KR102271043B1 - 속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제, 이를 포함하는 속경성 보수보강 모르타르 및 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 - Google Patents

속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제, 이를 포함하는 속경성 보수보강 모르타르 및 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 Download PDF

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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 모르타르 및 이에 사용되는 접착향상제에 관한 것이다.

Description

속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제, 이를 포함하는 속경성 보수보강 모르타르 및 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법{Bondability improving agent for rapid hardening repair and reinforcement mortar, Rapid hardening repair and reinforcement mortar using the same and Method of repair and reinforcement of concrete structure using the same}
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수보강에 사용되는 속경성 보수보강 모르타르 및 상기 모르타르가 보수보강된 시공 부위에 대한 접착력 향상 및 콘크리트 구조물 내 철근의 부식 차단 기능을 가진 접착향상제, 이를 포함하는 속경성 보수보강 모르타르 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 사용가능한 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.
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 시공된 콘크리트 구조물과의 접착성 및 장기접착안정성 등이 부족하여, 콘크리트 구조물로부터 이탈, 박리되는 문제가 있었다.
한국 등록특허번호 제10-1166792호(공고일 2012.07.26) 한국 등록특허번호 제10-1193022호(공고일 2012.10.22)
이에 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 모르타르의 콘크리트 구조물에 대한 접착성 및 모르타르 성분 간 결합력 상승 효과를 얻을 수 있는 특정 변성 실록산 도입, 최적 조성 및 조성비를 가지는 접착향상제를 완성하게 되었다. 또한, 상기 접착향상제를 보수보강 모르타르에 적용시 보수보강된 시공 부위의 콘크리트 구조물 부위에 추가적인 표면 강화 처리 없이도 우수한 물성을 확보할 수 있는 새로운 단순화된 보수보강 시공법 및 이에 적용되는 최적의 시멘트 모르타르 조성 및 조성비를 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 접착향상제는 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 함유한 변성 실록산 분말을 포함한다.
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 112019102692116-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 다른 목적은 속경성 보수보강 모르타르에 관한 것으로서, 몰탈 및 물을 포함하고, 상기 몰탈은 혼합 시멘트; 앞서 설명한 다양한 상기 접착향상제; 미분말 충전재; 재유화형 분말수지; 감수제; 보강섬유; 규사; 및 상온 속경성 결합재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 몰탈 성분 중 상기 혼합 시멘트는 포틀랜드 시멘트 및 알루미나 시멘트를 1 : 0.05 ~ 0.2 중량비로 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 몰탈은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 변성 실록산 분말 0.05 ~ 1 중량부, 미분말 충전재 3 ~ 10 중량부, 재유화형 분말수지 0.5 ~ 5.0 중량부, 감수제 0.05 ~ 0.50 중량부, 보강섬유 0.005 ~ 0.100 중량부, 규사 120 ~ 250 중량부 및 상온 속경성 결합재 10 ~ 18 중량부를 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 몰탈은 불소계 발수제, 팽창제 및 내중성화제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 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 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 앞서 설명한 보수보강 모르타르를 도포하는 4단계; 및 모르타르 경화 전 미장 처리 및 양생하는 5단계;를 포함하는 공정을 수행할 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 ~ 7,000cm2인 칼슘 설포알루미네이트; 셀룰로오스계 증점제; 동결방지제; 소포제; 및 물;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 프라이머 성분 중 상기 수성 아크릴 수지는 하이드록시에틸아크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 에틸헥사아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및 부틸메탈아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 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 접착향상제는 모르타르의 콘크리트 구조물에 대한 접착력 향상 및 모르타르 성분 간 결합력을 향상시킬 수 있으며, 이러한 모르타르를 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.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 접착향상제는 속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제로서, 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, 본 발명의 접착향상제는 변성 실록산 분말은 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 함유한다.
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.
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 112019102692116-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 25℃에서 점도 100 ~ 10,000 cps인 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 112019102692116-pat00003
[반응식 2]
Figure 112019102692116-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.
앞서 설명한 접착향상제를 이용한 본 발명의 속경성 보수보강 모르타르에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 속경성 보수보강 모르타르는 내중성화 속경성 보수보강 모르타르로서, 기존 단면복구용 모르타르는 방청 공정 생략이 가능은 하지만, 이를 이용한 보수보강 시공 대상에 한계가 있는 문제가 발생했다. 즉, 콘크리트 구조물에 Cl- 성분이 다량 함유된 경우, 충분한 내방청성 효과를 얻기가 미흡한 문제가 발생하였다. 이에 본 발명은 보수보강 시공시 방청 공정을 수행하되, 표면 처리 공정을 생략할 수 있는 속경성 보수보강 모르타르를 개발하였다.
이러한 본 발명의 속경성 보수보강 모르타르는 몰탈 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를, 바람직하게는 15 ~ 25 중량부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 몰탈은 물과 혼합되지 않는 모르타르 성분을 의미한다.
그리고, 상기 몰탈은 혼합 시멘트; 앞서 설명한 본 발명의 접착향상제; 미분말 충전재; 재유화형 분말수지; 감수제; 보강섬유; 규사; 및 상온 속경성 결합재;를 포함한다.
또한, 상기 몰탈은 불소계 발수제, 팽창제 및 내중성화제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
몰탈 성분 중 상기 혼합 시멘트는 포틀랜드 시멘트(KS L 5201) 및 알루미나 시멘트(KS L5205)를 포함한다. 그리고, 상기 포틀랜드 시멘트로는 1종 보통 시멘트, 2종 중용열 시멘트, 3종 조강 시멘트, 4종 저열 시멘트 및 5종 내황산염 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 1종 보통 시멘트 및 5종 내황산염 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 알루미나 시멘트로는 바람직하게는 3종 알루미나 시멘트를 사용하는 것이 보수보강 모르타르의 초기 압축강도 측면에서 좋다. 상기 1종 포틀랜드 시멘트, 5종 내황산염 시멘트 및 알루미나 시멘트 3종 사용시 이들의 혼합비는 1종 포틀랜드 시멘트, 5종 내황산염 시멘트 및 알루미나 시멘트를 1 : 0.5 ~ 1.5: 0.05 ~ 0.2 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.80 ~ 1.20 : 0.10 ~ 0.15 중량비로 사용하는 것이 다른 조성과의 사용성, 모르타르의 기계적 물성, 내화학성 측면에서 유리하다.
몰탈 성분 중 상기 접착향상제의 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.05 ~ 1 중량부, 바람직하게는 0.10 ~ 1.00 중량부, 더욱 바람직하게는 0.35 ~ 1.00 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량이 0.05 중량부 미만이면 충분한 내방청 효과 증대 및 보수보강된 모르타르의 접착력 증대가 없을 수 있고, 1 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이다.
몰탈 성분 중 상기 미분말 충전재는 미세한 석고와 슬래그로 이루어진 충전재로서, 단면복구용 모르타르 조성물이 경화시, 미세공극을 충진하여 조직을 치밀화, 단면복구용 모르타르의 내구성 향상 및 황산염 또는 염화이온에 의한 화학적 침식에 의한 콘크리트 구조물을 보호하는 역할을 하며, 상기 미분말 충전재는 분말도가 6,000 ~ 10,000 cm2/g인 것을 사용하는 것이 모르타르의 내구성 향상면에서 바람직하다. 그리고, 그 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 3 ~ 10 중량부를, 바람직하게는 4 ~ 8.5 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 3 중량부 미만이면 조직의 치밀하지 못하여 압축강도가 저조해지고, 10 중량부를 초과하여 사용하면 상대적으로 다른 성분의 사용량이 감소하여 다른 물성이 악화되는 문제가 발생할 수 있는 바, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
몰탈 성분 중 재유화형 분말수지는 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 수행한다. 상기 재유화형 분말수지는 특별하게 한정하지는 않으나, 폴리비닐알코올 비닐아세테이트(polyvinylalcohol vinylacetate); 및 비닐아세테이트, 비닐버세테이트 폴리머(vinylacetate and vinyl versatate polymer); 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 그 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 5 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 3 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.75 ~ 2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 0.5 중량부 미만 사용시 폴리머 필름 형성시 결합이 약하여, 유해물질 차단 효과 및 내구성 향상 기여도가 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 모르타르의 경화를 방해하여 역효과를 초래할 수 있다.
몰탈 성분 중 상기 감수제는 모르타르의 유동성을 확보하여 변성 실록산 유화액 사용으로 인해 발생할 수 있는 내구성 저하를 방지하기 위한 것으로서, 나프탈렌 설폰산계 감수제 및/또는 리카르본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.05 ~ 0.50 중량부를, 바람직하게는 0.10 ~ 0.40 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 감수제 사용량이 0.05 중량부 미만으로 사용하면 충분한 내구성 저하 방지 효과를 볼 수 없을 수 있고, 0.50 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 그 사용량이 많아서 경화가 지체되어 내구성이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
몰탈 성분 중 상기 보강섬유는 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. 이때, 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.005 ~ 0.100 중량부를, 바람직하게는 0.01 ~ 0.07 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 0.005 중량부 미만으로 사용하면 충분한 인장강도 향상 효과를 볼 수 없는 문제가 있을 수 있고, 0.100중량부를 초과하여 사용하는 경우, 뭉침으로 인한 뿜칠 시공이 잘 안될 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
몰탈 성분 중 상기 규사는 단단한 밀도를 갖고 있어 경화시 발생할 수 있는 건조수축을 감소시켜 주고, 또한 모르타르의 강성을 높여주는 역할을 하는 골재 성분으로서, 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 120 ~ 250 중량부를, 바람직하게는 150 ~ 200 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
몰탈 성분 중 상기 상온 속경성 결합재는 모르타르가 도포 후, 상온에서도 빠르게 경화되도록 하기 위해 사용하는 것으로서, 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. 그리고, 상기 상온 속경성 결합재의 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 ~ 18 중량부를, 바람직하게는 10 ~ 15 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량이 10 중량부 미만이면 그 사용량이 적어서 이를 사용함으로 인한, 모르타르 경화 속도 증대 효과가 미비할 수 있고, 모르타르 경화 시간이 너무 빨라서 경화 후 보수된 부위에 크랙이 발생하거나, 기계적 물성이 오히려 저하될 수 있다.
그리고, 몰탈 성분 중 상기 불소계 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 있는 바, 상기 불소계 발수제를 사용하여 수분 침투 방지를 통해 콘크리트 내구성 향상을 꾀할 수 있다. 불소계 발수제의 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 0.20 중량부를, 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량이 너무 적으면 이의 사용으로 인한 방수 효과가 미비할 수 있고, 0.20 중량부를 초과하여 사용하는 것은 비경제적이며, 변성 실록산 유화액의 효과를 저감시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
몰탈 성분 중 상기 팽창제는 모르타르 양생시 시멘트의 체적이 급격하게 줄어들어 크랙이 생기는 것을 방지하기 위한 것으로서, 당업계에서 일반적으로 사용하는 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 생석회(CaO), 알루미나클링커 분말(C3A), 아윈계클링커 분말(CSA), 무수석고(CaSO4), 이수석고(CaSO4·2H2O) 및 반수석고(CaSO4·1/2H2O) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알루미나 클링커 분말, 아윈계 클링커 분말, 이수석고 및 반수석고 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 팽창제의 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.001 ~ 0.100 중량부를, 바람직하게는 0.01 ~ 0.05 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.02 ~ 0.05 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 팽창제 사용량이 0.001 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 팽창제 사용으로 인한 효과를 볼 수 없고, 0.100 중량부를 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.
몰탈 성분 중 상기 내중성화제는 보수보강 시공 후, 보수보강된 부위 및 상기 부위 주변의 콘크리트가 중성화되어 콘크리트 물성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 하며, 4원계 아크릴계 공중합체 30 ~ 40 중량% 및 폴리실록산 10 ~ 20 중량% 및 잔량의 용제를, 바람직하게는 상기 4원계 아크릴계 공중합체 35 ~ 40 중량% 및 폴리실록산 10 ~ 15 중량% 및 잔량의 용제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 4원계 아크릴계 공중합체는 메틸메타크릴레이트, n-부틸메틸메타크릴레이트, 메타크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체이다. 그리고, 상기 폴리실록산은 폴리(메틸-페닐)실록산을 포함할 수 있고, 상기 용제는 에틸렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 내중성화제 사용량은 혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 2.0 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 1.6 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.7 ~ 1.4 중량부를 사용하는 것이 전체적인 물성 확보 및 보수시공된 모르타르의 중성화 방지 측면에서 좋다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 접착향상제를 도입한 속경성 보수보강 모르타르를 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 내중성화 속경성 보수보강 모르타르를 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 ~ 7,000cm2인 것을, 바람직하게는 2,500 ~ 5,000cm2인 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. 상기 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 중량부룰, 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 속경성 보수보강 모르타르를 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.
그리고, 본 발명의 시공법에 있어서, 4단계에서 도포된 모르타르를 미장 처리를 한 후, 양생하여 콘크리트 구조물을 보수보강 시공할 수 있다.
시공 완료 후에는 양생된 모르타르의 부착력 시험을 테스트하여 테스트를 통과하면 시공을 완료할 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 cm2인 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 : 내중성화 속경성 보수보강 모르타르의 제조
1) 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 112019102692116-pat00005
상기 화학식 1-1에서 R1은 -COOH이고, R2는 -OH이며 m은 15~ 16의 정수이고, n은 3 ~ 4의 정수이다.
2) 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.
3) 몰탈 제조
혼합 시멘트 100 중량부에 대하여, 준비예 1의 변성 실록산 분말 0.48 중량부, 미분말 충전제(제조사:한일시멘트, 상품명:오메가2000) 6.7 중량부, 재유형형 분말 수지(제조사:Elotex 상품명:FL1210) 1.2 중량부, 감수제(제조사: 케이지 상품명:파워콘100) 0.25 중량부, 보강섬유(제조사:나이콘소재 상품명:PP Fiber) 0.032 중량부, 규사(제조사:자연사, 상품명:4호,5호,6호) 176 중량부, 속경성 결합재 12.2 중량부, 불소계 발수제 0.10 중량부, 팽창제 0.023 중량미 및 내중성화제 1.05 중량부를 하기 표 1과 같이 혼합 및 교반하여 몰탈을 제조하였다.
상기 혼합시멘트는 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트(제조사:한일시멘트) 및 3종 알루미나 시멘트(제조사:fondu)를 1 : 0.013 중량비로 혼합한 혼합 시멘트를 준비한 것을 사용하였다.
그리고, 상기 속경성 결합재는 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.
상기 내중성화제는 메틸메타크릴레이트, n-부틸메틸메타크릴레이트, 메타크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합시킨 4원계 아크릴계 공중합체 34.5 중량%, 폴리(메틸-페닐)실록산 12.7 중량% 및 잔량의 디에틸 카보네이트(용제)를 혼합하여 제조한 것을 사용하였다
비교예 1
1) 변성 실록산 유화액의 제조
상온에서 고속교반기를 이용하여 교반속도를 3000 rpm으로 조절하여 물 40 중량%에 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 -OH를 갖는 PDMS(DOW CORNING, MH-1109) 40 중량%를 첨가하여 1 시간 동안 교반하여 유화시켰고, 교반속도를 100 rpm으로 조절하고 N-3-(3-트리메톡시실릴프로필)에틸렌다이아민(DOW CORNING사, Z-6020 제품) 9 중량%를 첨가한 다음, 2 시간 동안 가수분해시켜 변성 실록산 유화액을 제조하였다.
2) 변성 실록산 분말의 제조
상기 변성 실록산 유화액 100 중량부에 다공성 분말(지심테크(주), JST-MS40)을 100 중량부를 첨가한 후, 4 시간 동안 80℃에서 100rpm으로 교반한 후, 110℃에서 24시간 건조시켜 변성 실록산 분말을 제조하였다.
3) 시멘트 모르타르 제조
하기 표 3의 조성을 갖는 시멘트 모르타르에 100 중량부에 대하여 상기에서 제조한 변성 실록산 분말 0.20 중량부를 혼합하여 철근 콘크리트의 부식을 방지하는 콘크리트 구조물 보수시공용 모르타르 조성물을 제작하여 비교예 1을 실시하였다.
실시예 2 ~ 7 및 비교예 2 ~ 5
상기 실시예 1과 동일한 조성을 사용하여 콘크리트 구조물 보수시공용 모르타르 조성물을 제조하되, 하기 표 1 ~ 표 2와 같은 조성을 가지도록 하여 실시예 2 ~ 7 및 비교예 2 ~ 5를 각각 실시하였다.
비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 조성을 사용하여 콘크리트 구조물 보수시공용 모르타르 조성물을 제조하되, 상기 속경성 결합재로서, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지를 사용하지 않고, 마그네슘 시멘트 16.8 중량%, 트리칼슘 알루미네이트 17.3 중량%, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 수지 10 중량%, 알긴산나트륨 2.9 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1.5 중량%, 아질산칼슘 0.8 중량% 및 잔량의 석고를 혼합 및 교반하여 제조한 것을 사용하였다.
구분
(중량부)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
혼합 시멘트
(중량비)		 1종 포틀랜드 시멘트 1 1 1 1 1 1 1
5종 내황산염 시멘트 1 1 1 1 1 1 0.65
3종알루미나 시멘트 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013
혼합시멘트 100 중량부
변성 실록산 분말 준비예 1 0.48 0.15 0.95 0.48 0.48 0.48 0.48
PDMS - - - 0.058 - - -
미분말 충전제 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7
재유화형 분말수지 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
감수제 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
보강섬유 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032
규사 176 176 176 176 176 176 176
속경성 결합재 12.2 12.2 12.2 12.2 10.0 18.0 12.2
불소계 발수제 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
팽창제 0.023 0.023 0.023 0.023 0.23 0.023 0.023
내중성화제 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05
구분
(중량부)		 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
혼합 시멘트
(중량비)		 1종 포틀랜드 시멘트 1 1 1 1 1 1
5종 내황산염 시멘트 - - 1 1 1 1
3종알루미나 시멘트 0.1 0.1 - 0.013 0.013 0.013
혼합시멘트 100 중량부
변성 실록산 분말 준비예 1 - - 0.48 0.48 0.48 0.48
PDMS 0.90 - - - - -
미분말 충전제 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7
재유화형 분말수지 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
감수제 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
보강섬유 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032
규사 176 176 176 176 176 176
속경성 결합재 - - 12.2 8.0 20.0 12.2
불소계 발수제 - - 0.10 0.10 0.10 0.10
팽창제 - - 0.23 0.23 0.23 0.23
내중성화제 - - 1.05 1.05 1.05 1.05
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		 공기량 ASTM C 780
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/㎥)		 공기량(%) 압축강도
(kgf/㎠)		 휨강도
(kgf/㎠)		 부착강도
(kgf/㎠)		 염소이온
침투저항성
(Coulombs)
1일 7일 28일 7일 28일 7일 28일
실시예1 2,080 5.5 85 417 579 85 98 18.3 20.4 257
실시예2 2,081 5.5 84 406 542 83 93 18.4 19.6 335
실시예3 2,078 5.6 85 418 584 83 100 18.9 20.4 235
실시예4 2,080 5.5 88 423 593 87 104 19.2 20.8 167
실시예5 2,077 5.4 58 397 554 75 94 17.2 18.4 272
실시예6 2,079 5.3 93 439 580 88 100 19.5 21.9 305
실시예7 2,080 5.5 57 410 565 82 96 16.3 18.9 298
비교예1 2,067 5.5 53 370 534 74 91 16.1 19.5 195
비교예2 2,056 6.0 51 375 496 70 85 15.8 19.6 789
비교예 3 2,077 5.4 54 385 535 75 95 16.3 20.4 288
비교예 4 2,078 5.4 55 380 540 75 92 19.3 21.7 227
비교예 5 2,080 5.4 94 442 581 89 102 19.5 22.6 318
비교예 6 2,078 5.5 85 414 582 85 97 18.0 21.3 263
상기 표 4의 측정 결과를 살펴보면, 준비예 1의 변성 실록산 분말이 아닌 PDMS를 사용한 비교예 1의 경우, 실시예 1 ~ 7과 비교할 때, 전반적으로 낮은 기계적 물성 값을 가지는 결과를 보였으며, 변성 실록산 분말 자체를 전혀 사용하지 않는 비교예 2의 경우, 실시예와 비교할 때, 기계적 물성뿐만 아니라, 염소이온 침투 저항성도 매우 좋지 않은 결과를 보였다.
시멘트 내 알루미나 시멘트를 사용하지 않은 비교예 3의 경우, 실시예 1에 비해 부착강도가 떨어지는 결과를 보였으며, 비교예 1과 비슷한 결과를 보였다.
그리고, 속경성 결합재를 10 중량부 미만으로 사용한 비교예 4의 경우, 실시예 1 및 실시예 5와 비교할 때, 염소이온 저항성 및 부착강도는 다소 우수하나, 초기 압축강도 및 28일 후 압축강도 및 휨강도가 낮은 문제가 있었다.
또한, 속경성 결합재를 18 중량부를 초과 사용한 비교예 5의 경우, 실시예 6과 비교할 때, 기계적 물성 증대 효과가 없으면서 염소이온 저항성만 오히려 감소하는 문제가 있었다.
또한, 메틸아크릴레이트-부틸아크릴레이트 공중합체 수지를 포함하지 않는 속경성 결합제를 사용한 비교예 6의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 다른 물성은 거의 유사하나, 부착강도가 크게 낮아지는 문제가 있었다.
실험예 2 : 모르타르의 물성 측정 2
실시예 1및 비교예 1의 모르타르를 경화시킨 다음, KS F 4042 단면복구 모르타르 품질기준 시험방법에 준하여 평가를 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
항 목 기준치 실시예 1 비교예 1
휨강도(N/㎟) 6.0 이상 9.3 9.0
압축강도(N/㎟) 20.0 이상 55.8 53.4
부착강도
(N/㎟)		 표준조건 1.0 이상 2.0 1.9
온냉 반복 후 1.0 이상 1.9 1.6
내알칼리성 압축강도 20.0 N/㎟ 이상 49.7 47.4
중성화 저항성(mm) 2.0 이하 0.2 0.4
투수량(g) 20.0 이하 1.57 1.60
물흡수계수(㎏/㎡·h0.5) 0.5 이하 0.020 0.031
습기투과 저항성 (m) 2 m 이하 0.97 1.20
염화물 이온침투저항성(Coulombs) 1,000 이하 257 195
황산저항성(5% 용액, 중량변화율%) - 5.0 5.6
길이변화(%) ± 0.15 이하 -0.009 -0.011
상기 표 5의 실험결과를 살펴보면, 실시예 1 및 비교예 1 모두 KS F 4042에 명시되어 있는 품질기준을 모두 상회하는 결과를 얻었다. 그리고, 염화물 이온침투 저항성이 비교예 1이 실시예 1에 비해 다소 우수하지만, 그 외의 물성은 실시예 1이 기계적 물성뿐만 아니라, 내화학적 물성측면에서 전반적으로 우수한 결과를 보였다.
실시예 8 ~ 9 및 비교예 7 ~ 8
하기 표 6과 같은 조성을 가지도록 혼합물을 제조한 후, 이를 가수분해시켜서 변성 실록산 유화액을 제조하였다. 다음으로, 제조된 변성 실록산 유화액을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법 및 조성, 조성비로 변성 실록산 분말 및 시멘트 모르타르를 제조하여, 실시예 8 ~ 9 및 비교예 7 ~ 8을 실시하였다.
구분
(중량%)		 실록세인 화합물 실란 커플링제 에톡실레이트 2차 알코올 비이온 계면활성제 물
실시예 1 48 17.8 10 1 나머지
잔량
실시예 8 55 17.8 10 1
실시예 9 48 12.0 10 1
비교예 7 35 22.0 10 1
비교예 8 48 8.5 10 1
실험예 3 : 모르타르의 물성 측정
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 경화된 모르타르의 압착강도, 휨강도, 접착강도 및 염소이온 침투 저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구분 단위용적중량
(kg/㎥)		 공기량(%) 압축강도
(kgf/㎠)		 휨강도
(kgf/㎠)		 부착강도
(kgf/㎠)		 염소이온
침투저항성
(Coulombs)
1일 7일 28일 7일 28일 7일 28일
실시예1 2,080 5.5 85 417 579 85 98 18.3 20.4 257
실시예8 2,078 5.5 83 410 577 85 99 18.5 21.0 242
실시예9 2.080 5.5 85 409 566 82 95 17.1 20.2 260
비교예1 2,078 5.5 53 370 534 74 91 16.1 19.5 195
비교예7 2,079 5.5 71 392 548 77 93 16.5 19.7 321
비교예8 2,077 5.5 80 408 565 79 94 17.2 19.9 303
상기 표 7의 물성 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1에 비해 실록세인 화합물을 더 사용한 실시예 8의 경우, 부착강도 및 염소이온 침투 저항성이 다소 증가하고, 기계적 강도는 다소 감소하는 경향을 보였다. 그리고, 실란 커플링제를 실시예 1에 비해 함량을 줄인 실시예 9의 경우, 부착강도 및 염소이온 침투 저항성이 다소 낮아졌으나, 큰 감소는 없었다. 하지만, 실록세인 화합물을 40 중량% 미만으로 사용한 비교예 7의 경우, 실시예 1 및 실시예 8과 비교할 때, 초기 기계적 물성이 낮으며, 특히 부착강도 및 염소이온 침투 저항성이 크게 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 실란 커플링제를 10 중량% 미만으로 사용한 비교예 8의 경우, 실시예 9 및 실시예 1과 비교할 때, 염소이온 침투 저항성이 크게 떨어지는 문제가 있고, 초기 기계적 물성이 상대적으로 낮은 경향을 보였다.
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 접착향상제를 도입한 속경성 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 구조물의 보수보강을 높은 경제성으로 시공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 변성 실록산 유화액이 담지된 다공성 분말을 함유한 변성 실록산 분말을 포함하며,
    상기 변성 실록산 유화액은 실록세인계 화합물 45 ~ 60 중량%, 아미노기를 갖는 실란 커플링제 10 ~ 25 중량%, 에톡실레이트 2차 알코올 5 ~ 15 중량%, 비이온 계면활성제 0.5 ~ 5 중량% 및 잔량의 물을 혼합한 혼합물을 가수분해시킨 것이고,
    상기 실록세인계 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물 및 폴리다이메틸실록세인(PDMS, polydimethylsiloxane)을 1 : 0.05 ~ 0.30 중량비를 포함하며,
    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 속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제;
    [화학식 1]
    Figure 112021002098714-pat00006

    상기 화학식 1에서 R1은 -COOH이고, R2는 -OH이며, m은 5 ~ 50의 정수이고, n은 0 ~ 25의 정수이며, m 및 n은 m>n을 만족한다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 몰탈 100 중량부에 대하여, 물 10 ~ 30 중량부를 포함하고,
    상기 몰탈은 혼합 시멘트; 제1항의 상기 접착향상제; 미분말 충전재; 재유화형 분말수지; 감수제; 보강섬유; 규사; 및 상온 속경성 결합재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속경성 보수보강 모르타르.
  7. 콘크리트 구조물 손상부를 치핑 및 세척하는 1단계;
    치핑 및 세척된 부위를 방청제로 방청 처리하는 2단계;
    방청 처리한 부위를 프라이머 처리하는 3단계;
    프라이머 처리한 부위를 제6항의 속경성 보수보강 모르타르를 도포하는 4단계; 및
    모르타르 경화 전 미장 처리 및 양생하는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법.
KR1020190124618A 2019-10-08 2019-10-08 속경성 보수보강 모르타르용 접착향상제, 이를 포함하는 속경성 보수보강 모르타르 및 콘크리트 구조물의 보수보강 시공법 KR102271043B1 (ko)

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