KR101893060B1 - 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 공법을 이용하여 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수하면, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 매우 우수하고, 콘크리트 구조물과의 부착성능이 우수하며, 내화학성 및 방수성도 우수하고, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하며, 모르타르의 양생 속도를 향상시키고 중성화 방지 효과 및 방수 효과가 증대될 수 있다. 특히, 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 장점이 있다. 또한, 하부의 복구용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성, 항균성, 방오성, 통기성, 내후성 등의 특성이 우수한 표면 보호제를 사용함으로써 보수 보강 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법{Mortar composition for repairing and reinforcing concrete structure, and method of repairing and reinforcing concrete structure using the same}
본 발명은 콘크리트 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 보수 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 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 보수를 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 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 보수 보강 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
종래의 보수 보강를 위한 보수재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공 시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
예로서, 대한민국 공개특허 제10-2006-0079447호에서는 CSA(Calcium sulfoaluminate)와 소정의 고미분말 결합재를 첨가하여 모르타르 조성물을 제조하는 방법을 제안한다. 그러나, 상기 재료를 이용하여 제조된 모르타르 조성물은 고가의 아윈(Hauyne)계 시멘트를 사용하므로 시공 단가의 상승을 유발하고 초기 응결 시간 및 강도 면에서 충분한 결과를 얻지 못하였다.
또한, 기존의 보수 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 보수 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 콘크리트 구조물의 표면을 보호하기 위한 표면 보호제는 유동성의 물질로 구조물의 표면에 넓게 도포되어 얇은 피막층을 형성하고 시간의 경과에 따라 건조 경화됨으로써 구조물의 표면을 보호하고 미감을 증대시키는 기능을 하고 부식과 같은 손상을 방지하며 내구성을 향상시켜 주는 역할을 한다.
이러한 표면 보호제는 기존에 수성 표면 보호제, 유성 표면 보호제, 에나멜 표면 보호제 등이 사용되어져 왔으나 콘크리트로부터 발생되는 유해성분의 배출을 방지하는 효과는 크지 않았으며 또한 구조물 표면에 서식하는 각종 세균이나 곰팡이 등에 대한 방지 효과, 오염에 대한 방지 효과, 내부 콘크리트의 중성화 방지 효과 등은 크게 발휘되지 않고 있는 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하고자 한다.
또한, 표면 보호제로서 하부의 복구용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성 등의 특성이 우수하여 복구 효과를 장기간 유지할 수 있는 특성을 갖는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 에어 컴프레셔를 이용하여 건식으로 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
(2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
(3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
(4) 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 양생된 후 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 아크릴계 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 제3단계에서 상기 보수 보강용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 40~50 중량부의 경량 골재, 100~120 중량부의 규사, 0.5~2.0 중량부의 보강섬유, 0.5~2.0 중량부의 수축방지제, 3~7 중량부의 실리카 흄, 3~7 중량부의 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지, 0.1~1.0 중량부의 소포제, 5~10 중량부의 팽창제, 1~5 중량부의 분말형 실리콘 발수제, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되는 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서, 상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트이고, 상기 조성에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함하는 보수 보강용 모르타르 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 고분자 분말수지를 1~10 중량부의 범위로 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제4단계에서 상기 표면보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 셀룰로오스 분말, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용하여 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 발수 효과를 높이고 흡수율을 낮추어 내구성을 향상시킬 수 있도록 발수성을 갖는 성분을 모르타르 조성물에 포함시킴으로써 초기 및 장기 내구성, 내수성 및 내후성을 우수하게 유지할 수 있다.
2. 콘크리트 구조물에 대한 시공성을 향상시키기 위하여 경량 골재를 사용하여 모르타르 조성물을 구성함에 의해 충격이나 진동이 가해지는 교량 등에 대한 시공시에도 교통 통제 없이도 보수 시공이 가능하기 때문에 시공성 및 작업성이 매우 우수하다.
3. 또한, 칼슘설포알루미네이트와 석고가 최적 비율로 혼합된 팽창제를 포함함으로써 조성물의 수축성을 낮추고 빠른 시간 안에 강도를 발현할 수 있다.
4. 또한, 모르타르 조성물에 보강섬유와 PVA계 분말 수지를 포함함으로써 초기 및 장기 부착 성능과 균열 저항성을 향상시켜 장기 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
5. 또한, 운모, 제올라이트, 벤토나이트의 혼합물로 이루어진 천연석 분말을 포함함으로써 구성 성분 간의 접착력과 결착력이 강화되어 조직이 치밀해짐으로써 강도 및 내구성 등의 물성이 더욱 향상될 수 있다.
6. 또한, 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
7. 또한, 형성된 보수용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성, 항균성, 방오성, 통기성, 내후성 등의 특성이 우수한 표면 보호제를 사용함으로써 보수 보강 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법은 하기의 순서로 진행된다. 즉,
(1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 에어 컴프레셔를 이용하여 건식으로 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
(2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
(3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
(4) 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 양생된 후 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 아크릴계 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.
1. 제1단계 - 콘크리트 구조물의 표면 및 단면 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. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 현상이 발행하면 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강해야 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.
상기 표면 및 단면 정리 단계는 이와 같이 이와 같이 안전 진단 및 점검 결과 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 기계를 이용하여 파쇄하고 다듬는 과정이다. 이때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 실시하기 전에 콘크리트 구조물의 단면 또는 표면 상태를 점검하여 열화된 콘크리트 단면 또는 표면을 치핑하면서 페놀프탈레인 용액을 이용하여 중성화 깊이를 측정하고, 이후 중성화 반응에 의해 열화가 진행된 콘크리트 단면 또는 표면을 제거한다.
이어서, 콘크리트가 제거된 부분을 그라인딩하여 표면 작업을 진행하고 고압수를 이용하여 세척한다. 상기 고압수 작업 전에 공기 압축기를 이용하여 세척하는 공정을 추가로 둘 수 있다.
이를 통해 알칼리 골재 반응, 동해, 염해 또는 중성화(탄산화) 등의 노후화 현상으로 발생한 철근 콘크리트 구조의 균열, 탈락, 철근 녹 발생, 들뜸, 부식 등을 제거하고 고압 에어 컴프레셔를 이용하여 건식으로 열화된 부분을 말끔하게 다듬는다. 이때 전동 해머 또는 수공구 등을 이용할 수 있다.
2. 제2단계 - 방청 코팅제 도포
이어서, 상기 작업 후에 콘크리트가 탈락되어 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포한다. 즉, 철근의 상태를 확인하여 철근의 부식이 심할 경우 철근 배면을 꺼내어 부식이 심한 부분에 철 브러시나 그라인더를 이용하여 부식부분(녹)을 제거하고 방청 코팅제를 도포하거나, 부식의 정도가 매우 심하여 철근으로서의 구조적 기능을 상실한 경우 철근을 절단하고 새로운 철근, 탄소봉, 로드 등의 보강재를 삽입하여 보강하는 작업을 추가할 수 있다. 본 발명에서 상기 방청 코팅제로는 카복실아민 등 아민계 방청제를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않고 강재의 방청제로 사용될 수 있는 일반적인 방청제는 제한없이 사용될 수 있다.
이어서, 상기 방청제 도포 후에 상기 전처리된 콘크리트 구조물 및 방청 처리된 철근의 표면에 접착제를 도포할 수 있다. 상기 접착제는 콘크리트 모체와 새로이 충전되는 모르타르 조성물과의 부착력을 증대시키기 위한 것으로서, 통상적으로 사용되는 접착제를 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
3. 제3단계 - 모르타르 조성물 도포
상기 콘크리트 단면을 치핑하여 열화 부위의 콘크리트와 부식 철근을 제거한 후 모르타르 조성물을 도포하여 보수한다.
구체적으로는, 상기 콘크리트 구조물 및 철근의 표면에 기계식 분사 장치를 사용하여 본 발명에 따른 상기 모르타르 조성물을 분사하여 도포한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 기계식 분사 장치로는 믹싱장비, 토출장비, 발전기 및 콤프레셔가 결합 또는 탑재된 일체형 모르타르 분사 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에서 사용되는 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물에 관하여 상세히 설명한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 40~50 중량부의 경량 골재, 100~120 중량부의 규사, 0.5~2.0 중량부의 보강섬유, 0.5~2.0 중량부의 수축방지제, 3~7 중량부의 실리카 흄, 3~7 중량부의 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지, 0.1~1.0 중량부의 소포제, 5~10 중량부의 팽창제, 1~5 중량부의 분말형 실리콘 발수제, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되는 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서, 상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트이고, 상기 조성에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함하여 구성된다.
이하에서는, 상기 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 구성하는 각 성분에 관하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에서 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트, 속경성 시멘트 등을 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.
본 발명에서 상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트(phyllite)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 필라이트계 경량 골재는 다공성으로 인해 물비가 증대될 수 있고, 흐름성을 좋게 하여 발수성 모르타르 조성물을 통한 콘크리트 구조물의 보수 보강 시공시 기계화 시공이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 규사는 평균 입경이 0.1~1.2 mm인 세사를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 모르타르 조성물의 유동성 및 치밀성을 향상시키기 위함이다.
본 발명에서 상기 보강섬유는 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 보강섬유는 일정 정도의 친수성을 갖는 섬유를 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들어 나일론 섬유, 폴리염화비닐(PVC) 섬유, 유리 섬유, 폴리프로필렌(PP) 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 셀룰로오스 섬유 및 폴리에틸렌 섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 수축 방지제는 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 네오펜틸글리콜은 대칭형의 2개의 알코올기와 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 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 발수성 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 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 보수하고자 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.
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.
또한, 본 발명에 따른 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물은 그 물리적 성능 강화를 위해 천연석 분말을 포함한다.
상기 천연석 분말은 운모, 제올라이트 및 벤토나이트의 혼합물을 사용하며 그 함량은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 천연석 분말은 운모, 제올라이트 및 벤토나이트의 3종 혼합물로 이루어지는 것이 좋으며 분말의 크기는 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것을 사용하는 것이 좋고, 각각의 혼합 비율은 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 운모, 제올라이트 및 벤토나이트는 다공성 물질로서 탈취성, 항균성, 항곰팡이성이 우수하고 유익한 미생물과 효소를 가지고 있어 시멘트 특유의 냄새와 알칼리성 물질을 차단할 수 있고 시멘트의 독성을 분해 제거하는 기능을 갖는다. 이와 같은 천연석 분말은 모르타르 조성물이 경화되는 과정에서 보강섬유 및 폴리비닐알콜 분말 수지와 시멘트 및 규사 성분 간을 강력하게 결합하고 조직을 이루는 각 구성 성분 간의 강력한 접착력과 침투에 의한 결착력이 발휘되어 조직이 치밀해지도록 하는 역할을 한다. 따라서 상기 천연석 분말을 사용할 경우 모르타르의 표면 평활성이 좋아지고, 방수성, 인장강도, 압축강도, 내열성, 내구성 등의 물성이 향상되는 효과를 볼 수 있다.
본 발명에서 상기 실리카 경량제는 모르타르의 밀도을 감소시키는 역할을 하는 동시에 동결 융해 저항성을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서는 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3을 갖는 것으로서 내부가 폐쇄된 구형으로 형성된 팽창 실리카를 경량제로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카 경량제는 모르타르 조성물 중 약 1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 무기계 경화 제어제는 모르타르 조성물의 시공시 콘크리트 모체와의 일체화를 이루고 경화체가 고강도, 내구성 및 방수성을 가질 수 있도록 하며, 응결 속도를 제어하여 속경성을 부여하는 작용을 한다.
즉, 상기 무기계 경화 제어제는 콘크리트 모체와의 일체성을 강화하는 바인더와, 응결속도를 제어하는 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더는 CaO 및 SO3로 이루어지고, 상기 제어제는 Al2O3 및 Na2O로 이루어진다. 또한, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 외에 고분자 분말수지를 더 포함할 수 있다.
상기 고분자 분말 수지는 액상 수지를 스프레이 건조하여 제조한 분산물질로서, 물에 분산시키면 안전한 액상 수지가 되는 물질이다. 물에 분산된 분말 수지는 건조 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하고 액상 수지와 같이 시멘트와 혼합 사용되어 인장, 휨강도 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 고분자 분말 수지는 천연고무계, 폴리아세테이트계 수지를 사용할 수 있고, 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 약 1~10 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 조성으로 얻어지는 모르타르 조성물에 분산제 0.1 ~ 1.0 중량부, 지연제 0.01 ~ 1.0 중량부, 알칼리활성화제 0.1 ~ 1.0 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성된다.
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.
본 발명에서는 본 발명에 따른 모르타르 조성물을 시공 대상면에 도포하여 콘크리트 구조물을 보수하는데, 1회 이상 반복 시공하는 경우 대상면과의 접착성을 위해 표면을 연마하여 거칠게 마감하며, 상기 도포는 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설시 5 ~ 15 mm, 2차 및 3차 타설시 20 ~ 50 mm, 최종 타설 시 5 ~ 15 mm로 시공 및 미장하는 것이 바람직하나 상기 두께는 치핑된 콘크리트의 두께에 따라 변경 가능하다.
이후, 상기 콘크리트 구조물에 타설된 모르타르 조성물을 양생시킨다.
4. 제4단계 - 표면 보호제 도포
이어서, 상기 보수 보강용 모르타르 조성물을 콘크리트 파쇄 부위에 도포하여 평활하게 마감하고 건조한 후 그 표면에 본 발명에 따른 특수 표면보호제를 얇게 도포함으로써 보수된 표면을 외부조건으로부터 보호한다.
상기 표면 보호제는 콘크리트 구조물의 중성화, 염해 방지를 위해 붓, 롤러, 스프레이 등을 이용해 도포하는 것으로서, 본 발명에서 사용되는 표면 보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용한다.
더욱 구체적으로 상기 MMA 수지를 포함하는 도포액은 MMA 수지 78~86 중량%, 과산화물계 경화제 0.5~5 중량% 및 첨가제 10~20 중량%를 포함하여 구성된다. MMA 수지는 점도가 10 내지 1,000 cps인 저점도 MMA 수지와 점도가 2,000 내지 20,000 cps인 고점도 MMA의 혼합물을 사용할 수 있다. 이 때 혼합비율은 저점도 MMA : 고점도 MMA = 40~70 : 30~60 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 MMA 또는 혼합 MMA 수지에 SIS(styrene isoprene styrene), SBR(styrene butadiene rubber), SBS(styrene butadiene styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물을 1~10 중량%의 범위 내에서 혼합한 변성 MMA를 사용할 수도 있다.
본 발명에서 상기 과산화물계 경화제는 상기 MMA 수지의 중합반응을 개시하는 역할을 하며, 이러한 경화제로는 벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드 또는 2,5-디메틸헥실-2,5-디퍼옥시벤조에이트 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 과산화물계 경화제는 상기 0.5~5 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 함량이 0.5 중량% 미만인 경우는 중합 개시반응이 저하되어 결국 바닥재의 강도 특성이 낮아지는 문제가 있으며, 5.0 중량%를 초과하는 경우는 중합반응의 효율적 제어가 어려운 문제가 있다.
본 발명에서 상기 첨가제는 무기계 실란수지, 분산제, 소포제, 유화제 등을 포함할 수 있다. 또한 바탕 모재가 콘크리트인 경우에는 콘크리트와의 부착력 강화를 위하여 첨가제에 시멘트가 추가로 포함될 수 있다.
상기 무기계 실란수지는 수성 콜로이드성 나노실리카로 이루어진 투명 액상 물질로서, pH 12 이상의 강알칼리성을 나타내며 뛰어난 삼투작용으로 콘크리트 등의 바탕면 내부로 침투하여 수화반응함으로써 바탕면 및 내부를 강화하여 보호하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 유화제는 본 발명에 따른 MMA 수지를 포함하는 도포액에 물이 혼합되는 수지와 물과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 유화제로는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 또는 폴리글리세린지방산에스테르 등이 사용될 수 있다.
상기 얻어지는 도포액에 합성 수지 섬유를 혼합한다. 상기 합성 수지 섬유는 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합 사용할 수 있으며, 예를 들어 나일론계 또는 폴리에스테르계 합성 수지 섬유를 사용할 수 있다. 이러한 합성 수지 섬유는 결합력을 강화하는 역할을 한다.
이어서, 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔, 셀룰로오스 분말 및 분체 성분을 추가로 혼합한다.
구체적으로는 아크릴계 수지 20~30 중량부, 고무칩 10~15 중량부, 셀룰로오스 분말 1~10 중량부, 에어로겔 0.5~5 중량부 및 분체 성분 10~40 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
좀더 구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 구체적으로 아크릴 라텍스로서 부틸 아크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트(MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 공중합체를 사용할 수 있다.
또한 상기 고무칩은 천연 고무칩 또는 폐타이어 등의 재활용 고무칩을 사용할 수 있으며, 구체적으로 약 입경 0.2~0.8 mm로 분쇄된 것을 사용할 수 있다. 상기 고무칩은 아크릴 수지에 혼합되어 코팅층에 단열 및 결로방지 작용 효과를 부여하고 코팅층의 손상과 들뜸을 방지하는 동시에 외부 충격을 흡수하는 역할을 한다.
상기 에어로겔(aerogel)은 구체적으로 실리카 에어로겔 분말을 사용할 수 있으며, 분말의 입경이 약 10~2000㎛인 투명한 나노 다공물질로서 밀도가 약 0.05~0.1g/cm3, 기공율 90~99%, 비표면적 200~2000m2/g, 기공부피 2~10 cm3/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 에어로겔은 입자 내부에 존재하는 기공으로 인하여 단열 효과를 부여하여 외부 환경에 따른 영향을 줄이는 역할을 한다.
상기 셀룰로오스 분말은 평균 직경이 1~100 ㎛를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 표면보호제 코팅액의 점도를 조정하고 표면에의 부착강도를 증진시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 운모는 도막에 사용되어 탄성력, 신장율 및 접착강도를 강화하는 역할을 한다.
상기 석분은 내마모성, 미끄럼 저항성, 접착력 등을 강화하는 역할을 한다.
상기 산화티탄은 복사광의 투과를 억제하여 단열 성능을 향상시키는 역할은 하고 자외선을 차단하며 방오성을 부여하는 역할을 한다.
이와 같이 얻어지는 혼합물에 추가로 무기분말 성분을 혼합하여 표면 보호제를 얻는다. 상기 무기분말 성분은 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 약 30~300 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로 상기 무기분말 성분은 실리카 분말 40~70 중량부, 알루미나 분말 1~5 중량부 및 벤토나이트 분말 0.5~5 중량부의 비율로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 실리카 분말은 도막의 경화를 촉진하는 역할을 하며, 약 0.05~ 0.1 mm의 입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 분말은 건조 수축을 줄이는 역할을 하며 약 0.05~ 2.0mm의 입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 벤토나이트 분말은 물이나 습기를 흡수하고 점도를 조정하는 역할을 하며, 약 0.05~1.0 mm의 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 얻어지는 표면보호제를 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 도포, 코팅하여 최종 작업을 마무리한다. 상기와 같은 작업으로 인해 결합력이 증대되고 박리 현상이 방지되며 방수 효과가 증대되는 효과가 있다. 또한, 내수성이 발휘되고 흡수성이 적어 우수한 방수 효과가 발휘되며 동결 융해로 인한 콘크리트의 균열 현상이 억제되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 상기 표면 보호제는 1회 도장만으로도 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 등의 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 표면 보호제는 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 경화된 표면에 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1 (모르타르 조성물 제조)
포틀랜드 시멘트 30 중량부, 평균직경이 약 100㎛이고 절건 비중이 0.9인 다공성 필라이트 45 중량부, 평균입경이 0.1~1.2 mm인 세사로 이루어진 규사 110 중량부, 폴리프로필렌 섬유 1.0 중량부, 네오펜틸글리콜 수축방지제 1.0 중량부, 실리카 흄 5.0 중량부, 폴리비닐알콜 분말 수지 5.0 중량부, 소포제 0.3 중량부, 칼슘 설포알루미네이트(CSA) 및 석고가 6:4의 비율로 혼합된 팽창제 8 중량부, n-옥틸트리에톡시실란 분말형 실리콘 방수제 2.5 중량부, 분말의 직경이 0.01~10 ㎛ 범위에 포함되며 운모, 제올라이트 및 벤토나이트가 40:30:30의 중량비로 혼합된 천연석 분말 1.0 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 5 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.8 중량부를 일정량의 물과 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다. 이때 상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더(CaO +SO3)/제어제(Al2O3 + Na2O)=1.5의 범위에 들도록 하여 사용하였다.
비교제조예 1 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 실리카 경량제를 제외하고 사용한 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 2 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 무기계 경화 제어제를 사용하지 않은 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 3 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 실리카 경량제 및 상기 무기계 경화 제어제를 사용하지 않은 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
모르타르의 성능 평가
1. 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부착강도 및 부피변화율 테스트
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물의 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부피변화율, 부착강도를 측정하였다.
상기 휨강도, 압축강도, 인장강도 및 부착강도는 콘크리트 보수제의 시공 28일 후 KS F 4042-02의 표준에 따라 측정하였으며, 상기 부피변화율은 시공 28일 후의 모르타르 조성물의 부피를 0℃부터 35℃까지 온도를 달리하여 매일 부피 변화의 정도를 측정함으로써 평가하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 휨강도
(N/㎟)		 압축강도
(N/㎟)		 인장강도
(N/㎟)		 부착강도
(MPa)		 부피변화율
(%)
제조예 1 23.8 68.9 6.9 2.6 0.0001
비교제조예 1 19.5 46.9 4.5 1.6 0.0004
비교제조예 2 16.1 40.8 3.9 1.2 0.0008
비교제조예 3 15.9 41.9 4.2 1.3 0.0010
상기 표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 보수 보강용 모르타르 조성물은 기존 재료들에 비하여 강도특성 및 부착성능 면에서 매우 우수하다는 것을 나타낸다.
2. 방수성 및 내화학성 테스트
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 보수 보강용 모르타르 조성물의 방수성 및 내화학성을 측정하였다.
상기 방수성은 상기 모르타르 조성물을 콘크리트 구조물 위에 1㎝ 두께로 도포하고 모르타르 조성물층 상에 원통형의 물탱크를 설치하여 1개월 단위로 수분의 침투여부를 6개월간 확인하였다.
내화학성은 35‰의 염분 농도를 갖는 염수 및 2%농도의 황산용액을 각각 콘크리트 구조물 상에서 경화 후 28일 지난 모르타르 조성물층 상에 매일 1시간씩 처리한 후 모르타르 조성물층이 손상되었는지 여부를 1일 단위로 60일간 확인하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 방수성 테스트
(개월)		 내화학성 테스트 (일)
염수 황산용액
제조예 1 - - 69
비교제조예 1 1 26 26
비교제조예 2 1 29 27
비교제조예 3 2 34 28
상기 표 2를 살펴보면, 제조예 1의 경우는 6개월간 수분이 전혀 침투되지 않은 반면, 비교제조예 1 내지 3의 경우는 1~2개월 경과 후 수분이 침투된 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 보수 보강용 모르타르 조성물의 우수한 방수 성능을 나타내는 결과인 것으로 해석된다.
또한, 상기 표 2를 살펴보면, 제조예 1의 경우는 60일간 처리된 염수에 의하여 전혀 표면 손상이 일어나지 않았으며, 황산용액을 처리한 경우 60일 이전에 표면 손상이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교제조예 1 내지 3의 경우는 염수처리 후 20 내지 40일 후에 표면 손상이 일어났으며, 황산용액을 처리한 경우는 10 내지 30일 내에 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 우수한 내화학성을 뒷받침하는 결과인 것으로 해석된다.
3. 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물의 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성을 측정하였다.
동결융해 저항성은 KS F 2456에 따라 동결융해 저항성 시험을 수행하였다.
균열 저항성은 AASHTO PP34-98에 따라 균열 저항성 시험을 수행하였다.
건조수축 저항성은 KS F 2424에 따라 건조수축 저항성 시험을 수행하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다.
샘플 동결융해저항성(%) 균열저항성 건조수축 저항성
기준값: 80% 이상 기준값:56일까지 균열없음 기준값: 0.15 이하
제조예 1 99 균열없음 0.01
비교제조예 1 86 균열없음 0.02
비교제조예 2 86 균열없음 0.03
비교제조예 3 85 균열없음 0.03
상기 표 3를 살펴보면, 본 발명에 따른 제조예 1의 모르타르 조성물은 비교제조예들에 비하여 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성에서 동등 이상으로 우수하다는 것을 알 수 있다.
(제조예 2) 표면 보호제 제조
메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 82 중량부, 벤조일퍼옥시드 2.0 중량부 및 각종 첨가제 혼합물 16 중량부를 혼합하여 도포액을 만들고 여기에 폴리에스테르 합성 수지 섬유(밀도 100 g/m3)를 혼합한 후, 다시 아크릴계 수지 30 중량부, 고무칩 15 중량부, 에어로겔 5 중량부, 셀룰로오스 분말 5 중량부 및 분체 30 중량부를 혼합하였다. 이때, 상기 분체 성분은 입경이 약 20㎛인 운모 40 중량%, 석분 50 중량%, 산화티탄 10 중량%를 혼합한 것을 사용하였다. 상기 MMA 수지는 점도가 약 100 cps인 저점도 MMA 수지와 점도가 약 9,000 cps인 고점도 MMA의 혼합물을 50 : 50 중량비로 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 상기 얻어진 혼합물 100 중량부와 무기분말 성분 50 중량부를 혼합하여 표면보호제를 제조하였다. 이때, 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트, 벤토나이트 분말을 각각 50 : 3 : 3 중량부의 비율로 혼합하여 사용하였다.
4. 기능성 평가
상기 제조예 2에서 얻어진 특수 기능성 표면 보호제의 기능성을 하기의 평가 방법을 이용하여 평가하였다.
1) 항곰팡이 시험
ASTMG-21의 방법으로 실시하였다. 사용된 곰팡이 균주는 Aapergillus Aspergillus niger ATCC9642 , Peniclium pinophilum ATCC11797 , Chaetomium globosum ATCC6205 등의 포자를 채취하여 혼합균주로 사용하였으며, 사용된 시편의 크기는 20×30×3mm로 하였다. 8주 후 항 곰팡이 시험결과 표면 보호제에서의 곰팡이 서식부위는 관찰되지 않았다.
2) 항균 시험
항균 시험은 KICM-FIR-1002방법으로 실시하였다. 본 시험에 사용된 균류는 Escherichia coli 25922과 Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442를 사용하였으며, 사용된 시편의 크기는 20×30×3mm로 하였다. 본 발명에 따른 표면 보호제를 대장균(Escherichia coli 25922)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)에 대하여 세균 감소율을 시험한 결과 대장균의 경우 BLANK는 24시간 후 균수가 증가하였고, 본 발명의 표면 보호제는 24시간 후의 균수가 감소하여 98.0~99.0%의 세균 감소율을 보였다. 녹농균의 경우 BLANK는 24시간 후 균수가 증가하였고, 본 발명의 표면 보호제는 24시간 후의 균수가 감소하여 52~55%의 세균 감소율을 보였다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 공법을 이용할 경우 접착력, 내구성, 내후성, 방수성, 동결융해 방지성 등의 효과가 우수하고, 결로 예방 효과, 방청 효과 등의 부수적인 효과도 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. (1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 에어 컴프레셔를 이용하여 건식으로 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
    (2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
    (3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
    (4) 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 양생된 후 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 아크릴계 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 제3단계에서 상기 보수 보강용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 40~50 중량부의 경량 골재, 100~120 중량부의 규사, 0.5~2.0 중량부의 보강섬유, 0.5~2.0 중량부의 수축방지제, 3~7 중량부의 실리카 흄, 3~7 중량부의 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지, 0.1~1.0 중량부의 소포제, 5~10 중량부의 팽창제, 1~5 중량부의 분말형 실리콘 발수제, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되는 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서, 상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트이고, 상기 조성에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 천연석 분말은 분말의 크기 0.01~10 ㎛에 드는 것으로서, 운모, 제올라이트 및 벤토나이트가 각각 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하고,
    상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하고, 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 고분자 분말수지를 1~10 중량부의 범위로 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제4단계에서 상기 표면보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 셀룰로오스 분말, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용하여 코팅막을 형성하며,
    상기 셀룰로오스 분말은 평균 직경이 1~100 ㎛를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법.
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