KR101364077B1 - 친환경 단면 복구 모르타르 및 표면 보호제를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보호 공법 - Google Patents
친환경 단면 복구 모르타르 및 표면 보호제를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보호 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 손상된 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보호하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단면의 보수가 필요한 콘크리트 구조물을 보수함에 있어, 산업 부산물을 이용한 결합재로 모르타르 조성물을 제조하고 이를 이용하여 콘크리트 단면을 도포한 후 그 표면에 표면 보호제를 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 단면의 보수 보호 공법을 제공한다. 본 발명에 따른 보수 보호 공법은 보수 공사 후 시간이 지남에 따라 서서히 자기 방위 기능을 발휘하여 중성화를 억제할 뿐만 아니라 염화물 이온의 차폐 효과가 커 해수 등 수중 콘크리트의 보수 보강에도 사용될 수 있고, 산업 부산물로서 폐기되는 자원을 재활용함으로써 경제적 효과를 높이는 동시에 구조적 치밀성을 향상시키고 콘크리트와의 부착강도를 증가시킬 수 있으며, 내후성 및 물성을 강화하는 동시에 시멘트의 독성을 분해 제거하고 알칼리성 물질을 차단할 수 있는 천연석 분말을 포함하는 표면 보호제를 표면에 처리함으로써 보수 보호 효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 콘크리트 구조물 단면의 보수 보호 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화물 이온에 대한 차폐 효과가 커서 내구성이 우수하며, 속경 특성을 가지므로 단시간에 보수 보호 공사가 완료될 수 있어 경제적이고, 모르타르 표면에 표면 보호제로 코팅함으로써 내후성과 표면 강도를 향상시킬 수 있는 동시에, 산업 부산물을 주원료로 사용함으로써 친환경적인 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수 보강을 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
종래의 단면 복구를 위한 보수보강재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
예로서, 대한민국 공개특허 제2006-0079447호에서는 CSA(Calcium sulfoaluminate)와 소정의 고미분말 결합재를 첨가하여 모르타르 조성물을 제조하는 방법을 제안한다. 그러나, 상기 재료를 이용하여 제조된 모르타르 조성물은 고가의 아윈(Hauyne)계 시멘트를 사용하므로 시공 단가의 상승을 유발하고 초기 응결 시간 및 강도 면에서 충분한 결과를 얻지 못하였다.
또한, 기존의 보수 보강 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 보수 보강 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 보강 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 현대 산업의 급격한 발달로 인해 다량의 산업 폐기물이 발생하고 있으며 이러한 산업 폐기물의 처리는 대부분 매립에 의존하고 있는 실정이다. 이와 같은 매립에 의한 처리는 2차적인 환경 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 산업 폐기물을 재활용하기 위한 연구가 큰 관심을 얻고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 단면의 보수가 필요한 콘크리트 구조물을 보수함에 있어, 보수 공사 후 시간이 지남에 따라 서서히 자기 방위 기능을 발휘하여 중성화를 억제할 뿐만 아니라 염화물 이온의 차폐 효과가 커 해수 등 수중 콘크리트의 보수 공사에도 사용될 수 있고, 산업 부산물로서 폐기되는 자원을 재활용함으로써 경제적 효과를 높이는 동시에 구조적 치밀성을 향상시키고 콘크리트와의 부착강도를 증가시킬 수 있으며, 내후성 및 물성을 강화할 수 있는 동시에 표면 보호 기능을 향상시킬 수 있는 표면 보호제를 모르타르 표면에 처리함으로써 보호 효과를 극대화시킬 수 있는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 보수가 필요한 콘크리트 구조물의 단면을 치핑(chipping)하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 다듬는 단계;
(2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면에 시멘트 40~85 중량%, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 7~9:1~3의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 5~45 중량%, 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 글라스 분말 5~30 중량%, 수축 저감제 3~20 중량%, 고분자 수지 0.5~1.5 중량%, 섬유 0.2~2 중량% 및 알칼리 활성화제 0.1~5 중량%로 이루어진 결합재 100 중량부와 규사 20~100 중량부 및 물을 포함하여 이루어진 모르타르 조성물을 도포하는 단계; 및
(3) 상기 모르타르 조성물을 도포한 표면에 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 폴리아민을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부 및 세리사이트, 스코리아, 황토 중에서 선택된 1종 이상의 천연석 분말 10~50 중량부를 포함하는 표면 보호제를 도포하는 단계
를 포함하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 고로 급냉 슬래그와 고로 서냉 슬래그의 최적 비율로 이루어진 합성 슬래그 미분말을 포함하는 모르타르 조성물을 사용하기 때문에 표면이 치밀하게 되어 염화물 이온의 침투를 막고 중성화를 억제하여 내구성을 증대시킬 수 있다.
2. 시멘트와 슬래그 외에 미분말의 글래스 분말을 함께 사용함으로써 포졸란 반응을 촉진시켜 응결시간을 단축할 수 있고 바탕 콘크리트와의 접착 안정성을 향상시킬 수 있다.
3. 또한, 칼슘설포알루미네이트와 석고가 최적 비율로 혼합된 수축 저감제를 사용함으로써 조성물의 수축 팽창성을 낮추고 빠른 시간 안에 강도를 발현할 수 있다.
4. 모르타르 도포 후에 표면 보호제로 모르타르 표면을 코팅하고 경화시킴에 의해 내후성과 표면 강도를 강화시킬 수 있고 아울러 내수성도 향상시킬 수 있다. 이에 따라 옥외에 설치되는 건축물에 대한 보호 효과가 더욱 증진되는 장점이 있다.
5. 또한, 상기 표면 보호제에 천연석 분말을 일정량 포함함으로써 원적외선 방사, 탈취, 항균, 항곰팡이 효과를 부여하고 시멘트 특유의 냄새와 알카리성을 차단하고 시멘트의 독성을 분해 제거함으로써 보수된 콘크리트 단면을 보호하는 효과를 발휘할 수 있으며, 상기 천연석 분말은 표면 보호제가 경화함에 따라 모르타르 표면에 강력하게 접착할 수 있어 그 기능을 발휘한다.
6. 또한, 산업 부산물을 주원료로 한 모르타르를 사용하므로 원재료비 절감을 통해 원가를 절감할 수 있으며, 산업 폐기물의 처리 비용을 줄이고 새로운 용처로서 활용될 수 있으므로 환경 친화적인 공법이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법은 하기 3단계를 포함하여 구성된다. 즉,
(1) 보수가 필요한 콘크리트 구조물의 단면을 치핑(chipping)하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 다듬는 단계;
(2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면에 시멘트 40~85 중량%, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 7~9:1~3의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 5~45 중량%, 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 글라스 분말 5~30 중량%, 수축 저감제 5~20 중량%, 고분자 수지 0.5~1.5 중량%, 섬유 0.2~2 중량% 및 알칼리 활성화제 0.1~5 중량%로 이루어진 결합재 100 중량부와 규사 20~100 중량부 및 물을 포함하여 이루어진 모르타르 조성물을 도포하는 단계; 및
(3) 상기 모르타르 조성물을 도포한 표면에 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 폴리아민을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부 및 세리사이트, 스코리아, 황토 중에서 선택된 1종 이상의 천연석 분말 10~50 중량부를 포함하는 표면 보호제를 도포하는 단계를 포함하여 구성된다.
이하에서는 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.
1. 콘크리트 구조물 단면 치핑(chipping)
콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 현상이 발행하면 콘크리트 구조물의 단면을 보수해야 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.
치핑 단계는 이와 같이 안전 진단 및 점검 결과 보수가 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 기계를 이용하여 파쇄하고 다듬는 과정이다. 이 때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
2. 모르타르 조성물 도포
상기 콘크리트 단면을 치핑(chipping)하여 열화 부위의 콘크리트와 부식 철근을 제거한 후 모르타르 조성물을 도포하여 보수한다.
본 발명에서 사용되는 모르타르 조성물은 산업 폐기물을 재활용하고 속경성 및 콘크리트 구조물과의 부착 강도 확보를 위해 하기의 조성을 사용한다.
즉, 시멘트 40~85 중량%, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 7~9:1~3의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 5~45 중량%, 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 글라스 분말 5~30 중량%, 수축 저감제 3~20 중량%, 고분자 수지 0.5~1.5 중량%, 섬유 0.2~2 중량% 및 알칼리 활성화제 0.1~5 중량%로 이루어진 결합재 100 중량부와 규사 20~100 중량부 및 물을 포함하여 이루어진 모르타르 조성물을 사용한다.
본 발명에서 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 알루미나 시멘트, 속경성 시멘트 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이며, 구체적으로 포틀랜드 시멘트의 경우도 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 합성 슬래그 시멘트는 제철소에서 선철을 생산할 때 부산물로 얻어지는 것으로서 급냉에 의해 생성되는 고로 급냉 슬래그와 서냉에 의해 생성되는 고로 서냉 슬래그를 7~9:1~3의 중량비로 혼합한 것으로서 평균 입경이 2~10㎛의 수준이 되도록 볼밀, 롤러밀 또는 진동밀 등을 이용하여 분쇄하여 얻은 것이다.
상기 고로 급냉 슬래그 미분말은 비정질의 잠재 수경성 물질로서, 주로 콘크리트용 혼화재료 용도로 사용되고 있으며, 그 장점은 수화열에 의한 온도 상승의 억제, 알칼리 실리카 반응의 억제, 황산염이나 해수에 대한 화학 저항성의 향상을 기대할 수 있지만, 중성화 저항성은 취약한 면이 있다. 반면 상기 고로 서냉 슬래그 미분말은 서냉화되어 결정화된 상태로 수경성이 없고, 수경성이 없는 충전재는 중성화 억제 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 단순한 충전재보다는 중성화를 일으키는 CO2 가스와 반응하는 물질을 적용하면 탄산화 반응에 의해 경화체 표면이 더욱 치밀화되어 그 이후 CO2 가스가 경화체 내부로 투과하는 것을 억제할 수 있다. 고로 서냉 슬래그의 주성분인 메리라이트는 수화하지는 않으나 탄산화 반응을 나타내고 조직을 치밀화시켜 이후 CO2 가스가 경화체 표면으로 투과하기 어렵게 하는 작용을 한다. 따라서 고내구성을 갖게 하기 위해서 수경성인 고로 급냉 슬래그 미분말과 비수경성인 고로 서냉 슬래그 미분말을 혼합하여 고로 급냉 슬래그 미분말의 장점을 살리면서 중성화에 취약한 부분을 비수경성 재료인 고로 서냉 슬래그 미분말로 보완하는 기능을 할 수 있다.
본 발명에서 결합재를 제조하는 단계에서 합성 슬래그 미분말은 5~45 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 합성 슬래그 미분말이 5 중량% 미만이면 얻고자 내구성능을 확보하기 어렵고, 45 중량%를 초과하면 소요의 강도를 얻는데 시간이 오래 걸리고 적절한 물리적 성능 발현에 어려움이 있다. 또한, 본 발명에서 상기 합성 슬래그 미분말은 평균 입경이 2~10 ㎛의 범위에 해당하는 것을 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 글라스 분말은 화학 성분 중 70% 이상이 잠재수경성을 지닌 실리카(SiO2)성분으로 구성되어 있고, 시멘트와의 수화 반응시 포졸란 작용이 활성화되어 콘크리트 구조물과의 결합성을 우수하게 만들고 강도를 증진시키며 작업성 향상에 기여한다.
본 발명에서 상기 글라스 분말은 산업 폐기물을 재활용하기 위하여 산업 부산물로 배출되는 것을 미세 분말화하여 사용하는 것이 바람직하다. 산업부산물 중 하나인 폐글라스는 국내의 경우 선진국에 비해 재활용율이 매우 떨어지며, 주로 도로포장재, 건축 내외장재, 도로 노면 페인팅 등으로 재활용 되고 있으나 약 30%의 폐글라스는 재활용되지 못하고 지반에 매립되어 환경문제를 발생시키고 있다. 또한, 국내외에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 건설자재로 활용하기 위한 일환으로 수많은 연구가 진행되었으나, 대부분이 콘크리트에 있어서 골재를 대체하는 수준에 머물고 있는 실정이다. 본 발명에서는 이러한 폐글라스를 콘크리트 단면 보수 보강용 모르타르로 활용하는 기술을 제공한다.
본 발명에서 상기 글라스 분말은 그 함량이 결합재 중 5~10 중량% 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량% 미만이면 압축강도가 떨어지고 30 중량% 초과하면 압축강도 및 작업성이 떨어지게 된다.
상기 글라스 분말의 기능 및 효과에 관해 더욱 상세하게 설명하면, 실리카 성분이 주성분인 글라스 분말은 잠재수경성을 갖는데, 상기 잠재수경성은 그 자체로는 굳어지는 성질이 없으나 물의 존재 하에서 상온에서 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 안정된 불용해성 화합물을 생성하여 경화시키는 성질을 가지고 있기 때문에 포졸란(Pozzolan) 작용이 가능하다. 즉, 고로 슬래그 미분말 속의 산화칼슘(CaO)성분은 물과 반응하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 형성하고 글라스 분말에서 용출된 실리카 (SiO2), 산화알루미늄 (Al2O3)과 서서히 반응하여 불용성 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H gel)이나 칼슘알루미네이트 수화물 (C-A-H gel)을 형성하여 그 조직을 더욱 치밀하게 만들어 콘크리트의 강도 발현 및 결합력 강화에 기여한다. 본 발명에서 사용되는 상기 글라스 분말은 분말도에 따라 성능이 달라지는데 본 발명에서는 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 글라스 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분말도가 1,000 cm2/g 미만일 경우 포졸란 반응의 제어가 어려울 수 있고 3,000 cm2/g을 초과할 경우 콘크리트 구조물과의 결합력이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 수축 저감제는 칼슘설포알루미네이트와 석고가 4~9 : 1~6의 중량비로 혼합하여 제조한 것을 사용할 수 있으며, 그 사용양은 결합재 중 3% ~ 20중량%가 바람직하다. 상기 함량이 3중량% 미만이면 초기 수축 팽창에 의한 균열을 제어하기 힘들고, 20중량%를 초과하면 급격한 반응으로 인한 작업시간의 확보가 어렵고 이상 팽창을 야기할 수 있는 문제점이 있다. 본 발명에서 상기 석고는 인산 무수석고 또는 불산 무수석고 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 고분자 수지는 상기 콘크리트 구조물의 단면 보수보강용 모르타르 조성물의 경화 전 상태에서는 유동성을 증가시키고 작업성을 개선시키며, 경화 후 상태에서는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡 강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대 등의 효과를 발휘할 수 있다. 본 발명에서 상기 고분자 수지는 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)계, NR(Natural Rubber)계, NBR(Natural Rubber-Butadien Rubber)계, SBR(Styrene-Butadien Rubber)계 및 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate)계 수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 결합재 중에 0.5~1.5 중량%의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 고분자 수지의 함량이 0.5 중량% 미만으로 사용하는 경우 표면 부착력 강화의 효과를 달성하기 어렵고, 1.5 중량% 초과하면 수화반응 시 수화생성물의 생성을 방해하여 강도가 저하되는 단점을 나타낸다.
또한, 본 발명에서 상기 섬유는 휨 강도, 인장 강도 증진은 물론 양생 시 표면 크랙을 줄일 수 있어 모르타르 시공 후 초기 시공 안정성에 효과적이며, 초기 분산성을 높이기 위한 목적으로 사용된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 섬유로는 셀룰로오스 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌 섬유로부터 선택되는 1종 이상의 섬유를 사용할 수 있다. 또한 본 발명에서 상기 섬유는 결합재 중에 0.2~2 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.2 중량% 미만이면 인장강도 및 휨 강도 개선의 효과를 볼 수 없으며, 2 중량%를 초과하면 물 사용량의 증가로 작업성이 나빠지고 경제성이 떨어질 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 알칼리 활성화제는 강도발현에 영향을 미치는 요인으로, 알칼리 금속수산화물, 염화물, 황산화물 및 탄산화물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 사용하는 것이 강도발현 측면에서 유리하다. 본 발명에서 상기 알칼리 활성화제는 결합재에 포함되며 그 함량이 0.1~5 중량% 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리 활성화제의 함량이 0.1 중량% 미만이거나 5 중량%를 초과하면 모르타르의 강도가 저하될 수 있다.
또한, 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강을 위하여 수중불분리제를 0.1~3 중량% 범위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 수중불분리제는 수중에서 모르타르 조성물의 점성을 향상시켜 분해되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로, 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스와 같은 메틸계 셀룰로오스; 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스와 같은 에틸계 셀룰로오스; 히드록시프로필셀룰로오스와 같은 프로필계 셀룰로오스에서 선택되는 셀룰로오스계 증점제를 사용할 수 있다. 그 함량은 결합재 중 0.1 ~ 3 중량%로 포함되는 것이 적절한 점성을 발현하므로 바람직하다. 필요에 따라 수중에서의 점성을 더욱 증가시키기 위하여 수용성 아크릴계 수지 분말을 더 첨가할 수 있다. 수용성 아크릴계 수지분말은 수중불분리제의 1 ~ 30 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 필요에 따라 상기 결합재 100 중량부에 대하여, 분산제 0.1 ~ 10 중량부, 소포제 0.01 ~ 3 중량부, 지연제 0.01 ~ 10 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 모르타르의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 한다. 상기 분산제로서는 통상의 감수제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합사용이 가능하다. 상기 분산제의 함량은 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 소포제는 모르타르 내의 거대 기공을 제거하여 모르타르의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용된다. 소포제로는 등유, 유동 파라핀 등과 같은 광유계 소포제; 동식물유, 참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제; 올레인산, 스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 지방산계 소포제; 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울레이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제; 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌솔비탄지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬(아릴)에테르황산에스테르염류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류, (폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제; 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제; 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제; 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제; 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제; 디메틸실리콘유, 실리콘 페이스트, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산), 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다. 상기 소포제는 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.01~3 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 지연제는 결합재의 수화속도를 조정하여 일정기간 작업성을 확보할 목적으로 첨가될 수 있다. 지연제로는 붕산과 붕사, 붕산나트륨, 붕산칼륨과 같은 붕산염류, 글루콘산, 시트릭산, 타르타르산, 글루코헵톤산, 아라본산, 사과산 또는 구연산 및 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄, 트리에탄올아민 등의 무기염 또는 유기염 등의 옥시카복실산; 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아비토오스, 리포오즈, 이성화당 등의 단당류나, 2당, 3당 등의 올리고당, 또는 덱스트린 등의 올리고당, 또는 덱스트란 등의 다당류, 이들을 포함하는 당밀류 등의 당류; 솔비톨 등의 당알콜; 규불화 마그네슘; 인산 및 그의 염 또는 붕산 에스테르류; 아미노카복실산과 그의 염; 알칼리 가용 단백질; 푸민산; 탄닌산; 페놀; 글리세린 등의 다가알콜; 아미노트리(메틸렌포폰산), 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산) 및 이들의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등의 포스폰산 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 그 함량은 상기 결합재 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 10 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 바와 같이 시멘트, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그의 혼합물로 이루어진 합성 슬래그 미분말, 글라스 분말, 수축 저감제, 고분자 수지, 섬유 및 알칼리 활성화제로 이루어진 결합재에 규사를 혼합하여 건조 모르타르 프리믹스 조성물을 제조하고 여기에 소정의 물을 혼합하여 모르타르 조성물을 형성한다. 본 발명에서 상기 결합재와 규사는 결합재 100 중량부 및 규사 20 ~80 중량부의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 물의 사용량은 5~40 중량부로 포함될 수 있으나 용도에 따라 변경이 가능하다.
본 발명에서 상기 규사는 특별히 한정하지는 않으나, 평균 입경이 10~20 mm인 중사와 평균입경이 0.1~1.0 mm인 세사를 각각 1:4 ~ 2:3의 비율로 혼합한 것을 사용할 수 있다. 규사의 평균 입경과 함량이 상기 범위일 경우 모르타르 조성물의 유동성 및 치밀성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 얻어진 모르타르 조성물을 시공 대상면에 도포하여 콘크리트 구조물의
단면을 보수보강하는데, 1회 이상 반복 시공하는 경우 대상면과의 접착성을 위해 표면을 연마하여 거칠게 마감하며, 상기 도포는 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설시 5 ~ 15 mm, 2차 및 3차 타설시 20 ~ 50 mm, 최종 타설 시 5 ~ 15 mm로 시공 및 미장하는 것이 바람직하나 상기 두께는 치핑된 콘크리트의 두께에 따라 변경 가능하다.
3. 표면 보호제 도포
상기 모르타르 조성물을 콘크리트 파쇄 부위에 도포하여 평활하게 마감하고 건조한 후 그 표면에 본 발명에 따른 표면 보호제를 얇게 도포함으로써 보수된 표면을 외부조건으로부터 보호한다.
본 발명에 따른 상기 표면 보호제는 다음과 같은 순서로 제조된다. 즉 먼저, 다가 알코올과 다염기산을 축합 반응시켜 중간체를 제조하고, 상기 제조된 중합체와 폴리아민을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 후, 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 변성 불포화폴리에스테르에 가교성 모노머를 혼합하고 여기에 천연석 분말을 혼합하여 본 발명의 모르타르 조성물의 표면 보호제로 사용한다.
본 발명에서 상기 다가알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3 프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산 디올, 1,4-사이클로 헥산 디메틸올, 디하이드록시-2,2-디메틸 프로필 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 글리세린등 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 다염기산은 불포화 다염기산 및 포화 다염기산을 사용할 수 있다. 상기 불포화 다염기산은 푸마르산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산, 무수이타콘산, 테트라히드로프탈산, 무수테트라히드로프탈산, 테트라브로모무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산, 무수헤트산(chlorendicacid) 및 무수하이믹산(himic acid)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 포화 다염기산은 메틸테트라히드로무수프탈산, 프탈산, 무수프탈산, 할로겐화무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사히드로프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 호박산, 말론산, 글루타르산,아디핀산, 세바신산, 1,12-도데칸2산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산무수물, 4,4'-비페닐디카르복실에서 선택되는 어느 하나
또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 폴리아민는 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트중에서 선택되어 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어지는 중간체는 구체적으로 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 제조할 수 있다. 또한 반응과정에서 매 시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하고 냉각하여, 가드너 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g인 중간체를 얻을 수 있다.
상기 중간체를 축합반응할 때 150 ~ 200℃의 범위 내인 것이 겔화를 방지하는데 바람직하고, 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g 범위 내인 것이 건조성, 내수성, 부착성면에서 바람직하다.
이어서 상기 합성된 중간체 100 중량부에 대하여 폴리아민 0.1 ~ 10 중량부를 함유하는 반응물과 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성한다. 이때, 상기 폴리아민의 함량이 0.1 중량부 미만이면, 생성되는 변성 불포화폴리에스테르수지의 입자에 충분한 안정성을 부여하지 못하여 반응 후에 응고물이 생성될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면, 최종 물성에서 내수성이 저하되고, 경화도막이 깨지기 쉬운 우려가 있다.
이어서, 상기 합성된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다. 이때, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 상기 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부, 상기 트리메틸올프로판트리아크릴레이트는 15 ~ 25 중량부를 첨가하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 수 있다. 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 때 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 함량이 15 중량부 미만이거나 25 중량부를 초과하면, 내후성 및 표면경도가 떨어질 수 있고, 상기 펜타에리트리톨폴리아크릴레이트의 함량이 0.1 중량부 미만이면 가교성이 떨어져 표면경도가 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 내후성 및 요변성이 떨어질 수 있다.
상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지는 점도 3 ~ 9 Poise (25℃, 브룩필드 점도계), 불휘발분 80 ~ 90 % 및 산가 5 ~ 13 ㎜KOH/g인 것이 바람직하다. 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지의 점도, 불휘발분, 산가의 범위가 상기의 범위일 때, 표면경도, 경화성, 내수성 및 요변성면에서 바람직하다.
본 발명에 있어서의 표면 보호제는 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머의 혼합물을 베이스로 하는데, 그 혼합 비율은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35중량부로 이루어진다. 상기 가교성 모노머의 함량이 10 중량부 미만이면 표면경도, 내열성 및 경화성이 떨어지고, 20 중량부를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 부착성 및 요변성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 표면 보호제에는 모르타르 표면을 보호하기 위해 천연석 분말을 추가로 포함한다. 상기 천연석 분말은 세리사이트, 스코리아, 황토 중에서 선택되는 1종 이상을 사용하며 그 함량은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 50 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 천연석 분말은 세리사이트, 스코리아, 황토의 3종 혼합물로 이루어지는 것이 좋으며 분말의 크기는 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것을 사용하는 좋고, 각각의 혼합 비율은 30~60:20~50:20~50의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 세리사이트, 스코리아 및 황토는 원적외선 방사 기능이 우수한 물질로서, 상기 세리사이트 및 스코리아는 다공성 물질로서 탈취성, 항균성, 항곰팡이성이 우수하고 황토는 유익한 미생물과 효소를 가지고 있어 시멘트 특유의 냄새와 알칼리성 물질을 차단할 수 있고 시멘트의 독성을 분해 제거하는 기능을 갖는다. 이와 같은 천연석 분말은 일반적인 도료에서는 상분리가 일어나서 도료 성분과 쉽게 결합이 되지 않으므로 커플링제와 같은 물질이 필요한데, 본 발명에서는 이러한 커플링제와 같은 보조 성분 없이도 불포화폴리에스테르 수지 성분과 모노머 성분으로 이루어진 주제 성분이 도포된 후 경화되는 과정에서 수지 성분과 강력하게 결합되고 조직간의 강력한 접착력과 침투에 의한 결착력이 발휘되어 조직이 치밀해진다. 따라서 표면 평활성이 좋아지고, 방수성, 인장강도, 압축강도, 내열성 등의 물성이 향상되는 효과도 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 표면 보호제에는 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함될 수 있는데, 그 첨가제로 실리카 등의 요변제, 안료, 탈포제, 유기변조제등의 첨가제가 사용될 수 있다. 또한 표면 보호제를 제조함에 있어 수지 색상에 영향을 주지 않는 범위에서 경화 촉진제를 첨가함으로써, 용이하게 상온 경화나 가열 경화를 시킬 수 있다. 상기 경화 촉진제로는, 예를 들어, 나프텐산코발트, 옥틸산코발트, 옥틸산아연, 옥틸산바나듐, 나프텐산구리, 나프텐산바륨 등 금속 비누류, 바나듐아세틸아세테이트, 코발트아세틸아세테이트, 철아세틸아세토네이트 등의 금속 킬레이트류, 아닐린, N,N-디메틸아닐린, N,N-디에틸아닐린, p-톨루이딘, N,N-디메틸-p-톨루이딘, N,N-비스(2-하이드록시에틸)-p-톨루이딘, 4-(N,N-디메틸아미노)벤즈알데히드, 4-[N,N-비스(2-하이드록시에틸)아미노]벤즈알데히드, 4-(N-메틸-N-하이드록시에틸아미노)벤즈알데히드, N,N-비스(2-하이드록시프로필)-p-톨루이딘, N-에틸-m-톨루이딘, 트리에탄올아민, m-톨루이딘, 디에틸렌트리아민, 피리딘, 페닐모르폴린, 피페리딘, N,N-비스(하이드록시에틸)아닐린, 디에탄올아닐린 등의 N,N-치환 아닐린, N,N-치환-p-톨루이딘, 4-(N,N-치환아미노)벤즈알데히드 등의 아민류를 들 수 있다. 상기 경화 촉진제는 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 0.1∼5 중량부의 범위가 적합하다. 바람직하게는 나프텐산코발트(cobalt naphthenate ; Co-Naph)를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 표면 보호제는 1회 도장만으로도 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 표면 보호제는 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(제조예 1) 모르타르 조성물 제조
포틀랜드 시멘트 50 중량부, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 8:2의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 20 중량부, 약 2,000 cm2/g의 분말도를 갖는 글라스 분말 15 중량부, 칼슘설폴알루미네이트와 인산무수석고가 7:3의 중량비로 혼합된 수축 저감제 5 중량부, 고분자 수지(EVA수지) 1.0 중량부, 셀룰로오스 섬유 1.0 중량부 및 탄산수소나트륨 0.5 중량부를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 100 중량부에 평균입경이 10~20 mm인 중사와 0.1~1.0 mm인 세사를 2:3의 비율로 혼합한 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 9.5 중량부와 물 20 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(제조예 2) 모르타르 조성물 제조
포틀랜드 시멘트 50 중량부, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 8:2의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 20 중량부, 약 2,000 cm2/g의 분말도를 갖는 글라스 분말 15 중량부, 칼슘설폴알루미네이트와 인산무수석고가 7:3의 중량비로 혼합된 수축 저감제 5 중량부, 고분자 수지(EVA수지) 1.0 중량부, 셀룰로오스 섬유 1.0 중량부, 탄산수소나트륨 0.5 중량부, 수중불분리제(메틸셀룰로오스) 0.5 중량부, 분산제(PC계) 0.5 중량부, 소포제 0.2 중량부, 지연제(타르타르산) 0.05 중량부를 첨가한 후 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 100 중량부에 평균입경이 10~20 mm인 중사와 0.1~1.0 mm인 세사를 2:3의 비율로 혼합한 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 9.5 중량부와 물 20 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교제조예 1) 모르타르 조성물 제조
결합재로 포틀랜트 시멘트만 사용하였다.
상기 포틀랜트 시멘트 결합재 100 중량부에 평균입경이 10~20 mm인 중사와 0.1~1.0 mm인 세사를 2:3의 비율로 혼합한 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 9.5 중량부와 물 20 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교제조예 2) 모르타르 조성물 제조
포틀랜드 시멘트 65 중량부, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 8:2의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 20 중량부, 칼슘설폴알루미네이트와 인산무수석고가 7:3의 중량비로 혼합된 수축 저감제 5 중량부, 고분자 수지(EVA수지) 1.0 중량부, 셀룰로오스 섬유 1.0 중량부 및 탄산수소나트륨 0.5 중량부를 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 100 중량부에 평균입경이 10~20 mm인 중사와 0.1~1.0 mm인 세사를 2:3의 비율로 혼합한 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 9.5 중량부와 물 20 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(비교제조예 3) 모르타르 조성물 제조
포틀랜드 시멘트 65 중량부, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 8:2의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 20 중량부, 칼슘설폴알루미네이트와 인산무수석고가 7:3의 중량비로 혼합된 수축 저감제 5 중량부, 고분자 수지(EVA수지) 1.0 중량부, 셀룰로오스 섬유 1.0 중량부 및 탄산수소나트륨 0.5 중량부, 수중불분리제(메틸셀룰로오스) 0.5 중량부, 분산제(PC계) 0.5 중량부, 소포제 0.2 중량부, 지연제(타르타르산) 0.05 중량부를 첨가한 후 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재 100 중량부에 평균입경이 10~20 mm인 중사와 0.1~1.0 mm인 세사를 2:3의 비율로 혼합한 규사 55 중량부, 석회석(경기광업) 9.5 중량부와 물 20 중량부를 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
(제조예 3) 표면 보호제 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 네오펜틸 글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각하였다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g과 푸마르산 544g를 차례로 더 첨가하고 질소분위기에서 2시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N, 산가 11 ㎜KOH/g 에서 냉각하여 중간체를 얻었다. 상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 1,3-디아미노프로판 79g을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 6 Poise, 불휘발분 85 %, 산가 9 ㎜KOH/g의 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g을 합성하였다. 상기에서 합성된 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g, 흄드 실리카 2.5g의 및 안료(산화티탄,TMC-A100,동우TMC) 16.9g을 혼합하고 롤러를 이용해 완전 분쇄하였다. 이후, 탈포제(오디씨에스(주), Airex 945) 0.6g, 유기 요변조제(thixotropic agent) 0.3g, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3g, 메틸메타크릴레이트 11.9g을 첨가하여 주제성분을 얻었다. 이후 상기 주제성분에 세리사이트, 스코리아, 황토의 3종 혼합물(혼합비율 40:40:20) 10.15g을 혼합하고 교반함으로써 표면 보호제를 제조하였다.
(제조예 4) 표면 보호제 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 프로필렌글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각하였다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g 과 푸마르산 544g를 차례로 더 첨가하고 질소 분위기에서 2 시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지 시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N , 산가 11 ㎜KOH/g에서 냉각하여 중간체를 얻었다. 상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 1,3-디아미노프로판 79g 을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조 하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 6 Poise, 불휘발분 85 %, 산가 9 ㎜KOH/g 의 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성하였다. 상기에서 합성된 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g,흄드 실리카 2.5g의 및 안료(산화티탄,TMC-A100,동우TMC) 16.9g을 혼합하고 롤러를 이용해 완전 분쇄하였다. 이후, 탈포제(오디씨에스(주), Airex 945) 0.6g, 유기 요변조제(thixotropic agent) 0.3g, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3g, 메틸메타크릴레이트 11.9g을 첨가하여 주제성분을 얻었다. 이후 상기 주제성분에 세리사이트, 스코리아, 황토의 3종 혼합물(혼합비율 40:40:20) 10.15g을 혼합하고 교반함으로써 표면 보호제를 제조하였다.
(제조예 5) 표면 보호제 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 네오펜틸 글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2 시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다.
축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각한다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g 과 무수말렌산 544g를 차례로 투입하고 질소 투입하에 2 시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지 시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3 시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시킨다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N 산가 11 ㎜KOH/g 에서 냉각하여 중간체를 제조하였다. 상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 1,3-디아미노프로판 79g을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 4.5-8.5(Poise), 불휘발분 85%, 산가 9 ㎜KOH/g 의 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성하였다. 상기에서 합성된 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g, 흄드 실리카 2.5g의 및 안료(산화티탄,TMC-A100.동우TMC) 16.9g을 혼합하고 롤러를 이용해 완전 분쇄하였다. 이후, 탈포제(오디씨에스(주), Airex 945) 0.6g, 유기 요변조제(thixotropic agent) 0.3g, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3g, 메틸메타크릴레이트 11.9g을 첨가하여 주제성분을 얻었다. 이후 상기 주제성분에 세리사이트, 스코리아, 황토의 3종 혼합물(혼합비율 40:40:20) 10.15g을 혼합하고 교반함으로써 표면 보호제를 제조하였다.
[실시예 1]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 1에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 3에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[실시예 2]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 2에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 건축물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 3에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[실시예 3]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 1에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 4에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[실시예 4]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 2에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 4에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[실시예 5]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 1에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 5에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[실시예 6]
손상된 콘크리트 구조물의 단면을 치핑하여 파쇄하고 내부의 녹슨 철근을 제거한 후, 제조예 2에서 제조한 모르타르 조성물을 도포하여 구조물의 표면까지 평활하게 도포 작업한 후 건조하였다. 상기 건조된 모르타르 표면에 제조예 5에서 제조된 표면 보호제를 100㎛ 두께로 2회 도장한 후 경화 및 건조하여 보수 보강 작업을 마무리하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 1에서 제조된 모르타르 조성물과 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 코팅제(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 2에서 제조된 모르타르 조성물과 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 코팅제(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 비교제조예 3에서 제조된 모르타르 조성물과 시중에서 구입 가능한 일반 에폭시 수지 코팅제(Sikafloor사, 1004K)를 이용하여 표면을 도장한 것만 다르게 하여 실시하였다.
성능 평가
(1) 모르타르 조성물의 물성
상기 제조예 및 비교 제조예에서 제조된 모르타르를 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 응결시간 : KSF 2436
2) 휨강도 : KS F 2476「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
3) 압축강도 : KSF 2405
4) 부착강도 : KS F 4716 「폴리머 시멘트 모르타르의 강도시험 방법」
5) 길이변화율 : KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법에 따라 측정하였다. 그 값은 초기 시공체의 값을 0으로 하여, “-”는 수축율을 나타내는 것이며, “+”는 팽창율을 나타내는 것이다.
6) 플로우 : KS L 5220에 준하여 실시
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 항목 | 제조예 1 | 제조예 2 | 비교제조예 1 | 비교제조예 2 | 비교제조예 3 | |
| 응결시간(분) | 초결 | 30 | 31 | 120 | 53 | 60 |
| 종결 | 43 | 36 | 245 | 95 | 105 | |
| 휨강도 (N/mm2) |
기중 | 10 | 11 | 9 | 8 | 7 |
| 수중 | 8 | 9 | 8 | 7 | 6 | |
| 압축강도 (N/mm2) |
기중 | 60 | 65 | 46 | 49 | 51 |
| 수중 | 58 | 64 | 47 | 45 | 48 | |
| 부착강도 (N/mm2) |
기중 | 3.0 | 3.2 | 3.5 | 1.0 | 2.2 |
| 수중 | 1.8 | 2.5 | 0.9 | 0.9 | 1.2 | |
| 길이변화율(%) | 0.001 | 0.002 | -0.27 | 0.15 | 0.16 | |
| 플로우(mm) | 130 | 140 | 135 | 118 | 120 | |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 결합재를 사용한 모르타르 조성물의 경우, 종래의 포틀랜드 시멘트를 결합재로 사용한 경우나 글라스 분말을 사용하지 않은 경우의 모르타르 조성물에 비하여 물성이 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다.
(2) 단면복구 성능 평가
1) 내후성 평가
ASTM G 155에 따라 400시간 측정하였다.
2) 표면 경도 평가
KS D 6711에 따라 연필경도를 측정하였다.
3) 내수성 평가
90℃ 열수에서 연속으로 표면 변형(균열, 블리스터 등)이 일어나는 시간을 측정하였다.
상기 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
| 내후성(백색) | 표면경도 | 내수성 | |
| 실시예 1 | △E1.5 | 4H | 500hr |
| 실시예 2 | △E1.2 | 3H | 450hr |
| 실시예 3 | △E1.5 | 3H | 480hr |
| 실시예 4 | △E1.0 | 4H | 520hr |
| 실시예 5 | △E1.5 | 3H | 550hr |
| 실시예 6 | △E1.0 | 4H | 490hr |
| 비교예 1 | △E3.0 | 3H | 360hr |
| 비교예 2 | △E3.5 | 3H | 300hr |
| 비교예 3 | △E3.0 | 2H | 330hr |
상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모르타르 조성물을 사용하여 콘크리트 단면을 복구하고 그 표면에 본 발명에 따른 표면 보호제를 도포한 경우 종래의 모르타르 조성물을 사용하고 종래의 코팅제를 사용한 경우에 비하여 내후성, 표면 경도 및 내수성이 현저하게 우수함을 확인할 수 있다.
상기 표 1 및 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 콘크리트 단면의 보수 보강 방법을 사용하면 모르타르의 성능도 우수하고, 콘크리트와의 부착성도 뛰어나며, 내후성, 내수성 등의 물성도 우수하므로 콘크리트 단면의 보수 보강을 효율적으로 할 수 있으며 또한, 보수 보강의 효과도 장기간 동안 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 표면 보호제에는 시멘트의 독성을 분해하고 알칼리성 물질을 차단할 수 있는 천연석 분말 성분을 포함하고, 상기 천연석 분말 성분은 표면 보호제의 주제 성분에 의해 모르타르에 강력하게 결합될 수 있으므로 단면 복구된 모르타르의 표면을 효과적으로 보호할 수 있는 장점도 있다.
Claims (9)
- (1) 보수가 필요한 콘크리트 구조물의 단면을 치핑(chipping)하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 다듬는 단계;
(2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면에 시멘트 40~85 중량%, 고로 급냉 슬래그 및 고로 서냉 슬래그가 7~9:1~3의 중량비로 혼합된 것으로서 평균 입경이 2~10 ㎛인 합성 슬래그 미분말 5~45 중량%, 분말도 1,000~3,000 cm2/g을 갖는 글라스 분말 5~30 중량%, 수축 저감제 3~20 중량%, 고분자 수지 0.5~1.5 중량%, 섬유 0.2~2 중량% 및 알칼리 활성화제 0.1~5 중량%로 이루어진 결합재 100 중량부와 규사 20~100 중량부 및 물을 포함하여 이루어진 모르타르 조성물을 도포하는 단계; 및
(3) 상기 모르타르 조성물을 도포한 표면에 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 폴리아민을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부, 및 세리사이트, 스코리아, 황토의 3종 혼합물로 이루어진 천연석 분말 10~50 중량부를 포함하여 이루어진 표면 보호제를 도포하는 단계
를 포함하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 수축 저감제는 칼슘 설포알루미네이트 및 석고가 4~9:1~6의 비율로 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 고분자 수지는 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)계, NR(Natural Rubber)계, NBR(Natural Rubber-Butadien Rubber)계, SBR(Styrene-Butadien Rubber)계 및 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate)계 수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하고, 상기 섬유는 셀룰로오스 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 폴리에틸렌 섬유에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 알칼리 활성화제는 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 결합재에는 수중불분리제 0.1~3 중량%를 추가로 포함시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 수중불분리제는 메틸셀룰로오스, 히도록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스 및 히드록시프로필셀룰로오스 중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (3)의 다염기산은 불포화 다염기산과 포화 다염기산의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (3)의 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에티트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 (3)의 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 친환경 보수 보호 공법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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