KR101912626B1 - 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수중 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강함에 있어 장기 내구성과 콘크리트 구조물과의 부착 강도가 향상되어 보수 보강 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 수중 보수 보강 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 외부 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다.

Description

수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법{Mortar composition for repairing and reinforcing underwater concrete structures, and method of repairing and reinforcing underwater concrete structures using the same}
본 발명은 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수중 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강함에 있어 장기 내구성과 콘크리트 구조물과의 부착 강도가 향상되어 보수 보강 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 수중 보수 보강 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 외부 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 수중 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 보수하고 관리할 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 열화 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 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
한편, 수중에 존재하는 콘크리트 구조물을 보강하기 위해서는 보수 보강용 모르타르 조성물의 속경성, 수중불분리성 및 고유동성 등의 물성이 추가로 요구된다. 이러한 물성을 만족하기 위한 연구가 지속되고는 있으나, 고강도 무수축성을 가지면서 수중 콘크리트 구조물을 안정적으로 보수 보강할 수 있는 모르타르 조성물은 개발이 더딘 상황이다.
본 발명자는 선행 특허(대한민국 등록특허 제10-0999354호)를 통해 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고, 고유동을 나타내면서 고점성을 발현하도록 하기 위해 신규 속경 시멘트를 첨가한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제안한 바 있다. 이 특허에서는 인조대리석 폐분말과 시멘트 슬러지, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고를 활용하여 제조한 속경시멘트와 알파형 반수석고를 이용하여 수축 팽창율을 낮추고 제품의 신속 경화를 유도하며 수중에 모르타르를 타설하여도 타설 재료가 물속에서 흩어지지 않고 고유동을 나타내면서 고점성을 발휘하여 구성 원료가 자중 차에 의해 분리되는 재료 분리성이 억제되어 수중에서도 일정한 경화 구조체를 형성시킬 수 있는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르를 제안하였다. 그러나, 이 특허에 제안된 모르타르 조성물은 속경성과 수중 재료 불분리성, 고유동성 등의 면에서는 우수하나 시공 대상 콘크리트면과의 부착 강도 및 장기 내구성 면에서 추가 보완의 필요성이 있었다.
본 발명은 본 출원인이 제안한 기존 기술을 더욱 발전시켜 기존 특허보다 더욱 개선된 기술을 제안하기 위한 것으로서, 단면의 보수 보강이 필요한 수중 콘크리트 구조물을 보수 보강함에 있어 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구 특성을 유지하면서도 압축 강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시키는 동시에, 콘크리트 구조물면과의 부착 강도를 강화함으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 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 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
결합재 20 ~ 50 중량부, 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 포함하여 구성되는 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서,
상기 결합재는 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 하고,
상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트이며, 상기 조성에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%로 이루어진 결합재로서,
상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 하는 결합재를 제조하는 단계;
(2) 상기 제조된 결합재 20 ~ 50 중량부에 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 조성물을 제조하되,
상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트를 사용하고, 상기 조성물에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함시켜 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 얻는 단계;
(3) 손상된 수중 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계; 및
(4) 상기 다듬어진 시공 대상면에 상기 (2) 단계에서 얻은 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하고 양생시키는 단계;
를 포함하는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 인조대리석 폐분말과 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고를 포함함으로써 제품의 빠른 경화를 유도하며, 슬래그 함유 혼합물 적용으로 결합재와 시공 대상 콘크리트 면과의 부착 강도를 강화할 수 있다.
2. 또한, 초속경성과 콘크리트와의 부착성이 우수한 마그네시아 시멘트 및 제1인산암모늄을 혼합함으로써 기존 재료에 비하여 속경성과 콘크리트와의 부착 강도를 더욱 강화할 수 있다.
3. 또한, 셀룰로오스 섬유와 EVA 수지를 결합재에 혼합 사용함으로써 수축 팽창률이 낮아지고 수중에 모르타르를 타설하여 재료가 흩어지지 않으며, 고유동을 나타내는 동시에 고점성을 발휘하여 재료 분리가 억제되어 수중에서의 경화 구조체의 형성이 용이하게 이루어진다.
4. 또한, 슬래그 함유 혼합물 내에 고로 슬래그와 석회, 석고 및 킬른 더스트를 미세하게 분말화한 혼합물을 사용하므로 보수 보강 면의 압축 강도 등 물리적 강도가 강화되며, 콘크리트 면과의 접착 강도가 강화되어 내구성과 내수성이 향상됨으로써 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 효과를 장기간 유지할 수 있는 장점이 있다.
5. 또한, 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.
6. 또한, 칼슘설포알루미네이트와 석고가 최적 비율로 혼합된 팽창제를 포함함으로써 조성물의 수축성을 낮추고 빠른 시간 안에 강도를 발현할 수 있다.
7. 또한, 수밀성을 강화하여 해수와 같은 외부 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물은 결합재, 충전재, 골재, 보강섬유, 분말 수지, 실리카 경량제, 무기계 경화 제어제 및 수중불분리제 등을 포함하여 구성되며, 상기 결합재는 속경성 시멘트와 포틀랜트 시멘트, 셀룰로오스 섬유 및 EVA(Ethylene-vinyl acetate) 수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 결합재는 구체적으로, 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서 상기 인조대리석 폐분말은 Al2O3의 공급원으로 사용하기 위하여 포함되는 것으로서 아크릴계 수지 또는 불포화폴리에스테르계 수지로 제조되는 인조대리석의 연마 공정에서 분말 형태로 발생되는 건축 폐기물로, 주성분은 수산화알루미늄이다. 상기 인조대리석 폐분말을 이용하여 속경시멘트를 제조함으로써 환경 폐기물을 재활용할 수 있으며, 인조대리석 폐분말의 주성분인 수산화알루미늄은 고온에서 결정수가 탈리되어 산화알루미늄으로 됨으로써 CaO 또는 황산칼슘과 결합하여 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트를 생성시킴으로써 속경성을 발휘하는 효과가 있다.
본 발명에서 상기 슬래그 함유 혼합물은 구체적으로 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 한다. 이하에서는 본 발명에 사용되는 상기 슬래그 함유 혼합물의 각 성분에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 상기 고로슬래그는 제철소에서 선철을 생산할 때 부산물로 제조되는 것으로서 급냉에 의해 비결정질 상태로 형성되며, 염기도는 1.6 내지 2.0 범위에 속한다. 상기 고로슬래그는 일반적으로 CaO 40 내지 50 중량%, MgO 1 내지 10 중량%, Al2O3 10내지 25 중량% 및 SiO2 33내지 38 중량%를 포함하여 이루어진다. 상기 고로슬래그는 콘크리트용 혼화재로도 사용되는데, 콘크리트용 혼화재로 사용되는 고로슬래그의 경우 비표면적이 4,000 내지 5,000cm2/g 정도인데, 본 발명에서는 보다 반응성을 높이기 위해 볼밀 등을 사용하여 분쇄함으로써 6,000 내지 7,000cm2/g 정도의 비표면적을 가지도록 하여 사용한다. 상기 고로슬래그는 65 내지 80 중량%가 첨가되는데, 65 중량% 미만인 경우 상대적으로 석회와 석고의 중량%가 커짐으로 인해 반응성이 커져 수화열이 증가하고 크랙의 발생이 커지는 문제점이 있고, 80 중량%를 초과하는 경우에는 초기 반응과 응결시간이 늦어져서 초기강도 확보에 어려움이 있다.
상기 석회와 석고는 활성화제로 사용되는데 고로슬래그 분말은 물과 접촉하면 슬래그 입자 표면에 치밀한 불투수성의 산성피막이 생기게 되는데 반응을 계속하기 위해서는 활성화제에 의한 산성피막의 파괴가 필요하며 그 활성화제로 석회와 석고가 사용되는 것이다.
상기 석회와 석고의 활성화 작용에 의해 고로슬래그 표면에서 용해 반응이 일어나면 그 용액으로부터 불용성 물질이 석출되어 경화되기 시작하며, 이 때 고로슬래그는 석회와 물과의 반응에 의해 생성되는 Ca(OH)2와 결합하여 수화물을 형성한다. 고로슬래그의 수화물은 상기 활성화제에 의해 칼슘실리케이트 수화물을 포함하는 경우도 있고, 에트린자이트나 수산화알루미늄을 형성하기도 하며 이에 의해 경화체의 수축을 보상하고 치밀한 조직을 형성하며 압축강도를 상승시키는데 기여한다. 또한, 석고는 슬래그 미분말의 특성인 잠재 수경성 반응에서 자극제 역할을 함으로써 슬래그 미분말의 반응성을 높여 강도를 보다 증진시키는 보조제의 역할을 한다.
상기 석회는 10 내지 20 중량%가 첨가되는 것이 바람직한데, 10 중량% 미만인 경우 고로슬래그 미분말의 수화 및 에트린자이트 생성에 기여하는 Ca(OH)2의 양이 부족하게 되어 미반응 고로슬래그가 존재하게 되어 강도가 떨어지게 되고, 20 중량%를 초과하여 첨가되면 반응하지 않고 남는 Ca(OH)2가 팽창의 원인으로 작용하여 문제가 발생할 수 있다.
상기 석고는 무수석고, 반수석고 또는 이수석고 중 어느 한 종류의 석고 또는 두 종류 이상의 석고의 혼합물을 사용할 수 있으며, 5 내지 15 중량%가 첨가되는 것이 바람직한데, 5 중량% 미만으로 첨가되면 초기 강도가 너무 낮아지는 경향이 생겨 문제가 있고, 15 중량%를 초과하여 첨가되면 에트린자이트의 양이 너무 많아져서 조직을 팽창시키고 원활한 강도 발현을 저해하여 문제가 될 수 있다.
본 발명에서 상기 킬른 더스트(kiln dust)는 시멘트 제조 과정에서 부산되는 미립의 집진 분말로서 현재는 공정 중에 피드백되어 일정량이 재순환되는 형태를 취하고 있으나, 시멘트 제조 공정 중 원료의 성분 분리를 발생시킬 뿐만 아니라 미량 함유 성분이나 재투입 과정에서의 불균일 혼합 등은 공정 불안이나 제품 품질 변동의 원인이 되기도 한다. 이러한 킬른 더스트는 주요 성분이 CaCO3로서 슬래그 미분말의 자극성 성분인 삼산화황(SO3),알칼리(K2O),염분(NaCl) 등을 미량 포함하고 있다.
본 발명에서는 산업부산물인 고로 슬래그 분말과 석회 및 석고 외에 시멘트 제조 공정에서 부산되는 미립의 집진 분말인 킬른 더스트를 혼합 사용하기 때문에 원가를 절감하는 효과가 있고, 조기 수화 촉진이 가능하여 초기 강도의 하락을 방지하고 장기간에 걸친 내구성을 확보할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 킬른 더스트는 8,000 cm2/g이상, 더욱 바람직하게는 8,000~20,000 cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10인 것을 5 내지 20 중량%로 혼합물에 포함시키는 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그, 석고, 석회 및 킬른 더스트의 혼합물은 메카노케미컬 활성화 처리되는데, 메카노케미컬 활성화 처리는 진동밀에서 5 내지 60분 동안, 더욱 바람직하게는 10 내지 30분 동안 혼합 분쇄하는 방식으로 이루어진다.
본 발명에서 상기 메카노케미컬 활성화 처리는 기계적인 분쇄과정에 의해서 재료의 결합 상태를 변화시켜 그 재료의 물리화학적 성질을 변화시켜 주는 것으로, 혼합 분쇄하면 분쇄 조작에서 균일 혼합이 가능하고 결정 구조 변화를 동시에 진행할 수 있는 이점이 있다. 즉, 메카노케미컬 활성화 처리에 의한 분쇄 시스템에서의 기계적인 충돌은 탄성, 가소성과 전단 변형을 발달시켜 입자의 파괴, 비결정화, 그리고 심지어 고체 상태에서의 화학 반응을 일으키게 된다.
일반적으로 시멘트 분야에서의 분쇄는 통상 볼 밀이나 롤러 밀 등의 미분쇄기를 사용하고 있는데, 볼 밀의 경우 회전하는 원통 안에서 분쇄 매체가 원심력에 의해 원통 내벽을 따라 상부로 올라간 후 낙하하면서 분쇄물에 충격력을 가하여 분쇄하는 방식이며, 롤러 밀은 밀 안에 3 ~ 4개의 롤러를 원판 위에서 자전시키는 동시에 전체를 공전시켜 롤러와 원판 그리고 내벽 사이에서 분쇄물이 압축 및 마찰력에 의해 분쇄되는 원리를 이용하는 방식이다. 이에 반해 진동밀은 편심이 있는 원에 의해 밀 전체가 진동을 하면서 밀 안의 볼이나 바와 같은 분쇄 매체가 분쇄물에 충격력과 마찰력을 동시에 전달하여 분쇄물을 미크론 단위까지 분쇄하는 것으로, 단시간 내에 분쇄물에 다량의 분쇄 에너지를 공급함으로써 분쇄 원료의 성질을 물리화학적으로 변화시킬 수 있는 장비이다. 즉, 진동밀은 메카노케미컬 활성화 처리를 위해 적합한 분쇄 시스템으로서 기존의 볼 밀과 같은 분쇄 매체보다 단시간에 목표로 하는 미분말의 분쇄가 가능하며, 전단 마찰력과 충격력을 동시에 주기 때문에 진동 밀을 이용하여 혼합 분쇄할 경우, 제조물의 미립자가 표면 처리되어 입자 간의 친화성이 증대함에 따라 화학적 활성이 증대되는 결과를 가져오게 된다.
본 발명에서 상기 메카노케미칼 처리는 5분 내지 60분, 더욱 바람직하게는 10분 내지 30분 동안 진동밀에서 처리하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 혼합물의 비표면적을 10,000 내지 20,000cm2/g로 처리하는데 가장 이상적인 시간이기 때문이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고는 CaSO4의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것이다. 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 20 ~ 40 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘설포알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 조직 치밀화에 의한 초기강도를 증진시키기 어려우며, 40 중량부를 초과하는 경우는 반응하지 않는 석고가 잔존하므로 비효율적이다.
또한, 본 발명에서 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 약 800~1500℃에서 소결된 소결 마그네시아 시멘트를 사용한다. 상기 소결 마그네시아 시멘트는 속경성이 우수하고 양이온과의 반응성이 우수하여 콘크리트와의 부착 강도를 강화시킨다. 본 발명에 따른 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부를 기준으로 10 ~ 30 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결 마그네시아 시멘트를 활성화시키기 위한 물질로서 제1인산암모늄을 추가로 사용한다. 상기 제1인삼암모늄의 화학식은 NH4H2PO4이고 공기 중에서 안정하며 비중은 약 1.8이고, 수용액에서의 pH는 4.3~5.0를 갖는다. 본 발명에 따른 상기 속경시멘트에 포함되는 소결 마그네시아 시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부를 기준으로 5 ~ 20 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 속경시멘트를 제조하기 위해서는 인조대리석 폐분말, 슬래그 함유 혼합물, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고, 소결 마그네시아 시멘트 및 제1인산암모늄을 혼합한 후, 1000 ~ 1200℃에서 0.5 ~ 1시간 동안 소성 후, 평균입도가 10 ~ 20㎛가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것이 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강용으로 사용하기에 적합한 속경성을 발휘하고 모르타르에 적용 시에 재료분리를 방지하므로 바람직하다. 평균입도가 상기 범위보다 더 작을 경우 속경성은 더 크게 향상되나 모르타르에 적용시키기 위해서는 가사 시간을 위해 지연제를 사용해야 하므로 비효율적이다.
본 발명에서 상기 속경시멘트는 전체 결합재 성분 중 20 ~ 50 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량%를 미만일 경우 모르타르 강도가 저하되고 빠른 경화시간을 얻을 수 없으며, 50 중량%를 초과하는 경우 빠른 경화 특성을 얻을 수 있으나 과팽창으로 인한 균열이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재 성분 중 포틀랜트 시멘트는 모르타르의 후기 강도 발현을 위하여 사용되는 것으로, 1종 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 전체 결합재 성분 중 30 ~ 60 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 결합재 성분에 포함되는 셀룰로오스 섬유는 휨 강도 및 인장 강도를 증진시키고 양생시 표면 크랙을 줄이기 위해 사용되며, 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이고 초기 분산성을 높이기 위한 목적으로 사용된다. 본 발명에서 상기 셀룰로오스 섬유는 결합재 중에 5 ~ 20 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량% 미만이면 인장 강도 및 휨 강도 개선 효과가 미미하며 20 중량%를 초과하면 작업성과 경제성이 나빠질 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재 성분에 포함되는 EVA 수지는 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하며, 모르타르 조성물의 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘한다. 본 발명에서 상기 EVA 수지는 결합재 중에 5 ~ 10 중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 EVA 수지의 함량이 5 중량% 미만이면 표면 부착력 강화 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과하면 수화 반응시 수화 생성물의 생성을 방해하여 강도가 저하되는 단점이 나타난다.
본 발명에서 상기 속경시멘트, 포틀랜트 시멘트, 셀룰로오스 섬유 및 EVA 수지로 이루어진 상기 결합재는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르 조성물 중 20 ~ 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 20 중량% 미만으로 사용하는 경우 초기 강도 저하 및 접착력 저하되고, 50 중량%를 초과하는 경우 사용 시 빠른 경화 및 높은 수화열 발생으로 초기 균열이 발생될 수 있다.
본 발명의 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르 조성물은 상기 결합재 이외에도 경량 골재, 규사, 보강섬유, 수축방지제, 실리카 흄, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지, 소포제, 팽창제, 분말형 실리콘 발수제, 천연석 분말, 실리카 경량제, 무기계 경화 제어제 및 수중불분리제를 포함하여 구성된다. 더욱 구체적으로 상기 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물은 결합재 20 ~ 50 중량부, 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 포함하여 구성된다.
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 수중 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 수중 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 수중 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 발명에서 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 1 ~ 10 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.
이어서, 상기 본 발명에 따른 모르타르 조성물을 이용하여 수중 콘크리트 구조물을 보수 보강하는 방법에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법은
(1) 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%로 이루어진 결합재로서,
상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 하는 결합재를 제조하는 단계;
(2) 상기 제조된 결합재 20 ~ 50 중량부에 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 조성물을 제조하되,
상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트를 사용하고, 상기 조성물에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함시켜 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 얻는 단계;
(3) 손상된 수중 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계; 및
(4) 상기 다듬어진 시공 대상면에 상기 (2) 단계에서 얻은 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하고 양생시키는 단계;
를 포함하여 구성된다.
상기 속경시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20 가 되도록 분쇄한 것을 사용한다.
상기 (4)단계의 모르타르 조성물 도포시 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설시 5~15 mm, 2차 및 3차 타설시 20~50 mm 및 최종 타설시 5~15 mm 두께로 시공 및 미장하여 형성시킬 수 있다.
기타, 본 발명에 따른 상기 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에서 별도로 설명되지 않은 것은 상기 본 발명에 따른 상기 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 설명하는 부분에서 설명된 것과 같으므로 중복 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(제조예 1) 속경시멘트 제조
인조대리석 폐분말 100 중량부에 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 70 중량%, 석회 12 중량%, 석고 10 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10인 킬른 더스트 8 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물로 이루어진 슬래그 함유 혼합물 35 중량부, 인산부산이수석고 30 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 20 중량부 및 제1인산암모늄 10 중량부를 혼합하여 1000℃에서 1시간 동안 소성 후 평균 입도가 15이 되도록 분쇄하여 속경시멘트를 제조하였다.
(제조예 2) 속경시멘트의 제조
인조대리석 폐분말 100 중량부에 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 70 중량%, 석회 12 중량%, 석고 10 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10인 킬른 더스트 8 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물로 이루어진 슬래그 함유 혼합물 35 중량부, 배연탈황이수석고 30 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 20 중량부 및 제1인산암모늄 10 중량부를 혼합하여 1200℃에서 1시간 동안 소성 후 평균 입도가 15이 되도록 분쇄하여 속경시멘트를 제조하였다.
(비교 제조예 1)
본 발명자들이 대한민국 등록특허 제10-0999354호에서 제안한 방법과 유사하게, 인조대리석 폐분말 100 중량부에, 시멘트 슬러지 35 중량부, 인산부산이수석고 30 중량부를 혼합하여 1,000℃에서 1시간 소성 후 평균 입도가 15㎛가 되도록 분쇄하여 속경시멘트를 제조하였다.
(비교 제조예 2)
본 발명자들이 대한민국 등록특허 제10-0999354호에서 제안한 방법과 유사하게, 인조대리석 폐분말 100 중량부에, 시멘트 슬러지 35 중량부, 배연탈황이수석고 30 중량부를 혼합하여 1,200℃에서 0.5시간 소성 후 평균 입도가 15㎛가 되도록 분쇄하여 속경시멘트를 제조하였다.
(실시예 1)
포틀랜트 시멘트 45중량%, 제조예 1에서 제조한 속경시멘트 35중량%, 셀룰로오스 섬유 12 중량% 및 EVA 수지 8 중량%를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 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, 무기계 경화 제어제 0.8 중량부 및 수중불분리제(메틸셀룰로오스) 3.5 중량부를 일정량의 물과 혼합하여 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 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.
(실시예 2)
포틀랜트 시멘트 45중량%, 제조예 2에서 제조한 속경시멘트 35중량%, 셀룰로오스 섬유 12 중량% 및 EVA 수지 8 중량%를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 얻어진 결합재를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
포틀랜트 시멘트 50중량%, 비교 제조예 1에서 제조한 속경시멘트 35중량%, 알파형 반수석고 15 중량%를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 얻어진 결합재 35 중량부, 석회석 9.5 중량부, 규사(평균입경 0.5mm) 55 중량부 및 수중불분리제(메틸셀룰로오스) 3.5 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다. 추가로 상기 결합재 100중량부에 대해 분산제 0.5 중량부, 소포제 0.2 중량부, 지연제 0.05 중량부를 첨가한 후, 물 16 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
포틀랜트 시멘트 50중량%, 비교 제조예 2에서 제조한 속경시멘트 35중량%, 알파형 반수석고 15 중량%를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 얻어진 결합재를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 3)
결합재로 포틀랜트시멘트만 사용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 모르타르 조성물을 제조하였다.
성능 평가
(1) 모르타르 조성물의 물성
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 모르타르 조성물을 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 응결시간 : KSF 2436
2) 휨강도 : KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
5) 길이변화율 : KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법에 따라 측정하였다. 그 값은 초기 시공체의 값을 0으로 하여, “-”는 수축율을 나타내는 것이며, “+”는 팽창율을 나타내는 것이다.
6) 플로우 : KS L 5220에 준하여 실시
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
응결시간(분) 초결 25 24 41 39 61
종결 38 36 54 51 110
휨강도
(N/mm2)		 기중 13 16 10 9 7
수중 10 11 8 7 6
압축강도
(N/mm2)		 기중 67 69 44 45 42
수중 61 64 40 42 40
부착강도
(N/mm2)		 기중 5.8 5.5 3.2 3.6 2.1
수중 4.4 4.5 1.2 1.6 0.9
길이변화율(%) +0.01 +0.02 +0.01 +0.02 +0.16
플로우(mm) 140 135 130 143 112
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물의 경우, 종래의 수중 구조물용 모르타르 조성물에 비하여 물성이 현저하게 우수하며, 특히 기중 및 수중에서의 압축강도 및 부착 강도가 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
(2) 단면복구 성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
90℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
내후성(백색) 표면경도 내수성
실시예 1 △E2.0 4H 620hr
실시예 2 △E2.0 4H 600hr
비교예 1 △E3.2 3H 320hr
비교예 2 △E3.5 3H 310hr
비교예 3 △E3.8 2H 350hr
상기 표 1 및 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 사용하면 모르타르의 성능도 우수하고, 콘크리트와의 부착성도 뛰어나며, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하므로 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강을 효율적으로 할 수 있으며 또한, 보수 보강의 효과도 장기간 동안 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 결합재 20 ~ 50 중량부, 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 포함하여 구성되는 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서,
    상기 결합재는 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10 ㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 하고,
    상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트이며, 상기 모르타르 조성물에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함하여 구성되며,
    상기 천연석 분말은 분말의 크기가 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것으로서, 운모, 제올라이트 및 벤토나이트가 각각 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하며,
    상기 수중불분리제는 메틸계 셀룰로오스, 에틸계 셀룰로오스, 프로필계 셀룰로오스 중에서 선택되고, 수용성 아크릴계 수지 분말을 상기 수중불분리제 대비 1~30 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
    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 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 천연고무계 또는 폴리아세테이트계 수지로 이루어진 고분말 분말 수지를 1~10 중량부로 더 혼합한 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (1) 인조대리석 폐분말 100 중량부와 슬래그 함유 혼합물 20 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 40 중량부, 소결 마그네시아 시멘트 10 ~ 30 중량부 및 제1인산암모늄 5 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어진 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 셀룰로오스 섬유 5~ 20 중량%; 및 EVA 수지 5 ~ 10 중량%로 이루어진 결합재로서,
    상기 슬래그 함유 혼합물은 비표면적이 6,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 80 중량%, 석회 10 내지 20 중량%, 석고 5 내지 15 중량% 및 8,000cm2/g 내지 20,000cm2/g의 분말도를 갖고 평균입경이 1~10㎛인 킬른 더스트 5 내지 20 중량%로 구성된 혼합물을 진동밀에서 혼합 분쇄하는 메카노케미컬 활성화 처리를 통하여 비표면적이 10,000 내지 20,000 cm2/g이 되도록 처리된 혼합물인 것을 특징으로 하는 결합재를 제조하는 단계;
    (2) 상기 제조된 결합재 20 ~ 50 중량부에 경량 골재 40~50 중량부, 규사 100~120 중량부, 보강섬유 0.5~2.0 중량부, 수축방지제 0.5~2.0 중량부, 실리카 흄 3~7 중량부, 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부, 소포제 0.1~1.0 중량부, 팽창제 5~10 중량부, 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부, 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부 및 수중불분리제 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 조성물을 제조하되,
    상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 필라이트를 사용하고, 상기 조성물에 분산제 0.1~1.0 중량부, 지연제 0.01~1.0 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~1.0 중량부를 더 포함시켜 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 얻는 단계;
    (3) 손상된 수중 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계; 및
    (4) 상기 다듬어진 시공 대상면에 상기 (2) 단계에서 얻은 수중 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하고 양생시키는 단계;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 천연석 분말은 분말의 크기가 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것으로서, 운모, 제올라이트 및 벤토나이트가 각각 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합된 것을 사용하고,
    상기 수중불분리제는 메틸계 셀룰로오스, 에틸계 셀룰로오스, 프로필계 셀룰로오스 중에서 선택되고, 수용성 아크릴계 수지 분말을 상기 수중불분리제 대비 1~30 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
    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 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 천연고무계 또는 폴리아세테이트계 수지로 이루어진 고분말 분말 수지를 1~10 중량부로 더 혼합한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는
    수중 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법.
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