KR100454409B1 - 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법은, 콘크리트의 열화방지방법으로서, 콘크리트 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하는 샌드페이퍼 폴리싱 단계(a); 고압수 세척기로 콘크리트의 분진 및 먼지를 제거하는 고압수 세척 단계(b); 상기 단계(b) 후 기능성 수지군에 세라믹 파우더 및 첨가제를 배합하여 제조된 세라믹계 표면처리제를 코팅하는 하도(下塗) 도포 단계(c); 상기 표면처리제와 같은 조성 성분에 중량재로서 탈크(talc)와 규사를 더 첨가하여 제조된 퍼티재를 패인 부분에 퍼티하는 단계(d); 상기 표면처리제에 첨가되는 세라믹 파우더 양을 하도 도포 단계(c)시보다 28~50중량% 감량시켜 코팅하는 중도(中塗) 도포 단계(e); 및 아크릴우레탄계통의 수지에 중도 도포 단계(e)시보다 28~50중량% 감량시킨 세라믹 파우더를 배합시켜 조성된 상도재를 코팅하는 상도(上塗) 도포 단계(f)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 단계(c) 및 단계(e)에서 사용되는 표면처리제는, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%의 염화비닐계 공중합수지, 5∼70중량% 아크릴수지, 1∼30중량%의 유연성 에폭시수지, 1∼20중량%의 논스티렌계의 폴리에스테르수지를 배합한 기능성 수지군, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70 중량%의 세라믹 파우더, 및 광안정제, 자외선 흡수제를 포함하는 일반적인 첨가제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법{Surface treatment method of concrete structure to prevent deterioration}
본 발명은 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법 및 이에 사용되는 세라믹계 표면처리제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기능성 수지군에 세라믹을 혼합시켜 제조된 세라믹계 표면처리제를 도포시킴으로써, 수지관능기와 세라믹과의 치밀한 불규칙 결합 및 세라믹에 의한 수화반응으로 도막의 친화력 및 내구성을 향상시키고, 열화의 원인이 되는 중성화, 염해, 동결융해, 산성비, 가스, 산 등을 차단시킬 수 있는 표면처리공법 및 이에 사용되는 표면처리제에 관한 것이다.
콘크리트를 이용한 토목구조물은 국가의 기반시설물로서 국가경제에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 따라서 이들 콘크리트 구조물은 장기간 유지, 관리가 가능하여야 한다. 그러나 이들 콘크리트 구조물은 열악한 물리적, 화학적인 환경조건에 의하여 시공 후 점진적인 열화의 현상이 발생하고 있으며, 이로 인하여 목표연도의 중간 기간에 대대적인 보수 또는 재시공이 불가피하여 경제적으로 막대한 손실을 초래하고 있다. 즉, 종래의 콘크리트 구조물은 콘크리트의 강도만을 중요시하고, 열화로 인하여 성능이 저하되면 그 때마다 성능개선공사를 되풀이하고 있는 실정이다.
따라서, 콘크리트 구조물에는 기존의 역할과 성능을 유지하면서 목표기간동안 존속시킬 수 있는 보호장치가 처음부터 필요하고, 이러한 보호장치가 영구적이고 방식성능이 있는 재료에 의한 표면처리 공법이다.
일반적으로 표면처리제의 필수조건은 첫째, 어떠한 환경 하에서도 장기간 박리가 되지 말아야 하고, 둘째 부식인자의 침투를 차단할 수 있는 성능이 있어야 한다. 이러한 두 가지의 조건을 성취하려면 다음 요건을 갖추어야 한다.
1) 콘크리트가 pH12∼13의 강알칼리성이기 때문에, 콘크리트와 친화력을 위하여 pH10 전후의 알칼리성 도료이어야 한다.
2) 콘크리트와 수축 팽창의 차가 근사하여야 한다.
3) 교각, 우물통, 급배수지, 하수도, 하수처리장 등은 항상 물에 잠겨있으므로 장기간 물에 견딜 수 있는 내수성이 강한 도료이어야 한다.
4) 콘크리트 표면의 다공질 속으로 스며들어야 한다.
5) 물과 가스의 차단 능력이 있어야 한다.
6) 작업 환경, 시기에 관계없이 작업이 가능하여야 한다. 예컨대, 온도 0℃이하에서도, 표면 수분률 8% 이상에서도 작업이 가능하여야 한다.
7) 구조물은 항상 물과 접하므로 인간과 자연 환경을 파괴하는 환경호르몬인 화학물질이 함유되어서는 안된다(에폭시 계통은 비스페놀 A가 함유).
8) 미관도 중요시되므로 장기간 변퇴색이 되지 않아야 한다.
상기에서 보는 바와 같이, 콘크리트는 철구조물과 달리 표면처리가 까다롭다. 철구조물에는 대부분의 도료가 방식성능에 관계없이 접착성능이 비교적 우수한 반면, 콘크리트에는 방식성능이 우수한 도료라 할지라도 접착성능에 문제가 많아 단기간에 박리되어 열화방지의 효과가 없어진다.
그러나, 콘크리트 구조물에 도포하는 종래의 공법은 다음과 같은 근본적인 문제점이 있어 그 개선이 요구되고 있다. 즉, 종래 도료는 pH가 5∼7의 중산성 도료이기 때문에 pH 12.5∼13의 강알카리성 콘크리트와는 친화력이 없어 일시적인 접착성은 우수하나 단기간에 박리되며, 조성되는 주요 자재인 수지가 단일수지로 되어 있어 특정한 물성을 가질 수 있을 뿐 목적하는 성능을 발휘하기 위한 여러 가지 기능성을 부여할 수 없고, 내후성이 약하여 변퇴색과 도막의 조기 열화가 발생하며, 콘크리트 표면의 다공질 속으로 스며들지 못하여 접착면적이 부족한 문제점이 있다.
또한, 종래 도료는 콘크리트와의 수축 팽창률이 커 박리와 크랙이 발생하기 쉽고, 일정한 배위결합에 의하여 조성되기 때문에 도막의 체질이 약하며, 콘크리트의 표면 수분률과 대기온도의 정도에 따라 적정 기준이하에서 도포할 경우, 하자가 발생하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 기능성 수지군에 세라믹을 혼합시켜 제조된 세라믹계 표면처리제를 도포시킴으로써, 수지관능기와 세라믹과의 치밀한 불규칙 결합 및 세라믹에 의한 수화반응으로 도막의 친화력 및 내구성을 향상시키고, 열화의 원인이 되는 중성화, 염해, 동결융해, 산성비, 가스, 산 등을 차단시킬 수 있으며, 장기간 접착성능 및 내약품성능이 우수한, 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법 및 이에 사용되는 표면처리제를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 세라믹계 표면처리제를 도포한 경우, 수지 관능기와 세라믹과의 불규칙 결합을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법을 개략적으로 도시한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법은, 콘크리트 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하는 샌드페이퍼 폴리싱 단계(a); 고압수 세척기로 콘크리트의 분진 및 먼지를 제거하는 고압수 세척 단계(b); 상기 단계(b) 후 기능성 수지군에 세라믹 파우더 및 첨가제를 배합하여 제조된 세라믹계 표면처리제를 코팅하는 하도(下塗) 도포 단계(c); 상기 표면처리제와 같은 조성 성분에 중량재로서 탈크(talc)와 규사를 더 첨가하여 제조된 퍼티재를 패인 부분에 퍼티하는 단계(d); 상기 표면처리제에 첨가되는 세라믹 파우더 양을 하도 도포 단계(c)시보다 28~50중량% 감량시켜 코팅하는 중도(中塗) 도포 단계(e); 및 아크릴우레탄계통의 수지에 중도 도포 단계(e)시보다 28~50중량% 감량시킨 세라믹 파우더를 배합시켜 조성된 상도재를 코팅하는 상도(上塗) 도포 단계(f)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법에 있어서, 상기 단계(c) 및 단계(e)에서 사용되는 표면처리제는, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%의 염화비닐계 공중합수지, 5∼70중량% 아크릴수지, 1∼30중량%의 유연성 에폭시수지, 1∼20중량%의 논스티렌계의 폴리에스테르수지를 배합한 기능성 수지군, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70 중량%의 세라믹 파우더, 및 광안정제, 자외선 흡수제를 포함하는 일반적인 첨가제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법에 있어서, 상기 표면처리제에 첨가되는 세라믹은, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리카로 구성되는 무기질군으로부터 1이상 선택되며, 기능성 수지군의 관능기와 불규칙 결합을 이루고, 콘크리트내에 함유되어 있는 수분과 수화반응을 하여 도막의 친화력 및 내구성을 포함하는 물성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법에 있어서, 상기 염화비닐계 공중합수지는 염화비닐수지, 폴리비닐아세테이트 및 비닐알콜의 공중합수지로서, 염화비닐수지의 몰비율이 87%이상, 폴리비닐아세테이트의 몰비율이 3%이상, 그리고 비닐알콜의 몰비율이 3%이상인 공중합비율을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 세라믹계 표면처리제는, 상기의 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법에 사용되는 표면처리제로서, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%의 염화비닐계 공중합수지, 5∼70중량%아크릴수지, 1∼30중량%의 유연성 에폭시수지, 1∼20중량%의 논스티렌계의 폴리에스테르수지를 배합한 기능성 수지군, 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70 중량%의 세라믹 파우더, 및 광안정제, 자외선 흡수제를 포함하는 일반적인 첨가제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 표면처리공법은, 상기의 세라믹계 표면처리제를 프라이머, 하도재, 및 중도재로서 도포하고, 내약품성, 내후성, 부식인자의 차단능력 및 균열 추종성이 우수한 아크릴우레탄 수지와 세라믹 파우더로 조성된 상도재를 도포함으로써 콘크리트 구조물의 열화를 방지한다.
본 발명은 앞에서 설명한 표면처리로서 갖추어야 할 요건(종합적인 성능)을 갖추기 위하여 여러 가지 기능성 수지와 세라믹을 일정비율로 조성함으로써, 유기수지와 세라믹계 무기 파우더의 콤비네이션에 의한 상승효과로서 도막의 성능을 개선시키고 내구성을 증진시켜 콘크리트 구조물의 열화를 완벽하게 방지한다.
본 발명에서는 특히 각기 기능성이 있는 여러 수지군을 배합시킴으로써 접착성, 내약품성, 차단성, 내구성, 강인성, 내충격성을 동시에 만족시킬 수 있게 하였다. 수지는 종류에 따라 성능면에서 각기 다른 장단점을 발휘하므로, 어느 한 종류만의 수지를 사용하였을 경우 시도하고자 하는 목적을 달성할 수는 있어도 다른 부분에서는 약한 물성을 보일 수 있으므로, 여러 가지 물성을 동시에 충족시키기 위하여서는 여러 가지 적합한 수지를 배합시켜 장단점을 보완해주는 것이 이상적이다.
본 발명에 따른 세라믹계 표면처리제의 주요성분으로서 포함되는 기능성 수지군 가운데, 염화비닐계 공중합수지는 내약품성 및 접착성을, 아크릴수지는 내후성 및 콘크리트와의 친화력을 발휘하고, 유연성 에폭시수지는 도막에 유연성을 주며, 논스티렌계의 폴리에스테르수지는 도막의 접착력을 증강시킨다.
특히 본 발명에서는 콘크리트와의 친화력 및 도막의 내구성을 증진시키기 위하여 세라믹계 파우더를 사용한다.
본 발명에서는 무기계의 세라믹을 첨가시켜 pH 10 전후의 알카리성을 부여함으로써 강알카리성인 콘크리트와의 친화력을 높였다.
또한, 본 발명에서는 세라믹과 수지와의 화학적인 반응으로 수지 고유의 접착력과 세라믹이 가지는 특수한 접착력의 상승효과에 의하여 강력한 접착력과 강도, 내마모성, 방식성, 내후성을 발현시킨다.
본 발명의 일실시예에 따라 세라믹계 표면처리제를 도포한 경우, 수지 및 세라믹이 함께 종적인 연계를 이루어 치밀한 보호막을 형성하게 되는데, 치밀하게 형성된 보호막 구조는 수분, 염 등 부식인자의 투과를 억제한다.
또한, 본 발명에 따른 표면처리공법은 상기와 같은 수지와 세라믹의 종적연계로 인하여 긁힘 또는 흠집이 생기더라도 그 지점에서 끝나고 더 이상 확산되지 않는다. 즉, 종래의 기술은 도막의 흠집이나, 크랙이 발생되면 그 틈새로 수분이 침투되고, 나아가 이물질과의 마찰이 발생되면 당초의 흠집, 크랙의 부분이 서서히 확대되어 들떠버리게 되나, 본 발명의 경우, 수지와 세라믹이 함께 이중 접착성능을 발휘하여 흠집이나 크랙이 더 이상 크게 확대되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 세라믹계 표면처리제를 도포한 경우, 수지관능기와 세라믹과의 불규칙 결합을 도시한 것이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 분자량이 각기 다른 여러 가지 수지군의 관능기와 무기 세라믹과의 -SiO- 결합이 일반 도료에서와 같은 일정배위결합이 아니고, 불규칙하게 이루어지므로, 무기물과 유기물이 서로 에워싸 엉긴 혼합체가 형성된다. 이러한 혼합체가 장시간에 걸쳐 양생되므로 일반 도료에서는 볼 수 없는 강인한 물성이 발생한다.
특히, 본 발명의 표면처리공법은 유기수지와 무기질 산화물을 미립화하여 단순혼합시킨 것이 아니라, 유기 수지를 세라믹 파우더와 함께 가교시킴으로써 꾸준히 장시간을 두고 경화 반응하게 하여 도막의 내구성을 향상시킨다.
세라믹은 잠재수경성을 갖고 있어 도료 제조과정에서 투입되는 수지, 안료, 첨가제 등에 함유되어 있는 미량의 수분과 대기중에 있는 수분을 흡수하여 하기 화학식 1과 같은 수화반응을 한다.
3CaO·Al2O3+ 6H2O →3CaO·Al2O3·6H2O
2(3CaO·SiO2) + 6H2O →3CaO·2SiO2·3H2O +3Ca(OH) 2
2(2CaO·SiO2) + 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O +Ca(OH) 2
특히, 도료가 도포되면 콘크리트 내의 함유되어 있는 수분이 콘크리트 표면으로 접근하여 이 접근된 수분이 가세하여 수화반응을 촉진시킨다. 이와 같은 반응은 수개월에 걸쳐 꾸준히 진행되어 완성된다. 이와 같이, 도막의 체질을 장시간에 걸쳐 완결시킴으로써 도막의 내구성을 보장해 주고, 콘크리트와의 일체화를 이루게 한다.
본 발명에서는 상도재로서, 부식인자 차단성, 내약품성 및 내후성이 강한 아크릴우레탄수지를 세라믹과 함께 사용하여 표면처리공법을 마무리한다.
본 발명은 콘크리트 표면과 일체화를 위하여 콘크리트 내부에 함수되어 있는 수분과의 수화반응의 양을 많게 하기 위하여, 하도 도포시, 세라믹 파우더의 첨가량을 증량시켜 콘크리트 내부에 함수된 미세한 수분과의 수화반응량을 증대시키고, 중도, 상도로 갈수록 세라믹양을 저감시켜 콘크리트 표면과의 일체화를 도모하고 도막의 체질을 강화시켜준다.
즉, 세라믹 파우더는 표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%를 첨가하는데, 표면처리공법에 따른 하도 도포시에는 5∼70중량%, 중도 도포시에는 2.5∼50중량%을 사용한다. 그리고, 상도재에 있어서 세라믹 파우더의 첨가량은 상도재 총중량에 대하여 1.25∼36중량%로 한다.
한편, 수지를 포함한 표면처리제의 도막은 자외선에 의하여 조기 열화된다. 따라서, 본 발명에서는 도막의 내구성을 위하여 광안정제와 자외선 흡수제를 적절한 배합비율로 첨가함으로써 조기열화 및 조기변퇴색의 방지를 도모하였다.
상기의 광안정제로서, 예컨대 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리디닐) 세바케이트와 같은 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)는 광분해반응 중 생성된 자유라디칼을 제거하여 광산화 반응을 정지시키는 역할을 한다. HALS는 쉽게 산화되어 나이트록실 라디칼로 전환되고 고분자 라디칼과 반응, 하이드록시아민 에테르를 생산한다. 그리고 과산화라디칼과 반응하며, 안정한 나이트록실 라디칼을 다시 생성함으로써 광산화반응을 정지시킨다.
자외선 흡수제는 자외선에너지를 선택적으로 흡수하여 적외선에너지 형태로 전환, 방출하며 하이드록시 벤조페논, 벤조트리아졸, 아크릴레이트 치환체 등이 주로 사용된다. 자외선흡수제는 파장이 250㎛에서 400㎛의 빛을 흡수한 뒤 이 UV에너지를 열에너지로 바꾸어는 역할을 한다. 본 발명에서는 자외선 흡수제로서 특히 2-2-하이드록시-3,5-디-터샤리-아밀-페닐-2H-벤조트리아졸을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 표면처리시, 콘크리트 열화의 원인 가운데 중성화, 비래염, 동결융해, 산성비 등을 방지하기 위한 경우, 바람직한 도포횟수는 3회이며, 이때 도막두께는 100∼120μ이면 충분하며, 콘크리트 구조물이 수중 또는 해중에 적용되는 경우에는 4∼5회 도포에 180∼200μ의 도막두께이면 충분하고, 하수관리, 하수종말처리장 등의 초중방식인 경우, 5∼6회 도포에 250∼300μ의 도막 두께이면 충분하다.
도장횟수와 도막두께에 있어서, 도장 공정을 줄이기 위하여 도장횟수를 1회로 하고, 도막두께를 높이는 것은 효과적이지 못하다. 왜냐하면 도장횟수를 줄이면 도막의 핀홀을 완전히 제거하지 못하기 때문이다. 도막두께가 있어도 도막중의 핀홀을 완전히 제거하지 못하면, 이 핀홀을 통하여 부식인자가 침투하게 된다. 그러나, 도장횟수를 늘이면 도장횟수마다 핀홀의 수량을 점차적으로 제거시키므로 부식인자의 침투를 완전히 제거하는 차단막을 형성시킬 수 있다. 환경조건에 따른 바람직한 도장사양을 정리하면 하기 표1 내지 표 3과 같다.
<일반사양(내중성화·내염해·내동결융해)>
공 정 도료 소요량(kg/㎡) 신나희석률(%) 도장간격(hr) 건조도막두께(μ)
1 회 표면처리제 0.18∼0.20 50∼80 4 30
2 회 표면처리제 0.25 10∼20 7 40
3 회 상도재 0.25 5∼10 - 30
<중방식(수중, 해중)>
공 정 품 명 소요량(kg/㎡) 신나희석률(%) 도장간격(hr) 건조도막두께(μ)
1 회 표면처리제 0.18∼0.20 50∼80 4 30
2 회 표면처리제 0.30 10∼20 4 45
3 회 표면처리제 0.30 5∼10 7 45
4 회 상도재 0.25 0∼5 5 30
5 회 상도재 0.25 0∼5 6 30
<초중방식(하수관, 종말처리장)>
공 정 품 명 소요량(kg/㎡) 신나희석률(%) 도장간격(hr) 건조도막두께(μ)
1 회 표면처리제 0.18∼0.20 50∼80 4 30
2 회 표면처리제 0.35 10∼20 4 50
3 회 표면처리제 0.35 10∼20 7 50
4 회 상도재 0.25 0∼5 5 35
5 회 상도재 0.25 0∼5 6 35
6 회 상도재 0.25 0∼5 7 35
일반적으로 콘크리트 표면은 양생과 더불어 凹(패인부분)이 발생한다. 이런 부분의 메꿈질(퍼티; Putty)을 위하여 여러 가지 자재가 시중에 나와 있으나, 수성퍼티재의 경우 유성코팅재의 용제에 의하여 바탕이 용해되어 박리되고, 유성퍼티재의 경우 콘크리트와의 친화력 및 수축팽창률의 차이에 의하여 박리되기 쉽다.
본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 하, 중도재 코팅시 사용되는 세라믹계 표면처리제와 같은 조성성분을 가지고, 필러로서 탈크와 100∼120 매쉬의 규사를 더 첨가하여 만든 퍼티재를 사용한다.
상기 퍼티재는 콘크리트 표면과 친화력이 있고, 그 결과 콘크리트 표면, 퍼티재, 및 표면처리제는 삼위일체화가 된다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하 본 발명의 시험예를 들어 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 예에만 국한되는 것은 아니다.
<시험예 1: 내중성화 시험>
콘크리트가 타설될 초기에는 높은 알칼리성(pH12∼13)을 나타내는데, 이것은 수화생성물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 다량 함유하고 있기 때문이다. 이 상태의 철근콘크리트 구조물 내부의 철근은 부식의 위험이 없다. 그러나, 콘크리트 구조물이 장기간 자연환경에 노출되면 공기중의 탄산가스가 경화시멘트 페이스트의 미세한 구멍으로 침투하여 수산화칼슘과 반응해서 중성인 탄산칼슘으로 변하고, 경화시멘트 페이스트의 알칼리성을 잃게 된다. 자연상태에서 공기중에 존재하는 탄산가스량은 0.03%로서 pH값은 9이하이다.
이와 같이 외부로부터 콘크리트의 내부로 탄산가스가 침투하는 과정을 중성화 또는 탄산화라고 하며, 그 현상이 생긴 층을 중성화층 또는 탄산화층이라고 한다.
본 시험예에서는 기준 공시체와 본 발명에 의한 시험편에 대하여 콘크리트의 열화방지 및 내구성에 가장 큰 영향을 미치는 탄산가스(CO2)에 의한 중성화 촉진실험을 수행하였다(본 시험은 공인시험기관에서 실시).
1) 시험편 제작
50×50×50mm(큐빅 몰드)에 의하여 공시체(시멘트:모레 = 1:2) 4개를 제작하여 2개에는 본 발명에 의한 표면처리제를 3회 도포하여 시험편으로 하고, 잔여 2개에는 도포하지 않은 기준공시체로 하였다.
2) 시험조건 및 방법
온도 30℃, 습도 60%RH, 탄산가스농도 10%, 및 촉진시험기간 3주간을 조건으로 하여 시험을 실시하였다.
내중성화 시험결과는 하기 표 4에 나타내었다. 하기 표에서 보는 바와 같이, 본 발명의 세락믹계 표면처리제를 도포한 경우, 중성화가 진행되지 않음을 알 수 있다.
<시험예 2: 기열화된 콘크리트에 본 발명처리 후 열화촉진시험>
본 시험예는 기열화(중성화)가 진행된 구콘크리트에 본 발명에 의한 표면처리공법을 적용하여 더 이상의 열화를 방지할 수 있는지를 알아보기 위한 것이다.
시험편 및 시험방법은 상기 시험예 1과 동일하며, 시험 결과는 하기 표 5에 나타내었다.
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 표면처리공법을 적용하면, 기중성화된 콘크리트의 경우에도 중성화가 더 이상 진행되지 않음을 알 수 있다. 한편, 기중성화된 시험체에 본 발명의 표면처리공법 적용 후 결과에 있어서, 0.1mm 이하의 미소한 숫자 차이는, 각 시험체마다 콘크리트의 세골재가 중성화여부에 따른 색변화가 없으므로, 예컨대 모래하나의 차이가 나타내게 되는 측정오차이다.
<시험예 3: 염수이온 침투시험>
본 시험예에서는 염소이온을 전기에 의하여 강제 투과시켜 기준 공시체와 본 발명에 의한 시험편의 염소이온의 침투에 대한 저항성을 측정하여 비교 분석하였다(본 시험은 서울대학교 에너지자원신기술연구소에서 실시하였음).
시험체는 하기 표 6에서와 같은 조성으로 하여 보통강도(240kgf/㎠)의 콘크리트를 제작하였다.
W/C S/A 단위 재료량(kgf/㎠)
결합재 잔골재 굵은골재 유동화재
45 38 158 351 681 1.144(25mm) 0.527
또한, 하기 표 7에서와 같은 조성으로 하여 고강도(450kgf/㎠)의 콘크리트를 제작하였다.
W/C S/A 단위 재료량(kgf/㎠)
결합재 잔골재 굵은골재 유동화재
35 45 158 450 789 970(19mm) 4.5
시험방법으로는, ASTM C1202-7("Electrical indication of concrete's ability to resist chloride ion penetration")과 AASHTO T259에 의거하여 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 8(보통강도) 및 표 9(고강도)에 나타내었다.
시 험 체 통과전하량 ASTM 기준범위 평 가
기준시험체 1,250 1,000∼2,000 낮은 범위
본 발 명 14.11 100 이하 무시할 만함
시 험 체 통과전하량 ASTM 기준범위 평 가
기준시험체 723.86 100∼1,000 매우 낮은 범위
본 발 명 4.64 100 이하 무시할 만함
상기 결과에서 나타난 바와 같이, 전기에 의한 염소이온 강제투과시험에서도 ASTM규정상 무시할 수 있을 정도의 수치가 시현되었다.
<시험예 4: 염수이온의 강제침투에 의한 철근내부식 성능실험>
본 시험예에서는 전기에 의하여 콘크리트에 염수를 강제 침투시켜 철근의 내부식 성능을 파악하였다(본 시험은 서울대학교 에너지자원신기술연구소에서 시행하였음).
시험체는 시험예 3과 같은 방법으로 제작하되, 다만 시험체는 직경 10cm의 원형몰드에, 길이 17cm, 직경 13mm의 철근을 콘크리트 덮개 2cm가 되도록 제작하였다.
직류전원공급장치의 (+)극을 철근에, (-)극을 5% NaCl 용액에 연결하고, 시험체의 높이를 16cm, 용액에 침지된 길이를 13cm로 하여 시험을 실시하였다. 양극과 음극의 전위차는 염소이온의 침투를 촉진시킬 뿐 아니라, 철근부식 역시 촉진시키는 작용을 한다. 부식측정은 철근부식으로 인한 팽창압으로 균열이 생겨 균열사이로 전해질이 침투해 증가한 전류량을 측정하는 방법에 의하였다. 이러한 시점을 측정하기 위한 장치로 각 시편마다 10Ω의 저항을 연결하여 저항에 걸리는 전압을 측정하여 전류로 환산하였다.
시험결과는 하기 표 10에 나타내었다.
철근부식시간(균열발생시간)
보 통 강 도 고 강 도
기준시험체 시험초기 부터 200시간 경과 후부터
본 발 명 400시간 경과 후부터 400시간 경과 후부터
<시험예 5: 내동결융해 시험>
본 시험예는 콘크리트의 동결융해의 반복과정을 거칠 경우, 기준 공시체에 비하여 어느 정도 동결융해에 대한 저항성을 가지고 있는가를 알아보기 위한 것이다(본 시험은 공인시험기관에서 실시하였음).
하기 표 11의 배합비율로 콘크리트 시험체를 제작하였다.
Gmax(mm) 슬럼프(cm) S/A(%) W/C(%) 단위배합량(kg/㎠)
결합재 잔골재 조골재 감수재
25 8 50 56 172 308 884 908 1.54
시험방법은 KSF 2456에 의거 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 12에 나타내었다.
싸이클수 시료명 중량변화율(%) 길이변화율(%) 동탄성계수 변화율(%)
0 기준시험체 100 100 100
본 발명 표면처리1 100 100 100
본 발명 표면처리1 100 100 100
30 기준시험체 99.65 100.10 90.69
본 발명 표면처리1 99.99 99.90 97.44
본 발명 표면처리1 100.00 100.00 96.75
60 기준시험체 99.22 98.75 72.72
본 발명 표면처리1 100.01 100.00 96.53
본 발명 표면처리1 99.99 99.95 96.21
90 기준시험체 99.15 99.05 62.33
본 발명 표면처리1 100.01 100.05 96.83
본 발명 표면처리1 100.00 99.95 95.71
120 기준시험체 93.69 98.75 54.13
본 발명 표면처리1 100.01 100.05 96.02
본 발명 표면처리1 100.00 99.90 95.84
150 기준시험체 - - -
본 발명 표면처리1 100.01 100.00 96.46
본 발명 표면처리1 100.00 99.95 95.36
180 기준시험체 - - -
본 발명 표면처리1 100.01 99.95 94.69
본 발명 표면처리1 100.00 99.95 94.98
210 기준시험체 - - -
본 발명 표면처리1 100.00 99.95 92.65
본 발명 표면처리1 100.01 100.00 91.89
240 기준시험체 - - -
본 발명 표면처리1 100.00 99.90 90.56
본 발명 표면처리1 100.00 99.95 89.96
KS기준의 동결융해시험에 있어서, 동탄성계수가 60%이면 시험을 계속할 가치가 없다. 기준 콘크리트는 시험 싸이클수가 증가하면서 동탄성계수가 급격히 떨어져 120싸이클에서 동탄성계수가 54.13%로 급강하하여 150싸이클에서부터 측정불가의 수치가 나타났다. 반면에 본 발명의 표면처리공법을 적용한 경우, 싸이클수가 증가되어도 동탄성계수에는 거의 변동이 없고, 무시할 수 있을 정도로 감소되는 것을 볼 수 있으며, 240싸이클까지도 동탄성계수가 90%로서 구조물의 성능에 이상이 없을 정도의 수치였다.
<시험예 6: 내약품성시험>
본 발명의 표면처리공법을 적용한 경우에 대하여, 하기 표 13과 같은 내약품성 시험을 실시한 결과 양호한 결과를 나타내었다.
시 험 항 목 시 험 방 법 결 과
내알카리성 NaOH 10% 농도 1주간 침지 도막에 이상없음
내 산 성 N2SO410% 농도 1주간 침지 도막에 이상없음
내 염 성 NaCl 10% 농도 3주간 침지 도막에 이상없음
상기 시험예에서 보는 바와 같이, 본 발명은 콘크리트의 열화를 충분히 방지할 수 있는 표면처리공법으로서, 신콘크리트에만 국한되는 것이 아니고 기열화가 진행되고 있는 구 콘크리트에도 그 열화가 철근까지 도달되지 않았다면 적용될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 종래의 기술은 콘크리트 구조물의 표면수분률이 8% 이상, 대기온도 5℃ 이하에서의 도포할 경우 하자가 발생할 수 있으나, 본 발명에 의할 경우 세라믹 파우더의 작용에 의하여 표면수분률이 10∼15%에서 작업을 하거나 또는 0℃ 이하에서 작업을 하더라도 하자가 발생하지 않는다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법은, 기능성 수지군에 세라믹을 혼합시켜 제조된 세라믹계 표면처리제를 도포시킴으로써, 수지관능기와 세라믹과의 치밀한 불규칙 결합 및 세라믹에 의한 수화반응으로 도막의 친화력 및 내구성을 향상시키고, 열화의 원인이 되는 중성화, 염해, 동결융해, 산성비, 가스, 산 등을 차단시킬 수 있으며, 장기간 접착성능 및 내약품성능이 우수하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 광안정제와 자외선 흡수제는 단파장 자외선을 흡수하여 유해한 자외선을 무해한 열에너지로 변화시키고, 수지 중에 발생한 라디칼류를 포착하여 안정화시키는 상승효과로 수지의 열화를 방지한다.
본 발명은 교량, 댐시설, 발전소, 공항시설, 터널 등에 적용되어 중성화 및 동결융해를 예방하고, 해중 콘크리트 구조물의 경우 염해를 예방하며, 상하수도관, 정수장 등에 적용되어 환경호르몬을 예방하고, 빌딩, 아파트 등에 적용되어 산성비에 대한 대응책으로 사용될 수 있으며, 각종 콘크리트 구조물의 알카리석회분을 억제할 수 있다.

Claims (7)

  1. 콘크리트의 열화방지방법으로서,
    콘크리트 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하는 샌드페이퍼 폴리싱 단계(a);
    고압수 세척기로 콘크리트의 분진 및 먼지를 제거하는 고압수 세척 단계(b);
    상기 단계(b) 후 기능성 수지군에 세라믹 파우더 및 첨가제를 배합하여 제조된 세라믹계 표면처리제를 코팅하는 하도 도포 단계(c);
    상기 표면처리제와 같은 조성 성분에 중량재로서 탈크와 규사를 더 첨가하여 제조된 퍼티재를 패인 부분에 퍼티하는 단계(d);
    상기 표면처리제에 첨가되는 세라믹 파우더 양을 하도 도포 단계(c)시보다 28~50중량% 감량시켜 코팅하는 중도 도포 단계(e); 및
    아크릴우레탄계통의 수지에 중도 도포 단계(e)시보다 28~50중량% 감량시킨 세라믹 파우더를 배합시켜 조성된 상도재를 코팅하는 상도 도포 단계(f)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계(c) 및 단계(e)에서 사용되는 표면처리제는,
    표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%의 염화비닐계 공중합수지, 5∼70중량% 아크릴수지, 1∼30중량%의 유연성 에폭시수지, 1∼20중량%의 논스티렌계의 폴리에스테르수지를 배합한 기능성 수지군,
    표면처리제 총중량에 대하여 5∼70 중량%의 세라믹 파우더, 및
    광안정제, 자외선 흡수제를 포함하는 일반적인 첨가제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면처리제에 첨가되는 세라믹은, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리카로 구성되는 무기질군으로부터 1이상 선택되며, 기능성 수지군의 관능기와 불규칙 결합을 이루고, 콘크리트내에 함유되어 있는 수분과 수화반응을 하여 도막의 친화력 및 내구성을 포함하는 물성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 염화비닐계 공중합수지는 염화비닐수지, 폴리비닐아세테이트 및 비닐알콜의 공중합수지로서, 염화비닐수지의 몰비율이 87%이상, 폴리비닐아세테이트의 몰비율이 3%이상, 그리고 비닐알콜의 몰비율이 3%이상인 공중합비율을 가지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법.
  5. 제1항의 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 표면처리공법에 사용되는 표면처리제로서,
    표면처리제 총중량에 대하여 5∼70중량%의 염화비닐계 공중합수지, 5∼70중량% 아크릴수지, 1∼30중량%의 유연성 에폭시수지, 1∼20중량%의 논스티렌계의 폴리에스테르수지를 배합한 기능성 수지군,
    표면처리제 총중량에 대하여 5∼70 중량%의 세라믹 파우더, 및
    광안정제, 자외선 흡수제를 포함하는 일반적인 첨가제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 세라믹계 표면처리제.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세라믹은 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 실리카로 구성되는 무기질군으로부터 1이상 선택되며, 기능성 수지군의 관능기와 불규칙 결합을 이루고, 콘크리트내에 함유되어 있는 수분과 수화반응을 하여 도막의 친화력 및 내구성을 포함하는 물성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 세라믹계 표면처리제.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 염화비닐계 공중합수지는 염화비닐수지, 폴리비닐아세테이트 및 비닐알콜의 공중합수지로서, 염화비닐수지의 몰비율이 87%이상, 폴리비닐아세테이트의 몰비율이 3%이상, 그리고 비닐알콜의 몰비율이 3%이상인 공중합비율을 가지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 열화방지를 위한 세라믹계 표면처리제.
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