KR101153851B1 - 발포형 케미칼 그라우트재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포형 케미칼 그라우트재에 관한 것으로, 특히 에폭시 수지, 유리 분말, 충전제, 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물, 금속분말, 경화제, 및 용제를 포함하는 발포형 케미칼 그라우트재, 및 상기 발포형 케미칼 그라우트재를 적용한 구조물의 시공, 보수, 및 보강방법에 관한 것이다.

본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 발포성이 우수하여 특히 천장과 같은 중력과 역방향을 가지는 균열 및 세굴 부위에서 주입 후 발포하여 중력 방향 상부에서 충진성이 뛰어나며 고강도의 폐쇄 기공구조를 가져 압력이나 하중을 받는 장소에서도 충진효과가 우수할 뿐만 아니라, 습식 및 수중환경에서도 추가 공정 없이 단일공정으로 부착성과 작업성이 우수하며, 시공이 쉽고 간편하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강에 뛰어난 효과가 있다.

발포, 그라우트재, 구조물, 보수, 보강

Description

발포형 케미칼 그라우트재{FOAMING CHEMICAL GROUT}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 발포형 케미칼 그라우트재와 종래 케미칼 그라우트재를 경화시킨 결과를 나타낸 정면사진이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 발포형 케미칼 그라우트재와 종래 케미칼 그라우트재를 경화시킨 결과를 나타낸 측면사진이다.

도 4는 본 발명에서 제조한 케미칼 그라우트재를 내부가 비어 있는 원기둥 모양의 통에 주입 후 발포시킨 다음 경화한 후에 단면을 절단한 사진이다.

본 발명은 발포형 케미칼 그라우트재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포성이 우수하여 특히 천장과 같은 중력과 역방향을 가지는 균열 및 세굴 부위에서 주입 후 발포하여 중력 방향 상부에서 충진성이 뛰어나며 고강도의 폐쇄 기공구조를 가져 압력이나 하중을 받는 장소에서도 충진효과가 우수할 뿐만 아니라, 습식 및 수중환경에서도 추가 공정 없이 단일공정으로 부착성과 작업성이 우수하며, 시공이 쉽고 간편하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강에 뛰어난 효과가 있는 발포형 케미칼 그라우트재 및 이를 적용한 구조물의 시공, 보수, 및 보강방법에 관한 것이 다.

그라우트재란 토목공사에서 누수방지 공사 또는 토질안정 등을 위하여 구조물, 지반의 갈라진 틈, 공동 등에 충전제로 주입되는 주입재를 말한다.

그 주입재는 중력 또는 펌프를 이용하여 충전되거나 건축물의 균열 부분의 보수, 기초추부분, 기계좌대의 지지력 등을 보강할 목적으로 사용된다.

그라우트재의 종류는 시공목적에 따라 지수 그라우트, 지반개량 그라우트, 충전 그라우트, 보강 그라우트 등으로 분류되고, 주입장소에 따라 공동 그라우트, 공극 그라우트 등으로 분류되고, 그 주성분에 따라 시멘트계 그라우트, 철분질계 그라우트, 아스팔트계 그라우트, 케미칼 그라우트 등으로 분류된다.

또한 구조물의 균열을 그대로 방치할 경우 구조물의 외관을 훼손시킬 뿐만 아니라 균열이 더욱 악화되어 누수, 오염, 배근된 철근 부식으로 구조물의 수명이 단축되고, 성수대교의 붕괴와 같은 커다란 인명피해를 가져올 수 있기 때문에 적절한 보수 및 보강이 요구된다.

상기 균열의 발생원인은 크게 재료의 부적절한 사용, 시공상의 문제, 사용, 외부환경 등에 의해 발생하며, 균열의 모양도 발생원인에 따라 여러 형태로 나타난다.

종래 그라우트재 중 아스팔트 그라우트는 지수와 토질안전용으로 주로 사용되고, 철분질계 그라우트는 그 화학적 무수축작용 및 고강도로 인하여 철골기초의 충전이나 이음새 부분의 충전보강용 등으로 널리 사용되고 있다.

초기에는 시멘트, 물, 점토 등을 사용한 시멘트계 그라우트가 주로 사용되었 으나, 1919 년 이후로는 케미칼 그라우트가 주로 사용되어 오고 있다.

또한, 최근에는 비닐 중합체 또는 크롬리그닌의 발견으로 케미칼 그라우트재 관련 기술은 급진전되었으며, 이러한 케미칼 그라우트재는 주로 지수나 지반의 개량 및 구조물의 보수?보완용으로 주로 사용되어 오고 있다.

종래 케미칼 그라우트재로 가장 널리 사용되는 것은 에폭시 수지를 주성분으로 하고 충전제로 규산소다를 포함하는 케미칼 그라우트재이다. 그러나 에폭시 수지를 주성분으로 하는 케미칼 그라우트재는 충전제로 첨가되는 규산소다의 수지에 대한 높은 흡유력으로 균열이나 세굴 부위 등에 채워지지 않고 흡수되어 충진제로서의 제기능을 발휘하지 못할 뿐만 아니라, 그라우트재의 강도가 저하되고 크랙간의 부착력이 저하되어 또다시 크랙이 발생한다는 문제점이 있다.

또한 일반적인 종래 에폭시 수지 및 규산소다를 주성분으로 하는 그라우트재를 크랙에 주입할 경우 크랙 내에 존재하는 물이나 기포로 인하여 그라우트재의 주입이 용이하지 않으며, 특히 폭이 좁은 도관이나 크랙에서는 물이나 기포에 의한 그라우트재의 주입이 결정적인 방해를 받는다는 문제점이 있었다. 또한 그라우트재가 모체속으로 흡수되거나 경화?수축되면서 크랙 내에 실질적으로 완전한 충진이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 에폭시 수지 등을 주제로 하는 그라우트재는 콘크리트 구조물과 점도 및 강도에서 많은 차이가 있고, 콘크리트에 비해 탄성이 있어 외부에서 응력이 발생되면 접합계면 등에서 재료분리현상의 발생 빈도가 높다는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래 구조물의 보수 및 보강방법은 시공이 복잡하고, 복원 후 정상화되는 데까지 오랜 시간이 소요되며, 훼손된 미관을 복원하는데 있어서 완전하지 못하며, 재균열이 빈번히 발생된다는 문제점이 있다.

또한 건축물의 천장과 같이 중력과 역방향의 균열 부분에 그라우트재를 충전해야할 경우 종래의 그라우트재는 충전부위로부터 흘러내려 작업성이 좋지 않으며, 물성 또한 뒷받침되지 않았었다.

따라서, 건축물 등의 균열이나 세굴부위를 쉽고 간단한 방법으로 시공할 수 있으며, 재균열의 발생이 없는 그라우트재에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 발포성이 우수하여 특히 천장과 같은 중력과 역방향을 가지는 균열 및 세굴 부위에서 주입 후 발포하여 중력 방향 상부에서 충진성이 뛰어나며 고강도의 폐쇄 기공구조를 가져 압력이나 하중을 받는 장소에서도 충진효과가 우수할 뿐만 아니라, 습식 및 수중환경에서도 추가 공정 없이 단일공정으로 부착성과 작업성이 우수하며, 시공이 쉽고 간편하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강에 뛰어난 효과가 있는 발포형 케미칼 그라우트재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 크랙 내 완전한 충진이 가능하여 크랙간의 부착력이 우수할 뿐만 아니라, 내산성, 내알칼리성, 주입성, 유입성, 내충격성, 내크랙성, 부착력, 및 저장성을 동시에 만족시키는 발포형 케미칼 그라우트재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은 부자재와의 친화성을 가지고 있으며 간편한 시공과 신속한 경화로 단시간에 구조물의 기능 및 형상을 완전히 복원할 수 있으며, 인장강도 등 구조물의 물성을 보완하고 구조물에 강력하게 부착하여 구조물의 수명을 연장시켜 주며, 훼손된 미관을 완전하게 복원시켜 주며, 우수한 구조물의 보수 및 보강방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 에폭시 수지(고형분 기준) 100 중량부;

b) 유리 분말 10 내지 500 중량부;

c) 충전제 10 내지 500 중량부;

d) 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물 1 내지 500 중량부;

e) 금속분말 1 내지 500 중량부;

f) 경화제 10 내지 100 중량부; 및

g) 용제 10 내지 500 중량부

를 포함하는 발포형 케미칼 그라우트재를 제공한다.

또한 본 발명은 구조물의 보수 및 보강방법에 있어서, 상기 발포형 케미칼 그라우트재를 균열 부위, 세굴 부위, 또는 쇼크리트 시공에 적용하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 및 보강방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 에폭시 수지, 유리 분말, 충전제, 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물, 금속분말, 경화제, 및 용제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명은

가)ⅰ) 에폭시 수지(고형분 기준) 100 중량부;

ⅱ) 유리 분말 10 내지 500 중량부;

ⅲ) 충전제 10 내지 490 중량부;

ⅳ) 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물 1 내지 500 중량부;

ⅴ) 용제 10 내지 500 중량부

를 함유하는 주제,

나)ⅰ) 금속분말 1 내지 500 중량부;

ⅱ) 충전제 10 내지 490 중량부; 및

ⅲ) 경화제 10 내지 100 중량부

를 함유하는 경화제

를 포함한다.

본 발명에 사용되는 상기 a)의 에폭시 수지(epoxy resin)는 통상 사용되는 에폭시 수지면 크게 제한되지 않는다.

상기 에폭시 수지는 디글리시딜(diglycidyl) 타입과 트리글리시딜(triglycidyl) 타입 중에서 분자량이 350 내지 3,000 ㎿의 범위인 무용제 에폭시 수지가 바람직하다.

특히, 상기 에폭시계 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭 시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 쇄상 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비페놀의 디글리시딜 에테르화물, 나프탈렌디올의 디글리시딜 에테르화물, 페놀류의 디글리시딜 에테르화물, 알코올류의 디글리시딜 에테르화물, 또는 이들의 알킬 치환체, 할로겐화물, 수소 첨가물 등의 공지의 에폭시계 수지를 사용할 수 있다.

상기 에폭시 수지는 케미칼 그라우트재가 주입되는 크랙 또는 공극에 부착되는 시멘트, 콘크리트 등에의 부착성을 부여하는 바인더로 작용하며, 또한 케미칼 그라우트재에 내산성 및 내알칼리성을 부여한다.

상기 에폭시 수지의 함량이 너무 낮을 경우에는 시멘트, 콘크리트 등에의 부착성이 저하된다는 문제점이 있으며, 그 함량이 너무 높을 경우에는 경도, 강도, 및 기타 그라우트재로서의 물성이 나빠진다는 문제점이 있다.

본 발명에 사용되는 상기 b)의 유리 분말(glass powder)은 케미칼 그라우트재의 강도를 증가시키고 점도를 증가시켜 내충격성 및 인장력을 증대시키고, 경화수축 및 온도상승에 따른 체적의 팽창을 억제시켜주는 작용을 한다.

상기 유리 분말은 다양한 입자 형상과 입자 크기의 것을 사용할 수 있으며, 유리 분말의 입자는 유리, 파유리, 유리 섬유, 또는 유리 커렛 등을 분쇄하여 얻는 것으로, 유리 조성은 A, C, E, 내알칼리성 유리 분말 조성 등 수지와의 상용성이 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 특히 E-글래스 조성의 유리 분말이 각종 소지의 부착성 면에서 더욱 바람직하다.

상기 유리 분말의 입경은 특별히 한정되는 것은 아니나 10 ㎛ 내지 1 ㎜인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 내지 1 ㎜인 것이 좋다. 또한, 유리 분말은 공극을 메우는 작용도 수행하므로 가능한 입경이 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유리 분말의 입경이 너무 작을 경우에는 그라우트재의 점도가 크게 증가할 수 있으며, 너무 큰 경우에는 공극을 메우는 작용이 저하되어 그라우트재의 강도가 저하되거나 수축 및 팽창성이 증가할 수 있다.

상기 유리 분말은 수지나 물을 흡수하지 않기 때문에 그라우트재 중에 다량으로 사용할 수 있으며, 특히 유리 분말의 함량이 높더라도 수지 중에 혼합 분산이 잘되고 부피 충전효과가 매우 우수하다.

특히, 유리분말은 상기 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 10 내지 500 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 수축 및 팽창이 증가할 수 있다는 문제점이 있으며, 500 중량부를 초과할 경우에는 점도가 지나치게 높아져 크랙에 주입하기 곤란하고, 상대적으로 에폭시 수지의 함량이 감소되어 케미칼 그라우트재의 부착력이 저하될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 본 발명의 케미칼 그라우트재가 주제와 경화제로 나누어 사용될 경우 상기 유리 분말은 적정량으로 나누어 주제와 경화제에 포함될 수 있음은 물론이며, 특히 주제와 경화제에 각각 10 내지 490 중량부로 포함되는 것이 좋다.

따라서, 크랙의 크기뿐만 아니라 크랙의 깊이 및 크랙 사이의 기포 등의 이물질의 함량을 고려하여 깊은 크랙에 주입할 경우에는 다소 유리 분말의 함량을 적게 하면서 충전제(특히, 유리 비드)를 첨가하여 유동성 및 주입성이 우수한 그라우 트재로 주입하는 것이 바람직하다.

또한 상기 유리 분말을 케미칼 그라우트재에 첨가할 경우 그라우트재 주입 조건이 저온이라면 유리 분말의 함량을 저하시켜 점도를 낮추어 사용할 수 있고, 이와 반대로 그라우트재 주입 조건이 고온이라면 유리 분말의 함량을 증가시켜 점도를 높여 사용할 수도 있다.

상기 유리 분말은 합성수지에 비해 콘크리트와 동일하거나 유사한 성분으로 강도나 경도 등 물리적 특성이 비슷하기 때문에 계면분리를 억제하고 외부에서 작용되는 충격을 흡수하고 전달하여 손상이 현저히 저하되는 그라우트 조직을 형성한다.

본 발명에 사용되는 상기 c)의 충전제는 균열 또는 세굴 부위의 재질 또는 사용하는 수지의 종류와 양에 따라 그 종류와 양을 변화시켜 사용할 수 있으며, 특히 유리 비드(glass bead), 탄산칼슘(CaCO₃), 황화칼슘, 또는 황화바륨 등과 같은 경탄류, 백클레이, 딕스클레이, 또는 황클레이 등과 같은 클레이류, 회분과 같은 규조토류, 또는 실리카(SiO₂) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리 비드를 사용하는 것이 좋다.

상기 유리 비드는 구형, 타원형, 또는 이에 준하는 모든 형상의 유리 비드가 사용될 수 있으며, 다양한 크기가 분포된 것부터 일정한 크기만을 선별한 것까지 모두 사용할 수 있다.

상기 유리 비드의 입경은 시공 용도와 시공 깊이에 따라서 적절히 선정하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 3 ㎜인 것이 사용될 수 있다. 또한 이들은 수 ㎛ 의 작은 입도와 수 ㎜ 의 큰 입도의 비드들의 조합에 의하여 다양한 형태 및 물성을 나타내게 할 수 있다. 그러나 입경이 3 ㎜를 초과할 경우에는 분산성이 낮아지거나 크랙의 크기가 3 ㎜ 이하인 곳에서는 효율적으로 사용될 수 없다. 특히, 상기 유리 비드는 크랙의 간격이 넓은 곳에는 입도가 큰 비드를 상대적으로 많은 양으로 사용되는 것이 바람직하고, 크랙의 간격이 좁은 곳에는 입도가 작은 비드를 적은 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유리 비드는 에폭시 수지에 충전제로 첨가되어 볼 베어링 효과(ball bearing effect)에 의하여 매우 우수한 유동성을 제공하여 크랙 등에 우수한 주입성을 제공하고, 기타 다른 첨가제에 대하여 우수한 분산성을 제공하며, 주입 후에 무결함을 제공한다. 또한 수지와 충전제의 혼합물이 장기 보관된 후에도 단순 교반만으로 잘 혼합되는 우수한 저장성을 나타낸다. 또한 상기 유리 비드는 일반 실리카나 실리카 흄보다 강도 및 경도가 높고 상기한 바와 같이 구상에 가까운 형상을 가지므로 외부로부터의 충격을 잘 흡수하고 분산시키게 된다. 따라서 유리 비드가 충전제로 첨가된 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 우수한 내충격성을 가진다.

상기와 같은 충전제는 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 10 내지 500 중량부를 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 300 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 케미칼 그라우트재의 유동성이 낮아지고, 경화 후에 강도 및 경도가 낮아질 수 있다는 문제점이 있으며, 500 중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 에폭시 수지의 함량이 감소하여 케미칼 그라우트재의 강도가 낮아질 수 있고, 케미칼 그라우트재가 경화된 후에 탈락될 수도 있다는 문제점이 있다. 또한, 본 발명의 케미칼 그라우트재가 주제와 경화제에 나누어 사용될 경우 상기 충전제는 적정량으로 나누어 주제와 경화제로 포함될 수 있음은 물론이며, 특히 주제와 경화제에 각각 10 내지 490 중량부로 포함되는 것이 좋다.

본 발명에 사용되는 상기 d)의 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물은 발포형 케미칼 그라우트재의 발포정도를 제어하는 작용을 한다.

상기 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 또는 프란슘(Fr)을 함유하는 알칼리 금속계 화합물이나 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 또는 라듐(Ra)을 함유하는 알칼리 토금속계 화합물을 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 나트륨을 함유하는 나트륨계 알칼리 금속을 사용하는 것이 바람직하고, 그 예로는 NaCl, 또는 NaCO₃ 등이 있다.

상기 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물은 요구되는 발포정도에 따라 그 함량을 조절할 수 있음은 물론이며, 특히 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 500 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 300 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 1 중량부 미만일 경우에는 발포가 너무 적게 된다는 문제점이 있으며, 500 중량부를 초과할 경우에는 발포가 너 무 많이 된다는 문제점이 있다.

본 발명에 사용되는 상기 e)의 금속분말은 금속이 반응하여 기포를 형성하는 작용을 한다.

상기 금속분말은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb), 또는 구리(Cu)를 함유하는 금속분말을 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 알루미늄을 함유하는 합금 또는 금속분말을 사용하는 것이 발포성이 좋아 바람직하며, 더욱 바람직하게는 알루미늄 분말을 사용하는 것이다.

상기 금속분말은 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 500 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 100 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 기포를 형성하는데 있어 더욱 좋다.

본 발명에 사용되는 상기 f)의 경화제는 케미칼 그라우트재를 상온에서 경화시키는 작용을 한다.

상기 경화제는 통상의 경화제를 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 통상의 에폭시계 경화제를 사용하는 것이 좋다.

상기 경화제는 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 그라우트재의 경화에 있어 더욱 좋다.

상기와 같은 성분 이외에 본 발명의 케미칼 그라우트재는 용제를 포함하며, 그 함량은 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 10 내지 500 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 용제는 상기 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물이 용해될 수 있는(이온화될 수 있는) 용제이면 크게 제한되지 않는다.

상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 케미칼 그라우트재는 필요에 따라서 유리 섬유(glass fiber)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유리 섬유는 케미칼 그라우트재가 경화될 경우 경화된 그라우트재의 인장력 및 내크랙성을 증가시키는 작용을 한다.

상기 유리 섬유는 E 조성의 장유리 섬유 또는 내알칼리성 조성의 섬유를 사용할 수 있으며, 구체적으로 섬유경이 10 내지 20 ㎛인 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 균일한 스트랜드(strand) 길이로 절단한 절단 섬유(chopped fiber) 또는 평균 섬유 길이로 분쇄하여 제조한 분쇄 섬유(milled fiber)가 사용될 수 있다. 특히, 절단 섬유는 2 내지 12 ㎜ 정도의 섬유 길이로 재단된 것이 바람직하며, 분쇄 섬유는 평균 섬유길이가 100 내지 300 ㎛인 것이 바람직하다. 특히, 분쇄 섬유가 케미칼 그라우트재의 인장력 보강 및 분산성 면을 고려할 때 바람직하며, 절단 섬유와 분쇄 섬유를 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 유리 섬유는 에폭시 수지의 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 100 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유리 섬유의 함량이 상기 범위 내인 경우에는 경화된 건축재 그라우트재의 인장강도가 우수하고, 균열, 수축, 및 팽창이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 케미칼 그라우트재가 주제와 경화제로 나누어 사용될 경우 상기 유리 섬유는 적정량으로 나누어 주제와 경화제에 포함될 수 있음은 물론이며, 특히 주제와 경화제에 각각 10 내지 90 중량부로 포함되 는 것이 좋다.

상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 혼합반응하여 경화시 종래 케미칼 그라우트재와 비교하여 1.5 배 이상으로 부피가 팽창하며, 상기와 같이 발포성이 우수하여 특히 천장, 벽면 등과 같은 중력과 역방향을 가지는 균열 및 세굴 부위에서 주입 후 발포하여 중력 방향 상부에서 충진성이 뛰어나며 고강도의 폐쇄 기공구조를 가져 압력이나 하중을 받는 장소에서도 충진효과가 우수하다. 뿐만 아니라, 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 습식 또는 수중환경에서도 작업이 용이한 바, 상기 케미칼 그라우트재가 팽창하면서 균열 부위에 있는 물을 밀어내어 균열 또는 세굴 및 공동 부위를 틈이 없이 막을 수 있으며, 추가 공정 없이 단일공정으로 부착성과 작업성이 우수하고, 시공이 쉽고 간편하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강에 뛰어난 효과가 있다.

또한 본 발명은 상기와 같은 발포형 케미칼 그라우트재를 균열 부위, 공동, 세굴 부위, 또는 쇼크리트 시공에 적용하는 것을 특징으로 하는 구조물의 시공, 보수, 및 보강방법을 제공한다.

상기 구조물의 시공, 보수, 및 보강 방법은 목적, 균열의 발생원인, 균열의 형태 및 크기, 구조물의 중요도, 구조형식, 환경조건, 또는 보수 후의 내용연수 등을 고려하여 적절히 선택하여 적용할 수 있으며, 그 예로는 구조물의 균열 또는 공동, 세굴된 공극 부분에 충전 또는 주입하는 방법이 있다.

상기 구조물의 균열 또는 세굴된 공극 부분에 충전 또는 주입하는 방법은 원하는 부위에 상기 발포형 케미칼 그라우트재를 충전 또는 주입하여 이루어진다.

상기 주입방법은 기계식주입공법, 수동주입공법, 페달식주입공법, 유압공법 등이 당업자에 의해 적절하게 선택되어 적용될 수 있음은 물론이며, 일예로 균열 또는 세굴이 있는 터널 천정 부위의 보강의 경우 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재를 균열 또는 공동, 세굴의 상부에 주입팩을 설치하여 주제와 경화제를 혼합하여 압력을 주어 상부까지 주입하고, 주입팩을 제거한 후 균열표면을 마감처리함으로써 구조물의 시공, 보수, 및 보강이 이루어지며, 관통된 경우에는 관통된 균열 또는 공동, 세굴의 일면에 보양막을 설치한 후 상기와 같이 진행하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강이 이루어진다.

상기 본 발명의 주입에 의한 구조물의 시공, 보수, 및 보강방법은 상기 발포형 케미칼 그라우트재가 모체에 침투하여 경화하면서 발포되어 모체의 강도를 강화하며, 밀폐 균열 또는 세굴 내에서 기포 및 물을 뚫고 균열 또는 세굴 심부까지 도달하여 균열틈을 완전히 메워 복원하게 된다. 또한, 모체의 취약성인 인장강도를 보완하면서 경화하므로 재균열을 예방하며, 온도변화에 신축적으로 적용되며, 경화시 수축이 없는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 상기와 같이 주입된 케미칼 그라우트재는 우수한 발포력으로 적은 양을 사용하고도 넓은 균열 또는 공동, 세굴 부위를 효율적으로 복원할 수 있으며, 비중이 구조물과 유사하여 토목 또는 건축물에 무리가 되지 않을 뿐만 아니라, 경제적이라는 장점이 있다.

또한 상기 구조물의 보수 및 보강방법 중 구조물의 균열된 공극 부분에 충전 또는 주입하는 방법은 중력과 역방향의 균열 부위, 공동, 세굴 부위, 또는 쇼크리트 시공, 특히 습식 또는 수중환경의 균열 또는 세굴 부위에 바람직하다.

상기 방법은 별도의 사전작업 없이 충전부위를 청소한 후, 발포형 케미칼 그라우트재를 통상의 방법을 이용하여 충전부위에 충전함으로써 이루어진다. 종래 케미칼 그라우트재를 적용한 충전방법은 터널의 천장 부분과 같이 중력의 역방향으로 균열이 생겨 균열 또는 세굴 부위에 주입시 높은 비중으로 밖으로 흘러나오거나 흡수되면서 균열틈이 완전히 메워지지 않는다는 문제점이 있었으나, 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재를 적용한 충전방법은 상기 발포형 케미칼 그라우트재의 우수한 발포성으로 적은 양으로도 균열틈을 완전히 메워 복원할 수 있으며, 경화 후 부착면의 탈락이 없으며, 특히 수중 및 습윤 환경에서의 시공이 우수한 효과가 있다.

또한 상기 쇼크리트 시공은 터널 시공시 발파 후 쇼크리트제로서 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재를 타설하고 신속히 경화시킴으로써 후속 터널 라이닝 공사를 단시간내 연속시공하여 공기단축과 재료분리현상을 방지하고, 토석의 상호부착과 라이닝제의 결합을 강화할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 시공방법은 수중환경인 선박의 선저부분에 균열 등 하자가 발생하여 보수 보강을 하는 경우에도 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재를 주입, 충전, 또는 피복하여 선박의 선저부분, 기계 부품 등을 보수 및 보강할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 발포형 케미칼 그라우트재는 내산성, 내알칼리성, 주입성, 내충격성, 내크랙성, 부착력, 및 저장성을 동시에 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 간편한 시공과 신속한 경화로 단시간에 구조물의 기능 및 형상을 완전히 복원 할 수 있으며, 인장강도 등 구조물의 물성을 보완하고 구조물에 강력하게 부착하여 구조물의 수명을 연장시켜 주며, 훼손된 미관을 완전하게 복원시켜 줄 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

에폭시 액상 수지 1 ㎏에 평균입도가 200 메쉬이고 비중이 2.54인 유리 분말 1 ㎏, 충전제로 평균입도가 0.1 ㎜인 유리 비드 300 g, 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물로 NaCl 50 g, 및 용제 300 g을 균일하게 혼합하여 주제를 준비하였다.

그 다음 알루미늄 분말 500 g, 충전제로 평균입도가 0.1 ㎜인 유리 비드 300 g, 및 에폭시 경화제 400 g을 균일하게 혼합하여 경화제를 준비하였다.

상기와 같이 준비한 주제와 경화제를 혼합하여 발포형 케미칼 그라우트재를 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 주제에 평균섬유두께 13.5 ㎛, 평균 섬유길이 300 ㎛의 분쇄 유리 섬유 100 g을 추가로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 주제 및 경화제를 제조하고 혼합하여 발포형 케미칼 그라우트재를 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 충전제로 유리 비드를 대신하여 탄산칼슘(CaCO₃)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 주제 및 경화제를 제조하고 혼합하여 발포형 케미칼 그라우트재를 제조하였다.

비교예 1

에폭시 액상 수지 1 ㎏에 벤질 알코올 100 g을 혼합하고, 여기에 평균입도가 0.1 ㎜인 유리 비드 3 ㎏을 일반 혼합기에서 혼합하여 케미칼 그라우트재를 제조하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 그라우트재를 사용하여 균열된 천장에 각각 주입한 결과, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1의 케미칼 그라우트재는 균열된 부분 밖으로 흐르지 않고 경화되었으며, 그 사용량 또한 비교예 1의 그라우트재와 비교하여 1/2 정도만 소요됨을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1의 그라우트재는 사용량이 실시예 1의 2 배 이상이며 균열 부분으로부터 흐름이 관찰되었다. 이로부터, 본 발명에 따른 발포형 케미칼 그라우트재는 적은 양을 사용하면서도 중력과 역방향의 균열 부분에서도 흐르지 않고 우수한 보수 및 보강이 가능함을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 케미칼 그라우트재의 발포성을 측정한 결과, 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 제조한 실시예 1의 케미칼 그라우트재는 발포 정도가 비교예 1과 비교하여 2 배 이상임을 확인할 수 있었다.

또한 도 4는 본 발명에서 제조한 케미칼 그라우트재를 내부가 비어 있는 원기둥 모양의 통에 주입 후 발포시킨 다음 경화한 후에 단면을 절단한 것으로서, 원기둥 전부분에 크랙 없이 고르게 충진 되어 있음을 확인 할 수 있었으며, 이로부터 본 발명의 케미칼 그라우트재는 균열 부분에 주입되어 발포됨으로써 크랙이나 공극의 틈이 없이 완전 보수 및 보강이 가능함을 알 수 있었다.

본 발명에 따른 발포형 케미칼 그라우트재는 발포성이 우수하여 특히 천장과 같은 중력과 역방향을 가지는 균열 및 세굴 부위에서 주입 후 발포하여 중력 방향 상부에서 충진성이 뛰어나며 고강도의 폐쇄 기공구조를 가져 압력이나 하중을 받는 장소에서도 충진효과가 우수할 뿐만 아니라, 습식 및 수중환경에서도 추가 공정 없이 단일공정으로 부착성과 작업성이 우수하며, 시공이 쉽고 간편하여 구조물의 시공, 보수, 및 보강에 뛰어난 효과가 있다. 또한, 본 발명의 발포형 케미칼 그라우트재는 내산성, 내알칼리성, 주입성, 유입성, 내충격성, 내크랙성, 부착력, 및 저장성을 동시에 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부자재와의 친화성을 가지고 있으며 간편한 시공과 신속한 경화로 단시간에 구조물의 기능 및 형상을 완전히 복원할 수 있으며, 인장강도 등 구조물의 물성을 보완하고 구조물에 강력하게 부착하여 구조물의 수명을 연장시켜 주며, 훼손된 미관을 완전하게 복원시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. a) 에폭시 수지(고형분 기준) 100 중량부;

   b) 유리 분말 10 내지 500 중량부;

   c) 충전제 10 내지 500 중량부;

   d) 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물 1 내지 500 중량부;

   e) 금속분말 1 내지 500 중량부;

   f) 경화제 10 내지 100 중량부; 및

   g) 용제 10 내지 500 중량부

   를 포함하는 발포형 케미칼 그라우트재.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발포형 케미칼 그라우트재가

   가)ⅰ) 에폭시 수지(고형분 기준) 100 중량부;

   ⅱ) 유리 분말 10 내지 500 중량부;

   ⅲ) 충전제 10 내지 490 중량부;

   ⅳ) 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물 1 내지 500 중량부;

   ⅴ) 용제 10 내지 500 중량부

   를 함유하는 주제,

   나)ⅰ) 금속분말 1 내지 500 중량부;

   ⅱ) 충전제 10 내지 490 중량부; 및

   ⅲ) 경화제 10 내지 100 중량부

   를 함유하는 경화제

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
3. 제1항에 있어서,

   상기 a)의 에폭시 수지(epoxy resin)가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 쇄상 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비페놀의 디글리시딜 에테르화물, 나프탈렌디올의 디글리시딜 에테르화물, 페놀류의 디글리시딜 에테르화물, 알코올류의 디글리시딜 에테르화물, 및 이들의 알킬 치환체, 할로겐화물, 또는 수소 첨가물의 에폭시계 수지로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
4. 제1항에 있어서,

   상기 b)의 유리 분말(glass powder)의 입경이 10 ㎛ 내지 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
5. 제1항에 있어서,

   상기 c)의 충전제가 유리 비드(glass bead), 탄산칼슘(CaCO₃), 황화칼슘, 황화바륨, 백클레이, 딕스클레이, 황클레이, 회분, 및 실리카(SiO₂)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
6. 제5항에 있어서,

   상기 충전제가 입경이 1 ㎛ 내지 3 ㎜의 유리 비드인 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
7. 제1항에 있어서,

   상기 d)의 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물이 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프란슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 및 라듐(Ra)으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 알칼리 금속계 화합물 또는 알칼리 토금속계 화합물을 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
8. 제1항에 있어서,

   상기 케미칼 그라우트재가 섬유경이 10 내지 20 ㎛인 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 균일한 스트랜드(strand) 길이로 절단한 절단 섬유(chopped fiber) 또는 평 균 섬유 길이를 100 내지 300 ㎛로 분쇄한 분쇄 섬유(milled fiber)를 에폭시 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 100 중량부로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,

    상기 f)의 경화제가 에폭시계 경화제인 것을 특징으로 하는 발포형 케미칼 그라우트재.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

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