KR101672713B1 - 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법에 관한 것으로, 조강 시멘트계 결합재 3∼35중량%, 잔골재 20∼75중량%, 굵은골재 20∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 기능성 혼화제 0.01∼15중량%를 포함하며, 상기 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 15~80중량%, 칼슘알루미네이트 1∼45중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 1~30중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼25중량%, 석고 1∼20중량%, 소듐실리케이트 0.1∼15중량%, 스테아린산칼슘 0.01~10중량% 및 산화알루미늄 0.01~10중량%를 포함하고, 상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 45∼98중량%, 스티렌-초산비닐 1~30중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 0.1~20중량%, 폴리비닐부틸알(polyvinybutyral) 0.1~20중량% 및 하이드록시에틸셀룰로오스 0.01~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 본 발명에 따른 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과 및 자기 치유성능을 발휘할 수 있다.
Description
본 발명은 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도로의 노면 또는 교량 교면의 포장, 교량 덧씌우기 포장, 도로 보수공사, 콘크리트 구조물 등의 보수공사에 사용되는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학적 부식은 콘크리트가 외부에서 화학적 작용을 받아, 시멘트 경화체를 구성하는 수화 생성물이 변형 혹은 분해되어서 결합 능력을 잃어버리는 열화 현상을 총칭한다. 기존의 중성화, 동해, 염해에 의한 열화 현상과 혼동하기 쉬우며, 콘크리트 구조물에 내황산성 보수 모르타르가 아닌 기존의 보수용 모르타르로 타설됨으로써 결국 구조물에 균열 또는 박리 현상 등 성능 저하가 발생되어 내구성이 급격히 저하되는 경우가 빈번히 발생하고 있다.
일반적으로 콘크리트 포장은 강성으로 온도 및 주변 환경에 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.
한편, 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 교량 하부 부분의 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및 보강하기 위한 보수공사에는 폴리머 시멘트 모르타르 및 콘크리트가 널리 사용되고 있다. 조강 포틀랜드 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 경화시간이 빠르고 초기 강도 발현 등의 우수한 장점이 있는데 반하여, 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 초래되고 있다.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 조강 시멘트계 결합재 3∼35중량%, 잔골재 20∼75중량%, 굵은골재 20∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 기능성 혼화제 0.01∼15중량%를 포함하며, 상기 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 15~80중량%, 칼슘알루미네이트 1∼45중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 1~30중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼25중량%, 석고 1∼20중량%, 소듐실리케이트 0.1∼15중량%, 스테아린산칼슘 0.01~10중량% 및 산화알루미늄 0.01~10중량%를 포함하고, 상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 45∼98중량%, 스티렌-초산비닐 1~30중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 0.1~20중량%, 폴리비닐부틸알(polyvinybutyral) 0.1~20중량% 및 하이드록시에틸셀룰로오스 0.01~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성, 자기치유성 및 강도가 개선된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기한 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법을 제공한다:
(S1) 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
(S2) 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계;
(S3) 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 구체 콘크리트에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 청소된 부위에 상기 기능성 혼화제를 도포하거나 상기 기능성 혼화제가 혼입된 폴리머 시멘트 모르타르를 이용하여 블루밍 처리하는 단계;
(S4) 상기 기능성 혼화제가 도포된 상부에 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계;
(S5) 타설된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계; 및
(S6) 상기 타이닝된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계.
이때, 상기 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계에서 철근이 노출된 경우에는 녹을 제거한 후 방청제를 도포하는 방청처리단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 조강 시멘트계 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 백화방지, 중성화방지효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과 및 자기 치유성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다. 한편, 포장에 요구되는 제반 특성, 즉 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족시키면서, 이와 동시에 재료의 생산 및 시공 방법이 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 거의 그대로 이용할 수 있어 경제성 및 시공성이 뛰어난 효과가 있다.
본 발명의 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 조강 시멘트계 결합재 3~35중량%, 잔골재 20∼75중량%, 굵은골재 20∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 기능성 혼화제 0.01∼15중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 본 발명의 조강 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 20∼75중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 조강 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 20∼70중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 15~80중량%, 칼슘알루미네이트 1∼45중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 1~30중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼25중량%, 석고 1∼20중량%, 소듐실리케이트 0.1∼15중량%, 스테아린산칼슘 0.01~10중량% 및 산화알루미늄 0.01~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 15~80중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말은 포졸란 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 개선뿐만 아니라 지수 및 자기치유 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 천매암 분말은 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 1~30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 천매암 분말의 함량이 1중량%미만이면 성능개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 30중량%를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있다.
상기 고로슬래그 분말은 잠재수경성 특성으로 장기강도발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그 분말은 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그 분말은 분말도가 4000~7000㎠/g인 것이 바람직하며, 상기 고로슬래그 분말의 함량이 1중량% 미만이면 장기강도 발현이나 내구성 증진효과가 미흡할 수 있고, 상기 고로슬래그 분말의 함량이 35중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 칼슘알루미네이트(CA) 및 상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 칼슘알루미네이트(CA) 및 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다.
상기 칼슘알루미네이트는 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 5∼45중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 석고는 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼슘알루미네이트 및 상기 석고는 중량비가 증가하면 빠른 경화 특성을 나타내며, 상기 칼슘알루미네이트 및 상기 석고의 전체 함량이 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 6중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘알루미네이트 및 상기 석고의 전체 함량이 65중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 소듐실리케이트는 초기강도 발현을 위해 사용된다. 상기 소듐실리케이트는 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소듐실리케이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 초기강도 발현효과가 미흡하고, 상기 소듐실리케이트는 함량이 15중량%를 초과하면 경화가 촉진되어 작업성이 저하되고 경제성이 떨어진다.
상기 스테아린산칼슘은 발수 및 방수성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 스테아린산칼슘은 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스테아린산칼슘의 중량비가 증가하면 발수 및 방수성을 나타내며, 상기 스테아린산칼슘의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 발수 및 방수 효과가 미약할 수 있고, 상기 스테아린산칼슘의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 산화알루미늄은 마모저항성 및 내약품성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 산화알루미늄은 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화알루미늄의 중량비가 증가하면 내마모성 및 내약품성을 개선되며, 상기 산화알루미늄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 마모성 및 내약품성개선효과가 미약할 수 있고, 상기 산화알루미늄의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 작업성이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 조강 시멘트계 결합재는 마그네슘설포알루미네이트를 더 포함할 수 있다. 상기 마그네슘설포알루미네이트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 마그네슘설포알루미네이트는 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강 시멘트계 결합재는 산화티탄을 더 포함할 수 있다. 상기 산화티탄은 방오성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 산화티탄은 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화티탄의 중량비가 증가하면 방오성능을 나타내며, 상기 산화티탄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 방오 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 산화티탄의 함량이 5중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 조강 시멘트계 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 상기 감수제는 강도 및 내구성의 개선 효과가 우수하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 우수한 나프탈렌계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.001∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강 시멘트계 결합재는 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 상기 조강 시멘트계 결합재에 대하여 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지연제로는 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 기능성 혼화제는 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 상기 기능성 혼화제는 조강 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 기능성 혼화제의 함량이 15중량%를 초과하면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 기능성 혼화제의 함량이 0.01중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 45∼98중량%, 스티렌-초산비닐 1~30중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 0.1~20중량%, 폴리비닐부틸알(polyvinybutyral) 0.1~20중량% 및 하이드록시에틸셀룰로오스 0.01~15중량%를 포함할 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔은 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 스티렌-부타디엔은 상기 기능성 혼화제에 대하여 45∼98중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 98중량%를 초과하면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 향상되지만, 콘크리트의 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 45중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 스티렌-초산비닐은 휨 강도 및 인성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 클스티렌-초산비닐은 상기 기능성 혼화제에 대하여 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-초산비닐의 함량이 30중량%를 초과하면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 스티렌-초산비닐의 함량이 1중량% 미만이면 휨 강도 및 인성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체는 내약품성 및 내마모성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체는 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체의 함량이 20중량%를 초과하면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 개선되나, 내약품성 및 내마모성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리비닐부틸알(polyvinybutyral)은 상기 기능성 혼화제의 접착강도 및 내후성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리비닐부틸알은 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐부틸알의 함량이 20중량%를 초과하면 접착강도 및 내후성 개선 효과가 더 이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 폴리비닐부틸알의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성, 접착강도 및 내후성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 하이드록시에틸셀룰로오스는 상기 기능성 혼화제의 점도를 부여하여 재료분리방지를 위하여 사용한다. 상기 하이드록시에틸셀룰로오스는 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 하이드록시에틸셀룰로오스의 함량이 0.01중량% 미만이면 재료분리가 발생하기 쉽고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 부틸아크릴레이트-스티렌을 더 포함할 수 있다. 상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 작업성개선, 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 부틸아크릴레이트-스티렌의 함량이 10중량%를 초과하면 재료분리가 발생되기 쉬우며, 상기 부틸아크릴레이트-스티렌의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 메타크릴산메틸부타디엔을 더 포함할 수 있다. 상기 메타크릴산메틸부타디엔은 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 메타크릴산메틸부타디엔은 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 메타크릴산메틸부타디엔의 함량이 10중량%를 초과하면 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 메타크릴산메틸부타디엔의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 나프탈렌계 감수제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 나프탈렌계 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 조강 시멘트의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 실리콘계 소포제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 조강 시멘트계 결합재 3∼35중량%, 잔골재 20∼75중량%, 굵은골재 20∼70중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1∼20중량% 및 기능성 혼화제 0.01∼15중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물 유지보수방법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 상기 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 구체 콘크리트에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 청소된 부위에 상기 기능성 혼화제를 도포하거나 상기 기능성 혼화제가 혼입된 폴리머 시멘트 모르타르를 이용하여 블루밍 처리하는 단계와, 상기 기능성 혼화제가 도포 또는 상기 블루밍 처리된 상부에 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계와, 타설된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계와, 상기 타이닝된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계에서 철근이 노출된 경우에는 녹을 제거한 후 방청제를 도포하는 방청처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하는 경우에 정상적인 경우에는 콘크리트 구조물의 철근이 노출되지 않지만 열화가 심한 경우에는 열화된 부위에서 철근이 노출될 수도 있는데, 이렇게 철근이 노출되는 경우에는 방청 처리하여 철근의 부식을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 조강 시멘트계 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
조강 시멘트계 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 34중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 기능성 혼화제 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 50중량%, 칼슘알루미네이트 15중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 15중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 10중량%, 석고 5중량%, 소듐실리케이트 2중량%, 스테아린산칼슘 1중량%, 산화알루미늄 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 93.5중량%, 스티렌-초산비닐 2중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 1중량%, 폴리비닐부틸알 1중량%, 하이드록시에틸셀룰로오스 1중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.5중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.5중량%, 감수제 0.3중량% 및 소포제 0.2중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 2>
조강 시멘트계 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 34중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 기능성 혼화제 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 50중량%, 칼슘알루미네이트 15중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 15중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 10중량%, 석고 5중량%, 소듐실리케이트 2중량%, 스테아린산칼슘 1중량%, 산화알루미늄 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 88.5중량%, 스티렌-초산비닐 4중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 2중량%, 폴리비닐부틸알 2중량%, 하이드록시에틸셀룰로오스 2중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.5중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.5중량%, 감수제 0.3중량% 및 소포제 0.2중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3>
조강 시멘트계 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 34중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 기능성 혼화제 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 50중량%, 칼슘알루미네이트 15중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 15중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 10중량%, 석고 5중량%, 소듐실리케이트 2중량%, 스테아린산칼슘 1중량%, 산화알루미늄 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 83.5중량%, 스티렌-초산비닐 6중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 3중량%, 폴리비닐부틸알 3중량%, 하이드록시에틸셀룰로오스 3중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.5중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.5중량%, 감수제 0.3중량% 및 소포제 0.2중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 및 2는 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 조성물 및 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 34중량% 및 물 6중량%를 믹서에 강제 투입, 교반하여 보통 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 34중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 스티렌-부타디엔 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
하기 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 한 결과를 나타낸 것이다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
하기 표 1은 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화이다.
상기 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하며 특히, 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타낸 것이다.
하기 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
상기 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
하기 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
상기 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
상기 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 표 5에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다. 즉, 흡수율이 낮을수록 경화된 후 콘크리트의 강도가 향상되는 것이다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 흡수율(%) | 0.85 | 0.6 | 0.45 | 2.4 | 1.0 |
상기 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 길이변화율(%) | 0.03 | 0.03 | 0.02 | 0.14 | 0.09 |
상기 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 7은 동결융해저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성지수를 표시한 것이다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 내구성 지수 | 90 | 92 | 93 | 54 | 88 |
상기 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 염화물 이온 침구깊이(mm) | 0.5 | 0.4 | 0.3 | 2.0 | 0.9 |
상기 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 중성화 깊이(mm) | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 1.8 | 0.7 |
상기 표 9에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
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.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 조강 시멘트계 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 활성 실리카를 사용함으로써 불용성 수산화칼슘을 생성하여 백화방지, 중성화방지효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과 및 자기 치유성능을 발휘할 수 있다.
Claims (7)
- 조강 시멘트계 결합재 3∼35중량%, 잔골재 20∼75중량%, 굵은골재 20∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 기능성 혼화제 0.01∼15중량%를 포함하며,
상기 조강 시멘트계 결합재는 분말도가 5,000~8,500cm2/g인 마이크로 시멘트 15~80중량%, 칼슘알루미네이트 1∼45중량%, 분말도가 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천매암 분말 1~30중량%, 분말도가 4000~7000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼25중량%, 석고 1∼20중량%, 소듐실리케이트 0.1∼15중량%, 스테아린산칼슘 0.01~10중량%, 산화알루미늄 0.01~10중량%, 마그네슘설포알루미네이트 0.1∼30중량%, 및 산화티탄 0.01∼5중량%를 포함하고,
상기 기능성 혼화제는 스티렌-부타디엔 45∼98중량%, 스티렌-초산비닐 1~30중량%, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 중합체 0.1~20중량%, 폴리비닐부틸알(polyvinybutyral) 0.1~20중량%, 하이드록시에틸셀룰로오스 0.01~15중량%, 및 부틸아크릴레이트-스티렌 0.01∼10중량%를 포함하는
것을 특징으로 하는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 개선된 조강 시멘트 콘크리트 조성물.
- 삭제
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- 제 1 항에 따른 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법으로서,
(S1) 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
(S2) 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계;
(S3) 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물이 구체 콘크리트에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 청소된 부위에 상기 기능성 혼화제를 도포하거나 상기 기능성 혼화제가 혼입된 폴리머 시멘트 모르타르를 이용하여 블루밍 처리하는 단계;
(S4) 상기 기능성 혼화제가 도포된 또는 상기 블루밍 처리된 상부에 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계;
(S5) 타설된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계; 및
(S6) 상기 타이닝된 상기 조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법.
- 제6항에 있어서,
상기 청소하는 단계 후 상기 기능성 혼화제 도포 또는 블루밍 처리하는 단계 전에, 상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고 노출된 철근을 방청 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법.
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| KR1020160054044A KR101672713B1 (ko) | 2016-05-02 | 2016-05-02 | 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법 |
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| KR1020160054044A KR101672713B1 (ko) | 2016-05-02 | 2016-05-02 | 자기 치유성, 내구성 및 강도가 향상된 조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 유지보수방법 |
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| KR101672713B1 true KR101672713B1 (ko) | 2016-11-07 |
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- 2016-05-02 KR KR1020160054044A patent/KR101672713B1/ko active Search and Examination
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