KR101834201B1

KR101834201B1 - 콘크리트용 금속용사공법

Info

Publication number: KR101834201B1
Application number: KR1020160010318A
Authority: KR
Inventors: 이한승; 최홍복; 박진호
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2018-03-05
Also published as: KR20170089717A

Abstract

본 발명은 콘크리트용 금속용사 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면을 샌드 블라스트 처리하는 단계, 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제를 도포하는 단계, 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제를 도포하는 단계, 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하는 단계 및 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공 처리하는 단계를 포함하며, 금속용사 공법을 활용하여 콘크리트에 시공할 수 있는 간편한 시공법을 개시하고, 콘크리트와 금속용사층 간의 부착성능을 증진시키기 위해 콘크리트 및 용사피막의 최적 표면처리 방법을 확보하기 위한 콘크리트용 금속용사 공법에 관한 것이다.

Description

콘크리트용 금속용사공법{METAL THERMAL SPRAYING FOR CONCRETE}

본 발명은 콘크리트용 금속용사공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트와 용사피막 사이의 부착력을 확보하기 위한 콘크리트용 금속용사공법에 관한 것이다.

국내에서 현재 사용되고 있는 내벽이나 외벽 마감공법에는 크게 도료나 모르타르 등을 이용하는 습식공법과 자연석, 인조석 또는 금속패널 등을 이용하는 건식공법으로 분류할 수 있다.

특히, 도료에 의한 마감공법 중 가장 일반적으로 외벽 마감에 적용되는 수성페인트는 3~5년마다 재도장이 필요하며 이에 따라 구조물 전체의 생애주기비용을 고려하면 막대한 유지관리 비용이 드는 단점이 있다.

3~4회의 재도장 후에는 도막이 두꺼워져 콘크리트와의 박리문제가 생길 우려가 있고, 콘크리트 탄산화 억제 및 염해 억제 효과가 매우 떨어지는 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 해결하고 건축용 마감재의 다양한 선택을 유도하기 위하여 콘크리트의 질감을 최대한 살리려는 노출 콘크리트 마감공법이나 콘크리트에 금속재를 매립하거나 붙여 금속의 질감 및 내구성능을 최대한 활용하려는 연구가 진행되고 있다.

도 1은 통상적인 고도 정수처리용 수조 구조물을 나타내기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 고도 정수 처리장은 오폐수(60)가 유입구(40)를 통해 유입되고 배출구(50)를 통해 배출되며, 고도 정수처리용 수조 구조물 하부에 장착된 오존 발생장치(70)에 의해 오존 기포(80)를 발생시켜 오폐수(60)를 오존처리하는 것을 특징으로 한다.

통상적으로 고도 정수 처리용 수조 구조물은 콘크리트(10)를 기재로 하는데, 기존에는 오존처리된 오폐수로부터 수조 구조물을 보호하기 위해 내벽에 일반 도료나 내오존성 도료를 도포하였으나, 이러한 도료는 쉽게 부식되거나 떨어짐에 따라 콘크리트를 보호하기 어려운 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 스테인리스 스틸 재질의 판재를 앵커와 그라우트를 이용하여 콘크리트에 접합시키고 판재 간의 이음부는 열융착이나 용접을 통해 접합하는 공정이 제시되었으나, 공정비용이 매우 고가인 문제가 있었다.

한편, 대한민국 등록특허 제1039602호에서는 금속표면 및 콘크리트 표면 코팅에 사용되는 자동 용사장치 및 방법을 개시하고 있으나, 콘크리트와 금속 간의 부착력을 확보하기 위한 기술은 개시되어 있지 않다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속용사 공법을 활용하여 콘크리트에 시공할 수 있는 간편한 시공법을 개시하고, 콘크리트와 금속용사층 간의 부착성능을 증진시키기 위해 콘크리트 및 용사피막의 최적 표면처리 방법을 확보하기 위한 콘크리트용 금속용사 공법을 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법은 콘크리트 표면을 샌드 블라스트 처리하는 단계, 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제를 도포하는 단계, 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제를 도포하는 단계, 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하는 단계 및 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면강화제는 침투성 표면강화제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 침투성 표면강화제는 규산을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사는 아크열을 통해 용융된 금속이 분출되는 아크 용사인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사는 분말형태의 용사재료를 코팅하는 분말 용사인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속은, 스테인리스 스틸, 주석, 아연, 알루미늄, 아연-알루미늄 합금, 신주, 금동, 청동, 황동, 순동, 은 및 양백 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사재료는 금속 분말 및 테프론계 수지 분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속용사층을 형성하는 단계는, 콘크리트 표면에 아크 용사를 이용한 제1 금속용사층을 형성한 후 상기 제1 금속용사층의 표면에 분말 용사를 이용한 제2 금속용사층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 금속용사층의 두께는 제2 금속용사층의 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉공 처리하는 단계는 금속용사층의 표면에 테프론계 수지층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 콘크리트용 금속용사 공법은 기존 강구조물에 적용되는 금속 용사공법을 콘크리트에 활용하여 철근 콘크리트 구조물의 콘크리트 표면에 의장성을 갖는 금속을 용사 처리함으로써 새로운 개념의 마감공법을 제안할 수 있다.

또한, 콘크리트 표면과 용사피막의 최적 표면처리 방법을 제시하여 콘크리트와 금속용사층의 충분한 부착강도를 확보할 수 있으며, 간편한 시공을 통해 저렴한 비용으로 우수한 부착성능을 발휘할 수 있다.

또한, 건축이나 토목 콘크리트 구조물의 방식 마감공사 등 전 분야에 걸쳐 적용이 가능하며, 대표적으로 수처리 시설 콘크리트 구조물이나 교량 등에 활용 가능하고, 특히 콘크리트를 기재로 하는 고도 정수 처리용 수조 구조물에 적용하여 오존처리된 오폐수로부터 수조 구조물의 내벽을 보호할 수 있다.

도 1은 통상적인 고도 정수처리용 수조 구조물을 나타내기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법의 공정 순서도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 콘크리트용 금속용사 공법에 의한 시험체의 부착강도를 측정하기 위한 시험 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6c의 결과를 나타내기 위한 단면도이다.
도 8은 콘크리트의 표면처리 방법에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.
도 9는 표면강화제 도포에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.
도 10은 금속용사층의 표면처리 방법에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.
도 11a는 시험체의 파괴양상 중 계면파괴를 나타내는 사진이다.
도 11b는 시험체의 파괴양상 중 비계면파괴를 나타내는 사진이다.
도 12a는 침투성 표면강화제의 도포에 따른 콘크리트 단면의 SEM 결과 사진이다.
도 12b는 에폭시 표면강화제의 도포에 따른 콘크리트 단면의 SEM 결과 사진이다.
도 13a는 봉공 처리제를 도포한 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이다
도 13b는 봉공 처리제를 도포하지 않은 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.
도 14a는 시험체에 형성된 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.
도 14b는 표면연마 처리한 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.
도 14c는 봉공 처리한 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법의 공정 순서도를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법은 콘크리트 표면에 샌드 블라스트 처리하는 단계(S10), 콘크리트 표면에 표면강화제를 도포하는 단계(S20), 콘크리트 표면에 조면형성제를 도포하는 단계(S30), 콘크리트 표면에 금속용사층을 형성하는 단계(S40) 및 금속용사층을 봉공 처리하는 단계(S50)를 포함하며, 이하에서는 각 공정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 콘크리트 표면을 샌드 블라스트 처리하는데, 일반적으로 샌드 블라스트(sand blast)는 금속제품의 표면을 깨끗하게 마무리 손질을 하기 위해 모래를 압축공기로 뿜어내는 공법인데, 본 발명에서는 콘크리트 표면을 거칠게 하기 위해 실시한다.

다음으로, 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제를 도포하는데, 상기 표면강화제는 침투성 표면강화제인 것이 바람직하며, 규산 등을 포함할 수 있다.

그리고, 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제를 도포할 수 있으며, 상기 조면형성제에 의한 콘크리트의 표면조도는 상기 샌드 블라스트 처리에 의한 콘크리트의 표면조도보다는 작은 것이 바람직하다.

그 후, 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

용사(thermal spraying)란 표면 가공 공법의 일종으로서 용사재료를 가열하거나 녹여 미립자 상태로 만들어 대상물의 표면에 충돌시킴으로써 입자에 의한 용사층을 형성하는 가공법을 의미하며, 용사를 위한 구체적인 설비 및 방법은 널리 알려져 있는바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법은 용사재료에 금속을 포함하여 콘크리트 표면에 금속용사층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

용사는 아크 용사를 실시할 수 있으며, 아크 용사(electric arc spraying)란 2개의 금속 선재 사이에 아크 열을 발생시켜 아크 열을 통해 용융된 금속을 압축공기로 비산시켜 소재의 표면에 증착시키는 공법이다.

강구조물에서는 고방식 공법으로서 강재 표면에 방식 성능이 있는 금속을 용사하는 금속용사 공법이 활용되고 있으나, 본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 콘크리트 표면에도 의장성을 갖는 금속을 용사 처리함으로써 새로운 개념의 마감 공법을 제안한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 금속용사 공법은 콘크리트를 기재로 하며 고도 정수 처리용 수조 구조물에 활용되어 오존처리된 오폐수로부터 수조 구조물을 보호하기 위해 이용될 수 있다.

이때, 내오존성을 위해 아크 용사 대비 금속용사층에 형성되는 기공의 수가 적은 분말 용사를 실시할 수 있는데, 분말 용사(powder spraying)란 산소와 연료가스를 열원으로 사용하여 분말형태의 용사재료를 코팅하는 공법이며, 연료가스로는 주로 아세틸렌을 사용하며, 사용하는 장비에 따라 수소, 프로플렌, 프로판 등을 사용하기도 하며, 이러한 가스식 분말 용사 외에 플라즈마를 이용한 분말 용사도 적용될 수 있다.

더욱이, 오존처리된 오폐수로부터 콘크리트를 기재로 하는 수조 구조물을 보호하기 위해 상기 용사재료는 금속 분말 및 내오존성이 우수한 테프론계 수지 분말을 포함할 수 있으며, 이를 통해 상기 수조 구조물의 내오존성과 금속용사층에 대한 부착성을 함께 향상시킬 수 있다.

용사에 사용되는 금속은, 스테인리스 스틸, 주석, 아연, 알루미늄, 아연-알루미늄 합금, 신주, 금동, 청동, 황동, 순동, 은 및 양백 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 기재는 콘크리트(10)에 해당하며, 상기 콘크리트(10)의 표면에는 금속을 이용한 용사를 통해 소정 두께를 가진 금속용사층(20)이 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 콘크리트(10) 표면에 아크 용사를 이용한 제1 금속용사층(21)을 형성한 후 상기 제1 금속용사층(21)의 표면에 분말 용사를 이용한 제2 금속용사층(22)을 형성할 수 있다.

즉, 콘크리트(10) 표면에 아크 용사를 적용하여 기공의 수가 상대적으로 많은 제1 금속용사층(21)을 형성하고 상기 제1 금속용사층(21)의 표면에 분말 용사를 적용하여 기공의 수가 상대적으로 적으며 조밀한 구조를 나타내는 제2 금속용사층(22)을 형성함으로써, 거친 구조의 제1 금속용사층(21)과 콘크리트(10) 표면을 접합시켜 부착성능을 유지하고, 상기 제1 금속용사층(21)의 표면에는 내오존성이 우수한 조밀한 구조의 제2 금속용사층(22)을 형성하여 상기 콘크리트(10)를 오존처리된 오폐수로부터 보호할 수 있다.

이때, 제1 금속용사층의 두께(h1)는 제2 금속용사층의 두께(h2)보다 큰 것이 바람직한데, 제1 금속용사층의 두께가 상대적으로 큼에 따라 용사 피막과 콘크리트의 부착성능을 충분히 확보하면서 상기 제2 금속용사층이 상기 제1 금속용사층의 표면을 코팅하여 상기 콘크리트를 오존처리된 오폐수로부터 보호함으로써 부착성과 내오존성 모두 크게 향상시킬 수 있다.

위와 같이, 콘크리트의 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성한 후에 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 추가적으로 봉공 처리를 진행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따라 콘크리트 표면에 금속용사 공법을 실시한 결과를 나타내기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 콘크리트(10)를 봉공 처리하기 위해 내오존성을 나타내는 테프론계 수지를 포함하는 유기계 봉공 처리제를 금속용사층(20)의 표면에 도포함으로써 상기 금속용사층(20)의 표면에 테프론계 수지층(30)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 콘크리트(10)와 금속용사층(20) 간의 부착성과 콘크리트(10)의 내오존성을 함께 증진시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 콘크리트용 금속용사 공법에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

W/C(%)	60
S/a(%)	53.4
물(kg/m³)	173
시멘트(kg/m³)	294
모래(kg/m³)	969
자갈(kg/m³)	856
혼화제(kg/m³)	0.05

종류	침투성 표면강화제	에폭시 표면강화제	조면형성제
주성분	규산	에폭시수지	에폭시, 규사
비중	1.10	1.60	-
사용량(g/m²)	500-700	110	50

상기 표 1은 이하의 시험에 적용되는 콘크리트의 조성을 나타내며, 상기 표 2는 이하의 시험에 적용되는 표면강화제 및 조면형성제의 주요 성분과 특성을 나타낸다.

이하의 시험에 적용되는 콘크리트의 강도는 본 발명의 콘크리트의 강도는 21MPa이며, 용사 금속으로는 내식성 및 내약품성이 우수한 재료로 알려진 SUS316L(선재직경:φ1.6, 융점:1400도, 비중: 7.98, 색: 흑색)을 사용하였다.

또한, 이하에서는 Gr은 글라인딩 처리, Sa는 샌드 블라스트 처리, P는 침투성 표면강화제, E는 에폭시 표면강화제, R은 조면형성제, (S)는 봉공 처리, (P)는 표면연마를 나타낸다.

[비교예 1(101)]

1. 시험체 제작(Gr-R)

콘크리트의 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포하였으며, 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

도 6a 내지 도 6d는 콘크리트용 금속용사 공법에 의한 시험체의 부착강도를 측정하기 위한 시험 과정을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 6a에 나타난 바와 같이 콘크리트의 표면에 용사를 실시한 다수의 시험체를 준비하였다. 그 다음, 도 6b에 나타난 바와 같이 에폭시 접착제를 이용하여 상기 시험체 위에 40 x 40 mm 크기의 정사각형 인장부착용 어태치먼트를 접착시켰다. 24시간 이후, 도 6c에 나타난 바와 같이 상기 어태치먼트 주위를 콘크리트 표면까지 절단하였으며, 도 6d에 나타난 바와 같이 인장부착시험기를 통해 최대하중을 9번 측정하였으며 평균값을 계산하였다.

도 7은 도 6c의 결과를 나타내기 위한 단면도이며, 콘크리트(10)의 표면에 금속용사층(20)이 형성된 것을 알 수 있으며, 어태치먼트(12)와 금속용사층(20) 사이에 접착층(11)이 형성된다.

[비교예 2(102)]

1. 시험체 제작(Gr-P-(S))

콘크리트의 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성한 후 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 3(103)]

1. 시험체 제작(Gr-E-R)

콘크리트 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 에폭시 표면강화제(E)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 4(104)]

1. 시험체 제작(Gr-E-R-(S))

콘크리트 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 에폭시 표면강화제(E)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였으며, 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 5(105)]

1. 시험체 제작(Gr-P-R)

콘크리트의 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 6(106)]

(1) 시험체 제작(Gr-P-R-(S))

콘크리트의 표면을 글라인딩(Gr) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였으며, 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 7(107)]

1. 시험체 제작(Sa-R)

콘크리트의 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포하였으며, 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 8(108)]

1. 시험체 제작(Sa-P-(S))

콘크리트의 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성한 후 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 9(109)]

1. 시험체 제작(Sa-E-R)

콘크리트 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 에폭시 표면강화제(E)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 10(110)]

1. 시험체 제작(Sa-E-R-(S))

콘크리트 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 에폭시 표면강화제(E)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였으며, 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 11(111)]

1. 시험체 제작(Sa-P-R)

콘크리트의 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 최종적으로 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교예 12(112)]

1. 시험체 제작(Sa-P-R-(P))

콘크리트의 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였으며, 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 표면연마((P)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

[실시예(100)]

1. 시험체 제작(Sa-P-R-(S))

콘크리트의 표면을 샌드 블라스트(Sa) 처리한 후 상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제(P)를 도포하였으며, 그 다음 상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제(R)를 도포한 후 상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하였으며, 최종적으로 상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공((S)) 처리하였다.

2. 부착강도 측정

비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

시험체	부착강도(MPa)										표준 편차	변동 계수
시험체	1	2	3	4	5	6	7	8	9	평균	표준 편차	변동 계수
비교예1	2.09	1.97	2.39	1.93	1.70	2.42	1.11	1.98	2.25	1.98	0.40	0.20
비교예2	2.54	2.20	1.93	2.33	2.20	1.03	2.46	3.01	2.77	2.27	0.57	0.25
비교예3	2.71	2.61	2.75	2.53	2.63	2.73	2.43	1.90	2.59	2.54	0.26	0.10
비교예4	2.65	2.99	2.70	2.49	2.91	2.79	2.57	2.78	2.82	2.74	0.16	0.06
비교예5	2.05	2.36	2.50	2.14	2.52	2.97	2.87	2.71	2.90	2.61	0.27	0.11
비교예6	3.06	3.09	3.08	2.97	2.86	2.95	3.12	3.03	3.01	3.02	0.08	0.03
비교예7	2.09	1.97	2.38	1.93	1.70	2.63	1.11	1.98	2.25	2.00	0.43	0.22
비교예8	2.46	2.52	3.00	2.44	2.54	2.52	2.23	2.04	2.93	2.52	0.30	0.12
비교예9	2.37	2.64	2.87	2.41	2.94	2.57	2.59	2.99	2.40	2.64	0.24	0.09
비교예10	1.49	2.64	2.99	3.12	2.97	3.17	2.69	2.84	3.00	2.77	0.51	0.19
비교예11	3.57	3.56	3.07	1.72	3.29	1.43	2.79	3.01	3.14	2.89	0.78	0.27
비교예12	3.33	3.22	2.47	3.49	3.45	3.51	3.19	1.63	2.97	3.03	0.62	0.20
실시예	4.12	4.09	4.02	2.08	3.85	1.88	3.95	3.99	4.15	3.57	0.91	0.25

상기 표 3은 상술한 부착강도 측정에 따른 결과를 정리한 표이며, 이하의 도면을 통해 함께 설명하기로 한다.

도 8은 콘크리트의 표면처리 방법에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.

도 8를 참조하면, 전체적으로 샌드 블라스트 처리된 시험체가 글라인딩 처리된 시험체보다 우수한 부착성능을 나타내는 것을 알 수 있으며, 대부분의 경우 KS 4921 기준인 2.5 MPa 이상의 부착성능을 보였다.

이러한 결과를 통해 샌드 블라스트 처리가 글라인딩 처리 대비 콘크리트의 표면을 더욱 거칠게 하여 콘크리트 표면과 금속용사층 사이의 부착성능을 크게 증진시킨 것을 확인할 수 있었다.

도 9는 표면강화제 도포에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 표면강화제를 도포하지 않은 시험체가 표면강화제를 도포한 시험체와 비교하여 약 28%의 부착강도 저하가 나타났으며, 에폭시 표면강화제를 도포한 시험체는 침투성 표면강화제를 도포한 시험체와 비교하여 약 12%의 부착성능 저하가 나타났다.

이러한 결과를 통해 표면강화제는 콘크리트의 표면강도를 증가시키며, 콘크리트 표면을 코팅하는 에폭시 표면강화제보다 콘크리트 내부로 침투하여 내부에서부터 표면을 강화하는 침투성 표면강화제가 더욱 효과적인 것을 확인할 수 있었다.

도 10은 금속용사층의 표면처리 방법에 따른 부착강도 시험 결과를 비교한 그래프이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 봉공 처리를 한 시험체가 3.57 MPa로 가장 높은 부착성능을 나타냈으며, 용사 처리만 실시한 시험체는 봉공 처리를 실시한 시험체와 비교하여 약 20%의 강도 감소가 나타났으며, 표면연마를 실시한 시험체는 약 15%의 강도 감소가 나타났다.

이러한 결과를 통해 봉공 처리제가 금속용사층 위에 얇은 코팅막을 형성함으로써 부착강도 증진 효과가 나타난 것을 확인할 수 있었다.

한편, 침투성 표면강화제를 도포한 시험체는 금속용사층의 표면처리 방법에 관계없이 모두 2.5MPa을 만족하는 부착성능을 나타내는 것을 확인하였다.

도 11a는 시험체의 파괴양상 중 계면파괴를 나타내는 사진이고, 도 11b는 시험체의 파괴양상 중 비계면파괴를 나타내는 사진이다.

본 발명에서는 조면형성제만 도포한 경우를 제외하고 모두 콘크리트와 함께 분리되는 비계면파괴를 나타내는 것으로 확인되었는바, 본 발명에 따른 콘크리트용 금속용사 공법의 우수한 부착성능을 확인할 수 있었다.

도 12a는 침투성 표면강화제를 도포한 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이고, 도 12b는 에폭시 표면강화제를 도포한 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 침투성 표면강화제를 도포한 시험체는 일반 콘크리트나 에폭시 표면강화제를 도포한 시험체보다 더욱 치밀한 조직을 형성하는 것을 확인할 수 있는바, 이에 따라 부착강도 증진 효과가 나타난 것으로 판단된다.

도 13a는 봉공 처리제를 도포한 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이고, 도 13b는 봉공 처리제를 도포하지 않은 시험체의 콘크리트 단면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.

도시된 바와 같이, 콘크리트 표면에 형성된 금속용사층을 봉공 처리제가 코팅한 것을 확인할 수 있으며, 봉공 처리제가 테프론계 수지를 포함함에 따라 부착강도, 투수 및 투기 차단 효과뿐만 아니라 내오존성도 함께 향상된 것으로 판단된다.

도 14a은 시험체에 형성된 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이고, 도 14b는 표면연마 처리한 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이고, 도 14c는 봉공 처리한 금속용사층의 표면을 나타내는 SEM 결과 사진이다.

도시된 바와 같이, 금속용사층의 표면에 형성된 공극이 크기가 가장 크며 봉공 처리나 표면연마 처리된 시험체의 표면과 비교하여 공극의 개수도 가장 많은 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 콘크리트
11: 접착층
12: 어태치먼트
20: 금속용사층
21: 제1 금속용사층
22: 제2 금속용사층
30: 테프론계 수지층
40: 유입구
50: 배출구
60: 오폐수
70: 오존 발생장치
80: 오존 기포
100: 실시예
101: 비교예 1
102: 비교예 2
103: 비교예 3
104: 비교예 4
105: 비교예 5
106: 비교예 6
107: 비교예 7
108: 비교예 8
109: 비교예 9
110: 비교예 10
111: 비교예 11
112: 비교예 12

Claims

콘크리트 표면을 샌드 블라스트 처리하는 단계;
상기 콘크리트 표면을 강화하기 위해 상기 콘크리트 표면에 표면강화제를 도포하는 단계;
상기 콘크리트 표면에 미세 요철을 형성하기 위해 조면형성제를 도포하는 단계;
상기 콘크리트 표면에 금속을 이용한 용사를 실시하여 금속용사층을 형성하는 단계; 및
상기 금속용사층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 봉공 처리하는 단계를 포함하고,
상기 금속용사층을 형성하는 단계는,
상기 콘크리트 표면에 아크 용사를 이용한 제1 금속용사층을 형성한 후 상기 제1 금속용사층의 표면에 분말 용사를 이용한 제2 금속용사층을 형성하고,
상기 제2 금속용사층은 상기 제1 금속용사층 대비 기공의 수가 상대적으로 적으며,
상기 제1 금속용사층의 두께가 상기 제2 금속용사층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 콘크리트용 금속용사 공법.
제1항에 있어서,
상기 표면강화제는 침투성 표면강화제인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 금속용사 공법.
제2항에 있어서,
상기 침투성 표면강화제는 규산을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 금속용사 공법.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 금속은, 스테인리스 스틸, 주석, 아연, 알루미늄, 아연-알루미늄 합금, 신주, 금동, 청동, 황동, 순동, 은 및 양백 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 금속용사 공법.
삭제
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삭제
제1항에 있어서,
상기 봉공 처리하는 단계는 상기 금속용사층의 표면에 테프론계 수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 금속용사 공법.