KR101519368B1 - 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로상에 위치하거나 이에 접한 콘크리트 구조물의 표면을 강화시켜 내구성을 향상시킬 뿐 아니라 시인성을 개선시켜 운전자의 안전운행을 도모할 수 있도록 하는 마감재에 관한 것으로서, 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 백색규사 40~100중량부, 유리구슬 15~60중량부, 재유화형 분말수지 1.5~25중량부, 증점제 0.3~1.0중량부, 분산제 0.15~1.0중량부, 소포제 0.15~1.0중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재{Reflective Finishing Material with Concrete Reinforcing Function}

본 발명은 도로상에 위치하거나 이에 접한 콘크리트 구조물의 표면을 강화시켜 내구성을 향상시킬 뿐 아니라 시인성을 개선시켜 운전자의 안전운행을 도모할 수 있도록 하는 마감재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 콘크리트로 구축된 중앙분리대, 터널 벽체, 도로상에 위치하는 교각 등의 콘크리트 구조물의 표면에 대하여 운전자에 의한 야간 시인성 확보를 위해 분사식으로 도장되는 마감재에 관한 것이다.

우리나라의 높은 경제성장은 자동차의 보유 대수 증가와 더불어 혼잡한 교통문제를 해결하기 위한 도로망의 확충이 꾸준히 이루어지고 있는 바, 이에 따라 입체도로의 증가로 도로상에 교각 등의 콘크리트 구조물이 위치하게 되는 예가 점차 증가하고 있을 뿐 아니라, 도로의 기능과 이용자의 안전을 위한 콘크리트 재질의 중앙선 분리대가 설치되는 등 도로의 부대시설들 역시 크게 증가되고 있다.

이와 같이 도로 상에 위치하거나 도로에 접한 콘크리트 구조물들은 운전자의 부주의에 의한 추돌사고를 방지하기 위하여 시인성이 확보될 필요가 있는 바, 일반적으로 이들의 표면에는 수성 또는 유성페인트가 도색되거나 표면강도 증진을 위해 에폭시 등의 합성수지 유성도료를 코팅해 왔다.

그런데 시멘트 재질의 무기질 표면에 상기와 같은 유기성의 도료를 도포하는 것은 수회 도포해야 한다는 도포작업상의 문제점뿐만 아니라, 이질성으로 인해 박리나 들뜸현상이 쉽게 발생되고 열화에 의한 짧은 내구성으로 인해 많은 유지관리비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한 상기한 도료에는 휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)이 포함되어 있어 인체에 유해한 독성을 뿜어낼 뿐 아니라 도장 작업시 화재가 발생할 위험성이 있다.

또한 아황산가스 성분 등을 포함한 자동차의 배기가스에 접하는 등 열악한 환경에 놓여져 있는 도로 주변의 콘크리트는 일반적인 콘크리트보다 더욱 빠르게 중성화가 이루어져 균열 및 철근의 부식이 쉽게 발생하게 되며, 이러한 현상은 구조물의 내구성을 단축시킬뿐 아니라 유지관리비용의 또 다른 증가요인으로 작용한다.

한편 본 발명자는 콘크리트와의 부착성을 향상시키면서 상기와 같은 유기성 도료의 문제점을 해결하기 위하여 특허 제0320917호의 '무기질계 분말 도장 마감재'를 개발한 바 있다.

상기의 특허 제0320917호의 '무기질계 분말 도장 마감재'는 포틀랜드 시멘트에 탄산칼슘계 분말 등을 혼합하여 제조되는 것으로서, 분사방식으로 도장할 수 있어 작업이 용이하면서도, 바탕면과 동질성을 가지고 있어 부착성 및 내구성이 향상되는 장점을 가지고 있어 일반적인 콘크리트 구조물의 외장마감에 많이 사용되고 있으나, 강도가 낮아 노화된 콘크리트의 내구성을 향상시키지 못하고 특히 야간에서의 시인성이 떨어져 도로변에 접한 콘크리트 구조물에까지 적용시키는 것에는 한계가 있었다.

KR 10-0320917 B1

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 도로상에 위치하거나 이에 접한 노후한 콘크리트 구조물의 표면강도를 강화시켜 내구성을 향상시키고, 도장층이 표면으로부터 쉽게 박리되지 아니하며, 야간에서의 높은 시인성을 확보할 수 있는 반사 시멘트 도장 마감재을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 백색규사 40~100중량부, 유리구슬 15~60중량부, 재유화형 분말수지 1.5~25중량부, 증점제 0.3~1.0중량부, 분산제 0.15~1.0중량부, 소포제 0.15~1.0중량부가 혼합되어 이루어지는 도장 마감재로서 도로상에 위치하거나 이에 접한 콘크리트 구조물의 표면에 분사식으로 도장되는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재가 제공된다. 이때 상기 재유화형 분말수지는 에틸렌-비닐아세테이트와, 아크릴계 라텍스 및, 스틸렌-부타디엔 고무 중 어느 하나로 이루어진다. 이와 함께, 상기의 백색규사는 80~120메쉬의 입도를 가진 것이 사용된다.

삭제

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 유리구슬 중 전체의 50중량%는 굴절률이 1.5이상 1.9미만으로 백색포틀랜드 시멘트 및 백색규사 함께 초기 혼합물을 구성하고, 나머지 50중량%는 굴절률이 1.9이상인 것으로서 초기 혼합물이 피도장체에 분사된 후 오픈타임 이내에 상기 초기 혼합물의 표면에 분사되어 일체화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재가 제공된다. 이때, 상기 굴절률이 1.5이상 1.9미만의 유리구슬은 매립도가 50%를 초과하고, 굴절률이 1.9이상인 유리구슬은 매립도가 50%이하가 되도록 구성시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기한 도장 마감재에는 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 무기질 안료 3~25중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재가 제공된다.

본 발명은 도로변의 노후된 콘크리트 구조물에 대한 보강효과를 발휘함으로써 내구성을 증진시키고, 도장 마감의 내구성을 향상시킴으로써 미려한 외관을 지속적으로 유지시키고 유지관리 비용을 절감시킬 수 있게 한다.

또한 본 발명은 도로변의 차량 추돌이 위험이 있는 콘크리트 구조물에 대한 야간 시인성을 향상시켜 차량 운전자의 안전사고 발생의 여지를 대폭 줄일 수 있게 한다.

도 1은 교각의 콘크리트면에 본 발명의 일 실시예에 의한 도장 마감재를 시공한 예를 나타낸 사시도 및 도장 마감재의 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 의한 도장 마감재(10)는, 도로상에 위치하거나 이에 접한 콘크리트 구조물의 표면에 분사식으로 도장되는 마감재로서, 백색포틀랜드 시멘트와 백색규사, 유리구슬, 재유화형 분말수지가, 증점제, 분산제 및 소포제가 혼합되어 구성된다.

백색포틀랜드 시멘트는 산화철이 거의 포함되어 있지 아니한 백색 점토와 석회석을 원료로 한 것으로서 백색도가 높아 시인성 확보에 유리할 뿐 아니라, 피도장체(20)인 콘크리트 구조체와 동질의 무기질이기 때문에 도장층에 대한 부착력을 향상시킨다.

상기 백색포틀랜드 시멘트에 혼합되는 골재로는 규사가 사용된다.

규사는 무수규산인 이산화규소(SiO₂)함량이 70%이상이고 점토분이 2%미만인 것으로서 백색, 황색, 도색 , 자색 등의 색상을 가지고 강도 및 내열성이 뛰어나며, 상온에서 안정된 결정구조를 유지하며 반응성이 적어 산 및 알칼리에 침식되지 않는 우수한 내화학성을 가지고 있다.

본 발명의 도장 마감재(10)에 사용되는 규사는 마감재에 대한 백색도를 유지시킬 수 있는 백색 규사가 사용되며, 보다 높은 백색도를 유지하고 강도를 증진시킬 수 있도록 SiO₂93%이상, Al₂O₃5%이하, Fe₂O₃ 0.02%이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편 백색포틀랜드 시멘트에 대한 규사량의 감소는 단위 시멘트량을 증가시키게 되며, 단위 시멘트량의 증가는 어느 정도까지는 강도를 증가시키나, 이를 넘어서면 오히려 강도가 감소되기 까지 한다. 이에 반하여 단위 시멘트량이 너무 적으면 부착력이 떨어지는 문제점이 있다. 즉 백색포틀랜드 시멘트 100중량부를 기준으로 규사량이 40중량부 미만이 되면 경제성이 떨어지게 되며, 100중량부를 초과하게 되면 표면강도가 낮아지고 피도장체(20)의 도장면에 대한 부착력이 저하되어 내구성이 떨어진다. 따라서 본 발명에서의 규사사용량은 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 40~100중량부로 제한된다.

또한 분사에 의해 시공되는 본 발명의 도장 마감재(10)는 도막층의 두께를 1~3m/m정도가 적정한 바, 이에 사용되는 규사는 80~120메쉬의 입도를 가지도록 한다. 이는 80메쉬 미만의 규사는 입도가 너무 크기 때문에 강도증진의 효과가 다소 증가하나 마감성이 현저하게 떨어지는 반면, 입도가 120메쉬를 초과하는 규사는 강도증진의 효과가 부족하게 될 뿐 아니라 유동성이 지나치게 증가되어 분사시 흐름이 발생되기 때문에 균질의 마감이 어려워 시공성 및 품질이 저하되는 문제점이 있다.

주간에서의 시인성은 상기한 백색포틀랜드 시멘트 및 백색규사에 의한 백색마감으로 확보될 수 있으나, 조명이 없는 야간에는 색상만에 의해 콘크리트 구조물의 존재를 명확히 인지한다는 것은 용이하지 않다. 본 발명에 의한 도장 마감재(10)에 혼합되는 유리구슬은 자동차의 전조등에 의한 빛의 재귀반사기능을 발휘함으로써 자동차 운전자에 대한 야간의 시인성을 확보할 수 있게 한다. 이때 상기한 백색마감은 확산반사 도료재로서의 기능을 함으로써 유리구술의 재귀반사도를 크게 증가시키게 된다.

이를 위해 본 발명의 도장 마감재(10)에는 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 유리구슬 15~60중량부가 포함된다.

유리구슬의 재귀반사기능은 스넬법칙에 따라 자동차 전조등의 빛이 유리구슬을 통하여 굴절과 반사를 거듭함에 따라 이루어지는데, 굴절률이 1.0인 공기 중의 광선이 이보다 높은 굴절률을 가진 유리구슬을 통과하게 되면 유리구슬 내부로 굴절된 뒤 유리구슬 내부 또는 외부계에서 반사되어 다시 본래의 광원쪽으로 재굴절되어 재귀반사되나, 빛이 속도가 저하되어 광원의 위치보다 약간 상향 분산되어 운전자가 이를 인지할 수 있게 된다.

이러한 유리구슬 자체에 의한 재귀반사율은 굴절률 변화에 의하게 되는데, 굴절률이 커질수록 빛의 촛점은 유리구슬의 내부로 향하게 되며, 촛점이 유리구슬의 내벽에 형성될 때, 즉 굴절률이 1.9인 유리구슬은 촛점반사율이 크기 때문에 재귀반사도가 가장 크게 이루어진다. 따라서 굴절률이 1.9이상인 경우에는 확산반사 도료층에 50%이하 매립되는 것이 효율적인 것으로서, 가장 바람직하게는 굴절률 1.9의 것이 50%만큼 매립되도록 해야 한다. 이에 반하여 굴절률이 1.5인 유리구슬은 촛점이 유리구슬의 밖에 위치하기 때문에 유리구슬이 매립되는 확산반사 도료층에 형성된 촛점에 의해 반사될 때 재귀반사율이 높아지게 된다. 따라서 굴절률이 1.5이상 1.9미만인 유리구슬은 확산반사 도료층에 50%를 초과하도록 하는 것 효율적이며, 가장 바람직하게는 굴절률 1.5인 것이 60%만큼 매립되도록 해야 한다.

이러한 굴절률과 확산반사 도료층에 대한 매립도의 관계는 우기시 고인 빗물에 의한 굴절률의 변화를 고려해야 하는 도로포장면에서는 이를 적용할 수 없는 것과는 달리, 본 발명에서와 같이 빗물이 고이지 아니하는 콘크리트의 수직벽체에 대하여 유효하게 그대로 적용될 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 타 실시예에 의한 도장 마감재(10)에서는 사용되는 유리구슬(g₁, g₂) 전체의 50중량%는 백색포틀랜드 시멘트 및 백색규사와 함께 혼합되어 초기 혼합물을 구성하도록 하되, 이때의 유리구슬(g₁)은 굴절률이 1.5이상 1.9미만의 것을 사용함으로써, 분사도장시 각 유리구슬(g₁)의 초기 혼합물에 대한 매립도가 50%를 초과하도록 하고, 나머지 50중량%의 유리구슬(g₂)은 굴절률 1.9이상의 것을 사용하되, 초기 혼합물이 피도장체(20)에 분사된 후 상기 초기 혼합물의 표면이 건조되기 까지의 20분이내에 상기 표면에 분사되어 일체로 구성되게 함으로써 각 유리구슬(g₂)의 매립도가 50%이하가 되도록 한다. 물론 가장 바람직하게는 초기 혼합물에 혼합되는 유리구슬(g₁)은 굴절률 1.5의 것이 매립도 60%가 되도록 하고, 분사되는 유리구슬(g₂)은 굴절률 1.9의 것이 매립도 50%가 되도록 한다.

참고로 상기의 20분은 초기 혼합물이 분사된 후 그 표면이 건조되기 시작하는 때까지의 시간을 의미하는 오픈타임의 일 예를 든 것으로서, 상기의 오픈타임은 후속 공정의 진행 등 작업여건과 기후 등의 환경여건을 감안하여 설정되는 것으로 가장 바람직하게는 20분 내외로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 도장 마감재(10)에는 콘크리트 면과의 부착력을 향상시키고 표면강도를 더욱 향상시키기 위하여 폴리머가 혼입되는 바, 이를 위해 현장에서의 사용성이 좋은 재유화형 분말수지가 사용된다.

도장 마감재(10)의 들뜸과 균열의 방지는 높은 부착강도에 의해 이루어질 수 있는 바, 부착강도가 적어도 1.1N/㎟ 이상이 되도록 하기 위하여, 상기 재유화형 분말수지는 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 1.5~25중량부의 재유화형 분말수지가 혼입된다.

상기한 본 발명의 도장 마감재(10)에 혼입되는 재유화형 분말수지는 내알칼리성을 가지는 에틸렌-비닐아세테이트와, 아크릴계 라텍스 및, 스틸렌-부타디엔 고무 중 어느 하나로 이루어지며, 바람직하게는 부착력과 신축성 및 균열방지성에 대하여 가장 우수한 에틸렌-비닐아세테이트가 선택될 수 있다.

본 발명의 도장 마감재(10)는 시공이 용이하도록 분사방식으로 시공된다. 이에 반하여 본 발명의 도장 마감재(10)는 전술한 바와 같이 강도증진을 위해 입도 80~120메쉬의 고운 규사가 사용되는 바, 이로 인하여 유동성이 지나치게 높아지면서 재료분리가 발생될 우려가 있다.

증점제는 상기한 재료분리를 방지하면서 도장 마감재(10)의 초기 혼합물이 경화되기 시작되는 상기의 오픈타임을 조절한다. 그러나 증점제의 혼입은 다른 한편으로 강도저하를 야기시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 도장 마감재(10)에는 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 0.3~1.0중량부가 포함되도록 하여, 재료분리를 방지하고 피도장체(20)에 분사된 초기 혼합물의 오픈타임이 20분 내외가 되도록 함으로써 후속공정이 용이하고 정밀하게 진행될 수 있도록 한다.

본 발명의 도장 마감제에는 상기의 증점제와 함께 백색포틀랜드 시멘트의 분산을 좋게 하여 수화작용이 잘 일어날 수 있도록 하는 분산제와 상기한 재료들의 혼합시 생성되어 부착력을 약화시키는 기포를 제거하기 위한 소포제가 더 포함되며, 이들은 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 각각 0.15~1.0중량부씩 혼입된다.

이와 같이, 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 백색규사 40~100중량부, 유리구슬 15~60중량부, 재유화형 분말수지 1.5~25중량부, 증점제 0.3~1.0중량부, 분산제 0.15~1.0중량부, 소포제 0.15~1.0중량부가 혼합되어 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 도장 마감재(10)의 효능을 검증하기 위하여 다음의 시험예 1에서와 같이 제조한 후, KSF4716 시험방법에 의해 연도변화(%), 부착강도(N/㎟), 내잔갈림성, 온냉반복후 부착강도(N/㎟), 온냉반복에 대한 저항성, KSL1592 시험방법에 의한 길이변화율(%), 압축강도(N/㎟), KSM6080 시험방법에 의한 반사율 45°,0°확산 반사율을 각각 측정하였으며, 그 결과는 표1과 같다.

시험예 1)

백색포틀랜드 시멘트 100중량부와 이를 기준으로 한 백색규사 70중량부, 유리구슬(굴절률 1.5) 30중량부, 재유화형 분말수지(에틸렌-비닐아세테이트/독일 wacker사의 비나파스) 8중량부, 증점제(Methyl cellulose) 0.5중량부, 분산제(나프고사/SHMP) 0.3중량부, 소포제(나프코사/14HP) 0.3중량부를 균일하게 혼합한 후 이들 전체 혼합물 100중량부에 대하여 물30중량부를 가하여 충분히 교반하여 콘크리트 표면에 1차 분사한 후, 1차 분사된 표면이 건조하기 시작 전에 유리구슬(굴절률 1.9) 30중량부를 2차 분사하여 콘크리트에 대한 도장 마감을 완료하였으며, 재령 28일 기준으로 각 시험을 실시하였다.

상기의 시험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 도장 마감재(10)는 압축강도가 매우 클 뿐 아니라, 부착강도가 기준치를 높게 상회하고 있어 종래의 유기질 도료를 사용함으로써 발생되었던 문제점이 해결되는 것과 더불어 높은 야간 시인성이 확보되고 있음을 나타내고 있는 바, 도로변 구조물의 내구성이 한층 증대되고 자동차의 추돌사고를 현저히 줄이는 효과가 있을 것임을 알 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 도장 마감재(10)는 바탕면에 백색도가 유지된 상태에서 야간 시인성 확보를 위한 유리구슬이 매립되도록 하는 것으로 설명하였으나, 여기에 안료를 더 첨가하여 다양한 색상의 무늬를 구현시킬 수 있다.

상기 안료는 주 원료가 무기질인 도장 마감재(10)의 혼합물에 대한 친화력을 향상시키고 피도장체(20)의 바탕면과의 접착력이 향상될 수 있는 무기질의 것으로 이루어진다. 첨가되는 무기질 안료의 양은 요구되는 색상의 선명도에 따라 달라질 수도 있으나, 가장 바람직하게는 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 3~25중량부가 첨가되도록 한다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

10; 도장 마감재 20; 피도장체
g₁, g₂; 유리구슬

Claims (6)

1. 도로상에 위치하거나 이에 접한 콘크리트 구조물의 표면에 분사식으로 도장되는 마감재에 있어서,
   상기 마감재는, 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 백색규사 40~100중량부, 유리구슬 15~60중량부, 재유화형 분말수지 1.5~25중량부, 증점제 0.3~1.0중량부, 분산제 0.15~1.0중량부, 소포제 0.15~1.0중량부가 혼합되어 이루어지되, 상기 백색규사는 80~120메쉬의 입도를 가지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 유리구슬(g₁,g₂) 중 전체의 50중량%는 굴절률이 1.5이상 1.9미만으로 백색포틀랜드 시멘트 및 백색규사 함께 초기 혼합물을 구성하고, 나머지 50중량%는 굴절률이 1.9이상인 것으로서 초기 혼합물이 피도장체에 분사된 후 오픈타임 이내에 상기 초기 혼합물의 표면에 분사되어 일체화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재.
4. 제3항에 있어서, 상기 굴절률이 1.5이상 1.9미만의 유리구슬(g₁)은 매립도가 50%를 초과하고, 굴절률이 1.9이상인 유리구슬(g₂)은 매립도가 50%이하인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재.
5. 제1항에 있어서, 상기 재유화형 분말수지는 에틸렌-비닐아세테이트와, 아크릴계 라텍스 및, 스틸렌-부타디엔 고무 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재.
6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 백색포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 무기질 안료 3~25중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 강화기능을 가진 반사 시멘트 도장 마감재.
   

Images