KR101492233B1 - 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법 - Google Patents

내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법에 관한 것으로서, 구체적으로는 화학적 침식에 강하고 리바운드가 적으며 내화 성능이 강화된 보수 보강용 모르타르 조성물을 제조하는 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 보수 보강용 모르타르 조성물 및 상기 방법에 의해 제조되는 보수 보강용 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물의 단면을 내화 보수 시공하는 공법을 제공한다.

Description

내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법{Preparation method of mortar composition with chemically resistant and fireproof properties, mortar composition with chemically resistant and fireproof properties prepared by the same, and construction method of concrete structure with fireproof properties using the same}
본 발명은 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법에 관한 것으로서, 구체적으로는 화학적 침식에 강하고 리바운드가 적으며 내화 성능이 강화된 보수 보강용 모르타르 조성물을 제조하는 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 보수 보강용 모르타르 조성물 및 상기 방법에 의해 제조되는 보수 보강용 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물의 단면을 내화 보수 시공하는 공법에 관한 것이다.
일반적으로 건축 및 토목 구조물에 사용되고 있는 콘크리트는 화재 발생시 고온에 노출됨으로써 표면으로부터 파편이 비산되는 폭열 현상이 발생한다. 이러한 폭열 현상은 고온 가열에 의해 콘크리트 내부의 수분이 증발할 때에 내부 조직이 치밀한 고강도 콘크리트의 경우에는 수증기가 배출되는 통기로가 없기 때문에 수증기압이 극단적으로 상승하여 발생되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 폭열 현상은 최근의 대형 오피스 빌딩이나 주방 복합 빌딩 등 초고층 철근 콘크리트 구조물에서 고강도 콘크리트를 사용하기 때문에 더욱 문제시된다.
이와 같은 폭열 현상이 발생되면 피복 콘크리트가 결손됨으로써 구조체 내부 및 철근까지 고온이 전달되어 치명적인 부재의 내력 저하를 초래하여 구조물 붕괴 등 대형 사고를 일으키기도 한다.
이에 따라 전술한 폭열 현상을 방지하기 위한 공법이 다양하게 제안되었으며, 예를 들어 콘크리트 부재의 표면을 박판의 강판으로 피복하는 방법(강판피복방법), 콘크리트 비빔시 용융점이 낮은 유기 재료(유기섬유)를 혼입하여 제조하는 방법(내폭열콘크리트공법), 각종 내화패널을 콘크리트 부재의 표면에 앵커로 부착하는 방법(내화패널부착공법), 각종 내화도료를 콘크리트 부재의 표면에 도포하는 방법(내화도료도포공법) 등이 제안되고 있다.
그러나, 상기 강판피복공법은 복잡한 시공과정과 고비용이 소요되고 화재시 강판이 열에 의해 손상을 입으면 무용지물이 되는 문제가 있고, 상기 내폭열콘크리트공법은 유기섬유의 혼입에 의해 유동성이 저하되어 타설작업이 어려워지는 문제가 있으며, 상기 내화패널부착공법은 시공과정이 복잡하고 고비용이 소요되며 내화패널에 더하여 마감재가 부착되어야 하므로 부재의 단면이 증가하는 문제가 있고, 상기 내화도료도포공법은 시공이 간단하고 부재 단면이 증가될 가능성은 적으나 화재발생시 요구 수준의 내화 성능을 만족시키지 못하는 등의 문제점이 지적되고 있다.
한편, 최근에는 다공질의 내화 모르타르를 구조체 표면에 뿜칠 시공하여 내화층을 형성하는 내화모르타르 뿜칠 공법이 개발되어 광범위하게 사용되고 있는데, 이 공법은 차열 성능이 우수하여 화재에 대한 구조체의 보호 성능이 양호하고 기존의 공법에 비해 거푸집이 필요하지 않으며 형상이 일정하지 않은 개소에도 사용될 수 있어 작업성이 우수한 반면, 다공질이어서 자체 강도가 부족하고 공기나 물과 같은 외부 열화 인자가 침투하기 쉬워 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
이러한 기존 내화 모르타르 뿜칠 공법의 문제점을 해결하기 위한 몇 가지 기술이 제안된바 있다.
그 중에서 대한민국 등록특허 제10-0582840호는 폴리머시멘트모르타르, 단섬유, 내화분말 및 배합수를 일정 비율로 혼합하여 고인성, 고내화성 모르타르 조성물을 제조함으로써 건축 및 토목 구조물의 내구 성능 향상과 화재에 의한 차열성 및 폭열 저항성 등의 내화 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 고인성, 고내화성 혼합 모르타르 조성물을 제안한다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0659458호는 시멘트, 고로슬래그미분말, 석회석미분말 등으로 이루어진 혼화재와 잔골재, 팽창제, 수축 저감제 등으로 이루어진 건조모르타르에 폴리프로필렌 분말, 유리비드, 수지비드 등을 혼합한 흡열물질, 유기섬유, 감수제 및 배합수를 혼합하여 제조된 내화 충전 모르타르를 콘크리트 부재의 표면과 마감 패널 사이에 형성된 공간에 주입 경화시킴으로써 자기 충전에 의해 내화 차열 성능을 발휘하도록 하는 기술을 제안한다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1117634호는 시멘트, 슬래그 및 팽창제를 포함하는 결합재와 실리카 미분말, 규불화염, 황산칼륨을 포함하는 무기염계 첨가제, EVA 수지, PP 수지를 포함하는 보조제, 멜라민계 유동화제, 증점제 등을 포함하는 혼화제 및 골재를 포함하여 이루어지는 내화 모르타르 조성물로서, 상기 무기염계 첨가제를 첨가함으로써 안정적인 내화 성능을 발휘할 수 있으며, 압축강도 및 내구성이 우수하고 고온에 대한 저항성을 향상시킨 기술을 제안한다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1016156호는 결합재, 화이버, 멜라민계 유동화제 및 골재로 이루어진 내화 모르타르를 콘크리트 구조물의 표면에 처리하되, 화이버의 첨가량을 증대시켜 우수한 강도를 부여하고 내화성 및 단열성을 향상시키는 콘크리트 구조물의 내화 공법에 관한 기술을 제안한다.
이와 같이, 종래의 대부분의 기술들은 기존에 알려진 내화 콘크리트 조성 중에서 일부 조성의 비율을 조절하거나 흡열 성능이 있는 재료를 추가하여 흡열 및 단열 성능을 향상시킨 기술들로서 내구성 향상 등의 효과는 있다고 주장하나 그 개선의 정도는 크지 않은 것으로 파악된다.
한편, 황산으로 인하여 화학적 침식을 받는 하수도 구조물 및 염해 환경에 처한 구조물, 각종 오염시설 및 일반 콘크리트 구조물의 유지 보수 및 보강을 위해서는 내화학성, 특히 내산성의 특성이 부여되는 모르타르를 이용하여 보수 작업을 진행할 필요가 있다.
현재 보편적으로 사용되고 있는 1종 포틀랜트시멘트나 폴리머가 주요 구성 재료인 폴리머모르타르의 경우 우수한 물성에도 불구하고 화학적 부식이 강하게 일어나는 환경에서는 열악하다는 문제가 있다.
일반적으로 콘크리트 구조물이 안전하게 유지되기 위해서는 알칼리도가 유지되어야 하는데, 이는 수산화이온(OH-)에 의해 철근이 부식으로부터 보호를 받기 때문이다.
이러한 알칼리도가 유지되는 원인은 시멘트의 수화반응에 의해 규산칼슘으로부터 Ca(OH)2가 생성되기 때문이며, 그 주요 생성 메카니즘은 다음과 같다.
(1) C3S의 수화반응
2(3CaOSiO2) +6H2O → 3CaO2SiO23H2O (CSH-gel) +3Ca(OH)2
(2) C2S의 수화반응
2(2CaOSiO2) + 4H2O → 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2
상기 반응에서 알 수 있듯이, 시멘트 수화 반응시 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 약 20~30% 생성된다.
상기 수산화칼슘은 콘크리트에 알칼리 특성을 부여하여 강재의 부식을 방지하는 역할을 하나, 산 특히 황산에 취약하여 콘크리트 열화의 원인이 되며 열화 반응은 다음과 같이 진행된다.
(3) 석고 형성 반응
Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4·2H2O
(4) 에트린자이트(Ettringite) 형성 반응
3CaO+Al2O3+3(CaSO42H2O)+26H2O → 3CaOAl2O33CaSO432H2O (Ettringite)
상기와 같은 반응에 의해 경화된 콘크리트 내에서 형성된 석고는 팽창성 물질인 에트린자이트를 형성하여 콘크리트의 팽창 파괴를 일으키게 된다.
따라서 산에 강한 콘크리트 구조체를 형성하기 위해서는 가용성 수산화칼슘을 불용성 칼슘실리케이트 수화물로 전환할 필요가 있으며 그 반응은 다음과 같다.
(5) 불용성 칼슘실리카수화물 형성 반응
lSiO2 + mCa(OH)2 + nH2O → mCaOlSiO2nH2O
종래의 대부분의 내화 모르타르 조성물에 관한 연구의 경우 내화성을 향상시키기 위한 조성 개발에 주안점을 두고 진행되다 보니 열악한 환경에서의 내화학성 향상을 증가시키기 위한 기술에 대해서는 연구 개발이 부진한 상황이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 뿜칠 시공에 의해 콘크리트 구조물의 표면 또는 단면에 간단히 시공될 수 있는 내화성 모르타르 조성물로서, 내화성 뿐만 아니라 내화학성도 우수하여 열악한 환경에서의 보수 시공에 적합하고 내구성도 우수하며 리바운드량도 적고 압축강도 및 휨강도 등의 물성도 우수한 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 제조하는 기술 및 이를 적용하여 콘크리트 구조물을 내화 보수하는 기술을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 제1혼화재를 제조하는 단계;
(2) 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 제2혼화재를 제조하는 단계;
(3) 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 제3혼화재를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 제조된 제1혼화재 및 제2혼화재를 결합재 20~40 중량부와 혼합하여 혼합물을 제조하고 상기 혼합물에 감수제, 소포제 및 골재와 상기 제3혼화재를 혼합하여 모르타르를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되며, 결합재 20~40 중량부에 대하여, CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 얻어진 제1혼화재와, 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제2혼화재, 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제3혼화재, 및 감수제, 소포제 및 골재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(a) 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 고압 수세하는 단계;
(b) 상기 고압 수세 후 건조된 콘크리트 구조물에 접착제를 도포하는 단계;
(c) 상기 접착제가 도포된 표면에, 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되며, 결합재 20~40 중량부에 대하여, CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 얻어진 제1혼화재와, 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제2혼화재, 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제3혼화재, 및 감수제, 소포제 및 골재를 포함하여 구성되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 뿜칠 시공하여 단면을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 뿜칠 시공된 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물 표면에 내화코팅제를 도포하여 양생하는 단계;
를 포함하는 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 시공 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 제1혼화재에 고로슬래그 분말과 플라이애시를 사용함으로써 상기 재료의 반응 유효 성분인 활성 이산화규소(SiO2)로 인해 유해 가스, 특히 황산 가스로 인해 야기될 수 있는 화학적 부식에 강한 특성을 나타낸다.
2. 또한, 제1혼화재에 CSA계 속경성 팽창제를 작용함으로써 고로슬래그와 플라이애시의 활성도를 증가시키고 조기 경화를 유도하며 균열을 방지하는 특성도 부여된다.
3. 또한, 제2혼화재에 아크릴계 유기 경량제와 폴리프로필렌 섬유를 포함함으로써 뿜칠 두께가 증가되고 처짐성이 방지되며 화재시 증기압의 토출 통로로 활용되므로 내화성을 증대시킬 수 있다.
4. 또한, 상기 제2혼화재에 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 및 재유화형 폴리머 분말을 포함함으로써, 콘크리트와의 접착 강도가 증대되고 외부 유해 물질의 침투가 차단됨으로써 모르타르의 내구성이 증대되고, 또한, 화재시 증기압의 토출 통로로 활용되므로 내화성을 증대시킬 수 있다.
5. 또한, 제3혼화재에 알루미나 미분말 및 실리카 미분말이 포함됨으로써 모르타르의 소성이 촉진되어 소성 강도가 증대되고 가축성이 향상되며, 폴리비닐알코올 분말이 포함됨으로써 모르타르의 접착력이 증대되고 성분들간의 마찰이 감소되어 분산성이 향상될 수 있다.
6. 또한, 결합재로서, 일반 포틀랜트시멘트 외에, 인조대리석 폐분말과 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고를 사용할 경우 빠른 경화를 유도하며, 슬래그 함유 혼합물 적용으로 결합재와 시공 대상 콘크리트 면과의 접착 강도를 강화할 수 있고, 초속경성과 콘크리트와의 부착성이 우수한 마그네시아 시멘트 및 제1인산암모늄을 혼합함으로써 기존 재료에 비하여 속경성과 콘크리트와의 접착 강도를 더욱 강화할 수 있으며, 셀룰로오스 섬유와 EVA 수지를 결합재에 혼합 사용함으로써 수축 팽창률이 낮아지고 경화 구조체의 치밀성이 강화되며, 수화열에 따른 온도 균열이 방지될 수 있다. 또한, 상기 결합재에 포함되는 슬래그 함유 혼합물 내에 고로 슬래그와 석회, 석고 및 킬른 더스트를 미세하게 분말화한 혼합물을 사용할 경우 보수 보강 면의 압축 강도 등 물리적 강도가 강화되며, 콘크리트 면과의 접착 강도가 강화되어 내구성과 내수성이 향상됨으로써 보수 보강 효과를 장기간 유지할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물은 제1혼화재, 제2혼화재 및 제3혼화재를 각각 제조하고 상기 제조된 제1혼화재 및 제2혼화재에 결합재를 혼합하고, 여기에 다시 감수제, 소포제 및 골재와 상기에서 제조된 제3혼화재를 혼합하는 방법으로 제조된다.
이하에서는 위 각 순서에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 제1혼화재를 제조하는데, 제1혼화재는 CSA(Calcium sulfur aluminte)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 제조한다.
본 발명에서 상기 제1혼화재에 포함되는 상기 CSA계 속경성 팽창제는 모르타르의 경화를 촉진하기 위하여 사용되는 것으로 초기 강도를 부여해서 조성물의 처짐 현상을 방지한다. 본 발명에서 사용되는 CSA계 속경성 팽창제는 초기 강도를 확보하고 빠른 경화 및 부착 성능 발휘를 위해 1~5 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1~3 중량부이다.
본 발명에서 상기 제1혼화재에 포함되는 상기 고로슬래그 분말과 플라이애시는 모르타르의 두께를 형성하고 잠재 수경성 반응에 의해 장기 강도를 증진시키는 역할을 한다. 본 발명에 사용되는 상기 고로 슬래그 분말과 플라이애시는 약 6,000 cm2/g 이상이고 평균입경이 5㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 고로슬래그 분말은 2~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하고, 상기 플라이애시는 1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
이어서, 제2혼화재를 제조하는데, 제2혼화재는 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 제조한다.
본 발명에서 상기 아크릴계 유기 경량재 및 폴리프로필렌 섬유는 뿜칠 시공시 뿜칠 두께를 증가시키고 뿜칠재의 균열을 방지하며 처짐성을 방지하는 역할을 하고, 화재시 용융 분해되어 증기압 토출 통로를 형성한다.
본 발명에서 상기 아크릴계 유기 경량재로는 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르 수지로 이루어진 분말형 수지로서 대표적인 물질로는 메타크릴산메틸 수지를 들 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 아크릴계 유기 경량재는 0.01~1.0 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01~0.5 중량부이다.
본 발명에서 상기 폴리프로필렌 섬유는 모르타르의 수축에 의한 크랙 저항성을 높이는 역할을 하며, 그 길이는 0.01~3.0mm 범위를 갖는 것을 사용하는 것이 적당하다. 본 발명에서 사용되는 상기 폴리포르필렌 섬유는 0.01~3.0 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01~1.5 중량부이다.
본 발명에서 상기 재유화형 폴리머 분말은 모르타르의 접착력을 증대시켜 기계적 성능을 좋게 하고 모르타르 표면에 피막을 형성하여 방수, 방습 효과를 제공한다. 또한, 상기 재유화형 폴리머 분말은 Tg가 매우 낮으므로 화재시 용융, 분해되어 증기압의 토출 통로를 형성한다. 본 발명에서 상기 재유화형 폴리머 분말은 아크릴계 수지와 EVA(ethylene-vinyl actete) 수지를 적당 비율, 예를 들어 약 3:1 ~ 2:2의 중량비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 발명에서 사용되는 상기 재유화형 폴리머 분말은 0.01~ 3.0 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01~1.5 중량부이다.
본 발명에서 상기 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말은 모르타르의 재료 분리 저항성을 증대시키는 역할을 하며 레올로지 특성을 부여하는 역할을 한다. 또한 상기 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말은 화재시 용융, 분해되어 증기압의 토출 통로를 형성한다. 발명에서 사용되는 상기 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말은 0.01~ 3.0 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01~1.5 중량부이다.
이어서, 제3혼화재를 제조하는데, 제3혼화재는 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 제조한다. 상기 알루미나 미분말 및 실리카 미분말은 폴리프로필렌 섬유와 아크릴계 유기 경량재 간을 충진시키고, 모르타르의 소결을 촉진시켜 소성 강도를 증대시키는 역할을 한다. 또한, 상기 폴리비닐알코올은 모르타르의 접착력을 증대시키고 압송시 원료의 마찰을 감소시켜 분산성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 알루미나 미분말 및 실리카 미분말은 각각 0.01~2.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01~1.0 중량부이다. 또한, 본 발명에서 상기 폴리비닐알코올 분말은 0.01~2.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01~1.0 중량부이다.
이어서, 상기 제조되는 제1혼화재와 제2혼화재를 그 중량비율 그대로 결합재 20~40 중량부와 혼합하고 적당량의 감수제, 소포제 및 골재와 혼합하며, 여기에 다시 상기 제조되는 제3혼화재를 그 중량비율 그대로 혼합하여 모르타르를 제조한다.
본 발명에서 상기 제1혼화재, 제2혼화재 및 제3혼화재를 별도로 제조하여 결합재 및 골재 등과 혼합하는 것은 혼합의 효율성을 높이고 균일한 혼합이 되도록 하며, 상호 반응으로 인해 기능이 감소하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 이럼으로써 모르타르에 적용시 모르타르의 초기 강도를 더욱 향상시키고 압축강도, 휨강도 특성을 충분히 발휘토록 하기 위함이며 아울러 내산성을 강화하고 화재시 증기압 토출 통로를 확보토록 하여 내화성을 향상시키며, 평소에는 단열성을 강화하기 위함이다.
본 발명에서 상기 결합재로는 일반적인 시멘트를 사용할 수도 있고, 본 발명자가 별도로 개발한 특수 결합재를 사용할 수도 있으며, 특별히 제한하지는 않는다.
상기 시멘트로는 포틀랜트시멘트, 백색포틀랜트시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜트시멘트 및 초조강시멘트 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명자가 특별히 개발한 특수 결합재는 산업 부산물인 인조대리석 폐분말을 이용한 것으로서 폐자원을 재활용하는 효과도 있으므로 이하에서는 이러한 특수 결합재에 관하여 설명한다.
본 발명자가 특별히 개발한 상기 특수 결합재는 구체적으로, 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 2 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%로 이루어진다.
본 발명에서 상기 인조대리석 폐분말은 Al2O3의 공급원으로 사용하기 위하여 포함되는 것으로서 아크릴계 수지 또는 불포화폴리에스테르계 수지로 제조되는 인조대리석의 연마 공정에서 분말 형태로 발생되는 건축 폐기물로, 주성분은 수산화알루미늄이다. 상기 인조대리석 폐분말을 이용하여 속경시멘트를 제조함으로써 환경 폐기물을 재활용할 수 있으며, 인조대리석 폐분말의 주성분인 수산화알루미늄은 고온에서 결정수가 탈리되어 산화알루미늄으로 됨으로써 CaO 또는 황산칼슘과 결합하여 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트를 생성시킴으로써 속경성을 발휘하는 효과가 있다.
본 발명에서 상기 슬래그 함유 혼합물은 구체적으로 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 한다. 이하에서는 본 발명에 사용되는 상기 슬래그 함유 혼합물의 각 성분에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 상기 고로슬래그는 제철소에서 선철을 생산할 때 부산물로 제조되는 것으로서 급냉에 의해 비결정질 상태로 형성되며, 염기도는 1.6 내지 2.0 범위에 속한다. 상기 고로슬래그는 일반적으로 CaO 40 내지 50 중량%, MgO 1 내지 10 중량%, Al2O3 10 내지 25 중량% 및 SiO2 33 내지 38 중량%를 포함하여 이루어진다. 상기 고로슬래그는 콘크리트용 혼화재로도 사용되는데, 콘크리트용 혼화재로 사용되는 고로슬래그의 경우 비표면적이 4,000 내지 5,000cm2/g 정도인데, 본 발명에서는 보다 반응성을 높이기 위해 볼밀 등을 사용하여 분쇄함으로써 6,000 내지 7,000cm2/g정도의 비표면적을 가지도록 하여 사용한다. 상기 고로슬래그는 65 내지 80 중량%가 첨가되는데, 65 중량% 미만인 경우 상대적으로 석회와 석고의 중량%가 커짐으로 인해 반응성이 커져 수화열이 증가하고 크랙의 발생이 커지는 문제점이 있고, 80 중량%를 초과하는 경우에는 초기 반응과 응결시간이 늦어져서 초기강도 확보에 어려움이 있다.
상기 석회와 석고는 활성화제로 사용되는데 고로슬래그 분말은 물과 접촉하면 슬래그 입자 표면에 치밀한 불투수성의 산성피막이 생기게 되는데 반응을 계속하기 위해서는 활성화제에 의한 산성피막의 파괴가 필요하며 그 활성화제로 석회와 석고가 사용되는 것이다.
상기 석회와 석고의 활성화 작용에 의해 고로슬래그 표면에서 용해 반응이 일어나면 그 용액으로부터 불용성 물질이 석출되어 경화되기 시작하며, 이 때 고로슬래그는 석회와 물과의 반응에 의해 생성되는 Ca(OH)2와 결합하여 수화물을 형성한다. 고로슬래그의 수화물은 상기 활성화제에 의해 칼슘실리케이트 수화물을 포함하는 경우도 있고, 에트린자이트나 수산화알루미늄을 형성하기도 하며 이에 의해 경화체의 수축을 보상하고 치밀한 조직을 형성하며 압축강도를 상승시키는데 기여한다. 또한, 석고는 슬래그 미분말의 특성인 잠재 수경성 반응에서 자극제 역할을 함으로써 슬래그 미분말의 반응성을 높여 강도를 보다 증진시키는 보조제의 역할을 한다.
상기 석회는 10 내지 20 중량%가 첨가되는 것이 바람직한데, 10 중량% 미만인 경우 고로슬래그 미분말의 수화 및 에트린자이트 생성에 기여하는 Ca(OH)2의 양이 부족하게 되어 미반응 고로슬래그가 존재하게 되어 강도가 떨어지게 되고, 20 중량%를 초과하여 첨가되면 반응하지 않고 남는 Ca(OH)2가 팽창의 원인으로 작용하여 문제가 발생할 수 있다.
상기 석고는 무수석고, 반수석고 또는 이수석고 중 어느 한 종류의 석고 또는 두 종류 이상의 석고의 혼합물을 사용할 수 있으며, 5 내지 15 중량%가 첨가되는 것이 바람직한데, 5 중량% 미만으로 첨가되면 초기 강도가 너무 낮아지는 경향이 생겨 문제가 있고, 15 중량%를 초과하여 첨가되면 에트린자이트의 양이 너무 많아져서 조직을 팽창시키고 원활한 강도 발현을 저해하여 문제가 될 수 있다.
본 발명에서 상기 킬른 더스트(kiln dust)는 시멘트 제조 과정에서 부산되는 미립의 집진 분말로서 현재는 공정 중에 피드백되어 일정량이 재순환되는 형태를 취하고 있으나, 시멘트 제조 공정 중 원료의 성분 분리를 발생시킬 뿐만 아니라 미량 함유 성분이나 재투입 과정에서의 불균일 혼합 등은 공정 불안이나 제품 품질 변동의 원인이 되기도 한다. 이러한 킬른 더스트는 주요 성분이 CaCO3로서 슬래그 미분말의 자극성 성분인 삼산화황(SO3), 알칼리(K2O), 염분(NaCl) 등을 미량 포함하고 있다.
본 발명에서는 산업부산물인 고로 슬래그 분말과 석회 및 석고 외에 시멘트 제조 공정에서 부산되는 미립의 집진 분말인 킬른 더스트를 혼합 사용하기 때문에 원가를 절감하는 효과가 있고, 조기 수화 촉진이 가능하여 초기 강도의 하락을 방지하고 장기간에 걸친 내구성을 확보할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 킬른 더스트는 8,000 cm2/g이상, 더욱 바람직하게는 8,000~20,000 cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 것을 5 내지 20 중량%로 혼합물에 포함시키는 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그, 석고, 석회 및 킬른 더스트의 혼합물은 메카노케미컬 활성화 처리되는데, 메카노케미컬 활성화 처리는 진동밀에서 5 내지 60분 동안, 더욱 바람직하게는 10 내지 30분 동안 혼합 분쇄하는 방식으로 이루어진다.
본 발명에서 상기 메카노케미컬 활성화 처리는 기계적인 분쇄과정에 의해서 재료의 결합 상태를 변화시켜 그 재료의 물리화학적 성질을 변화시켜 주는 것으로, 혼합 분쇄하면 분쇄 조작에서 균일 혼합이 가능하고 결정 구조 변화를 동시에 진행할 수 있는 이점이 있다. 즉, 메카노케미컬 활성화 처리에 의한 분쇄 시스템에서의 기계적인 충돌은 탄성, 가소성과 전단 변형을 발달시켜 입자의 파괴, 비결정화, 그리고 심지어 고체 상태에서의 화학 반응을 일으키게 된다.
일반적으로 시멘트 분야에서의 분쇄는 통상 볼 밀이나 롤러 밀 등의 미분쇄기를 사용하고 있는데, 볼 밀의 경우 회전하는 원통 안에서 분쇄 매체가 원심력에 의해 원통 내벽을 따라 상부로 올라간 후 낙하하면서 분쇄물에 충격력을 가하여 분쇄하는 방식이며, 롤러 밀은 밀 안에 3 ~ 4개의 롤러를 원판 위에서 자전시키는 동시에 전체를 공전시켜 롤러와 원판 그리고 내벽 사이에서 분쇄물이 압축 및 마찰력에 의해 분쇄되는 원리를 이용하는 방식이다. 이에 반해 진동밀은 편심이 있는 원에 의해 밀 전체가 진동을 하면서 밀 안의 볼이나 바와 같은 분쇄 매체가 분쇄물에 충격력과 마찰력을 동시에 전달하여 분쇄물을 미크론 단위까지 분쇄하는 것으로, 단시간 내에 분쇄물에 다량의 분쇄 에너지를 공급함으로써 분쇄 원료의 성질을 물리화학적으로 변화시킬 수 있는 장비이다. 즉, 진동밀은 메카노케미컬 활성화 처리를 위해 적합한 분쇄 시스템으로서 기존의 볼 밀과 같은 분쇄 매체보다 단시간에 목표로 하는 미분말의 분쇄가 가능하며, 전단 마찰력과 충격력을 동시에 주기 때문에 진동 밀을 이용하여 혼합 분쇄할 경우, 제조물의 미립자가 표면 처리되어 입자 간의 친화성이 증대함에 따라 화학적 활성이 증대되는 결과를 가져오게 된다.
본 발명에서 상기 메카노케미칼 처리는 5분 내지 60분, 더욱 바람직하게는 10분 내지 30분 동안 진동밀에서 처리하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 혼합물의 비표면적을 10,000 내지 20,000cm2/g로 처리하는데 가장 이상적인 시간이기 때문이다.
또한, 본 발명에서 상기 속경시멘트에 포함되는 상기 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고는 CaSO4의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것이다. 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 20 ~ 40 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘설포알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 조직 치밀화에 의한 초기강도를 증진시키기 어려우며, 40 중량부를 초과하는 경우는 반응하지 않는 석고가 잔존하므로 비효율적이다.
본 발명에서 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 약 800~1500℃에서 소결된 소결 마그네시아 시멘트를 사용한다. 상기 소결 마그네시아 시멘트는 속경성이 우수하고 양이온과의 반응성이 우수하여 콘크리트와의 부착 강도를 강화시킨다. 본 발명에 따른 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부를 기준으로 10 ~ 30 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결 마그네시아 시멘트를 활성화시키기 위한 물질로서 제1인산암모늄을 추가로 사용한다. 상기 제1인삼암모늄의 화학식은 NH4H2PO4이고 공기 중에서 안정하며 비중은 약 1.8이고, 수용액에서의 pH는 4.3~5.0를 갖는다. 본 발명에 따른 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부를 기준으로 5 ~ 20 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 속경시멘트를 제조하기 위해서는 인조대리석 폐분말, 슬래그 함유 혼합물, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고, 소결 마그네시아 시멘트 및 제1인산암모늄을 혼합한 후, 1000 ~ 1200℃에서 0.5 ~ 1시간 동안 소성 후, 평균입도가 10 ~ 20㎛가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것이 콘크리트 구조물의 보수 보강용으로 사용하기에 적합한 속경성을 발휘하고 모르타르에 적용 시에 조직의 치밀성을 향상시키므로 바람직하다. 평균입도가 상기 범위보다 더 작을 경우 속경성은 더 크게 향상되나 모르타르에 적용시키기 위해서는 가사 시간을 위해 지연제를 사용해야 하므로 비효율적이다. 본 발명에서 상기 속경시멘트는 전체 결합재 성분 중 20 ~ 50 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량%를 미만일 경우 모르타르 강도가 저하되고 빠른 경화시간을 얻을 수 없으며, 50 중량%를 초과하는 경우 빠른 경화 특성을 얻을 수 있으나 과팽창으로 인한 균열이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재 성분 중 포틀랜트 시멘트는 모르타르의 후기 강도 발현을 위하여 사용되는 것으로, 1종 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 전체 결합재 성분 중 30 ~ 60 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 결합재 성분에 포함되는 셀룰로오스 섬유는 휨 강도 및 인장 강도를 증진시키고 양생시 표면 크랙을 줄이기 위해 사용되며, 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이며 초기 분산성을 높이기 위한 목적으로 사용된다. 본 발명에서 상기 셀룰로오스 섬유는 결합재 중에 5 ~ 20 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량% 미만이면 인장 강도 및 휨 강도 개선 효과가 미미하며 20 중량%를 초과하면 작업성과 경제성이 나빠질 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재 성분에 포함되는 EVA 수지는 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하며, 모르타르 조성물의 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘한다. 본 발명에서 상기 EVA 수지는 결합재 중에 5 ~ 10 중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 EVA 수지의 함량이 5 중량% 미만이며 표면 부착력 강화 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과하면 수화 반응시 수화 생성물의 생성을 방해하여 강도가 저하되는 단점이 나타난다.
본 발명에서 상기 모르타르 조성물에는 물-시멘트 비 감소를 위해 공지의 감수제를 사용할 수 있고, 거대 기포의 발생을 방지하기 위하여 공지의 소포제를 사용할 수 있으며, 충전재로서 골재를 사용할 수 있는데 이들의 비율은 조절 가능하므로 본 발명에서는 특별히 제한하지는 않는다.
또한, 골재는 리바운드 방지 및 충진성 증가를 위해 4호사:6호사를 30:70 내지 50:50의 중량비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
그 밖에 본 발명은 필요에 따라 상기 분산제, 지연제, 유동화제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
다음으로 상기 본 발명에 따른 상기 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물을 내화 보수 시공하는 방법에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법은
(a) 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 고압 수세하는 단계;
(b) 상기 고압 수세 후 건조된 콘크리트 구조물에 접착제를 도포하는 단계;
(c) 상기 접착제가 도포된 표면에, 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되며, 결합재 20~40 중량부에 대하여, CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 얻어진 제1혼화재와, 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제2혼화재, 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제3혼화재, 및 감수제, 소포제 및 골재를 포함하여 구성되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 뿜칠 시공하여 단면을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 뿜칠 시공된 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물 표면에 내화코팅제를 도포하여 양생하는 단계;
를 포함하여 구성된다.
본 발명은 이물질이 제거되고 세척 처리된 콘크리트 구조물에 부착력이 우수한 접착제를 도포하고 그 이후에 본 발명에 따른 상기 내화학성 및 내화성 모르타르를 이용하여 단면을 복구하며, 그 위에 내화코팅제를 도포하여 마감하는 순서로 진행된다.
구체적으로 상기 접착제 도포는 아크릴, 실리콘 등의 에멀젼으로 이루어진 접착제를 롤러, 붓 등을 이용하여 구조물의 표면 또는 보수 부위에 도포하는 것으로, 상기 접착제는 콘크리트 표면과의 가교 결합으로 높은 부착력을 가지기 때문에 후속 공정으로 내화 모르타르를 도포할 때 부착력을 향상시켜 내구 성능을 지속적으로 유지하도록 하는 역할을 한다.
이어서 상기 단면 복구 단계는 상기 본 발명에 따른 내화학성 및 내화성 모르타르를 콘크리트 구조물에 도포하는 단계로 스프레이 또는 흙손을 이용하여 수행하거나 믹싱 펌핑 장치에 의해 수행할 수도 있다.
상기 (c)단계의 복구 시공(뿜칠 시공)에서 모르타르 조성물을 1차 타설시 5~15 mm, 2차 및 3차 타설시 20~50 mm 및 최종 타설시 5~15 mm 두께로 시공하는 것이 복구 효율 및 내구성 향상을 위해 더욱 바람직하다.
이어서, 상기 도포된 내화 모르타르의 경화전에 내화코팅제를 도포하여 내화모르타르와 내화코팅제를 일체화시킨다. 본 발명에서 내화코팅제로는 백색시멘트, 석회석, 소포제, 안료, 중공골재가 적당 비율로 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 내화코팅제는 상기 본 발명에 따른 내화 모르타르와 유사한 열팽창계수와 건조 수축율을 가지기 때문에 내화 모르타르와의 부착력이 우수하고 내구성이 향상된다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
하기 표 1의 배합 조성(단위는 중량부)에 따라 제1혼화재, 제2혼화재 및 제3혼화재를 각각 제조하고, 이렇게 제조된 혼화재들 중 제1혼화재 및 제2혼화재를 하기 표 1의 조성에 따라 결합재(시멘트)와 혼합한 후, 얻어지는 혼합물에 하기 표 1의 조성에 따라 감수제, 소포제 및 모래를 혼합하고 여기에 상기 얻어진 제3혼화재와 물을 혼합하여 내화 모르타르를 제조하였다.
이와 같이 얻어진 내화 모르타르를 이용하여 KS F 4042 2007의 기준에 따라 모르타르의 물성(슬러리 밀도, 리바운드량, 압축강도, 휨강도 및 부착강도)을 측정하였으며, 내산성은 28일간 양생된 시편을 5% 황산 용액에 7일간 침지한 후 무게 감소 및 압축강도 감소율을 측정하였다. 그 표를 하기 표 2에 나타내었다. 열저항성은 900℃ 조건에서 가열 후 잔존 압축강도를 측정하였다.
[비교예]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 혼화재의 비율을 하기 표 1의 조성에 따라 달리하여 모르타르를 제조한 후 동일한 방법으로 물성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.(비교예 1, 2)
또한, 비교예 3으로서 실시예 1과 동일한 비율로 각 성분을 혼합하되 순서에 상관 없이 맨 위 성분부터 차례로 일괄 혼합하는 방법으로 모르타르를 제조하여 동일한 방법으로 물성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
원료 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
제1혼화재 CSA계 속경성 팽창제 3.0 2.0 3.0 3.0
고로슬래그 미분말 7.0 7.0 7.0 8.0
플라이애시 3.0 4.0 4.0 4.0
제2혼화재 아크릴계 유기 경량재 0.5 1.0 0 0.5
폴리프로필렌 섬유 0.5 1.0 0 0.5
재유화형 폴리머 분말 2.0 1.0 2.0 0
수팽윤성 폴리사카라이드 폴리머 분말 0.5 0.5 0.5 0
제3혼화재 알루미나 미분말 0.5 0.7 0 0
실리카 미분말 0.5 0.8 0 0
폴리비닐알코올 분말 1.0 0.5 0 0
시멘트 1종포틀랜트시멘트 25.0 25.0 27.0 27.5
기타 감수제 0.3 0.3 0.3 0.3
소포제 0.2 0.2 0.2 0.2
모래 56.0 56. 56.0 56.0
물 18.0 18.0 18.0 18.0
항목 단위 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
슬러리 밀도 1.80 1.81 2.06 1.85 1.83
리바운드량 % 5.0 5.2 13.0 8.6 12.0
압축강도 N/mm2 52.5 56.3 54.6 52.4 50.2
휨강도 N/mm2 11.3 12.0 11.2 11.3 10.1
부착강도 N/mm2 1.9 1.8 2.0 0.7 0.6
내산성(5% 황산용액) 무게감소 % -0.01 -0.02 -0.32 -1.92 -1.80
압축강도 N/mm2 49.8 53.6 47.0 43.5 42.5
감소% 5.1 4.7 13.9 17.0 15.3
열저항성 잔존압축강도 N/mm2 45.9 48.0 29.3 25.0 31.0
상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 경우, 비교예에 의해 제조되는 모르타르 조성물에 비하여 물성, 즉 슬러리 밀도, 휨강도, 압축강도 및 부착강도는 동등 이상 수준이며, 리바운드량이 훨씬 적어 뿜칠 시공의 효율성이 우수하고, 특히 내화학성(내산성) 및 내화성(열저항성) 면에서 현저히 우수함을 확인할 수 있다. 비교예 3의 경우는 각 성분들을 단순히 혼합하는 방법으로 모르타르가 제조되었는데, 이 경우 물성이 매우 열악하게 나타났다. 이러한 이유는 각 성분들간의 혼합이 효율적이고 균일하게 일어나지 않아 각 성분들이 충분한 기능을 발휘하지 못하며 특히 상호 간의 중간 반응으로 인해 기능이 감소되기 때문인 것으로 파악된다.
이상과 같이, 본 발명을 실시예를 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. (1) CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 제1혼화재를 제조하는 단계;
    (2) 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 제2혼화재를 제조하는 단계;
    (3) 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 제3혼화재를 제조하는 단계; 및
    (4) 상기 제조된 제1혼화재 및 제2혼화재를 결합재 20~40 중량부와 혼합하고, 감수제, 소포제 및 골재와 상기 제3혼화재를 혼합하여 모르타르를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 결합재는 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%;
    포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%;
    셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및
    EVA 수지 5 ~ 10 중량%;를 포함하여 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 속경시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20㎛가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법.
  6. 청구항 1, 4 및 5 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되며, 결합재 20~40 중량부에 대하여, CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 얻어진 제1혼화재와, 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제2혼화재, 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제3혼화재, 및 감수제, 소포제 및 골재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물.
  7. (a) 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 고압 수세하는 단계;
    (b) 상기 고압 수세 후 건조된 콘크리트 구조물에 접착제를 도포하는 단계;
    (c) 상기 접착제가 도포된 표면에, 청구항 1, 4 및 5 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되며, 결합재 20~40 중량부에 대하여, CSA(Calcium sulfur aluminate)계 속경성 팽창제 1~5 중량부, 고로슬래그 분말 2~10 중량부 및 플라이애시 1~5 중량부를 혼합하여 얻어진 제1혼화재와, 아크릴계 유기 경량재 0.01~1.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.01~3.0 중량부, 재유화형 폴리머 분말 0.01~3.0 중량부 및 수팽윤성 폴리사카라이드계 폴리머 분말 0.1~3.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제2혼화재, 알루미나 미분말 0.01~2.0 중량부, 실리카 미분말 0.01~2.0 중량부 및 폴리비닐알코올 분말 0.01~2.0 중량부를 혼합하여 얻어진 제3혼화재, 및 감수제, 소포제 및 골재를 포함하여 구성되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 뿜칠 시공하여 단면을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 뿜칠 시공된 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물 표면에 내화코팅제를 도포하여 양생하는 단계;
    를 포함하는 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 (c)단계의 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물을 뿜칠 시공시 1차 5~15 mm, 2차 및 3차 20~50 mm 및 최종 타설 5~15 mm 두께로 시공하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법.
KR20140111383A 2014-08-26 2014-08-26 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법 KR101492233B1 (ko)

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