KR102121823B1 - 내황산염 보수 모르타르 및 이를 이용한 구조물 보수 방법 - Google Patents

내황산염 보수 모르타르 및 이를 이용한 구조물 보수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 콘크리트 구조물 보수 방법에 있어서, a) 콘크리트 구조물 표면의 열화된 콘크리트를 제거하는 단계; b) 열화된 콘크리트가 제거된 콘크리트 구조물 표면을 치핑하는 단계; c) 콘크리트 구조물의 치핑 표면에 존재하는 이물질, 열화인자를 청소하는 단계; d) 청소된 콘크리트 구조물에 내황산염 모르타르를 타설하는 단계; e) 상기 타설된 내황산염 모르타르를 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 방법에 관한 것이다.

Description

내황산염 보수 모르타르 및 이를 이용한 구조물 보수 방법{Sulfate resisting mortar and repairing method for structure using the mortar}
본 발명은, 생화학적 부식에 노출되어 단면이나 표면이 손상된 콘크리트 구조물이나 황산염에 대한 노출 위험이 큰 지하구조물 및 해안구조물의 철근 콘크리트에 적용될 수 있는 콘크리트 구조물 보수 방법 및 이에 사용되는 내황산염 모르타르에 관한 것이다.
콘크리트는 시멘트, 골재 및 물 등을 혼합하여 사용하는 복합재료로 토목 및 건축 구조물을 건설할 때 강재와 더불어 가장 많이 사용되는 재료이다. 이러한 콘크리트는 주택이나 빌딩 등 건축물을 건설하거나 도로, 교량, 항만, 댐, 터널, 원형관거 등 각종 토목구조물을 건설하는데 주로 사용되고 있다.
그러나 이러한 콘크리트 구조물은 사용하면서 시간이 경과하게 되면, 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성과 사용성이 저하된다.
특히, 하수처리구조물, 지하구조물 및 해안구조물은 국민의 생활을 편리하게 해주는 기간산업 결과물인데, 이러한 하수처리구조물, 지하구조물 및 해안구조물은 대부분 콘크리트로 이루어져 있고, 콘크리트는 여러 가지 열화인자로 인해 내구성이 저하되어 콘크리트 구조물의 수명이 단축된다.
철근 콘크리트에서 콘크리트의 주요성분인 시멘트는 다량의 CaO와 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3와 소량의 기타 물질로 구성된다. 위의 구성성분은 물(H2O)과 만나 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 수화물이 생성되고 칼슘실리케이트수화물(C-S-H gel), 칼슘알루미네이트수화물(C-A-H)를 형성하여 콘크리트의 조직이 치밀해지고 강도가 증진된다.
위의 시멘트 수화생성물(Ca(OH)2, C-A-H, C-S-H gel 등)이 하수나 해수에 포함되어 있는 황산염과 만나면 식1~4에 나타낸 것과 같이 석고(Gypsum, CaSO4)와 에트링자이트(Ettringite, C6AS3H32) 또는 쏘마사이트 (Thaumasite, 3Ca·SiO3·CO3·SO4·15H2O)와 같은 화학적 침식에 의한 팽창성 열화생성물이 발생된다.
식1) SO4 -+Ca(OH)2=CaSO4 · 2H2O+etc
식2) SO4 -+C-S-H=CaSO4 · 2H2O +etc
식3) Ca(OH)2+C-S-H+C-A-H+CaSO4=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(Ettringite)
식4) C-S-H+CaCO3+CaSO4=CaSiO3·CaSO4·CaCO3·15H2O(Thaumasite)
이러한 석고, 에트링자이트 또는 쏘마사이트는 콘크리트 내부에서 팽창하여 콘크리트 조직을 연화시키게 된다. 콘크리트 표면과 내부에서 팽창물질이 형성되면 미세균열이 발생하게 되고 황산염 반응 열화물질에 의해 균열의 크기가 커지게 되며, 발생된 균열로 열화물질을 포함한 수분이 침투하여 콘크리트 구조를 파괴를 가속시키고 철근을 부식시켜 콘크리트 구조물은 치명적인 손상을 입게 된다.
또한 황산염이 포함된 물이 콘크리트나 모르타르 표면에서 접촉과 건조가 반복될 경우 구조물 표면에 황산염이 결정을 형성하게 된다. 특히 이러한 결정은 황산염 중에서 황산나트륨(Na2SO4)의 결정화가 두드러지는데, 황산나트륨이 콘크리트 또는 모르타르 표면에서 건조되어 결정화가 되면 미라빌라이트(Na2SO4·10H2O)가 생성되고 이 결정의 크기가 커지며 건조한 환경에 위치하게 되면 쎄나다이트(Na2SO4)로 성장하게 된다.
이러한 황산염 결정은 위에서 설명된 화학적 침식에서는 발견되지 않으며 콘크리트 또는 모르타르 표면의 미세공극 또는 미세균열에 위치하며 결정의 성장압이 콘크리트 또는 모르타르의 인장강도를 초과하여 콘크리트 또는 모르타르 표면의 미세공극 및 미세균열의 크기를 크게 만들어 결국에 콘크리트 또는 모르타르 표면을 점차적으로 파괴시킨다. 이를 황산염에 의한 물리적 침식이라 하며 황산염의 물리적 침식은 콘크리트 또는 모르타르 내부에 존재하는 수화생성물(Ca(OH)2, C-A-H, C-S-H gel 등)의 존재 유무와 관계없이 진행되므로 콘크리트 또는 모르타르 표면에 여러 가지 문제점을 발생시킨다.
이러한 콘크리트 구조물의 열화는 계속 진행되면 콘크리트 구조물의 사용성을 저하시키고, 결국에는 구조물의 붕괴를 초래할 수 있으므로 콘크리트 구조물을 지속적으로 관리하고 보수하여야 한다.
위와 같은 열화인자로 인해 콘크리트 구조물의 성능이 저하된 경우, 일반적으로 사용하는 방법이 열화인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 그 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면복구재료를 충전하는 방법이다.
이 때 사용되는 단면복구용 보수 모르타르는 일반 보수 모르타르 또는 아래와 같은 지오폴리머(Alkali Activated Cement)를 이용한 모르타르 내부에 Ca 함량을 극단적으로 낮춰 황산염에 저항성을 부여하는 방법이 사용되고 있으나, 일반 보수 모르타르는 종래의 콘크리트와 같은 재료로 황산염에 의한 화학적, 물리적 침식에 취약하여 내구성에 의한 구조물의 수명연장을 기대할 수 없으며, 지오폴리머(Alkali Activated Cement)를 적용한 보수 모르타르의 경우 황산염에 의한 화학적 침식은 지연시킬 수 있으나, 황산염에 의한 물리적 침식에는 취약하여 구조물의 수명연장을 기대하기 힘들다는 문제가 있다.
특허문헌 0001은, 시멘트 혼합물에 첨가 혼입되는 혼화재로서, 알루미네이트 클링커 광물(3CaO·Al2O3)을 물에서 수화시켜 얻은 수화생성물을 원심분리공정과 분무건조공정을 통해 분체로 제조한 칼슘알루미네이트 수화물 15~40중량부; 칼슘실리케이트 화합물을 수열합성공정을 통해 제조한 분체로서, CaO/SiO2의 몰비(molar ratio)가 1.3~1.6이면서 섬유상 구조를 가지는 토버모라이트 30~50중량부; 수산화마그네슘 90~97중량%와 수산화알루미늄(Al(OH)3) 3~10중량%를 포함하여 함유하는 수활석 30~60중량부;를 포함하여 조성되되, 분말도(Blaine)가 1,200~4,000㎠/g인 것을 특징으로 하는 시멘트 혼합물용 이온 고정화제 조성물과 이를 이용한 콘크리트 단면 보수 공법을 개시하고 있으나, 이는 슬래그, 플라이애시 또는 토버모라이트 등 지오폴리머를 활용하여 황산염의 침투를 억제하는 방법으로, 앞에서 설명한 것과 같이 황산염에 의한 물리적 침식에는 취약하여 콘크리트 구조물의 수명연장이 어렵다는 문제가 있었다.
따라서 황산염의 침투에 대해 물리적, 화학적 침식을 억제하여 콘크리트 구조물의 내구성과 사용연수를 근본적으로 증대시키는 콘크리트 구조물 보수 방법과 이를 위한 모르타르의 개발이 요구되었다.
한국 등록특허공보 10-1675490호
본 발명은, 위와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해, 침투되는 황산염을 고정화시켜 내산성 및 내구성을 크게 향상시키는 콘크리트 구조물 보수 방법 및 내황산염 모르타르를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 수산화바륨과 탄산바륨을 사용하여 철근 콘크리트가 열화된 부위를 복구하고, 복구된 부위의 보수 모르타르가 황산염에 의한 열화생성물((Gypsum CaSO4, Ettringite C6AS3H32, Thaumasite 3Ca·SiO3·CO3·SO4·15H2O)에 의해 다시 열화 되는 상황을 방지하여 결국에 콘크리트 구조물이 황산염에 의한 내구수명이 줄어드는 것을 지연시켜 콘크리트 구조물의 LCC(Life Cycle Cost)를 절감시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보수 방법 및 내황산염 모르타르를 제공하는 것이다.
본 발명에서는, 콘크리트 구조물 보수 방법에 있어서, a) 콘크리트 구조물 표면의 열화된 콘크리트를 제거하는 단계; b) 열화된 콘크리트가 제거된 콘크리트 구조물 표면을 치핑하는 단계; c) 콘크리트 구조물의 치핑 표면에 존재하는 이물질, 열화인자를 청소하는 단계; d) 청소된 콘크리트 구조물에 내황산염 모르타르를 타설하는 단계; e) 상기 타설된 내황산염 모르타르를 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 방법을 제공한다.
상기 내황산염 모르타르는, 시멘트, 실리카 샌드, 고로슬래그 파우더, 칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재, 석고 및/또는 소석회, 실리카 퓸, 유동화제, 재유화형 폴리머, 수산화바륨 및/또는 탄산바륨을 포함한다.
상기 내황산염 모르타르는, 시멘트 23~32 중량%; 입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%; 입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%; 고로 슬래그 파우더 5~11 중량%; 칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재 2~5중량%; 석고 및 소석회 1~3중량%; 실리카 퓸 0.7~3 중량%; 유동화제는 0.1~1.5 중량%; 재유화형 폴리머 1.4~3.0 중량%; 수산화바륨 및/또는 탄산바륨 5~25중량%를 포함한다.
상기 c)단계와 d)단계 사이에, 콘크리트 구조물에 설치되어 있는 철근에 방청제를 도포하는 단계를 더 포함한다.
상기 d)단계의 내황산염 모르타르 타설은, 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 콘크리트 구조물의 표면에 타설되어 콘크리트 구조물을 보수하는데 사용되는 내황산염 모르타르에 있어서, 상기 내황산염 모르타르는, 시멘트, 실리카 샌드, 고로슬래그 파우더, 칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재, 석고 및/또는 소석회, 실리카 퓸, 유동화제, 재유화형 폴리머, 수산화바륨 및/또는 탄산바륨을 포함하는 콘크리트 구조물 보수용 내황산염 모르타르를 제공한다.
상기 내황산염 모르타르는, 시멘트 23~32 중량%; 입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%; 입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%; 고로 슬래그 파우더 5~11 중량%; 칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재 2~5중량%; 석고 및 소석회 1~3중량%; 실리카 퓸 0.7~3 중량%; 유동화제는 0.1~1.5 중량%; 재유화형 폴리머 1.4~3.0 중량%; 수산화바륨 및/또는 탄산바륨 5~25중량%을 포함하는 콘크리트 구조물 보수용 내황산염 모르타르를 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수 방법 및 이에 사용되는 내황산염 모르타르는 탄산바륨 및/또는 수산화바륨을 포함하고 있어, 콘크리트가 황산염에 의한 열화물질에 노출될 경우 침투되는 황산염을 황산바륨으로 고정화시켜 콘크리트 열화의 진행을 억제하게 되므로, 황산염에 의한 콘크리트 구조물의 내구성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 콘크리트 구조물에 모르타르를 타설하는 단면도이다.
도 2는 황산염 침지 후 실시예 모르타르 공시체의 체적팽창에 따른 팽창파괴상태를 촬영한 사진이다.
도 3은 황산염 침지 후 비교예1 모르타르 공시체의 체적팽창에 따른 팽창파괴상태를 촬영한 사진이다.
도 4는 황산염 침지 후 비교예2 모르타르 공시체의 체적팽창에 따른 팽창파괴상태를 촬영한 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 콘크리트 면이 황산염에 노출되면 조직이 연화 또는 팽창 균열로 인해 파괴되며 연화, 파괴된 부위로 염분, 탄산염 및 열화물질이 침투하여 콘크리트의 구조적 기능을 상실시키고 철근과 같은 구조적 중요 재료를 부식시키므로 이것을 억제하기 위하여, 침투되는 황산염을 고정화시켜 내산성 및 내구성을 크게 향상시키는 콘크리트 구조물 보수 방법 및 내황산염 모르타르에 관한 것으로, 특히 지하구조물인 하수암거, 하수처리구조물 및 해안구조물 등에 적합한 것이다. 물론 이외에도 황산염에 의해 콘크리트 피해를 억제하고자 하는 구조물이라면 다른 구조물에도 적용할 수 있다.
먼저 본 발명의 콘크리트 구조물 보수 방법의 과정을 설명하고, 본 보수 방법에 사용되는 내황산염 모르타르에 대해 상세히 설명한다.
도 1에는 콘크리트 구조물(1)의 열화 부위에 대한 단면이 도시되어 있다. 콘크리트 구조물 내부에는 철근(3)이 배근되어 있고, 도 1에 나타낸 단면에는, 콘크리트의 열화에 의해 또는 모르타르의 부착력을 증대시키기 위해 기존 콘크리트를 파쇄하여 철근(3)이 노출되어 있는 상태이며, 열화에 의해 탈락된 부위를 내황산염 모르타르(4)로 채워 넣음으로써 구조물을 보수하게 된다.
내황산염 모르타르(4)를 타설하기 전에 제일 먼저 콘크리트 구조물 표면의 열화된 콘크리트를 제거하여야 한다.
이는 충전될 내황산염 모르타르가 견고하게 부착될 수 있도록 하기 위한 과정으로, 열화부위의 오물, 콘크리트 조각, 레이턴스 등을 제거한다. 이때 필요시 도 1과 같이 공구를 사용하여 철근(3)이 노출되도록 기존 콘크리트(2)를 파쇄할 수 있다.
그 다음에는, 열화된 콘크리트, 이물질 등이 제거된 콘크리트 구조물 표면을 치핑(chipping)한다.
기존 콘크리트(2) 표면을 그라인더, 브레이커, 햄머 등과 같은 공구를 사용하여 치핑을 실시한다. 치핑 부위는 콘크리트 표면의 균열, 박리, 탈락 등이 발생된 부분 이외에도 콘크리트 구조물 안쪽과 열화부위 주변 부위에 대해서도 충분히 치핑하여 콘크리트 구조물(1)의 내구성이 저하된 일부까지도 교체할 수 있도록 하여 내황산염 모르타르에 의한 단면보강효과를 극대화하는 것이 바람직하다. 또한, 치핑과정에서 도 1과 같이 철근(3)이 노출되도록 하여 철근의 부식에 대해서도 조치할 수 있다.
치핑이 완료된 후에는 고압살수기를 이용하여 콘크리트 구조물의 치핑 표면에 존재하는 이물질, 열화인자 등을 고압수 세척하고 표면을 처리한다.
표면 세척 후에는 필요에 따라 노출된 철근(3)에 액상 방청제를 도포할 수 있다.
그리고 청소된 콘크리트 구조물에 내황산염 모르타르(4)를 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하여 단면을 복구하고, 타설된 내황산염 모르타르를 양생하여 보수 과정이 완료된다.
이하에서는 본 발명의 콘크리트 구조물 보수 방법에 사용되는 상기 내황산염 모르타르에 대해 설명한다.
본 발명의 내황산염 모르타르는, 시멘트 23~32 중량%; 입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%; 입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%; 고로 슬래그 파우더 5~11 중량%; 칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재 2~5중량%; 석고 및 소석회 1~3중량%; 실리카 퓸 0.7~3 중량%; 유동화제는 0.1~1.5 중량%; 재유화형 폴리머 1.4~3.0 중량%; 수산화바륨 및/또는 탄산바륨 5~25중량%를 포함한다.
시멘트는 내황산염 모르타르의 강도 및 작업성, 내구성 등을 구성하는 핵심재료이다. 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있는데, 조기 강도발현을 목적으로 하는 경우에는 3종 시멘트와 지연제를 함께 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 시멘트의 량을 23중량% 미만으로 사용할 경우 모르타르의 결합력이 약해져 강도 및 작업성이 저하되고, 32중량%를 초과해서 사용할 경우 수화열에 의한 균열과 소성수축 등에 의해 균열이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 포졸란 파우더가 결합재 역할을 분담하기 때문에 시멘트의 양을 23 내지 32 중량%로 한다.
실리카 샌드는 입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%과 입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%를 혼합 사용함으로써 치밀한 입도분포를 갖도록 하여 모르타르 내부의 충전율을 높여 보다 양호한 내구성과 치밀한 물리적 특성을 발휘 할 수 있도록 하였다. 상기 실리카 샌드는 내황산염 모르타르 내부에서 필러역할을 수행하게 된다.
고로 슬래그 파우더는 시멘트를 치환하여 결합재로 사용하는 재료로 시멘트에 비해 가격이 저렴하며 수화열 억제, 장기간에 걸친 수경반응으로 내부구조가 치밀해지고 내해수성 및 내화학성, 내알칼리성 등 내구성능 및 강도가 향상된다. 또한 작업성에 대한 경시변화를 줄일 수 있다.
고로 슬래그 파우더의 분말도는 3,900~4,300cm2/g인 것을 사용하고, 본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 5 중량% 미만으로 사용할 경우, 그 효과를 기대할 수 없고, 11 중량%를 초과하여 사용할 경우 내황산염 모르타르의 조기강도와 작업성이 저하될 수 있다.
칼슘 설포 알루미네이트계 팽창재는 에트링자이트 생성을 이용한 팽창재로 사용한다. 사용수의 증발과 시멘트 수화 반응으로 수축되는 부분을 저감할 수 있어 내황산염 모르타르의 수축에 의한 균열을 방지한다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 2 중량% 미만으로 사용할 경우, 그 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과할 경우에는 팽창량이 많아져 미세균열이 발생할 수 있다.
석고 및/또는 소석회는, 석고만 사용할 수도 있고, 소석회만 사용할 수도 있고, 둘다 혼합하여 사용할 수도 있다. 작업성과 응결속도에 따라 비율을 조절할 수 있다. 석고 및 소석회는 내황산염 모르타르의 응결을 조절하고 미장시 미장칼에 달라붙는 점성을 조절하여 마감성을 높이는데 사용된다.
석고 및 소석회는 분말도 1,200~1,600cm2/g인 것을 사용하고, 본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 1 중량% 미만의 경우 효과가 미미하며, 3 중량%를 초과할 경우 이상응결과 마감성이 저하될 수 있다.
실리카 퓸은 실리콘 메탈 또는 페로실리콘을 제조하는 과정에서 발생하는 미세입자를 집진하여 생산하는 것으로 SiO2 함량이 80%이상, 분말도 200,000cm2/g 이상의 것이 바람직하다. 실리카 퓸은 미세한 입자로 내황산염 모르타르의 공극에 자리잡아 치밀한 조직을 형성하며 장기적으로 시멘트 수화물과 반응하여 수밀성과 장기강도를 증진시킨다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 실리카 퓸을 0.7 중량% 미만 사용할 경우 그 효과가 미미하며, 3 중량%를 초과할 경우 단위수량 및 균열이 증가되고, 비경제적인 배합이 된다.
유동화제는 콘크리트 또는 모르타르에서 강력한 분산효과에 의해 단위수량을 감소시키고 소량의 사용수로 작업성을 증가시키는 재료이다. 유동화제는 고분자물질로 결합제와 필러 입자 사이에 전기적 반발력을 형성하여 각 입자들 사이의 부착력을 저감시켜 향상된 유동특성을 나타낸다. 이러한 특성은 사용수량의 저감을 가능하게 하여 모르타르 강도를 증진시키고 유동성능을 증가시켜 작업을 수월하게 한다. 사용상의 편리성을 위하여 190~220mesh인 분말 제품을 사용한다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 유동화제를 0.1 중량% 미만 사용할 경우 그 효과가 거의 나타나지 않고, 1.5 중량%를 초과할 경우 모르타르의 강도가 저하될 수 있다.
재유화형 폴리머는 액상상태의 고분자 수지를 스프레이 고온건조하여 제조한 분말형태의 물질로서 물에 분산시키면 다시 액상형태의 수지가 되는 물질이다. 내황산염 모르타르에서 재유화형 폴리머는 내부에 강력한 막을 형성하여 기존 콘크리트 구조물 표면과의 부착성을 향상시키며 모르타르 자체의 휨강도를 증진시킨다. 또한 굳지 않은 모르타르의 점성을 제어하여 블리딩(Bleeding)을 저감시킨다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 상기 재유화형 폴리머는 1.4 중량% 미만 사용할 경우 그 효과가 미미하며, 3 중량%를 초과할 경우 압축강도를 저하시키고 점성의 증가로 인한 작업성의 저하를 초래한다.
상기 재유화형 폴리머는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 스티렌-부타디엔고무(styrene butadiene rubber), 초산비닐아세테이트, 스틸렌아크릴에스터 및 폴리아크릴에스터 (polyacrylic ester)로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
탄산바륨 및/또는 수산화바륨은 내황산염 모르타르 내부에서 고정형태 또는 바륨수화물 형태로 존재하다가 외부에서 황산염에 의한 열화물질에 노출될 경우 침투되는 황산염을 황산바륨으로 고정화시켜 모르타르의 조직을 보호하는 핵심적인 역할을 수행한다.
상기 탄산바륨 및/또는 수산화바륨은 탄산바륨 또는 수산화바륨 각각 단독으로 사용할 수도 있고, 같이 병행 사용할 수도 있다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 전체 조성비에서, 5 중량% 미만 사용할 경우 황산염의 고정화가 미미하여 내황산염 모르타르가 황산염의 공격으로 인해 열화 될 수 있으며, 25 중량% 초과할 경우 바륨수화물 과다에 따른 이상응결로 압축강도 및 휨강도가 저하되며, 점성의 증가로 작업성이 저하되어 시공이 어려워진다.
상기 탄산바륨과 수산화바륨은 50mesh 통과 분말을 사용하고, 수산화바륨은 일수화물 또는 팔수화물 모두 사용 가능하며 순도(Purity) 99% 이상의 것, 가용성 바륨의 함량이 72% 이상의 것을 사용한다. 상기 탄산바륨은 탄산바륨의 함량 98%이상, 철(Fe)의 함량 0.1% 이하의 것을 사용한다. 탄산바륨과 수산화바륨을 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은, 중량비로 탄산바륨 : 수산화바륨이 1:1~2 또는 2:1로 사용할 수 있다.
수산화바륨 Ba(OH)2 은 수화과정에서 탄산염과 반응하여 탄산바륨 BaCO3 를 생성하게 된다. 또한 다음 식5와 같이 수산화바륨은 수산화칼슘, 탄산기와 같이 반응하여 바륨-탄산칼슘 수화물을 형성하게 되며, 잔량의 수산화바륨과 탄산화된 탄산바륨은 황산염과 반응하여 황산바륨으로 고정화된다(식6). 이러한 바륨수화물은 매우 낮은 용해도를 보유하고 있어 물과 같은 용매에 쉽게 침출되지 않아 수화구조의 견고함을 유지할 수 있다.
식5) Ba(OH)2+Ca(OH)2+2H2CO3→BaCa(CO3)2+4H2O
식6) Ba(OH)2+SO4 -=BaSO4, BaCO3+SO4 -=BaSO4
식7) BaCO3 + SO4 - = BaSO4
또한 탄산바륨(BaCO3)도 내황산염 모르타르 내부에서 고형체로 존재하다가 외부에서 침투하는 황산염과 만나면 위의 식7과 같이 반응하여 황산바륨을 생성하여 황산염을 고정화하게 된다.
황산염의 침투는 Topochemical 반응을 기본으로 하고 있다. 황산염이 콘크리트 또는 모르타르의 표면에 접하면 콘크리트 또는 모르타르의 수화생성물(Ca(OH)2, C-S-H gel 등)에 포함되어 있는 Ca+ 및 Al+ 이온 등과 결합하여 콘크리트 또는 모르타르 표면에서부터 파괴를 진행시킨다.
본 발명에서 사용하고 있는 수산화바륨 및 탄산바륨 혼합물은 황산염(SO4-)이온이 Ca+ 및 Al+ 이온 등과 결합하기 전에 황산염이온과 바륨(Ba+)이온이 반응하여 황산바륨(BaSO4)을 형성함으로써 황산염이온을 고정화시킨다. 또한 바륨, 황산염 반응에서 생성된 황산바륨은 매우 안정된 물질로 물과 같은 용매에 침출되지 않고, 모르타르의 표면을 치밀하게 만들므로 황산염에 의한 물리적 침식과 황산염 이외의 열화인자의 침입을 용이하게 막아낼 수 있는 표면의 치밀함을 형성시킨다. 이렇게 황산염이온을 표면에서 고정화시킴으로써 황산염을 소모시켜 황산염에 의한 화학적 침식을 방지하고, 바륨, 황산염 반응으로 모르타르 표면에 생성된 황산바륨이 표면조직을 치밀화 하여 황산염에 의한 물리적 침식에 저항성을 가져 단면복구된 보수 모르타르의 내구성을 향상시키는 효과를 발휘하게 된다.
이와 같이 황산염의 고정화를 통해 보수 모르타르 표면에서 더 이상 황산염에 의한 화학적 침식이 진행되지 않고, 바륨과 황산염의 반응 물질이 모르타르 표면의 조직을 치밀화 하여 황산염에 의한 물리적 침식과 염화물, 탄산염, 물 등 열화물질의 침입을 방지하여 보수 모르타르의 내구성을 향상시켜 콘크리트 구조물의 내구수명을 증가시키게 된다.
아울러, 본 발명의 내황산염 모르타르는, 필요에 따라 지연제, 경화촉진제, 철근 방청제, 발수제, 증점제, 분산제, 소포제 및 섬유보강제를 더 포함할 수 있다. 섬유보강제는 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 전체 내황산염 모르타르를 100중량%를 기준으로 0.01 내지 0.4 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 섬유보강제는 균열저항성을 향상시키는 목적으로 사용가능하며, 합성섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 또는 친수성이 좋은 PP섬유, 나일론섬유 또는 셀룰로오스섬유로 이루어진 군에서 1종 이상을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 내황산염 모르타르의 물리적 특성을 평가하기 위하여, KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 및 황산염에 대한 저항성을 압축강도와 팽창파괴시험으로 평가하였다.
본 발명에 따라 제조된 내황산염 보수 모르타르 조성물의 물리적 특성을 평가하기 위하여 내황산염 모르타르의 구성성분 중 수산화바륨 및 탄산바륨을 제외한 나머지 성분은 모두 같이 하여 비교 모르타르 조성물을 KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법) 및 황산염에 대한 저항성을 압축강도와 팽창파괴시험을 수행하였고 그 구성성분의 함량과 시험 결과를 아래 표 1과 표 2에 나타내었다.
내황산염 모르타르 조성물의 구성 성분 및 함량
구분(중량%) 비교예1 비교예2 실시예
1종 포틀랜트 시멘트 29 29 29
입경 0.7~1.2mm 실리카 샌드 36 34 27
입경 0.25~0.7mm 실리카 샌드 20 20 14
수산화바륨 및 탄산바륨 혼합물 (1:1 중량비) 0 2 15
칼슘설포알루미네이트 팽창재 2 2 2
무수석고 1.5 1.5 1.5
유동화제 0.7 0.7 0.7
섬유 0.05 0.05 0.05
실리카 퓸 1.5 1.5 1.5
고로슬래그 파우더 7 7 7
증점제 0.04 0.04 0.04
소포제 0.01 0.01 0.01
재유화형 폴리머 2.2 2.2 2.2
계 100 100 100
내황산염 모르타르의 물리적 특성 평가 결과
항목 비교예1 비교예2 실시예
28일 압축강도 (MPa) 31.5 32.2 33.8
Flow Test (mm) 181 184 183
28일 부착강도 (MPa) 1.8 1.7 1.9
28일 휨강도 (MPa) 7.8 7.8 7.9
황산염 침지 후 압축강도 (MPa) - 13.5 33.5
황산염 침지 후 팽창파괴정도 파괴 부분 파괴 건전
도 2 내지 4는 황산염 침지 후 모르타르 공시체의 체적팽창에 따른 팽창파괴상태를 촬영한 사진인데, 도 2는 실시예의 사진, 도 3은 비교예 1의 사진, 도 4는 비교예 2의 사진인데, 실시예의 모르타르 공시체는 파괴가 없는 반면, 비교예 1은 파괴가 심하게 발생하였고, 비교예 2는 부분적으로 팽창파괴가 일어난 것을 확인할 수 있다.
상기 표 2의 시험 결과를 확인해 보면, 본 발명에 따른 내황산염 모르타르는 KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에서 규정하고 있는 콘크리트용 보수 모르타르의 요구되는 압축강도, 부착강도 및 휨강도를 만족하는 것을 확인할 수 있다. 또한 표 2를 보면, 실시예의 황산염 침지 후 압축강도는 28일 압축강도에 비해 강도저하가 거의 없는 반면, 비교예 1은 황산염 침지 후 압축강도를 측정할 수 없을 정도로 열화되었고, 비교예 2는 황산염 침지로 28일 압축강도의 1/3 수준으로 강도가 저하된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1. 콘크리트 구조물
2. 기존 콘크리트
3. 철근
4. 내황산염 모르타르

Claims (7)

  1. 콘크리트 구조물 보수 방법에 있어서,
    a) 콘크리트 구조물 표면의 열화된 콘크리트를 제거하는 단계;
    b) 열화된 콘크리트가 제거된 콘크리트 구조물 표면을 치핑하는 단계;
    c) 콘크리트 구조물의 치핑 표면에 존재하는 이물질, 열화인자를 청소하는 단계;
    d) 청소된 콘크리트 구조물에 내황산염 모르타르를 타설하는 단계;
    e) 상기 타설된 내황산염 모르타르를 양생하는 단계를 포함하고,
    상기 내황산염 모르타르는,
    시멘트 23~32 중량%;
    입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%;
    입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%;
    고로 슬래그 파우더 5~11 중량%;
    칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재 2~5중량%;
    석고 및/또는 소석회 1~3중량%;
    실리카 퓸 0.7~3 중량%;
    유동화제는 0.1~1.5 중량%;
    재유화형 폴리머 1.4~3.0 중량%;
    수산화바륨 및/또는 탄산바륨 5~25중량%를 포함하는
    콘크리트 구조물 보수 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 c)단계와 d)단계 사이에,
    콘크리트 구조물에 설치되어 있는 철근에 방청제를 도포하는 단계를 더 포함하는
    콘크리트 구조물 보수 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 d)단계의 내황산염 모르타르 타설은, 뿜칠 또는 미장에 의해 타설하는 것을 특징으로 하는,
    콘크리트 구조물 보수 방법.
  6. 콘크리트 구조물의 표면에 타설되어 콘크리트 구조물을 보수하는데 사용되는 내황산염 모르타르에 있어서,
    상기 내황산염 모르타르는,
    시멘트 23~32 중량%;
    입경 0.7~1.2mm인 실리카 샌드 25~39 중량%;
    입경 0.25~0.7mm인 실리카 샌드 12~22 중량%;
    고로 슬래그 파우더 5~11 중량%;
    칼슘 설퍼 알루미네이트계 팽창재 2~5중량%;
    석고 및/또는 소석회 1~3중량%;
    실리카 퓸 0.7~3 중량%;
    유동화제는 0.1~1.5 중량%;
    재유화형 폴리머 1.4~3.0 중량%;
    수산화바륨 및/또는 탄산바륨 5~25중량%을 포함하는
    콘크리트 구조물 보수용 내황산염 모르타르.
















  7. 삭제
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