KR101103880B1

KR101103880B1 - 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101103880B1
Application number: KR1020110050659A
Authority: KR
Inventors: 한규택
Original assignee: 주식회사 삼주에스엠씨
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-01-12

Abstract

본 발명은 RC, PRC, PC 등의 콘크리트 구조물에서 강재와 콘크리트 사이의 충분한 부착 성능을 확보함과 동시에, 얇은 두께의 피막으로도 강재의 충분한 내식성을 확보할 수 있는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법에 대한 것이다.
본 발명의 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료는 강재의 표면에 도포되는 것으로, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지; 및 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 분사되는 것으로, 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료의 시공방법은 (a) 강재 표면을 정리하는 단계; (b) 상기 강재의 표면에 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지를 도포하는 단계; (c) 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말을 분사하는 단계; 및 (d) 상기 접착수지와 혼합 분말에 의하여 형성되는 접착층 상부에 콘크리트를 타설하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 강재와 콘크리트 사이에 충분한 부착 성능을 확보할 수 있어, 강재의 박리 현상으로 인한 구조물의 사용성 저하를 방지할 수 있으며, 금속 파우더가 함유된 혼합 분말을 도포하여 강재의 내식성을 충분히 확보할 수 있다.

Description

콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법{ADHESIVE ANTI-CORROSION PAINT AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF FOR PROTECTING CORROSION OF STEEL IN CONCRETE STRUCTURE}

본 발명은 RC, PRC, PC 등의 콘크리트 구조물에서 강재와 콘크리트 사이의 충분한 부착 성능을 확보함과 동시에, 얇은 두께의 피막으로도 강재의 충분한 내식성을 확보할 수 있는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법에 대한 것이다.

철근콘크리트 구조는 인장력과 전단력에 상대적으로 약한 콘크리트 부분을 철근으로 보강하여 일체화시킨 구조로, 철근과 콘크리트의 온도에 대한 선팽창 계수가 비슷하여 외력에 대하여 일체로 거동하는 합리적인 구조이다.

일반적으로 철근콘크리트 구조에서는 구조물의 내구성, 내화성 등의 기능이 충분히 발휘될 수 있도록, 철근은 일정한 크기의 피복 두께를 확보하도록 시공된다.

그러나 철근은 콘크리트 피복 부분의 균열 틈새로 침투하는 수분, 콘크리트 타설시 콘크리트 중에 함유된 수분, 기타 염이나 산에 의하여 부식이 진행될 우려가 있다.

상기와 같은 철근의 부식은 철근 부재의 팽창을 가져와 열화 현상을 유발하여 구조물의 사용성을 저하하므로, 이러한 현상을 방지하기 위하여 철근의 부식을 근본적으로 차단할 수 있는 방안이 필요하다.

철근의 부식으로 인한 상기 문제점은 철근콘크리트 구조뿐만 아니라, PRC 구조, PC 구조에 사용되는 철근, 강관, 강판, 형강, 봉강 등의 강재 모두에 발생할 수 있는 것으로, 이하에서는 이들 철근, 강관, 강판, 형강, 봉강 등을 모두 강재라 칭하기로 한다.

종래 RC, PRC, PC 구조 등 콘크리트와 강재로 이루어진 구조에서는 강재의 부식을 방지하기 위한 방안으로, 강재의 표면을 적절하게 피복하는 방법, 소재 자체에 대한 내식성을 높이는 방법 등이 이용되고 있다.

이중, 강재의 표면을 도료로 피복하는 방법 중의 하나로, 본 발명의 출원인은 특허 제0245851호 강관 및 철근용 접착성 방청도료 접착공법에 대하여 등록받은바 있다.

상기 선등록특허에서는 강재 또는 철근의 외표면에 상온 경화형 또는 열경화형의 우레탄계 수지나 에폭시계 수지 중 어느 하나와 산화알루미늄 접착성 도료 중 어느 하나 이상을 도포한 후, 이들이 경화되기 전에 염분이 함유되지 않은 모래를 도포하여 강재의 방청 성능을 확보하였다.

그러나 선등록특허에 기재된 발명에서는 상기 강관 또는 철근과 콘크리트 간의 충분한 접착 성능이 유지되지 않아, 콘크리트로부터 강관이나 철근이 박리할 수 있는 단점이 있었다.

또한, 외부 온도의 일별, 계절별 변화나 화재에 노출되는 등의 원인 또는 모래 중에 잔존하는 염분 등은 접착성 도료의 열화를 진행시켜, 강재에 부식 현상을 일으킬 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 접착성 도료에 의한 도막 형성 두께를 증가시키는 등의 방법이 있었으나, 이는 소요되는 재료의 상승으로 비경제적일 뿐만 아니라, 강재 부식의 근원적인 해결책이 될 수 없다는 한계가 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강재와 콘크리트 사이에 충분한 부착 성능을 확보할 수 있어, 강재의 박리 현상으로 인한 구조물의 사용성 저하를 방지할 수 있는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.

아울러 본 발명은 금속 파우더가 함유된 혼합 분말을 도포하여 강재의 내식성을 충분히 확보할 수 있는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 혼합 분말 중의 금속 파우더의 충진률을 증가시킴으로써, 얇은 두께의 도막층만으로도 충분한 내식 성능을 확보할 수 있는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 강재의 표면에 도포되는 것으로, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지; 및 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 분사되는 것으로, 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료를 제공한다.

본 발명에서 상기 금속 파우더는 Zn 분말 또는 Zn 분말에 Mg, Al, Si 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한 것이고, 상기 금속 파우더는 직경 0.1~5㎛인 세립 분말 입자와 직경 10~35㎛인 조립 분말 입자를 0.1:5 내지 1:5의 중량비로 혼합한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 금속 파우더에는 Ti 분말, Cu 분말, Cr 분말, Ni 분말 중에서 하나 이상 선택되는 금속 분말이 금속 파우더의 총 중량 대비 5~10중량%의 비율로 더 혼합될 수 있다.

본 발명에서 상기 고로슬래그는 CaO 40~45중량%, SiO₂30~35중량%, Al₂O₃ 10.7~16중량%, MgO 5~7중량%, MnO 0.5~2중량%, Fe₂O₃0.1~0.3중량%의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합 분말에는 고인장 섬유가 길이 200~400㎛의 단섬유 상태로 혼입될 수 있으며, 상기 고인장 섬유는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 케블라 섬유, 폴리프로필렌 섬유 중에서 하나 이상 선택되도록 구성 가능하다.

아울러 본 발명은 (a) 강재 표면을 정리하는 단계; (b) 상기 강재의 표면에 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지를 도포하는 단계; (c) 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말을 분사하는 단계; 및 (d) 상기 접착수지와 혼합 분말에 의하여 형성되는 접착층 상부에 콘크리트를 타설하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료의 시공방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 강재와 콘크리트 사이에 충분한 부착 성능을 확보할 수 있어, 강재의 박리 현상으로 인한 구조물의 사용성 저하를 방지할 수 있다.

둘째, 금속 파우더가 함유된 혼합 분말을 도포하여 강재의 내식성을 충분히 확보할 수 있으므로, 외기의 온도 변화, 화재, 모래에 잔존하는 염분 등으로 인한 도료의 열화로부터 유발되는 강재의 부식을 방지할 수 있다.

셋째, 금속 파우더의 크기를 조절하여 혼합 분말 중의 금속 파우더의 충진률을 증가시킴으로써, 얇은 두께의 도막층만으로도 충분한 내식 성능을 확보할 수 있다.

이하에서는 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료는 강재의 표면에 도포되는 것으로, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지; 및 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 분사되는 것으로, 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 접착수지는 강재와 혼합 분말 및 강재와 콘크리트 상호 간의 밀착력을 높이기 위한 구성이다. 상기 접착수지는 유기계 수지를 이용하기 때문에, 내식성을 향상시킬 수 있다.

상기 혼합 분말은 모래를 주성분으로 하고, 여기에 고로슬래그 분말, 금속 파우더를 혼합한 것으로, 바람직하게는 혼합 분말의 총 중량 대비 고로슬래그 분말 10~15중량%, 금속 파우더 5~10중량%, 모래 80~85중량%의 비율로 혼합되어, 접착수지 표면에 100~200㎛의 두께를 형성하도록 분사됨이 바람직하다.

상기 혼합 분말은 접착수지의 경화 전에 분사되어 초기에는 접착수지 상면에 위치되다가, 점차 접착수지가 혼합 분말 사이의 공간으로 침투하여 접착수지층을 형성하여, 혼합 분말이 강재 표면에 밀실하게 접착된다. 또한, 이후 타설되는 굳기 전의 콘크리트 또한 혼합 분말 사이의 수많은 공극으로 침투할 수 있다. 따라서 혼합 분말과 콘크리트 성분 사이에 결합 표면적이 증가하여, 혼합 분말층과 콘크리트층 사이의 밀착력이 확보된다. 이로써, 결과적으로 강재와 콘크리트 사이의 부착 강도가 증가되므로, 강재와 콘크리트가 외력에 대하여 일체로 거동할 수 있다.

상기 혼합 분말은 압축공기를 이용하여 스프레이 건에서 뿜어내는 뿜칠 공법으로 분사한다.

본 발명에서 혼합 분말을 구성하는 상기 금속 파우더는 강재의 내식성을 증가시키며, 접착수지 표면에 혼입되어 형성되는 접착수지층의 강도를 증가시킨다.

상기 금속 파우더는 Zn 분말 또는 Zn 분말에 Mg, Al, Si 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한 것이고, 상기 금속 파우더는 직경 0.1~5㎛인 세립 분말 입자와 직경 10~35㎛인 조립 분말 입자를 0.1:5 내지 1:5의 중량비로 혼합한 것을 사용할 수 있다.

상기 금속 파우더는 Zn 분말 단독 또는 Zn 분말에 Mg, Al, Si 분말 중 하나 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 이때, Si 분말은 접착수지층의 열화를 방지하기 위하여 금속 파우더의 중량 대비 0.1~5 중량%의 비율로 소량 혼합함이 바람직하다.

상기 Zn 분말은 대기 중 또는 콘크리트 중의 수분과 만나서, 강재의 표면에 수산화물(Zn(OH)₂)이나 탄산염(ZnCO₃Zn(OH)₂) 등의 안정된 막을 만든다.

한편, 본 발명에서는 직경이 서로 다른 모래, 고로슬래그, 금속 파우더를 혼합하여 이용할 뿐만 아니라, 금속 파우더 또한 직경이 서로 다른 세립 분말 입자와 조립 분말 입자를 혼입하여 사용한다. 따라서 서로 다른 크기의 입자가 강재 표면에 밀실하게 충진되어, 강재의 방식성을 향상시키므로, 접착수지층의 두께를 두껍게 할 필요가 없다.

상기 세립 분말 입자는 조립 분말 입자 사이의 공간을 충진하는 정도의 양이면 족하며, 후에 세립 분말 입자와 조립 분말 입자 사이의 공간에 접착수지가 유입될 수 있으므로, 세립 분말 입자와 조립 분말 입자는 0.1:5 내지 1:5의 중량비로 혼합한다.

아울러 본 발명은 상기 금속 파우더에는 Ti 분말, Cu 분말, Cr 분말, Ni 분말 중에서 하나 이상 선택되는 금속 분말이 금속 파우더의 총 중량 대비 5~10중량%의 비율로 더 혼합할 수 있다.

상기 Ti 분말은 굳기 전 콘크리트에 존재하는 물과 반응하여 강재 표면에 피막층을 형성하며, Cu 분말, Cr 분말, Ni 분말 또한 강재 표면에 부동태 피막을 형성시켜 강재의 부식을 방지한다.

이때, 상기 Ti 분말, Cu 분말, Cr 분말, Ni 분말은 강재의 충분한 내식성 확보를 위하여 세립 분말 입자와 조립 분말 입자를 혼입하여 사용함이 바람직하다.

상기 강재를 피복하는 혼합 분말의 금속 분말 성분은 화재시 1차적으로 강재의 소성 변형을 지연시키는 성분으로 작용할 수도 있다.

본 발명에서 상기 고로슬래그는 CaO 40~45중량%, SiO₂30~35중량%, Al₂O₃ 10.7~16중량%, MgO 5~7중량%, MnO 0.5~2중량%, Fe₂O₃0.1~0.3중량%의 비율로 구성될 수 있다.

고로슬래그는 용광로에서 철광석으로부터 선철을 만들 때 생기는 슬래그로서, 잠재 수경성이 있어 콘크리트의 수화열을 억제하며, 강재에 인접하는 콘크리트 부분의 알칼리 골재 반응을 억제시킨다. 따라서 콘크리트의 타설 과정은 물론, 콘크리트의 경화시나 경화가 완료된 후에, 콘크리트가 강재에 미치는 영향을 줄여, 강재와 콘크리트 사이에 충분한 부착 성능을 확보할 수 있다.

또한, 상기 고로슬래그는 표면의 요철이 커서 표면이 거칠기 때문에, 접착수지 및 콘크리트와의 결합이 우수하다.

특히, 상기 CaO, Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃는 알칼리 성분으로 콘크리트 중에 잔존하는 산 성분을 중화시켜, 내식성에 기여한다. 또한, SiO₂는 콘크리트 중의 수산화칼슘과 반응하여 규산칼슘을 생성하여, 접착수지층의 치밀성을 향상시킨다.

본 발명에서는 석고를 첨가하여 이를 미세한 크기로 분쇄한 입경 10㎛ 내외, 바람직하게는 입경 1~50㎛의 고로슬래그 미분말을 이용할 수 있다.

아울러 본 발명에서 상기 혼합 분말에는 고인장 섬유가 길이 200~400㎛의 단섬유 상태로 혼입되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 고인장 섬유는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 케블라 섬유, 폴리프로필렌 섬유 중에서 하나 이상 선택할 수 있다.

상기 고인장 섬유는 길이 200~400㎛, 직경 9~17㎛의 단섬유를 사용하며, 가급적 접착수지층의 두께 이상으로 하여, 후 타설되는 콘크리트와 접착수지층을 일체화하도록 구성한다.

따라서 강재와 콘크리트 사이에 충분한 부착 성능을 확보할 수 있어, 강재 표면의 접착수지층의 콘크리트와의 박리 현상으로 인한 콘크리트 구조물의 사용성 저하를 방지할 수 있다. 결과적으로 콘크리트 구조물의 내구성 저하로 인한 강재의 부식을 예방할 수 있게 되는 것이다.

여기에서 상기 탄소섬유는 강성 및 강도가 높으며, 열에 강하고 부식이 없다는 특징이 있다. 그리고 아라미드 섬유는 염분에 의한 부식의 우려가 없으며, 유리섬유는 내화성 및 내구성이 우수하다.

또한, 케블라 섬유는 파라계 방향족 폴리아마이드 섬유로 강도 및 탄성이 우수하며, 폴리프로필렌 섬유는 콘크리트와의 사이에서 콘크리트의 균열을 억제한다.

다음으로, 본 발명의 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료의 시공방법은 (a) 강재 표면을 정리하는 단계; (b) 상기 강재의 표면에 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지를 도포하는 단계; (c) 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말을 분사하는 단계; 및 (d) 상기 접착수지와 혼합 분말에 의하여 형성되는 접착층 상부에 콘크리트를 타설하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) 단계에서는 강재 표면의 이물질을 제거하는 등 강재의 바탕을 정리하여야 하며, 상기 (b) 단계에서는 접착수지의 성능을 개선하기 위하여, 가소제, 방수제, 보수제 등의 혼화제를 혼합할 수 있다.

상기 접착수지 도포 단계가 완료된 다음에는, 접착수지의 경화 전 그 상부에 혼합 분말을 분사하고, 콘크리트를 타설한 후 충분한 경화를 거쳐 시공을 마무리한다.

여기에서 혼합 분말의 구성 및 이들 구성의 성질은 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료에서 기술한 것과 동일하다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims

강재의 표면에 도포되는 것으로, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지; 및
상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 분사되는 것으로, 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말; 을 포함하는 것을 특징으로 하되,
상기 금속 파우더는 Zn 분말 또는 Zn 분말에 Mg, Al, Si 분말 중 하나 이상을 혼합한 것으로, 직경 0.1~5㎛인 세립 분말 입자와 직경 10~35㎛인 조립 분말 입자를 0.1:5 내지 1:5의 중량비로 혼합한 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료.
제1항에서,
상기 금속 파우더에는 Ti 분말, Cu 분말, Cr 분말, Ni 분말 중에서 하나 이상 선택되는 금속 분말이 금속 파우더의 총 중량 대비 5~10중량%의 비율로 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료.
제1항에서,
상기 고로슬래그는 CaO 40~45중량%, SiO₂30~35중량%, Al₂O₃ 10.7~16중량%, MgO 5~7중량%, MnO 0.5~2중량%, Fe₂O₃0.1~0.3중량%의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료.
제1항에서,
상기 혼합 분말에는 고인장 섬유가 길이 200~400㎛의 단섬유 상태로 혼입되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료.
제4항에서,
상기 고인장 섬유는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 케블라 섬유, 폴리프로필렌 섬유 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료.
(a) 강재 표면을 정리하는 단계;
(b) 상기 강재의 표면에 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중에서 선택되는 액상의 접착수지를 도포하는 단계;
(c) 상기 접착수지의 경화 전 접착수지 표면에 고로슬래그 분말, 금속 파우더, 모래의 혼합 분말을 분사하는 단계; 및
(d) 상기 접착수지와 혼합 분말에 의하여 형성되는 접착층 상부에 콘크리트를 타설하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 금속 파우더는 Zn 분말 또는 Zn 분말에 Mg, Al, Si 분말 중 하나 이상을 혼합한 것으로, 직경 0.1~5㎛인 세립 분말 입자와 직경 10~35㎛인 조립 분말 입자를 0.1:5 내지 1:5의 중량비로 혼합한 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물에 사용되는 강재의 방식을 위한 접착성 방청 도료의 시공방법.
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