KR101411381B1 - 구조적 안정성 및 표면 특성이 향상된 콘크리트 구조물 단면 보수 보강용 모르타르 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법 - Google Patents

구조적 안정성 및 표면 특성이 향상된 콘크리트 구조물 단면 보수 보강용 모르타르 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트 구조물 단면을 보수 보강함에 있어 콘크리트면을 치핑한 후에 치핑된 부분의 양단에 앵커볼트를 설치하고 그 두부에 아라미드 섬유를 정착시킨 후 앵커볼트의 두부를 회전시킴에 의해 아라미드 섬유에 인장력을 부여하는 방법을 사용함으로써 인장강도, 압축강도 등의 물리적 특성이 향상되고 산업 페기물을 사용한 초속경성의 모르타르 조성물을 사용함으로써 작업성, 생산성, 내구성 및 안정성이 향상되는 동시에, 마감된 모르타르 표면에 기능성 도료 조성물을 도포함으로써 물리적 특성과 다양한 기능성을 부여할 수 있는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법을 제공한다.

Description

구조적 안정성 및 표면 특성이 향상된 콘크리트 구조물 단면 보수 보강용 모르타르 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법{Mortar composition for repairing and reinforcing cross section of concrete structures with increased structural stability and surface properties, and method of repairing and reinforcing cross section of concrete structures using the same}
본 발명은 콘크리트 구조물 단면을 보수 보강하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트 구조물 단면을 보수 보강함에 있어 내구성과 안정성을 향상시켜 보수 보강 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 보강 공사를 완료할 수 있어 경제성도 우수하며, 표면 물리적 특성과 기능성이 우수한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 보수하고 관리할 필요가 있다.
구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수 보강을 실시하여 더 이상의 열화 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
종래의 단면 복구를 위한 보수 보강재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수 보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
이러한 종래의 보수 보강 방법의 문제점을 해결하기 위해 일부 기술에서는 콘크리트 구조물의 인장력을 받는 단면에 섬유판을 에폭시 등의 수지로 부착하거나 강판을 이용하여 앵커 등으로 인장력을 받는 단면에 부착하여 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강을 실시하는 기술이 활용되어 왔다. 그러나 에폭시를 이용하여 부착하는 방법은 시간이 경과함에 따라 섬유판과 에폭시가 콘크리트 구조물에서 분리되어 보수 보강의 효과가 반감되는 문제가 있었고, 강판을 앵커를 이용하여 부착하는 방법의 경우는 시간이 경과함에 따라 강판이 부식되어 지지력이 약화되어 효과가 지속되기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 종래의 보수 보강 방법의 문제점을 해결하기 위한 방편으로 대한민국 등록실용신안 제0345919호에서는 인장력을 받는 콘크리트 구조물의 단면 내에 일정한 깊이와 길이를 갖는 수평홈부와 그 양측에 형성된 수직홈부를 설치한 다음, 그 내부에 보수 보강재로서 섬유재 로프를 설치하고 로프의 외부에 고강도 모르타르나 에폭시로 일정한 두께로 마감하여 콘크리트 외부 단면과 같게 마감한 후, 상기 수직 및 수평홈부 내에 복수개의 주입관을 설치하고 그 주입관 내에 에폭시를 주입하여 완전히 충전시키고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시켜 결과적으로 콘크리트 구조물 단면이 긴장되도록 함에 의해 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 기술은 수직홈 및 수평홈에 에폭시를 주입하기 위한 공정이 복잡하고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시키는 효율도 그다지 크지 않으므로 실제 활용성은 떨어지는 기술이다.
또한, 대한민국 등록특허 제0894492호는 아라미드 스트립 부재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 방법에 관하여 제안하고 있으며, 구체적으로는 열화된 콘크리트를 치핑하여 제거한 다음 그 부위에 고강도 수성 아크릴 폴리머 모르타르로 채우고 그 위에 에폭시 레진이 코팅된 아라미드 스트립 부재를 부착시키고 다시 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면 보강 방법에 관한 것이다. 그러나, 이 기술은 아라미드 스트립 부재를 형성하기 위해 우레판을 이용하여 판형성 부재로 집적하여 형성하고 그 일면에 필 플라이를 부착한 후 제거하며 이에 의해 표면에 요철을 형성시켜야 하는 등 그 과정이 대단히 복잡하고 또한, 이 기술은 기존의 아라미드 섬유 시트를 보강재로 사용하던 경우의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 콘크리트에의 부착력을 강화하기 위한 기술에 불과할 뿐 보수 보강된 콘크리트 단면의 물리적 특성을 개선하고 이에 의해 보수 보강 효과를 장기간 유지하기 위한 방법과는 관련성이 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 단면의 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물을 보수함에 있어 아라미드 섬유 보강재를 사용함으로써 인장 강도, 압축 강도 등의 물성을 향상시켜 장기 내구성을 향상시킴으로써 보수 보강 효과를 오랜 시간 동안 유지할 수 있는 동시에, 산업부산물을 이용한 초속경성 모르타르를 사용하여 내구성과 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 또한, 콘크리트 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성 등의 물리적 특성이 우수하고 피도체인 콘크리트 구조물에서 발생하는 유해 물질을 흡수하는 기능을 갖는 도료 조성물을 표면에 도포함으로써 다양한 기능을 갖도록 하는 특징을 갖는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계;
(2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면의 양 끝단에 앵커볼트(anchor bolt)를 각각 천공하여 설치하고 앵커볼트의 두부에 아라미드 섬유를 정착시킨 후 아라미드 섬유에 일정한 인장(pre-tension)을 가해주고 고정시키는 단계; 및
(3) 상기 인장 및 고정된 아라미드 섬유가 설치된 구조물 단면에 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 45 내지 70 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 30 내지 55 중량부를 포함하는 팽창시멘트와 포틀랜드 시멘트를 혼합한 시멘트 혼합물을 전체 모르타르 조성물 중 20 내지 50 중량%로 함유하는 모르타르 조성물을 도포하여 상기 아라미드 섬유와 앵커 볼트가 외부에 노출되지 않도록 표면을 마감하는 단계; 및
(4) 상기 마감된 표면에 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하며,
상기 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물은 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 아민 화합물을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부, 고로슬래그 10~20 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부, 및 정장석, 조장석 및 회장석로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 얻어지는 도료 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 콘크리트 구조물의 보강재로서 기존 철근이나 강판 등을 사용하는 것이 아니라 아라미드 섬유를 사용하므로 부재의 무게가 가벼워 시공이 용이하며 보강재가 부식될 염려가 없어 별도의 부식 방지 공정이 필요치 않다.
2. 또한, 아라미드 섬유를 섬유 시트나 스트립 형태로 사용하는 것이 아니라 필라멘트나 스트랜드 상태로 사용하므로 작업이 간편하고 아라미드 섬유의 사용량을 줄일 수 있으므로 시공에 따른 비용이 절감되는 효과가 있다.
3. 또한, 아라미드 섬유를 프리스트레싱에 의해 인장력을 부여하므로 시공되는 모르타르의 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 현저히 개선되고 내구성이 강화되어 보수 보강 효과가 장기간 유지될 수 있다.
4. 또한, 모르타르 조성물로서 산업 부산물을 활용한 팽창시멘트를 주원료로 사용함으로써 원재료비 절감을 통해 원가를 절감할 수 있고 초속경성으로 단시간에 공사를 완료할 수 있어 경제성 및 안정성이 뛰어나며, 바탕 콘크리트와의 접착 성능이 우수하고 양호한 작업성을 유지하면서 혼련 후 단시간 내에 소요 강도를 확보할 수 있으므로 콘크리트의 보수 보강이 예상되는 구조물, 예를 들어 건축물, 교량 및 정수장의 콘크리트 보수에 매우 효과적이다.
5. 또한, 모르타르 조성물의 표면에 기능성 도료 조성물을 도포함으로써 접착성과 내구성, 내후성, 내수성 및 표면 강도 등 물리적 특성을 향상시킬 수 있고, 건축 구조물에서 발생하는 유해 물질을 흡수하고 항균 작용 및 항곰팡이 작용을 하는 동시에 원적외선 및 음이온 등 인체에 유익한 성분을 발생시켜 혈액 순환 및 신진 대사 촉진 등의 건강 기능을 부여하도록 할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 하기 단계를 포함하여 구성된다. 즉,
(1) 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계;
(2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면의 양 끝단에 앵커볼트(anchor bolt)를 각각 천공하여 설치하고 앵커볼트의 두부에 아라미드 섬유를 정착시킨 후 아라미드 섬유에 일정한 인장(pre-tension)을 가해주고 고정시키는 단계;
(3) 상기 인장 및 고정된 아라미드 섬유가 설치된 구조물 단면에 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 45 내지 70 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 30 내지 55 중량부를 포함하는 팽창시멘트와 포틀랜드 시멘트를 혼합한 시멘트 혼합물을 전체 모르타르 조성물 중 20 내지 50 중량%로 함유하는 모르타르 조성물을 도포하여 상기 아라미드 섬유와 앵커 볼트가 외부에 노출되지 않도록 표면을 마감하는 단계; 및
(4) 상기 마감된 표면에 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물을 도포하는 단계로서, 상기 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물은 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 아민 화합물을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부, 고로슬래그 10~20 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부, 및 정장석, 조장석 및 회장석로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 얻어지는 도료 조성물을 사용하는 단계
이하에서는 도면을 참조하며 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.
1. 콘크리트 구조물 단면 치핑(chipping)
콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 현상이 발행하면 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강해야 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.
치핑 단계는 이와 같이 안전 진단 및 점검 결과 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 기계를 이용하여 파쇄하고 다듬는 과정이다. 이 때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
2. 앵커 볼트 설치 및 아라미드 섬유 인장력 부여
본 발명에서 상기 (2)단계를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 (2)단계는
(가) 상기 치핑된 콘크리트 단면의 양 끝단에 앵커볼트를 삽입할 삽입홀을 천공하는 단계;
(나) 상기 천공된 각 삽입홀에 앵커볼트를 삽입하고 고정하는 단계;
(다) 상기 고정된 앵커볼트의 각 두부에 아라미드 섬유의 양단을 정착시키는 단계; 및
(라) 상기 고정된 앵커볼트의 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 회전시켜 아라미드 섬유에 일정한 인장을 가해주고 고정시키는 단계
를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 (1)단계에서 손상된 표면이 치핑된 콘크리트 표면을 잘 정리하여 표면을 평탄화시킨다. 이후 보수 보강하고자 하는 부분의 양 끝단을 천공하여 앵커 볼트를 삽입하여 설치한다. 이 때 회전하는 앵커 볼트는 한쪽 방향으로만 회전이 가능하도록 구비된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 회전이 필요치 않은 앵커 볼트는 일반 앵커 볼트를 사용할 수 있다. 또한 앵커 볼트를 삽입하기 위한 삽입홀은 끝단이 손상되지 않은 콘크리트 단면까지 미치도록 깊숙이 형성시키는 것이 좋다.
또한, 상기 앵커볼트의 두부에는 아라미드 섬유를 정착시켜 두부의 회전에 의해 아라미드 섬유가 한쪽 방향으로 당겨져서 아마리드 섬유에 인장력이 가해질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 앵커볼트를 콘크리트의 양쪽 삽입홀에 삽입하여 고정하고 아라미드 섬유를 두부에 정착시킨 다음, 한쪽 앵커볼트의 두부를 스패너, 렌치 등의 공구를 이용하거나 손으로 회전시켜 일정한 인장력을 상기 아라미드 섬유에 부여한다.
본 발명에서 사용되는 아라미드 섬유는 아라미드 필라멘트나 아라미드 스트랜드로서 인장강도 20~30 g/d의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 아라미드란 85%의 아미드결합이 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 합성 고분자를 의미하며, 본 발명에서 사용되는 아라미드 섬유는 메타 아라미드, 파라아라미드 또는 그 혼합 형태를 포함한다. 상기 아라미드 필라멘트는 아라미드 섬유의 한 가닥으로 이루어진 모노 필라멘트를 의미하며 아라미드 스트랜드는 아라미드 필라멘트들이 서로 꼬여서 만들어진 연사물들의 집합체를 말한다. 상기와 같은 연사물 형태를 갖는 스트랜드는 아라미드 필라멘트들 간의 집속력이 향상되어 우수한 강도를 갖고 모르타르 조성물과의 접착력이 향상될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 아라미드 모노 필라멘트의 굵기는 0.5~3 데니어 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 아라미드 모노 필라멘트의 굵기가 0.5 데이어 미만이면 유연성은 우수하나 내마모성이 떨어질 수 있고 3 데니어를 초과하는 경우에는 유연성이 떨어져 앵커 볼트에서의 회전성이 좋지 않을 수 있다.
본 발명에서 상기 인장력은 앵커 볼트에 정착된 아라미드 섬유를 한쪽 방향으로 회전 시켜 프리 텐션(pre-tension)을 부여함으로써 그라우트되는 콘크리트 모르타르에 프리스트레스가 가해진다. 이 때 인장력은 콘크리트의 압축강도와의 관계를 고려하여 설정하는 것이 바람직하며 일반적으로 콘크리트 압축강도의 50~70% 범위에서 설정되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 경우에 따라 그 이하 또는 그 이상의 인장력을 가할 수도 있다.
상기 앵커볼트에 고정 설치되는 아라미드 섬유는 콘크리트 표면에서 직선을 이루어 한쪽 방향으로 수평하게만 설치될 수도 있으나, 수직 및 수평으로 설치되어 망사형 네트워크를 이루도록 설치되는 것이 더욱 바람직하다. 이 때 설치되는 상기 아라미드 섬유는 반드시 수평형이나 수직형 또는 망사형으로만 형성되는 것은 아니며 대각선형이나 엑스자형 등 인장력이 부여된 다양한 형태가 가능하다. 망사형 네트워크를 이루도록 설치될 경우와 같이 아라미드 섬유끼리 교접이 이루어지는 경우에는 프리 텐션을 가한 후에 수직 및 수평의 아라미드 섬유가 교접하는 부분의 일부 또는 전부에 바인더를 이용하여 서로 연결 및 고정되도록 할 수도 있다.
3. 모르타르 조성물 도포
상기 콘크리트 단면을 치핑(chipping)하여 열화 부위의 콘크리트와 부식 철근을 제거한 후 치핑된 부분에 아라미드 섬유를 프리 텐션을 가하여 수평형(또는 수직형) 또는 망사형 네트워크로 설치하고 그 위에 모르타르 조성물을 그라우팅한다. 이에 따라 상기 (2)단계에서 설치된 아라미드 섬유와 앵커 볼트는 외부에 노출되지 않고 그라우팅된 모르타르 표면은 콘크리트 구조물의 표면과 같게 마감된다.
본 발명에서 사용되는 모르타르 조성물은 본 발명자들이 산업 폐기물을 활용하여 초속경성 및 내구성이 향상되도록 개발한 모르타르 조성물을 사용한다.
본 발명에서 모르타르 조성물은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 시멘트 슬러지 45 내지 70 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 30 내지 55 중량부를 포함하는 팽창시멘트와 포틀랜트 시멘트를 혼합한 시멘트 혼합물을 전체 모르타르 조성물 성분 중 20 내지 50 중량% 범위로 포함하는 모르타르 조성물을 사용한다.
본 발명의 단면 보수보강용 모르타르 조성물은 팽창시멘트와 포틀랜드 시멘트를 혼합한 시멘트 혼합물을 주성분으로 하며, 상기 팽창시멘트와 포틀랜트 시멘트는 6 ~ 8 : 4 ~ 2의 중량비로 혼합하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
만약 단면 보수보강용 모르타르 조성물의 제조시 상기 시멘트 혼합물을 20 중량% 미만으로 사용하는 경우 초기강도 저하 및 접착력 저하되고, 50 중량%를 초과하는 경우 사용 시 빠른 경화 및 높은 수화열 발생으로 초기 균열 발생이 우려되며, 상기 시멘트 혼합물의 팽창시멘트와 포틀랜트 시멘트의 혼합비는 상기의 범위를 사용하는 것이 경제성 및 물성 면에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 시멘트 슬러지 45 내지 70 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 30 내지 55 중량부를 혼합하여 400 내지 800℃에서 0.5 내지 1시간 동안 소성 후, 평균입도가 10 내지 20 ㎛가 되도록 분쇄되어 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 팽창시멘트는 산업 현장에서 발생되고 있는 부산물을 재활용하여 제조되는 것으로, 보다 상세하게는 팽창시멘트의 주요한 성분 중 산화알루미늄(Al2O3)원으로 인조대리석 폐기물, 산화칼슘(CaO)원으로 시멘트 슬러지, 황산칼슘(CaSO4)원으로 인산부산석고 또는 배연탈황이수석고를 이용하여 제조한 것이다.
상기 인조대리석 폐분말은 Al2O3의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 아크릴계수지 또는 불포화폴리에스테르계수지로 제조되는 인조대리석의 연마공정에서 분말 형태로 발생되는 건축 폐기물로, 주성분은 수산화알루미늄이다. 상기 인조대리석 폐분말을 이용하여 속경시멘트를 제조함으로써 환경적인 문제를 해결할 수 있으며, 인조대리석 폐분말의 주성분인 수산화알루미늄은 고온에서 결정수가 탈리되어 산화알루미늄으로 되어 CaO 또는 황산칼슘과 결합하여 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트를 생성시킴으로써 속경성을 발휘하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 시멘트 슬러지는 CaO의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 콘크리트 2차 제품(하수관, 흄관, 고강도 파일, 수로관 등)을 생산하는 공장들로부터 다량 발생되는 폐기물로, 시멘트가 물과 충분히 반응하여 시멘트 수화물을 형성한 것이므로 주성분은 Ca(OH)2로 되어 있다. 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 25 ~ 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 25 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 속경성을 발휘하기 어려우며, 50 중량부를 초과하는 경우는 산화알루미늄과 반응하지 않고 CaO 성분으로 잔존하므로 비효율적이다.
상기 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고는 CaSO4의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 30 ~ 55 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 30 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘설포알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 조직 치밀화에 의한 초기강도를 증진시키기 어려우며, 55 중량부를 초과하는 경우는 반응하지 않는 석고가 잔존하므로 비효율적이다.
본 발명의 단면 보수보강용 모르타르 조성물은 팽창시멘트를 포함함으로써 기존의 포틀랜드 시멘트를 기초로 한 모르타르 조성물과는 달리 일정 수준의 내구 공극 확보에 의한 건습 반복 작용 및 동결융해 작용으로부터 안정적인 내구성을 확보할 수 있고, 초기 유동성 확보를 통해 불규칙한 형상을 갖는 단면에서의 우수한 작업성이 가능한 장점이 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 콘크리트 구조물의 단면 보수보강용 모르타르 조성물은 상기 시멘트 혼합물 외에 포졸란 5 내지 20 중량%, 충전재 5 내지 20 중량%, 섬유 0.1 내지 5 중량%, 고분자 수지 1 내지 8 중량% 및 규사 20 내지 50 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 포졸란은 장기적인 내구성을 향상시키기 위한 구성으로, 슬래그 분말, 플라이 애쉬, 실리카퓸 및 메타카올린에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 그 함량은 상기 모르타르 조성물 중 5 내지 20 중량% 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 5 중량% 미만으로 너무 적으면 내구성 향상 효과가 미미하고, 20 중량%를 초과하여 너무 많으면 초기 압축 강도가 저하될 가능성이 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 충전재는 석회석, 석분 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 그 입경의 제한은 없다. 상기 충전재는 본 발명의 단면 보수보강용 모르타르 조성물에 있어서 충전재 5 내지 20 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 만약 함유량이 5 중량% 미만일 경우에는 경화체의 수축을 억제하는 효과가 미미하여 건조수축량이 증대될 우려가 있으며, 비경제적이다. 20 중량%를 초과일 경우에는 충전재량이 과도해져 유동성 및 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 섬유는 휨강도, 인장 강도 증진은 물론 양생크랙 발생을 줄일 수 있어 내구성 증가시키며, 시공될 보수 모르타르에 묻혀 접착력을 증가시키기 위한 구성으로, 셀룰로오스, 폴리프로필렌섬유 및 폴리에틸렌섬유로부터 선택되는 1종 이상의 섬유를 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 단면 보수보강용 모르타르 조성물에 있어서, 상기 섬유는 0.1 내지 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 만약 0.1 중량% 미만으로 사용하는 경우 휨강도, 인장강도의 증진 효과를 전혀 기대 할 수 없으며, 5중량%를 초과하는 경우 물의 사용량의 증가로 작업성이 나빠져 작업이 힘들며 고가의 재료이므로 비경제적인 문제점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 수지는 모르타르의 경화 전 상태에서 유동성 증가, 작업성 개선 및 작업시간 증대 효과를 나타내며, 경화 후에는 표면 부착력 증가, 응집력 증가, 굴곡강도 증가, 굴곡성 증진 및 방수력 증대의 성능 발현시키기 위한 구성으로, 1 내지 8 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, EVA계, NR(Natural Rubber)계, NBR(Natural Rubber-Butadien Rubber), SBR(Styrene-Butadien Rubber) 및 폴리비닐아세테이트계 수지로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 규사는 평균입경이 10 ㎜ 내지 20 ㎜ 인 중사 20 내지 40 중량% 및 평균입경이 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜ 인 세사 60 내지 80 중량%를 포함하는 것으로, 그 함유량은 20 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 단면 보수보강용 모르타르 조성물은 콘크리트와 보수 모르타르 사이에 우수한 접착력을 발현하여, 콘크리트의 보수보강이 예상되는 구조물, 특히 건축물, 교량 및 정수장의 콘크리트 보수보강에 들뜸과 균열을 방지할 수 있다.
또한, 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강을 위하여 수중불분리제를 0.1~3 중량% 범위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 수중불분리제는 수중에서 모르타르 조성물의 점성을 향상시켜 분해되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로, 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스와 같은 메틸계 셀룰로오스; 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스와 같은 에틸계 셀룰로오스; 히드록시프로필셀룰로오스와 같은 프로필계 셀룰로오스에서 선택되는 셀룰로오스계 증점제를 사용할 수 있다. 그 함량은 0.1 ~ 3 중량%를 사용하는 것이 적절한 점성을 발현하므로 바람직하다. 필요에 따라 수중에서의 점성을 더욱 증가시키기 위하여 수용성 아크릴계 수지 분말을 더 첨가할 수 있다. 수용성 아크릴계 수지분말은 수중불분리제 100 중량부에 대하여 1 ~ 30 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 방법으로 제조된 초속경시멘트는 Al2O3의 공급원인 인조대리석 폐기물, CaO의 공급원인 시멘트 슬러지, CaSO4의 공급원인 인산부산석고 또는 배연탈황이수석고를 상기 혼합비율로 혼합하여 사용함에 따라, 칼슘설포알루미네이트와 칼슘알루미네이트를 형성한다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 물과 혼합되면 수화반응에 의해 주로 에트린자이트(ettringite) 또는 수산화칼슘 등을 생성하여 수화를 촉진시키는 작용을 한다. 또한 수화반응에 의하여 생성된 침상결정의 에트린자이트는 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 미세 공극을 충진하여 강도를 발현시키거나 팽창시키는 역할을 하므로 강도가 우수하며 경화속도가 빠른 모르타르를 제조할 수 있다. 상기 칼슘알루미네이트는 CaO와 Al2O3를 주성분으로 하는 수화활성을 갖는 물질의 총칭이다. 구체적으로는, 상기 칼슘알루미네이트는 물과 반응하여 여러 가지 칼슘알루미네이트 수화물을 형성하는데 반응초기에 빠르게 이루어지므로 초속경성을 나타내는 모르타르 조성물을 제조할 수 있다.
또한 본 발명은 필요에 따라 상기 시멘트 혼합물 100 중량부에 대하여, 분산제 0.1 ~ 10 중량부, 소포제 0.01 ~ 3 중량부, 지연제 0.01 ~ 10 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 모르타르의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 한다. 상기 분산제로서는 통상의 감수제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합사용이 가능하다. 상기 분산제의 함량은 상기 시멘트 혼합물 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 상기 성능 발현이 이루어지지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우 과다 사용으로 인해 모르타르 점성이 저하하여 재료분리가 발생되는 단점을 지닌다.
상기 소포제는 모르타르 내의 거대 기공을 제거하여 모르타르의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용된다. 소포제로는 등유, 유동 파라핀 등과 같은 광유계 소포제; 동식물유, 참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제; 올레인산, 스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 지방산계 소포제; 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울레이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제; 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌솔비탄지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬(아릴)에테르황산에스테르염류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류, (폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제; 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제; 아크릴레이트아민 화합물 등과 같은 아미드계 소포제; 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제; 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제; 디메틸실리콘유, 실리콘 페이스트, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산), 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다. 상기 소포제는 상기 시멘트 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01~3 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 0.01 중량부 미만으로 사용하는 경우 교반 시 발생되는 기포를 제거하는 성능이 현저하게 낮아지며, 3 중량부를 초과하는 경우 조성물의 강도를 저하시키는 단점이 있다.
상기 지연제는 시멘트 혼합물의 수화속도를 조정하여 일정기간 작업성을 확보할 목적으로 첨가될 수 있다. 지연제로는 붕산과 붕사, 붕산나트륨, 붕산칼륨과 같은 붕산염류, 글루콘산, 시트릭산, 타르타르산, 글루코헵톤산, 아라본산, 사과산 또는 구연산 및 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄, 트리에탄올아민 등의 무기염 또는 유기염 등의 옥시카복실산; 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아비토오스, 리포오즈, 이성화당 등의 단당류나, 2당, 3당 등의 올리고당, 또는 덱스트린 등의 올리고당, 또는 덱스트란 등의 다당류, 이들을 포함하는 당밀류 등의 당류; 솔비톨 등의 당알콜; 규불화 마그네슘; 인산 및 그의 염 또는 붕산 에스테르류; 아미노카복실산과 그의 염; 알칼리 가용 단백질; 푸민산; 탄닌산; 페놀; 글리세린 등의 다가알콜; 아미노트리(메틸렌포폰산), 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산) 및 이들의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등의 포스폰산 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 그 함량은 상기 시멘트 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 10 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 단계에서 상기 모르타르 조성물을 도포 시 1회 이상 반복 시공하는 경우 대상면과의 접착성을 위해 치핑된 단면의 최외 표면을 연마하여 거칠게 마감하는 것이 바람직하다. 상기 도포하는 단계는 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설 시 5 ~ 15mm, 2차 및 3차 타설시 20 ~ 50mm, 최종 타설 시 5 ~ 15mm로 시공 및 미장하는 것이 바람직하나 상기 두께는 치핑된 콘크리트의 두께에 따라 변경 가능하다.
4. 기능성 도료 조성물 도포
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법은 상기 모르타르 조성물을 사용한 마감 작업 후에 표면 기능을 향상시키기 위하여 기능성 도료 조성물을 상기 모르타르 마감된 표면에 도포하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 주제로서 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 포함하고 여기에 가교성 모노머를 반응 성분으로서 추가로 포함하며, 고로 슬래그를 충전재로 포함하고 수산화금속염을 주제의 경화제 성분으로 포함하며, 여기에 유해 금속을 흡수하고 항균 작용을 할 수 있는 성분으로서 세라믹 분말 혼합물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 주제 성분으로 사용되는 상기 변성 불포화 폴리에스테르 다음과 같은 순서로 제조된다. 즉 먼저, 다가 알코올과 다염기산을 축합 반응시켜 중간체를 제조하고, 상기 제조된 중합체와 아민 화합물을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 후, 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 상기 변성 불포화폴리에스테르에 가교성 모노머를 혼합하여 본 발명의 강재 및 콘크리트 보호용 도료 조성물의 주제로 사용한다.
본 발명에서 상기 다가알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3 프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산 디올, 1,4-사이클로 헥산 디메틸올, 디하이드록시-2,2-디메틸 프로필 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 글리세린등 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 다염기산은 불포화 다염기산 및 포화 다염기산을 사용할 수 있다. 상기 불포화 다염기산은 푸마르산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산, 무수이타콘산, 테트라히드로프탈산, 무수테트라히드로프탈산, 테트라브로모무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산, 무수헤트산(chlorendicacid) 및 무수하이믹산(himic acid)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 포화 다염기산은 메틸테트라히드로무수프탈산, 프탈산, 무수프탈산, 할로겐화무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사히드로프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 호박산, 말론산, 글루타르산,아디핀산, 세바신산, 1,12-도데칸2산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산무수물, 4,4'-비페닐디카르복실에서 선택되는 어느 하나
또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 아민 화합물는 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트중에서 선택되어 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어지는 중간체는 구체적으로 다가 알코올 40~45 중량%, 포화 다염기산 20~30 중량% 및 불포화 다염기산 25~35 중량%를 축합 반응시켜 제조할 수 있다. 또한 반응 과정에서 매 시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하고 냉각하여, 가드너 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g인 중간체를 얻을 수 있다.
상기 중간체를 축합 반응할 때 150 ~ 200℃의 범위 내인 것이 겔화를 방지하는데 바람직하고, 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g 범위 내인 것이 건조성, 내수성, 부착성 면에서 바람직하다.
이어서 상기 합성된 중간체 100 중량부에 대하여 아민 화합물 0.1 ~ 10 중량부를 함유하는 반응물과 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성한다. 이때, 상기 아민 화합물의 함량이 0.1 중량부 미만이면, 생성되는 변성 불포화폴리에스테르 수지의 입자에 충분한 안정성을 부여하지 못하여 반응 후에 응고물이 생성될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면, 최종 물성에서 내수성이 저하되고, 경화도막이 깨지기 쉬운 우려가 있다.
이어서, 상기 합성된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다. 이때, 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 상기 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부, 상기 트리메틸올프로판트리아크릴레이트는 15 ~ 25 중량부를 첨가하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 수 있다. 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 때 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 함량이 15 중량부 미만이거나 25 중량부를 초과하면, 내후성 및 표면경도가 떨어질 수 있고, 상기 펜타에리트리톨폴리아크릴레이트의 함량이 0.1 중량부 미만이면 가교성이 떨어져 표면경도가 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 내후성 및 요변성이 떨어질 수 있다.
상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지는 점도 3 ~ 9 Poise (25℃, 브룩필드 점도계), 불휘발분 80 ~ 90 % 및 산가 5 ~ 13 ㎜KOH/g인 것이 바람직하다. 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지의 점도, 불휘발분, 산가의 범위가 상기의 범위일 때, 표면경도, 경화성, 내수성 및 요변성면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지 외에 반응성 성분으로서 가교성 모노머를 포함하는데, 그 혼합비율은 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35중량부로 이루어진다. 상기 가교성 모노머의 함량이 10 중량부 미만이면 표면경도, 내열성 및 경화성이 떨어지고, 20 중량부를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 부착성 및 요변성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 상기 가교성 모노머는 스티렌, 아크롤로니트릴, 아크릴이미드, 디아세톤아크릴이미드, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 히드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 충전재로서 모르타르에 대한 친화성이 우수한 고로 슬래그를 충전재로서 포함한다.
고로 슬래그는 주 성분으로서 CaO, SiO2, Al2O3, MgO, Fe2O3 등의 금속수산화물의 혼합물로 이루어지는데, 각 금속수산화물의 함량 비율은 CaO 30~50 중량%, SiO2 30~50 중량%, Al2O3 10~30 중량%, MgO 1~10 중량% 및 Fe2O3 1~3 중량%를 포함한다. 상기 고로 슬래그는 그 성분이 시멘트 성분과 유사하여 시멘트와의 친화성이 우수하고 또한 강재 성분과도 친화성이 우수한 특징이 있다. 본 발명에서는 이러한 성질을 이용하여 도료 조성물의 충전재로 고로 슬래그를 사용함으로써 대상물인 모르타르 표면과의 접착성을 높이고 동시에 내구성 및 내마모성을 증진시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 주제 성분의 경화를 촉진하기 위한 성분으로서 수산화금속염을 사용한다. 기존의 에폭시계 수지를 이용한 도료 조성물의 경우 경화제로서 폴리아미드 또는 아민류를 사용하였는데, 이 경우 응력이 크고 흡습성이 높으며 유연성이 낮아 시간이 경과함에 따라 피도체면과의 밀착성이 떨어지고 침투하는 산 성분을 중화시키는 내부 성분 부족으로 도료 자체는 물론 피도체의 장기 내구성을 확보하기 어려운 문제가 발생하였다.
본 발명에서는 주제 성분을 에폭시 수지로 사용하지 않고 변성 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하였으며, 아민류 경화제를 사용하는 것이 아니라 수산화금속염을 경화제로 사용하는 것을 특징으로 한다. 수산화금속염은 상온 경화가 일어나므로 흡습성을 낮출 수 있으며, 수분면의 도색도 가능하다.
또한, 상기 수산화금속염은 본 발명의 충전재인 고로 슬래그와 그 성분이 유사하므로 피도체면과 화학적으로 반응하여 부착강도와 내구성을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 기능성 도료 조성물에는 상기 성분 외에 기존의 에폭시 수지, 예를 들어 비스페놀 A, 비스페놀 F계의 에폭시 수지도 더 포함될 수 있는데 그 사용량은 소량 적용하는 것이 바람직하고 구체적으로는 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 상기 에폭시 수지의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 내수성 및 내후성 개선 효과가 크게 나지 않고 또한, 유해 성분의 방출을 방지하기 어려워지므로 상기 함량 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 수산화금속염의 종류로는 NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 등을 예로 들 수 있다.
본 발명에서 상기 수산화금속염의 사용량은 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~10 중량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 상기 성분 외에 유해 성분 흡착 및 항균성 부여 등의 기능성을 제공하기 위하여 세라믹 분말을 추가로 포함한다. 본 발명에서 사용되는 세라믹 분말은 정장석, 조장석 및 회장석으로 이루어진 분말 혼합물을 사용하며, 그 함량은 상기 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 30~50 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 세라믹 분말 혼합물은 분말의 크기가 0.01~10 ㎛ 범위에 드는 것을 사용하는 것이 좋고, 각각의 혼합 비율은 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 정장석, 조장석 및 회장석은 기존의 기능성 첨가제로 사용되던 황토, 숯, 맥반석 등에 비해 음이온 방출이나 실내 공기 정화력 및 인체 건강 증진 효과가 훨씬 탁월한 장점이 있으나 종래에는 이러한 성분을 도료 조성물에 포함시키는 연구가 진행된 적이 없다.
본 발명자들은 상기 정장석, 조장석 및 회장석이 미세한 미립자로 첨가될 경우, 유해 성분과 중금속을 무력화시키고 산성 체질을 알칼리성으로 바꿔주며, 세포를 활성화시켜 혈행을 좋게 하고 또한 항균 작용을 할 수 있음을 발견하였다. 또한, 도료 조성물에 포함될 경우에는 그 안정성이 확보될 수 있고 유효한 원적외선과 음이온을 다량 방출하며, 세포의 생리 작용을 활발하게 하고 열적인 에너지 복수가 뛰어나 모세혈관을 확장시켜 혈액 순환을 원활하게 함으로써 신진대사를 촉진시킬 수 있음을 발견하였으며, 이러한 성분들을 도료 조성물에 포함시킴으로써 동일한 효과를 가져올 수 있어 도료 조성물에 기능성을 부여할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 상기 세라믹 분말 혼합물을 포함함으로써 VOCs 등 환경 오염 물질의 방출을 차단할 수 있고, 인체에 유익한 원적외선과 음이온을 방출하는 동시에, 항균성, 항곰팡이성 등의 부수적 효과까지 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는 장시간 경과시 피도면과 도장면이 분리되는 것을 방지하기 위하여 연성 수지를 추가로 포함할 수 있다. 연성수지는 도장면의 유연성을 높여 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때 사용되는 연성 수지로서는 아크릴수지, 메타크릴수지, 우레탄수지, 페녹시수지, 스티렌수지, 천연고무, SBR, NBR 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1~5.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함될 수 있는데, 그 첨가제로 분산제, 증점제, 소포제, 안료, pH조절제, 동결방지제, 방부제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 첨가제는 주제 성분 100 중량부를 기준으로 0.1~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내수성과 내후성 및 표면 강도도 우수하며, 원적외선 방사, 음이온 발생 효능이 우수하고 항균, 항곰팡이 기능을 구비한 세라믹 분말을 사용하기 때문에 페인트의 독성을 억제할 수 있음은 물론, 항균성과 원적외선 및 음이온 효과로 인해 실내 악취를 제거할 수 있고 인체의 신진 대사를 활성화시키는 효과도 갖는다.
본 발명에 따른 상기 기능성 도료 조성물은 1회 도장만으로도 내구성, 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 기능성 도료 조성물은 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. (1) 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 단면을 다듬는 단계;
    (2) 상기 다듬어진 콘크리트 단면의 양 끝단에 앵커볼트(anchor bolt)를 각각 천공하여 설치하고 앵커볼트의 두부에 아라미드 섬유를 정착시킨 후 아라미드 섬유에 일정한 인장(pre-tension)을 가해주고 고정시키는 단계; 및
    (3) 상기 인장 및 고정된 아라미드 섬유가 설치된 구조물 단면에 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 45 내지 70 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 30 내지 55 중량부를 포함하는 팽창시멘트와 포틀랜드 시멘트를 혼합한 시멘트 혼합물을 전체 모르타르 조성물 중 20 내지 50 중량%로 함유하는 모르타르 조성물을 도포하여 상기 아라미드 섬유와 앵커 볼트가 외부에 노출되지 않도록 표면을 마감하는 단계; 및
    (4) 상기 마감된 표면에 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물을 도포하는 단계를 포함하며,
    상기 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물은 다가 알코올과 다염기산의 축합 반응에 의해 얻어진 중간체와 아민 화합물을 반응시켜 얻어진 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 얻어지는 변성 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부와 가교성 모노머 10~35 중량부, 고로슬래그 10~20 중량부, 수산화금속염 0.1~10 중량부, 및 정장석, 조장석 및 회장석로 이루어진 세라믹 분말 혼합물 30~50 중량부를 혼합하여 얻어지는 도료 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)단계는
    (가) 상기 치핑된 콘크리트 단면의 양 끝단에 앵커볼트를 삽입할 삽입홀을 천공하는 단계;
    (나) 상기 천공된 각 삽입홀에 앵커볼트를 삽입하고 고정하는 단계;
    (다) 상기 고정된 앵커볼트의 각 두부에 아라미드 섬유의 양단을 정착시키는 단계; 및
    (라) 상기 고정된 앵커볼트의 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 회전시켜 아라미드 섬유에 일정한 인장을 가해주고 고정시키는 단계
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 앵커볼트에 고정 설치되는 아라미드 섬유는 치핑된 콘크리트 단면에서 서로 수직 및 수평으로 설치되어 망사형 네트워크를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 망사형 네트워크를 이루도록 설치함에 있어 프리 텐션을 가한 후에 수직 및 수평의 아라미드 섬유가 접하는 부분의 일부 또는 전부에 바인더를 이용하여 서로 연결 및 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (4)의 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물에 포함되는 세라믹 분말 혼합물은 정장석 30~50중량%, 조장석 20~40 중량% 및 회장석 10~30 중량%의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (4)의 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물에 포함되는 고로 슬래그는 CaO 30~50 중량%, SiO2 30~50 중량%, Al2O3 10~30 중량%, MgO 1~10 중량% 및 Fe2O3 1~3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 상기 (4)의 콘크리트 표면 보호용 기능성 도료 조성물에 포함되는 수산화금속염은 NaOH, KOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 방법.
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