KR101031980B1 - 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 Download PDF

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주식회사 이레하이테크이앤씨
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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

본 발명은, 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 포함하며, 상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25~55중량%, 초조강 시멘트 5~25 중량%, 칼슘설포알루미네이트 2~25중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 고로슬래그 3~20중량%, 석고 1~10 중량% 및 규사 25~55중량%를 포함하고, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 무기물간의 결합을 유도하기 위한 스티렌-부타디엔 에멀젼 40~70중량%, 부착력, 인성 및 탄성을 개선하기 위한 아크릴 에멀젼 10~40중량%, 표면경도 및 자기치유성을 개선하기 위한 칼슘실리케이트 5~25중량%, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 무기산화물 0.1~5중량% 및 발수 방수 기능을 개선하기 위한 진크암모늄클로라이드 0.01~10 중량%를 포함하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 속경성 마감재 조성물은, 스티렌-부타디엔 에멀젼, 아크릴 에멀젼, 칼슘 실리케이트, 무기산화물 및 진크암모늄클로라이드가 혼합된 수용성 에멀젼 결합재를 사용함으로써 고유동성, 탄성, 접착력, 강도, 내구성, 자기치유성 및 자기세정성이 우수한 성질을 갖는다.

Description

강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법{Finishing material composite with excellent strength and durability, and repairing method of the concrete structure using the composite}
본 발명은 속경성 마감재 조성물 및 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발수, 방수 및 자기치유 기능을 갖는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 50 여년의 내구연한을 가진 것으로 알려져 있다. 그러나, 콘크리트 구조물에 대한 방수 성능의 결함으로 누수되는 경우에는 압축 강도, 동결융해 저항성, 화학적 침식에 대한 저항성 등이 저하되어 콘크리트 구조물의 수명이 단축되고, 건축물의 미관 손상과 생활공간으로서의 거주성도 크게 저하되어 경제적으로 큰 손실을 가져온다. 물리적, 화학적인 환경조건에 의한 열화 현상으로 콘크리트 구조물의 대대적인 보수나 재시공이 불가피하며, 이는 경제적으로 막대한 손실을 초래하고 있다.
일반적으로 콘크리트 구조물의 시멘트계 마감 공법은 시멘트 모르타르(Mortar)를 이용한 마감공법을 말한다. 시멘트 모르타르는 대개 콘크리트 공사 현장에서 골재와 시멘트를 임의의 비율로 혼합하고, 여기에 물을 혼합하여 어느 정도의 점도를 부여함으로서 콘크리트 구조물에 시공을 하는 마감재를 의미한다. 이러한 마감재는 여러가지 마감기구를 통하여 바닥에 시공된 후, 일정한 양생기간을 거쳐 경화, 건조되면서 강도를 발휘하여 마감재로서의 효용성을 갖게 된다.
시멘트 모르타르를 이용한 바닥 마감 공법은 저렴한 시공비와 시공의 용이성 때문에 많이 사용되어 오고 있지만, 시멘트 모르타르만을 사용할 경우 표면 경도가 약하여 파손되기 쉬우며, 구체와 부착력이 떨어져 부착 계면에서 탈락이 발생되기 쉽다. 또한, 시멘트 모르타르를 사용할 경우, 표면에서 급격한 수분증발로 인해 초기 소성균열이 발생되기 쉽다.
한편, 지금까지 국내외에서 일반적으로 이용되고 있는 표층 강화 및 보호재는 알칼리계 실리케이트로 이루어져 있다. 이러한 알칼리계 실리케이트는 표면장력이 작더라도 콘크리트 주성분인 칼슘이온과 빠르게 반응하여 칼슘 실리케이트를 형성한다. 이러한 칼슘 실리케이트는 불용성이면서 화학적으로 매우 안정된 산화물로 콘크리트의 표면을 보호해주나, 침투력이 수 ㎜에 불과하여 콘크리트 내부에 침투되지 못하는 문제점을 가지고 있어 콘크리트 구조물의 성능회복을 시키기에는 어려운 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 고유동성, 탄성, 접착력, 강도 및 내구성이 우수하고, 발수, 방수 및 자기치유 기능을 갖는 속경성 마감재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 속경성 마감재 조성물에 있어서, 상기 속경성 마감재 조성물은 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 포함하며, 상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25~55중량%, 초조강 시멘트 5~25 중량%, 칼슘설포알루미네이트 2~25중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 고로슬래그 3~20중량%, 석고 1~10 중량% 및 규사 25~55중량%를 포함하고, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 무기물간의 결합을 유도하기 위한 스티렌-부타디엔 에멀젼 40~70중량%, 부착력, 인성 및 탄성을 개선하기 위한 아크릴 에멀젼 10~40중량%, 표면경도 및 자기치유성을 개선하기 위한 칼슘실리케이트 5~25중량%, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 무기산화물 0.1~5중량% 및 발수 방수 기능을 개선하기 위한 진크암모늄클로라이드 0.01~10 중량%를 포함하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물을 제공한다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 콘크리트 구조체를 형성하기 위한 스타치 및 메틸셀룰로오스를 더 포함할 수 있으며, 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 65~95 : 5~35의 비율로 혼합된 것이고 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.1~10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 방수 기능을 개선하기 위하여 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르를 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르는 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 폴리머 입자의 엉김을 억제하기 위하여 설포네이트 알킬 에스테르, 지방산 비누 및 알킬 아릴 설포네이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 설포네이트 알킬 에스테르, 지방산 비누 및 알킬 아릴 설포네이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 물질은 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1.5 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 기공을 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위한 소포제를 더 포함할 수 있으며, 상기 소포제는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~1 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함할 수 있으며, 상기 감수제는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~2 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 급격하게 경화되는 것을 억제하기 위한 지연제를 더 포함할 수 있으며, 상기 지연제는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~2중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함할 수 있으며, 상기 감수제는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 콘크리트면의 레이탄스 및 불순물을 평삭기, 숏블라스터 또는 핸드 워터젯으로 치핑하여 제거하는 단계와, 치핑된 부위에 프라이머 처리하는 단계와, 프라이머 처리된 상부에 상기 속경성 마감재 조성물을 타설하는 단계 및 타설된 상기 속경성 마감재 조성물 상부에 상기 수용성 에멀젼 결합재를 코팅하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공한다.
본 발명에 의한 속경성 마감재 조성물에 의하면, 스티렌-부타디엔 에멀젼, 아크릴 에멀젼, 칼슘실리케이트, 무기산화물 및 진크암모늄클로라이드가 혼합된 수용성 에멀젼 결합재를 사용함으로써 고유동성, 탄성, 접착력, 강도 및 내구성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 보통 시멘트, 초조강 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 플라이애쉬, 고로슬래그, 석고 및 규사를 포함하는 속경성 결합재를 사용함으로써 조직을 치밀하게 하여 마감재 조성물의 조기강도를 발현할 수 있다.
또한, 발수 및 방수 기능을 더 부여한 수용성 에멀젼 결합재를 속경성 마감재 조성물 상부에 도포함으로써, 표면경도, 내구성 및 자기 세정작용을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속경성 마감재 조성물은 속경성 마감재 조성물 100중량%에 대하여 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 포함한다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 가사시간, 작업성, 탄성, 고유동 성능 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 무기물간의 결합을 유도하기 위한 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene; SB) 에멀젼, 부착력, 인성 및 탄성을 개선하기 위한 아크릴 에멀젼, 강도 및 자기치유성을 개선하기 위한 칼슘실리케이트, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 무기산화물, 및 발수 방수 기능을 개선하기 위한 진크암모늄클로라이드(zinc ammonium chloride)를 포함한다.
또한, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 콘크리트 구조체를 형성하기 위한 스타치 및 메틸셀룰로오스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 방수 기능을 개선하기 위하여 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 폴리머 입자의 엉김을 억제하기 위한 안정화제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 합성 에멀젼 결합재 내의 기공을 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위한 소포제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함할 수 있다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 속경성 마감재 조성물 100중량%에 대하여 5~60중량% 함유되는 것이 바람직하다. 수용성 에멀젼 결합재의 함량이 60중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료 분리가 발생되기 쉽고, 수화 반응을 지연시켜 조기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 수용성 에멀젼 결합재의 함량이 5중량% 미만이면 인성, 고유동 성능 및 내구성이 저하될 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔(SB) 에멀젼은 스티렌-부타디엔 공중합체로서 무기성분 표면의 양이온과 선택적으로 이온 결합하고 무기 성분과 양이온의 결합으로 부분적으로 접착하여 전체적으로 매트릭스 구조(또는 카드-하우스(card-house) 구조)를 형성함으로써 무기물간 결합을 유도하는 특징을 갖고 있다. 또한, 외부에서 주어진 외력에 의해 분산과 결합이 반복적으로 이루어지는 회합형 분산 및 결합 특성을 갖고 있는데, 외력이 소실되는 경우 분산성이 완화되며, 상온 이상에서 자기 필름화 과정을 통해 자연 경화되어 연속 매트릭스(matrix)를 형성한다. 특히, 스티렌-부타디엔 에멀젼은 상온 경화형이고, 인장강도 및 신축능력이 뛰어나 습윤상태에서도 초기 필름 형상을 유지하는 특성이 있다. 스티렌-부타디엔 에멀젼은 강도를 향상시키고, 내염해성 및 동결융해 저항성 등의 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 상기 스티렌-부타디엔 에멀젼은 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 40~70중량% 함유되는 것이 바람직한데, 스티렌-부타디엔 에멀젼의 함량이 40중량% 미만일 경우에는 무기물간 결합을 유도하는 효과와 내염해성 및 동결융해 저항성 등의 내구성을 향상시키는 효과가 미약할 수 있고, 스티렌-부타디엔 에멀젼의 함량이 70중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 무기물간 결합 유도 효과와 내구성 향상 효과를 기대하기 어렵고 경제적이지 못하다.
수용성 에멀젼 결합재에 아크릴 에멀젼이 함유되면 부착력, 인성, 탄성 및 내구성이 개선된다. 상기 아크릴 에멀젼은 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 10~40중량% 함유되는 것이 바람직한데, 아크릴 에멀젼의 함량이 10중량% 미만일 경우에는 부착력, 인성, 탄성 및 내구성 개선의 효과가 미약하고, 아크릴 에멀젼의 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 부착력, 인성, 탄성 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵고 경제적이지 못하다.
상기 칼슘실리케이트는 속경성 마감재 조성물의 표면경도, 강도 및 자기치유성을 개선시키기 위해 사용된다. 상기 칼슘 실리케이트는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 5~25중량% 함유되는 것이 바람직한데, 칼슘 실리케이트의 함량이 25중량%를 초과하면 속경성 마감재 조성물의 성능은 개선되나 작업성 및 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 칼슘 실리케이트의 함량이 5중량% 미만이면 속경성 마감재 조성물의 작업성은 개선되나, 강도, 자기치유 및 내구 성능이 저하될 수 있다.
상기 무기산화물은 속경성 마감재 조성물의 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 무기산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 물질인 것이 바람직하다. 무기산화물의 입자의 입경은 10㎚~500㎛ 범위인 것이 바람직한데, 10㎚ 미만인 경우에는 무기산화물의 제조가 어려울 뿐만 아니라 가격이 비싸 경제적이지 못하고, 500㎛를 초과하는 경우에는 입자간 결합에 어려움이 발생될 수 있어 강도 개선의 효과가 미약할 수 있다. 상기 무기산화물은 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.1~5중량% 함유되는 것이 바람직한데, 무기산화물의 함량이 5중량%를 초과하면 속경성 마감재 조성물의 점도가 떨어져 조성물의 재료분리가 발생되고 작업성이 저하될 수 있으며, 무기산화물의 함량이 0.1중량% 미만이면 속경성 마감재 조성물의 작업성은 개선되나, 강도 및 내구성이 저하될 수 있다.
상기 진크암모늄클로라이드는 수용성 에멀젼 결합재의 습윤강도 및 마모저항성을 강화하기 위하여 사용되며, 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~10중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 진크암모늄클로라이드의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 초기 작업성은 개선되나 마모저항성의 개선 효과가 미약하고, 상기 진크암모늄클로라이드의 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 습윤강도 및 마모저항성은 개선되나 초기 작업성이 떨어질 수 있다.
상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 유동성, 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 콘크리트 구조체를 형성하는데 기여할 수 있으며, 부수적으로는 탁월한 응집력에 의해 수중 오염방지, 콘크리트 구조물의 철근 보호 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다. 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 65~95 : 5~35의 비율로 혼합된 것으로, 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.1~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스의 함량이 10중량%를 초과하면 속경성 마감재 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있으며, 스타치 및 셀룰로오스의 함량이 0.1중량% 미만이면 속경성 마감재 조성물의 작업성은 개선되나, 재료분리 현상이 발생할 수 있다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 방수 기능을 개선하기 위하여 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르를 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르는 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 안정화제는 상기 수용성 에멀젼 결합재 상호간의 입자를 잘 분산시켜줌과 동시에 서로 결합되는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 안정화제로서는 설포네이트 알킬 에스테르(sulfonate alkyl ester), 지방산 비누(fatty acid soap), 알킬 아릴 설포네이트(alkyl aryl sulfonate) 등이 있으나, 설포네이트 알킬 에스테르(sulfonate alkyl ester)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 안정화제는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1.5 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 소포제는 수용성 에멀젼 결합재 내의 기공을 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 또한, 상기 소포제가 수용성 에멀젼 결합재에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~1중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소포제로는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있다. 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있다. 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다. 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있다. 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
상기 감수제는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하고 수용성 에멀젼 결합재의 유동성을 확보하기 위하여 사용한다. 수용성 에멀젼 결합재에 감수제가 첨가되면 고유동 성능이 개선된다. 상기 감수제는 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~2중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 감수제는 폴리카르본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있으나, 나프탈렌계와 멜라민계는 조성물의 강도를 저하시킬 수 있고 작업성(물-시멘트비)을 저하시킬 수 있으므로 조성물의 강도 및 작업성(물-시멘트비)을 저하시키지 않는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 보통 시멘트, 초조강 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 플라이애쉬, 고로슬래그, 석고 및 규사를 포함한다.
상기 속경성 결합재는, 보통 시멘트 25~55중량%, 초조강 시멘트 5~25 중량%, 칼슘설포알루미네이트 2~25중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 고로슬래그 3~20중량%, 석고 1~10 중량% 및 규사 25~55중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위한 지연제 0.01~2중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제 0.01~1중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 보통 시멘트는 KS 규격에 맞는 보통 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보통 시멘트는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 25~55중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초조강 시멘트는 수화반응성을 높여 초기강도 발현을 얻을 수 있다. 이하에서, 초조강 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트가 7일에 발현하는 강도를 1일에 발현하는 시멘트를 의미하는 것으로 사용한다. 상기 초조강 시멘트는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 5~25 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 초조강 시멘트의 중량비가 증가하면 빠른 경화반응을 나타내며, 그 함량이 5 중량% 미만일 경우 초기강도 발현이 어려울 수 있고, 25중량%를 초과시에는 빠른 경화시간으로 인하여 작업성이 떨어지는 등의 문제점이 발생될 수 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 수화반응성을 증가시키고 균열 억제를 위해 첨가하는 무기계 초속경 재료로서, 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린가이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 시멘트와 혼합할 때 단시간 내에 우수한 압축 강도를 얻을 수 있게 한다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 2~25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 그 함량이 2중량% 미만일 경우 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약하고, 25중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 플라이애쉬 및 고로슬래그는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 플라이애쉬 및 고로슬래그의 중량비가 증가하면 조기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 상기 플라이애쉬는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 3~20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 또한 상기 고로슬래그는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 3~20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 석고는 조기 강도 발현을 위하여 사용한다. 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 석고의 함량이 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 그 함량이 1중량% 미만일 경우 속경성 마감재 조성물의 조기강도 개선 효과가 미약하고, 10중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 작업성이 저하될 수 있다.
상기 규사는 입자 크기가 6호사 내지 8호사(0.05~0.6㎜)인 것이 바람직하다. 이보다 클 경우에는 마감재의 고유동 성능이 저하될 우려가 있고, 이보다 적을 경우에는 마감재의 작업성을 저하시킬 수 있다. 규사는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 25~55중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 사용하며, 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~2중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지연제로는 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 감수제는 속경성 결합재의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 유동화제를 사용할 수 있다. 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제는 폴리카본산계 감수제에 비하여 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 크지 않으며, 수용성 에멀젼 결합재와 혼합되는 경우 거품 현상이 발생하여 혼화성이 나쁘다는 단점이 있다. 따라서, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속경성 마감재 조성물은 상기 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 연속믹서기로 혼합하여 소정 시간(예컨대, 1~10분간) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 속경성 마감재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시한다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수공법은, 콘크리트 면의 레이탄스 및 불순물을 평삭기, 숏블라스터 또는 핸드 워터젯을 이용하여 치핑하여 제거하는 단계와, 치핑된 부위에 프라이머 처리하는 단계와, 상기 속경성 마감재 조성물을 이용하여 프라이머 처리된 상부에 타설하는 단계 및 타설된 속경성 마감재 조성물 상부에 상기 수용성 에멀젼 결합재를 코팅하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공한다. 이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은 콘크리트 교면, 도로 경계석, 도로 중앙분리대, 갓길, 도로 등의 콘크리트 포장면, 콘크리트 건축물, 콘크리트 바닥면을 포함하는 의미로 사용한다.
상기 프라이머 처리는 상기 속경성 마감재 조성물이 치핑된 부위에 부착되기 용이하게 하기 위하여 실시하며, 프라이머를 치핑된 부위에 도포(또는 코팅)하는 공정을 의미한다. 상기 프라이머는 상기 속경성 마감재 조성물이 부착되기 용이하게 하는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR), 스티렌-부타디엔(SB) 에멀젼, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 아크릴 및 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 이때 상기 프라이머의 고형분은 13중량% 정도로 낮추어 시공하는 것이 바람직하며, 13중량%를 초과하여 사용할 경우 피막 두께가 두꺼워져 부착 성능을 저하시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 속경성 마감재 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
속경성 결합재 70중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 30중량%를 연속식 믹서에 2분간 교반하여 속경성 마감재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25중량%, 초조강 시멘트 12 중량%, 칼슘설포알루미네이트 12중량%, 플라이애쉬 5중량%, 고로슬래그 분말 5중량%, 규사 40중량%, 지연제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 스티렌-부타디엔 에멀젼 40중량%, 아크릴 에멀젼 30중량%, 칼슘실리케이트 20중량%, 스타치 및 메틸셀룰로오스 4중량%, 진크암모늄클로라이드 4 중량%, 산화티탄 0.5 중량%, 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르 0.5 중량%, 소포제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 지연제로는 시트릭산을 사용하였다. 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다. 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 9:1로 혼합한 것을 사용하였다. 상기 소포제는 디메틸실리콘유를 사용하였다.
<실시예 2>
속경성 결합재 70중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 30중량%를 연속식 믹서에 2분간 교반하여 속경성 마감재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25중량%, 초조강 시멘트 12 중량%, 칼슘설포알루미네이트 12중량%, 플라이애쉬 5중량%, 고로슬래그 분말 5중량%, 규사 40중량%, 지연제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 스티렌-부타디엔 에멀젼 50중량%, 아크릴 에멀젼 25중량%, 칼슘실리케이트 15중량%, 스타치 및 메틸셀룰로오스 4중량%, 진크암모늄클로라이드 4 중량%, 산화티탄 0.5 중량%, 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르 0.5 중량%, 소포제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 지연제로는 시트릭산을 사용하였다. 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다. 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 9:1로 혼합한 것을 사용하였다. 상기 소포제는 디메틸실리콘유를 사용하였다.
<실시예 3>
속경성 결합재 70중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 30중량%를 연속식 믹서에 2분간 교반하여 속경성 마감재 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25중량%, 초조강 시멘트 12 중량%, 칼슘설포알루미네이트 12중량%, 플라이애쉬 5중량%, 고로슬래그 분말 5중량%, 규사 40중량%, 지연제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 수용성 에멀젼 결합재는 스티렌-부타디엔 에멀젼 60중량%, 아크릴 에멀젼 20중량%, 칼슘실리케이트 10중량%, 스타치 및 메틸셀룰로오스 4중량%, 진크암모늄클로라이드 4 중량%, 산화티탄 0.5 중량%, 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르 0.5 중량%, 소포제 0.5중량% 및 감수제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 지연제로는 시트릭산을 사용하였다. 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다. 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 9:1로 혼합한 것을 사용하였다. 상기 소포제는 디메틸실리콘유를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 및 2는 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 시멘트 조성물 및 폴리머 시멘트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 70중량% 및 물 30중량%를 연속식 믹서로 교반하여 보통 시멘트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 70중량% 및 스티렌-부타디엔 에멀젼 30중량%를 연속식 믹서로 교반하여 폴리머 시멘트 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프-플로우 시험(반죽의 정도)을 실시하였다. 슬럼프-플로우 시험은 조성물의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability), 즉 조성물의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
아래의 표 1은 시간 경과에 따른 슬럼프-플로우의 변화를 나타낸 것이다.
구분
 슬럼프-플로우(㎝)
교반 직후 30분 경과 후 60분 경과 후
실시예 1 71 69 66
실시예 2 72 70 68
실시예 3 73 71 69
비교예 1 52 41 30
비교예 2 67 62 56
위의 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 작업성이 우수하며, 특히 실시예 2 및 실시예 3은 시간이 경과하여도 슬럼프-플로우의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따른 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS F 2477(폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법)에 규정한 방법에 따라 압축강도 시험을 실시하였다.
아래의 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.
구분
 압축강도(㎏f/㎠)
1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 300 356 578
실시예 2 310 372 599
실시예 3 312 380 611
비교예 1 280 315 512
비교예 2 286 320 525
위의 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3은 경화된 후 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS F 2477(폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법)에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하였다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화를 나타낸 것이다.
구분
 휨강도(㎏f/㎠)
1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 63 77 119
실시예 2 68 89 131
실시예 3 78 95 141
비교예 1 40 58 75
비교예 2 55 67 105
위의 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3은 시공 후 3일이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 변형이 발생되지 않는다. 특히, 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS L 5104(시멘트 모르타르의 인장강도 시험방법)에 의하여 인장강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분
 인장강도(㎏f/㎠)
1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 39 57 66
실시예 2 48 68 76
실시예 3 50 75 85
비교예 1 20 35 45
비교예 2 32 45 58
위의 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 인장강도가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 JIS A 6916(Wall coatings for thick textured finishes; 마무리 도포제용 바탕 조정 도포제)에 의하여 접착강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분
 접착강도(㎏f/㎠)
1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 22 25 31
실시예 2 25 31 36
실시예 3 28 35 41
비교예 1 15 19 21
비교예 2 18 22 25
위의 표 5에 나타난 바 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 접착강도가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS F 4004에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 표 6에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되어 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되므로 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수열(%) 0.3 0.2 0.2 3.7 0.8
위의 표 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 염화물 이온의 침투 깊이 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투 깊이(㎜) 0.9 0.8 0.7 4.6 1.3
위의 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 중성화 깊이 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 8에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(㎜) 0.5 0.3 0.3 1.6 0.8
위의 표 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3의 속경성 마감재 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 9는 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성 지수를 표시한 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 94 96 96 55 91
위의 표 9에 나타난 바 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 속경성 마감재 조성물에 있어서,
    상기 속경성 마감재 조성물은 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 포함하며,
    상기 속경성 결합재는 보통 시멘트 25~55중량%, 초조강 시멘트 5~25 중량%, 칼슘설포알루미네이트 2~25중량%, 플라이애쉬 3~20중량%, 고로슬래그 3~20중량%, 석고 1~10 중량% 및 규사 25~55중량%를 포함하고,
    상기 수용성 에멀젼 결합재는 무기물간의 결합을 유도하기 위한 스티렌-부타디엔 에멀젼 40~70중량%, 부착력, 인성 및 탄성을 개선하기 위한 아크릴 에멀젼 10~40중량%, 표면경도 및 자기치유성을 개선하기 위한 칼슘실리케이트 5~25중량%, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 무기산화물 0.1~5중량%, 및 발수 방수 기능을 개선하기 위한 진크암모늄클로라이드 0.01~10 중량%를 포함하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 콘크리트 구조체를 형성하기 위한 스타치 및 메틸셀룰로오스를 더 포함하며, 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 중량비로 65~95 : 5~35의 비율로 혼합된 것이고 상기 스타치 및 메틸셀룰로오스는 상기 수용성 에멀젼 결합재에 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.1~10중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 방수 기능을 개선하기 위하여 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르를 더 포함하며, 상기 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르는 상기 수용성 에멀젼 결합재에 상기 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 폴리머 입자의 엉김을 억제하기 위하여 설포네이트 알킬 에스테르, 지방산 비누 및 알킬 아릴 설포네이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 물질을 더 포함하며, 상기 설포네이트 알킬 에스테르, 지방산 비누 및 알킬 아릴 설포네이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 물질은 상기 수용성 에멀젼 결합재에 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1.5 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 기공을 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위한 소포제를 더 포함하며, 상기 소포제는 상기 수용성 에멀젼 결합재에 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~1 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수용성 에멀젼 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함하며, 상기 감수제는 상기 수용성 에멀젼 결합재에 수용성 에멀젼 결합재 100중량%에 대하여 0.001~2 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 속경성 결합재는 급격하게 경화되는 것을 억제하기 위한 지연제를 더 포함하며, 상기 지연제는 상기 속경성 결합재에 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~2중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 속경성 결합재는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함하며, 상기 감수제는 상기 속경성 결합재에 속경성 결합재 100중량%에 대하여 0.01~1중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 강도 및 내구성이 우수한 속경성 마감재 조성물.
  9. 콘크리트면의 레이탄스 및 불순물을 평삭기, 숏블라스터 또는 핸드 워터젯으로 치핑하여 제거하는 단계;
    치핑된 부위에 프라이머 처리하는 단계;
    프라이머 처리된 상부에 제1항에 기재된 속경성 결합재 40~95중량% 및 수용성 에멀젼 결합재 5~60중량%를 포함하는 속경성 마감재 조성물을 타설하는 단계; 및
    타설된 상기 속경성 마감재 조성물 상부에 제1항에 기재된 수용성 에멀젼 결합재를 코팅하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
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