KR101037073B1

KR101037073B1 - 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101037073B1
Application number: KR20110023707A
Authority: KR
Inventors: 이대경; 김대선; 김대동; 김경래
Original assignee: (주)포크리트; 주식회사 새솔건설화학
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2031-03-17

Abstract

본 발명은 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 천연규사를 사용하지 않고 친환경적인 순환골재 및 인공경량골재를 사용하면서 단열성, 내화성 및 기계적 강도 등을 갖도록 함으로써 터널 및 건축의 화재시에 콘크리트의 열화, 폭열방지에 따른 구조물의 붕괴예방 효과를 나타내도록 한 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물은 흡수율이 5% 미만이고, 절대건조밀도가 2.3(g/㎤) 이상이며, 입도 0.1~1.2㎜의 함량이 60~70중량%인 순환골재와; 보통포틀란트시멘트, 백색포틀란트시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 초조강시멘트로부터 선택되는 1종 이상의 시멘트(결합재)와; 표면건조 포화상태의 비중이 0.8~0.9, 흡수율이 3~4%, 단위용적질량이 300~500 kg/m3인 인공경량골재와; C12A7계 또는 CSA계 분말속경제와; 이수석고, 반수석고 또는 무수석고와; 비표면적 7,000～9,000㎠/g의 고로슬래그 미분말과; 아크릴수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 분말수지와; 알칼리규산염(alkali-silicates) 내화보조재와; 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로부터 선택되는 1종 이상의 길이 3~20㎜의 합성섬유와; 메틸 셀룰로즈계, 폴리비닐 아세테이트로부터 선택되는 1종 이상의 유기 증점제와; 멜라민계 유동화제;를 포함하여 구성된다.

Description

순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법{omitted}

본 발명은 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 천연규사를 사용하지 않고 친환경적인 순환골재 및 인공경량골재를 사용하면서 단열성, 내화성 및 기계적 강도 등을 갖도록 함으로써 터널 및 건축의 화재시에 콘크리트의 열화, 폭열방지에 따른 구조물의 붕괴예방 효과를 나타내도록 한 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축 및 토목구조물에서 대표적으로 사용되고 있는 콘크리트는 화재발생시 갑작스런 고열을 받으면 압축강도, 탄성계수 등의 물리적 성질이 저하되고, 표층이 박리·탈락되는 폭열현상이 발생됨에 따라 피복콘크리트가 결손되므로 구조체 내부 및 철근까지 고온이 전달되어 치명적인 내력저하를 초래하게 된다.

화재시 온도 변화에 따른 콘크리트의 물성치 변화를 살펴보면, 약 250℃전후에서부터 탈수가 시작되고, 450~500℃에서 수산화칼슘이 분해되며 결정수분이 방출되어 수화물이 파괴되기 시작하며, 600~700℃ 이상에서는 탄산칼슘의 분해, 900℃에서는 시멘트 페이스트의 완전한 탈수가 일어나므로, 이로 인해 압축강도, 탄성계수 등의 물리적 성질이 저하되고, 표층이 박리·탈락되는 폭열현상이 발생한다.

이러한 콘크리트의 폭열 현상은 콘크리트 내부의 수분이 고열에 의해 수증기가 되면서 팽창압이 발생함에 따라 콘크리트가 일시에 파괴되어 떨어져 나가는 현상으로, 터널 콘크리트 라이닝 또는 건축 콘크리트 구조물에 심각한 손상과 급속한 붕괴를 야기한다.

이와 같은 콘크리트 내화방법으로서 내화판 부착공법, 내화도료 도포공법, 또는 콘크리트 자체를 내화성 재료로 시공하는 방법과, 기존 콘크리트 위에 내화단열성을 가진 내화모르타르를 뿜칠, 라이닝 시공하여 화재시 콘크리트를 보호하는 방법이 있다.

그러나, 내화판 부착공법은 일정 규모의 내화판을 구조체 표면에 앵커를 이용하여 부착하는 공법으로 시공공정이 복잡하고, 단면의 형상에 따라 많은 제약을 받으며, 이음부의 시공이 어렵고, 경제적이지 못하다는 등의 문제점이 있다.

또한, 내화도료 도포공법은 구조체 표면에 내화도료를 도포하는 공법으로 시공이 용이하다는 장점이 있는 반면, 화재에 의해 내부온도가 약 1,000℃까지 도달할 경우에는 내화능력이 부족하여 구조체의 폭열 및 내력저하를 방지하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 콘크리트 자체를 내화성 재료로 시공하는 방법은 내화성 재료가 콘크리트 모르타르 보다 훨씬 고가이므로 경제성에 문제가 있고, 내화모르타르 뿜칠, 라이닝 시공방법은 내화모르타르를 구조체 표면에 뿜칠 시공하여 내화층을 형성하는 공법으로, 차열성능이 우수하고, 경제성 및 효과 측면에서 효율적이어서 최근 유럽, 일본 등지에서 터널 등 각종 콘크리트 구축물 화재 방재를 위해 널리 사용되고 있다.

상기 내화모르타르 뿜칠, 라이닝 시공방법에 사용되는 내화 모르타르와 관련된 종래기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허 제0671352호에 내화골재로 바텀애쉬를 포함하여 조성되는 내화 라이닝용 모르타르 조성물로서, 시멘트 5~50중량%; 바텀애쉬(bottom ash) 10~90중량%; 단열골재 1~20중량%; 및, 유기섬유 0.01~5중량%; 및 증점제, 급결제, 흡열재, 첨가제 등이 추가적으로 포함되어 조성되는 내화 라이닝용 모르타르 조성물이 공지되어 있으나, 주재로 사용되는 바텀애쉬(bottom ash)의 수급문제 및 전처리 어려움이 있어 경제적이지 못한 단점이 있다.

또한, 등록특허공보 제10-0582840호에는 신설 또는 기설구조물의 보수 및 내화피복 겸용 혼합 모르타르 있어서, a) 프리믹스형 폴리머시멘트모르터 100중량부는 25~45중량부의 시멘트, 5~25중량부의 플라이애시, 고로슬래그미분말 또는 이들의 혼합물, 5~25중량부의 실리카흄, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물, 25~45중량부의 잔골재, 0.5~20중량부의 아크릴계 분말수지, 1~10중량부의 분말형 팽창제 또는 수축저감제, 0.001~0.1중량부의 메틸셀룰로스계 분말증점제, 분말형 감수제, 분말형 공기연행제 또는 이들의 혼합물로 구성되고; b) 마이크로 단섬유 및 기능성 첨가제로 구성된 단섬유 100중량부; c) 운모분말, 버미큘라이트 및 흑연 또는 이들의 혼합물과 분말형 감수제로 구성된 비닐팩 포장의 내화분말 100중량부는 85~99중량부의 운모분말, 버미큘라이트, 흑연 또는 이들의 혼합물, 1~15중량부의 분말형 감수제, 고성능감수제, 분산제 또는 이들의 혼합물로 구성되고; 및 d) 상기 a)의 폴리머시멘트모르타르 100중량부에 대하여 배합수 16~30중량부 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 보수 및 내화피복 겸용의 고인성·고내화성 혼합 모르타르 조성물이 공지되어 있으나, 콘크리트 보수 및 내화 겸용으로 내화성능이 떨어지고, 운모분말, 버미큘라이트, 흑연 등의 내화분말이 별도로 첨가하여야 하는 단점이 있다.

또한, 등록특허공보 제10-0582840호에는 시멘트 10~70 중량%, 알칼리성 부여제 0.1~5 중량%, 바텀 애쉬 0~50 중량%; 초미립 잠재수경성 물질 10~50 중량%, 기포제 및 소포제 각 0.1~ 2 중량%; 점증제 0.1~1.0%, 지연제 : 0.02~02%; 및 분말수지 : 1~5 중량%를 포함하고, 광물성 천연섬유(Wollastonite) 및 합성 장섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 뿜칠용 단열 내화 모르타르가 공지되어 있으나, 단열재의 주요 구성물의 대부분을 잠재 수경성 물질인 초미립 플라이애쉬, 초미립 슬래그, 초미립 중유회와 같은 반응성이 있는 초미립 소재를 사용하므로 강도는 향상되는 반면, 속경성에 따른 균일성 저하에 따른 내화성능에 문제가 있고 작업성도 저하되는 단점이 있다.

또한, 공개특허공보 제10-2010-0134249호에는 결합재 27.5 내지 62.5 중량부, 무기염계 첨가제 0.22 내지 0.86 중량부, 보조재 0.22 내지 1.86 중량부, 혼화제 0.11 내지 0.33 중량부, 및 골재 38.0 내지 63.0 중량부를 포함하여 이루어지되, 결합재는, 슬래그를 포함하고, 무기염계 첨가제는 슬래그를 반응시키기 위해 첨가되는 것을 특징으로 하는 내화 모르타르 조성물이 공지되어 있으나, 슬래그를 반응시키기 위해 무기염계 첨가제를 별도로 첨가해야 하는 단점과 이로 인한 슬래그 미반응에 따른 강도저하의 우려가 있다.

이상과 같이 종래의 내화모르타르는 자체의 강도가 부족하거나 내화성능이 만족스럽지 못하고, 작업성에도 문제가 있으며, 특히 골재로서 천연골재인 규사를 사용하거나, 바텀애쉬, 플라이애쉬 또는 별도의 내화분말을 사용하는 바, 천연골재인 규사는 수요량을 공급량이 따라 주지 못하여 심각한 골재수급의 불균형 현상이 초래되는 문제점이 있고, 바텀애쉬, 플라이애쉬 또는 별도의 내화분말의 경우도 사용전 전처리 문제, 수급 및 경제성 문제가 있으므로 천연규사를 사용하지 않고 친환경적인 순환골제 및 인공경량를 사용하면서 내화모르타르 자체 강도 및 내화성능이 우수한 내화모르타르 조성물 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 천연규사를 사용하지 않고 친환경적인 순환골재 및 인공경량골재를 사용하면서 단열성, 내화성 및 기계적 강도를 갖도록 함으로써 터널 및 건축의 화재시 콘크리트의 열화, 폭열방지에 따른 구조물의 붕괴예방 효과를 나타내도록 한 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물 및 그 시공방법을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 흡수율이 5% 미만이고, 절대건조밀도가 2.3(g/㎤) 이상이며, 입도 0.1~1.2㎜의 함량이 60~70중량%인 순환골재 32~35중량%와; 보통포틀란트시멘트, 백색포틀란트시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 초조강시멘트로부터 선택되는 1종 이상의 시멘트(결합재) 27~32중량%와; 표면건조 포화상태의 비중이 0.8~0.9, 흡수율 이 3~4%, 단위용적질량이 300~500 kg/m3인 인공경량골재 18~22중량%와; C12A7계 또는 CSA계 분말속경제 0.5~2중량%와; 이수석고, 반수석고 또는 무수석고 0.3~0.7중량%와; 비표면적 7,000～9,000㎠/g의 고로슬래그 미분말 8~12중량%와; 아크릴수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 분말수지 3~5중량%와; 알칼리규산염(alkali-silicates) 내화보조재 0.5~2중량%와; 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로부터 선택되는 1종 이상의 길이 3~20㎜의 합성섬유 0.05~0.1중량%와; 메틸 셀룰로즈계, 폴리비닐 아세테이트로부터 선택되는 1종 이상의 유기 증점제 0.1~0.3중량%와; 멜라민계 유동화제 0.01~0.02중량%를 포함하여 구성되며, 물배합비(W/M)가 16~35%로 믹싱된 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 표면을 요철처리하는 치핑단계와; 상기 치핑단계 후 콘크리트 구조물을 고압물세척하는 세척단계와; 상기 세척단계후 콘크리트 표면을 건조시키는 건조단계와; 상기 건조된 콘크리트 표면에 상기 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 믹싱 펌핑장치에 의해 연속 혼합, 교반하면서 펌핑 뿜칠시공하여 내화층을 형성하는 내화층 라이닝단계와; 상기 내화층 라이닝단계에서 시공된 내화모르타르층을 경화시키는 양생단계;를 포함하여 구성되는 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명의 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물은 천연규사를 사용하지 않고 친환경적인 순환골재 및 인공경량골재를 사용하면서 단열성, 내화성 및 기계적 강도 등을 갖도록 함으로써 터널 및 건축의 화재시에 콘크리트의 열화, 폭열방지에 따른 구조물의 붕괴를 예방하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법에 사용되는 시공장치

이하에서는 본 발명을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 통해 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 제1측면으로서, 본 발명은 흡수율이 5% 미만이고, 절대건조밀도가 2.3(g/㎤) 이상이며, 입도 0.1~1.2㎜의 함량이 60~70중량%인 순환골재와; 보통포틀란트시멘트, 백색포틀란트시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 초조강시멘트로부터 선택되는 1종 이상의 시멘트(결합재)와; 표면건조 포화상태의 비중이 0.8~0.9, 흡수율이 3~4%, 단위용적질량이 300~500 kg/m3인 인공경량골재와; C12A7계 또는 CSA계 분말속경제와; 이수석고, 반수석고 또는 무수석고와; 비표면적 7,000～9,000㎠/g의 고로슬래그 미분말과; 아크릴수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 분말수지와; 알칼리규산염(alkali-silicates) 내화보조재와; 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로부터 선택되는 1종 이상의 길이 3~20㎜의 합성섬유와; 메틸 셀룰로즈계, 폴리비닐 아세테이트로부터 선택되는 1종 이상의 유기 증점제와; 멜라민계 유동화제;를 포함하여 구성되며, 물배합비(W/M)가 16~35%로 믹싱된 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.

우선, 본 발명에서 사용하는 골재는 천연규사가 아닌 순환골재를 사용하는 바, 폐자원인 건설폐기물의 대부분을 차지하는 폐콘크리트를 재생하여 순환골재로 생산되고, 생산된 순환골재를 천연규사 등의 천연골재를 대신해 순환골재로 대체함에 따라 한정된 천연자원에 의한 골재수급의 불균형 해소 및 방지하는데 기여하며, 순환골재중 흡수율 및 최적의 절대건조밀도를 갖는 순환골재를 사용하여 천연골재를 사용한 제품과 동등한 물성을 이루거나 더 우수한 물성을 이루어 제품의 품질 및 신뢰도를 높이는 효과가 있다.

또한, 상기 순환골재를 천연규사에 대체재로 사용하여 내화모르타르 조성물을 형성하게 되면, 천연골재인 천연규사를 상기 순환골재로 100%로 대체하여 사용할 수 있으므로 재료비용을 대폭 줄이고, 천연자원의 보존 및 환경오염을 최소화하는 것이 가능하다.

상기 순환골재는 골재의 흡수율이 5% 미만이고, 절대건조밀도가 2.3(g/㎤) 이상이며, 입도 0.1~1.2㎜의 함량이 60~70중량%로 이루어지는 것을 사용하는 바, 흡수율이 클 경우에는 내화층의 품질에 치명적인 영향을 미쳐 품질이 낮아지는데, 그 영향을 살펴보면, 흡수율이 큰 순환골재가 적용된 내화층이 굳지 않은 상태의 경우에는 펌프 압송시 압력이 작용하여 골재 내부로 물이 흡수됨에 따라 슬럼프(slump)저하 및 펌프 압송성이 저하되는 악영향을 미치게 되고, 내화층이 굳은 상태에서는 공극수 배출에 의한 수축균열이 발생함에 따라 강도 및 동결융해저항성을 저하하는데 영향을 미쳐 내화성능을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.

상기 순환골재의 사용량은 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 32~35중량%를 사용하는 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 34중량%이다.

상기 시멘트(결합재)는 부착력과 강도증진의 목적으로 사용하는 것으로서, 보통 포틀란트 시멘트, 백색 포틀란트 시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜드 시멘트, 초조강 시멘트 등의 수경성 시멘트류에서 1종 선정하여 단독으로 사용하거나 2종 이상을 선정하여 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 시멘트를 다량 사용할 경우는 내화피복재의 부착력과 강도는 우수해지는 반면 밀도와 열전도율이 높아져서 내열효과가 저하되며, 형성된 수화물의 양이 증가하기 때문에 고열을 받을 경우 생성되는 수증기의 양이 많아져 화재시 폭열의 가능성이 높아지는 문제가 있으며, 너무 적게 사용할 경우는 폭열의 가능성과 밀도, 열전도율이 낮아지는 반면에 부착력과 강도가 저하하므로 내화층으로서 충분한 강도를 기대하기 어려워지는 바, 이러한 점을 감안할 때 시멘트는 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 27~32중량%를 사용하는 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 30중량%이다.

본 발명의 내화층을 시공하기 위해서는 물과 혼련한 상태에서 유동성 및 충진성이 우수해야 할 뿐 아니라 내화단열을 위해서 우수한 단열성을 가질 것이 요구되는데, 이러한 목적으로 사용될 수 있는 재료로는 종래에 난석, 화산석, 퍼라이트, 질석 등의 다양한 단열골재가 사용되었으나, 가격이 고가인데 비하여 단열효과가 미흡한 점이 있었으므로 본 발명에서는 종래 단열재보다 공극율이 높고 열전도율이 낮으므로 단열성 및 내화성 우수한 인공경량골재를 단열골재로 사용한다.

상기 인공경량골재는 다공질의 구형입자로서 콘크리트구조물의 경량화와 단열 및 흡음에 사용되는 자재로 알려져 있다. 하지만 인공경량골재는 경량화에 필요한 다공성을 지님과 동시에 콘크리트 강도 유지에 필요한 압축강도와 모르타르와의 부착력이 우수한 특성을 가지고 있다.

본 발명에서 사용되는 인공경량단열골재는 폐유리로부터 재생된 것으로서 폐유리는 총 3단계를 거친 분쇄 과정을 거쳐 밀가루와 같은 미립분이 된다. 분쇄 과정을 거친 후 원료에 소량의 발포제를 혼입하는데 이 때 발포제의 혼입률에 따라서 생산되는 인공경량골재의 비중이 결정될 수 있다. 발포제를 혼입하여 원료를 가열하면 먼저 수분이 증발하여 건조상태가되고 700~900℃ 정도에서 소성된다. 이때 발포제의 영향으로 인하여 서로 유기체화 된 원료의 내부에 공극이 생기며 표면이 연화되면서 용융성의 유리질 상의 표면을 형성한다. 소성이 끝난 후 냉각 과정을 거치며 만들어진 인공경량골재를 분급 과정에 의하여 여러 입도를 가진 인공경량골재로 제조하는데, 그 제조과정은 다음 그림에 나타난 바와 같다.

특히, 본 발명에서 사용되는 인공경량골재의 표면건조 포화상태의 비중은 0.8~0.9, 흡수율 3~4%, 단위용적질량 300~500 kg/m3인 것을 사용하는데, 이는 보통 잔골재의 표면건조 포화상태의 비중 2.5~2.65에 비해 약 30% 정도이며, KS F 2534에서 규정한 구조용 경량골재의 기준인 1,120 kg/m3 의 약 40% 정도로 나타나 구조체의 자중감소에 효과적인 것이다.

본 발명에 사용되는 상기 인공경량골재의 사용량은 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 18~22중량%를 사용하는 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 20중량%이다. 상기 인공경량골재를 상기 범위보다 적게 사용하는 경우에는 단열효과가 떨어지고 자중감소 효과가 저하되며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 압축강도가 감소하는 문제점이 있다.

상기 속경제는 상기 시멘트의 경화를 촉진하기 위하여 사용하는 것으로 초기강도를 부여해서 조성물의 처짐 현상을 방지한다. 속경제로서는 비정질 C12A7계 또는 CSA계 시멘트 광물계 분말속경제, 알루민산나트륨을 주성분으로 하는 무기염계 분말속경제, 실리케이트 및 알루미네이트를 주재로 한 액상 속경제, 알칼리프리계 액상 속경제 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 내화 모르타르 조성물에 사용되는 속경제는 콘크리트 내화 라이닝재로 사용하는 경우, 초기강도를 나타내며 빠른 경화 및 부착성능을 위해서 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 0.5~2중량% 정도를 사용하는 것이 적당하며, 가장 바람직하게는 1중량%이다.

한편, 본 발명의 내화모르타르의 화재시 결정수 또는 탄산가스를 방출시키면서 흡열하여 내부콘크리트 및 피복재의 급격한 온도 상승을 저하시키고, 내화 모르타르의 수축을 줄이기 위해 이수석고, 반수석고 또는 무수석고의 석고류를 사용하는 바, 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 0.3~0.7중량% 정도를 사용하는 것이 적당하며, 가장 바람직하게는 0.5중량%이다. 석고의 양이 너무 적으면 건조수축에 대한 저항성이 떨어져서 균열이 발생하게 되고, 내화 모르타르의 팽창을 심하게 유도시켜서 내화 모르타르의 균열 및 단면 탈락을 야기할 수 있다.

상기 고로슬래그 미분말은 선철의 제련시에 부산물로 발생하는 고온용융상태의 고로슬래그를 급냉처리하고 건조 및 분쇄처리하여 제조하며 급냉시켜 제조한 것이므로 유리석회 함량이 매우 적어 팽창성이 없고, 비표면적이 3,000~10,000 ㎠/g으로 혼화성이 좋아 시멘트 콘크리트 혼화제로 사용되고 있다.

고로슬래그 미분말은 그 자체는 경화하는 성질이 없으나 알칼리에 의해 경화(잠재수경성)하는데, 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘과 황산염의 작용에 의해서 경화가 촉진되어 압축강도를 향상시킨다.

또한, 보통포틀랜드시멘트의 경우 MgO가 5%를 초과하면 유리마그네시아가 생성되어 이상팽창의 원인이 되지만 고로슬래그 미분말의 경우 15%정도 포함하고 있어도 이상팽창되지 않으며, 고로슬래그 미분말의 반응성은 염기도([(CaO + MgO + Al2O3)/SiO2] 및 유리질화율이 높을수록 크게 되는 성질이 있다.

고로슬래그 미분말과 보통포틀랜드시멘트의 화학성분은 다음 표 1과 같으며, 성분중 고로슬래그 미분말의 SiO2 및 Al2O3 함량이 시멘트보다 높아 시멘트 콘크리트 혼화제로 사용할 경우 강도를 향상시킨다.

고로슬래그 미분말과 보통포틀랜드시멘트의 화학성분

구분	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	FeO	MnO	P2O3	TiO2	S	SO3	Na2O	K2O	Cl-
Slag	33.1	13.8	42.4	6.1	0.29	0.40	0.008	0.96	0.66		0.23	0.31	0.004
Cement	21.5	5.2	64.0	1.6	2.9	0.13	0.12	0.31		2.0	0.26	0.47	0.005

본 발명에서는 내화 모르타르 조성물의 유동성을 증가시키고 균일한 혼화에 따른 강도를 향상시키기 위하여 비표면적 7,000～9,000 ㎠/g의 고로슬래그 미분말을 사용하며, 사용량은 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 8~12중량% 사용하며, 가장 바람직하게는 10중량%이다. 고로슬래그 미분말의 양이 너무 적으면 시멘트와 물의 수화반응에 따라 생성되는 시멘트 수화물이 지배적으로 많아져 모르타르의 내화성능이 저하된다.

한편, 콘크리트와 내화모르타르 조성물의 부착력, 방수성능, 유동성, 압송성을 향상시키기 위해 결합재로서 분말수지가 사용되는데, 분말수지는 아크릴분말수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 것을 사용한다.

아크릴 분말수지는 아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르를 주성분으로 하는 수지로서 일반적으로는 유기(有機)유리로 알려져 있는 메타크릴산메틸 수지를 가리키는데, 메타크릴산메틸수지는 무색투명하고 단단하며 내후성(耐候性)이 뛰어나며, 열가소성(熱可塑性)이 있고 비결정성의 고분자이며, 인장강도 800kg/cm2, 탄성률 3.0~3.5×104kg/cm2, 흡수율 0.3%, 클로로포름, 아세톤 등에 녹고 80~100℃에서 변형한다. 특히 투명성은 일반적으로 알려져 있는 수지 가운데 가장 높고 굴절률도 크기 때문에 광학재료로 널리 사용되고, 무기유리에 비해 강하고 안전성이 높으며 착색가공도 손쉬워 조명용, 간판,광고용, 자동차, 항공기의 창문유리, 주택, 공장의 채광 등에 사용되며, 최근에는 섬유로서 광통신용, 장식용, 렌즈, 선글라스에도 사용되는 등 그 용도가 넓어지고 있다.

폴리카보네이트 수지는 일반적으로 이가 hydroxy 화합물과 탄산과의 축합반응에 의해 형성된 carbonate 결합을 가진 polyester를 가리킨다. Bisphenol A(4,4-dihydro- xydiphenyl 2,2-propane)의 알칼리 수용액과 유기용제와의 현탁액에 염화 카보닐을 불어넣어 중합시켜 polycarbonate를 만들며, Polycarbonate의 특징은 기계적인 강도, 전기절연성이 우수하고 투명하고 연화온도도 140~150℃로 높고 내열성도 있다. 반면 할로겐화 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에스테르, 케톤, 에테르 등의 유기용제에 닿으면 cracking을 발생하거나 표면이 녹기도 한다.

상기와 같은 분말수지는 아크릴분말수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 것을 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 3~5중량% 사용하며, 가장 바람직하게는 4중량%이다.

또한, 화재시 화염의 차단을 위하여 silicates와 반응이 용이한 1족 금속이온인 K, Na, Li 이온과 silica sol을 이용하여 제조한 알칼리규산염(alkali-silicates)을 내화보조재로서 K-Silicates, Na-Silicates 또는 Li-Silicates 사용하며, 사용량은 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 0.5~2중량% 정도를 사용하는 것이 적당하며, 가장 바람직하게는 1중량%이다.

또한, 본 발명의 조성물에는 합성섬유를 첨가하는데, 합성섬유는 시공시와 화재시 구별되는 2가지 역할을 담당한다. 즉, 시공시에는 조성물을 효과적으로 결합력을 증가시켜 초기탈락이나 균열을 방지하고 경화 후 저온부에서의 강도 증진에 기여하며, 화재시에는 섬유가 170℃전후의 비교적 낮은 온도에서 융해되어 내화층 내부에 다수의 공극을 발생시킴으로써 수분의 이동경로를 제공하고 그 결과 내화층 자체 및 콘크리트 표층부의 수증기압이나 열응력이 저감되어 표층 박리 및 폭열을 방지한다.

특히, 합성섬유는 화재시 내화층의 손상없이 우수한 단열성 및 내화성을 발휘할 뿐 아니라 가열로 발생된 수증기 등의 기체성분을 신속히 배출시켜 콘크리트 및 내화층 내부의 증기압의 상승을 방지함으로써 콘크리트구조물이 파괴되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 합성섬유는 다량 사용할 경우 부피가 커져 배합시 섬유가 뭉치는 현상 및 골재 분리가 발생하여 시공이 어렵고 재료의 강도저하를 유발할 수 있으며, 너무 적을 경우는 화재시 수분의 이동경로가 작아 피복재의 탈락이나 폭열을 유발할 수 있기 때문에 내화기능을 상실할 우려가 있는 점을 감안할 때 합성섬유는 전체 내화모르타르 조성물에 대하여 0.05~0.1중량%로 사용하는 것이 적당하며 가장 바람직하게는 0.06중량%이며, 그 길이는 3~20㎜의 것을 사용하였을 때가 가장 우수한 효과를 나타낸다.

상기 합성섬유의 종류로는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 1종 이상 선택하여 사용하며, 가장 바람직하게는 폴리프로필렌 섬유를 사용하는데, 폴리프로필렌 섬유는 같은 기능의 다른 섬유에 비하여 가격이 저렴하고, 내구성, 수축저항성, 인장응력 및 균열 제어능력이 우수하고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성이 우수하다는 특징이 있다.

증점제는 내화모르타르 조성물의 슬러리 상태에서 시공이 용이한 점성을 유지하도록 하며, 시공후 초기 결합력을 부여하여 시공면에서 수화성 결합재의 수화결합이 진행되기 전에 내화피복층을 안정하게 하여 처짐을 방지하고 일정 두께의 층을 유지하도록 하기 위해 사용한다.

본 발명의 조성물에는 유기 증점제로 메틸 셀룰로즈계, 폴리비닐 아세테이트 에서 1종 이상 사용하며, 그 사용량은 0.1~0.3중량% 사용하고, 가장 바람직하게는 0.2중량% 이다. 증점제의 첨가량이 너무 많으면 점성이 높아져 뿜칠 작업시에 펌프의 막힘 현상이 발생할 수 있고, 마감 과정에서 모르타르가 눌러 붙는 형상이 발생하여 마감이 어려워질 수 있다.

유동화제는 내화 모르타르의 유동성을 유지시키고 타설시에 시공성을 향상시키는 역할을 하고, 배합수의 사용량을 줄여줌으로써 강도 증진 및 내구성 증진에 기여하게 되는데, 본 발명에서는 멜라민계 유동화제를 사용하고, 그 사용량은 0.01~0.02중량% 정도를 사용하며, 가장 바람직하게는 0.02중량% 사용한다. 멜라민계 유동화제의 사용량이 너무 많으면 그 효과가 떨어질 수 있으며, 사용량이 너무 적으면 감수 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

상기와 같이 조성된 본 발명의 내화모르타르 조성물의 믹싱표준은 물배합비(W/M)가 16~35%로서 16% 미만이면 믹싱은 가능하지만 작업성이 매우 떨어지고, 35%를 초과하면 내화모르타르의 기능발현이 불가능하므로 가장 바람직하게는 25%로 조정하는 것이 바람직하다.

<실시예>

본 실시예에 따른 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 표 2와 같은 배합비로 제작하여 압축강도, 휨강도, 길이변화율에 대해 시험하였으며, 압축강도는 KS L 5105 '수경성 심네트 모르타르의 압축강도시험방법'에 의하여 측정하였고, 부착강도는 KS L 5216 '팽창질석을 사용한 단열시멘트'의 접착시험법에 의하여 측정하였으며, 길이변화는 KS F2424 '모르타르 및 콘크리트 길이변화 시험방법'에 의하여 측정하였다. 그 결과는 표 3과 같다.

모르타르 조성 배합비

구분	성분	조성비(중량%)
결합제(골재)	순환골재	33
	시멘트	30
	인공경량골재	20
속경제	CSA	1
팽창제	무수석고(CaSO4)	0.7
무기첨가제	고로슬래그 미분말	10
분말수지	아크릴수지	2
분말수지	폴리카보네이트수지	2
내화보조제	K-silicates	1
합성섬유	PP(폴리프로필렌)	0.08
혼화제	증점제	0.2
혼화제	유동화제	0.02
물배합비(W/M)		25%

모르타르 물성 결과

시험항목	물성값
응결시간(분)	초결 : 80
응결시간(분)	종결 : 250
압축강도(N/mm²)	20.0
가열후 압축강도(N/mm²)	7.0
휨강도(N/mm²)	4.5
부착강도(N/mm²)	1.5
길이변화율(%)	-0.1

상기 물성 결과로부터, 본 실시예에 따른 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르는 응결시간이 빠르고, 강도 및 내구성이 우수함을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 제2측면으로서, 본 발명은 콘크리트 구조물의 표면을 요철처리하는 치핑단계와; 상기 치핑단계 후 콘크리트 구조물을 고압물세척하는 세척단계와; 상기 세척단계후 콘크리트 표면을 건조시키는 건조단계와; 상기 건조된 콘크리트 표면에 상기 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 믹싱 펌핑장치에 의해 연속 혼합, 교반하면서 펌핑 뿜칠시공하여 내화층을 형성하는 내화층 라이닝단계와; 상기 내화층 라이닝단계에서 시공된 내화모르타르층을 경화시키는 양생단계;를 포함하여 구성되는 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 믹싱펌핑장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 베이스프레임(20)과, 제1믹서부(30)와, 연장믹서부(40)와, 교반샤프트(50)와, 제2믹서부(60)와, 제어부(70)와, 구동부(81,82,94)를 포함하여 이루어지며, 베이스프레임(20)의 배출공간(21)에 위치하고 호퍼(91)로 제2믹서부(60)의 배출구(67)에서 배출되는 혼합물이 투입되어 교반상태를 유지시키며, 일측에 호스(도면에 미도시)를 연결하여 작업위치로 타설할 수 있도록 호스연결구(92a)가 구비되어 배출하도록 한 모노펌프장치(90)를 구비한다.

상기 제1믹서부(30)는 상부가 개방되어 이송된 원자재를 투입하는 자재투입부(31a)를 형성하고 하측으로 갈수록 점점 좁아지는 상광하협의 형상을 이루는 자재호퍼(31)와, 상기 자재호퍼(31)의 하측에 구비되고 내측으로는 중공부(36)를 형성하여 상기 자재호퍼(31)로 투입된 원자재가 상기 교반샤프트(50)의 회전에 의해 혼합되도록 한 교반부(35)를 포함하여 이루어진다.

상기 연장믹서부(40)는 원형상으로 이루어지고, 상기 제1믹서부(30)의 일측에 형성된 토출구(37)로 연통하여 설치되며 내측에는 지속적으로 원자재혼합물을 교반할 수 있는 공간인 중공부(46)가 형성되고 종단부에는 하측으로 돌출된 구조의 배출구(47)를 형성한다.

상기 교반샤프트(50)는 상기 제1믹서부(30)의 일측에서 상기 연장믹서부(40)의 종단부로 각각의 측단면을 관통하도록 돌출되어 회동가능하게 설치된다.

상기 제2믹서부(60)는 상기 제1믹서부(30)와 상기 연장믹서부(40)를 통해 1차교반 된 혼합물이 자재호퍼(61)로 투입되어 2차교반되고 일측에는 교반된 혼합물을 최종적으로 배출하는 배출구(67)를 구비하여 상기 연장믹서부(40)의 하측에 설치되며, 상기 배출구(67)에는 교반시에는 배출구(67)를 폐쇄하고 혼합을 완료하면 혼합물을 꺼낼수 있도록 개방하는 차단부재(67a)를 형성한다.

상기 제어부(70)에서는 상기 교반샤프트(50)에 회전력을 전달하는 상기 구동부(81,82,94)를 제어하여 모르타르의 배출량을 제어하게 된다.

상기 모노펌프장치(90)에는 상기 호퍼(91)의 하측에 형성되고 내측으로는 이송스크류(93)를 구비하여 회전함에 따라 상기 호퍼(91)로 투입된 혼합물을 이송시키도록 한 이송부(92)를 구비한다.

상기 모노펌프장치(90)의 양측에는 바퀴(95)를 구비하여 원활하게 이동할 수 있도록 형성하는 것도 가능하다.

상기 모노펌프장치(90)는 상기 배출공간(21)에 위치시 상기 제2믹서부(60)의 배출구(67)보다 낮은 높이로 형성하여 배출되는 혼합물이 상기 호퍼(91)로부터 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 모노펌프장치(90)는 교반된 혼합물을 받아 상기 호스연결구(92a)에 연결된 호스를 통해 60~280rpm/min의 속도로 이송하고, 30bar이내의 이송압력으로 10~150m를 이송하며, 10~80ℓ/min의 토출량으로 내화모르타르를 뿜칠한다.

즉, 상기한 믹싱펌핑장치는 본 발명의 내화모르타르를 타설할 작업위치로 이송하는 작업까지의 공정을 자동화하여 작업자로 하여금 보다 작업의 편의성을 도모하고, 신속한 작업이 가능하여 작업효율성을 보다 극대화하는 효과를 얻는다.

이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

20 : 베이스프레임 21 : 배출공간 30 : 제1믹서부
40 : 연장믹서부 47,67 : 배출구 50 : 교반샤프트
60 : 제2믹서부 67a : 차단부재 70 : 제어부
81, 82, 94 : 구동부 90 : 모노펌프장치 91 : 호퍼
92 : 이송부 92a : 호스연결구 93 : 이송스크류

Claims

흡수율이 5% 미만이고, 절대건조밀도가 2.3(g/㎤) 이상이며, 입도 0.1~1.2㎜의 함량이 60~70중량%인 순환골재 32~35중량%와; 보통포틀란트시멘트, 백색포틀란트시멘트, 알루미나시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 초조강시멘트로부터 선택되는 1종 이상의 시멘트(결합재) 27~32중량%와; 표면건조 포화상태의 비중이 0.8~0.9, 흡수율 이 3~4%, 단위용적질량이 300~500 kg/m3인 인공경량골재 18~22중량%와; C12A7계 또는 CSA계 분말속경제 0.5~2중량%와; 이수석고, 반수석고 또는 무수석고 0.3~0.7중량%와; 비표면적 7,000～9,000㎠/g의 고로슬래그 미분말 8~12중량%와; 아크릴수지와 폴리카보네이트수지가 중량비로 1:1 혼합된 분말수지 3~5중량%와; 알칼리규산염(alkali-silicates) 내화보조재 0.5~2중량%와; 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)로부터 선택되는 1종 이상의 길이 3~20㎜의 합성섬유 0.05~0.1중량%와; 메틸 셀룰로즈계, 폴리비닐 아세테이트로부터 선택되는 1종 이상의 유기 증점제 0.1~0.3중량%와; 멜라민계 유동화제 0.01~0.02중량%를 포함하여 구성되며, 물배합비(W/M)가 16~35%로 믹싱된 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물
콘크리트 구조물의 표면을 요철처리하는 치핑단계와; 상기 치핑단계 후 콘크리트 구조물을 고압물세척하는 세척단계와; 상기 세척단계후 콘크리트 표면을 건조시키는 건조단계와; 상기 건조된 콘크리트 표면에 제1항에 따른 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 믹싱펌핑장치(100)에 의해 연속 혼합, 교반하면서 펌핑 뿜칠시공하여 내화층을 형성하는 내화층 라이닝단계와; 상기 내화층 라이닝단계에서 시공된 내화모르타르층을 경화시키는 양생단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법
제2항에 있어서,
상기 믹싱펌핑장치(100)는 베이스프레임(20)과, 제1믹서부(30)와, 연장믹서부(40)와, 교반샤프트(50)와, 제2믹서부(60)와, 제어부(70)와, 구동부(81,82,94)를 포함하여 이루어지며, 상기 베이스프레임(20)의 배출공간(21)에 위치하고 호퍼(91)로 제2믹서부(60)의 배출구(67)에서 배출되는 혼합물이 투입되어 교반상태를 유지시키며, 일측에 호스를 연결하여 작업위치로 타설할 수 있도록 호스연결구(92a)가 구비되어 배출하도록 한 모노펌프장치(90)를 구비하는 것을 특징으로 하는 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법
제3항에 있어서,
상기 모노펌프장치(90)는 교반된 혼합물을 받아 상기 호스연결구(92a)에 연결된 호스를 통해 10~80ℓ/min의 토출량으로 뿜칠하는 것을 특징으로 하는 순환골재를 이용한 고내화성 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 내화시공방법