KR100201864B1 - 무균열 방수몰탈의 제조방법 및 시공법 - Google Patents

Abstract

[목 적] 무균열 방수몰탈의 제조방법 및 시공법의 제공

[구 성] 시멘트의 수화반응에 따른 수축응력에 의해 발생되는 균열을 제어하기 위하여 시멘트와 모래에 황산칼슘을 모르타르 1m³당 60-100kg과 플라이애쉬를 30-50kg을 함유시킨 몰탈(DAC몰탈)에 방수제를 약간 첨가함으로서 균열을 제어하면서도 흡수율이 낮고 강도가 높으며, 염소0|온 투과율이 낮은 방수성 몰탈을 얻도록 한 것임.

Description

무균열 방수몰탈의 제조방법 및 시공법

제1도(a)는 방수재료의 종류에 따른 흡수량의 변화표.

(b)는 방수재료의 종류에 따른 흡수비의 변화표(일반몰탈에 대한 비).

(c)는 방수재료의 종류에 따른 흡수비의 변화(DAC몰탈에 대한 비율).

제2도(a)는 방수제의 종류에 따른 압축강도의 변화표.

(b)는 방수제의 종류에 따른 압축강도의 변화표(일반몰탈에 대한 비율).

제3도는 배합조건에 따른 염소이온 투과시험에 의한 측정전압의 변화표.

제4도(a)~(f)는 배합조건에 따른 몰탈의 흡수율 시험결과표.

제5도는 염소이온 투과시험에 의한 몰탈의 배합에 따른 측정전압의 변화표.

제6도(a)~(c)는 방수제의 종류에 따른 모르타르의 압축강도 변화표이다.

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은 무균열 방수몰탈의 제조방법 및 시공법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

최근 건설시장의 개방에 따라 소비자의 욕구를 만족시키기 위한 설계 및 시공이 중요한 과제로 대두되고 있어 업계와 학계에서 방수재료 및 시공법에 관한 기술개발의 필요성이 대두되고 있다. 그러나 현재까지는 현장에 대한 기술적인 정리가 미흡함으로써 현장에서의 실무에 많은 혼선을 초래하고 있고, 품질 향상 및 기계화 시공에 대응되는 재료 및 시공법의 개발이 시급한 실정이며, 또 구조물에서 방수를 해야 할 부위는 옥상이나 지붕 및 외벽, 지하부분 및 실내에서 수분이 접하는 부분 등이다.

건축물의 방수 부위에는 지붕, 실내, 수조류 및 지하가 있으며, 특히 지하방수는 다른부위와 본질적인 차이가 있어서 많은 어려움이 있고 방수층은 구조체의 수압쪽에 설치하는 외방수로 하는 것이 원칙이다. 이는 물이 내부로 침투함으로서 철근 콘크리트의 성능저하를 유발하지 않도록 하기 위한 것이며, 지하를 제외한 부위에서 외방수 공법을 유발하지 않도록 하기 위한 것이다. 또 지하를 제외한 부위에서 외방수 공법을 쉽게 적용할 수 있지만 지하부위의 경우 공정상 어려운 문제를 내포하고 있다. 지하 구조물의 방수처리는 국부방수와 전면방수의 두가지로 크게 나눌 수가 있는데 콘크리트 구체가 어느정도의 수밀성을 갖도록 하여 누수의 위험성이 높은 이어붓기 부분이나 세퍼레이터 부분 또는 콜드 조인트등 결합부분만을 방수 처리하는 국부적 방수처리와 구체 전체에 방수처리를 하는 전면 방수의 두 가지이다.

국부적 방수공법에는 여러 가지가 있는데 그것들을 대별하면,주입공법,충전공법,도포공법등이다. 콘크리트 균열에 아크릴계나 우레탄계 수지를 주입하여 누수를 막는 공법이다. 또 충전공법은 콘크리트 이어붓기 부분, 세퍼레이터 부분을 긁어내거나 균열 부분을 U cut하여 시멘트계와 합성수지계의 충전제로 처리하는 공법이다. 도포공법은 누수위험부분을 무기질인 활성실리카계의 규산질계 도포제 또는 폴리머 시멘트 몰탈을 도포하는 공법이다.

국부적 공법에 있어서는 각각의 방수공법을 단독으로 사용하기 보다 주입공법, 충전공법,도포공법을 병용하며 적재적소에 사용하는 방식을 취는 것이 일반적이다.

전면방수 공법에 있어서도 크게 나누어 부착공법,뿜질공법 그리고 도포공법등 세가지로 나눌 수가 있는데 부착공법에 있어서는 멘브렌방수에 속하는 아스팔트방수계,시트방수계가 주로 사용되고, 뿜질공법에 있어서는 고무아스팔트계,폴리머시멘트 몰탈계등이 사용되고 있으며, 고무아스팔트계는 멘브렌방수의 일종이지만 뿜질에 의해 시공하기 때문에 이 부류에 포함시킬 수 있고, 도포공법은 전부터의 규산소오다계,지방산계,염화칼슘계에 의한 몰탈방수,규산질계,고분자 에멀젼계의 수화응고형등이 알려져 있다.

또 경화한 몰탈의 균열을 방지하기 위하여 사용되는 방법으로 프리믹스트 몰탈에 의한 방법과 폴리프로필렌 섬유에 의한 방법 및 메탈라스에 의한 방법, 바이오 몰탈을 사용하는 방법 등이 알려지고는 있으나 이러한 방법들은 시공성 및 경제성의 측면에서 문제점이 있다.

또한 콘크리트 방수성을 높이기 위해 콘크리트에 방수제를 섞는 방수 콘크리트도 있다. 활성실리카처럼 시멘트의 수화로 생기는 유리알카리성분과 결합하여 경화제를 밀실한 조직으로 바꾸는 것,유지계나 고분자계 재료처럼 그 자체의 방수성으로 시멘트 경화제의 흡수성, 투수성을 개선한 것들이다. 이들은 특수한 건물에는 사용할 수 있으나 굳지 않는 콘크리트는 업자의 책임법위라는 식으로 역할분담이 뚜렷한 일반 공사에서는 방수콘크리트의 사용이 어려워지고 있다.

수밀성이 높은 콘크리트를 타설함으로서 구체 자체에서 지하수를 차단함으로서 구체가 방수층의 보조적인 역할을 담당하도록 해야 하며, 흡수나 투수의 원인이 되는 공극이나 건조수축을 줄이는 콘크리트를 현장에 제공하여도 현장에서 수밀성을 높이는 구체를 만들 만한 준비가 되어 있지 않으면, 요구하는 성능을 발휘할 수 없는 결점이 있다. 즉 콘크리트의 수밀성의 영향은 재료나 배합을 선별하는 것도 필요하지만 콘크리트의 결함부분(이어붓기 부분의 불량,쟁커,콜드조인트,균열,세퍼레이터 구멍등)을 제거하는 것이 매우 중요한 요인이기 때문이다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은 상술한 다양한 부위에 적용하는 방수재료 및 공법은 구조물에 작용하는 물의 거동에 따라 다르므로 방수 공사에 사용하는 재료는 매우 종류가 다양하고 그 공법도 매우 까다롭기 때문에 방수 공사를 직접 담당하는 노무자들이 시공법을 완벽히 이해하고 적절히 시공할 수 있도록 보다 간편한 시공으로 보다 완벽한 방수 능력을 갖는 방수 재료를 제공코자 하는 것이다.

특히 몰탈 방수재료는 시멘트와 모래를 주재료로 여기에 시멘트 방수재료를 혼합하는 미장 등의 공법으로는 합섬 고분자계의 유기질계 재료를 혼합하는 것에 있어서는 하지의 균열에 대해 적응성이 뛰어나지만 본 발명에서 해결코자 하는 무기질계에 있어서는 몰탈방수의 경우 그 우수한 성능에도 불구하고 시간이 경과함에 따라 몰탈 방수재료 자체의 수축변형에 의해 균열이 발생함으로서 방수몰탈이 보유한 우수한 방수성능율 발휘할 수 없음을 감안하여, 수축변형을, 적절히 제어하거나 수축변형에 대한 신축성을 부여하여 균열이 발생되지 않도록 함으로서 본 발명의 목적을 달성 하고자 하는 것이다.

[발명이 해결한 수단]

본 발명은 상기와 같은 무기질계의 몰탈 방수제 자체에 수축 변형을 제어하기 위한 무균열 방수몰탈을 제공하기 위하여 시멘트와 모래 및 황산칼슘(CaSO₄), 즉 일명 석고와 플라이애쉬로 구성되며(이하 DAC라칭한다), 황산칼슘의 양은 모르타르 1m³당 60~100kg정도가 되며,플라이애쉬는 30~50kg정도를 사용함으로서 목적을 달성할 수 있으며, 상기 DAC의 균열 방지 매카니즘을 살펴보면, 황산칼슘이 시멘트중의 트리칼슘알루미네이트(Ca₃0·Al₂·6H₂O)와 반응하여 칼슘설퍼알루미네이트(에트링가이트)를 생성하여 체적팽창을 일으킴으로서 모르타르의 수축응력을 상쇄시켜 균열의 발생을 억제하도록 하는 것이다.

상기 본 발명에서 시멘트란 보통포틀랜드 시멘트이며, 플라이애쉬는 비중2.15이며 비표면적이 4,230Cm²/g이며, 황상칼륨인 무수석고는 비중 2.74이며. 비표면적이 7,000Cm²/g이며, 골재로는 세골재가 비중2.61이며 흡수율0.79%, 단위 중량이 1,625Kg/m³이며, 조골재로는 비중2.63이며, 흡수율0.93%,단위중량1,670Kg/m³의 것을 사용했다. 또 이와 같은 골재는 시멘트와 모래의 비를 270:780으로 하며, 비교 예로 사용되는 화이버 그래스(Fiber Grass)의 물리적 성질은 비중0.91이며 열전도율이 6Kcal/mh℃,섬유질이19mm, 인장강도 5.278kg/cm²이며 분산성이 우수한 것으로 했다.

모형 실험을 위하여 몰탈의 배합조건을 다음과 같이 했다.

모형예 1 시멘트 287kg, 모래 1,532kg, 물 240kg, AE제 0.114kg(이하 WP-1이라 함)보호 몰탈(1:5).

모형예 2 시멘트 400kg, 모래 1500kg, 물 310kg, 무수석고 50kg, 플라이애쉬 50kg, W/C 62%(이하 WP-2라함)DAC몰탈(1:5).

모형예 3 시멘트 350kg, 모래 1500kg, 물 310Kg, 무수석고 75kg, 플라이애쉬 75kg, W/C62%(이하 WP-3이라 함)DAC몰탈(15:15).

모형예 4 시멘트 317kg, 모래 800kg, 자갈 996kg, AE제 0.127kg(이하 WP-4라 함)누름콘크리트.

모형예 5 시멘트 400kg, 모래 1500kg, 물 310kg, 무수석고 50kg, 플라이애쉬 50kg, 화이버 그래스 590g(0|하 WP-5라 함)섬유보강 몰탈.

슬럼프 플로우(Slump Flow)치 18土2cm를 기본으로 하는 몰탈을 각 모형예의 배합비에 따라 배합하여 인력으로 포설하고 1,2,3차 미장후 양생하였다.

DAC몰탈의 경우 삼면에 약간의 균열이 발생하였으나 그 형태는 크기가 작은 헤어크랙이었으며 조사결과 균열은 표면에만 한정되었고 진행성이 없는 것으로 보아 구조적으로는 물론 방수에 관하여도 문제가 없는 것으로 나타났다.

또 소성수축균열 이후의 건조수축균열의 형태로 인식할 만한 어떠한 형태의 균열도 발생하지 않았다.

상기 모형예에서 팽창력을 적절히 제어하고 방수성을 갖도록 함으로서 옥상부는 물론 지하부분의 방수제로서 적절히 사용할 수 있도록 보다 경제적이며, 유동성, 내구성 및 방수성등 소요의 성능을 확보한 새로운 방수 몰탈을 얻기 위하여 DAC몰탈에 기존 판매되고 있는 상품명 ACE-P(부경화학제품)인 몰탈 혼입용 방수제를 혼입 실험했다.

이를 위하여 일반 몰탈,본 발명 DAC,DAC에 8종류의 방수제를 혼입한것 등 아래 표 1의 10종의 배합을 대상으로 플로우치 140±10mm범위의 유동성을 갖도록 배합했다. 각 배합의 측정항목은 플로우,흡수량,투수율,재령 7일 및 28일의 암축강도로 했다.

주) C:시멘트, S:모래, F:플라이애쉬, G:석고, a:방수제, W:물

상기 표에서 MOR은 통상의 일반몰탈, DAC는 상기 설명과 같고, D-P1∼D-P8은 실시예 1∼8을 의미한다.

이하 본 발명은 상기 실시예에 따른 시험결과를 상세히 설명한다.

[흡수시험]

흡수시험은 KS F 2451 건축용 시멘트 방수제 시험방법의 3.4흡수시험방법에 준하여 실시했으며, 시험체는 앞서 설명한 실험예와 동일한 모양의 것을 각 조건별로 3개씩 제작하여 성형후 48시간 경과후 탈형하고 그 후 온도 20±3℃, 습도 80%이상의 습기함 속에서 양생했다. 흡수시험은 각 조건벌 3개의 평균치로 하였으며, 침수후 1시간, 5시간 및 24시간의 흡수량으로 했으며, 각 조건의 흡수량을 기준인 일반몰탈 및 방수제를 혼입하지 않은 DAC 몰탈의 흡수량으로 나누어 이를 흡수비로 하였다.

시험체를 건조기에서 약 80℃로 항량이 될 때까지 건조하고 데시케이터 속에서 실온으로 항량시킨 후 그 무게를 건조할 때의 무게로 했다.다음에 시험체의 충전면을 밑면으로 하고 아랫부분 20mm를 항상 침수시키면서 온도 20±3℃, 습도 80%이상의 항온실 속에 놓고 1시간, 5시간 및 24시간 경과할 때마다 꺼내어 빨리 침수 부분의 수분을 닦아내고 즉시 측량한 무게를 흡수할 때의 무게로 하였으며, 흡수량 및 흡수비는 다음 식에 따라 구했다.

[염소이온 투과시험]

염소이온 투과방법은 몰탈 또는 콘크리트의 투수율을 간접적으로 평가하기 위한것으로 ASTM C1202 Electrical indiccation of concrete's ability to resist chloride ion penentration”과 AASHTO T259에 준하여 실험을 하였으며,구체적으로는 다음과 같다.

시험편의 준비는 28일 양생한 직경 10cm의 콘크리트 시편을 길이가 5cm가 되도록 절단한 다음 실험을 수행하기까지의 상대습도 95%이상을 유지했으며, 실험시 시편은 Applied Voltage cell에 고정시키고 회로를 구성했다. 이 회로에서 전원은 60±0.1V정도로 안정적으로 공급하도록 했으며, 실험을 수행하는 동안 전해질 용액이 새지 않도록 하기 위하여 고무제품이고 무게는 20~40g정도의 Selant로 Cell과 시편 사이를 고정했다.

전류를 측정하는 방법으로는 기지의 저항체를 회로에 연결하여 전압을 측정함으로서 얻을 수 있는데 이때 사용되는 저항으로는 콘크리트 시편에 적용되는 전압에 영향이 적도록 하기 위하여 0.2ohm의 저항을 사용했다.

콘크리트 시편의 노출된 부분은 불투수성의 재료로 덮개를 했으며,이는 실험이 진행되는 동안 콘크리트 표면이 건조되어 염소이온의 투과에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서 였다.Applied Voltage cell의(-)전극에는 3.0g의 염화나트늄(NaCl)용액을 채우고,(+)전극에는 0.3N의 가성소오다(NaOH)용액을 채웠다.

3% 염화나트늄 용액은 물 900㎖에 염화나트늄 30g을 용해시킨 후 물을 가하여 1000㎖의 용액을 만들고 0.3N 가성소오다는 물 1ℓ에 가성소오다 12g을 용해시켜서 만들었다. 실험시 초기 온도는 20~25℃를 유지했다. 또 시험 중의 용액의 온도는 90℃이하가 되도록 했다.

시험중 30분마다 0.2ohm에 걸리는 전압을 Data logger로 측정 기록했다.

ASTM C1202091에서는 측정된 전압을 전류치로 환산하여 규정된 6시간 동안 시험체를 통과한 충 전하량을 계산하는 방법이었으나 본 실험에서는 시험체간의 상대적인 비교를 위하여 총 전하량을 산정하지 아니하고 측정시간을 줄이기 위하여 초기치와 30분치만을 측정하여 비교했다.

[압축도 시험]

압축 강도 시험은 KS F 2451 건축용 방수제 시험방법에 준했다.

따라서 강도시험은 플로우 14土1cm의 유동성을 갖도록 수량을 조절하여 각 배합조건에 따라 몰탈을 비빈 후 압축 강도 시험용 몰탈 시험체를 각 배합조건 별로 6개씩 제작하고 시험체는 성형 후 48시간을 경과하여 탈형하며,그 후 19일간 은도 20±3℃, 습도 80%이상의 습기함 속에서 양생하였다. 또 공시체는 재령 7일과 28일에 각 조건별로 각각 3개씩 측정하여 그 평균값을 측정치로 했다. 그 결과를 표 2에 표시했다.

상기 표 2의 흡수량 및 흡수비는 제1도의 (a)방수재료의 종류에 따른 흡수량의 변화 및 (b)(c)의 일반 몰탈에 대한 비율 및 DAC몰탈에 대한 비율로 본 방수재료의 흡수비의 변화에서 알 수 있는 바와 같이 D-P7및 D-P8에 있어서 가장 낮은 값을 보이고 있으며 또 흡수비에 있어서도 일반 몰탈의 0.25~0.50의 매우 낮은 값을 보이고 있어서 가장 우수함을 알 수가 있었다.

또 흡수율 및 흡수비에서 우수한 성능을 보이고 있는 D-P8의 경우 수량과의 비율이 3/8로 그 사용량이 매우 크지만 D-P7의 경우에는 시멘트의 5%로서 상대적으로 작기 때문에 D-P7의 경우가 가장 우수한 몰성을 나타냈다.

한편, 압축강도 시험에 있어서,제2도 (a)의 실시예에 따른 압축강도와 (b)의 압축강도비(일반 몰탈에 대한)의 변화도와 같이 나타났다.

다음 염소이온 투과율 시험에 있어서,일반 몰탈에 있어서는 초기에는 71.8mV였고 30분 경과시 91.5mV 계163.3을 100이라 할 때 D-P3의 경우 초기 43.0mV,30초후 62.3mV,계105.3mV임으로 일반 몰탈에 비해 64.5%에 불과하고 또 D-P7의 경우에 있어서는 초기31.7mV,30분 후 42.9mV,계74.6임으로 일반 몰탈에 비해 45.7%에 불과했다.(제3도의 염소이온 투과시험에 의한 측정전압의 변화도 참조)

상술한 바와 같이 일반 몰탈과 DAC몰탈, DAC몰탈에 각기 방수제를 달리 혼합 사용하는 경우 실시예 3과 실시예 7의 방수제를 사용한 경우 우수한 물성을 나타내고 있고, 무균열몰탈인 DAC몰탈에 방수제를 혼입함으로서 일반 몰탈에 대하여 홉수율은 0.24~0.30의 수준이며,압축강도는 74%,염소이온 투과성은 54%로서 우수한 물리적 성상을 나타내는 무균열 방수몰탈임을 확인할 수가 있었다.

[실시예 9]

아래 표 3과 같인 시멘트와 모래의 비율이 290:710의 배합비로 한 것에 각기 플라이애쉬와 석고를 달리 혼합한 배합 조건으로 했다.

시험결과 흡수량 및 흡수비는 아래 표 4와 같다.

상기표 및 제4도에서 볼 수 있는 바와 같이 몰탈의 흡수량 및 흡수비의 실험에서 모래와 시멘트의 비에 관계없이 방수제를 혼입한 몰탈에서 흡수율이 낮게 나타나고 있음을 볼 수 있었다. 이를 제4도에 그래프로 표시했다.즉 방수제의 혼입에 따른 영향을 살펴보면 방수제를 혼입한 경우 흡수량 및 흡수비가 매우 작아지고 있으며,이러한 효과는 시멘트에 대한 모래의 양이 증가할 수록 뚜렷한 것으로 나타나고 있다.

일반 몰탈에 방수제를 혼입한 몰탈(A-3,B-3,C-3)은 방수제를 혼입하지 않은 일반몰탈(A-1,B-1,C-1)에 비해 흡수비는 배합조건에 관계없이 0.10~0.44의 수준을 나타내고 있으며, DAC몰탈에 방수제를 혼입한 몰탈의 흡수비(A-6,B-6,C-6)는 방수제를 사용하지 않은 일반 몰탈(A-1,B-1,C-1)에 비해 0.20~0.53의 수준을 보이고 방수제를 혼입하지 않은 DAC몰탈(A-4,B-4,C-4)에 비해 흡수량 및 흡수비를 매우 개선시킨 것으로 나타났고, 흡수량 및 흡수비에 있어 시멘트와 모래의 배합비에 따른 영향은 없는 것으로 나타났다.

그리고 투수율을 간접적으로 알아 볼 수 있는 시험지표인 염소이온 투과시험에 있어서,제5도 및 표 5 몰탈의 배합조건별 염소이온의 투과시험 결과표에서 알 수 있는 바와같이 방수제의 혼입에 따른 영향에서 모래와 시멘트의 비율이 290:870인 경우 방수제의 혼입에 의한 이점이 나타나지 않고 있으나 모래와 시멘트의 비율이 290:710 및 290:790인 경우는 방수제의 혼입에 의해 염소이온의 투과성이 뚜렷하게 개선됨을 알 수가 있고, 모래: 시멘트=290:790인 경우 그 효과는 좀더 뚜렷이 나타났다.

압축강도에 있어서는 제6도(a)(b)(c)의 도표와 같이 방수제를 혼입한 몰탈(A-3)은 방수제를 혼입하지 않은 몰탈(A-1)과 동일한 수준의 압축강도를 나타내고,방수제를 혼입한 몰탈(B-6)은 DAC몰탈에 방수제를 혼입하지 않은 몰탈(A-4)보다 약 60kgf/cm 정도 높은 강도를 보이고 있고, B-1에 대하여 86%의 강도를 발현하고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 DAC몰탈에 방수제를 혼입하는 무균열 방수몰탈은 모래와 시멘트의 비율에 관계없이 일반 몰탈에 비하여 흡수율 및 흡수량이 매우 우수하며 특히 모래와 시멘트의 비율 270:780인 경우 방수제의 혼입에 의해 염소이온 투과율을 54%정도 줄일 수가 있음을 확인된다.

특히 본 발명은 몰탈 자체의 수축 보상을 통하여 균열을 발생하지 않도록 DAC몰탈에 방수제를 혼합하여 제조되는 것으로 우수한 방수성은 물론 모재인 콘크리트의 체적변위 및 균열에 대하여 저항성을 갖는 특징이 있어서 지하실 방수는 물론 지상벽체의 방수 및 옥상의 보호몰탈재 및 조적조의 줄눈재로 경제적으로 유용하게 사용될 수 있는 특징이 있다.

Claims (3)

1. 시멘트의 수화반응에 따른 수축응력에 의해 발생되는 균열을 제어하기 위하여 시멘트,모래,황산칼슘(CaSO₄),플라이애쉬로 되는 몰탈(DAC)로 되며,상기한 황산 칼슘의 양이 모르타르 1m³당 60~100kg이며, 플라이애쉬는 30~50kg로 되는 것을 특징으로 하는 무균열 방수몰탈의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,제조된 몰탈(DAC)에 방수제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 무균열 방수몰탈의 제조방법.
3. 무균열 방수 몰탈인 시멘트와 모래,황산칼슘(CaSO₄),플라이애쉬로 배합되는 몰탈에 방수제를 혼합하여 시공토록 되는 것을 특징으로 하는 무균열 방수몰탈의 시공법.