KR101889232B1 - 내화 성능이 우수한 세라믹 복합 섬유를 이용한 frp 내화 판넬 보강 공법 - Google Patents

내화 성능이 우수한 세라믹 복합 섬유를 이용한 frp 내화 판넬 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화 성능이 우수한 세라믹 복합 섬유를 이용한 FRP 내화 판넬 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (1) 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계; (2) 콘크리트 구조물의 바탕면에 모르타르를 도포하는 단계로서, 상기 모르타르는 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내진 성능 강화제 5~15 중량부; 및 석회석 분말 성분 1~15 중량부를 포함하는 모르타르 조성물을 사용하여 도포하는 단계; (3) 상기 모르타르 조성물이 도포된 표면에 접착제를 이용하여 열경화성 수지에 세라믹 복합 섬유를 함침하여 제조된 FRP 내화 판넬을 부착하는 단계; 및 (4) 상기 FRP 내화 판넬이 부착된 표면에 표면 마감제를 도포하고 양생시키는 단계;를 포함하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 세라믹 복합 섬유를 이용하여 제조된 FRP 내화 판넬을 이용하여 보강 시공함으로써 기존의 일반 강재 패널에 비하여 무게가 적어 취급이 용이하며 일반 플라스틱 수지에 비하여 불연성, 내열성 및 내화성이 우수하여 화재에 대한 안정성이 향상되며, 내후성, 내화학성도 우수하여 특히 산업 단지 또는 해안 지역에서의 내구성이 탁월하다. 또한, 세라믹 복합 섬유를 경화성 수지에 함침시켜 제조된 FRP 내화 판넬을 이용하여 손상된 콘크리트 구조물의 대상면을 보수 보강하기 때문에 충격 등의 외력에 대한 변형 발생이 거의 없고 외부의 물리적 화학적 유해 인자의 침투에 대한 억제력이 우수하며, 보강 후의 마감상태가 균일하고 미려한 장점이 있으며, 모르타르 조성물에 내화성 성분을 포함함으로써 열에 대한 차단성능을 향상시킬 수 있으므로 모르타르 조성물의 내화 성능을 더욱 향상시킬 수 있어 보수 보강의 내화성능을 향상시키고 보수 보강 효과를 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

내화 성능이 우수한 세라믹 복합 섬유를 이용한 FRP 내화 판넬 보강 공법{Method of FRP flame-retardant panel reinforcement using ceramic complex fibler with superior flame-retardant property}
본 발명은 건설 재료 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 콘크리트 구조물의 내화 및 내진 성능 향상을 위한 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수 보강을 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구 성능을 향상시킬 필요가 있다.
따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
종래의 단면 복구를 위한 보수 보강재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수 보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
이러한 종래의 보수 보강 공법의 문제점을 해결하기 위해 일부 기술에서는 콘크리트 구조물의 인장력을 받는 단면에 섬유판을 에폭시 등의 수지로 부착하거나 강판(또는 섬유보강판재)을 이용하여 앵커 등으로 인장력을 받는 단면에 부착하여 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강을 실시하는 기술이 활용되어 왔다.(대한민국 등록특허 제0439922호, 대한민국 공개특허 특2000-0001355호 등) 그러나 강판을 앵커를 이용하여 부착하는 방법의 경우는 강판의 무게가 많이 나가 다루기 어렵고 시간이 경과함에 따라 강판이 부식되어 지지력이 약화됨으로써 효과가 지속되기 어려운 문제점이 있었다. 또한 섬유부강판재를 사용하는 방법의 경우도 단순히 접착제나 앵커에 의해 부착되어 있는 상태에 불과하므로 보강 효과가 크지 않은 한계가 있었다.
또한, 대한민국 등록실용신안 제0345919호에서는 인장력을 받는 콘크리트 구조물의 단면 내에 일정한 깊이와 길이를 갖는 수평홈부와 그 양측에 형성된 수직홈부를 설치한 다음, 그 내부에 보수 보강재로서 섬유재 로프를 설치하고 로프의 외부에 고강도 모르타르나 에폭시로 일정한 두께로 마감하여 콘크리트 외부 단면과 같게 마감한 다음, 상기 수직 및 수평홈부 내에 복수개의 주입관을 설치하고 그 주입관 내에 에폭시를 주입하여 완전히 충전시키고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시켜 결과적으로 콘크리트 구조물 단면이 긴장되도록 함에 의해 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 기술은 수직홈 및 수평홈에 에폭시를 주입하기 위한 공정이 복잡하고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시키는 효율도 그다지 크지 않으므로 실제 활용성은 떨어지는 기술이다.
또한, 대한민국 등록특허 제0894492호는 아라미드 스트립 부재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관하여 제안하고 있으며, 구체적으로는 열화된 콘크리트를 치핑하여 제거한 다음 그 부위에 고강도 수성 아크릴 폴리머 모르타르로 채우고 그 위에 에폭시 레진이 코팅된 아라미드 스트립 부재를 부착시키고 다시 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면 보강 방법에 관한 것이다. 그러나, 이 기술은 아라미드 스트립 부재를 형성하기 위해 우레탄을 이용하여 판형성 부재로 집적하여 형성하고 그 일면에 필 플라이를 부착한 후 제거하며 이에 의해 표면에 요철을 형성시켜야 하는 등 그 과정이 대단히 복잡하고 또한, 이 기술은 기존의 아라미드 섬유 시트를 보강재로 사용하던 경우의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 콘크리트에의 부착력을 강화하기 위한 기술에 불과할 뿐 보수 보강된 콘크리트 단면의 물리적 특성을 개선하고 이에 의해 보수 보강 효과를 장기간 유지하기 위한 방법과는 관련성이 떨어진다.
또한, 대한민국 등록특허 제0567343호는 건축 구조물 상에 바닥칠용 바인더를 형성하고 그 위에 접착제층을 형성한 다음, 접착제층의 상부에 바잘트 탄소섬유로 제직된 천으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건축 구조물의 보강법에 관하여 개시하고 있다. 이 기술에서는 저렴한 바잘트 섬유를 그 표면에 탄소 콜로이드액으로 코팅하여 탄소 코팅된 일명 바잘트 탄소 섬유를 제조하여 콘크리트 구조물의 보강용으로 사용함으로써 고가의 탄소 섬유에 버금가는 강도, 내마모성, 내화학 성능을 부여할 수 있음을 설명하고 있다. 그러나, 이 기술에서 언급된 바잘트 탄소 섬유는 제조하는 공정이 매우 어렵고 이러한 바잘트 탄소 섬유를 이용하더라도 접착제에 의해 섬유가 단순히 부착되어 있는 것이므로 보강 효과는 크지 않다는 한계가 있었다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0934622호는 페놀수지와 유리섬유를 이용하여 불연성 복합판넬을 제조하고 이를 손상된 콘크리트 구조물의 벽면에 부착함으로써 간단한 방법으로 보수 보강을 실시할 수 있는 공법을 제안하고 있다. 이 기술에서는 페놀수지에 유리섬유를 침적시킨 상태에서 금형을 이용하여 판넬을 제조하고 이를 에폭시 수지를 이용하여 벽면에 부착하는 방법을 제안하였는데, 기존의 보강용 철판에 비하여 부착이 용이하고 불연성, 강성 및 강도 등의 물성이 우수하므로 보수 보강 효과가 우수하다는 것을 장점으로 설명하고 있다.
종래의 불연성 복합판넬을 이용하는 보수 보강 공법은 내화 성능에 한계가 있었으며, 휨 강도, 전단 강도 등의 성능이 충분하지 않은 한계가 있어 이에 대한 해결방법이 필요한 상황이었다.
<기타 관련 선행기술 문헌>
1. 대한민국 등록특허 제10-0734553호
2. 대한민국 등록특허 제10-0655109호
3. 대한민국 등록특허 제10-0563718호
4. 대한민국 등록특허 제10-0533327호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 열경화성 수지와 세라믹 복합 섬유로 이루어진 판넬을 이용하여 손상된 콘크리트 구조물의 대상면을 보수 보강함으로써 기존의 섬유 부착 공법보다 시공이 간편하고 보강재의 내구성이 우수한 동시에 중량이 가벼워 취급이 용이하며 보강재의 내구성이 우수하여 외부의 물리적 화학적 유해 인자의 침투에 대한 억제력이 우수하고, 보수 공사에 사용되는 모르타르로서 발수효과가 우수하고 흡수율을 낮으며 내구성이 우수하고, 부착강도, 압축강도, 휨강도 등의 물리적 특성이 우수하며 친환경적이고 지진 진동 및 각종 응력을 균일하게 흡수하여 구조물의 내진 성능을 강화할 수 있는 동시에, 내열성 및 내화성이 우수하여 보수 후 화재 발생시에 폭열로 인한 문제 발생을 방지할 수 있는 특수 모르타르를 이용함으로써 물리적 성능과 내구성도 향상될 수 있는 판넬 보강 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
(2) 콘크리트 구조물의 바탕면에 모르타르를 도포하는 단계로서, 상기 모르타르는 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부 ; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내진 성능 강화제 5~15 중량부; 및 석회석 분말 성분 1~15 중량부를 포함하는 모르타르 조성물을 사용하여 도포하는 단계;
(3) 상기 모르타르 조성물이 도포된 표면에 접착제를 이용하여 열경화성 수지에 세라믹 복합 섬유를 함침하여 제조된 FRP 내화 판넬을 부착하는 단계; 및
(4) 상기 FRP 내화 판넬이 부착된 표면에 표면 마감제를 도포하고 양생시키는 단계;를 포함하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 세라믹 복합 섬유는 용융 실리카 섬유, 다공 실리카 섬유, 석영 섬유 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내진 성능 강화제는 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 경화발현재는 보일러 애시 50~80 중량%, 고로슬래그 분말 10~30 중량% 및 급결제 3~20 중량%가 혼합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 내진 성능 강화제에는 제1조성물 100 중량부를 기준으로 유동화제가 0.1~5 중량부 추가로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 FRP 내화 판넬은 200~600 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 내화 성능이 우수한 세라믹 복합 섬유를 이용한 FRP 내화 판넬 보강 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에서 사용되는 상기 세라믹 복합 섬유를 이용하여 제조된 FRP 내화 판넬은 기존의 일반 강재 패널에 비하여 무게가 적어 취급이 용이하며 일반 플라스틱 수지에 비하여 불연성, 내열성 및 내화성이 우수하여 화재에 대한 안정성이 향상되며, 내후성, 내화학성도 우수하여 특히 산업 단지 또는 해안 지역에서의 내구성이 탁월하다.
또한, 세라믹 복합 섬유를 경화성 수지에 함침시켜 제조된 FRP 내화 판넬을 이용하여 손상된 콘크리트 구조물의 대상면을 보수 보강하기 때문에 충격 등의 외력에 대한 변형 발생이 거의 없고 외부의 물리적 화학적 유해 인자의 침투에 대한 억제력이 우수하며, 보강 후의 마감상태가 균일하고 미려한 장점이 있다.
또한, 모르타르 조성물에 내화성 성분을 포함함으로써 열에 대한 차단성능을 향상시킬 수 있으므로 모르타르 조성물의 내화 성능을 더욱 향상시킬 수 있어 보수 보강의 내화성능을 향상시키고 보수 보강 효과를 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 세라믹 복합 섬유를 이용한 FRP 내화 판넬 보강 공법은 다음과 같은 순서로 진행된다. 즉
(1) 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
(2) 콘크리트 구조물의 바탕면에 모르타르를 도포하는 단계;
(3) 상기 모르타르가 도포된 표면에 접착제를 이용하여 열경화성 수지에 세라믹 복합 섬유를 함침하여 제조된 FRP 내화 판넬을 부착하는 단계; 및
(4) 상기 FRP 내화 판넬이 부착된 표면에 표면 마감제를 도포하고 양생시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 본 발명에 따른 세라믹 복합 섬유를 이용한 FRP 내화 판넬 보강 공법에 관하여 단계별로 상세하게 설명한다.
1. 콘크리트 구조물 바탕면 정리 단계
콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 이와 같은 현상이 발생하면 콘크리트 구조물의 단면을 보수해야 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.
본 단계는 이와 같이 보수가 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 치핑(chipping)이나 샌드 블라스팅(sand blasting), 워터 제트(water jet), 그라인딩(grinding) 등을 이용하여 파쇄하고 다듬는 과정이다. 이 때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르나 에폭시의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 내화 및 내진 보강용 모르타르 조성물은 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부 ; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내진 성능 강화제 5~15 중량부; 및 석회석 분말 성분 1~15 중량부를 포함하여 구성된다.
2. 모르타르 도포 단계
상기 정리된 콘크리트 구조물의 바탕면에 모르타르를 도포한다.
본 발명에서 사용되는 상기 모르타르는 하기의 조성으로 구성된다.
즉, 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내진 성능 강화제 5~15 중량부; 및 석회석 분말 성분 1~15 중량부를 포함하여 구성된다.
이하에서는 상기 각 성분에 관하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에서 상기 시멘트는 포틀랜트 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트 및 초속경 시멘트 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이다. 구체적으로 포틀랜드 시멘트의 경우도 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
혼합 시멘트를 사용할 경우에는 포틀랜트 시멘트 40~70 중량%, 슬래그 시멘트 20 ~ 40 중량%, 알루미나 시멘트 5 ~ 25 중량% 및 잔량의 속경성 시멘트를 포함할 수 있다.
이중에서 슬래그 시멘트는 수산화칼슘이나 황산염의 자극작용에 의한 수화열에 의한 온도상승 억제, 알칼리 실리카반응의 억제, 황산염 및 해수에 대한 화학저항성, 염화물 이온이나 산소 침투 저항성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 알루미나 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 알루미나 함량이 상대적으로 높은 시멘트로서, 화학적 저항성이 우수하며, 산성 분위기 하에서 사용할 수 있는 장점이 있으며, 경화시간이 짧은 조강 시멘트 일종으로서, 보통 포틀랜드 시멘트와 적정 비율로 사용한다.
또한, 초속경 시멘트는 무수석고와 50 중량% 이상의 알루미나 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 것으로서 초기 부착성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폴리머는 모르타르 성분 간 상용성, 부착성을 증대시켜서 모르타르의 물성을 향상시키는 역할을 하며, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐아세테이트 실란 말단화 중합체, 폴리비닐에스테르 실란 말단화 중합체, 메타크릴산 메틸-아크릴산 부틸 및 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐아세테이트, 메타크릴산 메틸-아크릴산 부틸 및 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 폴리머의 사용량은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카 흄(Silica fume)은 평균 입경 0.1~0.5 mm 정도로 이루어진 완전 구형에 가까운 입자로서 비정질의 활성 실리카이며, 아래의 화학식에서와 같이 수산화칼슘과 반응하여 상온에서 함수 규산 칼슘으로 변화함으로써 수퍼 포졸란 성질을 띤다.
3CaOSiO2 + H2O → C-S-H(시멘트겔) + Ca(OH)2
본 발명에서 상기 모르타르 조성물에 상기 실리카 흄을 첨가하는 이유는, 구상 입자에 의한 볼 베어링 효과로 분산성 및 감수 효과를 향상시키고 시멘트 입자 사이에 실리카 흄의 충전 효과로 수밀성 향상 및 고강도화, 그리고 숏크리트의 부착성 향상으로 그라운드량 감소, 알칼리 실리카 반응 억제 및 화학적 저항성 향상 등의 효과가 있기 때문이다.
본 발명에서 상기 세라믹 복합 섬유는 휨 강도, 인장 강도 증진은 물론 양생 시 표면 크랙(균열)을 줄일 수 있어 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이며, 초기 분산성을 높이기 위한 목적으로 사용된다.
본 발명에서 상기 세라믹 복합 섬유는 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물 등의 혼합물로 이루어진 다결정성의 내화 재료이다.
이는 출발물질이 다양하며, 규산알루미늄, 알루미나, 지르코늄, 질화붕소 등이 대표적인 출발물질 원료이다.
상기 세라믹 복합 섬유는 내열성, 내약품성, 내충격성, 전기절연성, 탄성율 등이 뛰어나며 각종 복합재료로 응용될 수 있다.
다만, 상기 세라믹 복합 섬유는 추출과정 및 섬유화 과정이 일반 유기계 섬유보다 까다롭고 복잡한 단점이 있으나, 이는 다양한 방법 연구와 시설 장비의 첨단화에 의해 개선되고 있는 상황이다.
본 발명에서 상기 세라믹 복합 섬유로는 실리카 섬유, 석영 섬유 등을 사용할 수 있는데, 상기 실리카 섬유는 다시 용융 실리카 섬유 또는 다공 실리카 섬유 등을 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 실리카 섬유는 산화규소(SiO2) 성분이 적어도 96% 이상 포함된 고순도 물질로 이루어지며 산화규소를 용융방사하여 제조되고 불순물이 거의 없는 것이 특징이다. 이 섬유는 단면이 원형이며 표면이 평활한 편이다.
그 중에서 상기 용융 실리카 섬유(fused silica fiber)는 석영을 용융방사하여 필라멘트 형태로 제조한다. 약 1000℃ 이상의 뛰어난 내열성과 낮은 열팽창계수, 낮은 유전율을 가진 섬유로서 IC 적층판, 로켓 부품, 원자력관련 부품 등으로 사용된다.
또한, 상기 다공질 실리카 섬유(Leached silica fiber)는 실리카 섬유를 염산으로 처리해 마그네슘, 브롬, 알루미늄 등의 불순물을 추출해서 산화규소(SiO2)의 성분이 98.5% 이상이 되게 한 다음, 열처리와 유연처리를 해서 제조된다. 초고온 내열단열재, 흡읍재, 고온여과제, 탈취제 등의 용도로 이용된다.
또한, 상기 석영 섬유는 천연에 존재하는 석영 결정을 원료로 하여 산소와 수소의 혼합 불꽃 준에서 석영 막대를 뽑아서 제조하며 고내열성이나 내부식성이 뛰어난 것이 특징이다.
이러한 세라믹 복합 섬유를 단독 또는 혼합 사용함에 의해 높은 내열성과 고인장성을 발휘할 수 있으므로 내열효과 및 내진효과를 극대화할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 강도증진제는 물리 화학적 작용에 의해 경화 전후의 콘크리트 성질을 개선하는 작용을 하는 것으로서, 구체적인 예로는 알칼리금속을 가지는 나이트레이트(nitrate)염, 알칼리토금속을 가지는 나이트레이트염, 알루미늄을 가지는 나이트레이트염, Al2O3 분말 및 Al2Si2O7 분말 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 골재는 평균직경이 50~200㎛이며, 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 경량 골재를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 경량골재는 다공성 필라이트(phyllite)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 다공성 필라이트계 경량 골재는 다공성으로 인해 물비가 증대될 수 있고, 흐름성을 좋게 하여 발수성 모르타르 조성물을 통한 콘크리트 구조물의 시공시 기계화 시공이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 수축 방지제는 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 네오펜틸글리콜은 대칭형의 2개의 알코올 기와 알파 카본 위치에 2개의 메틸기를 가지고 있어 에스테르화 반응에 탁월한 반응성을 보여준다. 본 발명에서 상기 네오펜틸글리콜은 백색 결정체 100%로 이루어진 플레이크(flake) 형태 또는 네오펜틸글리콜 90% 및 물 10%로 이루어진 슬러리(slurry) 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지는 고분자 입자의 볼 베어링 효과에 의해 모르타르 조성물의 유동성을 향상시킴은 물론, 모르타르 조성물의 점성을 높게 하여 분리를 방지하고 자체의 부착력으로 인해 시공하고자 하는 콘크리트 구조물과의 부착 성능을 향상시키면서, 휨 강도 및 모르타르의 표면 경도를 증가시키는 한편, 피막 형성에 의한 각종 열화 인자 및 수분의 침투를 저하시켜 중성화 방지, 화학적 침식 방지 및 보수 후 철근의 부식을 방지하도록 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 PVA 분말 수지는 폴리아세트산비닐 수지를 가수분해하여 얻어지는 무색 분말로 물에는 녹고 일반 유기용제에는 녹지 않는 성질을 갖는다.
본 발명에서 상기 소포제는 모르타르 내의 거대 기공을 제거하여 모르타르의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용되는 성분으로, 일반적으로 휘발성이 적고 확산력이 큰 기름상의 물질 또는 수용성이 계면활성제가 이용되며, 예로는 등유, 유동 파라핀 등과 같은 광유계 소포제; 동식물유, 참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제; 올레인산, 스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 지방산계 소포제; 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울레이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제; 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌솔비탄지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬(아릴)에테르황산에스테르염류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류, (폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제; 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제; 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제; 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제; 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제; 디메틸실리콘유, 실리콘 페이스트, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산), 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 팽창제는 칼슘 설포알루미네이트(CSA)와 석고가 4~9 : 1~6의 중량비로 혼합하여 제조한 것을 사용할 수 있으며, 상기 석고는 인산 무수석고 또는 불산 무수석고 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 분말형 실리콘 발수제는 모르타르 조성물의 발수성을 향상시키고 흡수율을 감소시키는 역할을 하며, 이에 따라 시공성 및 작업성을 향상시키는 성분으로서, 구체적으로는 n-옥틸트리에톡시실란(n-octyltriethoxysilane)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 내진 성능 강화제는 모르타르 조성물의 각 구성성분 간의 접착력과 결착력을 강화하고 미세 틈새를 메워 조직을 치밀하게 함으로써 강도 및 내구성과 내진 성능 등의 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서 상기 내진 성능 강화제는 구체적으로, 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 사용한다.
본 발명에서 상기 제1조성물은 경화발현재, 몬모릴로 나이로릴계 점토광물, 알루미늄염 및 물을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 제1조성물에 포함되는 상기 경화발현재는 보일러 애시 50~80 중량%와 고로슬래그 분말 10~30 중량%와 급결제 3~20 중량%를 혼합하여 형성시킨다.
여기서, 보일러 애시는 화력발전소에서 발생하는 애시[ash](석회나 코크스의 연료 껍질)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보일러 애시는 페트로 코크스를 포함한 유연탄 및 무연탄을 단독 또는 하나 이상의 복합으로 연료로 사용하는 순환유동층 연소 보일러를 사용하는 보일러로부터 생성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그는 볼밀이나 진동밀과 같은 분쇄수단에 의해 분쇄된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 급결제는 본 발명에 따른 모르타르의 빠른 양생(경화)를 촉진시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 급결제는 고체 급결제로서, 예를 들어 탄산나트륨(Na2CO3), 알루민산나트륨(NaAlO2), 수산화칼슘 및 규산소다(Na2SiO3) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 탄산나트륨, 알루민산나트륨 및 규산소다를 1 : 1.5 ~ 2 : 0.5 ~ 1 중량비로를 포함한 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 특수한 구조를 갖는 알루미늄염으로서 내진 모르타르 내에서 공극을 치밀하게 하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 제2조성물은 경화촉진제 5~7 중량부와 점토광물 12~18 중량부와 안정제 0.1~0.5 중량부와 물 60~70 중량부를 혼합하여 형성시킨다.
본 발명에서 상기 경화촉진제는 경화시간을 단축시켜 작업이 조기에 완료되도록 하는 역할을 하는 것으로서, DMA(dimethyl aniline) 또는, Co-octate(코발트옥테이트) 또는, DMPT(N,N-Dimethyl-p-toluidine) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 점토광물로는 몬모릴로 나이트계 점토광물이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 안정제로는 제2조성물의 점성을 저하시키고, 고른 분산과 안정적인 균질한 강도를 얻을 수 있도록 삼인산나트륨이 사용되는 것이 바람직하며, 그 밖에 무기계 분산제인 탄산나트륨, 헥사메타인산나트륨, 규산나트륨 중 어느 하나 이상의 것을 사용할 수도 있다. 상기 안정제는 재료 분리를 방지하는 역할도 한다.
이때, 본 발명에서 상기 내진 성능 강화제에 포함되는 상기 제1조성물과 상기 제2조성물을 5~8:2~5의 중량 비율로 혼합하여 형성시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 7:3의 중량 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 제1조성물과 상기 제2조성물은 2액형으로 구성되어 모르타르의 타설 직전에 모르타르에 주입되어 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 내진 성능 강화제에는 유동성 조절을 위해 유동화제를 더 포함할 수 있다.
이 때 포함되는 유동화제는 상기 제1조성물 100 중량부를 기준으로 약 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 바람직한 유동화제의 예로서는 폴리카르복실산계(PCA계), 멜라민계, 나프탈렌계 유동화제를 들 수 있으며, 상기 유동화제 종류 중에서 1종이나 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 석회석 분말 성분은 모르타르 조성물에 포함됨으로써 열에 대한 차단성능을 향상시킬 수 있으므로 모르타르 조성물의 내화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 조성으로 얻어지는 모르타르 조성물에 필요에 따라 분산제 0.1 ~ 1.0 중량부, 지연제 0.01 ~ 1.0 중량부, 알칼리활성화제 0.1 ~ 1.0 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 모르타르의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 한다. 상기 분산제로서는 통상의 감수제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합 사용이 가능하다. 상기 분산제의 함량은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 1.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 지연제는 모르타르의 수화속도를 조정하여 일정기간 작업성을 확보할 목적으로 첨가될 수 있다. 지연제로는 붕산과 붕사, 붕산나트륨, 붕산칼륨과 같은 붕산염류, 글루콘산, 시트릭산, 타르타르산, 글루코헵톤산, 아라본산, 사과산 또는 구연산 및 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄, 트리에탄올아민 등의 무기염 또는 유기염 등의 옥시카복실산; 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아비토오스, 리포오즈, 이성화당 등의 단당류나, 2당, 3당 등의 올리고당, 또는 덱스트린 등의 올리고당, 또는 덱스트란 등의 다당류, 이들을 포함하는 당밀류 등의 당류; 솔비톨 등의 당알콜; 규불화 마그네슘; 인산 및 그의 염 또는 붕산 에스테르류; 아미노카복실산과 그의 염; 알칼리 가용 단백질; 푸민산; 탄닌산; 페놀; 글리세린 등의 다가알콜; 아미노트리(메틸렌포폰산), 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산) 및 이들의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등의 포스폰산 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 그 함량은 상기 시멘트 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 1.0 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리활성화제는 강도 발현에 영향을 미치는 성분으로, 알칼리 금속수산화물, 염화물, 황산화물 및 탄산화물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 탄산나트륨 및 탄산수소나타륨을 사용하는 것이 강도 발현 측면에서 유리하다. 본 발명에서 상기 알칼리활성화제의 함량은 상기 시멘트 100 중량부를 기준으로 0.1~1.0 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 모르타르 조성물에는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강을 위하여 수중불분리제를 0.1~3 중량부의 범위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 수중불분리제는 수중에서 모르타르 조성물의 점성을 향상시켜 분해되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로, 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스와 같은 메틸계 셀룰로오스; 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스와 같은 에틸계 셀룰로오스; 히드록시프로필셀룰로오스와 같은 프로필계 셀룰로오스에서 선택되는 셀룰로오스계 증점제를 사용할 수 있다. 그 함량은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3 중량부로 포함되는 것이 적절한 점성을 발현하므로 바람직하다. 필요에 따라 수중에서의 점성을 더욱 증가시키기 위하여 수용성 아크릴계 수지 분말을 더 첨가할 수 있으며, 상기 수용성 아크릴계 수지 분말은 수중불분리제의 1 ~ 30 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
3. FRP 내화 판넬을 부착하는 단계
상기 도포된 모르타르 조성물의 표면에 열경화성 수지에 세라믹 복합 섬유를 함침하여 제조된 FRP 내화 판넬을 에폭시 등의 접착제를 이용하여 부착한다.
구체적으로 상기 열경화성 수지로서 페놀수지 또는 에폭시 수지를 사용하고, 이와 같은 열경화성 수지 조성물에 세라믹 복합 섬유를 함침시켜 금형에 주입한 상태에서 경화시켜 제조된 불연성 패널을 사용한다.
구체적으로, 상기 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 경화제, 이형제, 충전제, 난연제 등을 포함하여 조성물을 제조하고 이와 같은 열경화성 수지 조성물에 세라믹 복합 섬유를 함침한 상태에서 금형 중에 주입하여 경화시킴으로써 불연성의 FRP 내화 판넬을 제조한다.
상기 세라믹 복합 섬유로는 실리카 섬유, 석영 섬유 등을 사용할 수 있는데, 상기 실리카 섬유는 다시 용융 실리카 섬유 또는 다공 실리카 섬유 등을 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 실리카 섬유는 산화규소(SiO2) 성분이 적어도 96% 이상 포함된 고순도 물질로 이루어지며 산화규소를 용융방사하여 제조되고 불순물이 거의 없는 것이 특징이다. 이 섬유는 단면이 원형이며 표면이 평활한 편이다.
그 중에서 상기 용융 실리카 섬유(fused silica fiber)는 석영을 용융방사하여 필라멘트 형태로 제조한다. 약 1000℃ 이상의 뛰어난 내열성과 낮은 열팽창계수, 낮은 유전율을 가진 섬유로서 IC 적층판, 로켓 부품, 원자력관련 부품 등으로 사용된다.
또한, 상기 다공질 실리카 섬유(Leached silica fiber)는 실리카 섬유를 염산으로 처리해 마그네슘, 브롬, 알루미늄 등의 불순물을 추출해서 산화규소(SiO2)의 성분이 98.5% 이상이 되게 한 다음, 열처리와 유연처리를 해서 제조된다. 초고온 내열단열재, 흡읍재, 고온여과제, 탈취제 등의 용도로 이용된다.
또한, 상기 석영 섬유는 천연에 존재하는 석영 결정을 원료로 하여 산소와 수소의 혼합 불꽃 준에서 석영 막대를 뽑아서 제조하며 고내열성이나 내부식성이 뛰어난 것이 특징이다.
이러한 세라믹 복합 섬유를 단독 또는 혼합 사용함에 의해 높은 내열성과 고인장성을 발휘할 수 있으므로 내열효과 및 내진효과를 극대화할 수 있게 된다.
본 발명에서 보강 성능과 제품의 균일성을 위하여 상기 FRP 내화 판넬은 200~600 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300~500 g/m2의 면밀도를 갖는 것이다.
4. 표면 마감제 도포
이렇게 하여 상기 FRP 내화 판넬을 부착한 후에 그 표면에 표면 마감제를 도포함으로써 본 발명에 따른 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법이 완료될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 표면 마감제로는 아크릴-우레탄 공중합체계 코팅재를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 아크릴-우레탄 공중합체계 표면 마감제는 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 매우 우수하다. 본 발명에서 상기 표면 마감제는 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 따른 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법에 관하여 구체적으로 설명하였다.
본 발명에서 사용되는 상기 세라믹 복합 섬유를 이용하여 제조된 FRP 내화 판넬은 기존의 일반 강재 패널에 비하여 무게가 적어 취급이 용이하며 일반 플라스틱 수지에 비하여 불연성, 내열성 및 내화성이 우수하여 화재에 대한 안정성이 향상되며, 내후성, 내화학성도 우수하여 특히 산업 단지 또는 해안 지역에서의 내구성이 탁월하다. 또한, 세라믹 복합 섬유를 경화성 수지에 함침시켜 제조된 FRP 내화 판넬을 이용하여 손상된 콘크리트 구조물의 대상면을 보수 보강하기 때문에 충격 등의 외력에 대한 변형 발생이 거의 없고 외부의 물리적 화학적 유해 인자의 침투에 대한 억제력이 우수하며, 보강 후의 마감상태가 균일하고 미려한 장점이 있으며, 모르타르 조성물에 내화성 성분을 포함함으로써 열에 대한 차단성능을 향상시킬 수 있으므로 모르타르 조성물의 내화 성능을 더욱 향상시킬 수 있어 보수 보강의 내화성능을 향상시키고 보수 보강 효과를 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 첨부된 청구범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. (1) 시공할 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 단계;
    (2) 콘크리트 구조물의 바탕면에 모르타르를 도포하는 단계로서, 상기 모르타르는 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내진 성능 강화제 5~15 중량부; 및 석회석 분말 성분 1~15 중량부를 포함하는 모르타르 조성물을 사용하여 도포하는 단계;
    (3) 상기 모르타르 조성물이 도포된 표면에 접착제를 이용하여 열경화성 수지에 세라믹 복합 섬유를 함침하여 제조된 FRP 내화 판넬을 부착하는 단계; 및
    (4) 상기 FRP 내화 판넬이 부착된 표면에 표면 마감제를 도포하고 양생시키는 단계;를 포함하여 구성되며,
    상기 (2)에서 상기 내진 성능 강화제는 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 특징으로 하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 복합 섬유는 용융 실리카 섬유, 다공 실리카 섬유, 석영 섬유 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화발현재는 보일러 애시 50~80 중량%, 고로슬래그 분말 10~30 중량% 및 급결제 3~20 중량%가 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 내진 성능 강화제에는 제1조성물 100 중량부를 기준으로 유동화제가 0.1~5 중량부 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 FRP 내화 판넬은 200~600 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 FRP 내화 판넬을 이용한 판넬 보강 공법.



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