KR102610286B1 - Manufacturing method for crack self-healing repair mortars with improved carbonation and salt resistance capacities - Google Patents
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Abstract
암거, 저류지 등의 수리 구조물과 해양구조물, 도로구조물, 일반 시설물 등의 노후 단면 복구의 과정에서 사용되는 보수재에서 탄산화 및 염해 저항성을 향상시키면서 보수 재료의 경화 과정에서 필연적으로 발생하는 온도 팽창, 건조 소축 등의 균열에 대한 자기치유 효과를 부여할 수 있는 방법이 개시된다. 본 발명은 무기재료 기반 환(丸) 응집체, 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체, 고흡수성 섬유 기반 균열 치유 환(丸) 응집체, 이들 중 하나 이상의 응집체가 투입된 캡슐 또는 이들 중 하나 이상의 응집체가 생분해막 코팅된 자기치유 환(丸) 응집체를 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 수화 반응 또는 생체광물 형성을 통해 균열을 치유하는 방법을 제공한다.In repair materials used in the process of restoring old sections of hydraulic structures such as culverts and reservoirs, marine structures, road structures, and general facilities, carbonation and salt damage resistance are improved, while temperature expansion and drying shrinkage inevitably occur during the curing process of repair materials. A method for providing a self-healing effect on cracks in the back is disclosed. The present invention relates to inorganic material-based ring aggregates, biomineral-forming bacteria-based ring aggregates, highly absorbent fiber-based crack healing ring aggregates, capsules containing one or more of these aggregates, or one or more of these aggregates. Self-healing ring agglomerates coated with biodegradable membranes are used to mix cross-section repair materials to provide a method of healing cracks through hydration reaction or biomineral formation when moisture enters cracks in the repair cross-section.
Description
본 발명은 탄산화 및 염해 저항성이 향상된 균열 자기치유 보수 모르타르의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단면 보수재 배합에 사용하여 보수단면 균열을 치유하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a crack self-healing repair mortar with improved carbonation and salt damage resistance, and more specifically, to a method of healing cross-section cracks by using it in a cross-section repair material formulation.
콘크리트 구조물에서 외기 환경에 접하여 탄산화, 동결융해, 염해 및 화학적 열화에 노출된 노후 단면의 복구를 위해 사용되는 보수재는 대표적으로 시멘트 모르타르(콘크리트)가 이용된다. 하지만, 이들 재료에서는 모서리 및 구조물 단부 등과 같이 응력집중으로 인해 발생하는 구조적 요인과 함께 콘크리트 재료의 온도 팽창 및 건조수축을 포함하는 기본적인 특성과 환경적 요인에 의해 균열이 빈번히 발생한다. 구조물 균열 발생의 사후관리 측면에서는 열화 복구 단면에서 고분자 수지 등의 혼입으로 물리적 성능 및 내구성이 다소 향상된 폴리머-시멘트 모르타르(콘크리트) 등을 적용하는 방안이 주로 활용되고 있다. 하지만 이들 재료의 적용은 노후 열화 단면의 복원을 위해 수행되는 기초적인 공정으로 일회성의 단면 복구의 효과만을 기대할 수 있을 뿐 앞서 지적한 바와 같이 복구 단면에서 추가적으로 발생할 수 있는 균열에 대한 대응방안으로 활용되기에는 어려움이 있다. 이에 따라 이들 재료를 이용한 보수를 시행한 구조물의 경우 그 사용수명 또한 비교적 짧으며, 지속적인 유지관리가 필요한 단점을 갖는다. 이에 따라 최근 건설 기술은 기존 구조물의 경우 지속적인 균열 보수 및 유지관리를 통해 구조물의 노후화 방지 및 내구수명 증대를 도모하고 있다.Cement mortar (concrete) is typically used as a repair material to restore aged sections of concrete structures exposed to carbonation, freeze-thaw, salt damage, and chemical deterioration in contact with the outdoor environment. However, cracks frequently occur in these materials due to basic characteristics and environmental factors, including temperature expansion and drying shrinkage of concrete materials, along with structural factors resulting from stress concentration, such as corners and ends of structures. In terms of post-management of structural cracks, the method of applying polymer-cement mortar (concrete), which has somewhat improved physical performance and durability due to the incorporation of polymer resin in the deterioration recovery section, is mainly used. However, the application of these materials is a basic process performed to restore the aged and deteriorated cross-section, and only the effect of one-time cross-section restoration can be expected, and as pointed out earlier, it cannot be used as a response to cracks that may additionally occur in the restored cross-section. There are difficulties. Accordingly, the service life of structures repaired using these materials is relatively short and requires continuous maintenance. Accordingly, recent construction technologies seek to prevent deterioration and increase the durability of existing structures through continuous crack repair and maintenance.
최근에는 사전·사후의 유지관리 효율성 향상 측면에서 콘크리트에서 균열 발생 시 스스로 균열 부위를 복원 및 치유가 가능한 자기치유 기술이 제시되고 있다. 특히, 신설구조물에서는 균열 치유를 포함하는 내구설계를 적용하여 구조물의 열화인자 차단에 상당한 노력을 기울이고 있다. 더불어 현재 국가 기반 시설물의 약 30%가 노후화됨에 따라 이들 구조물의 안전성 확보와 사용수명을 연장을 위한 유지보수 기술 개발의 요구가 증가하고 있어, 단면 복구 등과 같이 노후 구조물의 보수 기술에서 유지관리 효율성 향상의 자기치유 기술은 그 실용성이 크게 주목받고 있다.Recently, in order to improve pre- and post-maintenance efficiency, self-healing technology has been proposed that can restore and heal cracks on their own when cracks occur in concrete. In particular, in new structures, considerable effort is being made to block deterioration factors in the structure by applying durability design that includes crack healing. In addition, as approximately 30% of the nation's infrastructure is aging, the demand for development of maintenance technology to ensure the safety of these structures and extend their service life is increasing, improving maintenance efficiency in repair technology for old structures such as cross-section restoration. 's self-healing technology is attracting great attention for its practicality.
자기치유 콘크리트 또는 보수 기술은 종래 팽윤제, 팽창재 또는 잠재수경성의 포졸란 재료로 구성된 무기계 혼화재를 이용하는 기술과 박테리아의 생체광물 형성 작용에 기반한 생태학적 균열 치유 기술을 예로 들 수 있다. 이들 재료는 균열 치유를 위해 균열 발생 부위로의 수분 유입을 필요로 하며, 수분 유입의 조건이 만족될 경우 무기계 재료의 수화 반응 및 박테리아의 생장 활동을 통해 균열을 치유하게 된다. 하지만 종래의 기술에서 이들 재료는 가공되지 않은 원재료의 형태로 단순 투입을 통해 콘크리트와 혼합-분포되며, 무기계 재료의 경우 보수단면 경화 전 내부 배합수와의 선(先) 수화반응을 통해 향후 균열 발생 부위에서의 반응을 기대하기 어려우며, 박테리아의 경우 보수단면의 경화 및 건조 이후 공극의 감소 및 수분의 감소로 인해 지속적 생장을 통한 균열 치유를 위한 생체광물 형성을 기대하기 어렵다. 한편, 균열이 발생한 구조물에서 균열부 보수를 위해 치유 소재를 액상의 형태로 도포하거나, 분무하는 자기치유 기술도 제시되고 있으나, 이는 단면 보수 공정이 아닌 하자 보수의 형태로 적용됨에 따라 노무작업이 추가로 요구되는 번거로움과 유지관리 효율성 저하의 단점을 갖는다.Examples of self-healing concrete or repair technologies include technologies using inorganic admixtures consisting of conventional swelling agents, expansion agents, or pozzolanic materials with potential hydraulic properties, and ecological crack healing technologies based on the biomineral forming action of bacteria. These materials require the inflow of moisture into the crack occurrence area for crack healing, and when the conditions for moisture inflow are met, the crack is healed through the hydration reaction of the inorganic material and the growth activity of bacteria. However, in the conventional technology, these materials are mixed and distributed with concrete through simple input in the form of unprocessed raw materials, and in the case of inorganic materials, cracks occur in the future through a pre-hydration reaction with the internal mixing water before curing of the repair section. It is difficult to expect a reaction at the site, and in the case of bacteria, it is difficult to expect the formation of biominerals for crack healing through continuous growth due to the decrease in voids and moisture after hardening and drying of the repaired surface. Meanwhile, a self-healing technology that applies or sprays a healing material in liquid form to repair cracks in cracked structures has also been proposed, but this is applied in the form of defect repair rather than a cross-section repair process, so labor work is added. It has the disadvantage of being inconvenient and reducing maintenance efficiency.
이에 대한 대안 기술로서 근래에는 자기치유 소재를 코어 재료로 하여 외부 표면을 폴리머 등의 유기 재료로 코팅한 캡슐제조와 이를 콘크리트 또는 모르타르 배합 시 투입하는 방법이 제시되었다. 자기치유 소재를 캡슐화하는 경우 콘크리트로의 투입 및 혼합 시 무기계 재료의 반응성을 제어할 수 있으며, 박테리아의 사멸을 방지할 수 있는 이점이 있다. 하지만 이들 재료는 표면을 유기계 재료로 코팅함에 따라 코팅 재료가 박리 또는 붕괴되지 않는 경우 코어 재료의 수화 및 생체광물 형성 작용을 위한 수분의 유입을 기대하기 어렵다. 또한 수분이 유입되어 코어 재료가 자기치유를 위한 수화 및 생체광물 형성을 이룬다 하더라도 콘크리트를 구성하는 시멘트 복합재료와 상이한 재료 특성을 갖는 유기계 재료가 균열 부위 내부 혹은 표면에 존재함에 따라 우수한 성능의 균열 치유를 기대하기 어렵다.As an alternative technology to this, a method of manufacturing capsules using a self-healing material as a core material and coating the outer surface with organic materials such as polymers and adding this when mixing concrete or mortar has been proposed. Encapsulating self-healing materials has the advantage of controlling the reactivity of inorganic materials when adding and mixing them into concrete and preventing the death of bacteria. However, since the surface of these materials is coated with an organic material, if the coating material does not peel or collapse, it is difficult to expect the inflow of moisture for hydration of the core material and biomineral formation. In addition, even if moisture flows in and the core material hydrates for self-healing and forms biominerals, organic materials with different material properties from the cement composite materials that make up concrete exist inside or on the surface of the crack, resulting in excellent crack healing performance. It is difficult to expect.
또한 기존 보수 모르타르는 주로 폴리머를 혼입하여 사용하는데, 이들은 비교적 탄산화 저항성 및 염해 저항성 향상이 고려되지 않는다. 따라서 기존 보수 모르타르는 시공 후 내탄산화 및 내염해를 위해 코팅 공정이 추가되고, 이는 시공비 향상의 원인이 된다. 보수 모르타르 자체에서 내탄산화와 내염해 성능이 부여되면 기존 코팅공정이 생략될 수 있다.In addition, existing repair mortars mainly use polymers mixed in, but they do not consider improvement in carbonation resistance and salt damage resistance. Therefore, a coating process is added to existing repair mortars to prevent carbonation and salt damage after construction, which increases the construction cost. If the repair mortar itself provides anti-carbonation and salt resistance properties, the existing coating process can be omitted.
[선행특허문헌][Prior patent literature]
- 한국 공개특허 제10-2020-0058814호(2020.05.28.)- Korean Patent Publication No. 10-2020-0058814 (2020.05.28.)
- 한국 등록특허 제10-1917144호(2018.11.05.)- Korean Patent No. 10-1917144 (2018.11.05.)
본 발명은 암거, 저류지 등의 수리 구조물과 해양구조물, 도로구조물, 일반 시설물 등의 노후 단면 복구의 과정에서 사용되는 보수재에서 탄산화 및 염해 저항성을 향상시키면서 보수 재료의 경화 과정에서 필연적으로 발생하는 온도 팽창, 건조 소축 등의 균열에 대한 자기치유 효과를 부여할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.The present invention improves carbonation and salt damage resistance in repair materials used in the process of restoring old sections of hydraulic structures such as culverts and reservoirs, marine structures, road structures, and general facilities, while also improving the temperature expansion that inevitably occurs during the curing process of the repair material. The aim is to provide a method that can provide a self-healing effect on cracks such as dryness and shrinkage.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 무기재료 기반 환(丸) 응집체, 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체, 고흡수성 섬유 기반 균열 치유 환(丸) 응집체, 이들 중 하나 이상의 응집체가 투입된 캡슐 또는 이들 중 하나 이상의 응집체가 생분해막 코팅된 자기치유 환(丸) 응집체를 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 수화 반응 또는 생체광물 형성을 통해 균열을 치유하는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides ring aggregates based on inorganic materials, ring aggregates based on biomineral-forming bacteria, ring aggregates based on highly absorbent fibers, and capsules containing at least one of these aggregates. Alternatively, a self-healing ring agglomerate in which one or more of these aggregates is coated with a biodegradable membrane is used to mix cross-section repair materials, thereby providing a method of healing cracks through a hydration reaction or biomineral formation when moisture enters cracks in the repair cross-section.
또한 상기 단면 보수재 배합에 사용되는 보수 모르타르 결합재는, 1종 보통포틀랜드 시멘트 25 내지 40 중량%, 플라이애시 15 내지 25 중량%, 고로슬래그 35 내지 50 중량%, 소성준설토 1 내지 10 중량%, 탄산나트륨 1 내지 3 중량%, 아질산나트륨 또는 인산나트륨 1 내지 3 중량% 및 EVA계 폴리머 2 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the repair mortar binder used in the cross-section repair material mixing is 25 to 40% by weight of type 1 ordinary Portland cement, 15 to 25% by weight of fly ash, 35 to 50% by weight of blast furnace slag, 1 to 10% by weight of calcined dredged soil, and sodium carbonate 1. to 3% by weight, 1 to 3% by weight of sodium nitrite or sodium phosphate, and 2 to 5% by weight of an EVA-based polymer.
또한 상기 무기재료 기반 환 응집체는 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 알코올 및 급결제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, a method is provided wherein the inorganic material-based ring aggregate includes blast furnace slag fine powder or fly ash, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) fine powder, alcohol, and an accelerator.
또한 상기 환 응집체의 조성은 상기 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 63 내지 72 중량%, 상기 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 상기 알코올 15 내지 25 중량% 및 상기 급결제 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the composition of the ring aggregate is 63 to 72% by weight of the blast furnace slag fine powder or fly ash, 3 to 12% by weight of the calcium hydroxide fine powder, 15 to 25% by weight of the alcohol, and 1 to 10% by weight of the quick setting agent. Provides a method.
또한 상기 알코올은 메틸 알코올이고, 상기 급결제는 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the alcohol is methyl alcohol, and the quick-setting agent is sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O).
또한 상기 생체광물 형성 박테리아 기반 환 응집체는 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료, 알코올 및 급결제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the biomineral-forming bacteria-based ring aggregate provides a method comprising a material in which bacteria with biomineral-forming ability are immobilized on a porous body, alcohol, and an accelerator.
또한 상기 환 응집체는 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the ring aggregate provides a method wherein the ring aggregate further includes fine powder of blast furnace slag or fly ash and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ).
또한 상기 환 응집체의 조성은 상기 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 52 내지 68 중량%, 상기 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 상기 박테리아가 고정된 재료 5 내지 15 중량%, 상기 알코올 15 내지 25 중량% 및 상기 급결제 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the composition of the ring aggregate includes 52 to 68% by weight of the blast furnace slag fine powder or fly ash, 3 to 12% by weight of the calcium hydroxide fine powder, 5 to 15% by weight of the material on which the bacteria are immobilized, 15 to 25% by weight of the alcohol, and A method is provided, characterized in that the rapid setting agent is used in an amount of 1 to 10% by weight.
또한 상기 박테리아는 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacteriummultivorum)이고, 상기 알코올은 메틸 알코올이고, 상기 급결제는 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.It also provides a method wherein the bacteria is Sphingobacterium multivorum, the alcohol is methyl alcohol, and the quick-setting agent is sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O).
또한 상기 고 흡수성 섬유 기반 환 응집체는 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창재, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 알코올, 급결제, 박테리아가 다공체에 고정된 재료 및 흡수성 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the highly absorbent fiber-based ring aggregate includes blast furnace slag fine powder, fly ash, calcium sulfoaluminate (CSA)-based expansion material, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) fine powder, alcohol, accelerator, materials in which bacteria are fixed to the porous body, and absorbent A method comprising a fiber is provided.
또한 상기 환 응집체의 조성은 상기 고로슬래그 미분말 16.5 내지 23.5 중량%, 상기 플라이애시 16.5 내지 23.5 중량%, 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창재 5 내지 10 중량%, 상기 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말 3 내지 12 중량%, 상기 알코올 15 내지 25 중량%, 상기 급결제 3 내지 8 중량%, 상기 박테리아가 다공체에 고정된 재료 3 내지 8 중량% 및 상기 흡수성 섬유 1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the composition of the ring aggregate includes 16.5 to 23.5% by weight of the blast furnace slag fine powder, 16.5 to 23.5% by weight of the fly ash, 5 to 10% by weight of the calcium sulfoaluminate (CSA)-based expansion material, and the calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) 3 to 12% by weight of fine powder, 15 to 25% by weight of the alcohol, 3 to 8% by weight of the quick-setting agent, 3 to 8% by weight of the material in which the bacteria are fixed to the porous body, and 1 to 5% by weight of the absorbent fiber. Provides a method to do so.
또한 상기 캡슐 재료는 히프로멜로오스(HPMC) 40 내지 70 중량부 및 정제수 1 내지 5 중량부를 혼합하여 제작되고, 내부 부피가 0.5 내지 2 ㎖이고, 20 내지 40℃에서 수분과 접촉 시 30분 이내에 완전 용해되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, the capsule material is manufactured by mixing 40 to 70 parts by weight of hypromellose (HPMC) and 1 to 5 parts by weight of purified water, has an internal volume of 0.5 to 2 ml, and dissolves within 30 minutes upon contact with moisture at 20 to 40°C. A method characterized by complete dissolution is provided.
또한 상기 생분해막 코팅 재료는 히프로멜로오스(HPMC) 70 내지 100 중량부, 정제수 1 내지 5 중량부 및 메틸알코올 50 내지 100 중량부를 혼합하여 제작된 것을 특징으로 하는 방법.In addition, the biodegradable membrane coating material is characterized in that it is produced by mixing 70 to 100 parts by weight of hypromellose (HPMC), 1 to 5 parts by weight of purified water, and 50 to 100 parts by weight of methyl alcohol.
본 발명에 따르면, 내탄산화 및 내염해성을 갖는 보수 모르타르 배합을 제시하고 여기에 균열 치유 환을 혼입하여 탄산화와 염해 저항성이 향상된 균열 자기치유 보수 모르타르 제조방법을 확립할 수 있다. 균열 치유를 위해 반응성이 제어된 시멘트계 무기재료 또는 생체광물 형성 박테리아를 기반으로 하는 자기치유 환(丸)과 균열 폭 제어의 기능을 갖는 고흡수성 섬유 기반 균열 치유 환(丸), 생분해막 코팅 자기치유 환(丸)을 제작하여 단면 보수재 배합 시 투입함으로써, 배합 시 손상되지 않은 상태로 복구 단면 내부 구조에 고르게 분포하여 온도 팽창 및 건조수축을 포함하는 다양한 요인에 의해 발생하는 균열 발생 부위에서 안정적인 치유를 기대할 수 있다.According to the present invention, a repair mortar formulation with carbonation resistance and salt damage resistance is presented, and a crack healing ring is incorporated into it to establish a method for manufacturing crack self-healing repair mortar with improved carbonation and salt damage resistance. Self-healing pills based on cementitious inorganic materials or biomineral-forming bacteria with controlled reactivity for crack healing, highly absorbent fiber-based crack healing pills with the function of crack width control, and biodegradable membrane-coated self-healing pills. By manufacturing a ring and adding it when mixing the cross-section repair material, it is restored in an undamaged state during mixing and is distributed evenly over the internal structure of the cross-section, ensuring stable healing in cracks caused by various factors including temperature expansion and drying shrinkage. You can expect it.
이러한 본 발명은 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물의 보수 및 내구성을 향상시키고, 보수재 내부에 투입되는 균열 치유 재료의 안전성을 확보하고, 균열 치유 소재의 치유 가능한 균열면적보다 과다하게 발생할 수 있는 공극의 제어하고, 표면 유기계 코팅재 구성이 없는 환 형태의 응집체 적용에 따라 균열 치유 효율성을 향상시키고, 보수 모르타르 자체의 탄산화 및 염해 저항성 향상을 통해 액상형 균열 보수재 도포, 분무 등의 보수 공정 생략에 의한 공사원가 절감이 가능하고, 철근-콘크리트 구조물의 유지관리 효율성을 극적으로 향상시킬 수 있다.This invention improves the repair and durability of concrete structures and reinforced concrete structures, ensures the safety of crack healing materials introduced into the repair material, controls voids that may occur in excess of the healable crack area of the crack healing material, and , the crack healing efficiency is improved by applying a ring-shaped aggregate without surface organic coating material, and the carbonation and salt damage resistance of the repair mortar itself is improved, making it possible to reduce construction costs by omitting repair processes such as applying and spraying liquid crack repair materials. And, the maintenance efficiency of reinforced-concrete structures can be dramatically improved.
도 1은 무기재료 기반 환(丸) 응집체, 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체 및 고 흡수성 섬유 기반 환(丸) 응집체 각각에 대한 생분해막 코팅된 자기치유 환의 형태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 모르타르 배합에 내부에 재료가 투입된 캡슐이 혼합될 경우, 경화 후 외피 캡슐이 용해되어 내부 투입 재료가 표면 손상 없이 콘크리트 내부 공극에 분포하는 모습을 나타낸 사진이다.
도 3은 무기계 더블 캡슐, 박테리아 더블 캡슐 및 하이브리드 더블 캡슐의 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 제작된 자기치유 더블 캡슐의 모습을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 성능 평가 실험에서 재령 변화에 따른 모르타르 시편의 유출수량 및 균열 치유율의 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 성능 평가 실험에서 균열이 유도된 시험체 표면에서 균열 치유 환으로부터 형성된 수화물을 나타낸 광학 현미경 사진이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the shape of a self-healing ring coated with a biodegradable membrane for each of inorganic material-based ring aggregates, biomineral-forming bacteria-based ring aggregates, and highly absorbent fiber-based ring aggregates.
Figure 2 is a photograph showing that when capsules with internal materials are mixed into the mortar mix, the outer capsule is dissolved after curing and the internal materials are distributed in the internal voids of concrete without damaging the surface.
Figure 3 is a diagram schematically showing the shapes of an inorganic double capsule, a bacterial double capsule, and a hybrid double capsule.
Figure 4 is a photograph showing the manufactured self-healing double capsule.
Figure 5 is a graph showing the evaluation results of the runoff water volume and crack healing rate of mortar specimens according to age changes in the performance evaluation experiment of the present invention.
Figure 6 is an optical micrograph showing hydrates formed from a crack healing ring on the surface of a test specimen where a crack was induced in a performance evaluation experiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, '보수단면 균열 치유를 위한 시멘트계 무기재료를 이용한 환의 제조방법' 또는 '보수단면 균열 치유를 위한 생체광물 형성능 박테리아 재료를 이용한 환의 제조방법' 또는 ' 균열 폭 제어의 기능을 갖는 고 흡수성 섬유 기반 균열 치유 환의 제조방법'에 따라 제조되는 환 응집체, 또는 이들 중 하나 이상의 응집체가 투입된 캡슐, 또는 이들 중 하나 이상의 응집체가 생분해막 코팅된 자기치유 환(丸) 응집체를 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 수화 반응 또는 생체광물 형성을 통해 균열을 치유하도록 한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a 'method for manufacturing a ring using a cementitious inorganic material for crack healing in the repair section' or 'a method for manufacturing a ring using a bacterial material with biomineral forming ability for crack healing in the repair section' or 'crack width. A ring agglomerate manufactured according to the 'Manufacturing method of a highly absorbent fiber-based crack healing ring with a control function', or a capsule containing one or more of these agglomerates, or a self-healing ring agglomerate in which one or more of these agglomerates is coated with a biodegradable membrane is used to mix cross-section repair materials to heal cracks through hydration reaction or biomineral formation when moisture enters cracks in the repair cross-section.
상기 단면 보수재 배합에 사용되는 보수 모르타르 결합재는, 1종 보통포틀랜드 시멘트 25 내지 40 중량%, 플라이애시 15 내지 25 중량%, 고로슬래그 35 내지 50 중량%, 소성준설토 1 내지 10 중량%, 탄산나트륨 1 내지 3 중량%, 아질산나트륨 또는 인산나트륨 1 내지 3 중량% 및 EVA계 폴리머 2 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.The repair mortar binder used in the cross-section repair material mixing is 25 to 40% by weight of type 1 ordinary Portland cement, 15 to 25% by weight of fly ash, 35 to 50% by weight of blast furnace slag, 1 to 10% by weight of calcined dredged soil, and 1 to 1% by weight of sodium carbonate. It is preferable to include 3% by weight, 1 to 3% by weight of sodium nitrite or sodium phosphate, and 2 to 5% by weight of EVA-based polymer.
균열 치유 환을 포함하는 보수 모르타르의 탄산화는 수화 생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 대기 중의 이산화탄소(CO2)가 반응하여 탄산칼슘이 형성됨으로써 수화 생성물인 수산화칼슘이 소모되면서 알칼리성이 저하되어 결국 내구성에 영향을 미친다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 탄산나트륨을 보수 모르타르 결합재 중에 1 내지 3 중량% 및 소성준설토를 1 내지 10 중량% 첨가하여 미세공극 충진 메커니즘을 유도하도록 한다.Carbonation of repair mortar containing a crack healing ring causes the reaction of calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), a hydration product, with carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere to form calcium carbonate. As a result, calcium hydroxide, a hydration product, is consumed, resulting in a decrease in alkalinity. Affects durability. In order to prevent this, in the present invention, 1 to 3% by weight of sodium carbonate and 1 to 10% by weight of calcined dredged soil are added to the repair mortar binder to induce a micropore filling mechanism.
또한 균열 치유 환을 포함하는 보수 모르타르의 염해 저항성에 있어, 내부 공극이 증가할 수 있어 염소이온 확산이 빠르게 진행될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 고로슬래그 미분말을 35 내지 50 중량% 및 아질산나트륨 또는 인산나트륨을 1 내지 3 중량% 첨가하여 수화 생성물의 미세 공극을 줄이고, 또한 염소이온을 내부에서 고정화시켜 염소이온 확산을 늦추도록 한다.In addition, in the salt damage resistance of repair mortars containing crack healing rings, internal voids may increase and chlorine ion diffusion may proceed rapidly. In order to prevent this, in the present invention, 35 to 50% by weight of blast furnace slag fine powder and 1 to 3% by weight of sodium nitrite or sodium phosphate are added to reduce the micropores of the hydration product, and the chlorine ions are fixed inside to prevent chlorine ion diffusion. Let it slow down.
이하, 상기한 각각의 환 제조방법을 구체적으로 설명한 후 단면 보수재 제조방법을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each ring manufacturing method described above will be described in detail, and then the cross-section repair material manufacturing method will be described in detail.
보수단면 균열 치유를 위한 시멘트계 무기재료를 이용한 환의 제조Manufacture of rings using cement-based inorganic materials for healing cross-sectional cracks
본 발명에서 무기재료 기반 환(丸) 응집체를 이용한 방법은 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 알코올 및 급결제를 포함하는 자기치유 환을 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 수화 반응을 통해 균열을 치유하는 방법이다.In the present invention, the method using inorganic material-based ring agglomerates uses a self-healing ring containing fine blast furnace slag powder or fly ash, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) fine powder, alcohol, and a quick-setting agent to mix cross-section repair materials, This is a method of healing cracks through a hydration reaction when moisture flows into a crack in the repaired section.
본 발명에서 자기치유 환은 단면 보수재 배합 시 단면 보수 후 보수단면에 균열이 발생하게 되면 환을 구성하는 시멘트계 무기재료가 균열 발생 부위에 수분 유입 시 수화 반응을 통해 균열 부위를 치유한다.In the present invention, when a self-healing ring is mixed with a cross-sectional repair material, if a crack occurs in the repaired cross-section after cross-sectional repair, the cement-based inorganic material constituting the ring heals the crack through a hydration reaction when moisture enters the crack.
이러한 자기치유 환은 환의 제조 과정에서 고로슬래그 미분말 또는 플라이 애시와 수산화칼슘을 포함하는 무기재료의 응집체에 알코올 및 급결제가 순차적으로 분무되어 환 형태로 경화됨으로써, 콘크리트 구조체의 시멘트 복합재료와 동일한 성질의 무기재료를 기반으로 하여 단면 보수재 배합 시 미반응성, 즉, 단면 보수재 배합 과정에서 단시간 내에는 수화 반응이 억제되고, 고화 후 콘크리트 구조체에서 장시간이 경과한 후에는 알코올 및 급결제에 의한 응집력이 약화되어 보수단면의 균열 발생 부위에서 수분 유입 시 환 형태의 응집체 표면이 쉽게 박리 또는 붕괴됨으로써 시멘트계 무기재료의 수화 반응을 효과적으로 유도할 수 있게 된다.These self-healing rings are made by sequentially spraying alcohol and a quick-setting agent on fine powders of blast furnace slag or aggregates of inorganic materials containing fly ash and calcium hydroxide during the ring manufacturing process and hardening them into a ring shape, making them inorganic with the same properties as the cement composite material of concrete structures. Based on the material, it is non-reactive when mixing cross-section repair materials, that is, the hydration reaction is suppressed within a short period of time during the mixing process of cross-section repair materials, and after a long period of time has elapsed in the concrete structure after solidification, the cohesion due to alcohol and quick-setting agent is weakened, resulting in repair. When moisture enters the area where a crack occurs in the cross section, the surface of the ring-shaped aggregate easily peels off or collapses, thereby effectively inducing a hydration reaction of the cement-based inorganic material.
이와 같이 단면 보수재 배합 시에는 무기재료의 미반응성을 유지하고 이후 보수단면 균열 시에는 무기재료의 효과적인 수화 반응을 구현하는 반응성이 제어되도록 하는 자기치유 환의 성분 조합은 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 알코올 및 급결제를 포함하는 것이 이상적인 것으로 확인되었고, 이때 반응성 제어능력을 극대화하기 위해서는 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 63 내지 72 중량%, 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 알코올 15 내지 25 중량% 및 급결제 1 내지 10 중량%의 조성을 갖도록 할 수 있고, 바람직하게는 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 63 내지 70 중량%, 수산화칼슘 미분말 5 내지 12 중량%, 알코올 17 내지 23 중량% 및 급결제 3 내지 7 중량%의 조성을 갖도록 할 수 있다.In this way, the combination of ingredients of the self-healing ring that maintains the non-reactivity of the inorganic material when mixing the cross-section repair material and controls the reactivity to realize an effective hydration reaction of the inorganic material when the repair cross-section cracks afterwards is fine powder of blast furnace slag, fly ash, or calcium hydroxide ( It was confirmed that it is ideal to include Ca(OH) 2 ) fine powder, alcohol, and quick-setting agent. In this case, in order to maximize the reactivity control ability, 63 to 72% by weight of blast furnace slag fine powder or fly ash, 3 to 12% by weight of calcium hydroxide fine powder, and alcohol It can have a composition of 15 to 25% by weight and 1 to 10% by weight of quicksetting agent, preferably 63 to 70% by weight of blast furnace slag fine powder or fly ash, 5 to 12% by weight of calcium hydroxide fine powder, 17 to 23% by weight of alcohol, and It can be made to have a composition of 3 to 7% by weight of quick setting agent.
여기서, 반응성 제어능력 극대화를 위한 재료의 구체적인 성상은 다음과 같다. 즉, 상기 고로슬래그 미분말은 밀도가 2.5 내지 3 g/㎤ 및 분말도가 4,000 내지 10,000 ㎠/g이고, 상기 플라이애시는 밀도가 1.8 내지 2.1 g/㎤ 및 분말도가 3,000 내지 8,000 ㎠/g이고, 상기 수산화칼슘 미분말은 순도가 98% 이상이고, 상기 알코올은 농도 80 내지 99 %(v/v)의 메틸 알코올이 가장 바람직하고, 상기 급결제는 밀도 1.1 내지 1.4 g/㎤의 실리케이트계 액상 급결제로서 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)가 가장 바람직한 것으로 확인되었다.Here, the specific properties of the material for maximizing reactivity control ability are as follows. That is, the blast furnace slag fine powder has a density of 2.5 to 3 g/cm3 and a fineness of 4,000 to 10,000 cm2/g, and the fly ash has a density of 1.8 to 2.1 g/cm3 and a fineness of 3,000 to 8,000 cm2/g. , the calcium hydroxide fine powder has a purity of 98% or more, the alcohol is most preferably methyl alcohol with a concentration of 80 to 99% (v/v), and the quick-setting agent is a silicate-based liquid quick-setting agent with a density of 1.1 to 1.4 g/cm3. It was confirmed that sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O) was the most preferable.
본 발명에서 상기 자기치유 환의 제조는 고로슬래그 미분말 또는 플라이 애시와 수산화칼슘을 포함하는 무기재료의 응집체에 알코올 및 급결제가 순차적으로 분무되어 환 형태로 경화되는 과정을 거쳐 수행된다.In the present invention, the self-healing ring is manufactured through the process of sequentially spraying alcohol and an accelerator on blast furnace slag fine powder or an aggregate of an inorganic material containing fly ash and calcium hydroxide and hardening it into a ring shape.
즉, 본 발명에서 자기치유 환의 제조는 (a) 고로슬래그 미분말 또는 플라이 애시 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 제환기 팬에 투입하여 회전-혼합 시키는 단계; (b) 알코올을 분사하여 환(丸)의 형태로 응집된 재료를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 환 형태의 재료 표면에 급결제를 분무 및 경화시키는 단계;를 포함하여, 자기치유 환이 단면 보수재 배합 과정에서는 단시간 내에 수화 반응이 억제되고, 고화 후 콘크리트 구조체에서 장시간이 경과한 후에는 콘크리트의 균열 발생 부위에서 수분 유입 시 시멘트계 무기재료의 수화 반응이 효과적으로 유도되도록 하는 성질을 갖는 자기치유 환을 용이하게 제조할 수 있도록 한다.That is, in the present invention, the production of a self-healing ring includes the steps of (a) adding blast furnace slag fine powder or fly ash and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) into a ventilation fan and rotating and mixing them; (b) spraying alcohol to produce agglomerated material in the form of a ring; and (c) spraying and hardening an accelerator on the surface of the ring-shaped material; including, in the process of mixing the self-healing ring-shaped cross-section repair material, the hydration reaction is suppressed within a short period of time, and after a long period of time has elapsed in the concrete structure after solidification. makes it possible to easily manufacture a self-healing ring that has the property of effectively inducing a hydration reaction of cement-based inorganic materials when moisture enters the cracked area of concrete.
이때 제조되는 자기치유 환의 크기는 평균직경이 0.5 내지 5 mm일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 2 mm일 수 있다.At this time, the size of the self-healing ring produced may have an average diameter of 0.5 to 5 mm, and preferably 1 to 2 mm.
[무기재료 기반 환 제조예][Example of manufacturing pills based on inorganic materials]
고로슬래그 미분말(밀도 2.8 g/㎤ 및 분말도 5,000 내지 6,000 ㎠/g) 65 중량% 및 수산화칼슘 미분말(순도 99%) 10 중량%를 30 rpm의 속도로 회전하는 제환기 팬(D-350 mm의 원형팬 회전식 제환기)에 투입하여 약 1분간 회전-혼합 시킨 후, 압축 분무기를 이용하여 20 ㎖/회의 용량으로 메틸 알코올(85 %(v/v) 농도)을 20 중량% 함량으로 분무하고, 환(丸)의 형태로 응집된 재료 표면에 압축 분무기를 이용하여 10 ㎖/회의 용량으로 실리케이트계 액상 급결제로서 규산소다(밀도 1.25 g/㎤)를 5 중량% 함량으로 분무한 후 경화시켜 평균직경 1 내지 2 mm 크기의 자기치유 환을 제조하였다.65% by weight of blast furnace slag fine powder (density 2.8 g/cm3 and fineness 5,000 to 6,000 ㎠/g) and 10% by weight calcium hydroxide fine powder (purity 99%) were mixed with a ventilation fan (D-350 mm) rotating at a speed of 30 rpm. After putting it in a circular fan rotary ventilation machine and rotating and mixing for about 1 minute, methyl alcohol (85% (v/v) concentration) was sprayed at a volume of 20 ml/time at a content of 20% by weight using a compression sprayer, Using a compression sprayer, spray 5% by weight of sodium silicate (density 1.25 g/cm3) as a silicate-based liquid quick-setting agent on the surface of the material aggregated in the form of a ring at a volume of 10 ㎖/time, and then harden to average Self-healing rings with a diameter of 1 to 2 mm were prepared.
보수단면 균열 치유를 위한 생체광물 형성능 박테리아를 이용한 환의 제조Manufacturing of rings using bacteria with biomineral forming ability for healing cracks in repaired sections
본 발명에서 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체를 이용한 방법은 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료, 알코올 및 급결제를 포함하는 자기치유 환을 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 상기 박테리아의 생체광물 형성을 통해 균열을 치유하는 방법이다.In the present invention, the method using ring aggregates based on biomineral-forming bacteria uses a self-healing ring containing a material in which bacteria with biomineral-forming ability are fixed to a porous body, alcohol, and an accelerator to mix cross-section repair materials, This is a method of healing cracks through the formation of biominerals from the bacteria when moisture enters the crack.
본 발명에서 자기치유 환은 단면 보수재 배합 시 단면 보수 후 보수단면에 균열이 발생하게 되면 환을 구성하는 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료가 균열 발생 부위에 수분 유입 시 생체광물 형성 반응을 통해 균열 부위를 치유한다.In the present invention, the self-healing ring is a self-healing ring. When a crack occurs in the repaired cross section after cross-sectional repair when mixing a cross-sectional repair material, bacteria with the ability to form biominerals constituting the ring react to form biominerals when the material fixed to the porous body enters the crack occurrence area. Heals the cracked area through
여기서, 상기 자기치유 환은 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말을 더 포함함으로써 박테리아의 생체광물 형성 반응과 함께 균열 발생 부위에서 시멘트계 무기재료의 수화 반응을 통해 복합적인 균열 치유도 가능하다.Here, the self-healing ring further contains fine powder of blast furnace slag or fly ash and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), thereby healing complex cracks through the hydration reaction of cement-based inorganic materials at the crack occurrence site along with the biomineral formation reaction of bacteria. It is also possible.
이러한 자기치유 환은 환의 제조 과정에서 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료와 고로슬래그 미분말 또는 플라이 애시와 수산화칼슘을 포함하는 무기재료의 응집체에 알코올 및 급결제가 순차적으로 분무되어 환 형태로 경화됨으로써, 콘크리트 구조체의 시멘트 복합재료와 동일한 성질의 무기재료를 기반으로 하여 단면 보수재 배합 시 미반응성, 즉, 단면 보수재 배합 과정에서 단시간 내에는 수화 반응이 억제되고, 고화 후 콘크리트 구조체에서 장시간이 경과한 후에는 알코올 및 급격제에 의한 응집력이 약화되어 보수단면의 균열 발생 부위에서 수분 유입 시 환 형태의 응집체 표면이 쉽게 박리 또는 붕괴됨으로써 박테리아의 생체광물 형성 반응과 시멘트계 무기재료의 수화 반응을 효과적으로 유도할 수 있게 된다.These self-healing rings are made by sequentially spraying alcohol and an accelerating agent onto the materials in which bacteria with the ability to form biominerals are fixed to a porous body and the aggregates of inorganic materials including fine powders of blast furnace slag or fly ash and calcium hydroxide during the manufacturing process of the rings, thereby hardening them into a ring shape. As a result, it is based on an inorganic material with the same properties as the cement composite material of the concrete structure, so it is non-reactive when mixing cross-section repair materials, that is, the hydration reaction is suppressed within a short time during the mixing process of cross-section repair materials, and after solidification, it is not reactive for a long time in the concrete structure. Afterwards, the cohesion caused by alcohol and accelerators is weakened, and when moisture enters the cracked area of the repair section, the surface of the ring-shaped aggregate easily peels off or collapses, effectively inducing the biomineral formation reaction of bacteria and the hydration reaction of cement-based inorganic materials. It becomes possible.
이와 같이 단면 보수재 배합 시에는 박테리아와 무기재료의 미반응성을 유지하고 이후 보수단면 균열 시에는 박테리아의 효과적인 생체광물 형성 반응과 무기재료의 효과적인 수화 반응을 구현하는, 반응성이 제어되도록 하는 자기치유 환의 성분 조합은 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료, 알코올 및 급결제를 포함하는 것이 이상적이고, 나아가 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시와 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말을 포함하는 것이 더욱 바람직한 것으로 확인되었고, 이때 반응성 제어능력을 극대화하기 위해서는 상기 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 52 내지 68 중량%, 상기 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 상기 박테리아가 고정된 재료 5 내지 15 중량%, 상기 알코올 15 내지 25 중량% 및 상기 급결제 1 내지 10 중량%의 조성을 갖도록 할 수 있고, 바람직하게는 상기 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 52 내지 60 중량%, 상기 수산화칼슘 미분말 5 내지 12 중량%, 상기 박테리아가 고정된 재료 7 내지 13 중량%, 상기 알코올 17 내지 23 중량% 및 상기 급결제 3 내지 7 중량%의 조성을 갖도록 할 수 있다.In this way, when mixing cross-section repair materials, the non-reactivity of bacteria and inorganic materials is maintained, and when the repair cross-section cracks, the self-healing ring component controls the reactivity by implementing an effective biomineral formation reaction of bacteria and an effective hydration reaction of inorganic materials. Ideally, the combination includes a material in which bacteria with the ability to form biominerals are fixed to a porous body, alcohol, and an accelerator, and it is more preferable to include fine powder of blast furnace slag or fly ash and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ). It was confirmed that, in order to maximize the reactivity control ability, 52 to 68% by weight of the blast furnace slag fine powder or fly ash, 3 to 12% by weight of the calcium hydroxide fine powder, 5 to 15% by weight of the material on which the bacteria were immobilized, and 15 to 25% by weight of the alcohol. % by weight and the rapid setting agent may have a composition of 1 to 10 wt%, preferably 52 to 60 wt% of the blast furnace slag fine powder or fly ash, 5 to 12 wt% of the calcium hydroxide fine powder, and the material on which the bacteria are fixed 7 to 13% by weight, 17 to 23% by weight of the alcohol, and 3 to 7% by weight of the quick-setting agent.
여기서, 반응성 제어능력 극대화를 위한 재료의 구체적인 성상은 다음과 같다. 즉, 상기 고로슬래그 미분말은 밀도가 2.5 내지 3 g/㎤ 및 분말도가 4,000 내지 10,000 ㎠/g이고, 상기 플라이애시는 밀도가 1.8 내지 2.1 g/㎤ 및 분말도가 3,000 내지 8,000 ㎠/g이고, 상기 수산화칼슘 미분말은 순도가 98% 이상이고, 상기 알코올은 농도 80 내지 99 %(v/v)의 메틸 알코올이 가장 바람직하고, 상기 급결제는 밀도 1.1 내지 1.4 g/㎤의 실리케이트계 액상 급결제로서 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)가 가장 바람직한 것으로 확인되었다.Here, the specific properties of the material for maximizing reactivity control ability are as follows. That is, the blast furnace slag fine powder has a density of 2.5 to 3 g/cm3 and a fineness of 4,000 to 10,000 cm2/g, and the fly ash has a density of 1.8 to 2.1 g/cm3 and a fineness of 3,000 to 8,000 cm2/g. , the calcium hydroxide fine powder has a purity of 98% or more, the alcohol is most preferably methyl alcohol with a concentration of 80 to 99% (v/v), and the quick-setting agent is a silicate-based liquid quick-setting agent with a density of 1.1 to 1.4 g/cm3. It was confirmed that sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O) was the most preferable.
또한 본 발명에서 박테리아 고정을 위한 다공체 재료로는 다공성의 양이온 교환 능력이 우수한 다공성 재료가 사용될 수 있으며, 예컨대, 팽창질석, 우레탄, 펄라이트 및 히드로겔로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있고, 바람직하게는 팽창질석이 사용될 수 있다. 상기 팽창질석의 경우 고정화 효율 극대화를 위해 밀도가 0.2 내지 0.3 g/㎤인 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, as a porous material for fixing bacteria, a porous material with excellent cation exchange ability may be used, for example, one or more selected from the group consisting of expanded vermiculite, urethane, perlite, and hydrogel may be used, Preferably expanded vermiculite can be used. In the case of the expanded vermiculite, it is preferable to use one with a density of 0.2 to 0.3 g/cm3 to maximize immobilization efficiency.
본 발명에 제시된 박테리아 고정을 위한 재료들은 재료 표면에 존재하는 교환성 양이온(Mg2+, Ca2+ 등)에 의하여 유기물을 흡착하는 성질이 있어 박테리아 및 박테리아 생장에 필요한 유기성 영양분(배지 성분)을 흡수한다. 또한 pH가 6 내지 9로서 미생물이 생장하기 위한 최적 환경 조성에 가장 이상적인 재료이다.The materials for fixing bacteria presented in the present invention have the property of adsorbing organic matter by exchangeable cations (Mg 2+ , Ca 2+ , etc.) present on the surface of the material, thereby providing bacteria and organic nutrients (medium components) necessary for bacterial growth. Absorb. In addition, with a pH of 6 to 9, it is the most ideal material for creating an optimal environment for the growth of microorganisms.
상기 다공체 재료를 이용한 박테리아의 흡착에는 컨테이너에서 침지 공정이 이용될 수 있고, 침지 공정에서 박테리아의 최적 흡수 효율을 위해서는 박테리아 배양액 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 내지 20 중량부 함량으로 다공체 재료가 완전히 침지되도록 수행될 수 있다.For the adsorption of bacteria using the porous material, a immersion process in a container can be used. For optimal absorption efficiency of bacteria in the immersion process, 1 to 30 parts by weight, preferably 5 to 20 parts by weight, per 100 parts by weight of the bacterial culture solution. This content can be carried out so that the porous material is completely immersed.
또한 상기 침지 공정은 음압 조건에서 수행될 수 있다. 침지 공정이 음압 조건에서 수행됨으로써 다공체 재료 내부에 존재하는 공기들이 빠져나오면서 박테리아 배양액이 고정화 재료 안으로 용이하게 침투, 즉, 고정화 재료에 박테리아뿐 아니라 다량의 수분과 배지 영양분이 포함될 수 있게 된다.Additionally, the immersion process may be performed under negative pressure conditions. As the immersion process is performed under negative pressure conditions, the air present inside the porous material is released, allowing the bacterial culture to easily penetrate into the immobilization material, that is, the immobilization material can contain not only bacteria but also a large amount of moisture and medium nutrients.
상기 음압 조건은 1 내지 50 torr, 바람직하게는 10 내지 30 torr의 음압을 10 내지 100분, 바람직하게는 20 내지 50분 동안 가하는 방식으로 적용될 수 있다. 이때, 습도는 50 내지 70 %RH 및 온도는 10 내지 30℃를 유지하는 것이 바람직하다.The negative pressure condition may be applied by applying a negative pressure of 1 to 50 torr, preferably 10 to 30 torr, for 10 to 100 minutes, preferably 20 to 50 minutes. At this time, it is desirable to maintain the humidity between 50 and 70%RH and the temperature between 10 and 30°C.
여기서, 상기 컨테이너에 박테리아 배양액을 투입 및 다공체 재료를 침지시키고 음압 조건에서 박테리아 배양액을 고정화하되, 상기 컨테이너 하부에 구비된 회전팬을 구동시킴으로써 배양액에 투입되어 부유될 수 있는 고정화 재료의 교반을 통해 박테리아와 배양액 영양요소가 고르게 혼합 및 고정화되도록 할 수 있다.Here, the bacterial culture solution is added to the container, the porous material is immersed, and the bacterial culture solution is immobilized under negative pressure conditions. By driving the rotating fan provided at the bottom of the container, the bacteria are stirred by stirring the immobilization material that can be introduced into the culture solution and suspended. and culture medium nutritional elements can be evenly mixed and immobilized.
상술한 음압 교반형 고정화 방법에 사용되는 박테리아로서 음압 교반 조건에서 상기 다공체 재료를 이용한 침지 과정에 적합한 박테리아라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacteriummultivorum)이 음압 교반 조건에서 다공체 재료를 이용한 침지 과정에 사용될 경우, 이를 이용하여 자기치유 환을 제조하고, 단면 보수재 배합 및 경화 후 보수단면의 균열 발생 부위에서 수분 유입 시 박테리아의 생체광물 형성 반응이 효과적으로 구현됨을 확인하였다.The bacteria used in the negative pressure stirring type immobilization method described above are not particularly limited as long as they are suitable for the immersion process using the porous material under negative pressure stirring conditions, but Sphingobacterium multivorum is preferably used under negative pressure stirring conditions. When used in the immersion process using a porous material, a self-healing ring was manufactured using it, and it was confirmed that the biomineral formation reaction of bacteria is effectively implemented when moisture enters the cracked area of the repaired cross-section after mixing and curing the cross-sectional repair material.
여기서, 본 발명에서는 상기 박테리아의 최적 배양환경을 조성하기 위하여 특수한 배지 조성에 대해 연구한 결과, 상기 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacteriummultivorum)은 정제수 1 ℓ 기준으로 효모 추출물(Yeast extract) 0.05 내지 1 g, 펩톤(Peptone) 1 내지 10 g 및 요소(urea) 10 내지 30 g을 포함하는 배지에서 pH 5 내지 9, 5 내지 50℃ 환경의 인큐베이터에서 108 내지 1010cells/㎖의 농도로 배양되는 것이 이상적인 것을 확인하였다.Here, in the present invention, as a result of studying the composition of a special medium to create an optimal culture environment for the bacteria, the Sphingobacterium multivorum contains 0.05 to 1 g of yeast extract based on 1 liter of purified water. , cultured in a medium containing 1 to 10 g of peptone and 10 to 30 g of urea at a concentration of 10 8 to 10 10 cells/ml in an incubator at pH 5 to 9 and 5 to 50°C. The ideal was confirmed.
본 발명에서 상기 자기치유 환의 제조는 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료와 고로슬래그 미분말 또는 플라이 애시와 수산화칼슘을 포함하는 응집체에 알코올 및 급결제가 순차적으로 분무되어 환 형태로 경화되는 과정을 거쳐 수행된다.In the present invention, the production of the self-healing ring is a process in which bacteria with the ability to form biominerals are sequentially sprayed with alcohol and an accelerator on an aggregate containing a material fixed to a porous body and fine powder of blast furnace slag or fly ash and calcium hydroxide, and hardening it into a ring shape. It is carried out through.
즉, 본 발명에서 자기치유 환의 제조는 (a) 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료를 제환기 팬에 투입하여 회전-혼합 시키는 단계; (b) 알코올을 분사하여 환(丸)의 형태로 응집된 재료를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 환 형태의 재료 표면에 급결제를 분무 및 경화시키는 단계;를 포함하여, 자기치유 환이 단면 보수재 배합 과정에서는 단시간 내에 박테리아의 생체광물 형성 반응 및 무기재료의 수화 반응이 억제되고, 고화 후 콘크리트 구조체에서 장시간이 경과한 후에는 보수단면의 균열 발생 부위에서 수분 유입 시 박테리아의 생체광물 형성 반응 및 시멘트계 무기재료의 수화 반응이 효과적으로 유도되도록 하는 성질을 갖는 자기치유 환을 용이하게 제조할 수 있도록 한다.That is, in the present invention, the production of a self-healing ring includes the steps of (a) inserting a material in which bacteria with the ability to form biominerals are fixed to a porous body into a ventilation fan and rotating and mixing it; (b) spraying alcohol to produce agglomerated material in the form of a ring; And (c) spraying and curing an accelerator on the surface of the ring-shaped material; Including, in the process of mixing the self-healing ring cross-section repair material, the biomineral formation reaction of bacteria and the hydration reaction of the inorganic material are suppressed within a short time, After a long period of time has passed in the concrete structure after solidification, it is possible to easily manufacture a self-healing ring that has the property of effectively inducing the biomineral formation reaction of bacteria and the hydration reaction of cementitious inorganic materials when moisture enters the cracked area of the repaired cross section. make it possible
이때 제조되는 자기치유 환의 크기는 평균직경이 0.5 내지 5 mm일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 2 mm일 수 있다.At this time, the size of the self-healing ring produced may have an average diameter of 0.5 to 5 mm, and preferably 1 to 2 mm.
[생체광물 형성 박테리아 기반 환 제조예][Example of manufacturing pills based on biomineral forming bacteria]
(1) 내부 교반형 멸균 음압 컨테이너를 이용한 박테리아가 고정된 다공체 재료 제조(1) Manufacturing of a porous material with immobilized bacteria using an internally stirred sterilized negative pressure container
정제수 1 ℓ 기준으로 효모 추출물(Yeast extract) 3 g, 펩톤(Peptone) 5 g 및 요소(urea) 20 g을 포함하는 배지에서 pH 6 내지 8, 35 내지 45℃ 환경의 인큐베이터에서 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacterium multivorum)을 접종하고 109 cells/㎖의 농도로 배양된 박테리아 배양액을 무수한 기공에 다공질의 구조를 갖는 밀도 0.25 g/㎤ 의 팽창질석에 하기 방법으로 고정하였다.Sphingobacterium multi in an incubator at pH 6 to 8 and 35 to 45°C in a medium containing 3 g of yeast extract, 5 g of peptone and 20 g of urea based on 1 liter of purified water. Sphingobacterium multivorum was inoculated and the bacterial culture cultured at a concentration of 10 9 cells/ml was fixed on expanded vermiculite with a density of 0.25 g/cm3, which has a porous structure with countless pores, using the following method.
내부 교반형 멸균 음압 컨테이너에 상기 제조된 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacterium multivorum) 배양액을 투입하고, 박테리아 배양액 100 중량부에 대하여 10 중량부 함량의 팽창질석을 상기 배양액에 침지시킨 후 도어를 닫고, 약 15 torr의 음압 환경이 되도록 밸브를 조절하고, 300 rpm 속도로 회전팬을 구동하여 30분 동안 흡착을 실시하였으며, 이후 박테리아가 고정된 팽창질석을 회수하였다.Put the Sphingobacterium multivorum culture solution prepared above into an internal stirring type sterilized negative pressure container, 10 parts by weight of expanded vermiculite per 100 parts by weight of the bacterial culture solution is immersed in the culture solution, and then close the door, The valve was adjusted to create a negative pressure environment of about 15 torr, and adsorption was performed for 30 minutes by driving a rotating fan at a speed of 300 rpm, and then the expanded vermiculite with fixed bacteria was recovered.
(2) 생체광물 형성 박테리아 기반 환 제조(2) Manufacturing of pills based on biomineral forming bacteria
상기 제조된 박테리아가 고정된 팽창질석 75 중량%를 30 rpm의 속도로 회전하는 제환기 팬(D-350 mm의 원형팬 회전식 제환기)에 투입하여 약 1분간 회전-혼합 시킨 후, 압축 분무기를 이용하여 20 ㎖/회의 용량으로 메틸 알코올(85 %(v/v) 농도)을 20 중량% 함량으로 분무하고, 환(丸)의 형태로 응집된 재료 표면에 압축 분무기를 이용하여 10 ㎖/회의 용량으로 실리케이트계 액상 급결제로서 규산소다(밀도 1.25 g/㎤)를 5 중량% 함량으로 분무한 후 경화시켜 평균직경 1 내지 2 mm 크기의 자기치유 환을 제조하였다.75% by weight of expanded vermiculite with immobilized bacteria prepared above was put into a ventilation fan (D-350 mm round fan rotary ventilation fan) rotating at a speed of 30 rpm, rotated and mixed for about 1 minute, and then compressed spray was applied. Spray methyl alcohol (85% (v/v) concentration) at a content of 20% by weight at a volume of 20 ml/time using a compression sprayer on the surface of the material aggregated in the form of a ring, and spray 10 ml/time using a compression sprayer. A self-healing ring with an average diameter of 1 to 2 mm was prepared by spraying 5% by weight of sodium silicate (density 1.25 g/cm3) as a silicate-based liquid quick-setting agent and then curing it.
균열폭 제어의 기능을 갖는 고 흡수성 섬유 기반 균열 치유 환(丸)의 제조Fabrication of highly absorbent fiber-based crack healing pills with the function of crack width control
본 발명에서 고 흡수성 섬유 기반 환(丸) 응집체를 이용한 방법은 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창재, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 알코올, 급결제, 박테리아가 다공체에 고정된 재료 및 흡수성 섬유를 포함하는 자기치유 환을 단면 보수재 배합에 사용하여, 보수단면 균열로 수분 유입 시 시멘트계 무기재료 및 박테리아의 생체광물 형성을 통한 균열 치유 및 제어하는 방법이다.In the present invention, the method using highly absorbent fiber-based ring aggregates includes blast furnace slag fine powder, fly ash, calcium sulfoaluminate (CSA) expansion material, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) fine powder, alcohol, quick-setting agent, and bacteria. This is a method of healing and controlling cracks through the formation of biominerals of cement-based inorganic materials and bacteria when moisture enters cracks in the repaired cross-section by using a self-healing ring containing materials and absorbent fibers fixed to a porous body to mix cross-section repair materials.
균열 폭 제어의 기능을 갖는 고 흡수성 섬유 기반 균열 치유 환의 제조를 위한 재료로서는 예컨대, 밀도 2.8 g/㎤ 및 분말도 4,000 ㎠/g 이상의 고로슬래그 미분말, 밀도 1.95 g/㎤ 및 분말도 3,000 ㎠/g 이상의 플라이애시, 밀도 2.8 내지 2.9 g/㎤ 및 분말도 2500 ㎠/g 이상이며, CaO의 함량이 48 내지 53 중량%인 CSA계 팽창재, 순도 98% 이상의 수산화칼슘(Ca(OH)2) 미분말, 농도 84 %(v/v) 이상의 메틸알코올, 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)를 주요 성분으로 하는 밀도 1.25 g/㎤의 실리케이트계 액상 급결제가 이용될 수 있다.Materials for manufacturing a highly absorbent fiber-based crack healing ring with the function of crack width control include, for example, blast furnace slag fine powder with a density of 2.8 g/cm3 and a fineness of 4,000 cm2/g or more, a density of 1.95 g/cm3 and a fineness of 3,000 cm2/g. Fly ash with a density of 2.8 to 2.9 g/cm3 and a fineness of 2500 cm2/g or more, a CSA-based expansion material with a CaO content of 48 to 53% by weight, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) fine powder with a purity of 98% or more, concentration A silicate-based liquid quick-setting agent with a density of 1.25 g/cm3 containing 84% (v/v) or more of methyl alcohol and sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O) as main ingredients can be used.
생체광물형성 박테리아 재료로서는 Beast extract 및 Peptone 등으로 이루어진 배지에 접종되어 5 내지 50℃ 환경의 인큐베이터에서 109 cell/mL의 농도로 배양된 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacterium multivorum) 배양액을 무수한 기공에 다공질의 구조를 갖는 밀도 0.25 g/㎤의 팽창질석에 고정한 재료가 이용될 수 있다. Sphingobacterium multivorm박테리아를 배양하기 위한 배지 조성은 상기 생체광물 형성능 박테리아를 이용한 환의 제조에서와 같다. 고정화 재료로의 박테리아 배양액 고정은 멸균 음압 컨테이너(10-30 torr, 30분)를 이용한 흡착을 통해 이루어지며, 박테리아 배양액의 고정화가 완료된 팽창질석은 박테리아 세포뿐만 아니라 다량의 수분과 배지 영양분을 포함하게 된다.As a biomineral-forming bacterial material , Sphingobacterium multivorum culture medium is inoculated into a medium consisting of Beast extract and Peptone and cultured at a concentration of 109 cells/mL in an incubator at 5 to 50°C, and is injected into countless pores. A material immobilized on expanded vermiculite with a porous structure and a density of 0.25 g/cm3 can be used. The composition of the medium for cultivating Sphingobacterium multivorm bacteria is the same as in the production of rings using bacteria capable of forming biominerals. Fixation of the bacterial culture to the immobilization material is accomplished through adsorption using a sterilized negative pressure container (10-30 torr, 30 minutes), and the expanded vermiculite upon which the immobilization of the bacterial culture is completed contains not only bacterial cells but also a large amount of moisture and media nutrients. do.
균열 폭 제어의 기능을 위해 사용되는 섬유는 예컨대, 지름 0.01 내지 0.05 mm, 길이 1.0 mm 이하, 탄성계수 5,000 MPa 이상, 밀도 1.1 내지 1.2 g/㎤ 및 흡수율 2.5% 이상의 나일론 섬유(Nylon)일 수 있다.Fibers used for the function of crack width control may be, for example, nylon fibers with a diameter of 0.01 to 0.05 mm, a length of 1.0 mm or less, an elastic modulus of 5,000 MPa or more, a density of 1.1 to 1.2 g/cm3, and a water absorption rate of 2.5% or more. .
고 흡수성 섬유 기반의 균열 치유 환의 제작을 위한 조성은 고로슬래그 미분말 16.5 내지 23.5 중량%, 플라이애시 16.5 내지 23.5 중량%, CSA계 팽창재 5 내지 10 중량%, 순도 98 %(v/v) 이상의 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 메틸알코올 15 내지 25 중량%, 실리케이트 급결제 3 내지 7 중량%, 박테리아 고정화 재료 3 내지 8 중량% 및 나일론(Nylon) 섬유 1 내지 3 중량%일 수 있다.The composition for manufacturing a highly absorbent fiber-based crack healing ring includes 16.5 to 23.5% by weight of blast furnace slag fine powder, 16.5 to 23.5% by weight of fly ash, 5 to 10% by weight of CSA expansion material, and calcium hydroxide fine powder with a purity of 98% (v/v) or more. It may be 3 to 12% by weight, 15 to 25% by weight of methyl alcohol, 3 to 7% by weight of silicate quick-setting agent, 3 to 8% by weight of bacterial immobilization material, and 1 to 3% by weight of nylon fiber.
고 흡수성 섬유 기반 균열 치유 환의 제작을 위한 장비로서는 D-350 mm의 원형팬 회전식 제환기가 이용될 수 있다. 고로슬래그 미분말, 플라이 애시, CSA계 팽창제, 수산화칼슘 및 박테리아 고정화재료를 30 rpm의 속도로 회전하는 제환기 팬에 투입하여 약 1분간 회전-혼합 시킨 후 압축 분무기를 이용하여 20 mL/회의 용량으로 메틸알코올을 분사한다. 메틸알코올 분사 이후 환(丸)의 형태로 응집된 자기치유 재료는 표면에 나일론 섬유를 흩뿌려 혼합한다. 이후 압축 분무기를 이용하여 10 mL/회의 용량으로 실리케이트계 급결제를 분무하여 경화시킨다.As equipment for producing a highly absorbent fiber-based crack healing ring, a D-350 mm circular fan rotary ventilation machine can be used. Blast furnace slag fine powder, fly ash, CSA expansion agent, calcium hydroxide, and bacteria immobilization material were put into a ventilation fan rotating at a speed of 30 rpm, rotated and mixed for about 1 minute, and then methylated at a volume of 20 mL/time using a compression sprayer. Spray alcohol. The self-healing material, which aggregates into a ring after spraying methyl alcohol, is mixed by scattering nylon fibers on the surface. Afterwards, the silicate-based quick-setting agent is sprayed at a volume of 10 mL/time using a compression sprayer and cured.
[고 흡수성 섬유 기반 환 제조예][Example of highly absorbent fiber-based pill manufacturing]
(1) 내부 교반형 멸균 음압 컨테이너를 이용한 박테리아가 고정된 다공체 재료 제조(1) Manufacturing of a porous material with immobilized bacteria using an internally stirred sterilized negative pressure container
정제수 1 ℓ 기준으로 효모 추출물(Yeast extract) 3 g, 펩톤(Peptone) 5 g 및 요소(urea) 20 g을 포함하는 배지에서 pH 6 내지 8, 35 내지 45℃ 환경의 인큐베이터에서 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacterium multivorum)을 접종하고 109 cells/㎖의 농도로 배양된 박테리아 배양액을 무수한 기공에 다공질의 구조를 갖는 밀도 0.25 g/㎤ 의 팽창질석에 하기 방법으로 고정하였다.Sphingobacterium multi in an incubator at pH 6 to 8 and 35 to 45°C in a medium containing 3 g of yeast extract, 5 g of peptone and 20 g of urea based on 1 liter of purified water. Sphingobacterium multivorum was inoculated and the bacterial culture cultured at a concentration of 10 9 cells/ml was fixed on expanded vermiculite with a density of 0.25 g/cm3, which has a porous structure with countless pores, using the following method.
내부 교반형 멸균 음압 컨테이너에 상기 제조된 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacterium multivorum) 배양액을 투입하고, 박테리아 배양액 100 중량부에 대하여 10 중량부 함량의 팽창질석을 상기 배양액에 침지시킨 후 도어를 닫고, 약 15 torr의 음압 환경이 되도록 밸브를 조절하고, 300 rpm 속도로 회전팬을 구동하여 30분 동안 흡착을 실시하였으며, 이후 박테리아가 고정된 팽창질석을 회수하였다.Put the Sphingobacterium multivorum culture solution prepared above into an internal stirring type sterilized negative pressure container, 10 parts by weight of expanded vermiculite per 100 parts by weight of the bacterial culture solution is immersed in the culture solution, and then close the door, The valve was adjusted to create a negative pressure environment of about 15 torr, and adsorption was performed for 30 minutes by driving a rotating fan at a speed of 300 rpm, and then the expanded vermiculite with fixed bacteria was recovered.
(2) 고 흡수성 섬유 기반 환 제조(2) Manufacturing of highly absorbent fiber-based pills
고로슬래그 미분말(밀도 2.8 g/㎤ 및 분말도 5,000 내지 6,000 ㎠/g) 20 중량부, 플라이애시(밀도 1.95 g/㎤ 및 분말도 4,000 내지 5,000 ㎠/g) 20 중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창재(유리석회 25 중량부, 칼슘설포알루미네이트 25 중량부 및 무수석고는 50 중량부 함유, 칼슘설포알루미네이트 성분 중 산화칼슘(CaO) 함량 50 중량%) 8 중량부, 수산화칼슘 미분말(순도 99%) 10 중량부, 상기 제조된 박테리아가 고정된 팽창질석 5 중량부를 30 rpm의 속도로 회전하는 제환기 팬(D-350 mm의 원형팬 회전식 제환기)에 투입하여 약 1분간 회전-혼합 시킨 후, 압축 분무기를 이용하여 20 ㎖/회의 용량으로 메틸 알코올(85 %(v/v) 농도)을 20 중량부 함량으로 분무하고, 환(丸)의 형태로 응집된 재료 표면에 고 흡수성 섬유로서 나일론(Nylon) 섬유(지름 0.01 내지 0.03 mm, 길이 0.1 내지 1 mm, 탄성계수 10,000 내지 20,000 MPa, 밀도 1.1 내지 1.2 g/㎤ 및 흡수율 5 내지 7 중량%)를 2 중량부 함량으로 흩뿌려 혼합하고, 이후, 압축 분무기를 이용하여 10 ㎖/회의 용량으로 실리케이트계 액상 급결제로서 규산소다(밀도 1.25 g/㎤)를 5 중량부 함량으로 분무한 후 경화시켜 평균직경 약 1 mm의 균열 치유 환을 제조하였다.20 parts by weight of blast furnace slag fine powder (density 2.8 g/cm3 and fineness 5,000 to 6,000 cm2/g), 20 parts by weight fly ash (density 1.95 g/cm3 and fineness 4,000 to 5,000 cm2/g), calcium sulfoaluminate ( CSA)-based expansion material (contains 25 parts by weight of free lime, 25 parts by weight of calcium sulfoaluminate, and 50 parts by weight of anhydrous gypsum, and 50% by weight of calcium oxide (CaO) content in the calcium sulfoaluminate component), 8 parts by weight, calcium hydroxide fine powder ( Purity 99%) 10 parts by weight and 5 parts by weight of expanded vermiculite with immobilized bacteria prepared above are put into a ventilation fan (D-350 mm round fan rotary ventilation fan) rotating at a speed of 30 rpm and rotated for about 1 minute. After mixing, 20 parts by weight of methyl alcohol (85% (v/v) concentration) is sprayed at a volume of 20 ml/time using a compression sprayer, and a highly absorbent spray is applied to the surface of the material aggregated in the form of a ring. As a fiber, nylon fibers (diameter 0.01 to 0.03 mm, length 0.1 to 1 mm, elastic modulus 10,000 to 20,000 MPa, density 1.1 to 1.2 g/cm3, and water absorption 5 to 7% by weight) are scattered at a content of 2 parts by weight. After mixing, 5 parts by weight of sodium silicate (density 1.25 g/cm3) is sprayed as a silicate-based liquid quick-setting agent at a volume of 10 ml/time using a compression sprayer, and then cured to heal cracks with an average diameter of about 1 mm. A pill was prepared.
생분해막 코팅 자기치유 환(丸) 제작 방법How to make self-healing pills with biodegradable membrane coating
본 발명에서 생분해막 코팅을 위한 재료로서 히프로멜로오스(HPMC) 70 내지 100 중량부, 정제수 1 내지 5 중량부 및 메틸알코올 50 내지 100 중량부를 혼합하여 제작된 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 히프로멜로오스(HPMC) 80 내지 90 중량부, 정제수 2 내지 4 중량부 및 메틸알코올 50 내지 100 중량부를 혼합하여 제작된 것이 사용될 수 있다.In the present invention, as a material for coating a biodegradable membrane, a material prepared by mixing 70 to 100 parts by weight of hypromellose (HPMC), 1 to 5 parts by weight of purified water, and 50 to 100 parts by weight of methyl alcohol can be used, preferably HPMC. One prepared by mixing 80 to 90 parts by weight of lomellose (HPMC), 2 to 4 parts by weight of purified water, and 50 to 100 parts by weight of methyl alcohol can be used.
이러한 방법으로 제작된 생분해막 코팅 재료로 혼합된 용액을 시멘트계 무기재료 기반 자기치유 환(丸), 생체광물 형성 박테리아를 기반으로 하는 자기치유 환(丸) 또는 균열폭 제어의 기능을 갖는 고흡수성 섬유 기반 균열 치유 환(丸)의 외피에 분무하는 형태로 생분해막 코팅 자기치유 환을 제작할 수 있으며, 이때, 자기치유 환(丸) 응집체를 손상 없이 보호 및 환(丸) 응집체가 경화된 콘크리트 내부 구조에 고르게 분포하고, 손상되지 않은 환 응집체가 수분과 직접 반응할 수 있도록 하기 위한 생분해 코팅막의 바람직한 형성 두께는 10 내지 50 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 ㎛일 수 있다. 도 1에서는 무기재료 기반 환(丸) 응집체, 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체 및 고 흡수성 섬유 기반 환(丸) 응집체 각각에 대한 생분해막 코팅된 자기치유 환의 형태를 모식적으로 나타내고 있다.The solution mixed with the biodegradable membrane coating material produced in this way can be used as a self-healing ring based on cement-based inorganic material, a self-healing ring based on biomineral-forming bacteria, or a highly absorbent fiber-based ring with the function of crack width control. A biodegradable membrane-coated self-healing ring can be produced by spraying it on the outer shell of the crack healing ring. At this time, the self-healing ring aggregate is protected without damage and the ring aggregate is attached to the hardened concrete internal structure. The preferred formation thickness of the biodegradable coating film to ensure even distribution and allow intact ring aggregates to react directly with moisture may be 10 to 50 ㎛, more preferably 20 to 40 ㎛. Figure 1 schematically shows the form of a self-healing ring coated with a biodegradable membrane for each of inorganic material-based ring aggregates, biomineral-forming bacteria-based ring aggregates, and highly absorbent fiber-based ring aggregates.
보수단면 균열 치유를 위한 자기치유 더블 캡슐 제조Manufacture of self-healing double capsules for healing surface cracks
본 발명에서 더블 캡슐 제작을 위한 외피 캡슐 재료로서 히프로멜로오스(HPMC) 40 내지 70 중량부 및 정제수 1 내지 5 중량부를 혼합하여 제작된 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 히프로멜로오스(HPMC) 50 내지 60 중량부 및 정제수 1 내지 2.5 중량부를 혼합하여 제작된 것이 사용될 수 있다. 캡슐의 내부 부피는 배합 및 타설 과정에서 손상되지 않은 환(丸) 응집체가 보수단면 경화 이후 발생하는 균열면에서 수분과 균열치유 재료가 직접 반응함에 있어 그 효율을 향상시키는 측면에서 0.5 내지 2 ㎖인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1 ㎖일 수 있다.In the present invention, the outer capsule material for manufacturing double capsules can be used as a material prepared by mixing 40 to 70 parts by weight of hypromellose (HPMC) and 1 to 5 parts by weight of purified water, preferably hypromellose (HPMC). One prepared by mixing 50 to 60 parts by weight and 1 to 2.5 parts by weight of purified water can be used. The internal volume of the capsule is 0.5 to 2 ml in terms of improving the efficiency of the direct reaction of moisture and crack healing material at the crack surface that occurs after the curing of the repair section of the ring aggregate that was not damaged during the mixing and pouring process. It is preferable, and more preferably 0.5 to 1 ml.
이러한 캡슐은 수분과 접촉될 경우 용해되는 성질을 갖는 것이 사용되며, 구체적으로 20 내지 40℃에서 수분과 접촉 시 30분 이내에 완전 용해되는 것이 사용될 수 있다. 하기 표 1에서는 후술하는 실험예에 사용된 외피 캡슐의 수중 침지 용해 속도 측정 결과를 나타내고 있다.These capsules are used to have the property of dissolving when in contact with moisture. Specifically, capsules that completely dissolve within 30 minutes when in contact with moisture at 20 to 40°C can be used. Table 1 below shows the results of measuring the dissolution rate of the shell capsules used in the experimental examples described later by immersion in water.
이에 따라 외피 캡슐은 모르타르 배합에 투입될 경우 외피 캡슐이 용해되어 내부 투입 재료가 표면 손상 없이 단면 보수재 내부 공극에 분포할 수 있게 된다. 도 2에서는 단위수량 160 kg/㎥ 및 플로우(a) 150 mm 수준의 모르타르 배합에 내부에 재료가 투입된 캡슐이 혼합될 경우, 경화 후 재령 1일에서 외피 캡슐이 용해되어 내부 투입 재료가 표면 손상 없이 콘크리트 내부 공극에 분포하는 모습(b)을 나타내고 있다. 이러한 더블 캡슐은 내부에 투입되는 자기치유 환 응집체의 종류에 따라 3가지 타입, 즉, 무기계 더블 캡슐, 박테리아 더블 캡슐 및 하이브리드 더블 캡슐로 분류할 수 있으며(도 3 참조), 하기 표 2에서는 자기치유 더블 캡슐(내부 부피 0.5 내지 1 ㎖)의 조성예를 나타내었고, 도 4에서는 제작된 자기치유 더블 캡슐의 모습을 나타내었다.Accordingly, when the outer capsule is added to the mortar mix, the outer capsule is dissolved, allowing the inner material to be distributed into the internal pores of the cross-sectional repair material without damaging the surface. In Figure 2, when capsules with internal materials are mixed with a mortar mix with a unit quantity of 160 kg/㎥ and a flow (a) of 150 mm, the outer capsule is dissolved at 1 day after curing, and the internal materials are removed without surface damage. It shows distribution in the internal voids of concrete (b). These double capsules can be classified into three types, namely, inorganic double capsules, bacterial double capsules, and hybrid double capsules, depending on the type of self-healing ring aggregate introduced therein (see Figure 3), and in Table 2 below, the self-healing ring aggregates are classified into three types. A composition example of a double capsule (internal volume 0.5 to 1 ml) is shown, and Figure 4 shows the self-healing double capsule produced.
무기계 더블 캡슐의 경우 외피 캡슐 내부에 1 mm 이하의 입경으로 제작된 무기계 자기치유 환을 0.3 내지 0.45 g 투입할 수 있다. 또한 박테리아 더블 캡슐의 경우 외피 캡슐 내부에 1 mm 이하의 입경으로 제작된 생체광물 형성 박테리아 기반 자기치유 환을 0.25 내지 0.4 g 투입할 수 있다. 또한 하이브리드 더블 캡슐의 경우 외피 캡슐 내부로 무기계 환 및 박테리아 기반 환이 혼합 투입되며, 그 투입 중량은 각각 0.15 내지 0.22 g 및 0.13 내지 0.2 g일 수 있다. 하이브리드 더블 캡슐의 경우 보수단면 균열 발생 부위에서 무기계 재료의 수화 반응에 의한 균열치유와 박테리아의 생체광물 형성 작용을 통한 균열치유 효과를 동시에 기대할 수 있다.In the case of an inorganic double capsule, 0.3 to 0.45 g of an inorganic self-healing ring made with a particle diameter of 1 mm or less can be injected into the outer capsule. Additionally, in the case of a bacterial double capsule, 0.25 to 0.4 g of a self-healing ring based on biomineral-forming bacteria manufactured with a particle size of 1 mm or less can be injected into the outer capsule. Additionally, in the case of a hybrid double capsule, an inorganic ring and a bacteria-based ring are mixed and added into the outer capsule, and the added weight may be 0.15 to 0.22 g and 0.13 to 0.2 g, respectively. In the case of hybrid double capsules, the crack healing effect can be expected simultaneously through the hydration reaction of the inorganic material at the crack occurrence area of the repair section and the crack healing effect through the biomineral formation action of bacteria.
균열 치유 환 기반의 자기치유 단면 보수재Crack healing ring-based self-healing cross-sectional repair material
균열 자기치유 환을 포함하는 자기치유 단면 보수재는 기존 구제와의 일체성, 시공성 등을 고려하여 개발된 혼합물로서, 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 미분말 및 폴리머 분말이 이용된다. 각 재료의 조성 비율은 1종 보통포틀랜드 시멘트 25 내지 40 중량%, 플라이애시 15 내지 25 중량% 및 고로슬래그 35 내지 50 중량%이다. 추가로, 단면 보수재의 탄산화 저항성 향상을 위해 소성준설토를 보수 모르타르 결합재 중에 1 내지 10 중량% 첨가할 수 있다. 소성준설토로서 바람직하게는 400 내지 600℃에서 약 0.5 내지 2.5시간 소성시킨 후 밀링 과정을 통해 비표면적이 3,500 내지 5,500 ㎠/g으로 제조된 것이 사용될 수 있다. 소성준설토의 혼합은 신축 이음재(보수단면)에서 시멘트의 경화 과정에서 발생하는 수산화칼슘을 보다 치밀한 미세구조를 이루는 C-S-H 형성의 포졸란 반응으로 소비할 수 있게 하며, 이는 신축 이음재와 콘크리트 계면의 모세관 공극을 감소시켜 보다 치밀한 구조를 이루도록 한다. 결과적으로, 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성하는 수산화칼슘의 탄산화 현상 저해와 함께, 모세관공극 감소에 의한 보수재 심부로의 수분 및 이산화탄소 등의 유입을 저해시킬 수 있다.The self-healing cross-sectional repair material containing the crack self-healing ring is a mixture developed considering integrity with the existing structure and constructability, and the binder used is one type of ordinary Portland cement, fly ash, blast furnace slag fine powder, and polymer powder. The composition ratio of each material is 25 to 40% by weight of one type of ordinary Portland cement, 15 to 25% by weight of fly ash, and 35 to 50% by weight of blast furnace slag. Additionally, in order to improve the carbonation resistance of the cross-sectional repair material, 1 to 10% by weight of calcined dredged soil may be added to the repair mortar binder. Preferably, the plastic dredged soil is calcined at 400 to 600°C for about 0.5 to 2.5 hours and then manufactured to have a specific surface area of 3,500 to 5,500 cm2/g through a milling process. Mixing the plastic dredged soil allows calcium hydroxide generated during the hardening process of cement in the expansion joint (repair section) to be consumed through a pozzolanic reaction to form C-S-H forming a more dense microstructure, which reduces the capillary voids at the interface between the expansion joint and concrete. to achieve a more dense structure. As a result, the carbonation phenomenon of calcium hydroxide, which reacts with carbon dioxide in the air to form calcium carbonate, is inhibited, and the inflow of moisture and carbon dioxide into the deep part of the repair material by reducing capillary pores can be inhibited.
추가로, 탄산화 방지를 위한 재료로서 순도 98% 이상의 탄산나트륨(Na2CO3) 분말을 보수 모르타르 결합재 중에 1 내지 3 중량% 첨가할 수 있다. 탄산나트륨(Na2CO3)의 첨가는 시멘트의 클링커 광물인 C3S와 C2S의 반응을 촉진시켜, 경화 초기 경화체의 미세구조를 보다 치밀하게 하고 조기 강도 발현 증진의 효과를 부여한다. 그리고 C3A의 반응 또한 가속화시킴에 따라 팽창성 수화물인 에트린자이트 및 AFt(Al2O3-Fe2O3-tri)의 생성을 촉진하여 시멘트 경화체 내부구조를 더욱 치밀하게 한다. 결과적으로 내부구조가 보다 치밀해진 경화체 내부로의 이산화탄소 침투는 크게 감소될 수 있다.Additionally, as a material to prevent carbonation, 1 to 3% by weight of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) powder with a purity of 98% or more may be added to the repair mortar binder. The addition of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) promotes the reaction between C 3 S and C 2 S, clinker minerals of cement, making the microstructure of the hardened body more dense in the early stage of hardening and providing the effect of enhancing early strength development. In addition, by accelerating the reaction of C 3 A, the formation of ettringite and AFt (Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 -tri), which are expandable hydrates, is promoted and the internal structure of the cement hardening body becomes more dense. As a result, carbon dioxide penetration into the hardened body, which has a more dense internal structure, can be greatly reduced.
또한 추가로 단면 보수 부위로 침투 가능한 염화물에 의한 열화를 방지하기 위해 인산나트륨(Na2HPO4) 또는 아질산나트륨(NaNO2)을 1 내지 3 중량% 첨가할 수 있다. 아질산나트륨을 혼합하는 경우 시멘트 수화물의 Afm 상과 NO2 이온의 반응으로 인하여 아질산염-AFm 상을 형성하며, 이는 신축 이음재 뿐만 아니라 이음 타설되는 콘크리트와의 계면 사이 기공을 감소시켜 염화물 이온이 보수재 내부로 침투되는 것을 저해시킨다. 또한 NO2 이온은 콘크리트 내부에 설치된 철근에서 부식인자인 염소이온(Cl-)과 경쟁적으로 반응으로 이루어, 하기 수학식 1과 같이 철 이온과 반 응시 안정적인 부동태 피막인 γ-FeOOH를 형성하여 철근 부식을 저해한다.In addition, 1 to 3% by weight of sodium phosphate (Na 2 HPO 4 ) or sodium nitrite (NaNO 2 ) may be added to prevent deterioration due to chloride that may penetrate into the cross-section repair area. When mixing sodium nitrite, a nitrite-AFm phase is formed due to the reaction between the Afm phase of the cement hydrate and the NO 2 ion. This reduces the pores between the expansion joint as well as the interface with the concrete being poured, allowing chloride ions to enter the interior of the repair material. It inhibits penetration. In addition, NO 2 ions react competitively with chloride ions (Cl - ), a corrosion factor, in the rebar installed inside the concrete, forming γ-FeOOH, a stable passive film that reacts with iron ions as shown in Equation 1 below, thereby corroding the rebar. hinders.
[수학식 1][Equation 1]
인산염을 혼합하는 경우에는 하기 수학식 2와 같이, 인산염 이온과 철(Ⅲ) 이온 사이의 반응으로 형성되는 스트렝자이트(strengite) 또는 제2철 인산염 보호층의 형성으로 철근의 부식을 보호할 수 있다. 용해-침전 메커니즘을 통해 형성된 인산염이 점차적으로 인산염 제2철로 산화되고, 전도성이 매우 낮은 제2철 인산염(FePO4)은 철근 외부에 얇은 층을 형성하여 산소의 확산을 느리게 하고 금속막 계면에서 추가 산화 과정을 저해한다.When mixing phosphate, corrosion of the reinforcing bar is protected by the formation of a strengite or ferric phosphate protective layer formed by the reaction between phosphate ions and iron (III) ions, as shown in Equation 2 below. You can. Phosphate formed through a dissolution-precipitation mechanism is gradually oxidized to ferric phosphate, and ferric phosphate (FePO 4 ), which has very low conductivity, forms a thin layer on the outside of the rebar, slowing the diffusion of oxygen and adding it at the metal film interface. Inhibits oxidation processes.
[수학식 2][Equation 2]
한편, 폴리머 분말의 경우 자기치유 보수재의 접착성능 향상을 위해 EVA계 재료가 이용될 수 있고, 보수 모르타르 결합재 중에 2 내지 5 중량% 함량으로 혼합될 수 있다. 또한 보수재의 팽창, 수축 등의 변형을 방지하기 위한 재료로서 폴리에틸렌 섬유(평균 직경 100 내지 150 ㎛, 바람직하게는 110 내지 130 ㎛)를 전체 보수재 100 부피부에 대하여 0.1 내지 0.2 부피부가 되도록 혼합할 수 있다. 잔골재는 규사(silica sand)가 이용되 수 있고, 예컨대, 0.05 내지 0.17 mm, 0.17 내지 0.25 mm 및 0.25 내지 0.7 mm의 입경을 갖는 재료를 1 : 0.8 내지 1.2 : 0.8 내지 1.2의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 잔골재-결합재비(sand to binder ratio, S/B)는 1.5 내지 2.5일 수 있고, 바람직하게는 1.8 내지 2.2일 수 있다. 균열 자기치유 환은 보수재가 적용되는 구조물의 특성 및 환경을 고려하여 전술한 재료들이 단독 또는 복합적으로 사용될 수 있다. 자기치유 환은 골재 부피의 2 내지 15 부피%로 치환하여 혼합될 수 있다.Meanwhile, in the case of polymer powder, EVA-based materials can be used to improve the adhesive performance of self-healing repair materials, and can be mixed in a content of 2 to 5% by weight in the repair mortar binder. In addition, as a material to prevent deformation such as expansion and contraction of the repair material, polyethylene fibers (average diameter 100 to 150 ㎛, preferably 110 to 130 ㎛) can be mixed in an amount of 0.1 to 0.2 parts by volume based on 100 parts by volume of the total repair material. there is. The fine aggregate may be silica sand, and for example, materials having particle diameters of 0.05 to 0.17 mm, 0.17 to 0.25 mm, and 0.25 to 0.7 mm may be mixed at a weight ratio of 1:0.8 to 1.2:0.8 to 1.2. You can. At this time, the fine aggregate-binder ratio (S/B) may be 1.5 to 2.5, and preferably 1.8 to 2.2. The self-healing crack ring can be made of the above-mentioned materials alone or in combination, taking into account the characteristics and environment of the structure to which the repair material is applied. Self-healing rings can be mixed by replacing 2 to 15% by volume of the aggregate volume.
균열 치유 환 기반 자기치유 단면 보수재의 제조예Manufacturing example of crack healing ring-based self-healing cross-sectional repair material
1종 보통포틀랜드 시멘트 30 중량부, 플라이애시 20 중량부, 고로슬래그 40 중량부, 소성준설토 3 중량부, 탄산나트륨이 2 중량부, 아질산나트륨 2 중량부 및 EVA계 폴리머 3 중량부 조성으로 결합재를 준비하고, 폴리에틸렌 섬유(평균 직경 120 ㎛)를 전체 보수재 100 부피부에 대하여 0.15 부피부가 되도록 준비하고, 잔골재로서 규사(평균 입경 0.05 mm 내지 0.7 mm)를 잔골재-결합재비(sand to binder ratio, S/B)가 2 중량비가 되도록 하고, 물-결합재비(water to binder ratio, W/B)가 30 중량%(25 내지 38 중량%에서 선택 가능)가 되도록 배합하여 자기치유 단면 보수재를 제조하였다.Prepare a binder with the following composition: 30 parts by weight of type 1 ordinary Portland cement, 20 parts by weight of fly ash, 40 parts by weight of blast furnace slag, 3 parts by weight of calcined dredged soil, 2 parts by weight of sodium carbonate, 2 parts by weight of sodium nitrite, and 3 parts by weight of EVA-based polymer. Then, polyethylene fibers (average diameter 120 ㎛) were prepared in an amount of 0.15 parts by volume based on 100 parts by volume of the total repair material, and silica sand (average particle diameter 0.05 mm to 0.7 mm) was used as fine aggregate at a sand to binder ratio (S/). A self-healing cross-sectional repair material was prepared by mixing B) so that the weight ratio was 2 and the water to binder ratio (W/B) was 30% by weight (selectable from 25 to 38% by weight).
균열 자기치유 환은 단면 보수재의 골재 대비 5 부피% 의 혼합 비율로 첨가하고, 믹서기로 혼합하여 최종 단면 보수재를 제조하였다. 균열치유 환 기반 자기치유 단면 보수재의 배합상세는 하기 표 3에 나타내었다. 이때 균열 자기치유 환의 치환량은 보수재 제작의 목표 성능 또는 시공자의 결정에 따라 각각 골재 대비 2 내지 15 부피%로 다양하게 변화시킬 수 있다.The self-healing crack ring was added at a mixing ratio of 5% by volume compared to the aggregate of the cross-section repair material, and mixed in a mixer to prepare the final cross-section repair material. The formulation details of the crack healing ring-based self-healing cross-sectional repair material are shown in Table 3 below. At this time, the replacement amount of the crack self-healing ring can be varied from 2 to 15% by volume relative to the aggregate, depending on the target performance of the repair material production or the decision of the constructor.
균열 치유 환 기반 자기치유 단면 보수재의 균열 치유 성능 평가Evaluation of crack healing performance of crack healing ring-based self-healing cross-sectional repair material
상기 제조된 단면 보수재에 대하여 시험규격에 따른 성능평가를 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 표 4에서 일반보수재는 균열치유 환을 혼합하지 않은 경우로서, 비교 평가를 위해 그 결과를 함께 나타내었다.Performance evaluation was conducted on the manufactured cross-sectional repair material according to test standards, and the results are shown in Table 4 below. In Table 4, the general repair material is a case where the crack healing ring is not mixed, and the results are shown together for comparative evaluation.
표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 단면 보수재는 탄산화 및 염해저항성이 향상된 균열 자기치유 보수 모르타르로서, 이러한 자기치유 단면 보수재는 노후 구조물의 단면 복구를 위해 활용되는 일반적인 보수재의 품질성능(KS F 4042)에 비해 모든 항목에서 동등 이상의 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 고흡수성 섬유기반 환을 혼합한 자기치유 보수재의 물 흡수계수 및 습기 투과성의 경우 일반 보수재의 값에 비해 각각 64% 및 56% 감소된 것으로 나타났다. 또한 동일 배합에서 중성화 깊이가 일반 보수재 대비 1/3 수준이며, 염화물 이온 침투 저항성은 일반 보수재 대비 1/2 수준이다. 결과적으로 균열치유 환을 혼합한 자기치유 보수 모르타르의 품질 성능은 균열치유 환의 종류에 관계없이 KS F 4042에서 요구하는 품질기준 성능을 만족한다.한편, 상기 제조된 단면 보수재 시편에 0.3 mm 폭의 할렬 균열을 유도하여 정수위 투수 시험을 통해 균열 치유 성능을 평가하고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다. 균열이 유도된 모르타르 시험편의 균열 치유율은 균열 유도 후 초기 유출수량 대비 감소하는 재령별 유출수량의 평가 결과를 바탕으로 산정하였다. Referring to Table 4, the cross-sectional repair material according to the present invention is a crack self-healing repair mortar with improved carbonation and salt damage resistance. This self-healing cross-sectional repair material has the quality performance of general repair materials used for cross-sectional restoration of aged structures (KS F 4042 ), it can be seen that it shows equal or better performance in all items. The water absorption coefficient and moisture permeability of the self-healing repair material mixed with highly absorbent fiber-based rings were found to be reduced by 64% and 56%, respectively, compared to the values of general repair materials. In addition, in the same mix, the neutralization depth is 1/3 that of general repair materials, and the chloride ion penetration resistance is 1/2 that of general repair materials. As a result, the quality performance of the self-healing repair mortar mixed with the crack healing ring satisfies the quality standard performance required by KS F 4042 regardless of the type of the crack healing ring. Meanwhile, a 0.3 mm wide split was formed on the manufactured cross-section repair material specimen. Cracks were induced and crack healing performance was evaluated through a hydrostatic water permeability test, and the results are shown in Figures 5 and 6. The crack healing rate of the crack-induced mortar test piece was calculated based on the evaluation results of the amount of runoff by age that decreases compared to the initial runoff amount after crack induction.
도 5를 참조하면, 일반 보수재는 재령 56일에서의 균열 치유율이 51%인 반면, 균열 치유 환 기반 자기치유 단면 보수재의 경우 재령 56일에서의 균열 치유율은 균열치유 환의 종류에 관계없이 모든 시험체가 90%를 상회하였다. 섬유기반 자기치유 환을 혼합한 자기치유 단면 보수재의 재령 56일 균열 치유율은 93%로 가장 높은 것으로 나타났다.Referring to Figure 5, the crack healing rate at 56 days for the general repair material is 51%, while the crack healing rate at 56 days for the crack healing ring-based self-healing cross-sectional repair material is 51% for all test specimens regardless of the type of crack healing ring. It exceeded 90%. The self-healing cross-sectional repair material mixed with fiber-based self-healing pills showed the highest crack healing rate at 93% at 56 days.
또한 도 6을 참조하면, 균열이 유도된 시험체 표면에 대한 균열 치유 환으로부터 형성된 수화물의 광학 현미경 촬영 이미지와 미세구조 분석 결과로서, 균열 치유율이 가장 높게 나타난 섬유 기반 균열치유 환을 혼합한 단면 보수재 및 일반 보수재를 분석한 결과, 균열 유도면에 자기치유 단면 보수재에 의해 형성되는 투명한 백색의 균열 치유 수화물이 형성됨을 확인할 수 있다.Also, referring to FIG. 6, as a result of optical microscopy images and microstructure analysis of the hydrate formed from the crack healing ring on the surface of the test specimen where the crack was induced, the cross-sectional repair material mixed with the fiber-based crack healing ring showing the highest crack healing rate and As a result of analyzing general repair materials, it was confirmed that a transparent white crack healing hydrate formed by the self-healing cross-section repair material was formed on the crack induction surface.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. The description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing its technical spirit or essential features.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. must be interpreted.
Claims (4)
상기 단면 보수재 배합에 사용되는 보수 모르타르 결합재는, 1종 보통포틀랜드 시멘트 25 내지 40 중량%, 플라이애시 15 내지 25 중량%, 고로슬래그 35 내지 50 중량%, 소성준설토 1 내지 10 중량%, 탄산나트륨 1 내지 3 중량%, 아질산나트륨 또는 인산나트륨 1 내지 3 중량% 및 EVA계 폴리머 2 내지 5 중량%를 포함하고,
상기 생체광물 형성 박테리아 기반 환(丸) 응집체는 고로슬래그 미분말 또는 플라이애시 52 내지 68 중량%, 수산화칼슘 미분말 3 내지 12 중량%, 생체광물 형성능을 갖는 박테리아가 다공체에 고정된 재료 5 내지 15 중량%, 알코올 15 내지 25 중량% 및 급결제 1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A biomineral-forming bacteria-based ring aggregate, a capsule into which the biomineral-forming bacteria-based ring aggregate is added, or a self-healing ring aggregate containing the biomineral-forming bacteria-based ring aggregate coated with a biodegradable membrane. A method of healing cracks through the formation of biominerals when moisture enters cracks in the repaired section, when used in mixing cross-sectional repair materials.
The repair mortar binder used in the cross-section repair material mixing is 25 to 40% by weight of type 1 ordinary Portland cement, 15 to 25% by weight of fly ash, 35 to 50% by weight of blast furnace slag, 1 to 10% by weight of calcined dredged soil, and 1 to 1% by weight of sodium carbonate. 3% by weight, 1 to 3% by weight of sodium nitrite or sodium phosphate and 2 to 5% by weight of EVA-based polymer,
The biomineral-forming bacteria-based ring aggregate includes 52 to 68% by weight of blast furnace slag fine powder or fly ash, 3 to 12% by weight of calcium hydroxide fine powder, 5 to 15% by weight of a material in which bacteria with biomineral forming ability are fixed to a porous body, A method comprising 15 to 25% by weight of alcohol and 1 to 10% by weight of a quick-setting agent.
상기 박테리아는 스핑고박테리움 멀티보룸(Sphingobacteriummultivorum)이고, 상기 알코올은 메틸 알코올이고, 상기 급결제는 규산소다(Na2SiO2ㆍnH2O)인 것을 특징으로 하는 방법.According to paragraph 1,
The method is characterized in that the bacteria is Sphingobacterium multivorum, the alcohol is methyl alcohol, and the quick-setting agent is sodium silicate (Na 2 SiO 2 ㆍnH 2 O).
상기 캡슐 재료는 히프로멜로오스(HPMC) 40 내지 70 중량부 및 정제수 1 내지 5 중량부를 혼합하여 제작되고, 내부 부피가 0.5 내지 2 ㎖이고, 20 내지 40℃에서 수분과 접촉 시 30분 이내에 완전 용해되는 것을 특징으로 하는 방법.According to paragraph 1,
The capsule material is manufactured by mixing 40 to 70 parts by weight of hypromellose (HPMC) and 1 to 5 parts by weight of purified water, has an internal volume of 0.5 to 2 ml, and is completely destroyed within 30 minutes upon contact with moisture at 20 to 40 ° C. A method characterized in that it dissolves.
상기 생분해막 코팅 재료는 히프로멜로오스(HPMC) 70 내지 100 중량부, 정제수 1 내지 5 중량부 및 메틸알코올 50 내지 100 중량부를 혼합하여 제작된 것을 특징으로 하는 방법.According to paragraph 1,
The biodegradable membrane coating material is characterized in that it is produced by mixing 70 to 100 parts by weight of hypromellose (HPMC), 1 to 5 parts by weight of purified water, and 50 to 100 parts by weight of methyl alcohol.
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