KR101965886B1 - 산업부산물을 이용한 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%; 고로슬래그 1 ~ 18.0 중량%; 벤토나이트 1 ~ 2.0 중량%; PVA(폴리비닐알콜) 0.1 ~ 0.4 중량%; Na2CO3 0.1 ~ 0.5 중량%; 멜라민계 유동화제 0.1 ~ 1.4 중량%; 골재 40.0 ~ 70.0 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물을 제시함으로써, 균열의 발생을 줄이고, 시간 경과에 따라 발생한 균열이 치유되도록 한다.

Description

산업부산물을 이용한 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법{Self-healing repair mortar composite and concrete repairing method using the same}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 산업부산물을 이용한 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
건축 또는 토목 구조물의 구축에 이용되는 콘크리트는 시멘트, 물, 골재 등을 포함하며, 수화반응에 의해 경화되는 성질을 가져 건축재로서의 품질이 좋고, 경제적이며, 반영구적이기 때문에 오천여년 동안 건설재료에 사용되고 있다.
다만, 낮은 품질의 콘크리트를 사용하거나, 온도나 기후 변화등 열악한 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우, 응력이 작용하여 체적 변화가 생기면 균열이 쉽게 발생한다는 구조적 단점도 함께 가지고 있다. 균열 발생시 물이 콘크리트의 균열을 통해 침입하기 쉬워지고, 내부 철근 부식 혹은 누수 등이 발생해 콘크리트 구조물의 내구성이 현저히 떨어지고, 미관이 악화된다는 문제점이 발생한다.
콘크리트 구조물이 균열과 같은 손상이 많이 일어나게 되면 추가적인 내구성 저하를 막기 위해 통상적으론 보수용 모르타르 등을 이용하여 보수하게 된다. 하지만 보수용 모르타르 역시 열악한 환경에 노출되기 때문에 보수 후의 빈번한 2차 하자 발생으로 문제가 되고 있다. 2차 하자 발생시에는 재보수를 해야 하는데, 기존 구조물의 재보수를 위한 치핑, 다양한 보수재료에서 발생하는 이물질 등이 추가적으로 발생하기 때문에 재보수 공사는 그 시공이 복잡하고, 시공비가 증가하며 품질 관리에 어려움이 있다는 단점이 있다.
따라서 보수 후 2차 하자를 최소화하기 위해서는 보수용 모르타르의 내구성이 우수하여야 하며, 특히 보수용 모르타르의 균열을 최소화하고 균열 발생을 억제할 수 있는 기능을 가진 자기치유 보수용 모르타르의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 균열의 발생을 줄이고, 시간 경과에 따라 발생한 균열이 치유되도록 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 모르타르 조성물에 있어서, 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%; 고로슬래그 1 ~ 18.0 중량%; 벤토나이트 1 ~ 2.0 중량%; PVA(폴리비닐알콜) 0.1 ~ 0.4 중량%; Na2CO3 0.1 ~ 0.5 중량%; 멜라민계 유동화제 0.1 ~ 1.4 중량%; 골재 40.0 ~ 70.0 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물을 제시한다.
상기 PVA(폴리비닐알콜)는 길이가 0.01 ~ 0.15mm이고, 지름이 1 ~ 18μm인 것이 바람직하다.
상기 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%는, 시멘트 9.0 ~ 30.0 중량%; 플라이애시 1 ~ 24.0 중량%;로 구성된 것이 바람직하다.
유동층보일러애시 0.5 ~ 6.0 중량%;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유동층보일러애시는, SiO2 15 ~ 33 중량%; Na2O 0.3 ~ 1.6 중량%; MgO 1.8 ~ 6 중량%; K2O 0.1 ~ 1.6 중량%; CaO 14 ~ 40 중량%; Fe2O3 4 ~ 15 중량%; Al2O3 4 ~ 16 중량%; SO3 1.5 ~ 7.5 중량%; 잔여고형물 3 ~ 7.5 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 골재 40.0 ~ 70.0 중량%는, 크기가 0.6 ~ 0.85mm인 규사 5호사 20.0 ~ 35.0중량%; 크기가 0.21 ~ 0.60mm인 규사 6호사 20.0 ~ 35.0 중량%;로 구성된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 모르타르 조성물과 물이 100 : 16.0 ~ 20.0의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르를 제시한다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수 방법에 있어서, 손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하는 단계; 고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계; 세척된 손상부위에 상기 자기치유 보수용 모르타르를 타설하고 양생하는 단계; 양생된 자기치유 보수용 모르타르 표면에 무기계 표면보호재를 도포하고 양생하여, 탄산화를 방지하고 외부 침입 열화 인자를 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시한다.
본 발명은 균열의 발생을 줄이고, 시간 경과에 따라 발생한 균열이 치유되도록 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 자기치유 보수용 모르타르에 관한 것이다.
이는 기본적으로, 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%, 고로슬래그 1 ~ 18.0 중량%, 벤토나이트 1 ~ 2.0 중량%, PVA(폴리비닐알콜) 0.1 ~ 0.4 중량%, 유동층보일러애시 0.5 ~ 6.0 중량%, Na2CO3 0.1 ~ 0.5 중량%, 멜라민계 유동화제 0.1 ~ 1.4 중량%, 골재 40.0 ~ 70.0중량%를 포함하여 구성된다.
위 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%는 구체적으로, 시멘트 9.0 ~ 30.0 중량%; 플라이애시 1 ~ 24.0 중량%;에 의해 구성될 수 있다.
결합재인 시멘트는 골재들을 결합시키고 모르타르의 강도를 증진시키는 역할을 한다.
이는 9.0 중량%보다 작게 투입되면 시멘트가 골재를 결합하는 능력이 현저히 떨어지므로, 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 있고, 30.0 중량% 보다 많이 투입되면 가격이 높아지고 건조수축이 크게 발생할 수 있다.
또다른 결합재인 고로슬래그(GGBS)는 골재들을 결합시키고 모르타르의 강도를 증진시키는 역할을 한다.
이는 18.0 중량% 보다 많이 투입되면 시멘트의 비율이 부족하게 되어 모르타르의 내구성이 저하될 우려가 있다.
혼화재로는, 플라이애시 1 ~ 24.0 중량%, 벤토나이트 1 ~ 2.0 중량%가 혼입된다.
플라이애시는 포졸란 반응에 의해서 생성된 생성물이 시멘트의 수화물인 C-S-H와 반응하여 지속적으로 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연속성을 떨어뜨리기 때문에, 외부에서 침투하는 물, 증기 등의 열화물질의 이동을 억제하는 역할을 수행한다.
이는 24.0 중량% 보다 많이 투입되면 수화반응이 늦어지면서 초기강도가 저하될 수 있다.
포졸란 반응에 사용되는 포졸란 재료는 그 자체가 수화하지 않고 Ca(OH)2,알칼리 등을 첨가하는 것에 의해 수화하여 경화하게 된다.
수화생성물은 C-S-H, C3A·CaCO3·12H2O(C4AH13),C2ASH8이고, 장기적으로는 hydrogarnet을 생성한다.
포졸란 재료의 생성수화물은 보통 포틀랜드 시멘트의 경우와 거의 동일하나, 생성하는 C-S-H의 Ca/Si비는 포틀랜드시멘트 경우보다 낮다.
포졸란 재료 중의 SiO2,Al2O3는 공급되는 알칼리의 공급량이 많을수록 수화물의 생성량이 많아지고, 생성되는 칼슘도 많아지게 된다.
알칼리 공급량이 적은 경우에는 그 반대로 된다.
수화작용이 활발해 지면 자체의 Ca(OH)2생산량이 증가하고, 수화작용 속도가 증가하면 Ca(OH)2의 소비속도도 증가하게 된다.
일반적으로 포졸란 재료는 반응 직후에 잠재 수경성을 가지고 있지만 알루미나 실리케이트의 결정체가 형성되면서 초기의 수화반응을 지연시킨다.
벤토나이트는 백색-염갈색의 미세한 분말로 팽윤력이 우수한 혼화재로서, 2.0 중량% 보다 많이 투입되면 팽창력이 증가하면서 균열을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
구체적으로 벤토나이트는 광산에서 채굴한 원광을 자연광건조 또는 가열건조하고, 분쇄, 분리 정제하여 제조하거나, 화산회 및 응회암 등 화산암들의 변질물이 호수 호수에 퇴적된 것을 채취해서 제조한다.
벤토나이트는 콜로이드성 함수 실리콘 알루미늄이며, 몬모리로나이트가 주성분으로 약 90%를 차지하고, 그 외 석영, 장석, 운모, 비석, 방해석 등을 함유한다.
분쇄 입자도는 이물질이 벤토나이트의 품질을 좌우한다.
벤토나이트는 얇은 판상 결정층 사이의 물을 흡수해서 팽윤하고, 물에 분산되어 높은 구조 점성을 나타내는 콜로이드 분산액을 생성한다.
본 발명에 의한 보수용 모르타르 조성물은 이러한 팽윤성을 가지는 벤토나이트를 포함하므로, 물과 혼합한 모르타르 상태로 시공 후 시간이 지남에 따라 건조되면, 벤토나이트가 무기계 분말의 미세 입자에 침투해서 분말 상태를 유지하다가, 균열에 의해 수분이 유입되면 콜로이드 상태를 변하여 균열 부위로 누출되므로, 균열을 봉합하는 자기치유 기능을 하게 된다.
또한 완전 건조 전인 경우라면, 약간의 콜로이드 상태를 유지하다가 다시 팽창된 콜로이드 상태로 변하면서 균열 공극을 봉합하게 된다.
이와 같은 벤토나이트의 물성은 특히 0.15㎜ 이상의 큰 균열의 경우에 우수한 효과를 발휘한다.
혼화제로 사용되는 Na2CO3는 균열 발생을 억제하고, 균열 발생시 균열 폭을 감소시키는 역할을 함으로써, 본 발명에 의한 보수용 모르타르의 자기치유 능력을 향상시키는 역할을 한다.
이는 0.1 중량%보다 작게 투입되면 균열을 봉합할 수 있는 기능이 떨어지는 문제점이 있고, 0.5 중량% 보다 많이 투입되면 시멘트의 수화반응을 방해하여 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
구체적으로, Na2CO3의 주된 기능은 균열이 발생한 부위로 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 균열을 봉합하는 것으로서, 고습도가 지속적으로 유지되는 경우에 효과가 증대한다.
보수용 모르타르 내부에서 발생하는 수화물과 균열에 의해 외부에서 침입하는 탄산가스는 서로 반응해서 탄산염을 발생시키는데, 이 탄산염과 균열 부근에 존재하는 Na2CO3와의 반응으로 인하여 균열을 따라서 하얀 겔 타입 Calcite(CaCO3)가 형성되고, 이것이 탄력적으로 균열을 봉합하는 역할을 하게 된다.
이와 같은 Na2CO3는 비교적 균열의 크기가 작은(0.15㎜ 이하) 경우에 우수한 효과를 발휘한다.
섬유보강재로 사용되는 PVA(폴리비닐알콜)는 균열발생 억제능력 및 인장강도를 증진시키는 역할을 하는 것으로서, 균열 발생을 억제하고, 균열이 발생된 후 균열의 진행을 늦추는 역할을 하므로, 본 발명에 의한 보수용 모르타르에 의해 보수된 부위의 내구성을 향상시키는 역할을 하게 된다.
이는 0.4 중량% 보다 많이 투입되면 유동성이 떨어지고 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 PVA(폴리비닐알콜)는 후술하는 실험 결과, 길이가 0.01 ~ 0.15mm이고, 지름이 1 ~ 18μm인 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
본 발명에 의한 보수용 모르타르 조성물은 유동층보일러애시 0.5 ~ 6.0 중량%;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
혼화제로 사용되는 유동층보일러애시는 순환 유동층보일러 방식(CFBC, Circulating Fluidized Bed Combustion)의 보일러를 적용하는 화력발전소에서 발생하는 산업부산물을 의미하며, CFBC 플라이 애시라고 칭하기도 한다.
순환 유동층연소 방식의 보일러는 석회석 첨가에 의해 연소 중에 SOχ와 NOχ의 높은 제거 효율을 나타내고, 높은 연료효율과 연료의 다양성 등의 장점 있기 때문에 화력발전소 건설 시 그 적용이 증가하는 추세이다.
CFBC 플라이 애시는 순환식 보일러에서 생산되므로, 일반적인 미분탄 보일러(PC, Pulverized combustion) 애시의 생산 온도인 1300-1500℃에 비해 상대적으로 낮은 온도인 850-900℃에서 생산이 가능하다.
PC 보일러 애시는 고온에서 생성되므로 일단 녹았다가 응고되는 과정에서 표면적이 감소함에 따라 구형의 형태를 취함에 비해, CFBC 플라이 애시는 그 녹는점 이하의 저온에서 생성되므로 위와 같은 과정을 거치지 않아 부정형의 형태를 취한다.
또한 유동층보일러는 석회석 첨가로 인하여 연소 중 높은 탈황 효율을 나타내지만, 이로 인해 유동층보일러애시 중에 포함되는 Free CaO 성분이 증가하게 된다.
증가된 Free CAO는 상술한 Na2CO3 와 탄산가스의 반응에 영향을 주어 형성되는 CaCO3 산출량이 증대됨에 따라 균열 봉합에 도움을 주게 되고, 추가로 수밀성을 향상시키며, 모르타르의 건조수축을 방지하여 균열을 억제할 수 있으므로, 일반적인 모르타르에서 사용되는 팽창제의 역할을 대신할 수 있다.
유동층보일러애시는 6 중량% 보다 많이 투입되면 과도한 양의 Free CAO로 인해 수화열이 과도하게 발생함에 따라 오히려 균열 발생의 요인이 될 수 있다.
위 유동층보일러애시는, SiO2 15 ~ 33 중량%; Na2O 0.3 ~ 1.6 중량%; MgO 1.8 ~ 6 중량%; K2O 0.1 ~ 1.6 중량%; CaO 14 ~ 40 중량%; Fe2O3 4 ~ 15 중량%; Al2O3 4 ~ 16 중량%; SO3 1.5 ~ 7.5 중량%; 잔여고형물 3 ~ 7.5 중량%;를 포함하여 구성되는 것으로 확인되었다.
혼화제로 사용되는 멜라민계 유동화제는 본 발명에 의한 자기치유 보수용 모르타르의 유동성을 유지함에 따라, 타설 시 시공성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 사용수량을 줄일 수 있게 하므로, 강도 증진 및 내구성 증진에 기여하게 된다.
멜라민계 유동화제의 사용량이 0.1 중량%보다 적은 경우에는 유동화 효과 및 감수 효과가 저하되고, 0.3 중량%를 초과하면 모르타르의 유동성이 과도하게 증가함에 따라 골재분리가 발생하고, 골재와 시멘트 간의 결합력이 저하될 수 있다.
골재는 40.0 ~ 70.0 중량% 혼입하는데, 구체적으로 크기가 0.6 ~ 0.85mm인 규사 5호사 20.0 ~ 35.0중량%, 크기가 0.21 ~ 0.60mm인 규사 6호사 20.0 ~ 35.0 중량%를 혼입하는 것이 바람직하다.
이와 같이 크기가 서로 다른 골재들을 혼합하여 사용하는 경우, 공극이 최소화됨에 따라 보수용 모르타르의 조직이 치밀하게 되므로, 균열 발생을 감소시켜 강도 및 내구성 증대효과를 얻을 수 있다.
시공시에는 상술한 본 발명에 의한 모르타르 조성물과 물이 16.0 ~ 20.0 : 100의 무게비로 혼합된 모르타르를 사용한다.
위 모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법은 다음과 같은 공정에 의해 이루어진다.
손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하고, 고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척한다.
세척된 손상부위에 상기 자기치유 보수용 모르타르 조성물과 물이 혼합된 모르타를 타설하고 양생함으로써, 균열을 방지함과 아울러, 균열 발생 시 균열 크기별로 다중 균열 봉합하는 능력을 갖도록 한다.
구체적으로, 1) 플라이애시에 의한 포졸란 반응과정에서 콘크리트 내의 공극을 메우면서 공극의 연속을 줄여 균열을 방지하고, 2) 균열발생 전까지 PVA에 의해 지속적으로 인장강도가 증진되며, 3) 0.15㎜ 이하의 미세 균열 발생시에는 균열부위로 유입된 수분과 유동층보일러애시의 Free CAO 및 Na2CO3가 반응하여 Calcite(CaCO3)을 생성시켜 균열을 봉합하고, 4) 0.15㎜ 보다 큰 균열 발생시에는 무기계 모르타르 조성 분말 원소의 미세입자 간극에 침투해 있던 콜로이드 상태의 벤토나이트가 균열 부위로 분출되어 균열을 봉합한다.
양생된 자기치유 보수모르타르 표면에는, 무기계표면보호재를 도포하여 탄산화를 방지하고, 외부 침입 열화 인자를 차단하도록 한다.
자기치유 보수용 모르타르에 의해 손상부위에 대하여 1차로 균열을 봉합하여 복구하고, 그 위에 무기계 표면보호재를 도포하여 마감함으로써, 탄산화를 방지하고 외부에서 콘크리트 내부로의 불순물의 침입을 방지한다.
무기계 표면보호재는 알루미나 시멘트와 채움재가 주성분으로 이루어져 있으며, 혼화제와 잔골재의 혼합에 의해 무기질로만 이루어진 표면보호재로서, 부착력이 우수하고, 외부로부터 침입하는 열화인자를 효과적으로 막아주는 역할을 한다.
위 무기계 표면보호재는 결합재 40.0 ~ 60.0 중량%, 아크릴계 폴리머 분말 0.1 ~ 1.0 중량%, 채움재로 탄산칼슘 10.0 ~ 25.0 중량%, 혼화제 0.2 ~ 1.0 중량%, 안료를 1.0 ~ 3.0 중량% 및 골재 20 0 ~ 40 0 중량%로 이루어진다.
결합재로는 구체적으로, 보통 시멘트 20.0 ~ 30.0 중량%, 알루미나 시멘트 20.0 ~ 30.0 중량%가 사용된다.
보통 시멘트는 20 중량%보다 작게 투입되면 결합력이 떨어져서 골재분리가 일어날 수 있고, 30 중량% 보다 많이 투입되면 백화 현상이 심하게 발생한다는 문제점이 있다.
알루미나 시멘트는 주요 화학성분으로 Al2O3 37중량%, CaO 41중량%, Fe2O3 18중량%를 포함하고 있으므로, 보통 시멘트에 비해 CaO의 함량이 적고, Al2O3의 함량이 높은 편이다.
따라서 알루미나 시멘트는 보통 시멘트와 달리 유리석회(Free Lime)를 생성시키지 않기 때문에, 일반적인 무기계 표면보호재가 갖는 백화 현상을 최소화 할 수 있고, 내화학성을 향상시킬 수 있으며, 경화가 촉진되기 때문에 조기에 강도를 확보 할 수 있다는 장점이 있다.
알루미나 시멘트는 20 중량%보다 작게 투입되면 백화현상을 감소성능이 떨어지고, 30 중량% 보다 많이 투입되면 알루미나 시멘트의 높은 가격으로 인하여 경제성이 저하된다는 문제점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 자기치유 보수용 모르타르 조성물의 효과를 입증하기 위한 실험과정 및 결과에 관하여 설명한다.
Figure 112018068609215-pat00001
표 1의 실시예 1 내지 5는 본 발명에 의한 자기치유 보수용 모르타르 조성물에 관한 것이고, 비교예 1은 본 발명의 실시예와 달리 벤토나이트, Na2CO3 및 유동층보일러애시를 제외한 모르타르 조성물에 관한 것이다.
실시예 1에서 실시예 5까지 결합재인 시멘트의 함량을 줄여나감과 아울러, 자기치유 기능에 핵심적인 성분인 벤토나이트와 Na2CO3, 그리고 PVA의 비율을 높여나가면서 배합을 변경하였다.
보수용 모르타르 조성물과 물은 100 : 18의 중량비로 혼합하여 보수용 모르타르를 제조하였다.
Figure 112018068609215-pat00002
표 2는 상술한 배합에 의해 제조된 보수용 모르타르에 의해 100mm X 200mm 원형 공시체를 제조하여 28일 동안 양생을 실시한 후, 하중을 재하하여 공시체가 1mm 변형율을 갖도록 하고, 50일 경과후 및 100일 경과후 각각 균열의 개수를 조사하여 비교한 결과이다.
기후 조건을 모사하기 위하여, 건조한 환경, 습식한 환경 그리고 건조와 습식이 반복되는 환경의 3가지 경우를 모두 실험하였다.
표 2의 균열시험 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 자기치유 모르타르의 균열 개수는 양생 조건에 따라 상이함을 알 수 있다.
배합비와 관계없이 하중 재하 전에 습식 양생을 한 경우에는 균열이 발생하지 않았으나, 건조 양생을 한 경우에는 균열이 2 ~ 8 개소 발생하였으며, 습식 및 건조 양생을 반복한 경우에는 1 ~ 5 개소로 건조 양생보다는 균열 상태가 양호하였다.
양생 28일 후에 시험체의 변형율이 1% 내에서 하중을 가하고 50일 경과후에 균열의 분포를 조사한 결과, 건조의 경우에는 균열 38 ~ 49개소가 조사되었고, 습식의 경우에는 균열 47 ~ 53개소가 조사되었으며, 건조와 습식이 반복된 경우에는 균열 38 ~ 47개소가 조사되었다.
하중을 가해서 균열을 발생시킨 경우에는 양생조건과 관계없이 하중의 정도에 따라서 균열의 개수가 달라짐을 알 수 있다.
하중재하 후 100일 경과후에 균열의 개수를 조사한 결과, 건조의 경우에는 균열 38 ~ 47개소가 조사되어 50일 경과후 균열 개수와 큰 차이가 없는 것으로 나타났으나, 습식의 경우에는 균열 32 ~ 43개소가 조사되어 50일 경과후 균열의 개수에 비해 현저히 줄어들었으며, 건조와 습식이 반복된 경우에는 균열 29 ~ 40개소가 조사되어 50일 경과후 균열의 개수에 비해 균열이 감소한 것을 알 수 있다.
따라서 혼화재료인 벤토나이트가 습식 환경에서 균열 발생을 억제하며, 시간의 경과후 자기치유에 의해 균열이 감소함을 확인하였다.
Figure 112018068609215-pat00003
KS F 4042 품질기준에서 제시한 보수용 모르타르의 품질규정에 의하면, 압축강도(N/mm2)가 20 이상, 휨강도(N/mm2)가 6 이상, 부착강도(N/mm2)가 1 이상인 것을 사용하도록 규정하고 있다.
본 발명에 의한 자기치유 보수용 모르타르의 역학적 특성을 시험한 결과, 압축강도(N/mm2)는 42.0 ~ 51.5, 휨강도(N/mm2)가 11.7 ~ 12.8, 부착강도(N/mm2)가 1.3 ~ 1.8로서, 혼화재의 혼입량이 증가 할수록 역학적 성능이 다소 저하되기는 하지만, 위 KS F 4042의 기준을 크게 상회하므로 문제는 없는 것으로 확인되었다.
Figure 112018068609215-pat00004
실시예 2a는 위 실시예 2의 배합에서 결합재인 시멘트의 일부를 플라이애시로 치환한 것이고, 실시예 6 내지 10은 위 실시예 2a를 기초로 하여 유동층보일러애시를 추가한 것이다.
구체적으로, 실시예 5에서 실시예 10까지 결합재인 시멘트의 함량을 줄여나감과 아울러, 자기치유 기능을 위한 성분인 유동층보일러애시, 멜라민의 비율을 높여나가면서 배합을 변경하였다.
보수용 모르타르 조성물과 물은 100 : 18의 중량비로 혼합하여 보수용 모르타르를 제조하였다.
Figure 112018068609215-pat00005
표 5는 상술한 배합에 의해 제조된 보수용 모르타르에 의해 100mm X 200mm 원형 공시체를 제조하여 28일 동안 양생을 실시한 후, 하중을 재하하여 공시체가 1mm 변형율을 갖도록 하고, 50일 경과후 및 100일 경과후 각각 균열의 개수를 조사하여 비교한 결과이다.
기후 조건을 모사하기 위하여, 건조한 환경, 습식한 환경 그리고 건조와 습식이 반복되는 환경의 3가지 경우를 모두 실험하였다.
표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 자기치유 모르타르의 균열 개수는 양생 조건에 따라서 상이함을 알 수 있다.
배합비와 관계없이 하중 재하 전에 습식 양생을 한 경우에는 균열이 발생하지 않았으나, 건조 양생을 한 경우에는 균열이 2 ~ 6 개소 조사되었으며, 습식 및 건조 양생을 반복한 경우에는 1 ~ 4 개소 조사되어 건조 양생의 경우보다는 균열 상태가 양호함을 알 수 있다.
양생 28일 후에 시험체의 변형율이 1% 내에서 하중을 가하고 50일 경과후에 균열의 분포를 조사한 결과, 건조의 경우에는 균열 38 ~ 40개소가 조사되었고, 습식의 경우에는 균열 40 ~ 52개소가 조사되었으며, 건조와 습식이 반복된 경우에는 균열 32 ~ 47개소가 조사되었다.
하중을 가해서 균열을 발생시킨 경우에는 양생조건과 관계없이 하중의 정도에 따라서 균열의 개수가 달라짐을 알 수 있다.
하중재하 후 100일 경과후에 균열의 개수를 조사한 결과, 건조의 경우에는 균열 31 ~ 38개소가 조사되어 50일 경과후 균열 개수와 큰 차이가 없는 것으로 조사되었으나, 습식의 경우에는 균열 32 ~ 36개소가 조사되어 50일 경과후 균열의 개수에 비해 현저히 줄어들었으며, 건조와 습식이 반복된 경우에는 균열 32 ~ 38개소가 조사되어 50일 경과후 균열의 개수에 비해 균열이 감소한 것을 알 수 있다.
특히, 유동층보일러애시를 혼입하지 않은 실시예 2a에 비해, 유동층보일러애시를 혼입한 실시예 6 내지 10의 경우, 100일 경과후 균열의 개수가 현저히 감소함을 확인할 수 있었다.
Figure 112018068609215-pat00006
KS F 4042 품질기준에서 제시한 보수용 모르타르의 품질규정에 의하면, 압축강도(N/mm2)가 20 이상, 휨강도(N/mm2)가 6 이상, 부착강도(N/mm2)가 1 이상인 것을 사용하도록 규정하고 있다.
본 발명에 의한 자기치유 보수용 모르타르의 역학적 특성을 시험한 결과, 압축강도(N/mm2)는 41.0 ~ 49.5, 휨강도(N/mm2)가 11.6 ~ 12.7, 부착강도(N/mm2)가 1.4 ~ 1.8인 것으로 나타났다.
이는 결합재인 시멘트의 일부를 유동층보일러애시로 치환하여 사용하더라도 강도 특성에 큰 영향이 없음을 의미한다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 콘크리트 구조물의 손상부 보수를 위한 모르타르 조성물에 있어서,
    결합재 10.0 ~ 54.0 중량%;
    고로슬래그 1 ~ 18.0 중량%;
    벤토나이트 1 ~ 2.0 중량%;
    PVA(폴리비닐알콜) 0.1 ~ 0.4 중량%;
    Na2CO3 0.1 ~ 0.5 중량%;
    멜라민계 유동화제 0.1 ~ 1.4 중량%;
    골재 40.0 ~ 70.0 중량%;
    순환 유동층보일러 방식(CFBC, Circulating Fluidized Bed Combustion)의 보일러를 적용하는 화력발전소에서 발생하는 산업부산물인 유동층보일러애시 0.5 ~ 6.0 중량%;를 포함하고,
    상기 결합재 10.0 ~ 54.0 중량%는,
    시멘트 9.0 ~ 30.0 중량%;
    플라이애시 1 ~ 24.0 중량%;로 구성되고,
    상기 유동층보일러애시는,
    SiO2 15 ~ 33 중량%;
    Na2O 0.3 ~ 1.6 중량%;
    MgO 1.8 ~ 6 중량%;
    K2O 0.1 ~ 1.6 중량%;
    CaO 14 ~ 40 중량%;
    Fe2O3 4 ~ 15 중량%;
    Al2O3 4 ~ 16 중량%;
    SO3 1.5 ~ 7.5 중량%;
    잔여고형물 3 ~ 7.5 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PVA(폴리비닐알콜)는 길이가 0.01 ~ 0.15mm이고, 지름이 1 ~ 18μm인 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 골재 40.0 ~ 70.0 중량%는,
    크기가 0.6 ~ 0.85mm인 규사 5호사 20.0 ~ 35.0중량%;
    크기가 0.21 ~ 0.60mm인 규사 6호사 20.0 ~ 35.0 중량%;로
    구성된 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르 조성물.
  7. 제1항, 제2항, 제6항 중 어느 한 항의 모르타르 조성물과 물이 100 : 16.0 ~ 20.0의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 자기치유 보수용 모르타르.
  8. 콘크리트 구조물의 보수 방법에 있어서,
    손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 제거하는 단계;
    고압수를 이용하여 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계;
    세척된 손상부위에 제7항의 자기치유 보수용 모르타르를 타설하고 양생하는 단계;
    양생된 자기치유 보수용 모르타르 표면에 무기계 표면보호재를 도포하고 양생하여, 탄산화를 방지하고 외부 침입 열화 인자를 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
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