KR102405639B1 - 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법 - Google Patents

콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법에 관한 것이다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물은 종래 시멘트 단독으로 이루어진 결합재 성분에 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트를 배합하여 상기 시멘트 함량을 줄이면서 콘크리트의 수밀성을 높이고 혼화제로 메틸셀룰로오스가 혼합되고, 골재로서 종래 규사대신에 순환 유동층 보일러 바텀애시 및 상기에 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재가 추가로 배합됨으로써, 이를 이용한 진동이 콘크리트 단면 보수공법에 발생하는 구조물의 수직면이나 천정면의 콘크리트 단면보수시 부착강도 및 수밀성 증진과 더불어 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락이 방지되고 최대한 빠른 시간내에 안정되는 속경형과 모르타르 경화 후 수축 균열이 발생되지 않는다.

Description

콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법{MORTAR COMPOSITION FOR CONCRETE REPAIR AND CONCRETE REPAIR METHOD USING THE SAME}
본 발명은 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 시멘트 단독으로 이루어진 결합재 성분에 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트가 배합되어 상기 시멘트 함량을 줄이면서 콘크리트의 수밀성을 높이고 혼화제로 메틸셀룰로오스가 혼합되고, 골재로서 종래 규사대신에 순환 유동층 보일러 바텀애시 및 상기에 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재가 추가로 배합됨으로써, 진동이 발생하는 구조물의 수직면이나 천정면의 콘크리트 단면보수시 부착강도 및 수밀성 증진과 더불어 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락이 방지되고 최대한 빠른 시간내에 안정되고 모르타르 경화 후 수축 균열이 발생되지 않는, 속경형 및 무수축 드라이 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 단면 보수공법에 관한 것이다.
철근콘크리트 구조물은 가장 널리 사용되는 구조방식으로 경제적이면서 안정적이나 장기적으로는 그 성능이 점차 저하하는 열화현상을 나타내는 단점이 있다. 따라서, 철근 콘크리트 구조물에 대한 지속적인 보수 및 관리가 필요하다.
철근콘크리트 구조물에서 장기적인 성능으로 내구성능이 주요하며, 일례로 중성화 저항성, 내화학성, 동결융해 저항성 등의 내구성능이 요구된다.
일반적으로, 철근콘크리트 구조물의 경우, 구조물의 외피를 콘크리트로 구성하기 때문에 철근콘크리트 구조물의 내구성능은 콘크리트의 내구성능에 의해 좌우된다고 해도 지나치지 않다.
상기 콘크리트의 내구성능을 저하시키는 외적 요인으로는 대기 중의 유해 성분이나 이산화탄소, 수분 등이 콘크리트 속으로 침투하게 되어 내구성능이 저하되는 대기 환경에 의한 영향이 있다.
따라서, 철근콘크리트 구조물은 내구성능을 저하시키는 근본적인 원인을 차단하는 방편으로서, 콘크리트의 수밀성을 높이고 밀실한 구조를 형성하여 내구성능을 향상시키는 방안으로 진행되고 있다.
특허문헌 1에는 내구성이 우수한 콘크리트 단면 보수용 모르타르가 개시되어 있는데, 특수시멘트 36∼44 중량%, 모래 55∼63 중량%, 재화유화형 분말수지 0.5~2.0 중량%, 메틸셀룰로오스 0.03∼0.06 중량%, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나이론, PVA 재질 중 어느 하나의 파이버 0.04∼0.06 중량%를 혼합한 조성으로 이루어진다.
상기 발명에서는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 배제한 특수시멘트를 이용하여 원천적으로 수축, 팽창의 제어가 쉬워 크랙 발생률을 현저히 낮출 수 있고, 모래의 잔골재 조립률과 파이버의 혼합 등으로 강도의 향상으로 시공면의 보강면적 및 두께를 줄여 경제적으로 보강이 가능하다고 밝히고 있다.
또한, 1종 보통 포틀랜드 시멘트는 600℃에서 압축강도가 60% 이하로 떨어지는 반면 알루미나 함량이 높은 특수 시멘트는 900℃이상의 내화 성능을 갖기 때문에 화재 시에도 구조물의 붕괴가 우려되지 않으며, 특수시멘트 클링커(cement clinker)의 전체 표면적인 분말도가 높아 보습력이 강해 겉마름(부슬부슬한 상태)으로 인한 표면 강도 저하가 없고, 높은 분말도로 인해 재유화형 분말 수지를 최소 함량만 사용하여도 콘크리트 모체에 잘 달라붙고 끈적임이 적어 작업속도가 빠르고 미장면이 매우 깨끗하다는 장점을 제시하고 있다.
한편, 철근콘크리트 구조물이 노후화되어 콘크리트의 열화가 진행된 경우에는 열화된 콘크리트 부분을 제거하고 제거된 부분에 콘크리트 단면복구재로 보수 모르타르를 충진하여 보수공사를 실시한다.
일례로 특허문헌 2는 콘크리트 구조물 복구 보수제에 관한 발명으로, 철근 콘크리트 구조물의 콘크리트 면의 손상으로 인해 노출되는 철근의 부식을 방지하기 위하여 손상된 콘크리트 면에 단면복구 보수재를 충진시켜 복구하며, 크랙 발생시 캡슐화된 바인더가 깨짐으로 크랙을 바인더로 메워 줌으로 자가치유가 가능하도록 하는 콘크리트 구조물 복구 보수재를 개시하고 있다.
통상 보수 모르타르는 열화 콘크리트 구조물의 복구 시 사용되는 건축·토목재료로서, 건축물 벽체 및 바닥, 지하구조물 및 공동구, 상수도 시설, 차량 및 철도가 운행하는 터널 내부, 교량 등 열화된 부위의 표면 마감 및 중성화 저항성, 내구성 회복을 위한 용도로 사용된다. 이러한 용도로 사용하기 위해서는 속경성, 건조수축 균열 저감, 내구성, 부착성, 낮은 투수량 등의 특성이 필요하다.
특히, 차량 및 열차운행, 기계설비 운전 등에 따른 진동이 발생하는 구조물의 수직면이나 천정면을 보수할 경우에는 보수 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락이 방지되어야 하고 최대한 빠른 시간내에 안정되게 경화되어야 하며 보수 모르타르 경화 후 수축 균열이 발생되지 않아야 한다.
이에 본 발명자들은 보수 모르타르 특히, 진동이 발생하는 구조물의 수직면이나 천정면의 콘크리트 단면보수용으로 요구되는 물성을 충족되는 모르타르 조성물을 제공하고자 노력한 결과, 종래 시멘트 단독으로 이루어진 결합재 성분에 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트를 배합하여 상기 시멘트 함량을 줄이면서 콘크리트의 수밀성을 높이고 혼화제로 메틸셀룰로오스를 혼합하고, 골재로서 종래 규사대신에 순환 유동층 보일러 바텀애시 및 상기에 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재를 추가로 배합한 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 제공하고, 콘크리트 단면보수시 부착강도 및 수밀성을 증진하고 특히 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락방지와 속경형 및 무수축 물성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
등록특허 제10-1682612호 (2016.12.05 공고) 등록특허 제10-1899568호 (2018.09.17 공고)
본 발명의 목적은 콘크리트 단면복구 공사에서 수직면이나 천정면을 보수할 경우에는 보수 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락이 방지되어야 하고 최대한 빠른 시간내에 안정되게 경화되며, 보수 모르타르 경화 후 수축균열 현상을 최소화할 수 있는, 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 단면 보수공법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트가 배합된 결합재 100중량부에 대하여, 혼화제로서 메틸셀룰로오스 0.01∼20중량부를 포함하고, 골재로서 CaO 함량 20∼70중량% 및 SO3 함량이 5∼35중량%인 순환 유동층 보일러 바텀애시 50∼500중량부를 포함하는 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 골재로서 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재 5∼500 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 결합재는 시멘트 30 내지 35중량%, 고로슬래그 미분말 50 내지 67중량% 및 칼슘설포알루미네이트 3 내지 15중량%로 배합된 것이다.
상기에서 칼슘설포알루미네이트는 Al2O3 함량 7중량% 이상, SO3 함량 24중량% 이상을 함유한 팽창성 광물이다.
또한, 순환 유동층 보일러 바텀애시는 0.01∼2mm 입도로 조정된 골재로 사용되며, 상기 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재가 0.01∼5mm 크기로 분쇄하여 입도 조정된 것이 바람직하다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에는 부착강도 및 수밀성을 증진시키기 위하여, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체로 제조된 재유화형 분말수지 0.5∼20중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에는 유동성을 증진시키기 위하여, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌술폰산계 및 알킬아릴술폰산계 유동화제 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 0.5∼20중량부를 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명은 1) 보수 대상 콘크리트면을 치핑(chipping)한 후 세척하는 단계; 2) 상기 세척된 콘크리트면의 결손부에 본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 충진하고 미장하는 단계; 및 3) 상기 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 단면 보수공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 단면복구 공사에서 구조물의 수직면이나 천정면을 보수할 경우에는 보수 모르타르 자체 중량에 의해 시공직후 보수면 처짐이나 탈락이 방지되고 최대한 빠른 시간내에 안정되게 경화되며 보수 모르타르 경화 후 수축 균열 현상을 최소화할 수 있다.
따라서, 차량이나 열차가 운행중인 터널 내부 및 교량 등 구조물 보수 공사시 차량 통제 및 작업시간 한정에 영향을 최소화할 수 있고, 처짐 및 탈락 현상 방지로 시공품질 향상이 가능하며 고로슬래그 미분말의 지속적인 잠재수경성 발휘로 장기 강도 발휘 및 내구성 증진 효과가 탁월하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트가 배합된 결합재 100중량부에 대하여, 혼화제로서 메틸셀룰로오스 0.01∼20중량부를 포함하고, 골재로서 CaO 함량 20∼70중량% 및 SO3 함량이 5∼35중량%인 순환 유동층 보일러 바텀애시 50∼500중량부를 포함하는 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 골재로서 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재 5∼500 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기에서 결합재는 종래 시멘트 단독으로 이루어진 결합재 성분에 고로슬래그 미분말 및 칼슘설포알루미네이트를 배합하여, 상기 시멘트 함량을 줄이면서 콘크리트의 수밀성을 높이고 밀실한 구조를 형성하여 내구성능을 증진할 수 있다.
구체적으로, 결합재는 시멘트 30 내지 35중량%, 고로슬래그 미분말 50 내지 67중량% 및 칼슘설포알루미네이트 3 내지 15중량%로 배합된 것이다.
상기 결합재의 일성분으로서, 시멘트는 1종 시멘트, 준조강 및 조강 시멘트, 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
시멘트는 초기강도 확보에 효과적이며 1종 시멘트도 사용이 가능하지만 속경성을 더욱 향상시키기 위해서 준조강 및 조강 시멘트, 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트 등을 사용할 경우 그 효과는 더욱 탁월하게 나타난다.
일반적으로 시중에서 유통되는 제품이면 사용이 가능하다. 결합재 성분 중 시멘트는 30 내지 35중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 30중량% 미만이면, 초기강도 발현효과가 미비하며 35중량%를 초과하면, 장기강도 증진 효과 및 내약품성이 저하되고 경제성 또한 불합리할 뿐만 아니라 6가 크롬 등이 용출될 수 있어 친환경적이지 못하다.
결합재 성분으로 포함되는 다른 일성분으로서 고로슬래그 미분말은 물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 고로슬래그를 초기강도 확보를 위해 비표면적 4,000cm2/g 이상의 것으로 분말화하여 사용한다. 상기 고로슬래그 미분말의 비표면적 4,000cm2/g 이상으로 입자의 활성도가 향상됨으로써 지속적인 잠재수경성이 발휘될 수 있는 이점이 있다.
통상의 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 알칼리나 황산염 성분이 함유된 물질과 함께 혼입 후 물을 투입하게 되면, OH- 또는 SO3 2-성분이 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화를 빠르게 촉진하고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 팽창성 광물인 에트린가이트 수화생성물(3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화체의 압축강도 향상 및 팽창성을 유도할 수 있다.
또한, 고로슬래그 미분말은 시멘트의 수화반응 시 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 성분을 서서히 소비하여 주기 때문에 내약품성이 향상되고 장기 강도가 지속적으로 발현되는 효과가 탁월하다. 이때, 고로슬래그 미분말은 결합재에 대하여 50 내지 67중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
결합재의 또 다른 성분으로서, 칼슘설포알루미네이트(CaO-Al2O3-SO3, 일명 CSA)는 Al2O3 함량 7중량% 이상, SO3 함량 24중량% 이상을 함유한 팽창성 광물로서, 에트린가이트를 단시간 내에 생성하여 보수 모르타르의 수축을 방지하여, 경화 후 발생할 수 있는 수축균열을 방지하는 역할을 한다. 또한, 에트린가이트는 급결성 또한 나타내는 성질을 동시에 가지고 있어 양생시간 단축에도 효과적이다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 결합재에 대하여 3 내지 15중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 3중량% 미만일 경우 그 효과가 미비하며 15중량%를 초과할 경우 과도한 팽창 균열이 나타날 수 있고 초결이 너무 빨라 작업성 저하를 초래하는 요인이 된다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에 있어서, 혼화제 성분으로서 사용되는 메틸셀룰로오스는 보수 모르타르의 점성을 증가시켜 시공 직후 탈락 현상을 저감시키고 미장 마감성 등 제반 작업성을 개선시킬 수 있다. 특히, 콘크리트 수직면이나 천정면을 보수할 때 일반 규사에 비해 밀도가 높은 순환 유동층 보일러 바텀애시는 처짐 및 탈락 현상이 발생할 확률이 높기 때문에 메틸셀룰로오스가 이러한 현상을 방지하는데 매우 효과적이며 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재 혼입 시 낮은 밀도로 인해 발생하는 재료 분리 현상을 방지하는 역할을 수행한다. 메틸셀룰로오스는 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼20중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 0.01중량부 미만일 경우 그 효과가 미비하며 20중량부를 초과할 경우 과도한 점도 상승으로 인해 시공이 어렵게 된다.
또한, 부착강도 및 수밀성을 증진시키기 위하여 상기 결합재 100중량부에 대하여 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체로 제조된 재유화형 분말수지 0.5∼20중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 액상 형태의 수지에 비해 분말 형태로 일괄 혼합이 가능하여 생산 및 시공이 간편한 특징을 가지고 있다. 상기 재유화형 분말수지 첨가로 비가역적인 폴리머 필름 형성에 의해 기존 콘크리트 면과 접착력이 향상되며 투수 및 투기계수를 낮추어 이산화탄소 및 수분의 이동을 차단할 수 있다.
상기 재유화형 분말수지는 결합재 100중량부에 대하여 0.5∼20중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 재유화형 분말수지가 0.5중량부 미만일 경우 그 효과가 미비하며, 20중량부를 초과하면, 과도한 연행공기가 생성되고 압축강도가 크게 저하하게 된다.
또한, 유동성을 증진시키기 위하여 상기 결합재 100중량부에 대하여 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌술폰산계 및 알킬아릴술폰산계 유동화제 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 0.5∼20중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 유동화제가 0.5중량부 미만일 경우 유동성 개선 효과가 없으며, 반면에 20중량부를 초과하면, 유동성이 과도하게 개선되어 재료분리가 일어날 수 있고 경제성이 부족하다.
본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물에 있어서, 골재 성분은 종래 규사대신에 순환 유동층 보일러 바텀애시를 배합한다.
상기 순환 유동층 보일러 바텀애시는 골재 및 고로슬래그 미분말의 자극제와 팽창재 역할을 동시에 수행한다. 상기 순환 유동층 보일러 바텀애시는 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄, 일반 고형연료 및 바이오 고형연료 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 하며, 탈황제로 석회석을 혼합 연소하여 노내 탈황을 실시하는 순환 유동층 보일러 하부에서 배출되는 것으로 CaO 함량이 20∼70중량%, SO3 함량이 5∼35중량%인 것이 바람직하다.
상기 순환 유동층 보일러 바텀애시의 CaO 함량이 20∼70중량%이 바람직하며, 20중량% 미만이면, CaCO3, CaSO4의 화합물 형태로 존재하는 CaO 함량 약 10중량% 정도를 제외하면 순수 CaO 그 자체 형태로 존재하는 CaO 함량이 부족하다. 즉, 순수 CaO가 물과 반응하여 Ca(OH)2로 변환되어 생성된 OH- 이온량이 부족하기 때문에 고로수쇄 슬래그 미분말의 비결정질 피막을 단시간 내에 파괴하기가 어려워 초기 강도가 크게 저하된다. 또한 바텀애시에 존재하는 순수 CaO는 물과 반응하여 흡수, 발열 및 팽창하여 Ca(OH)2이 될 때 반응식은 아래와 같으며 이때 체적이 약 1.99배 팽창한다.
CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.6kcal mol-1
따라서 순수 CaO 성분은 물과 반응하여 수산화칼슘으로 전이 후 고로 슬래그 미분말의 알칼리 자극제 역할도 수행하지만 발열에 의한 온도상승으로 고로 슬래그 미분말의 수화반응 촉진, 경화체의 체적 수축을 보상하는 효과와 중성화 방지 역할도 동시에 발휘하게 된다. 반대로 CaO 함량이 70중량%를 초과하면 순수 CaO 형태로 존재하는 CaO 함량이 과도하여 수분을 과도하게 흡수하고 발열 및 팽창이 과도하게 발생하여 균열을 야기시킬 수 있다. 따라서 바텀애시 중에서 반드시 원료 입고 전 화학적 정량 분석을 실시하여 CaO 함량이 20∼70중량%인 것을 사용한다.
상기 바텀애시는 SO3 함량이 5∼30중량%이 바람직하다. 5중량% 미만이면 슬래그를 자극할 수 있는 SO3 함량이 부족하여 강도발현이 어렵고, 30%를 초과하면 반응하지 못한 SO3 함량이 존재하여 오히려 강도가 저하될 수 있다. 화학조성물을 분석하여 상기 범위 내에 바텀애시를 사용하는 것이 바람직하다.
일반적인 순환 유동층 보일러의 탈황공정은 연소실 내에 석회석을 주입하여 연료와 함께 연소시켜 연소가스 중의 인산화황과 석회석이 로내에서 반응하여 연소가스 중의 황은 제거되고 무수석고가 생성되며 황과 반응하지 않은 석회석은 탈탄산되고 생석회 성분으로 전이되어 배출된다. 특히 보일러 하부에서 배출되는 배텀애시는 유동층 물질로 사용되는 유동사(일반적으로 규사가 사용됨)에 생석회와 무수석고가 조합된 형태의 물질로 바텀애시의 밀도(약 2.9∼3.0g/cm3)는 일반 모래의 밀도(2.6∼2.7g/cm3)보다 높으며 입자 크기는(0.01∼5mm)형태로 배출된다. 또한 상부에서 집진되는 플라이애시에 비하여, CaO 및 CaSO4 성분이 더 높게 함유되어 있으며 팽창역할 및 고로슬래그 미분말의 자극제로서 더 탁월한 조성을 가지고 있다.
골재로 사용되는 순환 유동층 보일러 바텀애시는 0.01∼2mm 입도, 더욱 바람직하게는 0.1∼2mm로 분급 및 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 콘크리트 보수 모르타르에 사용되는 규사는 천연 규석을 분쇄하여 제조한 인조 모래로서 반응성이 전혀 없이 단지 모르타르의 전체 체적의 60% 이상을 차지하여 주어 경제성 확보 및 미장 마감성을 향상시키는 역할만을 수행한다. 그 반면에 순환 유동층 보일러 바텀애시는 상기와 같은 단순 골재 역할뿐만 아니라 고로슬래그 미분말의 자극제 역할을 동시에 수행하여 일반적으로 골재 표면과 시멘트 수화물 계면 사이에 존재하여 결합력을 약화시키는 천이대를 생성시키지 않아 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 순환 유동층 보일러 바텀애시는 결합재 100중량부에 대하여 50∼500중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 50중량부 미만일 경우 그 효과가 미비하며 500중량부를 초과할 경우 상대적으로 골재량이 많아져 강도를 발현할 수 없으며, 점성이 부족해 재료 분리 현상이 발생될 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물은 상기 결합재 100중량부에 대하여, 골재로서 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재 5∼500 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재는 유기계 단섬유와 팽창진주암 또는 팽창질석 및 규산소다로 이루어진 보온재 및 흡음재로서 사용 후 폐기품을 수거하여 별도의 분리과정 없이 단순 분쇄한 것이 바람직하다. 이때, 상기 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재의 바람직한 입도는 0.01∼5mm 크기, 더욱 바람직하게는 0.1∼5mm 크기로 분쇄하여 입도 조정된 것이 바람직하다.
일반적으로 석유화학산업단지 등의 플랜트 배관 단열을 위해 팽창진주암 및 팽창질석 계열의 무기계 보온재가 많이 사용되고 있으나 배관 교체 공사 시 많은 양의 폐보온단열재가 발생하게 된다.
현재 폐보온단열재는 주성분이 팽창진주암 또는 팽창질석이며 결합재로 규산소다가 사용되고 보강재로 유기질 단섬유로 이루어져 있으나 폐기 시 이의 별도 분리가 어려워 현재는 재활용이 되지 않아 전량 매립을 하고 있다. 그러나 자체 밀도가 매우 낮아 부피를 워낙 많이 차지하기 때문에 매립에 있어 큰 비용을 지불하고 있는 실정이다.
이를 별도의 분리과정 없이 단순 분쇄하여 본 발명의 보수 모르타르 제조 시 경량골재로 활용한다면, 경량성 확보로 수직면이나 천정면 보수 시 처짐이나 탈락 현상 방지에 매우 유리할 뿐만 아니라 폐보온단열재에 다량 함유된 보강섬유에 의해 인장력 및 휨강도를 증가시키는 역할을 수행할 수 있다.
상기 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재는 결합재 100중량부에 대하여 5∼500중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 5중량부 미만일 경우 하중 절감 효과가 미비한 반면, 500중량부를 초과할 경우에는 상대적으로 경량성 확보에는 더욱 유리하나 강도가 급격하게 저하되는 문제점이 발생한다.
나아가 본 발명은 1) 보수 대상 콘크리트면을 치핑(chipping)한 후 세척하는 단계;
2) 상기 세척된 콘크리트면의 결손부에 본 발명의 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 충진하고 미장하는 단계; 및
3) 상기 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 단면 보수공법을 제공한다.
상기 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물은 공장에서 각 원료들을 정량 혼합하여 드라이 모르타르 형태로 제품을 생산하여 현장에 지대, 톤백 또는 벌크 형태의 포장 단위로 공급한다. 이때, 원재료의 수분 함량은 반드시 1% 이하가 되어야 현장으로 이송 시 수화반응을 억제할 수 있다.
그 다음 공장에서 제조하여 공급된 모르타르 제품을 지대, 톤백 또는 벌크 형태로 현장에 운송하여 야적 및 싸이로에 저장할 수 있다.
상기 1)단계는 상기와 같이 재료가 준비되면, 현장에서 콘크리트 구조물의 열화 부위 또는 파손 부위와 같은 시공 부위를 정리하는 단계이다. 구체적으로, 시공 장소 표면에 이물질을 제거하고, 그라인더 등을 통해 표면을 정리한 후, 고압 컴프레셔나 고압 워터젯 등을 이용하여 깨끗하게 세척한다. 필요한 경우, 시공 장소에 프라이머와 같은 별도의 접착제 등을 먼저 도포할 수 있다.
상기 2)단계에서는 세척된 시공 장소에 상술한 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 충진(보강)하는 단계로, 여러 가지 토출장비를 활용할 수 있고, 면적이 작은 경우에는 사람이 직접 수행할 수도 있다.
이때, 치핑 후 세척된 시공할 콘크리트 단면에 철근과 그물형태의 망을 설치할 수 있으며, 그로 인해 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물의 접착력을 향상시키고 대기온도 변화에 따른 수축팽창을 원활이 수행하게 할 수도 있으며 거푸집 형태와 문양을 넣을 수 있는 시설을 갖추어 단부를 형성할 수도 있다.
이후 3)단계에서는 상기 미장 후 충진된 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 양생하는 단계로, 일정 기간 양생에 의해 콘크리트 구조물을 보수 및 보강할 수 있다. 이때, 필요시 보강된 부위에 코팅제 등 여러 가지 마감재 등을 더 도포할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1∼4>
하기 표 1에 제시된 조성 및 배합에 따라 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물을 제조하였다.
Figure 112021102385499-pat00001
상기 표 1과 같이 비교예 1∼2 및 실시예 1∼4의 배합과 같이 공시체를 제작하였고, KS F 4042-07 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르 시험방법에 의거하여 각각 물성을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.
Figure 112021102385499-pat00002
상기 비교예 1∼2 및 실시예 1∼4에서 제조된 공시체에 대한 물성결과, 시멘트와 규사만을 사용한 비교예 1은 압축강도는 기준을 만족하지만 휨강도, 부착강도 및 길이변화율은 기준을 만족하지 못하는 결과를 보였으며, 시멘트와 규사 외에 혼화제(증점제, 재유화형분말수지, 유동화제)가 첨가된 비교예 2에서는 재령 28일에서 휨 강도 및 압축강도 항목의 기준을 만족하는 결과를 확인하였다.
반면, 실시예 1과 2는 비교예 2와 같이 재령 28일이 아닌 재령 7일에서 휨강도 및 압축강도 기준을 모두 만족하였을 뿐만 아니라 부착강도 및 길이변화율도 비교예 2에 비하여 매우 양호한 결과값을 나타내었다.
이러한 결과는 시멘트와 반응성이 없는 규사 골재를 사용한 경우보다 골재 역할은 물론 고로슬래그 미분말과 반응하여 수화반응을 유도할 수 있고 자체 수축보상 효과가 있는 순환 유동층 보일러 바텀애시를 사용한 본 발명의 경우가 압축, 휨 강도 및 부착강도는 물론 건조수축에 있어서도 매우 유리하다는 것을 뒷받침한다.
또한, 팽창재 및 증점제 사용으로 길이 변화율과 부착성능도 향상시킬 수 있으며, 단위용적 중량도 비교예에 비하여 1m3당 약 250kg 정도로 낮아 수직면이나 천정면 보수 시 자체 하중으로 인한 들뜸과 처짐으로 인한 탈락 현상 등의 방지에도 효과적이다.
따라서, 본 발명에 의해 초기강도 발현이 늦어 콘크리트 보수재료로서는 부적합한 것으로 알려진 고로슬래그 미분말을 순환 유동층 보일러 바텀애시, 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재, 칼슘설포알루미네이트, 메틸셀룰로오스를 함께 배합하면 속경성, 수축저항성, 경량성, 재료분리 방지 효과를 향상시킬 수 있어, 향후 우수한 내약품성 및 장기강도도 기대된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 시멘트 30 내지 35중량%, 고로슬래그 미분말 50 내지 67중량% 및 칼슘설포알루미네이트 3 내지 15중량%로 배합된 결합재 100중량부에 대하여,
    혼화제로서 메틸셀룰로오스 0.01∼20중량부를 포함하고,
    골재로서 규사를 배제하되, CaO 함량 20∼70중량% 및 SO3 함량이 5∼35중량%인 순환 유동층 보일러 바텀애시 50∼500중량부가 포함된 조성물이고, 그로부터 제조된 공시체가 휨강도 6MPa 이상 및 압축강도 20MPa 이상의 기준을 재령 7일에 충족하는 구조물의 수직면이나 천정면보수에 유용한 속경형 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 골재로서 폐팽창진주암 또는 폐팽창질석 경량골재 5∼500중량부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물.
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  7. 제1항에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 비닐아세테이트/에틸렌 공중합체로 제조된 재유화형 분말수지 0.5∼20중량부가 더 포함되어 부착강도 및 수밀성이 증진된 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결합재 100중량부에 대하여, 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌술폰산계 및 알킬아릴술폰산계 유동화제 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 0.5∼20중량부가 더 포함되어 유동성이 증진된 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면보수용 모르타르 조성물.
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