KR101197785B1 - 콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법 - Google Patents

콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트구조물의 공기 중 노출시 이산화탄소로 인한 중성화에 따른 열화 혹은 염해에 의한 부식 열화를 방지하기 위한 콘크리트구조물의 콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법에 관한 것이다. 본 발명의 코팅재 조성물은 콘크리트 표면 강화 코팅재로 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료인 산화철 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제인 실리콘소포제 0.5중량%, 조막제인 텍산올 0.5중량%, 안정제인 트리에틸아민 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 고속교반기(1500rpm이상)에서 고속 혼합 교반하여 제조된다.
콘크리트, 보수

Description

콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법{Concrete surface reinforcing coating materials and neutralizing and damage preventing process from sea wind thereof}
본 발명은 콘크리트구조물의 공기 중 노출시 이산화탄소로 인한 중성화에 따른 열화 혹은 염해에 의한 부식 열화를 방지하기 위한 콘크리트구조물의 콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.
첫째, 주위환경변화에 따른 수축 및 팽창 반복으로 인한 과도한 인장응력 발생시 콘크리트 구조체에 균열, 표면박리 및 국부적 탈락 현상이 발생되어 구조체의 내력 및 내구성을 저하시키게 된다.
종래 콘크리트 표면보호용 도료는 콘크리트의 열적거동에 적합한 신률 부족(경도가 높은 경우)이나 과도한 변형으로 인한 콘크리트와의 열적거동 불안에 의한 미세균열부에서의 파괴현상 발생, 또는 높은 신률(고탄성인 경우)로 인한 과도한 변형에 의해 콘크리트표면과의 이탈현상이 발생하였고, 결과적으로 이 같은 이탈현상으로 인하여 내구성 및 수명이 단축됨에 따라 표면코팅재로서의 역할을 상실하는 경우가 발생하였다.
둘째, 기존 콘크리트구조물의 미세한 균열은 콘크리트의 표면 강화를 위해 도포된 코팅재의 미세한 박막을 균열시키므로 콘크리트 열적 거동에 매우 취약하여 찢어지거나 파괴됨을 유발하게 되는바, 대기 중에 존재하는 수분, 산소 및 이산화탄소 등이 침투하여 콘크리트 내부의 철근을 부식시키고 표면으로부터의 중성화 현상 등을 촉진시켰다.
셋째, 기존 콘크리트 표면 강화 기술은 기후조건이나 환경적인 영향으로 콘크리트 구조물의 표면이 습윤 조건에 노출되거나 습윤과 건조가 반복되는 경우 담수조건 또는 해수조건에서 미세균열부의 접착불량이 발생하거나, 피막의 찢김 등에 의한 누수로 인하여 철근부식이나 중성화, 염해현상 등이 발생하였다.
넷째, 기존 콘크리트는 미세균열이나 구체균열시 콘크리트 열적거동에 대한 저항성의 부재로 인해 코팅재의 찢김 현상이나 파괴현상이 발생하였다.
본 발명은 일반적인 콘크리트 구조물에 관련된 상기 문제들을 해소하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 표면 강화 코팅재와 콘크리트구조물과의 열적거동 특성 최적화를 위해 퍼플르오로폴리에테르(perfluoropolyether)와 징크스테아레이트를 적용하여 콘크리트의 구체균열과 미세균열에 대응하고 미세균열부의 거동에 필요한 신률과 내구성을 갖는 표면코팅재의 적합한 경도를 확보코자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트 구조물의 미세균열부 폐쇄를 위해 코팅재 수지의 분산성 향상, 발수성, 방수성 및 수밀성 증대를 위해 징크스테아레이트를 적용하고, 무기질 충진재로 미세분말을 적용하여 세균열부의 폐쇄로 인해 균열부에서 표면강화재의 도막이 콘크리트와 일체화되도록 함으로서 콘크리트 구조물의 균열부에서의 거동 안정화를 도모하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 물리적 열화현상으로 인한 화학적 부식 방지를 위해 방수성과 발수성을 확보하고, 퍼플르오로폴리에테르 수지를 사용하여 내후성과 내화학성 증대, 비휘발성으로 환경 보호, 콘크리트의 일반적 환경하에서의 내구성 확보뿐만 아니라 비교적 특수한 환경, 즉 염해환경 및 고부식성(황산염 등) 환경하에서의 내구성을 충분히 확보하고 습윤 조건하에서의 높은 부착강도를 확보하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 습윤조건에 노출된 콘크리트 구조물의 내구성 및 부착강도 확보, 계면파괴에 따른 피보수재 내부의 철근부식 그리고 시설물 유지보수비의 절감을 목적으로 습윤조건하에서의 높은 수밀성과 충분한 내구성를 확보하여 경제성을 높이기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트의 표면 강화 코팅재는, 콘크리트 표면 강화 코팅재로 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료인 산화철 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제인 실리콘소포제 0.5중량%, 조막제인 텍산올 0.5중량%, 안정제인 트리에틸아민 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 고속교반기(1500rpm이상)에서 고속 혼합 교반하여 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 구조물의 친환경 중성화 및 염해 방지공법은, 콘크리트 시공면을 이물질이 없도록 깨끗이 청소하고 고압살수세척 후 패인 곳이나 탈락된 곳에 콘크리트 보수재를 충진하여 평탄하게 하는 단계; 및 충진작업이 완료된 후 콘크리트 시공표면에 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료인 산화철 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제인 실리콘소포제 0.5중량%, 조막제인 텍산올 0.5중량%, 안정제인 트리에틸아민 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 고속교반기(1500rpm이상)에서 고속 혼합 교반하여 제조된 조성물을 도포(painting), 롤링(rolling), 스프레이(spray) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 콘크리트의 표면 강화 코팅재와 이를 이용한 친환경 중성화 및 염해 방지공법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 이소시아네이트와 퍼플르오로폴리에테르 수지를 적합한 비율로 중합하여 콘크리트의 열적 거동시 적합한 신률특성을 확보하였고, 진행 중인 콘크리트의 구체균열과 미세균열에 대한 저항성을 가지며, 미세균열이나 구체균열에 침투가 용이하여 균열상부의 코팅재 피막이 콘크리트와 일체화됨으로서 콘크리트의 열적거동시 물리적 내구성을 확보할 수 있다.
둘째, 징크스테아레이트를 적용하여 코팅재의 방수성능 및 발수성능과 내구성이 뛰어난 하이솔리드계의 코팅재로서의 효과를 갖는다. 특히, 하이솔리드계 도료의 특성을 살려 계절적 내후성과 내수성의 효과가 크며, 높은 고형분 유지를 위한 점성도 조절에 따른 수지 자체의 분자량 저하로 인하여 내후성 등의 도막물성 저하와 새깅(sagging) 등의 도막 외관 성능의 저하를 방지하고, 수지의 2차 전이온도(Tg)와 분자량 조절을 위한 2성분계 수지의 중합에 의하여 우수한 안료분산성, 우수한 접착력, 양호한 내수성 및 내후성을 나타내는 콘크리트 중성화방지 및 내염성을 갖는 콘크리트의 표면강화코팅재로서 도료물성이 최적화된 제품 공급이 가능하다.
셋째, 이소시아네이트 수지의 부착성, 내마모성, 내약품성, 경도, 광택의 우수성과 퍼플르오로폴리에테르 수지의 내후성, 내오염성, 내약품성, 내구성의 우수한 특성들을 공중합하여 기능성 도료로서의 특성을 가지며, 밀폐된 공간에서 코팅 재 도장작업이 가능하도록 비휘발성 수지를 적용함으로서 친환경 제품으로서의 가치를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
일반적으로 대부분의 콘크리트구조물은 미세균열이나 구체균열을 내포하고 있다. 그러나 기존 콘크리트의 표면 강화 코팅재는 미세균열과 구체균열시 열적거동에 의한 저항성이 현저히 저하되므로 균열부에서 코팅재의 피막이 손상되어 누수에 의한 철근부식과 중성화에 의한 열화현상을 촉진시킨다, 이러한 원인에 의해 결국 균열부에서 시작된 코팅재의 박리현상이 점차 확대되어 유지보수 후 하자발생을 초래하는 경우가 종종 발생하였다.
본 발명에서는 코팅재의 수지의 역할에 있어 내염성, 중성화저항성, 열적탄성신률, 화학적 내구성, 내후성을 고려하여 이소시아네이트와 퍼플르오로폴리에테르 수지를 적합한 비율로 중합하여 콘크리트의 열적거동시 적합한 신률특성을 확보하였다.
또한, 진행 중인 콘크리트의 구체균열에 대한 저항성을 향상시키는데 중점을 두도록 이소시아네이트 수지의 부착성, 내마모성, 내약품성, 경도, 광택의 우수성과 퍼플르오로폴리에테르 수지의 내후성, 내오염성, 내약품성, 내구성의 우수한 특성들을 공중합하여 기능성 도료의 특성을 발현케 하였다.
또한, 밀폐된 공간에서 코팅재 도장작업이 가능하도록 비휘발성 수지를 적용 함으로서 친환경 제품으로서의 가치를 향상시켰다.
또한, 미세균열이나 구체균열이 존재하는 콘크리트구조물에 적용하여 장기적인 내구성 확보를 위하여 코팅재의 충진재를 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄을 사용하였다. 따라서 미세균열이나 구체균열에 침투가 용이하여 균열상부의 코팅재 피막이 콘크리트와 일체화됨으로써 콘크리트의 열적거동시 물리적 내구성을 확보하였다.
또한, 징크스테아레이트을 사용하여 코팅재의 방수성능과 발수성능을 확보함과 동시에 수지와 충진재와의 분산성을 향상시킴으로써 균열 내부에 코팅재의 침투가 용이하고 내구성이 뛰어난 하이솔리드계의 코팅재의 특성을 발현할 수 있게 하였다.
징크스테아레이트는 내부활제 기능으로서 폴리머분자 상호간의 힘을 약하게 하고, 분자끼리의 얽힘을 풀어서 강성을 줄이며 도료의 흐름을 좋게 하는 특성을 갖는다. 플레이트 아웃 방지효과가 크고, 내후성을 향상시키며, 독성이 없고, 내류화 오염성이 뛰어나다. 또한, 코팅재의 흐름을 좋게 하고, 온도상승 방지를 필요로 하는 고분자수지에 적용되어 높은 윤활성을 갖고 있어 코팅재중에 잘 분산되고 코팅재의 작업성과 평활성을 향상시킨다. 고분자수지의 경우 열이나 빛에너지에 의한 탈염산이 일어나며 그로 인해 열화가 현저하게 진행되는 단점을 보완하는 특성을 지니고 있다. 내마모성을 향상시키기 위해서는 하이솔리드 코팅재 수지에 새로운 관능성기를 도입하여 수지전이온도의 조정, 가교성의 연질사슬성분의 도입 및 높은 가교 밀도화를 도모함으로서 가능하게 된다.
또한, 개질 실리카흄을 사용하여 미세균열이나 구체균열에 침투가 용이하게 하여 균열 상부의 코팅재 피막이 콘크리트와 일체화되도록 함으로써 콘크리트의 열적 거동시 물리적 내구성을 확보토록 한다.
또한, 징크스테아레이트를 사용하여 코팅재의 방수성능과 발수성능을 확보함과 동시에 수지와 충진재와의 분산성을 향상시켜 균열된 표면 내부로의 코팅재 침투가 용이하고 내구성이 뛰어나도록 하이솔리드계의 코팅재를 사용한다.
본 발명은 미세균열이나 구체균열을 내포한 일반 콘크리트 구조물의 표면강화 보수공법을 위하여 콘크리트의 표면 강화 코팅재를 조성하는바, 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인(blain) 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제 0.5중량%, 조막제 0.5중량%, 안정제 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 고속교반기(1500rpm이상)에서 고속 혼합 교반하여 제조한다.
상기 코팅재로서 혼합되는 구성성분 중 안료는 아이론 옥사이드(산화철), 방부제는 나트륨 스티렌 술포나이트, 레벨링제는 폴리실록산, 소포제는 실리콘소포제, 조막제는 텍산올, 안정제는 트리에틸아민을 적용함이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같이 제조한 조성물을 기존의 콘크리트의 구조물에 도포(painting), 롤링(rolling), 스프레이(spray)를 포함한 도포방법을 선택 적용하여 다음과 같은 보수시공방법에 따라 시공한다.
(1) 미세균열이나 구체균열을 내포한 대부분의 일반 콘크리트의 표면 강화 코팅재의 시공방법에 있어, 우선 콘크리트 시공면을 이물질이 없도록 깨끗이 청소하고 고압살수세척 후 패인 곳이나 탈락된 곳에 콘크리트 보수재를 충진하여 평탄하게 한다.
(2) 충진작업이 완료된 후 콘크리트 시공표면에 퍼플르오로폴리에테르, 이소시아네이트, 징크스테아레이트, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄, 탄산칼슘, 산화티타늄, 분산제, 소포제, 안료, 방부제, 레벨링제, 조막제, 분산제, 정제된 물을 고속 혼합 교반하여 만들어진 콘크리트 표면 강화 코팅재를 도포(painting), 롤링(rolling), 스프레이(spray) 중 어느 하나의 도포방법에 의해 시공한다.
실시예
본 발명의 콘크리트의 표면 강화 코팅재를 다음과 같이 실험하였다.
1) 부착강도 시험은 KS F 4918-＇03 40㎜의 크기로 정사각형 시편을 제작한 다음, 그 위에 본 발명품을 0.3㎏/㎡(두께 약 0.3㎜)을 도포하고 상대습도 85%, 온도 21~ 23℃로 12일간 건조한 후 KSF 4715(엷은 마무리용 벽 바름재)의 5.8.2에 의하되, 실험실시 하루 전에 시험체를 꺼낸 후 충분히 건조된 상태에서 접착제로 상부지그를 단단히 고정한다.
5개의 시험체로 시험하되 최대치와 최소치를 제외한 3개의 평균값을 구하였다.
2) 크랙발생시험은 건조된 기존의 콘크리트 옹벽을 가로x세로 = 10mx5m를 선택하여 본 발명품을 0.3㎏/㎡의 양을 도포하여 60일간 관찰하였다.
3) 투수비, 흡수비, 내마모성, 내염해성, 내세척성, 내균열성, 중성화 저항성, 색도, 은폐율 등에 대하여 KS 검사기준으로 실시하였다.
이상의 시험결과에서 나타나듯이 본 발명의 조성비인 배합번호 9번으로 제조한 코팅재 조성물이 1~8번으로 제시된 조성비율로 제조된 코팅재에 비해 투수비, 흡수비, 내마모성, 내염해성, 내세척성, 내균열성, 중성화 저항성, 색도, 은폐율에 대하여 기존의 것과는 비교가 안 될 정도의 안정성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
표 1에서 각 구성요소의 배합비율 단위는 중량%이다.
Figure 112010085222644-pat00003
Figure 112009042452077-pat00002

Claims (3)

  1. 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제 0.5중량%, 조막제 0.5중량%, 안정제 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 1500rpm 이상의 고속교반기에서 고속 혼합 교반하여 제조된 것을 특징으로 하는 콘크리트의 표면 강화 코팅재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안료는 아이론 옥사이드(산화철), 방부제는 나트륨 스티렌 술포나이트, 레벨링제는 폴리실록산, 소포제는 실리콘소포제, 조막제는 텍산올, 안정제는 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 콘크리트의 표면 강화 코팅재.
  3. 콘크리트 시공면을 이물질이 없도록 깨끗이 청소하고 고압살수세척 후 패인 곳이나 탈락된 곳에 콘크리트 보수재를 충진하여 평탄하게 하는 단계; 및
    충진작업이 완료된 후 콘크리트 시공표면에 퍼플르오로폴리에테르 21중량%, 이소시아네이트 10중량%, 브레인 비표면적 기준 100,000㎠/g 이하의 개질 실리카흄 15중량%, 징크스테아레이트 2.5중량%, 탄산칼슘 32중량%, 산화티타늄 1.5중량%, 안료 1.5중량%, 방부제 0.2중량%, 레벨링제 0.2중량%, 소포제 0.5중량%, 조막제 0.5중량%, 안정제 0.5중량%, 정제된 물 14.6중량%를 비드밀이나 1500rpm 이상의 고속교반기에서 고속 혼합 교반하여 제조된 코팅재를 도포(painting), 롤링(rolling), 스프레이(spray) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 친환경 중성화 및 염해 방지공법.
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