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KR20180069009A - 알루미나 시멘트를 기초로 하는 2-성분 모르타르 시스템 및 이의 용도 - Google Patents

알루미나 시멘트를 기초로 하는 2-성분 모르타르 시스템 및 이의 용도 Download PDF

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KR20180069009A
KR20180069009A KR1020187013313A KR20187013313A KR20180069009A KR 20180069009 A KR20180069009 A KR 20180069009A KR 1020187013313 A KR1020187013313 A KR 1020187013313A KR 20187013313 A KR20187013313 A KR 20187013313A KR 20180069009 A KR20180069009 A KR 20180069009A
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acid
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component mortar
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아르민 페일
크리스티안 팔저
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힐티 악티엔게젤샤프트
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Publication date
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Abstract

본 발명은 경화성 수상 알루미나 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 수상의 개시제 성분 B를 포함하는 2-성분 모르타르 시스템으로서, 성분 A가 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 블로킹제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B가 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물 충전제 및 물을 포함하는 2-성분 모르타르 시스템에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물과 같은 무기물 표면에서 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소의 화학적 고착을 위해 즉시 사용 가능한 2-성분 시스템, 및 앵커링 수단의 화학적 고착을 위한 이의 용도에 관한 것이다.

Description

알루미나 시멘트를 기초로 하는 2-성분 모르타르 시스템 및 이의 용도
본 발명은, 경화성 수상 알루미나 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 수상의 개시제 성분 B를 포함하고, 성분 A가 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 블로킹제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B가 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물(mineral) 충전제 및 물을 포함하는, 무기물 표면에서 앵커링 수단의 화학적 고착을 위한 2-성분 모르타르 시스템에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물과 같은 무기물 표면에서 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소의 화학적 고착을 위해 즉시 사용 가능한 2-성분 시스템, 및 앵커링 수단의 화학적 고착을 위한 이의 용도에 관한 것이다.
종종 키트-오브-파츠(kit-of-parts)로 명명되는 다수의 2-성분 모르타르 시스템이 존재하며, 여기서 각 성분은 무기물 표면에서 앵커링 수단의 양호한 화학적 고착을 제공하기 위한 경화 공정을 개시하기 위해 사용 전에 또는 적용 중에 혼합되도록 의도된다. 예를 들면, 빠른 경화가 원해지는 경우 자유 라디칼 중합성 수지를 기초로 하는 유기(물) 시스템이 사용된다. 그러나, 그러한 시스템은 일반적으로 오염, 고가, 환경과 이를 취급하는 사람에게 잠재적으로 위험 및/또는 독성인 것으로 알려져 있으며, 종종 특이적으로 표식될 필요가 있다. 게다가, 유기물 시스템은 종종, 강한 태양광 또는 이외의 고온에 열적으로 노출되는 경우 안정성이 대폭 저하되며, 이에 앵커링 수단의 화학적 고착에 있어서 이들의 기계적 성능을 저하시킨다.
이러한 단점들을 극복하기 위해, 주로 알루미나 시멘트를 기초로 하는 무기(물) 시스템이 개발되었다. 알루미나 시멘트는 이의 주 성분으로서 모노칼슘 알루미네이트를 가지며 최종 제품이 장기간에 걸쳐 높은 수준의 기계적 성능을 나타내는 것으로 입증됨에 따라 빌딩 및 건축 산업에서 널리 사용된다. 또한, 알루미나 시멘트는 염기에 저항성이 있으며 최대 강도를 포틀랜드 시멘트보다 빠르게 달성하고 황산염 용액에 견딜 수 있다. 따라서, 알루미나 시멘트 시스템은 화학적 고착 분야에서 바람직하게 사용된다.
EP 2 162 410은 붕산 또는 그의 염에 의해 지연되는 파트 A 베이스의 수상 알루미나 시멘트, 및 경화 공정의 개시를 위한 파트 B를 포함하는, 즉시 사용 가능한 이-성분 시스템을 기재한다. 파트 B의 개시제는 리튬 염만으로 제조된다. 이 시스템은 두 파트의 혼합 후 5분 이내에 경화된다. EP 0 081 385가 또한 응결 억제된 수성 고 알루미나 시멘트 조성물 및 재활성제 조성물을 포함하는 이-성분 시스템을 개시한다. 응결 억제제는 붕산이고 재활성제 조성물은 리튬 염을 포함한다.
그러나, 붕산 또는 이의 염에 의해 지연되는 이들 알루미나 시멘트 수성 현탁액은 종종 사용 전에 저장을 위한 충분한 시간 동안 매우 안정적이지 않다. 게다가, 붕산은 매우 독성이며 생태독성이다.
EP 2 794 510은 인 함유 화합물에 의해 억제되고 또한 고온에서도 충분한 시간 동안 저장될 수 있는, 알루미나 시멘트 및/또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 안정화된 수성 현탁액을 기재한다. 상기 안정화된 수성 현탁액은 표면 코팅을 위한 베이스로서 작용할 수 있다.
무기물 표면에 앵커링 수단을 화학적으로 고착시키는 경우에, 빠른 경화 시간, 즉 5분 미만이 항상 바람직한 것은 아니다. 또한, 공지된 시스템의 대부분은 생성된 조성물의 가장 실제적인 적용을 위한 충분한 유동성을 결여한다. 종종 이러한 선행 기술의 조성물은 또한 비교적 짧은 시간에 균열하는 경향이 있거나 또는 고온의 영향하에도 요구의 기계적 성능을 나타내지 않는다.
DE 2 311 239는 리티아, 수용성 리튬 염 및 히드록실화 유기 산, 또는 이의 염 또는 에스테르를 포함하는, 알루미나 시멘트 및 모르타르의 응결(setting) 및 경화(hardening) 성질을 개선하기 위한 보조 조성물을 기재한다. 상기 유체는, 제조 중에 알루미나 시멘트 내에 또는 모르타르 및 콘크리트 내에 직접 혼입되거나 또는 적용 중에 혼합 수에 첨가될 수 있다. 그러나, 이 시스템의 단점은 시멘트 조성물뿐만 아니라 활성제 조성물이 즉시 사용을 위해 충분한 시간 동안 저장될 수 없고 이에 따라 적용 전에 더 많은 절차 단계를 암시하는 원하는 응결 및 경화 시간에 따라 사용 전에 새로 준비되어야 한다는 점에 있다.
따라서, 환경적 측면, 건강 및 안전성, 취급성, 저장 시간 및 모르타르의 응결 및 경화 간의 우수한 밸런스의 관점에서 선행 기술 시스템보다 우수한 즉시 사용 가능한 다-성분 시스템, 바람직하게는 2-성분 시스템에 대한 니즈가 존재한다. 또한, 화학적 앵커링 시스템의 취급성, 특성 및 기계적 성능에 악영향을 미치지 않으면서 무기물 표면에서 앵커링 수단의 화학적 고착에 사용될 수 있는 시스템을 제공하는 것에 관심이 모아진다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 선행 기술 시스템의 단점을 극복하는 다-성분 시스템, 특히 2-성분 모르타르 시스템을 제공하는 데 있다. 특히, 일 목적은, 즉시 사용 가능하고, 용이하게 그리고 생태친화적으로 취급될 수 있으며, 사용 전에 소정 시간 동안 안정적으로 저장될 수 있고, 응결 및 경화 간에 우수한 밸런스를 나타내며, 앵커링 수단을 화학적으로 고착시킴에 있어 심지어 고온의 영향하에서도 우수한 기계적 성능을 갖는 2-성분 모르타르 시스템을 제공하는 데 있다.
나아가, 본 발명의 목적은 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물과 같은 무기물 표면에서 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소의 화학적 고착을 위해 사용될 수 있는 2-성분 모르타르 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 이러한 목적 및 다른 목적은 독립항에 기재된 바와 같이 본 발명에 의해 해결된다. 종속항은 바람직한 실시양태와 관련된다.
일 양태에서, 본 발명은 경화성 수상 알루미나 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 수상의 개시제 성분 B를 포함하는 즉시 사용 가능한 2-성분 모르타르 시스템으로서, 성분 A는 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 블로킹제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B가 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물 충전제 및 물을 포함하는 즉시 사용 가능한 2-성분 모르타르 시스템을 제공한다. 특히, 성분 B는 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염의 혼합물을 포함하는 개시제, 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 지연제, 및 석회석 충전제, 모래, 커런덤, 돌로마이트, 알칼리 내성 유리, 부순돌, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 무기물 충전제를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물과 같은 무기물 표면에서 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소의 화학적 고착을 위해 사용되는 2-성분 모르타르 시스템을 제공한다.
하기 용어 및 정의가 본 발명의 문맥에서 사용될 것이다:
본 발명의 문맥에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나" 및 "그"는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 각각의 복수를 또한 포함한다. 따라서, 용어 "하나" 및 "그"는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 의도된다.
본 발명의 문맥에서 용어 "알루미나 시멘트"는 주로 수경성(hydraulic) 활성 칼슘 알루미네이트로 이루어진 칼슘 알루미네이트 시멘트를 지칭한다. 대체명은 "고-알루미나 시멘트" 또는 프랑스어로 "시멘트 퐁듀"이다. 칼슘 알루미네이트 시멘트의 주 활성 성분은 모노칼슘 알루미네이트(CaAl2O4, CaOㆍAl2O3, 또는 시멘트 화학자 표기법에서 CA)이다.
본 발명의 문맥에서 용어 "저장 수명"은, 응결 또는 반응성의 상실 없이, 성분이 기계적 수단에 의해 수성-현탁액으로 되돌아갈 수 있는 고체 생성물의 다소의 유동성의 수성 현탁액의 형태로 머물러있는 시간을 지칭한다.
본 발명의 문맥에서 용어 "개시제"는 특정의 화학 반응을 시작하기 위해 화학 환경을 변경하는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 본 발명에서 개시제는 모르타르 현탁액의 pH 값을 변경시켜 최종 혼합물 중의 수경성 바인더를 탈블로킹시킨다.
본 발명의 문맥에서 용어 "지연제"는 특정의 화학 반응을 지연시키기 위해 화학 환경을 변경하는 화합물 또는 조성물을 지칭한다. 본 발명에서 지연제는 모르타르 현탁액의 칼슘 알루미네이트 시멘트의 수화 능력을 변경시켜 최종 혼합물 중의 수경성 바인더 작용을 지연시킨다.
본 발명의 문맥에서 용어 "초결 시간(initial set-time)"은 성분 A와 성분 B의 혼합물이 혼합 후 응결하기 시작하는 시간을 지칭한다. 혼합 후 그 시간 동안, 혼합물은 고체 생성물의 다소의 유동성의 수성 현탁액 또는 페이스트의 형태로 유지된다.
본 발명은 경화성 수상 알루미나 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 수상의 개시제 성분 B를 포함하는, 무기물 표면에서 앵커링 수단의 화학적 고착을 위한 2-성분 모르타르 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따르면, 성분 A는 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 블로킹제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B는 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물 충전제 및 물을 포함하며, 여기서 개시제는 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염의 혼합물을 포함하고, 적어도 하나의 지연제는 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 무기물 충전제는 석회석 충전제, 모래, 커런덤, 돌로마이트, 알칼리 내성 유리, 부순돌, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 성분 A는 수상 알루미나 시멘트(CA) 또는 수상 칼슘 설포알루미네이트 시멘트(CAS)를 기초로 한다. 본 발명에 사용될 수 있는 칼슘 알루미네이트 시멘트는 급속 응결 및 급속 경화, 급속 건조 및 황산칼슘과의 혼합시 수축 보상, 우수한 부식 및 수축에 대한 내성을 특징으로 한다. 본 발명에 사용하기 적합한 이러한 칼슘 알루미네이트 시멘트는 예를 들면 Ternal® White(Kerneos, 프랑스)이다.
성분 A가 알루미나 시멘트(CAC)와 황산칼슘(CaSO4)의 혼합물을 포함한다면, 수화 중에 급격한 에트린자이트 형성이 일어난다. 콘크리트 화학에서 일반식 (CaO)6(Al2O3)(SO3)3ㆍ32H2O 또는 (CaO)3(Al2O3)(CaSO4)3ㆍ32H2O로 표시되는 헥사칼슘 알루미네이트 트리설페이트 수화물은 칼슘 알루미네이트와 황산칼슘의 반응에 의해 형성되며, 그 결과 빠른 응결 및 경화뿐만 아니라 수축 보상 또는 심지어 확장이 일어난다. 설페이트 함량의 적절한 증가로 수축 보상이 달성될 수 있다.
본 발명의 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 40 중량%, 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 70 중량%, 약 40 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 85 중량%, 더 바람직하게는 약 60 중량% 내지 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 70 중량% 내지 약 75 중량%의 알루미나 시멘트를 포함한다.
본 발명의 대체 실시양태에 따르면, 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20 중량%, 바람직하게는 적어도 약 30 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 바람직하게는 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 더 바람직하게는 약 35 중량% 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 55 중량%의 알루미나 시멘트, 및 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 5 중량%, 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 황산칼슘, 바람직하게는 황산칼슘 반수화물을 포함한다. 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템의 바람직한 대체 실시양태에서, 성분 A의 CaSO4/CAC의 비는 35:65 이하여야 한다.
본 발명에 따른 성분 A에 포함되는 블로킹제는 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 인산 또는 메타인산이며, 가장 바람직하게는 인산이고, 특히 인산의 85% 수용액이다. 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.4 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 블로킹제를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량% 내지 약 10 중량%의, 인산의 85% 수용액을 포함한다. 바람직하게는, 수경성 바인더 총 중량에 대한 알루미나 시멘트 및/또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트의 양(중량 기준)은 하기 값: 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% 중 임의의 것보다 높거나 100%이다.
본 발명에 따른 성분 A에 포함되는 가소제는 저분자량 (LMW) 폴리아크릴산 폴리머, 폴리포스포네이트 폴리옥스 및 폴리카보네이트 폴리옥스의 패밀리 유래의 초가소제, 및 폴리카복실레이트 에테르 그룹 유래의 에타크릴 초가소제, 및 이들의 혼합물, 예를 들면 EthacrylTM G (Coatex, Arkema Group, 프랑스), AcumerTM 1051 (Rohm and Haas, 영국), 또는 Sika® ViscoCrete®-20 HE (Sika, 독일)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 적합한 가소제는 상업적으로 입수 가능한 제품이다. 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.2 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.4 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 약 0.2 중량% 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.4 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 상기 가소제를 포함한다.
유리한 실시양태에서, 성분 A는 하기 특징들을 단독으로 또는 조합하여 추가로 포함한다.
성분 A는 증점제를 부가적으로 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 증점제는 유기물 제품, 예컨대 잔탄검, 웰란검 또는 DIUTAN® 검(CPKelko, 미국), 전분 유래 에테르, 구아 유래 에테르, 폴리아크릴아미드, 카라지난, 아가 아가, 및 무기물 제품, 예컨대 점토, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 적합한 증점제는 상업적으로 입수 가능한 제품이다. 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.2 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 더 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 1 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 0.7 중량%의 상기 증점제를 포함한다.
성분 A는 항균제 또는 살생물제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 항균제 또는 살생물제는 이소티아졸리논 패밀리의 화합물, 예컨대 메틸이소티아졸리논(MIT), 옥틸이소티아졸리논(OIT) 및 벤조이소티아졸리논(BIT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 적합한 항균제 또는 살생물제는 상업적으로 입수 가능한 제품이다. Ecocide K35R(Progiven, 프랑스) 및 Nuosept OB 03(Ashland, 네덜란드)이 예시적으로 언급된다. 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.001 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.005 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.01 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.015 중량%, 약 0.001 중량% 내지 약 1.5 중량%, 바람직하게는 약 0.005 중량% 내지 약 0.1 중량%, 더 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 0.075 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.015 중량% 내지 약 0.03 중량%의 상기 항균제 또는 살생물제를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 약 0.015 중량% 내지 약 0.03 중량%의 Nuosept OB 03을 포함한다.
대체 실시양태에서, 성분 A는 적어도 하나의 충전제, 특히 유기물 또는 무기물 충전제를 포함한다. 본 발명에 사용될 수 있는 충전제는 석영 파우더, 바람직하게는 약 16 ㎛의 평균 그레인 사이즈(d50%)를 갖는 석영 파우더, 석영 모래, 점토, 플라이 애시, 흄드 실리카, 카보네이트 화합물, 안료, 산화티타늄, 경량(light) 충전제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
적합한 무기물 충전제는 상업적으로 입수 가능한 제품이다. 석영 파우더 Millisil W12 또는 W6 (Quarzwerke GmbH, 독일)이 예시적으로 언급된다. 성분 A는 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 2 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 8 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 8 중량% 내지 약 20 중량%의 상기 적어도 하나의 충전제를 포함한다.
성분 A에 포함되는 물 함량은 성분 A의 총 중량을 기준으로 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%이다.
가소제, 증점제뿐만 아니라 항균제 또는 살생물제의 존재는 시멘트질 성분 A의 전체 무기 성질을 변화시키지 않는다.
알루미나 시멘트 또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함하는 성분 A는 수상으로, 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 존재한다.
본 발명의 성분 B는 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물 충전제 및 물을 포함한다. 충분한 프로세싱 시간을 보장하여, 초결 시간이 적어도 5분 또는 그 이상이도록 하기 위해, 모르타르 조성물의 미숙한 경화를 방지하는 적어도 하나의 지연제가 개시제 성분 이외에 별개의 농도로 사용된다.
성분 B에 존재하는 개시제는 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염의 혼합물을 포함하는 활성제 성분 및 촉진제 성분으로 구성된다.
특히, 활성제 성분은 히드록시드, 클로라이드, 설페이트, 포스페이트, 일수소 포스페이트, 이수소 포스페이트, 나이트레이트, 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염으로 구성되고, 바람직하게는 활성제 성분은 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염이며, 더 바람직하게는 칼슘 금속염, 예컨대 수산화칼슘, 황산칼슘, 탄산칼슘 또는 인산칼슘, 나트륨 금속염, 예컨대 수산화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨 또는 인산나트륨, 또는 리튬 금속염, 예컨대 수산화리튬, 황산리튬, 탄산리튬 또는 인산리튬이고, 가장 바람직하게는 수산화리튬이다. 일 바람직한 실시양태에서 성분 B에 사용되는 수산화리튬은 수산화리튬의 10% 수용액이다.
성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.02 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량%, 바람직하게는 약 0.02 중량% 내지 약 35 중량%, 더 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 25 중량%의 상기 활성제를 포함한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 활성제는 물과 수산화리튬으로 구성된다. 성분 B에 포함되는 물의 함량은 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 30 중량%이다. 성분 B에 포함되는 수산화리튬 함량은 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 1.0 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1.5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 더 바람직하게는 약 1.0 중량% 내지 약 3 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.5 중량% 내지 약 2.5 중량%이다. 가장 바람직한 실시양태에서, 성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 약 2.0 중량% 내지 약 20 중량%의, 수산화리튬의 10% 수용액을 포함한다.
촉진제 성분은 히드록시드, 클로라이드, 설페이트, 포스페이트, 일수소 포스페이트, 이수소 포스페이트, 나이트레이트, 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염으로 구성되고, 바람직하게는 촉진제 성분은 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염이고, 더 바람직하게는 수용성 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염이며, 더 바람직하게는 칼슘 금속염, 예컨대 수산화칼슘, 황산칼슘, 탄산칼슘, 염화칼슘, 포름산칼슘 또는 인산칼슘, 나트륨 금속염, 예컨대 수산화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 염화나트륨, 포름산나트륨 또는 인산나트륨, 또는 리튬 금속염, 예컨대 수산화리튬, 황산리튬, 황산리튬 일수화물, 탄산리튬, 염화리튬, 포름산리튬 또는 인산리튬이고, 가장 바람직하게는 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물이다. 성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1.0 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 20 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.0 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 촉진제를 포함한다.
본 발명의 성분 B의 특히 바람직한 실시양태에서, 수산화리튬의 10% 수용액/황산리튬 또는 황산리튬 일수화물의 비는 7/1 또는 6/1이다.
본 발명에 따른 성분 B에 포함되는 적어도 하나의 지연제는 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 시트르산과 타르타르산의 혼합물이다. 성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.2 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 1.0 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.0 중량% 내지 약 10 중량%의 상기 지연제를 포함한다.
본 발명의 성분 B의 특히 바람직한 실시양태에서, 시트르산/타르타르산의 비는 1.6/1이다.
본 발명에 따른 성분 B에 포함되는 적어도 하나의 무기물 충전제는 석회석 충전제, 모래, 부순돌, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 석회석 충전제, 예컨대 각종 탄산칼슘이 바람직하다. 적어도 하나의 무기물 충전제는 바람직하게는 석회석 충전제 또는 석영 충전제, 예컨대 석영 파우더 Millisil W12 또는 W6 (Quarzwerke GmbH, 독일) 및 석영 모래로 이루어진 군으로부터 선택된다. 성분 B의 적어도 하나의 무기물 충전제는 가장 바람직하게는 탄산칼슘 또는 탄산칼슘들의 혼합물이다. 성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 30 중량%, 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 50 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 70 중량%, 약 30 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 35 중량% 내지 약 90 중량%, 더 바람직하게는 약 40 중량% 내지 약 85 중량%, 더 바람직하게는 약 45 중량% 내지 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 75 중량%의 적어도 하나의 무기물 충전제를 포함한다. 적어도 하나의 무기물 충전제는 알루미나 시멘트의 입자 크기에 상보적인 입자 크기를 얻도록 선택된다.
적어도 하나의 무기물 충전제는 평균 입자 크기가 500 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 400 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 350 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 성분 B에 포함되는 적어도 하나의 무기물 충전제는 3가지 상이한 탄산칼슘, 즉 탄산칼슘 미분(fines), 예컨대 상이한 Omyacarb® 타입(Omya International AG, 독일)의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 제1 탄산칼슘은 약 3.2 ㎛의 평균 입자 크기(d50%) 및 45 ㎛ 체상에서 0.05%의 잔사(ISO 787/7에 따라 측정)를 갖는다. 제2 탄산칼슘은 약 7.3 ㎛의 평균 입자 크기(d50%) 및 140 ㎛ 체상에서 0.5%의 잔사(ISO 787/7에 따라 측정)를 갖는다. 제3 탄산칼슘은 약 83 ㎛의 평균 입자 크기(d50%) 및 315 ㎛ 체상에서 1.0%의 잔사(ISO 787/7에 따라 측정)를 갖는다. 본 발명의 성분 B의 특히 바람직한 실시양태에서, 제1 탄산칼슘/제2 탄산칼슘/제3 탄산칼슘의 비는 1/1.5/2 또는 1/1.4/2.2이다.
본 발명의 특히 바람직한 대체 실시양태에서, 성분 B에 포함되는 적어도 하나의 무기물 충전제는 3가지 상이한 석영 충전제의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 제1 석영 충전제는 약 240 ㎛의 평균 입자 크기(d50%)를 갖는 석영 모래이다. 제2 석영 충전제는 약 40 ㎛의 평균 결정립 크기(d50%)를 갖는 석영 파우더이다. 제3 석영 충전제는 약 15 ㎛의 평균 결정립 크기(d50%)를 갖는 석영 파우더이다. 본 발명의 성분 B의 특히 바람직한 실시양태에서, 제1 석영 충전제/제2 석영 충전제/제3 석영 충전제의 비는 3/2/1이다.
유리한 실시양태에서, 성분 B는 하기 특성을 단독으로 또는 조합하여 추가로 포함한다.
성분 B는 부가적으로 증점제를 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 증점제는 벤토나이트, 이산화규소, 석영, 아크릴레이트 베이스의 증점제, 예컨대 알칼리-가용성 또는 알칼리-팽윤성 에멀젼, 흄드 실리카, 점토 및 티타네이트 킬레이트화제로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 폴리비닐 알콜(PVA), 소수성 개질된 알칼리 가용성 에멀젼(HASE), HEUR로서 업계에 공지된 소수성 개질된 에틸렌 옥시드 우레탄 폴리머, 및 셀룰로스 증점제 예컨대 히드록시메틸 셀룰로스(HMC), 히드록시에틸 셀룰로스(HEC), 소수성 개질된 히드록시 에틸 셀룰로스(HMHEC), 나트륨 카복시메틸 셀룰로스(SCMC), 나트륨 카복시메틸 2-히드록시에틸 셀룰로스, 2-히드록시프로필 메틸 셀룰로스, 2-히드록시에틸 메틸 셀룰로스, 2-히드록시부틸 메틸 셀룰로스, 2-히드록시에틸 에틸 셀룰로스, 2-히드록시프로필 셀룰로스, 아타풀자이트 점토, 및 이들의 혼합물이 예시적으로 언급된다. 적합한 증점제는 상업적으로 입수 가능한 제품, 예컨대 Optigel WX (BYK-Chemie GmbH, 독일), Rheolate 1 (Elementis GmbH, 독일) 및 Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company)이다. 성분 B는 성분 B의 총 중량을 기준으로 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.3 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 15 중량%, 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 1 중량%의 상기 증점제를 포함한다.
지연제 및 증점제의 존재는 시멘트질 성분 B의 전체 무기 성질을 변화시키지 않는다.
개시제 및 지연제를 포함하는 성분 B는 수상으로, 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 존재한다.
성분 B의 pH 값은 10을 초과하고, 더 바람직하게는 11을 초과하고 가장 바람직하게는 12를 초과하고, 특히 10 내지 14, 바람직하게는 11 내지 13의 범위인 것이 바람직하다.
두 성분, 즉 성분 A 및 성분 B에서 물의 비율은, 성분 A 및 B를 혼합하여 얻어진 생성물에서 물의 알루미나 시멘트에 대한 비(W/CAC) 또는 물의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트에 대한 비(W/CAS)가 1.5보다 낮고, 바람직하게는 0.3 내지 1.2이며, 가장 바람직하게는 0.4 내지 1.0 이도록 선택되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 성분 B에서 리튬의 비율은 성분 A 및 B를 혼합하여 얻어진 생성물에서 리튬의 알루미나 시멘트에 대한 비(Li/CAC) 및 리튬의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트에 대한 비(Li/CAS)가 0.05보다 낮고, 바람직하게는 0.001 내지 0.05이며, 가장 바람직하게는 0.005 내지 0.01 이도록 선택되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 성분 B에서 지연제의 비율은 성분 A 및 B를 혼합하여 얻어진 생성물에서 시트르산/타르타르산의 알루미나 시멘트에 대한 비 및 시트르산/타르타르산의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트에 대한 비가 0.5 미만이고, 바람직하게는 0.01 내지 0.4이며, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.2이도록 선택되는 것이 특히 바람직하다.
가장 바람직한 실시양태에서, 성분 A는 하기 성분을 포함하거나 그러한 성분으로 이루어진다:
70 내지 80 중량%의 알루미나 시멘트, 대안으로 40 내지 60 중량%의 알루미나 시멘트 및 15 내지 25 중량%의 황산칼슘,
0.5 내지 1.5 중량%의 인산,
0.5 내지 1.5 중량%의 가소제,
0.001 내지 0.05 중량%의 항미생물제 또는 살생물제,
임의적으로 5 내지 20 중량%의 무기물 충전제, 및
15 내지 25 중량%의 물.
바람직한 실시양태에서, 성분 B는 하기 성분을 포함하거나 그러한 성분으로 이루어진다:
0.1 중량% 내지 4 중량%의 수산화리튬,
0.1 중량% 내지 5 중량%의 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물,
0.05 중량% 내지 5 중량%의 시트르산,
0.05 중량% 내지 4 중량%의 타르타르산,
35 중량% 내지 45 중량%의 제1 무기물 충전제,
15 중량% 내지 25 중량%의 제2 무기물 충전제,
10 중량% 내지 20 중량%의 제3 무기물 충전제,
0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
15 중량% 내지 25 중량%의 물.
가장 바람직한 실시양태에서, 성분 B는 하기 성분을 포함하거나 그러한 성분으로 이루어진다:
1.5 중량% 내지 2.5 중량%의 수산화리튬,
1 중량% 내지 4 중량%의 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물,
1 중량% 내지 3 중량%의 시트르산,
0.5 중량% 내지 2 중량%의 타르타르산,
35 중량% 내지 45 중량%의 제1 무기물 충전제,
15 중량% 내지 25 중량%의 제2 무기물 충전제,
10 중량% 내지 20 중량%의 제3 무기물 충전제,
0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
15 중량% 내지 25 중량%의 물.
가장 바람직한 대체 실시양태에서, 성분 B는 하기 성분을 포함하거나 그러한 성분으로 이루어진다:
3 중량% 내지 4 중량%의 수산화리튬,
1 중량% 내지 10 중량%의 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물,
1 중량% 내지 5 중량%의 시트르산,
1 중량% 내지 3 중량%의 타르타르산,
25 중량% 내지 35 중량%의 제1 무기물 충전제,
15 중량% 내지 25 중량%의 제2 무기물 충전제,
10 중량% 내지 20 중량%의 제3 무기물 충전제,
0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
30 중량% 내지 40 중량%의 물.
또 다른 가장 바람직한 실시양태에서, 성분 B는 하기 성분을 포함하거나 그러한 성분으로 이루어진다:
0.2 중량% 내지 1.5 중량%의 수산화리튬,
0.1 중량% 내지 1.0 중량%의 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물,
0.1 중량% 내지 1.0 중량%의 시트르산,
0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 타르타르산,
35 중량% 내지 45 중량%의 제1 무기물 충전제,
15 중량% 내지 25 중량%의 제2 무기물 충전제,
10 중량% 내지 20 중량%의 제3 무기물 충전제,
0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
15 중량% 내지 25 중량%의 물.
본 발명의 성분 A는 하기와 같이 제조될 수 있다: 형광체 함유 블로킹제를 물과 혼합하여, 얻어진 혼합물의 pH 값이 약 2가 되도록 한다. 가소제를 첨가하고 혼합물을 균질화한다. 알루미나 시멘트, 임의적으로 황산칼슘, 및 임의적으로 무기물 충전제를 미리 혼합하고 교반 속도를 증가시키면서 단계적으로 혼합물에 첨가하여, 얻어진 혼합물의 pH 값이 약 4가 되도록 한다. 마지막으로, 증점제 및 항균/살생물제를 첨가하고 혼합물의 완전한 균질화까지 혼합한다.
본 발명의 성분 B는 하기와 같이 제조될 수 있다: 촉진제를 활성제의 수용액에 용해시킨 다음, 지연제의 후속 첨가 및 혼합물의 균질화를 실시한다. 혼합물이 균질화될 때까지 교반 속도를 증가시키면서 충전제(들)를 단계적으로 첨가한다. 마지막으로, 혼합물의 완전한 균질화까지 증점제를 첨가한다.
성분 A 및 B는 수상으로, 바람직하게는 슬러리 또는 페이스트의 형태로 존재한다. 특히, 성분 A 및 B는 각각의 조성에 따라 페이스트형 내지 유체형의 양태를 갖는다. 일 바람직한 실시양태에서, 성분 A 및 성분 B는 페이스트 형태이며 이에 따라 두 성분의 혼합시 새깅(sagging)을 방지한다.
성분 A와 성분 B 간의 중량 비(A/B)는 바람직하게는 7/1과 1/3 사이에 포함되며, 바람직하게는 3/1이다. 바람직하게는, 혼합물의 조성은 75 중량%의 성분 A 및 25 중량%의 성분 B를 포함한다. 대체 실시양태에서, 혼합물의 조성은 25 중량%의 성분 A 및 75 중량%의 성분 B를 포함한다.
2-성분 시스템은 무기 성질이며, 다른 제제의 추가 증점제의 존재에 의해 영향을 받지 않는다.
2-성분 시스템의 저장 수명은 각각의 성분의 개개의 저장 수명에 좌우되며, 특히 성분 A와 성분 B는 저장 및 공급 지연으로부터 시스템을 보호하기 위해 주위 온도에서 적어도 6개월의 저장 수명을 갖는다. 가장 바람직하게는, 성분 A 및 B는 적어도 6개월 동안 개별적으로 안정하다. 성분 A 및 B는 40℃에서 물의 증발을 피하기 위해 타이트하게 밀폐된 용기에 보관되고 유동성, 균질성, 침강 여부 및 pH 값의 변화에 대해 여러 시간 간격으로 체크되었다. 모든 성분의 특성은 6개월 후에도 영향을 받지 않았으며, 따라서 저장 수명은 40℃에서 최소 6개월이다.
2-성분 모르타르 시스템은 두 성분 A 및 B의 혼합 후 초결 시간이 적어도 5분, 바람직하게는 적어도 10분, 더 바람직하게는 적어도 15분, 가장 바람직하게는 적어도 20분, 특히 약 5 내지 25분의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 20분의 범위인 것이 바람직하다.
다-성분 모르타르 시스템, 특히 2-성분 모르타르 시스템에서, 시멘트질 성분 A 대 개시제 성분 B의 부피 비는 1:1 내지 7:1, 바람직하게는 3:1이다. 대체 실시양태에서, 시멘트질 성분 A 대 개시제 성분 B의 부피 비는 1:3 내지 1:2이다.
별도로 제조된 후, 성분 A 및 성분 B는 별도 용기에 도입되고, 여기서 이들은 기계적 디바이스에 의해 토출되고 혼합 디바이스를 통해 가이드된다. 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템은 바람직하게는 즉시 사용 가능한 시스템이며, 이에 의해 성분 A 및 B는 멀티-챔버 디바이스, 예컨대 멀티-챔버 카트리지 및/또는 멀티-챔버 실린더에서 또는 2-성분 캡슐에서, 바람직하게는 2-챔버 카트리지에서 또는 2-성분 캡슐에서 서로 별도로 마련된다. 멀티-챔버 시스템은 바람직하게는 경화성 성분 A 및 개시제 성분 B를 분리하기 위해 2 이상의 호일 백을 포함한다. 혼합 디바이스에 의해, 바람직하게는 스태틱 믹서를 통해 함께 혼합되는 챔버 또는 백의 내용물은 보어홀 내에 주입될 수 있다. 다중 챔버 카트리지 또는 페일 또는 버킷 세트에서의 조립도 가능하다.
스태틱 믹서에서 나오는 경화 알루미나 시멘트 조성물은 보어홀에 직접 삽입되며, 이는 앵커링 수단을 고착시키는데 필요하며, 앵커링 수단의 화학적 고착 동안 무기물 표면에 초기에 도입되고, 거기에 고착될 구성 요소, 예를 들어 앵커 로드가 삽입되고 조절되며, 거기에 모르타르 조성물이 응결되고 경화된다. 특히, 본 발명의 2-성분 시스템은 금속 요소를 고착시키기 위한 화학적 앵커로서 간주될 수 있다.
이론에 구속됨이 없이, 성분 A에 존재하는 블로킹제는 물에서 칼슘 알루미네이트(들)의 가용화를 억제하며, 이에 따라 혼합물의 경화를 유도하는 시멘트 수화를 중단시킨다. 개시제 성분 B를 첨가하면, pH 값이 변화하고 시멘트질 성분 A가 탈블로킹되며 칼슘 알루미네이트(들)의 수화 반응이 해방된다. 이러한 수화 반응은 알칼리 금속염, 특히 리튬 염의 존재에 의해 촉매되고 가속되기 때문에, 이는 5분보다 짧은 초결 시간을 갖는다. 빠른 경화 시간(초결 시간)을 지연시키기 위해, 본 발명에 따른 성분 B에 포함되는 적어도 하나의 지연제는 두 성분 A 및 B의 혼합 후 적어도 5분, 바람직하게는 적어도 10분, 더 바람직하게는 적어도 15분, 가장 바람직하게는 적어도 20분, 특히 약 5 내지 25분 범위, 바람직하게는 약 10 내지 20분 범위의 초결 시간을 달성하도록 선택되는 것이 바람직하다.
특히 성분 B에서 무기물 충전제의 역할은 장기간 내구성뿐만 아니라 기계적 강도 및 성능과 관련한 최종 성능을 조절하는데 있다. 충전제를 최적화함으로써, 알루미나 시멘트의 효율적이면서 빠른 수화를 허용하는 물/알루미나 시멘트 비를 최적화할 수 있다.
본 발명의 2-성분 모르타르 시스템은 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소, 예컨대 앵커 로드, 특히 나사형 로드, 볼트, 보강 철근 따위를 무기물 표면, 예컨대 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물 내에 화학적 고착을 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템은 보어홀에서 앵커링 수단, 예컨대 금속 요소의 화학적 고착을 위해 사용될 수 있다. 이는 실온보다 높은 온도 또는 80℃를 넘는 고온에서 하중(load) 용량의 증가를 포함하고/거나 경화된 상태에서 결합 응력의 증가를 포함하는 앵커링 목적을 위해 사용될 수 있다. 증가된 온도 저항은 강한 햇빛 또는 다른 고온에 노출된 파사드 앵커리지의 보어홀 영역에 존재하는 온도와 같은 고온에서도 앵커링 목적을 위한 보다 우수한 작동 능력을 제공한다.
또한, 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템은 섬유, 스크림, 패브릭 또는 복합물, 특히 고-모듈러스 섬유, 바람직하게는 탄소 섬유의 부착을 위해, 특히 빌딩 구조물, 예를 들면 벽 또는 천정 또는 바닥의 보강을 위해, 또는 추가로 빌딩 또는 구조 요소 상에서 예를 들어 스톤, 유리 또는 플라스틱으로 만든 플레이트 또는 블록과 같은 컴포넌트를 마운팅하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 특히 이것은 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물과 같은 무기물 표면에서 리세스, 예컨대 보어홀 내에 앵커링 수단, 바람직하게는 금속 요소, 예컨대 앵커 로드, 특히 나사형 로드, 볼트, 보강 철근 따위를 고착시키는데 사용되며, 이에 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템의 성분은, 예를 들면 스태틱 믹서에 의해 또는 카트리지 또는 플라스틱 백을 파괴함으로써, 또는 멀티-챔버 페일 또는 버킷 세트의 성분들을 혼합함으로써 사전 혼합된다.
하기 실시예는 본 발명을 제한함이 없이 이를 설명한다.
실시예
1. 성분 A 및 성분 B의 제조
비교예 1 및 본 발명예 2-4의 시멘트질 성분 A 및 개시제 성분 B는 각각 표 1 및 2에 제시된 구성분을 혼합함으로써 초기에 제조된다. 주어진 비율은 중량%로 표시된다.
성분 A에 대한 전형적인 혼합 프로토콜은 하기와 같다: 필요한 양의 물을 칭량하고, 물을 혼합 보울에 도입하며 pH 값 약 2가 얻어질 때까지 교반하에 인산을 여기에 서서히 첨가하고; 가소제를 첨가하고 100 내지 200 rpm에서 2분간 균질화하며; 큰 버킷에서 Ternal White® 및 충전제를 미리 혼합하고 덩어리 형성을 방지하기 위해 200 rpm에서 서서히 교반하면서 이 혼합물을 단계적으로 첨가하고, 교반 속도를 4000 rpm으로 증가시키며; 얻어진 pH 값은 약 4이고; 증점제 및 마지막으로 항균제 또는 살생물제를 서서히 첨가하고 5000 rpm에서 5분간 이를 균질화한다.
표 1: 성분 A의 조성
실시예
화합물 기능 A1 A2 A3
탈이온수 19.78 19.98 20.00
인산 85% 블로킹제 0.90 0.91 0.9
Ternal White 알루미네이트 시멘트 70.00 77.80 40.50
CaSO4 반수화물 에트린자이트 형성제 - - 17.3
Millisil W12 충전제 8.00 - 20.00
AcumerTM 1051 가소제 1.00 1.01 1.00
잔탄검 증점제 0.30 0.30 0.30
Nuosept OB 03 살생물제 0.02 0.02 0.02
인산 85%, 독일 Sigma-Aldrich Chemie GmbH에서 시판
Ternal White®, 프랑스 Kerneos S.A.에서 시판
CaSO4 반수화물, Prestia Selecta, 프랑스 Lafarge Platres에서 시판
Millisil W12, 독일 Quarzwerke Frechen에서 시판
AcumerTM 1051, 영국 Rohm and Haas Europe에서 시판
잔탄검, 독일 Colltec GmbH & CO. KG에서 시판
Nuosept OB 03, 네덜란드 Ashland Nederland B.V.에서 시판
성분 B에 대한 전형적인 혼합 프로토콜은 하기와 같다: 황산리튬을 수산화리튬의 10% 수용액에 용해시킨 다음 이 혼합물에 카복실산을 용해시키고 500 rpm에서 적어도 30분간 이를 완전히 균질화시키며; 5분에 걸쳐 교반 속도를 2000 rpm으로 증가시키면서 충전제 또는 충전제 혼합물을 단계적으로 첨가하고 2000 rpm에서 약 10분간 이의 균질화를 계속하며; 최종적으로 교반하면서 증점제를 첨가하고, 3분에 걸쳐 교반 속도를 2500 rpm으로 증가시키고; 최종적으로 5분간 균질화를 지속한다.
표 2: 성분 B의 조성
비교예 본 발명예
화합물 기능 B1 B2 B3 B4
LiOH 10% (물) 활성제 20.14 19.59 33.54 19.60
Li2SO4 촉진제 2.37 2.66 4.57 2.66
시트르산 지연제 - 1.64 2.81 1.64
타르타르산 지연제 - 1.02 1.75 1.02
충전제 1 충전제 36.771 35.781 27.221 44.934
충전제 2 충전제 23.262 22.532 17.142 19.475
충전제 3 충전제 17.003 16.543 12.583 10.486
Optigel WX 증점제 0.20 0.20 0.35 0.20
LiOH 10% (물), 독일 Bern Kraft GmbH에서 시판
Li2SO4, 독일 Sigma-Aldrich Chemie GmbH에서 시판
시트르산, 독일 Sigma-Aldrich Chemie GmbH에서 시판
타르타르산, 독일 Sigma-Aldrich Chemie GmbH에서 시판
1Omyacarb 130-AI, 독일 Omya International AG에서 시판
2Omyacarb 15-H AI, 독일 Omya International AG에서 시판
3Omyacarb 2-AI, 독일 Omya International AG에서 시판
4Quarzsand F32, 독일 Quarzwerke GmbH에서 시판
5Millisil W6, 독일 Quarzwerke GmbH에서 시판
6Millisil W12, 독일 Quarzwerke GmbH에서 시판
Optigel WX, 독일 Rockwood Clay Additives GmbH에서 시판
2. 기계적 성능의 결정
별도 제조 후, 시멘트질 성분 A 및 개시제 성분 B를 스피드 믹서에서 3:1의 부피 비로 혼합하고 이를 14 또는 16 mm의 직경을 갖는 콘크리트 C20/25에서 준비된 보어홀 내에 도입한다. 보어홀은 해머 드릴링 또는 다이아몬드 코어링에 의해 만들어졌다.
경화된 모르타르 조성물의 하중 값은, 다르게 조건설정된 콘크리트 C20/25에서, 72 또는 60 mm의 앵커링 깊이를 갖는 M12 나사형 앵커 로드를, 14 또는 16 mm의 직경을 갖는 보어홀 내에 도입함으로써 결정된다 (표 3).
표 3: 시험된 콘크리트 C20/25의 조건
샘플 번호 콘크리트 조건 보어홀 직경 , mm
1 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 실온 14, 해머 드릴링
2 물-포화된 콘크리트, 분진 50% 제거됨, 실온 14, 해머 드릴링
3 드라이 콘크리트, 분진 50% 제거됨, 실온 14, 해머 드릴링
4 물-포화된 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 실온 14, 해머 드릴링
5 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 실온 16, 해머 드릴링
6 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 설치, 경화 및 -5℃에서 풀-아웃 14, 해머 드릴링
7 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 설치, 경화 및 5℃에서 풀-아웃 14, 해머 드릴링
8 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 설치, 경화 및 40℃에서 풀-아웃 14, 해머 드릴링
9 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 24시간 후 80℃까지 가열, 24시간 후 80℃에서 풀-아웃 14, 해머 드릴링
10 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 24시간 후 120℃까지 가열, 24시간 후 120℃에서 풀-아웃 14, 해머 드릴링
11 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 3일 후 250℃까지 가열, 3일 후 250℃에서 풀-아웃 매입 깊이 60 mm를 갖는 짧은 보강 바
12 웨트 보어홀, 실온, 완전히 세정된 보어홀 14,수세와 함께하는 다이아몬드 코어링
13 웨트 보어홀, 실온, 절반이 세정된 보어홀 14,수세와 함께하는 다이아몬드 코어링
14 드라이 콘크리트, 분진 완전 제거됨, 실온 매입 깊이 60 mm를 갖는 짧은 보강 바
평균 파손 하중은 수압 공구를 사용하여 고강도 스틸 로드를 사용하여 단단히 지지된 나사형 앵커 로드를 중앙에서 풀아웃시켜(잡아당겨) 결정된다. 3개의 나사형 앵커 로드를 각 경우에 제 위치에 맞추고 24시간 동안 경화시킨 후 하중 값을 평균값으로 결정한다. 최종 파손 하중은 결합 강도로 계산되며 표 4에서 N/㎟ 단위로 제공된다.
표 4: 결합 강도, N/㎟
비교예 본 발명예
(성분 A 및 B의 혼합물)
실시예 번호 1 2 3 4 5 6
샘플 번호 A2 + B1 A1 + B2 A2 + B2 A3 + B3 A2 + B4 A1 + B4
1 c.n.b.d. 14.6 14.6 11.2 15.4 13.9
2 c.n.b.d. 12.3 13.7 16.5 12.8 n.d.
3 c.n.b.d. 13.1 13.5 10.4 11.8 n.d.
4 c.n.b.d. 13.1 13.7 16.4 13.2 n.d.
5 c.n.b.d. n.d. 11.2 9.0 n.d. n.d.
6 c.n.b.d. n.d. 9.7 4.4 n.d. n.d.
7 c.n.b.d. n.d. 13.1 12.0 n.d. n.d.
8 c.n.b.d. n.d. 14.0 13.8 n.d. n.d.
9 c.n.b.d. n.d. 21.3 20.2 n.d. n.d.
10 c.n.b.d. n.d. 21.6 21.4 n.d. n.d.
11 c.n.b.d. 9.5 9.7 n.d. n.d. n.d.
12 c.n.b.d. n.d. 11.9 13.7 n.d. n.d.
13 c.n.b.d. n.d. 10.0 16.3 n.d. n.d.
14 c.n.b.d. 8.9 8.9 7.0 n.d. n.d.
c.n.b.d. = 결정될 수 없었음
n.d. = 결정 안됨
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 시스템은 모두 24시간 경화 후 상당한 결합 강도, 특히 고온에서 기계적 성능을 나타낸다. 유기 산을 함유하지 않은 비교 시스템은 5분 미만의 초결 시간을 가졌으며, 불충분한 취급 시간으로 인해, 보어홀 내에 도입될 수 없고 금속 요소도 그 안에 앵커링될 수 없었다. 나아가, 유기 수지를 기초로 하는 주입 모르타르와 비교해서, 고온에서의 이들의 결합 강도는 250℃에서 하중 값의 상당한, 허용 불가능한 감소를 나타내는데, 종종 유기 시스템에서 0에 가까운 반면, 본 발명예는 결합 강도가 증가한다. 또한, 에트린자이트 타입 슬러리는 물의 존재하에, 그리고 다이아몬드 드릴된 홀에서 특히 우수한 성능을 나타낸다.
3. 경화 시간에 따른 기계적 성능의 결정
성분 A1 및 A2 각각을 B1 및 B2 각각과 3:1의 비로 혼합하고 드라이 콘크리트 C20/25에서 14 mm 보어홀에서 (분진 완전 제거됨) 60 mm의 매입 깊이를 갖는 보강 바와 함께 경화시키고, 실온에서 다양한 시간 간격 후에 수압 공구를 사용하여 잡아당긴다.
표 5: 결합 강도, N/㎟
시간 간격
실시예 번호 24시간 4일 1주 2주 4주
1 (비교예) c.n.b.d. c.n.b.d. c.n.b.d. c.n.b.d. c.n.b.d.
2 (본 발명예) 6.9 7.3 8.1 10.0 12.2
3 (본 발명예) 7.4 8.1 8.3 10.5 12.1
표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 현저한 후-경화 효과가 있으며; 초기 값은 한달 후에 거의 2배가 된다.
앞서 제시한 바와 같이, 본 발명의 2-성분 모르타르 시스템은 유기물 시스템에 필적하는 경화 속도 및 기계적 강도를 제공하지만, 이의 실질적으로 무기물 조성물은 종래 기술의 공지된 시스템보다 훨씬 더 독성이 적고 환경 오염이 거의 없으며, 보다 비용 효과적인 생산을 가능하게 한다.

Claims (15)

  1. 경화성 수상 알루미나 시멘트 성분 A 및 경화 공정을 개시하기 위한 수상의 개시제 성분 B를 포함하고, 성분 A가 인산, 메타인산, 아인산 및 포스폰산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 블로킹제, 적어도 하나의 가소제 및 물을 더 포함하고, 성분 B가 개시제, 적어도 하나의 지연제, 적어도 하나의 무기물 충전제 및 물을 포함하는 2-성분 모르타르 시스템으로서,
    i) 개시제가 알칼리 금속염 및/또는 알칼리 토금속염의 혼합물을 포함하고,
    ii) 적어도 하나의 지연제가 시트르산, 타르타르산, 락트산, 살리실산, 글루콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    iii) 적어도 하나의 무기물 충전제가 석회석 충전제, 모래, 커런덤, 돌로마이트, 알칼리 내성 유리, 부순돌, 자갈, 조약돌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 개시제가 리튬 금속염의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 지연제가 시트르산, 타르타르산 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 무기물 충전제가 500 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 무기물 충전제가 석회석 충전제 또는 석회석 충전제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 A 및 B를 혼합하여 얻어진 생성물에서, 물의 알루미나 시멘트에 대한 비(W/CAC) 또는 물의 칼슘 설포알루미네이트 시멘트에 대한 비(W/CAS)가 1.5보다 낮은 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 A 및 성분 B의 저장 수명이 적어도 6개월인 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 A 및 성분 B가 슬러리 또는 페이스트의 형태인 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 2-성분 모르타르 시스템이 적어도 5분의 초결 시간(initial set time)을 갖는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 B의 pH 값이 10을 초과하는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 B가
    0.1 중량% 내지 4 중량%의 수산화리튬,
    0.1 중량% 내지 5 중량%의 황산리튬 또는 황산리튬 일수화물,
    0.05 중량% 내지 5 중량%의 시트르산,
    0.05 중량% 내지 4 중량%의 타르타르산,
    35 중량% 내지 45 중량%의 제1 무기물 충전제,
    15 중량% 내지 25 중량%의 제2 무기물 충전제,
    10 중량% 내지 20 중량%의 제3 무기물 충전제,
    0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 증점제, 및
    15 중량% 내지 25 중량%의 물
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 제1 무기물 충전제, 제2 무기물 충전제 및 제3 무기물 충전제가 3종의 상이한 탄산칼슘 미분인 것을 특징으로 하는 2-성분 모르타르 시스템.
  13. 무기물 표면에서 앵커링 수단의 화학적 고착을 위한 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 2-성분 모르타르 시스템의 용도.
  14. 제13항에 있어서, 앵커링 수단이 앵커 로드, 나사형 앵커 로드, 볼트 또는 보강 철근인 용도.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 무기물 표면이 벽돌, 콘크리트, 투수성 콘크리트 또는 천연석으로 만든 구조물인 용도.
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