KR101311190B1 - 불연성 및 내구성이 우수한 불연성 조성물, 이를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법 - Google Patents

불연성 및 내구성이 우수한 불연성 조성물, 이를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 특수 혼화제 20∼90중량%를 포함하며, 상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 40∼95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1∼40중량%, 요소 수지 1∼30중량%, 염소화 파라핀 1∼30중량% 및 제올라이트 0.01∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물, 이를 이용한 보강패널 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 불연성 무기 결합재와 내구성이 우수한 특수 혼화제를 사용함으로써 불연성, 고유동성, 탄성, 접착력, 강도 및 내구성이 크게 향상되는 효과가 있고, 불연성 무기 결합재를 사용함으로써 강도 및 내구성, 특히 불연성이 우수하여 공장 내외벽, 건축물 내외벽, 고가도로, 교량 및 터널 등의 화학적 침식 및 화재로 인한 콘크리트 부식, 폭열 등을 방지할 수 있어 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

불연성 및 내구성이 우수한 불연성 조성물, 이를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법{Incombustible composite having improved flame-proof and durability, manufacturing method of reinforcement panel having improved flame-proof and durability using the composite and repairing method of concrete structure using the composite}
본 발명은 불연성 조성물, 이를 이용한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불연성 무기 결합재와 내구성이 우수한 특수 혼화제를 사용함으로써 강도, 불연성, 탄성, 접착력 및 내구성이 우수하고, 특히 불연성이 우수한 불연성 조성물, 이를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것이다.
최근의 건축물이 고층화, 대형화되어감에 따라 고강도, 고유동의 특성을 갖는 고성능 콘크리트의 사용이 증가하고 있다. 예컨대, 고강도 콘크리트는 고층 혹은 대형 건축물의 하부층 기둥, 보 등에 구조재로서 매우 중요한 부분에 사용되고 있다.
이러한 고강도 콘크리트의 구조체는 내부조직이 수화물에 의해 치밀하게 형성되어 있어 화재 발생시 고열을 받게 되면 수화물의 열분해에 의한 내부 수증기압의 상승으로 심한 폭음과 함께 콘크리트의 표면이 박리, 탈락하는 폭렬 현상이 발생한다. 또한, 철근을 노출시켜 구조체의 내력 저하를 초래하게 되므로 궁극적으로는 건물이 붕괴되는 현상이 발생한다. 도시의 화재를 대상으로 한 경우, 이와 같은 환경에 노출될 우려가 있는 구조물은 콘크리트 빌딩, 고가도로, 교량, 터널 등이 있다.
이와 같이 구조적인 손상을 입은 구조물들은 안전성 확보를 위해 전면 또는 부분적인 보강조치가 반드시 필요하며 이러한 문제점을 해결하기 위해 각종 보수 보강공법이 개발되어 적용되고 있으며, 이러한 보강공법 중에 강판접착 보강공법의 경우 재료 구입 및 확실한 보강 효과 발현 등을 기대할 수 있지만 재료 자체가 중량이므로 운반 및 취급이 용이하지 않고 용접 등 화기사용으로 인한 화재 위험 등의 단점을 가지고 있으며, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 복합섬유 등을 이용한 보강공법들은 재료 자체의 높은 인장강도, 탄성계수, 재료의 경량에 따른 운반 및 취급이 용이하나, 내열성 및 내화성능이 미흡하여 화제에 취약하다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 불연성 무기 결합재와 내구성이 우수한 특수 혼화제를 사용함으로써 강도 및 내구성, 특히 불연성이 우수하여 공장 내외벽, 건축물 내외벽, 고가도로, 교량 및 터널 등의 화학적 침식 및 화재로 인한 콘크리트 부식, 폭열 등을 방지할 수 있어 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 불연성 조성물, 이를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보강공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 특수 혼화제 20∼90중량%를 포함하며, 상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 40∼95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1∼40중량%, 요소 수지 1∼30중량%, 염소화 파라핀 1∼30중량% 및 제올라이트 0.01∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물을 제공한다.
상기 불연성 무기 결합재는, 알루미나 분말 5∼60중량%, 고로슬래그 5∼30중량%, 흑운모 1∼20중량%, 질석 1∼20중량%, 산화마그네슘 1∼20중량%, 규산소다 0.01∼10중량%, 수산화 알루미늄 0.01∼10중량%, 산화티탄 0.01∼10중량%, 카본블랙 0.01∼5중량% 및 알칼리금속 실리케이트 0.01∼15중량%를 포함할 수 있다.
상기 특수 혼화제는, 폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제 0.01∼20중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 특수 혼화제는 비스페놀 에멀젼 0.1∼15중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 오가노 알콕시 실란 0.1∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 에틸렌초산비닐 에멀젼 0.01∼15중량%을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 수지 0.1∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 특수 혼화제 20∼90중량%을 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 믹싱하여 제1항에 기재된 불연성 조성물을 제조하는 단계와, 상기 불연성 조성물에 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 섬유를 함침하는 단계 및 함침된 섬유를 압출성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강패널의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 불순물, 레이턴스 또는 열화된 부위를 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계와, 콘크리트 구체의 제거된 부위에 상기 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 상기 불연성 조성물을 도포하는 단계와, 도포된 상기 불연성 조성물 상부에 상기 보강패널을 압착부착하는 단계와, 압착부착된 상기 보강패널 주위를 씰링 및 마감하는 단계 및 마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강공법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 불순물, 레이턴스 또는 열화된 부위를 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계와, 콘크리트 구체의 제거된 부위에 상기 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 앵커 홀을 천공하는 단계와, 천공된 상기 앵커 홀을 이용하여 상기 보강패널을 설치하는 단계와, 설치된 상기 보강패널 주위를 씰링하는 단계와, 씰링 후 콘크리트 구체와 상기 보강패널의 틈을 상기 불연성 조성물을 이용하여 주입하는 단계 및 주입 후 마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강공법을 제공한다.
본 발명의 불연성 조성물에 의하면, 불연성 무기 결합재와 내구성이 우수한 특수 혼화제를 사용함으로써 불연성, 고유동성, 탄성, 접착력, 강도 및 내구성이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 불연성 무기 결합재를 사용함으로써 강도 및 내구성, 특히 불연성이 우수하여 공장 내외벽, 건축물 내외벽, 고가도로, 교량 및 터널 등의 화학적 침식 및 화재로 인한 콘크리트 부식, 폭열 등을 방지할 수 있어 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 불연성 조성물 제조 시에 카본블랙 등을 사용함으로써 열전도성이 우수하여 단열성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 산화티탄을 사용함으로써 자기정화 기능을 확보할 수 있다.
이하, 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.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불연성 및 내구성이 우수한 불연성 조성물은 불연성 무기 결합재 10∼80중량%와, 가사시간, 작업성, 탄성, 유동성, 난연성 및 내구성을 개선시키기 위한 특수 혼화제 20∼90중량%를 포함한다.
상기 특수 혼화제는 가사시간, 작업성, 탄성, 유동성, 난연성 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 강도 및 내구성을 개선하기 위한 아크릴 에멀젼, 연성이 우수하고 폭열을 방지하기 위한 폴리염화비닐 에멀젼, 내열성을 개선하기 위한 요소 수지, 난연성을 개선하기 위한 염소화 파라핀, 및 흡습성을 개선하기 위한 제올라이트를 포함할 수 있다.
상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 40∼95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1∼40중량%, 요소 수지 1∼30중량%, 염소화 파라핀 1∼30중량% 및 제올라이트 0.01∼30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 불연성 무기 결합재는 알루미나 분말, 고로슬래그, 흑운모, 질석, 산화마그네슘, 규산소다, 수산화 알루미늄, 산화티탄, 카본블랙 및 알칼리금속 실리케이트를 포함할 수 있다.
상기 불연성 무기 결합재는 알루미나 분말 5∼60중량%, 고로슬래그 5∼30중량%, 흑운모 1∼20중량%, 질석 1∼20중량%, 산화마그네슘 1∼20중량%, 규산소다 0.01∼10중량%, 수산화 알루미늄 0.01∼10중량%, 산화티탄 0.01∼10중량%, 카본블랙 0.01∼5중량% 및 알칼리금속 실리케이트 0.01∼15중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 분말은 내열성 및 내약품성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 알루미나 분말은 상기 불연성 무기 결합재에 5∼60중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미나 분말의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 상기 알루미나 분말의 함량이 5중량% 미만일 경우 내열성 및 내약품성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 알루미나 분말의 함량이 60중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 고로슬래그는 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그의 중량비가 증가하면 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 상기 고로슬래그는 불연성 무기 결합재에 5∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 흑운모는 원적외선이 방출되는 재료로 불연성 조성물에서 원적외선이 방출되어 생체 활성 효과를 높이기 위하여 사용된다. 상기 흑운모는 상기 불연성 무기 결합재에 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 질석은 무독성 무취를 구비하고 다공성으로 경량이며 열전도율이 낮은 친환경 소재로 불연성 조성물의 불연 및 단열 효과를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 질석은 상기 불연성 무기 결합재에 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 산화마그네슘은 무기질 난연 재료로서 사용한다. 상기 산화마그네슘은 화학식이 MgO이고, 화학식량 40.3으로서, 고토(苦土)라고도 하며, 공업제품을 마그네시아, 의약품을 마그네시아우스타라고 한다. 산화마그네슘의 녹는점은 2826℃ 정도이고, 끓는점은 3600℃ 정도이며, 비중은 3.65이고, 입방결정계로 용해도는 0.62mg/100g이며, 굴절률은 1.7364이다. 산화마그네슘은 금속 마그네슘을 공기 중에서 가열하면 얻어지는데, 공업적으로는 탄산마그네슘(마그네사이트), 수산화탄산마그네슘, 수산화마그네슘 등을 하소하여 제조한다. 산화마그네슘은 흰색 결정성 고체이며, 화학적으로 비교적 비활성이다. 산화마그네슘은 물에는 조금밖에 녹지 않지만 묽은 산에는 녹는다. 산화마그네슘은 공기 중에서 물 및 탄산가스를 흡수하여 천천히 수산화탄산마그네슘이 된다. 산화마그네슘은 가시광선 및 근자외선에 대한 반사능(反射能)이 매우 커서 광학기계의 반사체 또는 흰색표준으로 사용된다. 산화마그네슘은 공업적으로는 마그네시아시멘트의 원료, 제강로재(製鋼爐材), 내화연와(耐火煉瓦)의 원료로 사용되기도 한다.
상기 산화마그네슘은 난연성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 산화마그네슘은 상기 불연성 무기 결합재에 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 산화마그네슘의 함량이 20중량%를 초과하면 난연성은 개선되나 작업성 및 강도가 저하될 수 있고, 상기 산화마그네슘의 함량이 1중량% 미만이면 작업성 및 강도는 증가하나 난연 효과가 미약할 수 있다.
상기 규산소다는 접착성 개선과 불연성 무기질 바인더 역할을 하며 알칼리 성분으로 공기 중의 산성을 중화하여 중성으로 바꾸어주므로 공기정화 기능 역활도 하며 코팅능력과 접착력을 개선하기 위해 사용한다. 상기 규산소다는 상기 불연성 무기 결합재에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 규산소다의 함량이 0.01중량% 미만이면 접착성, 공기정화, 코팅능력 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 규산소다의 함량이 10중량%를 초과하면 접착성은 우수하지만 내수성이 떨어질 수 있다.
상기 수산화 알루미늄은 산화 방지 및 부식 방지를 위해 사용한다. 상기 수산화 알루미늄은 상기 불연성 무기 결합재에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 수산화 알루미늄의 함량이 0.01중량% 미만이면 산화 및 부식 방지 효과가 미약할 수 있고, 상기 수산화 알루미늄의 함량이 10중량%를 초과하면 경화가 빨라져 작업성이 저하될 수 있다.
상기 산화티탄은 불연성 조성물의 자기정화 기능을 부여하여 방오 성능을 개선하기 위해 사용한다. 상기 산화티탄은 상기 불연성 무기 결합재에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화티탄의 함량이 0.01중량% 미만이면 방오 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 산화티탄의 함량이 10중량%를 초과하면 더 이상의 방오 성능이 기대되지 못하고 가격경쟁력이 떨어질 수 있다.
상기 카본블랙은 불연성 조성물의 열전도성이 우수하여 단열성을 확보하기 위해 사용한다. 상기 카본블랙은 상기 불연성 무기 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 0.01중량% 미만이면 단열 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 카본블랙의 함량이 5중량%를 초과하면 더 이상의 단열 성능이 기대되지 못하고 가격경쟁력이 떨어질 수 있다.
상기 알칼리금속 실리게이트는 공기 중의 수분을 흡수하는 기능으로 건조하여 생기는 백화 방지와 수분을 조절하기 위하여 사용한다. 상기 알칼리금속 실리케이트는 칼슘 실리케이트, 나트륨 실리케이트 및 리튬 실리케이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용할 수 있다. 상기 알칼리금속 실리케이트는 상기 불연성 무기 결합재에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리금속 실리케이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 백화 방지 및 수분 조절 효과가 미약할 수 있고, 상기 알칼리금속 실리케이트의 함량이 함량이 15중량%를 초과하면 제품 시공 전 경화가 이루어져 시공성이 떨어질 수 있다.
상기 특수 혼화제는 가사시간, 작업성, 탄성, 유동성, 난연성 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용한다. 상기 특수 혼화제는 불연성 조성물에 20∼90중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 특수 혼화제의 함량이 90중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료 분리가 발생되기 쉽고, 가격경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 특수 혼화제의 함량이 20중량% 미만이면 가사시간, 작업성, 탄성, 유동성, 난연성 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 40∼95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1∼40중량%, 요소 수지 1∼30중량%, 염소화 파라핀 1∼30중량% 및 제올라이트 0.01∼30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 에멀젼은 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 아크릴 에멀젼은 상기 특수 혼화제에 40∼95중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아크릴 에멀젼의 함량이 40중량% 미만일 경우에는 강도 및 내구성 개선의 효과가 미약하고, 상기 아크릴 에멀젼의 함량이 90중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 강도 및 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵다.
상기 폴리염화비닐 에멀젼은 연성이 우수하고 폭열을 방지하기 위해 사용한다. 상기 폴리염화비닐 에멀젼은 상기 특수 혼화제에 1∼40중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리염화비닐 에멀젼의 함량이 40중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리염화비닐 에멀젼의 함량이 1중량% 미만이면 작업성은 개선되나 연성 개선과 폭열 방지 효과가 미약할 수 있다.
상기 요소 수지는 내열성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 요소 수지는 상기 특수 혼화제에 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 요소 수지의 함량이 30중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 요소 수지의 함량이 1중량% 미만이면 작업성은 개선되나 내열성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 염소화 파라핀은 난연성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 염소화 파라핀은 상기 특수 혼화제에 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 염소화 파라핀의 함량이 30중량%를 초과하면 난연 효과는 뚜렷하나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 염소화 파라핀의 함량이 1중량% 미만이면 난연 효과가 미약할 수 있다.
상기 제올라이트는 흡습성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 제올라이트는 상기 특수 혼화제에 0.01∼30중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 제올라이트의 함량이 30중량%를 초과하면 흡습성에 의해 기포 발생을 저하시키나, 작업성이 저하될 수 있고, 상기 제올라이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 흡습성 개선 효과가 미약하고 기포가 발생하기 쉽다.
상기 특수 혼화제는 비스페놀 에멀젼을 더 포함할 수 있다. 상기 비스페놀 에멀젼은 접착강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 비스페놀 에멀젼은 상기 특수 혼화제에 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 비스페놀 에멀젼의 함량이 15중량%를 초과하면 접착강도 및 내구성이 개선되나 취성 현상이 발생되기 쉽고, 상기 비스페놀 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 접착강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 오가노 알콕시 실란을 더 포함할 수 있다. 상기 오가노 알콕시 실란은 불연성 조성물의 소수성, 발수성 및 내수성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 오가노 알콕시 실란은 상기 특수 혼화제에 0.1∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 오가노 알콕시 실란의 함량이 10중량%를 초과하면 내수성이 개선되나 재료분리 현상이 발생되기 쉽고, 상기 오가노 알콕시 실란의 함량이 0.1중량% 미만이면 내수성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 에틸렌초산비닐 에멀젼을 더 포함할 수 있다. 상기 에틸렌초산비닐 에멀젼은 불연성 조성물의 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 에틸렌초산비닐 에멀젼은 상기 특수 혼화제에 0.01∼15중량%가 혼입되는 것이 바람직한데, 상기 에틸렌초산비닐 에멀젼의 함량이 15중량%를 초과하면 불연성 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 에틸렌초산비닐 에멀젼의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리에테르설폰 수지는 접착력 및 내열성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에테르설폰 수지는 상기 특수 혼화제에 0.1∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리에테르설폰 수지의 함량이 10중량%를 초과하면 불연성 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리에테르설폰 수지의 함량이 0.1중량% 미만이면 불연성 조성물의 작업성은 개선되나 접착력 및 내열성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 수축을 감소시키기 위한 수축저감제를 더 포함할 수 있으며, 상기 수축저감제는 상기 특수 혼화제에 0.01∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 수축저감제는 열가소성인 폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제를 사용할 수 있다.
또한, 상기 특수 혼화제는 소포제를 더 포함할 수 있다. 상기 소포제는 상기 특수 혼화제 내의 기포를 제거하여 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다. 또한, 상기 소포제가 상기 특수 혼화제에 첨가되면 공기연행 효과를 부여하여 작업성 및 가사시간을 향상시킬 수 있다. 상기 소포제는 상기 특수 혼화제에 0.01∼2중량% 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.
또한, 상기 특수 혼화제는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하고 상기 특수 혼화제의 유동성을 확보하기 위하여 사용한다. 상기 특수 혼화제에 감수제가 첨가되면 물-시멘트비가 저감된다. 상기 감수제는 상기 특수 혼화제에 0.01∼2중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 감수제는 폴리카르본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있으나, 나프탈렌계와 멜라민계는 폴리카르본산계에 비하여 조성물의 강도가 떨어지고 작업성 및 가사시간을 저하시킬 수 있으므로 조성물의 강도, 작업성 및 가사시간을 저하시키지 않는 폴리카르본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불연성 조성물를 이용한 불연성 및 내구성이 우수한 보강패널의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보강패널의 제조방법은, 상기 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 상기 특수 혼화제 20∼90중량%를 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 소정시간(예컨대, 1∼5분) 동안 믹싱하여 불연성 조성물을 제조하는 단계와, 상기 불연성 조성물에 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 섬유, 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 섬유를 함침하는 단계와, 함침된 섬유를 압출성형하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강공법은, 불순물, 레이턴스, 열화된 부위 등을 그라인딩, 핸드워터젯, 고압수 세척기 등으로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계와, 상기 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 콘크리트 구체의 제거된 부위에 상기 불연성 조성물을 도포하는 단계와, 도포된 상기 불연성 조성물 상부에 상기 보강패널을 압착부착하는 단계와, 압착부착된 상기 보강패널 주위를 씰링 및 마감하는 단계와, 마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강공법은, 불순물, 레이턴스, 열화된 부위 등을 그라인딩, 핸드워터젯, 고압수 세척기 등으로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계와, 상기 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 콘크리트 구체의 제거된 부위에 앵커 홀을 천공하는 단계와, 천공된 상기 앵커 홀을 이용하여 상기 보강패널을 설치하는 단계와, 설치된 상기 보강패널 주위를 씰링하는 단계와, 씰링 후 콘크리트 구체와 상기 보강패널의 틈을 상기 불연성 조성물을 이용하여 주입하는 단계와, 주입 후 마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함한다.
상기 씰링에 사용되는 물질은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 실리콘계 씰링재, 에폭시계 실링재, 상기 특수 혼화제 등을 사용할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 불연성 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
불연성 무기 결합재 15중량% 및 특수 혼화제 85중량%를 첨가하여 강제식 믹서에 2분간 교반하여 불연성 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 불연성 무기 결합재는 알루미나 분말 40중량%, 고로슬래그 25중량%, 흑운모 10중량%, 질석 5중량%, 산화마그네슘 5중량%, 규산소다 5중량%, 수산화 알루미늄 5중량%, 산화티탄 2중량%, 카본블랙 2중량% 및 칼슘 실리케이트 1중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1중량%, 요소 수지 1중량%, 염소화 파라핀 1중량%, 제올라이트 1중량% 및 수축저감제 0.5중량%, 소포제 0.2중량% 및 감수제 0.3중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 수축저감제는 폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제를 사용하였고, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였으며, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다.
<실시예 2>
불연성 무기 결합재 15중량% 및 특수 혼화제 85중량%를 첨가하여 강제식 믹서에 2분간 교반하여 불연성 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 불연성 무기 결합재는 알루미나 분말 40중량%, 고로슬래그 25중량%, 흑운모 10중량%, 질석 5중량%, 산화마그네슘 5중량%, 규산소다 5중량%, 수산화 알루미늄 5중량%, 산화티탄 2중량%, 카본블랙 2중량% 및 칼슘 실리케이트 1중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 90중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 4중량%, 요소 수지 2중량%, 염소화 파라핀 2중량%, 제올라이트 1중량% 및 수축저감제 0.5중량%, 소포제 0.2중량% 및 감수제 0.3중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 수축저감제는 폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제를 사용하였고, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였으며, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다.
<실시예 3>
불연성 무기 결합재 15중량% 및 특수 혼화제 85중량%를 첨가하여 강제식 믹서에 2분간 교반하여 불연성 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 불연성 무기 결합재는 알루미나 분말 40중량%, 고로슬래그 25중량%, 흑운모 10중량%, 질석 5중량%, 산화마그네슘 5중량%, 규산소다 5중량%, 수산화 알루미늄 5중량%, 산화티탄 2중량%, 카본블랙 2중량% 및 칼슘 실리케이트 1중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 85중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 6중량%, 요소 수지 3중량%, 염소화 파라핀 3중량%, 제올라이트 2중량% 및 수축저감제 0.5중량%, 소포제 0.2중량% 및 감수제 0.3중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 수축저감제는 폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제를 사용하였고, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였으며, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에 따라 제조된 불연성 조성물에 유리섬유 메쉬를 함침한 후 압출성형하여 보강패널을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 2에 따라 제조된 불연성 조성물에 유리섬유 메쉬를 함침한 후 압출성형하여 보강패널을 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물에 유리섬유 메쉬를 함침한 후 압출성형하여 보강패널을 제조하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 6의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시한다. 후술하는 비교예 1 및 비교예 2는 실시예들의 특성과 단순히 비교하기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.
<비교예 1>
알루미나 분말 15중량% 및 아크릴 에멀젼 85중량%를 첨가하여 강제식 믹서에 2분간 교반하여 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 유리섬유 메쉬를 함침한 후 압출성형하여 보강패널을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 6의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예들의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널, 비교예 1에 따라 제조된 조성물 및 비교예 2에 따라 제조된 보강패널의 물리적 특성을 비교하기 위하여, KS M 3015에 의하여 인장강도시험을 수행하였으며, KS M 3734에 의하여 압축강도, 휨강도 및 부착강도 시험을 수행하였고, KS M 3015에 의하여 난연성 시험을 실시하였으며, 보강패널에 대해서는 KS M 3006에 의하여 인장강도, 인장탄성계수 및 신률을 측정하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2

강도
(kgf/㎠)		 인장 365 377 385 - - - 320 -
압축 910 950 998 - - - 850 -
휨 430 450 460 - - - 410 -
부착 22 23 23 - - - 21 -
인장성능 인장(kgf/㎠) - - - 770 780 802 - 750
인장탄성계수(×105kgf/㎠) - - - 3.5 3.8 4.0 - 3.0
신률(%) - - - 2.5 4 5.6 - 2
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물의 휨, 압축, 인장 및 접착강도는 비교예 1에 따라 제조된 조성물보다 월등히 높았다.
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널이 비교예 2에 따라 제조된 보강패널과 비교하여 인장, 인장탄성계수 및 신률 면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널, 비교예 1에 따라 제조된 조성물 및 비교예 2에 따라 제조된 보강패널을 KS M 3305에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 0.75 0.85 0.92 0.95 1.0 1.02 1.1 1.18
위의 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널은 비교예 2에 따라 제조된 보강패널에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널, 비교예 1에 따라 제조된 조성물 및 비교예 2에 따라 제조된 보강패널을 ASTM D 4060-10에 의한 내마모성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2
내마모성(mg) 22 24 25.5 26 28 29.5 30 40
위의 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 내마모성이 우수함을 알 수 있었다.
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널은 비교예 2에 따라 제조된 보강패널에 비하여 내마모성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널, 비교예 1에 따라 제조된 조성물 및 비교예 2에 따라 제조된 보강패널을 일본 공업 규격 원안 [콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]에 준하여 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험의 측정결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2
중량변화율
(%)		 염산 -0.3 -0.3 -0.4 -0.2 -0.2 -0.3 -0.8 -0.6
황산 0 -0.1 -0.2 0 0.05 0.05 -0.5 -0.3
수산화나트륨 0.9 0.8 0.65 0.92 0.95 0.95 0 0.2
위의 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널은 비교예 2에 따라 제조된 보강패널에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물, 실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널, 비교예 1에 따라 제조된 조성물 및 비교예 2에 따라 제조된 보강패널을 KS F ISO 1182에 규정한 방법에 따라 불연성 시험의 측정 결과를 아래의 표 5에 나타내었다. 표 5는 불연성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 중량변화율, 온도편차 및 시험 후 외관 상태를 관찰한 결과를 표시한 것이다. KS 규격의 기준은 중량변화율 30% 이하, 온도편차 20K 이하이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 3 실시예 3 실시예 6 비교예 1 비교예 2
중량변화율(%) 7.7 8.9 9.5 11 11.8 12.1 13.1 15.6
온도편차(K) 1.8 2.0 2.0 2.5 2.8 3.0 12.1 13.3
시험 후 외관 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음
위의 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 불연성 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물에 비하여 불연성능이 월등히 높으므로 불연성이 향상된 것을 알 수 있었다.
실시예 4 내지 실시예 6에 따라 제조된 보강패널은 비교예 2에 따라 제조된 보강패널에 비하여 불연성능이 월등히 높으므로 불연성이 향상된 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 특수 혼화제 20∼90중량%를 포함하며,
    상기 특수 혼화제는 아크릴 에멀젼 40∼95중량%, 폴리염화비닐 에멀젼 1∼40중량%, 요소 수지 1∼30중량%, 염소화 파라핀 1∼30중량% 및 제올라이트 0.01∼30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불연성 무기 결합재는,
    알루미나 분말 5∼60중량%, 고로슬래그 5∼30중량%, 흑운모 1∼20중량%, 질석 1∼20중량%, 산화마그네슘 1∼20중량%, 규산소다 0.01∼10중량%, 수산화 알루미늄 0.01∼10중량%, 산화티탄 0.01∼10중량%, 카본블랙 0.01∼5중량% 및 알칼리금속 실리케이트 0.01∼15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 특수 혼화제는,
    폴리스티렌을 스티렌모노머에 용해시킨 수축저감제 0.01∼20중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 특수 혼화제는 비스페놀 에멀젼 0.1∼15중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 특수 혼화제는 오가노 알콕시 실란 0.1∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 특수 혼화제는 에틸렌초산비닐 에멀젼 0.01∼15중량%을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 특수 혼화제는 폴리에테르설폰 수지 0.1∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 조성물.
  8. 불연성 무기 결합재 10∼80중량% 및 특수 혼화제 20∼90중량%을 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 믹싱하여 제1항에 기재된 불연성 조성물을 제조하는 단계;
    상기 불연성 조성물에 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 섬유를 함침하는 단계; 및
    함침된 섬유를 압출성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강패널의 제조방법.
  9. 불순물, 레이턴스 또는 열화된 부위를 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
    콘크리트 구체의 제거된 부위에 제8항에 기재된 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 제1항에 기재된 불연성 조성물을 도포하는 단계;
    도포된 상기 불연성 조성물 상부에 상기 보강패널을 압착부착하는 단계;
    압착부착된 상기 보강패널 주위를 씰링 및 마감하는 단계; 및
    마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강공법.
  10. 불순물, 레이턴스 또는 열화된 부위를 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
    콘크리트 구체의 제거된 부위에 제8항에 기재된 보강패널의 제조방법으로 제조된 보강패널을 부착하기 위하여 앵커 홀을 천공하는 단계;
    천공된 상기 앵커 홀을 이용하여 상기 보강패널을 설치하는 단계;
    설치된 상기 보강패널 주위를 씰링하는 단계;
    씰링 후 콘크리트 구체와 상기 보강패널의 틈을 제1항에 기재된 불연성 조성물을 이용하여 주입하는 단계; 및
    주입 후 마감된 부위에 상기 불연성 조성물을 마감도장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강공법.
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