KR20200090268A - 모르타르와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

자기 수축 변형이 작은 모르타르와 그 제조 방법을 제공한다. 모르타르는, 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재를 함유하고, 물로 혼련되어 이루어지는 것이다. 세골재는 풍쇄된 페로니켈 슬래그이고, 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비는 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하이다. 이와 같은 모르타르는, 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재와, 물을 혼련함으로써 제조된다.

Description

모르타르와 그 제조 방법

본 발명은 모르타르와 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은, 2018년 1월 10일 출원의 일본 출원인 일본 특허출원 2018-001922 에 기초하고, 또한 동 출원에 기초하는 우선권을 주장한다. 이 출원은, 그 전체가 참조에 의해 본 출원에 받아들여진다.

모르타르에 있어서는 균열의 발생을 억제하기 위해, 자기 수축 변형을 작게 억제하는 것이 요망되고 있다. 특허문헌 1 에는 세골재의 기공률을 16 ％ 이상으로 함으로써, 자기 수축 변형이 작은 모르타르가 얻어지는 것이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2016-185888호

특허문헌 1 에 기재된 모르타르는 자기 수축 변형을 억제하는 점에서 우수하지만, 용도에 따라서는 더욱 자기 수축 변형을 억제하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 자기 수축 변형이 작은 모르타르와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 모르타르는, 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재를 함유하고, 물로 혼련되어 이루어지는 것이다. 세골재는 풍쇄 (風碎) 된 페로니켈 슬래그이고, 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비는 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하이다.

본 발명의 모르타르의 제조 방법은, 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재와, 물을 혼련하는 것을 포함하고 있다. 세골재는 풍쇄된 페로니켈 슬래그이고, 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비는 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하이다.

본 발명에 의하면, 자기 수축 변형이 작은 모르타르와 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

상기 서술한, 및 그 밖의, 본 출원의 목적, 특징 및 이점은, 본 출원을 예시한 첨부한 도면을 참조하는 이하에 서술하는 상세한 설명에 의해 분명해질 것이다.

도 1a 는, 실시예와 비교예에 있어서의 자기 수축 변형의 시간 경과적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1b 는, 실시예와 비교예에 있어서의 자기 수축 변형의 시간 경과적 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다. 본 발명의 모르타르는 결합재와 세골재를 함유하고, 물로 혼련됨으로써 제작된다. 또, 본 발명의 모르타르는 특히 그라우트로서 바람직하게 사용할 수 있다.

결합재는 시멘트와 광물질 미분말을 함유한다. 시멘트의 종류는 한정되지 않고, 보통, 중용열, 저열, 조강, 초조강, 내황산염 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플라이 애시 시멘트, 실리카 시멘트, 실리카흄 프리믹스 시멘트 등의 혼합 시멘트, 알루미나 시멘트, 제트 시멘트 등의 초속경 시멘트, 아윈계 시멘트 등을 사용할 수 있다. 시멘트의 함유량은 포틀랜드 시멘트의 경우에는 500 ∼ 600 ㎏/㎥ 정도가 바람직하고, 혼합 시멘트의 경우에는 600 ∼ 1000 ㎏/㎥ 정도가 바람직하다.

광물질 미분말로는 고로 슬래그 미분말, 플라이 애시, 실리카흄 등을 사용할 수 있다. 고로 슬래그 미분말은 철광석으로부터 선철을 제조하는 공정에서 생성되는 부산물이고, CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등을 함유하고 있다. 고로 슬래그 미분말은 JIS A 6206 「콘크리트용 고로 슬래그 미분말」에 적합하는 것인 것이 바람직하다. 고로 슬래그의 함유량은 다른 광물질 미분말의 함유량에 따라 다르기도 하지만, 200 ∼ 300 ㎏/㎥ 정도가 바람직하다. 플라이 애시는 석탄 화력 발전소에서 발생되는 산업 폐기물이다. 플라이 애시는 주로 SiO₂, Al₂O₃ 을 함유하고 있다. 플라이 애시는 JIS A 6201 「콘크리트용 플라이 애시」에 규정되는 I ∼ IV 중 어느 것에 적합하는 것인 것이 바람직하다. 플라이 애시의 함유량은 150 ∼ 350 ㎏/㎥ 정도가 바람직하다. 실리카흄은 아크식 전기로에서 실리콘이나 페로실리콘을 생성할 때에 발생되는 부산물이고, 주로 SiO₂ 를 함유하고 있다.

이들 광물질 미분말에 결합재로서의 성능을 발휘시킬 목적으로, 결합 성능 발현재가 첨가되어도 된다. 결합 성능 발현재로는 물과 혼합하면 수용액이 알칼리성이 되는 알칼리 자극재를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 팽창재를 사용할 수 있다. 팽창재란 물에 넣었을 때에 칼슘 이온 (Ca(OH)₂) 이 용출되는 것으로, JIS A 6202 「콘크리트용 팽창재」에 적합하는 것인 것이 바람직하다. 칼슘 이온은 광물질 미분말에 함유되는 CaO, SiO₂ 와 상온에서 천천히 반응하여, 결합 능력을 갖는 화합물을 생성한다. 팽창재의 함유량은 10 ∼ 30 ㎏/㎥ 정도가 바람직하다.

물의 종류도 특별히 한정되지 않는다. 물의 함유량은 150 ∼ 200 ㎏/㎥ 정도가 바람직하다.

세골재는 풍쇄된 페로니켈 슬래그 (FNS) 이다. 페로니켈 슬래그는 니켈 광석으로부터 니켈을 정련할 때에 발생되는 부산물이다. 니켈 광석 등의 원료가 전기로에 공급되면, 원료는 전기로의 내부에서 페로니켈과 슬래그로 분리되고, 슬래그가 전기로로부터 발출된다. 슬래그는 그 후, 고압의 공기가 분무되어, 미세한 구상 (球狀) 의 입자로 분리된다. 이 프로세스는 풍쇄로 불린다. 분리된 입자는 공중을 비상하여, 벽에 충돌한다. 이 사이에 고온의 입자는 서랭되어, 최종적으로 구상으로 굳어진다. 이와 같이 하여 제조된 페로니켈 슬래그는 표면이 단단하고, 열 수축도 적기 때문에, 모르타르의 자기 수축 변형을 억제하는 효과를 갖는다. 이하, 본 명세서에 있어서, 풍쇄에 의해 제조된 FNS 를 풍쇄 FNS 라고 하는 경우가 있다.

세골재의 흡수율은 1.5 ％ 이상, 3.5 ％ 이하인 것이 바람직하다. 여기서 흡수율은 (흡수량/절건 (絶乾) 질량) × 100 (％) 로서 정의된다. 흡수량은, 세골재의 표면이 건조되고 (표건 상태), 세골재의 내부 공극이 포수 (飽水) 상태에 있을 때의 물의 질량이고, 절건 질량은 절건 상태, 즉 세골재의 표면에도 내부 공극에도 수분이 없을 때의 세골재의 질량이다. 요컨대, 흡수율은 세골재의 내부 공극의 흡수 능력을 나타낸다. 또, 세골재의 평형 함수율은 0.10 ％ 이상, 0.30 ％ 이하인 것이 바람직하다. 평형 함수율이란 세골재를 건조시켰을 때에 함수율이 변화 (저하) 되지 않는 상태가 되었을 때의 함수율을 말한다. 평형 함수율은 예를 들어, 포수 상태로 되고 나서 온도가 대략 20 ℃, 상대 습도가 대략 95 ％ 인 환경하에서 세골재를 건조시켰을 때의 함수율의 포화점으로서 구해진다. 이들 조건을 만족하는 세골재는 잘 수축되지 않는 것인 것이 실험 결과로부터 판명되어 있고, 잘 수축되지 않는 세골재를 사용하는 만큼 모르타르의 자기 수축 변형을 억제할 수 있다. 이와 같은 조건을 만족하는 세골재로서 다이헤이요 금속 주식회사 제조 팜코 샌드 (등록 상표) 를 들 수 있다. 팜코 샌드의 흡수율은 1.8 ∼ 3.2 ％, 평형 함수율은 0.1 ∼ 0.3 ％ 정도이다.

흡수율이 크고 평형 함수율이 작다는 것은, 세골재로부터 보다 많은 물이 방출되어, 그 만큼 첨가하는 물이 적어도 되는 것을 의미한다. 일반적으로 모르타르를 만들 때에 첨가하는 물의 양은, 세골재가 포수 상태에 있다는 전제에서 계획되기 때문에, 흡수율이 크고 평형 함수율이 작은 세골재는, 통상적인 세골재와 비교하여, 물의 공급원으로서 보다 중요한 역할을 하게 된다. 상세한 메커니즘은 불명확하지만, 세골재의 내부 공극에 다량으로 보유되어 있는 물이, 시멘트와 물의 반응 메커니즘에 영향을 주어, 모르타르의 자기 수축 변형의 억제에 기여하고 있는 것으로 추정된다. 본 발명의 모르타르에서는, 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비 (W/(B ＋ S)) 는 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하인 것이 바람직하고, 7.5 ％ 이상, 8.8 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 일반적인 시판되는 무수축 그라우트의 표준 배합 (비교예 6 ∼ 8) 에서는, 재료에 대한 물의 질량비는 10 ∼ 20 ％ 정도이기 때문에, 본 실시형태에 있어서의 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비는 이것보다 작다. 따라서, W/(S ＋ B) 가 7 ％ 이상, 9 ％ 이하라는 것은 물의 비율이 통상적인 모르타르와 비교하여 작은 것, 혹은 결합재와 세골재의 합계의 비율이 통상적인 모르타르보다 많은 것을 의미한다.

(실시예)

세골재만을 변경하고 다른 성분은 모두 동일하게 한 복수 종류의 모르타르를 제작하고, 압축 강도와 자기 수축 변형을 측정하였다 (표 1 참조). 구체적으로는, 시멘트와 플라이 애시와 세골재와 화학적 혼화재를 물로 혼련하여 모르타르를 제작한 후, 재령 (材齡) 7 일과 28 일에서의 모르타르의 압축 강도를 측정함과 함께, 재령 40 일까지의 모르타르의 자기 수축 변형의 시간 경과적 변화를 측정하였다. 시멘트로는 실리카흄 프리믹스 시멘트 (SFPC) 를, 광물질 미분말로는 플라이 애시 (FA) 를, 화학적 혼화재로는 고성능 감수재 (減水材) 를 사용하였다. 세골재로는, 실시예 1 에서는 풍쇄 FNS (상품명 팜코 샌드 (등록 상표)) 를, 비교예 1 ∼ 5 에서는 표 2 에 기재된 재료를 사용하였다. 비교예 1 에서 사용한 세골재는 FNS 이지만, 실시예 1 과 상이하게 수쇄 (水碎) (용융 슬래그를 물 등으로 급랭시켜 분쇄하는 것) 로 제조되고 있다. 각 재료의 보다 상세한 사양은 표 2 에 나타내고 있다.

자기 수축 변형의 측정 방법으로는, 니혼 콘크리트 공학회 (JCI) 의 「초유동 콘크리트 연구 위원회 보고서 (II), 부록 1, 고유동 콘크리트의 자기 수축 시험 방법 (니혼 콘크리트 공학회, 1994년 5월 발행)」에 기재된 방법을 사용하였다. 구체적으로는, 형틀 (10 × 10 × 40 ㎝ 의 내측 치수의 각기둥 형틀) 의 내면에 테플론 (등록 상표) 시트를 첩부하고, 모르타르를 형틀 내에 충전하고, 모르타르의 중앙부에 변형계 (KM-100BT, 도쿄 측기 연구소사 제조) 를 매립하여 공시체를 제작하였다. 그리고, 탈형 (脫型) 후, 건조를 방지하기 위해 각 공시체의 표면을 알루미늄박 점착 시트로 봉함하고, 추가로 비닐 봉지에 넣고 약 20 ℃ 의 항온 상태에서 양생하여, 자기 수축 변형을 측정하였다. 또, 압축 강도의 측정은 JIS A 1108 「콘크리트의 압축 시험 방법」에 따라 실시하였다.

표 3 에는 재령 7 일 및 28 일에서의 압축 강도와 자기 수축 변형을 나타내고 있다. 또, 도 1a 에는 실시예 1 과 비교예 1 ∼ 5 의 자기 수축 변형의 시간 경과적 변화를 나타내고 있다. 이것으로부터, 풍쇄 FNS 를 세골재로서 사용한 모르타르는 비교예 1 ∼ 5 의 모르타르와 비교하여 자기 수축 변형이 대폭 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 압축 강도도 비교예 1 ∼ 5 의 모르타르보다 우수하다. 표 3 에는 혼련 직후의 프레시 시험의 결과도 나타내고 있다. 공기량은 다소 불균일하지만, 일반적인 수치 범위에 들어가 있어, 압축 강도 및 자기 수축 변형에 주는 영향은 작다. 슬럼프 플로는 모르타르의 유동성을 나타내는 값이고, JIS A 1150 「콘크리트의 슬럼프 플로 시험」에 따라 측정하였다. JP 깔때기 14 도 동일하게 모르타르의 유동성을 나타내는 값이고, 토목 학회 기준 JSCE-F541-1999 「충전 모르타르의 유동성 시험 방법」에 따라 측정하였다. JP 깔때기 14 는, 소정 사이즈의 깔때기를 모르타르로 충전하고, 하부 유출구로부터 모르타르를 흘러내리게 한 후에, 최초로 모르타르의 유출이 중단될 때까지의 시간 (단위 : 초) 이다. 모르타르의 유동성은 슬럼프 플로가 클수록 높고, JP 깔때기 14 가 작을수록 높다. 실시예 1 은 슬럼프 플로, JP 깔때기 14 모두 비교예 1 ∼ 5 와 동등하거나 또는 그 이상으로, 비교적 양호한 유동성을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 모르타르는 그라우트의 재료로서 바람직하게 이용할 수 있다.

다음으로, 결합재의 차이와 봉함 조건의 차이에 따른 영향을 검토하기 위해서, 실시예 2 ∼ 5 의 모르타르를 제작하여 동일한 평가를 실시하였다 (표 4 참조). 실시예 2 ∼ 5 에서는 표 5 에 기재된 재료를 사용하였다. 실시예 2 ∼ 5 에서는 시멘트로서 조강 포틀랜드 시멘트 (HC) 를 사용하였다. 또, 광물성 미분말로서, 실시예 2, 3 에서는 고로 슬래그 미분말 (BF) 과 실리카흄 (SF) 을 사용하고, 실시예 4, 5 에서는 플라이 애시 (FA) 와 실리카흄 (SF) 을 사용하였다. 또한, 실시예 2 ∼ 5 에서는 팽창재를 첨가하였다. 세골재로는 실시예 1 과 동일하게, 풍쇄 FNS (상품명 팜코 샌드 (등록 상표)) 를 사용하였다. 물·결합재 비 (W/B) 는 실시예 2, 3 에서는 20 ％ 로 하고, 실시예 4, 5 에서는 18 ％ 로 하였다. 실시예 2 ∼ 5 는 모두 봉함을 실시하고, 주위 온도를 20 ℃ 로 유지했지만, 실시예 2, 4 에서는 재령 40 일까지 봉함하고, 실시예 3, 5 에서는 재령 7 일까지 봉함한 후 자연 건조시켰다. 표 6 에는 재령 7 일 및 28 일에서의 압축 강도와 자기 수축 변형을 나타내고 있다. 도 1b 에는 실시예 1 ∼ 5 의 자기 수축 변형의 시간 경과적 변화를 나타내고 있다. 또한, 실시예 3, 5, 비교예 7은 자기 수축 변형와 건조 수축 변형의 합계값을 나타내고 있다. 이것으로부터, 실시예 1 ∼ 5 에서 압축 강도에 큰 차는 없고 (또한, 실시예 3, 5 에서는 재령 28 일에서의 압축 강도는 측정하고 있지 않다), 자기 수축 변형도 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 결합재의 차이나 봉함 조건의 차이에 따른 영향은 한정적이다. 실시예 1 ∼ 5 중에서는 실시예 1 의 자기 수축 변형이 가장 작고, 시간 경과적인 변화도 적다. 도 1b 에는 시판되는 모르타르에 대한 측정 결과도 나타내고 있다. 비교예 6 은 다이헤이요 머티리얼 주식회사 제조 무수축 모르타르 「다이헤이요 프리 유록스」를 실시예 2, 4 와 동일하게 봉함한 것, 비교예 7 은 「다이헤이요 프리 유록스」를 실시예 3, 5 와 동일하게, 재령 7 일까지 봉함한 후 자연 건조시킨 것이다. 비교예 8 은 도쿄 철강 (주) 주식회사 제조 무수축 모르타르 「도테츠라이트 H120」을 실시예 2, 4 와 동일하게 봉함한 것이다. 비교예 6 ∼ 8 에 있어서 결합재와 세골재의 비율은 불명확하다. 일반적으로, 결합재와 세골재의 합계에 대한 물의 질량비가 작으면 건조 수축은 작아지지만, 유동성은 나빠진다. 그러나, 표 6 으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 ∼ 5 의 모르타르는 물의 질량비가 작음에도 불구하고, 시판되는 무수축 모르타르 (비교예 6 ∼ 8 의 모르타르) 와 동등한 유동성을 확보하면서, 자기 수축 변형이 작은 것이 확인되었다.

본 발명의 몇 가지의 바람직한 실시형태를 상세하게 나타내어 설명했지만, 첨부된 청구항의 취지 또는 범위로부터 일탈하지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것을 이해하길 바란다.

Claims (3)

1. 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재를 함유하고, 물로 혼련되어 이루어지는 모르타르로서, 상기 세골재는 풍쇄된 페로니켈 슬래그이고, 상기 결합재와 상기 세골재의 합계에 대한 물의 질량비가 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하인 모르타르.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 세골재의 흡수율은 1.5 ％ 이상, 3.5 ％ 이하이고, 평형 함수율은 0.10 ％ 이상, 0.30 ％ 이하인, 모르타르.
3. 시멘트와 광물질 미분말을 함유하는 결합재와, 세골재와, 물을 혼련하는 것을 포함하는 모르타르의 제조 방법으로서, 상기 세골재는 풍쇄된 페로니켈 슬래그이고, 상기 결합재와 상기 세골재의 합계에 대한 물의 질량비가 7.0 ％ 이상, 9.0 ％ 이하인 모르타르의 제조 방법.

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