KR102090167B1 - 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식 기능의 친환경 표면보호공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식 기능의 친환경 표면보호공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 및 강구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식 기능의 친환경 표면보호공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성 고분자 복합 소재를 이용하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성이 우수하고 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지할 수 있고, 방수 기능이 탁월한 친환경 표면 보호 공법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식 기능의 친환경 표면보호공법{Environmentally-friendly surface protection layer formation method for enhanced durability, preventing salt damage of concrete structure having neutralization, waterproofing, and anticorrosion}
본 발명은 콘크리트 및 강구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식 기능의 친환경 표면보호공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성 고분자 복합 소재를 이용하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성이 우수하고 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지할 수 있고, 방수 기능이 탁월한 친환경 표면 보호 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 비, 바람, 눈, 일조 등과 같은 다양한 기상 환경에 따라 가혹한 물리적 작용, 화학적 침식 작용 및 물리 화학적인 상승작용을 동시에 받는 경우 구조물이 심하게 손상되어 내구성이 크게 저하되고, 구조체로서의 역할을 상실됨에 따라 이에 대한 대책 마련이 시급하다.
또한, 강 구조물도 가혹해지는 환경조건에 대한 피해는 더욱 심각하다. 건설 분야에서 교량, 고가 도로, 철골 구조물 등에 널리 사용되는 철은 유한 지구 자원일 뿐만 아니라 부식이라는 숙명적인 결함을 가지고 있다.
강재 부식을 촉진시키는 주된 영향 인자는, 환경적인 요인으로서 대기 중의 오염 물질인 아황산가스(SO2), 황화수소(H2S), 해염 입자, 기상 인자인 온도 및 습도는 일반적으로 부식을 촉진시킨다.
강 구조물의 외부 환경적 요인에 의한 부식을 방지하는 방법으로서, 도장 공법이 지속적으로 개발 및 발전하였으나, 아직도 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 보다 친환경적인 도장 공법에 대한 기술 개발이 절실하다.
한편, 최근 건설 기술의 발달로 인하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물이 점차 대형화 및 고층화되고 있다. 이는 바로 구조물 자체의 기능과 함께 주변 환경과의 조화 및 미관을 중시하는 경향이 늘어가고 있다는 증거이다. 이러한 구조물은 다양한 외부 요인에 의해 표면이 쉽게 오염되어 외관이 손상되거나 파손되기도 한다. 특히 도심의 구조물은 대기 중의 미세먼지, 각종 유기물, 산성비 등에 의해 표면의 오염이나 파손이 빈번하게 나타난다. 이로 인하여 표면을 청결하게 하여 도시환경을 유지하지 위해 각종 약품이나 세제를 이용하여 구조물의 외벽을 세척하고 있다. 그런데, 종래의 이러한 세척 작업은 각종 약품이나 세제를 이용하고 있으므로, 그 횟수를 거듭할수록 오히려 구조물 표면의 손상을 초래하게 된다는 문제점이 발생하였다. 뿐만 아니라, 환경 피해의 주원인으로 규명되어 더 이상 효과적인 각종 약품이나 세제를 이용한 세척이 어려운 실정이다.
상기한 구조물이 가지는 환경적 중요성을 유지하기 위한 오염 방지 및 세척성 있는 구조물 마감 방법에 관심이 집중되었고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 오염 자체를 미연에 방지하는 기능을 갖춘 도장재를 콘크리트 표면에 시공하는 방법이 제안되었다. 이러한 도장재로는 에폭시계, 우레탄계, 비닐에스테르계, 불소 수지계, 아크릴 고무계 등을 이용한다.
그런데 상술한 도장재 중 에폭시계 및 우레탄계 도장재를 이용하면, 산성비, 오염된 대기, 탄산가스, 이황산 가스, 염해 등과 같은 외부조건에 대응하기에는 그 기능이 만족할만한 수준에 도달하지 못한다. 또한 최근에는 알루미늄 금속분과 우레탄 수지를 접착제로 한 금속 탄성 탄성 피막 접착 공법과 여러 기능을 이용한 도막 공법 등이 시도되고 있으나 시공성 및 환경적 측면에서 만족한 만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.
또한, 에폭시계, 비닐에스테르계, 불소수지계, 아크릴고무계 등은 유기계 도료이기 때문에 초기 콘크리트 구조물과의 접착강도는 우수하지만 열팽창계수나 건조, 수축 등의 변형 특성이 콘크리트와 큰 차이를 나타내어 장기적으로는 콘크리트 구조물과의 계면에서 탄성 피막이 탈락이 발생하게 되고 이로 인해 접착강도가 저하되는 단점을 가지고 있다. 이들 도료는 시공 전 콘크리트의 완벽한 표면처리가 되지 않을 경우 콘크리트와의 접착강도가 급격히 저하되며, 바탕 콘크리트의 수분상태에 의해서도 접착강도가 급격히 변화되는 특성을 나타낸다. 또한 이들 도료 재료는 시공시 각각 성능이 다른 도료를 사용하여 상도, 중도 및 하도의 3단계로 도막을 실시하기 때문에 시공이 어려울 뿐만 아니라 3단계 도료 중 어느 한 단계의 도막에 하자가 발생하면, 전체 성능이 큰 영향을 미치고 따라서 장기적인 내구성 확보가 곤란하게 된다. 특히, 일반 도료 특성상 부착력이 강한 도료는 유연성이 상대적으로 낮아 콘크리트 구조물에 자연적으로 생기는 미세 균열에도 도막이 쉽게 손상을 입으며, 기후 등의 외부 환경변화에 대한 구조체 거동과의 일체성이 없어 도막의 내구성이 현저히 저하되게 된다. 반면에 유연성이 있는 도료는 방수성 등은 좋으나 부착력이 떨어져 제 기능을 충분히 발휘하지 못한다는 단점을 갖고 있다.
이에, 탄성 고분자 복합 소재를 이용한 친환경 보호공법 특허가 있으나, 기존 친환경 보호공법 특허는 탄성 피막을 2단계에 거쳐서 수행하기 때문에, 시공 시간이 길어지고 이에 따라 인건비 등이 상승하는 문제가 있었다.
한국 특허등록공보 제10-0757104호 (공고일 2007.09.03) 한국 특허등록공보 제10-0454409호 (공고일 2004.10.15)
본 발명은 기존 본 출원인의 특허기술인 KR 등록특허번호 10-0757104호의 표면보호공법에 사용되는 탄성 피막제 및 열화 방지막제의 조성 및 조성비를 개량함으로써, 2차에 걸쳐 형성시키던 탄성 피막 형성 공정을 1차로 공정만으로도 기존 표면보호공법과 동일 내지 이상의 효과를 가지는 표면보호공법을 제공함으로써, 경제성, 시공성을 크게 향상시킨 콘크리트 및 강구조물의 표면보호공법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법은 (a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면 처리 단계; (b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계; (c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계; (d) 상기 (c) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 표면 상에 세라믹 수지를 포함하는 프라이머 수지로 프라이머층을 형성하는 단계; (e) 상기 프라이머층 상부에, 탄성 피막 형성 수지를 도장하여 탄성 피막층을 형성하는 단계; (f) 1차 양생 단계; (g) 양생된 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 표면에 열화 방지막 수지를 도장하여 열화 방지막층을 형성하는 단계; 및 (h) 2차 양생하는 단계를 포함하는 공정을 수행한다.
발명의 공법에 따르면, 탄성 피막과 열화방지막 사이에 별도의 중간층을 형성하지 않고서도 열화방지막을 형성하여도 탄성 피막의 손상이 거의 없고, 열화방지막의 형성으로 오염 방지 및 UV를 효율적으로 차단할 수 있어 투광도, 환경성 및 친수성이 우수하고, 오존, 대기중 각종 오염물질 분해기능이 우수하여 내오염성이 우수하고, 유리, 투명 아크릴, 폴리카보네이트의 투시력이 우수하고, 항균성 및 친수성이 탁월하여 자정 기능이 매우 우수하여 수명이 반영구적이다. 또한, 기존 표면보호공법에서 탄성 피막 형성 공정을 2단계로 수행하던 것을 1단계의 공정으로 수행할 수 있는 바, 작업성이 간편하여 시공비 및 공사 기간을 대폭 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법 개략적인 공정도를 나타낸 것이다.
종래 기술에 따른 콘트리트 구조물 및 강 구조물에 있어서 에폭시계, 우레탄계, 비닐에스테르계, 불소 수지계, 또는 아크릴 고무계 도장재를 이용한 방법을 공법적인 측면에서 검토해 보면, 경화 시간 등으로 시공에 장시간 소요되고 공정 자체가 복잡할 뿐만 아니라 불필요한 재료의 사용으로 인해 시공과정에서의 시공오차 발생 등의 문제점을 개선할 필요가 있다. 또한 종래 기술에 따른 콘트리트 구조물 및 강 구조물에 있어서 에폭시계, 우레탄계, 비닐에스테르계, 불소 수지계, 또는 아크릴 고무계 도장재를 이용한 방법을 경제적인 측면에서 검토해 보면, 복잡한 공정을 단순화하여 시공의 편의성을 증대시키고, 공정 수 증대로 인한 시공오차 발생 요인을 감소시킬 수 있도록 공정을 단순화시켜 불필요한 재료의 사용을 줄이고 공사기간을 단축시킴으로 인해 전체적인 경비를 절감시키는 것이 요구된다. 또한 기존 공법을 환경적인 측면에서 살펴 보면, 사용자(이용시민 및 주위환경)의 개념의 공법이라고 보기 보다는 피도물(대상 구조물) 개념의 공법이 주류를 이루는 실정이다. 그 효과 및 성능에 치우친 나머지 주위 환경과의 조화, 이용시민의 측면에서는 다소 부족한 실적이다. 그 실례로 페인트 도장 과정에서 발생하는 휘발성 유기화합물 (VOC)의 발생으로 대기오염의 주범이라는 불명예를 갖고 있다. 특히, 페인트에서 사용과정에서 우리나라 전체 VOC의 40% 가량이 배출되는 등 그 배출 기여율이 매우 높을 뿐 아니라, 배출되는 VOC가 사람의 호흡기를 자극하고 신경계에 장애를 유발하는 등 건강상 해롭기 때문에 이를 줄이기 위한 정부와 기업의 저감노력이 더욱 절실한 상황이다. 특히, 기업과 정부가 국내 페인트 시장의 수요패턴을 친환경적으로 전환하기 위한 각종 프로그램을 함께 개발, 추진하고, 저 VOC 페인트 시장 확대를 위한 정책 추진을 병행하도록 하는 등 협약에서 정한 목표를 달성하기 위한 기업-정부의 파트너쉽을 강조하고 있는 실정에서 VOC 미발생 친환경적인 도막 공법의 개발은 절실한 실정이다. 또한, 도막공법이 적용되어 구조물의 성능을 개선된다고 하더라도 결과적으로는 이용 시민이 쾌적한 도심환경을 이루지 못했다면 그 도막(도장)목적을 달성하였다고 볼 수 없다. 또한, 그 도막(도장) 목적을 지속적으로 유지할 수 있는 유지관리 개념(오염방지성 및 세척용이성) 도입이 적극적으로 필요한 실정이다.
본 발명자의 기존 특허기술(한국 특허등록공보 제10-0757104호)인 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법은 상술한 점을 감안하여 열화방지막 형성용 조성물의 pH가 7 ~ 10 정도로 이를 사용하여 열화방지막을 형성하는 경우, 종래의 경우와 달리 열화방지막 하부에 형성된 막이 손상되지 않으므로 탄성피막(중도 피막)과 열화방지막(탑 피막)사이에 별도의 중간층을 형성하지 않아도 무방하다. 따라서 종래의 경우와 달리 작업성이 개선되고, 도료의 안전성과 안료 분산성을 저해하지 않고도 물의 함량을 낮추어 각종 구조물 표면에 도장시 단시간 내에 속경화가 이루어질 수 있는 공법을 통해 기존 공법 대비 시공비용 절감 및 공사 기간 단축 효과를 달성할 수 있는 콘크리트 구조물 및 강구조물의 내구성 증대 및 방식, 방수를 위한 표면 보호 공법을 제공하였다. 또한, 보호탄성 피막 형성시 친환경 소재를 사용하여 환경과 인체에 무해한 콘크리트 구조물 및 강 구조물 을 형성할 수 있고, 기계적 성능이 우수하여 구조물의 중성화, 염해, 방수, 방식 등과 같은 내구성이 매우 증대되었다.
본 발명자의 특허기술에 따른 기존 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법은 중도 피막인 탄성 피막 형성을 2단계의 공정을 통해서 수행하였는데, 기존 특허기술에 의해 수년간 시공 및 이를 개량하고자 노력한 결과, 하도 피막에 해당하는 프라이머 수지뿐만 아니라, 탄성 피막 형성 수지 및 열화 방지막 수지의 조성 및 조성비를 일부 변형, 개선하면 탄성 피막 형성 공정을 1단계로 수행하면서도, 기존 특허기술의 표면보호공법 보다 일부 월등한 효과를 알 수 있음을 알게 되었다(도 1 개략 공정도 참조).
이하, 본 발명의 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 콘크리트 및 강구조물의 친환경 표면보호공법은 (a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면 처리 단계; (b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계; (c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계; (d) 상기 (c) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 표면 상에 세라믹 수지를 포함하는 프라이머 수지로 프라이머층을 형성하는 단계; (e) 상기 프라이머층 상부에, 탄성 피막 형성 수지를 도장하여 탄성 피막층을 형성하는 단계; (f) 1차 양생 단계; (g) 양생된 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 표면에 열화 방지막 수지를 도장하여 열화 방지막층을 형성하는 단계; 및 (h) 2차 양생하는 단계를 포함하는 공정을 수행한다.
(a) 단계는 먼저 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 공정으로서, 표면처리 단계는 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 통상적인 샌드페이퍼 폴리싱 또는 그라인딩 등과 같은 다양한 표면처리 방법이 채택될 수 있다. 본 발명에서는 레이턴스 제거시 특히 습식 에어 그라인딩을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그라인더 작업시 분진 발생으로 인한 민원발생과 대기환경 문제를 미연에 예방할 수 있기 때문이다.
표면 처리 단계가 완료된 이후에는, 고압 살수기 등을 이용하여 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 고압 세척 단계인 (b) 단계를 수행한다. 이러한 고압 세척시 고압 세척기를 사용하는 데, 압력 범위는 200 ~ 300 bar인 것이 바람직하다.
고압 세척 이후에는 탄성 퍼티재를 도포하는 탄성 퍼티 과정을 실시하여 바탕을 만드는 바탕처리공정인 (c) 단계를 수행한다. 탄성 퍼티는 콘크리트, 강구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생시 탄성 퍼티제 즉 보수제를 사용하여 망상균열 혹은 미세 균열을 치유하고 초기 균열에 대응할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 프라이머층을 형성하는 (d)단계를 수행하며, 상기 프라이머층은 구조물의 재질에 상관없이 부착력이 탁월하며, 자연환경(고온과 냉온 싸이클 반복시)에서 발생되는 결로 및 습도, 수증기 등은 0.0004㎛의 다공구조의 홀(Hole)을 통하여 방출하고, 1.00 ~ 6.000㎛사이즈의 안개, 빗물 등은 침투를 차단하여 모재 보호 기능을 갖고 있어 열화, 중성화 과정의 내구력을 연장시킨다. 특히, 대기 중 각종 유해물질 및 가스 등에의 침입을 차단, 내산, 내알칼리, 내염수, 내열 등에 탁월한 기능이 부여된다.
(d) 단계에서 프라이머층 형성에 사용되는 프라이머 수지는 한국 특허등록공보 제10-0757104호에 개시된 세라믹 수지를 단독으로 사용할 수 있으나, 바람직하게는 탄성 피막층과의 접착력 향상 및 내화학적 향상을 위해서 스티렌-알킬아크릴레이트 코폴리머 수지 15 ~ 25 중량%, 세라믹 수지 35 ~ 50 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 수지를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 스티렌-알킬아크릴레이트 코폴리머 수지 18 ~ 23중량%, 세라믹 수지 37 ~ 45 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 프라이머 수지를 사용할 수 있다. 이때, 스티렌-알킬아크릴레이트 코폴리머 수지 함량이 15 중량% 미만이면 하도와 중도간 접착력 향상이 미진한 문제가 있을 수 있고, 25 중량%를 초과하는 것은 과량 사용이며 상대적으로 세라믹 수지 함량이 상대적으로 적게 되어 내화학성 향상 효과가 감소하고, 더 이상의 중도와의 접착력 증대도 없는 바, 비경제적이다.
그리고, 상기 세라믹 수지는 실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 30 ~ 45 중량부 및 물 120 ~ 180 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물을 포함할 수 있다.
다음으로, (e) 단계는 탄성 피막층을 형성시키는 단계로서, 상기 프라이머층 상부에, 탄성 피막 형성 수지를 도장하여 탄성 피막층을 형성시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 기존에는 유무기 복합 수지 및 상전이 기능 물질을 포함하는 1차 탄성 피막 형성용 조성물을 도장 및 건조하여 1차 탄성 피막을 형성하고, 이어서 상기 1차 탄성 피막 상부에 유무기 복합 수지, 상전이 기능 물질 및 정화 기능성 복합재를 포함하는 2차 탄성 피막 형성용 조성물을 도장 및 건조하여 2차 탄성 피막을 형성하였다. 이에 반해, 본 발명은 기존과는 다른 조성 및 조성비를 가지는 신규한 탄성 피막 형성 수지를 사용함으로써, 탄성 피막을 2단계가 아닌 1단계 공정으로 형성시킬 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 탄성 피막 형성 수지는 유무기 복합 수지, 수용성 라텍스, 상전이 기능 물질, 정화 기능성 복합재, 나일론 섬유, 수축 저감제 및 유기 용매를 포함한다.
상기 탄성 피막 형성 수지 성분 중 상기 유무기 복합 수지는 탄성 피막 형성 수지 전체 중량 중 35 ~ 45 중량%를, 바람직하게는 35 ~ 42 중량%를, 더욱 바람직하게는 38 ~ 42 중량%로 포함한다.
그리고, 상기 유무기 복합 수지는 세라믹 수지 20 ~ 25 중량%, 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지 40 ~ 50 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 10 ~ 20 중량% 및 잔량의 유기 용매를 혼합하여 제조한 것일 수 있으며, 바람직하게는 세라믹 수지 22 ~ 25 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지 40 ~ 45 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 아크릴 에멀젼 수지 12 ~ 16 중량% 및 잔량의 유기 용매를 혼합하여 제조한 것일 수 있다.
상기 유무기 복합 수지 성분 중 상기 세라믹 수지는 실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 400 ~ 550 중량부 및 물 120 ~ 180 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물일 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 420 ~ 500 중량부 및 물 140 ~ 170 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물일 수 있다.
유무기 복합 수지 성분 중 상기 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019068174303-pat00001
화학식 1에 있어서, 상기 R1은 수소원자, C1~C3의 직쇄형 알킬기 또는 C3~C5의 분쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 R1은 수소원자, 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이다. 그리고, 화학식 1의 상기 R2는 수소원자, C1~C3의 직쇄형 알킬기, C3~C5의 분쇄형 알킬기 또는
Figure 112019068174303-pat00002
이고, 바람직하게는 R2는 메틸기, 에틸기, 이소프로필기 또는
Figure 112019068174303-pat00003
이며, 더욱 바람직하게는 이소프로필기 또는
Figure 112019068174303-pat00004
이다. 그리고, 화학식 1의 상기 R3은 -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3 또는 -OCH2CH2CH2CH3이며, 바람직하게는 -OCH3, -OCH2CH3 또는 -OCH2CH2CH3이며, 더욱 바람직하게는 -OCH2CH3이다.
유무기 복합 수지 성분 중 상기 아크릴 에멀젼 수지는 하기 화학식 2로 표시되는 아크릴계 공중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019068174303-pat00005
화학식 2에 있어서, 상기 R1은 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이고, 바람직하게는 수소원자 또는 메틸기이다. 그리고, 화학식 2의 상기 R2 및 R3는 각각 독립적인 것으로서, 수소원자 또는 C1~C5의 직쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다. 또한, 화학식 2의 R4는 아세틸기 또는 디아세틸기이며, 바람직하게는 아세틸기이다. 그리고, a, b, c 및 d 각각은 독립적으로 1 ~ 50의 정수이며, 바람직하게는 a, b, c 및 d 각각은 독립적으로 5 ~ 20의 정수이다.
상기 유무기 복합 수지 성분 중 상기 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 이소부탄올, 초산메틸, 초산에틸, 초산 부틸, 아세톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 탄성 피막 형성 수지 성분 중 수용성 라텍스는 탄성력을 향상시키기 위해 사용하며, 탄성 피막 형성 수지 전체 중량% 중 2 ~ 5 중량%, 바람직하게는 3 ~ 4.5 중량%로 사용한다. 그리고, 상기 수용성 라텍스는 합성라텍스 고형분 55 ~ 60중량% 및 잔량의 물을 포함하며, 바람직하게는 합성라텍스 고형분 57 ~ 60중량% 및 잔량의 물을 포함한다.
상기 탄성 피막 형성 수지 성분 중 상기 상전이 기능 물질은 잠열 저장 기능(phase change heat storage)도 갖고 있는 물질로서, PEG(폴리에틸렌글리콜), 선형사슬알칸(CnH2n+2), 옥타테칸(Octadecane, C18H28), 헵타테칸(Heptadecane, C17H36), ZrC, 상전이 물질 함유 마이크로캡슐 등에서 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 물질은 25~35℃일때는 3~12℃ 흡수 저장하였다가 주변 온도가 22~23℃ 이하로 될 때 방열하여 모재를 보호하고 영하의 기온에서는 저장된 열을 방출하는 물질이다. 상전이 기능 물질의 함량은 탄성 피막 형성 수지 전체 중량 중2 ~ 5 중량%, 바람직하게는 3.5 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 상전이 기능 물질의 함량이 2 중량% 미만이면 요구 온도 22℃에서 차열 기능이 높고 5 중량%를 초과하면 요구온도22℃보다 저온이므로 바람직하지 못하다.
상기 탄성 피막 형성 수지 성분 중 정화 기능성 복합재는 주변 환경이 각종 오염된 상태 (대기, 수중침적, 비, 안개 등)에서 자정 기능을 갖는 귀양석, 게르마늄, 항균세라믹 등의 복합기능으로 정화 기능을 갖는 물질을 포함한다. 정화 기능성 복합재 함량은 탄성 피막 형성 수지 전체 중량 중4 ~ 7 중량%, 바람직하게는 5 ~ 6.5 중량%를 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 나일론 섬유는 보강섬유로서, 탄성 피막층의 기계적 강도 향상 및 크랙을 방지하는 역할을 한다. 이러한 나일론 섬유는 섬유장 5 ~ 10 mm인 것을 사용하는 것이 좋으며, 나일론 섬유의 섬유장이 5 mm 미만이면 그 길이가 너무 짧아서 기계적 강도향상이 미진할 수 있고, 섬유장이 10 mm를 초과하면 오히려 너무 길어서 나일론 섬유끼리 뭉쳐서 탄성 피막 형성 수지 내에 고르게 분산되지 않는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 나일론 섬유의 함량은 탄성 피막 형성 수지 전체 중량 중1~ 2중량%, 바람직하게는 1.2 ~ 1.8 중량%를 사용하는 것이 좋다.
상기 수축저감제는 도장된 탄성 피막 형성 수지가 양생될 때, 탄성 피막층이 급격하게 수축되는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 수축저감제로는 폴리옥시알킬렌 화합물을, 바람직하게는 폴리옥시(C3 ~ C5의 알킬렌)을 사용할 수 있다. 그리고, 수축저감제의 함량은 탄성 피막 형성 수지 전체 중량 중0.01 ~ 0.2 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%를 사용하는 것이 좋다.
상기 탄성 피막 형성 수지 성분 중 상기 유기 용매는 탄성 피막 형성 수지 성분 중 유무기 복합 수지가 잘 용해되면서, 수용성 라텍스, 상전이 기능 물질, 정화 기능성 복합재 등이 잘 혼화되는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 이소부탄올, 초산메틸, 초산에틸, 초산 부틸, 아세톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
탄성 피막 형성 수지는 상술한 성분 이외에 필러, 항균제, 안료, 호두껍질 파우더 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 첨가제 중 상기 필러로는 산화티탄(TiO2), 바륨계 필러, 지르코늄계 필러, 일라이트 필러 또는 그 혼합물을 사용할 수 있으며, 이러한 필러의 첨가에 의해서 충격 강도 및 내구성을 증대시킬 수 있다. 첨가제 중 상기 항균제는 콘크리트 구조물 및 강 구조물 계면 내부의 습기로 인하여 각종 미생물, 박테리아 및 곰팡이가 자생하게 되어 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 산화 및 노화 현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 합성 항균제, 천연 식물에서 추출한 항균제 등 다양한 것들이 사용될 수 있다. 첨가제 중 안료는 자외선에 의한 황변 및 노화 현상을 방지하는 기능을 수행하며, 다양한 종류의 무기계 안료가 사용될 수 있고, 예를 들어 TiO2계 및 Cr2O3계 안료 등이 사용될 수 있다. 첨가제 중 호두껍질 파우더는 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 내충격성 및 경도를 증대시키고, 엠보싱을 갖는 탄성 피막을 형성하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 미관을 양호하게 하기 위한 것으로서, 입자 크기는 400 메시 이상의 것을 사용할 수 있다.
(e) 단계의 탄성 피막층은 도막 두께는 160 ~ 220㎛, 바람직하게는 170 ~ 200㎛으로 형성시키는 것이 바람직하며, 상황에 따라서 동일한 방법으로 도포로 마감하며 구조물 외부에 미관을 중시하고 청결을 요하는 부분은 오염방지 코팅을 실시하여 교각, 교각난간, 철구조물 난간, 보도육교 등에 이용할 수 있다. 탄성 피막층은 우수한 접착력과 연성이 있는 고분자 바인더를 복합화 시켜 연신율을 향상시킴으로써 균열 추종성능을 부여하고 이로써 구조물에 자연적으로 발생하는 미세균열 보호 및 콘크리트 변형에 대한 적응성을 확보하고 철근 부식의 원인인 염화물 이온, 이산화탄소, 수분, 등의 화학적 침투에 대한 저항성 확보하고 오염방지 기능으로 구조물의 미관개선 및 유기물억제를 통하여 내구성 증진시킬 수 있다.
다음으로, (f)단계는 1차 양생 단계로서, 탄성 피막층이 온도, 하중, 충격 또는 오파손 등의 유해한 영향을 최소화하기 위한 것으로서, 양생 조건은, 15℃ ~ 25℃의 온도 및 50% ~ 70%의 상대 습도 하에서, 1일 ~ 2일 동안 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, (g) 단계는 양생된 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 표면에 열화 방지막 수지를 도장하여 열화 방지막층을 형성하는 단계이다.
상기 열화 방지막 수지는 유무기 복합 수지, 액상 무수규수나트륨, 전 파장 영역형 방사 재료, 원적외선 파장 영역형 방사 재료 및 유기용매를 포함하며, 바람직하게는 유무기 복합 수지 50 ~ 60 중량%, 액상 무수규수나트륨 5 ~ 10 중량%, 전 파장 영역형 방사 재료 5 ~ 10 중량%, 원적외선 파장 영역형 방사 재료 10 ~ 15 중량% 및 잔량의 유기용매를, 더욱 바람직하게는 유무기 복합 수지 52 ~ 58 중량%, 액상 무수규수나트륨 5 ~ 7 중량%, 전파장 영역형 방사 재료 6.5 ~ 9.0 중량%, 원적외선 파장 영역형 방사 재료 10 ~ 13.5 중량% 및 잔량의 유기용매를 포함할 수 있다.
열화 방지막 수지에 사용되는 상기 유무기 복합 수지는 탄성 피막 형성 수지 성분에 사용되는 유무기 복합 수지와 동일하다.
열화 방지막 수지 성분 중 상기 액상 무수규수나트륨은 열화 방지막에 방수, 방오 기능을 강화시키는 역할을 하며, 액상 무수규수나트륨은 메타 무수규산나트륨 70 ~ 90 중량%로 포함한다. 그리고, 상기 메타 무수규산나트륨은 규산 및 탄산염을 65 ~ 68 : 32 ~ 35 중량비로 포함한다. 이러한, 액상 무수규수나트륨은 메타 무수규수나트륨 함량이 매우 높은 것으로서, 규석 및 탄산나트륨을 혼합한 혼합물 및 미네랄 광물을 준비하는 1단계; 상기 혼합물을 용융시켜서 용융물을 얻는 2단계; 상기 용융물을 냉각시켜서 결정체를 수득한 후, 결정체를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 3단계; 및 상기 분쇄물 및 물을 혼합한 혼합용액을 용해로에 투입한 후, 분쇄물을 용해 및 냉각시키는 4단계를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것일 수 있다.
액상 무수규수나트륨 제조시, 1단계에서, 상기 혼합물은 규석 및 탄산나트륨을 1 : 1.30 ~ 1.55 중량비로, 바람직하게는 규석 및 탄산나트륨을 1 : 1.40 ~ 1.50 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 1.40 ~ 1.45 중량비로 포함할 수 있다.
액상 무수규수나트륨 제조시, 2단계에서, 상기 용융은 혼합광물을 호퍼(hopper)에 투입한 후, 피더(feeder)를 이용하여 전기로에 투입한 다음, 1,800℃ 이상의 열을, 바람직하게는 1,800℃ ~ 1,880℃의 열을, 더욱 바람직하게는 1,800℃ ~ 1,850℃의 열을 가하여 용융을 수행할 수 있다.
액상 무수규수나트륨 제조시, 4단계는 3단계에서 결정체를 분쇄시킨 분쇄물과 물을 혼합한 혼합용액 내에서 분쇄물을 용해시키는 공정으로서, 물 100 중량부에 대하여, 상기 분쇄물 20 ~ 30 중량부가 되도록, 바람직하게는 물 100 중량부에 대하여, 상기 분쇄물 20 ~ 25 중량부가 되도록 물과 분쇄물을 혼합하는 것이 좋다. 그리고, 4단계의 용해는 170℃ ~ 190℃ 및 1.5 ~ 3.2 kgf/cm2 하에서 3시간 ~ 5시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 175℃ ~ 185℃ 및 1.7 ~ 2.8 kgf/cm2 하에서 3시간 ~ 5시간 동안 수행할 수 있다.
열화 방지막 수지 성분 중 상기 전 파장 영역형 방사 재료는 이산화망간(MnO2), 산화크롬, 산화철 및 산화코발트(CoO) 중에서 선택된 1종 이상으로 포함할 수 있다.
그리고, 열화 방지막 수지 성분 중 상기 원적외선 파장 영역형 방사 재료는 지르코니아(ZrO2), 알루미나, 지르콘(ZrO2, SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.
원적외선 파장 영역형 방사 재료로서 이산화티탄이 사용되는 경우, 이산화티탄은 티타늄 원료; 증류수와 유기용매 중에서 선택된 하나 이상의 용매; 해교제; 및 Fe, Al, Si, Cu, Ni, Ge, Ba, Mn, Mg, Ag, Au, Cr, Zn 중 1개 이상의 금속;을 포함하는 조성물을 수열 합성기에서 가수분해 및 해교반응을 실시한 후, 조성물 내에서 이산화티탄의 함량을 3 ~ 30 중량%로 조절하여 이산화티탄졸(TiO2 Sol)을 형성하고, 이 졸 용액의 pH를 7 ~ 10로 조절하여 제조할 수 있다. 상기 이산화티탄졸은 고활성이면서 보관안정성이 매우 우수하여 6개월 이상 보관이 가능하다. 상기 티타늄 원료로는 티타늄알콕사이드, 티타늄클로라이트, 티타늄나레트레이드, 티타늄 슐레이드, 티타늄 아미노옥살레이트 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 해교제로는 트리메틸아민, 디메틸아민, 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민 및 트리에틸아민 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 수열합성기에서의 수열반응은 고열, 고압에서 비결정질을 결정화시키는 반응으로서, 100 ~ 250℃, 5 ~ 20기압, 반응시간은 2 ~ 10시간 범위에서 실시되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 이산화티탄졸에서 금속의 함량은 이산화티탄100 중량부를 기준으로 하여 0.1 ~ 5 중량부이고, 상기 이산화티탄졸에서 이산화티탄과 물의 혼합 몰비는 1:50 ~ 1:200이고, 상기 이산화티탄졸에서 이산화티탄과 해교제의 혼합 몰비는 1:0.1 ~ 1:3인 것이 바람직하다.
이산화티탄졸은 티타늄 입자 분산성이 균일하고, 저장안정성이 탁월하고 졸의 pH가 7~10로서 중성 또는 약알칼리로서, 이를 탄성 피막 상부에 바로 도장한다고 하더라도 이로 인한 손상이 없으므로 하도 코팅이 불필요하다. 그리고 열화방지막을 구성하는 원적외선 파장 영역형 방사 재료로서 이산화티탄을 사용하는 경우 상술한 제조공정에 따르면 이산화티탄 표면 상에 상술한 Fe, Al, Si, Cu, Ni, Ge, Ba, Mn, Mg, Ag, Au, Cr, Zn 중 1개 이상의 금속으로 된 코팅막이 형성되어 이러한 물질을 이용하여 열화방지막을 형성하는 경우 종래의 경우와 달리 열화방지막 하부에 존재하는 탄성 피막층 등이 손상되지 않는다. 만약 상기 산화티탄졸의 pH가 7 미만이면(알카리성) 피도물의 표면이 손상되고 10을 초과하면 이산화티탄졸이 산성이 되어 이를 이용한 막 형성시 그 하부막이 손상되므로 바람직하지 못하다.
열화 방지막 수지 성분 중 상기 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 이소부탄올, 초산메틸, 초산에틸, 초산 부틸, 아세톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 (g) 단계에서 열화방지막을 형성한 후, 2차 양생을 실시한다. 상기 2차 양생 공정의 양생 조건은, 15℃ ~ 25℃의 온도 및 50% ~ 70%의 상대 습도 하에서, 5일 ~ 7일 동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 공법에 따르면 탄성 피막과 열화방지막 사이에 별도의 중간층을 형성하지 않고서도 열화방지막을 형성하여 오염 방지 및 UV를 효율적으로 차단할 수 있어 투광도, 환경성 및 친수성이 우수하고, 오존, 대기중 각종 오염물질 분해기능이 우수하여 내오염성이 우수하고 유리, 투명 아크릴, 폴리카보네이트의 투시력이 우수하고, 항균성 및 친수성이 탁월하여 자정 기능이 매우 우수하여 수명이 반영구적일 뿐만 아니라 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있다.
재질의 표면에는 일반적으로 유기물이 붙어 있어 소수성을 띤다. 따라서 세척할 때 유기물을 제거하기 위해 세제를 사용하지 않으므로 세척이 잘 안 되는 경향이 있다. 그러나 본 발명의 공법에 의하여 형성된 열화방지막은 자외선을 받으면 표면에 오염된 유기물이 분해되어 제거되므로 친수성을 띠게 된다. 그리고 자정 능력이 높고 자외선을 차단하고 변형되지 않는다. 따라서 본 발명의공법에 따르면 구조물의 유지 보수 싸이클이 연장되고 구조물의 표면에 오염물질이 축적되는 것을 방어할 수 있는 친환경 기능을 갖게 되고 공사기간이 매우 단축된다.
본 발명의 공법은 그 적용 분야가 특별하게 제한되는 것은 아니며, 하수암거, 전력구, 통신구, 공동구, 지하철과 같은 지하구조물, 정수장, 하수종말처리장, 수영장, 저수시설, 수로암거/개거와 같은 수리구조물, 터널, 교량, 보도육교, 지하차도, 옹벽, 건축 구조물과 같은 일반구조물, 댐, 부두시설, 방파제, 해상강관, LNG 탱크/유류탱크, 산업 플랜트 시설과 같은 특수구조물 등에 사용된다
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예
준비예 1 : 공시체의 준비
10×10×40cm의 각주형 공시체를 표준으로 하고 공시체의 개수는 동일 시험에 <81> 대해 2개 이상으로 하였다. 공시체 제작은 KS F2403 (실험실에서 압축강도 및 휨강도 측정용 공시체를 제작하고 양생하는 방법)에 따라서 제작하였으며, 콘크리트의 다짐은 콘크리트 다짐봉 (직경 16mm, 길이 50cm의 환강) 또는 내부 진동기(붕형)를 사용하고, 다짐봉의 경우 각층별로 26회, 내부 진동기는 100 cm2 당 1회의 비율로 다졌다.
다짐이 끝난 공시체는 콘크리트가 경화될 때까지 수평인 장소에 놓아두었으며, 그 표면부를 판유리, 강판, 습포로 덮어 두어 공시체의 수분 증발을 방지하고, 몰드의 탈형은 콘크리트가 경화되었을 때 실시하되, 탈형 시기는 투입이 끝나고 나서 24시간 이상 48시간 이내로 하여 공시체를 제작하였다.
준비예 2 : 프라이머 수지 제조
(1) 세라믹 수지
실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 37 중량부 및 물 140 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물을 세라믹 수지로 준비하였다
(2) 프라이머 수지
스티렌-에틸아크릴레이트 코폴리머 수지 22.3 중량%, 상기 세라믹 수지 40.5 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 프라이머 수지를 제조하였다.
준비예 3-1 : 탄성 피막 형성 수지 제조
(1) 세라믹 수지 제조
실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 450 중량부 및 물 165 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물을 세라믹 수지로 준비하였다.
(2) 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지 제조
40.19 g (0.1625 mol)의 3-트리에톡시실릴프로필 이소시아네이트를 1000 ppm의 DBTDL의 존재 하에 약 24시간 동안 34.81 g (0.1625 mol, 214.22 MW)의 3-아크릴옥시-2-하이드록시-프로필 메타크릴레이트(AHPM)와 반응시킨 다음, 1.6 g (0.0075 mol)의 추가 AHPM을 첨가하고, 약 24시간 동안 더 반응시켜 생성물인 불투명한 백색 오일로서 수득하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112019068174303-pat00006
화학식 1-1에서 R1은 메틸기이고, R2는
Figure 112019068174303-pat00007
이며, R3은 - OCH2CH3이다.
(3) 유무기 복합 수지 제조
상기 세라믹 수지 23.5 중량%, 상기 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지 42 중량%, 하기 화학식 2-1로 표시되는 아크릴 에멀젼 수지 13.8 중량% 및 잔량의 유기용매(초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 1 : 0.5 중량비)를 혼합하여 유무기 복합 수지를 제조하였다.
[화학식 2-1]
Figure 112019068174303-pat00008
화학식 2-1에 있어서, 상기 R1은 메틸기이고, R2 및 R3는 메틸기이며, R4는 아세틸기이고, a, b, c 및 d 각각은 독립적으로 7 ~ 15의 정수이다.
(4) 수용성 라텍스 준비
합성라텍스 고형분 58.4 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 수용성 라텍스를 준비하였다.
(5) 상전이 기능 물질 준비
PEG 및 옥타테칸을 1 : 2.5 중량비로 혼합하여 상전이 기능 물질로 준비하였다.
(6) 탄성 피막 형성 수지 제조
상기 유무기 복합 수지 39.7 중량%, 상기 수용성 라텍스 3.4 중량%, 상기 상전이 기능 물질 4.2 중량%, 정화 기능성 복합재인 귀양석 5.7 중량%, 섬유장 5 ~ 10 mm인 나일론 섬유 1.4 중량%, 수축저감제인 폴리옥시프로필렌 0.1 중량% 및 잔량의 유기용제(에탄올, 초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 = 1 : 4 : 0.5 중량비)를 혼합하여 탄성 피막 형성 수지를 제조하였다.
준비예 3-2 : 탄성 피막 형성 수지 제조
상기 준비예 3-1과 동일한 유무기 복합 수지, 수용성 라텍스, 상전이 기능 물질, 정화 기능성 복합, 나일론 섬유, 수축저감제 및 유기용제를 사용하되, 유무기 복합 수지 41.7 중량%, 수용성 라텍스 3.1 중량%, 상전이 기능 물질 3.7 중량%, 정화 기능성 복합 6.4 중량%, 나일론 섬유 1.8 중량%, 수축저감제 0.1 중량% 및 잔량의 유기용제를 혼합하여 탄성 피막 형성 수지를 제조하였다.
준비예 4 : 열화 방지막 수지 제조
(1) 유무기 복합 수지
유무기 복합 수지는 준비예 3의 탄성 피막 형성 수지에 사용된 동일한 유무기 복합 수지를 준비하였다.
(2) 액상 무수규수나트륨
규석과 탄산나트륨을 1:1.42 중량비로 혼합하여 혼합물을 호퍼(hopoer)에 넣고, 피더(feeder)를 이용하여 전기로에 투입하여 혼합물을 용융시켰다. 이때, 용융 온도는 약 1800 ~ 1810℃였다. 용융물을 냉각시켜서 결정체를 수득한 후, 이를 분쇄하여 분쇄물을 얻었다. 다음으로, 물 100 중량부에 대하여, 상기 분쇄물 22 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조한 다음, 이를 용해로에 투입하였다. 그리고, 용해로가 온도 180 ~ 185℃ 및 압력 1.80 ~ 1.90 kgf/cm2이 되도록 한 후, 5시간 동안 분쇄물을 물에 용해시켜서 액상의 무수규수나트륨을 수득하였다.
액상의 무수규산염은 전체 중량 중 메타 무수규산나트륨 84 중량%, 잔량의 물 및 필수불가결한 불순물을 포함하였다. 그리고, 메타 무수규산나트륨은 규산 및 탄산염을 약 67 : 33 중량비로 포함한다.
(3) 원적외선 파장 영역형 방사 재료 준비
티타늄 테트라에톡사이드, 증류수, 해교제인 트리에틸아민, 금속을 함유하는 조성물을 수열 합성기에서 가수분해 및 해교 반응을 실시한 후, 조성물 내에서 이산화티탄의 함량을 약 20 중량%로 조절하여 이산화티탄졸(TiO2 Sol)을 형성하고, 이 졸 용액의 pH를 약 8로 조절하여 원적외선 파장 영역형 방사 재료 로 준비하였다.
(4) 열화 방지막 수지 제조
상기 유무기 복합 수지 55 중량%, 상기 액상 무수규수나트륨 5 중량%, 전 파장 영역형 방사 재료인 지르코니아 6.9 중량%, 상기 원적외선 파장 영역형 방사 재료인 11.3 중량% 및 잔량의 유기용매(에탄올, 초산에틸 및 메틸이소부틸케톤 = 1 : 4.5 : 1 중량비)를 혼합하여 열화 방지막 수지를 제조하였다.
실시예 1 : 표면보호공법 적용
준비예 1의 공시체 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하고, 고압 세척 단계를 실시하였다. 그리고 나서 건조한 후, 건조된 공시체 상부에 준비예 2에서 제조한 프라이머 수지를 도포하여 프라이머층을 형성하였다.
다음으로, 프라이머층 상부에 준비예 3-1에서 제조한 탄성 피막 형성 수지를 도장하여 탄성 피막층(두께 약 188 ~ 190㎛)을 형성시킨 후, 20℃, 70%의 상대습도 하에서 24시간 동안 1차 양생을 실시하였다.
다음으로, 양생된 탄성 피막층 상부에 준비예 4에서 제조한 열화 방지막 수지 도장하여 열화 방지막층을 형성한 후, 20℃, 70%의 상대습도 하에서 5일간 2차 양생을 실시하여, 표면보호공법을 통해 공시체 상부에 프라이머층-탄성 피막층-열화방지막층이 차례대로 형성시켰다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄성 피막층 형성시, 준비예 3-1의 탄성 피막 형성 수지 대신 준비예 3-2의 탄성 피막 형성 수지를 사용하였다.
비교예 1
한국 특허등록공보 제10-0757104호에 개시된 방법과 동일한 방법으로 준비예 1의 공시체에 표면보호공법을 수행하여, 공시체 상부에 프라이머층-1차 탄성 피막층-2차 탄성 피막층-열화방지막층이 차례대로 형성시켰다.
구체적으로 프라이머 수지로는 준비예 2의 세라믹 수지를 단독으로 사용하였으며, 1차 탄성 피막층 형성용 수지는 세라믹 수지 12.5 중량부, 아크릴 수지 12.5 중량부, 우레탄 수지 25 중량부, 상전이 물질 7 중량부로 구성된 것을 사용하였으며, 2차 탄성 피막층 형성용 수지는 세라믹 수지 12.5 중량부, 아크릴 수지 12.5 중량부, 우레탄 수지 25 중량부, 상전이 물질인 6.5 중량부, 정화 기능성 복합재인 귀양석 7 중량부로 구성된 것을 사용하였다. 그리고, 열화방지막 형성용 조성물은 유무기 복합 수지인 세라믹 수지 13 중량부, 아크릴 수지 12 중량부, 우레탄 수지 25 중량부, 전 파장 영역형 방사 재료인 이산화망간 7 중량부 및 원적외선 파장 영역형 방사 재료인 산화티타늄졸 6 중량부를 혼합하여 제조한 것을 사용하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 프라이머 수지로서, 준비예 2의 세라믹 수지를 단독으로 사용하였다.
실험예 : 물성 측정
상기 실시예 1, 비교예 1 ~ 비교예 2의 표면보호공법을 수행한 공시체의 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었으며, 측정방법은 하기 표 1과 같다.
시험항목 시험방법
중성화 촉진 KS F 4986
염수분무
200시간		 KS D 9502
촉진내후성 (300시간) KS M 5000
자외선 차단율 JISA 5759
음용수 용출46개항목 먹는물 수질 공정시험법
(환경부고시 제2004-188호)
부착강도
(N/mm2)		 표준양생 후 KS F 4986
촉진내후성 후
온냉 반복 후
내알칼리성 후
내염수성 후
도막형성
겉모양		 표준양생 후 KS F 4986
촉진내후성 후
온냉 반복 후
내알칼리성 후
내염수성 후
내약품성(황산,염산, 수산화나트륨) KS M ISO2812
내굴곡성 KS M 5000
내투수성 KS F 4986
내충격성 KS D 6711
내오염성 주택공사 전문 시방
백화저항성 KS M 5000M
염화물이온 침투저항성 KS F 4986
투습도 KS F 4986
VAC ASTM D 3257
VOC KS M ISO 11880
납, 카드뮴, 6가크롬, 수은 검출 여부 KS M ISO 3856
시험항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
중성화 촉진 0 mm 0 mm 0 mm 0 mm
염수분무
200시간		 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 (300시간) 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
자외선 차단율 99.656% 99.656% 99.795% 99.674%
음용수 용출46개항목 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
부착강도
(N/mm2)		 표준양생 후 4.5 5.7 1.9 1.3
촉진내후성 후 29 31 17 14
온냉 반복 후 26 28 15 14
내알칼리성 후 22 25 16 17
내염수성 후 23 25 15 12
도막형성
겉모양		 표준양생 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
온냉 반복 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내염수성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내약품성(황산,염산, 수산화나트륨) 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내굴곡성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음 투수되지 않음
내충격성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내오염성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
백화저항성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
염화물이온 침투저항성 135 131 120 102
투습도 1.1 1.2 1.3 1.1
VAC 0.02 0.03 0.04 0.02
VOC 185 193 231 187
납, 카드뮴, 6가크롬, 수은 검출 여부 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
상기 표 1의 실험결과를 살펴보면, 1차 및 2차 탄성 피막층 형성 공정을 수행한 비교예 1과 비교할 때, 1회의 탄성 피막층을 형성한 실시예 1 ~ 2를 비교예 1과 비교할 때, 대부분의 물성이 거의 대응하며, 염화물 이온 침투 저항성은 비교예 1 보다 오히려 우수한 결과를 보였으며, 특히 부착력이 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 그리고, 비교예 2의 경우, 부착강도가 실시예 1과 비교할 때, 크게 감소하는 문제가 있었고, 오히려 비교예 1 보다도 좋지 않은 결과를 보였다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. (a) 콘크리트 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면 처리 단계;
    (b) 콘크리트 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계;
    (c) 상기 결과물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계;
    (d) 상기 (c) 단계가 완료된 콘크리트 구조물의 표면 상에 세라믹 수지를 포함하는 프라이머 수지로 프라이머층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 프라이머층 상부에, 탄성 피막 형성 수지를 도장하여 탄성 피막층을 형성하는 단계;
    (f) 1차 양생 단계;
    (g) 양생된 콘크리트 구조물의 표면에 열화 방지막 수지를 도장하여 열화 방지막층을 형성하는 단계; 및
    (h) 2차 양생하는 단계를 포함하며,
    상기 프라이머 수지는 스티렌-알킬아크릴레이트 코폴리머 수지 15 ~ 25 중량%, 세라믹 수지 35 ~ 50 중량% 및 잔량의 물을 포함하고,
    상기 탄성 피막 형성 수지는 유무기 복합 수지, 수용성 라텍스, 상전이 기능 물질, 정화 기능성 복합재, 나일론 섬유, 수축 저감제 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탄성 피막 형성 수지는 유무기 복합 수지 35 ~ 45 중량%, 수용성 라텍스 2 ~ 5 중량%, 상전이 기능 물질 2 ~ 5 중량%, 정화 기능성 복합재 4 ~ 7 중량%, 나일론 섬유 1 ~ 2 중량%, 수축 저감제 0.01 ~ 0.2 중량% 및 잔량의 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 열화 방지막 수지는 유무기 복합 수지, 액상 무수규수나트륨, 전 파장 영역형 방사 재료, 원적외선 파장 영역형 방사 재료 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 열화 방지막 수지는 유무기 복합 수지 50 ~ 60 중량%, 액상 무수규수나트륨 5 ~ 10 중량%, 전파장 영역형 방사 재료 5 ~ 10 중량%, 원적외선 파장 영역형 방사 재료 10 ~ 15 중량% 및 잔량의 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  7. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 유무기 복합 수지는 세라믹 수지 20 ~ 25 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 우레탄-(메타)아크릴레이트-실란 공중합체 수지 40 ~ 50 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 공중합체를 포함하는 아크릴 에멀젼 수지 10 ~ 20 중량% 및 잔량의 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법;
    [화학식 1]
    Figure 112019128674518-pat00009

    화학식 1에 있어서, 상기 R1은 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기 또는 C3~C5의 분쇄형 알킬기이며, 상기 R2는 수소원자, C1~C3의 직쇄형 알킬기, C3~C5의 분쇄형 알킬기 또는
    Figure 112019128674518-pat00010
    이고, 상기 R3은 -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2CH3 또는 -OCH2CH2CH2CH3이며,
    [화학식 2]
    Figure 112019128674518-pat00011

    화학식 2에 있어서, 상기 R1은 수소원자 또는 C1~C3의 직쇄형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적인 것으로서, 수소원자 또는 C1~C5의 직쇄형 알킬기이며, R4는 아세틸기 또는 디아세틸기이며, a, b, c 및 d 각각은 독립적으로 1 ~ 50의 정수이다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 세라믹 수지는 실리콘 테트라알콕사이드 100 중량부, 메타크릴산메틸 400 ~ 550 중량부 및 물 120 ~ 180 중량부의 혼합물을 중합반응을 시켜 얻은 중합물인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 액상 무수규수나트륨은 메타 무수규산나트륨 70 ~ 90 중량%로 포함하며,
    상기 메타 무수규산나트륨은 규산 및 탄산염을 65 ~ 68 : 32 ~ 35 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 전 파장 영역형 방사 재료는 이산화망간, 산화크롬, 산화철 및 산화코발트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 원적외선 파장 영역형 방사 재료는 지르코니아(ZrO2), 알루미나, 지르콘(ZrO2, SiO2) 및 이산화티탄(TiO2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 염해, 중성화 방지 및 방수, 방식을 위한 친환경 표면보호공법.
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