KR101351382B1 - 자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기치유 보수 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것으로, 그 목적은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열 부위를 플라이애쉬, 벤토나이트 및 PVA를 사용하여 균열방지 및 균열발생 후에는 크기별로 봉합토록 하는 보수 모르타르 조성물과, 이 보수 모르타르 조성물과 함께 무기계 표면보호재를 복합 사용하여 외부 침입하는 열화인자를 차단하고 백화현상을 차단 또는 최소화함으로써 타설 후 보수 표면의 미관을 수려하게 유지할 수 있는 보수 공법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 시멘트 10.0∼35.0 wt%, 플라이애쉬 4.9∼23.0 wt%, 벤토나이트 1.0∼2.0 wt%, PVA(폴리비닐알콜) 0.1∼0.4 wt%, 멜라민계 유동화제 0.09∼0.3 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1∼0.3 wt%, 증점제 0.01∼0.1 wt%, 골재 40.0 ~ 65.0wt%로 이루어진 자기치유 보수 모르타르 조성물과 이를 이용한 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 발명의 특징으로 한다.

Description

자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법{Concrete repairing method using self-healing repair mortar composite}
본 발명은 자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것으로, 자세하게는 플라이애쉬, 벤토나이트 및 섬유보강재를 복합적으로 사용하여 외부의 열악한 환경에 의해서 발생하는 보수 모르타르의 균열을 억제하고, 보수 후 균열 발생시 다중으로 균열을 봉합하여 자기치유할 수 있는 보수 모르타르 조성물과, 이 자기치유 보수 모르타르 조성물과 함께 무기계 표면보호재를 복합 사용하여 균열발생 부위 보수 표면에서 발생할 수 있는 탄산화 및 백화 현상을 차단 또는 최소화하여 보수 모르타르의 타설 후 표면 미관을 수려하게 하는 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
건축 또는 토목 구조물의 구축에 이용되는 콘크리트는 시멘트, 물, 골재 등을 포함하며, 수화반응에 의해 경화되는 성질을 가져 건축재로서의 품질이 좋고, 경제적이며, 반영구적이기 때문에 거의 오천년의 역사를 가지고 건설재료에 사용되고 있다.
다만, 품질이 낮은 콘크리트를 사용하거나, 외부의 열악한 온도 변화나 기후 변화 등의 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우, 응력이 작용하여 체적 변화가 생기면 균열이 발생하기 쉽다는 구조적 단점도 함께 가지고 있다. 만약 균열이 발생하면 물이 콘크리트의 균열을 통해 침입하기 쉬워지고, 누수 등의 원인이 되어 콘크리트 구조물의 내구성이 현저히 떨어지고, 미관이 악화된다는 문제점이 발생한다.
예를 들어 해안에 노출된 콘크리트 구조물은 해수가 가지고 있는 염소 이온이 콘크리트 내에 침투하면 철근에 있는 부동태 피막이 없어지면서 부식을 일으키게 되고, 오염이 심한 대기에 노출된 콘크리트는 외부로부터 탄산 가스가 침입하여 시멘트 수화물과 작용하여 콘크리트 표면을 중성화로 유도하여 결국에는 철근의 부식의 원인이 된다. 그 이외에도 공장의 폐수 및 생활하수 등에 의하여 황산가스 및 박테리아 등이 콘크리트 내에 침투하고, 이것이 철근부식 및 콘크리트 내부의 철근이 부식하면 부피가 팽창하여 콘크리트 구조물의 균열 및 단면 탈락을 유도하게 된다. 이처럼 외부로부터 침입한 여러 가지 열화 인자에 의하여 콘크리트가 팽창하게 되면 결국에는 단면이 탈락하여 붕괴의 원인이 될 수 있다.
콘크리트 구조물이 균열과 같은 손상이 많이 일어나게 되면 추가적인 내구성 저하를 막기 위해 통상 보수 모르타르 등을 이용하여 보수하게 된다. 하지만 보수 모르타르 역시 열악한 환경에 노출되기 때문에 보수 후에도 하자가 빈번히 발생하고 있다. 만약 보수 모르타르로 보수 후 또 다시 하자가 발생하면 재보수를 해야 하는데, 기존 구조물의 재보수를 위한 치핑, 다양한 보수재료에서 발생하는 이물질 등이 추가적으로 발생하기 때문에 재보수 공사는 그 시공이 복잡하고, 시공비가 증가하며 품질 관리에 어려움이 있다는 단점이 있다.
따라서 보수 후에 하자를 최소화하기 위해서는 보수 모르타르의 내구성이 우수하고, 특히 보수 모르타르의 균열을 최소화하고, 균열 발생을 억제할 수 있는 기능을 갖는 자기치유 보수 모르타르의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 종래 보수 모르타르를 이용한 보수 시공시 발생하는 또 다른 문제점으로는 보수 모르타르 표면이 공기 중의 유해한 탄산가스와 만나 시멘트의 알칼리 성분이 산화되면서 탄산화(중성화)되어 보수 모르타르의 내구성을 저해한다는 점과, 보호 모르타르를 구성하는 시멘트에 포함된 성분 중 유리석회(Free Lime)로 인하여 보수 표면에 흰색 얼룩 즉, 백화현상이 발생하여 보수 표면 미관이 좋지 못하다는 단점이 있어서, 이를 함께 해결할 수 있는 보수 공법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1255115(2013.04.10.) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0913255(2009.08.13.) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1168693(2012.07.19.) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0635464(2006.10.11)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열 부위를 플라이애쉬를 사용하여 포졸란 반응과정에서 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄이도록 하여 균열을 통해서 침입할 수 있는 각종 열화물질을 차단함으로써 열화 원인을 제거하여 균열 발생을 최대한 억제하고, 보수 부위에 재차 균열 발생시에는 무기계 모르타르 조성 분말원소의 미세 입자 공간에 침투해 있던 콜로이드 분산액 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 누출되어 균열을 봉합토록 하고, PVA를 사용하여 균열발생 전에는 지속적으로 인장강도를 증진시키는 역할을 하고, 주변에 미세 균열발생시에는 균열부위에 유입된 수분과 반응하여 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 미세 균열을 봉합토록 하는 다중 봉합작용에 의한 자기치유 보수 모르타르 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 자기치유 보수 모르타르 조성물과 함께 무기계 표면보호재를 복합 사용함으로써 균열발생시 다중 봉합에 의한 자기치유 보수 능력과 함께 외부에서 침입하는 열화인자 및 탄산칼슘의 침입을 차단하여 탄산화를 방지하면서 철근부식을 근본적으로 제거하여 내구성을 증진시킴과 동시에 시멘트의 유리석회(Free Lime)로 인해 발생하는 보수 모르타르 표면의 백화현상을 차단 또는 최소화함으로써 타설 후 보수 표면의 미관을 수려하게 유지할 수 있는 보수 공법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 모르타르 조성물에 있어서,
시멘트 10.0∼35.0 wt%, 플라이애쉬 4.9∼23.0 wt%, 벤토나이트 1.0∼2.0 wt%, PVA(폴리비닐알콜) 0.1∼0.4 wt%, 멜라민계 유동화제 0.09∼0.3 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1∼0.3 wt%, 증점제 0.01∼0.1 wt%, 골재 40.0 ~ 65.0wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기치유 보수 모르타르 조성물을 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 PVA(폴리비닐알콜)는 길이가 0.15mm 이하이고 지름이 18μm 이하인 것을 사용할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 골재는 크기가 0.6 ~ 0.85mm인 규사 5호사 20.0 ~ 30.0wt%와 크기가 0.21 ~ 0.60mm인 규사 6호사 20.0 ~ 35.0 wt%로 조성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 자기치유 보수 모르타르 조성물은 물과 100 : 16.0 ~ 20.0의 무게비로 배합되어 모르타르를 제조할 수 있다.
본 발명은 다른 실시양태로, 콘크리트 구조물의 보수 방법에 있어서,
손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하는 단계와;
이후 고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계와;
이후 세척된 손상부위에 상기 자기치유 보수모르타르 조성물을 물과 혼합하여 자기치유 보수 모르타르를 타설함으로써 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계와;
이후 자기치유 보수모르타르를 양생시키는 단계와;
이후 양생된 자기치유 보수모르타르 표면에 무기계 표면보호재를 도포하여 탄산화를 방지하고 외부 침입 열화 인자를 차단하는 능력을 가지게 보수하는 단계와;
이후 무기계 표면보호재를 양생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 무기계 표면보호재는 보통 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%, 알루미나 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%, 아크릴계 폴리머 분말 0.1 ~ 1.0 wt%, 탄산칼슘 10.0 ~ 25.0 wt%, 멜라민계 유동화제 0.09 ~ 0.4 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1 ~ 0.4 wt%, 소포제 0.01 ~ 0.2 wt%, 안료 1.0 ~ 3.0 wt% 및 골재 20 0 ~ 40 0 wt%로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 자기치유 보수 모르타르를 타설하여 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계는,
플라이애쉬를 이용하여 포졸란 반응과정에서 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄여 균열을 방지하는 단계와;
PVA를 이용하여 균열발생 전에는 지속적으로 인장강도를 증진시키는 역할을 하고, PVA 주변에 0.15㎜ 이하의 미세 균열 발생시에는 균열부위로 유입된 수분과 반응하여 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 봉합토록 하는 단계와;
벤토나이트를 이용하여 0.15㎜ 보다 큰 균열 발생시는 무기계 모르타르 조성 분말 원소의 미세 입자 공간에 침투해 있던 콜로이드 분산액 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 누출되어 균열을 봉합토록 하는 단계;로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 보수 모르타르 조성물을 이용해 균열이 발생된 콘크리트 구조물을 보수시 플라이애쉬를 사용하여 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄이는 역할을 하여 균열을 통해서 침입할 수 있는 각종 열화물질을 차단함으로써 열화 원인을 제거하여 균열 발생을 최대한 억제할 수 있고, 보수 부위에 재차 균열 발생후 수분 또는 대기가 유입시 보수 모르타르 조성물을 구성하는 PVA(폴리비닐알콜) 및 벤토나이트가 보수 후 발생하는 균열 크기에 따라 PVA(폴리비닐알콜)주변의 미세 균열 부위는 대기중의 이산화탄소 유입시 시멘트의 Ca 성분을 이용 탄산칼슘을 생성하여 공극을 봉합토록 하고, 이보다 큰 균열 부위는 콜로이드 상태의 벤토나이트가 추가적인 수분을 공급받아 팽창하여 봉합토록 함으로써 기후변화 및 시공 능력부족으로 발생하는 균열부위에서 팽창하거나 탄산칼슘을 형성해 스스로 공극을 메워 다중 봉합할 수 있다는 장점과,
또한 본 발명은 보수 모르타르 조성물을 이용해 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 시공시 미연에 열화 원인을 제거함으로서 추가적인 균열을 방지하여 보수 모르타르의 시공 후 내구성 및 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시켜 기존의 콘크리트 구조물의 보수방법에 비해서 하자 발생 원인이 현저히 줄어든다는 장점과,
또한 보수 모르타르 조성물과 함께 시공되는 무기계 표면보호재는 외부에서 침입하는 열화인자는 물론이고, 탄산칼슘의 침입을 중단시켜 중성화를 방지할 수 있다는 장점과,
또한 보수 모르타르 조성물과 함께 시공되는 무기계 표면보호재는 보수 모르타르 성분 중 시멘트에 포함된 일부 유리석회(Free Lime) 성분에 포함된 CaO 때문에 발생하는 백화현상(얼룩)을 차단 또는 최소화함으로써 보수 모르타르 타설 후의 미관을 수려하게 할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 자기치유 보수모르타르 보수공법을 보인 순서도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 자기치유 보수모르타르 균열형태를 보인 사진이며,
도 3은 일반적인 무기계보수재의 양생후 표면에 백화현상이 발생한 사진이며
도 4는 본 발명에 따른 무기계 표면보호재의 양생후 표면 사진이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 보수모르타르는 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 자기치유 보수모르타르로서 이를 구성하는 조성원소는 결합재인 시멘트 10.0 ~ 35.0 wt%와, 혼화재로 플라이애쉬 4.9 ~ 23.0 wt%, 벤토나이트 1.0 ~ 2.0 wt%, 섬유보강재인 PVA(폴리비닐알콜) 0.1 ~ 0.4 wt%, 혼화제로 멜라민계 유동화제 0.09 ~ 0.3 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1 ~ 0.3 wt%, 증점제 0.01 ~ 0.1 wt%, 골재 40.0 ~ 65.0 wt%로 이루어진다.
상기 결합재인 시멘트는 골재들을 결합시키고 모르타르의 강도를 증진시키는 역할을 한다. 상기와 같이 수치를 한정한 이유는 10.0 wt%보다 작게 투입되면 시멘트가 골재를 결합하는 능력이 현저히 떨어지므로, 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 있고 35.0 wt% 보다 많이 투입되면 가격이 높아지고 건조수축이 크게 발생할 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
상기 플라이애쉬, 벤토나이트는 본 발명에서 혼화재로 사용되는 조성원소로 플라이애쉬는 4.9∼23.0 wt%, 벤토나이트는 1.0∼2.0 wt%로 투입된다.
먼저 플라이애쉬는 포졸란 반응에 의해서 생성된 생성물이 시멘트의 수화물인 C-S-H와 반응해서 지속적으로 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄이는 역할을 하는 조성원소로, 공극의 연속성을 떨어뜨리기 때문에 외부에서 침투하는 물, 증기 등의 열화물질의 이동을 억제하는 역할을 수행한다.
상기와 같이 수치를 한정한 이유는 4.9 wt%보다 작게 투입되면 포졸란 반응이 저하되어서 수화물의 생성량이 줄어들어서 콘크리트 내의 공극을 메우는 기능이 떨어지는 문제점이 있고 23.0 wt% 보다 많이 투입되면 수화반응이 늦어지면서 초기강도가 저하되는 문제점이 있기 때문이다. 이러한 조성 범위를 가지는 포졸란 반응에 사용되는 포졸란 재료는 그 자체가 수화하지 않고 Ca(OH)2,알칼리 등을 첨가하는 것에 의해 수화하여 경화하게 된다. 수화생성물은 C-S-H, C3A·CaCO3·12H2O(C4AH13),C2ASH8이고, 장기적으로는 hydrogarnet을 생성한다. 포졸란 재료의 생성수화물은 보통 포틀랜드 시멘트의 경우와 거의 동일하나, 생성하는 C-S-H의 Ca/Si비는 포틀랜드시멘트 경우보다 낮다. 포졸란 재료 중의 SiO2,Al2O3는 공급되는 알칼리의 공급량이 많을수록 수화물의 생성량이 많아지고, 생성되는 칼슘도 많아지게 된다. 알칼리 공급량이 적은 경우에는 그 반대로 된다. 수화작용이 활발해 지면 자체의 Ca(OH)2생산량이 증가하고, 수화작용 속도가 증가하면 Ca(OH)2의 소비속도도 증가하게 된다. 일반적으로 포졸란 재료는 반응 직후에 잠재 수경성을 가지고 있지만 알루미나 실리케이트의 결정체가 형성되면서 초기의 수화반응을 지연시킨다.
또한 상기 벤토나이트는 백색-염갈색의 미세한 분말로 팽윤력이 우수한 조성원소이다. 상기와 같이 수치를 한정한 이유는 1.0 wt%보다 작게 투입되면 분말 원소의 미세 입자 공간에 침투해 있던 콜로이드 분산액 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 누출되어 균열을 봉합 능력이 감소하는 문제점이 있고 2.0 wt% 보다 많이 투입되면 팽창력이 증가하면서 균열을 유발할 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
구체적으로 벤토나이트는 광산에서 채굴한 원광을 자연광 또는 가열건조하여 그것을 분쇄, 분리 정제하든지 물 침적, 건조, 분쇄해서 얻어진다. 벤토나이트는 콜로이드성 함수 실리콘 알루미늄이며, 몬모리로나이트가 주성분으로 약 90%를 차지한다. 그 외 석영, 장석, 운모, 비석, 방해석 등을 함유한다. 분쇄 입자도는 이물질이 벤토나이트의 품질을 좌우한다. 벤토나이트는 얇은 판상 결정층 사이의 물을 흡수해서 팽윤하고 또 물에 분산되어 높은 구조 점성을 나타내는 콜로이드 분산액을 생성한다. 이러한 팽윤성을 가지는 벤토나이트를 본 발명 보수 모르타르 조성물의 조성원소로 사용함으로써 물과 혼합하여 모르타르 상태로 시공후 시간이 지남에 띠라 건조되면 벤토나이트가 무기계 분말의 미세 입자에 침투해서 분말 상태를 유지하다가 균열에 의해 수분이 유입되면 콜로이드 상태를 변하여 균열 부위로 누출되면서, 균열을 봉합하는 자기치유 능력을 갖게 된다. 또한 완전 건조 전이라고 하면 약간의 콜로이드 상태를 유지하다가 다시 팽창된 콜로이드 상태로 변하면서 균열 공극을 봉합하게 된다.
이와 같은 벤토나이트는 본 발명 자기 치유 보수 모르타르에서 비교적 균열의 크기가 큰(0.15㎜ 초과)의 경우에 우수한 효과를 구비한다.
상기 섬유보강재로 사용되는 PVA(폴리비닐알콜)는 보수 모르타르의 자기치유 능력 및 인장강도를 증진시키는 역할을 하는 조성원소로, 균열 발생을 억제하고, 균열이 발생된 후에도 균열 폭을 감소시키는 역할을 하기 때문에 자기치유 보수 모르타르의 내구성을 향상시키는 역할을 하게 된다.
상기에서 수치를 한정한 이유는 0.02 wt%보다 작게 투입되면 균열을 봉합할 수 있는 기능이 현저히 떨어지는 문제점이 있고 0.4 wt% 보다 많이 투입되면 유동성이 떨어지면서 시공성이 저하되는 문제점이 있기 때문이다.
또한 본 발명에서 사용되는 PVA(폴리비닐알콜)는 길이가 0.15mm 이하이고 지름이 18μm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로 PVA는 기본적으로 보수 모르타르의 균열발생 원인이 되는 인장강도를 증진시키고, 균열발생을 억제함으로써 균열발생 빈도를 억제하는 역할을 하지만, 추가적으로 균열이 발생한 부위로 Calcite(CaCO3)을 생성시켜서 균열을 봉합하는 역할을 하게 되는데, 이러한 경우에는 지속적으로 습기가 제공되는 경우에 효과가 증가한다. 즉, 상기 PVA는 보수모르타르 내부에서 발생하는 수화물과 외부에서 침입하는 탄산가스가 PVA 근처에 균열이 발생시 서로 반응해서 탄산염을 발생시키고, 이것이 PVA 부근 균열을 따라서 하얀 겔 타입 Calcite(CaCO3)가 형성되면서 탄력적으로 균열을 봉합하는 역할을 하게 된다. 이와 같은 PVA는 본 발명의 자기 치유 보수모르타르에서 비교적 균열의 크기가 작은(0.15㎜ 이하) 경우에 우수한 효과를 구비한다.
상기 혼화제로 사용되는 멜라민계 유동화제는 자기치유 보수모르타르의 유동성을 유지시키고 타설시에 시공성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 모르타르 조성물을 물과 배합시 물의 사용량을 줄여줌으로써 강도 증진 및 내구성 증진에 기여하게 된다. 이때 멜라민계 유동화제의 사용량이 0.09 wt%보다 적을 경우에는 유동화 효과 및 감수 효과가 저하되고, 0.3 wt%를 초과하면 모르타르의 유동성이 증가함으로 골재분리가 발생하고, 골재와 시멘트 간의 결합력이 저하될 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.
또한 혼화제로 사용되는 나프탈렌계 유동화제는 상기 멜라민계 유동화제에 비해서 가격 경쟁력이 우수하고, 성능이 유사한 특징이 있다. 이때 나프탈렌계 유동화제의 사용량이 0.09 wt%보다 적을 경우에는 유동화 효과 및 감수 효과가 저하되고, 0.3 wt%를 초과하면 모르타르의 유동성이 증가함으로 골재분리가 발생하고, 골재와 시멘트 간의 결합력이 저하될 수 있다는 문제가 발생할 수 있다
또한 증점제는 자기치유 보수모르타르의 응집력을 증진시켜서 골재분리를 방지 하고, 분산성을 확보하는 역할을 하게 된다. 본 발명에서 사용하는 증점제는 통상의 증점제를 사용하면 충분하다. 다만 실시예에서 사용한 증점제는 삼성정밀화학에서 생산하는 HPMC50을 사용하였다. 이때 증점제의 사용량이 0.01 wt%보다 적을 경우에는 응집력이 떨어져 골재가 분리될 수 있고, 0.1 wt%를 초과하면 너무 점도가 높아져 유동성이 저하될 수 있다는 문제가 있다.
상기 골재는 규사 40.0 ~ 65.0 wt%로 혼입하는데, 규사의 크기별 비율은 5호사(0.6 ~ 0.85mm) 20.0~ 30.0wt%, 6호사(0.21 ~ 0.60mm) 20.0 ~ 35.0 wt%로 균일하게 배분해서 자기치유 보수 모르타르의 조직을 치밀하게 하며, 균일성을 유지함으로서 강도 및 내구성 성능을 향상시킨다. 이와 같이 두 개의 서로 다른 사이즈를 사용함으로서 공극을 최소화할 수 있어서 균열 발생을 낮출 수 있다.
한편, 도 1은 본 발명에 따른 자기치유 보수모르타르 조성물을 이용한 보수공법의 시공순서를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기치유 보수모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수방법은 우선적으로 손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하는 단계(S100)와;
이후 고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계(S200)와;
이후 세척된 손상부위에 분산성이 우수한 믹서기를 이용하여 상기 자기치유 보수모르타르 조성물을 물과 혼합한 후에 손상된 부위에 자기치유 보수 모르타르를 타설함으로써 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S300)와;
이후 자기치유 보수모르타르를 양생시키는 단계(S400)와;
이후 양생된 자기치유 보수모르타르 표면에 무기계 표면보호재를 도포하여 탄산화를 방지하고 외부 침입 열화 인자를 차단하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S500)와;
이후 무기계 표면보호재를 양생시키는 단계(S600);로 이루어진다.
상기에서 고압수라 함은 압력이 150 ~ 200kgf/cm2인 것을 말한다.
상기 자기치유 모르타르 조성물과 물과의 혼합비는 100(모르타르 조성물) : 16.0 ~ 20.0(물)의 무게비 이다.
상기 무기계 표면보호재와 물과의 혼합비는 100 : 40 ~ 45의 무게비로 하면 바람직하다.
상기 자기치유 보수 모르타르를 타설하여 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S300)는,
플라이애쉬를 이용하여 포졸란 반응과정에서 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄여 균열을 방지하는 단계와;
PVA를 이용하여 균열발생 전에는 지속적으로 인장강도를 증진시키는 역할을 하고, PVA 주변에 0.15㎜ 이하의 미세 균열 발생시에는 균열부위로 유입된 수분과 반응하여 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 봉합토록 하는 단계와;
벤토나이트를 이용하여 0.15㎜ 보다 큰 균열 발생시는 무기계 모르타르 조성 분말 원소의 미세 입자 공간에 침투해 있던 콜로이드 분산액 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 누출되어 균열을 봉합토록 하는 단계;로 이루어진다.
상기 자기치유 보수모르타르 조성물은 전술한 조성물과 같으므로 중복 설명은 생략한다.
상기 본 발명의 콘크리트 구조물 보수 공법에 사용되는 무기계 표면보호재는 손상된 콘크리트 구조물을 상기 자기치유 보수모르타르와 함께 사용되는 것으로, 1차로 자기치유 보수모르타르에 의해 균열을 봉합하여 복구한 부분에 대하여 탄산화 방지 및 외부에서 콘크리트 내부로 침입하는 불순물을 방지하기 위해서 도포되어 마감하는 보호재이다. 주된 조성 성분은 알루미나 시멘트와 채움재가 주성분으로 이루어져 있으며, 혼화제와 잔골재를 혼합하여 무기질로만 이루어진 표면보호재이다. 이와 같은 무기계 표면보호재는 부착력이 우수하고 외부로부터 침입하는 열화인자를 막아주는 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 무기계 표면보호재는 결합재 40.0 ~ 60.0 wt%, 아크릴계 폴리머 분말 0.1 ~ 1.0 wt%, 채움재로 탄산칼슘 10.0 ~ 25.0 wt%, 혼화제 0.2 ~ 1.0 wt%, 안료를 1.0 ~ 3.0 wt% 및 골재 20 0 ~ 40 0 wt%로 이루어진다.
구체적으로 상기 결합재로 보통 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%, 알루미나 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%로 이루어지도록 한다. 특히 본 발명에 사용되는 알루미나 시멘트는 주요 화학성분이 Al2O3가 37wt%, CaO가 41wt%, Fe2O3가 18wt%를 포함하고 있어 보통 시멘트에 비해서 CaO의 함량이 적고, Al2O3의 함량이 높은 편이다. 따라서 알루미나 시멘트는 보통 시멘트와 다르게 유리석회(Free Lime)를 생성시키지 않기 때문에 일반적인 무기계 표면보호재가 가지고 있는 백화 현상을 최소화 할 수 있으며, 내화학성을 향상시킬 수 있다. 그리고 경화가 촉진되기 때문에 조기에 강도를 확보 할 수 있는 장점이 있다.
상기에서 보통 시멘트의 수치를 한정한 이유는 20 wt%보다 작게 투입되면 결합력이 떨어져서 골재분리가 일어날 수 있는 문제점이 있고 30 wt% 보다 많이 투입되면 백화 현상이 심하게 발생하는 문제점이 있기 때문이다.
상기에서 알루미나 시멘트의 수치를 한정한 이유는 20 wt%보다 작게 투입되면 백화현상을 감소시키기에 한계가 될 수 있는 문제점이 있고 30 wt% 보다 많이 투입되면 알루미나 시멘트의 가격이 높기 때문에 경제성이 현저히 저하되는 문제점이 있기 때문이다.
상기 아크릴계 폴리머 분말은 부착력을 향상시키고, 공극을 최소화하기 위한 것으로 사용되는 것으로, 수치를 한정한 이유는 0.1 wt%보다 작게 투입되면 부착력을 증진시키는 기능이 현저히 떨어지는 문제점이 있고 1.0 wt% 보다 많이 투입되면 경제성이 떨어져서 표면보호재의 가격이 높아지는 문제점(아크릴계 폴리머 분말은 고가임)이 있기 때문이다.
상기 탄산칼슘은 주로 특징적인 기능보다는 충전재 역할을 하는 목적으로 사용되는 것으로, 수치를 한정한 이유는 10 wt%보다 작게 투입되면 일정한 무게를 채우기 위해서 다른 값비싼 분말 자재를 보충해야 함으로 경제성이 떨어지는 문제점(탄산칼슘의 가격이 상대적으로 저렴함)이 있고 25 wt% 보다 많이 투입되면 상대적으로 다른 자재의 투입량이 줄어지므로서, 본 발명에서 투입되는 다른 자재가 가지고 있는 특정 기능이 저하되는 문제점이 있기 때문이다
상기 혼화제로 사용되는 멜라민계 유동화제는 무기계 표면보호재의 유동성을 유지시키고 타설시에 시공성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 모르타르 조성물을 물과 배합시 물의 사용량을 줄여줌으로써 강도 증진 및 내구성 증진에 기여하게 된다. 이때 멜라민계 유동화제의 사용량이 0.09 wt%보다 적을 경우에는 유동화 효과가 감소되고 감수 효과가 저하되고, 0.4 wt%를 초과하면 표면보호재가 너무 묽어져서 일정한 두께로 도포하는데 어려움이 있으며, 부착력도 저하될 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.
상기 혼화제로 사용되는 나프탈렌계 유동화제는 상기 멜라민계 유동화제에 비해서 가격 경쟁력이 우수하고, 성능이 유사한 특징이 있다. 이때 나프탈렌계 유동화제의 사용량이 0.1 wt%보다 적을 경우에는 유동화 효과가 감소되고 감수 효과가 저하되고, 0.4 wt%를 초과하면 초과하면 표면보호재가 너무 묽어져서 일정한 두께로 도포하는데 어려움이 있으며, 부착력도 저하될 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.
상기 혼화제로 사용되는 소포제는 무기계 표면보호재의 모르타르 제조시의 거품을 제거하기 위한 것으로, 그 사용량이 0.01 wt%보다 적을 경우에는 기포 제거 효과가 적고, 0.2 wt%를 초과하면 원래 가지고 있는 기능이 저하되어 표면보호재 혼합이 어렵다는 문제가 있다.
상기 안료는 흰색 계열를 사용한다. 상기 수치 한정의 이유는 그 사용량이 1.0 wt%보다 적을 경우에는 색상이 잘 나오지 않고, 3.0 wt%를 초과하면 너무 색상이 엷어진다는 단점이 있다.
상기 골재는 자연사로서 7호사(0.10mm ∼ 0.25mm) 20.0 ∼ 40.0 wt%로 이루어진다. 이러한 골재는 무기계 표면보호재의 조직을 치밀하게 하며, 균일성을 유지함으로서 강도 및 내구성 성능을 향상시킨다.
상기한 공정 단계로 이루어지는 콘크리트 구조물의 보수방법은 시공성이 우수하고, 내구성이 우수하기 때문에 기존의 콘크리트 구조물의 보수방법에 비해서 하자 발생 원인이 현저히 줄어든다. 특히 자기치유 보수모르타르는 자기치유 능력을 보유하고 있으므로서, 기후변화 및 시공 능력부족으로 발생하는 균열을 스스로 치유할 수 있기 때문에 균열을 통해서 침입하는 열화인자를 사전에 방지하고, 내구성이 우수한 보수공법을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.
(실시예 1 내지 5)
이하에 기재된 실시예 1 내지 5는 본 발명의 자기치유 보수 모르타르 조성물의 함량 구간 중 몇 개의 실시예에 따른 각 성분의 함량범위이고, 비교예 1은 본 발명의 실시예와 다르게 벤토나이트, 플라이애쉬 및 PVA를 제외한 상태의 함량범위이다.
[표 1] 자기치유 보수모르타르 조합물의 배합비표
Figure 112013074885785-pat00001

상기 표 1의 기재된 보수 모르타르 조성물은 이하 실시예에서 실험시 보수모르타르 조성물 100 wt% 기준시 물 18wt%를 배합하여 모르타르를 제조한다.
표 2는 본 발명에 따른 보수모르타르 조성물을 물과 함께 배합한 보수 모르타르에 의한 건축 구조물에 시공후 발생된 균열의 자기 치유능력을 알아보기 위해서 100mm X 200mm 실린더 샘플을 만든 후에 수조에서 28일 양생시킨 후에, 만능시험기로 하중을 가해서 샘플이 1mm 변형율을 갖도록 가한 후에, 균열의 개수를 비교하였다.
특히 시험은 건조한 환경, 습식한 환경 그리고 건조와 습한 환경을 반복해서 양생을 하는 세가지 경우를 고려해서 시험을 수행한 후에 결과를 도시한 것이다.
[표 2] 자기치유 보수모르타르 균열시험 결과표
Figure 112013074885785-pat00002

[표 3] 자기치유 보수 모르타르 강도시험 결과표
Figure 112013074885785-pat00003
상기 표 3의 강도시험 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 자기치유 모르타르의 균열 개수는 양생 조건에 따라서 다른 것을 알 수 있다. 배합비와 관계없이 하중 재하 전에 습식 양생을 한 경우에는 균열이 발생하지 않았으나, 건조 양생을 한 경우에는 균열이 1 ~ 7곳 까지 일부 발생하였으며, 습식 및 건조 양생을 반복한 경우에는 1 ~ 5곳으로 건조 양생보다 균열이 다소 감소하였다.
양생 28일 후에 시험체의 변형율이 1% 내에서 하중을 가한 후에 균열의 분포를 양생 50일 후에 조사한 결과, 건조시에는 균열이 39 ~ 48개수가 발생하였으며, 습식의 경우에는 45 ~ 54개수가 발생하였으며, 건조와 습식을 반복해서 양생한 경우에는 38 ~ 49곳으로 조사되었다. 하중을 가해서 균열을 발생시킨 경우에는 양생조건과 관계없이 하중의 정도에 따라서 균열의 개수가 달라지는 것을 알 수 있다.
하중재하 후 100일 양생 후에 균열의 개수를 조사 한 결과에 의하면, 건조시에는 균열이 38~ 47개수로서 양생 50일 전과 큰 차이가 없는 것으로 조사되었으나, 습식의 경우에는 29 ~ 46개수로서 50일 전보다 균열의 개수가 현저히 줄어들었으며(도 2 참조) 건조와 습식을 반복해서 양생한 경우에는 33 ~ 45곳으로 50일 전보다 균열이 감소한 것을 알 수 있다.
따라서 혼화재료인 벤토나이트와 PVA(폴리비닐알콜)섬유가 습윤 환경에서 균열 발생을 억제하고, 자기치유를 통해서 균열이 감소한 것임을 알 수 있다.
KSF 4042 품질기준에서 제시한 보수모르타르의 품질규정에 의하면, 압축강도(N/mm2)가 20 이상, 휨강도(N/mm2)가 6 이상, 부착강도(N/mm2)가 1 이상인 보수모르타르를 사용하도록 규정하고 있다.
본 발명 자기치유 보수 모르타르 조성물의 역학적 특성을 시험한 결과, 압축강도(N/mm2)는 38 ~ 52, 휨강도(N/mm2)가 9.5 ~ 12,5, 부착강도(N/mm2)가 1.5 ~ 2.1로서 혼화재의 혼입량이 증가 할수록 역학적 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.
(실시예 6 내지 10)
이하에 기재된 실시예 6 내지 10은 본 발명의 무기계 표면보호재 조성물의 함량 구간 중 몇 개의 실시예에 따른 각 성분의 함량범위이고, 비교예 2는 본 발명의 실시예와 다르게 일반 시멘트를 사용한 무기계 표면보호재의 함량범위이다.
도 3에 도시된 것과 같이 일반 시멘트만 결합재로 사용하는 무기계 표면보호재는 시멘트의 C2S 와 C3S, C-S-H의 수화물에서 생기는 백화현상으로 인하여 양생된 표면보호재 표면에 흰색 얼룩이 발생하기 때문에 미관이 수려 하지 못한 단점이 있다.
그러나 도 4와 같이 알루미나 시멘트를 사용한 본 발명의 무기계 표면보호재는 알루미나 시멘트에서 유리석회(Free Lime)를 미리 제거하기 때문에 백화 현상이 발생하지 않으면서, 양생 후 표면보호재 표면이 균일한 색깔을 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
상기 무기계 표면보호재의 배합비는 아래의 [표 4]와 같고, 물리적 특성은 [표 5]와 같다.
즉, 아래의 각 표 4에 도시된 바와 같이 실시예 6내지 10에 의한 배합비에 따른 압축강도, 휨강도 및 부착강도는 서로 유사한 것으로 나타났으며, 본 발명의 무기계 표면보호재의 부착력은 1.5 ~ 1.8MPa 로서 우수한 것을 알 수 있다. 따라서 배합비에 따른 표면보호재의 역학적 특성은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
그러나 알루미나 시멘트를 사용한 배합 비교예 2는 위에서 지적한 것와 같이 시멘트의 C2S 와 C3S, C-S-H의 수화물에서 생기는 백화현상으로 인하여 양생된 표면보호재 표면에 흰색 얼룩이 발생하기 때문에 미관이 수려 하지 못한 단점을 알루미나 시멘트를 사용한 실시예 6 ~ 실시예 10은 흰색 얼룩이 발생하지 않으므로서 마감재로 사용이 적합한 것으로 나타났다.
[표 4] 표면보호재의 배합비
Figure 112013074885785-pat00004

[표 5] 표면보호재의 강도시험 결과표
Figure 112013074885785-pat00005

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 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 범위 내에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 콘크리트 구조물의 보수 방법에 있어서,
    손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하는 단계(S100)와;
    이후 고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계(S200)와;
    이후 세척된 손상부위에 시멘트 10.0∼35.0 wt%, 플라이애쉬 4.9∼23.0 wt%, 벤토나이트 1.0∼2.0 wt%, PVA(폴리비닐알콜) 0.1∼0.4 wt%, 멜라민계 유동화제 0.09∼0.3 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1∼0.3 wt%, 증점제 0.01∼0.1 wt%, 골재 40.0 ~ 65.0wt%로 이루어진 자기치유 보수모르타르 조성물을 물과 혼합하여 자기치유 보수 모르타르를 타설함으로써 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S300)와;
    이후 자기치유 보수모르타르를 양생시키는 단계(S400)와;
    이후 양생된 자기치유 보수모르타르 표면에 보통 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%, 알루미나 시멘트 20.0 ~ 30.0 wt%, 아크릴계 폴리머 분말 0.1 ~ 1.0 wt%, 탄산칼슘 10.0 ~ 25.0 wt%, 멜라민계 유동화제 0.09 ~ 0.4 wt%, 나프탈렌계 유동화제 0.1 ~ 0.4 wt%, 소포제 0.01 ~ 0.2 wt%, 안료 1.0 ~ 3.0 wt% 및 골재 20.0 ~ 40.0 wt%로 이루어진 무기계 표면보호재를 도포하여 탄산화를 방지하고 외부 침입 열화 인자를 차단하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S500)와;
    이후 무기계 표면보호재를 양생시키는 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 자기치유 보수 모르타르를 타설하여 균열방지 및 균열 발생시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 가지게 보수하는 단계(S300)는,
    플라이애쉬를 이용하여 포졸란 반응과정에서 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연결을 줄여 균열을 방지하는 단계와;
    PVA를 이용하여 균열발생 전에는 지속적으로 인장강도를 증진시키는 역할을 하고, PVA 주변에 0.15㎜ 이하의 미세 균열 발생시에는 균열부위로 유입된 수분과 반응하여 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 봉합토록 하는 단계와;
    벤토나이트를 이용하여 0.15㎜ 보다 큰 균열 발생시는 무기계 모르타르 조성 분말 원소의 미세 입자 공간에 침투해 있던 콜로이드 분산액 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 누출되어 균열을 봉합토록 하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기치유 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법.
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