본 발명에 따르면, 철근콘크리트 구조물에 있어서 염해, 중성화 또는 이들의 복합현상에 의하여 부식한 철근의 보수 및 예방을 위한 방법에 있어서,
먼저 콘크리트 표면을 고압 수 세척에 의한 물 청소 후 건조 및 표면 거칠기를 확보하는 공정;
손상된 콘크리트표면 위에 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제를 도포하는 공정;
상기 복합 알칼리 회복제 도포층 위에 비닐을 밀봉하여 콘크리트를 양생하는 공정;
콘크리트 표면의 강도 향상 및 표면 피복재와의 부착강도를 증가하기 위하여 상기 복합 알칼리 회복제 도포층위에 수성표면강화제를 도포하는 공정;
표면피복으로 산소 및 수분의 침투를 억제하기 위하여 표면피복재를 도포하는 공정;과
마감 도재층을 형성하는 공정;
으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제를 사용한 철근 부식 보수 및 억제방법이 제공된다.
또, 콘크리트의 중성화 및 염해에 의해 철근이 부식된 경우 상기 비닐 밀봉하여 콘크리트를 양생시키는 공정 후 노출된 철근에 방청모르터를 도포하는 공정이 추가되며, 상기 수성 표면 강화제 도포공정 후 방청 단면수복재 시공층을 형성하는 공정이 추가되어 이루어지는 것도 특징으로 한다.
게다가, 상기 최종의 마감 도재층이 내재염분이나 비래염분의 함유로 콘크리트에 염소이온이 포함되어 있는 경우 염소이온의 침투를 억제시키기 위하여 탄성 마감 도재가 도포되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제는 고 알칼리성 수용액 50∼70중량%와 아질산계 방청제 30∼50중량%로 이루어지며, 상기 고 알칼리성 수용액은수산기(OH-)를 베이스로 하는 강알카리성 특급 시약, 또는 시멘트 수화 반응 상등 수 또는 레미콘 공장 폐수 수를 정제한 수용액을 베이스로 하여 제조된 것을 적용할 수 있다. 또한, 상기 아질산계 방청제는 아질산 나트륨, 아질산 칼슘 또는 아질산 리튬 중의 어느 하나 또는 이들 2이상의 복합물이며, 경우에 따라 여기에 분산제, 지연제 또는 철근 흡착형의 방청성분이 추가될 수 있다.
상기 표면피복재가 3 : 1비율의 무기질 시멘트 파우더와 SBR계 라텍스의 혼화액에 고형분의 아질산계 방청제가 상기 무기질 시멘트 파우더 중량의 10%이내로 혼입되어 이루어지는 것을 또한 특징으로 한다.
더욱이, 상기 방청 단면수복재가 단섬유 혼입 특수 시멘트 파우더와 SBR계 라텍스 혼화액에 아질산계 방청제가 소량 혼입되어 이루어지는 것도 특징으로 한다.
본 발명에 따라 염해, 중성화 또는 이들의 복합현상에 의하여 손상된 콘크리트 표면을 고압 수에 의하여 물 청소하여 세척하고 건조한 다음 표면 거칠기를 확보하여 표면적을 넓힌 후 상기 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제를 도포하여 비닐로 밀봉하면, 상기 복합 알칼리 회복제가 대기 중으로 증발하지 않고 콘크리트 내부 깊숙이 침투하여 중성화된 콘크리트는 알칼리성을 단 시일내에 회복함과 동시에 콘크리트내 염소이온의 흡착에 의하여 염소이온 고정 및 철근의 부동태 피막을 재생시키게 된다.
또한, 상기 수성 표면 강화제 도포에 의하여 콘크리트 표면의 강도 및 표면피복재와의 부착강도가 증가하고 상기 수성 표면 강화제 위에 도포되는 상기 표면피복재의 작용으로 산소 및 수분의 침투를 억제하고 마감 도재의 도포에 의하여 염소이온의 침투를 억제하는 작용을 하므로 염해 및 중성화의 억제 및 부식된 철근을 보수하게 된다.
즉, 콘크리트 표면에 본 발명 특유의 수성 고알칼리성 복합 알칼리 회복제를 도포하고 그 위에 수성의 콘크리트 표면 강화제를 도포함으로써 콘크리트내의 수화생성물인 수산화칼슘과 콘크리트내로 침투한 고 알칼리성인 복합 알칼리 회복제가 수성 콘크리트 표면 강화제의 실리카 성분과 반응하여 불용성의 포졸란(pozzolan)을 생성함으로써 콘크리트의 공극을 메꾸어 콘크리트 표면강도를 증가시키게 된다.
철근이 많이 부식되어 노출된 경우, 일단 철근의 녹청을 제거한 후 상기 복합 알칼리회복제를 도포하고 비닐 밀봉하여 철근에 부동태 피막을 재생하고 노출된 철근부위에 무기질 시멘트파우더, SBR계 라텍스와 아질산계 방청제로 이루어지는 상기 방청모르터를 도포하여 철근의 부동태 피막의 재생을 가속시키고, 또한 상기 방청 단면수복재를 도포하여 콘크리트 탈락부의 단면을 수복하고 철근 주위의 방청환경을 회복시킴으로써 부식된 철근을 완전히 보수할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 특징을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2는 이산화탄소에 의해 콘크리트가 중성화 될 우려가 있거나, 콘크리트 표면 일부에 중성화가 진행된 콘크리트에 대하여 적용한 제1구체례의 단면도를 나타낸 것으로, 우선적으로 콘크리트(1) 표면을 고압 수로 세척하고 건조 및 통상의 공정에 따라 표면 거칠기를 확보하고 콘크리트(1) 표면에 복합 알칼리 회복제를 도포하여 소정 두께의 복합 알칼리회복제 도포층(3)을 형성하여 중성화된 콘크리트의 알칼리도를 회복시킨다. 여기서, 상기 복합 알칼리 회복제 도포층(3) 위에 비닐을 밀봉하여 상기 복합 알칼리 회복제의 증발을 막고 콘크리트(1) 내부로의 침투도를 높여서 콘크리트(1)의 양생효과를 높인다.
그 후 상기 비닐을 제거한 다음 통상의 수성 표면 강화제를 도포하여 콘크리트(1) 표면의 강도 및 후속 표면 피복재와의 부착강도 증가시키기 위하여 수성 표면 강화제 도포층(4)을 형성한다. 그리고 특수 무기질 시멘트 파우더와 SBR계 라텍스의 혼화액에 아질산계 방청제가 혼입된 표면피복재(5)를 시공하여 산소 및 수분의 침투를 억제하고 일반 마감도재층(6)의 적층으로 마무리함으로써 중성화 및 염해의 근본 원인을 치료 및 억제할 수 있다.
또 도3은 철근위치까지 중성화가 진행되었으나 철근에 부식이 발생되지 않은 경우의 제2구체례로서, 상기와 같이 처리를 하되, 복합 알칼리회복제도포층(3) 형성과 비닐 밀봉하는 공정을 수회 반복하여 상기 복합 알칼리 회복제가 콘크리트(1) 내의 철근(2) 위치까지 깊숙이 침투되도록 한다. 특히, 이 공정은 시공결함에 의하여 피복두께 부족으로 철근(2)이 콘크리트(1) 표면 가까이 있는 경우에 대하여 매우 유효한 공법으로서 철근(2)의 부식을 방지하는데 매우 효과가 높다.
도4는 해사사용 등에 의하여 콘크리트(1) 내부에 임계 철근 부식 발생 이상의 과다 염소이온이 포함되어 있으나 철근 부식이 발생되지 않은 경우에 적용된 경우(내재 염분 경우: 제3구체례)로서, 상기 도3에서의 처리절차와 거의 동일하나 염소이온 농도가 높은 경우 고농도의 무기질 아질산 도포형 방청제를 도포하고, 마무리 도재공정시 마감도재층(6)으로서 탄성 마감 도재를 도포함으로써 염소이온의 침투를 억제하므로 콘크리트내에 염분이 과다하게 존재하는 경우 염해 원인의 치료 및 억제를 위해서 특히 바람직한 보수공법이다.
또한, 상기 도4의 경우와 유사한 경우로서, 도5는 해안가 구조물의 비래염분 (파도, 해수포말 등) 및 도로 동결방지 융설제 사용에 의하여 콘크리트내에 염소이온이 침투하여 철근이 부식 할 우려가 있으나 철근 부식이 발생되지 않되 비래 염분이 내재하는 경우에 적용되는 구조를 나타낸 것이다(제4구체례). 이때는 상기 도4에서의 공법에서와 동일하나 마지막 마감 도재층(6) 공정시 보다 성능이 우수한 탄성마감 도재를 도포하는 것이 비래염소이온의 침투를 확실히 억제할 수 있어 좋다.
또 도6은 중성화로 인하여 철근이 부식하여 콘크리트가 박락한 경우의 보수에 적용한 제5구체례로서, 먼저 다소의 콘크리트 박락부 및 철근의 녹을 제거한 다음 상기 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제 도포층(3)의 형성으로 중성화된 콘크리트의 알칼리성을 회복한 후, 철근의 부동태 피막 재생을 촉진시키기 위해 노출된 철근부위에 특수 무기질 시멘트 파우더, SBR계 라텍스 및 아질산계 방청제로 이루어지는 방청모르터 도포층(7)을 형성한다. 그 후 상기와 마찬가지로 수성 표면 강화제 도포층(4)을 적층한 다음, 콘크리트 탈락 부 단면수복 및 철근 주위 방청환경 회복을 위하여 단섬유 혼입 특수 시멘트 파우더와 SBR계 라텍스 혼화액에 아질산계 방청제 혼입되어 이루어지는 방청 단면수복재 시공층(8)을 형성하고 표면피복재(5)를 적층하여 산소 및 수분의 침투를 억제한 후 일반 마감 도재층(6)으로 구성된 경우로서 중성화에 의한 철근 부식 원인 치료 및 중성화 재발 방지를 위해 바람직한 시스템 보수공법이다.
또 도7 및 도8은 각기 해사사용 등에 의하여 콘크리트 내부에 임계 철근 부식 발생 이상의 과다 염소이온이 포함되어 철근이 부식해 콘크리트가 박락한 내재 염분의 경우(제6구체례)와 해안가 구조물의 파도, 해수포말 등의 비래염분 및 도로 동결방지 융설제 사용에 의하여 콘크리트내에 염소이온이 침투하여 철근이 부식해 콘크리트가 박락한 비래 염분이 내재한 경우(제7구체례)의 보수공법을 적용한 것을 나타내고 있다. 이들 경우는 상기 도6에서와 동일한 공정에 의하여 진행되나, 도7 및 도8에서의 경우에는 마지막 마감 도재층(6)이 탄성마감 도재가 도포되어 이루어지는 점이 상이하다. 이렇게 할 경우 콘크리트내에 염분이 과다하게 존재하는 경우의 염해의 원인을 확실하게 치료할 수 있고 철근부식의 재발을 방지할 수 있다.
다음에 본 발명의 특징 및 효과를 보다 명백히 나타내기 위하여 특정 실시례를 들어 기술하나, 이들 실시례에 의하여 본 발명은 한정되지 않고 본 발명의 범주 및 첨부된 특허청구의 범위 내에서 변형 및 정정이 가능함을 본 분야에 숙지된 자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
(실시례 1)
본 발명에 따라 함침제로는 수산화 칼슘을 베이스로 하는 고 알칼리성 수용액 60중량%에 아질산계 방청제로서 아질산 칼슘을 40중량% 첨가하여 형성된 복합 알칼리 회복제를 사용하고, 또 3 : 1비율의 무기질 시멘트 파우더와 SBR계 라텍스의 혼화액에 고형분의 아질산계 방청제가 상기 무기질 시멘트 파우더 중량의 8% 혼입한 액을 표면피복재로 하였으며 통상의 수성페인트로 마감 도재한 경우와, 이의 대조 비교를 위하여 다음 표1에서의 18가지 시료를 준비하여 동일 조건 및 공법하에서 함침제 및 표면피복재의 중성화 억제의 성능을 검증하여 보았다.
그 결과, 표1에서와 같이 본 발명과 거의 동일하게 준비된 18번 시료의 경우 중성화 억제효과가 우수한 것으로 나타났으나, 타 시료들은 그 성능이 대단히 저조하였다.
그리고, 상기와 같은 제제를 사용하는 본 발명에 따른 중성화 억제 공법은 3번 시료의 무 함침제 및 표면피복재와 비교할 경우 약 1/10까지의 중성화 억제 효과가 있었다.
[표 1] 중성화억제공법실험결과표
번 호 |
W/C(%) |
함침제종류 |
표면피복재종류 |
마감재종류 |
중성화 깊이 (mm) |
2일 |
7일 |
14일 |
21일 |
비율* |
1 |
45 |
- |
- |
- |
5.9 |
8.7 |
10.8 |
14.7 |
0.57 |
2 |
55 |
- |
- |
- |
9.1 |
12.3 |
16.0 |
19.2 |
0.74 |
3 |
65 |
- |
- |
- |
11.7. |
14.7 |
21.5 |
26.0 |
1.00 |
4 |
- |
- |
수성 페인트 |
8.8 |
12.7 |
17.0 |
21.0 |
0.81 |
5 |
- |
- |
유성 페인트 |
4.7 |
10.6 |
13.2 |
15.5 |
0.60 |
6 |
- |
- |
발수제 |
10.8 |
15.5 |
10.2 |
23.7 |
0.91 |
7 |
- |
- |
탄성마감재(국산) |
3.5 |
4.1 |
4.7 |
6.8 |
0.26 |
8 |
- |
페이스트 |
- |
10.2 |
16.7 |
20.7 |
23.5 |
0.90 |
9 |
- |
페이스트 |
수성 페인트 |
11.0 |
14.2 |
18.0 |
22.5 |
0.87 |
10 |
방청알칼리회복제(국산 개발) |
SBR모르터(국산) |
- |
4.7 |
6.9 |
8.4 |
12.0 |
0.46 |
11 |
방청알칼리회복제 + 수성 표면강화제 |
SBR모르터(국산) |
수성 페인트 |
4.0 |
6.5 |
7.6 |
11.4 |
0.44 |
12 |
표면강화제 (외국) |
SBR모르터(외국) |
- |
8.1 |
13.8 |
16.3 |
20.5 |
0.79 |
13 |
표면강화제 (외국) |
SBR모르터(외국) |
수성 페인트 |
8.4 |
10.6 |
16.3 |
19.5 |
0.75 |
14 |
표면강화제(외국) |
방청시멘트(외국) |
- |
11.5 |
15.2 |
19.0 |
22.5 |
0.87 |
15 |
표면강화제(외국) |
방청시멘트(외국) |
- |
10.9 |
13.3 |
15.5 |
21.0 |
0.81 |
16 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
수성 페인트 |
7.7 |
11.0 |
14.5 |
19.5 |
0.75 |
17 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
탄성마감재(외국) |
3.6 |
6.8 |
10.2 |
12.0 |
0.46 |
18 |
방청알칼리회복재 + 수성 표면강화제 |
SBR모르터(국산) |
탄성마감재(국산) |
1.2 |
1.8 |
2.4 |
2.9 |
0.11 |
* W/C 65% 3번 시험체(표면피복 없음)에 대한 중성화 억제 비율
** 중성화 촉진 조건 : 40℃, 40% RH, CO2농도 10%
*** 시험방법 : 페놀프탈레인 용액 1% 분무 시험후 색 변화 측정
(실시례 2)
상기 실시례1에서의 본 발명에 따른 제제와 표2에 기재된 여러 준비 시료를 사용하여 염해 억제공법을 각기 적용하고 염소이온 침투 차단 성능을 비교 검증하기 위하여 포화염화나트륨(NaCl)수용액에 90일간 침지하고 0.1% 플루오렛세인나트륨 수용액을 분무한 후 2% 질산은수용액을 분무하여 색 변화를 살펴보는 포화 염수 침지 시험을 각기 실시하였다.
그 결과, 함침제와 표면피복재 처리를 하지 않은 시료 3번과 비교하여 본 발명에 의한 제제를 사용할 경우 염해 억제 공법에서 약 1/10까지 염소이온 침투 차단 효과가 있어 상당한 성능이 있음을 확인할 수 있었다.
반면에 타 준비시료들의 성능은 저조하여 개선의 여지가 있었으나, 그 중 본 발명에 의한 방식과 가장 유사한 시료 18번의 경우 염소이온 침투 차단 효과가 역시 약간 우수한 것으로 나타났다.
[표 2] 염소이온 침투 차단 성능 실험 결과표(염해 억제 공법)
번 호 |
W/C(%) |
함침제종류 |
표면피복재종류 |
마감재종류 |
염소이온침투깊이침지시간(mm,90일) |
90일 |
비율 |
1 |
45 |
- |
- |
- |
15.2 |
0.63 |
2 |
55 |
- |
- |
- |
19.7 |
0.81 |
3 |
65 |
- |
- |
- |
24.3 |
1.00 |
4 |
- |
- |
수성페인트 |
24.0 |
0.99 |
5 |
- |
- |
유성페인트 |
20.3 |
0.84 |
6 |
- |
- |
발수제 |
23.1 |
0.95 |
7 |
- |
- |
탄성마감재(국산) |
4.3 |
0.18 |
8 |
- |
페이스트 |
- |
23.5 |
0.97 |
9 |
- |
페이스트 |
수성페인트 |
21.0 |
0.86 |
10 |
방청알칼리회복재(국산) |
SBR모르터(국산) |
- |
9.3 |
0.38 |
11 |
방청알칼리회복재+ 수성표면강화제 |
SBR모르터(국산) |
수성페인트 |
8.9 |
0.37 |
12 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
- |
23.5 |
0.97 |
13 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
수성페인트 |
24.0 |
0.99 |
14 |
표면강화제(외국) |
방청시멘트(외국) |
- |
24.3 |
1.00 |
15 |
표면강화제(외국) |
방청시멘트(외국) |
- |
23.5 |
0.97 |
16 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
수성페인트 |
21.4 |
0.88 |
17 |
표면강화제(외국) |
SBR모르터(외국) |
탄성마감재(외국) |
7.8 |
0.32 |
18 |
방청알칼리회복재+수성표면강화제 |
SBR모르터(국산) |
탄성마감재(국산) |
2.8 |
0.12 |
* W/C 65% 3번 시험체(표면피복 없음)에 대한 염해 억제 비율
(실시례 3)
또 본 발명에 따를 경우의 방청성능을 검증하기 위하여 다음 표3과 같은 시료를 각기 사용하여 부식이 안된 원형 철근을 모래 절건 중량으로 염화나트륨 0.00%, 0.04%, 0.10%, 0.30%, 0.60%를 중량비로 혼입한 시멘트 모르터에 매설하고 염해 억제 보수 공법을 각기 실시한 후 80℃ 95% 2일, 80℃ 45% 2일을 1사이클로 하여 부식촉진 시험을 8사이클 실시하였다. 시험 종료 후 철근을 꺼내어 철근의 부식 면적률을 측정하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 방청성이 있는 복합 알칼리 회복제와 방청모르터 및 표면피복재를 적용한 경우 다른 침투성 방청제 및 표면강화재를 이용한 시료 보다 염분이 0.04%(콘크리트내 0.3kg/m3염소 이온량으로 일반 콘크리트 구조물 염소 이온 규제 값에 해당) 및 0.10%(콘크리트내 0.6kg/m3염소 이온량에 해당) 혼입된 경우에 있어 철근 위치까지 복합 알칼리 회복제의 방청성분이 침투하여 철근의 부동태를 재생시키기 때문에 매우 우수한 방청성능을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 염분이 0.3% 이상 혼입되면 본 발명에 의한 방법으로도 방청성능이 확보되는 것이 어렵기 때문에 철근 부위까지 콘크리트를 털어 내거나 탈염화 (Desalination)방식에 의해 전기화학적으로 염소이온을 강제적으로 콘크리트 표면으로 이동시켜 염분을 제거하는 등의 특수 공법이 필요한 것으로 판단되었다.
[표 3] 철근 방청 성능 실험 결과 표 (염해 억제 공법)
번호 |
함침제 |
방청모르터 |
표면 피복재 |
철근 부식 발생 면적율 (%) |
0%* |
0.04%* |
0.10%* |
0.30%* |
0.60%* |
1 |
- |
- |
- |
5.4 |
15.5 |
33.0 |
49.2 |
98.5 |
2 |
본 발명의 복합 알칼리 회복제 |
본 발명의 방청모르터 |
본 발명의 SBR계 시멘트 모르터 |
2.1 |
2.5 |
3.2 |
34.4 |
61.7 |
3 |
A사 제품(방청성분 없음)규산 리튬 혼입 |
방청모르터(국산) |
SBR계시멘트 모르터(국산) |
4.3 |
12.0 |
29.0 |
51.0 |
95.4 |
4 |
B사 제품(방청성분 있음)기화성 방청제 |
방청모르터(국산) |
SBR계 시멘트 모르터(국산) |
4.5 |
2.8 |
7.4 |
39.3 |
73.5 |
5 |
C사 제품(방청성분 없음)비정질 실리카 |
방청모르터(국산) |
SBR계 시멘트 모르터(국산) |
3.8 |
13.4 |
31.5 |
53.0 |
97.0 |
* 시멘트모르터에 혼입된 NaCl 량
** 철근의 피복두께는 10mm 임
*** 철근부식 발생 면적률은 철근 부식면적을 비닐에 스케치 한 후 화상 처리하여 산출함