KR20070059040A - 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 함유하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제와 알루미노 실리케이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 포함하는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것이다.
숏크리트, 액상 급결제, 증점제, 아타풀가이트, 벤토나이트

Description

점성증가 숏크리트용 급결제 조성물{Compositions of accelerating agent for making shotcrete}
본 발명은 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 함유하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제와 알루미노 실리케이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 포함하는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것이다.
터널시공, 댐공사 또는 지하구조물 공사에 있어서, 암반 또는 지반의 균열을 보강하여 붕괴를 방지하기 위한 작업으로서 숏크리트가 사용되고 있다. 이러한 숏크리트는 시공현장의 천정 내지 벽면에 레미콘, 펌프 및 노즐 등을 통해 분사하여 속성으로 경화시키는 방식으로 이용되며, 이러한 숏크리트 조성물에는 시멘트, 골재, 급결제, 혼화제 등을 포함한다.
종래에는 콘크리트에 결합력을 부여하기 위해 숏크리트 조성물에 급결제, 혼 화제 이외에 증점제를 넣어 사용하고 있는데, 이로 인해 숏크리트 조성물의 점성이 증가되어 유동성이 떨어지게되고, 이를 개선하기 위해 물을 첨가함으로써 W/C비가 증대되는 문제점이 있다. 그래서 숏크리트의 점도를 유지하면서 W/C 비를 낮추어야 할 필요성이 요구되고 있다.
W/C비란 물-시멘트(W/C)의 함량비(중량%)로서 숏크리트의 배합설계에 영향을 미치는 여러 요인 중의 하나이며, H-Rusch에 의하면 시멘트가 수화하는데 필요한 물의 양은 시멘트 중량의 23%정도이며, 시멘트 풀속에 물의 유동성이 있어야 함으로 10-13% 정도 물의 양이 더 요구된다. 수화에 쓰이고 남은 물은 증발하여 시멘트 풀속에 공극을 형성하게 되는데, 이때 W/C비가 커질수록 콘크리트 속의 공극은 커지고, 콘크리트 자체의 고체부분의 체적이 적어지게 되어 콘크리트의 강도가 저하된다. 따라서, 숏크리트용 조성물의 제조시, 증점제 없이 급결제만 사용하여 W/C비를 낮춰볼 수는 있으나, 이 경우의 숏크리트는 경화가 잘 되지 않거나 응결능력이 취약한 단점이 있다. 예컨대 증점제 없이 알루미네이트계 급결제만 사용할 경우 급결능력이 뛰어나나 물이 스며 나오는 부위에서 경화가 잘되지 않고, 실리케이트계 급결제만 쓰일 경우 온도에 따른 응결능력이 취약하며, 알칼리 프리계 급결제만 쓰일 경우 압축강도의 저하가 없고 고강도를 실현할 수 있는 탁월한 능력이 있으나 지하 용출수 부위에서의 탈락율 등의 문제점이 있었다.
급결제를 형상에 따라 분류하면 액상형(Liquid Type)과 분말형(Powder Type)으로 나누어진다. 국내에서는 습식 숏크리트에는 액상형 급결제가, 건식 숏크리트에는 분말형 급결제가 사용되는 것이 일반적이지만 반드시 그럴 필요는 없으며, 해 외에서는 습식 숏크리트에 분말형 급결제가, 건식 숏크리트에 액상형 급결제가 사용되는 경우도 많다. 특히 시멘트 광물계 급결제와 같이 재료 특성상 액상형이 존재할 수 없는 경우도 있다. 일반적으로 액상 급결제는 분말 급결제에 비해 편의성, 혼합성이 우수하고, 분진 발생량도 적은 장점이 있다.
그러나 숏크리트 조성물의 제조에서 급결제와 혼합시 분말 급결제가 아닌 액상 급결제를 사용할 경우, 액상의 급결제에 함유되어 있는 수분이 콘크리트의 W/C비를 증대시켜 숏크리트 조성물의 점착력을 감소시키고, 탈락율이 증가되며, 분말의 급결제를 사용한 경우에 비해 빠른 반응성을 초래하여 콘크리스 구조물의 장기강도에도 악영향을 미치는 단점이 있었다. 게다가, 액상의 급결제의 비중은 1.4 정도로 물보다 높고, 임계 농도로 생산하여 공급하는데, 이러한 액상 급결제를 다른 물질과 혼합하여 조성물을 제조하여 장기 보관할 경우 대부분의 급결제 이외의 첨가물이 급결제와 2개 층으로 분리되는 현상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
출원번호 2000-53318호(숏크리트용 시멘트 광물계 급결제 및 그 제조방법)는 증점제 및 칼슘알루미네이트 비정질화물 분말을 급결제로서 포함하는 숏크리트용 시멘트 광물계급결제를 기술하고 있으며, 출원번호 2005-7004485호(분사 재료 및 그것을 사용한 분사공법)는 알루미늄원, 황원 및 불소원을 함유하는 액체 급결제와 1종 또는 2종이상의 급결조제를 함유하는 분사재료에 대해 기술하고 있는데, 상기 특허들은 각각 분말형태의 급결제를 사용하거나, 급결제의 급결성을 향상시키기 위하여 급결조제를 사용한 발명으로 증점효과를 향상시키기 위하여 마그네슘 알루미노실리케이트를 증점제로 사용한 본원발명과는 상이하며, 특히 액상의 급결제에 마 그네슘 알루미노실리케이트인 증점제를 함유하는 조성물은 보고된 바도 없다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 예의 노력한 결과, 액상의 급결제에 증점제인 마그네슘 알루미노실리케이트를 혼합하여 숏크리트 조성물에 사용함으로서, 콘크리트 타설시 점착력이 증가되고 W/C 비가 감소되며 숏크리트의 강도가 향상되어 본원발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 함유하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 실시예 및 청구범위에 의해 명확하게 된다.
본 발명은 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 함유하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 '급결제'란 시멘트의 수화반응을 촉진시켜 분사된 콘크리트의 응결시간을 단축시키고 초기 강도의 발현을 증진시키기 위해 콘크리트 제조에 사용되어지는 숏크리트용 급결제를 말하며, 이러한 급결제는 성분이나 형상에 따라 다 음과 같이 분류될 수 있다.
시판되고 있는 숏크리트용 급결제는 성분에 따라 실리케이트계(Silicate), 알루미네이트계(Aluminate), 알칼리 프리계, 시멘트 광물계 급결제로, 형상에 따라 액상형(Liquid Type)과 분말형(Powder Type)으로 나누어질 수 있으며, 일반적으로 국내에서는 습식 숏크리트에는 액상형 급결제가, 건식 숏크리트에는 분말형 급결제가 주로 사용되었으며, 본 발명의 급결제는 액상의 급결제로서, 예컨대 액상 알루미네이트계, 액상 실리케이트계, 액상 알칼리프리계의 급결제가 있으며, 본 발명의 숏크리트용 급결제로서 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 것을 선택하여도 무방하다.
상기 알루미네이트계 급결제(Aluminate Based Accelerator)는 AlO2 - 또는 AlO3 3- 성분을 함유하며, 시멘트의 수화반응을 촉진시켜 응결시간을 단축시키는 특징이 있다. 따라서, 초기강도의 발현이 필요하고 연약암반이나 높은 휨강도가 요구되는 곳에서 주로 사용되며, 시멘트의 응결화 수화반응에 직접 관여하기 때문에 일반적으로 지하수가 많이 유출되는 곳에서 실리케이트계보다 차수효과가 큰 효과가 있다. 이러한 액상 알루미네이트계 급결제는 소듐 알루미네이트 및 포타슘 알루미네이트 급결제로 크게 두가지가 있으며, 본 발명의 알루미네이트 급결제는 액상 소듐 알루미네이트 또는 액상 포타슘 알루미네이트 중 어느 것를 선택하여도 무방하 다. 국내에서 시판중인 액상 급결제 제품으로서 ATEX-QL(화진정밀화학), Union Crete-A(유니온), Econex Shot-L(이건실업)은 소디움 알루미네이트계 액상 급결제의 대표적인 예이며, Sigunit-L(시카 코리아)는 포타슘 알루미네이트계 액상급결제에 해당한다.
상기 실리케이트계 급결제(Silicate Based Accelerator)는 XM1 2O·ySiO2(M1은 Na 또는 K 등의 1가 금속) 성분을 함유하는 특징이 있으며, 상기 실리케이트는 시멘트의 수화반응에 직접 관여하지 않고 시멘트 및 물과 결합하여 콘크리트에 점성을 증가시켜 주는 역할을 한다. 그러나 콘크리트의 점성을 높이는데 한계가 있으며, 여굴(overbreak) 충전 시 수차례의 숏크리트 작업이 필요하다. 초기 강도의 발현속도는 일반 콘크리트와 비슷하다. 국내에 시판중인 액상 실리케이트계 급결제는 소듐 실리케이트와 포타슘 실리케이트 등 크게 두가지로 나뉠 수 있으며, 액상 실리케이트 급결제의 구체적인 예로서, Delvo Crete Activator S 61(코리아마스터빌더스), TCC 768(코리아 마스터빌더스), Sigunit L30X(시카 코리아), Union Crete-S(유이온), Su-Crete TL(이화상사), Econex Shot-LS(이건실업) 등이 있다.
상기 알칼리프리계 급결제(Alkali Free Based Accelerator)는 Al(OH)xRy(x+y=3)를 함유하며, 이때 R은 RHn과 같은 유기산에서 분리된 양이온 성분으로, 일부에서는 알칼리프리계 급결제를 유기 급결제로 표기하기도 한다. 상기 알칼리프리계 급결제는 알칼리 양이온의 함유량이 1.0 중량% 이하인 액체로 pH가 0-7로서 산성 내지 중성이므로 환경 및 알칼리 화상에 의한 인체에 악영향이 적고, 알칼리골재반응의 유발을 억제하며, 장기 강도의 저감률이 적다. 본 발명의 액상 알칼리프리 급결제로서 황산 알루미늄 알칼리프리 급결제가 바람직하며, 국내에 시판중인 액상 알칼리프리계 급결제의 예로서, SA 145(마스터빌더스), SA 160(마스터빌더스)등이 있다.
본 발명에서 '증점제'는 액상 급결제가 슬러리 상태에서 시공이 용이한 점성을 유지하도록 하며, 시공 후 숏크리트 콘크리트에 결합력을 부여하여 시공면에서 수화성 결합재의 수화결합이 진행되기 전에 피복층을 안정하게 하여 처짐을 방지하고 일정 두께의 라이닝을 유지하도록 하기 위해 사용되는 것으로서, 마그네슘 알루미노 실리케이트(magnesium alumino silicate)를 말한다. 상기 마그네슘 알루미노 실리케이트는 MpAlqSi2Or(OH)sAt·uH2O의 화학식으로 나타낼 수 있으며, 상기 화학식에서 M은 교환 가능한 알칼리 금속 양이온이고, A는 할라이드이며, p, q, r, s 및 t는 각각 0.2 ≤p≤2.0, 0.5≤q≤2.5, 4.0≤r≤12, 0.5≤s≤4.0, 0.0≤t≤1.0, 및 0.0≤u≤6.0의 범위에 있다. 또한 상기 마그네슘 알루미노 실리케이트는 아타풀가이트(attapulgite) 또는 벤토나이트(bentonite)를 포함하는데, 상기 아타풀가이트는 SiO2, Al2O3 및 MgO를 주성분으로 하는 (Mg, Al)2SiO4·O10(OH)·4H2O로 표기되는 페일리고르스카이트(Palygorskite)계의 점토광물로서, 광물질의 특성상 산지별로 화학적 조성에 차이가 있을 수 있으며, 탄력 있고 강한 막대기 모양의 결정체 입자는 표면에 전하를 띠고 있어 액상 속에 분산될 경우 전하를 띠고 있는 아타풀가이 트입자 및 다른 입자와 정전기적 인력에 의해 액상 급결제 및 숏크리트 조성물의 시멘트 내에서 그물구조의 이온 격자를 형성하여 겔화 된다. 또한 상기 벤토나이트(Bentonite)는 몬트모릴로나이트(Montmorillonite) 계통의 팽창성 3층판(SI-Ai-Si)으로 이루어진 점토로서, 피로필라이트(pyrophylite) 화학구조식인 Al2Si4(OH)로 형성되어 있다. 상기 벤토나이트는 물을 흡수할 수 있는 기와 모양의 형태로 형성되어 이 안에 물을 가두어 액상 급결제 및 숏크리트 조성물의 시멘트 내에서 물의 흐름을 차단하여 점성화 시키는 특징이 있다. 벤토나이트는 층간에 존재하는 양이온의 종류에 따라, 크게 칼슘 벤토나이트와 소디윰(나트륨) 벤토나이트로 구분되며, 우리나라에서 산출되는 벤토나이트의 대부분은 응회암의 속성변질에 의해서 생성되었으며, 대부분 Ca-Mg계 벤토나이트로 주구성 광물인 몬트모릴로나이트의 함량은 45~95%이며, 석영, 장석 등의 부수광물을 함유하고 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 아타풀가이트 또는 벤토나이트는 강 알칼리 및 강산에서의 안정성이 매우 좋으며, 액상 급결제 또는 콘크리트 시멘트와 혼합시 각 입자가 격자를 형성하여 액상 급결제 또는 콘크리트 조성물 내에 골고루 섞이게 된다. 또한 액상의 유동속도에 따라 점도가 달라지는 요변성(thixotropy)을 가지며, 낮은 유동속도에서는 높은 점도를, 높은 유동속도에서는 낮은 점도를 가지는 특징으로 인하여 유동이 없는 안정된 상태에서는 겔(gel)상태로, 급격한 이동이 일어날 때는 액상의 졸(sol)상태로 존재한다.
본 명세서에서, '숏크리트(shotcrete, 뿜기 콘크리트)'란 압축공기에 의한 분사기를 사용하여 시공면에 분사하는 모르타르 또는 콘크리트를 의미하며, 상기 숏크리트는 시공현장의 천정 내지 벽면에 레미콘, 펌프 및 노즐 등을 통해 분사하여 속성으로 경화시키는 방식으로 이용되며, 일반적으로 시멘트, 골재, 용수, 급결제, 증점제 등을 포함한다.
본 발명의 점성증가 숏크리트 급결제 조성물은 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제 80 내지 99 중량%에 대하여, 아타풀가이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 1 내지 20 중량%을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 점성증가 급결제 조성물은 통상적인 교반기에서 제조될 수 있으며, 상기 조성비에 따른 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제를 교반기에 포함한 상태에서 알루미노 실리케이트 또는 벤토나이트 중 어느 하나로 선택되는 증점제를 서서히 도입하여 분산시키는 것이 바람직하다.
이때, 액상 급결제 80 내지 99 중량%에 대하여, 증점제를 20 중량% 이상으로 넣으면 점도가 너무 상승하여 사용이 적합한 점도를 이루기 어려우며, 1 중량 % 이하로 넣으면 숏크리트의 점착력이 약화되는 단점이 있다.
본 발명의 다른 목적은,
1) 시멘트, 골재 및 용수를 혼합하여 숏크리트용 시멘트 조성물을 제조하는 단계;
2) 액상 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제를 80-99 중량% 및 증점제로서 아타풀가이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 1 내지 20 중량%로 혼합하여 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 제조하는 단계; 및
3) 상기 1) 단계의 숏크리트용 시멘트 조성물과 상기 2)단계의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 90 내지 95 대 5 내지 10의 중량비로 혼합하여 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 타설 공법을 제공한다.
본 발명의 상기 1)단계에서 사용된 시멘트는 포클랜드 시멘트, 조강 시멘트, 고로 시멘트, 내황산염 시멘트등 다양한 종류의 시멘트를 모두 의미하나, 구조물의 표면 마무리, 보수용 및 강재의 녹 방지용과 같이 굴착 후 가능한한 빨리 타설해야 하는 경우에는 초기강도가 크고 균질인 포틀랜드 시멘트가 바람직하며, 용수 부분, 암반 파쇄대, 연약지반 등의 시공 후 강도를 빨리 발현시킬 필요가 있는 경우에는 조강 포틀랜드 시멘트, 초속경 포틀랜드 시멘트가 바람직하며, 숏크리트가 염분의 영향을 받는 특수 조건에 노출되는 경우에는 고로 시멘트와 같은 내구성이 높은 시멘트가 바람직하다.
본 발명에서 사용된 시멘트 함량은 숏크리트 1m3 당 300 내지 450 kgf 중량 을 사용하는 것이 적당하나 설계에 따라 변경하여 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 1)단계에서 사용된 골재는 일반 콘크리트와 마찬가지로 깨끗하고 내구성이 우수하며 적당한 입도를 갖는 것이 바람직하다. 또한 얇은 박편, 가늘고 긴 석편, 점토덩어리 및 유기불순물 등의 유해물질이 함유되지 않으며, 알카리 골재반응에 대해서도 안정한 것을 사용한다. 이러한 골재는 크기에 따라 잔골재와 굵은 골재로 나뉘며, 본 발명의 골재로는 상기 잔골재 및 굵은 골재를 모두 포함하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 잔골재는 굵은 입자의 함유량이 많으면 압축강도는 높아지는 반면 리바운드가 많아지고, 중간입자나 가는 입자의 함유량이 많아지면 리바운드는 적으나 압축강도가 낮아지는 등 입도크기 및 입도 분포에 따라서 압축강도 및 리바운드율에 크게 영향을 줄 수 있으므로, 0.2mm 이하의 미분을 첨가하여 조건이 나쁜 시공면에서도 잘 부착되도록 하고 리바운드도 적으며 비교적 두꺼운 층의 시공을 가능케 할 수 있다. 그러나 미분의 양이 많아지면 소요수량이 많아져서 건조 수축량을 증대시키고 시공기계 내부 혹은 호스 내부에서 막히는 경우가 있으므로, 숏크리트 조성물에 대한 잔골재의 배합량은 숏크리트 1m3 당 1,000 ~ 1,200 kgf 중량을 사용하는 것이 바람직하나, 상기 배합량은 설계에 따라 변경할 수 있다. 또한 본 발명의 숏크리트 조성물에 포함되는 굵은 골재는 강자갈, 쇄석 및 일반적인 숏크리트 골재 원료를 모두 사용가능하며, 상기 굵은 골재의 최대치수가 10 내지 15mm 로서 숏크리트 1m3 당 550 ~ 620 kg 중량을 사용하나, 설계 에 따라 변경 가능하다. 이때 굵은 골재의 최대치수가 너무 크면 숏크리트 시공시에 리바운드량이 많고 호스를 폐쇄시킬 우려가 있으므로 상기 범위내에 있는 굵은 골재를 선택함이 바람직하다.
본 발명의 상기 1)단계에서 사용된 용수는 깨끗하여야 하며 오일, 산, 알칼리, 염분, 유기성 물질 등 콘크리트 또는 강재에 유해한 물질을 함유하지 않은 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 3)단계의 숏크리트 타설은 상기 1) 단계의 숏크리트용 시멘트 조성물과 상기 2)단계의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 90 내지 95 대 5 내지 10의 중량비로 혼합하여 분사하는 방식으로 타설 될 수 있으며, 각 조성물은 타설 직전에 숏크리트 장비의 끝 부분의 노즐을 통하여 혼합과 동시에 분사되어 피착면에 부착되는 것이 바람직하다. 이때 분사되는 숏크리트의 조성은 단위 부피당(1m3) 450~480Kg의 시멘트량, 50 내지 70 중량%의 S/a, 35 내지 45 중량%의 W/C 비 및 시멘트 중량의 5~10 중량%의 액상급결제 조성물을 함유하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지 에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
제조예: 숏크리트용 급결제 조성물의 제조
액상 소듐 알루미네이트, 액상 소듐 실리케이트 또는 액상 황산 알루미늄 알칼리프리 급결제에, 증점제로서 아타풀가이트 또는 벤토나이트를 하기 표 1의 조성으로 혼합하여 본 발명의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 제조하였다.
상기 제조에 사용된 액상 급결제로서,액상 소듐 알루미네이트는 Al((주)홍창), 액상 소듐 실리케이트는 DB-S(신흥규산), 액상 황산 알루미늄 알칼리 프리 급결제는 L-LS((주)홍창)를, 증점제로서 아타풀가이트 (아타풀가이트 미뉴겔 50, 엥겔하드), 벤토나이트(볼클레이, 볼클레이코리아)를 사용하였으며, 비교예로서 액상 급결제만으로 된 조성물(비교예 1 내지 3) 및 대조예로서 스티렌 부타디엔 공중합 라텍스 증점제(금호석유화학)를 액상 급결제와 혼합한 대조예 1 내지 9를 함께 제조하였다.
구분 급결제 증점제
액상 소듐 알루미네이트(중량%) 액상 소듐 실리케이트 (중량%) 액상 황산 알루미늄 급결제 아타풀가이트 벤토나이트 스티렌부타디엔 공중합 라텍스
비교예 1 100 0 0 0 0 0
제조예 1 95 0 0 5 0 0
제조예 2 90 0 0 10 0 0
제조예 3 85 0 0 15 0 0
제조예 4 95 0 0 0 5 0
제조예 5 90 0 0 0 10 0
제조예 6 85 0 0 0 15 0
대조예 1 95 0 0 0 0 5
대조예 2 90 0 0 0 0 10
대조예 3 85 0 0 0 0 15
비교예 2 0 100 0 0 0 0
제조예 7 0 95 0 5 0 0
제조예 8 0 90 0 10 0 0
제조예 9 0 85 0 15 0 0
제조예 10 0 95 0 0 5 0
제조예 11 0 90 0 0 10 0
제조예 12 0 85 0 0 15 0
대조예 4 0 95 0 0 0 5
대조예 5 0 90 0 0 0 10
대조예 6 0 85 0 0 0 15
비교예 3 0 0 100 0 0 0
제조예 13 0 0 95 5 0 0
제조예 14 0 0 90 10 0 0
제조예 15 0 0 85 15 0 0
제조예 16 0 0 95 0 5 0
제조예 17 0 0 90 0 10 0
제조예 18 0 0 85 0 15 0
대조예 7 0 0 95 0 0 5
대조예 8 0 0 90 0 0 10
대조예 9 0 0 85 0 0 15
상기 표 1의 조성에 따라 제조된 숏크리트용 급결제 조성물 제조에 있어, 비교예 1 내지 3(액상 급결제만으로 된 조성물), 제조예 1 내지 18(본 발명의 액상 급결제 및 증점제 혼합 조성물) 및 대조예 1 내지 9(액상 급결제 및 대조 증점제 혼합 조성물) 중에서 대조 증점제인 스티렌 부타디엔 공중합 라텍스에 액상 소듐 알루미네이트를 혼합한 대조예 1 내지 3 및 액상 황산 알루미늄 급결제를 혼합한 대조예 7 내지 8의 경우, 혼합 즉시 응집하여 표면에 떠올라 혼합에 실패하였다. 게다가 스티렌 부타디엔 공중합 라텍스와 액상 소디움 실리케이트 급결제를 혼합한 대조예 4 내지 6의 경우, 혼합 즉시 응집하지는 않았으나 혼합 후 약 10분후에 표면에 라텍스가 떠올라 고르게 분산시키는 것이 불가능하였다. 이는 급결제가 소디움 알루미네이트이거나 황산 알루미늄 같이 알루미늄 3가 금속이 포함된 경우 알루미늄 3가 금속이 스티렌 부타디엔 공중합 라텍스에 포함되어 있는 계면활성제와 결합하여 불용성 염을 형성하거나 라텍스와 결합하여 응집하기 때문이거나, 비중이 1.4 내외에 해당되는 액상 급결제가 비중이 1.1인 스티렌 부타디엔 공중합 라텍스와 비중차에 의하여 고르게 분산될 수 없음을 알 수 있었다.
시험예 1. 본 발명의 점성증가 숏크리트용 조성물을 포함하는 숏크리트 시멘트 풀의 급결 성능 시험
상기 제조예의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물(제조예 1 내지 18)을 이용하여 이를 함유하는 숏크리트 시멘트 풀을 하기 표 2의 조성방법에 따라 제조하고, 각 시멘트 풀의 응결시간 측정, 압축강도 시험 및 흐름 값을 측정하였으며, 증점제 만을 포함한 비교예 1 내지 3의 경우 그 결과를 표 3에 나타내었다. 이때 응결시간은 KS L 5103(길모아 침에 의한 시멘트의 응결시간 시험 방법)에 따라 측정하였고, 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축 강도 시험 방법)에 따라 시험하였고, 흐름값에 대한 측정은 KS L 5111(시멘트 시험용 플로우 테이블)에 의하여 5회 타격한 후 퍼지는 정도를 타격된 시멘트의 직경(cm)을 측정하여 실시하였다. 이때 실시예 중 급결제가 실리케이트인 경우, 본 발명의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물의 양은 10g 으로 하였다. 시험에 쓰인 시멘트 풀은 숏크리트용 시멘트 조성물과 숏크리트용 급결제 조성물을 하기 표 2의 조성에 따라 10 초 이내 혼합한 후 응결시간, 압축강도 및 흐름 값을 측정시험에 사용하였다.
시멘트 풀 제조
물 시멘트 폴리카르본산 혼화제 본 발명의 숏크리트용 급결제 조성물
응결시간 및 압축강도 시험 40 g 100 g 1 g 5 g
흐름값 시험 50 g 100 g 1 g 5 g
구분 흐름값 (cm) 응결시간(분:초) 압축강도(Kgf/cm2)
초결 종결 1일 3일 7일 28일
비교실시예 1 22 3:30 9:45 84 153 178 204
실시예 1 17 2:45 8:55 82 168 183 221
실시예 2 15 2:25 7:58 90 188 198 234
실시예 3 12 2:10 7:40 94 186 202 228
실시예 4 17 3:10 9:30 80 162 189 221
실시예 5 14 2:45 8:30 87 176 199 224
실시예 6 12 2:35 8:10 89 182 201 241
비교실시예 2 25 4:45 17:30 68 116 159 203
실시예 7 14 4:15 14:15 76 133 169 204
실시예 8 12 3:55 14:10 88 131 176 209
실시예 9 12 3:45 12:45 88 128 172 204
실시예 10 14 4:30 15:30 66 128 159 208
실시예 11 12 3:50 14:45 69 148 184 205
실시예 12 12 2:55 9:50 72 142 166 201
비교실시예 3 25 2:55 7:50 104 203 316 334
실시예 13 16 2:40 7:55 128 205 317 337
실시예 14 14 2:30 6:45 138 215 331 373
실시예 15 12 2:15 5:50 142 236 334 367
실시예 16 16 2:45 7:15 103 207 316 347
실시예 17 14 2:35 6:50 106 224 342 384
실시예 18 12 2:15 6:10 110 234 345 376
상기 표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 포함하는 숏크리트 시멘트 풀인 실시예 1 내지 27은 급결제만을 포함하는 숏크리트 풀인 비교 실시예 1 내지 3에 비해 흐름값이 4 내지 10 cm로 감소하여 결과적으로 점도가 증가되었으며, 응결시간에서도 초결값 및 종결값 모두에서 감소하였다. 또한 압축강도 시험에 있어서도, 본 발명의 실시예 1 내지 18은 비교실시예 1 내지 3에 비교하여 강도 값이 유사하거나 증가하였으며, 증점제가 5% 이상 사용된 경우 모두 강도 값이 증가하였다. 따라서 본 발명의 숏크리트 급결제 조성물의 제조에 증점제로서 아타풀가이트 및 벤토나이트가 사용된 경우, 증점효과에 의한 점참력의 증대뿐만 아니라 응결시간의 감소와 압축강도의 증가 효과가 있는 것으로 시험되었다. 그러나 앞서 지적한 바와 같이 20 중량% 이상의 증점제가 포함할 경우 용액의 점도가 증가하지 않아 사용이 불가능하며 15 중량%인 경우에서도 점도가 매우 높아 제품을 펌프에 이송하기 쉽지 않다.
시험예 2. 본 발명의 점성증가 숏크리트용 조성물을 포함하는 숏크리트의 타설 시험
본 발명의 실시예로서 물 180Kg, 시멘트 440Kg, 잔골재 1.006Kg 굵은골재 679Kg 및 폴리카르본산 혼화제 2.2Kg의 숏크리트용 콘크리트 조성물을 제조한 후 액상 소디움 알루미네이트 급결제 22Kg에 증점제 2.2Kg이 함유된 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 제조하여 타설직전에 노즐을 통해 혼합분사하여 타설시험을 실시하였다(표4의 실시예19). 이때 타설 장비로는 메이코 슈프리마(Meyco Suprema)를 이용하여 벽체부 및 천단부에 타설시험을 실시하였으며, 비교 시험으로 물 180Kg, 시멘트 440Kg, 잔골재 1.006Kg, 굵은골재 679Kg, 폴리카르본산 혼화제 2.2Kg, 액상 소디움 알루미네이트 급결제 22Kg 및 증점제 2.2Kg을 한꺼번에 혼합한 숏크리트 조성물(비교실시예 4) 및 증점제를 물로 대체하는 것을 제외하고는 비교실시예 4와 동일하게 제조한 숏크리트 조성물(비교실시예 5)를 함께 제조하여 콘크리트 타설 시험을 실시였다.
그 결과, 숏크리트용 급결제 조성물 및 시멘트 조성물에 해당되는 조성물을 한꺼번에 혼반 교반하여 제조한 비교실시예 4의 경우, 슬럼프값이 4cm로 작업성이 상당히 떨어지는 양상을 보였으며, 작업성의 향상을 위하여 숏크리트 조성물에 사용되는 물의 양을 7.2Kg 증가시킬 경우 흐름값이 12cm로 증가하여 작업성은 향상되었으나, W/C 비 값이 4% 높아져 콘크리트의 압축강도가 이론상으로 약 20% 정도 감소하였다. 또한 증점제를 물로 대체하여 혼합한 비교실시예 5의 경우, 슬럼값이 12cm로 작업성은 좋으나 점착성이 나빠 천단부의 부착면에서 처짐성이 관찰되었다. 그러나 본 발명의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물과 숏크리트용 시멘트 조성물을 타설직전에 노즐을 통해 숏크리트용 시멘트 조성물과 혼합분사하여 타설한 실시예 19의 경우, 흐름값이 12cm로 작업성이 좋을 뿐만 아니라, 타설 직후 즉시 점착성이 발휘되어 천단부에서 처짐이 발생하지 않았다. 또한 숏크리트의 리바운드율 은 비교실시예 4, 비교실시예 5, 실시예 19의 경우 13%, 15%, 6%로 실시예 19에서 가강 우수하였으며 기존 사용 방법인 비교실시예 5 보다 약 2.5배 향상되었다. 코어 채취 28일 압축강도의 경우 비교실시예 4, 비교실시예 5, 실시예 19에서 각각 213Kgf/㎠, 201Kgf/㎠, 245Kgf/㎠로 확인되어 압축강도 역시 증가하였다.
슬럼프 현장 채취 코어 압축강도(28일 강도) 리바운드율
㎝ Kgf/㎠ (%)
비교실시예4 4 213 13
비교실시예5 12 201 15
실시예 19 12 245 6
따라서, 본 발명의 점성증가 숏크리트용 액상 급결제 조성물과 숏크리트용 시멘트 조성물을 타설 직전에 노즐을 통해 숏크리트용 시멘트 조성물과 혼합 분사하여 숏크리트를 타설 할 경우, 숏크리트 조성물의 분사직전에 숏크리트용 시멘트 조성물과 혼합하게 되어 증점제를 미리 콘크리트에 첨가시킨 후 급결제를 혼합시키는 경우보다 첨가된 물의 양을 소량으로 사용할 수 있어 W/C비 값 및 흐름값이 낮아, 적절한 유동화를 유지할 뿐만 아니라, 콘크리트의 압축강도도 더 강해짐을 알 수 있었다. 특히 필요한 요건인 "28일 강도"에 적합하게 숏크리트 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 점착력을 증가시켜 숏크리트의 리바운드율을 줄일 수 있었다.
본 발명은 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 함유하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제와 알루미노 실리케이트 또는 벤토나이트인 증점제를 포함하는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물에 관한 것이다. 상기 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물를 이용하여 콘크리트 시멘틀를 타설할 경우 첨가된 물의 양을 소량으로 사용할 수 있어, W/C비 값이 낮아져 콘크리트의 압축강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 점착력을 증가시켜 숏크리트의 리바운드율을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 시멘트의 흐름값이 낮아 시멘트 겔의 성장이 촉진되어 빠른 경화 특 성이 있으며, 빠른 경화성에 비해 숏크리트 조성물을 제조시 작업상의 높은 유동성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 액상 급결제 및 증점제로서 마그네슘 알루미노 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액상 급결제는 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 알루미노 실리케이트는 아타풀가이트 또는 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  4. 제 2항에 있어서, 액상 알루미네이트는 액상 소듐 알루미네이트 또는 액상 포타슘 알루미네이트인 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 액상 실리케이트는 액상 소듐 실리케이트 또는 액상 포타슘 실리케이트인 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 액상 알칼리프리는 액상 황산 알루미늄인 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성증가 숏크리트용 조성물은 액상 알루미네이트, 액상 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제를 80 내지 99 중량% 포함하고, 아타풀가이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 1 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물.
  8. 1) 시멘트, 골재 및 용수를 혼합하여 숏크리트용 시멘트 조성물을 제조하는 단계;
    2) 액상 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 또는 액상 알칼리프리 중 어느 하나로 선택되는 액상 급결제를 80-90 중량% 및 증점제로서 아타풀가이트 또는 벤토나이트인 마그네슘 알루미노 실리케이트 증점제를 10-20 중량%로 혼합하여 점성증가 시멘트 숏크리트용 급결제 조성물을 제조하는 단계: 및
    3) 상기 1) 단계의 숏크리트용 시멘트 조성물과 상기 2)단계의 점성증가 숏크리트용 급결제 조성물을 90 내지 95 대 5 내지 10의 중량비로 혼합하여 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트용 타설 공법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 3) 단계는 분사 노즐에서 분사와 동시에 혼합하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 숏크리트용 타설 공법.
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