KR101900204B1 - 콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 공법을 이용하여 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수하면, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 매우 우수하고, 콘크리트 구조물과의 부착성능이 우수하며, 내화학성 및 방수성도 우수하고, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하며, 모르타르의 양생 속도를 향상시키고 중성화 방지 효과 및 방수 효과가 증대될 수 있다. 특히, 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 장점이 있다. 또한, 하부의 보수용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성, 항균성, 방오성, 통기성, 내후성 등의 특성이 우수한 표면 보호제를 사용함으로써 보수 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

콘크리트 구조물 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 공법{Eco-friendly mortar composition for repairing concrete structure, and method of repairing concrete structure using the same}
본 발명은 콘크리트 보수용 친환경 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 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 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수를 실시하여 더 이상의 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 보수 보강 재료를 충진 하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.
종래의 보수 보강를 위한 보수재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공 시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.
예로서, 대한민국 공개특허 제10-2006-0079447호에서는 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.
또한, 기존의 보수 방법으로 시공할 경우 표면에서 수분과 산소가 미세한 틈으로 스며들기 때문에 산소에 의한 철근의 부식이 진행되고 수분에 의한 콘크리트의 열화가 발생하여 보수 효과가 오래 지속되기 어렵기 때문에 보수 공사를 자주 실시해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 콘크리트 구조물의 표면을 보호하기 위한 표면 보호제는 유동성의 물질로 구조물의 표면에 넓게 도포되어 얇은 피막층을 형성하고 시간의 경과에 따라 건조 경화됨으로써 구조물의 표면을 보호하고 미감을 증대시키는 기능을 하고 부식과 같은 손상을 방지하며 내구성을 향상시켜 주는 역할을 한다.
이러한 표면 보호제는 기존에 수성 표면 보호제, 유성 표면 보호제, 에나멜 표면 보호제 등이 사용되어져 왔으나 콘크리트로부터 발생되는 유해성분의 배출을 방지하는 효과는 크지 않았으며 또한 구조물 표면에 서식하는 각종 세균이나 곰팡이 등에 대한 방지 효과, 오염에 대한 방지 효과, 내부 콘크리트의 중성화 방지 효과 등은 크게 발휘되지 않고 있는 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 열화된 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수함에 있어 내구성과 접착 강도를 향상시켜 보수 효과를 장기간 유지하는 동시에 단시간에 보수 공사를 안정적으로 완료할 수 있어 경제성도 우수하고 콘크리트의 중성화 방지 효과도 우수하며, 특히 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공하고자 한다.
또한, 표면 보호제로서 하부의 복구용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성 등의 특성이 우수하여 복구 효과를 장기간 유지할 수 있는 특성을 갖는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
(1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 세정수를 이용하여 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
(2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
(3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
(4) 상기 보수용 모르타르 조성물이 도포된 후 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 제3단계에서 상기 보수용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 알파형 반수석고 0.5~10 중량부, 유리 플레이크 0.1~5 중량부, 실리카퓸 0.1~5 중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창제 2~10 중량부, 재유화형 분말수지 1~10 중량부, 감수제 0.1~0.5 중량부, 섬유 0.1~0.5 중량부, 규사 40~60 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되고,
상기 제4단계에서 상기 표면보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔, 셀룰로오스 분말 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용하여 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na3O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 고분자 분말수지를 1~10 중량부의 범위로 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제4단계에서 상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제4단계에서 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트, 벤토나이트 분말 및 세라믹 나노 입자 혼합물을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공법을 이용하여 콘크리트 구조물의 손상 부분을 보수하면, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 매우 우수하고, 콘크리트 구조물과의 부착성능이 우수하며, 내화학성 및 방수성도 우수하고, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하며, 모르타르의 양생 속도를 향상시키고 중성화 방지 효과 및 방수 효과가 증대될 수 있다. 특히, 수밀성을 강화하여 산성비와 같은 외부 대기 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 바인더와 제어제를 최적 비율로 혼합함으로써 응결 속도를 제어하고 속경성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 보수용 모르타르는 산업 부산물을 재활용하여 얻어지는 성분들을 사용하므로 친환경적인 장점이 있다.
또한, 형성된 보수용 모르타르와의 접착력이 우수하고 내충격성, 내화학성, 방수성, 중성화방지, 방식성, 항균성, 방오성, 통기성, 내후성 등의 특성이 우수한 표면 보호제를 사용함으로써 보수 효과를 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 공법은 하기의 순서로 진행된다. 즉,
(1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 세정수를 이용하여 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
(2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
(3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
(4) 상기 보수용 모르타르 조성물이 도포된 후 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어진다.
먼저, 손상된 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면 또는 단면을 다듬는다. 즉, 알칼리 골재 반응, 동해, 염해 또는 중성화(탄산화) 등의 노후화 현상으로 발생한 철근 콘크리트 구조의 균열, 탈락, 철근 녹 발생, 들뜸, 부식 등을 치핑 작업을 하여 제거하고 세척수를 분사하여 열화된 부분을 말끔하게 다듬는다. 이때 전동 해머 또는 수공구 등을 이용할 수 있고 고압수 세정기를 이용할 수 있다.
또한, 이 때 고압 세척수를 사용하지 않고 고압의 에어 컴프레셔를 이용한 건식 방법을 사용하여 표면을 정리할 수도 있다.
이어서, 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에는 방청 코팅제를 도포한다.
상기 알칼리 회복제는 예를 들어 실리케이트계 알칼리 회복제를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 리튬실리케이트계 알칼리 회복제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 방청 코팅제는 인삼염계 방청제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수 보강용 모르타르 조성물을 뿜칠 시공 또는 손미장 등을 이용하여 도포한다.
본 발명에 사용되는 상기 보수용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 알파형 반수석고 0.5~10 중량부, 유리 플레이크 0.1~5 중량부, 실리카퓸 0.1~5 중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창제 2~10 중량부, 재유화형 분말수지 1~10 중량부, 감수제 0.1~0.5 중량부, 섬유 0.1~0.5 중량부, 규사 40~60 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 시멘트는 일반 포틀랜트시멘트를 이용할 수 있으며, 알루미나 시멘트나 아윈계 시멘트, 속경성 시멘트 등 다른 종류의 시멘트를 단독 또는 혼합 사용할 수도 있다.
본 발명에서 상기 알파형 반수석고는 이수석고를 -600 토르(torr) 이상의 감압 하에 약 75~100℃의 온도로 1시간 이상 가열하여 얻어진 것으로서, 감압 가열에 의해 알파형 반수석고로 제조되며 상기 알파형 반수석고는 시멘트와 혼합하여 사용하는 경우 수축 팽창율이 거의 제로에 가까운 성능을 발휘하며, 수축 팽창에 의한 균열을 억제하는 효과가 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 일반적으로 석고는 크게 천연석고와 화학석고로 나뉘는데, 보통 SO3의 함량에 따라 순도가 결정되며 석고에 들어있는 결정수의 함량에 따라 이수석고, 반수석고, 무수석고로 구분된다. 이수석고는 탈수조건에 따라 알파형, 베타형 또는 무수석고로 전이되는데 건조한 상태에서 탈수가 이루어지는 경우에는 베타형으로, 습식상태에서 탈수되는 경우에는 알파형으로 전이된다. 알파형 반수석고는 베타형 반수석고에 비하여 강도가 10배 이상 뛰어나고 초기 경화시간이 짧으며 수축 팽창에 따른 균열을 억제하는 효과가 있다. 또한, 알파형 반수석고는 CSA계 팽창제와 함께 고강도, 급결 및 팽창성을 강화하는 역할을 하며, CSA계 팽창제의 단점을 보완하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 알파형 반수석고는 상기 보수 보강용 모르타르 조성물 중에 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 알파형 반수석고의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 균열에 대한 저항성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 반응속도가 빨라져서 가사시간이 짧아지므로 작업성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 유리 플레이크는 비늘 조각 모양으로 적층된 구조를 하고 있고 입자 직경이 40~300㎛, 두께가 5±2㎛를 갖는 마이크로 유리 플레이크를 사용한다. 상기 유리 플레이크는 적층된 구조를 하고 있고 모재와 평행으로 배열됨으로써 물, 수증기의 확산, 투과를 저지할 수 있고 크랙 현상을 방지하며 열 전도율이 낮아 가혹한 환경에서도 사용이 가능하다는 장점이 있다. 상기 유리 플레이크는 상기 보수 보강용 모르타르 조성물 중에 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 유리 플레이크의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 기능 발현이 제대로 이루어질 수 없고, 5 중량부를 초과하는 경우는 작업성이 불량해지는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 실리카퓸은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 결합제 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 보수제의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, 실리카퓸은 보수제의 부착성능을 향상시키는 역할을 하기도 한다. 상기 실리카퓸은 상기 보수 보강용 모르타르 조성물 중에 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 실리카퓸의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 보수제의 방수성 및 내화학성이 저하되고 강도가 낮아지는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창제는 단면복구 모르타르의 수축 및 균열을 방지하고 조기 경화특성을 부여하는 역할을 하며, 조성물 중 2~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 재유화형 분말수지는 콘크리트 구조체와의 일체화를 위한 접착성, 공극 충진에 의한 물 및 유해 물질의 침투 방지성 및 내마모성, 휨 및 충격에 대한 저항성, 재료 분리를 방지하는 점성 부여 등의 역할을 하는 것으로서, EVA(Ethylene vinyl acetate), SBR(Styrene butadiene rubber) 또는 아크릴계를 사용할 수 있고, 조성물 중 약 1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 감수제는 물-시멘트 비율을 감소시켜 유동성을 확보하고 내구성 저하를 방지하는 역할을 하며, 나프탈렌계, 멜라민계, 술폰산계, 폴리카르본산계 감수제 등을 시용할 수 있다. 상기 감수제는 조성물 중에서 약 0.1~0.5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 섬유는 균열을 방지하고 시공시 모르타르의 형상을 유지시켜 주는 역할을 하며 길이가 대략 3~10mm를 갖는 친수성 나일론, PVA계 섬유 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 섬유는 조성물 중에서 약 0.1~0.5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 규사는 건조 수축을 방지하고 모르타르의 강도를 높이는 역할을 하는 것으로서, 조성물 중에서 40~60 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카 경량체는 모르타르의 밀도을 감소시키는 역할을 하는 동시에 동결 융해 저항성을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서는 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3을 갖는 것으로서 내부가 폐쇄된 구형으로 형성된 팽창 실리카를 경량체로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 실리카 경량체는 전체 모르타르 조성물 중 약 1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 무기계 경화 제어제는 모르타르 조성물의 시공시 콘크리트 모체와의 일체화를 이루고 경화체가 고강도, 내구성 및 방수성을 가질 수 있도록 하며, 응결 속도를 제어하여 속경성을 부여하는 작용을 한다.
즉, 상기 무기계 경화 제어제는 콘크리트 모체와의 일체성을 강화하는 바인더와, 응결속도를 제어하는 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더는 CaO 및 SO3로 이루어지고, 상기 제어제는 Al2O3 및 Na2O로 이루어진다. 또한, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 무기계 경화 제어제는 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 외에 고분자 분말수지를 더 포함할 수 있다.
상기 고분자 분말 수지는 액상 수지를 스프레이 건조하여 제조한 분산물질로서, 물에 분산시키면 안전한 액상 수지가 되는 물질이다. 물에 분산된 분말 수지는 건조 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하고 액상 수지와 같이 시멘트와 혼합 사용되어 인장, 휨강도 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 고분자 분말 수지는 천연고무계, 폴리아세테이트계 수지를 사용할 수 있고, 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 약 1~10 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 콘크리트 구조물 보수 보강용 모르타르 조성물 도포시 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설시 5~15 mm, 2차 및 3차 타설시 20~50 mm 및 최종 타설시 5~15 mm 두께로 시공 및 미장하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 보수용 모르타르 조성물을 도포하기에 앞서 상기에서 다듬어진 대상면에 프라이머(바탕제)를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 프라이머는 일반적으로 사용되는 프라이머를 사용할 수 있으며 프라이머를 사용함으로써 시공 대상 콘크리트 면과의 부착력을 더욱 강화할 수 있고 시공을 더욱 효율적으로 진행할 수 있다.
이어서, 상기 보수용 모르타르 조성물을 콘크리트 파쇄 부위에 도포하여 평활하게 마감하고 건조한 후 그 표면에 본 발명에 따른 특수 표면보호제를 얇게 도포함으로써 보수된 표면을 외부조건으로부터 보호한다.
상기 표면 보호제는 콘크리트 구조물의 중성화, 염해 방지를 위해 붓, 롤러, 스프레이 등을 이용해 도포하는 것으로서, 본 발명에서 사용되는 표면 보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용한다.
더욱 구체적으로 상기 MMA 수지를 포함하는 도포액은 MMA 수지 78~86 중량%, 과산화물계 경화제 0.5~5 중량% 및 첨가제 10~20 중량%를 포함하여 구성된다. MMA 수지는 점도가 10 내지 1,000 cps인 저점도 MMA 수지와 점도가 2,000 내지 20,000 cps인 고점도 MMA의 혼합물을 사용할 수 있다. 이 때 혼합비율은 저점도 MMA : 고점도 MMA = 40~70 : 30~60 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 MMA 또는 혼합 MMA 수지에 SIS(styrene isoprene styrene), SBR(styrene butadiene rubber), SBS(styrene butadiene styrene) 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물을 1~10 중량%의 범위 내에서 혼합한 변성 MMA를 사용할 수도 있다.
본 발명에서 상기 과산화물계 경화제는 상기 MMA 수지의 중합반응을 개시하는 역할을 하며, 이러한 경화제로는 벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드 또는 2,5-디메틸헥실-2,5-디퍼옥시벤조에이트 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 과산화물계 경화제는 상기 0.5~5 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 함량이 0.5 중량% 미만인 경우는 중합 개시반응이 저하되어 결국 바닥재의 강도 특성이 낮아지는 문제가 있으며, 5.0 중량%를 초과하는 경우는 중합반응의 효율적 제어가 어려운 문제가 있다.
본 발명에서 상기 첨가제는 무기계 실란수지, 분산제, 소포제, 유화제 등을 포함할 수 있다. 또한 바탕 모재가 콘크리트인 경우에는 콘크리트와의 부착력 강화를 위하여 첨가제에 시멘트가 추가로 포함될 수 있다.
상기 무기계 실란수지는 수성 콜로이드성 나노실리카로 이루어진 투명 액상 물질로서, pH 12 이상의 강알칼리성을 나타내며 뛰어난 삼투작용으로 콘크리트 등의 바탕면 내부로 침투하여 수화반응함으로써 바탕면 및 내부를 강화하여 보호하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 유화제는 본 발명에 따른 MMA 수지를 포함하는 도포액에 물이 혼합되는 수지와 물과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 유화제로는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 또는 폴리글리세린지방산에스테르 등이 사용될 수 있다.
상기 얻어지는 도포액에 합성 수지 섬유를 혼합한다. 상기 합성 수지 섬유는 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합 사용할 수 있으며, 예를 들어 나일론계 또는 폴리에스테르계 합성 수지 섬유를 사용할 수 있다. 이러한 합성 수지 섬유는 결합력을 강화하는 역할을 한다.
이어서, 아크릴계 수지, 고무칩, 에어로겔, 셀룰로오스 분말 및 분체 성분을 추가로 혼합한다.
구체적으로는 아크릴계 수지 20~30 중량부, 고무칩 10~15 중량부, 셀룰로오스 분말 1~10 중량부, 에어로겔 0.5~5 중량부 및 분체 성분 10~40 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
좀더 구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 구체적으로 아크릴 라텍스로서 부틸 아크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트(MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 공중합체를 사용할 수 있다.
또한, 상기 고무칩은 천연 고무칩 또는 폐타이어 등의 재활용 고무칩을 사용할 수 있으며, 구체적으로 약 입경 0.2~0.8 mm로 분쇄된 것을 사용할 수 있다. 상기 고무칩은 아크릴 수지에 혼합되어 코팅층에 단열 및 결로방지 작용 효과를 부여하고 코팅층의 손상과 들뜸을 방지하는 동시에 외부 충격을 흡수하는 역할을 한다.
상기 에어로겔(aerogel)은 구체적으로 실리카 에어로겔 분말을 사용할 수 있으며, 분말의 입경이 약 10~2000㎛인 투명한 나노 다공물질로서 밀도가 약 0.05~0.1g/cm3, 기공율 90~99%, 비표면적 200~2000m2/g, 기공부피 2~10 cm3/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 에어로겔은 입자 내부에 존재하는 기공으로 인하여 단열 효과를 부여하여 외부 환경에 따른 영향을 줄이는 역할을 한다.
상기 셀룰로오스 분말은 평균 직경이 1~100 ㎛를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 표면보호제 코팅액의 점도를 조정하고 표면에의 부착강도를 증진시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 운모는 도막에 사용되어 탄성력, 신장율 및 접착강도를 강화하는 역할을 한다.
상기 석분은 내마모성, 미끄럼 저항성, 접착력 등을 강화하는 역할을 한다.
상기 산화티탄은 복사광의 투과를 억제하여 단열 성능을 향상시키는 역할은 하고 자외선을 차단하며 방오성을 부여하는 역할을 한다.
이와 같이 얻어지는 혼합물에 추가로 무기분말 성분을 혼합하여 표면 보호제를 얻는다. 상기 무기분말 성분은 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 약 30~300 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로 상기 무기분말 성분은 실리카 분말 40~70 중량부, 알루미나 분말 1~5 중량부 및 벤토나이트 분말 0.5~5 중량부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 실리카 분말은 도막의 경화를 촉진하는 역할을 하며, 약 0.05~ 0.1 mm의 입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 분말은 건조 수축을 줄이는 역할을 하며 약 0.05~ 2.0mm의 입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 벤토나이트 분말은 물이나 습기를 흡수하고 점도를 조정하는 역할을 하며, 약 0.05~1.0 mm의 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 얻어지는 표면보호제를 상기 보수용 모르타르 조성물이 도포된 표면에 도포, 코팅하여 최종 작업을 마무리한다. 상기와 같은 작업으로 인해 결합력이 증대되고 박리 현상이 방지되며 방수 효과가 증대되는 효과가 있다. 또한, 내수성이 발휘되고 흡수성이 적어 우수한 방수 효과가 발휘되며 동결 융해로 인한 콘크리트의 균열 현상이 억제되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 상기 표면 보호제는 1회 도장만으로도 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 등의 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 표면 보호제는 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 경화된 표면에 20~200g/m2으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 50 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1 (모르타르 조성물 제조)
포틀랜트시멘트 30 중량부, 알파형 반수석고 5 중량부, 유리 플레이크 2 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창제 3 중량부, 재유화형 분말수지 2 중량부, 감수제 0.2 중량부, 섬유(PVA섬유) 0.3 중량부, 규사 50 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 5 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.8 중량부를 일정량의 물과 혼합하여 모르타르 조성물을 제조하였다. 이 때 상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더(CaO +SO3)/제어제(Al2O3 + Na2O)=1.5의 범위에 들도록 하여 사용하였다.
비교제조예 1 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 실리카 경량제를 제외하고 사용한 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 2 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 무기계 경화 제어제를 사용하지 않은 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교제조예 3 (모르타르 조성물 제조)
제조예 1과 동일하게 제조하되 상기 실리카 경량제 및 상기 무기계 경화 제어제를 사용하지 않은 것만 다르게 하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
모르타르의 성능 평가
1. 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부착강도 및 부피변화율 테스트
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물의 휨강도, 압축강도, 인장강도, 부피변화율, 부착강도를 측정하였다.
상기 휨강도, 압축강도, 인장강도 및 부착강도는 콘크리트 보수제의 시공 28일 후 KS F 4042-02의 표준에 따라 측정하였으며, 상기 부피변화율은 시공 28일 후의 모르타르 조성물의 부피를 0℃부터 35℃까지 온도를 달리하여 매일 부피 변화의 정도를 측정함으로써 평가하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 휨강도
(N/㎟)		 압축강도
(N/㎟)		 인장강도
(N/㎟)		 부착강도
(MPa)		 부피변화율
(%)
제조예 1 22.0 63.9 6.3 1.9 0.0001
비교제조예 1 18.2 45.0 4.2 1.2 0.0005
비교제조예 2 15.8 35.9 3.4 0.6 0.0009
비교제조예 3 11.6 41.0 4.5 1.3 0.0012
상기 표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 보수용 모르타르 조성물은 기존 재료들에 비하여 강도특성 및 부착성능 면에서 매우 우수하다는 것을 나타낸다.
2. 방수성 및 내화학성 테스트
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 보수용 모르타르 조성물의 방수성 및 내화학성을 측정하였다.
상기 방수성은 상기 모르타르 조성물을 콘크리트 구조물 위에 1㎝ 두께로 도포하고 모르타르 조성물층 상에 원통형의 물탱크를 설치하여 1개월 단위로 수분의 침투여부를 6개월간 확인하였다.
내화학성은 35‰의 염분 농도를 갖는 염수 및 2%농도의 황산용액을 각각 콘크리트 구조물 상에서 경화 후 28일 지난 모르타르 조성물층 상에 매일 1시간씩 처리한 후 모르타르 조성물층이 손상되었는지 여부를 1일 단위로 60일간 확인하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 방수성 테스트
(개월)		 내화학성 테스트 (일)
염수 황산용액
제조예 1 - - 72
비교제조예 1 1 21 29
비교제조예 2 1 26 28
비교제조예 3 2 33 22
상기 표 2를 살펴보면, 제조예 1의 경우는 6개월간 수분이 전혀 침투되지 않은 반면, 비교제조예 1 내지 7의 경우는 1~2개월 경과 후 수분이 침투된 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 보수용 모르타르 조성물의 우수한 방수 성능을 나타내는 결과인 것으로 해석된다.
또한, 상기 표 2를 살펴보면, 제조예 1의 경우는 60일간 처리된 염수에 의하여 전혀 표면 손상이 일어나지 않았으며, 황산용액을 처리한 경우 60일 이전에 표면 손상이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교제조예 1 내지 3의 경우는 염수처리 후 20 내지 40일 후에 표면 손상이 일어났으며, 황산용액을 처리한 경우는 10 내지 30일 내에 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 우수한 내화학성을 뒷받침하는 결과인 것으로 해석된다.
3. 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성
제조예 1 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 제조된 모르타르 조성물의 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성을 측정하였다.
동결융해 저항성은 KS F 2456에 따라 동결융해 저항성 시험을 수행하였다.
균열 저항성은 AASHTO PP34-98에 따라 균열 저항성 시험을 수행하였다.
건조수축 저항성은 KS F 2424에 따라 건조수축 저항성 시험을 수행하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다.
샘플 동결융해저항성(%) 균열저항성 건조수축 저항성
기준값: 80% 이상 기준값:56일까지 균열없음 기준값: 0.15 이하
제조예 1 99 균열없음 0.01
비교제조예 1 87 균열없음 0.02
비교제조예 2 88 균열없음 0.03
비교제조예 3 85 균열없음 0.03
상기 표 3를 살펴보면, 본 발명에 따른 제조예 1의 모르타르 조성물은 비교제조예들에 비하여 동결융해 저항성, 균열 저항성 및 건조수축 저항성에서 동등 이상으로 우수하다는 것을 알 수 있다.
(제조예 2) 표면 보호제 제조
메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 82 중량부, 벤조일퍼옥시드 2.0 중량부 및 각종 첨가제 혼합물 16 중량부를 혼합하여 도포액을 만들고 여기에 폴리에스테르 합성 수지 섬유(밀도 100 g/m3)를 혼합한 후, 다시 아크릴계 수지 30 중량부, 고무칩 15 중량부, 에어로겔 5 중량부, 셀룰로오스 분말 5 중량부 및 분체 30 중량부를 혼합하였다. 이때, 상기 분체 성분은 입경이 약 20㎛인 운모 40 중량%, 석분 50 중량%, 산화티탄 10 중량%를 혼합한 것을 사용하였다. 상기 MMA 수지는 점도가 약 100 cps인 저점도 MMA 수지와 점도가 약 9,000 cps인 고점도 MMA의 혼합물을 50 : 50 중량비로 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 상기 얻어진 혼합물 100 중량부와 무기분말 성분 50 중량부를 혼합하여 표면보호제를 제조하였다. 이때, 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트, 벤토나이트 분말을 각각 50 : 3 : 3 중량부의 비율로 혼합하여 사용하였다.
4. 기능성 평가
상기 제조예 2에서 얻어진 특수 기능성 표면 보호제의 기능성을 하기의 평가 방법을 이용하여 평가하였다.
1) 항곰팡이 시험
ASTMG-21의 방법으로 실시하였다. 사용된 곰팡이 균주는 Aapergillus Aspergillus niger ATCC9642 , Peniclium pinophilum ATCC11797 , Chaetomium globosum ATCC6205 등의 포자를 채취하여 혼합균주로 사용하였으며, 사용된 시편의 크기는 20×30×3mm로 하였다. 8주 후 항 곰팡이 시험결과 표면 보호제에서의 곰팡이 서식부위는 관찰되지 않았다.
2) 항균 시험
항균 시험은 KICM-FIR-1002방법으로 실시하였다. 본 시험에 사용된 균류는 Escherichia coli 25922과 Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442를 사용하였으며, 사용된 시편의 크기는 20×30×3mm로 하였다. 본 발명에 따른 표면 보호제를 대장균(Escherichia coli 25922)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)에 대하여 세균 감소율을 시험한 결과 대장균의 경우 BLANK는 24시간 후 균수가 증가하였고, 본 발명의 표면 보호제는 24시간 후의 균수가 감소하여 98.0~99.0%의 세균 감소율을 보였다. 녹농균의 경우 BLANK는 24시간 후 균수가 증가하였고, 본 발명의 표면 보호제는 24시간 후의 균수가 감소하여 52~55%의 세균 감소율을 보였다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보수 공법을 이용할 경우 접착력, 내구성, 내후성, 방수성, 동결융해 방지성 등의 효과가 우수하고, 결로 예방 효과, 방청 효과 등의 부수적인 효과도 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. (1) 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 이물질을 제거한 후 고압 세정수를 이용하여 열화부 표면을 정리하는 제1단계;
    (2) 상기 표면 정리된 콘크리트 구조물에 알칼리 회복제를 도포하고 노출된 철근에 방청 코팅제를 도포하는 제2단계;
    (3) 상기 알칼리 회복제가 도포되고 방청 코팅제가 도포된 표면에 보수 보강용 모르타르 조성물을 도포하는 제3단계; 및
    (4) 상기 보수 보강용 모르타르 조성물이 도포된 후 표면보호제를 도포하는 제4단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 제3단계에서 상기 보수 보강용 모르타르 조성물은 시멘트 20~40 중량부, 알파형 반수석고 0.5~10 중량부, 유리 플레이크 0.1~5 중량부, 실리카퓸 0.1~5 중량부, 칼슘설포알루미네이트(CSA)계 팽창제 2~10 중량부, 재유화형 분말수지 1~10 중량부, 감수제 0.1~0.5 중량부, 섬유 0.1~0.5 중량부, 규사 40~60 중량부, 0.1~3mm의 평균직경을 갖는 밀도 0.2~0.4 g/cm3의 실리카 경량제 1~20 중량부 및 무기계 경화 제어제 0.1~10 중량부를 포함하여 구성되고,
    상기 제4단계에서 상기 표면보호제는 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 과산화물계 경화제 및 첨가제를 포함하는 도포액에 밀도가 10~1000 g/m3인 합성 수지 섬유를 혼합한 후, 아크릴계 수지, 고무칩, 셀룰로오스 분말, 에어로겔 및 분체 성분을 혼합하여 얻어지는 혼합물 100 중량부에 무기분말 성분 30~300 중량부를 혼합하여 얻어지는 표면보호제를 사용하여 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 무기계 경화 제어제는 CaO 및 SO3로 이루어진 바인더 및 상기 바인더의 응결속도를 제어하는 제어제로서 Al2O3 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 제어제를 포함하여 구성되며, 상기 바인더 및 제어제의 혼합비율은 바인더/제어제=1.2~1.8의 범위에 드는 것을 사용하고, 상기 바인더 및 제어제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 천연고무계 또는 폴리아세테이트계 수지로 이루어진 고분자 분말수지를 1~10 중량부의 범위로 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제4단계에서 상기 분체 성분은 입경이 1~100㎛인 운모 30~50 중량%, 석분 30~50 중량%, 산화티탄 5~20 중량%를 혼합한 것을 사용하고, 상기 무기분말 성분은 실리카 분말, 알루미나 시멘트 및 벤토나이트 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 첨가제는 무기계 실란수지, 분산제, 소포제 및 유화제가 포함되되, 상기 유화제는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 또는 폴리글리세린지방산에스테르가 사용되고,
    상기 아크릴계 수지는 부틸 아크릴레이트, 아크릴산, 메틸메타크릴레이트(MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 공중합체가 사용되며,
    상기 고무칩은 천연 고무칩 또는 폐타이어 고무칩으로서 입경 0.2~0.8 mm로 분쇄된 것이 사용되고,
    상기 에어로겔은 분말의 입경이 10~2000㎛인 투명한 나노 다공물질로서 밀도가 0.05~0.1g/cm3, 기공율 90~99%, 비표면적 200~2000m2/g, 기공부피 2~10 cm3/g인 실리카 에어로겔 분말이 사용되며,
    상기 셀룰로오스 분말은 평균 직경이 1~100 ㎛를 갖는 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 공법.
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