KR102217843B1 - 단면 확대공법을 위한 유동성 및 접착성이 개선된 보수 및 보강용 모르타르 및 콘크리트 조성물 - Google Patents

단면 확대공법을 위한 유동성 및 접착성이 개선된 보수 및 보강용 모르타르 및 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

초속경 시멘트 및 폴리머 수지를 특정 함량으로 포함함으로써, 부착성, 수밀성, 건조수축성, 내화학성 등 내구성이 향상되고 고유동에 의해 시공성이 향상된 보수 및 보강용 모르타르 조성물이 개시된다. 본 발명은 포틀랜드 시멘트 70~85중량%, 초속경 시멘트 5~15중량% 및 EVA계 재유화형 폴리머 수지 10~15중량%를 포함하는 결합재를 이용하여 제조되는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제공한다.

Description

단면 확대공법을 위한 유동성 및 접착성이 개선된 보수 및 보강용 모르타르 및 콘크리트 조성물{The composition of repair and strengthening mortars and concrete with high workability and adhesion for section jacketing method of reinforced concrete structures}
본 발명은 보수 및 보강용 모르타르 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 단면 확대공법을 위한 유동성 및 접착성이 개선된 보수 및 보강용 모르타르 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 보수는 콘크리트 표면을 제거하고 산화된 철근의 교체와 함께 보수 모르타르 및 콘크리트로 보수·보강 하는 방법을 이용한다. 그러나 일반적인 보수 모르타르 및 콘크리트를 사용하는 경우 부착성이 부족하여 보수 모르타르의 들뜸이나 균열이 발생할 수 있고, 이를 통한 수분 및 이산화탄소의 침투가 콘크리트 구조물 열화의 원인이 된다.
일반적으로 기존(구) 콘크리트와 보강(신) 콘크리트의 계면 접착력을 향상시키기 위해 수성 에멀젼을 구 콘크리트의 표면에 도포하고 있으나, 수성 수지는 빠른시간 내에 성화되어 내수성이 약해지고, 수분에 의해 접착력이 저하될 수 있고, 부착면의 비표면적이 낮거나 피막이 형성되면 접착력이 현저히 저하되는 문제가 있다.
한국 등록특허 제0872518호에서는 시공비용이 저감되고, 접착강도 등이 강화된 보수용 몰탈 조성물을 개시하고 있으나, 유동성, 건조수축 등의 문제를 인식하지 못하고 있다.
한국 공개특허 제2004-0063508호에서는 통기성이 향상된 보수용 모르타르 조성물을 개시하고 있으나, 유동성에 따른 시공성 향상에 대해서 언급하고 있지 않다.
본 발명은 부착성, 수밀성, 건조수축성, 내화학성 등 내구성이 향상되고 고유동에 의해 시공성이 향상된 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 포틀랜드 시멘트 80~85중량%, 초속경 시멘트 5~10중량% 및 EVA계 재유화형 폴리머 수지 10~15중량%로 이루어진 결합재와, 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.5~1.5중량부의 폴리카르본산계 감수제 및 0.1~0.3중량부의 메틸셀룰로오스계 증점제를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면 확대공법용 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명은 초속경 시멘트 및 폴리머 수지를 특정 함량으로 포함함으로써, 부착성, 수밀성, 건조수축성, 내화학성 등 내구성이 향상되고 고유동에 의해 시공성이 향상된 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 사용한 모르타르와 비교예 및 일반 모르타르의 건조수축 변형률을 나타내는 그래프,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 사용한 콘크리트와 일반 콘크리트의 건조수축 변형률을 나타내는 그래프.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 포틀랜드 시멘트 70~85중량%, 초속경 시멘트 5~15중량% 및 EVA계 재유화형 폴리머 수지 10~15중량%를 포함하는 결합재를 이용하여 제조되는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 개시한다.
상기 포틀랜드 시멘트(OPC; ordinary portland cement)는 하기 표 1 및 2의 화학조성 및 광물조성을 가지고 결합재의 주성분으로서 70~85중량% 포함되고, 바람직하게는 80~85중량% 포함될 수 있다.
상기 초속경 시멘트(URHC; ultra rapid hardening cement)는 하기 표 1 및 2의 화학조성 및 광물조성을 가지는 재료로서 주성분의 83% 이상이 Al2O3, CaO, SO3로 구성되며 밀도 및 분말도는 각각 2.85 g/cm3 및 5,989 cm2/g이다. 초속경 시멘트는 OPC에 비해 비교적 높은 Al2O3 및 SO3의 함량과 OPC에서 존재하지 않은 수화활성도가 높고 안정한 수화물을 생성시키는 3CaO·3Al2O3·CaSO4 를 다량 함유하고 있어 수화 반응시 매우 빠른 속도로 침상 결정을 형성하는 고황산염의 칼슘설포알루미네이트 수화물(에트링가이트)를 생성시켜 수 시간 내에 높은 강도를 발현할 수 있고, 수화물이 지속적으로 생성되며 OPC에 존재하는 C3S 및 C2S의 수화반응에 의해 형성되는 C-S-H 수화물에 의해 경화체 조적이 더욱 치밀해지고 강도가 증가된다. 또한 초속경 시멘트는 경화체 구조가 치밀하고 수화 생성물 자체의 수축성이 적으므로 포틀랜드 시멘트에 비해 건조수축이 적어 균열저항성이 우수하다.
상기 초속경 시멘트는 재유화형 폴리머 수지와 함께 보수 및 보강용 모르타르의 내구성과 유동성을 향상시키기 위해 5∼15중량% 포함되고, 바람직하게는 5~10중량% 포함될 수 있다. 폴리머 입자들이 시멘트 입자 표면에서 흡수되는 경우 시멘트 입자와 배합수의 결합을 방해하면서 수화반응을 지연 시킬 수 있다. 이에 따라 보수 및 보강용 모르타르의 경화성능 보완의 측면에서 초속경 시멘트를 혼합하여 사용한다. 상기 초속경 시멘트의 함량이 5중량% 미만일 경우 보수 및 보강용 모르타르의 경화성능 확보에 있어 불리하다. 반면, 초소경 시멘트의 함량이 15중량%를 초과할 경우 보수 및 보강 모르타르의 경화 시간이 급격히 감소하여 가사 시간의 확보에 불리하다.
Figure 112020041490149-pat00001
Figure 112020041490149-pat00002
상기 재유화형 폴리머 수지는 보수 모르타르 공극 내부에 팽윤성 폴리머 필름을 형성함으로써 건조 및 자기 수축에 의한 균열 방지와 수밀성 향상 및 모체와의 부착성능을 향상시킨다. 구체적으로 수화가 진행됨에 따라 결합수가 빠져 나가면서 시멘트 수화물상에 밀실하게 채워진 폴리머 입자들이 응집하여 연속적인 필름을 형성하게 하고 폴리머 필름이 시멘트 수화물과 결합하게 되면서 견고한 구조의 매트릭스를 형성하게 된다.
본 발명에서 사용되는 재유화형 폴리머 수지는 고형분을 50% 이상 포함하는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)계 폴리머로서 부착성 향상을 위해 10~15중량% 포함된다. 상기 재유화형 폴리머의 함량이 10중량% 미만일 경우 시멘트 경화체 내에 존재하는 폴리머의 입자가 부족하여 연속적이지 못하고 독립적인 필름을 형성하게 되어 혼화재료로서의 역할을 할 수 없다. 폴리머의 함량이 15% 중량을 초과할 경우 수지의 고점성으로 인해 작업성이 불량하며, 경화수축이 크기 때문에 모재와의 접착성 저하로 이어질 수 있다. 또한 다량의 폴리머 필름은 시멘트 경화체 내의 미수화물 표면에 부착되어 수화반응을 지연시킬 수 있으며, 폴리머가 발생시키는 다량의 연행공기로 인해 보수 및 보강용 시멘트 모르타르의 성능저하를 유발할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 보수 및 보강용 모르타르 조성물은 유동성 향상의 위한 혼화제로서 폴리카르본산계 감수제 또는/ 및 메틸셀룰로오스계 증점제를 포함할 수 있다. 상기 폴리카르본산계 감수제는 결합재 100중량부에 대하여 0.5~5중량부 포함될 수 있고, 상기 메틸셀룰로오스계 증점제는 결합재 100중량부에 대하여 0.1~0.3중량부 포함될 수 있다.
이하 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1
보통 포틀랜드 시멘트 85중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 5중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 10중량%로 이루어진 결합재, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제(PC) 1.4중량부 및 메틸셀룰로오스계 증점제(메도칠) 0.2중량부를 혼합하고, 물-결합재비 35%, S/B 2로 습비빔하여 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 2
보통 포틀랜드 시멘트 80중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 10중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 10중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.2중량부 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 3
보통 포틀랜드 시멘트 75중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 15중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 10중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.2중량부 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 4
보통 포틀랜드 시멘트 80중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 5중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 15중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.0중량부 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 5
보통 포틀랜드 시멘트 75중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 10중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 15중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 0.9중량부 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 6
보통 포틀랜드 시멘트 70중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 15중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 15중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.0중량부 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예 1
보통 포틀랜드 시멘트 90중량%와 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 10중량%로 이루어진 결합재, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.5중량부 및 메틸셀룰로오스계 증점제 0.2중량부를 혼합하고, 물-결합재비 35%, S/B 2로 습비빔하여 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예 2
보통 포틀랜드 시멘트 70중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 20중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 10중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.3중량부 혼합한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예 3
보통 포틀랜드 시멘트 70중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 10중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 20중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 0.8중량부 혼합한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예 4
보통 포틀랜드 시멘트 85중량%와 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 10중량% 및 에틸렌 초산 비닐계 재유화용 분말 수지 5중량%로 이루어진 결합재를 사용하고, 상기 결합재 100중량부에 대하여 폴리카르본산계 감수제 1.1중량부 혼합한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 보수 및 보강용 모르타르 조성물을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 모르타르 조성물의 압축강도 및 부착강도를 하기 시험방법으로 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
[시험방법]
1) 플로우 : KS L 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)에서 규정한 플로우 테이블을 사용하여 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험 방법)의 시험 방법에 따라 플로우를 측정.
2) 압축강도 : KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험 방법)에 따라 재령 1일, 3일, 7일 및 28일에서 50Х50Х50 mm의 큐브형 시험체를 이용하여 측정.
3) 부착강도 : KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 따라 70Х70Х20 mm의 모재를 제작한 후, 보수 및 보강용 모르타르를 타설한 후 재령 28일에서 측정.
4) 건조수축 변형률 : 100Х100Х400 mm 의 시험체에 전지 저항 게이지(wire strain gauge)를 매립하여 타설 한 후, 데이터 로거(data logger)를 이용하여 건조추숙 변형률을 측정.
Figure 112020041490149-pat00003
실험예 2
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 모르타르를 포설한 콘크리트에 대한 플로우, 압축강도 및 부착강도를 하기 시험방법으로 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
[시험방법]
1) 슬럼프 플로우 : KS F 2594(굳지않는 콘크리트의 슬럼프 플로우 시험방법)의 시험 방법에 따라 슬럼프 플로우를 측정.
2) 압축강도 : KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 재령 1일, 3일, 7일 및 28일에서 Φ100의 공시체를 이용하여 측정.
3) 부착강도 : KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 따라 70Х70Х20mm의 모재를 제작한 후, 보수 및 보강용 콘크리트를 타설한 후 재령 28일에서 측정.
4) 건조수축 변형률 : 100Х100Х400 mm 의 시험체에 전지 저항 게이지(wire strain gauge)를 매립하여 타설 한 후, 데이터 로거(data logger)를 이용하여 건조추숙 변형률을 측정.
Figure 112020041490149-pat00004
상기 표 3 및 4를 참조하면, 본 발명에 따른 함량범위에서 초속경 시멘트 및 재유화형 폴리머를 포함한 모르타르의 경우(표 3, 4의 실시예 1 내지 6 참조) 초속경 시멘트를 포함하지 않거나(표 3, 4의 비교예 1 참조), 초속경 시멘트 또는 폴리머의 함량이 본 발명에서 특정한 범위를 벗어난 경우(표 3, 4의 비교예 2 내지 4 참조) 대비 압축강도 및 부착강도가 우수함과 동시에 양호한 플로우 값을 나타내고 있어, 내구성과 함께 시공성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
특히, 초속경 시멘트 5~10중량% 및 폴리머 10~15중량% 함량범위에서(표 3의 실시예 1 및 2, 표 4의 실시예 1, 2 및 4 참조) 초속경 시멘트를 포함하지 않은 모르타르의 경우(표 3의 비교예 1 참조) 대비 재령 28일 부착강도가 각각 26% 및 46% 증가하고, 콘크리트의 경우 재령 28일 부착강도가 각각 1.39MPa, 1.42MPa로 나타났다. 또한 상기 함량범위에서 본 발명에 따른 모르타르의 플로우는 240 mm 이상을, 콘크리트의 슬럼프 플로우는 재료분리 현상 없이 550 mm 이상의 고유동성을 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 사용한 모르타르와 비교예 및 일반 모르타르의 건조수축 변형률을 나타내는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물을 사용한 콘크리트와 일반 콘크리트의 건조수축 변형률을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 2를 참조하면, 속경 시멘트 및 재유화형 폴리머를 포함한 모르타르(도 1의 실시예 1, 2 참조)의 재령 28일 건조수축 변형률은 폴리머만을 포함한 경우(도 1 비교예 1 참조)에 비해 20~30% 감소하고, 13mm 골재를 배합한 콘크리트(도 2 실시예 1, 4 참조)의 건조수축 변형률 역시 크게 감소한다.
또한 기존 보수 폴리머 콘크리트의 경우 13mm 이상의 골재가 혼입되면 골재의 마찰력에 의해 유동성이 급격히 감소하는데 본 발명에 따른 모르타르에 13mm 골재를 혼입한 콘크리트의 경우(도 2 실시예 4 참조) 플로우 500 mm로 유동성을 확보하면서 부착강도 및 건조수축 특성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

  1. 포틀랜드 시멘트 80~85중량%, 비중 2.90~2.95g/cm3 및 분말도 5,980~5,990cm2/g인 초속경 시멘트 5~10중량% 및 EVA계 재유화형 폴리머 수지 10~15중량%로 이루어진 결합재와, 상기 결합재 100중량부에 대하여 0.5~1.5중량부의 폴리카르본산계 감수제 및 0.1~0.3중량부의 메틸셀룰로오스계 증점제를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면 확대공법용 모르타르 조성물.
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