KR100979094B1 - 겔 타입 발수제를 이용한 기존 및 신설 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지용 친환경 표면보호공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계, 상기 그라인딩된 콘크리트 구조물의 표면을 고압수로 세척하는 단계, 상기 고압수로 세척된 콘크리트 구조물의 표면을 열풍 건조시키는 단계, 상기 열풍 건조된 콘크리트 구조물의 표면에 모르타르를 도포하여 평탄화하는 단계, 상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계 및 상기 침투성 발수제가 도포된 모르타르 위에 마감도장재를 도포하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 침투성 발수제는 겔타입의 발수제로 종래의 액상 발수제에 비하여 침투성이 우수하고 재료의 손실이 적으며, 침투 깊이가 깊어서 물의 응고나 염의 접촉에 의한 콘크리드 구조물의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

겔 타입 발수제를 이용한 기존 및 신설 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지용 친환경 표면보호공법{Environmental surface protecting method of preventing salt damage and carbonation of old and new constructed concrete structures using gel type waterproof agent}

본 발명은 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조물에 발수제를 침투시켜 물의 동결에 의한 열화와 염의 침투에 의한 철근의 부식을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법에 관한 것이다.

현재, 토목 및 건축에 있어서 가장 널리 사용되고 있는 재료는 강재와 콘크리트이다. 강재는 저비용으로 얻을 수 있는 고장력 재료이고, 콘크리트 또한 저비용의 고압축성 재료일 뿐만 아니라, 이들은 서로 부착성이 좋고 열팽창 계수도 유사하므로 강재와 콘크리트를 이용하여 내구성이 높고 공정비용이 저렴한 콘크리트 구조물을 건설할 수 있다. 다만, 이와 같은 콘크리트 구조물은 내부에 물이나 염이 침투하여 열화될 수 있고, 특히 구조물이 해안가에 위치하거나 공해가 심한 도심에 위치한 경우 염해나 중성화에 의하여 열화가 빠르게 진행될 수 있다.

콘크리트 구조물의 염해(salt damage)는 주로 해수에서 유산염을 포함한 염분이 콘크리트의 모세공이나 공극으로 침투해서 콘크리트 성분과 팽창성 결정을 만듦과 동시에 철근이 녹슬어 팽창함으로써 콘크리트 구조물을 손상시키는 과정으로 진행된다. 이러한 염해에 의한 콘크리트 구조물의 노화현상은 해상이나 해안에 인접한 구조물에서 많이 나타나며, 추운 산간지방과 도심지역에서는 제설용 염화칼슘의 영향을 받아 촉진되기도 한다. 또한 콘크리트 구조물의 중성화(carbonation)는 공기 중의 이산화탄소나 물이 콘크리트의 모세공이나 공극으로 침투하고 반응하여 수산화칼슘을 탄산화시키고, 시멘트겔을 분해시키는 것이 원인이다. 중성화는 철근이 녹슬고 팽창함에 따라 콘크리트를 손상시키는데, 주로 교통량이 많은 도심지역의 교량, 옹벽, 차량방호벽, 건물외벽, 주차장, 지하도 및 차도, 터널, 지하철, 상·하수도관거, 하수처리장, 폐수처리장 또는 배수지 등에서 중성화가 많이 나타나고, 특히 공기의 질이 나쁜 지하구조물에서는 더욱 심하게 나타난다.

지금까지 콘크리트 구조물을 염해나 중성화로부터 보호하거나, 이미 염해나 중성화에 의하여 열화가 진행되고 있는 콘크리트 구조물을 보수하기 위한 다양한 시도가 있었다. 그 중 하나는 강재에 비하여 비교적 안정적인 전위를 가지고 외부 부식유발물질의 침투를 차단할 수 있는 금속재료를 콘크리트 구조물의 표면에 융착하는 금속 용사공법이다. 그러나 이러한 공법은 금속을 용융시킨 상태로 구조물의 표면에 도포하는 방법으로 그 공정이 복잡하고 많은 부가설비가 요구되는 단점이 있어 지금까지 거의 사용되지 못하였다. 또 다른 공법은 콘크리트 구조물의 표면에 에폭시계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴 고무계 또는 시멘트무기질계 고분 자와 같은 도료를 도포하는 것이지만, 도료와 콘크리트의 초기 접착강도는 우수하지만 열팽창계수나 건조 및 수축 등의 변형특성 차이로 인하여 시간이 흐름에 따라 접착강도가 저하되는 문제점을 가지고 있었다. 또한 이러한 공법은 통기성 부족으로 인하여 내부 수증기 압력으로 도막이 들뜨거나 박리 및 균열이 발생하고, 콘크리트와 도막의 경계면에 수분이 갇힘으로서 철근의 부식이 야기되며, 환경 비친화적인 도료가 사용되는 경우 작업자의 안정이 보장되지 못하고 환경오염문제를 발생시키기도 하였다.

최근에 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지에 많이 이용되고 있는 공법은 구조물의 표면에 침투형 발수제를 도포함으로써 염분과 수분이 내부로 침투하는 것을 억제하는 것이다. 다만, 이러한 침투형 발수제는 공법이 적용된 초기에는 방수성능이 뛰어나서 철근의 부식요인인 염분과 수분의 침투를 억제할 수 있지만, 장기적으로 발수제의 주성분이 유실되어 성능을 발휘할 수가 없고 콘크리트 구조물에 자연적으로 발생하는 미세균열에 대응하지 못하기 때문에 주기적으로 도장작업을 반복하여야 하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 발수제의 침투 깊이가 보다 깊게 형성되어 염해나 중성화 피해 방지 효과가 뛰어나고, 발수제의 유실을 방지하여 도장작업의 반복을 피할 수 있는 새로운 공법의 개발에 대한 필요성이 커지고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 물이나 염의 침투를 방지하여 염해 및 중성화에 의한 콘크리트 구조물의 열화를 억제할 수 있고, 시간의 경과에 따 른 발수제의 유실을 최소화하여 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계, 상기 그라인딩된 콘크리트 구조물의 표면을 고압수로 세척하는 단계, 상기 고압수로 세척된 콘크리트 구조물의 표면을 열풍 건조시키는 단계, 상기 열풍 건조된 콘크리트 구조물의 표면에 모르타르를 도포하여 평탄화하는 단계, 상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계 및 상기 침투성 발수제가 도포된 모르타르 위에 마감도장재를 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 모르타르는 시멘트 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 규사, 1 내지 5중량부의 실리카 퓸, 1 내지 3중량부의 염산, 1 내지 2중량부의 미세섬유 및 3 내지 6중량부의 수용성 고분자수지를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 수용성 고분자수지는 라텍스 수지, 폴리비닐알콜 및 물이 1 : 0.2~0.3 : 0.8~1로 혼합된 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 미세 섬유는 직경이 10 내지 1,000㎚이고, 길이가 10 내지 1,000㎛인 카본나노튜브일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 침투성 발수제는 폴리실록산, 폴리실란, 폴리카르보실란 및 폴리실라잔로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 고분자량 실리콘고분자 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 저분자량 알콕시실란, 0.1 내지 0.8중량부의 실란커플링제 및 0.5 내지 2중량부의 침상의 규회석을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 100 내지 200중량부의 폴리이소시아네이트수지, 20 내지 30중량부의 유리비드를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 유리비드는 평균직경이 10 내지 50㎛이고, 그 내부에 평균직경이 50 내지 100㎚인 이산화티타늄이 균일하게 분산될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 0.5 내지 1 중량부의 자외선 차단제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계 후에 외부로 노출된 철근에 녹 제거제를 도포하여 녹을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계 후에, 콘크리트 구조물에 공기를 블로잉하여 발수제의 침투를 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법에 따라 콘크리트 구 조물에 대한 보수 작업을 진행하면 염해 및 중성화방지 효과에 의하여 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장킬 수 있다. 또한 본 발명에 적용되는 침투성 발수제는 점도가 높아 액상의 발수제에 비하여 재료의 소모가 적고 발수제의 침투 깊이가 깊어, 물과 염분의 침투를 방지함으로써 물의 동결과 융해의 반복작용에 의한 열화와 염에 접촉한 철근의 산화물 팽창에 의한 내구성 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법은 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계, 상기 그라인딩된 콘크리트 구조물의 표면을 고압수로 세척하는 단계, 상기 고압수로 세척된 콘크리트 구조물의 표면을 열풍 건조시키는 단계, 상기 열풍 건조된 콘크리트 구조물의 표면에 모르타르를 도포하여 평탄화하는 단계, 상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계 및 상기 침투성 발수제가 도포된 모르타르 위에 마감도장재를 도포하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법을 수행하는 시공순서도이다. 먼저, 염해나 중성화가 진행되어 열화가 진행된 콘크리트 구조물의 표면을 처리하여 도장막이나 오염물 또는 산화된 물질 등을 제거한다. 이러한 표면 처리의 과정은 그라인더를 이용하여 구조물의 표면을 일부 깍아내며 진행된다. 이어서, 그라인더로 표면 처리한 구조물의 표면을 고압수로 세척하여 그라인딩 후에 남은 분진이나 이물질을 제거한 후 열풍 건조시킨다. 이 과정에는 고압 세척기와 열풍건조기가 사용된다. 이어서, 구조물의 바탕면을 평탄하게 조정하여 그라인딩 작업 및 고압 세척 작업 후에 표면에 형성된 단차를 모르타르를 이용하여 메우게 된다. 이 과정은 스프레이나 흙손 또는 헤라나 롤러와 같은 도구를 이용하여 진행된다. 이어서, 평탄화를 위하여 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포한다. 발수제의 도포는 붓, 롤러 또는 스프레이 등을 이용하여 진행된다. 마지막으로 침투성 발수제가 도포된 위에 마감도장재를 도포한다. 마감도장재의 도포에도 발수제의 도포와 마찬가지로 붓, 롤러 또는 스프레이 등이 이용된다.

아래에서 본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법의 각 단계에 대한 내용을 보다 상세히 설명한다.

콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계는 거친 면을 가진 그라인딩 패드를 이용하여 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩 또는 폴리싱하는 과정이다. 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 공기 중에 존재하는 먼지나 유기물질과 같은 오염물질에 의하여 오염되고 산성성분에 의한 산화가 진행되기도 하여 그 위에 도장 작업을 진행하면 도막이 들뜨는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 도장작업이나 방수처리 전에 표면의 이물질이 제거되어야 한다. 이 단계의 작업은 핸드 그라인더를 이용하여 진행될 수 있다.

상기 그라인딩 단계 후에는 선택적으로 외부로 노출된 철근에 녹제거제를 도포하여 녹을 제거하는 과정을 더 진행할 수 있다. 열화된 콘크리트 구조물은 경우에 따라 내부에 심어진 철근이 외부로 노출되는 경우가 있다. 외부로 노출된 철근 은 산화가 빠른 속도로 진행되고, 산화에 의한 부피팽창에 의하여 구조물의 강도가 심각하게 훼손될 수 있다. 또한 철근 표면의 녹은 도장재와의 접착력을 저하시켜 염해 및 중성화 재료와의 부착력을 약화시켜 내구성이 저하되는 원인이 된다. 따라서 염해 및 중성화방지공법의 진행 시에 외부로 노출된 철근의 녹을 제거하는 것이 중요하다. 녹의 제거는 일차적으로 그라인딩에 의하여 이루어질 수 있으나, 표면에 존재하는 녹을 완전히 제거하기 위해서는 녹 제거제를 이용하는 것이 효율적이다.

녹 제거제는 혼합산, 겔화제(gelation agent), 분산제 및 물을 포함한다. 혼합산은 염산, 인산, 글루코산 및 옥살산으로 이루어지며 녹을 제거하는 유효성분이다. 겔화제는 수직면의 강구조물에 녹 제거제가 효과적으로 도포될 수 있도록 녹 제거제에 일정 점도를 부여하는 역할을 수행하는데, 상용화된 겔화제로 Carbopolㄾ934(BF Goodrich, USA) 등이 사용될 수 있다. 분산제는 녹 제거제의 유효성분과 겔화제 등이 균일하게 분산될 수 있도록 하는 역할을 수행하며, 트리에타놀아민(triethanolamine, TEA) 등이 사용될 수 있다. 이때, 녹 제거제는 물 100중량부를 기준으로, 8 내지 15중량부의 혼합산, 0.5 내지 2중량부의 겔화제 및 0.5 내지 2중량부의 분산제를 포함하는 것이 바람직하다. 혼합산의 함량이 8중량부 미만이면 녹의 제거 효율이 떨어지고, 15중량부를 초과하면 산성이 강하여 작업 안전성이 낮아진다. 겔화제의 함량이 0.5중량부 미만이면 녹 제거제의 점도가 지나치게 낮아서 작업성이 낮아지고, 2중량부를 초과하면 점도가 지나치게 높아서 또한 작업성이 낮아진다. 분산제의 함량이 0.5중량부 미만이면 효과적인 분산이 이루어지지 않고, 2중량부를 초과하면 경제성이 낮아진다. 혼합산은 옥살산 100중량부를 기준으로, 20 내지 40중량부의 염산, 70 내지 90중량부의 인산 및 40 내지 50중량부의 글루코산을 포함하는 것이 바람직하다. 상기의 조성범위에서 효과적인 녹의 제거가 이루어진다. 녹 제거제는 이후 단계인 고압수를 이용한 세척 과정에서 제거될 수 있다.

그라인딩된 콘크리트 구조물의 표면을 고압수로 세척하는 단계는 그라인딩 후에 발생된 분말 형태의 이물질을 제거하는 과정이다. 그라인딩 과정에서 발생된 분진은 콘크리트 구조물의 표면에 일부 남아 있게 되므로 이를 세척하는 과정이 필요하다. 세척은 고압수를 이용하여 이루어질 수 있는데, 고압수 세척에 사용되는 고압수의 압력은 300 내지 500 bar의 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.

고압수로 세척된 콘크리트 구조물을 열풍 건조시키는 단계는 고압수 세척으로 표면 또는 일부 깊이까지 침투한 수분을 제거하는 과정이다. 콘크리트 구조물은 내부에 다양한 크기의 기공이 존재하므로 고압수 세척 후에 표면 근처의 기공에는 수분이 침투하여 있다. 이러한 수분은 자연상태에서 건조되는데 일주일 정도가 소요된다. 따라서, 본 발명에서는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법을 적용하는 시간을 단축시키기 위하여 별도의 건조단계를 거친다. 열풍건조는 열풍기를 이용하여 진행될 수 있고 열풍의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다. 열풍의 온도가 150℃ 미만이면 건조의 속도가 느려 작성효율이 낮아지고, 200℃를 초과하면 작업의 과정에서 사고가 발생할 수 있다.

열풍 건조된 콘크리트 구조물의 표면에 모르타르를 도포하는 단계는 열화로 손상된 콘크리트의 바탕면을 조정하는 과정이다. 이 과정에서 사용되는 모르타르는 시멘트 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 규사, 1 내지 5중량부의 실리카 퓸, 1 내지 3중량부의 염산, 1 내지 2중량부의 미세섬유 및 3 내지 6중량부의 수용성 고분자수지를 포함할 수 있다.

미세섬유는 모르타르 속에 균일하게 분산되어 모르타르층의 인장강도를 향상시킬 수 있는데, 이러한 목적을 위하여 미세섬유는 무게 대비 인장강도가 높은 카본나노튜브가 사용될 수 있다. 미세섬유의 직경은 10 내지 1,000㎚인 것이 바람직하고, 길이는 10 내지 1,000㎛인 것이 바람직하다. 미세섬유의 직경이 너무 작으면 제조가 어렵고 너무 크면 분산성이 낮아지며, 길이가 너무 짧으면 인장강도 증가의 정도가 낮고 너무 길면 분산이 어렵다. 다만, 모르타르에 포함되는 미세섬유로 카본나노튜브가 사용될 경우 비용 증가가 발생할 수 있으므로, 고분자 재질의 미세섬유나 인장강도가 뛰어난 탄소섬유 등을 사용하는 것이 비용적인 측면에서 유리할 수 있다.

수용성 고분자수지는 모르타르의 점도를 조절하여 부착성을 향상시키고 작업의 효율성을 증가시키는 역할을 한다. 고분자 수지는 라텍스 수지, 폴리비닐알콜 및 물이 1 : 0.2~0.3 : 0.8~1로 혼합된 것이 바람직하다. 상기의 조성비에서 작업에 적절한 모르타르의 점도를 얻을 수 있고, 부착성이 우수하다.

모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계는 콘크리트 구조물의 표면에 발수성 물질을 도포하여 외부에서 수분이나 염과 같은 물질이 내부로 침투하는 것을 방지하기 위한 과정이다. 콘크리트 구조물의 열화는 여러 가지 과정으로 진행될 수 있는데, 물의 서리화로 인한 열화과정, 물 및 염수상의 동결로 인한 열화과정, 알칼리-실리카 반응으로 야기된 악화과정, 콘크리트상 석회의 공기구멍 폐쇄로 인 한 악화과정 또는 탄산화 결과로 인한 철근 부식과정과 같이 외부에서 침투한 수분이나 염이 그 원인이 된다. 따라서 콘크리트 구조물의 표면에 발수성 물질을 도포하여 이러한 열화의 원인을 제거할 수 있다.

콘크리트 구조물의 표면에 도포되는 발수제는 콘크리트가 공극을 통해 숨을 쉴 수 있도록 확산 투과성을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 콘크리트 구조물의 내부에 존재하는 수분이 외부로 증발될 수 있어야 수분의 동결에 의한 구조물의 열화를 방지할 수 있다. 이러한 이유로 발수제는 폴리실란이나 폴리실록산 계열의 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 폴리실란 또는 폴리실록산 계열의 고분자는 콘크리트 구조물 내부의 수분이 외부로 증발되어 배출되는 것을 가능하게 하는 동시에 외부의 액상 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 사용되는 발수제는 침투성 발수제이다. 침투성 발수제란 콘크리트 구조물의 표면에만 도포되는 것이 아니고, 일정 깊이까지 침투하여 도포되는 성질을 가진 물질로서 발수제의 열화정도를 감소시킬 수 있다. 표면에 도포된 발수제는 햇빛에 의한 자외선에 장기가 노출되어 열화되면서 본래의 발수기능이 저하된다. 따라서 발수제를 구조물의 내부로 일정 깊이까지 침투시키면 발수기능 자체가 향상되어 수분의 동결 시 공극내의 팽창 압력 발생이 거의 없으며, 발수기능의 내구성도 향상되어 동결과 융해의 반복작용에도 발수효과를 오랜 기간 동안 지니게 된다. 또한 본 발명에서는 발수제로 액상타입이 아니고 겔(gel)타입의 발수제가 사용된다. 겔타입의 발수제는 콘크리트 표면에 접촉되는 시간이 길고, 연무 혹은 분무형태로의 재료 손실이 거의 없기 때문에 공극 속으로 매우 깊이 침투할 수 있는 장점 을 가진다.

침투성 발수제는 폴리실록산(polysiloxane), 폴리실란(polysilane), 폴리카르보실란(polycarbosilane) 및 폴리실라잔(polysilazane)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 고분자량 실리콘고분자 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 저분자량 알콕시실란, 0.1 내지 0.8중량부의 실란커플링제 및 0.5 내지 2중량부의 침상의 규침상의 규회석을 포함할 수 있다. 고분자량 실리콘고분자는 100,000∼130,000의 분자량을 가지는 것이 바람직하고, 저분자량 알콕시실란은 20,000∼30,000의 분자량을 가지는 것이 바람직하다. 일반적으로 고분자의 분자량이 커지면 점도가 높아지고, 분자량이 작아지면 점도가 낮아진다. 따라서 본 발명에서는 고분자량의 실리콘고분자와 저분자량의 알콕시실란을 적절한 조성으로 혼합하여 도포작업성과 침투성이 동시에 만족되도록 한다. 저분자량의 알콕시실란은 실란에 알콕시(OR)기가 결합된 구조인데, 알콕시기의 알킬기(R)의 크기에 따라 공극에 침투할 수 있는 효율이 달라진다. 알킬기에 포함되는 탄소의 수가 많아지면 분자가 벌키(bulky)해지며 공극에 대한 침투성이 낮아진다. 상대적으로 공극의 크기가 작은 상급 콘트리트에 효과적으로 발수제가 침투될 수 있게 하기 위해서 알킬기의 탄소수는 4 내지 7인 것이 바람직하다. 침상의 규회석은 침상의 구조를 통하여 도장막의 인장강도와 굴곡강도를 향상시키고, 침투성 발수제 위에 도포되는 마감도장재와의 부착성을 향상시킨다. 규회석은 도포된 침투성 발수제 표면에 일부 뾰족한 형태로 돌출되어 그 위에 도포되는 마감도장재와의 부착성을 향상시킬 수 있는 것이다. 실란커플링제는 고분자 간의 상용성을 증가시키고 규회석이 발수제 내에 균일하게 분산되는 것을 돕는다. 실란커플링제는 분자 내에 이종의 기능기를 포함하여 그 중 하나는 고분자와의 친밀도가 높고 다른 하나는 무기물과의 친밀도가 높으므로 고분자 내에 무기 충진물이 분산되는 것을 도울 수 있는 것이다. 침투성 발수제의 도포 후에는 선택적으로 효율적인 발수제의 침투를 유도하기 위한 에어 블로잉(air-blowing) 과정이 진행될 수 있다. 구조물의 표면에 도포된 침투성 발수제는 모세관 현상에 의하여 콘크리트 내부의 공극으로 흡수될 수 있으나, 외부에 일정압력으로 공기를 블로잉하면 발수제의 침투 효과가 극대화될 수 있다. 에어 블로잉에는 열풍 건조에 사용된 건조기가 그대로 사용될 수 있으며, 다만 발수제가 지나치게 빠른 시간동안에 건조되는 것을 방지하기 위하여 바람의 온도는 상온으로 유지되는 것이 바람직하다.

침투성 발수제가 도포된 모르타르 위에 마감도장재를 도포하는 단계는 염해 및 중성화 방지공법의 마지막 과정으로 도포된 침투성 발수제의 열화를 방지하고 구조물의 외관을 미려하게 하기 위한 공정이다. 마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 100 내지 200중량부의 폴리이소시아네이트수지, 20 내지 30중량부의 유리비드를 포함하는 것이 바람직하다. 마감도장재는 수성 도료이므로 친환경적이고, 작업자의 안정이 도모되고 환경규제에 자유롭다. 마감도장재는 다양한 색을 가진 염료를 더 포함할 수 있는데 구조물의 외관을 아름답게 하는 기능과 도로 주변에 형성된 기둥과 같은 콘크리트 구조물의 경우는 차량 운전자의 식별능력을 향상시켜 사고를 예방하는 기능도 할 수 있다. 특히 마감도장재에 포함되는 유리비드는 야간 운전시에 구조물에 대한 식별력을 강화시킨다. 유리비드는 자동차 헤드라이트의 빛을 효과적으로 반사시킬 수 있다.

유리비드의 함량이 20중량부 미만이면 반사효율이 낮아지고, 30중량부를 초과하면 도료의 제조비용이 증가한다. 또한 유리비드의 평균직경은 10 내지 50㎛인 것이 바람직한데, 유리비드의 평균직경이 10㎛ 미만이면 유리비드끼리의 응집이 일어날 수 있고, 50㎛를 초과하면 스프레이를 이용한 도장작업성이 낮아진다. 유리비드는 구 모양의 유리 내부에 이산화티타늄이 균일하게 분산된 형태일 수 있는데, 유리의 굴절율은 약 1.5이고, 이산화티타늄의 굴절율은 2.5 내지 2.7이므로 계면에서의 반사에 의하여 반사특성이 향상될 수 있다. 즉, 외부에서 유리비드로 빛이 입사하면, 일부는 표면에서 반사되지만 일부는 유리비드의 내부로 투과된다. 이때, 유리비드 내부에 굴절율이 큰 이산화티타늄이 분산되어 있으면, 유리보다 굴절율이 큰 이산화티타늄과의 경계에서 난반사가 일어나서 전체적으로 반사효율이 증가하게 되는 것이다. 이산화티타늄의 평균직경은 50 내지 100㎚인 것이 바람직하다. 이산화티타늄의 평균직경이 50㎚ 미만이면 응집이 일어나기 쉬우며, 100㎚를 초과하면 유리비드와의 계면이 적어져서 반사효율이 낮아진다. 이산화티타늄이 분산된 유리비드는 일반적인 유리비드 제조과정에 초음파발생기를 이용하여 이산화티타늄 분말을 분산시킴으로써 제조할 수 있다.

마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 0.5 내지 1 중량부의 자외선 차단제를 더 포함할 수 있다. 자외선 차단제는 자외선에 의하여 발수제가 열화되는 것을 방지하는 기능을 한다. 실란 또는 실록산 계열의 고분자는 자외선에 의하여 열화가 진행될 수 있으므로 마감도장재의 성분에 자외선 차단제를 추가하여 발수제의 열화를 방지하는 것이 가능하다. 자외선 차단제의 함량이 0.5중량부 미만이면 자외선 차단 효과가 부족하고, 1중량부를 초과하면 도료의 제조비용이 지나치게 증가한다. 자외선 차단제로는 알루미늄 분말이 사용될 수 있다. 알루미늄 분말은 판상의 분말인 것이 바람직한데, 판상의 분말은 도료의 도포 후에 표면으로 떠오르는 성질을 가져 도장재료의 내부를 효과적으로 보호할 수 있다. 상기 판상의 알루미늄 분말의 형상은 평균직경 대비 두께비가 99:1 내지 99.9:0.1인 것이 바람직하다. 99:1보다 두께가 두꺼우면 도료의 표면으로 떠오르는 성질이 부족하고, 99.9:0.1보다 두께가 얇으면 판상의 분말이 변형되어 판상을 유지하기 어렵다.

이하에서 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

실시예

1. 모르타르의 도포

콘크리트 구조물의 표면을 핸드그라인더로 그라인딩하고 고압수로 세척한 후, 열풍건조기로 10분간 건조하였다. 이어서, 건조된 표면에 스프레이를 이용하여 모르타르를 도포하였다. 모르타르는 시멘트 100중량부, 규사 50중량부, 실리카 퓸 2중량부, 수용성 고분자 5중량부 및 염산 1.5중량부가 포함된 조성물(TF 200)에 카본나노튜브 1.5중량부를 혼합한 조성물 25㎏과 물 3.5ℓ를 혼합하여 사용하였다. 이때, 수용성 고분자는 라텍스 수지, 폴리비닐알콜 및 물이 1:0.25:0.9로 혼합된 것을 사용하였다. 도포된 모르타르의 두께는 2 내지 3㎜였다.

2. 침투성 발수제의 도포

모르타르가 도포 후 1일이 경과하고, 그 위에 침투성 발수제를 도포하였다. 침투성 발수제는 폴리실란과 폴리실록산이 1:1의 중량비로 혼합된 고분자량의 실리콘고분자 100중량부, 저분자량 알콕시실란 65중량부 및 실란커플링제 0.5중량부가 혼합된 조성물(HG 200)에 규회석 1중량부를 혼합하여 사용하였고, 스프레이를 이용하여 도포하였다. 고분자량 실리콘고분자의 분자량은 약 120,000이고, 저분자량 알콕시실란의 분자량은 약 25,000였으며, 도포 두께는 0.5㎜였다. 침투성 발수제의 도포 후에는 침투를 촉진시키기 위하여 열풍건조기를 상온에서 10분간 작동시켜 수직방향으로 공기압을 제공하였다.

3. 마감도장재의 도포

침투성 발수제가 도포된 표면의 건조가 완료된 후에 그 위에 스프레이를 이용하여 마감도장재를 도포하였다. 마감도장재는 수성 실리콘아크릴 수지 100중량부 및 폴리이소시아네이트 수지 150중량부를 포함하는 조성물(V 100)에 유리비드 15중량부를 혼합한 도료를 사용하였다.

평가예(염화 및 중성화 방지 처리된 콘크리트 구조물의 특성 평가)

상기 실시예에 따라 염화 및 중성화 방지 처리된 콘크리트 구조물에 대하여 염화방지 및 중성화 방지 효과를 평가하였다. 평가의 결과는 다음의 표 1과 같다. 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 콘크리트 구조물에 염화 및 중성화 방지 처리를 하면 염화 및 중성화에 의한 열화 개선 특성이 우수하고, 기타 도막에 대한 평가 결과도 양호함을 알 수 있다.

표 1

아래의 표 2 내지 표 4는 본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법 시공시에 모르타르 도포 공정, 침투성 발수제 도포 공정 및 마감도장재 도포 공정에 대한 작업 스펙을 나타낸 것이다.

표 2

표 3

표 4

도 1은 본 발명의 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지공법을 수행하는 시공순서도이다.

Claims (10)

1. 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계;

   상기 그라인딩된 콘크리트 구조물의 표면을 고압수로 세척하는 단계;

   상기 고압수로 세척된 콘크리트 구조물의 표면을 열풍 건조시키는 단계;

   상기 열풍 건조된 콘크리트 구조물의 표면에 모르타르를 도포하여 평탄화하는 단계;

   상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계; 및

   상기 침투성 발수제가 도포된 모르타르 위에 마감도장재를 도포하는 단계;를 포함하고, 상기 마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 100 내지 200중량부의 폴리이소시아네이트수지, 20 내지 30중량부의 유리비드를 포함하며, 상기 유리비드는 평균직경이 10 내지 50㎛이고, 그 내부에 평균직경이 50 내지 100㎚인 이산화티타늄이 균일하게 분산된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모르타르는 시멘트 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 규사, 1 내지 5중량부의 실리카 퓸, 1 내지 3중량부의 염산, 1 내지 2중량부의 미세섬유 및 3 내지 6중량부의 수용성 고분자수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 수용성 고분자수지는 라텍스 수지, 폴리비닐알콜 및 물이 1 : 0.2~0.3 : 0.8~1로 혼합된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 미세 섬유는 직경이 10 내지 1,000㎚이고, 길이가 10 내지 1,000㎛인 카본나노튜브인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 침투성 발수제는 폴리실록산, 폴리실란, 폴리카르보실란 및 폴리실라잔로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 고분자량 실리콘고분자 100중량부를 기준으로, 60 내지 70중량부의 저분자량 알콕시실란, 0.1 내지 0.8중량부의 실란커플링제 및 0.5 내지 2중량부의 침상의 규회석을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 마감도장재는 수성 실리콘아크릴수지 100중량부를 기준으로, 0.5 내지 1 중량부의 자외선 차단제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 콘크리트 구조물의 표면을 그라인딩하는 단계 후에 외부로 노출된 철근에 녹 제거제를 도포하여 녹을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 콘크리트 구조물 표면에 도포된 모르타르 위에 침투성 발수제를 도포하는 단계 후에, 콘크리트 구조물에 공기를 블로잉하여 발수제의 침투를 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지방법.

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