KR100337176B1 - 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 모르터에 침엽수계 펄프인 셀룰로오스 섬유를 혼합하여 보강함으로써 인장강도와 접착성을 향상시킨 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물은 시멘트, 모래, 혼화재 및 물로 구성되는 시멘트 모르터 조성물에 목재에서 추출한 셀룰로오스 섬유를 첨가한 것이다. 시멘트와 모래의 배합비 및 물시멘트비는 바닥 미장용 시멘트 모르터에서 통상적으로 사용하는 비율을 그대로 적용하며, 중량비로 1:3 정도가 바람직하다. 셀룰로오스 섬유는 침엽수계 섬유를 사용한다. 셀룰로오스 섬유의 첨가량은 시멘트 모르터 단위체적당 0.9∼1.3㎏ 정도가 바람직하며, 이는 시멘트와의 중량비로 0.24∼0.35% 정도의 범위이다.

종이의 원료인 셀룰로오스 펄프는 통상 셀룰로오스 섬유가 압착된 판상의 형태로 수입되며, 상기 판상의 섬유를 폭 1㎜, 길이 20∼30㎜ 정도로 절단하여 사용한다. 절단된 섬유는 물을 첨가하지 않은 상태에서 소정의 비율로 혼합된 시멘트, 모래 및 기타 혼화재료와 함께 혼합되어 1차로 건비빔되며, 건비빔이 완료되면 적정량의 물을 가하고 다시 2차 비빔을 실시한다. 섬유는 처음에는 압착된 상태이나 물을 첨가하고 혼합하는 과정에서 단섬유로 풀어져 나오며 시멘트 페이스트와 섞여서 시멘트 페이스트 중에 분산된다.

Description

셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법 {A method for preparing cellulose fiber reinforced cement mortar}

본 발명은 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 시멘트 모르터에 침엽수계 펄프인 셀룰로오스 섬유를 혼합하여 보강한 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

공동주택의 바닥 미장용 모르터는 통상적으로 펌프를 이용하여 압송하고 있으며, 바닥면의 평활성을 얻기 위해 고도의 유동성을 필요로 한다. 모르터의 유동성을 증가시키기 위하여 감수제나 유동화제 등을 사용하고 있으나, 일반적으로 물의 혼합량이 많은 물시멘트비가 과다한 시멘트 모르터를 사용하고 있다. 물시멘트비가 커지게 되면 시멘트 모르터의 건조과정에서 건조수축에 의한 균열이 크게 발생하는 문제가 있다. 이러한 균열을 방지하기 위하여 모르터에 섬유를 첨가하여 모르터의 인장내력을 증가시킴으로써 균열을 방지하기 위한 시도들이 많이 행해지고 있다. 모르터에 첨가하는 섬유로써는 스틸 섬유, 폴리프로필렌 섬유 또는 탄소 섬유 등이 있으나, 주로 폴리프로필렌 제품으로 길이가 2-5cm 정도의 것을 많이 사용하고 있다.

폴리프로필렌 섬유는 섬유의 사용량이 많을 경우 보강효과는 좋으나, 분산성이 나빠지고 균일한 혼합물을 얻을 수 없으며, 작업성이 나빠지는 문제가 있다. 또한, 폴리프로필렌 섬유는 비중이 작아 시멘트 모르터의 표면으로 떠올라 추후 이것을 제거하여야 하는 문제가 있고, 섬유가 뭉치게 하지 않기 위하여 특수한 혼합장치가 필요한 단점이 있다.

본 발명의 목적은 목재에서 추출된 셀룰로오스 섬유를 혼입하여 시멘트 매트릭스의 접착성을 개선하고 휨강도를 증가시킨 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 섬유가 모르터의 표면으로 돋아나지 않아 이를 제거할 필요가 없어 시공성이 우수한 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 균열 저항성이 우수한 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물은 시멘트, 모래, 혼화재 및 물로 구성되는 시멘트 모르터 조성물에 목재에서 추출한 셀룰로오스 섬유를 첨가하여 시멘트의 접착성과 휨강도를 향상시킨 것이다.

시멘트와 모래의 배합비 및 물시멘트비는 바닥 미장용 시멘트 모르터에서 통상적으로 사용하는 비율을 그대로 적용하며, 시멘트와 모래의 배합비는 중량비로 1:3 정도가 바람직하다.

셀룰로오스 섬유는 침엽수계 섬유를 사용한다. 침엽수계 셀룰로오스 섬유는 섬유의 길이가 2㎜∼10㎜ 정도로써 시멘트 모르터에 혼입했을 때 매트릭스와 일체가 되어 매트릭스의 인장강도를 보강하는 효과가 있으나, 활엽수계 셀룰로오스 섬유는 섬유의 길이가 1㎜ 이하로 매우 작아 시멘트 모르터에 첨가했을때 섬유보강에 따른 효과가 크지 않다. 셀룰로오스 섬유의 첨가량은 시멘트 모르터 단위체적당 0.9∼1.3㎏ 정도가 바람직하며, 이는 시멘트와의 중량비로 0.24∼0.35% 정도의 범위이다.

시멘트 모르터의 물리적 성질을 개선하기 위하여 플라이 애쉬, 유동화제, 감수제, 팽창제 또는 분산제 등을 더 첨가할 수도 있다.

종이의 원료인 셀룰로오스 펄프는 통상 셀룰로오스 섬유가 압착된 판상의 형태로 수입되며, 상기 판상의 섬유를 폭 1㎜, 길이 20∼30㎜ 정도로 절단하여 사용한다. 절단된 섬유를 물에 집어넣고 풀면 압착되기 이전의 상태로 복원되며 대략 3㎜ 정도의 섬유로 다시 풀어져 나온다. 절단된 섬유를 시멘트 모르터에 첨가하기 위해서는 섬유를 시멘트 모르터에 첨가하기 이전에 물에 풀어서 물에 풀린 단섬유형태로 첨가하는 방법과 물에 풀지 않고 압착된 상태에서 시멘트 모르터에 첨가하여 시멘트 모르터를 혼합하는 과정에서 풀리도록 하는 방법이 있으나, 후자의 경우가 더 바람직하다.

절단된 섬유는 물을 첨가하지 않은 상태에서 소정의 비율로 혼합된 시멘트, 모래 및 기타 혼화재료와 함께 혼합되어 1차로 건비빔되며, 건비빔이 완료되면 적정량의 물을 가하고 다시 2차 비빔을 실시한다. 섬유는 처음에는 압착된 상태이나 물을 첨가하고 혼합하는 과정에서 단섬유로 풀어져 나오며 시멘트 페이스트와 섞여서 시멘트 페이스트 중에 분산된다.

다음은 본 발명의 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물의 성능을 확인하기 위한 실험 결과로써, 작업성을 평가하기 위하여 플로우(Flow) 값을 측정하였고, 건조수축에 의한 균열의 저감 성능을 확인하기 위하여 길이변화율을 측정을 하였다.

표 1은 섬유의 종류별로 플로우 값의 변화 정도를 측정한 결과로써, 섬유의 첨가량은 각 섬유의 성질에 따라 적절한 값을 선택한 것으로 시멘트 모르터의 유동성의 지표인 플로우값은 섬유를 첨가하지 않은 경우가 가장 큰 값을 보이고 있으며, 셀룰로오스 섬유의 경우 타 섬유에 비해 양호한 값을 보이고 있다. 따라서, 본 발명의 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물은 타 섬유보강 시멘트 모르터 조성물에 비해 작업성이 우수함을 알 수 있다.

섬유의 종류별 플로우값 변화 결과

구분	시멘트(g)	모래(g)	플라이애쉬(g)	물(g)	섬유(g)	유동화제/시멘트	팽창제(g)	플로우(㎝)
무첨가	380	1470	98	280	0	0.25	12	211
강섬유	380	1470	98	280	10	0.25	12	198
PP섬유	380	1470	98	280	0.9	0.25	12	192
카본섬유	380	1470	98	280	1.3	0.25	12	157
셀룰로오스	380	1470	98	280	1.3	0.25	12	195

표 2는 압착되어 판상으로 수입되는 셀룰로오스 섬유판을 절단한 길이에 따른 시멘트 모르터 조성물의 길이변화율을 측정한 것으로, 셀룰로오스 판을 1cm로 절단한 경우에는 섬유를 첨가하지 않은 경우보다 길이변화율이 커지고 있으나, 셀룰로오스 보드를 2cm 및 3cm로 절단한 경우에는 길이변화율이 작은 값을 보이고 있어 섬유보강에 따른 효과는 셀룰로오스 판을 2∼3cm의 길이로 절단한 경우가 적절함을 알 수 있다.

목재섬유의 길이변화에 따른 시멘트 모르터 조성물의 길이변화율

구분	시멘트(g)	모래(g)	물(g)	섬유(g)	유동화제/시멘트(%)	59일 기준 길이변화율
무첨가	492	1477	276	0	0.25	0.0444
침엽수 1㎝	480	1441	293	1.3	0.25	0.0529
침엽수 2㎝	478	1435	296	1.3	0.25	0.0369
침엽수 3㎝	474	1420	303	1.3	0.25	0.0369

표 3은 셀룰로오스 섬유의 첨가량에 따른 시멘트 모르터 조성물의 길이변화율을 측정한 것으로, 섬유의 첨가량은 시멘트 모르터 단위용적당 1.3kg의 경우와 2.6kg의 두가지 경우에 대하여 실험하였다. 실험결과 셀룰로오스 섬유의 첨가량이 1.3kg/㎥의 경우가 가장 작은 길이변화율을 보이고 있다.

목재섬유 첨가량에 따른 길이변화율

구분	시멘트(g)	모래(g)	플라이애쉬(g)	물(g)	섬유(g)	유동화제/시멘트(%)	팽창제(g)	43일 기준 길이변화율
무첨가	380	1470	98	280	0	0.25	12	0.0402
1.3 ㎏/㎥	380	1470	98	280	1.3	0.25	12	0.0347
2.6 ㎏/㎥	380	1470	98	280	2.6	0.25	12	0.0402

표 4는 섬유의 종류 및 투여 방법에 따른 길이변화율을 측정한 것으로, 기성제품으로 생산되는 레밀탈에 섬유를 첨가하여 실험한 결과이다. 레미탈은 동양시멘트에서 생상되고 있는 레미탈을 사용하였으며, 물/레미탈 비는 15%로 하였고, 섬유는 시멘트 모르터 조성물 단위용적당 1.3kg이 되도록 첨가하였다. 시멘트 모르터에 섬유를 첨가하는 방법은 섬유를 물에 풀어 시멘트 및 모래와 첨가하는 방법이 있고, 압착된 판상의 셀룰로오스 판을 일정 길이로 절단한 후 물에서 풀어내지 않고 시멘트 및 모래와 혼합하여 혼합과정에서 풀어져 나오도록 하는 방법이 있으며, 전자의 경우를 선투여, 후자의 경우를 후투여라 하였다. 또한, 활엽수 섬유를 혼합하여 사용하였을 경우의 효과를 비교하기 위하여 침엽수 섬유와 활엽수 섬유를 1:1로 혼합한 경우에 대하여 실험하였다. 실험결과 침엽수 섬유만을 사용하여 후투여한 경우가 가장 작은 길이변화율을 보이고 있다.

섬유의 종류 및 투여 방법에 따른 길이변화율

구분	물/레미탈(%)	섬유(kg/㎥)	21일 기준 길이변화율
침엽수 선투여	15	1.3	0.0178
침엽수 후투여	15	1.3	0.0116
혼합 선투여	15	1.3	0.0237
혼합 후투여	15	1.3	0.0166

표 5는 셀룰로오스 섬유를 침엽수 또는 활엽수 섬유만을 사용한 경우와 이를 1:1로 혼합한 경우의 길이변화율을 측정한 것으로, 동양시멘트에서 생산되고 있는 레미탈에 섬유를 첨가하여 실험하였다. 실험결과 침엽수 섬유만을 사용한 경우가 가장 작은 길이변화율을 보이고 있어, 섬유의 종류는 침엽수 섬유만을 사용하는 것이 바람직하다.

목재섬유의 종류에 따른 길이변화율

구분	물/레미탈(%)	섬유(kg/㎥)	21일 기준 길이변화율
무첨가	15	1.3	0.0390
침엽수	15	1.3	0.0363
활엽수	15	1.3	0.0402
혼합	15	1.3	0.0570

본 발명의 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터 조성물은 침엽수계 셀룰로오스 섬유가 시멘트 모르터 중에 균일하게 분산됨으로써 시멘트 모르터의 인장강도를 증가시켜 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌 섬유와는 달리 비중차에 의해 모르터의 상면으로 떠오르는 현상이 없어 시멘트 모르터 타설 후 모르터 위로 떠오른 섬유를 제거할 필요가 없어 시공성이 우수하며, 폴리프로필렌 섬유에 비해 인장보강 효과가 커서 시멘트 모르터 조성물의 길이변화율이 작고 균열을 저감할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 판상으로 압착된 셀룰로오스 섬유판을 일정한 길이로 절단하고;

   상기 절단된 셀룰로오스 섬유를 시멘트, 모래 및 혼화재와 혼합하여 1차로건비빔하고; 그리고,

   상기 건비빔된 모르터 조성물에 소정의 양의 물을 첨가하고 2차로 본비빔하는 단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법.
5. 제4항에서, 상기 셀룰로오스 섬유판을 폭 1㎜, 길이 2∼3㎝로 절단하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유보강 시멘트 모르터의 제조방법.