KR101791932B1 - 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 및 이의 시공방법 - Google Patents

콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 표면의 보호도막으로서, 상기 보호도막은 내구성 증대를 위한 10 내지 20㎛ 두께의 상도; 석재 질감 구현을 위한 100 내지 150㎛ 두께의 중도; 방수를 위한 1 내지 2mm 두께의 하도를 갖추고 있으며, 상기 상도는 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하고, 상기 중도는 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하며, 상기 하도는 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호도막 및 이의 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 염해, 중성화 방지, 방수성, 내부식성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 및 이의 시공방법{Eco-Friendly New Material Paint Film for Treatment of Concrete Structure and Constructing Methods Thereof}
본 발명은 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염해, 중성화방지 및 방수/방식기능 등의 기능을 갖는 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 구조물은 대부분 외부적인 원인에 의하여 열화 된다. 즉, 온도변화, 계절변화에 따른 동결융해, 강우, 습도, 대기조건과 같은 환경적인 요인이 주가 되며, 중성화, 염화물 침해, 철근부식, 동결용해, 황산침해, 알칼리골재반응 등의 요인도 포함된다. 이러한 요인이 복합적으로 작용하여 수분이나 기타 외부 유해물질들이 콘크리트 내부로 침투하고, 콘크리트 자체를 열화시키거나 철근의 부식 등을 유발하여 콘크리트 구조물의 성능저하를 일으키게 된다.
이와 같은 콘크리트의 열화를 방지하기 위해서는 적당한 표면처리제를 사용하여 원인이 되는 수분 및 외부 유해물질들의 침투를 근본적으로 차단해야 한다.
기존의 콘크리트 표면처리제는 용도를 중심으로 침투성 표면처리제와 도막형 표면처리제로 나눌 수 있다.
침투성 표면처리제는 그 주요성분이 규산질 계통이며, 일반적으로, 수압의 영향을 많이 받는 지하층의 내벽 방수용으로 사용되고 있는 무기질 침투성 표면 처리제들은 침투성 표면 처리제를 도포하지 않은 무도포 공시체에 비하여 우수한 방수성능을 보이지만, 콘크리트 구조체와의 접착력에 있어서는 일반 모르타르보다 떨어지는 접착력을 가지므로 시공 후 표면처리층이 들뜨는 문제와 장기적 측면에서의 내구성 문제 등이 우려되고 있다.
도막형 표면처리제는 고무아스팔트 계통의 열공법과 수용성 제품이 건축 구조물의 옥상 및 벽면에 사용되고 있고, 우레탄 계통의 타르 우레탄이 고무화 아스팔트 제품과 같은 용도로 많이 사용되고 있다. 이외에 수용성 플라스틱계의 도막형 표면처리제가 한정적으로 쓰이고 있다.
특히, 일반적으로 표면처리재료의 요구성능은 시공성과 내구성능이다.
표면처리제는 재료 자체의 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 간단하면서도 균일하게 시공되어야한다.
더욱이, 내구성능은 표면처리재료의 원래의 목적이 되는 성능이지만 보수후의 공용기간 중 소정의 수준을 만족시켜야 하는바, 이는 재료 자체의 열화에 대한 저항성과 밀접한 관계가 있다.
부착성과 수축성 등은 표면처리재료가 구조물과 일체화해서 거동하는데 기본이 되는 성능이고, 이것이 불충분할 경우 재료는 본래의 목적을 달성할 수 없다.
그러므로 표면처리제는 열화를 정지/억제하는 것이 목적이고, 내염화물침투성 내투수성 등과 같은 콘크리트 내의 물질이동에 대한 저항성능이 콘크리트 자체의 손상을 억제할 수 있다.
이러한 표면처리제의 일례로서, 대한민국 특허 제10-1402853호에는 PC 콘크리트 구조물의 피복 접착성 향상에 의한 박리 방지와 통기성의 향상 및 피복이 박리되거나 오염된 구조물의 표면을 신속하고 편리하게 복원할 수 있는 분무 표면처리제를 개시하고 있다.
그리고 최근 들어 에폭시 수용성 타입에 시멘트를 혼합하여 바탕조정제로 사용하고 우레탄 수지에 아크릴 수지를 교합시켜 중도 및 상도 코팅 공정으로 시공하는 공법이 알려져 있다.
그러나 이러한 콘크리트 표면 보호/보수를 위한 공법들은 나름대로 특성을 갖고 있으나, 시공절차가 복잡하고 진정한 보호 보수성능을 발휘하도록 한다기보다는 단순 임시처방에 그치는 보수공법에 한정되어 있으며, 도포된 표면의 수지나 화합물이 노출된 상태로 자외선이나 각종 위해가스, 산성비 등으로 인하여 노화가 급속히 진행되는 단점이 있다.
또한, 콘크리트 습윤 상태에서의 적응성, 콘크리트 구성물인 알칼리성과의 비결합성에 의한 접착력 저하 등을 해소할만한 뚜렷한 특성이 제안되어 있지 아니하여 개선의 여지가 많았다.
특히, 열화된 콘크리트 표면을 다공체로 도포하였을 때에는 균일성이 확보되지 않는 문제점 등으로 인해 3회 이상 중첩도포를 필요로 하게 되고, 무엇보다도 표면 보호 보수제로서 기본적으로 요구되는 시공 후 콘크리트 본래 형상 회복이, 필요한 문제가 아직도 해소되지 않고 있다. 이러한 문제점들은 국내뿐만이 아니라 토목 건설산업개발이 활발히 이루어지고 있는 개발도상 국가들이나 선진국들 역시 제대로 해소하지 못하여 매우 고심하고 있는 문제점들이다.
이에, 전술한 문제점을 극복하기 위하여 대한민국특허등록 제10-1060140호에는 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제 및 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지성분; 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료 및 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진 친환경 표면 보호제가 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로서, 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리/화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 염해, 중성화방지, 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성, 내부착성, 방수성, 내스크래취성, 내한성, 내식성, 내화학성 및/또는 내구성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
본 발명은
콘크리트 구조물 표면의 보호도막으로서,
상기 보호도막은 내구성 증대를 위한 10 내지 20㎛ 두께의 상도;
석재 질감 구현을 위한 100 내지 150㎛ 두께의 중도;
방수를 위한 1 내지 2mm 두께의 하도를 갖추고 있으며,
상기 상도는 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하고,
상기 중도는 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하며,
상기 하도는 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호도막을 제공한다.
또한, 본 발명은
보호도막을 형성하고자 하는 콘크리트 구조물의 바탕면을 도포가 용이하도록 처리하는 바탕면 처리단계;
상기 바탕면 처리단계가 종료된 후 바탕면에 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 1 내지 2mm 두께의 하도를 도포하는 하도 적층단계;
상기 하도 적층단계가 종료된 후 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하는 100 내지 150㎛ 두께의 중도를 도포하는 중도 적층단계;
상기 중도 적층단계가 종료된 후 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하는 10 내지 20㎛ 두께의 상도를 적층하는 상도 적층단계; 및
상기 상도 적층단계가 종료된 후 보호도막을 양생하는 양생단계를 포함하는 신소재 보호도막 시공방법를 포함하는 신소재 보호도막 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 유해물질을 배출하지 않아 친환경적이면서도 도막을 형성하기 위한 대상표면에 물리적, 화학적으로 안정적인 도막을 형성하고, 염해, 중성화 방지, 방수성, 내부식성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 콘크리트 구조물 표면의 보호도막으로서, 상기 보호도막은 내구성 증대를 위한 10 내지 20㎛ 두께의 상도; 석재 질감 구현을 위한 100 내지 150㎛ 두께의 중도; 방수를 위한 1 내지 2mm 두께의 하도를 갖추고 있으며, 상기 상도는 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하고, 상기 중도는 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하며, 상기 하도는 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호도막을 제공한다.
다른 관점에서, 본 발명은 보호도막을 형성하고자 하는 콘크리트 구조물의 바탕면을 도포가 용이하도록 처리하는 바탕면 처리단계; 상기 바탕면 처리단계가 종료된 후 바탕면에 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 1 내지 2mm 두께의 하도를 도포하는 하도 적층단계; 상기 하도 적층단계가 종료된 후 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하는 100 내지 150㎛ 두께의 중도를 도포하는 중도 적층단계; 상기 중도 적층단계가 종료된 후 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하는 10 내지 20㎛ 두께의 상도를 적층하는 상도 적층단계; 및 상기 상도 적층단계가 종료된 후 보호도막을 양생하는 양생단계를 포함하는 신소재 보호도막 시공방법를 포함하는 신소재 보호도막 시공방법을 제공한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 친환경 신소재 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 상기 콘크리트 구조물 표면과 상기 하도 사이에 단면 보수층을 더 포함하며, 상기 단면 보수층은 포틀랜드 시멘트 40 내지 50중량%, 알루미나 시멘트 1.5 내지 4중량%, 규사 30 내지 55중량%, 충진재 1 내지 7중량%, 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%, 섬유소 0.1 내지 0.8중량% 및 재유화형 수지 1 내지 5중량%를 함유하는 주재와 상기 주재 100 중량부에 대하여 유동화제 0.05 내지 0.5중량부를 포함한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 도막을 형성하고자 하는 대상표면, 예를 들면 도로, 철도, 항만, 댐, 건축물, 수문, 제방, 상하수도관, 폐기물매립시설, 옹벽 등의 콘크리트 구조물에 코팅되어 도막을 형성시킴으로써 표면을 보호하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 보호도막이라면 특별히 한정되지 않는다.
특히, 본 발명에 따른 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 콘크리트 중성화 방지, 염해방지 등과 콘크리트 수밀성 증가로 인한 표면강화, 내구성, 부착력, 내오염성 및 난연성 등이 우수한 도막을 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 보호도막은 내구성 증대를 위한 10 내지 20㎛ 두께의 상도; 석재 질감 구현을 위한 100 내지 150㎛ 두께의 중도; 및 방수를 위한 1 내지 2mm 두께의 하도로 구성된다.
본 발명에 따른 상도는 콘크리트 구조물 표면의 오염과 황변을 방지하고 내충격성을 부여할 뿐만 아니라 오염방지 및 표면보호를 목적으로 하는 마감재로서, 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 상도를 구성하는 메탈(Metal) 세라믹은 3차원적 망상구조의 네트웍을 형성하여 콘크리트 구조물의 중성화 및 염해방지, 동경융해방지, 내식성, 내약품성 등을 제공할 뿐만 아니라, 자외선 등의 빛을 반사, 분산 및/또는 산란시켜 열반사시켜 콘크리트 구조물을 보호하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 메탈 세라믹이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
바람직한 메탈 세라믹은 1 내지 1,000nm의 입자크기를 갖는 금속분말을 용매에 분산시킨 뒤 500 내지 2500℃, 바람직하게는 1,000 내지 2,000℃의 온도범위에서 1 내지 3시간 동안 열처리한 것을 포함한다.
이때, 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 메틸에틸케톤 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 금속분말은 당업계의 통상적인 금속분말이라면 특별히 한정되지 않지만, 추천하기로는 알미늄분말, 아연분말, 황동분말, 스테인리스분말, 동분말 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물 포함한다.
본 발명에 따른 아크릴 수지는 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막의 상도에 포함되어 콘크리트 구조물 등의 보호 대상표면이 외부에 노출되지 않도록 하여 염해, 중성화방지 및 방수/방식 성능을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 통상적으로 사용하는 아크릴 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
여기서, 상기 아크릴 수지는 산 및/또는 염기에 강하고, 자외선에 의한 변색이나 구조노화를 방지하는 내후성을 제공하는 동시에 표면 광택을 부가할 수 있다.
또한, 상기 아크릴 수지는 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막에 포함되어 보호 코팅제막을 형성하고자 하는 시공표면에 용이하게 접착할 수 있도록 하는 접착력을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아크릴 수지는 당업계의 통상적인 아크릴 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 부틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 하이드로에틸 아크릴레이트 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 상도에 포함된 하이드록시 에틸 셀룰로오스(HydroxyEthyl Cellulose)는 점도를 조절하여 도막을 구성하는 조성물의 사용을 용이하게 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 하이드록시 에틸 셀룰로오스라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 상도에 포함된 상전이 물질은 콘크리트 구조물에 가해지자는 열을 흡수하거나 구조물에서 열이 빠져 나갈 때 열을 방출하면서 상전이를 일으키는 물질을 지칭하는 것으로서, 이러한 상전이 물질로 인하여 콘크리트 구조물이나 보호도막의 삼중층들이 열팽창 또는 수축하지 못하도록 보호한다.
바람직한 상전이 물질로는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 특히 평균분자량 800 내지 1,500Da의 폴리에틸렌글리콜, 파라핀, 특히 직쇄형 파라핀, 디메틸프로판디올(DMP), 하이드록시메틸페네디올(HMP) 등의 수산기를 지니는 물질 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있지만, 추천하기로는 분자량을 선택함으로써 녹는점과 융해점을 조절할 수 있는 폴리에틸렌글리콜을 사용하는 것이 좋다.
한편, 상기 상전이 물질 중에서 파라핀은 상전이의 온도 범위가 가장 넓고 잠열 저장 기능이 크며 비용도 저렴한 장점이 있다.
또한, 디메틸프로판디올과 하이드록시메틸페네디올 등의 수산기 함유 물질은 융해점보다 낮은 온도에서 상변화 없이도 흡열과 방열을 할 수 있는 특징이 있으며, 다른 상전이 물질에는 흡광 축열성 금속 화합물을 사용할 수도 있다. 이러한 흡광 축열성 금속 화합물의 예로는 탄화지르코늄, 산화지르코늄 등이 있다.
본 발명에 따른 상도에 포함된 메톡시 실란은 상도에 포함된 조성물이 서로 용이하게 결합되도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 메톡시 실란이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
특히, 본 발명에 따른 메톡시 실란은 내크랙성, 내화학성 등을 증가시키고, 열적안정성 및 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 후술하는 열적안정성 및 기계적 물성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 상도에 포함된 나노세라믹 입자는 신소재 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막의 상도 형성 중에 표면으로 부상하여 치밀하고 경도가 높은 표면을 형성하기 때문에, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성이 향상된다.
바람직한 나노세라믹 입자는 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, 지르코니아-실리카, ZnO, TiO2 및/또는 CaCO3가 포함된다.
이들 세라믹입자는 평균 입경이 나노 범위인 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500nm, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500nm, 상기 지르코니아-실리카의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 TiO2의 평균 입경은 100 내지 300nm, 그리고 CaCO3의 평균 입경은 500 내지 1000nm인 것이 바람직하다.
이 중에서도 실리콘카바이드는 천연광물로 존재하지 않으므로 인공적으로 합성하며, 고온에서의 화학적 안정성 및 내식성이 뛰어나고 높은 경도를 갖는다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 우수한 접착력 및 기계적 물성을 유지하여 외부 충격에 의한 크랙 및 탈락현상을 방지하기 위하여 상도 전체 100중량부 기준으로, 10 내지 40중량부의 메틸메타아크릴레이트(MMA: Methyl MethAcrylate)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메틸메타아크릴레이트는 점도가 10 내지 1,000cps인 저점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 49 내지 70중량%와, 점도가 2,000 내지 20,000cps인 고점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 50중량%를 혼합하여 얻어지는 메틸메타크릴레이트 혼합물에 SIS(stylene isoprene stylene), SBR(stylene butadiene rubber), SBS(stylene butadiene stylene) 중에서 선택된 하나 이상의 혼합물 1 내지 10중량%를 혼합한 변성 메틸메타아크릴레이트를 사용할 수도 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 강고한 밀착성, 코팅 도막의 내수성, 투수성, 산소투과성, 이온투과성, 전기절연성, 내약품성, 기계적 특성(탄성, 유리전이온도, 응력완화) 등을 제공하기 위하여 상도 전체 100중량부 기준으로, 5 내지 20중량부의 모노머(2-에틸헥실아크릴레이트)를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 균열발생을 억제하고, 접착력 및 내구성을 향상시키기 위하여 상도 전체 100중량부 기준으로, 5 내지 20중량부의 바이오 수지를 더 포함할 수 있다.
바람직한 바이오 수지는 유변성 알키드 수지, 유변성 우레탄 수지, 유변성 우레탄 수지의 지방산 에스테르, 유변성 에폭시 수지, 유변성 에폭시 수지의 지방산 에스테르, 바이오 폴리에틸렌 수지, L-폴리락트산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 사용하는 것이 좋고, 추천하기로는 유변성 알키드 수지를 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 유변성은 지방산 등의 유성분을 분자 중에 함유하는 수지를 지칭하는 것으로서, 이러한 유변성 수지를 사용하게 되면 분산성, 기계적 성질, 경화성, 피막 형성성을 제어하기 용이하다.
특정적으로, 상기 바이오 수지는 식물성 오일, 예를 들면 식물 또는 식물의 씨로부터 추출된 오일로, 쌀 기름, 팜 오일, 코코넛 오일, 피마자 오일, 포도씨 오일, 호호바 오일, 홍화 오일, 마카데미아너츠 오일, 올리브씨 오일, 및 이들의 혼합 오일과 혼합하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 바이오 수지와 식물성 오일의 혼합비는 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 추천하기로는 바이오 수지와 식물성 오일의 중량비율로서 1:9 내지 9:1인 것이 좋다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 내수성 및 내스크래치성을 향상시키기 위하여 상도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 붕산 화합물을 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 경도를 향상시키고 표면오염을 감소시키기 위하여 상도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 상도는 자외선을 흡수하고 크랙의 발생을 방지하기 위하여 상도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 하이드라진 페닐 트리아진을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 중도는 기능성 입자들을 혼합하여 석재 질감과 색채를 구현하는데 가장 큰 역할을 담당하고, 나아가 표면을 보호하는 기능성을 제공하기 위한 것으로서, 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 중도를 구성하는 스티렌이소프렌스티렌은 균열 발생을 억제하고, 점착력을 제공하는 동시에 상기 상도와 중도의 부착력을 유지할 수 있게 하는 바인더로서 역할을 하며, 내수성, 내후성 및 부착력 등이 우수하다.
본 발명에 따른 알루미노 실리케이트는 중도의 내크랙성, 내수성, 내오염성, 및/또는 내마모성 등을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 알루미노 실리케이트라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 규조토는 밀도가 낮고 공극률이 높아 표면적이 크므로 도막의 건조를 촉진하면서 벗겨짐을 방지할 뿐만 아니라, 중도와 나머지 층들 사이의 접착력도 높여 주며, 광택과 번쩍거림을 죽여주는 억제제로서의 기능을 한다.
본 발명에 따른 크롬산 스트론튬은 콘크리트 구조물의 코팅 대상면의 부식을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 크롬산 스트론튬이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 탄산칼슘은 친환경 신소재 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막의 치수 안정성 및 내모마성을 향상시키고, 구조물 표면에 석재 질감을 위한 엠보싱 효과를 부여하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 탄산칼슘이라면 특별히 한정되지 않는다.
바람직한 탄산칼슘의 사용량은 전체 중도 중량 기준으로, 5 내지 20중량%인 것이 좋다.
여기서, 상기 탄산칼슘의 사용량이 5중량% 미만이면 치수 안정성 및 내마모성, 칙소성(Thixotropic)의 저하를 가져와 내구성이 좋지 않고, 20중량%를 초과하는 경우에는 칙소 상승에 의한 작업성 저하 및 내충격성 저하 등의 영향을 가져오므로 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 중도에 포함된 스타치에테르(Starch ether)는 셀프 레벨링(자기충전성능)을 개선하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 스타치에테르라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 필요에 따라 변성스타치에테르를 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 중도에 포함된 무기 안료는 중도에 색상을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계이 통상적인 무기 안료, 예를 들면 무기계 안료라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 추천하기로는 산화철, 수산화철, 산화크롬, 산화티탄 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 중도는 중도 전체 100중량부 기준으로, 20 내지 60중량부의 충진재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충진재는 안료 등의 고가 성분을 대체하여 부피를 늘려 주는 성분이다. 아울러 충전재는 바탕면을 고르게 조정하거나, 함습 작용 등으로 도료가 건조될 때 주위 환경 조건이 급변하여도 중도의 건조 특성을 유지하여 주는기능을 하거나, 안료 성분들이 달라붙는 것을 억제할 수도 있다. 충전재는 특별히 한정되지 않으며 이 분야에서 충전재로 흔히 쓰이는 것을 쓸 수 있다. 예를 들어 안료들의 뭉침을 막고, 보호도막에 마모성, 긁힘과 충격에 대한 저항성을 부여하는 실리카를 사용할 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 중도는 분산성을 향상시키기 위하여 중도 전체 100중량부를 기준으로 5 내지 15중량부의 이소보닐아크릴레이트를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 중도는 점도를 조절하고, 부착성을 향상시키기 위하여 중도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 부틸글리시딜에테르(Butyl glycidyl ether)를 더 포함할 수 있는데, 그 사용량이 1중량부 미만이면 점도 조절 및 부착성 향상의 효과가 미미하며, 5중량부를 초과하면 경화가 지연되고 표면의 경도가 저하되는 단점이 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 중도는 산화 촉진 및 부식 방지를 위하여 중도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 산화아연을 더 포함할 수 있는데, 중도 전체 100중량부를 기준으로 1중량부 미만이면 부식방지성이 떨어지고, 5중량부를 초과하면 조성물의 급격한 반응으로 인해 부착성이 떨어지고, 크랙이 발생하여 좋지 않다.
본 발명에 따른 하도는 콘크리트 구조물의 바탕 조정층 역할을 하며 아울러 석재 질감을 표현하기 위한 엠보싱 있는 표면을 연출한다.
또한, 상기 하도는 1차 방수층을 형성하여 열화된 구조물의 표면을 보호하고 콘크리트의 성능을 열화하는 수분, 탄산염 등의 침투를 차단하고, 콘크리트 구조물과 동일하게 시멘트가 주성분이 되므로 구조물과 일체화를 실현할 수 있다.
이와 같은, 본 발명에 따른 하도는 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 하도에 포함된 변성 에폭시 수지는 아민 변성 에폭시, 고무 변성 에폭시 등 콘크리트 보호도막 분야에서 통상적으로 사용하는 변성 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 변성 방향족 아민을 경화제로 하는 변성 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
이때, 상기 변성 에폭시 수지가 하도 전체 중량의 25중량% 미만이면 에폭시 수지의 절대량이 부족하여 기지 재료(matrix)로서의 바인더 역할을 할 수 없어 경화제와의 가교 결합시 가교 밀도가 떨어지게 되어 내산성, 내알칼리성과 같은 물성이 좋지 않으며, 그 함량이 40중량%를 초과하면 흐름성이 증가하고 기타 성분의 함량이 부족하여 물성 및 작업성이 불량하게 된다.
본 발명에 따른 부착력 강화 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)에 첨가제를 가하여 부착력을 증진한 것으로서, 콘크리트 구조물의 주성분인 시멘트와 친화력이 크므로 피도면과 일체성을 꾀하여 치밀한 바탕 조정층을 형성할 수 있게 한다.
여기서, 상기 부착력 강화 시멘트를 구성하기 위한 첨가제는 증점제, 소포제, 유동화제 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물이다.
상기 증점제는 물에 용해될 때 소정의 점도를 증대시키기 위한 것으로, 재료의 분리를 방지하고, 응집성과 윤활성을 증대시키는 효과를 얻을 수 있으며, 바람직한 증점제로는 용융 실리카, 폴리아크릴 유화액 증점제, 폴리우레탄계 증점제 등과 같이 공지의 증점제를 사용할 수 있다.
상기 소포제는 시멘트와 혼합하여 반죽할 때 발생하는 거품을 방지하여 과도한 기포 형성을 막고 도막이 피도면에 밀착되도록 하며 도막의 밀도를 치밀하고 작업의 유연성도 향상시킨다.
바람직한 소포제는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 유동화제는 강력한 분산 효과를 나타내어 강도의 저하 없이 작업성을 증가시키며, 유동화제의 고감수 효과는 초기 및 종결 강도를 현저히 증가시키고 시멘트 사용량을 감소시키는 역할을 한다.
바람직한 유동화제로는 공지물을 사용하면 무방한데, 예를 들어 나프탈렌술폰산계 유동화제를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 부착력 강화 시멘트에서 증점제의 함량은 0.3 내지 0.7중량% 정도이면 적당하고, 부착력 강화 시멘트에 대한 소포제의 함량은 0.1 내지 1중량%이면 적당하고, 부착력 강화 시멘트에서 유동화제의 함량은 0.3 내지 1중량%이면 인성 및 탄성의 저하 없이 기포를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 수분산 폴리우레탄 분산제는 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막에 포함되어, 친환경적이면서도 부착성(G/L, GI, EGL 등), 방수성, 내스크래취성, 내수성, 내한성, 내식성 및/또는 내화학성 등을 증가시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 수분산 폴리우레탄 분산제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 수분산 폴리우레탄 분산제는 프리아크릴 수지, IPDI(isophorone diisocyante), MDI(methyl diisocyanate), polyol(polytetramethyleneglycol, polyhexamethylene adipate). DMPA(dimethylolpropionicacid), DMS(dimethylol sulfate) 또는 이들의 혼합물을 출발물질로 하여 NCO- 말단기를 갖는 프리아크릴 수지를 제조한 뒤 촉매제, 예를 들면 DBTL 또는 DBTDL(dibutyltin dilaurate)와 중화제, 예를 들면 TEA(triethyl amine)와 사슬연장제 EDA(ethyl diamine)를 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 하도에 포함된 탄소나노튜브는 종래의 시멘트 모르타르에서 섬유소를 대체하는 효과를 발휘함과 동시에 우수한 열전도성 덕택에 양생시 발생하는 수화열에 대한 저항성을 확보하고 균열을 예방할 뿐만 아니라, 내구성, 내식성이 탄소 섬유나 셀룰로오스 등의 통상적인 섬유를 사용하는 경우보다 우수하게 발현되며, 하도의 시멘트와의 혼합도 원활하다.
특히, 본 발명에 따른 탄소나노튜브는 비슷하게 열과 전기의 양도체인 탄소 섬유를 사용하는 경우와 비교하여도, 도막의 성분을 교반할 때 탄소 섬유처럼 탄소나노튜브가 뭉치는 일이 생기지 않기 때문에 탄소나노튜브를 사용하는 본 발명의 하도 쪽의 작업성이 더 우수하다.
본 발명의 하도에서 사용할 수 있는 탄소나노튜브로는 특별한 제한이 없다. 제한적이지 않은 예를 들자면, 두께가 5 내지 20nm인 다중벽 탄소나노튜브를 사용하면 성능과 비용의 조화 측면에서 적절하다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 하도는 구조물의 공극을 메워 접착성 및 방수성, 내구성 등을 향상시키기 위하여 하도 전체 100중량부 기준으로, 5 내지 20중량부의 라텍스를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 하도는 도막을 형성하고자 하는 대상면, 예를 들면 콘크리트 구조물로부터 쉽게 박리되는 것을 방지하기 위해 액상형으로 비중이 1.0 이상이고 60℃ 점도가 110 cPs인 폴리인산계 박리방지제를 더 포함할 수 있다.
바람직한 폴리인산계 박리방지제의 사용량은 하도 전체 100중량부 기준으로, 5 내지 15중량부인 것을 추천한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 하도는 코팅 도막의 점탄성을 높이기 위하여 하도 전체 100중량부 기준으로, 0.1 내지 1중량부의 소듐 벤조 에이트(sodium benzoate)를 더 포함할 수 있는데, 소듐 벤조 에이트가 0.1중량부 보다 적을 경우 효과가 미미하며, 1중량부를 초과할 경우 과량이 되어 물성을 저하시킬 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 하도는 점도증진 및 부착력 강화를 위하여, 하도 전체 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부의 알긴산 나트륨을 더 포함할 수 있는데, 그 함량이 5중량부 미만이면 소수성이 저하되고, 함량이 10중량부를 초과하면 과도하게 점도가 상승되어 좋지 않다.
상기 알긴산 나트륨은(C6H8O6)n으로 표시되는 다당류의 하나로서 카르복실기를 가지고 있으며, 다시마류를 소다회 처리하여 만들 수 있는데, 알긴산 나트륨 자체에 점성을 갖고 있어 이를 하도에 혼입되면 점도증진 및 부착력을 강화하게 된다.
특정적으로, 본 발명에 따른 친환경 신소재 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막은 상기 콘크리트 구조물 표면과 상기 하도 사이에 단면 보수층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 단면 보수층은 포틀랜드 시멘트(OPC) 40 내지 50중량%, 알루미나 시멘트 1.5 내지 4중량%, 규사 30 내지 55중량%, 충진재 1 내지 7중량%, 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%, 섬유소 0.1 내지 0.8중량% 및 재유화형 수지(redispersible resin) 1 내지 5중량%를 함유하는 주재와 상기 주재 100 중량부에 대하여 유동화제 0.05 내지 0.5중량부를 포함한다.
본 발명의 단면 보수층에 포함된 보통 포틀랜드 시멘트는 당업계의 통상적인 포틀랜드 시멘트라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 규사(SiO2) 함량이 45% 이상이고 비중이 1.95이상, 비표면적이 2400cm2/g 이상인 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 단면 보수층에서 알루미나 시멘트는 속경 특성을 부여하여 작업 시간을 단축하고 균열을 제어하여 준다. 바람직한 실시 형태에서 알루미나 시멘트로는 CaO 함량이 35 내지 40%, Al2O3 함량이 36 내지 42%이고, 블레인 비표면적이 4000cm2/g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 단면 보수층에 포함된 충진재로는 무수 석고 등의 통상적인 충진재를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 단면 보수층에 포함된 섬유소로는 통상의 강화 복합 재료용 섬유소, 예를 들어, 셀룰로오스, 나프타계 폴리비닐알코올(PVA) 섬유를 사용하며 섬유 길이는 3 내지 5mm인 것을 사용할 수 있다. 그 밖에도 섬유소로 아크릴 섬유, 에틸렌-아세트산비닐(EVA) 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 등을 사용 할 수 있다.
본 발명의 단면 보수층에 포함된 탄소나노튜브는 수화열에 대한 저항성을 확보하고 균열을 예방할 수 있다. 특히, 재유화형 수지를 사용하기 때문에 동일한 수지의 고분자 유화액을 사용하는 경우보다 악화할 수 있는 건조 수축을 개선하여 준다.
본 발명의 단면 보수층에 포함된 재유화형 수지로는 폴리비닐알코올 섬유, 아크릴 섬유, 에틸렌-아세트산비닐 섬유 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 단면 보수층에 포함된 유동화제는 당업계의 통상적인 유동화제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 하도의 부착력 강화 시멘트에 첨가제로 사용되는 유동화제를 사용할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 친환경 신소재 보호도막, 특정적으로 콘크리트 구조물 표면처리용 친환경 신소재 보호도막 시공방법을 설명하면 다음과 같다.
여기서, 본 발명에 따른 신소재 보호도막 시공방법은 기계화 작업으로 이루어질 수 있으므로 작업성이 뛰어나다.
한 가지 일 양태로서, 본 발명에 따른 신소재 보호도막 시공방법은 보호도막을 형성하고자 하는 콘크리트 구조물의 바탕면을 도포가 용이하도록 처리하는 바탕면 처리단계;
상기 바탕면 처리단계가 종료된 후 바탕면에 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하는 1 내지 2mm 두께의 하도를 도포하는 하도 적층단계;
상기 하도 적층단계가 종료된 후 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하는 100 내지 150㎛ 두께의 중도를 도포하는 중도 적층단계;
상기 중도 적층단계가 종료된 후 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 아크릴 수지 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하는 10 내지 20㎛ 두께의 상도를 적층하는 상도 적층단계; 및
상기 상도 적층단계가 종료된 후 보호도막을 양생하는 양생단계를 포함한다.
여기서, 상기 신소재 보호도막 시공방법은 본 발명에 따른 보호도막을 형성하기 위한 일 양태로서, 보호도막의 각 층을 적층하는 시공 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용하면 어떠한 방법이라도 무방하며, 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위해 이하에서는 상기 일양태를 포함하는 개략적인 시공 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 보호도막을 형성하는 경우에 콘크리트 구조물 표면(하지면)을 먼저 조정하여 주는 것이 바람직하다.
하지면의 처리는 콘크리트 구조물 표면의 바탕 처리와 하지면의 세척을 포함할 수 있다.
콘크리트 바탕면 처리는 세척을 통하여 이물질을 제거하고, 필요할 경우 콘크리트 구조물의 열화된 표면을 제거하는 공정이다.
신규 콘크리트 구조물의 경우 표면에 묻은 이물질, 먼지 또는 유분들을 고압수(300bar 이상) 세척을 통하여 제거한다. 표면에 물방울이 맺혀있을 경우 유분이 남아있는 것이므로 그라인딩 등을 통해 제거하는 것이 바람직하다.
열화된 콘크리트의 철거 두께 등을 결정한 후, 제거를 위해서는 콘크리트 구조물의 현장 여건을 검토하여 치핑, 샌드블라스터, 고압수 표면 처리기 및 착암기 치핑, 기타 적절한 공법을 채택하여 시행한다.
콘크리트 구조물 표면의 열화 부분을 제거한 후 접착력 증대를 위해 먼지 등 이물질을 고압수 세척기, 진공 청소기 등을 이용하여 완전하게 제거한다. 이때 콘크리트 구조물이 모르타르의 수분을 급격히 흡수하는 것을 방지하기 위하여 작업 전에 하지면 콘크리트 표면이 포화 상태가 되도록 충분한 양의 물을 뿌려 적셔 둔다. 물을 뿌려 두는 것은 예를 들어, 24 시간 전에 실시할 수 있다. 그리고 작업 시작 1시간 전에 접착력 증대에 저해되는 수분이나 먼지(레이턴스) 등을 고압 공기를 이용하여 제거한다.
하지면의 처리를 한 후 손상된 콘크리트, 시멘트 레이턴스, 부식성 물질, 먼지, 유제 및 기타 하지면과 보수 재료와의 접착력을 감소시키는 물질의 존재 여부를 확인하고 문제가 있을 경우 바로 적절한 조치를 취하여 준다.
이어서 하지면의 부착력을 측정한다. 하나의 구체적인 실시 형태에서는 평균 부착력이 1.0MPa 이상이 되도록 한다. 아울러 접착력을 저하시키는 수막이 있는지 여부를 확인한 후 표면에 고압 공기를 분사한다.
이어서 하도를 도장한다. 단면 보수층이 있는 경우는 그를 먼저 적층하는데, 그 방법은 일반적인 시멘트 모르타르 적층과 동일하게 할 수 있다.
부착력 강화 시멘트와 변성 에폭시 수지를 정해진 배합 방식에 따라 충분히 교반하여 준다. 교반은 예를 들어, 최소 2 내지 3분간 교반기를 이용하여 교반하도록 한다. 하도의 목표 두께는 1,000 내지 2,000㎛이다. 하도의 도포는 붓, 롤러 등을 사용하는 수작업(미장)으로 할 수도 있고 모르타르 건 등의 장비를 사용하는 기계 타설도 가능하다.
본 발명에 따른 하도 또는 단면 보수층의 도포를 위한 미장 시공의 구체적인 실시 형태를 예로 들면 다음과 같다.
(1) 1회 바름 두께는 약 7mm를 표준으로 하여, 여러 번 나누어 발라 원하는 두께가 되도록 반복 실시한다. 바탕면에 발생할 수 있는 기포(에어포켓) 제거 및 부착력 향상을 위하여 힘껏 눌러 미장한다.
(2) 연속 미장하여 원하는 두께를 확보하여야 할 경우, 전회 도포 후의 마감면은 브러쉬 등을 사용하여, 거친면으로 하여 둔다.
(3) 통풍이 좋고, 건조한 곳에서는 바탕 표면 및 시공 마감면을 습윤하게 하여 급격한 표면 건조를 방지한다.
(4) 최종 도포시에는 구석이나 모서리 등에 적당한 간격으로 기준 바름을 하여 마무리 두께를 표시한다.
본 발명에 따른 하도 및/또는 단면 보수층의 도포를 위한 기계 타설의 구체적인 실시 형태를 예로 들면 다음과 같다.
(1) 시공 두께를 확인할 수 있는 스페이서를 정착시킨다.
(2) 작업시 표준 분사거리는 30 내지 100cm로 하며, 건의 각도는 90도로 한다.
(3) 1회 도포량을 시험 시공 등을 실시하여 미리 산정하고, 단계별로 도포한다.
(4) 내화학성 방청 고분자 모르타르의 도포 두께는 최초 1회에 한하여 약 7mm 정도로 하고, 바탕면과의 사이에 기포(에어포켓)가 생기지 않도록, 또는 충분한 부착력을 확보할 수 있도록 토출압과 토출량을 가능한 한 일정하게 유지될 수 있도록 한다. 본 발명의 더욱 구체적인 한 실시 형태에서는 하도의 도포 작업을 모르타르 건 스프레이로 수행하는데, 예를 들어 노즐 구경 2 내지 2.5mm, 팁 구경 6 내지 8mm의 모르타르 스프레이 장비의 분사 압력을 3 내지 5kg/㎠로 하여 1회 또는 2회 도포한다.
(5) 최초 도포 후 표면이 건조되기 전에 같은 요령으로 최대 시공 두께 범위내에서 여러 번 나누어 도포한다.
(6) 수직면 도포시에는 상부에서 하부 방향으로 도포하는 것이 좋다.
본 발명의 한 구체적인 실시 형태에서는 하도의 도포시 줄눈 시공을 할 수 있다. 상기 줄눈의 모양 및 크기는 자연석의 느낌을 부여하는데 중요한 요소이므로 외벽 디자인에 따라 정확히 간격대로 시공하며 줄눈의 위치와 굵기 및 간격을 조정하여 예정선에 도포한다. 도장이 건조된 후 예정된 줄눈 위치에 줄눈의 크기와 동일한 폭으로 마스킹 테이프를 붙인다(기준 두께 T = 30 내지 50㎛).
이어서 중도를 도포한다.
상기 중도의 목표 두께는 100 내지 150㎛로 한다. 중도의 도포에는 모르타르 건을 통한 뿜칠 작업이나 본타일 건을 사용할 수 있다.
한 가지 구체적인 실시 형태에서는 변성 아크릴 유탁액의 일액형 수용성 에멀젼 속에 구형 색소 캡슐이 분산되어 있는 원료를 사용할 수 있다. 이때는 교반시 장비를 사용하지 말고 최대한 구형 색소 캡슐이 깨지지 않도록 주의하여 천천히 교반 후 중압식 스프레이 장비를 이용하여 도포한다. 색소의 콜로이드 상태가 유동성이 떨어진 경우 희석재로서 5% 이내의 물 첨가가 가능하며, 첨가 후 천천히 교반한다.
석재 질감의 연출을 위해서는 중도의 도포시 석재 색채 원료의 배합이 중요하다. 자연석의 색채를 구현하기 위해서는 우선 자연석이 갖는 색상의 개수 및 색상별 비율을 분석한 후, 각 색상별로 도료를 마련하고, 뿜칠을 통해 나타난 최종 색상을 원석과 비교하여 몇 번의 피드백 과정을 거친 후, 원석의 색상과 유사한 느낌이 나는 색상의 배합비를 결정하면 바람직하다. 이러한 색채 결정을 위한 피드백 과정은 먼저 무기 안료를 콜로이드 상태(예를 들어 직경 5mm)로 (예를 들어 체를 이용하여) 물속에 분산한 다음 이를 중량 배합한다. 개별 색소들의 중량을 서로 비교하여 비율별로 나눈 다음 서로 혼합하는 것이다. 개별 색소들이 혼합된 이후에도 색소들 간의 콜로이드 상태는 유지되어야만 한다. 만약 개별 색소들이 용제 안에서 서로 결합된다면 그 결과 전혀 다른 통합색이 되어 버려 원석이 가지는 독특한 색조를 구현할 수 없게 되기 때문에 색소별로 자기의 색상을 유지하는 것이 매우 중요하다.
한편, 콜로이드 상태의 물 분산매에 섞여 있는 개별 색소들을 교반기에서 교반할 때 교반 속도를 가감하여 캡슐의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어 교반 속도를 최소 200 내지 1500RPM에서 교반하면 200 내지 3000㎛ 형태의 구형 캡슐을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 상도는 전술한 중도 위에 붓, 롤러, 스프레이 등을 이용하여 10 내지 20㎛ 두께로 도포할 수 있다.
보호도막 형성을 위한 전체 공정이 완료된 후 24시간 이내에는 가급적 강우 및 강설에 노출되지 않도록 주의하고 최소 3일간의 양생 기간을 둔다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
콘크리트 구조물의 단면 보수층
본 발명에 따른 예시 콘크리트 구조물 단면 보수층을 제작하여 성능을 평가하였다. 구체적으로, KS 규격 F4042 "콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 기초 물성 기준"(2007년 기준)에 따라 콘크리트 공시체를 제작하고, 이 공시체 위에 포틀랜드 시멘트 45g, 알루미나 시멘트(CaO 함량 37~40%, Al2O3 함량 39~42%, 블레인 4000㎠/g) 2g, 규사(5호:6호=25:23) 48g, 무수석고 2g, 평균 두께가 15 nm인 다중벽 탄소나노튜브 0.75g, 폴리프로필렌 섬유(비중 1.26, 길이 3~12mm, 직경 15㎛, 인장 강도 890Mpa, 탄성계수 14.7Gpa) 0.25g, 영우켐텍의 아크릴계 공중합체 재유화형 분말 수지 2g 및 나프탈렌 술폰산계 유동화제인 남강케미칼의 NK-HR500 0.1g을 혼합한 혼합물을 피복한 다음, 길이 변화율, 압축 강도, 휨 강도, 부착 강도와 흡수 계수의 지표들을 동 규격의 규정에 따라 평가하였다.
여기서, 상기 콘크리트 공시체 제조에는 표건 상태의 부순 자갈 및 바다 모래(세척사)를 사용하였으며, 필요한 콘크리트의 유동성을 확보하기 위한 혼화제로 리그닌계 AE 감수제 표준형을 사용하였다. 굳지 않은 콘크리트 성상이 제조 직후 슬럼프가 150 ± 25 ㎜, 공기량이 4.5 ± 1.5%가 되는 것을 목표로 성분을 배합하였다. 휨 몰드는 KS F2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 준하여 휨 몰드(150×150×530 mm)를 W/C별로 4개씩 제작하여 총 12개의 휨 몰드를 제작하였다(즉 몰드 제작 수 4개(CO2 투입 유무) × 3(W/C별) = 12개).
또한, 상기 경화 콘크리트의 성상은 28일 표준 양생(수중) 후 KS F 2584(콘크리트의 촉진 탄산화 시험 방법)에 준하여 상대 습도가 60±5%, 온도 20±2℃, 이산화탄소 투입 유무(5±0.2%)에 따라 시험을 진행하였다. 콘크리트의 촉진 시기(1, 4, 8, 13주)에 따른 비파괴 시험(슈미트헤머, 초음파 속도) 후 압축 강도를 측정하였다.
이러한 콘크리트 공시체만의 비교군과 이 공시체에 표 1의 단면 보수층을 적층한 시험군에 대하여 표 1의 항목들을 평가하였다.
측정항목 요구성능 시험방법
길이 변화율(%) ±0.15 이내 KS F 2424
압축 강도(MPa) 20.0 이상 KS F 4042
휨 강도(MPa) 6.0 이상 KS F 4042
부착 강도(MPa) 1.0 이상 KS F 4042
흡수 계수(kg/m2ㅇhr1/2) 0.5 이하 KS F 2609
그 평가 결과를 표 2로 나타냈다.
Figure 112017054967890-pat00001
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 단면 보수층을 적층한 콘크리트 구조물은 단면 보수층이 없는 콘크리트 구조물 보다 길이 변화가 적고, 우월한 강도를 더 일찍 발현할 수 있으며, 수분의 흡수도 더 잘 억제할 수 있음을 알 수 있었다.
[실시예 2]
상중하도의 보호도막
본 발명에 따른 3중층의 콘크리트 보호 도막을 제조하여 성능을 평가하였다. 구체적으로, KS 규격 F 4936 콘크리트 표면 보호제의 규정에 따라 콘크리트 공시체를 제조하고, 여기에 상도, 중도, 하도의 보호 도막을 형성하였다.
이때, 상기 상도는 평균입경 500nm를 갖는 알루미늄입자를 물에 분산시킨 후 약 1,500℃의 온도에서 약 1.5시간 동안 열처리한 메탈 세라믹 30g, 부틸 아크릴레이트 20g, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 15g, 평균분자량이 약1,000Da인 폴리에틸렌글리콜 20g, 메톡시실란 10g, 및 평균입경이 450nm인 실리콘카바이드 5g을 혼합한 혼합물을 약 12㎛ 두께로 도포되도록 구성하였다.
또한, 상기 중도는 스티렌이소프렌스티렌 25g, 알루미노 실리케이트 35g, 규조토 7g, 크롬산 스트론튬 7g, 탄산칼슘 10g, 스타치에테르 13g, 산화크롬 3g을 혼합한 혼합물을 약 120㎛ 두께로 도포되도록 구성하였다.
또한, 상기 하도는 스티렌이소프렌스티렌 32g, 포틀랜드 시멘트 59.7g 및 용융 실리카 0.3g이 혼합된 부착력 강화 시멘트 60g, IPDI(isophorone diisocyante)를 출발물질로 하여 NCO- 말단기를 갖는 프리고분자 수지를 제조한 뒤 DBTDL(dibutyltin dilaurate)와 TEA(triethyl amine)와 EDA(ethyl diamine)를 사용하여 제조한 수분산 폴리우레탄 분산제 7g, 평균 두께가 15nm인 다중벽 탄소나노튜브 1g을 혼합한 혼합물을 약 120㎛ 두께로 도포되도록 구성하였다.
전술한 조성으로 제조한 콘크리트 구조물의 보호 도막에 대하여 물성측정 결과를 아래 표 3으로 나타냈다.
Figure 112017054967890-pat00002
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보호 도막이 내염성, 내식성, 방수성과 강도로 살필 수 있는 내후성 측면에서 성능이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 콘크리트 구조물 표면의 보호도막으로서,
    상기 보호도막은 내구성 증대를 위한 10 내지 20㎛ 두께의 상도;
    석재 질감 구현을 위한 100 내지 150㎛ 두께의 중도;
    방수를 위한 1 내지 2mm 두께의 하도를 갖추고 있으며,
    상기 상도는 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 부틸 아크릴레이트 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하되, 모노머(2-에틸헥실아크릴레이트)를 상도 전체 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하고, 붕산화합물을 상도 전체100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트를 상도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 하이드라진 페닐 트리아진을 상도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며,
    상기 중도는 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하되, 부틸글리시딜에테르를 중도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 산화아연을 중도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며,
    상기 하도는 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하되, 소듐 벤조 에이트를 하도 전체 100중량부 기준으로 0.1 내지 1중량부로 더 포함하고, 알긴산 나트륨을 하도 전체 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호도막.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 보호도막을 형성하고자 하는 콘크리트 구조물의 바탕면을 도포가 용이하도록 처리하는 바탕면 처리단계;
    상기 바탕면 처리단계가 종료된 후 바탕면에 전체 하도 중량 기준으로, 변성 에폭시 수지 25 내지 40중량%, 부착력 강화 시멘트 54 내지 67중량%, 수분산 폴리우레탄 분산제 5 내지 15중량%, 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량%를 포함하되, 소듐 벤조 에이트를 하도 전체 100중량부 기준으로 0.1 내지 1중량부로 더 포함하고, 알긴산 나트륨을 하도 전체 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부로 더 포함하는 1 내지 2mm 두께의 하도를 도포하는 하도 적층단계;
    상기 하도 적층단계가 종료된 후 전체 중도 중량 기준으로, 스티렌이소프렌스티렌 20 내지 30중량%, 알루미노 실리케이트 10 내지 40중량%, 규조토 5 내지 10중량%, 크롬산 스트론튬 5 내지 10중량%, 탄산칼슘 5 내지 20중량%, 스타치에테르 10 내지 15중량% 및 무기 안료 1 내지 10중량%를 포함하되, 부틸글리시딜에테르를 중도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 산화아연을 중도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하는 100 내지 150㎛ 두께의 중도를 도포하는 중도 적층단계;
    상기 중도 적층단계가 종료된 후 전체 상도 중량 기준으로, 메탈 세라믹 20 내지 50중량%, 부틸 아크릴레이트 10 내지 40중량%, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 10 내지 20중량%, 상전이 물질 10 내지 25중량%, 메톡시실란 5 내지 20중량%, 및 나노세라믹 입자 1 내지 10중량%를 포함하되, 모노머(2-에틸헥실아크릴레이트)를 상도 전체 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하고, 붕산화합물을 상도 전체100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트를 상도 전체 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 하이드라진 페닐 트리아진을 상도 전체 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하는 10 내지 20㎛ 두께의 상도를 적층하는 상도 적층단계; 및
    상기 상도 적층단계가 종료된 후 보호도막을 양생하는 양생단계를 포함하는 신소재 보호도막 시공방법.
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