KR102291960B1 - 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법 - Google Patents

친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법 Download PDF

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본 발명은 친환경 리오셀(Lyocell) 섬유 및 합성 제올라이트(Zeolite) 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상이 가능한 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공법을 이용하면, 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상의 효과를 볼 수 있고, 친환경 리오셀 섬유를 함유함으로써, 높은 인장강도, 뛰어난 흡습성(균열제어 성능 우수), 친환경 용매 아민옥사이드 사용으로 친환경성, 폐기시에도 생분해성 특징를 가져 무공해성, 우수한 내구성(내산성, 내화학성)을 확보할 수 있으며, 제올라이트 미분말을 포함함으로써, 양이온 교환 특성 향상, 우수한 흡착성 향상, 동결융해에 대한 저항성 증가을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법{Eco-friendly polymer mortar coposition including eco-friendly lyocell fiber and synthetic zeolite fine powder, manufacturing method and methods cross section recovery using the same}
본 발명은 친환경 리오셀(Lyocell) 섬유 및 합성 제올라이트(Zeolite) 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상이 가능한 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법에 관한 것이다.
현재 국내에 건설된 콘크리트 구조물 중 지상 및 지하구조물의 경우 상당수의 구조물이 현재 보수가 필요한 실정이다.
이러한 구조물들은 설계시의 강도 및 내구성을 유지하기 위해서 기초적인 보수부터 환경적/구조적으로 파손된 콘크리트의 경우 단면의 전체적인 보수, 복구 또는 보강까지 정기적인 점검과 유지관리 필요하게 되었으며, 사회적으로 싱크홀 및 지진 내구성대한 경각심이 부각되면서 이러한 사항들의 중요성이 커지고 있는 실정이다.
단면복구에 사용되는 재료는 보수부위, 사용조건, 환경조건 및 시공조건에 따라 그 성능을 충족시켜야 한다. 특히 시공조건에 따라 재료의 선정이 매우 중요하다 할 수 있다.
하수암거, 하수관거, 정수장 등 지하 배수 구조물의 경우 구조물의 특성상 침입수 및 오염물질의 완벽한 제거에 어려움 있어 이러한 보수 복구가 제약이 많다.
이에 본 발명에서는 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상으 확보하여 오염물질에 대한 저항성을 극대화하고 또한 침입수가 다량 있는 악조건에서도 원활하게 작업할 수 있는 공법을 제시하고자 한다.
한편, 관련기술로서 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0108901(2016.08.26)호 "코코스 섬유를 혼입한 콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법(MORTAR COMPOSITION WITH COCOS FIBER FOR REPAIRING CONCRETE STRUCTURE AND REPAIRING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE THEREWITH)"은 결합재 3∼85중량%, 잔골재 5∼95중량%, 기능 개선 혼화제 0.01∼20중량% 및 물 0.01∼15중량%를 포함하며, 상기 결합재는, 조강 포틀랜드 시멘트 15∼90중량%, 고로슬래그 분말 5∼50중량%, 칼슘알루미나시멘트 1~20중량%, 마그네슘설포알루미네이트 1∼20중량%, 탈황석고 1∼20중량%, 코코스 섬유 0.01∼15중량%, 탄산마그네슘 0.01∼15중량%, 카올리나이트 0.01∼15중량%, 수산화칼륨 0.01~10중량% 및 지연제 0.001∼10중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법에 관한 것으로, 강도 및 내구성, 특히 내산 및 내염해성이 우수하여 하수관거, 맨홀 및 관련 지하구조물, 지수구조물, 지중구조물, 해양콘크리트 구조물, 화학공장 바닥, 열악한 환경하의 콘크리트 구조물 등의 화학적 침식으로 인한 콘크리트 부식을 방지할 수 있어 이에 사용되는 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.
또한 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0060982 (2011.06.23)호 "탄각이 함유된 친환경 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법(Environment-friendly Mortar Composition)"은 탄각이 함유된 모르타르 조성물을 마련한 후, 콘크리트 구조물의 표면이 파손되면 파손된 부위에 상기한 탄각이 함유된 모르타르 조성물이 타설되어 콘크리트 구조물의 표면이 보수될 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 백시멘트, 잔골재로 이루어진 규사, 안료, 수용성 아크릴 바인더를 각각 준비하는 기본 재료 준비단계; 모르타르 조성물 기초재료가 준비되면 사용하고난 탄각(炭殼)을 수거한 후 탄각을 분말화하고 탄각에 함유된 불순물을 제거하는 분말화된 탄각 준비단계; 준비된 백시멘트 87중량%, 잔골재로 이루어진 규사 5중량%, 분말화된 탄각 5중량%, 안료 2중량%, 수용성 아크릴 바인더 1중량%의 비율로 혼합하여 모르타르 조성물에 탄각이 포함되게 하는 모르타르 조성물 혼합단계; 모르타르 조성물 혼합단계를 거친 모르타르 조성물과 물을 믹서기 내부에 투입하여 교반한 다음 교반된 모르타르 조성물은 제1압송펌프를 통하여 제2압송펌프로 1차 압송되고, 1차 압송된 모르타르 조성물은 제2압송펌프를 통하여 스프레이건측으로 2차 압송되게 하는 모르타르 조성물 이중 압송단계; 스프레이건측으로 압송된 모르타르 조성물은 에어콤퓨레셔와 연결된 고압이송호스를 통하여 분사되면서 콘크리트 건축물의 표면에 타설되도록 하는 기술에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2014-0045202(2014.04.16)호 "비소성 결합재를 활용한 친환경 모르타르 조성물(Eco-Mortars Composition Usnig Non-firing Binder)"은 산업부산물로 발생하는 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 알파 반수석고 등의 비소성 결합재를 활용하여 환경부하가 저감되고, PET섬유를 사용함으로써 경화시의 내구성이 향상될 수 있는 비소성 결합재를 활용한 석고계 친환경 모르타르 조성물에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0012746(2011.02.14)호 "개질 셀룰로오스계 1차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물(ENVIRONMENTAL FRIENDLY MORTAR COMPOSITION COMPRISING MODIFIED CHARCOAL)"은 기존의 바닥 시공용 모르타르의 물성을 유지하면서도 실내 유해가스를 제거할 수 있는 친환경 모르타르 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 친환경 모르타르 조성물은 기존의 바닥재용 모르타르 조성물의 슬럼프-플로우, 응결시간, 압축강도와 같은 기초 물성을 만족하면서도 톨루엔, 암모니아, 포름알데히드와 같은 유해 가스를 효과적으로 제거하는 우수한 효과를 갖도록 하는 기술에 관한 것이다.
그러나 상기 기술들은 폐수 등이 유입 가능한 악조건에서도 친환경적이면서도 오랜 기간 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상이 동시에 가능한 원활하게 작업할 수 있는 폴리머 모르타르 및 공법을 제시하지 못하는 한계점이 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0108901(2016.08.26)호 "코코스 섬유를 혼입한 콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법(MORTAR COMPOSITION WITH COCOS FIBER FOR REPAIRING CONCRETE STRUCTURE AND REPAIRING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE THEREWITH)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0060982 (2011.06.23)호 "탄각이 함유된 친환경 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법(Environment-friendly Mortar Composition)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2014-0045202(2014.04.16)호 "비소성 결합재를 활용한 친환경 모르타르 조성물(Eco-Mortars Composition Usnig Non-firing Binder)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0012746(2011.02.14)호 "개질 셀룰로오스계 1차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물(ENVIRONMENTAL FRIENDLY MORTAR COMPOSITION COMPRISING MODIFIED CHARCOAL)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상이 가능한 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 친환경 리오셀 섬유를 함유함으로써, 높은 인장강도, 뛰어난 흡습성(균열제어 성능 우수), 친환경 용매 아민옥사이드 사용으로 친환경성, 폐기시에도 생분해성 특징를 가져 무공해성, 우수한 내구성(내산성, 내화학성)을 제공하도록 하기 위한 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 제올라이트 미분말을 포함함으로써, 양이온 교환 특성 향상, 우수한 흡착성 향상, 동결융해에 대한 저항성 증가을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 시멘트, 리오셀(Lyocell) 섬유, 제올라이트(Zeolite) 미분말, 초산비닐계 폴리머, 팽창재, 폴리카본산계 고유동화제, 규사 및 첨가제를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법은, 치핑 및 고압수 세척을 통해 바탕면 정리하는 제 1 단계; 바탕면이 정리된 상태에서 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포하는 제 2 단계; 철근방청제가 도포된 면에 프라이머를 도포하는 제 3 단계; 및 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 도포하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 4 단계의 친환경성 폴리머 모르타르 조성물은, 시멘트, 리오셀(Lyocell) 섬유, 제올라이트(Zeolite) 미분말, 초산비닐계 폴리머, 팽창재, 폴리카본산계 고유동화제, 규사 및 첨가제를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 4 단계 이후, 보수 모르타르 충진이 수행된 외부면에 표면보호용 코팅제를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 4 단계의 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 충진시 타설 방법으로, 스프레이 뿜칠 시공, 미장시공, 슈트 및 연속시공 중 하나로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법은, 친환경 리오셀 섬유 및 제올라이트 미분말을 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상의 효과를 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법은, 친환경 리오셀 섬유를 함유함으로써, 높은 인장강도, 뛰어난 흡습성(균열제어 성능 우수), 친환경 용매 아민옥사이드 사용으로 친환경성, 폐기시에도 생분해성 특징를 가져 무공해성, 우수한 내구성(내산성, 내화학성)을 확보할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 및 그 제조방법, 그리고 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법은, 제올라이트 미분말을 포함함으로써, 양이온 교환 특성 향상, 우수한 흡착성 향상, 동결융해에 대한 저항성 증가을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 바탕면 정리한다(치핑 및 고압수 세척)(S110). 보다 구체적으로, 보수면에 대한 전처리 과정으로 보강대상 콘크리트 구조물 표면의 매립용 홈파기 작업으로 표면에 치핑 공정을 수행하으로써, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르와 기존 지하구조물을 일체화할 수 있는 공정이므로 정밀한 컷팅 작업을 통하여 홈파기를 진행함으로써, 최적의 접착환경을 조성하여 고품질 시공이 가능하도록 한다. 이를 위해 먼저 시공위치를 확인하고, 그루빙(홈파기) 작업을 수행한 뒤, 고압수 세척(이물질 제거) 공정을 수행하는 것이다.
단계(S110) 이후, 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포한다(S120).
보다 구체적으로, 고압수 세척 공정이 완료된 콘크리트 외부로 노출된 철근의 녹을 제거하고, 철근 방청 도료 도포(철근 방청)을 수행하는 것이 바람직하다.
즉, 녹제거형 방청제를 도포하되, 녹제거형 방청제는 주성분이 인산계로 이루어지며, 비중 1.18 내지 1.28, 건조성 1 내지 2시간(15 내지 30℃)의 물성을 갖는 것을 사용하며, 콘크리트 외부로 노출된 철근의 부식된 부분을 중화하여 녹을 추가로 제거하고, 내산성에 의한 철근의 부식을 방지하는 역할을 수행한다.
단계(S120) 이후, 프라이머를 도포한다(S130).
표면처리가 된 보수면에 모르타르 증강효과와 강력한 접착력을 보유한 바라 에멀전 57(Barra Emulsion 57)로 되거나 다양한 재료에 해당하는 프라이머를 도포할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바라에멀전 57(Barra Emulsion 57)은 스티렌과 부타디엔 중합체로 이루어진 수성의 에멀젼으로 방수성, 내마모성, 결합성을 증진시키기위해 모르타르나 콘크리트에 사용될 수 있는 것으로서, 특히 시멘트계와 조화성이 우수하여 시멘모르타르 증강제 및 접착제에 해당한다.
단계(S130) 이후, 후술하는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 이용해 보수 단면에 보수 모르타르 충진을 수행한다(S140). 여기서 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 충진시 타설 방법으로, 스프레이 뿜칠 시공, 미장시공, 슈트 및 연속시공 중 하나로 수행되는 것이 바람직하다.
단계(S14) 이후, 보수 모르타르 충진이 수행된 외부면에 표면보호용 코팅제를 도포한다(S150).
단계(S140)에서 사용되는 본 발명에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르를 위한 사용재료에 대해서 살펴보도록 한다.
친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르는 시멘트, 리오셀(Lyocell) 섬유, 제올라이트(Zeolite) 미분말, 초산비닐계 폴리머, 팽창재, 폴리카본산계 고유동화제, 규사, 기타 첨가제를 혼합하여 형성할 수 있다.
구체적으로는 시멘트 100 중량부를 기준으로 리오셀 섬유 1 내지 15 중량부, 제올라이트 미분말 1 내지 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1 내지 5 중량부, 팽창재 0.1 내지 1.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 0.3 내지 1.5 중량부, 규사 30 내지 150 중량부를 포함하고, 기타 첨가제를 혼합하여 형성할 수 있다.
시멘트는 현장여건을 감안하여 일반적인 경우 OPC(포틀랜트 시멘트)를 사용하나 조기강도가 필요한 경우 조강시멘트 및 알루미나 시멘트 등을 적절히 사용하여 제조할 수 있다.
즉, 시멘트는 일반 포틀랜트 시멘트, 조기 강도가 필요한 경우 조강시멘트나 알루미나 시멘트나 마그네시아 시멘트, 고강도가 요구되는 경우 슬래그 시멘트 등을 사용할 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
리오셀(Lyocell) 섬유는 대표적인 환경친화형 신섬유로 기존 이산화탄소, 가성소다 등 유독성 화학물질을 용매로 사용하지 않으며, 제조공정이 간단하고 용매를 다시 회수해 재사용할 수 있어 친환경적이며 또한 경제적이다.
리오셀 섬유는 일체의 화학적인 변형없이 천연 펄프를 무공해성 아민옥사이드 용매에 직접녹여 제조하여 일체의 화학적인 변형없이 섬유소(Cellulose) 만을 추출한 것을 사용하며, 폐기시에도 땅속에서 생분해가 되어 일체의 공해발생이 없는 것이 특징이다.
보다 구체적으로, 리오셀 섬유의 물리적 성능으로는 높은 인장강도, 뛰어난 흡습성(균열제어 성능 우수), 친환경 용매 아민옥사이드 사용으로 친환경성, 폐기시에도 생분해성 특징를 가져 무공해성, 우수한 내구성(내산성, 내화학성)을 갖는 것을 특징으로 한다.
리오셀 섬유를 단독으로 사용할 수 있으나, 강도 향상을 위해서 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 포함하는 PLA 복합 수지와 리오셀 섬유를 중량비 6 내지 7 : 3 내지 4의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
즉, 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 생성하기 위해 셀룰로오스 나노섬유는 상업용 목재펄프(활엽수 또는 침엽수)를 TEMPO((2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥시)를 사용하여 산화시킨 후, 기계적 처리로 제조(수율 90% 이상)한 것을 사용할 수 있으며, 카르복시기 함량이 3.2 내지 3.9 mmol/g, 셀룰로오스 섬유폭은 20 내지 30 nm, 섬유길이는 50 내지 60 μm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 셀룰로오스 나노섬유를 PLA(PolyLactic Acid) 복합체의 표면을 메쉬 타입으로 코팅 처리하여 생성될 수 있으며, PLA 복합체 100 중량부를 기분으로 셀룰로오스 나노섬유 15.2 내지 17.4 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 셀룰로오스 나노섬유로 코팅된 PLA 복합체인 메쉬(mesh) 타입으로 코팅하여 표면처리를 수행한 것은, 단순히 PLA 복합체를 사용한 것에 비해 인장강도 및 내절강도, 그리고 파열강도가 모두 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 셀룰로오스 나노섬유로 코팅된 PLA 복합체는 셀룰로오스 나노 섬유의 높은 비표면적과 비강도 및 낮은 밀도를 가지고 있어 우수한 물성을 나타낼 뿐만 아니라, 극소량만으로도 열적 및 기계적 특성이 우수한 복합체를 얻을 수 있고, 친환경성 및 경량특성으로 적용될 수 있다.
한편, PLA는 옥수수 전분을 주원료로 한 천연 식물계 원료로, 합성수지(PC, ABS 등)를 포함하지 않고 자연 조건 하에서 100% 분해된다. 또한, 다이옥신 등의 유해물질 발생 및 기타 환경오염을 방지할 수 있다. PLA(PolyLactic Acid)는 사출 및 압출플라스틱에 대한 대체가 가능하며, 범용적인 물적 특성을 가진 획기적 친환경 수지로 제품화가 가능하다. 한편, PLA는 결정성, 자연순환형, 생체적합, CO2 저감 등에 대한 특성을 갖으며, PLA는 식물계 원료로 제품의 자연적 분해가 가능한 친환경 소재이다.
본 발명에서 사용되는 PLA 복합체는 PLA 단섬유와 탄소 섬유를 5.1 내지 7.3 : 1.2 내지 2.3의 중량비로 하여 카딩기에 넣어, 웹을 형성하여 시트 형태로 생성된 것을 사용하거나, 천연섬유에 해당하는 PLA 단섬유와 합성섬유를 혼합하여 제조한 시트층을 발포시켜서 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 합성섬유로는 저융점 폴리에스터, 폴리에스터 또는 폴리프로필렌 등이 단독 혹은 혼합사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌이 사용된다. 이때, 합성섬유와 천염섬유의 혼합비는 특별히 한정되지는 않으나, 천연섬유 100 중량부에 대해서 합성섬유 12 내지 15 중량부, 황토 2 내지 3 중량부, 갯벌 흙(머드) 2 내지 5 중량부, 각섬석분말 1 내지 2 중량부, 광석분말 1.5 내지 1.8 중량부, 경화제 4.2 내지 4.5 중량부, 물 20 중량부를 포함하며, 선택적으로 색상을 갖는 광석분말은 원하는 색상을 갖는 광석분말을 더 포함할 수 있다. PLA 단섬유와 합성섬유와의 혼합공정에서의 합성섬유는 굵기가 20 내지 30 데니어이고, 길이는 43 내지 56nm인 것일 수 있다.
한편, 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 포함하는 PLA 복합 수지 상에서 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체와 PLA 수지의 중량비는 3 내지 4 : 6 내지 7로 형성되는 것이 인장강도, 내절강도, 그리고 파열강도에 대한 측정의 결과는 다른 비율에 비해 유의미한 효과를 얻었다.
다음으로 제올라이트(Zeolite) 미분말에 대해서 살펴본다.
본 발명에 따른 제올라이트 미분말에 사용하는 합성 제올라이트는 알칼리, 물, 유기 기질의 혼합물로 구성된 실리카 알루미나겔을 느리게 결정화시켜 만들어진다. 이렇게 제올라이트를 합성으로 생산하면 오염되지 않은 순수한 최종 제품(합성 제올라이트)을 얻을 수 있다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 합성 제올라이트는 천연제올라이트보다 견고한 제올라이트를 생성할 수 있도록 해준다.
본 발명에 사용되는 제올라이트 미분말의 성능으로는 양이온 교환 특성, 우수한 흡착성, 동결융해에 대한 저항성 증가을 갖는 것을 특징으로 한다.
먼저, 양이온 교환 특성에 대해서 살펴보면, 제올라이트의 대표적인 특성중 하나로 양이온이 쉽게 교환되며 공동의 크기에 따라 특정 양이온을 선택적으로 교환할수 있는 선택적 교환특성을 가진다. 이러한 특성으로 인해 토질 및 수질개량제 및 폐수처리, 방사성 폐기물 처리 등에 활용되고 있으며 특히 제올라이트 미분말이 첨가된 모르타르의 경우 하수구조물의 특성상 폐수가 항상 존재함으로 보수보강시 탁월한 성능을 나타낼수 있다.
다음으로, 우수한 흡착성에 대해서 살펴보면, 제올라이트 미분말은 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착할 수 있어서, 공동의 크기에 따라 서로 섞여 있는 다른 분자들을 각각 분리할 수 있는 분자체 기능(molecular sieving)의 특성을 갖게 된다. 제올라이트의 흡착 및 분자체 특성과 관련된 응용 분야로는 각종 가스의 전조제로의 응용 및 천연가스 및 LPG에서의 불순 가스 제거 등이 있다. 이러한 특성상 하수구조물의 경우 다량의 가스가 존재할 수 있으므로 이또한 작업시 안정성을 확보할수 있다.
또한, 동결융해에 대한 저항성 증가에 대해서 살펴보면, 합성 제올라이트는 아스팔트의 생산 공정에서 첨가제로 사용되는데, 이러한 활용은 1990년대 독일에서 시작되었다. 합성 제올라이트 미분말은 아스팔트의 제조나 설치시 발생하는 열을 낮춰 주어, 이산화 탄소, 에어로솔 및 증기를 덜 방출하도록 도움을 준다. 또한 고온 상태에서는 아스팔트가 더욱 촘촘하게 압축되어, 추운 날씨나 장시간 동안 도로포장하는 것이 가능하게 되었다. 이러한 성능은 제올라이트를 모르타르에 첨가했을시 모르타르가 겨율철 낮은 온도에 노출되어도 손상을 현저하게 덜받을 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 제올라이트 미분말은 단독으로 사용되지 않고 본 발명의 다른 실시예로, 강도, 내열성, 내약품성 및 고화학성을 향상시키기 위해 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 추가하되, PPS 수지가 본래 가지는 우수한 기계적 강도를 포함하는 제성질을 크게 해하지 않으도록 PPS 수지 100 중량부를 기준으로 폴리아미드 수지 20 내지 30 중량부, 용매로 N-methyl-2-pyrrolidone 중합체 1 내지 5 중량부, 돌가루 2 내지 3 중량부로, 중탄 5 내지 7 중량부, 금속 수산화물 30 내지 40 중량부를 포함하여 이루어지는 제올라이트 미분말 복합 수지를 사용할 수 있다.
여기서, 돌가루는 석면을 불포함하고, 마그네슘으로 이루어진 규산염에 해당하는 Talcum을 사용함으로써, 제올라이트 미분말 복합 수지를 포함하는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 강도를 높이며, 중탄은 은폐력 향상, 체질안료(extender pigments)로서 작용하기 위해 포함될 수 있다.
초산비닐계 폴리머는 신구 접착력증대 및 리바운드량을 감소시키기 위해 추가된다. 초산비닐계 폴리머는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하며, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘한다.
팽창재는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 도포 후 경화시 수축에 따른 균열을 억제하기 위한 것으로 임계치 미만일 경우에는 팽창효과가 적어 균열억제 효과를 얻을 수 없으며 임계치를 초과할 경우 물성이 저하된다.
이러한, 팽창재는 섬유보강재 100 중량부, 무기팽창재 30 내지 65 중량부, 금속분말계 팽창재 3 내지 5 중량부, 안정제 2 내지 3 중량부, 강도증진제 25 내지 35 중량부, 알칼리자극제 15 내지 25 중량부로 이루어진 하이브리드 팽창재를 사용할 수 있다.
즉, 하이브리드 팽창재를 구성하는 무기팽창재는 모르타르의 경화 후 수축에 대한 보상 팽창을 하도록 하여 모르타르의 경화 후 건조수축이 발생하는 균열을 억제하기 위한 구성이다.
시멘트의 단점인 경화 후 수축을 고려하여 사용되는 구성으로 임계치 미만일 경우 팽창효과가 미미하여 수축균열을 억제하지 못하게 되고, 임계치를 초과할 경우에는 과팽창되어 경화체가 파괴되는 현상이 발생함은 물론 전체적인 물성이 급격하게 저하되는 문제가 발생하게 된다.
그리고 팽창재를 구성하는 섬유보강재는 모르타르의 인장력 증대, 국부적 균열의 생성 및 성장을 억제하면서 역학적 성질을 개선 및 보강하기 위해 이용하는 것으로, 모르타르 내에서 불연속적이며 단상인 섬유질 재료를 분산시켜 사용하게 된다.
이러한 섬유보강재는 천연 섬유 또는 기모 섬유의 외부를 PLA 복합소재로 코팅하여 형성될 수 있다. 천연 섬유는 박만 형태의 펄프섬유, 면섬유, 셀룰로우스섬유, 대나무섬유 중 하나로 이루어질 수 있다. PLA 복합소재는 PLA 수지 100 중량부에 대해서 PCM 캡슐 파우더 30 내지 40 중량부, 코폴리머(co-polymer) 20 내지 30 중량부 중량부, 재생 폴리프로필렌에 탄소섬유와 난연제를 첨가한 재생 폴리프로필렌 수지 10 내지 13 중량부를 혼합한 것을 사용할 수 있다.
여기서 PLA(PolyLactic Acid)는 옥수수 전분을 주원료로 한 천연 식물계 원료로, 합성수지(PC, ABS 등)를 포함하지 않고 자연 조건 하에서 100% 분해된다. 또한, 다이옥신 등의 유해물질 발생 및 기타 환경오염을 방지할 수 있다. PLA(PolyLactic Acid)는 사출 및 압출플라스틱에 대한 대체가 가능하며, 범용적인 물적 특성을 가진 획기적 친환경 수지로 모든 범위의 플라스틱(Plastic) 제품화가 가능하다. 한편, PLA(PolyLactic Acid)은 결정성, 자연순환형, 생체적합, CO2 저감 등에 대한 특성을 갖으며, PLA(PolyLactic Acid)는 식물계 원료로 제품의 자연적 분해가 가능한 친환경 소재이다. 보다 구체적으로, 식물계 원료, 젖산, 고분자, 레진(Resin), 제품, 분해의 싸이클 프로세스(Cycle Process)에 의해 자연적 분해가 가능한 특성을 갖는다.
여기서 PLA에 대해서 PCM 캡슐 파우더(Phase Change Material Microcapsul Powder)를 추가함으로써, 경화된 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 외부에서 주변의 온도가 상승하면 열을 흡수하고, 주변의 온도가 낮아지면 결정화되어 열을 방출하는 축열, 발열의 특성을 반복적으로 나타내어 외부의 온도 변화에 대해서 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 외부 온도 하강시 열 방출 효과를 제공하고, 외부 온도 상승시 열 흡수 효과를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에서 사용되는 PCM 캡슐 파우더는 상전이 물질로, 고체, 용융, 열에너지 흡수, 액체, 응결, 열에너지 방출, 고체로 반복적으로 변하는 재질로 형성된다.
다음으로 재생 폴리프로필렌 수지는, 폐합성수지인 재생 폴리프로필렌에 탄소섬유를 첨가 혼합하여 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Garbon Fiber Reinforced Plastic)인 폴리프로필렌 수지를 수득하게 되는데, 탄소섬유 강화 폴리프로필렌 수지는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공성이 우수하다는 장점이 있다.
여기서, 폴리프로필렌 100 중량부를 기준으로 탄소섬유 13 내지 15 중량부가 첨가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대해서 자외선차단제 1 내지 2 중량부, 난연제를 5 내지 7 중량부를 첨가 혼합하여, 인장강도가 우수한 폴리프로필렌에 파단강도가 우수한 탄소섬유를 첨가 혼합하여 거푸집으로서 요구되는 파단강도를 갖추게 되고, 인화성 물질인 폴리프로필렌에 난연성을 부가하여 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 내부 보강재 등에 열이 가해져서 500℃ 이상이 되면 미세 다공질이 무수히 많은 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하다. 또한 상기 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명에서 섬유보강재 조성물에 대해서 필름 타입의 시트를 형성하기 위해 압출장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성하는데, 여기서 450 내지 550 ℃의 온도에서 용해시키는 것이 바람직하다. 이후, 용용상태의 압출 용융물을 통과시 T-die 방식으로 필름 타입의 시트를 형성하며, 다이의 출구에 부착된 냉각장치를 필름 타입의 시트를 냉각시킨다. 냉각시 필름 타입의 시트에 대한 냉각을 수행한 뒤, 냉각을 위해 가이드 롤러로 전달한다. 여기서 사용되는 냉각장치는 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 필름 타입의 시트에 대한 온도를 제어할 수 있다. 여기서 온도 설정 범위는 실온 상태에 해당하는 가이드 롤러에 의한 냉각과 압출 용융물에 대한 다이에 의한 T-die 방식을 이용해 필름 타입의 시트 생성 직후의 온도 차를 고려하여 6℃ 내지 10.5℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이후, 가이드 롤러에 의해 냉각된 필름 타입의 시트를 연신장치로 안내되며, 가이드 롤러에 의해 필름 타입의 시트에 대한 연신 장치로의 이송을 수행하면서, 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 실온 상태에서 열안정화 과정을 제공할 수 있다. 연신장치는 가이드 롤러를 통과한 필름 타입의 시트를 박막 필름이 되도록 눌러 잡아당기는 연신을 수행한다. 보다 구체적으로, 연신시 필름 타입의 시트에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 섬유보강재 필름에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 3.8 내지 4.2 배가 증가하도록 한다. 여기서, 연신시 가열 온도는 320 내지 350 ℃, 가압 상태는 330 내지 350mbar 상태이며, 섬유보강재 필름의 두께를 350㎛로 생산시 바람직하게는 325 ℃, 335mbar 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편 연신시 상술한 온도 범위보다 온도가 높아지는 경우 분자의 자유도가 높아져 분자의 배향이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 연신이 잘 이루어지지 않고 폴리프로필렌 시트가 연신되지 못하고 끊어지는 현상이 일어난다.
한편, 섬유보강재 필름 시트에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 섬유보강재 필름 시트에 대한 연성화와 함께 메쉬 공정에 따라 다이아몬드 형상 구조, 그물 형상, 사각형 형상을 갖는 균일한 격자 구조(메쉬 구조)를 형성할 수 있다. 이와 같은 메쉬 구조를 형성함으로써, 유연성을 제공하고, 다수의 메쉬구조의 폴리프로필렌 시트를 적층하고 발포함으로써, 무게를 획기적으로 줄일 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 생성된 섬유보강재 필름 시트에 대해서 겹겹이 적층한 뒤, 발포폼의 제조 공정과 같이 전체 공정은 투입된 합성수지 입자를 부풀려 발포시키는 발포단계와, 발포된 입자에 포함된 수분을 제거하는 건조단계와, 건조된 발포 입자에 고온 증기를 공급하여 발포 입자가 서로 엉켜 결합되게 하는 성형단계로 이루어지고 상기 성형 단계를 수행하기 전에 코팅 단계를 더 수행할 수 있다.
여기서 발포제는 전체 섬유보강재 필름 시트 100 중량부에 대하여 발포제 12 내지 15 중량부를 배합하는 것이 바람직하다. 여기서 발포제의 함량이 15 중량부를 최종적으로 생성되는 섬유보강재의 강성과 내열성, 표면 경도가 현저히 저하되어 절연제의 응용에 부적합하므로 바람직하지 않으며, 12 중량부 미만이면 비중, 발포성, 성형성, 충격특성이 저하되어 바람직하지 않다. 이때 주로 사용되는 화학 발포제는 Sodium bicarbonate(NaHCO3)가 주로 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 섬유보강재 필름 시트 간을 발포타입의 적층을 통해서, 섬유보강재 필름 시트 원료의 비중에 대해서 발포제로 인한 배합으로, 비중을 낮출 뿐만 아니라, 절연성을 높일 수 있다.
각 섬유보강재 필름 시트 생성시, 섬유보강재 필름 시트가 각 이송장치 상부에 있는 프레임에 의해 이송되는 경우, 로터리성형기의 회전원반을 회전시키면서 각 섬유보강재 필름의 사이에 용융된 발포제를 혼합하는 방식한 뒤, 금형에 의해 사출성형시키면서 성형된 금형에는 냉각을 시켜 제품을 취출하는 로터리성형 과정을 수행할 수 있다.
이에 따라 섬유보강재의 길이는 3 내지 5mm인 것을 사용하게 되는데 이러한 섬유보강재를 팽창재 내부에서 다른 팽장재 조성물 간의 관계에서 기준치 미만 사용할 경우에는 피로와 충격하중에 의해 발생하는 균열을 억제하는 효과가 감소하고, 기준치를 초과할 경우에는 섬유볼이 발생하여 급격한 물성 저하가 발생하게 된다.
한편, 무기팽창재는 K형, S형, M형 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
또한, 하이브리드 팽창재를 구성하는 금속분말계 팽창재는 모르타르의 경화 전 소성침하 균열과 소성수축 균열을 억제하기 위한 것이다.
이러한 금속분말계 팽창재는 시멘트의 알칼리와의 반응으로 생성되는 수소가스를 이용하여 발포에 의해 팽창하는 것으로 Mg, Zn, Al 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이때에 금속분말계 팽창재의 입자는 부정형으로서 분말도는 50㎛이하의 것을 이용하도록 한다.
이러한, 금속분말계 팽창재는 임계치 미만일 경우에는 발포에 의한 팽창효과가 미미하며, 임계치를 초과할 경우에는 경화체가 파괴되는 현상 및 전체적인 물성이 급격하게 저하되는 현상이 발생하게 된다.
그리고 하이브리드 팽창재를 구성하는 안정제는 시멘트의 알칼리와의 반응로 생성되는 수소가스를 이용하여 발포에 의해 팽창하는 금속분말계 팽창재의 발포 성능을 물성저하가 발생하지 않으면서 안정화하기 위한 중요한 요소 중 하나이다.
이러한 안정제가 임계치 미만으로 혼합되면 금속분말계 팽창재가 발포량이 많아지게 되어 팽창재 성능이 저하되고 임계치를 초과하여 혼합할 경우에는 빠른 반응성으로 인하여 모르타르의 시공불량 및 강도저하 현상이 발생하게 된다.
상기와 같은 안정제는 소듐실리케이트, 소듐하이드록사이드 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합으로 이루어질 수 있다.
또한, 하이브리드 팽창재를 구성하는 강도증진제는 포졸란 물질로 자체적으로는 물과 반응하여 경화하는 성질을 가지고 있지 않지만, 상온의 조건하에 미분말의 상태에서는 수분의 존재하에 수산화칼슘과 반응하여 수경성을 가지는 Silicate 또는 Aluminate 성분을 생성하는 물질을 지칭한다.
상기 포졸란 물질인 강도증진제는 모르타르 조성물의 팽창재에 혼입하여 시멘트 경화체의 공극을 화학적 및 물리적으로 충진하여 치밀화시킴과 동시에 적은량의 시멘트 사용으로도 요구하는 강도를 발휘할 수 있으며, 특히, 금속분말계 팽창재의 사용으로 인한 강도 손실을 보상하기 위해 포함된다.
이러한 포졸란 물질인 강도증진제는 플라이애쉬, 슬래그, 실리카흄, 메타카올린, 화산재, 왕겨재, 응회암 중 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 물질의 혼합물리 이루어질 수 있다.
상기와 같은 강도증진제는 임계치 미만일 경우 수화 경화체의 조직이 치밀하지 못하여 강도가 하락하는 문제가 발생하게 되고, 임계치를 초과하여 사용할 경우 미반응물질이 발생하여 물리적 성질이 감소하게 된다.
또한, 하이브리드 팽창재를 구성하는 알칼리자극제는 금속분말계 팽창재의 발포성능 향상에 영향을 미치는 구성으로서 강도증진제 및 안정제와 같이 사용함으로써 그 성능이 더욱 활성화된다.
이러한 알칼리자극제는 나트륨계와 칼슘계가 있으며 본 발명에서는 골재가 물과 시멘트 중의 알칼리물질과 반응하여 골재가 비정상적으로 팽창하는 알칼리 골재반응의 우려가 있는 나트륨계 대신 칼슘계를 사용한다.
상기 칼슘계 알칼리자극제로서 생석회, 소석회, 탄산칼슘이 있으며 본 발명에서는 이중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 알칼리자극제는 임계치 미만으로 사용할 경우 금속분말계 팽창재가 조기에 발포되지 않게되고, 임계치를 초과할 경우에는 안정제와 더불어 빠른 반응성으로 인해 모르타르의 시공불량, 강도저하 등의 문제가 발생하게 된다.
폴리카본산계 고유동화제는 모르타르의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 하는 역할을 한다.
유동화제로서는 폴리카본산계 외에 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌슬폰산계 또는 알킬아릴슬폰산계 유동화제를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합 사용이 가능하다.
특히, 유동화제 사용시 응결시간에 영향을 주므로 응결시간 조절제를 적절히 포함하여 사용할 수 있다.
규사는 모르타르 혼합재로 사용되며, 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 유동성 및 치밀성을 향상시키기 위함이다.
기타 첨가제는 "섬유", "고무재", "탄성향상제", "나노화이바", "모링가액"을 참가할 수 있으며, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 100 중량부를 기준으로 섬유, 고무재, 탄성향상제, 나노화이바, 모링가액은 각각 0.2 내지 0.3, 0.5 내지 0.7, 0.2 내지 0.5, 0.3 내지 0.5, 0.1 내지 0.2 중량비로 이루어지는 경우, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물과의 혼합비 상에서 접착성, 경도, 방수층 내크랙성, 내알칼리성을 극대화시킬 수 있는 조성비가 실험적으로 확인되었을 뿐만 아니라, 프라이머 도포층과의 부착력도 극대화되는 것이 실험으로 확인되었다.
먼저, "섬유"는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 바잘트(Basalt) 섬유 중 적어도 하나 이상의 소재를 보강하여 콘크리트 교면방수재에 의해 형성된 방수막으로 작용하는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 처짐, 방수막 크랙 등의 발생을 방지하고 내열성과 내한성에 우수하도록 할 수 있다.
여기서 섬유는 미세한 그물조직으로 밀실한 조직을 형성하여 콘크리트 교면방수재의 크랙을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.
"고무재"는 신율을 증진시킴으로써, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르가 경화된 뒤에 파단될 수 있으므로 신율은 매우 중요하므로 추가될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물에 고무성분이 들어간 수지를 첨가하면 신율이 극대화될 수 있으며, 방수성에 우수한 내산성 에폭시를 사용하고 타르로 신율을 증진시키는데, 신율은 잦은 소규모 지진 등 때문에 매우 중요하므로 추가 물질로 고무성분을 추가함으로써 신율을 더욱 증대시키는 것이다.
본 발명에서 추가되는 고무재는 '아크릴로니트릴 부타디엔 고무(아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 고무) [acrylonitrile-butadiene rubber] = NBR'일 수 있다.
다음으로, "탄성향상제"는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 탄성 및 내구성을 향상시키기 위해 첨가되며, Silica nanoparticles, Copolymers, 2-methoxy-1-methylethyl acetate, 1-mehoxy-2-propanol; Surface-treated silica nanoparticles, Copolymers, HDDA(hexamethylene diacrylate), 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol; Silica nanoparticles, Copoylmers, 2-methoxy-1-methylethyl acetate, 1-mehoxy-2-propanol; 으로 이루어지는 것 중 하나의 군에 해당하는 것이 첨가될 수 있다.
"나노화이바"는 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 도포시 미세하게 거친 공극을 형성시켜 해당 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 형성 후 표면보호형 코팅제에 해당하는 추가 층을 도포할 때 접착력을 우수하도록 하기 위해 셀룰로오스 나노화이바가 추가될 수 있다. 또한, 나노화이바가 참가된 본 발명에 따른 내친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물은 셀룰로오스계 나노화이바 첨가물이 함유되어 프리이머 및 코팅층과의 강한 부착력을 발휘하고 계절로 인한 극명한 온도차이의 환경에서 더욱 흔히 발생하는 도막의 균열을 방지하고 동결융해 저항성을 향상시킨다.
셀룰로오스 나노화이바는 미세하게 거친 표면의 형상으로 인해 프라이머에 대해서 고리 형식의 입자를 형성하여 높은 부착력을 발휘하며 기온의 급격한 변화에도 높은 신장율을 유지하므로 크랙현상을 방지한다.
한편, 셀룰로오스 나노화이바의 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 상에서 뭉침이 발생함을 방지하기 위해 추가되는 경화제는 아민 타입의 첨가제를 함유하여 주제와 경화제 교반 시 셀룰로오스의 분해를 돕도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르와 함께 사용되는 경화제는 주제 조성물 입자끼리의 결속을 증대시킴 경화 후 내구성, 내크랙성 향상을 위해 아민타입인 지방족 아민계 경화제, 그 밖의 치환족 아민계 경화제, 방향족 아민계 경화제, 산무수물 경화제, 아미다졸계 경화제를 하나 이상 혼합하여 이루어지나, 본 발명에서 경화제는 알칼리 및 산에 강한 폴리아민을 포함하는 폴리아마이드 변성 폴리아민을 주경화제로 하여 사용하도록 한다.
"모링가액"은 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물의 혼합에 있어서 항균, 항곰팡이, 미생물의 근식방지를 위해 사용되는 것이 바람직하다.
모링가액은 모링가씨의 섬유층을 잘게 분쇄한 분말을 증류수와 1 : 2 내지 3의 중량비로 희석하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
시멘트 100 중량부를 기준으로 리오셀 섬유 2 중량부, 제올라이트 미분말 3 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 0.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 팽장채로 이러한, 팽창재는 섬유보강재 100 중량부, 무기팽창재 30 중량부, 금속분말계 팽창재 3 중량부, 안정제 2 중량부, 강도증진제 25 중량부, 알칼리자극제 15 중량부로 이루어진 하이브리드 팽창재를 사용하여 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
시멘트 100 중량부를 기준으로 제올라이트 미분말 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
시멘트 100 중량부를 기준으로 리오셀 섬유 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 3)
시멘트 100 중량부를 기준으로 초산비닐계 폴리머 4.5 중량부, 팽창재 1.0 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 폴리머 모르타르 조성물을 제조하였다.
[성능 평가]
(1) 모르타르 조성물의 물성
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 모르타르 조성물을 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 응결시간 : KSF 2436
2) 휨강도 : KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
5) 길이변화율 : KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법에 따라 측정하였다. 그 값은 초기 시공체의 값을 0으로 하여, “-”는 수축율을 나타내는 것이며, “+”는 팽창율을 나타내는 것이다.
6) 플로우 : KS L 5220에 준하여 실시하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
응결시간(분) 초결 27 26 36 39 59
종결 32 31 55 60 110
휨강도
(N/mm2)		 기중 21 22 15 13 8
수중 18 19 12 10 7
압축강도
(N/mm2)		 기중 75 79 54 49 42
수중 71 74 49 42 37
부착강도
(N/mm2)		 기중 7.9 8.2 3.7 3.5 2.7
수중 6.8 6.9 1.7 1.4 1.1
길이변화율(%) +0.006 +0.004 +0.05 +0.03 +0.10
플로우(mm) 81 75 150 141 139
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물의 경우, 종래의 수중 구조물용 모르타르 조성물에 비하여 물성이 현저하게 우수하며, 특히 기중 및 수중에서의 휨강도, 압축강도 및 부착 강도가 현저히 우수할 뿐만 아니라 길이변화율도 현저히 상대적으로 우수한 성능을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
(2) 단면복구 성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
120℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
내후성(백색) 표면경도 내수성
실시예 1 △E1.9 4H 780hr
실시예 2 △E1.6 5H 810hr
비교예 1 △E2.1 3H 510hr
비교예 2 △E3.3 3H 410hr
비교예 3 △E4.2 2H 320hr
상기 표 1 및 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르을 이용하여 표면보수 및 단면복구를 시공하면 모르타르의 성능도 우수하고, 콘크리트와의 부착성도 뛰어나며, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하므로 지하 콘크리트 구조물의 보수 보강을 효율적으로 할 수 있으며 또한, 보수 보강의 효과도 장기간 동안 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 사용재료 및 함량을 갖는 본 발명에 따른 친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르의 시공시, 스프레이 뿜칠 시공, 미장시공, 슈트 및 연속시공, 셀프레벨링 시공에 의할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

  1. 치핑 및 고압수 세척을 통해 바탕면 정리하는 제 1 단계;
    바탕면이 정리된 상태에서 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포하는 제 2 단계;
    철근방청제가 도포된 면에 프라이머를 도포하는 제 3 단계; 및
    친환경 리오셀 섬유 및 합성 제올라이트 미분말을 포함하는 친환경성 폴리머 모르타르 조성물을 도포하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제 4 단계의 친환경성 폴리머 모르타르 조성물은, 시멘트, 리오셀(Lyocell) 섬유, 제올라이트(Zeolite) 미분말, 초산비닐계 폴리머, 팽창재, 폴리카본산계 고유동화제, 규사 및 첨가제를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하되,
    상기 제올라이트 미분말은, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지 100 중량부를 기준으로 폴리아미드 수지 20 내지 30 중량부, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone) 1 내지 5 중량부, 돌가루 2 내지 3 중량부, 중탄 5 내지 7 중량부, 금속 수산화물 30 내지 40 중량부의 비율로 포함하는 폴리페닐렌 설파이드를 추가하여 얻어지는 제올라이트 미분말 복합 수지를 사용하는 것을 특징으로 하며,
    상기 돌가루는 석면을 불포함하는 탈컴(talcum)을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 4 단계 이후,
    보수 모르타르 충진이 수행된 외부면에 표면보호용 코팅제를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제 4 단계의 친환경성 폴리머 모르타르 조성물 충진시 타설 방법으로, 스프레이 뿜칠 시공, 미장시공, 슈트 및 연속시공 중 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경성 폴리머 모르타르를 이용한 구조물 단면 보수 보강 공법.
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