KR102168861B1 - 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 시멘트 모르타르 조성물로서, 무기계 결합재 24 내지 60 중량%, 잔골재 5 내지 70 중량%, 기능성 혼화제 1 내지 20 중량% 및 물 5 내지 25 중량%를 포함하며, 상기 무기계 결합재는, 무기계 결합재 총 중량을 기준으로, 조강 포틀랜드 시멘트 20 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 40 중량%, 규조토 10 내지 35 중량%, 질화규소 1 내지 25 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 25 중량%, 석고 1 내지 15 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 15 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량%, 및 경화 지연제 0.2 내지 10 중량%를 포함하며, 상기 기능성 혼화제는, 기능성 혼화제 총 중량을 기준으로, 에틸렌초산비닐 35 내지 95 중량%, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 0.1∼15중량%, 시아노아크릴레이트 0.1∼25 중량%, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 0.1~15중량%, 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 0.2 내지 25 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법{Functional cement mortar composition for repair and reinforcement of concrete structure and repair and reinforcement method of concrete structure using same}
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법에 관한 것이다.
일반적인 환경에서 화학적 부식 문제가 생기는 것은 확률적으로 매우 적으며, 생활하수 등에 포함된 유기물이 세균에 의해 반응을 일으켜 황산이온을 생성함으로써 콘크리트를 침식하거나, 온천 지대 또는 산성비 등에 의한 산성 물질에 의해 콘크리트가 침식되는 경우나, 해양환경에 위치하는 철근 콘크리트 구조물의 염해에 의해 콘크리트 구조물이 부식되는 경우가 대부분이다.
화학적 부식을 받는 구조물로는 해양 콘크리트, 화학공장, 식품공장, 축사 바닥 등의 관련 구조물, 토양 오염 및 온천 지대의 지하 구조물, 하수도 관련 하수관거 및 복개 구조물 등을 들 수 있다. 따라서 이와 같이 일반적인 환경이 아니라 특수하게 열악한 환경에 적합한 향상된 기능을 추가한 콘크리트 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 대한 요구는 여전히 존재한다.
종래의 단면 복구를 위한 보수 보강재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수 보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공 시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수/보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
또한, 보통의 에폭시 수지를 재료로 하는 에폭시 공법은 에폭시 수지 자체가 가지는 자외선에 대한 저항력이 약하여 외부에 장기간 노출 시 자체의 균열이 발생되며, 지속적인 충격하중이 가해지면 취성반응에 의해 파열되기도 하였다. 특히, 습기가 많은 건물의 지하 또는 유수가 지속적으로 접촉되는 교각과 같이 우수한 방수성을 요구하는 장소의 보수보강 시공에서는 우레탄 등의 재료를 이용하기도 하였으나, 이미 손상된 구조물의 강성을 회복하는 것은 불가하였다.
대한민국 등록특허 제10-1058157호
본 발명은 우수한 무기계 결합재와 기능성 혼화제를 사용함으로써, 습기나 물이 많은 조건에서도 시공하더라도 씻겨 내려가거나 분리되지 않고, 압축강도, 휨강도, 접착강도, 변형저항성, 투습저항성, 중성화저항성, 염화물 이온 침투 저항성, 동결융해저항성 등의 물성이 우수한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기능성 시멘트 모르타르 조성물로서,
무기계 결합재 24 내지 60 중량%, 잔골재 5 내지 70 중량%, 기능성 혼화제 1 내지 20 중량% 및 물 5 내지 25 중량%를 포함하며,
상기 무기계 결합재는, 무기계 결합재 총 중량을 기준으로, 조강 포틀랜드 시멘트 20 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 40 중량%, 규조토 10 내지 35 중량%, 질화규소 1 내지 25 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 25 중량%, 석고 1 내지 15 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 15 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량%, 및 경화 지연제 0.2 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 기능성 혼화제는, 기능성 혼화제 총 중량을 기준으로, 에틸렌초산비닐 35 내지 95 중량%, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 0.1∼15중량%, 시아노아크릴레이트 0.1∼25 중량%, 에틸렌 비닐알코올 공중합체 0.1~15중량%, 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 0.2 내지 25 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
(1) 불순물, 레이턴스, 열화된 부위를 그라인딩, 워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
(2) 상기 청소된 부위에 표면 보호, 부착력을 증진시키고 유해물질의 침투방지 및 내구성을 향상시키기 위하여 표면 보호제를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계;
(3) 상기 표면 보호제 상부에 상기 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 타설하는 단계; 및
(4) 상기 타설면 상부에 유해물질 침투를 방지하여 내구성 개선 및 마감면을 강화시키기 위한 표면 강화 마감제를 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위한 시공 공법을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 습기나 물이 많은 조건에서도 시공이 가능하여 씻겨 내려가거나 분리되지 않고, 압축강도, 휨강도, 접착강도, 변형저항성, 투습저항성, 중성화저항성, 염화물 이온 침투 저항성, 탈취성, 항균성, 동결융해저항성 등의 물성이 우수하여 내구성을 크게 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법에 의하면, 상기 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 사용함으로써, 습기나 물이 많은 조건에서도 시공이 용이하며, 우수한 내구성을 갖게 시공하는 것이 가능하다.
이하에서 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명은 기능성 시멘트 모르타르 조성물로서,
무기계 결합재 24 내지 60 중량%, 잔골재 5 내지 70 중량%, 기능성 혼화제 1 내지 20 중량% 및 물 5 내지 25 중량%를 포함하며,
상기 무기계 결합재는, 무기계 결합재 총 중량을 기준으로, 조강 포틀랜드 시멘트 20 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 40 중량%, 규조토 10 내지 35 중량%, 질화규소 1 내지 25 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 25 중량%, 석고 1 내지 15 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 15 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량%, 및 경화 지연제 0.2 내지 10 중량%를 포함하며,
상기 기능성 혼화제는, 기능성 혼화제 총 중량을 기준으로, 에틸렌초산비닐 35 내지 95 중량%, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 0.1∼15중량%, 시아노아크릴레이트 0.1∼25 중량%, 에틸렌 비닐알코올 공중합체 0.1~15중량%, 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 0.2 내지 25 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 사용되는 무기계 결합재는 초기 강도를 발현하며, 내구성을 증진하고, 온도 상승을 억제하며, 난연성을 개선하고, 마모성을 개선하는 등의 효과를 가지며, 상기 보수 및 보강용 개질 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 총 100 중량% 기준으로 24 내지 60 중량% 함유되며, 그 함량이 60 중량%를 초과하면 강도 및 내구성은 개선되나 수축팽창효과에 의하여 균열이 발생하고, 그 함량이 24 중량% 미만이면 작업성 및 균열발생은 저하되나 강도 및 내구성 개선효과가 미흡해진다.
상기 무기계 결합재는 무기계 결합재의 총 중량 기준으로 조강 포틀랜드 시멘트 20 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 40 중량%, 규조토 10 내지 35 중량%, 질화규소 1 내지 25 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 25 중량%, 석고 1 내지 15 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 15 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량% 및 경화 지연제0.2 내지 10 중량%를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 상기 무기계 결합재는 무기계 결합재의 총 중량 기준으로 조강 포틀랜드 시멘트 60 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 10 중량%, 규조토 10 내지 20 중량%, 질화규소 1 내지 10 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 10 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량% 및 경화 지연제 0.2 내지 10 중량%를 포함한다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일반 시중에 유통되는 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 20 내지 80 중량% 함유된다.
상기 비정질 칼슘알루미네이트는 수화반응성을 증가시키고 균열 억제를 위해 첨가하는 무기계 속경성 광물 재료로서, 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린자이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 시멘트와 혼합할 때 단시간 내에 우수한 압축 강도를 얻을 수 있게 한다. 상기 비정질 칼슘알루미네이트는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 3 내지 40 중량% 함유된다. 상기 비정질 칼슘알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내지만 그 함량이 40 중량%를 초과할 경우에는 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하며, 그 함량이 3 중량% 미만일 경우 강도 개선 효과 및 균열 발생 억제효과가 미약해진다.
상기 규조토는 포졸란 특성, 장기 강도 발현, 내구성, 탈취성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 규조토의 중량비가 증가하면 조기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 상기 규조토는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 10 내지 35 중량% 함유된다. 그 함량이 35 중량%를 초과하면 초기 강도발현을 저하시키고, 그 함량이 10 중량% 미만이면 장기 강도 발현, 내구성 및 탈취성 개선효과가 미약해진다.
상기 질화규소는 내수성, 내약품성, 내화성, 내마모성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 질화규소는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 1 내지 25 중량% 함유된다. 그 함량이 1 중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미약해지고, 그 함량이 25 중량%를 초과할 경우에는 성능은 개선되나, 성형성 및 경제성이 저하된다.
상기 붕화지르코늄은 내화성, 강도를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 붕화지르코늄은 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 1 내지 25 중량% 함유되며, 그 함량이 25 중량%를 초과하면 난연성은 개선되나 작업성 및 강도가 저하되고, 그 함량이 1 중량% 미만이면 작업성 및 강도는 증가하나 난연 효과가 미약해진다.
상기 석고(CaSO4)는 시멘트 중의 성분, 특히 C3A(3CaOㆍAl2O3)와 반응하여 초기에 에트린자이트(AFt상, C3A3ㆍCaSO4ㆍ32H2O)를 생성하게 되는데, 생성된 에트린자이트는 수화가 진행됨에 따라 그 양이 감소하거나 또는 그 일부가 모노 설페이트(AFm상, C3AㆍCaSO4ㆍ12H2O)로 전이된다. 본 발명에서와 같이 다량의 무수석고가 첨가될 경우 에트린자이트가 초기부터 충분히 생성되어 시멘트의 구조를 치밀화시킴으로써 초기 재령에서 염화물 이온에 대한 침투저항성을 증가시키게 된다. 또한, 일반 시멘트의 경우 생성된 에트린자이트가 초기에만 주로 존재하게 되지만, 석고량이 충분히 첨가되기 때문에 장기 재령에 있어서도 에트린자이트가 일정 부분 존재하게 되거나 또는 일부의 에트린자이트가 연속적으로 생성되기도 한다. 이와 같이 생성된 에트린자이트는 콘크리트 구조체 내의 공극을 치밀하게 채워줌으로써 장기 재령에 있어서도 염화물에 대한 침투 저항성을 증가시키게 된다.
상기 석고는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량% 함유된다. 상기 석고의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타내며, 상기 석고의 함량이 1 중량% 미만일 경우 강도 및 작업성이 떨어질 수 있고, 상기 석고의 함량이 15 중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 산화구리는 강도, 내식성, 내오염성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 산화구리는 상기 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량% 함유된다. 상기 산화구리의 함량이 1 중량% 미만이면 강도, 내식성, 내오염성 개선 효과가 미약해지고, 상기 산화구리의 함량이 10 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 성형성 및 경제성이 떨어진다.
상기 알루미노규산염은 강도, 내식성 및 내화학성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 알루미노규산염은 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량% 함유된다. 그 함량이 1 중량% 미만이면 작업성은 개선되나, 강도, 내식성 및 내화학성은 저하될 수 있고, 그 함량이 15 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하될 수 있다.
상기 세피올라이트는 흡습제로서 재료분리 방지 및 점도를 조절하기 위해 사용한다. 상기 세피올라이트는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 함유된다. 그 함량이 0.5 중량% 미만이면 작업성은 좋으나 재료분리 방지 효과가 미약해지고, 그 함량이 10 중량%를 초과하면 재료분리 현상은 발생하지 않으나 점성이 높아져 작업성이 저하된다.
상기 산화베릴륨은 화학적 안정성, 내마모성, 내열성, 산화 방지 및 부식 방지를 위해 사용한다. 상기 산화베릴륨은 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 함유된다. 그 함량이 0.5 중량% 미만이면 산화 및 부식 방지 효과가 미약해지고, 그 함량이 10 중량%를 초과하면 경화가 빨라져 작업성이 저하된다.
상기 할로사이트는 강도, 내화성, 내마모성, 내부식성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 할로사이트는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 0.4 내지 10 중량% 함유된다. 상기 할로사이트의 함량이 0.4 중량% 미만이면 강도, 내화성, 내마모성, 내부식성 개선 효과가 미약해지고, 상기 할로사이트의 함량이 10 중량%를 초과하면 더 이상의 성능 개선효과는 기대되지 못하고 가격경쟁력이 떨어진다.
상기 친수성 섬유는 소성균열을 방지하고 인성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 친수성 섬유로는 나일론섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유, 폴리아라미드섬유 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 친수성 섬유는 무기계 결합재 총 중량을 기준으로 0.4 내지 10 중량% 함유된다. 상기 친수성 섬유의 함량이 0.4 중량% 미만이면 균열 방지 및 인성 개선효과가 미약해지고, 상기 친수성 섬유의 함량이 10 중량%를 초과하면 작업성이 저하된다.
상기 경화 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용되는 것으로서, 상기 무기계 결합재에 0.2 내지 10 중량% 함유된다. 상기 경화 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 모르타르 내의 거대 기공을 제거하여 모르타르의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 0.01 내지 5 중량%의 소포제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하고 성능 개선 혼화제의 유동성을 확보하기 위하여 사용한다. 성능 개선 혼화제에 감수제가 첨가되면 고유동 성능이 개선된다. 상기 감수제는 0.01 내지 5 중량% 함유될 수 있다.
상기 감수제는 폴리카르본산계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있으나, 나프탈렌계와 폴리클로로트리플루오로에틸렌계는 조성물의 강도를 저하시킬 수 있고 작업성(물-시멘트비)을 저하시킬 수 있으므로 조성물의 강도 및 작업성(물-시멘트비)을 저하시키지 않는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 수축 방지제로서 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol) 0.01 내지 2 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 네오펜틸글리콜은 대칭형의 2개의 알코올 기와 알파 카본 위치에 2개의 메틸기를 가지고 있어 에스테르화 반응에 탁월한 반응성을 나타낸다. 본 발명에서 상기 네오펜틸글리콜은 백색 결정체 100%로 이루어진 플레이크(flake) 형태 또는 네오펜틸글리콜 90% 및 물 10%로 이루어진 슬러리(slurry) 형태로 사용될 수 있다.
본 발명의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 사용되는 잔골재는 실리카질 규사 및 겔라이트를 포함할 수 있다. 상기 잔골재는 실리카질 규사 75 내지 99 중량% 및 겔라이트 1 내지 25 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
일반적으로 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 굵은골재는 입경 5mm를 초과하는 골재를 의미하고, 잔골재는 입경 5mm 이하의 골재를 의미한다. 본 발명에서는 겔라이트가 혼입된 잔골재를 사용함으로써, 강도, 내마모성, 내화성, 산성, 염해 등에 대한 내구성을 높였다.
상기 실리카질 규사는 입자 크기가 4호사 내지 6호사(0.05 내지 2.0mm)인 것이 바람직하다. 상기 실리카질 규사의 입자 크기가 2.0mm보다 클 경우에는 상기 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 유동성이 저하되고, 0.05mm보다 작을 경우에는 상기 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 작업성을 저하시킨다. 상기 실리카질 규사는 잔골재에 대해 75 내지 99 중량% 함유된다.
상기 겔라이트는 게르마늄 성분이 포함하고 있으며, 강도, 내마모성, 내구성을 개선하고, 항균성 및 결로 방지 성능을 부여하기 위하여 사용한다. 상기 겔라이트는 잔골재의 100 중량% 기준으로 1 내지 25 중량% 함유되며, 그 함량이 25 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 그 함량이 1 중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약해진다.
상기 기능성 혼화제는 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 습기가 많은 조건이나 물이 많은 조건에서도 씻겨 내려가거나 분리되지 않게 하기 위하여 사용된다. 또한, 가사시간, 작업성, 유동성, 휨강도, 인장강도, 내구성, 휨인성, 내염해성, 중성화 저항성, 동결융해 저항성 및 표면경도를 개선시키기 위하여 사용한다.
상기 기능성 혼화제는 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 함유된다. 상기 기능성 혼화제의 함량이 20 중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고, 그 함량이 1 중량% 미만이면 수중 불분리성이 저하되고, 유동 성능, 강도, 내구성, 인성, 내염해성, 중성화 저항성, 동결융해 저항성 및 표면경도 개선 효과가 미약해진다.
상기 기능성 혼화제는, 기능성 혼화제 총 중량을 기준으로, 에틸렌초산비닐 35 내지 95 중량%를 포함한다. 상기 에틸렌초산비닐은 기능성 혼화제로 사용된다. 상기 에틸렌초산비닐이 35중량% 미만으로 포함되는 경우, 기능성 개선 효과가 미흡해지며, 95 중량%를 초과하는 경우에는 상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 질산셀룰로오스는 친수성, 점도 조절 및 분산성을 개선하기 위하여 사용할 수 있다. 상기 질산셀룰로오스는 상기 무기계 결합재에 대하여 0.1∼15 중량%, 더욱 바람직하게는 1∼5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 질산셀룰로오스의 중량비가 증가하면 친수성 및 분산 성능이 개선된다. 상기 질산셀룰로오스의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우 친수성, 점도 개선 및 분산 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 질산셀룰로오스의 함량이 15 중량%를 초과할 경우에는 작업성 및 강도가 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 시아노아크릴레이트는 습기 경화성, 접착성 등을 개선하기 위해 사용된다. 상기 시아노아크릴레이트는 상기 기능성 개선제에 대하여 0.1∼25 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량%로 포함된다. 상기 시아노아크릴레이트의 함량이 25 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 반응성이 높아 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 시아노아크릴레이트의 함량이 0.1 중량% 미만이면 성능 개선효과가 미약할 수 있다.
상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체는 보수성 및 내수성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 에틸렌-비닐알코올 공중합체는 상기 기능성 개선제에 대하여 0.1∼15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체의 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 에틸렌 비닐알코올 공중합체의 함량이 0.1 중량% 미만이면 보수성 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 뛰어난 물성과 양호한 성형성을 가진 결정성이 높은 열가소성 수지로서, 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 강성을 증가시키기 위하여 사용된다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 0.2 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트가 0.2 중량% 이하로 포함되는 경우, 강성 개선의 목적효과를 달성하기 어려우며, 25 중량%를 초과하는 경우, 원가부담이 높아지며, 모르타르의 다른 물성이 열화되므로 바람직하지 않다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 중량평균분자량이 30,000 내지 200,000인 것이 사용될 수 있으며, 50,000 내지 100,000인 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 시중에서 시판중인 상품을 구입하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 고분자 중 제조방법이나 분자량 등이 특정되지 않은 것은 시판중이 고분자를 구입하여 사용할 수 있으며, 중량평균분자량은 특별히 한정되지 않으나, 10,000 내지 3,000,000인 것이 사용될 수 있으며, 이 범위에서 각 고분자에 요구되는 물성에 부합하는 분자량을 갖는 것을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 기능성 혼화제는 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체 0.1∼15 중량%를 더 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112020028470872-pat00001
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a, b 및 c는 몰분율로서 a는 0.1~0.5이며, b는 0.1~0.5이며 및 c는 0.1~0.5이며, a+b+c=1이다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 카테콜기 및 메톡시실란기를 포함하며, 고무기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카테콜기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 카테콜기는 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 포함된 유기 및 무기 물질들과 잘 결합되며, 결합재의 강도 및 결합력을 향상시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 실란기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 상기 카테콜기와 실란기는 섬유 메쉬가 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 잘 결합할 수 있게 한다. 또한, 상기 고무기는 부드러운 물성을 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 중량평균분자량은 50,000 내지 5,000,000인 것이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 300,000인 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 하기 화학식 2로 표시되는 공중합체를 0.1∼5 중량%로 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020028470872-pat00002
상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
상기 화학식 2로 표시되는 공중합체는 불소로 치환된 알킬기에 의해 발수성을 가지므로, 보수 및 보강 후 수분의 침투를 억제하여 수분을 유지시키는 기능을 수행한다. 또한, 카테콜기를 포함함으로써 결합력이 우수하여 콘크리트 구조물 등에 잘 결합되는 특징을 갖는다.
상기 공중합체는 중량평균분자량이 3,000 내지 100,000인 것이 사용될 수 있으며, 5,000 내지 30,000인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 폴리에틸렌 글리콜 0.1 내지 5 중량% 및 프로필에틸트리메톡시실란 0.1 내지 5 중량% 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 염해방지를 위하여 염소 이온 침투 저해제로서 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물 총 중량 대비 0.01 내지 3 중량%로 더 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112020028470872-pat00003
상기 화학식 3의 화합물은 중량평균분자량이 5,000 내지 100,000, 더욱 바람직하게는 5,000 내지 20,000인 사용될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112020028470872-pat00004
상기 화학식 4의 화합물은 중량평균분자량이 5,000 내지 100,000, 더욱 바람직하게는 5,000 내지 20,000인 사용될 수 있다.
상기 화학식 3 및 화학식 4의 화합물은 방향족 환에 포함된 3차 아민기를 포함함으로써 침투하는 염소이온을 고정하는 기능이 우수한 특징으로 가지며, 고분자 화합물로서 다른 성분들과 상용성도 우수한 특징을 갖는다.
상기 화학식 3 및 4로 표시되는 화합물들은 이 분야에서 상업적으로 판매되는 것을 구입해서 사용하거나, 이 분야에 잘 알려진 방법에 의해 제조하여 사용할 수도 있다.
상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물 총 중량에 대하여 하기 화학식 5로 표시된 유기 구리 화합물을 0.01 내지 3 중량%로 더 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112020028470872-pat00005
상기 화학식 5 화합물은 구리 이온을 포함함으로써 경량 패널로 침투하는 염소 이온을 고정하는 기능을 수행한다. 상기 화학식 5의 화합물은 염소 이온의 고정 능력이 매우 우수하다.
상기 화학식 5의 화합물은 예를 들어, 리튬 디트리메틸실란아미도 화합물을 헥산물 하에서 요오드화구리와 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 화학식 5의 화합물은 예를 들어, 리튬 헥사메틸디실라지드(silazide)와 요오드화구리(I)를 반응시켜 얻을 수 있으며, 상기 리튬 헥사메틸실라지드(silazide)는 헥사메틸디실라잔과 n-부틸리튬을 헥산물 중에서 반응시켜서 얻을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 공지된 방법에 의해서도 쉽게 얻을 수 있다(http://reag.paperplane.io/00000722.htm).
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물에 포함되는 상기 성분들은 위에서 특별히 한정되지 않은 경우, 이 분야에서 일반적으로 유통되는 상품을 구입하여 사용하거나, 이 분야에 공지된 방법에 의해 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 무기계 결합재 , 잔골재 및 기능성 혼화제를 강제식 믹서 또는 진공형 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 1 내지 30 중량%을 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 소정 시간(예컨대, 15분) 동안 믹싱하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법에 관한 것이다.
(1) 불순물, 레이턴스, 열화된 부위를 그라인딩, 워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
(2) 상기 청소된 부위에 표면 보호, 부착력을 증진시키고 유해물질의 침투방지 및 내구성을 향상시키기 위하여 표면 보호제를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계;
(3) 상기 표면 보호제 상부에 상기 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 타설하는 단계; 및
(4) 상기 타설면 상부에 유해물질 침투를 방지하여 내구성 개선 및 마감면을 강화시키기 위한 표면 강화 마감제를 도포하여 양생하는 단계.
본 발명의 보수 및 보강 공법은 상기 (1)단계 후에 철근에 방청제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (2)단계와 (3)단계 사이에 보수 및 보강용 섬유 메쉬를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (2)단계의 표면 보호제로는 상기 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 용이하게 부착되도록 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴에스테르(PAE), 아크릴 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 (4)단계의 표면 강화 마감제는 수성 실리카졸, 우레탄-아크릴 에멀젼, 실란계 화합물 중에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.
상기 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법에서 특별히 한정되지 않은 사항에 대해서는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 공정에 의해 실시될 수 있으며, 시공에 필요한 재료도 이 분야에 공지된 것을 구입하여 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 화학식 1의 화합물의 합성
반응용매인 에틸벤젠에 1,3-부타디엔, 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide) 및 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate) 단량체를 1:1:1의 몰비로 첨가하고, 전체 단량체 100 중량부에 노르말 머캡탄 0.5 중량부를 혼합하여 균일하게 만들었다.
상기에서 제조한 중합용액을 14 L/hr의 속도로 26 L 반응기에 투입하면서 첫 번째 반응기에서 105℃의 온도로 중합하고, 두 번째 반응기에서 130℃의 온도로 중합하며, 세 번째 반응기와 네 번째 반응기에서 각각 140, 145℃의 온도로 중합하여, 중합전환율이 75%가 되었을 때, 휘발조에서 230 ℃의 온도로 미반응 단량체와 반응용매를 제거하고 세척, 탈수, 건조하여 중량평균분자량이 250,000인 화학식 1의 화합물을 얻었다.
[화학식 1]
Figure 112020028470872-pat00006
상기 식에서 R1 및 R2는 메틸기이며, a, b 및 c는 몰분율로서 1/3, 1/3 및 1/3이다.
제조예 2: 화학식 2의 공중합체의 제조
환류 냉각관, 질소 도입관, 온도계, 교반 장치를 구비한 사구 플라스크 내에 2-(Perfluorohexyl)ethyl methacrylate(CAS 2144-53-8) 및 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide)를 1:1의 몰비로 첨가하고, PGMEA을 넣고, 70℃로 가열한 후, 30분간 질소 기류 하에서 교반하였다. 이것에 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(약칭 AIBN)을 전체 단량체 100 중량부에 1.3 중량부를 첨가하고, 18시간 동안 중합하였다. 반응액 내에 잔존하는 α-Cl 단량체를 가스 크로마토그래피로 분석함으로써 전환율이 95％ 이상인 것을 확인하였다. 얻어진 반응액을 헥산으로 침전, 진공 건조하여, 공중합체를 단리하였다. 얻어진 공중합체의 분자량을 GPC로 측정한 결과, 중량 평균 분자량은 25,000이었다.
[화학식 2]
Figure 112020028470872-pat00007
상기 식에서, a는 0.5 및 b는 0.5이다(a와 b는 몰비이며, a+b=1이다).
실시예 1: 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 제조
에틸렌초산비닐 91 kg, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 1 kg, 시아노아크릴레이트 1 kg, 아크릴산 알킬에스테르-메타크릴산 알킬에스테르 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 3 kg, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 1 kg, 소포제로서 디메틸폴리에틸렌옥사이드유 0.5 kg 및 감수제로서 폴리에테르카르본산 고분자 화합물 0.5 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
조강 포틀랜드 시멘트 75 kg, 비정질 칼슘알루미네이트 5 kg, 규조토 10 kg, 질화규소 3 kg, 붕화지르코늄 2 kg, 석고 1 kg, 산화구리 1 kg, 알루미노규산염 1 kg, 세피올라이트 0.5 kg, 산화베릴륨 0.5 kg, 할로사이트 0.4 kg, 친수성 섬유로서 나일론 섬유 0.4 kg 및 경화 지연제로서 구연산 0.2 kg를 혼합하여 무기계 결합재 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 무기계 결합재 42 kg, 잔골재로서 실리카질 규사와 겔라이트의 혼합물(혼합 중량비 8:2) 48 kg 및 기능성 혼화제 4 kg를 강제식 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 6 kg를 첨가하여 다시 2분간 교반하여 기능성 시멘트 모르타르 조성물 100kg을 제조하였다.
실시예 2: 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 제조
에틸렌초산비닐 82 kg, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 3 kg, 시아노아크릴레이트 2 kg, 아크릴산 알킬에스테르-메타크릴산 알킬에스테르 공중합체 3 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 3 kg, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 3 kg, 폴리에틸렌 글리콜 1 kg, 프로필에틸트리메톡시실란 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 1 kg, 소포제로서 디메틸폴리에틸렌옥사이드유 0.5 kg 및 감수제로서 폴리에테르카르본산 고분자 화합물 0.5 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
조강 포틀랜드 시멘트 68 kg, 비정질 칼슘알루미네이트 6 kg, 규조토 12 kg, 질화규소 3 kg, 붕화지르코늄 2 kg, 석고 2 kg, 산화구리 2 kg, 알루미노규산염 2 kg, 세피올라이트 0.7 kg, 산화베릴륨 0.8 kg, 할로사이트 0.5 kg, 친수성 섬유로서 나일론 섬유 0.6 kg 및 경화 지연제로서 구연산 0.4 kg를 혼합하여 무기계 결합재 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 무기계 결합재 40 kg, 잔골재로서 실리카질 규사와 겔라이트의 혼합물(혼합 중량비 8:2) 50 kg 및 상기에서 얻어진 기능성 혼화제4 kg를 강제식 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 6 kg를 첨가하여 다시 2분간 교반하여 기능성 시멘트 모르타르 조성물 100kg을 제조하였다.
실시예 3: 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 제조
에틸렌초산비닐 86 kg, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 1 kg, 시아노아크릴레이트 1 kg, 아크릴산 알킬에스테르-메타크릴산 알킬에스테르 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 3 kg, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 1 kg, 소포제로서 디메틸폴리에틸렌옥사이드유 0.5 kg, 감수제로서 폴리에테르카르본산 고분자 화합물 0.5 kg, 및 상기 제조예 1에서 제조된 화학식 1로 표시되는 공중합체 5 kg을 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
조강 포틀랜드 시멘트 75 kg, 비정질 칼슘알루미네이트 5 kg, 규조토 10 kg, 질화규소 3 kg, 붕화지르코늄 2 kg, 석고 1 kg, 산화구리 1 kg, 알루미노규산염 1 kg, 세피올라이트 0.5 kg, 산화베릴륨 0.5 kg, 할로사이트 0.4 kg, 친수성 섬유로서 나일론 섬유 0.4 kg 및 경화 지연제로서 구연산 0.2 kg를 혼합하여 무기계 결합재 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 무기계 결합재 42 kg, 잔골재로서 실리카질 규사와 겔라이트의 혼합물(혼합 중량비 8:2) 48 kg 및 기능성 혼화제 4 kg를 강제식 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 6 kg를 첨가하여 다시 2분간 교반하여 기능성 시멘트 모르타르 조성물 100kg을 제조하였다.
실시예 4: 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 제조
에틸렌초산비닐 83 kg, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 1 kg, 시아노아크릴레이트 1 kg, 아크릴산 알킬에스테르-메타크릴산 알킬에스테르 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 3 kg, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 1 kg, 소포제로서 디메틸폴리에틸렌옥사이드유 0.5 kg, 감수제로서 폴리에테르카르본산 고분자 화합물 0.5 kg, 화학식 1로 표시되는 공중합체 5 kg 및 상기 제조예 2에서 제조된 화학식 2로 표시되는 공중합체 3 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
조강 포틀랜드 시멘트 75 kg, 비정질 칼슘알루미네이트 5 kg, 규조토 10 kg, 질화규소 3 kg, 붕화지르코늄 2 kg, 석고 1 kg, 산화구리 1 kg, 알루미노규산염 1 kg, 세피올라이트 0.5 kg, 산화베릴륨 0.5 kg, 할로사이트 0.4 kg, 친수성 섬유로서 나일론 섬유 0.4 kg 및 경화 지연제로서 구연산 0.2 kg를 혼합하여 무기계 결합재 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 무기계 결합재 42 kg, 잔골재로서 실리카질 규사와 겔라이트의 혼합물(혼합 중량비 8:2) 48 kg 및 기능성 혼화제 4 kg를 강제식 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 6 kg를 첨가하여 다시 2분간 교반하여 기능성 시멘트 모르타르 조성물 100kg을 제조하였다.
실시예 5: 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 제조
에틸렌초산비닐 83 kg, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 1 kg, 시아노아크릴레이트 1 kg, 아크릴산 알킬에스테르-메타크릴산 알킬에스테르 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 3 kg, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 1 kg, 폴리부틸렌테레프탈레이트 1 kg, 소포제로서 디메틸폴리에틸렌옥사이드유 0.5 kg, 감수제로서 폴리에테르카르본산 고분자 화합물 0.5 kg, 화학식 1로 표시되는 공중합체 5 kg, 상기 제조예 2에서 제조된 화학식 2로 표시되는 공중합체 1.5 kg, 하기 화학식 3로 표시되는 화합물 0.5 kg, 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.5 kg, 및 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 0.5 kg을 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
조강 포틀랜드 시멘트 75 kg, 비정질 칼슘알루미네이트 5 kg, 규조토 10 kg, 질화규소 3 kg, 붕화지르코늄 2 kg, 석고 1 kg, 산화구리 1 kg, 알루미노규산염 1 kg, 세피올라이트 0.5 kg, 산화베릴륨 0.5 kg, 할로사이트 0.4 kg, 친수성 섬유로서 나일론 섬유 0.4 kg 및 경화 지연제로서 구연산 0.2 kg를 혼합하여 무기계 결합재 100 kg을 얻었다.
[화학식 3]
Figure 112020028470872-pat00008
중량평균분자량이 5,000 내지 20,000
[화학식 4]
Figure 112020028470872-pat00009
상기 화학식 3의 화합물은 중량평균분자량이 5,000 내지 20,000
[화학식 5]
Figure 112020028470872-pat00010
비교예 1: 폴리머 시멘트 모르타르 조성물의 제조
보통 포틀랜드 시멘트 42 kg, 잔골재 48 kg 및 폴리에틸렌초산비닐 4 kg를 강제식 믹서에서 프리믹싱한 후, 물 6 kg를 첨가하여 다시 2분간 교반하여 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 100 kg을 제조하였다.
실험예 1: 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 플로우 시험
상기 실시예 1 내지 5에서 제조한 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에서 제조한 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS L 5220에 규정한 방법에 따라 플로우 시험(비타격 시의 흐름성)을 측정하였다.
재료분리는 모르타르 슬러리를 손으로 저어 보아 판단하였으며, 수중 제작 공시체는 수면아래 10cm 몰드를 설치 후 자유 낙하하여 제작하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
플로우(mm) 205 206 208 209 211 152
제료분리 없음 없음 없음 없음 없음 발생
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 비타격 시의 흐름성은 비교예 1보다 매우 우수하여 유동성이 우수함을 알 수 있었다.
또한, 비교예 1의 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에서는 재료분리가 발생하였으나, 실시예 1 내지 실시예 5의 기능성 시멘트 모르타르 조성물은 유동성이 더 우수함에도 불구하고, 재료분리가 발생하지 않아 수중 불분리성이 우수한 것으로 확인되었다. 특히, 실시예 3 내지 5의 수중 불분리성이 더 우수한 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 상기 제조예 1에서 제조된 화학식 1의 공중합체를 포함하기 때문인 것으로 보이며, 제조예 2에서 제조된 화학식 2의 공중합체를 포함한 경우에는 공중합체에 그라프트된 발수성 성분 때문에 더 우수한 불분리성을 나타낸 것으로 판단된다.
실험예 2: 압축, 휨, 접착강도 측정
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 규정한 방법에 따라 압축, 휨 및 접착강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
구분
 압축강도(N/mm2) 휨강도(N/mm2) 접착강도(N/mm2)
표준상태 수중 표준상태 수중 표준상태 수중
실시예 1 56.3 54.0 10.6 9.8 2.2 2.0
실시예 2 58.2 56.3 11.4 10.9 2.3 2.1
실시예 3 62.2 60.5 13.1 12.3 2.8 2.5
실시예 4 62.9 60.8 13.3 12.5 2.9 2.6
실시예 5 62.8 61.2 13.2 12.5 2.9 2.7
비교예 1 49.4 46.0 9.7 8.9 1.8 1.5
위의 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 압축강도, 휨강도, 및 접착강도가 월등히 높았다.
실험예 3: 길이변화율 측정
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
길이변화율(%) 0.005 0.004 0.005 0.004 0.003 0.02
위의 표 3에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머시멘트 모르타르 조성물에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축저감 효과가 최소화됨을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 투수량
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 규정한 방법에 따라 투수량 시험의 측정 결과를 표 4에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
투수량(g) 2.0 1.9 1.9 1.2 1.2 3.0
위의 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 흡수율이 낮아 내수성이 우수함을 알 수 있었다.
실험예 5: 중성화 깊이
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
중성화 깊이(mm) 0.4 0.4 0.3 0.28 0.27 0.7
위의 표 5에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 중성화 침투 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
실험예 6: 염화물 이온 침투 저항성
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 염화물 이온의 침투 저항성 시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 6에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
염화물 이온 침투 저항성(coulombs) 692 693 685 680 321 890
위의 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 저항성이 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높았음을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 5의 기능성 시멘트 모르타르 조성물의 경우는 화학식 2 내지 5의 화합물을 포함함으로써 현저히 낮은 염화물 이온 침투를 나타냈다.
실험예 7: 내알칼리성, 물흡수계수 및 습기투과저항성
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 내알칼리성, 물흡수계수 및 습기투과저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
내알칼리성 (MPa) 45.2 44.1 47.1 48.1 48.4 42.3
물흡수계수 (kg/m2ㆍh0.5) 0.27 0.26 0.24 0.19 0.19 0.31
습기 투과저항성 (Sd, m) 1.2 1.3 1.0 1.0 0.9 1.7
위의 표 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 성능이 우수함을 알 수 있었다.
실험예 8: 동결융해 저항성
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 8에 나타냈다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
내구성 지수 92 93 94 95 96 88
위의 표 8에 나타난 바 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
실험예 9: 탈취성
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 KFIA-FI-1004에 의해 암모니아 가스의 탈취율을 측정하여 탈취성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
탈취율 (%) 91 92 93 77
상기 표 9에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 탈취율이 높게 나타나 탈취성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예 10: 내식성
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물의 특성을 비교하기 위하여, KS F 2561 (철근 콘크리트용 방청제)에 의하여 방청률시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
방청률 (%) 96.0 96.9 97.5 60.0
위의 표 10에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 대조용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 방청률이 적게 나타나 내식성 개선효과가 높음을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 기능성 시멘트 모르타르 조성물로서,
    무기계 결합재 24 내지 60 중량%, 잔골재 5 내지 70 중량%, 기능성 혼화제 1 내지 20 중량% 및 물 5 내지 25 중량%를 포함하며,
    상기 무기계 결합재는, 무기계 결합재 총 중량을 기준으로, 조강 포틀랜드 시멘트 20 내지 80 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 3 내지 40 중량%, 규조토 10 내지 35 중량%, 질화규소 1 내지 25 중량%, 붕화지르코늄 1 내지 25 중량%, 석고 1 내지 15 중량%, 산화구리 1 내지 10 중량%, 알루미노규산염 1 내지 15 중량%, 세피올라이트 0.5 내지 10 중량%, 산화베릴륨 0.5 내지 10 중량%, 할로사이트 0.4 내지 10 중량%, 친수성 섬유 0.4 내지 10 중량%, 및 경화 지연제 0.2 내지 10 중량%를 포함하며,
    상기 기능성 혼화제는, 기능성 혼화제 총 중량을 기준으로, 에틸렌초산비닐 35 내지 95 중량%, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 0.1∼15중량%, 시아노아크릴레이트 0.1∼25 중량%, 에틸렌 비닐알코올 공중합체 0.1~15중량%, 폴리부틸렌테레프탈레이트 0.2 내지 25 중량% 및 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체 0.1∼15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112020083534234-pat00011

    상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
    a, b 및 c는 몰분율로서 a는 0.1~0.5이며, b는 0.1~0.5이며 및 c는 0.1~0.5이며, a+b+c=1이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 혼화제는 하기 화학식 2로 표시되는 공중합체를 0.1∼5 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112020083534234-pat00012

    상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 혼화제는 폴리에틸렌 글리콜 0.1 내지 5 중량% 및 프로필에틸트리메톡시실란 0.1 내지 5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    잔골재가 실리카질 규사 75 내지 99 중량% 및 겔라이트 1 내지 25 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물.
  6. 삭제
  7. (1) 불순물, 레이턴스, 열화된 부위를 그라인딩, 워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑하여 제거하고 청소하는 단계;
    (2) 상기 청소된 부위에 표면 보호, 부착력을 증진시키고 유해물질의 침투방지 및 내구성을 향상시키기 위하여 표면 보호제를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계;
    (3) 상기 표면 보호제 상부에 제1항의 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 기능성 시멘트 모르타르 조성물을 타설하는 단계; 및
    (4) 상기 타설면 상부에 유해물질 침투를 방지하여 내구성 개선 및 마감면을 강화시키기 위한 표면 강화 마감제를 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위한 시공 공법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (1)단계에서 철근에 방청제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위한 시공 공법.
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