KR101900248B1 - 내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법 - Google Patents

내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 초기 강도 발현형 결합재 5∼80중량%, 잔골재 15∼85중량%, 개질 혼화제 0.1∼25중량% 및 물 0.1~30중량%를 포함하며, 상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량 대비 초산비닐-염화비닐 공중합체 45∼95중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 1∼30중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 1∼25중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 0.1∼20중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼20중량% 및 폴리클로로프렌고무 0.1~15중량%를 포함하고, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 조강 포틀랜드 시멘트 15∼85중량%, 트리칼슘알루미네이트 5∼40중량%, 분말도가 3,000~9,000 cm2/g인 고로슬래그 미분말 5∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 카올린 1~20중량%, 뮬라이트 0.1~15중량%, 알루미늄티탄산 0.1∼15중량% 및 산화베릴륨 0.1~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 열악한 환경하의 콘크리트 구조물 보수용 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 초기 강도 발현성이 우수하여 시공기간이 단축되어 시공비 절감효과가 있으며, 강도, 부착성, 동결융해 저항성, 염화물 침투 저항성, 중성화 저항성, 내수성 등의 내구성이 우수하여 열악한 환경하의 콘크리트 구조물의 공용기간 연장, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다.

Description

내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법 {IMPROVED CEMENT MORTAR COMPOSITION WITH ANTI-ENVIRONMENT PERFORMANCE}
본 발명은 내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프리믹스 타입으로 작업성 및 시공성이 우수하고, 초기 강도 발현성이 우수하여 시공기간이 단축되어 시공비 절감효과가 있으며, 강도, 부착성, 동결융해 저항성, 염화물 침투 저항성, 중성화 저항성, 내수성 등의 내구성이 우수하여 열악한 환경하의 콘크리트 구조물의 공용기간 연장, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있는 내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트가 화학적 침해를 받는 경우, 화학반응의 결과로 콘크리트가 분해되며, 그 정도에 따라 내구성이 평가된다. 화학반응은 침투성 물질과 반응 물질이 만나서 이루어진다. 침투성 물질은 이온과 분자상태로써 외부 환경으로부터 유입되는 경우와 콘크리트 내에 이미 존재하는 경우가 있으나 주로 외부로부터 유입되는 경우가 대부분이다. 침투성 물질이 반응 물질에 도달하기 위해서 콘크리트 내의 전달과정을 거쳐야 한다. 그러한 전달과정에서 콘크리트의 투수성이나 반응에 의해 생성되는 보호막 층, 온도 등은 주요한 변수로 작용한다. 그리고 콘크리트 구조물의 화학적 침해는 본래 화학공장이나 식품공장 등 공업시설, 해양환경, 황산염 토양지역과 온천지역 등 특수한 환경 하에서 문제시되며, 일반적인 환경 하에 있는 콘크리트에는 그다지 중요시되지 않았다. 그러나 산성비 문제나 탄산가스에 의한 수화물의 분해, 하수처리시설이나 하수도 등에서 미생물의 작용에 의해 생성된 황산 등에 의한 콘크리트 구조물의 열화가 발생하여 그 중요성이 증가하고 있는 실정이다.
또한, 콘크리트의 화학적 부식은 어떤 화학반응에 의해 콘크리트에 변화를 가져오는 것을 말하며, 수화물의 분해를 가져오는 것으로 유기·무기산, 동·식물유, 부식성 가스, 탄산가스 및 황산의 생성을 동반한 미생물의 작용 등이 있다. 또한, 팽창성 화합물을 생성하는 것으로 동·식물유, 황산염, 해수 및 알칼리 농후용액이 있으며, 수화물의 용해·이탈에 의해 페이스트(paste)가 다공질화 하는 것으로 농후한 염화물 및 질산염용액의 작용을 들 수 있다.
한편, 철근 콘크리트 구조물 특히, 콘크리트 슬래브, 도로 측구, 교량 날개벽, 중앙 분리벽, 농수로, 수로교 등의 수리구조물, 하수관거, 폐수처리장 등의 지하 및 지수 구조물, 화학시설물, 해양구조물 등은 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고, 균열부위를 통해 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근 부식이 발생된다. 이러한 철근 부식현상이 심해지면 콘크리트 구조물이 결국은 붕괴될 수 있다. 이러한 부식이나 침식이 많이 발생되는 부위를 보수 및 보강하기 위한 보수공사에 사용되는 재료 및 공법에 대한 연구는 지속적으로 진행되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1030165호 (2011년04월18일 공고) 대한민국 등록특허 제10-1693794호 (2017년01월09일 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프리믹스 타입으로 작업성 및 시공성이 우수하고, 초기 강도 발현성이 우수하여 시공기간이 단축되어 시공비 절감효과가 있으며, 강도, 부착성, 동결융해 저항성, 염화물 침투 저항성, 중성화 저항성, 내수성 등의 내구성이 우수하여 열악한 환경하의 콘크리트 구조물의 공용기간 연장, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있는 내환경성 개질 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 초기 강도 발현형 결합재 5∼80중량%, 잔골재 15∼85중량%, 개질 혼화제 0.1∼25중량% 및 물 0.1~30중량%를 포함하며, 상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량 대비 초산비닐-염화비닐 공중합체 45∼95중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 1∼30중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 1∼25중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 0.1∼20중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼20중량% 및 폴리클로로프렌고무 0.1~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 개질 혼화제는 유동성, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 유동화제를 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다. 상기 유동화제는 폴리칼본산계 유동화제 및 멜라민계 유동화제를 중량비 1 : 0.01~0.5로 혼합한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 개질 혼화제는 재료분리방지를 위하여 에틸셀롤로오스 혼합물을 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 개질 혼화제는 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위한 소포제를 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
상기 초기 강도 발현형 결합재는 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 조강 포틀랜드 시멘트 15∼85중량%, 트리칼슘알루미네이트 5∼40중량%, 분말도가 3,000~9,000 cm2/g인 고로슬래그 미분말 5∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 카올린 1~20중량%, 뮬라이트 0.1~15중량%, 알루미늄티탄산 0.1∼15중량% 및 산화베릴륨 0.1~15중량%를 포함할 수 있다.
상기 초기 강도 발현형 결합재는 휨 및 인장강도 개선, 초기소성균열, 파괴인성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌섬유, 폴리에스터섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 강도, 내마모성, 내화성 등을 개선하기 위한 탄화규소를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시키기 위한 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 고성능 감수제 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위한 지연제를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 색상을 구현하고 미관을 개선하기 위한 안료를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10 중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 연마기, 숏블라스터 등으로 치핑하여 제거하는 단계와, 치핑된 부위를 핸드 워터젯, 고압살수기, 진공 흡입기 등으로 청소하는 단계와, 구체 콘크리트와 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물의 부착력을 개선하고, 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하며, 내수성 및 방수성을 개선하기 위한 침투성 보호제를 도포하는 단계와, 상기 침투성 보호제가 도포된 상부에 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물을 뿜칠 장비를 이용하여 포설하는 단계; 포설된 조성물이 완전하게 경화되기 전에 표면을 흙손이나 스폰치를 이용하여 표면 마무리하는 단계: 표면 마무리한 부위의 상부에 염해 저항성, 중성화 저항성, 표면 경도 개선, 방수성, 내수성을 개선하기 위하여 표면 보호제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 방법을 제공한다.
상기 침투성 보호제는 스티렌-부타디엔 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴, 에틸 비닐 아세테이트, 메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 포함한다.
상기 표면 보호제는 아크릴-우레탄 도료, 세라믹계 표면 보호제, 실란계 침투강화제 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 포함한다.
본 발명의 개질 시멘트 모르타르 조성물은 프리믹스 타입으로 작업성 및 시공성이 우수하고, 초기 강도 발현성이 우수하여 시공기간이 단축되어 시공비 절감효과가 있으며, 강도, 부착성, 동결융해 저항성, 염화물 침투 저항성, 중성화 저항성, 내수성 등의 내구성이 우수하여 열악한 환경하의 콘크리트 구조물의 공용기간 연장, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은 일반적인 도로 및 고속도로뿐만 아니라 차량이 통행하는 시설 구조물(중앙 분리벽, 날개벽, 측구 콘크리트, 지하차도, 옹벽), 농수로, 수로교 등의 수리구조물, 하수관거, 폐수처리장 등의 지하 및 지수 구조물, 화학시설물, 해양구조물 등을 포함하는 콘크리트로 이루어진 모든 구조물의 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개질 시멘트 모르타르 조성물은 초기 강도 발현형 결합재, 잔골재, 개질 혼화제 및 물을 포함한다.
상기 초기 강도 발현형 결합재는 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 5∼80중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 잔골재는 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 15∼85중량% 함유되는 것이 바람직하다. 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 이하에서 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 한다. 상기 잔골재는 4호규사 : 6호규사를 중량비로 1 : 0.1~0.5로 혼합한 규사와 돌로마이트를 중량비로 1 : 0.05~0.3으로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 개질 혼화제는 시멘트 모르타르 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 작업성 및 내구성을 개선하며 고유동성(셀프 레벨링)을 갖게 하는 역할을 하며, 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초기 강도 발현형 결합재는, 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 조강 포틀랜드 시멘트 15∼85중량%, 트리칼슘알루미네이트 5∼40중량%, 분말도가 3,000~9,000 cm2/g인 고로슬래그 미분말 5∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 카올린 1~20중량%, 뮬라이트 0.1~15중량%, 알루미늄티탄산 0.1∼15중량% 및 산화베릴륨 0.1~15중량%를 포함할 수 있다.
상기 초기 강도 발현형 결합재는 휨 및 인장강도 개선, 초기소성균열, 파괴인성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌섬유, 폴리에스터섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 강도, 내마모성, 내화성 등을 개선하기 위한 탄화규소를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시키기 위한 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 고성능 감수제 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위한 지연제를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 강도 발현형 결합재는 색상을 구현하고 미관을 개선하기 위한 안료를 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10 중량% 더 포함할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일반 시중에 유통되는 조강 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트는 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 15∼85중량%를 함유되는 것이 바람직하다.
상기 트리칼슘알루미네이트는 무기질계 초속경 재료로서 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 한다. 상기 트리칼슘알루미네이트는 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 5∼40중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리칼슘알루미네이트의 함량이 5중량% 미만이면 초기 강도 발현 및 내구성능 발현이 미약할 수 있고, 그 함량이 40중량%를 초과하면 작업성 및 가격경쟁력이 저하될 수 있다.
상기 분말도가 3,000~9,000 cm2/g인 고로슬래그 미분말은 잠재수경성의 무기질 미분말로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 화학저항성과 내구성을 증대시키는 역할을 한다. 상기 고로슬래그 미분말은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 5∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그의 함량이 5중량% 미만이면 장기강도 발현 및 내구성 개선효과가 저하되고, 그 함량이 40중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 석고는 초기강도 발현을 위하여 사용한다. 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 석고의 함량이 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 석고는 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 1중량% 미만이면 초기강도 발현 효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 작업성 및 내수성이 저하될 수 있다.
상기 카올린은 포졸란 재료로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 내구성을 증대시키는 역할을 한다. 상기 카올린은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 카올린의 함량이 1중량% 미만이면 장기강도 발현 및 내구성 개선효과가 저하되고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 뮬라이트는 강도, 내충격성, 내열성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 뮬라이트는 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.1∼15중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 뮬라이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도, 내충격성 및 내열성이 저하되고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하된다.
상기 알루미늄티탄산은 강도, 내마모성, 내화성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 알루미늄티탄산은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.1∼15중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄티탄산의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도, 내마모성 및 내화성이 저하되고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하된다.
상기 산화베릴륨은 조성물의 강도, 내마모성, 내약품성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 산화베릴륨은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화베릴륨의 함량이 0.1중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나, 작업성 및 내수성이 저하될 수 있다.
상기 폴리프로필렌섬유, 폴리에틸렌섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중 어느 하나 이상의 물질은 조성물의 휨강도, 인장강도, 초기 소성균열을 방지 및 파괴인성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리프로필렌섬유, 폴리에틸렌섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중 어느 하나 이상의 물질은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리프로필렌섬유, 폴리에틸렌섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중 어느 하나 이상의 물질의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 발현 효과 및 소성균열 방지효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 작업성 및 내수성이 저하될 수 있다.
상기 탄화규소는 강도, 내마모성, 내화성 등의 역할을 위해 사용할 수 있다. 상기 탄화규소는 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄화규소의 중량비가 증가하면 강도, 내마모성, 내화 성능을 나타내며, 상기 탄화규소의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 강도, 내모성, 내화 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 탄화규소의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 고성능 감수제 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시킨다. 상기 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 고성능 감수제 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용되는 것으로서, 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01∼10중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 안료는 색상을 구현하고 미관을 개선하기 위하여 사용하는 것으로서, 상기 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 0.01~10 중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 안료는 식별이 용이하도록 첨가되며, 보다 선명한 색상으로 식별이 용이하고 색상의 지속성이 향상될 수 있다. 상기 안료는 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬 (CrO3), 자색 산화철 및 흑색 산화철(카본 블랙) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 물질을 사용할 수 있으며, 이에 의해 적색, 녹색, 황색, 흑색, 청색, 흰색 등 다양한 색상을 구현할 수 있다.
상기 개질 혼화제는 시멘트 모르타르 경화체에 분산되면서 시멘트 모르타르 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 보수성을 개선하여 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등의 내구성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량 대비 초산비닐-염화비닐 공중합체 45∼95중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 1∼30중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 1∼25중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 0.1∼20중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼20중량% 및 폴리클로로프렌고무 0.1~15중량%를 포함한다.
상기 초산비닐-염화비닐 공중합체는 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 폴리머 필름막으로 인하여 내구성을 개선시킨다. 상기 초산비닐-염화비닐 공중합체는 상기 개질 혼화제 중량 대비 45∼95중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 초산비닐-염화비닐 공중합체의 함량이 45중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선효과가 저하되고, 그 함량이 95중량%를 초과하면 개선효과는 뚜렷하나 경제성이 떨어진다.
상기 에틸렌-초산비닐 공중합체는 강도 및 내구성을 향상시키기 위하여 첨가한다. 상기 에틸렌-초산비닐 공중합체는 상기 개질 혼화제 중량 대비 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌-초산비닐 공중합체의 함량이 1중량% 미만이면 강도 및 내구성이 저하되고, 그 함량이 30중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되기 쉽다.
상기 에틸렌-아크릴산 공중합체는 경화된 후의 강도 및 내구성을 개선시켜줌으로써 접착 후의 탈락을 방지하는 역할을 한다. 상기 에틸렌-아크릴산 공중합체는 상기 개질 혼화제 중량 대비 1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌-아크릴산 공중합체의 함량이 1중량% 미만이면 강도 및 내구성이 저하되고, 그 함량이 25중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료분리가 발생되기 쉽다.
상기 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 첨가한다. 상기 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체는 상기 개질 혼화제 중량 대비 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선효과가 미흡하고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 인장강도 및 내수성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에틸렌옥사이드는 상기 개질 혼화제 중량 대비 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 0.1중량% 미만이면 인장강도 및 내수성 개선효과가 미흡하고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 성능은 개선되나 재료분리가 발생하기 쉽다.
상기 폴리클로로프렌고무는 부착력, 내열성, 내후성 등을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리클로로프렌고무는 상기 개질 혼화제 중량 대비 0.1~15중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리클로로프렌고무의 함량이 0.1중량% 미만이면 부착력, 내열성, 내후성 개선효과가 미흡하고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하된다.
상기 유동화제는 유동성, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 유동화제는 폴리칼본산계 유동화제 및 멜라민계 유동화제를 중량비 1 : 0.01~0.5로 혼합한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유동화제는 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 함량이 0.01중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 재료분리가 발생할 수 있다.
상기 에틸셀롤로오스는 재료분리방지를 위하여 사용한다. 상기 에틸셀롤로오스는 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸셀롤로오스의 함량이 0.01중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하된다.
상기 소포제는 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 소포제는 개질 혼화제 중량 대비 0.01∼10중량%함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개질 시멘트 모르타르 조성물은 초기 강도 발현형 결합재, 잔골재 및 개질 혼화제를 진공 믹서기, 강제식 믹서 또는 연속식 믹서에 투입하여 1~4분간 미리 교반한 후 물을 투입하여 1~5분간 교반하여 제조할 수 있으며, 이때 상기 초기 강도 발현형 결합재는 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 5∼80중량% 함유되고, 상기 잔골재는 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 15∼85중량% 함유되고, 상기 개질 혼화제는 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 0.1∼25중량% 함유되고, 상기 물은 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물 중량 대비 0.1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 개질 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법은, 콘크리트 구조물의 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 연마기, 숏블라스터 등으로 치핑하여 제거하는 단계와, 치핑된 부위를 핸드 워터젯, 고압살수기, 진공 흡입기 등으로 청소하는 단계와, 구체 콘크리트와 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물의 부착력을 개선하고, 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하며, 내수성 및 방수성을 개선하기 위한 침투성 보호제를 도포하는 단계와, 상기 침투성 보호제가 도포된 상부에 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물을 뿜칠 장비를 이용하여 포설하는 단계; 포설된 조성물이 완전하게 경화되기 전에 표면을 흙손이나 스폰치를 이용하여 표면 마무리하는 단계: 표면 마무리한 부위의 상부에 염해 저항성, 중성화 저항성, 표면 경도 개선, 방수성, 내수성을 개선하기 위하여 표면 보호제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함한다.
상기 침투성 보호제는 스티렌-부타디엔 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴, 에틸 비닐 아세테이트, 메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 표면 보호제는 아크릴-우레탄 도료, 세라믹(예컨대, 수성실리카졸)계 표면 보호제, 실란계 침투강화제 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 본 발명에 따른 개질 시멘트 모르타르 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
초기 강도 발현형 결합재 40중량%, 잔골재 50중량% 및 개질 혼화제 4중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 6중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 개질 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다. 이때, 잔골재는 4호규사 : 6호규사를 중량비로 1 : 0.3으로 혼합한 규사와 돌로마이트를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 것을 사용하였다.
이때, 상기 초기 강도 발현형 결합재는, 조강 포틀랜드 시멘트 40중량%, 트리칼슘알루미네이트 20중량%, 고로슬래그 미분말 10중량%, 석고 10중량%, 카올린 5중량%, 뮬라이트 5중량%, 알루미늄티탄산 5중량%, 산화베릴륨 2중량%, 탄화규소 1중량%, 구연산계 지연제 0.5중량%, 폴리카본산계 고성능 감수제 0.5중량%, 나일론 섬유 0.5중량% 및 안료 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 초산비닐-염화비닐 공중합체 93중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 1중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 1중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 1중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1중량%, 폴리클로로프렌고무 1중량%, 에틸셀롤로오스 1중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 유동화제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
이 때, 상기 유동화제는 폴리칼본산 유동화제 및 멜라민 유동화제를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 혼합물을 사용하였다.
<실시예 2>
초기 강도 발현형 결합재 40중량%, 잔골재 50중량% 및 개질 혼화제 4중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 6중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 개질 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다. 이때, 잔골재는 4호규사 : 6호규사를 중량비로 1 : 0.3으로 혼합한 규사와 돌로마이트를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 것을 사용하였다.
이때, 상기 초기 강도 발현형 결합재는, 조강 포틀랜드 시멘트 40중량%, 트리칼슘알루미네이트 20중량%, 고로슬래그 미분말 10중량%, 석고 10중량%, 카올린 5중량%, 뮬라이트 5중량%, 알루미늄티탄산 5중량%, 산화베릴륨 2중량%, 탄화규소 1중량%, 구연산계 지연제 0.5중량%, 폴리카본산계 고성능 감수제 0.5중량%, 나일론 섬유 0.5중량% 및 안료 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 초산비닐-염화비닐 공중합체 88중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 2중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 2중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 2중량%, 폴리에틸렌옥사이드 2중량%, 폴리클로로프렌고무 2중량%, 에틸셀롤로오스 1중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 유동화제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
이 때, 상기 유동화제는 폴리칼본산 유동화제 및 멜라민 유동화제를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 혼합물을 사용하였다.
<실시예 3>
초기 강도 발현형 결합재 40중량%, 잔골재 50중량% 및 개질 혼화제 4중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 6중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 개질 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다. 이때, 잔골재는 4호규사 : 6호규사를 중량비로 1 : 0.3으로 혼합한 규사와 돌로마이트를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 것을 사용하였다.
이때, 상기 초기 강도 발현형 결합재는, 조강 포틀랜드 시멘트 40중량%, 트리칼슘알루미네이트 20중량%, 고로슬래그 미분말 10중량%, 석고 10중량%, 카올린 5중량%, 뮬라이트 5중량%, 알루미늄티탄산 5중량%, 산화베릴륨 2중량%, 탄화규소 1중량%, 구연산계 지연제 0.5중량%, 폴리카본산계 고성능 감수제 0.5중량%, 나일론 섬유 0.5중량% 및 안료 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 개질 혼화제는 초산비닐-염화비닐 공중합체 78중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 4중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 4중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 4중량%, 폴리에틸렌옥사이드 4중량%, 폴리클로로프렌고무 4중량%, 에틸셀롤로오스 1중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 유동화제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
이 때, 상기 유동화제는 폴리칼본산 유동화제 및 멜라민 유동화제를 중량비로 1 : 0.1로 혼합한 혼합물을 사용하였다.
상술한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 개질 시멘트 모르타르 조성물의 물성과 비교하기 위하여, 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 시멘트 모르타르 조성물을 비교예 1로서 제시한다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 40중량%와 잔골재 50중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 물 9중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하였으며, 폴리카본산계 고성능 감수제 1중량%를 첨가하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
<시험예 1> 시험용 공시체의 제작
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제시한 배합에 따라 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의하여 제조하고, 치수 40×40×160mm(휨 및 압축강도 시험용, 길이변화 시험용 및 내알칼리성 시험용), ø150×40mm(투수시험용 및 물흡수계수 시험용), ø150×5mm(습기투과저항성 시험용), ø100×50mm(염화물이온침투저항성 시험용), 100×100×100mm(중성화 저항성 시험용), 70×70×20mm의 시멘트 모르타르 바탕체 위에 40×40×10mm(접착강도 시험용) 몰드를 사용하여 시험체를 제작하였으며, 양생은 현장상황을 고려하여 기건양생을 실시하여 공시체를 각각 제작하였다.
<시험예 2> 강도시험
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조성물의 강도 특성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 4042에 의하여 압축 및 휨강도, 부착강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
구분 강도(N/mm2)
압축 휨
4시간 1일 7일 28일 4시간 1일 7일 28일
실시예 1 29.0 37.1 46.3 51.1 6.2 8.8 10.2 11.1
실시예 2 30.0 39.2 48.2 54.9 6.6 9.2 10.8 12.2
실시예 3 31.0 40.1 49.9 58.5 7.3 9.5 11.1 12.9
비교예 1 - 22.5 37.0 47.8 - 2.4 4.4 7.3
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물은 비교예 1 에 따라 제조된 조성물에 비해 휨강도 및 압축강도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
구분 부착 강도(N/mm2)
표준 조건 온냉 반복 후
4시간 1일 7일 28일 4시간 1일 7일 28일
실시예 1 1.6 1.8 2.0 2.3 1.4 1.6 1.8 2.0
실시예 2 1.7 1.9 2.1 2.5 1.5 1.7 1.9 2.2
실시예 3 1.7 1.9 2.2 2.8 1.5 1.8 2.0 2.5
비교예 1 - - 1.2 1.8 - - 1.0 1.4
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물은 비교예 1 에 따라 제조된 조성물에 비해 부착강도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조성물의 내알칼리성, 중성화 저항성, 투수량, 물흡수계수, 습기투과저항성, 염화물 이온 침투저항성, 길이변화율 시험을 실시하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
내알칼리성 (N/mm2) 46.5 51.8 54.6 31.9
중성화 저항성 (mm) 0.8 0.6 0.45 1.8
투수량 (g) 2.8 2.1 1.6 12.1
물흡수계수 (kg/m2·h0.5) 0.18 0.13 0.1 0.42
습기투과저항성 (Sd, m) 1.1 0.9 0.8 1.5
염화물이온침투저항성 (Coulombs) 542 498 465 1,400
길이변화율 (%) 0.03 0.022 0.012 0.10
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조성물과 비교하여 매우 우수한 성능을 나타내었다.
<시험예 4> 동결융해 저항성
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조성물과 비교예 1에 의하여 제조된 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 4는 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성 지수를 표시한 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
내구성 지수 91 92 93 68
위의 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 동결융해 저항성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 개질 시멘트 모르타르 조성물로서,
    초기 강도 발현형 결합재 5∼80중량%, 잔골재 15∼85중량%, 개질 혼화제 0.1∼25중량% 및 물 0.1~30중량%를 포함하며,
    상기 개질 혼화제는 개질 혼화제 중량 대비 초산비닐-염화비닐 공중합체 45∼95중량%, 에틸렌-초산비닐 공중합체 1∼30중량%, 에틸렌-아크릴산 공중합체 1∼25중량%, 폴리부틸렌-테레프탈레이트 공중합체 0.1∼20중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼20중량%, 폴리클로로프렌고무 0.1~15중량%, 유동화제 0.01∼10중량%, 에틸셀롤로오스 혼합물 0.01∼10중량% 및 소포제 0.01∼10중량%를 포함하고,
    상기 초기 강도 발현형 결합재는 초기 강도 발현형 결합재 중량 대비 조강 포틀랜드 시멘트 15∼85중량%, 트리칼슘알루미네이트 5∼40중량%, 분말도가 3,000~9,000 cm2/g인 고로슬래그 미분말 5∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 카올린 1~20중량%, 뮬라이트 0.1~15중량%, 알루미늄티탄산 0.1∼15중량%, 산화베릴륨 0.1~15중량%, 폴리프로필렌섬유, 폴리에스터섬유, 나일론 섬유 및 매크로 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01~10중량%, 탄화규소 0.01∼10중량%, 폴리카본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 고성능 감수제 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼10중량%, 지연제 0.01∼10중량% 및 안료 0.01~10 중량%를 포함하고,
    상기 잔골재는 4호규사 : 6호규사를 중량비로 1 : 0.1~0.5로 혼합한 규사와 돌로마이트를 중량비로 1 : 0.05~0.3으로 혼합한 것이며,
    KS F 4042에 따른 압축강도(N/mm2)는 4시간 경과후 29.0 ~ 31.0, 1일 경과후 37.1 ~ 40.1, 7일 경과후 46.3 ~ 49.9, 28일후 51.1 ~ 58.5이고, 휨강도(N/mm2)는 4시간 경과후 6.2 ~ 7.3, 1일 경과후 8.8 ~ 9.5, 7일 경과후 10.2 ~ 11.1, 28일후 11.1 ~ 12.9이고, 부착강도(N/mm2)는 표준조건에서 4시간 경과후 1.6 ~ 1.7, 1일 경과후 1.8 ~ 1.9, 7일 경과후 2.0 ~ 2.2, 28일후 2.3 ~ 2.8.이고, 온냉 반복후 4시간 경과후 1.4 ~ 1.5, 1일 경과후 1.6 ~ 1.8, 7일 경과후 1.8 ~ 2.0, 28일후 2.0 ~ 2.5이고, 내알칼리성(N/mm2)은 46.5 ~ 54.6이고, 중성화 저항성 (mm)은 0.45 ~ 0.8이고, 투수량(g)은 1.6 ~ 2.8이고, 물흡수계수(kg/m2·h0.5)은 0.1 ~ 0.18이고, 습기투과저항성(Sd, m)은 0.8 ~ 1.1이고, 염화물이온침투저항성 (Coulombs)은 465 ~ 542이고, 길이변화율(%)은 0.012 ~ 0.03이고, KS F 2456에 따른 동결융해 저항성 시험에 따른 내구성 지수는 91 ~ 93인
    것을 특징으로 하는 개질 시멘트 모르타르 조성물.
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  8. 제 1항에 기재된 개질 시멘트 모르타르 조성물을 이용하는 콘크리트 구조물의 보수 방법으로서,
    콘크리트 구조물의 바탕면 상의 불순물 또는 열화부위를 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
    청소된 상부에 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물의 부착력을 개선하고, 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하며, 내수성 및 방수성을 개선하기 위한 침투성 보호제를 도포하는 단계;
    상기 침투성 보호제가 도포된 상부에 상기 개질 시멘트 모르타르 조성물을 뿜칠 장비를 이용하여 포설하는 단계;
    포설된 조성물이 완전하게 경화되기 전에 표면 마무리하는 단계:
    표면 마무리한 부위의 상부에 염해 저항성, 중성화 저항성, 표면 경도 개선, 방수성, 내수성을 개선하기 위하여 표면 보호제를 도포하는 단계; 및
    양생하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 침투성 보호제는 스티렌-부타디엔 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴, 에틸 비닐 아세테이트, 메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 표면 보호제는 아크릴-우레탄 도료, 세라믹계 표면 보호제, 실란계 침투강화제 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법.
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