KR101744882B1 - 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법 - Google Patents

섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트의 내부 미세 균열을 보수하기 위한 보수용 충진재를 하도 도포하고 그 위에 박막의 섬유 티슈를 부착한 후 그 위에 다시 상기 특수 도료 조성물을 상도 도포함으로써 콘크리트 구조물에 내진 기능을 부여하고 보수 보강하는 공법을 제공한다.
본 발명의 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법에 따르면, 내부 균열에 대한 보수 효과가 우수하고, 내수성, 내후성 및 표면 경도가 우수한 동시에 내부 열팽창이나 진동으로부터 박리 저항성이 향상되고 물리적 충격시에도 보호 성능이 향상되어 내구성과 보수 효과가 장기간 유지될 수 있으며, 콘크리트 구조물에 내진 성능을 부여할 수 있는 동시에, 경량화가 가능하고 시공이 용이한 장점이 있다.

Description

섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법{Method of earthquake-proof and repairing of concrete structure using fiber tissue}
본 발명은 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법에 관한 것으로서, 내부 균열에 대한 보수 효과가 우수하고, 내수성, 내후성 및 표면 경도가 우수한 동시에 내부 열팽창이나 진동으로부터 박리 저항성이 향상되고 물리적 충격시에도 보호 성능이 향상되어 내구성과 보수 효과가 장기간 유지될 수 있으며, 콘크리트 구조물에 내진 성능을 부여할 수 있는 동시에, 경량화가 가능하고 시공이 용이한 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이 있거나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수를 실시하여 더이상의 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
관련된 종래 기술의 살펴보면 다음과 같다.
예로서, 대한민국 공개특허 제2006-0079447호에서는 CSA(Calcium sulfoaluminate)와 소정의 고미분말 결합재를 첨가하여 모르타르 조성물을 제조하는 방법을 제안한다. 그러나, 상기 재료를 이용하여 제조된 모르타르 조성물은 고가의 아윈(Hauyne)계 시멘트를 사용하므로 시공 단가의 상승을 유발하고 초기 응결 시간 및 강도 면에서 충분한 결과를 얻지 못하였다.
일본 공개특허 평5-32935호는 아크릴 공중합체를 도입하여 도막의 경도를 증대시킴으로써 내찰상성을 향상시킨 도료 조성물을 개시하고, 일본 공개특허 제2000-297112호는 자외선 조사에 의한 광중합을 촉진시키는 구조를 도입하여 가교 밀도를 높임으로써 도막의 경도를 증대시키고 내찰상성을 향상시킨 도료 조성물을 개시한다. 그러나 너무 가교 밀도가 높으면 경화 수축시의 왜곡이 커져 밀착성이 저하되거나 균열이 발생할 가능성이 있다.
또한, 기존의 보수 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 표면의 보수 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1284604호는 모르타르 조성물의 표면에 수분과 산소 투과를 거의 완벽하게 차단할 수 있는 프라이머를 도포함으로써 산소나 물의 투과로 인한 콘크리트 및 철근의 열화를 원천 차단할 수 있어 보수 효과를 장기간 유지할 수 있으며, 프라이머제의 외부에 내후성, 내수성 및 표면 강도를 획기적으로 증진시킬 수 있는 도료를 도포함으로써 보수 효과를 극대화할 수 있는 콘크리트 표면의 보수 공법을 제안한바 있다.
종래, 콘크리트 구조물의 내구성 저하를 방지하기 위하여 균열 보수, 중성화 방지제 도포, 표면 보호 코팅 등의 다양한 방법으로 표면 보호 공법이 진행되지만, 최종 마감 작업인 표면 보호 코팅 부분에는 하도 코팅, 상도 코팅 등의 도포제 도포만으로 마무리 작업이 수행된다.
그러나, 이와 같은 종래의 보수 공법의 경우 도료의 내구성이 높지 않고 열팽창이나 미세한 진동으로부터 도료가 박리되는 문제가 발견되었으며 외부 충격시 도료가 쉽게 파괴되고 파괴 범위가 주변으로 크게 확장되며, 또한 도료의 두께를 일정하게 유지하기가 곤란하여 시공 완료시 콘크리트 표면의 외관이 미려하지 않은 단점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명자는 선출원 등록특허(대한민국 등록특허 제10-1544681호)를 통해 코팅제의 하부에 유리섬유 티슈를 부착함으로써 외부 진동으로부터 코팅제의 박리 저항성이 향상되고 물리적 충격시에도 보호 성능이 향상되어 내구성과 보수 효과가 장기간 유지될 수 있는 콘크리트 구조물 표면 보수 공법을 제안한 바 있다.
한편, 교량 상판이나 교대, 교각과 같은 콘크리트 구조물은 차량 등에 의한 지속적인 진동으로 인해 미세 균열의 내부 심층부 진행이 발생할 수 있으며, 이렇게 심층부에 발생한 내부 미세 균열은 탐지하기도 쉽지 않을 뿐만 아니라 보수도 어려운 경우가 많으므로 이러한 경우에 보수 효과를 높일 수 있는 기술에 대한 개발 필요성이 큰 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 기존 기술처럼 보수 공사 후 표면으로의 산소 및 수분의 투입을 완벽하게 차단할 수 있으므로 보수 효과를 극대화시킬 있으며, 콘트리트 표면의 내후성, 내수성 및 표면 경도를 강화함으로써 보수 효과를 증진시키는 동시에, 도료의 내구성을 높이고 열팽창이나 미세한 진동으로부터 도료가 박리되는 문제를 방지하며 외부 충격시 도료가 쉽게 파괴되지 않도록 하고 파괴 범위가 주변으로 크게 확장되지 않으며, 도료의 두께를 일정하게 유지하기가 용이하여 시공 완료시 콘크리트 외관이 매끈하고 미려하게 유지할 수 있는 동시에, 교량이나 교각용 콘크리트 구조물과 같이 지속적인 진동에 의해 탐지가 어려운 심층부 미세 균일이 발생할 경우 이에 대한 효과적인 보수를 위한 콘크리트 구조물 보수 및 보강 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 보수가 필요한 콘크리트 표면을 바탕 처리하는 단계;
(2) 상기 콘크리트 표면에, 경화발현재 31~41중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8~3.6중량부와 알루미늄염 가소제 1.1~2.2중량부와 에폭시 레진 55~65중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 12.8~18.8중량부와 안정제 0.15~0.25중량부와 에폭시 레진 70~80중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 5~7:3~5의 중량비율로 혼합하여 제조된 보수용 충진재를 하도 도포하는 단계;
(3) 상기 하도 도포된 표면에 섬유 레진을 도포하는 단계;
(4) 상기 섬유 레진이 도포된 위에 중량이 10~1000 g/m2, 인장력이 10~1000 N/50mm, 두께가 0.05~1.0mm인 섬유 티슈를 부착하는 단계; 및
(5) 상기 부착된 섬유 티슈 위에 다가알코올과 다염기산을 반응시켜 중간체를 제조한 후 상기 제조된 중간체와 폴리아민을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 이후 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 다음, 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 도료 조성물을 롤러 또는 스프레이를 이용하여 상도 도포하는 단계;
를 포함하는 콘크리트 구조물 보수 및 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (4)에서 섬유 티슈를 부착한 후에 그 표면에 섬유 레진을 추가로 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (2)에서 보수용 충진재는 0.01 ~ 0.5 mm의 두께로 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 섬유 티슈는 유리섬유 티슈, 탄소섬유 티슈 또는 바잘트섬유 티슈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (4)에서 섬유 티슈를 부착한 후 상기 (5)에서 상도 도포하기 전에 하도 도포된 도료 조성물의 가사 시간이 경과된 후에 상도 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 콘크리트 구조물의 내부 깊숙한 부분에 존재하여 탐지가 어려운 미세 균열까지도 보수용 충진재를 이용하여 충진 및 양생시키므로 균열의 전달과 그로 인한 콘크리트의 열화를 방지할 수 있다.
2. 또한, 박막의 섬유 티슈를 부착한 후 그 위에 다시 수분 및 산소 차단 효과가 우수한 도료를 상도 도포함으로써 섬유 티슈의 보강 효과로 인해 도료의 장기 내구성이 증대되고 열팽창이나 미세한 진동으로부터 도료가 박리되는 문제를 방지하며 외부 충격시 도료가 쉽게 파괴되지 않도록 하고 파괴 범위가 주변으로 크게 확장되지 않으며, 도료의 두께를 일정하게 유지하기가 용이하여 시공 완료시 콘크리트 표면의 외관이 매끈하고 미려하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
3. 콘크리트 구조물을 섬유 티슈를 이용하여 일부 또는 전체에 걸쳐 환포할 경우에는 지진 진동에 대한 저항성이 증대될 수 있으므로 학교나 고층 및 저층 건물 등 에 내진이 필요한 콘크리트 구조물에 내진 성능을 부여할 수 있는 효과가 있으며, 섬유 티슈를 이용하므로 경량화가 가능하고 시공이 용이한 장점이 있다.
4. 또한, 교량 상판이나 교대, 교각과 같은 콘크리트 구조물과 같이 차량 등에 의한 지속적인 진동으로 인해 미세 균열의 내부 심층부 진행이 발생하는 경우 심층부에 발생한 내부 미세 균열을 탐지하여 보수함으로써 보수보강 효과를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법은 하기 5단계를 포함하여 구성된다. 즉,
(1) 보수가 필요한 콘크리트 표면을 바탕 처리하는 단계;
(2) 상기 콘크리트 표면에, 경화발현재 31~41중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8~3.6중량부와 알루미늄염 가소제 1.1~2.2중량부와 에폭시 레진 55~65중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 12.8~18.8중량부와 안정제 0.15~0.25중량부와 에폭시 레진 70~80중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 5~7:3~5의 중량비율로 혼합하여 제조된 보수용 충진재를 하도 도포하는 단계;
(3) 상기 하도 도포된 표면에 섬유 레진을 도포하는 단계;
(4) 상기 섬유 레진이 도포된 위에 중량이 10~1000 g/m2, 인장력이 10~1000 N/50mm, 두께가 0.05~1.0mm인 섬유 티슈를 부착하는 단계; 및
(5) 상기 부착된 섬유 티슈 위에 다가알코올과 다염기산을 반응시켜 중간체를 제조한 후 상기 제조된 중간체와 폴리아민을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 이후 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 다음, 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 도료 조성물을 롤러 또는 스프레이를 이용하여 상도 도포하는 단계;
이하에서는 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.
1. 콘크리트 표면 바탕 처리
콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 표면 열화 현상이 발행하면 시간이 더 경과하여 콘크리트 구조물(모재 콘크리트)의 내부까지 열화가 전이되기 전에 콘크리트 구조물의 표면을 보수해야 보강을 위한 대형 공사를 막을 수 있고 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.
바탕 처리 단계는 이와 같이 콘크리트의 균일이 발생하기 전에 열화된 콘크리트 표면을 그라인더(grinder) 등을 이용하여 갈아내서 열화되지 않은 부분이 나올 때까지 표면을 기계를 이용하여 다듬는 과정이다. 바탕 처리 단계에서 대상 콘크리트 구조물의 표면은 기름, 불순물, 양생재, 다른 코팅재, 페인트 등이 있을 수 있으므로 이는 샌드 블라스팅이나 워터 제트 또는 그라인딩 등을 통해 제거한다.
또한, 표면 결함이 있거나 파손된 콘크리트 부분이 있으면 모르타르나 에폭시 퍼티 등으로 채워 넣어 보수한다.
상기 모르타르로는 본 출원인이 선등록특허 제10-1455628호(콘크리트 구조물 보수 보강용 속경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법)에서 제안한 모트타르 조성물을 사용할 경우 더욱 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 구조물의 지속적인 진동에 의해 발생한 내부 미세 균열은 탐지가 어려운 경우가 많은데 이러한 내부 미세 균열로 인해 보수 작업 후에도 내부로부터 열화가 발생할 수 있으므로 이에 대한 대비가 필요하다. 이를 위하여 본 발명에서는 하기와 같은 제2단계를 실시한다.
2. 보수용 충진재 하도 도포
바탕 처리가 끝나면 바탕 처리된 콘크리트 외부 표면에 본 발명에 따라 보수용 충진재를 하도 도포한다. 상기 보수용 충진재는 하기의 성분으로 이루어진다.
즉, 경화발현재 31~41중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8~3.6중량부와 알루미늄염 가소제 1.1~2.2중량부와 에폭시 레진(예: 비스페놀 A) 55~65중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 12.8~18.8중량부와 안정제 0.15~0.25중량부와 에폭시 레진 70~80중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 5~7:3~5의 중량비율로 혼합하여 제조된다.
상기 제 1 혼합물은 경화발현재 31~41중량부와 가소제 2.9~5.8중량부와 에폭시 레진(예: 비스페놀 A) 55~65중량부를 혼합하여 형성시키게 된다.
바람직하게는, 상기 제 1 혼합물은 경화발현재 31~41중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8~3.6중량부와 (특수)알루미늄염 가소제 1.1~2.2중량부와 비스페놀 A 레진 55~65중량부를 혼합하여 형성시킨 것을 사용한다.
상기 경화발현재는 보일러 애시 71~81중량%와 고로슬래그 미분말 12~24중량%와 급결제 3~7중량%를 혼합하여 형성시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 보일러 애시는 화력발전소에서 발생하는 애시[ash](석회나 코크스의 연료 껍질)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 경화발현재는 산업부산물로서 순환자원이며, 여기서 순환자원이라 함은 연료로 사용되고 남은 보일러 애시나 철을 생산시 얻어지는 고로슬래그(blast furnace slag)를 분쇄한 분말을 의미한다.
이러한, 순환자원을 사용하여 보수용 충진재를 형성시킴으로써, 재료비가 절감되고, 내수성이 우수하며 지하수에 의한 희석이나 누출이 거의 없고, 가사시간을 길게 가져갈 수 있어서 작업 효율성이 우수하며 균질한 강도 발현이 가능하게 되는 효과가 있다.
여기서, 상기 고로슬래그는 볼밀이나 진동밀과 같은 분쇄수단에 의해 분쇄된 것을 이용하게 되고, 그 함량이 24중량%를 초과하면 오히려 가사시간의 확보가 어렵고 점성 증대로 작업성이 떨어지는 문제점이 있으므로 그 양은 24중량% 이내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고, 보일러 애시의 함량이 81중량%를 초과하면 오히려 가사시간의 확보가 어렵고 점성증대로 작업성이 떨어지는 문제점이 있으므로 그 양은 81중량% 이내로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화발현재의 보일러 애시는 유연탄 및 무연탄을 연료로 사용하는 순환유동층 연소 보일러를 사용하는 보일러로부터 생성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 가소제에서 특수 알루미늄염이 1.1중량부 미만이면 충진재의 압밀강도가 약해 주입시 균열의 외부로 밀려나오는 양이 증가하게 되고 2.2중량부를 초과하면 경화촉진이 이루어져 가사시간의 확보가 어려운 문제점이 있다.
상기 제 2 혼합물은 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 가소제 12.8~18.8중량부와 안정제 0.15~0.25중량부와 에폭시 레진(예: 비스페놀 A) 70~80중량부를 혼합하여 형성시키게 된다.
상기 안정제로는 제 2 혼합물의 점성을 저하시키고, 압입성 및 고른 분산과 안정적인 균질한 강도를 얻을 수 있도록 삼인산 나트륨이 사용되며, 무기계 분산제인 탄산나트륨, 헥사 메타 인산나트륨, 규산나트륨 어느 하나 이상의 것을 사용하여도 무방하나, 삼인산 나트륨을 적용하여 가소성 상태에서의 겔 강도와 분리 방지에 효과적이다.
상기 에폭시 레진이 80중량부를 초과하면 제 2 혼합물의 압입성이 저하된다.
상기한 제 2 혼합물에 포함되는 점토광물 가소제는 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제인 것이 바람직하다.
이때, 상기 제 1 혼합물과 상기 제 2 혼합물을 5~7:3~5의 중량 비율로 혼합하여 형성시키게 되며, 상기 비율에서 제 1 혼합물의 비율이 증가하게 되면 가사시간의 확보가 어려워 주입되는 과정에서 경화가 일부 이루어져 압입성이 저하된다.
본 발명에서 상기 보수용 충진재는 0.01 ~ 0.5 mm의 두께로 도포되는 것이 바람직하며, 예를 들어 건축용 주사기(syringe) 등의 주입기를 이용하여 미세 균열 내부로 흡수되도록 할 수 있다.
3. 섬유 티슈 부착
상기 하도 도포된 보수용 충진재 위에 섬유 티슈를 부착하는 단계이다.
본 단계에 사용되는 섬유 티슈는 무게가 10∼1000g/㎡ 이며, 인장력 10~1000 N/50㎜, 두께가 0.05~1.0 mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로는 하기 표에 제시된 조건을 만족하는 유리섬유 티슈, 탄소섬유 티슈 또는 바잘트섬유 티슈를 사용하는 것이 바람직하다.
항 목 단위 물성값
무게 g/㎡ 10~1000
바인더함유량 % 30 이하
인장강도 N/50㎜ 10~1000
폭 ㎜ 조절가능
두께 ㎜ 0.05~1.0
롤길이 m 조절가능
본 발명에서 사용되는 유리섬유는 동단면적의 강철보다 인장강도가 크며, 전기 절연성이 뛰어나고 불에 타지 않으며 유해 물질 방출이 없고, 열팽창 계수가 낮아 온도, 습도에 따라 치수 변형이 작은 특징을 가져 치수안정성이 매우 우수하며, 강한 내화학성을 갖는다.
본 발명에서 사용되는 유리섬유 티슈의 형상은 두께가 매우 얇은 특징을 갖는다. 본 발명에서 사용되는 유리섬유 티슈의 두께는 1.0 mm 이하, 구체적으로는 0.05~1.0 mm 범위이며, 더욱 바람직하게는 0.05~0.20 mm 범위이다.
상기 유리섬유 티슈는 하도 도포된 보수용 충진재가 경화되기 전에 롤러나 손으로 눌러 해당 개소에 부착한다.
또한, 탄소섬유 티슈는 무게가 가볍고 외부 영향에 대한 부식이나 열화 현상이 없으며 방수 효과가 뛰어난 특징을 갖는다.
또한, 바잘트섬유 티슈는 외부 부식이나 열화 현상이 없고 내구성이 뛰어나며 자재의 혼화 효과가 우수한 특징을 갖는다.
본 발명에서는 상기 유리섬유 티슈, 탄소섬유 티슈, 바잘트섬유 티슈를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 섬유 티슈는 상기 보수용 충진재가 일정한 점도가 있는 상태에서 부착될 수 있으며, 상기 섬유 티슈의 부착성 향상을 위하여 상기 섬유 티슈가 부착된 후에 그 표면에 섬유 레진을 추가로 도포할 수도 있다.
4. 도료 조성물 상도 도포
상기 부착된 섬유 티슈 위에 본 발명에 따른 도료(코팅제) 조성물을 도포하는 단계이다. 본 발명에 따른 상기 도료 조성물은 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 도료 조성물을 하도 도포한다.
상기 도료 조성물은 다가알코올과 다염기산을 반응시켜 중간체를 제조한 후 상기 제조된 중간체와 폴리아민을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고 이를 혼합함으로써 가공성과 표면 강도가 우수하고 내후성 및 내수성이 증대되는 효과를 갖는다.
본 발명에서, 상기 다가알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3 프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산 디올, 1,4-사이클로 헥산 디메틸올, 디하이드록시-2,2-디메틸 프로필 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 글리세린 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다염기산은 불포화 다염기산 및 포화 다염기산을 사용할 수 있다. 상기 불포화 다염기산은 푸마르산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산, 무수이타콘산, 테트라히드로프탈산, 무수테트라히드로프탈산, 테트라브로모무수프탈산, 테트라클로로무수프탈산, 무수헤트산(chlorendicacid) 및 무수하이믹산(himic acid)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 포화 다염기산은 메틸테트라히드로무수프탈산, 프탈산, 무수프탈산, 할로겐화무수프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헥사히드로프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 호박산, 말론산, 글루타르산,아디핀산, 세바신산, 1,12-도데칸2산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산무수물, 4,4'-비페닐디카르복실에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 폴리아민는 1,3-디아미노프로판, 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트중에서 선택되어 사용할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 상기 중간체는 다가 알코올 40 ~ 45 중량%, 포화 다염기산 20 ~ 30 중량% 및 불포화 다염기산 25 ~ 35 중량%를 축합 반응시켜 제조할 수 있다. 또한 반응과정에서 매 시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하고 냉각하여, 가드너 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g인 중간체를 얻을 수 있다. 상기 중간체를 형성함에 있어서 축합 반응 온도는 150 ~ 200℃의 범위 내인 것이 겔화를 방지하는 것이 바람직하고, 기포점도 N ~ O이고, 산가 8 ~ 14 mmKOH/g 범위 내인 것이 건조성, 내수성, 부착성 면에서 바람직하다.
이어서 상기에서 합성된 중간체 100 중량부에 대하여 폴리아민 0.1 ~ 10 중량부를 함유하는 반응물과 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 합성할 수 있다.
상기 폴리아민의 함량이 0.1 중량부 미만이면 생성되는 변성 불포화폴리에스테르수지의 입자에 충분한 안정성을 부여하지 못하여 반응 후에 응고물이 생성될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면 최종 물성에서 내수성이 저하되고, 경화도막이 깨지기 쉬운 우려가 있다.
이어서, 상기에서 합성된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한다. 상기 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 상기 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트는 0.1 ~ 5 중량부, 상기 트리메틸올프로판트리아크릴레이트는 15 ~ 25 중량부를 첨가하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하는 것이 바람직하다. 상기 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조할 때 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 함량이 15 중량부 미만이거나 25 중량부를 초과하면, 내후성 및 표면경도가 떨어질 수 있고, 상기 펜타에리트리톨폴리아크릴레이트의 함량이 0.1 중량부 미만이면 가교성이 떨어져 표면경도가 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 내후성 및 요변성이 떨어질 수 있다.
상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지는 점도 3 ~ 9 포아즈 (25℃, 브룩필드 점도계), 불휘발분 80 ~ 90 % 및 산가 5 ~ 13 ㎜KOH/g인 것이 바람직하다. 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지의 점도, 불휘발분, 산가의 범위가 상기의 범위일 때, 표면경도, 경화성, 내수성 및 요변성면에서 바람직하다.
본 발명에 있어서의 도료 조성물은 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지 60 ~ 70 중량%, 가교성 모노머 10 ~ 20 중량% 및 도료 분야에서 통상적으로 첨가되는 각종 첨가제를 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 15 ~ 25 중량%를 포함한다. 바람직하게 가교성 모노머는 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트를 1~ 1.5:1의 비율비로 포함한다.
상기 도료 조성물 제조시, 변성 불포화폴리에스테르 수지 함량이 60 중량% 미만이면 요변성 및 부착성이 떨어지고, 70 중량% 초과하면 표면경도 및 레벨링성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 상기 가교성 모노머의 함량이 10 중량% 미만이면 표면경도, 내열성 및 경화성이 떨어지고, 20 중량%를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 부착성 및 요번성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 도료 조성물은 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 각종 첨가제를 포함하는데, 그 첨가제로 실리카 등의 요변제, 안료, 탈포제, 유기변조제 등의 첨가제를 사용한다.
또한 도료 조성물을 제조함에 관용되어 있고 수지 색상에 영향을 주지 않는 범위에서 촉진제를 첨가함으로써 상온 경화나 가열 경화에 의해 경화시킬 수 있다.
본 발명에서 경화 촉진제로는, 예를 들어, 나프텐산코발트, 옥틸산코발트, 옥틸산아연, 옥틸산바나듐, 나프텐산구리, 나프텐산바륨 등 금속 비누류, 바나듐아세틸아세테이트, 코발트아세틸아세테이트, 철아세틸아세토네이트 등의 금속 킬레이트류, 아닐린, N,N-디메틸아닐린, N,N-디에틸아닐린, p-톨루이딘, N,N-디메틸-p-톨루이딘, N,N-비스(2-하이드록시에틸)-p-톨루이딘, 4-(N,N-디메틸아미노)벤즈알데히드, 4-[N,N-비스(2-하이드록시에틸)아미노]벤즈알데히드, 4-(N-메틸-N-하이드록시에틸아미노)벤즈알데히드, N,N-비스(2-하이드록시프로필)-p-톨루이딘, N-에틸-m-톨
루이딘, 트리에탄올아민, m-톨루이딘, 디에틸렌트리아민, 피리딘, 페닐모르폴린, 피페리딘, N,N-비스(하이드록시에틸)아닐린, 디에탄올아닐린 등의 N,N-치환 아닐린, N,N-치환-p-톨루이딘, 4-(N,N-치환아미노)벤즈알데히드 등의 아민류가 사용될 수 있다. 상기 경화 촉진제는 변성 불포화폴리에스테르 수지 100 질량부에 대하여, 0.1 ∼ 5 중량부의 범위가 적합하다. 바람직하게는 나프텐산코발트(cobalt naphthenate ; Co-Naph)를 사용할 수 있다. 상기 경화 촉진제의 함량이 0.1중량% 이하이면 경화성이 떨어지고, 5 중량%를 초과하면 경화도막이 깨지기 쉽고 요변성이 떨어진다.
본 발명에서 상기 도료 조성물은 하도 도포시 롤러나 스프레이 등을 이용하여 10 ~ 100㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상도 도포되는 도료 조성물은 상기 (4)에서 섬유 티슈를 부착한 후 바로 시공이 가능하면 즉시 상도용 도료 조성물을 롤러나 스프레이 등을 이용하여 도포할 수 있으며, 하도 도포된 도료 조성물의 가사 시간이 필요한 경우에는 그 가사 시간이 경과된 후에 상도 도포하는 것이 바람직하다.
또한, 상도 도포 후에 결함이나 기포가 발생한 개소는 그라인더 등의 물리적인 방법으로 해당 개소를 제거한 후 소정 크기의 섬유 티슈를 재단하여 재시공할 수 있다. 또한, 기포 발생 개소가 국부적인 경우에는 주사기 등을 이용하여 기포 발생 개소에 도료 조성물을 채워 넣을 수도 있다.
본 발명에서 상기 상도 도포되는 도료 조성물은 하도 도포시 사용한 롤러나 스프레이 등을 그대로 이용하여 10 ~ 100㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 섬유 티슈를 이용한 콘크리트 보수 및 보강 공법은 섬유 티슈가 하도 도포된 보수용 충진재 및 상도 도포된 도료 조성물을 함침하고 있으며 물리적으로 지지하고 있으므로 보수용 충진재와 도료 조성물의 내구성, 내마모성, 균일발생 저항성이 증대되고, 경도 및 휨강도가 증대되며, 열팽창/수축 내력이 증대된다. 또한, 진동으로부터 도료의 박리 저항성이 향상되고, 외부 충격시 코팅제의 내충격성이 향상된다. 또한, 파손되더라도 주변으로 파손범위가 확대되는 것이 억제되고, 코팅제 도포시 도포 두께가 일정하게 유지되며, 이에 따라 시공 완료시 콘크리트 표면의 매끈하고 미려한 외관 발현이 가능하게 되는 장점이 있다.
또한, 교량이나 교각용 콘크리트 구조물과 같이 지속적인 진동에 의해 탐지가 어려운 심층부 미세 균일이 발생하는 경우에도 효과적이고 내구성이 우수한 보수가 가능하고, 학교나 건축물에 있어 내진 성능을 부여하는 효과도 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
(제조예 1) 보수용 충진재 제조
보일러 애시 약 75중량%와 고로슬래그 미분말 약 20중량%와 급결제 약 5중량%를 혼합하여 형성된 경화발현재 40중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 2.2중량부와 알루미늄염 가소제 1.8중량부와 비스페놀 A 수지 56중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 4.5중량부와 점토광물 15.5중량부와 안정제 0.15중량부와 에폭시 레진 79.75중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 7:3의 중량비율로 혼합하여 보수용 충진재를 제조하였다.
(제조예 2) 도료 조성물 제조
질소가스 도입관, 교반장치, 온도계, 냉각콘덴서 및 비드데칸더, 적하깔대기가 장착된 5리터의 플라스크에 네오펜틸 글리콜 682g, 이소프탈산 493g을 넣고 질소가스 분위기에서 2시간에 걸쳐 165 ℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 2시간 유지하면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 제거 후 2시간에 걸쳐 재승온하여 서서히 교반, 승온하여 215℃로 승온 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링하여 고체 산가를 측정하고 고체 산가 2 ㎜KOH/g 도달시 반응을 중지시키고 100℃로 냉각하였다. 100℃에서 프로필렌글리콜 114g과 푸마르산 544g를 차례로 더 첨가하고 질소분위기에서 2시간에 걸쳐 165℃로 승온시켰다. 이때 에스테르화 반응이 진행되면서 축합수가 발생되면 1시간 유지시키면서 콘덴서 라인을 통하여 축합수를 제거시켰다. 축합수 발생 후 3시간에 걸쳐 재승온하여 215℃까지 승온시킨 후 반응시켰다. 반응과정에서 매시간 샘플링 60% IN SM를 측정하여 반응정도를 확인하였다. 가드너 기포 점도 N, 산가 11 ㎜KOH/g 에서 냉각하여 중간체를 얻었다.
상기 플라스크에서 비드데칸터를 제거하고 적하 깔대기를 장착한 후 폴리아민(1,3-디아미노프로판) 79g을 첨가하고, 90℃로 안정화시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하였다. 그 후 미리 준비된 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 59g 와 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 462g을 적하 깔대기에 가한 후 2시간 동안 일정한 시간으로 중합에 주의하면서 적하하여, 점도 6 포아즈, 불휘발분 85 %, 산가 9 ㎜KOH/g의 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g을 합성하였다.
상기에서 합성된 변성 불포화폴리에스테르 수지 67.7g, 흄드 실리카 2.5g의 및 안료(산화티탄, TMC-A100, 동우TMC) 16.9g을 혼합하고 롤러를 이용해 완전 분쇄하였다. 이후, 탈포제(오디씨에스(주), Airex 945) 0.6g, 유기 요변조제(thixotropic agent) 0.3g, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14.3g, 메틸메타크릴레이트 11.9g을 첨가하여 도료 조성물을 제조하였다. 수지 색상에 영향을 주지 않는 N,N-Diethylacetoacetamide(시그마-알드리치)와 경화 시간 조정을 위해 나프텐산코발트(시그마-알드리치)를 첨가하여 도료 조성물을 제조하였다.
[실시예 1]
손상된 콘크리트 표면을 그라인딩하여 손상 부분을 제거하고 표면을 평활하게 한 후, 제조예 1에서 보수용 충진재를 0.2mm의 두께로 1회 도장하고 그 위에 중량이 약 300 g/m2, 인장력이 약 500 N/50mm, 두께가 0.10mm인 유리섬유 티슈를 부착하고 건조시킨 후, 제조에 2에서 제조한 도료 조성물을 이용하여 역시 100㎛ 두께로 도장한 후 건조하여 보수 작업을 마무리하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 유리섬유 티슈 대신 탄소섬유 티슈를 사용한 것만 다르다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 유리섬유 티슈 대신 바잘트섬유 티슈를 사용한 것만 다르다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 유리 섬유 티슈를 부착하지 않고 하도 및 상도 도포만 실시하였다.
성능 평가
실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조된 시험체를 가지고 하기 시험 기준에 의거하여 물성을 비교 시험하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
1. 도막재의 기본 물성
KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재
도막 형성 후 겉모양, 중성화 깊이, 염화물 이온 침투 저항성, 투습도, 내투습성, 부착강도, 균열 대응성
2. 내마모성 시험
KS F 2812 건축재료 및 구성 부품의 마모 시험 방법 (낙사법)
3. 표면 경도 시험
KS M ISO 15184 연필 시험기에 의한 필름 강도 측정
4. 내충격성 시험
KS M ISO 6272-1 도료와 바니시
빠른 손상(내충격성) 시험 - 제1부 : 추 낙하시험, 큰면적 압흔기
항 목 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
도막 형성후
의 겉모양		 표준 양생후 이상없음 이상없음



 이상없음



 이상없음
촉진 내후성 시험후
온ㆍ냉 반복시험후
내알칼리성 시험후
내염수성 시험
중성화깊이(㎜) 1.0 이하 1.0 이하 1.0 이하 1.0 이하
염화물 이온 침투저항성 1000 이하 1000 이하 1000 이하 1000 이하
투습도(g/㎡ㆍday) 50.0 이하 50.0 이하 50.0 이하 50.0 이하
내투수성 투수X 투수X 투수X 투수X
부착강도
(㎏/㎠)		 표준 양생후 1.0 이상 1.0 이상



 1.0 이상



 1.0 이상
촉진 내후성 시험후
온ㆍ냉 반복 시험후
내알칼리성 시험후
내염수성 시험
균열대응성 -20℃ 이상없음 이상없음

 이상없음

 이상없음
20℃
촉진내후성 시험후
내마모성 KS F 2812 코팅제 도포대비 20% 증대
표면경도
시험		 KS M ISO 15184 코팅제 도포대비 15%증대
내충격성
시험		 KS M ISO 6272-1 코팅제 도포대비 25%증대
상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 보수 방법을 사용하면 도막 형성후의 겉모습, 중성화 깊이, 염화물 이온 침투 저항성, 투습도, 내투수성, 부착강도, 균열 대응성 면에서는 기존의 코팅제만 사용하는 경우와 대비하여 동등 수준으로 유지될 수 있으며, 내마모성, 표면경도 및 내충격성 시험에서 기존 코팅제만 사용하는 경우와 비교하여 현저하게 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명에서 상기 보수용 충진재를 사용한 효과에 대해서는 적당한 평가법이 없어서 실험예로 기재하지 않았으나 상기 보수용 충진재를 사용하여 콘크리트 구조물의 표면 보수를 실시하면 그렇지 않은 경우에 비하여 내부 균열에 대한 보수가 효과적으로 진행되어 보수 효과가 우수할 것으로 예상된다.

Claims (5)

  1. (1) 보수가 필요한 콘크리트 표면을 바탕 처리하는 단계;
    (2) 상기 콘크리트 표면에, 경화발현재 31~41중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8~3.6중량부와 알루미늄염 가소제 1.1~2.2중량부와 에폭시 레진 55~65중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 12.8~18.8중량부와 안정제 0.15~0.25중량부와 에폭시 레진 70~80중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 5~7:3~5의 중량비율로 혼합하여 제조된 보수용 충진재를 하도 도포하는 단계;
    (3) 상기 하도 도포된 표면에 섬유 레진을 도포하는 단계;
    (4) 상기 섬유 레진이 도포된 위에 중량이 10~1000 g/m2, 인장력이 10~1000 N/50mm, 두께가 0.05~1.0mm인 섬유 티슈를 부착하는 단계; 및
    (5) 상기 부착된 섬유 티슈 위에 다가알코올과 다염기산을 반응시켜 중간체를 제조한 후 상기 제조된 중간체와 폴리아민을 반응시켜 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조하고, 이후 상기 제조된 아민 변성 불포화폴리에스테르 수지를 디펜타에리트리톨폴리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트와 중합하여 변성 불포화폴리에스테르 수지를 제조한 다음, 상기 제조된 변성 불포화폴리에스테르 수지와 가교성 모노머를 혼합하여 제조된 도료 조성물을 롤러 또는 스프레이를 이용하여 상도 도포하는 단계;
    를 포함하는 콘크리트 구조물 표면 보수 공법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (4)에서 섬유 티슈를 부착한 후에 그 표면에 섬유 레진을 추가로 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면 보수 공법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)에서 보수용 충진재는 0.01 ~ 0.5 mm의 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면 보수 공법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 섬유 티슈는 유리섬유 티슈, 탄소섬유 티슈 또는 바잘트섬유 시트인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면 보수 공법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (4)에서 섬유 티슈를 부착한 후 상기 (5)에서 상도 도포하기 전에 하도 도포된 도료 조성물의 가사 시간이 경과된 후에 상도 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 표면의 보수 공법.

KR1020160107156A 2016-08-23 2016-08-23 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법 KR101744882B1 (ko)

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KR1020160107156A KR101744882B1 (ko) 2016-08-23 2016-08-23 섬유티슈를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 및 보수보강 공법

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