KR100839491B1 - 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한수중 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한수중 콘크리트 구조물의 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 슬래그를 포함하는 결합재와, 금속염과 가교결합성을 가져 철근의 부식을 방지하고 응집 작용으로 점성을 증가시키는 수용성인 폴리아크릴아마이드와 미끄러짐을 억제하여 재료의 분리를 방지하기 위한 메틸계 셀룰로오스를 포함하는 증점제와, 상기 결합재의 유동성을 확보하기 위한 유동화제를 포함하며, 상기 증점제는 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.5중량％를 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있다.
수중 콘크리트 구조물, 모르타르, 결합재, 증점제, 폴리아크릴아마이드, 메틸계 셀룰로오스

Description

수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수공법{Mortar composite for repairing concrete structure in water and repairing method of concrete structure using the mortar composite}
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수보강을 위한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고, 균열 부위로 통해 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 이러한 철근의 부식 현상이 심해지면 콘크리트 구조물이 결국 붕괴될 수도 있다. 따 라서, 콘크리트 구조물이 열화되어 균열이 발생하면 조속하게 열화된 부위를 보수할 필요가 있다. 이와 관련하여 대한민국 특허 제0220563호는 수중콘크리트 구조물 보수보강재에 관하여 제시하고 있다.
한편, 수중에 있는 콘크리트 구조물을 보강하기 위해서는 모르타르 조성물의 구성 원료가 분리되지 않는 수중 불분리성이 요구된다. 수중 불분리성을 위해서는 자체 유동성에 의해 다짐이 가능한 소요의 워커빌러티와 재료의 흩어짐 방지를 위한 점성 및 재료분리 저항성이 요구되고 있다.
수중 불분리성을 갖기 위한 모르타르 조성물은 주로 콘크리트에 액상형태로 적용되어야 하며, 이는 콘크리트의 특성상 적용의 용이성에 기인한다.
그러나, 타설 부위가 소규모로서 콘크리트를 타설하기 부적절한 곳에는 자갈이 사용되지 않는 모르타르 형태의 제품이 적용되며, 이는 콘크리트 제품에 비해 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 자갈을 사용하지 않고, 콘크리트와 동일 역학특성을 발현하기 위해서는 결합재의 비율이 증가하고 모래의 사용량이 감소하기 때문에 자중에 의한 퍼짐성이 콘크리트에 비해 현저히 저하된다.
둘째, 유동성 증가를 위해 유동화제 및 단위 수량이 콘크리트에 비해 증가하며, 따라서 물속에서 재료가 쉽게 물에 흩어지고, 모래가 가라앉는 재료분리 경향성이 콘크리트에 비해 현저히 증가한다.
셋째, 물에 흩어짐 및 재료분리 경향을 감소시키기 위해 증점제를 과량 사용하면, 유동성 저하가 발생함과 더불어 결합재의 수화반응을 방해하여 조기 및 장기 의 역학특성을 발현하기가 어렵다.
넷째, 모든 원료를 분말형태로 사용하기 때문에 원료의 제약이 발생하며, 특히 기능성 화학 혼화제는 분체 혼합물 전체중량 대비 극히 소량 사용되기 때문에 혼합성 증진을 위해서 미세입자의 원료가 요구된다.
따라서, 모르타르의 경우 기존의 수중 불분리성을 갖는 콘크리트에 비해 높은 유동성, 점성, 재료분리 저항성을 갖는 수중 불분리를 위한 증점제가 필요하며, 이를 이용한 안정적인 모르타르 제조가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 슬래그를 포함하는 결합재와, 금속염과 가교결합성을 가져 철근의 부식을 방지하고 응집 작용으로 점성을 증가시키는 수용성인 폴리아크릴아마이드와 미끄러짐을 억제하여 재료의 분리를 방지하기 위한 메틸계 셀룰로오스를 포함하는 증점제와, 상기 결합재의 유동성을 확보하기 위한 유동화제를 포함하며, 상기 증점제는 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.5중량부를 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 상기 폴리아크릴아마이드와 메틸계 셀룰로오스 증점제를 중량비로 0.4:0.6∼0.6:0.4 범위로 함유하는 것이 바람직하다.
상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 상기 결합재 100중량부에 대해 상기 시멘트는 30~70중량부, 상기 칼슘설포알루미네이트 및 상기 석고는 5~30중량부, 상기 슬래그는 5~30중량부를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 수중 콘크리트 구조물의 보수보강 시에 모르타르 조성물의 골격을 이루는 역할을 하는 골재를 더 포함할 수 있다. 상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 상기 골재와 상기 결합재의 100중량부에 대하여 상기 결합재를 30∼60중량부를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 유동화제는 폴리카르본산계 유동화제이고, 상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 상기 폴리카르본산계 유동화제를 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.3중량부를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.05∼0.15중량부의 글리콜계 소포제, 0.05∼0.2중량부의 시트릭산(Citric Acid)계 지연제 및 0.05∼0.2중량부의 리튬카보네이트계 촉진제를 더 함유할 수 있다.
또한, 본 발명은, 수중 콘크리트 구조물에 열화된 부분을 파쇄하고 치핑하는 단계와, 상기 수중 콘크리트 구조물의 파쇄된 단면을 형성하는 판넬 또는 섬유매트를 상기 주중 콘크리트 구조물에 코킹 및 정착하는 단계와, 상기 판넬 또는 섬유매 트의 내부로 그라우트를 주입하도록 주입공을 설치하는 단계 및 상기 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 바지선에서 주입하는 단계를 포함하는 수중 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공한다.
본 발명의 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide; PAAm) 및 메틸계 셀룰로오스 증점제를 병용 적용한 수중 콘크리트 구조물용 모르타르는 기존 제품보다 탁월한 유동성, 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 수중에서의 안정적인 콘크리트 구조체를 형성할 수 있으며, 부수적으로는 탁월한 응집력에 의한 수중 오염방지, 수중 구조물의 철근 보호 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다.
본 발명에 의하면, 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 수중 불분리를 위한 증점제, 결합재 및 유동화제를 포함하며, 기능성 혼화제 및 골재를 더 포함할 수 있다.
상기 수중 불분리를 위한 증점제는 고점성 발현물질로 수용성 폴리머인 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide; PAAm)와 재료분리 방지재로 셀룰로오스계 증점제(Cellulose Thickener)를 병행하여 사용한다. 상기 셀룰로오스계 증점제는 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스와 같은 메틸계 셀룰로오스 또는 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스와 같은 에틸계 셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스와 같은 프로필계 셀룰로오스를 사용할 수 있는데, 바람직하게는 메틸계 셀룰로오스, 더욱 바람직하게는 메틸 셀룰로오스를 사용한다. 상기 증점제는 폴리아크릴아마이드:셀룰로오스계 증점제=0.4:0.6~0.6:0.4의 범위에서 요구되는 유동성 및 재료분리 저항성에 요구특성 변화에 의해 조절하여 사용할 수 있으며, 이와 같은 비율의 수중 불분리용 증점제는 결합재 100 중량부 대비 0.1~0.5중량부 범위에서 사용한다.
상기 증점제를 이용한 본 발명의 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물은 반응성 결합재로 시멘트, 칼슘설포알루미네이트(Calciumsulfoaluminate; CSA), 석고 및 슬래그를 포함한다.
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있는데, KS에 규정된 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 석고는 조기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 즉, 상기 칼슘설포알루미네이 트(CSA) 및 석고는 조직을 치밀하게 하여 모르타르의 균열을 방지하고 모르타르의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA) 대신에 칼슘알루미나시멘트(=CAC)를 사용할 수도 있다. 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 슬래그는 잠재 수경성 특성 및 내염성 증진을 위하여 사용한다. 상기 슬래그 대신에 실리카흄 또는 플라이애쉬를 사용할 수도 있다. 상기 결합재는 결합재와 골재의 100 중량부 대비 30~60중량부 범위에서 요구강도에 따라 변경 사용할 수 있으며, 결합재 100 중량부에 대해 시멘트는 30~70중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 석고는 5~30중량부, 슬래그는 5~30중량부 범위에서 사용할 수 있다. 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 석고의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 그 함량이 5중량부 미만일 경우 모르타르 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약하고 70중량부를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다. 슬래그의 중량비가 증가하면 초기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내염성이 증가한다.
유동화제는 결합재의 유동성을 확보하기 위하여 사용한다. 상기 유동화제는 폴리카르본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 유동화제를 사용할 수 있다. 상기 유동화제는 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.3중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 기능성 혼화제는 소포제, 촉진제 및 지연제를 포함할 수 있다.
상기 소포제는 모르타르 내의 기공을 제거하여 모르타르의 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 상기 소포제는 결합재 100중량부에 대하여 0.05∼0.15중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 소포제로는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예컨대 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있다. 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있다. 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다. 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있다. 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 석고에 의해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 결합재 100중량부에 대하여 0.05∼0.2중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알콜 등을 사용할 수 있다.
촉진제는 물과 접촉할 경우 그 반응 속도가 매우 빠르며, 시멘트와 혼합하여 사용하게 되면 수일이 지나서 얻어지는 압축강도를 수시간 내에 얻을 수 있게 해준다. 상기 촉진제는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예를 들어 염화칼슘, 질산칼슘과 같은 칼슘염, 염화마그네슘과 같은 염화물, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산염, 포름산 또는 그의 염, 리튬카보네이트 등을 사용할 수 있다. 상기 촉진제는 결합재 100중량부에 대하여 0.05∼0.2중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
골재는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강 시에 모르타르 조성물의 대부분을 이룬다. 상기 골재로는 규사가 적합하며, 규사의 입도는 0.2㎜~1.2㎜인 것이 바람직하다. 상기 골재는 모르타르에 대한 작업성을 고려하여 전체 모르타르에 대하여 40∼70중량%의 비율을 가지는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 불분리용 증점제를 이용한 수중 콘크리트 구조물용 모르타르의 반응 메카니즘을 설명한다.
(1) 수중 불분리용 증점제
폴리아크릴아마이드(PAAm)는 아래의 구조식 1과 같은 구조의 단량체를 함유한 합성고분자이다. 폴리아크릴아마이드(PAAm)는 양이온, 음이온 및 비이온계가 존재하나, 시멘트 제품은 물과 혼합 시 강한 알칼리특성을 나타내므로 음이온 또는 비이온계가 적합하다. 폴리아크릴아마이드(PAAm)는 소량으로도 강한 응집력을 발휘하며, 강한 응집력에도 불구하고 미끄러짐 특성이 우수하다. 또한 염화제2철(Ferric Chloride)이나 염화알루미늄(Aluminium Chloride)과 같은 다가 금속염과의 가교결합성이 뛰어나 철근의 부식방지 등의 효과도 얻을 수 있다. 폴리아크릴아마이드(PAAm)의 형상은 과립형과 분체형이 있으나, 모르타르에 적합한 분체형을 사용하는 것이 바람직하다.
[구조식 1]
Figure 112008022894052-pat00001
메틸계 셀롤로오스 증점제는 아래의 구조식 2와 같은 구조의 천연고분자 물질로서 자체적으로는 용해성이 없으나, 변성에 의한 수팽윤성을 부여한 제품이다. 메틸계 셀롤로오스 증점제는 물과 결합할 수 있는 작용기가 무수히 발달되어 있어 소량의 사용으로도 급격한 점성발현 및 유동성의 손실을 초래한다. 폴리아크릴아마이드(PAAm)에 비해 응집성은 떨어지나, 미끄러짐 방지특성이 있어 재료가 분리되거나 처지는 것을 막아준다.
[구조식 2]
Figure 112008022894052-pat00002
(2) 결합재
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모르타르 조성물은 시멘트의 반응식 1 및 2와 같은 칼슘실리케이트수화물 겔(Calcium Silicate Hydrogel; 이하 'CSH-gel'이라 함) 형성의 수화 반응에 의한 강도발현을 근거로 하나, 본 발명의 수중 콘크리트 구조물용 모르타르의 경우 증점제의 강한 피막이 수화반응을 억제하기 때문에 속경성 재료를 사용하여 조기에 강도를 발현시킬 필요가 있다. 따라서, 반응식 3과 같이 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고를 같이 사용함으로써 팽창성 속경물질인 이트린지트(Ettringite)를 형성시켜 초기 경화반응을 유도하고, 더불어 수축 감소에 의한 균열 발생 방지 효과도 얻을 수 있다.
◎ CSH-gel(3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O) 형성 반응
3CaOㆍSiO2의 수화반응은 다음의 반응식 1과 같다.
2(3CaOㆍSiO2)+6H2O→3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O+3Ca(OH)2
2CaOㆍSiO2의 수화반응은 다음의 반응식 2와 같다.
2(2CaOㆍSiO2)+4H2O→3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O+Ca(OH)2
◎ 이트린지트(Ettringite) 형성 반응
이트린지트(Ettringite) 형성 반응은 다음의 반응식 3과 같다.
3CaOㆍAl2O3+3Ca(OH)2+3SO3+29H2O→3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O
이하, 본 발명을 하기의 실시예들과 비교예들을 통하여 더욱 상세히 설명한다.
<실시예 1>
결합재, 증점재, 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 40중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고 30중량부 및 슬래그 30중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 증점제(폴리아크릴아마이드와 메틸셀룰로오스(MC)를 중량비로 40중량부:60중량부로 혼입)를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
결합재, 증점재, 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 60중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고 20중량부 및 슬래그 20중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 증점제(폴리아크릴아마이드와 메틸셀 룰로오스(MC)를 중량비로 50중량부:50중량부로 혼입)를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
결합재, 증점재, 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 70중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고 10중량부 및 슬래그 20중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 증점제(폴리아크릴아마이드와 메틸셀룰로오스(MC)를 중량비로 60중량부:40중량부로 혼입)를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
결합재, 메틸셀룰로오스(MC), 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 60중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고 20중량부 및 슬래그 20중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 멜틸셀룰로오스 증점제를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
결합재, 폴리아크릴아마이드(PAAm), 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 60중량부, 칼슘설포알루미네 이트(CSA)와 석고 20중량부 및 슬래그 20중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 폴리아크릴아마이드(PAAm) 증점제를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
결합재, 유동화제, 골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서에 투입하고, 강제식 믹서의 회전 속도를 150rpm으로 하여 3분 동안 충분히 교반하였다.
이때, 결합재 100중량부 중에 포틀랜드 시멘트 60중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 석고 20중량부 및 슬래그 20중량부를 결합재로 사용하였다. 결합재와 골재는 중량비로 1:1로 하였다. 상기 골재로는 0.5㎜ 크기의 평균 입경을 갖는 규사를 사용하였다. 결합재 100중량부에 대하여 증점제(폴리아크릴아마이드와 메틸셀룰로오스를 중량비로 70중량부:30중량부로 혼입)를 0.1중량부로 혼입하였다. 또한, 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 유동화제, 소포제, 지연제 및 촉진제를 각각 0.25중량부, 0.05중량부, 0.1중량부 및 0.1중량부로 첨가하였다. 상기 소포제로는 글리콜을 사용하였고, 지연제로는 시트릭산을 사용하였으며, 촉진제로는 리튬 카보네이트를 사용하였다.
교반된 결과물에 물 16중량부를 넣고 다시 강제식 믹서에서 2분 동안 교반을 수행하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
<시험예 1>
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 제조한 모르타르 조성물을 KS L 5220에 규정한 방법에 따라 플로우 시험(비타격 시의 흐름성)을 측정하였다.
재료분리는 모르타르 슬러리를 손으로 저어 보아 판단하였으며, 수중 제작 공시체는 수면아래 10cm 몰드를 설치 후 자유 낙하하여 제작하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
플로우(㎜) 118 125 132 115 119 122
재료분리 없음 없음 없음 없음 발생 없음
<시험예 2>
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 제조한 모르타르 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
압축강도 (㎏f/cm2) 기중 3일 258 225 220 188 202 213
기중 28일 568 564 558 498 508 532
수중 3일 219 208 199 165 186 178
수중 28일 520 527 508 395 427 401
<시험예 3>
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 제조한 모르타르 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
접착강도 (㎏f/cm2) 기중 3일 18 15 13 12 11 13
기중 28일 20 21 18 16 16 17
수중 3일 16 12 10 10 9 11
수중 28일 16 16 15 13 12 13
<시험예 4>
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 제조한 모르타르 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
휨강도 (㎏f/cm2) 기중 3일 24 21 21 18 20 21
기중 28일 53 55 53 48 50 53
수중 3일 21 20 19 16 18 18
수중 28일 49 51 49 38 41 41
표 1 내지 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 3의 경우가 비교예 1 내지 3의 경우보다 유동성, 재료분리 저항성, 강도적 측면에서 폴리아크릴아마이드(PAAm)와 메틸셀룰로오스(MC) 증점제를 혼합 사용한 경우의 모르타르 특성이 가장 우수한 것으로 나타났다.
이하에서, 상술한 바와 같이 제조된 본 발명의 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 이용하여 수중 콘크리트 구조물을 보수하는 공법을 설명한다.
먼저, 수중 콘크리트 구조물에 열화된 부분을 파쇄하고 치핑한다. 이어서, 상기 수중 콘크리트 구조물의 파쇄된 단면을 형성하는 판넬 또는 섬유매트를 상기 주중 콘크리트 구조물에 코킹 및 정착한다. 수중 콘크리트 구조물의 파쇄된 단면이 평평한 형상을 가질 때는 판넬을 사용하며, 파쇄 단면이 굴곡이 있는 형상을 가질 때에는 유연성이 있는 섬유매트를 사용할 수 있으며, 이들 판넬과 섬유매트를 병용하여 사용할 수도 있다. 다음으로, 상기 판넬 또는 섬유매트의 내부로 그라우트를 주입하도록 주입공을 설치한다. 이어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 바지선에서 주입하여 수중 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 보강한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 석고 및 슬래그를 포함하는 결합재;
    금속염과 가교결합성을 가져 철근의 부식을 방지하고 응집 작용으로 점성을 증가시키는 수용성인 폴리아크릴아마이드와 미끄러짐을 억제하여 재료의 분리를 방지하기 위한 메틸계 셀룰로오스를 포함하는 증점제; 및
    상기 결합재의 유동성을 확보하기 위한 유동화제를 포함하며,
    상기 증점제는 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.5중량부를 함유하며, 상기 유동화제는 폴리카르본산계 유동화제이고, 상기 폴리카르본산계 유동화제는 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼0.3중량부를 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴아마이드와 상기 메틸계 셀룰로오스를 중량비로 0.4:0.6∼0.6:0.4 범위로 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대해 상기 시멘트는 30~70중량부, 상기 칼슘설포알루미네이트 및 상기 석고는 5~30중량부, 상기 슬래그는 5~30중량부를 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 수중 콘크리트 구조물의 보수보강 시에 모르타르 조성물의 골격을 이루는 역할을 하는 골재를 더 포함하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 골재와 상기 결합재의 100중량부에 대하여 상기 결합재는 30∼60중량부를 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.05∼0.15중량부의 글리콜계 소포제, 0.05∼0.2중량부의 시트릭산계 지연제 및 0.05∼0.2중량부의 리튬카보네이트계 촉진제를 더 함유하는 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물.
  8. 수중 콘크리트 구조물에 열화된 부분을 파쇄하고 치핑하는 단계;
    상기 수중 콘크리트 구조물의 파쇄된 단면을 형성하는 판넬 또는 섬유매트를 상기 주중 콘크리트 구조물에 코킹 및 정착하는 단계;
    상기 판넬 또는 섬유매트의 내부로 그라우트를 주입하도록 주입공을 설치하는 단계; 및
    상기 제1항 내지 제5항, 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 수중 콘크리트 구조물용 모르타르 조성물을 바지선에서 주입하는 단계를 포함하는 수중 콘크리트 구조물의 보수공법.
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