KR102108406B1

KR102108406B1 - 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 도장공법

Info

Publication number: KR102108406B1
Application number: KR1020190050492A
Authority: KR
Inventors: 조귀호; 박세영; 조동규
Original assignee: 조귀호; 주식회사 남호토건; 박세영
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-05-07

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 표면을 보호하면서 내부 강도를 증대시키는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 도장공법에 관한 것으로, 실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서, 수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 조성된다.

Description

무기계 나노세라믹 코팅재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 도장공법{Inorganic nano-ceramic composition and method of coating concrete structure using the same}

본 발명은 콘크리트 구조물의 표면을 보호하면서 내부 강도를 증대시키는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 도장공법에 관한 것이다.

콘크리트의 구조를 세밀하게 확대해보면, 골재들과 시멘트, 미세한 공기구멍과 모세관처럼 형성된 이들이 유기적으로 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 같은 구조는 콘크리트 내부로 물과 기타 화학적 혼합물이 유입될 수 있는 것이고, 이러한 물과 화학적 혼합물의 유입은 콘크리트가 손상될 수 있는 팽창압력을 생성하거나 산성반응 등을 일으켜 콘크리트의 상태를 악화시킬 수 있는 것이다.

콘크리트의 상태가 악화되는 현상을 막기 위해서는 공극과 모세관 형태의 구조로 이루어진 콘크리트의 내부로 화학적 혼합물 등이 유입되는 것을 막는 것이 가장 중요하다고 볼 수 있는데, 대부분의 콘크리트 표면에 얇은 막만을 형성하는 제품을 사용하고 있어서, 길게는 몇 달 짧게는 몇 주만에 닳아서 없어지게 되므로 유지보수 측면에서는 비효율적이다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결하고자 발수 형태를 취하는 제품들이 개발되어 시중에서 이미 판매되었으나, 시간이 경과함에 따라 그 효과가 미미해져 근본적인 해결책이 되지는 못하였다.

한편, 파손을 막고 견고한 콘크리트를 형성하기 위해서는 내부 밀도를 외부의 화학적 혼합물의 침투가 불가능한 구조로 매우 조밀하게 형성하면 되는데, 예를 들면 콘크리트의 내부를 매우 미세한 공극과 모세관 구조로 형성하거나 또는 영구적으로 미세한 공극과 모세관 구조를 메우고 막아 버리거나 또는 이 2가지 방법을 모두 사용하면 된다. 위와 같은 방법을 적용하기 위해서는 콘크리트 내부에 플라이 애쉬, 실리카퓸, 슬리그와 같은 이른바 시멘트 보조제를 첨가하는데, 시멘트 보조제의 첨가는 작은 공극구조와 함께 콘크리트의 밀도를 높이는 것으로서, 현실적으로는 공극을 없애거나 모세관이 없는 콘크리트를 만들지는 못하였다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 한국 등록특허 제10-0631485호에 '콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법'이 제안되었다.

위 기술은, (a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 단계; (b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계; (c) 상기 (b) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계; (d) 1차 양생 단계; (e) 상기 (d) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면상에 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 복합 수지를 포함하는 피막 형성 조성물을 2회 이상 반복 도장하는 단계; 및 (f) 2차 양생 단계로 이루어지는 것이다.

하지만, 위와 같은 기술은 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성은 증대시킬 수는 있었으나, 1회 도포시 일정량 이상의 도료를 콘크리트에 도포하더라도 표면에 흡수되는 양은 초기 도막시에 대부분 흡수되므로, 동일한 도료를 최소 2회 이상 도포해야 하고, 도료를 여러 번 도포하더라도 구도막이 형성되어 흡수량이 현저히 저하됨으로 인해 정확한 도포량으로 시공할 수 없을 뿐만 아니라, 황변 현상으로 인해 균일한 색상을 유지하기가 곤란하였다.

한국 등록특허 제10-0631485호(2006.09.27. 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법) 한국 등록특허 제10-1699490호(2017.01.18. 콘크리트 또는 철근 구조물의 친환경 표면도장 복합공법) 한국 등록특허 제10-0920245호(2009.09.28. 콘크리트 구조물의 표면 코팅방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단 1회 도포만으로도 콘크리트 구조물의 표면을 보호하면서 내부 강도를 증대시킬 수 있으며, 높은 내식성으로 황변현상을 방지할 수 있는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 도장공법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단 구성은,
실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서,
수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 조성되고,
상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 다공성 코팅재 입자는 2.5 - 45.0㎜ 입경을 형성하고,
상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 중공형의 코팅재 입자는 20 - 180㎛의 직경을 형성하는 것으로 이루어진다.

삭제

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물 도장공법에 있어서,

a) 콘크리트 표면을 전처리하는 단계;

b) 상기 a)단계의 전처리된 콘크리트 표면에 수용성 침투재를 도장하여 수용성 침투재층을 형성하는 단계;

c) 상기 b)단계의 수용성 침투재층을 평탄화하는 단계;

d) 상기 c)단계의 평탄화된 침투재층 표면에, 실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서, 수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 피막층을 형성하는 단계;

e) 상기 d)단계의 피막층을 건조시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무기계 나노세라믹 코팅재를 이용하여 콘크리트 구조물에 도장하게 되면,

첫째, 코팅재를 조성하는 각 물질들의 상보적 발현을 통하여 콘크리트의 표면과 내부의 강도를 증진시킬 수 있고,

둘째, 단 1회 도장만으로도 중도, 상도 등의 공정을 마감할 수 있어서 소요 공기를 단축할 수 있으며,

셋째, 산알칼리에 대한 내식력이 강화되어 황변 현상을 방지할 수 있고,

넷째, 콘크리트 내부조직이 치밀해져 방수능력이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물은,

실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서,

수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 조성된다.

상기 제1나노세라믹 코팅재를 구성하는 실리카 나노분말과 탄소분말은, 무기계 나노세라믹 코팅재에 대해 전도성을 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 콘크리트 구조물 내부로 전자와 정공의 확산을 도와 염소이온의 침투를 억제시키는 기능을 한다. 이때, 상기 실리카 나노분말과 탄소분말의 바람직한 혼합비율은 40-60:40-60wt%인데, 상기한 혼합비율을 벗어나게 되면, 염소이온의 침투를 억제하는 기능이 원활하게 작동되지 않아 결과적으로 내식성이 저하되는 문제점이 발생한다.

한편, 상기 제2나노세라믹 코팅재를 구성하는 물질 중, 수용성 고분자 수지 에멀젼은 수용성 고분자 수지가 물에 분산되어 있는 콜로이드로서 접착 특성을 나타낸다. 상기와 같은 특성을 나타내는 수용성 고분자 수지 에멀젼은 제2나노세라믹 코팅재 총 중량%에 대해서, 7.5 내지 62.0wt%가 함유됨이 바람직하다.

이때, 상기 수용성 고분자 수지 에멀젼이 7.5wt% 미만이면 타 물질과의 혼합이 되지 않아 상보적 발현 효과를 나타내기 어렵고, 62.0wt%를 초과하면 고체화가 빠르게 진행됨으로서 콘크리트 구조물의 표면 상 도포가 용이하게 이루어지지 않는다.

상기 산화티탄은 일종의 안료로서의 기능을 하는 것으로, 그 함량은 제2나노세라믹 코팅재 총 중량%에 대해 5.0 내지 10.0wt%가 바람직하다. 상기 산화티탄이 5.0wt% 미만 또는 10.0wt%를 초과하여 함유될 경우 물성이 저하됨과 동시에 안료로서의 기능을 발휘하지 못하게 된다.

상기 패각분말은 중금속 흡착능이 탁월한 물질로서, 본 발명에서는 콘크리트 구조물의 고강도화를 위해 함유된다. 이때, 상기 패각분말은 총 중량%에 대해 5.5 내지 10.0wt%를 함유됨이 바람직하다. 이는 상기 패각분말이 5.5wt% 미만이면 콘크리트 구조물의 강도를 증진시키는 효과가 미흡하고, 10.0wt%를 초과하면 과다한 첨가로 인해 물성이 저하되는 현상이 나타나기 때문이다.

상기 포졸란분말은 원적외선 및 음이온 방출 기능이 탁월한 물질로서, 계면활성 효과는 물론이고 항균, 탈취, 수질정화 등에도 우수한 효과를 나타낸다. 상기 포졸란분말은 총 중량%에 대해 3.5 내지 15.0wt%로 함유됨이 바람직한데, 이는 3.5wt% 미만이면 상술한 효과 중에서 계면활성 효과가 저하되고, 15.0wt%를 초과하면 계면활성 효과는 우수하나 필요 이상의 양이 첨가됨으로 인해 경제성이 낮아지기 때문이다.

상기 산화알루미늄은 강도가 매우 강하여 내충격성, 내마모성의 특성을 갖고 있으며, 부식방지는 물론 녹는점이 약 2050℃로서 내화성 물질이다. 따라서, 상기 산화알루미늄은 콘크리트 피막층의 내마모성 및 부식방지 기능을 증대시킬 수 있는 것이다. 상기 산화알루미늄은 총 중량%에 대해 10.0 내지 15.5wt%로 함유됨이 바람직하다. 상기 산화알루미늄이 10.0wt% 미만이면 내충격성과 내마모성의 특성이 나타나지 않으며, 15.5wt%를 초과하면 전체적인 물성을 저하시키게 된다.

상기 실리카흄은 농축 실리카흄 또는 마이크로실리카로도 명명하며, 유리질 실리카의 극히 작은 미립자로 구성된 광물질 혼화재이다. 실리카흄의 비표면적은 매우 크고, 통기성을 부여하는 기능을 갖고 있으며 콘크리트의 화학적 침투에 다양한 형태로 저항하여 내구성을 향상하는데 매우 효과적이다.

상술한 바와 같은 실리카흄은 총 중량%에 대해 1.5 내지 10.0wt%로 함유됨이 바람직한데, 그 이유는 1.5wt% 미만이면 상술한 바와 같은 실리카흄의 기능적 특징을 발휘하지 못하고, 10.0wt%를 초과하면 통기성 부여, 내구성 향상 등의 기능은 우수해지나 필요 이상으로 첨가되어 비경제적이기 때문이다.

상기 아연은 본 발명의 무기계 나노세라믹 코팅재가 도장된 피막층의 내해수성 및 내마모성 증진을 도모하며, 그 함량은 총 중량%에 대해 3.5 내지 10.0wt%로 함유됨이 바람직하다. 상기 아연이 3.5wt% 미만 또는 10.0wt%를 초과하여 함유될 경우 내해수성과 내마모성의 특성이 나타나지 않는다.

상기 산화마그네슘은 콘크리트 구조물에 안정성 부여와 균열 방지를 위한 목적으로 함유되는 물질로, 그 함량은 총 중량%에 대해 1.5 내지 10.5wt%가 바람직하다. 상기 산화마그네슘이 1.5wt% 미만 또는 10.5wt%를 초과하여 함유될 경우 안정성 부여, 균열 방지의 효과가 미미하다.

상기 플라이애쉬는 석탄이나 중유 등을 연소했을 때에 생성되는 미세한 입자의 재료로, 주성분은 실리카(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃) 및 유리질이며 구형에 가까운 입자로 알칼리성 활성제와 반응하여 상온에서 경화가 일어나는 물질이다.

상기 플라이애쉬는 제2나노세라믹 코팅재 총 중량%에 대해서, 7.5 내지 11.5wt%가 함유됨이 바람직한데, 이는 7.5wt% 미만이면 플라이애쉬의 성능을 발휘하기에는 미흡한 양이고, 11.5wt%를 초과하면 과다 사용으로 인해 원하는 물성을 얻기 곤란하기 때문이다.

상술한 바와 같은 조성을 갖는 제1나노세라믹 코팅재와 제2나노세라믹 코팅재는 상기 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서, 제2나노세라믹 코팅재 50 내지 200중량부가 함유됨이 바람직하다.
또한, 상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 다공성인 코팅재의 경우에는 그 입자가 2.5 - 45.0㎜ 입경을 형성함이 바람직하고, 상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 중공형의 코팅재인 경우에는 그 입자가 20 - 180㎛의 직경을 형성함이 바람직하다.

삭제

하기에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법에 대하여 각 단계별로 구분하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법은,

a) 콘크리트 표면을 전처리하는 단계;

c) 상기 b)단계의 수용성 침투재층을 평탄화하는 단계;

e) 상기 d)단계의 피막층을 건조시키는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 a)단계는, 콘크리트 표면을 전처리하는 단계로서, 상기 단계에서는 콘크리트 표면에 잔류된 수분, 이물질 등을 제거하여 후술할 수용성 침투재 및 무기계 나노세라믹 코팅재의 밀착성, 침투력 등을 높일 수 있도록 한다.

상기 a)단계의 일 구현예로서, 콘크리트 구조물의 표면층에 대한 균열상태와 누수 및 용수 부분을 보강하며, 상기 콘크리트 구조물의 표면층으로 수용성 침투재와 무기계 나노세라믹 코팅재의 침투가 용이하도록 상기 콘크리트 구조물의 표면 상의 유분, 염분, 수분, 먼지 등과 같은 이물질을 제거할 수 있다. 또한, 신축 콘크리트 구조물의 경우에는 콘크리트 표면이 완전히 경화된 상태가 되도록 하는게 바람직하다.

아울러, 콘크리트 구조물의 모체(피도물)에 깊이 박힌 못이나 철선 등은 파내어 모체와의 결합을 제거하고 보수하는 등, 후속 작업에 지장이 발생하지 않도록 하는게 바람직하다.

본 발명의 b)단계는, a)단계에서 전처리된 콘크리트 표면에 수용성 침투재를 도장하여 수용성 침투재층을 형성하는 단계로서, 상기 수용성 침투재는 물 45.0 내지 56.5wt%, 계면활성제 1.0 내지 10.0wt%, 규산염 42.5 내지 45.0wt%를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 수용성 침투재를 조성하는 물질 중, 규산염(silicate)은 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 반응하여 칼슘실리콘케이트수화물(CSH)을 생성하는데, 콘크리트 내부의 미수화 반응물인 수산화칼슘과 함께 반응하여 칼슘실리콘케이트수화물(CSH), 산화나트륨 및 물을 생성할 수 있다. 이때 발생된 상기 칼슘실리콘케이트수화물은 콘크리트의 공극과 모세관을 메우고, 조직이 치밀한 콘크리트를 강화시키며, 또한 상기 수용성 침투재를 조성하는 또 다른 물질인 계면활성제(surfactant)가 콘크리트 내부로 깊이 침투되도록 하여, 물 보다 더욱 깊이 침투할 수 있게 된다. 즉, 상기 계면활성제는 물 자체에 비해 콘크리트 내부로 더욱 깊이 들어갈 수 있도록 도와주는데, 그 침투 깊이는 콘크리트 내부 공극의 양에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

한편, 수용성 침투재를 조성하는 물은 총 중량%에 대해 45.0 내지 56.5wt%가 함유됨이 바람직하다. 가령 상기 물이 45.0wt% 미만이면 경화가 신속하게 이루어져 콘크리트 구조물 표면에 도장이 곤란해지며, 56.5wt%를 초과하면 물의 함량이 과다해져 규산염과 계면활성제의 기능 발휘가 현저히 저하될 수 있다.

상기 수용성 침투재를 조성하는 계면활성제는 총 중량%에 대해 1.0 내지 10.0wt%로 함유됨이 바람직하다. 이는 상기 계면활성제가 1.0wt% 미만이면 콘크리트의 강도 증가에 유의한 기능을 발휘하지 못하고, 10.0wt%를 초과하면 필요 이상으로 첨가되어 비경제적이기 때문이다.

상기 수용성 침투재를 조성하는 규산염은 총 중량%에 대해 42.5 내지 45.0wt%로 함유됨이 바람직하다. 상기 규산염이 42.5wt% 미만이면 구조적으로 화합물의 분자 배열이 불규칙성을 나타내게 되어 수밀성, 강도가 저하되고, 45.0wt%를 초과하면 규소의 양이온에 산소 원자가 매우 강하게 결합되고 거대 이온이 불안정한 상태로 변화하게 되어 안정성이 저하되게 된다.

상술한 바와 같은 물질들로 조성된 수용성 침투재는 콘크리트 구조물 표면에 0.1 내지 5.0㎜의 두께를 유지하면서 도장하는게 바람직하다. 이는 상기 수용성 침투재의 두께가 0.1㎜ 미만일 경우 콘크리트 구조물의 표면이나 공극에 효과적으로 습윤되지 못하여 부착력이 저하될 수 있고, 상기 수용성 침투재의 두께가 5.0㎜를 초과하면 강도 저하의 원인이 될 수 있기 때문이다.

본 발명의 c)단계는, b)단계의 수용성 침투재층을 평탄화하는 단계로서, 무기계 나노세라믹 코팅재의 도장이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 수용성 침투재가 도장된 부위에서 울퉁불퉁하거나 또는 굴곡진 부위 등을 이른바 평평하게 하는 평탄화 작업을 수행한다. 일 구현예로서, 상기 평탄화 작업은 빗자루나 밀대와 같은 도구를 이용하여 어느 한 곳이 고이지 않도록 넓게 펴주면서 실시할 수 있다.

본 발명의 d)단계는, c)단계의 평탄화된 침투재층 표면에, 실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서, 수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 피막층을 형성한다.

상기 d)단계에서 본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장함에 따라 코팅재의 특정기작에 의해 나노 크기의 졸 타입으로 전환되고, 상기 졸 타입으로 전환되는 과정에서 그 중심에 나노 크기의 중공형이 형성되는데, 상기 중공형에 의하여 콘크리트의 모체보다 외부 온도가 상승하게 되면 열을 흡수하고, 반대로 기온이 하강하게 되면 지니고 있는 열을 배출하는 메커니즘으로 콘크리트 구조물의 표면과 내부를 보호할 수 있는 것이다.

상기 d)단계에서는 이전 단계에서 형성된 수용성 침투재층의 표면 상에 본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 피막층을 형성하는데, 상기 무기계 나노세라믹 코팅재는 다공성 입자와 친수성 중공형의 입자를 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 상기 무기계 나노세라믹 코팅재의 다공성 입자는 2.5 내지 45.0㎚의 크기를 가질 수 있으며, 상기 무기계 나노세라믹 코팅재의 친수성 중공형의 입자는 20 내지 180㎛의 직경을 가질 수 있다.

상기 다공성 입자를 포함하는 무기계 나노세라믹 코팅재로 도장된 피막층은 콘크리트의 공극에 포함되어 있는 수분을 효과적으로 흡수하고 모체의 공극에 침투하여 기포 억제와 부착력 증대의 역할을 할 수 있는 것이다.

또한, 친수성 중공형의 입자를 포함하는 무기계 나노세라믹 코팅재로 도장된 피막층은 모체에서 흡수한 수분을 입자 내부의 중공 부위에 저장하고 있다가 수화반응을 일으켜 수분을 소비하게 되며, 또한 수용성 침투재층과의 부착력을 향상시켜 주는 역할을 할 수 있다.

상기한 바와 같은 무기계 나노세라믹 코팅재로 도장된 피막층은 0.05 내지 0.2㎜의 두께로 형성하는게 바람직한데, 이는 상기 피막층의 두께가 0.2㎜를 초과할 경우에는 수분의 이동과 배출이 어려워짐과 동시에 콘크리트 표면 및 모체의 강도 약화의 원인이 될 수 있으며, 상기 피막층의 두께가 0.05㎜ 미만일 경우에는 콘크리트 표면 및 모체의 강도를 일정하게 유지할 수 없고, 또 콘크리트의 표면이나 공극에 효과적으로 습윤되지 못하여 부착력이 저하될 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에 따른 추가 실시예로서, 상기 d)단계의 무기계 나노세라믹 코팅재는, pH조절제, 소포제, 분산제, 동결 방지제, 가소제, 방부제, 습윤제, 증점제 및 용제 중에서 적어도 어느 하나를 더 포함할 수도 있으며, 상업상 입수 가능한 것이라면 어떠한 것에 한정하지 않고 사용할 수 있다.

본 발명의 e)단계는, d)단계의 피막층을 건조시키는 단계로서, 일 구현예에 의하면, 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 형성된 피막층을 비 또는 수분으로부터 차단된 상태로 22 내지 24시간 건조시킬 수 있다. 상기 시간 범위 미만으로 건조시키게 되면 충분한 건조가 되지 않아 콘크리트 표면 및 모체를 강화하는 기능이 저하되거나 재시공을 요할 수 있으므로, 상기 피막층은 22 내지 24시간 동안 건조시키는게 바람직하다.

본 발명에 따른 추가 실시예로서, 상기 e)단계 이후에, 상기 피막층의 표면상에는 내산화성 및 내오존성을 부여하기 위해 상도층을 형성할 수도 있다. 상기 상도층은 옥외사용처 또는 내산화성 및 내오존성의 특성을 요구하는 용도로서, 상기 내산화성 및 내오존성의 특성을 충족하는 도료이면 어떠한 것이든 본 발명에 적용하여 사용할 수 있다.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예]

콘크리트 구조물 시험체를 양생한 후 7일간 침수하고 상온(약 25℃)에서 2시간 동안 건조시켜 함수율 약 40%의 시험체를 제작한 후, 표면의 전처리 공정을 시행하였다. 전처리된 시험체의 표면에 규산염 480g, 계면활성제 50g 및 물 500g을 혼합하여 조성된 수용성 침투재를 도장(두께 0.8㎜)하여 침투재층을 형성한 후, 도장 두께가 전체적으로 균일해지도록 평탄화 공정을 시행한 후 약 5시간 건조시켰다. 건조가 완료된 침투재층의 표면상에 실리카 나노분말 50중량%와 탄소분말 50중량%로 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100g과, 수용성 고분자 수지 에멀젼 47중량%, 산화티탄 8중량%, 패각분말 6중량%, 포졸란분말 10중량%, 산화알루미늄 12중량%, 실리카흄 3중량%, 아연 4중량%, 산화마그네슘 2중량%, 플라이애쉬 8중량%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 150g을 혼합하여 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 피막층을 형성한 후 약 24시간 동안 건조시켰다.

[실험예 1]

상기 실시예에서 본 발명의 공법으로 제조된 콘크리트 구조물 시험체의 성능을 시험하고자 내충격성, 부착성, 내마모성, 내식성, 내산성 및 내알칼리성에 대한 항목으로 구분하여 정해진 시험방법에 따라 시험을 진행하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

시험항목	시험조건	결과	시험방법
내충격성	지름 12.6㎜, 질량 500g의 공을 높이 60㎝에서 투하	이상없음	KS M ISO 6272-2:2013
부착성	KS 규격 테이프로 테스트	7MPa	KS M ISO 4624:2012
내마모성	CS 100, 1000g, 1000회	93㎎	ASTM D 4624-14
내식성(염수분무)	168시간	이상없음	KS D 9052:2009
내식성(염수건습)	8시간 염수 침지→16시간 건조, 7회 반복	이상없음	-
내산성	5% 염산, 120시간	이상없음	KS M ISO 2812-1:2012
내알칼리성	5% 가성소다, 60시간	이상없음	KS M ISO 2812-1:2012

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법은 내충격성, 부착성, 내마모성, 내식성(염수분무), 내식성(염수건습), 내산성, 내알칼리성 시험부문에서 모두 적합한 결과를 보임을 알 수 있다.

[실험예 2]

상기 실시예에서 본 발명의 공법으로 제조된 콘크리트 구조물 시험체를 실험군으로, 상기 실시예와 동일한 방법으로 콘크리트 구조물 시험체를 제작하되, 침투재층과 피막층을 형성하지 않은 시험체를 대조군으로 하여 염화이온 침투 저항성, 염화물 이온 침투 저항성 및 콘크리트의 촉진 부식에 대한 항목으로 구분하여 정해진 시험방법에 따라 시험을 진행하였고, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

시험항목		시험조건	결과	시험방법
염화이온(Cl^-) 침투 저항 성능	대조군	(20±2)℃, (50±5)% R.H.	7.9㎜	KS F 4930:2012
염화이온(Cl^-) 침투 저항 성능	실험군	(20±2)℃. (50±5)% R.H.	1.0㎜	KS F 4930:2012
염화물 이온 침투 저항 성능	대조군	(20±2)℃, (50±5)% R.H.	959 coulombs	KS F 2711:2002
염화물 이온 침투 저항 성능	실험군	(20±2)℃, (50±5)% R.H.	483 coulombs	KS F 2711:2002
철근 콘크리트의 촉진 부식 시험	대조군	(20±2)℃, (50±5)% R.H.	부식 발생	KS F 2599-1:2013
철근 콘크리트의 촉진 부식 시험	실험군	(20±2)℃, (50±5)% R.H.	부식이 발생하지 않음	KS F 2599-1:2013

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 염화이온 침투 저항 성능에서 실험군이 1.0mm, 대조군이 7.9mm의 침투력을 보임으로서, 염화이온 침투 저항 시험 부문에서 실험군이 우수함을 알 수 있고, 염화물 이온 침투 저항 성능에서는 실험군이 483coulombs, 대조군이 959coulombs로 보여, 염화물 이온 침투 저항능 또한 실험군이 우수함을 알 수 있다. 한편, 철근 콘크리트의 촉진 부식 시험에서는 실험군에서는 부식이 발생하지 않았으나, 대조군에서는 부식이 발생하였다.

상기한 실험결과를 종합해보면, 본 발명에 따른 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 도장공법은 염화이온에 대한 침투 저항 성능, 염화물 이온 침투에 대한 저항 성능이 우수함과 동시에 콘크리트의 부식을 방지하는데에 유의적 효과가 있음을 확인할 수 있다.

Claims

실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서,
수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 조성되고,
상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 다공성 코팅재 입자는 2.5 - 45.0㎜ 입경을 형성하고,
상기 제1나노세라믹 코팅재 및 제2나노세라믹 코팅재로 조성된 무기계 나노세라믹 코팅재에서 중공형의 코팅재 입자는 20 - 180㎛의 직경을 형성하는 것을 특징으로 하는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 조성물은,
pH조절제, 소포제, 분산제, 동결 방지제, 가소제, 방부제, 습윤제, 증점제 및 용제 중에서 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물.
a) 콘크리트 표면을 전처리하는 단계;
b) 상기 a)단계의 전처리된 콘크리트 표면에, 물 45.0 - 56.5wt%, 계면활성제 1.0 - 10.0wt%, 규산염 42.5 - 45.0wt%를 포함하여 형성된 수용성 침투재를 도장하여 수용성 침투재층을 형성하는 단계;
c) 상기 b)단계의 수용성 침투재층을 평탄화하는 단계;
d) 상기 c)단계의 평탄화된 침투재층 표면에, 실리카 나노분말(silica nano powder) 40.0 - 60.0wt%, 탄소분말(carbon powder) 40.0 - 60.0wt%를 포함하여 구성된 제1나노세라믹 코팅재 100중량부에 대해서, 수용성 고분자 수지 에멀젼 7.5 - 62.0wt%, 산화티탄 5.0 - 10.0wt%, 패각분말 5.5 - 10.0wt%, 포졸란분말 3.5 - 15.0wt%, 산화알루미늄 10.0 - 15.5wt%, 실리카흄 1.5 - 10.0wt%, 아연 3.5 - 10.0wt%, 산화마그네슘 1.5 - 10.5wt%, 플라이애쉬 7.5 - 11.5wt%를 포함하여 구성된 제2나노세라믹 코팅재 50 - 200중량부가 함유되어 형성된 무기계 나노세라믹 코팅재를 도장하여 두께가 0.05 - 0.2㎜인 피막층을 형성하는 단계;
e) 상기 d)단계의 피막층을 건조시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법.
삭제
제4 항에 있어서,
상기 e)단계 이후, 피막층 표면에 내산화성 및 내오존성을 위한 상도층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법.
제4 항에 있어서,
상기 d)단계의 무기계 나노세라믹 코팅재는,
pH조절제, 소포제, 분산제, 동결 방지제, 가소제, 방부제, 습윤제, 증점제 및 용제 중에서 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기계 나노세라믹 코팅재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 도장공법.
삭제