KR100846159B1 - 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성폴리머모르타르 조성물 및 제조방법 - Google Patents

콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성폴리머모르타르 조성물 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수에 사용되는 수용성 폴리머시멘트 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 수용성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 39.58-42.12 중량부의 시멘트와, 41.60-45.12 중량부의 규사, 13.52-14.39 중량부의 수용성 폴리머, 그리고 1.78-1.89 중량부의 실리카퓸을 포함하여 이루어지는 것을 구성상의 특징으로 한다.
또한 상기 조성물을 구성하는 성분 중 수용성 폴리머는 전체 100 중량부에 대하여 44.89 중량부의 SB라텍스와 55.11 중량부의 물을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
발명에 의한 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물은 실리카 퓸 및 SB 라텍스를 사용함으로서 발현강도의 증진과 시멘트 경화체의 조직 및 공극 구조를 개선하여 수밀성과 중성화, 동해, 염해 등의 저항성을 향상시키고 미세균열을 억제할 수 있는 효과가 있다.
SB 라텍스, 실리카퓸, 수용성 폴리머, 모르타르, 몰탈

Description

콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성폴리머 모르타르 조성물 및 제조방법{A Composition Water Soluble Polymer for Concrete Structure Section Repair and Surface Recover}
본 발명은 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수용성 폴리머, 실리카퓸을 이용하여 시멘트 경화체의 조직 및 공극 구조를 개선하여 수밀성, 동결융해 저항성 등 내구성을 향상시키고 강도발현이 우수한 양질의 제품을 얻을 수 있도록 한 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
토목 및 건축분야에서 각종 콘크리트 구조물은 환경적 요인과 사용재료의 내구성 저하 등 복합적인 영향으로 중성화, 동해, 염해 등 콘크리트의 열화현상이 진행되어 구조체의 내하력 및 내구성이 저하되고 안전성이 떨어져 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 열화된 콘크리트의 단면복구 및 내구성능 향상을 위한 적절한 보 수 및 보강공법이 요구되고 있는 실정이다.
콘크리트 구조물의 보수 / 보강에 널리 이용되는 종래의 기술은 에폭시수지 모르타르와 폴리머시멘트 모르타르를 들 수 있다. 에폭시수지 모르타르는 주제와 경화제의 배합비에 따라 작업성 및 가사시간이 달라져 성능에 큰 영향을 미치고 경화시 온도 의존성이 높아 저온시에는 경화가 어려우며 열팽창계수가 콘크리트의 2~4배 정도 크기 때문에 고열·고온에 의한 변형량이 큰 단점이 있다.
또한 폴리머 시멘트 모르타르는 에폭시수지 모르타르에 비하여 구체와의 일체화 특성은 우수하나 보수재료의 부착성 향상을 위하여 증점제를 첨가함으로서 스프레이 장비를 이용한 기계 시공시 운송호스 내부의 표면과 마찰력이 증대되어 호스가 막힘은 몰론 토출량이 적어져 시공속도가 저하되고 폴리머의 종류나 첨가량에 따라 흙손 바름 작업성이 나빠지고 타설 두께가 비교적 얇아 여러 번의 반복적인 시공이 필요하여 시공성의 개선이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 갖고 있는 문제점을 개선하기 위하여 시공부착력이 우수하고 리바운드량 및 운송호스내 막힘현상을 최소화하여 일정한 토출량을 확보하고 1회 타설 두께를 증가시켜 시공속도 및 시공기간을 단축할 수 있는 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정적인 강도발현은 물론 중성화, 동해, 염해 등의 내구성능을 향상시키고 보수단면과의 일체화 거동 특성이 우수하며 균열제어 효과가 우수한 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 제조방법은 39.58-42.12 중량부의 시멘트와, 41.60-45.12 중량부의 규사와, 13.52-14.39 중량부의 수용성 폴리머와, 1.78-1.89 중량부의 실리카 퓸을 충분히 교반하여 혼합한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물을 구성하는 성분 중 수용성 폴리머는 44.89 중량부의 SB라텍스 고형분과 55.11 중량부의 물을 혼합하여 이루어지는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 의한 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물은 실리카 퓸 및 SB 라텍스를 사용함으로써, 발현 강도의 증진과 시멘트 경화체의 조직 및 공극 구조를 개선하여 수밀성과 중성화, 동해, 염해 등의 저항성을 향상시키고 미세균열을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 유동성을 증가시켜 운송호스내 막힘현상을 최소화하여 일정한 토출량의 확보가 가능하고 기존 구체와의 부착력이 우수하여 리바운드량 감소 및 1회 타설두께를 증가시켜 종래의 기술에 비해 시공속도의 상승 및 시공기간 단축시킬 수 있다.
또한, 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물은 수중 및 물과 일부 접촉된 콘크리트 구조물의 보수공사시 별도의 증점제 및 수중 불분리성 혼화제를 사용하지 않고 활용이 가능하다.
본 발명에 의한 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물과 그 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서의 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물 은, 39.58-42.12중량부의 시멘트와; 41.60-45.12 중량부의 규사와; 시멘트 수화 초기부터 수산화칼슘과 결합하는 포졸란 반응을 통해 시멘트 경화체의 공극을 보다 치밀하게 하여 강도의 증진과 투수성, 투기성을 감소시키기 위한 1.78-1.89 중량부의 실리카 퓸과; 조성물의 유동성을 증가시키고 조성물내의 미세공극 충진 및 공극구조를 개선하여 외부로부터의 유해물질 침투를 억제하고 조성물의 수밀성 및 중성화, 동해, 염해 등의 저항성을 향상시키고 균열을 억제하는 효과가 있는 13.52-14.39 중량부의 수용성 폴리머를 포함하는 것을 구성상의 특징으로 하며, 별도의 물 첨가 없이 프리믹스 타입의 몰탈 재료와 수성 폴리머만 첨가하여 사용할 수 있는 제품으로 현장에서 임의로 첨가되는 물로 인한 보수재료의 품질저하를 방지할 수 있는 특징을 갖는다.
상기 실리카 퓸은 실리콘 금속이나 실리콘 합금의 제조과정에 사용되는 전기 아크 용광로에서 나오는 산업부산물로서 무정질 상태의 실리카를 80% 이상 함유하고 있는 포졸란성 재료로 입자의 크기가 시멘트 입자의 1/25 정도로 미세한 구형의 입자로 시멘트 입자의 공극을 충전하는 마이크로 필러 효과와 골재 입자, 모르타르와 펌프 및 운송호스 사이의 마찰을 감소시킴으로서 워커빌리티(workability)와 펌퍼빌리티(pumpability)를 증가시키고 모르타르의 점착성, 재료분리 저항성을 개선하며 블리딩을 감소시키는 역할을 한다.
또한, 시멘트 수화반응시 생성되는 Ca(OH)2와 반응하여 부가적인 CSH 겔을 형성하는 포졸란 반응[3Ca(OH)2 + 2SiO2 → 3CaO·2SiO2·3H2O]을 하여 강도가 향상됨은 물론 자유수에 의해 형성된 공극을 메워 치밀한 구조체를 형성하여 투기, 투수성을 감소시키고 수화열을 저감시키는 역할을 한다.
이때, 상기 실리카퓸의 함량은 시멘트 100 중량부에 대하여 4 내지 6중량부로 포함되도록 함이 바람직하다. 실리카퓸 함량이 4 중량부 미만의 모르타르는, 실리카퓸을 포함하지 않은 보통의 모르타르와 비교하여 볼 때 염소이온 투과성이나 방수 효과 등에서 별 차이가 없으며, 실리카 퓸 함량이 6 중량부를 초과하게 되면 강도발현 및 내구성능 향상을 기대할 수는 있으나, 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘과 매우 짧은 시간에 반응하고 겔(gel)상의 물질을 생성으로 점성이 커져 조성물의 유동성이 저하되어 스프레이 장비를 이용한 기계 시공시 마무리 작업등 시공성이 오히려 떨어지기 때문이다.
한편, 상기 수용성 폴리머는 44.89 중량부의 SB 라텍스 고형분과; 55.11 중량부의 물을 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이는 SB 라텍스 고형분의 함량 비율이 너무 적을 경우(상기 수용성 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 내에서의 시멘트 100 중량부를 기준으로 할 때 대략 6.2 미만의 경우) 조성물의 부착성, 유동성, 내구성능이 떨어져 보수재료로의 성능을 기대하기 어려우며, 반대로 SB 라텍스 고형분의 함량 비율이 7 중량부을 초과하게 되면 비교적 고가의 혼화재인 SB 라텍스의 사용량이 많아져 전체적인 모르라트 조성물의 비용시 상승되어 경제성의 측면에서 불리하기 때문이다.
상기 수용성 폴리머를 구성하는 라텍스는 원래 고무나무로부터 얻어지는 자연제품을 일컬었으나 근래에는 화학합성에 의하여 만들어진 폴리머 제품의 일종으로 반투명상태의 우유 빛을 띠며 콜로이드 같은 작은 구형의(직경 0.5-5㎛) 유기체 폴리머 입자가 물속에 분산되어 있는 것을 말한다.
이러한 라텍스는 콘크리트의 유동성을 증가시켜 작업성 향상 및 단위수량의 감소로 인한 발현강도의 증진효과가 있으며 시멘트 수화반응시 자착성 및 흡착성을 갖는 필름막을 형성하여 수화물 및 공극구조를 개선하여 수밀성을 증가시켜 염화물의 침투를 억제시키고 동해, 중성화 등의 저항성 향상 및 미세균열 제어효과가 있다.
또한 라텍스는 입자간의 자착성 및 흡착성으로 발생하는 점성적 성질과 수산화칼슘과 반응하여 겔상의 물질을 생성시켜 조성물의 점성을 증가시키는 실리카퓸을 사용함으로서 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 재료 분리를 억제하며 시공 시 발생되는 리바운드량을 최소화시키고 콘크리트 구조물과의 접착 및 부착력 향상 및 휨?인장강도를 증진시키는 역할을 한다. 또한 조성물의 점성 증가로 인하여 수중 및 물과 일부 접촉된 콘크리트 구조물의 보수공사시 별도의 증점제 및 수중 불분리성 혼화제를 사용하지 않고 활용이 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 따른 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 성능을 평가하기 위하여, 아래의 실시예 1, 2 및 비교예 1에 의해 조성물을 제조하여 KS F 2476에 준하여 압축강도, 휨강도, 부착강도 및 길이변화율 시험을 실시하였다.
또한 ASTM C 1202 및 KS F 2456에 준하여 투수저항성 및 동결융해 저항성 시험을 추가적으로 실시하였으며 시험결과를 아래 표1에 제시하였다.
이하, 실시예1, 실시예2 및 비교예 1은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 한정된 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
실시예1 : 보통 포틀랜드 시멘트 909.15kg, 규사 897.97kg, 실리카퓸 41.85kg에 수용성 폴리머 310.65kg을 첨가한 후 믹싱(mixing)하여, 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예2 : 보통 포틀랜드 시멘트 861.30kg, 규사 981.89kg, 실리카퓸 38.70kg에 수용성 폴리머 294.3kg을 첨가한 후 믹싱(mixing)하여, 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예 1 : 본 발명에 따른 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타트 조성물의 성능을 비교하기 위하여 국내에서 상용화 되어있는 보수재료를 사용하여 조성물을 제조하였다. 상기 조성물은 10 내지 15 중량부의 폴리머, 30 내지 40 중량부의 시멘트, 35 내지 45 중량부의 규사, 12 내지 20 중량부의 물 및 1 내지 3 중량부 혼화제가 배합된 것으로 미세하기 때문에 표면을 매끄럽게 구성하고, 이산화탄소 및 염분의 침투를 억제할 수 있으며, 또한 큰 점조성과 장기적인 구조물의 안정성과 내구성을 증진하는 특성을 가진다고 알려져 있다.
시험항목 재령 결과치
실시예1 실시예2 비교예1
압축강도(MPa) 1일 28.70 27.92 12.50
7일 55.25 54.73 42.30
28일 60.84 59.85 58.70
휨강도 (MPa) 28일 12.36 12.25 10.20
부착강도(MPa) 28일 3.09 2.97 2.54
길이변화율(%) 28일 0.011 0.012 0.015
투수저항성(Coulomb) 28일 120 (매우 낮음) 142 (매우 낮음) 1103 (낮음)
동결융해 저항성 (잔존 강도율, %) 28일 양생후 300 Cycle 84.03 85.23 81.57
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물은 종래의 상용화 되어있는 보수재료에 비하여 압축, 휨강도 및 부착성능이 우수하고 길이변화율이 적어서 수축에 의한 변형 및 재료의 탈락을 최소화할 수 있다.
또한, 염소이온 투과 시험에서도 기존의 보수재료에 월등히 높은 투수저항성을 보였으며 동결과 융해를 반복하는 횟수에 따른 손상정도 역시 평가결과 역시 우수한 것으로 나타나 내구성 측면에서도 매우 양호한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 토목 및 건축분야의 각종 콘크리트 구조물의 중성화, 동해, 염해 등 콘크리트의 열화현상으로 인하여 노후화된 콘크리트의 단면복구 및 내구성능 향상이 가능하므로, 토목 구조물의 유지보수 산업분야에 특히 유용한 발명이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 39.58-42.12 중량부의 시멘트와;
    41.60-45.12 중량부의 규사와;
    13.52-14.39 중량부의 수용성 폴리머와;
    1.78-1.89 중량부의 실리카 퓸이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 제조방법으로서,
    상기 수용성 폴리머는,
    44.89 중량부의 SB라텍스 고형분과; 55.11 중량부의 물을 혼합하여 이루어는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물의 제조방법.
  3. 제2항의 방법에 의하여 제조된 콘크리트 구조물 단면 및 표면보수용 수용성 폴리머 모르타르 조성물.
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