KR101113783B1 - 내산 보수 모르타르 조성물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내산 보수 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 대한 것으로서, 칼슘알루미네이트 시멘트와 미네랄울을 포함하는 내산 보수모르타르 조성물은 칼슘알루미네이트 시멘트로부터 유래하는 상(phase)인 CaO?Al₂O₃?10H₂O 및 2CaO?Al₂O₃?8H₂O로부터 3CaO?Al₂O₃?6H₂O 및 3CaO?Al₂O₃?3H₂O의 상으로 전이되는 것을 막을 수 있다.
특히 미네랄울이 3500㎠/g 정도의 비표면적을 갖는 분말을 사용하는 것이 내산 보수 성능을 유지하는 데 더 효과적이고, 이에 따라서 28일 재령 후에도 높은 압축강도의 유지가 가능하고, 높은 압축강도가 유지된 상태에서 황산과 접촉하더라도 황산이 콘크리트 구조체의 내부로 침투할 수 없기 때문에 내 황산 성능 또한 우수한 결과를 얻을 수 있다.
여기에 철근 방청제로서 스트론튬 징크 포스포실리케이트의 첨가시 보수 성능 또한 우수한 콘크리트 표면 층의 구현이 가능하다.

Description

내산 보수 모르타르 조성물 및 그 시공방법{ACID PROOF MORTAR COMPOSITION FOR REPAIR and CONSTRUCTING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 내산 보수 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 내산성과 강도 발현하는 칼슘알루미네이트 시멘트 모르타르에 산업용 폐자원으로 발생된 미네랄울(암면)을 미립화하여 칼슘알루미네이트 모르타르 전이 방지에 사용될 수 있는 내산 보수 모르타르 조성물 및 그 내산 보수모르타르 조성물을 사용하여 지하콘크리트 구조체, 하수암거 및 해안 콘크리트 구조체의 보수에 사용될 수 있는 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리머 보수 모르타르는 시멘트, 모래, 폴리머 및 섬유 등을 일정한 비율로 배합하여 만들어지고 있다. 이러한 모르타르의 균열을 방지하고자 유기질 섬유, 주로 폴리프로필렌섬유 나 폴리에틸렌 섬유, 나이론 섬유 등을 사용하고 있으나 제조상의 어려움 및 가격의 문제로 그 사용량이 제한 받고 있다. 몇 유기질 섬유는 제조할 때 고속의 혼합기에서 마찰에 의한 정전기 발생으로 생산성에 문제를 야기시키고 있어 사용량이 0.1 ~ 0.2중량% 정도 혼합하는 것에 제한된다.

상기 혼합의 문제를 극복하기 위하여 유기질 섬유를 모르타르와 물과 혼련할 때 0.2 중량% 이상의 섬유를 첨가하는 방법을 사용하기도 한다.

보수용 모르타르에 골재로 사용되고 있는 모래는 주로 인조 규사로 규산암을 파쇄하여 크기별로 분급하여 사용하고 있으나, 현재 규산암 광산이 줄어 들고 있고 자연환경 파괴 및 복구의 어려움으로 규산암이 점차 부족해 지고 있는 실정이어서 해사를 세척하여 사용하는 일이 점차 증가하는 추세다. 그러나 비록 해사를 세척하여도 남을 수 있는 염화물에 의한 철근 부식 등의 문제가 발생될 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해서 수차례에 걸친 세척과정과 건조과정이 문제가 될 수 있다.

또, 일부 모르타르는 제강 공장에서 발생하는 용융 슬라그를 오토마이징(automizing)시켜 사용하고 있으나 비중이 너무 커 모르타르에 물을 혼합하여 슬러리를 만들 때 골재가 분리되는 단점과 용융 슬라그와 시멘트와 결합력이 약하다는 단점이 있다.

또한 일반콘크리트를 구성하는 시멘트(1종 포틀랜드 시멘트)에는 수산화칼슘이 다량 있어 강알칼리이다. 일반콘크리트를 구성하는 시멘트가 산과 접촉하면, 급격히 반응하여 물리적 특성이 저하된다. 또한 지하수나 해수에 존재하는 황산염(주로 황산 마그네슘)이 시멘트에 접촉하면, 시멘트가 이 황산염에 의해 반응하여 에트링자이트(Etrtingite) 결정체를 형성하게 되어 콘크리트 표면에 망목 형태의 균열을 발생시킨다. 상기 망목 형태의 균열은 콘크리트 자체의 구조적 강도를 저하시키는 정도를 나타내는 지수가 된다.

반면 칼슘 알루미네이트 시멘트(Calcium aluminate cement; CAC)만 사용하여 모르타르를 만드는 종래의 시멘트의 경우에는 Ca(OH)₂에 의해 발생되는 결함은 없으나, 수화물이 물과 반응하여 생성된 CaO?Al₂O₃?10H₂O 및 2CaO?Al₂O₃?8H₂O이 시간이 경과하면, 3CaO?Al₂O₃?6H₂O 및 3CaO?Al₂O₃?3H₂O로 전이되어 체적이 수축되어 구조체 내부에 공극률이 증가하고, 결국 강도의 저하를 초래하게 된다.

그리고 CAC는 시간의 경과에 따라 결정체가 변하는 전이(conversion) 현상이 나타나 구조적인 문제점이 발견되어 전이현상을 억제하는 방법이 아직까지 발견되지 않은 상태이다.

한국특허등록 제0833871호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 콘크리트가 산이나 황산염에 노출되었을 때, 구조적인 안정성을 발휘할 수 있도록 내산 성능이 우수하고, 강도가 뛰어난 보수 모르타르 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기한 바와 같은 보수 모르타르 조성물을 사용하여 콘크리트 구조체의 안정성을 확보할 수 있는 시공방법을 제공하는데 있다.

본 발명은, 칼슘 알루미네이트 시멘트 30~40중량%, 미네랄울 15~25중량%. 산화규소 40~50중량%, 분산제 0.1~2중량%, 증점제 0.1~2중량%, 폴리머 0.1~2중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내산 보수 모르타르 조성물을 제공한다.

상기 미네랄울은 SiO₂ 35~47중량%, CaO 31~40중량%, Al₂O₃ 10~18중량%, Fe₂O₃ 1~12중량%, MgO 2~10중량%, Na₂O 2~4중량% 및 K₂O 2~4중량%를 포함하는 것일 수 있다.

상기 미네랄울은 비표면적이 3000~4000㎠/g 인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 시공방법은, 콘크리트 열화부위를 측정하는 단계(S10)와, 상기 콘크리트 열화부위에 대하여 중성화 깊이를 측정하는 단계(S20)와, 상기 콘크리트 열화부위를 파쇄하는 단계(S30)와, 콘크리트 파쇄부위를 청소하는 단계(S40)와, 콘크리트 파쇄부위에 수분을 공급하는 단계(S50)와, 상기 수분이 공급된 콘크리트 파쇄부위에 철근 방청제를 도포하는 단계(S60)와, 상기 철근 방청제가 도포된 면에 모르타르 접착 증강제를 도포하는 단계(S70)와, 상기 접착 증강제가 도포된 면에 대하여 내산 모르타르 조성물을 시공하는 단계(S80)와, 상기 내산 모르타르 조성물이 시공된 면에 대하여 칼슘 알루미네이트 시멘트 50~65중량%, 미네랄울 25~40중량%. 분산제 1~5중량%, 증점제 1~5중량% 및 폴리머 1~5중량%로 되어 있는 조성물을 시공하는 단계를 포함하는 콘크리트 시공방법을 제공한다.

상기 미네랄울은 SiO₂ 35~47중량%, CaO 31~40중량%, Al₂O₃ 10~18중량%, Fe₂O₃ 1~12중량%, MgO 2~10중량%, Na₂O 2~4중량% 및 K₂O 2~4중량%를 포함하는 것일 수 있다.

상기 미네랄울은 비표면적이 3000~4000㎠/g 인 것일 수 있다.

상기 철근방청제를 도포하는 단계(S60)에서 철근 방청제는 스티알렌 부틸 라텍스 60~70중량%, 스트론튬 징크 포스포실리케이트 0.5~5중량%, 하이드록시 에틸셀룰로오스 0.1~4중량%, 황산 바륨 15~25중량%, 폴리실리콘 0.1~2중량% 및 물 5~15중량%를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 내산 보수모르타르 조성물 및 보수공법에 의하면 CAC의 전이 현상을 효과적으로 억제할 수 있어 콘크리트 구조물의 경시적인 안정성을 저해하는 효과를 배제할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 칼슘알루미네이트 시멘트에 의하면, 칼슘알루미네이트 시멘트의 자체 특성 때문에 우수한 내황산 특성을 보이는 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물은 보수에 필요한 내산 성능 및 높은 강도를 발현하며 5% 황산용액에서 28일 침적한 결과 아주 약간 정도의 강도 저하를 유지하였다.

특히 본 발명은 산업 폐 자원으로 발생되는 미네랄울(암면)을 비표면적 3,500cm²/g 정도로 미립화하여 사용하여 우수한 전이 억제 효과를 얻었으며 산업 폐자원 재활용에 도움을 주어 환경 보호에도 도움을 주게 되었다. 본 발명으로 하수처리 시설 및 하수관거, 축산시설, 화학약품공장 등 산이나, 황산염이 있는 지하구조 및 해안 콘크리트 구조물 보수에 매우 유용하게 사용할 수 있는 조성물 및 시공 방법을 제공하게 되었다.

도 1은 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물을 이용하여 내황산성 시험용 시편에 대하여 색이 변하는 깊이가 변하는 것을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 철근 방청제, 내산 보수모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 시공방법의 시공절차를 보여주는 절차도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물은 칼슘 알루미네이트 시멘트 30~40중량%, 미네랄울 15~25중량%. 산화규소 40~50중량%, 분산제 0.1~2중량%, 증점제 0.1~2중량%, 폴리머 0.1~2중량%를 포함한다.

분산제는 소듐나프탈렌 포름알데히드(Sodium Naphtalen formadehyde)를 말하고, 증점제는 점도를 증가시켜서 유동성을 저하시키는 물질을 말하고, 하이드록시 에틸 셀룰로오스(Hydroxy ethyl cellulose)를 말한다. 본 발명에 사용된 폴리머는 아크릴 재분산된 분말(Acryl re-dispersion powder)을 말한다.

일반적으로 시멘트는 칼슘실리케이트(Calcium silicat:C3S. C2S)와 칼슘알루미네이트(Calcium aluminate:C3A, C4AF)로 이루어져 있다. 상기 네 가지 수경성 광물에 대하여 시멘트의 경화를 지연시키기 위해 석고(CaSO₄)를 첨가시켜 주기도 한다. 여기서 C는 CaO, S는 SiO₂, A는 Al₂O₃, F는 Fe₂O₃, H는 H₂O를 각각 지칭하는 약어이다.

좀더 구체적으로 시멘트의 경화 과정에서 발생하는 화학 반응식을 살펴 보면, 다음과 같다.

황산이온이 존재할 때 시멘트는 화학식 1 내지 3과 같은 반응을 일으킨다.

상기한 화학식 1 내지 화학식 3과 같은 반응을 통해 형성되는 에트링자이트는 침상형태의 결정체이다. 침상형태의 결정체가 시멘트에 대한 수화물의 형성과정에서 생성되는 경우 구조적인 특징으로 말미암아 표면 및 내부에 부피 팽창을 유도한다.

상기 칼슘알루미네이트 시멘트(CAC)는 물과 시멘트가 반응하는 초기 과정에서 가장 빨리 반응이 시작되어 알루미네이트 겔(Aluminate - gel)을 형성하고 바로 시멘트 내 존재하는 황산염과 반응하여 침상구조로 팽창하는 성질을 가지는 에트링자이트를 형성한다. 알루미네이트 겔(Aluminate - gel)이 시멘트가 응결하기 전에 소성상태에서 발생되는 초기 에트링자이트는 시멘트의 응결에 영향을 주며 또한 팽창 구조를 이용하여 시멘트의 수축을 보상하는 기구로도 이용하기도 한다.

그러나 시멘트가 경화된 이후에 칼슘알루미네이트 시멘트(CAC)가 지하수나 해수 중에 포함되어 있는 황산염과 만나 상호 반응하게 되면 다시 팽창 결정체인 에트링자이트(Ettringite)를 형성하게 된다. 즉, 콘크리트가 양생된 이후 발생되는 후기에트링자이트를 DEF(delayed ettringite formation)라고 부르는데 이 DEF 결정체의 특성인 팽창성 결정구조 때문에 콘크리트가 경화된 이후에 철근 콘크리트 표면에 망상형의 균열을 일으킨다. 이 균열이 지속적으로 황산염과 반응하여 경시적(經時的)으로 그 크기가 성장함에 따라, 이렇게 생긴 균열을 통해 수분이나 염화물이 구조물 내부로 침투하여 결국 콘크리트 구조체의 안정성에 치명적인 손상을 일으키게 된다.

본 발명의 조성은 이미 내산성이 우수하게 평가된 CAC를 주결합재로 사용하였으며, CAC가 시간이 지나감에 따라 전이(conversion)이 나타나 체적 수축이 되고, 체적 수축에 따른 공극율이 증가하여 강도가 저하되는 현상을 방지하고자 전이 방지제를 첨가하는 방법을 사용하였다. 전이 방지제로는 산업폐기물인 미네랄울을 사용하였다.

미네랄울은 암면이라고도 한다. 미네랄울은 현무암, 안산암 등을 1550~1600℃의 용광로에서 녹인 용액을 고압압축기로 분사하여 제조된 인공 광물 섬유로 석면과는 물리적, 화학적 성질이 다르다. 상기와 같이 제조된 인공 광물 섬유에 대하여 접착제를 도포하고, 압착하여 판상으로 가공하여 보온재 등에 사용될 수 있다.

암면의 주요 화학 성분은 SiO₂ 35~47중량%, CaO 31~40중량%, Al₂O₃ 10~18중량%, Fe₂O₃ 1~12중량%, MgO 2~10중량% Na₂O 2~4중량% 및 K₂O 2~4중량%를 포함한다.

미네랄울의 섬유 굵기는 약 5~10㎛인 섬유상의 물질이고, CAC 전이억제제로 사용시 매우 탁월한 효과를 일으킬 수 있는 성분으로 구성되어 있다. 또한 재료가 이미 1550~1600℃의 고온에서 용융되어 급랭시킨 재료로 구성되어 있기 때문에 미네랄울은 많은 양의 결정에너지(crystalline energy)를 분자 구조(molecular structure) 내에 축적시켜 놓고 있으며, 재료 자체에서 분자가 자유상태로 돌아오기 때문에 잠재 수화능력을 가진다.

미네랄울은 년간 약 1500~2000톤 정도의 사용이 끝난 폐미네랄울이 발생하고 있으며, 재활용 용도가 개발되지 않아 산업 현장이나 제조 공장에서 페기 처리해 왔었다.

하지만 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물로 사용되는 미네랄울의 경우에는 단순히 미네랄룰의 사용에 그치지 않고 상기 미네랄울에 대한 전처리 공정으로서 미립화하는 공정이 필요하다. 미넬라울의 고유 특성을 발휘하기 위해서는 미네랄울을 미립화하여 비표면적이 3000~4000㎠/g이 되어야 전이 억제 효과가 뚜렷이 발현된다.

또한 미네랄울의 특성 발현을 위해서 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물의 경우에는 적절한 폴리머, 증점제, 분산제의 첨가가 필요하다.

본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물에 사용되는 분산제로는 소듐나프탈렌 포름알데히드(Sodium naphtalen formaldehyde)를 사용한다.

분산제의 경우에는 특정 부위에서 내산 또는 압축강도 효과가 발현되는 현상을 막기 위하여 사용하며 분산제의 중량%는 0.1~2중량%인 것이 바람직하다.

분산제의 양이 0.1중량% 이하이면, 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르를 구성하는 조성물 들사이에서 분산되는 효과가 발생하지 않아 특정부위에서 압축강도가 비대하게 증가하고 내산 효과가 증가하는 현상이 나타난다. 분산제는 모르타르와 물을 섞었을 때 소량의 물로서도 원하는 작업성을 가져오게 하는 역할을 수행한다.

분산제의 양이 2중량% 이상이면, 작업후 모르타르가 흘러내리게 되며, 분산제의 양이 0.1중량% 이하이면, 물의 사용량이 증가하여 모르타르 강도가 저하되는 현상이 생긴다.

폴리머 첨가는 모르타르의 레올로지 증가 및 부착력 증가를 위하여 사용하며, 폴리머의 첨가량이 2중량% 이상일 경우 작업성이 감소하고 재료가 고가이므로 제조원가가 상승하며, 첨가량이 0.1중량% 이하일 경우에는 모르타르의 레올로지가 감소하고, 모르타르를 구성하는 조성물 들사이의 부착력이 저하된다.

폴리머로 사용하는 것은 아크릴 중합체(예를 들면, 폴리메틸 메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate; PMMA) 등이 있다.

증점제는 모르타르가 물에 섞였을 때, 적당한 점도를 가지게 하여 작업시 점착력을 증가시켜 리바운드(rebound)를 감소시키는 역할을 한다. 증점제의 첨가량이 2중량% 이상이 되면 모르타르에 지나치게 점착력을 부여하여 작업성이 저하되며, 증점제의 첨가량이 0.1중량% 이하일 때에는 리바운드가 증가하여 손실을 가져온다.

증점제로 사용되는 것은 하이드록시 에틸셀룰로오스(hydroxy ethylcellulose)이다.

이하에서, 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물의 실험예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실험예 1>

1. 압축강도 시험

압축강도 시험은 몰드로 4×4×16cm 몰드를 사용하였다. 압축강도 시험에 사용된 공시체는 공시체 제작 후, 20±3℃의 온도와, 상대 습도 80±5%의 항온 항습조에서 24시간 보관 후 탈형하고, 수중 양생을 20±3℃에서 실시하였다.

압축강도 시험은 KSF 4042인 '콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르' 방법에 의하여 진행하였다.

먼저 본 실험예 들에 사용된 내산 보수 모르타르 조성물의 조성에 대하여 살펴본다.

표 1은 본 실험예들에 사용된 내산 보수 모르타르 조성물의 조성을 나타내는 테이블이다.

시편 구분/조성	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
칼슘알루미네이트시멘트	20	25	28	30	35	40	45	50	55	50
미분말 폐 미네랄울	35	30	27	25	20	15	10	5	0	0
골재	42	42	42	42	42	42	42	42	42	47
분산제 / 증점제 / 폴리머	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
물사용비 (%)	20	20	20	20	21	21	21	22	23	22

각 조성에 따른 수치는 중량%를 나타낸다.

상기 작성된 표 1을 기초로 압축강도 시험 결과(P1)를 보여주는 테이블이 표 2이다.

시편	압축강도(Kgf/cm2)		비 고
	3일 강도	28일 강도
1	312	537	ⅹ
2	334	546	ⅹ
3	352	567	ⅹ
4	376	583	◎
5	412	600	◎
6	436	602	◎
7	459	612	○
8	468	617	○
9	492	625	ⅹ
10	479	613	ⅹ

시편 1 내지 10까지 압축강도는 537~625kgf/㎠의 28일 강도를 나태내었으며, 칼슘알루미네이트 시멘트의 양이 증가할 수록 압축강도는 증가하는 성향을 보여주었다.

<실험예 2>

2 전이 억제 효과시험

콘크리트 공시체 내에서 수화물의 상의 전이 현상은 CaO?Al₂O₃?10H₂O 및 2CaO?Al₂O₃?8H₂O가 3CaO?Al₂O₃?6H₂O 및 3CaO?Al₂O₃?3H₂O의 상이 형성되는 결과로 나타나며, 상기와 같은 상들은 콘크리트 공시체 내에서 체적 수축을 일으키고, 체적 수축에 따라 구조체 내에 공극율이 증가한다.

콘크리트 구조체 내에서 공극율의 증가는 압축강도의 감소를 초래한다. 따라서 전이 억제 효과에 대한 결과를 판단하는 기준으로 수학식 1을 사용하는 것은 타당한 것으로 판단된다.

수학식 1에서 P1은 시편 1내지 10의 조성을 가진 내산 보수 모르타르 조성물에 대하여 28일 동안 양생한 경우의 압축강도를 말하고, P2는 시편 1내지 10의 조성을 가진 내산 보수 모르타르 조성물에 대하여 뜨거운 물에 6시간 동안 침적 시킨 후의 압축 강도를 나타낸다.

표 3은 실험예 1에 따른 시험편 1~10의 28일 경과한 공시체에 대하여 80℃의뜨거운 물에 6시간 침적시킨 후 KSF 4042의 방법으로 압축강도(P2)와 전이 억제 효과를 측정한 결과를 보여주는 테이블이다.

시편	80℃, +6시간 후 압축강도(kgf/㎠)		비 고
	28일 강도	전이 억제효과
1	478	89.0	ⅹ
2	482	88.3	ⅹ
3	502	88.5	ⅹ
4	567	97.2	◎
5	587	97.8	◎
6	598	99.7	◎
7	552	90.2	○
8	567	91.9	○
9	532	86.1	ⅹ
10	521	85.0	ⅹ

표 3에서 ◎는 우수한 특성을 나타내고, ○는 보통을 나타내고, ×는 불량인 상태를 표시한다.

표 3의 결과를 참조하면, 시편 4 내지 6이 압축강도가 28일 강도와 비교하였을 때, 그리 큰 변화가 나타나지 않은 것으로 보인다.(4번 시편 583→567kgf/㎠, 5번 시편 600→587kgf/㎠, 6번 시편 602→598kgf/㎠ 등) 특히 6번 시편의 경우에는 칼슘알루미네이트와 미분말 폐미네랄울의 비가 약 2.3:1일 때, CaO?Al₂O₃?10H₂O 및 2CaO?Al₂O₃?8H₂O로부터 3CaO?Al₂O₃?6H₂O 및 3CaO?Al₂O₃?3H₂O의 상이 형성되는 결과가 가장 적게 나타나는 것으로 판단되었다.

상기 실험예 2로부터 칼슘알루미네이트 시멘트와 미분말 페미네랄올의 중량비가 약 1:1~3:1의 범위에서 압축강도 저하도 적게 나타나고 상기 압축강도 저하결과로부터 판단하여 상기 범위에서 전이 억제 효과가 탁월한 것으로 보였다.

본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물을 콘크리트 공시체 내에 적용하기 위해서는 내황산성이 또한 필요하다. 따라서 내황산성을 가지고 있는 지 여부에 대한 판단을 하기 위해서 내황산성 실험을 수행하였다.

<실험예 3>

3. 내황산성 측정시험

내황산성은 콘크리트 공시체가 황산과 접촉 시에 황산의 침투에 따라 내부 구조가 어떻게 변하는가를 테스트하기 위한 것으로서, 시편 1내지 10에 대하여 탈형을 하고, 탈형된 시편을 5% 황산 용액에 28일간 침적시켰다.

상기 침적된 시편에 대하여 시편 중앙을 절단하여 절단면에 1% 페놀프 탈레인 용액을 붓으로 칠해 색이 변하는 깊이를 통해 황산의 침투 깊이를 측정하는 방법을 사용하였다.

이때 황산 용액이 시간의 경과에 따라 변질되므로 황산 용액은 7일마다 교체해 주는 방법으로 실험의 결과에 대한 타당성을 확보하였다.

페놀프탈레인(Phenolphthalein)은 페놀계 무색 투명한 용액이다. 이 용액은 산염기를 구별하는 지시약으로 메틸오렌지, 리트머스처럼 흔히 사용되는 지시약이다. 화학식은 C₂0H₁₄O₄이며, 염기에서 주로 붉은색으로 반응하고, 중성과 산성에서는 반응하지 않으므로 알칼리성 여부만 판별할 수 있다. 따라서 페놀프탈레인 용액을 시편 1 내지 10까지 발랐을 때, 붉은 색으로 변색되는 부분은 염기성으로 판단할 수 있고, 붉은색으로 변색되지 않는 부분은 산성이라고 판단하였다.

콘크리트 공시체의 내부에 대하여 페놀프 탈레인 용액을 도포하였을 때 콘크리트 공시체는 염기성이기 때문에 황산이 침투하지 않았을 때의 pH는 염기성이어야 하므로 붉은 색을 나타내어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물의 공시체를 탈형한 시편에 대하여 내황산성 시험결과를 보여주는 사진이다.

도 1에서 1 내지 4는 각 면 중앙으로부터 4곳을 측정하여 나타낸 결과이다.

표 4는 본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물에 대하여 변색 깊이(mm)를 보여주는 테이불이다.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
변색 깊이(mm)	3.4	3.5	3.2	2.3	2.3	2.2	2.5	2.7	4.3	4.7
비 고	ⅹ	ⅹ	ⅹ	◎	◎	◎	◎	◎	ⅹ	ⅹ

표 4에서 ◎는 우수한 특성을 나타내고, ○는 보통을 나타내고, ×는 불량인 상태를 표시한다.

표 4를 참조하면, 시편 4 내지 8이 침투 깊이가 2.3~2.7mm까지 침투한 것으로 보인다. 상기 내황산성 침투 깊이 측정결과로부터 칼슘알루미네이트 시멘트와 미분말 폐 미네랄울의 중량비가 약 1;1에서 4:1의 범위에서 내황산성이 우수한 것으로 보였다.

본 실험예 1 내지 3에 따를 경우 칼슘 알루미네이트 시멘트를 사용하여 만든 대부분의 모르타르에서 우수한 내황산 성능을 나타낸다는 사실을 확인할 수 있었다.

또한 비표면직이 3500㎠/g 정도로 미립화한 미네랄울에서 미네랄울이 우수한 전이 억제효과를 나타내었다.

특히 시편 4내지 6이 높은 압축강도 결과와 동시에 그로 말미암은 내산성능으로 말미암아 황산의 침투가 발생하지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다.

또한 종래 알려진 바와 같이, 칼슘 알루미네이트 시멘트 만을 사용한 시편 10의 경우에 CaO?Al₂O₃?10H₂O 및 2CaO?Al₂O₃?8H₂O의 3CaO?Al₂O₃?6H₂O 및 3CaO?Al₂O₃?3H₂O로의 전이에 따른 영향을 가장 크게 받는 다는 사실의 확인이 가능하였다.

이하에서 내산 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 시공방법에 대하여 서술한다.

먼저 콘크리트 구조체에 대한 시공방법을 시행하기 위해서는 콘크리트 구조체 내에서 열화되어 있는 지점을 찾아야 한다(S10).

통상 알려진 바와 같이, 콘크리트 열화지점을 찾기 위해서 중성화 깊이를 측정한다(S20). 콘크리트의 중성화는 원래 약알칼리성의 pH를 갖는 콘크리트가 시간의 경과에 따라서 pH가 8.5~10에서 pH가 7로 변화하여 가는 현상을 말한다.

따라서 콘크리트 구조 부재의 노화 진행정도를 측정하기 위한 방법으로 가장 대표적인 것이 중성화 시험이다.

상술한 중성화 시험 결과로부터 중성화 깊이에 대한 결정이 가능하다.

중성화 깊이가 결정되면, 콘크리트 구조체 내에서 열화된 면에 대한 파쇄 작업을 진행한다(S30).

그리고 콘크리트 구조체 내부의 열화된 면에 대한 파쇄가 완료되면, 내산성 보수 모르타르 조성물을 타설하기 위한 사전 작업으로 파쇄 부위에 대한 청소를 시행한다(S40).

청소(cleaning)는 원칙적으로 콘크리트 파쇄면에서는 콘크리트 파쇄 작업시 발생하는 분진이나 이물질이 보수면에 혼입되는 현상을 막기 위한 조치이다.

상기 클리닝 작업이 끝난 면에 대해서 수분을 공급한다(S40).

그리고 상기와 같은 콘크리트 구조체에 대한 파쇄 작업을 진행하는 과정 중에 콘크리트 구조체 내에 매설되어 있는 철근이 외부로 드러날 수 있다.

상기 철근이 녹슬게 되면 구조체가 파쇄(fracture)되는 일이 발생할 수 있기 때문에 녹을 방지하기 위한 작업으로 방청제를 도포하는 작업을 시행한다(S60).

본 발명에 따른 내산 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 시공방법의 경우에는 철근 방청제로서 스티알렌 부틸 라텍스 60~70중량%, 스트론튬 징크 포스포실리케이트 0.5~5중량%, 증점제 0.1~4중량%, 황산 바륨 15~25중량%, 소포제 0.1~2중량% 및 물 5~15중량%를 포함하는 철근 방청제를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서 증점제로는 하이드록시 에틸 셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 소포제로는 폴리 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 방청제 도포작업(S60)이 완료되면, 모르타르 접착 증강제를 도포한다(S70).

모르타르 접착증강제로는 콘크리트 면에 모르타르를 시공하였을 때 두 개체간 접착을 증가시키기 위하여 도포하는 액상 제품으로 여기서는 스티렌 부타디엔 러버(Stylene butadien rubber)를 사용하였다.

모르타르 접 착 증강제는 이후에 시공될 내산 보수 모르타르 조성물의 시공을 원할하게 하기 위한 작업을 위한 것이다.

모르타르 접착 증강제가 도포되고 나면, 내산 보수 모르타르 조성물을 도포한다(S80).

여기에서 사용되는 내산 보수 모르타르 조성물은 칼슘 알루미네이트 시멘트 30~40중량%, 미네랄울 15~25중량%. 산화규소 40~50중량%, 분산제 0.1~2중량%, 증점제 0.1~2중량%, 폴리머 0.1~2중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 미네랄울은 SiO₂ 35~47중량%, CaO 31~40중량%, Al₂O₃ 10~18중량%, Fe₂O₃ 1~12중량%, MgO 2~10중량%, Na₂O 2~4중량% 및 K₂O 2~4중량%를 포함하는 것을 사용한다.

상기 미네랄울은 비표면적이 3000~4000㎠/g이고, 섬유 굵기가 5~10㎛인 것일 수 있다.

상기와 같은 조성을 가지고 있는 내산 보수 모르타르 조성물에 대한 시공이 완료되면, 마무리 작업으로 칼슘 알루미네이트 시멘트 50~65중량%, 미네랄울 25~40중량%. 분산제 1~5중량%, 증점제 1~5중량% 및 아크릴 중합체 1~5중량%로 되어 있는 조성물을 시공한다(S90).

상기 S90 단계에서 사용하는 조성물은 내산 보수 모르타르 조성물에서 산화규소를 뺀 성분으로 구성되어 있다.

상술한 바와 같은 작업을 거치면, 콘크리트 열화면에 대한 보수작업은 완료된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실험예를 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 (10)

1. 칼슘 알루미네이트 시멘트 30~40중량%, 미네랄울 15~25중량%. 산화규소 40~50중량%, 소듐 나프탈렌 포름알데히드 0.1~2중량%, 하이드록시 에틸셀룰로오스 0.1~2중량%, 아크릴 중합체 0.1~2중량%를 포함하는 것이되,
   상기 미네랄울은 SiO₂ 35~47중량%, CaO 31~40중량%, Al₂O₃ 10~18중량%, Fe₂O₃ 1~12중량%, MgO 2~10중량% , Na₂O 2~4중량% 및 K₂O 2~4중량%를 포함하며,
   상기 미네랄울은 비표면적이 3000~4000㎠/g 이며,
   상기 미네랄울은 섬유굵기가 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 내산 보수 모르타르 조성물.
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