KR102134679B1 - 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물 및 공법 - Google Patents

철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물 및 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조물의 보수대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물에 관한 것이다.

Description

철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물 및 공법{Composition and method for corrosion prevention and cross-sectional and surface repair of reinforced concrete structures}
본 발명은 철근콘크리트 구조물에 있어 열화단면의 보수 시 범용화된 아크릴계, 에폭시계, 실리케이트계, 실록산계, 실란계, 알칼리계, 유기계, 무기계, 유무기복합계 및 변성계 등 기존 재료의 기능을 유지하면서도 미세균열 등에 침투성을 향상시키고, 부착력을 향상시키며, 내구성을 향상시키고, 표면의 내마모성 등을 향상시킬 수 있는 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물 및 공법에 관한 것이다.
기존의 범용화 된 침투제 기술로는 실리케이트계, 실록산계, 실란계, 변성계 및 복합계가 있으며, 단면보수 공법으로는 중성화 억제, 염해 억제 및 철근부식 억제 등 다양한 기능을 부여한 보수 모르타르를 사용한 단면보수 공법들이 있다.
기존 침투제의 경우 콘크리트 열화부의 알칼리 회복 기능과 안정적 철근 방청을 동시에 구현할 수 있는 기술은 전무하며, 수용성으로 알칼리물질 용출에 따른 백화문제와 콘크리트 내부로의 침투성을 확보한 제품은 전무한 실정이다. 또한, 기존에 습한 환경조건에서 시공되는 보수 모르타르의 경우 시공의 편의성을 확보하기위해 금속성 물질을 포함하고 있어 철근의 부식에 따른 추가적인 하자가 발생되는 문제점이 있다.
특히, 현재 국내의 경우 환경성 문제로 기존에 방청제의 원료로 사용되었던 아질산염의 사용이 제한적이므로 국내산 방청 보수몰탈은 전무한 실정이다.
아울러, 국내의 경우 건설시장이 성숙단계에 접어들어 30년을 초과한 노후 인프라시설이 2018년 서울기준 10%에 육박하고 있으며, 2015년 한국건설산업연구원의 자료에 따르면 서울시 주요공공시설의 성능수준 평가는 31.1%가 우수하지 않은 것으로 조사되었다. 이에 그동안 부족했던 유지관리비용을 점진적으로 늘리고 2018년 서울시 안전마스터 플랜을 공표하였으며, 노후 인프라 시설물에 대한 대대적 정비를 준비하고 있는 시점이다.
따라서, 향후 2차 보수 시 발생 될 수 있는 상기 문제점들을 개선하고 구조물의 열화 상태 및 환경에 따른 선택적 기능을 부여함과 동시에 시공의 간편화, 경제성 확보 및 안정적인 내구성을 확보할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 보수 재료 및 시공방법 개발의 필요성이 있다.
대한민국 특허등록 제1235641호
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 고성능 침투로 구조물 열화부 회복 가능범위를 확대하여 구조물 열화부 파취면적을 최소화 하고, 향후 2차 보수 시 재료의 이질성으로 발생될 수 있는 재보수 및 하자의 문제점들을 개선하며, 구조물의 열화 상태 및 환경에 덜 영향을 받아 적용성을 높일 수 있어 시공의 간편화, 경제성 확보 및 안정적인 내구성을 확보할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물 및 공법을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물(이하 "본 발명의 조성물"이라함)은, 구조물의 보수대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수층에 도포되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 단면보수 조성물에는 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 공법(이하 "본 발명의 공법"이라함)은, 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 구조물의 보수대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20); 상기 프라이머층에 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨을 포함하는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30); 상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 공법은 환경부 고시 유해물질이 사용되지 않아 환경 친화적이고, 산업부산물로서 폐기되는 자원을 재활용함으로써 경제적 효과를 높이는 동시에 침투성 확보, 안정적 방식성능 확보, 내구성 확보, 표면강화 성능 등이 발현될 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 조성물 및 공법이 적용된 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 구조물의 보수대상에 도포되어 프라이머층(1)을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 상기 프라이머층(1)에 타설되어 단면보수층(2)을 형성하며, 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프라이머 조성물에는 아크릴수지를 주제로 하여 첨가제가 포함되는데, 상기 첨가제에는 실록산(Siloxane), 아미노화합물(Amino Compound), 인산(Phosphoric Acid)이 포함되며, 아질산염(Nitrite)이 소량으로 더 포함될 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 실록산 100중량부에 대해, 아미노화합물 30 내지 80중량부, 인산 30 내지 60중량부, 아질산염 5 내지 15중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실록산은 시멘트 콘크리트 경화체 내부의 Micro Pore에 침투하여 시멘트 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘(Calcium Hydroxide)과 반응하여 Calcium Silicate Hydrate(C-S-H)를 형성함으로 시멘트 콘크리트 내부의 조직을 치밀하게 하고 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시키게 되는 것이다.
상기 프라이머 조성물에는 3개의 1차 알코올이 포함된 아미노화합물 및 인산을 포함하고, 물에 용해 시 알칼리 자유이온을 만드는 아질산염이 포함되도록 하는 것이다.
상기 단면보수 조성물은 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 상기 프라이머층(1)에 타설되어 단면보수층(2)을 형성하며, 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다.
시멘트 100중량부에 대해 첨가제 0.1 내지 3중량부가 포함되도록 하되, 상기 첨가제에는 수산화칼슘, 질산칼슘, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨이 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 첨가제에는 수산화칼슘 100중량부에 대해 질산칼슘 50 내지 150중량부, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨 20 내지 100중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수산화칼슘 및 상기 질산칼슘은 산업 부산물로서 순도 60~70% 수준이 적정하다. 상기 수산화칼슘 및 질산칼슘을 첨가하는 이유는 수화반응시 Calcium Silicate Hydrate(C-S-H) 형성을 배가시킴으로써 시멘트 콘크리트 내부의 조직을 치밀하게 하고 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시키기 위한 것이다.
에틸렌디아민테트라아세트산나트륨은 2가 및 3가의 금속이온과 안정한 수용성 킬레이트를 형성하는 안정화제로서 기능을 하는 것이다.
본 발명의 조성물에 의한 염화물 이온의 고정 메커니즘은 프라이머 조성물에 있어 아미노화합물 및 인산 유도체 말단의 알콜기인 OH-와 Cl-이 만나 R-NH-Cl 또는 R-PO-CL을 형성하게 되고 외부로 OH-이온을 방출하는 특성을 나타내어 부식부의 장벽 역할을 하여 부동태피막을 유지한다. 또한, 시멘트 내 C3A가 초기에 염화물을 흡착하였다가 탄산화가 진행되면서 해리상태가 되나 아미노화합물 유도체는 Cl-의 이온 친화력에 의해 고정화되어 안정된 상태이다. 특히, 단면보수 조성물에서 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨은 2가 및 3가의 금속이온과 안정한 수용성 킬레이트를 형성하고, 킬레이트성 방청피막을 형성시킴으로써 페이스트 내 철근의 부식 또는 녹의 용출을 막아주는 역할을 한다.
이에 더하여 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨에 있어 양이온(Na+)의 정전기적 반발력으로 콘크리트의 경화 전 물성(작업성)을 개선시키는 작용을 하게 되는 것이며, 아질산염이 물에 용해 시 알칼리 자유이온을 형성함에 의해 시멘트 중 C3A 및 C2S 물질의 수화에 기여함에 따라 콘크리트의 경화 후 물성(압축강도)을 개선시키는 작용을 하게 되는 것이다.
즉 본 발명의 조성물에 의해 부동태피막의 유지 및 염소이온의 고정화가 이루어지고 킬레이트성 방청피막이 더 형성되도록 하여 방청성을 배가시키도록 함과 동시에 경화전 및 후의 콘크리트의 물성도 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한 본 발명의 조성물에는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 상기 단면보수층(2)에 도포되어 표면층(3)을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게 폴리머수지 100중량부에 대해 실리카 20 내지 40중량부, 실란 1 내지 10중량부, 침투경화제 0.1 내지 1중량부, 실리카-유기병용수지 0.1 내지 3중량부를 포함하는 것이 타당하다.
이하에서는 실험 예에 의해 본 발명에 대해 설명한다.
<프라이머 조성물에 대한 시험>
프라이머 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 7중량부 이며, 사용량은 0.3 kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였으며, 각각의 실험결과가 하기 표 1에 도시되고 있다.
Figure 112020017653716-pat00001
<단면보수 조성물에 대한 시험>
Figure 112020017653716-pat00002
Figure 112020017653716-pat00003
<표면보호제 조성물에 대한 시험>
상기 표면보호제 조성물의 유효성분은 100중량부를 기준으로 80중량부로 제조하였으며, 사용량은 0.3kg/m2으로 적용하여 시료를 제작하였고, 각각의 실험결과가 하기 표 4에 도시되고 있다.
Figure 112020017653716-pat00004
한편 본 발명의 공법은 도 1 및 도 3에서 보는 바와 같이 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10); 구조물의 보수대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20); 상기 프라이머층에 수산화칼슘, 질산칼슘, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨을 포함하는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30); 상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);을 포함되는 것을 특징으로 한다.
도 1의 경우 (a)에서 도시되는 바와 같이 철근콘크리트 내부 철근 중 표면에 가까운 철근은 물론 더 깊은 심도의 철근까지 심각한 열화에 의한 부식발생이 예상되는 경우를 상정하는 것으로, 도 2의 경우 (a)에서 보는 바와 같이 철근콘크리트 내부 철근 중 표면에 가까운 철근의 피복두께 이상으로 열화 및 균열이 진행되었을 경우를 상정하는 것이고, 도 3의 경우 (a)에서 보는 바와 같이 철근콘크리트 표면의 열화 및 철근까지의 균열이 발생 되었을 경우를 상정한 것이다.
각각 도면에서 (b)에 도시하는 바와 같이 우선 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10)를 갖는다. 여기서 열화부위를 파취하고 청소하는 기술은 다양한 공지기술의 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.
그 다음으로 각각 도면에서 (c)에 도시하는 바와 같이 상기에서 언급한 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층(1)을 형성하는 단계(S20)를 갖는다.
그 다음으로 각각 도면에서 (d)에 도시하는 바와 같이 상기 프라이머층(1)에 상기에서 언급한 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층(2)을 형성하는 단계(S30)를 갖게 되며 그 다음으로 단면보수층(2)에 상기에서 언급한 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층(3)을 형성하는 단계(S40)를 갖게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.
1 : 프라이머층 2 : 단면보수층
3 : 표면층

Claims (4)

  1. 구조물의 보수대상에 도포되어 프라이머층을 형성하며, 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물; 및
    상기 프라이머층에 타설되어 단면보수층을 형성하며, 시멘트, 수산화칼슘, 질산칼슘 및 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨을 포함하는 단면보수 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 부식방지 및 단면보수를 위한 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단면보수층에 도포되어 표면층을 형성하며, 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 부식방지와 단면 및 표면보수를 위한 조성물.
  3. 삭제
  4. 구조물의 보수대상에 대해 열화부위를 파취하고 청소하는 단계(S10);
    구조물의 보수대상에 아크릴수지, 실록산, 아미노화합물, 인산, 아질산염을 포함하는 프라이머 조성물을 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S20);
    상기 프라이머층에 수산화칼슘, 질산칼슘, 에틸렌디아민테트라아세트산나트륨을 포함하는 단면보수 조성물을 타설하여 단면보수층을 형성하는 단계(S30); 및
    상기 단면보수층에 폴리머 수지, 실리카, 실란, 침투경화제, 실리카-유기병용수지를 포함하는 표면보호제 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 단계(S40);
    을 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 부식방지 및 단면보수를 위한 공법.
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