KR100784493B1 - 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중성화, 염해 및 황산염의 침식 등과 같은 각종 열화 현상에 의해 손상된 콘크리트의 보수 후의 단면복구 및 중성화 회복, 표층 강화가 가능하고, 초기 및 장기 강도의 발현이 가능할 뿐 아니라 천정부분에 50mm 이상의 두께를 한번에 시공이 가능하고 주변의 진동이 존재하는 경우에도 부착이 가능하여 차량의 통행을 방해하지 않고 교량 슬래브 하부를 보수할 수 있으며 장기적으로도 진동 등에 우수한 부착성능을 발휘하는 것이 가능한 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 상온, 대기압의 조건에서 30.0∼40.0%의 시멘트에, 5.0∼15.0%의 페라이트계 경량골재와, 5.0∼15.0%의 탄산칼슘(CaCo3) 분말, 0.2∼1.0%의 아크릴수지(Acrylic Resin), 1.0∼2.0%의 비닐수지(Vinyl resin), 0.2%의 CSA(Calcium Sulphoaluminate)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 산화칼슘(CaO)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 무수석고(Anhydrous Gypsum), 0.1∼0.5%의 나일론 섬유(Nylon Fiber), 0.1∼0.5%의 분산제(Dispersion Agent), 0.01∼0.02%의 분말 기포연행제(Air entraining agent), 30.0∼45.0%의 규사(Silica Sand)를 구성 성분으로 하는 중량 비율로 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
콘크리트, 경량, 보수, 하이브리드, 모르타르, 플로우, 페라이트

Description

경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물{Light Weight Hybrid Repair Mortar Composition}
도 1은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물의 구성 성분을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 모르타르 단위 중량을 비교한 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 플로우 경시 변화를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 재령별 압축강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 재령별 휨 강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 부착 강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 열팽창계수를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 길이 변화 상태를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 중성화 깊이를 나타낸 도면이다.
본 발명은 중성화, 염해, 황산염의 침식 등과 같은 각종 열화 현상에 의해 손상된 콘크리트를 제거하고 구조체로서의 역할을 다시 수행할 수 있도록 단면의 복구를 위해 적용되는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 철근콘크리트 구조물은 동결융해, 염해, 중성화, 화학약품 등과 같은 여러 가지 요인에 의하여 손상을 입는 열화가 일어나게 되는 바, 손상이 심한 경우에는 콘크리트가 탈락되고 콘크리트 중의 철근이 노출되거나 내부에서 부식되어 그 내구성 및 내하력이 저하되는 결과를 초래함에 따라 구조물의 사용연한이 줄어드는 등의 문제가 발생하게 된다.
이러한 철근콘크리트 구조물의 열화 부위를 보수 또는 보강하기 위해, 열화 손상된 콘크리트를 제거하여 철근에 대한 보수 또는 보강을 실시한 후 콘크리트가 제거된 부분을 다시 원상으로 복구하기 위하여 미장 또는 뿜어붙이기에 의한 시공법이 적용되고 있다.
상기 뿜어붙이기 보수공법의 모르타르에 대해서는 국내 등록특허 제 0412339 호(발명의 명칭:구조물 보수재 조성물)과, 국내 공개특허 제 2005-0032358호(발명의 명칭:조강형 수중 불분리 단면복구 시멘트 조성물), 국내 공개특허 제 2005-0032359호(발명의 명칭:단면 주입용 저수축 그라우트 몰탈 조성물), 국내 등록특허 제 0405022호(발명의 명칭:콘크리트 보수용 몰타르 조성물) 등의 기술이 제안되어 있는 상태인 바, 이러한 기술을 활용한 뿜어붙이기 보수공법들은 간편하고 신속하게 보수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 거푸집을 이용하는 보수방법으로는 국내 등록특허 제 04003397호(발명의 명칭:복개천의 노후 콘크리트 구조물 보수방법)의 기술이 제안되어 있는데, 이 기술은 특수한 경우에 적용되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 콘크리트 보수 방법에 적용되는 모르타르 조성물은 콘크리트 구조물에 손상을 주는 열화 요인에 대한 영향 인자를 고려하여 제조한 것으로서, 콘크리트 구조물과의 역학적 거동을 고려하고 보수 모르타르의 작업성 및 부착성능과 자중에 의한 굳기 전 부착성능 등을 함께 고려한 체계적인 배합 방식이 적용되어 있지 않기 때문에, 외부로부터 가해지는 미세진동, 다층 시공 등의 각종 부착 저해 요소에 의하여 보수 모르타르가 조기에 탈락되거나 균열이 발생될 가능성이 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 중성화, 염해 및 황산염의 침식 등과 같은 각종 열화 현상에 의해 손상된 콘크리트의 보수 후의 단면복구 및 중성화 회복, 표층 강화가 가능하 고, 초기 및 장기 강도의 발현이 가능할 뿐 아니라 천정부분에 50mm 이상의 두께를 한번에 시공이 가능하고 장기적으로 진동이 존재하는 경우에도 부착이 가능하여 차량의 통행을 방해하지 않고 교량 슬래브 하부를 보수할 수 있으며 장기적으로도 진동 등에 우수한 부착성능을 발휘하는 것이 가능한 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 상온, 대기압의 조건에서 30.0∼40.0%의 시멘트에, 5.0∼15.0%의 페라이트계 경량골재와, 5.0∼15.0%의 탄산칼슘(CaCo3) 분말, 0.2∼1.0%의 아크릴수지(Acrylic Resin), 1.0∼2.0%의 비닐수지(Vinyl resin), 0.2%의 CSA(Calcium Sulphoaluminate)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 산화칼슘(CaO)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 무수석고(Anhydrous Gypsum), 0.1∼0.5%의 나일론 섬유(Nylon Fiber), 0.1∼0.5%의 분산제(Dispersion Agent), 0.01∼0.02%의 분말 기포연행제(Air entraining agent), 30.0∼45.0%의 규사(Silica Sand)를 구성 성분으로 하는 중량 비율로 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물을 제공한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
즉, 도 1은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물의 구성 성분을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물은, 상온, 대기압의 조건에서 30.0∼40.0%의 시멘트에, 5.0∼15.0%의 페라이트계 경량골재와, 5.0∼15.0%의 분말 형태 탄산칼슘(CaCo3), 0.2∼1.0%의 아크릴수지(Acrylic Resin), 1.0∼2.0%의 비닐수지(Vinyl resin), 팽창제로서 0.2%의 CSA(Calcium Sulphoaluminate), 팽창제로서 1.0∼3.5%의 산화칼슘(CaO), 1.0∼3.5%의 무수석고(Anhydrous Gypsum), 0.1∼0.5%의 나일론 섬유(Nylon Fiber), 0.1∼0.5%의 분산제(Dispersion Agent), 0.01∼0.02%의 분말 기포연행제(Air entraining agent), 30.0∼45.0%의 규사(Silica Sand)를 구성 성분으로 하는 중량 비율로 혼합하여 이루어진다.
상기 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물은 시멘트와, 페라이트계 경량골재, 탄산칼슘 분말(CaCo3), 아크릴수지, 비닐수지, CSA계 팽창제, 산화칼슘(CaO); 무수석고, 나일론 섬유, 분산제, 분말 기포연행제, 규사를 중량 비율로 모르타르 믹서에 모두 넣고 약 2분동안 건식 상태에서 믹싱하여 얻어진다.
상기 페라이트계 경량골재는 밀도가 0.03~0.25kg/ℓ인 매우 가벼운 골재로서 적당량 사용하면 성능의 저하없이 모르타르나 콘크리트의 단위 중량을 낮출 수 있으며, 화학적으로 중성인 불연성 무기질 재료이므로 인체에 해가 없다.
상기 팽창제는 모르타르의 침하 수축(Settlement Shrinkage) 및 건조 수축에 의한 모르타르 및 콘크리트의 균열이 발생되는 것을 억제하는 것으로서, CSA 계 팽창제는 재령 7일까지 수축을 억제할 수 있는 역할을 하고, CaO 계 팽창재는 재령 21일까지의 수축을 억제할 수 있는 역할을 한다.
상기 아크릴 및 비닐 수지는 고분자 입자의 볼베어링 효과에 의해 모르타르의 유동성을 향상시키는 역할을 하며, 모르타르의 점성을 높게 하여 분리를 방지하고, 자체의 부착력으로 기존 콘크리트와의 부착성능을 향상시키면서 휨강도 및 모르타르의 표면 경도가 증가될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 피막 형성에 의한 가가종 화학물질 및 수분의 침투를 저하시키므로 중성화 방지 효과가 있고 보수 후 철근의 부식을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
상기 나일론 섬유는 표준 길이가 6㎜이고 인장 강도가 800MPa 이상을 갖는 직경 20micron의 단섬유로서, 상기 모르타르의 제조시에 혼합하여 초기 수축 균열의 억제, 균열 확산 억제, 충격 파손 및 마모, 피로 하중에 대한 저항력 증대, 휨강도 및 인성을 증대시키는데 사용된다.
상기 모르타르 분체입자 분산제는 나프탈렌 또는 멜라닌계의 고성능 감수제로서, 그 유효 분자가 시멘트 및 각종 분체에 흡착하여 표면전하를 증가시켜, 정전기적 반발력으로 시멘트 등 미분체 입자의 응집을 분산하고, 물이나 공기포를 해방시켜 페이스트의 유동성을 높게 한다.
본 발명에서는 상기 경량 하이브리드 보수 모르타르의 목표 압축강도를 재령 28일에 35~55 MPa로 하고, 목표 플로우를 170± 10mm로 하였다.
도 2는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 모르타르 단위 중량을 비교한 상태를 나타낸 도면으로서, 동 도면에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 굳기 전, 굳은 후의 단위중량이 1.65∼1.85 ton/㎥으로 나타나므로, 2.0∼2.25 ton/㎥의 단위중량을 갖는 A,B,C의 일반 보수모르타르에 비해서 70∼80% 수준으로 굳기전의 상태에서 우수한 부착력을 가질 수 있다.
다음에, 도 3은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 플로우 경시 변화를 나타낸 도면으로서, 동 도면에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 경량 보수 모르타르의 경시 변화에 따른 플로우 변화는, 60분의 경과 시간까지 20분 간격으로 경과시간에 따른 플로우 변화를 측정한 결과 경과시간 60분에서도 플로우 값이 초기값의 85% 이상을 나타내어 시공성이 충분하여 시공성을 고려한 가사시간을 충분히 만족하는 결과를 나타내었다.
도 4는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 재령별 압축강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면으로서, 모르타르에 대하여 KS F 4042에 준하여 시험하였으며, 소정의 재령까지 20± 2℃의 온도에서 수중양생 후에, 재령 28일까지 압축 강도를 측정하였다.
그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 경량 보수 모르타르의 재령별 압축 강도는, 상기 모르타르가 KS F 기준인 20 MPa 이상을 발현하였으며, 특히 목표 재령 28일 압축강도가 40 Mpa 이상을 발현하였으므로 규격을 충분히 상회할 뿐 아니라 구조물의 일부로 구조적 역할을 충분히 감당할 수 있도록 되어 있다.
다음에, 도 5는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 재령별 휨 강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면으로서, 상기 모르타르를 몰드 성형 후에 20± 2℃의 온도와, 65± 1 0%의 습도 조건에서 24시간 양생하고, 탈형한 이후에 20± 2℃의 온도에서 양생수조에서 수중 양생하여 각 재령에 맞추어 꺼내어 시험하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 재령별 휨강도는 휨강도 시험을 위해 지점간 거리를 10㎝로 하고 각 모르타르의 옆면 중앙에 매초 50± 10N의 하중속도를 갖는 최대 하중을 가하여 휨강도를 측정한 결과, KS F 규준 6 MPa 이상인 재령 28일에서의 휨강도가 80 MPa 이상을 발휘하고 있으며, 타사의 일반 보수 모르타르보다 현저히 양호한 휨강도를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 부착 강도의 변화를 비교한 상태를 나타낸 도면으로서, 모르타르에 대한 소정의 양생이 끝난 후, 모르타르 시료 도포면에 접착제를 바르고 상부 인장용 지그를 올려놓고 접착시켜서 시료면에 대해 수직방향으로 10㎜/min의 하중속도로 인장력을 가하여 최대 인장 하중을 가할때의 탈락 발생에 따른 부착 강도를 측정하게 된다.
그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 부착 강도는, 상기 모르타르의 부착강도가 KS F 규준인 1 MPa 이상을 휠씬 상회하는 3.5 MPa 이상을 발휘하고 있어서, 2.2∼2.8 MPa에 불과한 A,B,C의 일반 보수 모르타르보다 현저히 양호한 부착 강도를 나타내고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 열팽창계수를 나타낸 도면으로서, 동 도면에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 열팽창 계수를 비교하여 보면, 모르타르의 열팽창계수가 각각 1.1~1.2× 10-5/℃ 정도로 콘크리트의 열팽창계수와 비슷한 범위를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
즉, 보수 모르타르의 열팽창계수가 기존 콘크리트와 크게 차이가 나는 경우에는, 보수 후에 두 재료간의 계면에 들뜸 현상이 나타나 부착이 약해져 구조적으로 불안정하게 되는데, 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르는 이러한 우려없이 콘크리트의 열팽창 계수와 유사한 범위를 나타내고 있어서, 콘크리트와 일체로 거동을 하는 것이 가능하게 되면서 구조적인 안정화가 가능하게 된다.
다음에, 도 8은 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 길이 변화 상태를 나타낸 도면으로서, 모르타르를 각각 40× 40× 160㎜로 제작하여 20± 2℃의 온도, 60± 10%의 상대습도에서 28일간 양생한 이후에, 길이를 측정하여 길이 변화율을 산출하였다.
도 8에 나타난 바와 같이, 경량 모르타르의 길이변화율을 측정한 결과, 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 길이 변화 시험에서는 모르타르가 CaO 및 CSA 팽창제에 의해 팽창하게 되어 KS F 규준인 ± 0.15%를 충분히 만족하는 + 0.05∼0.07% 로 나타나는 것을 볼 수 있는 바, 길이 변화가 비교적 크게 나타나는 A,B,C의 일반 모르타르보다 우수한 부착력과 길이 변화율이 작은 특성을 가지게 되므로, 기존 콘크리트와의 들뜸 현상을 방지하는 역할이 충분히 가능하게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르의 중성화 깊이를 나타낸 도면으로서, 모르타르의 중성화 깊이를 파악하기 위한 중성화 저항성 시험은 20± 2℃의 온도와, 65± 10%의 습도의 조건에서 5%의 이산화탄소(CO2)의 농도로 설정된 촉진 중성화 시험기에 모르타르를 넣은 후에, 14일이 경과된 후 꺼내어 단 면을 절단하고 절단면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 중성화 깊이를 측정하게 된다.
도 9에 나타난 바와 같이, 경량 모르타르의 촉진 중성화 실험에 의한 중성화 깊이를 측정한 결과, 본 발명에 따른 경량 하이브리드 보수 모르타르에서는 KS F 규준(2mm이하) 이하를 만족하는 값으로 1.0~1.5mm의 값을 나타내고 있다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 경량 하이브리드 보수 모르타르는 유/무기 재료의 단점을 보완하여 재료의 분리도를 저감함과 더불어, 모르타르에 팽창재 및 나일론 섬유를 적용함에 의해 기존 콘크리트와의 부착 강도 향상 및 휨강도의 향상을 도모할 수 있다는 효과를 갖게 된다.
또한, 경량골재를 사용하여 모르타르의 단위 중량을 낮게하여 구조물 주변에 상존하는 미세진동으로 인한 초기 및 장기적인 부착력의 저하로 인한 천정부 시공의 어려움이 극복되고, 차량통행을 전면 통제하여야 하는 교량 슬래브의 보수시 부분적 통제 또는 통제없이 보수 공사를 실시할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (4)

  1. 상온, 대기압의 조건에서 30.0∼40.0%의 시멘트에, 5.0∼15.0%의 페라이트계 경량골재와, 5.0∼15.0%의 탄산칼슘(CaCo3) 분말, 0.2∼1.0%의 아크릴수지(Acrylic Resin), 1.0∼2.0%의 비닐수지(Vinyl resin), 0.2%의 CSA(Calcium Sulphoaluminate)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 산화칼슘(CaO)계 팽창제, 1.0∼3.5%의 무수석고(Anhydrous Gypsum), 0.1∼0.5%의 나일론 섬유(Nylon Fiber), 0.1∼0.5%의 분산제(Dispersion Agent), 0.01∼0.02%의 분말 기포연행제(Air entraining agent), 30.0∼45.0%의 규사(Silica Sand)를 구성 성분으로 하는 중량 비율로 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트와, 페라이트계 경량골재, 탄산칼슘 분말(CaCo3), 아크릴수지, 비닐수지, CSA계 팽창제, 산화칼슘(CaO); 무수석고, 나일론 섬유, 분산제, 분말 기포연행제, 규사를 중량 비율로 모르타르 믹서에 모두 넣고 건식 상태에서 믹싱하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나일론 섬유는, 인장 강도가 800MPa 이상을 갖는 단섬유 형태로 모르타르 제조시 혼합하는 것을 특징으로 하는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산제는, 나프탈렌 또는 멜라닌계의 고성능 감수제로 이루어진 것을 특징으로 하는 경량 하이브리드 보수 모르타르 조성물.
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