KR102232477B1

KR102232477B1 - 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법

Info

Publication number: KR102232477B1
Application number: KR1020200113896A
Authority: KR
Inventors: 김경래; 이장준
Original assignee: 주식회사 신우시스템
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2021-03-29

Abstract

본 발명은 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법에 관한 것이다.

Description

습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법{MORTAR COMPOSITION WITH EXCELLENT WET CURABLE PROPERTIES AND METHOD OF REPAIRING CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME}

일반적으로, 콘크리트 구조물은 다양한 환경에 놓이고 그로 인한 열화가 발생되는 것으로 수중의 바닥에서는 침식이, 하수로의 바닥에서는 화학적 반응에 의한 열화 등이 발생된다.

이에 따라, 콘크리트 구조물은 주기적으로 보수ㆍ보강을 하여야 하는데, 콘크리트 구조물의 성능저하에 결정적 영향을 미치는 것은 균열로, 균열이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 수분, 화학 성분이 침투하여 콘크리트의 성능저하가 더욱촉진된다.

또한, 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트의 단면결손 및 탈락 현상이 일어남과 동시에 철근 부식에 의해 철근 단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 미관상, 구조내력상, 기능적인 측면에서 안전에 위험을 초래할 수 있는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 화학적 부식을 받는 철근콘크리트 구조물, 예를 들어. 발전소 및 화학시설물, 하수도 관련 하수관거 및 복개 구조물, 해양 콘크리트, 화학공장, 식품공장, 축사 바닥, 폐수처리장, 정수장이나 배수지 등과 같은 외부로 확인할 수 있는 시설물 뿐만 아니라 이들의 지하매설 시설물이나 수중구조물 등은 생활하수 등에 포함된 유기물이나, 해양환경에서의 염해, 폐수 내의 산성가스, 직접적인 산성폐수, 물의 정화를 위한 염소 또는 오존 등과의 접촉에 의하여 구조물의 노후화가 더 빨리 진행될 수 있다.

또한, 대기 중의 이산화탄소와 산성비의 영향, 장기간 대기에 노출되거나, 자동차 배기가스 중의 아황산 성분 등이 콘크리트 구조물의 중성화를 촉진시켜 변색, 박리현상, 균열, 철근 녹 발생, 제설제 의한 화학적 부식 현상이 발생하여 구조물의 내구성을 저하시키고 유지관리 비용이 증가하게 된다.

따라서 콘크리트 구조물의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 보수 보강 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.

종래의 보수 보강를 위한 보수재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수재는 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 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.

예로서, 한국공개특허 10-2006-0079447(공개일자 2006년09월19일)에서는 포틀랜드 시멘트 100중량부, 고로 슬래그 미분말 50~100중량부, 팽창재 10~20중량부, 섬유 0.5~5중량부, 고분자 수지 0.1~5 중량부, 고성능감수제 1~3중량부, 무기계 증점제 0.02~0.08 중량부 및 규사 150~300 중량부를 포함하며, 상기 팽창제는 CSA(Calcium sulfoaluminate)계 팽창제 5~10 중량부 및 석고계 팽창제 5~10 중량부 포함하는 콘크리트용 내황산성 보수 모르타르 조성물을 제안하였으나, 상기 모르타르 조성물은 콘크리트 보수면과의 결합력이 낮아 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 역시 보수 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었을 뿐만 아니라, 고가의 아윈(Hauyne)계 시멘트를 사용하므로 시공 단가의 상승을 유발하고 초기 응결 시간 및 강도 면에서 충분한 결과를 얻지 못하였다.

또한, 한국등록특허 10-1862611(등록일자 2018년05월24일)에는 1종 보통 포틀랜드 시멘트 25 내지 30 중량부; 평균 입경 0.60 내지 0.85 ㎜ 인 실리카 샌드 7 내지 18 중량부; 평균 입경 0.25 내지 0.60 ㎜ 인 실리카 샌드 15 내지 25 중량부; 평균 입경 0.25 내지 0.85 ㎜인 바닥재 20 내지 45 중량부; 포졸란 파우더 8 내지 16 중량부; 칼슘 설포 알루미네이트 3 내지 5 중량부; 유동화제는 0.2 내지 1.2 중량부; 재유화형 폴리머 1.5 내지 4.0 중량부;를 포함하는 보수용 모르타르로 단면을 복구하는 타설 단계; 상기 보수용 모르타르를 양생하는 양생 단계; 물 18 내지 35 중량부; 입자크기 100~150 ㎚인 아크릴 에멀젼 수지 60 내지 80 중량부; 실란 0.5 내지 2 중량부; 텍산올 0.5 내지 2 중량부;를 포함하는 코팅제 조성물을 도포하는 프라이머층 도포단계; 상기 프라이머층 위에 중도층을 도포하는 중도층 도포 단계; 상기 중도층 위에 상도층을 도포하는 상도층 도포 단계;를 포함하되, 상기 중도층 및 상도층은 물 5 내지 10 중량부; 첨가제 0.2 내지 2 중량부; 탄산칼슘 10 내지 25 중량부; 실리카흄 0.1 내지 0.8 중량부; 안료 0.1 내지 2 중량부; 이산화티탄 5 내지 15 중량부; 입자크기가 100~150 ㎚인 아크릴 에멀젼 수지 40 내지 60 중량부; 실란 0.5 내지 2 중량부; 텍산올 0.5 내지 2 중량부; 계면활성제 0.1 내지 0.5 중량부; 첨가제 0.1 내지 0.5 중량부; 소포제 0.1 내지 1 중량부;를 포함하는 코팅제 조성물을 사용하여 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 방법이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1911313(등록일자 2018년10월18일)에는 콘크리트 구조물 바닥 보수·보강을 위한 수중 불분리 시멘트 모르타르 조성물로서, 무기계 결합재 3∼70중량%, 잔골재 10∼95중량%, 기능성 개선제 0.01∼30중량% 및 물 1∼45중량%를 포함하며, 상기 기능성 개선제는 에틸렌-아크릴산 공중합체 35∼98중량%, 폴리비닐아세탈 1∼30중량%, 시아노아크릴레이트 0.1∼25중량%, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 0.1∼25중량%, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란 0.01∼20중량%, 아질산형 하이드로 칼루마이트 0.01∼10중량%, 질산셀룰로오스(nitro-cellulose) 0.01∼10중량%, 친수성 나일론섬유, 폴리비닐클로라이드(PVC) 섬유, 폴리에틸렌(PE) 섬유, 폴리프로필렌(PP) 섬유 중 어느 하나 또는 혼합한 친수성 섬유를 0.01∼10중량%, 감수제 0.01∼10중량% 및 지연제 0.01∼10중량%를 포함하고, 상기 무기계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 5∼90중량%, 트리 칼슘알루미네이트 시멘트 5∼45중량%, 고로슬래그 미분말 4∼40중량%, 석고 01∼20중량%, 카올린 01∼20중량%, 벤토나이트 01∼20중량%, 소듐마그네슘실리케이트 0.01∼15중량%, 파인 세라믹 0.01∼15중량%, 퍼플루오로알킬에틸아크릴레이트 0.01∼10중량%, 에틸디글리콜아크릴레이트 0.01∼10중량%, 감수제 0.01∼10중량% 및 소포제 0.01∼10중량%를 포함하며, 상기 잔골재는 4호 규사와 6호 규사가 중량비 1:0.1~0.6로 혼합된 실리카질 규사 70∼99중량% 및 마그네사이트 0.1∼30중량%를 포함하고, KS L 5220에 따른 플로우(mm)(비타격시의 흐름성)는 195 ~ 207이고, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)의한 압축강도(MPa)는 기중 3일에 330 ~ 366, 기중 28일에 570 ~ 602, 수중 3일에 318 ~ 346, 수중 28일에 545 ~ 580이고, 휨강도(MPa)는 기중 3일에 65 ~ 78, 기중 28일에 111 ~ 130, 수중 3일에 56 ~ 72, 수중 28일에 103 ~ 120이고, 부착강도(N/mm²)는 기중 3일에 17 ~ 19, 기중 28일에 23 ~ 26, 수중 3일에 15 ~ 17, 수중 28일에 215 ~ 25이고, 길이변화율(%)은 0.015 ~ 0.033이고, 염화물이온침투저항성 (Coulombs)은 490 ~ 650이고, 중성화 깊이(mm)는 0.2 ~ 0.5이고, 동결융해 저항성 시험에 따른 내구성 지수는 93 ~ 94인 것을 특징으로 하는 수중 불분리 시멘트 모르타르 조성물이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1893060(등록일자 2018년08월23일)에는 시멘트 20~40 중량부, 40~50 중량부의 경량 골재, 100~120 중량부의 규사, 0.5~20 중량부의 보강섬유, 0.5~20 중량부의 수축방지제, 3~7 중량부의 실리카 흄, 3~7 중량부의 폴리비닐알콜(PVA) 분말 수지, 0.1~1.0 중량부의 소포제, 5~10 중량부의 팽창제, 1~5 중량부의 분말형 실리콘 발수제, 천연석 분말 0.1~5 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 02~04 g/cm³의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되는 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물로서, 상기 경량골재는 평균직경이 50~200㎛이며 절건 비중이 0.7~14인 다공성 필라이트이고, 상기 조성에 분산제 0.1~10 중량부, 지연제 0.01~10 중량부 및 알칼리활성화제 0.1~10 중량부를 포함하고, 상기 천연석 분말은 분말의 크기 0.01~10 ㎛에 드는 것으로서, 운모, 제올라이트 및 벤토나이트가 각각 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하고, 상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO₃로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al₂O₃ 및 Na₂O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=12~18의 범위에 드는 것을 사용하고, 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 고분자 분말수지를 1~10 중량부의 범위로 포함하며, 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 양생된 후 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m₃인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 셀룰로오스 분말, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용하여 코팅막을 형성하고, 상기 셀룰로오스 분말은 평균 직경이 1~100 ㎛를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-2148187(등록일자 2020년08월20일)에는 고강도 및 고내구성을 갖는 콘크리트 구조물의 단면 보수ㆍ보강용 기능성 모르타르 조성물로서, 성능 개선재 5 내지 75 중량%, 잔골재 5 내지 90 중량% 및 물 1 내지 35 중량%를 포함하고, 상기 성능 개선재는 미립도 포틀랜드 시멘트 15 내지 90 중량%, 트리칼슘 알루미네이트 5 내지 45 중량%, 마그네슘 알루미네이트 1 내지 40 중량%, 실리카 분말 1 내지 30 중량%, 카올리나이트 1 내지 20 중량%, 석고 0.1 내지 15 중량%, 알루미나 실리케이트 0.1 내지 15 중량%, 활성백토 0.1 내지 10 중량%, 페라이트 0.1 내지 10 중량, 폴리초산비닐-염화비닐 공중합체 0.1 내지 10 중량%, 에틸메타크릴레이트-이소부틸메타크릴레이트 공중합체 0.1 내지 10 중량%, 에틸렌-플루오로에틸렌 공중합체 0.1 내지 10 중량%, 및 불소화에틸렌프로필렌 수지(FEP) 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것이고; 상기 성능 개선재는 카보런덤 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것이며; 폴리프로필렌섬유, 폴리에스터섬유, 나일론 섬유, 매크로 섬유 및 이들의 혼합섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 친수성 섬유 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것이고; N-페닐-γ-아미노 프로필 트리메톡시 실란 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것이며; 트리실록산에톡실레이트 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이고; 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이며; 폴리아크릴산나트륨 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이고; 감수제 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것이며; 경화지연제 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것이고; 소포제 0.01 내지 10 중량%를 포함하는 것이며; 상기 성능 개선재는 모노칼슘포스페이트 디하이드레이트 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것이고; 히알루론산나트륨 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것이며; 상기 잔골재는 실리카질 규사 80 내지 99 중량% 및 일라이트 1 내지 20 중량%를 포함하여; KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 투수량은 0.07 내지 0.19 g이고; KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 염화물 이온 침투저항성(Coulombs)은 270 내지 390이며; KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 중성화 저항성(mm)은 011 내지 02이고; KS F 2456에 의한 동결융해저항성(내구성 지수)는 93 내지 97이며; KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 습기투과 저항성(m) 0.12 내지 0.26인 것으로; 헌저하게 낮은 투수량과, 우수한 염화물 이온 침투 저항성, 중성화 저항성, 동결융해저항성 및 습기투과 저항성을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 단면 보수ㆍ보강용 기능성 모르타르 조성물이 공지되어 있다.

그러나, 상기 보수보강 모르타르 조성물들은 폴리머의 성분이 높기 때문에 기존 일반 콘크리트와의 부착력이 떨어지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 여러 종류의 유기 및 무기재료들을 다량 첨가함에 따라 콘크리트의 강도 특성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

[특허문헌 001] 한국공개특허 10-2006-0079447(공개일자 2006년09월19일) [특허문헌 002] 한국등록특허 10-1862611(등록일자 2018년05월24일) [특허문헌 003] 한국등록특허 10-1911313(등록일자 2018년10월18일) [특허문헌 004] 한국등록특허 10-1893060(등록일자 2018년08월23일) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-2148187(등록일자 2020년08월20일)

본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 고로슬래그분말, 천연무수석고분말, 폐애자 분말은 분말도가 4,000~6,000㎠/g인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 무기자극제는 무수황산나트륨(Na₂SO₄), 무수황산칼슘(CaSO₄)를 각각 동일중량비로 혼합 사용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 습윤속경성 결합재는 AE감수제 2~3중량부, 경화촉진제 0.1~2중량부 및 경화지연제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 경화촉진제는 탄산나트륨, 황산나트륨, 리튬카보네이트로부터 1종 이상인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 경화지연제는 구연산, 주석산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 분말수지는 비닐아세테이트(Vinyl acetate)와 2-Phenoxy ethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 포함하는 폴리머 성분으로 이루어지는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명은, 열화된 콘크리트 구조물의 단면을 물이나 오염원을 제거하는 단계; 상기 제거된 단면에 워터젯을 이용하여 세척하는 단계; 상기 세척된 단면에 상기 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 쇼크리트 타설 또는 포설하는 단계; 상기 타설 또는 포설된 모르타르 표면을 마감 처리 및 양생하는 단계;를 포함하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 이용한 단면보수공법을 과제의 해결수단으로 한다.

본 발명의 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법은, 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하여 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키는 우수한 효과가 있다.

본 발명은, 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 고로슬래그분말, 천연무수석고분말, 폐애자 분말은 분말도가 4,000~6,000㎠/g인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 무기자극제는 무수황산나트륨(Na₂SO₄), 무수황산칼슘(CaSO₄)를 각각 동일중량비로 혼합 사용하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 습윤속경성 결합재는 AE감수제 2~3중량부, 경화촉진제 0.1~2중량부 및 경화지연제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 경화촉진제는 탄산나트륨, 황산나트륨, 리튬카보네이트로부터 1종 이상인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 경화지연제는 구연산, 주석산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 분말수지는 비닐아세테이트(Vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 포함하는 폴리머 성분으로 이루어지는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 열화된 콘크리트 구조물의 단면을 물이나 오염원을 제거하는 단계; 상기 제거된 단면에 워터젯을 이용하여 세척하는 단계; 상기 세척된 단면에 상기 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 쇼크리트 타설 또는 포설하는 단계; 상기 타설 또는 포설된 모르타르 표면을 마감 처리 및 양생하는 단계;를 포함하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 이용한 단면보수공법을 기술구성의 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.

본 발명의 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물은 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되어 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하도록 조성된다.

여기서, 상기 습윤속경성 결합재는 알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하여 조성된다.

이때, 상기 알루미나시멘트는 알루민산칼슘을 주성분으로 한 특수시멘트로, 조강성, 화학저항성 및 내화성을 부여한다. 또한, 상기 알루미나 시멘트는 초기 팽창을 부여하고 건조수축을 줄일 수 있는 역할을 수행을 위하여, 산화알루미늄이 30∼40wt% 의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 고로슬래그분말은 상기 알루미나시멘트를 대체하기 위한 것으로 물을 투입하면 미분말 표면에 비결정질 피막이 형성되어 내부의 Ca²⁺ 및 Al²⁺ 등의 용출이 이루어지지 않으므로 초기 압축강도가 낮아지는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 고로슬래그분말이 초속경성으로 초기 강도 발현이 우수하도록 상기 무기자극제를 사용하는데, 상기 무기자극제는 무수황산나트륨(Na₂SO₄), 무수황산칼슘(CaSO₄)를 각각 동일중량비로 혼합한 것을 사용한다.

이때, 상기 무수황산나트륨(Na₂SO₄)은 물과 반응시 Na²⁺ 및 SO₄ ^2-로 용해되어 높은 pH를 유지시킴과 더불어 황산염(SO₄ ^2-) 자극을 유도하므로 고로슬래그분말의 수화반응을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 그러나, Na₂SO₄의 함량이 상기 범위보다 너무 적으면 수화반응 촉진 효과가 미미하고, 너무 많으면 급속 응결로 인해 초속경 시멘트의 유동성 저하를 야기하여 작업성을 저하시키고 나아가 28일 강도저하를 야기하게 되어 바람직하지 않다.

또한, 상기 무수황산칼슘(CaSO₄)은 Ca²⁺ 및 SO₄ ^2-로 용해되므로 황산염(SO₄ ^2-)에 의한 자극효과를 극대화할 수가 있고, Ca²⁺는 슬래그 중 Si²⁺ 및 Al³⁺ 등과 결합하여 CaO-SiO₂-H₂O 및 CaO-Al₂O₃-H₂O와 같은 수화경화체의 생성을 유도하게 된다.

특히, 무수황산칼슘 잔여물은 고로슬래그분말 중 3CaO·SiO₂등과 반응하여 팽창성 수화물인 에트린자이트(3CaO·SiO₂·3CaSO₄·32H₂O)를 생성하므로 콘크리트의 수축 및 수축균열을 최소화할 수 있다. 그러나, CaSO₄의 함량이 상기 범위보다 너무 적으면 수축보상의 효과가 거의 없어 수축 및 수축균열 현상을 야기하게 된다.

또한, 상기 칼슘설포알루미네이트는 수화반응성을 증가시키고 균열 억제를 위해 첨가하는 무기계 속경성 광물 재료로서, 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린자이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 알루미나시멘트와 혼합할 때 단시간 내에 우수한 압축강도를 얻을 수 있게 한다.

또한, 상기 SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카는 색상 구현능력이 우수한 특성을 구비하며, 상기 습윤속경성 결합재의 천연무수석고분말과 반응을 일으켜 경화를 촉진함과 동시에 콘크리트 구조물의 바닥 바탕면내의 유리석회 성분과 반응을 일으켜 바닥바탕면의 미세한 공극 내부에 미립자인 규산석회의 침상결정을 형성함으로써, 콘크리트 구조물 바닥과 모르타르의 부착력을 강화시키는 기능을 수행한다. 이때, 상기 실리카분말은 300∼500 메쉬 통과분을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 천연무수석고분말은 상기 알루미나시멘트와 초기에 수화반응(Reaction of Hydration)에 의해 에트린자이트(Ettringite ; 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)를 생성하여 초기강도를 확보하고, 수화반응의 속도를 조절하여 작업성을 개선하는 역할을 한다.

상기 폐애자 분말은 전신주 애자 등의 노후화, 외관 파손 및 강도 저하에 의해 분리된 폐애자를 분말화한 것으로서, 미세공극 충진을 통한 장기강도 증진 및 원가절감을 위하여 사용된다. 상기 폐애자 분말은 본 발명에서 2~5중량부 사용하는 것이 바람직한데, 2중량부 미만을 사용할 경우에는 미세공극 충진 효과에 문제가 있고, 5중량부 초과로 사용할 경우 미세공극 충진효과는 우수하나 초기 강도 발현 등이 저하되는 문제가 있다.

여기서, 상기 고로슬래그분말, 천연무수석고분말, 폐애자 분말은 분말도가 4,000~6,000㎠/g인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 4,000 ㎠/g 미만일 경우 미세공극 충진 효과가 부족하고 6,000 ㎠/g 초과일 경우 미세공극 충진 효과는 크게 증진되나 유동성이 크게 저하되는 단점이 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 습윤속경성 무기결합재는 AE감수제 3~5중량부, 경화촉진제 0.5~2중량부 및 경화지연제 0.5~1중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 AE감수제는 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하고 유동성을 확보하기 위하여 사용한다. 상기 AE감수제가 첨가되면 물-시멘트 비가 저감된다. 상기 AE감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있으나, 나프탈렌계와 멜라민계는 폴리카본산계에 비하여 강도가 떨어지고 작업성 및 가사시간을 저하시킬 수 있으므로 강도, 작업성 및 가사시간을 저하시키지 않는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 경화촉진제로는 탄산나트륨, 황산나트륨, 리튬카보네이트로부터 1종 이상인 것이 바람직하며, 상기 경화지연제로는 구연산, 주석산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 실리카졸은 본 발명에서 2~3중량부 사용하며, 상기 실리카졸은 물이나 유기용제(organic solvent)와 같은 액체에 고형의 실리카 입자가 침전되거나 응집되지 않는 상태로 안정하게 분산되어 있는 것으로, 액체가 물인 경우를 수분산졸, 아쿠아졸(aquasol) 또는 하이드로졸(hydrosol)이라고 하고, 액체가 유기용제인 경우를 유기졸 또는 오르가노졸(organosol)이라고 한다.

특히, 상기 실리카졸 중에서, 실리카 입자가 5~100nm의 직경을 갖는 수분산 실리카졸은 실리카가 수중에서 산화반응을 하여 균일한 규산이온 모노머 상태의 규산을 내놓고 이들의 중축합반응에 의해 실리카 입자가 성장한 것으로 실리카 입자가 구형이고 단분산성이 높으며 콜로이달실리카의 안정성이 우수한 것이므로 본 발명에서 우수한 유동성을 가지는 모르타르 바인더로 사용된다.

한편, 본 발명에서 사용되는 폴리머 결합재로는 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 사용한다.

상기 분말수지는 비닐아세테이트(vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 포함하는 폴리머 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 분말수지의 경우, 접착력 향상으로 부착강도의 성능향상을 위해 사용하고 3중량부 미만에서는 성능발현이 어려우며, 5중량부 이상에서는 콘크리트의 혼합이 힘들어질 수 있으며, 콘크리트 단면 부착강도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 MMA수지(메틸메타아크릴레이트)는 무색 투명한 액체로 C4 유분을 원료로 하여 제조된 터트-부틸 알코올(Tert-Butyl Alcohol; TBA)을 기체상태에서 산화시켜 메타아크릴산을 제조한 후, 메탄올로 에스테르화하여 제조한 것으로서, 즉, 아크릴산과 메타아크릴산 에스테르의 중합반응공정을 거쳐 이중 탄소결합을 갖도록 만든 반응형 수지이며, 경질 타입이면서 유연성이 있고, 저온에서 라디칼 중합하면 고분자 사슬구조가 연속된 규칙성을 나타내는 신디오탁틱(Syndiotactic) 구조의 비율이 증가하는 특성을 나타내므로 내구성, 내열성, 내화학성, 내마모성, UV안전성 등 물성이 뛰어나며, 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 성질인 내후성이 우수하여 외부 환경 변화(날씨 및 기후 변화)에 의한 부식 등을 억제함과 동시에 포장체로 침투하여 일체화 시켜줌으로써 부착강도 및 인성을 개선하고, 안료 등에 의한 착색성이 좋은 특성이 있으며, 높은 열팽창 계수를 갖지만, 안정성이 매우 높은 수지이므로 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 많은 분야에서 사용되고 있다.

그러나, MMA는 바탕체와의 열팽창 특성이 상이함으로 인해, 실내가 아닌 야외에서 사용할 경우 균열이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었으므로 본 발명에서는 상기 MMA단점을 보완하기 위하여 상기 분말수지와 동일 중량비로 사용한다.

또한, 충전골재로는 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 사용하는 것이 바림직하며, 다공성결합재로서 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 펄라이트 분말는 흑요석, 진주암의 파쇄 조각을 1,000℃로 급열하여 결정수를 팽창시켜서 만든 경량 골재. 콘크리트, 미장 공사(바닥, 벽 도장)에 골재로서 단열·보온·흡음 등의 목적으로 사용하며, 상기 카올리나이트 분말은 알루미늄의 수분을 포함한 규산염 광물로 점토 광물의 한 종류이며, 장석이 변질되어 생긴 것으로 그 입자가 육각 내지 불규칙한 형태를 이루며 크기는 수 μ ~ 수백 μ이므로 경량 골재로 사용되며, 고온에 잘 견뎌 도자기 및 점토 등의 재료가 된다.

또한, 상기 카올리나이트 분말은 흡수성이 높기 때문에 달라붙는 성질이 있고, 그 결정구조가 부식성 용액에 대하여도 영향을 받지 않기 때문에 상기 펄라이트 분말과 함께 경량골재로서 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하도록 사용된다.

아울러, 본 발명의 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물 및 이를 이용한 단면보수공법은 열화된 콘크리트 구조물의 단면을 물이나 오염원을 제거하는 단계; 상기 제거된 단면에 워터젯을 이용하여 세척하는 단계; 상기 세척된 단면에 상기 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 쇼크리트 타설 또는 포설하는 단계; 상기 타설 또는 포설된 모르타르 표면을 마감 처리 및 양생하는 단계;를 포함하는 시공방법으로 시공될 수 있다.

[본 발명의 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물의 제조]

알루미나 시멘트 20kg, 고로슬래그분말 15kg, 칼슘설포알루미네이트 10kg, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 7kg, 천연무수석고분말 5kg, 폐애자 분말 3kg, 실리카졸 3kg, 무수황산나트륨(Na₂SO₄) 2kg, 분말수지 5kg, MMA수지 5kg, 규사 30kg, 제올라이트 3kg, 펄라이트 분말 2kg, 카올리나이트 분말 2kg를 물에 혼합하여 적정 점도를 유지하도록 균일 믹싱하여 본 발명의 모르타르 조성물을 제조하였다.

[본 발명의 모르타르 조성물의 경화상태 측정]

콘크리트 구조물의 바탕면의 크랙부위를 세척한 후, 즉시 상기 [실시예 1]에서 제조된 모르타르 조성물을 균일하게 도포하고, 경화상태 및 표면상태를 관찰하고 그 결과 [표 1]에 나타내었다.

구분	초결	종결	표면상태	부풀음	균열
실시예 1	30분	80분	양호	없음	없음

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 모르타르 조성물은 습윤상태에서도 속경화성을 것을 알 수 있으며, 표면의 부풀음, 균열현상도 나타나지 않아 콘크리트 단면 보수용 모르타르의 물성을 충족시킴을 알 수 있다.

[본 발명의 모르타르 조성물의 물성측정]

상기 [실시예 1]에서 제조된 모르타르 조성물을 한국산업규격 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의거하여 시편 1~3을 제조하고 압축강도 및 부착강도를 측정하여 그 결과를 다음 [표 2]에 나타내었다.

	압축강도(N/m²)	부착강도(N/m²)
시편 1	52.3	2.0
시편 2	52.5	2.1
시편 3	52.3	2.1

* 기준규격 : 압축강도(28일/N/㎡) 20.0 이상, 부착강도(28일/N/㎡) 1.0 이상

상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 모르타르 조성물은 우수한 압축강도, 부착강도를 나타내고 있음을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

알루미나 시멘트 20~30중량부, 고로슬래그분말 10~15중량부, 칼슘설포알루미네이트 10~15중량부, SiO₂ 함량이 70중량%이상인 활성실리카 5~10중량부, 천연무수석고분말 5~10중량부, 폐애자 분말 2~5중량부, 실리카졸 2~3중량부 및 무기자극제 2~3중량부를 포함하는 습윤속경성 결합재와; 분말수지 3~5중량부, MMA수지 3~5중량부를 포함하는 폴리머 결합재와; 규사 30~50중량부, 제올라이트 3~5중량부를 포함하는 충전골재와; 펄라이트 분말 1~2중량부 및 카올리나이트 분말 1~2중량부를 포함하는 다공성결합재;를 포함하여 조성되되,
상기 고로슬래그분말, 천연무수석고분말, 폐애자 분말은 분말도가 4,000~6,000㎠/g인 것이고,
상기 무기자극제는 무수황산나트륨(Na₂SO₄), 무수황산칼슘(CaSO₄)를 각각 동일중량비로 혼합 사용하여 습기가 있는 단면에서도 경화가 가능하여 콘크리트 단면과의 부착력을 향상시키고, 폴리머 함량이 낮아 미분 무기결합재가 지속적으로 콘크리트 단면 미세구조를 충진하여 시간이 경과됨에 따라 강도를 발현하며, 다공성결합재에 의하여 단열, 흡음, 탈취, 흡습 및 내화학성능을 발휘하는 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물
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제1항에 있어서,
상기 습윤속경성 결합재는 AE감수제 2~3중량부, 경화촉진제 0.1~2중량부 및 경화지연제 0.1~1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물
제4항에 있어서,
상기 경화촉진제는 탄산나트륨, 황산나트륨, 리튬카보네이트로부터 1종 이상인 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물
제4항에 있어서,
상기 경화지연제는 구연산, 주석산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물
제1항에 있어서,
상기 분말수지는 비닐아세테이트(Vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 포함하는 폴리머 성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물
열화된 콘크리트 구조물의 단면의 물이나 오염원을 제거하는 단계; 상기 제거된 단면에 워터젯을 이용하여 세척하는 단계; 상기 세척된 단면에 제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 쇼크리트 타설 또는 포설하는 단계; 상기 타설 또는 포설된 모르타르 표면을 마감 처리 및 양생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 습윤면 시공성이 우수한 모르타르 조성물을 이용한 단면보수공법