KR100933249B1 - 황마섬유 보강재를 이용한 콘크리트 단면 보수재 조성물 - Google Patents

황마섬유 보강재를 이용한 콘크리트 단면 보수재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 골재부, 결합재부 및 섬유 보강재를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물에 관한 것으로서, 상기 섬유 보강재는 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유를 포함한다.
섬유 보강재로서 사용된 황마섬유는 배합시 분산성 및 결합력이 비교적 우수하다. 또한, 황마섬유는 높은 함수율을 나타내므로 시공후 양생기간 동안 보수재 조성물의 보수성을 유지하게 한다. 이에 따라 콘크리트 단면 보수재가 급격히 건조되어 발생하는 가응결의 문제점을 방지한다.
콘크리트, 보수재, 황마섬유, 실리카 샌드, 카르타닉산, 리튬카보네이트

Description

황마섬유 보강재를 이용한 콘크리트 단면 보수재 조성물{REPAIR COMPOSITION FOR CONCRETE CRACK STRUCTURE USING JUTE FIBER}
본 발명은 골재부, 결합재부 및 섬유 보강재를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 시멘트를 주재로 하여 형성된 구조물로서, 시멘트는 물과의 수화반응을 통하여 안정한 물질을 생성하는 수경성의 재료이다. 이 수화반응에서 시멘트 량의 약 1/3에 해당하는 수산화칼슘이 생성되게 된다. pH 12 ∼ 13 정도의 강알칼리성을 나타내는 수산화칼슘은 구조물 내부의 철근 주위에 부동태 피막을 생성하고, 이에 따라 철근이 부식되지 않고 구조물의 강도가 유지된다.
그러나, 콘크리트 구조물은 특성상 초기 양생과정에서 많은 미세 균열이 발생하게 된다. 균열의 틈 사이로 물이 침투하게 되면, 온도 변화에 따른 물의 동결융해의 반복에 의하여 콘크리트 구조물의 균열이 가속화되어 내구성이 현저히 저하된다.
특히, 비래염분이나 대기오염으로 인하여 증가 일로에 있는 이산화탄소와 같은 산성물질이 콘크리트 구조물 내부에 침입하면, 콘크리트 구조물의 염해 및 중성 화가 진행되어 콘크리트 구조물의 강도유지를 위해 내부에 매설한 철근이 부식을 촉진한다. 즉, 산성물질이 시멘트 수화물 중의 수산화칼슘과 반응함으로써 콘크리트 구조물의 pH가 10 이하로 낮아지고 내부 철근구조물 주위의 부동태 피막이 파괴되어 철근부식 등에 의해 구조물이 열화된다. 철근이 부식되면 그 체적이 증가하는데, 철근의 체적증가는 구조물 표면에 인장력으로 작용하여 표면에 발생한 균열을 더욱 성장시킴으로써 구조물의 강도를 약화시킨다.
이와 같이, 물리적, 화학적인 환경조건에 의해 콘크리트의 열화현상이 진행되면서, 대대적인 보수가 필요한 실정이다.
콘크리트를 보수하기 위한 방법으로서 다양한 보수재 조성물이 사용되고 있다. 특히 실리카 샌드와 같은 골재부, 시멘트로 된 결합재부 및 유리섬유나 탄소섬유와 같은 섬유 보강재를 포함하는 시멘트 보수재 몰탈은 시공 후 양생 초기에 균열이 발생하거나, 시공계면에서의 접착불량으로 들뜸현상 등이 발생하는 문제점이 있다.
콘크리트 단면 보수재의 시공 불량 중 가장 많이 발생되는 점은 열화된 구 콘크리트 단면에 보수재를 주입, 미장, 뿜칠하여 양생하는 경우, 단면 보수재가 건조한 구 콘크리트 보수재 시공부분의 수분을 흡수하여 신-구 계면에서의 양생불량이 발생한다는 것이다. 즉, 콘크리트 단면 보수재가 급격히 건조되어 가응결(시멘트가 서로 결착되지 않고 성글성글한 파우더 형태로 존재하는 상태)의 문제점이 발생한다. 이에 따라 보수전 콘크리트와의 계면 접착력이 저하되어 접착강도 저하, 들뜸 등의 보수후 하자 발생으로 이어진다.
한편, 전술한 문제를 해결하려는 노력 외에도, 강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 발수성 등의 성능이 양호한 콘크리트 보수재 조성물의 개발이 지속되고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래기술의 문제점을 해결하여, 콘크리트 단면 보수재가 급격히 건조되어 발생하는 가응결의 문제점을 방지할 수 있는 섬유 보강재를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 목적 외에, 강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 발수성 등의 성능이 개선된 콘크리트 단면 보수재 조성물을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따라 골재부, 결합재부 및 섬유 보강재를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물은, 상기 섬유 보강재는 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은,
(a) 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부;
(b) 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부;
(c) 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부;
(d) 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부;
(e) 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부;
(f) 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부;
(g) 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부;
(h) 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부;
(i) 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부; 및
(j) 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유 0.1 내지 0.3 중량부를 포함한다.
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물에 있어서, 상기 보수재 조성물은 (k) 타르타닉산 0.1 내지 0.5 중량부 및 (l) 리튬카보네이트 0.3 내지 0.6 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 섬유 보강재로서 사용된 황마섬유는 배합시 분산성 및 결합력이 비교적 우수하다. 또한, 황마섬유는 높은 함수율을 나타내므로 시공후 양생기간 동안 보수재 조성물의 보수성을 유지하게 한다. 이에 따라 콘크리트 단면 보수재가 급격히 건조되어 발생하는 가응결의 문제점을 방지한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따라 황마섬유를 포함하여 최적화된 콘크리트 단면 보수재 조성물은 황마섬유 함유에 따른 효과 외에, 강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 발수성 등의 성능이 우수하므로 열화된 콘크리트를 보수하는데 매우 유용 하다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따라 골재부, 결합재부 및 섬유 보강재를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물은, 상기 섬유 보강재는 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유를 포함한다.
황마섬유는 쌍떡잎식물 아욱목 피나무과의 여러해살이풀이다. 황마섬유 보강재는 천연 셀루로오즈 친수성 보강재로서 배합시 분산성이 우수하여 콘크리트 단면보수시 재료분리에 의한 섬유 뭉침 현상이 거의 발생하지 않으며, 표면 거칠기가 높으므로 기존의 소수성 인조섬유 보강재보다 구조 보강성이 우수하다. 종래의 인조섬유 보강재는 표면이 매끄러워 결합력이 낮으므로, 보강재가 보수재 메트릭스에서 이탈하는 현상 즉 풀아웃(pull-out, 뽑힘성)이 발생하기 쉽다. 이에 따라, 구 콘크리트와 단면보수재 시공계면 간의 부착력도 감소된다. 물론, 황마섬유 보강재를 종래의 인조섬유 보강재와 병행하여 결착력을 높이면서 강도 등의 보강력을 개선하는 방법도 채택될 수 있다.
황마섬유의 가장 큰 특징은 함수율이 높아(10~10%), 콘크리트 단면 보수재의 시공 불량 중 가장 많이 발생되는 문제점인 신-구 계면에서의 양생불량을 방지할 수 있다는 것이다. 전술한 바와 같이, 소수성인 종래의 인조섬유를 보강재로 사용하는 경우 단면 보수재가 건조한 구 콘크리트 보수재 시공부분의 수분을 흡수한다. 이에 따라, 콘크리트 단면 보수재가 급격히 건조, 가응결(시멘트가 서로 결착되지 않고 성글성글한 파우더 형태로 존재하는 상태) 상태가 되고, 보수전 콘크리트와의 계면 접착력이 저하되어 접착강도 저하, 들뜸 등의 현상이 나타난다. 황마섬유는 보수재 시공시 시공 배합수를 다량 흡수하여, 양생기간 동안 보수재에 수분을 공급하여 보수성을 유지함으로서, 양호한 양생성을 부여하게 된다.
본 발명의 보수재에 사용되는 황마섬유는 평균굵기가 65~75 ㎛, 평균길이는 3~6 ㎜이다. 실험 결과, 이러한 범위 내에서 분산성 및 작업성이 우수한 것으로 판명되었다.
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은 황마섬유 외에, 시멘트 보수재의 기본 성분으로서 실리카 샌드와 같은 골재부, 시멘트로 된 결합재부를 포함하며, 물을 배합하여 통상적인 콘크리트 단면 보수의 시공방법에 따라 시공할 수 있다.
한편, 전술한 황마섬유를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물의 강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 발수성 등의 보수재 성능을 개선하기 위하여, 콘크리트 단면 보수재 조성물은 다음의 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
(a) 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부;
(b) 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부;
(c) 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부;
(d) 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부;
(e) 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부;
(f) 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부;
(g) 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부;
(h) 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부;
(i) 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부; 및
(j) 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유 0.1 내지 0.3 중량부를 포함한다.
이하에서, 함유된 성분들에 대하여 상세히 설명한다.
결합재부
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은 결합재부로서 (a) 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부, (b) 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부, (c) 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부 및 (d) 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부의 복합 미네랄 바인더 시스템을 갖는다. 이러한 성분들을 정해진 함량범위로 포함하면, 보수재의 응결시간, 강도, 수축팽창에 대한 물성변화의 최소화 등 우수한 결합재로서의 성질을 나타낸다.
골재부
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은 골재부로서 (e) 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부, (f) 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부 및 (g) 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부를 포함한다.
이와 같이 서로 다른 입도를 갖는 실리카 샌드를 혼합하므로서 공극을 조절, 단면 보수재 시공후 그 골격이 안정화되는 것을 확인하였다.
기능성 소재부
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은 보수재에 특이적 기능을 부여하기 위한 기능성 소재부로서, (h) 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부, (i) 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부, 및 (j) 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유 0.1 내지 0.3 중량부를 포함한다.
포졸란 파우더는 전술한 함량비 내에서 단면 보수재 시공 후 양생시 경화에 따른 수화반응에 의한 에트링자이트 생성을 초진하여 보수재의 초기 및 장기적 강도 발현에 기여한다.
알킬알콕시실란은 메틸기, 페놀기 등의 소수성 탄화수소기를 포함하는 화합물로서, 가수분해성 알콕시기가 보수재 조성물 내의 물 또는 수분에 의해 가수분해되어 실란올이 생성되며, 실란올은 무기재 표면과 결합하여 옥산 결합을 형성하므로서, 콘크리트 기공 또는 모세관 표면이 실란화되어 물과 공기의 침투를 차단하게 된다.
황마섬유에 대해서는 앞에서 상술하였으므로, 더 이상의 기재는 생략한다.
또한, 본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물에 있어서, 상기 보수재 조성물은 (k) 타르타닉산 0.1 내지 0.5 중량부 및 (l) 리튬카보네이트 0.3 내지 0.6 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
타르타닉산은 전술한 함량 범위 내에서 알루미나 시멘트나 1종 보통 포틀랜드 시멘트가 수화반응에 의한 경화시 초기 가사시간을 적절히 지연시켜 작업성을 향상시킨다. 또한, 전술한 함량 범위로 첨가된 리튬카보네이트는 본 발명의 보수재 조성물을 콘크리트 표면에 처리한 후 경화를 촉진시켜 강력한 도막을 형성하게 한다.
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물에는 전술한 (a) 내지 (l) 성분 외에도, 시멘트계 보수재 조성물에 사용되는 수지류, 멜맨트계 유동화제, 증점안정제 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
<실시예>
1종 보통 포틀랜드시멘트 35 중량부, 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 중량부, 알루미나 시멘트 2 중량부, 칼슘 설포네이트 3 중량부, 실리카 샌드(평균입경 0.1 ㎜) 8 중량부, 실리카 샌드(평균입경 0.4 ㎜) 30.2중량부, 실리카 샌드(1.0㎜) 18 중량부, 포졸란 파우더(320~340 mesh) 7 중량부, 에틸트리메톡시실란 0.6 중량부, 평균굵기가 70 ㎛이고 평균길이가 5 mm인 황마섬유 0.2 중량부, 타르타닉산 0.1 중량부, 리튬카보네이트 0.3 중량부, 멜멘트계 유동화제 0.2 중량부, 증점안정제 0.1 중량부 및 WAKER Polymer(RE5010N) 2.0 중량부를 혼합하여 본 발명의 단면보수재 조성물을 제조 하였다.
성능 테스트를 위하여, 전술한 실시예의 조성물 100 중량부에 물 16중량부를 혼합하고 양생한 후, KSF4042 시험방법으로 각종 물성을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.
Figure 112009044919178-pat00001
상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예의 콘크리트 단면 보수재 조성물을 이용하여 형성한 보수재는 매우 물성이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. (a) 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부;
    (b) 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부;
    (c) 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부;
    (d) 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부;
    (e) 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부;
    (f) 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부;
    (g) 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부;
    (h) 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부;
    (i) 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부; 및
    (j) 평균굵기가 65 내지 75 ㎛이고 평균길이가 3 내지 6 mm인 황마섬유 0.1 내지 0.3 중량부를 포함하는 콘크리트 단면 보수재 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 콘크리트 단면 보수재 조성물은 타르타닉산 0.1 내지 0.5 중량부 및 리튬카보네이트 0.3 내지 0.6 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면 보수재 조성물.
KR20090067167A 2009-07-23 2009-07-23 황마섬유 보강재를 이용한 콘크리트 단면 보수재 조성물 KR100933249B1 (ko)

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