KR100953725B1

KR100953725B1 - 무기계 콘크리트 표면 방식재

Info

Publication number: KR100953725B1
Application number: KR20090131855A
Authority: KR
Inventors: 김동춘; 이상욱
Original assignee: 김동춘
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-04-19

Abstract

본 발명은 토목, 건축분야 콘크리트 구조물의 중성화, 염해, 화학침식 방지 및 내구성 증진을 위한 무기계 콘크리트 표면 방식재로서, 콘크리트 구조물과 유사한 무기계 방식재를 이용하여 기존의 열화된 콘크리트 구조체 및 신축 구조물의 표면과 상기 방식재가 결합하여 안정된 경화접착성능을 발휘하므로써 콘크리트 구조물에 대한 접착력을 증가시키고, 콘크리트 구조물의 방수, 방식, 항균 등 각종 열화요인으로부터 콘크리트 구조물을 보호하여 장기 내구성과 안전성을 유지하며, 콘크리트 구조물의 백색도 및 은폐력 향상을 통하여 자연색의 미관을 장기간 유지하도록 함과 동시에 1액형으로 시공이 용이하고 VOC가 발생되지 않아 인체에 무해한, 신구구조물에 모두 사용할 수 있는 무기계 콘크리트 표면 방식재에 관한 것으로, 물 80~100중량부와; 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와; SBR 수지 100~150중량부와; 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와; 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 10~20중량부와; 각섬석 1~20중량부와; 발수제 1~10중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재에 관한 것이다.

콘크리트 표면, 방식재, 무기계 접착제, 불투명 고분자, 이산화티탄

Description

무기계 콘크리트 표면 방식재{Inorganic concrete surface anticorrosion agent}

본 발명은 토목, 건축분야 콘크리트 구조물의 중성화, 염해, 화학침식 방지 및 내구성 증진을 위한 무기계 콘크리트 표면 방식재로서, 콘크리트 구조물과 유사한 무기계 방식재를 이용하여 기존의 열화된 콘크리트 구조체 및 신축 구조물의 표면과 상기 방식재가 결합하여 안정된 경화접착성능을 발휘하므로써 콘크리트 구조물에 대한 접착력을 증가시키고, 콘크리트 구조물의 방수, 방식, 항균 등 각종 열화요인으로부터 콘크리트 구조물을 보호하여 장기 내구성과 안전성을 유지하며, 콘크리트 구조물의 백색도 및 은폐력 향상을 통하여 자연색의 미관을 장기간 유지하도록 함과 동시에 1액형으로 시공이 용이하고 VOC가 발생되지 않아 인체에 무해한, 신구구조물에 모두 사용할 수 있는 무기계 콘크리트 표면 방식재에 관한 것으로, 물 80~100중량부와; 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와; SBR 수지 100~150중량부와; 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와; 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 10~20중량 부와; 각섬석 1~20중량부와; 발수제 1~10중량;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재에 관한 것이다.

콘크리트를 사용한 토목시설물은 국가의 기반 시설로서, 백년대계를 위한 국가 경제에 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 이러한 콘크리트 구조물은 반영구적으로 100년 이상의 수명을 구비하고 있으나, 날로 심각해져가는 대기환경오염과 특히, 염해, 화학적부식 등으로 인한 콘크리트의 부식을 초래하고 이로 인하여 철근 콘크리트 주재료인 철근이 부식되어 구조물의 수명을 현저히 단축되는 현상이 발생되고 있다.

콘크리트는 시멘트의 수화반응으로 인하여 생성된 Ca(OH)에 의해 강알카리성(pH 12∼13)을 가지고 있기 때문에 콘크리트에 매립되어 있는 철근은 일반적으로 부식되지 않는다. 그러나 공기중의 탄산가스의 작용을 장기적으로 받게 되면 콘크리트중의 수산화칼슘이 서서히 탄산칼슘으로 변하여 pH가 0.8∼10 정도로 낮아져 콘크리트가 알카리성을 상실해 가는 중성화가 발생된다.

이와 같은 중성화는 콘크리트 표면에서 내부로 진행하며 콘크리트는 탄산가스와 반응한 중량만큼 무거워지고 치밀해진다. 콘크리트가 중성화되고 물과 공기가 침투하면 철근이 녹슬고 철근의 체적이 팽창하여 콘크리트에 균열이 발생하여 구조 물의 내력과 내구성을 상실하게 된다.

또한 시멘트의 주요구성 성분인 3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2는 반응식 [2(2CaO·SiO2) + 3H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2]과 같이 물과 수화 반응하여 규산칼슘 수화물과 다량의 수산화칼슘을 생성하므로 콘크리트내에는 수산화칼슘의 포화수용액인 pH 12~13의 알칼리용액으로 충만되어 있고, 이와 같은 알칼리성 환경에서는 철근표면은 얇은 부동태피막(두께 20~60Å, γ- Fe2O3·nH2O)으로 덮여져 부식으로부터 보호되지만, 염화물의 침입에 의한 경우와 콘크리트의 중성화 현상에 의한 부식은 불가피하며, 콘크리트중의 철근이 부식하면 부식생성물인 녹이 발생하여 원래 체적의 2~3배에 달하게 되어 그 팽창압에 의해 피복 콘크리트에 균열을 발생시키며, 표면콘크리트의 박리, 탈락, 철근과의 부착성저하, 강도저하를 일으키게 된다.

또한, 오폐수 중에 포함되어 있는 황산염의 대부분은 황산염환원세균에 의하여 반응식 [SO4^-2 ＋ 2C ＋ 2H2O → H2S ＋ 2HCO3^-]에 따라 황화수소를 발생하고, 생성된 황화수소는 산성영역에서 분자상태의 황화수소로 되어 공기 중에 확산되며, 확산된 황화수소는 콘크리트상부에 결로 및 비말수에 의해 용해되고, 용해된 황화수소는 황산화세균의 작용에 의하여 반응식 [H2S ＋ 2O → H2SO4]에 따라 황산을 생성하며, 콘크리트표면에 생성된 황산은 콘크리트 수화물과 반응하여 황산칼슘을 생성하고 이수석고가 시멘트중의 3CaO·Al2O3 와 반응하여 에트린자이트가 생성되 면서 콘크리트가 팽창, 에어포켓, 균열, 박리, 탈락 등의 부식현상을 일으킨다.

상기와 같이 콘크리트의 열화, 부식문제가 대두되고 있는 가운데, 특히 국내외적으로 건설구조물은 대형화되고 빠른 속도로 축조되고 있으나, 이러한 양적 증대와 더불어 공사기간의 단축에 의한 시공 및 품질관리의 부족, 사용과정에서의 유지관리 소홀로 인한 노후화 및 하자발생이 증가하고 있어 오히려 사회문제로까지 인식되고 있으며, 또한 폐수시설 및 음용수저장 시설 등의 수조용 콘크리트에 대한 방식 공사의 중요성이 대두되고 있으나, 수조 구조물에 대한 방식공사는 에폭시계 모르터 방수재로 사용되고 있어 바탕콘크리트로 부터의 탈락 문제가 제기되고 있다.(아래사진 : 표면 방식재 도장에 따른 에어포켓 및 탈락현상)

<도장탈락전 에어포켓상태의 표면>

<탈락으로 열화된 모습>

이러한 문제점을 해결하기 위해 현재 국내에서 도료에 의한 마감공법중 가장 일반적으로 외벽마감에 적용되는 방식재는 3-5년마다 재도장이 필요하며 이에 따라 구조물 전체에 필요한 고가의 재료비와 더불어 막대한 유지관리 비용이 드는 단점이 있고, 또한, 3-4회 재도장 후에는 도막이 두꺼워져서 콘크리트와의 박리문제가 생길 우려가 있으며, 콘크리트 탄산화 억제 및 염해 억제 효과가 매우 떨어질 뿐만 아니라, 이러한 구조물의 내구성능의 저하요인이 발생되어 시간이 경과함에 따라 성능저하요인의 복합적인 상호작용에 의하여 서서히 콘크리트 외부에 균열이 발생되고 노후화되어 그 성능이 저하되고, 사용연수가 급격히 감소하므로 구조물의 사용연수 감소는 개인 자산의 손실뿐 아니라 국가사회적으로 큰 손실이기 때문에 균열이 발생된 노후된 철근콘크리트 구조물의 내구성 회복 및 향상을 통한 구조물의 사용연수를 증가시키는 것은 매우 중요하다.(아래사진 : 콘크리트 탈락의 문제점)

<피어부위의 단면손상 현상>

<보 부위의 단면손상 및 철근 부식 상황>

또한, 현재 국내의 구조물 방식재 사용은 주로 교량, 터널, 하수암거, 댐, 항만시설 등 주로 SOC(사회간접자본) 구조물을 대상으로 이루어지고 있는데, 건설 교통부 통계자료를 분석한 결과 지난 70년 이후 도시화 및 산업화의 진전에 따라 업무용, 주거용, 공업용 등 신축되었던 많은 건축물 등이 시간의 경과함에 따라 노후화되어 리모델링 주기에 그 사용이 근접된 것으로 나타났다.

아래 그래프에 나타난 바와 같이 현재 국내의 노후건축물 현황은 신축 후 20년 이상 된 건축물의 총 연면적이 약 5천9십 만평, 15∼19년된 건축물은 약 4천7백만평에 이른다는 점을 감안하면 표면 방식재 보수시장의 수요는 지속적으로 확대·성장할 것으로 예상되고 있다.

그림 5. 경과년수 수에 의한 리노베이션 건축물분포 현황자료 건설교통부, 「건설교통 통계연보(건설부분)」2007. pp220～365-

한편, 종래의 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 및 화학적부식에 대한 방지 기술로서는 표면탈락 및 박리 부분에는 일반적인 접착제 도포 후 모르타르 도포 하고 에폭시 코팅제를 도포하여 보수를 하는 것이 일반적인 보수 방법이었으나, 접착제는 콘크리트 표면에 이질층을 형성하며, 이로 인하여 모체와 모르타르가 재탈락되는 원인이 되었다.

또한, 종래의 방수 및 방식 공법은 도장재 에폭시 및 우레탄을 주성분으로 하는 유기계가 주로 사용되었으나, 도포 후 자외선에 의해 색상이 변질되고 통기성이 없어 콘크리트 속의 수분이 표면으로 밀려 나와 도장제 부착부분을 밀어 도장제가 떨어지는 문제점이 있었으며, 시트방수 공법의 경우 시트의 접착이 불량하면 파단될 우려가 있고, 시트 상호간 접합부위의 결함이 생겨 누수가 발생되며 표면에 약간의 요철이나 모래 등의 입자가 있으면 시트가 파단되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 도막방수 공법의 경우, 종래의 유기계 도막 방수재는 솔벤트를 함유하고 있어 잠재적인 폭발 위험이 있고, 통기성 부족으로 인해 도막 방수재의 들뜸 현상이 발생되며, 콘크리트와의 열팽창계수 차이로 인한 장기적인 부착성능이 저하되었고, 종래의 무기계 도막 방수재는 방수 기능에만 중점을 두었기 때문에 철근 콘크리트 구조물의 중성화 방지 및 염해 방지 기능이 상대적으로 부족하였다.

또한, 한국등록특허 제10-0863978호에 개시된 바와 같이 분말 바인더와 액상 바인더의 2액형으로 이루어지는 중성화 및 염해 복합열화 방지기능을 갖는 무기계 방수 방식재는 2액형으로 시공상 불편한 문제점이 있었다.

이상과 같은 이유로 국내에서는 콘크리트 표면 방식재가 활발히 연구되어 진행되고 있으나, 원재료의 핵심원료인 고가의 기능성 수입원료와 산화티탄 재료의 사용으로 제품에 대한 소비자의 부담을 가중시키고, 산화티탄 및 기능성 재료의 부적합성으로 인해 도막의 은폐력 저하, 내구성 저하, 응집방지효과등의 기능성이 떨어지는 문제점을 여전히 안고 있는 실정이며, 이러한 문제점으로 인해 콘크리트 부재와의 부착성 및 내충격성, 내오염성이 저하되고 구조물의 수명을 단축시키는 큰 손실의 주원인으로 작용하고 있다.

따라서 콘크리트 무기계 표면 방식재에 적용되는 필수재료인 산화티탄 및 불투명 고분자 등 기능성 재료 및 배합시스템을 개발하므로써 그 성능 및 품질이 우수한 경제성이 높은 방식재 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 무기 방식재의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 콘크리트 구조물과 유사한 무기계 방식재를 이용하여 기존의 열화된 콘크리트 구조체 및 신축 구조물의 표면과 상기 방식재가 결합하여 안정된 경화접착성능을 발휘하므로써 콘크리트 구조물에 대한 접착력을 증가시키고, 콘크리트 구조물의 방수, 방식, 항균 등 각종 열화요인으로부터 콘크리트 구조물을 보호하여 장기 내 구성과 안전성을 유지하며, 콘크리트 구조물의 백색도 및 은폐력 향상을 통하여 자연색의 미관을 장기간 유지하도록 함과 동시에 1액형으로 시공이 용이하고 VOC가 발생되지 않아 인체에 무해한, 신구구조물에 모두 사용할 수 있는 무기계 콘크리트 표면 방식재를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 물 80~100중량부와; 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와; SBR 수지 100~150중량부와; 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와; 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 10~20중량부와; 각섬석 1~20중량부와; 발수제 1~10중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재를 과제해결수단으로 한다.

또한 본 발명은 상기 무기계 콘크리트 표면 방식재에 증점제 3~10중량부와; 유동화제 1~5중량부와; 소포제 1~5중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재를 과제해결수단으로 한다.

본 발명의 무기계 콘크리트 표면방식재는 콘크리트 구조물의 장기내구성 유 지를 위한 물성인 통기성, 내수성, 내알카리성, 부착성, 중성화 억제성, 내후성 등의 기능이 뛰어나며, 콘크리트 구조물의 열화 요인인 염해 및 화학적 침식으로부터 콘크리트 구조물을 보호하기 위해 콘크리트 구조물과 유사한 무기계 방식재를 이용하여 콘크리트 구조물에 대한 접착력을 증가시키고, 콘크리트 구조물의 장기적 내구성 유지와 안전성 및 자연의 미관을 장기간 유지할 수 있는 특유한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무기계 콘크리트 표면방식재의 시공방식은 원 시스템 방식으로 시공의 용이성, 공기단축, 비용절감, 친환경성, 작업안정성 등의 장점이 있으며, 무기계 수성재료로서 구조체와의 일체성이 높아 장기내구성 및 하자보수 등에 유리한 면이 있다.

본 발명의 무기계 콘크리트 표면 방식재는, 물 80~100중량부와; 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와; SBR 수지 100~150중량부와; 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와; 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 10~20중량부와; 각섬석 1~20중량부와; 발수제 1~10중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 무기계 콘크리트 표면 방식재에 증점제 3~10중량부와; 유동화제 1~5중량부와; 소포제 1~5중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 부호 설명을 붙였으며, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 무기계 콘크리트 표면 방식재의 작업 공정을 개략적으로 나타낸 작업 공정도이며, 도 2는 본 발명의 요부인 무기계 콘크리트 표면 방식재가 코팅된 부분을 발췌하여 확대한 상태의 단면도이다.

본 발명에 따른 무기계 콘크리트 표면 방식재는 도 1과 같이 무기계 접착제, SBR 수지, 불투명 고분자수지, 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합입자, 각섬석, 발수제, 증점제, 유동화제, 소포제를 포함하여 구성된다.

무기계 접착제는 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합되어 구성된 것이다.

초미립 시멘트는 방식재의 강도 및 우수한 색상발현과 에트린가이트에트린가이트(Ettringite) 수화물 생성의 안정성을 높이기 위해 사용하며 상기 조성중량비 이하로 사용하면 강도가 낮아지고 상기 조성중량비를 초과하여 사용하면 색상이 어두워지거나 백색도가 떨어져 색상발현이 고르지 못하다.

비정질 칼슘 알루미네이트 미분말은 무기질계 초속경 재료로서 물과 접촉할 때 순식간에 물과 반응하여 에트린가이트(Ettringite) 수화물을 생성함으로써, 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간에 얻을 수 있게 한다. 비정질 칼슘 알루미네이트 미분말의 사용량이 상기 조성중량비 미만이면 초기강도가 저하되고 상기 조성중량비를 초과하면 초기경화가 빨라 별도의 지연제를 사용해야 하며 이때 지연제 사용에 따른 초기강도저하를 감수해야한다.

플라이애쉬는 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 반응하여 경화성을 발휘하지만 그 반응속도는 상당히 늦고 수화발열량도 적다 따라서 플라이애쉬 첨가 콘 크리트는 수화열에 의한 균열을 방지할 목적으로 댐과 같은 매스콘크리트 공사나 교량공사등에 많이 이용하고 있다.

또한, 지하수나 바닷물에 함유된 황산염에 의해 팽창 부식되는 일반콘크리트에 플라이애쉬를 첨가하면 시멘트량이 상대적으로 감소하고 포졸란반응으로 시멘트 중의 수산화칼슘 량이 감소하여 황산염과의 반응으로 생기는 에트링카이트의 생성량이 감소됨으로써 에트링가이트의 생성에 따른 팽창압이 완화되기 때문에 황산염에 의한 부식성이 감소하게 된다.

뿐만 아니라, 포졸란 반응으로 인하여 생성된 칼슘실리게이트 수화물이나 칼슘알루미네이트 수화물을 생성하여 경화체 내의 모세관 공극을 막아 물의 이동을 억제함으로써 침투성이 감소하게 되므로 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 수밀성은 초기재령에서 보다 장기재령에서 현저히 향상되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명의 무기계 접착제에 사용되는 플라이애쉬의 사용량이 상기 조성중량비 미만이면 상기 균열방지, 부식성 및 수밀성이 저하되고, 상기 조성중량비를 초과하면 점도 증가, 유동성 저하 및 균열이 발생할 수 있다.

SBR(styrene-butadiene rubber) 수지는 스티렌(styrene)과 부타디엔(butadiene)을 혼성·중합하여 만든 고분자 수지로서 스티렌과 부타디엔의 질량 비를 25:75로 하여 만들며, 방식재의 응집력을 위해 사용되고, 열에 강하고 쉽게 마모되지 않으며 잘 변질되지 않는다.

상기 SBR계 수지를 100~150중량부로 사용하는 이유는 100중량부 이하 사용시에는 수지가 가지는 고유의 성질인 부착력 및 증집력 증대가 어렵게 되어 시공성 및 내구성이 발현되지 않기 때문이며, 150중량부 이상 사용하는 경우는 수지의 과사용으로 인하여 시공성과 관련된 점도가 증가하는 단점이 있기 때문이다.

한편, 도료, 코팅분야에 있어서, 은폐력 또는 불투명성을 부여하는 물질로서 이산화티탄(TiO2 )이 사용되고 있다. 이산화티탄은 굴절율이 2.3이상으로서 대부분의 고분자(polymer)물질들의 굴절율이 1.5부근인데 반하여 큰 굴절율의 차이를 나타내므로 도료, 코팅에서 빛의 산란을 유도하여 불투명성을 나타내게 되며, 이와 같은 이산화티탄은 백색 안료로서 은폐력은 매우 우수하지만 한정된 공급 및 가격문제때문에 그 사용이 점차 대체 물질로 대체되고 있다.

상기 이산화티탄의 대체물질로서 중공구조(void core/sheath)를 갖는 라텍스(latex)형 합성수지 안료(plastic pigment)가 Rohm ＆Hass사에 의해 개발되었다. 불투명 고분자(opaque polymer)라고도 불리는 이 합성 안료는 단일 입자들내에 미세 기공(microvoid)이 각각 형성되어 있으며 입경이 균일하고 입자들이 분리된(discrete) 상태를 나타내는 특징이 있다.

이러한 불투명 고분자수지는 수성페인트와 혼합하여 도막을 형성시킬때 경질(hard)의 외피를 가지므로 페인트의 피막형성 수지(binder resin)처럼 용화(coalesce)되지 않고,그 원래의 중공구조를 유지하므로, 필름을 형성하지 않는(non-film fonning) 성질을 가지고 있다.

또한, 상기 불투명 고분자수지는 Styrene-Acrylic polymer 외피막(shell)과 중공으로 구성되어 있으며, 에멀젼(Emulsion)상태에서는 중공(core)이 물로 차있는 상태로 있다가 수성페인트와 혼합사용되고 건조하게 되어 페인트 도막이 형성될 때에는 중공(core)에 들어있는 물이 외피막을 빠져나와 증발되고, 중공은 공기로 차게 되어 미세 기공(microvoid)을 형성하는 중공구조가 된다.

따라서 상기 중공속의 공기와 이를 둘러싼 외피막(shell)의 굴절율의 차이로 인하여 입사하는 빛을 효과적으로 산란시키므로 불투명 고분자수지(opaque polymer)의 역할을 하게 된다. 이와 같은 중공구조(void core)를 갖는 불투명 고분자 수지는 속이찬(filled core) 구조의 합성수지안료들보다 훨씬 효과적으로 빛을 산란시키므로 단위중량당 불투명성 및 은폐력의 효과가 크며, 앞서 설명한 바와 같이 산화티타늄 안료의 대체제로서, 산화티타늄 1 중량부에 대하여 Opaque polymer 1.5~2중량부를 대체함으로써 유사한 백색도와 은폐력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 불투명 고분자수지는 이산화티타늄과 크기가 비슷하여 배합시 이산화티타늄을 분산시킴으로서 이산화티타늄이 응집되지 않게 하고 이산화티타늄의 성능을 증가시킨다.

상기 불투명 고분자 수지는 수성도료의 백색도와 은폐력향상을 위해 평균입자경이 0.4 - 0.5 um인 미세입자가 바람직하며, 사용량은 20~100중량부 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서 사용되는 이산화티탄(TiO2)은 이산화티탄(TiO2)의 표면에 경질탄산칼슘의 입자를 Coating 시킨 복합 입자이다. 상기 복합입자는 다음과 같은 측면에서 특유한 효과를 나타낸다.

첫째, 상기 이산화티탄(TiO2) 복합체는 고순도의 경질 탄산칼슘 입자의 효과에 의해 이산화티탄 입자간격이 0.1um 이상 유지되므로써 이산화티탄 입자는 고도의 분산상태가 유지되어 방식재내에서 이산화티탄의 분산상태가 양호해지며, 그 결과 이산화티탄의 광산란 효과를 최대한으로 발휘시켜, 불투명도, 광산란효과등 높은 광학특성을 부여하게 된다.

둘째, 상기 이산화티탄(TiO2) 복합체는 균일, 또는 적당한 입도로 제조가 가능해 이산화티탄을 사용하는 어떠한 조성물에서도 이산화티탄의 유출을 억제할 수 있어서 경제적 효과를 기대할 수 있다.

셋째, 상기 이산화티탄(TiO2) 복합체는 경질탄산칼슘의 높은 백색도를 유지하고 있을 뿐 아니라, 입자가 미세하여 안료 또는 충진제로서 사용시 이산화티탄과 경질탄산칼슘이 갖는 효과를 동시에 발휘할 수 있다.

상기 이산화티탄(TiO2) 복합체를 제조하는 방법을 구체적으로 설명하면, 30 내지 100nm 입자크기의 경질탄산칼슘 및 0.2㎛ 입자크기의 이산화티탄 합계량 100중량%를 기준으로, 먼저 30 내지 100nm 입자크기의 경질탄산칼슘 30 내지 40중량%를 물과 혼합하여 경질탄산칼슘 현탁액을 형성시킨 다음, 수성 현탁액의 pH 값을 6 내지 11로 설정한 후, 나머지 0.2㎛ 이산화티탄 60 내지 70중량%을 상기 현탁액에 격렬히 교반하면서 첨가하여 이산화티탄 입자의 표면에 경질탄산칼슘 입자가 반데르발스의 힘에 의해 결합된 건조 고형물 함량 40 내지 60중량%의 이산화티탄(TiO2) 복합체 수성 현탁액을 수득한다. 상기 pH값의 조절은 적합한 염기를 사용함으로써 달성될 수 있으며, 바람직한 염기로는 알칼리 금속의 수산화물과 탄산염, 특히 수산화나트륨 및 탄산나트륨을 사용한다.

상기 이산화티탄(TiO2) 복합체 수성현탁액을 사용함으로써, 이산화티탄 입자는 방식재내에서 고도의 분산상태가 유지되어 이산화티탄의 광산란 효과를 최대한으로 발휘시켜 불투명도, 광산란효과등 높은 광학특성, 높은 백색도 및 은폐력이 최대한 발휘되는 효과를 나타내며, 사용량은 10~20중량부를 사용하는 것이 바람직 한데, 상기 사용범위를 초과하면 고가의 이산화티탄을 과다 사용하는 문제점이 있으며, 상기 사용범위 미만 사용하면 백색도 및 은폐력이 불충분할 우려가 있다.

상기 각섬석은 칼슘 ·나트륨 ·칼륨 ·마그네슘 ·철(Ⅱ) ·철(Ⅲ) ·알루미늄 ·수산기 ·플루오르 등을 함유하는 규산염이며, 원적외선, 항균력 및 음이온을 방출하여 환경 친화적인 제품으로 알려져 있으며, 80~120㎛ 바람직하게 100㎛의 입도로 이루어진다. 각섬석은 원적외선 방사 등을 위하여 1~20중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 발수제는 콘크리트 구조체에 침투하여 건조된 후 콘크리트 구조체 내의 수분이나 치수 변화를 방지하기 위하여 사용되며, 시중에서 판매되고 있는 액상 제품이 사용되고, 사용량은 1중량부 이하가 혼합되면 기능을 수행하지 못하고 10중량부 이상이면 과도한 양에 의한 변질이 우려된다.

상기 증점제는 본 발명 방식재의 점도를 조절하기 위한 것이며, 3중량부 이하가 혼합되면 점도가 약하여 콘크리트 구조뭉 표면에 막을 형성하지 못하고 10중량부 이상이면 작업성(workability)이 저하되고 콘크리트 구조물 내부에 침투하지 못하는 문제점이 발생한다.

유동화제는 작업성을 부여하기 위하여 첨가하는 것으로, 멜라민계, 나프탈렌 계, 카르복실계 유동화제를 사용하며, 1중량부 미만 사용시에는 유동성 증진효과가 없고, 5중량부 초과사용시에는 유동성의 증진에 큰 효과가 없으며, 또한 고가의 물질로서 많은 양을 사용할 때에는 경제성이 크게 감소되고, 기타 첨가제로서 소포제 1~5중량부를 사용한다.

실시예

1. 무기계 콘크리트 표면 방식재 제조

물 1.0Kg에 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 1.0Kg, SBR 수지 1.3Kg, 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 0.8Kg, 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 0.2Kg, 각섬석 0.2Kg, 발수제 0.1Kg을 혼합하여 무기계 콘크리트 표면 방식재를 제조하였다.

2. 성능시험

상기 무기계 콘크리트 표면 방식재가 코팅된 시험체를 7일간 표준양생 후 KS F 4936『콘크리트 표면 보호용 도막재』의 시험 방법에 따라 부착강도, 도막형성후의 겉모양(내후성), 중성화 시험을 측정하였으며, 신장율은 KS F 4919, 내마모성은 KS F 2429로 시험하여 측정하였다.

시험항목	품질기준	실시예
1.부착강도	1.0N/㎟이상	2.1N/㎟
2.신장율	10%이상	25%
3.내마모성	1.5g 이하	1.0g
4.내후성	주름, 잔갈림, 핀홀, 변형 및 벗겨짐이 생기지 않을 것	양호
5.중성화 촉진 시험(30일)	10㎜이하	양호

상기 표에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무기계 콘크리트 표면 방식재의 부착강도 수치는 품질기준을 약 2배 초과한 높은 수치를 보이는 것을 확인할 수 있으며, 신장율, 내마모성, 내후성 및 중성화 측정결과도 우수한 것으로 평가되었다.

도 1은 본 발명의 무기계 콘크리트 표면 방식재의 작업 공정을 개략적으로 나타낸 작업 공정도

도 2는 본 발명의 요부인 무기계 콘크리트 표면 방식재가 코팅된 부분을 발췌하여 확대한 상태의 단면도

Claims

물 80~100중량부와; 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와; SBR 수지 100~150중량부와; 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와; 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄 복합체 수성현탁액 10~20중량부와; 각섬석 1~20중량부와; 발수제 1~10중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재
제1항에 있어서,

상기 불투명 고분자수지는 Styrene-Acrylic polymer 외피막(shell)과 미세 기공(microvoid)을 형성하는 중공구조가 형성되어 상기 중공속의 공기와 이를 둘러싼 외피막(shell)의 굴절율의 차이로 인하여 입사하는 빛을 효과적으로 산란시켜 백색도와 은폐력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재
제1항에 있어서,

상기 불투명 고분자 수지는 평균입자경이 0.4 - 0.5 um인 미세입자인 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재
제1항에 있어서,

상기 이산화티탄(TiO2) 복합체 수성현탁액은 30 내지 100nm 입자크기의 경질탄산칼슘 및 0.2㎛ 입자크기의 이산화티탄 합계량 100중량%를 기준으로, 먼저 30 내지 100nm 입자크기의 경질탄산칼슘 30 내지 40중량%를 물과 혼합하여 경질탄산칼슘 현탁액을 형성시킨 다음, 수성 현탁액의 pH 값을 6 내지 11로 설정한 후, 나머지 0.2㎛ 이산화티탄 60 내지 70중량%를 상기 현탁액에 격렬히 교반하면서 첨가하여 이산화티탄 입자의 표면에 경질탄산칼슘 입자가 반데르발스의 힘에 의해 결합된 건조 고형물 함량 40 내지 60중량%의 이산화티탄(TiO2) 복합체 수성 현탁액인 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재
제4항에 있어서,

상기 수성 현탁액의 pH 값은 수산화나트륨 또는 탄산나트륨을 사용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,

상기 무기계 콘크리트 표면 방식재에 증점제 3~10중량부와; 유동화제 1~5중량부와; 소포제 1~5중량부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 콘 크리트 표면 방식재
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서

상기 무기계 콘크리트 표면 방식재는 부착강도 2.1N/mm² 이상, 신장율 25% 이상, 내마모성 1.0g 이하의 물성성능을 가지는 것을 특징으로 하는 무기계 콘크리트 표면 방식재