KR101741177B1 - 급경 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법. - Google Patents

급경 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물에 관한 것으로, 보통 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재 25.0~43.0 중량부, 산화규소 36.0~45.0 중량부, 160 메시의 입도를 가진 분산제 0.05~0.1 중량부, 폴리머 수지 분말 0.5~1.0 중량부, 실리카 흄 1.0~2.0 중량부, 수산화칼륨 6.0~35.0 중량부, 소포제 0.1~3.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 열가소성 유리장 섬유 중 어느 하나 또는 그 이상의 섬유보강재 0.1~4.0 중량부, 산화주석, 산화텅스텐, 안티몬 주석 산화물(ATO), 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 나노입자 및 나노 실리카로 이루어진 나노 복합체 분말 1~3 중량부를 혼합하여 이루어지며, 상기 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 물과 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

급경 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법.{QUICK HARDENING AND HIGH-STRENGTH INORGANIC POLYMER MORTAR AND CONCRETE REPAIR AND SUPPLEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 급경 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 간편하게 제조하여 사용할 수 있으면서도 콘크리트의 보수보강에 의해 고강도를 유지하면서도 휨강도, 내구성, 작업성이 탁월하고 단열효과가 우수한 급경 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물을 세우기 위하여 사용되는 콘크리트는 일정기간이 경과하면 노화되어 콘크리트가 건축물에서 점차 박리 및 탈락되는 현상이 발생하기 때문에 이를 보수보강하여 건축물의 수명을 연장하기 위하여 유기계 모르타르를 이용하여 보수해야 한다.
상기 유기계 모르타르는 3성분형(resin+hardener+aggregate)으로서, 경화시간이 빠르고, 접착력이 우수하며, 압축강도와 굴곡강도, 인장강도가 우수한 장점이 있지만, 습윤면에는 사용이 불가능하며, 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 발수성을 방해하여 단기간 내에 탈락이 발생하는 등의 문제점이 있다. 또한, 대량 타설시 모체에 영향을 미쳐 모체 파괴를 유발하기 때문에 대량으로 타설이 불가능하며, 가사시간의 짧기 때문에 작업성이 저하되고 인체에 해로운 가스가 발생하며 자외선에 의한 변색이 발생하는 등의 문제점이 있다.
이와 같은 문제점으로 인해, 최근에는 상기 유기계 모르타르의 단점을 보완한 유무기계 모르타르가 사용되고 있다. 상기 유무기계 모르타르는 무기계 분말과 유기계 수지를 혼합한 것인데 습윤면에 시공이 가능하고, 높은 압축강도, 휨강도를 얻을 수 있으며, 경화시간이 빨라 긴급 타설이 용이하다. 그러나 유무기의 혼용 소재이기 때문에 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 내구성이 떨어지며 가사시간이 짧아 작업성이 떨어지고 대 단면 복구에 따른 어려움이 있다. 또한, 혼합수지가 pH 7 이하이기 때문에 철근부식의 우려가 있을 뿐만 아니라 인체에 해로운 포름알데하이드 기체가 발생하여 밀폐된 공간에서는 질식의 우려가 있으며 유기물의 자외선 노출로 인해 변형이 발생하기 때문에 콘크리트 모체로부터 탈락이 발생하게 되는 문제점이 있다.
즉, 상기 콘크리트가 모체로부터 탈락되는 이유는 콘크리트 모체와 수축 및 팽창, 탄성률이 상이하여 발생하게 되는 것이며, 이는 현재 콘크리트의 보수보강에 필요한 적절한 조성물이 구비되지 않은 상태로 이루어지게 됨에 따라, 철저한 보수보강이 어려운 실정이다.
즉, 상기 유무기계 모르타르는 소량의 무기물을 첨가하여 무기계인 콘크리트와 일부가 동일한 상태로 조성되기 때문에 콘크리트의 모체와 견고한 부착력을 유지하도록 사용되고 있기는 하나, 유기물적 특성이 강함에 따라 콘크리트와 견고한 결합상태를 유지할 수 없게 된다. 뿐만 아니라 작업성에서도 무기계 분말 및 유기계 수지의 두 가지 성분을 혼합하여 사용하게 됨에 따라 작업성이 떨어져 상기 콘크리트의 보수보강은 제대로 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다. 또한, 시공기술이 발달함에 따라 고강도 및 휨강도증가에 따른 크랙방지와 내구성의 증진을 점차 요구하는 추세이다.
이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 본 발명자는 대한민국 등록특허공보 10-1205546호에서 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트의 보수와 보강 및 단열 방법을 개발한 바 있다. 이러한 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트의 보수와 보강 및 단열 방법은 콘크리트의 부착강도, 휨강도를 충분히 확보하게 해 주면서도 내구성이 탁월하고 시공이 간편한 장점이 있다. 특히, 실리카 에어로겔을 포함함으로써 콘크리트 보수면의 단열성을 높이고 결로를 방지하여 콘크리트 보수재로서의 신뢰성을 향상시키고 조성물의 수축변형을 최소화하여 작업성을 높일 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 모르타르 조성물은 실리카 에어로겔을 포함하기 때문에 콘크리트 표면에 모르타르 조성물을 시공한 후 콘크리트 표면에 표면처리재를 발라 단열처리를 해야 하기 때문에 공정이 복잡하고 표면처리재의 품질 및 성능을 유지하기 위한 관리가 필요한 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 10-1205546호 대한민국 등록특허공보 10-1119893호 대한민국 등록특허공보 10-0455947호 대한민국 등록특허공보 10-0958728호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 콘크리트와 동일한 성분인 무기계 조성물을 이용하여 콘크리트를 보수보강함으로서, 상기 콘크리트가 보다 견고하게 부착되어 높은 고강도를 유지함과 동시에 휨강도, 내구성이 탁월하고 단열성이 우수한 고강도 무기계 폴리머모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 고강도 무기계 폴리머모르타르 조성물의 성분으로 함유되는 실리카 에어로겔 대신 나노 복합체 분말을 적용함으로써 콘크리트 보수보강 공정에서 단열처리 없이도 공정을 마무리할 수 있는 고강도 무기계 폴리머모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 보통 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재 25.0~43.0 중량부, 산화규소 36.0~45.0 중량부, 160 메시의 입도를 가진 분산제 0.05~0.1 중량부, 폴리머 수지 분말 0.5~1.0 중량부, 실리카 흄 1.0~2.0 중량부, 수산화칼륨 6.0~35.0 중량부, 소포제 0.1~3.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 열가소성 유리장 섬유 중 어느 하나 또는 그 이상의 섬유보강재 0.1~4.0 중량부, 산화주석, 산화텅스텐, 안티몬 주석 산화물(ATO), 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 나노입자 및 나노 실리카로 이루어진 나노 복합체 분말 1~3 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하되, 이때, 상기 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 물과 혼합하여 사용된다.
또한, 상기 나노 복합체는 코어-셸 구조로 이루어지되, 코어가 금속 산화물 나노입자이며, 셸이 나노 실리카인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 보수보강 방법은 콘크리트의 표면을 처리하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 표면 처리된 콘크리트 표면에서 누수부위 및 급결 지수처리를 요하는 부분을 신속하게 경화시키도록 지수재를 도포하는 제2단계; 상기 제2단계 이후 상기 콘크리트 표면을 물로 세척 및 포수하는 제3단계; 상기 제3단계를 통해 세척된 콘크리트 표면의 녹제거 및 방청처리하는 제4단계; 상기 제4단계를 거쳐 녹제거 및 방청처리된 콘크리트 표면에 전기 화학반응으로 인한 철근 산화를 방지하기 위하여 알카리성의 침투형 방청제를 주입하여 상기 콘크리트를 알카리성으로 회복처리하는 제5단계; 상기 제5단계를 통해 표면 처리된 콘크리트 표면에 콘크리트 접착제를 도포하는 제6단계; 상기 제6단계를 통해 콘크리트 접착제가 도포된 콘크리트 표면에 청구항 1의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 물과 함께 혼합하여 시공하는 제7단계(S700);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법 의하면 콘크리트와 동일한 성분인 고강도 무기계 조성물을 이용하여 콘크리트를 보수보강하기 때문에 상기 콘크리트가 보다 견고하게 부착되어 높은 고강도, 우수한 휨강도를 유지함과 동시에 내구성이 탁월하고, 시공이 간편하며, 신속한 시공이 이루어질 수 있어 사용자에게 매우 큰 만족감을 줄 수 있다.
또한, 상기 고강도 무기계 폴리머모르타르 조성물의 성분으로 함유되는 실리카 에어로겔 대신 나노 복합체 분말을 적용함으로써 콘크리트 보수보강 공정에서 단열처리 없이도 공정을 마무리할 수 있는 고강도 무기계 폴리머모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수보강 방법을 제공할 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 보수와 보강 방법은 다음과 같다.
1. 표면 처리 단계
본 발명의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 건축물의 노화 및 자연내력에 의해 콘크리트 표면에 균열 및 박리 탈락 현상이 발생되는 곳에 시공되는 것으로서, 먼저 콘크리트의 보수할 면을 그라인더 및 브레이커, 해머 등을 사용하여 표면을 평평하게 처리하게 된다.
2. 급결 지수 처리
상기 표면 처리 공정을 통해 표면 처리된 콘크리트 모체에 누수 부위가 있는 경우 누수 방지를 위하여 누수 부위를 지수 처리하며, 예를 들어, 지수재로서 프롬시멘트를 흙손 등을 사용하여 누수 부위를 도포 내지 메움으로써 지수 처리한다. 이때, 상기 프롬시멘트는 초속경, 초기 고강도, 무수축, 미세립자, 해수 응결 및 내화학성의 특성을 가진 천연시멘트를 가리키는 것이다.
3. 세척 및 포수
상기 급결 지수 처리 공정을 통해 도포 내지 메워진 상기 프롬시멘트의 양생 후 콘크리트 표면을 깨끗하게 세척하며, 예컨대 고압 살수기를 이용하여 물을 고압 살수함으로써 콘크리트 표면에 있는 이물질을 세척하고 세척 폐수를 포수한다.
4. 녹제거 및 방청
최근 해사(海沙)의 사용으로 인한 철근 부식과 산성비, 대기오염 등으로 철근의 부식이 심화되고 있으며, 상기 세척 및 포수 공정을 거친 후 콘크리트 모체의 철근에 있는 녹을 제거하고, 추후 부식 방지를 위한 처리를 거치고, 예를 들어, 철근의 표면에 산화방지 및 염해방지제를 도포하여 피막을 형성함으로써 처리한다.
상기 녹제거/방청처리의 과정을 수반하게 되면, 콘크리트의 구조물과의 완벽한 일체성을 기할 수 있으며, 철재면에도 부착력이 강하며 콘크리트와의 접착력도 증가되는 것이 알려져 있다.
5. 알카리성 회복 처리
상기 녹제거 및 방청 처리된 표면에는 전기 화학반응으로 인한 철근 산화 방지와 중성화된 콘크리트의 알카리성 회복을 위하여 침투형 방청제를 이용해 알카리성 회복처리가 이루어진다.
상기 침투형 방청제는 무기형 이온물질로서, pH 11 이고, 색상은 암갈색을 띈다. 상기 알카리성 회복처리는 건축토목 공사현장의 철근, H빔, I형강, 강관 파일 등에 주로 사용되며, 그 밖에도 콘크리트 모르타르 타설 전과 내부 철근 부식 방지의 목적시 및 중성화된 노후 콘크리트의 재생시에 사용된다.
상기 공정을 통해 알카리성 회복처리가 이루어지면, 그 이후 작업으로 공지의 침투성 폴리머 방수재를 이용하여 방수 및 접착증강과 표면처리를 할 수도 있으나, 필수 공정은 아니며 필요에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 침투성 폴리머 방수재는 주로 콘크리트 크랙 및 표면보수용으로 사용되며, 이 밖에도 콘크리트 중성화, 염해방지 표면피복용, 콘크리트의 내 외부 방수재, 외벽 견출용 등으로 사용되는 것을 도포한다.
6. 콘크리트 접착제 도포
상기 공정을 통해 알카리성 회복처리가 이루어지면, 콘크리트 표면에 콘크리트 접착제를 도포한다. 상기 콘크리트 접착제는 기존 콘크리트와 새로운 콘크리트를 접착하기 위해 도포되는 것으로서, 그 용도는 콘크리트 구조물의 보수/보강, 크랙의 충진 및 보수, 타일, 벽돌, 대리석, 금속, 유리블록, 실리콘 등의 접착시와 모르타르의 접착 증강제, 조형용 접착제와 같이 견고한 접착력을 갖는 것을 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
7. 보수 모르타르 시공
상기 도포된 콘크리트 접착제 표면으로는 본 발명에 의한 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물이 물과 함께 혼합되어 시공된다.
상기 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 수용성 고분자 폴리머를 이용한 무기계 폴리머 모르타르로서, 1성분형이며 물만 첨가하여도 사용이 가능하고, 스프레이 기계화 사공이 용이하여 대규모 보수에도 접합하도록 되어 있다.
상기 모르타르의 특징은 고강도, 우수한 휨강도, 우수한 작업성, 화학 저항성, 조강성, 우수한 부착력, 낮은 리바운드율, 우수한 방수성, 균열발생이 없으며, 우수한 중성화 저항성, 낮은 길이 변화율, 무독성, 동결융해 저항성, 염소이온 침투 저항성 등이 있으며, 그 용도는 토목 구조물 보수보강과 건축구조물 보수보강, 해양구조물 보수보강, 특수구조물 보수보강 등에 사용된다.
본 발명에서 상기 모르타르 조성물은 보통 포틀랜트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재 25.0~43.0 중량부, 산화규소 36.0~45.0 중량부, 160 메시의 입도를 가진 분산제 0.05~0.1 중량부, 폴리머 수지 분말 0.5~1.0 중량부, 실리카 흄 1.0~2.0 중량부, 수산화칼륨 6.0~35.0 중량부, 소포제 0.1~3.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 열가소성 유리장 섬유 중 어느 하나 또는 그 이상의 섬유보강재 0.1~4.0 중량부, 산화주석, 산화텅스텐, 안티몬 주석 산화물(ATO), 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 나노입자 및 나노 실리카로 이루어진 나노 복합체 분말 1~3 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 사용할 때, 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 물 15~20 중량부를 혼합하여 콘크리트 표면에 시공한다. 상기 물의 혼합비율이 15~20중량부의 범위를 벗어나면 너무 되거나 묽어 작업성이 좋지 않고 모르타르의 특성을 발현하지 못한다.
보통 포틀랜트 시멘트와 알루미나 시멘트와 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재는 상기 재료들을 서로 결합하고 콘크리트에 대한 결합을 위해 사용되는 것으로, 포틀랜트 시멘트 : 알루미나 시멘트 : 고로슬래그 = 4 : 1 : 1의 중량비율로 혼합되는데, 상기 혼합비율의 하한치보다 적게 혼합되면 재료간 결합과 콘크리트에 대한 결합력이 약하고, 상한치보다 많이 혼합되는 경우 결합력에 큰 변화가 없기 때문에 상기 범위로 혼합하여 사용해야 한다. 즉, 포틀랜트 시멘트로서 제품의 기본사양을 조성하고, 양생시간 단축을 위해 경화시간 촉진하는 알루미나 시멘트를 혼합하되, 제품의 안정성과 장기강도를 위해 고로슬래그를 혼합하여 제조하는 것이다.
또한, 입도 160 메시의 분산제 0.05~0.1 중량부, 150 메시의 폴리머 수지 분말 0.5~1.0 중량부, 섬유보강재 0.1~4.0 중량부, 나노 복합체 분말 1~3 중량부를 혼합하게 된다. 이때, 상기 분산제는 0.05~0.1 중량부 내에서 함량을 조절할 수 있으며, 바람직하게 상기 폴리머 수지는 0.5~1.0 중량부, 섬유보강재 (나일론섬유 섬유 등) 0.1~4.0 중량부, 그리고 나노 복합체 분말 1~3 중량부의 범위 내로 제한하여 최적화된 성분으로 조성하여 사용할 수 있다.
상기 분산제는 작업성 향상을 위한 유동성을 증가시키고, 폴리머 수지는 부착강도와 휨강도의 증진을 위함이며, 섬유보강재인 나일론섬유는 휨강도의 증가와 초기양생시에 건조크랙을 저감시키는 효과를 나타낸다.
상기 섬유보강재로는 폴리프로필렌 섬유, 유리섬유, 카본섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 열가소성 유리장 섬유 중 어느 하나 또는 그 이상이 사용 가능하다. 특히, 열가소성 유리장 섬유는 폴리프로필렌을 결합한 열가소성 유리장 섬유를 사용하는 것이 바람직히다.
상기 열가소성 유리장 섬유는 10~13㎛의 직경을 갖는 장섬유 형태의 유리 섬유를 폴리프로필렌 수지로 코팅한 것으로, 2~14㎜의 길이로 절단한 것을 폴리프로필렌 수지로 코팅한다. 특히 바람직하게는, 4㎜의 길이로 자른 유리 섬유를 폴리프로필렌 수지액에 담궈 딥코팅 방식으로 코팅할 수 있다. 이러한 열가소성 유리장 섬유는 PP-LFT(polypropylene-ling fiber reinforced thermoplastics)라고 부르기도 한다.
상기 열가소성 유리장 섬유를 섬유보강재로 사용하면 골재와 골재 간의 브릿지 효과를 증대시키면서 모르타르 조성물의 인장강도를 높여 피로균열과 반사균열에 대한 저항성을 높일 수 있으며, 폴리프로필렌 수지로 코팅되어 있기 때문에 폴리프로필렌이 모르타르 조성물에 혼입되는 효과를 발생하여 인장강도의 증대에 기여하게 된다.
또한, 상기 나노 복합체 분말은 금속산화물 나노입자와 나노 실리카로 구성되며 단열 성능을 제공하면서 균열 방지, 결로 방지 등의 기능을 부여하게 된다. 즉, 상기 나노 복합체 분말은 산화주석, 산화텅스텐, 안티몬 주석 산화물(ATO), 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 나노입자와 나노 실리카로 이루어지는데, 코어-셸 구조를 이루는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코어-셀 구조의 나노 복합체는 금속 산화물 나노입자가 코어에 위치하고 나노 실리카가 셸에 위치하게 되는데, 금속 산화물 나노입자의 표면에 형성되는 나노 실리카의 셸은 메소 다공성 구조를 형성하게 된다. 이러한 구조를 통해 금속 산화물 나노입자와 나노 실리카를 단순히 혼합할 때에 비해 단열, 균열 방지, 결로 방지 등의 효과가 더 크게 나타나게 된다.
나노 복합체 분말을 1 중량부 미만으로 혼합하면 단열, 균열 방지, 결로 방지 등의 효과를 얻을 수 없고 3 중량부를 초과하면 단열, 균열 방지, 결로 방지의 효과는 커지지만 부착력, 내구성이 약화되기 때문에 상기 범위 내에서 사용해야 한다.
코어-셸 구조의 나노 복합체를 제조하는 방법으로는 임프린팅법, 회합 상분리법, 동축 전기 분무법, 에어로졸을 이용한 자기조립법 등이 있으나 셸을 구성하는 실리카의 메소 다공성 부여를 위해 자기조립법을 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 상기 에어로졸을 이용한 자기조립법은 나노 실리카의 전구체로서 테트라오르소실리케이트(TEOS) 또는 메틸트리에톡시실란을 사용하며 계면활성제로서 세틸트리메틸암모늄 브로마이드를 사용하며, 금속 산화물 나노입자로는 평균 입경이 100nm인 산화 주석 나노입자를 사용하였다. 이를 에틸렌과 초순수를 1:1 중량비로 혼합한 용매에 분산시킨 후, 분무장치를 이용하여 에어로졸 액적을 만들고 이를 건조 및 소성을 거쳐 계면활성제를 제거하는 방법으로 제조하였다. 제조된 나노 복합체는 평균 입경이 약 300nm인 것으로 나타났다.
본 발명에 의한 모르타르 조성물의 제조 방법은 다음과 같다.
분산제, 소포제, 섬유보강재인 PP-LFT과 폴리머 수지 분말을 혼합한 후 이 혼합물에 수산화칼슘 결합재 분말과 300 메시의 실리카 흄 분말을 혼합하고 200 메시의 수산화칼륨 분말, 산화규소 및 나노 복합체 분말을 혼합한다.
여기서 상기 수산화칼슘은 소석이라고도 하는데 백색 분말로 비중은 2.24이며, 상기 실리카 흄은 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유하여 발생하는 초미립자 부산물을 말하는 것으로서, 규소합금 제조를 위한 원료로 규석, 석탄, 목편, 철가구 등과 환원제인 코크스를 전기로에 투입하여 약 2000℃의 고온으로 페로실리콘을 제조하는 도중에 중간생성물인 SiO가 가스화되고 이것이 공기에 의해 산화하여 SiO2로 되며 다시 응축하여 초미립자로 생성된다.
상기 수산화칼륨은 가성칼륨이라고도 하는데, 오래 전부터 탄산칼륨을 석회유와 반응시키는 가성(加成)화법이 이용되어 대량으로 생산되었으나, 현재는 염화칼륨수용액을 전기분해하여서 얻는다. 녹는점 360.4℃, 끓는점 1,320℃, 비중 2.055이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물의 효과에 대해 설명한다.
[실시예]
보통 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트, 및 고로 슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재 32 중량부, 산화규소 40 중량부, 분산제 0.1 중량부, 폴리머 수지 분말 1.0 중량부, 실리카 흄 1.0 중량부, 수산화칼륨 11 중량부, 소포제 0.9 중량부, PP-LFT 4.0 중량부, 및 나노 복합체 분말 2 중량부를 혼합 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 나노 복합체 분말은 에어로졸을 이용한 자기조립 방법을 이용하여 제조된 코어-셸 구조의 나노 복합체로서 코어는 안티몬 주석 산화물(ATO)이며 셸로는 메소 다공성 나노 실리카이다.
[시험예]
상기 실시예에 따라 제조된 모르타르 조성물의 물성을 확인하기 위하여 압축강도, 휨강도, 부착강도, 내알칼리성, 길이변화율, 중성화저항성, 투수수량, 물흡수계수, 습기투과저항성 및 염소이온침투저항성을 평가하기 위하여 시험편을 제작하여 시험을 실시하였다. 시험은 모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 물 16 중량부를 혼합한 시험편으로 실시하였다.
또한, 비교를 위하여 대한민국 등록특허공보 10-1205546호에 개시된 실리카 에어로겔을 혼합한 모르타르 조성물의 측정값(비교예)과 대비하였고, 실험실 및 양생실의 환경조건은 온도 20±2℃, 습도 65±20%로 하였다.
도막 형성후의 겉모양을 평가하기 위한 시험편은 습도 65±10%의 양생 조건하에서 7일간 양생한 후, 형틀로부터 탈형하여 도막을 뒤집어서 다시 계속적으로 7일간 양생시킨 것을 표준양생 시험편으로 하며, 시험편의 크기는 100×100mm로 하였다.
시험편의 시험 방법은 아래와 같다.
① 촉진내후성 시험 후 : 제작된 시험편을 KS F 2274 4.에 규정한 선샤인 카아본 아아크등(WS형)을 사용하여 시험하며, 촉진 노출시간은 250시간으로 한다.
② 온·냉반복 시험 후 : 제작된 시험편을 KS F 4715 5.9.2에 규정하는 방법에 따라 시험한다.
③ 내알칼리성 시험 후 : 제작된 시험편을 KS M 8070에 규정하는 수산화칼슘[Ca(OH)2] 포화용액 속에 표준양[0035] 생시험편을 168시간 동안 완전히 침지한 후 시험편을 꺼내어 즉시 물로 표면에 묻어 있는 시험액을 씻어내고, 물기를 닦아낸다. 그 후 시험편을 3시간 동안 조용히 놓아둔다.
④ 내염수성 시험 후 : 제작된 시험편을 KS M 8115에 규정하는 염화나트륨(NaCl) 3% 수용액을 침지액으로 하여 KS M 5000 3411에 규정하는 방법으로 168시간 놓아둔 후 시험편을 꺼내어 즉시 물로 표면에 묻어 있는 시험액을 씻어내고, 물기를 닦아낸다. 그 후 시험체를 3시간 동안 조용히 놓아둔다.
상기 시험에 대하여 도막형성 후의 겉모양의 평가는 표준양생 시험편을 기준으로 하여 시험방법에 따라 열화처리된 시험편에 대하여 도막 표면에 주름, 잔갈림, 핀홀, 변형, 벗겨짐 및 변색 등의 현상이 나타났는지 유무를 육안으로 관찰하였다.
또한, 중성화 깊이 측정을 위하여, 시험용 밑판에 도막재를 도포하고 7일간 양생하였다. 양생 종료 1일 전에 공시체의 4측면 및 밑면을 에폭시 수지로 밀봉하고, 에폭시 수지를 24시간 경화시킨다. 온도 20±2℃, 상대습도 65±10%, CO2 농도 5.0%로 고정된 중성화 시험기에 넣은 후 28일 동안 중성화시킨다. 시험방법은 단면복구재의 시험방법과 동일하다.
또한, 염소이온 침투저항성 시험은 KS F 2711의 규정에 따랐다.
또한, 투습도 시험을 위하여, 실시예 및 비교예의 모르타르 조성물의 도포는 형틀에 시료를 기포가 없도록 흘려 넣어 도막을 균일한 두께로 마무리하였고, 그 후 규정된 양생 조건하에서 7일간 양생한 후, 형틀로부터 탈형하였다. 탈형한 후 도막을 뒤집어서 다시 계속적으로 7일간 양생시킨 것을 시험편으로 하였다. 시험편의 크기는 지름 150mm의 원형으로 제작하고 온도 23±2℃, 상대 습도 50±10%에서 항량시킨 것을 시험편으로 하였다.
투습도 시험방법은 아래와 같다.
① 시험편의 두께 측정
시험편의 두께 측정은 시험편의 중앙을 중심으로 지름 100mm 원을 그리고 그 안에 정방형 격자를 표시하여 9개 부위를 0.01mm까지 측정하고, 측정값 중 최고값과 최저값을 제외한 7개의 측정값을 평균하여 도막 두께로 한다.
② 시험편의 설치 시험편의 설치는 다음에 따른다.
a) 용기 바닥에 흡습제(CaCl2)를 100g이상 투입한다. 이 때 흡습제의 표면이 평활하도록 한다.
b) 시험편을 용기에 설치한다. 그 때 시험편은 그 재료의 용도에 따른 방향으로 한다.
c) 규정된 밀봉재를 시험편의 투습 범위(Ø100mm) 이외의 부분에 도포하고 투습 범위 이외에서 투습이 없도록 밀봉한다.
d) 시험용기에 흡습제를 넣지 않고 같은 방법에 의해 시험편을 설치한다. 이것을 블랭크 용기라 한다.
투습도 측정을 위하여, 우선, 시험편을 설치한 용기를 온도 23±2℃ 및 상대습도 50±2%로 설정한 항온 항습조 내에 두고 적당한 시간 간격으로 용기를 꺼내어 용기의 질량 증가를 측정하고 시험편의 투습량을 구하였다. 다음으로, 블랭크 용기의 질량 증감을 측정하고 앞서 구한 투습량에서 가감하여 보정하였으며, 측정 간격은 시험편 투습량의 증가가 0.01~10g의 범위가 되는 시간으로 한다. 이 측정한 용기의 질량과 이 직전에 측정한 용기 질량의 차에서 1시간당 환산한 질량의 증가량을 구한다. 이 증가량을 연속하여 5회 이상 측정하고, 2 간격(48시간) 이상 시험용기의 질량이 일정하게 증가하면 시험을 종료하였다.
또한, 내투수성 시험을 위하여, 시험용 밑판에 제품에 표시된 방법으로 도막재를 기포가 없도록 균일하게 도포한 후 규정된 양생 조건 하에서 7일간 양생한 후 도막재가 도포된 면을 제외한 측면을 에폭시 수지 등으로 완전히 도포하여 1일 이상 양생한 것을 시험체로 하였다. 이를 투수 시험 장치에 시험체를 고정시킨 후 0.1N/㎟의 수압을 1시간 가하였다. 수압을 가한 후 시험 장치로부터 시험체를 분리하여 KS M 7602에 규정하는 2종의 거름종이로 약 10초 동안 가볍게 닦은 후 시험체 중앙부를 2분할하여 도막 아래의 밑판에 물이 투수되어 젖어 있는지를 관찰하였다.
또한, 부착강도 시험을 위하여, 시험용 밑판에 제품에 표시된 방법으로 도막재를 기포가 없도록 균일하게 도포한 후 규정된 양생조건 하에서 7일간 양생하여 시험편을 제조하고 규정된 열화조건(촉진내후성 시험후, 온냉반복시험후, 내알카리성 시험후, 내염수성시험후)에 노출시킨 후 실시하며 시험방법은 앞절의 단면복구재와 동일하다.
또한, 균열대응성 시험을 위하여 제작된 시험체를 온도 -20±2℃ 및 20±2℃에서 1시간 이상 보관한 후 KS F 2620 4.의 A형으로 하고 홈 깊이는 4㎜로 하여 2등분하고, KS F 3211 6.4.1의 인장시험기를 이용하여 시험체를 5㎜/min으로 신장한 후, 시험시 온도 -20℃의 경우 신장 0.2㎜ 이내, 20℃의 경우 0.4㎜ 이내에서 도막재에 잔갈림 및 파단이 발생하였는지 관찰한다. 촉진내후성 시험 후에는 촉진 열화시킨 시험체에 대하여 온도 20℃에서 0.2㎜ 이상 신장하여 갈라짐이 발생하는지 여부를 관찰하였다.
상기와 같은 시험을 통해 실시예와 비교예의 모르타르 조성물을 비교한 결과는 표 1과 같다. 시험결과에서 품질기준은 KS F 4936-03에 따른 것이다.
실시예 비교예 품질기준
도막형성후
겉모양
표준양생후 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성시험후 이상없음 이상없음 이상없음
온냉반복시험후 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성시험후 이상없음 이상없음 이상없음
내열수성시험후 이상없음 이상없음 이상없음
투습도(g/㎡day) 6 8 50.0 이하
용기안에서의 상태 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성 이상없음 이상없음 이상없음
중성화깊이(㎜) 0 0 1.0 이하
염화물이온 침투저항성(Coulomb) 445 452 1,000 이하
균열대응성 -20℃ 이상없음 이상없음 이상없음
20℃ 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성시험후 이상없음 이상없음 이상없음
부착강도
(N/㎟)
표준양생후 2.2 2.2 1.0 이상
촉진내후성시험후 2.1 2.1 1.0 이상
온냉반복시험후 2.2 2.1 1.0 이상
내알칼리성시험후 2.1 2.0 1.0 이상
내열수성시험후 2.3 2.0 1.0 이상
시험결과 실시예 및 비교예의 모르타르 조성물은 유사한 시험특성을 나타내어 콘크리트 보수보강 공사에 충분히 적용 가능한 것을 확인하였다.
또한, 실시예 및 비교예의 모르타르 조성물을 콘크리트 시험체(1×1×0.1m)의 표면에 흙손으로 3㎜의 두께로 발라 코팅층을 형성하고 건조 후 코팅층과 반대편의 온도를 비교하여 단열 특성을 시험하였다.
상기 시험체를 50~60℃의 열원에 노출시키고 열원에 노출된 약 1㎝ 측면에서 10~20분 후의 온도 변화를 관측하였고 30일간 자연 방치 후의 코팅층 균열을 확인하였다. 그 결과 실시예 및 비교예 모두에서 온도 변화가 없으며 균열 또한 없는 것으로 확인되었다.
또한, 본 발명의 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트의 보수보강 공사에 사용해 본 결과 표면처리를 하지 않았을 때에도 단열성에서 비교예에 따른 모르타르 조성물과 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.
따라서 본 발명의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 사용하면 성능 또한 기존의 모르타르 조성물과 차이가 없으면서도 콘크리트 표면을 단열처리해야 하는 추가 공정 없이도 콘크리트 보수보강이 가능한 모르타르 조성물을 제공할 수 있는 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하며, 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (4)

  1. 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물에 있어서,
    상기 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 보통 포틀랜트 시멘트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재 25.0~43.0 중량부, 산화규소 36.0~45.0 중량부, 160 메시의 입도를 가진 분산제 0.05~0.1 중량부, 폴리머 수지 분말 0.5~1.0 중량부, 실리카 흄 1.0~2.0 중량부, 수산화칼륨 6.0~35.0 중량부, 소포제 0.1~3.0 중량부, 폴리프로필렌 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 나일론 섬유, 열가소성 유리장 섬유 중 어느 하나 또는 그 이상의 섬유보강재 0.1~4.0 중량부, 산화주석, 산화텅스텐, 안티몬 주석 산화물(ATO), 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 세슘 텅스텐 산화물(CTO) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 산화물 나노입자 및 나노 실리카로 이루어지며 평균 입경이 300㎚이며 코어-셸 구조로 이루어진 나노 복합체 분말 1~3 중량부를 혼합하여 이루어지며,
    상기 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물은 물과 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어-셸 구조는 코어가 금속 산화물 나노입자이며, 셸이 나노 실리카인 것을 특징으로 하는 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물.
  4. 콘크리트의 표면을 처리하는 제1단계;
    상기 제1단계를 통해 표면 처리된 콘크리트 표면에서 누수부위 및 급결 지수처리를 요하는 부분을 신속하게 경화시키도록 지수재를 도포하는 제2단계;
    상기 제2단계 이후 상기 콘크리트 표면을 물로 세척 및 포수하는 제3단계;
    상기 제3단계를 통해 세척된 콘크리트 표면의 녹제거 및 방청처리하는 제4단계;
    상기 제4단계를 거쳐 녹제거 및 방청처리된 콘크리트 표면에 전기 화학반응으로 인한 철근 산화를 방지하기 위하여 알카리성의 침투형 방청제를 주입하여 상기 콘크리트를 알카리성으로 회복처리하는 제5단계;
    상기 제5단계를 통해 표면 처리된 콘크리트 표면에 콘크리트 접착제를 도포하는 제6단계;
    상기 제6단계를 통해 콘크리트 접착제가 도포된 콘크리트 표면에 청구항 1의 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 물과 함께 혼합하여 시공하는 제7단계(S700);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 무기계 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 보수보강 방법.
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