KR101011387B1 - 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물 - Google Patents

지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지관(地管) 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물에 관한 것으로, 칼슘 알루미네이트 51 중량%, 규사 32.7 중량%, 탄산칼슘 11 중량%, 재유화형 분말수지 5 중량%, 유동화제 0.2 중량%, 증점제 0.1 중량%로 포함하여 이루어진 것으로, 내화학성이 우수한 세라믹계 바인더인 칼슘 알루미네이트와 내마모성과 방수성이 뛰어난 재유화형 분말 수지를 활용한 콘크리트계 지관용 다목적 복구 세라믹계 라이닝에 실제 보수 시공 시에 지관 내부에 물이 고여 있거나 흐를 경우 세라믹계 라이닝이 씻겨 나가지 않고 보수 할 수 있도록 수중 불분리 증점제를 사용하여 오래된 콘크리트계 지관(地管) 내부에서 발생할 수 있는 크랙, 콘크리트 중성화, 내식, 부분파손 및 마모 등 손상된 부위를 복구 및 강화시켜 줄 수 있는 것이다.

Description

지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물{Lining composition for repairing and reinforcing pipe tube}
본 발명은 지관(地管) 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 보수 시공 시에 지관 내부에 물이 고여 있거나 흐를 경우 세라믹계 라이닝용 조성물이 씻겨 나가지 않고 보수할 수 있도록 함과 동시에 지관 내부의 크랙, 콘크리트 중성화, 내식, 부분파손 및 마모 등 손상된 부위를 복구할 뿐만 아니라 강도를 보강 강화시킬 수 있도록 하는 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 기상 변화와 해수, 지하수, 빗물, 각종 오염수 및 공해물질의 화학적 작용에 의해 콘크리트와 철근이 열화되어 국부적으로 박리, 박락, 균열등의 손상이 발생된다.
이러한 콘크리트는 시멘트의 수화반응으로 인하여 생성된 Ca(OH)에 의해 강알카리성(pH 12∼13)을 가지고 있기 때문에 콘크리트에 매립되어 있는 철근은 일반적으로 부식되지 않는다. 그러나 공기중의 탄산가스의 작용을 장기적으로 받게 되면 콘크리트중의 수산화칼슘이 서서히 탄산칼슘으로 변하여 pH가 0.8∼10 정도로 낮아져 콘크리트가 알카리성을 상실해 가는 중성화가 발생된다.
이와 같은 중성화는 콘크리트 표면에서 내부로 진행하며 콘크리트는 탄산가스와 반응한 중량만큼 무거워지고 치밀해진다.
콘크리트가 중성화되고 물과 공기가 침투하면 철이 녹 쓸고 철근의 체적이 팽창하여 콘크리트에 균열이 발생하여 구조물의 내력과 내구성을 상실하게 된다.
특히 보수재는 일반적으로 유기화학물인 에폭시, 불포화 에스테르, 우레탄 등 주제, 경화제를 혼합사용 하는 열경화성 수지를 가장 범용 적으로 사용하고 있으며, 여기에 펠트, 유리섬유, 금속메쉬 등과 혼용해서 복합재료 공법을 사용하고 있다.
예를 들어 대한민국 특허공보 제10-0855692호에는 보수용 에폭시 수지 적층시트에 관한 것으로 유기 화합물인 열경화성 수지인 에폭시 수지를 사용한 방법으로 초기 경화성 및 내화학성은 우수 하나, 항상 수분이 많은 무기계 콘크리트 바탕면에서의 접착력에는 한계가 있어 향후 들뜸 및 벗겨짐 현상이 발생한다.
특히 콘크리트계 지관 중에 하나인 전력선 지관은 늘 화재에 노출이 되기 쉬워 이 부분에 대해 불에 약한 유기 화합물로 구성된 보수, 보강재인 지금의 방식으로는 문제를 발생 시킬 수 있다.
또한 무기계 보수 모르타르로 국내 발명된 특허 등록된 특허공보 제10-0590517호(출원번호10-2004-0026971) 하수관로 보수 모르타르에는 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것으로 나와 있으나, 일반 포틀랜드 시멘트는 칼슘 실리케이트 성분이 주가 되며 이는 내화학성 특히 내식성에 약한 성상을 가지고 있으므로 장기적으로 오폐수에 노출이 되면 표면이 침식되는 현상이 발생하여 상, 하수도관 보수에는 적합지 않은 문제가 발생한다.
본 발명의 주 목적은 콘크리트계와 동일한 성분인 무기계 세라믹 바인더를 사용하여 콘크리트계 지관 내부의 내식, 파손, 균열 등을 효과적으로 보수 및 보강할 수 있도록 하는 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내화학성이 뛰어난 칼슘 알루미네이트계 세라믹 바인더와 재유화형 분말 수지를 사용하여 방수성 및 내마모성 극대화 하여 손상된 부위를 신속히 보수, 복구할 수 있는 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 지관 내부에 물이 고여 있거나 흐를 경우에도 세라믹계 조성물이 씻겨 나가지 않도록 하면서 손상된 부위를 신속하게 보수 및 보강할 수 있도록 하는 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 지관의 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물은 칼슘 알루미네이트 35~60 중량%, 규사 28~55 중량%, 탄산칼슘 10~20 중량%, 재유화형 분말수지 1.98~11%, 유동화제 0.01~2 중량%, 증점제 0.01~2 중량%를 포함하여 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 기본특징으로 한다.
본 발명의 지관 보수 및 보강 위한 다목적 세라믹계 라이닝용 조성물은 칼슘 알루미네이트계 세라믹 바인더를 사용하여 내화학성 및 내구성을 증가 시키고 여기에 세라믹 바인더와 상호 작용이 우수한 재유화형 분말수지를 사용하여 접착력 및 내수성을 강화 하여 콘크리트계 지관 내부의 내식, 파손, 균열 등을 효과적으로 보수 및 보강함과 동시에 방수성 및 내마모성 극대화하고 손상된 부위를 신속하게 복구할 수 있을 뿐만 아니라 지관 내부에 물이 고여 있거나 흐를 경우에도 세라믹계 조성물이 씻겨 나가는 것을 방지하여 작업성을 향상시키며 원가절감 효과를 극대화하는 효과가 있는 것이다.
본 발명의 지관 보수 및 보강 위한 라이닝용 조성물은 칼슘 알루미네이트 35~60 중량%, 규사 28~55 중량%, 탄산칼슘 10~20 중량%, 재유화형 분말수지 1.98~11%, 유동화제 0.01~2 중량%, 증점제 0.01~2 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 칼슘 알루미네이트는 주성분이 알루미나, 생석회, CaO, 무수규산 등의 응용물인 시멘트를 의미하고, CaOAl2O3 및 5CaO3Al2O3이 주요 광물로서 포틀랜드 시멘트에 비해서 알루미나 성분이 상당히 많고, 포틀랜드 시멘트 보다 내식성, 내화성, 급결성이 우수하다.
이로 인해 본 발명의 조성물은 내식성, 초속경, 속건성의 물성 증진 효과를 나타낸다.
더불어, 칼슘 알루미네이트는 석회석과 보크사이트 또는 반토혈암 등 알루미나 성분이 많은 점토류와 배합하여 1500~1600℃에서 용융한 다음 유출시켜서 냉각한 후 미세한 분말화 하여 사용한다.
여기서 칼슘 알루미네이트의 사용량은 10 중량% 미만이면 경화 속도가 느려지고, 60 중량%를 초과하면 급결로 인한 수축으로 갈라짐 현상이 발생하므로, 칼슘 알루미네이트의 사용량은 전체 조성물의 중량 대비 40 내지 60 중량%이 바람직하다.
상기 규사는 특별히 제한되지는 않으나 직경이 0.3mm 이하가 이상적이고 수분함량이 3% 이하인 것이 바람직하다 .
여기서 규사의 사용량은 20 중량% 미만이면 압축강도가 저하되고 시공 두께를 높이기가 어렵고, 80 중량%를 초과하면 유동성 저하 및 크랙 및 수축이 우려되므로, 규사의 사용량은 전체 조성물의 중량 대비 40~60 중량%가 바람직하다.
상기 탄산칼슘은 특별히 제한되지는 않으나 입자 사이즈가 350㎛이하이고, 흡유량이 1% 이하인 것이 바람직하다.
여기서 탄산칼슘 사용량은 5 중량% 미만이면 강도가 저하되고 초기 건조속도가 느려지며, 30 중량%를 초과하면 유동성 저하, 재료분리(Bleeding) 및 레이턴스(Laitance) 등의 현상이 발생 할 우려가 있으므로, 탄산칼슘의 사용량은 전체 조성물의 중량 대비 10 내지 20 중량%가 바람직하다.
상기 재유화형 분말수지는 접착 보조재 및 물성 증가제로서 수분이 건조되면 칼슘 알루미네이트 및 규사 사이에 바인더 역할을 해주어 접착력 증가, 내마모성 향상, 크랙 및 박리현상 방지, 휨강도를 강화시켜 주는 것으로, 특별히 제한되지는 않으나 바람직하게는 에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 에틸렌 비닐 클로라이드 비닐 라우에이트를 사용한다.
여기서 재유화형 분말수지의 사용량은 1.98 중량% 미만이면 기대 이상의 접착력, 내마모성 등의 물리적 물성이 나오지 않고, 11 중량%를 초과하면 경화가 지연되고 압축강도가 떨어지는 단점이 있으므로, 재유화형 분말수지의 사용량은 전체 조성물의 중량 대비 1.98~11 중량%가 바람직하다.
상기 유동화제나 증점제 또는 이들의 혼합물은 통상의 범위 내에서 사용될 수 있는 것으로 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 유동화제 0.01~2 중량%, 증점제 0.01~2 중량%를 사용함이 이상적이다.
이러한 유동화제는 세라믹계 라이닝의 유동성을 증가시키기 위해 사용하되, 분자 속에 한 개 이상의 극성 그룹을 가지고 있는 중합체를 의미하며, 화학 구조상 세라믹 바인더 입자를 분산시키는 성능이 뛰어나고 감수성능이 우수하며, 아울러 응결지연 및 과다한 공기연행이나 강도저하 등의 부작용 없이 단위 혼수량을 대폭 감수시킬 수 있는 혼화제로서 상기 조건들을 충족하는 한 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게 본 발명에 사용될 수 있는 유동화제의 예는 리그노술폰산염, 하이드록시 폴리 카르본산, 나프탈렌 포름 알데하이드 술폰산염 및 멜라민 포름 알데하이드 술폰산염으로 구성된 그룹에서 선택된 것을 포함하고, 보다 바람직하게는 친환경 소재인 하이드록시 폴리 카르본산 등이 선호된다.
상기 증점제는 수중 불분리 증점제를 사용함이 바람직하다.
특히 본 발명에 사용될 수 있는 수중 불분리 증점제는 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose)계 증점제 25 중량%, 전분(starch)계 증점제 25 중량%, PEO(Poly Ethylene Oxide) 5 중량% 및 화산재 45 중량%를 포함하여 이루어진다.
이러한 수중 불분리 증점제는 물과 불분리 증점제를 1:1로 용해시켜 사용하되, 이때 온도는 50℃로 놓고 혼합 속도는 1,500 rpm으로 12시간정도 녹인 다음 액상으로 된 수중 불분리 증점제를 다시 건조기에 넣고 90℃에서 3일(72시간) 건조 후 분말형태로 만들어 사용함이 바람직하다.
이는 각각의 성상이 다른 증점제를 단순 분말 형태로 혼합을 하면 비중 및 분말도의 차이로 인해 혼합성이 떨어져 물성의 차이가 날 수 있으나 물에 혼합하여 온도 및 혼합속도 높여 오랜 시간 혼합하면 서로 결합하여 균일한 물성을 나타내도록 유도하는 것으로, 이렇게 균일한 물성으로 유도된 수중 불분리 증점제를 건조기에 넣고 말린 후 이를 분쇄하여 분말화 하여 사용함이 바람직하다.
상기 증점제의 점도는 18,000~22,000 cps인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니나, 점도가 너무 높으면 물과 혼합시 혼수량이 증가하여 경화 지연 및 작업성이 떨어지게 되므로, 수중 불분리 증점제의 사용량은 전체 조성물의 중량 대비 0.01~2 중량%가 바람직하다.
이러한 증점제의 사용량이 상기 범위일 때에는 겉마름 현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라 표면 갈라짐이나 물속에서의 씻김 현상을 방지하여 작업성 크게 향상시킬 수 있다.
상기와 조성된 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물은 물35중량%를 혼입하여 5분 정도 교반하여 골고루 혼합한 다음 통상의 방법으로 라이닝 작업을 수행함이 일반적이다.
이러한 본 발명에 따른 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물은 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
그러나 아래의 실시예 1은 단지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서 이 실시예 1에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1)
칼슘 알루미네이트 51 중량%, 규사 32.7 중량%, 탄산칼슘 11 중량%, 재유화형 분말수지 5 중량%, 유동화제 0.2 중량%, 증점제 0.1 중량%로 이루어진 혼합물에 물 35중량% 첨가하여 5분간 교반 후 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물의 실시예 1을 제조하였다.
시험항목 양생일 및 기타 시험결과 시험방법
초결, 종결 분 초결 30분, 종결 120분 KS F 4937
압축강도(N/mm2) 28일 30.1 KS F 4042
부착강도(N/mm2) 28일 10.2 KS F 4042
휨강도(N/mm2) 28일 6.7 KS F 4042
내약품성(N/mm2) 5% H2SO4 22.3
10% Na2SO4 24.8
내마모성 28일 2 mg/mm2 KS F 4041
내충격성 28일 이상 없음 KS F 4937
불연성 질량감소율(%) 15% 이하 KS FISO 1182
물 흡수율 (%) 10% 이하
상기에서 압축강도, 부착강도, 휨강도, 내마모성, 내충격성은 각각 KS F 4042시험 방법 규정에 맞추어 측정하고, 내약품성은 실시예 1 시료 28일간 양생 후 각각 5% H2SO4, 10%Na2SO4 용액속에 침지한 상태로 28일간 방치한 다음 압축강도를 측정하였다.
상기 표 1로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물은 일반 시멘트계 모르타르에 비하여 압축강도, 부착강도, 휨강도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
특히 내약품성은 일반적으로 콘크리트계 지관의 주를 이루고 있는 상하수도관에서 내산성과 내황산성의 시험조건인 5% H2SO4, 10%Na2SO4 용액속에 침지한 결과 이상이 없는 것을 알 수 있었으며, 이는 내부 화학적 요인에 따른 파손된 콘크리트계 지관을 충분 복구, 보호 할 수 있음을 확인 할 수 있었으며 이는 칼슘 알루미네이트 세라믹 바인더를 사용했기 때문에 가능할 수 있었다고 판단된다.
또한 물흡수율, 부착강도, 휨강도가 우수한 것은 재유화형 분말수지를 사용하여 칼슘 알루미네이트 세라믹 바인더와의 결합으로 인해 방수성, 접착성, 유연성 향상으로 인한 결과로 보여진다.
더불어, 기존 유기화합물계인 라이닝 제품들은 화재에 취약할 수밖에 없지만 본 발명은 불연성이 우수함을 알 수 있다.
(비교예 1)
칼슘 알루미네이트를 일반 포틀랜드 시멘트로 대체하여 비교예 1을 진행하였다.
일반 포틀랜드 시멘트 51 중량%, 규사 32.7 중량%, 탄산칼슘 11 중량%, 재유화형 분말수지 5 중량%, 유동화제 0.2 중량%, 증점제 0.1 중량%로 이루어진 혼합물에 물 35중량% 첨가하여 5분간 교반 후 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물의 비교예 1을 제조하였다.
시험항목 양생일 및 기타 실시예 1 비교예 1 시험방법
초결, 종결 분 초결 30분, 종결 120분 초결 420분
종결 600분		 KS F 4937
내약품성
(압축강도 N/mm2)		 5% H2SO4 22.3 12.3
10%Na2SO4 24.8 134
상기 표2 에서 알 수 있듯이 일반 포틀랜드 시멘트를 사용한 비교예 1은 초결 및 종결이 늦어서 보수, 보강 시에 요구되는 신속한 경화 시간을 만족하지 못하며, 특히 내약품성이 매우 떨어져서 28일 양생 후 약품에 침지 후 압축강도가 칼슘 알루미네이트를 사용한 실시예 1보다 급격히 떨어짐을 알 수 있다.
(비교예 2)
재유화형 분말수지량을 줄여서 비교예 2를 제조하여 물성을 비교하였다.
칼슘 알루미네이트 51 중량%, 규사 36.7 중량%, 탄산칼슘 11 중량%, 재유화형 분말수지 1 중량%, 유동화제 0.2 중량%, 증점제 0.1 중량%로 이루어진 혼합물에 물 35중량% 첨가하여 5분간 교반 후 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물의 비교예 2를 제조하였다.
시험항목 양생일 및 기타 실시예 1 비교예 2 시험방법
부착강도(N/mm2) 28일 10.2 6.4 KS F 4042
휨강도(N/mm2) 28일 6.7 3.4 KS F 4042
내마모성 28일 2 mg/mm2 5 mg/mm2 KS F 4041
내충격성 28일 이상없음 크랙발생 KS F 4937
물 흡수율 (%) 10% 이하 15% 이상
상기 표3에서 알 수 있듯이 재유화형 분말수지 함량이 적으면 이에 따른 부착강도 및 내 마모성이 떨어져서 보수, 보강을 하고 장기적인 물성 안정성에 많은 영향을 나타냄을 알 수 있다.
(비교예 3)
수중 불분리 증점제를 동일 점도의 일반 증점제(HPMC)로 대체하여 비교예 3을 제조하여 물성을 비교 하였다.
시험항목 양생일 및 기타 실시예 1 비교예 3 시험방법
물에 씻겨나간 량 28일 30g 130g
세라믹계 라이닝을 부직포에 담가 함침 시킨 후 무게를 계량하고, 이를 물에 10분간 침지 후 꺼내 무게를 측정하였다.
표 4를 보면 알 수 있듯이 물에 씻겨나간 세라믹계 라이닝 무게가 수중 불분리 증점제를 사용하지 않고 일반 증점제를 사용한 제품이 약 100g 이상 손실 된 것을 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 칼슘 알루미네이트 51 중량%, 규사 32.7 중량%, 탄산칼슘 11 중량%, 재유화형 분말수지 5 중량%, 유동화제 0.2 중량%, 증점제 0.1 중량%로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증점제는 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose)계 증점제 25 중량 %, 전분(starch)계 증점제 25 중량 %, PEO(Poly Ethylene Oxide) 5 중량% 및 화산재 45 중량 %을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물.
  3. 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 조성물용 증점제에 있어서,
    상기 증점제는 물과 증점제를 1:1로 용해시키되, 용해물의 온도를 50℃로 유지하면서 교반 속도를 1,500 rpm으로 12시간 정도 녹인 다음 액상으로 혼합된 증점제를 다시 건조기에 넣고 90℃에서 72시간 건조 후 분쇄하여 분말화 하는 것을 특징으로 하는 지관 보수 및 보강을 위한 라이닝용 증점제 제조방법.
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KR101135175B1 (ko) 2011-08-11 2012-04-16 강상수 칼슘 알루미네이트 골재를 사용한 보호 몰탈 및 그에 사용되는 유무기 복합 하이브리드 코팅제
KR101270861B1 (ko) 2012-10-24 2013-06-05 강상수 모르타르의 이송 및 미장이 동시에 가능한 시공방법
KR101779911B1 (ko) 2017-04-26 2017-09-20 천일제지(주) 한쪽면에 펠트패턴이 형성된 원지를 이용한 지관의 제조방법
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