KR101950914B1 - 급경 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 급경 고강도 무기계 폴리머몰탈 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트의 보수 보강에 따른 높은 고강도를 유지함과 동시에 방수성과 내크랙성이 증대되며, 내구성과 작업성이 탁월하고 단열효과가 우수한 급경 고강도 무기계 폴리머몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 급경 고강도 무기계 폴리머몰탈 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트의 보수 보강에 따른 높은 고강도를 유지함과 동시에 방수성과 내크랙성이 증대되며, 내구성과 작업성이 탁월하고 단열효과가 우수한 급경 고강도 무기계 폴리머몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건축구조물을 설립하기 위해 사용되는 콘크리트는 건축된 지 일정기간이 경과하게 되면 건축물이 노화되어 콘크리트가 건축물에서 점차 박리 및 탈락이 이루어져 건축물은 점차 붕괴하게 되는데, 이를 보수 및 보강하여 건축물의 수명을 연장하기 위해서는 통상적으로 유기계 몰탈을 이용한 보수공법을 적용하게 된다.
상기 유기계 몰탈은 3성분형(resin+, hardener+, aggregeat)으로서, 경화시간이 빠르고, 접착력이 우수하며, 압축강도와 굴곡강도, 인장강도가 우수한 장점이 있다. 반면에 이에 대한 단점도 있다. 즉, 습윤면에는 사용이 불가능하며, 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 발수성을 방해하여 단기간 내에 탈락이 발생할 수 있다. 또한 대량 타설시 모체에 영향을 미쳐 모체 파괴로 인한 대량 타설이 불가능하며, 가사시간의 짧음으로 인한 작업성의 저하, 인체에 해로운 가스발생, 자외선에 의한 변색 등을 예로 들 수 있다.
이와 같은 문제점으로 인해 최근에는 상기 유기계 몰탈의 단점을 보완한 유, 무기계 몰탈이 사용되고 있다. 상기 유, 무기계 혼합형 몰탈은 2성분형으로서, 무기계 분말과 유기계 수지를 혼합한 형태로 제작된다. 상기 유, 무기계 몰탈의 장점은 습윤면에 시공이 가능하고, 높은 압축강도, 휨강도가 가능하며, 경화시간이 빨라 긴급 타설이 용이하다. 반면에, 유.무기의 혼용으로 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 내구성이 떨어지며, 가사시간이 짧아 작업성이 떨어지고, 대 단면 복구에 따른 어려움이 있었다. 또한 혼합수지가 pH 7이하여서 철근부식의 우려가 있을 뿐만 아니라, 인체에 해로운 포름알데이드 기체가 발생하여 밀폐된 공간에서는 질식의 우려가 있으며, 유기물의 자외선 노출로 인해 변형되어 콘크리트 모체로부터 탈락이 발생하게 되는 문제점이 있다.
즉, 상기 콘크리트가 모체로부터 탈락되는 이유는 콘크리트 모체와 수축 및 팽창, 탄성률이 상이함으로 발생하게 되는 것이며, 이는 현재 콘크리트의 보수 및 보강에 필요한 적절한 조성물이 구비되지 않은 상태로 이루어지게 됨에 따라, 철저한 보수 및 보강이 이루어지지 않게 되는 것이다. 다시 말해, 상기 유,무기계 몰탈은 소량의 무기물을 첨가하여 무기계인 콘크리트와 일부가 동일한 상태로 조성됨으로써, 콘크리트의 모체와 견고한 부착력을 유지하도록 사용되고 있기는 하나, 유기물적 특성이 강함에 따라 콘크리트와 견고한 결합상태를 유지할 수 없게 되는 것이다. 뿐만 아니라 작업성에서도 2가지(무기계 분말, 유기계 수지)를 혼합하여 사용하게 됨에 따라, 작업성이 떨어져 상기 콘크리트의 보수 및 보강은 제대로 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었던 것이다.
또한, 시공기술이 발달함에 따라 고강도 및 휨강도증가에 따른 크랙 방지와 내구성의 증진 뿐만 아니라 단열 시공까지 점차 요구하는 추세이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 콘크리트의 보수 보강에 따른 높은 고강도를 유지함과 동시에 방수성과 내크랙성이 증대되며, 내구성과 작업성이 탁월하고 단열효과가 우수한 급경 고강도 무기계 폴리머몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 보수 보강면 레벨링 단계와, 균열확인 및 균열보수 단계와, 기저층 형성단계와, 메쉬 스프레드 단계와, 운모가루 스프레이 단계와, 결속층 형성 단계 및 표면층 도포 형성단계로 이루어진 급경 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 있어서; 상기 보수 보강면 레벨링 단계는 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 그라이더나 숏블라스트를 이용하여 평평하게 처리하는 단계이고; 상기 균열확인 및 균열보수 단계는 보수 보강면에 균열이 있는지를 눈으로 확인하는 균열확인과정과, 확인된 보수 보강면에 녹이 있는지 확인하고 녹이 있는 경우 녹을 제거하는 녹제거과정과, 녹이 제거된 면을 방청제로 방청하는 방청과정과, 방청이 완료된 보수 보강면에 균열이 있는 경우 균열보수제로 균열을 보수하는 균열보수과정을 포함하며; 상기 기저층 형성단계는 고로 슬래그 분말 5중량%와, 산화규소(SiO2) 5중량%와, 폴리프로필렌 필라멘트를 5mm의 길이로 자른 폴리머 수지 3중량%와, 실리카 퓸(Silica Fume) 1.5중량%와, 실리콘유 1.5중량%와, 안티몬주석 산화물(Antimony-doped Tin Oxide:ATO) 4중량%와, 이소헥사데칸 4중량%와, 스테아릭애시드 1.5중량%와, 크레실 글리시드 에테르 1.5중량%와, 모래 10중량%와, 포틀랜트 시멘트 20중량% 및 나머지 물로 이루어진 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 보수 보강면에 일정두께로 도포 시공하는 단계이고; 상기 메쉬 스프레드 단계는 폴리프로필렌 필라멘트로 직조된 두께 0.1mm의 메쉬를 기저층 위에 까는 단계이며; 상기 운모가루 스프레이 단계는 스프레드된 메쉬의 공극상에 운모가루를 뿌려 후술되는 결속층과 기저층이 일종의 쐐기 결합이 되도록 유도하여 고정안정성을 높이는 단계이고; 상기 결속층 형성단계는 폴리프로필렌수지와 수산화알루미늄을 포함하는 결속제는 스프레이하여 운모가루가 날리지 않고 완전히 고착시키면서 표면 레벨링을 유도하는 단계이며; 상기 표면층 도포 형성단계는 보수 보강면의 표면 마무리 및 균질화와 내부층 보호를 위해 액화무수암모니아 5중량%와, 탄산칼슘 1.5중량%와, 디아릴프탈레이트 10중량%와, 폴리프로필렌수지 15중량%와, 시클로펜타디엔으로 개질된 유황액 10중량% 및 나머지 에폭시수지로 이루어진 표면처리제로 도포하는 단계;인 것을 특징으로 하는 급경 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 콘크리트의 보수 보강에 따른 높은 고강도를 유지함과 동시에 방수성과 내크랙성이 증대되며, 내구성과 작업성이 탁월하고 단열효과가 우수한 장점을 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 급경(quick hardening) 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법은 방수(방습)성과 함께 보수 보강이 요구되는 콘크리트 단면의 내구성도 증대시키도록 처리하는 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 보수 보강면 레벨링 단계, 균열확인 및 균열보수 단계, 기저층 형성단계, 메쉬 스프레드 단계, 운모가루 스프레이 단계, 결속층 형성 단계 및 표면층 도포 형성단계로 이루어진다.
이때, 상기 보수 보강면 레벨링 단계는 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 그라이더나 숏블라스트를 이용하여 평평하게 처리하는 단계로서, 이물이나 먼지는 물론 박리, 탈락이나 중화되어 부스러지는 부분까지 깨끗하게 깍아 내는 단계이다.
이렇게 하면, 보수 보강이 요구되는 콘크리트면이 레벨링되게 되어 도포성과 도막 부착력을 높일 수 있다. 즉, 도막 형성 후 박리가능성을 극소화시킬 수 있다.
그리고, 상기 균열확인 및 균열보수 단계는 레벨링된 보수 보강면을 일일이 눈으로 확인한 후 균열이 있다면 균열을 보수하는 전처리단계이다.
이 경우, 녹이 있다면 녹을 제거하고 방청하는 과정도 포함하게 된다.
즉, 상기 균열확인 및 균열보수 단계는 보수 보강면에 균열이 있는지를 눈으로 확인하는 균열확인과정과, 확인된 보수 보강면에 녹이 있는지 확인하고 녹이 있는 경우 녹을 제거하는 녹제거과정과, 녹이 제거된 면을 방청제로 방청하는 방청과정과, 방청이 완료된 보수 보강면에 균열이 있는 경우 균열보수제로 균열을 보수하는 균열보수과정을 포함한다.
여기에서, 상기 방청제는 아질산염수용액과 폴리인산염수용액을 1:1의 부피비로 혼합한 혼합액 25중량%와, 붕사 5중량%와, 수성 아크릴 에멀젼 15중량%와, 아크릴로니트릴 5중량% 및 나머지 수용성 실리콘수지로 이루어진다.
이때, 상기 아질산염수용액과 폴리인산염수용액은 적청, 적수, 공식을 발생시키지 않으면서 방식성을 강화시키는 성분으로서, 다만 아질산염수용액의 경우 pH가 6 미만으로 떨어지면 분해되면서 과산화질소와 산화질소를 발생시켜 방식성을 저하시키므로 이를 방지하기 위해 pH를 8-9로 유지시키도록 붕사를 반드시 포함해야 한다.
즉, 상기 붕사는 일종의 pH 완충기능을 수행한다고 보면 된다.
그리고, 상기 수성 아크릴 에멀젼은 방청제의 부착성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 아크릴로니트릴은 방청제의 경화를 촉진하기 위해 첨가되고, 상기 수용성 실리콘수지는 에멀젼이 물에 신속하고 안정적으로 분산되게 유도하면서 내후성을 높이기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 균열보수제는 수산화알루미늄 7중량%와, 아크릴모노머 20중량%와, 실리콘유 3중량%와, 멜라민수지 15중량%와, 수산화나트륨 2중량%와, 폴리퍼티 2중량%와, 메타카올린 3중량%와, 폴리이소시아네이트 2중량%와, 수산화칼슘 10중량% 및 나머지 메틸메타크릴레이트로 이루어진다.
이때, 상기 수산화알루미늄은 물과 장시간 접촉하면 겔화되면서 고상화되는 경향이 있어 단열성 향상을 위해 첨가되며, 상기 아크릴모노머는 상온안정성을 증대시켜 부착력을 강화함으로써 코팅안정성을 높여 단열성을 증대시키기 위해 첨가되고, 상기 실리콘유는 기포발생을 억제시켜 균일한 표면 유지를 위해 첨가되며, 상기 멜라민수지는 대표적인 열경화성수지로서 표면경도를 높이고 내수성과 내열성을 강화시키기 위해 첨가되고, 상기 수산화나트륨은 pH 조절을 통해 약 알카리성을 유지시킴으로써 콘크리트의 중성화를 방지하기 위해 첨가되며, 상기 폴리퍼티는 점도와 경도를 조절하기 위해 첨가되고, 상기 메타카올린은 균열보수제의 내부조직을 치밀하게 하여 투수성이나 흡수성을 감소시켜 콘크리트의 중성화를 방지하고 압축강도를 증대시키기 위해 첨가되며, 상기 폴리이소시아네이트를 경화를 촉진하기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 수산화칼슘은 석회로서, 보통 물에 잘 녹지 않기 때문에 속칭 소석회라 일컬어지나, 공기중의 이산화탄소를 흡수할 경우 탄산칼슘(탄산석회)가 되면서 피막을 형성하게 된다.
예컨대,
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 와 같은 반응을 통해, 탄산칼슘(CaCO3)이 생성되고, 이 탄산칼슘은 피막을 형성하게 된다. 특히, 과량의 이산화탄소가 들어가면 다시 탄산칼슘이 다음과 같이 반응하여 탄산수소칼슘이 된다.
CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2
이러한 수산화칼슘은 균열을 완벽하게 차단하여 방수성을 강화시킨다.
마지막으로, 상기 메틸메타크릴레이트는 성분간 바인딩과 부착력, 고착력을 높이기 위한 베이스 수지이다.
또한, 상기 기저층 형성단계는 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 보수 보강면에 일정두께로 도포 시공하는 단계이다.
이때, 상기 무기계 폴리머 몰탈 조성물은 고로 슬래그 분말 5중량%와, 산화규소(SiO2) 5중량%와, 폴리프로필렌 필라멘트를 5mm의 길이로 자른 폴리머 수지 3중량%와, 실리카 퓸(Silica Fume) 1.5중량%와, 실리콘유 1.5중량%와, 안티몬주석 산화물(Antimony-doped Tin Oxide:ATO) 4중량%와, 이소헥사데칸 4중량%와, 스테아릭애시드 1.5중량%와, 크레실 글리시드 에테르 1.5중량%와, 모래 10중량%와, 포틀랜트 시멘트 20중량% 및 나머지 물로 이루어진다.
여기에서, 상기 고로 슬래그 분말은 기저층의 안정성과 장기 강도 유지를 위해 첨가되고, 상기 폴리머 수지는 성분들간의 브릿지 효과로 부착강도와 휨강도를 강화시키면서 인장강도를 높여 크랙발생을 억제하기 위해 첨가되며, 상기 실리카 퓸은 단열성 향상 및 결로 방지를 위해 첨가되고, 상기 실리콘유는 기포 생성을 억제하기 위해 첨가되며, 상기 안티몬주석 산화물은 부식저항성을 강화시키면서 균열억제, 단열성 강화를 위해 첨가된다.
그리고, 상기 이소헥사데칸은 단열성을 강화시키면서 미고형분의 용해를 촉진하기 위해 첨가되며, 상기 스테아릭애시드는 유화성을 향상시켜 점도를 조절하기 위해 첨가되고, 상기 크레실 글리시드 에테르는 계면 부착력을 강화시켜 들뜸, 탈락을 방지하기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 메쉬 스프레드(Spread) 단계는 폴리프로필렌 필라멘트로 직조된 두께 0.1mm의 메쉬를 기저층 위에 까는 단계이다.
이것은 기저층에 가해지는 외력에 대항하여 기저층에 균열이 발생되지 않도록 하여 갈라짐, 탈락을 억제하기 위한 것이다.
또한, 상기 운모가루 스프레이 단계는 스프레드된 메쉬의 공극상에 운모가루를 뿌려 후술되는 결속층과 기저층이 일종의 쐐기 결합이 되도록 유도하여 고정안정성을 높임으로써 내구성을 강화하고, 분리, 탈락, 들뜸 현상이 발생되지 않도록 하면서 중성화를 억제하기 위한 것이다.
뿐만 아니라, 상기 결속층 형성단계는 결속제를 스프레이하여 운모가루가 날리지 않고 완전히 고착시키면서 표면 레벨링을 유도하는 단계이다.
이를 위해, 상기 결속제는 수산화알루미늄 5중량%와, 인산에스테르나트륨염 5중량%와, 규산알루미늄 5중량% 및 나머지 폴리프로필렌수지로 이루어진다.
이때, 상기 수산화알루미늄은 폴리프로필렌수지의 친수화를 유도하여 결합력을 높이기 위해 첨가되며, 상기 인산에스테르나트륨염은 폴리프로필렌수지의 결정을 미세화하여 수지의 강성과 내열변형성을 강화하여 내구성을 증대시키기 위해 첨가되고, 상기 규산알루미늄은 층 박리를 막고 스프레드된 메쉬와의 결속력을 강화사키기 위해 첨가되며, 상기 폴리프로필렌수지는 메쉬와 동일 재질로서 강한 바인딩을 구현하기 위해 첨가된다.
마지막으로, 상기 표면층 도포 형성단계는 보수 보강면의 표면 마무리 및 균질화와 내부층 보호를 위해 표면처리제로 도포되는 단계이다.
이때, 상기 표면처리제는 액화무수암모니아 5중량%와, 탄산칼슘 1.5중량%와, 디아릴프탈레이트 10중량%와, 폴리프로필렌수지 15중량%와, 시클로펜타디엔으로 개질된 유황액 10중량% 및 나머지 에폭시수지로 이루어진다.
이 경우, 상기 액화무수암모니아는 방수성과 밀착성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 탄산칼슘은 표면 미막 안정화를 위해 첨가되고, 상기 디아릴프탈레이트는 에폭시수지와의 하이브리드화에 의한 접착성과 인성을 개선하여 부착안정성을 포함한 내열성과 치수안정성을 증대시키기 위해 첨가되며, 상기 폴리프로필렌수지는 상기 결속층과의 결합안정성 부착성 강화를 위해 첨가되고, 상기 개질된 유황액은 염해저항성을 강화시키기 위해 첨가된다.
이와 같은 방법으로 콘크리트 보수 대상면을 보수하게 되면 보수와 함께 보강기능을 물론 단열, 방수성까지 확보하고, 중성화도 억제하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예]
50cm × 50cm × 50cm 크기의 콘크리트 샘플 표면을 상술한 방법으로 보수한 후 단열성, 방수성, 염해저항성 및 내크랙성을 확인하였다.
먼저, 단열성 확인을 위해 밀폐된 하우징에 샘플을 놓고 상부에서 광원을 통해 빛을 조사한 후 적외선 온도계로 표면 온도 변화를 관측하였다. 이때, 비교를 위해 표면이 보수되지 않은 일반 콘크리트 샘플도 준비하여 동일하게 실험하였다.
실험결과, 본 발명 샘플의 경우 실험전,후 온도차가 3.3℃ 였지만, 종래 샘플의 경우에는 19.2℃의 온도차가 발생하여, 본 발명의 경우 단열성이 있는 것으로 확인되었다.
또한, 방수성과 염해저항성 및 내크랙성을 확인하기 위해 염수에 30일간 침지시킨 상태로 방치한 후 방수 혹은 염해 저항이 발생했는지 확인하였다.
이때, 확인을 위해 염수에 파란색 염료를 섞어 샘플 표면에 침투되는지를 돋보기로 확인하였다.
확인 결과, 염수의 침투 흔적이 발생하지 않았다. 또한, 염수에 의해 부식되거나 탈락, 크랙 등도 발생하지 않았다.
뿐만 아니라, 부착력을 확인하기 위해 JIS K 5400에 의한 밀착성을 테스트한 결과 기준 이상의 도막 부착안정성이 확인되었다.
Claims (1)
- 보수 보강면 레벨링 단계와, 균열확인 및 균열보수 단계와, 기저층 형성단계와, 메쉬 스프레드 단계와, 운모가루 스프레이 단계와, 결속층 형성 단계 및 표면층 도포 형성단계로 이루어진 급경 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법에 있어서;
상기 보수 보강면 레벨링 단계는 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 그라이더나 숏블라스트를 이용하여 평평하게 처리하는 단계이고;
상기 균열확인 및 균열보수 단계는 보수 보강면에 균열이 있는지를 눈으로 확인하는 균열확인과정과, 확인된 보수 보강면에 녹이 있는지 확인하고 녹이 있는 경우 녹을 제거하는 녹제거과정과, 녹이 제거된 면을 방청제로 방청하는 방청과정과, 방청이 완료된 보수 보강면에 균열이 있는 경우 균열보수제로 균열을 보수하는 균열보수과정을 포함하며;
상기 기저층 형성단계는 고로 슬래그 분말 5중량%와, 산화규소(SiO2) 5중량%와, 폴리프로필렌 필라멘트를 5mm의 길이로 자른 폴리머 수지 3중량%와, 실리카 퓸(Silica Fume) 1.5중량%와, 실리콘유 1.5중량%와, 안티몬주석 산화물(Antimony-doped Tin Oxide:ATO) 4중량%와, 이소헥사데칸 4중량%와, 스테아릭애시드 1.5중량%와, 크레실 글리시드 에테르 1.5중량%와, 모래 10중량%와, 포틀랜트 시멘트 20중량% 및 나머지 물로 이루어진 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 보수 보강면에 일정두께로 도포 시공하는 단계이고;
상기 메쉬 스프레드 단계는 폴리프로필렌 필라멘트로 직조된 두께 0.1mm의 메쉬를 기저층 위에 까는 단계이며;
상기 운모가루 스프레이 단계는 스프레드된 메쉬의 공극상에 운모가루를 뿌려 후술되는 결속층과 기저층이 일종의 쐐기 결합이 되도록 유도하여 고정안정성을 높이는 단계이고;
상기 결속층 형성단계는 폴리프로필렌수지와 수산화알루미늄을 포함하는 결속제는 스프레이하여 운모가루가 날리지 않고 완전히 고착시키면서 표면 레벨링을 유도하는 단계이며;
상기 표면층 도포 형성단계는 보수 보강면의 표면 마무리 및 균질화와 내부층 보호를 위해 액화무수암모니아 5중량%와, 탄산칼슘 1.5중량%와, 디아릴프탈레이트 10중량%와, 폴리프로필렌수지 15중량%와, 시클로펜타디엔으로 개질된 유황액 10중량% 및 나머지 에폭시수지로 이루어진 표면처리제로 도포하는 단계;인 것을 특징으로 하는 급경 고강도 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강과 단열 방법.
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