KR102479455B1 - 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물 - Google Patents
폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시멘트, 칼슘계 방청재, 폐유리 재생골재, 고로슬래그, 천연무수석고, 경화재, 증점재, 강도증진재, 보습재, 비메탈계 가스 발생재, PC계 분말유동화재, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐유리 재생골재를 사용하여 친환경적이면서도 방청성, 충진성, 내구성 등을 향상시킨 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 각종 도로 또는 철도, 제방, 댐 또는 호수, 저수지, 터널 입구 및 출구, 기타 도시 인근 아파트 단지 등을 시공하는 지역에는 절토 사면이나 성토 사면이 존재하는데, 이러한 지역의 절토 및 성토 사면의 활동(滑動)과 침식(浸蝕)을 방지함과 동시에 자연환경과 조화되는 환경친화적인 사면보강공법이 요구되어 왔다.
이러한 기술의 예로 대한민국 특허등록 제10-1197124호에서는 경사면의 붕괴된 파괴면을 계단식으로 면정리하는 정리단계; 면정리된 파괴면을 천공하여 다수의 천공홀을 형성하고, 천공홀내로 보강재를 삽입설치한 후, 천공홀내로 고유동성 중량몰탈을 충전하는 보강재 설치단계; 파괴면을 경량몰탈에 의해 보강하는 보강단계; 파괴면을 포함한 경사면 전체에 섬유거푸집을 포설하는 포설단계; 섬유거푸집내로 고유동성 중량몰탈을 주입충전하는 충전단계; 고유동성 중량몰탈이 주입충전된 섬유거푸집과 보강재를 연결설치하는 연결단계;를 포함하되, 상기 고유동성 중량몰탈은 조강형 시멘트 25∼40중량%, 고로수쇄 슬래그 3∼10중량%, 메탈계 팽창제 0.001∼
0.005중량%, 풍쇄 슬래그 골재(잔골재 조립율 2.8∼3.0) 50∼70중량%, 폴리프로필렌 파이버 0.1∼0.5중량%, 크세로겔 0.1∼0.3중량%, 유동화제 0.1∼1중량%를 포함하는 혼합물과 물이 10 : 1∼1.5 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 친환경 복합 사면 안정화공법을 제시하고 있다.
한편 국내에서 발생되는 폐유리병 생활폐기물은 년간 약 574천톤 발생되어지고 있다. 이중에 제병사는 443천톤으로 세척병까지 감안시 450천톤 정도이며 나머지 124천톤은 폐기물로 매립이나, 소각으로 처리 되어지는 것이 우리나라의 현재 상황이다.
이에 종래의 락볼트 채움 모르타르에 있어 골재의 대용으로서 폐유리를 활용하는 경우 폐기물의 량을 줄여 환경친화적이며, 자원을 재활용함으로써 경제적인 바, 이에 대한 연구의 필요성이 대두되는 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 폐유리 재생골재를 활용하면서도 충진성, 내구성 등의 물성이 우수한 락볼트 채움 모르타르 조성물을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트(Rock Bolt) 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은 시멘트, 칼슘계 방청재, 폐유리 재생골재, 고로슬래그, 천연무수석고, 경화재, 증점재, 강도증진재, 보습재, 비메탈계 가스 발생재, PC계 분말유동화재, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하고, 상기 증점제는 메틸셀룰로오스와 알루미늄 실리케이트의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 칼슘계 방청재는 칼슘 카보네이트와 소듐염의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 니트록시 라디칼이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
삭제
하나의 예로 폴졸란계 초미분말, 지르코늄 및 규조토 혼합물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 화산재가 더 포함되되, 상기 화산재는 유기 탄화수소 가스에 의해 증착처리 되어 폐기공율을 향상시킨 개질 화산재인 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 폐유리 재생골재를 사용하여 환경보호와 자원 재활용(Recycle)을 실현하면서, 폐유리 재생골재를 사용함에도 조강성이 확보되어 공기를 단축할 수 있고, 방청성, 충진성 등도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 폐유리 재생골재의 사용에 따른 알카리 실리카 반응, 조강성확보에 따라 수반될 수 있는 균열에 대한 저항성을 향상시키는 장점이 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 시멘트, 칼슘계 방청재, 폐유리 재생골재, 고로슬래그, 천연무수석고, 경화재, 증점재, 강도증진재, 보습재, 비메탈계 가스 발생재, PC계 분말유동화재, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시멘트는 바인더 기능 및 역할을 하고, 철근의 표면에 부동태의 알칼리 보호피막을 형성한다. 시멘트로는 KS L 5201에서 규정하는 포틀랜드 시멘트나 플라이애시 시멘트 중 1가지 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서는 조강성이 발현되도록 하여 공기를 단축시키도록 하는데, 이를 위해 천염무수석고가 포함되도록 하는 것이다. 칼슘설퍼알루미네이트와 천연무수석고의 에트린자이트 반응에 시멘트 수화반응을 더 함으로써 급속한 에트린자이트 결정이 생성되고, 초기에 생성된 에트린자이트의 침상결정은 미수화 시멘트 및 골재를 결합시켜 짧은 시간에 시멘트의 강도를 발현하는 특성을 나타내도록 하는 것이다. 즉 시간의 경과에 따라 공극 사이로 시멘트의 광물인 C3S, C2S의 수화가 진행되면서 C-S-H 겔이 형성되어 공극을 채워나가면서 더욱 치밀한 조직이 되어 강도가 지속적으로 상승하게 되는 것이다.
본 발명의 조성물에는 방청성의 기능이 발현되도록 칼슘계 방청재가 첨가되도록 하는데, 현재 사용 중지가 된 아초산계, 아질산계 방청재와 다른 칼슘계 방청재가 혼입되도록 하는 것이다.
바람직하게는 상기 칼슘계 방청재는 칼슘 카보네이트와 소듐염의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 상기 소듐염은 상기 칼슘 카보네이트에 의한 방청성의 기능발현을 배가시키도록 하는 것이다.
상기 폐유리 재생골재는 골재용도로 재활용 되어지는 것으로, 이러한 폐유리 재생골재의 사용으로 환경보호와 자원 재활용(Recycle)이 가능하게 되는 것이다.
하기 표 1은 본 발명의 조성물에 적용될 수 있는 폐유리 재생골재의 입도를 제시하고 있다.
상기 증점제는 바람직하게 유기증점제와 무기증점제의 혼합물을 사용하는 것이 타당하다. 상기 유기증점제는 모르타르의 점도를 발현시켜 초기 접착력을 확보하기 위해 첨가하는 것으로, 바람직하게는 점도 30000 내지 60000cps를 만족하는 메틸셀룰로오스인 것이 타당하다.
상기 무기증점제는 시간경과에 따른 점도안정성을 확보하기 위하여 사용하는 것으로 알루미늄 실리케이트가 적용됨이 타당하다.
즉 증점제로 유기증점제가 혼입되어 초기 점성이 발현되도록 하고, 무기증점제가 더 혼입되어 시간경과에 따른 점성유지가 가능하도록 하는 것이다.
상기 칼슘설퍼알루미네이트는 모르타르 양생시 시멘트의 체적이 급격하게 줄어들어 균열이 생기는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 PC계 분말유동화재는 고유동성을 발현시키고 첨가될 물의 양을 최소화시키기 위한 것으로 밀실한 충진이 가능하도록 하기 위한 것이다.
상기 보습재는 조기경화에 따른 균열 등을 제어하고 겔화유지력을 높이기 위한 것으로 상기 보습재의 경우도 그 종류를 한정하지 않으며 예로 징크스테아레이트가 사용될 수 있는데, 상기 징크스테아레이트(스테아린산 아연, zinc stearate)은 수화반응에 따라 생기는 가용성의 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응을 하여 수산기에 지방산기가 결합하여 발수성이 큰 고급지방산 칼슘을 생성하며, 발수성이 뛰어나므로 페이스트 내에 모세관에 의한 수분의 흡수를 감소시키는 작용을 한다. 즉 균열에 대한 저항성을 향상시키고 블리딩을 억제하는 기능이 발현되도록 하는 것이다.
바람직하게 상기 조성들은 시멘트 100중량부에 대해 칼슘계 방청재 10 내지 30중량부, 폐유리 재생골재 50 내지 200중량부, 고로슬래그 50 내지 100중량부, 천연무수석고 10 내지 30중량부, 경화재 10 내지 30중량부, 염화비닐계수지 10 내지 30중량부, 증점재 1 내지 5중량부, 강도증진재 10 내지 30중량부, 보습재 1 내지 5중량부, 비메탈계 가스 발생재 1 내지 5중량부, PC계 분말유동화재 1 내지 10중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 50 내지 100중량부로 배합되는 것이 타당하다.
한편 본 발명의 조성물에는 콘크리트 내부로 침투된 염화물이온을 고정화시킬 목적으로 니트록시드(nitroxide) 라디칼이 첨가되도록 한다.
상기 니트록시드 라디칼은 리빙라디칼 중합에 의한 분자량 분포가 좁은 고분자의 중합체의 제조나 텔로머(telome)의 제조에 이용된다. 상기 니트록시드 라디칼은 페이스트 내에서 염소이온은 에너지를 받아 염소라디칼로 전이될 때 락볼트와의 산화반응이 진행되므로 니트록시드 라디칼은 염소이온이 염소라디칼로 전환하는 것을 억제해 줌으로써 락볼트의 부식을 억제하는 기능을 발현하게 되는 것이다.
또한, 니트록시드 라디칼은 염소 라디칼과 반응하여 안정한 형태의 화합물을 형성하므로 염화물의 고정화가 이루어진다.
상기 니트록시드 라디칼은 시멘트 100중량부에 대해 0.1 내지 1중량부로 배합됨이 타당하다.
상기 니트록시드 라디칼의 첨가에 의해 내염해성을 향상시키도록 하나 니트록시드 라디칼의 첨가량을 증가시켜 내염해성을 더욱 향상시키고자 하는 경우 과도한 라디칼 반응으로 락볼트와 모르타르의 부착성능 저하 등의 문제가 야기될 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 페이스트의 내염해성 등을 더욱 향상시키기 위해 포졸란계 초미분말 및 지르코늄 혼합물이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.
상기 포졸란계 초미분말은 페이스트의 공극을 치밀하게 하는 기능으로서 포졸란계 초미분말의 첨가에 의해 밀실한 페이스트가 구현되어 내구성을 확보할 수 있도록 하는 것이며, 상기 포졸란계 초미분말은 염소이온의 응집작용에 의해 염소이온의 침투저항성을 향상시키고, 안정화시키는 효과를 통해 내염해성을 확보하는 작용을 한다.
그런데 상기 포졸란계 초미분말은 시멘트 조성물 중의 알칼리성분과 반응시 미세한 수소가스를 발생시켜 페이스트를 팽창시켜 균열을 제어하는 기능도 하는데, 이 과정에서 발생한 수소가스에 의해 공극형성에 의한 강도저하, 블리딩을 초래하게 될 수 있다.
이에 본 발명에서는 포졸란계 초미분말 및 지르코늄 혼합물이 더 첨가되도록 하는 것으로, 지르코늄의 더 첨가에 의해 포졸란계 초미분말의 첨가에 의한 내염해성을 확보하면서 이 과정에서 발생될 수 있는 수소가스를 제거하여 수소가스에 의해 공극형성에 의한 강도저하, 균열발생, 블리딩 등의 문제를 제어토록 하는 것이다.
한편 폐유리 재생골재의 주성분으로서 반응성 실리카인 SiO2와 시멘트중 알카리 금속이온인 Na+, K+이 반응하여 알카리 규산염겔을 생성하고 물을 흡수하여 팽창하는 알카리 실리카 반응에 의해 균열발생의 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명에서는 포졸란계 초미분말 및 지르코늄 혼합물에 규조토가 더 포함되도록 하여 폐유리 재생골재를 사용함에도 알카리 실리카 반응을 제어함으로써 균열에 대한 저항성을 향상시키기 위한 실시예를 제시하고 있다.
즉 규조토가 첨가됨에 의해 페이스트에서 용출되는 Na+, K+을 제거함으로써 상기에서 언급한 알카리 실리카 반응이 제어되도록 하는 것이다.
바람직하게 포졸란계 초미분말 및 지르코늄 혼합물은 시멘트 100중량부에 대해 5 내지 15중량부로 배합되는 것이 타당하고, 상기 혼합물은 포졸란계 초미분말 100중량부에 대해 지르코늄 10 내지 30중량부, 규조토 10 내지 30중량부로 배합됨이 타당하다.
한편 본 발명에서는 폐유리 재생골재에 더하여 화산재도 골재로 첨가되도록 할 수 있는데, 화산재는 고열 고압 가스 에너지에서 천연 소생 다공질로 이루어진 쇠설질이 퇴적된 것으로 화산 폭발시 1600 내지 1800℃로 천연 고온 소성되어 기공이 많고 가벼우며, 견고하여 흡음율 및 보온성이 우수할 뿐만 아니라 인체에 유익한 원적외선을 방출한다. 또한 화산재의 첨가로 내산성, 내화학성 등을 향상시키게 되는 것이다.
한편 화산재의 경우 내부에 존재하는 기공은 개기공과 폐기공으로 구성되어 있으며, 특히 골재 내부는 표면층에서 내부 영역으로 갈수록 기공의 크기가 커지는 현상이 발생하기도 한다. 그런데 내부에 다량의 개기공을 형성되면 수분 흡수가 매우 크고, 이에 작업성 저하, 균열발생 등의 문제가 발생된다. 그러므로 화산재에 존재하는 기공을 주로 폐기공화 하여 수분흡수 및 이동을 억제할 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 이에 본 발명에서는 개질 화산재가 적용되도록 하고 있으며, 화산재의 개질은 화산재를 유기 탄화수소 가스에 의해 증착처리 되도록 하여 폐기공율을 향상키도록 하는 것이다.
즉 화산재를 유기 탄화수소 가스와 반응시켜 입자 표면에 탄화규소 피막이 도포되도록 하고, 내부에도 탄화규소 피막이 충진되어 폐기공율을 향상시키는 것이다. 화산재와 유기 탄화수소 가스를 반응시키는 방법은 다양한 공지기술이 적용될 수 있으며, 예로 화산재를 900 ℃ 내지 1200 ℃에서 유기 탄화수소 가스, 유기 탄화수소 증기 또는 이들의 혼합물로 열 화학증착 처리한 후, 표면의 과잉 유리 탄소층을 가열에 의해 산화 제거토록 할 수 있는 것이다. 이러한 과정을 거치게 되면 화산재 입자의 표면은 물론 내부에도 부분적으로 탄화규소층 피막이 형성되어 폐기공율을 높이게 되는 것이다. 결과적으로 개질에 의해 수분흡수율을 제어하게 되는 것이다.
이하에서는 실험 예에 의해 본 발명에 대해 설명한다.
하기에서 보는 바와 같이 각각 시료를 제작하였으며, 그 실험결과가 표 1에 도시되고 있다.
[실시예 1]
시멘트 100중량부에 대해 칼슘계 방청재 20중량부, 폐유리 재생골재 100중량부, 고로슬래그 80중량부, 천연무수석고 20중량부, 경화재 10중량부, 증점재 1중량부, 강도증진재 10중량부, 보습재 1중량부, 비메탈계 가스 발생재 1중량부, PC계 분말유동화재 1중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 50중량부를 포함하도록 배합하여 시료를 제조하였다.
[실시예 2]
시멘트 100중량부에 대해 칼슘계 방청재 20중량부, 폐유리 재생골재 100중량부, 고로슬래그 80중량부, 천연무수석고 20중량부, 경화재 10중량부, 증점재 1중량부, 강도증진재 10중량부, 보습재 1중량부, 비메탈계 가스 발생재 1중량부, PC계 분말유동화재 1중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 50중량부, 니트록시 라디칼 0.5중량부를 포함하도록 배합하여 시료를 제조하였다.
[실시예 3]
시멘트 100중량부에 대해 칼슘계 방청재 20중량부, 폐유리 재생골재 100중량부, 고로슬래그 80중량부, 천연무수석고 20중량부, 경화재 10중량부, 증점재 1중량부, 강도증진재 10중량부, 보습재 1중량부, 비메탈계 가스 발생재 1중량부, PC계 분말유동화재 1중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 50중량부, 니트록시 라디칼 0.5중량부, 포졸란계 초미분말, 지르코늄 및 규조토 혼합물(중량비로 8 : 1 : 1) 10중량부를 포함하도록 배합하여 시료를 제조하였다.
[실시예 4]
시멘트 100중량부에 대해 칼슘계 방청재 20중량부, 폐유리 재생골재 100중량부, 고로슬래그 80중량부, 천연무수석고 20중량부, 경화재 10중량부, 증점재 1중량부, 강도증진재 10중량부, 보습재 1중량부, 비메탈계 가스 발생재 1중량부, PC계 분말유동화재 1중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 50중량부, 니트록시 라디칼 0.5중량부, 포졸란계 초미분말, 지르코늄 및 규조토 혼합물(중량비로 8 : 1 : 1) 10중량부, 개질 화산재 10중량부를 포함하도록 배합하여 시료를 제조하였다.
| 시험항목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 시험규격 | |
| 압축강도 (MPa) |
1일 | 14.5 | 14.4 | 14.4 | 14.2 | KS F 4042 |
| 3일 | 22.0 | 22.7 | 23.1 | 24.1 | ||
| 7일 | 35.7 | 35.2 | 35.6 | 35.1 | ||
| 28일 | 45.9 | 45.8 | 48.1 | 48.2 | ||
| 염소이온 침투저항성 (coulomb) |
601 | 634 | 651 | 654 | ||
| 팽창율(%) | 0.05 | 0.05 | 0.04 | 0.06 | ||
| 종결(시간) | 7 | 7 | 7 | 6 | ||
| 흐름(%) | 158 | 157 | 158 | 156 | ||
| 길이변화율(%) | -0.055 | -0.038 | -0.019 | -0.020 | ||
| 방청율(%) | 92.1 | 92.5 | 98.7 | 98.8 | ||
강도면에서 실시예 3의 경우가 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 포졸란계 초미분말, 지르코늄 및 규조토 혼합물이 첨가되어 밀실한 페이스트가 구현되고 균열제어에 기인한 것으로 판단된다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이 염소이온 침투저항성을 보면 실시예 2가 실시예 1보다 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2에 니트록시 라디칼이 더 첨가됨에 기인한 것으로 판단된다. 또한 실시예 3의 경우가 염소이온 침투저항성 및 방청성면에서 실시예 2보다 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 포졸란계 초미분말, 지르코늄, 규조토 혼합물이 첨가되어 밀실한 페이스트가 구현되고 균열이 제어되도록 함에 기인한 것으로 판단된다.
또한 길이변화율을 보면 실시예 3에서 가장 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 포졸란계 초미분말, 지르코늄, 규조토 혼합물이 첨가되어 밀실한 페이스트가 구현되고 표면공극의 제어를 통한 균열저항성 향상, 알카리 실리카반응의 제어에 기인한 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.
Claims (6)
- 시멘트, 칼슘계 방청재, 폐유리 재생골재, 고로슬래그, 천연무수석고, 경화재, 증점재, 강도증진재, 보습재, 비메탈계 가스 발생재, PC계 분말유동화재, 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하고,
상기 증점제는 메틸셀룰로오스와 알루미늄 실리케이트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 칼슘계 방청재는 칼슘 카보네이트와 소듐염의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
니트록시 라디칼이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물.
- 제 1항에 있어서,
폴졸란계 초미분말, 지르코늄, 규조토 혼합물이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물.
- 제 1항에 있어서,
화산재가 더 포함되되, 상기 화산재는 유기 탄화수소 가스에 의해 증착처리되어 폐기공율을 향상시킨 개질 화산재인 것을 특징으로 하는 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물.
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| KR1020210109383A KR102479455B1 (ko) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210109383A KR102479455B1 (ko) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 폐유리 재생골재를 활용한 락볼트 채움 방청성 무수축 모르타르 조성물 |
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| KR20100042943A (ko) * | 2008-10-17 | 2010-04-27 | (주)대우건설 | 해양 콘크리트용 혼합재 및 이를 이용한 시멘트 조성물 |
| KR101037073B1 (ko) * | 2011-03-17 | 2011-05-26 | (주)포크리트 | 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법 |
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