KR100720108B1 - 자기충전용 pva 섬유복합 모르타르의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 시멘트 100중량부에 대해, 물 45 ~ 60중량부, 잔골재 70 ~ 100중량부, 고로 슬래그 미분말 1 ~ 30 중량부, 카르복실계 감수제 1 ~ 5 중량부, 셀룰로즈계 증점제 0.01 ~ 2 중량부 및 시멘트 100 부피부에 대해 1 ~ 3 부피부의 PVA 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르가 제공된다.

모르타르, 잔골재, 슬래그 미분말, 카르복실계, 셀루로즈계, 점성, 자기충전

Description

자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르의 제조방법{manufacturing method for PVA fiber composite mortar for a self-consolidating}

도 1은 본 발명의 비교예에서 혼화제의 투입순서에 따른 시멘트풀의 점성 변화를 나타낸 그래프,

도 2a는 종래의 뿜어 붙이기용 PVA 섬유복합 모르타르(Γ = 3.1)의 실험을 촬영한 사진,

도 2b는 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르(Γ = 10.7)의 실험을 촬영한 사진,

도 3은 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르를 실제 건설현장에서 시공함으로서 자기충전성을 검증하는 사진,

도 4는 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르와 종래의 다양한 섬유복합 모르타르들의 1축 인장 거동을 실험한 결과 그래프이다.

본 발명은 자기충전(self-consolidating)용 PVA(polyvinyl alcohol)섬유복합 모르타르 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기존의 PVA섬유복합 모르타르의 제조기술 및 이를 이용하여 구조물을 보수/보강하는 뿜어붙이기 공법)에 의하여 뿜어붙이기용 고인성, 고내구성 PVA섬유복합 모르타르가 개발된 바 있다.

여기서 뿜어붙이기용 고인성, 고내구성 PVA섬유복합 모르타르란 굳기 전에 뿜어붙이기에 적합한 펌핑성, 점착성 등을 갖는 고인성, 고내구성 PVA(polyvinyl alcohol)섬유복합 모르타르를 의미한다. 그리고, 자기충전(self-consolidating)용 PVA섬유복합 모르타르란 소요 타설시간 동안 재료의 분리없이 높은 유동성을 유지할 수 있는 고유동 PVA섬유복합 모르타르를 의미한다.

지금까지는 고유동이나 자기충전성을 가지는 콘크리트의 제조방법(한국특허 등록 제 145,101 호)에 대한 종래의 기술은 있었으나, 본 발명과 관련된 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르에 관한 기술은 아직 미개발된 상황이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 혼화재료를 적절히 이용하여 시멘트풀의 레올로지를 조절하고 이를 통하여 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 유동성을 제어하는 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 시멘트 100중량부에 대해, 물 45 ~ 60중량부, 잔골재 70 ~ 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 1 ~ 30 중량부, 카르복실계 감수제 1 ~ 5 중량부, 셀룰로즈계 증점제 0.01 ~ 2 중량부 및

시멘트 100 부피부에 대해 1 ~ 3 부피부의 PVA 섬유를 포함하는 것을 특징으 로 하는 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로서, 소정 비율의 시멘트, 잔골재, 고로 슬래그 미분말, 및 셀룰로즈계 증점제를 믹서에 투입하여 건비빔하는 단계(S100);

믹서에 소정 비율의 물, 카르복실계 감수제를 투입하여 교반하는 제 1 교반단계(S200); 및

믹서에 PVA 섬유를 투입하여 교반하는 제 2 교반단계(S300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 건비빔 단계(S100)는 시멘트 100중량부에 대해 잔골재 70 ~ 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 1 ~ 30 중량부, 셀룰로즈계 증점제 0.01 ~ 2 중량부의 비율로 투입하는 것이 바람직하다. 잔골재는 너무 적거나 많은 경우 강성이 저하되는 단점이 있다. 고로 슬래그 미분말도 너무 많으면 콘크리트의 강성이 저하된다.셀룰로즈계 증점제 역시 너무 많이 투여하면 점도가 높아져 자기충전성이 저하될 수 있다.

또한, 제 1 교반단계(S200)는 시멘트 100중량부에 대해 물 45 ~ 60중량부, 카르복실계 감수제 1 ~ 5 중량부의 비율로 투입하여 교반하는 것이 더욱 바람직하다. 물은 너무 적을 경우 농도가 높아져 자기 충전성이 저하되고, 너무 많을 경우 콘크리트 강도의 저하를 초래한다. 감수제는 1 ~ 5 중량부를 사용할 경우 콘크리트 작업성을 높이고 콘크리트의 양을 줄일 수 있으며 내구성까지 개선되는 경우가 많 고, 강도가 향상되어 시멘트 절약에 도움이 되기도 한다.

그리고, 제 2 교반단계(S300)는 시멘트 100 부피부에 대해 1 ~ 3 부피부의 PVA 섬유를 투입하여 교반하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위 미만이 되면 PVA 섬유로 인한 고내구성 등의 성질이 미약해지며, 너무 많이 투입되면 콘크리트 내부의 인장력, 접착력 등이 저하된다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 제조방법에는 잔골재, 물, 섬유, 보통 포틀랜드 시멘트, 혼화재료(고로슬래그 미분말, 카르복실계 감수제(PCSP)와 셀룰로즈계 증점제(HPMC)) 등의 재료가 포함하고 있다. 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 배합비는 높은 연성을 만들기 위하여 마이크로역학에 의하여 최적화되기 때문에 구성 재료의 조합을 변화시켜 유동성을 조절하는 방법은 바람직하지 않다.

즉 굳지않은 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 유동 특성을 혼화재료로 정교하게 제어함으로써 동일한 재료에 뿜어붙이기 시공 또는 고유동, 자기충전 시공 등의 다양한 시공성을 부여하게 되었다. 또한 굳은 후에는 고인성, 고내구성 PVA섬 유복합 모르타르의 고유 특성인 고인성 특성, 즉 1축 인장변형률 경화특성과 미세균열(micro-crack)의 분포를 나타낸다. 또한 산업폐기물인 고로슬래그 미분말을 사용하여 환경친화적이며 경제적이다.

이하에서는 본 발명에 따른 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 제조방법에 관해 설명하도록 한다. 우선 본 발명의 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르를 제조하기 위해서는 혼화재료를 이용하여 레올로지를 제어하여야 PVA섬유복합 모르타르가 자기충전의 성능을 가질 수 있다.

혼화재료를 이용하여 레올로지를 제어하기 위해서는 우선 사용할 재료를 선정한 후, 투여순서와 투여량을 결정하는 것이 바람직하다. 앞에서 언급한 바와 같이 이 발명에서는 고로슬래그 미분말, 카르복실계 감수제와 셀룰로즈계 증점제 등을 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 레올로지 제어를 위한 혼화재료로 사용하였다. 따라서 혼화재료의 사용순서 및 양을 최적화하기 위하여 2가지의 시멘트풀 실험을 수행하였다.

우선 고로슬래그 미분말은 입자 표면의 산화피막에 의한 코팅효과로 미분말이 물을 구속하지 않아 소요의 유동성을 확보하기 위한 단위수량을 절감할 수 있으므로 섬유복합 모르타르를 배합할 때 유동성을 증가시켜 섬유복합 모르타르에서 섬유의 효과적인 분산성을 증진시킬 수 있기 때문에, 이 발명에서는 고로슬래그 미분말을 보조 결합재로 사용하였으며 최적 사용량은 예비 비빔을 통하여 시멘트량의 10∼30% 범위로 결정하였다.

한편, 혼화재료인 카르복실계 감수제와 셀룰로즈계 증점제의 투여순서를 결 정하기 위하여 동일한 투여량을 갖고서 투여순서와 시간에 따른 점성의 변화를 측정하였다.

도 1은 본 발명의 비교예에서 혼화제의 투입순서에 따른 시멘트풀의 점성 변화를 나타낸 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 셀룰로즈계 증점제를 먼저 투여하고 카르복실계 감수제를 투여한 경우에 시멘트풀이 상대적으로 천천히 점성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 현상이 나타난 이유는 셀룰로즈계 증점제를 먼저 투여함으로써 반데르발스 힘에 의한 안정층이 우선 형성되고, 이후에 투여된 카르복실계 감수제는 강력한 대전층을 형성하면서 셀룰로즈계 증점제층과 공조하여 시간에 따른 재응집 현상을 효과적으로 방지하였기 때문이다. 이러한 투여순서(셀룰로즈계 증점제 다음에 카르복실계 감수제)는 오랜 시간동안 낮은 점성을 유지하여야 하는 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르에 적합한 것으로 판단된다.

그리고, 도 1에서 카르복실계 감수제를 먼저 투여하고 셀룰로즈계 증점제를 나중에 투여한 경우에는 시멘트풀이 매우 빠른 속도로 점성을 회복하는 현상을 나타내었다. 이러한 결과가 나타난 이유는 카르복실계 감수제에 의하여 형성된 강력한 대전층 때문에 나중에 투여되는 셀룰로즈계 증점제가 시멘트 입자에 충분히 흡착되지 못하기 때문이다. 이 때에 셀룰로즈계 증점제는 입자 주변에서 층을 형성하지 못하므로 서스펜션 내의 자유수(free water)와 주로 반응하여 시멘트풀의 점성을 증진시키는 효과를 나타낸다. 즉 셀룰로즈계 증점제의 시멘트 친화력은 카르복실계 감수제의 정전기적 친화력에 비하여 현저히 낮기 때문에, 나중에 투여될 경우 증점제의 역할만을 수행하게 되는 것이다.

이러한 투여순서(카르복실계 감수제 다음에 셀룰로즈계 증점제)는 빠른 시간 내에 점성을 회복하여야 하는 뿜어붙이기 공정에 적합하다. 따라서 카르복실계 감수제를 섬유 분산 직전에 투여하여 섬유의 분산성을 극대화시키고, 섬유가 분산된 이후에 셀룰로즈계 증점제를 투여함으로써 재료의 점착성을 증진시키는 방법이 뿜어붙이기 공정에 바람직한 것으로 판단된다.

이러한 실험 결과를 토대로 하여 본 발명에 따른 실시예에서는 셀룰로즈계 증점제를 먼저 투입하는 순서를 채택하였다.

시멘트풀에 대한 실험 결과를 바탕으로 자기충진용 PVA섬유복합 모르타르의 특성을 검증하기 위하여 뿜어붙이용 PVA섬유복합 모르타르와 자기충진용 PVA섬유복합 모르타르를 비교 실험하였다. 재료의 배합을 위하여 40리터, 350리터 용량의 드럼 믹서를 사용하였고, 다음과 같은 배합 순서에 따라 재료를 제작하였다.

우선, 소정 비율의 시멘트, 잔골재, 고로 슬래그 미분말, 및 셀룰로즈계 증점제를 믹서에 투입하여 건비빔한다(S100).

그 다음, 믹서에 소정 비율의 물, 카르복실계 감수제를 투입하여 교반하는 제 1 교반단계(S200)를 수행한다.

그리고, 그 다음, 믹서에 PVA 섬유를 투입하여 교반하는 제 2 교반단계(S300)를 수행한다. 이와 같은 수행단계를 통해 모르타르의 재료를 제작하였다.

뿜어붙이기용 PVA섬유복합 모르타르의 유동성은 배합 직후에 수행된 유동성 실험에 의하여 3.1로 측정되었다. 그리고, 본 발명에 따른 자기충진용 PVA섬유복합 모르타르는 고로슬래그 미분말의 양을 30%로 높여서 서스펜션의 점성을 최소화하였 고, 카르복실계 감수제와 셀룰로즈계 증점제의 투여량은 유동성 Γ = 10.0을 목표로 하여 [표 1]에 나타낸 바와 같은 배합으로 재료를 배합하였다.

도 2a는 종래의 뿜어 붙이기용 PVA 섬유복합 모르타르(Γ = 3.1)의 실험을 촬영한 사진이고, 그리고 도 2b는 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르(Γ = 10.7)의 실험을 촬영한 사진이다.

유동성 실험은 일반적인 슬럼프 실험에 사용되는 슬럼프콘(직경=200mm)을 이용하여 PVA섬유복합 모르타르의 유동특성을 정량화하였다. PVA섬유복합 모르타르의 배합 직후와 15분이 지났을 때의 유동특성을 측정하였으며, 동일 조건에 대하여 2회 실험을 실시한 후 그 평균값을 취하였다.

다짐 또는 진동 등의 방법을 사용하지 않으면서 재료를 콘에 채워 넣은 후, 콘을 수직으로 들어올려 붕괴된 재료의 퍼진 직경(대표성을 갖는 2개의 직교방향 직경)을 갖고서 유동특성을 정량화한다. 이 발명에서 적용한 유동성(Γ) 값은 다음의 [수학식 1]에 의하여 구할 수 있다.

여기서, D₀는 슬럼프콘의 직경이고 D₁과 D₂는 직교방향으로 재료의 퍼진 직경이다.

본 발명에 따른 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 자기충전에 의한 시공성은 콘크리트 보수 현장에서 검증되었는데 [도 3]에 나타낸 바와 같이 순수하게 자중에 의하여만 타설되어 만족스럽게 시공되었음을 알 수 있다. 즉, 도 3은 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르를 실제 건설현장에서 시공함으로서 자기충전성을 검증하는 사진이다.

재료가 과다한 유동성을 갖게 되면 쉽게 재료분리가 발생하는 단점이 있는데, 본 발명에 따른 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 타설 중에는 섬유의 뭉침, 재료분리 등의 현상이 관찰되지 않고 균질한 재료 분산성을 나타내었다. 그리고 성공적인 타설 여부는 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 인장 특성을 검증함으로써 구체적으로 증명되었다.

굳은 후의 PVA섬유복합 모르타르의 특성이 시공법에 상관없이 서로 유사함을 확인함으로써 본 발명에 따른 자기충전 공정의 성공 여부를 판정할 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르와 종래의 다양한 섬유복합 모르타르들의 1축 인장 거동을 실험한 결과 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동등한 1축인장 거동을 얻을 수 있었다. 모든 실험체가 뚜렷한 인장변형률 경화거동 특성을 보이면서 콘크리트의 약 100배에 가까운 우수한 변형 성능(연성)을 나타내고 있다. 또한 실험체에는 균열폭 80㎛ 이하의 미세균열이 다수 분포되었다.

비록, 본 발명에서는 특정 재료의 배합비에 대해 개시하고 있으나, 이러한 배합비는 당업자가 모르타르의 자기충전성을 해치지 않는 범위내에서 조절할 수 있음은 물론이다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 굳지않은 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르의 유동 특성을 혼화재료로 정교하게 제어함으로써 동일한 재료에 고유동, 자기충전 시공 또는 뿜어붙이기 시공 등의 다양한 시공성을 부여할 수 있다.

또한 굳은 후에는 고인성, 고내구성 PVA섬유복합 모르타르의 고유 특성인 고인성 특성, 즉 1축 인장변형률 경화특성과 미세균열(micro-crack)의 분포를 나타내어 성공적인 제조방법이 검증되었다.

그리고, 산업폐기물인 고로슬래그 미분말을 사용하여 환경친화적이며 경제적이다.

아울러, 본 발명에 의한 자기충전용 PVA섬유복합 모르타르를 타설시 인력에 의한 다짐이 필요없는 고성능 PVA섬유복합 모르타르이기 때문에 인건비 절약, 다짐에 의한 에너지를 줄일 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지 만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 시멘트 100중량부에 대해 잔골재 70 ~ 100 중량부, 고로 슬래그 미분말 1 ~ 30 중량부, 셀룰로즈계 증점제 0.01 ~ 2 중량부의 비율로 믹서에 투입하여 건비빔하는 단계(S100);

   상기 믹서에 상기 시멘트 100중량부에 대해 물 45 ~ 60 중량부, 카르복실계 감수제 1 ~ 5 중량부의 비율로 투입하여 교반하는 제 1 교반단계(S200); 및

   상기 믹서에 상기 시멘트 100 부피부에 대해 1 ~ 3 부피부의 PVA 섬유를 투입하여 교반하는 제 2 교반단계(S300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기충전용 PVA 섬유복합 모르타르의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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