KR101908276B1 - 콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법 - Google Patents

콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주로 콘크리트 구조물과 같은 토목 분야에 적용되는 것으로, 구조물의 보수 보강용으로 사용되는 콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법에 관한 것이다.
본 발명은 폴리우레아에폭시조성물은 주제와 경화제의 혼합비가 1:1이며, 그리고 아민이 첨가된 제1폴리올 10~60중량부, 제2폴리올혼합물 10~30중량부, 아민이 부여된 폴리아스파틱에스테르 6~20중량부, 가교제 4~30중량부로 구성된 경화제; 를 포함한다.

Description

콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법{Concrete repair composition and method of Construction repair thereof}
본 발명은 주로 콘크리트 구조물과 같은 토목 분야에 적용되는 것으로, 구조물의 보수 보강용으로 사용되는 콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 교량의 방호벽, 교대, 교각 및 각종 콘크리트 구조물의 부식으로 인한 파손 침식이 발생하는 부위에는 이를 보수 및 보강하기 위하여 레미콘, 콘크리트 몰탈용 보수 보강제가 사용된다.
이와 같은 종래 보수 보강재료들은 누구나 쉽게 사용할 수 있으며, 시공성이 우수한 장점이 있다.
그런데, 종래 보수 보강재료들은 구조물 표면에 도포 시 부착력 및 강도가 낮으며, 특히 동절기에 경화시간이 너무 길거나 경화 자체가 제대로 이루어지지 않는 사례가 빈번하게 발생되고 있다.
즉, 종래 보수보강재료들은 점성이 큰 조성물들을 혼합하여 사용하기 때문에 건조시간이 24~48시간 정도 소요될 뿐만 아니라, 건조가 완료되었다 하더라도 조성물 자체의 강도가 낮기 때문에 구조물로부터 보수보강재료가 탈착되는 문제점이 있다.
다시 말해서, 종래 보수보강재료들은 경화시간이 길고 강도가 낮은 조성물들의 혼합으로 인해 구조물 표면에 안정적인 부착상태를 유지하지 못하고 일정기간이 경과하게 되면, 구조물 표면에서 쉽게 탈락되는 현상이 발생하게 된다.
또한 종래 보수 보강재료들은 온도 변화에 따른 경화 문제가 자주 발생하고 있으며, 투수성이 높아 염화물이나 수분이 침투하여 부식이 발생되는 문제점이 있다.
참조문헌: 대한민국특허 제 1040600호 대한민국특허 제 1350363 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 콘크리트 구조물의 모체에 빠르게 침투하여 모체와의 높은 부착 성능을 통해 저온에서도 신속한 경화 과정이 진행될 수 있도록 한 콘크리트 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 폴리우레아에폭시조성물은 주제와 경화제의 혼합비율이 1:1 중량비이며, 그리고 아민이 첨가된 제1폴리올 5~60중량부, 제2폴리올혼합물 5~30중량부, 아민이 부여된 폴리아스파틱에스테르 3~20중량부, 가교제 2~30중량부로 구성된 경화제; 를 포함한다.
상기 폴리이소시아네이트는 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트 또는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제2폴리올혼합물은 Fatty acids, C18-unsatd, epoxidized, methyl esters, polymers with trimethylolpropane CAS NO: 188831-96-1이다.
상기 폴리아스파틱에스테르는 (Aspartic Acid, N, N'-(methylenedi-4,1-cyclohexanediyl)bis-, 1, 1', 4, 4'-tetraethyl ester)이다.
상기 가교제는 디에틸렌글리콜 (2,2”-Oxybisethanol)가 채용되며, 상기 솔벤트는 경방향족 용제 나프타, Propylene carbonate, Diisobutyl adipate 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
또한 콘크리트 구조물의 보수보강방법으로는 시공 대상 부위의 균열을 확인하고 균열부위를 컷팅하는 단계; 주제와 경화제를 각각 1:1 중량비로 혼합한 후 90~100℃의 온도에서 60~90분간 반응시켜 폴리우레아에폭시조성물을 제조하는 단계; SiO2파우더와 규사 5호사, 규사 3호사, 8mm 이하의 골재가 혼합된 골재혼합물에 폴리우레아에폭시조성물을 혼합하여 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조하는 단계; 상기 균열부위에 영구 거치용 거푸집을 제조하는 단계; 보수될 콘크리트 면에 상기 콘크리트 보수보강용 조성물을 투입하기 위한 주입구를 형성하는 단계; 상기 제조된 거푸집을 콘크리트의 보수될 면에 고정 설치하는 단계; 그리고 상기 주입구를 통해 보수보강용 콘크리트 조성물을 주입하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 보수보강용 조성물 및 이를 이용한 구조물 보수보강방법은 콘크리트 구조물의 모체에 빠르게 침투하여 모체와의 높은 부착 성능을 통해 저온에서도 신속한 경화 과정이 진행될 수 있어 구조물의 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 보수보강용 조성물를 이용한 구조물 보수보강방법을 도시한 예시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 보수보강용 조성물은 10~20분의 가사시간을 가지면서 가사시간 이후 초속경화하여 긴급보수공사의 프라이머 및 보수제로서 사용하도록 제조된 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 보수보강용 조성물의 특징은 일반적으로 사용되고 있는 이소시아네이트와 폴리올의 화학반응 속도보다 폴리에폭시에 포함된 이소시아네이트와 아민의 화학반응 속도가 수십 배 내지 수백 배 빠르게 나타나므로 빠른 경화속도를 구현할 수 있게 된다.
또한 콘크리트 보수보강용 조성물의 경우 낮은 점성으로 인해 콘크리트 구조물의 모체에 깊숙히 침투하여 모체와의 부착성이 매우 우수하다.
따라서, 경화속도가 빠르기 때문에 후속공정을 단축시킬 수 있으며, 높은 기계적 강도를 구현하여 건축물의 균열 재발을 방지할 수 있게 된다.
이러한 콘크리트 보수보강용 조성물은 폴리우레아에폭시조성물과 골재혼합물을 혼합하여 제조한 후 건축물 외벽에서 균열이 발생된 부위에 타설하게 된다.
폴리우레아에폭시조성물은 주제와 경화제로 구분된다.
주제는 폴리이소시아네이트 70~80중량부와 비 반응형 솔벤트 20~30중량부를 혼합하여 구성된다.
폴리이소시아네이트의 경우 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트 또는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 또는 디페닐 메탄 디이소시아네이트 중 어느 하나가 채용될 수 있으며, 필요에 따라서는 이들 조성물들을 동일한 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.
즉, 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트와 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트와 디페닐 메탄 디이소시아네이트를 각각 1/3씩 혼합하여 폴리이소시아네이트를 제조할 수도 있다.
또한 솔벤트는 휘발성이 적거나 거의 없는 저 비점의 솔벤트가 사용될 수 있으며, 주제와 경화제의 반응 시 화학 반응에 참여하지 않는 것을 선택하여 사용할 수 있다.
솔벤트의 경우 경방향족 용제 나프타 또는 프로필렌 카보네이트 또는 디이소부틸아디페이트가 사용될 수 있다.
경화제는 아민이 첨가된 반응성이 우수한 제1폴리올 5~60중량부, 제2폴리올 5~30중량부, 아민이 부여된 폴리아스파틱에스테르 3~20중량부, 가교제 2~30중량부로 구성된다.
고반응성이라 불리는 제1폴리올은 평균 수산기가 260~750 (mg KOH/g)이 사용되고 경화제 100중량부에 대하여 10~60중량부가 첨가된다.
제1폴리올은 아민을 포함한 폴리올로서, 촉매를 사용하지 않더라도 이소시아네이트와 반응을 일으켜 폴리우레아 반응이 가능하게 된다.
제 1폴리올의 물성은 아래와 같다.
Hydroxyl Number , mg KOH/g 730 - 770
Total Amine Value 370 - 403
Viscosity , 50℃, cps 1400 - 1800
특수폴리올이라 불리는 제2폴리올혼합물은 높은 경도의 제품을 구현하기 위하여 단분자량을 사용할 수 밖에 없는데, 이러한 단분자의 경우 기존 MOCA 4,4'-METHYLENEBIS(2-CHLOROANILINE)Cas no 101-14-4를 사용해야 하지만, 이는 유독물질로 분류되어 국내에서 사용이 규제되고 있다. 이에 따라 이를 대체하기 위한 재료로서 Fatty acids, C18-unsatd, epoxidized, methyl esters, polymers with trimethylolpropane CAS NO: 188831-96-1가 사용되며, 경화제 100중량부에 대하여 10~30중량부가 첨가된다.
제2폴리올혼합물의 물성은 아래와 같다.
Acid value < 2 mg KOH/g
Hydroxyl value 300 - 330 mg KOH/g
Hydroxyl equivalent weight 170 - 187
Water content < 0.1%
Viscosity at 20°C 700 - 1,400 cps
또한 폴리아스파틱에스테르는 (Aspartic Acid, N, N'-(methylenedi-4,1-cyclohexanediyl)bis-, 1, 1', 4, 4'-tetraethyl ester)가 선택될 수 있으며, 6~20중량부가 첨가될 수 있다.
그리고, 가교제는 가교의 역할로 Cross link agent를 사용하게 되는데, 이때 사용되는 가교제는 분자량이 낮은 소재를 사용해야 하며 이에 적합한 디에틸렌글리콜 (2,2”-Oxybisethanol)이 채용된다.
이와 같이 폴리우레아에폭시조성물이 제조되면, SiO2파우더와 규사 5호사, 규사 3호사, 8mm 이하의 골재가 혼합된 골재혼합물과 1:1의 중량비로 혼합하게 된다.
따라서, 폴리우레아에폭시조성물과 골재혼합물이 혼합되면, 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 보수보강용 조성물을 이용한 구조물 보수보강방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 콘크리트 보수보강용 조성물은 20분 내외에 경화가 진행되므로 조성물을 준비하는 과정에서 건축물의 결함부의 컷팅과 열화표면제거 과정이 선행되더라도 관계없다.
결함부위에 컷팅 및 열화표면 제거가 완료되면, 시공부를 다듬고 이물질들을 제거한다.
다음으로는 콘크리트 보수보강용 조성물을 타설하기 위해 거푸집을 제조한다.
거푸집의 제조가 완료된 후에는 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조하기 위해 폴리우레아에폭시조성물과 골재혼합을 각각 제조하고 혼합하여 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조한다. 거푸집의 제조와 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조하기 위한 순서가 서로 바뀌더라도 무관하다.
이때, 폴리우레아에폭시조성물의 경우 주제와 경화제를 각각 1:1의 비율로 혼합한 후 90~100℃의 온도에서 60~90분간 반응시켜 제조한다.
또한 경화가 진행되면서 보수된 부위가 부풀어 오르지 않도록 수분흡수제를 콘크리트 보수보강용 조성물 100중량부에 대하여 수분흡수제 10~12중량부와 산화방지제 0.4~0.5중량부, 전용토너 4~5중량부를 더 첨가한다.
수분흡수제는 콘크리트 보수용 조성물에 포함된 수분을 흡수하여 구조물과의 결합력 저하를 방지하는 역할을 한다.
이렇게 콘크리트 보수보강용 조성물의 제조가 완성되면, 보수될 콘크리트 면상에 콘크리트 보수보강용 조성물이 타설되기 위한 주입구 및 퇴출구를 형성한다.
주입구 및 퇴출구의 형성이 완료되면, 거푸집을 보수될 콘크리트에 밀착시킨 후 앵커와 같은 고정수단을 통해 거푸집이 콘크리트 면에서 영구 고정되도록 설치한다.
거푸집의 설치가 완료되면, 미리 제조되어 있는 콘크리트 보수보강용 조성물을 주입구를 통해 주입한다.
여기서, 본 발명의 실시예로 기재된 거푸집의 경우 타설될 콘크리트 면과 분리되지 않도록 설치하는 것이 기술적 특징이다.
즉, 일반적인 콘크리트의 보수 방법으로는 거푸집을 보수될 면상에 설치한 후 보수보강 조성물을 경화시키고, 경화가 완료되면 거푸집을 분리하는 공정으로 보수를 진행하게 되지만, 본 발명의 거푸집은 보수될 콘크리트 면에 앵커를 이용하여 영구 고정되어 있는 상태를 유지하도록 설치된다.
본 발명의 거푸집은 콘크리트 보수보강용 조성물을 일정크기의 틀 안에 넣어 편평하게 구성하여 패널형태로 제조한다. 이때에는 앵커가 끼워져 결합될 수 있도록 도면에는 도시하지 않았지만 앵커결합홀이 형성된다.
그러므로, 거푸집과 보수면에 타설되는 콘크리트면이 동일한 조성을 유지하게 됨에 따라, 거푸집을 콘크리트 면에서 분리하지 않더라도 영구설치가 가능하게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 보수보강용 조성물을 이용한 보수보강 방법은 매우 간단한 시공방법을 통해 공사기간을 크게 단축시킬 수 있어 특히 교량 보수 공사 시 보수 공사로 인한 교통체증을 최소화시킬 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 폴리우레아에폭시조성물은 주제와 경화제의 혼합비율이 1:1 중량비이며,
    폴리이소시아네이트 70~80중량부, 비 반응형 솔벤트 20~30중량부로 구성된 주제; 그리고
    아민이 첨가된 제1폴리올 5~60중량부, Fatty acids, C18-unsatd, epoxidized, methyl esters, polymers with trimethylolpropane CAS NO: 188831-96-1인 제2폴리올혼합물 5~30중량부, 아민이 부여된 폴리아스파틱에스테르 3~20중량부, 가교제 2~30중량부로 구성된 경화제; 를 포함하는 콘크리트 보수보강용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트는 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트 또는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 중 어느 하나인 콘크리트 보수보강용 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리아스파틱에스테르는 (Aspartic Acid, N, N'-(methylenedi-4,1-cyclohexanediyl)bis-, 1, 1', 4, 4'-tetraethyl ester)인 콘크리트 보수보강용 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제는 디에틸렌글리콜 (2,2”-Oxybisethanol)가 채용된 콘크리트 보수보강용 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 솔벤트는 경방향족 용제 나프타, Propylene carbonate, Diisobutyl adipate 중 어느 하나가 채용된 콘크리트 보수보강용 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리우레아에폭시조성물에는 수분흡수제 10~12중량부와 산화방지제 0.4~0.5중량부, 전용토너 4~5중량부가 더 첨가된 콘크리트 보수보강용 조성물.
  8. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 보수보강용 조성물을 이용한 구조물 보수보강방법으로서,
    시공 대상 부위의 균열을 확인하고 균열부위를 컷팅하는 단계;
    주제와 경화제를 각각 1:1 중량비로 혼합한 후 90~100℃의 온도에서 60~90분간 반응시켜 폴리우레아에폭시조성물을 제조하는 단계;
    SiO2파우더와 규사 5호사, 규사 3호사, 8mm 이하의 골재가 혼합된 골재혼합물에 폴리우레아에폭시조성물을 혼합하여 콘크리트 보수보강용 조성물을 제조하는 단계;
    상기 균열부위에 영구 거치용 거푸집을 제조하는 단계;
    보수될 콘크리트 면에 상기 콘크리트 보수보강용 조성물을 투입하기 위한 주입구 및 퇴출구를 형성하는 단계;
    상기 제조된 거푸집을 콘크리트의 보수될 면에 고정 설치하는 단계; 그리고
    상기 주입구를 통해 보수보강용 콘크리트 조성물을 주입하는 단계; 를 포함하는 콘크리트 보수보강용 조성물를 이용한 구조물 보수보강방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 거푸집은 콘크리트 보수보강용 조성물과 동일 조성물을 이용하여 패널 형태로 구성된 콘크리트 보수보강용 조성물를 이용한 구조물 보수보강방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100723775B1 (ko) * 2006-08-07 2007-05-30 현 응 주 상온형 폴리우레아를 사용한 콘크리트 구조체의방수시공방법
KR101555902B1 (ko) 2015-05-04 2015-10-13 주식회사 로하스기술 폴리우레아 하이코트 도료 조성물을 이용한 표면 코팅 공법

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