KR102165954B1 - 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 보수시공 방법 - Google Patents

이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 보수시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 모르타르 보수재에 관한 것으로, 구체적으로 코팅 처리된 이산화탄소 흡착제 캡슐을 사용하여 온실가스 주범인 이산화탄소를 감축할 뿐만 아니라 사용 수명이 향상된 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법에 관한 것이다.

Description

이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 보수시공 방법{ECO-FRIENDLY MORTAR REPAIR MATERIAL OF CONCRETE STRUCTURE AND REPAIR METHOD OF CONCRETE SECTION USING THE SAME}
본 발명은 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재에 관한 것으로, 구체적으로 코팅 처리된 이산화탄소 흡착제 캡슐을 사용하여 온실가스 주범인 이산화탄소를 감축할 뿐만 아니라 사용 수명이 향상된 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 중성화, 염해, 화학적 침식, 동결 융해, 시공 불량 등의 열화 요인으로 콘크리트 탈락, 철근 부식 등이 발생하면서 콘크리트 구조물의 내구성은 물론 구조적 안전성까지 위협을 받게 된다. 따라서 이러한 콘크리트 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
최근에는 다양한 섬유보강콘크리트가 개발되고 있으나 대부분이 휨성능의 향상, 균열억제만을 목적으로 하고 있어 구조물에 높은 휨 및 인장인성을 부여하지 못하며, 시공성 저하, 복잡한 제조공정 등의 이유로 일부에만 국한되어 사용되고 있는 실정이다.
한편, 대한민국의 온실가스 배출량은 1990년부터 2005년까지 100%에 가까운 증가율을 보임으로써 이에 대한 배출규제가 매우 필요한 실정이다. 따라서, 정부는 2030년 국내 온실가스 감축 목표치를 37 %로 설정하고, 산업 전반에 걸쳐 온실가스 감축을 위한 다양한 정책과 노력이 진행 중에 있다. 이에, 건설분야에서도 이산화탄소의 저감을 위한 노력이 이루어지고 있다.
특히 시멘트 산업은 철강 및 석유화학 산업과 함께 대표적인 온실가스를 배출하는 대표적인 산업이기 때문에, 온실가스 감축에 대한 노력이 절실히 필요하다.
시멘트는 건설재료의 대표적인 재료인 콘크리트를 생산하기 위해 꼭 필요한 재료이므로, 시멘트 복합재료에 대해서도 탄소배출량을 최소화하여 환경에 대한 부하를 저감시킬 수 있는데 관심이 지대해지고 있다.
한국공개특허 제2005-0122153호(2005.12.28)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 코팅 처리된 이산화탄소 흡착제 캡슐을 사용하여 온실가스 주범인 이산화탄소를 감축할 뿐만 아니라 사용 수명이 향상된 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재는, 손상된 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 콘크리트 구조물 모르타르 보수재로서,
시멘트 100 중량부에 대하여 규사 50 내지 200 중량부, 폴리머 1 내지 10 중량부, 플라이애시 8 내지 15 중량부, 수용성 에폭시 1 내지 5 중량부, 탄산칼슘 0.5 내지 2 중량부, 팽창시멘트 1 내지 5 중량부, 섬유 20 내지 50 중량부, 강도증진제 1 내지 8 중량부, 중성화 방지제 0.5 내지 7 중량부 및 이산화탄소 흡착제 캡슐 10 내지 30 중량부를 포함하고,
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐은 이산화탄소 흡착제의 표면을 고분자 코팅액으로 코팅하여 구성되고,
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐의 표면은 서로 다른 녹는점을 가지는 제1 알갱이 및 제2 알갱이가 박혀있는 형태로 이루어지며, 외부 온도에 따라 상기 알갱이가 순차적으로 녹아 상기 표면으로부터 이탈되거나 용융되면서 상기 캡슐의 표면에 천공을 형성하고, 상기 형성된 천공을 통하여 상기 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법은, 손상된 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법으로서,
콘크리트 구조물 단면의 열화부위를 제거하는 단계;
열화부위가 제거된 콘크리트 구조물 단면에 프라이머를 도포하는 단계; 및
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 모르타르 보수재를 콘크리트 구조물 단면에 도포하는 단계;를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에 의한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법은 폐기되는 자원을 재활용하여 자원 재활용에 따른 폐기물 감소에 기여하면서도 작업성이 우수하며, 코팅 처리된 이산화탄소 흡착제 캡슐을 사용하여 온실가스 주범인 이산화탄소를 감축할 뿐만 아니라 사용 수명이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 소량이지만 수용성 에폭시를 따라 균일하게 분산되도록 한 난연성 탄산칼슘 분말에 의해 콘크리트 구조물에 대한 난연성을 개선하는데 도움이 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 구조물 모르타르 보수재의 기술개념을 설명하기 위한 참조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 구조물 모르타르 보수재에 포함되는 이산화탄소 흡착제 캡슐을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 단면 보수공법을 설명하기 위한 흐름도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 친환경 모르타르 보수재 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 손상된 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 콘크리트 구조물 모르타르 보수재는,
시멘트 100 중량부에 대하여 규사 50 내지 200 중량부, 폴리머 1 내지 10 중량부, 플라이애시 8 내지 15 중량부, 수용성 에폭시 1 내지 5 중량부, 탄산칼슘 0.5 내지 2 중량부, 팽창시멘트 1 내지 5 중량부, 섬유 1 내지 50 중량부, 강도증진제 1 내지 8 중량부, 중성화 방지제 0.5 내지 7 중량부 및 이산화탄소 흡착제 캡슐 10 내지 30 중량부를 포함하고,
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐은 이산화탄소 흡착제의 표면을 고분자 코팅액으로 코팅하여 구성되고,
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐의 표면은 서로 다른 녹는점을 가지는 제1 알갱이 및 제2 알갱이가 박혀있는 형태로 이루어지며, 외부 온도에 따라 상기 알갱이가 순차적으로 녹아 상기 표면으로부터 이탈되거나 용융되면서 상기 캡슐의 표면에 천공을 형성하고, 상기 형성된 천공을 통하여 상기 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모르타르 보수재는 일반적인 모르타르와 같이 보수 및 보강이 필요한 콘크리트 구조물 단면에 간단히 도포하는 형태로 사용되며, 폐기되는 플라이애시를 활용하여 시멘트의 상당량을 대체함으로써 자원 재활용과 함께 과도한 시멘트 사용으로 인한 독성을 저감하는 한편, 코팅된 이산화탄소 흡착제 캡슐을 사용하여 온실가스 주범인 이산화탄소를 감축할 뿐만 아니라 사용 수명이 향상될 수 있도록 한 것이다. 뿐만 아니라 소량이면서도 수용성 에폭시를 따라 균일하게 분산되도록 한 무기난연제인 탄산칼슘 분말에 의해 난연성 향상에도 도움이 된다.
이하, 본 발명에 따른 모르타르 보수재에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 모르타르 보수재는, 시멘트, 규사, 폴리머, 플라이애시, 수용성 에폭시, 탄산칼슘, 팽창시멘트, 섬유, 강도증진제, 이산화탄소 흡착제 캡슐의 조성으로 이루어진다.
상기 시멘트는 포틀랜트 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트 및 초속경 시멘트 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이다. 구체적으로 포틀랜드 시멘트의 경우도 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
혼합 시멘트를 사용할 경우에는 포틀랜트 시멘트 40 ~ 70 중량%, 슬래그 시멘트 20 ~ 40 중량%, 알루미나 시멘트 5 ~ 25 중량% 및 잔량의 속경성 시멘트를 포함할 수 있다. 이중에서 슬래그 시멘트는 수산화칼슘이나 황산염의 자극작용에 의한 수화열에 의한 온도상승 억제, 알칼리 실리카반응의 억제, 황산염 및 해수에 대한 화학저항성, 염화물 이온이나 산소 침투 저항성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 알루미나 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 알루미나 함량이 상대적으로 높은 시멘트로서, 화학적 저항성이 우수하며, 산성 분위기 하에서 사용할 수 있는 장점이 있으며, 경화시간이 짧은 조강 시멘트 일종으로서, 보통 포틀랜드 시멘트와 적정 비율로 사용한다.
상기 규사는 입도의 크기가 0.3 ~ 30 mm 인 입자를 90~99 중량% 포함하고 모스경도(Mohs Hardness) 6.0 이상, 바람직하게는 6.0~10.0인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 규사는 시멘트 100 중량부에 대하여 50 내지 200 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 함량이 200 중량부를 초과하게 되면 모르타르 보수재의 분사가 빠르게 되어 작업성은 증가하나 분사할 때 분사기 노즐을 쉽게 마모시키게 되며, 50중량부 미만이 되면 모르타르 보수재의 분사성능이 저하되어 작업시간이 늘어나게 된다.
상기 폴리머는 모르타르 성분 간 상용성, 부착성을 증대시켜서 모르타르의 물성을 향상시키는 역할을 하며, 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 포함한다. 상기 폴리머의 함유량이 10 중량부를 초과하면 접착력 및 레올로지는 증가하나 경제적으로 부담이 되며, 1 중량부 미만일 경우 접착력이나 레올로지가 저하된다. 폴리머는 폴리아크릴에스테르, 폴리비닐아세테이트, 폴리사카라이드, 폴리프로피온산비닐, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리프로필렌, 메틸셀룰로스, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산염 및 비닐아세테이트/비닐바사테이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 보수재는 상기 플라이애시를 포함함으로써 상기 시멘트의 사용량을 축소하는 동시에 폐기되는 플라이애시를 유용한 자원으로 재활용할 수 있으므로 친환경 특성을 나타낼 수 있다. 여기서 플라이애시는 화력발전소 등의 연소보일러에서 부산되는 석탄재로서 연소폐가스 중에 포함되어 있는 것을 집진기에 의해 회수한 미세한 입상의 난사를 의미한다. 이처럼 플라이애시가 포함되면 볼베어링(ball bearing) 효과로 작업성이 개선되며, 포졸란 반응에 의해 장기적으로 볼 때 강도 중가에 긍정적인 영향을 미치게 된다.
상기 플라이애시는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 8 내지 15 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애시의 함량이 8 중량부 미만이면 시멘트를 대체하는 비율이 적어지면서 자원 재활용의 의미와 시멘트 독성 제거하는 효과가 미흡해지며, 15 중량부를 초과하는 경우 작업성은 좋지만 모르타르 보수재의 초기 접착력을 약화시키게 된다.
상기 수용성 에폭시는 플라이애시의 접착력과 레올로지를 증가시키는 역할을 한다. 상기 수용성 에폭시는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 에폭시의 함량이 1 중량부 미만이면 접착력과 레올로지가 저하되어 파쇄 플라이애시에 대하여 기대하는 접착력과 레올로지를 얻을 수 없고, 5 중량부를 초과하면 비용 증가의 문제가 있다.
상기 탄산칼슘은 0.1~5μm 입경을 갖는 미세분말 형태로 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘 분말은 그냥 단독으로 첨가되는 것이 아니라 에폭시 수용액에 첨가한 상태로 건조하여 탄산칼슘 분말을 중심 코어로 하면서 수용성 에폭시가 피복된 형태의 복합입자를 먼저 제조하고, 상기 복합입자를 첨가하는 방식으로 첨가함으로써 상기 탄산칼슘 분말이 상기 수용성 에폭시를 따라 유동하여 균일하게 분산되도록 한다는 점에 주목할 수 있다. 이처럼 상기 탄산칼슘 분말이 미세분말 형태로 준비되는데다가 수용성 에폭시를 따라 유동하여 균일하게 분산되도록 구성되면 상기 탄산칼슘이 비교적 소량 첨가되는데도 불구하고 난연성을 극대화할 수 있는 것이다.
상기 팽창시멘트는 건조수축에 의하여 일어나는 균열을 감소시킬 목적으로 사용되며, 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 함량이 5 중량부를 초과하면 지나친 팽창으로 모르타르 보수재 강도가 저하되며, 1 중량부 미만이면 모르타르 보수재의 수축에 대한 보상이 적어 균열을 발생시킬 수 있다. 본 발명에 사용된 팽창 시멘트는 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)계 시멘트로서, 빠른 응결 및 높은 초기강도 발현 등의 성능을 지니고 있다.
상기 섬유는 휨 강도, 인장 강도 증진은 물론 양생 시 표면 크랙(균열)을 줄일 수 있어 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이며, 초기 분산성을 높이기 위한 목적으로 사용된다. 본 발명에서 상기 섬유는 일정 정도의 친수성을 갖는 섬유를 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들어 유리섬유, 강섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌(PP) 섬유, 셀룰로오스 섬유 및 폴리에틸렌 섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 섬유는 비즈섬유 및 단섬유의 이종 형태로 구비되되, 상기 비즈섬유는 상기 이산화탄소 흡착제 캡슐의 직경보다 작으며, 상기 단섬유는 20 내지 30 mm 길이인 것으로 상기 캡슐과 비즈섬유 사이의 공간을 채워주어 상기 모르타르 보수재의 밀도 및 압축강도를 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
상기 섬유는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 20 내지 50 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 함량이 50 중량부를 초과하면 보수재 내부에 분산되어 있던 흡착제 캡슐 등의 입자의 재응집에 따른 전체 보수재 조성물의 결정화도가 증가하게 되면서 강도가 저하될 수 있고, 20 중량부 미만이면 상기 모르타르 보수재의 압축강도가 저하될 수 있다.
상기 강도증진제는 물리 화학적 작용에 의해 경화 전후의 콘크리트 성질을 개선하는 작용을 하는 것으로서, 구체적인 예로는 알칼리금속을 가지는 나이트레이트(nitrate)염, 알칼리토금속을 가지는 나이트레이트염, 알루미늄을 가지는 나이트레이트염, Al2O3 분말 및 Al2Si2O7 분말 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 강도증진제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 8 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 모르타르 보수재는 시공면의 부식을 방지하기 위하여 중성화 방지제를 추가로 포함할 수 있으며, 구체적으로는 크롬산 스트론튬을 추가로 포함할 수 있으며 당업계에서 통상적으로 사용하는 부식 방지 효과를 갖는 중성화 방지제라면 특별히 한정되지 않는다 .
상기 중성화 방지제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5 내지 7 중량부로 더 포함되는 것이 바람직하다. 만일 함량이 7 중량부를 초과하면 중성화 방지제의 급격한 반응으로 인해 부착성이 떨어지고, 크랙이 발생하여 좋지 않고, 0.5 중량부 미만이면 상기 모르타르 보수재의 중성화 방지 효과가 미미할 수 있다.
상기 중성화 방지제는 손상된 콘크리트 구조물 보수시 상기 모르타르 보수재에 포함되어 모르타르 타설 후에 COx(탄산) 가스의 침입에 의해 중성화되어 모르타르 보수재가 열화되는 것을 방지함과 동시에 외부에서 콘크리트 내부로 침입하는 불순물을 방지함으로써, 염해 방지, 중성화 방지, 내부식성 등을 향상시켜 노후된 콘크리트 구조물의 내구성 및 유지 관리의 편리성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조로, 상기 이산화탄소 흡착제 캡슐(10)은 이산화탄소 흡착제의 표면을 고분자 코팅층(100)으로 코팅하여 구성되며, 상기 고분자 코팅층을 구성하는 코팅액은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론 고분자 단독을 사용하거나 이들의 혼합 고분자를 사용할 수 있고, 상기 흡착제(200)로는 활성탄, 제올라이트 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅액은 바인더를 포함할 수 있으며, 바인더의 경우 벤토나이트, 점토, 유기 알콜, 덱스트린, 알루미나 졸, 알루미늄 옥시드 히드록시드, 실리카 졸, 티타니아 졸, 지르코늄 아세테이트, 실리콘 또는 그의 조합물 등 다양한 물질을 사용할 수 있다.
상기 코팅액 제조에 사용되는 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토나이트릴, 메틸클로라이드, 사염화탄소, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 및 테트라하이드로푸란으로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅층을 형성하는 방법은, 침지(dipping)하거나 스프레이(spray), 와이핑(wiping) 또는 붓으로 칠하는 등 다양한 방법으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐은 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 함량이 30 중량부를 초과하면 시민트 함량 대비 흡착제 캡슐의 함량이 높아 모르타르 보수재 균열 방지 효과를 구현하기 어렵고, 10 중량부 미만이면 상기 흡착제의 이산화탄소 흡착성능이 충분히 나타나지 않는다.
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐(10)의 표면은 서로 다른 녹는점을 가지는 제1 알갱이(110) 및 제2 알갱이(120)가 박혀있는 형태로 이루어지며, 외부 온도에 따라 상기 알갱이가 순차적으로 녹아 상기 표면으로부터 이탈되거나 용융되면서 상기 캡슐의 표면에 천공을 형성하고, 상기 형성된 천공을 통하여 상기 흡착제가 이산화탄소를 흡착한다.
상기 제1 알갱이는 25 내지 70 ℃의 녹는점을 가지는 고분자, 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드계 고분자로 이루어지고, 상기 제2 알갱이는 70 내지 90 ℃의 녹는점을 가지는 고분자, 예를 들면 곁사슬기로 프로필기를 포함하는 폴리프로필에틸렌계 고분자로 이루어져 상기 제 1 알갱이와 제2 알갱이는 서로 다른 온도에서 용융되어 천공을 형성한다.
상기 이산화탄소 흡착제 캡슐은 모르타르 보수재 제조시 발생되는 이산화탄소 및 콘크리트 구조물 단면 보수 후 주변 환경에서 발생되는 이산화탄소를 흡수하기 위한 것으로, 상기 온도 범위는 제조 공정 및 보수 후 온도를 고려하여 설정된 것이다.
본 발명에 따른 모르타르 보수재는 이와 같이 서로 다른 녹는점을 가지는 제1 알갱이 및 제2 알갱이를 포함한 캡슐 형태의 이산화탄소 흡착제를 함유함으로써, 흡착제의 이산화탄소 반응 부분을 온도 순차적으로 노출시켜 종래 이산화탄소 흡착제 대비 사용 수명이 향상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모르타르 보수재는 광촉매와 피톤치드 오일이 일대일로 균일하게 혼합된 정화제를 더 포함할 수 있다. 상기 정화제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 정화제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 정화제로서의 기능이 약해지기 때문에 그보다 많은 양으로 함유하는 것이 기능 측면에서 좋으나 2 중량부를 초과하면서부터는 증가되는 함유량에 비해 효과는 미미하게 증가하므로 1 내지 2 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 정화제에 포함된 광촉매는 이산화티탄(TiO2) 단독으로 이루어진 것보다는 고활성을 갖도록 이산화규소(SiO2)가 함께 혼합된 것으로 구비되며 항균성, 항곰팡이성이 우수하고, 원적외선 방사 및 음이온방출에 따른 공기정화기능과 더불어 포름알데히드의 농도를 저감시키는 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 피톤치드 오일은 살균 및 공기정화 기능을 가지며 라돈(radon), 6가크롬(Cr6+: Chromium), 암모니아(ammonia), 강알칼리(PH12)성 독성을 비롯하여 포름알데히드의 농도를 저감시키는 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 이같은 정화제를 친환경 모르타르 보수재에 포함시키면 콘크리트 구조물 단면을 보수하는 것뿐만 아니라 시멘트 사용으로 인해 새롭게 발생하는 독성을 저감하고 공기정화 기능을 갖도록 할 수 있는 장점이 있다.
다만, 광촉매의 경우 피톤치드와 비교하여 더 오랜 기간 동안 해당 기능을 유지할 수 있고 기능도 강력하다는 장점이 있으나 햇빛으로부터 방출되는 충분한 양의 자외선을 받아야 제대로 기능을 발휘할 수 있다는 제한적인 이유 때문에 본 발명에서는 자외선 여부에 관계없이 상시적으로 기능을 발휘할 수 있도록 광촉매와 피톤치드 오일이 혼합된 복합적 형태로 정화제를 구비한 것이다.
이하, 전술된 모르타르 보수재를 사용한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 단면 보수공법은 도 6에 도시된 것처럼 단면 정리단계(S110), 프라이머 도포단계(S120), 모르타르 보수재 도포단계(S130), 마감단계(S140)를 포함하여 이루어진다.
상기 단면 정리단계(S110)에서는 콘크리트 구조물 단면의 열화부위를 제거한다. 이를 위해 콘크리트 구조물 단면에 대하여 (필요하다면) 취핑 및 그라인딩 작업을 진행하고, 이후 이물질 제거를 포함한 세척작업을 진행할 수 있다. 이때 콘크리트 구조물 단면에 현저한 결손이나 균열이 있는 경우 모르타르 보수재로 결손된 부분을 미리 충진하여 복구해준다.
상기 프라이머 도포단계(S120)는 선택적으로 실시하는 것으로 콘크리트 단면에서 열화부위가 제거된 상태에서, 계절 및 온도를 고려하여 프라이머 종류를 선택하고, 그 선택된 프라이머를 도포한다.
상기 모르타르 보수재 도포단계(S130)에서는 본 발명의 실시예에 의한 모르타르 보수재를 콘크리트 구조물 단면 전체에 넓게 도포한다.
상기 마감단계(S140)에서는 상기 모르타르 보수재가 초기 경화된 후 다양한 목적 하에 마감재를 선택적으로 도포하게 된다. 대표적으로 자외선 등으로부터 내구성을 갖게 하기 위해 모르타르 보수재 외표면에 원하는 색상의 도장을 하는 것이 포함될 수 있다. 이 경우 시공 단면이 햇빛에 노출된다면 시공 단면에 대해 불소계 또는 우레탄계 도료로 마감하여 내구성을 확보할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
제조예 1 : 이산화탄소 흡착제 캡슐의 제조
폴리프로필렌, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필에틸렌 고분자를 혼합한 후, 바인더가 함유된 용매에 첨가하여 분산 용액을 제조하고, 교반시켜 캡슐 코팅액을 제조하였다. 이때, 계면활성제 또는 계면활성제의 혼합물을 첨가하여 분산을 용이하게 하였다(총 중량의 최대 약 10 중량%).
그런 다음, 침지-코팅 또는 분무와 같은 다양한 방법에 의해 활성탄 표면에 코팅액을 적용한 후, 코팅된 활성탄을 부분적으로 또는 완전히 건조시켜 과잉의 수분을 제거해주어 이산화탄소 흡착제 캡슐을 제조하였다.
실시예 1 : 모르타르 보수재의 제조
포틀랜드 시멘트 100 중량부, 규사(입도 0.3 ~ 30mm, 경도 6 이상) 150 중량부, 폴리비닐아세테이트 5 중량부, 플라이애시 10 중량부, 수용성 에폭시 1 주양부, 탄산칼슘 1 중량부, 팽창시멘트 5 중량부, 유리 섬유 및 폴리프로필렌 섬유의 혼합물 30 중량부, 강도증진제 3 중량부, 크롬산 스트론튬 3 중량부 및 상기 제조예 1에서 제조된 이산화탄소 흡착제 캡슐 30 중량부를 혼합한 후, 상기 얻어진 혼합물에 약 10 중량부로 적당량의 물과 균일하게 혼합하여 모르타르 보수재를 제조하였다.
비교예 1 : 모르타르 보수재의 제조
포틀랜트 시멘트 100 중량부에 평균입경이 0.1~10 mm인 세사로 이루어진 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 95 중량부와 적당량의 물을 혼합하여 모르타르 보수재를 제조하였다.
비교예 2 : 모르타르 보수재의 제조
상기 실시예 1의 방법 중 이산화탄소 흡착제 캡슐을 제외하고 나머지는 동일하게 포함하여 모르타르 보수재를 제조하였다.
실험예 1 : 물성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 모르타르 보수재를 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 평가하고, 아래 표 1에 그 결과를 나타내었다.
1) 흡수율, 플로우, 슬러리 밀도 : KS L 5220에 준하여 실시
2) 휨강도 : KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
항목 실시예 1 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 10 27 10
플로우(mm) 127 119 127
슬러리 밀도 1.68 1.96 1.68
휨강도
(N/mm2)		 7일 9.0 6.4 8.5
28일 10.8 8.2 9.8
압축강도
(N/mm2)		 1일 13.8 10.0 10.3
3일 26.4 11.3 13.3
7일 36.7 21.5 29.5
28일 47.2 37.3 40.1
부착강도
(N/mm2)		 표준조건 3.0 1.4 2.0
온냉 반복후 3.0 1.4 2.1
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 모르타르 보수재는, 종래 모르타르 보수재에 비하여 압축강도, 부착강도 등의 물성이 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2 : 이산화탄소 흡착능 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 콘크리트 구조물 모르타르 보수재의 시험체를 제조하여 이산화탄소 흡착능을 평가하였다.
반응기(직경: 3㎝, 높이: 40㎝) 안에 실시예 1 및 비교예 1, 2의 시험체를 투입하고, 이산화탄소(CO2)를 반응기 내에 30분간 공급한 후 이산화탄소 분석기(Series 9610-Alphal Omega Instruments)를 이용하여 반응기 외부로 빠져 나오는 이산화탄소 농도를 측정하였다. 이때 반응기의 온도는 20±2 ℃, 50±2 ℃ 또는 80±2 ℃로 각각 단계별로 상승시켜 조절하였다.
구분 이산화탄소 흡착용량
실시예 1 5.17±0.1 mmol/g (227.48±0.1 ㎎/g)
비교예 1 1.43±0.1 mmol/g (49.72±0.1 ㎎/g)
비교예 2 1.13±0.1 mmol/g (49.72±0.1 ㎎/g)
이를 통해, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 모르타르 보수재는 이산화탄소에 대한 흡착능이 우수할 뿐만 아니라 100 ℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 이산화탄소를 높은 선택성으로 흡착할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 이산화탄소 흡착제 캡슐
100 : 코팅층
200 : 흡착제
110 : 제 1알갱이
120 : 제 2알갱이

Claims (7)

  1. 손상된 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 콘크리트 구조물 모르타르 보수재로서,
    포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 규사 50 내지 200 중량부, 폴리머 1 내지 10 중량부, 플라이애시 8 내지 15 중량부, 수용성 에폭시 1 내지 5 중량부, 탄산칼슘 0.5 내지 2 중량부, CSA계 팽창시멘트 1 내지 5 중량부, 섬유 20 내지 50 중량부, 강도증진제 1 내지 8 중량부, 중성화 방지제 0.5 내지 7 중량부 및 이산화탄소 흡착제 캡슐 10 내지 30 중량부를 포함하고,
    상기 이산화탄소 흡착제 캡슐은 이산화탄소 흡착제의 표면을 고분자 코팅액으로 코팅하여 구성되고,
    상기 이산화탄소 흡착제 캡슐의 표면은 서로 다른 녹는점을 가지는 제1 알갱이 및 제2 알갱이가 박혀있는 형태로 이루어지며, 외부 온도에 따라 상기 알갱이가 순차적으로 녹아 상기 표면으로부터 이탈되거나 용융되면서 상기 캡슐의 표면에 천공을 형성하고, 상기 형성된 천공을 통하여 상기 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 코팅액은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 나일론 고분자를 포함하는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 알갱이는 25 내지 70 ℃의 녹는점을 가지는 고분자로 이루어지고, 상기 제2 알갱이는 70 내지 90 ℃의 녹는점을 가지는 고분자로 이루어져 상기 제 1 알갱이와 제2 알갱이는 서로 다른 온도에서 용융되어 천공을 형성하는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 알갱이는 폴리에틸렌옥사이드계 고분자로 이루어지고, 상기 제2 알갱이는 폴리프로필에틸렌계 고분자로 이루어지는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유는 비즈섬유 및 단섬유의 이종 형태로 구비되되, 상기 비즈섬유는 상기 이산화탄소 흡착제 캡슐의 직경보다 작으며, 상기 단섬유는 상기 캡슐과 비즈섬유 사이의 공간을 채워주어 상기 모르타르 보수재의 밀도 및 압축강도를 향상시키는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중성화 방지제는 상기 보수재의 열화 및 콘크리트 외부 불순물 침입으로 인한 시공면의 부식을 방지하기 위하여 크롬산 스트론튬으로 구성되는, 이산화탄소를 응용한 친환경 콘크리트 구조물 모르타르 보수재.
  7. 손상된 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 콘크리트 구조물 보수 시공 방법으로서,
    콘크리트 구조물 단면의 열화부위를 제거하는 단계;
    열화부위가 제거된 콘크리트 구조물 단면에 프라이머를 도포하는 단계; 및
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 모르타르 보수재를 콘크리트 구조물 단면에 도포하는 단계;를 포함하는, 콘크리트 구조물 보수 시공 방법.
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KR20010049205A (ko) * 1999-11-23 2001-06-15 루케 존 이에 코팅된 활성탄
KR20050122153A (ko) 2004-06-23 2005-12-28 주식회사트라이포드 탄소섬유 및 폴리프로필렌 섬유보강 고인성 시멘트복합재료의 제조방법 및 그 제품
KR100710002B1 (ko) * 2005-11-17 2007-04-20 요업기술원 오염원 흡착 및 제거력이 향상된 개질형 천연 제올라이트,이를 함유하는 코팅용 조성물 및 건축 내장재
KR20140139269A (ko) * 2013-05-27 2014-12-05 박종길 수지조성물 및 이의 제조방법
KR102038266B1 (ko) * 2019-03-11 2019-10-31 신영건설(주) 구조물 보수 보강용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 보강 공법

Patent Citations (5)

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