KR102158536B1 - 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 철근콘크리트 구조물에 있어 열화단면의 보수 및 보강 시 방식성능을 향상시키고, 균열저항성을 향상시키며, 층간 들뜸이 방지되고, 표면특성을 강화시켜 내구성 및 내수성을 배가시킬 수 있는 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
기존의 범용화 된 침투제 기술로는 실리케이트계, 실록산계, 실란계, 변성계 및 복합계가 있으며, 단면보수 공법으로는 중성화 억제, 염해 억제 및 철근부식 억제 등 다양한 기능을 부여한 보수 모르타르를 사용한 단면보수 공법들이 있다.
기존 침투제의 경우 콘크리트 열화부의 알칼리 회복 기능과 안정적 철근 방청을 동시에 구현 할 수 있는 기술은 전무하며, 수용성으로 알칼리물질 용출에 따른 백화문제와 콘크리트 내부로의 침투성을 확보한 제품은 전무한 실정이다. 또한, 기존에 습한 환경조건에서 시공되는 보수 모르타르의 경우 시공의 편의성을 확보하기위해 금속성 물질을 포함하고 있어 철근의 부식에 따른 추가적인 하자가 발생되는 문제점이 있다. 특히, 현재 국내의 경우 환경성 문제로 기존에 방청제의 원료로 사용되었던 아질산염의 사용이 제한적이므로 국내산 방청 보수몰탈은 전무한 실정이다.
아울러, 국내의 경우 건설시장이 성숙단계에 접어들어 30년을 초과한 노후 인프라시설이 2018년 서울기준 10%에 육박하고 있으며, 2015년 한국건설산업연구원의 자료에 따르면 서울시 주요공공시설의 성능수준 평가는 31.1%가 우수하지 않은 것으로 조사 되었다. 이에 그동안 부족했던 유지관리비용을 점진적으로 늘리고 2018년 서울시 안전마스터 플랜을 공표하였으며, 노후 인프라 시설물에 대한 대대적 정비를 준비하고 있는 시점이다.
따라서, 향후 2차 보수 시 발생 될 수 있는 상기 문제점들을 개선하고 구조물의 열화 상태 및 환경에 따른 선택적 기능을 부여함과 동시에 시공의 간편화, 경제성 확보 및 안정적인 내구성을 확보할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 보수 재료 및 시공방법 개발의 필요성이 있다.
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 방식성능을 향상시키고, 균열저항성을 향상시키며, 층간 들뜸이 방지되고, 표면특성을 강화시켜 내구성을 배가시킬 수 있는 구조물의 보수 및 보강용 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은, 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수층에 타설되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제를 포함하는 표면보호제 조성물;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 알긴산나트륨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 소디움헥사메토포스페이트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 표면보호제 조성물에는 침강 탄산염이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에서는 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 구조물의 보수 및 보강 대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20); 상기 프라이머층에 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘, 알긴산나트륨, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨, 소디움헥사메토포스페이트를 포함하는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30); 상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제, 침강탄산염를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);를 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물을 이용한 시공방법(이하 "본 발명의 시공방법"이라함)에 대해서도 개시한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 이를 이용한 시공방법은 방식성능을 향상시키고, 균열저항성을 향상시키며, 층간 들뜸이 방지되고, 표면특성을 강화시켜 내구성을 배가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 시공방법을 나타내는 블록도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프라이머 조성물에는 아크릴수지를 주제로 하여 첨가제가 포함되는데, 상기 첨가제에는 실록산(Siloxane), 아미노화합물(Amino Compound), 인산(Phosphoric Acid)이 포함되며, 아질산염(Nitrite)이 소량으로 더 포함될 수 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 실록산 100중량부에 대해, 아미노화합물 30 내지 80중량부, 인산 30 내지 60중량부, 아질산염 5 내지 15중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실록산은 시멘트 콘크리트 경화체 내부의 Micro Pore에 침투하여 시멘트 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Calcium Hydroxide)과 반응하여 Calcium Silicate Hydrate(C-S-H)를 형성함으로 시멘트 콘크리트 내부의 조직을 치밀하게 하고 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시키게 되는 것이다.
상기 프라이머 조성물에는 3개의 1차 알코올이 포함된 아미노화합물 및 인산을 포함하고, 물에 용해 시 알칼리 자유이온을 만드는 아질산염이 포함되도록 하는 것이다.
상기 단면보수 조성물은 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고로슬래그는 그 분말도 3,000~9,000cm2/g인 것이 바람직 한 바, 이는 고로슬래그의 분말도가 3,000cm2/g 미만인 경우에는 반응성이 작아 강도발현에 불리하고, 분말도가 9,000cm2/g을 초과하는 경우에는 반응성이 커서 초기강도 발현에 유리할 수 있지만, 수화열의 발생을 제어할 수 없고, 시공성이 다소 저하되어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.
즉 분말도가 높은 고로슬래그를 사용함에 따라 접촉하는 표면적이 커지기 때문에 수화반응이 빨라지고, 조기강도가 높아지는 장점이 있으나, 수화열이 증가됨에 따라 유동성이 저하되는 단점 또한 발생할 수 있게 되는 것이다. 또한, 상기 고로슬래그는 물과 접한 직후 슬래그파우더에서 Ca2 + 이 용출되고, 표면에 투과성이 나쁜 부정형의 ASH6의 피막이 형성되어 슬래그 입자 속으로 물의 침투 및 슬래그 입자로부터의 이온의 용출이 억제되기 때문에 자체만으로는 수화반응이 잘 진행되지 않는다. 따라서, 상기에서 언급한 바는 없으나 공지의 알카리활성화제를 더 첨가함으로써 상기 고로슬래그의 반응성을 활성화 시키는 것이 더욱 바람직하다.
상기 팽창제는 페이스트의 경화시 수축에 의한 균열을 제어하여 수밀성을 향상시키는 등 내구성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 수산화칼슘 및 상기 질산칼슘은 산업 부산물로서 순도 60~70% 수준이 적정하다. 상기 수산화칼슘 및 질산칼슘을 첨가하는 이유는 수화반응시 Calcium Silicate Hydrate(C-S-H) 형성을 배가시킴으로써 시멘트 콘크리트 내부의 조직을 치밀하게 하고 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시키기 위한 것이다.
또한 상기 단면보수 조성물에는 알긴산나트륨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기 알긴산나트륨의 첨가에 의해 점착성 및 점도를 증가시켜 부착력을 향상시키는 것이며, 특히 고온에서도 점도가 유지되어 하절기 등에 부착력이 저하되는 문제가 제어되는 것이다.
특히 상기 알긴산나트륨은 자신 무게의 수백 배에 달하는 수분을 보유하는 특성이 있어 보습제로서 기능도 발현되도록 하여 건조수축에 의한 균열도 제어하게 되는 것이다. 즉 상기 팽창제의 첨가에 의해 페이스트의 수축에 의한 균열을 제어토록 하나, 팽창제를 과도하게 첨가하는 경우 강도를 저하시키는 문제가 있어 팽창제에 더하여 알긴산나트륨을 첨가하는 것이며, 알긴산나트륨의 첨가에 의해 수분증발에 의한 건조수축에 대한 저항성도 향상시키도록 하는 것이다.
또한 상기 단면보수 조성물에는 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
에틸렌디아민테트라아세트산나트륨은 2가 및 3가의 금속이온과 안정한 수용성 킬레이트를 형성하는 안정화제로서 기능을 하는 것이다.
본 발명의 조성물에 의한 염화물 이온의 고정 메커니즘은 프라이머 조성물에 있어 아미노화합물 및 인산 유도체 말단의 알콜기인 OH-와 Cl-이 만나 R-NH-Cl 또는 R-PO-CL을 형성하게 되고 외부로 OH-이온을 방출하는 특성을 나타내어 부식부의 장벽 역할을 하여 부동태피막을 유지한다. 또한, 시멘트 내 C3A가 초기에 염화물을 흡착하였다가 탄산화가 진행되면서 해리상태가 되나 아미노화합물 유도체는 Cl-의 이온 친화력에 의해 고정화 되어 안정된 상태이다. 특히, 단면보수 조성물에서 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨은 2가 및 3가의 금속이온과 안정한 수용성 킬레이트를 형성하고, 킬레이트성 방청피막을 형성시킴으로써 페이스트 내 철근의 부식 또는 녹의 용출을 막아주는 역할을 한다.
이에 더하여 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨에 있어 양이온(Na+)의 정전기적 반발력으로 콘크리트의 경화 전 물성(작업성)을 개선시키는 작용을 하게 되는 것이며, 아질산염이 물에 용해 시 알칼리 자유이온을 형성함에 의해 시멘트 중 C3A 및 C2S 물질의 수화에 기여함에 따라 콘크리트의 경화 후 물성(압축강도)을 개선시키는 작용을 하게 되는 것이다.
한편 본 발명의 단면보수 조성물에는 상기에서 본 바와 같이 알긴산나트륨, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨 등이 첨가되어 모세관현상에 의해 표면으로 나트륨이온이 용출되거나 페이스트에 존재하는 금속이온이 모세관현상에 의해 표면으로 용출되어 단면보수층과 표면층 사이에 공극이 존재함에 따라 들뜸 등의 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명의 단면보수 조성물에는 소디움헥사메토포스페이트가 더 포함되도록 하는데 소디움헥사메토포스페이트이 나트륨이온, 금속이온 등 양이온을 흡착제거토록 함으로써 양이온의 용출에 의한 공극형성을 제어하게 되는 것이다.
바람직하게 단면보수 조성물은 시멘트 100중량부에 대해 고로슬래그 30 내지 100중량부, 팽창제 1 내지 10중량부, 수산화칼슘 1 내지 3중량부, 질산칼슘 1 내지 3중량부, 알긴산나트륨 0.5 내지 1중량부, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨 0.5 내지 1중량부, 소디움헥사메토포스페이트 0.01 내지 0.5중량부를 포함하도록 배합하는 것이 타당하다.
또한 본 발명의 조성물에는 상기 단면보수층에 타설되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제를 포함하는 표면보호제 조성물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 티타늄은 충진제로서 강도를 보강하는 기능을 하며 또한 도포시 모체의 음폐력을 높이는 기능을 하는 것이고 이에 더하여 티타늄은 자체 탄성이 있어 온도변화에 따른 변형을 자체적으로 흡수할 수 있어 온도균열 등을 방지하여 내구성 저하포인트를 제어하도록 하는 것이다.
그런데 상기 폴리머 수지를 주재로 하는 경우 실리카, 티타늄 등 타 조성이 균일한 분산이 용이하지 않아 물성의 불균일성을 초래할 수 있고 특히 티타늄의 경우 상호간 응집에 의해 불균일한 물성발현은 물론 강도저하를 초래할 수 있다.
이에 본 발명에서는 침강 탄산염이 더 첨가되도록 하는 예를 도시하고 있다.
상기 침강 탄산염의 첨가에 의해 티타늄 등에 미세한 코팅막이 형성되도록 하여 티타늄 간 반발력이 증가하여 응집현상을 제어하게 되는 것이다. 바람직하게 는 티타늄과 침강 탄산염이 혼합물로서 보관되어 혼합물로 첨가되도록 함으로써 보관과정에서도 입자 간에 뭉침현상을 방지해 주는 역할을 하도록 하는 것이 타당하다. 상기 침강 탄산염은 염수과 같은 알칼리 토금속 함유수와 같이, 물에서부터 침강된 준안정성(metastable) 탄산염 화합물로 침강된 결정 및/또는 무정형 탄산염 화합물이 포함된다.
바람직하게 폴리머수지 100중량부에 대해 실리카 20 내지 40중량부, 티타늄 1 내지 10중량부, 실란 1 내지 10중량부, 침투경화제 0.1 내지 1중량부, 침강 탄산염 0.1 내지 1중량부를 포함하는 것이 타당하다.
이하에서는 실험 예에 의해 본 발명에 대해 설명한다.
<프라이머 조성물에 대한 시험>
프라이머 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 7중량부 이며, 사용량은 0.3 kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였으며, 각각의 실험결과가 하기 표 1에 도시되고 있다.
<단면보수 조성물에 대한 시험>
<표면보호제 조성물에 대한 시험>
상기 표면보호제 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 80중량부로 제조하였으며, 사용량은 0.3kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였고, 각각의 실험결과가 하기 표 4에 도시되고 있다.
한편 본 발명의 시공방법은 도 1에서 보는 바와 같이 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 구조물의 보수 및 보강 대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20); 상기 프라이머층에 시멘트, 고로슬래그, 팽창제, 수산화칼슘, 질산칼슘, 알긴산나트륨, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨, 소디움헥사메토포스페이트를 포함하는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30); 상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제, 침강탄산염를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);를 포함되는 것을 특징으로 한다.
우선 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10)를 갖는다. 여기서 열화부위를 파취하고 청소하는 기술은 다양한 공지기술의 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.
그 다음으로 상기에서 언급한 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20)를 갖는다.
그 다음으로 상기 프라이머층에 상기에서 언급한 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30)를 갖게 되며 그 다음으로 단면보수층에 상기에서 언급한 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40)를 갖게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.
Claims (7)
- 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물;
상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트 100중량부에 대해 고로슬래그 30 내지 100중량부, 팽창제 1 내지 10중량부, 수산화칼슘 1 내지 3중량부, 질산칼슘 1 내지 3중량부, 알긴산나트륨 0.5 내지 1중량부를 포함하되, 킬레이트성 방청피막을 형성함과 동시에 콘크리트의 경화전 작업성을 개선시키기 위해 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수층에 타설되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제를 포함하는 표면보호제 조성물;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수 조성물에는 소디움헥사메토포스페이트가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물.
- 제 2항에 있어서,
상기 표면보호제 조성물에는 침강 탄산염이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물.
- 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10);
구조물의 보수 및 보강 대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20);
상기 프라이머층에 시멘트 100중량부에 대해 고로슬래그 30 내지 100중량부, 팽창제 1 내지 10중량부, 수산화칼슘 1 내지 3중량부, 질산칼슘 1 내지 3중량부, 알긴산나트륨 0.5 내지 1중량부, 소디움헥사메토포스페이트 0.01 내지 0.5중량부를 포함하되, 킬레이트성 방청피막을 형성함과 동시에 콘크리트의 경화전 작업성을 개선시키기 위해 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30);
상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 티타늄, 침투경화제, 침강탄산염를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);
을 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위한 보수 및 보강용 조성물을 이용한 시공방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2020
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