KR20080005896A - 열화 콘크리트 구조물의 보수를 위한 폴리머 시멘트모르타르 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

열화 콘크리트 구조물의 보수를 위한 폴리머 시멘트모르타르 조성물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염해나 중성화로 인해 본래의 물성이 저하된 열화 콘크리트 구체의 제거 작업 없이 단면복구 성능이 우수한 열화 콘크리트 보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 관한 것으로, 분말과 용액으로 구성하며, 분말은 시멘트 30-50 중량부, 규사(60-100 메쉬) 15-25 중량부, 규사(100-200 메쉬) 15-25 중량부, 펄라이트 3내지 5 중량부, 최대 크기가 100 메쉬 이하인 글라스 비드(glass bead) 15-25 중량부, 강알칼리 재료로서 나트륨 화합물 1-3 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 각각 1중량부 이내 첨가된 분말과 용액은 분말 량 100에 대해 폴리머 수지인 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아크릴 레이트와 스틸렌 공중합물 에멀젼의 비율이 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 유리 전이 온도가 -25℃ 이하인 수지 에멀젼 조성물 30-50 중량부가 혼합된 것을 특징으로 하며, 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르는 종래의 콘크리트 보수용 모르타르에 비하여 동등한 수준 이상의 부착성과 단면 보호성능을 발휘하며 특히 일반 폴리머 보수 모르타르에 비하여 경량성과 단열성을 발휘함으로서 외부 환경에 노출된 콘크리트 구체의 동절기 및 하절기에 기온 차이에 따른 보수층의 박리를 방지하는 탁월한 효과가 있다.
단면 복구, 보수, 폴리머, 단열성, 경량성

Description

열화 콘크리트 구조물의 보수를 위한 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 및 그 제조 방법{A composition of polymer cement mortar for repair of deteriorated concrete structures and preparation method thereof}
본 발명은 경량성과 단열성이 있는 열화 콘크리트 보수용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 모르타르에 경량성, 단열성능및 방수성능을 부여함으로서 중성화 및 기타 환경조건에 의해 열화된 콘크리트의 단면을 복구함으로서 기본적인 구체 콘크리트의 기능을 향상시킬 수 있는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다.
철근콘크리트는 내구성이 우수한 건설구조재료로서 건축 및 토목구조물에 많이 사용되어 왔으나 최근 다양한 환경조건 및 시공조건하에서 염해 및 중성화 등에 의한 콘크리트구조물의 성능저하현상이 크게 부각되고 있어, 성능저하 된 콘크리트구조물의 장수명화 및 내구성회복에 관한 관심이 크게 증가되고 있다.
이러한 콘크리트구조물의 성능저하요인 중 염해의 경우 바다모래의 사용량 증가와 동절기 제설재의 사용 등으로 인하여 콘크리트구조물에 있어서 염해에 의한 피해가 증가하고 있으며, 중성화의 경우 대기 중의 CO2 농도 증가 및 산성비 등으로 인하여 콘크리트구조물의 중성화에 의한 성능저하는 더욱 가속화되고 있다.
이와 같은 배경에서 국내에서도 성능저하 된 콘크리트구조물의 보수재료로서 유기계, 무기계 및 유·무기계 혼합형의 도포함침재, 방청처리재, 단면복구재 및 표면피복재 등 다양한 재료의 개발이 이루어지고 있으며, 보수공법에 있어서도 균열보수공법, 단면복구공법, 누수보수공법 및 표면처리공법 등 다양한 공법이 개발되고 있는 상황이다.
그러나 국내의 경우 아직까지 콘크리트구조물의 내구성 향상 및 장수명화를 위한 보수재료·공법의 개발은 매우 불충분한 상태이며, 대상 구조물의 요구 성능, 성능저하 메커니즘, 환경조건 및 시공조건에 부합되는 보수재료·공법의 선정시스템도 미비한 실정으로 성능저하 된 콘크리트구조물의 성능저하 메커니즘 및 진행단계에 따른 체계적이고 합리적인 보수유지 및 품질관리를 위한 보수재료·공법시스템 개발이 절실히 요구되고 있다.
이러한 용도로서의 콘크리트 보수재료에 관한 종래의 기술 및 특허를 보면, 한국특허 제 0448520호에서는 염해 중성화를 받아 성능이 저하된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능개선제용 조성물 및 그의 제조방법이 개시되어 있는데, 이는 반응성이 큰 규산나트륨과 생화학 물질인 알긴산나트륨이나 카제인으로 구성된 혼합물을 수회 콘크리트의 표면에 도포함으로서 콘크리트 내부의 염화물을 고정 시키고, 철근의 부식 활동의 억제, 저하된 PH의 향상을 목표로 이루어진 조성물이다. 그러나 이는 신 콘크리트에 적용하여 열화를 방지 또는 지연시키기 위한 조성물로 분류되어야 할 것으로 이미 열화 되어 성능이 저하된 콘크리트에는 적용할 수 없는 조성물이라 할 수 있다. 또한 한국특허 제 0526418호 에서는 콘크리트를 보호하기 위하여 유기계 화합물을 콘크리트 표면에 도포함으로서 콘크리트에 유기 화합물이 침투하여 콘크리트를 보호하는 구성으로 이루어져 있다.
기타 다양한 형태의 콘크리트 보호 또는 보수용 모르타르가 개발되어 사용되고 있다.
이들 종래의 기술들은 비교적 콘크리트 보호성능이 안정되어 콘크리트 열화를 방지 또는 지연시키는 기능으로 다양한 콘크리트 구조물에 사용될 수 있으며 기존에 사용되고 있는 보수용 모르타르도 각각 콘크리트 보수를 위한 나름대로의 특성을 갖고 있다고 할 수 있다.
그러나 이들 종래의 기술은 모두 콘크리트 구조물의 표면에 도포함으로서 열화 된 콘크리트를 보수하는 기능의 재료이지만, 계절적인 요인 등에 대한 대비책은 없는 실정이다. 즉, 계절적으로 온도가 높은 여름철이나, 온도가 너무 낮은 겨울철에는 보수용 재료와 구체 콘크리트와의 열팽창률이 달라 보수층과 콘크리트 바탕면과의 사이에 에어 포켓이나 결로 등이 발생하여 쉽게 보수층이 박리 되어 보수 기능을 상실하게 되는 단점이 있는 것이다.
또한 보수용 모르타르의 경우 대부분이 재유화형 분말 수지나 에멀젼 수지를 사용하는데, 이들 수지의 경우 유리전이 온도가 높아 탄성이 낮은 단점이 있다. 탄성이 낮을 경우 콘크리트와의 부착 성능이 저하될뿐 아니라 콘크리트의 수축 팽창 에 대한 대응력이 약하게 되며, 동절기에는 수지 도막이 쉽게 파괴되어 모르타르의 물성을 저하 시키거나 박리되는 단점이 있는 것이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열화된 콘크리트 구조물의 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 조성물을 제공함과 동시에, 보수용 폴리머 시멘트 모르타르에 단열 특성을 부여함으로서 열화 된 바탕층 콘크리트 구조물과의 열팽창 수축을 최소한으로 줄여 에어 포켓의 형성을 막고 결로를 방지하여 바탕층인 열화 콘크리트의 내구성능을 유지하도록 하며, 유리전이 온도가 낮은 에멀젼을 사용함으로서 유연성과 탄성을 보유함으로서 지속적으로 콘크리트의 내구성능을 유지하도록 하는 열화된 콘크리트 구조물의 보수용 폴리머 시멘트 모르타르를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 분말과 용액으로 구성하며, 분말은 시멘트 30-50 중량부, 규사(60-100 메쉬) 15-25 중량부, 규사(100-200 메쉬) 15-25 중량부, 펄라이트 3내지 5 중량부, 최대 크기가 100 메쉬 이하인 글라스 비드(glass bead) 15-25 중량부, 강알칼리 재료로서 나트륨 화합물 1-3 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 각각 1중량부 이내 첨가된 분말과 용액은 분말 량 100에 대해 폴리머 수지인 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아크릴레이트와 스틸렌 공중합물 에멀젼의 비율이 중량 비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 유리 전이 온도가 -25℃ 이하인 수지 에멀젼 조성물 30-50 중량부가 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열화 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물은 일반 시멘트 모르타르에 비하여 매우 우수한 부착강도, 중성화저항성, 동결융해 300사이클 후 부착강도 특성을 나타냄으로서 열화 된 콘크리트 구조물의 보수용 재료로서 매우 유용하여 기본적인 구체 콘크리트의 내구 수명을 향상시키게 된다.
시멘트 재료는 경화된 후 물이나 외부의 유해이온의 침투에 의해 열화된다. 이들이 침투하는 경로는 시멘트 경화체의 균열 부위 또는 시멘트 경화체 내부에 존재하는 겔 포어(gel pore)를 통하여 침투하게 되며 이로 인하여 시멘트 경화체는 열화 되기 시작한다.
본 발명의 특징으로는 글라스 비드를 사용하는 것으로서 글라스 비드는 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르 내부에 일종의 골재 역할을 하여 시멘트와의 결합력 증진에 의한 시멘트 조직의 치밀화 기능과, 글라스 중에서 용출되는 실리카(SiO2)가 시멘트 중의 수산화칼슘과 반응하여 시멘트 경화체의 겔-포어(gel-pore) 내부에 1 마이크로미터 이하의 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)을 생성시켜 조직을 치밀화 시킴으로서 외부에서의 유해 이온의 침투를 차단하여 콘크리트 구체를 보호하고, 강알칼리 재료로서의 나트륨 염과의 반응에 의해 안정된 상태로 모르타르 내 부에 존재하게 되는 규산질 나트륨 염을 생성함으로서 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 알칼리성을 장기간 유지하여 콘크리트 구체를 보호할 수 있게 되는 것이다. 이때 사용되는 나트륨 염으로는 가성소다와 탄산나트륨을 기본으로 하나 기타 나트륨의 함량이 높고 유리질과의 반응성이 우수한 나트륨 염은 모두 사용이 가능하다. 또한 글라스 비드는 내부 공극이 비어있어 첨가되는 량만큼의 공기층을 갖고 있게 되어 펄라이트와 함께 단열층을 형성하게 되어 결로 방지, 콘크리트 바탕 층과의 수축 팽창율 저감 등의 기능을 수행하게 된다.
또한 본 발명에서는 유리 전이 온도가 낮은 개질된 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아크릴레이트와 스틸렌 공중합물 에멀젼 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용되는 에멀젼은 유리전이 온도가 -25℃인 재료로서 콘크리트 등 시멘트 재료의 균열에 대한 가교 용도(bridge system)로 사용할 수 있는 재료로서 기온이 급격히 낮아지는 동절기에도 유연성과 탄성을 잃지 않음으로서 장기간 동안 열화 콘크리트에 대한 보수 기능을 유지할 수 있는 것이다.
실시예 에서는 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르 분말 1000kg의 배합량을 배합한다고 할 때, 시멘트 360 kg, 규사(60-100 메쉬) 160 kg, 규사(100-200 메쉬) 160 kg, 퍼얼라이트 40 kg, 최대 크기가 100 메쉬 이하인 글라스 비드(glass bead) 190 kg, 강알칼리 재료로서 나트륨 화합물 20 kg 중량부, 규불화염 화합물 40 kg, 통상의 실리콘계 소포제 10 kg과 메틸셀루로오스 10 kg, 멜라민계 분산제 10 kg, 분말 량 1000 kg에 대해 폴리머 수지인 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아 크릴레이트와 스틸렌공중합물 에멀젼의 비율이 중량비로 2-5:1-3이 비율로 혼합된 수지 에멀젼조성물 440 kg 을 혼합하여 본 발명을 제조한다.
상기의 실시 예에 따른 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르와 보통 시멘트 모르타르를 시험하여 물성을 비교한 결과는 아래의 표 1과 같다.
보통 시멘트 모르타르는 KS 기준인 시멘트:모래:물=1:2.45:0.485로 하였으며, 모래는 주문진 표준사를 사용하였다.
표 1
Figure 112007509854417-PAT00001

Claims (4)

  1. 분말과 용액으로 구성하며, 분말은 시멘트 30-50 중량부, 규사(60-100 메쉬) 15-25 중량부, 규사(100-200 메쉬) 15-25 중량부, 퍼얼라이트 3내지 5 중량부, 최대 크기가 100 메쉬 이하인 글라스 비드(glass bead) 15-25 중량부, 강알칼리 재료로서 나트륨 화합물 1-3 중량부, 규불화염 화합물 2.5-5.0 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 각각 1중량부 이내 첨가된 분말과 용액은 분말 량 100에 대해 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아크릴레이트와 스틸렌 공중합물 에멀젼의 비율이 중량비로 2-5:1-3의 비율로 혼합된 유리 전이 온도가 -25℃ 이하인 수지 에멀젼 조성물 30-50 중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르조성물
  2. 제 1 항에 있어서,
    단열 성능을 부여하기 위하여 글라스 비드(glass bead)를 사용하는 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물
  3. 제 1 항에 있어서,
    글라스 비드와의 반응성이 우수하여 규산카슘 수화물의 생성이 용이한 나트륨 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르조성물
  4. 제 1 항에 있어서,
    유리 전이 온도가 -25℃ 이하인 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼과 부틸 아크릴레이트와 스틸렌 공중합물 에멀젼 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르 조성물
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