KR102595448B1 - 방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법 - Google Patents

방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물의 벽체, 슬라브 등을 시공함에 있어서 초고강도 물성을 갖는 그라우트 조성물을 이용하여 시공함으로써 방사선 차폐, 방탄, 방호, 내진 및 방폐 기능을 갖는 구조물을 시공할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 시멘트, 재유화형 폴리머, 고성능 유동화제 및 골재를 포함하여 구성되며, 압축강도, 인장강도 등 초고강도의 물성을 가지고, 신속한 공정처리가 가능한 장점이 있으므로, 이러한 초고강도를 갖는 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 이용하여 구조물을 시공함으로써 방사선 차폐, 방탄 및 방호용 구조물로 이용될 수 있고, 또한 내진 기능도 가질 수 있어 내진 구조물로 이용될 수 있는 효과가 있다.

Description

방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법 {Ultra-high strength grout composition with function of radiation shield, bulletproof, defense and earthquake proof and construction method of structure for radiation shield using the same}
본 발명은 방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물의 벽체, 슬라브 등을 시공함에 있어서 초고강도 물성을 갖는 그라우트 조성물을 이용하여 시공함으로써 방사선 차폐, 방탄, 방호, 내진 및 방폐 기능을 갖는 구조물을 시공할 수 있는 기술에 관한 것이다.
방사선으로부터 인체를 방어하는 방법은 거리, 시간, 차폐의 3가지 기본인자로 구성되는데, 첫째 방법은 선원으로부터 거리를 가능한 멀리하며, 둘째는 작업시간으로 최소로 단축하고, 셋째는 차폐 구조체를 활용하는 것을 최대한 이용하여 방사선의 피폭량을 최소화하는 것이다.
먼저, 첫째 방법과 관련하여, 방사선은 공간중에서 진행할 때 빛의 피질과 같기 때문에 선원으로부터 거리가 가까우면 피폭의 정도는 크고, 거리가 멀면 피폭도가 낮아진다는 원리로서 선원에서 멀리 떨어질수록 피폭량은 적어진다. 점선원인 경우 방사선 강도는 거리제곱에 반비례한다.
다음으로, 둘째 방법과 관련하여, 방사선의 피폭량은 시간과 방사선의 선량율의 곱으로 주어진다. 선량률이란 단위시간당 방사선량으로서 어떤 작업자가 피폭받는 양을 표현하는 것이 아니라 어떤 주어진 위치에서의 방사선장의 세기를 나타내기 위한 것이다. 그러나 선량 또는 피폭선량은 어떤 방사선장 내에서 일정시간 동안 체류하면서 받는 피폭량을 말하므로 동일한 방사선장의 조건에서 작업을 하더라도 작업시간을 줄인다면 결과적으로 피폭선량을 줄일 수 있다. 즉, 피폭시간과 피폭선량은 비례한다. 피폭시간을 단축하기 위해서는 면밀한 작업계획을 세우거나 모의 훈련, 기능숙달 등으로 작업의 능률을 높여 피폭량을 줄일 수 있다.
그러나, 위 첫번째 및 두번째 방법, 즉 거리를 멀리하거나 피폭시간을 단축하여 방사선을 방어하는 방법에는 한계가 있다. 이럴 때 차폐가 필요하게 되는데, 차폐란 방사선원과 피폭자 사이에 적절한 흡수체를 설치함으로써 방사선이 피폭자에 도달하는 것을 줄이는 것이다. 이때 흡수체의 차폐효과는 다음과 같은 지수감쇄 법칙을 따른다.
Φμ = B·Φ0 ·e-μt
여기서 Φμ는 차폐체 투과후의 선속밀도, B는 축척인자로서 산란선의 보정인자, t는 차폐체의두께, μ는 선흡수 계수로서 방사선의종류 및 에너지의 함수이다. γ선이나 χ선에 대하여는 μ값이 잘 정의되나, 중성자와 하전입자의 방사선에 대해서는 정확히 적용되지 않는다. 작업상 피폭의 외부피폭중 대부분은 χ, γ선에 의한 것이므로 계산 시 상기 식이 이용된다.
차폐는 선원 자체에 행하는 경우와 작업자 측에 행하는 경우가 있고, 선원과 작업자 사이에 차폐벽을 설치할 경우는 작업상황이나 경제성을 고려하여 적절히 하여야 한다.
콘크리트 표준시방서 제13장 방사선 차폐용 콘크리트 항목의 기준으로서는 단위용정중량은 2.5~4.0 ton/m3 을 만족하며 콘크리트의 슬럼프는 150mm이하, 물-시멘트비는 50% 이하로 정의되어 있다. 이러한 방사선 차폐 콘크리트 시설물로는 크게 고출력 원자로에서부터, 작게는 소출력의 입자 가속기까지 있으며, 방사선 종류에 따라 차폐성능을 해석하여 조건에 만족하는 시설이 되어야 한다. 생체보호를 위해 방사선등을 차폐할 목적으로 하는 콘크리트를 말하며 단위용적질량 2,500 ~ 4,000 kg/m3 만족하여야 한다.
기존의 방폐용 구조물은 콘크리트 표면 위에 얇은 도막을 형성하여 이뤄지며 도막 내에 방사선 흡수 물질을 포함시켜 도장하는 방법을 이용하였으나 구조물이 열화되거나 파괴되어 도막이 손상될 경우에는 방사선 유출의 위험성이 상존하였다.
[관련 선행기술]
1. 대한민국 등록특허 제10-2128973호
2. 대한민국 등록특허 제10-1811350호
3. 대한민국 등록특허 제10-2076678호
본 발명은 상기 요건을 만족할 수 있는 고강도 특성을 방사선 차폐용 그라우트 조성물과 이를 이용하여 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 공법을 제공하고자 하는 것으로서, 방사선 차폐, 방탄 및 방호 기능을 발휘할 수 있으며, 또한, 구조물에 별도의 내진 설계를 하지 않고도 내진 구조물의 시공이 가능하고, 댐이나 선착장에 설치시 방압, 방수를 비롯하여 충격에 의한 파탄, 훼손 및 열화 방지가 가능한 구조물을 설치할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는
시멘트, 재유화형 폴리머, 유동화제, 잔골재 및 굵은골재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 시멘트 : 재유화형 폴리머 : 유동화제 : 잔골재 : 굵은골재를 각각 40~60 : 0.1~5 : 0.1~1 : 30~50 : 5~40의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 강도강화용 제3성분을 전체 조성물 100 중량부 대비 0.1~5 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제3성분은
섬유 0.1 내지 10 중량부, 무수황산나트륨 0.1 내지 5 중량부, 나노 금속산화물 분말 0.1~2.0 중량부, 초산비닐계 폴리머 0.1 내지 5 중량부, 팽창재 0.1 내지 5 중량부를 포함하며,
수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 페트로 코크스 탈황석고 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 산화바륨 0.1~2.0 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수용성 개질 라텍스는 아크릴 수지 10~20 중량부, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 40~70 중량부의 비율로 포함되어 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 나노 금속산화물 분말은 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화철, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페트로 코크스 탈황석고는 2.65 ~ 2.75 g/m3의 밀도를 갖는 것일 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는
구조물 벽체 또는 슬라브 설치를 위한 거푸집을 설치하는 단계; 및
상기 거푸집에 본 발명에 따른 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 타설하여 벽체 또는 슬라브를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 거푸집 내측에 철근을 배근하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 형성되는 벽체 또는 슬라브의 외측에 내화 콘크리트 또는 내화 벽돌을 더 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압축강도, 인장강도 등 초고강도의 물성을 가지는 그라우트 조성물을 이용하여 방사선 차폐용 구조물을 시공함으로써 방폐용 구조물의 요구 물성을 만족할 수 있으며, 내진 기능도 가질 수 있어 내진 구조물로 이용될 수 있고 충격에 대한 저항성 및 열화 방지 효과도 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 시멘트 이외에 재유화형 폴리머, 고성능 유동화제, 잔골재 및 굵은골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 시멘트 : 재유화형 폴리머 : 유동화제 : 잔골재 : 굵은골재를 각각 40~60 : 0.1~5 : 0.1~1 : 30~50 : 5~40의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명에서 상기 시멘트는 일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트 및 초속경 시멘트 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 일반 포틀랜드 시멘트이다. 구체적으로 포틀랜드 시멘트의 경우도 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
혼합 시멘트를 사용할 경우에는 포틀랜트 시멘트 40~70 중량%, 알루미나 시멘트 5 ~ 25 중량% 및 잔량의 초속경 시멘트를 포함할 수 있다.
이 중에서, 알루미나 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 알루미나 함량이 상대적으로 높은 시멘트로서, 화학적 저항성이 우수하며, 산성 분위기 하에서 사용할 수 있는 장점이 있으며, 경화시간이 짧은 조강 시멘트 일종으로서, 보통 포틀랜드 시멘트와 적정 비율로 사용한다.
또한, 초속경 시멘트는 무수석고와 50 중량% 이상의 알루미나 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 것으로서 초기 부착성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 재유화형 폴리머는 접착력증대 및 리바운드량을 감소시키는 역할을 하며, 그라우트의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하고 경화 후 상태에서는 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘하도록 하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 상기 유동화제, 즉 고성능유동화제는 그라우트의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 하는 역할을 한다.
상기 유동화제로서는 폴리카본산계 외에 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌슬폰산계 또는 알킬아릴슬폰산계 유동화제를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합 사용이 가능하다.
특히, 유동화제 사용시 응결시간에 영향을 주므로 응결시간 조절제를 적절히 포함하여 사용할 수 있다.
상기 잔골재는 세척사, 슬래그 잔골재, 자철석 잔골재, 동 제련 슬래그, 분철, 경량 잔골재를 사용할 수 있다. 세척사는 쇄사를 사용하며, 슬래그 잔골재는 제강슬래그를 이용하여 만든 재료로써 0.6~2.5 mm의 사이즈로 구성되어 있으며 비중은 3.7정도인 것을 사용할 수 있다. 자철석 잔골재는 경기도 포천에서 생산되는 함티탄 철광석으로 KS F 2526[콘크리트용 골재]에 만족하도록 임의적으로 체가름 시험을 실시하여 입도를 조절한 것을 사용할 수 있으며, 동 제련 슬래그는 미세한 철가루로 입자크기가 일정한 잔골재로 단위중량 증진을 위해 사용할 수 있다.
상기 굵은골재는 부순 굵은 골재, 슬래그 굵은 골재, 자철석 굵은골재를 사용할 수 있다. 부순 굵은골재는 KS F 2527 [콘크리트용 부순 골재]에 만족하며, 슬래그 굵은 골재는 KS 규격이 제정되지 않았으므로 임의적으로 KS F 2526 [콘크리트용 골재]의 굵은 골재에 만족하도록 체가름 시험을 실시하여 입도를 조절한 것을 사용할 수 있다. 또한 자철석 굵은 골재도 KS F 2526 [콘크리트용 골재]에 만족하도록 체가름된 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 조성물 자체와 조성물 자체의 강도 증가 및 표면에 치밀한 차폐막 형성, 피막층의 염해 및 탄산화 방지 등의 물성 강화를 위해 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 강도강화용 제3성분을 0.1 ~ 5 중량부의 범위로 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 상기 제3성분은 섬유 0.1 내지 10 중량부, 무수황산나트륨 0.1 내지 5 중량부, 나노 금속산화물 분말 0.1~2.0 중량부, 초산비닐계 폴리머 0.1 내지 5 중량부, 팽창재 0.1 내지 5 중량부를 포함하며,
수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 페트로 코크스 탈황석고 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 산화바륨 0.1~2.0 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 상기 섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 친환경 섬유 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 처짐, 방수막 크랙 등의 발생을 방지하고 내열성과 내한성에 우수하도록 할 수 있다. 여기서 섬유는 미세한 그물조직으로 밀실한 조직을 형성하여 그라우트의 크랙을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유는 친환경 섬유를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 리오셀 섬유, 셀룰로오스 섬유, PLA 섬유 등을 사용할 수 있다.
상기 리오셀(Lyocell) 섬유는 대표적인 환경친화형 신섬유로 기존 이산화탄소, 가성소다 등 유독성 화학물질을 용매로 사용하지 않으며, 제조공정이 간단하고 용매를 다시 회수해 재사용할 수 있어 친환경적이며 또한 경제적이다.
리오셀 섬유는 일체의 화학적인 변형없이 천연 펄프를 무공해성 아민옥사이드 용매에 직접녹여 제조하여 일체의 화학적인 변형없이 섬유소(Cellulose) 만을 추출한 것을 사용하며, 폐기시에도 땅속에서 생분해가 되어 일체의 공해발생이 없는 것이 특징이다.
보다 구체적으로, 리오셀 섬유의 물리적 성능으로는 높은 인장강도, 뛰어난 흡습성(균열제어 성능 우수), 친환경 용매 아민옥사이드 사용으로 친환경성, 폐기시에도 생분해성 특징를 가져 무공해성, 우수한 내구성(내산성, 내화학성)을 갖는 것을 특징으로 한다.
리오셀 섬유를 단독으로 사용할 수 있으나, 강도 향상을 위해서 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 포함하는 PLA 복합 수지와 리오셀 섬유를 중량비 6 내지 7 : 3 내지 4의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
즉, 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 생성하기 위해 셀룰로오스 나노섬유는 상업용 목재펄프(활엽수 또는 침엽수)를 TEMPO((2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥시)를 사용하여 산화시킨 후, 기계적 처리로 제조(수율 90% 이상)한 것을 사용할 수 있으며, 카르복시기 함량이 3.2 내지 3.9 mmol/g, 셀룰로오스 섬유폭은 20 내지 30 nm, 섬유길이는 50 내지 60 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 셀룰로오스 나노섬유를 PLA(PolyLactic Acid) 복합체의 표면을 메쉬 타입으로 코팅 처리하여 생성될 수 있으며, PLA 복합체 100 중량부를 기분으로 셀룰로오스 나노섬유 15.2 내지 17.4 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 셀룰로오스 나노섬유로 코팅된 PLA 복합체인 메쉬(mesh) 타입으로 코팅하여 표면처리를 수행한 것은, 단순히 PLA 복합체를 사용한 것에 비해 인장강도 및 내절강도, 그리고 파열강도가 모두 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 셀룰로오스 나노섬유로 코팅된 PLA 복합체는 셀룰로오스 나노 섬유의 높은 비표면적과 비강도 및 낮은 밀도를 가지고 있어 우수한 물성을 나타낼 뿐만 아니라, 극소량만으로도 열적 및 기계적 특성이 우수한 복합체를 얻을 수 있고, 친환경성 및 경량특성으로 적용될 수 있다.
한편, PLA는 옥수수 전분을 주원료로 한 천연 식물계 원료로, 합성수지(PC, ABS 등)를 포함하지 않고 자연 조건 하에서 100% 분해된다. 또한, 다이옥신 등의 유해물질 발생 및 기타 환경오염을 방지할 수 있다. PLA(PolyLactic Acid)는 사출 및 압출플라스틱에 대한 대체가 가능하며, 범용적인 물적 특성을 가진 획기적 친환경 수지로 제품화가 가능하다. 한편, PLA는 결정성, 자연순환형, 생체적합, CO2 저감 등에 대한 특성을 갖으며, PLA는 식물계 원료로 제품의 자연적 분해가 가능한 친환경 소재이다.
본 발명에서 사용되는 PLA 복합체는 PLA 단섬유와 탄소 섬유를 5.1 내지 7.3 : 1.2 내지 2.3의 중량비로 하여 카딩기에 넣어, 웹을 형성하여 시트 형태로 생성된 것을 사용하거나, 천연섬유에 해당하는 PLA 단섬유와 합성섬유를 혼합하여 제조한 시트층을 발포시켜서 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 합성섬유로는 저융점 폴리에스터, 폴리에스터 또는 폴리프로필렌 등이 단독 혹은 혼합사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌이 사용된다. 이때, 합성섬유와 천염섬유의 혼합비는 특별히 한정되지는 않으나, 천연섬유 100 중량부에 대해서 합성섬유 12 내지 15 중량부, 황토 2 내지 3 중량부, 갯벌 흙(머드) 2 내지 5 중량부, 각섬석분말 1 내지 2 중량부, 광석분말 1.5 내지 1.8 중량부, 경화제 4.2 내지 4.5 중량부, 물 20 중량부를 포함하며, 선택적으로 색상을 갖는 광석분말은 원하는 색상을 갖는 광석분말을 더 포함할 수 있다. PLA 단섬유와 합성섬유와의 혼합공정에서의 합성섬유는 굵기가 20 내지 30 데니어이고, 길이는 43 내지 56nm인 것일 수 있다.
한편, 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체를 포함하는 PLA 복합 수지 상에서 셀룰로오스 나노 섬유가 코팅된 PLA 복합체와 PLA 수지의 중량비는 3 내지 4 : 6 내지 7로 형성되는 것이 인장강도, 내절강도, 그리고 파열강도에 대한 측정의 결과는 다른 비율에 비해 유의미한 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 상기 무수황산나트륨은 초기 경화를 촉진하고 강도를 향상시키는 역할을 하며, 특히 동결융해에 대한 저항성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 무수황산나트륨은 상기 제3성분에서 0.1 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 무수황산나트륨의 함량이 0.1 중량부보다 적으면 초기 경화가 늦어지고 동결경화에 대한 저항성이 감소될 수 있고, 5 중량부를 초과하면 그라우트의 부피가 증가하고 강도가 감소할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 상기 나노 금속산화물 분말은 나노 크기의 입자 크기를 가지며 내부 구조는 흡수 단면적이 큰 다공성으로 이루어진 것으로서, 수분 흡수율이 크고 미생물에 대한 저항성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 나노 금속 산화물 분말은 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화철, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 나노 금속 산화물 분말은 가공 처리되지 않은 형태로 사용될 수도 있으나, 조성물 내에서 서로 융합되는 것을 방지하기 위해 코팅 처리된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 흑연 산화물로 표면이 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 흑연 산화물은 천연 흑연, 판상 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등으로부터 선택되는 1 종 이상의 흑연을 황산, 질산, 과망간산칼륨, 염소산칼슘 등의 산화제로 처리한 것으로서 상기 나노 금속 산화물 분말을 흑연 산화물로 표면을 코팅하는 방법은, 먼저 나노 금속 산화물 분말과 흑연 산화물을 일정 비율로 섞고 소량의 물을 가하여 슬러리 형태로 형성한 후 자외선을 조사하여 상기 흑연 산화물이 상기 나노 금속 산화물 분말과 결합되도록 하여 표면에 코팅층을 형성하도록 하는 방법을 사용한다.
이와 같이 표면에 코팅층이 형성된 나노 금속 산화물 분말은 상호 재융합되기 쉽지 않으므로 분산 안정성을 향상시키게 된다.
이어서, 상기 초산비닐계 폴리머는 신구 접착력증대 및 리바운드량을 감소시키기 위해 추가된다. 초산비닐계 폴리머는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하며, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 경화 후 상태에서는 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘한다.
상기 팽창재는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 경화시 수축에 따른 균열을 억제하기 위한 것으로 임계치 미만일 경우에는 팽창효과가 적어 균열억제 효과를 얻을 수 없으며 임계치를 초과할 경우 물성이 저하된다.
이러한 팽창재는 섬유보강재 100 중량부, 무기팽창재 30 내지 65 중량부, 금속분말계 팽창재 3 내지 5 중량부, 안정제 2 내지 3 중량부, 강도증진제 25 내지 35 중량부, 알칼리자극제 15 내지 25 중량부로 이루어진 팽창재를 사용할 수 있다.
즉, 상기 팽창재를 구성하는 무기팽창재는 콘크리트(그라우트)의 경화 후 수축에 대한 보상 팽창을 하도록 하여 콘크리트의 경화 후 건조수축이 발생하는 균열을 억제하기 위한 구성이다.
시멘트의 단점인 경화 후 수축을 고려하여 사용되는 구성으로 임계치 미만일 경우 팽창효과가 미미하여 수축균열을 억제하지 못하게 되고, 임계치를 초과할 경우에는 과팽창되어 경화체가 파괴되는 현상이 발생함은 물론 전체적인 물성이 급격하게 저하되는 문제가 발생하게 된다.
그리고 팽창재를 구성하는 섬유보강재는 콘크리트의 인장력 증대, 국부적 균열의 생성 및 성장을 억제하면서 역학적 성질을 개선 및 보강하기 위해 이용하는 것으로, 콘크리트 내에서 불연속적이며 단상인 섬유질 재료를 분산시켜 사용하게 된다.
이어서, 본 발명에서 상기 수용성 개질 라텍스는 합성수지계 에멀젼 라텍스로서, 구체적으로는 아크릴 수지 10~20 중량부, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 40~70 중량부의 비율로 포함되어 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 수지는 2-하이드록시에틸메타크릴산(2-HEMA : 2-hydroxyethyl methacrylate), 메타크릴산메틸(MMA : methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-BA : n-butyl acrylate) 및 아크릴산(AAc : acrylic acid) 중 선택된 어느 하나의 아크릴레이트 단량체 및 음이온 또는 비이온 유화제 및 개시제를 첨가하여 합성된 폴리 아크릴레이트 하이브리드 에멀젼을 사용할 수 있다. 상기 아크릴 수지는 건조가 빠르고 외부 폭로조건에서도 우수한 내후성, 내구성, 자외선안정성을 나타내며 수용성으로 이루어져 있어 친환경적이다.
상기 SBR 고무는 탄성을 유지하기 위해 고형분이 50% 이상인 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 표면에서 부식을 방지하는 역할을 하는 동시에 용매에 분산되어 있는 형태를 하고 있으며, 용액 상태에서 상기 갈산을 분산 및 용해시켜 갈산의 효과를 증대시키도록 하는 역할을 하기도 한다. 상기 용매로는 에틸렌 글리콜계의 2가 알코올을 사용할 수 있다.
상기 하이드록실 아크릴레이트 모노머는 가교밀도를 향상시켜 망목상 상태를 증대시키는 역할을 하여 물성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 하이드록실 아크릴레이트 모노머로는 하이드록실 에틸아크릴레이트, 하이드록실 프로필아크릴레이트, 하이드록실 에틸메틸아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르는 산과 글리콜류 화합물의 축합 중합에 의해 형성되는 것으로서, 예를 들어 푸마르산과 디에틸렌글리콜의 반응에 의해 형성되는 산가 18~20mg/KOH의 범위에 드는 것을 사용할 수 있다. 상기 불포화 폴리에스테르는 콘크리트의 내후성, 내광성, 내스크래치성을 강화하는 역할을 한다.
상기 갈산은 탄닌을 산 또는 알칼리 가수분해하여 얻어지는 페놀카르복시산으로 C7H6O5·H2O의 분자식을 갖는 화합물로서, 표면의 방청, 방수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 금속 양이온은 구체적인 예로서 Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 흑연용매분산액은 콘크리트의 인장강도, 압축강도 등 강도 특성을 향상시키는 역할을 하며, 동시에 내식성, 방수성도 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산책은 용매 중에 흑연 입자가 분산된 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 흑연 분말은 비표면적이 약 2,000~3,500 m2/g로 매우 크며, 인장강도가 우수하고 높은 기밀성을 가지므로 내구성도 우수하다.
상기 흑연 분말은 분말도가 너무 커서 사용이 쉽지 않은 문제가 있으므로 용매에 분산시킨 분산액으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산액을 형성하기 위해서는 흑연 분말을 물에 혼합하고 산을 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 함량이 분산액 중에 0.001~20 중량%로 포함된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 산(예: 염산, 시트르산, 아세트산 등)을 가하는 것은 용매 중에 분산성을 향상시키기 위한 것이고, 알칼리(예: NaOH, KOH 등)를 가하는 것은 pH를 중성 영역으로 조절하여 안정성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산액을 형성함에 있어서 용매로는 물을 사용하는 것이 바람직하나, 알코올을 단독 또는 물과 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 알루미늄염화물은 산과 수산화알루미늄의 반응에 의해 형성되는 것으로서, 그라우트 조성물의 내화학성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 분산제는 수용성 라텍스의 혼합시 액상 내에서 내부 성분을 고르게 분산시켜 균일성을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 비이온 타입의 폴리옥시알킬렌형 계면활성제 또는 음이온 타입의 폴리카르복실염계 계면활성제 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 알콕시 실란 가수분해물은 졸-겔 공정을 통해 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고, 이와 같이 얻어진 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣은 후 이를 중합 및 가수분해하여 얻어진 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 메타크릴산 메틸의 함량은 알콕시 실란 함량 100 중량부를 기준으로 0.5~5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1~5 중량부, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1~5 중량부, 에폭시계 바인더 수지 0.1~10 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1~5 중량부의 비율로 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 강화 성분을 콘크리트 내부로 침투시켜 주는 역할을 함과 동시에 발수성을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~3 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 고형분 함량이 30~40 중량%이고 pH 12~14인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물에 사용될 경우 각종 유해 성분들이 외부로 용출되는 것을 방지하여 환경 오염을 유발하는 것을 방지하는 효과가 있다. 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 에폭시계 바인더 수지는 조성물의 각 성분들 간의 결합력을 증진시키며 기계적 강도 및 수밀성을 높이는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 본 발명에 따른 주면 방사선 차폐용 그라우트 조성물이 경화된 후 표면이 산성 조건에 노출될 경우 내산 특성을 강화시켜 산에 의한 부식을 방지하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 50~65:35~50의 중량비로 혼합된 혼합물로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 알루미노 실리케이트의 함량이 상기 범위보다 적을 경우에는 강도 저하의 문제가 있으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 경화체의 겉마름 현상으로 인해 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면 내산 강화 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다.
본 발명에서 클링커는 규산칼슘인 알라이트, 베라이트 및 세라이트 등으로 구성된다. 상기 클링커는 분말성분과 액상성분의 혼합을 촉진시키는 역할을 한다. 상기 클링커는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 클링커의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말성분과 액상성분의 혼합이 용이하지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 페트로 코크스 탈황석고는 페로니켈 슬래그 및 고로 슬래그의 산성 피막을 파괴하여 슬래그 내부에서 이온 방출을 가속화시키고 이들과 반응하여 수화 초기에 에트린자이트를 다량 생성해주는 역할을 하며, 재령 경과에 따라 칼슘실리케이트 수화물을 생성해 강도를 발현해주는 역할을 한다.
상기 페트로 코크스 탈황석고의 주성분은 CaO 및 SO3 이며, 적절한 품질은 CaSO4·2H2O가 95% 이상, 미반응 CaCO3가 1.5% 이하, CaSO3·1/2H2O가 0.5% 이하 및 Al2O3+Fe2O3가 최대 1.0% 이하이며, pH 5-9를 나타내어야 한다. 인산석고에 비해 상대적으로 pH가 중성이며, 높은 순도의 균일한 품질을 가지고 있는 특징이 있다.
본 발명에서 상기 페트로 코크스 탈황석고는 2.65 ~ 2.75 g/m3의 밀도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 4,430 ~4,4520 cm3/g의 분말도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 플라스터(plaster)는 분말 성분에 포함된 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 플라스터는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 따라서, 상기 플라스터의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말 성분에 포함된 다양한 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 내화학성 등이 저하되는 문제가 있다.
상기 실리카퓸(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 분말성분 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 경화체의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 실리카퓸은 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 실리카퓸의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 경화체의 방수성 및 내화학성이 저하되고 강도가 낮아지는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기 플라이애쉬(fly ash)는 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 태우고 남은 성분들이 산화물 형태로 남아 산화 실리콘(SiO2)나 산화 알루미늄(Al2O3)성분의 미세한 먼지로 남은 것을 의미한다. 상기 플라이애쉬를 코팅제에 혼합하여 사용하면 작업성이 개선되고 장기적인 강도 및 수밀성이 향상되어 경제적이다. 상기 플라이애쉬는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 플라이애쉬의 함량이 0.01 미만인 경우는 경화체의 강도성능이 저하되며, 5 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 석회석은 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물의 강성을 보조적으로 향상시키는 역할을 한다. 상기 석회석은 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 석회석의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 강성 향상 효과가 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 슬래그는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 슬래그의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우는 내구성, 내화학성 및 방수성이 저하되는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있고 무게가 증가하는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 산화바륨은 콘크리트의 기계적 강도를 향상시키고 백색화를 방지하기 위해 사용되는 것으로서, 예를 들어 황산바륨을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 활성촉진제는 초기 응결 속도를 조절하기 위해 사용되며, 콘크리트의 기능을 활성화시키고 강도성능을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염을 사용할 수 있고, 그 사용량은 0.5~2 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리튬계 반응촉진제는 응결(종결) 이후 시멘트 수화물이 생성을 촉진하여 강도 발현에 영향을 미치고 미세 공극을 치밀하게 하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬, 산화리튬, 염화리튬, 인산리튬, 질산화리튬, 리튬 실리케이트 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 0.5~1 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제의 입경은 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 것으로, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법은 예를 들어 건축물의 벽체 또는 슬라브 등을 시공할 수 있는 것으로서, 본 발명에 따른 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 이용하여 구조물을 시공하는 것이다.
본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 이용한 구조물의 설치 시공 방법은 구조물 벽체 또는 슬라브 설치를 위한 거푸집을 설치하는 단계; 및
상기 거푸집에 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 타설하여 벽체 또는 슬라브를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 구조물은 주로 벽체나 슬라브를 의미하는 외에 일반적인 구조물의 다른 형태도 모두 포함한다.
먼저, 기존의 콘크리트 구조물을 설치하는 것과 같이, 벽체 또는 슬라브를 설치할 거푸집을 설치한다. 예를 들어, 거푸집을 설치할 때, 벽체는 넓이 및 높이 약 1 M 내외로, 슬라브 두께 0.3 ~1 M로 해서 벽면, 슬라브를 시공할 수 있으며, 상기 벽면 및 슬라브의 두께는 일체성이 높은 관계로 이어칠 수 있어 무한정 두께를 증가시킬 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 외기 온도, 스팬(span)의 크기에 따라 필요시 거푸집 내에 냉각 파이프를 설치하여 반응온도를 조절할 수도 있다.
이때, 거푸집 내측에는 반드시 철근을 배근해야 하는 것은 아니지만, 예를 들어 슬라브 시공을 위해서는 철근을 배근하는 것이 바람직하다.
이후에, 본 발명에 따른 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 타설하고 경화 및 양생한다. 본 발명에 따른 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 타설 후 약 24시간이 지나면 바로 다음 스팬의 타설이 가능하며, 스팬 간의 가교 반응으로 결합력이 매우 우수하여 기존의 콘크리트 구조물과 달리 스팬 경계면에서의 취약 포인트가 되는 문제가 없다.
본 발명에서 상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은 폭열에 대한 약점을 보완하기 위해 상기 구조물의 외측에 내화 콘크리트 또는 내화 벽돌을 더 설치할 수 있다. 상기 내화 콘크리트 및 내화 벽돌은 일반적으로 사용되는 것을 포함할 수 있으며 이에 대해서는 구체적으로 한정하지 않는다.
이와 같은 방법으로 설치되는 본 발명에 따른 방법에 의해 시공되는 구조물은 압축강도, 인장강도 등 초고강도의 물성을 가지고, 신속한 공정처리가 가능한 장점이 있다. 따라서 이러한 초고강도를 갖는 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 이용하여 구조물을 시공함으로써 방폐, 방탄 및 방호용 구조물로 이용될 수 있고, 또한 내진 기능도 가질 수 있어 내진 구조물로 이용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(실시예 1)
시멘트(OPC) 52 중량비, 재유화형 폴리머 0.5 중량부, 고성능 폴리카본산계 유동화제 0.2 중량부, 잔골재(세척사) 40 중량부 및 굵은골재(슬래그 굵은골재) 35 중량부로 혼합하고, 여기에 제3성분을 약 2 중량비의 비율로 혼합하였으며, 적당량의 물을 혼합하여 그라우트 조성물을 얻었다.
상기 제3성분으로는 리오셀 섬유 2 중량부, 무수황산나트륨 1.5 중량부, 나노금속산화물(산화티타늄) 0.5 중량부, 초산비닐계 폴리머 0.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부를 포함하고, 아크릴수지(15 중량비), SBR 고무(15 중량비), 불포화 폴리에스테르 수지(20 중량비), 하이드록실 아크릴레이트 모노머(1 중량비), 갈산(1 중량비), 금속 양이온(3 중량비), 흑연용매분산액(1 중량비), 알루미늄염화물(0.5 중량비) 및 분산제(1 중량비)를 혼합하고 물을 혼합하여 얻은 수용성 개질 라텍스 8 중량부를 혼합하였다. 이어서, 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣고 중합 및 가수분해하여 얻어진 알콕시 실란 가수분해물 0.5 중량부를 혼합하고, 이어서, 칼륨메틸실리코네이트 1 중량부, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 2 중량부, 에폭시 바인더 수지 5 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머(알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 60:40의 중량비로 혼합된 혼합물) 1 중량부의 비율로 혼합하여 얻어진 실리코네이트계 액상 성분 3 중량부와, 클링커 5 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 탈황석고 5 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부를 혼합한 후, 활성촉진제 1.0 중량부 및 반응촉진제(탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬의 혼합물) 1.0 중량부를 혼합하여 얻어진 것을 사용하였다.
(비교예 1)
시멘트(OPC) 100 중량부를 기준으로 제올라이트 미분말 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 적당량의 물과 골재를 혼합하여 조성물을 얻었다.
(비교예 2)
시멘트(OPC) 100 중량부를 기준으로 리오셀 섬유 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 적당량의 물과 골재를 혼합하여 조성물을 얻었다.
(비교예 3)
시멘트(OPC) 100 중량부를 기준으로 초산비닐계 폴리머 4.5 중량부, 팽창재 1.0 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 적당량의 물과 골재를 혼합하여 조성물을 얻었다.
[성능 평가]
(1) 그라우트 조성물의 물성
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 응결시간 : KSF 2436
2) 휨강도 : KS F 2476
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716
5) 길이변화율 : KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법에 따라 측정하였다. 그 값은 초기 시공체의 값을 0으로 하여, “-”는 수축율을 나타내는 것이며, “+”는 팽창율을 나타내는 것이다.
6) 플로우 : KS L 5220에 준하여 실시하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
항목 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
응결시간(분) 초결 28 36 39 59
종결 38 55 60 110
휨강도-균열휨모멘트
(kN.m)		 기중 54.1 42.0 39.1 29.2
수중 49.2 35.0 31.0 25.6
휨강도-파괴힘모멘트
(kN.m)		 기중 84.7 81.5 78.9 75.2
수중 75.9 75.2 72.9 70.0
압축강도
(kN.m)		 기중 85.7 75.0 72.1 69.2
수중 80.2 68.5 65.2 59.5
전단강도
(kN.m)		 기중 163.8 150.1 145.9 135.9
수중 149.5 140.2 135.9 121.1
축력휨강도-균열휨모멘트(kN.m) 기중 187.2 182.0 178.2 169.5
축력휨강도-파괴힘모멘트(kN.m) 기중 280.4 258.0 239.5 220.2
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 그라우트 조성물의 경우, 종래의 비교예에 비하여 물성이 현저하게 우수하며, 특히 기중 및 수중에서의 휨강도, 압축강도, 전단강도 등 물성 면에서 현저히 우수한 성능을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
(2) 기타 성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
120℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
내후성(백색) 표면경도 내수성
실시예 1 △E1.9 5H 850hr
비교예 1 △E2.2 3H 620hr
비교예 2 △E3.1 3H 510hr
비교예 3 △E4.1 2H 420hr
상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 그라우트 조성물을 이용하여 경화체 샘플을 제조할 경우, 내후성, 내수성 및 표면경도 등의 물성도 우수하므로 열악한 지역에서의 내수성, 내환경성 내화학성 및 내구성도 상당히 개선될 수 있을 것으로 기대된다.
이상, 본 발명에 따른 방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 갖는 초고강도 그라우트 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법에 관하여 실시예를 참고하여 상세하게 설명하였다.
이상과 같이, 본 명세서에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (11)

  1. 구조물 벽체 또는 슬라브 설치를 위한 거푸집을 설치하는 단계; 및
    상기 거푸집에 방사선 차폐용 그라우트 조성물을 타설하여 벽체 또는 슬라브를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 거푸집 내측에 철근을 배근하고, 상기 형성되는 벽체 또는 슬라브의 외측에 내화 콘크리트 또는 내화 벽돌을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법으로서,
    상기 방사선 차폐용 그라우트 조성물은
    시멘트 : 재유화형 폴리머 : 유동화제 : 잔골재 : 굵은골재를 각각 40~60 : 0.1~5 : 0.1~1 : 30~50 : 5~40의 중량비로 포함하고, 강도강화용 제3성분을 전체 조성물 100 중량부 대비 0.1~5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 제3성분은
    섬유 0.1 내지 10 중량부, 무수황산나트륨 0.1 내지 5 중량부, 나노 금속산화물 분말 0.1~2.0 중량부, 초산비닐계 폴리머 0.1 내지 5 중량부, 팽창재 0.1 내지 5 중량부를 포함하며,
    수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
    클링커 0.5 내지 10 중량부, 페트로 코크스 탈황석고 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 산화바륨 0.1~2.0 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
    활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 수용성 개질 라텍스는 아크릴 수지 10~20 중량부, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 40~70 중량부의 비율로 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 나노 금속산화물 분말은 산화 팔라듐, 산화이리듐, 산화루테늄, 산화오스뮴, 산화로듐, 산화백금, 산화철, 산화니켈, 산화코발트, 산화인듐, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화텅스텐 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하고,
    상기 페트로 코크스 탈황석고는 2.65 ~ 2.75 g/m3의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하며,
    상기 흑연용매분산액은 비표면적이 2,000~3,500 m2/g인 흑연 분말을 물 또는 알코올을 용매로 사용하여 혼합하고 염산, 시트르산, 아세트산으로부터 선택된 산을 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 NaOH, KOH로부터 선택된 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 함량이 분산액 중 0.001~20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하고,
    상기 알루미늄염화물은 산화 수산화알루미늄의 반응에 의해 형성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구조물은 방사선 차폐, 방탄, 방호, 내진 또는 방압 내충격 구조물인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 구조물의 설치 시공 방법.
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