KR101527702B1 - 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호 시공 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호 시공 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호 시공 공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물 및 강재의 표면을 보호 시공함에 있어 아크릴계 혼합 수지를 사용하고 특히 굴껍질 분말, 폐유리 분말 등의 제2분말 성분을 포함하여 사용하므로 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 매우 우수하고, 클링커, 석고, 플라스터 등을 포함하는 제1분말 성분으로 인해 콘크리트 구조물 및 강재와의 부착성능이 우수하며, 내화학성 및 방수성도 우수하고, 염해에 대한 내성과 방사능 차폐성능도 우수하며, 수지 성분과 개시제 성분을 서로 분리하고 분말 성분을 제1분말 성분 및 제2분말 성분으로 분리하여 사용하므로 장기 저장시에도 경화되지 않아 보관 안정성이 우수하고, 각 성분들이 사용 직전에 혼합되어 사용되므로 사용 기간이 제한되는 문제가 없고 현장에서의 사용이 편리하며, 남는 자재로 인해 자재 손실과 환경 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호 시공 공법{Coating material for protecting surface of concrete structure and steel, and construction method of protecting surface of concrete structure and steel using the same}
본 발명은 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호 시공 공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물 및 강재와의 부착성능 및 내구성이 우수한 동시에 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호 효과가 우수한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제에 관한 것이다.
일반적으로 건축 구조물, 그 중에서도 콘크리트로 이루어진 건축 구조물은 건설 후 염해나 물의 침투 등에 강도가 저하될 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 내구성이 떨어져 사용 수명이 감소하게 된다. 특히 바닷가에 축조될 경우 염분의 침투를 받는 경우가 많으며 공장 폐수 지역이나 하수 지역에 축조될 경우에는 여러 화학 약품에 의한 침투를 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다.
이러한 건축 구조물의 내구성 저하를 감소시키기 위하여 콘크리트 구조물의 표면을 코팅제(도료)로 도장하는 것이 일반적이다.
한편, 종래의 코팅제는 아크릴계 수지 계열의 폴리머에 충전재를 혼합하여 사용해 왔는데, 모재 콘크리트에 대한 부착 강도나 내구성, 압축강도 등의 물성 면에서 충분하지 못한 면이 있었다.
한편, 대한민국 공개특허 제2008-0094427호는 철과 시멘트에 친화성이 높은 고로 슬래그를 충전재로 사용함으로써 피도체와의 부착성을 향상시키고 연성 수지를 첨가함으로써 유연성을 높여 피도체면과의 분리를 막아 내진동성을 높게 하며, 수산화알칼리금속을 경화제로 사용하여 경화속도를 낮춤으로써 피도체와의 밀착성을 높일 수 있는 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0937632호는 기존의 도료 조성물이 오염에 대한 저항성이 떨어지는 것을 해결하기 위하여 도막 표면에 대전 방지성 및 먼지 부착 방지성이 우수한 불소계 계면활성제를 첨가함으로써 내오염성과 함께 내약품성, 내곰팡이성을 향상시키는 기술을 제안한 바 있다.
그러나, 종래의 코팅제는 부착강도 면에서는 일부 진보된 면이 있으나, 내구성, 내화학성이 다소 부족하고 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 부족하여 콘크리트 구조물의 표면 보호 효과가 충분하지 못한 면이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 콘크리트 구조물 및 강재의 표면을 보호하는 기능과 더불어 피도면과의 접착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호 효과가 우수한 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 강재 표면의 보호 시공 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부 및 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 제1액상 성분;
(2) 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 제2액상 성분;
(3) 클링커 0.5 내지 10 중량부, 석고 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1분말 성분; 및
(4) 굴껍질 분말 10~50 중량부, 정수 슬러지 분말 5~20 중량부, 폐유리 분말 5~20 중량부 및 폐석고 분말 10~40 중량부를 포함하는 제2분말 성분;
을 포함하여 구성되며,
상기 제1액상 성분 및 제2액상 성분은 50~95:5~50 중량비로 혼합되며, 상기 혼합된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 2~5 중량부 및 상기 제2분말 성분 3~8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (3)의 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1~20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20 ㎛가 되도록 분쇄한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(a) 상기 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물의 각 성분을 혼합하여 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
(b) 콘크리트 구조물 및 강재의 시공 대상 표면을 그라인딩하여 다듬는 단계; 및
(c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계;
를 포함하는 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호 공법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 콘크리트 구조물 및 강재 등 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호 효과가 뛰어나다.
또한, 수지 성분과 개시제 성분을 서로 분리하고 분말 성분을 제1분말 성분 및 제2분말 성분으로 분리하여 사용하므로 장기 저장시에도 경화되지 않아 보관 안정성이 우수하고, 각 성분들이 사용 직전에 혼합되어 사용되므로 사용 기간이 제한되는 문제가 없고 현장에서의 사용이 편리하며, 남는 자재로 인해 자재 손실과 환경 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물은 하기의 4가지 성분을 포함하여 구성된다.
(1) 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부 및 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 제1액상 성분;
(2) 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 제2액상 성분;
(3) 클링커 0.5 내지 10 중량부, 석고 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1분말 성분; 및
(4) 굴껍질 분말 10~50 중량부, 정수 슬러지 분말 5~20 중량부, 폐유리 분말 5~20 중량부 및 폐석고 분말 10~40 중량부를 포함하는 제2분말 성분;
이하에서는 상기 각 성분에 관하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1액상 성분은 폴리머를 조성하는 수지 성분으로서 아크릴계 수지 성분이다.
본 발명에서 상기 제1액상 성분을 이루는 수지 성분은 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부 및 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부를 포함하여 구성된다.
상기 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate, MMA)는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 점성 및 접착성을 높이는 역할을 한다. 상기 메틸메타아크릴레이트는 상기 제1액상 성분에 1 내지 7 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 메틸메타아크릴레이트가 1 중량부 미만으로 포함되는 경우 점성이 낮아져 콘크리트 구조물 및 강재에 대한 부착성능이 저하되는 문제가 있으며, 7 중량부를 초과하는 경우는 지나친 점성으로 인하여 아크릴 수지가 분말 성분과 용이하게 혼합되지 못하며, 이에 따라 아크릴 수지의 분산성이 저하되는 문제가 있고 또한 지나친 점성으로 인하여 작업성이 저하되는 문제도 발생한다.
상기 스티렌 모노머(styrene monomer)는 개시제에 의하여 폴리머 형태로 중합되며, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 경화를 촉진시키고 강도를 증가시키는 역할을 한다. 상기 스티렌 모노머는 상기 제1액상 성분에 5 내지 20 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 스티렌 모노머가 5 중량부 미만으로 포함되는 경우는 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 경화속도가 낮아지고 경화된 후의 강도가 저하되며, 20 중량부를 초과하는 경우는 필요 이상으로 포함되는 것으로서 경제성이 떨어진다.
상기 노말부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate)는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 부착성능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 노말부틸아크릴레이트는 상기 제1액상 성분에 1 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 노말부틸아크릴레이트가 1 중량부 미만으로 포함되는 경우는 부착력이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 경제성이 떨어진다.
상기 메틸아크릴레이트(methyl acrylate)는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 부착성능 및 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 메틸아크릴레이트는 상기 제1액상 성분에 0.1 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 메틸아크릴레이트가 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우는 부착성능 및 강도특성이 저하되고, 10 중량부를 초과하는 경우는 경제성이 떨어진다.
상기 이소보닐아크릴레이트(isobornyl acrylate)는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제에 포함된 성분의 분산성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 이소보닐아크릴레이트는 상기 제1액상 성분에 0.1 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 이소보닐아크릴레이트가 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우는 다양한 성분의 분산성이 저하되어 균일한 물성을 얻기가 어려운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 기타 다른 성분의 첨가량이 제한되어 강도 및 부착성능을 얻기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 구성되는 제1액상 성분과는 별도로 제2액상 성분을 포함한다.
본 발명에서 상기 제2액상 성분은 개시제와 유화제로 이루어진다.
본 발명에서 상기 개시제는 상기 제1액상 성분에 포함되는 아크릴계 수지 성분 및 스티렌모노머의 중합반응을 개시하는 역할을 하며, 이러한 개시제로는 t-부틸퍼옥시벤조에이드, 벤조일퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드, t-부틸아세테이프, 또는 2,5-디메틸헥실-2,5-디퍼옥시벤조에이트 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 개시제는 상기 제2액상 성분에 0.05 내지 5.0 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 개시제의 함량이 0.05 중량부 미만인 경우는 아크릴 수지 및 스티렌 모노머의 중합 개시반응이 저하되어 결국 코팅제의 강도 특성이 낮아지는 문제가 있으며, 5.0 중량부를 초과하는 경우는 중합반응의 효율적 제어가 어려운 문제가 있다.
본 발명에서 상기 유화제는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제에 물을 첨가하는 경우 코팅제가 물과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 유화제로는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 또는 폴리글리세린지방산에스테르 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 유화제는 상기 제2액상 성분에 0.05 내지 5.0 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 유화제의 함량이 0.05중량부 미만인 경우는 코팅제를 물과 혼합하는 경우 물과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 5 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 부착성능이 발휘되기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서 상기 액상 성분들과는 별도로 분말 성분들을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 분말 성분으로는 제1분말 성분 및 제2분말 성분으로 구성된다.
본 발명에서 상기 제1분말 성분은 클링커 0.5 내지 10 중량부, 석고 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 클링커(clinker)는 규산칼슘인 알라이트, 베라이트 및 세라이트 등으로 구성된다. 상기 클링커는 분말성분과 액상성분의 혼합을 촉진시키는 역할을 한다. 상기 클링커는 상기 제1분말 성분 중에 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 클링커의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말성분과 액상성분의 혼합이 용이하지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있다.
상기 석고는 점성을 증가시켜 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 석고는 상기 제1분말 성분 중에 1 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 석고의 함량이 1 중량부 미만인 경우는 점성 및 부착성이 저하되는 문제가 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 낮아지는 문제가 있다.
상기 플라스터(plaster)는 분말 성분에 포함된 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 플라스터는 상기 제1분말 성분 중에 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 따라서, 상기 플라스터의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말 성분에 포함된 다양한 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 내화학성 등이 저하되는 문제가 있다.
상기 무수석고는 황산칼슘의 무수물에 해당하는 광물로서, 분말성분과 액상성분의 혼합시 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무수석고는 상기 제1분말 성분 중에 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 무수석고의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 코팅제의 부착성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 실리카퓸(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 분말성분 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 코팅제의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, 실리카퓸은 코팅제의 부착성능을 향상시키는 역할을 하기도 한다. 상기 실리카퓸은 상기 제1분말 성분 중에 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 실리카퓸의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 코팅제의 방수성 및 내화학성이 저하되고 강도가 낮아지는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기 플라이애쉬(fly ash)는 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 태우고 남은 성분들이 산화물 형태로 남아 산화 실리콘(SiO2)나 산화 알루미늄(Al2O3)성분의 미세한 먼지로 남은 것을 의미한다. 상기 플라이애쉬를 코팅제에 혼합하여 사용하면 작업성이 개선되고 장기적인 강도 및 수밀성이 향상되어 경제적이다. 상기 플라이애쉬는 상기 제1분말 성분 중에 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 플라이애쉬의 함량이 0.01 미만인 경우는 코팅제의 부착성능이 저하되며, 5 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 석회석은 본 발명에 따른 코팅제의 부착성을 보조적으로 향상시키는 역할을 한다. 상기 석회석은 상기 제1분말 성분 중에 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 석회석의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 코팅제의 부착성 향상 효과가 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 슬래그는 제철소 등에서 철강을 제조하는 과정에서 발생하는 부산물로서, 슬래그의 주성분은 알루미나 규산염이며, 이를 분말성분에 혼합하는 경우 코팅제의 내구성 및 내화학성을 높이는 역할을 한다. 특히 슬래그는 투수성이 낮아 본 발명에 따른 코팅제의 방수성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 슬래그는 상기 제1분말 성분 중에 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 슬래그의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우는 코팅제의 내구성, 내화학성 및 방수성이 저하되는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 코팅제의 균열이 발생할 수 있고 무게가 증가하는 문제가 있다.
상기 하소포졸라나(calcinated pozzolana)는 주로 세립인 적색의 화산성 흙으로 구성되어 있는 천연 포졸라나에 칼슘을 첨가하여 제조하며, 본 발명에 따른 코팅제의 방수성을 향상시키는 역할을 한다. 구체적으로 상기 하소포롤라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1~20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20 ㎛가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 처리된 하소포졸라나는 코팅제에 적용시 치밀성을 향상시켜 방수성 및 강도를 증가시키는 역할을 한다. 상기 하소포졸라나는 상기 제1분말 성분 중에 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 하소포졸라나의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우는 코팅제의 방수성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있다.
상기 마이크로실리카는 10 내지 200㎛의 입경을 갖는 실리카 입자이며, 본 발명에 따른 코팅제의 강도 및 내화학성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 마이크로실리카는 상기 제1분말 성분 중에 0.01 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 마이크로실리카의 함량이 0.01 중량부 미만이면 코팅제의 강도 및 내화학성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 부착성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 제2분말 성분은 굴껍질 분말 10~50 중량부, 정수 슬러지 분말 5~20 중량부, 폐유리 분말 5~20 중량부 및 폐석고 분말 10~40 중량부를 포함한다.
상기 제2분말 성분을 이루는 각 성분들은 폐기되는 재료들을 활용하는 것으로서, 폐 재료들을 바람직하게는 10~200㎛의 입경을 갖도록 분말화한 것을 사용하며, 상기 분말로 인해 강도(특히 압축강도)가 더욱 강화되고, 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 폐기물 재활용으로 인해 2차적 환경 오염을 예방하는 효과도 있다.
본 발명에서 상기 폐재료를 활용한 성분은 굴껍질 분말, 정수 슬러지 분말, 폐유리 분말 및 폐석고 분말을 혼합하여 사용하며, 각 성분의 함량 비율은 굴껍질 분말 10~50 중량부, 정수 슬러지 분말 5~20 중량부, 폐유리 분말 5~20 중량부 및 폐석고 분말 10~40 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 (1) 내지 (4)의 각 성분들은 적정 비율로 혼합되어 사용되는데, 바람직하게는 사용 직전에 혼합되는 것이 좋다.
구체적으로, 본 발명에서 상기 제1액상 성분 및 제2액상 성분은 50~95:5~50 중량비로 혼합되며, 상기 혼합된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 2~5 중량부 및 상기 제2분말 성분 3~8 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조성으로 얻어지는 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물은 액상 성분과 분말 성분이 분리된 상태로 존재하며, 사용 직전에 혼합되어 콘크리트 표면 또는 강재 표면에 적용된다.
본 발명은 필요에 따라 상기 코팅제 조성물에 분산제 0.1 ~ 10 중량부, 소포제 0.01 ~ 3 중량부, 지연제 0.01 ~ 10 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
다음으로 상기 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물 및 강재 표면을 보호 시공하는 방법에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호 시공 공법은
(a) 상기 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 각 성분을 혼합하여 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
(b) 콘크리트 구조물의 시공 대상 표면을 그라인딩하여 다듬는 단계; 및
(c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계;
를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 다양한 분야에서 콘크리트 구조물 및 강재의 표면 보호에 사용될 수 있으며, 슬래브, 보, 기둥, 벽체, 바닥면의 표면 보호 사용될 수도 있으며, 염해에 대한 내성이 강하여 항만의 슬래브, 보, 기둥, 및 염소이온 침투방지, 선박도크 및 방파제와 같은 수중 구조물의 교각 및 기둥, 수로, 암벽, 기타 해양구조물 등에 유용하게 사용될 수 있고, 고강도 및 고밀도 특성을 나타내므로 원자력발전소, 핵폐기물 처리장 등에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 염분 및 산성 물질 등의 열화 물질의 침투를 억제시킴으로써, 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 모르타르 및 강재 표면과의 혼화성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 기존 모재와의 접착력이 우수하고, 콘크리트와의 중성화 반응이 없으며, 내수성, 내오존성, 내약품성, 방수성, 통기성, 자외선에 의해 산화되어 노화되는 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 통기성이 우수하고, 결로현상이 발생하지 않으며, 구조물 표면을 산화시키지 않고, 침투성이 우수하고, 침투된 제품이 경화되어 밀도가 조밀하고, 내구성, 방수성이 우수하며, 특히 온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되는 모체의 균열을 방지하고, 신축성이 우수하여 진동부위의 작업에 매우 적합한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 강도가 우수하며, 이산화탄소의 침투를 저지하고, 물 침투를 차단한다. 본 발명에 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 VOC(volatile organic compound)의 함량이 낮아 환경친화적이고 대기오염이 없으며, 강도 발현성이 높고, 조기 강도성이 우수하며, 미세한 입자가 포함되어 균열방지 능력이 뛰어나다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 내수성, 내후성, 내화학성, 내오염성이 뛰어나 화학가스, 배기가스, 빗물 등으로부터 모체와 마감면을 보호할 수 있고, 노출 콘크리트 구조물의 보호 마감에 큰 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 액상 성분과 분말 성분간의 혼화성이 뛰어나고 배합이 쉬워 시공이 용이하고 작업성이 우수하다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 고탄성, 평활성, 저온안정성(내잔갈라짐), 무취성이 우수하고 물과의 혼합시에도 양호한 분산작용을 나타내며, 전체적으로 균일한 강도를 유지함과 동시에 고강도이다. 또한, 분말성분의 양호한 분산작용으로 고밀도의 치밀한 조직체를 형성하여 내화학성(내염성, 내산성)이 우수하며 물, 기름 등의 침투를 억제한다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 콘크리트와의 부착력이 우수하며, 단기적 부착강도와 장기적 안정성 면에서 모두 우수하고, 강도와 안정성의 적절한 조화로 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 따른 상기 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 1회 도장만으로도 내구성, 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제는 20~200g/m2로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
메틸메타아크릴레이트 5 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부를 혼합하여 제1액상 성분을 제조하고, t-부틸퍼옥시벤조에이드 3 중량부 및 글리세린지방산에스테르 4 중량부를 혼합하여 제2액상 성분을 제조한 다음, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 제1분말 성분을 제조하고, 굴껍질 분말 20 중량부, 정수 슬러지 분말 10 중량부, 폐유리 분말 10 중량부 및 폐석고 분말 30 중량부를 혼합하여 제2분말 성분을 제조하였다.
이후 상기 제조된 제1액상 성분과 제2액상 성분을 90:10의 중량비로 혼합하여 액상 성분을 제조한 후 상기 제조된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 4 중량부 및 상기 제2분말 성분 7중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
실시예 2
메틸메타아크릴레이트 7 중량부, 스티렌모노머 8 중량부, 노말부틸아크릴레이트 10 중량부, 메틸아크릴레이트 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부를 혼합하여 제1액상 성분을 제조하고, t-부틸퍼옥시벤조에이드 3 중량부 및 글리세린지방산에스테르 3 중량부를 혼합하여 제2액상 성분을 제조한 다음, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 제1분말 성분을 제조하고, 굴껍질 분말 20 중량부, 정수 슬러지 분말 10 중량부, 폐유리 분말 20 중량부 및 폐석고 분말 40 중량부를 혼합하여 제2분말 성분을 제조하였다.
이후 상기 제조된 제1액상 성분과 제2액상 성분을 90:10의 중량비로 혼합하여 액상 성분을 제조한 후 상기 제조된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 5 중량부 및 상기 제2분말 성분 8중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
실시예 3
메틸메타아크릴레이트 7 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부를 혼합하여 제1액상 성분을 제조하고, t-부틸퍼옥시벤조에이드 3 중량부 및 글리세린지방산에스테르 3 중량부를 혼합하여 제2액상 성분을 제조한 다음, 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 제1분말 성분을 제조하고, 굴껍질 분말 40 중량부, 정수 슬러지 분말 5 중량부, 폐유리 분말 10 중량부 및 폐석고 분말 40 중량부를 혼합하여 제2분말 성분을 제조하였다.
이후 상기 제조된 제1액상 성분과 제2액상 성분을 95:5의 중량비로 혼합하여 액상 성분을 제조한 후 상기 제조된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 2 중량부 및 상기 제2분말 성분 5중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 1
메틸메타아크릴레이트 30 중량부, 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 2
스티렌모노머 30 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 5 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 3
노말부틸아크릴레이트 30 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 4
이소보닐아크릴레이트 30 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 5
메틸메타아크릴레이트 5 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 0.1중량부 및 글리세린지방산에스테르 0.1 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 클링커 5 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부, 하소포졸라나 7 중량부, 마이크로실리카 3 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 6
메틸메타아크릴레이트 5 중량부, 스티렌모노머 10 중량부, 노말부틸아크릴레이트 5 중량부, 메틸아크릴레이트 5 중량부, 이소보닐아크릴레이트 5 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 0.1 중량부 및 글리세린지방산에스테르 0.1 중량부를 혼합한 후, 여기에 다시 석회석 46 중량부를 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
성능 평가
1. 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부착강도 및 부피변화율 테스트
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제의 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부피변화율, 부착강도를 측정하였다.
상기 휨강도, 압축강도, 인장강도 및 부착강도는 코팅제의 시공 28일 후 KS F 4042-02의 표준에 따라 측정하였으며, 상기 부피변화율은 시공 28일 후의 코팅제의 부피를 0℃부터 35℃까지 온도를 달리하여 매일 부피 변화의 정도를 측정함으로써 평가하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 휨강도
(N/㎟)		 압축강도
(N/㎟)		 인장강도
(N/㎟)		 부착강도
(MPa)		 부피변화율
(%)
실시예 1 20.0 65.8 10.0 1.5 0.0001
실시예 2 17.2 50.0 5.0 2.0 0.0005
실시예 3 25.0 70.0 8.6 1.8 0.0003
비교예 1 15.5 35.5 3.5 0.5 0.0009
비교예 2 10.6 40.0 4.0 1.2 0.0012
비교예 3 8.5 30.5 3.8 1.0 0.0008
비교예 4 11.2 35.0 2.9 0.8 0.0009
비교예 5 8.9 35.5 4.4 0.9 0.0010
비교예 6 10.8 38.0 4.2 1.1 0.0015
상기 표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물은 15 내지 25 N/㎟의 휨강도, 50 내지 70 N/㎟의 압축강도, 5 내지 10 N/㎟의 인장강도, 1.5 내지 2MPa의 부착강도를 나타내었으며, 부피변화율은 0.0001 내지 0.0005%의 범위 내인 것으로 측정되었다. 그러나, 비교예 1 내지 6의 경우는 8.5 내지 15.5 N/㎟의 휨강도, 35.0 내지 40.0 N/㎟의 압축강도, 2.9 내지 4.4 N/㎟의 인장강도, 0.5 내지 1.2MPa의 부착강도를 나타내었으며, 부피변화율은 0.0008 내지 0.0015%로 측정되었다.
이러한 결과는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물이 강도특성 및 부착성능 면에서 매우 우수하다는 것을 나타낸다.
2. 방수성 및 내화학성 테스트
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물의 방수성 및 내화학성을 측정하였다.
상기 방수성은 상기 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물을 콘크리트 구조물 위에 1㎝ 두께로 도포하고 그 위에 원통형의 물탱크를 설치하여 1개월 단위로 수분의 침투여부를 6개월간 확인하였다.
내화학성은 35‰의 염분 농도를 갖는 염수 및 2%농도의 황산용액을 각각 콘크리트 구조물 상에서 경화 후 28일 지난 코팅층 상에 매일 1시간씩 처리한 후 코팅층이 손상되었는지 여부를 1일 단위로 60일간 확인하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 방수성 테스트
(개월)		 내화학성 테스트 (일)
염수 황산용액
실시예 1 - - 45
실시예 2 - - 50
실시예 3 - - 52
비교예 1 1 20 5
비교예 2 2 35 10
비교예 3 1 40 15
비교예 4 2 26 8
비교예 5 1 39 12
비교예 6 1 27 9
상기 표 2를 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 경우는 6개월간 수분이 전혀 침투되지 않은 반면, 비교예 1 내지 6의 경우는 1~2개월 경과 후 수분이 침투된 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물의 우수한 방수성능을 나타내는 결과인 것으로 해석된다.
또한, 상기 표 2를 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 경우는 60일간 처리된 염수에 의하여 전혀 표면 손상이 일어나지 않았으며, 황산용액을 처리한 경우 45 내지 52일간 표면 손상이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1 내지 6의 경우는 염수처리 후 20 내지 40일 후에 표면 손상이 일어났으며, 황산용액을 처리한 경우는 5 내지 15일 내에 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강재 표면 보호용 코팅제 조성물의 우수한 내화학성을 뒷받침하는 결과인 것으로 해석된다.

Claims (3)

  1. (1) 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부 및 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 제1액상 성분;
    (2) 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 제2액상 성분;
    (3) 클링커 0.5 내지 10 중량부, 석고 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1분말 성분; 및
    (4) 굴껍질 분말 10~50 중량부, 정수 슬러지 분말 5~20 중량부, 폐유리 분말 5~20 중량부 및 폐석고 분말 10~40 중량부를 포함하는 제2분말 성분;
    을 포함하여 구성되며,
    상기 제1액상 성분 및 제2액상 성분은 50~95:5~50 중량비로 혼합되며, 상기 혼합된 액상 성분 100 중량부를 기준으로 상기 제1분말 성분 2~5 중량부 및 상기 제2분말 성분 3~8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (3)의 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1~20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20 ㎛가 되도록 분쇄한 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물.
  3. (a) 청구항 1에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 각 성분을 혼합하여 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 콘크리트 구조물의 시공 대상 표면을 그라인딩하여 다듬는 단계; 및
    (c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계;
    를 포함하는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
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