KR101062734B1 - 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제 및 그 시공방법에 관한 것으로, 콘크리트 구조물의 방수 방식을 위한 도막을 형성하는 액상 보호코팅제에 있어서, 상기 액상 보호코팅제는,
수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 성분으로 이루어진 결합재와; 재활용 골재인 폐도자기 분멀과 규석 분말로 이루어진 충진제와; 수용성 실란과 변성 실리케이트로 이루어진 침투성 기재와; 분산제, 소포제, 도막형성제로 이루어진 첨가제와; 색상을 내기 위한 안료와; 상기한 결합재, 충진재, 침투성 기재, 첨가제, 안료들을 혼합하고 희석하기 위하여 사용되는 용매인 물을 포함하여 구성하며,
상기한 결합재, 충진제, 침투성기재, 첨가제, 안료, 물(용매) 각각은 100 중량%에 대하여 결합재인 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼은 10∼45 중량%, 충진제인 폐도자기와 규석 분말은 20∼30 중량%, 침투성 기재인 수용성 실린은 20∼30 중량%이고 변성 실리케이트는 2∼4 중량%, 첨가제 2∼4 중량%, 안료 3∼6 중량%, 물(용매) 8∼16 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제 및 그 시공방법{Penetraton ＆ protection coat has water-proof ＆ anti-corrosion function, when you apply to the concrete construction and that is application method}

본 발명은 콘크리트 구조물에 도포하게 되면 상기 구조물에 침투하면서 불용성염을 생성하여 콘크리트 구조물을 열화시키는 열화인자를 차단하여 구조물의 내구성을 향상시킬 뿐 아니라 구조물의 표면에 보호코팅형 도막을 형성하여 구조물의 표면에 형성되는 열화인자를 차단하여 내구성을 높일 수 있도록 하는 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용성 실란 과 변성 실리케이트 입자가 콘크리트 구조물의 공극을 통하여 침투하여 알칼리와 반응하여 불용성염을 생성하여 구조물을 강화시킬 뿐 아니라 구조물에 침투되는 열화요인(수분)을 차단하여 구조물의 내구성을 향상시키며, 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 결합재로 하고 재활용 분체인 폐도자기 분말 및 규석 분말을 충진재로 구성되는 보호코팅제는 내후성 및 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 구조물의 표면에 코팅되므로써 방수 및 방식 기능을 구비하여 구조물의 내구성을 향상시키도록 창안된 것이며, 상기 보호코팅제의 시공 방법으로는 그라인더 연마용 장비로 콘크리트 표면의 레이턴스 및 이물질을 연삭하여 제거하고 공기압으로 불어 먼지 등을 제거 후 스프레이 또는 로울러 등을 이용하여 상기 콘크리트 침투성 방수, 방식 보호 코팅제를 1회 도포하고 약 5~7일간의 양생기간을 두게 되면 콘크리트 구조물의 바탕면에 충분한 깊이로 침투하여 상기한 바탕면의 표면과 그 내부에 보호코팅도막이 생성되도록 하는 시공방법이다.

콘크리트 구조물은 건설된 직후부터 다양한 형태의 열화인자(물, 자외선, 유해 가스 등)의 작용으로 점차 노후화가 진행되어간다. 특히 균열이 발생할 경우 정도의 차이는 있으나 우수, 수증기 결로 등의 이동통로를 제공하고 또한 구조물 자체내의 잔류 수분 등으로 콘크리트 구조물에 장기적으로 작용하여 각종 열화의 원인을 제공하게 된다.

구조물의 열화 원인을 제공하는 물(우수, 수증기, 결로)의 경우 콘크리트 내부의 다기공에 녹아있는 잔여 수산화칼슘(CaOH2)이 공극 또는 균열을 따라 외부로 유출되고 표면 적체 후 공기중의 이산화탄소와 반응하여 백색의 결정인 석회석(CaCO3)으로 결정화되는 현상으로 노출된 면의 외관을 불량하게 하는 백화 및 백태 현상을 유발시킨다.

물에 젖어있거나 함수율이 높은 표면은 결빙현상이 발생하며 부피팽창을 동반한 얼음 결정체의 생성으로 구조물 내부에 압력으로 작용하여 구조물의 파열을 야기시킨다.

철근콘크리트 구조물의 경우 표면으로부터 침투된 수분이 철근을 산화 부식시킬 때 발생하는 팽창압에 의해 단면 손실, 콘크리트 박리, 구조물의 강도 등을 저하시켜 구조물의 내구성을 저하시키게 된다.

반면, 온도와 습도의 상관관계에 의해 수증기의 응축으로 나타나는 결로현상은 구조물의 표면에 나타나는 표면결로, 내부에서 발생하는 내부결로로 구분된다.

육안 식별이 가능한 표면 결로에 비해 내부 결로는 단열효과를 저하시키고 곰팡이 이끼 등 미생물에 의해 오염되므로써 구조물의 노후화를 점진적으로 촉진시키게 된다.

따라서 콘크리트 구조물의 장기적인 내구성을 확보하고 표면으로부터 작용하는 수분 및 자외선 등 구조물의 열화인자로부터 구조물을 보호하기 위해 다양한 방법들이 적용되고 있다. 가장 일반적인 형태가 구조물의 표면에 차단성과 방수성을 가지는 피막을 형성시키는 것이다.

기존의 보호공법들은 대부분 침식성 환경을 변경하거나 콘크리트를 이러한 환경으로부터 분리시키기 위해 차단층을 시공하는 방법이다. 사용 환경을 변경하거나 분리시켜 보호조치를 취함으로써 콘크리트의 수명이 길어지고 사용자에게 양호한 기능을 제공하기도 한다.

차단층 형성을 위해 코팅, 함침재, 도막, 조인트, 실링재 및 그라우트 주입공법 등 다양한 공법들이 사용되고 있다. 다음은 각 공법별 적용 사례에 관한 것을 기술한 것이다.

도포 함침법은 콘크리트 공극 구조내로 침투되는 특성을 가진 재료를 사용하여 콘크리트 표면을 보호하는 방법으로 소수성(Hydrophobic), 부분충진, 충진 등 세가지 유형이 있다. 이들 모두는 수증기 투과율 및 액체 흡수율 등 표면의 거동을 변화시킨다. 이 방법은 염화물 및 이산화탄소를 차단하거나 동결융해에 의한 손상을 방지할 목적으로 사용된다.

콘크리트 표면에 재료를 함침시키는 공법은 일반적으로 콘크리트의 내, 외부로 수분과 수증기가 유입 및 출입되는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 도포함침법을 적용하기 위해서는 콘크리트가 용액을 흡수할 수 있도록 표면을 깨끗하게 하여야 목적하고자하는 성능을 확보할 수 있다. 이러한 조건을 충족하기 위해서는 공극과 모세관이 필요하기 때문에 콘크리트 표면을 연마제 블라스팅, 숏블라스팅, 수압 블라스팅 등의 처리가 필요하다. 즉 표면 처리 및 바탕면의 상태에 따라 성능의 편차가 크게 나타나는 한계성을 가지고 있다.

보호 메카니즘은 공극부분에 소수성 화합물(유용성/수용성 유기화합물)을 도포하므로써 콘크리트 표면이 물을 거부하는 성질을 갖는 것으로 소수성 화합물로는 실란(silane)과 실록산(siloxane)이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 화합물은 흡인력에 의해 공극 속으로 침투된다. 콘크리트 표면에 실란이나 실록산을 시공하면 콘크리트의 알칼리와 화학 반응을 일으켜 수증기, 물 등의 열화 인자를 차단하는 방지층이 형성된다.

구조물 표면 발수/방수 방법은 실리콘계(실리코네이트, 실란, 실록산, 오르가노 실록산, 실리케이트 및 그 유도체) 저분자 구조를 가진 침투성 액상의 재료를 사용하여 표면에 도포하여 표면 접촉각을 크게 하여 물을 튕기게 하는 발수성을 부여하므로서 구조물을 보호하고자하는 방법이다. 주로 건축구조물의 경우 적벽돌 및 몰탈면에 도포하여 표면발수 효과를 부여하는 사례가 대부분이며 침투깊이의 경우는 토목 구조물에 적용되는 경우 중요시되고 있다.

적용되는 실리콘계 재료는 화학적 열화에 대한 저항성이 부족하다. 자외선에 의해 쉽게 분자구조가 파괴되므로 장기적인 내구적 성능 유지가 어렵게 된다. 가장 보편적으로 적용되는 오르가노 실록산의 경우 옥외폭로 6개월 내외의 비교적 짧은 성능유지 기간을 보이고 있으며 특히 적용된 표면이 소수성의 특성을 강하게 나타내므로 유기질계 오염물( 매연, 먼지, 유해가스)의 부착이 용이하여 표면 얼룩현상이 발생하여 미관을 저해하는 요소로 작용하고 있다.

이러한 문제점들을 해소하기 위해 주로 자연광이 도달되지 않는 면이 적용되고 있으나 유용성 용제와 유용성 실리콘의 특성에 의해 습도가 높고 수분이 다량 함유된 토목 구조물의 바탕면 적용시 이질 재료에 의한 상용성 부족으로 충분한 침투가 이루어지지 않아 성능 발현 및 유지가 어렵다. 코팅법은 콘크리트 표면에 얇은 막(film)을 형성하는 재료를 시공하는 방법으로 많은 유기질, 또는 무기질 재료를 사용할 수 있다. 코팅은 물 흡수 및 수증기 통과를 방지하고 또한 침식성 액체나 가수로부터 콘크리트 표면을 보호하기 위한 것이다. 이 방법은 주로 염화물, 화학물질이나 이산화탄소의 차단, 동결융해의 방지 및 미관 재고를 위해 사용된다.

콘크리트 보호용 코팅에는 많은 종류의 물질이 사용되며 다양한 노출 조건 및 사용 조건에 적합하게 적용될 수 있도록 체계화되어 있다. 일반적으로 적용 시 제한적인 요소를 보면 다음과 같다.

첫째; 사용 조건 및 노출 조건에 따른 재료 및 공법이 선정되어야 하며, 둘째; 보수재료 적용시 바탕면 처리에 대한 방법을 결정하여야 하며, 셋째; 표면의 조건 및 상태에 따라 필요한 코팅 횟수와 시공비율을 결정하여 핀홀이 없는 코팅을 위한 적정 도포 횟수를 설정하여야 하며, 넷째; 바탕면에 발생한 균열 부위에 대한 처리 및 시공 후 균열 발생 방지를 위한 대책을 선정하여야 한다. 다섯째; 충분한 성능 발휘를 위해 바탕면 처리 및 조건, 부착성능, 코팅 두께 등 재료의 성능 및 시공 능력을 충분히 고려하여야 목적하는 성능을 발휘 할 수 있게 된다.

표면 피복 공법은 콘크리트 표면에 방수 및 보수재료를 균등하고 일정한 두께를 형성하는 방법이다. 이 공법은 오버레이, Rendering, Plastering, Jacketing 이라고도 한다. 이 공법은 일반적으로 손으로 작업하는 경우 미장, 붓, 롤러로 시공되며, 압축 공기를 사용하는 뿜칠기, 에어레스 스프레이, 플라스터 압출/뿜칠기 등의 기계를 이용하여 시공된다. 수증기 투과율, 액체 흡수율, 화학물질로 인한 열화 방지 효과, 면의 질감 등을 변경 할 목적으로 사용된다.

이 방법은 방수재료의 경우 주로 구조물의 내실, 지하구조물 등의 방수에 사용되며, 보수재료의 경우 교량 상판의 덧씌우기, 화학물질이나 중성화를 방지하기 위한 차단층의 시공 등에 사용되며, 사용시 기존 재료에 발생하는 균열의 영향을 고려하여야 한다.

콘크리트 보호를 위해 비교적 두꺼운 층으로 시공하는 방법으로 용도가 다양하며, 여러 가지 재료와 시공방법이 사용된다. 적용재료는 공장 바닥표면 피복복용으로 에폭시 수지와 실리카 모래, 메타아크릴레이트와 실리카 모래, 강섬유보강 포틀랜드시멘트 콘크리트, 라텍스 첨가 포틀랜드 시멘트콘크리트가 적용되며, 내화학성 코팅을 위해 연직면의 재피복용으로 에폭시 수지와 실리카 모래, 라텍스 첨가 포틀랜드 시멘트 콘크리트가 적용되고 있다.

표면 피복 공법의 단점은 적용되는 부위 및 용도에 따른 재료 선정의 접합성에 따라 성능 편차가 크게 나타나는 것과, 신구 재료간의 충분한 부착력 확보가 용이하지 않으며, 기존 구조물 및 재료의 균열 발생시 피복재료 또한 균열에 대한 저항성이 부족하여 연쇄균열 현상이 발생하게 된다.

탄성 고무 피막재 적용은 콘크리트 표면에 탄성 고무로 된 막을 형성하는 재료를 시공하는 방법이다. 탄성 고무 도막재에는 가열형, 폴리머형 액체, 사전 성형된 재료 등이 있다. 도막의 가장 중요한 기능은 콘크리트의 액체 흡수율을 최소화하는 것이다. 도막은 파열되지 않고 늘어나거나 굽어질 수 있다는 점에서 코팅과는 다르며, 주로 차량이 통과하는 교량 상판, 광장 형 상판 및 노반 하부의 방수 등에 사용된다.

탄성 고무 피막은 콘크리트 내부, 균열, 때로는 조인트 부를 통하여 액체가 유입되는 것을 방지하기 위해 사용되며 일반적으로 성형된 시트(sheet)재료나 액체 상태로 시공되는 재료가 사용된다. 시트재료는 폴리에틸렌, PVC, 네오프렌, 아스팔트, 개량 아스팔트, 고무화 아스팔트, 부틸에 부착한 고무아스팔트 등이 적용되고 있다.

액체형의 도막에는 가열형, 수경화성, 2액 경화형의 화학물질이 첨가된 재료를 현장에서 도포하거나 혼합하여 타설하는 방식이다. 이들 재료(주로 가열형 아스팔트, 상온형 아스팔트, 클로로프렌, 폴리우레탄 등)는 양생과 동시에 탄성 거동을 하며, 매끈한 표면을 형성한다. 이러한 재료는 탄성이 우수함으로 균열 또는 조인트부위에 시공되어 보호하는 기능으로 적용되는 경우도 있다.

사용 조건 및 노출 조건하에서 특정 재료나 시스템의 신장능력은 첫째; 재료의 신율, 둘째; 형성되는 도막의 두께, 셋째; 균열 등 틈이 벌어진 양쪽의 부착되지 않는 부분간의 도막재의 길이 등에 의해 다양하게 나타난다.

방수 피막은 고분자계 유기질 단독 형태로 우레탄과 폴리 이소시아네이트의 가교결합을 통하여 불투수성의 일정한 두께의 피막을 형성하는 방법, 무기질계와 유기질계의 혼합 형태를 가지는 시멘트 혼입폴리머계 도막방수재로서 무기질계는 시멘트를 주성분으로 하고, 유기질계는 각종 유화제를 사용하여 유상의 액상을 수중(O/W형)에서 또는 물을 유상의 액상(W/O형)에서 유화시킨 수용성화 형태의 에멀젼을 혼합하여 잔류 수분에 위한 시멘트의 수화반응으로 시멘트 입자의 결합과 구상의 폴리머가 연속 피막을 형성하여 견고한 불투수성 피막을 형성하는 방법, 그리고 아스팔트계(고무계 아스팔트, 유화 아스팔트)의 액상(液狀) 또는 고체(古體) 형태를 현장에서 전 처리하여 표면에 도포하는 방법 등으로 외부 수분 및 각종 물의 작용으로부터 구조물 피막을 보호하는 역할을 하게 된다.

이러한 피막형 보호재는 형성된 피막이 구조물의 정적 움직임과 동적 움직임, 내부 수분의 표면 이동 등 각종 원인에 의해 균열, 파단이 발생하거나 들뜸, 부풀음 현상의 반복으로 파손되는 등의 손상을 입게 되면 구조물 보호기능 저하 뿐만 아니라 수분 침투에 의해 누수가 발생하게 된다. 이러한 방법은 피막 자체의 물리적, 화학적 열화에 의한 손상 인자로부터의 보호하기 위한 뚜렷한 대책이 없는 실정이다.

구조물 벽체에 시멘트계 접착제를 이용하여 점, 접착 방식으로 단열재(스치로폼)을 고정하고 노출면에 시멘트계 밑바름재, 보강재 시멘트계 덧바름재, 무늬형성재, 보호마감재의 순서로 구성되어 있는 외단열 시스템의 경우 무늬형성 재료에 부분적으로 실리콘계 에멀젼을 혼합하여 적용하고 있으나 표면 무늬 형성효과 유지 및 경제성으로 인하여 첨가제 형태로 적용되고 있다.

이러한 처리방법에 첨가되는 실리콘의 에멀젼은 부가적인 성능 발현을 위한 첨가제로 적용되며, 칼라 패턴의 안정성을 유지해야하는 특성으로 인하여 오염저항성이 우수한 재료의 적용이 요구되나 기존 적용되고 있는 재료의 경우 표면 소수성으로 인한 유기물에 의한 오염과 신속한 성능 발현이라는 실질적인 요구 조건을 충족시키지 못하고 있다.

구조물의 외벽체가 바탕 조정 미장재, 접착제, 타일로 구성된 경우 타일 사이의 메지를 통하여 흡수된 물은 타일과 접착제 계면, 접착제 계면과 바탕조정재, 바탕조정재와 구조체 표면의 계면으로 침투하며, 침투된 물(수분)은 동결융해에 의한 팽창압력이 작용하여 작용에 들뜸, 박리, 박락 등의 문제점을 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 액상형의 발수재를 표면에 도포한다거나 또는 강알칼리 조건이 시멘트와 혼화성이 양호한 알칼리계 실리코네이트(칼슘실리코네이트, 나트륨실리코네이트 등)를 일정량 혼합하여 적용하고 있으나 성능 발휘 성분을 저하하는 다량의 희석률을 적용하므로써 성능 확보가 용이하지 못하고 특히 노출된 면의 실리콘계열은 자외선에 의한 열화 작용으로 장직적인 안정성을 확보하는 방법으로는 미흡한 실정이다.

기존에 적용되고 있는 피막형 재료, 실리콘계 침투형 재료, 실리콘계 첨가물을 이용한 발수성 부여 외단열 재료, 시멘트 혼화형 수용성 희석형 실리콘계 등 다양한 형태의 구조물 표면 보호 방법 등은 불투수층을 형성하거나 표면에 소수성을 부여하여 기능적인 면에서 발수효과를 부여하는 등 부분적인 기능적 요소로서 실용화되고 있으나 보조적인 발수 기능 부여에 그치고 있다.

선행기술의 경우 실리콘레진을 이용한 ‘한국 공고번호 특허 제1983-0002407호’는 대표적인 시멘트 혼화용 방수재 제조에 관한 것으로, 실리콘 수지를 적용하고 있으나 소량 첨가하여 흡수성을 감소시키는 역할을 하는 것으로 한정되어 있다. 또한 수압에 대한 방수성능을 가지기 위해 두껍게 피막을 형성하여야 하는 것과 압축강도비가 96% 수준에 있는 것으로 첨가량이 많을수록 강도 저하 효과가 나타나고 반면 흡수저항성은 상대적으로 높아지는 것으로 나타나고 있다. 이러한 현상은 실리콘 레진, 실리콘 에멀젼을 기능 보완을 위한 부분적인 첨가 방법을 활용하는 기술로서 강도 저하 현상은 가장 보편적으로 나타나는 문제점이다.

실리콘 에멀젼을 적용한 선행기술 ‘한국 공개번호 특허 제2001-0057550호’는 수성 도료 조성물에 관한 것이다. 도료 조성물 중 실리콘 에멀젼을 첨가함으로서 도료의 레올로지 특성과 구 도막 소지와의 계면 부착력을 개선하는 목적으로 사용되고 있다. 또한 첨가량의 경우 저장안정성 확보를 위해 도료 조성물에 대하여 0.5~10중량%로 제한하고 있다. 공지 기술에 적용되고 있는 것은 유기물질과 무기물질의 계면 접착력을 향상시키기 위해 사용되는 실란-커플링제에 관한 것으로 첨가효과는 유동성 조절과 계면 부착력 확보에 있다.

선행기술 ‘한국 공고번호 특허 제1997-0000942호’는 실록산-실란 에멀젼구조섬유-보강 시멘트 성분의 함침용 오르가노 폴리실록산-알킬트리알콕시 실란 에멀젼에 관한 것이다. 선행기술에 의해 제조된 에멀젼은 구조섬유-보강 시멘트 성분의 살수성 함침용으로 적용한다.

선행기술 ‘한국 특허 등록번호 제0332543호’는 실리콘 에멀젼 수성 발수,방수, 결로방지제 및 그 제조 방법에 관한 선행 기술이다. 건축 및 토목용 시멘트, 콘크리트, 벽돌 등 콘크리트 구조물에 사용하는 실리콘 에멸젼 수성 발수 방수 결로방지제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 선행기술로 제조된 조성물은 콘크리트, 벽돌 등의 건축, 토목용 기자재에 도포하므로써 기재 내부 깊이 침투,결합하여 건조 후 우수한 발수, 방수, 결로방지(흡수방지)성능을 발휘하므로 기재의 노화를 방지를 할 뿐 민 아니라 장시간에 걸쳐 내구성을 향상시킨다.

선행기술 ‘일본 특개평 06-234919’는 다공질 표면을 발수성화 하기 위한 오르가노 실리콘 에멀젼을 다공질 표면 예를 들면, 벽돌, 블록, 석재, 콘크리트 또는 목재 중 특히 석재에 바람을 수반하는 비(Wind-Driven rain) 방울의 충격에너지에 의한 물의 침투를 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 성능 확보를 위한 처리방법은 표면에 액상을 도포 함침하는 방법을 적용하고 있으며, 액상의 저장안정성 및 표면 착색이 되지 않는 것을 특징으로 하고 있다.

선행기술 한국 공고번호 04-0040154는 침투성 아크릴 에멀젼과 무기계 폴리머 방수모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 2중층 복합방수 공법에 관한 선행기술로서 토목 및 건축용 콘크리트 구조물인 교량, 지하철, 지하구조물, 건축물 등의 콘크리트 구조물을 방수하는 공법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 바탕정리 단계와 침투성 아크릴 에멀젼을 도포하는 단계와 에멀젼이 침투되도록 방치하는 단계와 무기계 방수모르타르를 배합하여 도포하는 단계로 구성된 방수공법에 관한 것이다.

선행기술 한국 공고번호 04-0026740은 고강도 침투성 모르타르 및 이를 이용한 보수 시공방법에 관한 것으로 칼슘설폰산 알루미네이트 10%, 가용성 마이크로 실리카 50%, 카르복실메틸 셀롤로오스 3~5%, 고령토 5%, 펄프가루 3~5%를 혼합한 분말형태의 A제와 액상의 내방부성 수성 아크릴 폴리머 B제를 25% 혼합한 액상에 60~70%와 30~40%씩 혼합한 혼합물을 이용하여 열화 및 중성화된 콘크리트를 보수하는 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 03-0092860은 알킬알콕시실란 및 고분자 화합물을 포함하는 침투성 방수제에 관한 기술로서 알콕시실란 에멀젼 크림 및 고분자화합물을 포함하여 무기질 재료에 도포되어 수압이 작용하는 부위에 침투 및 발수, 방수의 기능을 하도록 고안된 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 05-0081517은 콘크리트 및 이를 이용한 다공성 콘크리트 구조물의 무기계 표면 침투제에 관한 기술로서 가수분해되어 조절된 에틸실리케이트 단량체 50~90 중량부 소수성의 실란, 올리고머 실록산 및 저분자의 실록산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 유기계 실리콘 화합물 5~50중량부 및 글라이콜 에테르계, 탄화수소계, 글리콜 에테르 에스테르계, 및 C1~C4의 알콜로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 유기용매 10~50 중량부로 이루어진 표면 침투제는 계면활성제를 0.05~0.5 포함될 수 있으며 콘크리트 구조물에 침투하여 발수 및 방수를 하는 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 0542423은 콘크리트 구조물의 열화억제를 위한 침투성 방수공법에 관한 기술로서 실란계 화합물과 다공질 입자 및 비이온성 유화제로 이루어진 침투성 방수제를 도포하는 단계, 및 알콕시 실란 및 고분자 중합체로 이루어진 표면 보호제를 도포하는 단계로 이루어진 콘크리트 구조물의 방수공법에 관한 것으로, 콘크리트 구조물에 침투되어 중성화방지, A및 비래 염분의 영향을 받는 해안교량, 방파제, 여수로 및 수압을 받는 지하구조물의 철근부식을 억제 또는 방지하고 방수효과를 향상시키는 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 06-0102384는 침투 발수기능과 방수성을 가지는 실리콘 레진 에멀젼 피막제 및 그 제조방법에 관한 기술로서 실리콘 에멀젼을 주성분으로 하는 액상의 결합제와 시멘트와 골재가 포함된 분체로 구성되고 실리콘 에멀젼의 함량은 활성함량으로 시멘트 중량대비 4~17중량%로 구성되고 상기 시멘트와 골재의 혼합비율은 1:0.5~1:1.5로 이루어져 구조체에 도포되어 침투, 및 발수, 방수 기능을 하도록 고안된 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 07-0014255는 침투성 복합 방수제에 관한 기술로서, 시멘트 100중량부에 대하여 맥반석분말 20~100중량부, 규사분말20~80중량부, 벤토나이트 10~80 중량부를 혼합하고 필요에 따라 고급 지방산 에스테르염 100 중량부에 대하여 무수석고 5~20 중량부 알킬 실록산 폴리머 1~30 중량부를 혼합한 발수성 혼합물을 분말상 또는 펠릿상으로 더 포함하는 침투성 도토 방수제로서 콘크리트 구조체의 벽면이나 바닥면에 생긴 균열이나 틈새로 발생하는 누수를 차단 보수하는 보수공법에 관한 기술이다.

선행기술 한국 공고번호 08-0032666은 철근 콘크리트 구조물의 침투강화형 방수제 조성물, 그의 제조방법 및 그것을 이용한 방수시공 방법에 관한 기술로서, 방수제 조성물의 총량에 대해 실리케이트 40~62%, 폴리실리케이트 1~8%, 폴리머 디스퍼젼 5~20%, 생화학물질 0.1~0.6%, 무수알코올 2~6%, 철근 부식 억제제 0.5~5%, 증류수 13~22%를 포함하고 계면활성제, 지시약 및 반응속도 조절제를 상기 방수제 조성물 총량에 대해 각각 0.1~1%, 0.5%이상 및 0.1% 이상 더 포함하는 방수제로서 콘크리트에 도포했을 때 콘크리트 중으로 빠르게 확산되어 들어가 표면뿐 아니라 내부에도 물리, 화학적으로 안정한 방수층을 형성하고 강도를 증강시키는 기술에 관한 것이다.

이상의 선행 기술에서 나타나는 공통점은 유용성의 재료를 수용성화 에멀젼을 제조하는 기술이외 공법적인 측면, 즉 기존의 발수제 처리 방법인 액상의 도포방법 및 공법인 표면 도포 후 침투하는 일반적인 재료 공급 방법을 따르고 있으며, 성능발현 방식 또한 도포된 액상이 침투하여 내부 방수층을 형성하는 기술적 원리를 활용하고 있다. 또한 소수성 피막에 의한 발수성 부여로 발수, 방수, 결로방지 및 표면 강도 유지 특성을 부여하는 것으로 기존의 실리콘 계 발수성 부여 재료 활용서의 한계를 벗어나지 못하고 있다.

또한, 피막형성 재료(페인트, 도료 등)의 경우 실리콘 유도체를 활용하지만 기능적인 효과를 충족시키기 위한 첨가 즉, 유동성 조절, 계면 부착력 등의 확보, 방수재료의 경우 표면 발수성에 의한 흡수저항성을 부여(유성 발수제) 등의 한정된 성능 부여를 목적으로 하고 있는데 불과하다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 재료적으로는 내수성과 내후성 및 내구성 등이 우수한 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 혼합하여 결합재로 사용하여 도막을 형성하고 수용화된 실란 및 변성 실리케이트를 사용하여 콘크리트 구조물에 침투가 가능하도록 하였다. 형성된 도막을 보면 표면은 친수성을, 도막재 내부는 소수성을, 바탕면은 침투한 수용성 실란 및 실리케이트 성분에 의해 방수, 방식성을 가지도록 하였다. 내수성과 내후성 및 내구성 등이 우수한 보호코팅제 및 구조물에 침투하여 불용성 염을 형성하여 방수 방식의 기능을 가지는 보호코팅제의 조성물과 이를 이용하여 친수성 표면과 방수성을 가지는 도막재 및 방수, 방식성의 수밀층을 형성하여 수증기 투과성, 물흡수 저항성,우수한 내투수성능을 발휘하는 다기능의 수분산 우레탄 과 아크릴 에멀젼 피막재(PUD Resin Emulsion & Acryl Emulsion Membrane) 및 침투성 활성분인 수용화된 실란 및 변성 실리케이트(Silane & Silicate)로 구성된 방수 방식 침투형 보호코팅제와 그 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 포함하는 도막재는 구조체 표면에 도포 처리-도막형성, 침투-가수분해-축합, 기재와 반응-방수, 방식 층을 형성하는 단계에 의해 성능 발현이 이루어진다.

도포 방법은 롤러, 스프레이, 붓 등으로 시공이 가능하며 성능 평가의 경우 흡수 저항성, 투수성은 도포량이 0.25~0.30kg/㎡일때 가장 우수하게 나타났다.

흡수 저항성의 경우 도포량이 0.25~0.30kg/㎡일때 가장 우수한 것으로 나타났다. 내후성은 촉진 처리 후 수적(물방울을 떨어뜨렸을 때 표면에 물방울이 닿아있는 부분)의 표면 접촉각을 측정하여 안정성을 평가하는 것으로 도포량이 많을수록 접촉각은 커지며, 내후성 시험 전 후 변화가 없는 것으로 평가되었다.

또한 본 발명은 콘크리트 표면에 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재가 방수, 방식성의 도막(보호코팅층)을 형성하고 도막 내부 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분은 구조물의 흡착력(모세관 현상)에 의해 침투하여 구조물 표층부분에 소수층을 형성하고, 보호코팅제 내부에 잔류하는 실리콘 성분은 피막재 내부 소수성 나타내게 한다.

또한 보호코팅제 표면은 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재 층이 형성되고 보호코팅제 표면에 수용성 실란 및 실리케이트 성분이 휘발되어 친수성의 도막층(보호코팅층)이 형성되고 즉, 보호코팅층 형성, 구조물 침투, 피막재 내부의 소수화와 표면의 친수화를 동시에 부여하는 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 및 수용성 실란, 변성 실리케이트 성분으로 구성 된 도막재를 제공한다.

보호코팅층 형성 재료는 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 성분으로 하는 결합재와 재활용 골재인 폐도자기분말 및 규석분말로 구성된 충진제와 수용화된 실란 및 변성 실리케이트와 첨가제를 혼합하여 구조물 표면에 붓, 롤러, 스프레이, 등의 다양한 시공 방법을 적용하여 각종 형태의 가용성 및 불용성 유해물질(우수, 산성비, 유기분진 등)로부터 구조물을 보호하는 것과 상부에 형성되는 보호코팅제(도 2 (a) 참조)는 다양한 색상 적용이 가능하여 1회 시공으로 방수 방식 효과를 제공할 뿐 아니라 마감재 기능도 동시에 이룰 수 있어 시공 공정의 단순화로 시공기간 단축으로 인한 경제적인 효과를 극대화할 수 있다. 종래 기술(도 2의 (b) 참조)의 경우는 구조물의 바탕면(100)에 도포되는 침투성분(40)과 시멘트를 혼합하여 상기 침투성분(40) 위에 도포되는 보호 도막층(50)을 시공하여야 하는 시공 공정이 복잡하고(복층시공) 공정기간이 길어 비용적인 추가가 많이 발생하였다.

또한 본 발명은 다공성 무기질 재료의 표면에 형성된 보호코팅제는 내부에 발수 및 방수성을 발현하여 균열에 인한 누수 및 우수의 침입을 차단하고, 마감재의 표면은 친수성을 유지하게 되어 매연, 기체화, 미립화된 유기 배출물 등에 의해 발생하는 오염물의 부착을 방지하고, 구조물 표면에는 보호코팅제에 포함되어있는 침투 활성성분인 수용화된 실란 및 실리케이트 성분의 침투에 의해 구조물 표면부 수밀성을 확보하여 내부로 유입되는 수분의 영향을 차단하므로써 형성된 보호코팅제의 들뜸, 박리, 탈락 등의 문제점을 해소하고, 장기적인 내구적 안정성 확보 등의 기능성을 가진 친수, 발수, 방수성, 방식성, 저흡수성 도막 형성 마감재를 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

콘크리트 구조물의 방수 방식을 위한 도막을 형성하는 보호코팅제에 있어서,

상기 보호코팅제는,

수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 성분으로 하는 액상의 결합재와, 재활용 골재인 폐도자기 분말과 규석 분말을 성분으로 하는 충진제와, 수용화된 실란 및 변성 실리케이트를 성분으로 하는 침투성 기재로 구성되며,

상기한 각각의 성분은 100 중량%에 대하여 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼은 10~45 중량%, 폐도자기 및 규석 분말은 20~30 중량%, 수용성 실란은 20~30 중량%, 변성 실리케이트는 2~4 중량%, 첨가제 2∼4 중량%, 안료 3∼6 중량%. 물(용매) 8∼16 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼은 VOC가 거의없어 친환경적이며 무독성인 수분산 우레탄과 순수 아크릴 에멀젼을 혼합한 결합재이며, 상기한 수분산 우레탄의 경우 우수한 탄성과 내후성, 내열성, 내수성 등이 우수하며, 상기한 아크릴 에멀젼의 경우 내후성, 내수성 및 내스크레치성이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 수분상 우레탄과 아크릴 에멀젼을 혼합하여 내구성 및 내수성 등 화학적 기계적으로 우수한 결합재를 형성하였다.

또한 본 발명에 따르면 수용화된 Silane은 tri-ethoxy(2, 4, 4-tri-methyl-pen tyl) silane, Alkyl-ethoxy silane, Alkyl-ethoxy silane, Alkyl alkoxy Silane, Tri-ethoxy-octyl-Silane 중 어느 하나로 택일되고 변성 실리케이트는 Potasium methyl silicate 또는 Sodium methyl Silicate 중 어느 하나로 택일되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 수용화된 실란의 활성성분 함량은 40중량%~80중량%인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면 재활용 분체인 폐도자기 분말은 재벌구이가 끝난 백색의 폐도자기만을 분쇄한 200~320mesh의 것을 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 방수 방식 기능을 가지는 침투형 보호코팅제는 결합재인 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼이 콘크리트 구조물의 상부에 최소 30㎛ 이상의 견고한 도막을 형성하여 1차적으로 외부로부터의 열화인자(수분 화학적 물질 등)가 침투되는 것을 차단하고 2차적으로 구조물에 침투된 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분이 표면으로부터 일정깊이의 수밀한 방수층을 형성하여 구조물의 내구성을 향상시키며, 본 발명은 기존의 2액형 개념 또는 복층의 시공법을 탈피하여 1액형의 방수 방식 기능을 가진 침투형 보호코팅제를 1회 시공함으로서 구조물의 내구성을 향상시킬 뿐 아니라 기존의 복잡한 다단계 공법을 최소화하여 공기를 단축시킴으로써 시공성의 향상 및 경제적 효율성을 극대화하는 효과를 나타내는 유용한 발명이다.

도 1의 (a)~(d)는 본 발명의 침투형 보호코팅제의 시공 도포 양생 공정도
도 2의 (a)(b)는 본 발명과 종래 기술의 시공상태 비교도
도 3은 종래 기술에서 내 투수 시험 시 수분침투현상을 보여주는 도면

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제 및 그 시공방법에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼, 폐도자기 분말 및 규석 분말 충진제, 수용성 실란과 변성 실리케이트, 첨가제와 안료, 용매(물)로 구성된 다공성 구조물 방수, 방식 침투형 보호코팅제는 내구성, 내수성, 내후성 등이 우수한 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 성분으로 하는 액상의 결합재와 내마모성 및 내약품성이 우수한 폐도자기를 분쇄하여 재활용한 분체와 규석 분말을 충진제로 사용하고 구조물에 침투하여 방수 방식의 기능을 갖는 수용성 실란과 변성 실리케이트로 구성되었다.

본 발명의 상기 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼으로 혼합 구성된 결합재는 종래의 수용성 결합재의 단점인 내수성 및 내구성 등을 보완하여 도막이 장기간 침수(약3200시간) 후에도 도막이 부풀음, 박리 등의 열화 현상이 진행되지 않는 등 안정적이었다.

상기 수분산 우레탄은 Anionic polyurethane dispersion으로서 인장강도(550kgf/㎠) 및 신율(300%)이 우수하며 내후성, 내열성, 내수성, 내용제성 등이 우수하며 구조물에 도막 형성시 균열에 대한 거동 대응성이 우수한 것으로 나타났다.

상기 아크릴 에멀젼은 아크릴 및 스티렌의 공중합으로 합성된 에멀젼이며 내마모성 및 내스크래치성, 내수성 등이 탁월하여 장기간 옥외 폭로 후에도 변색 및 기계적 물성에 변화가 거의 없는 것으로 나타났다.

본 발명에서 재활용 재료인 폐도자기 분말은 1400℃의 고온에서 소성된 재료이므로 내구성 및 내 흡수성 등이 우수하고 철분 등의 불순물이 거의 포함되지 않아 환경에 따른 열화 현상에 매우 강한 것으로 확인되었다.

상기한 폐도자기는 완성품 중에 폐기되는 것만을 선별하여 파쇄 및 스크린(체가름)공정을 거쳐 200~320mesh의 분체를 재활용 골재로 적용하는 것이며, 200mesh 이하의 분체는 입자가 크므로 제품에 적용시 면이 거칠어지는 문제가 나타나며, 320mesh 이상의 분체는 흡유량이 커지므로 결합재인 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 및 침투성 재료인 실란 및 변성 실리케이트를 자체적으로 흡수하여 기본 물성을 저하시키는 현상이 나타나게 되고, 또 초벌구이 후 폐기되는 폐도자기의 경우에는 내흡수성 및 내구성이 저하되어 본 발명에서의 골재로서 적용이 불합리한 것으로 나타났다.

본 발명에서 적용한 수용성 실란과 변성 실리케이트는 종래의 실란 및 실록산, 또는 실리케이트의 경우 구조물의 표면에 침투되어도 수침할 경우 점차적으로 표면이 젖는 문제점 즉, 도 3의 도시와 같이 구조물의 바탕면(100) 표면에 일정 깊이로 수분이 침투하게 되는 수분침투층(110)이 형성되었으나, 본 발명의 경우 장시간(약720시간) 수침상태에서도 표면 젖음 현상이 발생하지 않았다.

상기 수용성 실란과 변성 실리케이트 혼합물은 결합재의 중량대비 1:0.4~1:0.8의 비율이 적당하며, 이는 적절한 침투깊이를 확보하여 내, 외부에서 침투되는 열화인자를 차단하며 구조체에 형성되는 도막이 기계적 또는 화학적으로 최상의 품질을 얻을 수 있다. 수용성 실란과 실리케이트 혼합물이 40%이하일 경우 침투성능이 부족하여 요구하는 침투깊이를 확보할 수 없으며 80%를 초과할 경우 결합재인 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼의 도막 형성시 도막의 기계적 물성 및 화학적 물성을 저하시켜 내구성을 저하시키는 것으로 나타났다.

<액상의 결합재 제조 공정>

투명 액상의 결합재 제조

지정된 양의 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 용기에 넣고 500rpm으로 교반하면서 도막 형성 조제를 첨가하고 5분간 500rpm으로 교반한다. 증점제를 지정된 물에 서서히 투입하여 뭉침 현상이 없도록 한 후 상기 액상(결합재와 도막형성조제가 혼합된 액상)에 투입 후 1000rpm으로 10분간 교반하여 균일한 액상을 확인한 후 변성 실리케이트 용액 및 첨가제를 넣고 1000rpm으로 3분간 교반한다. 균일한 액상을 확인하고 수용성 실란을 넣고 500rpm으로 5분간 교반하여 균일한 액상을 제조한다.

유색 액상의 결합재 제조

지정된 양의 물과, 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼을 용기에 넣고 500rpm으로 교반하면서 도막 형성 조제를 첨가하고 5분간 500rpm으로 교반한다. 백색안료(TiO2)를 넣고 2000rpm으로 교반하면서 증점제(분말)를 지정된 물에 서서히 투입하여 뭉침 현상이 없도록 한 후 상기 액상(결합재와 도막형성조제가 혼합된 액상)에 투입 후 2000rpm으로 10분간 교반하여 균일한 액상을 확인한 후 재활용 분체인 폐도자기 분말과 규석 분말을 순서대로 투입 후 2000rpm으로 15분간 교반하여 균일한 액상을 확인한 후 증점제(액상)를 지정된 물과 혼합하여 서서히 투입하여 증점을 확인한다. 상기 액상에 변성 실리케이트 용액 및 첨가제를 넣고 1000rpm으로 3분간 교반한다. 균일한 액상을 확인하고 수용성 실란을 넣고 500rpm으로 5분간 교반하여 균일한 액상을 제조한다.

(1) 결합재 선정 시험

조성물			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
액상 결합재		수분산우레탄 1	25.00	25.00	25.00
		수분산우레탄 2				25.00	25.00	25.00
		아크릴에멀젼 1	75.00			75.00
		아크릴에멀젼 2		75.00			75.00
		아크릴에멀젼 3			75.00			25.00
		도막형성 조제	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
계			101.00	101.00	101.00	101.00	101.00	101.00
7일 양생	내수성(168시간침적)		이상없음	백탁	백탁	부풀음	부풀음	부풀음
	인장강도(kgf/㎠)		550	486	454	392	336	308
	신율(%)		230	250	180	150	140	90
	부착강도		14.8	13.8	14.60	10.2	10.8	8.6

(2) 수용성 실란 및 실리케이트 선정 시험

조성물		실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4
액상 결합재	수분산 우레탄 1	15.00	15.00	15.00	15.00
	아크릴 에멀젼 1	30.00	30.00	30.00	30.00
	물	14.85	10.85	10.85	10.85
	증점제	0.20	0.20	0.20	0.20
	변성 실리케이트1	-	4.00	-	-
	변성 실리케이트2	-	-	4.00	-
	변성 실리케이트3	-	-	-	4.00
	수용성 실란	20.00	20.00	20.00	20.00
계		100.00	100.00	100.00	100.00
도포 후 7일 양생	침투깊이(mm)	3.75	4.70	4.20	3.90
	내수성(168시간 침적)	이상없음	이상 없음	백탁	백탁
	흡수 계수비	0.07	0.03	0.06	0.08
	투수 비	0.28	0.05	0.16	0.24
	부착성능(kgf/㎠)	13.6	14.8	13.5	12.8

(3)액상(제품) 제조시험

조성물		실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4
액상 결합재	수분산 우레탄 1	10.00	10.00	10.00	10.00
	아크릴 에멀젼 1	25.00	25.00	25.00	25.00
	물	12.80	10.80	6.80	6.80
	증점제(분말)	0.25	0.20	0.20	0.20
	안료(유색)	4.00	4.00	4.00	4.00
	분산제	0.20	0.20	0.20	0.20
	소포제	0.10	0.10	0.10	0.10
	도자기 분말	15.00	15.00	15.00	15.00
	규석분말	10.00	10.00	10.00	10.00
	증점제(액상)	0.80	0.80	0.80	0.80
	수용성 실란	20.00	22.09	24.00	26.00
	변성 실리케이트	4.00	4.09	4.00	2.00
계		100	100	100	100
도포 후 7일 양생	침투깊이(mm)	2.60	3.40	4.80	4.90
	내수성(168시간 침적)	이상없음	이상 없음	이상없음	이상없음
	흡수 계수비	0.07	0.05	0.03	0.04
	투수 비	0.22	0.17	0.07	0.12
	부착성능(kgf/㎠)	14.6	14.2	13.8	12.4

이와 같이 제조된 액상의 보호코팅제는 다음과 같이 적용되어 구조물을 보호하게 된다.

먼저, 도 1의 (a)단계 도시는 구조물의 바탕면(100)을 함수율 7%(30mm 깊이 측정) 이하로 건조시키고 표면에 레이턴스를 그라인더 또는 숏 블라스트 등의 방법으로 제거하여 바탕면(100)에 오염물질이 없도록 깨끗하게 처리한다.

상기한 액상의 보호코팅제를 도 1의 (b)단계 도시와 같이 구조물의 바탕면(100)에 일정 두께로 1회 도포한다. 도포된 액상의 보호코팅제(60)는 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼의 액상 혼합 결합재(10)와 수용성 실란 및 변성 실리케이트의 침투성 기재(30) 그리고 폐도자기 분말 및 규석 분말의 충진제(20) 등이 균일하게 혼재된 상태에 있다.

그 다음 단계에서는 시간의 경과에 따라 도 1의 (c), (d)의 두 단계로 진행된다.

상기의 (c)단계에서는 수용성 실란 및 변성 실리케이트 입자로 형성된 침투성 기재(30)는 표면의 모세관 현상과 흡착에 의해 구조물의 공극을 통하여 구조물에 점진적으로 침투하게 되며 상부에 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 입자는 액상 속에 포함되어 있는 수분이 서서히 증발하면서 견고한 막을 형성하게 된다.

종래 기술에서는 단순히 실란, 실록산으로 이루어진 혼합물만을 도포하여 구조물에 침투시키는 방식으로 시공하였으나, 이는 시공시의 환경조건 등에 따라 침투되는 실란, 실록산 혼합물의 양과 휘발되는 실란, 실록산의 혼합물의 양의 편차가 심하게 발생되어 시공품질의 안정성을 확보할 수가 없었다.

그러나 본 발명은 도 1의 (d)단계에 도시와 같이 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재(10)가 액상 중에 포함된 수분이 증발하고 남아있던 수용성 실란 및 변성 실리케이트의 입자로 이루어진 침투성 기재(30)가 구조물의 바탕면(100) 내부로 이동하여 견고한 도막 형성을 하게 되며, 침투된 실란 및 변성 실리케이트 입자가 구조물의 내부에 포함된 수분 및 알칼리와 반응하여 불용성 염을 형성하게 된다.

바탕면(100)의 표면에 도포되어 있는 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼의 결합재(10)는 구조물의 내부로 침투되는 실란 및 변성 실리케이트 침투성 기재(30)가 공기 중으로 휘발되는 부분을 억제하는 역할을 하여 액상의 내부에 포함되어 있던 침투성 기재(30)가 최대한 구조물의 바탕면(100) 내부로 침투되어 방수, 방식의 역할을 하도록 도와준다.

상기 구조물의 바탕면(100) 표면에 형성된 보호코팅제(60)의 상부 즉, 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼이 혼합된 결합재(10)는 시간이 경과하면 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분이 휘발되어 친수성의 경향을 가지게 되며, 상기 바탕면(100) 표면에 도포된 보호코팅제의 내부 및 하부는 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분이 일부 존재하게 되어 소수성을 가지게 된다.

상기와 같이 형성된 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재(10) 및 구조물의 바탕면(100)의 내부에 형성된 소수성 불용성 염의 특성을 살펴보면 다음과 같다.

① 보호코팅제 표면의 친수성

보호코팅제(60)의 상부는 시간이 경과하면 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분이 휘발되어 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 성분의 필름만 남게 되어 친수성의 경향을 가지게 된다.

② 보호코팅제 내부 및 하부의 소수성

보호코팅제(60)의 내부 및 하부는 수용성 실란 및 변성 실리케이트 성분이 일부 존재하게 되어 소수성을 가지게 된다. 상기 결합재(10)가 물리적인 충격에 의해 손상되더라도 내부의 소수성이 수분의 침입을 방지하는 역할을 한다.

③ 구조물 침투성

구조물의 균열 발생 시 수분에 의한 누수 등에 의해 구조물을 열화시키는 요소를 방지하는 기능으로 1차적으로는 상부 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재(10)에 의해 방지되며 2차적으로는 침투층이 소수성을 형성하여 수분의 접촉각을 크게 하여 수분 접촉 및 모세관 현상을 약화시켜 바탕면(100) 침투를 차단한다.

④ 물 흡수 방지 및 내 투수 성능

물흡수 방지 효과는 수압이 작용하지 않으나 구조물 자체의 물흡수 저항성은 가용성 유해물질의 침입을 차단하므로서 구조물의 화학적 열화 방지 기능을 부여하는 특성으로 본 발명에서 수분이 흡수(침투)되지 않음을 나타내나 종래 기술은 흡수저항성이 없어 바탕면의 표면으로 물이 흡수되는 것을 볼 수 있다.(도 3 참조)

내투수성은 수압이 작용하는 경우 구조물의 수밀성에 따라 물이 유입되어 투수가 발생하며 내 투수 성능 시험(KS F 4930) 평가 후 단면을 살펴보면 투수 저항 성능을 알 수 있다. 본 발명에서 2kgf/㎠의 수압에도 KS F 4930의 내투수 성능을 만족하였으나 종래 기술의 경우 투수가 발생(도 3 참조)한 것을 볼 수 있다. 종래 기술의 경우 실란으로 침투층을 형성하고 실리콘 에멀젼으로 매우 얇은 박막형태를 형성하였으나 큰 수압(1kgf/㎠이상)이 걸릴 경우 투수가 되는 것으로 나타났으며, 본 발명은 수용성 실란 및 변성 실리케이트가 1차적으로 공극을 충진하고 2차적으로 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 결합재를 적용하여 상부에 최소 30㎛이상의 도막을 형성하므로 보다 큰 수압(1kgf/㎠이상)에서도 투수가 발생하지 않는 것으로 나타났다.

⑤ 물흡수 계수비

KS F 2609(건축재료 물 흡수계수 측정방법)에 따라 평가하였으며, 그 값이 클수록 물 흡수 저항성이 낮아지는 것을 의미하며, 본 발명의 평가 수치는 0.15이하의 수치는 나타냈으며, 이는 본 발명이 목적으로 하는 수분 차단 특성이 우수하다는 것으로 평가되는 것이다.

10 : 결합재(수분산 우레탄, 아크릴 에멀젼)
20 : 충진제(폐도자기 분말, 규석 분말)
30 : 침투성 기재(수용성 실란, 변성 실리케이트)
40 : 침투성분
50 : 보호도막층
60 : 보호코팅제
100 : 구조물의 바탕면
110 : 수분침투층

Claims (9)

1. 콘크리트 구조물의 방수 방식을 위한 도막을 형성하는 액상 보호코팅제에 있어서,
   상기 액상 보호코팅제는,
   수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼 성분으로 이루어진 결합재와;
   재활용 골재인 폐도자기 분말과 규석 분말로 이루어진 충진제와;
   수용성 실란과 변성 실리케이트로 이루어진 침투성 기재와;
   분산제, 소포제, 도막형성제로 이루어진 첨가제와;
   색상을 내기 위한 안료와;
   상기한 결합재, 충진재, 침투성 기재, 첨가제, 안료들을 혼합하고 희석하기 위하여 사용되는 용매인 물을 포함하여 구성되며,
   상기한 결합재, 충진제, 침투성기재, 첨가제, 안료, 물(용매) 각각은 100 중량%에 대하여 결합재인 수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼은 10∼45 중량%, 충진제인 폐도자기와 규석 분말은 20∼30 중량%, 침투성 기재인 수용성 실란은 20∼30 중량%이고 변성 실리케이트는 2∼4 중량%, 첨가제 2∼4 중량%, 안료 3∼6 중량%, 물(용매) 8∼16 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제.
   
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 액상 보호코팅제의 폐도자기 분말은 재벌구이가 끝난 상태의 폐도자기만을 선별하여 분쇄하여 얻은 200~320mesh의 분말인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호 코팅제.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 액상 보호코팅제의 침투성 기재는 수용성 실란 및 변성 실리케이트가 혼합되어 구성되며, 상기 수용성 실란 및 변성 실리케이트의 혼합물의 혼합량은 상기 결합재(수분산 우레탄과 아크릴 에멀젼)에 대하여 중량비로 1:0.4~1:0.8의 혼합비로 적용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호코팅제.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 액상 보호코팅제의 변성 실리케이트는 Potasium methyl silicate 또는 Sodium methyl Silicate 중 어느 하나로 택일되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수 방식 기능을 가지고 있는 침투형 보호 코팅제.
   
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