KR101193022B1 - 고기능성 단면복구용 모르타르 - Google Patents

Abstract

수축 또는 팽창되지 않으면서도 내구성이 우수하고, 기존 구조물의 결함부분을 제거한 후 시공하는 단면과 모르타르의 부착이 우수하고, 시공이 간편하면서도 크랙(실금)발생이 일어나지 않으며, 타설 후 응결 시간을 조절할 수 있고, 타설 한 후 미장을 하였을 때 매끈한 외부 표면을 가질 수 있도록 하며, 내염성 중성화에 대한 저항성 및 동결 융해에 대한 저항성을 갖춘 고기능성 단면 복구용 모르타르가 개시된다. 본 발명은 중량으로 일반 포트랜드 시멘트 30~50%, 강도 조절제 1~10%, 수축?팽창 조절제 15~40%, 무수석고 1~10%, 수화반응 조절제 0.5~5%, 점성 조절제 5~15%, 박리효과 조절제 5~30%, 유동화제 0.1~1%와 나머지 모래로 구성된다. 이때, 강도 조절제는 실리카흄을, 수축?팽창 조절제는 칼슘 설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)를, 수화반응 조절제는 붕산을, 점성 조절제는 탄산칼슘을, 박리효과 조절제로는 수산화알루미늄(AlCOH₃)을, 유동화제는 통상의 것을 사용할 수 있다.

Description

고기능성 단면복구용 모르타르{A High Functional Rehabilitation Mortar}

본 발명은 모르타르에 관한 것으로서, 상세하게는 콘크리트를 기본으로 하는 각종 건축구조물이나 토목구조물의 단면복구용으로 유효한 고기능성 모르타르에 관한 것이다.

인간이 건설하는 각종 건축구조물이나 토목구조물은 콘크리트를 기본으로 사용하여 건설하는 경우가 대부분이다. 그런데 이와 같은 구조물을 형성하는 콘크리트는 자갈 및 모래를 물과 시멘트라고 하는 결합 재료를 이용하여 서로 결합시켜 구조물로 만들게 된다. 시멘트는 석회석과 규사 및 혈암 또는 점토, 황철석 등의 각종 광물질을 혼합 가열하여 고체 반응을 통하여 얻어지는 물질로서 일종의 화학반응 물질이다. 이런 물질이 물과 반응할 때 일부의 물분자는 콘크리트 구조물 내에서 자유수로 존재하기도 하지만 일부는 결정구조를 이루는 결정구조 분자로서 역할을 하면서 응결되어 구조물을 형성하게 된다. 이런 일련의 반응을 수화반응이라고 할 수 있는데 이와 같은 수화 반응이 진행되는 동안 수축반응 또는 발열반응 등의 반응이 수반되므로 콘크리트 타설 시에는 이런 조건이나 반응 인자들을 충분히 고려하여야 한다. 한편 이와 같이 수화반응 되어 형성된 구조물들도 기온의 변화나 공기와의 접촉 또는 빗물과의 접촉 등으로 부식되거나 열화되어 구조물 표면의 콘크리트가 탈루되거나 철근 등이 노출되어 구조물의 안전성에 심각한 위험을 줄 수 있게 된다. 최근에는 이와 같이 심각한 훼손이 발생된 경우 안전 진단 등을 통하여 보수하거나 보강 또는 개축하는 경우가 많이 있다.

중요 건축?토목 구조물인 경우 보수?보강하여 사용할 수 있는 구조물을 재건축이나 재건설을 할 경우 비용이나 재건설 시 많은 사회적 비용이 발생할 수 있으므로 보수 또는 보강하여 사용하는 경우가 많다.

또한, 콘크리트 구조물의 재시공이나 재건축은 철거비용 뿐만 아니라 재시공하는 동안 사회적 불편으로 인한 비용이 매우 크다. 특히 최근의 지구 온난화와 관련지어 살펴보면 시멘트 1톤을 생산할 때 이산화탄소 1톤이 생성되는 온실기체의 배출은 지구환경에도 매우 큰 부담을 줄 수 있으므로 재건축이나 재시공 등은 가능하면 지양하는 것이 합리적이라고 생각할 수 있다. 따라서 기존의 건설되어 있는 구조물을 보수하거나 보강하여 사용하는 것이 경제적으로 합리적일 뿐만 아니라 신축된 구조물과 비교하여 구조적 안전성이 크게 손실되지 않는다면 보수?보강하여 사용하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 이와 같은 용도로 사용되는 모르타르는 기존의 구조물 표면이나 단면 등에 보충하여 타설 하였을 때 기존의 콘크리트 구조물과 실질적으로 결합할 수 있어야하며 특히 응결되는 동안 수축되거나 팽창되어 기존의 구조물과 실질적 결합이 되지 않는다면 실용화될 수 없을 것이다. 만일 모르타르를 이용하여 복구하고자 할 때 모르타르가 응결되는 동안 수축되는 현상이 발생한다면 기존의 구조물 내에 일부 보충재료로 공간채움만 한 것으로 간주할 수도 잇는 것이다. 한편 모르타르가 응결되는 동안 팽창된다면 채움에 의하여 구조물 전체에 큰 압력을 가하게 되므로 보수?보강의 효과보다는 팽창?균열 효과가 더 발생할 수도 있다.

상기와 관련하여 종래 기술로써, 2005년 등록된 대한민국 등록특허 10-0474665 에서는 콘크리트의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거하는 표면처리에서부터 표면 강화재의 도포단계를 거쳐 단면 복구용 모르타르의 도포 및 세라믹 코팅으로 마감하는 단계로 구성된 기술을 개시하였다. 여기서 단면 복구용 모르타르는 일반시멘트 슬래그시멘트, 무기계 팽창재, 포졸란 물질, 항균성 물질, 고성능 유동화제, 화이버, 입도조정 규사로 이루어진 물질에 대하여 언급하고 있다.

한편 대한민국 등록특허 10-0643524 에서는 중성화, 동해, 염해, 알칼리에 의해 부식된 콘크리트를 단면복구하는 모르타르를 일반 포트랜드 시멘트와 SiO₂ 및 Al₂O₃가 90%이상 함유된 고미분 무기질계 경화촉진재 및 모래로 모르타르의 고체성분을 만들고 올가노 알콕시 실란 또는 올가노 카르복시 실란을 용해시킨 수용액에 규산염 화합물 및 금속산화물이 포함된 pH 11~12정도로 조절된 수용액과의 반죽된 모르타르를 이용한 단면 복구에 대하여 개시하고 있다. 또한 그밖에 대한민국 등록특허 10-0515948, 10-0533795, 10-0629120, 10-0773743, 10-0794493, 10-0814962, 10-0815046, 10-0909997 및 공개번호 10-2010-0020694, 10-2010-0025230에서 모르타르 조성물에 대하여 공개하고 있다.

그러나 이들 조성물의 공통적인 성분은 시멘트, 탄산칼슘 미분말, 슬래그 미분말, 팽창제, 석고 및 모래를 포함하고 있으며 여기에 각종 수지 또는 분산제, 공기연행제, 화이버 및 항균제 등을 첨가하여 기능성을 유지하고자 하였으나, 실용화되지는 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수축 또는 팽창되지 않으면서도 내구성이 우수하고, 기존 구조물의 결함부분을 제거한 후 시공하는 단면과 모르타르의 부착이 우수하고, 시공이 간편하면서도 크랙(실금)발생이 일어나지 않으며, 타설 후 응결 시간을 조절할 수 있고, 타설 한 후 미장을 하였을 때 매끈한 외부 표면을 가질 수 있도록 하며, 내염성 중성화에 대한 저항성 및 동결 융해에 대한 저항성을 갖춘 고기능성 단면 복구용 모르타르를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

중량으로 일반 포트랜드 시멘트 30~50%, 강도 조절제 1~10%, 수축?팽창 조절제 15~40%, 무수석고 1~10%, 수화반응 조절제 0.5~5%, 점성 조절제 5~15%, 박리효과 조절제 5~30%, 유동화제 0.1~1%와 나머지 모래로 구성되는, 고기능성 단면복구용 모르타르를 제공한다.

상기에서, 강도 조절제는 실리카흄을, 수축?팽창 조절제는 칼슘 설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate)를, 수화반응 조절제는 붕산을, 점성 조절제는 탄산칼슘을, 박리효과 조절제로는 수산화알루미늄(AlCOH₃)을, 유동화제는 통상의 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 고기능성 단면복구용 모르타르는 콘크리트 모르타르 구조물의 보수, 보강; 취약 구조물의 단면 복구; 터널, 교량, 관로, 배수로 아파트 등의 건축 또는 토목 구조물의 보수; 천정 및 수직 구조물의 콘크리트 보수 등에 유용하게 사용할 수 있는데, 이는 본 발명의 모르타르가 응결 시간을 조절할 수 있고, 크랙을 방지하고 마감 미장 표면을 매끈하게 할 수 있는 기능이 있으며, 또한 기존의 상품화된 모르타르와 비교할 때 가사 시간을 조절할 수 있고 고강도를 나타내며 건조 수축인자가 작으므로 구조의 보수 및 보강에 가장 적합한 것이기 때문이다. 여기서 분말형 고유동화제는 액상의 유동화제를 물과 함께 사용할 수도 있다.

본 발명의 예를 몇가지 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서 이루고자하는 모르타르는 다음의 요구 특성을 갖추어야 한다.

먼저 수축되지 않아야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이 타설 된 후 수축 현상이 발생되어서는 안된다. 또한, 내구성이 우수하여야 한다. 노천에 노출되어 있는 구조물의 보수?보강 또는 화재 등에 의한 노후화 방지, 화학 물질과 접촉되는 부분의 부식 방지 등에 사용되고 있으므로 각종 조건에 내구성을 갖추어야 한다. 또한, 기존 구조물의 결함부분을 제거한 후 시공하는 단면과 모르타르의 부착이 우수하여야 한다. 많은 건설현장에서 발생할 수 있는 일이지만 신?구 콘크리트의 결합이 이루어지지 않아 부실공사가 되는 경우가 항용 있다. 신?구 콘크리트의 결합은 공사에서 매우 중요한 인자이다. 또한, 시공이 간편하여야한다. 보수?보강하는 현장에서 각종 재료를 각각 측정 계량하여 배합하고 실험하여 타설한다면 매우 번거로운 일이며 모르타르의 물리적 화학적 성질도 일정성이 결여될 수 있다. 즉 보수, 보강, 단면 복구용 모르타르는 시공성을 간편하게 하기 위하여 조제 되어야하고 이에 수화반응을 위하여 사용되는 물에 첨가하여 사용하는 혼화제도 조제되는 것이 시공을 간편하게 할 수 있는 방법이다. 그리고, 크랙(실금)발생이 일어나지 않아야 한다. 크랙이 발생된다는 것은 모르타르 자체의 결합력에 문제가 있음을 의미하는 것이며 더 나아가서는 기존의 구조물과의 부착력에도 바람직하지 못한 결과가 있음을 의미하는 것이다. 또한, 타설 후 응결 시간을 조절할 수 있어야 한다. 응결시간이 촉박하게 진행될 경우 재타설하는 동안 크랙의 발생이 생길 수 있기 때문이다. 또한, 타설 한 후 미장을 하였을 때 매끈한 외부 표면을 가질 수 있도록 한다. 표면 미장 시 원하는 표면을 갖지 못하면 외부 방수 도장 시 방수 등에 대한 대비에 어려움을 겪을 수 있기 때문이다. 그리고 그 밖의 내염성 중성화에 대한 저항성 및 동결 융해에 대한 저항성을 갖추는 것이 실제로 모르타르의 사용성을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서 얻어지는 모르타르는

콘크리트 모르타르 구조물의 보수, 보강; 터널, 교량, 관로, 배수로 아파트 등의 건축 또는 토목 구조물의 보수, 취약 구조물의 단면 복구, 천정 및 수직 구조물의 콘크리트 보수 등에 유용하게 사용할 수 있다.

이상에서는 4가지의 경우만을 열거하였지만 거의 모든 콘크리트 구조물의 모든 부분의 보강에 사용될 수 있으며,

한편 본 발명에서 얻어지는 모르타르는 응결시간 조절이 용이하고, 크랙을 방지하고 마감 미장 표면을 매끈하게 할 수 있다.

본 발명에서는 콘크리트의 응결시간을 조절할 수 있고 마감 미장 시 미장면이 균질하게 얻어질 수 있도록 기능성을 보완한 모르타르를 개시하는데, 모르타르에서 충진제로 사용되는 모래를 제외한 물질을 결합재로 규정할 때, 사용되는 결합재의 구성 비율은 중량으로 일반 포트랜드 시멘트 30~50%, 실리카 흄 1~10%, calcium sulfoaluminate(CSA) 15~40%, 무수석고 1~10%, 붕산 0.5~5%, 및 Al(OH)₃ 5~30%, 분말형 고유동화제 0.1~1%로 구성된 결합재와 나머지 충진재인 모래를 2~6호사를 조합하여 모르타르를 구성한다. 여기서 사용되는 붕산의 경우 모르타르의 수화반응을 조절할 수 있는 시약으로서 사용되는 양에 따라 응결 시간이 조절된다. 일반적인 보수?보강에서 칩핑되어 보수되어야 하는 단면이 작은 경우에는 붕산의 첨가가 작은 모르타르를 사용하여 보수?보강하고, 보강되어야 하는 단면이 큰 경우 붕산의 첨가량을 늘려 콘크리트의 응결을 지연시킴으로써 타설에 따른 균열을 방지하는 효과가 있다. 한편 미분말의 Al(OH)₃을 첨가하였을 때 미장된 단면은 매우 미려하게 얻어지고 생콘크리트(모르타르)와 단면과의 점착력을 증가시켜 신구 콘크리트의 박리 현상을 현저하게 감소시키는 효과가 있다. 대부분의 특허에서 크랙 방지를 위하여 나일론이나 기타의 유기물을 이용하여 크랙 방지 방법을 사용하고 있으나 본 발명에서는 무기물인 미분말의 Al(OH)₃을 첨가함으로써 그 효과를 얻고자 하였다.

상기에서 일반 포트랜드 시멘트의 함량이 30%이하가 되면 모르타르의 효과가 적게되고 50%이상일 경우에는 비용대비 효과가 크지 않기 때문에 상기 범위로 한다.

또한 강도용으로 사용되는 실리카흄은 1%이하에서는 적정 강도를 얻을 수 없고 10%이상이 되면 기대효과보다는 비경제적이기 때문이며, 콘크리트의 수축?팽창 조절제인 CSA는 15%이하에서는 효과를 기대할 수 없고 40%이상에서는 더 이상의 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 또한 무수석고나 탄산칼슘은 점성조절용으로 사용되는데 상기범위들 이하에서는 너무 묽어 점성이 떨어지고 상기범위들을 초과하면 적정한 점성보다는 단단해지는 경향이 있기 때문에 상기 범위로 한다.

또한, 붕산은 상기와 같이 모르타르의 수화반응조절 시약으로 사용되며 응결시간을 조절해주는 역할을 하는 것으로 응결시간의 조절에 따라 상기 범위내로 사용함이 적절한 것으로 판단되었다.

또한, 수산화알루미늄은 5%이하에서는 단면의 미려정도가 약하고 박리현상이 나타날 수 있고 30%이상에서는 더 이상의 기대효과가 없기 때문에 상기와 같이 하고, 통상적인 유동화제는 작업성을 고려하여 상기 범위로 한다.

모르타르의 배합 구성에서 일반 콘크리트의 수축이나 팽창에 대한 문제를 CSA를 이용하여 해결하였으며, 내구성의 보강과 부착 성능에 대한 문제 및 크랙의 발생에 대한 문제는 미분말의 Al(OH)₃을 첨가함으로써 기술적 성능을 보완하였다, 미분말의 석회석(CaCO₃)와 Al(OH)₃을 첨가함으로써 콘크리트가 치밀한 구조를 갖게 되고 따라서 내염성 및 동결융해에 대한 저항성 등을 갖게 되었다. 이런 결합재가 모래와 혼합되어 있으므로 물과 필요한 양의 고유동화제를 이용하여 반죽하면 준비된 시공면에 바로 타설 할 수 있으므로 시공의 편의성도 갖추었다고 할 수 있다. 본 모르타르에 분말형의 고유동화제를 미리 첨가하여 사용한다면 모르타르에 물만 반죽하면 현장에서 쉽게 타설 할 수 있게 된다.

[실시예]

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 일반 시멘트, 실리카흄, CSA, 무수석고, 붕산, 탄산 칼슘, 수산화알루미늄 및 모래와 분말형 고유동화제를 이용하여 다음과 같이 실시하였다.

상기 실시예에서 3 및 4의 경우 수축현상이 발생하였고 5, 6, 7의 실시예에서는 응결 지연현상이 발생하였다. 응결 시간을 조절하고자할 때는 붕산의 첨가를 증가시켜야 한다. 8번 실시예에서는 표면 접착력이 강화된 것을 살펴볼 수 있었다. 가장 바람직한 배합은 10번의 실시예이며 11번의 실시예는 모래의 입도를 변화시킨 것으로 필요에 따라 변화시킬 수 있는 인자라고 사료된다.

실시예 10번의 경우 압축 강도가 1일 30MPa, 7일 53MPa, 28일 62MPa로서 기존의 상품으로 판매되고 있는 제품이 28일 강도가 40~50MPa와 비교할 때 120~150%의 강도 증강을 보이고 있다. 건조 수축 인자도 기존 제품이 1.1~4.3ㅧ10^-4임에 반하여 본 특허제품은 1.0ㅧ10^-4 이하로 측정되었다. 황산이나 황산나트륨 등의 화공약품에 대한 저항성을 측정한 결과 기존의 제품이 0.3~2%임에 반하여 본 특허제품은 0.2%이하로 측정되었다. 본 실험에서 결합재를 모래양의 50% 더 첨가하였을 때 강도가 20%이상 상승함을 보였고 모래량을 증가시켰을 때 약 50%의 강도 감소가 일어남을 관찰할 수 있었다. 본 발명에서 사용된 물의 양은 결합재와 모래 중량을 더한 값의 15%를 사용하였다. 물의 양을 결합재와 모래 중량을 더한 값의 13~17%범위에서 변화시켰을 때 물의 양이 감소하면 강도 증진효과가 있었으나 작업성이 떨어짐을 관찰할 수 있었다.

Claims (2)

1. 중량으로 일반 포트랜드 시멘트 30~50%, 강도 조절제 1~10%, 수축?팽창 조절제 15~40%, 무수석고 1~10%, 수화반응 조절제 0.5~5%, 점성 조절제 5~15%, 박리효과 조절제 5~30%, 유동화제 0.1~1%와 나머지 모래로 구성되는, 고기능성 단면복구용 모르타르.
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