KR101775651B1 - 방청성능을 향상시킨 케이블 충진 그라우트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼슘 디 아질산염, 아민계수지, 폴리카보네이트 수지, 비메탈계 가스발생제, PC계 분말유동화제, 디카르복시간, 징크스테아레이트, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하는 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물에 관한 것이다.

Description

방청성능을 향상시킨 케이블 충진 그라우트 조성물{Cable filler and grout composition with high anticorrosion}

본 발명은 프리믹스 되어 케이블에 충진되거나, 첨가재 타입으로 케이블에 충진되는 그라우트 조성물로 공소제어, 균열제어 등에 의해 방청성을 배가시켜 결과적으로 이러한 케이블이 활용된 구조물에 구조적 건전성을 향상시키도록 하는 케이블 충진그라우트 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 현수교, 사장교 등에 사용되는 케이블은 설치 후 장기간 사용되어 부식 등에 의해 노화될 수 있다. 이러한 부식 등에 의한 노화는 현수교, 사장교 등 구조물 전체의 구조적 안정성을 저해하는 요인이 되므로 이러한 부식을 제어할 필요가 있다.

이러한 케이블은 케이블에 복수의 강선을 매입하고 케이블과 강선 간을 충진 그라우트에 의해 충진시켜 메움으로서 케이블 및 강선에 발생될 수 있는 부식을 방지하도록 한다.

이러한 충진 그라우트서 시멘트를 주재로한 기존의 그라우트는 균열을 수반하는 문제가 있고 이러한 균열은 수분의 침투경로가 되어 결과적으로 케이블 및 강선의 부식방지를 제대로 보장할 수 없는 문제가 있다.

또한 충진 그라우트로서 에폭시를 주재로한 기존의 그라우트는 균열면에서 유리할 수 있으나 충진성이 떨어져 밀실한 충진이 어려워 결국 내부에 공소를 발생시키도록 하여 부식방지를 제대로 보장할 수 없는 문제가 있다.

이와 관련된 기술로서 대한민국 특허등록 제0561097호에서는 시멘트 50.00 내지 80.00 중량%, 포졸란계 초미분말 1.00 내지 10.00 중량%, 수축보상재 1.00 내지 15.00 중량%, 충진재 10.00 내지 30.00 중량%, 분말 유동화제 0.10 내지 1.00 중량%, 비메탈계 가스 발생제 0.01 내지 1.00 중량% 및 점도가 1000 내지 5000cps인 분말 증점제 0.01 내지 0.10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블이 인입된 포스 텐션 구조물용 그라우트 조성물을 제시하고 있다.

그러나 상기 기술의 경우도 충분한 충진성 확보를 기대할 수 없어 케이블 내부에 공소가 발생될 수 있으며, 충진 후 경화과정에서 발생되는 부피변화 등에 의한 균열을 충분히 제어할 수 없는 것으로 보여 결국 이러한 점들은 케이블(강선)에 부식을 유발하여 전체 구조물의 구조적 건전성을 저하시키는 문제가 있을 수 있다.

대한민국 특허등록 제0561097호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 조성물 자체로 방청성을 부여함과 동시에 충진성이 확보되어 밀실한 충진을 통한 시공성 향상 및 공소를 제어토록 하며, 팽창특성의 발현 등에 의해 경화과정에서 발생되는 각종 균열을 제어토록 하여 방청성을 배가시키도록 할 수 있는 케이블 충진 그라우트 조성물을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물은 칼슘 디 아질산염, 아민계수지, 폴리카보네이트 수지, 비메탈계 가스발생제, PC계 분말유동화제, 디카르복시간, 징크스테아레이트, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 아민계수지 5 내지 50중량부, 폴리카보네이트수지 5 내지 50중량부, 비메탈계 가스 발생제 5 내지 30중량부, PC계 분말유동화제 5 내지 50중량부, 디카르복시산 2 내지 10중량부, 징크스테아레이트 5 내지 30중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 100 내지 200중량부, 디스테아디모늄헥토라이트 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 탄닌 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 모노에틸렌글리콜 5 내지 10중량부, 이산화티탄함유 다공성섬유 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 에틸렌옥사이드 1 내지 3중량부, 코코넛 오일지방산 1 내지 3중량부, 올레핀 설퍼네이트 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명인 방청성능이 향상된 케이블 충진 및 그라우트 조성물은 충진성을 배가시켜 케이블 및 강선간 간극에 공소가 발생되는 것을 제어할 수 있으며, 충진 후 경화과정에서 수축보상 등에 의해 균열저항성을 향상시켜 방청성능, 내구성 등 물성을 배가시킬 수 있는 장점이 있다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물(이하 “본 발명의 조성물”이라함)은 칼슘 디 아질산염, 아민계수지, 폴리카보네이트 수지, 비메탈계 가스발생제, PC계 분말유동화제, 디카르복시산, 징크스테아레이트, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명의 조성물은 조성물 자체로 프리믹스 되어 케이블 충진제로 사용될 수 있음은 물론 첨가제로서 일반 포틀랜트 시멘트를 포함하는 충진 그라우트가 제조될 때 첨가되도록 하는 것으로, 충진성이 확보되어 케이블 및 강선간 간극에 공소를 제어할 수 있으며, 조성에 의해 방수성 및 방청성을 향상시키고, 모세관 현상에 의한 블리딩(Bleeding) 현상을 방지하며, 충진 후 수축에 의한 균열 등의 문제를 제어토록 하는 것이다.

바람직하게 본 발명의 조성물은, 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 아민계수지 5 내지 50중량부, 폴리카보네이트수지 5 내지 50중량부, 비메탈계 가스 발생제 5 내지 30중량부, PC계 분말유동화제 5 내지 50중량부, 디카르복시산 2 내지 10중량부, 징크스테아레이트 5 내지 30중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 100 내지 200중량부, 디스테아디모늄헥토라이트 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

칼슘 디 아질산염(calcium nitrite)은 본 발명의 조성물에 포함되어 방수성능을 그대로 유지하면서 방청성능을 증진시켜 케이블(강선)의 부식을 방지하도록 하는 것이다. 즉 케이블(강선)을 부식으로부터 보호하는 작용을 하는 것으로서 비교적 소량을 사용하여도 케이블(강선)에 방청작용을 하는 것이다.

이러한 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite)의 작용기작은 아질산이온(NO2-)이 철(Fe)로부터 용출된 철이온(Fe++)과 반응하여 녹 성분인 수산화제이철[Fe(OH)3]의 생성을 차단하면서 안정한 화합물인 Fe2O3를 생성되게 된다. 이렇게 생성된 Fe2O3는 철 표면에 생긴 부식 지점에 피막을 형성하여 폐쇄시키므로 철의 부식 진행을 방지하게 되는 것이다.

상기 아민계수지(Thicker)는 케이블과 내부에 내재된 강선의 부착성을 향상시킴으로써 부착성 저하에 의한 들뜸부분의 생성을 제어하여 결과적으로 부식포인트를 제어하는 기능을 하는 것이다.

상기 폴리카보네이트수지(Polycarbonate)는 아민계수지와 함께 부착성을 향상시키도록 하는 것이며 내구성이 향상되도록 하는 것이다.

상기 비메탈계 가스발생제는 본 발명의 조성물을 충진 후 경화과정에서 수축을 방지하기 위하여 팽창제 역할을 하도록 하는 것으로 활성이 없는 가스를 발생시키기 위해 본 발명의 조성물에는 비메탈계 가스발생제가 첨가되도록 하는 것이다.

상기 PC계 분말유동화제는 본 발명의 조성물이 고유동성을 발현시키고 첨가될 물의 양을 최소화시키기 위한 것으로 케이블 내부의 강선 간 간극에 밀실하게 충진이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 징크스테아레이트(스테아린산 아연, zinc stearate)은 수화반응에 따라 생기는 가용성의 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응을 하여 수산기에 지방산기가 결합하여 발수성이 큰 고급지방산 칼슘을 생성하며, 발수성이 뛰어나므로 페이스트 내에 모세관에 의한 수분의 흡수를 감소시키는 작용을 한다.

상기 디카르복시산 (oxalic acid)은 분산제로서 기능을 하는 것으로 타 조성이 균일하게 분산되어 균일한 물성이 발현되도록 하는 것이다.

상기 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfo-aluminate: CSA)는 경화과정에서 부피변화를 방지하기 위한 것으로 상기 배합범위 미만으로 배합되는 경우 모르타르의 부피변화 방지효과가 미미하고, 상기 배합범위를 초과하는 경우 오히려 과다팽창에 의한 균열이 발생될 수 있어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에는 디스테아디모늄헥토라이트가 상기 배합범위로 포함되도록 하는 바, 디스테아디모늄헥토라이트(Disteardimonium Hectorite)는 블리딩을 억제하기 위한 증점제로서 첨가되는 것이다.

일반적인 증점제의 경우 타 조성들과 교반하는 과정에서 조기에 증점효과가 발생되어 조성간의 충분한 교반이 이루어지지 않아 물성의 균일성이 확보되지 않는 문제가 있으며, 특히 충진성이 저하되어 케이블 내부 및 강선 간 간극에 밀실한 충진이 이루어지지 않아 부착강도가 저하될 수 있으며 간극에 공기 및 수분의 유입으로 부식포인트가 될 수 있다.

이에 본 발명에서는 디스테아디모늄헥토라이트가 사용되도록 하는 바, 상기 디스테아디모늄헥토라이트는 일반적인 증점제로 메틸셀롤로오즈(MC) 등과 달리 조성재료 혼합 시 즉각적인 증점효과가 나타나지 않고, 일정 시간 경과후에 증점효과를 나타내기 때문에 증점효과가 나타나는 시기가 다소 지연된다.

즉 디스테아디모늄헥토라이트는 타 조성의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있도록 교반시간을 제공하게 되며, 충분히 혼합 및 충진후에 점성이 발현되어 케이블 내부 및 강선간 간극에 밀실한 충진이 이루어지도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 방청성을 더욱 높이기 위한 실시 예로서 상기 조성들 외에도 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 탄닌 1 내지 3중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다.

본 발명의 조성물이 케이블 내부에 충진되는 과정에서 강선 등으로부터 금속이온 등이 페이스트와 케이블 및 강선의 접합면으로 용출되어 접합면에서 금속이온이 흡착 등에 의해 상호 부착력을 저하시킬 수 있는데 이러한 점을 제어하기 위해 탄닌이 더 포함되도록 하는 것이다.

즉 이렇게 금속이온의 흡착 등에 의한 접합면에 공극의 형성은 부착력을 저하시키는 것은 물론 이러한 공극이 발청포인트로서 작용할 수가 있는 바, 본 발명에서는 탄닌이 첨가됨으로써 탄닌이 금속이온 등과 결합을 통해 금속이온이 접합면으로 용출되는 것을 제어하게 되는 것이며, 이러한 제어에 의해 부착력 및 방청성을 더욱 강화시키게 되는 것이다.

또한 본 발명의 조성물은 충진후 경화과정 등에서 발생되는 균열, 부피변화를 제어하여 방청성 및 내구성을 배가시키도록 하는 예가 제시되고 있는 바, 본 실시 예에서는 상기 조성들 외에 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 모노에틸렌글리콜 5 내지 10중량부, 이산화티탄함유 다공성섬유 1 내지 3중량부가 더 포함되는 예를 제시하고 있다.

상기 모노에틸렌글리콜이 더 첨가되는 이유는 동절기에 어느점을 낮춰줌으로써 동결에 대한 저항성을 향상시키는 것이며 균열에 대한 저항성도 향상시키도록 하는 것이다. 즉 경화과정에서 수분이 증발되나 페이스트 내부에 잔존하는 수분이 있을 수 있는데 이러한 수분은 계절이 변화하면서 동결 및 융해과정이 반복에 의해 부피의 변화가 발생되고 이러한 부피의 변화는 내부균열을 초래하게 되어 방수성, 내구성의 저하포인트로서 작용하게 되는 바, 본 실시 예서는 모노에틸렌글리콜이 첨가되도록 하여 어는점을 낮춤으로써 이러한 동결 및 융해에 대한 저항성 및 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

이에 더하여 본 실시 예에서는 이산화티탄함유 다공성섬유가 첨가되어 섬유의 가교작용에 의해 균열저항성을 물리적으로 향상시키게 되는 것이며 섬유가 다공성으로 이루어져 열차단층의 기능을 하게 되어 열팽창계수의 차이에 의한 균열에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

또한 이산화티탄이 함유되도록 함으로써 강도를 보강하는 기능을 하며 모체의 열폐력을 높이는 기능을 하는 것은 물론 자체 탄성이 있어 온도변화에 따른 변형을 자체적으로 흡수할 수 있음에 따라 온도균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 이산화티탄함유 다공성섬유는 공지의 방법에 의해 제조될 수 있는 바, 예로 폴리머 전구체와 용매를 혼합한 후에 이러한 혼합물에 이산화티탄(TiO2)을 상기 폴리머 전구체에 분산시키고 이러한 과정을 거쳐 얻어진 혼합물을 전기방사하여 섬유로 제조되도록 하는 것이다. 이렇게 제조된 섬유를 산화시키고 탄화시켜 최종적으로 이산화티탄이 함유된 다공성섬유로 제조되도록 하는 것이다.

또한 본 발명은 충진성을 배가시키기 위한 실시 예를 제시하고 있는 바, 본 실시 예는 상기 조성들 외에 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 에틸렌옥사이드 1 내지 3중량부, 코코넛 오일지방산 1 내지 3중량부, 올레핀 설퍼네이트 1 내지 3중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.

상기 에틸렌옥사이드는 페이스트 내에서 미세기포를 발생시키는 특징이 있는 바, 이렇게 에틸렌옥사이드가 첨가됨에 의해 충진성을 더욱 높이게 되는 것이며 충진후 기후의 변화 특히 동결과 융해가 반복되는 과정에서 페이스트 자체의 부피변동에 의한 균열이 발생될 수 있는데 상기 에틸렌옥사이드에 의해 형성된 미세기포에 의해 이러한 부피변동을 완화시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

상기 코코넛 오일지방산은 본 발명의 조성물 충진시 조기에 겔화가 되는 것을 방지하는 것으로 상온에서 겔화를 지연시켜 밀실한 충진이 가능하도록 하는 것이다.

상기에서 언급한 바와 같이 상기 에틸렌옥사이드의 첨가에 의해 페이스트 내에 미세기포가 연행되도록 하는데 이러한 미세기포는 시간경과에 따라 파쇄가 되어 상기에서 언급한 동결 및 융해의 반복에 대한 물성저하 방지 등의 기능이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 이에 본 실시 예에서는 올레핀 설퍼네이트가 더 첨가되도록 하는데 상기 올레핀 설퍼네이트는 미세기포의 표면장력을 높여 주는 기능을 수행하여 시간경과에 따라 파포되는 미세기포의 량을 현저히 줄일 수 있게 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

1. 칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 아민계수지 5 내지 50중량부, 폴리카보네이트수지 5 내지 50중량부, 비메탈계 가스 발생제 5 내지 30중량부, PC계 분말유동화제 5 내지 50중량부, 디카르복시산 2 내지 10중량부, 징크스테아레이트 5 내지 30중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 100 내지 200중량부, 디스테아디모늄헥토라이트 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 탄닌 1 내지 3중량부 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물.
   
4. 제 1항에 있어서,
   칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 모노에틸렌글리콜 5 내지 10중량부, 이산화티탄함유 다공성섬유 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물.
   
5. 제 1항에 있어서,
   칼슘 디 아질산염(calcium nitrite) 100중량부에 대해, 에틸렌옥사이드 1 내지 3중량부, 코코넛 오일지방산 1 내지 3중량부, 올레핀 설퍼네이트 1 내지 3중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 방청성능이 향상된 케이블 충진 그라우트 조성물.