KR100963484B1 - 무기계 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기계 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 개시한다.
이는 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트 중에서 선택되는 적어도 2종 이상의 실리케이트 혼합물 또는 상기 2종 이상의 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물 30 내지 50중량%, 폴리실록산 수성용 발수 첨가제 1 내지 8중량%, 폴리실록산 소포제 0.1 내지 0.5중량%, 폴리디메틸실록산 소재 습윤재 0.1 내지 1중량%, 착색제 1 내지 5중량% 및 물 40 내지 60중량%를 포함하여, 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체 및 표면 강도와 중성화, 염해방지 및 강도 증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품 등의 표면 강화 및 착색제로서 유용하다.

Description

무기계 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물{Inorganic based composition for reinforcing and coloring to concrete surface}
본 발명은 무기계 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물에 관한 것으로, 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체 및 표면 강도와 중성화, 염해방지 및 강도 증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품 등의 표면 강화 및 착색 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 표면 강화제는 콘크리트 표면으로서의 수분과 염화물 등의 침투를 억제하여, 콘크리트 내부의 철근 부식을 방지하고 콘크리트의 열화를 방지하는 목적으로 사용되는 재료 말하며, 이러한 제품은 수분과 염화물의 침투는 억제하고 통기성를 확보하여, 콘크리트의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
통상 콘크리트 표면 강화에는 에폭시계와 폴리우레탄계와 같은 유기계 도료를 사용하여 왔으나, 유기계 도료의 경우 무기계인 콘크리트와 재질이 다르고 물성이 달라 수축, 팽창 계수의 차이로 인한 박리 현상이 심하고, 유기계 도료는 통기성이 취약하여 강화 층의 하부에 수분을 포함한 공기가 차단되어 장기적으로 들뜸 현상의 원인이 된다.
또한, 국내에서 개발된 콘크리트 표면 강화제는 장기적인 내수성과 실리케이트의 결합력이 취약하여 일부 표층 내부에 침투만 될 뿐 표면강도와 결속력이 약해 그 효과가 미미하다.
현재, 수입되고 있는 제품 중 일부는 실리케이트와 실리코네이트와의 결합에 의한 원리로 개발된 것이 있는데, 실리코네이트는 매우 강한 알카리 용액으로 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 실란올을 만들지만 이 과정에서 탄산칼륨을 만들고 염의 형태로 표면에 퇴적되어 초기에 수분에 의해 씻겨 나갈 위험이 있어 내수와 결합력이 취약하다.
본 발명의 일 구현예에서는 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체 및 표면 강도와 중성화, 염해방지 및 강도 증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품 등의 표면에 적용되어 중성화를 방지하고 강도를 증진시킬 수 있는 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는 또한 콘크리트 표면에 적용되어 중성화를 방지하고 강도를 증진시킬 뿐만 아니라 착색효과를 낼 수 있어 토목 및 건축 시공 및 보수 분야는 물론 노출 콘크리트, 장식용 칼라 콘크리트 등의 표면에 다양하게 이용될 수 있는 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및 콜로이달 실리카 중에서 선택되는 적어도 2종 이상의 실리케이트 혼합물 또는 상기 2종 이상의 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물 30 내지 50중량%, 폴리실록산 수성용 발수 첨가제 1 내지 8중량%, 폴리실록산 소포제 0.1 내지 0.5중량%, 폴리디메틸실록산 소재 습윤재 0.1 내지 1중량%, 착색제 1 내지 5중량% 및 물 40 내지 60중량%를 포함하는 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물에 있어서, 착색제는 무기계 액상 안료, 유기계 액상 안료, 나노 안료, 트랜스 안료 및 염료 중에서 선택되는 적어도 1종의 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 조성물은 외관, 저장안정성, 표면 작업성 및 건조성 등 기본적인 요건을 만족하면서, 침투 깊이, 콘크리트의 반응성, 자외선 저항성, 내구성, 염화이온 및 물 흡수성, 통기성, 균열 봉합, 재설염 저항성 등에 있어서 요구 물성을 만족하고 콘크리트 표면의 강화와 더불어 착색효과가 일괄적으로 이루어질 수 있음에 따라 시공 효율을 높일 수 있다. 이와 같이 얻어지는 콘크리트 표면 강화 및 착색제 조성물은 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체 등의 표면에 적용될 수 있고, 또한 표면 강도와 중성화, 염해방지 및 강도증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품에 적용되어 중성화 방지 및 강도를 증진시킬 수 있다. 더불어 콘크리트 표면에 다양한 착색 효과를 낼 수 있어 토목 및 건축 시공 및 보수분야는 물론 노출 콘크리트, 장식용 칼라 콘크리트 등에 다양하게 이용될 수 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 구현예에 의한 표면 강화 및 착색 조성물은 2종 이상의 실리케이트 혼합물 또는 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물, 폴리실록산 수성용 발수 첨가제, 소포제 0.1 내지 0.5중량%, 폴리디메틸실록산 소재 습윤재, 착색제 1 내지 5중량%를 포함하는 수용액이다.
이러한 표면 강화 및 착색 조성물은 콘크리트 표면에 적용되는바, 여기서 "콘크리트 표면"이라 함은 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체를 비롯하여, 표면강도와 중성화, 염해방지 및 강도 증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품 등을 모두 포함하는 것임은 물론이다.
본 발명의 일 구현예에 의한 표면 강화 및 착색 조성물에 있어서, 실리케이트 혼합물 또는 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물은 내마모성과 표면 강도를 높여주는 역할을 하는 것으로, 실리케이트 혼합물의 구체적인 일예로는 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트 중에서 선택되는 적어도 2종 이상이 혼합된 것을 들 수 있다. 실리케이트 내지 콜로이달 실리카는 콘크리트 표면에서 콘크리트 성분 중 수산화 칼슘 등과의 화학 반응으로 콘크리트 성분과 융합되기도 하고, 자체의 강알칼리성으로 중성화된 콘크리트를 알칼리성으로 전환시켜 강화시켜 줄 뿐 아니라 비교적 다른 알칼리 실리케이트에 비하여 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있다.
이러한 실리케이트 혼합물 또는 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물의 함량은 전체 조성물 중 30 내지 50중량%인 것이 바람직한바, 만일 그 함량이 전체 조성물 중 30중량% 미만이면 표면 강화 및 착색 조성물 중 고형분 함량이 너무 낮아 표면의 조직이 치밀하지 않아 강도가 약해질 수 있고, 50중량% 초과면 고형분 함량이 너무 높아져 표면 강화 및 착색 조성물이 콘크리트 내부로 침투되기 어렵다.
한편 폴리실록산 수성 발수 첨가제는 표면 침투 및 결합제로 기능하는바, 구체적으로는 방수성과 침투성을 높여주고 실리케이트 혼합물 또는 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물의 결합력을 강화시켜주는 역할을 해준다. 이러한 역할을 하는 폴리실록산의 함량은 전체 조성물 중 1 내지 8중량%인 것이 바람직한데, 그 함량이 1중량% 미만이면 방수성과 침투성이 약해 그 효과가 떨어지고, 8중량% 초과면 방수성이 너무 강해져 조성물을 콘크리트 표면에 균일하게 도포하는 것이 어려워질 수 있다.
폴리디메틸실록산 소재 습윤제는 소재의 습윤성 향상을 통해 표면의 유동성과 레벨링성을 향상시키는 습윤 분산제로 기능하는 것으로, 그 함량은 전체 조성물 중 0.1 내지 0.5중량%인 것이 바람직하다. 만일 폴리디메틸실록산의 함량이 전체 조성물 중 0.1중량% 미만이면 습윤이 되지 않고 0.5중량% 초과면 과도한 사용량으로 재료 분리 현상이 야기될 수 있다.
폴리실록산 소포제는, 바탕 면 도포 시 기포 발생을 방지하는 기능을 하는 것으로, 그 함량은 전체 조성물 중 0.1 내지 0.5중량%인 것이 바람직하다. 만일 폴리실록산 소포제의 함량이 전체 조성물 중 0.1중량% 미만이면 소포 기능이 떨어져, 기포가 발생하고, 0.5%중량% 초과면 과도한 사용량으로 균일하고, 밀실한 도포가 안되어 마감상태가 불규칙하게 도포가 된다.
또한 콘크리트 표면에 착색이 필요한 경우 착색제를 포함할 수 있는데, 착색제의 함량은 전체 조성물 중 1 내지 5중량%인 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 착색제는 안료 또는 염료를 포함할 수 있는데, 안료의 일예로는 무기계 액상 안료, 유기계 액상 안료, 나노 안료, 트랜스 안료 등 그 제한이 있는 것은 아니다.
착색제의 함량이 전체 조성물 중 1중량% 미만이면 착색 상태가 불량할 수 있고 콘크리트 표면에 거의 색상을 발현하지 못할 수 있고, 5중량% 초과면 콘크리트 표층에 침투하고 남은 잔류분이 생겨 결합력 약화와 침투성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
한편 상기한 성분들 이외에 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 그 일예로는 안정제, 살균제 등을 들 수 있다.
이러한 성분들을 이용하여 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 제조하는 방법은 각별히 한정이 있는 것은 아니다.
조성물 제조 시에는 용매로서 물을 사용하는데, 상기 성분들을 제외한 나머지의 함량만큼으로 물을 사용하여 조성물의 점도를 제어할 수 있다. 물의 함량은 전체 조성물 중 40 내지 60중량%이다.
콘크리트 표면에 사용하는 표면 강화재는 콘크리트 표면에 적용되어 침투 깊이, 콘크리트의 반응성, 자외선 저항성, 내구성, 염화이온 및 물 흡수성, 통기성, 균열 봉합, 재설염 저항성 등이 요구되는바, 본 발명의 일 구현예에 의한 조성물은 이러한 요구를 만족시킬 수 있다.
이와 같이 얻어지는 콘크리트 표면 강화 및 착색제 조성물은 주차장 바닥, 공장 바닥, 칼라 콘크리트, 콘크리트 포장도로, 콘크리트 구조물, 방음벽, 벽체 등의 표면에 적용될 수 있고, 또한 표면 강도와 중성화, 염해방지 및 강도증진을 필요로 하는 콘크리트 2차 제품에 적용되어 중성화 방지 및 강도를 증진시킬 수 있다. 더불어 콘크리트 표면에 다양한 착색 효과를 낼 수 있어 토목 및 건축 시공 및 보수분야는 물론 노출 콘크리트, 장식용 칼라 콘크리트 등에 다양하게 이용될 수 있다.
콘크리트 표면에 적용시 콘크리트 표면은 건조하며 먼지, 오일, 왁스, 양생제, 백화, 레이틴스, 유기계 코팅박막 등과 같은 다른 이물질이 없는 상태인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 구현예에 의한 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 살포하기 전에 콘크리트 표면의 취약한 부위나 박리 부위에 대한 적절한 보수가 선행되는 것이 바람직하며, 살포하기 전 콘크리트의 양생기간은 최소한 5일 이상의 건조가 이루어져야 하며 건조가 완전히 이루어진 상태에서 본 발명의 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물을 살포하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
실시예 1 내지 5
다음 표 1에 나타낸 것과 같은 성분들로부터 콘크리트 표면 강화 조성물을 제조하였다.
다음 표 1의 기재에 있어서 함량은 중량%이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4

실리케이트 내지 콜로이달 실리카		 a 12.5 - - 20
b 5 5 17.5 -
c 16 10 17.5 10
d 1.5 20 - 5
폴리실록산
소포제		 0.1 0.1 0.1 0.1
폴리디메틸
실록산
소재 습윤재		 0.5 0.5 0.5 0.5
폴리실록산
수성 발수첨가제		 5 5 5 5
착색제 3 3 3 3
물 56.4 56.4 56.4 56.4
(주) a : 소듐 실리케이트, S.CHEMTECH사 제품, 한국산업규격 KSM1415(2종) 수용액, 고형분 함량 40중량%인 수용액
b : 포타슘 실리케이트, S.CHEMTECH사사 제품, 고형분 함량 35중량%인 수용액
c : 리튬 실리케이트, S.CHEMTECH사사 제품, 고형분 함량 22중량%인 수용액
d : 실리카졸(콜로이달 실리카), S.CHEMTECH사사 제품, 고형분 함량 40중량%인 수용액
폴리디메틸실록산 소재 습윤제 : BYK CHEMIE사, BYK-346 제품, 밀도(20℃,g/ml) 1.00, 고형분(%) 45.0, 활성 성분(%) 52.
폴리실록산 소포제 : BYK CHEMIE사, BYK-028 제품, 밀도(20℃,g/ml) 1.05, 고형분(%) >98.0.
폴리실록산 수성용 발수첨가제 : TEGO사, Phobe 1500N 제품, 고형분(%) 50.0
착색제 a: 액상 무기 안료, 고형분 50%
착색제 b: 액상 트랜스 안료, 고형분 50%
실험예
얻어진 콘크리트 표면 강화 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 평가하였다:
구체적으로, 콘크리트로 미장 마감처리된 바닥재(양생 후 5일 건조된 상태, 이물질 제거를 완료한 상태)를 소재로 사용하여 상기 소재 위에 상기 실시예들로부터 각각 제조된 콘크리트 표면 강화제를 표면 처리하되, 이때 콘크리트 표면 강화제 1L당 처리면적이 약 7평방미터가 되도록 조정하여 표면 처리한 후에 상온에서 7일간 건조시켰다. 그 결과물을 분석용 시편으로 사용하여 평가하여 그 결과를 다음 표 2로 나타었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
외관 우수 양호 양호 양호
저장안정성 우수 양호 양호 양호
표면 작업성 우수 양호 양호 양호
건조성 양호 양호 양호 양호
마모감량 양호 양호 양호 양호
부착강도 양호 양호 양호 양호
난연성 양호 양호 양호 양호
투수비 양호 양호 양호 양호
표면 착색 양호 양호 양호 양호
시공성 우수 양호 보통 보통
착색력 양호 양호 보통 보통
색상 종류 우수 우수 보통 양호
상기 표 2에서 콘크리트 표면 강화제 및 콘크리트면에 대한 각 평가 기준은 다음과 같다.
우수 : 시험결과가 우수한 경우.
양호 : 시험결과가 양호한 경우.
보통 : 시험결과가 양호하지는 못하지만 사용 가능한 수준을 보이는 경우.
불량 : 사용할 수 없는 수준을 보이는 경우.
기존, 콘크리트 강화 및 착색 공법은 유성 금속염 착색제, 수성 에씨드 금속염 착색제, 수성 금속염 착색제 등의 금속염 조성으로 되는 착색 조성물을 이용하여 스프레이 살포기를 이용하여 침투 도포하는 방법으로 착색층을 형성하고, 여기에 알카리 금속 실리케이트를 기본으로 여러 종류의 실리케이트를 조합한 조성의 콘크리트 표면 강화 조성물을 이용하여 표면에 살포와 여러회 밀착작업을 통한 방법으로 표면 강화층을 형성하였다. 그러나 이때 사용한 착색제 중 유성 금속염 착색제는 인화성 물질이라 화재 위험성이 있고, 수성 에씨드 금속염 착색제는 색상이 다양하지 못하고, 각종 산성분이 포함 된 제품이라 유독성 증기가 발생하며, 수회에 걸쳐 청소해야 하는 어려움이 있다. 또한, 수성 금속염 착색제는 색상이 고르지 않으며, 기존 콘크리트 강화 및 착색 공법은 공통으로 2번에 나누어서 작업해야 함으로, 시공이 번거롭고 시간이 오래 걸린다.
반면, 본 발명의 시공법은 표면 강화와 동시에 착색이 되며, 다양한 색상 연출과 색상 변색이 없으며 다양한 물성을 발휘하는 여러 종류의 실리케이트를 혼합하여 물성은 물론 한 번에 마감처리가 되는 시공이 용이한 공법이다.
또한, 일반 시공법은 핸드 스프레이건을 이용하여 시공을 하였으나 본 발명의 제품은 다양한 자동화 도장기를 사용하여 시공 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 마그네슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트 및 포타슘 실리케이트 중에서 선택되는 적어도 2종 이상의 실리케이트 혼합물 또는 상기 2종 이상의 실리케이트 혼합물과 콜로이달 실리카와의 혼합물 30 내지 50중량%, 폴리실록산 수성용 발수 첨가제 1 내지 8중량%, 폴리실록산 소포제 0.1 내지 0.5중량%, 폴리디메틸실록산 소재 습윤재 0.1 내지 1중량%, 착색제 1 내지 5중량% 및 물 40 내지 60중량%를 포함하는 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 착색제는 무기계 액상 안료, 유기계 액상 안료, 나노 안료, 트랜스 안료 및 염료 중에서 선택되는 적어도 1종의 것인 콘크리트 표면 강화 및 착색 조성물.
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