KR100557908B1

KR100557908B1 - 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물

Info

Publication number: KR100557908B1
Application number: KR1020030007923A
Authority: KR
Inventors: 박동훈; 정민철
Original assignee: 엠앤에스인더스트리(주); 주식회사 웸
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20040071995A

Abstract

1액형의 배합으로 이루어지고 고점착성 수지를 사용하고 재료배합을 용이하게 하기 위하여 미량의 분산제를 사용하므로 재료하중에 의한 처짐이 방지되고 계면부착이 향상되며 불균질한 혼합을 해소할 수 있고 시공상의 편리성을 얻을 수 있도록, 시멘트 5∼60중량%, 모래 20∼70중량%, 고강도 미분말 혼합재 5∼50중량%, 파이버 0.01∼0.15중량%, 폴리머계 고분자분말 0.1∼5중량%, 분산제 0.01∼0.2중량%를 포함하여 이루어지는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물을 제공한다.

그리고 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 무수석고 1∼10중량%, 경량재 0.1∼15중량%, 촉진제 0.01∼0.2중량%, 지연제 0.01∼0.2중량%, 증점제 0.008∼0.1중량% 등에서 필요에 따라 단독 또는 2종이상을 선정하여 더 포함한다.

구조물, 보수재, 조성물, 콘크리트, 폴리머, 파이버, 무수석고, 경량재

Description

피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물 {PA-Polymer Mortar of Repair Mortar Composition for Structure}

본 발명은 피에이-폴리머몰탈(PA-Polymer mortar) 구조물 보수재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교량, 하천복개물, 하수관거, 고가차도 등 각종 철근콘크리트 건축, 토목 구조물의 열화, 철근부식 등으로 손상된 표면보수 및 단면 충진을 행하기 위한 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 교량, 하천복개물, 하수관거, 고가차도, 건물의 기둥이나 벽, 옹벽 등 각종 토목이나 건축용 철근콘크리트 구조물의 경우에는 노후화가 진행될수록 열화되어 표면이 손상되거나 균열 등의 단면이 발생한다.

종래에는 분말과 액상폴리머로 이루어지는 2액형 보수재 조성물을 사용하여 상기와 같이 표면이 손상되거나 단면이 발생한 구조물에 대한 보강 및 보수작업이 행해진다.

상기한 종래의 2액형 보수재 조성물에 있어서는 불균질한 혼합상태로 인하여 항상 위험요소가 내재되어 있다.

또 시공하는 두께가 50㎜ 이상으로 높은 경우에는 1차, 2차로 나누어 시공하게 되는 데, 이로 인하여 공사비가 상승하고, 계면과의 부착이 부실해지며, 균열발생이 유발될 가능성이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 1액형의 배합으로 이루어지고 고점착성 수지를 사용하고 재료배합을 용이하게 하기 위하여 미량의 분산제를 사용하므로 재료하중에 의한 처짐이 방지되고 계면부착이 향상되며 불균질한 혼합을 해소할 수 있고 시공상의 편리성을 얻을 수 있는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 시멘트 5∼60중량%, 모래 20∼70중량%, 고강도 미분말 혼합재 5∼50중량%, 파이버 0.01∼0.15중량%, 폴리머계 고분자분말 0.1∼5중량%, 분산제 0.01∼0.2중량%를 포함하여 이루어진다.

상기에서 시멘트는 포틀랜드시멘트를 5∼50중량%, 알루미나시멘트를 1∼10중량% 첨가하여 이루어진다.

상기한 알루미나시멘트는 Al₂O₃ 함유량이 35∼60중량%이고, Fe₂O ₃ 함유량이 1.0∼15.0중량%이며, 입도분포는 3,000∼5,500blaine(㎠/g) 범위인 것을 사용한다.

상기한 고강도 미분말 혼합재는 입도분포 44㎛이하에서 잔사율이 10중량%이하인 입자를 90중량% 이상 함유하는 재료를 사용한다.

상기한 고강도 미분말 혼합재로는 고로슬래그 분말을 주성분으로 미분쇄한 재료 등이 사용가능하다.

상기한 폴리머계 고분자분말은 기존 콘크리트모체(콘크리트 구조물)와의 우수한 접착성과 보수후 표면에 대한 내마모성 및 내구성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머(vinyl acetate-vinyl versatate copolymer), 서폴리머 비닐버세테이트-비닐아세테이트-아크릴에스테르(terpolymer vinyl versatate-vinyl acetate-acrylic ester), 에틸렌-비닐라우레이트-비닐클로라이드 서폴리머(ethylene-vinyl laurate-vinyl chloride terpolymer) 중에서 하나이상을 선정하여 사용한다. 특히 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머가 가장 우수한 특성을 나타낸다.

상기한 폴리머계 고분자분말은 분말성분중에 비닐아세테이트(vinyl acetate)를 0∼0.3중량% 함유하고, 비닐버세테이트(vinyl versatate)를 0∼0.2중량% 함유하는 것을 사용하는 것이 좋다.

상기한 폴리머계 고분자분말은 물에 50% 분산(despersion)시킨 상태에서 pH 6.5∼7.5를 유지하는 재료를 사용한다.

상기한 파이버는 시멘트 등의 분말과 원할한 혼합과 물반죽시 엉킴현상이 발생하지 않고 장기적 내구성(균열저항성 등)이 우수한 재료적 특성을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)계 파이버를 사용한다. 상기한 폴리아크릴로니트릴계 파이버는 균열발생의 저지 및 재료의 경량화에도 효과가 있다.

상기한 파이버(특히 폴리아크릴로니트릴계)는 필라멘트수가 12,000∼24,000이고, 필라멘트 지름이 0.5∼2.0denier이고, 잘라진 길이(chop length)가 6∼12㎜ 이고, 폴리아크릴로니트릴의 함유량이 99.0중량% 이상이고, 신장율(elongation)이 8∼12%, 인장강도(tensile strength)가 4∼8g/d이고, 인장탄성율(tensile modulus of elasticity)이 100∼140gf/d이고, 비중(specific gravity)이 1.15이상인 재료를 사용한다.

다음의 표 1에는 상기와 같은 폴리아크릴로니트릴계 파이버의 물리적 특성을 나타낸다.

항목	최소	최대
필라멘트수	12,000	24,000
필라멘트 지름 (denier)	0.5	2.0
길이 (mm)	6	12
폴리아크릴로니트릴 함유량 (%)	99.0	-
신장율 (%)	8	12
인장강도 (g/d)	4	8
인장 탄성율 (gf/d)	100	140
비중	1.15	-

상기한 파이버로는 폴리프로필렌(polypropylene)계 파이버도 사용가능하며, 폴리프로필렌계 파이버는 필라멘트 지름이 1∼15denier이고, 잘라진 길이(chop length)가 1∼20㎜인 것을 사용한다.

상기한 분산제로는 나프탈렌 설폰산계, 리그닌설폰산게, 멜라민계, 폴리카르본산계 등을 사용한다.

그리고 본 발명의 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 무수석고 1∼10중량%, 경량재 0.1∼15중량%, 촉진제 0.01∼0.2중량%, 지연제 0.01∼0.2중량%, 증점제 0.008∼0.1중량% 등에서 필요에 따라 단독 또는 2종이상을 선정하여 더 포함하는 것도 가능하다.

상기한 무수석고는 입도분포 88㎛이하에서 잔사율이 10중량%이하인 입자를 90중량%이상 함유하는 재료를 사용한다.

상기한 경량재는 무기질 천연광물로 규조토의 일종인 이-세피리스(E-SPHERES;상품명)라는 재료를 사용한다. 기존에 사용되는 경량재인 퍼라이트분말은 물과의 반죽시에 다량의 물을 흡수하므로 강도저하 등 물성에 나쁜 영향을 주어 사용하는 데 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 상기와 같이 물과의 반죽시에 다량의 물을 흡수하지 않고 물성에 나쁜 영향을 주지 않는 재료인 무기질 천연광물의 이-세피리스를 사용한다.

상기한 이-세피리스의 성분은 SiO₂ 55∼60중량%, Al₂O₃ 36∼40중량%, Fe ₂O₃ 0.4∼0.5중량%, TiO₂ 1.4∼1.6중량%, CaO 0.05중량% 이하, Na₂O 0.1중량% 이하, K ₂O 0.1중량% 이하, SO₃ 0.05중량% 이하로 이루어진다.

상기한 경량재로는 무기질 천연광물인 규조토 이외에 질석 등을 사용하는 것도 가능하다.

상기한 경량재는 입도분포 300㎛이상의 잔사율이 0∼2중량%, 75∼300㎛의 잔사율이 59∼95중량%, 75㎛이하의 잔사율이 0∼30중량%이하인 입자로 이루어지는 재료를 사용한다.

상기한 촉진제로는 Li₂CO₃ 등을 사용한다.

상기한 증점제로는 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 또는 스타치에테르(starch ether), 다당류(polysaccharide), 덱스트린(dextrine) 등의 전분(starch)계 등을 사용한다.

상기한 지연제로는 타르타르산(tartaric acid), 구연산 3나트륨(trisodium citrate), 글루콘산나트륨(sodium gluconate) 등을 사용한다.

그리고 본 발명의 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 상기한 시멘트와 모래, 각종 혼합재의 조성물에 대한 물의 중량비(W/R)를 대략 10∼25%로 설정하여, 시멘트와 모래, 각종 혼합재, 물을 고르게 혼합하는 것에 의하여 폴리머몰탈로 제조한다.

다음으로 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 바람직한 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

포오틀랜드시멘트 24㎏, 모래 53.38㎏, 고강도 미분말 혼합재 14㎏, 알루미나시멘트 2.5㎏, 무수석고 1.8㎏, 파이버(폴리아크릴로니트릴계 또는 폴리프로필렌계 파이버) 0.09㎏, 폴리머 고분자분말인 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머 3.5㎏, 분산제 0.8㎏을 고르게 혼합하여 고내구성 특성을 보유한 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 실시예 1을 얻었다.

(실시예 2)

포오틀랜드시멘트 23㎏, 모래 43.51㎏, 고강도 미분말 혼합재 15㎏, 알루미나시멘트 15㎏, 무수석고 1.2㎏, 파이버(폴리아크릴로니트릴계 또는 폴리프로필렌계 파이버) 0.08㎏, 폴리머 고분자분말인 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머 2㎏, 분산제 0.09㎏, 촉진제 0.07㎏, 지연제 0.05㎏을 고르게 혼합하여 속경 특성 을 보유하는 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 실시예 2를 얻었다.

(실시예 3)

포오틀랜드시멘트 11㎏, 모래 43.312㎏, 고강도 미분말 혼합재 40㎏, 알루미나시멘트 2.5㎏, 파이버(폴리아크릴로니트릴계 또는 폴리프로필렌계 파이버) 0.09㎏, 폴리머 고분자분말인 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머 3㎏, 분산제 0.09㎏, 증점제(메틸셀룰로오스계) 0.008㎏을 고르게 혼합하여 내화학 특성을 보유하는 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 실시예 3을 얻었다.

(실시예 4)

포오틀랜드시멘트 28㎏, 모래 59.22㎏, 고강도 미분말 혼합재 10㎏, 알루미나시멘트 1.5㎏, 무수석고 2.5㎏, 경량제(이-세퍼리스) 0.1㎏. 파이버(폴리아크릴로니트릴계 또는 폴리프로필렌계 파이버) 0.07㎏, 폴리머 고분자분말인 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머 1㎏, 분산제 0.11㎏을 고르게 혼합하여 경량 특성을 보유한 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 실시예 4를 얻었다.

상기와 같이 얻어진 실시예 1∼실시예 4의 배합비를 다음의 표 2에 나타내고, 각 실시예에 대하여 물성시험을 행한 결과를 다음의 표 3에 나타낸다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
포오틀랜드시멘트	24	23	11	28
모래	53.38	43.51	43.312	59.22
알루미나시멘트	2.5	15	2.5	1.5
무수석고	1.8	1.2	-	2.5
고강도 미분말 혼합재	14	15	40	10
경량재	-	-	-	0.1
파이버	0.09	0.08	0.09	0.07
폴리머고분자	3.5	2	3	1
분산제	0.08	0.09	0.09	0.11
촉진제	-	0.07	-	-
지연제	-	0.05	-	-
증점제	-	-	0.008	-

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
W/R 조성물 (%)		14.5	15.5	15.5	15.0
흐름(flow) (%)		65.5	70.0	60.0	68.0
공기량 (%)		5.6	5.9	6.3	5.2
단위용적중량 (㎏f/㎥)		2005	1992	2002	1995
압축강도 (㎏f/㎠)	3일	350	290	280	240
	7일	510	450	410	350
	28일	650	618	515	510
휨강도 (㎏f/㎠)	3일	82	65	62	50
	7일	102	89	86	78
	28일	170	158	154	132
부착강도 (㎏f/㎠)	7일	19	17	16	15
부착강도 (㎏f/㎠)	28일	34	32	33	30
길이변화율 (%)	28일	+0.02	+0.018	+0.022	+0.016

상기에서 W/R 조성물은 시멘트+모래+각종 혼합재 조성물 100㎏에 대하여 혼합되는 수량(㎏)의 중량비(%)를 나타낸다.

또 상기한 압축강도는 대한민국 공업규격 KS L 5105 규정에 준하여 시험을 행한 결과이고, 휨강도는 KS F 2477 규정에 준하여 시험을 행한 결과이고, 부착강도는 KS F 4715 규정에 준하여 시험을 행한 결과이고, 길이변화율은 KS F 2424 규정에 준하여 시험을 행한 결과이다.

그리고 품질기준은 KS F 4042(2002) '콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르'에 의한다.

상기한 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 압축강도, 휨강도, 부착강도, 길이변화율 등의 물성특성이 보수재로서 우수한 효과를 나타내고 있다. 또 무수석고, 경량재, 촉진제, 지연제, 증점제 등의 첨가여부에 따른 압축강도, 휨강도, 부착강도, 길이변화율에 편차가 크게 발생하지 않음을 알 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 실시예 1∼실시예 4를 이용하여 1회에 보수가능한 두께를 다양한 두께로 실험한 결과, 대략 5∼100㎜정도 범위의 보수두께에서 1회로 시공이 완료됨을 확인할 수 있었다.

따라서 50㎜이상을 1회로 시공이 완료되므로 종래 1, 2차로 나누어 시공함에 따른 계면과의 불안정 요소를 해소하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 교량, 하천복개 구조물, 하수관거, 고가차도, 지하차도 등 각종 토목, 건축용의 철근콘크리트 구조물의 열화, 철근부식 등에 의한 표면보수 및 단면충진용으로 사용한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물은 종래 보수재 조성물이 갖고 있는 기존 모체와의 일체감 부족 및 2차적 동하중에 의한 불안정 요소를 개선한 것으로, 폴리머 변형 보수재를 주재료로 하고, 조성물 자체의 하중에 의한 부착불량을 개선하기 위하여 경량재를 조성물로 하여 프리믹싱한 재료를 현장에서 배합하는 것이 용이하고, 시공이 간편하며, 보수후 오염에 의한 저항성과 내부 수분의 확산, 높은 알칼리성, 낮은 수준의 수축성을 보유 하는 고부착성 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물이다.

상기에서는 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물에 의하면, 토목구조, 빌딩, 공장, 주택을 포함하는 건축구조의 시멘트 구조물, 콘크리트 구조물, 철근콘크리트 구조물 등의 균열이나 손상 부위를 높은 접착성, 내마모성, 고강도를 유지하도록 보수하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물에 의하면, 1액형으로 구성되므로 시공이 매우 용이하고, 보수부위에 직접 충진하는 방법이나 스프레이에 의한 기계화 방법 등 모두 사용가능하다.

그리고 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물에 의하면, 고점착성수지를 사용하므로 보수부위가 견고하게 구속되어 보수 구조물의 수명을 영구히 보존하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물에 의하면, 경량재를 사용하므로 재료하중에 의한 처짐을 방지하는 것이 가능하다.

Claims

시멘트 5∼60중량%, 모래 20∼70중량%, 고강도 미분말 혼합재 5∼50중량%, 파이버 0.01∼0.15중량%, 폴리머계 고분자분말 0.1∼5중량%, 분산제 0.01∼0.2중량%를 포함하여 이루어지고,

상기한 시멘트는 포틀랜드시멘트를 5∼50중량%, 알루미나시멘트를 1∼10중량% 첨가하여 이루어지고,

상기한 고강도 미분말 혼합재는 입도분포 44㎛이하에서 잔사율이 10중량%이하인 입자를 90중량%이상 함유하는 재료를 사용하고,

상기한 알루미나시멘트는 Al₂O₃ 함유량이 35∼60중량%이고, Fe₂O₃ 함유량이 1.0∼15.0중량%이며, 입도분포는 3,000∼5,500blaine(㎠/g) 범위인 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
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제1항에 있어서,

상기한 폴리머계 고분자분말은 비닐아세테이트-비닐버세테이트 코폴리머, 서폴리머 비닐버세테이트-비닐아세테이트-아크릴에스테르, 에틸렌-비닐라우레이트-비닐클로라이드 서폴리머 중에서 하나이상을 선정하여 사용하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
제5항에 있어서,

상기한 폴리머계 고분자분말은 분말성분중에 비닐아세테이트를 0∼0.3중량% 함유하고, 비닐버세테이트를 0∼0.2중량% 함유하며, 물에 50% 분산시킨 상태에서 pH 6.5∼7.5를 유지하는 재료를 사용하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
제1항에 있어서,

상기한 파이버는 폴리아크릴로니트릴계 파이버 또는 폴리프로필렌계 파이버를 사용하고,

상기한 폴리아크릴로니트릴계 파이버는 필라멘트수가 12,000∼24,000이고, 필라멘트 지름이 0.5∼2.0denier이고, 잘라진 길이가 6∼12㎜이고, 폴리아크릴로니트릴의 함유량이 99.0중량% 이상이고, 신장율이 8∼12%이고, 인장강도가 4∼8g/d이고, 인장탄성율이 100∼140gf/d이고, 비중이 1.15이상인 재료를 사용하고,

상기한 폴리프로필렌계 파이버는 필라멘트 지름이 1∼15denier이고, 잘라진 길이가 1∼20㎜인 재료를 사용하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
제1항에 있어서,

무수석고 1∼10중량%, 경량재 0.1∼15중량%, 촉진제 0.01∼0.2중량%, 지연제 0.01∼0.2중량%, 증점제 0.008∼0.1중량% 중에서 단독 또는 2종이상을 선정하여 더 포함하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
제8항에 있어서,

상기한 무수석고는 입도분포 88㎛이하에서 잔사율이 10중량%이하인 입자를 90중량%이상 함유하는 재료를 사용하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.
제8항에 있어서,

상기한 경량재는 입도분포 300㎛이상의 잔사율이 0∼2중량%, 75∼300㎛의 잔사율이 59∼95중량%, 75㎛이하의 잔사율이 0∼30중량%이하인 입자로 이루어지는 재료를 사용하는 피에이-폴리머몰탈 구조물 보수재 조성물.