KR101737003B1 - 하수관거 단면 보수 보강 방법 - Google Patents

하수관거 단면 보수 보강 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수관거의 열화된 부분을 보수 보강할 때, 폴리머 모르타르를 보다 견고하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 중성화, 염화 및 부식을 안정적으로 방지할 수 있게 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하수관거의 열화된 표면을 처리하는 표면 처리 단계와, 깨끗하게 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계와, 표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계와, 폴리머 모르타르의 양생 후, 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

하수관거 단면 보수 보강 방법{a method for repairing and reinforcing cross section of sewer}
본 발명은 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수관거의 열화된 부분을 보수 보강할 때, 폴리머 모르타르를 보다 견고하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 중성화, 염화 및 부식을 안정적으로 방지할 수 있게 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것이다.
콘크리트를 사용한 토목시설물은 국가의 기반 시설로서, 백년대계를 위한 국가 경제에 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 이러한 콘크리트 구조물은 반영구적으로 100년 이상의 수명을 구비하고 있으나, 날로 심각해져 가는 대기환경오염과 특히 염해, 중성화, 화학적 부식 등으로 인한 콘크리트의 부식을 초래하고 이로 인하여 철근 콘크리트 주재료인 철근을 부식하여 구조물의 수명이 현저히 단축되는 현상이 발생하고 있다.
대부분의 하수박스 구조물의 열화 원인은 콘크리트 중의 시멘트 수화물이 화학물질 (부식성 물질)과 반응하여 시멘트 경화체 내부조직이 다공화되고, 시멘트 수화물이 황산염과 같은 물질과 반응하여 화합물의 팽창압을 발생시켜 콘크리트가 열화되는데 있다.
또한, 콘크리트는 시멘트의 수화반응으로 인하여 생성된 Ca(OH)에 의해 강알카리성 (pH 12∼13)을 가지고 있기 때문에 콘크리트에 매립되어 있는 철근은 일반적으로 부식되지 않는다. 그러나, 공기 중의 탄산가스의 작용을 장기적으로 받게 되면 콘크리트 중의 수산화칼슘이 서서히 탄산칼슘으로 변하여 pH가 0.8∼10 정도로 낮아져 콘크리트가 알카리 성질을 상실해 가는 중성화가 발생된다.
이와 같은 중성화는 콘크리트 표면에서 내부로 진행하며 콘크리트는 탄산가스와 반응한 중량만큼 무거워지고 치밀해진다. 콘크리트가 중성화되고 물과 공기가 침투하면 철이 부식되고 철근의 체적이 팽창하여 콘크리트에 균열이 발생하여 구조물의 내력과 내구성을 상실하게 된다.
이와 같은 현상을 막기 위하여 종래에는 폴리올과 이소시아네이트를 주제로 하는 물질을 콘크리트 표면에 침투 경화시키고, 그 표면에 일반 안료를 포함한 에폭시 수지를 도장하여 콘크리트 표면에 일반 안료를 포함한 에폭시수지를 도장하여 콘크리트 표면의 중성화와 염해를 방지하여 왔다.
이와 같은 도장공법은 에폭시 수지의 경화물의 물리적 강도와 화학적 안정성에만 의존하여 목적을 달성하는 공법이어서 바람에 날리는 모래 또는 분진에 의하여 도막이 쉽게 손상되어 콘크리트 표면에 수분이 침투하여 도막이 박리되며, 해양구조물은 잦은 파도에 의해서 도막이 쉽게 파괴되어 영구적인 중성화 및 염해방지가 되지않아 단기간 동안 반복 보수 시공하게 되어 경제적인 손실을 가져오는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0101102호 한국공개특허 제10-2005-0053416호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하수관거의 열화된 단면을 제거하는 표면처리단계와 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계와 프라이머의 표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계와 모르타르의 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계로 이루어지되, 상기 프라이머와 폴리머 모르타르에 나노 섬유를 혼합하여 프라이머와 모르타르의 접착력을 높여줌으로써, 보수, 보강면에 보다 견고하게 부착되도록 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 표면에 도포된 프라이머층에 콘크리트를 보호하기 위한 중성화방지도료를 도포한 후, 폴리머 모르타르를 도포하도록 함으로써, 콘크리트의 중성화, 염해 및 부식을 안정적으로 방지할 수 있는 하수관거 단면 보수 보강 방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
하수관거의 열화된 표면을 처리하는 표면 처리 단계와, 깨끗하게 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계와, 표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계와, 폴리머 모르타르의 양생 후, 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 표면 처리 단계는 열화된 부분을 제거하는 치핑 공정과, 표면을 고압의 물로 세척하는 고압수 세척 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 표면 처리 단계는 노출된 철근의 녹을 제거하는 녹 제거 공정과, 철근의 표면에 방청제를 도포하는 방청제 도포 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 프라이머 도포 단계에서 사용하는 프라이머에는 나노 섬유가 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프라이머 도포 단계 이후에 콘크리트를 보호하기 위한 중성화방지도료 도포 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중성화방지도료는 에폭시변성 아크릴레이트 35 내지 45중량부, 불포화 폴리에스터 20 내지 30중량부, 금속 나노입자 1 내지 10중량부, 화산재 1 내지 10중량부, 실리콘 1 내지 10중량부, 및 경화제 20 내지 30중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 모르타르 도포 단계에서 사용하는 폴리머 모르타르에는 나노 섬유가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 하수관거의 열화된 단면을 제거하는 표면처리단계와 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계와 프라이머의 표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계와 모르타르의 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계로 이루어지되, 상기 프라이머와 폴리머 모르타르에 나노 섬유를 혼합하여 프라이머와 모르타르의 접착력을 높여줌으로써, 보수, 보강면에 보다 견고하게 부착되도록 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 표면에 도포된 프라이머층에 콘크리트를 보호하기 위한 중성화방지도료를 도포한 후, 폴리머 모르타르를 도포하도록 함으로써, 콘크리트의 중성화, 염해 및 부식을 안정적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하수관거 단면 보수 보강 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하수관거 단면 보수 보강 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하수관거 단면 보수 보강 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하수관거 단면 보수 보강 방법의 흐름도이다.
본 발명은 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 그 구성은 하수관거의 열화된 표면을 처리하는 표면 처리 단계(S100)와 깨끗하게 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계(S200)와 표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계(S400)와 폴리머 모르타르의 양생 후, 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계(S500)로 이루어진다.
여기서, 상기 표면 처리 단계(S100)는 하수관거의 열화된 표면을 제거하는 치핑 공정(S110)과 열화된 표면을 제거한 후 이물질을 제거하기 위한 고압수 세척 공정(S120)으로 이루어진다.
이때, 상기 고압수 세척 공정(S120)은 물을 고압으로 분사하여 표면에 부착된 이물질을 제거하게 되는데, 표면에 부착된 이물질을 안정적으로 제거하기 위하여 약 2500Opsi이상의 압력으로 물을 분사하여 깨끗하게 이물질을 제거하게 된다.
한편, 하수관거의 열화된 표면에는 내부에 위치하는 철근이 노출될 수도 있고 노출되지 않을 수도 있는데, 철근이 노출되지 않을 경우에는 고압수 세척 공정(S120) 이후에 프라이머 도포 단계(S200)를 진행하면 되지만, 철근이 노출된 경우에는 추가 과정을 진행하여야 한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 철근이 외부로 노출되게 되면 산화과정을 거치게 되어, 철근의 표면에 녹이 형성되기 때문에 철근의 표면에 형성된 녹을 제거하기 위한 녹 제거 공정(S130)과 철근의 표면에 형성된 녹을 제거한 후, 방청제를 도포하는 방청제 도포 공정(S140)을 더 수행하여, 철근이 더 이상 손상되는 것을 안정적으로 방지하게 된다.
그리고, 상기 프라이머 도포 단계(S200)는 표면 처리 단계(S100)를 수행한 하수관거의 표면에 프라이머를 도포하여, 이후 진행할 모르타르 도포 단계(S400)에서 보다 안정적으로 모르타르를 도포할 수 있게 한다.
여기서, 상기 프라이머 도포 단계(S200)에서 도포하는 프라이머에는 통상의 프라이머, 예를 들어, 세라믹 수지 등을 이용하여 프라이머층을 형성한다. 상기 세라믹 수지는 시판되는 제품을 사용할 수 있고, 졸-겔 공정에 따라 형성되며 실리콘 알콕사이드를 이용하여 얻어진 실리카 겔의 세공중에 메타크릴산메틸을 넣은 후, 이를 중합반응을 하여 얻는다. 여기서 실리콘 알콕사이드의 예로는 실리콘 테트라에톡사이드, 실리콘 테트라메톡사이드 등을 사용하며, 메타크릴산 메틸의 함량은 실리콘 알콕사이드 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 3 중량부를 사용한다.
이러한 상기 프라이머층은 구조물의 재질에 상관없이 부착력이 탁월하며, 자연환경(고온과 냉온 사이클 반복시)에서 발생되는 결로 및 습도, 수증기 등은 0.0004㎛의 다공구조의 홀 (Hole)을 통하여 방출하고, 1.00∼6.000㎛ 사이즈의 안개, 빗물 등은 침투를 차단하여 모재 보호기능이 있어 열화, 중성화 과정의 내구력을 연장한다. 특히, 대기중 각종 유해물질 및 가스 등에의 침입을 차단, 내산, 내알칼리, 내염수, 내열 등에 탁월한 기능이 부여된다.
한편, 상기 프라이머 도포 단계(S200)에서 도포하는 프라이머에는 나노 섬유가 더 함유할 수 있는데, 상기 나노 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 등을 사용하게 된다.
이때, 프라이머에 함유되는 나노 섬유는 프라이머 전체를 기준으로 2 ~ 3 중량부를 함유하게 된다.
그래서, 상기 프라이머에 나노 섬유를 함유하도록 하여 접착력을 극대화하게 됨으로써, 상기 모르타르 도포 단계(S400)에서 모르타르를 용이하게 도포할 수 있을 뿐만 아니라 견고하게 부착되게 하여 내구성을 높여주게 된다.
그리고, 상기 모르타르 도포 단계(S400)에서는 프라이머가 도포된 하수관거의 표면에 폴리머 모르타르를 도포하게 되는데, 열화에 의해 오목하게 손상된 표면과 치핑 공정(S110)에 의해 깍여진 표면에 폴리머 모르타르를 도포하여 손상된 부분을 보강하게 된다.
여기서, 상기 폴리머 모르타르는 폴리머를 혼입한 모르타르로서 일반적인 모르타르보다 탄성, 방수성, 접착성, 내식성이 높아지게 됨으로써, 외부의 충격에도 잘 견딜 수 있게 되고, 하수에 포함된 오염물질에도 안정적으로 견딜 수 있게 된다.
또한, 상기 폴리머 모르타르에는 나노 섬유가 더 함유될 수 있는데, 상기 나노 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 등을 사용하게 된다.
이때, 폴리머 모르타르에 함유되는 나노 섬유는 폴리머 모르타르 전체를 기준으로 5 내지 7 중량부를 포함하게 되어, 흡착 및 접착력을 높여주게 된다.
그리고, 상기 마감재 도포 단계(S500)에서는 상기 모르타르 도포 단계(S400)에서 하수관거의 표면에 도포된 폴리머 모르타르를 양생한 후, 마감재를 도포하여 폴리머 모르타르 층을 보호하게 된다.
한편, 상기 프라이머 도포 단계(S200) 이후에는 프라이머 층의 표면에 콘크리트를 보호하기 위한 중성화 방지도료를 도포하기 위한 중성화 방지도료 도포 단계(S300)가 더 수행되게 된다.
여기서, 상기 중성화 방지도료는 에폭시변성 아크릴레이트 35 내지 45중량부, 불포화 폴리에스터 20 내지 30중량부, 금속 나노입자 1 내지 10중량부, 화산재 1 내지 10중량부, 실리콘 1 내지 10중량부, 및 경화제 20 내지 30중량부를 포함하여 이루어진다.
이렇게 전술한 비율로 제조된 중성화 방지도료는 매우 뛰어난 내수성, 내염수성, 내산성, 내알카리성 등을 갖게 되며, 콘크리트구조물 또는 강구조물의 표면에 대한 접착력 또한 매우 우수하다.
한편, 기존의 도료는 에폭시기로 변성되지 않은 단순한 아크릴레이트를 실리콘과 혼합하여 사용하거나 또는 포화 폴리에스터를 실리콘과 혼합하여 사용하는 형태였다.
그러나, 에폭시기로 변성되지 않은 단순한 아크릴레이트는 충분한 수분 반발력을 발휘하지 못하여 콘크리트구조물 또는 강구조물 등의 표면에 사용되는 경우 내수성, 내염수성, 내산성, 내알카리성 등을 충분히 발휘하지 못하는 문제점이 있었으며, 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하고자 하였다.
이와 같이, 본 발명에서는 종래의 도료 조성물과 달리 에폭시기로 변성된 아크릴레이트 및 불포화 폴리에스터를 일정 비율로 혼합하고, 여기에 금속 나노입자를 동시에 사용함으로써 우수한 내수성, 내염수성, 내산성, 내알카리성 등을 나타낸다는 점에 특징이 있다.
한편, 상기 에폭시변성 아크릴레이트의 조성비가 35 중량부 미만인 경우는 도료의 내후성 및 크랙 방지효과가 저하되는 문제가 있으며, 45 중량부를 초과하는 경우는 나머지 성분의 첨가량이 제한되는 문제가 발생한다.
그리고, 상기 불포화 폴리에스터는 뛰어난 내후성, 내광성, 내스크래치성 및 높은 가교 밀도를 갖는 특성이 있다. 따라서, 상기 불포화 폴리에스터의 조성비가 20중량부 미만인 경우는 내후성, 내광성, 내스크래치성 및 가교 밀도가 낮아져 결국 도료의 내구성이 저하되는 문제점이 있으며, 30 중량부를 초과하는 경우는 비경제적인 문제가 있다.
여기서, 상기 금속 나노입자는 항균/살균기능, 공기정화기능, 및 탈취기능을 발휘한다. 즉, 금속 나노입자가 공기 중에 부유하는 세균, 곰팡이 등에 침투하여 이들의 대사를 불활성화시켜 강력한 항균기능을 발휘하게 되며, 인체에 무해하여 다양한 분야에 응용되고 있다.
특히, 금속 나노입자는 4대 악취의 원인인 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소 및 메틸메르캅탄을 흡착 및 분해하여 우수한 탈취기능을 발휘하게 된다.
본 발명에 사용될 수 있는 금속 나노입자의 종류는 매우 다양하며, 예를 들어, 은 나노입자, 금 나노입자, 백금 나노입자, 팔라듐 나노입자 및 구리 나노입자 등을 사용하거나, 이들의 조합으로 사용할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 금속 나노입자의 크기는 입자의 평균 직경이 10 내지 100㎚인 것을 사용할 수 있다. 즉, 입자의 평균 직경이 10㎚ 미만인 나노입자는 제조하기가 매우 어렵고, 그 효과 또한 검증되지 않았다. 한편 상기 입자의 평균직경이 100㎚를 초과하는 경우는 상기 항균/살균기능, 공기정화기능, 및 탈취기능이 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 금속 나노입자의 성분이 1 중량부 미만인 경우는 충분한 항균 및 탈취 기능을 발휘하지 못하는 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 제조비용이 상승하여 비경제적인 문제 및 이를 포함하는 도료의 중량이 증가하여 시공이 어렵고 시공 후 도료의 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.
그리고, 상기 화산재는 분말 형태이며 입자의 평균 직경이 0.05 내지 2㎜이고, 실리카 (SiO2) 55 내지 65 중량부, 알루미나 (Al2O3) 10 내지 15 중량부, 산화나트륨 (Na2O) 1 내지 5 중량부, 산화철 (Fe2O3) 1 내지 5 중량부, 산화칼슘 (CaO) 3 내지 10 중량부, 및 산화칼륨 (K2O) 1 내지 5 중량부를 주성분으로 하고, 기타 성분들을 나머지 성분으로 포함한다.
특히, 이와 같은 화산재는 흡습 및 방습효과가 매우 뛰어나고, 실내습도를 언제나 일정하게 유지시키며 난방으로 인하여 실내가 과도하게 건조해지는 상황을 방지하여 쾌적한 실내 환경을 조성하는데 도움이 된다.
또한 상기 화산재는 온도변화에 안정적이고, 결로 및 곰팡이 진드기 발생을 억제하는 기능을 발휘한다. 특히 화산재는 오염물질을 빨아들여서 공기를 정화하는 효과가 탁월하다. 이러한 화산재는 기본적으로 유해한 화학물질을 전혀 포함하고 있지 않으며, 포름알데히드나 톨루엔 등의 휘발성 유기용제를 흡착하는 특성이 있다.
또한, 화산재는 음파를 흡수하고 진동을 격리시키는 성질을 지니고 있어서 이를 방음조성물에 포함시키는 경우 매우 뛰어난 소음 차단효과를 발휘할 수 있게 된다. 특히, 화산재를 사용하여 도료를 제조하는 경우에는 내수성 및 내후성이 우수하고 도막이 들뜨거나 갈라지는 현상이 현저히 줄어들게 되고, 준 불연성 소재이므로 화재시 이로 인한 유독가스의 발생을 획기적으로 줄일 수 있다.
여기서, 상기 화산재의 성분이 1 중량부 미만인 경우는 충분한 항균 및 탈취 기능, 및 내후성이 발휘되지 못하는 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 화산재에 포함된 다양한 성분의 증가로 인하여 도료의 안정성이 저하되는 경향이 있다.
또한, 상기 실리콘은 소수성으로 물에 대한 반발력 상승 및 긴 사슬의 형태로 도막의 표면 및 속까지 분포하여 뛰어난 반영구성을 구현한다. 따라서, 상기 실리콘의 조성비가 1중량부 미만인 경우는 표면에 접촉하는 물의 반발력이 저하되는 문제 및 도료의 내구성이 저하되는 문제가 발생하며, 10중량부를 초과하는 경우는 나머지 성분의 첨가량이 제한되는 문제가 있다.
한편, 상기 경화제는 전체 조성물에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되는 경우는 도료의 경화효율이 저하되고, 30 중량부를 초과하는 경우는 과도한 경화로 인하여 도장작업이 효율적이지 못한 문제가 발생한다.
그리고, 상기 에폭시변성 아크릴레이트는 모노머, 용매, 반응개시제, 및 사슬이동제 (chain transfer agent)를 이용하여 제조될 수 있다.
이들 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 모노머는 55 내지 75 중량부로 첨가된다. 상기 모노머는 i-부틸 아크릴레이트 (i-butylacrylate, i-BA), 메틸메타크릴레이트 (methylmethacrylate, MMA), 2-하이드록시프로필아크릴레이트 (hydroxypropylacrylate, 2-HPA), 하이드록실 관능성 아크릴레이트 (hydro xyl-functional acrylate, Tone-100) 및 글리시딜메타아크릴레이트 (glycidylmethacrylate, GMA)의 조합으로 이루어지며, 본 발명에 따른 에폭시변성 아크릴레이트의 제조에 사용되는 상기 모노머들의 조성비는 i-부틸 아크릴레이트 (i-butylacrylate. I-BA) 30 내지 45 중량부, 메틸메타크릴레이트 (meth ylmethacrylate, MMA) 25 내지 40 중량부, 2-하이드록시프로필아크릴레이트 (hydroxypropylacrylate, 2-HPA) 10 내지 20 중량부, 하이드록실 관능성 아크릴레이 트 (hydroxyl-functional acrylate, Tone-100) 5 내지 10 중량부, 글리시딜메타아크릴레이트 (glycidylmethacrylate, GMA) 5 내지 10 중량부로 이루어진다.
전체 모노머의 첨가량이 55 중량부 미만인 경우는 소포성, 내굴곡성, 내후성 및 내스크래치성이 저하되는 문제가 있으며, 75 중량부를 초과하는 경우는 다른 성분의 첨가량이 제한되며 비경제적인 문제가 있다.
상기 i-부틸 아크릴레이트는 소포성, 내굴곡성 및 친유성을 가지며, 메틸메타크릴레이트는 내후성을 갖는다. 또한, 상기 2-하이드록시프로필아크릴레이트는 낮은 입체적 장해효과를 나타내는 하이드록실기를 가지며, 후경화 조절 및 친수성과 관련된다.
한편, 상기 하이드록실 관능성 아크릴레이트는 높은 입체적 장해효과를 나타내는 하이드록실기를 갖고 선경화 조절 및 수분 반발성과 관련된다. 또한, 상기 글리시딜메타아크릴레이트는 도료의 가교밀도를 극대화하고 크랙을 방지하는 효과를 나타낸다.
따라서, 상기 모노머의 조성비를 이용할 때, 이와 같은 각각의 모노머의 특성이 가장 잘 발휘될 수 있다.
상기 용매는 10 내지 35 중량부로 첨가된다. 상기 용매의 첨가량이 10 중량부 미만인 경우는 에폭시변성 아크릴레이트를 구성하는 성분들의 분산성이 저하되는 문제가 발생하며, 35 중량부를 초과하는 경우는 에폭시변성 아크릴레이트의 제조에 과도한 시간이 소요되는 문제가 발생한다.
상기 용매는 아세톤 (acetone), 메틸에틸케톤 (methylethylketone), 시클로헥사논 (cyclohexanone), 메틸셀루솔브 (methylcellusolve), 에틸셀루솔브 (ethylcellusolve), 부틸셀루솔브 (butylcel lusolve), 에틸아세테이트 (ethylacetate), 및 부틸아세테이트 (butylacetate)로 이루어진 군으로부터 선택 되는 것이 가능하나, 이러한 용매에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 이외에도 다양한 용매가 사용되는 것이 가능하다.
상기 반응 개시제는 3 내지 10 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 반응개시제의 첨가량이 3 중량부 미만인 경우는 에폭시변성 아크릴레이트의 생산 수율이 현저히 저하되며, 10중량부를 초과하는 경우는 반응에 참여하지 않는 개시제의 잔존 문제 및 비경제적인 문제가 발생한다.
상기 반응 개시제로는 1,1,3,3-테트라메틸퍼옥시 2-에틸헥사노에이트 (1,1,3,3 ,-tetramethyl peroxy 2-ethylhexanoate)가 사용될 수 있다.
상기 사슬이동제는 1 내지 5중량부로 포함된다. 상기 사슬이동제 (chain transfer agent)로는 2-메르캅토에탄올(2-하이드록시에탄티오) (2-mercaptoethanol(2-hydroxyethanethio)가 사용될 수 있다. 상기 사슬이동제는 중합반응의 활성부위를 제공함으로써 다양한 모노머를 이용한 라디칼 중합반응에서 한 가지 모노머의 연쇄중합을 정지시키고 다른 모노머의 중합을 촉진시키는 역할을 하게 된다.
즉, 이와 같은 사슬이동제의 첨가량을 조절함으로써 다양한 종류의 모노머의 반복단위를 조절할 수 있게 된다. 상기 사슬이동제의 첨가량이 1 중량부 미만인 경우 또는 5 중량부를 초과하는 경우는 본 발명에 사용되는 에폭시변성 아크릴레이트가 생성되지 않는 문제가 있다.
한편, 상기 에폭시변성 아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이거나 또는 이를 포함하는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016046472598-pat00001
상기 화학식 1에 포함된 히드록시기 (-OH) 및 에폭시기 (-C-O-C-)에 의하여 수분 반발력, 내이온 투과성, 내산성, 내알카리성 등이 발생하게 되며, 후술하는 경화제를 이용하여 경화반응을 시키는 경우 상기 관능기에 의하여 치밀한 입체적 망상 구조가 형성되어 도료의 반영구성이 부여된다. 이러한 특성으로 인하여 도료는 아황산가스, 염소가스, 탄산가스, 염화물, 유산염, 탄산염, 산, 알카리 등과 같이 철강류의 녹을 촉진시키는 유해물을 통과시키지 않을 수 있다.
아울러, 일반적으로 먼지 등과 같은 친수성을 띄는 오염물질이 본 발명의 도료가 사용된 도장의 소수성 표면에 접근하면 서로 반발력이 발생하여 오염물질이 쉽게 부착되지 않으며, 또한, 부착된 오염물질은 수분에 의하여 상기 도장의 표면으로부터 용이하게 제거된다.
또한, 상기 불포화 폴리에스터는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016046472598-pat00002
상기 화학식 2에서, x는 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 20의 정수이다.
불포화 폴리에스터는 뛰어난 내후성, 내광성, 내스크래치성 및 높은 가교밀도를 가지며, 이는 상기 화학식 2의 말단에 존재하는 히드록실기 (-OH)에 기인한다.
아울러, 상기 실리콘은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112016046472598-pat00003
여기서, a 및 c는 각각 1 내지 10의 정수이며, b 및 d는 각각 1 내지 15의 정수이다.
상기 실리콘은 소수성으로 물에 대한 반발력 상승 및 긴 사슬로 도막의 표면 및 속까지 분포하여 뛰어난 반 영구성을 구현하는 역할을 하며, 이러한 작용은 상기 화학식 3의 말단에 존재하는 히드록실기 (-OH)에 의해 이루어진다.
한편, 상기 화학식 1 내지 3을 각각 포함하는 에폭시변성 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터 및 실리콘을 우레탄계 경화제와 함께 혼합하여 이들을 3차원 망상구조로 형성하고, 상기 구조에 나노금속 및 화산재가 골고루 분산되도록 경화시켜 도료조성물을 제조하는 경우 치밀한 입체적 가교 밀도를 극대화시키는 것이 가능해지며 이로 인하여 도막에서 상기 실리콘이 반영구적으로 작용하게 된다. 우레탄계 경화제로는 베이어 레버쿠센 (Bayer Leverkusen)사의 HDI-삼량체를 사용하는 것이 가능하다.
더군다나, 본 발명에 따른 중성화 방지도료는 0.1 내지 1 중량부의 분산제 (dispersant)를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 분산제는 폴리알킬렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜 에스테르, 폴리옥시알킬렌 다가 알코올, 설폰산 에스테르, 설폰산염, 카르복실산에스테르, 카르복실산염, 및 알킬아민으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 특히 상업적으로 이용가능한 Nopco 44S가 사용될 수 있다.
상기 분산제는 상기 화산재 등과 미리 혼합하여 전처리를 수행한 후 이와 같이 분산제로 전처리된 화산재를 다른 성분과 혼합하는 방법과 화산재, 금속 나노입자 및 에폭시변성 아크릴레이트를 혼합한 후, 이 혼합물에 분산제를 혼합하는 방법으로 첨가하는 것이 가능하다. 상기 분산제는 화산재, 금속 나노입자가 서로 충분히 균일하게 조성물 내에서 분산된 상태를 유지할 수 있도록 돕는 역할을 수행하게 되며, 상기 도료조성물에 포함되는 성분이 0.1 중량부 미만인 경우는 상기 성분들의 효율적인 분산이 저하되어 결국 균일한 첨가 효과를 얻을 수 없는 문제가 있고, 1 중량부를 초과하는 경우는 비경제적이다.
본 발명에 따른 중성화 방지도료는 0.1 내지 0.5 중량부의 소포제를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 소포제는 변성 실리콘류, 지방산류, 고급알콜류, 광물류, 고급 지방산 글리세라이트, 디메틸 폴리실록산, 폴리프로필렌 글리콜 및 소수성 실리카로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 특히 상업적으로 이용가능한 Nopco NDW가 사용될 수 있다.
상기 소포제는 도료조성물이나 이를 포함하는 도료 제조 과정 중이나 안료의 분산 과정 중에 발생할 수 있는 기포의 발생을 억제하기 위한 목적으로 사용되며, 상기 도료조성물에 포함되는 소포제의 성분이 0.1 중량부 미만인 경우는 이러한 소포 기능이 약하여 불필요한 기포가 발생 되어 결국 제조된 도료조성물 및 이를 포함하는 도료의 안정성이 저하되고, 0.5 중량부를 초과하는 경우는 불필요한 비용이 발생하여 비경제적인 문제가 있다.
이하 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
합성 예 1 - 에폭시변성 아크릴레이트
i-BA 21.41g, MMA 18.83g, 2-HPA 9.06g, Tone-100 4.70g, GMA 4.44g, 용매(부틸아세테이트) 16.46g, 개시제 (1,1,3,3-테트라 메틸퍼옥시 2-에틸헥사노에이트) 3.29g, 및 사슬이동제 (2-메르캅토에탄올(2-하이드록시에탄티오)) 2.63g을 혼합하여 5시간 동안 120℃를 유지하며 드로핑 (dropping)을 수행하였고, 그 후 2시간 동안 120℃를 유지하며 에이징 (aging)을 수행하였으며, 이를 통하여 에폭시변성 아크릴레이트 올리고머 (Tg=15℃, Nv=70부, Mw=24,000, Mn=9100, PDI=2.63, Vis=3800)를 합성하였다.
합성 예 2 - 불포화 폴리에스터
푸마르산 (fumaric acid) 45 .23g (5.45몰), 에틸렌글리콜 15.11g (4.22몰), 및 디에틸렌글리콜 15.11g (2.46몰)을 혼합하여 150℃까지 가열한 다음, 200℃까지 4시간에 걸쳐 점진적으로 반응온도를 증가시켰다. 그 후, 수분 (H2O)를 제거하고 산가를 80mg/KOH가 되도록 반응을 유지시켰다. 이와 같은 반응에 의하여 얻은 반응물을 130℃까지 냉각시켜 트리메틸올 디알릴에테르 (trimethylol diallylether) 24.43g (1.97몰)과 4-메톡시페놀 (4-methoxyphenol) 0.12g을 첨가하여 반응온도를 130℃에서 170℃까지 4시간 동안 불포화 폴리에스터의 산가가 19.5 mg/KOH가 되게 반응시켰다.
실시 예 1
상기 합성 예 1의 에폭시변성 아크릴레이트 80.0g, 상기 합성 예 2의 불포화 폴리에스터 50.0g, 평균 직경이 0.05 내지 2㎜인 화산재 8g, 평균 직경이 10 내지 100㎚인 은 나노입자 8g을 화학식 3의 실리콘 10.0g 및 경화제로 HDI-삼량체 (Bayer Leverkusen사) 40.0g과 혼합하여 중성화 방지도료를 제조하였다.
비교 예 1
시판되는 일반 도료를 사용하였다.
이하, 본 발명에 따른 중성화 방지도료의 다양한 효과를 검증한 실험 결과에 대하여 구체적으로 살펴본다.
실험 예 1
콘크리트 벽에 프라이머를 도포한 후, 실시 예 1을 통하여 제조된 중성화 방지도료 또는 비교 예 1의 시판되는 일반 도료를 상기 프라이머가 도포된 벽면에 스프레이 분사 후, 3일간 건조하였다. 이렇게 도료가 도포된 콘크리트 샘플 3개를 이용하여 도료의 내오염성, 내산성, 내알카리성 및 항균성의 6개 항목으로 나누어 성능을 테스트하였다.
내오염성 테스트
실시 예 1 및 비교 예 1의 도료를 이용하여 내오염성 테스트를 실시하였다. 먼지, 차량배기가스 등의 오염발생이 심한 도로주변 및 터널에 상기 콘크리트 샘플을 3개월간 노출시킨 후, 표면에 붙은 오염물질의 정도를 측정하였으며, 오염의 정도가 가장 심한 경우를 10으로, 오염의 정도가 가장 약 한 경우를 1로 하여 10등급으로 나누어 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
도로 주변 터널
실시 예 1 (샘플 1) 5 7
실시 예 1 (샘플 2) 5 6
실시 예 1 (샘플 3) 4 6
비교 예 1 8 10
상기 표 1을 살펴보면, 본 발명의 실시 예 1에 따른 샘플 1 내지 3은 오염의 정도가 도로주변의 경우는 4 내지 5, 터널의 경우는 6 내지 7로 비교적 낮음을 확인할 수 있으나, 종래의 도료를 사용한 경우인 비교 예 1의 경우는 도로주변의 경우는 8, 터널의 경우는 10으로 오염의 정도가 매우 심한 것을 확인할 수 있다.
내알카리성 테스트
상기 실시 예 1에 따른 시편들을 NaOH (5부)에 24 hrs 담궈두었고 (KS M ISO 2812-1-03), 모두 이상 없음을 확인하였다.
내산성 테스트
상기 실시 예 1에 따른 시편들을 H2SO4 (5부)에 24 hrs 담궈두었고 (KS M ISO 2812-01-13), 모두 이상 없음을 확인하였다.
항균성 테스트
실시 예 1, 비교 예 1의 도료를 이용하여 항균성을 테스트하였다. 먼지, 차량배기 가스 등의 오염발생이 심한 도로주변 및 터널에 상기 콘크리트 샘플을 3개월간 노출시킨 후, 표면에 붙은 오염물질에 존재하는 미생물을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
도로 주변 (cfu/㎡) 터널 (cfu/㎡)
실시 예 1 (샘플 1) 135 295
실시 예 1 (샘플 2) 80 190
실시 예 1 (샘플 3) 120 220
비교 예 1 635 715
상기 표 2를 살펴보면, 본 발명의 실시 예 1에 따른 샘플 1 내지 3은 도로주변의 경우 80 내지 135 (cfu/㎡), 터널의 경우는 190 내지 295 (cfu/㎡)로 비교적 항균성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 그러나, 일반 도료를 사용한 경우인 비교 예 1의 경우는 도로 주변의 경우는 635 (cfu/㎡)이고, 터널의 경우는 715 (cfu/㎡)으로 본 발명에 비하여 항균성이 크게 떨어지는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수관거의 열화된 부분을 보수 보강할 때, 폴리머 모르타르를 보다 견고하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 중성화, 염화 및 부식을 안정적으로 방지할 수 있게 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법에 관한 것이다.
S100 : 표면 처리 단계 S200: 프라이머 도포 단계
S300 : 중성화 방지도료 도포 단계 S400 : 모르타르 도포 단계
S500 : 마감재 도포 단계

Claims (7)

  1. 하수관거의 열화된 표면을 처리하는 표면 처리 단계와,
    깨끗하게 처리된 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계와,
    표면에 폴리머 모르타르를 도포하는 모르타르 도포 단계와,
    폴리머 모르타르의 양생 후, 표면에 마감재를 도포하는 마감재 도포 단계로 이루어지되,
    상기 프라이머 도포 단계 이후에 콘크리트를 보호하기 위한 중성화방지도료 도포 단계가 포함되고,
    상기 중성화방지도료는 에폭시변성 아크릴레이트 35 내지 45중량부, 불포화 폴리에스터 20 내지 30중량부, 금속 나노입자 1 내지 10중량부, 화산재 1 내지 10중량부, 실리콘 1 내지 10중량부, 및 경화제 20 내지 30중량부를 포함하여 이루어지며,
    상기 금속 나노입자는 입자의 평균 직경이 10 내지 100nm인 은 나노입자, 금 나노입자, 백금 나노입자, 팔라듐 나노입자 및 구리 나노입자로부터 하나 이상 선택되며,
    상기 프라이머 도포 단계에서 사용하는 프라이머에는 나노 섬유가 포함되고,
    상기 모르타르 도포 단계에서 사용하는 폴리머 모르타르에는 나노 섬유가 포함되며,
    상기 실리콘은 하기 화학식 3의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법.
    [화학식 3]
    Figure 112017012521889-pat00006

    여기서, a 및 c는 각각 1 내지 10의 정수이며, b 및 d는 각각 1 내지 15의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리 단계는 열화된 부분을 제거하는 치핑 공정과,
    표면을 고압의 물로 세척하는 고압수 세척 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면 처리 단계는 노출된 철근의 녹을 제거하는 녹 제거 공정과,
    철근의 표면에 방청제를 도포하는 방청제 도포 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 단면 보수 보강 방법.
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  6. 삭제
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