KR102065674B1 - 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물 및 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법 - Google Patents
콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물 및 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 포틀랜드시멘트, 실리카샌드, 프롬시멘트, 슬래그, 가넷 및 균열억제제를 포함하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물 및 상기 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수방법에 관한 것으로, 열화된 콘크리트 구조물의 단면을 보수하기 위해 사용되는 몰탈 조성물의 열팽창계수 및 탄성계수가 콘크리트 구조물과 유사하고, 몰탈 조성물의 콘크리트 구조물에 대한 접착력이 우수하여, 기온이나 환경변화에 의한 균열, 박리, 침식 등의 문제를 방지하고, 우수한 내구성 및 내마모성을 나타내 콘크리트 구조물의 내구연한을 연장시킬 수 있다.
Description
본 발명은 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기후나 환경 변화에 의한 콘크리트의 열화, 알칼리 골재 반응, 중성화 및 화학적 부식에 의한 콘크리트 구조물의 균열, 들뜸, 박리, 내구성 저하 등과 같은 콘크리트 구조물의 결함을 보수 및 보강하기 위한 무기계 폴리머 몰탈 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 콘크리트가 높은 내구성을 구비하고 있어 반영구적으로 사용할 수 있는 것으로 인정되어 왔으나, 최근의 많은 연구결과와 기존 구조물의 조사 결과 콘크리트 구조물의 내구연한은 약 50년인 것으로 확인되었다.
그러나, 산업화의 발달로 인해 교통량이 급격히 증가하여 콘크리트 도로가 마모되거나, 자동차 등에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소, 아황산가스, 동절기에 뿌리는 염화칼슘, 산성비 및 눈 등으로 인한 콘크리트 구조물의 중성화가 발생하거나, 해양 환경하에서 오랫동안 해수 및 해풍 성분 중의 염소이온, 황산염이온 등의 화학작용에 의하여 침식되는 등의 문제로 인해 콘크리트 구조물의 균열, 박리 및 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식 등이 발생하고, 이러한 문제가 심화되는 경우에는 콘크리트 구조물이 붕괴하는 등 심각한 문제를 초래하게 된다.
이에, 현재에는 콘크리트 구조물의 열화 현상이 심화되기 전에 콘크리트 구조물의 결함을 보수하거나 보강하여 콘크리트 구조물의 내구연한을 연장시키려는 노력이 이루어지고 있다.
콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위해 사용되는 보강용 몰탈 조성물은, 기본적으로 피시공체인 콘크리트 구조물과의 접착력이 높아야 보수 부위가 재박리되거나 보수 경계면이 침식되는 등의 문제를 야기하지 않는다.
또한, 보강용 몰탈 조성물과 콘크리트 구조물의 열팽창계수 및 탄성계수가 유사하여야 기온이나 환경 변화에 따른 수축 및 이완 정도의 차이에 의한 균열, 박리, 침식 등의 열화가 발생하지 않는다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 등록공보 제0474665호에서는 콘크리트의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거하는 표면처리에서부터 표면 강화재의 도포단계를 거쳐 단면 복구용 몰탈의 도포 및 세라믹 코팅으로 마감하는 단계로 구성된 기술을 제안하였다.
또한, 등록공보 제0643524호에서는 중성화, 동해, 염해, 알칼리에 의해 부식된 콘크리트를 단면복구하는 몰탈를 일반 포트랜드 시멘트와 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)이 90%이상 함유된 고미분 무기질계 경화촉진재 및 모래로 몰탈의 고체성분을 만들고 올가노 알콕시 실란 또는 올가노 카르복시 실란을 용해시킨 수용액에 규산염 화합물 및 금속산화물이 포함된 pH 11~12정도로 조절된 수용액과 반죽된 몰탈을 이용한 단면 복구 기술을 제안하였다.
이들 조성물은 공통적으로 시멘트, 탄산칼슘 미분말, 슬래그 미분말, 팽창제, 석고 및 모래를 포함하고 있으며, 여기에 각종 수지 또는 분산제, 공기연행제, 화이버 및 항균제 등을 첨가하여 기능성을 유지하고자 하였으나, 실질적으로 실용화되지는 못하고 있는 실정이다.
본 발명에서는 기후나 환경 변화에 의한 콘크리트의 열화, 알칼리 골재 반응, 중성화 및 화학적 부식에 의한 콘크리트 구조물의 균열, 들뜸, 박리, 내구성 저하 등과 같은 콘크리트 구조물의 결함을 보수 및 보강하기 위한 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 포틀랜드시멘트, 실리카샌드, 프롬시멘트, 슬래그, 가넷 및 균열억제제를 포함하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로 상기 몰탈 조성물은, 포틀랜드시멘트 100 중량부, 실리카샌드 80~110 중량부, 프롬시멘트 2~20 중량부, 슬래그 15~40 중량부, 가넷 5~12 중량부 및 균열억제제 2~5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 포틀랜드시멘트는 20~90 ㎛의 입도를 가질 수 있다.
상기 실리카샌드는, 규격번호 #5, #6 및 #7의 실리카샌드가 1:0.4~0.7:0.8~1.3의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 슬래그는, 고로슬래그, 전로슬래그 및 전기로슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 가넷은, 5~7 ㎛의 입도를 가질 수 있다.
팽창제, 재유화형분말수지, 유동화제, 섬유보강재 및 경화촉진제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 균열억제제는, 폴리아크릴 수지, 폴리오르가노실세스퀴옥산 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 열화된 콘크리트 구조물을 치핑하고 세정하는 전처리 단계; 및 전처리된 콘크리트 구조물에 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 타설하는 보수 단계;를 포함하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수방법에 관한 것이다.
상기 전처리 단계와 보수 단계 사이에, 콘크리트 구조물에 방청환원제를 도포하는 방청 단계; 및/또는 콘크리트 구조물에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계;가 추가로 더 수행될 수 있다.
상기 방청환원제는, 아질산계리튬염과 실란을 포함할 수 있다.
상기 프라이머는, 아크릴변성에폭시수지, 변성지방족아민, 반응촉진제, 흐름조정제 및 프롬시멘트를 포함하는 변성에폭시계 프라이머일 수 있다.
상기 프라이머는, 휘발성 점도 조절제 및 희석제를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물은 콘크리트 구조물의 열팽창계수 및 탄성계수와 유사하여, 기온이나 환경 변화에 따른 균열, 박리 및 침식 등의 문제 발생을 방지할 수 있다.
또한, 콘크리트 구조물과의 접착력이 우수하고, 강도가 높아 내마모성, 내피로성, 내약품성 및 내충격성이 우수하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
일반적으로 콘크리트 구조물은, 하중에 의한 마모, 오염물질에 의한 중성화, 해수에 의한 화학적 부식, 알칼리골재반응 등에 의해 균열, 박리 및 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식 등의 문제가 발생하는데, 본 발명은 이러한 결함이 발생한 콘크리트 부위를 부분적으로 대체하여 콘크리트 구조물을 보강하고, 콘크리트 구조물의 열화를 방지하기 위한 목적의 몰탈 조성물과 보수보강방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물은, 포틀랜드시멘트, 실리카샌드, 프롬시멘트, 슬래그, 가넷 및 균열억제제를 포함한다. 보다 상세하게는, 포틀랜드시멘트 100 중량부, 실리카샌드 80~110 중량부, 프롬시멘트 2~20 중량부, 슬래그 15~40 중량부, 가넷 5~12 중량부 및 균열억제제 2~5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 포틀랜드시멘트는, 상기 몰탈 조성물의 주요 성분으로, 물과의 반응에 의해 접착력 및 강도를 발현한다. 본 발명에서 사용되는 포틀랜드시멘트의 입도는 20~90 ㎛인 것이 바람직한데, 이와 같은 입도 범위를 갖는 포틀랜드시멘트를 사용함으로써 경화 속도, 강도 및 내식성을 향상시킬 수 있기 때문이며, 이러한 입도 범위를 갖는 포틀랜드시멘트를 사용할 때, 몰탈 조성물의 열팽창 및 탄성 거동을 피접착물인 콘크리트 구조물과 가장 유사하게 나타나기 때문이다.
상기 실리카샌드는, 몰탈 조성물의 강도 형성을 위한 골재로 사용되는 것으로, 다양한 입도를 갖는 실리카샌드가 사용될 수 있으나, 바람직하게는, 실리카샌드의 규격별로 #5, #6 및 #7의 실리카샌드가 1:0.4~0.7:0.8~1.3의 중량비로 혼합된 것이 사용될 수 있다. 이와 같은 경우, 몰탈 조성물 내에서 실리카샌드가 균일하게 분산될 수 있고, 작업성이 개선될 수 있으며, 몰탈 조성물 경화 후에 발생하는 균열 등의 문제가 저감되는 효과가 있다.
실리카샌드는 포틀랜드시멘트 100중량부에 대하여 80~110 중량부로 사용될 수 있는데, 80 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 몰탈 조성물의 강도가 충분히 발현되지 않을 수 있고, 110 중량부를 초과하는 경우에는 균열이나 박리 등의 문제 발생 가능성을 높이기 때문이다.
상기 프롬시멘트는, 프랑스 알프스 산맥지역에 매장된 특수 점토성 석회광석만으로 제조되는 천연 시멘트로, 어떠한 첨가물도 포함되어 있지 않는 특징을 갖는다. 프롬시멘트는, 초속경성을 갖고, 초기에 높은 강도를 발현시킬 수 있으며, 경화에 따른 수축이 발생하지 않아 경화수축에 의한 균열 발생을 저감시키는 효과를 갖는다. 또한, 수밀성이 뛰어나고, 염화나트륨이나 황산마그네슘 등에 대한 강력한 내식성 및 내화학성을 나타내 다양한 목적의 콘크리트 구조물에 사용될 수 있으며, 접착력이 뛰어나 콘크리트 구조체의 거동에 따른 열화손상을 억제시키는 역할을 한다.
프롬시멘트는, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 2~20 중량부로 포함될 수 있으며, 2 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 프롬시멘트의 함량이 미미하여 상술한 효과를 얻기 곤란하고, 20 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 경화속도가 과도하게 빨라져 콘크리트 구조물의 보수, 보강시 작업성이 저하되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 몰탈 조성물이 경화된 후의 강도를 저하시키기 때문에 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 슬래그는 초기 강도를 개선시키고, 수화열 및 건조수축을 억제시켜 초기 경화시 발생하는 균열 등의 문제를 저감시키기 위해 첨가된다. 슬래그로 고로슬래그, 전기로슬래그 및 전로슬래그 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있으며, 입도 1~140 ㎛, 비중 1.9~2.3의 슬래그가 사용되는 것이 바람직하다.
슬래그는, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 15~40 중량부로 포함될 수 있으며, 15 중량부 미만으로 포함되는 경우에는, 상술한 초기강도 개선, 수화열 및 건조수축 저감 효과를 얻기 곤란하고, 40 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 경화 후 몰탈 조성물의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 가넷은, 몰탈 조성물의 경도, 강도 및 부착력을 향상시키고, 콘크리트 구조물과 유사한 내마모성과 내구성을 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 입도 5~7 ㎛인 것이 사용될 수 있으며, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 5~12 중량부로 포함될 수 있다. 가넷의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 부착력, 내마모성 향상 효과를 얻기 곤란하고, 12 중량부를 초과하는 경우에는 가넷에 의해 몰탈 조성물의 물성이 오히려 저하될 수 있기 때문이다.
상기 균열억제제는 몰탈 조성물의 콘크리트 구조물에 대한 접착강도를 향상시키고, 경화 초기에 발생하는 수축균열을 저감시키며, 몰탈 조성물의 내피로도 및 내마모성을 향상시키기 위해 첨가된다.
상기 균열억제제로 폴리아크릴 수지, 폴리오르가노실세스퀴옥산 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리아크릴 수지와 폴리오르가노실세스퀴옥산 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트의 혼합물이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 상기 폴리아크릴 수지 100 중량부, 폴리오르가노실세스퀴옥산 17~34 중량부 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트 7~15 중량부의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 폴리아크릴 수지는 경화시 네트워크 구조를 형성하여 몰탈 조성물의 접착강도를 향상시키기 위해 첨가된다. 폴리아크릴 수지의 함량이 증가할수록 몰탈 조성물의 탄성력 및 부착력이 증가하여 콘크리트 구조물의 거동에 대한 저항력을 증대시킬 수 있다. 그러나 과도하게 첨가되는 경우에는 몰탈 조성물의 강도를 저하시키는 문제가 있다.
특히, 폴리아크릴 수지로 하이드록시기를 포함하는 아크릴산 에스테르 단량체, 메틸메타크릴레이트 단량체 및 2-에틸헥실아크릴레이트 단량체의 반응으로 얻어지는 폴리아크릴 수지를 사용하는 경우에는, 폴리아크릴 수지의 접착력과 탄성력은 유지되면서 강도가 개선되므로, 폴리아크릴 수지에 의한 몰탈 조성물의 강도 저하 문제를 어느정도 완화시킬 수 있다.
이때, 하이드록시기를 포함하는 아크릴산 에스테르 단량체는, 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 및 2-하이드록시프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트가 사용될 수 있다.
하이드록시기를 포함하는 아크릴산 에스테르 단량체는 폴리아크릴 수지의 경화속도 및 유연성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 함량이 증가할수록 몰탈 조성물의 탄성력이 증가하여 콘크리트 구조물의 거동에 대한 저항력을 증대시킨다. 반면, 하이드록시기를 포함하는 아크릴산 에스테르 단량체의 함량이 과도한 경우에는 폴리아크릴 수지의 경도가 과도하게 높아져 부착력이 저하되는 문제가 있으므로, 폴리아크릴 수지에 포함되는 하이드록시기를 포함하는 아크릴산 에스테르 단량체의 함량은 20~45 중량%인 것이 바람직하다.
상기 폴리오르가노실세스퀴옥산은 폴리아크릴 수지에 의한 강도 저하를 상쇄하기 위해 첨가되는 것으로, 폴리메틸실세스퀴옥산, 폴리에틸실세스퀴옥산, 폴리프로필실세스퀴옥산 및 폴리부틸실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리프로필실세스퀴옥산이 사용될 수 있다.
폴리오르가노실세스퀴옥산의 함량은 폴리아크릴 수지 100 중량부에 대하여 17~34 중량부인 것이 바람직한데, 17 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 충분한 강도 향상 효과를 얻기 곤란하고, 34 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 과도한 경도 증가에 의해 접착력이 저하되는 문제가 있기 때문이다.
상기 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트는 초기 경화시 수화열에 의한 수분의 급격한 증발을 방지함으로써 경화 초기의 수축균열을 방지하기 위해 첨가된다. 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트의 함량은 폴리아크릴 수지 100 중량부에 대하여 7~15 중량부로 포함될 수 있으며, 7 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 초기의 수축균열 방지 효과를 얻기 곤란하고, 15 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 경화 중기 이후 수분의 증발이 원활이 이루어지지 않아 경화 시간이 지연되므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 균열억제제는 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 2~5 중량부로 포함될 수 있으며, 2 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 접착강도 향상, 탄성력 향상, 초기 수축균열 방지 등의 효과를 얻기 곤란하고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 오히려 몰탈 조성물의 인장강도, 파괴강도, 내구성, 작업성 등이 저하될 수 있기 때문에, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물은, 팽창제, 재유화형분말수지, 유동화제, 섬유보강재 및 경화촉진제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 팽창제는, 몰탈 조성물의 경화 과정에서 팽창되어 몰탈 조성물 내 미세공극을 메움으로써 건조수축에 의한 균열을 방지하기 위해 첨가된다. 팽창제를 사용함으로써 몰탈 조성물를 이용하여 형성된 수복부는 장기적으로 안정적이고 치밀한 구조를 형성하고, 수밀성 및 강도가 증진된다.
상기 팽창제로, 알루미나이트계 팽창제가 사용될 수 있고, 예를 들어 칼슘설포알루미네이트와 황산칼슘 또는 산화칼슘의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
팽창제는, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 12~18 중량부로 포함될 수 있는데, 12 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 건조수축 방지, 수밀성 향상 효과를 얻기 곤란하고, 18 중량부를 초과하는 경우에는 과도한 팽창으로 인해 몰탈 조성물의 균열을 야기할 수 있기 때문이다.
상기 재유화형분말수지는, 몰탈 조성물을 구성하는 각 성분들의 부착력을 향상시키고, 몰탈 조성물의 응결시간, 인장강도, 내약품성 등을 개선시키기 위해 첨가될 수 있다. 재유화형분말수지는 몰탈 조성물이 형성하는 미세공극에 침투하여 수화된 시멘트와 미수화된 시멘트를 결합시켜 초기 강도를 향상시킬 수 있다.
재유화형분말수지로 예를 들어 에틸비닐아세테이트 분말수지, SBR 분말수지가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 4.5~7.5 중량부로 포함될 수 있는데, 4.5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 부착력 및 물성개선 효과를 얻기 곤란하고, 7.5 중량부를 초과하는 경우에는 몰탈 조성물의 강도가 오히려 저하될 수 있으므로, 상술한 중량범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 유동화제는, 각 성분의 분산성을 향상시키고 몰탈 조성물의 유동성을 높여 시공시 작업성을 개선하고, 첨가되는 물의 양을 저감시킴으로써 강도를 증진시킬 수 있다.
유동화제로 나프탈렌계 유동화제, 멜라민계 유동화제, 폴리카본산계 유동화제, 리그닌계 유동화제 등이 사용될 수 있으며, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 1.5~6.0 중량부로 사용될 수 있는데, 1.5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 유동성 향상, 강도 증진 효과가 미미하고, 6.0 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 유동성이 과도하게 증가하여 부착성이 저하되고 경화를 지연시키는 문제가 발생하기 때문이다.
상기 섬유보강재는 몰탈 조성물로 형성된 수복부의 균열을 억제하고, 이미 발생된 균열의 확산을 방지하기 위해 첨가될 수 있다. 섬유보강재는 이러한 기능 외에 휨에 대한 저항성을 증대시켜 내구성을 향상시키고, 시공시 처짐을 개선시키며, 몰탈 조성물의 접착력 및 응집력을 향상시키는 기능도 수행한다.
섬유보강재로 셀룰로오스 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 강섬유 등이 사용될 수 있으며, 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 0.5~3.5 중량부의 중량 범위로 포함될 수 있다. 섬유보강재의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우에는, 균열방지, 휨저항 증대 등의 효과를 얻기 곤란하고, 3.5 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 섬유보강재의 분산성이 저하되어 몰탈 조성물의 물성 및 내구성을 저하시킬 수 있기 때문에, 상술한 중량 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 경화촉진제는 몰탈 조성물의 경화속도를 촉진시키기 위한 것으로, 예를 들어, 탄산칼슘이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 경화촉진제는 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 0.05~0.85 중량부의 중량 범위로 포함될 수 있는데, 0.05 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 경화촉진 효과가 미미하고, 0.85 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 몰탈 조성물의 물성이 저하될 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물은 뿜칠공법, 미장법, 콘크리트 이어붓기 공법 등 다양한 시공 방법에 적용 가능하므로, 시공성이 용이하다. 또한, 강도가 우수하고, 내열, 내화성, 열팽창계수, 탄성계수 등의 특성값이 콘크리트 구조물과 유사하여 온도, 환경 변화에 따른 콘크리트 구조물의 거동에 따른 이상 거동이 발생하지 않아 박리박락, 균열 등의 손상 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 콘크리트 구조물의 보수보강방법에 관한 것이다.
상기 콘크리트 구조물의 보수보강방법은, 열화된 콘크리트 구조물을 치핑하고 세정하는 전처리 단계; 및 전처리된 콘크리트 구조물에 본 발명의 일 실시예에 따른 몰탈 조성물을 타설하는 보수 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전처리 단계는, 열화된 콘크리트 구조물을 치핑하고 세정하는 단계로, 콘크리트 구조물의 열화된 영역의 이물질 및 틈을 제거하고 표면적을 늘림으로써 콘크리트 구조물과 몰탈 조성물의 부착력을 향상시키기 위해 수행된다. 치핑 및 세정은 이 기술이 속하는 분야에서 수행될 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
상기 보수 단계는, 전처리 단계를 통해 표면이 정리된 열화된 콘크리트 구조물에 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 타설하여 열화된 영역을 보수하는 단계로, 여기서 사용되는 몰탈 조성물은 앞서 충분히 설명되었으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 전처리 단계와 보수 단계 사이에, 콘크리트 구조물에 포함된 철근 등의 부식을 방지하기 위한 방청 단계; 및 프라이머 도포 단계; 중 적어도 어느 하나 이상의 단계가 추가로 더 수행될 수 있다.
상기 방청 단계는, 콘크리트 구조물의 열화에 의해 노출된 철근의 부식을 방지하기 위해 선택적으로 수행될 수 있으며, 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물 표면에 방청환원제를 붓이나 롤러 등을 이용하여 도포하는 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 사용되는 방청환원제는 아질산계리튬염 및 실란(SiH4)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 프라이머 도포 단계는, 콘크리트 구조물과 몰탈 조성물의 부착력을 향상시키고, 콘크리트 구조물의 열화를 방지하기 위해 수행될 수 있다. 프라이머 도포 단계는, 전처리 단계 이후에 수행될 수 있고, 방청 단계가 수행되는 경우에는 방청 단계 이후에 수행될 수 있다.
이때 사용되는 프라이머로 아크릴변성에폭시수지, 변성지방족아민, 반응촉진제, 흐름조정제 및 프롬시멘트를 포함하는 변성에폭시계 프라이머가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 아크릴변성에폭시수지 100 중량부, 변성지방족아민 40~75 중량부, 반응촉진제 2~6 중량부, 흐름조정제 6~15 중량부 및 프롬시멘트 2~9 중량부를 포함할 수 있다.
상기 변성에폭시계 프라이머의 점도는 25 ℃에서 4,000~6,000 cps 정도로 낮아, 흐름성이 우수하므로 콘크리트 구조물의 3~15 mm 깊이까지 침투하여 접착력 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히, 20 kgf/cm2 이상의 접착강도와 10% 이상의 인장신장율을 나타내, 박리, 박락, 들뜸 현상을 방지하고, 온도나 환경 변화에 의한 콘크리트 구조물의 거동에 따른 균열 등을 방지할 수 있다.
상기 변성에폭시계 프라이머는 별도의 휘발성 점도 조절제나 희석제를 첨가하지 않아도 충분히 낮은 점도를 가지므로 친환경적인 장점이 있다.
한편, 상기 보수 단계 이후에, 필요에 따라 선택적으로 발수제 또는 방수성 코팅제를 도포하는 방수 단계;가 추가로 더 수행될 수 있으며, 이때 사용될 수 있는 발수제나 방수성 코팅제의 성분 및 도포 방법은 이 기술이 속하는 분야에서 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 제조하고, 이를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[
제조예
]
먼저, 평균입도 38 ㎛의 포틀랜드시멘트 100 중량부, 규격별로 #5, #6 및 #7의 실리카샌드가 2:1:2의 중량비로 혼합된 실리카샌드 90.2 중량부, 프롬시멘트 12.4 중량부, 고로슬래그 28.3 중량부, 평균입도 6 ㎛의 가넷 7.7 중량부, 균열억제제 3.1 중량부, 팽창제인 칼슘설포알루미네이트와 산화칼슘의 혼합물 14 중량부, 재유화형분말수지인 에틸비닐아세테이트 분말수지 5.5 중량부, 유동화제인 나프탈렌계 유동화제 3.1 중량부, 섬유보강재인 셀룰로오스 섬유 1.5 중량부 및 경화촉진제인 탄산칼슘 0.4 중량부를 혼합하여 실시예 1의 몰탈 조성물을 제조하였다.
이때, 균열억제제로 폴리아크릴 수지 100 중량부, 폴리프로필실세스퀴옥산 28.5 중량부 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트 10.2 중량부가 혼합된 혼합물을 사용하였으며, 폴리아크릴 수지로 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트 단량체, 메틸메타크릴레이트 단량체 및 2-에틸헥실아크릴레이트 단량체를 3:4:3의 중량비로 반응시켜 얻어진 것을 사용하였다.
이후, 상기 실시예 1의 몰탈 조성물을 이용하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의 방법을 따라 콘크리트 공시체를 제조하고, 제조된 실시예 1의 콘크리트 공시체의 물리적, 화학적 특성에 대한 실험을 수행하였다.
[
실험예
1]
균열억제제의 함량을 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 3의 공시체를 제조하고, KS F 4042에 의거한 압축강도, 휨강도, 표준 부착강도, 온냉반복 후 부착강도, 습기투과저항성 및 길이변화율을 측정하여 표 1에 기재하였다.
이때, 표 1에 기재된 균열억제제의 함량은 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대한 균열억제제의 함량을 표시한 것이다.
항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
균열억제제(중량부) | 3.1 | 4.3 | - | 1.8 | 6.1 | |
압축강도(N/mm2) | 54.3 | 55.1 | 46.5 | 48.3 | 50.7 | |
휨강도(N/mm2) | 12.2 | 13.1 | 8.0 | 10.2 | 13.2 | |
부착강도 (N/mm2) |
표준 | 3.5 | 3.9 | 2.9 | 3.0 | 3.6 |
온냉반복후 | 3.3 | 3.8 | 2.3 | 2.6 | 2.6 | |
습기투과저항성(Sd, m) | 0.9 | 0.8 | 1.2 | 1.2 | 0.8 | |
길이변화율(%) | 0.009 | 0.004 | 0.105 | 0.073 | 0.033 |
상기 표 1의 실험 결과를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 경우에는 비교예 1 내지 비교예 3보다 압축강도, 휨강도, 부착강도, 습기투과저항성 및 길이변화율에 있어서 우수한 실험 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
특히, 균열억제제를 첨가하지 않은 비교예 1과 비교해보면, 균열억제제가 첨가된 경우 전체 항목에 있어서 물성이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이는, 균열억제제가 첨가되어 경화 및 양생 과정에서 발생하는 미세 균열들의 발생이 방지되기 때문에 나타난 결과로 파악된다.
비교예 2와 실시예 1을 함께 살펴보면, 균열억제제의 함량이 1.8 중량부일 때보다 3.1 중량부일 때 압축강도 및 휨강도가 현저히 개선되는 것을 확인할 수 있고, 온냉반복후의 부착강도가 현저히 개선되며, 길이변화율이 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 2와 비교예 3을 살펴보면, 균열억제제의 함량이 증가함에도 불구하고 압축강도, 온냉반복후 부착강도 및 길이변화율에 있어서 오히려 저하된 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 실험 결과로부터, 본 발명의 균열억제제가 첨가되는 경우, 보수 및 보강용 폴리머 몰탈 조성물의 압축강도, 휨강도, 부착강도, 습기투과저항성 및 길이변화율이 개선되는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 균열억제제의 함량이 포틀랜드시멘트 100 중량부에 대하여 2~5 중량부일 때 현저히 우수한 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
[
실험예
2]
상기 제조예와 동일한 방법을 이용하여 몰탈 조성물을 제조하고, KS F 4042에 의거하여 콘크리트 공시체를 제조하였다. 이때, 균열억제제로 사용되는 폴리아크릴 수지, 폴리오르가노실세스퀴옥산, 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트의 함량을 표 2와 같이 변화시킨 것을 사용하여, 상기 실험예 1과 동일한 실험을 수행하고, 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.
항목 | 실시예 1 |
실시예 3 |
실시예 4 |
비교예 4 |
비교예 5 |
비교예 6 |
비교예 7 |
|
균열 억제제 (중량부) |
폴리아크릴 수지 |
100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | - |
폴리오르가노 실세스퀴옥산 |
28.5 | 18.2 | 33.1 | 16.3 | 34.7 | - | 100.0 | |
비스디글리세릴 폴리아실 아디페이트 |
10.2 | 10.4 | 10.5 | 10.5 | 10.3 | 13.4 | 35.5 | |
압축강도(N/mm2) | 54.3 | 53.9 | 54.7 | 49.1 | 50.3 | 47.2 | 53.8 | |
휨강도(N/mm2) | 12.2 | 12.0 | 12.5 | 11.8 | 12.7 | 11.8 | 8.8 | |
부착 강도 (N/mm2) |
표준 | 3.5 | 3.4 | 3.7 | 3.4 | 3.6 | 3.2 | 3.0 |
온냉반복후 | 3.3 | 3.2 | 3.6 | 2.9 | 2.8 | 2.9 | 2.5 | |
습기투과저항성(Sd, m) | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 1.0 | 0.9 | 1.1 | 1.0 | |
길이변화율(%) | 0.009 | 0.010 | 0.007 | 0.014 | 0.011 | 0.015 | 0.053 |
상기 표 2의 실험결과를 참조하면, 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4의 압축강도, 휨강도, 표준 및 온냉반복 후 부착강도, 습기투과저항성 및 길이변화율이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
비교예 4 내지 비교예 5의 경우에는 실시예들에 비해 압축강도, 온냉반복 후 부착강도가 저하되는 것으로 나타나는데, 이는 폴리오르가노실세스퀴옥산의 함량이 부족하거나 과다하기 때문에 나타난 문제로 판단된다. 또한, 비교예 7의 경우에는 실시예들에 비해 휨강도, 온냉반복 후 부착강도 및 길이변화율이 저하되는 것으로 나타나는데, 이는 균열억제제로 폴리아크릴 수지가 포함되지 않았기 때문에 나타난 문제로 파악된다.
따라서, 상기 실험예 2로부터 콘크리트의 압축강도, 휨강도, 표준 및 온냉반복 후의 부착강도, 습기투과 저항성 및 길이변화율을 개선시키기 위해 몰탈 조성물에 포함되는 균열억제제로 폴리아크릴 수지, 폴리오르가노실세스퀴옥산 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트의 혼합물을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있었으며, 이러한 효과를 더욱 향상시키기 위해 폴리아크릴 수지 100 중량부에 대하여 폴리오르가노실세스퀴옥산을 17~34 중량부의 중량 범위로 사용하는 것이 더욱 바람직함을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
Claims (13)
- 포틀랜드시멘트 100 중량부, 실리카샌드 80~110 중량부, 프롬시멘트 2~20 중량부, 슬래그 15~40 중량부, 가넷 5~12 중량부 및 균열억제제 2~5 중량부를 포함하고,
상기 균열억제제는, 폴리아크릴 수지 100 중량부, 폴리오르가노실세스퀴옥산 17~34 중량부 및 비스디글리세릴 폴리아실아디페이트 7~15 중량부가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 포틀랜드시멘트는 20~90 ㎛의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 실리카샌드는, 규격번호 #5, #6 및 #7의 실리카샌드가 1:0.4~0.7:0.8~1.3의 중량비로 혼합된 것인, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 슬래그는, 고로슬래그, 전로슬래그 및 전기로슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 가넷은, 5 ~ 7㎛의 입도를 갖는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 제1항에 있어서,
팽창제, 재유화형분말수지, 유동화제, 섬유보강재 및 경화촉진제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물. - 삭제
- 열화된 콘크리트 구조물을 치핑하고 세정하는 전처리 단계; 및
전처리된 콘크리트 구조물에 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물의 열화방지 및 단면보수용 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 타설하는 보수 단계;를 포함하는, 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법. - 제9항에 있어서, 상기 전처리 단계와 보수 단계 사이에,
콘크리트 구조물에 방청환원제를 도포하는 방청 단계; 및/또는
콘크리트 구조물에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계;가 추가로 더 수행되는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법. - 제10항에 있어서,
상기 방청환원제는, 아질산계리튬염과 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법. - 제10항에 있어서,
상기 프라이머는, 아크릴변성에폭시수지, 변성지방족아민, 반응촉진제, 흐름조정제 및 프롬시멘트를 포함하는 변성에폭시계 프라이머인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법. - 제10항에 있어서,
상기 프라이머는, 휘발성 점도 조절제 및 희석제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 단면보수보강방법.
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