KR101835050B1

KR101835050B1 - 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈

Info

Publication number: KR101835050B1
Application number: KR1020150107891A
Authority: KR
Inventors: 유재석; 김홍기; 정호섭; 김진환
Original assignee: 한양대학교 산학협력단; (주) 세일콘
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2018-03-07
Also published as: KR20170014466A

Abstract

본 발명은 잔골재(100)의 표면에 프라이머(111)로 코팅된 프라이머층(110), 몰탈의 균열발생시 균열을 통하여 침투하는 물과 수화반응하여 상기 균열을 복구하도록, 상기 프라이머층(110)의 표면에 자가치유재(121)를 부착시켜 형성하는 자가치유층(120) 및 몰탈의 최초 수화반응시 상기 자가치유층(120)의 수화반응을 억제하도록 보호재(131)로 상기 자가치유재(121)를 코팅하는 1차보호층(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재를 제시한다.
본 발명에 따르면 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈은 균열발생시 침투하는 물과 반응하여 균열부가 자가치유되기 때문에 유지관리를 최소화 할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 구조물의 균열부의 유지관리를 위한 유지관리 비용을 최소화 할 수 있다.

Description

자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈{SELF-HEALING FINE AGREEGATE FOR MORTAR AND SELF-HEALING MORTAR USING THE SAME.}

본 발명은 건설 재료분야에 관한 것으로서, 상세하게는 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈에 관한 것이다.

콘크리트와 몰탈은 주택, 도로, 다리, 초고층빌딩, 댐 등의 사회기반시설 및 주거공간 등에 가장 많이 사용되는 재료이다.

그러나 콘크리트 및 몰탈은 양생시 수화반응에 의한 열이 발생하고, 열에 의해 건조수축균열이 발생하는 문제점이 있다.

균열은 내구성을 악화시켜 장기적으로 구조물의 안전성을 저하시킨다. 또한, 균열을 통해 내부로 침투한 수분은 철근을 부식시키고, 부식된 철근은 부피가 커지면서 균열을 더욱 촉진한다.

이러한 균열의 보수는 주로 수지계 재료를 이용하여 폴리머몰탈, 에폭시수지 및 가소성 에폭시 수지를 균열부에 주입(충전)하는 공법과 탄성실링재 및 도막 탄성 방수재를 사용하여 표면을 코팅 처리하는 표면처리공법 등이 있다.

그러나 위 보수공법들은 몰탈의 표면과 완전 일체화되지 않거나 균열부에 완전 충전이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 무기질계 재료를 이용하여 잔골재표면에 직접 자가치유재를 코팅하여 균열이 발생하였을 때 균열부로 침투하는 물과 수화반응하여 균열부를 충전하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 잔골재(100)의 표면에 프라이머(111)로 코팅된 프라이머층(110), 몰탈의 균열발생시 균열을 통하여 침투하는 물과 수화반응하여 상기 균열을 복구하도록, 상기 프라이머층(110)의 표면에 자가치유재(121)를 부착시켜 형성된 자가치유층(120) 및 몰탈의 최초 수화반응시 상기 자가치유층(120)의 수화반응을 억제하도록 보호재(131)로 상기 자가치유층(120)을 코팅하여 형성된 1차보호층(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재를 제시한다.

상기 프라이머(111)는 PVAc계 복합폴리머와 물이 8:2의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다.

상기 자가치유재(121)는 시멘트 45~83 중량%, 벤토나이트 3~10 중량%, 팽창재 5~15 중량%, 탄산리튬 3~10 중량%, 탄산나트륨 3~10 중량% 및 탄산수소나트륨 3~10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 보호재(131)는 수용성 PVA필름과 물이 10 : 1의 중량비로 혼합된 것이바람직하다.

상기 잔골재(100)는 상기 1차보호층(130)의 표면에 상기 보호재(131)로 재차 코팅하여 형성된 2차보호층(140)을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈에 관한 기술로서, 상기 잔골재(100)의 표면에 상기 프라이머(111)를 코팅하여 상기 프라이머층(110)을 형성하는 프라이머코팅단계, 상기 프라이머층(110)의 표면에 상기 자가치유재(121)를 부착하여 상기 자가치유층(120)을 형성하는 자가치유재부착단계, 상기 자가치유재(121)가 부착된 상기 프라이머층(110)을 건조시키는 자가치유층건조단계, 상기 자가치유층(120)에 상기 보호재(131)를 코팅하여 상기 1차보호층(130)을 형성하는 1차보호재코팅단계 및 상기 1차보호층(130)을 건조시키는 1차건조단계를 포함하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 제조방법을 함께 제시한다.

상기 자가치유재부착단계는 상기 프라이머층(110)의 점성이 유지되는 동안 분말 형태의 상기 자가치유재(121)를 부착하는 것이 바람직하다.

상기 자가치유층건조단계는 상기 자가치유재(121) 부착 후 40~50℃의 온도로 건조하는 것이 바람직하다.

상기 1차보호재코팅단계 이후 상기 보호재(131)에 의해 2차보호층(140)을 추가로 코팅하는 2차보호재코팅단계; 및

상기 2차보호층(140)을 건조하는 2차건조단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 자가치유 코팅골재를 이용한 자가치유의 몰탈은 시멘트 20~30 중량%, 잔골재 50~65 중량%, 유동화제 0.7~1 중량%, 상기 자가치유 몰탈용 코팅골재 3~15 중량% 및 물 7~10 중량%을 포함하여 제조된다.

상기 유동화제는 나프탈렌계인 것이 바람직하다.

본 발명은 자가치유 몰탈과 굵은 골재를 배합하여 자가치유 콘크리트를 제조할 수 있다.

본 발명의 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈은 균열발생시 침투하는 물과 반응하여 균열부가 자가치유되기 때문에 유지관리를 최소화 할 수 있다.

본 발명에 따르면 구조물의 균열부의 유지관리를 위한 유지관리 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅골재 단면도.

본 발명에 의한 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

이하, 첨부표 및 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가치유 몰탈용 코팅골재 및 이를 이용한 자가치유 몰탈에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 코팅골재는 잔골재(100)의 표면에 프라이머(111)로 코팅된 프라이머층(110), 몰탈의 균열발생시 균열을 통하여 침투하는 물과 수화반응하여 상기 균열을 복구하도록, 프라이머층(110)의 표면에 자가치유재(121)를 부착시켜 형성된 자가치유층(120) 및 몰탈의 최초 수화반응시 자가치유층(120)의 수화반응을 억제하도록 보호재(131)로 상기 자가치유층(120)을 코팅하여 형성된 1차보호층(130)을 포함하는 것이 특징이다.

즉, 본 발명의 자가치유 몰탈은 균열부를 보수하는 보수재(자가치유재(100))를 몰탈 배합 전에 잔골재(100)의 표면에 보호재(131)를 이용하여 코팅하기 때문에 균열발생시 균열부의 자가충전이 가능하다.

자가치유재(121)는 잔골재의 표면에 코팅되는 프라이머에 의해 잔골재의 표면에 안정적으로 부착되고, 자가치유층(120)형성 이후에는 보호재(131)에 의해 코팅되어 몰탈배합시 수화반응하지 않는다.

프라이머(111)는 PVAc계 복합폴리머와 물이 8:2의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다.

이 경우, 접착성이 우수한 PVAc계를 물과 혼합하여 사용하기 때문에 자가치유재(121)를 골재 표면에 일정하고 안정적으로 부착시킬 수 있다.

자가치유재(121)는 시멘트 45~83 중량%, 벤토나이트 3~10 중량%, 팽창재 5~15 중량%, 탄산리튬 3~10 중량%, 탄산나트륨 3~10 중량% 및 탄산수소나트륨 3~10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 자가치유재는 배합기를 통해 혼합되어 분말상태로 생산되기 때문에 제조와 보관이 용이하고, 점성이 강한 프라이머에 부착이 용이하다.

보호재(131)는 수용성 PVA필름과 물이 10 : 1의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다.

이 경우 고체상태의 PVA필름은 물과 혼합되어 반고체상태로 코팅되기 때문에 자가치유층(120)을 일정 두깨로 코팅할 수 있다.

보호재의 코팅은 분사기를 이용하여 골재에 분사되는 방식을 취할 수 있고, 현장 조건에 따라 분사와 건조를 동시에 진행할 수도 있다.

잔골재(100)는 1차보호층(130)의 표면에 보호재(131)로 재차 코팅하여 형성된 2차보호층(140)을 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우 자가치유층(120)을 보호재(131)로 두번 코팅하기 때문에, 몰탈 배합과정에서 발생할 수 있는 보호층(130,140)의 손상에도 자가보호층(120)의 수화반응을 억제할 수 있다.

자가치유 몰탈용 코팅골재의 제조방법은 잔골재(100)의 표면에 프라이머(111)를 코팅하여 프라이머층(110)을 형성하는 프라이머코팅단계, 프라이머층(110)의 표면에 자가치유재(121)를 부착하여 자가치유층(120)을 형성하는 자가치유재부착단계, 자가치유재(121)가 부착된 프라이머층(110)을 건조시키는 자가치유층건조단계를 포함하고, 자가치유층(120)에 보호재(131)를 코팅하여 1차보호층(130)을 형성하는 1차보호재코팅단계 및 1차보호층(130)을 건조시키는 1차건조단계를 포함하여 제조된다.

이 경우, 프라이머층은 잔골재에 프라이머를 분사하면서 일정시간 동안 잔골재를 섞어준다. 이후 프라이머층이 굳기 전에 분말의 자가치유재(121)를 뿌리고 일정시간 동안 섞어준다.

이후, 자가치유재가 부착된 프라이머층을 건조시키고, 분사기를 이용하여 보호재(131)를 분사한다.

1차보호층은 분사기를 이용하여 보호재를 분사하면서 골재를 섞어준다.

골재를 섞는 과정에서 열풍기 및 건조기를 이용하여 보호재의 도포와 건조를 동시에 할 수도 있다.

1차건조단계는 자연건조할 수도 있고 건조기를 이용하여 건조할 수 있다.

자가치유재부착단계는 프라이머층(110)의 점성이 유지되는 동안 분말 형태의 자가치유재(121)를 부착하는 것이 바람직하다.

이 경우, 자가치유재는 프라이머층의 점성에 의해 접착성이 증대되어 잔골재의 표면에 안정적으로 부착된다.

자가치유층건조단계는 자가치유재(121) 부착 후 40~50℃의 온도로 건조하는 것이 바람직하다.

이 경우, 40~50℃의 온도로 건조되는 자가치유재는 신속하고 안정적으로 잔골재에 부착되어 고정되기 때문에 공정시간을 단축할 수 있다.

코팅골재는 1차보호재코팅단계 이후 보호재(131)에 의해 2차보호층(140)을 추가로 코팅하는 2차보호재코팅단계 및 2차보호층(140)을 건조하는 2차건조단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우 1차보호재코팅단계 이후 자가치유층(120)을 보호재(131)로 두 번 코팅하여 코팅층을 두껍게 형성하기 때문에, 몰탈 배합과정에서 발생할 수 있는 보호층(130,140)의 손상에도 자가보호층(120)의 수화반응을 억제할 수 있다.

자가치유 몰탈용 코팅골재를 이용한 몰탈은 시멘트 20~30 중량%, 잔골재 50~65 중량%, 유동화제 0.7~1 중량%, 자가치유 몰탈용 코팅골재 3~15 중량% 및 물 7~10 중량%을 포함하여 제조된다.

이 경우, 자가치유재(121)가 코팅된 골재를 사용하는 것만으로 자가치유 몰탈을 제조할 수 있기 때문에 제조방법이 용이하다.

또한, 몰탈 배합 이전에 일부 골재에 자가치유재가 코팅되어 있기 때문에 몰탈 배합시 균질한 품질을 확보할 수 있다.

유동화제는 나프탈렌계인 것이 바람직하다.

이 경우 물-시멘트비를 줄일 수 있기 때문에 강도발현이 용이하고 워커빌리티 확보가 용이하다.

본 발명의 몰탈은 굵은골재를 포함하는 자가치유 콘크리트를 제시한다.

이 경우, 자가치유 콘크리트는 주택, 도로, 다리 및 초고층빌딩에 사용되어 유지관리 비용을 절감할 수 있다.

이하 본 발명의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.

본 실험은 일축으로 압축을 가하여 일반 몰탈과 자가치유코팅골재를 사용한 몰탈의 강도를 비교한 결과이다.

표 1은 본 발명의 실시예(자가치유 코팅골재를 사용한 몰탈)와 비교예(일반 몰탈)의 시편 배합비를 나타낸 것이다.

[표 1] 모르타르배합표

본 발명 비교예의 PLAIN 시편은 일반 몰탈의 배합비이고, 본 발명의 실시예인 MD1~MD5는 일부 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 몰탈로서, 제1실시예 MD1은 골재 중 1%의 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 시편, 제2실시예 MD2는 골재 중 2.5%의 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 시편, 제3실시예 MD3은 골재 중 5%의 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 시편, 제4실시예 MD4는 골재 중 7.5%의 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 시편, 제5실시예 MD5는 골재 중 10%의 골재에 자가치유재를 코팅하여 배합한 시편이다.

본 실험에 사용된 시편은 KS F L ISO 679 에 따라 50×50×50mm 의 공시체를 제작하였고, 자가치유성분의 초기반응을 제한하기 위하여 기건 양생하여 양생 기간에 따라 7일 ,14일, 28일의 공시체 제작하여 만능시험기(Universal Testing Machine, UTM)를 이용하여 압축강도를 측정하였다.

[그림 1]은 압축강도 실험결과로서, 양생 기간 초기에는 제3실시예 MD3, 제4실시예 MD4 및 제5실시예 MD5 시편이 비교예 Plain시편에 비해 다소 강도가 떨어지지만 양생 기간이 길어지면서 몰탈의 강도는 모두 향상되었고, 28일 이후의 Plain, MD1, MD2, MD3, MD4 및 MD5의 강도차이는 미미한 것으로 확인되었다.

[그림 1] 압축실험 결과

[그림 2]는 휨강도 시험결과를 나타낸 것으로서, 휨 강도 시험은 KS L ISO 679에 따라 160×40×40mm 의 공시체를 제작하고, 자가치유성분의 초기 반응을 제한하기 위하여 28일 기건 양생한 시편을 사용하였다.

[그림 2] 휨강도 실험결과

시험결과 휨강도는 실시예 MD1~MD4는 비교예 Plain보다 인장강도가 우수하고 실시예 MD5는 비교예 Plain과 비슷한 강도를 발현하는 것으로 확인되었다.

[그림 3]은 부착강도를 실험한 결과로서, 부착강도 실험은 KS F 4716에 따라 실시하였다. 시편은 28일 표준 양생을 한 후 도포 된 모르타르에 강철제 지그를 부착하여 수직방향으로 인장력을 가해 최대 인장하중을 측정하는 방식으로 진행하였다.

[그림 3] 부착강도 실험결과

시험결과 실시예 MD1~MD5 모두 비교예 Plain대비 부착강도가 증진된 것을 확인할 수 있다.

[그림 4]는 투수 계수 실험에 관한 결과로서, 투수계수 시험은 본 발명의 자가치유 몰탈의 균열복구 성능을 확인하기 위한 실험이다.

투수계수 실험은 KS F 2322을 인용하여 변 수위 투수시험을 실시하였다.

[그림 4] 투수계수 실험결과

실험결과 비교예 Plain 시편 대비 본 발명의 실시예 MD1~MD5는 모두 투수계수가 낮은 결과를 얻었다. 실험결과는 실시예 MD1~MD5 시편의 균열부가 복구되어 투수 되는 물의 양이 비교예 Plain대비 적은 결과를 나타내는 것이다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예와 실험결과의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예 및 실험결과에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 잔골재 110 : 프라이머층
111 : 프라이머 120 : 자가치유층
121 : 자가치유재 130 : 1차보호층
131 : 보호재 140 : 2차보호층

Claims

잔골재(100)의 표면에 프라이머(111)로 코팅된 프라이머층(110);
몰탈의 균열발생시 균열을 통하여 침투하는 물과 수화반응하여 상기 균열을 복구하도록, 상기 프라이머층(110)의 표면에 자가치유재(121)를 부착시켜 형성된 자가치유층(120); 및
몰탈의 최초 수화반응시 상기 자가치유층(120)의 수화반응을 억제하도록 보호재(131)로 상기 자가치유층(120)을 코팅하여 형성된 1차보호층(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재.
제1항에 있어서,
상기 프라이머(111)는 PVAc계 복합폴리머와 물이 8:2의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재..
제1항에 있어서,
상기 자가치유재(121)는
시멘트 45~83 중량%;
벤토나이트 3~10 중량%;
팽창재 5~15 중량%;
탄산리튬 3~10 중량%;
탄산나트륨 3~10 중량%; 및
탄산수소나트륨 3~10 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재.
제1항에 있어서,
상기 보호재(131)는
수용성 PVA필름과 물이 10 : 1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재.
제1항에 있어서,
상기 1차보호층(130)의 표면에 상기 보호재(131)로 재차 코팅하여 형성된 2차보호층(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항의 자가치유 몰탈용 코팅골재의 제조방법으로서,
상기 잔골재(100)의 표면에 상기 프라이머(111)를 코팅하여 상기 프라이머층(110)을 형성하는 프라이머코팅단계;
상기 프라이머층(110)의 표면에 상기 자가치유재(121)를 부착하여 상기 자가치유층(120)을 형성하는 자가치유재부착단계;
상기 자가치유재(121)가 부착된 상기 프라이머층(110)을 건조시키는 자가치유층건조단계;
상기 자가치유층(120)에 상기 보호재(131)를 코팅하여 상기 1차보호층(130)을 형성하는 1차보호재코팅단계; 및
상기 1차보호층(130)을 건조시키는 1차건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 자가치유재부착단계는, 상기 프라이머층(110)의 점성이 유지되는 동안 분말 형태의 상기 자가치유재(121)를 부착하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 자가치유층건조단계는 상기 자가치유재(121) 부착 후 40~50℃의 온도로 건조하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 1차보호재코팅단계 이후 상기 보호재(131)에 의해 2차보호층(140)을 추가로 코팅하는 2차보호재코팅단계; 및
상기 2차보호층(140)을 건조하는 2차건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈용 코팅골재 제조방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항의 자가치유 코팅골재를 이용한 자가치유 몰탈로서,
시멘트 20~30 중량%;
잔골재 50~65 중량%;
유동화제 0.7~1 중량%;
상기 자가치유 몰탈용 코팅골재 3~15 중량%; 및
물 7~10 중량%;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈.
제10항에 있어서,
상기 유동화제는 나프탈렌계인 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈.
제10항에 있어서,
상기 몰탈; 및
굵은 골재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가치유 몰탈.