KR101914904B1

KR101914904B1 - 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법

Info

Publication number: KR101914904B1
Application number: KR1020180029572A
Authority: KR
Inventors: 이영남
Original assignee: 이영남
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2018-11-02

Abstract

본 발명은 지오 폴리머반응을 보통시멘트를 이용하여 촉진한 콘크리트와 철근 부식 방지를 위해 금속 아연을 설치하여 반영구적인 고내구성의 콘크리트 구조물로 복원하는 것을 목적으로 하는 발명이다.
본 발명에 따르는 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법은: 인공 포졸란 또는 천연 포졸란을 포함하는 지오폴리머 바인더 6~40 중량%; 및 실리카를 포함하는 고형분이 20~40 중량% 포함되는 잔량의 결합수; 를 포함하는 지오폴리머를 이용한 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법으로, 녹이 발생한 부위를 제거하여 철근을 외부로 노출시키는 단계; 철근에 전선을 연결하고 전선의 끝 부분을 아연과 연결하는 단계; 상기 연결된 철근 사이에 본 발명의 상기 지오 폴리머를 포함하는 뿜칠재를 뿜칠하는 단계; 및 뿜칠된 면을 흙손에 의하여 표면 마감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법{CONCRETE REPAIRING METHOD USING GEOPOLYMER REACTION AND ZINC}

본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 지오폴리머 반응을 이용하고 방청능력이 있는 방청제와 아연을 포함하여 방청 예방 능력이 있는 뿜칠 보수 공법에 관한 것이다.

콘크리트 열화는 다양한 원인에 의하여 발생하며 특히 최근, 환경오염과 다양한 화학 재료의 사용에 따라 콘크리트의 열화 속도는 매우 빠르게 발생하고 있다. 또한 국내 자원 고갈은 양질의 재료 사용을 어렵게 하는 주된 요인이며 에너지 비용의 증가 역시 양질의 재료를 제조하는데 큰 어려움을 주는 인자이다. 국내 천연자원의 고갈은 자갈, 모래 등에서 이미 발생하였으며 이의 극복을 위하여 부순 모래를 사용하거나 밭을 개간할 때 얻어지는 개답사 등을 사용하는 실정이다.

시멘트 또한 자원 순환의 일환으로 다량의 석탄재나 철광석 생산시 발생하는 슬래그를 분쇄하여 포함하고 있으며 이러한 폐자원의 사용은 과거와 비교하여 콘크리트의 성능을 크게 저해치 않으나 이를 관리하기 위한 많은 비용을 요구하고 있다. 2000년대 들어 국내 콘크리트는 일반적으로 다량의 슬래그 도는 플라이 애쉬의 도입이 일반화 되었으며 골재 역시 일정량의 부순 모래를 사용하고 있다. 이러한 일련의 제조방법과 배합의 변경은 콘크리트의 내화학성의 감소시키고 있으며 특히 알칼리 골재반응과 교통량 증대에 따른 탄산화에 따른 중성화의 가능성이 크게 증가하고 있는 실정이다.

지오 폴리머는 알칼리 활성 무기 결합재의 한 종류로써 Si, O, Al를 주요 성분으로 한 비정질 구조를 말한다. 지오폴리머의 주요 재료는 천연 포졸란 물질, 메타 카올린, 플라이 애쉬 등이 사용되며 일반적으로 용액상의 강알칼리를 사용한다. 다만 지오폴리머의 정의에서 볼 수 있듯이 이들의 반응이 실리카와 알루미나를 화학적 결합으로 연결하여야 하므로 이들의 연결 고리는 일반적으로 수산화나트륨이나 수산화칼륨, 규산나트륨, 알루미늄산 소다 등의 강알칼리를 사용하여야하고 이러한 일련의 반응에 따라 적절한 비의 비율을 이루지 못한 경우 수산화물의 유출을 유발 할 수 있다.

그러나 지오폴리머의 경우 다량 수산화나트륨과 규산나트륨이 사용되고 반응 활성화를 위하여 고온으로 양생되어야하는 단점이 있어 이러한 일련을 반응을 이용하고 여기에 적당량의 시멘트를 첨가할 경우 자체발열 촉진반응은 충분한 지오폴리머 형성을 가능하게 할 수 있다. 적정 비율을 적용하기 위해 많은 반복적 실험에 의하여 실시되어야 하며 본 발명에서는 적당량의 시멘트와 플라이 애쉬, 화산재, 골재 등을 조합하고 여기에 적당량의 실리카졸과 규산나트륨을 동시에 혼합하여 뿜칠 함으로써 지오폴리머를 구성할 수 있는 배합을 완성하였다. 지오폴리머를 사용할 경우 포틀랜드시멘트와의 특성 비교는 표 1과 같다.

구조물에서의 방청은 매우 중요한 요소로써 일반적으로 제설제등의 사용이나 해안가에서 발생하는 비산 염분은 반복되는 콘크리트의 젖음과 건조 과정에 의하여 콘크리트 내부에 깊이 침투하게 된다. 이러한 염분의 침투는 구조물의 내구성에 매우 중대한 영향을 주는 것으로 일반적으로 이를 예방하기 위하여 삼성분계 콘크리트나 폴리머 콘크리트 등 수밀성 콘크리트와 방수 콘크리트를 제조하여 시공하는 것이 일반적이다. 그러나 콘크리트는 특성상 수밀성이 우수하더라도 미세 공극이 반드시 존재하며 수 십 년 동안 사용하여야 구조물의 안정성이 이로 인하여 손상 파괴되는 일이 빈번히 발생한다. 미국, 일본, 유럽 등에서는 이를 예방하기 위하여 아연선을 콘크리트 내부에 도입하고 철근부에 연결하는 일명 희생전극법을 사용하거나 아질산염과 같은 특정한 화학성분이 콘크리트 중에서 작용하여 부식을 방지하는 혼합형 방청제를 사용하고 있다. 이러한 방청제의 사용이나 희생 전극을 사용하는 방법 모두 매우 효과적인 방법이고 이를 이용한 보수방법은 매우 고가로 현재 이를 이용한 보수는 제한적으로 사용되고 있다. 이러한 일련의 요구를 보면 방청능력과 수밀성 콘크리트, 내식성 콘크리트의 조합은 실제 국내에서 실시되고 있지 않으나 해외의 경우 연구자들에 의하여 많은 연구가 진행되고 있다.

본 출원인은 본 발명의'지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법'의 기술적 사상에 대하여 특허등록을 받았으나(등록특허 제1820435호, 2018, 1. 15. 등록), 실시예를 추가하여 본 발명을 출원한다.

지오폴리머 콘크리트는 다량의 실리카와 알루미나를 서로 결합하는 형태로 구성되어 있으나 실제 현장에서 적용하기 어려운 이유는 양생이다. 양생의 과정이 지오 폴리머 반응이 60℃이상의 고온에서 지속됨으로써 현장 여건이 이를 충분히 수용하기에는 한계가 있다. 이는 양생을 고온으로 하기위해서는 모든 시공면을 적당한 보온재를 사용해야 하기 때문에 프리캐스트 콘크리트 등 비교적 소규모의 시설물에만 적용되고 있는 실정이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지오 폴리머반응을 보통시멘트를 이용하여 촉진한 콘크리트와 철근 부식 방지를 위해 금속 아연을 설치하여 반영구적인 고내구성의 콘크리트 구조물로 복원하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 보통 시멘트를 사용한 지오 폴리머 콘크리트의 급속 반응과 내식성 및 고내구성 복원술과 금속아연을 이용하여 콘크리트 구조물 내의 철근의 부식방지 효과를 제공한다.

도 1은 보수면의 철근에 아연을 설치한 모습의 사진.
도 2는 도 1의 보수면에 보통 시멘트와 지오 폴리머로 구성된 뿜칠재를 뿜칠하는 공정을 도시한 사진.
도 3은 도 2의 뿜칠 후 표면을 마감하는 사진.
도 4는 철근에 전선을 연결하고 전선의 끝 부분을 아연리본 또는 아연괘등의 순수 아연과 연결한 실시를 도시한 사진.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 몇 가지 특별한 성능이 보장되어야 한다. 먼저 방청능력이 있으며 화학적 저항성이 우수한 콘크리트를 구성하여야 한다. 콘크리트는 신속한 경화성이 보장되어야 보수에 적합하며 국내 보수의 여건상 4시간에 교통 개방을 할 수 있는 경화 특성을 보여야 한다. 이는 최초 시공에서부터 시작하여 교통을 통제할 수 있는 가용 시간이 총 8시간이며 이중 준비 작업과 마무리공정의 시간을 제외 할 경우 4시간의 시공 시간이 확보되기 때문이다.

짧은 시공시간은 많은 재료적 제한을 발생시키며 국내의 일반적인 보수시장에서는 현재 시간 단축을 위하여 초속경시멘트를 기본적 재료로 선택하고 있으나 초속경시멘트의 성분 중 칼슘 설퍼 알루미네이트는 산에 취약할 뿐만 아니라 포함된 설퍼 알루미나 화합물이 염분에 취약하여 장기간 염분에 노출될 경우 쉽게 파괴되는 단점을 보이고 있다. 이러한 이유로 해외의 경우 천연 포졸란이나 인공 포졸란등을 이용하여 콘크리트를 제조하여 수밀성 콘크리트를 보수에 사용하고 있다.

본 발명은 이러한 천연 포졸란과 인공 포졸란이 궁극적으로 지오폴리머와 동일한 반응 경로를 거쳐 매우 낮은 흡수계수나 투수계수를 확보함으로써 화학적 저항성이 극히 우수한 콘크리트로 사용될 수 있음을 확인하였으며 소량의 칼슘첨가는 일련의 지오폴리머 반응에 크게 영향을 주게 되는데 이는 반응 온도를 적정하게 유지할 수 있는 촉매 역할을 할 수 있음을 발견하였다. 실제 반응에 있어 칼슘량의 증가는 지오폴리머 반응에서 반응시 필요 온도를 사용량에 비례하게 상승시키나 너무 많은 량을 사용할 경우 지오 폴리머 반응 보다는 기존의 시멘트 수화반응으로 진행되어 오히려 강도 증가가 급속히 감소할 수 있어 적정량의 칼슘의 첨가가 필요하다.

본 발명의 ① 바인더는 지오폴리머를 구성할 수 있는 천연 포졸란인 화산재 등과 슬래그 미분말, 플라이 애쉬 등의 인공 포졸란과, ② 촉진재로써 보통 시멘트를 기초로 한다. 여기에 ③ 5mm 이하의 잔골재와 20mm 이하의 굵은 골재, 유기 및 무기 첨가재 및 결합수로 구성된다.

먼저 바인더 중의 중요한 구성요소인 포졸란은 지오 폴리머 반응의 주요한 결합재로써 인공 포졸란 또는 천연 포졸란을 사용할 수 있다. 그러나 두 경우 모두 포졸란 바인더 중 칼슘의 량은 전체 바인더 총량의 1~20%이어야하며 1% 미만의 경우 경화 촉진 온도를 특정 온도 이상 상승시킬 수 없으며 20%를 초과할 경우 보통 포틀랜드 시멘트와 거동이 유사해져 화학적 저항성이 나빠지게 된다. 바람직한 칼슘량은 총량의 2~15%이다. 칼슘의 형태는 수산화칼슘과 같은 수산화물과 산화칼슘 등의 산화물, 시멘트와 같은 복합물 등으로 구성될 수 있으며 보통 포틀랜드 시멘트나 초속경 시멘트, 조강시멘트 등을 사용하여도 무방하다. 다만 염화칼슘과 같은 염화물은 사용이 불가능한데 이는 콘크리트중의 염분의 함량을 증가시켜 콘크리트 내의 철근 부식에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문이다.

인공 포졸란으로는 슬래그 미분말이나 플라이 애쉬, 실리카 흄 등을 사용할 수 있으며 화산재등의 천연 포졸란등도 사용할 수 있다. 또한 이들 중 1가지 이상을 조합할 수 있으며 조합된 경우라도 함량중의 칼슘량은 전체 칼슘량에 포함하여 계산되며 실리카 함량이 높은 경우와 낮은 경우 모두 만족스러운 결과를 얻을 수 있다.

바인더의 총량은 지오폴리머 전체 중량의 6~40%가 바람직하다. 6%이하의 경우 필요로 하는 강도발현이 어려우며 40%의 이상의 경우 부피가 너무 많아 실제 현장에 적용하기 어려워 생산비용이 높아 질 수 있다.바람직한 사용량은 7~25%이다.

결합수는 일반적으로 사용되는 물이 아닌 지오폴리머 결합을 유도할 수 있어야하며 사용되는 결합수는 다량의 실리카(SiO)가 함유된 것이어야 한다. 이들로는 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트 등이 사용될 수 있으며 실리카의 특성상 물에 용해되기 위해서는 1가 알칼리 금속과 결합된 형태의 것이어야 한다. 만일 2가 금속이 사용된 것일 경우 용액상으로 존재할 수 없으며 반응 역시 칼슘에 의한 수소 가교 결합으로 이루어져 지오폴리머 반응이 아닌 고전적 의미의 시멘트 결합으로 유도된다. 일반적으로 결합수 중의 고형분 함량은 20~40 중량%이며 물에 용해된 상태이다.

특히 Si와 Al의 비는 지오폴리머를 형성하는데 매우 중요한 요소로써 Si:Al의 비율은 0.5:1~3으로 이루어진다. 0.5:1이하의 Si 비율은 반응에서 Si-O-Al 이루어지는 비율이 낮아 내충격성이 작아지며 0.5:3의 비율의 경우 Al의 함량이 너무 높아 내화학성이 나빠질 수 있다. 바람직한 비율은 1:1~1:2이다. 그러므로 전체적인 Si:Al의 비율을 계산하여 전체의 재료를 구성하여야하는 어려움이 있다. 그러나 반드시 성분비를 계산하여야하며 이를 벗어날 경우 NaOH등의 알칼리 용출이나 경화 후 재 용해되는 아주 나쁜 결과를 초래 할 수 있다.

첨가제로는 작업성을 개선하기 위한 계면활성제와 뿜칠 탈락 방지를 위한 점탄성 조절제가 사용될 수 있다. 계면활성제는 특별히 제한할 수 없으나 음이온성 계면활성제 중 배합 과정에서 기포발생에 의한 공기량 증대가 작은 것을 사용하는 것이 바람직하며 사용량은 0.1~5 중량%이다. 0. 중량1%보다 작은 경우 작업성 개선 효과가 없으며 5 중량%이상 사용될 경우 지오폴리머 반응을 억제할 수 있다.

점탄성 부여를 위한 첨가제로는 셀룰로오스류의 증점제보다는 점토질의 요변제가 바람직하다. 요변제로는 우레탄계 등의 유기 요변제와 아타풀가이트, 벤토나이트 등의 무기 요변제등이 있으나 무기 요변제가 바람직하다. 요변제의 사용량은 0.1~5 중량%이며 요변제가 0.1 중량% 미만의 경우 요변특성 부여가 어려우며 5 중량%이상의 경우 경제성이 나빠진다. 바람직한 요변제의 량은 0.3~3 중량%이다.

본 발명은 상기의 지오 폴리머를 이용한 콘크리트와 발청 방지를 위한 아연의 적용으로 완성된다. 보수면의 철근에 일정한 간격으로 연결되어야 하는 아연은 쉬트 또는 리본, 괘의 형태로 연결되며 설치 형태는 도 1과 같다. 어기에서 사용되는 아연의 순도는 순수 아연이 사용되며 일반적인 99%이상이 사용된다. 도 2와 같이 적용된 아연 위에 본 발명의 지오폴리머 뿜칠제로 뿜칠에 의하여 시공된 후 도 3과 같이 마감함으로써 본 발명을 완성할 수 있다.

한편, 콘크리트 구조물은 일반적으로 외부의 콘크리트와 내부의 철근으로 구성되며 철근 보다 표면에 가까운 부분을 피복이라 하며 피복의 두께는 내화학적 또는 물리적 손상에 대한 보호막 역할을 하게 된다. 이러한 피복의 파손은 철근의 부식을 발생 시키며 발생한 철근부식에 따른 내부 압력의 발생은 피복부의 붕괴를 발생 시키며 전체적은 구조물 붕괴를 야기시킬 수 있어 이를 위한 다양한 방법들이 그동안 제시되었다.

현재까지 알려진 방식 방법으로는 순수아연을 이용한 희생전극법이 가장 저렴하며 필요한 전류를 흘려 보내주는 전기방식은 부식 전류 회로 등 주변 기기의 설치비용이 고가로 국부적인 사용보다는 대단위의 구조물에 적용하고 있는 방법이다. 방식의 방법은 먼저 실시되는 예방법과 발생한 것을 복원하는 복원방법으로 구별되는데 복원의 경우 국부적인 손상이 발생하기 때문에 경제성이 낮아 이를 보수하는데 경제적인 방법의 제시가 절실한 실정이다. 본 발명은 아연판 또는 아연 괘등의 순수 아연을 철근에 연결하고 내식성이 극히 우수한 지오 폴리머 시멘트 콘크리트를 보수 부위에 뿜칠로 타설함으로써 부분적인 방식처리를 용이하게 제시함으로써 그 동안 어려웠던 방식 보수를 값싸고 간편하게 시공함으로써 구조물의 공용성을 연장할 수 있게 할 수 있을 것으로 기대된다.

[실시예]

본 발명은 4개의 단계로 구성된다. (제 1단계) 녹이 발생한 부위를 드릴 등의 장비로 제거하여 철근을 외부로 노출 시키는 단계, (제 2단계) 도 4와 같이 철근에 전선을 연결하고 전선의 끝 부분을 아연리본 또는 아연괘등의 순수 아연과 연결하는 단계, (제 3단계) 도 2와 같이 연결된 철근사이에 본 발명의 지오 폴리머를 이용한 뿜칠재를 뿜칠하는 단계, (제 4단계) 뿜칠된 면을 흙손 등에 의하여 표면을 마감하는 단계와 마지막으로 무기질 코팅제를 적용함으로써 완성된다.

여기에 사용되는 아연 전기방식 재료는 마페이사의 마페쉴드(Mapeshield)를 사용하였고 지오 폴리머의 구성은 표 2와 같으며 그 성능에 대한 평가는 압축강도, 휨강도, 부착강도, 염소이온 투과 저항성 및 스케일링 저항성을 평가하여 기존 제품과 비교하였다. 여기서 사용된 지오 폴리머 분말로는 마페이 코리아에서 생산된 마페그라우트(Mapegrout)가 사용되었으며 결합수로는 리튬 실리케이트(마페이, 마페크리트리하드너(Mapecrete Li-hardener, solid:10%))를 물과 1:5(리튬실리케이트:물)중량비로 혼합한 것이다. 비교예는 일반적으로 사용되는 시멘트와 모래의 비가 약 1:3인 미장용 몰탈과 시멘트와 모래의 비율이 1:1인 시멘트 grout(국내, J사)와 비교 하였다. 이에 대한 결과는 표 3과 같다. 또한 마감 코팅재로는 마페라스틱(Mapelastic)과 마페이사 제품군중 마페 엘라스토칼라페인트(Elastocolor paint)가 사용되었다.

한편 본 발명에서, 서로 연결된 철근과 아연은 용접 열에 의한 일부 녹아내림이 발생하거나 또는 시공 과정에서 외부 충격 등에 의해 파손될 여지도 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 콘크리트 뿜칠 전 철근과 아연의 외면에 코팅층을 도입하여 상기 문제를 해결하고자 한다. 즉, 본 발명은 철근과 아연의 외면에 코팅제의 도포 및 경화에 의해 형성되는 코팅층을 포함할 수 있음을 특징으로 한다. 이러한 코팅층은 충격에 의한 파손, 첨예체에 의한 자상 등을 방지함은 물론 향상된 난연성, 신속한 경화로 인한 향상된 제조성, 발수 처리를 통한 향상된 방수성을 제공한다.

상기 효과를 제공하는 본 발명의 코팅제 조성물은, 바인더 수지 100 중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate prepolymer) 1 내지 10 중량부, 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester acrylate) 1 내지 30 중량부, 메틸 아세테이트(Methyl acetate) 30 내지 60 중량부, 아조비스 이소부틸니트릴(Azobis isobutyronitrile) 0.5 내지 5 중량부, 수산화 알루미늄(Aluminum hydroxide) 5 내지 15 중량부, 디메틸아날린(Dimethylaniline) 1 내지 5 중량부 및, 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane) 0.5 내지 2.5 중량부를 포함한다.

각 구성 별로, 먼저 바인더 수지는 UV 경화형으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 다음으로, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate prepolymer)는 2개의 이소시아네이트기를 가지는 화합물을 이소시아누레이트 변성, 트리메티롤프로판(TMP) 변성, 비우렛(biuret) 변성 등의 방법으로 변성하여 얻을 수 있으며, 바인더 수지 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만으로 사용되는 경우 가교성이 저하되며, 10 중량부를 초과하여 사용되는 경우 가교성이 과도하게 증가하여 코팅층의 표면이 거칠어지고, 크랙에 의한 파손 가능성이 높아지는 문제가 있다.

다음으로, 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester acrylate)는 상기한 이소시아네이트 프리폴리머와 함께 가교제로 사용되며, 바인더 수지 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만으로 사용되는 경우 코팅층의 표면이 깨끗하게 형성되지 않으며, 30 중량부를 초과하여 사용되는 경우 역시 가교성이 과도하게 증가하여 코팅층의 표면이 거칠어지게 된다.

다음으로, 메틸 아세테이트(Methyl acetate)는 코팅제의 안정적인 상용성을 확보하고 용액 중합을 제공하는 유기용제로서 첨가되며, 바인더 수지 100 중량부에 대해 30 내지 60 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 30 중량부 미만으로 사용되는 경우 코팅제의 점도가 과도하게 높아지게 되어 흐름성이 나빠지고, 60 중량부를 초과하여 사용되는 경우 환경성이 저하되거나 심한 경우 환경 규제에 저촉되는 문제가 있다.

다음으로, 아조비스 이소부틸니트릴(Azobis isobutyronitrile)은 라디칼을 생성하는 개시제로서 사용되며, 바인더 수지 100 중량부에 대해 0.5 내지 5 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 0.5 중량부 미만으로 사용되는 경우 충분한 라디칼 이온을 발생시킬 수 없고, 5 중량부를 초과하여 사용되는 경우 과 생성된 라디칼 이온이 전체 중합도를 낮춰 물성이 저하되는 문제가 발생한다.

다음으로, 수산화 알루미늄(Aluminum hydroxide)은 코팅층이 연소되는 과정에서 특정 연소단계를 방해하기 위해 첨가되고, 바인더 수지 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만으로 사용되는 경우 난연 효과가 미미하고, 15 중량부를 초과하여 사용되는 경우 난연 효과에 비해 경제성이 저하된다.

다음으로, 디메틸아날린(Dimethylaniline)은 상기한 아조비스 이소부틸니트릴의 라디칼 생성을 돕기 위해 첨가되며, 바인더 수지 100 중량부에 1 내지 5 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만으로 사용되는 경우 완전 경화가 되지 않고, 5 중량부를 초과하여 사용되는 경우 코팅층의 표면에 흑점이나 부식이 발생할 수 있다.

다음으로, 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane)은 가수분해 축합되어 코팅층의 방수성 및 발수성을 부여하고 방부성을 향상시키기 위해 첨가되며, 바인더 수지 100 중량부에 대해 0.5 내지 2.5 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 0.5 중량부 미만으로 사용되는 경우 방수성, 발수성 및 방부성 향상 효과가 미미하며, 2.5 중량부를 초과하여 사용되는 경우 시공성이 저하되는 문제가 있다. 이하에서는 상기한 코팅제 조성물을 이용한 코팅층의 실시예를 소개하기로 한다.

실시예

바인더 수지로, 에폭시 아크릴레이트 올리고머 1kg에, 이소시아네이트 프리폴리머 50g, 폴리에스테르 아크릴레이트 200g, 메틸 아세테이트 500g, 아조비스 이소부틸니트릴 30g, 수산화 알루미늄 100g, 디메틸아날린 30g, 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane) 20g을 혼합하여 1시간 정도 교반하여 코팅제 조성물을 제조하였다.

제조된 코팅제 조성물을 시험용 블록(강철로 제작)에 도포한 후, 완전 경화하는 단계를 거쳐 시험용 블록에 코팅층을 형성하였다.

실시예1

이 후 코팅층을 불규칙한 돌출부위를 갖는 스크래처를 통해 긁는 실험과 스크래처를 코팅층에 10회 반복하여 내려치는 실험을 수행한 결과, 스크래치 및 코팅층의 함몰이 발생하지 않았다.

실시예2

또한 코팅층에 토치를 통해 10분간 화염을 직접 분사하는 실험을 수행한 결과, 약간의 그을음은 발생하였으나 코팅층이 전혀 연소되지 않았다.

실시예3

또한 코팅층에 6시간 동안 물을 분사한 후, 코팅층을 제거하고 시험용 블록의 내부 침습도를 검사한 결과 습기가 전혀 검출되지 않았다.

상기 실시예들을 통해 본 발명에 따른 코팅층은 보호성, 난연성 및 방수성이 탁월하다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 청구범위에 속하는 것이다.

Claims

보수면의 철근에 일정한 간격으로 쉬트, 리본, 궤 중 어느 하나의 형태로 연결되는 아연에 지오폴리머 뿜칠제의 뿜칠에 의하여 시공되는 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법에 있어서,
지오폴리머는, 인공 포졸란 또는 천연 포졸란을 포함하는 지오폴리머 바인더 6~40 중량%; 및 실리카를 포함하는 고형분이 20~40 중량% 포함되는 잔량의 결합수;
를 포함하고,
녹이 발생한 부위를 제거하여 철근을 외부로 노출시키는 단계;
철근에 전선을 연결하고 전선의 끝 부분을 아연과 연결하는 단계;
상기 연결된 철근 사이에 본 발명의 상기 지오 폴리머를 포함하는 뿜칠재를 뿜칠하는 단계; 및
뿜칠된 면을 흙손에 의하여 표면 마감하는 단계와 마감제를 이용하여 마감하는 단계;
를 포함하고,
상기 철근과 아연을 연결하는 단계 이후,
바인더 수지 100 중량부, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate prepolymer) 1 내지 10 중량부, 폴리에스테르 아크릴레이트(Polyester acrylate) 1 내지 30 중량부, 메틸 아세테이트(Methyl acetate) 30 내지 60 중량부, 아조비스 이소부틸니트릴(Azobis isobutyronitrile) 0.5 내지 5 중량부, 수산화 알루미늄(Aluminum hydroxide) 5 내지 15 중량부, 디메틸아날린(Dimethylaniline) 1 내지 5 중량부, 및 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane) 0.5 내지 2.5 중량부를 포함하는 코팅층을 상기 철근과 아연 표면에 구비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 반응 및 아연을 이용한 방청능력이 있는 뿜칠 콘크리트 보수 복원 공법.
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