KR102624647B1 - 동해, 염해 복합 열화 대응을 위한 알루미나 시멘트 함유 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 공법 - Google Patents

동해, 염해 복합 열화 대응을 위한 알루미나 시멘트 함유 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동해, 염해 복합 열화 대응을 위한 알루미나 시멘트 함유 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 동해 및 염해에 대한 열화 지연 성능이 우수하고 내구성과 접착 강도를 향상시킨 모르타르 재료를 이용하여 보수 시공함으로써 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 강도 및 내구성 향상이 가능함에 따라 보수공사의 장기 내구성이 증대될 수 있는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법에 관한 것이다.

Description

동해, 염해 복합 열화 대응을 위한 알루미나 시멘트 함유 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 공법{Mortar composition containing alumina cement for responding to combined deterioration of frozen damage and salt damage and structure repair method using the same}
본 발명은 동해, 염해 복합 열화 대응을 위한 알루미나 시멘트 함유 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 동해 및 염해에 대한 열화 지연 성능이 우수하고 내구성과 접착 강도를 향상시킨 모르타르 재료를 이용하여 보수 시공함으로써 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 강도 및 내구성 향상이 가능함에 따라 보수공사의 장기 내구성이 증대될 수 있는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법에 관한 것이다.
콘크리트 도로나 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 부식 팽창 등으로 콘크리트가 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 파손이나 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
특히, 최근 해양 환경 하에서 염화물 이온의 침투로 인한 염해, 대기 중의 이산화탄소와 화학적 반응을 일으켜 생기는 탄산화와 같은 열화작용과 하수관거 및 산도가 높은 환경에서의 산 침식의 관심이 증가하고 있다. 그 이유로 높은 보수비용과 부식이 폭 넓게 발생하고 있기 때문이다.
예를 들면, 최근 우리나라는 유지보수 비용으로 약 24조원이 지출되고 있는데, 그 중에서 대략 10% 정도가 열화와 부식에 대한 보수비용으로 사용되고 있다(한국건설기술연구원, 2002). 미국에서 직접적인 염분 침투로 인한 염해와 열화작용으로 인해 보수비용으로 50억 달러 정도 투입하고 있고(Federal Highway Administration, 2001), 영국 정부는 7.5억 파운드 정도로 평가하고 있다(BRE Centre for Concrete Construction, 2001)으며, 일본의 경우는 염해와 열화에 의한 손실액이 연간 GNP의 1.8%에 이르고 있다(Committee on Cost of Corrosion in Japan, 2007).
염해와 열화 현상은 콘크리트내의 내구성 저하를 일으켜 구조물의 내구수명을 단축시키는 주요 요인이다.
근래에 들어 구조물의 충분한 내구 수명을 확보하기 위하여 콘크리트 타설 시 부식장지용 방청제를 혼입한다거나, 콘크리트 표면에 고분자화합물을 이용한 코팅, 또는 처음부터 전기화학적 방식을 설치함으로써 염화물의 침투를 근본적으로 방지하는 방법과 고로슬래그 (Ground granulated blast furnace slag : GGBS), 플라이애시 (Pulverised fuel ash : PFA) 또는 실리카 흄 (Silica fume : SF)등의 포졸란 계열의 미분말을 일정부분 시멘트 대신 대체하여 사용하고 있다.
이런 염해에 대한 구조물의 내구 수명 확보를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 성공적인 사례들도 보고된 바 있다(송하원 등, 2005; Bamforth, 1999).
해양환경에 존재하는 열화인자로는 염소이온과 황산이온이 대부분을 차지하고 있으며, 내구 수명 증진을 위해 여러 연구가 진행되고 있다. 그러나 내화학성 시멘트로 개발된 알루미나 시멘트는 두 열화인자에 대해 강한 저항성을 가지고 있음에도 불구하고(Concrete Society Technical Report 46, 1997), 상대적으로 다른 시멘트들에 비해 경제적 측면에서 고가여서 토목 구조물 공사와 같은 대형 공사에서는 사용성이 적어 특수 공사나 긴급공사에서만 사용되고 있는 실정이다. 그리고 알루미나 시멘트(High Alumina Cement)의 경우 황산염 침투나 염화물 침투에 대한 연구는 시멘트 자체의 화학적 반응성에 대한 연구만 이루어져서, 해양 환경과 산에 대한 환경에서 실제 구조물의 열화인자들이 침투하여 발생되는 피해에 대한 연구는 부족한 것이 현실이다.
종래의 보수재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공 시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
예로서, 대한민국 공개특허 제10-2006-0079447호에서는 CSA(Calcium sulfoaluminate)와 소정의 고미분말 결합재를 첨가하여 모르타르 조성물을 제조하는 방법을 제안하였다. 그러나, 상기 재료를 이용하여 제조된 모르타르 조성물은 고가의 아윈(Hauyne)계 시멘트를 사용하므로 시공 단가의 상승을 유발하고 초기 응결 시간 및 강도 면에서 충분한 결과를 얻지 못하였다.
또한, 기존의 보수 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소 및 수분에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 보수 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 동해 및 염해에 대한 열화 지연 성능이 우수하고 내구성과 접착 강도를 향상시킨 모르타르 재료를 이용하여 보수 시공함으로써 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 강도 및 내구성 향상이 가능함에 따라 보수공사의 장기 내구성이 증대될 수 있는 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 재료 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는
일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 알루미나 시멘트(CAC), 비정질 칼슘알루미네이트(ACA) 및 무수석고(AG)를 포함하는 결합재 성분 30~50 중량부;
플라이애시, 고로 슬래그 미분말 및 실리카퓸의 혼합물로 이루어진 혼화재 성분 0.1~10 중량부;
수산화칼슘 나노 패각 추출물과 이산화탄소의 반응에 의해 형성된 탄산칼슘 나노 미분말 성분 0.1~5 중량부;
분말 수지, 섬유 및 내구성 강화제를 포함하는 첨가제 성분 0.1~5 중량부 및
잔골재 30~70 중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 결합재는 일반 포틀랜트 시멘트 20~60 중량%, 알루미나 시멘트 10~30 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 10~30 중량% 및 무수석고 20~40 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 혼화재는 플라이애시 20~40 중량부, 고로슬래그 미분말 20~50 중량부, 실리카퓸 20~40 중량부의 비율로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 첨가제 성분은 분말 수지 40~80 중량부, 섬유 1~50 중량부 및 내구성 강화제 1~30 중량부의 비율로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내구성 강화제는 에틸렌-비닐아세테이트 수지액 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부, 활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 수지액은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA) 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 트리에틸포스페이트 0.01~0.5 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 20~40 중량부의 비율로 포함하며, 폴리글리시딜 에테르에 아민 및 폴리프로필렌 글리콜을 혼합하여 얻어진 반응생성물 0.1~5 중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1 내지 5 중량부, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1 내지 5 중량부, 에폭시계 바인더 수지 0.1 내지 10 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1 내지 5 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는
치핑 및 고압수 세척을 통해 바탕면을 정리하는 제 1 단계;
바탕면이 정리된 상태에서 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포하는 제 2 단계;
철근방청제가 도포된 면에 프라이머를 도포하는 제 3 단계; 및
프라이머가 도포된 면에 본 발명에 따른 상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 충진하고 경화하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 콘크리트 구조물 보수 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프라이머가 시공된 콘크리트 구조물에 탄성 와이어 메쉬, 탄성 패드, 탄성봉 중에서 선택되는 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 4 단계 이후, 상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물의 충진 및 경화가 수행된 외부면에 표면보호용 코팅제 또는 중성화 방지제를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표면호보용 코팅제는 수산화칼슘 나노 패각 추출물과 불소화된 그래핀 섬유를 함유하며, 차열 분말을 포함하여 구성되는 코팅제를 사용하여 스트라입 붓 도장 방식으로 도장한 후 이어서 분사 방식으로 도포를 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중성화 방지제의 도포 전에 평균 입자 사이즈가 7㎛~8㎛인 고형분이 20~40중량%이고 비중이 0.9~1.1인 반투명의 액상으로 이루어진 실리콘계 아크릴 폴리머 액상 프라이머를 중성화 방지제의 프라이머로 사용하여 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중성화 방지제는 망상구조를 갖는 아크릴 액상 20~30 중량부, 탄산칼슘 50~70 중량부, 물 5~20 중량부, 안료 1~5 중량부, 증점제 0.5~2.0 중량부로 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법에 따르면, 일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 알루미나 시멘트(CAC), 비정질 칼슘알루미네이트(ACA) 및 무수석고(AG)를 포함하는 결합재 조성물을 사용하고, 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 실리카퓸을 포함하는 혼화재를 첨가하여 친환경성, 균열저항성 향상, 내산성향상, 부착성향상, 인장강도 및 내구성 향상, 동결융해 저항성 향상의 효과를 볼 수 있다.
또한, 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 구조물의 보수 효과가 뛰어나다.
또한, 피도물인 콘크리트 구조물의 중성화 방지에 탁월하며, 내마모성이 우수하여 구조물의 수명 연장 효과가 우수한 동시에, 중성화방지, 염해방지 및 중방식 기능 등 화학적 성능이 우수하며 내구성이 우수하여 이를 통한 유지 보수 절감 효과를 볼 수 있으며 화학 약품 냄새가 없어 밀폐된 공간이나 공공장소에서도 시공이 가능하여 안전성 및 친환경성이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 저점도 형상으로 각종 무기물, 시멘트, 쇄석, 규사 등과 혼합으로부터 원활한 상용성과 적정한 슬럼프의 유지가 가능하여 콘크리트 구조물의 보수 시공에서 타설이 매우 용이하며, 균일성, 수밀성의 증대로 보다 안정적인 고강도 기능을 발휘할 수 있다.
이하, 본 발명에 관하여 바람직한 실시예를 참조하여 설명할 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 결합재, 혼화재, 탄산칼슘 나노 미분말, 첨가제 및 잔골재를 포함하여 구성된다.
구체적으로는 상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 결합재 30~50 중량부, 혼화재 0.1~10 중량부, 탄산칼슘 나노 미분말 0.1~5 중량부, 첨가제 0.1~5 중량부 및 잔골재 30~70 중량부의 비율로 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재는 일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 알루미나 시멘트(CAC), 비정질 칼슘알루미네이트(ACA) 및 무수석고(AG)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 일반 포틀랜트 시멘트(OPC)는 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 알루미나 시멘트는 보크사이트, 석회석, 점토 등이 주성분이 혼합물을 반사로, 전기로 또는 회전식가마에서 약 1,500℃에서 1,600℃의 고열의 온도로 융해하여 얻어지는 것으로 가장 큰 특징은 빠른 경화성을 갖는 특징이 있다. 구체적으로 상기 알루미나 시멘트는 약 35~40%의 석회, 40~50%의 알루미나, 15% 이하의 산화철, 6% 이하의 무수규산을 포함하며, 주된 삼탄화합물은 CaO·Al2O3이다.
알루미나 시멘트는 황산염에 대한 내화학적 특성을 갖는 시멘트를 찾으려는 연구에서 개발된 것으로 프랑스의 Lafarge사의 J.Bied가 1908년에 특허를 얻었다. 이 시멘트는 석회석과 bauxite를 코크스와 함께 용융하여 만들어져 Cement Foudu라 불리었다. 또한 알루미나 시멘트는 CaO와 Al2O3을 주요 성분으로 하고 있으며 그 조성 광물은 5성분상평형 (CaO-Al2O3-Fe2O3-FeO-SiO2)으로 정해진다.
알루미나 시멘트의 주된 수경성 화합물은 mono-calcium aluminate(CA)이며 CA외에 C12A7을 소량 함유하고 알루미나 성분이 많아짐에 따라 CA2, CA6 혹은 α-Al2O3도 함유하고 그 외에 천연원료 중에 존재하고 있는 SiO2, Fe2O3, MgO, TiO2 등의 성분에 의하여 β-C2S, C2AS, ferrite(C2F-C6A2F 고용체)도 함유할 수 있고 결정화가 불완전하면 유리상도 있을 수 있다.
알루미나 시멘트는 화학적 저항성 외에도 조강성과 내화성을 갖고 있으며 보통포틀랜드 시멘트의 28일 강도가 24시간이면 발현되어 한때 one day cement라고 불리기도 할 정도의 조강성 시멘트로서 애용되기도 하였으나 현재는 주로 적절한 내화골재와 혼합하여 내화 castable을 만드는 등 내화 시멘트로서 쓰이고 있다. 더불어 산, 염류, 해수 등의 화학적 침식에 대한 저항성이 높은 특징을 갖는다.
따라서 알루미나 시멘트는 염해가 있는 항만, 방파제, 암모니아가스가 충만한 목장, 수분이 존재하고 미생물 서식이 왕성한 터널 등에서 많이 사용된다.
알루미나 시멘트의 수화 및 수화 생성물은 알루미나 시멘트를 구성하는 광물 중에서 CA와 C12A는 수화가 빠르나 CA2는 매우 느리다.
알루미나 시멘트는 초기 수화과정에서 저온이나 상온에서는 CAH10과 C2AH8 같은 불안정한 상이 생성되어 주로 고온에서 생성되는 C3AH6상으로 더디게 변환된다. 이때, 온도의 영향이 매우 중요한 역할을 하게 되는데, 5℃에서 변환과정은 수년이 걸리는 과정이 50℃이상에서는 빠르게 변화된다.
알루미나 시멘트는 매우 빠르게 강도 증진을 시키는 주요한 성질을 가지고 있다. 특히, 타설 24시간 내에 최종강도의 80%를 얻을 수 있는 성질을 가지고 있다. 높은 강도를 얻는 것은 빠른 수화에 의해 얻게 되는 것인데, 이것은 높은 수화열을 발생시킨다는 의미이기도 하다. 알루미나 시멘트는 수화열이 시간당 38J/g 발생시키는 반면에, 초속경 포틀랜드 시멘트는 시간당 15J/g로 알루미나 시멘트의 절반 정도의 수화열을 발생시킨다. 그러나 총 수화열은 두 종류의 시멘트가 많은 차이를 가지지는 않는다. 이것은 응결속도와 시멘트가 굳는 속도는 관계가 없다는 것을 의미한다. 실제로 알루미나 시멘트의 경우 초기 응결은 보통포틀랜드시멘트와 별반 차이가 나지 않지만, 최종 응결은 2～3시간 정도 빠르게 나타난다. 알루미나 시멘트의 화합물중 C12A7은 매우 빠른 응결속도를 가지지만, CA는 상당히 느린 응결속도를 가진다. 다시 말해서, 시멘트에서 C:A의 비가 높을수록 응결속도는 빠르게 된다. 알루미나 시멘트와 OPC를 혼용하였을 경우, 초급결반응 (Flash set)이 발생하게 된다. OPC양을 적게 사용하였을 때에는 알루미나 시멘트의 CA와 OPC의 석회에 의해서 생성되는 수화물인 C4A에 의해 응결이 빠르게 일어나게 되고, 알루미나 시멘트의 양이 적을 경우에는 보통포틀랜드시멘트의 석고가 수화된 CA와 반응하여 응결이 빠르게 일어나는 특성이 있다.
본 발명의 결합재에 포함되는 상기 비정질 칼슘알루미네이트(ACA)는 일본에서 1960년대부터 강알칼리의 액상형 급결제를 사용해 왔으며 그 후 C12A7계 광물계의 분말형 급결제가 개발되어 1980년대부터 분말형 급결제에 대한 사용비율이 점점 증가하여 현재에는 90%이상의 현장에서 사용되고 있다. 국내에서도 비정질 C12A7계의 광물계 급결제를 개발하여 2004년부터 사용되기 시작하여 지속적으로 사용 현장이 증가되고 있다. C12A7계 광물계 급결제의 주성분으로는 CaO와 Al2O3의 연속고용체인 칼슘 알루미네이트 광물이 주로 사용되는데 조성비에 따라 다양한 광물 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 따라서 순수한 C12A7 분말을 물과 반응시키면 결정질은 급격한 반응이 일어나서 급속히 응결, 경화되지만 비정질의 경우에는 비교적 반응이 느리게 진행된다.
상기 C12A7이 단독으로 수화할 경우의 수화물은 C2AH8가 주로 생성되기 쉬우며, 이 C12A7을 시멘트에 적당히 배합하면 급결한다. 이 경우 시멘트의 CaO가 C12A7과 반응하여 C2AH8과 C4AHx(X는 19 또는 13)의 혼합물을 생성시키며, 이것은 카드 하우스상 구조를 형성하지만 CaSO4와 공존함으로써 C3Aㆍ3CaSO4ㆍ32H2O의 침상결정을 생성시켜 초기의 강도가 얻어진다. 그러나 급결제로 사용되는 C12A7 분말은 일반 포틀랜드 시멘트와 혼합된 상태에서 Ca2+ 이온 및 SO3 2- 이온과 결합하여 ettringite 침상결정의 수화물을 형성하기 때문에 ettringite의 생성상태에 따라 반응속도가 다르게 되며 순수한 C12A7 분말을 수화시키는 경우와는 반대의 현상이 나타나게 된다.
즉, 결정질의 경우에는 C12A7 입자의 표면에서 ettringite가 급속히 생성되어 입자의 표면을 감싸게 되며, 이 수화물 C12A7층은 입자가 물과 접촉하는 것을 차단하여 C12A7이 녹아나오지 못하게 함으로써 결과적으로 반응을 지연시키게 된다. 반면 비정질 C12A7은 ettringite 수화물이 C12A7입자를 피복하지 않고 광물이 정상적으로 녹아 나오면서 연쇄 반응하게 되는데, 이러한 반응에 의해 입자간 간극이 채워지고 수화물이 결합하게 되면서 급결이 발생하는 것이다. 따라서 결정질을 급결제로 사용하는 경우 응결시간이 수십 분 또는 수 시간에 이루어지는 반면, 비정질의 경우는 수십 초 이내에 응결이 이루어지기 때문에 C12A7계 시멘트 광물 급결제의 성능은 비정질화 정도에 따라 크게 영향을 받는다.
본 발명의 결합재에 포함되는 무수석고(AG)의 주성분은 CaO와 SO3로, 제조방법에 있어서는 이수석고 혹은 반수석고를 고온으로 가열하여 제조하는 방식을 취한다. 석고는 일반적으로 포틀랜드 시멘트 중의 C3A의 급결을 방지하기 위하여 사용되어진다. 20℃에서 최대강도를 얻기 위한 석고의 첨가량은 C3A가 모두 ettringite로 변화하는데 필요한 양의 약 1/4이며, 모노설페이트 C3A·CaSO4·2H2O로 변화하는데 필요한 양의 3/4이다. 특히 외국에서는 최근 AG 첨가에 의한 강도발현에 대한 연구가 다수 진행되고 있으며 슬래그시멘트 및 벨라이트시멘트와 같은 혼합 시멘트에 AG를 치환하고 오토클레이브(Autoclave)양생 및 증기양생에 의해 고강도를 발현하는 사례가 보고되고 있다. 포틀랜드 시멘트에 첨가된 석고는 응결을 완화할 뿐 아니라 단기 강도를 높이고 건조수축을 감소시키며, 화학적 저항성을 향상시키는 등의 효과가 알려져 있다. 또한 C3A으로부터 ettringite를 생성시키는 반응은 실리케이트의 수화 반응에 비하여 효과적으로 물을 고화시킬 수 있기 때문에 매트릭스 내의 결정수를 고정시켜 실질적인 물/시멘트비의 감소효과에 기인할 수 있게 된다.
본 발명에서 결합재의 구체적인 비율은 일반 포틀랜트 시멘트 20~60 중량%, 알루미나 시멘트 10~30 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 10~30 중량% 및 무수석고 20~40 중량%를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 혼화재 성분은 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 실리카퓸을 포함하여 구성될 수 있으며, 구체적으로는 플라이애시 20~40 중량부, 고로슬래그 미분말 20~50 중량부, 실리카퓸 20~40 중량부의 비율로 포함한 것을 사용한다.
본 발명에서 상기 플라이애시는 석탄 화력 발전소의 미분탄 연소 보일러에서 연소 후 전기집진장치에서 포집된 미립자로 현재 산업부산물로 분류되는 미분말이다. 이러한 플라이애쉬는 보통 포틀랜트 시멘트에 비해 비중이 낮고 유리질 구조를 갖기 때문에 유동성 확보가 가능하며 포졸란 반응으로 인해 수화열량 감소, 온도 균열 제어 등의 기능을 한다. 본 발명에서 상기 플라이애쉬의 사용량은 상기 혼화재 성분 중 20~40 중량부의 비율로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 고로슬래그 미분말은 제철소에서 선철을 생산할 때 부산물로 제조되는 것으로서 급냉에 의해 비결정질 상태로 형성되며, 염기도는 16 내지 20 범위에 속한다. 상기 고로슬래그는 일반적으로 CaO 40 내지 50 중량%, MgO 1 내지 10 중량%, Al2O3 10내지 25 중량% 및 SiO2 33내지 38 중량%를 포함하여 이루어진다. 상기 고로슬래그는 비표면적이 보통 4,000 내지 5,000cm2/g 정도인데, 본 발명에서는 보다 반응성을 높이기 위해 볼밀 등을 사용하여 분쇄함으로써 6,000 내지 7,000cm2/g 정도의 비표면적을 가지도록 미분말화하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그 미분말은 물과 접하는 것만으로 자기 촉발적 수화반응을 개시할 수 없는 잠재수경성 물질로서, 슬래그와 물이 접촉하게 되면 슬래그 입자의 표면에 치밀한 불투수성 겔박막이 형성되므로 입자 속까지 물이 침투하는 것이 방해되고 더 이상 반응이 일어나지 못한다. 그러나 알칼리(Ca(OH)2, KOH, NaOH) 및 황산염(CaSO4)등의 자극을 받아 겔박막이 파괴되면서 군도구조의 겔로 변화하고 슬래그로부터 이온의 용출과 불용성 물질이 석출되면서 경화하기 시작하는데, 슬래그를 콘크리트에 활용하게 되면 장기강도 증진, 수밀성 향상, 수화열 억제 및 화학 저항성 향상 등의 효과를 볼 수 있다. 본 발명에서 상기 고로슬래그 미분말의 사용량은 상기 혼화재 성분 중 20~50 중량부의 비율로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카퓸(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 분말성분 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 보수 재료의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, 실리카퓸은 보수 재료의 부착성능을 향상시키는 역할을 하기도 한다. 본 발명에서 상기 실리카퓸의 사용량은 상기 혼화재 성분 중 20~40 중량부의 비율로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 탄산칼슘 나노 미분말 성분은 수산화칼슘 나노 패각 추출물과 이산화탄소의 반응에 의해 형성된 것을 사용한다.
구체적으로, 상기 수산화칼슘 나노 패각 추출물은 공기 중에 존재하는 이산화탄소 또는 외부에서 공급되는 이산화탄소와의 반응에 의해 1차로 탄산칼슘을 형성하고, 상기 형성되는 탄산칼슘은 모르타르 조성물에 혼합되어 사용된다.
본 발명에서 상기 이산화탄소는 공기 중에 존재하는 이산화탄소에 의한 반응은 매우 더디므로 외부에서 이산화탄소를 주입하여 상기 수산화칼슘 나노 패각 추출과의 반응에 의해 탄산칼슘을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 이산화탄소를 이용한 화학반응으로 인해 지구온난화 주범인 이산화탄소를 저감시킬 수 있으므로 환경 친화적인 기술이다.
본 발명에서 상기 수산화칼슘 나노 패각 추출물은 나노화된 수산화칼슘 패각 추출물로서 내열 성능 내지 난연 성능을 부여하여 화재에 대한 저항성을 향상시키는 기능을 하며, 동시에 내구성을 향상시키는 역할도 한다.
패각은 해안 지대에 버려지는 폐기물로서 활용도가 크지 않고 분해가 쉽지 않아 정부로서도 해결이 필요한 산업 폐기물이며, 수거 비용도 날로 증가하고 있는 상황이다.
이와 같이 수거되는 패각은 일부 화장품 용도로 사용되고 있으나 많은 양은 그냥 방치되는 수준에 머물러 있으므로, 이를 자원으로 활용할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 이와 같이 해양에서 수거되는 다량의 패각응ㄹ 토목 및 건축용 재료에 사용할 수 있는 방안을 제시한다.
본 발명에서 상기 수산화칼슘 나노 패각 추출물은 패각을 산 및 알콜에 차례로 침지하고 물에 침지한 상태에서 가열하여 추출물을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 것을 사용한다.
구체적으로, 먼저 패각을 산용액에 침지하고 이어서 알콜용액에 침지하여 외피를 제거한다. 이때 산 농도는 약 50~90중량%의 농도를 사용하는 것이 바람직하고 침지 시간은 약 20~40시간이 적당하다.
또한 알콜로는 메탄올이나 에탄올을 사용할 수 있으며 침지시간은 10~20시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
패각 외피의 제거가 완료되면 이어서 고온으로 가열한다.
패각을 가열하면 분해물이 분리되기 시작하며, 일정 시간 경과 후 분해물을 밀링하고 물에 침지하면 하부에 가라앉는다.
이와 같은 침전물은 수산화칼슘이 약 20~40 중량%로 다량 함유된 침전물로서 패각에서 추출된 바이오 추출물이다.
상기 수산화칼륨 나노 패각 추출물을 수세하고, 여과 및 건조하여 분말로 수득하며, 이를 본 발명에 따른 이산화탄소와의 반응에 의해 탄산칼슘을 형성하는데 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 수산화칼륨 나노 패각 추출물을 사용한 모르타르는 난연성능 및 내화성능이 우수하고, 더불어 내수성, 내화학성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 상기 첨가제 성분은 분말 수지 40~80 중량부, 섬유 1~50 중량부 및 내구성 강화제 1~30 중량부의 비율로 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 분말 수지는 폴리프르필렌 수지 분말을 사용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지는 접착력증대 및 리바운드량을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 폴리프로필렌 수지는 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키는 역할을 하며, 본 발명에 따른 보수 재료의 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘한다. 본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 수지는 중량평균 분자량이 10,000 내지 500,000 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 친환경 섬유 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 보수 재료의 처짐, 방수막 크랙 등의 발생을 방지하고 내열성과 내한성이 우수하도록 할 수 있다. 여기서 섬유는 미세한 그물조직으로 밀실한 조직을 형성하여 콘크리트의 크랙을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 내구성 강화제는 에틸렌-비닐아세테이트 수지액 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부, 활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부의 비율로 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 에틸렌-비닐아세테이트 수지액은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA) 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 트리에틸포스페이트 0.01~0.5 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 20~40 중량부의 비율로 포함하며, 여기에, 폴리글리시딜 에테르에 아민 및 폴리프로필렌 글리콜을 혼합하여 얻어진 반응생성물 0.1~5 중량부를 더 포함하여 구성된 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA)는 외부 폭로조건에서도 우수한 내후성, 내구성, 자외선안정성을 나타내는 특징이 있다.
상기 하이드록실 아크릴레이트 모노머는 가교밀도를 향상시켜 망목상 상태를 증대시키는 역할을 하여 물성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 하이드록실 아크릴레이트 모노머로는 하이드록실 에틸아크릴레이트, 하이드록실 프로필아크릴레이트, 하이드록실 에틸메틸아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르는 산과 글리콜류 화합물의 축합 중합에 의해 형성되는 것으로서, 예를 들어 푸마르산과 디에틸렌글리콜의 반응에 의해 형성되는 산가 18~20mg/KOH의 범위에 드는 것을 사용할 수 있다. 상기 불포화 폴리에스테르는 보수재의 내후성, 내광성, 내스크래치성을 강화하는 역할을 한다.
상기 갈산은 탄닌을 산 또는 알칼리 가수분해하여 얻어지는 페놀카르복시산으로 C7H6O5·H2O의 분자식을 갖는 화합물로서, 표면의 방청, 방수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 금속 양이온은 구체적인 예로서 Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 흑연용매분산액은 인장강도, 압축강도 등 강도 특성을 향상시키는 역할을 하며, 동시에 내식성, 방수성도 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산액은 용매 중에 흑연 입자가 분산된 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 흑연 분말은 비표면적이 약 2,000~3,500 m2/g로 매우 크며, 인장강도가 우수하고 높은 기밀성을 가지므로 내구성도 우수하다.
상기 흑연 분말은 분말도가 너무 커서 사용이 쉽지 않은 문제가 있으므로 용매에 분산시킨 분산액으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산액을 형성하기 위해서는 흑연 분말을 물에 혼합하고 산을 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 함량이 분산액 중에 0.001~20 중량%로 포함된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 산(예: 염산, 시트르산, 아세트산 등)을 가하는 것은 용매 중에 분산성을 향상시키기 위한 것이고, 알칼리(예: NaOH, KOH 등)를 가하는 것은 pH를 중성 영역으로 조절하여 안정성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에서 상기 흑연용매분산액을 형성함에 있어서 용매로는 물을 사용하는 것이 바람직하나, 알코올을 단독 또는 물과 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 알루미늄염화물은 산과 수산화알루미늄의 반응에 의해 형성되는 것으로서, 모르타르 조성물의 내화학성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 트리에틸포스페이트는 혼합 성분들 간의 정전기 발생을 방지하는 역할을 하는 동시에, 열에 대한 저항성을 향상시켜 균열 발생 가능성을 감소시키는 역할을 한다.
상기 분산제는 수지액의 혼합시 액상 내에서 내부 성분을 고르게 분산시켜 균일성을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 비이온 타입의 폴리옥시알킬렌형 계면활성제 또는 음이온 타입의 폴리카르복실염계 계면활성제 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 에틸렌-비닐아세테이트 수지액에는 폴리글리시딜 에테르에 아민 및 폴리프로필렌 글리콜을 혼합하여 얻어진 반응생성물 0.1~5 중량부를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 폴리글리시딜 에테르는 아민 화합물을 혼합하여 공중합되고, 이때, 상기 아민 화합물은 폴리프로필렌 글리콜을 혼합한 것을 사용한다.
상기 아민 화합물로는 폴리옥시프로필렌 디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 디에틸렌 트리아민, 이소포론 디아민, 메타크실렌 디아민, 메타페닐렌 디아민, 디메틸 아민, 디아미노 디페닐 설폰 아민, 디에틸렌 아미노 프로필 아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 글리콜을 함유하는 아민 화합물은 상기 다관능 레진과 만나면 과민반응으로 폭발적 반응을 일으킨다.
본 발명에서는 아민 화합물과 폴리글리시딜 에테르 사이에서 폴리프로필렌 글리콜을 교차 공중합시켜 일정량의 물을 함유한 상태에서도 수화반응 활성화를 가속화시킴으로써 안정적인 경화물을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 폴리프로필렌 글리콜은 중량평균분자량 1000 ~ 10,000인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일정 조건에서 공중합 반응시킴에 의해 얻어지는 반응생성물을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리글리시딜에테르와 아민 화합물은 100: 20~200의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 혼합된 폴리글리시딜에테르와 아민 화합물의 혼합물 중량 100 대비하여 상기 폴리프로필렌 글리콜의 투입량은 0.3~3.0의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 이들을 혼합한 후 공중합 반응은 90~150℃의 온도에서 2~3시간 동안 수행되며, 반응완료 후 숙성시간은 24시간 내외가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 공중합 반응에 의해 상기 폴리글리시딜에테르와 폴리프로필렌 글리콜이 아민의 혼합물과 공중합되는데, 상기 폴리글리시딜에테르의 활성기 당량과 아민의 활성수소 당량이 비대칭적으로 공중합을 형성하는 것으로 생성물은 액상의 상태로 유지된다.
본 발명에서 상기 폴리글리시딜 에테르에 아민 및 폴리프로필렌 글리콜을 혼합하여 얻어진 반응생성물 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 미만이면 물을 함유한 상태에서 수화반응 활성화가 미미하고, 5 중량부를 초과하면 지나친 수화반응 촉진으로 인해 균열을 유도할 수 있으므로 상기 범위로 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 알콕시 실란 가수분해물은 졸-겔 공정을 통해 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고, 이와 같이 얻어진 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣은 후 이를 중합 및 가수분해하여 얻어진 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 메타크릴산 메틸의 함량은 알콕시 실란 함량 100 중량부를 기준으로 0.5~5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1~5 중량부, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1~5 중량부, 에폭시계 바인더 수지 0.1~10 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1~5 중량부의 비율로 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 강화 성분을 모재 콘크리트 구조물 내부로 침투시켜 주는 역할을 함과 동시에 발수성을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~3 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 고형분 함량이 30~40 중량%이고 pH 12~14인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 본 발명에 따른 모르타르 조성물에 사용될 경우 콘크리트의 각종 유해 성분들이 외부로 용출되는 것을 방지하여 환경 오염을 유발하는 것을 방지하는 효과가 있다. 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 에폭시계 바인더 수지는 조성물의 각 성분들 간의 결합력을 증진시키며 콘크리트 내부의 기계적 강도 및 수밀성을 높이는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 에폭시계 바인더 수지의 함량은 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 본 발명에 따른 모르타르 조성물이 도포된 후 표면이 산성 조건에 노출될 경우 내산 특성을 강화시켜 산에 의한 콘크리트의 부식을 방지하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 50~65:35~50의 중량비로 혼합된 혼합물로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 알루미노 실리케이트의 함량이 상기 범위보다 적을 경우에는 강도 저하의 문제가 있으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 보수재(모르타르)의 겉마름 현상으로 인해 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면 내산 강화 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다.
본 발명에서 상기 활성촉진제는 초기 응결 속도를 조절하기 위해 사용되며, 보수재의 기능을 활성화시키고 부착성능을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염을 사용할 수 있고, 그 사용량은 0.5~2 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리튬계 반응촉진제는 응결(종결) 이후 시멘트 수화물이 생성을 촉진하여 강도 발현에 영향을 미치고 미세 공극을 치밀하게 하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬, 산화리튬, 염화리튬, 인산리튬, 질산화리튬, 리튬 실리케이트 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 0.5~1 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 잔골재는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 유동성 및 치밀성을 향상시키기 위함이다.
또한, 본 발명에서 상기 모르타르 조성물은 첨가제로서 팽창제, 고유동화제, 지연제, 증점제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 팽창재는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 도포 후 경화시 수축에 따른 균열을 억제하기 위한 것으로 임계치 미만일 경우에는 팽창효과가 적어 균열억제 효과를 얻을 수 없으며 임계치를 초과할 경우 물성이 저하된다.
이러한 팽창재는 섬유보강재 100 중량부, 무기팽창재 30 내지 65 중량부, 금속분말계 팽창재 3 내지 5 중량부, 안정제 2 내지 3 중량부, 강도증진제 25 내지 35 중량부, 알칼리자극제 15 내지 25 중량부로 이루어진 하이브리드 팽창재를 사용할 수 있다.
즉, 하이브리드 팽창재를 구성하는 무기팽창재는 보수재의 경화 후 수축에 대한 보상 팽창을 하도록 하여 보수재의 경화 후 건조수축이 발생하는 균열을 억제하기 위한 구성이다.
시멘트의 단점인 경화 후 수축을 고려하여 사용되는 구성으로 임계치 미만일 경우 팽창효과가 미미하여 수축균열을 억제하지 못하게 되고, 임계치를 초과할 경우에는 과팽창되어 경화체가 파괴되는 현상이 발생함은 물론 전체적인 물성이 급격하게 저하되는 문제가 발생하게 된다.
그리고 팽창재를 구성하는 섬유보강재는 모르타르의 인장력 증대, 국부적 균열의 생성 및 성장을 억제하면서 역학적 성질을 개선 및 보강하기 위해 이용하는 것으로, 모르타르 내에서 불연속적이며 단상인 섬유질 재료를 분산시켜 사용하게 된다.
이어서, 상기 고유동화제는 예로서 폴리카본산계 고유동화제를 사용할 수 있으며, 상기 폴리카본산계 고유동화제는 보수재의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 하는 역할을 한다.
유동화제로서는 폴리카본산계 외에 멜라민셀폰산계, 나프탈렌셀폰산계, 폴리카본산계, 리그닌슬폰산계 또는 알킬아릴슬폰산계 유동화제를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합 사용이 가능하다.
특히, 유동화제 사용시 응결시간에 영향을 주므로 응결시간 조절제를 적절히 포함하여 사용할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 사용하여 콘크리트 구조물을 보수 시공하는 방법에 관하여 설명한다.
먼저, 보수 보강이 필요한 대상물, 즉 손상된 콘크리트 구조물, 예를 들어 콘크리트 도로나 건축물 등의 바탕면 정리한다(치핑 및 고압수 세척). 보다 구체적으로, 보수면에 대한 전처리 과정으로 보강대상 콘크리트 구조물 표면의 매립용 홈파기 작업으로 표면에 치핑 공정을 수행함으로써, 본 발명에 따른 모르타르 조성물과 기존 구조물을 일체화할 수 있는 공정이므로 정밀한 컷팅 작업을 통하여 홈파기를 진행함으로써, 최적의 접착환경을 조성하여 고품질 시공이 가능하도록 한다. 이를 위해 먼저 시공위치를 확인하고, 그루빙(홈파기) 작업을 수행한 뒤, 고압수 세척(이물질 제거) 공정을 수행하는 것이다.
상기 바탕면 정리 단계 이후, 필요에 따라 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포한다.
보다 구체적으로, 고압수 세척 공정이 완료된 콘크리트 외부로 노출된 철근의 녹을 제거하고, 철근 방청 도료 도포(철근 방청)을 수행하는 것이 바람직하다.
즉, 녹제거형 방청제를 도포하되, 녹제거형 방청제는 주성분이 인산계로 이루어지며, 비중 1.18 내지 1.28, 건조성 1 내지 2시간(15 내지 30℃)의 물성을 갖는 것을 사용하며, 콘크리트 외부로 노출된 철근의 부식된 부분을 중화하여 녹을 추가로 제거하고, 내산성에 의한 철근의 부식을 방지하는 역할을 수행한다.
이후, 필요에 따라 프라이머를 도포한다.
표면처리가 된 보수면에 모르타르 증강효과와 강력한 접착력을 보유한 바라 에멀전 57(Barra Emulsion 57)로 되거나 다양한 재료에 해당하는 프라이머를 도포할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바라에멀전 57(Barra Emulsion 57)은 스티렌과 부타디엔 중합체로 이루어진 수성의 에멀젼으로 방수성, 내마모성, 결합성을 증진시키기 위해 모르타르나 콘크리트에 사용될 수 있는 것으로서, 특히 시멘트계와 조화성이 우수하여 시멘트 모르타르 증강제 및 접착제에 해당한다.
이어서, 선택적으로, 상기 프라이머가 시공된 콘크리트 구조물에 보강재를 설치할 수 있다.
상기 보강재는 부식의 정도가 매우 심하여 철근으로서의 구조적 기능을 상실한 경우 철근을 절단하고 새로운 철근, 탄소봉, 로드, 메쉬 등의 보강재를 삽입하여 앵커 클립 등을 이용해 설치하는 공정으로서, 이 때 사용될 수 있는 보강재로는 탄성 와이어 메쉬, 탄성 패드, 탄성봉 등이 바람직하다.
이어서, 상기 프라이머가 도포되고 양생되어 표면의 택기가 없는 상태에서(또는 상기 보강재가 설치된 상태에서) 기계식 분사 장치를 사용하여 하기의 모르타르 조성물을 분사하여 도포한다.
즉, 상기 설명된 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 이용해 보수 단면에 충진을 수행한다. 여기서 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 충진시 타설 방법으로, 스프레이 뿜칠 시공, 미장시공, 슈트 및 연속시공 중 하나로 수행되는 것이 바람직하다.
이후, 보수재 충진 및 경화가 완료된 외부면에 표면보호용 코팅제를 도포할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 콘크리트 파쇄 부위에 도포하여 평활하게 마감하고 경화한 후 신규 적용한 보수용 모르타르와 기존 콘크리트 구조물의 경계 부위에 미세하게 존재하는 틈새 및 수축 균열에 따른 미세 균열 등에 탄성 퍼티를 적용할 수 있다.
본 발명에서는 실리콘계 탄성 퍼티와 상기 탄성 퍼티에 에어로젤을 일정 함량으로 추가하여 통기성을 확보하는 것을 사용할 수 있다.
상기 퍼티 작업 후에 구조물의 표면에 본 발명에 따른 표면보호용 코팅제 또는 중성화방지제를 도포할 수 있다.
본 발명에서 상기 표면보호용 코팅제는 수산화칼슘 나노 패각 추출물과 불소화된 그래핀 섬유를 함유한 도료로서, 상기 코팅제는 우레탄계 도료 또는 우레아계 도료를 사용할 수 있으며, 1액형 또는 2액형을 사용할 수 있다.
상기 수산화칼슘 나노 패각 추출물은 상기에서 설명된 것으로서, 이를 코팅제에 포함하면 내열 성능 내지 난연 성능을 부여하여 화재에 대한 저항성을 향상시키는 기능을 하며, 동시에 내진 성능을 향상시키는 역할도 한다.
또한, 본 발명에서 상기 불소화된 그래핀 섬유는 불소에 의해 표면이 개질된 산화 그래핀 섬유로서, 코팅제의 방수성 및 내화성, 내열성을 향상시키는 기능을 한다.
구체적으로 상기 불소에 의해 표면 개질된 산화 그래핀 섬유는 산화 그래핀과 수지 간 공유결합을 유도하여 도막내 그래핀이 균일하게 균열하게 분산되어 우수한 방수 특성 및 내열 특성, 내화특성이 발휘되도록 한다.
상기 산화 그래핀은 단층 산화그래핀 또는 산화그래핀이 수 내지 수십층으로 쌓인 그래파이트일 수 있으며, 이와 같은 산화 그래핀은 흑연을 강상 및 산화제를 이용하여 박리하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 산화 그래핀은 그래핀이나 환원된 산화 그래핀 대비 제조 비용이 절감될 수 있고, 박리 공정시 산화 그래핀에 수산기 등의 산소 관능기가 형성되어 차후 불소화물질에 의해 표면 개질이 용이하며, 균일하게 분산될 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 상기 표면보호용 코팅제에는 산성 부식 입자의 침입에 의한 내부 부식을 방지하기 위해 세라믹 안료를 추가로 혼합할 수 있다.
본 발명에서 상기 세라믹 안료는 입경이 1~100㎛인 운모 5~40 중량%, 석분 10~50 중량%, 유액 5~50 중량%, 물 10~70 중량% 및 안료 1~10 중량%를 혼합하여 제조하고 이를 상기 표면보호용 코팅제 100 중량부 기준으로 0.1~5 중량부의 범위로 포함시켜 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 운모는 박편이나 분말 형태로 사용할 수 있으며 상기 입경 크기를 가질 운모를 사용할 경우 피도체와의 접착성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 석분은 통상적으로 사용되는 돌가루를 사용할 수 있으며, 자연석 또는 인공석 등을 분쇄하여 사용할 수 있다. 상기 석분은 운모와 같은 입자크기를 갖는 것을 사용할 수 있고 이는 피도체와의 접착성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 유액은 암모니아나 아민 등을 사용할 수 있으며, 유독성이 적은 유화 페인트, 수용성 페인트 등도 사용될 수 있다.
또한, 색상을 부여하기 위한 방법으로 안료를 혼합하는 방법 외에, 운모 표면을 안료를 사용하여 사전에 코팅할 수도 있다. 구체적으로는 운모에 무기 안료, 유기 안료 등의 안료를 혼합하고 혼련하여 운모의 표면에 안료를 코팅하고 이렇게 안료가 코팅된 운모를 소성 또는 경화시켜 냉각함에 의해 색상을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 장시간 경과시 피도면과 도장면이 분리되는 것을 방지하기 위하여 연성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 연성수지는 도장면의 유연성을 높여 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때 사용되는 연성 수지로서는 아크릴수지, 메타크릴수지, 우레탄수지, 페녹시수지, 스티렌수지, 천연고무, SBR, NBR 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 주제 성분 100 중량부를 기준으로 0.01~1.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함될 수 있는데, 그 첨가제로 분산제, 증점제, 소포제, 안료, pH조절제, 동결방지제, 방부제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 첨가제는 표면보호용 코팅제 100 중량부를 기준으로 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 표면보호용 코팅제는 차열 분말을 포함한 것을 사용함으로써 차열 성능이 발휘되도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 차열 분말은 태양광 중에서 열에너지를 발생시키는 적외선을 효과적으로 반사시켜 적외선이 열에너지로 전환되는 것을 억제하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 차열 분말로는 예를 들어 안티몬주석산화물, 인듐주석산화물, 세슘텅스텐산화물 및 삼산화안티몬-산화아연으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속산화물을 사용할 수 있다.
상기 차열 분말은 구형, 막대형, 침형 등의 입자 형태 또는 중공 형상일 수 있으며, 평균 입도는 2~100nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 차열 분말은 상기 표면보호용 코팅제 내에 0.1~5 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 표면보호용 코팅제 도포시 붓도장으로 1차 도포하고 분무 방식으로 2차 도포함으로써 분무가 어려운 부분, 즉 모서리, 바닥과 벽면 경계 부분, 줄눈 부분 등에 대한 사전 도포를 실시하고 이후 초속 경화방식으로 분무에 의한 도포을 실시할 수 있다. 이에 따라 표면보호용 코팅제가 누락되는 부분 없이 치밀하게 수행될 수 있어 완전한 방수 방식 보호 효과가 발휘될 수 있다.
또한, 본 발명에서 중성화 방지제를 도포함에 있어서는 중성화 방지제 프라이머를 먼저 도포하고 이후 중성화 방지제를 도포할 수 있다.
본 발명에 있어서 중성화 방지제 프라이머는 실리콘계 아크릴 폴리머 액상을 사용하며 입자 사이즈가 7㎛~8㎛로 일반 아크릴 폴리머 사이즈 보다 10분의 1 정도 작기 때문에 보수용 모르타르에 깊숙이 침투되어 중성화 방지제와의 부착강도를 증진시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 실리콘계 아크릴 폴리머 액상 프라이머는 고형분이 20~40 중량%이고 비중이 0.9~1.1인 반투명의 액상 물질을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 중성화 방지제(즉, 코팅제)는 망상구조를 갖는 아크릴 액상을 사용하여 제조하며, 일반적인 아크릴 액상은 도막 형성 후 구조가 선형 구조이나, 본 발명에 사용된 아크릴 액상은 도막 형성 후 망상구조를 가져 좀 더 치밀한 구조로 외부 저항성을 극대화할 수 있다.
본 발명에서 상기 중성화 방지제의 조성은 망상구조 아크릴 액상 20~30 중량부, 탄산칼슘 50~70 중량부, 물 5~20 중량부, 안료 1~5 중량부 및 증점제 0.5~2.0 중량부로 구성될 수 있다.
상기 망상구조 아크릴 액상은 망상구조를 갖는 아크릴 바인더로 고형분이 약 40~60 중량%이고, 비중이 0.9~1.1인 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 망상구조 아크릴 액상은 20~30중량부가 바람직하며, 20중량부 미만으로 첨가할 시에 내수성이 떨어지며, 30 중량부를 초과하여 첨가하면 가격경쟁력 저하 및 경화 지연을 초래할 수 있다.
본 발명에 사용되는 탄산칼슘은 특별히 제한되지는 않으나, 입자 사이즈가 350㎛ 이하이고, 흡유량이 1중량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘 사용량은 50~70 중량부인 것이 바람직한데, 탄산칼슘의 양이 50 중량부 미만이면 초기 건조속도가 느려지며, 70 중량부를 초과하면 유동성 저하 및 표면 내마모성 저하 현상이 발생할 수 있다.
또한, 중성화 방지제의 물성을 조정하기 위하여 안료, 증점제의 혼합물을 추가로 포함하며, 이들의 함량은 통상의 범위 내에서 사용될 수 있으므로 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 안료 1~5 중량부, 증점제 0.5~2 중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 중성화 방지제 프라이머 및 중성화 방지제는 붓, 로라, 에어리스 등의 기구, 장비를 사용하여 적당량 도포하여 사용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 공법에 관하여 상세히 설명하였다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수용 모르타르 조성물은 다양한 분야에서 콘크리트 구조물의 보수 보강에 사용될 수 있으며, 슬래브, 보, 기둥, 벽체, 바닥면의 보수 보강에 사용될 수도 있으며, 염해에 대한 내성이 강하여 항만의 슬래브, 보, 기둥, 및 염소이온 침투방지, 선박도크 및 방파제와 같은 수중 구조물의 교각 및 기둥, 수로, 암벽, 기타 해양구조물 등에 유용하게 사용될 수 있고, 고강도 및 고밀도 특성을 나타내므로 원자력발전소, 핵폐기물 처리장 등에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 염분 및 산성 물질 등의 열화 물질의 침투를 억제시킴으로써, 구조물의 내구성을 향상시키는 역할을 하며 혼화성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 기존 모재와의 접착력이 우수하고, 콘크리트와의 중성화 반응이 없으며, 내수성, 내오존성, 내약품성, 방수성, 통기성, 자외선에 의해 산화되어 노화되는 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 밀도가 조밀하고, 내구성, 방수성이 우수하며, 특히 온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되는 모체의 균열을 방지하여 동해에 대한 저항성을 높일 수 있고, 신축성이 우수하여 진동부위의 작업에 매우 적합한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 강도가 우수하며, 이산화탄소의 침투를 저지하고, 물 침투를 차단한다. 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 VOC(volatile organic compound)의 함량이 낮아 환경친화적이고 대기오염이 없으며, 강도 발현성이 높고, 조기 강도성이 우수하며, 미세한 입자가 포함되어 균열방지 능력이 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 내수성, 내후성, 내화학성, 내오염성이 뛰어나 화학가스, 배기가스, 빗물 등으로부터 모체와 마감면을 보호할 수 있고, 노출 구조물의 보수 보강에 큰 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 평활성, 저온안정성(내잔갈라짐), 무취성이 우수하고 물과의 혼합시에도 양호한 분산작용을 나타내며, 전체적으로 균일한 강도를 유지함과 동시에 고강도이다. 또한, 분말성분의 양호한 분산작용으로 고밀도의 치밀한 조직체를 형성하여 내화학성(내염성, 내산성)이 우수하며 물, 기름 등의 침투를 억제한다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 모재 콘크리트와의 부착력이 우수하며, 단기적 부착강도와 장기적 안정성 면에서 모두 우수하고, 강도와 안정성의 적절한 조화로 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 특히 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 구조물의 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 알루미나 시멘트(CAC), 비정질 칼슘알루미네이트(ACA) 및 무수석고(AG)가 각각 50:12.5:12.5:25 중량비로 혼합된 결합재 성분 35 중량부, 플라이애시, 고로슬래그 미분말 및 실리카퓸이 각각 30:40:30의 중량비로 혼합된 혼화재 성분 5.5 중량부, 수산화칼슘 나노 패각 추출물과 이산화탄소의 반응에 의해 형성된 탄산칼슘 나노 미분말 성분 3.0 중량부, 폴리프로필렌 분말 수지, 유리섬유 및 내구성 강화제가 각각 60:30:10의 중량비로 혼합된 첨가제 성분 3 중량부 및 규사(세사) 60 중량부를 혼합하여 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 수산화칼슘 나노 패각 추출물은 외피를 제거한 패각을 산 및 알콜에 차례로 각각 40시간, 20시간 침지하고, 이어서 가열하고 물에서 석출물(추출물)을 얻고 얻어진 추출물을 여과 및 건조하여 얻어진 추출물을 사용하였다.
또한, 내구성 강화제로는 VA수지(15 중량부), 불포화 폴리에스테르 수지(20 중량부), 하이드록실 아크릴레이트 모노머(1 중량부), 갈산(1 중량부), 금속 양이온(3 중량부), 흑연용매분산액(1 중량부), 알루미늄염화물(0.5 중량부), 트리에틸포스페이트(0.05 중량부) 및 분산제(1 중량부)를 상기 비율로 혼합하고 물을 혼합하며, 다시 폴리글리시딜 에테르에 아민(폴리옥시프로필렌 디아민 및 트리에틸렌 테트라아민의 50:50 혼합물) 및 폴리프로필렌 글리콜(중량평균분자량 4,000)을 혼합하고 공중합 반응시켜 얻어진 반응생성물 0.5 중량부의 비율로 혼합하여 얻은 에틸렌-비닐아세테이트 수지액 4 중량부를 혼합하였다. 이어서, 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣고 중합 및 가수분해하여 얻어진 알콕시 실란 가수분해물 0.5 중량부를 혼합하고, 이어서, 칼륨메틸실리코네이트 1 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 2 중량부, 에폭시 바인더 수지 5 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머(알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 60:40의 중량비로 혼합된 혼합물) 1 중량부의 비율로 혼합하여 얻어진 실리코네이트계 액상 성분 2 중량부와, 활성촉진제 1.0 중량부 및 반응촉진제(탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬의 혼합물) 1.0 중량부를 추가로 혼합하여 제조된 것을 사용하였다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 팽장재로서 섬유보강재 100 중량부, 무기팽창재 30 중량부, 금속분말계 팽창재 3 중량부, 안정제 2 중량부, 강도증진제 25 중량부, 알칼리자극제 15 중량부로 이루어진 하이브리드 팽창재를 추가로 사용하여 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
시멘트 100 중량부를 기준으로 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
시멘트 100 중량부를 기준으로 섬유 13 중량부, 초산비닐계 폴리머 1.5 중량부, 팽창재 0.2 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교예 3)
시멘트 100 중량부를 기준으로 초산비닐계 폴리머 4.5 중량부, 팽창재 1.0 중량부, 폴리카본산계 고유동화제 1.5 중량부, 규사 100 중량부를 포함하고, 첨가제를 혼합하여 형성하되, 시멘트는 포틀랜트 시멘트 40 중량비, 조강시멘트 35 중량비 및 슬래그 시멘트 30 중량비로 혼합하여 생성하였으며, 규사는 평균 입경이 0.3 내지 1.5 mm인 세사를 사용하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
[성능 평가] - 모르타르 조성물의 물성
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 모르타르 조성물을 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 응결시간 : KSF 2436
2) 휨강도 : KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
5) 길이변화율 : KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법에 따라 측정하였다. 그 값은 초기 시공체의 값을 0으로 하여, “-”는 수축율을 나타내는 것이며, “+”는 팽창율을 나타내는 것이다.
6) 플로우 : KS L 5220에 준하여 실시하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
응결시간(분) 초결 29 30 36 39 59
종결 38 39 55 60 110
휨강도
(N/mm2)		 기중 29 31 15 13 8
수중 22 25 12 10 7
압축강도
(N/mm2)		 기중 81 84 54 49 42
수중 73 75 49 42 37
부착강도
(N/mm2)		 기중 8.2 8.5 3.7 3.5 2.7
수중 6.3 6.7 1.7 1.4 1.1
길이변화율(%) +0.004 +0.005 +0.05 +0.03 +0.10
플로우(mm) 142 149 150 141 139
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물의 경우, 종래의 모르타르 조성물에 비하여 물성이 현저하게 우수하며, 특히 기중 및 수중에서의 휨강도, 압축강도 및 부착 강도가 현저히 우수할 뿐만 아니라 길이변화율도 현저히 상대적으로 우수한 성능을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 이용하여 단면 보수 시공하면 보수재의 성능도 우수하고, 콘크리트와의 부착성도 뛰어나며, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하므로 지하 콘크리트 구조물의 보수를 효율적으로 할 수 있으므로, 보수의 장기적 내구성을 증진할 수 있을 것으로 기대된다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (13)

  1. 치핑 및 고압수 세척을 통해 바탕면을 정리하는 제 1 단계;
    바탕면이 정리된 상태에서 철근 녹제거 및 철근방청제를 도포하는 제 2 단계;
    철근방청제가 도포된 면에 프라이머를 도포하는 제 3 단계; 및
    프라이머가 도포된 면에 콘크리트 보수용 모르타르 조성물을 충진하고 경화하는 제 4 단계; 를 포함하며,
    상기 제 4 단계 이후, 상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물의 충진 및 경화가 수행된 외부면에 표면보호용 코팅제 또는 중성화 방지제를를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법으로서,
    상기 콘크리트 보수용 모르타르 조성물은 일반 포틀랜트 시멘트(OPC), 알루미나 시멘트(CAC), 비정질 칼슘알루미네이트(ACA) 및 무수석고(AG)를 포함하는 결합재 성분 30~50 중량부;
    플라이애시, 고로 슬래그 미분말 및 실리카퓸의 혼합물로 이루어진 혼화재 성분 0.1~10 중량부;
    수산화칼슘 나노 패각 추출물과 이산화탄소의 반응에 의해 형성된 탄산칼슘 나노 미분말 성분 0.1~5 중량부;
    분말 수지, 섬유 및 내구성 강화제를 포함하는 첨가제 성분 0.1~5 중량부 및
    잔골재 30~70 중량부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 표면보호용 코팅제는 수산화칼슘 나노 패각 추출물과 불소화된 그래핀 섬유를 함유하며, 차열 분말을 포함하여 구성되는 코팅제를 사용하여 스트라입 붓 도장 방식으로 도장한 후 이어서 분사 방식으로 도포를 실시하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합재는 일반 포틀랜트 시멘트 20~60 중량%, 알루미나 시멘트 10~30 중량%, 비정질 칼슘알루미네이트 10~30 중량% 및 무수석고 20~40 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼화재는 플라이애시 20~40 중량부, 고로슬래그 미분말 20~50 중량부, 실리카퓸 20~40 중량부의 비율로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제 성분은 분말 수지 40~80 중량부, 섬유 1~50 중량부 및 내구성 강화제 1~30 중량부의 비율로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 내구성 강화제는 에틸렌-비닐아세테이트 수지액 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부, 활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 에틸렌-비닐아세테이트 수지액은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA) 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량부, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량부, 흑연용매분산액 0.1~2.0 중량부, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 트리에틸포스페이트 0.01~0.5 중량부, 분산제 0.5~5 중량부 및 물 20~40 중량부의 비율로 포함하며, 폴리글리시딜 에테르에 아민 및 폴리프로필렌 글리콜을 혼합하여 얻어진 반응생성물 0.1~5 중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1 내지 5 중량부, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1 내지 5 중량부, 에폭시계 바인더 수지 0.1 내지 10 중량부 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1 내지 5 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 프라이머가 시공된 콘크리트 구조물에 탄성 와이어 메쉬, 탄성 패드, 탄성봉 중에서 선택되는 보강재를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 중성화 방지제의 도포 전에 평균 입자 사이즈가 7㎛~8㎛인 고형분이 20~40중량%이고 비중이 0.9~1.1인 반투명의 액상으로 이루어진 실리콘계 아크릴 폴리머 액상 프라이머를 중성화 방지제의 프라이머로 사용하여 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 중성화 방지제는 망상구조를 갖는 아크릴 액상 20~30 중량부, 탄산칼슘 50~70 중량부, 물 5~20 중량부, 안료 1~5 중량부, 증점제 0.5~2.0 중량부로 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수 공법.
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JP2006306647A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Denki Kagaku Kogyo Kk アルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法
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