KR101302475B1

KR101302475B1 - 광물질 액상 콘크리트 급결제 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101302475B1
Application number: KR1020130031426A
Authority: KR
Inventors: 정이석; 조용인; 임준우; 김민성; 이성민; 김미정
Original assignee: (주) 에이텍정밀화학
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-09-02
Anticipated expiration: 2033-03-25

Abstract

본 발명은 알칼리프리(alkali-free)계 액상 콘크리트 급결제에 있어서, 8∼15wt% 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 0.1∼0.5wt% 인산류, 16∼18wt% 불화수소산(HF), 1.5∼2.5wt% 황산(H₂SO₄), 30∼45wt% 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃), 1.5∼3.5wt% 소듐류(Sodium), 0.3∼1.5wt% 아민류, 3∼5wt% 마그네슘류, 및 20∼30wt% 물을 포함하는 콘크리트 급결제에 관한 것이다.

Description

광물질 액상 콘크리트 급결제 및 이의 제조방법{QUICK SETTING AGENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 콘크리트 타설을 위한 속성경화 작업인 숏크리트(shotcrete)용 급결제에 관한 것으로서, 특히 알칼리프리(alkali-free)계 광물질 액상 콘크리트 급결제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 콘크리트는 수화반응에서 에트린가이트(Ettringite; 3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·32H₂O) 침상의 결정이 생성되며, 콘크리트에 혼합된 각 조성물의 종류 및 함량에 따라 급결성, 고강도성, 팽창성 등이 달라진다. 이때 콘크리트 혼합물 중 알루미나(Al₂O₃)의 함유량이 높아지면 급결력이 강해지고 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량이 많아지면 고강도성이 우수하게 나타내는 특성이 있다. 따라서, 콘크리트 급결제의 고성능을 위하여는 알루미나(Al₂O₃) 및 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량을 증가시키는 것이 좋다.

이중, 급결력을 위한 알루미나(Al₂O₃)의 함량을 높이기 위해서는 순수 황산알루미늄(Aluminum sulfate)과 수산화알루미늄(Aluminium hydroxide)을 최대한 많이 용해시켜 산화알루미늄(Aluminium Oxide; 예:Al₂O₃) 과 황산이온(SO₄ ^2-)을 함유시켜야 하는데, 이와같이 함유된 산화알루미늄과 황산이온(SO₄ ^2-)은 과포화상태로 액상을 유지하기에는 불안정하여 산화알루미늄과 황산이온(SO₄ ^2-) 성분의 함유량을 증가시키는 데에는 기술적인 한계점이 있었다. 이로 인하여, 현재 시중에는 콘크리트 급결제는 산화알루미늄의 함유량이 11wt%, 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량이 18wt% 정도로 제조되어 공급되고 있는 실정이다.

따라서, 저온에서도 황산알루미늄과 수산화알루미늄의 과포화용액이 안정적인 액상 상태를 유지하여 콘크리트 급결제의 산화알루미늄 과 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량을 증가시킬 수 있는 기술이 요구된다.

관련된 선행기술로는 한국등록특허 제10-0858858호(등록일; 2008.9.10, 명칭; 분사용 급결제, 분사 재료, 및 이것을 사용한 분사 공법)가 있다.

본 발명은 급결력을 발휘하는 유효성분인 산화알루미늄(Aluminium Oxide)의 함유량을 증가시켰을 뿐만 아니라, 산화알루미늄과 황산이온(SO₄ ^2-)의 과포화상태에서의 액상 안정성을 확보하여 뛰어난 급결력과 부착성, 우수한 조기강도 발현을 확보하기 위한 콘크리트 급결제 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 콘크리트 급결제는, 알칼리프리(alkali-free)계 액상 콘크리트 급결제에 있어서, 8∼15wt% 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 0.1∼0.5wt% 인산류, 16∼18wt% 불화수소산(HF), 1.5∼2.5wt% 황산(H₂SO₄), 30∼45wt% 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃), 1.5∼3.5wt% 소듐류(Sodium), 0.3∼1.5wt% 아민류, 3∼5wt% 마그네슘류, 및 20∼30wt% 물을 포함할 수 있다.

구체적으로는, 상기 불화수소산의 농도는 50∼60wt%일 수 있다.

상기 콘크리트 급결제에는 급결력의 유효성분인 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 14wt% 이상으로 포함될 수 있다.

상기 콘크리트 급결제에는 급결력의 유효성분인 황산이온(SO₄ ^2-)의 함량이 20wt% 이상으로 포함될 수 있다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 콘크리트 급결제의 제조방법은, 알칼리프리(alkali-free)계 광물형 액상 콘크리트 급결제의 제조에 있어서, 수산화알루미늄이 포함된 혼합물을 불화수소산에 용해시켜 수산화알루미늄 용액을 제조하는 단계(S1), 상기 수산화알루미늄 용액에 황산알루미늄을 용해시켜 수산화알루미늄과 황산알루미늄의 혼합용액을 제조하는 단계(S2), 및 상기 혼합용액의 pH를 조절하고 안정제를 투입시키는 단계(S3)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 혼합물은 상기 수산화알루미늄, 인산류, 소듐류(Sodium) 및 물이 혼합되어 이루어질 수 있다.

상기 인산류는 아인산(phosphorous acid), 메타인산(metaphosphoric acid), 피로인산(pyrophosphoric acid), 사인산(tetra-phosphate) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 소듐류(Sodium)는 가성소다(NaOH), 규산소다(Na₂SiO₃), 황산소다(Na₂SO₄) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 단계(S1)에서, 상기 불화수소산 첨가시에 상기 수산화알루미늄의 용해를 증가시키기 위하여 황산을 더 첨가할 수 있다.

상기 단계(S1)는 100℃ 이상의 온도에서 적어도 1시간 이상의 교반이 실시되어 이루어질 수 있다.

상기 단계(S2)는 65℃~135℃의 온도에서 적어도 20분 이상의 교반이 실시되어 이루어질 수 있다.

상기 혼합용액의 pH 조절은 가성소다(NaOH), 규산소다(Na₂SiO₃), 황산소다(Na₂SO₄) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 첨가하여 이루어질 수 있다.

상기 혼합용액의 pH는 2.5 내지 3.0 사이의 값으로 조절될 수 있다.

상기 안정제는 응고 반응의 안정성을 증가시키기 위하여 첨가되는 반응안정제로서 아민류로 이루어질 수 있다.

상기 아민류는 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸에탄올아민, 에틸에탄올아민, 모노에탄올아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 안정제는 상기 혼합용액의 안정성을 확보하기 위하여 첨가되는 과포화액상 안정제로서 마그네슘류로 이루어질 수 있다.

상기 마그네슘류는 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘, 수산화마그네슘, 과산화마그네슘 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 콘크리트 급결제는 과포화 상태의 급결제를 안정화시키는 기술을 적용하여 급결제 성능에 가장 중요한 역할을 하는 유효성분의 함량을 최대한 높힘으로써 향상된 급결력으로 인해 리바운드량을 20~10%이하로 감소시킬 수 있으며, 폐콘크리트 발생량을 50%이상 저감하여 경제적이며 환경친화적인 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 급결제는 Al₂O₃의 함유량을 증가시켜 종래 급결제보다 급결력을 향상시켜 소량 사용으로도 뛰어난 급결력을 가지는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 급결제는 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량을 증가시켜 종래 급결제보다 장기강도 저하율이 감소되어 고강도 콘크리트를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 급결제는 약산성으로 제조되어 작업자 화상 등의 위험성과 환경오염, 침출수 유출 등이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 급결제는 Na+ 알카리금속 이온의 함유량을 1wt%이하로 감소시켜 콘크리트의 알카리골재 반응에 의한 장기강도 저하 및 장기적인 내구성 감소를 억제하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 급결제는 액상형태로 제조되어, 저장성 및 이송이 용이하며 분진발생량을 저감시켜 작업성을 증대시키면서도 인체유해성을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 콘크리트 급결제를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고,
도 2는 도 1과 같이 제조된 콘크리트 급결제와 종래의 콘크리트 급결제의 관입저항값을 비교하여 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

고성능의 콘크리트 급결제를 제조하기 위하여는 함유된 산화알루미늄 과 황산이온(SO₄ ^2-)의 함량을 높일 필요가 있지만, 각각 11wt%이상, 20wt%이상으로 함유되면 과포화 상태가 되어, 콘크리트 급결제가 상온에서 액상으로 존재하기 불가능하며 겨울철 보관시 온도가 내려가면 더욱더 심하게 응결되어 사용 및 보관상 문제점이 발생된다. 그러나, 종래의 기술로는 산화알루미늄과 황산이온(SO₄ ^2-)의 함량을 일정 한계 이상으로 높이기에는 어려움이 있다.

따라서, 이를 개선하기 위하여 이온세기에 대한 기술, 킬레이트 및 착화합물을 이용한 분산기술 등이 적용되어 급결력이 종래보다 2배 이상 상승 된 콘크리트 급결제 및 이를 제조하는 방법을 본 명세서에서 개시하고자 한다.

도 1은 본 발명의 콘크리트 급결제를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 콘크리트 급결제는 수산화알루미늄을 용해시키는 단계(S1), 황산알루미늄을 용해시키는 단계(S2), 및 pH를 조절하고 안정제를 투입시키는 단계(S3)을 포함하여 제조된다.

수산화알루미늄을 용해시키는 단계( S1 )

수산화알루미늄의 용해는 먼저 반죽기 등의 용기에서 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 인산류, 및 소듐류(Sodium)를 물에 혼합시켜 준비한다. 이때 혼합되는 수산화알루미늄(Al(OH)₃)은 급결력의 유효성분인 알루미나(Al₂O₃)를 함유하고 있어 콘크리트 급결제의 응결 및 경화 정도에 관여하는 성분이다. 특히 알루미나(Al₂O₃) 성분은 콘크리트 급결제의 초기 응결력에 큰 영향을 준다. 따라서, 콘크리트 급결제의 제조에 있어서 수산화알루미늄(Al(OH)₃)은 주요 성분이라 할 수 있다.

그리고, 인산류는 콘크리트 급결제가 제조된 이후 장기간 보관하면서 사용 가능하도록 안정성 및 저장수명을 확보시켜 준다. 또한, 인산류는 수산화알루미늄의 용해도가 증가되도록 돕는다. 이때, 인산류의 첨가는 소량의 첨가만으로도 큰 효과를 나타내는 특징이 있으며, 혼합되는 인산류는 아인산(phosphorous acid), 메타인산(metaphosphoric acid), 피로인산(pyrophosphoric acid), 사인산(tetra-phosphate) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 혼합될 수 있다.

그러나, 단 인산류를 적정량 이상으로 과도하게 사용시 pH가 낮아져 이를 보완하기 위하여 소듐류, 즉 나트륨 이온(Na⁺)의 함량을 늘릴 수밖에 없는 상황이 발생될 수 있다.

이때 혼합되는 소듐류는 혼합물의 pH 조절을 위하여 투입되는 것으로서 인산류의 혼합량에 따라 적절히 조절되어야 함은 당연하다. 단, 과량 투입 시 콘크리트 알칼리 골재 반응을 유도하여 내구성에 문제를 발생시키게 된다.

다음으로, 이렇게 제조된 혼합물에 불화수소산(HF)을 첨가하여 수산화알루미늄을 용해시킨다. 그리고, 불화수소산 첨가 시에는 황산(H₂SO₄)을 더 첨가하여 수산화알루미늄의 용해도를 더 높여, 수산화알루미늄이 완전히 용해되도록 할 수 있다. 왜냐하면, 수산화 알루미늄이 완전히 용해되지 않으면 pH가 낮아지고 제조된 급결제의 안정성이 떨어지기 때문이다. 이러한 수산화알루미늄이 불화수소산 및 황산에 용해되는 반응은 반응탱크 등으로 용기를 이송시켜 실시할 수도 있다.

이때 첨가되는 불화수소산(HF)은 수산화알루미늄을 용해시키기 위한 용매역할을 한다. 이와 같이 불화수소산(HF)이 용매로 사용되는 것은 수산화알루미늄은 강알칼리이므로 강산은 불화수소산(HF; 이하 '불산'이라고도 함)과 가장 잘 반응하기 때문이다. 단, 불산이 적정수준보다 과량 첨가되면 폭발의 위험이 있고, 소량 첨가되는 경우 수산화알루미늄과 반응이 일어나지 않아 용해가 이루어지지 않을 수도 있어 적절한 양의 조절이 요구된다.

그리고, 불산과 함께 첨가되는 황산은 다량의 수산화알루미늄이 더욱 잘 용해되도록 돕는다. 그러나, 과량 첨가시 강산성 물질로서 장비를 부식시키거나 제조자에게 유해한 단점이 있으므로 적절한 양이 첨가되도록 조절되어야 한다.

한편, 단계(S1)에서는 균일한 혼합 및 원활한 용해를 위하여 기계적 교반이 이루어질 수 있는데, 이러한 경우 적어도 1시간 이상 교반이 실시되는 것이 좋다. 또한, 단계(S1)의 반응 온도를 100℃ 이상으로 유지해주면 물과 혼합된 수산화알루미늄과 인산류가 불화수소산 및 황산에 용해되는 반응이 촉진된다.

또한, 단계(S1)의 마지막 과정으로 이와 같이 제조된 수산화알루미늄 용액의 투명도를 확인하여 혼합된 수산화알루미늄의 용해가 완료되었는지 확인할 수 있다.

황산알루미늄을 용해시키는 단계(S2)

이후, 단계(S1)을 통하여 제조된 수산화알루미늄 용액에 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)을 더 혼합시켜 용해시킨다. 구체적으로 우선 제조된 수산화알루미늄 용액에 소량의 물을 첨가하여 혼합용액의 농도를 조절한 이후 황산알루미늄을 첨가하여 용해시킨다.

이때 혼합되는 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)은 급결력의 유효성분인 알루미나(Al₂O₃)와 고강도성의 유효성분인 황산이온(SO₄ ^2-)을 모두 함유하고 있다. 따라서, 황산알루미늄은 시멘트의 알민산3석회(C3A; 3CaO·Al₂O₃)와 반응하여 에트린가이트(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·32H₂O)를 초기에 다량 생성시켜 콘크리트의 응결속도 및 조기강도를 증진시킨다.

한편, 단계(S2)에서 또한 균일한 혼합 및 원활한 용해를 위하여 약 20분 이상의 기계적 교반이 실시되는 것이 좋다. 또한, 단계(S2)의 반응 온도를 65℃ 이상 135℃ 이하 사이의 온도로 유지해주면 황산알루미늄이 수산화알루미늄 용액에 용해되어 혼합용액이 되는 반응이 촉진된다.

또한, 단계(S2)의 마지막 과정으로 이와 같이 제조된 혼합용액의 투명도를 확인하여 황산알루미늄의 용해가 완료되었는지 확인할 수 있다.

pH를 조절하고 안정제를 투입시키는 단계(S3)

마지막으로, 단계(S2)를 통하여 제조된 혼합용액의 pH를 적정수준으로 조절하고 안정제를 투입시켜 본 발명의 콘크리트 급결제를 제조한다.

구체적으로, 우선 제조된 혼합용액에 pH조절제를 첨가 혼합하여 혼합용액의 pH를 조절한다. 이때 pH조절제는 혼합용액의 pH를 상승시켜 2.5 내지 3.0 사이의 값으로 조절하여, 혼합용액을 약산성 상태로 만든다. 그리고, pH 조절 시에는 약 20분 이상의 반응 시간을 확보하는 것이 좋다. 한편, 이러한 pH조절제는 가성소다(NaOH), 규산소다(Na₂SiO₃), 황산소다(Na₂SO₄) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

다음으로는 혼합용액의 pH가 2.5 내지 3.0 사이의 값으로 조절되면, 혼합용액에 콘크리트 급결제의 안정성을 확보하기 위하여 반응안정제를 첨가 혼합한다. 반응안정제는 pH조절을 돕고 응고 반응의 안정성을 확보하게 되는데, 이러한 반응안정제의 혼합시에는 약 30분 이상의 반응 시간을 확보하는 것이 좋다.

한편, 이러한 반응안정제는 아민류가 사용될 수 있다. 왜냐하면, 아민류는 시멘트의 규산3석회(C3S) 및 규산2석회(C2S)의 수화반응을 가속하여 응결속도를 증진시키고 응고시간을 단축시키는 특징이 있어, 콘크리트 급결제의 안정성을 확보하여 주기 때문이다. 특히, 이러한 아민류는 초기 콘크리트의 급결 효과를 높이는 특징이 있다. 한편, 이러한 아민류로는 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸에탄올아민, 에틸에탄올아민, 모노에탄올아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

그리고 마지막으로 혼합용액에 과포화액상 안정제를 첨가 혼합한다. 과포화액상 안정제는 전술된 단계(S1)과 단계(S2)를 통하여 수산화알루미늄과 황산알루미늄이 과포화상태로 용해된 액상의 혼합용액의 안정성을 확보하기 위하여 첨가되는 것이다.

한편, 이러한 과포화액상 안정제는 마그네슘류가 사용될 수 있다. 마그네슘류는 혼합용액의 pH를 상승시키는데 기여하고, 혼합용액을 안정화시켜 층분리 또는 겔화 현상을 방지하고 장기보관이 가능하게 하는 역할을 한다. 한편, 이러한 마그네슘류로는 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘, 수산화마그네슘, 과산화마그네슘 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

이와 같은 방법에 의하여 제조된 본 발명의 콘크리트 급결제는, 8∼15wt% 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 0.1∼0.5wt% 인산류, 16∼18wt% 불화수소산(HF), 1.5∼2.5wt% 황산(H₂SO₄), 30∼45wt% 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃), 1.5∼3.5wt% 소듐류(Sodium), 0.3∼1.5wt% 아민류, 3∼5wt% 마그네슘류, 및 20∼30wt% 물을 포함한다.

구체적으로 본 발명의 콘크리트 급결제에는 8∼15wt% 수산화알루미늄이 포함된다. 이때 수산화알루미늄이 8wt% 미만 첨가되면 급결력의 확보가 미미할 수 있고, 수산화알루미늄이 15wt% 초과 첨가되면 응결속도 및 강도가 저하되는 등의 급결제로서의 물성이 저하되고 불안정하여 침전물이 생성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 0.1∼0.5wt% 인산류가 포함된다. 이때 인산류는 소량의 투입으로도 큰 효과를 볼 수 있으나, 0.1wt% 미만 첨가되면 그 양이 적어 안정성 확보가 미미하고, 인산류가 0.5wt% 초과 첨가되면 혼합용액이 겔화(gelation)될 수 있다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 16∼18wt% 불화수소산이 포함된다. 여기서 포함되는 불화수소산의 농도는 50∼60wt% 사이의 값을 갖는 것이 보통이며, 본 발명의 원활한 실시를 위하여는 불화수소산의 농도가 55wt%인 것이 좋다. 이때 불화수소산이 16wt% 미만 첨가되면 소량의 불화수소산이 수산화알루미늄과 반응하지 않아 용해가 이루어지지 않으며, 불화수소산이 18wt% 초과 첨가되는 경우 강산인 불산이 과반응을 일으켜 반응 시 폭발위험이 있고 완제품으로 제조된 콘크리트 급결제의 pH가 낮아 장비부식 등의 문제를 발생시키게 된다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 1.5∼2.5wt% 황산이 포함된다. 황산은 불산과 함께 수산화알루미늄을 용해시키는 역할을 하지만, 2.5wt% 초과 첨가되면 강산성 물질이 되어 제조 장비를 부식시키거나 제조자에게 유해한 단점이 발생되므로 적절한 양이 첨가되도록 조절되어야 한다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 30∼45wt% 황산알루미늄이 포함된다. 황산알루미늄은 급결력의 유효성분인 알루미나(Al₂O₃)와 고강도성의 유효성분인 황산이온(SO₄ ^2-)을 모두 함유하고 있다. 따라서, 황산알루미늄이 30wt% 미만 포함되면 급결력 및 고강도성을 기대할 수 없으며, 황산알루미늄이 45wt% 초과 포함되면 오히려 장기강도 저하율을 적게하여 고강도성을 유발시키는 황산이온(SO₄ ^2-)의 과도한 함유 정도에 의하여 초기 응결력이 저하될 수 있다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 1.5∼3.5wt% 소듐류(Sodium)가 포함된다. 소듐류(Sodium)는 pH 조절을 위해 투입되는 것으로서, 본 발명에서의 소듐류(Sodium) 조성범위는 바람직한 범위를 나타내며, 과량(5wt% 이상) 투입 시 콘크리트 알칼리 골재 반응을 유도하여 내구성에 문제를 발생시키게 된다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 0.3∼1.5wt% 아민류가 포함된다. 아민류는 수화반응을 촉진하여 초기 콘크리트의 급결력을 부여하고 안정성을 확보하기 위해 투입되는 것으로서, 본 발명에서의 아민류 조성범위는 바람직한 범위이다.

그리고, 본 발명의 콘크리트 급결제에는 3∼5wt% 마그네슘류가 포함된다. 마그네슘류는 과포화 상태의 액상 혼합용액을 안정화시키기 위해 투입되는 것으로서, 기준범위 미만 또는 초과의 양으로 투입되는 경우 안정제의 효과를 발휘하지 못하고 혼합용액이 층분리 되거나 혼합용액의 겔화(gelation) 현상이 발생 될 수 있다.

콘크리트 급결제의 물성

이와 같이 제조된 본 발명의 콘크리트 급결제는 <표1>에서 보듯이 뿌연 하얀색의 안정화된 액상 상태이다. 그리고, pH 값이 2.8∼3.0 사이의 약 산성 값으로서 종래 급결제의 pH(2.3∼2.6)보다 다소 높아진 수치이며, 비중은 1.50으로서 종래 급결제의 비중(1.386∼1.424)보다 다소 높아진 수치이다. 특히, 본 발명의 콘크리트 급결제는 급결력의 유효성분인 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 14wt%이상이고, 황산이온(SO₄ ² ^-)의 함량이 20wt%이상으로 포함되는 것이 특징이다.

물성	값	비고
상태	-	뿌연하얀색 / 안정화된 액상
pH	2.8∼3.0	약산성
비중	1.50	-

콘크리트 급결제의 응결시험

한편, 본 발명의 콘크리트 급결제의 응결시간에 따른 저항값을 측정하였다. 여기서 응결시간은 콘크리트 급결제의 응결실험에서 일반적으로 사용되는 프록터 관입저항기를 이용하여 측정하였고, 저항값은 콘크리트 급결제가 첨가된 모르타르 내부에 프록터 관입침을 10초 동안에 25mm 깊이까지 관입시켜 저항값을 측정하였다. 구체적인 시험조건은 <표 2>과 같다.

S/C	W/C	급결제 사용량	실험실 온도	실험실 습도	혼합수 온도	시멘트 온도	급결제 온도
3	50wt%	C*7wt%	23℃±1	78wt%	23℃±1	23℃±1	23℃±1
시험규격 : 숏크리트용 급결제(KS F 2782 , KCI-SC102) 혼합방법 : KS L 5109 (수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합 방법) *다짐방법 : 진동다짐-몰드성형 후 다짐시간 : 10∼15초

그리고, 관입저항 시험에 사용된 급결제의 원소별 함량은 <표 3>과 같다. 여기서 각 원소 함량은 유도결합플라즈마분광광도계를 이용하여 ICP분석으로 측정하였다. 이를 통하여, 본 발명의 콘크리트 급결제의 알루미나(Al₂O₃)와 황산이온(SO₄ ^2-)의 함량이 종래의 급결제보다 증가되었음을 확인할 수 있다.

구분	Al	S	Na	Al₂O₃	SO₄	Na₂O
비교예1	58951	54038	7362	11.135	16.211	1.000
비교예2	58869	57149	7357	11.120	17.145	1.000
비교예3	60996	60357	7348	11.521	17.507	1.000
실시예1	76793	69853	2983	14.505	20.956	0.50

이와 같이 <표 2>의 시험조건으로 <표 3>의 조성을 갖는 콘크리트 급결제의 응결 시험 결과는 <표 4>와 같으며, 이를 확인하기 용이하도록 도 2의 그래프로 나타내었다. <표 4> 및 도 2를 참조하면, Al₂O₃가 가장 많이 함유된 본 발명의 콘크리트 급결제(Al₂O₃함량: 14wt%이상)의 관입 저항값이 가장 높게 측정되어 종래의 알카리프리계(Alkari-free) 급결제에 비해 뛰어난 급결력을 보임을 확인할 수 있다. 또한, 황산이온(SO₄ ^2-)이 가장 많이 함유된 본 발명의 콘크리트 급결제(황산이온(SO₄ ^2-)함량: 20wt%이상)의 장기강도 저하율이 없는 것으로 확인할 수 있었다.

구분	1분 (MPa)	2분 (MPa)	3분 (MPa)	4분 (MPa)	5분 (MPa)
비교예1	0.18	3.23	7.19	23.31	25.26
비교예2	0.20	4.57	11.27	25.26	28.61
비교예3	0.31	5.65	13.93	28.47	30.84
실시예1	1.71	8.59	20.64	40.92	45.38

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 콘크리트 급결제는, 급결력 저하로 인한 많은 리바운드량이 발생하여 공기지연, 폐콘크리트 발생 등 경제적 손실이 발생되었던 종래의 급결제보다 뛰어난 급결력으로 인해 리바운드량을 20~10%이하로 감소시킬 수 있으며, 폐콘크리트 발생량을 50%이상 저감하여 경제적이며 환경친화적인 효과가 있다.

그리고, 종래의 급결제는 초기 부착성을 높이기 위해 급결성을 부여하는 대신에 콘크리트의 강도를 저하시키는 것이 일반적이며 시공조건에 매우 민감하여 세심한 관리가 요구될 뿐만 아니라, 종래의 급결제를 소량사용하면 부착성이 약하여 다량을 사용하게 되어 여러 부작용이 발생된다. 하지만, 본 발명의 급결제는 Al₂O₃ 와 황산이온(SO₄ ^2-)의 함유량을 증가시켜 종래 급결제보다 급결력을 2배 이상 향상시켜 소량 사용으로도 뛰어난 급결력을 가지는 효과가 있을 뿐만 아니라 장기강도 저하가 발생하지 않는 효과가 있다.

그리고, 종래의 급결제는 강알칼리성으로 시공 시 작업자의 화상사고 발생, 환경오염 등의 원인이 되고 있으며 작업 후 침출수에 유출되는 등 악영향을 미치고 있다. 하지만 본 발명의 급결제는 약산성으로 제조하여 화상의 위험성과 환경오염, 침출수 유출 등이 방지되는 효과가 있다.

그리고, 종래의 급결제는 알카리금속 이온들이 과다 포함되어 알카리골재 반응을 일으켜 내구성 저하를 가져오게 된다. 하지만 본 발명의 급결제는 Na₂O의 함유량이 0.5wt%로 알카리골재 반응을 일으키는 Na⁺ 알카리금속 이온의 함유량을 절반이상 감소시켜, 알카리골재 반응에 의한 장기강도 저하 및 장기적인 내구성 감소를 억제하는 효과가 있다.

그리고, 종래의 급결제는 초기 급결력이 빨라 작업성이 우수한 반면 분말 형상을 하고 있어 저장성이 떨어지고 작업시 과다 분진발생량으로 인해 인체유해성뿐만 아니라 시야 확보가 어려운 문제가 있다. 하지만 본 발명의 급결제는 액상형태로 제조되어, 저장성 및 이송이 용이하며 분진발생량을 저감시켜 작업성을 증대시키면서도 인체유해성을 감소시키는 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 콘크리트 급결제는 터널이나 댐, 해저공사 등에 급결시공을 필요로 하는 토목/건설산업분야 등에 적용될 시 시공재의 탈락률을 최소화하고 공정을 단축시켜 폐기물 발생을 억제하고 경제성 있는 시공이 가능하게 되며, 또한 터널이나 댐 등의 균열보수공사는 물론 이외 다양한 기술분야에 적용될 수 있다.

상기와 같은 콘크리트 급결제 및 이의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

Claims

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알칼리프리(alkali-free)계 광물형 액상 콘크리트 급결제의 제조에 있어서,
수산화알루미늄이 포함된 혼합물을 불화수소산에 용해시켜 수산화알루미늄 용액을 제조하는 단계(S1);
상기 수산화알루미늄 용액에 황산알루미늄을 용해시켜 수산화알루미늄과 황산알루미늄의 혼합용액을 제조하는 단계(S2); 및
상기 혼합용액의 pH를 조절하고 안정제를 투입시키는 단계(S3)를 포함하는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 혼합물은 상기 수산화알루미늄, 인산류, 소듐류(Sodium) 및 물이 혼합되어 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 인산류는 아인산(phosphorous acid), 메타인산(metaphosphoric acid), 피로인산(pyrophosphoric acid), 사인산(tetra-phosphate) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 소듐류(Sodium)는 가성소다(NaOH), 규산소다(Na₂SiO₃), 황산소다(Na₂SO₄) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 단계(S1)에서, 상기 불화수소산 첨가시에 상기 수산화알루미늄의 용해를 증가시키기 위하여 황산을 더 첨가하는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 단계(S1)는 100℃ 이상의 온도에서 적어도 1시간 이상의 교반이 실시되어 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 단계(S2)는 65℃~135℃의 온도에서 적어도 20분 이상의 교반이 실시되어 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 혼합용액의 pH 조절은 가성소다(NaOH), 규산소다(Na₂SiO₃), 황산소다(Na₂SO₄) 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 첨가하여 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 혼합용액의 pH는 2.5 내지 3.0 사이의 값으로 조절되는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 안정제는 응고 반응의 안정성을 증가시키기 위하여 첨가되는 반응안정제로서 아민류로 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 아민류는 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸에탄올아민, 에틸에탄올아민, 모노에탄올아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 안정제는 상기 혼합용액의 안정성을 확보하기 위하여 첨가되는 과포화액상 안정제로서 마그네슘류로 이루어진 콘크리트 급결제 제조방법.
청구항 15에 있어서,
상기 마그네슘류는 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘, 수산화마그네슘, 과산화마그네슘 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 콘크리트 급결제 제조방법.