KR20140064766A - 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료 및 그 보수 재료를 이용한 그 균열의 보수 방법 - Google Patents

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잇판자이단호진 세이산기쥬츠켄큐쇼레이카이
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Abstract

공용 중의 콘크리트 구조물, 예를 들면 고가다리나 터널 등에 발생된 누수를 동반하는 균열에 대하여, 콘크리트 구조물의 공용을 방해하는 일 없이, 그 균열을 효과적으로 보수하고 누수를 멈추게 하는 것이 가능한 보수 재료 및 보수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료는, 시멘트, 물 및 자기 치유 재료를 함유하는 페이스트로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하는 것이다.

Description

콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료 및 그 보수 재료를 이용한 그 균열의 보수 방법{REPAIRING MATERIAL FOR CRACKS ACCOMPANIED WITH WATER LEAKAGE IN CONCRETE STRUCTURE AND PROCESS FOR REPAIRING SAID CRACKS USING SAID REPAIRING MATERIAL}
본 발명은, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료 및 그 보수 재료를 이용한 그 균열의 보수 방법에 관한 것으로, 특히 콘크리트 구조물에 있어서 누수를 동반하는 균열에 이용되는, 자기 치유 재료를 함유하는 보수 재료 및 그 보수 재료를 이용한 그 균열의 보수 방법에 관한 것이다.
건축 또는 토목 구조물의 구축에 이용되는 콘크리트는, 시멘트, 물, 골재 등을 포함하고, 시멘트의 수화 반응에 의해 경화되는 성질을 갖는다. 이 경화 후의 콘크리트는, 응력의 작용, 온도 변화 혹은 건조 등에 의한 체적 변화가 발생되는 것 등에 의해, 균열이 발생되는 경우가 있다. 콘크리트에 있어서의 균열은, 누수, 철근 부식 등을 발생시켜, 내구성을 크게 저하시키는 주요인이 되기 때문에, 균열의 정도가 크면 보수 등을 실시하는 것이 필요하다. 예를 들면, 철도 혹은 자동차용의 콘크리트 고가다리, 터널 등의 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 고가다리의 상판(床版) 및 교각, 터널의 복공(覆工) 콘크리트에 발생된 균열에 대하여 보수용 충전재의 주입이나 단면(斷面) 수복 등의 보수가 실시된다.
그러나, 이 콘크리트 고가다리의 상판 및 교각, 터널의 복공 콘크리트에 발생된 균열을 보수하는 경우, 공용(供用) 중의 고가다리 혹은 터널에 있어서, 통행금지를 포함하는 교통규제의 실시 등을 행할 필요가 있기 때문에, 공사기간이 장기간 걸리고, 또한, 막대한 비용이 든다는 문제가 있었다. 또한, 빗물이나 지하수에 의해 발생된 누수를 동반하는 균열을 보수하는 경우, 에폭시계 수지나 우레탄계 수지 등의 유기계 보수 재료는, 물이 존재하는 습윤 상태에서는, 주입 불량, 경화 불량, 부착 불량 등을 일으키기 때문에, 보수 자체가 매우 곤란해진다는 문제도 있었다.
더욱이 노천에서 공용되는 고가다리 등의 콘크리트 구조물은, 환경(계절이나 기후에 의한 온도, 습도, 일사 등)의 변화나 상부를 주행하는 열차나 차량에 의한 하중이나 진동 등에 기인하여, 콘크리트 구조물의 균열폭이 시간 경과에 따라 변화된다. 그 때문에, 한 번 균열을 보수해도, 환경(계절이나 기후에 의한 온도, 습도, 일사 등)의 변화나 상부를 주행하는 열차나 차량에 의한 하중이나 진동 등에 의해 재차 균열이 발생되는 경우가 있어, 이들 콘크리트 구조물의 외부 환경에 기인하는 균열폭의 변화에 추종하는 보수 기술이 요망되고 있다.
이러한 점을 감안하여, 콘크리트 구조물에 수복, 방수, 지수(止水) 공사 등을 실시하지 않았던 경우여도, 지수 성능이나 내구성을 유지할 수 있는 것으로, 균열이 발생해도 이것을 스스로 수복할 수 있는 자기 치유 콘크리트가 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2, 3, 4 참조).
그러나, 상술한 바와 같은 자기 치유 콘크리트는, 확실한 균열 자기 치유 성능을 얻을 수 있는 것은 아니며, 균열 발생 후의 지수 성능의 한층 더 향상이 요구되고 있다.
또한, 건축 구조물에 이용되는 경우, 콘크리트의 타설 직후의 얼마 되지 않은 기간뿐만 아니라, 긴 시간이 경과한 후에 균열이 발생된 경우여도, 충분한 자기 치유성을 발휘할 수 있는 것도 요구되고 있다.
특히 상술한 특허문헌 4에서는, 자기 치유 성능을 갖는 재료(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 탄산염, 산화칼슘, 팽창재 등)를 콘크리트에 가하여, 그 화학적 작용을 이용하여 균열 발생시에 콘크리트 자신이 능동적으로 균열을 치유하는 기술이 제안되고 있지만, 이들 자기 치유 성능을 갖는 재료는, 흡수성 또는 팽윤성 혹은 물과의 반응 활성이 높기 때문에, 콘크리트에 그대로 혼합하면 콘크리트의 슬럼프(slump) 저하를 일으키고, 슬럼프 회복을 위해 감수제(減水劑)의 첨가량을 증대하지 않을 수 없어, 콘크리트의 응결을 현저하게 지연시키거나, 혹은 제조 비용을 상승시켜 버리는 등의 문제가 있다.
또한, 특허문헌 5에서는, 분무 도장 재료에 자기 치유 재료를 혼합하여 터널 구조체의 복공 콘크리트의 방수(지수)를 실시하는 보수 기술이 제안되고 있지만, 분무 도장에 의한 대규모 보수이기 때문에, 공용 중의 콘크리트 구조물(고가다리 혹은 터널 등)에 적용한 경우, 콘크리트 구조물의 공용을 중지하지 않을 수 없다는 문제가 있었다.
특허문헌 1 : 일본특허 제3658568호 공보 특허문헌 2 : 일본특허공개 2005-239482호 공보 특허문헌 3 : 일본특허공개 2007-332010호 공보 특허문헌 4 : 일본특허공개 2009-190937호 공보 특허문헌 5 : 일본특허공개 2010-180107호 공보
본 발명의 목적은, 공용 중의 콘크리트 구조물, 예를 들면 고가다리나 터널 등에 발생된 누수를 동반하는 균열에 대하여, 콘크리트 구조물의 공용을 방해하는 일 없이, 그 균열을 효과적으로 보수하여 누수를 멈추게 하는 것이 가능한 보수 재료 및 보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료는, 시멘트, 물 및 자기 치유 재료를 함유하는 페이스트로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상(層狀) 규산염 광물, 장석(長石), 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료는, 시멘트, 물, 세골재 및 자기 치유 재료를 함유하는 모르타르로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하고, 상기 세골재는, 규석, 장석, 도석(陶石), 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료 및 고로 슬래그로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료이고 또한 최대 입경이 1mm 이하인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료이다.
또한, 본 발명에 있어서의 최대 입경은, 일본공업규격 JIS Z 8801-1「시험용 체-제1부: 금속제 망체」로 규정되는 공칭 눈구멍 1mm의 체를 통과함으로써 평가한 것이다.
바람직하게는, 상기 본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료에 있어서, 상기 자기 치유 재료는, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재, 산화칼슘, 단섬유 및 흡수성 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 보조 재료를 더 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법은, 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽이고 또한 그 균열 부분을 따라, 콘크리트 표면 부분에 상기 본 발명의 어느 하나의 보수 재료를 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법이다.
다른 본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법은, 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽이고 또한 그 균열 부분을 따라 삭공(削孔)하여 복수의 구멍을 형성한 후, 상기 본 발명의 어느 하나의 보수 재료를 그 구멍에 충전 또는 주입하고, 더욱이 그 보수 재료를 충전 또는 주입한 구멍을 포함하는 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 표면 부분에 상기 본 발명의 다른 보수 재료를 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법이다.
바람직하게는, 상기 본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법에 있어서, 보수 재료를 도포, 충전 또는 주입하기 전에, 하지(下地) 처리재로서 규산염 수용액을 미리 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료 및, 그 보수 재료를 이용한 그 균열의 보수 방법에 의하면, 콘크리트 구조물, 예를 들면 고가다리의 콘크리트 상부공(上部工), 상판 저면 및 교각, 교대(橋臺) 측면, 터널의 복공 콘크리트 내측에 발생된 누수를 동반하는 균열, 혹은 오피스 빌딩 또는 맨션 등의 건축 구조물의 슬라브, 벽 등에 발생된 누수를 동반하는 균열에 대하여, 누수량(누수속도)을 저하시켜, 자기 치유 재료의 치유 능력을 효과적으로 발휘시키는 것이 가능하게 된다.
특히, 노천에서 공용되는 고가다리 등의 콘크리트 구조물에 있어서, 환경(계절이나 기후에 의한 온도, 습도, 일사 등)의 변화나 상부를 주행하는 열차나 차량에 의한 하중이나 진동 등에 기인하는 콘크리트 구조물의 균열폭의 경시 변화에 대한 추종성을 갖기 때문에, 한 번 수복한 균열 부분에 있어서, 균열폭이 변화(균열이 재차 발생)해도, 잔존하는 보수 재료에 의해 균열이 재차 자기 치유된다. 즉, 본 발명에 의한 보수 재료 및 그 보수 방법에 의하면, 균열폭의 경시 변화에 추종 가능하다.
더욱이 공용 중의 콘크리트 구조물에 발생된 균열의 누수 방지를 실시할 때에, 통행금지 등의 공용을 방해하는 일 없이, 또는, 공용 중지의 기간을 단축하는 것을 가능하게 한다.
이하, 본 발명을 적합한 실시형태에 의거하여 설명하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료는, 시멘트, 물 및 자기 치유 재료를 함유하는 페이스트로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료이다.
또한, 다른 본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료는, 시멘트, 물, 세골재 및 자기 치유 재료를 함유하는 모르타르로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하고, 상기 세골재는, 규석, 장석, 도석, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료 및 고로 슬래그로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료이고 또한 최대 입경이 1mm 이하인, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료이다.
즉, 본 발명의 보수 재료는, 상기 자기 치유 재료에, 시멘트 및 물, 또는, 시멘트 및 물 및 세골재를 가하고 혼련하여 얻어진, 콘크리트의 균열폭의 경시 변화에 대한 추종성을 갖는 페이스트 또는 모르타르이다.
여기서, 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 포함하는 재료이며, 바람직하게는, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재, 산화칼슘, 단섬유 및 흡수성 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종류 이상의 보조 재료가 더 함유된다.
상기 자기 치유 재료에 포함되는 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)로서는, 점토 광물의 카올린족에 속하는 카올리나이트, 할로이사이트, 디카이트, 나크라이트, 오디라이트, 점토 광물의 탈크-파이로필라이트족에 속하는 탈크(활석), 윌렘사이트, 케롤라이트(결정성이 불량한 탈크), 필라이트라이트(결정성이 불량한 윌렘라이트), 파이로필라이트(엽랍석, 납석), 점토 광물의 스메크타이트족에 속하는 사포나이트, 헥토라이트, 소코나이트, 스티븐사이트, 스윈홀다이트, 몬모릴로나이트, 바이델라이트, 논트로나이트, 볼콘스코아이트, 점토 광물의 바미큘라이트족에 속하는 3팔면체형 바미큘라이트, 2팔면체형 바미큘라이트, 점토 광물의 운모족에 속하는 마스코바이트(백운모), 플로고파이트 (금운모), 안나이트(철운모), 이스트나이트, 시데로필라이트 테트라페리 철운모, 폴리리시오나이트, 세라돈석, 철세라돈석, 철알루미노세라돈석, 알루미노세라돈석, 지부(砥部)운모, 소다운모, 셀리사이트(견운모), 점토 광물의 층간결손형(層間欠損型) 운모족에 속하는 일라이트, 해록석(海緣石), 브라마라이트, 원네사이트, 점토 광물의 취운모(脆雲母)족에 속하는 크린토나이트, 키노시타, 히데운모, 진주운모, 점토 광물의 녹니석(緣泥石)족에 속하는 클리노클로어(녹니석), 샤모사이트, 페난타이트, 니마이트, 베이리클로어, 돈바사이트, 쿡케아이트, 스도아이트 등을 들 수 있다.
이러한 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트) 중에서는, 특히, 몬모릴로나이트((Na, Ca)0.33(Al, Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O, n=부정(不定)), 탈크(활석, 3MgO·4SiO2·H2O)의 사용이 바람직하고, 더욱이 몬모릴로나이트 중에서도 Na-벤토나이트, Ca-벤토나이트, 산성 백토, 아타팔자이트(파리골스카이트, Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·H2O, 다만 Mg의 일부는 Al으로 치환되어 있다), 세피올라이트(Mg8Si12O30(OH2)4(OH)4·6∼8H2O)의 사용이, 팽윤 작용에 의한 균열의 자기 치유 성능이 뛰어나기 때문에, 특히 바람직하다.
또한, 층상 규산염 광물(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)은, 입경 10∼100㎛ 정도로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다.
또한, 층상 규산염 광물은, 상기 예시한 광물을 단체(單體)로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 층상 규산염 광물은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 3∼20질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
더욱이, 상기 자기 치유 재료에 포함되는 장석으로서는, 사장석에 속하는 회장석(CaAl2Si2O8), 조장석(NaAlSi3O8), 회장석 및 조장석의 연속 고용체를 포함하는 광물, 알칼리 장석에 속하는 정장석(KAlSi3O8), 조장석(NaAlSi3O8), 정장석 및 조장석의 연속 고용체를 포함하는 광물 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 시멘트 등의 강알칼리성 물질 혹은 옥시카르본산 또는 디카르본산과 반응하기 쉬운 회장석의 사용이 특히 바람직하지만, 염가이고 입수가 용이한 요업 원료용의 조장석, 정장석을 주성분으로 하는 광물을 사용해도 된다. 이들은, 모두 입경 10∼100㎛ 정도로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다. 또한, 장석은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 장석은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 2∼10질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
더욱이, 상기 자기 치유 재료에 포함되는 옥시카르본산 또는 디카르본산으로서는, 옥시카르본산(히드록시카르본산; 1분자 중에 수산기와 카르복실기를 갖는 화합물)에서는, 시트르산, L-주석산, 사과산, 젖산 등을 들 수 있다. 디카르본산(1분자 중 2개의 카르복실기를 갖는 화합물)에서는, 옥살산, 말론산, 프말산, 말레인산, 숙신산, 이타콘산(메틸렌숙신산) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 시트르산, L-주석산, 옥살산, 말론산, 프말산, 말레인산이 염가이고 입수가 용이하다는 점으로부터 특히 바람직하다. 이들 옥시카르본산 또는 디카르본산은, 공업용 그레이드로, 입경 10∼100㎛ 정도로 조정된 분체 상태의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 단체 또는 임의의 종류 및 입경이 다른 복수의 옥시카르본산 또는 디카르본산을 사용할 수도 있다. 옥시카르본산 또는 디카르본산은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 0.1∼3질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료는, 상기 자기 치유 재료 혼합물에 시멘트 및 물과 혼련한 페이스트, 또는, 상기 자기 치유 재료 혼합물에 시멘트, 세골재 및 물과 혼련한 모르타르이다.
그 시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트, 그 이외의 혼합 시멘트, 초속경계(超速硬系) 시멘트 등을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트로서는, 저열(低熱), 중용열(中庸熱), 보통, 조강(早强), 초조강(超早强), 내(耐)황산염 등의 각종 포틀랜드 시멘트를 들 수 있고, 또한, 혼합 시멘트로서는, 고로 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 실리카 시멘트 등을 들 수 있다. 초속경계 시멘트로서는, 알루미나 시멘트, 11CaO·7Al2O3·CaX2계(X는 F 등의 할로겐 원소) 시멘트, 아윈(칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4))계 시멘트, 더욱이, 전술한 각종 시멘트를 통상보다 큰 입도(예를 들면, 최대 입경이 100∼300㎛, 브레인 비표면적이 500∼2000cm2/g)로 조정한 조분(粗粉) 시멘트를 들 수 있다.
이들 중에서도, 염가의 포틀랜드 시멘트가 바람직하고, 더욱이 모르타르나 콘크리트의 경화체의 균열을 억제하기 위해서는, 모르타르나 콘크리트의 경화체의 건조 수축(자기 수축)이 작아지는 벨라이트(C2S) 함유량이 많은 저열 포틀랜드 시멘트 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 사용이 특히 바람직하다. 또한, 각종 시멘트의 통상보다 큰 입도(예를 들면, 최대 입경이 100∼300㎛, 브레인 비표면적이 500∼2000cm3/g)로 조정한 조분(粗粉)도 시멘트를 사용한 경우는, 보수 재료의 자기 치유 성능의 장기 온존(溫存) 효과가 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 이들 시멘트는, 상기 예시한 시멘트를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 시멘트의 첨가량은, 상기 자기 치유 재료 10질량부에 대하여 50∼100질량부의 범위 내가 적합하다. 시멘트의 첨가량이 50질량부 미만에서는, 보수 재료의 페이스트 또는 모르타르의 강도가 부족하고, 중력의 작용에 의해, 균열이 발생된 콘크리트에 도포 또는 도포된 보수 재료가 흘러내리거나, 탈락(낙하)될 위험성이 증대되기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 시멘트의 첨가량이 100질량부를 넘으면 보수 재료 중의 자기 치유 재료의 함유량이 낮아져, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열에 대한 자기 치유 성능을 충분히 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 배합하는 물로서는, 상기 시멘트의 수화 반응이나 보수 대상이 되는 균열이 발생된 콘크리트 경화체에 악영향을 미치는 유기물, 염화물 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온 등을 함유하지 않으면 특별히 한정되지 않으며, 상수도수, 공업용수, 지하수, 하천수, 빗물, 증류수, 화학분석용의 고순도수(초순수, 순수, 이온교환수) 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 염가이고 품질이 안정되어 있는 상수도수 또는 공업용수의 사용이 바람직하다.
이 물수의 첨가량은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 및 시멘트의 합계량 10질량부에 대하여 2∼10질량부의 범위 내가 적합하다. 물의 첨가량이 2질량부 미만에서는, 물이 부족하고, 균열이 발생된 콘크리트에 대한 도포, 충전, 주입의 용도에 적합한 페이스트 또는 모르타르를 얻을 수 없기 때문에 부적당하다. 한편, 물의 첨가량이 10질량부를 넘으면, 물이 과잉으로 되어 도포 또는 충전(주입)에 문제가 발생되고, 또한, 보수 재료의 페이스트 및 모르타르의 강도가 부족하여, 중력의 작용에 의해, 균열이 발생된 콘크리트에 도포 또는 충전(주입)된 보수 재료가 흘러내리거나, 탈락(낙하)될 위험성이 증대되기 때문에 부적당하다.
또한, 물의 첨가량을 줄이기 위해 폴리카르본산계 고성능 감수제 등의 콘크리트용 화학 혼화제를 병용할 수도 있다. 화학 혼화제로서는, 액체상 또는 분말상의 감수제, AE 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제 등의 콘크리트에 이용되는 감수제로서 공지의 것을 제한 없이 적용할 수 있다. 화학 혼화제는, 상기 시멘트에 대하여, 0.1∼3.0질량% 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료에는, 필요에 따라, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재, 산화칼슘을 함유하는 무기 재료, 단섬유 및 흡수성 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종류 이상의 보조 재료를 더욱 배합할 수 있다.
상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 인산칼슘으로서는, Ca(H2PO4)2(제1 인산칼슘), CaHPO4(제2 인산칼슘), Ca3(PO4)2(제3 인산칼슘), 골회(骨灰)(인산칼슘=Ca3(PO4)2) 등을 들 수 있다.
이들의 인산칼슘 중에서는, CaHPO4(제2 인산칼슘)는, 콘크리트의 균열 부분에 있어서, 시멘트 광물의 수화물로서 생성되는 수산화칼슘 또는, 그 층상 규산염 광물(마그네슘 실리케이트)과 반응하여, 결합력이 높은 Ca5(PO4)3(OH)(하이드록시 아파타이트=수산인회석), Ca18Mg2H2(PO4)14(휘틀로카이트), 인산3칼슘, 인산수소칼슘 이수화물, 인산수소칼슘 무수화물, 비정질 인산칼슘, 인산8칼슘 등의 인산칼슘 화합물을 생성하여, 균열 부분에 치밀한 수화물을 형성할 수 있기 때문에, 특히 바람직하다. 또한, 인산칼슘은, 입경 10∼100㎛ 정도로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
인산칼슘은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 1∼5질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염으로서는, 예를 들면, CaCO3(탄산칼슘; 칼사이트, 아라고나이트, 배터라이트), 돌로마이트(고회석, CaCO3·MgCO3), 마그네사이트(능고토광(菱苦土鑛), 주성분=MgCO3), Li2CO3(탄산리튬), Na2CO3(탄산나트륨), K2CO3(탄산칼륨), MgCO3(탄산마그네슘), LiHCO3(탄산수소리튬), NaHCO3(탄산수소나트륨), KHCO3(탄산수소칼륨), Mg(HCO3)2(탄산수소마그네슘) 등을 들 수 있다.
이들의 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염으로서는, Li2CO3(탄산리튬), MgCO3(탄산마그네슘)를 포함하는 경질 탄산마그네슘, CaCO3(탄산칼슘)를 포함하는 경질 탄산칼슘이, 콘크리트의 균열을 수복하는 특성이 뛰어나므로 특히 바람직하다. 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염은, 입경 10∼100㎛ 정도로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 재료 또는 광물을 단체로, 또는, 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 1∼5질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물은, 인공물로서는, MgCO3(탄산마그네슘), MgO(산화마그네슘=마그네시아, 페리크레이스), Mg(OH)2(수산화마그네슘=브루사이트), MgSO4(황산마그네슘), Mg(NO2)2(아질산마그네슘), Mg(NO3)2(질산마그네슘), 2MgO·3SiO2·nH2O(규산마그네슘, n=부정), Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H2O(하이드로탈사이트) 등의 공업용 마그네슘 화합물, 페로니켈 정련시의 부산물인 페로니켈 슬래그 제냉재(除冷滓) 및 일본공업규격 JIS A 5011-2에 적합한 콘크리트용 골재용의 페로니켈 슬래그 세골재 등의 마그네슘 함유 슬래그, 폴스테라이트 벽돌 및 마그사이트 벽돌 등의 마그네슘 함유 내화물 등을 들 수 있다. 또한, 천연물로서는, 마그네슘을 다량으로 함유하는 돌로마이트(고회석, CaCO3·MgCO3), 마그네사이트(능고토광, 주성분=MgCO3), 감람암=감람석(두나이트, 올리빈샌드, 폴스테라이트샌드, 다나이트샌드 등, 주성분=(Mg, Fe)2SiO4), 사문암(3MgO·2SiO2·2H20, 일부 브루사이트=Mg(OH)2를 포함), 각섬석(Mg7(Si4011)2(OH)2, 다만 석면=아스베스토를 포함하는 것은 제외), 휘석, 완화휘석(엔스타타이트=Mg2Si206), 투휘석(CaMgSi206), 콜린가이트(Mg10Fe2CO3(OH)24·2H20), 쇼그레나이트(sjogrenite)(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H20), 파이로오라이트(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H20), 브루그나테라이트(Mg6Fe(OH)13CO3·4H20), 네스퀘호나이트(MgCO3·3H20) 등의 마그네슘 함유 광물 등을 들 수 있다.
이들 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물은, 일부 팽창 반응성을 갖는 경우가 있기 때문에, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 페이스트 경화체 및 보수 재료 모르타르 경화체의 팝 아웃(pop out)을 피하기 위해, 입경 10∼100㎛ 정도로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 균열의 자기 치유 속도를 중시하는 경우는, 고가이기는 하지만 마그네슘 함유량이 많은 탄산마그네슘, 수산화마그네슘의 사용이 바람직하다.
한편, 제조 비용의 저감을 도모하기 위해서는, 마그네슘 함유량은 낮지만, 매우 염가인 마그네슘을 함유하는 광물 및 슬래그, 내화물의 사용이 바람직하다.
이들 마그네슘을 함유하는 무기 재료 및 광물은, 상기 예시한 무기 재료 또는 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 그 마그네슘을 함유하는 무기 재료 및 광물은, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 1∼5질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 비정질 실리카 함유 무기 재료로서는, 비정질(유리질)의 실리카(이산화규소=SiO2))를 적어도 50질량% 이상 함유하고, 소위 포졸란 반응성을 갖는 무기 재료 및 광물이다. 그 비정질 실리카 함유 무기 재료의 인조물로서는, 플라이애쉬(석탄재), 실리카흄(흄드실리카), 전융(電融) 지르코니아 제조시에 회수되는 실리카질 미분말, 광섬유 등의 실리카 유리 제조시에 회수되는 실리카질 미분말, 금속 실리콘(Si, 규소)을 연소(산화)시켜 제조하는 합성 실리카질 미분말, 규소 염화물을 기화시켜 고온의 수소염(水素炎) 중에서 기상 반응에 의해 합성하는 실리카질 미분말, 규산소다 수용액의 pH를 조정하여 합성되는 침강성 실리카 또는 실리카 겔, 왕겨 또는 벼짚의 연소재(燃燒灰), 카올린 광물(카올리나이트=Al2O3·2SiO2·2H2O, 디카이트(Al2O3·2SiO2·2H2O), 할로이사이트(Al2O3·2SiO2·4H2O) 등)를 500∼900℃ 정도에서 소성한 메타카올린 등으로 대표되는 소성 점토, 요업으로부터 발생되는 폐재(폐기와(廢瓦), 폐벽돌, 폐도기, 폐도자기 등), 제강(製鋼)시에 발생되는 고로 흄 등을 들 수 있다. 또한, 그 비정질 실리카 함유 무기 재료의 천연물로서는, 규산질 백토, 응회암(유문암질 응회암, 제올라이트질 응회암 등), 데이사이트, 규조토, 산성 화산암, 화산재, 시라스 등을 들 수 있다.
그 비정질 실리카 함유 무기 재료로서는, 염가이고 입수가 용이한 플라이애쉬(석탄재)의 사용이 바람직하고, 플라이애쉬로서는, 일본공업규격 JIS A 6201 「콘크리트용 플라이애쉬」에 정해진 I종 규격품, II종 규격품, III종 규격품, IV종 규격품, 최대 입경이 10∼20㎛ 정도의 특정 입경(입도 분포)으로 조정된 분급(分級) 플라이애쉬, 가압 유동상(床) 석탄재(PFBC)로 대표되는 CaO를 10질량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 불순물이 적은 JIS의 I종 또는 II종의 규격 적합품, 분급 플라이애쉬, CaO를 10질량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬의 사용이 보다 바람직하고, 더욱이 분급 플라이애쉬, CaO를 10질량% 이상 함유하는 고칼슘형의 플라이애쉬는, 포졸란 반응성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
이들의 비정질 실리카 함유 무기 재료는, 입경 10∼100㎛ 정도로 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 비정질 실리카 함유 무기 재료는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 1∼10질량% 포함되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 상기 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재로서는, 시판되는 에트린가이트계(칼슘설포알루미네이트계) 팽창재, 생석회계 팽창재, 에트린가이트 생석회 복합계 팽창재, 팽창재의 유효 성분인 아윈=칼슘설포알루미네이트(3CaO·3Al2O3·CaSO4) 혹은 유리 석회(CaO) 혹은 유리 석고(CaSO4)를 함유하는 시멘트 클린커 또는 시멘트, 비소성의 팽창재 성분 함유 재료(석고, 아윈, 산화칼슘의 분말을 각각 임의의 조합 및 혼합 비율로 혼합한 것으로, 혼합 후에 소성 처리를 실시하지 않은 것) 등을 들 수 있다. 이들 팽창재 또는 비소성의 팽창재 성분 함유 재료 중에서도 품질이 안정되어 있는 일본공업규격 JIS A 6202 「콘크리트용 팽창재」의 규격을 만족하는 것이 바람직하다.
그 팽창재 재료는, 입경 10∼100㎛ 정도로 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중에, 1∼10질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 산화칼슘(생석회, CaO)을 함유하는 재료로서는, 시판되는 제철 소결용 생석회, 제강 전로용 생석회, 경소(硬燃)(사소(死燒)) 생석회, 토질 개량용 생석회, 제강시의 부산물로 산화칼슘을 다량으로 포함하는 전로 슬래그 및 전기로 환원 슬래그 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 통상의 생석회보다 소화(消化) 속도(수화 반응속도)가 늦은 경소(사소) 생석회, 초경소 생석회의 사용이 바람직하다. 산화칼슘을 함유하는 재료는, 물과의 반응에 의해 Ca(OH)2를 발생시키지만, 이 반응은 체적 팽창이며, 팽창재로서도 기능한다.
또한, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염과, 그 산화칼슘을 함유하는 무기 재료를 조합함으로써, 이들의 양성분의 반응에 의한 탄산칼슘(칼사이트, CaCO3) 등의 안정성이 높은 반응 생성물을 콘크리트의 균열에 부분적으로 석출(생성)시킬 수 있고, 한층 뛰어난 균열 자기 치유 성능을 얻을 수 있게 된다.
또한, 이들 산화칼슘을 함유하는 무기 재료는, 일부 팽창 반응성을 갖는 경우가 있기 때문에, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 페이스트 경화체 및 보수 재료 모르타르 경화체의 팝 아웃을 피하기 위해, 입경 10∼100㎛ 정도로 조정된 분체를 사용하는 것이 바람직하고, 단체 또는 임의의 종류 및 입경이 다른 복수의 산화칼슘을 사용할 수도 있다.
그 산화칼슘을 함유하는 재료는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중에, 1∼10질량% 포함되어 있는 것이, 양호한 균열의 자기 치유 성능을 발현시키는 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 단섬유로서는, 아스베스토(석면)와 같이 인체에 유해한 단섬유를 제외하면 특별히 제한되지 않으며, 고분자 섬유, 무기 섬유, 금속 섬유 등의 어느 재질의 것으로도 사용할 수 있다.
고분자 섬유로서는, 비닐론계 고분자 섬유, 폴리프로필렌계 고분자 섬유, 폴리비닐알코올계 고분자 섬유, 폴리아크릴계 고분자 섬유, 폴리아크릴니트릴계 고분자 섬유, 폴리아미드계 고분자 섬유, 폴리우레탄계 고분자 섬유, 셀룰로오스계 고분자 섬유, 레이온계 고분자 섬유, 아세테이트계 고분자 섬유 등을 들 수 있다.
무기 섬유로서는, 내알칼리성 유리 섬유, 록울(rock wool), 슬래그울(slag wool), 울러스터나이트 섬유, 알칼리성 황산마그네슘 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아타팔자이트(파리골스카이트), 세피올라이트, PAN계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 등을 들 수 있다. 금속 섬유로서는, 강철 섬유, 고장력강철 섬유, 스텐레스 섬유 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 유기 섬유로서는 염가인 비닐론계 고분자 섬유, 폴리프로필렌계 고분자 섬유의 사용이 바람직하다. 무기 섬유로서는, 자기 치유 재료 및 시멘트와의 친화성이 높은 록울, 슬래그울, 울러스터나이트 섬유, 염기성 황산마그네슘 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아타팔자이트(파리골스카이트), 세피올라이트의 사용이 바람직하고, 자기 치유 재료(알루미노 실리케이트, 마그네슘 실리케이트)의 조성(성분)을 갖는 염기성 황산마그네슘 섬유, 아타팔자이트(파리골스카이트), 세피올라이트의 사용이 특히 바람직하다.
그 단섬유의 형상은, 섬유 길이가 6mm 이하, 섬유 직경이 0.1mm 이하의 것이 바람직하다. 단섬유는 단독으로 사용해도 좋지만, 또한, 재질 및 형상이 다른 복수의 단섬유를 임의의 조합 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
그 단섬유는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중에, 0.1∼5체적% 포함되어 있는 것이, 보수 재료의 굴곡강도 향상 혹은 벗겨져 떨어짐 방지의 점으로부터 바람직하다.
또한, 상기 자기 치유 재료의 보조 재료가 되는 흡수성 수지로서는, 폴리아크릴산계 고흡수성 수지, 비이온형의 고흡수성 수지(변성 폴리알킬렌옥사이드 등), 양이온형의 고흡수성 수지, 고순도 설폰산계 비닐 모노머(아크릴아미드·터셔리부틸설폰산 등) 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 물과 접했을 때에 다량의 Ca이온을 발생시키는 시멘트계 재료와의 공존 환경하에서도 흡수 능력이 저하되기 어려운, 비이온형의 고흡수성 수지(변성 폴리알킬렌옥사이드 등), 혹은 고순도 설폰산계 비닐 모노머(아크릴아미드·터셔리부틸설폰산 등)의 사용이 바람직하고, 특히 JIS K 7223 「고흡수성 수지의 흡수량 시험 방법」에 따르는 흡수량이, 순수의 경우=20∼40(g/g), 인공 해수의 경우=20∼40(g/g), 시멘트의 50질량% 물슬러리로부터 여과 추출한 고알칼리성 수용액의 경우=20∼40(g/g) 정도의 흡수 능력을 갖는 흡수성 수지의 사용이 특히 바람직하다.
그 흡수성 수지를 함유하는 재료는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중에, 0.01∼5질량% 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 보수 재료를 복수 종류 함유하는 경우는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료 중에, 보조 재료 총량으로 최대 10질량%, 바람직하게는 5질량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 보수 재료에 이용되는 세골재로서는, 규석, 장석, 도석, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 고로 슬래그로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료를 최대 입경 1mm 이하로 입도 조정한 것을 모르타르의 세골재로서 사용할 수 있다.
최대 입경이 1mm를 넘으면, 본 발명의 보수 재료(모르타르)를 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라, 콘크리트 표면 부분에 도포할 때의 시공성이 악화되고, 또한, 보수 재료의 도포 두께가 과대(과잉)로 되어, 도포 후의 보수 재료가 중력의 작용에 의해 벗겨져 떨어지기 쉽고, 혹은 도포한 보수 재료 그 자체에 균열이 발생되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다. 특히 보수 재료의 도포 두께를 1mm 이하로 설정할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 세골재의 총첨가량은, 상기 자기 치유 재료 및 시멘트를 합산한 1질량부에 대하여 5질량부 이하가 적합하다. 규석을 포함하는 세골재의 첨가량이 5질량부를 넘으면 보수 재료 중의 자기 치유 재료의 함유량이 낮아져, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열에 대한 자기 치유 성능을 충분히 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 보수 재료(모르타르)에 사용하는 세골재 혼합 총량은, 보수 재료(모르타르)의 균열 수복 능력 및 제조 비용를 감안하여, 자기 치유 재료 및 시멘트를 합산한 1질량부에 대하여 5질량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 모르타르의 세골재가 되는 규석으로서는, 천연산의 규석 및 규사 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 염가이고 입수가 용이한 요업 원료용 혹은 건재 원료용의 규석 분말 및 규사의 사용이 바람직하다. 이들은, 모두 입경 1mm 이하로 입도 조정(분쇄)된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다. 또한, 그 규석은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 장석으로서는, 사장석에 속하는 회장석(CaAl2Si2O8), 조장석(NaAlSi3O8), 회장석및 조장석의 연속 고용체를 포함하는 광물, 알칼리 장석에 속하는 정장석(KAlSi3O8), 조장석(NaAlSi3O8), 정장석 및 조장석의 연속 고용체를 포함하는 광물 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 시멘트 등의 강알칼리성 물질 혹은 옥시카르본산 또는 디카르본산과 반응하기 쉬운 회장석의 사용이 특히 바람직하지만, 염가이고 입수가 용이한 요업 원료용의 조장석, 정장석을 주성분으로 하는 광물을 사용해도 된다. 이들은, 모두 입경 1mm 이하로 입도 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다. 또한, 장석은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 도석으로서는, 미세한 석영(SiO2) 및 견운모(셀리사이트; KAl2AlSi3O10(OH)2)의 입자를 함유하는 요업용 원료 및 그것들을 포함하는 광물 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 천초도석(天草陶石) 등의 염가이고 입수가 용이한 요업용 도석을 주성분으로 하는 광물의 사용이 바람직하다. 이들은, 모두 입경 1mm 이하로 입도 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용할 수 있다. 또한, 도석은, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 인산칼슘으로서는, 천연산의 CaHPO4(제2 인산칼슘), 골회(인산칼슘=Ca3(PO4)2), Ca(H2PO4)2(제1 인산칼슘), Ca3(PO4)2(제3 인산칼슘) 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, CaHPO4(제2 인산칼슘)는, 시멘트 광물의 수화물로서 생성되는 수산화칼슘이나 상기 층상 규산염 광물(마그네슘 실리케이트)과 반응하여, 결합력이 높은 Ca5(PO4)3(OH)(하이드록시 아파타이트=수산인회석), Ca18Mg2H2(PO4)14(휘틀로카이트), 인산3칼슘, 인산수소칼슘 이수화물, 인산수소칼슘 무수화물, 비정질 인산칼슘, 인산8칼슘 등의 인산칼슘 화합물을 생성시켜, 균열 부분에 치밀한 수화물을 석출(생성)시킬 수 있기 때문에, 특히 바람직하다. 또한, 인산칼슘은, 입경 1mm 이하로 입도 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염으로서는, 천연산의 무기 탄산염이 적합하고, 예를 들면, CaCO3(탄산칼슘; 칼사이트, 아라고나이트, 배터라이트) 돌로마이트(고회석; CaCO3·MgCO3), 마그네사이트(능고토광, 주성분=MgCO3) 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, CaCO3(칼사이트)를 주성분으로 하는 석회석, CaCO3(아라고라이트)를 주성분으로 하는 패각(貝殼), MgCO3(탄산마그네슘)를 주성분으로 하는 돌로마이트가, 콘크리트의 균열을 수복하는 특성이 뛰어나다는 점으로부터 특히 바람직하다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염은, 입경 1mm 이하로 입도 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물로서는, 천연물의 페타라이트(엽장석; LiAlSi4O10), 스포쥬멘(리시아 휘석; LiAlSi2O6), 레피도라이트(리시아 운모=K(Li, Al)3(AlSi3O10)(OH, F)2), 앰블리고나이트, 몬테브라사이트, 비키타아이트 등의 리튬 함유 광물을 들 수 있다.
이들 중에서는, 염가인 페타라이트(엽장석), 스포쥬멘(리시아 휘석) 등의 리튬 함유 광물의 사용이 바람직하다. 또한, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물은, 입경 1mm 이하로 분쇄된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 모르타르의 세골재로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물은, 상기 예시한 무기 재료 또는 광물을 단체로, 혹은 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물은, 인공물로서는, MgCO3(탄산마그네슘), MgO(산화마그네슘=마그네시아, 페리크레이스), Mg(OH)2(수산화마그네슘=브루사이트), MgSO4(황산마그네슘), Mg(NO2)2(아질산마그네슘), Mg(NO3)2(질산마그네슘), 2MgO·3SiO2·nH2O(규산마그네슘, n=부정), Mg6Al2(CO3)(OH)16·4H2O(하이드로탈사이트) 등의 공업용 마그네슘 화합물, 페로니켈 정련시의 부산물인 페로니켈 슬래그 제냉재 및 일본공업규격 JIS A 5011-2에 적합한 콘크리트용 골재용의 페로니켈 슬래그 세골재 등의 마그네슘 함유 슬래그, 폴스테라이트 벽돌 및 마그사이트 벽돌 등의 마그네슘 함유 내화물 등을 들 수 있다. 또한, 천연물로서는, 마그네슘을 다량으로 함유하는 돌로마이트(고회석, CaCO3·MgCO3), 마그네사이트(능고토광, 주성분=MgCO3), 감람암=감람석(두나이트, 올리빈샌드, 폴스테라이트샌드, 다나이트샌드 등 , 주성분=(Mg, Fe)2SiO4), 사문암(3MgO·2SiO2·2H2O, 일부 브루사이트=Mg(OH)2를 포함한다), 각섬석(Mg7(Si4O11)2(OH)2, 다만 석면=아스베스토를 포함하는 것은 제외), 휘석, 완화휘석(엔스타타이트=Mg2Si2O6), 투휘석(CaMgSi2O6), 콜린가이트(Mg10Fe2CO3(OH)24·2H2O), 쇼그레나이트(sjogrenite)(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H2O), 파이로오라이트(Mg6Fe2(OH)16CO3·4H2O), 브르그나테라이테(Mg6Fe(OH)13CO3·4H2O), 네스퀘호니트(MgCO3·3H2O) 등의 마그네슘 함유 광물 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 염가인 돌로마이트, 또는, 시멘트와의 반응성을 갖는 감람암, 페로니켈 슬래그 세골재 등의 사용이 바람직하다. 콘크리트에 유해한 팽창성을 함유하지 않는 무기 재료 또는 광물이면, 상기 예시한 무기 재료 또는 광물을 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 비정질 실리카 함유 무기 재료는, 비정질(유리질)의 실리카(이산화규소=SiO2)를 적어도 50질량% 이상 함유하고, 소위 포졸란 반응성을 갖는 무기 재료 및 광물이다. 그 비정질 실리카 함유 무기 재료의 인조물로서는, 플라이애쉬(석탄재)의 조분, 카올린 광물(카올리나이트=Al2O3·2SiO2·2H2O, 디카이트(Al2O3·2SiO2·2H2O), 할로이사이트(Al2O3·2SiO2·4H2O) 등)을 500∼900℃정도에서 소성한 메타카올린 등으로 대표되는 소성 점토, 요업으로부터 발생되는 폐재(폐기와, 폐벽돌, 폐도기, 폐도자기 등) 등을 들 수 있다. 또한, 그 비정질 실리카 함유 무기 재료의 천연물로서는, 규산질 백토, 응회암(유문암질 응회암, 제올라이트질 응회암 등), 데이사이트, 규조토, 산성 화산암, 화산재, 시라스 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 염가이고 입수가 용이한 플라이애쉬(석탄재)의 조분(신더애쉬, 로저회(爐底灰)), 혹은, 규산질 백토, 응회암(유문암질 응회암, 제올라이트질 응회암 등), 데이사이트, 규조토, 산성 화산암, 화산재, 시라스 등의 사용이 바람직하다. 이들 비정질 실리카 함유 무기 재료는, 입경 1mm 이하로 조정된 일반적인 공업용 그레이드의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 모르타르의 세골재가 되는 고로 슬래그로서는, 제강시의 부산물인 고로 수쇄 슬래그 세골재, 고로 제랭(除冷) 슬래그 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 고로 수쇄 슬래그 중에서도 품질이 안정되고 입수가 용이한, JIS A 5011-1「콘크리트용 슬래그 골재- 제1부: 고로 슬래그 골재」에 정해진 고로 슬래그 조골재 또는 고로 슬래그 세골재를, 입경 1mm 이하로 분쇄한 것의 사용이 바람직하다. 이들 잠재 수경성을 갖는 재료는, 상기 예시한 재료를 단체로, 또는 임의의 조합으로 또한 임의의 혼합 비율로 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
전술한 각 재료를 혼합하여 얻어진 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를, 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트면에 적용한 경우, 이러한 콘크리트에 대하여 뛰어난 자기 치유성을 부여할 수 있고, 또 장기간에 걸쳐 이 자기 치유성을 유지하는 것이 가능하게 된다.
상기 효과의 요인에 대하여는, 분명하지 않지만, 다음과 같이 추측된다.
즉, 본 발명에서 사용하는 보수 재료에 포함되는 자기 치유성을 갖는 재료는, 콘크리트의 균열부에 있어서, 물과의 수화 반응에 의해 불용성이고 또한 팽창성을 갖는 수화물을 생성하고, 이 수화물의 팽창에 의해 균열부를 충전할 수 있다. 또한, 자기 치유성을 갖는 재료 중의 층상 규산염 광물은, 물과의 반응에 의해 팽윤되고, 그 후, 다른 자기 치유 재료로부터 생성되는 수화물 또는 용출되는 성분과 조합되어, 균열 부분에 불용성의 석출물을 형성할 수 있다. 이들을 도포 또는 도포 및 충전한 콘크리트에 있어서, 균열부에 물이 침수되었을 때에는, 먼저, 팽윤성을 갖는 층상 규산염 광물이 즉석에서 팽윤되어 콘크리트 중의 공극을 먼저 매립하여, 콘크리트에 있어서의 수화물이 석출 가능한 공간을 감소시킨다.
그리고, 이것에 계속하여, 장석과, 옥시카르본산 또는 디카르본산의 반응에 의해 용출되는 성분이 확산 등에 의해 균열부로 이동되는 것으로, 균열부를 선택적으로 폐색(자기 치유)함으로써, 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다고 생각된다.
또한, 필요에 따라 균열의 자기 치유 능력을 촉진하는 보조 재료(인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재, 산화칼슘을 함유하는 재료, 단섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료)를 첨가함으로써, 누수를 동반하는 균열의 자기 수복 작용을 더욱 향상시킬 수 있다.
더욱 필요에 따라 균열의 자기 치유 능력을 촉진하는 세골재(규석, 장석, 도석, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 고로 슬래그로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료)를 혼합함으로써, 누수를 동반하는 균열의 자기 수복 작용을 유지하면서, 보수의 시공성(충전성, 도포 성상) 및 시공 후의 보수 재료의 안정성(내구성)을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법은, 상기 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르인 보수 재료를, 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라, 콘크리트 표면 부분에 도포하는 보수 방법이다.
본 발명의 다른 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법은, 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라 삭공되어 복수의 구멍을 형성한 후, 상기 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르인 보수 재료를 그 구멍에 충전 또는 주입하고, 그 보수 재료를 충전 또는 주입한 구멍을 포함하는 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 표면 부분에 상기 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르인 보수 재료를 더 도포하는, 보수 방법이다.
바람직하게는, 상기 본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법에 있어서, 상기 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르의 보수 재료를 도포, 충전 또는 주입하기 전에, 더욱이 하지 처리재로서 규산염 수용액을 미리 도포하는 것이 바람직하다.
무기계의 자기 치유 재료는, 균열의 자기 치유 성능이 뛰어나지만, 단순하게 콘크리트 표면의 균열 부분에만 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료를 충전한 경우에는, 충전량이 매우 미량이기 때문에 균열의 자기 치유 효과가 충분하지 않은 경우가 있고, 그 때문에, 본 발명의 콘크리트 구조물의 균열 보수 방법은, 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라, 콘크리트 표면 부분에 도포함으로써, 콘크리트 표면 부분의 균열을 폐색시켜, 누수량(누수 속도)을 대폭으로 저하시켜, 지수(止水)할 수 있다.
또한, 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라 삭공하여 복수의 구멍을 형성한 후, 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 그 구멍에 충전 또는 주입하고, 더욱이 그 보수 재료를 충전 또는 주입한 구멍을 포함하는 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 표면 부분에 상기에 예시한 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 도포함으로써, 콘크리트 표면 부분의 균열을 폐색시켜, 누수량(누수 속도)을 도포만을 실시한 경우보다 더욱 저하시킬 수 있다. 충전한 페이스트 또는 모르타르에 포함되는 자기 치유 재료로부터, 균열을 자기 치유시키는 유효 성분, 예를 들면 석출물의 전구체(前驅體)가 되는 각종 금속 이온 혹은 미립자 등의 농도가 증대되어, 확산 등의 작용에 의해, 콘크리트 표면보다 깊은 위치에 존재하는 균열도 효과적으로 폐색하여 자기 치유시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법은, 보수 대상이 되는 균열의 폭이, 콘크리트 표면부에 있어 0.3mm를 넘는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 균열의 보수 방법을 적용할 수 있는 콘크리트 구조물은 특별히 한정되지 않고, 임의의 토목·건축 구조물에 적용할 수 있으며, 예를 들면, 고가다리의 콘크리트 상부공, 상판(床版) 저면 및 교각, 교대 측면, 터널의 복공 콘크리트 내측에 발생된 누수를 동반하는 균열, 혹은, 오피스 빌딩 또는 맨션 등의 건축 구조물의 슬라브, 벽 등에 발생된 균열 등에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 노천에서 공용되는 고가다리 등의 콘크리트 구조물에 있어서, 환경(계절이나 기후에 의한 온도, 습도, 일사 등)의 변화나 상부를 주행하는 열차나 차량에 의한 하중이나 진동 등에 기인하는 콘크리트 구조물의 균열폭의 경시 변화에 대한 추종성을 갖기 때문에, 한 번 수복한 균열 부분에 있어서 균열폭이 변화(균열이 재차 발생)해도, 도포부 또는 충전부에 잔존하는 미반응의 보수 재료에 의해 균열이 재차 수복된다. 즉, 본 발명에 의한 보수 재료 및 그 보수 방법에 의하면, 균열폭의 경시 변화에 추종하여 균열의 자기 수복이 가능하다. 본 발명에 있어서는, 예를 들면, 교량의 콘크리트 상판 하면 및 교각 측면, 터널의 복공 콘크리트 내면 중 어느 한쪽에 발생된 균열에 대하여만 보수를 실시하기 때문에, 공용중의 콘크리트 구조물의 공용을 방해하는 일이 없고, 또는 공용을 방해하는 일이 적다.
더욱이, 본 발명의 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 도포, 충전 또는 주입하기 전에, 하지 처리재로서 규산염 수용액을 미리 도포하는 것이 바람직하고, 사용하는 규산염 수용액은, 규산나트륨 수용액(물유리=Na2O·nSiO2·xH2O, n=2∼4), 규불화마그네슘(헥사플루오로규산마그네슘), 규불화나트륨 수용액 등을 들 수 있다.
이들 중에서는, 염가이고 또한 입수가 용이한 규산나트륨 수용액(물유리)의 사용이 바람직하다. 규산나트륨 수용액(물유리)은, 콘크리트에 도포하면, 콘크리트 중에 존재하는 시멘트 수화물인 수산화칼슘과 반응하여, 불용성의 규산칼슘 화합물(수화물)을 발생시켜, 균열 부분에 치밀한 수화물을 형성할 수 있다. 규산나트륨 수용액(물유리)의 농도는, 58질량%(1호 규산소다), 52질량%(2호 규산소다), 42질량%(3호 규산소다) 등의 공업용 그레이드의 것을 원액인 채로, 혹은 물로 적절히 희석하여 사용하는 것이 바람직하고, 도포량은, 콘크리트 표면에 흘러내림이 생기지 않는 정도가 바람직하다. 또한, 도포한 규산염 수용액이 충분히 함침된 후에, 균열을 갖는 콘크리트 표면, 삭공 부분에 규산염 수용액을 미리 도포한 후, 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 도포 또는 충전 및 도포를 더 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 균열의 보수 방법은, 균열이 발생된 콘크리트 구조물의 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 균열면에 도포한다. 이 때, 중력의 작용에 의한 보수 재료의 흘러내림 혹은 탈락 또는, 벗겨져 떨어짐을 방지하기 위해, 경질 반죽의 페이스트 또는 모르타르로 한다. 또한, 도포할 때에 있어서는, 제거청소(硏掃)된 콘크리트 표면에 잔류되는 잘린 부분(절삭분)을 고압 공기, 혹은 브러쉬 등으로 제거한 후, 손가락, 미장흙손, 롤러, 브러쉬, 분무도장장치 등을 사용하여 적절히 도포하는 것이 바람직하다.
상세하게는, 도포는, 보수 대상이 되는 콘크리트 표면에 생긴 균열에 따라, 균열 보수 재료를 도포한다. 예를 들면, 상기 디스크 그라인더, 전동 브러쉬 등을 이용하여 균열 부분을 중심으로 폭 30∼100mm 정도, 띠모양(帶狀)으로 제거청소된 부분에, 균열 보수 재료를 도포 두께 0.5∼3mm의 범위 내에서 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 도포 두께가 0.5mm 미만에서는, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 부족하여 균열로부터의 누수량의 저감 효과가 불충분하게 되기 때문에 바직하지 않다. 또한, 도포 두께가 3mm를 넘으면, 도포의 노력이 과대하게 되고, 더욱이 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 과잉이 되어, 공법상, 비경제적이 되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 균열의 보수 방법은, 균열이 발생된 콘크리트 구조물의 콘크리트 표면의 균열 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라 삭공되어 복수의 삭공을 형성한다. 그 삭공은, 균열 부분을 포함하여 형성되고, 균열 부분을 따라, 복수 형성된다. 그 삭공 부분에 자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 충전 또는 주입한다. 그 삭공의 크기는, 직경 10∼30mm 및 깊이 20∼60mm, 구멍의 간격은 40∼100mm의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명을 적용할 수 있는 콘크리트 구조물의 균열은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 균열폭이 0.3mm 전후이고 또한 콘크리트 부재를 관통하는 누수를 동반하는 균열에 적합하게 적용할 수 있다.
상세하게는, 삭공은, 보수 대상이 되는 콘크리트 표면에 생긴 균열 부분을 따라, 즉, 균열 부분을 포함하고, 디스크 그라인더, 전동 브러쉬 등을 이용하여 균열 부분을 중심으로 폭 30∼100mm 정도, 띠모양으로 제거청소된 후, 해머 드릴 등의 일반적인 삭공기기를 사용하여, 콘크리트 구조물 중의 철근, 시스관 등을 손상시키지 않도록, 이들을 피해 삭공한다.
삭공의 깊이는, 철근에 대한 콘크리트 피복 두께 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 구멍의 직경이 10mm 미만 및 깊이 20mm 미만, 구멍의 간격이 100mm를 넘으면 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 부족하여 균열의 자기 치유가 불충분하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 구멍의 직경이 30mm 초과 및 깊이 60mm 초과, 구멍의 간격이 40mm 미만인 경우는, 삭공작업 및 보수 재료의 충전 작업의 노력이 과대하게 되고, 더욱이 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 과잉이 되어, 공법상 비경제적이 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 사용하는 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료는, 콘크리트 구조물, 예를 들면 교량의 콘크리트 상판 하면 및 교각 측면, 터널의 복공 콘크리트 내면 등의 균열 부분을 일부 삭공하여, 그 삭공에 충전할 때에, 중력의 작용에 의한 보수 재료의 흘러내림 혹은 탈락(낙하)을 방지하기 위해, 경질 반죽의 페이스트 또는 모르타르로 하는 것이 바람직하다.
균열 보수 재료의 충전에 있어서는, 삭공한 구멍의 내부에 잔류되는 잘린 부분(절삭분)을 고압 공기 혹은 브러쉬 등으로 제거한 후, 손가락, 금속봉, 수지봉 혹은 주입장치 등을 사용하여 적절히 충전할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 균열의 보수 방법에 있어서는, 상기 복수의 삭공에 균열 보수 재료를 충전한 후, 그 삭공을 형성한 콘크리트 표면에 생긴 균열을 따라, 즉, 그 삭공을 포함하는 균열 부분을 포함하여 그 균열 부분을 따라, 균열 보수 재료를 도포한다.
예를 들면, 상기 디스크 그라인더, 전동 브러쉬 등을 이용하여 균열 부분을 중심으로 폭 30∼100mm 정도, 띠모양으로 제거청소된 부분에, 균열 보수 재료를 도포 두께 0.5∼3mm의 범위 내에서 도포하는 것이 바람직하다.
또한, 도포 두께가 0.5mm 미만에서는 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 부족하여 균열로부터의 누수량의 저감 효과가 불충분하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 도포 두께가 3mm를 넘으면, 도포의 노력이 과대로 되고, 더욱이 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료가 과잉이 되어, 공법상, 비경제적이 되기 때문에 바람직하지 않다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[사용 기기]
V형 믹서(자기 치유 재료=분체의 프레믹스용, 용량 50리터, 200V 3상모터 출력 2.6kW)
모르타르 믹서(페이스트 또는 모르타르 혼련용, 호바트 믹서 N-50, JIS R 5201 "시멘트의 물리 시험 방법"의 강도시험 적합품, 100V 단상모터 출력 125W)
콘크리트 믹서(콘크리트 혼련용, 타이헤이요키코사 제, 2축 강제반죽믹서, SUPER DOUBLE MIXER SD-100, 용량 100리터, 200V 3상모터 출력 5.5kW)
콘크리트용 내압 시험기(원주 공시체의 할열(割裂)에 의한 균열 도입용, 시마즈사 제, 최대 재하(載荷)능력 3000KN)
디지털 현미경(균열 관찰용, 키엔스사 제, VHX-1000)
디스크 그라인더(콘크리트 단면 제거청소(硏掃)용, 히타치코키사 제, 디스크 직경 125mm, 100V 단상모터 출력 960W)
해머 드릴(원주 공시체의 단면 삭공용, 히타치코키사 제, DH42, 100V 단상모터 출력 1140W)
[사용 재료]
(1) 자기 치유 재료
층상 규산염 광물: Na-벤토나이트(웨스턴 젤, 벤토나이트 산업사 제, 미국 와이오밍산, 최대 입경 50㎛) 및 탈크(범용 탈크 SSS, 니폰탈크사 제, 최대 입경 50㎛)
장석(칼리 장석, 쿄리츠요우교우사 제, 인도산, 요업 원료용, 분쇄품, 최대 입경 100㎛)
옥시카르본산 또는 디카르본산(무수시트르산, 후소카가쿠코교사 제, 식품 첨가용, 분쇄품, 최대 입경 100㎛)
상기 4 종류의 재료를 이용하여, 다음의 표 1의 배합 비율로 1배치(batch)의 합계량이 10kg이 되도록 계량 후, V형 믹서로 혼합하여, 자기 치유 재료를 조제했다.
Figure pct00001
(2) 보조 재료
A: 인산칼슘(제2 인산칼슘, 에이틴, 토요덴카코교사 제, 사료(飼料)용, 중국산, 분쇄품, 최대 입경 100㎛)
B: 알칼리 금속의 탄산염(고순도 탄산리튬, 혼죠케미컬사 제, 전지 재료 제조용, 칠레산, 미분쇄품, 최대 입경 20㎛)
C: 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물(경질 탄산마그네슘, 후쿠시마 카가쿠코교사 제, 식품 첨가용, 최대 입경 50㎛)
D: 비정질 실리카 함유 무기 재료(플라이애쉬, JIS A 6201의 II종 적합품, 일본산, 최대 입경 50㎛)
E: 에트린가이트(칼슘설포알루미네이트)계 팽창재(SACS, 스미토모오사카시멘트사 제, JIS R 6202 적합품, 최대 입경 45㎛)
F: 산화칼슘을 함유하는 무기 재료(초경소 생석회, 요시자와세이카이코교사 제, 건조재용, 최대 입경 50,㎛)
G: 단섬유(비닐론 단섬유, 파와론 RFCS7×6, 쿠라레사 제, 섬유 직경 27㎛, 섬유 길이 6mm, 밀도=1. 3g/cm3)
H: 흡수성 수지(변성 폴리알킬렌옥사이드/비이온형 열가소성 흡수성 수지, 아쿠아 코카콜라 TWB, 스미토모세이카사 제, 시멘트의 50질량% 물슬러리로부터 여과 추출한 고알칼리성 수용액의 흡수능 20∼30g/g)
상기 8종류의 보조 재료는, 표 1에서 조정한 자기 치유 재료에 대한 내할(內割) 환산으로 1∼15질량%의 범위로 첨가했다(표 2).
(3) 페이스트 또는 모르타르용 재료
시멘트(저열포틀랜드 시멘트, 스미토모오사카시멘트사 제, JIS R 5210 적합품, 밀도=3.24g/cm3)
물(상수도수, 지바켄 후나바시시산)
(4) 모르타르용 세골재 재료
E1=규석(3호 규사, 토카이코교사 제, 아이치켄산, 건재 원료용, 최대 입경 2.4mm)
E2=규석(7호 규사 N70, 니뾰코교사 제, 토치기켄산, 건재 원료용, 최대 입경 300㎛)
F=장석(칼리 장석, 쿄리츠요우교우사 제, 인도산, 요업 원료용, 최대 입경 400㎛)
G=도석(천초도석, 교리츠요우교우사 제, 구마모토켄 아마쿠사산, 요업 원료용, 최대 입경 400㎛)
H=인산칼슘(제2 인산칼슘, 에이티, 토요덴카코교사 제, 중국산, 사료용, 최대 입경 600㎛)
I=알칼리토류 금속의 탄산염(석회석=CaCO3, 오우미코교사 제, 분쇄품, 최대 입경 600㎛)
J=리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물(스포쥬멘=리시아 휘석; LiAlSi2O6, 토츄사 제, 오스트레일리아산, 요업 원료용, Li2O 함유=5.1%, 분쇄품, 최대 입경 200㎛)
K=마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물(돌로마이트=MgCO3, 토치기켄 사노시산, 분쇄품, 최대 입경 600㎛)
L=비정질 실리카 함유 무기 재료(벳푸 백토=천연 포졸란, 화학 조성; SiO2=89%, Al2O3=5%, 오이타켄 벳푸산, 분쇄품, 최대 입경 600㎛)
M=고로 슬래그(고로 수쇄 슬래그 세골재, JIS A 5011-1 적합품의 분쇄품, 최대 입경 900㎛)
하기 표 2에 나타내는 바와 같이, 각 재료를 표시하는 배합 비율로 배합하여, 각 보수 재료를 얻었다. 구체적으로는, 상기 표 1의 자기 치유 재료를 사용하여, 보조 재료를 함유하지 않는 보수용 페이스트는 보수 재료 No.2로서, 또한, 자기 치유 재료를 첨가하지 않는 보수용 페이스트를 비교를 위해서 보수 재료 No.1로서 조제했다.
더욱이, 상기 표 1의 자기 치유 재료 및 상기 (2)의 8종류의 보조 재료를 함유시킨 보수용 페이스트를 보수 재료 No.3∼10으로서 조제했다.
또한, 상기 표 1의 자기 치유 재료, 상기 (2)의 8 종류, 및 상기 (4)의 세골재 재료 9 종류를 사용하여, 하기 표 2에 나타내는 배합 비율로, 보수용 모르타르(하기 표 2의 보수 재료 No.11∼28)을 조제했다.
Figure pct00002
(5) 보수 재료 도포용 하지 처리재
규산나트륨 수용액(후지카가쿠사 제, Na2SiO3의 수용액, JIS K 1408 규정의 3호 규산소다 상당품, 농도=40∼42질량%, SiO2 함유량=28∼30질량%, 공업용)
(6) 모의 보수 시험용; 균열 도입 콘크리트 원주 공시체용 재료
시멘트: 보통 포틀랜드 시멘트(스미토모오사카시멘트사 제, JIS R 5210 적합품, 밀도=3.15g/cm3)
세골재: 지바켄 토미츠산 육지 모래(표건밀도=2.55g/cm3, 흡수율 2.1%, FM=2.65)
조골재: 이바라키켄 사쿠라가와시산 경질 사암 쇄석 2005(표건밀도=2.66g/cm3, 흡수율 0.6%, FM=6.67)
물: 상수도수
콘크리트용 AE감수제: (BASF사 제, 리그닌설폰산계, JIS A 6204 적합품)
[모의 보수 시험용; 균열 도입 콘크리트 원주 공시체의 제작]
상기 (6)의 균열 도입 콘크리트 원주 공시체용 각 재료를 이용하여, 물시멘트 질량비: 50%(단위 수량=175kg/m3), s/a(세골재율; 세골재의 절대 용적÷(세골재의 절대 용적+조골재의 절대 용적)) = 46.5체적%의 배합으로, AE감수제를 시멘트에 대하여 0.4질량%를 이용하여, 슬럼프=12cm(일본공업규격 JIS A 1101), 공기량=4.5%(일본공업규격 JIS A 1128)의 콘크리트를 20℃ 항온실에서, 일본공업규격 JIS A 1138 "시험실에 있어서의 콘크리트를 제작하는 방법"에 준거하여, 100리터 믹서를 사용하여 1배치 당 70리터로서 2배치 반죽 혼합했다. 반죽된 프레시 콘크리트를 이용하여, 일본공업규격 JIS A 1132 "콘크리트 강도 시험용 공시체의 제작 방법"에 준거하여, 강제(鋼製) 간이형틀을 사용하여 직경 100mm×높이 200mm의 원주 공시체를 62개 제작했다.
제작한 원주 공시체는, 강제 간이형틀의 머리부(개구부)를 폴리에틸렌제 비닐 캡 및 고무밴드를 사용하여 밀봉한 상태로 하여, 20℃ 항온실 내에서 91일간 밀봉 양생했다. 91일간의 양생 후, 탈형하고, 내압 시험기를 이용하여, 일본공업규격 JIS A 1113 "콘크리트의 할열 인장강도 시험 방법"에 준거하여, 원주 공시체 62개 모두를 할열시켜, 2개로 파단시켰다.
할열(파단)시킨 원주 공시체는, 2개의 파단면을 정확하게 맞추고, 내측 직경 100mm×폭 12mm×두께 0.8mm의 강제 밴드를 3개 이용하여 원주 공시체의 외부(측면 부분)를 3개소 구속해, 디지털 현미경을 이용하여 원주 공시체에 도입된 균열부의 균열폭을 관찰(공시체 상하면을 각각 3개소씩 계측)하면서, 강제(鋼製) 밴드의 장력을 조절함으로써, 원주 공시체 상하면의 표면 부분의 균열폭이 약 0.3mm가 되도록 조정했다. 균열폭을 약 0.3mm로 조정 후, 원주 공시체 상면(공시체 제작시의 형틀 상부측)에 통수 시험용의 내측 직경 100mm×높이 100mm의 염화비닐제 파이프를 접속하고, 원주 공시체와 파이프의 접속부 및 원주 공시체 측면의 균열 부분에 시판되는 실링재(실리콘 고무)를 도포하여 지수 처리를 실시했다.
디스크 그라인더를 이용하여, 제작한 통수 시험용 원주 공시체 62개 모두에 대하여, 염화비닐 파이프를 접속하고 있지 않은 공시체 하면(공시체 제작시의 형틀 저면측)의 면 전체의 제거청소(硏掃)를 실시했다. 제거청소를 끝낸 원주 공시체 28개는, 미장흙손을 이용하여 상기 표 2에 나타내는 No.1∼10의 페이스트 또는 No.11∼28의 모르타르를 염화비닐제 파이프를 접속하고 있지 않은 공시체 하면(공시체 제작시의 형틀 저면측)의 면 전체에 두께가 약 1mm가 되도록 도포했다(하기 표 3 및 표 4의 실시예 1∼26및 비교예 2·3). 이 이외, 제거청소를 끝낸 원주 공시체 1개는, 비교용으로서 아무것도 도포하지 않았다(하기 표 4의 비교예 1).
상기 제거청소를 끝낸 원주 공시체 28개에는, 염화비닐제 파이프를 접속하고 있지 않은 공시체 하면(공시체 제작시의 형틀 저면측)의 면 중앙부의 균열의 바로 위쪽, 즉, 그 원주 공시체 하면의 그 균열의 중심부 1개소에 상기 해머 드릴을 사용하여, 직경 16mm×깊이 30mm의 보수 재료 충전용의 구멍을 뚫었다.
상기 제거청소 및 삭공을 실시한 원주 공시체 28개에는, 삭공 부분에 상기 표 2에 나타내는 No.1∼10의 페이스트 또는 No.11∼28의 모르타르를 직경 10mm의 환봉강 및 미장흙손을 이용하여 충전했다. 그 후, 즉시 미장흙손을 이용하여, 각 공시체에 있어서 구멍에 충전한 것과 동일한 재료(상기 표 2에 나타내는 No.1∼10의 페이스트 또는 No.11∼28의 모르타르)를 그 공시체의 그 삭공이 형성된 균열을 포함하는 단면(염화비닐 파이프를 접속하고 있지 않은 공시체 하면)의 면 전체에 두께가 약 1mm가 되도록 도포했다(하기 표 4의 실시예 27∼ 52 및 비교예 4·5).
또한, 상기 제거청소만 실시한 원주 공시체의 나머지 3개와, 제거청소 및 삭공을 실시한 원주 공시체의 나머지 2개에 대하여, 하지 처리재로서 상기 규산나트륨 수용액을, 염화비닐제 파이프를 접속하고 있지 않은 공시체 하면(공시체 제작시의 형틀 저면측)의 제거청소면, 제거청소면 및 삭공 부분(구멍의 내부도 포함) 전체에 솔로 도포했다. 도포 완료 후, 도포면을 위로 향하게 약 30분 정치(靜置)하고, 하지 처리재를 충분히 함침시킨 후, 상기 표 2의 No.2의 페이스트 및 No.11의 모르타르를 이용하여 도포 또는 도포 및 충전을 상기와 동일한 방법으로 실시했다(하기 표 4의 실시예 53∼56). 또한, 상기 제거청소만 실시한 원주 공시체의 1개는, 비교용으로서 규산나트륨 수용액만 도포했다(하기 표 4의 비교예 6).
또한, 이들 작업은 모두 20℃ 항온실 내에서 실시하고, 원주 공시체에 대한 통수 시험(지수성의 평가)은, 보수 재료를 도포 혹은 도포 및 충전이 완료한 직후에 시작했다.
통수 시험은, 원주 공시체의 보수면을 하측으로 하여 철제의 그물선반 위에 정치한 후, 원주 공시체 상부에 접속한 염화비닐제 파이프에 연속하여 상수도수를 공급하여, 연속 통수 상태로 했다. 통수 시작 직후 및 통수 시작부터 7일째의 5분간 마다 통수량의 측정을 실시했다.
이상과 같이 원주 공시체 단면의 균열에 대하여, 보수 재료의 도포 혹은 도포 및 충전에 의한 보수를 실시한 후, 통수 시험을 실시하여 얻어진 평가 결과를 하기 표 3 및 표 4의 실시예 1∼ 56 및 비교예 1∼6(보수 재료 미사용의 경우, No.1=자기 치유 재료를 첨가하고 있지 않는 시멘트 페이스트를 도포 또는/및 충전한 경우: 2예, No.11=입경 1mm를 넘는 세골재를 도포 또는/및 충전한 경우: 2예, 하지 처리재의 도포만 실시한 경우)에 나타냈다.
1회째의 통수 시험(7일간 통수)을 끝낸 후, 통수 시험용의 원주 공시체로부터 염화비닐제 파이프 및 강제 밴드를 제거하고, 내압 시험기를 이용하여, 일본공업규격 JIS A 1113에 준거하여, 원주 공시체를 할열시켜, 다시 2개로 파단시켰다.
1회째와 동일하게 할열(파단)시킨 원주 공시체는, 2개의 파단면을 정확하게 맞추고, 내측 직경 100mm×폭 12mm×두께 0.8mm의 강제 밴드를 3개 이용하여 원주 공시체의 외부(측면 부분)를 3개소 구속하고, 디지털 현미경을 이용하여 원주 공시체에 도입한 균열부의 균열폭을 관찰(공시체 상하면을 각각 3개소씩 계측)하면서, 강제 밴드의 장력을 조절함으로써, 원주 공시체 상하면의 표면 부분의 균열폭이 약 0.3mm가 되도록 조정했다. 균열폭을 약 0.3mm로 조정 후, 원주 공시체 상면(공시체 제작시의 형틀 상부측)에 통수 시험용의 내경 100mm×높이 100mm의 염화비닐제 파이프를 접속하고, 파이프의 접속부 및 원주 공시체의 측면의 균열 부분에 시판되는 실링재(실리콘 고무)를 도포하여 지수 처리를 실시했다.
또한, 2회째의 할열에 의한 균열의 재도입 후는, 페이스트 또는 모르타르의 도포 혹은 충전은, 일체 실시하지 않았다.
2회째의 원주 공시체에 대한 통수 시험(지수성의 평가)은, 2회째의 할열에 의한 균열의 재도입 직후에 시작했다. 통수 시험은, 1회째와 완전히 동일한 방법으로 실시했다. 즉, 공시체의 상부에 접속한 염화비닐제 파이프에 연속하여 물을 공급하여, 연속 통수 상태로 했다. 통수 시작 직후 및 통수 시작부터 7일째의 5분간 마다 통수량의 측정을 실시했다.
(시공성의 평가)
보수 방법의 시공성의 평가로서, 자기 치유 재료를 포함하는 보수 재료의 도포 혹은 충전 및 도포 작업이 가능한지를, 또한, 시공에 관한 작업량의 많고 적음(시공 효율)을 이하의 3 단계의 지표로 평가했다.
시공성의 판정
판정◎: 시공 가능, 작업량이 매우 적고 시공 효율이 매우 높음
판정○: 시공 가능, 작업량이 적고 시공 효율이 높음
판정×: 시공 불가, 작업 곤란
(통수 시험; 지수성의 평가)
자기 치유 재료를 포함하는 페이스트 또는 모르타르를 이용하여, 도포 혹은 충전 및 도포를 실시한 후, 그 원주 공시체의 상부에 접속한 염화비닐제 파이프에 상수도수를 붓고, 상시 10cm의 수두(水頭)를 주어 콘크리트 원주 공시체의 균열로부터의 누수량을 7일간 측정하여 지수성의 평가를, 이하의 5 단계의 지표로 평가했다.
지수성의 평가
초기 누수량=통수 시작 직후의 5분간 마다의 누수량
평가 A: 통수 시험 시작 7일째의 5분간 마다의 누수량이 초기 누수량의 1% 이하가 되는 경우
평가 B: 통수 시험 시작 7일째의 5분간 마다의 누수량이 초기 누수량의 1%보다 크고, 5% 이하가 되는 경우
평가 C: 통수 시험 시작 7일째의 5분간 마다의 누수량이 초기 누수량의 5%보다 크고 10% 이하가 되는 경우
평가 D: 통수 시험 시작 7일째의 5분간 마다의 누수량을 초기 누수량의 10%보다 크고 25% 이하가 되는 경우
평가 E: 통수 시험 시작 7일째의 5분간 마다의 누수량을 초기 누수량의 25% 이하로 할 수 없는 경우
Figure pct00003
Figure pct00004
상기 표 3 및 표 4로부터, 본 발명의 실시예 1∼56은, 시공성에 문제가 없고, 또한, 누수가 매우 효과적으로 감소했다. 특히 균열을 재도입한 후의 2회째의 통수 시험에 있어서도, 누수를 매우 효과적으로 감소시킬 수 있어, 보수 방법으로서 양호하다고 판단된 것에 대하여, 본 발명 이외의 비교예 1∼6의 경우는, 시공성에 문제가 있고, 혹은 누수 방지 효과가 불충분하다는 등의 문제가 있는 것이 분명하다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 콘크리트 구조물의 균열 보수 재료 및 균열의 보수 방법은, 예를 들면, 철도 혹은 자동차용의 고가다리의 콘크리트 상부공, 상판 저면 및 교각, 교대 측면, 터널의 복공 콘크리트 내측에 발생된 누수를 동반하는 균열, 및 오피스 빌딩 또는 맨션 등의 건축 구조물의 슬라브, 벽 등의 누수가 발생되기 쉽고, 또한, 균열의 보수가 곤란한 콘크리트 구조물에 대하여 매우 적합하게 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 시멘트, 물 및 자기 치유 재료를 함유하는 페이스트로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료.
  2. 시멘트, 물, 세골재 및 자기 치유 재료를 함유하는 모르타르로서, 상기 자기 치유 재료는, 층상 규산염 광물, 장석, 옥시카르본산 또는 디카르본산을 함유하고, 상기 세골재는, 규석, 장석, 도석, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 리튬을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료 및 고로 슬래그로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료이고 또한 최대 입경이 1mm 이하인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자기 치유 재료는, 인산칼슘, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 탄산염, 마그네슘을 함유하는 무기 재료 또는 광물, 비정질 실리카 함유 무기 재료, 에트린가이트계 및/또는 생석회계 팽창재, 산화칼슘, 단섬유 및 흡수성 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종류 이상의 보조 재료를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열용 보수 재료.
  4. 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 표면의 균열의 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라, 콘크리트 표면 부분에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 보수 재료를 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법.
  5. 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 있어서, 콘크리트 표면의 균열의 바로 위쪽에서 또한 그 균열 부분을 따라 삭공(削孔)하여 복수의 구멍을 형성한 후, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 보수 재료를 그 구멍에 충전 또는 주입하고, 더욱이 그 보수 재료를 충전 또는 주입한 구멍을 포함하는 누수를 동반하는 균열이 발생된 콘크리트 표면 부분에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 보수 재료를 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법.
  6. 제4항 및 제5항에 있어서,
    보수 재료를 도포, 충전 또는 주입하기 전에, 하지(下地) 처리재로서 규산염 수용액을 미리 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물에 있어서의 누수를 동반하는 균열의 보수 방법.
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