KR102525639B1 - 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법 - Google Patents

모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 싸이클론 건조기로 고온 건조 분말화하여, 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것이고;
상기 친수성 결정화 촉진제는 아우인계 시멘트 팽창제(4CaO·3Al2O3·SO3), 무수 석고(CaSO4), free-CaO와 팽윤성을 갖는 몬모릴로나이트, 칼슘 알루미네이트, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산리튬(Li2CO3), 중탄산나트륨(NaHCO3), 마그네슘카보네이트(MgCO3), 리튬하이드로겐카보네이트(LiHCO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 메타카올리나이트(Al2Si2O7), 알루민산나트륨(NaAlO2), 규산나트륨, 인산수소칼슘(CaHPO4), 모노베이직 칼슘 포스페이트(Ca(H2PO4)2) 및 트리베이직 칼슘 포스페이트(Ca3(PO4)2)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이고;
상기 소수성 물질은 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 부틸 스테아레이트, 올레산, 카프릴산과 카프릭 유도체 및 트리메톡시실란(trimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 함유하여,
콘크리트 구조물의 파손부 처리 시 균열 등의 성능저하 요소를 자기 스스로 복원하고 치유할 수 있는 자기 보수 결정화 혼화제를 사용하므로, 추가적인 균열에 의한 추가 공사를 하지 않아도 보수 및 복구효과를 향상시켜 유지관리 수요 발생을 억제하고 관련 비용을 절감할 수 있는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것이다.

Description

모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법 {Preparation method of crystallized additive with self-healing repair for mortar, and Self-healing repair mortar composite for concrete repair and Concrete repairing method using the same}
본 발명은 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질이 코팅된 형태로 제조된 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 상기 방법으로 제조된 자기 보수 결정화 혼화제를 포함하여 균열 발생을 억제할 수 있는 기능을 가지고 강도 등의 물성이 우수하여 유지관리 수요 발생을 억제하며 관련 비용을 절감할 수 있는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 것이다.
건축 또는 토목 구조물의 구축에 이용되는 콘크리트는 시멘트, 물, 골재 등을 포함하며, 수화반응에 의해 경화되는 성질을 가져 건축재로서의 품질이 좋고 경제적이며 반영구적이기 때문에 거의 오천년의 역사를 가지고 건설재료에 사용되고 있다. 그러나 이러한 콘크리트 구조물은 필연적으로 성능 저하 현상이 발생된다.
콘크리트 구조물의 성능 저하는 중성화, 염해, 동해, 화학적 침식, 알칼리 골재 반응, 피로, 풍화, 화재 등으로 시간이 경과함에 따라 콘크리트가 원래의 기능을 발휘하지 못하고 특성이 저하되는 것을 의미한다. 콘크리트는 타설이나 성형 후 일정 기간이 경과하면 그 성능이 점차 저하되므로 콘크리트 구조물은 주기적으로 보수·보강을 하여야 한다.
콘크리트의 성능 저하에 결정적 영향을 미치는 것은 균열로 상기 균열이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 외기나 수분, 화학 성분이 침투하여 콘크리트의 성능 저하가 더욱 촉진된다. 또한, 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트가 탈락하는 현상이 일어남과 동시에 철근 부식에 의해 철근 단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 구조물이 파손되게 된다.
이러한 원인으로 발생되는 콘크리트 구조물은 시공 시 균열을 제어할 수 있는 공법이나 다양한 방법의 보수공법을 도입할 필요가 있다. 균열 제어 공법은 균열 발생을 저감할 수 있는 각종 섬유를 콘크리트에 혼입하여 타설하거나 와이어매시를 콘크리트 구조물 내부에 설치하는 방법이고, 균열 보수 공법은 열화된 기존 콘크리트를 제거하고, 시멘트 재료에 폴리머 등을 혼입하여 물리적 성능, 강도 및 내구성 등을 향상시킨 폴리머 시멘트 모르타르를 사용하는 보수 공법이다.
그러나, 기존의 균열 제어 공법은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 완벽히 방지하지 못하므로 추가적인 보수가 필요하여 근본적인 대책이 될 수 없으며, 균열 보수 공법은 보수된 부분도 추가적인 균열이 발생할 수 있어 지속적인 유지 관리가 필요한 단점이 있다.
상기 균열 보수 공법 중 가장 일반적인 방법은 모르타르나 콘크리트 혼합물에 균열 자기 보수 치유제를 혼합 사용하는 것이며, 최근에는 마이크로캡슐화 기법을 이용한 콘크리트의 자가 보수하는 방법이 제시되고 있다. 구체적으로 캡슐화된 규산나트륨 등이 제시되고 있으나, 상기 캡슐화된 규산나트륨은 실리카(SiO2) 성분 함량이 낮고 점성이 비교적 높아 미세 균열로 침투가 어려워 콘크리트 구조물의 자기 보수 기능이 현저히 낮다는 한계가 있다. 또한, 점토 입자 내부의 박테리아와 젖산 칼슘을 이용한 자기 보수 치유제도 제시되고 있으나 가격이 비싸고 초기 압축 강도가 낮게 발현된다는 단점이 있다. 또한, 결정화 혼화제(Crystalline admixture) 예를 들면 수산화물, 규산나트륨, 탄산염 및 메타카올린과 같은 알칼리 활성 물질을 사용하는 방법이 제시되고 있다.
그러나, 상기와 같은 방법으로 보수된 콘크리트 구조물 역시 열악한 환경에 노출되기 때문에 보수 후에도 하자가 빈번히 발생하고 있다. 만약 보수 후 또 다시 하자가 발생하면 재 보수를 해야 하는데, 기존 구조물의 재 보수를 위한 치핑, 다양한 보수 재료에서 발생하는 이물질 등이 추가적으로 발생하기 때문에 재 보수 공사는 그 시공이 복잡하고 시공비가 증가하며 품질 관리에 어려움이 있다는 단점이 있다.
따라서, 보수 후에 하자를 최소화하기 위해서는 보수 모르타르의 내구성이 우수하고, 특히 보수 모르타르의 균열을 최소화하고 균열 발생을 억제할 수 있는 기능을 갖는 자기 보수 모르타르의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1761608호 대한민국 등록특허 제10-1308084호 대한민국 등록특허 제10-1507091호 대한민국 등록특허 제10-0114225호
Oliveira, A.D.S 외 An overview of a twofold effect of crystalline admixtures in cement-based materials : From permeability-reducers to self-healing stimulators. J Build. Eng 2021,41, Wang,Z 외 A self-healing cementitious composite with mineral admixtures and built-in carbonate. Cem, Concr. Compos. 2018, 92, 216-229 KM Lee, HS Kim, DK Lee, KJ Shin self-Healing Performance Evaluation of Concrete Incorporating Inorganic Materials Based on a Water Permeability Test. J Materials(Basel) v14(12):2021 Jun
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질이 코팅층이 형성된 형태의 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 상기 방법으로 제조된 자기 보수 결정화 혼화제를 함유하여 보수 모르타르의 균열을 최소화하고, 균열 발생을 억제할 수 있는 기능을 가지고 강도 등의 물성이 우수하여 유지관리 수요 발생을 억제하고 관련 비용을 절감할 수 있는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 관한 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 구현예는 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 싸이클론 건조기로 고온 건조 분말화하여, 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것이고;
상기 친수성 결정화 촉진제는 아우인계 시멘트 팽창제(4CaO·3Al2O3·SO3), 무수 석고(CaSO4), free-CaO와 팽윤성을 갖는 몬모릴로나이트, 칼슘 알루미네이트, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산리튬(Li2CO3), 중탄산나트륨(NaHCO3), 마그네슘카보네이트(MgCO3), 리튬하이드로겐카보네이트(LiHCO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 메타카올리나이트(Al2Si2O7), 알루민산나트륨(NaAlO2), 규산나트륨, 인산수소칼슘(CaHPO4), 모노베이직 칼슘 포스페이트(Ca(H2PO4)2) 및 트리베이직 칼슘 포스페이트(Ca3(PO4)2)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이고;
상기 소수성 물질은 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 부틸 스테아레이트, 올레산, 카프릴산과 카프릭 유도체 및 트리메톡시실란(trimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법을 제공한다.
상기 자기 보수 결정화 혼화제는 입자 크기가 100 내지 200 ㎛인 친수성 결정화 촉진제 100 중량부에 소수성 물질 1 내지 25 중량부를 분사하여, 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자를 제조하는 단계, 및 상기 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자 100 중량부에 대하여 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트를 1 내지 5 중량부 혼합한 후, 상기 혼합물을 50 내지 80 ℃의 싸이클론 건조기를 이용하여 고온 건조 분말화하여 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질이 30 내지 50 ㎛ 두께로 코팅되어 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것이고;
상기 친수성 결정화 촉진제는 폴리아크릴하이드로겔(Polyacrylic hydrogel) 및 폴리에틸렌 비닐아세테이트(polyethylene vinylacetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 친수성 결정화 촉진제의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 20 중량%를 더 포함하는 것이고;
상기 소수성 물질은 산화망간 폴리스틸렌(Manganese oxide polystyrene, MnO2/PS), 산화아연 폴리스틸렌(Zinc oxide polystyrene, ZnO/PS) 및 침전된 탄산칼슘(Precipitated calcium carbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 5 중량%, 및 불소계 실란(Fluorinated silanes), 불소계 중합체, 파라핀 왁스(Paraffine wax), 폴리스틸렌(polystylene) 및 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 1 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 1종 보통시멘트 35 내지 50 중량부, 백운석 규사 40 내지 60 중량부, 상기 제조방법으로 얻어진 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제 0.1 내지 10 중량부, 팽창시멘트 0.1 내지 10 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.1 내지 1 중량부, 셀룰로스 나노 섬유 0.1 내지 1 중량부, 폴리(VeoVa-아크릴레이트) 삼원공중합체 라텍스(poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex) 0.1 내지 10 중량부, 수축저감제 0.1 내지 10 중량부, 스틸베노이드 글리코시드 1 내지 10 중량부 및 용융 암석 입자 0.1 내지 10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 용융 암석 입자는 천연 광석을 평균 입경 3 내지 10 mm의 크기로 파쇄하여 입자를 형성하는 제1 파쇄 단계; 상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 500 내지 1300 ℃에서 5 내지 20분 동안 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 용해단계; 및 상기 용융 및 융착된 용융물을 재 파쇄하여 평균 입경 3 내지 10 mm의 용융 암석 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 것이고,
상기 천연 광석은 고령토 60 내지 80 중량부, 납석 5 내지 20 중량부, 견운모 10 내지 20 중량부, 천매암 1 내지 10 중량부, 및 페리클레이스 1 내지 10 중량부를 함유하는 것일 수 있다.
상기 용융 암석 입자는 상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 700 내지 1000 ℃에서 5 내지 10분 동안 1차 가열한 후 500 내지 600 ℃에서 5 내지 10분 동안 2차 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 용해단계를 포함하여 제조되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법으로서,
손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 이물질을 제거하는 단계; 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계; 상기 세척된 손상부위에 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 손상부위에 타설하는 단계; 및 상기 콘크리트 구조 보수용 모르타르를 양생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 의하면, 콘크리트 구조물의 파손부 처리 시 균열 등의 성능저하 요소를 자기 스스로 복원하고 치유할 수 있는 자기 보수 결정화 혼화제를 사용하므로, 추가적인 균열에 의한 추가 공사를 하지 않아도 보수 및 복구 효과를 향상시켜 유지관리 수요 발생을 억제하고 관련 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 의하면, 건조수축에 따른 길이변화율이 적고, 우수한 압축강도, 휨강도, 부착강도를 갖고, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성, 방청률 및 낮은 흡수율을 갖는다는 이점이 있다.
이와 같은 이점으로 본 발명의 일 구현예에 따른 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물은 특히 해양콘크리트 구조물, 지수구조물, 지중구조물, 화학공장 바닥, 하수관거 등의 시설뿐만 아니라, 기존의 각종 공법에도 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기 보수 결정화 혼화제 제조 장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물의 성능 시험을 위한 시혐편의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물의 투수 시험 방법의 모식도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물의 투수 시험 전/후의 시험편 상태를 나타낸 사진이고,
도 5는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 균열부에 대한 경화조직을 관찰한 SEM(Scanning Electron Microscope)이고,
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 균열부에 대한 경화조직을 관찰한 SEM(Scanning Electron Microscope)이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 수화물 표면에서 발생한 CaCO3에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope)이고,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 XRD(X-ray diffractometer)이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 보수 결정화 혼화제의 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 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 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 싸이클론 건조기로 고온 건조 분말화하여, 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 제조하는 방법과, 상기와 같이 제조된 자기 보수 결정화 혼화제를 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물에 일정량 함유하는 것에 기술구성상의 특징이 있다. 본 발명에서 사용되는 자기 보수 결정화 혼화제는 모르타르 조성물과 물을 혼합하는 초기 단계에는 물과 반응하지 않은 미 반응체로 존재하다가, 이후에 모르타르에 균열이 발생할 경우 균열에 의해 친수성 결정화 촉진제 표면에 코팅된 소수성 물질이 파괴되면서 상기 친수성 결정화 촉진제와 물이 반응하여 결정체를 생성시킨다. 상기 생성된 결정체(침전물)가 균열을 차폐하는 원리이다.
일례로, 하기 화학식 1은 친수성 결정화 촉진제(Ca(OH)2)와 지방산염 형태(RCOOH)의 소수성 물질로 이루어진 자기 보수 결정화 혼화제가 모르타르에 균열이 발생하여, 친수성 결정화 촉진제와 물이 반응하여 결정체(Ca+COOR-)를 생성하는 반응의 식을 나타낸 것이다.
[화학식 1]
Figure 112022122105212-pat00001
하기 화학식 2는 모르타르에 균열이 발생 할 때, 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 자기 보수 결정화 혼화제(MxRx, M은 alkali metal기이고 R은 anion기임)와 물이 반응하여 변형된 칼슘 실리케이트 수화물(CaxSixOxR-(H2O)x)과 균열(기공) 차폐 침전물(MxCaRx·(H2O)x)을 형성하는 반응 메카니즘을 나타낸 것이다.
[화학식 2]
Figure 112022122105212-pat00002
본 발명에 따른 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법은 구체적으로 입자 크기가 100 내지 200 ㎛인 친수성 결정화 촉진제 100 중량부에 소수성 물질 1 내지 25 중량부를 분사하여, 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자를 제조하는 단계, 및 상기 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자 100 중량부에 대하여 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트를 1 내지 5 중량부 혼합한 후, 상기 혼합물을 50 내지 80 ℃의 싸이클론 건조기를 이용하여 고온 건조 분말화하여 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질이 30 내지 50 ㎛ 두께로 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조된다. 상기와 같이 제조된 자기 보수 결정화 혼화제는 입자 크기 100 내지 500 ㎛를 유지한다.
본 발명에 따른 자기 보수 결정화 혼화제는 하기 도 1에 도시한 제조 장치의 개략도에 의하여 제조되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 제조장치는 각각의 친수성 결정화 촉진제 저장기(1, 2, 3), 친수성 결정화 촉진제 혼합기(4), 소수성 물질 저장기(5), 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기(6) 및 싸이클론형 분말 건조기(7)를 포함한다. 상기 각각의 저장기(1, 2, 3)에서 친수성 결정화 촉진제를 유출하고, 이를 결정화 촉진제 혼합기(4)에서 혼합한다. 이후에 상기 혼합기(4)에서 친수성 결정화 촉진제 혼합물과, 저장기(5)에서 소수성 물질을 분사 유출하여 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기(6)에서 회전 혼합한다. 상기 혼합에 의해 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자를 형성한다. 이때, 상기 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트를 추가로 유입하여 회전 혼합한다. 이후에 혼합기(6)의 혼합물을 싸이클론형 분말 건조기(7)에 분사 건조하여 자기 보수 결정화 혼화제를 제조한다. 상기 혼합기(6)의 혼합물은 싸이클론형 분말 건조기(7)에 분사하여 건조와 동시에 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 형성하게 된다.
상기 친수성 결정화 촉진제는 아우인계 시멘트 팽창제(4CaO·3Al2O3·SO3), 무수 석고(CaSO4), free-CaO와 팽윤성을 갖는 몬모릴로나이트, 칼슘 알루미네이트, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산리튬(Li2CO3), 중탄산나트륨(NaHCO3), 마그네슘카보네이트(MgCO3), 리튬하이드로겐카보네이트(LiHCO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 메타카올리나이트(Al2Si2O7), 알루민산나트륨(NaAlO2), 규산나트륨, 인산수소칼슘(CaHPO4), 모노베이직 칼슘 포스페이트(Ca(H2PO4)2) 및 트리베이직 칼슘 포스페이트(Ca3(PO4)2)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 친수성 결정화 촉진제는 상기 화학식 2와 같은 반응 메카니즘에 따라 침전물을 형성하여 균열(기공)을 차폐하여 보수하며, 사용하는 친구성 결정화 촉진제의 종류에 따라 각각 상이한 침전물 형태를 보인다. 예를 들면 황산나트륨(Na2SO4)은 에트링자이트(ettringite)와 모노설페이트(monosulfate)를 생성하고, 탄산 나트륨은 산성 물질과 반응하여 용액의 알칼리도 감소를 지연시킬 수 있으며 수산화 칼슘(Ca(OH)2)과 반응할 수 있다. 이때 생성된 수산화 나트륨(NaOH)은 모르타르의 알칼리도를 유지시키고 결정형 생성물의 응고를 가속화 할 수 있게 된다. 또한, 규산나트륨은 물에 용해되어, 가용성 규산염 이온은 칼슘 이온과 반응하여 C-S-H 겔을 형성하고, 알루민산 나트륨은 산화 칼슘 및 석고와 반응하여 침상구조를 갖는 팽창 결정물인 에트링자이트 (ettringite), 수산화 나트륨 및 수산화 알루미늄을 생성한다. 또한, 황산나트륨과 황산알루미늄을 사용하는 경우 치유 결정물에 다량의 방해석(Calcite:CaCO3)가 생성되고, 마그네슘 실리케이트 이외의 마그네슘 화합물, 특히, 마그네사이트(MgCO) 및 백운석(CaMg(CO))은 균열 부위에서 높은 안정성을 가지며, 개선된 자기 치유성에 기여하는 Mg-Si계 수화물 또는 CaCO3계 수화물을 형성한다.
본 발명은 균열 차폐 침전물의 종류, 반응성, 구입 용이성 및 경제성 등을 고려하면 탄산나트륨, 규산나트륨 및 알루민산 나트륨을 혼합 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 친수성 결정화 촉진제는 코팅되는 소수성 물질과의 표면 접착력을 증가시키기 위하여, 폴리아크릴하이드로겔(Polyacrylic hydrogel) 및 폴리에틸렌 비닐아세테이트(polyethylene vinylacetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 친수성 결정화 촉진제의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 친수성 결정화 촉진제는 입자 크기가 100 내지 200 ㎛인 것이 바람직하며, 입자 크기가 100 ㎛ 미만이면 콘크리트 구조 보수용 모르타르의 균열 발생 시 파열이 어려울 수 있다는 문제점이 있으며, 입자 크기가 200 ㎛ 초과하는 경우에는 소수성 물질 코팅 과정 후 제조되는 자기 보수 결정화 혼화제 입자 크기가 너무 커질 수 있다는 문제점이 있다.
상기 소수성 물질은 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 부틸 스테아레이트, 올레산, 카프릴산과 카프릭 유도체 및 트리메톡시실란(trimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 소수성 물질은 환경변화에 의한 코팅층의 손상 및 파열을 감소시키기 위하여, 산화망간 폴리스틸렌(Manganese oxide polystyrene, MnO2/PS), 산화아연 폴리스틸렌(Zinc oxide polystyrene, ZnO/PS) 및 침전된 탄산칼슘(Precipitated calcium carbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 5 중량%, 및 불소계 실란(Fluorinated silanes), 불소계 중합체, 파라핀 왁스(Paraffine wax), 폴리스틸렌(polystylene) 및 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 1 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
이러한 소수성 물질은 친수성 결정화 촉진제 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 사용량이 1 중량부 미만이면 그 양이 미미하여 친수성 결정화 촉진제 표면에 충분한 코팅층 형성이 어려울 수 있는 문제점이 있고, 상기 사용량이 25 중량부 초과하는 경우에는 두께가 너무 두꺼워 지거나 균일한 두께로 코팅이 어려울 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 친수성 결정화 촉진제에 코팅되는 소수성 물질의 두께는 30 내지 50 ㎛인 것이 바람직하며, 상기 두께가 30 ㎛ 미만이면 다른 성분과의 혼화성 등은 향상되나 환경 변화에 의해 소수성 물질이 쉽게 파열될 수 있다는 문제점이 있고, 50 ㎛를 초과하는 경우에는 모르타르 조성물을 제조하는 과정에서 혼합기 날(Blade)의 손상 등은 적어지나 소수성 물질이 파열이 어려울 수 있는 문제점이 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 자기 보수 결정화 혼화제는 입자 크기 100 내지 500 ㎛를 유지하며, 상기 입자 크기가 100 ㎛ 미만이면 콘크리트 구조 보수용 모르타르의 균열 발생시 파열이 어려워 자기 보수 결정화 혼화제로서의 역할 수행이 어려울 수 있는 문제점이 있으며, 500 ㎛를 초과하는 경우에는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 제조 시 부서지기 쉽다는 문제점이 있다.
상기 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트는 친수성 결정화 촉진제 표면에 코팅되는 소수성 물질을 균일하게 분산시켜 일정한 코팅 두께를 유지하고 코팅 두께를 제어하는 역할을 한다.
상기 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트는 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질의 혼합물 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 함유하는 할 수 있다. 상기 함유량이 1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 함유량이 5 중량부를 초과하는 경우에는 유동성이 크게 증가하여 코팅층 형성이 어려울 수 있다.
또한, 본 발명은 1종 보통시멘트 35 내지 50 중량부, 백운석 규사 40 내지 60 중량부, 상기의 제조방법으로 얻어진 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제 0.1 내지 10 중량부, 팽창시멘트 0.1 내지 10 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.1 내지 1 중량부, 셀룰로스 나노 섬유 0.1 내지 1 중량부, 폴리(VeoVa-아크릴레이트) 삼원공중합체 라텍스(poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex) 0.1 내지 10 중량부, 수축저감제 0.1 내지 10 중량부, 스틸베노이드 글리코시드 1 내지 10 중량부 및 용융 암석 입자 0.1 내지 10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 1종 보통시멘트는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으며, 비표면적이 약 3000 ㎠/g인 KS 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 1종 보통시멘트는 35 내지 50 중량부 함유하며, 상기 함유량이 35 중량부 미만이면 결합력이 저하되어 강도가 제대로 발현되지 않을 수 있는 문제점이 있고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 백화현상이 심하게 발현되고 경제성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 백운석 규사는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조 보수용 모르타르의 조직을 치밀하게 하며, 균일성을 유지하여 강도 및 내구성 성능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 규사는 특별히 한정하지는 않으나, 평균 입경이 10 내지 20 mm인 중사와 평균입경이 0.1 내지 1.0 mm인 세사를 각각 1:4 내지 2:3 중량비로 혼합한 것을 사용할 수 있다. 상기와 같이 두 개의 서로 다른 사이즈를 사용함으로서 공극을 최소화할 수 있어서 균열 발생을 낮출 수 있다.
이러한 백운석 규사는 40 내지 60 중량부 함유하며, 상기 함유량이 40 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 60 중량부를 초과하는 경우에는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물의 유동성 및 치밀성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 제조방법에서 얻어진 자기 보수 결정화 혼화제는 0.1 내지 10 중량부 함유하는 할 수 있다. 상기 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 함유량이 10 중량부를 초과하는 경우에는 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다.
상기 팽창시멘트는 초기, 장기 수축을 방지하여 보수된 콘크리트 구조물의 균열 발생을 억제하는 기능을 한다. 팽창시멘트는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명은 덴카 CSA(CaO·SO3·Al2O3) D20을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 팽창시멘트는 0.1 내지 10 중량부를 함유하며, 상기 팽창시멘트 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물의 제조원가가 상승되어 가격 경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 폴리프로필렌 섬유와 셀룰로스 나노 섬유의 섬유를 사용한다. 섬유는 일반 모르타르의 취성과 낮은 변형(Strain)의 단점을 극복하며 섬유는 균열의 폭과 진행을 제어하는 역할을 한다. 또한, 모르타르의 균열 폭을 보다 효율적으로 제어하기 위한 자기 보수 결정화 혼화제 첨가 시에는 인장이 발생할 때 모르타르의 균열이 일정부분 제어하고, 상기 자기 보수 결정화 혼화제의 접착력을 향상시키고 균열의 양면에서 자기 보수 결정화 혼화제와 접착을 촉진하여 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 폴리프로필렌 섬유는 모르타르의 취성 및 낮은 변형(Strain) 등을 개선하고, 물론 양생 시 표면 크랙을 줄일 수 있어 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이며, 초기 분산성을 높이기 위한 역할을 한다.
이러한 폴리프로필렌 섬유는 0.1 내지 1 중량부 함유하며, 상기 폴리프로필렌 섬유 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 1 중량부를 초과하는 경우에는 물 사용량의 증가로 작업성이 나빠지고 경제성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 셀룰로스 나노 섬유는 모르타르의 유변성(Rheology) 및 수분 함유를 증가 시키고, 우수한 충전성, 접착강도, 신장률, 균열억제성능 및 수축 저항성능을 부여하여 주위 온도변화에 따른 수축과 팽창의 반복에 의한 균열이나 시간경과에 따른 환경적 요인이나 노화로 인해 열화된 균열을 효과적으로 보수하고 방지할 수 있는 역할을 한다.
이러한 셀룰로스 나노 섬유는 0.1 내지 1 중량부 함유하며, 상기 셀룰로스 나노 섬유 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 1 중량부를 초과하는 경우에는 유동성 및 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리(VeoVa-아크릴레이트) 삼원공중합체 라텍스(poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex)는 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키며, 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘하는 역할을 한다. 이러한 폴리(VeoVa-아크릴레이트) 삼원공중합체 라텍스(poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex)는 0.1 내지 10 중량부 함유하며, 상기 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 수화반응 시 수화생성물의 생성을 방해하여 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 수축저감제는 2.5 내지 50 nm 크기의 콘크리트나 모르타르의 공극에서 수분의 증발 시 발생하는 모세관 장력을 완화시켜 수축 현상을 저감시키는 역할을 한다. 상기 수축저감제는 예를 들면 프로필렌 글리콜(Propylene glycol), 폴리옥시아킬렌 알킬 에스터(Polyoxyalkylene alkyl esters), 펜틸 글리콜(Pentyl Glycol), 및 네오페틸 글리콜(neopentyl glycol) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 플레이크(flake) 형태의 고체 상태로 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 수축저감제는 0.1 내지 10 중량부를 함유하며, 상기 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 강도 저하 및 경제성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 스틸베노이드 글리코시드는 우수한 작업성과 재료 간의 우수한 혼화성을 제공하고, 균열저항성 및 내구성을 개선할 수 있는 기능을 한다.
이러한 스틸베노이드 글리코시드는 1 내지 10 중량부를 함유하며, 상기 함유량이 1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 상기한 개선효과는 더이상 개선되지 않아 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 용융 암석 입자는 모르타르의 부착력을 향상시키고 미세균열 방지와 수축 방지 효과 및 초기강도 향상 등을 제공하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 상기 용융 암석 입자는 천연 광석을 평균 입경 3 내지 10 mm의 크기로 파쇄하여 입자를 형성하는 제1 파쇄 단계; 상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 500 내지 1300 ℃에서 5 내지 20분 동안 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 용해단계; 및 상기 용융 및 융착된 용융물을 재 파쇄하여 평균 입경 3 내지 10 mm의 용융 암석 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 천연 광석은 고령토, 납석, 견운모, 천매암 및 페리클레이스이 혼합된 것으로 구체적으로 고령토 60 내지 80 중량부, 납석 5 내지 20 중량부, 견운모 10 내지 20 중량부, 천매암 1 내지 10 중량부, 및 페리클레이스 1 내지 10 중량부의 비율로 혼합된 것을 사용할 수 있다. 상기 성분 및 함량을 벗어나는 경우에는 용융 암석 입자 함유로 인한 효과 중 일부 효과가 저하될 수 있다.
상기 혼합된 천연 광석을 일정 크기로 파쇄하여 분말화한 후 가열하는 과정에서 각 분말 입자간의 표면에 부분적으로 용융 및 융착된 용융물이 형성되고 응고된 후 이들을 재 파쇄하여 균일한 효과 발현이 가능하도록 한다.
또한, 상기 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논은 1차 파쇄된 입자의 용융 및 융착된 용융물 형성을 용이하게 하여 더욱 우수한 미세균열 방지와 수축 방지 효과 및 초기강도 향상 등을 제공하면서 동시에 내열성을 향상시키는 역할을 한다.
이러한 상기 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논은 1차 파쇄된 입자 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 함유하며, 상기 함유량이 1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 상기한 1차 파쇄된 입자가 큰 덩어리로 응집되어 균일한 성분을 갖는 파쇄물 형성이 어려울 수 있는 문제점이 있다.
상기 온도 및 시간은 분말 입자 표면에 부분적으로 용융 및 융착이 형성되는 것으로 적절히 제어할 수 있다.
또한, 상기 용해단계는 상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 700 내지 1000 ℃에서 5 내지 10분 동안 1차 가열한 후 500 내지 600 ℃에서 5 내지 10분 동안 2차 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 단계로 수행될 수 있다. 상기 1차 및 2차 가열을 수행하는 경우 파쇄된 천연 광석 입자로 부터 보다 균일한 크기 및 성분을 갖는 용융 및 융착된 용융물을 얻을 수 있다.
이러한 용융 암석 입자는 0.1 내지 10 중량부를 함유하며, 상기 함유량이 0.1 중량부 미만이면 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 작업성이 떨어지거나 제조 원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 의하면, 콘크리트 구조물의 파손부 처리 시 균열 등의 성능저하 요소를 자기 스스로 복원하고 치유할 수 있는 자기 보수 결정화 혼화제를 사용하므로, 추가적인 균열에 의한 추가 공사를 하지 않아도 보수 및 복구 효과를 향상시켜 유지관리 수요 발생을 억제하고 관련 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법과, 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법에 의하면, 건조수축에 따른 길이변화율이 적고, 우수한 압축강도, 휨강도, 부착강도를 갖고, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성, 방청률 및 낮은 흡수율을 갖는다는 이점이 있다.
이와 같은 이점으로 본 발명의 일 구현예에 따른 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물은 특히 해양콘크리트 구조물, 지수구조물, 지중구조물, 화학공장 바닥, 하수관거 등의 시설뿐만 아니라, 기존의 각종 공법에도 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법으로서,
손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 이물질을 제거하는 단계; 콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계; 상기 세척된 손상부위에 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 손상부위에 타설하는 단계; 및 상기 콘크리트 구조 보수용 모르타르를 양생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법을 제공한다.
보다 구체적으로 상기 손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 이물질을 제거하는 단계는 시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터 또는 워터젯을 이용하여 절삭 및 블라스팅함으로써 수행되며, 상기 수행으로 먼지, 시멘트 레이턴스, 이형제, 양생제, 페인트, 코팅 등을 제거한다. 이때, 콘크리트 표면에 균열이 있다면 이 균열은 폭과 깊이 약 20mm 깊이 U자형으로 파내고, 단락된 부위와 허니컴(honeycomb) 된 부분은 보수하기 전에 철저하게 청소하고 모르타르로 채워준다. 시공대상면은 광택 없는 습기가 존재하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 세척된 손상부위에 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 손상부위에 타설하는 단계이다. 상기 혼합은 당 분야에서 일반적으로 수행되는 방법으로 특별히 한정하지는 않는다. 구체적으로 강제식 혼합기에 모르타르를 붓고 제시된 혼합수의 90 중량%를 사용하여 모르타르 슬러리 상태를 확인한다(2 내지 3분 정도). 이후에 나머지 10 중량%의 혼합수를 조금씩 첨가하여 원하는 슬러리 상태를 확인하고 그 때 누적된 물량을 적정 혼합수로 한다. 이때, 모르타르의 적정 혼합수 판정은 슬러리를 손에 한 움큼 잡고 짜내었을 때 손에 남은 슬러리 양으로 평가한다.
또한, 타설 시 U자형으로 파낸 부분은 결정성 혼화제 슬러리로 코팅 또는 르타르 모르타르로 콘크리트 표면 공극을 채워주고, 단락(Spalling) 또는 허니컴(honeycomb)가 발생된 부분은 모르타르로 10 내지 15 mm의 두께로 마감한다 이때, 두께는 5O cm를 초과하지 않도록 하며, 손가락으로 누를 때 약 1.5 mm 정도로 깊이를 유지해야 한다.
다음으로, 상기 콘크리트 구조 보수용 모르타르를 양생시키는 단계이다. 상기 양생은 현장의 온도, 습도, 바람의 세기를 포함하는 대기 상태에 따라 1) 양생제만을 살포하거나, 2) 양생제를 살포한 후 상부에 비닐 또는 양생포를 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하거나, 또는 3) 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 또는 보온덮개를 이용하여 보온을 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용하는 것이 좋다.
특히, 상기 양생하는 단계에서, 현장 대기조건(예를 들면, 하절기처럼 대기온도(25 ℃ 이상)가 높고 상대습도가 낮으며 바람이 많은 대기조건인 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 유지한다. 반대로 대기온도(25 ℃ 이하)가 높지 않고 상대습도가 높으며 바람이 적은 대기조건인 경우에는 양생제만을 살포하여 양생한다.)에 따라 양생제만을 살포하거나 양생제를 살포한 후 상부에 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용할 수 있다. 또한, 대기온도가 5 ℃ 이하가 되는 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 보온덮개 등을 이용하여 보온양생을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1> 자기 보수 결정화 혼화제
하기 도 1과 같이, 입자 크기가 110 내지 150 ㎛인 각각의 친수성 결정화 촉진제 저장기(1, 2, 3)에서 탄산나트륨, 알루민산나트륨 및 황산나트륨을 1.5:1:1 중량비로 유출하고, 이를 결정화 촉진제 혼합기(4)에서 혼합하여 결정화 촉진제 혼합물을 제조하였다. 이후에 상기 친수성 결정화 촉진제 혼합기(4)에서 친수성 결정화 촉진제 100 중량부를 유출하고 소수성 물질 저장기(5)에서 트리메톡시실란(trimethoxysilane) 10 중량부를 분사 유출하여 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기(6)에서 회전 혼합하였다. 상기 과정으로 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자를 제조하였다. 이후에 상기 회전 혼합된 혼합물을 60 ℃의 싸이클론형 분말 건조기(7)에 분사 건조하여 자기 보수 결정화 혼화제를 제조하였다. 상기 제조된 자기 보수 결정화 혼화제는 평균 입자 크기가 350 ㎛이고, 친수성 결정화 촉진제 표면에 형성된 트리메톡시실란(trimethoxysilane)층의 평균 두께는 42 ㎛를 유지하였다(도 9).
<제조예 2> 자기 보수 결정화 혼화제
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 상기 친수성 결정화 촉진제 혼합기(4)에서 친수성 결정화 촉진제 100 중량부를 유출하고 소수성 물질 저장기(5)에서 소수성 물질 8 중량부를 분사 유출하여 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기(6)에서 회전 혼합하였다.
이때, 상기 친수성 결정화 촉진제는 탄산나트륨, 알루민산나트륨 및 황산나트륨을 1.5:1:1 중량비로 혼합된 혼합물과, 상기 혼합물 전체 중량에 대하여 폴리에틸렌 비닐아세테이트(polyethylene vinylacetate) 1 중량%를 혼합하여 사용하였다. 또한, 상기 소수성 물질은 트리메톡시실란(trimethoxysilane) 97 중량%, 트리플루오로프로필트리메톡시실란(trifluoropropyltrimethoxysilane) 2 중량% 및 산화망간 폴리스틸렌(Manganese oxide polystyrene, MnO2/PS) 1 중량%을 혼합하여 사용하였다.
이후에 상기 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기(6)에 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트를 추가로 유입하여 회전 혼합하였다. 이때 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트는 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합물 100 중량부에 대하여 2 중량부 혼합하였다. 상기 회전 혼합물을 60 ℃의 싸이클론형 분말 건조기(7)에 분사 건조하여 자기 보수 결정화 혼화제를 제조하였다. 상기 제조된 자기 보수 결정화 혼화제는 평균 입자 크기가 340 ㎛이고, 친수성 결정화 촉진제 표면에 형성된 트리메톡시실란(trimethoxysilane)층의 평균 두께는 35 ㎛를 유지하였다
<제조예 3> 용융 암석 입자
고령토 50 중량부, 납석 10 중량부, 견운모 15 중량부, 천매암 5 중량부 및 페리클레이스 5 중량부를 혼합하고 평균 입경이 약 5 mm의 크기로 1차 파쇄하였다. 이후에 상기 1차 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 3 중량부를 혼합하고, 1000 ℃에서 5 분 동안 가열하여 입자를 용융 및 서로 융착시켰다. 이후에 상기 용융 및 융착된 용융물을 냉각시킨 후, 재 파쇄하여 평균 입경이 약 5 mm인 용융 암석 입자를 제조하였다.
<제조예 4> 용융 암석 입자
상기 제조예 3과 동일하게 실시하되, 상기 1차 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 3 중량부를 혼합하고, 850 ℃에서 7 분 동안 1차 가열한 후 550 ℃에서 5 분 동안 2차 가열한 용융 및 융착된 용융물을 재 파쇄하여 평균 입경이 약 5 mm인 용융 암석 입자를 제조하였다.
<실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하여 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 제조하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
1종 보통시멘트 42 42 42 42 42 42
백운석 규사 50 50 50 50 50 50
팽창시멘트 5 5 5 5 5 5
폴리프로필렌 섬유 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
셀룰로스 나노 섬유 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
수축저감제 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
스틸베노이드 글리코시드 1.0 1.0 1.0 - - -
용융 암석 입자 제조예3
(0.5)		 제조예3
(0.5)		 제조예4
(0.5)		 - - -
자기 보수 결정화 혼화제 제조예1
(1.0)		 제조예2
(1.0)		 제조예2
(2.0)		 - 규산나트륨
(1.0)		 캡슐화된 규산나트륨
(1.0)
백운석 규사 : 평균 입경이 10 내지 20 mm인 중사 1중량비와 평균입경이 0.1 내지 1.0 mm인 세사 4중량비 혼합사용
팽창시멘트: 덴카 CSA D20
수축저감제: 네오페틸 글리콜
<시험예 1> 자기 보수 기능 시험(투수성 시험 이용)
1. 시혐편 제조
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 모르타르 조성물을 w/p 중량비가 0.18이 되도록 하여 각 시료 슬러리를 제조하였다. 상기 각 시료는 도 2와 같이, 콘크리트 몰드(100mm × 100mm × 30mm)에 부어 시험편을 제조하고 상온에서 24시간 양생한 후 탈형하여 수조에서 28일간 양생시켰다. 이후에 상기 양생이 끝난 시료의 절반을 잘라 강제로 균열을 만든 후 균열의 크기를 측정하였다. 이때, 상기 균열 양끝 면에 두께 0.3 mm, 폭 10 mm의 실리콘 페이퍼로 넣고 고정시켜 일정한 균열이 유지되도록 하였다.
2. 시혐편 측정방법
상기 시험편을 고정하는 지지대를 만들고 지지대에 시험편을 넣고 고정시킨다. 이후에 시험편 상하에 물 배수 유도관이 설치된 아크릴통을 세우고 시험편을 고정시킨 지지대와 맞닿는 부분을 실링(sealing) 하여 물의 누수를 차단한다. 지지대 하단에 용기를 설치하여 균열을 통해 누수되는 물의 양을 측정하며, 시간이 경과함에 따라 시험편의 균열이 차폐되며 시험편 상, 하단의 균열의 크기를 측정한다. 상기 균열 폭은 상면과 하면의 총 6개소에서 측정하고 평균값을 하기 표 2에 나타내었고, 시편의 균열 폭도 확인하였다.
이후에, 상기 균열에에서 생성된 결정물은 SEM(Scanning Electron Microscope) 및 XRD(X-ray diffractometer) 사진을 측정하여 분석하였다.
시험일수
(일)		 실시예 1
(㎖/s)		 실시예 2
(㎖/s)		 실시예 3
(㎖/s)		 비교예 1
(㎖/s)		 비교예 2
(㎖/s)		 비교예 3
(㎖/s)
0 0.33 0.318 0.29 0.46 0.40 0.37
1 0.08 0.072 0.0435 0.381 0.374 0.351
3 0.027 0.0207 0.0164 0.315 0.304 0.30
7 0.0012 0.0008 0.0002 0.2832 0.2811 0.276
14 0.0001 - - 0.243 0.209 0.194
28 - - - 0.20 0.18 0.14
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물이 비교예 1 내지 3에 에 따라 제조된 모르타르 조성물에 비해 투수량이 적어 매우 우수한 내구성을 가지면서 동시에 자기 보수 기능을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물의 투수 시험 전/후(28 일)의 시험편 상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 균열부에 대한 경화조직을 관찰한 SEM 사진으로, 대부분 전형적인 시멘트 수화물인 Ca(OH)2, CSH gel(Calcium Silicate Hydrate gel)과 겔공극 등이 관찰되었다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 균열부에 대한 경화조직을 관찰한 SEM 사진이고, 도 7은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 수화물 표면에서 발생한 CaCO3에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope)이다. 상기 도 6 및 도 7은 내부 조직에서 CSH, Ca(OH)2 수화물 외에 에트링가이트(Ettringite) 광물(도 6에 동그라미 표시)과 육각판상의 monosulfate(C3A·CaSO4·12H2O), colloide 입자형의 CaCO3 결정물이 관찰되었다. 이러한 결정질 수화물은 시멘트 수화물과 자기 보수 결정화 혼화제 및 대기중의 CO2 등의 반응에 의해 생성된 2차 결정 수화물로 추정된다.
도 8(A)은 본 발명의 비교예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 XRD사진이고, 도 8(B)은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 모르타르 조성물을 이용한 시험편의 XRD사진으로 실시예 1(도 8(B))에서 더 많은 calcite가 발생하였음을 확인할 수 있었다.
<시험예 2> 물성 시험
본 발명에 따른 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 3에 따른 모르타르 조성물의 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 각 모르타르 조성물은 상기 시험편 제조에 사용된 슬러리를 이용하여 물성을 측정하였다.
시험항목 시험방법 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
건조수축(길이변화율(%)) KS F 2424 0.004 0.003 0.001 0.34 0.27 0.21
압축강도(N/㎡)_3일 KS F 4042 31.4 32.3 32.4 30.3 30.9 31.0
압축강도(N/㎡)_7일 KS F 4042 45.4 46.1 47.5 40.1 41.3 42.4
압축강도(N/㎡)_28일 KS F 4042 59.5 61.2 62.7 51.5 53.9 55.4
휨강도(N/㎡)_3일 KS F 4042 7.2 7.4 7.5 6.9 7.1 7.0
휨강도(N/㎡)_7일 KS F 4042 8.5 8.6 8.9 7.8 8.0 8.0
휨강도(N/㎡)_28일 KS F 4042 9.8 10.5 12.1 9.0 9.3 9.2
부착강도(MPa)_28일 KS F 2762 3.5 3.7 4.1 1.8 2.1 2.4
마모저항성(mm) ASTM C 779 0.06 0.05 0.02 0.48 0.31 0.24
흡수율(%) KS F 4004 0.3 0.3 0.1 3.5 2.4 1.3
방청율(%) KS F 2561 92 95 94 71 76 82
염분침투저항성(coulomb) KS F 2711 657 701 684 1405 1073 1098
동결융해저항성(%) KS F 2456 87 91 93 70 74 80
상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물이 비교예 1 내지 3에 에 따라 제조된 모르타르 조성물과 비교하여 건조수축에 따른 길이변화율이 적고, 우수한 압축강도, 휨강도, 부착강도를 갖고, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성, 방청률 및 낮은 흡수율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
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.
1, 2 및 3: 각각의 친수성 결정화 촉진제 저장기
4: 친수성 결정화 촉진제 혼합기
5: 소수성 물질 저장기
6: 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질 혼합기
7: 싸이클론형 분말 건조기

Claims (6)

  1. 친수성 결정화 촉진제와 소수성 물질을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와,
    상기 혼합물을 싸이클론 건조기로 고온 건조 분말화하여, 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질의 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것이고;
    상기 친수성 결정화 촉진제는
    아우인계 시멘트 팽창제(4CaO·3Al2O3·SO3), 무수 석고(CaSO4), free-CaO와 팽윤성을 갖는 몬모릴로나이트, 칼슘 알루미네이트, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산리튬(Li2CO3), 중탄산나트륨(NaHCO3), 마그네슘카보네이트(MgCO3), 리튬하이드로겐카보네이트(LiHCO3), 황산나트륨(Na2SO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 메타카올리나이트(Al2Si2O7), 알루민산나트륨(NaAlO2), 규산나트륨, 인산수소칼슘(CaHPO4), 모노베이직 칼슘 포스페이트(Ca(H2PO4)2) 및 트리베이직 칼슘 포스페이트(Ca3(PO4)2)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이고;
    상기 소수성 물질은
    칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 부틸 스테아레이트, 올레산, 카프릴산과 카프릭 유도체 및 트리메톡시실란(trimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며,
    상기 자기 보수 결정화 혼화제는
    입자 크기가 100 내지 200 ㎛인 친수성 결정화 촉진제 100 중량부에 소수성 물질 1 내지 25 중량부를 분사하여, 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자를 제조하는 단계, 및
    상기 소수성 물질이 코팅된 친수성 결정화 촉진제 입자 100 중량부에 대하여 폴리글리세릴-5 트라이미리스테이트를 1 내지 5 중량부 혼합한 후,
    상기 혼합물을 50 내지 80 ℃의 싸이클론 건조기를 이용하여 고온 건조 분말화하여 친수성 결정화 촉진제 표면에 소수성 물질이 30 내지 50 ㎛ 두께로 코팅층이 형성된 자기 보수 결정화 혼화제를 얻는 단계를 포함하여 제조되는 것이고;
    상기 친수성 결정화 촉진제는
    폴리아크릴하이드로겔(Polyacrylic hydrogel) 및 폴리에틸렌 비닐아세테이트(polyethylene vinylacetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 친수성 결정화 촉진제의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 20 중량%를 더 포함하는 것이고;
    상기 소수성 물질은
    산화망간 폴리스틸렌(Manganese oxide polystyrene, MnO2/PS), 산화아연 폴리스틸렌(Zinc oxide polystyrene, ZnO/PS) 및 침전된 탄산칼슘(Precipitated calcium carbonate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 0.1 내지 5 중량%, 및
    불소계 실란(Fluorinated silanes), 불소계 중합체, 파라핀 왁스(Paraffine wax), 폴리스틸렌(polystylene) 및 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 소수성 물질의 전체 중량에 대하여, 1 내지 20 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 1종 보통시멘트 35 내지 50 중량부, 백운석 규사 40 내지 60 중량부, 상기 청구항 1의 제조방법으로 얻어진 모르타르용 자기 보수 결정화 혼화제 0.1 내지 10 중량부, 팽창시멘트 0.1 내지 10 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0.1 내지 1 중량부, 셀룰로스 나노 섬유 0.1 내지 1 중량부, 폴리(VeoVa-아크릴레이트) 삼원공중합체 라텍스(poly (VeoVa-acrylate) Terpolymer latex) 0.1 내지 10 중량부, 수축저감제 0.1 내지 10 중량부, 스틸베노이드 글리코시드 1 내지 10 중량부, 및 용융 암석 입자 0.1 내지 10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용융 암석 입자는
    천연 광석을 평균 입경 3 내지 10 mm의 크기로 파쇄하여 입자를 형성하는 제1 파쇄 단계;
    상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 500 내지 1300 ℃에서 5 내지 20분 동안 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 용해단계; 및
    상기 용융 및 융착된 용융물을 재 파쇄하여 평균 입경 3 내지 10 mm의 용융 암석 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 것이고,
    상기 천연 광석은
    고령토 60 내지 80 중량부, 납석 5 내지 20 중량부, 견운모 10 내지 20 중량부, 천매암 1 내지 10 중량부, 및 페리클레이스 1 내지 10 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용융 암석 입자는
    상기 파쇄된 입자 100 중량부와 2,3,4,6-테트라하이드록시아세토페논 1 내지 10 중량부를 혼합하고, 700 내지 1000 ℃에서 5 내지 10분 동안 1차 가열한 후 500 내지 600 ℃에서 5 내지 10분 동안 2차 가열하여 입자를 용융시킴과 동시에 서로 융착시키는 용해단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물.
  6. 제3항 내지 제5항 중에서 선택되는 어느 한 항에 따른 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 방법으로서,
    손상된 콘크리트 구조물의 손상부위를 치핑하여 이물질을 제거하는 단계;
    콘크리트 구조물의 보수부위를 세척하는 단계;
    상기 세척된 손상부위에 상기 자기 보수 기능을 갖는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물을 물과 혼합하여 손상부위에 타설하는 단계; 및
    상기 콘크리트 구조물 보수용 모르타르를 양생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 방법.
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