KR101486035B1

KR101486035B1 - 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101486035B1
Application number: KR20140107016A
Authority: KR
Inventors: 김창수
Original assignee: 주식회사 창우실업
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2015-01-23

Abstract

본 발명은 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료 및 그 시공방법에 관한 것으로, 본 발명은 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부로 구성되는 1차 무기질 세라믹 열화 방지제와, 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제로 구성된다.
따라서 콘크리트 내부로의 우수한 침투력으로 콘크리트 표면에 방수층을 형성함으로써 물의 침투를 막아 콘크리트가 수화반응에 의해 열화되는 현상을 방지할 뿐만 아니라 모재 내부의 수분과 공기는 배출시킴으로써 모재의 강도를 증가시키는 장점이 있고, 자외선에도 색상이 변하지 않는 내구성을 가지며, 내광성, 내식성, 내약품성이 우수하여 콘크리트 건축물을 장기간 보존할 수 있음으로 인해 건축물의 유지 관리 비용이 획기적으로 절감되는 경제성 있는 발명이며, 천연광물에서 추출한 무기질 안료가 포함되어 있어 건축물의 외관을 다양한 컬러로 아름답게 유지할 수 있으며, 콘크리트 표층부의 동결융해와 오염방지에도 효과적으로 활용할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 일반 콘크리트 건축물의 내·외벽뿐만 아니라 다리, 교량, 댐, 고속도로 분리대, 옹벽, 터널, 수영장, 격납고 등 다양한 콘크리트 구조물의 중성화방지 및 내구성 향상으로 건축물 유지 관리 및 보수에 효과적이고, 내염성이 요구되는 해변가 콘크리트 구조물의 부식방지에도 효과적이고 점토벽돌, 황토 블럭, 타일, 기와, 석재에도 적용성이 우수할 뿐만 아니라 무기질의 세라믹 도료를 이용함으로써 친환경적인 유용한 발명이다.

Description

콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료 및 그 시공방법{The manufacturing method of the minerals ceramic paint for the concrete deterioration prevention and thereof construction method}

본 발명은 콘크리트의 중성화를 방지하는 콘크리트 열화 방지용 도료 및 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강알칼리성을 띤 콘크리트가 대기중의 이산화탄소 등의 산성물질이나 수화반응에 의해 중성화됨으로써 철근의 부동태막을 형성하지 못하고 철근의 부식을 초래하므로 이러한 콘크리트의 열화 현상을 방지하기 위하여 콘크리트 표면에 방수층을 형성함으로써 물의 침투를 막아 콘크리트가 수화반응에 의해 열화되는 현상을 방지할 뿐만 아니라 모재 내부의 수분과 공기는 배출시킴으로써 모재의 강도를 증가시키는 한편 자외선에도 색상이 변하지 않는 내구성을 가지고, 내광성, 내식성, 내약품성이 우수하여 콘크리트 건축물을 장기간 보존할 수 있으며, 더불어 천연광물에서 추출한 무기질 안료를 통해 건축물의 외관을 아름답게 유지할 수 있는 콘크리트 열화 방지용 도료 및 그 시공방법에 관한 것이다.

콘크리트의 열화란 대기중의 이산화탄소(CO2)등 산성물질이 작용해 알칼리성인 콘크리트를 PH(산도)8.5~10의 중성화로 변화시키는 것을 말한다.

콘크리트는 PH(산도)12~13의 강 알카리성 성분으로 철근의 부동태막을 형성하여 철근 부식을 억제하지만 대기중의 이상화탄소 및 산성비 등이 콘크리트 표면과 탄산화 반응을 하여 콘크리트가 약 알칼리화 된다.

시멘트의 수화 반응에서 시멘트량의 약 1/3이 생성되는 수산화칼슘은, pH 12-13정도의 강알카리성을 나타내며 또 이것이 시멘트 수화물 전체의 pH를 결정하고 있다.

수산화칼슘은 대기중에 포함되어 있는 약산성의 탄산가스(약 0.003%)와 접촉하여 다음과 같은 반응에 의하여 탄산칼슘과 물로 변화한다.

2(CaO)3SiO2+6H2O→(CaO)2(SiO2)2(H2O)3+3Ca(OH)2 (식 1)

2(CaO)2SiO2+4H2O→(CaO)3(SiO2)2(H2O)3+Ca(OH)2 (식 2)

Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O (식 3)

(CaO)3(SiO)2(H2O)3+3CO2 → 3CaCO3+2SiO2+3H2O (식 4)

이러한 중성화는 콘크리트의 표면에서 내부를 향하여 진행하며 콘크리트는 탄산가스와 반응한 중량만큼 무거워 지고 치밀해 진다.

그리고 중성화함에 따라 약간의 극히 미세한 균열이 발생하지만 문제가 될 정도는 아니라 중성화에 의하여 물리적 성능저하가 생기는 것은 콘크리트 내부 철근의 부식에 의한 것이다.

콘크리트 내부의 pH가 11이상에서 철근은 표면에 부동태를 형성함으로 산소가 존재해도 녹슬지 않지만, 중성화에 의하여 pH가 11보다 낮아지면 철근에 녹이 발생하고 또 이러한 녹에 의하여 철근은 약 2.5배까지 체적이 팽창하게 된다.

그리고 이 녹의 팽창 압력에 의해 콘크리트 내부에 균열을 발생시키며 철근 부착강도의 저하, 피복 콘크리트의 박리, 철근 단면적의 감소에 의한 저항 모멘트의 저하등의 물리적 열화의 진행과 함께 종국적으로는 철근 콘크리트 구조물 전체의 위기를 초래한다.

다시 말해 콘크리트가 중성화되어도 콘크리트 강도에는 영향이 없지만(무근콘크리트구조물은 중성화로 인한 피해 없음) 철근의 부식을 억제하는 부동태막을 파괴시켜 균열로 인한 외부공기 노출, 누수 등으로 인하여 철근이 부식함에 따라 구조물에 침형적인 균열 및 철근 부식에 따른 국부적인 문제를 수반하는 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 방법으로는 철근 콘크리트나 모르타르는 열화억제 및 방수를 하기 위해서 에폭시계, 우레탄계, 아크릴계, 금속혼합물계 등으로 표면이 코팅되어 사용되어 왔다.

또한 침투해서 방수만을 목적으로 만들었거나, 피복 위에 얇은 도막을 입히는 코팅 방법으로 시공 방법을 제시해서 시공상 겹치면서 인건비가 6회 정도로 많이 지출되는 공법이었다.

유기계 고분자 물질 등을 사용하는 경우 시간이 지나면 콘크리트와의 탄성계수, 응력 등 역학적 성질이 크게 차이가 나서 도포막이 파괴되거나 박리현상이 생겨서 유기계 고분자 물질은 무기물인 콘크리트와의 일체화가 되지 않아 문제가 발생 된다.

또한 건축물의 안전에 문제를 일으키고 친환경문제, 교통문제, 도시미관문제 등 대단한 영향을 끼침으로써 건축물 유지 보수에 막대한 손실을 주고 있기 때문에 초기 건축 단계부터 시공함으로써 차후에 유지보수를 최소화하는 방향으로 변해야 한다.

한편 콘크리트 열화 방지를 하기 위한 종래의 방법은 콘크리트 표면을 유기계 도료로 도포하는 방법으로 초기 부착력은 좋으나 단기간에 햇빛 및 산성비 등의 영향으로 쉽게 박리가 되어 중성화 목적도 이룰 수가 없고 미관상으로도 대단히 좋지 않았다.

다른 방법으로 세라믹 단면 보수제를 습윤 상태로 있는 콘크리트 표면에 에폭시계 실러와 상도 코팅제와 세라믹을 이용하여 초박막으로 얇게 코팅하는 방식을 하였기 때문에 열화의 기능이 오래 지속이 어렵고 경화제 혼합비에 따라 기능이 확답키 어렵다.

또 다른 방법으로 에폭시계는 균열이 일어나고 햇빛에 색상이 변하면 내구성이 짧으며, 우레탄계는 표면에 코팅을 하면 부착력이 약하고 박리현상이 발생한다.

에폭시 수지는 보통 히드록시기를 2개 이상 갖는 화합물과 에피클로로하이드린을 반응시켜서 얻는다.

예를 들어 2몰의 에피클로하이히드린과 비스페놀A 1몰을 반응시키면 디에폭사이드(diepoxide)가 생성된다.

상기 diepoxide를 비스페놀 A와 적당한 비율로 반응시키면 고분자량의 에폭시 수지가 얻어 지지만 반응 과정에서 부반응이 일어날 수 있고 수분에 의해 에폭시기가 가수분해된 구조도 존재할 수 있다.

히드록시기의 상대적인 수는 이론적으로 계산된 값과는 차이가 난다.

수성 에폭시수지 도료를 이용한 콘크리트구조물 열화 공법인 특허공개번호 제 2005-0113880 호는 콘크리트표면에 순차적으로 하도재는 에폭시 수지로 경화제인 변선 지방족 폴리아민수지를 사용하고, 중도재는 에폭시 수지와 경화제로는 폴리아마이드아민수지를 사용하고, 상도재는 경화제 에폭시수지 및 폴리리소시아네이트수지를 사용하는데 이 공법은 단계가 복잡할 뿐만 아니라 내구성이 짧고 균열에 유연성이 없다.

또한 아크릴계는 초기 접착력은 좋으나 지속성이 현저히 짧고 충격에 잘 견디지를 못하여 내구성을 보장하지 못한다.

따라서 종래의 방법들은 대개가 코팅 방법이라 지속성이 떨어질 수밖에 없다.

종래의 또 다른 침투 보강제는 알칼리금속 계열의 실리케이트와 같은 무기계 물질들은 콘크리트 내부로 침투하여 겔화 반응이 진행되고 난후 콘크리트의 공극을 메워주지만 물과 친하여 내수성이 약하며 충격에 약해서 결합입자가 파괴된다는 단점이 있다.

한편, 세라믹 및 고분자수지를 함유한 중성화, 염해, 오염방지 및 방수방식 도료 조성물 및 콘크리트 열화 예방 및 표면보호공법 특허공개번호 제 2010-0031487 호는 해양 환경 하에 있는 콘크리트 구조물 등이 염화칼슘 및 SOx, NOx 등에 의하여 화학적으로 콘크리트 구조물이 염해, 오염 및 중성화를 방지하기 위한 도료용 고분자 조성물에 기술을 하고 있다.

또 다른 방법으로 기능성 도료 조성물인 특허공개번호 제 2006-0018929 호는 주원료 400~500메쉬의 세라믹 분말과 바인더, 우레탄수지, 첨가제를 혼합하여 제조해서 시공을 하면 콘크리트 열화를 방지하고 방수, 방청, 방염에 강하다고 기술하고 있다.

공개특허번호 제 2008-0093706 호에는 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화방지용 도료조성물에서는 2액형 타입의 아크릴우레탄에 실리케이트를 혼합한 도료(콤비코트)를 콘크리트 구조물에 도포하여 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 방지 공법을 기술하였다.

이 조성물 중 아크릴수지 65% 톨루엔( toluene )30%에 경화제를 혼합한다고 하는데 아크릴수지 함유량이 많아 일정 시간이 지나면 콘크리트 모체와 이완될 가능이 있다.

콘크리트 구조물의 중성화방지방법에 대해 기술하고 있는 공개특허 제 2013-0035305 호는 콘크리트 구조물 중성화 방지방법에 관한 것으로 1단계로 불순물을 제거하고 2단계로 표면 상에 수용성 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하고 3단계로 프라이머층 위에 황토와 시멘트가 혼합된 몰타르를 미장 작업하고 제4단계로 PE(Poly Ethylene)섬유를 그물상으로 섬유층을 형성하고 제5단계로 실리콘 재질에 닥나무의 식물성 조직을 혼합한 졸(sol) 상태의 물질을 섬유층 위에 덮도록 분사하고 6단계로 점액성을 갖는 수용성 프라이머, 수용성 무기질 재료로 이루어진 중도제 및 수용성 코팅제로 방수층을 형성시킨다고 기술하고 있으나, 시공단계가 복잡하여 일일대가에서 인건비가 크기 때문에 현실적으로 적용하기가 어려운 현실이다.

콘크리트는 건축물에 있어서, 없어서는 안 되는 중요한 소재가 되어 다양한 기능을 가진 내화콘크리트, 내열콘크리트, 발열콘크리트 등이 개발되어 사용되고 있으며, 강도 또한 엄청나게 발전하고 있다.

그러나 콘크리트의 치명적 약점인 열화, 중성화, 산화, 수화가 문제가 되고 있는데 획기적 방안이 충분치 않았다.

건축물들은 대형화 고층화가 가고 있기에 자체적으로 반드시 내구성, 내약품성, 내후성 등 기능을 가진 많은 특허도 제안된 바 있다.

그러나 쉽게 제조되어 사용되는 에폭시 계통, 우레탄 계통, 아크릴 계통, 금속혼합물 계통 등은 균열에 약하고 박리현상이 일어나고 내구성이 약하는 등 문제가 많았으며, 또 하나 중요한 점으로 현장에 쉽게 접목이 가능한 시공방법이 아니라 복잡하고 민감한 제조방법으로 인하여 단계가 많아 인건비가 많이 드는 방법들이 개발되어 왔다.

특히 요즘 들어 중성화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나 중성화에 대한 대책을 살펴보면 콘크리트에 혼입되는 재료의 종류 ? 조합조건은 중성화 진행속도에 커다란 영향을 미치므로 사용재료의 선정 및 조합조건의 결정시에는 콘크리트자체의 품질이 가능한 한 치밀·견고하도록 조강, 보통 포틀랜드 시멘트의 사용(일반적으로), 고비중의 양질 골재의 사용, 혹은 물시멘트비, 공기량, 세공량이 낮게 되도록 하여야 하고 양생조건, 타설, 다짐방법 등의 시공인자의 영향이 크므로 현장시공 시에는 충분한 초기양생과 소요부분의 내구성을 감안하여 콘크리트의 피복 두께를 충분히 상정하여야 하며, 타설 시에는 모르타르의 누출, 콘크리트의 분리, 피복 콘크리트의 결손(Rock pocket, honeycomb)이 생기지 않도록 거푸집의 제작 및 다짐방법등에 대한 고려가 있어야 한다.

따라서 콘크리트가 열화되는 현상을 방지할 뿐만 아니라 일반 콘크리트 건축물의 내·외벽 이외에도 다리, 교량, 댐, 고속도로 분리대, 옹벽, 터널, 수영장, 격납고 등 다양한 콘크리트 구조물의 중성화 방지 및 내구성 향상을 이룰 수 있으며, 건축물의 외관을 미려하게 꾸밀 수 있는 콘크리트 열화 방지용 도료에 대한 필요성이 대두 되었다.

대한민국 등록특허공보 제 10-0975477 호, 2010년 08월 11일 공고

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 콘크리트 표면에 방수층을 형성함으로써 물의 침투를 막아 콘크리트가 수화반응에 의해 열화되는 현상을 방지할 뿐만 아니라 모재 내부의 수분과 공기는 배출시킴으로써 모재의 강도를 증가시키는 콘크리트 열화 방지용 도료를 제공하는 데 있으며, 두 번째 목적은 자외선에도 색상이 변하지 않는 내구성을 가지며, 내광성, 내식성, 내약품성이 우수하여 콘크리트 건축물을 장기간 보존할 수 있는 세라믹 도료를 제공하는 데 있으며, 세 번째 목적은 천연광물에서 추출한 무기질 안료가 포함되어 있어 건축물의 외관을 다양한 컬러로 미려하게 꾸밀 수 있으며, 콘크리트 표층부의 동결융해와 오염방지에도 효과적으로 활용할 수 있는 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료를 제공하는 데 있으며, 네 번째 목적은 일반 콘크리트 건축물의 내·외벽뿐만 아니라 다리, 교량, 댐, 고속도로 분리대, 옹벽, 터널, 수영장, 격납고 등 다양한 콘크리트 구조물의 중성화방지 및 내구성 향상으로 건축물 유지 관리 및 보수에 효과적인 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료를 제공하는 데 있으며, 다섯 번째 목적은 내염성이 요구되는 해변가 콘크리트 구조물의 부식방지에도 효과적이고 점토벽돌, 황토 블럭, 타일, 기와, 석재에도 적용성이 우수할 뿐만 아니라 친환경적인 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료는 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부로 구성되는 1차 무기질 세라믹 열화 방지제와, 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제의 구성에 의해 달성된다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 콘크리트 내부로의 우수한 침투력으로 콘크리트 표면에 방수층을 형성함으로써 물의 침투를 막아 콘크리트가 수화반응에 의해 열화되는 현상을 방지할 뿐만 아니라 모재 내부의 수분과 공기는 배출시킴으로써 모재의 강도를 증가시키는 장점이 있다.

또한, 자외선에도 색상이 변하지 않는 내구성을 가지며, 내광성, 내식성, 내약품성이 우수하여 콘크리트 건축물을 장기간 보존할 수 있음으로 인해 건축물의 유지 관리 비용이 획기적으로 절감되는 경제성 있는 발명이다.

더불어 천연광물에서 추출한 무기질 안료가 포함되어 있어 건축물의 외관을 다양한 컬러로 미려하게 꾸밀 수 있으며, 콘크리트 표층부의 동결융해와 오염방지에도 효과적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

나아가 일반 콘크리트 건축물의 내·외벽뿐만 아니라 다리, 교량, 댐, 고속도로 분리대, 옹벽, 터널, 수영장, 격납고 등 다양한 콘크리트 구조물의 중성화방지 및 내구성 향상으로 건축물 유지 관리 및 보수에 효과적이다.

이외에도 내염성이 요구되는 해변가 콘크리트 구조물의 부식방지에도 효과적이고 점토벽돌, 황토 블럭, 타일, 기와, 석재에도 적용성이 우수할 뿐만 아니라 무기질의 세라믹 도료를 이용함으로써 친환경적인 유용한 발명이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 콘크리트의 중성화를 방지하는 콘크리트 열화 방지와 다양한 색상을 연출하는 도료와 그 시공방법에 관한 것으로서, 친환경적인 무기질 세라믹을 원료로 하여 강알칼리성을 띤 콘크리트가 수화반응으로 수산화칼슘이 탄산화 칼슘으로 변하면서 pH가 떨어지는 것을 막아 주며, 콘크리트가 햇빛, 풍화작용, 산성비, 미세먼지 등의 외부환경에 의하여 콘크리트의 표면이 갈라지면서 미세 공극을 따라 공기 중의 물과 이산화탄소, 오염물질 등이 침투하여 철근의 부식과 콘크리트 내구성 약화를 가져오는 점을 억제하고 내구성, 내후성을 높여 주는 작용을 하는 도료로서, 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부와, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부와, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부로 구성되는 1차 무기질 세라믹 열화 방지제와, 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제로 구성된다.

상기 수용성 규산염(Silicate, SiO₃)은 강알칼리성으로서 콘크리트가 외부적인 영향에 의해 열화되는 것을 방지하고, 본래의 알칼리성으로 환원시키는 작용을 하게 된다.

또한 물을 맑게 하는 자정능력도 우수하여 콘크리트가 비를 맞아도 변색이 되지 않고 콘크리트에 곰팡이 등도 자라지 않도록 함으로써 콘크리트가 열화되지 않고 오래 유지될 수 있도록 내구성을 향상시키고 더불어 변색이 되지 않으므로 콘크리트의 미관을 유지시키는 역할도 병행하게 된다.

더불어 원적외선을 방사하는 특징이 있어 유해성분을 흡착하고 분해하여 중화시키는 역할을 하면서 유익한 미생물은 활성화하는 역할을 하는 재료로서 친환경 콘크리트를 위한 최고의 보호 강화 도료이다.

상기 수용성 규산염과 실리케이트(Silicate) 계열의 이산화규소 등의 무기물질이 물(H₂O)에 반응하여 나노미터 크기의 실리카가 형성된 후 졸(gol)이 겔(gel)로 변하는 과정에서 콘크리트 내부의 열과 수분에 의해서 침투가 이루어져 겔(gel)화를 마치면 콘크리트 피복 내부를 채워 주면 열화의 원인이 되는 산성비, 미세먼지, 물 등 방지해 주면서 열화를 억제하고 콘크리트 표면은 도색으로 마감을 하는 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료는 자연에 존재하는 천연 원료 광물을 분쇄하여 고순도로 정제한 원료를 사용하여 혼합하여 만든 세라믹을 사용한다.

상기 알루미나(Alumina, Al₂O₃)는 화학적으로 안정하고 융점(2050℃)이 높으며, 내열성과 절연성, 내마모성, 내식성, 흡착성, 투광성, 경도 등의 물리적, 화학적 특성이 탁월하다.

상기 수용성 규산염은 평상시 실리카(Silicon)로 불리는데 규소와 산소가 결합(-Si-O-Si-O-)하여 암석 중에 규산화물, 규산염의 형태로 존재하고 있고 비교적 안정된 구조를 가지고 있어 규산염을 주로 사용한다.

물에 완전히 용해되는 수용성 규산염은 순도가 높고 무색무취이며 불순물이 들어 있지 않아서 순수 그 자체의 시리카(Silica)이다. 콘크리트 공극 속에서 얇은 피막을 형성하여 공기나 물의 접촉을 방지하고 규산염 방청제가 물에 용해되면 화학적 작용에 의해 성분의 분자성을 띠고 콘크리트와 친화력을 가져 피막이 일체화가 된다. 특히 고온에도 안정적이며 산화가 느려서 콘크리트 열화 방지에 최적의 조성물이다.

상기 이산화규소((SiO₂)는 규소의 산화물로 실리카(Silica)라고도 하며, 이산화규소는 광물( 모래, 바위, 흙등 )중 주요 원소 중 하나이고 모래나 석영 등에서 발견되며 콘크리트 주성분으로 사용되고 황토의 60%이상도 이산화규소로서, 습기를 잡아주는 흡습작용의 기능도 있다.

상기 안료는 색이 변하지 않는 무기안료로서, 색깔이 짙어서 마감 페인트로 사용된다. 안료는 주재료 중 하나인 증류수와 고체 분말상태의 조성물을 혼합하여 교반한 후 사용함으로써 안료를 사용하는 색깔을 보호해주는 역할을 한다.

종래에는 탄산납, 황산납, 산화 납 화합물이 섞인 안료들을 사용했으나 본 발명에서는 납의 유해성 때문에 산화아연, 황화아연, 이산화 타이타늄, 카본블랙이 사용되며, 검은색 안료로는 주로 카본블랙이 사용된다.

상기 무기 안료인 세라믹 안료는 천연광물성 안료라 할 수 있으며 내후성, 내약품성, 내구성 등이 우수하며, 한 번의 시공으로 콘크리트의 수명과 동일한 긴 수명을 유지하는 순수 무기질 성분으로 구성되어 외부환경 및 자외선에 장기간 노출되어도 물성의 변화가 없다.

특히 콘크리트와 동일한 무기질 성분으로서 콘크리트에 도포되어 콘크리트와 일체화됨으로써 공극을 메워 방수 보호층을 형성하여 안정적으로 물은 차단하고 통기성은 유지함으로 인해 백화현상, 곰팡이 발생 및 오염 및 부식을 억제한다.

특히 친환경적인 100% 순수 무기질 도료로서 무취, 무독성 하며 불에 타지 않는 특징이 있고 화학적으로 안정하여 자외선에도 긴 수명을 유지하는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료에 대해 산과 알칼리 및 염류에 장시간 노출하는 테스트를 한 결과를 표 1에 정리하였다.

콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료의 산,알칼리 및 염류 노출 테스트

	종류	노출시간	결과	시험방법
알칼리	가성소다 30%	170시간	이상 없음	KS M 5000
	암모니아 30%
염류	염화칼슘액
	염화나트륨액
산	염산 20%
	황산 30%
신너	티레핀유

본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료의 비중은 1.35, pH는 11~13, 내열성은 800℃, 결빙점은 0℃, 끊는점은 100℃로서, 상기와 같은 시험결과를 통해 알칼리, 염류, 산, 신너에 노출한 결과 이상이 없는 것을 알 수 있다.

이외에도 20%의 질산 용액을 시공을 마친 도료 위에 바르는 알칼리 테스트를 한 결과 질산용액은 콘크리트에 침투되지 않으며, 표면은 알칼리성을 띤 적색으로 변하였으며, 실외에 노출하는 내광성 테스트를 한 결과 9개월 동안 자연 노출하였으나 색의 변화가 없었다.

또한 내열테스트를 하기 위하여 가스 토치로 약 800℃로 가열하여도 탈색이 발생하지 않았다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부를 균일하게 혼합한 후 콘크리트 표면에 스프레이로 분사하거나 붓으로 칠하여 도포하는 1차 시공단계를 실시한다.

상기 1차 시공단계 후 상온에서 1일 내지 2일 동안 양생을 하는 양생단계를 거치게 되며, 상기 양생단계 후에 상기 1차 시공을 한 콘크리트 표면에 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제를 균일하게 혼합한 2차 무기질 세라믹 열화 방지제를 도포하여 마감하는 2차 시공단계를 실시한다.

특히 신축된 콘크리트 건축물에서는 표면에 레이턴스(Laitance)와 이물질을 제거하고 스프레이나 롤러로 시공하며, 시공된 지 오래된 콘크리트 건축물에서는 곰팡이, 수분 등 기타 이물질을 워터제트(Water jet)로 제거하고 건조한 후 시공을 하는 것이 바람직하다.

콘크리트 건축물의 미세한 균열은 그대로 시공이 가능하고 열화가 많이 진행되어 균열이 깊은 곳은 보수제를 통해 보수를 한 다음에 시공을 한다.

시공하기 전에 상기 1차 및 2차 무기질 세라믹 열화 방지제를 충분히 저어서 균일하게 혼합을 한 후 스프레이, 롤러, 붓 등을 사용하여 도색을 한다.

완전히 건조된 콘크리트 표면은 발수현상으로 물방울(비딩)이 발생 되어 재도장 시공시 물을 뿌려서 건조되면 발수현상이 상쇄된 다음 재 도장을 하는 것이 바람직하다.

상온 약 20℃를 기준으로 도색 후 1~2시간이 경과 되면 도료가 묻어나지 않게 건조되며 순수 무기질 도료의 특성상 완전한 결정화는 날씨 환경조건 따라 3 내지 10일 정도 소요된다.

상기 1차 및 2차 무기질 세라믹 열화 방지제의 표준 도포량은 콘크리트 피복면의 바탕상태에 따라 도포량이 증감되나 표준량은 아래와 같다.

1회도장 : 0.5kg/㎡, 도막두께 30㎛, 2회도장 : 0.3kg/㎡ 도막두께 20㎛

이와 같은 본 발명에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료가 시공이 되면 무기질의 세라믹 도료가 콘크리트 공극으로 1mm~4mm 까지 침투하게 되며 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 도료는 무기질 성분으로서 콘크리트와 같은 무기질이라 일체화가 되어 모재 내에서 일정한 두께의 막을 형성시키고, 표면에는 일반 페인트와 같은 도막을 형성하여 콘크리트를 보호할 뿐만 아니라 콘크리트 마감제로서의 역할을 수행을 한다.

또한 콘크리트와 같은 물성의 무기질 성분이므로 시간이 지나도 박리현상 없고 콘크리트와 일체화된다.

따라서 이렇듯 콘크리트와 일체화되어 콘크리트의 내구성을 향상시키고 방수, 미세먼지 발생방지 및 물 침투 방지 등의 역할을 하면서, 콘크리트 표면에 도포되는 도료로서 콘크리트를 다양한 색상으로 마감을 하는 도료로서의 역할도 수행한다.

특히 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료 및 시공방법은 콘크리트의 중성화가 진행되었다 하더라도 콘크리트 표면에 스프레이를 통해 분사하거나 솔로 칠하여 도포하면 약 알칼리성으로 떨어진 콘크리트도 강알칼리성으로 변화시키는 장점이 있고, 신축 건축물이거나 열화가 진행된 콘크리트에서도 복합 열화를 방지하기 위해 도막의 신장을 약 4mm 정도로 만들어 주어 공극을 메움으로써 열화 인자인 수분을 차단하고, 공기와 더불어 수분을 방출시킴으로써 콘크리트의 열화를 방지하는 도료 및 시공방법이다.

본 발명에 의한 콘크리트 열화 방지용 세라믹 도료의 특징 중 하나는 상기 1차 무기질 세라믹 열화 방지제는 그 자체로 방수, 방염, 콘크리트내구성 확보 등으로 열화를 방지하는 기능을 갖으며, 1차 열화 방지제의 시공만으로도 콘크리트 중성화를 막고 장기 pH 12 내지 pH 13.5의 강알칼리성을 유지할 수 있게 된다.

또한 기존 열화가 진행 중인 콘크리트 또한 1차 열화 방지제의 시공만으로도 콘크리트의 표면부터 열화가 중지되고 더 이상의 중성화를 멈추게 하며, 노출된 신구 콘크리트를 막론하고 보호 및 유지가 가능한 무기질의 콘크리트 열화 방지제 역할을 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로 2차 무기질 세라믹 열화 방지제는 다양한 색상의 도료는 기존에 신축 후 방치되어 있는 콘크리트 구조물에 시공을 하게 되면 열화방지 및 중성화 억제에 더불어 콘크리트에 다양한 컬러로 도색할 수가 있어 곰팡이, 이끼 등에 의해 오염되어 외관상 시커먼 모습을 보이는 콘크리트를 2차 열화 방지제를 통해 콘크리트 건축물을 미려하게 변모시킬 수 있어 도시의 모습을 바꿀 수가 있으며, 햇빛에 오랫동안 두어도 변하지 않는 내후성, 미세 먼지가 침투할 수 없는 치밀성과 산성비에도 견딜 수 있는 내약품성, 콘크리트 열화를 막고 강도를 높여주는 내구성 등의 특성이 있다.

1차 세라믹 열화 방지제의 시공 없이 이러한 2차 세라믹 열화 방지제 만의 시공도 가능하다.

Claims

수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부로 구성되는 1차 무기질 세라믹 열화 방지제;와,
수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물을 분쇄한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제;로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료.
수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 38 내지 47 중량부와, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 친수성 계면활성제 1 내지 3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5 중량부, 실란(Silane, SiH₄) 1 내지 3 중량부, 증류수(H₂O) 40 내지 55 중량부를 균일하게 혼합한 후 콘크리트 표면에 스프레이로 분사하거나 붓으로 칠하여 도포하는 1차 시공단계;와,
상기 1차 시공단계 후 상온에서 1일 내지 2일 동안 양생을 하는 양생단계;와,
상기 양생단계 후에 상기 1차 시공을 한 콘크리트 표면에 수용성 규산염(Silicate, SiO₃) 40 내지 48 중량부, 천연광물에서 추출한 분말 상태의 안료 20 내지 30 중량부, 분산제 0.7 중량부, 증류수(H₂O) 50 내지 60중량부, 톨루엔(Toluene) 2 내지 5중량부, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 0.3 중량부, 알루미나(Alumina, Al₂O₃) 3 내지 5중량부, 침강방지제 0.2 중량부로 구성되는 2차 무기질 세라믹 열화 방지제를 균일하게 혼합한 2차 무기질 세라믹 열화 방지제를 도포하여 마감하는 2차 시공단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 열화 방지용 무기질 세라믹 도료의 시공방법.
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