건설용 건식 혼합 모르타르에 일반적으로 사용되는 혼화제

셀룰로스 에테르

셀룰로오스 에테르는 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제를 특정 조건에서 반응시켜 생성되는 일련의 제품들을 총칭하는 용어입니다. 알칼리 셀룰로오스 대신 다른 에테르화제를 사용하면 다양한 셀룰로오스 에테르를 얻을 수 있습니다. 치환기의 이온화 특성에 따라 셀룰로오스 에테르는 이온성(예: 카르복시메틸 셀룰로오스)과 비이온성(예: 메틸 셀룰로오스)으로 나눌 수 있습니다. 치환기의 종류에 따라 단일 에테르(예: 메틸 셀룰로오스)와 혼합 에테르(예: 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스)로 구분할 수 있습니다. 용해도에 따라 수용성(예: 하이드록시에틸 셀룰로오스)과 유기 용매 가용성(예: 에틸 셀룰로오스) 등으로 나눌 수 있습니다. 건식 혼합 모르타르는 주로 수용성 셀룰로오스를 사용하며, 수용성 셀룰로오스는 즉시 용해형과 표면 처리 지연 용해형으로 구분됩니다.

모르타르에서 셀룰로오스 에테르의 작용 메커니즘은 다음과 같습니다.
(1) 모르타르의 셀룰로오스 에테르가 물에 용해된 후, 표면 활성으로 인해 시스템 내 시멘트질 재료의 효과적이고 균일한 분포가 보장되고, 보호 콜로이드인 셀룰로오스 에테르가 고체 입자를 "감싸고" 그 외표면에 윤활막을 형성하여 모르타르 시스템을 더욱 안정적으로 만들고 혼합 과정 중 모르타르의 유동성과 시공의 평활성을 향상시킵니다.
(2) 셀룰로오스 에테르 용액은 자체 분자 구조로 인해 모르타르의 물이 쉽게 손실되지 않고 오랜 기간에 걸쳐 서서히 방출되어 모르타르에 우수한 수분 보유력과 작업성을 부여합니다.

1. 메틸셀룰로오스(MC)
정제된 면을 알칼리 처리한 후, 에테르화제인 염화메탄을 사용하여 일련의 반응을 통해 셀룰로오스 에테르를 생성합니다. 일반적으로 치환도는 1.6~2.0이며, 치환도에 따라 용해도 또한 다릅니다. 이는 비이온성 셀룰로오스 에테르에 속합니다.
(1) 메틸셀룰로오스는 찬물에 용해되며 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 수용액은 pH=3~12 범위에서 매우 안정합니다. 전분, 구아검 등과 많은 계면활성제와 상용성이 좋습니다. 온도가 겔화 온도에 도달하면 겔화가 일어납니다.
(2) 메틸셀룰로오스의 수분 보유율은 첨가량, 점도, 입자 미세도 및 용해 속도에 따라 달라진다. 일반적으로 첨가량이 많고, 입자 미세도가 작으며, 점도가 높을수록 수분 보유율이 높다. 이 중 첨가량이 수분 보유율에 가장 큰 영향을 미치며, 점도 수준은 수분 보유율 수준과 직접적인 비례 관계가 없다. 용해 속도는 주로 셀룰로오스 입자의 표면 개질 정도와 입자 미세도에 따라 달라진다. 상기 셀룰로오스 에테르 중에서 메틸셀룰로오스와 하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 수분 보유율이 높다.
(3) 온도 변화는 메틸셀룰로오스의 수분 보유율에 심각한 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도가 높을수록 수분 보유력이 떨어집니다. 모르타르 온도가 40°C를 초과하면 메틸셀룰로오스의 수분 보유력이 크게 감소하여 모르타르 시공에 심각한 영향을 미칩니다.
(4) 메틸셀룰로오스는 모르타르의 시공성과 접착력에 상당한 영향을 미칩니다. 여기서 "접착력"이란 작업자의 시공 도구와 벽면 기판 사이에 느껴지는 접착력, 즉 모르타르의 전단 저항을 의미합니다. 접착력이 높으면 모르타르의 전단 저항이 크고, 사용 과정에서 작업자가 요구하는 강도 또한 크며, 모르타르의 시공 성능이 떨어집니다. 메틸셀룰로오스의 접착력은 셀룰로오스 에테르 제품 중에서 중간 수준입니다.

2. 하이드록시프로필메틸셀룰로스(HPMC)
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)는 최근 생산량과 소비량이 급격히 증가하고 있는 셀룰로오스의 한 종류입니다. 정제된 면을 알칼리 처리한 후 프로필렌 옥사이드와 염화메틸을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응을 통해 만들어지는 비이온성 셀룰로오스 혼합 에테르입니다. 치환도는 일반적으로 1.2~2.0입니다. 메톡실기와 하이드록시프로필기의 비율에 따라 물성이 달라집니다.
(1) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 찬물에 쉽게 용해되지만 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 그러나 뜨거운 물에서의 겔화 온도는 메틸셀룰로오스보다 상당히 높습니다. 또한 찬물에서의 용해도도 메틸셀룰로오스에 비해 크게 향상되었습니다.
(2) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 점도는 분자량과 관련이 있으며 분자량이 클수록 점도가 높아집니다. 온도 또한 점도에 영향을 미치며 온도가 증가함에 따라 점도는 감소합니다. 그러나 메틸셀룰로오스보다 높은 점도를 가지므로 온도의 영향이 적습니다. 이 용액은 상온에서 보관해도 안정합니다.
(3) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 수분 보유량은 첨가량, 점도 등에 따라 달라지며, 동일한 첨가량에서 수분 보유율은 메틸셀룰로오스보다 높다.
(4) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 산과 알칼리에 안정하며, 그 수용액은 pH=2~12 범위에서 매우 안정하다. 가성소다와 석회수는 그 성능에 거의 영향을 미치지 않지만, 알칼리는 용해 속도를 높이고 점도를 증가시킨다. 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 일반 염에 안정하지만, 염 용액의 농도가 높을수록 히드록시프로필메틸셀룰로오스 용액의 점도가 증가하는 경향이 있다.
(5) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 수용성 고분자 화합물과 혼합하여 균일하고 점도가 높은 용액을 형성할 수 있습니다. 예를 들어 폴리비닐알코올, 전분에테르, 식물성 검 등이 있습니다.
(6) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스보다 효소 저항성이 더 우수하고, 그 용액은 메틸셀룰로오스보다 효소에 의해 분해될 가능성이 적습니다.
(7) 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 모르타르 구조물에 대한 접착력은 메틸셀룰로오스보다 높다.

3. 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)
알칼리 처리된 정제면을 아세톤 존재 하에 에테르화제인 에틸렌옥사이드와 반응시켜 제조합니다. 치환도는 일반적으로 1.5~2.0입니다. 친수성이 강하고 수분 흡수력이 뛰어납니다.
(1) 히드록시에틸셀룰로오스는 찬물에 용해되지만 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 이 용액은 고온에서도 겔화되지 않고 안정합니다. 모르타르에서 고온에 장시간 사용할 수 있지만 수분 보유력은 메틸셀룰로오스보다 낮습니다.
(2) 히드록시에틸셀룰로오스는 일반적인 산과 알칼리에 안정하다. 알칼리는 용해를 촉진하고 점도를 약간 증가시킬 수 있다. 물에 대한 분산성은 메틸셀룰로오스와 히드록시프로필메틸셀룰로오스보다 약간 나쁘다.
(3) 히드록시에틸셀룰로오스는 모르타르에 대해 우수한 처짐 방지 성능을 가지고 있지만 시멘트에 대해서는 지연 시간이 더 길다.
(4) 일부 국내 기업에서 생산한 하이드록시에틸셀룰로오스의 성능은 수분 함량과 회분 함량이 높아 메틸셀룰로오스보다 현저히 낮다.

4. 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)
이온성 셀룰로오스 에테르는 천연 섬유(면 등)를 알칼리 처리한 후, 모노클로로아세트산나트륨을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응 처리를 거쳐 제조됩니다. 치환도는 일반적으로 0.4~1.4이며, 그 성능은 치환도에 크게 영향을 받습니다.
(1) 카르복시메틸셀룰로오스는 흡습성이 더 강하여 일반적인 조건에서 보관하면 더 많은 수분을 함유하게 됩니다.
(2) 카르복시메틸셀룰로오스 수용액은 겔을 생성하지 않으며 온도가 증가함에 따라 점도가 감소합니다. 온도가 50°C를 초과하면 점도는 비가역적입니다.
(3) pH에 따라 안정성이 크게 영향을 받습니다. 일반적으로 석고계 모르타르에는 사용할 수 있지만 시멘트계 모르타르에는 사용할 수 없습니다. 알칼리성이 매우 높으면 점도가 떨어집니다.
(4) 수분 보유력이 메틸셀룰로오스보다 훨씬 낮습니다. 석고계 모르타르의 경화를 지연시키고 강도를 감소시킵니다. 그러나 카르복시메틸셀룰로오스의 가격은 메틸셀룰로오스보다 훨씬 낮습니다.

재분산성 고분자 고무 분말
재분산성 고무 분말은 특수 고분자 에멀젼을 분무 건조하여 제조됩니다. 제조 과정에서 보호 콜로이드, 고결방지제 등이 필수적인 첨가제가 됩니다. 건조된 고무 분말은 80~100mm 크기의 구형 입자들이 모여 있는 형태입니다. 이 입자들은 물에 용해되어 원래 에멀젼 입자보다 약간 큰 안정적인 분산액을 형성합니다. 이 분산액은 탈수 및 건조 과정을 거치면 필름을 형성합니다. 이 필름은 일반적인 에멀젼 필름 형성과 마찬가지로 비가역적이며, 물과 접촉해도 재분산되지 않습니다.

재분산성 고무 분말은 스티렌-부타디엔 공중합체, 3차 탄산 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아세트산 공중합체 등으로 나눌 수 있으며, 이를 기반으로 실리콘, 비닐 라우레이트 등을 접합하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 다양한 개질 방법을 통해 재분산성 고무 분말은 내수성, 내알칼리성, 내후성 및 유연성과 같은 다양한 특성을 나타낼 수 있습니다. 비닐 라우레이트와 실리콘을 함유하면 고무 분말에 우수한 소수성을 부여할 수 있습니다. 고도로 분지된 비닐 3차 탄산염은 낮은 유리전이온도(Tg)와 우수한 유연성을 가집니다.

이러한 종류의 고무 분말을 모르타르에 첨가하면 모두 시멘트의 응결 시간을 지연시키는 효과가 있지만, 유사한 유화액을 직접 첨가했을 때보다 지연 효과는 작습니다. 비교하자면, 스티렌-부타디엔이 가장 큰 지연 효과를 나타내고, 에틸렌-비닐 아세테이트가 가장 작은 지연 효과를 나타냅니다. 첨가량이 너무 적으면 모르타르 성능 향상 효과가 뚜렷하지 않습니다.

폴리프로필렌 섬유
폴리프로필렌 섬유는 폴리프로필렌을 원료로 하고 적절한 양의 개질제를 첨가하여 제조됩니다. 섬유 직경은 일반적으로 약 40 마이크론이며, 인장 강도는 300~400 MPa, 탄성 계수는 ​​3500 MPa 이상, 최대 신장률은 15~18%입니다. 주요 성능 특성은 다음과 같습니다.
(1) 폴리프로필렌 섬유는 모르타르 내에서 3차원 무작위 방향으로 균일하게 분포되어 네트워크 보강 시스템을 형성합니다. 모르타르 1톤당 폴리프로필렌 섬유 1kg을 첨가하면 3천만 개 이상의 모노필라멘트 섬유를 얻을 수 있습니다.
(2) 모르타르에 폴리프로필렌 섬유를 첨가하면 모르타르의 가소성 상태에서 수축 균열을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이러한 균열이 눈에 보이는지 여부와 관계없이, 신선한 모르타르의 표면 블리딩과 골재 침하를 크게 줄일 수 있습니다.
(3) 모르타르 경화체의 경우, 폴리프로필렌 섬유는 변형 균열의 수를 현저히 감소시킬 수 있습니다. 즉, 모르타르 경화체가 변형으로 인해 응력을 발생시킬 때, 폴리프로필렌 섬유는 응력을 저항하고 전달할 수 있습니다. 모르타르 경화체에 균열이 발생할 경우, 균열 끝단의 응력 집중을 억제하고 균열 확장을 제한할 수 있습니다.
(4) 모르타르 생산에서 폴리프로필렌 섬유의 효율적인 분산은 어려운 문제가 될 것입니다. 혼합 장비, 섬유 종류 및 투입량, 모르타르 비율 및 공정 매개변수는 모두 분산에 영향을 미치는 중요한 요소가 될 것입니다.

공기연동제
공기연행제는 물리적 방법을 통해 굳지 않은 콘크리트나 모르타르에 안정적인 기포를 형성할 수 있는 계면활성제의 일종입니다. 주요 종류로는 로진 및 그 열중합체, 비이온성 계면활성제, 알킬벤젠술폰산염, 리그노술폰산염, 카르복실산 및 이들의 염 등이 있습니다.
공기연행제는 미장용 모르타르와 벽돌용 모르타르를 제조할 때 흔히 사용됩니다. 공기연행제를 첨가하면 모르타르의 성능에 일부 변화가 나타납니다.
(1) 기포의 도입으로 인해 갓 혼합한 모르타르의 용이성과 시공성이 향상되고 블리딩이 감소될 수 있습니다.
(2) 공기연행제만 사용하면 모르타르의 몰드의 ​​강도와 탄성이 감소합니다. 공기연행제와 감수제를 함께 사용하고 비율이 적절하면 강도 값이 감소하지 않습니다.
(3) 경화 모르타르의 내동결성을 크게 향상시키고, 모르타르의 불투수성을 향상시키며, 경화 모르타르의 내침식성을 향상시킬 수 있습니다.
(4) 공기연행제는 모르타르의 공기 함량을 증가시켜 모르타르의 수축을 증가시키고, 감수제를 첨가하면 수축 값을 적절히 줄일 수 있습니다.

첨가되는 공기연행제의 양은 매우 적어 일반적으로 전체 시멘트질 재료량의 수만분의 일 정도에 불과하기 때문에 모르타르 제조 과정에서 정확한 계량과 혼합이 필수적입니다. 교반 방법 및 교반 시간과 같은 요소는 공기연행량에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 현재 국내 생산 및 건설 환경에서 모르타르에 공기연행제를 첨가하는 것은 많은 실험적 연구를 필요로 합니다.

조기 효능제
콘크리트와 모르타르의 초기 강도를 향상시키는 데 사용되는 황산염 조기 강도 증진제는 주로 황산나트륨, 티오황산나트륨, 황산알루미늄 및 황산칼륨알루미늄을 포함합니다.
일반적으로 무수 황산나트륨이 널리 사용되며, 적은 양으로도 초기 강도 향상 효과가 좋지만, 사용량이 너무 많으면 후기에 팽창 및 균열이 발생하고 동시에 알칼리 복귀 현상이 나타나 표면 장식층의 외관과 효과에 악영향을 미칩니다.
포름산칼슘은 우수한 부동액이기도 합니다. 초기 강도 향상 효과가 뛰어나고 부작용이 적으며 다른 혼화제와의 호환성이 좋고, 황산염계 초기 강도 향상제보다 여러 면에서 우수한 특성을 지니지만 가격이 더 높습니다.

부동액
모르타르를 영하의 온도에서 사용할 경우, 부동액 처리를 하지 않으면 동해가 발생하여 경화체의 강도가 저하됩니다. 부동액은 결빙 방지 및 모르타르의 초기 강도 향상이라는 두 가지 방식으로 동해를 방지합니다.
일반적으로 사용되는 부동액 중에서 아질산칼슘과 아질산나트륨이 가장 우수한 부동 효과를 나타냅니다. 아질산칼슘은 칼륨 및 나트륨 이온을 함유하지 않아 콘크리트에 사용 시 알칼리 골재의 발생을 줄일 수 있지만, 모르타르에 사용 시 작업성이 다소 떨어지는 반면, 아질산나트륨은 작업성이 더 우수합니다. 부동액은 조기강화제 및 감수제와 함께 사용하여 만족스러운 결과를 얻을 수 있습니다. 부동액을 첨가한 건식 모르타르를 영하의 극저온에서 사용할 경우, 따뜻한 물과 혼합하는 등 혼합물의 온도를 적절히 높여야 합니다.
부동액의 양이 너무 많으면 후기에 모르타르의 강도가 저하되고, 경화된 모르타르 표면에 알칼리 재침전과 같은 문제가 발생하여 표면 장식층의 외관 및 효과에 영향을 미칠 수 있습니다.