KR102164414B1 - 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르, 내염해성 보수보강재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 - Google Patents

내염해성 폴리머 보수보강 모르타르, 내염해성 보수보강재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 Download PDF

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백윤기
장용진
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(주)옥련건설
장용진
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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 및 이에 사용되는 보수보강 모르타르에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 콘크리트 구조물의 보수보강 시공시 시공부위의 표면 강도 향상 등을 위한 표면 강화제 코팅(도포) 공정을 하지 않으면서도, 철근 콘크리트 부식 방지하고, 효율적인 콘크리트 구조물의 보수보강이 가능한 시공법 및 이에 사용되는 내염해성 보수보강 모르타르에 관한 것이다.

Description

내염해성 폴리머 보수보강 모르타르, 내염해성 보수보강재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법{Repair and reinforcement mortar with improved salt-resistance, Repair and reinforcement materials containing the same and Method of repair and reinforcement of concrete structure using the same}
본 발명은 해안가, 도로 시설 등 높은 농도의 염분 성분에 노출되는 콘크리트 구조물의 보수보강에 사용되는 내염해성 보수보강 모르타르, 내염해성 보수보강재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 콘크리트 부재와, 콘크리트 부재 내부에 강도를 보강하기 위해 설치된 철근을 포함하여 이루어진다. 이러한 철근 콘크리트 구조물은 교량, 터널, 지하차도, 복개 구조물 등에 사용되며, 콘크리트 및 철근의 품질, 환경적 요인, 물리적 요인 등에 의해 퇴화되어 간다.
콘크리트 구조물은 반영구적으로 사용 가능한 것으로 알려져 있지만, 최근에 기존 구조물에 대한 다수의 조사 및 연구 결과로부터 콘크리트 구조물도 경시변화에 따라 열화현상이 일어나고, 특히 수십년이 경과되지 않은 시점에서 본래의 기능을 상실하는 사례가 종종 보고 되고 있다. 이와 같이 철근 콘크리트 수명을 단축시키는 열화현상 중에서 염분을 제거하지 않은 해사를 이용한 콘크리트 사용 또는 철근 콘크리트 구조물이 해안가에 위치하는 경우에는 외부로부터 침투된 염화물(Cl-)에 의한 철근 부식에 의한 콘크리트 구조물의 피해는 심각한 것으로 조사되고 있다.
또한, 겨울철에 제빙 또는 제설을 위하여 도로에 살포한 염화칼슘 속의 염소이온(Cl-)도 교량 등과 같은 철근 콘크리트 구조물 내로 침투하여 철근을 부식시키며, 이렇게 철근이 부식되어 표면에 녹이 발생되면 녹의 팽창으로 인해 철근 콘크리트 구조물에 균열이 발생하고, 퇴화가 진행되는 것이다.
종래 염소이온에 의해 열화된 구조물의 보수에 있어서, 유기계 표면코팅제 피복에 의한 공법과, 아질산계 방청제에 의한 방지공법 및 부식억제제와 실리케이트계 함침제를 사용한 철근부식 억제 공법이 주로 사용되어 왔으며, 상기 유기계 표면코팅제의 피복에 의한 방식공법은 콘크리트 또는 모르타르 표면에 아크릴계 또는 에폭시계 코팅제로 도막을 형성하여 외부로부터 염소이온과 이산화탄소 등의 침투를 근복적으로 차단하는 효과가 있다. 그러나, 이러한 공법은 모체와 이질적인 재료의 사용으로 경시변화에 따른 박리, 탈락 등이 발생하여 성능이 저하되어 염소이온과 이산화탄소 등의 침투가 발생하는 문제가 있다.
또한, 철근이 부식되면 그 체적이 증가하는데, 철근의 체적 증가는 콘크리트 구조물 표면에 인장력으로 작용하여 표면에 발생한 균열을 더욱 확장시킴으로써 콘크리트 구조물의 강도를 약화시켜서 콘크리트 구조물의 수명을 단축하는 결과를 초래한다. 상기한 콘크리트 구조물의 염해와 중성화를 방지하기 위해 콘크리트 구조물의 표면에 에폭시계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴고무계, 시멘트무기질계 및 발수제 등의 도료를 이용하여 피막을 형성하는 방법이 개발되었다. 그러나 상기한 도료는 유기질 도료이기 때문에 초기 콘크리트 구조물과의 접착강도는 우수하지만 열팽창계수나 건조 및 수축 등의 변형특성이 콘크리트 구조물과 큰 차이를 나타내며, 시간이 지남에 따라 도포된 피막이 콘크리트 구조물로부터 탈락하여 접착강도가 현저히 저하되는 문제점이 있다.
한편, 상기 방청제와 실리케이트계 함침제에 의한 철근부식 억제 공법은 철근 주변의 알칼리도를 높여서 부식속도를 지연시켜 좀 더 철근부식 억제 효과를 얻을 수 있지만, 콘크리트 표면에 실리케이트계 함침제를 도포할 경우, 침투 깊이를 확보하지 못하며, 표면만 침투함으로써, 콘크리트 내부 전체에 대한 알칼리도 상승 여부가 실질적으로 매우 불명확한 문제점이 있다.
또한, 온도차가 심한 지역, 습한 지역, 해변 지역 등 가혹한 환경의 콘크리트 구조물의 보수보강시, 기존 보수보강 모르타르는 이를 이용하여 시공된 콘크리트 구조물과의 접착성 및 장기접착안정성 등이 부족하여, 콘크리트 구조물로부터 이탈, 박리 되는 문제가 있었다.
한국 등록특허번호 제10-1165785호(공고일 2012.07.16) 한국 등록특허번호 제10-1861064호(공고일 2018.05.28)
이에 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 분말도가 높은 시멘트 및 소재를 도입하여, 모르타르 조성 간 혼화성을 증대시키고, 모르타르의 콘크리트 구조물에 대한 접착성 및 모르타르 성분 간 결합력 상승 효과를 얻을 수 있는 특정 접착향상제를 도입함으로써, 파손된 콘크리트 구조물 부위에 추가적인 표면 강화 처리 없이도 우수한 물성을 확보할 수 있는 새로운 보수보강 시공법 및 이에 적용되는 내염해성이 우수한 최적의 시멘트 모르타르 조성 및 조성비를 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 초미립자상 시멘트, 슬래그 시멘트, 폴리머 수지, 급결제, 팽창제, 크랙저감제, 염해방지제, 내구성 증진제, 작업성 증진제, 강도보강제, 응결조절제, 접착향상제, 섬유보강제, 발수제, 방청제, 공기연행제, 분산제 및 규사를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초미립자상 시멘트는 분말도(blaine) 5,000 ~ 15,000 cm2/g이고, 상기 슬래그 시멘트의 분말도는 6,000 ~ 12,000 cm2/g일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리머 수지는 스티렌부타디엔 공중합체 수지(styrene butadiene copolymer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 급결제는 분말도 5,000 cm2/g 이상인 보크사이트(bauxite)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 팽창제는 분말도 5,000 cm2/g 이상인 칼슘설퍼알루미네이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 크랙 저감제는 분말도 5,000 cm2/g이상인 무수석고(anhydrous gypsum)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 염해방지제는 아질산나트륨(NaNO2)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내구성 증진제는 SiO2 94 중량%을 함유한 실리카흄을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 작업성 증진제는 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 강도보강제는 메타카올린을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 응결조절제는 탄산나트륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 접착향상제는 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 함유한 변성 실록산 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 변성 실록산 분말은 변성 실록산 유화액 100 중량부에 대하여, 다공성 분말 80 ~ 250 중량부를 혼합한 후, 60 ~ 90℃에서 3 ~ 5 시간 동안 교반시킨 다음, 100 ~ 120℃ 하에서 20 ~ 24시간 동안 열처리한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 접착향상제 성분 중 상기 변성 실록산 유화액은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실록세인계 화합물, 아미노기를 갖는 실란 커플링제, 에톡실레이트 2차 알코올, 비이온 계면활성제 및 물을 혼합한 혼합물을 가수분해시킨 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020028287014-pat00001
상기 화학식 1에서 R1은 -COOH 또는 -COOR이고, R2는 -OH 또는 -CH3이며, m은 1 ~ 100의 정수이고, n은 0 ~ 100의 정수이며, m 및n은 m>n을 만족한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 혼합물은 상기 실록세인 화합물 45 ~ 60 중량%, 상기 실란 커플링제 10 ~ 25 중량%, 상기 에톡실레이트 2차 알코올 5 ~ 15 중량% 및 비이온 계면활성제 0.5 ~ 5 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 변성 실록산 유화액 성분 중 상기 실록세인계 화합물은 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 변성 실록산 유화액 성분 중 상기 실록세인계 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 폴리다이메틸실록세인(PDMS, polydimethylsiloxane)을 1 : 0.05 ~ 0.5 중량비를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 초미립자상 시멘트 13 ~ 20 중량%, 슬래그 시멘트 10 ~ 18 중량%, 폴리머 수지 1 ~ 6 중량%, 급결제 3 ~ 6 중량%, 팽창제 4 ~ 6 중량%, 크랙 저감제 5 ~ 12 중량%, 염해방지제 1 ~ 4 중량%, 내구성 증진제 5 ~ 10 중량%, 작업성 증진제 5 ~ 12 중량%, 강도보강제 2 ~ 8 중량%, 응결조절제 3 ~ 6 중량%, 접착향상제 3 ~ 7 중량%, 섬유보강제 0.2 ~ 1.0 중량%, 발수제 0.5 ~ 1.5 중량%, 방청제 0.4 ~ 1.3 중량%, 공기연행제 0.1 ~ 0.8 중량%, 분산제 0.5 ~ 3.0 중량% 및 잔량의 규사를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 앞서 설명한 조성(초미립자상 시멘트, 슬래그 시멘트, 폴리머 수지, 급결제, 팽창제, 크랙저감제, 염해방지제, 내구성 증진제, 작업성 증진제, 강도보강제, 응결조절제, 접착향상제, 섬유보강제, 발수제, 방청제, 공기연행제, 분산제, 규사) 외에 상온 속경성 결합재를 1 ~ 2.5 중량% 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 상온 속경성 결합재는 마그네슘 시멘트, 트리칼슘 알루미네이트, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지, 알긴산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 아질산칼슘 및 잔량의 석고를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 폴리머 보수보강 모르타르 및 물을 포함하는 콘크리트 구조물의 내염해성 보수보강재를 제공하는데 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 보수보강재는 폴리머 보수보강 모르타르 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물 손상부를 치핑 및 세척하는 1단계; 치핑 및 세척된 부위를 방청제로 방청 처리하는 2단계; 방청 처리한 부위를 프라이머 처리하는 3단계; 프라이머 처리한 부위를 보수보강재를 도포하는 4단계; 및 모르타르 경화 전 미장 처리 및 양생하는 5단계;를 포함하는 공정을 수행할 수 있으며, 4단계의 보수보강재는 앞서 설명한 폴리머 보수보강 모르타르 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 1단계의 치핑 전 콘크리트 구조물의 보수 대상 부위 확인 및 조사하는 사전 공정을 수행할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법에 있어서, 1단계는 치핑 및 세척 후 콘크리트 구조물로부터 노출된 철근이 있는 경우, 철근의 녹을 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법은 5단계 이후 보수보강 부위에 추가적인 표면강화제 코팅 처리를 하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 2단계의 상기 방청제는 1액형 방청제로서, 에폭시계 수지, 보통 포틀랜드 시멘트, 실리콘유, 아질산염, 글루콘산 나트륨, 감수제 및 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 방청제는 에폭시계 수지 15 ~ 25 중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 50 ~ 65 중량%, 실리콘유 8 ~ 15 중량%, 아질산염 1 ~ 3.5 중량%, 글루콘산 나트륨 0.5 ~ 2.0 중량%, 감수제 0.2 ~ 1.5 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 상기 프라이머는 수성 아크릴 수지; 분말도 2,500 ~ 7,000 cm2/g인 칼슘 설포알루미네이트; 셀룰로오스계 증점제; 동결방지제; 소포제; 및 물;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 프라이머 성분 중 상기 수성 아크릴 수지는 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 에틸헥사아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및 부틸메탈아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 폴리머 보수보강 모르타르는 내염해성이 우수하면서도 모르타르 성분 간 결합력이 우수하여 기계적 물성이 우수하며, 콘크리트 구조물에 대한 접착력이 우수하다. 또한, 접착향상제 성분 중 하나인 변성 실록산이 염소 이온을 화학적으로 고정하고, 이렇게 고정된 변성 실록산과 염소 이온이 충진 효과에 의해 미세구조를 형성하여 철근 부식을 방지하여 유해 물질의 침투를 차단 또는 지연할 수 있는 바, 이를 통해 철근 콘크리트 구조물의 수명을 보다 길게 연장시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리머 보수보강 모르타르를 보수보강재로 이용하여 콘크리트 구조물 보수보강 시공시, 기존의 보수 방법에서 실시하던 후 공정인 표면 강화처리 공정을 생략할 수 있어 그 비용의 절감 및 공정의 단순화를 도모할 수 있고, 시공 대상에 대한 맞춤식 공정으로 시공이 가능하여 타 공법에 비해 내구 수명 향상 및 유지 보수가 유리하다.
도 1 은 경기도관내의 지하 하수 관거인 콘크리트 구조물을 보수보강 시공 현장을 찍은 사진으로서, 도 1의 A는 염해에 취약한 부분 사진이고, B는 녹제거 사진이며, C는 치핑 및 세척 공정을 수행한 사진이며, D는 방청 처리 및 프라이머 처리한 부위를 내염해성 폴리머 보수보강재를 도포 및 미장 처리를 수행한 사진이다.
도 2의 G는 코아 채취할 자리 사진이고, H 및 I는 코아 채취하고 있는 사진이며, J는 코아 채취 결과를 측정하는 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 초미립자상 시멘트, 슬래그 시멘트, 폴리머 수지, 급결제, 팽창제, 크랙저감제, 염해방지제, 내구성 증진제, 작업성 증진제, 강도보강제, 응결조절제, 접착향상제, 섬유보강제, 발수제, 방청제, 공기연행제, 분산제 및 규사를 포함한다.
또한, 상기 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 상온 속경성 결합재를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 초미립자상 시멘트는 수화 초기 작업성을 유지하고 시멘트 입도를 초미분화를 할 목적으로 시멘트 소성법으로 제조된 것이다. 상기 초미립자상 시멘트는 저열시멘트(KS 4종 시멘트)용 반제품인 클링커에 이수석고 및/또는 무수석고를 3 ~ 5 중량% 첨가한 다음, 1차로 롤러에서 압축전단 분쇄하여 분말도 약 4,000 ㎠/g 수준까지 분쇄한 후, 2차로 고성능 분체 분급기(separator)에서 분체 농도 및 선회류 속도를 조절하여, 분말도 5,000 ∼ 15,000㎠/g 범위, 바람직하게는 6,000 ~ 12,000 ㎠/g 의 초미립자상 시멘트로 제조한 것을 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 초미립자상 시멘트의 함량은 모르타르 전체 중량 중 13 ~ 20 중량%, 바람직하게는 14 ~ 18 중량%, 더욱 바람직하게는 14.5 ~ 17.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 초미립자상 시멘트의 함량이 13 중량% 미만이면 염해물 이온 침투 저항성 낮게 나오는 문제가 있을 수 있고, 20 중량%를 초과하면 작업성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 슬래그 시멘트는 중성화 저항성 증진 효과를 위해 도입하는 것으로서, 상기 슬래그 시멘트는 당업계에서 일반적으로 사용하는 슬래그 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 슬래그 시멘트는 슬래그 분말, 포틀랜드 시멘트, 무수석고 및 표면개질제를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 분쇄하여 분말도 6,000 ~ 12,000 cm2/g로, 바람직하게는 8,000 ~ 10,000 cm2/g로 제조한 것일 수 있다. 이때, 슬래그 시멘트의 분말도가 6,000 cm2/g 미만이면 중성화 저항성 증진하는 효과가 미비할 수 있고, 분말도가 12,000 cm2/g를 초과하는 것은 제조단가가 너무 비싼 문제가 있으므로 상기 범위의 분말도를 갖도록 제조한 것을 사용하는 것이 적절하다.
이때, 상기 혼합물은 슬래그 분말 35 ~ 45 중량%, 무수석고 3 ~ 5 중량%, 표면개질제 0.5 ~ 1 중량% 및 잔량의 포틀랜드 시멘트를 포함할 수 있고, 바람직하게는 슬래그 분말 37 ~ 42 중량%, 무수석고 3.5 ~ 4.5 중량%, 표면개질제 0.7 ~ 1 중량% 및 잔량의 포틀랜드 시멘트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 표면개질제는 트리프로필아민 25 ~ 35 중량%, 디프로필렌 글리콜 5 ~ 10 중량%, 소포제 0.5 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 글리세린을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 디프로필렌 글리콜 6.5 ~ 8.5 중량%, 트리에틸아민 28 ~ 33 중량%, 소포제 0.5 ~ 0.7 중량% 및 잔량의 글리세린을 포함할 수 있다.
표면개질제 성분 중 상기 트리프로필아민은 Fe 성분과 선택적으로 반응하여 시멘트 조성광물인 CAAF의 수화반응을 촉진하고 실리케이트상이 물과 접촉할 수 있도록 유도하여 강도 증대시켜서 시멘트의 초기 및 장기 강도를 증대시키는 역할을 한다. 그리고, 표면개질제 성분 중 상기 디프로필렌글리콜은 슬래그 시멘트 제조를 위한 분쇄 공정시 분쇄된 분쇄물의 입자 표면이 양전하로 하전되어 정전기적인 인력에 의해 분쇄물간 재응집되는 것을 방지하는 것으로서, 분쇄물 표면에 디프로필렌글리콜이 흡착되어 분말입자 상호간의 반발력을 유도하여 재응집을 방지하는 역할을 한다. 또한 표면개질제 성분 중 상기 글리세린은 모르타르 내 시멘트의 보습성을 증대시켜 작업성을 증대시키고, 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 역할을 한다.
그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 슬래그 시멘트의 함량은 모르타르 전체 중량 중 10 ~ 18 중량%, 바람직하게는 11.5 ~ 17.0 중량%, 더욱 바람직하게는 12.0 ~ 15.8 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 슬래그 시멘트의 함량이 10 중량% 미만이면 중성화 저항성 저하하는 문제가 있을 수 있고, 18 중량%를 초과하면 작업성이 저하 되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 폴리머 수지는 모르타르의 경화 과정에서 폴리머 필름을 형성하여 수분 증발을 억제하여 소성 수축 현상을 방지하고, 경화된 후에 외부에서 침입하는 수분 또는 이산화탄소 등의 유해물질을 차단하여 내구성을 향상시키는 역할을 수행하는 것으로서, 스티렌부타디엔 공중합체 수지(styrene butadiene copolymer)을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 폴리머 수지의 함량은 모르타르 전체 중량 중 1 ~ 6 중량%, 바람직하게는 2 ~ 5 중량%, 더욱 바람직하게는 2.2 ~ 3.7 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 폴리머 수지의 함량이 1 중량% 미만이면 부착 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 6 중량%를 초과하면 양생 시간 너무 길어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 급결제는 양생 속도를 증대시켜서 시공성을 증진하는 역할을 하는 것으로서, 일반적인 시멘트용 급결제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 분말도 5,000 cm2/g 이상인, 바람직하게는 분말도 6,000 ~ 8,000 cm2/g 인 보크사이트(bauxite)를 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 급결제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 3 ~ 6 중량%, 바람직하게는 3.0 ~ 5.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 5.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 급결제 함량이 3 중량% 미만이면 양생 속도 증대 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 6 중량%를 초과하면 너무 빨리 양생 되어 미세 크랙이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 팽창제는 모르타르 양생시 시멘트의 체적이 급격하게 줄어들어 크랙이 생기는 것을 방지하기 위한 것으로서, 당업계에서 일반적으로 사용하는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 칼슘설퍼알루미네이트, 생석회(CaO), 알루미나클링커 분말(C3A), 아윈계클링커 분말(CSA), 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 분말도 5,000 cm2/g 이상인 칼슘설퍼알루미네이트를 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 팽창제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 4 ~ 6 중량%, 바람직하게는 4.0 ~ 5.7 중량%, 더욱 바람직하게는 4.0 ~ 5.2 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 팽창제 함량이 4 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 팽창제 사용으로 인한 효과를 볼 수 없고, 6 중량%를 초과하여 사용하면 팽창제 영향으로 인해 오히려 모르타르의 접착성, 부착성이 떨어지거나, 모르타르 양생 후, 콘크리트의 치밀도가 낮아져서 강도가 약해지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 크랙 저감제는 모르타르 양생 과정 및 양생 후 크랙 발생을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 무수석고, 이수석고(CaSO4·2H2O) 및 반수석고(CaSO4·1/2H2O) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 분말도 5,000 cm2/g 이상, 바람직하게는 분말도 5,500 ~ 7,000 cm2/g인 무수석고를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 모르타르 내 상기 크랙 저감제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 5 ~ 12 중량%, 바람직하게는 5.5 ~ 10.0 중량%, 더욱 바람직하게는 6.0 ~ 9.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 크랙 방지제 함량이 5 중량% 미만이면 그 사용량이 적어서 크랙 방지 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 12 중량%를 초과하여 사용하는 것으 비경제적이고, 오히려 작업 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 염해방지제는 염해 방지 효과를 부여하는 역할을 하는 것으로서, 아질산나트륨(NaNO2), 과탄산나트륨(2Na2CO3.3H20) 및 개미산나트륨(HCOONa) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 아질산나트륨(NaNO2) 및 개미산나트륨(HCOONa) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 염해방지제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 1 ~ 4 중량%, 바람직하게는 1.2 ~ 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 염해방지제 함량이 1 중량% 미만이면 그 사용량이 적어서 염해 방지 효과가 미비할 수 있고, 4 중량%를 초과하면 오히려 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 내구성 증진제는 양생된 모르타르의 기계적 물성 향상 역할을 하는 것으로서 실리카흄 및 플라이애쉬 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 SiO2 94 중량% 이상을 함유한 실리카흄을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 내구성 증진제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 5 ~ 10 중량%, 바람직하게는 6.0 ~ 9.5 중량%, 더욱 바람직하게는 6.5 ~ 9.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 내구성 증진제 함량이 5 중량% 미만이면 내구성 증대 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 10 중량%를 초과하면 시공 성능을 저하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 작업성 증진제는 시공 성능 향상하는 역할을 하는 것으로서, 탄산칼슘 및 탈크 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 작업성 증진제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 5 ~ 12 중량%, 바람직하게는 6.0 ~ 11.0 중량%, 더욱 바람직하게는 6.5 ~ 9.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 작업성 증진제 함량이 5 중량% 미만이면 시공성 저하 문제가 있을 수 있고, 12 중량%를 초과하면 내구성 저하 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 강도보강제는 내구성 증진제와 함께 모르타르의 기계적 물성 향상 역할을 하는 것으로서, 메타카올린 및 카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 메타카올린을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 강도보강제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 2 ~ 8 중량%, 바람직하게는 2.0 ~ 6.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 6.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 강도보강제 함량이 2 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 모르타르의 강도 증대 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 8 중량%를 초과하면 모르타르 양생시 초기 강도는 우수하나 미세 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 응결조절제는 초기응결성능을 조절 하는 역할을 하는 것으로서, 탄산나트륨 및 황산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 탄산나트륨을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 응결조절제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 3 ~ 6 중량%, 바람직하게는 3.0 ~ 5.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 4.5 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 응결조절제 함량이 3 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 응결 조절 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 6 중량%를 초과하면 오히려 내구성을 저하시키는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 접착향상제는 프라이머와의 우수한 접착성을 확보, 모르타르 내 성분 간 결합력, 접착성 확보를 하면서도 염소이온 고정 효과를 통해 콘크리트 구조물 내 철근의 부식차단 기능을 부여하는 효과가 우수한다. 이러한, 상기 접착향상제는 변성 실록산 분말은 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 포함할 수 있다.
상기 변성 실록산 분말은 상기 변성 실록산 유화액 100 중량부에 대하여, 다공성 분말을 80 ~ 250 중량부를, 바람직하게는 100 ~ 150 중량부를 혼합 및 60 ~ 90℃에서 3 ~ 5시간 동안 교반시킨 다음 이를 100 ~ 120℃에서 20 ~ 24 시간 정도 건조시켜서, 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말(변성 실록산 분말)을 제조할 수 있다.
변성 실록산 분말 성분 중 상기 다공성 분말은 평균입도가 1 ~ 10㎛ 범위인 제올라이트, 실리카겔 및 활성 알루미나 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 변성 실록산 유화액을 담지시켜 분말로 제조하는 역할을 하며, 그 사용량이 변성 실록산 유화액 100 중량부에 대하여 80 중량부 미만이면 변성 실록산 유화액의 사용량이 너무 높기 때문에 분말로 제조하기 힘들고, 250 중량부를 초과하면 상대적으로 변성 실록산 성분의 농도가 너무 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 변성 실록산 유화액은 실록세인계 화합물, 아미노기를 갖는 실란 커플링제, 탄소수 10 ~ 20를 갖는 에톡실레이트 2차 알코올, 비이온 계면활성제 및 물을 혼합 및 가수분해시켜서 제조한 것이다.
상기 실록세인계 화합물로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 콘크리트 구조물의 무기 성분과 화합물의 -COOH기, -COOR 및/또는 -OH가 화학적으로 결합하고 실록산에 결합되어 있는 알킬기의 작용으로 수분 침투 현상 방지 역할을 할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020028287014-pat00002
상기 화학식 1에서 R1은 -COOH 또는 -COOR이고, 바람직하게는 -COOH이다. 또한, 화학식 1의 R2는 -OH 또는 -CH3이며, 바람직하게는 -OH이다. 그리고, 화학시 1의 m은 1 ~ 100의 정수이고, n은 0 ~ 100의 정수이며, 바람직하게는 m은 5 ~ 70의 정수이고, n은 0 ~ 50의 정수이며, 더욱 바람직하게는 은 5 ~ 50의 정수이고, n은 0 ~ 25의 정수이다. 그리고, m 및 n은 m>n을 만족한다.
또한, 상기 실록세인계 화합물은 폴리다이메틸실록세인(PDMS, polydimethylsiloxane)을 더 포함할 수 있으며, 이를 사용시에는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 PDMS를 1 : 0.05 ~ 0.5 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.05 ~ 0.30 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 0.2 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다. PDMS를 추가하여 사용함으로써, 내염해성 개선 및 모르타르의 물성 향상 효과를 얻을 수도 있다.
그리고, 상기 실록세인계 화합물은 점도 100 ~ 10,000 cps(at 25℃)인 것을, 더욱 바람직하게는 1,000 ~ 6,000 cps(at 25℃)인 것을 사용하는 것이 좋으며, 100 cps 미만이면 점도가 너무 낮기 때문에 다공성 분말의 미세공극으로 침투되어 물성이 개선되지 못하는 문제가 있을 수 있고, 10,000 cps를 초과하는 것을 사용하면 점도가 너무 높기 때문에 다공성 분말에 담지되기 힘든 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 점도를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
그리고, 변성 실록산 유화액 성분 중 상기 아미노기를 갖는 실란 커플링제는 중성화 억제, 염소이온 고정화 등의 내구성 개선 역할을 수행하며, 그 메커니즘을 하기 반응식 1 및 반응식 2와 같다. 상기 아미노기를 갖는 실란 커플링제는 N-(3-트리메톡시실릴프로필)아민, N-(3-트리에톡시실릴프로필)아민, N-(3-메틸다이메톡시실릴프로필)아민, N-(3-트리메톡시실릴프로필)에틸렌다이아민, N-(3-트리에톡시실릴프로필)다이에틸아민 및 N-(3-메틸다이메톡시실릴프로필)에틸렌다이아민 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
[반응식 1]
Figure 112020028287014-pat00003
[반응식 2]
Figure 112020028287014-pat00004
상기 반응식 1 및 반응식 2에 있어서, R1,R2및 R3은 서로 같거나 다른 것으로서, R1은 실라놀기이며, R2및 R3은 C1~C12의 지방족 알킬기, 실라놀기 또는 수소원자 중에서 선택된 1종이다.
상기 변성 실록산 유화액은 상기 실록세인 화합물 45 ~ 60 중량%, 상기 실란 커플링제 10 ~ 25 중량%, 상기 에톡실레이트 2차 알코올 5 ~ 15 중량% 및 비이온 계면활성제 0.5 ~ 5 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 가수분해시켜 제조할 수 있으며, 바람직하게는 상기 실록세인 화합물 48 ~ 55 중량%, 상기 실란 커플링제 12 ~ 22 중량%, 상기 에톡실레이트 2차 알코올 7 ~ 10 중량%, 상기 비이온 계면활성제 1.5 ~ 3.5 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 가수분해시켜 제조할 수 있다. 이때, 상기 실록세인 화합물이 45 ~ 60 중량%를 벗어나면 부식 방지 효과가 떨어지거나 모르타르의 충분한 접착성, 기계적 물성을 확보하지 못할 수 있고, 상기 실란 커플링제 사용량이 10 ~ 25 중량%를 초과하면 염소이온 고정화 효과가 낮거나, 변성 실록산 유화액이 겔화가 되는 문제가 있을 수 있다.
상기 비이온 계면활성제로는 C8 ~ C18 지방 알콜 에톡실레이트, 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체 및 C8 ~ C18 알킬폴리글리코사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 모르타르 내 상기 접착향상제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 3 ~ 7 중량%, 바람직하게는 4.0 ~ 6.5 중량%, 더욱 바람직하게는 4.5 ~ 6.0 중량%로 포함할 수 있다. 이때, 접착향상제 함량이 3 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 접착 향상 효과 및 내염해성 증대 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 7 중량%를 초과하면 모르타르간 너무 뭉쳐서 작업성이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 섬유보강제는 모르타르의 인장강도를 향상시키기 위한 것으로서, 소성수축 및 건조수축 시, 인장응력을 증가시켜 장기 재령에서 발생될 수 있는 균열저항성을 부여하고, 뿜칠 시공시 시공 두께를 향상시키기 위한 것이다. 그리고, 섬유보강제로는 폴리프로필렌 섬유를 사용할 수 있고, 바람직하게는 단사형 폴리프로필렌 섬유를 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 섬유보강제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 0.2 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.3 ~ 0.8 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 섬유보강제 함량이 0.2 중량% 미만이면 충분한 인장강도 향상 효과를 볼 수 없는 문제가 있을 수 있고, 1 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 뭉침으로 인한 뿜칠 시공이 잘 안될 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 발수제는 물이 콘크리트 구조체 내부로 침투하여 발생하는 구조물의 열화를 방지하는 역할(방수 효과) 및 항곰팡이 효과를 부여하는 역할을 하며, 일반적으로 산성비에 함유된 성분이 시멘트 수화물과 반응하여 콘크리트를 팽창시키고, 염해에 함유된 염소 이온(Cl－)은 시멘트 중의 수산화칼슘과 화학적 반응을 통하여 염화칼슘을 용출시켜 콘크리트의 조직을 다공화시킬 수 있다. 상기 발수제로는 불소계 발수제 및 징크 스테아레이트(zinc-stearate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 징크 스테아레이트를 포함할 수 있다. 발수제의 사용량은 모르타르 전체 중량 중 0.5 ~ 1.5 중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 1.2 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 발수제 함량이 0.5 중량% 미만이면 이의 사용으로 인한 발수 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 1.5 중량%를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이며, 변성 실록산 유화액의 효과를 저감시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 방청제는 방청 효과를 증진하는 역할을 하는 것으로서, 아질산 칼슘(calcium nitrite) 및 개미산 칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 아질산 칼슘을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 방청제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 0.4 ~ 1.3 중량%, 바람직하게는 0.6 ~ 1.0중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 방청제 함량이 0.4 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 방청 효과가 미비할 수 있고, 1.3 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 강도 저하에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 공기연행제는 시공 성능 원할히 역할을 하는 것으로서, 술폰산염을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알파올레핀술폰산염(SODIUM ALPHA OLEFIN SULRONAE)을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 공기연행제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 0.1 ~ 0.8 중량%, 바람직하게는 0.15 ~ 0.40중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 공기연행제 함량이 0.1 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 작업 성능 효과가 미비할 수 있고, 0.8 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 강도 저하 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 분산제는 모르타르 성분 간 혼화가 잘 이루어지도록 하는 역할을 하는 것으로서, 폴리카르본산계 분산제를 포함할 수 있고, 상용화된 폴리카르본산계 분산제로는 상품명 멜플렉스 2651, 상품명 PC1031, 상품명 PC-WP500P 등이 있다. 그리고, 본 발명의 모르타르 내 분산제의 함량은 모르타르 전체 중량 중 0.5 ~ 3.0 중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0중량%를, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.5 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 분산제 함량이 0.5 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 혼화성 향상 효과가 미비할 수 있고, 3.0 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 오히려 작업성에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모르타르 성분 중 상기 규사는 단단한 밀도를 갖고 있어 경화시 발생할 수 있는 건조수축을 감소시켜 주고, 또한 모르타르의 강성을 높여주는 역할을 하는 골재 성분으로서, 그 함량은 모르타르 전체 중 앞서 설명한 모르타르 성분들을 제외한 잔량을 사용할 수 있다.
본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르는 앞서 설명한 조성(초미립자상 시멘트, 슬래그 시멘트, 폴리머 수지, 급결제, 팽창제, 크랙저감제, 염해방지제, 내구성 증진제, 작업성 증진제, 강도보강제, 응결조절제, 접착향상제, 섬유보강제, 발수제, 방청제, 공기연행제, 분산제, 규사 외에 모르타르의 빠른 경화를 위해 상온 속경성 결합재를 1 ~ 2.5 중량%를, 바람직하게는 1.2 ~ 2.0 중량%를 더 포함할 수도 있다. 이때, 상온 속경성 결합재 함량이 2.5 중량%를 초과하면 경화 시간이 너무 빨라서 경화 후 보수된 부위에 크랙이 발생하거나, 기계적 물성이 오히려 저하될 수 있다.
그리고, 상기 상온 속경성 결합재는 마그네슘 시멘트, 트리칼슘 알루미네이트, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지, 알긴산나트륨, 폴리에틸렌옥사이드, 아질산칼슘 및 잔량의 석고를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 마그네슘 시멘트 10 ~ 20 중량%, 트리칼슘 알루미네이트 10 ~ 25 중량%, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지 7 ~ 15 중량%, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지 5 ~ 10 중량%, 알긴산나트륨 2 ~ 5 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1 ~ 5 중량%, 아질산칼슘 0.1 ~ 2 중량% 및 잔량의 석고를 혼합 및 교반하여 제조한 것을, 바람직하게는 마그네슘 시멘트 15 ~ 18 중량%, 트리칼슘 알루미네이트 15 ~ 20 중량%, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지 8 ~ 12 중량%, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지 7 ~ 9 중량%, 알긴산나트륨 2 ~ 4 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1 ~ 3 중량%, 아질산칼슘 0.5 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 석고를 혼합 및 교반하여 제조한 것을 사용할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 내염해성 보수보강 모르타르를 포함하는 보수보강재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법에 대해 설명한다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법은 콘크리트 구조물 손상부를 치핑 및 세척하는 1단계; 치핑 및 세척된 부위를 방청제로 방청 처리하는 2단계; 방청 처리한 부위를 프라이머 처리하는 3단계; 프라이머 처리한 부위를 내염해성 폴리머 보수보강재를 도포하는 4단계; 및 모르타르 경화 전 미장 처리 및 양생하는 5단계;를 포함하는 공정을 수행하며, 기존 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법과 달리, 5단계 이후 보수보강 부위에 추가적인 표면 강화제 코팅 처리 공정이 필수가 아니며, 이를 생략할 수도 있는 바, 전체적인 시공 기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있는 시공법이다.
또한, 본 발명의 시공법은 1단계의 치핑 전에 콘크리트 구조물의 크랙 부위, 콘크리트 열화 부위 등이 발생한 콘크리트 구조물의 보수보강 시공 처리 정도 및 정확한 시공 부위를 확인하기 위해 보수 대상 부위를 확인 및 조사하는 공정을 치핑 사전에 수행할 수도 있다.
1단계는 보수 대상 부위를 치핑한 후, 치핑된 부위를 고압 물 세척을 수행하는 단계이다. 이때, 치핑 및 세척 방법은 당업계의 일반적인 방법을 통해서 수행할 수 있다.
이때, 치핑 및 세척 후 콘크리트 구조물로부터 노출된 철근이 있는 경우, 철근의 녹을 제거하는 공정을 당업계에서 수행하는 일반적인 방법으로 이를 수행할 수 있다.
2단계는 치핑 및 세척된 부위를 방청제로 방청 처리하는 시공으로서, 상기 방청제는 당업계에서 사용하는 일반적인 방청제를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 에폭시계 수지, 보통 포틀랜드 시멘트, 실리콘유, 아질산염, 글루콘산 나트륨, 감수제 및 물을 포함하는 1액형 방청제를 사용할 수 있다.
상기 방청제 성분 중 에폭시계 수지는 디글리실(diglycidyl)계 에폭시 수지 및/또는 트리글리실(triglycidyl)계 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중량평균분자량 350 ~ 3,000 범위를, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량 1,200 ~ 2,500을 만족하는 디글리실(diglycidyl)계 에폭시 수지를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 에폭시계 수지 함량은 방청제 전체 중량 중 15 ~ 25 중량%, 바람직하게는 18 ~ 25 중량%, 더욱 바람직하게는 18 ~ 23 중량%인 것이 좋다.
상기 방청제 성분 중 보통 포틀랜드 시멘트의 함량은 50 ~ 65 중량%, 바람직하게는 50 ~ 60 중량%, 더욱 바람직하게는 50 ~ 55 중량%인 것이 좋으며, 보통 포틀랜드 시멘트 함량이 50 중량% 미만이면 콘크리트 구조물과 방청처리된 부위의 접착력이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 65 중량%를 초과하면 방청제의 점도가 너무 높아서 방청 처리 시공이 어려운 문제가 있을 수 있다.
상기 방청제 성분 중 실리콘유는 오르가노폴리실록산을 주체로 하는 기름 모양의 비휘발성 유동성 액제로서, 방청제의 내수성, 오염방지성 증대를 위해 사용하는 것으로서, 그 함량은 방청제 전체 중량 중 8 ~ 15 중량%를, 바람직하게는 8 ~ 13 중량%를, 더욱 바람직하게는 8 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 실리콘유 함량이 8 중량% 미만이면 내수성, 내오염성 증대 효과가 없을 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 방청제 내 다른 성분들간의 상용성, 혼화성을 떨어뜨릴 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 방청제 성분 중 상기 아질산염은 콘크리트 구조물 내외부에서 발생 또는 유입되는 염화물과 화학적으로 반응하여 철근 부식을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 상기 아질산염으로는 아질산 리튬 및 아질산 칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 아질산 칼슘을 사용할 수 있다. 그리고, 아질산염 함량은 방청제 전체 중량 중 1 ~ 3.5 중량%를, 바람직하게는 1.5 ~ 3.0 중량%를, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 3.0 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 아질산염 함량이 1.0 중량% 미만이면 방청 효과가 떨어질 수 있고, 3.5 중량%를 초과 사용하는 것이 과다 사용이며, 오히려 방청제 내 조성물 간 조화를 깨트려서 방청제 자체의 물성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 방청제 성분 중 글루콘산 나트륨은 방청제의 응결속도를 지연시키는 역할을 하는 것으로서, 그 함량은 방청제 전체 중량 중 0.5~ 2.0 중량%를, 바람직하게는 0.8 ~ 2.0 중량%를, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 2.0 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 글루콘산 나트륨 함량이 0.5 중량% 미만이면 방청제 응결이 너무 빨리 발생하여 시공시 방청제 관리가 어려울 수 있고, 그 사용량이 2.0 중량%를 초과하면 방청제를 도포하여 방청 처리 후, 응결 속도가 지체되어 전체적인 보수보강 시공 기간이 증가하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 방청제 성분 중 상기 감수제는 방청제 내 포틀랜드 시멘트의 분산성 향상을 통해 다른 조성들과의 혼화성 증대를 하는 역할을 하며, 감수제로는 점토 분산제, 리그노설포네이트, 하이드록실화된 카르복실레이트 및 카보하이드레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 감수제 함량은 방청제 전체 중량 중 0.2~ 1.5 중량%를, 바람직하게는 0.5 ~ 1.2 중량%를, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.0 중량%를 포함할 수 있으며, 감수제 함량이 0.2 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 사용하는 의미가 없으며, 감수제 함량이 1.5 중량%를 초과하는 것은 과량 사용으로 과다 사용으로 인한 조성물간 혼화성 증대가 없으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 방청제는 방청 처리 전에 상기 에폭시계 수지, 보통 포틀랜드 시멘트, 실리콘유, 아질산염, 글루콘산 나트륨, 감수제의 혼합물을 물과 혼합 및 교반한 후, 당업계의 일반적인 방법을 통해 방청 처리를 수행할 수 있다. 이때, 물의 함량은 다른 조성물의 함량을 제외한 방청제 전체 중량 중 잔량이다.
다음으로, 본 발명의 시공법에 있어서, 3단계는 4단계의 속경성 보수보강 모르타르의 콘크리트 구조물과의 접착성 향상, 방청 부위 보호 등을 위해 프라이머 처리를 수행하는 것으로서, 3단계의 상기 프라이머는 당업계에서 사용하는 일반적인 시멘트 시공용 프라이머를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 수성 아크릴 수지; 칼슘 설포알루미네이트; 셀룰로오스계 증점제; 동결방지제; 소포제; 및 물;을 포함하는 프라이머를 사용하여 방청 처리된 부위에 도포(또는 코팅)처리할 수 있다.
상기 프라이머 성분 중 상기 수성 아크릴 수지로는 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 에틸헥사아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및 부틸메탈아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 하이드록시에틸아크릴레이트 및 하이드록시에틸메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 칼슘 설포알루미네이트는 분말도 2,500 ~ 7,000 ㎠/g인 것을, 바람직하게는 2,500 ~ 5,000 ㎠/g인 것을 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량은 상기 수성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 20 ~ 40 중량부를, 바람직하게는 20 ~ 35 중량부룰, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량부를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 셀룰로오스계 점증제로는 프라이머의 점도 향상을 위해 사용하는 것으로서, 카르복시메틸셀룰로오스 및 메틸셀루로오스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 그 사용량은 상기 수성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10 중량부를, 바람직하게는 1 ~ 7 중량부룰, 더욱 바람직하게는 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량이 너무 적거나 과하면 프라이머의 적정 점도를 확보하지 못하여 프라이머 처리가 어려울 수 있다.
상기 동결방지제는 프라이머의 초기 강도 향상 및 동결온도를 낮추는 역할 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 프라이머용 동결방지제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 변성 나프탈렌 축합물 5 ~ 10 중량%, 아초산염 25 ~ 40 중량%, 칼륨인산염 5 ~ 20 중량% 및 잔량의 프로필 셀로솔브를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 동결방지제의 사용량은 상기 수성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 5중량부를, 바람직하게는 0.2 ~ 3.5 중량부룰, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2.5중량부를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량이 너무 과하면 프라이머와 내중성화 속경성 보수보강와의 접착성을 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 프라이머 성분 중 상기 소포제는 프라이머 제조 및 시공시 발생하는 기포를 발생을 방지하기 위해 사용하며, 특별히 한정하지 않으며, 당업계에서 사용하는 일반적인 소포제를 사용할 수 있고, 그 사용량은 수성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 1 중량부를, 바람직하게는 0.02 ~ 0.50 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.02 ~ 0.20 중량부를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 물은 수성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 40 ~ 80 중량부, 바람직하게는 40 ~ 70 중량부를 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명의 시공법에 있어서, 4단계는 프라이머 처리한 부위를 앞서 설명한 본 발명의 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 물과 혼합하여 보수보강재를 제조한 후, 이를 도포하는 공정이며, 도포 방법은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 속경성 보수보강 모르타르를 뿜칠을 하여 3단계의 프라이머 상부에 도포할 수 있다. 이때, 상기 보수보강재를 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르 100 중량부에 대하여 물 10 ~ 30 중량부를, 바람직하게는 15 ~ 30 중량부를 혼합 및 교반하여 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명의 시공법에 있어서, 4단계에서 도포된 보수보강재를 미장 처리를 한 후, 양생하여 콘크리트 구조물을 보수보강 시공할 수 있다.
시공 완료 후에는 양생된 보수보강재의 부착력 시험을 테스트하여 테스트를 통과하면 시공을 완료할 수 있다(도 2 참조).
본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 KS F 2476에 의거하여 측정시, 7일차 압축강도 33.0 ~ 39.0 kgf/㎠ 및 28일차 압축강도 50.0 ~ 57.5 kgf/㎠을 만족할 수 있으며, 바람직하게는 7일차 압축강도 34.0 ~ 38.5 kgf/㎠ 및 28일차 압축강도 52.5 ~ 57.0 kgf/㎠을 만족할 수 있고, 더욱 바람직하게는 7일차 압축강도 34.2 ~ 38.2 kgf/㎠ 및 28일차 압축강도 53.5 ~ 56.5 kgf/㎠을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 KS F 2476에 의거하여 측정시, 7일차 휨강도 8.00 ~ 10.50 kgf/㎠ 및 28일차 휨강도 9.50 ~ 12.00 kgf/㎠를 만족할 수 있으며, 바람직하게는 7일차 휨강도 8.10 ~ 10.50 kgf/㎠ 및 28일차 휨강도 9.60 ~ 11.50 kgf/㎠를 만족할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 7일차 휨강도 8.20 ~ 10.20 kgf/㎠ 및 28일차 휨강도 9.70 ~ 11.30 kgf/㎠를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 KS F 4716에 의거하여 측정시, 7일차 부착강도 1.40 ~ 1.75 kgf/㎠ 및 28일차 부착강도 1.65 ~ 1.88 kgf/㎠를 만족할 수 있고, 7일차 부착강도 1.45 ~ 1.70 kgf/㎠ 및 28일차 부착강도 1.65 ~ 1.85 kgf/㎠를 만족할 수 있고, 바람직하게는 7일차 부착강도 1.46 ~ 1.65 kgf/㎠ 및 28일차 부착강도 1.65 ~ 1.84 kgf/㎠를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 ASTM C 1202에 의거하여 측정시, 염소이온침투 저항성이 1,000 Coulombs 이하, 바람직하게는 450 ~ 680 Coulombs, 더욱 바람직하게는 480 ~ 650 Coulombs을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 KS F 4042 단면복구 모르타르 품질기준 시험방법에 준하여 측정시, 중성화 저항성이 2.0 mm 이하, 바람직하게는 1.80 mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.40 ~ 1.75 mm를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화(양생)된 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르의 경화물(양생물)은 KS F 4042 단면복구 모르타르 품질기준 시험방법에 준하여 측정시, 물 흡수계수가 0.5 ㎏/㎡·h0.5 이하, 바람직하게는 0.15 ~ 0.40 ㎏/㎡·h0.5, 더욱 바람직하게는 0.15 ~ 0.35㎏/㎡·h0.5을 만족할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
준비예 1 : 방청제의 제조
1종 보통 포틀랜드 시멘트 52.3 중량%, 중량평균분자량 1,600 ~ 1,800인 디글리실(diglycidyl)계 에폭시 수지 21.5 중량%, 실리콘유 9.2 중량%, 아질산 칼슘 2.6 중량%, 글루콘산 나트륨 1.45 중량%, 카보하이드레이트 0.73 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 방청제를 제조하였다.
준비예 2 : 프라이머 제조
하이드록시에틸아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여, 분말도 2,600 ~ 3,800 cm2/g인 칼슘 설포알무미네이트 30 중량부, 점증제로서 카르복시메틸셀룰로오스 3.4 중량부, 프라이머용 동결방지제 1.7 중량부 및 소포제 0.1 중량부 및 물 58 중량부를 혼합 및 교반하여 프라이머를 제조하였다.
이때, 상기 프라이머용 동결방지제는 변성 나프탈렌 축합물 8 중량%, 아초산염 34.2 중량%, 칼륨인산염 10.5 중량% 및 잔량의 프로필 셀로솔브를 포함한다.
실시예 1 : 내염해성 보수보강 모르타르의 제조
1) 초미립자상 시멘트의 제조
저열시멘트(KS 4종 시멘트)용 반제품인 클링커에 이수석고를 4 중량%가 되도록 첨가한 다음, 1차로 롤러에서 압축전단 분쇄하여 분말도 약 4,000 ㎠/g 수준까지 분쇄하였다. 다음으로, 2차로 고성능 분체 분급기(separator)에서 분체 농도 및 선회류 속도를 조절하여, 분말도 약 8,000 ~ 10,000 ㎠/g 범위의 초미립자상 시멘트를 제조하였다.
2) 슬래그 시멘트의 제조
슬래그 분말 39 중량%, 무수석고 3.8 중량%, 표면개질제 0.85 중량% 및 잔량의 포틀랜드 시멘트를 혼합한 후, 볼밀로 분쇄하여 분말도 약 8,000 ~ 10,000 ㎠/g 범위의 슬래그 시멘트를 제조하였다.
상기 표면개질제는 디프로필렌 글리콜 7.2 중량%, 트리에틸아민 30.6 중량%, 소포제 0.58 중량% 및 잔량의 글리세린을 혼합하여 제조한 것이다.
3) 변성 실록산 유화액의 제조
상온에서 고속교반기를 이용하여 교반속도를 3000 rpm으로 조절하여 C15 에톡실레이티드 이차 알코올(C15 ethoxylated secondary alcohol, DOW CHEMICAL COMPANY, TERGITOL? 15-S-20) 10 중량%를 첨가하고 비이온 계면활성제(에이케이켐텍(주) ASCO SP60)를 1 중량% 첨가한 후에 하기 화학식 1-1로 표시되는 실록세인계 화합물(25℃에서의 점도 4,500 ~ 4,800 cps) 48 중량% 및 물을 첨가하여 1 시간 동안 교반하여 유화시켰고, 교반속도를 100 rpm으로 조절한 다음, 실란커플링제인 N-3-(3-트리메톡시실릴프로필)에틸렌다이아민(DOW CORNING사, Z-6020 제품) 17.8 중량%를 첨가한 다음, 2 시간 동안 가수분해시켜 변성 실록산 유화액을 제조하였다. 이때, 물의 함량은 변성 실록산 유화액 제조에 사용된 다른 성분을 제외한 유화액 100 중량% 중 잔량의 중량%이다.
[화학식 1-1]
Figure 112020028287014-pat00005
상기 화학식 1-1에서 R1은 -COOH이고, R2는 -OH이며 m은 15~ 16의 정수이고, n은 3 ~ 4의 정수이다.
4) 변성 실록산 분말의 제조
상기 변성 실록산 유화액 100 중량부에 다공성 분말(지심테크(주), JST-MS40)을 115 중량부를 첨가한 후, 4 시간 동안 80℃에서 100rpm으로 교반한 후, 110℃에서 24시간 건조시켜 변성 실록산 분말을 제조하였다.
5) 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르 제조
상기 초미립자상 시멘트 16.24 중량%, 상기 슬래그 시멘트 14.45 중량%, 폴리머 수지인 스티렌부타디엔 공중합체 수지 2.87 중량%, 급결제로서 보오크사이크(분말도7,000 ~ 8,000 cm2/g) 3.73 중량%, 팽창제인 칼슘설퍼알루미네이트(분말도 5,000 cm2/g 이상) 4.92 중량%, 크랙저감제로서 무수석고(분말도 5,500 ~ 7,000 cm2/g) 7.95 중량%, 염해방지제로서 아질산나트륨 2.25 중량%, 내구성 증진제로서 SiO2 94 중량% 이상을 함유한 실리카흄 8.24 중량%, 작업성 증진제로서 탄산칼슘 9.21 중량%, 강도보강제인 메카카올린 4.72 중량%, 응결조절제인 탄산나트륨 3.76 중량%, 접착향상제로서 상기 변성 실록산 분말 5.20 중량%, 섬유보강제로서 단사형 폴리프로필렌 섬유(제조사:나이콘소재 상품명:PP Fiber) 0.47 중량%, 발수제로서 징크 스테아레이트 0.67 중량%, 방청제로서 아질산 칼슘 0.73 중량%, 공기연행제인 알파올레핀술폰산염 0.19 중량%, 폴리카르본산계 분산제인 상품명 멜플렉스 2651를 0.67 중량% 및 나머지 잔량의 규사(제조사:자연사, 상품명:4호,5호,6호)를 혼합 및 교반하여 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 제조하였다.
실시예 2 : 내염해성 보수보강 모르타르의 제조
실시예 1과 동일한 소재의 초미립자상 시멘트, 슬래그 시멘트, 폴리머 수지, 급결제, 팽창제, 크랙저감제, 염해방지제, 내구성 증진제, 작업성 증진제, 강도보강제, 응결조절제, 접착향상제, 섬유보강제, 발수제, 방청제, 공기연행제, 분산제를 동량 혼합하여 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 제조하되, 상온 속경성 결합재 1.43 중량%를 더 투입하여 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 제조하였다.
이때, 상기 상온 속경성 결합제는 마그네슘 시멘트 16.8 중량%, 트리칼슘 알루미네이트 17.3 중량%, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지 10 중량%, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지 8.1 중량%, 알긴산나트륨 2.9 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1.5 중량%, 아질산칼슘 0.8 중량% 및 잔량의 석고를 혼합 및 교반하여 제조한 것을 사용하였다.
실시예 3 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6
상기 실시예 1과 동일한 성분의 조성을 사용하여 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 제조하되, 하기 표 1 및 표 2와 같은 조성비로 조성물을 혼합 및 교반하여 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 각각 제조하여 실시예 3 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6을 각각 실시하였다.
비교예 7
상기 실시예 1과 동일한 성분의 조성을 사용하여 하기 표 2와 같은 조성 및 조성비를 가지는 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르를 제조하되, 비교예 7은 슬래그 시멘트로서, 슬래그 분말 39 중량%, 무수석고 3.8 중량%, 표면개질제 0.85 중량% 및 잔량의 포틀랜드 시멘트를 혼합한 후, 볼밀로 분쇄하여 분말도 약 5,000 ~ 5,200 ㎠/g 로 제조된 슬래그 시멘트를 사용하였다.
구분
(중량%)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
초미립자상 시멘트 15.42 15.42 14.05 15.82 15.42 15.42 15.42
슬래그 시멘트 12.05 12.05 12.25 10.64 12.05 12.05 12.05
폴리머 수지 2.67 2.67 2.67 2.67 5.12 2.67 2.67
급결제 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37
팽창제 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16
크랙저감제 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59
염해방지제 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25
내구성 증진제 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04
작업성 증진제 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82
강도보강제 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42
응결조절제 3.36 3.36 3.36 3.36 3.36 5.23 3.36
접착향상제 5.17 5.17 5.17 5.17 5.17 5.17 3.22
섬유보강제 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45
발수제 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66
방청제 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71
공기연행제 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17
카르본산계 분산제 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
상온 속경성 결합제 - 1.43 - - - - -
규사 나머지 잔량
구분
(중량%)		 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7
초미립자상 시멘트 11.75 15.82 15.03 15.42 15.42 15.42 15.42
슬래그 시멘트 12.05 9.04 21.07 12.05 12.05 12.05 12.05
폴리머 수지 2.67 2.67 2.67 7.23 2.67 2.67 2.67
급결제 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37 3.37
팽창제 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16
크랙저감제 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59 6.59
염해방지제 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25
내구성 증진제 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04 7.04
작업성 증진제 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82 6.82
강도보강제 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42
응결조절제 3.36 3.36 3.36 3.36 7.21 3.36 3.36
접착향상제 5.17 5.17 5.17 5.17 5.17 2.29 5.17
섬유보강제 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45
발수제 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66
방청제 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71
공기연행제 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17
카르본산계 분산제 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
규사 나머지 잔량
실험예 1 : 모르타르의 물성 측정 1
공기량 시험은 현재 KS L 3136의 「수경성 시멘트 모르타르의 공기량 측정방법」이 규정되어 있으나, 이 방법은 중량법에 의한 방법으로서 현장 적용시에 어려움이 있다. 따라서 현장에서의 측정 용이성과 정밀성을 고려하여 ASTM C 780의 「A6. MORTAR AIR CONTENT TEST METHOD」중 Pressure Method의 시험방법에 준하여 시험하였다.
경화모르타르의 압축 및 휨강도에 대한 평가는 KS F 2476의 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」에 준하여 평가하였고, 접착강도는 KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」에 준하여 실시하였으며, 염소이온투과저항성은 ASTM C 1202에서 정하는 시험방법에 따라 시험을 실시하였으며(표 3 참조), 그 결과를 표 4에 나타내었다.
실험항목 측 정 항 목 실 험 규 격
굳지 않은 모르타르
물리적 특성		 단위용적중량 KS F 3136
경화된 모르타르
물리적 특성		 압축강도 KS F 2476
휨강도 KS F 2476
접착강도 KS F 4716
염소이온 침투저항성 ASTM C 1202
구분 단위용적중량
(kg/㎥)		 압축강도 (kgf/㎠) 휨강도
(kgf/㎠)		 부착강도
(kgf/㎠)		 염소이온
침투저항성
(Coulombs)
7일 28일 7일 28일 7일 28일
실시예 1 2.08 35.1 55.2 8.50 10.07 1.54 1.73 604
실시예 2 2.08 38.0 55.3 9.23 10.00 1.59 1.82 606
실시예 3 2.02 34.8 54.2 8.35 9.87 1.52 1.74 642
실시예 4 2.05 34.9 54.8 8.62 10.22 1.48 1.66 620
실시예 5 2.09 35.4 55.0 8.55 9.95 1.40 1.61 592
실시예 6 2.08 34.2 54.0 8.32 9.75 1.55 1.75 609
실시예 7 2.08 35.0 55.5 8.50 10.15 1.44 1.68 609
비교예 1 1.96 34.6 53.7 8.30 9.80 1.50 1.70 847
비교예 2 2.03 34.5 54.6 8.51 10.27 1.35 1.60 648
비교예 3 2.12 35.3 55.9 8.54 10.10 1.50 1.78 570
비교예 4 2.09 35.0 54.7 8.57 9.94 1.17 1.48 575
비교예 5 2.08 31.7 48.9 8.14 9.02 1.55 1.74 610
비교예 6 2.08 34.6 55.3 8.42 10.09 1.25 1.43 595
비교예 7 1.97 34.6 54.7 8.40 9.78 1.50 1.65 618
상기 표 1 및 표 2의 물성 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 7의 모르타르 경화물의 경우 7일차 압축강도 33.0 ~ 39.0 kgf/㎠, 7일차 휨강도 8.00 ~ 10.50 kgf/㎠ 및 7일차 부착강도 1.40 ~ 1.75 kgf/㎠를 만족하고, 28일차 압축강도 50.0 ~ 57.5 kgf/㎠, 28일차 휨강도 9.50 ~ 12.00 kgf/㎠ 및 28일차 부착강도 1.65 ~ 1.88 kgf/㎠를 만족하는 우수한 기계적 물성을 보였다. 그리고, 염소이온 침투저항성이 700 Coulombs 이하, 바람직하게는 670 Coulombs 이하, 더욱 바람직하게는 500 ~ 650 Coulombs을 가져서 우수한 염해저항성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 상온 속경성 결합재를 사용한 실시예 2가 실시예 1 등에 비해, 7일차 압축강도, 휨강도 및 부착강도 모두 전반적으로 우수한 물성 측정 결과를 보였다.
이에 반해, 초미립자상 시멘트를 13 중량% 미만인 11.75 중량%로 사용한 비교예 1의 모르타르는 초미립자상 시멘트를 14.05 중량% 사용한 실시예 3과 비교할 때, 기계적 물성 차이는 크지 않으나, 염소이온 침투 저항성이 크게 감소하는 문제가 있었다.
또한, 슬래그 시멘트를 10 중량% 미만인 9.04 중량%로 사용한 비교예 2의 경우, 실시예 1 및 실시예 4와 비교할 때, 부착 강도가 다소 부족한 문제가 있으나, 다른 물성 저하는 그리 크지 않았다. 그리고, 슬래그 시멘트를 18 중량% 초과하여 21.07 중량% 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 큰 물성 향상 효과가 없으며, 오히려 모르타르 제조시 작업성이 좋지 않았었다.
또한, 폴리머 수지를 6 중량% 초과 사용한 7.23 중량% 사용한 비교예 4의 경우, 실시예 1 및 실시예 5와 비교할 때, 염소이온침투 저항성은 증가하나, 부작 강도가 크게 낮아지는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
응결조절제를 6 중량% 초과한 7.21 중량%를 사용한 비교예 5의 경우, 5.23 중량%를 사용한 실시예 6과 비교할 때, 부착강도 및 염소이온 침투 저항성의 물성 차이는 거의 없으나, 압축강도 및 휨강도가 급격하게 감소하여 내구성이 저하되는 문제가 있었다.
접착향상제를 3 중량% 미만인 2.29 중량%만을 사용한 비교예 6의 경우, 3.22 중량%를 사용한 실시예 7과 비교할 때, 부착강도가 급격하게 감소하는 문제가 있었다.
그리고, 슬래그 시멘트 분말도 6,000 cm2/g 미만인 5,000 ~ 5,200 ㎠/g의 슬래그 시멘트를 사용한 비교예 7의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 큰 물성 차이가 나지는 않았다.
실험예 2 : 모르타르의 물성 측정 2
실시예 1, 실시예 2, 비교예 2 및 비교예 7의 모르타르를 경화시킨 다음, KS F 4042 단면복구 모르타르 품질기준 시험방법에 준하여 평가를 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
항 목 기준치 실시예 1 실시예 2 비교예 2 비교예 7
휨강도(N/㎟) 6.0 이상 9.1 9.1 9.8 7.2
압축강도(N/㎟) 20.0 이상 54.7 54.8 48.5 50.2
부착강도
(N/㎟)		 표준조건 1.0 이상 1.72 1.76 1.33 1.64
온냉 반복 후 1.0 이상 1.65 1.69 0.98 1.21
내알칼리성 압축강도 20.0 N/㎟ 이상 52.0 52.5 38.2 49.8
중성화 저항성(mm) 2.0 이하 1.61 1.63 2.27 2.08
투수량(g) 20.0 이하 4.33 4.29 9.93 7.82
물흡수계수(㎏/㎡·h0.5) 0.5 이하 0.20 0.19 0.46 0.38
습기투과 저항성 (m) 2 m 이하 1.07 1.02 1.81 1.57
염화물 이온침투저항성
(Coulombs)		 1,000 이하 625 622 721 668
황산저항성(5% 용액,
중량변화율%)		 - 0.0
 0.0 0.0 0.0
길이변화(%) ± 0.15 이하 -0.015 -0.013 +0.107 -0.098
상기 표 5의 KS F 4042 단면복구 모르타르 물성 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 및 실시예 2는 우수한 기계적 강도 및 우수한 내염해성(중성화 저항성, 수분 침투 저항성, 염화이온침투 저항성 등) 전반적으로 우수한 물성 측정 결과를 보였다. 그리고, 상온 속경성 결합제를 사용한 실시예 2가 실시예 1 보다 상대적으로 우수한 수분 침투 저항성을 보였다.
이에 반해, 슬래그 시멘트 함량이 10 중량% 미만인 비교예 2 및 슬래그 시멘트 분말도 5,000 ~ 5,200 ㎠/g 로 낮았던 비교예 7의 경우, 중성화 저항성이 좋지 않을 뿐만 아니라, 실시예 1과 비교할 때, 수분 침투 저항성도 다소 낮은 문제가 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명의 내염해성 보수보강 모르타르를 이용하여 열화 또는 부식된 콘크리트 구조물을 보수보강 시공을 하면, 철근 콘크리트 구조물의 수명을 보다 길게 연장된 철근 콘크리트 구조물을 제공할 수 있으며, 기존의 보수보강 시공에서 실시하던 표면 강화 처리 공정을 생략할 수 있어 그 비용의 절감 및 공정의 단순화를 도모할 수 있는 바, 경제성 있는 보수보강 시공법을 제공할 수 있는 바, 터널, 교량, 하수암거, 고가도로, 전력구 등 다양한 콘크리트 구조물, 바람직하게는 해안가 주변의 콘크리트 구조물의 보수보강을 높은 경제성으로 시공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 초미립자상 시멘트 13 ~ 20 중량%, 슬래그 시멘트 10 ~ 18 중량%, 스티렌부타디엔 공중합체 수지 1 ~ 6 중량%, 급결제 3 ~ 6 중량%, 팽창제 4 ~ 6 중량%, 크랙 저감제 5 ~ 12 중량%, 염해방지제 1 ~ 4 중량%, 내구성 증진제 5 ~ 10 중량%, 작업성 증진제 5 ~ 12 중량%, 강도보강제 2 ~ 8 중량%, 응결조절제 3 ~ 6 중량%, 접착향상제 3 ~ 7 중량%, 섬유보강제 0.2 ~ 1.0 중량%, 발수제 0.5 ~ 1.5 중량%, 방청제 0.4 ~ 1.3 중량%, 공기연행제 0.1 ~ 0.8 중량%, 분산제 0.5 ~ 3.0 중량% 및 잔량의 규사를 포함하며,
    상기 초미립자상 시멘트는 저열시멘트용 반제품인 클링커에 이수석고 또는 무수석고를 3 ~ 5 중량%로 첨가한 다음, 롤러에서 압축전단 분쇄하여 분말도 4,000 ㎠/g 수준까지 분쇄한 후, 고성능 분체 분급기(separator)에서 분말도 5,000 ∼ 15,000 ㎠/g로 분쇄하여 제조한 것이고,
    상기 슬래그 시멘트는 슬래그 분말 35 ~ 45 중량%, 무수석고 3 ~ 5 중량%, 표면개질제 0.5 ~ 1 중량% 및 잔량의 포틀랜드 시멘트를 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 분쇄하여 분말도 6,000 ~ 12,000 cm2/g로 제조한 것이며,
    슬래그 시멘트 제조에 사용되는 상기 표면개질제는 트리프로필아민 25 ~ 35 중량%, 디프로필렌 글리콜 5 ~ 10 중량%, 소포제 0.5 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 글리세린을 포함하고,
    상기 염해방지제는 아질산나트륨(NaNO2), 과탄산나트륨(2Na2CO3.3H20) 및 개미산나트륨(HCOONa) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 접착향상제는 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 함유한 변성 실록산 분말 및 미분말 규사를 1 : 0.1 ~ 0.2 중량비로 포함하고,
    상기 변성 실록산 유화액은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실록세인계 화합물 45 ~ 60 중량%, 아미노기를 갖는 실란 커플링제 10 ~ 25 중량%, 에톡실레이트 2차 알코올5 ~ 15 중량%, 비이온 계면활성제 0.5 ~ 5 중량% 및 잔량의 물을 혼합한 혼합물을 가수분해시킨 것을 특징으로 하는 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르;
    [화학식 1]
    Figure 112020502543252-pat00009

    상기 화학식 1에서 R1은 -COOH 또는 -COOR이고, R2는 -OH 또는 -CH3이며, m은 1 ~ 100의 정수이고, n은 0 ~ 100의 정수이며, m 및n은 m>n을 만족한다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 급결제는 분말도 5,000 cm2/g 이상인 보크사이트(bauxite)를 포함하고,
    상기 팽창제는 분말도 5,000 cm2/g 이상인 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하며,
    상기 크랙 저감제는 분말도 5,000 cm2/g이상인 무수석고(anhydrous gypsum)을 포함하고,
    상기 염해방지제는 아질산나트륨(NaNO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내구성 증진제는 SiO2 94 중량%을 함유한 실리카흄을 포함하고,
    상기 작업성 증진제는 탄산칼슘을 포함하며,
    상기 강도보강제는 메타카올린을 포함하고,
    상기 응결조절제는 탄산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 변성 실록산 분말은
    변성 실록산 유화액 100 중량부에 대하여, 다공성 분말 80 ~ 250 중량부를 혼합한 후, 60 ~ 90℃에서 3 ~ 5 시간 동안 교반시킨 다음, 100 ~ 120℃ 하에서 20 ~ 24시간 동안 열처리한 것을 특징으로 하는 내염해성 폴리머 보수보강 모르타르.
  7. 삭제
  8. 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리머 보수보강 모르타르 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내염해성 보수보강재.
  9. 콘크리트 구조물 손상부를 치핑 및 세척하는 1단계;
    치핑 및 세척된 부위를 방청제로 방청 처리하는 2단계;
    방청 처리한 부위를 프라이머 처리하는 3단계;
    프라이머 처리한 부위를 보수보강재를 도포하는 4단계; 및
    모르타르 경화 전 미장 처리 및 양생하는 5단계;를 포함하며,
    4단계의 보수보강재는 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리머 보수보강 모르타르 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법.
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