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KR940010093B1 - 콘크리이트 첨가 혼합제 기구 및 그의 사용 방법 - Google Patents

콘크리이트 첨가 혼합제 기구 및 그의 사용 방법 Download PDF

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KR940010093B1
KR940010093B1 KR1019900007222A KR900007222A KR940010093B1 KR 940010093 B1 KR940010093 B1 KR 940010093B1 KR 1019900007222 A KR1019900007222 A KR 1019900007222A KR 900007222 A KR900007222 A KR 900007222A KR 940010093 B1 KR940010093 B1 KR 940010093B1
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admixture
container
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concrete
mixture
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에드워즈 잭
스미스 다윗
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프리츠 케미칼 캄파니
가런드 에이. 데이비스
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Abstract

내용 없음.

Description

콘크리트 첨가 혼합제 기구 및 그의 사용방법
본 발명은 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제로 이루어진 콘크리이트 첨가 혼합제 기구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 콘크리이트 첨가 혼합제가 수용성 물질로부터 제조된 용기내에 함유되어 있는 콘크리이트 첨가 혼합제 기구에 관한 것인데, 이 용기와 그 내용물을 습식 콘크리이트 혼합기에 넣어 일정한 시간 교반시킬 경우, 수용성 용기가 용해되어 그 내용물이 습식 혼합기내로 방출된다. 또한, 본 발명은 수용성 용기내에 함유된 사전 계량된 양의 분말화 고체 콘크리이트 혼합제를 습식 혼합기에 도입시키고, 이어서 생성 혼합물을 교반시킴으로써 콘크리이트 성질을 개량하는 방법에 관한 것이기도 하다.
당 업계에 공지된 바와 같이, 첨가 혼합제란 수경성 시멘트, 물, 섬유 강화제 및 골재 이외에 콘크리이트 또는 모르타르의 성분으로서 사용되는 재료를 말하는 것으로서, 혼합 직전이나 또는 혼합중에 뱃치에 첨가한다. 이 혼합제는 콘크리이트가 특정한 목적 또는 경제적 목적에 보다 적합해지도록 콘크리이트의 특성을 개량하기 위하여 사용된다. 즉, 첨가 혼합제를 사용하는 주된 이유는
(1) 콘크리이트의 일부 특성을 다른 수단에 의한 것보다 더욱 효과적으로 만들고,
(2) 후속되는 혼합, 운반, 타설 단계 및 불리한 날씨 또는 교통 조건하에서의 경화 단계 중에 계속적으로 콘크리이트의 품질을 유지하고,
(3) 콘크리이트 작업중에 일어날 수 있는 비상 상태를 극복하고,
(4) 콘크리이트 건설 비용을 절감하기 위한 것이다. 경우에 따라서는 단지 첨가 혼합제를 사용함으로써만 목적하는 결과를 얻을 수 있다. 또한, 첨가 혼합제를 사용하면 보다 경비가 적게 드는 건설 방법이나 설계를 채용할 수 있으므로, 첨가 혼합제의 비용을 상쇄할 수 있다.
예를 들어, 하루분의 전달 작업을 완료한 후에 콘크리이트 혼합기에는 200 내지 600파운드의 시멘트, 모래 또는 자갈이 잔류할 수 있다. 잔류하는 콘크리이트를 혼합기내에서 밤새 방치하게 되면, 콘크리이트가 혼합기의 바닥에 침강하여 경화된다. 그 잔류 물질은 다량의 물로 세척하여 혼합기로부터 제거할 수는 있지만, 세척액의 폐기는 특히 대도시 지역에서는 환경 문제를 야기시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 혼합기내에 잔류하는 콘크리이트가 유체 상태로 남아서 다음 날에도 계속 사용할 수 있도록 응결경화를 지연 또는 억제시키는 것이 소망스럽다. 또한, 이동식 혼합기의 경우, 혼합기를 다른 지역으로 수송하는 동안에 이동식 혼합기 내부의 콘크리이트가 응결경화되는 것을 지연 또는 억제시키는 것이 바람직하다. 구체적인 경우로서, 인구 밀도가 높은 지역에서 교통이 차단되거나 지연되는 특정한 시간 동안, 콘크리이트의 응결을 지연 또는 억제시키는 것이 소망스럽다. 응결 지연용 혼합제를 콘크리이트에 첨가함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 뱃치내에서 사용되는 응결 지연용 혼합제의 양을 변화시킴으로써 콘크리이트의 응결경화를 일정한 시간 동안 지연시킬 수 있다. 사전 계량 또는 사전 측정된 양의 응결 지연용 혼합제를 사용함으로써 응결경화 시간을 지연시키는데 있어서의 정확성을 증가시킬 수 있다.
첨가 혼합제는 작업 현장에서 혼합을 필요로 하는 수용성 고체 또는 분말로서 시판되거나 또는 대량 혼합 공장에서 첨가하여 바로 사용할 수 있는 액체로서 시판되고 있다. 첨가 혼합제의 성공적인 사용은 이들을 제조하고 뱃치화하는 정밀도에 좌우된다. "뱃치화"라는 것은 콘크리이트 또는 모르타르의 뱃치용 성분을 계량 또는 용량으로 측정하여 이것을 혼합기에 도입하는 것을 의미한다. 뱃치화 작업중에 도입되는 첨가 혼합제의 양은 주의깊게 제어되어야 한다. 부정확한 혼합제의 첨가량은 뱃치화하려는 콘크리이트의 특성과 성능에 현저한 악영향을 미칠 수 있으며, 심지어는 첨가 혼합제를 혼입시키는 본래의 목적을 상실하게 만든다. 뱃치에 도입하려는 고체 첨가 혼합제의 양을 측정함에 있어서 정밀도의 필요성은 그 작업에 비교적 소량의 첨가 혼합제가 사용될 때에 특히 절실하게 요구된다.
분말 고체 첨가 혼합제의 경우에는 추가적인 계측 및 계량 장치를 항상 휴대해야 하기 때문에, 특히 현장에서 고체 첨가 혼합제의 필요량을 계량하는 일이 매우 번거롭다. 작업장에서 기지량의 고체 혼합제, 특히 사전 계량되어 부대에 넣어진 고체 혼합제를 습식 혼합기에 가하여, 뱃치화 작업중에 혼합제를 계량할 필요성을 배제할 수 있다면 매우 바람직할 것이다. 사전 계량된 콘크리이트 첨가 혼합제 부대의 사용은 고체 첨가 혼합제의 취급 및 사전 계량시 사람에 의한 실수를 최소화시킬 뿐만 아니라 혼합 공정을 용이하게 해준다. 사전 계량되어 부대에 넣어진 통상적인 첨가 혼합제의 가장 큰 단점은 부대를 개봉하여 혼합기에 넣을 때 비산이 발생하여 첨가 혼합제가 일부 낭비되는 결과를 초래하고 이에 의하여 부정확한 뱃치화가 이루어진다는 점이다.
본 발명은 수용성 용기 및 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제를 갖는 신규한 콘크리이트첨가 혼합제 기구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수용성 물질로부터 제조된 용기내에 고체 또는 분말 콘크리이트 혼합제를 함유하는 콘크리이트 첨가 혼합제 기구에 관한 것인데, 이 용기와 그 내용물을 습식 혼합기에 넣고 일정 시간 교반할 경우, 수용성 용기가 용해되어 혼합제가 습식 혼합기내로 방출된다. 별도의 수불용성 용기를 사용하여 수용성 용기 및 그 내용물인 혼합제를 사용할 때까지 저장 및 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제를 콘크리이트가 함유된 습식 혼합기에 도입시킨 후, 생성 혼합물을 충분한 시간 동안 교반하여 수용성 용기가 용해되어 그 혼합제가 콘크리이트에 첨가되도록 함으로써 콘크리이트의 성질을 개량하는 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은 수용성 용기와 그 내용물이 콘크리이트 습식 혼합기에 용이하게 첨가되어 완전히 용해되도록 사전 측정량의 고체 또는 분말 혼합제를 수용성 용기에 함유된 상태로 제공하는 것이다.
다른 본 발명의 목적은 적어도 약 5 내지 19분간의 교반에 의하여 콘크리이트 혼합물에 쉽게 분산되는 수용성 물질로부터 제조된 용기내에 사전 계량한 양의 혼합제를 제공하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 사전 계량한 양의 고체 또는 분말 혼합제를 수용성 용기에 제공하고, 이 용기를 다시 수불용성 용기내에 유지시켜서 사용할 때까지 수송 및 보관중에 그 용기를 보호하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 기지량의 선택된 형태의 리그노술포네이트를 습식 혼합기에 첨가하여 시멘트 혼합물의 응결경화 속도를 지연시키고 응결경화 속도의 재가속을 위해 어떠한 새로운 혼합제도 필요로 하지 않도록 시멘트의 성질을 개량하기 위한 편리하고도 믿을만한 방법을 제공하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 사전 측정량의 고체 또는 분말 혼합제를 습식 혼합기에 도입시킴으로써 콘크리이트의 성질을 개량하기 위한 경제적이고 편리하며 믿을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 수용성 용기와 이 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제로 이루어진 신규한 기구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 콘크리이트 혼합제가 수용성 물질로부터 제조된 용기내에 함유되어 있어서, 그 용기와 그 내용물을 습식 콘크리이트 혼합기에 첨가하여 일정 시간 교반시킬 경우, 수용성 용기가 용해되어 그 내용물이 습식 혼합기내로 방출될 수 있는 기구에 관한 것이다. 대량 혼합 공장에서 혼합제를 액체 형태로 콘크리이트 혼합물에 첨가하는 통상의 관행과는 대조적으로, 본 발명은 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제를 콘크리이트 혼합물에 첨가하는 것에 관한 것이다. 이 혼합제는 사용되는 혼합제에 따라서 모든 특정한 시간에 대량 혼합 공장이나 작업 현장에서 첨가할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 습식 혼합기는 콘크리이트, 그라우트, 모르타르, 시멘트 페이스트 또는 다른 유사한 혼합물 등의 구성 성분들을 물의 존재하에서 혼련하기 위해 사용되는 기계를 말한다. 습식 혼합기내에 성분들은 첨가된 혼합제와 혼합하여 생성된 콘크리이트의 성질을 개량시킨다. 별도의 수불용성 용기를 사용하여 혼합제를 함유하는 수용성 용기를 수용 및 보호함으로써 수용성 용기가 운송 또는 저장중에 분해 또는 품질이 저하될 염려없이 본 발명의 신규한 기구를 운송 및 저장할 수 있다. 또한, 본 발명은 수용성 용기내에 함유된 고체 또는 분말 혼합제를 콘크리이트가 함유된 습식 혼합기에 도입한 다음, 생성물질을 충분한 시간동안 교반하여 수용성 용기가 용해되어 그 내용물이 습식 혼합기내에 존재하는 콘크리이트의 다른 성분들중에 현탁 또는 용해되도록 함으로써 콘크리이트의 성질을 개량하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 분말화 고체 혼합제가 습식 혼합기에 편리하게, 경제적으로 그리고 정확하게 첨가 또는 분산되도록 해준다.
일부 혼합제들은 새로운 콘크리이트, 모르타르 및 그라우트의 유체 성질을 개질시키기 위하여 사용되는 반면, 다른 것들은 경화된 콘크리이트, 모르타르 및 그라우트를 개량하기 위하여 사용된다. 본 발명에 사용된 각종 혼합제는 다음과 같은 목적을 위하여 콘크리이트, 모르타르 또는 그라우트에 사용될 수 있는 재료이다.
(1) 물 함량을 증가시키지 않고서 작업성을 향상시키거나 동일한 작업성에서 물 함량을 감소시킨다.
(2) 초기 응결경화 시간을 지연시키거나 가속시킨다.
(3) 완성 재료의 침강을 감소 또는 방지하거나 또는 그 재료를 약간 팽창시킨다.
(4) 침출 속도 및/또는 침출능을 개량한다.
(5) 구성 성분의 분결(分結)을 감소시킨다.
(6) 침투 및 펌프적성을 개량한다.
(7) 슬럼프(slump) 손실 속도를 감소시킨다.
(8) 조기 경화중에 열 발생을 지연 또는 감소시킨다.
(9) 초기 단계에서 강도 발현 속도를 가속시킨다.
(10) 완성 재료의 강도(압축 강도, 인장 강도 또는 굴곡 강도)를 증가시킨다.
(11) 결빙 방지용 염의 사용을 포함하여 가혹한 조건의 대기 노출에 대한 내구력 또는 내성을 증가시킨다.
(12) 재료내에서의 물의 모세관 유동을 감소시킨다.
(13) 재료의 액체 투과성을 감소시킨다.
(14) 알칼리와 일부 골재 성분과의 반응에 의해 야기되는 팽창을 제어한다.
(15) 발포 콘크리이트를 제조한다.
(16) 강철 보강 요소에 대한 콘크리이트의 결합력을 증가시킨다.
(17) 오래된 콘크리이트와 새로운 콘크리이트 사이의 결합력을 증가시킨다.
(18) 완성 재료의 내충격성 및 내마모성을 개량한다.
(19) 매립된 금속의 부식을 방지한다.
(20) 유색 콘크리이트 또는 모르타르를 제조한다.
(21) 천연 또는 합성 섬유를 혼입시켜 콘크리이트를 강화시킨다.
콘크리이트 혼합제는 다음과 같은 기능에 의하여 분류된다;
촉진제는 콘크리이트의 응결경화 및 조기 강도발현을 촉진시키는데 사용된다. 이러한 기능을 얻기 위하여 사용될 수 있는 통상의 재료 중 그 일부로서는 염화칼슘, 트리에탄올아민, 티오시안산나트륨, 포름산칼슘, 아질산칼슘 및 질산칼슘을 들 수 있다.
응결 억제용 또는 지연용 혼합제는 콘크리이트의 응결경화 속도를 억제, 지연 또는 감속시키기 위하여 사용된다. 응결 지연제는 콘크리이트의 응결경화시 더운 날씨의 가속 효과를 상쇄시키거나, 곤란한 타설 조건이 발생하거나 작업 현장으로의 운반에 문제가 있거나 특별한 마무리 공정을 위해 시간이 필요한 때에 콘크리이트 또는 그라우트의 초기 응결경화를 지연시키기 위하여 사용된다. 대부분의 응결 지연제는 수감량제로서도 작용하며, 콘크리이트내에 다소의 공기를 연행시키기 위하여 사용할 수도 있다. 리그노술포네이트, 하이드록실화 카르복실산, 리그닌, 보락스, 글루콘산, 타르타르산 및 다른 유기산과 이들의 대응하는 염, 그리고 특정 탄수화물을 응결 지연용 혼합제로서 사용할 수 있다.
탈기제는 콘크리이트 혼합물내의 공기 함량을 감소시키기 위하여 사용된다. 트리부틸 포스페이트, 디부틸 프탈레이트, 옥틸 알코올, 카르복실산 및 붕산의 수불용성 에스테르 및 실리콘은 이러한 효과를 얻기 위하여 사용될 수 있는 통상의 물질이다.
공기 연행용 혼합제는 콘크리이트내로 미세한 기포를 연행시키기 위하여 사용된다. 공기 연행제는 결빙과 해빙의 주기중에 습기에 노출된 콘크리이트의 내구력을 현저히 향상시킨다. 또한, 연행된 공기는 결빙 방지제에 의해 야기된 표면 스케일링 (scaling) 에 대한 콘크리이트의 내성을 현저히 향상시킨다. 또한, 공기 연행제는 분결 및 침출을 감소 또는 배제시키면서 새로운 콘크리이트의 작업성을 향상시킨다. 이러한 목적하는 효과를 얻기 위하여는 사용되는 재료는 목재 수지(빈솔 수지)의 염, 일부 합성 세제, 술폰화 리그닌의 염, 석유산의 염, 단백질 물질의 염, 지방산 및 수지산과 이들의 염, 알킬벤젠 술포네이트 및 술폰산 탄화 수소의 염중에서 선택될 수 있다.
알칼리 반응성 경감제는 알칼리 응집 팽창을 감소시킬 수 있다. 이러한 경감제 중에서, 포졸란(플라이 애쉬, 발연 실리카), 용광로 슬래그, 리튬 및 바륨의 염 및 기타 공기 연행제가 특히 효과적이다.
결합용 혼합제는 새로운 시멘트와 오래된 시멘트간의 결합 강도를 증강시키기 위하여 포틀랜드 시멘트(portland cement) 혼합물에 통상적으로 첨가되며, 이러한 결합제로서는 고무, 폴리비닐 클로라이드, 폴리 비닐 아세테이트, 아크릴, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 그 밖의 분말 중합체와 같은 유기 물질을 들 수 있다.
수감량용 혼합제는 일정한 슬럼프(slump)의 콘크리이트를 제조하는데 필요한 혼합수의 양을 감소시키고 물과 시멘트와의 비율을 저하시키거나 또는 슬럼프를 증가시키기 위하여 사용된다. 통상적으로 수감량제는 콘크리이트 혼합물의 물 함량을 약 5내지 10% 감량시킨다.
초가소제는 매우 강력한 수감량제이거나 또는 수감량용 혼합제이다. 이 초가소제는 고 슬럼프 유동성 콘크리이트를 제조하여 물-시멘트 비율을 저하시키기 위하여 콘크리이트에 첨가한다. 이들 혼합제는 모르타르 또는 콘크리이트에 부적절한 응결 지연 또는 공기 연행을 야기시킴이 없이, 다량의 수감량화 또는 큰 유동성을 발생시킨다. 초가소제로서 사용될 수 있는 재료로는 술폰화 멜라민 포름알데히드 축합물, 술폰화 나프탈렌 포름알데히드 축합물, 일부 유기산, 리그노술포네이트 및/ 또는 이들의 블렌드를 들 수 있다.
천연 및 합성 착색 혼합제는 장식 및 안전성의 이유로 콘크리이트를 착색하기 위하여 사용된다. 이러한 착색용 혼합제는 통상 안료로 이루어지며, 그 예로서는 카아본 블랙, 산화철, 프탈로시아닌, 엄버(umber), 산화크롬 산화티탄 및 코발트 블루를 들수 있다.
콘크리이트내에 존재하는 부식 억제제는 그의 높은 알칼리성으로 인하여 매립된 보강용 강철을 부식으로부터 보호하는 역할을 한다.콘크리이트의 높은 알칼리성은 부동태화 및 비부식성 산화물 보호막을 강철의 표면상에 형성시킨다. 그러나, 결빙 방지제 또는 해수로부터의 염소 이온의 존재 또는 탄소화는 그 막을 파괴 또는 침투하여 부식을 초래할 수 있다. 부식 억제용 혼합제는 이러한 부식 반응을 화학적으로 저지한다. 부식을 억제하기 위하여 가장 보편적으로 사용되는 재료는 아질산칼슘, 아질산나트륨, 벤조산나트륨, 일부 포스페이트 또는 플루오로실리케이트 및 플루오로알루미네이트이다.
방습용 혼합제는 시멘트 함량이 낮거나 물-시멘트 비율이 높거나 또는 미세한 골재가 부족한 콘크리이트의 투과력을 저하시킨다. 이들 방습제는 건조 콘크리이트내로의 습기 침투를 억제시키며, 그 예로서는 각종 비누, 스테아레이트 및 석유 제품을 들 수 있다.
그라우팅제(grouting agent), 예를 들어 공기 연행용 혼합제, 촉진제, 응결 억제제 및 비수축 및 작업성 향상제는 특정 용도에서 소망하는 결과를 얻기 위하여 그라우트의 성질을 조절한다. 예를 들어, 프틀랜드 시멘트 그라우트는 여러가지의 상이한 목적, 즉 기초를 안정하게 하고, 기계 베이스(machine base)를 응결정화시키고, 콘크리이트 작업시 연결부와 균열을 충전시키고, 유정들을 굳게 결합시키고, 석조 벽의 코어 (core)를 충전시키고, 피아노선을 넣어 보강한 철근과 앵커볼트(anchor bolt)를 그라우팅시키고, 미리 타설한 골재 콘크리이트내의 공극을 충전시킬 목적으로 사용되는데 이를 위해서는 서로 다른 작용제를 필요로 한다.
가스 발생제 또는 가스 발생용 약품은 종종 콘크리이트 및 그라우트를 경화전에 약간 팽창시킬 목적으로 소량이 첨가된다 팽창량은 가스 발생제의 사용량, 새로운 혼합물의 온도에 따라 좌우된다. 알루미늄 분말, 수지 비누 및 식물성 또는 동물성 아교, 사포닌 또는 가수분해된 단백질을 가스 발생제로서 사용할 수 있다.
투과성 경감제는 가압하의 물이 콘크리이트를 통과하는 속도를 감소시키기 위하여 사용된다. 발연 실리카, 플라이 애쉬, 압분 슬래그, 천연 포졸란 수감량제 및 라텍스를 사용하여 콘크리이트의 투과도를 감소시킬 수 있다. 포졸란은 실리카계 또는 실리카 및 알루미나계 물질로서, 그 자체는 시멘트로서의 가치가 별로 없거나 아예 없다. 그러나, 포졸란은 미분된 형태로서 그리고 습기의 존재하에 상온에서 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트 성질을 갖는 화합물을 형성한다.
펌핑조제는 펌핑적성을 향상시키기 위하여 콘크리이트 혼합물에 첨가한다. 이들 혼합제는 유체 콘크리이트를 농후화, 즉 그의 점도를 증가시켜 펌프로부터의 압력을 받을 때 페이스트의 탈수량을 감소시킨다. 펌핑조제로서 콘크리이트에 사용되는 재료로서는 유기 및 합성 중합체, 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC) 또는 분산제와 혼합된 HEC, 유기 응집제, 파라핀의 유기 유액, 콜타르, 아스팔트, 아크릴 화합물, 벤토나이트 및 피로겐 실리카, 천연 포졸란, 플라이 애쉬 및 수화된 석회석을 들 수 있다.
경화된 콘크리이트의 내부 또는 표면상에서의 박테리아 및 곰팡이의 성장은 살진균제, 살균제 및 살충제 혼합제를 사용함으로써 부분적으로 억제할 수 있다. 이러한 목적에 가장 효과적인 물질은 폴리할로겐화 페놀, 딜드린 유액 및 구리 화합물이다.
새로이 만든 콘크리이트는 때때로 거친데, 그 이유는 잘못된 혼합 비율이나 또는 입자의 형상과 같은 일부 골재의 특성 및 부절절한 분급기(grader)를 사용하기 때문이다. 이러한 조건하에서, 윤활제처럼 작용하는 연행된 공기는 작업성 향상제로서 사용될 수 있다. 기타 작업성 향상제는 수감량제 및 일부 미분 혼합제이다.
미분된 무기 혼합제는 포틀랜드 시멘트 콘크리이트의 또는 경화 특성의 일부를 개량하거나 변화시키기 위하여 혼합 공정 전에 또는 혼합 공정 중에 콘크리이트에 첨가되는 분말 또는 분쇄된 형태의 물질이다. 상거래에서 사용되는 바와 같이, 포틀랜드 시멘트는 주로 수경성 칼슘 실리케이트로 이루어지고, 통상은 상호 연마 첨가제(interground addition)로서 ASTM 타잎 I, II, III, IV 또는 V로 분류되는 칼슘 슐페이트의 형태를 하나 이상 함유하는 광재(clinker)를 분쇄하여 제조되는 수경성 시멘트를 의미한다. 미분된 무기 혼합제는 그의 물리 화학적 성질에 따라서 시멘트계 물질, 포졸란 및 포졸란계 및 시멘트계 물질 및 거의 불활성인 물질롤 분류할 수 있다. 시멘트계 물질은 단독으로 수경성 시멘트의 특성을 갖는 물질을 말하며, 거의 존재하에서 응결경화된다. 시멘트계 물질에는 연마된 과립화 용광로 슬래그, 천연시멘트, 수경성 수화 석회석, 및 상기 및 기타 물질의 배합물이 포함된다. 전술한 바와 같이, 포졸란은 시멘트로서의 가치가 적거나 아예 없지만, 물의 존재하에서 그리고 미분된 형태에서는 포틀랜드 시멘트의 수화에 의해 방출된 수산화칼슘과 화학적으로 반응하여 시멘트 성질을 갖는 물질을 형성하는 실리카계 또는 알루미노실리카계 물질이다. 규조토, 유백색각암, 점토, 혈암,플라이애쉬, 발연 실리카, 화산성 응회암 및 부석은 공지된 포졸란의 일부이다. 특정한 압분 과립상 용광로 슬래그, 및 고 칼슘 함유 플라이 애쉬는 포졸란의 성질 및 시멘트의 성질을 모두 갖는다. 거의 불활성인 물질로서 미분된 석영 원석, 백운석, 석회석, 대리석, 화강암 등을 들 수 있다. 응결경화된 콘크리이트를 강화시키기 위하여 합성 섬유 및 천연 섬유를 함유시킬 수 있다. 이러한 섬유로는 나일론, 폴리프로필렌, 지르코늄 물질 및 다양한 종류의 섬유 유리를 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 리그노술포네이트의 중합체는 수감량용 혼합제의 제조시, 원료로서 광범위하게 사용된다. 또한, 이것은 콘크리이트의 응결경화를 억제 또는 지연시키기 위하여 사용할 수 있다. 리그노술포네이트는 평균 분자량이 약 3,000-5,000이고, 분자량 분포 범위가 수천 내지 100,000일 수 있다. 그 분자는 하이드록실(OH),메톡시 (OCH3), 페닐고리(C6H6) 및 술폰산(SO3H)기로 치환된 페닐 프로판 단위의 중합체이다. 리그노술포네이트는 그 조성이 약 20 내지 30%의 리그닌을 함유할 수 있는 목재로부터 제지용 펄프를 제조하는 도중에 폐액으로서 얻게 된다. 리그노술포네이트는 리그닌의 술폰화 생성물, 셀룰로오스와 리그닌의 분해 생성물, 각종 탄화수화물, 및 유리 아황산 및 황산염으로 된 복합 혼합물을 함유한다. 리그노술포네이트는 나트륨 또는 칼슘염의 형태로 시판되고 있기도 하다.
본 명세서에 사용된 "수용성(water-soluable)"이란 용어는 그 물질의 물리 화학적 성질을 의미한다. 이는 그 물질이 차거나, 따뜻하거나 또는 뜨거운 물 중에서 즉시 또는 일정 시간이 지난 후에 용해되는 것을 의미한다. 이는 또한 수분해성이거나 투수성(透水性)임을 의미한다. 본 발명에 성공적으로 사용된 수용성 재료로서 폴리(비닐 알콜)(이하, "PVA"로 약칭함, 폴리에틸렌 옥사이드(이하, "Polyox"로 약칭함)등이 있다. 기타 사용할 수 있는 재료로서는 발포체, 셀룰로오스 제품, 종이 제품, 면 제품 등과 같은 합성재료와 천연 재료를 모두 포함한다.
PVA부대는 시트 또는 필름 형태의 PVA로 만든것이 적합하다. 이는 평균 분자량이 약 백만 돌턴(Dalton)인 분자량 범위를 갖는다. PVA시트 또는 필름은 약 0.5-10 밀리(mil)의 두께를 갖는 것이 적합하다. 바람직한 두께 범위는 약 1.5-2.5밀이다. 약 1.5-2.5밀의 두께를 갖는 적합한 PVA부대는 물을 함유하는 콘크리이트 혼합물 중에서 실온에서 약 10분간의 교반 후, 시멘트나 콘크리이트의 응결경화에 약영향을 주지 않고 용해된다.
Polyox 부대는 시트나 필름 형태의 로 만든 것이 적합하다. 이것은 뉴저지주 소재의 유니온 카바이드(Union Carbide)에서 생산하고 있다. Polyox는 약 100,000-8,000,000돌턴 범위의 분자량을 갖는다. 바람직한 분자량 범위는 약 500,000 내지 1,000,000돌턴이다. Polyox 시트 또는 필름은 약 0.5-10밀 범위의 두께를 갖는다. Polyox 시트 또는 필름의 바람직한 두께 범위는 약 1.5-5밀이다. 가장 바람직한 두께 범위는 2-3밀이다. 약 2-3밀의 두께를 갖는 적합한 부대는 물을 함유하는 콘크리이트혼합물 중에서 실온에서 약 10분간의 교반 후 시멘트나 콘크리이트의 응결경화에 악영향을 미치지 않고 용해된다.
통상적으로, 고체 또는 분말 혼합체는 미리 계량하거나 측량한 양으로 수용성 용기중에 패키지로서 봉입된다. 사용할 때 필요한 혼합제의 양에 따라 1개이상의 패키지를 습식 혼합기중의 콘크리이트 혼합물에 가한다. 혼합물을 충분한 시간동안, 대략 수분 동안 진탕 내지는 교반시켜 주면 수용성 용기는 용해된다. 수용성 용기의 내용물, 즉 고체 혼합제 물질은 습식 혼합기중에 존재하는 다른 성분들과 혼합된다. 다시 진탕시키거나 교반시키면, 고체 혼합제 성분들은 콘크리이트 혼합물중에 현탁되거나 용해되어 생성된 콘크리이트의 성질을 개량시킨다.
저장 및 수송을 위해서 수용성 용기 및 그 내용물은 다시 수불용성 용기중에 포장되거나, 봉입되거나 또는 밀봉된다. 외부의 용기는 내부의 수용성 용기가 습기와의 접촉에 의해 조기 열화되는 것을 보호해 준다. 외부 용기는 수불용성 플라스틱 부대, 특수 처리된 종이 부대, 또는 플라스틱, 처리된 종이 또는 금속으로 만든 박스 또는 통이 될 수 있다. 수불용성 용기 재료로서는 가요성이거나 경질이고, 내마모성이거나 심지어 오일 불투과성이고, 오일 비분해성인 고무 재료, 폴리우레탄 또는 네오프렌과 같은 것이 될 수 있다. 이 외부 용기에 대해서 특히 고려해야 할 점은 물에 분해되지 않고 또 불투수성이어야 한다는 것이다. 수용성 용기와 그의 내용성물인 고체 또는 분말 혼합제를 먼저 외부 용기로부터 제거한 다음, 즉시 습식 혼합기에 분배한다.
특히 효과적인 콘크리이트의 응결경화 지연 방법은 특정량의 리그노술포네이트 중합체를 습식 혼합기에 넣는 방법이다. 특정 유형의 리그노술포네이트는 연목, 주로 햄록(hemlock)의 정선된 조각들을 용액 중량에 대해 약 4-10%의 이산화황을 함유하는 산성 중아황산칼슘 용액의 혼합물중에서 처리함으로써 제조하였다, 다른 방법으로서는, 연목과 소량의 경목, 예를 들면 흰자작나무 또는 단풍나무의 혼합 목재로 사용할수 있다. 바람직하기로는 약 6%의 이산화황을 함유하는 용액을 사용하는 것이 좋다. 이어서, 혼합물을 약 100-170℃의 온도로 약 4-10시간 동안 가열하였다. 바람직하기로는 약 140℃로 약 6시간 동안 가열하는 것이 좋다. 이어서, 이 혼합물을 증발시킴으로써 혼합물의 부피를 처음 부피의 약 반으로 감소시켜 과량의 이산화항을 제거한 용액을 얻었다. 이어서, 이 용액을 수산화칼슘이나 수산화나트륨과 같은 염기로 중화시켜서 pH 7의 중화된 용액을 얻었다. 이어서, 중화된 용액을 이스트 또는 알콜 발효 공정을 거치게 함으로써 크실로오스와 같은 당의 양을 고형물의 약 2-8중량%까지 감소시켰다. 바람직하기로는, 크실로오스의 양을 고형물의 약 5중량%까지 감소시키는 것이 좋다. 이어서, 다시 증발시킴으로써 과량의 물을 제거하였다. 본 명세서에 사용된 연목은 예를 들면 발삼나무(balsam), 전나무, 햄록과 같이 잎이 바늘과 같은 침엽수 같은 히말랴야 삼나무와 같이 잎이 바늘 형상인 침엽수로부터 얻은 목재를 의미한다. 침엽수는 나무 열매가 솔방울이기 때문에 구과(毬果) 나무나 관목으로 불리워진다. 각종 리그노술포네이트에 대해 그들의 응결 지연성을 조사하였다. 그러나, 오직 전술한 방법에 따라 제조된 리그노술포네이트 중합체만이 콘크리이트의 응결강화를 지나치게 지연시키지 않는다는 점에서 바람직한 효과를 나타냈다.
[실시예 1]
예를 들면, 상기 방법에 따라 제조된 칼슘 리그노술포네이트 중합체를 2파운드 함유하고, 두께 1.5밀의 수용성 폴리(비닐 알콜)부대에 들어 있는 패키지를 차거운 날씨(약 1.7-21℃)에서 1입방야드의 콘크리이트 또는 시멘트에 첨가하였더니, 콘크리이트의 응결경화가 약 12-16 시간 지연되었다. 여기서, 응결지연용 혼합제인 칼슘리그노술포네이트 중합체의 첨가량은 콘크리이트 혼합물의 약 0.2-0.8중량%이었다.
[실시예 2]
더운 날씨에서, 즉 온도가 약 21.1-37.8℃일 때, 패키지 당 2파운드의 칼슘 리그노술포네이트 중합체를 함유하고, 1.5밀 두께의 수용성 폴리(비닐 알콜)부대에 들어 있는 응결 지연용 혼합제 패키지 2개는 콘크리이트 1입방 야드의 응결경화를 약 12-16시간 지연시켰다. 이러한 조건하에서 응결 지연용 혼합제인 칼슘 리그노술포네이트 중합체의 첨가량은 콘크리이트의 약 0.5-1.5% 중량이었다.
칼슘 리그노술포네이트 응결 지연용 혼합제의 투입량 또는 양을 변화시킴으로써 날씨 조건이 차갑거나 따뜻하거나에 따라서 콘크리이트의 응결경화를 지연 내지 억제시킬 수 있다. 칼슘 리그노술포테이트 응결 지연용 혼합제의 패키지는 5-10분 정도의 짧은 시간 동안 교반시키거나 혼합하면 콘크리이트중에 용이하게 분산된다. 콘크리이트의 응결경화를 지연시킴으로써, 습식 혼합기중에 사용되지 않은 채로 남아있는 콘크리이트를 폐기할 필요없이 재사용하기 위해 비축해둠으로써 오염 문제를 제거할 수 있다. 응결되지 않은 콘크리이트를 나중에 새로운 콘크리이트와 혼합하거나 또는 콘크리이트의 응결경화를 조절하기 위한 다른 혼합물을 첨가하거나 첨가함이 없이 따라 부어서 사용할 수 없다. 이 응결 지연용 혼합제는 실제로 어떠한 콘크리이트 배합물에도 첨가할 수 있다.
[실시예 3]
본 발명자들은 또한 칼슘 리그노술포네이트 중합체 혼합제를 콘크리이트에 첨가하면 생성된 콘크리이트의 28일후의 압축 강도가 손상되지 않음을 발견하였다. 압축 강도는 콘크리이트나 모르타르 시험편의 축방향 하중에 대한 최대 저항의 척도로서, 통상 단위 단면적 당 힘으로 표시되거나, 또는 설계상 계산치에 사용된 고유저항이다. 압축 강도는 표준 규격의 6×12인치 실린더를 사용하여 정규 강도 시험기로 측정하였다. 1회시험에서, 시판되고 있는 시멘트인 ASTM Type 1포틀랜드 시멘트 부대 4.5개(부대 1개의 중량은 약 94파운드임)에 약 0.5중량%의 칼슘 리그노술포네이트를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우 각각에 대해 압축 강도를 시험하였다. 하기 표의 데이타로부터 콘크리이트를 0.5중량%의 칼슘 리그노술포네이트 응결 지연용 혼합제로 처리한 후, 압축 강도는 감소되는 것이 아니라 오히려 증가되었음을 명백히 알 수 있다.
콘크리이트 -4% 부대 분의 ASTM Type 1포틀랜드 시멘트
Figure kpo00001
* 시멘트의 중량%
따라서, 상기 검토로부터 본 발명은 선행 기술에서 직면하게 되는 거의 모든 문제점을 해결할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 및 구성은 상기 설명에서 명백하게 드러나리라 믿어진다. 본 명세서에 나타내고 기술한 방법 및 기구는 바람직한 것으로서 특징지웠지만, 다음의 특허 청구의 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 여러가지 변화 및 변형을 가할 수 있음을 명백히 알 수 있다.

Claims (26)

  1. (a) 수용성 재료로 형성된 용기와 (b) 그 용기중에 함유된 고체 혼합제로 이루어진 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구(device).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수용성 용기가 폴리비닐 알콜로 형성된 것이 특징인 기구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수용성 용기가 폴리에틸렌 옥사이드 용기인 것이 특징인 기구.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합제가 공기 연행용 혼합제, 탈기용 혼합제, 촉진용 혼합제, 알칼리 반응성 경감제, 초가소제 및 펌핑조제로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합제가 감수용 혼합제, 응결 지연용 혼합제, 결합용 혼합제, 착색제, 부식 방지제, 투과성 경감제 및 섬유로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 응결 지연용 혼합제가 리그노술포네이트인 것이 특징인 기구.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합제가 살진균제, 살균제 및 살충제로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합제가 작업성 향상제, 방습용 혼합제, 가스 발생제, 미분 광물질 혼합제 및 그라우팅제(grouting agent) 로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 미분 광물질 혼합제가 시멘트계 물질, 포졸란, 및 포졸란계 및 시멘트계 물질로 구성되는 군 중에서 선택된 미분 물질인 것이 특징인 기구.
  10. 수용성 폴리(비닐알콜)용기와 이 용기중에 함유된 고체 리그노술포네이트로 이루어진 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구.
  11. 수용성 폴리에틸렌 옥사이드 용기와 이 용기중에 함유된 고체 리그노술포네이트로 이루어진 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구.
  12. (a) 수용성 용기, (b) 그 용기중에 함유된 고체 혼합체 및 (c) 상기 용기를 함유하는 수불용성 용기로 된 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 수용성 용기가 폴리(비닐알콜) 용기인 것이 특징인 기구.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 수용성 용기가 폴리에틸렌 옥사이드 용기인 것이 특징인 기구.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 혼합제가 공기 연행용 혼합제, 탈기용 혼합제, 촉진용 혼합제, 알칼리 반응성 경감제, 초가소제 및 펌핑조제로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 혼합제가 수감량용 혼합제, 응결 지연용 혼합제, 결합용 혼합제, 착색제, 부식 방지제, 투과성 경감제 및 섬유로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 응결 지연용 혼합제가 리그노술포네이트인 것이 특징인 기구.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 혼합제가 살진균제, 살균제 및 살충제로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 혼합제가 작업성 향상제, 방습용 혼합제, 가스발생제, 미분 광물질 혼합제 및 그라우팅제로 구성되는 군 중에서 선택된 콘크리이트 첨가 혼합제인 것이 특징인 기구.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 미분 광물질 혼합제가 시멘트 물질, 포졸란, 및 포졸란 계 시멘트계 물질로 구성되는 군 중에서 선택된 미분 물질인 것이 특징인 기구.
  21. (a) 수용성 폴리(비닐알콜)용기, (b) 그 용기중에 함유된 고체 리그노술포네이트 및 (c) 상기 용기를 함유하는 수불용성 용기로 된 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구.
  22. (a) 수용성 폴리에틸렌 옥사이드 용기, (b) 그 용기중에 함유된 고체 리그노술포네이트 및 (c) 상기 용기를 함유하는 수불용성 용기로 된 것이 특징인 콘크리이트 첨가 혼합제 기구.
  23. (a) 수용성 용기중에 함유된 고체 혼합제를 습식 혼합기에 첨가하여 혼합물을 얻고, 이어서 (b) 생성된 혼합물을 충분한 시간 동안 진탕시켜 상기 수용성 용기를 용해시키는 것이 특징인 콘크리이트 특성 개질 방법.
  24. (a) 수용성 용기중에 함유된 고체 응결 지연용 혼합제를 습식 혼합기에 첨가하여 혼합물을 얻고, 이어서 (b) 생성된 혼합물을 충분한 시간 동안 진탕시켜 상기 수용성 용기를 용해시키는 것이 특징인 콘크리이트 응결 지연 방법.
  25. (a) 수용성 용기중에 함유된 고체 리그노술포네이트를 습식 혼합기에 첨가하여 혼합물을 얻고, 이어서 (b) 생성된 혼합물을 충분한 시간 동안 진탕시켜 상기 수용성 용기를 용해시키는 것이 특징인 콘크리이트의 응결 지연 방법.
  26. (a) 4-10중량%의 이산화황을 함유하는 산성 중아황산칼슘 용액의 혼합물 중에서 연목을 처리하는 공정, (b) 상기 혼합물을 100°-170℃로 4-10시간 동안 가열하는 공정, (c) 과량의 이산화항을 제거하고 상기 혼합물을 증발시켜 용적이 원래 용적의 약 1/2로 감소된 용액을 얻는 공정, (d)상기 용액을 염기로 중화시켜 중화된 용액을 얻는 공정, (e) 상기 중화된 용액을 발효시켜 크실로오스의 양을 약 10중량% 미만으로 줄이는 공정 및 (f) 과량의 물을 제거하는 공정으로 이루어지는 방법에 의해 제조된 리그노술포네이트 소정량을 습식 혼합기에 도입하는 것이 특징인 콘크리이트 응결 지연 방법.
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