KR101972265B1 - 고강도 모르타르 조성물 및 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법 - Google Patents

고강도 모르타르 조성물 및 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 모르타르 조성물 및 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수 보강함에 있어 발수효과가 우수하고 흡수율을 낮게 유지할 수 있으므로 내구성이 우수하며, 압축강도, 휨강도 등의 물리적 특성이 우수하고 모르타르의 단위 중량을 줄이고 초기 및 장기 부착성능을 향상시켜 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강 시공성이 매우 우수한 동시에 유기 용제를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 모르타르를 치밀하게 형성할 수 있으므로 각종 응력을 균일하게 흡수할 수 있는 동시에, 시공면에 고정되는 스테인레스 스틸 보강재를 사용하여 모르타르의 타설이 용이하고 모르타르가 견고하게 고정될 수 있으며, 표면강도 및 내수성이 우수하고 동결 융해에 대한 저항성이 우수한 특징을 갖는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법을 제공한다.

Description

고강도 모르타르 조성물 및 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 공법{Method of repairing and reinforcing concrete structure using high strength mortar composition and stiffner}
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 보수 보강함에 있어 발수효과가 우수하고 흡수율을 낮게 유지할 수 있으므로 내구성이 우수하며, 압축강도, 휨강도 등의 물리적 특성이 우수하고 모르타르의 단위 중량을 줄이고 초기 및 장기 부착성능을 향상시켜 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강 시공성이 매우 우수한 동시에 유기 용제를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 모르타르를 치밀하게 형성할 수 있으므로 각종 응력을 균일하게 흡수할 수 있는 동시에, 시공면에 고정되는 스테인레스 스틸 보강재를 사용하여 모르타르의 타설이 용이하고 모르타르가 견고하게 고정될 수 있으며, 표면강도 및 내수성이 우수하고 동결 융해에 대한 저항성이 우수한 특징을 갖는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 건설 후 각종 자연 또는 인위적 작용을 받아 사용 연수에 따라 물리적, 화학적 변형으로 인하여 물리적인 성능이 저하된다. 특히, 최근 들어 건설 구조물의 안전성 및 성능의 확보 측면에서 보수를 실시하여 안전성 및 기능성을 회복시키고자 하는 노력이 증가하고 있다. 이러한 건설 구조물의 노후화 현상이 가속화될 경우 철근부식, 동결융해, 탄산화 현상 등에 의한 팽창 압력으로 인하여 구조체 즉, 콘크리트에서의 단면 결손을 초래하게 되어 미관상, 구조 내력상, 기능적인 측면에서 안전에 위험을 초래할 수 있는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수 보강을 실시하여 더 이상의 열화 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
콘크리트 구조물의 보수 보강은 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, 콘크리트 구조물을 보강하기 위해서는 보수 보강용 모르타르 조성물의 내구성, 접착강도 및 속경성 등의 물성이 요구되며, 또한 재료의 경제적인 문제도 중요한 팩터가 된다.
대한민국 등록특허 제10-0999354호에서는 인조대리석 폐분말과 시멘트 슬러지, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고를 활용하여 제조한 속경시멘트와 알파형 반수석고를 이용하여 수축 팽창율을 낮추고 제품의 신속 경화를 유도하여 속경성과 작업의 신속성 및 경제성을 확보할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르를 제안하였다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1528120호에서는 손상된 콘크리트 구조물을 보수 보강함에 있어 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성을 높게 유지할 수 있도록 하면서, 콘크리트 구조물과의 부착성능이 우수하고, 내화학성 및 방수성도 우수한 동시에, 염해에 대한 내성과 방사능 차폐성능도 우수하고, 특히 장기 저장시에도 경화되지 않아 보관 안정성이 우수하고, 각 성분들이 분리되어 있다가 사용 직전에 혼합되어 사용되므로 사용 기간이 제한되는 문제가 없고 현장에서의 사용이 편리하며, 자재 손실과 환경 오염이 방지될 수 있는 특성을 갖는 콘크리트 구조물 보수 보강제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제안하였다.
그러나, 이 특허에 제안된 모르타르 조성물은 속경성과 작업성, 경제성 면에서는 우수하나 시공 대상 콘크리트면과의 접착 강도 및 내구성 면에서 다소 부족하여 추가 보완의 필요성이 있었으며, 특히 내후성과 표면강도 및 내수성을 향상하고 동결 융해에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 추가 개선의 필요성이 큰 상황이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 제안된 기술의 한계점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수 보강함에 있어 발수효과가 우수하고 흡수율을 낮게 유지할 수 있으므로 내구성이 우수하며, 압축강도, 휨강도 등의 물리적 특성이 우수하고 모르타르의 단위 중량을 줄이고 초기 및 장기 부착성능을 향상시켜 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강 시공성이 매우 우수한 동시에 유기 용제를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 모르타르를 치밀하게 형성할 수 있으므로 각종 응력을 균일하게 흡수할 수 있는 동시에, 시공면에 고정되는 스테인레스 스틸 보강재를 사용하여 모르타르의 타설이 용이하고 모르타르가 견고하게 고정될 수 있으며, 표면강도 및 내수성이 우수하고 동결 융해에 대한 저항성이 우수한 특징을 갖는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법을 제공하고자 한다.
상술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,
A. 보수하고자 하는 콘크리트 구조물의 보수 시공면을 다듬어 면처리하는 기초보수단계;
B. 상기 기초보수단계를 거친 상기 시공면에 스테인레스 스틸로 이루어진 와이어메쉬부재를 배치시키고 볼트로 상기 시공면에 고정시키는 와이어메쉬 부착단계;
C. 상기 시공면에 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르를 도포하여 상기 와이어메쉬부재가 매립되도록 보강층을 형성시킨 후 경화시키는 보강층 형성단계; 및
D. 상기 형성된 보강층의 표면에 표면보호재를 도포하여 코팅시키는 코팅층 형성단계;를 포함하여 구성되며,
상기 C에서 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르는
시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내구성 강화제 5~15 중량부; 석회석 분말 성분 1~15 중량부; 및 나노 금속 산화물 분말 0.1~2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 D에서 상기 표면보호재의 도포는
a. 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분말 성분을 포함하는 1차 표면 보호재를 도포하고,
b. 상기 1차 표면 보호재가 도포된 위에 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지를 포함하는 액상 성분 100 중량부와 무기분말 성분 30~300 중량부를 포함하는 2차 표면 보호재를 도포하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 C단계의 상기 세라믹 복합 섬유는 용융 실리카 섬유, 다공 실리카 섬유, 석영 섬유 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 C단계의 내구성 강화제는 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 나노 아연 분말 0.1~2 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 C단계의 상기 나노 금속 산화물 분말은 흑연 산화물로 표면이 코팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 D단계의 상기 a의 상기 분말 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 D단계의 상기 b의 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 이용하면, 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 있고, 콘크리트 구조물에 대한 시공성을 향상시키기 위하여 경량 골재를 사용하여 모르타르 조성물을 구성함에 의해 충격이나 진동이 가해지는 교량이나 건물 등에 대한 시공시에도 신속한 시공이 가능하기 때문에 시공성 및 작업성이 매우 우수하며, 조성물의 수축성을 낮추고 빠른 시간 안에 강도를 발현할 수 있으며, 모르타르 조성물에 섬유와 PVA계 분말 수지를 포함함으로써 초기 및 장기 부착 성능과 균열 저항성을 향상시켜 장기 내구성을 더욱 향상시킬 수 있고, 점토광물과 알루미늄염 및 나노 아연 분말을 기본으로 포함하는 내구성 강화제를 포함함으로써 구성성분 간의 접착력과 결착력이 강화되고, 나노 금속 산화물 분말을 이용하여 나노 미세 틈새를 메울 수 있으므로 조직이 치밀해짐으로써 콘크리트 구조물의 내구성을 더욱 향상될 수 있다.
상기 모르타르를 포설하기에 앞서, 시공 대상 콘크리트 구조물의 표면에 스테인레스 스틸 보강재를 설치함으로써, 스테인레스 스틸 보강재에 의해 시공면 방향으로 가압되어도 보강재가 눌려지거나 휘어지지 않고 시공면과 일정간격을 유지시킬 수 있어 모르타르의 타설이 용이하고 경화된 모르타르가 견고하게 시공면에 고정될 수 있는 효과가 있다.
또한, 최종 단계로서 산업 부산물을 재활용할 수 있으므로 친환경적이며, MMA계 반응수지를 포함하는 표면 보호재로서 마감 시공함으로써 시공 후 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성 등의 특성이 우수하고, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수한 동시에 중성화 방지 효과 및 방수 효과도 증대될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 있어, 와이어메쉬부재를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 있어, 와이어메쉬부재를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 있어, 와이어메쉬부재가 절곡, 성형되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 있어, 와이어메쉬부재가 설치되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수보강 공법에 의해 와이어메쉬부재가 시공된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수보강 공법에 있어, 와이어메쉬부재의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법은 하기의 순서로 진행된다. 즉,
A. 보수하고자 하는 콘크리트 구조물의 보수 시공면을 다듬어 면처리하는 기초보수단계;
B. 상기 기초보수단계를 거친 상기 시공면에 스테인레스 스틸로 이루어진 와이어메쉬부재를 배치시키고 볼트로 상기 시공면에 고정시키는 와이어메쉬 부착단계;
C. 상기 시공면에 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르를 도포하여 상기 와이어메쉬부재가 매립되도록 보강층을 형성시킨 후 경화시키는 보강층 형성단계; 및
D. 상기 형성된 보강층의 표면에 표면보호재(코팅제)를 도포하여 코팅시키는 코팅층 형성단계;를 포함하여 구성된다.
먼저, 손상된 콘크리트 구조물의 시공 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면 또는 단면을 다듬는 기초보수를 실시한다. 즉, 손상된 콘크리트의 단면을 치핑 작업을 행하거나 고압 세척수를 분사하여 열화된 부분을 제거하여 다듬는 단계이다.
본 발명에서는 선택적으로 상기 다듬어진 콘크리트 구조물 단면의 시공 대상면에 알칼리 회복제를 도포할 수 있다.
상기 알칼리 회복제는 규산칼륨 10~50 중량%, 수성 아크릴계 에멀젼 10~40 중량%, 칼륨메틸실리코네이트 0.1~5 중량%, 바인더 수지 0.1~5 중량% 및 디메틸 암모늄 클로라이드 0.1~10 중량% 및 잔량의 물을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 알칼리 회복제는 규산칼륨 10~50 중량%, 불휘발분이 40 중량% 이상인 수성 아크릴계 에멀젼 10~40 중량%, 바인더 수지 0.1 ~ 5 중량%, 디메틸 암모늄 클로라이드 0.1 ~ 10 중량%, 및 잔량의 물을 포함한다.
상기 규산칼륨은 콘크리트 내부에서 석회와 반응하여 가교 결합에 의해 규산칼륨실리케이트 수화물을 형성하며, 기계적 물성의 향상 및 내수성을 강화하는 역할을 하고, 염해 및 중성화 방지에 우수하며 대기 중에서 이산화탄소와의 반응이 적어 백화현상이 적고 탄산염을 거의 형성하지 않는다. 이 때, 규산칼륨은 SiO2 대비 K2O 몰비가 1 : 2.8 ~ 1 : 3.4이며, 고형분 함량이 35 ~ 45 중량%, pH 10 ~ 12인 것이 바람직하다. 상기 고형분 함량은 40~45 중량%를 함유하는 것이 보다 바람직하며, 상기 범위 내의 규산칼륨을 사용 시 본 발명에 따른 수성 아크릴계 에멀젼, 바인더 수지, 칼륨메틸실리코네이트 및 디메틸 암모늄 클로라이드와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 알칼리 회복제는 규산칼륨을 10~50 중량% 범위에서 포함한다. 상기 규산칼륨의 함량이 10중량% 미만이면 염해 또는 중성화 방지의 효과가 거의 없으며, 50중량%를 초과하면 콘크리트 표면의 강도가 저하되고 다른 조성물과의 결합력이 떨어질 수 있다.
본 발명에서 수성 아크릴계 에멀젼은 내수성을 부여하며, 콘크리트 표면에 침투하여 콘크리트 내의 공극을 충진시키며 수밀성을 향상시키는 역할을 하며, 콘크리트의 내구성, 강도 및 기계적 물성을 좋게 한다.
상기 수성 아크릴계 에멀젼은 조성물 내의 함량이 10~40중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 10중량% 미만이면 콘크리트의 물성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 40중량% 초과이면 내수성, 중성화 방지 및 방부 효과가 저하된다. 이 때, 사용되는 수성 아크릴계 에멀젼은 불휘발분의 함량이 40%이상이며, 점도가 상온에서 200cps, 무기계 강화제와의 상용성을 높일 수 있도록 pH 8이상인 알칼리 수용액인 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 회복제는 바인더 수지를 0.1~5 중량%의 범위에서 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지는 조성물 간의 결합력을 증진시키며 경시 경화가 가능하여, 콘크리트 내부의 기계적 강도 및 수밀성을 높이는 효과를 나타내게 한다. 본 발명에 따른 조성물이 바인더 수지의 첨가로 인해 내수성, 내화학성, 내마모성, 내구성 및 강도 등의 기계적 물성 및 항균성에 대한 향상을 동시에 나타낼 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 바인더 수지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리디메틸실록산 수지, 페톨 수지, 폴리우레탄 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 칼륨메틸실리코네이트는 표면 강화 성분을 콘크리트 구조체 내부로 침투시켜주는 역할과 동시에 발수성을 부여하는 것으로, 바람직하게는 고형분 함량이 40~45 중량%이고, pH 12 ~ 14인 것이 좋다. 상기 칼륨메틸실리코네이트는 0.1~5 중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 발수성의 효과가 미미하며, 5중량%를 초과하면 상용성이 저하된다.
또한, 본 발명의 디메틸 암모늄 클로라이드는 시멘트 및 각종 화학제품을 포함하는 콘크리트로 인해 각종 환경공해가 유발되는 것을 방지함과 동시에 인체에 유해한 균들을 억제하기 위한 것으로, 0.1~10중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량% 미만이면 항균성이 떨어져 콘크리트 표면에 발생하여 오염을 유발하고 인체의 건강을 위협하는 세균을 억제하는 효과가 미미하고, 상기 함량이 10 중량%를 초과하면 상용성이 떨어지게 된다.
본 발명은 상기에서 언급한 알칼리 회복제를 콘크리트 표면에 적용하여 콘크리트의 구조를 치밀하게 하고 중성화를 억제하며 성능을 개선하는 효과가 있다.
이어서, 상기 기초보수단계를 거친 상기 콘크리트 구조물의 보수 시공면에 스테인레스 스틸로 이루어진 와이어메쉬부재를 배치시키고 이를 상기 상기 콘크리트 구조물의 보수 시공면에 고정시키는 와이어메쉬부재의 부착을 실시한다.
도면을 참조하여 설명하면, 상기 와이어메쉬부재는 시공면(110)에 상기 와이어메쉬부재(10)를 배치시키기 전에 시공면(110)에 체결공을 형성시킨 다음 소켓을 체결공에 끼워, 와이어메쉬부재(10)를 고정시키게 위해 상기 소켓에 볼트 또는 나사게 체결시키게 된다. 이어서, 상기 와이어메쉬부재(10)를 볼트로 상기 시공면(110)에 고정시키는데, 상기 와이어메쉬부재(10)를 시공면(110)과 사이에 일정간격이 유지되게 볼트 또는 나사 등을 이용하여 고정시킨다.
도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 와이어메쉬부재(10)는 금속재로 이루어진 와이어(20)들과 상기 와이어(20)들을 고정시키는 금속재로 이루어지며 박판인 다수의 연결패널(30)로 이루어진다. 상기 연결패널(30)은 가압에 의해 절곡되는 강판이나 알루미늄판 또는 합금판을 사용하는 것이 바람직하며, 가압에 의해 절곡되어 그 형태를 유지하는 금속재이면 어느 것이 사용되어도 무방하다.
상기 연결패널(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 볼트가 체결되도록 길이방향을 따라 형성되는 다수의 체결홀(31)과, 상기 와이어(20)들을 고정시키도록 상기 연결패널(30)의 양측에 일단이 연결되도록 절취되게 형성되어 상기 와이어(20)를 감싸면서 절곡되는 고정날개부(32)들과, 상기 연결패널(30)에 형성되며 상기 고정날개부(32)들 사이에 배치되고, 절곡선(33)이 형성되며 상기 절곡선(33)을 중심으로 하향 절곡되어, 상기 시공면(110)에 지지되는 지지다리부(34)들로 이루어진다. 상기 절곡선(33)을 절곡이 용이하도록 프레스로 가압하여 형성시킨 긴 홈이다.
즉, 상기 지지다리부(34)는 도 2에 도시된 것과 같이, 길이 방향을 따라 길게 형성되어, 볼트를 체결하여 상기 연결패널(30)이 시공면(110) 방향으로 가압되어도 지지다리(34)가 눌려지거나 휘어지지 않게 된다.
또한, 상기 연결패널(30)에는 상기 고정날개부(32)와 상기 지지다리부(34)가 상호 교차되게 반복 형성되어, 일정간격을 유지하며 배치되는 와이어(20)를 고정시키게 된다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 지지다리부(34)에는 상기 연결패널(30)의 내측으로 절곡되게 형성되어 상기 시공면(110)과 저면이 면접촉되는 지지패널부(341)가 마련되며, 상기 지지패널부(341)에는 일단이 연결되게 절취되어 절곡되는 지지돌부(342)가 더 형성되어, 절곡된 상기 지지돌부(342)가 상기 연결패널(30)의 저면을 지지하도록 됨으로써, 볼트 등을 체결하여 상기 연결패널(30)을 시공면 방향으로 가압하여도 상기 지지돌부(342)가 상기 연결패널(30)의 저면을 지지하여 지지다리부(34)가 재차 눌려지거나 휘어지지 않게 되고, 지지다리부(34)의 높이만큼 상기 연결패널(30)과 상기 시공면(110) 사이에 일정간격을 유지시킬 수 있게 된다.
상기 지지돌부(342)는 사용자의 손가락이나 송곳이나 막대를 이용하여 가압 절곡시키게 되며, 일단의 연결부분에 상술한 바와 같이 프레스로 가압하여 형성되는 긴 홈인 절곡선을 더 형성시키는 것이 바람직하다.
이때, 볼트 등을 체결하여 가압할 경우 와이어(20)는 측면에서 볼 경우 완만하게 물결무늬를 이루므로 모르타르와의 부착력이 강화될 수 있어 보강 효과가 더욱 증대될 수 있다.
또한, 상기 와이어의 중간 부분에는 캡이나 침, 또는 섬유 등과 같은 슬라이딩 방지 부재(미도시)가 구비되어 와이어의 슬라이딩을 방지하고 모르타르와의 부착력을 더욱 강화할 수 있다.
이어서, 상기 시공면에 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르를 도포하여 상기 와이어메쉬부재가 매립되도록 보강층을 형성시킨 후 경화(양생)시킨다.
본 발명에서 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르는 하기의 성분을 포함하여 구성된다. 즉,
시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내구성 강화제 5~15 중량부; 석회석 분말 성분 1~15 중량부; 및 나노 금속 산화물 분말 0.1~2 중량부를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명에서 상기 시멘트는 포틀랜트 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트 및 초속경 시멘트 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합 시멘트를 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.
혼합 시멘트를 사용할 경우에는 포틀랜트 시멘트 40~70 중량%, 슬래그 시멘트 20 ~ 40 중량%, 알루미나 시멘트 5 ~ 25 중량% 및 잔량의 속경성 시멘트를 포함할 수 있다.
이 중에서, 슬래그 시멘트는 수산화칼슘이나 황산염의 자극작용에 의한 수화열에 의한 온도상승 억제, 알칼리 실리카반응의 억제, 황산염 및 해수에 대한 화학저항성, 염화물 이온이나 산소 침투 저항성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 알루미나 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 알루미나 함량이 상대적으로 높은 시멘트로서, 화학적 저항성이 우수하며, 산성 분위기 하에서 사용할 수 있는 장점이 있으며, 경화시간이 짧은 조강 시멘트 일종으로서, 보통 포틀랜드 시멘트와 적정 비율로 사용한다.
또한, 초속경 시멘트는 무수석고와 50 중량% 이상의 알루미나 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 것으로서 초기 부착성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폴리머는 모르타르 성분 간 상용성, 부착성을 증대시켜서 모르타르의 물성을 향상시키는 역할을 하며, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐아세테이트 실란 말단화 중합체, 폴리비닐알코올, 폴리비닐에스테르 실란 말단화 중합체, 메타크릴산 메틸-아크릴산 부틸 및 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 메타크릴산 메틸-아크릴산 부틸 및 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 폴리머의 사용량은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카 흄(Silica fume)은 평균 입경 0.1~0.5 mm 정도로 이루어진 완전 구형에 가까운 입자로서 비정질의 활성 실리카이며, 수산화칼슘과 반응하여 상온에서 함수 규산 칼슘으로 변화함으로써 수퍼 포졸란 성질을 띤다.
본 발명에서 상기 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 세라믹 복합 섬유는 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 세라믹 복합 섬유는 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물 등의 혼합물로 이루어진 다결정성의 내화 재료이다.
이는 출발물질이 다양하며, 규산알루미늄, 알루미나, 지르코늄, 질화붕소 등이 대표적인 출발물질 원료이다.
상기 세라믹 복합 섬유는 내열성, 내약품성, 내충격성, 전기절연성, 탄성율 등이 뛰어나며 각종 복합재료로 응용될 수 있다.
다만, 상기 세라믹 복합 섬유는 추출과정 및 섬유화 과정이 일반 유기계 섬유보다 까다롭고 복잡한 단점이 있으나, 이는 다양한 방법 연구와 시설 장비의 첨단화에 의해 개선되고 있는 상황이다.
본 발명에서 상기 세라믹 복합 섬유로는 실리카 섬유, 석영 섬유 등을 사용할 수 있는데, 상기 실리카 섬유는 다시 용융 실리카 섬유 또는 다공 실리카 섬유 등을 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 실리카 섬유는 산화규소(SiO2) 성분이 적어도 96% 이상 포함된 고순도 물질로 이루어지며 산화규소를 용융방사하여 제조되고 불순물이 거의 없는 것이 특징이다. 이 섬유는 단면이 원형이며 표면이 평활한 편이다.
그 중에서 상기 용융 실라키 섬유(fused silica fiber)는 석영을 용융방사하여 필라멘트 형태로 제조한다. 약 1000℃ 이상의 뛰어난 내열성과 낮은 열팽창계수, 낮은 유전율을 가진 섬유로서 IC 적층판, 로켓 부품, 원자력관련 부품 등으로 사용된다.
또한, 상기 다공질 실리카 섬유(Leached silica fiber)는 실리카 섬유를 염산으로 처리해 마그네슘, 브롬, 알루미늄 등의 불순물을 추출해서 산화규소(SiO2)의 성분이 98.5% 이상이 되게 한 다음, 열처리와 유연처리를 해서 제조된다. 초고온 내열단열재, 흡읍재, 고온여과제, 탈취제 등의 용도로 이용된다.
또한, 상기 석영 섬유는 천연에 존재하는 석영 결정을 원료로 하여 산소와 수소의 혼합 불꽃 준에서 석영 막대를 뽑아서 제조하며 고내열성이나 내부식성이 뛰어난 것이 특징이다.
이러한 세라믹 복합 섬유를 단독 또는 혼합 사용함에 의해 높은 내열성과 고인장성을 발휘할 수 있으므로 내열성과 내구성 및 내진성을 극대화할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 강도증진제는 물리 화학적 작용에 의해 경화 전후의 콘크리트 성질을 개선하는 작용을 하는 것으로서, 구체적인 예로는 알칼리금속을 가지는 나이트레이트(nitrate)염, 알칼리토금속을 가지는 나이트레이트염, 알루미늄을 가지는 나이트레이트염, Al2O3 분말 및 Al2Si2O7 분말 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 골재는 평균직경이 50~200㎛이며, 절건 비중이 0.7~1.4인 다공성 경량 골재를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 경량골재는 다공성 필라이트(phyllite)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 다공성 필라이트계 경량 골재는 다공성으로 인해 물비가 증대될 수 있고, 흐름성을 좋게 하여 발수성 모르타르 조성물을 통한 콘크리트 구조물의 시공시 기계화 시공이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 수축 방지제는 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 네오펜틸글리콜은 대칭형의 2개의 알코올 기와 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 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 시공하고자 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.
본 발명에서 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.
본 발명에서 상기 내구성 강화제는 모르타르 조성물의 각 구성성분 간의 접착력과 결착력을 강화하고 미세 틈새를 메워 조직을 치밀하게 함으로써 강도 및 내구성 등의 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서 상기 내구성 강화제는 구체적으로, 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 나노 아연 분말 0.1~2 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 사용한다.
본 발명에서 상기 제1조성물은 경화발현재, 몬모릴로 나이로릴계 점토광물, 알루미늄염 및 물을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 제1조성물에 포함되는 상기 경화발현재는 보일러 애시 50~80 중량%와 고로슬래그 분말 10~30 중량%와 급결제 3~20 중량%를 혼합하여 형성시킨다.
여기서, 보일러 애시는 화력발전소에서 발생하는 애시[ash](석회나 코크스의 연료 껍질)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보일러 애시는 페트로 코크스를 포함한 유연탄 및 무연탄을 단독 또는 하나 이상의 복합으로 연료로 사용하는 순환유동층 연소 보일러를 사용하는 보일러로부터 생성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고로슬래그는 볼밀이나 진동밀과 같은 분쇄수단에 의해 분쇄된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 급결제는 본 발명에 따른 모르타르의 빠른 양생(경화)를 촉진시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 급결제는 고체 급결제로서, 예를 들어 탄산나트륨(Na2CO3), 알루민산나트륨(NaAlO2), 수산화칼슘 및 규산소다(Na2SiO3) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 탄산나트륨, 알루민산나트륨 및 규산소다를 1 : 1.5 ~ 2 : 0.5 ~ 1 중량비로를 포함한 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 몬모릴로 나이로릴계 점토광물 및 알루미늄염은 모르타르 내에서 공극을 치밀하게 하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 제2조성물은 경화촉진제 5~7 중량부와 점토광물 12~18 중량부와 나노 아연 분말 0.1~2 중량부와 안정제 0.1~0.5 중량부와 물 60~70 중량부를 혼합하여 형성시킨다.
본 발명에서 상기 경화촉진제는 경화시간을 단축시켜 작업이 조기에 완료되도록 하는 역할을 하는 것으로서, DMA(dimethyl aniline) 또는, Co-octate(코발트옥테이트) 또는, DMPT(N,N-Dimethyl-p-toluidine) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 점토광물로는 몬모릴로 나이트계 점토광물이 사용될 수 있다.
상기 나노 아연 분말은 경화 시간을 조절하고 조직을 치밀하게 하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 안정제로는 제2조성물의 점성을 저하시키고, 고른 분산과 안정적인 균질한 강도를 얻을 수 있도록 삼인산나트륨이 사용되는 것이 바람직하며, 그 밖에 무기계 분산제인 탄산나트륨, 헥사메타인산나트륨, 규산나트륨 중 어느 하나 이상의 것을 사용할 수도 있다. 상기 안정제는 재료 분리를 방지하는 역할도 한다.
이때, 본 발명에서 상기 내구성 강화제에 포함되는 상기 제1조성물과 상기 제2조성물을 5~8:2~5의 중량 비율로 혼합하여 형성시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 7:3의 중량 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 제1조성물과 상기 제2조성물은 2액형으로 구성되어 모르타르의 타설 직전에 모르타르에 주입되어 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 내구성 강화제에는 유동성 조절을 위해 유동화제를 더 포함할 수 있다.
이 때 포함되는 유동화제는 상기 제1조성물 100 중량부를 기준으로 약 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 바람직한 유동화제의 예로서는 폴리카르복실산계(PCA계), 멜라민계, 나프탈렌계 유동화제를 들 수 있으며, 상기 유동화제 종류 중에서 1종이나 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 석회석 분말 성분은 모르타르 조성물에 포함됨으로써 열에 대한 차단성능을 향상시킬 수 있으므로 모르타르 조성물의 내화 성능과 함께 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 나노 금속 산화물 분말은 내부 구조가 흡수 단면적이 큰 다공성으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 조직 내에서 경량화를 유도하고 조직을 치밀하게 하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에서 상기 나노 금속 산화물 분말은 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화철, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 나노 금속 산화물 분말은 가공 처리되지 않은 형태로 사용될 수도 있으나, 조성물 내에서 서로 융합되는 것을 방지하기 위해 코팅 처리된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 흑연 산화물로 표면이 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 흑연 산화물은 천연 흑연, 판상 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등으로부터 선택되는 1 종 이상의 흑연을 황산, 질산, 과망간산칼륨, 염소산칼슘 등의 산화제로 처리한 것으로서 상기 나노 금속 산화물 분말을 흑연 산화물로 표면을 코팅하는 방법은, 먼저 나노 금속 산화물 분말과 흑연 산화물을 일정 비율로 섞고 소량의 물을 가하여 슬러리 형태로 형성한 후 자외선을 조사하여 상기 흑연 산화물이 상기 나노 금속 산화물 분말과 결합되도록 하여 표면에 코팅층을 형성하도록 하는 방법을 사용한다.
이와 같이 표면에 코팅층이 형성된 나노 금속 산화물 분말은 상호 재융합되기 쉽지 않으므로 분산 안정성을 향상시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 조성으로 얻어지는 모르타르 조성물에 필요에 따라 분산제 0.1 ~ 1.0 중량부, 지연제 0.01 ~ 1.0 중량부, 알칼리활성화제 0.1 ~ 1.0 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
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 탄산수소나트륨을 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 상기 얻어지는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 시공 대상면에 도포하여 콘크리트 구조물을 내진 보강하는데, 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.
이렇게 하여 상기 콘크리트 구조물에 타설된 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물을 양생시킴에 의해 보수 시공이 완료될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 콘크리트 구조물의 보수할 두께가 5mm 이하로 얇은 경우에는 상기 B 단계, 즉, 스테인레스 스틸로 이루어진 와이어메쉬부재를 배치시키고 볼트로 시공면에 고정시키는 와이어메쉬 부착단계, 및 C 단계, 즉 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르를 도포하여 보강층을 형성시키는 보강층 형성단계 중 하나 또는 두 단계를 생략할 수 있다.
이어서, 상기 형성된 보강층의 표면에 코팅제(표면보호재)를 도포하여 코팅시킨다.
이 때 본 발명에서 사용되는 상기 코팅제(표면보호재)의 도포는
a. 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분말 성분을 포함하는 1차 표면 보호재를 도포하고,
b. 상기 1차 표면 보호재가 도포된 위에 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지를 포함하는 액상 성분 100 중량부와 무기분말 성분 30~300 중량부를 포함하는 2차 표면 보호재를 도포하는 단계;를 순차적으로 포함한다.
이하에서는 상기 1차 표면 보호재 및 2차 표면 보호재에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 상기 1차 표면 보호재는 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분말성분을 포함하여 구성된다. 상기 1차 표면 보호재의 조성은 상기 아크릴계 수지 30~50 중량부, 고무칩 10~30 중량부, 에어로겔 5~20 중량부 및 분말성분 20~50 중량부를 포함하여 구성된다.
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 중도 층에 단열 및 결로방지 작용 효과를 부여하고 중도층의 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 바닥재의 영향을 줄이는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 분말성분은 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.
상기 1차 표면 보호재는 시공 대상물의 방수성, 방식성, 방오성, 내구성, 내수성, 내후성 등 각종 성능을 부여한다.
이어서 상기 1차 표면 보호재가 중도 도포된 위에 MMA 수지를 포함하는 2차 표면 보호재를 마지막으로 상도 도포한다.
상기 2차 표면 보호재는 MMA 수지를 포함하는 액상 성분과 무기분말 성분의 혼합물을 사용하며, 구체적으로는 상기 액상 성분 100 중량부에 대하여 상기 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 사용한다.
상기 액상 성분은 MMA 수지를 포함하는 아크릴계 수용액으로 pH가 약 8~10 범위에 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 무기분말 성분은 실리카 분말 40~70 중량부, 알루미나 분말 1~5 중량부 및 벤토나이트 분말 0.5~5 중량부를 포함하여 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.
본 발명에 따른 상기 2차 표면 보호재는 1회 도장만으로도 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 등의 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장할 수도 있다. 본 발명에서 상기 2차 표면 보호재는 상기 1차 표면보호재가 경화된 표면에 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법에 관하여 상세히 설명하였다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 열화된 콘크리트 구조물의 긴급 보수 및 완급 보수와 같은 토목 구조물의 보수 및 보강에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 염분 및 산성 물질 등의 열화 물질의 침투를 억제시킴으로써, 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 시멘트와의 혼화성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 기존 모재와의 접착력이 우수하고, 콘크리트와의 중성화 반응이 없으며, 내수성, 내오존성, 내약품성, 방수성, 통기성, 자외선에 의해 산화되어 노화되는 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 통기성이 우수하고, 결로현상이 발생하지 않으며, 구조물 표면을 산화시키지 않고, 침투성이 우수하고, 침투된 제품이 경화되어 밀도가 조밀하고, 내구성, 방수성이 우수하며, 특히 온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되는 모체의 균열을 방지하고, 신축성이 우수하여 진동부위의 작업에 매우 적합한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 강도가 우수하여 양호한 구조물을 얻을 수 있으며, 이산화탄소의 침투를 저지하고, 물 침투를 차단한다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 VOC(volatile organic compound)의 함량이 낮아 환경친화적이고 대기오염이 없으며, 강도 발현성이 높고, 조기 강도성이 우수하며, 미세한 입자로 구성되어 균열 보수 능력이 뛰어나고 균열 발생을 억제한다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 내수성, 내후성, 내화학성, 내오염성이 뛰어나 화학가스, 배기가스, 빗물 등으로부터 모체와 마감면을 보호할 수 있고, 노출 콘크리트 구조물의 보호 마감에 큰 효과를 나타내며, 시공이나 장비 청소에 유기용제 (시너 등)을 사용치 않으므로 환경오염이 없다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 액상 성분과 분말 성분간의 혼화성이 뛰어나고 배합이 쉬워 시공이 용이하며 작업성이 우수하다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 고탄성, 평활성, 저온안정성(내잔갈라짐), 무취성이 우수하고 적은 물과의 혼합비로 양호한 분산작용을 나타내며, 전체적으로 균일한 강도를 유지함과 동시에 고강도이다. 또한, 결합제의 양호한 분산작용으로 고밀도의 치밀한 조직체를 형성하여 내화학성(내염성, 내산성)이 우수하며 물, 기름 등의 침투를 억제한다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법은 콘크리트와 같은 무기계이므로, 유사 재질의 친화작용으로 부착력이 우수하며, 단기적 부착강도와 장기적 안정성 면에서 모두 우수하다고, 부착강도가 우수하여 5% 이하의 낮은 리바운드율을 나타내어 경제적이다. 또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 보강 공법을 사용하는 경우 강도와 안정성의 적절한 조화로 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 최종 단계로서 산업 부산물을 재활용할 수 있으므로 친환경적이며, MMA계 반응수지를 포함하는 표면 보호재로서 마감 시공함으로써 시공 후 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성 등의 특성이 우수하고, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수한 동시에 중성화 방지 효과 및 방수 효과도 증대될 수 있는 장점이 있다.
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 100 중량부, 폴리비닐아세테이트 폴리머 5 중량부, 실리카 흄 5.0 중량부, 용융실리카 섬유, 다공질 실리카 섬유 및 석영섬유가 각각 1:1:1의 비율로 혼합된 혼합물 1.0 중량부, 나이트레이트염계 강도증진제 5 중량부, 평균직경이 약 100㎛이고 절건 비중이 0.9인 다공성 필라이트 45 중량부, 네오펜틸글리콜 수축방지제 1.0 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 중량부를 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이어서, 경화발현재 35 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 2 중량부, 알루미늄염 1.5 중량부 및 물 61.5 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 6 중량부, 점토광물 15 중량부, 나노 아연 분말 0.5 중량부, 안정제 0.5 중량부 및 물 65 중량부를 포함하는 제2조성물을 얻은 후 이를 각각 7:3의 중량비로 혼합하여 조성물을 얻어서 이를 내구성 강화제로서 상기 얻어진 혼합물에 약 10 중량부로 혼합하고, 석회석 분말 성분 10 중량부 및 산화철과 산화코발트의 혼합물로 이루어진 나노 금속 산화물 분말 1.0 중량부를 적당량의 물과 균일하게 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 1 (대한민국 등록특허 제10-1528120호에 따른 모르타르 조성물)
메틸메타아크릴레이트 7 중량부, 스티렌모노머 8 중량부, 노말부틸아크릴레이트 10 중량부, 메틸아크릴레이트 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부를 혼합하여 액상 성분을 제조하고, t-부틸퍼옥시벤조에이드 3 중량부 및 글리세린지방산에스테르 3 중량부를 혼합하여 제2액상 성분을 제조한 다음, 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 제1분말 성분을 제조하고, 굴껍질 분말 20 중량부, 정수 슬러지 분말 10 중량부, 폐유리 분말 20 중량부 및 폐석고 분말 40 중량부를 혼합하여 제2분말 성분을 제조하였다.
이후 상기 제조된 액상 성분과 제2액상 성분을 90:10의 중량비로 혼합하여 액상 성분을 제조한 후 상기 제조된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 5 중량부, 상기 제2분말 성분 8중량부 및 셀룰로오스 장섬유 3 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 2(모르타르 조성물)
메틸메타아크릴레이트 30 중량부, 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부 및 셀룰로오스 장섬유 2 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 3(모르타르 조성물)
스티렌모노머 30 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 5 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고 여기에 다시 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부 및 셀룰로오스 장섬유 2 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 4(모르타르 조성물)
노말부틸아크릴레이트 30 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부 및 셀룰로오스 장섬유 2 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 5(모르타르 조성물)
이소보닐아크릴레이트 30 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부 및 셀룰로오스 장섬유 2 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 6(모르타르 조성물)
메틸메타아크릴레이트 5 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 0.1중량부 및 글리세린지방산에스테르 0.1 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부 및 셀룰로오스 장섬유 2 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 7(모르타르 조성물)
메틸메타아크릴레이트 5 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 0.1 중량부 및 글리세린지방산에스테르 0.1 중량부를 혼합한 후, 여기에 다시 포틀랜트 시멘트 100 중량부, 석회석 46 중량부를 혼합하여 결합제 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 결합제 조성물 100 중량부에 석분 및 탈크로 이루어진 충전재 100 중량부 및 규사 150 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
제조예 2 ( 표면보호재 (코팅제) 제조)
메틸메타크릴레이트 수지 40 중량부에 입경 약 0.3mm로 분쇄된 폐타이어 고무칩 20 중량부, 실리카 에어로겔 분말 10 중량부 및 입경이 약 20~50㎛ 범위인 운모 40 중량%, 석분 40 중량%, 산화티탄 20 중량%를 혼합한 분말 성분 30 중량부를 혼합, 교반하여 1차 표면 보호재를 제조하였다.
이어서, pH가 약 9 정도되는 아크릴계 수용액으로 이루어진 액상 성분과 무기 분말 성분(실리카, 알루미나, 벤토나이트 분말의 혼합물)을 각각 100 : 50 중량부로 혼합, 교반하여 2차 표면 보호재를 제조하였다.
비교제조예 8 (코팅제)
시중에서 구입 가능한 아크릴 수지 계열 코팅제를 비교제조예 8로 사용하였다.
비교제조예 9 (코팅제)
시중에서 구입 가능한 폴리에스테르 수지 계열 코팅제를 비교제조예 9로 사용하였다.
실시예
[실시예 1]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 그 표면에 본 발명에 따른 와이어메쉬부재를 설치한 다음, 다시 제조예 1에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 콘크리트 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 양생하였다. 상기 양생된 모르타르 표면에 제조에 2에서 제조한 1차 표면 보호재를 100㎛ 두께로 1회 도장하고 건조시킨 후, 그 표면에 다시 상기 제조예 2에서 제조한 2차 표면 보호재를 2회에 걸쳐 역시 100㎛ 두께로 2회 도포하고 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 1에서 제조된 모르타르 조성물과 비교제조예 8에서 제조된 코팅제를 이용하여 도포한 것만 다르다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 2에서 제조된 모르타르 조성물과 비교제조예 8에서 제조된 코팅제를 이용하여 도포한 것만 다르다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 3에서 제조된 모르타르 조성물과 비교제조예 8에서 제조된 코팅제를 이용하여 도포한 것만 다르다.
[비교예 4]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 4에서 제조된 모르타르 조성물과 비교제조예 8에서 제조된 코팅제를 이용하여 도포한 것만 다르다.
성능 평가
가. 모르타르 조성물의 물성
1. 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부착강도 및 부피변화율 테스트
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 7에 따라 제조된 보수 보강용 모르타르 조성물의 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부피변화율, 부착강도를 측정하였다.
상기 휨강도, 압축강도, 인장강도 및 부착강도는 콘크리트 보수보강제의 시공 28일 후 KS F 4042-02의 표준에 따라 측정하였으며, 상기 부피변화율은 시공 28일 후의 보수 보강용 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 24.1 64.8 9.9 3.1 0.0001
비교제조예 1 17.2 50.0 5.0 2.0 0.0005
비교제조예 2 15.5 35.5 3.5 0.5 0.0009
비교제조예 3 10.6 40.0 4.0 1.2 0.0012
비교제조예 4 8.5 30.5 3.8 1.0 0.0008
비교제조예 5 11.2 35.0 2.9 0.8 0.0009
비교제조예 6 8.9 35.5 4.4 0.9 0.0010
비교제조예 7 10.8 38.0 4.2 1.1 0.0015
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 7에 따라 제조된 보수 보강용 모르타르 조성물의 방수성 및 내화학성을 측정하였다.
상기 방수성은 상기 보수 보강용 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 - - 39
비교제조예 1 1 5 15
비교제조예 2 1 20 5
비교제조예 3 2 35 10
비교제조예 4 1 40 15
비교제조예 5 2 26 8
비교제조예 6 1 39 12
비교제조예 7 1 27 9
상기 표 2를 살펴보면, 제조예 1의 경우는 6개월간 수분이 전혀 침투되지 않은 반면, 비교제조예 1 내지 7의 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 45 내지 52일간 표면 손상이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교제조예 1 내지 7의 경우는 염수처리 후 20 내지 40일 후에 표면 손상이 일어났으며, 황산용액을 처리한 경우는 5 내지 15일 내에 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명에 따른 보수 보강용 모르타르 조성물의 우수한 내화학성을 뒷받침하는 결과인 것으로 해석된다.
3. 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 7에 따라 제조된 보수 보강용 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 94 균열없음 0.01
비교제조예 1 88 균열없음 0.02
비교제조예 2 87 균열없음 0.03
비교제조예 3 82 균열없음 0.03
비교제조예 4 82 균열없음 0.05
비교제조예 5 80 균열없음 0.05
비교제조예 6 80 균열없음 0.04
비교제조예 7 80 균열없음 0.04
상기 표 3를 살펴보면, 본 발명에 따른 제조예 1의 보수 보강용 모르타르 조성물은 기존 재료에 비하여 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성에서 동등 이상으로 우수하다는 것을 알 수 있다.
나. 온도 및 습도 변화 평가
상기 실시예 및 비교예를 통해 실시한 보수 보강 작업 후의 내부의 온도 및 습도 변화를 측정한 결과 표 4와 같은 결과가 얻어졌다.
실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
온도변화 습도변화 온도변화 습도변화 온도변화 습도변화 온도변화 습도변화 온도변화 습도변화
1회 +11 +0.05 +18 +0.14 +21 +0.15 +26 +0.12 +31 +0.22
2회 +10 +0.05 +20 +0.15 +21 +0.23 +29 +0.15 +33 +0.25
조건 외부: 온도 80℃, 상대습도 100% 조건 유지
내부(초기): 온도 20℃, 상대습도 20% 조건에서 테스트 시작
48시간 경과 후의 내부 온도 및 습도 변화 측정
상기 표 4의 결과로부터, 본 발명에 따른 보수 보강 방법을 사용할 경우 온도변화 및 습도 변화가 거의 없으므로 수분 차단 성능이 매우 뛰어남을 알 수 있다.
다. 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 200시간 측정하였다. 측정조건은 하기와 같다.
1) Light Sourse : 6500w Xenone Arc, Irradance : 0.35W/㎡
2) B.P.T. : 63℃± 3℃, Humidity : 50%± 5% RH
3) Inner/Outer Filter : Borosilicate/borosilicate
4) Spray Cycle : 102분 광조사 후 18분 광조사 및 물분무
라. 표면 경도 평가
연필경도 : KS D 6711에 따라 측정하였다.
마. 내수성 평가
90℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, Blister, 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
실시예 1 및 비교예 1-4에서 내후성, 표면경도 및 내수성을 평가한 결과는 표 5에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
내후성(백색) △E1.1 △E3.5 △E4.1 △E3.8 △E4.2
표면경도 4H 1H 1H 1H 2H
내수성 400hr 200hr 250hr 260hr 190hr
상기 표 3 내지 5의 결과로부터 본 발명에 따른 보수 보강 방법을 사용하면 모르타르의 성능도 우수하고, 수분 차단 성능도 뛰어나며, 내후성, 표면 경도 및 내수성도 우수하므로 콘크리트 표면의 보수 보강을 효율적으로 할 수 있으며 또한, 보수 보강의 효과도 장기간 동안 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
10 : 와이어메쉬부재 20 : 와이어
30 : 연결패널
31 : 체결홀 32 : 고정날개부
33 : 절곡선 34 : 지지다리부
341 : 지지패널부 342 : 지지돌부
100 : 콘크리트 구조물 110 : 시공면
200 : 보강층

Claims (6)

  1. A. 보수하고자 하는 콘크리트 구조물의 보수 시공면을 다듬어 면처리하는 기초보수단계;
    B. 상기 기초보수단계를 거친 상기 시공면에 스테인레스 스틸로 이루어진 와이어메쉬부재를 배치시키고 볼트로 상기 시공면에 고정시키는 와이어메쉬 부착단계;
    C. 상기 시공면에 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르를 도포하여 상기 와이어메쉬부재가 매립되도록 보강층을 형성시킨 후 경화시키는 보강층 형성단계; 및
    D. 상기 형성된 보강층의 표면에 표면보호재를 도포하여 코팅시키는 코팅층 형성단계;를 포함하여 구성되며,
    상기 C에서 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르는
    시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 1~10 중량부, 실리카 흄 0.1~8 중량부, 세라믹 복합 섬유 0.5~5.0 중량부; 강도증진제 1~8 중량부; 골재 30~50 중량부; 수축방지제 0.5~2.0 중량부; 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지 3~7 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 팽창제 5~10 중량부; 분말형 실리콘 발수제 1~5 중량부; 내구성 강화제 5~15 중량부; 석회석 분말 성분 1~15 중량부; 및 나노 금속 산화물 분말 0.1~2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 D에서 상기 표면보호재의 도포는
    a. 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분말 성분을 포함하는 1차 표면 보호재를 도포하고,
    b. 상기 1차 표면 보호재가 도포된 위에 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지를 포함하는 액상 성분 100 중량부와 무기분말 성분 30~300 중량부를 포함하는 2차 표면 보호재를 도포하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 C단계의 내구성 강화제는 경화발현재 30~40 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 1~3 중량부, 알루미늄염 1~2 중량부 및 물 50~60 중량부를 포함하는 제1조성물과, 경화촉진제 5~7 중량부, 점토광물 12~18 중량부, 나노 아연 분말 0.1~2 중량부, 안정제 0.1~0.5 중량부 및 물 60~70 중량부를 포함하는 제2조성물을 혼합한 것을 특징으로
    상기 C단계의 상기 나노 금속 산화물 분말은 다공성 구조로 이루어지고 흑연 산화물로 표면이 코팅된 것을 특징으로 하되, 상기 나노 금속 산화물 분말은 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화철, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고, 상기 흑연 산화물은 천연 흑연, 판상 흑연, 인조 흑연 및 팽창 흑연으로부터 선택되는 1 종 이상의 흑연을 황산, 질산, 과망간산칼륨 또는 염소산칼슘으로 처리한 것으로서,
    상기 나노 금속 산화물 분말과 상기 흑연 산화물을 일정 비율로 섞고 물을 가하여 슬러리 형태로 형성한 후 자외선을 조사하여 상기 흑연 산화물이 상기 나노 금속 산화물 분말과 결합되도록 하여 표면에 코팅층을 형성하도록 하는 방법으로 형성된, 흑연 산화물로 표면 코팅된 나노 금속 산화물 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는
    콘크리트 구조물 보수 보강 공법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 C단계의 상기 세라믹 복합 섬유는 용융 실리카 섬유, 다공 실리카 섬유, 석영 섬유 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 D단계의 상기 a의 상기 분말 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 구조물 보수 보강 공법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 D단계의 상기 b의 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 보강 공법.
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