KR101581302B1

KR101581302B1 - 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법

Info

Publication number: KR101581302B1
Application number: KR1020150044328A
Authority: KR
Inventors: 하상우
Original assignee: 하상우
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-01-11

Abstract

본 발명은 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 흡수방지재의 total mass에 대하여 증류수 20 ~ 40 total mass%와 불소계 계면활성제 0.1 ~ 1.0 total mass%를 혼합하여 얻어지는 제1액과; 규산칼륨 15 ~ 40 total mass%와 규산나트륨 15 ~ 60 total mass% 및 규산리튬 1 ~ 10 total mass%을 혼합하여 얻어지는 제2액; 및 상기 제1액과 제2액을 혼합하여 제3액인 흡수방지재를 제조하되, 상기 흡수방지재의 점도는 100 내지 200cps이고, 페하는 11 내지 12ph인 것을 특징으로 한다.
상기 흡수방지재를 통하여 비전문가도 균일한 시공가능하며, 도포시 신속하게 콘크리트 내부로 침투하여 콘크리트 내 수산화칼슘과 화학반응을 통한 불용성 물질 형성 및 내부조직 치밀화 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 보수재의 제조 방법 및 이를 이용한 시공방법은, 콘크리트 모체의 투명성 확보를 통한 색상유지 및 표면관찰 용이하며, 종래기술 대비 안정적인 침투깊이 확보, 경제성 및 성능 향상할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법{Manufacturing and working method of environmental-friendly surface repairing materials for concrete structures using inorganic material}

본 발명은 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 표면 보수재를 제조하고, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일하게 시공하고, 도포시 신속하게 콘크리트의 내부로 침투하여 콘크리트 내 수산화칼슘과 화학반응을 통한 불용성 물질형성 및 내부조직을 치밀화 하게 함과 동시에 콘크리트의 내구성을 향상시키고, 구조물의 내구연한 증대 및 반영구적인 유지성능을 확보하고, 안정적인 성능 및 경제성을 향상시키기 위한 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

국내 건설산업은 60년대 이후 급속한 산업화 정책과 더불어 막대한 사회기반시설 확충이 추진됨으로써 국가경제에서 차지하는 비중이 지속적으로 증가되고 있다. 이러한 건설산업에서 성형성 및 경제성이 우수한 건설재료인 콘크리트는 국내ㆍ외적으로 가장 많이 사용되고 있으며, 건설 구조물의 대형화 및 기능화되고 있는 현 시점까지 그 수요는 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.

이와 같이 사회기반시설의 대부분을 차지하고 있는 콘크리트는 일반적으로 공용기간동안 안정성과 사용성이 확보될 수 있도록 설계 및 시공이 이루어지고 있으며, 시공품질이 양호하고 구조물을 구성하는 재료의 성질과 외적환경이 크게 변하지 않는 경우에는 설계 당시 설정한 설계 수명 또는 내구연한 동안 안전하게 구조적 기능을 수행할 수 있는 것으로 간주한다.

그러나 실제 현장에서는 설계시 고려하지 못한 현상이나 예기치 못한 과도한 하중 또는 구조 부재를 이루고 있는 재료의 결함 등에 의하여 사용기간 중에 손상이 필연적으로 발생하게 된다. 이러한 손상은 대부분 국부적으로 발생하지만 조기에 발견하여 적절한 보수를 수행하지 않는다면 국부손상이 전파되어 구조물 붕괴의 결과를 초래할 수 있다.

따라서 콘크리트 구조물의 조기 손상 발견 및 보수 등의 적절한 유지관리를 수행하여 구조물의 안정성과 사용성을 지속적으로 확보하는 것이 콘크리트 구조물의 수명 연장 또는 내구연한 감소를 최소화하기 위하여 매우 중요하다.

한편, 콘크리트의 손상은 일반적으로 여러 가지 열화요인이 복합적으로 작용하여 발생하며, 콘크리트 구조물의 내구연한 즉 내구성을 감소시키는 원인이 된다. 이러한 콘크리트 구조물의 내구성을 감소시키는 1차적인 주된 원인으로는 콘크리트 외부로부터 노출환경에 따라 물, 대기 중의 CO₂ 가스 및 기타 오염물질 등의 유해성 물질이 콘크리트 내부로 침투하기 때문이다.

유해성 물질이 콘크리트 내부로 침투하게 되면 콘크리트를 단독으로 사용한 구조물의 경우에는 구조적, 기능적으로 문제가 되지 않지만 대부분의 구조물이 철근 콘크리트 구조물이므로 문제가 발생하게 된다.

콘크리트 내부로 침투한 물은 피복두께 이상으로 침투하게 되면 콘크리트 내 철근의 부식으로 이어지게 되며, 철근부식으로 인한 부피팽창으로 피복부에 균열이 발생하게 된다. 균열이 발생되면 다량의 유해성 물질의 침투가 용이 해지기 때문에 열화는 더욱더 가속화된다.

또한 대기중 CO₂ 가스의 경우 강알칼리인 콘크리트 내부를 중성화시키는 탄산화 작용이 일어나기 때문에, 철근의 부동태피막 파괴로 인하여 철근부식이 더욱 촉진되며 균열폭을 증가시키는 원인이 된다.

더욱이 콘크리트 초기 타설 및 양생 문제로 인하여 균열이 발생된 경우에는 열화현상이 보다 빠르게 진행되어 내구수명을 감소시키는 원인이 된다.

따라서 이러한 열화현상을 저감시키기 위해서는 콘크리트 내부로 침입하는 외부 유해성 물질을 차단하는 등의 1차적 원인을 제거하는 것이 이후 복합적인 열화 진행을 억제하는데 보다 쉽고 경제적이며, 균열이 발생한 경우에는 균열발생으로 인한 취약부를 보수함으로써 열화 억제 및 구조물의 성능을 회복할 수 있다.

즉, 외부 유해성 물질 차단 및 균열억제를 위해서는 재료적, 배합적, 시공적, 사용ㆍ환경적 및 구조ㆍ외력적인 측면에서 요구성능을 만족하고 내부구조가 치밀한 콘크리트를 사용하는 경우 내구성 향상으로 인하여 어느 정도 차단이 가능하지만 실제 현장에서는 그렇지 못한 경우가 많으며, 콘크리트 자체가 공극을 다수 포함하고 또한 콘크리트에 있어서의 균열의 경우 여러 요인에 의하여 필연적으로 발생하기 때문에 완전히 방지하는 것은 불가능하다.

이를 보완하기 위한 방법으로는 콘크리트 피복에 사용되는 콘크리트용 표면 보수재를 사용하여 표면 코팅을 실시하거나, 침투시켜 구체강화를 하는 경우에 외부 유해성 물질의 침투를 억제하거나 지연시킬 수 있다. 콘크리트용 표면 보수재는 대개 콘크리트용 방수재를 의미하는데 물 이외에도 기타 유해성 물질도 함께 차단시키기 때문에 혼용 사용하기도 한다.

이러한 표면 보수재를 사용한 국내 보수공법은 다양한 종류의 재료로 구성되어 있으며 수많은 시제품이 사용되고 있다. 그러나 표면 보수재의 재료성상, 사용방법 및 내구성의 경우 콘크리트 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 적합한 재료의 선정과 방법은 중요하다.

표면 보수재는 일반적으로 공법에 따라 분류하고 재료의 구성성분, 화학적 특성, 형태 등에 따라 분류를 하게 되는데 크게 시트식, 도막식, 침투식 및 구체식으로 구분되며, 재료 특성에 따라 무기계, 유기계 및 유무기계로 분류할 수 있다.

종래의 공법 및 사용재료는 아스팔트, 합성고무, 합성수지, 섬유 및 광물질 등의 원료를 사용하여 콘크리트를 유해성 물질로부터 보호하는 것을 목적으로 하고 있으며, 콘크리트 구조물의 내구성 확보 등의 역할을 한다. 그러나 이러한 기존 공법 및 재료는 시공직후에는 가시적, 성능적인 측면에서 효과적인 성능을 기대할 수 있다는 장점이 있지만 시공 후 시간이 경과 함에 따라 시공 직후에는 나타나지 않은 문제점이 약 3∼5년 후 발생하는 단점이 있으며, 특히 콘크리트 표면에 대한 접착 불량 등으로 인한 탈락 현상으로 추가적인 유지보수 비용이 발생하게 된다.

이러한 문제의 원인은 시공 후 단기간 내에 뛰어난 효과를 볼 수 있는 유기계 재료들이 주로 사용되기 때문이다.

콘크리트는 무기질을 바탕으로 하는 무기계 재료로써 유기계 재료를 주원료로 한 표면 보수재는 콘크리트와 열적특성 및 거동 등이 유기계 재료를 기반으로 한 표면 보수재와 다르기 때문에 분리 및 탈락현상이 일어나게 된다.

따라서 기존 공법의 문제점을 해결하고 콘크리트와 동일한 무기계 재료만을 사용하여 반영구적으로 유지가 가능한 새로운 시공시스템 및 재료를 통하여 기존 표면 보수재와 대비하여 동일이상의 성능을 안정적으로 확보하고 상대적으로 경제성을 향상시킬 수 있는 표면 보수재의 연구 및 개발이 필요한 실정이다. 국내의 경우 일부 무기계 재료를 사용한 표면 보수재의 시공 및 사용사례가 있지만 대부분 유ㆍ무기계 재료를 혼합한 하이브리드 형태이거나 수입에 의존하고 있어 매우 고가이기 때문에 비경제적이다. 이를 해결하기 위해서는 표면 보수재로써 사용가능한 무기계 재료를 검토하고 이를 주원료로 한 표면 보수재의 개발이 필요하며, 이를 통하여 국내 기술력 향상 및 경제ㆍ산업적 측면에서도 기대가치가 클 것으로 예상된다. 또한 최근 건설산업이 고성능, 원가절감 및 저탄소 녹색성장 등 친환경의 문제가 중요한 사안으로 대두되고 있기 때문에 환경보호 및 자원절약 목적으로도 충분히 활용가치가 있을 것으로 예측된다.

따라서 기존의 경우에는 끊임없는 연구로 인하여 콘크리트 구조물을 건설하는 ‘개발과 건설의 시대’라고 한다면 현재는 구조물 건설뿐 아니라 건설된 구조물을 어떻게 유지하느냐의 초점을 맞춘 '지속가능한 발전’이 요구되는 시대이기 때문에 본 발명에서는 지속가능한 발전 및 저탄소 녹색성장에 적합한 친환경 기술개발의 일환으로 무기계 재료를 기반으로 하는 콘크리트 구조물용 친환경 보수자재 및 공법을 개발하고자 한다.

그리하여 국내 등록특허 10-0596968호의 콘크리트 침투성 흡수방지제용 수성실리콘 조성물의 제조방법이 개시되었으나, 상기 구성은 알콕시실란 100중량부, 실리카 1~3중량부 및 촉매 0.1~2중량부 가열교반하여 중간체를 제조하는 제1단계; 상기 중간체와 3:1의 중량비로 이소옥틸트리에톡시실란과 이소부틸트리에톡시실란을 1:1 중량비로 혼합한 것을 혼합하는 제2단계; 및, 유화제 5~8중량부를 녹인 물 600중량부를 첨가하여 교반하는 제3단계; 를 포함하여 이루어지는 것으로, 상기 기술은 투명성 확보를 통하여 모체균열의 관찰이 용이하지 못함은 물론 흡수방지제의 침투깊이를 예측할 수 없어 안정적인 품질을 확보할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

특허 1. 콘크리트 침투성 흡수방지재용 수성실리콘 조성물의 제조방법(등록특허 10-0596968호) 특허 2. 무기계질 흡수방지재 침투깊이 측정 방법(특허출원번호 제10-2011-0122084호) 특허 3. 침투형 콘크리트 흡수방지재와 표면 방수제를 이용한 콘크리트 시공방법(특허출원번호 제10-2009-0116709호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 표면 보수재를 제조하고, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공이 가능하며, 도포시 신속하게 콘크리트 내부로 침투하여 콘크리트내 수산화칼슘과 화학반응을 통한 불용성 물질 형성 및 내부조직 치밀화 하도록 함은 물론 균열폭이 1mm이하의 미세균열에 대하여 추가적인 시공절차 없이 수화 도포만으로 균열부를 보수할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 콘크리트 모체의 투명성 확보를 통한 색상유지 및 표면관찰 용이하며, 종래기술 대비 안정적인 침투깊이 확보, 경제성 및 성능 향상하도록 하기 함을 목적으로 한다.

그뿐만 아니라 본 발명은 콘크리트 내부의 경화체 형성에 따른 콘크리트 강도 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법은,

흡수방지재의 total mass에 대하여 증류수 20 ~ 40 total mass%와 불소계 계면활성제 0.1 ~ 1.0 total mass%를 혼합하여 얻이진 제 1액과 ;

규산칼륨 15 ~ 40 total mass%와, 규산나트륨 15 ~ 60 total mass%, 규산리튬 1 ~ 10 total mass%을 혼합하여 얻어진 제 2액; 및

상기 제 1액과 제 2액을 혼합하여 제 3액인 흡수방지재를 얻도록 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 시공방법은,

콘크리트 표면의 레이턴스층을 그라인딩으로 제거한 후,

상기 레이턴스층이 제거된 콘크리트 표면에 위에서 제조된 제 3액의 흡수방지재를 표준 도포량 0.3 내지 0.5 kg/m²을 약 30분의 간격을 두고 2회 도포를 실시하여 강화층을 1~2cm로 생성하되,

도포형태의 경우 분무도포나 칠도포를 실시하여 상기 흡수방지재가 레이턴스층이 제거된 콘크리트 표면의 공극에 흡착 및 결합하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 무기계 재료만을 원료로 사용한 액상형 표면 보수재의 제조하고, 간단한 도포방법을 통하여 비전문가도 균일한 시공가능하며, 도포시 신속하게 콘크리트 내부로 침투하여 콘크리트내 수산화칼슘과 화학반응을 통한 불용성 물질 형성 및 내부조직 치밀화 하는 효과가 있다.

그뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 콘크리트 모체의 투명성 확보를 통한 색상유지 및 표면관찰 용이하며, 종래기술 대비 안정적인 침투 깊이 확보, 경제성 및 성능 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 평균 물흡수계수비 측정결과를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 평균투수비 측정결과를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 평균 질량감소율의 측정결과를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 평균 Plain 침투깊이의 측정결과를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 상대 동탄성 계수의 측정결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 평균 부착강도의 측정결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 표면 보수재의 도포여부를 나타낸 사진.
도 8은 본 발명에 따른 평균 침투깊이의 측정결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 반응 메카니즘을 나타낸 블록도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 보수재의 제조 방법에 대해서 살펴보도록 한다.

A) 본 발명에 따른 친환경 흡수방지재의 제조

흡수방지재의 total mass에 대하여 제 1액으로, 증류수 20 ~ 40 total mass%와 불소계 계면활성제 0.1 ~ 1.0 total mass%를 혼합하여 형성한다.

제 2액으로, 규산칼륨 15 ~ 40 total mass%와 규산나트륨 15 ~ 60 total mass% 및 규산리튬 1 ~ 10 total mass%을 혼합하여 형성한다.

최종적으로, 제 1액과 제 2액을 혼합하여 제 3액인 흡수방지재를 얻는다.

또한, 본 발명에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 도포방법은,

콘크리트 표면의 레이턴스층을 그라인딩으로 제거한 후, 상기 레이턴스층이 제거된 콘크리트 표면에 위에서 제조된 흡수방지재를 표준 도포량 0.3 내지 0.5 kg/m² 으로 약 30분의 간격을 두고 2회 도포를 실시하였으며, 도포형태의 경우 분무도포나 칠도포를 실시한 다음 상온에서 시험항목에 따라 양생을 실시한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 제조를 위해 사용된 무기계 재료는 다음과 같다.

1) 무기계 재료

규산칼륨(Potassium Silicate) : 표면흡착, 내부 겔 형성, 화학반응 및 침투성능 향상 등

규산나트륨(Sodium Silicate) : 표면흡착, 내부 겔 형성, 경화촉진, 화학반응 및 표면코팅 등

규산리튬(Lithium Silicate) : 침투성능향상, 알칼리 회복, 불용성능 향상 등

2) 계면활성화제

불소계 계면활성제 (Fluorine-based Surfactants) : 미세침투성능향상, 표면장력 감소 등

3) 기타재료

증류수 (Distilled Water) : 작업성 향상, 분산력 증대, 점도 감소 등

한편, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재는 알칼리 실리케이트 및 특수 계면활성제의 조합으로 알칼리 실리케이트가 콘크리트 깊숙이 침투하며, 하기의 [화학식 1]과 같이 콘크리트의 수화물인 Ca(OH)₂와 반응한다.

알칼리 금속이온(K, Na)을 포함한 알칼리 실리케이트는 실리케이트 겔화로 형성된 치밀한 층으로 외부 유해성 물질의 침투를 억제한다.

한편, 이러한 반응 매커니즘은 도 9와 같다.

<내흡수성능 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내흡수성능을 평가하기 위하여 KS F 4930 콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재 5.3 및 5.5.1에 준하여 양생하였으며, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재가 도포된 것과 도포되지 않은 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 전처리 과정을 실시한 다음 KS F 2609 건축재료의 물흡수계수 측정방법에 따라 침수 후 24시간 경과된 시편의 흡수된 수분량을 각각 측정하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내흡수성능을 평가하였다.

결과 [표 1]은 내흡수성능 실험결과를 나타낸 것이며, [표 2]는 5개의 실험결과 중 최대값과 최소값을 제외한 나머지 3개의 물 흡수계수를 나타낸 것이다. 또한 도 1은 각각의 흡수방지재를 도포하지 않은 것에 대한 도포한 것의 평균 물 흡수계수비를 나타낸 것이다. 실험결과 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON), A, B 및 C의 평균 물 흡수계수비는 0.08, 0.09, 0.10 및 0.10으로 나타났으며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 모두 KS F 4930에서 규정한 물 흡수계수비 기준 0.5 이하를 만족하는 결과가 나타났다.

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 내흡수성능은 A, B 및 C사의 물 흡수계수비 측정결과와 비교하여 평균 17.5 %, 최대 20.7 % 감소하는 것으로 나타나 타사제품인 A, B 및 C사의 흡수방지재보다 내흡수성능이 우수한 것으로 나타났지만 감소량이 거의 유사한 수준이므로 DPCON은 타사제품 대비 동등하거나 동등수준 이상인 것으로 판단된다.

<내투수성능 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내투수성능을 평가하기 위하여 KS F 4930 콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재 5.3 및 5.6 및 KS F 4919 시멘트 혼입 폴리머계 방수재에 준하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재가 도포된 것과 도포되지 않은 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 전처리 과정을 실시한 다음 KS F 2451 건축용 시멘트 방수제 시험방법에 준하는 투수시험장치를 사용하여 1 bar의 수압을 1시간 동안 가하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내투수성능을 평가하였다.

[표 3]은 내투수성능 실험결과를 나타낸 것이며, [표 4]는 5개의 실험결과 중 최대값과 최소값을 제외한 나머지 3개의 투수량을 나타낸 것이다. 또한 도 2는 각각의 흡수방지재를 도포하지 않은 것에 대한 도포한 것의 평균 투수비를 나타낸 것이다. 실험결과 DPCON, A, B 및 C의 평균 투수비는 0.08, 0.09, 0.09 및 0.09으로 측정되었으며, 모두 KS F 4930에서 규정한 투수비 기준 0.1 이하를 만족하는 결과가 나타났다.

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 내투수성능은 A, B 및 C사의 투수비 측정결과와 비교하여 평균 14.4%, 최대 16.1% 감소하는 것으로 나타나 타사제품인 A, B 및 C사의 흡수방지재와 비교하여 내투수성능이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 실제 투수량이 거의 유사한 수준이므로 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)을 사용할 경우 타사제품 대비 동등하거나 동등수준 이상의 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

<내염화성능 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내염화성능을 평가하기 위하여 KS F 4930 콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재 5.3 및 5.5.1에 준하여 DPCON이 도포된 것과 도포되지 않은 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 전처리 과정을 실시한 다음 5% 염화나트륨 수용액에 7일간 침지하여 침지 전ㆍ후의 질량변화를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 내염화성능을 평가하였다.

[표 5]는 내염화성능 실험결과를 나타낸 것이며, [표 6]은 5개의 실험결과 중 최대값과 최소값을 제외한 나머지 3개의 질량 감소율을 나타낸 것이다.

또한 도 3은 각각의 평균 질량 감소율을 나타낸 것이다. 실험결과 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON), A, B 및 C의 질량은 모두 감소하는 것으로 나타났으며, 평균 질량 감소율은 0.25, 0.31, 0.24 및 0.25 %으로 나타났다. 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 내염화성능은 A, B 및 C의 질량 감소율 측정결과와 비교하여 평균9.6 %, 최대 15.1 % 감소하는 것으로 나타나 타사제품인 A, B 및 C의 흡수방지재보다 내염화성능이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 실제 감소율이 매우 작은 수준이므로 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)를 사용할 경우 타사제품을 사용한 경우와 비교하여 동등하거나 동등수준 이상의 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

<염소이온침투저항성능 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 염소이온침투저항성을 평가하기 위하여 ASTM C 1202 Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration?에 준하여 DPCON이 도포된 것과 도포되지 않은 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 전처리과정을 실시하였다. 실험에서 사용된 확산셀 장치의 경우 음극(-)셀에는 3.0% 수용액을 양극(+)셀에는 0.3M NaOH 수용액을 넣은 다음 60V의 전압을 지속적으로 가할수 있는 파워서플라이를 사용하여 6시간 동안 가하였다. 시험 종료 후 공시체를 할렬하여 0.1N AgNO₃용액을 분무하여 염소이온-질산은 적정법에 따라 변색되는 부위를 5등분하여 측정하였으며, 최대 깊이와 최소 깊이를 제외한 나머지 3곳을 평균값으로 하여 DPCON의 염소이온침투저항성을 평가하였다.

[표 7]은 염소이온침투저항성능 실험결과를 나타낸 것이며, 도 4는 평균 침투깊이를 나타낸 것이다. 실험결과 DPCON, A, B 및 C의 평균 염소이온 침투깊이는 2.48, 2.79, 3.12 및 3.13 mm로 나타났으며, Plain의 평균 침투깊이 9.3 mm 와 비교하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 침투깊이는 약 26% 감소하는 결과가 나타났다. 또한 DPCON의 침투깊이는 A, B 및 C의 침투깊이 측정결과와 비교하여 거의 유사한 수준이지만 평균 17.5%, 최대 20% 감소하는 것으로 나타나 타사제품인 A, B 및 C의 흡수방지재보다 염소이온침투저항성이 우수한 것으로 나타나 DPCON을 흡수방지재로써 사용할 경우 타사제품을 사용한 경우와 비교하여 동등하거나 동등수준 이상의 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 DPCON의 염소이온 침투깊이는 KS F 4930에서 규정한 염소이온 침투깊이 상한값 3.0 mm 이하를 만족하는 것으로 나타났다.

<동결융해저항성 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 동결융해저항성을 평가하기 위하여 KS F 2456 급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항시험방법에 준하여 100×100×400 mm 공시체를 제작하였으며, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재가 도포된 것과 도포되지 않은 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 실험을 실시하였다. 사용된 배합은 보통강도 수준의(24MPa) 콘크리트 배합을 사용하였으며, 동결융해저항성이 감소하도록 공기량을 1% 미만으로 하여 제조하였다. 이후 수중용해법에 따라 1일 6싸이클 동결융해를 반복하는 급속법으로 300 싸이클 혹은 상대동탄성계수 40% 감소시까지 수행하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 동결융해저항성을 평가하였다.

[표 8]은 동결융해저항성 실험결과를 나타낸 것이며, 도 5는 상대 동탄성계수 측정결과를 나타낸 것이다. 실험결과 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON), A, B 및 C의 120 싸이클 반복 후 측정된 상대 동탄성 계수는 89%, 90%, 82% 및 86%로 나타났으며, 다소 차이가 있지만 거의 동등한 수준인 것으로 나타났다. 또한 Plain의 경우 90 싸이클 경과 후 파괴되어 측정이 불가한 것으로 나타났다.

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 90싸이클 기준 상대동탄성 계수는 Plain과 비교하여 약 28% 커지는 것으로 나타나 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)을 흡수방지재로써 사용할 경우 동결융해 저항성이 향상될 것으로 판단된다.

* n.a. : 측정불가

<부착성능 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 부착성능을 평가하기 위하여 KS F 2761 콘크리트용 접착제의 접착강도 시험방법에 준하여 표준시험체를 제작한 다음 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재를 도포한 것을 14일간 표준상태에서 양생 후 시험용 시편에 강철 지그를 2액형 에폭시 본드를 사용하여 부착하였다. 이후 부착강도 시험기를 사용하여 수직방향으로 인장력을 가한다음 최대 인장력을 측정하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 부착성능을 평가하였다.

[표 9]의 표는 부착성능 실험결과를 나타낸 것이며, 도 6은 부착강도 측정결과를 나타낸 것이다. 실험결과 DPCON 및 A의 평균 부착강도는 1.74, 1.56 MPa로 나타났으며, 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 부착강도는 A와 비교하여 11.7% 큰 경향이 있는 것으로 나타났다. B 및 C의 경우는 부착이 되지 않기 때문에 측정이 불가한 것으로 나타났다. 또한 KS F 4919에서 규정한 부착강도 1 MPa이상으로 나타났다.

<내부조직 평가>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재 도포에 따른 내부조직에 미치는 영향을 평가하기 위하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재가 도포된 부분과 도포되지 않은 부분의 시편을 채취한 다음 산업용 화상 비디오 현미경(EGVM 35B)을 사용하여 300배 확대 관찰하였다.

도 7(a) 및 도 7(b)는 각각 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재를 도포되지 않은 부분과 도포된 부분의 내부조직을 촬영한 결과를 나타낸 것이다. 관찰결과 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)가 도포되지 않은 부분에서는 크고 작은 공극을 관찰할 수 있었으나 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)가 도포된 경우에는 단면이 치밀해져 관찰되는 공극수가 상당수 줄어든 것으로 나타났다.

이러한 결과는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재가 모세관을 따라 내부로 침투되어 내부에 존재하는 시멘트 수화생성물과 화학반응을 일으켜 겔을 형성하고 고착화되었기 때문에 크고 작은 공극을 메워 보다 치밀해 진 것으로 판단된다.

<침투깊이 예측>

도포용 흡수방지재로써 무기계 재료 기반 흡수방지재의 경우 침투비성막형으로서 내부막을 형성하지 않고, 모세관 공극에 시멘트 수화물과 동일한 형태의 생성물을 형성하여 조직을 치밀화 시킴으로써 외부로부터 침투를 억제하는 메커니즘을 가지기 때문에 침투깊이의 측정이 용이하지 않으며, 이러한 이유로 한국산업규격에서도 무기계 재료 기반 흡수방지재의 침투깊이에 대해서는 평가가 불가능하여 그 측정방법을 규정하지 않는다고 명시되어 있다.

무기계 재료 기반 흡수방지재를 콘크리트 표면 등에 도포한 경우 그 침투 깊이를 측정하지 않는다면 일관된 침투 효율을 달성할 수 없는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 침투깊이를 평가하기 위하여 무기계 재료 기반 흡수방지재의 침투깊이를 예측할 수 있는 실험방법을 고안하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 침투깊이와 균질성을 평가하였다.

KS F 4930 콘크리트 표면 도포용 흡수방지재에 명시된 방수재의 기준표에는 유기계의 경우 2 mm 이상으로 기준이 제시되어 있으나 무기계 기반 흡수방지재의 경우 침투비성막형으로서 막을 형성하지 않고, 모세관 공극에 시멘트 수화물과 동일한 형태의 생성물을 형성하여 조직을 치밀화 시킴으로써 외부로부터 침투를 억제하는 메커니즘을 가지므로 침투깊이의 측정이 불가능하여 규정하지 않는다고 명시되어 있다. 따라서 자체 고안한 무기계 재료 기반 흡수방지재의 침투깊이 예측방법에 따라 침투깊이를 측정하였다. [표 10]은 침투깊이 측정결과를 나타낸 것이며, 도 9는 평균 침투깊이 측정결과를 나타낸 것이다. 실험결과 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON), A, B 및 C의 침투깊이는 8.8, 5.8, 8.8 및 8.2 mm로 나타나 B를 제외하고 침투성능은 동등 수준인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)를 흡수방지재로써 사용할 경우 충분한 침투깊이 확보가 가능할 것으로 보이며, 실제 공극이 많은 콘크리트에 적용할 경우 더 큰 효과가 있을 것으로 예측된다.

<표준물성>

무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 표준물성을 제시하기 위하여 아래와 같이 각각의 항목에 따라 평가하여 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재의 표준물성을 제시하였다.

표준밀도 : 비중병, 비이커

표준점도 : Blookfield Viscometer DV II Pro LV type

표준pH : EUTECH pH 2700

표준색상 : 육안관찰

[표 11]은 평과결과의 성능을 갖는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 흡수방지재(DPCON)의 표준물성을 나타낸 것이다.

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이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

흡수방지재의 total mass에 대하여 증류수 20 ~ 40 total mass%와 불소계 계면활성제 0.1 ~ 1.0 total mass%를 혼합하여 얻어지는 제1액과;
규산칼륨 15 ~ 40 total mass%와 규산나트륨 15 ~ 60 total mass% 및 규산리튬 1 ~ 10 total mass%을 혼합하여 얻어지는 제2액; 및
상기 제1액과 제2액을 혼합하여 제3액인 흡수방지재를 제조하되,
상기 흡수방지재의 점도는 100 내지 200cps이고, 페하는 11 내지 12ph인 것을 특징으로 하는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수방지재의 밀도는 1.10±0.05g/㎤인 것을 특징으로 하는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 제조방법.
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콘크리트 표면의 레이턴스층을 그라인딩으로 제거한 후,
상기 레이턴스층이 제거된 콘크리트 표면에 상기 제1항에 의해서 제조된 제 3액의 흡수방지재 0.3 내지 0.5 kg/m²을 30분 간격의 2회 도포로 강화층을 1 내지 2cm로 생성하여,
상기 흡수방지재가 레이턴스층이 제거된 콘크리트 공극에 흡착 및 침투할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 무기계 재료를 활용한 콘크리트 구조물용 친환경 표면보수재의 시공방법.
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