KR101902904B1 - 고부착성 모르타르 조성물과 이를 이용한 구조물의 보수공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 부착성능을 가져 구조물의 보수보강재로 유리하게 이용할 수 있는 고부착성 모르타르 조성물과 이를 바람직하게 이용한 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고부착성 모르타르 조성물은, 분말도가 4,000~7,000㎠/g인 고로슬래그 고미분말 24~30중량부, 시멘트 22~55중량부, 재분산라텍스분말 3~9중량부, 석고 5~8중량부, 피로인산칼륨 0.5~4중량부, 황산도데실나트륨 3~5중량부, 코코베타인 2~5중량부, 인산염계 혼화재 2.5~7중량부를 포함하여 조성되되, 인산염계 혼화재는 트리에틸인산염, 테트라에톡시실란이 pH 6~8으로 조절 혼합되어 분말화된 것임을 특징으로 한다. 이러한 고부착성 모르타르 조성물에는 할로이사이트 나노분산 유연성제 5~10중량부를 더 포함하여 조성할 수 있으며, 여기서 할로이사이트 나노분산 유연성제는 pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말, 양이온분산성 나노아크릴에멀젼이 혼합되어 분말화된 것이다.
본 발명에 따른 구조물의 보수공법은, 보수대상 구조물 표면의 이물질을 제거하고 정리한 후, 고부착성 모르타르 조성물을 물배합하여 바르는 것을 특징으로 한다.

Description

고부착성 모르타르 조성물과 이를 이용한 구조물의 보수공법{High Adhesion Mortar Composition and Repairing Method Using the Same}

본 발명은 우수한 부착성능을 가져 구조물의 보수보강재로 유리하게 이용할 수 있는 고부착성 모르타르 조성물과 이를 바람직하게 이용한 구조물의 보수공법에 관한 것이다.

일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 중성화, 염해, 화학적 침식, 동결 융해,시공 불량 등의 열화 요인에 의해 콘크리트 탈락, 철근 부식 등이 발생한다. 콘크리트 구조물의 열화가 계속 진행되면 구조물의 안정성에 위협이 되기 때문에 지속적으로 관리하고 보수보강할 필요가 있다.

구조물의 보수보강 방법의 하나로 골조만 남기고 철거한 후 골조 위에 콘크리트나 모르타르를 덧씌우는 방식이 있다. 이 경우 보수보강용 콘크리트(또는 모르타르)는 압축강도는 물론 기존 구조체와 부착성이 확보되어야 하는데, 관련한 기술들이 많이 제안되고 있다. 그러나 기존 기술들은 철근, 철구조물과의 부착력이 낮고, 강도 확보에 한계가 있거나, 건조과정에서 균열발생과 함께 이로 인한 탈락이 발생하는 문제가 있다.

KR 1018601250000 B1 KR 1016551080000 B1

본 발명은 새로운 모르타르 조성물로서 우수한 압축강도와 인장접착강도를 발현하여 구조물의 보수보강재로 유리하게 활용할 수 있는 고부착성 모르타르 조성물과, 이를 바람직하게 이용한 구조물의 보수공법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 분말도가 4,000~7,000㎠/g인 고로슬래그 고미분말 24~30중량부, 시멘트 22~55중량부, 재분산라텍스분말 3~9중량부, 석고 5~8중량부, 피로인산칼륨 0.5~4중량부, 황산도데실나트륨 3~5중량부, 코코베타인 2~5중량부, 인산염계 혼화재 2.5~7중량부를 포함하여 조성되되, 인산염계 혼화재는 트리에틸인산염, 테트라에톡시실란이 pH 6~8으로 조절 혼합되어 분말화된 것임을 특징으로 하는 고부착성 모르타르 조성물을 제공한다. 이러한 고부착성 모르타르 조성물에는 할로이사이트 나노분산 유연성제 5~10중량부를 더 포함하여 조성할 수 있으며, 여기서 할로이사이트 나노분산 유연성제는 pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말, 양이온분산성 나노아크릴에멀젼이 혼합되어 분말화된 것이다.

또한 본 발명은 보수대상 구조물 표면의 이물질을 제거하고 정리한 후, 고부착성 모르타르 조성물을 물배합하여 바르는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 모르타르 조성물에 인산염계 혼화재를 혼입함으로써 압축강도와 인장접착강도를 현저히 증진시킬 수 있으며, 이로써 구조물의 보수보강재로서 유리하게 활용할 수 있다. 특히 인산염계 혼화재에 의해 비정질의 유리질 구조를 형성시킬 수 있기 때문에 골재, 철근, 철구조물과의 부착성능 향상을 기대할 수 있으며, 따라서 철근이 노출된 콘크리트 구조물이나 철구조물 보수에 유리하게 활용할 수 있다

둘째, 모르타르 조성물에 할로이사이트 나노분산 유연성제를 혼입함으로써 길이변화 저감 및 휨강도 성능을 증진시킬 수 있으며, 이로써 구조물의 보수보강재로 유리하게 활용할 수 있다. 특히 할로이사이트 나노분산 유연성제는 할로이사이트 나노튜브 내부에 나노아크릴에멀젼이 침투된 구조가 되기 때문에 아크릴에멀젼에 의한 결합재 입자의 피막형성에 따른 결합재 반응저하를 억제할 수 있으며, 그 결과 길이변화 저감 및 휨강도 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 고부착성 모르타르 조성물과 이를 바람직하게 이용한 구조물의 보수공법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고부착성 모르타르 조성물은, 분말도가 4,000~7,000㎠/g인 고로슬래그 고미분말 24~30중량부, 시멘트 22~55중량부, 재분산라텍스분말 3~9중량부, 석고 5~8중량부, 피로인산칼륨 0.5~4중량부, 황산도데실나트륨 3~5중량부, 코코베타인 2~5중량부, 인산염계 혼화재 2.5~7중량부를 포함하여 조성되며, 나아가 할로이사이트 나노분산 유연성제 5~10중량부를 더 포함하여 조성될 수 있다.

고로슬래그 고미분말과 시멘트는 기본적인 결합재가 되는 재료가 된다. 특히 고로슬래그는 반응성 향상을 위해 분말도가 4,000~7,000㎠/g인 고미분말을 사용한다. 고로슬래그 고미분말은 24~30중량부 사용하며, 24중량부 미만이면 경제성이 떨어지고 30중량부 초과하면 강도성능 확보에 어려움이 있다. 시멘트(OPC)는 22~55중량부 사용하는데, 고로슬래그 고미분말과 반대로 22중량부 미만미면 강도성능 확보가 어렵고 55중량부 초과하면 경제성이 떨어진다.

재분산 라텍스분말은 모르타르의 유연성과 균열 저항성 향상에 기여하며 Acrylate copolymer, Benzenepropanoic 재분산라텍스 중의 하나 이상이면 적당하다. 재분산 라텍스분말은 경제성, 성능발현을 고려할 때 3~9중량부 사용하는 것이 적당하다.

석고는 고로슬래그 고미분말의 반응을 자극하여 강도 향상에 기여한다. 석고는 5~8중량부 사용하며, 5중량부 미만이면 결합재반응을 통한 물리성능 발현이 어렵고, 8중량부 초과하면 장기강도 확보가 어렵다.

피로인산칼륨은 안정화제로 0.5~4중량부 사용하며, 0.5중량부 미만이면 초기작업성능 유지가 어렵고 4중량부 초과하면 압축강도 성능 확보가 어렵다.

황산도데실나트륨은 음이온계면활성제로서 유화제가 된다. 황산도데실나트륨은 3~5중량부 하는 사용하는 것이 바람직한데, 3중량부 미만이면 원재료의 분산성이 저하되며 5중량부 초과하면 과량에 따른 물리성능을 저하시킨다.

코코베타인은 양성표면활성제로서 시멘트-골재의 분산성을 향상시키고 가소성과 보수성을 향상시키고 균열방지와 강도증진에 기여한다. 코코베타인은 2~5중량부 사용하며, 2중량부 미만이면 구성원 재료의 분산성이 저하되고 5중량부 초과하면 과량에 따라 물리성능을 저하시킨다.

인산염계 혼화재는 트리에틸인산염, 테트라에톡시실란 및 수산화나트륨이 pH 6~8으로 조절 혼합되어 분말화된 것이다. 이러한 인산염계 혼화재는 트리에틸인산염을 교반하는 상태에서 트리에틸인산염 대비 10~30mol%의 테트라에톡시실란을 투입 후 교반을 유지하고, 수산화나트륨 용액을 투입하면서 pH 6~8로 조절하고, 15~30℃에서 교반을 유지하면서 숙성시킨 후 건조, 분쇄하여 100㎛ 이하의 분말형태로 제조하면 적당하다. 인산염계 혼화재는 시멘트계 결합재의 Si 성분과 반응 결합하여 유리질 구조의 결합을 형성함으로써 골재, 철재 및 철구조물과의 부착성능 향상에 기여한다. 더불어 유리질 구조의 형성으로 모르타르 경화체를 밀실하게 하며, 이로써 미세기공을 통한 수분침투를 억제시킬 수 있어 철근부식방지에 유리하다. 인산염계혼화재는 2.5~7중량부 사용하며, 2.5중량부 미만이면 부착성능 확보가 어렵고 7중량부 초과하면 초기강도 및 장기강도 확보가 어렵다.

할로이사이트 나노분산유연성제는 pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말, 양이온분산성 나노아크릴에멀젼이 혼합되어 분말화된 것이다. 이러한 할로이사이트 나노분산유연성제는, 할로이사이트 나노분말에 물을 혼합한 후 NaOH 투입하면서 pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말 용액으로 만들고, 나노아크릴에멀젼 용액(고형분 35~38%, 아크릴에멀젼 입자크기 10~30nm) 100중량부에 양이온성 분산제를 0.05~0.20 중량부를 혼합하여 양이온분산성 나노아크릴에멀젼 용액을 만들고, pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말 용액과 양이온분산성 나노아크릴에멀젼 용액을 할로이사이트 나노분말 100중량부에 나노아크릴에멀젼 용액 70~100중량부로 혼합 교반하면서 1hr 이상 유지한 다음, 원심분리 필터링 후 건조하여 분말 형태로 제조하면 적당하다.

할로이사이트 나노분산유연성제에서 할로이사이트 나노분말은 Al₂Si₂O₅(OH)₄·2H₂O로 표시되는 물질로서, 알루미늄과 실리콘의 비가 1:1인 규산알루미늄 점토광물이다. 할로이사이트 나노분말은 속이 비어있는 나노튜브 구조로서, 튜브의 내부 직경은 30~250㎚이고 길이는 0.2~0.4㎛ 정도로 우수한 담체 특성을 가진다. 이러한 할로이사이트 나노분말에 pH 11~13 의 범위가 되도록 조절 시 나노분말의 표면에 음이온이 형성되며, 여기에 양이온분산성 나노아크릴에멀젼을 투입하면 표면이온화 처리에 의해 할로이사이트의 나노튜브 내부 공간으로 나노아크릴에멀젼이 인장력과 내부공간의 모세관현상에 의해 할로이사이트 나노튜브 내부에 침투하게 된다. 이러한 할로이사이트 나노분산유연성제는 아크릴에멀젼의 특성으로 인해 할로이사이트의 휨특성 향상이 가능해진다. 단순히 아크릴에멀젼을 모르타르에 혼합하면 아크릴에멀젼의 빠른 경화로 인해 모르타르 작업성능 확보가 어렵고 또한 아크릴에멀젼에 의한 결합재 입자의 피막형성에 따른 결합재 반응저하와 물리성능 확보에 제한적인데, 본 발명에서는 아크릴에멀젼이 할로이사이트 나노튜브 내부에 침투된 상태이기 때문에 아크릴에멀젼의 빠른 경화와 결합재 피악형성을 억제한다. 할로이사이트 나노분산유연성제는 5~10중량부 사용하는 것이 바람직하며, 5중량부 미만이면 부착강도 및 휨강도성능 확보가 어렵고 10중량부 초과하면 압축강도 성능 확보가 어렵다.

위와 같은 고부착성 모르타르 조성물은 다음과 같은 방식으로 제조한다. 먼저 고로슬래그 고미분말, 시멘트, 석고, 코코베타인, 인산염계 혼화재, 할로이사이트 나노분산유연성제는 및 적당량의 물을 첨가하여 10~15분 혼합한다. 마지막으로 황산도데실나트륨(SDS), 피로인산칼륨, 재분산 라텍스분말을 첨가하여 20~30분 혼합한다. 이렇게 제조된 고부착성 모르타르는 구조물의 보수보강재로 유리하게 활용할 수 있다. 특히 철근, 철구조물과의 부착력이 향상되므로 콘크리트 구조물 보수에서 노출된 철근이 있는 경우나 철구조물 보수에 유리하게 활용할 수 있다. 구조물의 보수공사는 보수대상 구조물 표면의 이물질을 제거하고 정리한 후 적절하게 물배합된 고부착성 모르타르를 바르는 방식으로 실시하며, 필요에 따라 방청제, 코팅제 등을 도포할 후에 모르타르를 바를 수 있다.

이하에서는 비교예와 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만, 아래의 비교예와 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[비교예]

1. 모르타르 배합

(1)실시예

고로슬래그 고미분말(분말도 6,000㎠/g) 25중량부, 시멘트 44중량부, 재분산라텍스분말 4중량부, 석고 6.5중량부, 피로인산칼륨 2.7중량부, 황산도데실나트륨 3.2중량부, 코코베타인 3중량부, 인산염계 혼화재 5중량부, 할로이사이트 나노분산 유연성제 6.6중량부로 분체를 조성하였다.

위와 같은 조성으로 분체를 준비한 후, 먼저 고로슬래그 고미분말, 시멘트, 석고, 코코베타인, 할로이사이트 나노분산 유연성제와 적당량의 물을 첨가하여 10~15분 혼합하고, 마지막으로 황산도데실나트륨(SDS), 피로인산칼륨, 재분산 라텍스분말을 첨가하여 20~30분 혼합하는 과정으로 모르타르를 배합하였다.

(2)비교예

위의 실시예와 동일한 분체 조성과 배합조건에서, 인산염계 혼화재를 제외한 경우를 비교예1, 할로이사이트 나노분산 유연성제를 제외한 경우를 비교예2, 인산염계 혼화재와 할로이사이트 나노분산 유연성제를 동시에 제외한 경우를 비교예3으로 하였다. 다만 비교예1,2,3에서 인산염계 혼화재 내지 할로이사이트 나노분산 유연성제를 제외할 때, 제외되는 재료의 양만큼 시멘트로 대체하여 조성 배합하였다.

2. 모르타르 특성

모르타르의 특성을 시험한 결과는 아래 [표 1]과 같이 나타냈다.

모르타르

특성		비교예1	비교예2		비교예3	실시예	시험규격
flow(mm)		220	215		220	205	KS L 5111
압축강도 (MPa)	3d	21.9		19.8	17.4	28.8	KS L ISO 679
	7d	25.4		33.5	32.9	41.1
	29d	37.9		39.4	39.1	49.7
휨강도(28d, MPa)		8.0	7.7		6.4	9.4
부착강도(28d, MPa)		1.56	1.98		1.21	2.24	KS F 4716
길이변화(x10^-6)		-257	-240		-266	-231	KS F 2424

위에서 보는 바와 같이, 인산염계 혼화재와 할로이사이트 나노분산 유연성제를 모두 사용한 실시예는 인산염계 혼화재 또는/및 할로이사이트 나노분산 유연성제를 모사용하지 아니한 비교예1,2,3에 비하여, 압축강도, 휨강도, 부착강도, 길이변화에서 모두 우수한 성능을 나타냈다. 특히 인산염계 혼화재를 사용하지 아니한 비교예1과 실시예를 비교하면 인산염계 혼화재의 혼입으로 부착성능이 크게 향상되는 것이 확인되고, 할로이사이트 나노분산 유연성제를 사용하지 아니한 비교예2와 실시예를 비교하면 할로이사이트 나노분산 유연성제의 혼입으로 압축강도가 향상되는 것이 확인된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 분말도가 4,000~7,000㎠/g인 고로슬래그 고미분말 24~30중량부, 시멘트 22~55중량부, 재분산라텍스분말 3~9중량부, 석고 5~8중량부, 피로인산칼륨 0.5~4중량부, 황산도데실나트륨 3~5중량부, 코코베타인 2~5중량부, 인산염계 혼화재 2.5~7중량부를 포함하여 조성되되,
   상기 인산염계 혼화재는,
   트리에틸인산염을 교반하는 상태에서 트리에틸인산염 대비 10~30mol%의 테트라에톡시실란을 투입 후 교반을 유지하고, 수산화나트륨 용액을 투입하면서 pH 6~8로 조절하고, 15~30℃에서 교반을 유지하면서 숙성시킨 후 건조, 분쇄하여 100㎛ 이하의 분말 형태로 제조된 것임을 특징으로 하는 고부착성 모르타르 조성물.
3. 제2항에서,
   할로이사이트 나노분산 유연성제 5~10중량부를 더 포함하여 조성되되,
   상기 할로이사이트 나노분산 유연성제는, pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말, 양이온분산성 나노아크릴에멀젼이 혼합되어 분말화된 것임을 특징으로 하는 고부착성 모르타르 조성물.
4. 제3항에서,
   상기 할로이사이트 나노분산 유연성제는,
   할로이사이트 나노분말에 물을 혼합한 후 NaOH 투입하면서 pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말 용액으로 만들고, 나노아크릴에멀젼 용액(고형분 35~38%, 아크릴에멀젼 입자크기 10~30nm) 100중량부에 양이온성 분산제를 0.05~0.20 중량부를 혼합하여 양이온분산성 나노아크릴에멀젼 용액을 만들고, pH 11~13으로 조절된 할로이사이트 나노분말 용액과 양이온분산성 나노아크릴에멀젼 용액을 할로이사이트 나노분말 100중량부에 나노아크릴에멀젼 용액 70~100중량부로 혼합 교반하고 유지한 다음, 원심분리 필터링 후 건조하여 분말 형태로 제조된 것임을 특징으로 하는 고부착성 모르타르 조성물.
5. 보수대상 구조물 표면의 이물질을 제거하고 정리한 후, 제4항에 따른 고부착성 모르타르 조성물을 물배합하여 바르는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수공법.