KR20080086213A - 폐유리의 단면수복형 내산성 보수재료로의 재활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설현장에서 배출되는 폐기물인 폐유리를 건설용 내산성 보수재료 구성물로 활용하여 고기능성을 부여함으로써 배출량의 대부분을 매립하고 있는 현재의 처리시스템에서 재활용을 통한 에너지 절약, 환경부하 감소뿐만 아니라, 부가가치를 높이는 효과를 거둘 수 있는 단면수복형 건설용 보수재료를 제조하는 것이다. 본 발명에서 조성물은 UP수지 100중량부와, 이에 대한 잔골재 800중량부 내지 650중량부와 잔골재 중량에 대한 폐유리의 대체율 0%(w/w)내지 100%(w/w), 탄산칼슘, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 100중량부, UP수지의 상온 경화를 위한 개시제(initiator)인 메틸 에틸 케튼 퍼옥사이드(Methyl Ethyl Keton Peroxide) 1중량부로 구성된다. 보수 적용시 바탕조정용으로 무기계 재료와의 화학적 결합력 및 접착력을 향상시키기고, 본 발명의 보수재료와의 접착성 증대를 위해 MMA100중량부에 대하여 1중량부의 아크릴계 실란 커플링제와 MMA100중량부에 대한 MEKP 1중량부로 구성된 MMA계 아크릴 함침재가 조성되어 적용된다.

폐유리, 보수재료, UP수지, 단면수복

Description

폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료의 조성물 및 적용방법{Manufacture of acid-resistant repair materials for section restoration and its application method}

도1은 본 발명의 폐유리를 활용한 단면복구형 내산성 보수재료 조성물을 제조하는 절차를 설명하고 있는 요약도.

도2는 본 발명을 통해 조성 및 제조된 내산성 보수재를 산침식에 의해 결손/탈락된 콘크리트 부위에 적용하는 방법 및 절차를 나타내는 요약도.

도3은 산 침식에 의해 콘크리트 부재가 결손/탈락된 상황을 나타내는 그림.

도4는 산 침식에 의해 결손/탁락된 콘크리트 부위에 대하여 본 발명의 보수재를 적용하는 방법을 나타내는 그림.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 구체 콘크리트

20: 콘크리트 구조물의 주근

30: 콘크리트 구조물의 보조철근

40: 산의 침식에 의해 결손/탈락된 콘크리트

50: 보수된 콘크리트 부위의 표면 강화 및 보수재와의 접착성 증대를 위한 함침재

60: 본 발명의 단면수복형 보수재료

70: 보수 부위의 보호 및 보강을 위한 표면보호재

10-2000-0036149 스프레이 공법을 이용한 폴리머 모르터 단면수복 보수공법

10-2000-0078654 방청성이 있는 철근콘크리트구조물의 알칼리 회복제

10-1999-0039326 스프레이공법을 이용한 폴리머시멘트 모르터 단면수복 보수공법

10-1999-0034046 콘크리트 구조물 보강용 침투성 폴리머 조성물 및 그 제조방법

10-2003-0023873 내산성 단면복구 모르타르의 제조방법 및 조성물

본 발명은 건설 폐기물의 하나인 폐유리의 우수한 내산성과 잔골재 대체가능성을 활용하여 산에 의한 화학적 침식을 받은 철근콘크리트 구조물의 부재를 보수하기 위한 단면 수복형 내산성 보수재료의 조성물과 그 적용법에 관한 것이다.

산 침식 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물은 신축과 동시에 부식환경에 노출되며, 황산염과 같은 유해 이온이 콘크리트를 통과하여 내부로 침입하면 석고(gypsum; Calcium Sulfate, CaSO₄H₂O), 에트링가이트(Delayed Ettringite, 3CaOAl₂O₃3CaSO₄32H₂O), 토모사이트(Thaumasite; Calcium Silicate Sulfate Carbonate Hydrate, Ca₆(Si(OH)₆(SO₄)₂(CO₃)₂24H₂O)) 등의 팽창성 물질을 생성하며, 또한 황산, 염산이나 이산화탄소를 많이 함유하고 있는 탄산수같은 수용액은 콘크리트의 pH를 떨어뜨리고 다양한 경화체의 화학적 분해를 일으켜 골재를 노출시키거나 체적의 변화를 초래하여 결손 및 탈락을 유도한다. 즉 콘크리트 내부에 경화체로 존재하며 콘크리트가 강알칼리성을 가지는 데 지대한 영향을 미치는 수산화 칼슘(Calcium Hydroxide, Ca(OH)₂,과 콘크리트 경화체의 치밀한 조직을 형성하여 소정의 기계적, 물리적 성능을 발휘하도록 하는 C-S-H 겔(Calcium Silicate Hydrates gel)의 침식을 일으켜 콘크리트의 박리/박락을 일으킨다.

이상에서처럼, 산 침식환경에 노출되어 있는 콘크리트 부재는 기존 보수재료의 대부분을 차지하고 있는 염해나 중성화 환경과는 전혀 다른 물리 화학적 침식 메카니즘을 보인다. 따라서 이에 대한 보수 시 원할 성능을 발휘하기 위해서는 보수재료로써 기본적인 기계적, 물리적 특성을 가지면서 산 침식에 대한 저항성이 높은 재료가 필요하다.

현재 철근콘크리트구조물의 보수는 염해와 중성해를 입은 부재에 대한 보수가 대부분으로 여기에 대응하여 제조된 보수재료가 다른 양상으로 피해를 입은 부재의 부재에도 적용되고 있는 실정이다. 하지만 염해나 중성화에 의한 피해와 산과 그 염에 의한 화학적 피해는 작용하는 환경부터 엄연히 다르기 때문에 보수 후의 보수재의 열화 혹은 피해를 없애기 위해서는 산의 침식작용이 있는 환경에서는 내산성이 우수한 보수재료가 필요하다. 이에 본 발명은 폐유리의 우수한 내산성을 활용하며, 또한 현재 자원이 부족한 상태에 있는 잔골재의 대체재로 활용함으로써 자원재활용을 통한 환경부하를 저감할 수 있는 고부가가치의 단면수복형 내산성 보수재료를 제조하는 것이다.

콘크리트 구조물의 보수를 위한 재료 중 단면수복형 보수재료는 시멘트계 재료부터 합성수지 제품에 이르기까지 다양하게 존재하지만, 거의 대부분이 염해나 중성화를 입은 부재를 대상으로 개발되었기에 산성환경에 대한 영향이나 거동은 제품개발 및 설계단계에서 검토되지 않았거나, 검증되지 않은 성능으로 산 및 그 염에 의한 침식 열화를 입은 콘크리트 부재에 만능재료인 것처럼 적용되고 있는 실정이다.

콘크리트 구조물이 노출될 수 있는 산 침식환경은 석유화학공장, 제지공장, 석탄공장, 도시쓰레기 소각시설물 등 및 그 인근 구조물과 황산염이 많이 존재하는 도시하수구 및 각 가정의 생활 하수시설, 그리고 공동구나 지하구조물 같은 시설 구조물들과 농어업용 수로, 선착장, 부두와 같은 시설물들이 해당되는 등 무수히 많은 구조물들의 부재가 산 및 그 염의 침식 환경에 노출되어 있으며, 자원 절약 및 에너지절약, 건설산업의 환경부하를 줄이기 위한 목적으로 구조물의 사용연한의 증대가 필요하며, 이를 위해서는 부재에 대한 침식원인에 직접적으로 대응하여 충분한 보수능력을 발휘할 수 있는 보수재료를 적시에 보수를 실시하는 조치가 필요하다.

자원의 재활용의 측면에서 폐유리를 활용한 종래의 기술을 검토하여 보면, 폐유리를 기타의 광물질과 혼합한 후 용융하여 제조한 다공 유리나, 벽돌, 타일 등을 제조하는 기술이 존재하며, 폐유리를 콘크리트에 혼합하여 유리콘크리트를 제조하는 기술이 존재한다. 또한 시멘트나, 석고, 소석회 등과 혼합하여 보도블록, 가로수 보호대 등의 2차제품을 제조하는 기술도 존재한다. 하지만 이들 대부분은 폐유리를 재활용하기 위해서는 고온에서 가공하는 추가적인 에너지 소비를 필요로 하거나, 타대체재의 성능이나 수요가 많고 종류가 다양하게 존재하는 이유로 인하여 개발된 제품에 대한 적용실적이나 수요가 많지 않은 실정이다.

이상에서의 설명과 같이, 콘크리트 구조물에 대한 열화 환경 중 이미 일반적인 침식환경이라 볼 수 있는 산 및 그 염에 의한 침식환경 하에서 보수 성능을 충분히 발휘할 수 있는 보수재료가 필요하며, 본 발명은 현재 거의 대부분을 매립에 의존하고 있는 건설 폐기물인 폐유리를 활용하여 산에 의한 침식피해를 입은 콘크리트 구조물의 부재를 경제적인 방법으로 효율적인 성능을 발휘할 수 있는 단면복구형 내산성 보수재료의 조성물과 그 적용방법에 대하여 제안한다.

2004년의 통계조사 자료를 기준으로 보면, 전체 배출 폐기물 중 유리제품류는 연간 114,245톤이 발생하여 이 중 81,030톤이 재활용되고 33,215톤이 매립되고 있어, 재활용률이 높아 보이지만, 재활용되는 재활용품 중 대부분은 생활쓰레기의 형태로 배출되는 유리병이며, 건설현장에서 배출되는 폐유리는 아직 대부분 매립되고 있는 실정이다. 이에 건설현장에서 제로 이미션을 실현하고 환경부하량을 저감시키기 위해서는 폐유리의 재활용이 필요하다.

콘크리트 구조물은 내구연한 동안에 외부환경 열화인자로부터 침식을 받아 콘크리트가 박리 박락되며, 그 정도가 심해지면 콘크리트 속에 매입된 철근이 부식을 초래하여 내하력(load carrying capacity)등의 성능저하 현상이 발생하므로 내구연한 동안 구조물이 원활한 기능을 수행하도록 수시로 보수를 하게 된다.

다음은 경화 콘크리트 내부로 침식이온이 침투하였을 때의 콘크리트의 침식성 화학반응을 나타낸다.

<황산(H₂SO₄) 수용액에 의한 침식반응>

Ca(OH)₂ + HSO₄ ⇒ CaSO₄2H₂O //이수석고 생성//

3CaOAl₂O_{3 +} CaSO₄+2H₂O ⇒ 3CaOAl₂O₃3CaSO₄32H₂O //에트링가이트(팽창성물질)//

3CaOAl₂O₃3CaSO₄32H₂O + 2(33CaOAl₂O₃)⇒

3(CaOAl₂O₃CaSO₄12H₂O) //모노설페이트(수분흡수로 인한 추가팽창)//

<황산나트륨(Na₂SO₄) 수용액에 의한 침식반응>

Ca(OH)₂ + Na₂SO₄ ⇒ CaSO₄2H₂O + 2NaOH //이수석고 생성//

2(3CaOAl₂O₃12H₂O + 3(Na₂SO₄10H₂O) ⇒

3(CaOAl₂O₃3CaSO₄31H₂O + 2Al(OH)₃ + 6NaOH + 17H₂O //에트링가이트(팽창성물질)//

3CaOAl₂O_{3 +} CaSO₄+2H₂O ⇒ 3CaOAl₂O₃3CaSO₄32H₂O //에트링가이트(팽창성물질)//

<염산(HCl) 수용액에 의한 침식반응>

Ca(OH)₂ + HCl ⇒ CaCl₂ + 2H₂O //수산화칼슘의 분해로 인한 pH감소//

C-S-H gel + HCl ⇒ CaCl₂ + 2H₂SiO₃ //토버모라이트겔의 분해//

<탄산수(H₂CO₃)에 의한 침식반응>

CO₂ + H₂O ⇒ H₂CO₃ //탄산의 생성//

H2CO₃ + H₂O ⇒ H₃O+ + HCO₃- //탄산의 이온화//

CaCO₃ + H₂CO₃ ⇒ Ca(HCO₃)₂ //탄산칼슘의 분해//

이상의 침식반응에 대하여 적절하게 대응할 수 있는 보수재료가 개발되어야 하지만, 대부분 염해와 중성화 피해에 대한 보수에 한정되어 개발이 되었음에도 마치 만능재료인 것처럼 손상을 입은 거의 모든 콘크리트 부재에 적용되고 있는 실정에 있으므로 경제적인 방법으로 산 침식피해를 입은 부위를 보수하기 위한 보수재료가 필요하다.

이에 본 발명은 구성분 중 70%이상이 SiO₂성분인 건설폐기물의 형태로 배출되고 있는 폐유리에 대하여 내산성이 우수한 점을 활용하고 간단한 기계적 처리를 통해 입도조절이 가능하다는 점을 활용하여 콘크리트 구조물에 대한 단면수복형 내산성 보수재료의 조성물을 제조한다.

또한 폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료 조성물의 실제 열화된 콘크리트 부위에 적용시 구체 콘크리트와의 호환성을 증대시키기 위해 바탕조정용 재료로 Methyl Methacrylate(MMA)모노머와 아크릴계 실란 커플링제, 그리고 MEKP로 구성된 아크릴계 함침재가 조성되어 적용된다.

<폐유리를 활용한 단면수복형 보수재료 조성물의 제조>

본 발명은 폐유리의 내산성과 잔골재 대체 가능성을 활용하여 내산성 보수재료 조성물을 제조하는 것으로 보수재료로써 원활한 성능 발휘하기 위해서는 보수 재료에 기본적으로 요구되는 물리적 화학적 성능을 충분히 만족하여야 한다.

먼저, 폐유리가 잔골재로 활용되기 위해서는 No.4체(지름 5mm)를 통과하는 입도가 필요하다. 따라서 수집된 폐유리를 No.4체로 체가름하여 이를 통과하지 않은 폐유리에 대해서는 파쇄기를 이용하여 입경을 5mm미만이 되도록 조정한다. 표 1에는 입도조정이 된 폐유리의 입도분포와 조립률이 나타나 있다.

표 1

체의 크기	통과율
No. 4	99.85
No. 8	74.77
No. 16	31.45
No. 30	14.35
No. 50	11.33
No. 100	2.00
조립율 (F.M) : 3.76

입도 조정이 된 폐유리를, 화학적으로 안정하여 내수성, 내산성, 내용제성 등 내약품성이 우수하고 타재료와의 접착성이 우수한 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester resin)와 배합을 한다.

여기서, 폐유리는 각이 진 입형을 띄고 있으므로 최종 배합물의 내부에는 갖힌 공극(entrapped air)을 많이 만들어 성능저하를 초래하고, 시공성을 저하시키므로 탄 산칼슘(CaCO₃), 플라이애쉬(fly ash), 그리고 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag)를 충전재로 첨가함으로써 최밀충전을 유도하여 배합 조성물의 성능을 개선하고 작업성을 증가시킨다. 표 2에는 본 발명에 충전재로 사용된 각 재료의 물리적 화학적 특성이 나타나 있다.

표 2

구분	비표면적(/g)	비중 (20)	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O
플라아애쉬	3,613	2.22	52.6	33.4	4.60	0.7	0.7	0.3	0.6	4.5
고로슬래그	4,647	3.90	33.1	13.8	-	42.4	6.1	-	0.23	0.31
탄산칼슘	2,500	2.70	CaCO3 99.9%

산 및 그 염에 의한 침식은 결국 산성이온들과 그 염이 콘크리트 내부로의 침투하여 앞서 설명한 열화 메카니즘에 의한 결과이기 때문에 이들 충전재는 최밀충전을 유도하여 공극감소를 통한 강도 및 유해이온 침투저항을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 본 발명에서 결합재로 사용된 UP 수지의 사용량을 줄이는 역할을 한다.

본 발명의 단면수복형 내산성 보수재료의 조성물은 UP수지 100중량부와, 이에 대한 잔골재 800중량부 내지 650중량부와 잔골재 중량에 대한 폐유리의 대체율 0%(w/w)내지 100%(w/w), 탄산칼슘, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 100중량부, UP수지의 상온 경화를 위한 개시제(initiator)인 메틸 에틸 케튼 퍼옥사이드(Methyl Ethyl Keton Peroxide; 이하 MEKP라함) 1중량부로 구성된다. 표 3은 본 발명에 사용된 UP수지의 특성을 나타내고 있다.

표 3

산가(Acid value)	비중	점도	스틸렌 함량 (%)
23.0	1.12	125	40

<제조된 보수재료의 적용>

본 발명의 폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료의 조성물을 침식이 일어난 콘크리트 보수재료에 적용하는 경우에는 보수재료와 구체콘크리트 사이의 일체화와 호환성을 증대시키기 위해서 매개체역할을 할 수 있는 바탕조정용 함침재가 필요한 데, 본 발명에서는 MMA계 아크릴 함침재가 제시되며, 이 함침재는 보수재료와 고압수로 처리된 구체 콘크리트 노출면과의 화학적 결합력 및 접착력을 향상시키기 위한 재료로써 MMA 모노머 100중량부와 이에 대한 MEKP 개시제 1중량부, 그리고 아크릴계 실란 커플링제 1중량부로 구성된다. 표 4는 본 발명에서 함침재로 사용된 재료의 특성을 나타내고 있다.

표 4

구분	제조처	비중	분자량
MMA	국산	0.94	100
실란 커플링제	국산	1.05	250

<조성물의 적용방밥 >

이상에서는 본 발명의 조성물을 제조하는 방법을 설명하였으며, 여기서는 제조된 조성물을 산 및 그 염에 의해 침식된 콘크리트 부위에 적용하는 방법에 대해서는 아래 도면을 통해 상세한 설명을 하도록 한다.

<도면에 대한 상세한 설명>

발명의 해결 방법에 대한 이상의 설명에 도면을 참조하여 상세한 설명을 한다.

도 1은 폐유리를 입도조정하여 단면수복형 내산성 보수재료를 만들기 위한 제조과정을 도식적으로 표현한 작업이다.

도1의 부호 1은 수집된 폐유리를 잔골재로 활용하기 위해 최대치수가 5mm이하가 되도록 No.4체를 이용하여 체가름을 실시하는 작업이다.

부호 2는 체가름을 실시한 폐유리 시료 중에서 체에 남는지의 여부를 판단하는 단계이다.

부호 3은 체가름 후 No4. 체에 남아 있는 시료에 대하여 파쇄기를 이용하여 파쇄를 하는 작업이다.

부호 4는 체가름을 통해 최대 크기가 5mm이하가 되도록 입도조정이 된 폐유리와 충전재로 사용하게 될 탄산칼슘, 플라이애쉬, 고로슬래그, 결합재인 UP수지를 계량하는 작업이다.

부호 5는 계량된 재료 중에서 폐유리, 잔골재, 충전재를 건비빔을 충분히 실시하는 작업이다.

부호 6은 건비빔을 실시한 시료에 결합재인 UP수지를 혼입하여 교반기를 이용해 3분간 충분히 예비 혼합을 실시하는 작업을 나타낸다.

부호 7은 예비 홉합된 시료에 상온에서 경화가 되도록 경화개시제인 MEKP를 혼입하여 교반기를 이용하여 1분 30초간 충분히 혼합하는 작업을 나타낸다.

도 2는 도 1을 통해 준비된 본 발명의 단면수복형 내산성 보수재료에 대하여 실제 산 침식을 받아 열화된 콘크리트 부위에 적용하는 절자를 도식적으로 표현한 것이다.

도 2의 부호 1은 산 침식에의해 열화된 콘크리트 부위를 정, 망치, 브레커를 이용하여 제거하고, 고압수를 이용하여 깨끗하게 정리하는 작업을 나타낸다.

부호 2는 고압수를 이용하여 정리된 콘크리트 노출면을 표면 함침재가 잘 침투할 수 있도록 건조시키는 작업을 나타낸다.

부호 3은 건조된 콘크리트 노출면에 결합수지인 MMA 100중량부와 MMA 중량부에 대하여 개시제인 MEKP 1중량부, 촉진제 DMA(N,N-dimethyl aniline) 1중량부로 구성되는 표면 함침재를 도포하는 작업을 나타낸다.

부호 4는 폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료 배합물의 타설을 준비하는 작업을 나타낸다.

부호 5는 본 발명의 단면수복형 내산성 보수재료 배합물을 흙손을 이용하여 골고루 펴바르는 작업을 나타낸다.

부호 6은 보수 부위를 보호하고, 원활한 양생이 되도록 상업적으로 널리 알려져 있는 MMA 모르타르를 표면보호재로 도포하는 작업이다.

도면 3은 산 및 그 염이 콘크리트 내부로 침입하여 팽창성물질을 생성함으로써 콘크리트 부재의 일부를 탈락시키는 상황에 대하여 도식적으로 표현한 것으로, 침식을 받은 콘크리트는 앞서 설명바와 같이 대부분 팽창성 물질을 생성함으로써 팽창압이 콘크리트의 인장강도를 초과하는 경우 최초 균열을 발생하며, 그 상황이 더욱 가속화된다. 침식이 더욱 심하게 되면 침식면적과 침식부위가 확대되면서 콘크리트 덮개가 떨어져나가는 현상이 발생하게 된다.

도면 4는 산 및 그 염에 의해 침식을 받은 콘크리트 부재에 대하여 본 발명에서 조성된 보수재료와 적용방법을 토대로 실시되는 보수작업을 도식적으로 표현한 것으로 산 침식이 발생했을 경우에는 침식 받은 부위를 벗겨내고, 그 위에 본 발명에서의 제시하고 있는, 구체 콘크리트와 보수재료사이의 호환성과 일체성을 높이기 위해 MMA100중량부에 대하여 1중량부의 아크릴계 실란 커플링제가 포함된 바탕조정용 MMA계 아크릴 함침재를 도포하여 표면부의 강성과 탄성계수를 높이는 작업을 한다. 함침재가 도포된 면 위에는 본 발명의 폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료를 펴발라서 탈락된 콘크리트 부재의 단면을 복구한다. 마직막으로 보수부위 양생과 보호를 위해 MMA 폴리머 모르타르를 적용한다.

발명의 중요한 용도

본 발명은 자원의 재활용률을 높임으로써 자연 환경을 보호하고 환경부하를 저감시키는 차원에서 건설폐기물인 폐유리의 재활용률을 높임과 동시에 산 침식환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물의 단면수복형 보수재료로 활용함으로써 새로운 가치를 창출할 수 있도록 고안되었다.

또한 산성부식환경에 대한 맞춤형 보수재를 제조함으로써 콘크리트 유지보수 관련 기술에서 요소 기술화할 수 있을 뿐만 아니라 건축공학적 측면에서는 구조물의 수명증대를 꾀할 수 있으며, 자원재활용 측면에서는 에너지를 절약하고, 건설현장에 서 제로 이미션을 실현하는 중요한 기술이다.

또한 본 발명에서의 폐유리를 활용한 단면수복형 보수재료의 조성물과 그 적용방법은, 구조물의 수명증대를 위해서 구조물의 보수와 보강이 무엇보다도 중요한 시점에서 산 및 그 염의 침식환경에 노출된 콘크리트 부재의 기능과 성능을 회복하는 데 중요한 역할을 수행할 것으로 기대되며, 내산성과 부착강도, 경화수축 등의 기계적 특성면에서 우수하다는 장점으로 시멘트계 단면수복형 보수재료나 폴리머 모르타르 등에 대한 대체재로 활용이 기대된다.

실시예

본 발명에서의 조성물에 대한 실시예 중 일부분을 다음과 같이 나타낸다.

[실시예1]

<폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료 조성물 특성>

실시예1은 결합재인 UP수지 100중량부에, 폐유리 800중량부과 고로슬래그 100중량부, MEKP 1중량부로 구성된 조성물을 상기의 배합 방법에 따라서 교반한다.

비교예1은 보통포틀랜드 시멘트100중량부, 이에 대한 실리카흄 10중량부, 규사 6호 200중량부를 혼합하여 단면수복용 보수재료로 사용되는 배합으로 구성되어 있다.

비교예2는 현장에서 보수재료로 사용되고 있는 에폭시 레진모르타르의 배합이다.

실시예의 결과를 비교예의 결과와 비교하여 보면, 전반적으로 우수한 물리적 성능을 가지고 있으며, 산 및 그 염에 대한 저항성에서도 비교예1과 2와 비교하여 우수 한 성능을 가지고 있다.

시험결과 시험 세부항목		시험방법	실시예1 시험결과			비교예1			비교예2			추천 성능기준*1
구분	세부구분
기초물성	압축강도	재령 28일	80.6MPa			45.8MPa			64.2MPa			>40MPa
	휨강도	재령 28일	20.7MPa			3.7MPa			32MPa			-
	경화수축	재령 28일	2.2 ×10-4			128×10-4			246×10-4			<4×10-4
	부착강도*2	구체콘크리트	2.4MPa			0.8MPa			2.7MPa			>2.5MPa
			침지기간			침지기간			침지기간
			3일	28일	91일	3일	28일	91일	3일	28일	91일
내산성	중량변화 (%)	H2SO4 10% 수용액	1.2%	3.4%	3.6%	19%	42%	64%	1.8%	4.8%	7.1%	-
		Na2SO4 5% 수용액	0.0%	0.8%	1.1%	8%	23%	35%	0.3%	1.0%	2.3%	-
	압축강도 (MPa)	H2SO4 10% 수용액	77.4	70.9	64.5	27.9	20.2	17.9	55.2	48.2	37.9	-
		Na2SO4 5% 수용액	78.2	74.2	70.1	39.4	33.4	30.2	62.3	52.0	47.5	-
	휨강도 (MPa)	H2SO4 10% 수용액	18.8	17.4	16.1	13.0	9.5	7.7	29.1	26.6	24.0	-
		Na2SO4 5% 수용액	20.1	18.2	16.4	17.8	9.9	8.1	31.4	29.8	27.5	-
*1 추천성능기준이라 함은 콘크리트 보수재료로써 최소한으로 만족해야하는 요구성능을 말한다. 비록 규격서에는 아직 규정되어 있지 않지만, 보편적으로 요구되는 성능 수치이다. *2 부착강도는 함침재가 도포되지 않은 구체콘크리트 위에서 실시되었음.

<제조된 보수재료 조성물의 열화된 콘크리트 부재에 적용 시험>

제조된 보수재료의 조성물에 대하여 실제 열화된 콘크리트 부재에 적용하기 위해 앞서 설명한 바와같이 사전에 콘크리트 열화부위를 제거한 후 고압수로 보수면을 세척하고 건조하는 과정이 필요하다. 건조후 노출면에 상기에서 기술한 본 발명의 아크릴계 실란 커플링제를 함유하고 있는 바탕조정용 MMA계 아크릴 함침재를 도포 한다. 도포된 면 위에 본 발명의 단면수복형 내산성 보수재료를 타설함으로써 보수가 완료되며, 적용된 보수재의 성능은 표 6의 적용예와 같다.

본 발명의 보수재료를 열화 부위에 적용한 결과, 적용 전 파악된 물리적 성능과 비슷하게 나타났으며, 본 발명에서 제시된 아크릴계 실란 커플링제를 함유한 MMA계 아크릴 함침재와의 호환성이 양호한 것으로 파악되지만, 비교예1과 2의 경우에는 적용 시 물리적 성능이 다소 떨어지는 현상을 보였다.

시험항목		시험방법	시험결과	비교예1	비교예2	비고
구분	세부구분
기초물성	부착강도	재령 28일	3.8MPa	0.7MPa	1.6MPa
	압축강도(시료채취)	재령 28일	79.4MPa	43.7MPa	63.1MPa
	휨강도 (시료채취)	재령 28일	28.3MPa	11.4MPa	25.2MPa

[실험예2]

<폐유리를 활용한 단면수복형 내산성 보수재료 조성물 제조>

실시예2는 결합재인 UP수지 100중량부에, 폐유리 150중량부, 규사 650중량부와 플라이애쉬 100중량부, MEKP 1중량부로 구성된 조성물을 상기의 배합 방법에 따라서 교반한 배합물에 대한 물리적 성능과 내산성을 파악한 것이다.

비교예1과 비교예2는 앞선 실시예1에서의 비교예와 같은 배합물로 이뤄졌다.

시험결과 시험 세부항목		시험방법	실시예1 시험결과			비교예1			비교예2			추천 성능기준*1
구분	세부구분
기초물성	압축강도	재령 28일	90.7MPa			45.8MPa			64.2MPa			>40MPa
	휨강도	재령 28일	20.3MPa			3.7MPa			32MPa			-
	경화수축	재령 28일	2.8×10-4			128×10-4			246×10-4			<4×10-4
	부착강도*2	구체콘크리트	3.1MPa			0.8MPa			2.7MPa			>2.5MPa
			침지기간			침지기간			침지기간
			3일	28일	91일	3일	28일	91일	3일	28일	91일
내산성	중량변화 (%)	H2SO4 10% 수용액	0.2%	1.4%	2.8%	19%	42%	64%	1.8%	4.8%	7.1%	-
		Na2SO4 5% 수용액	0.0%	0.3%	0.8%	8%	23%	35%	0.3%	1.0%	2.3%	-
	압축강도 (MPa)	H2SO4 10% 수용액	85.2	75.0	68.2	27.9	20.2	17.9	55.2	48.2	37.9	-
		Na2SO4 5% 수용액	88.9	85.3	80.7	39.4	33.4	30.2	62.3	52.0	47.5	-
	휨강도 (MPa)	H2SO4 10% 수용액	19.1	17.1	15.8	13.0	9.5	7.7	29.1	26.6	24.0	-
		Na2SO4 5% 수용액	20.1	18.1	16.8	17.8	9.9	8.1	31.4	29.8	27.5	-
*1 추천성능기준이라 함은 콘크리트 보수재료로써 최소한으로 만족해야하는 요구성능을 말한다. 비록 규격서에는 아직 규정되어 있지 않지만, 보편적으로 요구되는 성능 수치이다. *2 부착강도는 함침재가 도포되지 않은 구체콘크리트 위에서 실시되었음.

<제조된 보수재료 조성물의 열화된 콘크리트 부재에 적용>

실험예2에는 제조된 내산성 보수재료에 대하여 실제열화된 보수 부위에 적용실험한 결과가 표 8에 나타나 있다.

시험항목		시험방법	시험결과	비교예1	비교예2	비고
구분	세부구분
기초물성	부착강도	재령 28일	2.8MPa	0.7MPa	1.6MPa
	압축강도(시료채취)	재령 28일	89.5MPa	43.7MPa	63.1MPa
	휨강도 (시료채취)	재령 28일	32.3MPa	11.4MPa	25.2MPa

본 발명을 통해 건설 현장에서 폐기물로 방출되어 대부분 매립에 의존하고 있는 폐유리에 대하여 단면수복형 내산성 보수재료의 구성물로 제조함으로써 자원 재활용을 통한 에너지 절약 및 환경부하를 감소시키는 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대한다. 또한 상기의 실험예에서 보인 바와 같이 기존의 단면수복재와의 성능 비교에서 우수한 성능을 보이고 있기 때문에 구조물의 장수명화를 꾀하고, 유지관리의 효율성을 증대시킬 수 있는 유용한 보수재료 활용이 가능할 것으로 기대되며, 또한 근래의 자연환경이 산성화되고, 콘크리트 구조물이 혹독한 환경에 노출됨에 따라 사용수명 내에 원활하게 기능을 유지하기 위해서는 적절한 시기에 열화 원인에 맞는 보수가 이뤄져야 한다. 특히 산성 환경에 노출된 부재의 경우, 기존에는 염해나 중성화를 입은 부재를 대상으로 한 보수재료가 적용되어왔지만, 산 및 그 염에 대한 저항성이 우수한 재료로 열화원인에 잘 대응할 수 있는 보수재료가 필요하기에 본 발명의 단면수복형 내산성 보수재료가 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다.

Claims (2)

1. 건설 폐기물인 폐유리를 콘크리트 구조물 보수를 위한 단면 복구형 내산성 보수재료로 재활용하기 위한 조성물에 있어서

   아크릴계 실란 커플링재가 구체 콘크리트와의 접착력을 향상시키기 위해 UP수지 100중량부에 대하여 1중량부 포함되도록 함을 특징으로하는 단면복구형 내산성 보수재료 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 결합재인 UP수지 100중량부와 이에 대한 잔골재 800중량부 내지 650중량부와 잔골재 중량에 대한 폐유리의 대체율 0%(w/w)내지 100%(w/w), 탄산칼슘, 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 100중량부, UP수지의 상온경화를 위한 개시제(initiator)인 MEKPO 1중량부로 구성된 단면수복형 내산성 보수재료 조성물

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