KR20040069154A - 고강도 시멘트 조성물 및 이를 이용한 패널의 제조방법 - Google Patents
고강도 시멘트 조성물 및 이를 이용한 패널의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 약 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 약 30 ∼ 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 약 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 시멘트 조성물 약 90 ∼ 95 중량%과 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 흄드 실리카 약 5 ∼ 10 중량%를 첨가하고 혼합한 시멘트 조성물을 이용한 것으로, 상기 본 발명의 고강도 및 속경성 시멘트 조성물 100 중량부에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 나일론 등의 부직포 또는 직경이 약 10㎛이며 길이가 1 ∼ 2 ㎝되게 절단한 무기질 현무암(basalt) 섬유 약 10 ∼ 20 중량부, 감수제 및 소포제 약 0.01 ∼ 0.1 중량부를 각각 첨가하고 혼합한 다음 물과 시멘트의 비가 0.30 ∼ 0.35 되도록 슬러리를 만들고 일정한 형틀에 주입하여 양생하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 속경성 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 패널의 새롭고도 진보된 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 시멘트 조성물을 이용하여 시멘트 패널은 물론 건축용 외벽재, 바닥재 등을 비교적 짧은 양생기간에서 고강도 건축자재를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 약 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 약 30 ∼ 40 중량%,, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 약 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 시멘트 조성물 약 90 ∼ 95 중량%과 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 흄드 실리카 약 5 ∼ 10 중량%를 첨가하고 혼합한 고강도 및 속경화성 시멘트 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 시멘트 조성물을 이용하여 고강도 및 속경화성 시멘트 패널을 제조하고자 할 경우에는 본 발명의 시멘트 조성물 100 중량부에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 나일론 등의 부직포 또는 직경이 약 10㎛이며 길이가 1 ∼ 2 ㎝되게 절단한 무기질 현무암(basalt) 섬유 약 10 ∼ 20 중량부, 감수제 및 소포제 약 0.01 ∼ 0.1 중량부를 각각 첨가하고 혼합한 다음 물과 시멘트의 비가 0.30 ∼ 0.35가 되도록 0 ∼ 40℃에서 슬러리를 만들고 일정한 형틀에 주입하여 양생하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 속경성 시멘트 패널의 새롭고도 진보된 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트 건축자재는 오래 동안 사용되어온 우수한 재료이나 건조수축에 의한 균열이 발생하여 붕괴되기 쉽고 무거운 단점이 있다. 즉 압축강도에 비해 상대적으로 인장강도가 약한 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로는 섬유를 혼합하는 것이 가장 일반적인 방법으로 기원전부터 이집트에서는 벽돌에 갈대, 파피루스 등의 줄기를 사용하였고 흙벽돌이나 담벽 재료에 짚이나 종려나무 섬유를 혼합하여 사용하여 왔다. 근래에 들어와 시멘트를 이용한 건축자재의 대표적인 자재로는 석면 슬레이트를 들 수 있으나 환경공해 문제와 인체에 발암을 야기 시키므로 이의 사용은 엄격하게 규제하고 있다. 한편, 경량기포콘크리트(ALC) 제품이 개발되었으나 제조설비나 비용 등 경제적인 문제점뿐만 아니라 물리적 특성 면에서 각광을 받지 못하고 있다. 최근 시멘트 패널제품 생산에 탄소섬유, 유리섬유 등의 인조 유기섬유 등을 혼합하여 인성을 향상시키고 경량화를 시도한 예가 있으나 시멘트의 알칼리 성분으로 인해 섬유가 열화 되어 장기간의 강도를 유지하기가 어려운 단점을 가지고 있다.
본 발명과 관련된 종래의 기술을 살펴보면 일본국 공개특허공보 제2001-089261호 "고강도 경량 수경성 복합물 및 이를 이용한 경량 콘크리트의 제조"에서는 조강 시멘트, 물, 경량골재, 아크릴 수지 등의 유기재료와 감수제 등을 혼합기에서 교반하여 복합물을 얻는 방법이며, 동 특허공보 제2001-064058호 "초 조강 시멘트 혼화재 및 시멘트 조성물"에서는 고성능 감수제, 벤토나이트, 유산, 시트르산 등으로 이루어진 유기산을 함유한 시멘트 조성물이며, 대한민국 공개특허공보 제2000-073776호 "고강도의 속경성시멘트조성물"에서의 칼슘설포알루미네이트(3CaO 3Al2O3CaSO4) 및 칼슘실리케이트(2CaO SiO2)를 주성분으로 포트랜드 시멘트, 무수 석고, 소석회로 이루어진 혼합시멘트에 대하여 멜라민계 유도화제, 응결지연제로서 시트르산을 포함하는 고강도의 속경성 시멘트에 관한 것이다. 이들 자료에서는 조강 시멘트, 유기수지 등의 유기재료 및 감수제 등을 사용하고 응결촉진제로 금속알루민산, 탄산나트륨, 탄산리튬, 황산나트륨 등과 기타 고로 슬래그 또는 플라이 애쉬 등의 혼화재를 사용하는 방법이며, 시멘트 외에 여러 가지 첨가제를 사용하므로 경제성뿐만 아니라 양생 후 수축의 증대, 압축강도 저하, 휨강도 저하 등 시멘트 제품의 물리적 특성에 나쁜 영향을 미친다.
본 발명은 시멘트 조성물과 흄드 실리카를 사용하여 상술한 공지의 문제점들을 해결하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서, 본 발명에서는 응결시간에서 초기응결이 5 ∼ 10분, 압축강도에서 후기강도(28일)가 500 kg/㎠ 이상의 고강도 및 속경화성 시멘트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명에서는 또한 시멘트 조성물을 저 알칼리성으로 제조하여 섬유의 열화 현상을 방지하는 시멘트 제조방법과 섬유재의 첨가방법을 개선함으로서 고강도의 박편(약 10 mm) 패널 제작을 가능하게 하는 것이다. 종래 시멘트의 약점이었든 건조에 따른 수축이나 균열을 방지하는 수축 보상재를 첨가하고, 또한 시멘트 조성물을 저 알칼리로 낮춤으로서 부직포(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론) 등의 유기질 섬유의 첨가에 의한 섬유의 열화 현상을 감소시키는 한편 무기질 섬유인현무암(바잘트) 섬유를 첨가하여 고강도 및 경량 패널 제품을 제작하여 연약지반 개량이나 토목공사 등에 광범위하게 사용 할 수 있는 시멘트 조성물 및 이를 이용한 패널의 제조방법에 대하여 제공하고자한다.
본 발명은 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 약 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 약 30 ∼ 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 약 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 시멘트 조성물 약 90 ∼ 95 중량%과 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 흄드 실리카 약 5 ∼ 10 중량%를 첨가하고 혼합한 고강도 및 속경화성 시멘트 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 약 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 약 30 ∼ 40 중량%,, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 약 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 시멘트 조성물 약 90 ∼ 95 중량%과 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 흄드 실리카 약 5 ∼ 10 중량%를 첨가하고 혼합한 시멘트 조성물은 시멘트의 일종으로서 용이하게 구입할 수 있으며 이의 혼합범위는 전체 시멘트 조성물에 대하여 약 90 ∼ 95 중량% 범위로 한정하였는데 그 이유는 90 중량% 이하에서는 시멘트 본연의 특성, 예컨대 일정한 물리적 강도를 발휘할 수 없으며, 인장성을 향상시키는 흄드 실리카를 첨가하기 위하여 95 중량% 까지 한정하였다. 흄드 실리카의 혼합범위를 약 5 ∼ 10 중량%로 한정하였는데 그 이유는 인장성을 향상시키기 위한 것으로 5 중량% 이하에서는 바람직한 인장강도, 압축강도 등을 나타내지 못하며 10 중량%이상이면 상기의물성은 향상되나 비경제적이기 때문이다.
표 1은 본 발명의 시멘트 조성물과 일반 포트랜드 시멘트와의 비교 분석치를 나타낸 것이며, 표 2는 KS L 5103 (길모어 침에 의한 시멘트 응결시험) 및 대한민국 표준산업규격 KS L 5105 (수경성 시멘트 몰탈의 압축강도 시험)에 따라 본 발명의 시멘트 조성물과 일반 포트랜드 시멘트와의 물성을 실시 예에서 비교 시험한 것으로 본 발명의 시멘트 조성물의 응결시간이 약 20분 이내로 초 속경성을 나타내었고 재령 28일의 압축강도가 500 kg/㎠ 이상으로 나타났다.
표 1. 본 발명의 시멘트 조성물 및 일반 포트랜드 시멘트와의 비교
(단위 : 중량%)
비고) 시료 1 : 본 발명의 시멘트 조성물, 시료 2 : 일반 포트랜드 시멘트.
한편, 본 발명의 고강도 및 속경성 시멘트 조성물을 이용하여 고강도 패널을 제조하고자 할 경우, 본 발명의 시멘트 조성물 100 중량부에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 나일론 등의 부직포 또는 직경이 약 10㎛이며 길이가 1 ∼ 2 ㎝되게 세절한 무기질 현무암(basalt) 섬유 약 10 ∼ 20 중량부를 첨가하고 혼합한다. 전체 시멘트 조성물에 대하여 감수제(상품명 : 바이오플로우) 0.05 중량부 및 소포제(실리콘 에멀젼) 0.07 중량부를 첨가하고 혼합한 다음 물과 시멘트 비가 0.30 ∼ 0.35 되도록 슬러리를 만들어 일정한 형틀에 주입하여 양생하는 것을 특징으로 한다.
이들 혼합물의 혼합온도는 0 ∼ 40℃가 바람직한데 이는 0℃ 이하에서 결빙되기 때문이며 열대지방처럼 40℃ 이상의 온도에서 혼합작업을 할 수 있으나 일반적으로 40℃ 이하에서 작업하기 때문이다.
이하 본 발명의 시멘트 조성물 및 이를 이용한 패널의 제조방법에 관한 실시 예를 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 참고 예는 본 발명의 인조석 조성물을 이용한 인조석의 예들이다.
실시 예 1 : 시멘트 조성물의 제조
칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3), 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2), 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3]를 주성분으로 한 시멘트 조성물 90 중량%와 입자크기가 0.1㎛ 이하의 흄드 실리카 10 중량%를 23℃에서 브레인 표면적 약 4000 ㎡/g되게 분쇄하고 약 2000 rpm으로 고속 혼합하였다. KS L 5103 및 KS L 5105에 따라 시험한 결과는 표 2와 같다.
실시 예 2 : 시멘트 조성물의 제조
칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3), 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2), 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3) 및 칼슘, 철, 마그네슘 실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3]를 주성분으로 한 시멘트 조성물 95 중량%와 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 흄드 실리카 5 중량%를 23℃에서 브레인 표면적 약 4000 ㎡/g되게 분쇄하고 약 2000 rpm으로 고속 혼합하였다. KS L 5103 및 KS L 5105에 따라 시험한 결과는 표 2와 같다.
표 2. 본 발명의 고강도 속경성 시멘트 조성물과 일반 제품과의 물성비교
비고) 실시 예 1 및 2 : 본 발명의 시멘트 조성물, 비교 예 : 일반 포트랜드시멘트 조성물.
실시 예 3 : 시멘트 패널의 제조
실시 예 1의 시멘트 조성물 100 중량부에 폴리에틸렌 부직포 10 중량부, 감수제(바이오플로우) 0.07 중량부 및 소포제(실리콘 에멀젼) 0.04 중량부를 20℃에서 혼합한 후 물과 시멘트의 비가 0.30 ∼ 0.35 되도록 슬러리를 만들고 일정한 형틀에 주입하여 28일간 자연 양생시켰다. 본 발명의 시멘트 패널의 물리적 특성에 대한 시험결과는 표 3과 같다.
표 3.본 발명의 시멘트 패널의 물리적 특성
실시 예 4 : 시멘트 패널의 제조
실시 예 2의 시멘트 조성물 100 중량부에 섬유의 길이가 1 ∼ 2 ㎝되게 세절한 현무암 섬유 5 중량부, 감수제(바이오플로우) 0.03 중량부 및 소포제(실리콘 에멀젼) 0.06 중량부를 20℃에서 혼합한 후 물과 시멘트의 비가 0.30 ∼ 0.35가 되도록 슬러리를 만들고 일정한 형틀에 주입하여 28일간 자연 양생시켰다. 본 발명의 시멘트 패널의 물리적 특성에 대한 시험결과는 표 4와 같다.
표 4. 본 발명의 시멘트 패널의 특성
본 발명의 시멘트 조성물을 이용한 고강도 시멘트 패널은 일반 시멘트 콘크리트에 비해 낮은 물비 계수에서 인장강도와 휨 강도가 약 10배 이상 높으며 경화는 낮은 온도에서도 뛰어난 유연성으로 효과가 우수하며 특히 패널의 무게와 두께(10 mm)를 최소화 할 수 있다. 또한 현장 시공시 전기용접, 볼트 등으로 작업이 용이하고 보온, 방수, 방음, 방사선 차폐, 낙뢰 부전도 등에 효과가 높아 일반 건물 내 외장재와 옛 건축물이나 문화재 복원에 적합하리라 판단된다.
Claims (6)
- 브레인 표면적 4000 ㎡/g 분말의 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 30 ∼ 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3)와 칼슘,철,마그네슘실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 5 ∼ 10 중량% 및 흄드 실리카 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 조성물.
- 제 1항에 있어서, 0 ∼ 40℃ 온도에서 임펠러의 교반속도가 2000 rpm 이상의 고속에서 혼합하는 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 조성물.
- 브레인 표면적 4000 ㎡/g 분말의 칼슘알루미네이트(3CaO 5Al2O3) 40 ∼ 50 중량%, 트리칼슘실리케이트(3CaO SiO2) 30 ∼ 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO 3Al2O3 SO3)와 칼슘,철,마그네슘실리케이트[(Ca,Fe,Mg)SiO3] 5 ∼ 10 중량% 및 흄드 실리카 5 ∼ 10 중량%로 이루어진 본 발명의 시멘트 조성물 100 중량부에 부직포 또는 직경이 10㎛이며 길이가 1 ∼ 2 ㎝되게 절단한 무기질 현무암 섬유 10 ∼ 20 중량부, 감수제 0.01 ∼ 0.1 중량부 및 소포제 0.01 ∼ 0.1 중량부를 첨가하고 혼합하여 슬러리를 만들고 공지의 방법으로 일정한 형틀에 주입하여 양생하는 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 패널의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 나일론 부직포 중에서 선택하는 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 패널의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 물과 시멘트의 비가 0.30 ∼ 0.35되도록 물을 첨가하는 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 패널의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 0 ∼ 40℃ 온도에서 2000 rpm 이상의 임펠러 교반속도에서 혼합하는 것이 특징인 고강도 및 속경성 시멘트 패널의 제조방법.
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