KR101684920B1 - 무수축 내열 그라우트재 - Google Patents

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Abstract

본원은 내산성, 내알카리성, 주입성, 유입성, 내충격성, 내크랙성, 부착성, 및 저장성을 동시에 만족시킬 수 있는 무수축 내열 그라우트재 관련 기술이다.
본원은 특히 300~800℃ 범위로 높은 온도조건에서 운전되는 발전소, 석유화학공장, 섬유화학공장 등에서 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성을 갖고 변형이 없도록 적용되는 무수축 내열 그라우트재를 제공하고자 하는 기술이다.
본원에서 적용되는 무수축 내열 그라우트재는 고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 5호규사 34±5 wt%, 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%가 포함되어 이루어진 기본조성을 갖는 무수축 내열 그라우트재에 관한 것으로, 상기 그라우트재 기본 조성에 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가 추가되어 적용되는 무수축 내열 그라우트재 관련 기술이다.

Description

무수축 내열 그라우트재{Non-Shrink Grout Material Composition}
본 발명은 무수축 내열 그라우트재에 관한 것으로, 특히 시멘트와 규사, 바룬(화산재), CSA(Calcium sulfer aluminate), 유동화재가 포함되어 이루어지는 무수축 내열 그라우트재에 관한 것이다.
본 발명의 무수축 내열 그라우트재는 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성이 우수할 뿐만 아니라, 상기 그라우트재를 적용한 구조물의 보수 및 보강방법은 바닥재 및 타 부속자재와의 친화성을 갖고, 간편한 시공과 신속한 경화로 단시간에 구조물의 기능 및 형상을 복원시킬 수 있으며, 인장 강도 등 구조물의 물성을 보완하여 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 무수축 내열 그라우트재 관련 기술이다
본원의 무수축 내열 그라우트재가 적용되는 기술분야는 800℃ 정도의 높은 온도에서도 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성을 갖고 변형이 없도록 적용되는 발전소, 석유화학공장, 섬유화학공장 등에서 사용되는 기술이다.
일반적으로 구조물의 균열을 방치할 경우 구조물의 외관을 훼손시킬 뿐만 아니라, 균열이 더욱 악화되어 누수, 오염, 배근된 철근을 부식시켜 구조물의 수명단축 및 성수대교의 붕괴와 같은 커다란 인명피해를 가져올 수 있기 때문에 적절한 보수 및 보강이 요구되고, 더욱 800~1,000℃ 범위의 높은 온도조건에서 운전되는 제철소의 기초바닥재나 높은 반응열을 소화해야 하는 화학공장이나 가공과정 중에 300~500℃ 범위의 높은 온도 조건에서 운전되는 섬유공장 등의 기초바닥재에는 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성의 무수축 내열 그라우트재가 필요하다.
내열 그라우트는 초기에는 시멘트, 물, 점토 등을 사용한 시멘트계 그라우트가 주로 사용되었으나, 1919년 내열 그라우트가 발명되어 그 후로는 내열 그라우트도 많이 사용되고 있으며, 최근에는 비닐 중합체 또는 크롬 리그닌의 발견으로 내열 그라우트재 관련 기술은 급 진전되었으며, 이러한 내열 그라우트는 주로 지수나 지반의 개량 및 구조물의 보수·보완용으로 주로 사용되어 오고 있다.
종래의 내열 그라우트재로 가장 널리 사용되는 것은 에폭시 수지를 주성분으로 하는 내열 그라우트재가 사용되었으나 에폭시 수지를 주성분으로 하는 내열 그라우트재는 에폭시 수지의 변성 정도, 첨가제의 종류에 따라서 주입속도, 강도, 부착력이 상이하므로, 다양한 크랙 부위에 적절하게 적용하는 것이 용이하지 않고 특히 300~800℃ 범위로 높은 온도조건에서 운전되는 발전소, 석유화학공장, 섬유화학공장 등에서 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성을 갖고 변형이 없도록 적용되는 발전소, 석유화학공장, 섬유화학공장 등에서 재균열이 발생하지 않는 무수축 내열 그라우트재가 요구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 고려하여, 내산성, 내알카리성, 주입성, 유입성, 내충격성, 내크랙성, 부착성, 및 저장성을 동시에 만족시킬 수 있는 무수축 내열 그라우트재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히 300~800℃ 범위로 높은 온도조건에서 운전되는 발전소, 석유화학공장, 섬유화학공장 등에서 내산성, 내알카리성, 내충격성, 내크랙성을 갖고 변형이 없도록 적용되는 무수축 내열 그라우트재를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 무수축 내열 그라우트재를 제공하고자 하는 기술로, 고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 백운석계 5호규사 34±5 wt%, 백운석계 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%가 포함되어 이루어지는 무수축 내열 그라우트재를 이용하여 본원의 목적을 달성할 수 있다.
본원의 무수축 내열 그라우트재에서 시멘트는 종래기술에서부터 사용되고 있는 원료이므로 별도의 설명이 필요없는 것이고, 본원의 무수축 내열 그라우트재에서 사용되는 백운석(Dolomite)계 규사는 칼슘마그네슘탄산염[CaMg(CO3)2] 으로 이루어진 광물로 결정면은 다소 완곡되어 있고 치밀하며 방해석에 비해 산에 의한 발포도가 적은 특징으로 갖고, 수성암계의 석회석에 비하여 내화성이 우수한 효과를 제공한다.
본원의 무수축 내열 그라우트재에서 바룬(Balloon)은 시라스(화산재)를 미립자로 가공하여 독립기포를 갖는 무기질의 경량 초립자를 말하는 것으로, 다공성으로 인하여 단열효과를 제공하고 경화되거나 건조되는 경우에도 수축이 없는 효과를 제공하며, 다공성 구조가 많아서 시멘트의 사용량을 줄이는 효과를 제공한다.
또한 본원의 무수축 내열 그라우트재에서 유동화제는 높은 감수력으로 작업성을 향상시키고 이는 시멘트 입자와 입자 사이에 반발력(electrostatic repulsion)을 높여주는 효과로 작업성을 향상시키고 또한 압축강도는 w/c의 감소비에 의존하므로 동일한 작업성(유동성) 조건에서 압축강도를 증가시키는 효과를 제공하기 위해 유동화재는 SiO2 50~70wt%, Al2O3 8~12wt% MgO 9~18 wt%, Fe2O3 2~5 wt% CaO 2~5 wt%가 함유된 조성의 유동화재가 사용되도록 적용될 수 있다.
또한 본원의 무수축 내열 그라우트재에는 상기 원료조성에 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가 추가되어 적용될 수 있는바, 상기 그라우트재 콘크리트 혼합물에서 기포가 발생하면 과도한 부피팽창과 박리현상이 발생하여 강도저하 현상을 유발할 수 있으므로 소포제를 상기 범위로 사용하여 강도저하 현상을 방지하도록 적용되고, P.P(PolyPropylene)섬유는 체적의 0.1% 정도나 또는 1.5kg/㎥ 을 혼합하여 사용하는 경우 공온상태 또는 화재발생시 섬유가 녹은 자리로 내부 수증기를 방출시켜 폭영현상을 방지하고 40MPa 이상의 고가강도 구조물을 유지하도록 적용될 수 있다.
따라서 본원은 무수축 내열 그라우트재의 이용방법으로서, 고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 5호규사 34±5 wt%, 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%, 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가 포함된 조성으로 무수축 내열 그라우트재 조성물을 이용하여 쇳물 등을 이동하는 용기의 외피에 일정두께로 코팅하여 내열용기를 이루고, 상기 내열용기를 300~800℃ 범위로 높은 온도의 내용물을 담가 이동하거나 보관하는 수단으로 사용되는 무수축 내열 그라우트재의 이용방법으로 적용될 수 있다.
또한 본원의 무수축 내열 그라우트재를 산성이나 알카리성 약품저장탱크 등의 내산성 및 내알카리성을 요하는 시설 저부나 표면에 무수축 내열 그라우트재가 코팅 또는 피복되어 강도를 높여 사용되는 용도에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술사상이 구체적으로 구현되는 실시양태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란 기재에서 상세하게 설명된다.
본 발명에 따라 제조한 무수축 내열 그라우트재는 내산성, 내알카리성, 주입안정성, 열안정성, 내충격성, 내크랙성, 및 저장성을 동시에 만족시킬 수 있으며, 본원 내열 그라우트재를 적용하여 구조물을 보수 및 보강할 경우 부자재와의 친화성을 가져 간편한 시공과 신속한 경화로 단시간에 구조물의 기능 및 형상을 완전히 복원시킬 수 있으며, 동시에 인장강도 등 구조물의 물성을 보완하고 구조물에 강력하게 부착하여 구조물의 수명을 연장시켜 주는 효과를 제공한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서 본원에서 제시되는 제조 실시예는 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니고 발명자가 소망하는 결과물을 얻을 수 있는 것인지 수많은 시행 오차 과정을 겪으며 적용해 본 결과로 하나의 사용예로 특정하고 이를 기준으로 설명하고자 하는 것으로, 본원에서 제시되는 제조실시 양태는 얼마든지 청구범위 수치 내에서 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예에 한정되는 것이 아님은 당연하다.
내열 그라우트 제조실시예(1)
본원 발명자는 본원의 기술사상으로 제공되는 무수축 내열 그라우트재로 고형분 기준으로 시멘트 44.5 ㎏, 5호규사 35.0 ㎏, 4호규사 16.1 ㎏, 바룬(화산재) 1.5 ㎏, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5 ㎏, 유동화재 0.4 ㎏가 포함되어 100wt% 조성을 이루는 무수축 내열 그라우트재의 기본조성을 이루고 이를 HICON-L로 명명하고, 발명자가 원하는 물성을 확보하는지 실험하고자 하였다.
내열 그라우트재의 배합비는 HICON-L : 물 = 25kg : 4kg 으로 하였고 W/M = 15%로 적용하는 샘플제품 1 제품의 물성 결과는 표 1과 같이 제시되었다.
시험항목( HICON-L 샘플) 단위 성능 시험방법
물사용량(물/몰탈) % 15.0 제조사기준
응결시간
 초결 시간 : 분(min)
 5.5


KSF 4044
종결 7.6

압축강도
 3일
Mpa
 42
7일 57
28일 70
팽창높이
 3일 %
 0.00
28일 0.01
열팽창계수 m/m/℃ 1.0×10-6 KSF 2608
따라서 상기의 시험결과로부터 발명자가 원하는 물성을 확보하는 사실을 확인할 수 있었다.
내열 그라우트 제조실시예(2)
본원 발명자는 더 좋은 물성을 찾기 위하여 연구를 수행하는 과정에서 무수축 내열 그라우트재로 고형분 기준으로 시멘트 42.5 ㎏, 5호규사 33.3 ㎏, 4호규사 15.0 ㎏, 바룬(화산재) 6.2 ㎏, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5 ㎏, 유동화재 0.3 ㎏, 소포제(제품명 : B-107F) 0.1 ㎏, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.1 ㎏으로 100wt% 조성을 이루는 무수축 내열 그라우트재를 HICON-H로 명명하고 물성을 확보하는지 실험하고자 하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
시험항목( HICON-H 샘플) 단위 성능 시험방법
물사용량(물/몰탈) % 15.0 제조사기준
응결시간
 초결 시간 : 분(min)
 5.0


KSF 4044
종결 7.0

압축강도
 3일
Mpa
 43
7일 60
28일 71
팽창높이
 3일 %
 0.00
28일 0.01
열팽창계수 m/m/℃ 1.0×10-6 KSF 2608
상기 실험결과를 통하여 발명자가 원하는 응결시간, 압축강도 및 팽창높이, 열팽창계수 등의 제반요건을 충족시키는 사실을 확인하고 상기 HICON-L 및 HICON-H 시험체에 대하여 폭렬방지 공법이 도입된 고강도 콘크리트에 대한 내화인증 시험을 실험환경 조건으로 온도 31~33℃, 상대습도 32~34% RH 조건을 갖는 내화실험실에서 내화성능 확인실험을 국토해양부 고시 제2008-334호, "고강도 콘크리트 내화성능 관리기준, KS F 2257-1;2005(건축구조부재의 내화시험방법에 준하여 실시하고자 하였으며 그 시험결과는 표 3에 나타내었다.
구 분
 성능기준
 시험결과 내화성능
온도 시간
시험체
(HICON-L)		 차열성
 주철근 평균온도 538℃이하 412 ℃ 180 분
3시간
주철근 최고온도 649℃이하 531 ℃ 180 분
시험체
(HICON-H)		 차열성
 주철근 평균온도 538℃이하 399 ℃ 180 분
3시간
주철근 최고온도 649℃이하 489 ℃ 180 분
상기의 실험결과는 국토해양부고시 제2008-334호(2008.07.21) 제4조의 3시간 내화성능을 만족하는 것으로 확인되었다.
또한 상기의 실험결과는 본원에서 제공되는 무수축 내열 그라우트재로 고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 5호규사 34±5 wt%, 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%로 포함되어 이루어지는 무수축 내열 그라우트재의 기본조성도 국토해양부고시의 내화성능 기준을 만족하는 것이나, 더욱 바람직하기로 상기의 기본조성에 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가 추가되어 제공되는 무수축 내열 그라우트재(HICON-H)가 더욱 성능을 높이는 사실을 확인할 수 있었다.
본원의 기술사상이 적용되어 제공되는 무수축 내열 그라우트재(HICON-L 또는 HICON-H)가 현장에 적용되는 사용적용예를 설명하여 보면, 예를 들어 공장에서 무거운 하중의 기계설비를 설치하는 기초물의 사이즈가 400mm×400mm×150mm이고 수량이 14개소인 기초물에 압축강도 60 MPa 무수축 내열 몰탈을 시공하는 경우로 가정하여 보면, 전체 무수축 내열 몰탈의 필요수량은 : 0.4m×0.4m×0.15m×14개소 = 0.336㎥ 가 필요하게 된다.
본원에서 제공되는 무수축 내열 그라우트재(HICON-H)가 1포에 25kg 규격으로 제공되고 무수축 몰탈 1㎥ 제조시 필요한 양이 약 2,000㎏(80포)이 필요하므로, 상기 전체 무수축 몰탈의 양이 0.336㎥이라면 질문하신 크기와 수량의 무수축 몰탈을 만들기 위해서는 2,000×0.336 = 672㎏이 필요하고, 포대로 계산하면 672÷25 = 26.9포대 약 27포대로 사용할 수 있다.
본원에서 제공되는 무수축 내열 그라우트재(HICON-H)를 이용하여 바닥면 크랙부위(비관통 크랙 : 크랙깊이 70 ㎜, 크랙 너비 1.2 ㎜)를 줄눈 커터기를 사용하여 깊이 10 ㎜, 너비 1.5 ㎜로 줄 눈을 형성한 후에 그라우트재를 상부에서 주입하고, 바닥 위의 여부 그라우트는 헤라를 사용하여 제거한 후 경화시켜 하드너로 마감처리된 바닥의 크랙을 보수 보강하고 약 1시간 경과 후 바닥의 줄눈은 시공된 그라우트재가 지게차의 빈번한 이동에서도 전혀 탈락되지 않았고, 크랙 또는 이음매의 벌어짐 현상도 전혀 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.
또한 본원의 기술사상으로 제공되는 무수축 내열 그라우트재(HICON-L 및 HICON-H)에 대하여 -20±2℃*20시간, 80±2℃*20시간의 동해 및 융해 반복시험을 KSM-5307에 준하여 5회 반복실험을 하였으나 이상이 없었고, 내산성 시험으로 황산(H2SO4) 5% 용액에 168시간 침지시키는 실험결과 및 내알카리성 시험으로 수산화나트륨(NaOH) 5% 용액에 168시간 침지시키는 경우에도 부착강도 및 압축강도 변화가 발견되지 않는 사실로부터 본원의 기술사상으로 제공되는 무수축 내열 그라우트재의 내산성 및 내알키리성도 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 300~800℃ 범위의 온도조건에서 사용가능한 무수축 내열 그라우트재에 있어서,
    고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 백운석(Dolomite)계 5호규사 34±5 wt%, 백운석(Dolomite)계 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%, 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가가 포함되어 이루어지고, 상기 유동화재는 SiO2 50~70wt%, Al2O3 8~12wt%, MgO 9~18 wt%, Fe2O3 2~5 wt%, CaO 2~5 wt%가 함유된 조성으로 사용되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 무수축 내열 그라우트재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 300~800℃ 범위의 온도조건에서 사용가능한 무수축 내열 그라우트재의 이용방법에 있어서,
    고형분 기준으로 시멘트 42±5 wt%, 백운석(Dolomite)계 5호규사 34±5 wt%, 백운석(Dolomite)계 4호규사 15±5 wt%, 바룬(화산재) 6.2±1.0 wt%, CSA(Calcium sulfer aluminate) 2.5±0.5 wt%, 유동화재 0.3±0.2 wt%, 소포제 0.08±0.02 wt%, P.P(PolyPropylene) 화이버 0.08±0.02 wt%가 포함된 조성으로 무수축 내열 그라우트재 조성물을 이루고, 상기 유동화재는 SiO2 50~70wt%, Al2O3 8~12wt%, MgO 9~18 wt%, Fe2O3 2~5 wt%, CaO 2~5 wt%가 함유된 조성으로 무수축 내열 그라우트재 조성물을 기본 구조물에 코팅하거나 피복하여 내열성을 높이도록 적용하는 것을 특징으로 하는 무수축 내열 그라우트재의 이용방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무수축 내열 그라우트재 조성물을 용기 표면에 피복하여 내열용기로 사용하는 것을 특징으로 하는 무수축 내열 그라우트재의 이용방법.
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