KR20040089995A - 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물 - Google Patents

내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부 비율로서 구성된 무기질결합재 35 중량부 내지 55 중량부, 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체중 선택된 수지조성물 1내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate), 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제에서 선택된 어느하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부, 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60 중량부 비율이 되는 규사 38 내지 45 중량부, 다공질 규산골재를 7 내지 15중량부로 조성된 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 그 조성물에 관한 것이다.

Description

내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물{The manufacturing method and composition of Restoration mortar with function of sulfuric acid resistance}
본 발명은 내산성 단면복구 모르타르의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세히 설명하면, 특수한 화학적 환경에 있는 콘크리트시설물의 화학적 부식을 억제하고 내구성을 증대시켜 장기적으로 시설물의 사용수명을 연장시켜 주는 내산성 단면복구 모르타르에 관한 것으로서 하수도 콘크리트 구조물, 각종 오염시설, 일반 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보강에 적용하는 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물에 관한 것이다.
특별히 본 발명은 황산으로 인하여 화학적 침식을 받은 하수도 구조물 및 염해 환경에 처한 구조물의 보수 등 열악한 환경에 처한 구조물의 보수에 이상적으로 적용되도록 개발된 보수용 모르타르에 관한 것이다. 현재 보편적으로 사용되고 있는 1종 포틀랜드시멘트와 폴리머가 주요 구성재료로 된 폴리머모르타르는 우수한 물성에도 불구하고 화학적 부식이 강하게 일어나는 환경에서는 그 사용이 적절치못한 실정이다. 이러한 문제점은 콘크리트의 특수한 화학적 환경에 대한 전반적인 이해가 부족하고 구조물의 열화원인분석이 면밀하게 검토되지 못하는 것에 기인하는 것으로서 보다 근원적인 해결을 위해서는 공법위주만의 해결방식에서 탈피하여 이러한 환경에 적합한 재료의 개발을 선행하는 것이 필요하다. 더구나 요즘처럼 시설물에 대한 유지관리의 중요성이 높아지는 시점에서는 사용환경에 부합되는 재료를 이용한 공법의 선택은 더욱 중요하다고 할 수 있다.
일반적으로 콘크리트구조물이 건전하게 유지되는 원인 중 가장 중요한 것 중의 하나는 알칼리도(Alkalinity, pH)이다. 콘크리트로부터 부여되는 알칼리성(Na, K, C-S-H, Ca(OH)2등으로 인해 생성되는 OH-)에 의해서 철근은 부식으로부터 보호를 받으며 Ca(OH)2가 가장 중요한 알칼리원이 된다.
이러한 콘크리트의 알칼리도는 계속해서 유지되는 것이 아니라 외부적 환경에 의해서 소모가 되며 그 원인은 직접적으로는 수분의 유출입과 동반된 용출(leaching), 이산화탄소의 침투에 의한 탄산화 반응, 간접적으로는 부식성 물질 등에 의한 콘크리트 미세조직의 다공화, 이로 인한 이산화탄소 침투의 가속현상을 들 수 있다. 철근주변의 피복콘크리트가 중성화되어 알칼리성을 상실할 경우 철근은 부식되며 이때 동반되는 팽창압으로 인하여 균열이 발생하고 주변의 콘크리트가 박락(pop-out)되므로서 최종적으로 콘크리트의 수명을 단축시킨다. 콘크리트가 중성화되는 개념은 다음식과 같다.
Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3+ H2O
(세공용액중의 OH-농도의 감소)
콘크리트가 중성화되는 년수는 보통 60년 정도로 잡고 있으나 자연환경의 변화(온실효과, 산성비 등)와 사용환경에 따라서 그 속도도 매우 빠르게 진전되고 있는 현실이다. 본 발명을 특별히 적용코자 하는 하수구조물도 그 사용환경이 건습의 반복, 부식성이 강한 오폐수, 우기에 산성비의 집중 등으로 인하여 콘크리트 구조물의 내구성 측면에서 유리한 여건에 있지 못한 실정이며 이에 대한 근원적인 대책이 시급한 상황이다. 콘크리트의 화학적 침식은 침식의 메커니즘에 따라 다음과 같이 크게 2가지로 나눌 수 있다.
1) 콘크리트의 시멘트 수화물과 화학반응을 일으켜 본래 물에는 잘 녹지 않는 시멘트수화물을 가용성물질로 바꿈으로서 콘크리트를 열화, 붕괴시키는 것. 대다수의 산, 어떤 종류의 동식물유, 어떤 종류의 무기염류, 황화수소나 아황산가스 등 부식가스 등이 여기에 해당한다.
2) 황산염으로 대표되는 것으로써 콘크리트중의 시멘트 수화물과 반응하여 새로운 화합물을 만들 때에 팽창을 동반하는 것이다. 이때의 팽창압에 의해 콘크리트를 열화시킨다. 콘크리트구조물의 화학적 침식은 본래 화학공장이나 식품공장 등 공업시설, 해양환경, 황산염 토양지역과 온천지역 등 특수한 환경하에서 문제시되며, 일반적인 환경하에 있는 콘크리트에는 그다지 중요시되지 않았다. 그러나 산성비 문제나 탄산가스에 의한 수화물의 분해, 하수처리시설이나 하수도 등에서 미생물의 작용에 의해 생성된 황산 등에 의한 콘크리트 구조물의 열화가 심화되어 그 중요성이 증가하고 있다. 콘크리트의 화학적 부식은 어떤 화학반응에 의해 콘크리트에 변화를 가져오는 것을 말하며 수화물의 분해가 가져오는 것으로써 유기, 무기산, 동식물유, 부식성가스, 탄산가스 및 황산의 생성을 동반한 미생물의 작용이 있다. 또한 팽창성 화합물을 생성하는 것으로서는 동식물유, 황산염 해수 및 알칼리 농후용액이 있으며 수화물의 용해 이탈에 의해 경화체가 다공질화 하는 것으로서는 농후한 염화물 및 질산염 용액의 작용을 들 수 있다. 하수구조물에서 화학적으로 콘크리트가 침식되는 과정을 도식적으로 설명하면 다음과 같다.
현재 국내의 하수도 관련시설은 설치년수가 오래되었을 뿐만 아니라, 노후화가 급속히 진행되고 있어 해당 시설물의 보수보강작업이 시급한 실정이다. 현재 주로 채택되고 있는 보수공법은 부분손상부위를 보수하는 단면수복공법, 전체적으로 열화부위를 보수하는 피복공법 등이 있다. 여기에 사용되는 재료는 공통적으로 보통포틀랜드시멘트에 폴리머가 함유된 폴리머 시멘트를 사용하고 있는 것이며 이 재료는 높은 압축, 휨, 부착강도특성을 발휘하는 것이 특징이다. 따라서 전체적으로 얇은 피복두께에도 부재와의 일체성, 보수효과 등을 발휘할 수 있는 장점이 있다. 이들 재료에 대한 특허기술현황은 다음과 같다. 국내 공개특허공보(특 2002-0053898)는 포틀랜드시멘트를 주재로 규사, 각종 특성개선제를 조합한 단면증설재에 관한 특허이며 접착 및 인장강도, 내충격, 내구성, 내화학성, 통기성 및 작업성이 우수한 특성이 있다. 국내 공개특허공보(특 2000-0063356)에는 폴리머, 시멘트, 규사를 주재로한 폴리머시멘트 단면수복재로의 기술이 명기되어 있으며 국내 공개특허공보(특 1998-075893)에는 가아넷, 백색포틀랜드시멘트, 알루미나시멘트, 폴리머, 기타 성능개선제가 조성물로 이루어진 단면수복재에 관한 것으로서 이들 기존기술 모두는 일반구조물의 보수에는 합리적인 측면이 있으나 하수도 구조물 및 오염시설 등 가혹한 환경의 보수에 적용키 위해서는 문제점을 내포하고 있다. 그 이유는 전술한 바와 같이 황산 등 콘크리트의 화학적 침식을 일으키는 물질에 대한 저항성이 기존 폴리머 모르타르는 현저히 결여되어 있는 관계로 이들 재료를 이용하여 하수도 구조물 등에 보수를 행 할 경우 콘크리트의 장기적인 화학부식을 면키 어려우며 궁극적으로 중성화에 의한 철근부식 등 심각한 열화현상을 초래하는 문제점을 야기시킨다. 따라서 본 발명에서 주로 적용코자하는 하수도구조물의 경우 황산의 발생에 따른 콘크리트의 화학적 부식저항성을 갖는 내산기능의 확보가 필수적이며 이러한 기능이 확보되지 않는 재료를 사용한 보수공법은 장기적으로 화학적침식에 의한 콘크리트의 재열화를 받을 가능성이 매우 크다.
본 발명은 종전의 하수도 구조물용 보수재료에서 나타나는 문제점을 고려하여 사용조건의 화학적 환경을 고려한 하수구조물 및 각종 오염시설에서 전용으로 사용코자하는 보수보강제품으로서 내산성, 접착성, 우수한 강도특성을 보유하는 내산성 모르타르를 개발하고 기존의 각종 공법에도 용이하게 적용할 수 있는 시공상의 적합성을 제공함에 있다.
특히 본 발명은 보수공사의 합리성을 위하여 기계화시공에 적합한 시공특성을 갖고 있을 뿐만 아니라, 작업이 용이하여 1회 시공량이 많은 등 작업능률을 향상시키는 시공상의 경제성을 제공하는 점이 큰 특징이다.
본 발명의 궁극적인 목적은 화학적으로 열화되어 있는 콘크리트구조물을 보수함에 있어서 사용되는 재료에 내화학적 특성을 부여하는 것으로서 시멘트수화물중 산 및 각종 화약약품에 대하여 취약성을 나타내는 화합물의 생성을 억제시켜 내화학성을 부여하면서도 다른 물성에는 전혀 손상을 일으키지 않도록 작용하여 콘크리트의 화학적 침식저항성을 획기적으로 개선시키므로서 콘크리트구조물을 근본적으로 건전하게 유지하는 기능을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 열화된 콘크리트를 보수함에 있어서 일차적인 선결조건이 되는 재료의 물리적 특성을 제공하는 것이다. 즉, 모체콘크리트의 열화된 부분에 우수한 물리적 특성을 부여하여 기존구조물에 잘 접착되어 재탈락이 발생하지 않고 강도발현성(압축, 휨인장력), 방수성, 염해저항성 등을 발현하므로서 콘크리트구조물의 내구성을 증대시키는 물성을 갖는 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초미분말 하수오니 슬래그혼합재에 보통포틀랜드시멘트를 조합한 무기질 결합재를 주재로 하여 아크릴계 또는 스티렌 부타디엔 등의 공중합체 수지조성물, 계면활성제, 수축보상재, 증점제, 섬유 등의 조합물과 규사를 혼합하여 제조되는 내산성 모르타르인 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 내산성 단면복구 모르타르의 조성물은 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부 비율로서 구성된 무기질결합재 35 중량부 내지 55 중량부, 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체중 선택된 수지조성물 1내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate), 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부, 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60 중량부 비율이 되는 규사 38 내지 45 중량부, 다공질 규산골재를 7 내지 15중량부로 조성되어 있으며, 상기 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재의 조성은 하수오니 80~90중량부에 5내지 10중량부의 점토 또는 경석에서 선택된 어느하나의 화합물과, 무수석고 화합물 1 내지 5 중량부로 조성되어 있음을 알 수 있다.
본 발명에서 초미분말 하수오니 슬래그계 혼합재를 제조하는 방법은 다음과 같다. 하수도에서 발생되는 하수오니를 수분이 10% 이하 되도록 건조시키고 이 건조된 하수오니 80∼90중량부에 대하여 5내지 10중량부의 점토 또는 경석을 첨가하여 혼합한다. 혼합된 하수오니와 점토 또는 경석의 조합물을 회전로에서 1300 내지 1500oC에서 소성하여 하수오니 슬래그를 제조한다. 하수오니의 평균적인 화학조성은 표 1에 나타난 바와 같으며 소결반응을 통하여 경화능을 갖는 광물상을 생성시키며 그 수화작용은 보통포틀랜드시멘트와 유사하다. 다만 하수오니 슬래그의 Ca/Si 비를 고려했을 때 보통포틀랜드시멘트와 혼합되어 수화반응을 일으킬때는 전체 수화시스템의 Ca/Si 비를 낮추므로 수산화칼슘의 생성을 억제하는 역할을 한다. 소결반응을 거쳐 제조된 하수오니 슬래그는 괴상의 형태를 갖고 있으므로 볼밀을사용하여 분쇄를 행하는데 분쇄전에 무수석고를 1 내지 5 중량부 하수오니 슬래그에 혼합하여 분말도 4000∼8000cm2/g 되도록 분쇄하므로서 초미분말 하수오니 슬래그계 혼합재를 제조한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기와 같은 방법으로 제조된 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부로서 구성된 무기질결합재를 제조하고 이 무기질 결합재가 전체 조성물의 35 중량부 내지 55 중량부 되도록 한다. 전체 모르타르 조성물에 대하여 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체중 선택된 수지조성물에서 선택된 어느 하나의 화합물을 1 내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate) 또는 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제 중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부를 첨가하여 미분말 조성물을 조합하고 이 조합물을 기준으로 규사를 미분말조성물에 대하여 45 내지 60중량부 되도록 조합하여 최종조성물을 이룬다. 이때 규사는 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60중량부 혼합한 것이다. 조성물은 무중력 혼합기를 사용하여 균질하게 혼합하여 제조한다. 표 2에 조성물의 조합을 나타내었다.
이하 발명에서 사용된 각 조성물의 작용기구를 설명하면 다음과 같다. 작용기구는 화학적 작용기구와 물리적 작용기구로 나누어진다. 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재는 전체 무기결합재 시스템의 Ca/Si의 비를 1.5수준이하로 낮추어 주므로서 시멘트계 물질이 수화하면서 생성하는 산 및 염에 가장 취약한 화합물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 생성을 억제하고 칼슘실리케이트(C-S-H)로 전환시켜서 내화학성을 부여하는 동시에 자체가 미분말인 것에 기인한 충진 효과 및 장기강도발현에 탁월한 효과를 나타냄으로써 전체 조성물 시스템에서 본 발명의 목적을 구현하는 가장 중요한 역할을 담당한다. 여기서 무기물 시스템의 Ca/Si 값이 갖는 의미는 보통포틀랜드시멘트가 수화할 때 주수화물인 Ca(OH)2및 C-S-H의 Ca/Si 값을 뜻하는 것으로서 보통 1.8 정도에 해당하고 이것은 순수한 C-S-H의 Ca/Si 값이 1.5 수준임을 감안할 때 그만큼의 Ca(OH)2가 생성됨을 의미한다. 따라서 무기질 시스템의 Ca 비중을 낮추어주면 상대적으로 Ca(OH)2의 생성을 억제할 수 있다.
특히 하수오니 슬래그계 혼합재는 황산저항성이 탁월하여 하수도 구조물에서 생성되는 황산에 의한 부식저항성을 현저히 개선시킨다. 하수오니 슬래그 혼합재 제조에 사용되는 무수석고는 하수오니 슬래그의 수화작용을 촉진하는 자극제 역할을 수행하고 또한 포틀랜드시멘트, 하수오니슬래그의 수화로부터 용출되는 Ca, Al 성분과의 적정조합으로 팽창성 물질인 에트린가이트(Ettringite)를 생성, 수축제어에 기여하는 역할을 한다. 다만 이 하수오니 슬래그 혼합재는 그 사용량이 전체조성물 중 50 중량부 이하일 때는 화학적 저항성 측면에서 그 사용량이 80 중량부 이상일 때는 초기양생 및 수축측면에서 불리하다. 기타 무기질 결합재로서 사용되는 보통포틀랜드시멘트는 초기강도 및 결합재의 수화촉진역할을 한다.
본 발명에서 사용된 유기화합물의 작용은 다음과 같다. 아크릴계 또는 스티렌 부타디엔 등의 공중합체 수지조성물은 조성물의 작업성을 개선시키고 시공에 적합한 점도를 부여할 뿐 아니라, 시멘트계 화합물의 수화가 완전히 이루어지지 못하는 연유로 생기는 수화경화체의 공극을 삼차원적으로 연결시키며 치밀한 조직을 형성함으로써 이산화탄소 및 기타 유해성분의 확산을 차단하고 특별히 구조물의 보수에 매우 중요한 요건인 모체콘크리트와의 부착성능을 획기적으로 개선시키는 작용을 한다. 이때 첨가되는 수지조성물의 양이 1중량부 이하이면 모체콘크리트와 양호한 접착성능을 발휘하지 못하고 5 중량부 이상이면 초기작업성에 악영향을 초래한다. 계면활성제는 작업에 필요한 소정단위수량을 낮추고 작업성능을 획기적으로 개선시켜 시공에 필요한 작업성을 부여해주는 결정적인 작용을 한다. 이때 첨가되는 계면활성제의 양이 0.1 중량부 이하이면 모르타르 자체의 작업성능이 발현되지 못하고 0.5 중량부 이상이면 흐름성이 과다해져서 뿜칠시공성에 적합한 작업성을 제공하지 못한다. 증점제는 모르타르의 점성을 시공상황에 맞게 조절해주는 역할을 하는 동시에 수분의 급격한 증발을 막고 일정하게 유지하는 보습작용을 겸하고 있으며 과도하게 첨가시 페이스트의 점도를 증가시키며 시공상 많은 어려움을 초래하므로 본 발명에서 제시한 수준으로의 첨가가 바람직하다. 수축보상재는 대단면의 보수시에 발생할 수 있는 수축에 따른 균열을 제어해주고 장기적으로 모르타르의 건조수축을 획기적으로 개선시키는 작용을 하며 이때 첨가되는 양이 1 중량부 이하이면 수축조절에 대한 효과가 미미하고 5 중량부 이상이면 과도팽창이나 압축강도의 하락을 가져온다. 본 발명에서 사용된 섬유는 모르타르에서 건조수축에 대한 저항성을 개선시켜 장기재령에서의 균열발생을 억제해주는 역할을 한다.
이때 첨가되는 섬유의 양이 0.05 중량부 이하이면 그 효과가 미미하고 0.1 중량부 이상이면 모르타르 전체의 작업성에 나쁜 영향을 미친다.
본 발명에서 모르타르의 조성물로서 첨가되는 잔골재는 2가지로서 하나는 규산질계의 규사와 다공질 규산질골재를 조합물로 채택하였다. 규사는 수축에 대한 저항성을 개선시키는 것은 물론 자체성분상 내화학성을 갖는 특성이 있으며 이때 적정한 작업성 유지를 위하여 입도가 조절된 규사의 사용이 중요하다. 이때 첨가되는 규사는 그 양에 있어서 전체 조성물 중 45 중량부 이하이면 결합재의 양이 증대되어 모르타르의 과도한 수축을 초래할 위험성이 있고 60 중량부 이상이면 압축강도 발현을 악화시키는 단점이 있다.
(표 1) 하수오니 화학조성 (단위:백분율)
구 분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Cl- H2O
49.2 30.04 9.96 5.29 1.61 640ppm 70.1
(표 2) 내산성 단면복구 모르타르 배합조성물 (단위:중량부)
구 분 초미분말하수오니슬래그혼합재 보통포틀랜드시멘트 수축보상재 분말수지 계면활성제 증점제 섬유 세골재
25∼35 6∼15 2∼4 1∼5 0.1∼0.5 0.01∼0.03 0.05∼0.1 53
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다,
실시예 1
제1공정(초미분말 하수오니 슬래그혼합재의 제조)
수분이 10% 이하 되도록 건조된 하수오니 85kg 중량부에 대하여 10kg의 점토 또는 경석을 첨가후 회전로에서 1300 내지 1500oC에서 소성하여 생성된 하수오니 슬래그에 무수석고 5kg 혼합 한 후에, 볼밀을 사용하여 분말도 4000∼8000cm2/g 되도록 분쇄하여 초미분말 하수오니 슬래그혼합재를 제조한 다음,
제2공정(내산성 단면복구 모르타르의 제조)
상기 제1공정에서 제조된 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 77Kg, 보통포틀랜드시멘트 14Kg, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 9kg의 비율로 혼합하여 제조한 무기질 결합재 44.28 kg, 아크릴계 공중합체 재유화형 분말수지 2.5kg, 리그노설포네이트(lignosulfonate)계 계면활성제 0.1kg, 메틸셀룰로오즈 증점제0.02kg, 폴리에틸렌섬유 0.1 kg를 첨가하고 크기 1호 40 중량부, 크기 2호 60 중량부 비율로 혼합된 규사를 53kg을 첨가하여 무중력혼합기에서 혼합하여 내산성 단면복구 모르타르를 제조하였다.
실시예2
제1공정(초미분말 하수오니 슬래그혼합재의 제조)
수분이 10% 이하 되도록 건조된 하수오니 90kg에 5kg의 점토 또는 경석을 첨가후 회전로에서 1300 내지 1500oC에서 소성하여 생성된 하수오니 슬래그에 무수석고 5kg 혼합한 후에, 볼밀을 사용하여 분말도 4000∼8000cm2/g 되도록 분쇄하여 초미분말 하수오니 슬래그혼합재를 제조한 다음,
제2공정(내산성 단면복구 모르타르의 제조)
상기 제1공정에서 제조된 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 77 Kg, 보통포틀랜드시멘트 14 Kg, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 9 kg의 비율로 혼합하여 제조한 무기질 결합재 44.28 kg, 스티렌부타디엔 공중합체 재유화형 분말수지 2.5kg, 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계 계면활성제 0.1kg, 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제 0.02kg, 폴리에틸렌섬유 0.1 kg를 첨가하고 크기 1호 40 중량부, 크기 2호 60 중량부 비율로 혼합된규사를 45kg, 다공성 규산골재8kg을 무중력혼합기에서 혼합하여 내산성 단면복구 모르타르를 제조하였다.
실험예 (1)
실시예1에서 제조된 내산성 단면복구 모르타르를 공시체로 만들어 각종 성능평가를 실시하였다. 실시예의 배합비를 표 3에, 성능평가결과를 표 4에 나타내었다.
실험예 (2)
상기 실시예 2에서 제조된 내산성 단면복구 모르타르를 공시체로 만들어 각종 성능평가를 실시하였다. 실시예의 배합비를 표 3에, 성능평가결과를 표 4에 나타내었다.
비교실험예 (1내지 2)
실시예와 비교를 위하여 분말도 3200cm2/g으로 제조된 보통포틀랜드시멘트에 표준사와 상수도수를 혼합하여 표준공시체를 제작하였다.(비교예 1) 또한 시중에서 유통되는 폴리머모르타르를 입수하여 상수도수 17중량부를 첨가한 뒤 교반믹서에서 모르타르를 반죽하고 공시체로 만들어 각종 성능평가를 실시하였다.(비교예 2) 비교예의 배합비를 표 3에, 성능평가결과를 표 4에 나타내었다.
(표 3) 실시예 및 비교예의 배합조성물 (단위:중량부)
구분 초미분말하수오니슬래그혼합재 보통포틀랜드시멘트 수축보상재 분말수지 계면활성제 증점제 섬유 규사 다공질규산골재 물
실시예 1 34.08 6.2 4 2.5 0.1 0.02 0.1 53 17
실시예 2 34.08 6.2 4 2.5 0.1 0.02 0.1 45 8 17
비교예 1 47 53 17
비교예 2
(표 4) 성능평가 결과
구분 압축강도(kgf/cm2) 부착강도(kgf/cm2) 휨강도(kgf/cm2) 내산성(5% H2SO4)28일침지 건조수축(×10-4mm)
7일 28일 7일 28일 7일 28일 중량변화율(%) 산침투깊이(mm)
실시예 1 469 514 21 27 70 97 4.4 2.8 -470
비교예 1 463 556 7 12 23 48 -36.8 7.0 -1600
비교예 2 272 373 11 16 57 73 -23.4 3.6 -865
본 발명에서 이룰 수 있는 유무형의 효과는 다음과 같다.
첫째, 사회적으로 문제가 되고 있는 생활오폐수 찌꺼기를 주요구조물에 보수재료로 활용할 수 있는 제조방법을 제시함으로써 현행 하수오니 소각 뒤 매립이나 해양투기 등에 의존하여 환경오염은 물론 경제적인 비용 등 손실을 야기하고 있는 폐기물을 자원순환형 재료로서 가치를 부여하였다.
둘째, 눈에 보이지 않거나 장기간 방치되어 잠재적으로 위험요소가 내포되어 있는 사회기반시설물 중 하수도구조물을 보수하기 위한 방법으로서 시공 방법 만으로의 접근이외에 사용환경의 물리화학적 특수성에 가장 근접한 재료의 설계개념을 도입함으로써 이들 재료를 사용하여 구조물을 보수할 때 그 효과를 극대화 시켰다.
셋째, 본 발명은 하수도 시설뿐만 아니라 화학공장바닥, 축산물가공처리장, 항만구조물 등 내화학성이 요구되는 분야에서도 그 활용이 가능하다.

Claims (4)

  1. 내산성 단면복구 모르타르의 조성물에 있어서,
    초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부 비율로서 구성된 무기질결합재 35 중량부 내지 55 중량부, 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체중 선택된 수지조성물 1내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate), 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제 중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부, 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60 중량부 비율이 되는 규사 38 내지 45중량부, 다공질 규산골재를 7 내지 15중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 내산성 단면복구 모르타르의 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재의 조성은
    하수오니 80~90중량부에 5내지 10중량부의 점토 또는 경석에서 선택된 어느 하나의 화합물과, 무수석고 화합물 1 내지 5 중량부로 조성되어 있음을 특징으로 하는 내산성 단면복구 모르타르의 조성물.
  3. 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법에 있어서,
    제1공정(초미분말 하수오니 슬래그혼합재의 제조)
    수분이 10% 이하 되도록 건조된 하수오니 80∼90중량부에 5내지 10중량부의 점토 또는 경석을 첨가 후, 회전로에서 1300 내지 1500oC에서 소성하여 생성된 하수오니 슬래그에 무수석고 1 내지 5 중량부 혼합 후 볼밀을 사용하여 분말도 4000∼8000cm2/g이 되도록 분쇄하여 초미분말 하수오니 슬래그혼합재를 제조한 다음,
    제2공정(내산성 단면복구 모르타르의 제조)
    상기 제1공정에서 제조된 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부 비율로서 구성된 무기질결합재 35 중량부 내지 55 중량부, 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체 중 선택된 수지조성물 1내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate), 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제에서 선택된 어느하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부, 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60 중량부 비율이 되는 규사 45 내지 60 중량부를 첨가하여 무중력혼합기에서 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 내산성단면복구 모르타르의 제조방법.
  4. 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법에 있어서,
    제1공정(초미분말 하수오니 슬래그혼합재의 제조)
    수분이 10% 이하 되도록 건조된 하수오니 80∼90중량부에 5내지 10중량부의 점토 또는 경석을 첨가 후 회전로에서 1300 내지 1500oC에서 소성하여 생성된 하수오니 슬래그에 무수석고 1 내지 5 중량부 혼합 후 볼밀을 사용하여 분말도 4000∼8000cm2/g이 되도록 분쇄하여 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재를 제조한 다음,
    제2공정(내산성 단면복구 모르타르의 제조)
    상기 제1공정에서 제조된 초미분말 하수오니 슬래그 혼합재 50 내지 80 중량부, 보통포틀랜드시멘트10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트계 수축보상재를 1 내지 10중량부 비율로서 구성된 무기질결합재 35 중량부 내지 55 중량부, 아크릴계 또는 스티렌부타디엔 공중합체중 선택된 수지조성물 1내지 5 중량부, 리그노설포네이트(lignosulfonate), 나프탈렌포름알데히드(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate)계의 계면활성제에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.1 내지 0.5 중량부, 메틸셀룰로오즈 또는 에틸셀룰로오즈 또는 폴리사카라이드(polysaccharide)계 증점제 중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 0.01 내지 0.03 중량부, 폴리에틸렌섬유 0.05 중량부 내지 0.1중량부, 크기 1호사를 40 내지 60중량부, 크기 2호사를 40 내지 60 중량부 비율이 되는 규사 38 내지 45 중량부, 다공질 규산골재를 7 내지 15중량부를 첨가하여 무중력혼합기에서 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법.
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