KR101790217B1 - 방수 시스템 - Google Patents

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KR101790217B1
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concrete
functional layer
mounting
waterproofing system
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KR1020160183494A
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이양수
강재영
김상용
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씨카코리아(주)
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Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 상이한 층을 포함하는 방수 시스템(1)에 관한 것으며, 이들 중 하나의 층은 마운팅 층(2)이고 다른 하나의 층은 기능 층(3)이며, 두 개의 층은 이들의 대향하는 표면의 적어도 일부에 걸쳐 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결되고, 기능 층(3)은 적어도 열가소성 중합체 P1 및 적어도 무기질 결합제를 포함한다.

Description

방수 시스템{Waterproofing system}
본 발명은 건설 산업에서 사용하기 위한, 특히 물 유입(water ingress)으로부터 기초(foundations), 건물, 터널 등과 같은 콘크리트 구조를 밀봉하기 위한 방수 시스템에 관한 것이다.
방수 시스템, 전형적으로 막(membrane, 방수 막)은 물 유입으로부터 콘크리트 구조를 밀봉하기 위해 건설 산업에서 흔히 사용된다.
선행 기술에 따르는 방수 시스템은 수밀성(water tightness)을 제공하기 위한 메인 층으로서 막으로 전형적으로 이루어진다. 이러한 막은 밑창(blinding) 콘크리트 또는 쇼트크리트(shotcrete)로부터 전형적으로 제조된 기재(substrate) 위에 배치되며 마운팅 층(mounting layer) 및 필요에 따라 임의로 추가의 마운팅 요소에 의해 이 기재에 어느 정도 고정된다. 전형적인 막은 중합체, 특히 열가소성 중합체, 예를 들면, 가소화 폴리비닐클로라이드(p-PVC) 및 열가소성 폴리올레핀(TPO) 또는 엘라스토머, 예를 들면, 에틸렌-프로필렌 디엔 단량체(EPDM) 및 가교결합된 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSPE)으로 이루어진다. 중합체-기반 방수 막의 결점 중의 하나는 이들의 접착성 불량 또는 부재이다. 전형적으로 이러한 막은 건설 산업에서 흔히 사용되는 시멘트질(cementitious) 재료에 대해 또는 접착제에 대해 낮은 접착 강도를 나타낸다. 따라서, 특수한 접촉 층, 예를 들면, 플리스 배면재(fleece backing)가 방수시키고자 하는 막 또는 구조의 충분한 접착을 제공하는데 전형적으로 사용된다.
방수 분야에서, 막은 기존의 콘크리트 구조에 전형적으로 후-적용된다. 이 경우 막은 접착제 또는 밀봉 테이프로 이의 접촉 층을 통해 방수시키고자 하는 콘크리트 구조의 표면에 접착된다. 그러나, 사전-적용된 방수 분야에서, 막은 방수시키고자 하는 콘크리트 구조가 건설되기 전에 배치된다. 이러한 경우, 막은 기저 구조 상에, 전형적으로 터널 분야 또는 거푸집 공사에서 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층 상에 배치되고 그 후 생 콘크리트(fresh concrete)가 접촉 층의 표면에 타설되고(cast), 이에 의해 막을 경화 콘크리트의 표면에 완전히 영구적으로 접착시킨다.
사전-적용된 방수 분야에서, 막을 접촉 층에 그리고 접촉 층에 대해 타설된 생 콘크리트에 접착시키는데 전형적으로 접착제가 사용된다. 또한 접착제는 접촉 층과 콘크리트 간의 기계적 상호작용 및 이에 따라 침투하는 물에 대한 높은 저항을 제공하기 위해 경화 전에 생 콘크리트가 접촉 층에 깊숙이 침투할 수 있게 해야 한다.
방수 시스템과 관련된 주요 해결 과제 중의 하나는 막에서의 누출이 발생한 경우에 물 유입 후 수밀성을 보장하는 것이다. 이와 관련하여 수밀성이란 방수 시스템이 스며든 물이 침투하여 막과 방수 표면 사이의 공간으로 퍼지는 것을 방지할 수 있어야 함을 의미한다. 차단 층(barrier layer, 예컨대 방수시트와 같은 물 차단 층)에서의 누출은 안쪽으로 성장하는 나무 뿌리, 재료 파괴 또는 막으로 향하는 인장력 또는 전단력의 결과일 수 있다. 유입 후 수밀성이 상실된다면, 물이 막 아래에서 측면으로(예컨대, 횡방향으로) 유동하여 빌딩 구조의 내부로 침입할 수 있다. 이러한 경우 차단 층에서 정확한 누출 위치를 감지하는 것 또한 어렵다.
종종 사용되는 선행 기술의 다층 방수 막의 한 가지 약점은 막 구축(build-up)의 복잡성을 증가시키고 이에 따라 이러한 막의 생산 비용을 증가시키는 접착제의 사용과 관련된다. 접착제는 막에서 저 표면 에너지 중합체에 대한 우수한 접착을 제공하고 특정 접촉 층에 그리고 생 콘크리트에 강한 접착을 형성하며 다양한 온도 범위, UV 조사 및 산화에 대해 우수한 저항성을 가져야 한다. 모든 요건을 충족시키는 접착제는 고가이며 이러한 막의 생산 비용을 상당히 증가시킬 수 있다.
알려진 다층 방수 막의 또 다른 약점은 방수시키고자 하는 기재와 막 사이에 충분한 접착을 제공하기 위해 접촉 층으로서의 플리스 배면재의 사용과 관련된다. 방수 및 지붕공사 분야에서, 막 시트는 밀봉 구조의 수밀성을 보장하기 위해 신뢰할 수 있는 방식으로 서로 균일하게 연결되어야 한다. 플리스 배면재를 갖는 막은 열 융착에 의해 그렇게 쉽게 결합되지 않을 수 있지만 대신 막의 가장자리는 이음매의 최상부에 그리고/또는 이음매 아래에 부착된 밀봉 테이프로 또는 접착제로 함께 접착되어야 한다. 인접 막 시트를 결합하기 위해 접착제 또는 밀봉 테이프를 사용하는 것은 설비 공정을 복잡하게 하고 적용 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 건설 산업에서 사용하기 위한, 특히 물 유입으로부터 기초, 빌딩, 터널 등과 같은 콘크리트 구조를 밀봉하기 위한 방수 시스템으로서, 설치 후 시스템에 타설되는 콘크리트 및 기타의 시멘트질 조성물 뿐만 아니라 건설 산업에서 흔히 사용되는 접착제에 완전히 영구적으로 결합하는 방수 시스템을 제공하는 것이다. 방수 시스템은 누출 차단 층의 누수후 수밀성을 훨씬 잘 유지하고 방수 시스템과 방수시키고자 하는 빌딩 구조 사이로 물이 측면으로 퍼지는 것을 방지해야 한다. 여전히 방수 시스템은 우수한 열 융착성 및 기계적 응력에 대한 우수한 안정성을 가져야 한다.
본 발명에 따르면, 상기한 목적은 본 발명의 청구항 1에 따르는 방수 시스템으로 달성된다.
본 발명의 주요 개념은 방수 시스템이 적어도 두 개의 상이한 층을 포함하고, 이들 중 하나의 층은 마운팅 층이고 다른 하나의 층은 기능 층이며, 두 개의 층은 이들의 대향하는(예컨대, 接하는) 표면의 적어도 일부에 걸쳐 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결되고, 여기서 기능 층은 적어도 열가소성 중합체 및 적어도 무기질 결합제를 포함한다는 것이다.
마운팅 층은 기저 구조 또는 거푸집(formwork), 전형적으로 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층 상에 방수 시스템을 탑재 또는 고정할 수 있다.
기능 층은 막이 경화 후 콘크리트 또는 시멘트질 조성물에 뿐만 아니라 건설 산업에서 흔히 사용되는 접착제에 완전히 접착될 수 있게 한다.
선행 기술의 방수 막과 비교하여, 본 발명에 따르는 방수 시스템은 기능 층 상에 타설되거나 적용된 콘크리트 또는 시멘트질 층에 통합적으로 연결되는 이점을 갖는다. 이것은 한편으로, 시스템의 누수의 경우에 방수 시스템과 방수시키고자 하는 콘크리트 구조 간의 측면 물 유동을 방지함으로써 시스템의 방수 특성을 상당히 개선시키고, 즉 측압(횡방향) 유동 저항(lateral pressure flow resistance)이 공지된 시스템을 능가하여 상당히 증가된다. 다른 한편으로 단단히 접착된 방수 시스템은 콘크리트 구조에 추가의 강도를 부여하고 보다 양호한 응력 분포를 제공한다. 게다가, 이것은 콘크리트에 대한 추가의 보강재로서 작용하며, 구조 손상의 경우에 헐거운 콘크리트 조각이 머리 위로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 방수 시스템이 우수한 열 융착성을 갖는다는 것인데, 이것은 시스템의 층들이 중첩된 시트들을 접착하기 위해 접착제 또는 밀봉 테이프를 사용하는 대신에 열 융착에 의해 균일하게 결합될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 또 다른 이점은, 종래에 방수시트와 같은 차단 막이 이와 접하는 콘크리트와 단순히 접해 있거나 물리적으로 결합되는 것에 불과하였는데 반하여, 본 발명의 마운팅 층 또는 차단 층이 접착제 성분과 무기질 성분을 함유하는 기능 층에 의하여 콘크리트와 화학적으로 결합이 이루어져서, 방수의 기능이 탁월함과 동시에 콘크리트 자체에 추가의 보강재의 기능이 매우 강하다.
도 1은 마운팅 층과 기능 층을 갖는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 2는 마운팅 층, 임의의(선택적으로) 차단 층 및 기능 층을 갖는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 3은 직물 형태의 마운팅 층 및 기능 층을 갖는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 4는 접착제 형태의 마운팅 층 및 기능 층을 갖는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 5는 마운팅 층, 임의의 차단 층 및 기능 층을 가지며, 여기서 마운팅 층이 차단 층에 스팟-방식(spot-wise)으로 부착된 직물 형태이고, 기재에 대한 방수 시스템의 탑재를 촉진시키는 추가의 마운팅 부재를 추가로 포함하는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 6은 마운팅 층 및 기능 층을 가지며, 여기서 마운팅 층이 기능 층에 스팟-방식으로 부착된 직물 형태이고, 기재에 대한 방수 시스템의 탑재를 촉진시키는 직물 스트립 형태의 추가의 마운팅 부재를 추가로 포함하는 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 7은 마운팅 층, 임의의 차단 층 및 기능 층을 갖고, 여기서 마운팅 층이 차단 층에 불연속적으로 적용된 직물 형태인 방수 시스템의 단면을 보여준다.
도 8은 기재 상의 밑창 콘크리트 층, 방수 시스템 및 보강 콘크리트 층을 지닌 콘크리트 구조물의 단면을 보여준다.
도 9는 기재 상의 쇼트크리트 콘크리트 층, 방수 시스템 및 보강 콘크리트 라이닝을 지닌 터널의 단면을 보여준다.
도 10은 기재 상의 밑창 콘크리트 층, 방수 시스템의 탑재를 촉진시키는 추가의 마운팅 부재를 포함하는 직물 마운팅 층을 지닌 방수 시스템, 차단 층, 기능 층 및 보강 콘크리트 층을 갖는 콘크리트 구조물의 단면을 보여준다.
도 11은 본 발명의 무기질을 포함하는 콘크리트 막의 특징을 나타내는 실물사진으로, (a)는 기능층과 콘크리트와의 접착성, (b)는 융착성, (c)는 접착성(gluablity), (d)는 횡방향 물침투에 대한 방수성과 안정성을 보여준다.
도 12는 본 발명의 박리 강도를 시험하는 모습을 예시한 실물사진이다.
도 13은 본 발명의 기능층이 하부의 차단 층과 상부의 콘크리트 층 사이에서 화학적으로 완전이 결합되어 있음을 보여주는 단면사진이다.
도 14는 좌측 도면에서 종래의 차단 층(방수시트, Unfilled LLDPE/EVA Mixture)과 부직포(Felt)로 이루어진 방수 시스템의 모식도를 나타내고, 우측 도면에서 본 발명의 한 실시예의 방수 시스템의 모식도를 나타낸다.
본 발명은 적어도 두 개의 상이한 층을 포함하는 방수 시스템에 관한 것으며, 이들 중 하나의 층은 마운팅 층이고 다른 하나의 층은 기능 층이며, 상기 두 개의 층은 이들의 대향하는 표면의 적어도 일부에 걸쳐 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결되고, 여기서 기능 층은 적어도 열가소성 중합체 P1 및 적어도 무기질 결합제를 포함한다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 방수 시스템은 마운팅 층과 기능 층 사이에 위치한 하나의 추가의 차단 층을 포함한다. 이에 의해 차단 층과 마운팅 층은 이들의 대향하는 표면의 적어도 일부에 걸쳐 서로 연결되고 기능 층은 이의 전체 표면에 걸쳐 차단 층에 전면적으로 연결된다.
방수 시스템의 마운팅 층은 방수 시스템이 마운팅 층을 통해 기재에 탑재 및/또는 고정되는 능력을 제공하는 목적에 알맞다. 이러한 기재는 임의의 타입, 전형적으로 토양 또는 암석 자재 또는 임의의 다른 타입의 기저 구조일 수 있다. 바람직하게는 기재는, 예를 들면, 터널 분야, 또는 거푸집 공사에서 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층이다. 마운팅 층은 접착제, 직물, 테이프, 전형적으로 양면 테이프 또는 이들의 조합으로 구성된다
마운팅 층은 기능 층 상에 또는, 차단 층이 존재한다면 차단 층 상에, 즉 이의 전체 표면에 걸쳐 연속적으로 결합할 수 있거나, 또는 불연속적으로, 즉, 단지 이의 표면의 일부에 걸쳐 결합할 수 있다.
마운팅 층이 접착제를 포함하는 경우, 이것은 접착제를 직물, 그리드 등과 같은 캐리어 물질과 함께 포함할 수 있거나, 접착제 물질 만으로 이루어진다. 적합한 접착제는, 예를 들면, 폴리우레탄, 실란 관능성 폴리우레탄을 기본으로 하는 폴리우레탄 혼성물, 에폭시 수지, 아크릴, 실리콘, 수성 접착제, 시멘트질 조성물 또는 이들의 임의의 혼합물과 같은 반응성 또는 비-반응성, 일성분 또는 다성분 접착제이다. 바람직한 접착제는 상기 언급된 임의의 화학적 기초의 접촉 접착제, 감압(pressure sensitive) 접착제 및/또는 핫-멜트 접착제이다.
마운팅 층이 직물인 경우, 이것은 임의의 천연 또는 합성 물질로 만든 직포 또는 부직포일 수 있다. 직물은 임의로 추가의 부재 또는 층, 예를 들면, 임의의 차단 층에 걸쳐, 기능 층 또는 차단 층의 전체 표면에 걸쳐 또는 스팟-방식으로 기능 층에 결합될 수 있다. 이에 의해 직물은 기능 층과 임의의 차단 층이 작업순서로 남아있는 한 상기한 바와 같은 접착제, 양면 테이프에 의해 또는 기계적 수단에 의해 부착될 수 있다. 임의의 기계적 고정(mechanical fastening)은 직물이 부착되는 층의 표면을 용융시키고 이것이 다시 냉각되기 전에 직물을 용융물에 내장시킴으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는 직물은 기능 층의 열가소성 중합체 P1과 또는 차단 층이 존재하는 경우 차단 층의 열가소성 중합체 P2와 바람직하게는 열-융착 가능한 합성 물질로 만든 부직포이다. 이 경우 직물은 열-융착을 통해 기능 층 또는 차단 층에 바람직하게 연결된다. 바람직하게는 직물은 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올리펜으로 만들어진다.
직물은 기재에 대한 방수 시스템의 탑재를 촉진시키는 추가의 마운팅 부재를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 추가의 마운팅 부재는 바람직하게는 직물 마운팅 층과 동일한 물질로 이루어지고 그것에, 특히 패치, 스팟 또는 섹션에 부착된 직물의 스트립, 고정 날개 또는 돌출된 조각일 수 있다. 직물이 열가소성 물질로 만들어진 경우, 추가의 마운팅 부재는 직물 마운팅 층에 융착될 수 있다. 추가의 마운팅 부재는 또한 직물 마운팅 층에 꿰맬 수 있다.
상기 마운팅 층의 추가의 마운팅 부재는 또한 기능 층 또는 차단 층에 접착제에 의해 접착될 수 있으며, 따라서 그 자체로 마운팅 층을 구성할 수 있다.
마운팅 층은 기능 층 또는 차단 층이 존재하는 경우, 기재와 이들 층 사이의 영역에서 배수를 허용하는 것이 바람직하다. 이에 의해 방수 시스템에 물 웅덩이가 발생하는 것이 방지된다. 따라서 마운팅 층이 전체로서 물-투과성인 것이 바람직하다. 마운팅 층이 접착제 또는 테이프를 포함하거나 그것으로 이루어진다면, 이 효과는 마운팅 층을 기능 층 또는 차단 층 상에, 전형적으로 스팟, 패치, 스트립 등의 형태로 불연속적으로 적용함으로써 달성될 수 있다. 마운팅 시스템이 직물을 포함하거나 그것으로 이루어진다면, 이 효과는 물-투과성인 직물을 선택함으로써 달성될 수 있다.
직물, 특히 기능 층 또는 차단 층에 스팟-융착(예컨대, 점 융착)된 직물을 방수 시스템 상의 마운팅 층으로서 사용하는 것은, 마운팅 층으로서 작용하는 이외에, 직물은 방수 시스템에 도착한 물이 방수시키고자 하는 구조 쪽으로 배수되도록 한다는 이점을 갖는다. 이것은, 방수 시스템이 터널과 같은 수직 벽을 갖는 구조를 밀봉하는데 사용되는 경우에 특히 바람직하다. 그 후 물은 방수된 구조의 외측면을 따라 직물을 통해 유동할 수 있다.
직물을 마운팅 층으로서 사용하는 추가의 이점은 이것이 취급 또는 적용 동안, 예를 들면, 기재로부터 돌 등에 의해 야기되는 기계적 충격으로부터 기능 층 또는 차단 층을 보호한다는 것이다.
마운팅 층, 기능 층 및 임의의(선택적으로) 차단 층은 주변 모서리에 의해 한정된 제1 및 제2 표면을 갖는 전형적으로 시트형 부재이다. 마운팅 층과 기능 층의 대향하는(예컨대, 접하는) 표면은 직접적으로 서로 연결되고, 즉, 두 개의 층은 서로 직접 접촉하며 두 개의 층 사이에 어떠한 추가의 부재 또는 층도 존재하지 않거나, 간접적으로 서로 결합하며, 즉, 추가의 부재, 특히 제3 층이, 마운팅 층과 기능 층 모두가 상기 추가의 부재에 연결되도록 하는 방식으로 이러한 층들 사이에 위치한다. 층들 사이의 전이 영역(transition area)에는, 층들을 형성하는 물질들이 또한 서로 혼합되어 존재할 수 있다.
기능 층의 열가소성 중합체 P1로서, 임의의 종류의 열가소성 중합체가 사용되는 것이 원칙적으로 적합하다. 바람직하게는, 열가소성 중합체 P1은 에틸렌 - 비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌 - 아크릴산 에스테르 공중합체, 에틸렌 -α-올레핀 공중합체, 에틸렌 - 프로필렌 공중합체, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 특히 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리스티렌 (PS), 폴리아미드 (PA), 클로로설폰화 폴리에틸렌 (CSPE), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 (EPDM), 폴리이소부틸렌 (PIB), 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체를 포함한다.
바람직하게는 열가소성 중합체 P1은 EVA, 에틸렌 - 아크릴산 에스테르 공중합체, 에틸렌 - α-올레핀 공중합체, 및 에틸렌 - 프로필렌 공중합체, 및 이들과 PE, 특히 LDPE, LLDPE 또는 HDPE과의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체를 포함한다.
열가소성 중합체 P1의 양은 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 20 - 85 wt.-%, 보다 바람직하게는 30 - 80 wt.-%, 보다 더 바람직하게는 35 - 75 wt.-%, 가장 바람직하게는 40 - 70 wt.-%이다.
열가소성 중합체 P1의 유리 전이 온도(Tg)는 방수 시스템의 사용 동안 발생하는 온도 미만이 바람직하다. 따라서, 열가소성 중합체 P1의 Tg가 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 -15℃ 미만, 가장 바람직하게는 -30℃ 미만인 것이 바람직하다.
용어 "유리 전이 온도"는 이 온도 초과시에는 중합체 성분이 연질이고 유연해지며 이 온도 미만에서는 경질이고 유리 같은, ISO 11357 표준에 따라 DSC로 측정된 온도를 나타낸다. 측정은 2℃/min의 가열 속도에서 Mettler Toledo 822e 장치로 수행할 수 있다. Tg 값은 측정된 DSC 곡선으로부터 DSC 소프트웨어의 도움으로 결정될 수 있다.
바람직하게는, 기능 층에 존재하는 무기질 결합제는 수경성 결합제(hydraulic binder), 비-수경성 결합제, 잠재적 수경성 결합제, 포졸란성 결합제(pozzolanic binder) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 무기질 결합제는 불활성 성분, 예를 들면, 모래, 탄산칼슘, 예를 들면, 그라인딩 및/또는 침전에 의해 백악, 석회석 또는 대리석으로부터 생산된 것, 결정질 실리카, 활석, 안료, 및 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.
용어 "무기질 결합제"는 물의 존재하에서 고체 수화물 또는 수화물 상의 형성 하에 수화 반응으로 반응하는 결합제를 지칭한다. 특히, 용어 "무기질 결합제"는 비-수화된 무기질 결합제, 즉, 물과 혼합되어 수화 반응으로 반응하지 않은 무기질 결합제를 나타낸다.
용어 "수경성 결합제"는 물과의 화학 반응("수화 반응")의 결과로서 경화되어 수용성이 아닌 수화물을 생산하는 성분을 지칭한다. 특히, 수경성 결합제의 수화 반응은 수분 함량과는 무관하게 본질적으로 일어난다. 이것은 수경성 결합제가 심지어 물에 노출되는 경우, 예를 들면, 수중에서 또는 높은 습도 조건 하에서 경화되어 이들의 강도를 유지할 수 있음을 의미한다. 수경성 결합제의 예는 시멘트, 시멘트 클링커 및 수경성 석회를 포함한다. 반대로, 풍화 석회(비-수경성 석회) 및 석고와 같은 "비-수경성 결합제"는 적어도 부분적으로 수용성이고, 이들의 강도를 보유하기 위해 건조한 채로 유지되어야 한다.
용어 "시멘트"는 주 구성분으로서 수경성 결합제 이외에, 통상적으로 소량의 황산칼슘(석고 및/또는 반수화물 및/또는 경석고), 및 임의로 이차 구성분 및/또는 시멘트 첨가제, 예를 들면, 연마 조제를 함유하는 분쇄된 수경성 결합제를 지칭한다. 주 구성분은 5중량% 초과의 양으로 함유된다. 주 구성분은 클링커 또는 시멘트 클링커라고도 하는 포틀랜드 시멘트 클링커, 슬래그 모래, 천연 또는 인공 포졸란, 플라이 애쉬(fly ash), 예를 들면, 규산질 또는 석회질 플라이 애쉬, 번트 셰일(burnt shale), 석회석 및/또는 실리카 흄일 수 있다. 이차 구성분으로서, 시멘트는 클링커 제조에서 비롯된 미분된 무기, 무기질 성분을 5중량% 이하로 함유할 수 있다.
용어 "석고"는 임의의 공지된 형태의 석고, 특히 황산칼슘 탈수화물, 황산칼슘 α-반수화물, 황산칼슘 β-반수화물, 또는 황산칼슘 경석고 또는 이들의 혼합물을 지칭한다.
용어 "잠재적 수경성 결합제"는 바로 경화될 수는 없고 물과 혼합되는 경우 너무 느리게 경화되는 칼슘 알루미노실리케이트이다. 경화 공정은 알칼리성 활성화제의 존재하에서 가속화되는데, 이것이 결합제의 무정형(또는 유리같은) 상에서 화학 결합을 파괴하고 이온성 종(species)의 용해 및 칼슘 알루미노실리케이트 수화물 상의 형성을 촉진시킨다. 잠재적 수경성 결합제의 예는 미분말 고로 슬래그(granulated blast furnace slag)를 포함한다.
용어 "포졸란성 결합제"는 KS L 5401에 따라 포졸란 특성을 가진 콘크리트 첨가제를 지칭한다. 이러한 물질은 물 및 수산화칼슘과 반응하여 칼슘 실리케이트 수화물 또는 칼슘 알루미노실리케이트 수화물 상을 형성하는 규산질 또는 알루미노실리케이트 화합물이다. 포졸란성 결합제는 트래스(trass)와 같은 천연 포졸란 및 플래이애쉬 및 실리카 흄과 같은 인공 포졸란을 포함한다.
무기질 결합제는 바람직하게는 수경성 결합제, 특히 시멘트 또는 시멘트 클링커를 포함한다. 무기질 결합제는 잠재적 수경성 및/또는 포졸란성 결합제, 바람직하게는 슬래그 및/또는 플래이애쉬를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 유리한 실시형태에서, 무기질 결합제는, 무기질 결합제의 총 중량을 기준으로 하여, 5 - 50 wt.-%, 바람직하게는 5 - 40 wt.-%, 보다 바람직하게는 5 - 30 wt.-%의 잠재적 수경성 및/또는 포졸란성 결합제, 바람직하게는 슬래그 및/또는 플래이애쉬 및 적어도 35 wt.-%, 보다 바람직하게는 적어도 65 wt.-%의 수경성 결합제, 바람직하게는 시멘트 또는 시멘트 클링커를 함유한다.
바람직하게는, 무기질 결합제는 수경성 결합제, 바람직하게는 시멘트이다.
시멘트는 임의의 통상의 시멘트, 예를 들면, KS L 5201에 따른 다섯 가지 주요 시멘트 타입에 따르는 것 중의 하나: 즉, 보통 포틀랜드 시멘트(CEM I), 중용열 포틀랜드 시멘트(CEM II), 조강 포틀랜드 시멘트(CEM III), 저열 포틀랜드 시멘트(CEM IV) 및 내황산염 포틀랜드 시멘트(CEM V)일 수 있다. 당연히, 또 다른 표준에 따라, 예를 들면, ASTM 표준 또는 EN 표준에 따라 생산되는 모든 다른 시멘트 들도 또한 적합하다.
무기질 결합제는, 균일한 표면 특성을 갖는 기능 층을 수득하기 위해, 바람직하게는 미분말화된 입자 형태로 기능 층에 존재한다. 용어 "미분말화된 입자"는 중간 입자 크기(median particle size) d50이 500㎛를 초과하지 않는 입자를 나타낸다. 중간 입자 크기 d50은 모든 입자의 50용적%가 d50 값보다 작은 입자 크기를 나타낸다.
용어 "입자 크기"는 입자의 면적-상당 구 직경(area-equivalent spherical diameter)을 나타낸다. 입자 크기 분포는 표준 ISO 13320:2009에 기재된 바와 같은 방법에 따라 레이저 회절에 의해 측정될 수 있다. 입자 크기 분포의 결정을 위해, 입자를 물에 현탁시킨다(습윤 분산법). Mastersizer 2000 장치(GB의 Malvern Instruments Ltd의 상표)가 입자 크기 분포를 측정하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는 무기질 결합제의 중간 입자 크기 d50은 1 - 300㎛, 보다 바람직하게는 1.5 - 250㎛, 보다 더 바람직하게는 2 - 200㎛, 가장 바람직하게는 2 - 150㎛이다.
무기질 결합제의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는, 40 wt-% 미만, 보다 바람직하게는 30 wt.-% 미만, 보다 더 바람직하게는 20-wt.-% 미만, 가장 바람직하게는 10 wt.-% 미만의 무기질 결합제의 입자가 5㎛ 미만의 입자 크기를 갖고, 그리고 바람직하게는 40 wt.-% 미만, 보다 바람직하게는 30 wt.-% 미만, 보다 더 바람직하게는 20-wt.-% 미만, 가장 바람직하게는 10 wt.-% 미만의 무기질 결합제의 입자가 100㎛ 초과의 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, (입자의 적어도 98 퍼센트의) 무기질 결합제의 전반적인 입자 크기는 250㎛ 이하, 보다 바람직하게는 200㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 100㎛ 이하이다.
기능 층에서의 무기질 결합제의 양은 기능 층이 시멘트질 조성물에 접착되는 충분한 접착 강도를 가능하게 하기에 충분할 정도로 높아야 한다. 다른 한편으로, 무기질 결합제의 양을 증가시키는 것은 또한 기능 층의 강성도를 증가시키며, 이것이 방수 시스템을 특정 밀봉 분야에서는 부적합하게 만들 수 있다.
기능 층에서의 무기질 결합제의 양은, 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 전형적으로 10-90 wt.-%, 바람직하게는 20 내지 80 wt.-%, 보다 바람직하게는 25 내지 60 wt.-%, 가장 바람직하게는 30 - 50 wt.-%이다.
본 발명에 따르는 방수 시스템이 추가의 차단 층 없이 마운팅 층과 기능 층으로부터 이루어지는 경우, 무기질 결합제의 양은, 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 전형적으로 보다 낮은 범위, 전형적으로 ≤50wt.-%이다. 수밀성을 보장하는 차단 층이 존재하고 기능 층이 시멘트질 조성물, 전형적으로 콘크리트에 대한 방수 시스템의 결합을 보장하는 것을 주 목적으로 한다면, 무기질 결합제의 양은 보다 높은 범위로, 전형적으로 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여 40 내지 70 wt.-% 사이로 선택될 수 있다.
기능 층의 표면은 바람직하게는 거칠며 어느 정도 다공성이다. 이것은 습윤 시멘트질 조성물 또는 또한 기능 층에 적용되는 접착제를 방수 시스템을 구조의 표면에 접착시켜 기능 층의 기공에 들어가 시스템과 방수시키고자 하는 구조 사이의 추가의 기계적 결합을 확립하도록 할 수 있다. 기능 층의 조도 및 다공도는 기능 층이 제조 전 또는 제조 동안 구성되는 물질에 포밍제 또는 발포제를 가함으로써 전형적으로 달성된다.
방수 분야에서, 가장 중요한 특징 중의 하나는 방수 시스템이 물 침투에 대해 밀봉시키고자 하는 기재, 예를 들면 콘크리트 표면에 접착되는 접착 강도이다. 접착 강도가 너무 낮은 경우, 시스템과 기재의 표면 사이에 갭이 더 쉽게 형성되며, 이것이 수밀성의 손실을 야기할 수 있다.
바람직하게는, 콘크리트 상의 방수 시스템의 기능 층의 접착 강도는 적어도 5 N/50 mm, 보다 바람직하게는 적어도 10 N/50 mm, 보다 더 바람직하게는 적어도 15 N/50 mm, 가장 바람직하게는 적어도 20 N/50 mm이다. 특히, 방수 시스템은 적어도 30N/50 mm, 바람직하게는 적어도 35 N/50 mm, 보다 바람직하게는 적어도 40 N/50 mm, 보다 더 바람직하게는 적어도 45 N/50 mm, 가장 바람직하게는 적어도 50 N/50 mm의 콘크리트 접착 강도를 갖는다. 바람직하게는, 방수 시스템의 기능 층은 5 - 400 N/50 mm, 보다 바람직하게는 10 - 350 N/50 mm, 보다 더 바람직하게는 15 - 300 N/50 mm, 가장 바람직하게는 20 - 250 N/50 mm 범위의 콘크리트 접착 강도를 갖는다.
용어 "콘크리트 접착 강도"는, 기능 층의 표면에서 타설되고 표준 조건(공기 온도 23℃, 상대 공기 습도 50%) 하에서 28일 동안 경화된 콘크리트 표본의 표면으로부터 박리시 방수 시스템의 단위 너비당 평균 콘크리트 접착 강도 [N/mm]를 나타낸다.
콘크리트 접착 강도에 대한 측정방법의 상세한 설명은 본 명세서의 실험 부분에 있다.
바람직하게는 방수 시스템의 기능 층은 음이온성, 양이온성, 비이온성, 양쪽성 계면활성제, 중합체성 계면활성제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 전형적으로 선택된 계면활성제를 추가로 포함한다. "계면활성제"는 이로써 표면 장력을 낮추는 성분을 지칭하며, 이것은 통상적으로 소수성 및 친수성 그룹 둘 다를 함유하는 유기 화합물이다.
바람직한 계면활성제는 글리세롤 모노스테아레이트, 폴리카복실레이트 에테르, 폴리에테르-개질된 폴리실록산, 폴리알킬렌 옥사이드 실록산, 하이드록시에틸 아민, 에루카미드, 스테아릴 스테아르아미드, 알칼리 금속 알칸설포네이트, 알킬 아릴 설포네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 계면활성제의 바람직한 양은, 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 - 10 wt.-%, 바람직하게는 0.5 - 5 wt.-%, 보다 바람직하게는 1 - 3 wt.-%이다.
바람직하게는, 기능 층은, 기능 층의 콘크리트 접착 강도의 개선을 야기하기 때문에, 상기 언급된 것들로부터 선택된 적어도 두 개의 상이한 계면활성제를 포함한다.
전형적으로, 기능 층은 생 시멘트질 조성물(fresh cementitious composition), 즉, 경화 전, 특히 응결 전 시멘트질 조성물과 접촉하기 전에 단지 소량의 물을 함유한다. 바람직하게는, 기능 층에서의 물의 양은, 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 5 wt.-% 미만, 바람직하게는 3 wt.-% 미만, 보다 더 바람직하게는 1.5 wt.-% 미만이다. 특히, 기능 층에서의 물의 양은, 기능 층의 총 중량을 기준으로 하여, 2 wt.-% 미만, 바람직하게는 1 wt.-% 미만, 보다 더 바람직하게는 0.5 wt.-% 미만이다. 기능 층이 건축물에 설치된 후 나중에 접하게 되는, 물을 다량 포함하는 시멘트질 조성물에 의하여 경화가 되고, 상기 시멘트질 조성물과 화학적 결합을 위해서는 건축물에 적용하기 전에는 수분함량이 낮은 것이 중요할 수 있다.
기능 층에서의 무기질 결합제는 적어도 기능 층이 생 시멘트질 조성물과 같은 물을 함유하는 조성물과 접촉될 때까지, 실질적으로 비-수화된 상태로 있어야 한다. 기능 층에 함유된 무기질 결합제 입자의 수화는 가요성을 감소시키고, 이에 따라 방수 시스템의 취급 특성을 악화시킨다. 이것은 또한 기능 층의 콘크리트 접착 강도에 부정적인 영향을 미칠 것이다.
바람직하게는, 기능 층은 1 wt.-% 미만, 바람직하게는 0.5 wt.-% 미만, 가장 바람직하게는 0.1 wt.-% 미만의 수화된 무기질 결합제를 포함한다.
기능 층은 UV- 및 열 안정제, 가소제, 발포제, 염료, 착색제, 안료, 소광제, 대전방지제, 충격 개질제, 난연제, 및 가공 조제, 예를 들면, 윤활제, 슬립제, 블로킹방지제와 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
기능 층의 두께에 대해서는 특별한 제한이 없다. 그러나, 기능 층은 바람직하게는 0.01 - 10 mm, 바람직하게는 0.05 - 5 mm, 보다 바람직하게는 0.1 - 2 mm, 가장 바람직하게는 0.2 - 1 mm의 두께를 갖는다.
방수 시스템이 기능 층 및 마운팅 층을 포함하지만 추가의 차단 층은 포함하지 않는 경우에, 기능 층은 수밀성으로 되도록 구성되어야 하며, 이것은 기능 층의 바람직한 두께에 영향을 미칠 수 있다. 추가의 차단 층이 존재하고 기능 층이 단지 방수 시스템을 콘크리트 구조에 결합시키는 목적을 수행하는 경우에는, 보다 얇은 기능 층이 충분할 수 있다.
기능 층은 방수 시스템이 전형적으로 제조 동안, 롤로 권취된 다음, 기재의 표면에 쉽게 적용될 수 있도록 특정한 가요성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
기능 층은 바람직하게는 100 - 10000 g/m2, 보다 바람직하게는 200 - 6000 g/m2, 보다 더 바람직하게는 300 - 3000 g/m2의 단위 면적당 질량을 갖는다.
기능 층의 밀도는 바람직하게는 0.25 - 3 g/cm3, 특히 0.30 - 2.75 g/cm3, 보다 바람직하게는 0.35 - 2.5 g/cm3, 보다 더 바람직하게는 0.4 - 2 g/cm3, 가장 바람직하게는 0.5 - 1.5 g/cm3이다. 기능 층의 밀도는 부력법(buoyancy method)을 사용하여 결정된다.
방수 시스템에 임의로 존재하고 마운팅 층과 기능 층 사이에 위치하는 차단 층은 열가소성 중합체 P1이 선택되는 중합체의 동일한 그룹으로부터 선택되는 열가소성 중합체 P2를 전형적으로 포함한다. 그러나, 열가소성 중합체 P2 및 P1는 서로 독립적으로 선택될 수 있다.
바람직하게는, 차단 층의 열가소성 중합체 P2는 기능 층의 열가소성 중합체 P1과 혼화성이다. 보다 바람직하게는, 열가소성 중합체 P2는 열가소성 중합체 P1과 상용성이며, 즉, 두 개의 열가소성 중합체 및 이에 따라 차단 층과 기능 층은 서로 융착 가능하며 열 융착에 의해 균일하게 접합될 수 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 열가소성 중합체 P1 및 열가소성 중합체 P2는 적어도 공통의 중합체를 포함하며, 보다 바람직하게는 열가소성 중합체 P1과 열가소성 중합체 P2는 동일하다.
차단 층에서의 열가소성 중합체 P2의 함량은, 차단 층의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 적어도 50 wt.-%이다. 보다 바람직하게는 열가소성 중합체 P2의 함량은, 차단 층의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 60 wt.-%, 보다 더 바람직하게는 적어도 70 wt.-%, 가장 바람직하게는 적어도 80 wt.-%이다.
차단 층은 첨가제 및 가공제, 예를 들면, 충전제, UV 및 열 안정제, 가소제, 윤활제, 방부제, 방염제, 산화방지제, 안료, 예를 들면 이산화티탄 또는 카본 블랙, 염료, 및 착색제를 포함할 수 있다.
차단 층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 바람직한 차단 층은 0.1 - 10 mm, 보다 바람직하게는 0.5 - 7.5 mm, 가장 바람직하게는 1 - 5.0 mm 범위의 두께를 갖는다.
차단 층은 가요성 플라스틱 층의 형태인 것이 바람직할 수 있다. 이것은 막이 전형적으로 제조 동안, 롤로 권취된 다음 기재의 표면에 쉽게 적용되도록 할 수 있다.
게다가, 차단 층은 기능 층과 융착 가능한 것이 바람직하다. "융착 가능한"이란 층들이 열 융착에 의해 서로 균일하게 결합될 수 있음을 의미한다.
차단 층의 추가의 바람직한 특징들은 서로 무관하지만 바람직하게는 EN 12691: 2005에 따라 측정하여 200 - 1500 mm의 충격 저항, DIN ISO 527-3에 따라 측정하여 23℃의 온도에서 적어도 5 MPa의 종방향 및 횡방향 인장 강도, DIN ISO 527-3에 따라 측정하여 23℃의 온도에서 적어도 300 %의 종방향 및 횡방향 파단 신율, EN 1928 B에 따라 측정하여 24 시간 동안 0.6 bar에서의 내수성, 및 EN 12310-2에 따라 측정하여 적어도 100 N의 최대 인열 강도이다.
적합한 차단 층은 최신 기술에 따라 공지된 방수 막으로부터 선택될 수 있다.
방수 시스템의 기계적 성능은 이것이 평탄하지 않은 콘크리트 표면의 방수를 위해 사용되는 경우에 특히 요구된다. 이러한 경우 방수 시스템이 이의 표면에 타설된 콘크리트의 압력으로 인해 또는 표면의 오목한 부분 위로 늘어진 시스템에 적용된 국소 응력으로 인해 파단되지 않도록 보장하는 것이 필요하다.
방수 분야에서 사용되는 시스템의 또 다른 중요한 특징은 물 침투 후의 수밀성이다. 침투 후 수밀성은 누출 후 막과 방수된 표면 사이 또는 막의 층들 사이의 공간에 스며든 물의 퍼짐에 저항하는 시스템의 능력으로 설명된다.
침투 후 수밀성은 ASTM 5385 표준 측정법에 기반한 변형된 수밀성 시험으로 측정될 수 있다. 변형된 수밀성 시험 ASTM 5385M에서, 10mm의 직경을 갖는 구멍을 방수 시스템에 천공한 다음 이를 콘크리트 슬래브에 부착시킨다. 천공된 방수 시스템의 수밀성은 원래의 ASTM 5385 방법에 기재된 바와 같은 동일한 종류의 장치로 시험된다. 시험 장치 내부의 수압은 0.25 bar와 7 bar사이의 값으로 증가하며 시험은 정해진 시간 동안 계속한다. 시험 말기에, 콘크리트 슬래브를 시험 장치로부터 제거하고 방수 시스템의 적어도 일부를 콘크리트 표면으로부터 박리시켜, 물이 콘크리트 표면과 방수 시스템 사이에 그리고/또는 이의 상이한 층들 사이에서 어디까지 침입하는지를 결정한다. 구멍 근처에 2.50 mm 이하의 직경을 갖는 원과 같은 단지 작은 면적만이 물에 의해 영향을 받는 경우에, 방수 시스템은 ASTM 5385M에 따라 물 침투 후 수밀성인 것으로 간주된다.
바람직하게는, 방수 시스템은, 시험이 7 bar의 압력에서 수행되고 7일 동안 지속되는 경우, ASTM 5385M에 따라 물 침투 후 수밀성인 것으로 간주된다. 이 결과는 본 발명에 따르는 방수 시스템으로 달성된다.
차단 층이 방수 시스템에 존재하는 경우, 차단 층과 기능 층 사이의 층간 박리 강도는 적어도 50 N/50 mm, 보다 바람직하게는 적어도 100 N/50 mm, 가장 바람직하게는 적어도 200 N/50 mm이다.
용어 "층간 박리 강도"는 차단 층으로부터 180° 각에서 한쪽 가장자리로부터 박리시 기능 층의 50mm 당 평균 박리 저항(N)을 나타낸다. 층간 콘크리트 접착 강도는 ISO 1139 표준에 따른 T-콘크리트 접착 강도 시험에 따라 측정된다.
본 발명의 방수 시스템은 열 융착에 의해 결합될 수 있으며 융착 이음(welded joint)은 방수 분야에 만족스러운 것으로 간주된다는 것이 또한 발견되었다.
방수 시스템의 기능 층 및 임의의 차단 층은 압출, 압연, 압축 또는 캐스팅 공정에 의해 제조될 수 있다.
상기 층들을 제조하는 방법은 PCT 출원 제PCT/EP2016/081977호, 제PCT/EP2016/082003호, 제PCT/EP2016/082004호 및 제PCT/EP2016/082009호에 개시되어 있으며, 이들은 본원에 참고로 포함된다.
마운팅 층은 별도의 단계에서 기능 층 또는 차단 층에 전형적으로 적용된다.
또 다른 측면에서 본 발명은 다음 단계를 포함하여, 물 침투에 대해 밀봉된 빌딩 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다:
- 콘크리트의 제1 층, 바람직하게는 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층을 기재(토양, 암반, 슬라브 등)의 표면에 임의로 적용하는 단계;
- 상기한 바와 같은 방수 시스템을, 방수 시스템의 마운팅 층이 상기 콘크리트의 제1 층의 표면에 대면(接)하고 상기 콘크리트의 제1 층의 표면에 적어도 부분적으로 연결되도록 하는 방식으로, 상기 콘크리트의 제1 층의 표면 상에 설치하는 단계;
- 콘크리트의 제2 층, 예컨대 콘크리트 라이닝 층과 같은 보강 콘크리트 층의 표면에, 방수 시스템의 기능 층이 대면하고 상기 콘크리트의 제2 층의 표면에 적어도 부분적으로 연결되도록 하는 방식으로, 방수 시스템에 적용하는 단계.
방수 시스템은 마운팅 층에 의하여 전형적으로 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층의 형태의 기재에, 바람직하게는 콘크리트의 제1 층에 탑재되거나 고정된다. 마운팅 층이 접착제를 포함하는 경우, 방수 시스템은 이러한 접착제를 통해 기재에 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 마운팅 층이 직물을 포함하는 경우, 방수 시스템은 전형적으로 직물을 통해, 바람직하게는 탑재를 촉진시키는 추가의 마운팅 부재를 통해 기재에 직접 적용되는 못 또는 나사 등에 의해 기재에 부착될 수 있다.
콘크리트의 제2 층은 방수 시스템 상에 전형적으로 타설되며 경화 후 구조, 바람직하게는, 지상 또는 지하 구조, 예를 들면 빌딩, 차고, 터널, 매립지, 저류지(water retention), 연못, 도랑 또는 조립식 구조물(pre-fabricated construction)에서 사용하기 위한 부재의 일부일 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명은 콘크리트의 적어도 하나의 층 및 상기한 바와 같은 방수 시스템을 포함하는 방수 구조물(waterproofed construction)에 관한 것이며, 여기서, 마운팅 층 또는 기능 층 중의 어느 하나는 콘크리트의 층에 연결된다. 이에 의해 콘크리트의 적어도 하나의 층은 바람직하게는 보강 콘크리트 층이고 방수 시스템의 기능 층은 이의 전체 표면에 걸쳐 보강 콘크리트 층에 통합적으로 연결된다.
전형적으로 방수 구조물은 방수 시스템의 마운팅 층이 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층에 적어도 부분적으로 연결되도록 하는 방식으로 방수 시스템에 인접하게 위치한 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층을 추가로 포함한다.
방수 구조물은 임의의 타입의 구조물일 수 있으며 전형적으로 빌딩, 차고, 터널, 매립지, 저류지, 연못, 도랑 또는 조립식 구조물에서 사용하기 위한 부재이다. 가장 바람직하게는 방수 구조물은 터널이다.
도면의 상세한 설명
도 1은 마운팅 층(2)과 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)의 단면을 보여주며, 여기서 마운팅 층(2)은 기능 층(3)에 완전히 접착된다. 이러한 실시형태에서 마운팅 층(2)은 전형적으로 접착제이다.
도 2는 마운팅 층(2), 차단 층(4) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)의 단면을 보여준다. 기능 층(3)과 마운팅 층(2) 둘 다는 차단 층(4)에 완전히 접착된다. 이러한 실시형태에서 마운팅 층(2)은 전형적으로 접착제이다.
도 3은 직물 형태의 마운팅 층(2) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)의 단면을 보여준다. 직물은 이에 의해 단지 스팟-방식으로 기능 층(3)에 연결된다. 전형적으로 이러한 직물은 기능 층(3)에 스팟-융착(점 융착)된다.
도 4는 접착제 형태의 마운팅 층(2) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)의 단면을 보여준다.
도 5는 마운팅 층(2), 차단 층(4) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)의 단면을 보여주고, 여기서 마운팅 층(2)은 차단 층(4)에 스팟-방식으로 부착되고 기재에 대한 방수 시스템(1)의 탑재를 촉진시키기 위해 추가의 마운팅 부재(8)를 추가로 포함하는 직물 형태이다.
도 6은 마운팅 층(2) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)을 보여주며, 여기서 마운팅 층(2)은 기능 층(3)에 스팟-방식으로 부착되고 기재에 대한 방수 시스템(1)의 탑재를 촉진시키기 위해 직물 스트립 형태의 추가의 마운팅 부재(8)를 추가로 포함하는 직물 형태이다. 직물 스트립은 이러한 실시형태에서 마운팅 층의 직물에 전형적으로 융착되거나 꿰매지거나, 접착제에 의해 접착되거나 그렇지 않으면 기계적으로 고정, 예를 들면, 리벳으로 고정된다.
도 7은 마운팅 층(2), 차단 층(4) 및 기능 층(3)을 갖는 방수 시스템(1)을 보여주며, 여기서 마운팅 층은 차단 층(4)에 불연속적으로 적용된 직물 형태이다. 마운팅 층(2)은 이로써 전형적으로 차단 층에 융착되거나 접착제에 의해 접착된다.
도 8은 기재(7, 암반, 토양, 슬라브 등) 상에 적용된 밑창 콘크리트 층인 콘크리트의 제1 층(5), 밑창 콘크리트 층 쪽과 대면하는 마운팅 층을 가지면서 밑창 콘크리트 층 상에 적용된 방수 시스템(1), 및 보강 콘크리트 층이며 전형적으로 임의의 종류의 구조물의 일부인 콘크리트의 제2 층(6)을 갖는 콘크리트 구조물의 단면을 보여준다.
도 9는 기재(7) 상에 적용된 쇼트크리트 층인 제1 콘크리트 층(5), 쇼트크리트 층 쪽과 대면하는 마운팅 층을 가지면서 쇼트크리트 층 상에 적용된 방수 시스템(1), 및 보강 콘크리트 층이며 전형적으로 콘크리트 라이닝인 콘크리트의 제2 층(6)을 갖는 터널의 단면을 보여준다.
도 10은 기재(7) 상의, 전형적으로 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층인 제1 콘크리트 층(5), 직물인 마운팅 층(2)을 가지면서 방수 시스템(1)의 탑재를 촉진시키는 추가의 마운팅 부재(8), 마운팅 층(2)의 직물이 스팟-방식으로 부착되고, 전형적으로 스팟-융착되는 차단 층(4), 기능 층(3)을 포함하는 방수 시스템(1), 및 보강 콘크리트 층(6)을 가진 콘크리트 구조물의 단면을 보여준다. 방수 시스템(1)은 전형적으로 네일-건(nail-gun)으로 적용된 못(9)으로 콘크리트의 제1 층(5)에 고정된다. 이와 같은 방수 시스템과 콘크리트의 제1 층에 결합하는 방식은 못, 란델 등을 이용하여 다양한 방식이 알려져 있는데, 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위 내에서 종래의 방식을 채택할 수 있다. 비록, 방수 시스템(1)과 콘크리트의 제1 층(5) 사이의 갭이 도 10에 도시된 것보다 더 작을 수 있지만, 이것으로도 콘크리트의 제1 층(5) 또는 일반적으로 임의의 기재와 방수 시스템의 차단 층(4) 사이의 배수를 허용하기에는 여전히 충분하다.
상기에서 설명한 내용에 의하여 본 발명은 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있고, 그 작용효과를 이해할 수 있다. 아래 실시예에서는 본 발명의 효과를 알아보기 위하여 단순히 예시적으로 설명한다.
실시예
실시예 막의 제조
각각 차단 층과 기능 층을 포함하는 실시예 막 EX1 및 EX2는 평판 다이 및 수냉식 캘린더 롤 세트를 포함하는 실험실 규모 압출-캘린더링 장치로 제조하였다. 층은 이축 압출기(Berstorff GmbH)로 압출시켰다.
각 실시예 막에 대해, 기능 층을 압출-캘린더링 장치로 먼저 제조하고, 그후 차단 층을 동일한 압출-캘린더링 장치를 사용하여 기능 층의 한 면 상에 압출시키고 접착시켰다. 차단 층 조성물은 Sika로부터 이용 가능한 시판되는 방수 막 Sikaplan® WT 1210 HE에 기초한다.
장치의 압출기 부분에 평판 다이를 장착시키고 기능 층의 용융된 조성물을 다이 립을 사용하지 않고서 압출시켰다. 기능 층의 중합체 성분을, 고체 충전제 성분이 측면 공급기를 통해 압출기로 공급되기 전에, 중합체 성분의 용융 온도보다 대략 30℃ 높은 온도에서 압출기에서 먼저 용융-가공하였다. 제조된 차단 층은 대략 1.5 mm의 두께를 갖는 반면 기능 층의 두께는 대략 0.5 mm이었다. 차단 층의 용융된 조성물을 각 기능 층의 표면 상에서 평판 다이로 압출시키고 층들을 함께 압착하고 캘린더 냉각 롤 사이에서 냉각시켰다.
실시예 막의 제조 동안에 압출기-캘린더 장치의 조작 조건은 표 1에 나타내어져 있으며 기능 층의 조성은 표 2에 나타내어져 있다. 압출 온도 및 압력은 용융된 덩어리(mass)가 평판 다이로 들어가는 지점에서 측정하였다. 냉각 롤의 온도는 제조 기간 동안 대략 20℃이었다.
표 1: 기능 층/차단 층의 압출 공정의 조작 조건
층 EX1 EX2 차단 층
압출 압력 [bar] 77 58 61
압출 온도 [℃] 160 160 160
압출 플럭스 [kg/h] 12 13 10
롤러 갭 [mm] 3 3 1.8
롤러 속도 [m/min] 0.47 0.51 0.78
콘크리트 시험 표본의 제조
200mm (길이) x 50mm (너비)의 치수를 갖는 세 개의 샘플 막을 상기한 바와 같이 제조된 실시예 막 EX1 및 EX2 각각으로부터 절단하였다. 샘플 막을, 거푸집의 바닥과 위쪽으로 대면하는 기능 층과 차단 층이 있는 200mm (길이) x 50mm (너비) x 30mm (높이)의 치수를 갖는 거푸집에 배치하였다.
접촉 층의 면 상의 각각의 샘플 막의 한쪽 가장자리를 막 샘플의 너비와 일치하는 너비 및 50mm의 길이를 갖는 접착 테이프로 덮어 경화된 콘크리트에 접착하는 것을 방지하였다. 접착 테이프는 콘크리트 접착 강도 시험 장치에의 시험 표본의 보다 용이한 설치를 제공하기 위해 사용되었다.
콘크리트 표본의 제조를 위해 생 콘크리트 제형의 배치를 제조하였다. 생 콘크리트 제형은 EN 1766 표준에 준하는 타입 MC 0.45의 콘크리트 건조 배치 8.9900kg, 물 0.7553kg 및 화학혼화제 Sikament-12S 0.0202kg을 텀블링 혼합기 중에서 5분 동안 혼합함으로써 수득하였다. 타입 MC 0.45의 콘크리트 건조 배치는 CEM I 42.5 N 시멘트(Normo 4, Holcim) 1.6811kg, (KFN로부터의) Nekafill-15 콘크리트 첨가제(석회석 충전제) 3%, 0-1mm의 입자 크기를 갖는 모래 24%, 1-4mm의 입자 크기를 갖는 모래 36%, 및 4-8mm의 입자 크기를 갖는 자갈 37%를 함유하는 골재 7.3089kg을 함유하였다. 물 및 Sikament-12S와 블렌딩하기 전에 콘크리트 건조 배치를 텀블링 혼합기 중에서 5분 동안 균질화하였다.
샘플 막을 함유하는 거푸집을 후속적으로 생 콘크리트 제형으로 채우고 2분 동안 진동시켜 갇힌 공기를 방출시켰다. 하루 동안 경화시킨 후 시험 콘크리트 표본을 거푸집으로부터 뜯어내고 콘크리트 접착 강도를 측정하기 전에 표준 대기(공기 온도 23℃, 상대 공기 습도 50%) 하에서 저장하였다.
콘크리트 접착 강도의 측정
경화된 콘크리트 표본으로부터의 샘플 막의 콘크리트 접착 강도의 측정은 Zwick Roell 90°-박리 장치(타입 번호 316237)가 장착된 Zwick Roell AllroundLine Z010 재료 시험 장치로 표준 DIN EN 1372:2015-06에 레이 아웃된 과정에 따라 수행하였다.
콘크리트 접착 강도 측정을 위해, 콘크리트 표본을 샘플 막의 테이프 구획을 포함하는 콘크리트 표본의 말단에서 10mm의 길이에 대해 재료 시험 장치의 상부 그립으로 클랭핑하였다. 그후, 샘플 막을 90°의 박리 각 및 100mm/min의 일정 크로스 빔 속도로 콘크리트 표본의 표면으로부터 박리시켰다. 측정 동안 롤의 간격은 대략 570mm이었다. 샘플 막의 박리는 샘플 막의 대략 140mm의 길이가 콘크리트 표본의 표면으로부터 박리될 때까지 계속하였다. 콘크리트 접착 강도에 대한 값은 대략 70mm의 길이에 걸쳐 박리 동안의 샘플 막의 너비당 평균 박리력[N/ 50 mm]으로서 계산하였으며, 이에 따라 계산으로부터 총 박리 길이의 처음 및 마지막 4분기(quarter)는 배제하였다.
표 2에 나타낸 실시예 막에 대한 평균 콘크리트 접착 강도 값은 동일한 실시예 막으로부터 절단한 세 개의 샘플 막으로 수득된 측정 값의 평균으로서 계산하였다.
표 2: 접촉 층의 조성 및 측정된 콘크리트 접착 강도
EX1 EX2
기능 층 [wt.-%] [wt.-%]
Elvax 260 A (DuPont으로부터 이용 가능한 28 wt.-% 비닐 아세테이트를 갖는 EVA 공중합체) 10.5
Levapren 700 (Lanxess로부터 이용 가능한 70 wt.-% 비닐 아세테이트를 갖는 EVA 공중합체) 39.5
Levapren 900 (Lanxess로부터 이용 가능한 90 wt.-% 비닐 아세테이트를 갖는 EVA 공중합체) 25
Vistamaxx 6202 (ExxonMobile로부터 이용 가능한 15 wt-.% 폴리에틸렌을 갖는 PP-PE 공중합체) 25
1종 시멘트 50 50
1일 후 콘크리트 접착 강도 [N/50mm] 54.7 36.1
7일 후 콘크리트 접착 강도 [N/50mm] 82.7 54.4
28일 후 콘크리트 접착 강도 [N/50mm] 92.4 98.2
본 발명의 특징과 효과의 우수성을 추가의 도면 11 내지 14로 설명한다.
도 11은 본 발명의 무기질을 포함하는 콘크리트 막의 특징을 나타내는 것으로, (a)는 콘크리트와 같은 시멘트성 혼합물에 완전히 접착된 접착성을 나타내고, (b)는 융착성, (c)는 접착성(gluablity), (d)는 횡방향 물침투에 대한 방수성과 안정성을 보여준다.
도 12는 본 발명의 박리 강도를 시험하는 모습을 예시한 것으로서, 예컨대 계면활성제의 함량에 따라 박리강도가 영향을 받는 것을 보여준다. 계면활성제를 포함하면 박리강도가 강해진 것을 알 수 있다.
도 13은, 본 발명의 기능층이 하부의 차단 층과 상부의 콘크리트 층 사이에서 화학적으로 완전이 결합되어 있음을 보여준다.
도 14는, 좌측 도면은 종래의 차단 층(방수시트, Unfilled LLDPE/EVA Mixture)과 부직포(Felt)로 이루어진 방수 시스템이 생 콘크리트(Fresh Concrete)와 쇼크리트(Shotcrete) 사이에서 설치된 것을 나타내는데, 화살표에서와 같이 차단 층을 통과하여 물의 누수가 발생할 경우, 차단 층과 생 콘크리트 사이의 틈을 통하여 생 콘크리트 표면에서의 방수성이 보장되지 않고 횡방향으로 퍼져 나간다. 이에 반하여 우측의 도면은 본 발명의 한 실시예를 도시하는 것으로서, 차단층과 생 콘크리트 사이에 본 발명의 기능 층(Concrete layer)가 존재하고, 이 기능층이 차단층과 생 콘크리트 사이에서 화학적 결합을 이루어서 차단 층을 통과한 누수 물은 기능층을 통과하지 못할 뿐만 아니라 통과하더라도 통과 지점에서 머물 뿐이어서 생 콘크리트의 표면에서 횡방향으로 퍼지지 않고 방수성이 보장된다.

Claims (15)

  1. 적어도 두 개의 상이한 층을 포함하는 방수 시스템(1)으로서, 이들 중 하나의 층은 마운팅 층(2)이고 다른 하나의 층은 기능 층(3)이며, 상기 두 개의 층이 이들의 대향하는 표면의 적어도 일부에 걸쳐 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결되고, 그리고 상기 기능 층(3)은 열가소성 중합체 P1과 비-수화된 상태의 무기질 결합제를 혼합하고 얻어진 혼합물을 시트 형태로 고화하여 형성되며, 상기 기능 층(3)에서의 물의 양은 상기 기능 층(3)의 전체 중량으로 하여, 5중량% 미만이고, 상기 무기질 결합제는 수경성(hydraulic) 결합제를 포함하는, 방수 시스템(1).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 층(2)과 상기 기능 층(3) 사이에 위치한 하나의 추가의 차단 층(4)을 포함하고, 상기 차단 층(4)과 상기 마운팅 층(2)이 이들의 대향하는 표면의 적어도 일부에 걸쳐 서로 연결되고 그리고 상기 기능 층(3)이 이의 전체 표면에 걸쳐 상기 차단 층(4)에 통합적으로 연결되는, 방수 시스템(1).
  3. 청구항 1에서, 상기 마운팅 층(2)이 접착제, 직물, 또는 이들 모두를 포함하는, 방수 시스템(1).
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 차단 층(4)이 적어도 열가소성 중합체 P2를 포함하는, 방수 시스템(1).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 열가소성 중합체 P1이 에틸렌 - 비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌 - 아크릴산 에스테르 공중합체, 에틸렌 - α-올레핀 공중합체, 에틸렌 - 프로필렌 공중합체, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리스티렌 (PS), 폴리아미드 (PA), 클로로설폰화 폴리에틸렌 (CSPE), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 (EPDM), 폴리이소부틸렌 (PIB) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방수 시스템(1).
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 열가소성 중합체 P2가 열가소성 중합체 P1과 상용성인 방수 시스템(1).
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 무기질 결합제가 비-수경성 결합제, 잠재적 수경성 결합제, 포졸란성 결합제(pozzolanic binder) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 추가로 포함하는, 방수 시스템(1).
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 기능 층(3)이 계면활성제를 추가로 포함하는, 방수 시스템(1).
  9. 다음 단계를 포함하는 물 침투에 대해 밀봉된 빌딩 구조를 제조하는 방법:
    - 콘크리트의 제1 층(5)을 기재(7)의 표면 상에 적용하는 단계;
    - 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항에 따르는 방수 시스템(1)을, 상기 방수 시스템(1)의 상기 마운팅 층(2)이 상기 콘크리트의 제1 층(5)의 표면에 대면하고 상기 콘크리트의 제1 층(5)의 표면에 적어도 부분적으로 연결되도록 하는 방식으로, 상기 콘크리트의 제1 층(5)의 표면 상에 설치하는 단계;
    - 콘크리트의 제2 층(6)을, 상기 방수 시스템(1)의 상기 기능 층(3)이 상기 콘크리트의 제2 층(6)의 표면에 대면하고 상기 콘크리트의 제2 층(6)의 표면에 적어도 부분적으로 연결되도록 하는 방식으로, 방수 시스템(1)에 적용하는 단계.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 콘크리트의 제1 층(5)이 밑창(blinding) 콘크리트 층 또는 쇼트크리트(shotcrete) 층인, 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 콘크리트의 제2 층(6)이 보강 콘크리트 층인, 방법.
  12. 콘크리트의 하나 이상의 층(5, 6) 및 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항에 따르는 방수 시스템(1)을 포함하는 방수 구조물로서, 상기 마운팅 층(2) 또는 상기 기능 층(3) 중의 어느 하나가 상기 콘크리트의 층에 연결되어 있는, 방수 구조물.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 콘크리트의 하나 이상의 층이 보강 콘크리트 층(6)이고, 상기 방수 시스템(1)의 상기 기능 층(3)이 이의 전체 표면에 걸쳐 상기 보강 콘크리트 층에 통합적으로 연결되는, 방수 구조물.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 구조물이 상기 방수 시스템(1)에 인접하게 위치한 밑창 콘크리트 층 또는 쇼트크리트 층을 추가로 포함하고 그리고 상기 방수 시스템(1)의 상기 마운팅 층(2)이 상기 밑창 콘크리트 층 또는 상기 쇼트크리트 층에 부분적으로 또는 전체적으로 연결되는, 방수 구조물.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 방수 구조가 터널인, 방수 구조물.
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