KR101800380B1 - 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법 - Google Patents

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조방법에 있어서: 상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 증류수 20 내지 40 total mass%와, 계면활성제 0.1 내지 1.0 total mass%를 혼합하여 제1액을 제조하는 제1단계와; 상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 포타슘 15 내지 40 total mass%와, 소듐 15 내지 60 total mass% 및 리튬 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제2액을 제조하는 제2단계와; 상기 제1액과 제2액을 혼합하여 제3액을 제조하는 제3단계와; 상기 제3액의 total mass에 대하여, 증류수 1 내지 10 total mass%와 무기계 나노재료 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제4액을 제조하는 제4단계; 및 상기 제3액과 제4액을 혼합하여 제5액의 균열보수재를 제조하는 제5단계;로 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 균열보수재로, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공이 가능한 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 균열폭 1mm 이하의 미세균열에 대하여 추가적인 시공절차 없이 수회 도포만으로 균열부 보수가 가능하며, 종래기술 대비 안정적인 균열보수 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법{Manufacturing and coating method of environmental-friendly filling composite for crack repairability of concrete structures using inorganic material}
본 발명은 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 균열보수재로, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공이 가능할 뿐만 아니라, 균열폭 1mm 이하의 미세균열에 대하여 추가적인 시공절차 없이 수회 도포만으로 균열부 보수가 가능하며, 종래기술 대비 안정적인 균열보수 및 성능을 향상시키도록 하기 위한 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법에 관한 것이다.
국내 건설산업은 60년대 이후 급속한 산업화 정책과 더불어 막대한 사회기반시설 확충이 추진됨으로써 국가경제에서 차지하는 비중이 지속적으로 증가되고 있다. 이러한 건설산업에서 성형성 및 경제성이 우수한 건설재료인 콘크리트는 국내ㆍ외적으로 가장 많이 사용되고 있으며, 건설 구조물의 대형화 및 기능화 되고 있는 현 시점까지 그 수요는 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
이와 같이 사회기반시설의 대부분을 차지하고 있는 콘크리트는 일반적으로 공용기간동안 안정성과 사용성이 확보될 수 있도록 설계 및 시공이 이루어지고 있으며, 시공품질이 양호하고 구조물을 구성하는 재료의 성질과 외적환경이 크게 변하지 않는 경우에는 설계 당시 설정한 설계 수명 또는 내구년한 동안 안전하게 구조적 기능을 수행할 수 있는 것으로 간주한다.
그러나 실제 현장에서는 설계시 고려하지 못한 현상이나 예기치 못한 과도한 하중 또는 구조 부재를 이루고 있는 재료의 결함 등에 의하여 사용기간 중에 손상이 필연적으로 발생하게 된다. 이러한 손상은 대부분 국부적으로 발생하지만 조기에 발견하여 적절한 보수를 수행하지 않는다면 국부손상이 전파되어 구조물 붕괴의 결과를 초래할 수 있다.
따라서 콘크리트 구조물의 조기 손상 발견 및 보수 등의 적절한 유지관리를 수행하여 구조물의 안정성과 사용성을 지속적으로 확보하는 것이 콘크리트 구조물의 수명 연장 또는 내구년한 감소를 최소화하기 위하여 매우 중요하다.
한편 콘크리트의 손상은 일반적으로 여러 가지 열화요인이 복합적으로 작용하여 발생하며, 콘크리트 구조물의 내구연한 즉 내구성을 감소시키는 원인이 된다. 이러한 콘크리트 구조물의 내구성을 감소시키는 1차적인 주된 원인으로는 콘크리트 외부로부터 노출환경에 따라 물, 대기 중의 CO2 가스 및 기타 오염물질 등의 유해성 물질이 콘크리트 내부로 침투하기 때문이다.
유해성 물질이 콘크리트 내부로 침투하게 되면 콘크리트를 단독으로 사용한 구조물의 경우에는 구조적, 기능적으로 문제가 되지 않지만 대부분의 구조물이 철근 콘크리트 구조물이므로 문제가 발생하게 된다.
콘크리트 내부로 침투한 물은 피복두께 이상으로 침투하게 되면 콘크리트 내 철근의 부식으로 이어지게 되며, 철근부식으로 인한 부피팽창으로 피복부에 균열이 발생하게 된다. 균열이 발생되면 다량의 유해성 물질의 침투가 용이 해지기 때문에 열화는 더욱 더 가속화 된다.
또한 대기중 CO2 가스의 경우 강알칼리인 콘크리트 내부를 중성화시키는 탄산화 작용이 일어나기 때문에 철근의 부동태피막 파괴로 인하여 철근부식이 더욱 촉진되며 균열폭을 증가시키는 원인이 된다.
더욱이 콘크리트 초기 타설 및 양생 문제로 인하여 균열이 발생된 경우에는 열화현상이 보다 빠르게 진행되어 내구수명을 감소시키는 원인이 된다.
따라서 이러한 열화현상을 저감시키기 위해서는 콘크리트 내부로 침입하는 외부 유해성 물질을 차단하는 등의 1차적 원인을 제거하는 것이 이후 복합적인 열화 진행을 억제하는데 보다 쉽고 경제적이며, 균열이 발생한 경우에는 균열발생으로 인한 취약부를 보수함으로써 열화 억제 및 구조물의 성능을 회복할 수 있다.
즉, 외부 유해성 물질 차단 및 균열억제를 위해서는 재료적, 배합적, 시공적, 사용ㆍ환경적 및 구조ㆍ외력적인 측면에서 요구성능을 만족하고 내부구조가 치밀한 콘크리트를 사용하는 경우 내구성 향상으로 인하여 어느 정도 차단이 가능하지만 실제 현장에서는 그렇지 못한 경우가 많으며, 콘크리트 자체가 공극을 다수 포함하고 또한 콘크리트에 있어서의 균열의 경우 여러 요인에 의하여 필연적으로 발생하기 때문에 완전히 방지하는 것은 불가능하다.
따라서 기존의 경우에는 끊임없는 연구로 인하여 콘크리트 구조물을 건설하는 ‘개발과 건설의 시대’라고 한다면 현재는 구조물 건설뿐 아니라 건설된 구조물을 어떻게 유지하느냐의 초점을 맞춘 '지속가능한 발전’이 요구되는 시대이기 때문에 본 발명에서는 지속가능한 발전 및 저탄소 녹색성장에 적합한 친환경 기술개발의 일환으로 무기계 재료를 기반으로 하는 콘크리트 구조물용 친환경 보수자재 및 공법을 개발하고자 한다.
[관련기술문헌]
1. 균열 보수재 주입장치 및 이를 이용한 균열 보수 방법(Apparatus for Injecting Crack-Mending Material And Method of Repairing Using The Same) (특허출원번호 제10-2011-0024732호)
2. 콘크리트 구조물의 균열 부위 보수재 주입기(Reparing agent injector for cracked concrete structure) (특허출원번호 제10-2005-0027605호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 균열보수재로, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공이 가능하도록 하기 위한 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 균열폭 1mm 이하의 미세균열에 대하여 추가적인 시공절차 없이 수회 도포만으로 균열부 보수가 가능하며, 종래기술 대비 안정적인 균열보수 및 성능을 향상시키도록 하기 위한 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법은, 상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 증류수 20 내지 40 total mass%와, 계면활성제 0.1 내지 1.0 total mass%를 혼합하여 제1액을 제조하는 제1단계와; 상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 포타슘 15 내지 40 total mass%와, 소듐 15 내지 60 total mass% 및 리튬 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제2액을 제조하는 제2단계와; 상기 제1액과 제2액을 혼합하여 제3액을 제조하는 제3단계와; 상기 제3액의 total mass에 대하여, 증류수 1 내지 10 total mass%와 무기계 나노재료 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제4액을 제조하는 제4단계; 및 상기 제3액과 제4액을 혼합하여 제5액의 균열보수재를 제조하는 제5단계;로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 도포 방법은, 상기 제조 방법에 의해 생성된 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 도포 방법에 있어서, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재를 표준 도포량 0.2 내지 0.4 kg/m2을 30분의 간격을 두고 2 내지 3회 도포를 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법은, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 균열보수재로, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공이 가능한 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법 및 이의 도포 방법은, 균열폭 1mm 이하의 미세균열에 대하여 추가적인 시공절차 없이 수회 도포만으로 균열부 보수가 가능하며, 종래기술 대비 안정적인 균열보수 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조 방법에 대해서 살펴보도록 한다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재는 제 1 액으로, 상기 균열보수재의 total mass에 대하여 증류수(20-40 total mass%)와 계면활성제(0.1-1.0 total mass%)를 혼합하여 생성한다.
제 2 액으로, 상기 균열보수재의 total mass에 대하여 포타슘(15-40 total mass%), 소듐(15-60 total mass%) 및 리튬(1-10 total mass%)을 혼합하여 생성한다. 이후, 제 1 액과 제 2 액을 혼합하여 제 3 액을 생성한다.
이후, 제 4 액으로, 상기 제3액의 total mass에 대하여 증류수1 내지 10 total mass%와 무기계 나노재료1 내지 10total mass%를 혼합하여 생성한다.
이후, 혼합액인 제 3 액과 제 4 액을 다시 혼합(제5액)함으로써, 최종적으로 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재에 대한 제조를 완료한다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재에 대한 무기계 재료, 계면활성제 및 기타 재료를 혼합비 및 혼합순서에 따라 충분히 교반한 다음 각각의 시작품을 제조하여 성능이 우수한 혼합비를 선정하였으며, 그에 따른 균열보상성능을 평가한다.
이를 위한 공시체제작시, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 성능평가용 시편은 KS L 5105 수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법, KS L ISO 679 시멘트의 강도 시험 방법에 준하여 40×40×100 mm 사이즈의 모르타르 시편을 제작하였다. 균열은 성능평가용 몰드에 모르타르를 성형한 다음 균열발생용 필름을 삽입하여 균열폭 0.3 내지 1.0 mm, 균열 깊이 10 내지 40 mm의 균열이 발생한 시편을 제작하였다.
<균열보상성능 평가>
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 균열보상성능을 평가하기 위하여 균열보상성능용 시편에 DPCON-C를 조건에 따라 도포한 다음 72시간 표준양생을 실시하였다. 그 다음 중앙부를 쪼개어 단면을 관찰하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 균열보상 성능을 평가하였다
실험변수는 도 1의 표와 같으며, 균열보상성능 평가기준 모식도는 도 2와 같다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 도포방법에 따른 균열보상성능을 평가하기 위하여 도포량, 도포횟수, 재도포간격 및 도포장비에 따라 도포를 실시한 다음 20℃, 60% 습도가 유지되는 장소에서 72시간 경과 후 단면을 쪼개어 균열보상정도를 평가하였다.
도 3은 도포량 변화에 따른 균열보상성능을 나타내는 결과를 나타내는 도면이며, 도포횟수 2회, 재도포간격 30분인 경우를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 도포횟수 2회 및 재도포간격 30분을 유지시킨 상태에서 도포량 4수준(0, 0.2, 0.4, 0.6 kg/m2)에 따른 균열보상성능 실험결과를 나타낸 것이다. 실험결과 도포량 0.2 kg/m2의 경우에는 일부 균열이 관찰되는 결과가 나타났으며, 0.4 및 0.6 kg/m2의 경우에서는 완전히 균열부위가 보수되어 균열이 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 도포량 0.2 내지 0.4 kg/m2가 적당한 범위라고 판단된다.
도 4는 도포횟수 변화에 따른 균열보상성능을 나타내는 결과를 나타내는 도면이며, 도포량 0.4 kg/m2 , 재도포간격 30분인 경우를 나타낸다. 즉, 도 4를 참조하면, 도포량 0.4 kg/m2 및 재도포간격 30분을 유지시킨 상태에서 도포횟수 4수준(0, 1, 2, 3 회)에 따른 균열보상성능 시험결과를 나타낸 것이다. 실험결과 도포횟수 1회의 경우에는 상당부 균열이 관찰되었으며, 도포횟수 2회의 경우 일부 균열이 관찰되는 결과가 나타났다. 도포횟수 3회의 경우에서는 완전히 균열부위가 보수되어 균열이 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 도포횟수는 2 내지 3 회가 적당한 범위라고 판단된다.
도 5는 재도포간격 변화에 따른 균열보상성능을 나타내는 도면이며, 도포량 0.4 kg/m2, 도포횟수 2회인 경우를 나타낸다. 즉, 도 5를 참조하면, 도포량 0.4kg/m2 및 도포횟수 2회를 유지시킨 상태에서 재포간격 4수준(0, 30, 60, 120분)에 따른 균열보상성능 실험결과를 나타낸 것이다. 실험결과 재도포간격 30, 60 및 120분의 경우 모두 완전히 균열부위가 보수되어 균열이 관찰되지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 재도포간격은 공기 등을 고려하여 재도포간격 30분이 적당한 간격으로 판단된다.
한편, 도포장비에 따른 균열보상성능을 살펴보면, 도포량 0.4kg/m2, 도포횟수 2회, 재도포 간격 30분인 경우에 있어서, 균열부에 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)를 충분히 채우기 위하여 도포량 및 도포횟수 제한을 두지 않는 상태에서 재도포간격 30분으로 한 경우 도포장비 4수준(붓, 스프레이, 분무(원형), 분무(일자형))에 따른 균열보상성능 실험결과를 살펴본다. 실험결과 모든 도포장비는 완전히 균열부위가 보수되어 균열이 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 장비는 특별히 차이가 없는 것으로 나타났으나 균열부에 충분히 채우기 위해서는 미세분무가 되는 스프레이 보다는 붓을 사용한 칠도포나 고압이 아닌 일반형태의 분무장비를 사용하는 것이 작업하는 데 있어 보다 수월할 것으로 판단된다. 그러나 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)를 컬러 착색재로 사용하는 경우에는 미세분무가 가능한 스프레이나 일자형태의 분무장비를 사용하는 것이 유리할 것으로 판단된다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 표준 도포량은 0.2 내지 0.4 kg/m2범위로 나타났으나 실제 현장에서의 균열부위는 다양한 균열폭과 균열깊이 및 균열형태를 갖기 때문에 현장상황에 맞도록 사용량을 조절하여야 할 것으로 판단되며, 이에 따라 도포량은 증가하거나 감소할 것으로 예측된다.
그리고, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 도포횟수는 2 내지 3회로 나타났으나 실제 현장에서의 균열부위는 다양한 균열폭과 균열깊이 및 균열형태를 갖기 때문에 균열부위에 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)가 충분히 채워질 때까지 재도포횟수를 증가시키거나 감소하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 재도포 간격은 30분으로 나타났으나 실제 현장은 기온이 변화하고 균열조건이 다양함에 따라 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)가 균열부에 충분히 채워지고 침투하여 경화하는 시간이 달라질 것으로 예상되므로 보수대상이 되는 부분을 수시로 관찰하여 재도폭 간격을 앞당기거나 늘리는 것이 공기 단축 및 경제성을 고려함에 있어 필요할 것으로 판단된다.
무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)의 표준 도포장비는 일반적인 경우에는 붓을 이용한 칠도포나 고압을 이용한 도포장비가 아닌 일반적인 형태의 분무장비를 사용하는 것이 작업성에 있어 보다 효과적일 것으로 판단된다. 단 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재(DPCON-C)를 컬러 착색재로 활용할 경우에는 미세분무가 가능한 저압의 스프레이장비나 일자형 분무가 가능한 일반형태의 분무장비를 사용하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (2)

  1. 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조방법에 있어서:
    상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 증류수 20 내지 40 total mass%와, 계면활성제 0.1 내지 1.0 total mass%를 혼합하여 제1액을 제조하는 제1단계와;
    상기 균열보수재의 total mass에 대하여, 포타슘 15 내지 40 total mass%와, 소듐 15 내지 60 total mass% 및 리튬 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제2액을 제조하는 제2단계와;
    상기 제1액과 제2액을 혼합하여 제3액을 제조하는 제3단계와;
    상기 제3액의 total mass에 대하여, 증류수 1 내지 10 total mass%와 무기계 나노재료 1 내지 10 total mass%를 혼합하여 제4액을 제조하는 제4단계; 및
    상기 제3액과 제4액을 혼합하여 제5액의 균열보수재를 제조하는 제5단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 제조방법.
  2. 청구항 1의 제조 방법에 의해 제조된 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 도포 방법에 있어서,
    무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재를 표준 도포량 0.2 내지 0.4 kg/m2을 30분의 간격을 두고 2 내지 3회 도포를 실시하는 것을 특징으로 하는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 균열보수재의 도포 방법.
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