KR102353112B1 - 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법 - Google Patents

폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 최근 코로나바이러스감염증-19(Coronavirus disease 2019 ; COVID-19) 펜데믹에 따라 전세계에서 일반화되어 있는 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법에 관한 것이다.

Description

폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법{Mortar composition for repairing of concrete structure comprising pyrolysate of waste artificial marble and fiber stiffener and the method of repairing cross-section of concrete structure using thereof}
본 발명은, 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 최근 코로나바이러스감염증-19(Coronavirus disease 2019 ; COVID-19) 펜데믹에 따라 전세계에서 일반화되어 있는 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법에 관한 것이다.
일반적으로, 철근 콘크리트 구조물은 화학적 부식환경, 염해 및 중성화, 수분침투 등에 의해 내부의 철근이 부식하게 되고, 철근의 부식은 철근의 팽창으로 이어져 결국 콘크리트 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성 저하를 초래한다.
이러한 구조물의 열화는 계속 진행되면 결국, 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 콘크리트 구조물의 내구성 증진을 위해 지속적으로 단면복구나 표면보호와 같은 보수공법들이 사용되고 있다.
즉, 콘크리트 구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이 있거나 균열의 발생은 열화요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능의 확보를 위해서는 열화 초기에 보수를 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 회복하고 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후, 단면을 그 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면복구재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시한다.
상기와 같이 단면복구재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 종래 단면복구 및 표면보수 시공에는 시멘트계 모르타르나, 폴리머 시멘트 모르타르를 사용하고 있는데, 한국공개특허 10-2015-0101708(공개일자 2015년09월04일)에 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 산화철(Fe2O4) 및 아질산염(2% 수용액)을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1566965(등록일자 2015년11월02일)에는 포틀랜드 시멘트 10~50 중량부; 제강 슬래그 1~20 중량부; 무수석고 1~5 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 0.3~2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1590951(등록일자 2016년01월27일)에는 보통포틀랜드 시멘트 22.41-23.28 중량%, 규사 55.27-56.93 중량%, 아노르싸이트 분말 3.74-4.21 중량%, 연석고 분말 14.73-16.28 중량%, 재분산성 아크릴 분말 0.31-0.42 중량%, 고성능 감수제 0.56-0.70 중량% 및 폴리비닐알콜섬유 0.82-0.97 중량%를 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 복구용 모르타르 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1801616(등록일자 2017년11월21일)에는 콘크리트 구조물 단면복구용 시멘트 모르타르 조성물로서, 초기강도 발현 무기 결합재 5∼75중량%, 잔골재 10∼80중량%, 기능개선 혼화제 0.01∼20중량% 및 물 0.1∼30중 량%를 포함하며, 상기 기능개선 혼화제는, 강도 및 부착력을 개선하기 위한 초산비닐-비닐버사테이트 공중합체 50∼99중량%, 접착력 및 내구성을 개선하기 위한 에틸렌-메타크릴에시드 공중합체 0.1∼25중량%, 점도 및 내구성을 개선하기 위한 메타크릴산메틸-부타디엔고무 공중합체 0.1~25중량%, 내산성 및 내알칼리성을 개선하기 위한 염화비닐리덴- 염화비닐 공중합체 0.1∼25중량% 및 강도 및 내구성을 개선하기 위한 지르코알루미네이트 0.1∼25중량%을 포함하고, 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하여 안정적인 콘크리트 구조체를 형성하기 위하여 하이드록시에틸셀롤로오스 및 폴리아크릴에시드가 중량비로 0.05∼0.8 : 0.2∼0.95 비율로 혼합된 혼합물 0.01∼10중량%를 더 포함하고, 에틸렌-플루오로에틸렌 공중합체 0.01∼10중량%, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 0.01∼10중량%를 더 포함하며, 상기 초기강도 발현 무기 결합재는, 조강 포틀랜드 시멘트 10∼80중량%, 알루미나 시멘트 1∼35중량%, 트리칼슘 알루미네이트 1∼35중량%, 고로슬래그 분말 1∼40중량%, 화산재 5∼30중량%, 무수석고 1∼20중량%, 마그네사이트 0.01~10중량%, 벤토나이트 0.01∼10중량% 및 이탄 또는 토탄(peat) 0.01∼10중량%, 산화티탄 0.01∼10중량%, 피브로퍼라이트(Fibroferrite) 0.01∼10중량%를 포함하고, 상기 잔골재는 실리카질 규사 50∼99중량%, 석회석 0.1∼40중량% 및 견운모 0.1∼40중량%를 포함하며, 상기 조성물로 제조한 모르타르의 압축강도는 536~580 kgf/㎠이고 휨강도는 114~131 kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수용 경량 모르타르 보수재 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2232277(등록일자 2021년03월19일)에는 보통 포틀랜트, 알루미나 시멘트 및 고로슬래그 분말로 구성된 수산화칼슘 결합재, 산화규소, 분산제, 폴리머수지, 실리카 흄, 수산화칼륨, 산화칼슘을 포함하여 이루어지되, 상기 수산화칼슘 결합재를 100 중량부로 할 때, 상기 산화규소 100~130 중량부, 입도 160 메시인 분산제 0.1~0.3 중량부, 폴리머 수지 14~28 중량부, 실리카흄 28~56 중량부, 수산화칼륨 17~100 중량부, 산화칼슘 90~110 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초속경 고강도 무기계 폴리머 몰타르 조성물을 이용한 콘크리트 보수보강 공법이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2021-0070467(공개일자 2021년06월15일)에는 시멘트 100 중량부에 대하여 규사 50~250 중량부, 실리카 흄 01~8 중량부, 폴리머 1~10 중량부, 보강섬유 0.5~5.0 중량부; 칼슘알루미나설파이트(CSA) 1~10 중량부; 무수석고 1~10 중량부; 수축저감제 0.5~2.0 중량부; 소포제 0.1~1.0 중량부; 개질유황 0.1~5 중량부; 팽창폴리머 비드 0.01~0.2 중량부; 감수제 0.1~0.5 중량부; 및 유리분말을 가공 처리한 다공성 골재 1~5 중량부;를 포함하는 콘크리트 구조물 보수용 경량 모르타르 조성물이 공지되어 있다.
그러나, 콘크리트는 건조수축, 온도 변화 등에 의해서도 균열이 발생되며, 이러한 구조물의 균열부위 및 표면에서 콘크리트의 열화 및 중성화가 촉진됨과 동시에 구조물의 콘크리트 부분에서 열화현상이 복합적으로 발생되어 구조물의 표면이 박리, 박락의 현상을 보이는 문제가 있으므로 철근 콘크리트 구조물의 결함을 보수하거나 보강하여야 하고, 이에 사용되는 몰타르는 기존의 구조물 표면이나 단면 등에 보충하여 타설하였을 때 기존의 콘크리트 구조물과 일체로 결합하여 인장강도 및 압축강도가 동일하게 결합할 수 있어야 하는데, 상기 종래의 선행문헌들의 보수모르타르들은 초기 복구 및 보수시공시에는 부착강도가 발현되나, 콘크리트 구조물 강력한 접착이 이루어지지 않아 시간이 경과할 수록 열화되거나 인장강도가 미흡하여 균열이 발생하여 다시 보수공사를 해야 하는 문제점이 있었다.
[특허문헌 001] 한국공개특허 10-2015-0101708(공개일자 2015년09월04일) [특허문헌 002] 한국등록특허 10-1566965(등록일자 2015년11월02일) [특허문헌 003] 한국등록특허 10-1590951(등록일자 2016년01월27일) [특허문헌 004] 한국등록특허 10-1801616(등록일자 2017년11월21일) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-2232277(등록일자 2021년03월19일) [특허문헌 006] 한국공개특허 10-2021-0070467(공개일자 2021년06월15일)
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하고자 한 것으로, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폐마스크 섬유는 실리카, 티타니아, 알루미나 또는 지르코니아의 금속산화물; 나노구리; 활성탄; 그래핀 또는 은-실리카 복합체로부터 선택되는 1종 이상으로 코팅된 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 금속산화물, 나노구리, 활성탄, 그래핀은 용매 내에 분산시킨 콜로이드 용액으로 마스크 섬유에 코팅된 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 은-실리카 복합체는 실리카 입자 표면에 은(Ag) 입자가 결합된 것으로 상기 실리카 입자와 은(Ag) 입자가 졸-겔법에 의한 에멀젼 상태로 마스크 섬유에 코팅된 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료는 폐인조대리석을 60~100메쉬로 파분쇄한 분말을 가열, 열분해하여 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 상기 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지를 회수하고, 회수된 잔류물을 소성하여 회수한 알루미나를 포함하는 무기재료인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 단면복구 대상부위를 브레이커로 파쇄 및 치핑하고, 레이턴스 및 이물질을 그라인더, 샌드블라스터, 고압수세척기, 워터젯으로부터 선택되는 방법으로 제거하여 전처리하는 단계와; 상기 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 상기 전처리된 단면복구 대상부위에 미장 또는 숏크리트방식으로 충전 시공 및 양생하는 단계;를 포함하는 콘크리트 단면 복구 시공 공법을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 전처리하는 단계 후에는 상기 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물의 콘크리트 단면에 대한 접착강도를 강화하기 위하여 아크릴수지, 에틸렌비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트 또는 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 프라이머를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 복구 시공공법은, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 우수한 효과가 있다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물은, 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료;를 보강재로 포함하여 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있도록 구성된다.
본 발명에서, 상기 무기결합재는 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상 사용할 수 있다.
여기서, 상기 고로슬래그분말은, 잠재수경성을 가지고 있으며, 그 자체로 경화하는 성질은 미약하지만, 시멘트와 혼합할 경우 수산화칼슘이나 황산염의 작용에 의해 경화가 촉진되고 시멘트만으로는 얻을 수 없는 우수한 콘크리트의 특성을 얻을 수 있다.
즉, 상기 고로슬래그분말의 전체 성분 중 약 30중량%가 이산화규소로 구성되며, 시멘트와 비교하여 산화칼슘의 함유량이 상대적으로 적고, 이산화규소 및 산화알루미늄이 각각 약 10중량% 정도 더 함유됨에 따라, 상기 고로래그분말이 시멘트와 혼합 경화시 치밀한 조직으로 경화된다.
또한, 상기 니켈슬래그분말은 니켈 제련과정에서 발생하는 산업부산물인 니켈슬래그를 분쇄한 것으로 상기 니켈 슬래그 분말은 MgO 성분이 30-35중량% 함유되어 있어 이 성분은 열과 산에 대한 안정성을 가지므로 상기 니켈슬래그분말을 포함하는 모르타르는 내열 및 내산성이 우수하게 된다.
또한, 상기 급냉제강환원슬래그분말은 모르타르의 속경성을 나타내고 콘크리트 공극 충진 및 초기강도 발현을 위하여 혼합 사용한다.
즉, 상기 급냉제강환원슬래그분말은 용융환원 슬래그에 고압, 고속가스를 분사, 비산시켜 급냉하여 분쇄한 것으로, 속경성 수화물인 Mayenite(C12A7, 12CaO·7Al2O3 또는 C11A7·CaF2, 11CaO·7Al2O3·CaF2)이 다량 함유되어 있는 CA계 미분말이며, C12A7은 물과 반응할 경우 급결이 일어나는 광물이므로 초속경성 효과가 있고, 시멘트의 주요 구성 화합물이면서 수경성에 크게 기여하는 β-C2S(Belite, β-2CaO·SiO2) 및 마그네시아(MgO,Periclase)가 다량 함유되어 있으므로 본 발명에서는 모르타르의 속경화 및 공극충진에 의한 초기강도 발현을 위하여 혼합 사용한다.
또한, 상기 플라이애시분말은 석탄의 연소시 잔류되는 불연성분으로 일반적으로 화력발전소 등에서 사용되는 석탄재로부터 추출되며, 이때 석탄재는 플라이애시(fly ash)와 바텀애시(bottom ash)로 구분되는데, 특히, 상기 플라이애시는 석탄이나 중유를 보일러 연료로 사용하는 화력발전소에서 연료의 연소과정에서 발생되는 회분을 굴뚝에서 전기 집진기로 포집한 연소재로서, 구상 입자 크기는 시멘트와 같은 정도이며 이산화규소 및 산화알루미늄이 주성분이고 산화철이 함유된다.
이때, 상기 플라이애시분말은 시멘트와 혼합 경화시 포졸란 반응에 의하여 콘크리트 공극 충진 및 장기강도 발현을 위하여 혼합 사용하는데, 상기 포졸란 반응은 포졸란 물질에서 용출된 이산화규소 및 산화알루미늄과 같은 가용성분이 시멘트 구성 화합물(C3S, C2S 등)에 수화시 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 서서히 반응하여 불용성 칼슘실리케이트 수화물(CS-H gel) 이나 칼슘알루미네이트 수화물(C-A-H gel)을 형성하여 그 조직을 더욱 치밀하게 만들면서 장기 강도를 발현하게 된다.
또한, 상기 잔골재는 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재로서 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 0.3~1mm 입자크기이다. 상기 잔골재는 수분함량이 3% 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 폐마스크 섬유는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 부직포 섬유로서, 실리카, 티타니아, 알루미나 또는 지르코니아의 금속산화물; 나노구리; 활성탄; 그래핀 또는 은-실리카 복합체로부터 선택되는 1종 이상으로 코팅된 것일 수 있다.
예를들어, 최근 코로나바이러스감염증-19(Coronavirus disease 2019 ; COVID-19) 펜데믹에 따라 전세계에서 사용되는 인체 마스크는 바이러스뿐만 아니라 각종 세균, 미세먼지 등을 필터링할 수 있는 마스크용 부직포 또는 섬유소재를 사용하고 있는데, 최근 사용되고 있는 마스크 소재들을 살펴 보면, 대기 중 포함된 다양한 미세먼지를 효과적으로 걸러낼 수 있으며, 정전 성능을 오래 유지할 수 있는 있도록, 물리 화학적 결합력이 우수한 그래핀 소재를 부직포 등에 코팅하여 이를 필터로 사용한 마스크가 개발되어 있다.
또한, 마스크 섬유는 가교결합된 고분자들의 네트워크를 구비하는 매트릭스와 상기 매트릭스 내에 분산된 무기나노입자로서, 실리카, 티타니아, 알루미나 또는 지르코니아의 금속산화물로 코팅된 마스크가 사용되고 있다.
또한, 백토 50~70중량%와 나노구리(Cu2+) 25~40중량% 그리고 순지트(shungite) 5~10중량%가 포함된 퀀텀 파우더(Quantum Powder)를 조성한 후 이 퀀텀 파우더(Quantum Powder)를 마스크의 부직포나 도로시 원단에 코팅하여 제조된 마스크가 개발되어 사용되고 있으며, 이 외에도 활성탄을 코팅하여 사용되는 것도 있다.
상기와 같은, 상기 금속산화물, 나노구리, 활성탄, 그래핀은 용매 내에 분산시킨 콜로이드 용액으로 마스크 섬유에 코팅하여 제조될 수 있는 것이다.
또한, 상기 은-실리카 복합체는 실리카 입자 표면에 은(Ag) 입자가 결합된 것으로 상기 실리카 입자와 은(Ag) 입자가 졸-겔법에 의한 에멀젼 상태로 마스크 섬유에 코팅될 수 있다.
상기와 같이, 상기 폐마스크 섬유의 보강효과로 인하여 모르타르 조성물의 인장강도를 보강함과 동시에 모르타르의 건조수축 및 균열을 방지할 수 있으며, 상기 폐마스크 섬유에 코팅된 실리카, 티타니아, 알루미나 또는 지르코니아의 금속산화물, 나노구리, 활성탄, 그래핀 또는 은-실리카 복합체는 무기재로로서 모르타르 조성물의 강도를 보강할 뿐만 아니라 인체에 유익하고 기능성있는 친환경적인 효과도 기대할 수 있다.
한편, 최근 건축물이 고급화를 추구하게 되면서 우수한 외관을 갖는 천연대리석이 건축용 소재로서 각광받게 되었으며, 건축용 내외장재는 물론 그외 다양한 고급마감재로도 많이 사용되고 있다.
그러나, 천연대리석은 높은 표면경도와 수려한 문양에도 불구하고 무게가 필요 이상으로 무겁고 충격에 매우 약하며, 무엇보다 높은 가격으로 건축 시공비용을 상승시키기 때문에 건축자재로서 대중화되기에는 한계가 있었다.
이에 따라 개발된 인조대리석은 다양한 이미지와 무늬를 구현하며 광택이 뛰어나고, 심한 온도변화에 잘 견딜 뿐 아니라 수분 흡수율이 낮으며 강도가 높아 고급주택과 호텔, 아파트 등에 사용하면 훌륭한 인테리어효과를 구현할 수 있어 전 세계적으로 그 수요가 급격하게 증가하고 있다.
일반적으로 인조대리석은 메틸메타아크릴레이트(MMA, methyl methacrylate)와 같은 모노머와 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate)를 혼합한 시럽(syrup)에 무기충전제, 색깔 및 패턴을 구현하는 마블칩을 혼합하고 중합 개시제를 용해시킨 후 적정한 온도에서 캐스팅(성형 또는 주형 등)하여 제조하고 있다.
여기서 인조대리석은 용도의 특성상 마블칩에 의해 구현되는 외관이 상품가치에 큰 영향을 미치게 되므로, 인조대리석의 다양한 색깔 및 패턴을 구현하기 위한 방법으로 다양한 종류의 마블칩이 투입된다.
이러한 인조대리석은 제조 후 필요한 크기로 가공하여 싱크대나 기타물품의 상판으로 사용하게 되는데 가공과정에서 다량의 스크랩 및 분진이 부산물로 발생하게 되며, 이와 같은 부산물인 스크랩과 분진은 다른 제품화에 사용할 수 없어 거의대부분이 단순매립하거나 또는 소각에 의해 폐기처분하고 있을 뿐만 아니라, 사용후 폐기되는 인조대리석 제품도 단순매립하거나 또는 소각에 의해 폐기처분하고 있으므로 따라서 매립비용의 확보와 매립 후 지반이 불안정할 뿐만 아니라 이차적으로 토양오염이 유발되고, 소각할 경우에는 유해 가스나 악취의 발생 및 이산화탄소의 발생으로 대기 환경의 오염을 유발하는 문제점이 잇으므로 최근에는 다양한 방법으로 폐인조대리석을 재활용하는 방법이 개발되고 있다.
특히, 가장 재활용율이 높은 방법으로 폐인조대리석 분말을 열분해하여 휘발성물질인 MMA를 분리해 정제과정으로 순수한 MMA를 회수하도록 하고, 열분해가 완료된 잔여물은 소성로를 통해 완전 연소시킴으로써 미량의 불순물을 연소제거한 순수 알루미나를 수취하는 방법이다.
즉, 본 발명에서는 상기 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료는 폐인조대리석을 60~100메쉬로 파분쇄한 분말을 가열, 열분해하여 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 상기 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지를 회수하고, 회수된 잔류물을 소성하여 회수한 알루미나를 포함하는 무기재료인 것을 모르타르 보강재로 사용한다.
특히, 상기에서 MMA가 회수된 잔류물은 수산화알루미늄을 포함하는 무기재료로서 이를 800~1200℃로 소성하게 되면 결정상의 알루미나를 포함하는 무기재료가 회수된다.
상기와 같이, 회수된 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지는 본 발명의 모르타르 조성물의 접착강도 및 휨강도를 강화시키기 위한 폴리머 콘크리트를 형성할 수 있으며, 알루미나를 포함하는 무기재료는 모르타르 조성물의 강도를 보강할 수 있는 효과가 있게 된다.
한편, 본 발명의 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 단면을 복구하는 시공 공법은, 콘크리트 구조물의 단면복구 대상부위를 브레이커로 파쇄 및 치핑하고, 레이턴스 및 이물질을 그라인더, 샌드블라스터, 고압수세척기, 워터젯으로부터 선택되는 방법으로 제거하여 전처리하는 단계와; 상기 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 상기 전처리된 단면복구 대상부위에 미장 또는 숏크리트방식으로 충전 시공 및 양생하는 단계;를 포함하는 공법으로 시공될 수 있다.
이때, 선택적으로, 상기 전처리하는 단계 후에는 상기 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물의 콘크리트 단면에 대한 접착강도를 강화하기 위하여 아크릴수지, 에틸렌비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트 또는 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 프라이머를 도포하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
[본 발명의 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물의 제조]
시멘트 40kg, 고로슬래그분말 7kg, 급냉제강환원슬래그분말 5kg, 규사 60kg, 폐마스크 섬유 7kg, MMA 수지(폐인조대리석에서 회수된 것) 10kg, 알루미나를 포함하는 무기재료(폐인조대리석에서 회수된 것) 2kg 및 물을 포함하여 물/결합재비 40%의 모르타르 조성물을 제조하였다.
[본 발명의 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물의 제조]
시멘트 35kg, 고로슬래그분말 10kg, 니켈슬래그분말 7kg, 규사 60kg, 폐마스크 섬유 7kg, MMA 수지(폐인조대리석에서 회수된 것) 10kg, 알루미나를 포함하는 무기재료(폐인조대리석에서 회수된 것) 2kg 및 물을 포함하여 물/결합재비 40%의 모르타르 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 [실시예 1]에서 폐마스크 섬유를 사용하지 않은 것을 제외하고는 나머지 조성은 [실시예 1]과 동일하게 사용하여 제조하였다.
[비교예 2]
상기 [실시예 2]에서 폐인조대리석 열분해물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 나머지 조성은 [실시예 2]와 동일하게 사용하여 제조하였다.
[모르타르 성능평가]
상기 [실시예 1] 내지 [실시예 4]에서 제조된 모르타르 조성물을 이용하여 KS F 4042 콘크리트 구조물 단면복구 모르타르 시험방법에 준하여 시험을 실시하고 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
시험항목 품질기준 실시예 1 실시예 2 실시예 3
(비교예 1)		 실시예 4
(비교예 2)
휨 강도(N/㎟) 6.0 이상 9.8 10.5 8.2 9.4
압축강도(N/㎟) 20.1 이상 44.8 42.5 38.7 40.5
부착강도(N/㎟) 1.0 이상 1.9 2.2 1.7 1.5
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 모르타르 조성물은 모든 시험항목에서 품질기준을 만족하는 값을 나타내고 있으며, 특히, 폐마스크 섬유와 폐인조대리석 열분해물을 사용하지 않은 비교예와 대비할 때, 각각 인장강도와 압축강도가 높게 나타나는 것을 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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 (7)

  1. 시멘트, 고로슬래그분말, 니켈슬래그분말, 급냉제강환원슬래그분말 또는 플라이애시분말로부터 선택되는 1종 이상의 무기결합재와; 규사, 순환골재 또는 부순골재로부터 선택되는 1종 이상의 잔골재; 및 물을 포함하며, 인체 마스크 착용 후 폐기되는 폐마스크를 파분쇄하여 얻어지는 직경 50nm ~ 5㎛, 길이 1-5mm의 폐마스크 섬유와; 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료;를 보강재로 포함하되,
    상기 폐마스크 섬유는 알루미나 또는 지르코니아의 금속산화물로 코팅되되, 상기 금속산화물은 용매 내에 분산시킨 콜로이드 용액으로 마스크 섬유에 코팅된 것이고,
    상기 폐인조대리석의 열분해물로서 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료는 폐인조대리석을 60~100메쉬로 파분쇄한 분말을 가열, 열분해하여 얻어진 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지 및 상기 MMA(메틸메타아크릴레이트) 수지를 회수하고, 회수된 잔류물을 소성하여 회수한 알루미나를 포함하는 무기재료인 것으로, 상기 폐마스크 섬유에 의한 모르타르 조성물의 인장강도, 건조수축 및 균열저항성을 보강하고, 상기 MMA수지 및 알루미나를 포함하는 무기재료에 의한 모르타르 조성물의 압축강도를 보강할 수 있는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 콘크리트 구조물의 단면복구 대상부위를 브레이커로 파쇄 및 치핑하고, 레이턴스 및 이물질을 그라인더, 샌드블라스터, 고압수세척기, 워터젯으로부터 선택되는 방법으로 제거하여 전처리하는 단계와; 제1항에 따른 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 상기 전처리된 단면복구 대상부위에 미장 또는 숏크리트방식으로 충전 시공 및 양생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 단면 복구 시공 공법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전처리하는 단계 후에는 상기 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물의 콘크리트 단면에 대한 접착강도를 강화하기 위하여 아크릴수지, 에틸렌비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트 또는 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 프라이머를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐인조대리석 열분해물과 보강섬유를 포함하는 콘크리트 보수 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 단면 복구 시공 공법
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