KR101422206B1 - 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법 - Google Patents

고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 속경성 결합재 10～60중량%, 잔골재 10～60중량%, 폴리머 혼화제 0.01～30중량% 및 물 0.1～30중량%를 포함하며, 상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 75～99중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 0.1～10중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1～10중량%, 아크릴로니트릴 0.1～10중량% 및 초산비닐 0.01～5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 표면보호 공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 강도, 내구성 및 유동성이 우수하여 시공이 용이하고, 빠른 시간 내에 경화되어 시공기간이 단축되고 시공비의 절감과 보수기간의 단축이 가능하며, 현장 적용성, 작업성, 교면 방수층 보호, 염화물 침투 저항성, 내구성, 부착성 및 방수성이 우수하여 콘크리트 구조물의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다.

Description

고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법{High-performance flowing cement mortar composition and surface protection method of concrete structures using the composite}
본 발명은 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강도, 내구성 및 유동성이 우수하여 시공이 용이하고, 빠른 시간 내에 경화되어 시공기간이 단축되고 시공비의 절감과 보수기간의 단축이 가능하며, 현장 적용성, 작업성, 염화물 침투 저항성, 교면 방수층 보호, 내구성, 부착성 및 방수성이 우수하여 콘크리트 구조물의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있는 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법에 관한 것이다.
콘크리트 포장은 강성으로 온도 및 주변환경에 대한 시공 제약이 크고, 양생기간이 오래 소요되며, 건조수축에 의한 균열 발생, 불리한 승차감 및 쾌적성 등의 단점을 갖고 있으나, 우수한 내구성과 유지보수비용 절감 등의 장점으로 고속도로 및 중차량 도로에 일부 적용되고 있다. 최근의 긴급 보수공사에서는 조강 포틀랜드 시멘트의 단점을 보완하기 위하여 콘크리트에 폴리머 에멀젼을 첨가한 폴리머 시멘트 콘크리트의 사용이 점차 증가하고 있다.
일반적으로 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 교량 하부 부분의 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및 보강하기 위한 보수공사에는 폴리머 시멘트 모르타르가 널리 사용되고 있다. 초조강 포틀랜드 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 경화시간이 빠르고 초기 강도 발현 등의 우수한 장점이 있는 반하여, 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 초래되고 있다.
일반적으로, 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.
1. 국내 등록특허 제 10-1302448호(유동성 및 초기 강도발현이 우수한 폴리머 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법) 2. 국내 등록특허 제 10-1311331호(유동성 내화 혼합물)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강도, 내구성 및 유동성이 우수하여 시공이 용이하고, 빠른 시간 내에 경화되어 시공기간이 단축되고 시공비의 절감과 보수기간의 단축이 가능하며, 현장 적용성, 작업성, 교면 방수층 보호, 염화물 침투 저항성, 내구성, 부착성 및 방수성이 우수하여 콘크리트 구조물의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물, 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 속경성 결합재 10～60중량%, 잔골재 10～60중량%, 폴리머 혼화제 0.01～30중량% 및 물 0.1～30중량%를 포함하며, 상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 75～99중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 0.1～10중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1～10중량%, 아크릴로니트릴 0.1～10중량% 및 초산비닐 0.01～5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 폴리머 혼화제는 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～3중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 혼화제는 재료분리 방지를 위하여 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐아민 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 혼화제는 내수성 및 내마모성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌 에멀젼 0.001～5중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20～90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 5～50중량%, 알루미나 시멘트 0.1～20중량%, 칼슘알루미네이트 0.1～20중량%, 케이산 백토 0.1～20중량%, 제올라이트 0.1～20중량%, 석고 0.1～10중량% 및 알루미늄 분말 0.01～5중량%를 포함할 수 있다.
상기 속경성 결합재는 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～6중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 케이산 소다 0.01～10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 보강섬유 0.01~5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 보강섬유는 나일론섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유, 탄소섬유 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 속경성 결합재는 황산알루미늄 0.1~10중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 콘크리트 구조물 상부에 스케일링에 의한 표면박리, 골재 탈락, 소성균열에 의한 미세균열이 발생된 부위를 치핑하는 단계와, 치핑된 부위의 불순물 또는 슬러리를 청소하는 단계와, 치핑된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와, 상기 프라이머가 도포된 상부에 상기 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면처리 공법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 콘크리트 구조물 표층면의 레이탄스 또는 불순물을 제거하는 단계와, 상기 레이탄스 또는 불순물이 제거된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와, 콘크리트 구조물의 공용성 증가를 위하여 상기 프라이머가 도포된 상부에 상기 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면보호 공법을 제공한다.
본 발명의 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물에 의하면, 현장 적용성, 작업성, 염화물 침투 저항성, 교면 방수층 보호, 내구성, 부착성 및 방수성이 우수하여 콘크리트 구조물의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물은, 강도, 내구성 및 유동성이 우수하여 시공이 용이하고, 빠른 시간 내에 경화되어 시공기간이 단축되고 시공비의 절감과 보수기간의 단축이 가능하다.
본 발명의 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법에 의하면, 유동성 및 시공성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물이 속경형이고 높은 강도 및 내구성을 나타냄으로써, 시공기간을 단축하고, 콘크리트 구조물의 사용기간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 우수한 강도특성과 내구성을 보유하여 공용기간 증가와 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은 일반적인 도로 및 고속도로 뿐만 아니라 차량이 통행하는 교량, 교량의 콘크리트 슬래브, 도로의 노면, 교량 하부, 하수관거, 지하구조물, 지수구조물 등을 포함하는 것으로서 콘크리트로 이루어진 모든 구조물을 의미하는 것으로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강도, 내구성, 유동성 및 시공성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물은 속경성 결합재, 잔골재, 폴리머 혼화제 및 물을 포함한다. 상기 시멘트 모르타르 조성물은 속경성 결합재 10～60중량%, 잔골재 10～60중량%, 폴리머 혼화제 0.01～30중량% 및 물 0.1～30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 잔골재는 상기 시멘트 모르타르 조성물에 10～60중량% 함유되는 것이 바람직하다. 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 이하에서 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 한다. 상기 잔골재는 6호규사와 7호규사를 0.05～0.4 : 0.6:0.95의 중량비로 혼입한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 상기 시멘트 모르타르 조성물에 10～60중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 속경성 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트, 알루미나 시멘트, 칼슘알루미네이트, 케이산 백토, 제올라이트, 석고 및 알루미늄 분말을 포함한다. 상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20～90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 5～50중량%, 알루미나 시멘트 0.1～20중량%, 칼슘알루미네이트 0.1～20중량%, 케이산 백토 0.1～20중량%, 제올라이트 0.1～20중량%, 석고 0.1～10중량% 및 알루미늄 분말 0.01～5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일반 시중에 유통되는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 상기 속경성 결합재에 20～90중량%를 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트는 무기질계 초속경 재료로서 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린자이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 한다. 상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트는 상기 속경성 결합재에 5～50중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 초기 강도 발현을 기대하기 어려우며, 50중량%를 초과하면 강도발현은 우수하나, 작업성 및 경제성이 저하될 수 있다.
상기 알루미나 시멘트는 무기질계 초속경 재료로서 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 한다. 상기 알루미나 시멘트는 상기 속경성 결합재에 0.1～20중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미나 시멘트의 함량이 0.1중량% 미만이면 초기 강도 발현 및 내구성능 발현이 미약할 수 있고, 20중량%를 초과하면 작업성 및 가격경쟁력이 저하될 수 있다.
상기 칼슘알루미네이트는 석고와 혼합하여 물과 혼합되면 반응하여 에트린자이트를 생성하여 시멘트와 혼합할 때 팽창성을 띠게 되어 건조수축을 방지하기 위하여 사용된다. 상기 칼슘알루미네이트는 상기 속경성 결합재에 0.1～20중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 칼슘알루미네이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 충분한 초기 강도 발현 및 수축저감 효과를 기대하기 어려우며, 20중량%를 초과하면 수축저감 효과는 우수하나 작업성이 저하될 수 있다.
상기 케이산 백토는 잠재수경성의 무기질계 미분말로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 화학저항성과 내구성을 증대시키는 역할을 한다. 상기 케이산 백토는 상기 속경성 결합재에 0.1～20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 케이산 백토의 함량이 0.1중량% 미만이면 장기강도 발현 및 내구성 개선 효과가 미약하고, 20중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
제올라이트는 강도 증진 및 알칼리골재반응을 억제하기 위하여 사용된다. 상기 제올라이트는 상기 속경성 결합재에 0.1～20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 제올라이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 증진 및 알칼리골재반응 억제 효과가 미약할 수 있고, 20중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있고 작업성이 저하될 수 있다.
상기 석고는 초기강도 발현을 위하여 사용한다. 상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 석고의 함량이 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 석고는 상기 속경성 결합재에 0.1～10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 0.1중량% 미만이면 초기강도 발현 효과가 미약할 수 있고, 10중량%를 초과하면 작업성 및 내수성이 저하될 수 있다.
상기 알루미늄 분말은 시멘트에 의해 수축되는 것을 억제하는 역할을 한다. 상기 알루미늄 분말은 상기 속경성 결합재에 0.01～5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄 분말의 함량이 0.01중량% 미만이면 시멘트에 의한 수축을 억제하는 효과가 미약할 수 있고, 5중량%를 초과하면 작업성이 저하될 수 있다.
상기 속경성 결합재는 케이산 소다를 더 포함할 수 있다. 상기 케이산 소다는 조성물의 내수성을 개선하기 위하여 사용한다.
상기 속경성 결합재는 보강섬유를 더 포함할 수 있다. 상기 보강섬유는 조성물의 휨강도, 인장강도, 초기 소성균열을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 보강섬유는 길이(length; L) 대 직경(Diameter; D)의 비(L/D)가 20～200의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 보강섬유는 상기 속경성 결합재에 0.01～3중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 보강섬유의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 발현 효과 및 소성균열 방지 효과가 미약할 수 있고, 3중량%를 초과하면 작업성 및 내수성이 저하될 수 있다. 상기 보강섬유는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유, 탄소섬유 중에서 선택된 1 종이상의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시킨다. 또한 굳지 않은 시멘트 모르타르에 점성과 유동성을 동시에 부가하여 공극에 침투를 용이하게 한다. 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 속경성 결합재에 0.001～5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum)중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum)중에서 선택된 1종 이상의 물질은 시멘트 모르타르 조성물의 재료분리방지와 작업성을 개선하기 위하여 사용하며, 상기 속경성 결합재에 0.001～6중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 시멘트 모르타르 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용할 수 있다. 감수제의 종류에는, 폴리칼본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등이 있는데, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제는 폴리카본산계 감수제에 비하여 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 크지 않으며, 폴리머 혼화제와의 혼화성이 나쁘다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명의 시멘트 모르타르 조성물에는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 감수제는 상기 속경성 결합재에 0.01～5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경성 결합재는 응결조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 응결조절제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용되는 것으로서, 상기 속경성 결합재에 0.001～4중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 응결조절제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 속경성 결합재는 반응개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 반응개시제는 반응성을 개선하여 초기강도 발현효과를 개선하기 위해 사용한다. 상기 반응개시제는 상기 속경성 결합재에 대해 0.01~10중량%함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리머 혼화제는 시멘트 모르타르 경화체에 분산되면서 시멘트 모르타르 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 보수성을 개선하여 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 자기 평탄성(셀프 레벨링)을 갖게 하는 역할을 하며, 상기 시멘트 모르타르 조성물에 0.1～30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌, 메틸메타크릴레이트-부타디엔, 폴리비닐아세테이트 에틸렌 수지, 아크릴로니트릴 및 초산비닐을 포함한다. 상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 75～99중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 0.1～10중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1～10중량%, 아크릴로니트릴 0.1～10중량% 및 초산비닐 0.01～5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 메틸메타크릴레이트-스티렌은 시멘트 모르타르 조성물 내부에 폴리머 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 폴리머 필름막으로 인하여 내구성을 개선시킨다. 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌은 상기 폴리머 혼화제에 75～99중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌의 함량이 75중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 99중량%를 초과하면 개선효과는 뚜렷하나 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 메틸메타크릴레이트-부타디엔은 연성 및 분산성을 향상시키기 위하여 사용한다. 상기 메틸메타크릴레이트-부타디엔은 상기 폴리머 혼화제에 0.1～10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타크릴레이트-부타디엔의 함량이 0.1중량% 미만이면 연성 및 분산성 개선 효과가 미약할 수 있고, 10중량%를 초과하면 연성이 개선되나 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 경화된 후의 접착강도가 매우 우수하며, 시멘트의 강도를 높여줌으로써 접착 후의 탈착을 방지하는 역할을 한다. 상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 상기 폴리머 혼화제에 0.1～10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 부틸아크릴레이트-스티렌의 함량이 0.1중량% 미만이면 접착강도 개선 효과가 미약할 수 있고, 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
상기 아크릴로니트릴은 상기 시멘트 모르타르 조성물의 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리아크릴로니트릴은 상기 폴리머 혼화제에 0.1～10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아크릴로니트릴의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미흡하고, 10중량%를 초과하면 점도가 낮아져 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 초산비닐은 표면 경도와 내수성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 초산비닐은 상기 폴리머 혼화제에 0.01～5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 초산비닐의 함량이 0.1중량% 미만이면 표면경도 및 내수성 개선 효과가 미흡하고, 5중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
상기 폴리머 혼화제는 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 폴리머 혼화제에 0.001～3중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리머 혼화제는 재료분리 방지를 위하여 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐아민 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 혼화제는 내수성 및 내마모성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌 에멀젼 0.001～5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 혼화제는 소포제를 더 포함할 수 있고, 상기 소포제는 상기 폴리머 혼화제에 0.01～5중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 소포제는 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물은 폴리머 혼화제, 속경성 결합재, 잔골재 및 물을 혼합하여 제조할 수 있으며, 이때 상기 속경성 결합재는 상기 시멘트 모르타르 조성물에 10～60중량% 함유되고, 상기 잔골재는 상기 시멘트 모르타르 조성물에 10～60중량% 함유되며, 상기 폴리머 혼화제는 상기 시멘트 모르타르 조성물에 0.01～30중량% 함유되고, 상기 물은 상기 시멘트 모르타르 조성물에 0.1～30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법은, 콘크리트 구조물 상부에 스케일링에 의한 표면박리, 골재 탈락, 소성균열에 의한 미세균열이 발생된 부위를 평삭기, 숏블라스터 등으로 치핑하는 단계와, 치핑된 부위의 불순물, 슬러리 등을 핸드워터젯, 진공 청소기 등으로 청소하는 단계와, 치핑된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와, 상기 프라이머가 도포된 상부에 상기 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보호 공법은, 콘크리트 구조물 표층면의 레이탄스 또는 불순물을 제거하는 단계와, 레이탄스 또는 불순물이 제거된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와, 콘크리트 구조물의 공용성 증가를 위하여 상기 프라이머가 도포된 상부에 상기 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함한다.
이하에서, 본 발명에 따른 강도, 내구성, 유동성 및 시공성이 우수한 시멘트 모르타르 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
속경성 결합재 35중량%와 잔골재 35중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 폴리머 혼화제 20중량% 및 물 10중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 40중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 20중량%, 알루미나 시멘트 15중량%, 칼슘알루미네이트 6중량%, 케이산 백토 6중량%, 제올라이트 6중량%, 석고 5중량%, 알루미늄 분말 0.5중량%, 응결조절제 0.5중량%, 폴리카본산 0.5중량% 및 스타치 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 응결조절제로는 구연산을 사용하였다.
상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 95중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 1중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 1중량%, 아크릴로니트릴 1중량%, 초산비닐 1중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
속경성 결합재 35중량%와 잔골재 35중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 폴리머 혼화제 10중량% 및 물 10중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 40중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 20중량%, 알루미나 시멘트 15중량%, 칼슘알루미네이트 6중량%, 케이산 백토 6중량%, 제올라이트 6중량%, 석고 5중량%, 알루미늄 분말 0.5중량%, 응결조절제 0.5중량%, 폴리카본산 0.5중량% 및 스타치 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 응결조절제로는 구연산을 사용하였다.
상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 90중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 3중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 2중량%, 아크릴로니트릴 2중량%, 초산비닐 2중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
속경성 결합재 35중량%와 잔골재 35중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 폴리머 혼화제 20중량% 및 물 10중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 40중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 20중량%, 알루미나 시멘트 15중량%, 칼슘알루미네이트 6중량%, 케이산 백토 6중량%, 제올라이트 6중량%, 석고 5중량%, 알루미늄 분말 0.5중량%, 응결조절제 0.5중량%, 폴리카본산 0.5중량% 및 스타치 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 응결조절제로는 구연산을 사용하였다.
상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 85중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 5중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 3중량%, 아크릴로니트릴 3중량%, 초산비닐 3중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상술한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물의 물성과 비교하기 위하여 비교예 1 및 비교예 2를 제시한다.
[비교예1]
보통 포틀랜드 시멘트 35중량%와 잔골재 35중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 물 29중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하였으며, 폴리카본산 1중량%를 첨가하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
[비교예2]
초속경 시멘트 35중량%와 잔골재 35중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하고, 메틸메타크릴레이트-스티렌 20중량% 및 물 10중량%를 더 혼합한 후 다시 2분간 교반하여 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다.
<시험예 1> 시험용 공시체의 제작
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제시한 배합에 따라 KS F 2476(실험실에서 폴리머 시멘트 모르타르를 만드는 방법)에 의하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하고, 치수 4×4×16㎝(압축, 휨강도 시험용, 건조수축 시험용, 염화물 이온 침투 깊이 시험용 및 흡수율 시험용), 4×4×1㎝(접착강도 시험용) 몰드를 사용하여 시험체를 제작하였으며, 양생방법은 현장상황을 고려하여 기건양생을 실시하여 공시체를 각각 제작하였다.
<시험예 2> 슬럼프-플로우 측정
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 내지 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물의 작업성을 비교하여 아래의 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
슬럼프 플로우(㎝) 275 279 288 215 258
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 블리딩 및 재료분리 발생 없이 슬럼프-플로우 값이 높았다. 이는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물이 유동성으로 작업성이 우수함을 확인하였다.
<시험예 3> 강도시험
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 내지 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 2477(폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법), KS F 4916(시멘트 혼화용 폴리머)에 의한 압축강도, 휨강도, 접착강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 강도(kgf/㎠)
압축 휨 접착
4시간 1일 7일 4시간 1일 7일 4시간 1일 7일
실시예 1 215 318 408 63 84 100 18 22 25
실시예 2 229 325 415 68 89 110 20 23 27
실시예 3 235 337 428 72 96 120 21 25 30
비교예 1 - 220 329 - 38 52 - 11 15
비교예 2 198 302 382 58 75 93 15 19 22
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 초기 압축강도 발현이 우수함을 알 수 있어 교통이 혼잡한 지역에 타설시 타설 후 수 시간 안에 교통개방이 가능함을 알 수 있으며, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 폴리머 혼화제를 사용한 경우로서 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비해 휨강도 및 접착강도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 4> 건조수축율 측정
상기 시험예 1에서와 같은 공시체를 제작한 후 KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
길이변화(%) 0.04 0.03 0.02 0.11 0.07
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 건조수축이 매우 낮은 것을 알 수 있었다. 이는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 시공 후 수축에 대한 저항성이 크고 균열 방지 효과가 탁월한 것을 알 수 있었다.
<시험예 5> 염화물 이온 침투 깊이
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 내지 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물의 염화물 이온 침투 깊이를 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온침투 깊이(mm) 0.6 0.4 0.3 2.5 0.8
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6> 흡수율
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물의 흡수율을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 4916(시멘트 혼화용 폴리머)에 의하여 흡수율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 0.4 0.3 0.2 2.0 0.8
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교하여 흡수율이 매우 낮게 나타났다. 이는 폴리머 혼화제의 영향으로 물의 침투가 낮은 것으로 내수성이 우수한 성능을 발휘함을 알 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 모르타르 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 중성화 깊이 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.3 0.2 0.2 1.4 0.6
위의 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 시멘트 모르타르 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 표 7은 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성 지수를 표시한 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 92 93 94 59 90
위의 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 모르타르 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 속경성 결합재 10～60중량%, 잔골재 10～60중량%, 폴리머 혼화제 0.01～30중량% 및 물 0.1～30중량%를 포함하며, 상기 폴리머 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 75～99중량%, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 0.1～10중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1～10중량%, 아크릴로니트릴 0.1～10중량% 및 초산비닐 0.01～5중량%를 포함하고,
    상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20～90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 5～50중량%, 알루미나 시멘트 0.1～20중량%, 칼슘알루미네이트 0.1～20중량%, 케이산 백토 0.1～20중량%, 제올라이트 0.1～20중량%, 석고 0.1～10중량% 및 알루미늄 분말 0.01～5중량%를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  2. 제 1항에 있어서.
    상기 폴리머 혼화제는 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～3중량%를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 혼화제는 재료분리 방지를 위하여 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐아민 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 혼화제는 내수성 및 내마모성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌 에멀젼 0.001～5중량%를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 속경성 결합재는 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～5중량%를 더 포함하거나, 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001～6중량%를 더 포함하거나, 케이산 소다 0.01～10중량%를 더 포함하거나, 보강섬유 0.01~5중량%를 더 포함하거나, 황산알루미늄 0.1~10중량%를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보강섬유는 나일론섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유, 탄소섬유 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고성능 유동성 시멘트 모르타르 조성물.
  8. 콘크리트 구조물 상부에 스케일링에 의한 표면박리, 골재 탈락, 소성균열에 의한 미세균열이 발생된 부위를 치핑하는 단계와,
    치핑된 부위의 불순물 또는 슬러리를 청소하는 단계와,
    치핑된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와,
    상기 프라이머가 도포된 상부에 제1항에 기재된 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면보호 공법.
  9. 콘크리트 구조물 표층면의 레이탄스 또는 불순물을 제거하는 단계와,
    상기 레이탄스 또는 불순물이 제거된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와,
    콘크리트 구조물의 공용성 증가를 위하여 상기 프라이머가 도포된 상부에 제1항에 기재된 시멘트 모르타르 조성물을 포설하여 양생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 표면보호 공법.
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