KR100890558B1 - 통기성 부여와 내수성 증진을 위한 아크릴 에멀젼 및 킬레이트를 첨가시킨 메탈 실리케이트와 다원자 이온 충전제를 혼입한 콘크리트 구조물의 중성화 및 염해방지 친환경 표면보호공법 - Google Patents

통기성 부여와 내수성 증진을 위한 아크릴 에멀젼 및 킬레이트를 첨가시킨 메탈 실리케이트와 다원자 이온 충전제를 혼입한 콘크리트 구조물의 중성화 및 염해방지 친환경 표면보호공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 콘크리트 구조물의 열화부를 제거하는 단계; (b) 상기 결과물에 아크릴 공중합체 또는 아크릴 공중합체와 알칼리 회복제를 코팅하여 프라이머층을 형성하는 단계; (c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계; (d) 상기 바탕처리된 결과물상에, 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 변성 폴리실록산, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 중성화 방지막 형성용 조성물을 도포하여 중성화 방지막을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 중성화 방지용 보호 피막 상부에 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 알칼리금속 실리코네이트, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 염해 방지막 형성용 조성물을 도포하여 염해 방지막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법을 제공한다.

Description

통기성 부여와 내수성 증진을 위한 아크릴 에멀젼 및 킬레이트를 첨가시킨 메탈 실리케이트와 다원자 이온 충전제를 혼입한 콘크리트 구조물의 중성화 및 염해방지 친환경 표면보호공법 {Environmentally-friendly surface protection layer formation method for enhanced durability, preventing salt damage and neutralization of concrete structure using acryl emulsion and chelate-containing metal silicate and polyatomic ion filler}
본 발명은 콘크리트 구조물의 중성화 및 염해 방지를 위한 친환경 표면 보호 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 비, 바람, 눈, 일조 등과 같은 다양한 기상 환경에 따라 가혹한 물리적 작용, 화학적 침식 작용 및 물리 화학적인 상승작용을 동시에 받는 경우 구조물이 심하게 손상되어 내구성이 크게 저하되고, 구조체로서의 역할을 상실됨에 따라 이에 대한 대책 마련이 시급하다.
또한 강 구조물도 가혹해지는 환경조건에 대한 피해는 더욱 심각하다. 건설 분야에서 교량, 고가 도로, 철골 구조물 등에 널리 사용되는 철은 유한 지구 자원일 뿐만 아니라 부식이라는 숙명적인 결함을 가지고 있다.
강재 부식을 촉진시키는 주된 영향 인자는, 환경적인 요인으로서 대기 중의 오염 물질인 아황산가스(SO2), 황화수소(H2S), 해염 입자, 기상 인자인 온도 및 습도는 일반적으로 부식을 촉진시킨다.
강 구조물의 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지하는 방법으로서, 도장 공법이 지속적으로 개발 및 발전하였으나 아직도 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 보다 친환경적인 도장 공법에 대한 기술 개발이 절실하다.
한편, 최근 건설 기술의 발달로 인하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물이 점차 대형화 및 고층화되고 있다. 이는 바로 구조물 자체의 기능과 함께 주변 환경과의 조화 및 미관을 중시하는 경향이 늘어가고 있다는 증거이다. 이러한 구조물은 다양한 외부 요인에 의해 표면이 쉽게 오염되어 외관이 손상되거나 파손되기도 한다. 특히 도심의 구조물은 대기 중의 미세먼지, 각종 유기물, 산성비 등에 의해 표면의 오염이나 파손이 빈번하게 나타난다. 이로 인하여 표면을 청결하게 하여 도시환경을 유지하지 위해 각종 약품이나 세제를 이용하여 구조물의 외벽을 세척하고 있다. 그런데, 종래의 이러한 세척 작업은 각종 약품이나 세제를 이용하고 있으므로, 그 횟수를 거듭 할수록 오히려 구조물 표면의 손상을 초래하게 된다는 문제점이 발생하였다. 뿐만 아니라, 환경 피해의 주원인으로 규명되어 더 이상 효과적인 각종 약품이나 세제를 이용한 세척이 어려운 실정이다.
상기한 구조물이 가지는 환경적 중요성을 유지하기 위한 오염 방지 및 세척성 있는 구조물 마감 방법에 관심이 집중되었고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 오염 자체를 미연에 방지하는 기능을 갖춘 도장재를 콘크리트 표면에 시 공하는 방법이 제안되었다. 이러한 도장재로는 에폭시계, 우레탄계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴 고무계 등을 이용한다.
그런데 상술한 도장재중 에폭시계 및 우레탄계 도장재를 이용하면, 산성비, 오염된 대기, 탄산가스, 이황산 가스, 염해 등과 같은 외부조건에 대응하기에는 그 기능이 만족할만한 수준에 도달하지 못한다.
또한 최근에는 알루미늄 금속분과 우레탄 수지를 접착제로 한 금속 탄성 탄성 피막 접착 공법과 여러 기능을 이용한 도막 공법 등이 시도되고 있으나 시공성 및 환경적 측면에서 만족한 만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.
또한 에폭시계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴고무계 등은 유기계 도료이기 때문에 초기 콘크리트 구조물과의 접착강도는 우수하지만 열팽창계수나 건조, 수축 등의 변형 특성이 콘크리트와 큰 차이를 나타내어 장기적으로는 콘크리트 구조물과의 계면에서 탄성 피막이 탈락이 발생하게 되고 이로 인해 접착강도가 저하되는 단점을 가지고 있다. 이들 도료는 시공 전 콘크리트의 완벽한 표면처리가 되지 않을 경우 콘크리트와의 접착강도가 급격히 저하되며, 바탕 콘크리트의 수분상태에 의해서도 접착강도가 급격히 변화되는 특성을 나타낸다. 또한 이들 도료 재료는 시공시 각각 성능이 다른 도료를 사용하여 상도, 중도 및 하도의 3단계로 도막을 실시하기 때문에 시공이 어려울 뿐만 아니라 3단계 도료 중 어느 한 단계의 도막에 하자가 발생하면, 전체 성능이 큰 영향을 미치고 따라서 장기적인 내구성 확보가 곤란하게 된다. 특히, 일반 도료 특성상 부착력이 강한 도료는 유연성이 상대적으로 낮아 콘크리트 구조물에 자연적으로 생기는 미세 균열에도 도막이 쉽게 손상을 입으며, 기후 등의 외부 환경변화에 대한 구조체 거동과의 일체성이 없어 도막의 내구성이 현저히 저하되게 된다. 반면에 유연성이 있는 도료는 방수성 등은 좋으나 부착력이 떨어져 제 기능을 충분히 발휘하지 못한다는 단점을 갖고 있다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하여 수증기와 탄산가스의 투과에는 영향을 주지 않으면서 외부에서 유입되는 각종 유해물질에서 구조물을 효과적으로 보호하는 콘크리트 및 강구조물의 염해, 및 중성화 방지를 위한 친환경 표면보호공법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는,
(a) 콘크리트 구조물의 열화부를 제거하는 단계;
(b) 상기 결과물에 아크릴 공중합체 또는 아크릴 공중합체와 알칼리 회복제를 코팅하여 프라이머층을 형성하는 단계;
(c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계;
(d) 상기 바탕처리된 결과물상에, 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴
에멀젼, 변성 폴리실록산, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 중성화 방지막 형성용 조성물을 도포하여 중성화 방지막을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 중성화 방지용 보호 피막 상부에 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 알칼리금속 실리코네이트, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 염해 방지막 형성용 조성물을 도포하여 염해 방지막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법을 제공한다.
상기 (b) 단계 이전에 속경 모르타르를 이용한 단면 복구하는 단계를 더 포함한다.
상기 (b) 단계에서 수용성 방청 도료와 알칼리 회복제를 함께 사용하여 프라이머층을 형성할 수 있다.
상기 (e) 단계 이후에, 상기 염해 방지막 상부에 방오 코팅막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아크릴 에멀젼안에 함유된 콜로이달 실리카의 입자 직경이 10 내지 30nm이며, 상기 콜로이달 실리카의 함량이 아크릴 에멀젼 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부인 것이 바람직하다.
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본 발명의 표면 보호 공법에 따라 중성화 방지용 보호피막과 염해방지용 보호피막을 형성하면, 구조물의 수증기, 탄산가스 등의 투과에는 영향을 주지 않으면서 외부에서 유입되는 각종 유해물질로부터 구조물을 보호할 수 있게 된다. 또한 상기 보호피막 상부에 방오막의 형성으로 오염 방지 및 UV를 효율적으로 차단할 수 있어 투광도, 환경성 및 친수성이 우수하고, 오존, 대기중 각종 오염물질 분해기능이 우수하여 내오염성이 우수하고 유리, 투명 아크릴, 폴리카보네이트의 투시력이 우수하고, 항균성 및 친수성이 탁월하여 자정 기능이 매우 우수하여 수명이 반영구적일 뿐만 아니라 작업성이 간편하여 시공비 및 공사기간를 대폭 줄일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 공법을 이용하면, 아크릴 에멀젼 및 킬레이트를 첨가한 메탈 실리케이트와 다원자이온 충진제를 이용하여 수증기와 탄산가스의 투과성에는 영향을 주지 않으면서 외부에서 유입되는 물, 각종 유해물로부터 콘크리트 구조물이 보호될 수 있도록 통기성이 부여되면서 내수성을 증진시킬 수 있다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 종래의 용제형 유기계 도장재가 갖고 있는 환경 위해성 및 통기성 부족으로 인한 들뜸 현상, 화재 위험 등의 문제점을 해결하고 외부에서 유입되는 수분을 통제하고 내구성 저하를 킬레트화제를 이용한 킬레이트 결합을 통한 각 조성물간의 교차 결합을 유도하여 해결하고, 인체와 환경에 무해하고 난연성, 콘크리트와 일체화에 따른 높은 부착력, 내마모성, 내수성, 내약품성, 미련한 외관 (색상) 발현이 가능한 친환경적인 콘크리트 구조물의 염해, 및 중성화 방지를 위한 친환경 표면보호공법을 제공한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 염해, 및 중성화 방지를 위한 친환경 표면보호공법을 제공하는 설명하기로 한다.
도 1의 A는 단층형 표면보호공법이고, B는 복층형 표면 보호공법을 각각 나타내며, 이 과정에 따르면 각각 도 2 및 도 3의 적층 구조를 갖는 구조물을 형성한다.
본 발명에 따른 공법은 먼저 콘크리트 구조물 표면의 열화부를 제거한다.
상기 열화부 제거 과정은 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 통상적인 샌드페이퍼 폴리싱 또는 그라인딩 등과 같은 다양한 표면처리 방법이 채택될 수 있다.
본 발명에서는 레이턴스 제거시 특히 습식 에어 그라인딩을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그라인더 작업시 분진 발생으로 인한 민원발생과 대기환경 문제를 미연에 예방할 수 있기 때문이다.
표면처리 단계가 완료된 이후에는, 고압 살수기 등을 이용하여 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 고압 세척 단계를 선택적으로 수행한다. 이러한 고압 세척시 고압 세척기를 사용하는 데, 압력 범위는 200 ~ 300 bar인 것이 바람직하다.
상기 결과물상에, 아크릴 공중합체 또는 아크릴 공중합체와 알칼리 회복제의 혼합물을 이용하여 프라이머층을 형성한다.
상기 알칼리 회복제는 초 저점도의 무색, 무취의 침투성 알칼리 부여제로서 중성화된 철근 주변의 콘크리트 표면에 알칼리를 부여하여 철근 주변에 부동태막을 형성시키는 데 도움을 주어 철근 부식을 억제하는 효과를 부여한다. 그 결과 콘크리트 구조물의 내구성이 개선된다.
상기 알칼리 회복제로는 리튬 실리케이트가 있고, 본 발명에서는 시판되고 있는 콘스타사의 CPR 프라이머를 사용한다.
아크릴 공중합체는 아크릴계 제1반복단위와 이와 공중합가능한 제2반복단위를 포함한다.
아크릴계 단량체와 이와 공중합가능한 다른 단량체를 라디칼 공중합에 의하여 제조되는 것이 사용가능하다.
상기 아크릴계 제1반복단위로는 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 사이클로헥실 아크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 등이 있고, 상기 아크릴계 제1반복단위와 공중합가능한 제2반복단위의 비제한적인 예로는 스티렌, 메틸스티렌, 클로로스티렌, 비닐톨루엔 등의 방향족 탄화수소계 비닐 단량체, 말레인산, 이타콘산, 크로톤산, 퓨마르산, 시트라콘산, 염화비닐, 염화비닐리덴, 초산비닐, 부틸비닐에테르 등이 있다.
상기 제1반복단위와 제2반복단위간의 혼합중량비는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 1:9 내지 9:1인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 아크릴 공중합체로서 시판되고 있는 콘스타사의 CP200을 이용한다.
상기 알칼리 회복제는 초 저점도의 무색, 무취의 침투성 알칼리 부여제로서 중성화된 철근 주변의 콘크리트 표면에 알칼리를 부여하여 철근 주변에 부동태막을 형성시키는 데 도움을 주어 철근 부식을 억제하는 효과를 부여한다. 그 결과 콘크리트 구조물의 내구성이 개선된다.
상기 알칼리 회복제의 구체적인 예로서 리튬 실리케이트가 있고, 이는 콘스타사에서 상품명 C.P.R.-PRIMER로 시판된다.
상기 알칼리 회복제의 도포량은 일실시예에 의하면, 단위면적당 약 0.3kg (0.3kg/m2)이다.
상기 프라이머층은 구조물의 재질에 상관없이 부착력이 탁월하며, 자연환경(고온과 냉온 싸이클 반복시)에서 발생되는 결로 및 습도, 수증기 등은 다공구조의 Hole을 통하여 방출하고, 안개, 빗물 등은 침투를 차단하여 모재 보호 기능을 갖고 있어 열화, 중성화 과정의 내구력을 연장시킨다. 특히, 대기 중 각종 유해물질 및 가스 등에의 침입을 차단, 내산, 내알칼리, 내염수, 내열 등에 탁월한 기능이 부여된다.
상기 프라이머층을 형성하기 이전에 속경 모르타르를 이용하여 평탄화막을 형성하는 단면 복구하는 단계를 더 실시할 수 있다. 이러한 단면 복구 단계를 거치는 경우에는 상술한 프라이머층 형성시 알칼리 회복제를 사용하지 않아도 무방하 며, 만약 구조물 표면이 평탄하다면 이 단계는 생략가능하다.
상기 몰탈 조성물은 시멘트 30-50 중량부, 골재 40-60 중량부, 메타 카올린 2-5 중량부, 유기산 아민 복합형 방청제 1-10 중량부, 칼슘 포메이트 0.01-2 중량부, 비닐 아세테이트 폴리머 0.1-5 중량부, 2,2-디메틸-1,3-디프로판디올 0.1-2 중량부로 이루어진다.
바람직하게는, 콘스타사의 Suntar-PM 또는 C.P.R-MORTAR를 사용한다.
상기 물질은 특수분말 수지 및 파이버가 혼합되어 있는 콘크리트 보수용 몰탈이다.
그 후, 상기 프라이머층 상부에 퍼티재를 도포하여 바탕처리하는 단계를 선택적으로 거친다.
상기 바탕처리는 고압 세척 이후에는 탄성 퍼티재를 도포하는 탄성 퍼티 과정을 실시하여 바탕을 만든다. 탄성퍼티는 콘크리트, 강구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생시 탄성 퍼티제 즉 보수제를 사용하여 망상균열 혹은 미세 균열을 치유하고 초기 균열에 대응할 수 있는 장점이 있다.
퍼티는 콘크리트, 구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생시 퍼티제 즉 보수제를 사용하여 망상균열 혹은 미세 균열을 치유하고 초기 균열에 대응할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 바탕처리를 실시한 후, 결과물상에 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 알칼리금속 실리코네이트, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 중성화방지막 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 중성화 방지막을 형성한다.
상기 중성화 방지막 형성용 조성물은 필요에 따라 침강방지제, 소포제, 점증제 및 안정제를 더 포함할 수 있다.
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상술한 바와 같이 중성화 방지막을 형성한 후, 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 알칼리 금속 실리코네이트, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 염해방지막 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 염해방지막을 형성한다.
삭제
상기 염해 방지막 상부에는 방오코팅막을 선택적으로 형성할 수 있다.
상기 방오 코팅막은 유무기 복합 수지, 전파장 영역형 방사 재료 및 원적외선 파장 영역형 방사 재료를 이용하여 형성한다. 여기에서 전파장 영역형 방사 재료는 유무기 복합수지 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 15 중량부를 사용하고, 원적외선 파장 영역형 방사 재료는 유무기 복합수지 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 15 중량부를 사용한다. 유무기 복합수지는 1차 탄성 피막 및 2차 탄성 피막에 서 기재된 바와 같은 동일한 것을 사용한다.
상기 전 파장 영역형 방사 재료로는 이산화망간(MnO2), 산화크롬, 산화철, 산화코발트(CoO)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하며, 상기 원적외선 파장 영역형 방사 재료는 지르코니아(ZrO2), 알루미나, 지르콘(ZrO2, SiO2), 산화티탄(TiO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 열화방지막 형성시 원적외선 파장 영역형 방사 재료로서 산화티탄이 사용되는 경우, 산화티탄은, 티타늄 원료; 증류수와 유기용매중에서 선택된 하나 이상의 용매; 해교제; 및 Fe, Al, Si, Cu, Ni, Ge, Ba, Mn, Mg, Ag, Au, Cr, Zn 중 1개 이상의 금속;을 포함하는 조성물을 수열 합성기에서 가수분해 및 해교반응을 실시한 후, 조성물내에서 산화티탄의 함량을 3~30중량%로 조절하여 산화티탄졸(TiO2 Sol)을 형성하고, 이 졸 용액의 pH를 7~10로 조절하여 얻어진다.
상기 산화티탄졸은 고활성이면서 보관안정성이 매우 우수하여 6개월 이상 보관이 가능하다.
상기 티타늄 원료로는 티타늄알콕사이드, 티타늄클로라이트, 티타늄나레트레이드, 티타늄 슐레이드, 티타늄 아미노옥살레이트중에서 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 해교제로는 트리메틸아민, 디메틸아민, 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민중에서 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 수열합성기에서의 수열반응은 고열, 고압에서 비결정질을 결정화시키는 반응으로서, 100~250℃, 5~20 기압, 반응시간은 2-10시간 범위에서 실시되는 것이 바람직하다.
상기 산화티탄졸에서 금속의 함량은 산화티탄100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 5 중량부이고, 상기 산화티탄졸에서 산화티탄(TiO2)과 물의 혼합 몰비는 1:50 내지 1:200이고, 상기 산화티탄졸에서 산화티탄(TiO2)과 해교제의 혼합몰비는 1:0.1 내지 1:3인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 염해방지막 또는 염해방지막과 방오 코팅막을 형성한 후에는 양생처리한다.
양생 처리 공정은 바탕 처리가 끝난 다음 온도, 하중, 충격 또는 오파손 등의 유해한 영향을 최소화하기 위한 것으로서, 양생 조건은, 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대 습도 하에서, 1일 내지 2일 동안 수행되는 것이 바람직하다.
양생 단계 이후에는, 노출 철근 및 철골 방청 도장 단계, 크렉 에폭시 인젝션 그라우트 단계 및 복구면 침투성 표면 강화 단계 등이 선택적으로 수행될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 중성화 방지막 형성용 조성물안에 함유된 아크릴 에멀젼은 입자 직경이 10 내지 30nm인 콜로이달 실리카를 포함한다.
콘크리트 구조물에서 통상적으로 사용되는 에멀젼 도료는 그 안에 함유된 에멀젼 입자의 직경이 약 2㎛로서, 콘크리트 표면에 침투하지 못하고 접착되어 있게 된다. 따라서 콘크리트 표면을 통기성 없이 밀폐시키는 것이 일반적이다. 그러나 본 발명에서는 아크릴 에멀젼안에 함유된 에멀젼 입자의 직경이 0.1 내지 0.5㎛로서 콘크리트에 깊이 침투하여 콘크리트 내의 공극을 충진시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라, 에멀젼에 부가된 입자 직경이 10 내지 30nm인 콜로이달 실리카가 시멘트 수화 반응에서 생성된 수산화칼슘과 포졸란 반응을 하여 치밀화하면서도 내구성이 우수한 광물조직인 탄소-황-수소 (C-S-H) 수화물로 전이됨으로써 상대적인 수밀성이 향상된다. 이로써 콘크리트 구조물의 강도, 내마모성 및 기계적인 물성이 증진되는 잇점이 있다.
상기 콜로이달 실리카의 함량이 아크릴 에멀젼 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 상기 콜로이달 실리카의 함량이 상기 범위를 벗어나면 콘크리트 구조물의 공극 침투 효과 측면 등에서 바람직하지 못하다.
상기 아크릴 에멀젼은 에멀젼 입경은 상술한 바와 같이 0.1 내지 0.5㎛이다. 만약 에멀젼의 입경이 상기 범위를 벗어나면 구조물의 표면에 침투하지 못하고 접착되어 있어 표면을 통기성없이 밀폐하므로 바람직하지 못하다.
본 발명에서 사용되는 아크릴 에멀젼에서 고형분의 함량은 45 내지 50 중량%이다.
본 발명에서 사용되는 알칼리금속 실리케이트로는 소듐 메틸 실리케이트, 소듐 에틸 실리케이트, 포타슘 에틸 실리케이트, 포타슘 메틸 실리케이트 , 리튬 메틸 실리케이트, 리튬 에틸 실리케이트 등을 들 수 있고, 이러한 알칼리금속 실리케이트의 함량은 35 내지 40 중량부이다.
상기 알칼리 금속 실리케이트는 알칼리금속 산화물(M2O, M:알칼리금속)과 실리카(SiO2)로 이루어진다.
구조물상에 형성된 중성화방지막을 전자현미경으로 관찰하면, 그 형상이 미세한 격자 형태로 되어 있고, 이 격자를 통해서 수증기가 유통되므로 콘크리트에 공기가 통하게 된다.
상기 실리카의 함량은 알칼리 금속 산화물 100 중량부를 기준으로 하여 150 내지 400 중량부, 특히 195 내지 375 중량부이다.
상기 알칼리금속 실리케이트의 구체적인 예로서, M2O 21중량%와 SiO2 79중량%를 포함하는 조성물, M2O 23.7중량%와 SiO2 76.3중량%를 포함하는 조성물, M2O 28.6중량%와 SiO2 71.4중량%를 포함하는 조성물, M2O 32.2중량%와 SiO2 67.8중량%를 포함하는 조성물, M2O 38.9중량%와 SiO2 66.1중량%를 포함하는 조성물이 있다. 여기에서 M은 Na, K, Li 등과 같은 알칼리 금속이다.
본 발명에서 사용하는 알칼리금속 실리케이트는 염해 방지 또는 중성화방지 도료의 주성분으로서, 바람직하게는 K2O와 SiO2의 혼합 중량비는 1:1.8 내지 1:3.5이고 가장 바람직하게는 K2O 23.7중량%와 SiO2 76.3중량%를 포함하는 포타슘 실리케이트를 사용한다.
포타슘 실리케이트는 대기중에 노출되었을 때 이산화탄소와의 반응이 적어 백화현상이 적고 탄산염을 아주 작게 형성되는 장점이 있다.
그러나 물에 매우 잘 용해되므로 도장후 빠른 내수성을 발현하기 위해서는 실리코네이트 또는 폴리실록산을 첨가하고, 킬레이트화제, 다원자 공여체를 부가한다.
본 발명에서 사용하는 알칼리금속 실리케이트는 고형분 함량이 30-40 중량%인 수용액 상태를 사용한다.
본 발명에서 사용하는 변성 폴리실록산은 아미노기, 알킬 아릴 변성, 그 밖의 특수 관능기를 감유한 폴리실록산을 사용한다.
킬레이트화제는 배위결합중에서 한 개의 분자에 의한 다배위결합에 의한 화합물이고, 다배위결합은 리간드에 의하여 이루어진다.
리간드는 금속에 전자를 일방적으로 제공하면서 배위결합을 형성하게 된다. 킬레이트 결합은 한 분자가 2개 이상의 리간드를 가지게 됨에 따라 더 단단단 착화결합을 하게 된다. 그래서 킬레이트 화합물은 주로 리간드에 의하여 배위결합 금속 착염을 형성하게 된다.
본 발명에서 킬레이트화제로는 알킬렌-디아민-폴리알칼산의 수용성염을 사용한다. 이의 구체적인 예로서 에틸렌 디아민 테트라아세트산과 치환된 하이드록시알킬기가 있는 하이드록시 에틸렌 디아민 트리아세트산의 혼합물을 들 수 있다.
일실시예에 따르면, 알킬렌 디아민 폴리알칸산 2-3 중량부와 하이드록시 알킬 알킬렌디아민 폴리알칼산 1 중량부로 이루어진다.
상기 킬레이트화제의 함량은 1 내지 2 중량부인 것이 바람직하다. 만약 킬레이트화제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 목적하는 물성을 갖는 도막을 얻기가 곤 란하므로 바람직하지 못하다.
안료는 자외선에 의한 황변 및 노화 현상을 방지하는 기능을 수행하며, 다양한 종류의 무기계 안료가 사용될 수 있고, 예를 들어 TiO2계 및 Cr2O3계 안료 등이 사용될 수 있다.
안료의 함량은 5 내지 15 중량부 특히 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 안료의 함량이 상기 범위를 벗어나면 중성화방지막의 미관이 떨어지거나 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명에서 사용하는 충진제는 다원자를 공여하여 실리케이트와 가교 결합을 형성하여 도막의 내수성, 약품성, 접착력을 향상시키는 역할을 하며 입도가 325 메쉬 이상인 것을 사용한다. 충진제의 구체적인 예로서, 탄산칼슘, 탈크, 운모, 미분말 규사 등을 들 수 있다.
충진제의 함량은 5 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 만약 충진제의 함량이 상기 범위를 초과하면 도막에 균열이 발생하고, 상기 범위 미만인 경우에는 내수성, 내약품성 및 접착력이 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명에서 안료와 충진제가 함께 사용되는 경우, 침강방지제를 첨가하는 것이 조성물의 점도를 적절한 범위로 조절하여 작업하기가 용이하다. 만약 침강방지제를 부가하지 않는 경우에는 조성물의 겔화가 진행되어 바람직하지 못하다.
침강방지제의 구체적인 예로는 콜로이달 마그네슘 실리케이트 등을 사용한다. 여기에서 콜로이달 마그네슘 실리케이트는 실리콘 디옥사이드 60-60 중량부, 마그네슘 옥사이드 12.5-15 중량부, 알루미늄 옥사이드 8.5-10 중량부, 기타 알칼리 금속 옥사이드 12-20 중량부로 이루어진다.
침강방지제는 사용전에 미리 물에 분산시킨 후 첨가하는 것이 간편하다. 침강방지제의 함량은 0.1-1 중량부 특히 약 0.5 중량부인 것이 바람직하다. 만약 침강방지제의 1 중량부를 초과하면 점도가 매우 높아져 사용하기가 어렵고 0.1 중량부 미만인 경우에는 수용성 매질로부터 도료의 구성물 부유 및 침전으로 인하여 도료의 안정성이 저하된다.
본 발명에서 안정제로는 폴리알카놀 아르닌(polyalkanol arnine)을 사용한다. 상기 폴리알카놀 아르닌으로는 디트리에탄올과 프로판올 아르닌이 사용된다.
상기 안정제의 함량은 0.01-0.5 중량부, 특히 약 0.2 중량부인 것이 바람직하다. 만약 안정제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 조성물의 안정성이 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명의 다원자 공여체는 납 티타네이트 (lead titanate), 납 지르코네이트 (lead zirconate), 마그네슘 트리실리케이트, 포타슘 티타네이트 등이 있다. 다원자 공여체의 함량은 3 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에서 물은 5 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 소포제 및 점증제는 당해기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 예를 들어 비실리콘계 소포제 및 셀룰로오즈를 각각 사용할 수 있다.
소포제 및 점증제의 함량은 일실시예에 의하면, 각각 0.1-0.4 중량부이다.
본 발명의 염해 방지막 형성용 조성물은 상기 중성화 방지막 형성용 조성물에서 변성 폴리실록산 대신 알칼리금속 실리코네이트를 사용하는 것을 제외하고는, 그 조성이 동일하다.
본 발명의 알칼리금속 실리코네이트는 매우 강한 알칼리성 용액으로서 공기중의 이산화탄소와 반응을 하여 중간체인 실라놀을 생성한다. 이 반응성 중간체를 상호반응에 의하여 폴리실록산을 형성하며, 콘크리트에 소수성을 부여하는 역할을 한다. 따라서 외부로 들어오는 이물질 (예를 들어 자동차 매연으로 인한 산성비, 동절기의 염화칼슘 등)의 침투를 막아주는 역할을 한다.
상기 알칼리금속 실리코네이트의 구체적인 예로는 소듐 메틸 실리코네이트, 포타슘 메틸 실리코네이트, 포타슘 프로필 실리코네이트 등이 있다.
상기 알칼리금속 실리코네이트의 함량은 5 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 알칼리금속 실리코네이트의 함량이 상기 범위를 벗어나면 콘크리트의 소수성이 저하되어 바람직하지 못하다.
즉 본 발명에 따른 염해방지막 형성용 조성물은 필요에 따라서 상기 조성물에 침강방지제, 안정제, 소포제 및 점증제중에서 선택된 하나 이상을 더 부가할 수 있다.
본 공법으로 이루어진 중성화 방지막은 탁월한 부착력과 통기성을 발휘하며 막 두께는 100 내지 200㎛ 특히, 120~150㎛이 바람직하다. 그리고 상기 염해 방지막은 막 두께가 100 내지 200㎛ 특히, 120~150㎛이 바람직하다.
상술한 공법에 따르면, 도 2에 나타난 바와 같이 콘크리트 구조물(10)의 피 도면 상부에 프라이머층(11), 퍼티재 코팅층(12), 중성화 방지막(13)이 순차적으로 적층되고, 상기 중성화 방지막(13) 상부에 염해 방지막(14)이 형성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 도 3에 나타나 있듯이 중성화방지막(13)이 형성된 결과물 상부에 염해방지막(14)과 방오막(15)가 순차적으로 적층되어 있다.
본 발명의 표면보호 공법에 따르면 염화물, 이산화탄소 등의 침투를 막아주고, UV에 때한 뛰어난 저항성으로 콘크리트 구조물의 내구성이 증대된다. 그리고 우수한 통기성을 갖고 있어 구조물로부터 수증기 탈출이 용이하고 수용성으로 환경 친화적일 뿐만 아니라 오염에 대한 저항성이 커서 물청소가 매우 용이하다는 잇점이 있다.
본 발명의 공법은 그 적용 분야가 특별하게 제한되는 것은 아니며, 하수암거, 전력구, 통신구, 공동구, 지하철과 같은 지하구조물, 정수장, 하수종말처리장, 수영장, 저수시설, 수로암거/개거와 같은 수리구조물, 터널, 교량, 보도육교, 지하차도, 옹벽, 건축 구조물과 같은 일반구조물, 댐, 부두시설, 방파제, 해상강관, LNG 탱크/유류탱크, 산업 플랜트 시설과 같은 특수구조물 등에 사용된다.
10×10×40cm의 각주형 공시체를 표준으로 하고, 공시체의 개수는 동일 시험에 대해 2개 이상으로 하였다. 공시체 제작은 KS F2403 (실험실에서 압축강도 및 휨강도 측정용 공시체를 제작하고 양생하는 방법)에 따라서 제작하였으며, 콘크리트의 다짐은 콘크리트 다짐봉 (직경 16mm, 길이 50cm의 환강) 또는 내부 진동기 (붕형)를 사용하고, 다짐봉의 경우 각층별로 26회, 내부 진동기는 100 cm2 당 1회의 비율로 다졌다.
다짐이 끝난 공시체는 콘크리트가 경화될 때까지 수평인 장소에 놓아두었으며, 그 표면부를 판유리, 강판, 습포로 덮어 두어 공시체의 수분 증발을 방지하고, 몰드의 탈형은 콘크리트가 경화되었을 때 실시하되, 탈형 시기는 투입이 끝나고 나서 24시간 이상 48시간 이내로 하여 공시체를 제작하였다.
상기 공시체 표면의 열화부를 제거하고, 이 결과물 상부에 콘스타사의 CPR 프라이머를 이용하여 프라이머층을 형성하였다.
상기 프라이머층 상부에 퍼티재를 도포하여 바탕처리를 실시하였다.
상기 바탕처리된 결과물상에 입경이 약 20 nm인 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼 12 중량부(고형분 함량은 50중량%임), 알칼리금속 실리케이트인 32 중량%의 포타슘 실리케네이트 38 중량부, 변성 폴리실록산 8 중량부, 다원자 공여체인 포타슘 티타네이트 4 중량부, 킬레이트화제인 알킬렌 디아민 폴리알칸산 과 하이드록시 알킬 알킬렌디아민 폴리알칼산의 혼합물 1.5 중량부, 안료인 산화티타늄 10 중량부, 충진제인 마이카 10 중량부와 CaCO3 5중량부와 탈크 5중량부, 물 8 중량부, 침강방지제 및 안정제로서, 65중량%의 에틸 디아민 테트라아세트산, 30 중량%의 하이드록시-에틸렌 디아민 트리아세트산 및 5중량%의 트리아메탄올 아르닌(arnine)으로 이루어진 수용액 (수용액내 고형분 함량은 60중량%임) 0.7 중량부, 비실리콘계 소포제 0.3 중량부, 셀룰로오즈 0.3 중량부를 혼합하여 중성화 방지막 형성용 조성물을 준비하였다.
상기 중성화 방지막 형성용 조성물을 도장한 후, 건조하여 중성화 방지막을 형성하였다.
이와 별도로 입경이 약 20 nm인 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼 12 중량부(고형분 함량은 50중량%임), 알칼리금속 실리케이트인 32 중량%의 포타슘 실리케네이트 38 중량부, 알칼리금속 실리코네이트인 포타슘 메틸 실리코네이트 8 중량부, 다원자 공여체인 포타슘 티타네이트 4 중량부, 킬레이트화제인 알킬렌 디아민 폴리알칸산 과 하이드록시 알킬 알킬렌디아민 폴리알칼산의 혼합물 1.5 중량부, 안료인 산화티타늄 10 중량부, 충진제인 마이카 10 중량부와 CaCO3 5중량부와 탈크 5중량부, 물 8 중량부, 침강방지제 및 안정제로서, 65중량%의 에틸 디아민 테트라아세트산, 30 중량%의 하이드록시-에틸렌 디아민 트리아세트산 및 5중량%의 트리아메탄올 아르닌(arnine)으로 이루어진 수용액 (수용액내 고형분 함량은 60중량%임) 0.7 중량부, 비실리콘계 소포제 0.3 중량부, 셀룰로오즈 0.3 중량부를 혼합하여 염해방지막 형성용 조성물을 준비하였다.
상기 중성화 방지막 상부에 상기 염해방지막 형성용 조성물을 도장한 후, 건조하여 염해방지막을 형성하였다.
그 후, 필요에 따라 상기 결과물을 20℃, 70%의 상대습도하에서 24시간동안 양생을 실시하였다.
양생후, 상기 결과물 표면상에 방오막 형성용 조성물을 도장하였다.
상기 방오막 형성용 조성물은 유무기 복합 수지인 세라믹 수지 10-15 중량 부, 아크릴 수지 10-15 중량부, 우레탄 수지 20-30 중량부, 전파장 영역형 방사 재료인 이산화망간, 산화크롬, 산화철, 또는 산화코발트 5-8 중량부 및 원적외선 파장 영역형 방사 재료인 산화티타늄졸 5-7 중량부를 혼합하여 제조되었다. 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 조성물은 유무기 복합 수지인 세라믹 수지 13 중량부, 아크릴 수지 12 중량부, 우레탄 수지 25 중량부, 전 파장 영역형 방사 재료인 이산화망간 7중량부 및 원적외선 파장 영역형 방사 재료인 산화티타늄졸 6 중량부를 혼합하여 제조하였다.
상기 산화티타늄 졸은 티타늄 테트라에톡사이드, 증류수, 해교제인 트리에틸아민, 금속을 함유하는 조성물을 수열 합성기에서 가수분해 및 해교 반응을 실시한 후, 조성물내에서 산화티탄의 함량을 약 20 중량%로 조절하여 산화티탄졸(TiO2 Sol)을 형성하고, 이 졸 용액의 PH를 약 8로 조절하여 준비하였다.
상기 과정에 따라 시편을 제작하였고, 구조물의 피도면에 도막 형성후 부착강도, 저온고온 반복시험, 투수성, 내충격성, 밀도, 균열추종성, 내곰팡이성, 내세척성, 습기 투과성, 내산성, 내알칼리성, 내수성, 중성화촉진시험 및 염수분무시험을 하기 표 1의 시험 방법에 따라 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
시험 항목 본 발명 비교예 (K사) 시험 방법
겉모양 이상없음 이상없음 KS F 4921: 2006
부착강도 (N/cm2) 표준상태 130 102
흡수상태 109 100
저온, 고온 반복시험 이상 없음 이상없음
투수성 이상 없음 부풀음
내충격성 이상 없음 이상없음
밀도 (g/ml) 1.09 1.01
균열 추종성 이상 없음 균열 관찰 KS M 5000: 2003
내곰팡이성 9 5
내세척성 (회) 1000 이상 850
습기 투과성 (sd) (m) 2 0.5 KS F 4715: 2007
내산성 (5% H2SO4, (23±2℃, 168h) 이상 없음 이상없음 KS M ISO 2812-1:2002
내알칼리성 (5% NaOH, (23±2℃, 168h) 이상 없음 이상없음
내수성 (증류수, (23±2℃, 168h) 이상 없음 부풀음, 갈라짐 관찰됨
중성화촉진시험 (40℃, 상대습도40%, CO2농도 10%, 21일간 촉진시험) 이상없음 부풀음, 갈라짐 관찰됨 KS F 2405-01, KS F 4936-03
염수분무시험 이상없음 부풀음, 갈라짐 관찰됨 KS D 9502: 2002
상기 표 1의 결과와, 이와 비교되는 대조군인 K사의 제품 시편에 대한 상기 표 1의 물성 결과를 서로 비교한 결과, 부착강도, 저온고온 반복시험, 투수성, 내충격성, 밀도, 균열추종성, 내곰팡이성, 내세척성, 습기 투과성, 내산성, 내알칼리성, 내수성이 향상된다는 것을 알 수 있었다.
또한 기존의 공법 대비 본 발명의 공법의 공정순서, 공법 개요, 내구성, 경제성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
공법명 본 발명의 공법 기존 공법 (K사)
시공순서 -표면처리 -공극부위 퍼티 -1차 초속경 도료 도포 - 2차 초속경 도료 도포 - 열화방지막 도포
내구성 25년 이상 20년 이상
시공초기비용 32,000원/m2 34,000원/m2
경제성 1.066 원/m2 1.133 원/m2
상기 표 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 공법을 이용하면 기존 공법의 경우와 달리 내구성이 우수하며, 시공초기비용이 절감될 뿐만 아니라 경제성이 매우 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지를 위한 친환경 표면 보호공법의 공정순소를 나타낸 개략도이고,
도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따라 형성된 콘크리트 구조물 표면상에 염해 및 중성화방지막이 형성된 것을 보여주는 단면도들이다.

Claims (7)

  1. (a) 콘크리트 구조물의 열화부를 제거하는 단계;
    (b) 상기 결과물에 아크릴 공중합체 또는 아크릴 공중합체와 알칼리 회복제를 코팅하여 프라이머층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계;
    (d) 상기 바탕처리된 결과물상에, 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 변성 폴리실록산, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 중성화 방지막 형성용 조성물을 도포하여 중성화 방지막을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 중성화 방지용 보호 피막 상부에 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼, 알칼리금속 실리코네이트, 알칼리금속 실리케이트, 다원자 공여체, 킬레이트화제, 안료, 충진제 및 물을 포함하는 염해 방지막 형성용 조성물을 도포하여 염해 방지막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이전에 속경 모르타르를 이용한 단면 복구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 수용성 방청 도료와 알칼리 회복제를 함께 사용하여 프라이머층을 형성하는 것을 특징으로 하는 콘트리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 이후에, 상기 염해 방지막 상부에 방오 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지를 위한 친환경 표면보호공법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중성화 방지막 형성용 조성물 및 염해 방지막 형성용 조성물에 사용된 콜로이달 실리카가 함유된 아크릴 에멀젼의 콜로이달 실리카의 입자 직경은 10 내지 30nm이며,
    상기 콜로이달 실리카의 함량은 아크릴 에멀젼 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지를 위한 친환경 표면보호 공법.
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