KR100931016B1 - 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법에 관한 것으로, 그 목적은 수로의 콘크리트 구조물에 시멘트가 첨가되지 않은 보수용 모르타르 조성물을 타설하여 친환경적이고 중금속 용출이 없어 2차 오염을 방지할 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명은 CSA가 함유된 분체형 보수재 100 중량부에, 고인성 PVA 파이버가 함침된 수용성 무기질 보수재 18∼22 중량부를 첨가하도록 되어 있으며, 상기 수용성 무기질 보수재는 액상 보수재 100 중량부에 대하여, 고인성 PVA 파이버 1∼5 중량부 및 물 200 중량부로 이루어지고, 상기 액상보수재는 리튬 실리케이트 5∼30중량%, 에틸렌 글리콜 1∼5 중량%, SBR 라텍스 1∼10중량%, EVA계 수용성 폴리머 60∼80중량%로 이루어져 있다.

수로, 보수, 콘크리트구조물, 리튬 실리케이트, CSA

Description

콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법{Nature friendly Mortar for repairing of concrete waterway and repairing method using the same}

본 발명은 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법에 관한 것으로, 파이버가 함침된 수용성 무기질 방수재를 분체형 보수재와 혼합하여 첨가수의 증가가 없고, 조강성 및 방수성을 구비한 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법에 관한 것이다.

일반적으로 농수로나 상하수도 집수정의 수로와 같은 수로용 콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따른 노후화 및, 환경에 의한 변화범위에 신축적으로 대응하지 못하거나, 외부수압과 내부수압의 동시작용에 의한 압력 차에 의하여 수로 내외부가 쉽게 부식되거나 마모되어 틈이 형성되고, 이로 인하여 수로용 콘크리트 구조물을 흐르는 물이 외부로 유출되는 누수 현상이 초래되고 있다.

종래에는 수로용 콘크리트 구조물에 부식, 마모, 균열에 의해 형성된 틈에 대한 보수방법으로, 열화된 부분을 깎아내는 등의 방법으로 제거하고, 콘크리트나 모르타르를 타설 양생하여 단면을 복구하고, 표면에 에폭시 수지 등의 내식성이 강한 수지재료를 도포하는 방식라이닝 및, 실란트 충진을 통한 시공 또는 유지 보수 방법이 사용되고 있었다.

또한, 수로 보수를 위한 선출원특허로는 수로용 콘크리트 구조물의 갈라진 틈사이를 다듬는 단계, 갈라진 틈사이에 경질 우레탄을 발포하기 위한 거푸집을 형성하는 단계, 및 거푸집내에 경질우레탄을 발포하여 우레탄 결합층을 형성하는 단계를 통해, 수로용 콘크리트 구조물에 노후로 형성된 틈을 빠른 시간안에 반영구적으로 보수하여 누수를 방지하는 공개특허 2006-0118302 및,

수로 안쪽 면에 설치되고, 콘크리트 면으로부터 돌출 되지 않게 형성되며, 누수 부위에 콘크리트 접착용 모르타르를 이중으로 발라 접착되는 고무재질의 방수포와, 이음부위에 보강되는 충진재로 구성되는 콘크리트 수로의 신축이음 장치 누수 보강 구조를 구비하여, 콘크리트 수로의 신축이음 장치에 누수가 생기는 경우 이를 보수 및 보강하는 실용신안등록 제 0330013 호 등이 있다.

그러나, 상기와 같은 공법은 별도의 시트층 및 우레탄층을 구비하도록 되어 있어, 시공이 복잡하고, 많은 작업시간이 소요되는 문제점이 있으며, 특히, 기존 시멘트계 보수재의 경우, 경화시간이 늦고 수축이 심해 크랙발생의 위험이 높고,중금속용출로 인해 수로의 물을 오염시킬 수 있으며, 산에 약하므로, 부식이 빠르게 진행되는 문제점이 있었다.

물론, 부식을 방지 및 크랙방지를 위하여 고농도의 수용성 폴리머와 파이버 를 사용하는 방법도 있으나, 상기 고농도의 수용성 폴리머는 끈적임이 심해 작업성이 떨어지며, 일반적인 파이버는 방수코팅이 되지 않아 방수성을 저하시키고, 고무계열의 파이버는 친수성이 떨어져 부착성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 수로의 콘크리트 구조물에 시멘트가 첨가되지 않은 보수용 모르타르 조성물을 타설하여 친환경적이고 중금속 용출이 없어 2차 오염을 방지할 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 pH 가 낮은 저알카리성을 구비하여, 알카리 골재반응을 줄이고, 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 고인성 PVA 파이버를 액상보수재에 함침시킨 후 이를 분체형 보수재와 배합하여, 파이버로 인한 첨가수의 증가가 없고 우수한 방수성을 구비할 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 조강성을 구비하고, 수축 및 크랙이 적어 작업성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 우수한 압축강도 및 휨강도를 구비하여 보수부위 및 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명은 CSA가 함유된 분체형 보수재 100 중량부에, 고인성 PVA 파이버가 함침된 수용성 무기질 보수재 18∼22 중량부를 첨가하도록 되어 있다.

상기 수용성 무기질 보수재는 액상 보수재 100 중량부에 대하여, 고인성 PVA 파이버 1∼5 중량부 및 물 200 중량부로 이루어져 있다.

상기 액상보수재는 리튬 실리케이트 5∼30중량%, 에틸렌 글리콜 1∼5 중량%, SBR 라텍스 1∼10중량%, EVA계 수용성 폴리머 60∼80중량%로 이루어져 있다.

본 발명은 액상보수재에 고인성 PVA 파이버와 물을 배합하고 고인성 PVA 파이버를 1시간 이상 함침시켜 수용성 무기질 보수재를 생성하는 함침단계;

수용성 무기질 보수재와 분체형 보수재를 배합하여 보수용 모르타르를 형성하는 배합단계;

콘크리트 구조물의 방수 바탕면의 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;

이물질이 제거된 콘크리트 구조물의 방수 바탕면에 보수용 모르타르를 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하는 시공단계;

보수용 모르타르 타설 후, 표면 중결상태에서 리튬 실리케이트 수용액을 도포양생하는 양생단계;로 이루어져 있다.

이와 같이 본 발명은 분체형 보수재와 수용성 무기질 보수재로 나누어 배합하고, 수용성 무기질 보수재에 고인성 PVA 파이버를 함침시킨 후 사용하도록 되어 있어, 분말도가 높은 분체형 보수재에 의해 수용성 폴리머를 적게 사용하여도 우수한 방수성을 확보할 수 있으며, 고인성 PVA 파이버로 인한 첨가수의 증가가 없다.

또한, 본 발명은 저알칼리성을 구비하도록 되어 있어, 알카리 골재반응을 줄여 내구성을 높일 수 있으며, 시멘트를 첨가하지 않아 중금속 용출이 없고 이로 인한 2차오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 조강성을 구비하고 분말도가 높아 우수한 부착성을 구비하므로, 물이 흐르는 수로에 적용가능하고, 신속한 작업이 가능하다.

또한, 본 발명은 일반시멘트에 비해 약 1.5 배정도의 압축강도 및, 2배정도의 휨강도를 구비하고 있어, 보수유지효과가 우수하며, 수축 및 크랙발생을 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 분체형 보수재에 유동화제로 폴리카본산계를 사용하도록 되어 있어, 액상수지와의 혼합성을 좋게하고, 보수 모르타르의 형성시 작업성을 좋게하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수용성 무기질 보수재에 리튬 실리케이트를 함유하도록 하여, 높은 몰비의 실온에서 안정하고 점도가 잦은 수용성 무기질 보수재를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 수용성 무기질 보수재에 EVA 폴리머와 SBR 라텍스 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 액상수지를 함유하도록 되어 있어, 배합에 따른 보수모르타르의 형성시, 소프트한 터치와 우수한 접착력을 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명은 고인성 PVA 파이버를 사용하도록 되어 있어, 우수한 분산성 및 초기균열을 억제할 수 있으며, 고인성 PVA 를 수용성 무기질 보수재에 미리 함침시킨 후 사용하므로, 방수코팅을 유지하고 이를 통해 우수한 방수성을 구비할 수 있다.

또한 본 발명은 분체형 분말에 배합되는 CSA 의 분말도를 4000∼4500 으로 설정하여, 가사시간 단축 및 장기적인 강도저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 보수 모르타르의 타설후 표면 중결상태에서 리튬 실리케이트 수용액을 도포 양생하여 리튬실리케이트 파믹을 형성하므로, 초기에 내수성이 나타나는 코팅이 형성되어 보수재의 표면강도가 증대되는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 시공방법을 보인 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 CSA가 함유된 분체형 보수재 100 중량부에, 고인성 PVA 파이버가 함침된 수용성 무기질 보수재 18∼22 중량부를 첨가하도록 되어 있다.

상기 분체형 보수재는 CSA 28∼57중량%, 모래 40∼70중량%, 폐유리분말 1∼3중량%, 폴리카본산계 유동화제 0.01∼0.6중량%를 포함하도록 되어 있다.

상기 CSA는 분말도 4,000∼4,500 을 구비하고, 아래의 [표1]과 같은 화학분석비율 및 [표2]와 같은 물리적 특성을 구비한다.

[표1]

[표2]

상기 본 발명에 따른 CSA는 과도한 분쇄로 인하여 주도가 높을 경우 높은 물 비를 유지하며 가사시간이 짧아지면서 장기강도 저하를 가져올 수 있으므로 상기 [표1] 및 [표2]의 조건을 만족하여야 한다. 특히, Al₂O₃ 성분은 30중량% 미만으로 떨어질 경우 조강성, 강도, 내산성에 영향을 미치고 성능저하로 이어지므로, 30중량% 이상을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 모래는 수분함량이 0.5중량% 미만인 것을 사용하며, 조립율은 2.7∼3.0 사이의 입도를 가지고 있는 강사 혹은 인조규사를 사용한다.

상기 폐유리 분말은 3중량% 이내로 사용 시 내산성을 높여주고 강도를 높여주나 3중량% 초과하여 첨가할 경우, 강도가 저하되고 내구성이 떨어지게 된다.

상기 유동화제는 수지와의 혼합성을 좋게하기 위하여 폴리카본산계 유동화제를 혼합한다. 유동화제로 폴리카본산계 이외의 멜라민계, 나프탈렌계 유동화제를 사용할 경우, 수지와 혼합 시 거품이 일어나 몰탈의 작업성을 떨어뜨리고 내구성 또한 저하시키는 요인이 된다.

상기 수용성 무기질 보수재는 액상 보수재 100 중량부에 대하여, 고인성 PVA 파이버 1∼5 중량부 및 물 200 중량부로 이루어져 있다.

상기 액상보수재는 리튬 실리케이트 5∼30중량%, 에틸렌 글리콜 1∼5 중량%, SBR 라텍스 1∼10중량%, EVA계 수용성 폴리머 60∼80중량%로 이루어져 있다.

상기 리튬 실리케이트는 아래의 [표3]과 같은 특성을 구비하며, 콘크리트 구조물의 강도를 증가시키고, 방수층 표면의 수밀성 및 표면강도를 향상시킨다.

[표3]

상기 리튬실리케이트는 규산나트륨이나 규산칼륨보다 더 높은 몰비(molar ratio)의 액상 제품을 만들 수 있다. 즉, 규산나트륨의 경우 SiO₂의 농도가 10% 이상인 4∼4.5몰의 용액은 매우 점도가 높고 불안정한 상태인 반면, 리튬실리케이트 는 SiO₂ 농도가 20%이고 몰비가 8에 가까운 경우도 실온에서 안정하고 점도가 낮다. 이러한 특별한 안정성은 수화된 리튬 이온이 수화된 나트륨이나 칼륨 이온보다 더 크기 때문으로, 상대적으로 큰 수화된 양이온은 큰 실리카 미셀들(micells)을 안정화시킬 수 있다.

또한 리튬 실리케이트는 액상 규산나트륨이나 규산칼륨과는 다르게, 실온에서 건조된 리튬실리케이트의 피막은 물에 녹지 않으며, 이러한 성질을 이용하여 부식을 방지하고 고온에서 내성이 있어, 초기에 내수성이 나타나는 코팅이 형성되어 보수재의 표면강도가 증대된다.

또한, 상기 리튬 실리케이트는 시멘트계 재료의 침투성이 탁월하여 시멘트계 재료에 침투한 다음, 내부의 시멘트 겔과 겔 사이에 충전되어 건조되면서 대단히 경고한 글래스질의 고화물을 형성하여 바탕의 함침층을 더욱 강화시키는 역할을 한다.

상기 리튬 실리케이트(알칼리 실리케이트)는 일반 포틀랜트 시멘트계열의 재료를 사용 시 알칼리 실리케이트를 2중량%이상 함유하게 되면 급결현상으로 인해 작업시간이 확보되지 않으나, 본 발명은 5중량%이상 함유할 때 가장 좋은 성능을 낸다. 즉, 본 발명 CSA를 함유한 분체형 보수재를 사용하도록 되어 있어, CSA 중 Free CaO를 3%이하로 조정하였다. 그 이상의 Free CaO를 3%이상 함유할 경우 비정질 산화칼슘이 실리케이트와 반응하여 급결현상이 일어나 작업시간 확보가 불가능하지만 비정질 산화칼슘이 3%이하의 바인더에서는 그 양이 미비하여 급결현상이 일 어나지 않아 작업시간을 확보할 수 있으며 방수성능 및 내구성을 높일 수 있다.

상기 EVA 폴리머, SBR 라텍스 및 에틸렌 글리콜은 배합되어 리튬실리케이트 첨가를 위한 액상수지를 형성하게 된다. 즉, 액상수지는 EVA 폴리머 60∼80중량%에 SBR LATEX 를 1∼10중량% 첨가하여 형성하며, 이와 같이 형성된 액상수지는 소프트(SOFT)한 터치(TOUCH)와 우수한 접착력을 구비하게 되고, 기존 라텍스(LATEX)가 동절기에 경화되는 경향을 해결하고 우수한 내수강도를 구비하게 된다.

상기 SBR LATEX 는 10중량% 초과하여 배합 시에 시멘트의 요변성을 좋게 하나 결합반응 시에 수화반응을 방해하여 압축강도가 떨어져 구조체가 치밀하지 못해 방수 성능을 저해한다.

또한, 상기 액상수지에는 에틸렌 글리콜(ETHYLENE GLYCOL)을 1∼5중량% 첨가하며, 이는 물에 잘 용해되면서 낮은 어는점(-13℃)과 높은 비점(197.2℃)으로 겨울철 동결 방지 효과 외에 수분의 빠른 증발을 막고 몰탈의 균열을 최대한 억제하기 위한 것으로, 에틸렌 글리콜(EHYLENE GLYCOL)을 5중량% 초과한 함량을 혼합 할 경우 시멘트와 혼합 시 시멘트의 응결 반응을 방해하는 요소가 되어 경화 속도가 떨어지며 강도가 떨어지고, 점성을 높여 작업성을 떨어뜨리게 된다.

즉, 본 발명에 따른 액상보수재는 리튬 실리케이트, 에틸렌 글리콜, SBR LATEX 및, EVA 폴리머로 이루어져 있으며, 이중 에틸렌 글리콜, SBR LATEX 및, EVA 폴리머의 배합을 액상수지로 정의한 것이다.

상기 고인성 PVA 파이버는 직경 0.1㎜, 길이 8∼12㎜, 인장강도 100㎏f.㎟ 이상, 탄성율 2000㎏f/㎟ 이상, 파단신도 15% 이하, 비중 1.2 이상을 구비하는 것을 사용한다. 이와 같은 고인성 PVA 파이버는 나일론, PP 등의 타재질과 대비할 경우, 우수한 강도, 분산성, 보강성 및 초기균열성을 구비한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 보수 모르타르 조성물을 이용한 보수공법에 대하여 설명하면,

도 1 은 본 발명에 따른 시공방법을 보인 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 액상보수재에 고인성 PVA 파이버와 물을 배합하고 고인성 PVA 파이버를 1시간 이상 함침시켜 수용성 무기질 보수재를 생성하고, 생성된 수용성 무기질 보수재에 CSA가 함유된 분체형 보수재를 배합하여 콘크리트 모르타르 조성물을 형성하는 배합단계;

삭제

콘크리트 구조물의 방수 바탕면의 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;

이물질이 제거된 콘크리트 구조물의 방수 바탕면에 상기 배합된 콘크리트 모르타르 조성물을 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하는 시공단계;

콘크리트 모르타르 조성물을 타설한 후, 표면 중결상태에서 리튬 실리케이트 수용액을 도포양생하는 양생단계;로 이루어져 있다.

상기에서와 같이 본 발명은 파이버를 방수액, 폴리머에 미리 함침하여 사용 하여, 흡수율을 낮추고, 방수성을 향상시키도록 되어 있다. 즉, 몰탈 내에 파이버가 함유되어있거나 몰탈 혼합 시 따로 넣는 방식은 파이버가 방수재 (폴리머)를 함유하는 확률이 낮아 방수성을 떨어뜨리고 흡수성이 높아 물시멘트비(W/C)를 상승시켜 강도도 저하된다.

또한, 본 발명은 보수용 모르타르 도포, 타설 시, 중결상태 즉, 페이스트가 손에 묻지 않는 정도)에 리튬 실리케이트 수용액를 도포함으로써 외부에 급격한 증발 현상을 막아주어 보호양생 조건을 형성시킴으로써, 보수용 모르타르의 성능을 안정시키고, 표면강도를 증진시키며, 오염이나 기타 충격에 강해지도록 되어 있다.

이때, 상기 실리케이트는 몰비를 낮춰 저점도(2∼5cps)로 설계되었으며, 침투능력을 높여 표면강도를 높이고 발수특성을 나타낸다. 또한, 도포량은 1㎡ 당 300g 의 량을 골고루 도포 한다

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

EVA 폴리머 70중량%에 SBR LATEX 를 5중량% 첨가하고, 이에 에틸렌 글리콜(EHYLENE GLYCOL) 3중량% 및, 리튬 실리케이트 22중량% 를 배합하여, 액상보수재를 형성하고, 상기 액상보수재 100 중량부에 물 200 중량부를 첨가하고, 이에 고인성 PVA 파이버 5 중량부를 2시간 함침시켜 수용성 무기질 보수재를 형성하였다.

실시예 2

CSA(Al₂O₃ - 36%, 분말도 4000㎠/g), 모래(잔골재 조립율2.8, 함수율 0.3%), 폐유리분말(No. 200 체 90% 통과분), 폴리카본산계 유동화제로 이루어진 분체형 보수재에 실시예 1 에 의해 형성된 수용성 무기질 보수재를 아래의 [표4]의 비율로 배합하여 보수용 모르타르를 생성한 후, 이에 대한 강도 및 내구성을 테스트 하였다. 이때, 실험은 KS F 4042에 의거하여 실험하였으며, 그 결과는 [표5] 및 [표6]와 같다.

[표4]

[표5]

[표6]

상기 [표5] 및 [표6]에서와 같이, 본 발명은 모두 기준값 이상의 우수한 물성 및 강도를 구비하고 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 시공방법을 보인 블록예시도

Claims (3)

1. 콘크리트 모르타르 조성물에 있어서;

   CSA가 함유된 분체형 보수재 100 중량부에, 고인성 PVA 파이버가 함침된 수용성 무기질 보수재 18∼22 중량부를 첨가하되,

   상기 분체형 보수재는 CSA 28∼57중량%, 모래 40∼70중량%, 폐유리분말 1∼3중량%, 폴리카본산계 유동화제 0.01∼0.6중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 모르타르 조성물.
2. 청구항 1 에 있어서;

   상기 수용성 무기질 보수재는 액상 보수재 100 중량부에 대하여, 고인성 PVA 파이버 1∼5 중량부 및 물 200 중량부로 이루어고,

   상기 액상보수재는 리튬 실리케이트 5∼30중량%, 에틸렌 글리콜 1∼5 중량%, SBR 라텍스 1∼10중량%, EVA계 수용성 폴리머 60∼80중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 모르타르 조성물.
3. 콘크리트 수로 보수공법에 있어서;

   콘크리트 구조물의 방수 바탕면의 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;

   이물질이 제거된 콘크리트 구조물의 방수 바탕면에 청구항 1 또는 청구항 2 로 이루어진 콘크리트 모르타르 조성물을 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하는 시공단계;

   콘크리트 모르타르 조성물을 타설한 후, 표면 중결상태에서 리튬 실리케이트 수용액을 도포양생하는 양생단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 모르타르 조성물을 이용한 보수공법.

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