KR101637987B1 - 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법 - Google Patents

열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 시멘트 72~75중량%; 실리카흄 5~8중량%; 이산화규소 50~55중량부, 알루미나 32~37중량부, 산화칼륨 3~4중량부, 산화칼슘2~3중량부, 산화제2철1.5~2중량부로 이루어진 결정화 유리 7~9중량%; 인공경량골재 6~7중량%; 산화마그네슘 3~4중량%; 탄소나노튜브 0.2~0.5중량%; 규산나트륨 0.25~1중량%; 산화칼슘 45~55중량부, 삼산화황 24~28중량부, 알루미나 10~15중량부, 이산화규소 1~2중량부로 이루어진 팽창제 0.75~1중량%; 규불화마그네슘과 규불화아연 중 선택되는 어느 하나 또는 둘의 조합으로 이루어진 규불화염 3~20중량%와 실리카 5~30중량%와 물 70~92중량%로 이루어지는 수용액 100중량부에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 조성되는 수축저감제 0.2~0.4중량%; 방청제 0.2~1.5중량%를 포함하는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물을 개시한다.

Description

열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법{PATCHING REPAIR MATERIAL AND REPAIRING METHOD OF DETERIORATED REINFORCED CONCRETE STRUCTURES}
본 발명은 철근콘크리트 구조물의 결손된 부분을 보수하고 내구성을 회복시키기 위한 단면복구재 조성물 및 이를 이용하여 제조된 단면복구재 모르타르로 단면을 복구하는 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열성능을 부여하여 온도 편차를 줄이고, 밀도를 높여 접착 및 표면 강도를 강화하며, 방청성능을 확보함으로써 철근콘크리트 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시킴은 물론 시공성과 경제성을 높일 수 있는 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 단면복구공법에 관한 것이다.
일반적으로 철근콘크리트 구조물은 알칼리 골재반응, 염해(鹽害), 탄산화(炭酸化) 등의 내외적 요인 및 물리화학적 환경으로 인해 열화현상(劣化現象)이 일어난다.
알칼리 골재반응은 시멘트 등에서 알칼리(Na, K)가 과잉으로 공급되면 콘크리트의 알칼리성이 용출(溶出)하여 흡수팽창성 실리카겔(silica-gel)을 생성하여 콘크리트에 금이 가는 일이 발생하는 현상으로 알칼리 골재반응이 발생한 콘크리트는 압축강도나 정탄성계수(靜彈性係數)가 현저히 저하된다.
염해는 바닷모래를 사용하거나 해안에 가까운 곳에 위치하는 콘크리트 구조물에서 콘크리트 중의 염화물 이온농도가 높게 되어 철근이 부식하는 현상이다. 철근이 부식하면 체적팽창에 의해 콘크리트가 갈라지거나 들뜨는 일이 생기고, 이 경우 탄산화가 복합하면 철근의 부식이 심하게 진행되어 철근콘크리트 부재의 내하력(耐荷力)을 저하시키는 위험성이 증가한다.
탄산화는 콘크리트의 중성화를 진행시키고 철근을 보호하는 부동태 피막을 파괴하여 철근이 빠르게 부식된다.
이러한 철근콘크리트 구조물의 열화 부분을 방치한 상태로 사용하면 구조물의 안전성 및 미관을 해치고 강도가 약화되고 내구성능이 저하되어 결국 사용수명을 다하지 못하고 파손 및 붕괴에 이르게 된다.
이에 따라 최근 철근콘크리트 구조물의 내구성 회복을 위한 다양한 리허빌리테이션(rehabilitation) 공법 및 재료가 개발 적용되고 있다. 예컨대, 전기화학적 방식, 단면복구공법, 균열보수공법 및 표면마감공법 등이 상용적으로 사용되고 있고, 보수재료로는 유기계, 무기계 및 유무기계 혼합형 도포함침재, 방청처리재, 단면복구재, 표면피복재 등이 상용화되어 있다.
이 중에서 단면복구공법은 콘크리트의 결손(열화) 부분을 제거한 후, 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 보수재료를 충전하거나 칠하여 대체하는 방식의 공법으로, 알칼리 골재반응, 염해, 동해, 화학적 부식, 중성화 등에 의한 균열박락, 콘크리트 약화, 철근 부식, 들뜸, 철근노출 등의 많은 결함에 대한 보수방법으로 널리 사용되고 있다. 또한, 시공단계에서 발생하는 골재분리, 콜드조인트(cold joint) 등의 문제에 대한 보수에도 적용될 수 있다.
여기서, 단면복구공법은 현재 세부적으로 EPM공법, 라파공법, WP공법, HBM공법, 섬유복합보강공법, 리플래시공법, RE-PS 모르터공법, ABS공법 등으로 나눌 수 있다.
특히 라파(RAPHAH)공법은 유기계공법의 단순한 물리적 보수가 아닌 콘크리트 내부로부터의 알칼리성 회복과 콘크리트에 내재한 염소이온의 활동억제라는 화학적인 해결책을 가지고 중성화 및 염해를 방지하는 무기계공법으로서, 습윤면에 시공가능하고 넓은 범위의 단면복구 및 스프레이를 이용한 기계화(shotcrete) 시공이 용이하고 경제성이 우수한 장점이 있다.
이러한 라파공법은 크게 열화된 콘크리트를 공구 등으로 제거하는 취핑 공정, 고압수를 이용하여 콘크리트에 부착된 이물질을 제거하는 고압수세정 공정, 노출되고 부식된 철근에 녹 제거형 방청제(라파다운)를 도포하여 산화된 녹을 안정상태로 환원시킨 후, 방청억제형 방청제(라파코트)를 도포하여 방청처리하는 녹 제거 및 방청처리 공정, 침투성 알칼리 회복제(라파알큐어)를 도포하여 침투 및 이온확산 작용에 의해 알칼리를 회복시키는 알칼리 회복제 도포 공정, 모르타르 접착증진을 위해 수용성 콘크리트 접착제(라파본드)를 도포하는 접착제 도포 공정, 무기계 폴리머 모르타르(라파콘)를 타설 및 미장하는 모르타르 타설 공정, 중성화 및 염해방지용 표면처리제(라파가드)를 표면에 도포하여 마감하는 표면처리제 도포 공정으로 이루어진다.
그런데 종래의 라파공법을 비롯한 단면복구공법으로 철근의 부식을 초래하는 염소이온이 존재하는 콘크리트를 제거하고 보수재료로 단면을 복구할 경우 콘크리트 내부에 존재하는 모든 염소이온을 제거하는 것이 어렵기 때문에 단면복구 후에도 철근의 부식은 계속 진행되어 재보수를 해야 하는 문제점이 있다.
또한, 철근이 노출된 경우 추가로 방청제를 도포하여 염소이온의 접촉을 방지함으로써 대기중의 이산화탄소와 염화물이온 및 중성화이온의 침투에 의한 열화현상으로 인해 발생되는 철근의 부식을 방지하고 있으나, 이러한 방청제는 이미 존재하는 염소이온과의 접촉을 방지하기 어렵고, 보수재료와의 부착력도 낮아서 이를 해결 하기 위해 폴리머 프라이머를 추가로 도포해야 하는 공정상의 번거로움이 있는 데다 시공측면에서 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 종래의 단면복구용 보수재료는 압축강도, 휨강도, 부착강도에 중점을 두고 개발하여 외부로부터의 이산화탄소, 염소이온 등의 침투 방지를 규산질 재료에 의한 포졸란 반응이나 폴리머의 막 형성에 의존함으로써 외부로부터 이산화탄소와 염소이온이 침투하는 것을 방지하는 성능은 부족하고, 특히 기존 콘크리트 내에 존재하는 염소이온에 대한 저항성이 취약하여 단기간에 재열화하는 경우가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위하여 최근에는 아크릴 수지 계열의 폴리머를 이용한 단면복구용 보수재료가 개발되었으나, 이는 주로 메틸메타크릴레이트 수지만을 사용함으로써 충분한 내화학성 및 방수성을 확보하지 못하는 한계가 있다.
요컨대, 단면복구용 보수재료에서 가장 중요한 요구 성능은 치수 안정성, 열팽창 계수, 탄성계수 및 투습성 등을 들 수 있다. 이외에도 외부 환경요건인 온도변화에 대한 품질의 변화가 없어야 하는 것이 가장 중요한 품질 특성이 될 수 있다. 즉, 콘크리트는 항온에서보다 온도의 편차가 클수록 팽창과 수축의 반복으로 열화가 빠르게 진행되기 때문에 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷하여 온도변화가 큰 지역에서는 온도변화에 의한 품질변화가 적거나 콘크리트의 물성 및 안정화를 유지할 수 있는 품질을 확보해야 할 필요가 있다.
또한, 종래의 단면복구용 보수재료는 인장 및 동적 하중하에서 취성적 파괴가 발생하며, 균열의 생성 및 성장을 억제하기 어려운 단점이 있다.
이를 개선하기 위해 강섬유, 마섬유, 내알칼리성 유리섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아라미드섬유 등의 불연속단섬유를 혼입함으로써 인장강도, 휨강도, 균열에 대한 저항성, 인성, 전단강도 및 내충격성 등의 물성 개선을 도모하고 있으나, 단섬유가 주재료 중에 균일하게 분산되지 않고 뭉침 현상(fiber ball) 및 침강이 발생하여 성능이 떨어지고, 콘크리트에 비해 분말도가 높기 때문에 수축량이 증가하여 조직이 치밀하지 못한 데다 콘크리트 구조물과 경계면에 부착을 저해하여 균열이 발생하는 문제점이 있다.
KR 101482976 B1(2015.01.09) KR 101222086 B1(2013.01.08) KR 101213063 B1(2012.12.11) KR 101168693 B1(2012.07.19) KR 100921448 B1(2009.10.06) KR 100867170 B1(2008.10.30) KR 101197785 B1(2012.10.30) KR 1020150055290 A(2015.05.21) KR 101194714 B1(2012.10.19)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 단면복구재가 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어 우리나라의 계절적 특성과 온도 및 습도 등 외부 환경의 변화 등에 의한 내구성 저하를 방지하기 위해 단열성능을 부여하여 온도 편차를 줄이고, 수축에 의한 보수성능 저하를 방지하기 위해 밀도를 높여 접착 및 표면 강도를 강화하며, 아울러 방청성능을 확보함으로써 철근콘크리트 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시키고 시공성 및 경제성 제고하는 효과를 도모할 수 있는 새로운 단면복구재 모르타르 및 단면복구공법을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 온도 및 습도 변화에 대한 저항성을 높일 수 있도록 하는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 접착 및 표면 강도를 강화일 수 있도록 하는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제 및 목적은 방청성능을 확보하여 시공성 및 경제성을 높일 수 있도록 하는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제공하는 데 있는 것이다.
여기서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 양태에 따른 구체적 수단은, 시멘트 72~75중량%; 실리카흄 5~8중량%; 이산화규소 50~55중량부, 알루미나 32~37중량부, 산화칼륨 3~4중량부, 산화칼슘2~3중량부, 산화제2철1.5~2중량부로 이루어진 결정화 유리 7~9중량%; 인공경량골재 6~7중량%; 산화마그네슘 3~4중량%; 탄소나노튜브 0.2~0.5중량%; 규산나트륨 0.25~1중량%; 산화칼슘 45~55중량부, 삼산화황 24~28중량부, 알루미나 10~15중량부, 이산화규소 1~2중량부로 이루어진 팽창제 0.75~1중량%; 규불화마그네슘과 규불화아연 중 선택되는 어느 하나 또는 둘의 조합으로 이루어진 규불화염 3~20중량%와 실리카 5~30중량%와 물 70~92중량%로 이루어지는 수용액 100중량부에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 조성되는 수축저감제 0.2~0.4중량%;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물을 제시한다.
이로써 온도 및 습도 변화에 대한 저항성을 높일 수 있는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 양태로, 고흡수성 폴리머 0.1~3중량%와 에틸렌초산비닐 1~2중량% 및 방청제 0.2~1.5중량%를 더 포함하여 이루어짐으로써 접착 및 표면 강도를 강화는 물론이고 방청성능을 높이는 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 양태로, 식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%로 이루어진 수축저감제를 채택하여 적용함으로써 자기수축 감소와 유동성 증진의 효과를 얻을 수 있고, 이를 통해 균열방지 및 외부로부터 염소이온, 탄산가스, 수분 등 유해물질의 침투를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
여기서, 상기 결정화 유리는, 미세분말을 발포시켜 내부가 빈 클로즈드 포어(closed pore) 타입의 구형 입자로 만들고, 그 입자 표면에 흄드 실리카를 코팅하여 이루어짐으로써 온도 및 습도 변화에 대한 저항성을 더욱 효과적으로 높일 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 양태는, (A) 철근콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하는 공정, (B) 열화부가 제거된 철근콘크리트 구조물의 표면에 고압수로 부착된 이물질을 제거한 후 건조하는 공정, (C) 건조된 철근콘크리트 구조물의 표면에 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항으로 조성되는 단면복구재 조성물과, 물, 충전재 및 잔골재를 일정비율로 배합한 모르타르를 바르는 공정, (D) 바른 모르타르의 표면에 중성화 및 염해방지용 표면처리제를 도포한 후 양생하는 공정으로 이루어지는 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제시한다.
이로써 온도 및 습도 변화에 대한 저항성을 높이고, 접착 및 표면 강도를 강화하여 철근콘크리트 구조물의 안정성과 내구수명을 향상시킬 수 있다.
아울러 (D) 공정에서는, 시멘트, 결정화 유리, 인공경량골재, 탄소나노튜브와 선택적으로 실리카흄 및 고흡수성 폴리머를 혼합하여 일정시간 동안 믹서로 건비빔(dry mixing)하고, 이 혼합물에 산화마그네슘 분말, 물 3~4 중량부, 규산나트륨, 팽창제, 수축저감제 및 방청제를 첨가 혼합하여 일정시간 동안 더 비벼서 단면복구재 페이스트를 형성하고, 이 페이스트 50중량부와 석회석, 석분, 탈크 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 충전재 10~30중량부 및 잔골재 50~70중량부를 일정시간 동안 믹서로 비벼서 단면복구재 모르타르를 형성함으로써 더욱 효과적으로 온도 및 습도 변화에 대한 저항성을 높이고, 접착 및 표면 강도를 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 시공성과 경제성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 양태에 따른 단열복구재 조성물은, 열전도율이 낮아 단열성능이 향상되고 온도 편차가 줄어 온도 변화 및 습도 변화에 대한 저항성이 높아지고, 이로 인하여 외부 환경변화에 따른 내구성능이 향상되며, 투수량이 적어 중성화 및 염해 저항성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분산성과 결합력이 우수하며 수축이 적고 조직이 치밀하고 밀도가 높아 외부로부터 염소이온, 이산화탄소 및 물 등 열화물질의 침투가 어려울 뿐만 아니라 탄소나노튜브의 고른 분산을 통한 가교 작용에 의해 물리적 강도와 균열저항성 및 연성이 우수하여 접착력 및 표면 강도가 강화되고 균열의 발생을 최소화하므로 철근콘크리트 구조물의 안정성과 내구수명을 향상시킬 수 있다.
게다가 방청성능이 크게 향상되므로 종래와 달리 별도로 방청제를 도포할 필요가 없어 시공성 및 경제성을 높일 수 있다.
여기서, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물을 이용한 단면복구공법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 본 발명에서 '철근콘크리트 구조물'이라 함은 일반적인 건축구조물, 해양콘크리트 구조물, 하수종말처리장, 수영장 등의 수중콘크리트 구조물, 지수구조물, 수리구조물, 지중구조물, 하수관거, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 신축이음부, 프리캐스트 제품 등 콘크리트로 이루어진 구조물을 의미하는 것으로 사용한다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[단면복구재 조성물]
본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물은 크게 하기의 성분을 포함하여 구성된다.
(1) 시멘트 72~75wt%
시멘트는 바인더 기능 및 역할을 하고, 철근의 표면에 부동태의 알칼리 보호피막을 형성한다.
시멘트의 배합비가 전체에서 72wt% 미만이면 강도발현이 미흡하고 철근에 알칼리성의 피막 형성이 용이하지 않고, 75wt%를 초과하면 소성수축균열이 발생할 수 있어 72~74wt%로 배합하는 것이 바람직하다. 시멘트로는 KS L 5201에서 규정하는 포틀랜드 시멘트나 플라이애시 시멘트 중 1가지 이상을 사용할 수 있다.
(2) 실리카흄 5~8wt%
실리카흄은 탄소나노튜브의 물리적 분산성을 높이고 시멘트와 인공경량골재 사이의 계면 파괴를 방지하여 모르타르의 강도를 증진시키고, 아울러 시멘트 페이스트 입자 사이의 공극을 메워 수밀성을 향상시키고, 내구성(압축강도) 및 부착성을 증대시키며, 알칼리 실리카반응을 억제 및 화학적 저항성을 향상 그리고 염화물 이온의 침투를 억제하는 기능 및 역할을 한다.
실리카흄은 탄소나노튜브와 비슷한 입자 크기(입경이 0.15㎛)를 갖는 분말로 이루어진 것을 사용하며, 실리카흄의 배합비가 전체에서 5wt% 미만이면 탄소나노튜브의 분산성이 떨어지고, 8wt%를 초과하면 염해 저항성이 커지나 시멘트 페이스트의 물성이 약해지고 수축이 커지는 현상이 발생할 수 있어 5~8wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(3) 결정화 유리 7~9wt%
결정화 유리는 열전도율이 낮추고 온도 편차를 줄여 온도 변화 및 습도 변화에 대한 저항성을 높이는 기능 및 역할을 한다.
결정화 유리는 이산화규소 50~55중량부, 알루미나 32~37중량부, 산화칼륨 3~4중량부, 산화칼슘2~3중량부, 산화제2철1.5~2중량부를 혼합한 미세분말을 발포시켜 내부가 빈 클로즈드 포어(closed pore) 타입의 구형 입자로, 그 입자 표면에 흄드 실리카를 코팅하여 이루어지고, 평균 입경이 8.5~30㎛로 이루어진다.
결정화 유리의 배합비가 전체에서 7wt% 미만이면 단열성능이 떨어지고 건조수축이 증대될 수 있고, 9wt%를 초과하면 열전도율은 낮아지나 유동성 및 시공성이 저하될 수 있어 7~9wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(3) 인공경량골재 6~7wt%
인공경량골재는 모르타르의 중량을 감소시키는 채움재 및 필터재 기능 및 역할을 한다.
인공경량골재로는 팽창점토, 팽창혈암, 플라이애시(fly-ash) 등을 로터리킬른(회전로)을 이용해서 1050~1200℃로 소성하여 표면 껍질부는 치밀한 유리질로 이루어지고, 내부는 무수한 다공성(폐쇄형 공극)의 기포가 존재하여 비중이 1.2~1.8에 이르고, 밀도가 1.45g/㎤, 평균 입경이 1.2mm 이하인 것을 사용한다.
인공경량골재의 배합비가 전체에서 6wt% 미만이면 모르타르의 강도가 떨어지고, 7wt%를 초과하면 흡수율이 높아져 배합에 문제를 일으키고 유동성이 저하되어 모르타르 도포시공에 필요한 소요 워커빌리티를 만족하지 못하게 될 수 있어 6~7wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(4) 산화마그네슘 3~4wt%
산화마그네슘은 분말로 제공되어 모르타르의 미세구조를 치밀하게 하여 수축에 따른 미세 균열을 감소시키고 시공속도를 향상시키며, 온도제어 기준을 단순화하는 기능 및 역할을 한다. 또 산화마그네슘은 장기재령에서 팽창하여 모르타르의 온도가 하강할 때 발생하는 건조수축과 온도수축을 보상한다.
산화마그네슘의 배합비가 전체에서 3wt% 미만이면 팽창효과가 떨어지고, 4wt%를 초과하면 수축을 증가시키지만 그에 따른 균열을 증가시켜 모르타르의 강도가 저하될 수 있어 3~4wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
여기서, 산화마그네슘은 시멘트 페이스트의 팽창 시점 및 속도와 팽창성을 높이기 위해 900~950℃에서 약 1시간 동안 소성하여 100㎛ 이하의 체로 체가름하여 얻은 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
(5) 탄소나노튜브 0.2~0.5wt%
탄소나노튜브는 휨강도가 증진되고 강성이 크게 향상되며, 연성을 증가시켜 충격하중에 대한 저항을 보강하고 내구성 및 내하력을 향상시키는 기능 및 역할을 한다.
탄소나노튜브의 배합비가 전체에서 0.2wt% 미만이면 강도 증진의 효과가 저하되고, 0.5wt%를 초과하면 유동성과 접착성은 물론이고 시공성이 저하될 수 있어 0.2~0.5wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(6) 규산나트륨 0.25~1wt%
규산나트륨은 시멘트가 수화 반응하기 이전에 발생하는 소성 수축, 침하 등을 방지하는 기능 및 역할을 한다.
규산나트륨의 배합비가 전체에서 0.25wt% 미만이면 시멘트의 경화속도가 저하되고, 1wt%를 초과하면 급격한 반응으로 너무 빨리 경화될 수 있어 0.25~1wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(7) 팽창제 0.75~1wt%
팽창제는 모르타르의 경화과정에서 팽창성의 수화물을 형성하여 수축을 보상하는 기능 및 역할을 한다. 여기서, 팽창제는 산화칼슘 45~55중량부, 삼산화황 24~28중량부, 알루미나 10~15중량부, 이산화규소 1~2중량부로 이루어진다.
팽창제의 배합비가 전체에서 0.75wt% 미만이면 자기수축 및 건조수축이 발생할 수 있고, 1wt%를 초과하면 수화반응에 의한 에트린자이트의 생성으로 팽창을 일으켜 균열이 발생할 수 있어 0.75~1wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
(8) 수축저감제 0.2~0.4wt%
수축저감제는 모르타르가 경화된 후에 그로부터 수분이 증발할 경우 표면장력을 저하시키고 응결 및 수화반응을 촉진하는 물리작용으로 모르타르의 수축을 저감시키는 기능 및 역할을 한다.
수축저감제는 일례로 규불화마그네슘과 규불화아연 중 선택되는 어느 하나 또는 둘의 조합으로 이루어진 규불화염 3~20중량%와 실리카 5~30중량%와 물 70~92중량%로 조성되는 수용액 100중량부에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 이루어질 수 있다.
이러한 수축저감제는 규불화염이 용해되면서 pH 수치의 상승으로 겔화(gelation)가 진행되고 교질상의 실리카가 망상형 교질상 실리카로 전이하면서 불소이온을 방출한다. 실리카는 수용액 중에 확산된 상태로 존재한다. 방출된 불소이온은 시멘트의 알카리 이온과 반응하여 서브마이크로 이하의 난용성 금속불화물을 생성하여 콘크리트 중에 존재하는 수㎛ 내지 수십㎛의 미세공극 및 균열에 대한 충전작용으로 치밀한 조직을 형성한다. 치밀한 조직의 확보에 의해 압축강도, 블리딩저감, 수밀성이 증대된다. 또한, 최밀 충진 효과에 의해 콘크리트의 표면수 및 세공수가 증발되는 과정에서 표면장력이 증가되어 수축 응력이 유발되는 현상을 세공구조의 개선과 모세관의 완충 효과를 통해 건조수축이 억제되는 효과를 발휘한다. 실리카는 시멘트의 수화에 의해 생성된 수산화칼슘과 반응하여 시멘트의 궁극적인 강도를 지배하는 칼슘실리케이트 수화겔(C-S-H gel)의 생성을 촉진하는 포졸란 효과를 통하여 강도를 높인다.
여기서, 규불화염이 3중량% 미만이면 수밀성 강화효과, 수축저감 효과가 미미하며, 20중량%를 초과하면 모르타르의 과도한 팽창으로 균열이 유발될 수 있다. 또한, 실리카가 5중량% 미만이면 수밀성 강화효과, 강도증진 효과가 약하며, 30중량%를 초과하면 수용액에서 상분리될 수 있으므로 그 각각의 범위 내로 제한하여 사용하는 것이 바람직하다.
수축저감제의 다른 일례는, 식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%로 이루어질 수 있다. 식물성 기름으로는 콩기름, 들기름, 옥수수기름 등의 폐식용유를 여과 및 정제한 것을 사용할 수 있고, 아크릴 에멀젼으로는 아크릴 수지 60~95중량%, 메틸메타크릴레이트 수지 0.1~20중량%, 부틸아크릴레이트 수지 0.1~15중량%, 폴리비닐메틸에테르 0.01~7중량%, 폴리비닐아민 0.01~7중량%, 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트 0.01~7중량%, 알킬페놀 수지 0.01~5중량%로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
여기서, 수축저감제의 다른 일례는 식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%를 특정 비율로 혼합한 후, 교반기로 1,000 rpm 내지 4,000 rpm에서 30분 내지 90분 동안 교반하여 만들 수 있다. 교반속도가 1000 rpm 미만에서는 유동성이 떨어지고, 4,000 rpm을 초과하면 경제성이 떨어진다. 교반하는 시간은 30분 내지 90분이며, 30분 이내에서는 혼합이 균질하게 이루어지지 않으며, 90분 이상 혼합 시에는 과혼합이 일어나므로 경제성이 떨어진다.
이러한 수축저감제는 자기수축 감소와 유동성 증진의 효과를 얻을 수 있고, 이를 통해 균열방지 및 외부로부터 염소이온, 탄산가스, 수분 등 유해물질의 침투를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
수축저감제의 배합비가 전체에서 0.2wt% 미만이면 건조수축이 감소되고, 0.4wt%를 초과하면 모르타르의 경화 후 건조 시에도 장력의 감소에 기인하여 건조수축이 감소될 수 있어 0.2~0.4wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
한편, 수축저감제는 팽창제와 서로 상이한 건조수축 제어 메커니즘 복합상승효과에 의해 단독 사용할 경우보다 건조수축 저감 효과가 훨씬 유리하다. 즉, 팽창제 혼입률만을 증가시킬 경우 수축저감제를 병용하여 혼입할 경우에 비해 모르타르의 수축 저감률이 30~50% 정도로 낮아지고, 수축저감제 혼입률만 증가시킬 경우 팽창제를 병용하여 혼입할 경우에 비해 모르타르의 수축 저감률이 25~60% 정도로 낮아질 수 있다.
(9) 고흡수성 폴리머 0.1~3wt%
고흡수성 폴리머는 W/C비를 낮추어 건조 시 수축과 처짐에 따른 균열 저항성을 개선하고, 인장강도를 높여 내구수명을 향상시키는 기능 및 역할을 한다.
고흡수성 폴리머의 배합비가 전체에서 0.1wt% 미만이면 기계적 물성에 변화가 미미하여 강도 향상을 기대할 수 없고, 3wt%를 초과하면 블리딩(bleeding)현상 및 레이턴스를 유발하여 접착성과 강도가 저하될 수 있어 0.1~3wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
여기서, 고흡수성 폴리머는 PVA/PAA계(polyvinyla-alcohol/polyacrylicacid)를 사용하는 것이 바람직하다.
(10) 에틸렌초산비닐(EVA:ethylene vinyl acetate) 1~2wt%
에틸렌초산비닐은 계면활성제 작용으로 고흡수성 폴리머의 분산성을 높이고 분리 방지를 위한 점성을 부여하며, 강도, 접착성, 변형능력, 수밀성, 염화물 이온침투에 대한 저항성, 수축저감, 내약품성, 내마모성 및 내충격성 등의 성능을 개선하는 기능 및 역할을 한다. 즉, 에틸렌초산비닐은 장기적으로 시멘트의 접착성을 증가시켜 콘크리트 구조물과 일체화되도록 작용함과 동시에 고분자 피막으로 시멘트 공극을 메워 물이나 유해물질의 침투를 방지하고 내마모성을 증진시킨다.
에틸렌초산비닐의 배합비가 전체에서 1wt% 미만이면 계면활성제에 의한 시멘트 입자의 분산작용이 저하되는 등 특성 발현이 미미하고, 2wt%를 초과하면 고흡수성 폴리머의 분산작용 및 골재간의 접착력이 개선되어 조직이 치밀하게 형성되고 수밀성 및 균열저항성, 동결융해저항성이 향상되지만 시멘트 입자를 코팅하여 수화작용을 방해하기 때문에 응결(응집)이 지연되고 강도가 저하될 수 있어 1~2wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
이와 같이 조성된 본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물은 온도 변화에 의한 단면복구용 모르타르의 팽창 자기수축을 감소시키고 유동성을 증진시키며, 수분의 급격한 증발을 방지함으로써 수축저감으로 인한 미세한 균열의 발생을 줄이고 미세기공의 생성을 줄이기 때문에 외부로부터의 염소이온, 탄산가스, 수분 등 유해물질의 침투를 억제 또는 확산을 최소화할 수 있다. 따라서 철근콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다.
(11) 방청제 0.2~1.5wt%
방청제는 철근의 표면에 보호막을 형성하여 부식 등을 방지하는 방청성능을 향상시키는 기능 및 역할을 한다.
방청체의 배합비가 전체에서 0.2wt% 미만이면 방청성능이 미미하고, 1.5wt%를 초과하면 방청제의 주요성분인 아질산염이 내부 미세균열과 알칼리골재 반응을 유도하여 강도가 저하될 수 있어 0.2~1.5wt%로 배합하는 것이 바람직하다.
여기서, 방청제는 pH가 6~9이며 수분함유량이 2% 이하이고 부피 밀도가 0.45kg/ℓ인 분말형 트리 에폭시 실란계로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물은 필요에 따라 시멘트 입자의 분산성을 높여 콘크리트의 워커빌리티를 얻기에 필요한 단위수량을 감소시키기 위한 분산제 0.1~1wt%, 물/시멘트비를 감소시켜 강도를 향상시키기 위한 감수제 0.01~0.5wt%, 분리방지 및 미장면 확보를 위한 증점제 0.01~0.5wt%, 동결융해 저항성 및 강도증진을 위한 소포제 0.01~0.5wt%, 시멘트의 응결시간을 늦추기 위한 지연제 0.01~1wt% 중에서 선택되는 1종 이상의 혼화제를 더 첨가할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물은 조직의 치밀화를 도모하고, 혼화성, 접착성, 강도, 방수성, 내충격성, 내구성, 시공성, 크랙방지 등의 성능이 더욱더 우수하게 구현되도록 상술한 단면복구재 조성물 100중량%를 기재로 하고, 이에 대하여 표준모래 300중량%, 수용성합성고무라텍스 20~60중량%, 물 10~30중량%, 메틸셀룰로스 8~10중량%, 비이온 유화제 2~4중량%, 염화칼슘 2~3중량%, 실리콘계 소포제 1~2중량%를 더 배합하여 이루어질 수 있다.
상술한 단면복구재 조성물 100중량% 대비 수용성합성고무라텍스의 배합비가 20중량% 미만이면 피막형성 효과가 적을 수 있고, 60중량%를 초과하면 점도가 지나치게 높아 염화이온의 침투저항 성능이 떨어질 우려가 있다.
그리고 상술한 단면복구재 조성물 100중량%에 추가로 첨가되는 물, 메틸셀룰로스, 비이온 유화제, 염화칼슘, 실리콘계 소포제는 기재인 상술한 단면복구재 조성물의 에멀젼화 등을 위해 첨가하는 화합물로 각각의 한정하는 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
특히 메틸셀룰로스는 bleeding 현상을 방지하기 위해 첨가하며, 비이온 유화제는 시멘트와의 유동성을 증가시키기 위해 첨가한다.
여기서, 비이온 유화제는 노닐페놀계, 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜계, 폴리비닐피롤리돈계로 이루어지는 군에서 1종 또는 그 이상을 혼합 사용하고, 친수성 소수성비(HLB)는 10~20인 것이 바람직하다. 예를 들어, 10 미만이면 소수성의 성질을 나타내어 함침은 빠르나 콘크리트 표면 내부에 함수량이 많으면 침투속도가 느리고 침투깊이가 적어서 성능을 발휘하지 못하고, 20을 초과하면 친수성이 높아 물, 염화물 이온 등이 침투되어 콘크리트 내부 성능을 저하시킬 수 있다.
또한, 수용성합성고무라텍스는 카르복실레이트 스트렌 부타디엔을 주성분으로 하는 합성 에멀젼으로, 고형분이 47~49중량%이고, pH가 8~11이며, 점도가 200cp 이하이고, 표면장력이 40(dyne/cm) 이하인 것이 바람직하다. 고형분의 함량이 47중량% 미만일 경우 피막형성이 어려울 수 있고, 신율, 인장강도, 인열강도, 접착력이 저하될 수 있다.
<실시 예1>
시멘트 75wt%와, 실리카흄 5wt%와, 결정화 유리 7.5wt%와, 인공경량골재 6wt%와, 산화마그네슘 3.5wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 수축저감제 0.2wt%(규불화마그네슘 3~20wt%와 실리카 5~30wt%와 물 70~92wt%로 이루어지는 수용액 100kg에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 조성)와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%와, 에틸렌초산비닐 1wt%와, 방청제 0.5wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
<실시 예2>
시멘트 72wt%와, 실리카흄 7.5wt%와, 결정화 유리 9wt%와, 인공경량골재 5wt%와, 산화마그네슘 3.5wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 수축저감제 0.2wt%(규불화마그네슘 3~20wt%와 실리카 5~30wt%와 물 70~92wt%로 이루어지는 수용액 100kg에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 조성)와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%와, 에틸렌초산비닐 1wt%와, 방청제 0.5wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
<실시 예3>
시멘트 75wt%와, 실리카흄 4.5wt%와, 결정화 유리 8wt%와, 인공경량골재 5wt%와, 산화마그네슘 3.5wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 수축저감제 0.2wt%(식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%)와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%와, 에틸렌초산비닐 1wt%와, 방청제 1.5wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
<실시 예4>
시멘트 72wt%와, 실리카흄 8wt%와, 결정화 유리 7.5wt%와, 인공경량골재 5wt%와, 산화마그네슘 3.5wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 수축저감제 0.2wt%(식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%)와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%와, 에틸렌초산비닐 1wt%와, 방정체 1.5wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
<비교 예1>
시멘트 75wt%와, 실리카흄 12wt%와, 인공경량골재 16.5wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
<비교 예2>
시멘트 75wt%와, 실리카흄 10wt%와, 인공경량골재 14.5wt%와, 산화마그네슘 4wt%와, 탄소나노튜브 0.2wt%와, 규산나트륨 0.25wt%와, 팽창제 0.75wt%와, 고흡수성 폴리머 0.1wt%를 혼합하고, 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 페이스트를 만들고, 이 페이스트 50kg과 물 4kg, 석회석 10kg 및 잔골재 50kg을 일정시간 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만들었다.
[물성 평가]
상기 실시 예1 내지 4와 비교 예1 및 2와 같은 조성으로 단면복구용 모르타르를 KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)의 절차에 따라 배합한 후, 이에 대한 특성을 평가하기 위한 시험체(100×100×100mm)를 몰드를 이용하여 KS F 4042의 규정에 따라 각각 제작하였다. 이때, 재령 28일까지 습윤양생(온도 20±3℃, 상대습도 80±5%)을 실시하였다.
<시험 예1> -강도시험-
재령에 따른 시험체의 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부착강도 및 부피변화율을 측정하였다. 그 결과 중 2일차 값을 아래의 표 1에 나타내었다.
구분 휨강도(N/㎟) 압축강도(N/㎟) 인장강도(N/㎟) 부착강도(MPa) 부피변화율(%)
실시 예1 22.2 68.3 10.0 2.1 0.0001
실시 예2 21.8 64.2 9.6 1.9 0.0001
실시 예3 21.7 66.4 9.8 1.9 0.0002
실시 예4 22.3 65.6 10.0 2.0 0.0002
비교 예1 16.9 36.2 4.6 0.7 0.0018
비교 예2 16.2 35.1 5.2 0.9 0.0015
위의 표 1에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 강도특성 및 부착성능이 월등히 우수하고, KS 품질기준을 훨씬 웃도는 것임을 알 수 있다.
여기서, 재령이 클수록 각각의 강도 값은 증가하는 데, 이는 수화도가 증가하고 내부공급의 크기를 줄여 미세조직을 치밀하게 만들기 때문이다. 한편, KS 품질기준에서 규정하는 단면복구용 모르타르(보수재)의 휨강도는 6.0N/㎟ 이상, 압축강도는 20N/㎟ 이상, 부착강도는 1.0N/㎟ 이상이다.
<시험 예2> -열전도율 측정-
재령 28일 동안 수중에서 20±℃로 양생한 시험체(300×300×70mm)에 대해 열전도율 시험기구(Germany, NETZSCH사 모델명 HFM436/3/1)를 이용하여 열전도율을 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 2에 나타내었다.
구분 열전도율(kcal/㎡·h·℃)
실시 예1 0.70
실시 예2 0.65
실시 예3 0.66
실시 예4 0.72
비교 예1 1.10
비교 예2 1.08
위의 표 2에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 열전도율이 낮아 단열효과가 있음을 확인할 수 있다. 이는 클로즈드 포어(closed pore) 타입으로 되어 있는 결정화 유리와 폐쇄형 공극 구조의 인공경량골재에 의해 대부분의 열이 흡수되기 때문이다.
<시험 예3> -염해 저항성 측정-
재령에 따른 시험체의 염화물 이온을 시험지법으로 측정하였다. 그 결과 중 2일차 값을 아래의 표 3에 나타내었다.
구분 염해 저항성(Coulombs)
실시 예1 632
실시 예2 628
실시 예3 629
실시 예4 630
비교 예1 418
비교 예2 397
위의 표 3에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 염화물 이온 침투에 대한 저항성능이 월등히 우수하고, KS 품질기준(1000 Coulombs 이하)을 훨씬 웃도는 것임을 알 수 있다.
<시험 예4> -중성화 저항성 측정-
재령에 따른 시험체의 중성화를 페놀프탈레인법으로 측정하였다. 그 결과 중 2일차 값을 아래의 표 4에 나타내었다.
구분 중성화 저항성(mm)
실시 예1 1.1
실시 예2 1.0
실시 예3 1.1
실시 예4 1.1
비교 예1 1.5
비교 예2 1.3
위의 표 4에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 중성화 저항성이 월등히 우수하고, KS 품질기준(2.0mm 이하)을 훨씬 웃도는 것임을 알 수 있다. 이는 초기 중성화가 지연되기 때문이다.
<시험 예5> -유동성 및 수화발열 특성 측정-
Flow table에 의한 유동성 측정방법으로 양생 전의 시험체에 대한 유동성을 평가하였고, 수화반응에 미치는 영향을 측정하기 위해 KYOWA사 10점식 Data Logger(CAM-60B)를 이용하여 2초 간격으로 수화열을 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 5에 나타내었다.
구분 유동성(mm) 수화발열(℃/T)
실시 예1 200 31/19
실시 예2 190 31/19
실시 예3 200 31/19
실시 예4 195 31/19
비교 예1 180 29/12
비교 예2 185 29/12
위의 표 5에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 유동성 및 수화발열 특성이 우수함을 확인할 수 있다. 이는 결정화 유리 등의 첨가로 인해 분산성이 증가되기 때문이고, 아울러 초기 재령의 수화발열 상승속도를 저감시키기 때문이다.
<시험 예6> -투수량 측정-
직접 가압 투수시험법으로 재령 변화에 따라 시험체(200×200×100mm)에 대한 수밀성능을 투수시험장치(Germany, G사 모델명 GWT-4000kit)를 이용하여 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 6에 나타내었다.
구분 재령 1일 재령 7일(g) 재령 15일(g) 재령 28일(g)
실시 예1 2.8 2.9 3.1 4.0
실시 예2 2.9 3.1 3.3 4.1
실시 예3 2.9 3.1 3.2 4.0
실시 예4 2.8 2.9 3.1 4.1
비교 예1 3.5 4.2 4.8 5.7
비교 예2 3.3 4.1 4.6 5.6
위의 표 6에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 투수량이 적고, KS 품질기준(20g 이하)을 밑도는 것을 확인할 수 있다. 이는 단열성능으로 인하여 단면복구재 모르타르 자체의 열화요인에 대한 변화가 상대적으로 적어지기 때문이다.
<시험 예7> -물 흡수계수 측정-
KS F 2609에 규정한 방법으로 재령 2일차 시험체(200×200×100mm)에 대한 물 흡수계수 특성을 평가하였다. 그 결과는 아래의 표 7에 나타내었다.
구분 물 흡수계수(kg/㎡h0 .5)
실시 예1 0.010
실시 예2 0.013
실시 예3 0.012
실시 예4 0.010
비교 예1 0.008
비교 예2 0.008
위의 표 7에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 상대적으로 높은 물 흡수량을 나타내었으나, 이는 KS 품질기준(0.5kg/㎡h0 .5 이하)을 훨씬 밑도는 것임을 알 수 있다.
<시험 예8> -슬럼프 시험-
KS F 2402에 규정한 방법으로 슬럼프 시험한 결과를 아래의 표 8에 나타내었다.
구분
 슬럼프(cm)
교반 직후 20분경과 후 30분경과 후 40분경과 후 60분경과 후
실시 예1 20 17 13 11 10
실시 예2 20 18 14 12 10
실시 예3 21 18 14 12 9
실시 예4 21 18 14 13 11
비교 예1 16 12 9 7 3
비교 예2 17 14 10 9 5
위의 표 8에서 보이듯이, 실시 예1 내지 4가 비교 예1 및 2에 비해 상대적으로 수치가 높아 워커빌리티(workability) 즉, 모르타르의 바름 및 도포 시 작업성이 우수함을 알 수 있다. 이는 고분자 입자인 방청제의 볼베어링 효과로 인해 유동성을 향상시키기 때문이다.
[단면복구공법]
본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물에다가 물과 충전재 및 잔골재를 일정비율로 배합한 모르타르를 이용하여 철근콘크리트 구조물의 단면을 복구하는 공법은 하기의 각 공정으로 이루어지며, 이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
(A) 열화부 제거
철근콘크리트 구조물에서 염해, 중성화(탄산화), 화학적 부식, 탈락, 조골재 노출, 녹물, 들뜸 등과 같은 열화부를 제거하는 공정으로, 그라인더, 치핑기계 등을 이용하여 열화부를 완전히 제거한다. 이 과정에서 열화부를 완전히 제거하지 않고 단면복구용 모르타르를 부착할 경우 내구성이 떨어지고 수명이 짧을 수 있다.
여기서, 철근콘크리트 구조물은 반드시 철근이 매설되어 있는 관계로 열화부를 제거하다 보면 철근이 노출된다. 이때, 노출된 철근의 상태를 확인한 후 녹이 발생되었을 경우 치핑기계로 녹을 제거한다.
(B) 세척 및 건조
고압수로 철근콘크리트 구조물의 표면에 부착된 이물질이나 열화부를 제거하는 과정에서 발생된 먼지를 제거한 후 건조하는 공정으로, 치핑기계를 이용하여 콘크리트 구조물의 열화부를 제거하는 과정에서 많은 양의 분진이 발생되며, 이의 분진 위에 모르타르를 부착할 경우 그에 의해 접착력이 떨어질 뿐만 아니라 차후 틈이 생기므로 치핑한 후에는 잔여물을 제거한 다음, 워터젯 등을 이용해 100 ~ 200kg/m2의 고압수로 세척하여 분진 등을 깨끗하게 제거한 후 건조시킨다.
이후, 선택에 따라 건조된 철근콘크리트 구조물의 노출된 철근에 방청제를 도포할 수도 있다.
여기서, 방청제로는 유기계 아미노알코올 유도체 수용액 77~80중량%, 수산화나트륨 수용액 15~18중량%, 실란계 수용액 2~5 중량%로 이루어지진 방청제를 사용하는 것이 바람직하나, 이외에도 염화아연, 염화납, 질산나트륨, 질산칼슘 등을 사용할 수 있다.
아울러 열화부 제거 표면에 중성화방지 기능을 함유한 콘크리트 침투성 프라이머를 1~2회 도포할 수도 있다.
(C) 단면복구용 모르타르 바름
건조된 철근콘크리트 구조물의 표면에 단면복구재 조성물과 물, 충전재 및 잔골재를 일정비율로 배합한 단면복구용 모르타르를 바르는 공정으로, 모르타르를 열화부 제거 부분에 흙손으로 여러 번 미장하여 일정한 두께로 바르거나 시멘트건을 이용하여 일정 두께로 여러 번 뿜칠 시공한다.
특히 시멘트건을 이용한 뿜칠 작업 시에는 철근콘크리트 구조물과의 사이에 기포가 생기지 않고 충분한 부착력을 확보하도록 분사거리를 30~50cm로 하며, 시멘트건의 각도는 90도, 토출량은 평균 15~20ℓ/min으로 일정하게 유지하여 도포두께는 1회에 약 8mm 정도로 도포하는 것이 바람직하다.
여기서, 모르타르는 KS L 5109(수경성 시멘트 반죽 및 모르타르의 기계적 혼합방법)에 의거 혼합할 수 있다. 이때, 시멘트, 결정화 유리, 인공경량골재, 탄소나노튜브와 선택적으로 실리카흄 및 고흡수성 폴리머를 콘크리트 믹서(혹은 시멘트 믹서)를 이용해 30rpm~50rpm으로 5~7분 동안 건비빔(dry mixing)하고, 이 혼합물에 산화마그네슘 분말, 물 3~4 중량부, 규산나트륨, 팽창제, 수축저감제를 첨가 혼합한 후 80rpm~100rpm으로 3~5분 동안 1차 혼합하다가 40rpm~60rpm으로 1~2분 동안 2차 혼합하여 단면복구재 페이스트를 만든다.
이후, 만들어진 페이스트 50중량부와 충전재 10~30중량부 및 잔골재 50~70중량부를 콘크리트 믹서(혹은 시멘트 믹서)에 넣고(혹은 핸드믹서) 260rpm~300rpm으로 1~2분 동안 비벼서 단면복구재 모르타르를 만든다.
또한, 충전재로는 석회석, 석분, 탈크 중에서 선택하여 사용할 수 있고, 잔골재로는 KS F 2426(주입 모르타르의 압축 강도 시험 방법에 관한 한국산업표준), KS F 2527(굳지 않은 콘크리트의 반죽질기 시험방법에 관한 한국산업표준) 및 KS F 2544(콘크리트용 고로 슬래그 골재에 관한 한국산업표준)를 만족하는 밀도 2.60g/㎤의 세척사를 사용할 수 있다.
이러한 단면복구용 모르타르는 철근콘크리트 구조물의 표면을 보호하고, 외부로부터 수분, 염분 등의 유해성 물질의 침투로 인한 동해, 염해 등을 미연에 방지하여 안정성, 내구성 등의 증진 효과를 얻을 수 있다.
(D) 표면처리제 도포 및 양생
도포된 모르타르의 표면에 대기 중의 이산화탄소 및 화학이온 등의 침투를 억제하는 중성화 및 염해방지용 표면처리제를 도포한 후 양생하는 공정으로, 모르타르를 도포한 후 약 5시간이 지나면 롤러나 도료작업용 붓, 에어 스트레이건 등을 이용하여 표면처리제를 1 내지 2회 도포한다. 즉, 표면처리제는 단면복구 모르타르 위에 1차로 도포한 후 4시간정도 지나 표면이 마르면 2차로 도포한다.
이때, 구석진 곳이나 모서리 부분을 붓으로 먼저 도포한 다음, 넓은 면은 롤러나 스프레이건을 이용하여 전체적으로 균일하게 도포하는 것이 바람직하다.
여기서, 표면처리제로는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 폴리우레아 수지, 스티렌아크릴 공중합체 중 적어도 1가지 이상을 사용하는 통상의 중성화 및 염해방지용 코팅제이면 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 물 15~25 중량%, 분산제 1~5 중량%, 방균제 0.1~1중량%, 소포제 0.1~1 중량%, 증점제 0.1~1 중량%, 착색안료(백색) 20~30 중량%, 체질안료 10~15중량%, 수용성 스티렌 아크릴 공중합체 25~35중량% 및 수용성 지방족 우레탄 수지 10~15 중량%를 포함하는 표면처리제를 사용할 수 있고, 이는 염해, 동해, 중성화에 대한 저항성과 함께 내후성 측면에서 바람직하다.
또한, 수용성 스티렌 아크릴 수지는 고형분 47~49 중량%, 점도(25℃) 200~500 cps, pH 8~10, 유리전이온도(Tg) 12인 수지가 사용될 수 있으며, 수용성 지방족 우레탄 수지로는 고형분 33~35 중량%, 점도(25℃) 100~300cps, pH 8~8.5, 비중(25℃) 1.11~1.17의 수지가 사용될 수 있다.
마지막으로 양생하는 과정에서는 살수를 반복하여 습윤상태를 유지하도록 하거나 양생제를 도포하여 외기의 온도 변화에 의해 급속으로 건조되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 철근콘크리트 구조물 단면복구공법은 단면복구재 조성물에 의해 종래와 달리 방청제를 도포하는 공정과 프라이머를 도포하는 공정을 생략하더라도 방청성능 및 안정적인 부착력을 유지할 수 있기 때문에 시공이 용이하고 경제성과 효율성이 뛰어난 이점이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.
그러므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 시멘트 72~75중량%; 실리카흄 5~8중량%; 이산화규소 50~55중량부, 알루미나 32~37중량부, 산화칼륨 3~4중량부, 산화칼슘2~3중량부, 산화제2철1.5~2중량부로 이루어진 결정화 유리 7~9중량%; 인공경량골재 6~7중량%; 산화마그네슘 3~4중량%; 탄소나노튜브 0.2~0.5중량%; 규산나트륨 0.25~1중량%; 산화칼슘 45~55중량부, 삼산화황 24~28중량부, 알루미나 10~15중량부, 이산화규소 1~2중량부로 이루어진 팽창제 0.75~1중량%; 수축저감제 0.2~0.4중량%; 고흡수성 폴리머 0.1~3중량%; 에틸렌초산비닐 1~2중량%; 및 방청제 0.2~1.5중량%를 포함하고,
    상기 수축저감제는, 규불화마그네슘과 규불화아연 중 선택되는 어느 하나 또는 둘의 조합으로 이루어진 규불화염 3~20중량%와 실리카 5~30중량%와 물 70~92중량%로 조성되는 수용액 100중량부에 대하여 아크릴계 고분자 화합물 1~40중량부, 질산염계 화합물 0.5~30중량부, 클루코스 화합물 1~50중량부로 이루어지거나, 식물성 기름 80~95중량%와 아크릴 에멀젼 5~20중량%로 이루어지고,
    상기 방청제는, pH가 6~9이며 수분함유량이 2% 이하이고 부피 밀도가 0.45kg/ℓ인 분말형 트리 에폭시 실란계로 이루어진 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 미세분말을 발포시켜 내부가 빈 클로즈드 포어(closed pore) 타입의 구형 입자로 만들고, 그 입자 표면에 흄드 실리카를 코팅하여 이루어진 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물.
  4. 제2항의 조성물 100중량%에 대하여, 표준모래 300중량%, 수용성합성고무라텍스 20~60중량%, 물 10~30중량%, 메틸셀룰로스 8~10중량%, 비이온 유화제 2~4중량%, 염화칼슘 2~3중량%, 실리콘계 소포제 1~2중량%를 더 배합하여 이루어진 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물.
  5. 삭제
  6. (A) 철근콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하는 공정,
    (B) 열화부가 제거된 철근콘크리트 구조물의 표면에 고압수로 부착된 이물질을 제거한 후 건조하는 공정,
    (C) 건조된 철근콘크리트 구조물의 표면에 상기 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항으로 조성되는 단면복구재 조성물과, 물, 충전재 및 잔골재를 일정비율로 배합한 모르타르를 바르는 공정,
    (D) 바른 모르타르의 표면에 중성화 및 염해방지용 표면처리제를 도포한 후 양생하는 공정으로 이루어지고,
    상기 (C) 공정은, 시멘트, 결정화 유리, 인공경량골재, 탄소나노튜브와 선택적으로 실리카흄 및 고흡수성 폴리머를 혼합하여 일정시간 동안 믹서로 건비빔(dry mixing)하고, 이 혼합물에 산화마그네슘 분말, 물 3~4 중량부, 규산나트륨, 팽창제, 방청제, 수축저감제 및 방청제를 첨가 혼합하여 일정시간 동안 더 비벼서 단면복구재 페이스트를 형성하고, 이 페이스트 50중량부와 석회석, 석분, 탈크 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 충전재 10~30중량부 및 잔골재 50~70중량부를 일정시간 동안 믹서로 비벼서 단면복구재 모르타르를 형성하고, 이를 철근콘크리트 구조물의 표면에 시멘트건(cement gun)으로 뿜칠하거나 흙손으로 바르는 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 건비빔(dry mixing) 혼합물은 콘크리트 믹서(혹은 시멘트 믹서)를 이용해 30rpm~50rpm으로 5~7분 동안 혼합하여 형성하고, 단면복구재 페이스트는 콘크리트 믹서(혹은 시멘트 믹서)를 이용해 80rpm~100rpm으로 3~5분 동안 1차 혼합하다가 40rpm~60rpm으로 1~2분 동안 2차 혼합하여 형성하고, 단면복구재 모르타르는 콘크리트 믹서(혹은 시멘트 믹서, 핸드 믹서)를 이용해 260rpm~300rpm으로 1~2분 동안 혼합하여 형성하는 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 방청제는, 유기계 아미노알코올 유도체 수용액 77~80중량%, 수산화나트륨 수용액 15~18중량%, 실란계 수용액 2~5 중량%로 이루어지고,
    상기 표면처리제는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 폴리우레아 수지, 스티렌아크릴 공중합체 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법.
KR1020150186564A 2015-12-24 2015-12-24 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법 KR101637987B1 (ko)

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