 가용성 또는 알칼리 팽윤성 에멀젼, 흄드 실리카, 점토 및 티탄산염 킬레이트제, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로 언급된 것은 폴리비닐 알코올(PVA), 소수성으로 개질된 알칼리 가용성 에멀젼(HASE), 당업계에 HEUR로 알려진 소수성으로 개질된 에틸렌 옥사이드 우레탄 중합체, 및 셀룰로스 증점제, 예컨대 하이드록시메틸 셀룰로스(HMC), 하이드록시에틸 셀룰로스(HEC), 소수성 개질된 하이드록시 에틸 셀룰로스(HMHEC), 나트륨 카르복시메틸 셀룰로스(SCMC), 나트륨 카르복시메틸 2-하이드록시에틸 셀룰로스, 2-하이드록시프로필 메틸 셀룰로스, 2-하이드록시에틸 메틸 셀룰로스, 2-하이드록시부틸 메틸 셀룰로스, 2-하이드록시에틸 에틸 셀룰로스, 2-하이드록시프로필 셀룰로스, 애타풀자이트 점토 및 이들의 혼합물이다. 적합한 증점제는 Optigel WX(BYK-Chemie GmbH, 독일), Rheolate 1(Elementis GmbH, 독일) 및 Acrysol ASE-60(The Dow Chemical Company)과 같은 시판되는 제품이다. 성분 B는, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.2 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 15 중량%, 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 1 중량%의 상기 증점제를 포함한다.
더욱이, 성분 B는 또한 당업자에게 알려진 가소제를 포함할 수 있다. 지연제 및 증점제뿐만 아니라 가소제의 존재는 시멘트질 성분 B의 전체 무기 성질을 변화시키지 않는다.
활성화제 및 지연제를 포함하는 성분 B는 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 수상으로 존재한다.
성분 B의 pH 값은 10 초과, 더 바람직하게는 11 초과, 가장 바람직하게는 12 초과, 특히 10 내지 14, 바람직하게는 11 내지 13의 범위인 것이 바람직하다.
두 성분, 즉 성분 A 및 성분 B에서 물의 비율은, 성분 A 및 성분 B를 혼합하여 얻어진 제품에서, 물 대 알루미늄 시멘트 비(W/CAC) 또는 물 대 칼슘 설포알루민산염 시멘트(W/CAS)가 1.5 미만, 바람직하게는 0.2 내지 0.8, 가장 바람직하게는 0.3 내지 0.5이도록, 선택되는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 성분 A와 성분 B를 혼합하여 얻어진 제품에서 황산칼슘을 포함하는 물 대 칼슘 알루민산염 시멘트의 비(W/(CAC+CaSO4))는 0.35이다.
성분 A와 성분 B를 혼합하여 얻어진 제품에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘이, 약 1.0 중량% 내지 30.0 중량%, 바람직하게는 약 1.5 중량% 내지 20.0 중량%, 더욱 바람직하게는 약 2.0 중량% 내지 15.0 중량%, 가장 바람직하게는 약 5.0 중량% 내지 13.0 중량%의 범위로 존재하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 성분 A 및 성분 B를 혼합하여 얻어진 제품에서, 시트르산/타르타르산 대 알루미늄 시멘트 비와 시트르산/타르타르산 대 칼슘 설포알루민산염 시멘트가 0.1 미만, 바람직하게는 0.005 내지 0.08, 가장 바람직하게는 0.007 내지 0.03이 되도록 성분 B에서 지연제의 비율을 선택하는 것이 특히 바람직하다.
가장 바람직한 실시예에서, 성분 A는 하기 성분을 포함하거나 이로 이루어진다:
70 내지 85 중량%의 알루미늄 시멘트,
0.5 내지 1.5 중량%의 인산,
0.05 내지 2.0 중량%의 리튬 황산염 또는 리튬 황산염 일수화물,
0.5 내지 1.5 중량%의 가소제,
0.001 내지 0.05 중량%의 항미생물 또는 살생물제,
선택적으로 5 내지 30 중량%의 광물 충전제, 및
15 내지 25 중량%의 물.
가장 바람직한 실시예에서, 성분 B는 하기 성분을 포함하거나 이로 이루어진다:
XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 2.0 중량% 내지 20 중량%의 탄산칼슘,
0.1 중량% 내지 5 중량%의 수산화나트륨,
0.05 중량% 내지 5 중량%의 시트르산,
0.05 중량% 내지 4 중량%의 타르타르산,
30 중량% 내지 45 중량%의 제1 광물 충전제,
10 중량% 내지 30 중량%의 제2 광물 충전제,
5.0 중량% 내지 20 중량%의 제3 광물 충전제,
0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
15 중량% 내지 25 중량%의 물.
본 발명에 사용되는 성분 A는 다음과 같이 제조될 수 있다: 인 함유 차단제를 물과 혼합하여, 생성된 혼합물의 pH 값이 약 2가 되도록 한다. 가소제 및 항균/살생물제를 첨가하고, 혼합물을 균질화하였다. 알루미늄 시멘트, 선택적으로 황산칼슘, 및 선택적으로 광물 충전제를 사전 혼합하고, 교반 속도를 증가시키면서 혼합물에 단계적으로 첨가하여, 생성된 혼합물의 pH 값이 7 미만이도록 한다. 마지막으로, 촉진제 및 증점제를 첨가하고 혼합물이 완전히 균질화될 때까지 혼합한다.
본 발명에 사용되는 성분 B를 다음과 같이 제조할 수 있다: 활성화제를 탈이온수 중에 용해시킨 후, 지연제 및 증점제를 교반 하에 후속 첨가한다. XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘 및 다른 충전제(들)를 혼합물이 균질화될 때까지 교반 속도를 증가시키면서 단계적으로 첨가하고, 최종적으로 부드러운 액체 패스티(pasty) 슬러리를 수득하고, pH는 12 초과이다.
성분 A 및 성분 B는 수상으로, 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 존재한다. 특히, 성분 A 및 성분 B는 각각의 조성물에 따른 패스티 내지 유체 양태를 갖는다. 바람직한 일 실시예에서, 성분 A 및 성분 B는 페이스트 형태이며, 이에 의해 두 성분을 혼합할 때 처짐을 방지한다.
성분 A와 성분 B 사이의 중량비(A/B)는 우선적으로는 7/1 내지 1/3 사이에 포함되며, 바람직하게는 3/1이다. 바람직하게는, 혼합물의 조성물은 75 중량%의 성분 A 및 25 중량%의 성분 B를 포함한다. 추가적인 실시예에서, 혼합물의 조성물은 25 중량%의 성분 A 및 75 중량%의 성분 B를 포함한다.
무기 모르타르 시스템, 바람직하게는 2성분 무기 모르타르 시스템은 광물 성질이며, 이는 다른 제제의 추가 증점제의 존재에 의해 영향을 받지 않는다.
2성분(A 및 B)의 혼합 후, 무기 모르타르 시스템은 초기 설정 시간이 적어도 5분, 바람직하게는 적어도 10분, 더 바람직하게는 적어도 15분, 가장 바람직하게는 적어도 20분, 특히 약 5 내지 25분의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 20분의 범위인 것이 바람직하다.
다성분 무기 모르타르 시스템, 특히 2성분 무기 모르타르 시스템에서, 시멘트질 성분 A 대 개시제 성분 B의 부피비는 1:1 내지 7:1이고, 바람직하게는 3:1이다. 대안적인 실시예에서, 시멘트질 성분 A 대 개시제 성분 B의 부피비는 1:3 내지 1:2이다.
개별적으로 생성된 후에, 성분 A 및 성분 B는 개별 용기에 도입되고, 이로부터 이들은 기계적 장치에 의해 토출되고 혼합 장치를 통해 안내된다. 무기 모르타르 시스템은 바람직하게는 즉시 사용 가능한 시스템이며, 이에 의해 성분 A 및 성분 B는 다중-챔버 장치, 예컨대 다중-챔버 카트리지 및/또는 다중-챔버 실린더 또는 2-구성요소 캡슐에서, 바람직하게는 2-챔버 카트리지 또는 2-구성요소 캡슐에서 서로 별도로 배열된다. 다중-챔버 시스템은 바람직하게는 경화성 성분 A 및 개시제 성분 B를 분리하기 위한 둘 이상의 포일 백을 포함한다. 혼합 장치에 의해 함께 혼합된 챔버 또는 백의 내용물은, 바람직하게는 정적 혼합기를 통해 시추공 내로 주입될 수 있다. 다수의 챔버 카트리지 또는 페일 또는 버킷 세트의 조립체가 또한 가능하다.
정적 혼합기로부터 빠져나가는 경질화 알루미늄 시멘트 조성물은, 앵커 및 후시공 보강근을 고정하기 위해 필요한, 시추공 내로 직접 삽입되고, 앵커 및 후시공 보강근의 화학적 고정 동안, 초기에 광물 기재 내로 도입되었으며, 그 결과 고정될 구성 요소(예: 앵커 로드)가 삽입되고 조정되며, 그 결과 모르타르 조성물이 응고되고 경화된다. 특히, 무기 모르타르 시스템은 금속 앵커 및 후시공 보강근을 고정하기 위한 화학적 앵커로서 고려되어야 한다.
XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 역할은 그의 높은 비표면적으로 인해 칼슘 알루민산염 수화물에 많은 핵생성 부위를 제공하고, 추가로 쉽게 이용 가능한 가용성 칼슘 및 탄산염 이온의 공급원으로 조기 과포화를 초래하여 시멘트 수화물 상이 침전되고 칼슘 알루미네이트 일탄산염 수화물이 형성되어 시멘트 전환을 방지하는 것으로 간주되며, 이는 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)이 안정 수화물(C3AH6)로 변환되어 시간 경과에 따라 성능이 저하된다.
특히 성분 B에서, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘에 더하여 광물 충전제의 역할은 기계적 강도 및 성능뿐만 아니라 장기간 내구성과 관련하여 최종 성능을 추가로 조정하는 것이다. 충전제를 최적화함으로써, 알루미늄 시멘트 및 최종 시멘트 매트릭스의 낮은 다공도의 효율적이고 여전히 더 빠른 수화를 허용하는 물/고형물 비를 최적화하는 것이 가능하다.
XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 포함하는 무기 모르타르 시스템은 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근(예: 앵커 로드, 특히 나사형 로드, 볼트, 강철 보강근 등)을 광물 기재(예: 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체)에 화학적으로 고정하는 데 사용될 수 있다. 특히, 무기 모르타르 시스템은 시추공에서 앵커 및 후시공 보강근(예: 금속 앵커 및 후시공 보강근)의 화학적 고정에 사용될 수 있다. 이러한 무기 모르타르 시스템에서, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용은, 부하 값을 크게 증가시켜, 특히 초기 경화 시간에, 시추공의 하중 용량을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 무기 모르타르 시스템에 존재하는 광물 충전제에 더하여, 본 발명에 따라 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용은 특히 부하 값을 증가시키기 위함이다. 더욱이, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 무기 화학 앵커와 같은 재료에 첨가하는 것은 더 고가의 결합제 재료의 소비를 낮추거나 혼합된 재료의 일부 특성을 향상시키는 데 유리하다.
무기 모르타르에 포함된, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘은 특히, 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체와 같은, 광물 기재에, 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하는 방법으로 적용된다.
또한, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 포함하는 무기 모르타르 시스템은 섬유, 스크림, 천 또는 복합재, 특히 고탄성 섬유, 바람직하게는 탄소 섬유의 부착에, 특히 건물 구조체(예: 벽 또는 천장 또는 바닥)의 보강을 위해, 또는 (예: 돌, 유리 또는 플라스틱으로 제조된) 플레이트 또는 추가로 블록과 같은 성분을 건물이나 구조 요소에 장착하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 특히 이는 앵커 및 후시공 보강근, 바람직하게는 금속 앵커 및 후시공 보강근(예: 앵커 로드, 특히 나사형 로드, 볼트, 강철 보강근 등)을 광물 기재(예: 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체)에서 오목부(예: 시추공) 내에 고정하기 위해 사용되며, 이에 따라 2성분 무기 모르타르 시스템의 구성 요소는, 예를 들어, 정적 혼합기를 사용하거나 카트리지나 플라스틱 백을 파괴하거나 다수 챔버 페일 또는 버킷 세트의 성분을 혼합하여 사전 혼합된다.
다음 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 예시한다.
실시예
1. 무기 모르타르 시스템에 사용되는 탄산칼슘
사용된 탄산칼슘(방해석이라고도 함)은 모두 시판되는 제품이다: Omyabrite 1300 X-OM, Omya GmbH, 독일; Betocarb UF, Omya GmbH, 독일; Socal 31, Imerys Carbonates, 프랑스; Socal UP-G, Imerys Carbonates, 프랑스; ImExtend 90, Imerys Carbonates, 프랑스; Calofort U, Keyser & Mackay, 독일.
선택된 탄산칼슘은 이들의 입자 크기(d10, d50 및 d90), 이들의 비표면적(BET) 및 이들의 순도(방해석 표준을 사용하여 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량)에 관한 것을 특징으로 하였다. 표 1은 사용된 상업용 방해석의 입자 크기 분포를 나타낸다.
[표 1]
표 2는 실시예에 사용된 탄산칼슘의 사양을 나타낸다.
2. 칼슘 알루민산염 시멘트의 수화에 대한 반응성 탄산칼슘의 영향의 특성화
등온 열류 열량계는 시멘트질 모르타르의 반응성을 평가하기 위한 일반적인 도구이다. 다양한 방해석(탄산칼슘)의 스크리닝과 칼슘 알루미네이트 시멘트의 수화 반응을 가속화하는 이들의 효과는 TA Instruments의 TAM 공기 열량계를 사용하여 평가되었다. 각각의 건식 혼합물 및 혼합물을 함유한 수용액을 23℃에서 24시간 동안 별도로 평형화하였다. 건식 혼합물은 Ternal White®, 석영 및 각각의 방해석 충전제로 구성되었다. 모든 실험에 대한 수용액은 물, 리튬 황산염, 에타크릴 G, 시트르산 및 타르타르산을 포함하였다. 혼합 액체를 건조 혼합물에 주입하고 60초 동안 수동으로 교반하여 균질성을 보장하였다. 혼합된 샘플의 삽입 후에 기록을 시작하였다. 모든 수행된 반복 실험은 수화의 동일한 과정을 보여주었고, 따라서 3개의 곡선의 평균 값을 전형적인 반응을 기술하도록 선택하였다.
열량 측정을 위한 혼합물의 조성은 모든 경우에 다음과 같다: 60.23 중량% Ternal White®, 16.12 중량% 석영 모래, 3.97 중량% 방해석 충전제, 18.33 중량% 물, 0.45 중량% Ethacryl G, 0.11 중량% Li2SO4, 0.49 중량% 시트르산 및 0.30 중량% 타르타르산. 각각의 측정에 대해, 혼합물 내의 방해석 충전제를 Omyabrite 1300 X-OM, Betacorb UF, Calofort U, ImExtend90, Socal 31 및 Socal UP-G 사이에서 변화시켰다.
상이한 유형의 방해석과 혼합된 칼슘 알루민산염 시멘트의 수화의 열 유동 측정은, 가장 불순한 방해석인 Omyabrite 1300 X-OM을 함유하는 혼합물이 가장 긴 유도 기간을 나타내고 시멘트 수화는 혼합 후 약 29시간으로 시작됨을 나타낸다. 모든 다른 시스템은 혼합 후 처음 8시간 이내에 수화열의 주요 피크를 나타낸다. 방해석 Calofort U, Socal UP-G 및 Socal 31에 대해 가장 짧은 유도 기간과 그에 따른 가장 빠른 수화열이 검출되었으며, 이는 모두 매우 높은 BET 표면적을 나타내고 높은 결정성과 순도를 갖는다. Betacorb UF 및 ImExtend90과 같이 매우 미세한 입자, 높은 결정도 및 15m²/g 미만의 비표면적(BET)을 포함하는 방해석은 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘과 비교하여 이미 지연된 유도 기간을 보여준다.
3. 무기 모르타르 시스템의 성분 A 및 성분 B의 제조
비교예 1 내지 비교예 3과 본 발명의 예 4 내지 예 6의 시멘트질 성분 A뿐만 아니라 개시제 성분 B는 각각 표 3 내지 표 5에 명시된 성분을 혼합함으로써 초기에 제조된다. 주어진 비율은 중량%로 표시된다.
3.1. 성분 A
탈이온수 16.38 그램, 85% 인산(차단제) 0.75 그램, Ethacryl G® (초가소제) 1.2 그램, 및 Nuosept® (살생물제) 0.02 그램을 실온에서 균질화하였고, 용해기로 교반하면서, 칼슘 알루만산염 시멘트(81.00 그램, 순수 Ternal White®)를 후속하여 소량씩 첨가하여, 최종적으로 물에 막힌 시멘트의 부드러운 액체 패스티 슬러리를 얻었으며 pH는 7 미만이다. 칼슘 알루민산염 시멘트의 첨가 후, 0.15 그램의 황산리튬 일수화물 및 0.5 그램의 잔탄검(증점제)을 첨가하고 슬러리를 균질화하였다.
[표 3]
3.2 성분 B
20.43 그램의 탈이온수에, 4.0 그램의 NaOH 펠릿(활성화제), 0.65 그램의 Ecodis® P50(초가소제), 0.4 g의 Optigel® WX(증점제), 1.93 그램의 시트르산 및 1.20 그램의 타르타르산을 용해시켰다. 용해기로 교반하면서, 71.39 그램의 하기 충전제(34.0 그램의 Omyacarb 130 AL, 15.39 그램의 Omyacarb 15H AL, 9.0 그램의 Omyacarb 2 AL(= 거친 탄화칼슘의 표준 충전제 혼합물의 58.39 중량%) 및 13.0 그램의 각각의 반응성 방해석)의 혼합물을 후속 부분에서 첨가하여, 최종적으로 물에 충전제의 부드러운 액체 패스티 슬러리를 얻었으며 pH는 12 초과이다.
[표 4]
[표 5]
4. 기계적 성능의 결정
제조 후, 결합제 성분 A0와 각 성분 B1 내지 성분 B6은 성분 A:B = 3:1의 정의된 비율로 2성분 플라스틱 하드 카트리지의 별도 챔버에 채워졌다. 하드 카트리지를 분배기에 넣고, 정적 혼합기를 부착하고, 모르타르를 삽입된 콘크리트 슬래브 및 나사형 로드(M12) 내의 시추공 내로 주입하였다. 시추공의 깊이는 72mm이고, 직경은 14mm이었다. 모르타르를 주입하기 전에 시추공을 압축 공기 세정 및 브러싱에 의해 세정하였다. 특정 경화 시간 후에 인발 강도를 측정하여 모르타르의 경화 시간의 개선을 측정하였다.
[표 4]
고순도의 방해석을 포함하고 높은 BET 표면(> 15m2/g)을 갖는 모르타르(즉, Calofort U, Socal 31 및 Socal UP-G)는 더 낮은 비표면적을 갖는 방해석을 포함하는 것(즉, Omyabrite 1300 X-OM, Betocarb UF 및 ImExtend90)과 비교하여 더 높은 결합 강도를 나타낸다. 이러한 효과는 특히 짧은 경화 시간(<18h)에서 두드러지며, 이는 고정된 요소를 더 일찍 로드할 수 있고 작업 현장의 작업 흐름이 저하되지 않기 때문에, 노동 시간 절약 측면에서 큰 이점을 제공한다.
대부분의 모든 본 발명의 시스템은, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 임의의 탄산칼슘을 포함하지 않는 비교 시스템과 비교하여, 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하는 경우에 경화 15시간 후에 상당한 결합 강도뿐만 아니라 증가된 부하 값 및 따라서 개선된 기계적 강도를 나타낸다. XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 첨가는 XRD에 의해 결정된 결정질 칼슘 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 임의의 탄산칼슘을 포함하지 않는 시스템과 비교할 때 부하 값의 상당한 증가를 초래한다. 또한, 높은 부하 값이 요구될 때, 성능이 시추공에서 상당히 개선되는 것으로 나타났다. 또한, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 포함하는 본 발명의 시스템은 경화 후에 어떠한 미세 균열도 나타내지 않는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 시스템은 향상된 부식 및 동결-해동 저항성을 얻고 높은 부하 값을 제공하기 위한 중요한 전제 조건인 조밀하고 밀봉된 앵커링 시스템을 제공한다.
마지막으로, 무기 칼슘 알루민산염 시멘트-기반 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 사용은 준안정 수화물 상(CAH10 및 C2AH8)의 안정 수화물(C3AH6)로 변환을 방지하여, 시간 경과에 따른 성능의 감소를 방지하고 동시에 수화의 가속도를 촉진시킨다. 상기에 나타난 바와 같이, XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 무기 화학 앵커와 같은 재료에 첨가하는 것은 부하 값의 증가를 초래하고, 동시에 더 고가의 결합제 재료의 소비를 낮추고 혼합 재료의 일부 특성을 개선한다.
Claims (14)
- 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 무기 모르타르 시스템에서 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘의 용도로서, 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하여 부하 값을 증가시키는, 용도.
- 제1항에 있어서, 성분 A는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함하는, 용도.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 시멘트 성분 A는 수상 칼슘 알루민산염 시멘트에 기초한 알루미늄 시멘트 성분인, 용도.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 차단제는 붕산, 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 용도.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 XRD에 의해 결정된 결정질 방해석 함량이 80% 내지 100% 범위이고, 비표면적이 15m2/g 내지 50m2/g 범위인, 용도.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 상기 무기 모르타르 시스템의 개시제 성분 B에 포함되는, 용도.
- 제6항에 있어서, 상기 개시제 성분 B에 포함된 상기 탄산칼슘은, 성분 B의 총 중량을 기준으로, 약 1.0 중량% 내지 50.0 중량%의 범위에 존재하는, 용도.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는 알칼리 및/또는 알칼리 토금속염을 포함하고, 상기 적어도 하나의 지연제는 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 적어도 하나의 광물 충전제는 석회석 충전제, 모래, 강옥, 백운석, 내알칼리성 유리, 알루미나, 쇄석, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 용도.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제 성분은 수산화물, 염화물, 황산염, 인산염, 인산일수소, 인산이수소, 질산염, 탄산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 알칼리 및/또는 알칼리 토금속염으로 구성되는, 용도.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 앵커 및 후시공 보강근은 앵커 로드, 나사형 앵커 로드, 볼트 또는 강철 보강근인, 용도.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광물 기재는 벽돌, 콘크리트, 투과성 콘크리트 또는 자연석으로 제조된 구조체인, 용도.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 모르타르 시스템은 다성분 무기 모르타르 시스템인, 용도.
- 광물 기재에서 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법에서, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 용도.
- 광물 기재에 앵커 및 후시공 보강근을 화학적으로 고정하기 위한 방법으로서, 무기 모르타르 시스템을 사용하여 고정하는 것을 특징으로 하되, 상기 광물 기재는 경화성 알루미늄 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 개시제 성분 B를 포함하되, 성분 A는 적어도 하나의 차단제, 적어도 하나의 촉진제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 활성화제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 광물 충전제 및 물을 포함하며, XRD에 의해 결정되는 결정질 방해석 함량이 80% 초과이고 비표면적이 15m2/g 초과인 탄산칼슘을 함유하는, 방법.
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