KR100565268B1 - 콘크리트구조물의 중성화 방지를 위한 표면보호제의 제조및 이를 이용한 신규 건축구조물과 보수 건축구조물의중성화 방지 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 콘크리트 구조물의 표면의 공극을 침투하고 코팅하는 표면보호제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 화학식 1의 알콕시실란기를 가지는 공중합체와 알콕시실란을 함유하는 콘크리트 표면보호제에 관한 것이다.

[화학식 1]

(상기 식에서 R₁, R₂ 및 R₃ 는 서로 독립적으로 메틸기 또는 에틸기에서 선택된다.)

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제로 표면을 코팅 도장할 경우 콘크리트 표면제거로 인하여 생긴 굴곡부위를 처리하여 평활한 콘크리트 면을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 중성화 방지를 위한 표면보호제 기능까지 수행하게 되므로 기존의 복잡한 공정을 줄여 공사기간을 줄일 뿐 아니라 경제적이고 효과적인 시공법을 제공할 수 있다.

콘크리트구조물, 표면보호제, 실란화합물, 고분자, 공중합체, 중성화

Description

콘크리트구조물의 중성화 방지를 위한 표면보호제의 제조 및 이를 이용한 신규 건축구조물과 보수 건축구조물의 중성화 방지 공법{Synthetic method of protective coating materials for concrete carbonation and using method for the same}

본 발명은 건축용 콘크리트 구조물의 표면의 공극을 침투하고 코팅하는 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건축용 콘크리트 구조물을 보호하기 위하여 교량, 터널, 복개구조물, 상하수도 구조물, 적벽돌 건축구조물 및 기타 토목, 건축용 콘크리트 구조물의 표면을 코팅하는 공법에 관한 것으로 침투식 방수공법과 도막식 방수공법 그리고 표면 중성화 방지공법 등을 동시에 만족시키는 새로운 방법이다.

일반적으로 콘크리트는 강 알카리성을 나타내며 이러한 알카리성은 철근보호막(부동태 피막)을 형성하여 철근의 부식 방지 역할을 하게 된다. 그러나 시간이 경과함에 따라 공기중의 탄산가스의 작용을 받아 알카리성을 잃어가게 되어 콘크리 트의 중성화가 발생하게 된다. 중성화가 발생하게 되면 철근을 보호하는 부동태 피막이 파괴되어 철근의 부식으로 이어지며 콘크리트 내부 균열과 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 현저하게 저하시키는 원인이 된다.

종래의 콘크리트는 반영구적인 건설재료로 인식되었으나 여러 가지 환경적, 물리적 요인에 의해 콘크리트도 성능이 저하되어 사용수명이 날로 줄어들고 있다. 특히, 콘크리트 구조물이 해양환경과 같은 지역에서 염분에 노출될 경우 콘크리트 속으로 염분이 침투, 확산된다는 것은 주지의 사실이다. 콘크리트 속으로 염분이 침투할 경우 콘크리트 속에 매입되어 있는 철근이 부식을 일으키며, 콘크리트의 균열, 박리 및 강도를 저하시켜 구조물에 치명적인 결과를 초래한다. 또한 자동차의 배기가스에 의한 중성화 현상으로 인해 내부철근의 부식, 균열, 탈락 등이 발생하고 있다.

따라서, 상기의 원인에 의해 콘크리트 속의 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 미리 콘크리트 표면에 코팅을 함으로써 탄산가스, 염분 및 수분으로부터 차단시키는 방법이 최선의 방법이다.

이와 관련하여 종래에는 철강의 코팅재료에 사용했던 유기계 에폭시수지나 아크릴수지를 콘크리트 코팅재료로 이용하였다. 이와 같은 종래의 기술에 의하면 시공초기에는 큰 접착강도를 나타내지만 장기간 콘크리트의 건조수축과 열팽창 등에 따른 콘크리트와의 이질적인 성능 때문에 장기적인 접착성능이 저하되어 콘크리 트의 코팅면에서 탈락이 발생되거나 미세한 변형에도 도장막이 파괴되는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 이들 재료는 함수(含水)의 상태에 있는 콘크리트에 시공할 경우 접착이 되지 않아 콘크리트를 완전히 건조한 후에 시공을 해야 하기 때문에 종종 하자가 발생되는 문제점도 있었다. 또한 기존의 보수공법의 경우 콘크리트 열화된 부분을 제거하는 경우 제거된 부분에 프라이머를 도포하고 시멘트 모르타르 등으로 제거된 부분을 메우고 다시 전체 보수 부분을 표면코팅하는 공법을 사용하고 있는데 이는 공정이 복잡하므로 보수기간이 많이 걸려 시공비가 높아진다는 단점을 가지고 있다.

콘크리트 표면도포용 액상형 흡수방지제는 일반적으로 콘크리트, 시멘트 모르타르, ALC 패널, 석면 슬레이트, 벽돌, 석재 등을 물, 염화물이온, 산성액 등의 외부환경으로부터 보호 또는 미세한 균열이 있는 자재의 간이 방수 등에 광범위하게 사용하고 있으며 주성분은 무기질 또는 유기질(고분자)로 구성되어 있다. 이 재료는 콘크리트 표층부에 침투하여 흡수방지층을 형성함으로 외부로부터 물 또는 염화이온의 침투를 억제하고 콘크리트 표면의 동해, 침식 및 철근부식을 방지하고자 하는 목적으로 사용되고 있다. 콘크리트 표면도포용 액상형 흡수방지제는 그 재료의 주성분에 따라 크게 유기질계와 무기질계로 구분된다. 유기질계에는 실란계, 실리콘계, 아크릴계, 우레탄 화합물계 등이 있으며, 무기질계는 규산질계가 있다. 또한 기존에 사용하고 있는 실리콘 화합물의 건축, 토목용 발수제는 일반적으로 유기 용제(톨루엔, 크실렌, 벤젠, 공업용 가솔린, 등유 등의 솔벤트)로 희석시켜 제조된 물질을 사용하여 왔다. 이러한 유기용제형 발수제는 용제의 특성상 유독성이며, 대기의 오존층을 파괴하는 등 공해가 심하고, 흡입시 인체에 치명적인 타격을 주는 등 독성, 휘발성, 인화성 및 점화성과 같은 특성으로 인하여 그 사용이 제한되고 있는 실정이다. 또한, 유기용제형 발수제는 취급이 제한되고 제품의 원가상승의 요인이 되어 비경제적일 뿐만 아니라 근본적으로 유기 용매는 습한 콘크리트 표면에 대하여 이들을 적용할 수 없는 문제점을 갖고 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 알킬알콕시실란을 무기 건축재료 표면에 그대로 적용하는 방법, 가수분해하여 수용액 형태로 적용하는 방법, 수성 에멀젼으로 만들어 사용하는 방법들이 고안되어 상업화되고 있다. 그러나, 알킬알콕시실란을 그대로 적용할 경우 알킬알콕시실란 물질의 유해성과 운반 및 사용시에 가수분해되는 단점이 있다. 또한, 알킬알콕시실란을 가수분해하여 적용할 경우에는 실란분자가 응축되기 쉬워 포트(pot) 수명이 감소하는 단점이 있으며, 수성 에멀젼은 장시간 동안 물 흡수 방지 효과를 유지하여 콘크리트 보호제로 유용하나 층분리가 발생하는 등의 안정성이 떨어지는 단점이 있었다.

외벽용 도막방수제는 주로 철근콘크리트 건축물 및 그 밖의 구조물에 대한 외벽방수를 목적으로 사용되며 외벽용 도막방수제의 종류는 우레탄고무계, 아크릴고무계, 클로로프렌고무계, 실리콘 고무계 등이 있으며 이들을 그대로 사용하는 1 성분형과 사용할 때 주제와 경화제를 혼합하는 2성분계 등이 있으며 1성분형에는 에멀전 타입과 용액타입 등이 있다.

콘크리트 표면보호제는 콘크리트 구조물의 표면처리 및 보수, 보강을 위하여 사용되는 코팅 조성물로 콘크리트 표면을 중성화, 염해, 화학성분 등의 각종 열화인자로부터 보호하며 미세균열에 대한 균열 저항성을 향상시키기 위한 콘크리트 표면 마감코팅에 사용된다.

일반적으로, 콘크리트 구조물의 열화는 대부분 외부적인 원인에 기인한다. 즉, 수분이나 기타 외부 유해물질들이 콘크리트 내부로 침투하여 콘크리트 자체를 열화 시키거나, 철근의 부식 등을 유발하여 콘크리트 구조물의 성능저하를 일으키게 되는 것이다. 철근 콘크리트 구조물의 수명에 영향을 미치는 열화요인에는 대체로 온도변화, 계절변화에 따른 동결융해, 강우, 습도, 대기조건, 토양의 화학물질 농도 등 환경적인 요인의 것으로서 중성화, 염화물 침해, 철근부식, 동결용해, 황산침해, 알칼리 골재 반응 등의 요인이 포함된다. 대부분의 콘크리트 구조물의 열화는 여러 가지 열화 요인 중 여러 가지 혹은 두 세가지 열화요인이 복합적으로 서서히 작용하여 시공 후 사용기간이 경과함에 따라 심화된다.

그러므로 콘크리트의 열화를 방지하기 위해서는 이러한 수분 및 외부 유해물질들의 침투를 근본적으로 차단해야 한다. 건설 분야에서 콘크리트 구조물의 내구성 문제와 관련하여 구조물의 유지·보수를 위하여 열화된 부위를 제거하고 각종 모르타르를 사용하여 보수하는 공법이 다양하게 행하여지고 있다.

기존의 콘크리트 보호 코팅제로 사용되는 재료는 크게 합성수지계와 시멘트계로 구분 할 수 있는데 이들을 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

합성수지계는 수용성 타입으로 수분의 접촉이 반복될 경우 에멀젼의 열화 현상으로 인한 발수, 방수성능 저하 및 환경오염 등의 문제를 내포하고 있으며, 시멘트계는 시멘트의 수화 반응에 의한 콘크리트 조직의 체적 팽창으로 인하여 균열발생 및 누수현상 등의 문제점을 갖게 된다.

기존 콘크리트 표면의 중성화 방지를 위한 표면보호제의 경우 대부분 에폭시 계열의 제품 또는 아크릴계열의 제품으로 에폭시 계열의 제품의 경우 자외선에 노출시 자외선에 의해 분해가 진행되어 황변이 나타나는 단점과 신율이 적고 강도가 높은 특성으로 인하여 콘크리트가 균열발생 시 에폭시 표면보호제까지 균열이 발생되는 단점이 있다. 수성에멀젼 형태의 표면보호제의 경우 내수성이 취약하며 낮은 유리전이온도로 인하여 표면코팅부위가 긁힘에 약한 단점이 있고, 산이나 염해의 침해에 취약한 단점이 있으며 유성아크릴계열인 경우 용제를 사용하기 때문에 작업자들의 건강에 유해요소로 작용한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 습윤콘크리트 상태에서 코팅이 가능하며, 콘크리트 내부로 충분히 침투하여 콘크리트의 강도를 증진시키고 콘크리트와의 결합력을 강화시키며 콘크리트 표면 위에 방수코팅막을 형성하여 충분한 내수압력을 나타내며, 열적 수축팽창성질이 유사한 유·무기계인 탄성 세라믹 코팅재료에 의하여 콘크리트표면을 코팅함으로써 탄산가스, 아황산가스, 염분 및 염화칼슘 등의 침투를 막아 콘크리트 속의 철근의 부식을 방지하기 위한 공법을 제공하기 위한 것이다.

특히 콘크리트 부식성이 강한 황산이나 염산 등에 침해되지 않는 코팅막을 형성하며, 휘발성 유기탄소(VOC)를 함유하지 않아 밀폐된 공간에서도 코팅작업이 가능한 친환경적인 공법을 제공하고, 콘크리트의 표면에 열화 된 부분을 제거하고 난 후 중성화 방지를 위한 보수공법을 시행할 경우 별도의 모르타르 미장처리 없이 4mm 정도의 코팅두께를 형성하여 기존 공정인 프라이머(접착모르타르)-표면평탄화(폴리머모르타르)-표면보호제 등의 공정을 간소화하여 경제적인 보수공법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 본 발명자가 2004년 07월 19자로 출원한 한국특허출원 제2004-55958호의 제조방법에 의해 제조되는 고분자 중합체, 즉, 알콕시실란 화합물을 용매로 사용하여 고분자 모노머를 용액중합하여 제조되는 고분자 중합체를 콘크리트 중성화 방지를 위한 표면코팅제의 유효성분으로 사용할 경우 인체 유해물질을 함유하지 않아 친환경적이며, 습윤상태의 콘크리트면에 코팅이 가능하며 콘크리트로의 침투성이 용이하며 침투 후 콘크리트와의 반응에 의해 경화가 진행되어 콘크리트의 표면 강도를 증진 시킬 뿐 아니라 산이나 염해의 저항성이 우수하여 콘크리트 중성화 방지를 위한 표면보호제 용도로 사용할 수 있는 표면코팅 조성물을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

또한 본 발명은 기존 콘크리트의 표면보수공법이나 중성화방지공법 등에 본 발명의 콘크리트 표면보호제를 적용할 경우 복잡하고 여러 단계로 구성된 과정을 생략하고 한번의 도포 만으로 침투식 흡수방지제의 기능과 도막방수의 기능 그리고 표면보호제의 기능까지 한꺼번에 얻을 수 있는 간편하고 경제적인 콘크리트 구조물 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하기 화학식 1의 알콕시실란기를 가지는 공중합체를 함유하는 콘크리트 표면보호제를 제공한다.

또한 본 발명은 하기 화학식 1의 알콕시실란기를 함유하는 공중합체와 그 중합 용매인 알콕시실란을 포함하는 콘크리트 표면보호제를 제공한다.

[화학식 1]

(상기 식에서 R₁, R₂ 및 R₃ 는 서로 독립적으로 메틸기 또는 에틸기에서 선택된다.)

상기 콘크리트 표면보호제는 알콕시실란 용매의 존재 하에 히드록시기, 아민기 또는 카르복시기를 가지는 비닐 단량체를 공중합하여 제조하거나, 상기 알콕시실란기를 가지는 비닐 단량체와 공비닐단량체를 알콕시실란 용매하에 공중합하여 제조한다.

본 발명의 콘크리트 표면보호제에 함유되는 중합체는 상기 알콕시실란 화합물을 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는데, 상기 알콕시실란 용매는 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 또는 이들의 혼합물에서 선택된다. 상기 알콕시실란 화합물은 비등점이 높기 때문에 상온에서는 거의 휘발되지 않아 고분자 중합체를 언제나 액상으로 존재하게 하며, 분자내 메톡시기나 에톡시기를 가지고 있어 히드록시기, 아민기, 카르복시기 등의 관능기와 쉽게 반응을 일으켜 상기 화학식 1의 알콕시실란기를 가지는 중합체를 형성할 수 있으며, 용매가 휘발되지 않고 유효성분화 된다. 상기 알콕시실란 용매는 고분자 중합시 중합 조성물 총 중량 에 대하여 5 내지 98중량%의 양으로 사용된다. 즉, 최종 고분자 중합체 조성물의 사용용도에 따라 원하는 점도의 중합체가 얻어질 수 있도록 상기한 범위 내에서 적절하게 선정하여 사용할 수 있다.

또한 상기 알콕시실란 화합물을 용매로 하여 제조된 중합체는 용매가 유효 성분화되어 중합체 내에 존재하기 때문에, 최종 제조된 고분자 중합체에 추가로 산 또는 알칼리 촉매를 가하게 되면 고분자 중합체 내에 존재하는 메톡시나 에톡시기가 메탄올 이나 에탄올로 바뀌면서 빠르게 경화반응을 일으키므로 이를 함유한 콘크리트 표면보호제는 콘크리트 구조물 보수 등 다양한 용도로 사용할 수 있다.

상기 비닐 또는 공비닐 단량체는 분자내 이중결합을 갖는 통상의 단량체들에서 선택하여 사용할 수 있으나, 스티렌, 메틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, N-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 비닐아세테이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 아크릴아미드, 디메틸아미노에틸메타아크릴레이트 등에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

콘크리트 표면의 코팅막이 손상을 받더라도 표면보호제의 성분이 표면으로부터 4mm 정도의 보호막을 내부에서 생성하게 되면 중성화 방지효과는 탁월하다. 그러나, 기존 콘크리트 표면보호제의 경우 콘크리트표면에 코팅막을 형성하지만 콘크 리트 내부로 침투하는 깊이는 극히 미미하다.

따라서, 본 발명에 따른 콘크리트 보호제는 상기 침투 특성을 나타내기 위해서 다공성 유·무기 복합체를 더 함유하는 것을 특징으로 한다. 상기 다공성 유·무기 복합체는 유기다공질입자 또는 무기다공질입자와 알킬알콕시실란 화합물 및 비이온성 유화제를 혼합하여 제조하며, 알콕시실란 화합물을 추가로 더 함유할 수 있다. 상기 유기 또는 무기 다공질입자는 예를 들면 벤토나이트, 다공질카본입자, Akzo Novel 사 제품인 EXPANCEL 551 WE80 과 같은 유기팽창입자, 펄라이트(pearlight), bottom ash, 질석(vermiculite), 황토 등이 있으며, 이들 다공질입자는 단독 또는 혼합하여 사용 가능하며 다공성 유·무기 복합체 전체 중량에 대해 5 내지 80중량%로 사용된다. 그 함량이 너무 적으면 침투성이 좋지 않고 함량이 너무 많으면 콘크리트 표면보호제의 표면경도, 코팅의 두께 등의 물성의 저하를 가져올 수 있다. 상기 알킬알콕시실란 화합물은 하나 이상의 알킬기를 가지고 있어 침투성 발수제의 성분으로 사용된다. 상기 알킬알콕시실란 화합물을 구체적으로 예를 들면 헥실트리에톡시실란, 헵틸트리에톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 노닐트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 운데실트리에톡시실란, 도데실트리에톡시실란, 트리데실트리에톡시실란, 테트라데실트리에톡시실란, 펜타데실트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 헵타데실트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 노나데실트리에톡시실란, 에이코실트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 상기 알킬알콕시실란 화합물 의 함량은 5 내지 70중량%이며, 그 함량이 너무 적으면 콘크리트 내부로 침투하는 함량이 줄어들어 침투깊이를 나타내는데 문제가 있고, 함량이 너무 많으면 표면보호제의 물성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 상기 비이온성 유화제는 다공질 입자와 알킬알콕시실란 또는 알콕시실란을 더 함유한 혼합물이 시간에 따라 층 분리되는 것을 방지하기 위해 사용하며, 사용 가능한 비이온성 유화제는 폴리비닐피롤리돈, 노닐페놀계 화합물 등이다. 그 함량은 다공성 유·무기 복합체 전체 중량에 대해 0.01 내지 25중량%이며, 그 함량이 너무 적으면 층분리가 일어나고, 너무 많으면 계면활성제가 친수성 표면을 형성하여 내수성을 약화시키는 요인으로 작용하게 된다. 상기 알콕시실란 화합물은 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS),노말트리에톡시실란 또는 이들의 혼합물에서 선택되며, 그 함량은 다공성 유·무기 복합체 전체 중량에 대해 5 내지 70중량%이다. 이때 다공질 입자에 비하여 이들의 함량이 너무 적으면 콘크리트 내부로의 침투성이 저하되고, 함량이 너무 많으면 다공질 입자와의 층분리 현상이 나타난다. 상기 유·무기 다공질입자를 상기 알킬알콕시실란 화합물, 알콕시실란 화합물 또는 이들의 혼합물과 혼합하여 다공질 입자를 팽윤시킨 후 비이온성 유화제를 첨가하여 제조한 다공성 유·무기 복합체를 단독으로 콘크리트 공시체 위에 도포 시키고 침투 깊이를 측정한 결과 다공질 입자의 형태를 띠는 입자는 모두 4 내지 25mm의 침투 깊이를 나타내었다.

상기와 같이 제조된 다공성 유·무기 복합체는 본 발명에 따른 콘크리트 표 면보호제 전체 조성물에 10 내지 30중량%의 양으로 첨가하여 사용하며, 이때 다공성 유·무기 복합체에 존재하는 성분들이 콘크리트 표면에서 내부로 4 내지 25mm 깊이로 침투된다. 다공성 유·무기 복합체의 함량이 10중량% 미만일 경우에는 4mm이상의 침투 깊이를 가지기 못하며, 30중량%를 초과하여 사용할 경우에는 표면보호제의 물성이 변하게 된다.

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제는 무기입자 및 용매를 더 포함할 수 있는데, 이는 콘크리트 표면보호제의 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 무기 입자는 특별하게 한정할 필요는 없으나, 탈크(Talc), 산화아연, 산화알루미늄, 규사 등에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 용매는 에탄올 또는 메탄올이 바람직하다.

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제의 점도는 100 내지 20,000cps 범위를 가지며 용매의 양을 조절하여 용도에 부합되도록 점도를 조절해서 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제를 물기가 남아있는 콘크리트 면에 바로 도포 할 경우에도 도포가 가능하며 건조된 콘크리트 표면에 코팅하는 경우 때와 마찬가지로 높은 부착강도를 나타내고, 콘크리트 표면보호제의 코팅두께를 4mm 정도까지 증가를 시켜 건조를 하더라도 건조 후 코팅두께를 유지하며 균열현상이나 수축, 뒤틀림 현상이 나타나지 않고 매끄러운 면을 유지 할 수 있으며, 이렇게 건조된 코팅 면을 황산/염산 등의 강산에 담가 두었을 때 전혀 침해되지 않는다.

본 발명은 콘크리트 표면을 세정하는 단계; 콘크리트 표면보호제를 도포하는 단계; 및 상기 도포된 표면보호제를 건조하는 단계를 가지는 콘크리트 구조물의 제조방법을 제공한다.

콘크리트 표면에 열화가 진행된 부식면을 3~4 mm 정도를 제거하는 경우, 기존의 보수 공법의 경우 바탕조정제처리-단면복구모르타르-표면보호제 처리등 적어도 3단계의 공정을 거치게 되는데 본 발명에서는 이러한 과정을 생략하고 한단계로서 보수를 완료할 수 있으며, 신설구조물에 있어서도 기존 공법의 경우 침투형방수재 도포-표면강화제 도포-표면보호제도포 등 몇 단계에 걸친 작업공정을 거치게 되는데 본 발명에 있어서는 이러한 공정을 생략하고 한단계 공정으로 콘크리트 중성화방지 공법을 완료함으로써 경제적이고 친환경적인 새로운 콘크리트 구조물의 제조방법을 완성하게 되었다.

하기 표 1에서는 기존 공법과 본 발명에 따른 공법을 비교하였으며, 하기 표1의 WP-#1과 WP-#2는 본 발명의 실시예에서 제조된 콘크리트 표면보호제를 나타낸다.

[표 1] 기존 공법과의 공정의 비교

상기의 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 제조방법, 즉 콘크리트 구조물의 중성화 방지를 위한 신설 및 보수 공법 시 작업공정을 혁신적으로 줄인 새로운 공정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 콘크리트 표면을 세정하는 단계는 열화나 부식이 진행된 면을 확인하고 부식된 면을 제거하고 청소하는 단계이다.

상기 콘크리트 표면보호제를 도포하는 단계는 상기 단계의 세정된 콘크리트 표면에 본 발명에서 제조된 콘크리트 표면보호제를 도포하는 공정이다. 콘크리트 신설 공정인 경우는 상대적으로 점도가 낮은 콘크리트 표면보호제, 예를 들면 실시예의 WP-#1과 같은 표면보호제를 스프레이 도장한다. 이때 물기가 젖어있으나 물기 가 흐르지 않을 정도의 상태에서라도 접착력이 우수하므로 건조 과정 없이 도장이 가능하며, 신설 건축구조물의 경우이므로 미장 공정이 필요하지 않다. 콘크리트 보수 공정인 경우는 부식된 면이 많은 표면 콘크리트를 제거하여 골이 패인 부분에 상대적으로 점도가 높은 표면보호제, 예를 들면 실시예의 WP-#2를 도장한다. WP-#2로 도장한 경우는 뿜칠 후 미장용 흙손으로 면고르기를 한다.

상기 건조단계는 이전 단계에서 도포된 콘크리트 표면보호제를 건조하는단계로 콘크리트 신설 공정에서 상기 WP-#1로 도포한 경우 24시간 정도 건조하여 작업을 완료할 수 있으며, 콘크리트 보수 공정에서 WP-#2로 도장한 경우는 72시간 정도 건조하여 작업을 완료한다.

본 발명에 따른 콘크리트 구조물 제조 방법의 특징은 습윤면 코팅이 가능하기 때문에 기존 공법들이 콘크리트 수분함량이 8% 이하에서 작업을 실시함을 원칙으로 하고 있는 반면 본 공법에서는 콘크리트의 수분 함량이 20% 정도이더라도 작업이 가능하다는 특징을 가진다. 수분함량 20%는 콘크리트 시험체를 물속에 담가 두었다가 꺼내어 표면의 물기만을 마른 수건으로 닦아낸 상태 정도를 나타낸다. 그러므로 습윤면 코팅이 가능하다는 장점으로 인하여 타 공법들이 물 청소 후 콘크리트 수분함량이 줄어 들 때까지 기다려야 하는 번거로움으로 인하여 공사기간이 길어짐에 비하여 본 공법은 수분의 건조시간이 거의 필요치 않으므로 공사기간을 단축 할 수 있다.

또한 본 제조방법에서는 콘크리트 표면보호제가 콘크리트 내부로 침투성능을 가지고 있어 침투된 후 강한 부착력으로 경화 반응이 진행되기 때문에 기존 보수 공정시 사용하는 프라이머를 사용하지 않더라도 강한 부착력을 나타낸다는 장점으로 인하여 프라이머 도포와 같은 공정을 줄일 수 있다.

또한 본 발명의 콘크리트 표면보호제의 경우 4mm 정도의 도막으로 코팅하더라도 균열이나 뒤틀림 현상이 전혀 발생하지 않기 때문에 중성화가 진행되어 콘크리트의 면을 제거한 경우라 할지라도 1 회 코팅만으로 보수 하고자 하는 콘크리트면의 평활성을 유지 할 수 있다. 이러한 장점으로 인하여 단면복구 모르타르 또는 퍼티를 도포하는 공정을 줄일 수가 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 자세히 설명하나, 이들 실시 예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 국한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

[실시예 1]

(1) 실란계 고분자 중합체를 함유하는 조성물의 제조

반응기 내부로 TEOS(tetraethoxysilane) 512㎏ 과 반응개시제인 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile; AIBN) 4㎏을 투입하고 반응기 내부 온도 를 80℃까지 상승시켰다. 메틸메타아크릴레이트 864 ㎏ 과 부틸아크릴레이트 120 ㎏ 그리고 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyl trimethoxy silane) 124㎏을 혼합하여 반응기 내부로 4시간 동안 적하하면서 반응하였다. 적하 완료후 반응기 내부 온도를 80℃로 유지 하면서 4시간 동안 숙성 반응하였다. 숙성반응 후 TEOS 720㎏을 반응기 내부로 투입하였다.

(2) 다공성 유·무기 복합 침투성 입자의 제조

콘크리트 내부로 표면보호제 성분이 침투되게 하는 침투성을 부여하기 위하여 다음과 같은 공정을 취하였다. 다공성 물질인 황토40㎏에 노르말옥틸트리에톡시실란(N-octyltriethoxysilane)과 실록산과의 혼합 용액인 다우코닝사 제품인 Z-6341 30㎏과 TEOS 30㎏을 투입하고 두 용액이 황토 내부로 충분히 침투하여 팽윤 되도록 60℃에서 4시간 동안 교반하고, ㈜동남합성의 노닐페놀계 유화제 3Kg 을 투입하여 30분간 교반하여 황토의 침강을 방지하며 침투성을 부여하기 위한 노르말옥틸트리에톡시실란과 TEOS를 함유한 입자를 제조하였다.

이와는 별도로 유·무기 다공질 입자를 이용하여 노르말옥틸트리에톡시실란과 TEOS를 함유한 입자를 제조하고 그 침투깊이를 측정하였으나 침투 깊이의 측정결과 그 침투 깊이의 정도가 다공질의 입자인 경우는 거의 유사하므로 다공질입자의 하나인 황토로서 실험값을 나타내었다.

(3) 콘크리트 표면보호제의 제조

상기 (1)의 방법으로 제조된 실란계 고분자 중합체 조성물64 ㎏과 탈크(Talc) 9.6 ㎏, TiO₂ 12.8 ㎏, 산화알루미늄 6.4㎏, 에틸알콜 42㎏, TEOS 14 ㎏ 그리고 상기 (2)의 방법으로 제조된 팽윤입자 29.6㎏을 혼합하여 콘크리트 표면보호제 WP-#1를 제조하였다. 이때 제조물의 점도는 500 cps였다. WP-#1은 신규 건축구조물의 중성화 방지를 위한 표면코팅제 조성물의 경우이다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조된 실란계 고분자 중합체 조성물 360 ㎏, 탈크 54 ㎏, 산화알미늄 320㎏, 규사 150# 54㎏, 옥틸트리에톡시실란을 함유한 벤토나이트 입자 100㎏, 에탄올 45 ㎏등을 혼합하여 콘크리트 표면보호제 WP-#2를 제조하였다. 이때 제조물의 점도는 10,000 cps였다. WP-#2는 기존 건축구조물의 보수를 위하여 콘크리트 표면의 중성화가 진행된 부분을 제거하고 표면의 평활성을 부여하면서 중성화를 막기 위한 표면코팅제 조성물의 경우이다.

상기의 실시예와 같이 제조된 WP-#1과 WP-#2와 비교를 위하여 선택된 타사제품(coat a) 물성값은 아래 표 2와 같다.

[표 2]

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제는 표 2에 나타난 바와 같이 부착강도, 내산성, 내후성 등 그 특성이 우수하며, KSF4930의 침투 깊이 규정인 4mm 이상의 침투 깊이를 나타내었다.

[시험예 1]

본 발명의 콘크리트 표면보호제가 공기중의 탄산가스를 차단하여 중성화 현상을 방지하는 역할을 한다고 판단되어 콘크리트 표면보호제의 도포한 시편과 도포하지 않은 시편에 대한 중성화 정도를 비교 하였다.

일반 콘크리트 시험체와 표면보호제 WP-#1과 WP-#2를 도포한 시험체로 나누어 실험을 진행하였다. 도포하지 않은 면을 제외하고 나머지 모든 면을 파라핀을 이용 도포하였으며 표면보호제를 처리하지 않은 시험체 역시 같은 방법으로 파라핀 처리하였다.

습도 80%, 온도 23±3℃, CO₂ 농도 5.0% 의 조건으로 구성된 촉진 중성화 시험기 내에 시험체를 넣고 14일 후 시험체를 꺼내어 단면을 절단하고 1% 페놀프탈레인 용액을 분무하여 중성화 깊이를 측정하였으며 측정결과는 다음 표 3과 같다.

[표 3]

표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제는 공기 중의 탄산가스를 차단하여 탁월한 중성화 방지 효과를 가지는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 표면보호제는 인체 유해물질을 함유하지 않아 친환경적이며, 습윤상태의 콘크리트면에 코팅이 가능하며 콘크리트로의 침투성이 용이하고 침투 후 콘크리트와의 반응에 의해 경화가 진행되어 콘크리트의 표면 강도를 증진 시킬 뿐 아니라 산이나 염해의 저항성이 우수하여 콘크리트 중성화 방지를 위한 표면보호제 용도로 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서 제시한 콘크리트 표면보호제를 이용하게 되면 한번의 도포 만으로 침투식 흡수방지재의 기능과 도막방수의 기능 그리고 표면보호제의 기능까지 가질 수 있기 때문에 여러 단계로 구성된 기존 콘크리트 구조물의 표면 보수공법이나 중성화 방지공법의 작업 공정을 획기적으로 단축할 수 있다.

Claims (21)

1. 하기 화학식 1의 알콕시실란기를 가지는 공중합체 및 용매로서 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 알콕시실란을 함유하는 콘크리트 표면보호제.

   [화학식 1]

   

   (상기 식에서 R₁, R₂ 및 R₃ 는 서로 독립적으로 메틸기 또는 에틸기에서 선택된다.)
2. 제 1항에 있어서,

   상기 콘크리트 표면보호제는 히드록시기, 아민기 또는 카르복시기를 가지는 비닐 단량체를 알콕시실란 용매의 존재 하에 공중합하여 제조하거나, 상기 알콕시실란기를 가지는 비닐 단량체와 공비닐단량체를 알콕시실란 용매하에 공중합하여 제조하는 알콕시실란을 함유하는 공중합체 조성물인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,

   상기 비닐 또는 공비닐 단량체는 스티렌, 메틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, N-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 비닐아세테이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 디메틸아미노에틸메타아크릴레이트에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 콘크리트 표면보호제는 다공성 유·무기 복합체를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 다공성 유·무기 복합체는 유·무기 다공질입자, 알킬알콕시실란 화합물 및 비이온성 유화제를 혼합하여 제조된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 다공성 유·무기 복합체는 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 알콕시실란 화합물을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
8. 제 6항에 있어서,

   유·무기 다공질입자는 벤토나이트, 다공질카본입자, 유기팽창입자, 펄라이트, 바텀애쉬(bottom ash), 질석 또는 황토에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 알킬알콕시실란 화합물은 헥실트리에톡시실란, 헵틸트리에톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 노닐트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 운데실트리에톡시실란, 도데실트리에톡시실란, 트리데실트리에톡시실란, 테트라데실트리에톡시실란, 펜타데실트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 헵타데실트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 노나데실트리에톡시실란 및 에이코실트리에톡시실란에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 비이온성 유화제는 폴리비닐피롤리돈 또는 노닐페놀계 화합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
11. 제 2항에 있어서,

    상기 콘크리트 표면보호제는 무기입자 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 무기 입자는 탈크(Talc), 산화아연, 산화알루미늄, 규사 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 용매는 에탄올 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
14. 제 5항에 있어서,

    상기 콘크리트 표면보호제는 무기입자 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 무기 입자는 탈크(Talc), 산화아연, 산화알루미늄, 규사 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 용매는 에탄올 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
17. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 내지 제 16항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

    상기 콘크리트 표면보호제가 콘크리트 표면으로부터 4 내지 25mm 깊이로 침투되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 콘크리트 표면보호제는 점도가 100 내지 20,000cps인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면보호제.
19. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 내지 제 16항에서 선택되는 어느 한 항의 콘크리트 표면보호제를 도포하여 제조한 콘크리트 구조물.
20. 제 17항의 콘크리트 표면보호제를 도포하여 제조한 콘크리트 구조물.
21. 콘크리트 표면을 세정하는 단계; 콘크리트 표면보호제를 도포하는 단계; 및 상기 도포된 표면보호제를 건조하는 단계를 가지는 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 내지 제 16항에 따른 콘크리트 표면보호제가 도포된 콘크리트 구조물의 제조방법.