KR100791618B1

KR100791618B1 - 폴리머 시멘트 페이스트 및 이의 뿜칠 도장방법

Info

Publication number: KR100791618B1
Application number: KR1020060062384A
Authority: KR
Inventors: 조영국
Original assignee: 조영국
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-03

Abstract

본 발명은 시멘트에 폴리머, 물, 소포제, 급결재, 혼화재료를 혼합하여, 이를 형강 또는 철근 표면에 도장, 양생하여 시멘트 콘크리트 구조물의 철근과 철골 구조물의 부식을 방지하는 것에 관한 것으로, 상기 폴리머는 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 아크릴 에멀젼(PA)에 에폭시 에멀젼(EP) 등을 혼합하여 이루어진 액상 폴리머이거나, 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 메타크릴산 메칠-아크릴산 부칠(MMA/BA), 초산비닐-비닐바사데이트(VA/VeoVa)를 동 비율로 혼합한 분말 폴리머 중 선택되는 어느 1종 이상으로 이루어진 것으로, 상기 폴리머에 고로 슬래그, 규사 또는 급결재 등의 혼화 재료를 혼입하여 만든 시멘트 페이스트 및 상기 폴리머 시멘트 페이스트를 건설현장의 형강과 철근이 조립된 상태에서 압력노즐을 통해 철근에 직접 뿜칠하여 도장하는 도장방법에 관한 것이다.

시멘트, 페이스트, 폴리머, 디스퍼션, 부착력, 뿜칠, 도장

Description

폴리머 시멘트 페이스트 및 이의 뿜칠 도장방법{POLYMER CEMENT PASTE AND COATING PROCESS THEREOF}

제 1도는 본 발명에 따른 콘크리트 강도가 18.0MPa의 경우 도장 철근의 부착강도를 도시한 그래프.

제 2도는 본 발명에 따른 콘크리트 강도가 24.7MPa의 경우 도장 철근의 부착강도를 도시한 그래프.

제 3도는 본 발명에 따른 콘크리트 강도가 37.4MPa의 경우 도장 철근의 부착강도를 도시한 그래프.

제 4도는 본 발명에 따른 콘크리트 강도가 43.2MPa의 경우 도장 철근의 부착강도를 도시한 그래프.

제 5도는 본 발명에 따른 형강의 부착강도를 도시한 그래프.

제 6도는 본 발명에 따른 연강판과의 접착성 시험 모식도.

제 7도는 본 발명에 따른 연강판의 접착성을 도시한 그래프.

제 8도는 본 발명에 따른 염화나트륨 수용액을 분무 후 부식 면적률을 도시한 그래프.

제 9도는 본 발명에 따른 염화나트륨 수용액 침투 시험 후 부식 면적률을 도시한 제1그래프.

제 10도는 본 발명에 따른 염화나트륨 수용액 침투 시험 후 부식 면적률을 도시한 제2그래프.

최근 철근 콘크리트 구조물의 대형화 및 특수화의 추세로 철근 콘크리트의 사용범위가 육지뿐만 아니라 해상까지 확대되고 있어 철근 콘크리트 구조물은 더욱더 염분의 피해를 받을 수 있는 환경에 노출되어 있고, 또한 강 모래의 고갈로 점점 해사의 사용이 급증하고 있는 실정으로 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식에 따른 노후화 대책은 아무리 강조해도 지나침이 없다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 한 방편으로, 콘크리트에 방청제를 혼입하거나 철근 자체에 방청처리를 하는 방법이 많이 연구되고 있는데 대표적인 방법이 에폭시 도장 철근이다.

그러나, 상기 에폭시 도장철근은 운반시의 충격에 따른 박리와 박락, 부착력 저감 등의 큰 문제점을 지녔으며 무엇보다 높은 제조 기술력과 고가로 인해 사용성에 제약을 받는다는 문제점을 갖고 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 등록특허 10-0466828(공고일자: 2005.01.17)에 시멘트의 일정량에 대해 폴리머, 물 및 소포제를 첨가하여 이루어지는 폴리머 시멘트 슬러리에 대해 제시한 바 있다.

그러나, 상기 등록특허에서의 폴리머 시멘트 슬러리는 부착력이 떨어지고, 침적도장 방법에 의한 것으로서 건설현장의 조립된 형강 및 철근에는 적용하기 불가능하며, 콘크리트 2차 제품에 삽입되는 공장조립 철근을 대상으로 함으로써 적용 범위가 매우 제한적이며, 또한 보통시멘트만을 사용함으로써, 도막의 경화가 24시간에서 48시간 이상의 장시간이 소요되어 사용성에 문제점을 갖고 있었다.

이상에서와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 도막의 경화시간을 24시간 이내로 단축하고, 내구성, 내충격성 및 부식 저항성을 유지하면서 부착력 및 시공성을 강화시킨 폴리머 시멘트 페이스트와, 상기 폴리머 시멘트 페이스트를 이용한 뿜칠 도장방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 20 ~ 200 중량부, 물 50 ~ 200 중량부, 급결제 1 ~ 10중량부, 소포제 0.002 ~ 0.4 중량부를 혼합하여, 이를 철근 또는 형강표면에 도장, 양생하여 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지한다.

상기 폴리머는 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 아크릴 에멀젼(PA) 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종 이상을 동 비율로 혼합한 50 ~ 99중량%와 에폭시 에멀젼(EP) 1 ~ 50중량%를 혼합하거나,

스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 50 ~ 99중량%와 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR) 1 ~ 50중량%를 혼합하거나,

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 20 ~ 35중량%와 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 65 ~ 80중량%를 혼합하여 이루어진 액상 폴리머이거나,

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 메타크릴산 메칠-아크릴산 부칠(MMA/BA), 초산비닐-비닐바사데이트(VA/VeoVa)를 동 비율로 혼합 하여 이루어진 것으로, 시멘트 중량에 대해 20 ~ 200% 중량부로 사용되는 분말 폴리머 중 선택되는 어느 1종 이상인 폴리머 시멘트 페이스트 또는 폴리머 시멘트 페이스트에 혼화재료를 더 포함하는 것으로, 상기 혼화재료는 고로슬래그, 규사 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 이루어진 것으로, 상기 고로 슬래그는 시멘트 중량에 대한 치환율로서 1 ~ 50중량%, 상기 규사는 시멘트 중량에 대하여 10 ~ 100중량%를 사용하는 폴리머 시멘트 페이스트와,

시멘트, 액상 또는 분말 폴리머, 혼화재료, 물, 소포제, 급결제가 믹싱된 폴리머 시멘트 페이스트를 액체상태에서 압력노즐을 통해 0.1 ~ 30kgf/㎠의 압력으로 뿜칠 도장하여 0.5 ~ 24시간 동안 자연 경화시키는 뿜칠 도장방법을 그 주요 구성으로 한다.

상기 뿜칠 도장은 스프레이 노즐을 통하여 도료(塗料)를 세밀하고 균일하게 뿜어 칠을 하는 것을 일컫는 것으로, 폴리머 시멘트 페이스트의 부착력이 강화됨으로써 가능한 것으로, 상기한 액상 또는 분말 폴리머를 혼합하여 이루어진 폴리머 시멘트 페이스트의 부착력을 강화시킴으로써 달성되는 것이다.

이하, 폴리머 시멘트 페이스트를 구성하는 시멘트, 폴리머, 급결제, 소포제의 구성을 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트 또는 조강성시멘트(조강시멘트, 초조강시멘트, 초속경시멘트) 중 선택하여 사용한다.

상기 소포제는 폴리머를 극성과 분자량(분자량의 분포)을 조절하여 상용성과 비상용성 사이의 적절한 균형을 통해 만들어 사용하여야 하고, 폴리머 소포제들은 아주 상용성이 좋을 경우에도 기포를 안정화시키지 않는 특성을 가지고 있어 소포성이 매우 약하거나 존재하지 않는 것처럼 보이게 되므로 적절한 소포제를 선택하여 사용하여야 하는 것으로, 고급지방산아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산저급알콜에텔, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스텔, 고급지방산의 금속석검, 톨유(tall oil), 실리콘계, 비실리콘계, 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 소수성실리카 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 사용되며, 캐리어(carrier)성분으로서 광물유 또는 저급알콜이 사용된다.

상기 급결제는 보통시멘트를 사용하고, 또한 폴리머의 혼입에 따른 경화지연의 단점을 극복하여 현장에서 빠른 경화로 시공성을 향상시키기 위해 사용되는 혼화제로써, 탄산소다(Na₂CO₃), 알루민산 소다(NaAlO₂), 규산소다(Na₂SiO₃, 물유리) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 사용된다.

상기 폴리머는 본 발명에서 중요한 구성을 갖는 성분으로써, 폴리머 시멘트 페이스트의 부착력 강화와 경화시간을 단축시켜 주고, 부착력 강화로 폴리머 시멘트 페이스트를 조립된 철근의 표면에 직접 분사하여 도장함으로써, 작업의 효율성 을 극대화시켜준다. 상기 폴리머는 액상 폴리머 또는 분말 폴리머가 쓰이며,

상기 액상 폴리머는 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 아크릴 에멀젼(PA)을 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종 이상을 동 비율로 혼합한 50 ~ 99중량%와 에폭시 에멀젼(EP) 1 ~ 50중량%를 혼합하거나,

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 20 ~ 35중량%, 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 65 ~ 80중량%를 혼합하여 이루어지고,

상기 분말 폴리머는 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 메타크릴산 메칠-아크릴산 부칠(MMA/BA), 초산비닐-비닐바사데이트(VA/VeoVa)를 동량비율로 혼합하여 이루어지는 것으로, 시멘트 중량에 대하여 20 ~ 200% 중량부로 사용된다.

상기 에폭시 에멀젼(EP)을 1중량% 이하로 사용할 경우에는 접착력 개선의 에폭시 성질을 발휘할 수 없고, 50중량% 이상으로 사용할 경우에는 뿜칠의 어려움과 폴리머의 효과가 저하되며, 도막형성이 균일하지 못하므로 1 ~ 50중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA)을 50중량% 이하로 사용할 경우에는 도막 에 균열이 발생되고, 99중량% 이상으로 사용할 경우에는 경화시간이 길어지는 문제점이 발생되므로 50 ~ 99중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR)은 1중량% 이하로 사용할 경우에는 시공성 및 사용 효과가 급격히 떨어지고, 50중량% 이상으로 사용할 경우에는 도막에 균열이 발생되므로 1 ~ 50중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA)를 20중량% 이하로 사용할 경우에는 도막형성 및 경제성면에서 혼입효과가 떨어지는 문제점이 발생되고, 35중량% 이상으로 사용할 경우에는 점성이 높아 시공성에 문제점이 발생되므로 20 ~ 35중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA)을 65중량% 이하로 사용할 경우에는 주성분인 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA)의 성분효과가 떨어지고, 80중량% 이상으로 사용할 경우에는 경제성 및 경화시간이 지연되므로 65 ~ 80중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같은 액상 또는 분말 폴리머를 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트는 높은 부착강도와 빠른 경화시간을 갖는 것으로, 종래 침지하여 도장하던 방식에서 탈피하여 조립된 상태의 철근에 직접 분사하여 뿜칠 도장을 함으로써 철근의 부 식면적률이 현저히 떨어지도록 함과 동시에 시공이 매우 간편하여 작업시간을 대폭 단축시켜 작업 효율을 높여준다.

상기 뿜칠 도장은 액상 또는 분말 폴리머, 혼화재료, 물, 소포제, 급결제가 믹싱된 액체상태의 폴리머 시멘트 페이스트를 압력노즐을 통해 0.1 ~ 30kgf/㎠의 토출압력으로 뿜칠 도장하여 0.5 ~ 24시간 동안 자연 경화시킴으로써 이루어진다.

상기 토출압력이 0.1 kgf/㎠ 이하의 경우에는 폴리머 시멘트 페이스트의 높은 점성으로 분사가 잘 이뤄지지 않고, 30kgf/㎠ 이상의 토출압력으로 분사시에는 강한 압력으로 도장 두께가 균일하지 못하며, 리바운딩과 박락의 문제점이 발생되므로 0.1 ~ 30kgf/㎠의 토출압력으로 뿜칠 도장하는 것이 바람직하다.

상기 자연 경화시간을 0.5시간 이전으로 할 경우에는 경화가 아직 완벽하게 이뤄지지 않은 상태이므로 도장 표면에 변형을 가할 수 있고, 24시간 이후의 경우에는 경화가 완벽하게 이뤄진 상태이므로 더 이상의 경화시간을 갖는 것은 무의미 하므로 자연 경화시간을 0.5 ~ 24시간으로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 혼화재료는 고로슬래그 미분말 또는 규사로 이루어지는 것으로, 시멘트, 폴리머, 물, 급결제, 소포제로 이루어진 폴리머 시멘트 페이스트에 더 포함되는 성분으로써, 상기 고로 슬래그는 시멘트 중량에 대한 치환율로서 각각 1 ~ 50중량%, 규사(입경, 8호 0.07 ~ 0.1mm)의 경우에는 시멘트 중량에 대하여 10 ~ 100중량%를 사용한다.

이하, 상기한 폴리머의 구성을 실시 예를 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

폴리머

실시 예 1

스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR)과 폴리 아크릴산 에스테르(PAE)을 1:1비율로 혼합하여 이루어진 65중량%와 에폭시 에멀젼(EP) 35중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 2

스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA)을 동비율로 혼합한 50중량%와 에폭시 에멀젼(EP) 50중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 3

스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 60중량%와 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR) 40중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 4

스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 75중량%와 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR) 25중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 5

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 25중량%와 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 75중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 6

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 35중량%와 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 65중량%를 혼합하여 액상 폴리머를 구성한다.

실시 예 7

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 25중량%, 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 25중량%, 메타크릴산 메칠-아크릴산 부칠(MMA/BA) 25중량%, 초산비닐-비닐바사데이트(VA/VeoVa) 25중량%를 혼합하여 분말 폴리머를 구성한다.

이하, 상기한 구성에 의해 제조된 폴리머 시멘트 페이스트를 철근(D19)과 H 형강에 도장하여 시멘트 콘크리트와의 부착력을 다음과 같이 평가하였다. 표 1은 본 실험의 실험 인자를 나타내고 있다.

실험 인자

도장강 종류	도장 시멘트 종류(단위:개수)	베이스 콘크리트 종류(단위:개수)	도장방법 (단위:개수)	폴리머 종류 (단위:개수)	시험체 개수(×3)
이형철근(D19)	2	4	2	2	192
이형철근(D13)	2	1	7	1	42
H-형강	2	1	2	2	24

사용재료 중 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트와 조강시멘트를 사용하였고, 시멘트 혼화용 폴리머는 스티렌-아크릴산 공중합체(St/BA)와 아크릴계(PA)를 사용하였으며, 그 성질은 표 2와 같다. 골재는 베이스 시멘트 콘크리트를 위한 골재로서는 강 모래와 쇄석을 사용하였다.

폴리머 디스퍼션의 성질

폴리머 종류	상태	고형분(%)	점도 (mPa·s,20℃)	pH(20℃)	비중(20℃)
PA	액상	47	100	7.0	1.09
St/BA	액상	56	450	8.5	1.04

철근은 KS D 3504(철근 콘크리트용 봉강)에 규정된 D22와 D13 철근을 사용하였고, 형강은 H형강 (H-200 x100x 5.5x7.5mm)을 사용하였다.

연강판은 KS M 5000(도료 시험용 철판의 제작방법)에 규정된 연강판을 사용하였다.

폴리머 시멘트 슬러리 제작 및 도장방법

폴리머 시멘트 슬러리는 기존의 연구에서 우수했던 2종의 폴리머를 사용하여 표 3과 같은 배합으로 제작하였다. 먼저 철근, 형강 및 연강판을 먼지나 이물질이 없이 깨끗이 닦은 후, 철근, 형강 및 연강판의 도장두께가 소정의 두께가 될 수 있도록 뿜칠 분무하여 도장하였다. 도장두께는 표 3과 같이 D19 철근의 경우, 도장이 경화 후 콘크리트에 삽입되는 경우에는 250±50㎛, 경화 전 삽입하는 경우에는 100±50㎛로 하였다. 이는 에폭시 도장두께를 기준으로 하였으나, 경화 전 ,즉 도장 후 바로 시멘트 콘크리트에 삽입시킬 경우에는 도장 두께 250±50㎛를 확보할 수 없어 30회 침적 후 바로 사용하였다. 폴리머 종류에 따라 점성이 달라 도장두께에 차이가 생기기 때문에 아크릴계 에멀젼(PA)의 경우 폴리머와 시멘트비(중량비)가 1:1이며, St/BA의 경우는 2:1로 하였다.

베이스 콘크리트 및 모르타르 제작

철근을 시멘트 콘크리트에 삽입시키기 위한 베이스 콘크리트(크기 150x150x150mm)의 배합은 표 4와 같다. 또한 철근의 삽입깊이는 5cm와 7.5cm로 하였으며, 콘크리트의 종류는 콘크리트의 압축강도를 기준으로 4종류로 하였다. 또한 H 형강은 150x150x300의 공시체를 이용하여 도장된 형강을 중앙에 삽입하여 타설한 후, 28일간 기중양생을 실시하였다. 이때 사용된 콘크리트 배합은 표 4의 시멘트 400kg의 배합이다. 그리고 D13을 사용한 경우에는 표 5와 같은 배합으로 폴리머 시멘트비를 다양하게 변화시켜 도장한 도장강을 시멘트 : 표준사 1:3, 물시멘트비 50%의 시멘트 모르타르 중앙에 삽입시켜 부식시험을 실시하였다.

폴리머 시멘트 슬러리 배합표( D19 )

도장종류		폴리머 종류	P/C(%)	물 시멘트비 (%)	소포제(%)	피복두께(㎛)
						보통	조강
경화후삽입	1번코팅	PA	50	50	1	160(50)	260
	1번코팅	St/BA	100	100		290(100)
경화전삽입						150(100)	150

( )은 분무방법에 의한 형강도장 두께

베이스 콘크리트 배합

배합 번호	시멘트(kg)	잔골재(kg)	굵은골재(kg)	물(kg)	압축강도(MPa)
1	300	878	1008	150	18.0
2	400	757	925	168	24.7
3	500	608	607	200	37.4
4	600	516	741	210	43.2

폴리머 시멘트 슬러리 배합표( D13 )

배합 번호	P/C(%)		W/C(%)		피복두께(㎛)
배합 번호	보통 시멘트	조강 시멘트	보통 시멘트	조강 시멘트	보통 시멘트	조강 시멘트
1	120	130	120	130	290	500
2	130	145	130	145	240	350
3	135	160	135	160	210	300
4	150	170	150	170	180	270
5	160	185	160	185	150	250
6	170	-	170	-	140	-
7	180	-	180	-	120	-

시험 예 1: 철근의 인발시험 및 압축시험

기중양생 조건으로 28일간 양생시킨 철근과 형강이 삽입된 시험체에 대하여 인발시험 및 압축시험을 실시하였다. 시험체 수는 각각 3개를 시험하여 그 평균값으로 파괴하중 및 부착강도를 산출하였으며, 부착강도는 다음 식(1)에 의하여 산출하였다.

시험 예 2: 연강판의 접착성 시험

KS M5250(에폭시 수지 도료 분체)에 준하여 연강판에 도장된 도장재료를 예리한 칼날로 가로, 세로 각각 6개의 줄을 2mm 간격으로 그어 25개 구획을 만들고, 그 위에 “KS A 1514 Polypropylene 접착테이프”30mm 1종을 붙인 후, 급격히 떼어낸 다음 도장상태를 조사하였다. 규격에는 2mm 간격으로 긋고, “KS A 1518 셀로판 접착테이프”에서 규정하는 포장용 셀로판 테이프를 사용하게 되어 있으나, 본 시험에서는 이보다 엄격한 조건에서 시험하였다. 시험 후 탈락되지 않은 부분을 전체 면적에 대한 백분율로서 접착성을 평가하였다.

시험 예 3: 염화나트륨 수용액 분무시험

폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 D13 철근과 보통철근을 염화나트륨 수용액 분무시험장치(압력 1.0㎏/㎠, 챔버온도 35℃, 분무용액온도 47℃)를 사용하여, 10% 염화나트륨 수용액을 48시간 동안 분무한 후, 디지털 면적계를 사용하여 부식면적률을 다음 식(2)에 의해 구하였다.

시험 예 4: 염화나트륨 수용액 침투시험

물시멘트비 30%, 시멘트:표준사=1:3(중량비)으로 배합하여 시멘트 모르타르를 준비하고, 상기 시멘트 모르타르의 중앙에 폴리머 시멘트 조성물로 도장한 철근과 도장하지 않은 철근을 넣어 시험편을 제작한다. 상기 제작된 시험편을 28일간 기중양생(20℃, 50% R.H.)을 실시한 후, 염화나트륨 수용액 침투장치(용기내 압력 10㎏/㎠)로 10% 염화나트륨 수용액을 24시간 동안 시멘트 모르타르 중앙의 도장철근 부위까지 침투시켰다. 다시 시험편을 60℃ 건조로에서 24시간 건조시키는 과정을 10회 반복 실시한 후, 철근의 발청면적을 디지털 면적계를 사용하여 산출하였다.

시험 예 5: 폴리머 시멘트를 도장한 후 철근의 부착력

도 1 내지 도 4는 도장 철근의 부착강도를 나타내고 있다.

폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 후, 바로 시멘트 콘크리트에 삽입한 경우와, 1일간 도장 슬러리를 경화한 후 삽입한 경우 모두 철근에 도장 부분이 남아 있고 일부는 찢겨진 부분이 있으나, 시멘트 콘크리트 부분이 함께 붙어 있어 전반적으로 철근과 강력한 접착력을 보였다. 그러나 에폭시 철근은 일부 찢겨진 상태에서 시멘트 콘크리트와 접착된 부분이 전혀 보이지 않고 에폭시 철근만 드러났다.

도장철근의 부착강도는 콘크리트 강도에 따라 조금씩.

다른 경향을 보였으나, 18.0MPa의 경우, 미도장 철근에 비해 PA(경화 후)를 사용한 경우, 상당히 큰 부착강도를 보였으며, PA(경화 전)를 사용한 경우에도 동등 이상의 부착강도를 보였다.

또한 도장강의 부착강도는 베이스 콘크리트의 강도가 증가할수록 약간씩 증가하였으며, 일반적으로 미도장 철근과 에폭시 철근에 비해 동등 이상의 부착강도를 나타내고 있다. 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)를 사용한 경우가 아크릴계 에멀젼(PA)를 사용한 경우에 비해 부착강도가 낮은 경향은 폴리머 시멘트 슬러리 배합시 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)의 도장두께를 확보하기 위하여 상대적으로 폴리머 양이 많이 혼입되었기 때문이다.

또한 삽입깊이에 따라서 파괴하중은 크게 증가하지만, 단위면적당 부착강도의 차이는 거의 발견할 수 없었으며 공시체의 크기에 따라 삽입깊이를 정하는 것이 좋다.

본 발명에서는 삽입깊이 7.5cm의 경우가 5cm에 비해 강도의 편차가 적었으며, 실험 편리성에서도 유리하였다. 보통시멘트를 사용한 폴리머 시멘트 슬러리는 도장강은 슬러리가 경화하는데 1일 이상의 양생 기간이 필요하며, 배합에 따라서는 2일 이상의 경우도 있어 건설현장에서 배근된 철근에 분무방식으로 철근을 도장한다면 도장 슬러리의 경화시간을 단축시킬 필요가 있다. 이에 조강성 시멘트를 사용할 수 있다면 그 사용성은 크게 증가될 것이다.

본 발명에서도 조강시멘트를 사용할 때에는 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)를 사용한 경우에도 8시간 정도에서 경화되었으며, 접착력에 있어서도 보통시멘트와 동등 이상을 나타냈다. 부착력 시험에 있어서, 도장 면과 시멘트 콘크리트와의 부착력은 뛰어났고, 또한 인발후 철근의 상태를 육안 확인한 결과, 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 철근의 도막부분을 발견할 수 있었으며 콘크리트와의 부착성이 우수한 것을 알 수 있었다.

시험 예 6: 형강의 부착력 평가

형강에 대한 부착력은 같은 베이스 콘크리트에 삽입한 형강의 부착력에 의한 파괴강도와 파괴 후의 단면을 관찰하여 평가하였다. 각 형강에 대한 파괴 압축강도는 표 6 및 도 5와 같다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 경화 전 삽입한 아크릴계 에멀젼(PA)으로 도장한 도장 형강을 제외하고는 모든 형강에서 도장하지 않은 보통 형강보다 높은 강도를 나타내 도장에 의한 강도 보강효과가 나타난 것을 알 수 있다. 베이스 콘크리트의 강도가 24.7MPa을 고려할 때 6% ~ 20%의 강도 보강효과를 보였으며, 이는 형강의 순수한 보강효과보다 형강표면에 도장한 폴리머 시멘트 슬러리와 시멘트 콘크리트와의 접착력이 증진된 결과로 볼 수 있다.

또한 도장하지 않은 형강의 경우 파괴시 시멘트 콘크리트와 완전히 분리되어 파괴되었으나, 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 형강의 경우에는 파괴 후에도 시멘트 콘크리트와 강하게 부착된 것을 관찰할 수 있었다.

특히 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)을 사용한 경우에는 부착강도에 상관없이 시멘트 콘크리트와의 계면 접착성이 뛰어남을 알 수 있었으며, 형강표면에 형성된 슬러리 도장면도 전면 건전한 상태를 유지하였다. 본 발명에서 폴리머 시멘트 슬러리로 강재를 도장처리하는 것은 강재와의 접착성 및 부착성의 역학적 측면도 중요하지만, 강재를 도장한 면에 의한 내구성, 즉 염분 및 중성화에 의한 내부식성 측면에서도 큰 효과를 발휘한다.

H 형강을 삽입한 콘크리트의 파괴강도( MPa )와 상태

형강 상태	폴리머 종류	시멘트 종류		파괴 직후	강재탈락 시킨 후
비도장	-	25.2		파괴시 형강과 시멘트 콘크리트와 계면파괴	완전 형강 노즐, 베이스 콘크리트와 완전 분리
경화후 삽입	PA	보통	29.7	한면 계면파괴, 형강노즐	베이스 콘크리트와 일부 접착 경화된 슬러리 상태 전면 양호
		조강	26.7
	St/BA	보통	26.2	전면 계면파괴 없음, 베이스 콘크리트와 전면 접착	베이스 콘크리트와 일부 접착 경화된 슬러리 상태 전면 양호
		조강	29.6
경화전 삽입	PA	보통	24.5	전면 계면파괴 없음, 베이스 콘크리트와 전면 접착	경화된 슬러리 상태 대부분 양호
		조강	27.2
	St/BA	보통	27.2
		조강	27.9

시험 예 7: 연강판의 접착성 평가

도 6 및 도 7은 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 연강판을 28일간 기중양생을 실시한 후, 접착성 모식도와 접착 면적백분율을 접착성으로 표시한 것으로, 결과에서 알 수 있는 바와 같이 연강판에 대한 접착성은 종래와 비교해 우수하게 나타났다. 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)의 경우에는 침적방법에 의해 도장한 연강판과 비슷한 결과를 보였으나, PA를 사용한 경우에는 기존의 방법에 비해 우수한 접착성을 보였다. 이는 침적방법보다 일정한 압력으로 분무하여 연강판에 도장하는 방법이 접착성을 향상시킨 결과로 볼 수 있다. 또한 도장 두께도 기존의 침적방법에 비해 1/2로 작았으나, 부착력은 양호해 실제 건설현장의 형강 도장에 사용될 수 있다. 시험 예 7의 시험 결과는 보통시멘트를 사용한 결과이며, 전술한 형강의 부착성을 볼 때, 조강성 시멘트에 대한 결과를 예상할 수 있다.

시험 예 8: 염화나트륨 수용액 분무 시험

도 8은 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 D13 철근을 48시간 동안 염화나트륨 분무시험한 후, 도장강의 부식정도를 부식면적률로 나타낸 것이다. 본 실험에서의 철근의 부식촉진시험은 시험기 내부에 설치된 히터로 수용액 온도를 높여 줌으로써 부식을 더욱더 촉진시켰다. 시험 결과, 도장하지 않은 철근의 부식면적률은 배합에 관계없이 90%이상으로 전면에 녹이 발생하였으나, 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 도장강은 조강시멘트의 경우 1.5% ~ 2.5%, 보통시멘트의 경우, 2.5% ~ 3.5%로 아주 낮게 나타났다. 도장강의 도장시 기포제거를 소포제를 통해 제어했으나, 뭉친 시멘트 입자 등으로 미세한 공극이 표면에 발생되었기 때문이다. 이 조건도 도장시 충분한 주의와 완벽한 폴리머 시멘트 페이스트가 제작된다면 완벽히 부식이 억제될 수 있다. 시험 예 8은 시험조건상 도장철근은 도장 후 1일간 기중양생 후 실시한 경화된 철근만 시험하였다. 시멘트 종류에 따라서는 조강시멘트의 경우가 1일간 보통시멘트 보다 수화가 촉진되어 도장강의 강도가 높게 발현되었기 때문이다.

시험 예 9: 염화나트륨 수용액 침투 시험

도 9 및 도 10은 보통철근을 폴리머 시멘트 페이스트로 도장한 도장철근을 매립된 시멘트 모르타르에 염화나트륨 10%수용액을 강제로 철근까지 침투시킨 후, 부식발생 정도를 측정한 결과이다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 도장하지 않은 철근은 45%의 부식면적률을 보였으나, 도장한 철근의 경우에는 최대 4%로 아주 작게 나타났다. 또한 도장방법에 따라서는 도장 직후 삽입한 도장강의 경우가 경화 후 삽입한 경우에 비해 1 ~ 2% 아주 조금 높은 부식면적률을 보였다. 이 범위는 시험 오차의 한계에 포함된다고 볼 수 있다. 또한 경화 후 삽입하는 경우에는 보통시멘트의 경우가 조강시멘트의 경우보다 약간 작은 부식면적률을 볼 수 있다. 파괴 후 도장철근의 도장피막의 상태를 파악한 결과 경화 전후 모두 양호한 피막이 형성되어 있었으며, 경화 전 삽입한 경우에는 거의 비슷한 부식면적률을 보였다. 이 또한 미세한 차이로 거의 동등수준으로 특히 경화 전 삽입한 도장철근이 경우에도 시멘트 모르타르와 접착계면이 강하게 접착되어 있었다. 본 실험 결과에서도 도장 직후 시멘트 모르타르를 타설할 수 있다는 결과로부터, 건설현장에서 조립된 철근에 도장을 바로하여 시멘트 콘크리트를 타설할 수 있다는 가능성을 확인하였다.

시험 예 10: 폴리머의 종류에 따른 내 부식성

표 7은 폴리머 종류에 따른 부식시험 결과이다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이 폴리머 시멘트 페이스트를 사용한 도장강의 염분분무시험과 염분침투시험 후 부식면적율은 SBR+EP의 일부 균열된 도장을 제외하면, 모두 3.1%로 미도장강의 95%와 45%에 비해 훨씬 작았다.

철근 도장 후 부식 시험

폴리머 종류	도장 두께	양생시간(h) (뿜칠)	피막 상태	염분분무시험(24시간) 후 부식면적율(%)	염분침투시험 후 부식면적율(%)
PAE	150	12	양호	1.2	2.1
EVA	120	24	양호	1.5	2.0
St/BA	100	24	양호	0.5	1.5
PA	140	12	양호	2.5	3.0
St/BA+SBR	150	12	양호(일부 약간균열)	1.4	2.3
SBR+EP	100	12	양호	1.8(5.5)	2.7(9.5)
PAE+EP	120	12	양호	1.7	2.8
EVA+EP	130	24	양호	2.0	2.5
St/BA+EP	130	24	양호
분말형 EVA	100	24	양호	2.1	2.6
분말형(MMA/BA)	120	12	양호	2.2	2.9
분말형(VA/VeoVa)	130	12	양호	2.8	3.1
미도장 철근	-	-	-	92	45

시험 예 11: 시멘트 종류에 따른 내 부식성

표 8은 시멘트 종류에 따른 부식시험 결과이다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이 폴리머 시멘트 페이스트를 사용한 도장강의 염분분무시험과 염분침투시험 후 부식면적율은 미도장 철근에 비해 아주 작았으며, 조강성 시멘트나 백색시멘트를 사용하여도 보통 시멘트와 동등수준의 내 부식성을 보였다.

시멘트 종류에 따른 도장철근의 내 부식성

폴리머 종류	시멘트 종류	양생시간(h) (뿜칠)	피막 상태	염분분무시험(24시간) 후 부식면적율(%)	염분침투시험 후 부식면적율(%)
St/BA	보통	24	양호(점성)	0.5	1.5
	조강	12	양호	1.0	1.3
	백색	24	양호	1.6	2.0
St/BA+SBR	보통	24	양호	2.5	3.0
	조강	12	양호	2.3	2.6
	백색	24	양호	2.3	2.5
EVA+EP	보통	24	양호	2.0	2.5
	조조강	10	양호	2.8	3.5
	백색	24	양호	2.9	3.8
분말형 MMA/BA	보통	12	양호	2.1	2.6
	조속경	5-6	양호	1.6	2.0
	백색	24	양호	1.7	2.2
미도장철근	-	-	-	92	45

시험 예 12: 혼화재료 혼입에 따른 내 부식성

표 9는 혼화재 종류에 따른 부식시험 결과이다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이 폴리머 시멘트 페이스트를 사용한 도장강의 염분분무시험과 염분침투시험 후 부식면적율은 미도장 철근에 비해 아주 작았으며, 고로슬래그 미분말, 규사를 혼입한 경우에 그 성능이 개선되었다.

혼화재 종류에 따른 철근의 내 부식성

폴리머 종류	혼화재료	양생시간 (h)(뿜칠)	피막 상태	염분분무시험(24시간)후 부식면적율(%)	염분침투시험 후 부식면적율(%)
St/BA	-	24	양호(점성)	0.5	1.5
	고로슬래그	24	양호(점성)	1.0	1.8
	규사	24	양호	1.3	1.9
St/BA+SBR	-	24	양호(점성)	2.5	3.0
	고로슬래그	24	양호(점성)	2.0	2.0
	규사	24	양호	1.8	2.2
EVA+EP	-	12	양호(점성)	2.0	2.5
	고로슬래그	24	양호(점성)	2.0	1.9
	규사	24	양호	2.2	1.8
분말형 MMA/BA	-	12	양호	2.1	2.6
	고로슬래그	12	양호	0.7	2.0
	규사	12	양호	1.0	1.8
미도장철근	-	-	-	92	45

이상에서와 같은 실험에 따른 결과는 다음과 같다.

첫째, 미도장 철근에 비해 PA(경화 후)를 사용한 경우, 상당히 큰 부착강도를 보였으며, PA(경화 전)를 사용한 경우에도 동등 이상의 부착강도를 보였다. 또한 도장강의 부착강도는 베이스 콘크리트의 강도가 증가할수록 약간씩 증가하였으며, 일반적으로 미도장 철근과 에폭시 철근에 비해 동등 이상의 부착강도를 나타내고 있다.

둘째, 폴리머 시멘트 페이스트 도장 면과 철근과의 부착력, 그리고 도장 면과 시멘트 콘크리트와의 부착력은 도장방법, 폴리머의 종류에 따라 차이를 나타냈다.

셋째, 도장하지 않은 형강의 경우 파괴시 시멘트 콘크리트와 완전히 분리되어 파괴되었으나, 폴리머 시멘트 페이스트로 도장한 형강의 경우에는 파괴 후에도 시멘트 콘크리트와 강하게 부착된 것을 관찰할 수 있었다.

넷째, 연강판에 대한 접착성은 기존의 연구에 비교해 우수하게 나타났다. 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA)의 경우에는 침적방법에 의해 도장한 연강판과 비슷한 결과를 보였으나, 아크릴계 에멀젼(PA)을 사용한 경우에는 기존의 방법에 비해 우수한 접착성을 보였다.

다섯째, 도장하지 않은 철근의 부식면적률은 배합에 관계없이 90%이상으로 전면에 녹이 발생하였으나, 폴리머 시멘트 페이스트로 도장한 도장강은 조강시멘트의 경우 1.5% ~ 2.5%, 보통시멘트의 경우, 2.5% ~ 3.5%로 아주 낮게 나타났다.

여섯째, 도장하지 않은 철근은 45%의 부식면적률을 보였으나, 도장한 철근의 경우에는 최대 4%로 아주 작게 나타났다. 또한 도장방법에 따라서는 도장직 후 삽입한 도장강의 경우가 경화 후 삽입한 경우에 비해 1 ~ 2% 아주 조금 높은 부식면적률을 보였다.

일곱째, 폴리머 시멘트 페이스트를 뿜칠 도장한 강재의 염분분무시험과 염분 침투시험후의 부식면적율은 도장하지 않은 강재의 부식면적율 92%와 45%에 비해 3.1% 미만의 부식면적을 보였다.

여덟째, 시멘트 종류에 따라서는 보통 시멘트, 조강시멘트, 초조강시멘트, 초속경시멘트를 사용한 폴리머 시멘트 페이스트로 도장한 강재의 부식면적율은 도장하지 않은 강재에 비해 매우 작았으며, 조강성 시멘트를 사용함으로서 도막의 경화시간을 훨씬 짧게 단축할 수 있었다.

아홉째, 폴리머 시멘트 페이스트를 사용한 도장강의 염분분무시험과 염분침투시험 후 부식면적율은 미도장 철근에 비해 아주 작았으며, 고로슬래그 미분말, 규사를 혼입한 경우에 그 성능이 개선되었다.

열번째, 이상의 결과로부터, 폴리머 시멘트 페이스트로 강재를 도장하면, 미도장 강재와 비교하여 동등 이상의 부착성능과 월등히 뛰어난 내부식성으로 건설현장에서 조립된 철근과 형강에도 폴리머 시멘트 페이스트를 바로 뿜칠 도장하여 사용할 수 있다는 가능성을 확인하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트는 시멘트에 액상 또는 분말 폴리머를 혼합한 것으로서 보통 시멘트 페이스트에 비해 점성이 크며, 경화시간이 단축되고, 경화시 철근에 부착성이 좋고 휨 굴곡에 대한 풍부한 인성으로 철근으로부터 탈락되지 않는 장점을 가지고 있다.

또한, 폴리머 시멘트 페이스트는 건설 현장의 철근이나 형강에 직접 도장하여 사용함으로써, 쉽게 도장할 수 있어 작업성이 뛰어나고, 철근의 부식이 거의 발생하지 않으며, 여러 가지 내구성이 개선되고, 특히 내충격성 및 부착성능이 개선되어 무엇보다도 쉽게 도장할 수 있는 공정과 매우 저렴한 가격으로 생산이 가능하다는 효과를 갖는다.

또한, 종래와 달리 본 발명은 건설현장에서 조립된 철근과 형강에 바로 뿜칠 도장함으로써, 현장 시공성을 높일 수 있으며, 도장 후 바로 시멘트 콘크리트를 타설함으로써, 그 사용성이 획기적으로 개선할 수 있다.

Claims

보통시멘트 또는 조강성 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머 20 ~ 200 중량부, 물 50 ~ 200 중량부, 급결제 1 ~ 10중량부, 소포제 0.002 ~ 0.4 중량부를 혼합하여, 이를 철근 또는 형강 표면에 도장, 양생하여 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하는 것에 있어서,

상기 폴리머는 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 아크릴 에멀젼(PA)을 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종 이상을 동 비율로 혼합한 50 ~ 99중량%와 에폭시 에멀젼(EP) 1 ~ 50중량%를 혼합하거나,

스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 50 ~ 99중량%와 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR) 1 ~ 50중량%를 혼입하거나,

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA) 20 ~ 35중량%와 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA) 65 ~ 80중량%를 혼합하여 이루어진 액상 폴리머이거나,

에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부칠(St/BA), 메타크릴산 메칠-아크릴산 부칠(MMA/BA), 초산비닐-비닐바사데이트(VA/VeoVa)를 동 비율로 혼합하여 이루어진 분말 폴리머 중 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 페이스트.
제 1항의 폴리머 시멘트 페이스트에 시멘트 중량에 대한 치환율로서 1 ~ 50중량%의 고로 슬래그 또는 시멘트 중량에 대하여 10 ~ 100중량%의 규사 중 선택되는 어느 1종 또는 2종의 혼합으로 이루어진 혼화재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 페이스트.
제 1항 또는 제 2항의 폴리머 시멘트 페이스트를 액체상태에서 압력노즐을 통해 0.1 ~ 30kgf/㎠의 토출압력으로 뿜칠 도장하여 0.5 ~ 24시간 동안 자연 경화시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 페이스트 뿜칠 도장방법.