KR102591448B1 - 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제, 이를 포함하는 블리딩 프리 그라우트재, 이를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공방법 및 보수방법 - Google Patents

블리딩 프리 그라우트재용 첨가제, 이를 포함하는 블리딩 프리 그라우트재, 이를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공방법 및 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그라우트재의 강도 및 물성을 향상시키는 첨가제, 이를 포함하는 블리딩 프리 그라우트재, 이를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공법 및/또는 보수법에 관한 것이다.

Description

블리딩 프리 그라우트재용 첨가제, 이를 포함하는 블리딩 프리 그라우트재, 이를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공방법 및 보수방법{Additives for bleeding free grout materials, Bleeding free grout materials containing the same and Manufacturing method of the same, Construction method of post tension structures using the same and Repairing method of post tension structures using the same}
본 발명은 그라우트재의 강도 및 물성을 향상시키는 첨가제, 이를 포함하는 블리딩 프리 그라우트재, 이를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공법 및 보수방법에 관한 것이다.
건축물이나 교량 시공 시, 내압축성과 내인장성이 요구되는 부위에는 포스트 텐션 방식의 구조물이 사용되는데, 일반적으로 포스트 텐션 방식의 구조물은 덕트 내부에 인입되는 케이블과 덕트 내부를 채우는 시멘트계 그라우트재(또는 모르타르)를 포함하도록 구성된다. 이와 같은 포스트 텐션 방식의 구조물은 시멘트의 내압축성과 강선의 내인장성을 함께 갖는다는 장점이 있다.
도 1은 그라우팅이 완료된 종래 포스트 텐션 구조물의 단면도이고, 도 2는 양생이 완료된 종래 포스트 텐션 구조물의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 포스트 텐션 구조물(10)은, 덕트(12) 내부에 케이블(14)이 인입된 후 시멘트계 모르타르(16)로 덕트(12) 내부가 그라우팅된다. 이때 케이블(14)은 여러 가닥의 강선들이 다발로 묶여지도록 구성되는데, 강선 사이의 틈이 매우 좁아 시멘트 입자는 강선 사이로 인입되지 못하고 물 입자만이 인입될 수 있다. 강선 사이로 인입된 물 입자는 모세관 현상에 의해 케이블(14)을 따라 상측으로 올라가게 되고, 시간이 지남에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 덕트(12)의 상단부에는 물 입자가 모여 블리딩층(B)이 형성된다.
또한 시멘트계 모르타르(16)는 양생 과정에서 부피가 줄어드는 특성이 있으므로, 시멘트계 모르타르(16)와 덕트(12) 사이에 공극(G)이 발생될 수 있다. 공극(G) 발생을 방지하기 위하여 가스발생제와 같은 팽창성 첨가물을 시멘트계 모르타르(16)에 소량 혼합한 후 그라우팅하는 공법이 활용되고 있으나, 상기와 같은 가스발생제는 시멘트계 모르타르(16)가 경화되기 이전에만 가스 발생으로 인한 팽창효과로 덕트 내의 공간을 밀실하게 채워주고 시멘트계 모르타르(16)가 어느 정도 경화된 이후에는 공극(G) 발생 방지효과가 없으므로, 장시간이 지난 후에는 도 2에 도시된 바와 같이 공극(G)이 형성된다.
이와 같이 블리딩층(B)이나 공극(G)이 형성되는 부위는. 시멘트계 모르타르(16)가 밀실하게 채워지지 아니하고, 시멘트계 모르타르(16)와 덕트(12) 사이의 결합력이 약해지므로, 포스트 텐션 구조물(10)의 강도가 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 팽창성 첨가물로 활용되는 종래의 가스발생제로는 주로 알루미늄 금속 분말이 사용되고 있는데, 알루미늄 금속 분말은 시멘트와의 반응으로 수소가스를 발생시켜 케이블(14)의 부식을 초래한다는 문제점이 있다.
또한, 시멘트계 모르타르(16)는 하절기와 같이 주변 온도가 섭씨 30~40℃로 높은 경우 경화 속도가 매우 빠르므로, 유동성이 현저히 저하되어 덕트(12) 내부로의 주입 및 충진 작업이 어려워진다는 문제점도 있다.
한국 등록특허번호 제10-0561097호(공고일 2006.03.15) 일본 공개특허공보 평13-302302호(공개일 2001.10.31)
본 발명은 기존 모르타르 구조물의 강도 증대용 첨가제가 시멘트를 이용한 그라우트재의 첨가제로 사용하기에는 블리딩층 발생 방지 및 공극 발생 효과가 부족하고, 압축강도 등의 기계적 물성이 부족한 것을 해결한 발명으로서, 그라우트재에 적용하기 적합한 첨가제, 이를 이용하여 제조한 물성이 우수한 블리딩 프리 그라우트재 및 이를 포스트 텐션 구조물 시공법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제에 관한 것으로서, 포졸란계 초미분말, 수축보상제, 유동화제, 증점제, 발열조절제, 방청제, 균열저항 향상제 및 충진제를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 포졸란계 초미분말은 실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 수축보상제는 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 및 산화칼슘계 팽창성 무기질 혼합재 중에서 선택된 1종 이상으로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 증점제는 상기 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제를 1 : 0.5 ~ 2.0 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 블리딩 억제 증점제는, 벤젠(C1~C5의 알케인)아미늄, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(Benzene(C1~C5 alkane)aminium, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-, hydroxide tricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 및 1-(C15~C20 의 알케인)-, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(1-(C15~C20 alkane)-, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-,hydroxidetricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 균열저항 향상제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
CH3(CH2)n-C(OH)H-CH2OH
화학식 1에 있어서, n은 3 ~ 8의 정수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 발열조절제는 n-옥타데칸 및 n-테트라데칸 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 그라우트재용 첨가제는 수축보상제 20 ~ 40 중량%, 유동화제 5 ~ 15 중량% , 증점제 1.5 ~ 5.0 중량%, 발열조절제 0.2 ~ 1.0 중량%, 방청제 0.1 ~ 0.5 중량%, 균열저항 향상제 1.0 ~ 3.0 중량%, 충진제 2.0 ~ 8.0 중량% 및 100 중량% 중 나머지 잔량의 포졸란계 초미분말을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 목적은 블리딩 프리 그라우트재를 제공하는데 있으며, 앞서 설명한 첨가제 및 시멘트를 포함하는 그라우트재를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 초미립자상 시멘트, 아윈계 시멘트 및 알루미나 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 블리딩 프리 그라우트재는 케이블이 인입된 포스트 텐션 구조물용 모르타르로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 블리딩 프리 그라우트재를 이용한 포스트 텐션 구조물 시공방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 블리딩 프리 그라우트재를 이용한 포스트 텐션 구조물 보수방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 첨가제를 사용한 그라우트재는 모세관 현상에 의하여 그라우트재 양생시 블리딩층이 형성되는 현상, 그라우트재 양생 중의 부피가 감소되는 수축 현상, 모르타르 내부에 인입되는 케이블이 부식되는 현상이 방지되면서도, 구조물의 압축강도 등 우수한 기계적 강도 및 작업성으로 포스트 텐션 구조물을 시공할 수 있다. 그리고, 본 발명의 그라우트재는 시공 중의 배합 오류를 방지하기 위하여 공장 배합 및 포장되어 제조 및 공급할 수도 있다.
도 1은 그라우팅이 완료된 종래 포스트 텐션 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2는 양생이 완료된 종래 포스트 텐션 구조물의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 그라우트(모르타르) 구조물의 강도 향상 제조시 사용되는 기존 첨가제는 그라우트재에 적용시, 블리딩 현상 방지 부족, 양생시 그라우트의 부피 수축 방지 효과가 부족, 이로 인한 크랙 발생 및 압축강도 저하 등의 문제가 발생하였는데, 본 발명은 이를 해결할 수 있는 그라우트재에 제조에 사용되는 첨가제에 관한 것이다.
본 발명의 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제(이하, '첨가제'로 칭한다)는 그라우트재(모르타르) 제조시 작업성 향상을 위해 미리 혼합된(Pre-packed) 제품으로서, 현장에서 시멘트 및 물 등과 적정 비율로 혼합하여 그라우트재(모르타르)를 제조한 후, 바로 시공에 적용할 수 있다.
본 발명의 첨가제는 포졸란계 초미분말, 수축보상제, 유동화제, 증점제, 발열조절제, 방청제 및 균열저항 향상제를 포함한다.
상기 포졸란계 초미분말은 블리딩 현상을 방지하고, 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 바람직하게는 실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 2종 이상을 포함하며, 더욱 바람직하게는 실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린을 1 : 2 ~ 3 : 0.2 ~ 0.5 중량비로 포함할 수 있다.
그리고, 첨가제 내 포졸란계 초미분말의 함량은 100 중량% 중 수축보상제, 유동화제, 증점제, 발열조절제, 방청제 및 균열저항 향상제 등의 함량을 제외한 나머지 잔량이다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 상기 수축보상제는 그라우트재가 양생시에는 부피 변화가 크게 발생하는데, 이를 최소화 내지 방지하는 역할을 하는 것으로서, 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfo-aluminate, CSA)계 팽창제 및 산화칼슘(CaO)계 팽창성 무기질 혼합재 중에서 선택된 1종 이상으로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 CSA계 팽창제 및 산화칼슘계 팽창성 무기질 혼합재를 1 : 0.2 ~ 0.4 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 그라우트재의 부피 변화 최소화 및 기계적 물성 측면에서 좋다.
그리고, 첨가제 내 수축보상제의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 20 ~ 40 중량%, 바람직하게는 23 ~ 38 중량%, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량%이며, 이의 함량이 첨가제 전체 중량% 중 20 중량% 미만이면 그라우트재의 부피 변화 방지 효과가 부족할 수 있고, 40 중량%를 초과하여 사용하면 그라우트재가 양생 후 오히려 팽창하여 팽창압에 의해서 크랙 발생 및 압축강도가 크게 낮아지는 문제가 있을 수 있으며, 그라우트재의 유동성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 상기 유동화제는 시멘트와의 혼화성 증대 및 그라우트재의 유동성 향상을 위해 사용하는 것으로서, 나프탈렌계 유동화제, 멜라멘계 유동화제 및 폴리카르본산계 유동화제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 나프탈렌계 유동화제, 멜라멘계 유동화제 및 폴리카르본산계 유동화제 각각은 시멘트 업계에서 사용 및 구입 가능한 유동화제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위로 구성된 스티렌-말레인산 공중합체를 포함하는 폴리카르본산계 유동화제를 사용할 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에 있어서, 상기 R1은 -OM 또는 이며, 바람직하게는 이다. 그리고, 화학식 2의 M은 나트륨 이온 또는 칼륨 이온이고, 바람직하게는 나트륨 이온이며, n은 4 ~ 10의 정수이고, 바람직하게는 n은 5 ~ 8의 정수이다. 그리고, 화학식 2의 * 표시는 연결부위를 의미한다.
그리고, 첨가제 내 유동화제의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 5 ~ 15 중량%, 바람직하게는 5 ~ 10 중량%, 더욱 바람직하게는 6 ~ 9 중량%이며, 이의 함량이 첨가제 전체 중량% 중 5 중량% 미만이면 그라우트재의 유동성 향상 효과가 미비할 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 그라우트재의 유동성은 좋으나, 그라우트재의 경화 속도가 늦어질 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 상기 증점제는 그라우트재의 적정 점도를 조절하는 역할을 하는 것으로서, 상기 증점제는 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제를 1 : 0.5 ~ 2.0 중량비로, 더욱 바람직하게는 상기 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제를 1 : 1.2 ~ 1.8 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 메틸셀룰로오스계 증점제는 점도가 1,000 ~ 5,000 cps 인 것을, 바람직하게는 3,000 ~ 5,000 cps 인 것을 사용하는 것이 좋으며, 점도가 1,000 cps 미만이면 증점제 사용 효과가 미비할 수 있고, 5,000 cps를 초과하면 그라우트재의 유동성을 급격하게 낮춰서 블리딩을 발생시킬 수 있으므로 상기 점도 범위를 가지는 메틸셀룰로오스계 증점제를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 메틸셀룰로오스계 증점제는 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 및 카복시메틸셀룰로오스 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 및 카복시메틸셀룰로오스 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 블리딩 억제 증점제는 벤젠(C1~C5의 알케인)아미늄, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(Benzene(C1~C5 alkane)aminium, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-, hydroxide tricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 및 1-(C15~C20 의 알케인)-, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(1-(C15~C20 alkane)-, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-,hydroxidetricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 벤젠(C1~C3의 알케인)아미늄, N,N-다이(C1~C2의 알킬)-N-(C16~C18의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염; 및 1-(C16~C18 의 알케인)-, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C16~C18의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염; 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수있다.
그리고, 첨가제 내 증점제의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 1.5 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 1.8 ~ 4.5 중량%, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 4.0 중량%이며, 이의 함량이 첨가제 전체 중량% 중 1.5 중량% 미만이면 그라우트재의 적정 점도 조절이 안되고, 유동성이 너무 높은 문제가 발생하여 시공성이 떨어질 수 있고, 5.0 중량%를 초과하여 사용하면 그라우트재의 점도가 너무 높아져서 유동성이 부족하여 그라우트재 시공 후 공극이 발생하여 압축강도 등의 기계적 물성을 저하시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 상기 발열조절제는 수화열을 조절하기 위해 첨가되는 것으로, 발열조절제는 그라우트재 경화(양생) 반응시 발생되는 수화열을 흡수함으로써 양생 초기 단계에서 경화에 따른 과도한 수화열이 방지되어 열 발생에 의한 열 균열을 방지하는 역할 및 경화(양생) 속도를 조절하는 역할을 한다.
상기 발열조절제는 n-옥타데칸 및 n-테트라데칸 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 다른 성분들과의 혼화력을 향상시키고 수화열 감소에 따른 강도나 내구성 저하를 방지하기 위해 n-옥타데칸과 n-테트라데칸이 1 : 0.3~0.5 중량비로 포함할 수 있다.
그리고, 첨가제 내 상기 발열조절제의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 0.2 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.30 ~ 0.92 중량%, 더욱 바람직하게는 0.35 ~ 0.80 중량%이며, 발열조절제 함량이 0.2 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 발열조절 효과가 미비할 수 있고, 1.0 중량%를 초과하여 사용하면, 그라우트재의 양생 후기 단계의 냉각되는 과정에서 균일하고 안정적인 냉각이 이루어지지 않고 과냉각 현상과 같은 문제가 발생하여 공극이나 균열이 유발될 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 방청제는 속경성 그라우트제가 적용되는 구조물의 케이블, 강선, 빔(beam) 등의 산화를 방지하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용되는 일반적인 방청소재를 사용할 수 있고, 바람직하게는 헥사플루오로규산나트륨을 사용할 수 있다. 이의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 0.1 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 0.4 중량%, 더욱 바람직하게는 0.15 ~ 0.35 중량%가 적절하며, 0.1 중량% 미만 사용시 이의 사용으로 인한 방청 효과가 미비할 수 있고, 0.5 중량% 초과 사용하더라도 추가적인 방청 효과 증대가 없으면서 오히려 다른 물성에 악영향을 줄 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 상기 균열저항 향상제는 그라우트재가 빠른 시간 내에 양생(경화)됨으로 인해 균열이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 첨가제 내 다른 성분들과의 혼화성, 반응성 측면에서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
CH3(CH2)n-C(OH)H-CH2OH
화학식 1에 있어서, n은 3 ~ 8의 정수이며, 바람직하게는 4 ~ 8의 정수, 더욱 바람직하게는 5 ~ 7의 정수이다.
그리고, 첨가제 내 상기 균열저항 향상제의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 1.0 ~ 3.0 중량%, 바람직하게는 1.2 ~ 2.5 중량%, 더욱 바람직하게는 1.3 ~ 2.2 중량%이며, 균열저하 향상제 함량이 1.0 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 발열조절 효과가 미비할 수 있고, 3.0 중량%를 초과하면 수축보상제의 활성을 방해하여, 그라우트재 양생시 발생하는 수축 방지 효과를 방해할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명의 첨가제 성분 중 충진제는 물성 향상을 위해 사용하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 충진제를 사용할 수 있으며, 일례를 들면, 미립 탄산칼슘(CaCO3)를 사용할 수 있다. 그리고, 이의 함량은 첨가제 전체 중량% 중 2.0 ~ 8.0 중량%, 바람직하게는 2.5 ~ 7.0 중량%, 더욱 바람직하게는 2.6 ~ 5.5 중량%이다.
본 발명의 첨가제는 앞서 설명한 성분들을 혼합하여 제조한다.
그리고, 상기 첨가제는 시멘트, 및/또는 기타 첨가제와 혼합하여 그라우트재를 제조할 수 있으며, 이들을 혼합한 그라우트재에 물을 혼합하여 모르타르로 제조할 수 있다.
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 초미립자상 시멘트, 아윈계 시멘트 및 알루미나 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 일례를 들면, 보통 포틀랜드 시멘트를 단독으로 사용하거나, 보통 포틀랜드 시멘트 및 초미립자상 시멘트를 혼합한 혼합 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 보통 포틀랜드 시멘트 및 및 초미립자상 시멘트를 1 : 0.20 ~ 0.60 중량비로 혼합한 혼합 시멘트를 사용할 수 있다.
또한, 블리딩 프리 그라우트 또는 모르타르 제조시 물의 사용량은 시멘트 100 중량부에 대하여, 100 ~ 180 중량부를, 바람직하게는 100 ~ 160 중량부를, 더욱 바람직하게는 120 ~ 160 중량부를 사용하는 것이 적절한 점도 확보 및 시멘트, 첨가제 성분들의 혼화성 측면, 그라우트재의 적정 경화(양생) 시간 측면에서 적절하다.
그리고, 본 발명의 그라우트재(또는 모르타르) 제조시 그라우트재가 시공되는 용도에 따라 시멘트, 상기 첨가제, 물 외에 공기연행제, 급결제, 강도향상제, 접착증진제, 분산제, 동결방지제 및/또는 내산성 향상제 등의 기타 첨가제를 더 혼합하여 그라우트를 제조할 수도 있다.
그리고, 본 발명의 그라우트재는 시공 중의 배합 오류를 방지하기 위하여 공장 배합 및 포장되어 제조, 공급할 수도 있다.
본 발명 그라우트재 사용에 대한 바람직한 일 구현예를 들면, 본 발명의 그라우트재는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 첨가제 10 ~ 100 중량부 및 물 100 ~ 180 중량부를 혼합하여 모르타르를 제조한 후, 이를 케이블이 인입된 포스트 텐션 구조물 시공에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명 그라우트재 사용에 대한 바람직한 일 구현예를 들면, 본 발명의 그라우트재는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 첨가제 10 ~ 100 중량부 및 물 100 ~ 180 중량부를 혼합하여 모르타르를 제조한 후, 이를 케이블이 인입된 포스트 텐션 구조물의 보수에 사용할 수도 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 블리딩 프리 그라우트제용 첨가제의 제조
실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린을 1 : 2.2 : 0.45 중량비로 혼합한 포졸란계 초미분말을 준비하였다.
또한, CSA 팽창제 및 산화칼슘계 팽창성 무기질 혼합재를 1 : 0.32 중량비로 혼합한 수축보상제를 준비하였다.
또한, 화학식 2-1로 표시되는 반복단위를 포함하는 스티렌-말레인산 공중합체의 폴리카르본산계 유동화제를 준비하였다.
[화학식 2-1]
화학식 2-1에 있어서, 상기 R1은 이며, M은 나트륨이온이고, n은 6 ~ 7의 정수이다.
또한, 점도 약 3,500~3,600 cps인 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(메틸셀룰로오스계 증점제) 및 블리딩 억제 증점제를 1 : 1.4 중량비로 혼합한 증점제를 준비하였다. 이때, 상기 블리딩 억제 증점제로서, 1-(C18 의 알케인)-, N,N-다이(C1의 알킬)-N-(C18의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염을 사용하였다.
상기 수축보상제 28.2 중량%, 상기 유동화제 7.1 중량%, 상기 증점제 2.6 중량%, n-옥타데칸과 n-테트라데칸이 1 : 0.38 중량비로 포함하는 발열조절제 0.47 중량%, 헥사플루오로규산나트륨(방청제) 0.21 중량% 및 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 포함하는 균열저항 향상제 1.5 중량%, 미립 탄산칼슘(충진제) 3.0 중량% 및 100 중량% 중 나머지 잔량의 상기 포졸란계 초미분말을 혼합 및 교반하여 그라우트재용 첨가제를 제조하였다.
[화학식 1-1]
CH3(CH2)n-C(OH)H-CH2OH
화학식 1-1에 있어서, n은 6이다.
실시예 2 ~ 실시예 3
상시 실시예 1과 동일한 조성물을 사용하되, 하기 표 1과 같이 이들의 함량을 달리하여 그라우트재용 첨가제를 각각 제조하여 실시예 2 ~ 3을 각각 실시하였다.
비교예 1
한국 등록번호 10-0561097호에 개시된 모르타르 구조물의 강도 증대용 첨가제를 다음과 같이 제조하였다.
CSA계 팽창제(수축보상재) 50 중량%, 점도 약 3,500~3,600 cps인 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(메틸셀룰로오스계 증점제) 0.4 중량%, 하기 화학식 2-2로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리카르본산계 유동화제 6.0 중량%, 수소화붕소나트륨(비메탈계 가스발생제) 0.6 중량% 및 미립 탄산칼슘(충진재) 3.0 중량% 및 포졸란계 초미분말 40 중량%를 혼합 및 교반하여 그라우트재용 첨가제를 제조하였다.
상기 포졸란계 초미분말을 실리카흄 및 고미분말 슬래그를 1:1 중량비로 혼합한 것을 사용하였다.
[화학식 2-2]
화학식 2-2에 있어서, 상기 R1은 -OH이며, M은 나트륨이온이고, n은 4 ~ 5의 정수이다.
비교예 2 ~ 비교예 5
상기 실시예 1과 동일한 조성물을 사용하되, 하기 표 1과 같이 이들의 함량을 달리하여 그라우트재용 첨가제를 각각 제조하여 비교예 2 ~ 5를 각각 실시하였다.
다만, 비교예 5의 경우, 실시예 1과 동일한 조성물을 사용하되, 증점제로서 블리딩 억제 증점제를 사용하지 않고, 점도 약 3,500~3,600 cps인 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(메틸셀룰로오스계 증점제)를 단독으로 사용하였다.
구분
(중량%)		 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 비교예
1		 비교예
2		 비교예
3		 비교예
4		 비교예
5
수축보상제 28.2 33.3 28.0 50 18.3 28.4 28.2 28.2
유동화제 7.1 8.2 6.5 6.0 7.1 7.1 7.1 7.1
가스발생제 - - - 0.6 - - - -
증점제 2.6 2.2 3.0 0.4 3.0 2.6 2.6 2.6
발열조절제 0.47 0.42 0.78 - 0.47 - 1.30 0.47
방청제 0.21 0.21 0.21 - 0.23 0.21 0.21 0.21
균열저항
향상제		 1.5 1.5 2.1 - 1.9 - 1.5 1.5
충진제 3.0 2.9 3.1 3.0 3.8 3.0 3.0 3.0
포졸란계
초미분말		 100 중량% 나머지 잔량
제조예 1 : 블리딩 프리 그라우트재의 제조
1종 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실시예 1의 75 중량부를 혼합한 다음, 물 137 중량부를 혼합 및 교반하여 그라우트재(모르타르)를 제조하였다.
제조예 2 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 5
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 그라우트재를 제조하되, 하기 표 2와 같이 실시예 1의 첨가제 대신 실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 5에서 제조한 첨가제를 각각 사용하여 제조예 2 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 5를 각각 실시하였다.
구분 혼합 시멘트
사용량		 첨가제 물
사용량
종류 사용량
제조예 1 100 중량부 실시예 1 75 중량부 137 중량부
제조예 2 100 중량부 실시예 2 75 중량부 137 중량부
제조예 3 100 중량부 실시예 3 75 중량부 137 중량부
비교제조예 1 100 중량부 비교예 1 75 중량부 137 중량부
비교제조예 2 100 중량부 비교예 2 75 중량부 137 중량부
비교제조예 3 100 중량부 비교예 3 75 중량부 137 중량부
비교제조예 4 100 중량부 비교예 4 75 중량부 137 중량부
비교제조예 5 100 중량부 비교예 5 75 중량부 137 중량부
실험예 1 : 유동성, 체적 변화율, 블리딩율 및 압축강도 측정
상기 제조예 1 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 5에서 제조한 그라우트재에 대한 유동성, 체적 변화율, 블리딩율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
KCI-PS102에 의거하여 유동성(flow)은 깔때기 유하시험으로 실시하였다.
상기 깔때기 유하시험은 모르타르 배합직후의 유하시간인 to이 25초 이하, 모르타르 제조직후 30분 경과 시점의 유하시간이 (0.8 ~ 1.2)×to를 만족하고, 2시간 경과 시점에서 (1.4 ~ 1.8)×to를 만족하면 합격으로 평가하였다.
블리딩율은 지름 60~80mm의 원통 형상의 1m 투명 실린더를 수직으로 세우고 투명 실린더 내부에 길이방향으로 KS D 7002에 적합한 900mm 길이의 PS 강연선 1가닥을 인입시킨 시험체 3개에 각 그라우트재를 강연선 끝부분까지 주입하였을 때, 주입 완료 3시간에 처음 그라우트재 전체 높이 중 상단에 고이는 물의 높이를 백분율로 환산하여 측정하였다.
그리고, 체적 변화율은 블리딩율 측정한 상기 투명 실린더에 처음 그라우트재 전체 높이에 대하여 주입 완료 24시간의 체적 변화 높이를 백분율로 환산하여 측정하였다. 체적변화율은 24시간의 체적 변화율이 -1%에서 5%이면 합격이고, 블리딩율은 3시간 때 0.3% 이하이면 합격이다.
또한 압축강도는 40mmx40mmx160mm(가로,세로, 높이)의 각주 공시체를 사용하여 압축강도 시편을 제작하였으며, KCI-PS102에 의거하여 7일 및 28일 압축강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 유동성 평가, 유하시간(초) 체적 변화율(%) 블리딩율
(%)
배합직후 30분 후 1시간 후 2 시간 후
제조예 1 12.2 13.0 15.6 20.9 -0.18 0.00
제조예 2 13.4 14.0 16.5 23.0 -0.20 0.01
제조예 3 12.0 13.0 15.2 20.3 -0.24 0.03
비교제조예 1 18.5 19.5 21.5 36.7 2.12 0.08
비교제조예 2 10.8 12.3 14.1 18.9 -4.98 0.10
비교제조예 3 11.0 15.1 20.2 30.3 2.34 0.02
비교제조예 4 12.1 14.3 15.0 20.1 0.87 0.05
비교제조예 5 13.0 14.2 16.6 22.2 1.06 0.36
구분 압축강도 (MPa)
7일 28일
제조예 1 53.1 59.1
제조예 2 53.6 62.2
제조예 3 53.3 61.8
비교제조예 1 48.9 59.7
비교제조예 2 39.5 50.7
비교제조예 3 46.0 53.3
비교제조예 4 42.6 52.6
비교제조예 5 41.2 51.5
상기 표 3 및 표 4의 물성 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 3의 첨가제를 사용하여 제조한 그라우트재인 제조예 1 ~ 3은 전반적으로 적정 흐름성(유동성)을 가지며, 체적변화율 및 블리딩율이 매우 적으면서도, 우수한 압축강도를 발현하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 종래의 강도 강화 글 첨가제(비교예 1)를 이용하여 제조한 비교제조예 1의 그라우트재는 블리딩율은 낮으나, 체적 변화율이 다소 높고, 제조예 1 ~ 3과 비교할 때, 1시간 까지의 유동성이 다소 적절하나, 2시간 경과 후의 유하시간이 급격하게 증가하였고, 이는 경화가 빠르게 진행됨을 의미하며, 실제 시공 작업성 측면에서 불리함을 의미한다.
그리고, 수축보상제를 20 중량% 미만으로 사용한 비교예 2의 첨가제를 사용한 비교제조예 2의 그라우트재의 경우, 제조예 1~3과 비교할 때, 체적 변화율이 다소 큰 문제가 있었고, 내부 크랙 발생으로 인해 압축강도도 낮아지는 결과를 보였다.
또한, 발열조절제 및 균열저항 향상제를 사용하지 않은 비교예 3의 첨가제를 사용한 비교제조예 3의 그라우트재의 경우, 제조예 1 ~ 3과 비교할 때, 체적 변화딩율이 다소 증가했으며, 압축강도도 상대적으로 낮아지는 결과를 보였고, 2시간 경과시점에서 유하시간이 급격하게 증가하는 경향을 보였다.
그리고, 발열조절제를 1 중량% 초과하여 사용한 비교예 4의 첨가제를 사용한 비교제조예 4의 그라우트재의 경우, 제조예 3과 비교할 때, 압축강도가 상대적으로 급격하게 감소하는 경향을 보였는데, 이는 그라우트재(모르타르) 양생 후기 단계의 냉각 과정에서 균일한 냉각이 되지 않고, 과냉각 현상으로 인해 공극 및/또는 균열이 내부에 발생했기 때문이다.
또한, 증점제로서, 블리딩 억제 증점제를 사용하지 않고, 메틸셀룰로오스계 증점제만을 사용한 비교예 5의 첨가제로 제조한 비교제조예 5의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 블리딩율이 증가하고, 압축강도가 감소하는 문제가 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (12)

  1. 그라우트재에 사용되는 첨가제로서,
    포졸란계 초미분말, 수축보상제, 유동화제, 증점제, 발열조절제, 방청제, 균열저항 향상제 및 충진제를 포함하며,
    상기 증점제는 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제를 포함하며,
    상기 블리딩 억제 증점제는 벤젠(C1~C5의 알케인)아미늄, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(Benzene(C1~C5 alkane)aminium, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-, hydroxide tricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 및 1-(C15~C20 의 알케인)-, N,N-다이(C1~C3의 알킬)-N-(C15~C20의 알킬)-,하이드로옥사이드트리사이클로[5.1.1.13,5]테트라실록세인-1,3,5,7-테트롤레이트,리튬마그네슘소듐염(1-(C15~C20 alkane)-, N,N-di(C1~C3 alkyl)-N-(C15~C20 alkyl)-,hydroxidetricyclo[5.1.1.13,5]tetrasiloxane-1,3,5,7-tetrolate, lithium magnesium sodium salt); 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포졸란계 초미분말은 실리카흄, 고미분말 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 수축보상제는 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 및 산화칼슘계 팽창성 무기질 혼합재 중에서 선택된 1종 이상으로 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증점제는 상기 메틸셀룰로오스계 증점제 및 블리딩 억제 증점제를 1 : 0.5 ~ 2.0 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 균열저항 향상제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제;
    [화학식 1]
    CH3(CH2)n-C(OH)H-CH2OH
    화학식 1에 있어서, n은 3 ~ 8의 정수이다.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발열조절제는 n-옥타데칸 및 n-테트라데칸 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제
  7. 제1항에 있어서,
    수축보상제 20 ~ 40 중량%, 유동화제 5 ~ 15 중량% , 증점제 1.5 ~ 5.0 중량%, 발열조절제 0.2 ~ 1.0 중량%, 방청제 0.1 ~ 0.5 중량%, 균열저항 향상제 1.0 ~ 3.0 중량%, 충진제 2.0 ~ 8.0 중량% 및 100 중량% 중 나머지 잔량의 포졸란계 초미분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재용 첨가제.
  8. 시멘트 및 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시멘트는, 포틀랜드 시멘트, 초미립자상 시멘트, 아윈계 시멘트 및 알루미나 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재.
  10. 제9항에 있어서, 케이블이 인입된 포스트 텐션 구조물용 모르타르로 사용되는 것을 특징으로 하는 블리딩 프리 그라우트재.
  11. 제10항의 그라우트재를 이용하는 것을 특징으로 하는 포스트 텐션 구조물 시공방법.
  12. 제10항의 그라우트재를 이용하는 것을 특징으로 하는 포스트 텐션 구조물 보수방법.
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