KR102382696B1 - 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굵은골재 5 내지 15 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 시멘트 20 내지 40 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 15 중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 10 중량%, 칼슘알루미네이트 1 내지 10 중량%, 플라이애시 1 내지 10 중량%, 메타카올린 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 알칼리자극제 1 내지 10 중량%, 경화촉진제 0.05 내지 5 중량%, 유동화제 0.01 내지 1.5 중량%, 증점제 0.01 내지 1.5 중량%, AE 감수제 0.01 내지 1.5 중량%, 분진저감제 0.01 내지 1.5 중량% 및 보강섬유 0.01 내지 1.5 중량%를 포함하되;
상기 분진저감제는 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부, 마그네슘-아미노점토 30 내지 50 중량부, 글리세로인산나트륨 10 내지 30 중량부 및 인산지르코늄 1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 사용함으로써;
터널 및 지하공간, 사면보호, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각 등 콘크리트 또는 강구조물의 보수·보강에 매우 유용하게 적용될 수 있도록, 굵은골재를 함유하는 건식 숏크리트의 고성능화, 경제성 향상 및 작업환경 개선을 구현한 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

Description

고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법{PRE-MIXED COMPOSITION FOR DRY-METHOD SHOTCRETE HAVING HIGH-STRENGTH AND HIGH FUNCTION AND CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 터널 및 지하공간, 사면보호, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각 등 콘크리트 또는 강구조물의 보수·보강에 매우 유용하게 적용될 수 있도록, 굵은골재를 함유하는 건식 숏크리트의 고성능화, 경제성 향상 및 작업환경 개선을 구현한 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
숏크리트(shotcrete, sprayed concrete)는 컴프레셔 혹은 펌프를 이용하여 노즐 위치까지 호스 속으로 운반한 콘크리트를 압축공기에 의해 시공면에 뿜어서 만든 콘크리트이다. 이러한 숏크리트의 역할은 ①지반과 부착되어 자체 전단(shear force) 저항효과로 외력을 지반에 분산하는 하중 분산 효과, ②터널 등 시공되는 지반 주변의 붕락하기 쉬운 암괴를 지지하는 붕락 방지 효과, ③휨압축력과 축력에 의한 저항효과로 주변 원지반에 내압을 가해 지반 강도 저하를 방지하는 내압 효과, ④굴착면 풍화방지, 지하수 및 세립자 유출 방지 및 응력 집중 현상을 방지하는 건전성 유지 효과를 발생시키는데에 있다.
이러한 숏크리트는 주로 터널 또는 지하공간에서 지반의 안정을 위해 시공되는 지보재로 사용된다. 특히, 연약지반 위의 도로, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각, 터널구조물 등 주변의 지반의 보강 뿐만 아니라, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각, 터널구조물 등 자체를 보수하는 경우에도 적용되고 있다. 또한, 옹벽을 구축하는 옹벽 시공, 경관을 중요시하는 곳에 인공암 등을 제작 및 설치하는 경관구조물 시공 및 사면의 보호 및 보강을 목적으로 하는 사면 보강에도 적용되고 있다.
이러한 숏크리트는 재료의 혼합 시, 물을 첨가하여 분사장치에 공급한 후, 노즐에서 공기를 가하여 분사속도를 증가시켜 뿜어 붙이는 습식 숏크리트와, 펌프의 고압을 이용하여 분말 자체인 프리믹스 조성물을 이송한 후, 분사장치에서 물을 공급하여, 바로 혼합 및 분사가 동시에 이루어지는 건식 숏크리트로 구분된다. 즉, 상기 건식 숏크리트는 건조된 상태의 프리믹스 조성물을 분사장치로 공급시켜 압축공기로 압송하여 노즐에서 분사하는 방식으로, 이때 배합수는 분사 직전에 노즐 내에서 건조 상태의 프리믹스 조성물과 혼합되어 시공면에 고속으로 분사 및 고착되는 것이다.
일반적으로 숏크리트의 성능은 토출배합(mix proportion at the outlet of a nozzle)을 통해 설정할 수 있으며, 터널 및 지하공간, 사면보호, 보수·보강 등 적용대상 구조물의 목적 및 용도에 적합하도록 소요의 뿜어붙이기 성능(리바운드량)과 숏크리트의 초기 및 장기강도, 내구성능을 설정하여야 한다.
보다 구체적으로 습식 숏크리트는 배합장비에서 충분히 배합되어 호수를 통해 공급되므로 상대적으로 품질 확보 및 관리가 용이하고 리바운드 및 분진발생이 적고 시공용량이 큰 장점이 있다. 그러나 이송거리가 짧아 작업성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 시공장비가 크고 타설장비의 특성에 따라 숏크리트의 시공품질에 많은 차이를 갖는 문제점이 있으며, 타설을 연속적으로 해야지 타설시간을 임으로 조정하기가 불가하다.
이와 비교하여, 건식 숏크리트는 습식 숏크리트에서는 필수적인 레미콘 등 별도의 배합장비가 불필요하고, 대형화 및 대규모화된 장비의 빈번한 이동이 불필요하며, 호수막힘 등의 단점을 해결할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 작업거리가 비교적 길기 때문에 협소한 작업공간에서도 시공이 용이한 장점이 있다. 또한, 유지보수와 같이 작업량이 작고, 타설시간을 임의로 조절할 필요성이 있는 곳에 적용성이 뛰어나다. 그러나 상기 건식 숏크리트는 강한 공기압으로 뿜어 붙이는 과정에서 분진이 발생하여 작업환경이 열악하고, 프리믹스 조성물의 일부는 반발력에 의해 리바운드되어, 재료손실 비용이 발생함으로써, 숏크리트 공사의 경제성이 저하되는 문제점이 있었다. 특히, 건식 숏크리트에서 굵은골재를 사용하는 경우, 강도개선 및 비용절감 효과는 기대할 수 있었으나, 리바운드 양이 매우 증가하여, 상기한 문제점은 더욱 악화되는 단점이 있었다.
따라서 건식 숏크리트의 경제성 향상과 작업환경을 개선하기 위한 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0704869호 대한민국 등록특허 제10-1654568호 대한민국 등록특허 제10-2199929호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현 예는 굵은골재를 함유하면서도 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감시키는 동시에, 고강도 특성 및 고기능성을 구현할 수 있는 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현 예는 굵은골재 5 내지 15 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 시멘트 20 내지 40 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 15 중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 10 중량%, 칼슘알루미네이트 1 내지 10 중량%, 플라이애시 1 내지 10 중량%, 메타카올린 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 알칼리자극제 1 내지 10 중량%, 경화촉진제 0.05 내지 5 중량%, 유동화제 0.01 내지 1.5 중량%, 증점제 0.01 내지 1.5 중량%, AE 감수제 0.01 내지 1.5 중량%, 분진저감제 0.01 내지 1.5 중량% 및 보강섬유 0.01 내지 1.5 중량%를 포함하되;
상기 분진저감제는 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부, 마그네슘-아미노점토 30 내지 50 중량부, 글리세로인산나트륨 10 내지 30 중량부 및 인산지르코늄 1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 제공한다.
상기 마그네슘-아미노점토는 염화마그네슘수화물(MgCl2·6H2O)을 에탄올 용매에 용해시키고 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)을 첨가하되, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 규소(Si)에 대해 상기 염화마그네슘수화물의 마그네슘(Mg)을 1: 1 내지 1.5 몰 비율로 첨가하여, 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액을 원심분리, 건조 및 분쇄하여 마그네슘-아미노점토 분말을 생성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 침전물을 생성하는 단계는 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액 100 중량부를 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔 1 내지 10 중량부와 혼합하여, 표면을 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔로 처리한 침전물을 생성하는 단계인 것이고;
상기 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔은 키토산 및 젤라틴을 1: 0.3 내지 0.7 중량비율로 혼합한 혼합물을 3 내지 10 중량배의 0.5 내지 8N 아세트산 수용액에 용해시켜 용해용액을 제조한 후, 상기 용해용액에 1 내지 10 중량% 농도의 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 수용액을 적하함으로써 제조되는 것일 수 있다.
상기 인산지르코늄은 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄인 것이고;
상기 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄은 탈이온수에 인산지르코늄(Zr(HPO4)2ㆍH2O)을 바스켓 밀(basket mill)을 통하여 100 내지 500 nm의 입자크기로 분쇄한 후 반응기에 넣고, 20 내지 60 ℃에서 0.2 내지 1 시간 동안 교반하면서 분산시키는 단계; 상기 인산지르코늄이 분산된 탈이온수를 도파민 용액에 적가하여 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 제조하는 단계; 및 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과하고, 세척 및 열풍건조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 이용한 시공방법으로서,
상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 운반수단에 의하여, 시공현장으로 이송하는 단계; 분사노즐을 갖는 분사장치에, 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 공급하고, 건조 상태로 배합하는 단계; 분사 직전에 분사노즐 내에서 배합수와 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 혼합하는 단계; 및 분사노즐을 갖는 분사장치에 의하여, 상기 혼합된 혼합물을 시공면에 고속 및 고압으로 분사하는 단계;를 포함하는 것인 시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 굵은골재를 함유하면서도 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과가 뛰어나고; 속경성을 갖고, 압축강도, 휨강도 등의 고강도 특성을 구현할 뿐만 아니라, 숏크리트의 유동성 개선, 응결촉진, 동결융해저항성 및 염소이온투과저항성 등의 기본적인 물성도 매우 향상시킬 수 있는 바, 고기능성을 구현하는 효과가 있다. 이로써, 굵은골재를 함유하는 건식 숏크리트의 고성능화, 경제성 향상 및 작업환경 개선을 구현함으로써, 터널 및 지하공간, 사면보호, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각 등 콘크리트 또는 강구조물의 보수·보강에 매우 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 이용한 시공방법으로서, 교량의 슬래브 하부에 대한 실제 시공모습을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 굵은골재 5 내지 15 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 시멘트 20 내지 40 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 15 중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 10 중량%, 칼슘알루미네이트 1 내지 10 중량%, 플라이애시 1 내지 10 중량%, 메타카올린 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 알칼리자극제 1 내지 10 중량%, 경화촉진제 0.05 내지 5 중량%, 유동화제 0.01 내지 1.5 중량%, 증점제 0.01 내지 1.5 중량%, AE 감수제 0.01 내지 1.5 중량%, 분진저감제 0.01 내지 1.5 중량% 및 보강섬유 0.01 내지 1.5 중량%를 포함하되;
상기 분진저감제는 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부, 마그네슘-아미노점토 30 내지 50 중량부, 글리세로인산나트륨 10 내지 30 중량부 및 인산지르코늄 1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 굵은골재를 함유하면서도 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과가 뛰어나고; 속경성을 갖고, 압축강도, 휨강도 등의 고강도 특성을 구현할 뿐만 아니라, 숏크리트의 유동성 개선, 응결촉진, 동결융해저항성 및 염소이온투과저항성 등의 기본적인 물성도 매우 향상시킬 수 있는 바, 고기능성을 구현하는 효과가 있다. 이로써, 굵은골재를 함유하는 건식 숏크리트의 고성능화, 경제성 향상 및 작업환경 개선을 구현함으로써, 터널 및 지하공간, 사면보호, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각 등 콘크리트 또는 강구조물의 보수·보강에 매우 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물은 굵은골재 5 내지 15 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 시멘트 20 내지 40 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 15 중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 10 중량%, 칼슘알루미네이트 1 내지 10 중량%, 플라이애시 1 내지 10 중량%, 메타카올린 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 알칼리자극제 1 내지 10 중량%, 경화촉진제 0.05 내지 5 중량%, 유동화제 0.01 내지 1.5 중량%, 증점제 0.01 내지 1.5 중량%, AE 감수제 0.01 내지 1.5 중량%, 분진저감제 0.01 내지 1.5 중량% 및 보강섬유 0.01 내지 1.5 중량%를 포함한다.
먼저, 본 발명에서 사용할 수 있는 굵은골재는 최대치수가 5 초과 내지 10 mm 이하인 것으로, 흡수율이 낮고, 골재 자체의 강도가 높은 것이 좋으나, 그 종류를 특별히 제한하지 않는다.
상기 굵은골재는 시공시에 리바운드량 및 공급 호스를 폐쇄시킬 우려 등을 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 잔골재는 최대치수가 3 내지 5 mm 이하인 것으로, 예를 들면, 하천사, 해사, 규사 등을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 잔골재는 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 30 내지 60 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 시멘트는 우수한 강도발현을 고려하여, 보통, 조강, 초속경 포틀랜드 시멘트 및 이들의 혼합시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다. 더욱 바람직하기로는 분말도 3,000 내지 3,800 ㎠/g의 보통 포틀랜드 시멘트 및 분말도 4,000 내지 4,800 ㎠/g의 초속경 포틀랜드 시멘트를 1 내지 3: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용하여, 우수한 강도발현 뿐만 아니라, 우수한 유동성 및 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 시멘트는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 20 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 고로슬래그 미분말은 제철 및 제강과정에서 발생되는 고로슬래그를 일정한 분말도로 분쇄한 것으로 자체적으로는 수경성을 가지고 있지 않지만 시멘트와 같은 알칼리성 재료 또는 후술하는 알칼리자극제와 공존하면 수경성을 갖는 잠재수경성 재료로 시멘트에 가장 근접한 재료이다. 상기 잠재수경성 반응은 보통 7일 이후부터 개시하여 장기간에 걸쳐 강도발현에 기여하므로 초기강도는 다소 저하되지만, 장기강도는 증가시킬 수 있다. 또한, 고로슬래그 미분말은 초기 반응성이 시멘트에 비하여 매우 작기 때문에 고로슬래그 미분말을 치환하게 되면 혼합 단계에서 소요의 유동성 확보를 위한 감수제와 같은 첨가제의 사용저감과 산업부산물의 재활용에 따른 경제적 효과를 얻을 수 있고, 시멘트에 대한 중량 치환으로 밀도차이에 따른 결합재의 용적증가로 인하여 작업성 개선의 효과도 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 화학적 저항성을 향상시킬 수 있다.
이러한 고로슬래그 미분말은 분말도 4,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 유동성 개선과 잠재수경성 반응에 의한 장기강도 증진 및 공극 충전의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 고로슬래그 미분말은 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 칼슘설포알루미네이트는 수화작용 초기에 에트링자이트를 생성시킴으로써, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물의 응결·경화를 촉진하고, 이에 따라 조강성 및 속경성을 발휘함으로써, 조기강도를 증진시킬 수 있는 기능을 한다.
이러한 칼슘설포알루미네이트는 분말도 4,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 개선효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 칼슘알루미네이트는 수화작용 초기에 에트링자이트를 생성시킴으로써, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물의 응결·경화를 촉진하고, 이에 따라 조강성 및 속경성을 발휘함으로써, 조기강도를 증진시킬 수 있는 기능을 한다.
이러한 칼슘알루미네이트는 CaO원료와 Al2O3 원료 등을 혼합한 것을 킬른에서 소성하거나 전기로서 용융시키는 등의 열처리를 하여 얻어진 것으로서, 광물조성이 C12A7인 것과; 광물조성이 CA2인 것을 1 내지 4: 1 중량비율로 혼합한 것을 상용하고, 분말도 5,000 내지 8,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 개선효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 칼슘알루미네이트는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 플라이애시는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬 때 불연 부분이 용융상태로 부유하는 것을 냉각 고화시켜 채취한 미분탄재로서, 표면이 매끈한 구형입자이기 때문에 우수한 유동성 및 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시켜 시공성이 개선되고, 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있는 기능을 한다.
상기 플라이애시는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 메타카올린은 Al2O3이 함유된 미분말상의 점토계 광물로서, 비정질 실리카(amorphous silica) 및 삼산화알루미늄 등으로 구성되어 시멘트의 경화 촉진을 수행하는 기능을 한다. 특히, 메타카올린의 주성분인 비정질 실리카가 용해되면서 시멘트의 반응이 촉진됨과 동시에, 실리카가 시멘트 내 수산화칼슘과 반응함에 따라 미세 섬유상의 칼슘실리케이트하이드레이트(calcium silicate hydrate)가 형성되어 공극이 충전됨으로써, 숏크리트의 초기강도를 증진하여 조강성 및 속경성을 개선함은 물론 경화된 숏크리트의 조직을 치밀화하여 중장기 강도 역시 증대시켜, 고강도화에 유리하고 내구성을 향상시키는 기능을 하게 된다.
상기 메타카올린은 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 석고는 우수한 강도를 구현하고, 후기 경화속도를 개선하며, 시공후 경화체가 수축하여 균열이 발생하거나, 내구성이 저하되는 것을 방지하는 기능을 한다. 보다 구체적으로 상기 석고의 성분인 삼산화황 이온은 초기 수화시 칼슘알루미네이트 수화물과 반응하여 에트린자이트 침상결정을 생성시키며 초기강도 개선에 기여한다. 이는 시간경과에 따라 성장하여 수화조직의 결합을 더욱 강하게 하고 또한 장기강도 발현에도 기여하는 역할을 한다. 석고의 첨가에 의해 생성되는 에트링가이트는 침상형 팽창성 광물로서, 환원슬래그 분말이 가지는 장기적인 수축특성을 보상하여 체적안정성에 기여함으로써, 내구성 향상에 기여할 수 있는 것이다.
이러한 상기 석고는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를 들면, 배연탈황 이수석고, 천연 무수석고 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 분말도가 4,000 내지 4,700 ㎠/g이고, 클링커에 석고를 배합할 때 석고로서 배연탈황 이수석고와 천연 무수석고를 혼합함으로써 SO3의 함량이 3.5 내지 3.7 중량%로 조절된 것을 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 유동성 및 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시켜 시공성이 더욱 개선되는 효과가 있다.
상기 석고는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 알칼리자극제는 상기 고로슬래그 미분말과 같은 잠재수경성 재료의 수경성 반응을 촉진시켜, 초기강도를 증진시키는 효과가 있다.
이러한 상기 알칼리자극제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, NaOH, Na2SiO2, Ca(OH)2, Na2SO4 등을 사용할 수 있다.
상기 알칼리자극제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알칼리자극제는 상기 NaOH, Na2SiO2, Ca(OH)2, Na2SO4 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 100 중량부에 대하여, 시아누르산아연 1 내지 20 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 이로써, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 탄성 및 인성을 제공할 수 있는 바, 시공후, 균열에 대한 저항성 및 우수한 내구성을 구현하고, 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과가 더욱 개선되는 효과가 있다.
또한, 상기 시아누르산아연은 침상의 염기성 시아누르산아연인 것을 사용하여 상기한 개선효과를 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 초기강도 개선에 더욱 기여할 수 있는 효과가 있다. 이로써, 조강성 및 속경성을 더욱 개선하는 기능을 한다.
이때, 상기 침상의 염기성 시아누르산아연은 염기성 탄산아연 5 내지 50 중량%, 시아누르산 0.1 내지 20 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합 슬러리를 5 내지 55 ℃의 온도에서 비즈밀 분산시켜, 메카노케미컬 반응시키는 단계; 및 상기 반응이 완료된 혼합 슬러리를 80 내지 120 ℃의 온도로 건조하여, 침상의 염기성 시아누르산아연을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되어, 장축길이 300 내지 500 ㎚, 단축길이 30 내지 50 ㎚ 및 장축/단축의 비(축비) 는 7 내지 18인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 메카노케미컬 반응시킬 수 있는 비즈밀 분산은 당분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들어, 샌드 그라인더, 횡형 비즈 밀, 애트라이터, 펄 밀(아시자와 파인테크 (주) 제조) 등을 사용할 수 있다.
이러한 상기 시아누르산아연은 상기 NaOH, Na2CO3, Na2SiO2, Ca(OH)2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 시아누르산아연의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 시아누르산아연의 함량이 너무 많은 경우에는 오히려 경화속도가 지연될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 경화촉진제는 알칼리 반응 활성화를 통하여, 수경성 반응을 촉진시키는 기능을 한다.
이러한 상기 경화촉진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를 들면, 리튬카보네이트(Li2CO3), 황산마그네슘(MgSO4), 황산나트륨(Na2SO4) 또는 황산알루미늄(Al2O3SO4) 등을 사용할 수 있다.
상기 경화촉진제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.05 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 유동화제는 정전기적 반발력과 입체장애 효과에 의해 조성물을 분산시켜, 우수한 유동성 및 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시킬 수 있는 기능을 한다. 이러한 상기 유동화제는 폴리카본산계 분말형 유동화제를 바람직하게 사용할수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유동화제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.01 내지 1.5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 증점제는 숏크리트에 점성을 부여하여 시공시 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과를 더욱 개선하는 기능을 한다. 이러한 상기 증점제로는 웰란검(Welan gum), 세피올라이트(Sepiolite) 등을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 증점제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.01 내지 1.5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 AE 감수제는 초기 과다공기량이 확보되어 공기들이 베어링 역할을 함에 따라 유동성이 증가하게 되고, 숏크리트의 타설과 동시에 타설면에 숏크리트가 붙으면 공기량이 급감소하게 되어 유동성이 감소함에 따라 흘러내리는 항복치의 증대로 붙임성능이 증대된다. 또한 타설시 리바운드율이 감소하게 되는 효과도 갖게 된다.
상기 AE 감수제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.01 내지 1.5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 분진저감제는 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진을 저감시키고, 유동성을 개선하고, 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시켜, 시공성을 매우 향상시키는 기능을 한다.
상기 분진저감제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.01 내지 1.5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분진저감제는 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부, 마그네슘-아미노점토 30 내지 50 중량부, 글리세로인산나트륨 10 내지 30 중량부 및 인산지르코늄 1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스는 점성과 항복응력을 매우 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과를 매우 개선하는 기능을 한다.
이하, 상기 분진저감제를 구성하는 성분들의 함량은 상기 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 마그네슘-아미노점토는 시공이 용이한 점성을 유지하도록 하며, 시공 후 숏크리트 콘크리트에 결합력을 부여하여 시공면에서 수화성 결합재의 수화결합이 진행되기 전에 피복층을 안정하게 하여 처짐을 방지하고 일정 두께의 라이닝을 유지하도록 하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과를 매우 개선하는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 마그네슘-아미노점토는 염화마그네슘수화물(MgCl2·6H2O)을 에탄올 용매에 용해시키고 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)을 첨가하되, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 규소(Si)에 대해 상기 염화마그네슘수화물의 마그네슘(Mg)을 1: 1 내지 1.5 몰 비율로 첨가하여, 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액을 원심분리, 건조 및 분쇄하여 마그네슘-아미노점토 분말을 생성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 침전물을 생성하는 단계는 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액 100 중량부를 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔 1 내지 10 중량부와 더욱 혼합하여, 표면을 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔로 처리한 침전물을 생성하는 것일 수 있다. 이로써, 상기한 개선효과를 더욱 향상시킬 뿐만 아니라, 우수한 탄성 및 인성을 제공할 수 있는 바, 시공후, 균열에 대한 저항성 및 우수한 내구성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔은 키토산 및 젤라틴을 1: 0.3 내지 0.7 중량비율로 혼합한 혼합물을 3 내지 10 중량배의 0.5 내지 8N 아세트산 수용액에 용해시켜 용해용액을 제조한 후, 상기 용해용액에 1 내지 10 중량% 농도의 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 수용액을 적하함으로써 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토는 상기 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부에 대하여, 30 내지 50 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘-아미노점토의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 마그네슘-아미노점토의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하되거나 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 글리세로인산나트륨은 우수한 경화촉진 효과와, 탄성 및 인성을 제공할 수 있는 바, 시공후, 균열에 대한 저항성 및 우수한 내구성을 구현하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과를 매우 개선하는 기능을 한다.
상기 글리세로인산나트륨은 상기 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 글리세로인산나트륨의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 글리세로인산나트륨의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하되거나 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 인산지르코늄은 유동성을 개선하고, 뿜어 붙이기 용이한 숏팅 성능을 향상시켜, 시공성이 향상되며, 점성과 항복응력을 매우 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과를 매우 개선하는 기능을 한다.
상기 인산지르코늄은 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄인 것을 사용하여, 상기한 개선효과를 더욱 향상시킬 뿐만 아니라, 우수한 결합력을 부여하여 시공면에서 수화성 결합재의 수화결합이 진행되기 전에 피복층을 더욱 안정하게 하여 처짐을 방지하고 일정 두께의 라이닝을 유지하도록 할 수 있는 효과가 있다. 이로써, 시공후, 균열에 대한 저항성 및 우수한 내구성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로 상기 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄은 탈이온수에 인산지르코늄(Zr(HPO4)2ㆍH2O)을 바스켓 밀(basket mill)을 통하여 100 내지 500 nm의 입자크기로 분쇄한 후 반응기에 넣고, 20 내지 60 ℃에서 0.2 내지 1 시간 동안 교반하면서 분산시키는 단계; 상기 인산지르코늄이 분산된 탈이온수를 도파민 용액에 적가하여 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 제조하는 단계; 및 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과하고, 세척 및 열풍건조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 도파민 용액은 도파민 하이드로클로라이드(dopamine hydrochloride), 노레피네프린 하이드로클로라이드(Norepinephrine hydrochloride), 에피네프린 클로라이드( Epinephrine hydrochloride) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 용매에 녹여 제조되는 것일 수 있다. 또한, 상기 용매는 버퍼용액, 에틸렌 글라이콜(ethylene glycole), 다이메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 다이메틸 포름아마이드(dimethyl formamide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과하고, 세척 및 열풍건조하는 단계는 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과한 후, 탈이온수로 세척하고 75 내지 115 ℃에서 4 내지 12 시간 동안 원적외선 건조기로 열풍건조함으로써, 수행될 수 있다.
상기 인산지르코늄은 상기 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 인산지르코늄의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 인산지르코늄의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선 효과를 얻을 수 없고 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 보강섬유는 경화후, 강도보강 효과를 제공하고, 균열저항성, 내구성과 시공성을 동시에 개선하는 기능을 한다. 이러한 상기 보강섬유로는 강섬유, 고분자합성 섬유, 자연섬유 등을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 보강섬유는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물에 0.01 내지 1.5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 이용한 시공방법으로서,
상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 운반수단에 의하여, 시공현장으로 이송하는 단계; 분사노즐을 갖는 분사장치에, 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 공급하고, 건조 상태로 배합하는 단계; 분사 직전에 분사노즐 내에서 배합수와 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 혼합하는 단계; 및 분사노즐을 갖는 분사장치에 의하여, 상기 혼합된 혼합물을 시공면에 고속 및 고압으로 분사하는 단계;를 포함하는 것인 시공방법을 제공한다.
이때, 상기 시공면이 교량의 슬래브 하부 또는 교량의 교각인 경우에는 상기 혼합된 혼합물을 시공면에 고속 및 고압으로 분사하는 단계 이전에, 보수·보강이 필요한 시공면의 레이탄스, 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 숏블라스터 또는 핸드 워터젯으로 치핑하여 제거하고 흡입장치를 이용하여 바탕면을 정리하는 단계; 및 상기 바탕면이 정리된 시공면을 보수·보강하기 위한 거푸집을 시공하는 단계;를 더욱 포함함으로써, 상기 설치된 거푸집의 내부 공간에 상기 혼합된 혼합물을 시공면에 고속 및 고압으로 분사하여, 교량의 슬래브 하부 또는 교량의 교각을 보수·보강 시공할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 이용한 시공방법으로서, 교량의 슬래브 하부에 대한 실제 시공모습을 도 1에 나타내었다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 굵은골재를 함유하면서도 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감 효과가 뛰어나고; 속경성을 갖고, 압축강도, 휨강도 등의 고강도 특성을 구현할 뿐만 아니라, 숏크리트의 유동성 개선, 응결촉진, 동결융해저항성 및 염소이온투과저항성 등의 기본적인 물성도 매우 향상시킬 수 있는 바, 고기능성을 구현하는 효과가 있다. 이로써, 굵은골재를 함유하는 건식 숏크리트의 고성능화, 경제성 향상 및 작업환경 개선을 구현함으로써, 터널 및 지하공간, 사면보호, 교량, 교량의 슬래브 하부, 교량의 교각 등 콘크리트 또는 강구조물의 보수·보강에 매우 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
침상의 염기성 시아누르산아연의 제조
염기성 탄산아연 22 중량%, 시아누르산 11 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합 슬러리를 37 ℃의 온도에서 비즈밀 분산시켜, 메카노케미컬 반응시키는 단계; 및 상기 반응이 완료된 혼합 슬러리를 110 ℃의 온도로 건조하여, 장축길이 385 ㎚, 단축길이 42 ㎚ 및 장축/단축의 비(축비)는 9.17인 침상의 염기성 시아누르산아연을 제조하였다.
<제조예 2>
마그네슘-아미노점토 분말의 제조
염화마그네슘수화물(MgCl2·6H2O)을 에탄올 용매에 840 g/L 농도로 용해시키고 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)을 첨가하되, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 규소(Si)에 대해 상기 염화마그네슘수화물의 마그네슘(Mg)을 1: 1.34 몰 비율로 첨가하고, 하루 동안 교반하여 침전물을 생성하였다. 이후, 상기 생성된 침전물을 300 rpm에서 15 분 동안 원심분리한 후, 세척 및 약 65 ℃에서 건조한 후, 분쇄하여 마그네슘-아미노점토 분말을 제조하였다.
<제조예 3>
마그네슘-아미노점토 분말의 제조
염화마그네슘수화물(MgCl2·6H2O)을 에탄올 용매에 840 g/L 농도로 용해시키고 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)을 첨가하되, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 규소(Si)에 대해 상기 염화마그네슘수화물의 마그네슘(Mg)을 1: 1.34 몰 비율로 첨가하고, 하루 동안 교반하여 침전물을 생성하였다. 이후, 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액 100 중량부를 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔 5 중량부와 혼합하여, 표면을 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔로 처리한 침전물을 생성하였다. 이후, 상기 생성된 침전물을 300 rpm에서 15 분 동안 원심분리한 후, 세척 및 약 65 ℃에서 건조한 후, 분쇄하여 마그네슘-아미노점토 분말을 제조하였다.
이때, 상기 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔은 키토산 및 젤라틴을 1: 0.7 중량비율로 혼합한 혼합물을 5.5 중량배의 2.5N 아세트산 수용액에 용해시켜 용해용액을 제조한 후, 상기 용해용액에 7 중량% 농도의 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 수용액을 적하함으로써 제조되는 것을 사용하였다.
<제조예 4>
표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄의 제조
탈이온수에 인산지르코늄(Zr(HPO4)2ㆍH2O)을 바스켓 밀(basket mill)을 통하여 약 197 nm의 입자크기로 분쇄한 후 반응기에 넣고, 55 ℃에서 30분 동안 교반하면서 분산시켰다. 상기 인산지르코늄이 분산된 탈이온수를 도파민 용액에 적가하여 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 제조하였다. 이때, 상기 도파민 용액은 도파민 하이드로클로라이드(Dopamine hydrochloride) 200 mg를 트리스 버퍼용액(Tris-buffer, trizma base)을 물에 녹여 10 mM의 농도로 제조한 용매 100 mL에 녹인 것을 사용하였다. 이후, 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과한 후, 탈이온수로 세척하고 105 ℃에서 7 시간 동안 원적외선 건조기로 열풍건조함으로써, 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 제조하였다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분, 함량 및 건배합 조건으로 3분간 혼합하여 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 제조하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
굵은골재 8 8 8 9 -
잔골재 31 32 31 38 35
보통 포틀랜드 시멘트
(분말도: 3,370 ㎠/g)		 23 11 15 28 29
초속경 포틀랜드 시멘트
(분말도: 4,120 ㎠/g)		 - 11 8 -
고로슬래그 미분말
(분말도: 4,570 ㎠/g)		 8 8 8 8 8
칼슘설포알루미네이트
(분말도: 4,310 ㎠/g)		 4 4 4 4 4
칼슘알루미네이트1)
(분말도: 5,830 ㎠/g)		 3 3 3 - -
플라이애시 4 4 4 - 4
메타카올린 4 4 4 - 4
석고2)
(분말도: 4,210 ㎠/g)		 5 5 5 5 5
알칼리자극제 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
(중량부) Ca(OH)2 100 50 70 100 100
Na2CO3 - 50 30 - -
시아누르산아연 7
[통상의
시아누르산아연 분말]		 7
[제조예 1]		 7
[제조예 1]		 - -
황산알루미늄(Al2O3SO4) 경화촉진제 2 2 2 2 2
폴리카본산계 분말형 유동화제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
웰란검(Welan gum) 증점제 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
분말형 AE 감수제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분진저감제 1.5 1.5 1.5 - 1.5
(중량부) 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 100 100 - 100
마그네슘-아미노점토 35
[제조예 2]		 35
[제조예 2]		 35
[제조예 3]		 - -
글리세로인산나트륨 12 12 12 - -
인산지르코늄 3
[통상의
인산지르코늄 분말]		 3
[통상의
인산지르코늄 분말]		 3
[제조예 4]		 - -
보강섬유3) 0.5 0.5 0.5 - 1.5
1) 광물조성이 C12A7인 것과; 광물조성이 CA2인 것을 3: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용.
2) 클링커에 석고를 배합할 때 석고로서 배연탈황 이수석고와 천연 무수석고를 혼합함으로써 SO3의 함량이 약 3.7 중량%로 조절된 것을 사용.
3) 강섬유 및 황마섬유를 1: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용하되, 이때, 상기 강섬유는 평균길이 17mm, 평균두께 33μm 및 평균폭 2.5mm 인 것을 사용.
아래의 시험예들은 상기에 개시한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예>
15㎝×15㎝×53㎝ 크기로 제작(KS F 2422)되고, 반발제가 유출되도록 약 70°경사지게 고정한 성형틀에, 상기 제조된 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 비교용 프리믹스 조성물을 분사하여 시험용 시험체를 제작하였다. 이때, 분사노즐을 갖는 분사장치로서, 숏크리트건을 사용하였다. 즉, 상기 숏크리트건에 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 비교용 프리믹스 조성물을 각각 별도로 공급 및 건조 상태로 배합한 후; 분사 직전에 분사노즐 내에서 배합수와 혼합하여, 상기 혼합된 혼합물을 시험용 시험체에 고속 및 고압으로 분사하였다.
유동특성 평가
상기 제작된 시험용 시험체가 분사된 직후 및 경화되기 전에, 소성점도와 항복응력을 측정하여, 조성물의 유동특성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
기본물성 평가
상기 제작된 시험용 시험체에 대하여, 응결시간, 리바운드율, 압축강도 및 휨강도를 측정하여, 조성물의 기본적인 물성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
항목 시험방법 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
소성점도(Paㆍs) 0.48 0.52 0.56 0.31 0.15
항복응력(Pa) 12.6 14.2 14.3 5.7 4.2
응결시간_초결
(분: 초)		 ASTM C403 1:40 1:30 1:20 3:20 2:30
응결시간_종결
(분: 초)		 2:50 2:30 2:30 4:10 2:50
리바운드율(%) JSCE-F 563-2005 5.1 4.8 4.2 10.4 11.4
압축강도(MPa)_3일 KS L2405 39 41 43 28 21
압축강도(MPa)_7일 48 50 52 39 33
압축강도(MPa)_28일 80 84 87 65 62
휨강도(MPa)_7일 KS L2408 7.6 7.9 8.1 6.1 5.7
동결융해시험 ASTM C 666
(상대통탄성계수)		 88% 90% 92% 72% 63%
염소이온
투과저항성(쿨룽)		 ASTM C 1202 567 480 419 869 802
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조된 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 비교용 프리믹스 조성물과 비교하여, 소성점도와 항복응력이 매우 향상되어 유동성이 개선되고, 리바운드율이 매우 저하된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조된 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 비교용 프리믹스 조성물과 비교하여, 우수한 응결촉진 효과를 나타내고, 압축강도 및 휨강도가 매우 우수하며, 우수한 동결융해저항성 및 염소이온투과저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이로써, 본 발명의 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물은 점성과 항복응력을 향상시켜 리바운드, 탈락 및 분진의 저감시키는 동시에, 고강도 특성 및 고기능성을 매우 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 굵은골재 5 내지 15 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 시멘트 20 내지 40 중량%, 고로슬래그 미분말 5 내지 15 중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 10 중량%, 칼슘알루미네이트 1 내지 10 중량%, 플라이애시 1 내지 10 중량%, 메타카올린 1 내지 10 중량%, 석고 1 내지 10 중량%, 알칼리자극제 1 내지 10 중량%, 경화촉진제 0.05 내지 5 중량%, 유동화제 0.01 내지 1.5 중량%, 증점제 0.01 내지 1.5 중량%, AE 감수제 0.01 내지 1.5 중량%, 분진저감제 0.01 내지 1.5 중량% 및 보강섬유 0.01 내지 1.5 중량%를 포함하되;
    상기 분진저감제는 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로오스 100 중량부, 마그네슘-아미노점토 30 내지 50 중량부, 글리세로인산나트륨 10 내지 30 중량부 및 인산지르코늄 1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘-아미노점토는
    염화마그네슘수화물(MgCl2·6H2O)을 에탄올 용매에 용해시키고 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)을 첨가하되, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 규소(Si)에 대해 상기 염화마그네슘수화물의 마그네슘(Mg)을 1: 1 내지 1.5 몰 비율로 첨가하여, 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 침전물을 포함하는 용액을 원심분리, 건조 및 분쇄하여 마그네슘-아미노점토 분말을 생성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 침전물을 생성하는 단계는
    상기 생성된 침전물을 포함하는 용액 100 중량부를 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔 1 내지 10 중량부와 혼합하여, 표면을 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔로 처리한 침전물을 생성하는 단계인 것이고;
    상기 키토산과 젤라틴의 복합 하이드로겔은
    키토산 및 젤라틴을 1: 0.3 내지 0.7 중량비율로 혼합한 혼합물을 3 내지 10 중량배의 0.5 내지 8N 아세트산 수용액에 용해시켜 용해용액을 제조한 후, 상기 용해용액에 1 내지 10 중량% 농도의 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 수용액을 적하함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인산지르코늄은 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄인 것이고;
    상기 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄은 탈이온수에 인산지르코늄(Zr(HPO4)2ㆍH2O)을 바스켓 밀(basket mill)을 통하여 100 내지 500 nm의 입자크기로 분쇄한 후 반응기에 넣고, 20 내지 60 ℃에서 0.2 내지 1 시간 동안 교반하면서 분산시키는 단계; 상기 인산지르코늄이 분산된 탈이온수를 도파민 용액에 적가하여 표면이 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 제조하는 단계; 및 상기 폴리도파민으로 코팅된 인산지르코늄을 여과하고, 세척 및 열풍건조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 이용한 시공방법으로서,
    상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 운반수단에 의하여, 시공현장으로 이송하는 단계; 분사노즐을 갖는 분사장치에, 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 공급하고, 건조 상태로 배합하는 단계; 분사 직전에 분사노즐 내에서 배합수와 상기 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 혼합하는 단계; 및 분사노즐을 갖는 분사장치에 의하여, 상기 혼합된 혼합물을 시공면에 고속 및 고압으로 분사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공방법.
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