KR20240060621A - 콘크리트 혼화제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트용 감수 첨가제로서 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제의 용도를 제공한다. 하나 이상의 제제는 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 부분적으로 또는 완전히 대체하는 데 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 콘크리트에 사용되는 혼화제에 관한 것이다.
콘크리트는 시멘트, 골재(모래와 돌) 및 물을 혼합하여 형성된 건축 재료이다. 결합제 역할을 하는 콘크리트에 사용된 물은 시멘트를 활성화시킨다. 혼합물의 골재(거친 골재와 미세한 골재)는 시멘트가 굳고 경화되어 경화된 콘크리트를 생성할 때 시멘트에 의해 서로 결합된다. 더 큰 골재를 사용하는 혼합물은 미세한 골재를 사용한 혼합물보다 더 강한 경향이 있다. 중요한 것은, 콘크리트 혼합물에 물을 적게 첨가할수록 혼합물이 더 강해진다는 것이다.
시멘트는 일반적으로 포틀랜드 시멘트와 같은 수경성 시멘트일 수 있다. 포틀랜드 시멘트(일반 포틀랜드 시멘트 또는 OPC로도 알려짐)는 ASTM C150의 요구 사항 또는 유럽 표준 EN197-1의 요구 사항을 충족하는 시멘트질 재료로서 정의될 수 있다.
포틀랜드 시멘트는 원료 성분(칼슘 카보네이트, 알루미늄 실리케이트, 실리콘 디옥시드 및 기타 산화철 포함)의 혼합물을 소결 온도(통상적으로 약 1450℃)까지 가열하여 클링커를 형성함으로써 제조된다. 포틀랜드 시멘트 클링커는 산화칼슘과 산성 성분이 반응하여 주로 트리칼슘 실리케이트, 디칼슘 실리케이트, 트리칼슘 알루미네이트, 및 페라이트 상(ferrite phase) "C4AF"(테트라칼슘 알루미노페라이트)를 생성함으로써 형성된다.
이러한 클링커는 분쇄 밀(grinding mill)에서 칼슘 설페이트(보통 석고 형태)와 함께 분쇄되어 미세하고 균질한 분말 형태의 시멘트를 제공한다. 밀링 공정 전후에 다른 첨가제나 시멘트 대체제가 혼입될 수 있다. 이는 칼슘 카보네이트 및 기타 광물, 분쇄된 고로 수쇄 슬래그, 천연 포졸란 및 미분 연료 회분(PFA: pulverised fuel ash)과 같은 충전재 및 OPC 대체제를 포함한다. 시멘트 분말을 형성하는 성분(클링커, 칼슘 설페이트, 충전재 및 시멘트 대체제와 같은 선택적인 첨가제)이 시멘트 조성물이라고 지칭될 수 있다.
콘크리트의 강도는 중요한데, 그 이유는 콘크리트는 이러한 특성을 가져야 하는 물품을 제조하는 데 사용되기 때문이다. 예를 들어, 도로, 포장 도로, 교량, 벽, 건물 및 기초는 종종 콘크리트로 만들어진다.
콘크리트 혼화제는 일반적으로 시멘트, 골재 및 물을 혼합하는 동안 첨가되어 프레시(fresh)하거나 경화된 콘크리트의 특정 특성, 예를 들어 작업성, 내구성 또는 초기 및/또는 최종 강도를 향상시킨다.
콘크리트 혼화제는 하나 이상의 감수제(water-reducing agent)를 포함할 수 있다. 감수제는 혼합에 사용되는 물의 양을 줄일 수 있고 콘크리트 작업성에 부정적인 영향을 주지 않으면서 콘크리트의 강도를 높일 수 있는 첨가제이다. 하나 이상의 감수제를 포함하는 콘크리트 혼화제가 감수 콘크리트 혼화제로서 지칭될 수 있다.
종래, 설폰화된 멜라민 수지 염, 폴리카복실레이트, 고도로 축합된 나프탈렌 설폰산 포름알데히드의 염, 리그닌 설포네이트(리그노설포네이트) 등이 감수제로서 사용되어 왔다.
본 발명의 목적은 리그노설포네이트계 혼화제에 대한 대안을 제공하는 것이며, 이에 따라 상기 대안은 비용 효율적이지만 리그노설포네이트 혼화제와 동등하거나 더 큰 감수 능력을 갖는다.
제1 양태에서, 본 발명은 콘크리트용 감수 첨가제로서 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제의 용도를 제공한다.
특히, 하나 이상의 제제가 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 부분적으로 또는 완전히 대체하는 데 사용될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 리그노설포네이트 물질, 예컨대 소듐 리그노설포네이트는 일반적으로 콘크리트용 감수 첨가제로서 사용된다.
리그노설포네이트 물질을 덜 사용할 수 있으면 우수한 결과를 얻으면서도 더 저렴한 감수 콘크리트 혼화제를 제공할 수 있다는 기술적 이점이 있다.
일반적으로, 본 발명은 혼합에 사용되는 물의 양을 줄이기 위한 새로운 옵션을 제공하였다. 이러한 새로운 옵션은 콘크리트 작업성에 부정적인 영향을 주지 않고 콘크리트의 강도를 높일 수 있다.
이러한 새로운 옵션은 다음의 제제의 사용을 수반한다: 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 또는 칼슘 나프탈렌.
소듐 나프탈렌이 존재하는 경우, 소듐 나프탈렌 설포네이트의 형태인 것이 바람직하다.
칼슘 나프탈렌이 존재하는 경우, 칼슘 나프탈렌 설포네이트의 형태인 것이 바람직하다.
당업자는 호환성 문제가 없다면 이들 제제 중 하나 초과가 조합하여 함께 사용될 수 있지만 반드시 하나 초과를 사용할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 일 실시형태에서, 이들 제제 중 오직 하나만 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 이들 제제 중 둘 이상의 조합이 사용된다.
특히, 이들 제제 각각이 감수 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 부분적으로 또는 완전히 대체하는데 효과적이고 성공적으로 사용될 수 있다는 것이 본 발명자들에 의해 확인되었다.
따라서, 제2 양태에서, 본 발명은 다음을 포함하는 감수 콘크리트 혼화제를 제공한다:
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 리그노설포네이트 물질.
이는 리그노설포네이트 물질을 덜 사용할 수 있어 비용을 절감하면서도 여전히 좋은 결과를 얻을 수 있다는 이점이 있다.
리그노설포네이트 물질은 예를 들어 소듐 리그노설포네이트, 칼슘 리그노설포네이트, 마그네슘 리그노설포네이트, 포타슘 리그노설포네이트, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 리그노설포네이트 물질은 소듐 리그노설포네이트를 포함하거나 소듐 리그노설포네이트이다.
또한, 본 발명자들은 감수 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 완전히 대체하기 위해, 상기 제제 각각, 특히 소듐 메타바이설파이트가 비닐 공중합체(특히 비닐 아세테이트 공중합체) 및/또는 폴리카복실레이트 및/또는 폴리카복실레이트 에터인 중합체 물질과 조합하여 효과적이고 성공적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.
따라서, 제3 양태에서, 본 발명은 다음을 포함하는 감수 콘크리트 혼화제를 제공한다:
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 비닐 공중합체(특히 비닐 아세테이트 공중합체), 폴리카복실레이트, 폴리카복실레이트 에터, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 중합체성 물질.
이는 우수한 결과를 얻기 위해 리그노설포네이트 물질을 사용할 필요가 없으며 혼화제가 리그노설포네이트계 혼화제보다 더 비용 효율적이라는 이점이 있다.
일 실시형태에서, 제제는 a) 소듐 메타바이설파이트를 포함하거나 소듐 메타바이설파이트이다.
본 발명자들은 상기 제제 각각이 개질된 당의 블렌드와 조합하여 효과적이고 성공적으로 사용되어 감수 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 완전히 대체할 수 있다는 것을 추가로 확인하였다.
따라서, 제4 양태에서, 본 발명은 다음을 포함하는 감수 콘크리트 혼화제를 추가로 제공한다:
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 다음 중 2개 이상(예를 들어, 3개 이상)을 포함하는 개질된 당의 블렌드: 소듐 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 글루코스 시럽, 당밀, 비나세 및 덱스트린(예를 들어 황색 덱스트린 및/또는 말토덱스트린).
이는 우수한 결과를 얻기 위해 리그노설포네이트를 사용할 필요가 없으며 혼화제가 리그노설포네이트계 혼화제보다 더 비용 효율적이라는 이점이 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀 둘 모두를 포함하며: 하나의 바람직한 실시형태에서 글루코스 시럽 및 당밀은 0.75:1 이상, 바람직하게는 1:1 이상 또는 1.1:1 이상 또는 1.2:1 이상의 중량비로 포함된다. 블렌드의 중량 기준으로, 당밀보다 글루코스 시럽을 적어도 더 많이 함유하는 것이 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트 둘 모두를 포함하며; 하나의 바람직한 실시형태에서 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트는 0.5:1 이상, 바람직하게는 0.6:1 이상 또는 0.7:1 이상의 중량비로 포함된다. 블렌드의 중량 기준으로, 소듐 글루코네이트보다 글루코스 시럽을 적어도 절반 더 많이 함유하는 것이 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 제제는 a) 소듐 니트레이트 및 소듐 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 포름알데히드를 포함하지 않는다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 트리-이소부틸 포스페이트를 포함하지 않는다.
제5 양태에서, 본 발명은 콘크리트를 생산하는 방법을 추가로 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
시멘트, 골재 및 물을 제2 내지 제4 양태 중 어느 하나에 정의된 감수 콘크리트 혼화제와 혼합하는 단계.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 0.5 내지 5중량%, 예를 들어 1 내지 3중량% 또는 1 내지 2중량%(혼합물의 총 중량에 대하여)의 첨가 수준으로 첨가된다.
시멘트는 수경성 시멘트, 예를 들어 포틀랜드 시멘트일 수 있다.
본 발명에서, 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제가 콘크리트용 감수 첨가제로서 사용된다. 이들 제제는 리그노설포네이트 물질에 대한 비용 효율적인 대체제이며 감수 콘크리트 혼화제에서 사용되는 리그노설포네이트 물질의 일부 또는 모두를 대체할 수 있는 것으로 확인되었다.
소듐 나프탈렌이 존재하는 경우, 소듐 나프탈렌 설포네이트 형태인 것이 바람직하다.
칼슘 나프탈렌이 존재하는 경우, 칼슘 나프탈렌 설포네이트 형태인 것이 바람직하다.
당업자는 호환성 문제가 없다면 이들 제제 중 하나 초과가 조합하여 함께 사용될 수 있지만 반드시 하나 초과를 사용할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 일 실시형태에서, 이들 제제 중 오직 하나만 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 이들 제제 중 둘 이상의 조합이 사용된다.
일 실시형태에서, 제제는 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트 및 소듐 나프탈렌으로부터 선택된다.
본 발명의 모든 양태에서, 완전히 또는 부분적으로 대체되는 리그노설포네이트 물질은, 특히 소듐 리그노설포네이트일 수 있다. 그러나, 이는 대안적으로 또는 추가적으로, 리그노설포네이트 물질 이외의 것, 예를 들어 칼슘 리그노설포네이트 또는 마그네슘 리그노설포네이트 또는 포타슘 리그노설포네이트일 수 있다.
부분적인 대체제
일 실시형태에서, 리그노설포네이트 물질의 부분적인 대체제가 존재한다. 따라서, 감수 콘크리트 혼화제는 (a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 리그노설포네이트-대체제 제제 및 (b) 리그노설포네이트 물질을 포함한다.
리그노설포네이트-대체제 제제 대 리그노설포네이트 물질의 중량비는 1:50 내지 50:1, 예를 들어 1:40 내지 40:1, 바람직하게는 1:30 내지 30:1일 수 있으며, 예를 들어 1:25 내지 25:1 또는 1:20 내지 20:1 또는 1:15 내지 15:1일 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 리그노설포네이트 물질의 중량비는 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:7 내지 7:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1일 수 있다.
일 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 리그노설포네이트 물질의 중량비는 4:1 내지 50:1, 예를 들어 4:1 내지 10:1 또는 4:1 내지 9:1이다.
일 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 리그노설포네이트 물질의 중량비는 2:1 내지 50:1, 예를 들어 2:1 내지 10:1 또는 2:1 내지 9:1이다.
일 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 리그노설포네이트 물질의 중량비는 1:1 내지 50:1, 예를 들어 1:1 내지 10:1 또는 1:1 내지 9:1이다.
일 실시형태에서 리그노설포네이트 물질보다 리그노설포네이트-대체제 제제가 적어도 2배 더 많이, 예를 들어 적어도 3배 더 많이 존재한다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제의 대부분은 리그노설포네이트-대체제 제제 및 리그노설포네이트 물질이다(예를 들어 60중량% 이상, 또는 70중량% 이상, 또는 80중량% 이상, 예를 들어 90중량% 이상의 감수 콘크리트 혼화제). 일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 리그노설포네이트-대체제 제제 및 리그노설포네이트 물질로 본질적으로 이루어질 수 있거나 리그노설포네이트-대체제 제제 및 리그노설포네이트 물질로만 이루어질 수 있다.
선택적으로 기타 첨가제가 감수 콘크리트 혼화제에, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 존재할 수 있다. 이들 기타 첨가제는 콘크리트 혼화제에 사용하기 위해 당업계에 공지된 물질, 예를 들어 계면활성제(공기 연행제(air entraining agent) 및/또는 소포제) 및/또는 아민(강도 강화제(strength enhancers) 및/또는 경화 촉진제(set accelerator)로서 사용되는 것으로 공지됨) 및/또는 소포제 및/또는 또는 살생물제일 수 있다.
아민 예를 들어 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민 및 디에탄올 이소프로판올아민이 특히 콘크리트에서 사용되는 것으로 공지되어 있으며 선택적으로 존재할 수 있다.
본 발명에서 존재할 수 있는 첨가제의 구체적인 예는 소듐 라우릴 에터 설페이트, 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민을 포함한다. 트리-이소부틸포스페이트 및 포름알데히드가 또한 실시형태에서 존재할 수 있는 기타 첨가제의 예이다.
선택적으로 멜라민 및/또는 설포네이트화된 멜라민 수지 염이, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하 또는 5중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 첨가제로서 포함될 수 있다. 이들은 당업계에서 감수제로서 공지되어 있으나, 본 발명에서는 통상적인 것보다 더 적은 양으로 사용된다.
일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트를 포함하며, 특히 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트일 수 있다.
소듐 메타바이설파이트는 분말 형태로 또는 용액, 특히 수용액 형태로, 예를 들어 물 중의 30 내지 60 또는 30 내지 50 중량%/중량 용액, 예를 들어 물 중의 35 내지 45 중량%/중량 용액으로 제공될 수 있다. 실시형태에서, 소듐 메타바이설파이트는 비식품 등급 형태로 제공될 수 있는데, 이는 이것이 더 비용 효과적이기 때문이다. 따라서, 예를 들어 Fe 이온과 같은 금속 이온의 불순물이 ppm 수준일 수 있다.
완전 대체제
또 다른 실시형태에서, 리그노설포네이트 물질의 완전 대체제가 존재한다. 따라서 감수 콘크리트 혼화제는 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 리그노설포네이트-대체제 제제를 포함하며 리그노설포네이트 물질은 포함하지 않는다.
이러한 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 적절하게는 보충 활성제와 조합하여 사용될 수 있다. 보충 활성제는 (i) 비닐 공중합체(특히 비닐 아세테이트 공중합체), 폴리카복실레이트, 폴리카복실레이트 에터, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 중합체성 물질일 수 있거나, (ii) 소듐 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 글루코스 시럽, 당밀, 비나세 및 덱스트린(예를 들어 황색 덱스트린 및/또는 말토덱스트린) 중 2개 이상(예를 들어 3개 이상)을 포함하는 개질된 당의 블렌드일 수 있거나, (i) 및 (ii)일 수 있다.
감수 콘크리트 혼화제는 다음을 포함할 수 있다:
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 리그노설포네이트-대체제 제제; 및
b) 비닐 공중합체(특히 비닐 아세테이트 공중합체), 폴리카복실레이트, 폴리카복실레이트 에터, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 중합체성 물질을 포함하는 보충 활성제.
일 실시형태에서, 보충 활성제는 비닐 아세테이트 공중합체이다. 비닐 아세테이트 공중합체는 액체 형태로 제공될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 보충 활성제는 소듐 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 글루코스 시럽, 당밀, 비나세 및 덱스트린(예를 들어 황색 덱스트린 및/또는 말토덱스트린) 중 2개 이상(예를 들어 3개 이상)을 포함하는 개질된 당의 블렌드를 포함하는 비닐 아세테이트 공중합체이며; 예를 들어, 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀과 함께 소듐 또는 포타슘 글루코네이트를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀 둘 모두를 포함하며; 하나의 바람직한 실시형태에서 글루코스 시럽 및 당밀은 0.5:1 이상, 특히 0.75:1 이상, 바람직하게는 1:1 이상, 예를 들어 1.1:1 이상, 또는 1.2:1 이상의 중량비로 포함된다. 블렌드의 중량을 기준으로, 당밀보다 적어도 더 많은 글루코스 시럽을 갖는 것이 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트 둘 모두를 포함하며; 하나의 바람직한 실시형태에서 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트는 0.3:1 이상, 특히 0.5:1 이상, 바람직하게는 0.6:1 이상 또는 0.7:1 이상의 중량비로 포함된다. 블렌드의 중량을 기준으로, 소듐 글루코네이트보다 글루코스 시럽을 적어도 절반 더 많이 함유하는 것이 유리할 수 있다. 일부 실시형태에서, 소듐 글루코네이트가 포타슘 글루코네이트로 부분적으로 또는 완전히 대체될 수 있다.
리그노설포네이트-대체제 제제 대 중합체성 물질(예를 들어 비닐 아세테이트 공중합체)의 중량비는 1:50 내지 50:1, 예를 들어 1:40 내지 40:1, 바람직하게는 1:30 내지 30:1일 수 있으며, 예를 들어 1:25 내지 25:1 또는 1:20 내지 20:1 또는 1:15 내지 15:1일 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 중합체성 물질(예를 들어 비닐 아세테이트 공중합체)의 중량비는 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:7 내지 7:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1 또는 1:3 내지 3:1 또는 1:2 내지 2:1일 수 있다. 일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제 대 중합체성 물질(예를 들어 비닐 아세테이트 공중합체)의 중량비는 1:1 내지 10:1, 예를 들어 1:1 내지 7:1, 바람직하게는 1:1 내지 5:1 또는 1:1 내지 3:1 또는 1:1 내지 2:1이다.
리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:50 내지 50:1, 예를 들어 1:40 내지 40:1, 바람직하게는 1:30 내지 30:1일 수 있으며, 예를 들어 1:25 내지 25:1 또는 1:20 내지 20:1 또는 1:15 내지 15:1일 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:7 내지 7:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1 또는 1:3 내지 3:1 또는 1:2 내지 2:1일 수 있다. 일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:10 내지 1:1, 예를 들어 1:7 내지 1:1, 바람직하게는 1:5 내지 1:1 또는 1:3 내지 1:1 또는 1:2 내지 1:1일 수 있다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제의 대부분은 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제이다(예를 들어 60중량% 이상, 또는 70중량% 이상, 또는 80중량% 이상, 예를 들어 90중량% 이상의 감수 콘크리트 혼화제). 일 실시형태에서 감수 콘크리트 혼화제는 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제로 본질적으로 이루어질 수 있거나 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제로만 이루어질 수 있다.
선택적으로 기타 첨가제가 감수 콘크리트 혼화제에, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 존재할 수 있다. 이들 기타 첨가제는 콘크리트 혼화제에 사용하기 위해 당업계에 공지된 물질, 예를 들어 계면활성제(공기 연행제 및/또는 소포제) 및/또는 아민(강도 강화제 및/또는 경화 촉진제로서 사용되는 것으로 공지됨) 및/또는 소포제 및/또는 또는 살생물제일 수 있다.
아민 예를 들어 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민 및 디에탄올 이소프로판올아민이 특히 콘크리트에서 사용되는 것으로 공지되어 있으며 선택적으로 존재할 수 있다.
본 발명에서 존재할 수 있는 첨가제의 구체적인 예는 소듐 라우릴 에터 설페이트, 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민을 포함한다. 트리-이소부틸포스페이트 및 포름알데히드가 또한 실시형태에서 존재할 수 있는 기타 첨가제의 예이다.
선택적으로 멜라민 및/또는 설포네이트화된 멜라민 수지 염이, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하 또는 5중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 첨가제로서 포함될 수 있다. 이들은 당업계에서 감수제로서 공지되어 있으나, 본 발명에서는 통상적인 것보다 더 적은 양으로 사용된다.
감수 콘크리트 혼화제는 선택적으로 용매와 조합하여 제공될 수 있다. 이는 콘크리트와 혼합할 때 혼화제의 첨가 용이성과 관련하여 유용할 수 있다. 일 실시형태에서, 용매는 물일 수 있다.
일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트를 포함하고, 특히 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트일 수 있다.
소듐 메타바이설파이트는 분말 형태로 또는 용액, 특히 수용액 형태로, 예를 들어 물 중의 30 내지 60 또는 30 내지 50 중량%/중량 용액, 예를 들어 물 중의 35 내지 45 중량%/중량 용액으로 제공될 수 있다. 실시형태에서, 소듐 메타바이설파이트는 비식품 등급 형태로 제공될 수 있는데, 이는 이것이 더 비용 효과적이기 때문이다. 따라서, 예를 들어 Fe 이온과 같은 금속 이온의 불순물이 ppm 수준일 수 있다.
감수 콘크리트 혼화제는 다음을 포함할 수 있다:
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 리그노설포네이트-대체제 제제; 및
b) 소듐 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 글루코스 시럽, 당밀, 비나세 및 덱스트린(예를 들어 황색 덱스트린 및/또는 말토덱스트린) 중 2개 이상(예를 들어 3개 이상)을 포함하는 개질된 당의 블렌드를 포함하는 보충 활성제.
일부 실시형태에서, 보충 활성제는 글루코스 시럽 및 당밀과 함께 소듐 또는 포타슘 글루코네이트를 포함하는 개질된 당의 블렌드이다. 선택적으로, 덱스트린, 예를 들어 황색 덱스트린이 또한 존재할 수 있다.
일 실시형태에서, 보충 활성제는 소듐 글루코네이트, 글루코스 시럽 및 당밀을 포함하는 개질된 당의 블렌드이다. 선택적으로, 덱스트린, 예를 들어 황색 덱스트린이 또한 존재할 수 있다.
글루코네이트는 분말 형태로 또는 용액, 예를 들어 수용액 형태로 제공될 수 있다. 글루코스 시럽 및 당밀은 액체 형태로 제공될 수 있다. 덱스트린이 사용되는 경우, 이는 적합하게는 분말 형태의 황색 덱스트린일 수 있다; 이는, 예를 들어, 이들이 혼합된 후에 액체 성분에 첨가될 수 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀을 0.5:1 이상, 특히 0.75:1 이상, 바람직하게는 1:1 이상, 예를 들어 1.1:1 이상, 또는 1.2:1 이상의 중량비로 포함한다. 블렌드의 중량을 기준으로, 당밀 보다 적어도 더 많은 글루코스 시럽을 갖는 것이 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트를 0.3:1 이상, 특히 0.5:1 이상, 바람직하게는 0.6:1 이상 또는 0.7:1 이상의 중량비로 포함한다. 블렌드의 중량을 기준으로, 소듐 글루코네이트보다 글루코스 시럽을 적어도 절반 더 많이 함유하는 것이 유리할 수 있다. 일부 실시형태에서, 소듐 글루코네이트는 포타슘 글루코네이트로 부분적으로 또는 완전히 대체될 수 있다.
리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:50 내지 50:1, 예를 들어 1:40 내지 40:1, 바람직하게는 1:30 내지 30:1일 수 있으며, 예를 들어 1:25 내지 25:1 또는 1:20 내지 20:1 또는 1:15 내지 15:1일 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에서 리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:10 내지 10:1, 예를 들어 1:7 내지 7:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1 또는 1:3 내지 3:1일 수 있다. 일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제 대 개질된 당의 블렌드의 중량비는 1:5 내지 10:1, 예를 들어 1:3 내지 7:1, 바람직하게는 1:2 내지 5:1 또는 1:2 내지 3:1일 수 있다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제의 대부분은 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제이다(예를 들어 60중량% 이상, 또는 70중량% 이상, 또는 80중량% 이상, 예를 들어 90중량% 이상의 감수 콘크리트 혼화제). 일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제로 본질적으로 이루어질 수 있거나 리그노설포네이트-대체제 제제 및 보충 활성제로만 이루어질 수 있다.
선택적으로 기타 첨가제가 감수 콘크리트 혼화제에, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 존재할 수 있다. 이들 기타 첨가제는 콘크리트 혼화제에 사용하기 위해 당업계에 공지된 물질, 예를 들어 계면활성제(공기 연행제 및/또는 소포제) 및/또는 아민(강도 강화제 및/또는 경화 촉진제로서 사용되는 것으로 공지됨) 및/또는 소포제 및/또는 또는 살생물제일 수 있다.
아민 예를 들어 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민 및 디에탄올 이소프로판올아민이 특히 콘크리트에서 사용되는 것으로 공지되어 있으며 선택적으로 존재할 수 있다.
본 발명에서 존재할 수 있는 첨가제의 구체적인 예는 소듐 라우릴 에터 설페이트, 트리에탄올아민 및 트리-이소프로판올아민을 포함한다. 트리-이소부틸포스페이트 및 포름알데히드가 또한 실시형태에서 존재할 수 있는 기타 첨가제의 예이다.
선택적으로 멜라민 및/또는 설포네이트화된 멜라민 수지 염이, 예를 들어 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하 또는 5중량% 이하, 예를 들어 0.5 내지 10중량% 또는 1 내지 8중량%의 양으로 첨가제로서 포함될 수 있다. 이들은 당업계에서 감수제로서 공지되어 있으나, 본 발명에서는 통상적인 것보다 더 적은 양으로 사용된다.
일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 포름알데히드를 포함하지 않는다. 마찬가지로, 일 실시형태에서, 감수 콘크리트 혼화제는 트리-이소부틸 포스페이트를 포함하지 않는다. 포름알데히드도 또는 트리-이소부틸 포스페이트도 존재하지 않을 수 있다.
감수 콘크리트 혼화제는 선택적으로 용매와 조합하여 제공될 수 있다. 이는 콘크리트를 혼합할 때 혼화제의 첨가 용이성과 관련하여 유용할 수 있다. 일 실시형태에서, 용매는 물일 수 있다.
일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트를 포함하며, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트일 수 있다.
소듐 메타바이설파이트는 분말 형태로 또는 용액, 특히 수용액 형태로, 예를 들어 물 중의 30 내지 60 또는 30 내지 50 중량%/중량 용액, 예를 들어 물 중의 35 내지 45 중량%/중량 용액으로 제공될 수 있다. 실시형태에서, 소듐 메타바이설파이트는 비식품 등급 형태로 제공될 수 있는데, 이는 이것이 더 비용 효과적이기 때문이다. 따라서, 예를 들어 Fe 이온과 같은 금속 이온의 불순물이 ppm 수준일 수 있다.
그러나, 또 다른 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 메타바이설파이트가 아니다.
일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 니트레이트를 포함하며 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 니트레이트일 수 있다. 소듐 니트레이트는 용액, 특히 수용액 형태로, 예를 들어 물 중의 30 내지 60 중량%/중량 용액의 형태로 제공될 수 있다.
일 실시형태에서, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 나프탈렌을 포함하며, 리그노설포네이트-대체제 제제는 소듐 나프탈렌일 수 있다.
소듐 나프탈렌은 용액, 특히 수용액 형태로, 예를 들어 물 중의 30 내지 60 중량%/중량 용액의 형태로 제공될 수 있다.
혼화제의 용도
본 발명의 혼화제는 적합하는 0.5 내지 5중량%, 예를 들어 1 내지 3중량%의 첨가 수준으로 콘크리트와 혼합될 수 있다.
본 발명의 혼화제는 우수한 수분 감소를 달성하고 우수한 강도 특성을 달성할 수 있게 한다.
이제 본 발명은 다음의 비제한적인 작업 실시예를 참조하여 추가로 설명될 것이다.
실시예
콘크리트 혼화제 제형을 아래 표 1a 및 표 1b에 제시된 성분과 함께 약 실온(15 내지 35℃)에서 기계적으로 혼합하여 제조하였다. 주어진 양은 중량부이다.
실시예에 사용한 재료는 모두 상업적 공급업체로부터 구입하였다.
[표 1a]
[표 1b]
이어서 제조한 혼화제를 아래와 같이 시험하였다:
콘크리트를 상업적 공급업체의 미세 골재와 거친 골재 및 시멘트를 사용하여 혼합하였다.
시험용 콘크리트를 팬형 믹서를 사용하여 제조하였으며, 시험을 위해 10 dm3 부피의 혼합물을 제조하였다.
수행한 시험은 모두 EN 표준에 따라 이루어졌다. 특히:
● EN 12350-2: 프레시한 콘크리트의 시험 - 파트 2: 슬럼프 시험
● EN 12350-6: 프레시한 콘크리트의 시험 - 파트 6: 밀도
● EN 12350-7: 프레시한 콘크리트의 시험 - 파트 7: 프레시한 콘크리트의 공기 함량 -압력 방법
● EN 12390-3: 경화된 콘크리트의 시험 - 파트 3: 시험 시편의 압축 강도
표 1a 및 1b에 따라 제조한 각 혼화제는 감수 및 콘크리트 강도에 대해 우수한 결과를 달성하였다.
예시적인 결과가 아래 기술되어 있다:
[표 2]
[표 3]
[표 4]
결과
본 발명에 따른 혼화제는 모두 소듐 리그노설포네이트 참조와 비슷하거나 더 우수한 감수 및 강도 특성을 달성할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 혼화제는 현재 사용되는 소듐 리그노설포네이트계 혼화제에 대한 비용 효율적인 대안을 제공한다.
Claims (18)
- 콘크리트용 감수 첨가제로서 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제의, 용도.
- 제1항에 있어서,
상기 제제는 콘크리트 혼화제에서 리그노설포네이트 물질을 부분적으로 또는 완전히 대체하는데 사용되는, 용도. - 감수 콘크리트 혼화제로서,
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 리그노설포네이트 물질을 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 감수 콘크리트 혼화제로서,
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 비닐 공중합체(특히 비닐 아세테이트 공중합체), 폴리카복실레이트, 폴리카복실레이트 에터, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 중합체성 물질을 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제4항에 있어서,
혼화제는, 예를 들어 소듐 글루코네이트, 글루코스 시럽 및 당밀을 포함하는 개질된 당의 블렌드을 추가로 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
a) 대 b)의 중량비는 1:10 내지 10:1인, 감수 콘크리트 혼화제. - 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
제제 a)는 소듐 메타바이설파이트를 포함하거나 소듐 메타바이설파이트인, 감수 콘크리트 혼화제. - 감수 콘크리트 혼화제로서,
a) 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 소듐 나프탈렌, 칼슘 메타바이설파이트, 칼슘 니트레이트, 칼슘 나프탈렌 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 제제; 및
b) 소듐 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 글루코스 시럽, 당밀, 비나세 및 덱스트린(예를 들어 황색 덱스트린 및/또는 말토덱스트린) 중 2개 이상을 포함하는 개질된 당의 블렌드, 예를 들어 소듐 글루코네이트, 글루코스 시럽 및 당밀을 포함하는 블렌드를 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제8항에 있어서,
개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀을 0.75:1 이상의 중량비로 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제9항에 있어서,
개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 당밀을 1:1 이상의 중량비로 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트를 0.5:1 이상의 중량비로 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제11항에 있어서,
개질된 당의 블렌드는 글루코스 시럽 및 소듐 글루코네이트를 0.6:1 이상의 중량비로 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
감수 콘크리트 혼화제에 존재하는 임의의 다른 첨가제는 15중량% 이하의 양으로 포함되는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
감수 콘크리트 혼화제에 존재하는 임의의 다른 첨가제는 계면활성제 및 아민으로부터 선택되는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제3항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
혼화제는 용매, 예를 들어 물과 조합하여 제공되는, 감수 콘크리트 혼화제. - 제3항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
혼화제는 소듐 메타바이설파이트, 소듐 니트레이트, 또는 소듐 나프탈렌을 포함하는, 감수 콘크리트 혼화제. - 콘크리트를 생산하는 방법으로서,
상기 방법은
시멘트, 골재 및 물을 제3항 내지 제16항 중 어느 한 항에 정의된 감수 콘크리트 혼화제와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
감수 콘크리트 혼화제는 0.5 내지 5중량%의 첨가 수준으로 첨가되는, 방법.
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