KR101380955B1

KR101380955B1 - 방수성이 개선된 침투형 폴리우레아계 방수공법

Info

Publication number: KR101380955B1
Application number: KR1020130049696A
Authority: KR
Inventors: 김용태
Original assignee: (주)티에스폴리텍
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2014-04-02

Abstract

본 발명은 폴리우레아계 방수제 및 폴리우레탄을 이용하여 방수 성능을 개선한 방수공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기포가 발생하는 침투형 폴리우레아 방수층 위에 폴리우레탄을 도포하고, 그 위에 초속경 폴리우레아를 도포함으로써 방수성을 크게 개선한 방수 공법에 관한 것이다.

Description

방수성이 개선된 침투형 폴리우레아계 방수공법{Method For Improved-Waterproofing Concrete Consturction Using Permeable Polyurea}

비나 유입수 등이 건축 구조물로 침투하는 것을 방지하기 위하여, 방수제가 사용된다. 콘크리트 구조물, 방수제 등 모든 물체는 고유의 열팽창계수를 갖고, 온도 변화에 따라 중심축을 기점으로 수축과 팽창을 반복한다. 이러한 현상은 크랙(crack), 콘크리트 타설시 현격한 시간차로 타설된 콘크리트와 새로 타설된 콘크리트가 일체화 되지 않아서 발생하는 콜드 조인트(cold joint), 콘크리트의 타설시 이어지는 부위인 컨스트럭션 조인트(construction joint), 익스팬션 조인트(expansion joint) 등에 영향을 주어, 결국 콘크리트에 크고 작은 균열이 발생되고, 이 균열은 방수층을 파단시켜 누수를 야기시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 신장률이 높은 방수제를 선택 사용하여 왔으나 600% 이상의 신장률이 있는 방수제도 반복되는 미세한 균열응력에 견디지 못하고 파괴되며, 또한 콘크리트 구조물의 순간 균열응력에 비해 방수제의 인장응력이 약하기 때문에 방수층이 파괴되는 현상이 빈번하게 발생되고 있다. 따라서, 누수방지를 위해서는 신장률 및 인장응력이 동시에 우수한 방수제의 사용이 요구된다.

현재 사용되고 있는 방수제는 크게 액체 방수제, 도막 방수제, 시트 방수제로 나눌 수 있는데, 액체 방수제는 시멘트 모르터 또는 콘크리트 구체와 혼합되어 같이 사용되는 방수제를 통칭하며, 도막 방수제는 아스팔트 도막, 우레탄 도막 등을 슬래브 바닥 면에 뿜칠을 하여 도막을 하는 방수제를 통칭하며, 시트 방수제는 시트(sheet)형 방수제로서, 아스팔트 시트, 고무화 아스팔트시트, 고무시트 등이 있다.

또한, 상기 언급된 방수제 이외에 스테인레스 방수제, 시멘트 혼합 폴리머계 방수제 등 다양한 종류의 방수제가 존재하며, 이들은 시공 부위 및 용도에 따라 적절하게 선택되어 사용된다. 특히, 균열이 쉽게 발생되는 콘크리트 건축 구조물에는 시트 방수제가 사용될 수 있는데, 과거에는 아스팔트 시트 방수제가 사용되었다. 그러나 이러한 아스팔트 시트 방수제는 발암 물질인 타르(Tar) 재질을 함유하고 있기 때문에, 지하 방수, 요철이 심한 부분 등에만 일부 사용될 뿐, 점차 그 사용이 감소되고 있다. 또한, 고무화 아스팔트 시트 방수제 역시 90% 이상이 아스팔트 재질이고, 실제 방수역할을 하는 심체인 필름은 시트 상호간 접합 부위인 조인트 공사 시 접착이 불량하여, 온도의 변화로 인한 조인트 박리가 쉽게 일어나 하자가 발생되는 문제점이 있다.

천연고무 또는 합성고무는 고무시트 방수제의 재료로 사용될 수 있는데, 자연에서 생산되는 천연 고무는 그 양이 한정되기 때문에, 원유에서 분리한 탄화수소로 제조한 합성고무가 현재 고무시트 방수제로 널리 이용되고 있다. 일반적으로 고무는 탄성체(elastomer, 가황된 고무)를 의미하며, 여기서 탄성체는 가해진 힘이 제거되면, 다시 초기 형태로 되돌아가는 성질을 지닌 물질을 의미한다. 상기 고무는 용매에 녹거나, 용융되지 않고, 단지 벤젠, MEK(methyl ethyl ketone) 등의 특정 용매에서 팽윤되며, 일정 온도 이상으로 가열시 분해되는 성질을 나타내는데, 이는 가황고무의 거대 분자가 화학결합에 의해 가교되어 있기 때문이다. 합성고무는 고무제품의 제조에 주원료로서 사용할 수 있는 합성고분자 물질로서, 가장 알맞은 조건하에서 교차결합 또는 교차결합에 준하는 효과를 주었을 했을 때, 15∼25℃의 온도에서 a) 원래의 길이의 3배까지 늘였을 때 파탄되지 않고, b) 1분간 원래 길이의 2배로 늘인 후, 10분 이내에 원래길이의 1.5배 이하의 길이로 다시 되돌아가며, c) 0∼10% 늘어나는 사이에서 300 kg/㎠ 미만의 힘이 작용되는 특징이 있으며, 그 종류로는 스티렌부타디엔 고무(SBR), 니트릴부타디엔 고무(NBR), 이소부틸렌-이소프렌 고무(IIR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR) 등이 있다. 그러나 이들 합성고무는 대부분 석유의 추출물을 원료로 하는 것으로서, 합성고무 역시 발암물질인 타르를 함유한다. 따라서, 인체에 무해하고, 환경 친화적인 합성고무 방수시트의 개발이 요구되었고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 EDPM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 합성고무로 제조된 방수시트가 개발되었으나, 이는 고무의 탄성을 향상시키기 위하여, 고무에 황(黃)을 넣어, 150℃ 정도로 가열하는 "가황처리" 과정을 거친 것으로서, 이질 바탕의 처리, 이어치기 부분, 균열된 부분, 들뜬 부분, 구배 배수관(drain)이나 파이프 둘레 치켜 올림, 처마끝 부분 등 복잡한 구조를 시공하는데 있어 섬세한 노력을 필요로 한다.

본 발명자는 폴리우레아계 보수제 및 이를 이용한 방수공법에 관한 특허를 받은바 있다(특허 제 10-0978863 호). 상기 특허에서는 피도면인 콘크리트 면에 소량의 수분이 있을 경우에 침투형 폴리우레아가 경화시 수분과 반응하여 기포("핀홀" 이라고도 함)가 발생되어 그 기포마다 일일이 실란트로 메꾸어 주는 번거로운 공정으로 방수처리를 해야만 하는 경우가 있었다.

본 발명자의 기존 특허에 따라 방수 시공을 할 경우, 통상적으로 3.3 m² 당 평균 1∼3개 정도의 핀홀 또는 기포가 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 소포제를 사용할 수도 있으나, 소포제를 사용할 경우 폴리우레아의 물성을 떨어뜨릴 수 있고, 비용도 많이 들게 되므로 좋은 해결책이 되지 못하였다.

본 발명자는 이러한 문제점들을 해결하고자 연구를 거듭한 결과, 침투형 폴리우레아에 형성된 기포에 의한 방수 성능 저하를 방지하기 위해서 폴리우레아와 친화력이 좋은 폴리우레탄을 도포함으로써 기포를 없애게 되므로 완벽한 방수 시공을 할 수 있다는 것을 알아내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 방수성을 크게 개선한 폴리우레아 방수 시공법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서는,

고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 콘크리트 바탕면을 정리하는 단계;

폴리머릭 엠디아이(Polymeric MDI)를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15∼25분간 교반한 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30∼40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40∼50중량부, 폴리에테르 폴리올 25∼35중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 교반 혼합한 침투형 폴리우레아를 상기 정리된 바탕면에 도포하는 단계;

상기 침투형 폴리우레아를 도포한 후 1 시간 동안 경화한 다음, 상기 폴리우레아 층 위에 폴리우레탄을 도포하는 단계; 및

상기 폴리우레탄 층 위에 초속경 폴리우레아를 도포한 후 건조된 상태에서 바닥면을 정리 및 청소하는 단계로 이루어지는 방수 공법을 제공한다.

여기서, 상기 A제를 구성하는 폴리머릭 엠디아이, 폴리올, 부틸아세테이트의 구성비는 폴리머릭 엠디아이, 폴리올 25∼35중량부, 부틸아세테이트 20∼30중량부를 포함한다.

여기서, 상기 A제와 B제의 혼합비는 1:1(v/v)이다.

본 발명에 따른 방수 시공 방법은 폴리우레아를 이용한 방수 시공 시 발생하는 핀홀에 의한 방수 성능 저하를 해결함으로써 방수성을 개선함은 물론 시공 비용을 크게 개선하는 폴리우레아 및 폴리우레탄을 이용한 방수 시공방법이다.

도 1은 본 발명의 방수공법에 따라 시공된 일 실시예를 도시한 개략 단면도이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 침투형 폴리우레아는 폴리우레아 계열의 2액형 신속 경화 형으로 신속한 보수 및 코팅 등의 다용도 목적으로 개발된 것으로 점도가 낮아서 콘크리트 등의 모체에 신속히 침투하여 강한 내성을 형성하며, 모래, 자갈, 실리카 등과 혼합하여 사용 가능하고, 콘크리트 보수용, 바닥재 용으로 시공 후 높은 강도를 갖는다.

본 발명에서 사용되는 침투형 폴리우레아는 폴리머릭 엠디아이(Polymeric MDI), 폴리올(Polyol) 및 부틸아세테이트(Buthyl acetate)를 포함하는 A제와 폴리옥시프로필렌디아민(Polyoxypropylenediamine), 디에틸톨루엔디아민(Diethyltoluenediamine) 및 폴리에테르 폴리올(Polyeter polyol)을 포함하는 B제로 구성된다.

상기 A제는 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15∼25분간 교반하여 제조한다.

이때, 사용되는 상기 반응기는 반응기 탱크 외벽에 자켓을 설치하여 된 것을 사용하여, 상기 자켓에 스팀 또는 온수를 천천히 공급하여 반응기의 온도상승 여부를 확인하면서 서서히 반응기의 온도를 높여준다. 상기 스팀 또는 온수를 서서히 공급하여 온도를 높여주는 것은 반응온도에 따라 반응결과물이 달라질 수 있으며, 또한 일시에 투입하게 될 경우 후속 공정에서 온도 컨트롤에 어려움이 있을 수 있기 때문이다.

또한, 상기 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시키는 것은 반응시간이 이보다 작거나 혹은 장시간 반응시킬 경우 본 발명에서 목적하는 반응 결과물을 얻을 수 없는 문제점이 있기 때문이다. 즉, 본 반응의 목적은 폴리머릭 엠디아이와 폴리올을 중합반응시켜 반응물의 분자량을 높이는 데 있다.

예를 들면, A제와 B제가 반응하여 도막을 형성할 때, <A제>는 크기가 작고<B제>는 크기가 크면 도막을 형성할 때 우리가 원하는 도막 물성을 나타낼 수 없고, 또 <A제>가 수량이 많고 <B제>가 수량이 적으면 도막을 형성할 때 <A제>가 수가 많아 도막에 반응을 하지 않아 <A제>가 잔량이 남으면 이때도 원하는 도막 물성을 나타낼 수 없기 때문이다.

따라서, 여기서의 반응은 <A제>의 크기와 수량을 <B제>와 반응할 때 가장 적합하게 한다.

여기서, 상기 크기와 수량의 의미는 하기의 일반적인 우레아 반응 메커니즘을 참조하여 설명하면, 본 발명에서 개시되는 반응은 하기의 반응 메커니즘에서 이소시아네이트(Isosyanate)를 만드는 것을 의미한다. 즉, 상기 크기와 수량이라는 것은 상기 이소시아네이트(Isosyanate)의 생성량을 의미하는 것이며, 여기서 개시된 반응 온도와 시간은 본 발명의 목적에 따라 상기 이소시아네이트를 만들기 위한 최적을 조건을 만들어 주기 위한 것이다.

<우레아 반응 메커니즘>

한편, 상기 폴리올은 폴리머릭 엠디아이를 계량하여 반응기에 넣은 다음 40℃까지 반응기의 온도를 상승시킨 다음 첨가하게 되는데 이때, 상기 폴리올은 소량씩 천천히 첨가하게 된다. 바람직하게는 상기 폴리올은 50 L/분의 양으로 첨가시키는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시키게 되는데 이때, 반응기 외부의 자켓에 냉각수를 서서히 투입하여 반응기의 온도를 확인하면서 냉각시킨다.

본 발명에 의하면, 상기 A제를 구성하는 각각의 물질의 구성비는 폴리머릭 엠디아이(Polymeric MDI) 40∼50중량부, 폴리올(Polyol) 25∼35중량부, 부틸아세테이트(Buthyl acetate) 20∼30 중량부가 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 B제는 단순 혼합 교반하여 준비되는 것으로, 그 혼합비는 폴리옥시프로필렌디아민 30∼40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40∼50중량부, 폴리에테르 폴리올 25∼35중량부를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 침투형 폴리우레아 및 폴리우레탄을 이용한 방수공법에 대해 설명하면 다음과 같다. 단, 하기의 설명으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

우선, 방수처리를 하고자 하는 대상의 콘크리트 바탕면을 고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 정리한다. 이때, 상기 바탕면에 산재하는 이물질을 충분히 제거한다. 만일 물세척을 하였을 경우 충분히 건조시킨 다음 후속 공정을 수행한다.

상기 바탕면 정리 작업을 마친다음, 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15∼25분간 교반한 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30∼40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40∼50중량부, 폴리에테르 폴리올 25∼35 중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 교반 혼합한 침투형 폴리우레아를 준비하고, 상기 침투형 폴리우레아를 콘크리트의 바탕면에 도포한다.

이때, 상기 침투형 폴리우레아는 교반 혼합시 대략 4분간 점도 없는 액체 상태로 콘크리트의 면속으로 물이 스며들 듯 침투하여 20분 내에 경화되어 압축 강도 300 kgf/㎠를 발현하는 효과를 나타내어 모체를 보강해준다.

본 발명에 따른 침투형 폴리우레아는 그 경화시간이 20분 정도로 짧아 신속한 경화로 후속공정이 가능하게 된다.

상기 침투형 폴리우레아를 도포한 다음 충분히 건조하여 방수층, 즉 도막을 형성한다.

이때 사용되는 상기 침투형 폴리우레아 수지는 2액형 분사용 폴리우레아 탄성물질로서 방수재를 가열, 혼합, 고압분사함으로써 피도포물에 완전히 접착되면서 대단히 높은 강도를 지니며, 방수와 방첩, 그리고 내화학성이 뛰어난 도막형 방수재이다.

여기서, 상기 침투형 폴리우레아 수지는 도포하기 직전에 표면의 먼지 및 이물질 등이 제거되었는지 확인한 후 도포하는 것이 바람직하며, 상기 침투형 폴리우레아 수지는 65∼75℃로 가열한 후, 스프레이건에서 고압충돌 혼합방식으로 분사 도포한다.

상술한 바와 같이 침투형 폴리우레아 수지를 도포한 지 1시간 경화 후에, 핀홀을 메꾸도록 폴리우레탄을 수작업으로 상기 침투형 폴리우레아 수지 층 위에 도포한다. 이때 폴리우레탄의 도포량은 2 mm/m²의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

폴리우레탄을 도포한 후 건조된 상태에서 다시 일반적으로 사용되는 초속경 폴리우레아를 도포하는 공정을 실시한다. 이때 초속경 폴리우레아의 도포량은 1 mm/m² 정도가 바람직하다.

상기 초속경 폴리우레아 수지를 도포한 후 건조된 상태에서 바닥면의 정리 및 청소를 수행하여 방수공사를 완료한다.

본 발명에서 사용되는 폴리우레탄 수지는 방수용으로 사용되는 기존의 폴리우레탄 수지이다. 상기 폴리우레탄 수지는 폴리우레아 수지와 친화력이 높아서 폴리우레탄 수지와 폴리우레아 수지 층간의 단락현상이 일어나지 않는다.

도 1은 본 발명에 따라 시공된 방수 시공물의 예시적인 단면도이다. 폴리우레아는 피도막면(1)에 있는 수분과 수화반응을 일으켜 핀홀(4)이 형성되는 경우가 있다. 이 핀홀(4)은 평당(3.3 m²) 당 약 1∼3개가 발생하는데, 이 핀홀(4)로 인해 실란트로 핀홀(4)마다 일일이 처리해야하는 번거로움이 있었다. 그러나 본 발명에 따른 폴리우레탄 수지(3)를 그 위에 도포하면 폴리우레아(2,2a)와의 친화력이 높은 폴리우레탄 수지(3)가 핀홀(4)에 침투되어 완벽한 방수 시공이 가능한 것이다.

폴리우레탄 수지(3) 위에 다시 내한성, 내구성, 내화학성 및 경도가 높은 초속경 폴리우레아(2a)를 도포함으로써 방수성을 크게 개선시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 방수 시공방법은 공장, 사무실, 식당, 병원, 무균실 등에 다양하게 이용된다.

또한, 내구성 및 내화학성이 우수하여 기존 바닥재가 콘크리트와 탈락되어 깨어짐의 한계점을 극복할 수 있다.

1: 피도막면 2: 침투형 폴리우레아
2a: 초속경 폴리우레아 3: 폴리우레탄 수지
4: 핀홀

Claims

고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 콘크리트 바탕면을 정리하는 단계; 폴리머릭 엠디아이(Polymeric MDI)를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15∼25분간 교반한 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30∼40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40∼50중량부, 폴리에테르 폴리올 25∼35 중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 교반 혼합한 침투형 폴리우레아를 상기 정리된 바탕면에 도포하는 단계; 및 바닥면을 정리 및 청소하는 단계를 포함하는 방수 공법에 있어서,
상기 침투형 폴리우레아를 도포한 후 1 시간 동안 경화하고, 상기 폴리우레아 층 위에 폴리우레탄을 도포한 다음, 상기 폴리우레탄 층 위에 초속경 폴리우레아를 도포하는 것을 특징으로 하는 방수공법.
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