KR102578310B1 - 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents
자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 코코넛 오일지방산, 오가노실란을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 칼슘설퍼알루미네이트, 당알코올, 인산염, 자가치유소재를 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 열화된 인프라 시설물의 보수/보강에 있어 자가치유소재 등을 활용하여 염해저항성, 내황산성 등이 확보되도록 하고, 다양한 원인에 의해 발생되는 균열에 대한 저항성을 동시에 만족될 수 있는 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 등으로 구조물이 열화 되면서 장기적으로 내구성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리와 이에 따른 보수/보강이 필요하다.
구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 구조적 안정성을 위해서는 열화 초기에 보수/보강을 실시하여 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 형태로 복원하기 위해 보수/보강 재료를 타설하거나 뿜칠 시공을 하여 보수/보강이 이루어지도록 한다.
종래의 보수/보강을 위한 재료는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수/보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수/보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
종래기술의 예로 대한민국 특허등록 제10-1825152호에서는 콘크리트 구조물 보수용 시멘트 모르타르 조성물으로서, 기능성 결합재 3~45중량%, 잔골재 5~80중량%, 성능개질제 0.1~30중량% 및 물 0.1~30중량%를 포함하고, 상기 성능개질제는 초산비닐-염화비닐 공중합체 25~98중량%, 디메틸아미노에틸아크릴레이트(dimethylaminoethyl acrylate 1~30중량%, 2-에틸헥실아크릴레이트 (2-ethylhexyll acrylate 0.1~25중량%, 메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 0.1~25중량%, 에틸렌-메틸아크릴산 공중합체 0.01~25중량%, 히드록시부틸 폴리에스테르 0.01~10중량%, 및 폴리에틸렌글리콜에스테르-폴리에틸렌이민 공중합체 0.01~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수용 시멘트 모르타르 조성물을 제시하고 있다.
그런데 상기 기술의 경우 충분한 내염해성, 내황산성의 물성확보를 기대하기 어려우며 다양한 원인에 의해 발생되는 균열에 대한 저항성의 확보가 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 내염해성, 내황산성 등을 만족하고, 다양한 원인에 의해 발생되는 균열에 대한 저항성을 향상시킨 보수/보강 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물(이하, "본 발명의 조성물"이라 함)은, 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 코코넛 오일지방산, 오가노실란을 포함하는 프라이머 조성물; 및 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 칼슘설퍼알루미네이트, 당알코올, 인산염, 자가치유소재를 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하되, 상기 자가치유소재는, 균열을 치유하기 위한 자가치유조성물로 구성되는 코어재 또는 다공성 물질에 자가치유조성물이 함침된 코어재와, 상기 코어재 외주연에 도포되는 코팅층을 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
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하나의 예로 상기 코어재가 다공성 물질에 자가치유조성물이 함침된 코어재일 경우, 상기 코어재는 자가치유조성물 100중량부에 대해 다공성물질 5 내지 50중량부, 부틸렌글라이콜 0.1 내지 3중량부가 포함되도록 혼합하여 제조됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수층에 타설되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 규산염, 실란, 광촉매, 에틸렌글리콜, 침투경화제를 포함하는 중성화방지재 조성물;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에 있어 당알코올은 폴리아미드 섬유의 표면에 코팅된 상태로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 황산아연 및 레드머드가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 이소스테아르산 및 폴리락트산이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 중성화방지재 조성물에는 규불화염이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 중성화방지재 조성물에는 아세트산이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물을 이용한 시공방법(이하, "본 발명의 시공방법”이라함)은, 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 상기 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물을 구조물의 보수 및 보강 대상에 타설하는 단계(S20);를 포함되는 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 공법은 열화된 인프라 시설물의 보수/보강에 적용되어 내염해성, 내황산성 등 물성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 조성물 및 공법은 다양한 원인에 의한 균열에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 예를 나타내는 측단면도이고,
도 2는 본 발명의 공법을 나타내는 블록도이고,
도 3은 본 발명의 공법이 단면복구에 적용된 경우를 나타내는 개략도이고,
도 4는 본 발명의 공법이 표면보수에 적용된 경우를 나타내는 개략도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 공법에 적용된 조성물에 대한 시험성적서이다.
도 2는 본 발명의 공법을 나타내는 블록도이고,
도 3은 본 발명의 공법이 단면복구에 적용된 경우를 나타내는 개략도이고,
도 4는 본 발명의 공법이 표면보수에 적용된 경우를 나타내는 개략도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 공법에 적용된 조성물에 대한 시험성적서이다.
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 도 1에서 보는 바와 같이 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층(1)을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 코코넛 오일지방산, 오가노실란을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층(1)에 타설되어 단면보수층(2)을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 칼슘설퍼알루미네이트, 당알코올, 인산염, 자가치유소재를 포함하는 단면보수 조성물; 상기 단면보수층(2)에 타설되어 표면층(3)을 형성하며, 폴리머 수지, 규산염, 실란, 광촉매, 에틸렌글리콜, 침투경화제를 포함하는 중성화방지재 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프라이머 조성물에는 아크릴수지를 주제로 하여 첨가제가 포함되는데, 상기 첨가제에는 실록산(Siloxane), 박테리아가 고정된 다공성 물질, 코코넛 오일지방산, 오가노실란이 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 아크릴수지 100중량부에 대해 실록산 30 내지 80중량부, 코코넛 오일지방산 0.1 내지 1중량부, 오가노실란 0.1 내지 1중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실록산은 시멘트 콘크리트 경화체 내부의 Micro Pore에 침투하여 시멘트 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Calcium Hydroxide)과 반응하여 Calcium Silicate Hydrate(C-S-H)를 형성함으로 시멘트 콘크리트 내부의 조직을 치밀하게 하고 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시키게 되는 것이다.
상기 오가노실란은 보수/보강 대상 구조물에 부착성을 향상시키도록 하는 것이다.
상기 코코넛 오일지방산은 조기에 겔화가 이루어지는 경우 보수/보강 부분의 미세균열에 밀실한 충진이 이루어지지 않아 미세균열에 존재하게 되는 공기층에 의해 향후 중성화 등 내구성 저하요인으로 작용될 수 있다. 이에 상기 조성물에는 코코넛 오일지방산이 첨가되어 조기에 겔화가 되는 것을 방지토록 하는 것이다.
상기 단면보수 조성물은 상기 프라이머층(1)에 타설되어 단면보수층(2)을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 칼슘설퍼알루미네이트, 당알코올, 인산염, 자가치유소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고로슬래그는 그 분말도 3,000~9,000cm2/g인 것이 바람직 한 바, 이는 고로슬래그의 분말도가 3,000cm2/g 미만인 경우에는 반응성이 작아 강도발현에 불리하고, 분말도가 9,000cm2/g을 초과하는 경우에는 반응성이 커서 초기강도 발현에 유리할 수 있지만, 수화열의 발생을 제어할 수 없고, 시공성이 다소 저하되어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.
즉 분말도가 높은 고로슬래그를 사용함에 따라 접촉하는 표면적이 커지기 때문에 수화반응이 빨라지고, 조기강도가 높아지는 장점이 있으나, 수화열이 증가됨에 따라 유동성이 저하되는 단점 또한 발생할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 고로슬래그는 물과 접한 직후 슬래그파우더에서 Ca2+ 이 용출되고, 표면에 투과성이 나쁜 부정형의 ASH6의 피막이 형성되어 슬래그 입자 속으로 물의 침투 및 슬래그 입자로부터의 이온의 용출이 억제되기 때문에 자체만으로는 수화반응이 잘 진행되지 않는다.
따라서, 상기에서 언급한 바는 없으나 공지의 알카리활성화제를 더 첨가함으로써 상기 고로슬래그의 반응성을 활성화 시키는 것이 더욱 바람직하다.
상기 칼슘설퍼알루미네이트는 페이스트의 경화시 수축에 의한 균열을 제어하여 수밀성을 향상시키는 등 내구성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 당알코올은 자일리톨, D-소비톨(sorbitol), 말티톨(maltitol)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다. 이러한 당알코올은 36.5cal/g 정도의 우수한 흡열량을 가지고 있어 수화열을 저감시킬 수 있는 것이다. 즉 단면보수 조성물의 배합, 타설 및 양생과정에서 상기 당알코올이 수화열을 저감시킴에 의해 수화열에 의한 온도균열을 제어할 수 있게 되는 것이다.
상기 인산염은 1인산 암모늄, 1인산 칼륨 또는 2인산 암모늄 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 이러한 인산염이 콘크리트 표면에 깊게 침투되어 균열이 치유되도록 하는 것이다.
상기 자가치유소재의 첨가에 의해 균열이 발생되는 경우 자가치유소재가 균열로 침투된 물과 반응하여 발생된 균열을 메우도록 하는 바, 이와 같이 자가치유소재에 의한 자가치유에 대한 작동기작은 공지의 작동기작으로 그 상세 설명은 생략한다.
본 발명에서는 자가치유소재의 예로 균열을 치유하기 위한 자가치유조성물로 구성되는 코어재와 상기 코어재 외주연에 도포되는 코팅층을 포함하여 구성되는 예를 제시한다.
상기 자가치유조성물은 다양한 공지의 기본 베이스재료와 첨가재료로 구성될 수 있는 바, 예로 마이크로 시멘트와 점도증진제, 마그네시아와 알루미늄파우더, 포틀랜드시멘트와 CSA계 팽창제, 초속경시멘트와 규산염분말 등으로 구성될 수 있다.
또한 상기 코어재는 액상 또는 고상으로 이루어질 수 있는데, 액상의 경우 예로 물, 규산염, 불소계계면활성제가 포함되어 구성되어질 수 있다.
상기 코팅층은 폴리머, 세라믹 등 다양한 재질이 사용될 수 있는 바, 시멘트 복합재료와 직접 혼합되기 때문에 시멘트 복합재료의 구성재료 및 혼합기에 대하여 마찰 및 전단 등의 압력이 가해지므로 손실량을 최소화할 수 있게 다단으로 코팅이 되도록 하는 것이 타당하다.
또한 본 발명에서는 자가치유소재의 다른 예로 다공성 물질에 자가치유조성물이 함침된 코어재와 상기 코어재 외주연에 도포되는 코팅층을 포함하는 예를 제시하고 있다. 이 경우 자가치유조성물은 액상으로 구성하되, 상기에서 기 언급한 바와 같이 물, 규산염, 불소계계면활성제가 포함되어 구성되어질 수 있다.
여기서 다공성 물질은 그 종류를 한정하지 않는 바, 예로 황토, 탄산칼슘, 팽창질석, 우레탄 등이 적용될 수 있다.
본 실시예의 경우도 코팅층은 폴리머, 세라믹 등 다양한 재질이 사용될 수 있는 바, 시멘트 복합재료와 직접 혼합되기 때문에 시멘트 복합재료의 구성재료 및 혼합기에 대하여 마찰 및 전단 등의 압력이 가해지므로 손실량을 최소화할 수 있게 다단으로 코팅이 되도록 하는 것이 타당하다.
본 실시예는 다공성물질에 자가치유조성물이 함침된 상태로 시멘트 복합체에 배합되도록 함으로써 자가치유조성물의 균일한 배합이 이루어지도록 하는 것에 더하여 충진된 반응물과 균열부분 등 계면에서 발생되는 건조수축에 의한 2차 균열이 제어되도록 하는 것이다.
즉 자가치유소재에 의한 자가치유 작용시 균열발생부분에서 수분과 반응하여 균열부분을 반응물이 충진되도록 하는데, 반응후 균열부분과 충진된 반응물의 계면에서 건조수축에 의해 2차 균열이 발생될 수 있다.
이에 본 실시예에서는 코어재가 다공질 물질을 베이스로 함으로써 뛰어난 수분 흡수력과 보습력을 지니도록 하여 계면에서 발생되는 균열을 제어토록 하는 것이다.
또한 본 발명에서는 이러한 작동기작을 배가시키기 위해 상기 코어재는 자가치유조성물 100중량부에 대해 다공성물질 5 내지 50중량부, 부틸렌글라이콜 0.1 내지 3중량부가 포함되도록 혼합하여 제조되는 예를 제시하고 있다. 즉 자가치유조성물에 다공성 물질을 침지시 부틸렌글라이콜이 더 첨가되도록 하는 것이다.
이렇게 부틸렌글라이콜이 더 첨가되도록 하는 이유는 자가치유조성물이 고정된 다공성 물질의 기공 또는 표면에 부틸렌글라이콜 성분이 함유되도록 함으로써 보수성을 배가시켜 계면에서 균열제어능을 배가시키기 위한 것이다.
바람직하게 단면보수 조성물은 시멘트 100중량부에 대해 고로슬래그 10 내지 50중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 1 내지 10중량부, 당알코올 0.1 내지 1중량부, 인산염 0.01 내지 0.1중량부, 자가치유소재 0.1 내지 10중량부를 포함하도록 배합하는 것이 타당하다.
또한 본 발명에서는 물리적 가교작용을 통한 건조수축, 소성균열 등 다양한 균열을 제어하기 위해 폴리아미드 섬유가 더 첨가되도록 하되, 상기 당알코올이 상기 폴리아미드 섬유의 표면에 코팅된 상태로 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다.
상기 폴리아미드 섬유는 친수성 섬유로서 시멘트 등과 수소결합에 의해 시멘트와의 부착력을 향상시키도록 한다.
그런데 이와 같이 복수의 친수성 섬유사에 의해 섬유를 구성하는 경우 시멘트 등과의 수소결합에 의해 부착력이 강해질 수 있으나 수소결합 과정 등 섬유사와 시멘트 간의 계면에서 반응이 활발히 이루어져 그만큼 반응열이 발생하게 되며 이러한 반응열에 의해 양생과정 등에서 특히 섬유(섬유사)와 시멘트 간의 계면에서 균열이 발생되며 이러한 균열은 사후적으로 표면까지 연장되어 강도, 내구성 등 물성의 저하요인으로 작용하게 된다.
이에 본 발명에서는 상기 당알코올이 상기 폴리아미드 섬유의 표면에 코팅된 상태로 첨가되도록 함으로써 상기에서 언급한 반응열을 흡수하여 계면에서 균열을 제어하는 것은 물론 상기에서 언급한 바와 같이 조성물의 배합, 타설 및 양생과정에서 발생되는 수화열도 흡수토록 하여 온도균열도 제어되도록 하는 것이다.
즉 당알코올이 표면에 코팅된 폴리아미드 섬유가 첨가되어 물리적 가교작용에 의한 균열제어, 계면에서의 균열제어 및 수화열에 의한 온도균열의 제어도 가능토록 하는 것이다.
당알코올을 폴리아미드 섬유 외주연에 코팅시켜 개질하는 것은 다양한 공지기술이 존재하는 바, 그 상세 설명은 생략한다.
당알코올이 표면에 코팅된 폴리아미드 섬유가 첨가되는 경우 시멘트 100중량부에 대해 0.1 내지 2중량부로 배합됨이 타당하다.
이에 더하여 상기 단면보수 조성물에는 황산아연 및 레드머드가 더 포함되는 예가 제시된다.
상기 황산아연은 음극 표면에서 수소이온과 반응하여 석출된 화합물이 음극영역을 차단하여 고립시킴으로써 화학적 반응을 방해하는 것이다. 상기 황산아연(ZnSO4)은 음극표면에 Zn(OH)2로 구성된 확산장벽층을 형성하게 되고 따라서 부식속도를 크게 감소시키도록 하는 것이다.
그런데 상기 황산아연만을 첨가하는 경우 pH가 낮아져 중성화에 노출될 수 있는 문제가 있고, 아연은 시멘트 조성물 중의 알칼리성분과 반응시 미세한 수소가스를 발생시켜 공극형성에 의한 강도저하, 표면 공극형성에 의한 상기 표면층(3)과의 들뜸현상 등을 초래하게 될 수 있다.
이에 본 발명에서는 황산아연에 더하여 레드머드가 더 혼합되도록 하는 것이다.
상기 레드머드는 보오크사이트로부터 알루미나를 제조하기 위한 베이어(Bayer) 공정에 따라 부산물로 생성되는 미립자를 건조 가공하여 수득된 다공성의 알칼리성 물질이다.
상기 레드머드 미립자는 베이어 공정중의 침출 반응에 의해 보오크사이트로부터 알루미늄 이온이 빠져나가고 미립의 기공이 형성된다. 또한 기공 및 표면 중에는 알칼리성 물질이 함유된다.
이와 같은 특성에 의해 상기 조성물에 황산아연의 첨가에 의한 음극억제제의 기능이 확보되도록 하면서 황산아연에 의해 배합과정에서 발생될 수 있는 수소가스를 제거하여 수소가스에 의해 공극형성에 의한 강도저하, 균열발생 등의 문제를 제어토록 함과 동시에 pH저하를 제어하여 중성화 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.
바람직하게 시멘트 100중량부에 대해 황산아연 및 레드머드 혼합물은 1 내지 3중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하고, 황산아연 및 레드머드 혼합물은 중량비로 (9:1) 내지 (9.5:0.5)로 혼합되는 것이 타당하다.
또한 본 발명의 단면보수 조성물에는 이소스테아르산 및 폴리락트산이 더 포함되는 예가 제시된다.
상기 이소스테아르산은 저온환경에서 조기강도가 발현되도록 하기 위한 것으로 특히 동절기에도 긴급을 요하는 보수공사에도 그 적용성을 높일 수 있게 되는 것이다.
그런데 이소스테아르산만을 첨가하는 경우 저온환경에서 조강성은 확보되나 충진성, 유동성이 저하되어 시공방해요소로 작용될 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 이소스테아르산에 더하여 폴리락트산이 더 첨가되도록 하는 예를 제시하고 있다.
상기 폴리락트산은 저온에서 성형성이 발현되도록 하는 장점이 있는 바, 상기 폴리락트산의 수평균 분자량(Mw)은 50,000 내지 100,000인 것일 수 있다. 또한 폴리락트산은 디-락타이드(D-Lactide) 및 엘-락타이드(L-Lactide)로부터 유래된 모노머로부터 중합되어 제조되므로 디-락타이드(D-Lactide) 및 엘-락타이드(L-Lactide)의 함량을 자유롭게 조절할 수 있어, 용도에 따라 각각의 성분 함량 조절이 가능하다.
바람직하게는 시멘트 100중량부에 대해 이소아스테르산 0.1 내지 1중량부, 폴리락트산 0.01 내지 0.5중량부로 배합되도록 하는 것이 타당하다.
또한 본 발명의 조성물에는 도 1에서 보는 바와 같이 상기 단면보수층(2)에 타설되어 표면층(3)을 형성하며, 폴리머 수지, 규산염, 실란, 광촉매, 에틸렌글리콜, 침투경화제를 포함하는 중성화방지재 조성물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매는 이산화티탄 등 그 종류를 한정하지 않으며, 광촉매의 첨가에 의해 유기물의 분해 등이 이루어지도록 하는 것이다. 즉 광촉매의 첨가에 의해 표면에 유기물의 축적에 의한 부식 등을 방지토록 하는 것이다.
상기 폴리머수지의 배합에 의해 콘크리트 구조물 표면의 수분증발을 억제하나, 이러한 폴리머수지가 표면으로의 침투에 기해 표면의 내마모성 강화 등 표면 자체의 강도를 증진시키는데 있어서는 미약하므로 본 발명에서는 상기 폴리머수지에다 규산염 및 규불화염의 혼합물을 혼입함으로서 보수 또는 보강부분의 표면강도 자체를 향상시키고자 한다.
상기 규산염은 콘크리트 구조물 표면의 시멘트 수화반응시 생성되는 수산화칼슘과 반응을 통하여 규산칼슘수화물을 생성시키며, 생성된 규산칼슘수화물은 콘크리트 구조물 표면의 미세기공에 충진되어 결국 밀실한 표면구조를 제공함으로서 콘크리트 구조물(보수부분) 표면강도 자체를 강화시키게 된다.
이러한 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨, 리튬실리케이트 중 1 또는 2이상의 혼합물을 사용하는 것이 타당하다.
그런데 상기 규산칼슘수화물의 생성반응에서는 수산화나트륨(NaOH)이 생성되는데 이렇게 생성되는 수산화나트륨은 물에 대한 용해도가 높기 때문에 수분이 존재하면 재용해되어 용출되는 문제점이 있다.
따라서 수산화나트륨과 반응을 하여 불용화하고, 규산염과 같이 콘크리트 성분과 화학반응하여 미세공극을 충진시키는 규불화염을 첨가함으로서 콘크리트 구조물 표면을 완전히 밀실한 구조가 되게 한다.
즉 규불화염은 콘크리트 구조물 표면에서 시멘트 수화반응시 생성되는 수산화칼슘과 반응하여 불용성의 미세한 입자를 생성시켜 콘크리트 구조물 표면의 미세기공을 충진시킴으로써 내마모성 등 콘크리트 구조물 표면강도를 향상시키게 되는 것이다.
이러한 규불화염은 규불화아연, 규불화구리, 규불화마그네슘, 규불화니켈, 규불화리튬, 규불화철, 규불화코발트 중 1 또는 2 이상의 혼합물을 사용하는 것이 타당하다.
상기와 같이 배합되는 규산염 및 규불화염 혼합물에 있어 규산염과 규불화염의 배합비는 중량비로 (4:6) 내지 (6:4)인 것을 특징으로 한다.
그런데 상기 폴리머 수지를 주재로 하는 경우 광촉매 등 타 조성이 균일한 분산이 용이하지 않아 물성의 불균일성을 초래할 수 있고 특히 광촉매의 경우 상호간 응집에 의해 불균일한 물성발현은 물론 강도저하를 초래할 수 있다. 이에 상기 에틸렌글리콜이 첨가되어 균일한 분산이 유도되도록 하는 것이다.
에틸렌글리콜의 첨가에 의해 광촉매의 분산이 용이하게 이루어져 균일한 촉매능의 발현이 가능하도록 하는 것이다.
그런데 상기 에틸렌글리콜이 첨가되면 광촉매의 입자에서 이의 표면은 수산기(-OH)로 치환되며 제타 전위의 절대치가 크게 되어 분산성이 향상되는 것인데, 이러한 과정에서 알칼리 농도가 지나치게 높아지는 경우 수산기(-OH) 치환량이 너무 많아져 광촉매 활성이 저하되는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 에틸렌글리콜에 더하여 아세트산이 더 포함되도록 하는 것이다. 아세트산의 첨가에 의해 광촉매에 수산기(-OH) 치환량을 제어토록 하는 것이다.
바람직하게 폴리머수지 100중량부에 대해 규산염 및 규불화염 혼합물 20 내지 40중량부, 광촉매 1 내지 10중량부, 실란 1 내지 10중량부, 에틸렌글리콜 0.1 내지 1중량부, 침투경화제 0.1 내지 1중량부, 아세트산 0.01 내지 0.1중량부를 포함하는 것이 타당하다.
이하에서는 실험 예에 의해 본 발명에 대해 설명한다.
<프라이머 조성물에 대한 시험>
프라이머 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 7중량부이며, 사용량은 0.3 kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였으며, 각각의 실험결과가 도 5 및 하기 표 1에 도시되고 있다.
<단면보수 조성물에 대한 시험>
하기에서 보는 바와 같이 각각 시료를 제작하였으며, 그 실험결과가 표 2에 도시되고 있다.
[실시예 1]
시멘트 100중량부에 대해 고로슬래그 20중량부, 칼슘설퍼알루미네이트 3중량부, 당알코올 0.1중량부, 인산염 0.01중량부, 자가치유소재 10중량부를 포함하도록 배합하되, 여기서 자가치유소재는 코어재와 코팅층으로 구성되며, 코어재는 물 100중량부에 대해 규산염 50중량부, 불소계 계면활성제 1중량부를 포함하는 자가치유조성물 100중량부에 대해 팽창질석 50중량부를 침지시켜 제조되도록 하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 배합하되, 자가치유조성물 100중량부에 대해 팽창질석 50중량부를 침지시 부틸렌글라이콜 1중량부가 첨가되도록 하였다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일하게 배합하되, 황산아연 1중량부가 더 포함되도록 배합하여 시료를 제작하였다.
[실시예 4]
실시예 3과 동일하게 배합하되, 레드머드 0.1중량부가 더 포함되도록 배합하여 시료를 제작하였다.
[실시예 5]
실시예 4와 동일하게 배합하되, 이소아스테르산 0.1중량부가 더 포함되도록 배합하여 시료를 제작하였다.
[실시예 6]
실시예 5와 동일하게 배합하되, 폴리락트산 0.01중량부가 더 포함되도록 배합하여 시료를 제작하였다.
[실시예 7]
실시예 6과 동일하게 배합하되, 당알코올 대신 당알코올로 표면개질된 폴리아미드 섬유 0.5중량부가 배합되도록 하였다.
| 시험항목 | 단위 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 시험규격 | |
| 압축강도 (28일) |
N/mm2 | 57.9 | 59.1 | 56.1 | 60.1 | 60.2 | 60.4 | 61.1 | KS F 4042 | |
| 압축강도 (1일,0℃) |
N/mm2 | - | - | - | 8.4 | 24.1 | 24.4 | - | ||
| 황산염 침지후 압축강도 | N/mm2 | 49.9 | 56.8 | 56.5 | 56.9 | 56.2 | 56.4 | 57.1 | ||
| 부착 강도 |
표준 | N/mm2 | 1.9 | 1.8 | 1.9 | 2.1 | 1.7 | 2.2 | 2.0 | |
| 온냉반복 후 | N/mm2 | 1.6 | 1.3 | 1.5 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.4 | ||
| 중성화 깊이 | mm | 1.5 | 0.9 | 1.4 | 1.0 | 1.1 | 1.0 | 0.7 | ||
| 투수량 | g | 1.8 | 1.2 | 1.8 | 1.1 | 1.3 | 1.2 | 1.0 | ||
| 플로우 | mm | 150 | 150 | 155 | 145 | 150 | 155 | - | ||
| 플로우 (0℃) |
mm | - | - | - | 135 | 115 | 140 | - | ||
| 길이변화율 | % | -0.022 | -0.002 | -0.010 | -0.001 | -0.004 | -0.003 | -0.00032 | ||
| 방청율 | % | 92.6 | 97.8 | 98.2 | 99.1 | 99.0 | 98.9 | 99.5 | KS F 2561 | |
압축강도면에서 실시예 1보다 실시예 2가 더 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 자가치유소재를 팽창질석에 고정시 부틸렌글라이콜이 더 첨가됨에 의해 2차 균열 제어로 밀실한 페이스트가 구현됨에 기인한 것으로 판단된다.
실시예 3의 경우는 황산아연이 더 첨가되도록 하여 방청효율은 실시예 2의 경우보다 향상되었으나, 황산아연에 의한 가스생성으로 균열, 공극의 발생에 의해 강도가 다소 저하된 것을 알 수 있으며, 이에 실시예 4에서 보는 바와 같이 레드머드가 더 첨가되도록 하여 이를 보완하고 있는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 4의 경우가 레드머드의 첨가에 의해 균열이 제어됨에 따라 방청성면에서도 실시예 3보다 더욱 유리한 결과를 도출하는 것을 알 수 있다.
압축강도면에서 실시예 7의 경우가 가장 우수한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데 이는 당알코올이 표면에 코팅된 폴리아미드 섬유가 첨가되어 물리적 가교작용에 의한 균열제어, 계면에서의 균열제어 및 수화열에 의한 온도균열의 제어가 이루어짐에 기인한 것으로 판단된다.
또한 저온에서 압축강도가 실시예 5 및 실시예 6의 경우가 가장 양호한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 이소아스테르산의 첨가에 의한 조강성 확보에 기인한 것으로 판단된다.
한편 실시예 5의 경우보다 실시예 6의 경우가 저온 작업성면에서 유리한 것을 알 수 있는데, 이는 실시예 5가 이소아스테르산의 첨가에 의해 조강성이 확보됨에 따라 작업성이 저하(실시예 4보다도 저하)되는 것을 폴리락트산의 더 첨가에 의해 저온에서 작업성이 확보되도록 함에 기인한 것으로 판단된다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이 실시예들에 대해 황산염 침지후 압축강도를 보면 실시예 2가 실시예 1보다 유리한 결과가 도출됨을 알 수 있는데, 이 경우도 자가치유소재를 팽창질석에 고정시 부틸렌글라이콜이 더 첨가됨에 의해 밀실한 페이스트가 구현됨에 기인한 것으로 판단된다.
균열저항성면에서 보면 실시예 2가 실시예 1보다 유리한 결과가 도출됨을 알 수 있는데, 이 경우도 자가치유소재를 팽창질석에 고정시 부틸렌글라이콜이 더 첨가됨에 의해 밀실한 페이스트가 구현됨에 기인한 것으로 판단된다.
또한 실시예 3의 경우는 황산아연에 의한 가스생성으로 균열, 공극의 발생에 의해 균열저항성이 저하된 것을 알 수 있으나 실시예 4에서 보는 바와 같이 레드머드가 더 첨가되도록 하여 이를 보완하고 있는 것을 알 수 있다.
균열저항성 면에서 실시예 7이 가장 우수한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데 이 경우도 상기에서 언급한 바와 같이 당알코올이 표면에 코팅된 폴리아미드 섬유가 첨가되어 다양한 원인에 의해 발생되는 균열을 제어함에 기인한 것으로 판단된다.
<중성화방재 조성물에 대한 시험>
상기 표면보호제 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 80중량부로 제조하였으며, 사용량은 0.3kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였고, 각각의 실험결과가 하기 도 6 및 표 3에 도시되고 있다.
한편 본 발명의 공법은 도 2에서 보는 바와 같이 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 상기 조성물을 구조물의 보수 및 보강 대상에 타설하는 단계(S20)를 갖는다.
우선 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10)를 갖는다. 여기서 열화부위를 파취하고 청소하는 기술은 다양한 공지기술의 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.
그 다음으로 상기 S20단계에는 상기에서 언급한 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층(1)을 형성하는 단계를 갖는다.
그 다음으로 상기 프라이머층(1)에 상기에서 언급한 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층(2)을 형성하는 단계를 갖게 되며 그 다음으로 단면보수층(2)에 상기에서 언급한 중성화방지재 조성물을 도포하여 표면층(3)을 형성하는 단계를 갖게 되는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 공법은 도 3에서 보는 바와 같이 단면복구에 적용될 수 있는 것은 물론 도 4에서 보는 바와 같이 표면보수에도 적용될 수 있다.
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 (11)
- 구조물의 보수 및 보강대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 코코넛 오일지방산, 오가노실란을 포함하는 프라이머 조성물; 및
상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 고로슬래그, 칼슘설퍼알루미네이트, 당알코올, 인산염, 자가치유소재를 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하되,
상기 자가치유소재는,
균열을 치유하기 위한 자가치유조성물로 구성되는 코어재 또는 다공성 물질에 자가치유조성물이 함침된 코어재와, 상기 코어재 외주연에 도포되는 코팅층을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 코어재가 다공성 물질에 자가치유조성물이 함침된 코어재일 경우,
상기 코어재는 자가치유조성물 100중량부에 대해 다공성물질 5 내지 50중량부, 부틸렌글라이콜 0.1 내지 3중량부가 포함되도록 혼합하여 제조됨을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수층에 타설되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 규산염, 실란, 광촉매, 에틸렌글리콜, 침투경화제를 포함하는 중성화방지재 조성물;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수 조성물에 있어 당알코올은 폴리아미드 섬유의 표면에 코팅된 상태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수 조성물에는 황산아연 및 레드머드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 단면보수 조성물에는 이소스테아르산 및 폴리락트산이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 5항에 있어서,
상기 중성화방지재 조성물에는 규불화염이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 제 5항에 있어서,
상기 중성화방지재 조성물에는 아세트산이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물.
- 구조물의 보수 및 보강 대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 및
제 1항, 제 4항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물을 구조물의 보수 및 보강 대상에 타설하는 단계(S20);를 포함되는 것을 특징으로 하는 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물을 이용한 시공방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230042816A KR102578310B1 (ko) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 자가치유소재를 활용한 열화된 인프라 시설물의 보수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 |
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| KR (1) | KR102578310B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101141347B1 (ko) * | 2011-11-24 | 2012-05-03 | 주식회사 세명크리텍 | 환경 친화적인 지오폴리머 단면복구용 모르타르 조성물과 이를 이용한 철근부식 및 염해, 중성화 억제 콘크리트 단면보수공법 |
| KR101825152B1 (ko) | 2017-08-02 | 2018-02-02 | 강대규 | 내식성이 우수하고 기능성을 가지는 콘크리트 구조물 보수용 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 단면 보수 공법 |
| KR102037396B1 (ko) * | 2019-04-16 | 2019-10-29 | 주식회사 옳담 | 다방향성 현무암 섬유, 고령토 및 첨가제를 포함하는 친환경 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 단면 보수 공법 |
| KR102162041B1 (ko) * | 2019-11-11 | 2020-10-06 | 이동우 | 내구성 및 내화학성이 우수한 구조물 보수보강용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 보강 공법 |
| KR102246100B1 (ko) * | 2020-08-24 | 2021-04-30 | 주식회사 에스엔투 | 부식성 환경에 노출된 지하 인프라 시설물의 보수 및 보강용 조성물 및 이를 이용한 공법 |
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2023
- 2023-03-31 KR KR1020230042816A patent/KR102578310B1/ko active IP Right Grant
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