KR102596155B1 - 방수성능이 보강된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법 - Google Patents

방수성능이 보강된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 20 내지 40 중량%, 잔골재 20 내지 40 중량%, 플라이애쉬 5 내지 15 중량%, CSA계 팽창제 1 내지 10 중량%, 경량 세라믹 비드 1 내지 10 중량%, 보강섬유 1 내지 10 중량%, 실리카흄 1 내지 10 중량%, 성능개선 첨가제 1 내지 10 중량%, 유동화제 0.1 내지 3 중량% 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하되;
상기 보강섬유는 평균길이가 5 내지 15 mm인 것이고, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀룰로오스 섬유, PET 섬유, 폴리우레탄 섬유 및 이들의 혼합섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 성능개선 첨가제는 폴리디메틸실록산 100 중량부, 트리알콕시-모노알킬 실란 10 내지 20 중량부, 테트라에틸오소실리케이트 10 내지 20 중량부, 탄산칼슘 10 내지 20 중량부, 규불화아연 1 내지 10 중량부, 탄산지르코닐암모늄 0.1 내지 5 중량부 및 이노시톨 인산염(inositol phosphate) 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 사용함으로써;
방수성능이 매우 향상되고, 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 속경성을 제공하여, 시공시간이 짧으면서도 시공이 용이하여 스프레이 시공이 가능하고, 휘발성 유기 화합물을 사용하지 않고, 유해한 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과가 있는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법에 관한 것이다.

Description

방수성능이 보강된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법{UPGRADED WATERPROOFING FIBER REINFORCED CEMENT MORTAR COMPOSITION AND CONSTRUCTION METHOD FOR REPAIRING AND REINFORCING CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 방수성능이 매우 향상되고, 보강섬유가 혼합되어 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 속경성을 제공하여, 시공시간이 짧으면서도 시공이 용이하여 스프레이 시공이 가능하고, 휘발성 유기 화합물을 사용하지 않고, 유해한 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과가 있는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트는 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 혼화제 등을 포함하여, 다른 건설자재(철근)와 달리 재료의 구성성분이 다양하며, 서로 상이한 물질들이 혼합되어 이루어진다. 따라서 콘크리트의 품질은 구성재료의 품질과 밀접한 관계가 있고, 배합비, 타설방법, 양생법에 따라서도 영향을 받는다.
이러한 콘크리트를 이용하여 건설된 구조물은 다양한 하중에 노출되며, 그러한 하중에 의하거나 염소이온, 탄산가스, 산성비 등의 외부적인 영향에 의해 시간이 지남에 따라 미세균열이 발생되기 쉽고, 이로써, 성능이 저하될 수 있다.
예를들어 해안에 노출된 콘크리트 구조물은 해수가 가지고 있는 염소이온이 콘크리트 내에 침투하면 철근에 있는 부동태 피막이 없어지면서 부식을 일으키고, 오염이 심한 대기에 노출된 콘크리트는 외부로부터 탄산가스가 침입하여 시멘트 수화물과 작용하여 콘크리트 표면을 중성화로 유도하여 결국에는 철근의 부식의 원인이 된다. 이외에도 공장의 폐수 및 생활하수 등에 의하여 황산가스 및 박테리아 등이 콘크리트 내에 침투하고, 이것이 철근부식 및 콘크리트 내부의 철근이 부식하면 부피가 팽창하여 콘크리트 구조물의 균열 및 단면탈락을 유도할 수 있다. 이로인해 콘크리트 구조물은 구조적인 결함이 발생하거나, 내구성이 저하되는데 이러한 콘크리트의 열화현상을 억제하기 위해 다양한 유지보수가 행해지고 있다.
이에, 콘크리트 구조물의 균열발생 및 열화현상을 억제하기 위하여, 철근 조각과 같은 강(steel)섬유들이 첨가된 콘크리트가 개발된 바 있다. 하지만 이러한 강섬유는 수분이 다량 존재하는 공사현장에 사용시 쉽게 부식되고, 비중이 높아 콘크리트의 하중을 증가시키고 콘크리트 내에서의 분산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 콘크리트 보강재료로서 강섬유 등의 보강재료 대신하여 합성섬유를 사용하는 방안이 활발하게 연구되었다. 보다 구체적으로, 합성섬유는 강섬유에 비해 비중이 작고, 내식성이 우수하면서도 콘크리트의 균열저항, 인장강도 및 압축강도를 강섬유보다 더 보강시켜주는 효과도 얻을 수 있다. 그러나 합성섬유는 콘크리트의 휨강도나 휨성능 등의 기본적인 구조성능을 향상시키지는 못하는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 합성섬유가 콘크리트의 기본적인 구조성능을 향상시키고자 하는 경우에는 합성섬유의 사용량을 증가해야 하나, 사용량이 증가하면 콘크리트내 분산이 어려워져 콘크리트의 압축강도, 휨강도 등의 물성이 저하되고 콘크리트와 부착강도도 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위한 재료로서, 종래에는 주로 시멘트 모르타르 또는 폴리머 시멘트 모르타르 등이 사용되었다. 이러한 종래의 보수 및 보강을 위한 재료는 기존 구조물의 열화를 억제하고, 현재 이상의 내구성능을 향상시키는 것을 목적으로, 강도를 개선하거나 최초 시공 당시의 부착성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이었다.
결과적으로 종래의 보수 및 보강을 위한 재료는 구체 콘크리트와의 탄성계수 값의 차이가 매우 커서 시공후 계면에서 박리가 발생하거나, 반복되는 차량하중에 의한 피로현상으로 인해 표면이 다시 쉽게 손상되어, 보수 공사를 빈번하게 실시해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 보수 및 보강을 위한 재료로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 균열 사이로 스며들기 때문에 구조물을 지탱하는 철근의 부식이 진행될 수 있고, 시간이 경과함에 따라 수분에 의한 콘크리트의 산화 및 열화가 발생하여 강도가 저하되고, 이러한 콘크리트는 지속적으로 자외선에 노출될 경우 보수 효과가 오래 지속되기 어려운 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 종래의 보수 및 보강을 위한 재료는 인체에 해로운 여러가지의 휘발성 물질이 포함되어 있어, 사용이 제한되고 있는 실정이다.
따라서 보수 후에 추가적인 하자를 최소화하기 위해서는 균열발생을 억제할 수 있고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1065037호 대한민국 등록특허 제10-1296824호 대한민국 등록특허 제10-1654128호 대한민국 등록특허 제10-2103533호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 방수성능을 향상시킴과 동시에, 보강섬유가 혼합되어 우수한 균열억제성능을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지함으로써, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 효과를 극대화시킬 뿐만 아니라, 추가적인 하자를 최소화할 수 있는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법을 제공하고자 하는 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 시멘트 20 내지 40 중량%, 잔골재 20 내지 40 중량%, 플라이애쉬 5 내지 15 중량%, CSA계 팽창제 1 내지 10 중량%, 경량 세라믹 비드 1 내지 10 중량%, 보강섬유 1 내지 10 중량%, 실리카흄 1 내지 10 중량%, 성능개선 첨가제 1 내지 10 중량%, 유동화제 0.1 내지 3 중량% 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하되;
상기 보강섬유는 평균길이가 5 내지 15 mm인 것이고, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀룰로오스 섬유, PET 섬유, 폴리우레탄 섬유 및 이들의 혼합섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 성능개선 첨가제는 폴리디메틸실록산 100 중량부, 트리알콕시-모노알킬 실란 10 내지 20 중량부, 테트라에틸오소실리케이트 10 내지 20 중량부, 탄산칼슘 10 내지 20 중량부, 규불화아연 1 내지 10 중량부, 탄산지르코닐암모늄 0.1 내지 5 중량부 및 이노시톨 인산염(inositol phosphate) 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 보강섬유는 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유인 것이고;
상기 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유는 평균입경이 1 내지 10 μm인 순수 아연분말을 산소의 공급을 차단함으로써, 완전히 밀봉하여, 750 내지 1050 ℃로 전기로에서 0.5 내지 3 시간 동안 열처리한 이후, 상온으로 냉각시키고, 산소를 공급하여 산화시킴으로써, 덴드라이트 형태의 산화아연 분말을 제조하는 단계; 80 내지 200 ℃에서 증류수에 폴리비닐알코올을 혼합하여, 5 내지 40 중량% 농도의 PVA 수용액을 제조한 후, 상기 PVA 수용액에 상기 제조된 덴드라이트 형태의 산화아연 분말, 가교제 및 기공형성제를 각각 1: 0.01 내지 0.1: 0.1 내지 0.5: 1 내지 15 중량비율로 혼합하여 코팅액을 제조하는 단계; 보강섬유의 전체 중량에 대하여, 30 내지 50 중량%를 갖는 폴리우레탄 섬유를 심사로 사용하여, 상기 준비된 코팅액에 딥-코팅 방식을 통하여, 폴리우레탄 섬유의 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시키는 단계; 및 상기 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시킨 폴리우레탄 섬유를 30 내지 150 ℃의 온도에서 0.01 내지 1.0 N 농도의 염산 용액에 12 내지 92 시간 동안 침지시켜, 상기 기공형성제를 분해시킨 후, 염기성 용액으로 중화시킴으로써, 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 가교제는 볶은현미 분말과 물을 혼합한 후, 황산 나트륨(sodium sulfate)을 첨가하고, 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가교성분을 교반함으로써, 가교현미 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 가교현미 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하면서 pH를 11 내지 12.5로 조정한 이후, 보론산(H3BO3)을 첨가하면서 pH를 5 내지 8로 중화시켜 반응을 종료하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 폴리디메틸실록산은 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산인 것이고;
상기 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리에테르계 작용기가 도입된 폴리디메틸실록산 반복단위 10 내지 50 몰%; 및 잔량의 폴리디메틸실록산 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 식에서,
n은 3 내지 10의 정수이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법으로서;
콘크리트 구조물의 레이탄스, 불순물 또는 열화부위를 치핑장치로 치핑하여 제거한 후, 청소하여 바탕면을 정리하는 단계(S1); 상기 정리된 바탕면에 프라이머 처리하는 단계(S2); 상기 프라이머 처리된 표면에, 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 타설하여 표면을 마무리하는 단계(S3); 및 양생하는 단계(S4)를 포함하는 것인 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법에 의하면; 방수성능이 매우 향상되고, 보강섬유가 혼합되어 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로, 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 휨강도, 인장강도, 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능 및 불연 성능의 고내구성을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 빠른 시간 내에 경화되는 속경성을 제공하여, 시공시간이 짧으면서도 시공이 용이하여 스프레이 시공이 가능한 효과가 있다. 또한, 휘발성 유기 화합물을 사용하지 않고, 유해한 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과가 있다.
이로써, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 효과를 극대화시킬 뿐만 아니라, 추가적인 하자를 최소화하고, 콘크리트 구조물의 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법의 시공순서도를 나타낸 것이다.
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 시멘트 20 내지 40 중량%, 잔골재 20 내지 40 중량%, 플라이애쉬 5 내지 15 중량%, CSA계 팽창제 1 내지 10 중량%, 경량 세라믹 비드 1 내지 10 중량%, 보강섬유 1 내지 10 중량%, 실리카흄 1 내지 10 중량%, 성능개선 첨가제 1 내지 10 중량%, 유동화제 0.1 내지 3 중량% 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하되;
상기 보강섬유는 평균길이가 5 내지 15 mm인 것이고, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀룰로오스 섬유, PET 섬유, 폴리우레탄 섬유 및 이들의 혼합섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 성능개선 첨가제는 폴리디메틸실록산 100 중량부, 트리알콕시-모노알킬 실란 10 내지 20 중량부, 테트라에틸오소실리케이트 10 내지 20 중량부, 탄산칼슘 10 내지 20 중량부, 규불화아연 1 내지 10 중량부, 탄산지르코닐암모늄 0.1 내지 5 중량부 및 이노시톨 인산염(inositol phosphate) 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법에 의하면; 방수성능이 매우 향상되고, 보강섬유가 혼합되어 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로, 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 휨강도, 인장강도, 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능 및 불연 성능의 고내구성을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 빠른 시간 내에 경화되는 속경성을 제공하여, 시공시간이 짧으면서도 시공이 용이하여 스프레이 시공이 가능한 효과가 있다. 또한, 휘발성 유기 화합물을 사용하지 않고, 유해한 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과가 있다.
이로써, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 효과를 극대화시킬 뿐만 아니라, 추가적인 하자를 최소화하고, 콘크리트 구조물의 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물은 시멘트 20 내지 40 중량%, 잔골재 20 내지 40 중량%, 플라이애쉬 5 내지 15 중량%, CSA계 팽창제 1 내지 10 중량%, 경량 세라믹 비드 1 내지 10 중량%, 보강섬유 1 내지 10 중량%, 실리카흄 1 내지 10 중량%, 성능개선 첨가제 1 내지 10 중량%, 유동화제 0.1 내지 3 중량% 및 물 10 내지 20 중량%를 포함한다.
먼저, 상기 시멘트는 우수한 강도, 속경성 및 작업성을 제공하는 기능을 한다.
이러한 상기 시멘트는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, KS에 규정된 것으로서, 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트 및 이들의 혼합 시멘트를 사용할 수 있다.
상기 시멘트는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 20 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 시멘트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 시멘트의 함량이 너무 많은 경우에는 평탄성 및 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 잔골재는 평균입경이 5 mm 이하인 것을 의미하는 것으로서, 강도, 재료분리저항성, 마무리성 및 작업성을 개선하는 기능을 한다.
상기 잔골재는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 20 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 잔골재의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 잔골재의 함량이 너무 많은 경우에는 평탄성 및 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 플라이애쉬는 석탄을 연소하는 화력발전소 등에서 발생하는 석탄재중 미분탄 연소보일러의 집진기로 포집되는 입자상의 물질로, 자체 수경성은 없으나 수화물과 반응하여 콘크리트 내의 공극을 메우면서 조직을 치밀화시킴으로써 장기강도 향상, 균열방지 및 내구성을 증진시키는 기능을 한다. 또한, 공극의 연속성을 떨어뜨리기 때문에 외부에서 침투하는 물, 증기 등의 열화물질의 이동을 억제하는 역할을 수행한다.
이러한 상기 플라이애쉬는 포졸란 반응성을 더욱 증가시키기 위해서 분말도가 4500 내지 8000 cm2/g이 되도록 분쇄한 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 플라이애쉬는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애쉬의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 플라이애쉬의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도가 급격히 저하되어 속경성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 CSA계 팽창제는 초기 재령에서 팽창력을 발휘하여 경화체의 구조를 치밀하게 하고 건조수축을 최소화함으로써 수축에 의한 균열저항성을 향상시키는 기능을 한다.
상기 CSA계 팽창제는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 CSA계 팽창제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 CSA계 팽창제의 함량이 너무 많은 경우에는 지나친 팽창으로 균열이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 경량 세라믹 비드는 우수한 강도, 경도, 내충격성, 내마모성, 균열저항성, 내열성, 유동성, 침투성, 작업성, 보관성 및 경량성을 제공하는 기능을 한다. 이로써, 시공성을 개선하여 스프레이 시공이 가능하도록 하는 효과가 있다.
이러한 상기 경량 세라믹 비드는 속이 비어 있는 중공형태를 갖는 경량 세라믹 비드로서; SiO2 70 내지 80 중량%, CaO 5 내지 15 중량%, Na2O 1 내지 10 중량%, B2O3 1 내지 10 중량%의 성분 조성을 갖는 것이고; 비중(g/cc)이 0.1 내지 0.6이고; 평균입경이 10 내지 50 μm이며; 중공률이 20 내지 30 부피%인 것을 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 경량 세라믹 비드는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경량 세라믹 비드의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 경량 세라믹 비드의 함량이 너무 많은 경우에는 부착강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 보강섬유는 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키는 기능을 한다.
이러한 상기 보강섬유는 평균길이가 5 내지 15 mm인 것이고, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀룰로오스 섬유, PET 섬유, 폴리우레탄 섬유 및 이들의 혼합섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
보다 바람직하기로는 상기 보강섬유는 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유인 것을 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선시킬 뿐만 아니라, 특히, 부착강도 및 인장강도를 매우 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유는 보강섬유의 전체 중량에 대하여, 30 내지 50 중량%를 갖는 폴리우레탄 섬유를 심사로 사용하여, 상기 폴리우레탄 섬유의 표면을 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅함으로써 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유는 평균입경이 1 내지 10 μm인 순수 아연분말을 산소의 공급을 차단함으로써, 완전히 밀봉하여, 750 내지 1050 ℃로 전기로에서 0.5 내지 3 시간 동안 열처리한 이후, 상온으로 냉각시키고, 산소를 공급하여 산화시킴으로써, 덴드라이트 형태의 산화아연 분말을 제조하는 단계; 80 내지 200 ℃에서 증류수에 폴리비닐알코올을 혼합하여, 5 내지 40 중량% 농도의 PVA 수용액을 제조한 후, 상기 PVA 수용액에 상기 제조된 덴드라이트 형태의 산화아연 분말, 가교제 및 기공형성제를 각각 1: 0.01 내지 0.1: 0.1 내지 0.5: 1 내지 15 중량비율로 혼합하여 코팅액을 제조하는 단계; 보강섬유의 전체 중량에 대하여, 30 내지 50 중량%를 갖는 폴리우레탄 섬유를 심사로 사용하여, 상기 준비된 코팅액에 딥-코팅 방식을 통하여, 폴리우레탄 섬유의 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시키는 단계; 및 상기 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시킨 폴리우레탄 섬유를 30 내지 150 ℃의 온도에서 0.01 내지 1.0 N 농도의 염산 용액에 12 내지 92 시간 동안 침지시켜, 상기 기공형성제를 분해시킨 후, 염기성 용액으로 중화시킴으로써, 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
이때, 상기 기공형성제는 평균입경이 100 내지 300 μm인 것으로서, 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소암모늄(NH4HCO3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 가교제는 보론산(H3BO3), 가교현미 혼합물 및 이들의 혼합 가교제를 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 가교현미 혼합물을 포함하는 가교제는 볶은현미 분말과 물을 혼합한 후, 황산 나트륨(sodium sulfate)을 첨가하고, 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가교성분을 교반함으로써, 가교현미 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 가교현미 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하면서 pH를 11 내지 12.5로 조정한 이후, 보론산(H3BO3)을 첨가하면서 pH를 5 내지 8로 중화시켜 반응을 종료하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 보강섬유는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 보강섬유의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 보강섬유의 함량이 너무 많은 경우에는 분산성 및 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 실리카흄은 비정질의 활성 실리카로서, 충전효과로 우수한 강도 및 수밀성을 제공하고, 우수한 내화학성, 내후성, 분산성 및 작업성을 제공하는 기능을 한다. 이로써, 시공성을 개선하여 스프레이 시공이 가능하도록 하는 효과가 있다.
상기 실리카흄은 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리카흄의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 실리카흄의 함량이 너무 많은 경우에는 미반응 물질이 발생하여 물리적 성질이 오히려 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 성능개선 첨가제는 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키고, 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 휨강도, 인장강도, 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능 및 불연 성능의 고내구성을 장기간 유지하는 기능을 한다.
상기 성능개선 첨가제는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 성능개선 첨가제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 성능개선 첨가제의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 개선효과는 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 상기 성능개선 첨가제는 폴리디메틸실록산 100 중량부, 트리알콕시-모노알킬 실란 10 내지 20 중량부, 테트라에틸오소실리케이트 10 내지 20 중량부, 탄산칼슘 10 내지 20 중량부, 규불화아연 1 내지 10 중량부, 탄산지르코닐암모늄 0.1 내지 5 중량부 및 이노시톨 인산염(inositol phosphate) 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 폴리디메틸실록산은 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 휨강도, 인장강도, 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성의 고내구성을 구현하는 기능을 한다.
이러한 상기 폴리디메틸실록산은 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리에테르계 작용기가 도입된 폴리디메틸실록산 반복단위 10 내지 50 몰%; 및 잔량의 폴리디메틸실록산 반복단위를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
[화학식 1]
상기 식에서,
n은 3 내지 10의 정수이다.
이하, 상기 성능개선 첨가제에 포함되는 다른 구성성분들의 함량은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 트리알콕시-모노알킬 실란은 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능을 구현하는 기능을 한다.
이러한 상기 트리알콕시-모노알킬 실란은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 트리알콕시-모노알킬 실란은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리알콕시-모노알킬 실란의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 트리알콕시-모노알킬 실란의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 개선효과는 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 테트라에틸오소실리케이트는 균열억제성능, 내충격성을 제공하고, 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도를 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능을 구현하는 기능을 한다.
상기 테트라에틸오소실리케이트는 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 테트라에틸오소실리케이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 테트라에틸오소실리케이트의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 개선효과는 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 탄산칼슘은 우수한 수밀성, 강도보완성능, 작업성 등의 기능성을 구현하는 기능을 한다.
상기 탄산칼슘은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 탄산칼슘의 함량이 너무 많은 경우에는 오히려 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 규불화아연은 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 중성화 방지 성능의 고내구성을 구현하는 기능을 한다.
상기 규불화아연은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 규불화아연의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 규불화아연의 함량이 너무 많은 경우에는 오히려 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 탄산지르코닐암모늄은 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 피로저항성을 제공하고, 우수한 내화학성, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능의 고내구성을 장기간 유지하는 기능을 한다.
상기 탄산지르코닐암모늄은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄산지르코닐암모늄의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 탄산지르코닐암모늄의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 개선효과는 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 이노시톨 인산염(inositol phosphate)은 지속적으로 강도를 증진시키고, 우수한 동결융해에 대한 내성 및 불연 성능의 고내구성을 장기간 유지하는 기능을 한다.
상기 이노시톨 인산염(inositol phosphate)은 상기 폴리디메틸실록산 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 이노시톨 인산염의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 이노시톨 인산염의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 개선효과는 기대하기 어렵고 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 상기 유동화제는 응집된 입자를 분산시켜 유동성과 작업성을 개선하고, 궁극적으로 수밀성, 강도 및 내구성을 향상시키는 기능을 한다.
이러한 상기 유동화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않으나, 상기 유동화제의 비제한적인 예를들면, 멜라민계, 폴리칼본산계 등의 유동화제를 사용할 수 있다.
상기 유동화제는 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 0.1 내지 3 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 유동화제의 함량이 너무 많은 경우에는 부착강도가 저하되거나 속경성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 물은 수화작용으로 인한 강도개선 작용, 재료간의 혼화성, 유동성 및 작업성을 개선하는 기능을 한다.
상기 물은 본 발명의 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물에 10 내지 20 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 물의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 물의 함량이 너무 많은 경우에는 전체적인 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법으로서;
콘크리트 구조물의 레이탄스, 불순물 또는 열화부위를 치핑장치로 치핑하여 제거한 후, 청소하여 바탕면을 정리하는 단계(S1); 상기 정리된 바탕면에 프라이머 처리하는 단계(S2); 상기 프라이머 처리된 표면에, 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 타설하여 표면을 마무리하는 단계(S3); 및 양생하는 단계(S4)를 포함하는 것인 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법의 시공순서도를 도 1에 도시하였다.
보다 구체적으로, 상기 바탕면을 정리하는 단계는 콘크리트 구조물에 발생된 파손 부위, 철근이 부식되어 박리된 부위, 또는 중성화가 이루어져 강도를 상실한 부위 등에 대하여, 그라인더, 평삭기, 숏블라스터, 파쇄기 또는 워터젯 등의 치핑장치를 이용하여 치핑작업을 진행함으로써 레이탄스, 불순물 또는 열화부위를 제거하고, 고압세척기 등의 세척장치를 이용하여 세척함으로써 수행될 수 있다.
이후, 콘크리트 구조물의 열화된 부분에는 알칼리 회복제를 도포하거나, 철근 하부까지 제거한 후, 노출된 철근에 대해서는 방청제를 도포하여 방청처리할 수 있다.
또한, 상기 프라이머는 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 물질을 의미한다. 이러한 상기 프라이머는 스티렌-부타디엔 라텍스(styrene-butadiene latex)(공중합체), 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴, 에틸 비닐 아세테이트, 메틸메타크릴레이트, 실란계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 타설하여 표면을 마무리하는 단계에서 상기 타설은 스프레이 충전법, 미장에 의한 충전법 등 당분야에서 일반적으로 사용하는 충전방법에 의하여, 수행될 수 있다.
또한, 상기 표면을 마무리하는 단계(S3); 이후에는 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 타설하여 표면을 마무리한 표면에 당분야에서 일반적으로 사용하는 표면양생제 또는 표면처리제를 스프레이 코팅법에 의해 도포하는 마감처리단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법에 의하면; 방수성능이 매우 향상되고, 보강섬유가 혼합되어 우수한 균열억제성능, 인성, 인장변형성, 내충격성, 피로저항성을 제공하고, 지속적으로 강도를 증진시키며, 내구성 저하 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로, 기존 콘크리트 구조물에 대한 우수한 부착강도와 휨강도, 인장강도, 압축강도 등의 강도성능을 증진시키고, 우수한 방수성, 내수성, 내화학성, 내후성, 표면 경도, 동결융해, 염해에 대한 내성, 중성화 방지 성능 및 불연 성능의 고내구성을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 빠른 시간 내에 경화되는 속경성을 제공하여, 시공시간이 짧으면서도 시공이 용이하여 스프레이 시공이 가능한 효과가 있다. 또한, 휘발성 유기 화합물을 사용하지 않고, 유해한 중금속이 검출되지 않아 친환경적인 효과가 있다.
이로써, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 효과를 극대화시킬 뿐만 아니라, 추가적인 하자를 최소화하고, 콘크리트 구조물의 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 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]
평균입경이 약 8 μm인 순수 아연분말을 알루미늄 도가니에 넣고 완전히 밀봉하여, 산소의 공급을 차단한 후, 800 ℃ 전기로에서 30 분간 가열하였다. 이후, 상온에서 즉시 알루미늄 도가니의 일부분 개폐하여 상기 가열된 아연분말과 산소와 반응시켜 산화시킴으로써, 덴드라이트 형태의 징크옥사이드를 제조하였다.
100 ℃에서 증류수에 폴리비닐알코올을 혼합하여, 25 중량% 농도의 PVA 수용액을 제조한 후, 상기 PVA 수용액에 상기 제조된 덴드라이트 형태의 산화아연 분말, 보론산(H3BO3) 및 탄산수소암모늄(NH4HCO3)을 각각 1: 0.05: 0.2: 7 중량비율로 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
보강섬유의 전체 중량에 대하여, 45 중량%를 갖는 스판덱스인 폴리우레탄 섬유를 심사로 사용하여, 상기 준비된 코팅액에 딥-코팅 방식을 통하여, 스판덱스 폴리우레탄 섬유의 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시켰다.
상기 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시킨 폴리우레탄 섬유를 90 ℃의 온도에서 0.5 N 농도의 염산 용액에 18 시간 동안 침지시켜, 상기 탄산수소암모늄을 분해시킨 후, 수산화나트륨 수용액으로 중화시킴으로써, 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유를 제조하였다.
[제조예 2]
상기 가교제로서, 보론산(H3BO3)을 사용한 것을 대신하여, 가교현미 혼합물을 포함하는 가교제를 사용한 것을 제외하고는 산기 제조예 1과 동일한 방법으로 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유를 제조하였다.
이때, 상기 가교현미 혼합물을 포함하는 가교제는 300 메쉬(mesh)의 볶은현미 분말 1 중량부에 9배 중량의 물을 혼합하여 수용액을 제조한 후, 황산 나트륨(sodium sulfate) 0.5 중량부 및 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP) 0.1를 첨가하여 교반함으로써, 가교현미 혼합물을 제조한 이후; 상기 제조된 가교현미 혼합물에 1M 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 pH를 11로 조정한 이후, 보론산(H3BO3)을 첨가하여 pH를 7로 중화시켜 반응을 종료하였고; 반응 종료 후, 원심분리기를 이용하여 분리된 고형분을 4번 이상 세척한 후, 40℃ 오븐에서 건조하였으며, 상기 건조된 시료를 100 메쉬(mesh)로 분쇄함으로써, 제조된 것을 사용하였다.
<실시예 1>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로, 시멘트, 잔골재, 플라이애쉬, CSA계 팽창제, 경량 세라믹 비드, 보강섬유, 실리카흄, 성능개선 첨가제, 유동화제 및 물을 혼합하여, 강제식 믹서로 5 분 동안 믹싱함으로써, 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 비교용 모르타르 조성물을 제조하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
보통 포틀랜드 시멘트 31 31 31 35 31
잔골재[규사7호사] 28 28 28 31 28
플라이애쉬
[분말도: 5245 cm2/g]		 9 9 9 9 9
CSA계 팽창제 3 3 3 3 3
경량 세라믹 비드 (1) 3 3 3 3 -
보강섬유 3
[통상의 PVA 섬유]		 3
[제조예1]		 3
[제조예2]		 - 3
[통상의 PVA 섬유]
실리카흄 3 3 3 3 3
폴리칼본산계 유동화제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
물 14.5 14.5 14.5 15.5 14.5
성능개선 첨가제 5 5 5 - 5
(중량부) 폴리디메틸실록산 100
[통상의 폴리디메틸실록산]		 100
[폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 (2)]		 100
[폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 (2)]		 - 100
[통상의 폴리디메틸실록산]
메틸트리메톡시실란 18 - 9 - -
이소부틸트리메톡시실란 - 18 9 - -
메타크릴록시프로필메틸
디에톡시실란		 - - - - 18
테트라에틸오소실리케이트 17 17 17 - -
탄산칼슘 16 16 16 - 16
규불화아연 5 5 5 - 5
탄산지르코닐암모늄 2.5 2.5 2.5 - -
이노시톨 인산염
[이노시톨 6인산]		 0.5 0.5 0.5 - -
(1) 경량 세라믹 비드: 속이 비어 있는 중공형태를 갖는 경량 세라믹 비드로서; SiO2 75.4 중량%, CaO 8.5 중량%, Na2O 7.7 중량%, B2O3 5.9 중량%의 성분 조성을 갖는 것이고; 비중(g/cc)이 0.5이고; 평균입경이 43 μm이며; 중공률이 27 부피%인 것을 사용함..

(2) 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산: 하기 화학식 1-1로 표시되는 폴리에테르계 작용기가 도입된 폴리디메틸실록산 반복단위 25 몰%; 및 잔량의 폴리디메틸실록산 반복단위를 포함하는 것을 사용함.
[화학식 1-1]

상기 식에서, n은 10이다.
<시험예>
아래의 실험들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기에서 설명한 상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물을 KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 휨강도, 압축강도 및 접착강도 시험을 수행하여, 그 결과를 각각 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
휨강도(MPa) 13.1 13.2 13.4 9 12
압축강도(MPa) 63.1 63.7 64.3 56.4 61.2
접착강도
(MPa)		 표준조건 1.8 1.8 1.9 1.3 1.4
온냉반복후 1.7 1.6 1.7 1.1 1.3
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조한 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 휨강도, 압축강도 및 접착강도가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
길이변화율(%) 0.017 -0.011 0.008 0.07 0.03
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 규정한 방법에 따라 투수량을 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다. 투수량이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
투수량(g) 2.6 2.6 2.4 2.9 2.8
상기 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 투수량이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 염화물 이온 침투 저항성시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투 저항성
(coulombs)		 694 679 645 841 721
상기 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 염화물 이온 침투 저항성이 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 중성화 저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 저항성 (mm) 1.7 1.6 1.6 1.9 1.8
상기 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 중성화 침투 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, 일본 공업 규격 원안 [콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]에 준한 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험의 측정결과를 아래의 표 7에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중량변화율
(%)		 염산 -0.8 -0.7 -0.2 -2.8 -2.1
황산 0.3 0.1 0.1 1.2 0.9
수산화나트륨 0.5 0.2 0.1 1.0 0.7
상기 표 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험의 측정 결과를 아래의 표 9에 나타내었다. 동결융해는 콘크리트에 모세관 내에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 하기 표 8은 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성 지수를 표시한 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 93 97 98 85 88
상기 표 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 내구성 지수가 월등히 높으므로, 동결융해 저항성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물의 내알칼리성 시험을 KS F 4042 (콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 준하여 포화 수산화 칼슘 용액(50±2)℃에서 28일 동안 담근 후 상온으로 냉각시켜 압축강도를 측정한 측정결과를 아래의 표 9에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
압축강도
(MPa)		 59.7 60.1 61.2 52.5 56.3
상기 표 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 압축강도가 높게 나타나 내알칼리성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 습기투과 저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
습기 투과 저항성 (Sd, m) 0.9 0.8 0.8 1.2 1.0
상기 표 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 습기투과 깊이가 적게 나타나 습기투과 저항성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 10>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 물흡수계수 시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
물흡수계수 (kg/m2ㆍh0.5) 0.16 0.17 0.14 0.21 0.18
상기 표 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 물흡수계수가 적게 나타나 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 11>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, 실내공기질공정시험기준 환경부고시 제2018-64호(소형챔버법)에 의한 대기오염물질 방출량 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 12에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
톨루엔 방출량(mg/m2ㆍh) 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
포름알데히드 방출량
(mg/m2ㆍh)		 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
상기 표 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물 및 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물은 모두 톨루엔 및 포름알데히드와 같은 대기오염물질이 검출되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 12>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 2에서 제조된 비교용 모르타르 조성물에 대하여, 국토교통부 고시 2020-263호(건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준)에 의한 대기오염물질 불연 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 13에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
질량감소율(%) 2.3 2.0 1.9 5.3 3.1
최고온도 및
최종 평형온도의 차(K)		 0.5 0.4 0.4 2.9 1.8
가스유해성시험(분:초) 18:05 18:45 18:35 11:35 16:40
상기 표 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 질량감소율(%), 최고온도 및 최종 평형온도의 차(K)가 적었고, 생쥐의 평균행동 정지시간이 연장된 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 2에서 제조한 비교용 모르타르 조성물과 비교하여, 우수한 불연성능을 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.

Claims (5)

  1. 시멘트 20 내지 40 중량%, 잔골재 20 내지 40 중량%, 플라이애쉬 5 내지 15 중량%, CSA계 팽창제 1 내지 10 중량%, 경량 세라믹 비드 1 내지 10 중량%, 보강섬유 1 내지 10 중량%, 실리카흄 1 내지 10 중량%, 성능개선 첨가제 1 내지 10 중량%, 유동화제 0.1 내지 3 중량% 및 물 10 내지 20 중량%를 포함하되;
    상기 보강섬유는 평균길이가 5 내지 15 mm인 것이고, 폴리비닐알코올(PVA) 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀룰로오스 섬유, PET 섬유, 폴리우레탄 섬유 및 이들의 혼합섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
    상기 성능개선 첨가제는 폴리디메틸실록산 100 중량부, 트리알콕시-모노알킬 실란 10 내지 20 중량부, 테트라에틸오소실리케이트 10 내지 20 중량부, 탄산칼슘 10 내지 20 중량부, 규불화아연 1 내지 10 중량부, 탄산지르코닐암모늄 0.1 내지 5 중량부 및 이노시톨 인산염(inositol phosphate) 0.1 내지 5 중량부를 포함하고,
    상기 보강섬유는 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유인 것이고;
    상기 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유는 평균입경이 1 내지 10 μm인 순수 아연분말을 산소의 공급을 차단함으로써, 완전히 밀봉하여, 750 내지 1050 ℃로 전기로에서 0.5 내지 3 시간 동안 열처리한 이후, 상온으로 냉각시키고, 산소를 공급하여 산화시킴으로써, 덴드라이트 형태의 산화아연 분말을 제조하는 단계; 80 내지 200 ℃에서 증류수에 폴리비닐알코올을 혼합하여, 5 내지 40 중량% 농도의 PVA 수용액을 제조한 후, 상기 PVA 수용액에 상기 제조된 덴드라이트 형태의 산화아연 분말, 가교제 및 기공형성제를 각각 1: 0.01 내지 0.1: 0.1 내지 0.5: 1 내지 15 중량비율로 혼합하여 코팅액을 제조하는 단계; 보강섬유의 전체 중량에 대하여, 30 내지 50 중량%를 갖는 폴리우레탄 섬유를 심사로 사용하여, 상기 준비된 코팅액에 딥-코팅 방식을 통하여, 폴리우레탄 섬유의 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시키는 단계; 및 상기 표면을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연을 포함하는 코팅액으로 코팅 및 경화시킨 폴리우레탄 섬유를 30 내지 150 ℃의 온도에서 0.01 내지 1.0 N 농도의 염산 용액에 12 내지 92 시간 동안 침지시켜, 상기 기공형성제를 분해시킨 후, 염기성 용액으로 중화시킴으로써, 다공성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 및 덴드라이트 형태의 산화아연으로 코팅된 폴리우레탄 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는
    볶은현미 분말과 물을 혼합한 후, 황산 나트륨(sodium sulfate)을 첨가하고, 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가교성분을 교반함으로써, 가교현미 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 가교현미 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하면서 pH를 11 내지 12.5로 조정한 이후, 보론산(H3BO3)을 첨가하면서 pH를 5 내지 8로 중화시켜 반응을 종료하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실록산은 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산인 것이고;
    상기 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리에테르계 작용기가 도입된 폴리디메틸실록산 반복단위 10 내지 50 몰%; 및 잔량의 폴리디메틸실록산 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물.
    [화학식 1]

    상기 식에서,
    n은 3 내지 10의 정수이다.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법으로서;
    콘크리트 구조물의 레이탄스, 불순물 또는 열화부위를 치핑장치로 치핑하여 제거한 후, 청소하여 바탕면을 정리하는 단계(S1); 상기 정리된 바탕면에 프라이머 처리하는 단계(S2); 상기 프라이머 처리된 표면에, 상기 섬유 보강 시멘트 모르타르 조성물을 타설하여 표면을 마무리하는 단계(S3); 및 양생하는 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 시공방법.
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