KR101056825B1 - 수성바인더 수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법에 관한 것으로, 그 목적은 안정한 수성 에멀젼화를 이루는 수성바인더 수지의 배합에 의해 철근 콘크리트 구조물의 강도증진 및 내구수명 및 사용수명을 증진시킬 수 있는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법을 제공하는 것이다.
본 발명은 수성바인더 수지 10∼20wt%, 모래 50∼70wt%, 시멘트 20∼40wt%를 포함하되,
상기 수성바인더 수지는 수성 우레탄아크릴레이트 수지와 수성 아크릴레이트 수지로 이루어지고, 상기 수성 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄 프레 폴리머 20∼30wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 2∼8wt%, 메틸메타크릴레이트 1∼3wt%에 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어지며,
상기 수성 아크릴레이트 수지는 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제 0.5∼2wt%, 메틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 부틸 아크릴레이트 5∼15wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어져 있다.

Description

수성바인더 수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법 {Mortar composition using waterbone binder and repairing-reinforcing method for concrete structure}

본 발명은 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법에 관한 것으로, 철근 콘크리트 구조물의 열 손상화된 부분을 효과적으로 보수할 수 있는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법에 관한 것이다.

콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈 또는 기타 골재의 혼합물에 물을 소정의 비율로 첨가하여 구조물이 요구하는 크기와 형상의 거푸집 속에서 경화시켜 만든 일종의 인조석이다.

철근콘크리트 구조물은 내진성, 내화성, 내구성이 우수한 구조이며, 또한 콘크리트는 비교적 값싼 경제적인 재료이므로 건축물, 토목구조물과 같은 사회적으로 중요한 구조물에 널리 이용되고 있다.

그러나, 철근 콘크리트 구조물에는 종래부터 콘크리트의 건조수축에 의한 균열, 누수, 슬래브의 처짐, 동해, 알칼리골재반응 등 여러 가지 열화 현상이나 결함이 발생하는 것이 지적되었다.

종래에 사용되고 있는 철근 콘크리트 구조물의 보수방법은 손상된 콘크리트구조물의 열화원인별로 보수방법이 조금씩의 차이는 있으나 대체적으로 열화부 제거 단계, 프라이머 도포 단계, 단면복구제를 이용한 단면복구 단계, 표면를 코팅하는 단계로 이루어져 있으며, 프라이머는 단면 충전보수용 몰탈과 콘크리트구조물의 결합부 접착력을 증진시키기 위하여 사용하며 주로 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리머혼입 페이스트를 사용하였다,

그러나 상기 수지계 프라이머는 초기 접착력을 높으나, 기존 콘크리트와 열적팽창계수가 상이하여 장기접착력이 저하되며, 수지 성질상 수분과는 상극이어서 콘크리트 구조물에 수분이 침투할 경우 계면에 분리가 발생하여 보수한 몰탈 부분이 탈락하는 경우도 발생하고, 수지계 프라이머는 도포되는 콘크리트속으로 침투하지 못하고 표면에 피막을 형성하므로 접착력이 떨어지는 경우가 많다.

또한 콘크리트 단면충전 보수용 몰탈에서 발생되는 백화현상, 외부로부터 침투하는 물, 이산화탄소, 염화물등 외적 열화요인의 침투를 방지하기 위하여 표면 코팅제를 사용하고 있으며, 코팅제로 사용되는 에폭시, 우레탄 등의 방수제 재료는 가용성분이 포함된 수분이 외부로 방출되는 것을 방지하고 열화요인들의 표면 침투를 방지하는데 효과적이다.

그러나 콘크리트 내부와 외부의 온도차로 인하여 습기가 발생되고 이 습기가 이러한 표면 코팅제에 의하여 자유로이 외부로 방출되지 못하고 내부에 잔류하고 있다가, 외부로 방출되려는 힘에 의하여 표면 피막이 탈락되거나, 상승된 습기의 압력에 의하여 보수표면에 균열이나 들뜸 현상이 발생되어 보수분분이 탈락되는 현상이 발생되고 있다.

또한, 여러 가지 요인에 의하여 열화된 콘크리트는 구조물의 안전성과 수명을 연장시키기 위하여 보수보강을 하여야한다. 손상된 구조물을 보수하기 위하여는 다양하고 많은 종류의 재료와 공법이 사용되고 있으며, 현재 많이 사용되고 있는 보수재료는 표면 도포함침재, 철근 방청재, 중성화 방지재, 단면복구재 등이 있으며, 가장 많이 사용 되고있는 단면복구재는 콘크리트 구조물의 내구성에 미치는 영향이 크다. 따라서 단면복구제의 종류는 제한적이며, 주로 사용되는 재료는 원래의 콘크리트와 같은 물성을 지난 무기계가 많이 사용되고 있으나, 최근에는 무기계와 유기계의 장점을 이용하여, 폴리머계 재료를 시멘트와 혼합하여 사용하고 있다. 또한 단면복구제 제조업체마다 경쟁적으로 필요이상의 강도를 높여, 단면복구제의 양생시 발생하는 수화열과 기존 콘크리트구조물의 강도차이에서 발생하는 접착면 분리현상과 단면복구제 몰탈부분에서 일부 균열이 발생하고 있다.

그리고 시멘트 제품에 있어서 요구되는 강도와 단위시멘트량의 관계는 비례관계가 있기 때문에, 고강도의 제품을 요구하면 요구할수록 반드시 단위시멘량이 많으며, 단위시멘트량이 많으면 반드시 수화열이 높으며, 수화열이 높으면 반드시 균열발생의 가능성이 높아지므로, 구조물에서 필요로 하지 않은 과도한 고강도의 요구는 구조물에서 가장 바람직하지 않는 균열을 초래하는 직접적인 원인을 제공하고 있음을 유의하지 않으면 안된다.

또한, 시멘트, 물, 골재 등을 포함하는 몰탈 조성물로 단면복구된 층(이하 “단면복구층”이라고 함)의 경우, 다양한 원인으로 인하여 단면복구층의 들뜸, 표면 균열발생, 백화 현상 등이 발생한다. 예를 들어 열화 손상된 콘크리트와 얇은 두께로 복구된 단면복구층의 경우 열팽창계수가 평균 10×10^-6/℃이기 때문에 주변온도 대기변화에 따를 수축 또는 팽창 작용이 반복적으로 이루어지며, 이러한 작용으로 단면복구층에 응력이 발생하여 균열이 발생하며, 또한 일반 몰탈은 10㎜ 이상의 단면을 복구할 경우 1회 도포로는 두께확보가 힘들어 여러번 나누어 도포하여 소정의 두께를 확보하는데, 이 과정에서 여러번 나누어 도포한 단면복구층 마다 경화시간의 차이에 따라 층 분리가 발생하고 들뜸, 박리, 균열로 인한 단면복구층의 손상을 가져오게 되는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 안정한 수성 에멀젼화를 이루는 수성바인더 수지의 배합에 의해 철근 콘크리트 구조물의 강도증진 및 내구수명 및 사용수명을 증진시킬 수 있는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 수성바인더 수지가 배합된 몰탈에 의해 열화손상된 철근콘크리트 구조물의 열화손상 부위를 효과적으로 보수하고, 외부로부터의 염화물질 침투를 방지할 수 있는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명은 수성바인더 수지 10∼20wt%, 모래 50∼70wt%, 시멘트 20∼40wt%를 포함하되,

상기 수성바인더 수지는 수성 우레탄아크릴레이트 수지와 수성 아크릴레이트 수지로 이루어지고,

상기 수성 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄 프레 폴리머 20∼30wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 2∼8wt%, 메틸메타크릴레이트 1∼3wt%에 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어지며,

상기 수성 아크릴레이트 수지는 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제 0.5∼2wt%, 메틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 부틸 아크릴레이트 5∼15wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어져 있다.

단면복구재를 적절히 노후화된 콘크리트 구조물에 사용하기 위해서는 기존 콘크리트와 부착력 등 역학적인 특성이 중요하고, 보수단면의 수명을 연장시키기 위하여 중성화 저항성, 염화물침투성 등 내구성이 우수한 재료를 선택하는 것이 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 사항을 고려한 것으로, 수성바인더 수지를 제조하고 이를 이용하여 철근콘크리트 구조물의 열화손상된 부분에 효과적으로 보수가 가능한 수지몰탈을 형성하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 수성바인더에 의한 수지몰탈에 의해 기존 철근콘크리트 구조물의 강도증진은 물론 외부로부터 침투하는 염화물질을 효과적으로 방지함으로서 콘크리트 구조물의 내구수명 및 사용수명을 증진시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 수지몰탈 조성물로서, 모래, 시멘트 및 충진제 이외에 제1바인더 수지로서 우레탄 아크릴레이트와 제2바인더 폴리아크릴레이트 수지를 포함함으로써 모래 입자들 사이가 탄성 또는 유연성이 있는 우레탄 아크릴레이트 수지로 결합되어 반복적인 충격에 의한 소성변형 및 온도변화, 시공두께에 따른 균열발생이 억제되며 높은 접착력을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 수지몰탈 조성물은 1회도포로 필요한 소정의 두께를 확보 할 수 있으며, 이 과정에서 단면복구층의 밀림이나 들뜸, 균열이 발생하지 않는 등 많은 효과가 있다.

본 발명은 여러 요인에 의하여 열화손상되어 내구성이 저하된 콘크리트구조물의 결합부를 친환경 및 장수명 자재인 수성바인더 수지와, 일반적으로 현장에서 많이 사용하는 모래와 시멘트를 혼합배합하여 손상된 콘크리트구조물의 결합부에 몰탈을 타설하여 내구성을 높이고, 표면에 열화의 요인이 되는 물질의 침투를 방지하기 위하여 방수성이 있는 수지를 도포하여 단면을 보수ㆍ보강하도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 수성바인더 수지 10∼20wt%, 모래 50∼70wt%, 시멘트 20∼40wt%를 포함하도록 되어 있으며,

상기 수성바인더 수지는 수성 우레탄아크릴레이트 수지 10∼45wt%, 수성 아크릴레이트 수지 55∼90wt%로 이루어지고,

상기 수성 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄 프레 폴리머 20∼30wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 2∼8wt%, 메틸메타크릴레이트 1∼3wt%에 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어져 있다.

상기 수성 아크릴레이트 수지는 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제 0.5∼2wt%, 메틸메타크릴레이트 15∼30wt%, 부틸 아크릴레이트 5∼15wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어져 있다.

상기 우레탄 아크릴레이트 수지는 우레탄의 특성과 아크릴레이트의 특성을 모두 갖고 있는 하이브리드(hybride)수지로써, 단면복구 구조물에 대한 내구력 및 부착력을 향상시키기 위한 것이다.

상기 우레탄 아크릴레이트 수지는 우레탄 프레폴리머(urethane prepolymer)와 메틸 메타크릴레이트 단량체(methyl methacrylate monomer), 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethylmethacrylate)와의 중합반응에 의해서 제조되며, 상기 우레탄 프레폴리머는 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)의 중합 반응에 의해서 형성되고 그 종류는 다양하다. 또한, 상기 아크릴레이트 단량체의 예로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethylmethacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate) 등이 있다.

또한, 상기 수성 우레탄 아크릴레이트 수지는 모래 입자들을 서로 단단히 결합시키는 기능을 구비하고 있다. 특히, 염분을 함유하고 있는 모래를 사용 시 염분의 화학작용으로 인해 강도의 저하가 초래될 수 있는데, 상기 우레탄 아크릴레이트 수지가 모래 내 염분을 흡수함으로써 염분의 화학작용이 일어나지 않게 되어 철근콘크리트 구조물의 단면보강 및 보수기 강도의 저하가 초래되지 않는다.

상기 수성 아크릴레이트(Polyacrylate)수지는 메틸메타크릴레이트 단량체와 아크릴레이트 단량체의 공중합체인 것으로, 상기 메틸메타크릴레이트 단량체와 아크릴레이트 단량체의 공중합체는 메틸메타크릴레이트 단량체 70 내지 90중량% 및 아크릴레이트 단량체 10 내지 30중량%를 포함한다. 이와 같은 범위를 벗어나면, 메틸메타크릴레이트의 기계적 물성 저하되는 문제점이 있다.

상기 부틸 아크릴레이트는 유연성과 충격흡수 및 부착성을 강화시키기 위하여, 상기 2-하이드록시에틸메타크릴레이트는 접착강도 및 탄성보강을 위해 첨가되며, 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제는 수성바인더의 안정한 수성 에멀젼화를 위하여 각각 첨가된다.

이와 같은 수성바인더 수지는 몰탈 조성물의 형성시, 모래 입자들 사이가 탄성 또는 유연성이 있는 우레탄 아크릴레이트 수지로 결합되어 반복적인 충격에 의한 소성변형 및 온도변화, 시공두께에 따른 균열발생이 억제되며 높은 접착력을 발휘할 수 있게 한다.

상기 모래는 모래 사이의 공극을 최대한 감소시키고, 모래간의 맞물림 현상을 증대시켜 내구성을 증가시키기 위해, 입경이 상이한 모래 2 종 이상을 혼합할 수 있다. 예컨대, 입경 0.2∼0.4 ㎜ 범위인 모래와 입경이 0.4∼0.8 ㎜ 범위인 모래를, 1 : 1의 중량비율로 혼합할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 종래 건축재료에 잘 사용되지 않던 염분을 일부 함유하는 모래도 사용할 수 있다. 왜냐하면, 모래 내 염분을 전술한 우레탄 아크릴레이트 수지가 흡수할 수 있기 때문에 구조물의 강도에 영향을 미치지 않는다. 다만, 이때 모래 내 염분의 함량은 모래 100 중량부내에 1 내지 10 중량부 범위인 것이 적절하다.

이하, 상기와 같이 이루어진 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물을 이용하는 콘크리트 구조물 보수보강공법을 설명하면 다음과 같다.

열화 손상된 콘크리트 구조물의 손상된 부분을 제거하는 제거단계;

상기 손상된 부분의 제거 후 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계;

상기 프라이머 도포 후, 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물을 타설하는 타설단계;

상기 타설된 몰탈 표면에 탑코팅제를 도포하는 코팅단계를 포함하도록 되어 있다.

즉, 모체강화와 방수효과를 위하여 수지가 함유된 프라이머를 도포하고, 이에 본 발명에 따른 수성바인더 수지를 이용한 몰탈 조성물을 타설하며, 중성화 방지 및 열화요인 물질의 침투방지를 위하여 탑코팅제를 도포하도록 되어 있다. 이때, 상기 몰탈은 2∼200㎜ 의 두께로 타설된다. 상기 수지가 함유된 프라이머 및 탑코팅제는 콘크리트 구조물의 보수보강시 사용되는 공지 또는 주지의 프라이머 및 탑코팅제를 사용한다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

시멘트 24wt%, 모래 61wt%, 수성바인더 수지 15wt%를 혼합하여 시험체를 형성하고, 이에 대한 부착성 및 강도를 측정하였으며, 이를 기본시험체와 대비하였으며, 그 결과는 [표1]과 같다.

이때, 대비군으로 사용된 기본시험체는 시멘트 24.4wt%, 모래 53.8wt%, 물 13.6wt%를 혼합하여 형성하였으며, 시험방법은 KS F-2451 에 의해 시험하였다.

또한, 상기 수성바인더 수지는 수성 우레탄아크릴레이트 수지 30wt%, 수성 아크릴레이트 수지 70wt%로 이루어지고, 상기 수성 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄 프레 폴리머 24wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 4wt%, 메틸메타크릴레이트 2wt%에 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어지며, 상기 수성 아크릴레이트 수지는 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제 1wt%, 메틸메타크릴레이트 21wt%, 부틸 아크릴레이트 5wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 5wt%, 나머지를 물로 하여 100wt%로 형성하였다.

	부착강도 (㎏f/㎠)	압축강도 (㎏f/㎠)	방수성능 (흡수계수비)
시험체(본발명)	2.1	2.3	0.24
기본시험체	1.7	2.1	1.0

상기 [표1]에서와 같이, 본 발명에 따른 몰탈은 종래의 몰탈로 이루어진 기본시험체에 비해 123.5% 의 부착강도 증가율 및 109.5%의 압축강도 증가율을 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.

Claims (5)

1. 수성바인더 수지 10∼20wt%, 모래 50∼70wt%, 시멘트 20∼40wt%를 포함하되,
   상기 수성바인더 수지는 수성 우레탄아크릴레이트 수지 10∼45wt%, 수성 아크릴레이트 수지 55∼90wt%로 이루어지고,
   상기 수성 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄 프레 폴리머 20∼30wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 2∼8wt%, 메틸메타크릴레이트 1∼3wt%에 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어지며,
   상기 수성 아크릴레이트 수지는 폴리에틸렌글리콜계 계면활성제 0.5∼2wt%, 메틸메타크릴레이트 15∼30wt%, 부틸 아크릴레이트 5∼15wt%, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 5∼15wt%, 나머지를 물로 하여 100wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물.
   
2. 청구항 1 에 있어서;
   상기 모래는 입경 0.2∼0.4 ㎜ 범위인 모래와 입경이 0.4∼0.8 ㎜ 범위인 모래가 1 : 1의 중량비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물.
   
3. 열화 손상된 콘크리트 구조물의 손상된 부분을 제거하고, 수지를 함유한 프라이머를 도포한 다음, 몰탈 조성물을 타설하고, 타설된 몰탈 표면에 탑코팅제를 도포하는 콘크리트 구조물 보수보강공법에 있어서;
   상기 몰탈 조성물은 청구항 1 또는 청구항 2 에 따른 몰탈 조성물인 것을 특징으로 하는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법.
4. 청구항 3 에 있어서;
   상기 몰탈 조성물은 2∼200㎜ 의 두께로 타설되는 것을 특징으로 하는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법.
   
5. 청구항 3 에 있어서;
   상기 몰탈 조성물은 콘크리트 구조물의 열화손상된 부분에 거푸집을 설치하고 주입구를 통하여 주입타설되는 것을 특징으로 하는 수성 바인더수지를 이용한 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법.