KR102131935B1 - 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법 - Google Patents

수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중구조물을 보수 및 보강함에 있어서 모르타르 재료로서 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구 특성을 유지하면서도 압축강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시키는 동시에, 부착강도를 강화함으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 재료의 불분리성이 우수하여 수중속에서도 재료분리 저항성, 충전성이 우수하여 시공성 및 친환경성 등 이점을 갖는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수 및 보강하는 방법으로서, 수중구조물의 열화부위를 치핑하는 단계(S 1); 상기 열화부위의 철근의 녹을 제거하는 단계(S 2); 상기 철근의 녹 제거부분을 고압수로 고압 세척하는 단계(S 3); 상기 고압 세척된 수중구조물의 열화부위 표면에 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 구성된 바탕재를 도포하는 단계(S 4); 상기 바탕재 상에 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 혼합하여 일정두께 및 소정의 형상으로 도포하여 마감층을 형성하는 단계(S 6)로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법{Non-separable cement mortar composition and reinforcement method for underwater structures using the same}
본 발명은 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법에 관한 것으로, 특히 수중구조물을 보수 및 보강함에 있어서 모르타르 재료로서 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구특성을 유지하면서도 압축강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시킨 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법에 관한 것이다.
일반적인 콘크리트의 토목, 건축물의 경우 세월이 지남에 따라 실내외 벽면, 바닥면, 천정 부분에 열화가 발생된다.
콘크리트에서 발생하는 박리, 박락, 비정상적인 균열, 중성화 등 여러가지 열화 현상으로 인해 콘크리트의 압축 강도와 철근의 부식에 의한 인장강도가 저하되어 철근 콘크리트의 손상과 나아가 붕괴 현상을 일으키고, 철근 콘크리트 구조물 내부의 철근 부식으로 인한 구조물의 파손 등 안전 사고의 문제점이 대두되었다.
이에 여러가지 보수보강 방법이 도출되었으며, 그 중에서도 수중에 설치된 구조물의 기둥 부위는 지속적으로 물에 접촉되며, 해수의 염분 환경 등의 가혹 조건인 경우에는 일반 환경하에서 이용하는 재료, 공법보다 상위 레벨의 특별한 보수 방법을 요한다.
종래의 수중콘크리트 구조물의 보수보강 공법은 크게 세가지로 나뉜다.
첫번째 공법은 물막이 공사를 하여 물을 제거한 상태로 콘크리트 표면처리를 하고 조강 시멘트몰탈을 타설하여 보강하는 방식이며, 이러한 방식을 채용할 경우에는 신구 콘크리트 계면 간의 접착력이 불량하고, 공사 기간이 길며, 시공비가 고가인 단점이 있다.
두번째 공법으로서 최근에 수중 경화 에폭시가 개발되어 탄소 섬유나 유리 섬유에 상기 수중 경화 에폭시를 적층하여 수중에서 피복 복구 공법으로 보강하는 방법을 사용하였다.
이러한 공법은 노후면이나 산화면을 수중에서 수압으로 제거하고 수중에폭시 퍼티로 요철부분을 면고르기 또는 평활화하는 것인데, 상기 면고르기 작업은 수중에서 수행할 경우 용이하지 않을 뿐 아니라, 미세한 요철은 작업이 가능하나, 심한 요철이 있는 경우에는 섬유를 완전히 부착시킬 수 없어 부분적으로 미부착 부분이 발생하게 되고, 이러한 미부착 부위에서 콘크리트 구조물의 피도면과 상기 조성물의 수축팽창율이 서로 상이하여 수축 또는 팽창시에 크랙이 발생하고 들뜸 현상이 심하여 하자보수가 많은 단점이 있었다.
이러한 수축, 팽창을 최소화하기 위해 필러류를 검토하였으나 상기 박리 현상을 방지하기에는 부족하였다.
세번째 공법은 인조사나 골재를 수중 에폭시수지와 혼합하여 수중몰탈하는 방법이다. 이는 수중 에폭시 수지에 규사나 골재를 혼입하여 미장하거나 구상인 인조사를 혼입하여 압출투입하는 공법으로서, 이 공법 역시 두께가 어느 정도 이상인 경우 계면에서의 수축, 팽창으로 인해 박리현상 및 크랙이 발생되는 문제점이 있다.
등록특허 제10-0787646호
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수중구조물을 보수 및 보강함에 있어서 모르타르 재료로서 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구 특성을 유지하면서도 압축강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시키는 동시에, 부착강도를 강화함으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 재료의 불분리성이 우수하여 수중속에서도 재료분리 저항성, 충전성이 우수하여 시공성 및 친환경성 등 이점을 갖는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수 및 보강하는 방법으로서, 수중구조물의 열화부위를 치핑하는 단계(S 1); 상기 열화부위의 철근의 녹을 제거하는 단계(S 2); 상기 철근의 녹 제거부분을 고압수로 고압 세척하는 단계(S 3); 상기 고압 세척된 수중구조물의 열화부위 표면에 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 구성된 바탕재를 도포하는 단계(S 4); 상기 바탕재 상에 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 혼합하여 일정두께 및 소정의 형상으로 도포하여 마감층을 형성하는 단계(S 6)로 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 수중구조물을 보수 및 보강함에 있어서 모르타르 재료로서 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구 특성을 유지하면서도 압축강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시키는 동시에, 수중구조물 내의 부착강도를 강화함으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 재료의 불분리성이 우수하여 수중속에서도 재료분리 저항성, 충전성이 우수하여 시공성 및 친환경성 등 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 노후된 수중구조물의 수중에 잠긴 부분 또는 수중콘크리트의 표면에 모르타르 조성물을 도포함으로써, 고강도 35MPa로 외부충격에 대한 완화효과가 있다.
넷째, 본 발명은 염화칼슘에 무반응으로 알칼리 골재반응이 없어 수중구조물의 염해 방지에 유리하고, 황산과 같은 강산성에도 화학적 반응이 없어, 교각, 하수처리장, 폐수처리장, 하수관로 보수 등에 유리하며, 치밀한 고분자 결합체로 공극이 없어 물이 스며들 수 없는 완벽한 수밀성 확보하며, 탄성수지의 탄성으로 인해 충격, 진동 흡수 및 균열발생을 억제하여 교량 등 거동하는 구조물에 유리하며, 완전 방수 실현으로 동해피해를 원천적으로 방지하고 자외선에 강하며 풍화에 의한 마모성이 강한 장점이 있다.
다섯째, 본 발명은 수중 구조물의 단면보수 및 보강뿐만 아니라 기타 수중 콘크리트 구조물에도 부착성이 우수하여 시공 후 들뜸 현상이나 박리현상이 발생하지 않는 효과가 있다.
여섯째, 본 발명은 방수재 경화의 속도를 향상시켜 형상이 복잡한 콘크리트 구조물에 적용이 가능하고, 상온에서 경화되어 가열이 필요 없으며, 스프레이 방식으로 넓은 범위에 시공이 가능한 장점이 있다.
일곱째, 본 발명은 대기 중의 자연환경 요건에 따른 습기, 자외선 및 오존 등에 노출된 건축물, 공영주차장 등 콘크리트 구조물 바닥재에 적용이 가능하고, 상온에서 경화되어 가열이 필요 없으며, 스프레이 방식으로 넓은 범위에 시공이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수보강하는 과정을 도시한 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수보강하는 시공상태를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물]
본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물은 시멘트, 골재, 구체강화제, 보강섬유, 팽창제, 증점제, 감수제, 소포제, 가스발포물질 및 바탕재가 일정비율로 혼합된 모르타르이다.
여기서, 상기 시멘트는 보통, 조강, 초조강, 저열 및 중용열 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에 고로슬래그, 플라이애쉬, 또는 실리카를 혼합한 각종 혼합시멘트, 또 석회석 분말이나 고로 서냉 슬래그 미분말을 혼합한 필러시멘트, 각종 산업폐기물을 주원료로 하여 제조되는 환경친화형 시멘트 이른바 에코시멘트 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 초기 강도 발현성이나 재료분리 저항성의 관점에서 보통 포틀랜드시멘트나 조강포틀랜드시멘트를 선택하여 사용함이 바람직하다.
또한, 상기 골재는 잔골재를 사용하되, 잔골재는 발열량이나 치수변화의 저감이나, 내구성의 확보의 관점에서 중요한 역할을 하는 것으로, 구체적으로는, 강모래, 산모래 및 바닷모래 외, 케이사계 잔골재, 석회석계 잔골재, 고로수쇄슬래그계 잔골재, 및 재생골재 등을 들 수 있지만 특별히 한정되는 것은 아니다.
잔골재의 입도는 조립률(F.M.)에서 1.2~3.0이 바람직하고, 특히 1.5~2.7이 더 바람직하다.
1.2미만에서는 양호한 유동성이 얻을 수 없는 경우가 있고, 3.0을 넘으면 수중 불분리성이 떨어지고 수질을 오염하거나 수중에서 타설했을 때의 강도가 저하할 우려가 있다.
잔골재의 사용량은 시멘트 100중량부에 25~100중량부가 바람직하다.
25중량부 미만에서는 대량 타설 했을 때, 열균열이 발생할 수 있고, 100 중량부를 넘으면 충분한 압축강도가 얻지 못할 우려가 있기 때문이다.
그리고, 상기 구체강화제는 리튬실리케이트 또는 규산나트륨으로 구성된다.
여기서, 상기 리튬실리케이트는 시멘트, 모르타르, 콘크리트, 칼슘실리케이트와 같은 시멘트 물질로 된 구조물의 표면강화제로서 사용된다.
특히, 상기 리튬실리케이트(Li2O3Si)는 콘크리트 표면 내부로 침투하여 콘크리트의 유리 알칼리성분들과 화학적 반응을 일으켜 콘크리트를 강화시킨다.
또한, 상기 규산나트륨은 조성에 따라 메타규산나트륨(NaSiO), 그 수화물인 오르토규산나트륨(NaSiO), 이규산나트륨(NaSiO) 등 여러 가지가 있으나 보통은 메타규산나트륨을 의미한다.
수화물도 있으나 무수물은 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1,000℃로 가열 융해하여 고화시켜서 만든다.
메타규산나트륨은 물에 잘 녹으며 수용액은 가수분해하여 알칼리성이 된다.
따라서 희박한 수용액에서는 산을 사용하여 정량할 수 있다.
한편, 상기 보강섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유로 구성된다.
여기서, 상기 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유와 같이 인장강도가 매우 크고 신축성은 없으며, 부식도 되지 않는 섬유이다.
특히, FRP, CFRP를 사용한 경우에는 시멘트계 철근을 사용한 경우처럼 녹슬지 않고, 피로에 따르는 강도와 내구성 저하가 없어 장기적으로 안정되어 목표로 하는 강도나 내구성을 확보할 수 있다.
탄소섬유는 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화시켜 만든 섬유이며,
셀룰로오스, 아크릴, 비닐론, 피치 등이 원료이다.
일반적으로 탄소의 육각 고리가 연이어 층상격자를 형성한 구조이며, 금속광택이 있고 검은색이나 회색을 띤다.
강도 10∼20g/d, 비중 1.5∼2.1이다.
내열성, 내충격성이 뛰어나며, 화학약품에 강하고, 해충에 대한 저항성이 크다.
가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고, 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다.
또한, 상기 바잘트섬유는 현무암을 1,500로 녹여 원심력이 의한 방사로 직경 9~20크기의 필라멘트사로 만든 무기섬유이다.
원적외선과 음이온의 방출 등 건강치유 기능과 친환경성으로 독성이 없고 불연, 내열, 방음, 흡음, 방진, 산과 알칼리에 내침식성, 물에 대한 내부식성, 내마모성 및 경량 고강도 특성으로 산업 전반에 걸쳐 이용되는 섬유소재이다.
상기 유리섬유는 용융한 유리를 섬유 모양으로 한 광물섬유이며, 용도에 따라 장섬유와 단섬유가 있다.
유리섬유는 고온에 견디며, 불에 타지 않으며, 흡수성이 없고, 흡습성이 적으며, 화학적 내구성이 있기 때문에 부식하지 않으며, 강도, 특히 인장강도가 강하며, 신장률이 적으며, 전기 절연성이 크며, 내마모성이 적고, 부서지기 쉬우며 부러지며, 비중은 나일론의 2.2배, 무명의 1.7배이다.
또, 유리섬유는 가늘수록 인장강도가 크며, 열전도율도 작다.
한편, 상기 아라미드섬유는 폴리아미드(polyamide) 계열 단백질 실로서, 나일론(nylon) 같은 합성 섬유를 만들 때 썼는데 열에 강하고 잘 타지 않는 성질을 높인 섬유이다.
또한, 상기 팽창제는 수화반응으로 에트린자이트, 수산화칼슘을 생성하는 것이면 바람직한 칼슘설포알루미네이트계 팽창제, 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제, 생석회계 팽창제 및 석고계 팽창제 등이 선택되며 이들의 일종 또는 이종 이상이 사용 가능하며 유동성 유지 성능에서 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제가 더 바람직하다.
팽창제 분말도는 브레인 비표면적 값에서 2,000~8,000㎠/g이 바람직하고, 특히 2,500~6,000㎠/g이 더 바람직하다.
2,000㎠/g미만에서는 브리딩이 생길 수 있고 8,000㎠/g을 넘으면 적정한 팽창률이 얻지 못할 우려 및 유동성이 나빠질 염려가 있다.
여기서, 상기 팽창제의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여 0.75~7.5중량부가 좋다.
0.75 중량부 미만에서는 물과 섞고 얻는 경화체에 적정 팽창 성상이 얻어지기 어려워질 수 있고 75중량부를 넘으면 팽창량이 커지고 경화체가 파괴할 우려가 있다.
그리고, 상기 분말상 증점제는 수중 불분리성을 부여하기 위해 증점제를 사용하되, 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유한다.
본 발명에서 사용하는 증점제는 알킬아릴술폰산염과 알킬암모늄염을 함유한 분말상 증점제이며, 그 양자가 물과 접촉했을 때 분자간 상호작용에 의해 회합하여 끈 모양의 미셀을 형성하고, 그 구조에 의해 레올로지 개질효과를 발현하는 것이다.
알킬아릴술폰산염과 알킬암모늄염의 배합비율은 끈 모양의 미셀을 형성할 수 있으면 특별히 한정되는 것이 아니다.
통상 유효 성분으로 알킬아릴슬폰산염/알킬 암모늄염의 중량비에서 1/10~10/1의 범위가 좋다.
분말상 증점제의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여, 0.075~0.25중량부가 바람직하다.
0.07515 중량부 미만에서는 적정한 수중 불분리성을 얻기 어려워질 수 있고, 0.25 중량부를 넘으면 점성이 높기 충분한 유동성이 얻지 못하고, 펌프 압송 시에 호스가 폐색하거나 충전성이 훼손될 우려가 있다.
또한, 본 발명에서는 유동성을 부여하기 위해 폴리카르본산계 감수제를 사용한다.
상기 폴리카르본산계 감수제의 형태는 액상, 분말상 모두 있지만 시멘트 조성물을 드라이블렌드로서 배합하기 때문에 분말상 것을 사용한다.
폴리카르복실산계 감수제 사용은 시멘트 100중량부에 대하여, 0.025~0.15중량부가 바람직하다.
0.025중량부 미만에서는 적정 유동성이 얻어지기 어려워질 수 있고 0.15중량부를 넘으면 시멘트 모르타르와 물과의 혼합시 다수의 거품이 발생하거나 응결 시간이 지연될 우려가 있다.
그리고, 본 발명에서는 연행한 공기를 소포시키고, 공기연행으로부터 오는 강도 저하를 방지할 목적으로, 지메틸 시클로헥산을 유효성분으로 하는 실리콘계 소포제를 사용한다.
그 형태는 감수제와 마찬가지로 액상, 분말상 모두 있지만 시멘트 조성물을 드라이블렌드로서 배합하기 때문에 분말상 것을 사용한다.
여기서, 상기 실리콘계 소포제의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여, 0.005~0.05중량부가 바람직하다.
0.005중량부 미만에서는 연행된 공기가 빠지지 않고, 압축 강도 증진이 안될 수 있고 0.05중량부를 넘어 사용해도, 공기 양의 저감 효과의 증대가 없을 뿐 아니라 수중 불분리성이 떨어지고 수질을 오염하거나 수중에서 타설 했을 때의 강도가 저하할 우려가 있다.
또한, 본 발명에서는 유동성 유지 성능 향상을 목적으로 폴리에테르계 소포제를 사용한다.
그 형태는 감수제와 마찬가지로 액상, 분말상 모두 있지만 시멘트 조성물을 드라이블렌드로서 배합하기 때문에 분말상 것을 사용한다.
여기서, 상기 폴리에테르계계 소포제의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여, 0.001~0.05중량부가 바람직하다.
0.001중량부 미만에서는 유동성 유지 성능 향상에 효과가 없어질 수 있고, 0.05중량부를 넘으면 점성이 작아지고 수중 불분리성이 떨어지고 수질을 오염하거나 수중에서 타설했을 때의 강도가 저하할 우려가 있다.
한편, 본 발명에서 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하는 경우, 모르타르 조성물과 일체화시키기 위해서나 아직 미경화 상태의 모르타르가 침하나 수축하는 것을 억제하기 위해 가스 발포물질을 사용한다.
여기서, 상기 가스 발포물질로는 스테아린산으로 표면처리한 인편상 알루미늄 분말이나 애토마이즈 제법으로 제조한 알루미늄 분말이나, 아조 화합물, 니트로소 화합물 및 히드라진 유도체 등 알루미늄 분위기하에서 질소가스를 발포하는 물질이나, 과탄산나트륨, 과탄산칼륨, 및 과탄산암모늄 등의 과탄산염, 과탄산염, 과붕산나트륨이나 과붕산나트륨이나 과탄산나트륨, 과탄산나트륨, 과탄산나트륨, 과탄산염, 과탄산염, 과탄산나트륨, 과탄산나트륨 등의 과탄산나트륨 가스 발포 물질의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여, 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 0.0005~0.003중량부가 바람직하다.
이 범위 미만에서는, 침하를 방지할 수 없게 될 우려가 있어, 이 범위를 넘으면, 가스 발포량이 많아져, 경화체의 팽창률이 너무 커져 경화체의 강도 저하를 초래할 우려가 있다.
한편, 상기 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 바탕재 10중량부가 첨가 혼합된다.
여기서, 상기 바탕재는 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 구성된다.
특히, 상기 유황수지는 유황과 우레탄아크릴레이트 수지가 1:1의 중량비율로 구성된다.
즉, 상기 바탕재는 산화아연(ZnO), 티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 및 유황수지로 구성된다.
여기서, 상기 산화아연(ZnO)은 산소와 아연의 화합물(ZnO)로서, 아연화 또는 아연백이라고도 한다.
천연으로는 홍아연광으로 산출되며, 순수한 것은 초산염, 염기성 탄산염 등을 열분해하여 얻으며, 가벼운 흰색 분말이며, 결정은 육방 정계이며, 300℃로 가열을 가하면 황색이 되나, 식히면 흰색으로 되돌아온다.
물에는 거의 녹지 않고 묽은 산이나 진한 알칼리에 녹으며, 촉매 등으로도 쓰인다.
또한, 상기 티타늄(TiO2)은 원자 번호 22, 비중 45, 융점 1800℃, 상자성체이며 매우 경도가 높고 여리다. 강도는 거의 탄소강과 같고, 비강도는 비중이 철보다 작으므로 철의 약 2배가 되고 열전도도와 열팽창률도 작은 편이다.
그리고, 상기 산화알루미늄(Al2O3)은 산소와 알루미늄의 화합물이며, 알루미나라고도 한다. 화학식 Al2O3, 분자량10194, 녹는점 2090℃.녹는점이 높고 굳은 무색의 결정 가루로서 알루미늄을 만드는 원료이다. 강옥은 천연에서 나는 순수한 알루미나이고 루비·사파이어는 불순물로 인해 붉은색·푸른색을 띤 알루미나이다.
보크사이트의 주성분으로서도 산출된다. 물에 녹지 않고, 양성 산화물이지만 세게 열을 가하면 산에도 녹지 않는다. 알루미늄 전해용, 촉매, 촉매 담체, 연마재 외에도 IC 패키지, 세라믹스 배선판에 두루 쓰인다.
한편, 상기 유황수지는 유황과 우레탄아크릴레이트 수지가 1:1의 중량비율로 구성된다.
여기서, 상기 우레탄아크릴레이트 수지는 우레탄의 특성과 아크릴레이트의 특성을 모두 갖고 있는 하이브리드(hybride) 수지이다.
상기 우레탄아크릴레이트 수지는 일반적으로 우레탄 프리폴리머(urethane prepolymer)와 하이드록시 알킬 아크릴레이트와의 중합반응에 의해서 제조된다.
상기 우레탄 프리폴리머는 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)의 중합 반응에 의해서 형성되며, 그 종류는 다양하다.
또, 상기 하이드록시 알킬 아크릴레이트의 예로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate; MMA), 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트(2-hydroxy ethylmethacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate) 등의 유성수지와; 부틸 아크릴레이트 단위체 22%, 메틸 메타크릴레이트 단위체 22%, Ethorylated Monylphenol 1%, 물 54%, 나프탈린계(나프탈렌 술폰산 포르말린) 또는 폴리 카본산계(폴리에틸렌 글리콜 술포산 에테르) 1% 등의 수용성 수지가 있다.
우레탄아크릴레이트 수지는 시멘트 콘크리트에서 발생하는 카드뮴(Cd), 납(Pb), 수은(Hg), 육가 크롬(Cr6+) 등의 중금속 성분이 전혀 없으며, 피부, 눈, 호흡기관 등 인체에 자극을 주는 브롬(Br)과 독성 및 부식성이 강한 염소(Cl) 등 할로겐 성분도 전혀 없다.
상기 우레탄아크릴레이트 수지는 유기질 코팅재로 난연성 수지에 해당하는 것으로, 경화된 우레탄아크릴레이트 수지는 지속적으로 높은 외부 열원이 가해질 경우, 탈 수 있으나 열원이 없어지면 16초 이내에 불이 꺼지고 더 이상 저절로 타들어 가지 않는다.
또한, 종래의 합성수지는 화재시 타게 되면 유독 가스를 발생하나, 우레탄아크릴레이트 코팅 및 방수재는 유독가스가 발생하지 않는 장점이 있다.
그리고, 상기 모르타르 조성물 100중량부에 대하여 이산화티타늄 조성물 10중량부가 첨가 혼합된다.
여기서, 상기 이산화티타늄 조성물은 Ti[OCH(Cl3)2]4, (CH3)2 CHOH를 1:1 중량비로 하여 제조된 이산화티타늄(TiO2)졸 100중량부와; C8H20O4Si, (CH3)CHOH를 1:1 중량비로 하여 제조된 실리카졸 80중량부와; Zn(C2H3O2)2로 제조된 산화아연졸 18중량부와; 금속이온 2중량부로 구성된다.
즉, 상기 이산화티타늄 조성물은 광화학 반응에 의해 수중구조물에 부착된 오염물질 및 NOx, SOx, 악취가스 등의 분해/제거와 미생물에 대한 살균기능이 있다.
여기서, 상기 이산화티타늄 조성물은 광촉매 활성을 결정성이 우수한 이산화티타늄(TiO2) 초미립자를 형성하고, Ag, Zn, Cu 중 1종종 이상의 금속이온을 담지함으로써 자외선의 조사에 의해 가전자대에서 여기되어 전도대로 여기된 전자들이 가전자대의 정공에 이른 시간 내에 재결합되는 것을 억제하여 광화학 반응의 활성점을 최대로 지속시킴으로써 적은 양의 자외선 에너지량에서 광화학 반응이 충분함은 물론 금속이온에 의한 악취물질의 분해와 미생물의 살균 메커니즘에 의해 더욱 우수한 탈취효과, 방호효과 및 살균효과를 발현할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수보강하는 과정을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수보강하는 시공상태를 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법은 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수 및 보강하는 방법으로서, 수중구조물(C)의 열화부위를 치핑하는 단계(S 1); 상기 열화부위의 철근(S)의 녹을 제거하는 단계(S 2); 상기 철근(S)의 녹 제거부분을 고압수로 고압 세척하는 단계(S 3); 상기 고압 세척된 수중구조물(C)의 열화부위 표면에 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 구성된 바탕재(100)를 도포하는 단계(S 4); 상기 바탕재(100) 상에 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 혼합하여 일정두께 및 소정의 형상으로 도포하여 마감층(300)을 형성하는 단계(S 6)로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법은 수중구조물(C) 열화부위 치핑단계(S 1), 철근(S) 녹을 제거단계(S 2); 고압세척단계(S 3), 바탕재(100) 도포단계(S 4); 마감층(300) 도포단계(S 6)를 순차적으로 시행하여 수중구조물의 단면을 보수 및 보강한다.
여기서, 상기 수중구조물(C) 치핑단계(S 1)는 수중구조물(C)의 열화부위를 치핑한다.
즉, 수중구조물(C)의 열화부위 치핑은 유압식 해머가 아닌 공압식 해머에 의하여 기존 수중구조물(C)에 미치는 충격을 최소화하여야 하고, 균일한 조도의 형성으로 접합력의 향상, 시공성, 경제성을 동시에 만족한 상태에서 콘크리트 깨기(Breaking: 파괴)와 그라인더의 면고르기 등을 치핑(Chipping)과 혼용 적용하여 신구 수중구조물 접합을 시행토록 한다.
이어서, 철근(S) 녹을 제거하는 단계(S 2)는 수중구조물(C)의 열화부위로 외부로 노출된 철근(S)의 녹을 제거하고 방청제를 도포한다.
이어서, 고압세척단계(S 3)는 수중구조물(C)의 치핑부분 및 철근 방청부분을 냉온수 고압세척기로 깨끗이 세척한다.
이어서, 상기 바탕재(100) 도포단계(S 4)는 고압세척된 수중구조물(C)의 열화부위에 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재(100)를 일정한 두께 및 횟수로 도포한다.
이어서, 상기 바탕재(100) 상에 그리드(200) 설치단계(S 5)를 추가한다.
여기서, 상기 그리드(200)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱, PET(Polyethylene Terephthalate) 섬유와 같이 인장강도가 크고 신축성이 없거나 극미하며, 부식도 되지 않는 섬유를 경사와 위사로 하여 격자상으로 직조한 망상 직물이다.
이와 같은 그리드(200)는 수중구조물(C)의 바닥을 보강하는 측면에서 설치하는 것임을 밝혀두는 바이다.
이어서, 마감층 형성단계(S 6)는 바탕재(100) 상에 시멘트 100중량부; 잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부; 리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부; 유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부; 칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부; 알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부; 폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부; 실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부; 폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부; 알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부; 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 물 또는 수지로 혼합하여 일정한 두께 및 폭을 갖도록 도포하여 마감층(300)을 형성한다.
상기한 바와 같은 조성물 및 시공방법으로 이루어진 본 발명에 따른 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 수중구조물 보수보강공법은 수중구조물을 보수 및 보강함에 있어서 모르타르 재료로서 속경성과 재료 불분리성 및 고유동성의 요구 특성을 유지하면서도 압축강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시키는 동시에, 수중구조물의 부착강도를 강화함으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하고, 재료의 불분리성이 우수하여 수중속에서도 재료분리 저항성, 충전성이 우수하여 시공성 및 친환경성 등 작용효과 가 있다.
본 발명의 상세한 설명에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로서 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 나타나 있고, 그들 특허청구범위의 의미중에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.
100: 바탕재 200: 그리드
300: 마감층 C: 수중구조물
S: 철근

Claims (6)

  1. 시멘트 100중량부;
    잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부;
    리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부;
    유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부;
    칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부;
    알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부;
    폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부;
    실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부;
    폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부;
    알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부;
    산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성됨을 특징으로 하는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모르타르 조성물 100중량부에 이산화티타늄 조성물 10중량부가 첨가 혼합됨을 특징으로 하는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물.
  3. 삭제
  4. 시멘트 100중량부;
    잔골재로 이루어지는 골재 25~100중량부;
    리튬실리케이트(Li2O3Si), 규산나트륨으로 이루어지는 구체강화제 25중량부;
    유리섬유, 탄소섬유, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱(FRP), PET섬유 중의 하나로 이루어진 보강섬유 0.5∼10 중량부;
    칼슘 아르미노 페라이트계 팽창제 0.75~7.5중량부;
    알킬아릴슬폰산염과 알킬암모늄염을 함유하는 분말상 증점제 0.075~0.25중량부;
    폴리카르복실산계 감수제 0.025~0.15중량부;
    실리콘계 소포제가 0.005~0.05중량부;
    폴리에테르계계 소포제 0.001~0.05중량부;
    알루미늄 분말, 질소 가스 발포물질, 과산화 물질 중 어느 하나로 이루어지는 가스발포물질 0.0005~0.003중량부;
    산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 이루어진 바탕재 10중량부로 구성된 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 수중구조물을 보수 및 보강하는 방법으로서,
    수중구조물의 열화부위를 치핑하는 단계(S 1);
    상기 열화부위의 철근의 녹을 제거하는 단계(S 2);
    상기 철근의 녹 제거부분을 고압수로 고압 세척하는 단계(S 3);
    상기 고압 세척된 수중구조물의 열화부위 표면에 산화아연(ZnO) 10중량%, 티타늄(TiO2) 10중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 10중량%, 유황수지 70중량%로 구성된 바탕재를 도포하는 단계(S 4);
    상기 바탕재 상에 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 혼합하여 일정두께 및 소정의 형상으로 도포하여 마감층을 형성하는 단계(S 6)로 이루어짐을 특징으로 하는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바탕재 상에 그리드를 설치하는 단계(S 5)를 추가함을 특징으로 하는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그리드는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 바잘트섬유, 섬유강화플라스틱, PET(Polyethylene Terephthalate) 섬유 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 수중 불분리성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 수중구조물 보수보강공법.
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