KR20110052945A

KR20110052945A - 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재

Info

Publication number: KR20110052945A
Application number: KR1020090109698A
Authority: KR
Inventors: 정삼룡; 최준호; 이준기; 김문재; 임동한; 조인성
Original assignee: 삼성물산 주식회사; 주식회사 케미콘
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19
Also published as: KR101099673B1

Abstract

본 발명은 혼화재의 적절한 원료 및 최적의 배합비를 찾아내어, 재료분리를 억제하여 블리딩수의 발생을 방지하며, 고유동성을 유지하여 작업성을 높이고, 그라우트재의 충진성능을 확보하여 전체구조물의 내구수명을 확보할 수 있는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재에 관한 것이다.

본 발명은 건설현장에서 사용되는 그라우트재에서,

시멘트 100중량부; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 20~50중량부의 물; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~5중량부의 수축저감제, 0.01~5중량부의 유동화제, 0.01~3중량부의 보수제, 0.01~3중량부의 보습제 및 0.1~10중량부의 증점제로 이루어진 액상형 혼화재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

또한, 추가로 상기 수축저감제는 메타크릴산(MAA: Methacrylic Acid)과 메톡시폴리프로필렌글리콜(MPEG: Methoxy Poly Propylene Glycol)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 유동화제는 폴리카르복실에테르(PCE: Poly carboxylate Ether)계, 리그닌(Lignin)계 또는 멜라민(Melamine)계를 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 보수제는 아크릴계(Acryl) 물질과 헤비글리콜(Heavy Glycol)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 보습제는 아크릴산(Acylic Acid)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 증점제는 다당류(Poly-Saccaride)를 주성분으로 하는 전분계(Starch) 천연섬유질을 사용하는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

그라우트재, 블리딩, 무수축, 고유동성, 재료분리, 액상형 혼화재

Description

블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재{Grouting Material Using Liquefied Admixture For Prevented Bleeding}

근래에는 건축물이 좁은 부지에 초고층화되는 경향에 따라서 어스앵커 및 PC부재 등의 사용이 증가하고 있다.

상기 어스앵커 및 PC부재 등에는 PC케이블 등의 강연선과 시스관 사이를 메우는 이른바 그라우팅 작업이 필수적이다. 또한 기초블록 또는 교각의 교좌장치 등의 하부 등에도 시공성능을 확보하기 위하여 설계시부터 그라우팅 작업이 필수적으로 되어 있다. 특히, 교량의 주거더의 경우 PC부재로 제작하는 경우가 더욱 증대되고 있다.

현재 사용되고 있는 그라우트재는 금속알루미늄 분말(AL powder)을 사용한 팽창제를 시멘트량의 1% 정도 첨가하여 혼화재로써 사용하고 있다. 이하, 상기 종래의 혼화재를 액상형인 본 발명과 비교하여 소위 '분말형 혼화재'라고 명명하기로 한다.

그러나, 상기 분말형 혼화재를 이용한 종래의 그라우트재는 실제로 양생 전후의 시공과정에서 재료분리현상이 발생하여 설계당시 예측하지 못했던 많은 양의 블리딩수의 발생이 있고, 그라우트재 주입 시 유동성이 감소하여 작업성능이 떨어지는 단점이 있다.

이 경우, 강연선을 그라우트재로 완전하게 충진시키기 위한 그라우팅 작업 본연의 시공목적이 달성되지 못할 가능성이 높아진다. 또한, 시공 전후로 분말형 혼화재 자체 또는 그라우트재 등의 분진 및 폐기물 등이 발생하여 제2차적인 또 다른 환경오염의 원인이 되기도 한다.

도 1은 한국, 미국 및 일본의 그라우트재의 블리딩 및 팽창률의 시험법을 비교한 것이고, 도 2는 종래의 그라우트재로 인한 각종 하자를 촬영한 사진이다.

구체적으로, 도 2(a)는 미국의 DMJM Harris사가 실시한 비파괴 검사에 따른 크라우트 공극을 나타낸 것(Test and Assessment of NDT Methods for Post-Tensioning Systems in Segmental Balanced Cantilever Concrete Bridges, DMJM Harris, Florida Department of Transportation Central Structures Office, February 2003)이고, 도 2(b)는 미국의 Corven Engineering사에서 실시한 검사에 따른 강연선의 파단을 나타낸 것(Corven, J.A., "Mid-Bay Bridge Post-Tensioning Evaluation," Florida Department of Transportation Report, Corven Engineering, Inc., Tallahassee, Florida, 2001.)이다.

도 2의 사진이 비록 외국의 예이긴 하나 노후된 교량에서 종래의 그라우트재로 인한 그라우트 재의 공극과 강연선의 판단 등의 문제점을 잘 나타내고 있다.

현재, 북미, 유럽 및 일본 등의 선진국에서는 강연선과 시스관 사이를 메우는 그라우팅 작업의 중요성이 높아짐에 따라 과거보다 현저히 높은 수준의 그라우트재의 성능을 요구하고 있다. 이는 도 1에 도시된 '강연선'을 추가한 외국의 시험 기준을 보더라도 이를 알 수가 있다.

상기 강연선은 후술하는 심지효과(wick effect)를 일으켜 재료분리와 블리딩을 촉진하는 역할을 하는 것으로, 현제 국내 기준은 블리딩 및 팽창률등의 시험에서 상기 강연선을 사용하지 않고 있다. 그러나 실제 현장의 시공에서는 강연선 주위를 그라우트재가 채워져 상기 강연선과 그라우트재가 접촉하여 경화되는 과정을 거치게 되는 데, 종래의 그라우트재는 강연선에 대한 검증을 거치지 않아 현장에서의 경화 과정에서 상기 심지효과(wick effect)에 의한 문제가 발생하는 것이다.

도 3은 강연선으로 인한 심지효과(wick effect)를 시험하는 사진이다.

도 3(a)는 강연선을 넣지 않는 것이고 도 3(b)는 강연선을 넣은 것으로, 사진에 나타난 바와 같이 강연선을 넣은 경우에 넣지 않은 경우보다 블리딩수가 증가하게 되는 데 시험에서는 약 86% 정도 증가하였다. 이는 심지효과(wick effect) 때문이다.

심지효과(wick effect)란 강연선이 양초 심지와 같은 역할을 하여 그라우트재에 포함된 수분이 강연선을 타고 상부로 올라오는 현상을 말한다. 상기 강연선은 여러 개의 철재 와이어를 꼬아서 만드는데 꼬아진 상기 와이어와 와이어 사이에 미세한 공간이 존재하게 되고, 상기 와이어 사이의 공간이 블리딩수의 운반로가 된다. 즉 강연선이 블리딩수의 통로 역할을 하여, 강연선을 넣을 경우에 블리딩수의 발생속도와 발생량이 증가되는 것이다.

상기 강연선의 심지효과(wick effect)로 인한 하자는 도 2에서 보듯이 공극을 발생시키고 강연선의 파단 및 콘크리트피복의 박리 등을 발생시켜 구조체의 안전성을 심각하게 위협한다.

그러나 현재 국내에서 생산되는 종래의 그라우트재는 강연선을 넣어 시험하는 상기 선진국의 기준을 만족시키지 못하는 실정이다.

따라서 본 출원의 발명자는 이와 같은 점에 착안하여 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재의 품질개선을 도모하고자 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다.

그 목적은 혼화재의 적절한 원료 및 최적의 배합비를 찾아내어, 재료분리를 억제하여 블리딩수의 발생을 방지하며, 고유동성을 유지하여 작업성을 높이고, 그라우트재의 충진성능을 확보하여 전체구조물의 내구수명을 확보할 수 있는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공함에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 건설현장에서 사용되는 그라우트재에서,

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 재료분리 및 블리딩이 감소하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

둘째, 고유동성이 유지되어 시공성능이 우수하고 저압으로도 충진이 가능한 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

셋째, 그라우팅 작업 후 그라우트재의 조직구조가 치밀하여 공극이 적고 밀도가 높으며 경화를 위한 적절한 함수량을 유지하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

넷째, 종래에 비하여 그라우팅 작업 후 충진된 그라우트재의 수축량이 적은 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 제공한다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 건설현장에서 사용되는 그라우트재에서,

시멘트 100중량부; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 20~50중량부의 물; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~5중량부의 수축저감제, 0.01~5중량부의 유동화제, 0.01~3중량부의 보수제, 0.01~3중량부의 보습제 및 0.1~10중량부의 증점제로 이루어진 액상형 혼화재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보수제 및 보습제는 0.01~1중량부로 하고, 상기 증점제는 0.1~5중량부로 하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트는 모르타르 또는 그라우트재를 만들기 위하여 통상적으로 사용되는 것으로 주로 포틀랜드시멘트가 이용될 것이나, 시공환경 등을 고려하여 특수 시멘트 등을 이용할 수 도 있다.

상기 물은 염분 등이 섞이지 않은 통상적으로 모르타르 또는 그라우트재를 만들기 위하여 사용되는 물을 말하며, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 20~50중량부가 투입되고 가장 바람직한 실시예로써 25~35중량부가 투입된다. 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재를 만들기 위하여 투입되는 물의 양은 종래의 그라우트재를 만들기 위한 물의 양보다 현저히 줄어든다. 왜냐하면 가장 바람직한 실시예인 25~35중량부의 물을 투입할 경우 후술하는 수축저감제 등의 액상형 혼화재로 인하여 물시멘트비(w/c)를 종래의 40~45%에서 25~35%로 감소시킬 수 있기 때문이다.

상기 액상형 혼화재는 수축저감제, 보수제, 보습제 및, 증점제로 구성된다.

상기 수축저감제는 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~5중량부가 투입되며, 그라우팅 작업 후 타설된 그라우트재의 건조수축 및 길이변화량을 감소시키는 역할을 한다. 상기 수축저감제는 통상적으로 사용되는 제품을 이용할 수도 있으나, 메타크릴산(MAA: Methacrylic Acid)과 메톡시폴리프로필렌글리콜(MPEG: Methoxy Poly Propylene Glycol)을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유동화제는 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~5중량부가 투입되며, 그라우팅 작업에 있어서 적은 펌프압으로도 시공성을 확보하고 타설중의 빈틈이나 경화중의 공극이 발생되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 유동화제는 통상적으로 사용되는 제품을 이용할 수도 있으나, 폴리카르복실에테르(PCE: Poly carboxylate Ether)계, 리그닌(Lignin)계 또는 멜라민(Melamine)계를 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보수제는 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~3중량부가 투입되며 바람직하게는 0.01~1중량부가 투입된다. 상기 보수제는 통상적으로 사용되는 제품을 이용할 수도 있으나, 아크릴계(Acryl) 물질과 헤비글리콜(Heavy Glycol)을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보습제는 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~3중량부가 투입되며 바람직하게는 0.01~1중량부가 투입된다. 상기 보습제는 통상적으로 사용되는 제품을 이용할 수도 있으나, 아크릴산(Acylic Acid)을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보수제 및 보습제는 재료분리의 방지를 통한 블리딩을 막고 시멘트의 장기강도을 향상시키는 역할을 한다.

상기 증점제는 상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.1~10중량부가 투입되며, 바람직하게는 0.1~5중량부가 투입된다. 상기 보수제는 통상적으로 사용되는 제품을 이용할 수도 있으나, 다당류(Poly-Saccaride)를 주성분으로 하는 전분계(Starch) 천연섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재를 비교시험하기 위한 개념도이고, 도 5는 도 4의 개념도에 따라서 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재를 비교시험하는 광경을 촬영한 사진이다.

본 시험에서는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라 우트재의 원료로써 시멘트 100중량부, 물 30중량부, 수축저감제 0.8중량부, 유동화제 1.2중량부, 보수제 0.1중량부, 보습제 0.05중량부 및 증점제 0.3중량부를 사용하였다.

도 6a는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 수직부재 타설시 블리딩 발생량을 비교한 사진이고, 도 6b는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 경사부재 타설시 블리딩 발생량을 비교한 사진이다. 그리고 도 7은 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 블리딩 발생량을 비교한 그래프이다.

도 6a 및 b에 도시된 바와 같이 강연선을 넣어서 시험할 경우,

종래의 제품은 금속알루미늄 분말(AL powder)을 사용한 금속성 팽창제를 혼화재로, 즉 분말형 혼화재를 사용한 것이므로 물시멘트비(w/c)가 높고 공시체의 양생과정에서 팽창과 수축을 반복하며 많은 양의 블리딩수를 배출한다. 그리고 유동성이 떨어져 고압의 펌프압을 요구하고 강연선의 부식을 초래한다. 또한 최종적으로 충진높이보다 체적이 감소하는 문제점을 보인다.

그러나 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 블리딩수가 발생하지 않고 체적의 변화가 거의 없음을 확인할 수 있다. 이와 같은 현상을 그래프로 나타낸 것이 도 7이다.

그리고 현장 조건에 따라 상기 시멘트의 일부를 플라이애쉬(Fly Ash), 슬래그분말(Slag Powder) 및 석회석분말(Limestone Powder) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 치환하여 사용할 수 있다. 상기 플라이애쉬(Fly Ash) 등은 모르타르나 콘크리트 등의 성능향상을 도모하기 위하여 첨가하는 혼화재로써 현장여건에 따라 가감이 가능하다.

결론적으로, 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 종래의 금속알루미늄 분말을 이용한 팽창형 혼화재를 대체하여 메타크릴산(MAA: Methacrylic Acid)과 메톡시폴리프로필렌글리콜(MPEG: Methoxy Poly Propylene Glycol)을 주성분으로 하는 수축저감제; 폴리카르복실에테르(PCE: Poly carboxylate Ether)계, 리그닌(Lignin)계 또는 멜라민(Melamine)계를 주성분으로 하는 유동화제; 아크릴계(Acryl) 물질과 헤비글리콜(Heavy Glycol)을 주성분으로 하는 보수제; 상기 보습제는 아크릴산(Acylic Acid)을 주성분으로 하는 보습제; 및, 다당류(Poly-Saccaride)를 주성분으로 하는 전분계(Starch) 천연섬유질의 증점제;의 액상형 혼화재를 소정의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 주된 요지로 한다.

상기 성분으로 이루어진 액상형 혼화재를 사용한 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 재료분리 및 블리딩이 감소하며, 고유동성이 유지되어 시공성능이 우수하고 저압으로도 충진이 가능하고, 그라우팅 작업 후 타설된 그라우트재의 조직구조가 치밀하여 공극이 적고 밀도가 높으며 경화를 위한 적절한 함수량이 유지된다. 또한 종래에 비하여 그라우팅 작업 후 충진된 그라우트재의 수축량이 적다는 장점이 있다.

본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 포스트 텐션 콘크리트 구조(post tension concrete structure)에 가장 적절히 적용될 수 있을 것이고, 특히 PSC교량에 주로 사용된다. 그러나 이에 한정되지 않고 어스앵커 등 그라우팅 작업이 필요한 곳이라면 어디에나 응용하여 적용이 가능하다.

또한, 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재는 유동성이 우수하여 셀프레벨링(self leveling) 기능을 보유하므로, 무수축모르타르로써 사용이 가능하다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

도 1은 한국, 미국 및 일본의 그라우트재의 블리딩 및 팽창률의 시험법을 비교한 것이다.

도 2는 종래의 그라우트재로 인한 각종 하자를 촬영한 사진이다.

도 4는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재를 비교시험하기 위한 개념도이다.

도 5는 도 4의 개념도에 따라서 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재를 비교시험하는 광경을 촬영한 사진이다.

도 6a는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 수직부재 타설시 블리딩 발생량을 비교한 사진이다.

도 6b는 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 경사부재 타설시 블리딩 발생량을 비교한 사진이다.

도 7은 본 발명의 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재와 종래의 그라우트재의 블리딩 발생량을 비교한 그래프이다.

Claims

건설현장에서 사용되는 그라우트재에서,

시멘트 100중량부;

상기 시멘트 100중량부에 대하여 20~50중량부의 물; 및,

상기 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~5중량부의 수축저감제, 0.01~5중량부의 유동화제, 0.01~3중량부의 보수제, 0.01~3중량부의 보습제 및 0.1~10중량부의 증점제로 이루어진 액상형 혼화재;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재.
제1항에서,

상기 보수제 및 보습제는 0.01~1중량부로 하고, 상기 증점제는 0.1~5중량부로 하는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재.
제1항 또는 제2항에서,

상기 수축저감제는 메타크릴산(MAA: Methacrylic Acid)과 메톡시폴리프로필 렌글리콜(MPEG: Methoxy Poly Propylene Glycol)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 유동화제는 폴리카르복실에테르(PCE: Poly carboxylate Ether)계, 리그닌(Lignin)계 또는 멜라민(Melamine)계를 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 보수제는 아크릴계(Acryl) 물질과 헤비글리콜(Heavy Glycol)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 보습제는 아크릴산(Acylic Acid)을 주성분으로 하는 것으로 사용하고, 상기 증점제는 다당류(Poly-Saccaride)를 주성분으로 하는 전분계(Starch) 천연섬유질을 사용하는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재.
제1항 또는 제2항에서,

상기 시멘트의 일부를 플라이애쉬(Fly Ash), 슬래그분말(Slag Powder) 및 석회석분말(Limestone Powder) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 치환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재.
제3항에서,

상기 시멘트의 일부를 플라이애쉬(Fly Ash), 슬래그분말(Slag Powder) 및 석회석분말(Limestone Powder) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 치환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블리딩 방지를 위한 액상형 혼화재를 이용한 그라우트재.