KR101844139B1 - 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법 및 그 조성물이 부착된 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법 및 그 조성물이 부착된 콘크리트 구조물에 대한 것이다. 보다 상세하게는 무기계 나노재료와, 고온에 노출 시 강도를 발현하는 시멘트 결합재, 폴리머 및 유기 고분자 섬유를 포함하여 모르타르가 굳지 않은 상태에서도 인장강도 및 인성을 개선시키고 수밀성, 내약품성 및 내동결융해성 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물에 관한 것이다.

Description

나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법 및 그 조성물이 부착된 콘크리트 구조물{Composition of fire resistant mortar based inorganic nano material}

본 발명은 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법 및 그 조성물이 부착된 콘크리트 구조물에 대한 것이다.

최근 지하구조물이 많이 건설되면서, 화재에 대한 우려가 높아지고 있으며, 국내에서는 부산냉동창고 화재(1998년), 대구지하철 화재(2003년)를 비롯하여, 외국에서는 프랑스의 몽블랑터널화재(1990년)와 덴마크의 그리트벨트터널 화재(1994년), 불해엽터널 화재(1996년), 고트하드터널화재(2001년), 스페인의 원저타워화재(2005)년 등 대규모 화재발생 건수가 증가하고 있다.

도 1a 내지 도 1d는 내화처리의 대상이 되는 터널, 콘크리트 교량슬래브, 교각, 교량 콘크리트 거더부의 사진을 나타낸 것이다. 외부가 노출된 다른 토목 구조물과는 달리, 폐쇄된 공간인 터널 내부에서 화재가 발생할 경우 대형 참사와 터널붕괴로 이어질 가능성이 높으며, 최근 터널의 장대화에 따라 이러한 우려는 더욱 현실적으로 나타나고 있다. 특히 숏크리트(shotcrete)를 시공한 후 2차 라이닝을 하는 NATM(New Austrian Tunneling Method) 터널과 달리, 숏크리트 없이 콘크리트 라이닝이 구조체 역할을 하는 쉴드터널, 침매터널, 개착터널 등에서는 화재로 인한 피해가 인명피해뿐만 아니라 고열에 의한 콘크리트 라이닝의 파손으로 인해 터널의 붕괴로까지 이어질 가능성이 더욱 높으며, 이럴 경우 대형 참사뿐만 아니라 사회 기반인 교통망이 장기간 마비되고 그 복구를 위해 엄청난 공사비가 소요되어 사회적으로 큰 영향을 미치게 된다.

이에 대해 유럽 및 일본 등의 선진국에서는 터널 방재를 위해 화재 감지 설비, 최소화 설비, 배연 설비 등의 소방 설비에 대한 관심과 함께 터널 콘크리트의 화재 안전성에 대한 터널의 내화성에 대한 관심이 고조되고 있는 상황이다.

화재시 온도 변화에 따른 콘크리트의 물성치 변화를 살펴보면, 약 250℃전후에서부터 탈수가 시작되고, 450~500℃에서 수산화칼슘이 분해되며 결정수분이 방출되어 수화물이 파괴되기 시작하며, 600~700℃ 이상에서는 탄산칼슘의 분해, 900℃에서는 시멘트 페이스트의 완전한 탈수가 일어난다.

콘크리트가 고열을 받으면 압축강도, 탄성계수 등의 물리적 성질이 저하되는데, 콘크리트의 온도가 높을수록 저하정도는 심화되며, 심각해지면 붕괴에 이르게 된다. 또한, 콘크리트가 고온에 노출되면 표층이 박리되어 비산하는 폭열 현상이 발생한다. 이러한 폭열 현상은 콘크리트 내부의 수분이 고열에 의해 수증기가 되면서 팽창압이 발생함에 따라 콘크리트가 일시에 파괴되어 떨어져 나가는 현상으로, 터널 콘크리트 라이닝 또는 건축 콘크리트 구조물에 심각한 손상과 급속한 붕괴를 야기할 수 있다. 특히 인화성 물질로 인한 화재나 대규모 화재의 경우에는 소화에 장시간이 소요되며, 그 손상범위가 크기 때문에 엄청난 피해를 초래한다.

이와 같은 대형화재에 대한 내화 대책방법으로서 콘크리트 라이닝 자체를 내화성 재료로 시공하는 방법과, 기존의 콘크리트 라이닝 위에 내화단열성을 가진 보호재료를 시공하여 화재시 콘크리트 라이닝을 보호하는 방법이 있으며, 이 중 경제성 및 효과 측면에서 콘크리트 라이닝 위에 일정 두께의 내화단열 모르타르를 뿜칠 시공하여 보호라이닝을 형성하는 방법이 효율적이어서 최근 유럽, 일본 등지에서 터널방재를 위해 실용화되고 있다.

통상, 콘크리트 내화 라이닝의 재료는 시멘트계, 석고계 등의 철골용 내화피복재보다 내열성 및 내화 지속시간이 긴 특수한 조성물이 개발되어 사용되고 있다. 특히 터널화재는 일반 화재와는 달리 유류, 인화물질 등으로 인하여 일반적인 소화 장비로는 진화하기 어려운 상황이 많으며, 화재발생 후 온도가 급속히 상승하여 보통 1200~1300℃까지 상승하게 되며 이런 경우 진화에 1~2시간을 요하게 되므로, 터널용 내화 라이닝재는 보통 1000℃ 이하의 온도에서 단시간의 내열성을 발휘하는 보통의 건축용 내화 라이닝재보다 훨씬 내화성이 높고 고온에서 장시간의 내구성을 발휘할 수 있는 특성이 요구된다.

내화 모르타르와 관련된 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제2003-0047069호는 고성능 콘크리트 제조시 유기섬유를 적용하는 것에 대해 개시하고 있으나, 유기 고분자 섬유는 콘크리트의 폭열 방지에 대해서는 효과를 나타내나, 화재시 열이 계속적으로 구조물에 응력을 가해 콘크리트의 원래의 물성 성능을 저하시키기 때문에, 화재시 열응력에 의한 콘크리트 구조물의 내하력 저하 방지에 대해서는 효과를 나타내지 못하는 문제가 있다.

미국특허 제5749961호는 초고강도의 콘크리트 조성물의 내화성능을 위해 유기 고분자 섬유를 혼입하여 콘크리트의 폭열 및 박리를 방지하는 방법에 대해 개시하고 있으나, 이 역시 내화성능 향상에는 효과를 나타내나, 열응력에 의한 강도 감소로 인하여 내화 및 단열성 모두를 제어하는 데는 한계가 있다.

대한민국 공개특허 제2004-0053069호는 석탄재를 사용한 폴리머 시멘트 모르타르의 조성물을 개시하고 있으나, 상기 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 고강도 및 내구성이 우수하여 보수용 재료로서는 적합하나, 화재에 의한 폭열, 박리 및 단열 효과가 떨어진다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제0671352호는 바텀애쉬를 이용한 내화 라이닝용 모르타르 조성물을 개시하고 있으나, 바텀애쉬를 이용한 조성물에서 바텀애쉬는 주로 바닷물에 방치되므로, 수거 후 염분을 제거해야 하는 어려움이 있으며, 그대로 사용할 경우 내화 모르타르의 내구성에 악 영향을 미치는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제0770389호는 고인성 내화모르터 조성물과 이를 이용한 콘크리트주조물의 내화피복 보수공법을 개시하고 있으나, 상기 고인성 섬유는 가격이 현저히 높아 내화 모르타르로서의 경제성이 떨어진다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제2003-0047069호 미국특허 등록특허 제5749961호 대한민국 등록특허 제0671352호 대한민국 공개특허 제2004-0053069호 대한민국 등록특허 제0770389호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 화재 발생시, 고온에 노출되는 콘크리트 표면의 성능저하를 예방하기 위한 나노기반 무기계 뿜칠용 내화모르타르 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 기존 콘크리트 구조물에 적용되어 콘크리트 표면보호와 내화성능을 갖게 되는 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무기계 나노재료와, 고온에 노출 시 강도를 발현하는 시멘트 결합재, 폴리머 및 유기 고분자 섬유를 포함하여 모르타르가 굳지 않은 상태에서도 인장강도 및 인성을 개선시키고 수밀성, 내약품성 및 내동결융해성 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 구형입자의 나노재료가 시멘트 매트릭스 내 볼베어링 효과를 가져와 유동성을 향상시키고 동시에 점착성을 확보할 수 있는 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존에 사용되고 있는 콘크리트 보강용 내화모르타르 내 유기계 증점제를 대신하여 복합조성물을 적용하게 됨으로써 콘크리트 표면의 고온 노출로 인한 저하 성능을 강화시킬 수 있으며 유동성 및 점착성을 향상시킬 수 있어 작업성이 향상될 수 있는 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물, 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 내화 모르타르 조성물에 있어서, 무기계 시멘트; 나노재료; 시멘트결합재; 및 유기 고분자 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노재료 기반 내화 모르타르 조성물로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 무기계 나노재료는, 시멘트 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 무기계 나노재료는 알루미나계 나노점토인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 시멘트 결합재는 케스타블인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 케스타블은, 알루미나 시멘트를 결합재로 하여, 내화성 골재를 포함시켜 혼련 제조한 분말상의 내화물인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유기 고분자 섬유는 폴리올레핀계 섬유인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 내화 모르타르 조성물의 제조방법에 있어서, 시멘트 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부의 배합비로 무기계 나노재료를 혼합하는 단계; 및 시멘트 결합재인 케스타블과 유기고분자 섬유를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노기반 내화모르타르 조성물의 제조방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 콘크리트 구조물에 있어서, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 나노기반 내화모르타르 조성물이 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 내화 모르타르 조성물에 있어서, 시멘트; 모래; 무기계 나노재료; 시멘트결합재; 유기 고분자 섬유; 및 폴리머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노재료 기반 내화 모르타르 조성물로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 모래는 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 200 ~ 350 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 무기계 나노재료는, 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 5 ~ 15중량부를 포함하고, 몬모릴로나이트, 아티풀자이트. 윌라스토나이트, 카올린, 및 세피올라이트로 이루어진 알루미나 점토군 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 시멘트 결합재는, 규석, 납석, 점토-탄화규소, 점토-흑연-탄화규소, 지르콘, 고알루미나, 탄화규소, 알루미나-탄소, 알루미나, 탄화규소, 크롬, 스피넬, 마그네시아-크롬질, 마그네시아-흑연질, 돌로마이트, 및 케스타블 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 유기 고분자 섬유는 300℃ 이하의 융해점을 갖고, 폴리아미드계 섬유와, 폴리아크릴 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리 비닐알코올 섬유 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 폴리머는 시멘트 100중량부에 대하여 7 ~ 10 중량부를 포함하고, 폴리비닐계 수지로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 내화 모르타르 조성물의 제조방법에 있어서, 시멘트 100중량부에 대하여 250 ~ 350 중량부의 배합비로 모래를 혼합하고, 5 ~ 15중량부의 배합비로 무기계 나노재료를 혼합하는 단계; 및 시멘트 결합재와 유기고분자 섬유를 혼합하고, 시멘트 100중량부에 대하여 7 ~ 10중량부의 배합비로 폴리비닐계 수지를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노기반 내화모르타르 조성물의 제조방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제6목적은, 콘크리트 구조물에 있어서, 앞서 언급한 제4목적에 따른 나노기반 내화모르타르 조성물이 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물로서 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 화재 발생시, 고온에 노출되는 콘크리트 표면의 성능저하를 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 기존 콘크리트 구조물에 적용되어 콘크리트 표면보호와 내화성능을 가질 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무기계 나노재료와, 고온에 노출 시 강도를 발현하는 시멘트 결합재, 폴리머 및 유기 고분자 섬유를 포함하여 모르타르가 굳지 않은 상태에서도 인장강도 및 인성을 개선시키고 수밀성, 내약품성 및 내동결융해성 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 구형입자의 나노재료가 시멘트 매트릭스 내 볼베어링 효과를 가져와 유동성을 향상시키고 동시에 점착성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존에 사용되고 있는 콘크리트 보강용 내화모르타르 내 유기계 증점제를 대신하여 복합조성물을 적용하게 됨으로써 콘크리트 표면의 고온 노출로 인한 저하 성능을 강화시킬 수 있으며 유동성 및 점착성을 향상시킬 수 있어 작업성이 향상될 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a 내지 도 1d는 내화처리의 대상이 되는 터널, 콘크리트 교량슬래브, 교각, 교량 콘크리트 거더부의 사진,
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 표준시간-가열온도 곡선그래프,
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 압축강도 및 잔류압축강도 그래프,
도 4는 본 발명의 부착강도 실험을 위한 측정시험편과, 실시예, 비교계 1,2,3에 따른 내화 모르타르가 부착된 모체의 사시도,
도 5는 본 발명의 부착강도 실험 장치의 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 부착강도 비교 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 열전도율 비교 그래프를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

<나노기반 무기계 내화모르타르의 구성>

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물의 구성에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물은, 화재 발생시, 고온에 노출되는 콘크리트 표면의 성능저하를 예방하기 위한 것이다. 즉, 기존 콘크리트 조성물에 적용되어 콘크리트 표면 보호와 내화성을 갖게 하기 위한 것이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물은, 시멘트와, 무기계 나노재료와, 시멘트결합재와, 유기 고분자 섬유를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르는 구형입자의 무기계 나노재료를 포함하게 됨으로써, 시멘트 매트릭스 내 볼베어링 효과를 가져와 유동성을 향상시키고 동시에 점착성을 확보하게 된다.

이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 무기계 나노재료는 시멘트 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부의 배합비로 혼합되게 된다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 무기계 나노재료는 알루미나계 나노점토로 구성되게 된다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르는 시멘트 결합재를 포함하게 됨으로써, 고온에 노출시 강도를 발현시키게 된다. 이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 시멘트 결합재는 케스타블로 구성되게 된다. 이러한 캐스타블은, 알루미나 시멘트를 결합재로 사용하여, 내화성 골재를 포함시켜 혼련 제조한 분말상의 내화물로 수화반응을 통해 강도를 확보할 수 있는 내화재료에 해당한다.

그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르에 포함되는 유기 고분자 섬유는 폴리올페린게 섬유로 구성된다.

따라서 본 발명의 제1실시예에 따르면, 시멘트에 무기계 나노재료와, 고온에 노출 시 강도를 발현하는 시멘트 결합재, 및 유기 고분자 섬유를 포함하여 모르타르가 굳지 않은 상태에서도 인장강도 및 인성을 개선시키고 수밀성, 내약품성 및 내동결융해성 등의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 기존에 사용되고 있는 콘크리트 보강용 내화모르타르 내 유기계 증점제를 대신하여 복합조성물을 적용하게 됨으로써 콘크리트 표면의 고온 노출로 인한 저하 성능을 강화시킬 수 있으며 유동성 및 점착성을 향상시킬 수 있어 작업성이 향상될 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물의 구성에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물 역시, 화재 발생시, 고온에 노출되는 콘크리트 표면의 성능저하를 예방하기 위한 것이다. 즉, 기존 콘크리트 조성물에 적용되어 콘크리트 표면 보호와 내화성을 갖게 하기 위한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물은, 시멘트와, 모래와, 무기계 나노재료와, 시멘트결합재와, 유기 고분자 섬유와 폴리머를 포함하여 구성된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물에 포함되는 모래는, 시멘트 100중량부에 대하여 200 ~ 350중량부의 배합비로 혼합되게 된다.

또한, 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물 역시 구형입자의 무기계 나노재료를 포함하게 됨으로써, 시멘트 매트릭스 내 볼베어링 효과를 가져와 유동성을 향상시키고 동시에 점착성을 확보하게 된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 무기계 나노재료는, 시멘트 100중량부에 대하여, 5 ~ 15중량부의 배합비로 혼합되게 된다.

또한, 이러한 제2실시예에 따른 무기계 나노재료는, 몬모릴로나이트, 아티풀자이트. 윌라스토나이트, 카올린, 및 세피올라이트로 이루어진 알루미나 점토군 중 한 종 이상으로 구성되게 된다.

그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물에 포함되는 시멘트 결합재는, 규석, 납석, 점토-탄화규소, 점토-흑연-탄화규소, 지르콘, 고알루미나, 탄화규소, 알루미나-탄소, 알루미나, 탄화규소, 크롬, 스피넬, 마그네시아-크롬질, 마그네시아-흑연질, 돌로마이트, 및 케스타블로 이루어진 결합재 중 한 종 이상으로 구성되게 된다.

그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물에 포함되는 유기 고분자 섬유는 300℃ 이하의 융해점을 가지며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론의 성분을 갖는 폴리아미드계 섬유와, 폴리아크릴 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리 비닐알코올 섬유 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물에 포함되는 폴리머는 시멘트 100중량부에 대하여 7 ~ 10 중량부의 배합비로 혼합되며, 폴리비닐계 수지로 구성된다.

따라서 본 발명의 제2실시예에 따르면, 시멘트에 무기계 나노재료와, 모래와, 고온에 노출 시 강도를 발현하는 시멘트 결합재와 유기 고분자 섬유와, 폴리머를 포함하여 모르타르가 굳지 않은 상태에서도 인장강도 및 인성을 개선시키고 수밀성, 내약품성 및 내동결융해성 등의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 기존에 사용되고 있는 콘크리트 보강용 내화모르타르 내 유기계 증점제를 대신하여 복합조성물을 적용하게 됨으로써 콘크리트 표면의 고온 노출로 인한 저하 성능을 강화시킬 수 있으며 유동성 및 점착성을 향상시킬 수 있어 작업성이 향상될 수 있게 된다.

<실험데이터>

이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물과 비교예 1,2,3과의 비교실험데이터 결과에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실험예에서는 압축강도와 내화시험 후의 잔류압축강도 비교실험결과, 부착강도에 의한 비교실험결과, 열전도율에 대한 비교실험결과에 대해 설명하도록 한다.

실험예에 적용된 본 발명의 실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물의 조성은, 시멘트와, 모래와, 케스타블과, 몬모릴로나이트와, 폴리머와, 폴리프로필렌섬유와, 혼합수를 혼합하였다. 구체적으로 시멘트 741.2 kg/m³, 모래 1853 kg/m³와, 케스타블 92.7 kg/m³과, 몬모릴로나이트 92.7 kg/m³와, 폴리머 69.5 kg/m³와, 폴리프로필렌섬유 0.9 kg/m³와, 혼합수 370.6 kg/m³ 를 혼합하였다.

또한, 비교예 1은, 시멘트 926.5 kg/m³, 모래 1853 kg/m³와, 폴리머 69.5 kg/m³와, 폴리프로필렌섬유 0.9 kg/m³와, 혼합수 370.6 kg/m³ 를 혼합하였다.

그리고, 비교예 2는, 시멘트 833.8 kg/m³, 모래 1853 kg/m³와, 몬모릴로나이트 92.7 kg/m³와, 폴리머 69.5 kg/m³와, 폴리프로필렌섬유 0.9 kg/m³와, 혼합수 370.6 kg/m³ 를 혼합하였다.

또한, 비교예 3은 시멘트 833.8 kg/m³, 모래 1853 kg/m³와, 케스타블 92.7 kg/m³과, 폴리머 69.5 kg/m³와, 폴리프로필렌섬유 0.9 kg/m³와, 혼합수 370.6 kg/m³ 를 혼합하였다.

먼저, 본 발명의 실시예와, 비교예 1,2,3의 압축강도 실험은 내화시험 전의 압축강도를 측정하고, 내화시험 후의 잔류압축강도를 실험하였다. 도 2는 본 발명의 실험예에 따른 표준시간-가열온도(독일 교통성 도로건설부 규정) 곡선그래프를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예와, 비교예 1,2,3 각각에 대하여 동일하게 내화시험을 하였다.

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 압축강도 및 잔류압축강도 그래프를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 내화 시험 전에 본 발명의 실시예에 따른 나노기반 내화모르타르 조성물의 압축강도가 가장 낮았으나, 내화시험 후 잔류 압축강도는 비교예 1,2,3과 대비하여 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 즉, 내화에 의한 강도 저하가 현격하게 감소되게 됨을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예와 비교예 1,2,3에 대한 부착강도 시험을 진행하였다. 도 4는 본 발명의 부착강도 실험을 위한 측정시험편(11)과, 실시예, 비교계 1,2,3에 따른 내화 모르타르(10)가 부착된 모체(1)의 사진을 나타낸 것이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 부착강도 실험 사진을 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트인 모체(1) 표면에 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 따른 내화모르타르 조성물 각각을 부착한 후, 시험편(11)을 장착하여 부착강도를 측정하였다.

도 6은 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 부착강도 비교 그래프를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비교예 2보다는 약간 낮은 부착강도를 보이나, 비교예 1,3과 대비하여 현저히 높은 부착강도를 가지게 됨을 알 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3 각각에 대한 열전도율을 측정하였다. 도 7은 본 발명의 실시예, 비교예 1,2,3에 대한 열전도율 비교 그래프를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 비교계 1,2,3과 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 나노기반 무기계 내화모르타르 조성물의 열전도율이 낮음을 알 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:모체
10:나노기반 무기계 내화모르타르조성물
11:부착강도 측정 시험편

Claims (16)

1. 내화 모르타르 조성물에 있어서,
   시멘트; 모래; 무기계 나노재료; 시멘트결합재; 유기 고분자 섬유; 및 폴리머;를 포함하고,
   상기 모래는 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 200 ~ 350 중량부를 포함하며,
   상기 무기계 나노재료는, 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 5 ~ 15중량부를 포함하고, 몬모릴로나이트, 아티풀자이트. 윌라스토나이트, 카올린, 및 세피올라이트로 이루어진 알루미나 점토군 중 적어도 어느 하나이고,
   상기 시멘트 결합재는, 규석, 납석, 점토-탄화규소, 점토-흑연-탄화규소, 지르콘, 고알루미나, 탄화규소, 알루미나-탄소, 알루미나, 탄화규소, 크롬, 스피넬, 마그네시아-크롬질, 마그네시아-흑연질, 돌로마이트, 및 케스타블 중 적어도 어느 하나로 구성되며,
   상기 유기 고분자 섬유는 300℃ 이하의 융해점을 갖고, 폴리아미드계 섬유와, 폴리아크릴 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리 비닐알코올 섬유 중 적어도 어느 하나로 구성되고,
   상기 폴리머는 시멘트 100중량부에 대하여 7 ~ 10 중량부를 포함하고, 폴리비닐계 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노재료 기반 내화 모르타르 조성물.
   
2. 제 1항에 따른 내화 모르타르 조성물의 제조방법에 있어서,
   시멘트 100중량부에 대하여 250 ~ 350 중량부의 배합비로 모래를 혼합하고, 5 ~ 15중량부의 배합비로 무기계 나노재료를 혼합하는 단계; 및
   시멘트 결합재와 유기고분자 섬유를 혼합하고, 시멘트 100중량부에 대하여 7 ~ 10중량부의 배합비로 폴리비닐계 수지를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노기반 내화모르타르 조성물의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images