KR20150055290A - 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법 - Google Patents

초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

무수축 그라우트의 결합재에 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 팽창재 및 촉진경화제를 혼합하여 사용함으로써 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 무수축 그라우트용 시멘트 페이스트에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입하여 압축강도를 향상시킬 수 있는, 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킴으로써 기계 기초 밑의 들뜸 부위의 채움재, 앵커볼트 고정용 채움재, 지반 주입재, 포스트텐션 주입재, 해상 풍력 타워와 기초의 연결부위용, 및 교량 케이블 지지를 위한 새들 충전용에 적합하게 사용할 수 있다.

Description

초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법 {FIBER REINFORCED NON-SHRINK GROUT OF ULTRAHIGH PERFORMANCE, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 초고성능 무수축 그라우트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 무수축 그라우트(Non-Shrink Grout)에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입함으로써 기존의 무수축 그라우트에 비해 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무수축 그라우트(Non-Shrink Grout)는 콘크리트 균열 보수, 기계기초 설치대, 레일 고착, 앵커볼트 매립, 교량의 신축이음 채움재 등에 광범위하게 사용되고 있는 충전 결합 보수재의 총칭으로서, 이러한 무수축 그라우트가 그 역할과 기능을 충분히 발휘하기 위해서 무수축 그라우트는 다음과 같은 기본 특성을 구비해야 한다. 즉, 무수축 그라우트는, 첫째, 유동성이 좋고 충전성이 우수할 것, 둘째, 블리딩을 발생시키지 않고, 침하를 발생시키지 않을 것, 셋째, 고강도를 발휘할 것, 넷째, 내구성이 우수할 것 등이 요구된다.
이러한 무수축 그라우트는 토목, 건축, 기계분야 등의 중요 구조물을 지지하거나 충전하기 위한 목적으로 사용되는 건설재료로서, 주로 시멘트계 무수축 그라우트를 의미한다.
이러한 시멘트계 무수축 그라우트는 기계 기초 밑의 들뜸 부위의 채움재, 앵커볼트 고정용 채움재, 지반 주입재, 포스트텐션 주입재 등에 사용되고 있으며, 최근에는 해상 풍력타워와 기초의 연결부위용, 및 케이블 교량에서 케이블 지지 새들 충전용 등으로도 사용되고 있다. 이러한 시멘트계 무수축 그라우트는 요구 목적상 협소한 공간에 치밀하게 충전될 수 있도록 우수한 유동성과 적절한 점성을 확보하여야 한다.
이러한 시멘트계 무수축 그라우트의 경우, 대상 구조물들이 반복 하중을 받는 특성이 있기 때문에 기존의 그라우트와 같이 충전성, 무수축 특성뿐만 아니라 고유동성, 고강도, 고인성 및 고내구성을 갖는 그라우트 적용이 필요하다.
한편, 종래의 기술에 따른 그라우트는 대부분 충전성 및 무수축 특성을 갖고 50 MPa 이하의 압축강도 성능을 갖고 있다. 따라서 이러한 무수축 그라우트가 50 MPa 이상의 압축강도 이상의 하중을 받을 경우, 그라우트 부위가 갑자기 파괴되는 취성파괴(Brittle Failure)가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 무수축 그라우트가 진동, 바람 등과 같은 반복 하중을 받을 경우, 누적 피로에 의해 그라우트에 균열이 발생하는 문제점이 있다.
종래의 기술에 따른 무수축 그라우트는 주로 금속알루미늄 분말(Powder)이 포함된 팽창재를 시멘트, 모래 등과 일정 비율, 예를 들면, 시멘트량의 1% 정도로 혼합한 분말형 혼화재가 사용되고 있다. 하지만 이러한 알루미늄 분말을 사용한 그라우트는 가스를 발생시켜 다량의 기포를 발생시킴으로써 블리딩의 발생량이 많고, 특히, 큰 기포가 발생하여 그라우트가 경화된 후 공극으로 남아서 이러한 공극을 통해 물, 염분 등이 침투함으로써 긴장재인 강재(강연선 또는 강봉)에 녹이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1230256호에 "초고성능 섬유보강 시멘트 복합체 및 이의 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 종래의 기술에 따른 초고성능 섬유보강 시멘트 복합체의 경우, 150 MPa의 압축강도, 20 MPa 이상의 휨강도, 및 자기충전이 가능한 유동성을 갖고 있으나, 다량의 결합재 및 고성능 감수제를 사용해야 하기 때문에 응결 시간이 비교적 길고, 소성 수축이 크게 발생할 수 있고, 이에 따라 종래의 기술에 따른 초고성능 섬유보강 시멘트 복합체를 무수축 그라우트로 적용하기 어렵다.
대한민국 등록특허번호 제10-1230256호(출원일: 2010년 12월 2일), 발명의 명칭: "초고성능 섬유보강 시멘트 복합체 및 이의 제조방법" 대한민국 등록특허번호 제10-563083호(출원일: 2003년 10월 2일), 발명의 명칭: "케미칼 그라우트재 및 이를 이용한 보수, 보강방법" 대한민국 등록특허번호 제10-481976호(출원일: 2002년 2월 21일), 발명의 명칭: "분말 폐타이어 및 분말 수지를 함유하는 고인성 무수축 그라우트재의 조성물" 대한민국 공개특허번호 제1997-26999호(공개일: 1997년 6월 24일), 발명의 명칭: "초조강성 무수축 그라우트 조성물" 대한민국 공개특허번호 제1992-9724호(공개일: 1992년 6월 25일), 발명의 명칭: "고강도 무수축 그라우트 조성물" 일본 공개특허번호 제2009-196855호(공개일: 2009년 9월 3일), 발명의 명칭: "초고강도 무수축 그라우트재 및 초고강도 무수축 그라우트재 경화체" 일본 공개특허번호 제2007-119316호(공개일: 2007년 5월 15일), 발명의 명칭: "발포제, 무수축 그라우트 조성물 및 그것을 이용한 무수축 그라우트재" 일본 공개특허번호 제2001-294469호(공개일: 2001년 10월 23일), 발명의 명칭: "초속경성 무수축 그라우트재" 일본 공개특허번호 제2000-034154호(공개일: 2000년 2월 2일), 발명의 명칭: "초속경성 무수축 그라우트 모르타르"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무수축 그라우트의 결합재에 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 팽창재 및 촉진경화제를 혼합하여 사용함으로써, 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있는, 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 무수축 그라우트용 시멘트 페이스트에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입하여 압축강도를 향상시킬 수 있는, 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트는, 시멘트, 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 모래, 팽창재 및 촉진 경화제로 이루어진 100 중량부의 결합재(Binder); 물 및 고성능 감수제를 혼합하여 형성되고, 상기 결합재와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하고, 상기 100 중량부의 결합재(110)를 기준으로 20~25 중량부의 배합수; 및 휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 결합재와 상기 배합수가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입되고, 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비를 갖는 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 포함하되, 상기 결합재는, 100 중량부의 시멘트, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄, 30~50 중량부의 충전재, 100~130 중량부의 모래, 3~10 중량부의 팽창재, 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제를 혼합하여 형성되고; 상기 배합수는 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 45~65 중량부의 물, 및 5~10 중량부의 고성능 감수제를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보강섬유는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)일 수 있다.
여기서, 상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실리카 흄은 구형 입자로 구성되어 마찰을 감소시킴으로써 상기 시멘트 페이스트의 레올로지(Rheology) 특성을 향상시키고, 상기 시멘트 입자 사이의 공극을 메워 블리딩을 억제하고 강도를 향상시키며, 상기 시멘트 수화 시에 발생되는 수산화칼슘과 반응하는 포졸란 반응으로 강도와 수밀성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 충전재는 SiO2 성분이 93% 이상이고, 입자 크기가 10㎛ 정도인 실리카질 미분말로서, 상기 시멘트 페이스트와 상기 보강섬유의 부착 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모래는 잔골재를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
여기서, 상기 팽창재 및 상기 촉진 경화제는 그라우트의 수축을 감소시키기 위해 사용되고, 상기 팽창재는 상기 시멘트가 수화 반응하는 시점에서 발생하는 자기수축 및 건조수축을 저감시키는 역할을 하며, 상기 촉진 경화제는 상기 시멘트가 수화 반응하기 이전에 발생하는 소성 수축 및 침하를 방지하는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 촉진 경화제는 Na2OㅇnSiO2(n=3)의 규산나트륨일 수 있다.
여기서, 상기 고성능 감수제는 폴리칼본산계이나 나프탈렌계의 일반 감수제를 사용하며, 상기 고성능 감수제의 양은 유동성에 따라 조절될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 제조 방법은, a) 100 중량부의 시멘트, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄, 30~50 중량부의 충전재, 100~130 중량부의 모래, 3~10 중량부의 팽창재, 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제를 혼합하여 결합재를 형성하는 단계; b) 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 45~65 중량부의 물 및 5~10 중량부의 고성능 감수제를 혼합하여 배합수를 형성하는 단계; c) 상기 배합수를 상기 결합재와 혼합하여 시멘트 페이스트를 형성하는 단계; d) 휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비를 갖는 보강섬유를 상기 결합재와 상기 배합수가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입하는 단계; 및 e) 상기 보강섬유가 투입된 시멘트 페이스트를 양생시켜 시멘트 복합체인 섬유보강 무수축 그라우트를 완성하는 단계를 포함하되, 상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)인 것을 특징으로 하는 한다.
여기서, 상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 a) 단계는 상기 결합재를 구성하는 혼합물을 20rpm 내지 40rpm의 속도로 5분 내지 7분 동안 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계는 80rpm 내지 120rpm의 속도로 4분 내지 10분 동안 혼합한 후 다시 40rpm 내지 60rpm의 속도로 1분 내지 3분 동안 혼합하여 상기 시멘트 페이스트를 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계에서 상기 시멘트 페이스트에 상기 보강섬유를 투입하고 30rpm 내지 50rpm의 속도로 2분 내지 5분 동안 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무수축 그라우트의 결합재에 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 팽창재 및 촉진경화제를 혼합하여 사용함으로써 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 기계 기초 밑의 들뜸 부위의 채움재, 앵커볼트 고정용 채움재, 지반 주입재, 포스트텐션 주입재, 해상 풍력 타워와 기초의 연결부위용 및 교량 케이블 지지 새들 충전용 등에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무수축 그라우트용 시멘트 페이스트에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입하여 압축강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 조성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트에서 보강섬유를 예시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트에서 보강섬유의 형상비를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 제조 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[초고성능 섬유보강 무수축 그라우트]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 조성을 예시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, 결합재(Binder: 110), 배합수(120) 및 보강섬유(130)를 포함한다. 여기서, 상기 결합재(110)는 시멘트(111), 실리카 흄(Silica Fume: 112), 충전재(113), 모래(114), 팽창재(115) 및 촉진 경화제(116)로 이루어지고, 또한, 상기 배합수(120)는 물(121) 및 고성능 감수제(122)로 이루어진다.
결합재(110)는 시멘트(111), 실리카 흄(Silica Fume: 112), 충전재(113), 모래(114), 팽창재(115) 및 촉진 경화제(116)로 이루어지며, 구체적으로, 상기 결합재(110)는, 100 중량부의 시멘트(111), 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄(112), 30~50 중량부의 충전재(113), 100~130 중량부의 모래(114), 3~10 중량부의 팽창재(115), 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제(116)를 혼합하여 형성된다.
배합수(120)는 물(121) 및 고성능 감수제(122)를 혼합하여 형성되고, 상기 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하고, 상기 100 중량부의 결합재(110)를 기준으로 20~25 중량부를 갖는다. 구체적으로, 상기 배합수(120)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 45~65 중량부의 물(121), 및 5~10 중량부의 고성능 감수제(122)를 혼합하여 형성된다.
보강섬유(130)는 휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 결합재(110)와 상기 배합수(120)가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입되고, 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비(또는 섬유 혼입률)를 갖는다. 여기서, 상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)일 수 있고, 후술하는 바와 같이, 상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 시멘트(111)는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트 등을 사용할 수 있지만, 경제적인 측면에서 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리카 흄(Silica Fume: 112)은 구형입자로 구성되어 있어 마찰을 감소시킴으로써 시멘트 페이스트의 레올로지(Rheology) 특성을 향상시킬 수 있고, 시멘트 입자 사이의 공극을 메워 블리딩을 억제하고 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 실리카 흄(112)은 시멘트(111) 수화 시에 발생되는 수산화칼슘과 반응하는 포졸란 반응으로 강도와 수밀성을 향상시키는 역할을 하여, 본 발명의 실시예에 따른 섬유보강 무수축 그라우트(100)의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 실리카 흄(112)은 KS F 2567(콘크리트용 실리카 흄에 관한 한국산업표준)을 만족하도록 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 7~25 중량부를 정도 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 실리카 흄(112)은 전기로(Electric Arc Furnace)에서 금속 규소(Silicon Metal)나 규소 철(ferro Silicon)을 생산하는 과정에서 부산물로 생성되는 매우 미세한 포졸란계 재료로서, 대부분 무정형의 규소로 이루어져 있고, 압축 실리카 흄(Condensed Silica Fume) 또는 마이크로실리카(Micro Silica)라고도 불린다. 이러한 실리카 흄은 재료 취급 방법에 따라 회수 공정에서 회수한 형태 그대로 생산되는 분말상(Undensified Type 또는 As-produced Type)과 이를 일정한 압력으로 응축시킨 과립상(Densified Type) 및 물을 첨가시킨 슬러리형(Slurry Type)으로 크게 구분된다. 예를 들면, 실리카 흄의 제품 형태별 단위 질량은 분말상(Undensified Type)은 450㎏/㎥ 이하, 과립상(Densified Type)은 700㎏/㎥ 이하, 슬러리형(Slurry Type)은 1350~450㎏/㎥으로 주어진다.
또한, 상기 충전재(113)는 상기 시멘트 페이스트와 골재 사이의 계면 파괴를 방지하여 강도를 향상시키는 동시에 시멘트 복합체와 보강섬유(120)의 부착 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 충전재(113)는 30~50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 충전재(113)는 SiO2 성분이 93% 이상이고, 입자크기가 10㎛ 정도를 가진 실리카질 미분말을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모래(114)는 KS F 2426(주입 모르타르의 압축 강도 시험 방법에 관한 한국산업표준), KS F 2527(굳지 않은 콘크리트의 반죽질기 시험방법에 관한 한국산업표준) 및 KS F 2544(콘크리트용 고로 슬래그 골재에 관한 한국산업표준)를 만족하는 잔골재를 단독 또는 혼합하여 사용하며, 예를 들면, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 모래(114)는 100~130 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 팽창재(115)와 촉진 경화제(116)는 그라우트의 수축을 줄이기 위해 사용한다. 이때, 상기 팽창재(115)는 상기 시멘트(111)가 수화 반응하는 시점에서 발생하는 자기수축 및 건조수축을 저감시키는 역할을 하며, 상기 시멘트(111) 100 중량부라고 할 때 상기 팽창재(115)는 3~10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, KS F 2426(주입 모르타르의 압축 강도 시험 방법에 관한 한국산업표준)을 만족하여야 한다.
또한, 상기 촉진 경화제(116)는 상기 시멘트(111)가 수화 반응하기 이전에 발생하는 소성 수축, 침하 등을 방지하는 역할을 하는데, 본 발명의 실시예에 따른 섬유보강 무수축 그라우트(100)를 믹싱하여 작업시간 시간이 지난 시점에서 급격히 반응시켜 소성 수축과 침하 발생을 방지하며, 예를 들면, 상기 촉진 경화제(116)는 Na2OㅇnSiO2(n=3)의 규산나트륨일 수 있고, 시멘트(111)를 100 중량부라고 할 때, 0.3~2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배합수(120)는 물(121)과 고성능 감수제(122)를 혼합하여 사용하며, 이때, 상기 물(121)은 일반 수돗물일 수 있고, 예를 들면, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 물(121)은 45~65 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고성능 감수제(122)는 폴리칼본산계, 나프탈렌계 등과 같은 일반 감수제를 사용하며, 이러한 고성능 감수제(122)의 양은 유동성에 따라 조절될 수 있고, 예를 들면, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 고성능 감수제(122)는 5~10 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖고, 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것을 사용하는 것이 시공성 및 강도 측면 등에서 유리하다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, KS F 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험 방법에 관한 한국산업표준)을 만족하는 0%의 블리딩률 및 ㅁ0.5%의 팽창률을 갖는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, KS F 2426(주입 모르타르의 압축 강도 시험 방법에 관한 한국산업표준)을 만족하는 100~180 MPa의 압축강도를 갖는다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, 8~15 MPa의 직접인장강도 및 100 MPa의 동결융해 저항성을 갖는다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트에서 보강섬유를 예시하는 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트에서 보강섬유의 형상비를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트에서 보강섬유(130)는 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비(또는 섬유 혼입률)를 갖는다.
여기서, 상기 보강섬유(130)는, 표 1에 도시된 바와 같이, 강섬유(Steel Fiber), 폴리프로필렌섬유(Polypropylene Fiber) 또는 나일론 섬유(Nylon Fiber)일 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)인 것이 바람직하다.
Figure pat00001
또한, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 강섬유(130)의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것이 시공성 및 강도 측면 등에서 유리하다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, 결합재에 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 팽창재 및 촉진경화제를 혼합하여 사용함으로써 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 또한, 무수축 그라우트용 시멘트 페이스트에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입하여 압축강도를 향상시킬 수 있다.
[초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 제조 방법의 동작흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트 제조 방법은, 먼저, 100 중량부의 시멘트(111), 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄(112), 30~50 중량부의 충전재(113), 100~130 중량부의 모래(114), 3~10 중량부의 팽창재(115), 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제(116)를 혼합하여 결합재(110)를 형성한다(S110). 이때, 상기 결합재(110)를 구성하는 혼합물을 20rpm 내지 40rpm의 속도로 5분 내지 7분 동안 혼합한다.
다음으로, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 45~65 중량부의 물(121) 및 5~10 중량부의 고성능 감수제(122)를 혼합하여 배합수(120)를 형성한다(S120).
다음으로, 상기 배합수(120)를 상기 결합재(110)와 혼합하여 시멘트 페이스트를 형성한다(S130). 이때, 80rpm 내지 120rpm의 속도로 4분 내지 10분 동안 혼합한 후 다시 40rpm 내지 60rpm의 속도로 1분 내지 3분 동안 혼합하여 상기 시멘트 페이스트를 형성한다.
다음으로, 휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비를 갖는 보강섬유(130)를 상기 결합재(110)와 상기 배합수(120)가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입한다(S140). 상기 시멘트 페이스트에 상기 보강섬유를 투입하고 30rpm 내지 50rpm의 속도로 2분 내지 5분 동안 혼합한다. 여기서, 상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)이고, 상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 보강섬유(130)가 투입된 시멘트 페이스트를 양생시켜 시멘트 복합체인 섬유보강 무수축 그라우트(100)를 완성한다(S150).
결국, 본 발명의 실시예에 따른 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트(100)는, 무수축 그라우트의 결합재에 실리카 흄(Silica Fume), 충전재, 팽창재 및 촉진경화제를 혼합하여 사용함으로써 작업성, 체적 변형, 역학적 특성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 무수축 그라우트용 시멘트 페이스트에 보강섬유(Reinforcing Fiber)를 투입하여 압축강도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 기계 기초 밑의 들뜸 부위의 채움재, 앵커볼트 고정용 채움재, 지반 주입재, 포스트텐션 주입재, 해상 풍력 타워와 기초의 연결부위용, 및 교량 케이블 지지를 위한 새들 충전용에 적합하게 사용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트
110: 결합재(Binder)
120: 배합수
130: 보강섬유(Reinforcing Fiber)
111: 시멘트
112: 실리카 흄(Silica Fume)
113: 충전재
114: 모래
115: 팽창재
116: 촉진 경화제
121: 물
122: 고성능 감수제

Claims (15)

  1. 시멘트(111), 실리카 흄(Silica Fume: 112), 충전재(113), 모래(114), 팽창재(115) 및 촉진 경화제(116)로 이루어진 100 중량부의 결합재(Binder: 110);
    물(121) 및 고성능 감수제(122)를 혼합하여 형성되고, 상기 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하고, 상기 100 중량부의 결합재(110)를 기준으로 20~25 중량부의 배합수(120); 및
    휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 결합재(110)와 상기 배합수(120)가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입되고, 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비를 갖는 보강섬유(Reinforcing Fiber: 130)
    를 포함하되,
    상기 결합재(110)는, 100 중량부의 시멘트(111), 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄(112), 30~50 중량부의 충전재(113), 100~130 중량부의 모래(114), 3~10 중량부의 팽창재(115), 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제(116)를 혼합하여 형성되고;
    상기 배합수(120)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 45~65 중량부의 물(121), 및 5~10 중량부의 고성능 감수제(122)를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 흄(112)은 구형 입자로 구성되어 마찰을 감소시킴으로써 상기 시멘트 페이스트의 레올로지(Rheology) 특성을 향상시키고, 상기 시멘트(111) 입자 사이의 공극을 메워 블리딩을 억제하고 강도를 향상시키며, 상기 시멘트(111) 수화 시에 발생되는 수산화칼슘과 반응하는 포졸란 반응으로 강도와 수밀성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전재(113)는 SiO2 성분이 93% 이상이고, 입자 크기가 10㎛ 정도인 실리카질 미분말로서, 상기 시멘트 페이스트와 상기 보강섬유(120)의 부착 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모래(114)는 잔골재를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팽창재(115) 및 상기 촉진 경화제(116)는 그라우트의 수축을 감소시키기 위해 사용되고, 상기 팽창재(115)는 상기 시멘트(111)가 수화 반응하는 시점에서 발생하는 자기수축 및 건조수축을 저감시키는 역할을 하며, 상기 촉진 경화제(116)는 상기 시멘트(111)가 수화 반응하기 이전에 발생하는 소성 수축 및 침하를 방지하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촉진 경화제(116)는 Na2OㅇnSiO2(n=3)의 규산나트륨인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고성능 감수제(122)는 폴리칼본산계이나 나프탈렌계의 일반 감수제를 사용하며, 상기 고성능 감수제(122)의 양은 유동성에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트.
  10. a) 100 중량부의 시멘트(111), 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 7~25 중량부의 실리카 흄(112), 30~50 중량부의 충전재(113), 100~130 중량부의 모래(114), 3~10 중량부의 팽창재(115), 및 0.3~2 중량부의 촉진 경화제(116)를 혼합하여 결합재(110)를 형성하는 단계;
    b) 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 45~65 중량부의 물(121) 및 5~10 중량부의 고성능 감수제(122)를 혼합하여 배합수(120)를 형성하는 단계;
    c) 상기 배합수(120)를 상기 결합재(110)와 혼합하여 시멘트 페이스트를 형성하는 단계;
    d) 휨강도, 인성 및 균열 저항성을 향상시키도록 상기 시멘트 페이스트 전체 체적대비 0.5~1.5%의 체적비를 갖는 보강섬유(130)를 상기 결합재(110)와 상기 배합수(120)가 배합된 상기 시멘트 페이스트에 투입하는 단계; 및
    e) 상기 보강섬유(130)가 투입된 시멘트 페이스트를 양생시켜 시멘트 복합체인 섬유보강 무수축 그라우트(100)를 완성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 보강섬유(130)는 1500 MPa 이상의 인장강도를 갖는 강섬유(Steel Fiber)인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강섬유의 섬유직경(diameter: d)과 섬유길이(Length: L)의 비(d/L)로 주어지는 형상비(Aspect Ratio)가 60~100인 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 a) 단계의 실리카 흄(112)은 구형 입자로 구성되어 마찰을 감소시킴으로써 상기 시멘트 페이스트의 레올로지(Rheology) 특성을 향상시키고, 상기 시멘트(111) 입자 사이의 공극을 메워 블리딩을 억제하고 강도를 향상시키며, 상기 시멘트(111) 수화 시에 발생되는 수산화칼슘과 반응하는 포졸란 반응으로 강도와 수밀성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 a) 단계는 상기 결합재(110)를 구성하는 혼합물을 20rpm 내지 40rpm의 속도로 5분 내지 7분 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 c) 단계는 80rpm 내지 120rpm의 속도로 4분 내지 10분 동안 혼합한 후 다시 40rpm 내지 60rpm의 속도로 1분 내지 3분 동안 혼합하여 상기 시멘트 페이스트를 형성하는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 시멘트 페이스트에 상기 보강섬유를 투입하고 30rpm 내지 50rpm의 속도로 2분 내지 5분 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 초고성능 섬유보강 무수축 그라우트의 제조 방법.
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