KR101482976B1 - 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물의 높은 침투력과 부착력으로 중성화된 콘크리트 구조물 내부에 깊숙이 침투하여 pH 8.2 ~ 10 정도로의 중성화된 콘크리트 구조물의 알칼리도를 pH 11 이상으로 회복시킬 수 있으며, 그 구조물의 결정밀도가 감소된 곳에서 시멘트 수화물과 반응하여 미세균열을 메워줌으로써 견고한 접착강도를 부여할 수 있는 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법{Permeability Primer for Repairing Alkali of Concrete Structure and Method for Repairing the Same Thereof}
본 발명은 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 단면복구공법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물의 내구성능을 평가하는데 있어서 중요 열화현상 중의 하나인 콘크리트의 탄산화는 대기 중의 이산화탄소(CO2) 등의 침식성 가스 침투로 인한 콘크리트의 강알칼리성 손실과, 내부철근에 대한 방식기능의 손실 정도를 확인하기 위한 기준이 된다.
이러한 탄산화는 콘크리트 구조물 자체에 유해하지는 않지만 부동태 피막의 파괴로 인한 콘크리트 내의 철근을 부식시키게 되고, 콘크리트의 탄산화 판정은 1% 페놀프탈레인 용액을 콘크리트 표면에 분무하여 판정하며, 이때 알칼리성(pH 13.5) 부분은 적자색으로 변색되고, 변색되지 않은 부분을 탄산화된 것으로 판정한다.
한편, 철근 부근에 부동태 피막이 생성되기 위해서는 pH 11 이상의 강알칼리 환경이 필요한데, 콘크리트의 부동태 피막은 pH 10.4 이하에서 파괴되어 철근의 부식이 시작되며, 콘크리트의 탄산화가 진행되면 pH값이 8.2~10 정도로 되어 부동태 피막이 파괴되는 이유로, 최근 급증하고 있는 산성비 또는 교통량의 증대에 따른 배기가스의 증가 등과 같은 환경적인 요인들로 인해 콘크리트 구조물의 중성화(탄산화)가 촉진되고 있어 중성화에 대한 구조물의 내구성 회복 및 내용년수 향상이 가능한 보수 재료나 공법의 개발이 시급히 요구되는 실정이다.
지금까지 국내외에서 일반적으로 이용되고 있는 콘크리트 구조물의 프라이머는 알칼리계 실리케이트로 이루어져 있다. 이러한 알칼리계 실리케이트는 표면장력이 작더라도 콘크리트 주성분인 칼슘 이온과 빠르게 반응하여 칼슘 실리케이트를 형성한다. 이러한 칼슘 실리케이트는 불용성이면서 화학적으로 매우 안정된 산화물로 콘크리트의 표면을 보호해주나, 침투력이 수 mm에 불과하여 콘크리트 내부에 깊숙이 침투되지 못하는 문제점을 가지고 있어 콘크리트 구조물의 성능 회복을 시키기에는 어려운 단점을 가지고 있다.
따라서, 침투력이 우수하고, 안정된 표층 강화 기능과 보호기능을 갖는 콘크리트 구조물의 프라이머 개발이 시급하다.
본 발명의 주된 목적은 콘크리트 구조물의 중성화(탄산화)된 부분에 깊숙이 침투시켜 콘크리트의 알칼리도를 회복시키고, 시멘트 고형물의 결정 밀도가 떨어진 공극을 채워 표면 강화와 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 물 10 ~ 20중량%, 침투 전착제 0.5 ~ 2.5 중량%, 양성용매 1 ~ 5중량% 및 실란 0.5 ~ 2.5 중량%, 수용성 스티렌아크릴 수지 70 ~ 85중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 침투 전착제는 비중(20℃)이 1.02 ~ 1.12g/cm3이고, 에틸렌옥사이드(EO) 몰수가 5 ~ 15이며, HLB 값이 10 ~ 15이고, 점도가 200 ~ 300cp인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 침투 전착제는 비이온성 폴리에틸렌옥사이드계 화합물인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 침투성 프라이머는 pH 10 ~ 12인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 콘크리트 구조물의 이물질과 열화된 부분을 제거하는 표면처리 단계; 상기 표면처리된 콘크리트 구조물에 본 발명의 침투성 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계; 상기 표면처리된 콘크리트 구조물의 노출된 철근에 방청 코팅재를 코팅하는 방청코팅재 도포단계; 상기 방청코팅재 도포단계 후, 상기 침투성 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물에 단면복구용 모르타르를 도포하는 모르타르 도포단계; 및 상기 모르타르가 도포된 콘크리트 구조물에 중성화 방지용 코팅재로 마감처리하는 마감처리 단계를 포함하는 단면복구공법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 단면복구용 모르타르는 편상 구조의 실리케이트계 광물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 방청 코팅재는 인산염계 방청 코팅재인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명이 바람직한 다른 구현예에서, 상기 중성화 방지용 코팅재는 스티렌아크릴 공중합체 및 우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 침투성 프라이머는 콘크리트 구조물의 높은 침투력과 부착력으로 중성화된 콘크리트 구조물 내부에 깊숙이 침투하여 pH 8.2 ~ 10 정도로의 중성화된 콘크리트 구조물의 알칼리도를 pH 11 이상으로 회복시킬 수 있으며, 그 구조물의 결정밀도가 감소된 곳에서 시멘트 수화물과 반응하여 미세균열을 메워줌으로써 견고한 접착강도를 부여할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 침투성 프라이머는 휘발성 유기용제를 함유하지 않고 물과 친수성 원료를 사용함으로써, 유기용제에 의한 중독, 화재 발생 등의 염려가 없어 작업 안정성이 우수하고 친환경적인 콘크리트 구조물의 단면복구공법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단면복구공법은 콘크리트 구조물의 중성화된 부분에 높은 침투력을 갖는 침투성 프라이머를 침투시킴으로써, 콘크리트 구조물의 알칼리도를 회복시키고, 고형물의 결정밀도가 떨어진 공극을 채워 표면강화와 미세균열 충전효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단면복구공법은 콘크리트 구조물의 표면을 보호하고, 외부로부터 수분, 염분 등의 유해성 물질의 침투로 인한 동해, 염해 등을 미연에 방지하여 외관 및 내구성 등의 증진 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머를 이용한 단면복구공법의 순서도이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, '콘크리트 구조물'이라 함은, 화학공장, 식품공장, 축사 바닥 등의 관련 구조물, 해양콘크리트 구조물, 건축구조물, 하수종말처리장, 수영장, 수중콘크리트 구조물, 지수구조물, 수리구조물, 지중구조물, 하수관거, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 신축이음부, 프리캐스트 제품 등의 구조물로서 콘크리트로 이루어진 구조물을 의미하는 것으로 사용한다.
본 발명은 일 관점에서 물 10 ~ 20중량%, 침투 전착제 0.5 ~ 2.5 중량%, 양성용매 1 ~ 5중량% 및 실란 0.5 ~ 2.5 중량%, 수용성 스티렌아크릴 수지 70 ~ 85중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머에 관한 것이다.
본 발명에 따른 침투성 프라이머는 스티렌아크릴 수지, 침투 전착제, 실란, 양성용매 및 물을 특정 함량으로 포함함으로써, 콘크리트 구조물의 높은 침투력과 부착력으로 중성화된 콘크리트 구조물 내부에 깊숙이 침투하여 pH 8.2 ~ 10 정도로의 중성화된 콘크리트 구조물의 알칼리도를 pH 11 이상으로 회복시킬 수 있으며, 그 구조물의 결정밀도가 감소된 곳에서 콘크리트 수화물과 반응하여 미세균열을 메워줌으로써 견고한 접착강도를 부여할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수용성 스티렌아크릴 수지는 침투성 프라이머와 콘크리트와의 결합력을 향상시켜 부착강도, 인장강도, 내구성 등을 증진시킬 뿐만 아니라, 수용성으로 유독성 물질을 유발하는 유기용제를 함유하지 않고 환경친화적으로 프라이머 도막을 형성시킬 수 있다.
상기 수용성 스티렌아크릴 수지는 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 70 중량% 미만이면 첨가량 대비 그 효과가 미미하고, 85중량%를 초과하면 오히려 부착강도 강도를 저해하는 동시에 가격경쟁력이 떨어지므로, 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 70 ~ 85중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 침투 전착제는 시공시 콘크리트 구조물의 탄산화된 부분에 침투성 프라이머를 깊숙이 침투시켜 탄산화된 콘크리트 표면의 강도를 회복시키는 역할로, 20℃의 비중이 1.02 ~ 1.12g/cm3이고, 에틸렌옥사이드(EO) 몰수가 5 ~ 15이며, HLB 값이 10 ~ 15이고, 점도가 200 ~ 300cp인 비이온성 화합물인 것이 바람직하고, 작업성과 가격측면에서 비이온성 폴리에틸렌옥사이드계 화합물인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 비이온성 폴리에틸렌옥사이드계 화합물로는 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 트리스티레네이티드 페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌 오레일에테르, 폴리옥시에틸렌 쎄틸에테르, 폴리옥시에틸렌 스티어릴에테르, 폴리옥시에틸렌 트리데실에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴아민, 폴리옥시에틸렌 스티어릴아민, 폴리옥시에틸렌 오레일아민 및 폴리옥시에틸렌 톨로우아민으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 침투 전착제는 상기 범위의 물성을 가지므로, 나머지 물질과의 상용성과 보존성이 좋아 작업성이 용이하고, 콘크리트 내부로의 침투성이 좋아 탄산화된 콘크리트 표면의 강도 회복력을 향상시킬 수 있다.
이러한 상기 침투 전착제는 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 0.5 ~ 2.5중량%를 포함한다. 만일 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 침투 전착제가 0.5중량% 미만을 첨가될 경우, 그 효과가 미미하고, 2.5중량%를 초과할 경우에는 도막 생성이 늦어지고, 프라이머의 부착강도가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명에 있어서 실란은 프라이머 도막의 강도를 높임과 동시에 수밀성 및 내수성을 개선하기 위하여 첨가되는 것으로, 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 0.5 ~ 2.5중량%를 첨가시킨다. 만일 실란이 0.5 중량% 미만으로 사용할 경우에는 수밀성 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있고, 2.5 중량%를 초과할 경우에는 강도가 증가되지 않고, 가격 경쟁력이 떨어진다.
상기 실란은 굴절율(refractive index)이 1.370 ~ 1.460이고, 인화점(flash point)이 90 ~ 120℃이며, 점도(25℃)가 3 ~ 13mPa·s이고, 중량평균분자량이 200 ~ 500g/mol인 무색 투명 액체로 사용됨으로써, 수용성 스티렌아크릴 수지가 가지지 못하는 침투성 부착성능을 부여하게 된다.
상기 실란의 일 예로는 아미노프로필트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 등일 수 있다.
본 발명에서 있어서, 상기 양성용매는 수성과 유성의 재료를 모두 용해시킬 수 있는 용매로, 본 발명의 프라이머에 포함됨으로써, 빠른 용해력과 침투력 보강 효과를 나타낸다.
이때, 상기 양성용매로는 바람직하게는 이소프로필 알코올, 셀루솔브 아세테이트, 부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸 알코올, 에틸알코올 등을 사용할 수 있으며, 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 1 ~ 5중량%를 포함하는 것이 용해력과 침투력 증진을 증진시키고, 작업성을 개선하는데 바람직하다.
또한, 물은 수용성 스티렌아크릴 수지, 침투 전착제, 실란 등의 원료를 혼합 및 희석시키는 것으로, 침투성 프라이머 총 중량에 대하여, 10 ~ 20중량%를 포함하는 것이 프라이머의 점도 상태 조절을 용이하게 하고, 균일한 도막을 형성하는데 바람직하다.
본 발명에 있어서, 첨가제는 프라이머의 특성을 크게 저해하지 않는 범위 내에서 첨가될 수 있으며, 당업계에서 소포제, 증점제, 침강방지제, 흐름 방지제, 방균제 등 통상적으로 사용되는 성분을 의미하고, 콘크리트 구조물의 용도나 도포방법 등에 따라 상기 성분들 중 1종 이상을 선택하여 용이하게 사용하는 것이 가능하다.
상기 첨가제는 프라이머의 점도 상태 조절 및 도막 형성 측면에서 수용성 스티렌아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 10 중량부로 포함하나, 상기 첨가제의 종류에 따라 그 사용량은 각각 다르기 때문에, 본 실시예의 첨가제 각각의 사용량은 본 발명을 제한하는 요소가 아니다.
상기 소포제는 도막 내의 기포 발생 등 도막 결합을 방지하기 위한 것으로, 기포가 도막 내에 잔존할 경우 소지와의 부착불량 또는 물리적 물성의 저하를 가져올 수 있다. 소포제의 일 예로는 소포력을 극대화하는 측면에서 실록산계, 실리콘계 등의 소포제를 사용할 수 있다.
또한, 도막 형성시 평활성, 즉 도막 형성을 돕는 측면에서 증점제를 포함할 수 있는데, 유기 용제의 사용을 줄이기 위해 수용성 증점제인 것이 유리하고, 증점제의 일 예로는 변성 규산염 점토계, 수용성 아크릴계 등의 증점제일 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 알칼리 회복용 침투성 프라이머는 침투성 소지조정재로서의 역할을 하며, 유백색 액상의 pH 10 ~ 12인 알칼리성 폴리머 상태가 되어 표준상태 및 습윤상태의 콘크리트 표면에 뛰어난 침투성을 발휘할 수 있고, 콘크리트 내부에 침투된 프라이머는 콘크리트 표면을 강화시켜주는 한편, 유기 용제에 의한 유해성과 화재 위험을 제거하여 안정성과 작업성을 향상시켜 주는 효과가 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 콘크리트 구조물의 이물질과 열화된 부분을 제거하는 표면처리 단계; 상기 표면처리된 콘크리트 구조물에 본 발명의 침투성 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계; 상기 표면처리된 콘크리트 구조물의 노출된 철근에 방청 코팅재를 코팅하는 방청코팅재 도포단계; 상기 방청코팅재 도포단계 후, 상기 침투성 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물에 단면복구용 모르타르를 도포하는 모르타르 도포단계; 및 상기 모르타르가 도포된 콘크리트 구조물에 중성화 방지용 코팅재로 마감처리하는 마감처리 단계를 포함하는 단면복구공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 단면복구공법은 도 1에 나타난 바와 같이, 콘크리트 구조물의 열화된 부분과 이물질을 제거하고(SSG-100), 상기 표면처리된 콘크리트 구조물에 본 발명에 따른 침투성 프라이머를 도포(SSG-200)한 후, 노출된 철근에 방청코팅재를 코팅하고(SSG-300), 침투성 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물에 단면복구용 모르타르를 도포(SSG-400)한 다음, 중성화 방지용 코팅재로 마감처리(SSG-500)하는 단면복구공법으로, 콘크리트 구조물의 중성화된 부분에 높은 침투력을 갖는 침투성 프라이머를 깊숙이 침투시킴으로써, 콘크리트 구조물의 알칼리도를 회복시키고, 고형물의 결정밀도가 떨어진 공극을 채워 표면강화와 미세균열 충전효과를 발휘할 수 있다.
상기 표면처리 단계(SSG-100)는 염해, 중성화(탄산화), 화학적 부식 등과 같은 노후화 현상에 의해 발생된 표면 콘크리트에서의 피복재 탈락, 조골재 노출, 녹물, 들뜸 부위 및 부식을 제거하는 단계로, 열화된 콘크리트 표면을 그라인더 등의 공구를 이용하여 완전 제거한 다음, 치핑된 구조물의 표면을 100 ~ 200kg/m2의 고압 세정기를 사용하여 이물질을 완전히 제거한다.
상기 프라이머 도포단계(SSG-200)는 중성화된 콘크리트로 인한 콘크리트 표면의 접착강도를 높여주고 추가적인 철근 부식의 진행을 방지하기 위하여 콘크리트 알칼리를 회복시켜 주는 단계로, 로울러나 도료작업용 붓, 스프레이건 등을 사용하여 전술된 본 발명에 따른 침투성 프라이머를 도포한다.
구체적으로 콘크리트는 탄산화 작용에 의해 중성화가 진행됨에 따라 철근이 부동태 피막이 파괴되고 부식이 발생한다. 따라서 중성화된 콘크리트는 추가적인 철근 부식의 진행을 방지하기 위하여 알칼리를 회복시켜야 한다. 이에, 본 발명에서는 프라이머로 수용성 스티렌아크릴 수지, 침투 전착제, 실란, 양성용매 및 물을 특정함량으로 포함함으로써, 침투성과 반응성이 우수하여 콘크리트와 높은 접착강도를 발현하게 되고, 콘크리트 내부 속으로 깊숙이 침투되어 콘크리트 구조물 열화면의 강도를 회복시키게 된다.
상기 방청코팅재 도포단계(SSG-300)는 노출된 철근의 부식을 방지하기 위한 단계이다. 철근 부식은 부피 팽창으로 인한 콘크리트의 파괴를 유발한다. 따라서 철근을 보호할 방청코팅재가 중요하며, 여러 종류의 철근 방청코팅재 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 방청코팅재로, 아질산계 방청코팅재와 인산염계 방청코팅재제를 사용할 수 있으나, 생물학적 독성이 적으면서 시멘트 중의 다가금속이온과 강력한 착염을 형성하는 인산염계 방청코팅재를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 인산염계 방청코팅재는 철근의 음극에서 형성된 철 이온이 인산염과 반응하여 불용성의 인산철을 형성하며, 이는 철근에 부동태 피막을 형성하여 부식을 방지하고, 인산염 방청코팅재로 코팅된 철근에 시멘트 제품이 타설되면, 시멘트 중의 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 이온 등과 같은 다가 양이온과 반응하여 시멘트 수화물과 일체화를 이루는 강력한 착염을 형성함으로써, 콘크리트와 철근의 일체화를 증진 시키는 효과를 구비하게 된다.
상기 인산염계 방청코팅재로는 제1 인산 아연, 제1 인산 망간, 제1 인산 철, 유리인산, 촉진제 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 방청코팅재는 노출된 철근의 녹 등 이물질을 완전히 처리한 후에 철근 표면에 도료작업용 붓, 스프레이건 등의 공지의 방법으로 균일한 두께로 도포한다.
상기 모르타르 도포단계(SSG-400)는 상기 방청코팅재 도포단계 후, 상기 침투성 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물에 단면복구용 모르타르를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 단면을 복구하고, 내구성을 증대시켜 콘크리트의 열화를 억제시키는 단계이다.
상기 단면복구용 모르타르는 콘크리트 구조물의 단면복구에 사용되는 통상의 모르타르이면 제한 없이 사용가능하나, 물의 내부 침투방지나 강도증가를 위해 통상의 모르타르 조성에 판상 구조의 실리케이트계 천연광물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 판상 구조의 실리케이트계 천연광물로는 견운모, 백운모, 질석, 마이카 등일 수 있고, 강도나 물의 침투방지 측면에서 바람직하게는 굳기가 2 ~ 2.5이고, 비중이 2.7 ~ 3인 견운모일 수 있다.
본 발명에 따른 모르타르는 바람직한 일 예로 포틀랜트 시멘트 25 ~ 40 중량%, 규사 40 ~ 60중량%, 알루미나 시멘트 2 ~ 10 중량%, 폴리머 분말수지 1 ~ 5중량%, 기능성 혼화제 1 ~ 5중량%, 유동화제 0.2 ~ 1 중량%, 합성섬유 0.1 ~ 0.5 중량%, 실리카 흄 0.1 ~ 2중량%, 슬래그 1 ~ 5중량% 및 천연광물 0.5 ~ 2.5중량%를 포함할 수 있고, 상기 범위 내의 성분으로 이루어진 모르타르는 모르타르의 내구성을 증대시키고, 콘크리트의 열화 부분에 대한 보수효과를 극대화할 수 있으며, 손상된 부위 또는 손상이 예측되는 부위를 신속하게 원상태로 재생시킬 수 있다.
여기서, 상기 포틀랜트 시멘트는 모르타르의 강도 발현을 위한 주 결합재로 25 ~ 40중량%를 사용하고, 상기 규사는 천연규사 또는 분쇄한 인조규사로서 0.15 ~ 2.4mm 범위의 골재를 입도 별로 조절하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 알루미나 시멘트는 시멘트와 결합하여 단면복구 모르타르의 조기강도 발현을 위하여 사용하는 것으로, 모르타르 총 중량에 대하여, 2 ~ 10 중량%를 사용한다.
상기 폴리머 분말수지는 콘크리트 구조체와의 일체화를 위한 접착성, 공극 충진에 의한 물 및 유해물질의 침투방지성 및 수축저감, 내마모성, 휨 및 충격에 저항하는 역학 특성, 작업중의 재료분리를 방지하는 점성 부여 등의 역할을 수행하는 것으로, 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA), 스티렌 부타디엔 러버(styrene butadiene rubber), 아크릴계 수지 등을 사용할 수 있다.
이러한 폴리머 분말수지는 중량범위 미만에서 특성발현이 미미하고, 그 범위를 초과한 경우에는 시멘트 입자를 코팅하여 수화작용을 방해하기 때문에 과도한 압축강도 저하를 나타내어 상기에 기술한 중량 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 기능성 혼화제는 지연제, 촉진제, 증점제, 소포제, 기타 무기질계 혼화재 등으로, 가사시간 조절, 적정 점성도 발현, 공기량 저감, 미장성 및 뿜칠성 증진 등 시공시 작업성과 연관된 통상의 공지된 혼화제를 상기에 기술한 중량범위에서 사용하는 것이 적합하다.
상기 유동화제는 분산제, 감수제 등으로도 불리고, 폴리카본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등을 사용하며, 동일한 작업성 조건하에서 물-시멘트 비를 낮추어 밀실한 구조체를 형성함으로써 모세관수를 감소시키는 역할을 한다. 즉, 상기 유동화제는 사용 원료의 표면에 코팅되어 전기화학적 반발력을 부여하기 때문에 입자를 고르게 분산시킴으로써, 응집된 입자 내부에 갇혀 있는 물을 활성화시켜 유동성에 기여를 할 수 있도록 함으로써 감수 또는 유동성 증진의 효과를 발휘한다.
상기 합성섬유는 강도를 향상시키기 위한 것으로, 친수성 특성이 있는 폴리비닐알코올계, 나일론계를 사용하며, 소량 사용해도 섬유로서의 특성이 충분히 발현되기 때문에 적정범위에서 첨가하고, 상기 범위 이상을 사용하면 섬유가 과도하게 부풀어 올라 제품 생산시 배출 및 포장이 곤란하다. 또한 합성섬유의 길이는 4 ~ 8mm 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 만일 섬유의 길이가 8mm를 초과하는 경우 섬유끼리 뭉치는 현상이 심하게 발생되고, 섬유 길이가 4mm 미만인 경우에는 효과적으로 강도를 향상시킬 수 없는 문제점이 있다.
이러한 모르타르는 통상적으로 콘크리트 단면복구에 사용되는 방법으로 도포할 수 있다.
상기 마감처리 단계(SSG-500)는 로울러나 도료작업용 붓, 에어스트레이건 등을 사용하여 중성화 방지용 코팅재를 모르타르가 도포된 콘크리트상에 도포하되, 구석진 곳이나 모서리 부분을 붓으로 먼저 도포한 다음, 넓은 면은 롤러나 스프레이를 이용하여 전체적으로 균일하게 도포하는 것이 바람직하다.
상기 중성화 방지 코팅재로는 콘크리트 구조물의 단면복구에 사용되는 통상의 중성화 방지 코팅재이면 제한 없이 사용가능하나, 기존의 수용성 도료보다 물성 및 내후성에서 우수한 성향을 가지도록 스티렌 아크릴 공중합체 및 우레탄 수지를 포함한다.
이때, 상기 수용성 스티렌 아크릴 수지는 고형분 47 ~ 49 중량%, 점도(25℃) 200 ~ 500 cps, pH 8 ~ 10, 유리전이온도(Tg) 12인 수지가 사용될 수 있으며, 상기 수용성 지방족 우레탄 수지로는 고형분 33 ~ 35 중량%, 점도(25℃) 100 ~ 300cps, pH 8~8.5, 비중(25℃) 1.11~1.17의 수지가 사용될 수 있다.
바람직한 일 예로 본 발명에 따른 중성화 방지 코팅재는 물 15 ~ 25 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량%, 방균제 0.1 ~ 1중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 증점제 0.1 ~ 1 중량%, 착색안료(백색) 20 ~ 30 중량%, 체질안료 10 ~ 15중량%, 수용성 스티렌 아크릴 공중합체 25 ~ 35중량% 및 수용성 지방족 우레탄 수지 10 ~ 15 중량%로 포함되는 것이, 염해, 동해, 중성화에 대한 저항성과 함께 내후성 측면에서 바람직하다.
여기서 물은 코팅재의 점도상태 조절을 용이하게 하고, 균일한 도막을 확보하기 위한 것으로 25 중량% 초과 함유 시 도료의 기능상실을 야기하고, 각 원료의 분산효과를 부여하기 위한 분산제의 경우 5 중량% 초과 함유 시 분산성 증진효과가 나타나지 않게 되며, 소포제 또한 범위 초과하여 사용 시에는 기포제거 효과가 발휘되지 않고 도막 결함이 나타나게 된다. 또한 코팅재 점도설정 및 흐름방지를 위한 증점제의 경우 범위 초과 함유 시에는 고점도로 작업성을 해치게 되고, 코팅재에 도막 강도를 부여하기 위한 수용성 스티렌 아크릴 공중합체의 경우 35 중량% 초과 함유시 도막의 성능이 저하될 수 있다.
또한, 연성을 부여하기 위한 우레탄 수지는 15 중량% 초과 함유 시 도막의 강도가 약해질 수 있고, 은폐력 부여를 위한 착색 안료는 초과 첨가 시 크랙 발생을 야기할 수 있다. 상기 중성화 방지용 코팅재는 콘크리트 구조물의 표면을 보호하고, 외부로부터 물, 이산화탄소, 염소, 황산염 등의 유해성 물질이 내부로 침입하는 것을 방지한다.
상기 중성화 방지용 코팅재는 단면복구 모르타르 위에 통상 2회 코팅을 실시한다. 코팅은 1회 실시 후 4시간 경과 후 표면이 마를 때 2회 코팅을 실시한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 단면복구공법은 콘크리트 구조물의 중성화된 부분에 높은 침투력을 갖는 침투성 프라이머를 침투시킴으로써, 콘크리트 구조물의 알칼리도를 회복시키고, 고형물의 결정밀도가 떨어진 공극을 채워 표면강화와 미세균열 충전효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 단면복구공법은 콘크리트 구조물의 표면을 보호하고, 외부로부터 수분, 염분 등의 유해성 물질의 침투로 인한 동해, 염해 등을 미연에 방지하여 외관, 내구성 등의 증진 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 상세히 설명하면, 다음과 같은 바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2: 침투성 프라이머 제조>
본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2의 침투성 프라이머의 세부적인 성분 및 함량은 다음 표 1과 같이 제조하였다. 먼저 본 발명의 침투성 프라이머를 제조하기 위하여 용기에 물과 침투 전착제를 투입한 후, 약 5분 정도 저속교반(500rpm)하면서 양성용매와 실란(모멘티브사, Silquest A-100)을 소량씩 각각 투입하여 균일 액상이 되도록 약 5분 정도 저속교반하여 투명 상태를 확인하였다. 이어서 수용성 스티렌아크릴 수지를 첨가한 후, 약 10분간 중속교반(900rpm)하여 균일액상으로 제조하고, 이를 저속교반하면서 방균제(씨지아이(주), SunBio BT-950) 및 소포제(한국산노프코(주), SN-DEFOAMER 399)를 첨가한 다음, 5분간 저속교반하여 기포를 소포시키면서 침투성 프라이머를 제조하였다. 상기 제조된 침투성 프라이머는 연한 유백색으로, 비중(25℃)은 1.00±0.05이고, 점도(Ford Cup #4, 25℃)는 14±2이며, pH 11인 것으로 확인되었다.
여기에서, 상기 투입순서가 변경될 경우에는 화학 반응에 의해 저장 안정성이 불안정하거나, 겔화될 수 있음에 따라 전술된 과정에 따라 침투성 프라이머를 제조하는 것이 바람직하다.
성분 함량(중량%)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
물 15.5 16.5 14.5 16.9 14.0
침투 전착제 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르
[비중(20℃): 1.07g/cm3, HLB: 13.2, EO몰수: 9, 점도(20℃) 240cp]		 1.5 0.5 2.5 0.1 3.0
양성용매 이소프로필알코올 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
실란 아미노프로필트리에톡시실란
[굴절율:1.423, 비중(25℃): 0.946, 분자량(Mw, g/mol):221.37, 인화점: 96℃), 점도(25℃): 12map·s] 		1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
수용성 스티렌 아크릴수지 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3
방균제 BIT series 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
소포제 Silicon Series 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
< 실험예 1: 침투성 프라이머의 알칼리 회복력 측정>
50mm×50mm×50mm 크기의 시멘트 모르타르 시편을 중성화 촉진 시험기에 넣어 시편을 강제 탄산화시키고, 탄산화된 시편상에 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 프라이머를 충분히 도포한 다음, 3 시간 동안 양생시켜 알칼리 회복도를 3회 반복 측정하였다.
KSM0015 '화학분석용 지시약 조제방법'에 의한 1% 페놀프탈레인 용액을 상기 준비된 시편 단면에 분무하여 콘크리트 표면으로부터 적자색으로 발색한 부분까지의 깊이를 탄산화 깊이로 하였다.
탄산화 깊이(mm) 평균
1회 2회 3회
프라이머가 미도포된 시편 19 20 18 19.0
실시예 1 2 2 1 1.67
실시예 2 3 3 2 2.67
실시예 3 3 4 3 3.33
비교예 1 5 6 4 5.0
비교예 2 6 5 5 5.33
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 3은 프라이머가 미도포된 시편과 비교예 1 및 2에 비해 중성화 회복 효과가 탁월한 것으로 나타났다.
< 실험예 2: 침투성 프라이머의 압축강도 측정>
본 발명의 침투성 프라이머 강도증진 효과를 측정하기 위하여 KSL 5105에 따라 40mm × 40mm ×160mm 입방체의 몰드를 제작하여 시멘트 모르타를 성형한 후, 2일간 습윤양생(20±3℃, 습도 90%), 5일간 수중양생(20±3℃), 21일간 기건양생(20±3℃, 습도 60±10%) 시킨 후, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 프라이머를 도포한 시편과 미도포한 시편(기준 시편)의 압축강도를 3회 반복 측정하였다.
압축강도(MPa) 평균 휨강도(MPa) 평균
1회 2회 3회 1회 2회 3회
기준시편(프라이머 미도포) 22.1 23.2 22.8 22.70 7.2 7.4 7.3 7.30
실시예 1 25.4 26.1 25.5 25.67 8.1 8.3 8.4 8.27
실시예 2 24.6 25.7 25.2 25.16 7.9 8.1 8.2 8.07
실시예 3 24.7 25.8 25.1 25.20 7.8 8.2 8.3 8.10
비교예 1 24.2 25.2 24.3 24.57 7.6 7.7 7.8 7.70
비교예 2 24.5 25.3 24.6 24.80 7.7 7.8 7.9 7.80
표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 기준시편에 비해 압축강도와 휨강도에 있어서 약 10% 정도의 증진효과를 보였고, 비교예 1 및 2에 비해 약 5% 정도의 강도 증진효과를 보이는 것으로 나타났다.
< 실험예 3: 침투성 프라이머의 부착강도 측정>
압축강도가 약 50MPa인 콘크리트로 600mm×600mm×100mm인 바탕 콘크리트 시험체를 제작한 후, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 프라이머를 도포한 후, 모르타르를 5mm 두께로 도포하여 재령 14일, 24일에 40mm×40mm 크기의 인장지그(attachment)를 부착하여 KSF 4715(얇은 마무리용 벽 바름재)의 부착력 시험방법에 준하여 측정하였다. 이때, 상기 모르타르는 포틀랜트 시멘트 35중량%, 규사 47.7중량%, 알루미나 시멘트 5중량%, 수분산성 분말수지(에틸렌비닐아세테이트) 3중량%, 감수제 0.5중량%, 합성섬유 0.2중량%, 견운모 1.5중량%, 마그네슘 실리케이트 2.5중량%, 실라카 흄 0.5중량% 및 슬래그 2.0중량%로 이루어진 모르타르를 사용하였다.
부착강도(MPa)
14일 28일
기준시편(프라이머 미도포) 0.87 1.02
실시예 1 1.01 1.23
실시예 2 0.97 1.21
실시예 3 0.98 1.22
비교예 1 0.92 1.12
비교예 2 0.93 1.14
표 4에 나타난 바와 같이, 재령 28일의 측정결과를 살펴보면, 실시예 1 내지 3은 기준시편에 비해 약 20% 이상의 우수한 부착강도를 나타내는 것으로 나타났고, 비교예 1 및 2에 비해서는 10% 이상의 우수한 부착강도를 나타내는 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 물 10 ~ 20중량%, 침투 전착제 0.5 ~ 2.5 중량%, 양성용매 1 ~ 5중량% 및 실란 0.5 ~ 2.5 중량%, 수용성 스티렌아크릴 수지 70 ~ 85중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머.
  2. 제1항에 있어서, 상기 침투 전착제는 비중(20℃)이 1.02 ~ 1.12g/cm3이고, 에틸렌옥사이드(EO) 몰수가 5 ~ 15이며, HLB 값이 10 ~ 15이고, 점도(20℃)가 200 ~ 300cp인 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머.
  3. 제2항에 있어서, 상기 침투 전착제는 비이온성 폴리에틸렌옥사이드계 화합물인 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머.
  4. 제1항에 있어서, 상기 침투성 프라이머는 pH 10 ~ 12인 것을 특징으로 하는 침투성 프라이머.
  5. 콘크리트 구조물의 이물질과 열화된 부분을 제거하는 표면처리 단계;
    상기 표면처리된 콘크리트 구조물에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 침투성 프라이머를 도포하는 프라이머 도포단계;
    상기 표면처리된 콘크리트 구조물의 노출된 철근에 방청 코팅재를 코팅하는 방청코팅재 도포단계;
    상기 방청코팅재 도포단계 후, 상기 침투성 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물에 단면복구용 모르타르를 도포하는 모르타르 도포단계; 및
    상기 모르타르가 도포된 콘크리트 구조물에 중성화 방지용 코팅재로 마감처리하는 마감처리 단계를 포함하는 단면복구공법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단면복구용 모르타르는 편상 구조의 실리케이트계 광물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단면복구공법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 방청 코팅재는 인산염계 방청 코팅재인 것을 특징으로 하는 단면복구공법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 중성화 방지용 코팅재는 스티렌아크릴 공중합체 및 우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 단면복구공법.
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KR101637987B1 (ko) 2015-12-24 2016-07-08 김원희 열화 철근콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 조성물 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 단면복구공법
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