KR100995244B1 - 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물 및 이를 이용한 고내구성 콘크리트 단면보수공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 단면복구용으로 바람직하게 사용할 수 있는 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면보수공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 단면복구용 고내구성 몰탈 조성물은, 시멘트, 하소카올린, 칼슘설포알루미네이트, 칼슘나트륨설포네이트를 포함하여 조성된 결합재;를 이용하여 배합하는 것을 특징으로 한다. 특히 본 발명은 결합재를 시멘트 100중량부에, 하소카올린 25~85중량부, 칼슘설포알루미네이트 5~45중량부, 칼슘나트륨설포네이트 2.5~45중량부로 조성할 것을 제안하다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 단면보수공법은 보수대상 콘크리트 구조물에서 열화된 콘크리트부분을 제거하고, 제거된 부분에 상기한 고내구성 몰탈 조성물을 충진하는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물 및 이를 이용한 고내구성 콘크리트 단면보수공법{Mortar compostion for repairing concrete structure and using method thereof}

본 발명은 콘크리트 구조물의 단면복구용으로 바람직하게 사용할 수 있는 몰탈 조성물과 이를 이용한 단면보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트, 하소카올린, 칼슘설포알루미네이트, 칼슘나트륨설포네이트를 포함하여 조성한 결합재로 배합한 몰탈 조성물과, 이러한 몰탈 조성물을 콘크리트 구조물의 단면보수에 바람직하게 이용하는 방법에 관한 것이다.

철근콘크리트구조는 가장 널리 사용되는 구조방식으로 경제적이고 안정적인 구조성능이 있으나, 장기적으로는 그 성능이 점차 저하하는 열화현상을 나타내어 지속적인 보수 및 관리가 필요한 단점이 있다. 구조물에서 장기적인 성능은 곧 내구성이 되는데, 철근콘크리트 구조물의 주요한 내구성능으로는 중성화 저항성, 내화학성, 동결융해 저항성 등이 있다.

철근콘크리트 구조물은 콘크리트가 외피를 구성하기 때문에 철근콘크리트 구조물의 내구성능은 콘크리트의 내구성능이 좌우한다고 해도 지나치지 않는데, 콘크리트의 내구성능을 저하시키는 외적 요인으로는 대기 환경에 의한 영향이 있다. 다시 말해 철근콘크리트 구조물은 대기 중의 유해 성분이나 이산화탄소, 수분 등이 콘크리트 속으로 침투하는 것에 의해 내구성능이 저하된다. 이에 따라 철근콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시키기 위해서는 콘크리트의 수밀성을 높이고 밀실한 구조를 형성하여 콘크리트의 내구성 저하를 일으키는 근본적인 원인을 차단하는 것이 한 방편이 되겠다.

한편 철근콘크리트 구조물이 노후화되어 콘크리트의 열화가 진행된 경우에는 열화된 콘크리트부분을 제거하고 제거된 부분에 콘크리트 단면복구재로 충진하여 보수공사를 실시한다. 통상 콘크리트 단면복구재는 시멘트계 몰탈 조성물을 사용해 왔는데, 단면복구재로 알려진 종래의 시멘트계 몰탈 조성물은 부착력과 발수성 및 방수성이 좋지 못하여 사전 공정으로 프라이머 도포하고 사후 공정으로 보호 코팅제를 도포하는 등의 번거로운 작업 공정을 거쳐야만 했다.

본 발명은 상기한 종래 콘크리트 단면복구재의 기술적인 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 수밀성과 내구성을 증진시켜 번거로운 공정을 생략할 수 있는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물과 이러한 몰탈 조성물을 노후화된 콘크리트 구조물의 단면 복구공사에 바람직하게 이용한 공사방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 시멘트, 하소카올린, 칼슘설포알루미네이트, 칼슘나트륨설포네이트를 포함하여 조성된 결합재;를 이용하여 배합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물을 제공한다. 특히 본 발명은 상기 결합재가 시멘트 100중량부에, 하소카올린 25~85중량부, 칼슘설포알루미네이트 5~45중량부, 칼슘나트륨설포네이트 2.5~45중량부로 조성되어 배합되는 것을 특징으로 하는 몰탈 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 보수대상 콘크리트 구조물에서 열화된 콘크리트부분을 제거하고, 제거된 부분에 상기한 몰탈 조성물을 충진하는 것을 특징으로 하는 고내구성 콘크리트 단면보수공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 수밀성이 높고 내구성이 우수하여 콘크리트 단면복구재로 유리하게 이용할 수 있는 고내구성 몰탈 조성물을 제공할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 몰탈 조성물은 높은 수밀성으로 내수성이 우수하기 때문에 콘크리트 단면보수공사에 이용하면, 콘크리트 성능 회복제 내지 프라이머를 도포하는 공정과 발수 성능 내지 방수 성능을 갖는 보호 코팅제를 도포하는 공정을 축소하거나 생략할 수 있다. 이에 따라 경제적이고 간단한 공정으로 콘크리트 단면을 복구하면서 보수공사를 실시할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 몰탈 조성물은 내구성이 우수하기 때문에 콘크리트 단면보수공사에 이용하면, 기존의 공법보다 보수 주기를 연장할 수 있으며, 보수 대상이 되는 철근콘크리트 구조물의 내구연한을 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물은 결합재로 시멘트, 하소카올린, 칼슘설포알루미네이트, 칼슘나트륨설포네이트를 포함하여 조성한 것을 이용한다는데 특징이 있다. 나아가 본 발명은 상기 결합재를 시멘트 100중량부에 하소카올린 25~85중량부, 칼슘설포알루미네이트 5~45중량부, 칼슘나트륨설포네이트 2.5~45중량부로 조성하고, 상기와 같은 조성의 결합재 100중량부에 골재 100~300중량부와 분말형 기능성 첨가제 0.5~20중량부를 포함시켜 건조 몰탈로 배합하고, 상기와 같은 배합의 건조 몰탈 100중량부에 배합수 20~30중량부를 포함시켜 물배합 몰탈로 배합하는데 특징이 있다.

하소카올린은 카올린 광물을 소성하여 반응성을 부여한 포졸란 물질로 하소카올린 단독으로는 물과 반응하지 않지만, 시멘트와 함께 사용하면 시멘트의 수화 생성물인 수산화칼슘과 함께 반응하여 다소 느리지만 시멘트 경화체 안에서 CSH 수화물을 생성하여 강도발현에 기여한다. 즉 하소카올린이 미세공극을 충진시켜 시멘트 경화체의 밀실한 구조를 형성한다. 뿐만 아니라 하소카올린을 포함하는 시멘트 경화체는 내화학성이 우수하여 시멘트의 단점을 보완할 수 있다. 이러한 특성을 고려하여 본 발명에서는 결합재에 하소카올린을 포함한다. 다만 하소카올린은 초기 반응 속도가 시멘트에 비해서 느리기 때문에 시멘트 경화체의 초기강도 저하 등의 우려가 있으나, 본 발명에서는 칼슘설포알루미네이트에 의한 에트링자이트 생성으로 초기강도 성능을 보완한다.

하소카올린은 소정의 반응성 확보와 적절한 충진효과를 위해 카올린 광물을 450~800℃에서 소성하여 분쇄한 것으로서 분말도가 6,000㎠/g 이상이고, 입자 중 44㎛ 보다 큰 것이 10중량% 이하인 것을 사용하고, 시멘트의 25~85중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 25중량% 미만이면 적절한 충진효과가 부족하며, 85중량%를 초과하면 초기 반응성이 부족하여 경화가 지연되고 물리적 성능이 저하될 우려가 크다.

칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfur-Aluminate, CSA)는 에트링자이트를 생성하여 시멘트 경화체의 초기강도를 보완한다. 에트링자이트(Ettringite, 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)는 침상의 수화생성물로서 시멘트 수화물을 치밀하게 충진하는 효과를 나타내는데, 에트링자이트의 생성속도에 따라 시멘트 몰탈은 속경성, 고강도화, 팽창저감 등의 효과를 나타내므로, 본 발명에서는 이와 같은 에트링자이트를 생성시키기 위해 결합재에 CSA를 포함하고 있다.

CSA는 소정의 반응성 확보를 위해 Al₂O₃ 성분이 36중량% 이상이고 분말도가 4,500cm²/g 이상인 것을 사용하며, 시멘트의 5~45중량%가 바람직하다. 5중량% 미만이면 에트링자이트의 생성이 부족하여 충진효과와 물리성능 향상효과가 미미하고, 45중량%를 초과하면 급격한 반응으로 작업시간 확보와 적절한 물리성능 발현에 어려움이 있다.

특히 CSA는 칼슘설포네이트와 함께 사용하면 에트링자이트 생성 효과를 극대화하기 때문에 본 발명에서는 칼슘설포네이트로 칼슘나트륨설포네이트 (Calcium Sodium Sulfonate, CSS)를 결합재에 포함한다. 더군다나 CSS는 나트륨 성분이 시멘트의 반응을 촉진하고 하소카올린의 반응을 자극하기 때문에 이에 의한 시멘트 몰탈의 물리적 성능 향상에도 기여한다.

CSS는 적절한 반응성 확보를 위해 160㎛ 보다 큰 입자가 20중량% 이하 함유하는 것으로 사용하며, 시멘트의 2.5~45중량%가 바람직하다. 2.5중량% 미만이면 물리 성능 향상이 부족하고 45중량%를 초과하면 급격한 반응으로 적정한 작업성을 확보하기 어렵다. 나아가 CSS는 하소카올린과의 반응성을 감안하여 하소카올린의 5~25중량%를 사용하고 아울러 CSA와의 반응성을 감안하여 CSS의 25~55중량% 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 시멘트, 하소카올린, CSA, CSS를 포함하여 조성한 결합재로 골재, 기타 기능성 첨가제, 물과 함께 몰탈을 배합하면, 이렇게 배합된 몰탈은 밀실한 수밀성이 향상되어 증진된 내구성을 보유하고 또한 하소카올린에 의해 내화학성이 보완된다. 이때 결합재 100중량부에 골재 100~300중량부와 분말형 기능성 첨가제(분산제, 증점제, 소포제, 발수제, 각종 화학 성능개선제 등) 0.5~20중량부로 건조 몰탈을 배합하고, 이렇게 배합된 건조 몰탈 100중량부에 배합수 20~30중량부로 배합하면, 이렇게 배합한 물배합 몰탈은 콘크리트 단면복구재로 적절하게 이용할 수 있다. 특히 자체적으로 수밀성, 내구성을 보유하기 때문에 콘크리트 단면보수공사를 실시하면 별도 방수용 코팅제에 의한 처리공정을 축소 또는 생략할 수 있다. 즉, 보수대상 콘크리트 구조물에서 열화된 콘크리트부분을 제거하고, 제거된 부분에 물배합 몰탈을 충진하면 된다.

이하에서는 시험예에 의거하여 본 발명에 따른 접착몰탈 조성물의 물리적인 성질을 살펴본다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[시험예]

1. 시험방법

(1)몰탈 배합

하기 [표 1]과 같은 조건으로 건조 몰탈을 배합하고, 건조 몰탈 중량의 26%로 배합수를 이용하여 물배합 몰탈을 배합하였다. 보는 바와 같이 비교예1은 결합재로 OPC만을 이용하여 배합한 몰탈이고, 비교예2,3,4는 결합재로 OPC, 하소카올린, CSA를 이용하여 배합한 몰탈이고, 실시예1,2는 결합재로 OPC와 하소카올린, CSA 및 CSS를 이용하여 배합한 몰탈이다.

건조 몰탈 배합

구분	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2
시멘트	100	80	90	70	67	57
하소카올린		20		20	20	25
CSA			10	10	10	13
CSS					3	5
표준사	150	150	150	150	150	150
나프탈렌계 유동화제	1	1	1	1	1	1

(2)유동성 및 압축강도 시험

유동성 시험은 KS L 5105에 의한 플로우시험을 통하여 원지름에 대한 백분율로 표시하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405에 따라 3일, 7일, 28일의 각 재령으로 실시하였으며, 시험체는 KS F 2403에 따라 제작하였다.

(3)투수성 시험

투수성 시험은 KS F 2451에 준한 시험방법을 이용하였다. 이때 모르터 시험체의 크기는 직경 15cm, 두께 4cm로 하였고, 투수시험장치의 수압은 0.5kgf/cm2으로 하였다. 시험결과는 투수시험장치를 이용하여 24시간동안 투수된 물의 중량으로 나타냈다.

(4)중성화 저항성 시험

중성화 저항성 시험은 KS F 2596에 의하여 28일간 양생된 시험체를 온도 20±3℃, 상대습도 60±5%, 탄산가스 농도 5±2%의 조건으로 14일간 촉진중성화시험을 하였다. 측정은 KS F 2596에 의하여 1% 페놀프탈레인 용액을 분사한 후, 버니어캘리퍼스를 이용하여 측정하였다.

(5)염소이온 침투성 시험

염소이온 침투성 시험은 KS F 4926에 의하여 시험체를 제작하였으며, 그 크기는 10cm×10cm×10cm로 하였다. 시험 및 측정은 KS M IOS 6353-R32에서 규정하는 20±2℃의 염화나트륨 2.5％ 수용액에 7일간 침적하였으며, 그 후 시험체를 꺼내어 24시간 상온에서 건조하여 시험체를 2분할하고, 2분할한 시험체의 단면에 KS M IOS 6353-R28에서 규정하는 질산은 0.1N 수용액을 분문하고, 연속하여 KS M 8430에서 규정하는 우라닌1％ 수용액을 분무하여 발색 부분의 깊이를 측정하였다.

(6)내산성 시험

보수 몰탈의 내화학성을 평가하기 위한 내산성 시험은 시험체 제작후 재령 28일이 된 5cm×5cm×5cm 크기의 시험체를 5% 황산용액에 7일간 침지하여 꺼낸 후 세척수로 세척하여 건조한 시편의 중량변화율을 측정하여 백분율로 나타냈다.

2. 시험결과

상기와 같이 시험방법으로 조사한 결과 하기 [표 2]와 같이 나타냈다.

몰탈 물성

구분		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2
유동성(%)		112	108	110	106	111	112
압축강도 (MPa)	3일	18.4	17.6	19.4	18.6	22.3	23.4
	7일	31.5	29.4	32.7	29.7	37.4	35.9
	28일	44.7	40.5	43.2	41.6	46.3	45.7
투수성 (흡수중량, g)		12.5	10.1	11.5	10.4	6.3	5.7
중성화 저항성 (침투깊이, mm)		9.4	8.8	8.4	8.7	5.2	3.8
염소이온 침투저항성 (침투깊이, mm)		5.4	4.5	5.7	4.3	2.8	2.3
내산성 (중량감소율, %)		25.6	18.4	24.5	19.4	17.2	14.6

상기 [표 2]에서 보는 바와 같이 전체적으로 비교예1에 비해 비교예2,3,4가 우수한 성능을 나타내고 있지 못하고 있는바, 시멘트와 하소카올린 내지 CSA로 구성된 결합재는 몰탈의 성능 개선에 영향을 거의 미치지 않는다고 할 수 있다. 하지만 비교예1,2,3,4에 비하여 실시예1,2에서 재령 초기의 압축강도가 향상되는 것은 물론 투수성, 중성화 저항성, 염소이온 침투저항성, 내산성 등의 내구성능이 전반적으로 향상되는 것을 확인할 수 있는바, 시멘트와 하소카올린, CSA, 및 CSS로 구성된 결합재는 몰탈의 성능 개선에 크게 기여한다고 할 수 있다. 이와 같은 결과는 고미분말의 하소카올린과 CSA와 CSS에 의해 생성된 에트링자이트에 기인하는 것으로 파악되는데, 내부 미세구조가 치밀하게 수밀성이 향상되면서 결국 내구성능 향상으로 이어지게 된 것이다.

한편 콘크리트의 내구성능 중 중요한 항목으로 동결융해저항성이 있는데, 콘크리트 내부에 수분이 침투하여 동절기의 영하의 온도에서 내부 수분이 동결되고 다시 융해되는 과정이 반복되어 종국에는 콘크리트의 성능이 저하되는 현상에 저항하는 성질을 말한다. 앞서 살펴본 바와 같이 실시예1,2에서는 수밀성이 향상되어 투수성이 저하되는 것으로 나타냈는바, 이와 같은 결과로부터 동결융해저항성도 향상된다고 볼 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 몰탈 조성물은 콘크리트의 중요한 내구성인 중성화 저항성, 동결융해저항성, 염소이온 침투저항성, 내화학성 등이 모두 우수한 것으로 확인되는바, 단면복구재로 이용하면 모체인 기존의 콘크리트 구조물의 성능 저하를 방지하고 지연하는 효과를 발휘할 것으로 기대된다.

Claims (6)

1. 시멘트, 하소카올린, 칼슘설포알루미네이트, 칼슘나트륨설포네이트를 포함하여 조성된 결합재;를 이용하여 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물.
2. 제1항에서,
   상기 결합재는,
   시멘트 100중량부에, 하소카올린 25~85중량부, 칼슘설포알루미네이트 5~45중량부, 칼슘나트륨설포네이트 2.5~45중량부로 조성되는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물.
3. 제2항에서,
   상기 결합재 100중량부에, 골재 100~300중량부가 포함되어 건조 몰탈로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물.
4. 제3항에서,
   상기 결합재 100중량부에, 분말형 기능성 첨가제 0.5~20중량부가 포함되어 건조 몰탈로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물.
5. 제3항 또는 제4항에서,
   상기 건조 몰탈 100중량부에, 배합수 20~30중량부가 포함되어 물배합 몰탈로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면복구용 몰탈 조성물.
6. 보수대상 콘크리트 구조물에서 열화된 콘크리트부분을 제거하고,
   제거된 부분에 제5항에 따른 몰탈 조성물을 충진하는 것을 특징으로 하는 고내구성 콘크리트 단면보수공법.