KR102189148B1 - 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 표면 보호 공법 Download PDF

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Abstract

본 실시예는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법을 제공하며, 상기 표면 보호 공법은 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하는 단계; 및 상기 콘크리트 바탕 조정재가 도포된 보수 대상 표면에 콘크리트 보호용 도막재를 도포하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 콘크리트 바탕 조정재는 시멘트 18~23 중량%, 고로슬래그 20~25 중량%, 규사 38~42 중량%, 탄산염 10~13 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어 3~5 중량%, 소듐벤조에이트(sodium benzoate) 1~3 중량%, 카프로락탐(caprolactam) 1~2 중량% 및 재분산 수지 0.5~2 중량%를 포함할 수 있고, 상기 콘크리트 보호용 도막재는 상기 콘크리트 보호용 도막재는 바이오 폴리올(natural oil polyols, NOPs) 9~12 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 33~38 중량%, 알칼리성 이산화탄소 흡수제 3~7 중량%, 개질 안료 12~15 중량%, 충진재 20~25 중량% 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI) 10~12 중량%를 포함할 수 있다.

Description

콘크리트 구조물의 표면 보호 공법{METHOD FOR PROTECTING SURFACE OF CONCRETE STRUCTURE}
본 발명은 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산, 황산염, 염화물 등의 다양한 콘크리트 열화 요인에 대하여 우수한 저항성을 발휘하여 콘크리트의 동결 융해, 열화 및 중성화를 최소화 또는 방지하고, 열화된 콘크리트를 효율적으로 보호 및 복구할 수 있으며, 결과적으로 콘크리트 구조물의 안정성 및 장기 내구성을 확보할 수 있는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물은 환경적인 다양한 요인에 의해 열화가 진행되어 안전성에 문제를 일으킬 수 있다. 콘크리트나 모르타르의 열화에 영향을 미치는 대표적인 인자로는 동결 융해, 산, 황산염, 이산화탄소, 물 등의 외부 요인을 들 수 있다.
동결 융해는 콘크리트나 모르타르가 저온과 고온의 환경에 반복적으로 노출되면서 동결과 융해를 반복하여 서서히 열화되는 현상을 나타내는 것이다. 콘크리트나 모르타르는 많은 모세관을 갖는 다공성 구조로 이루어져 수분 침투가 용이한 상태로, 온도가 낮아지면 기공 내부에 침투된 수분이 동결되어 부피가 팽창하게 되고, 온도가 높아지면 동결된 수분이 다시 녹게 된다. 이러한 동결 융해 과정이 반복되는 경우 콘크리트나 모르타르의 조직이 약화되어 손상이 발생하여, 내구성이 저하된다. 더욱이, 동결 융해 과정은 재료 자체의 팽창 및 수축에 의해 모세관 펌핑 현상을 일으켜 수분 함유량을 증가시키게 되고, 이에 따라 콘크리트나 모르타르를 열화시킨다.
다른 콘크리트 열화 인자인 물에 용해된 황산염이 콘크리트에 침투하게 되면, 콘크리트의 주결합재인 시멘트의 수화 반응에 의해 칼슘 이온과 황산염이 반응하여 이수석고(CaSO4·2H2O)를 생성하고, 이수석고는 수용성으로 용출되어 조직을 다공화시킨다. 또한, 황산염 이온과 알루민산 삼칼슘이 반응하면 에트링자이트(3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O)가 생성되어, 콘크리트가 화학적 및 미세구조적으로 반응하게 된다. 이에 따라 넓은 범위에 걸쳐 균열을 발생시키고, 구조적 팽창을 일으키며, 시멘트와 골재와의 접착력을 저하시켜, 총괄적으로 콘크리트의 강도 저하를 일으키게 된다.
철근 콘크리트에 있어서 철근과 접촉되는 부위의 알칼리 성분은 산화에 의한 철근의 녹 발생을 방지하는 보호층(passivation layer) 역할을 한다. 그러나, 콘크리트 타설 후 시간이 경과하게 되면, 이산화탄소가 콘크리트 내부에 서서히 침투하여 시멘트 수화물과 반응을 일으켜 실리카, 알루미나 및 산화철과 함께 방해석(calcite) 혼합물로 변환되면서, 콘크리트의 알칼리도 감소를 초래한다. 즉, 이산화탄소와 수분이 콘크리트에 침투하면 콘크리트 내부의 보호층 주변의 알칼리성 물질과 중성화 반응을 일으켜, 보호층을 불안정화시키고 손상시키게 한다. 이러한 중성화 반응은 초기에는 콘크리트 표면에서 발생하기 시작하여, 시간 경과에 따라, 콘크리트의 중성화된 부분과 알칼리성 영역 사이의 중간 부분에서 점착적으로 내부로 진행하게 된다. 보호층 파괴는 염화물과 같은 공격적인 화학 물질에 의해 더욱 가속화될 수 있다. 보호층이 손상되면 콘크리트 내 철근은 부식되어 녹이 발생하고 취약해진다. 특히, 상대 습도가 40% 이상이면 산화된 철근의 크기 증가로 인하여 콘크리트 매트릭스가 파손된다. 이러한 부식이 지속적으로 진행되면, 결국에는 철근 콘크리트로 이루어진 구조체가 설계 하중을 감당하기 어렵게 되어 구조체로서의 기능을 상실하게 된다.
이와 같이 다양한 콘크리트 열화 요인으로부터 콘크리트 구조물을 보호하기 위한 방법으로 콘크리트 보호용 도막재가 이용되고 있다. 한국산업규격 KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재에 관한 규정에 따르면, 콘크리트 보호용 도막재는 철근 콘크리트 구조물의 보호를 목적으로 콘크리트 표면에 도막을 형성하여 외부로부터 염화물, 이산화탄소 및 유해물질 등을 차단함으로써 철근 콘크리트의 성능 저하를 방지하는데 사용하는 것으로 명시되어 있다.
콘크리트 보호용 도막재를 이용하는 다양한 방법이 공지되어 있으며, 예를 들면, 특허문헌 1은 콘크리트 중성화, 염해방지 및 표면방식보수공법을 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 공법은 메틸메타크릴레이트(MMA), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EH), 아크릴산(AAc), 2-히드록시에틸 메타크릴산(2-HEMA)를 포함하는 모노머를 음이온계 반응성 유화제인 소듐도데실벤젠설포네이트(Sodium dodecylbenzene sulfonate; SDBS), 소듐폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르설페이트(Sodium polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate; SPAS), 비이온계 반응성 유화제인 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(Polyoxyethylene nonylphenyl ether; POENPE)로부터 선택되는 어느 하나의 반응성 유화제와 함께 유화중합시킨 중합조성물에 에틸렌비닐아세테이트(EVA)을 배합하여 조성되는 유기바인더와, 시멘트 및 규사7호사를 포함하여 조성되는 무기바인더가 혼합 조성된 콘크리트 부착강화제를 열화된 콘크리트 구조체에 도포하는 단계; 상기 도포된 콘크리트 부착강화제 상부에 보수몰탈을 타설 및 양생하는 단계; 상기 양생된 보수몰탈 상부에 물 80~100중량부와, 초미립 시멘트 : 비정질 칼슘알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate) 미분말 : 플라이애쉬의 조성중량비가 1:1:1로 혼합된 무기계 접착제 100중량부와, SBR 수지 100~150중량부와, 불투명 고분자수지(Opaque polymer) 20~100중량부와, 경질탄산칼슘이 표면에 코팅된 이산화티탄(TiO2) 복합체 수성현탁액 10~20중량부와, 각섬석 1~20중량부와, 발수제 1~10중량부를 포함하여 조성되는 무기계 콘크리트 표면방식재를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 특허문헌 2는 콘크리트의 중성화 및 열화 방지 공법을 개시하고 있으며, 구체적으로 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지와, 알루미나 또는 수산화 알루미늄, 조강용 시멘트와, 용제 및 기타성분을 포함하여 혼합된 주제 45 ~ 55중량부와, 폴리 아미드수지, 변성 아민수지, 변성 방향족 아민 수지와, 이산화 티탄과, 알미늄 실리케이트와, 물 및 기타성분을 포함하여 혼합된 경화제 45 ~ 55중량부를 혼합하여 된 하도재를 콘크리트 표면에 도포한 후; 아크릴 수지 또는 변성 아크릴 수지, 이산화 티탄, 폴리 에스테르 수지 또는 변성 폴리 에스테르 수지, 용제 및 기타성분을 포함하여 혼합된 주제 59.9 ~ 73.3 중량부와, 우레탄 수지 또는 변성 우레탄 수지와, 용제를 포함하여 혼합된 경화제 30 ~ 36.63 중량부를 혼합하여 된 상도재를 상기 하도재의 상면에 도포하는 것을 특징으로 한다.
다양한 열화 요인으로부터 콘크리트 구조물을 보호하고 중성화를 방지하기 위하여 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 방법을 포함하는 다양한 방법들이 제안되고 있으나, 더욱 효과적이고 효율적으로 콘크리트 구조물을 보호하기 위한 방법에 대한 요구는 여전히 존재하는 실정이다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-1954681호(2019.02.27.) 특허문헌 2: 대한민국 등록특허 제10-0475366호(2005.02.25.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산, 황산염, 염화물 등의 다양한 콘크리트 열화 요인에 대하여 우수한 저항성을 발휘하여 콘크리트의 동결 융해, 열화 및 중성화를 최소화 또는 방지하고, 열화된 콘크리트를 효율적으로 보호 및 복구할 수 있으며, 결과적으로 콘크리트 구조물의 안정성 및 장기 내구성을 확보할 수 있는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법을 제공하며, 상기 표면 보호 공법은 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하는 단계; 및 상기 콘크리트 바탕 조정재가 도포된 보수 대상 표면에 콘크리트 보호용 도막재를 도포하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 콘크리트 바탕 조정재는 시멘트 18~23 중량%, 고로슬래그 20~25 중량%, 규사 38~42 중량%, 탄산염 10~13 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어 3~5 중량%, 소듐벤조에이트(sodium benzoate) 1~3 중량%, 카프로락탐(caprolactam) 1~2 중량% 및 재분산 수지 0.5~2 중량%를 포함할 수 있고, 상기 콘크리트 보호용 도막재는 상기 콘크리트 보호용 도막재는 바이오 폴리올(natural oil polyols, NOPs) 9~12 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 33~38 중량%, 알칼리성 이산화탄소 흡수제 3~7 중량%, 개질 안료 12~15 중량%, 충진재 20~25 중량% 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI) 10~12 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 보호용 도막재와 콘크리트 바탕 조정재를 병행하여 이용함으로써, 외부로부터의 수분, 염화물, 이산화탄소, 황산염 등의 침투를 차단하여 콘크리트 열화 인자의 유입을 방지하고, 콘크리트와 내장된 철근 모두에 대한 효과적인 보호를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 산, 황산염, 염화물 등의 다양한 콘크리트 열화 요인에 대하여 우수한 저항성을 발휘하여 콘크리트의 동결 융해, 열화 및 중성화를 최소화 또는 방지하고, 콘크리트를 효율적으로 보호하고 열화된 콘크리트를 효과적으로 복구할 수 있다.
나아가, 본 발명의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 따르면, 터널, 지하차도, 해안 구조물 및 암거 등 다양한 철근 콘크리트 구조물에 있어서 중성화, 동결 융해, 염화 등에 의한 손상을 방지하고 효과적으로 보호함으로써, 콘크리트 구조물의 안정성 및 장기 내구성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법은 종래 기술에 의한 일반 OPC 시멘트로 만들어진 보수용 모르타르 표면에 적용되어 일반 OPC 시멘트가 갖는 산에 대한 낮은 저항성을 현저하게 개선시킬 수 있으므로, 종래 기술에 따른 콘크리트 보수용 모르타르의 성능을 최대화시킴으로써 콘크리트의 성능을 향상시키고 구조물의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예는 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하는 단계; 및 상기 콘크리트 바탕 조정재가 도포된 보수 대상 표면에 콘크리트 보호용 도막재를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 콘크리트 바탕 조정재는 시멘트 18~23 중량%, 고로슬래그 20~25 중량%, 규사 38~42 중량%, 탄산염 10~13 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어 3~5 중량%, 소듐벤조에이트(sodium benzoate) 1~3 중량%, 카프로락탐(caprolactam) 1~2 중량% 및 재분산 수지 0.5~2 중량%를 포함하고, 상기 콘크리트 보호용 도막재는 상기 콘크리트 보호용 도막재는 바이오 폴리올(natural oil polyols, NOPs) 9~12 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 33~38 중량%, 알칼리성 이산화탄소 흡수제 3~7 중량%, 개질 안료 12~15 중량%, 충진재 20~25 중량% 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI) 10~12 중량%를 포함하는 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서는, 콘크리트 바탕 조정재와 콘크리트 보호용 도막재를 병용함으로써, 일차적으로 콘크리트 열화 요인에 강한 콘크리트 바탕 조정재에 의해 손상된 부분을 바탕 처리에 의해 복구하여 결합재의 동결 융해 안정성을 향상시키고, 이차적으로 콘크리트 보호용 도막재에 의해 수분, 이산화탄소, 염화물, 황산염 등의 콘크리트 열화 인자의 유입을 방지하고, 우수한 접착력 및 통기성을 발휘할 수 있다. 이에 따라, 철근 콘크리트와 같은 시멘트를 사용하는 구조체에 있어서 중성화에 의한 콘크리트 및 철근의 손상을 방지하고, 콘크리트 구조물의 구조적 안정성 및 장기 내구성을 높일 수 있다.
일 실시예에서, 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하기 전에, 보수 대상 표면의 이물질, 예를 들어, 이끼나 페인트 등을 제거한 후, 깨끗하게 물청소하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 이물질 제거 및 청소는 콘크리트 바탕 조정재의 균일한 도포를 위하여 필요하다.
일 실시예에서, 보수 대상 표면의 상태에 따라 이물질 제거 및 청소 후에, 콘크리트 바탕 조정재를 좀더 용이하고 효과적으로 도포하기 위하여 접착력을 강화할 수 있도록 보수 대상 표면에 접착 강화재를 도포할 수 있다.
접착 강화재는 카복실레이트 스타이렌 부타디엔 공중합 라텍스 또는 스타이렌 부타디엔 고무 라텍스(SBR latex)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 이용되는 콘크리트 바탕 조정재는 손상된 보수 대상 부위를 바탕 처리에 의해 복구하여, 콘크리트 바탕 조정재는 콘크리트 구조물의 표면에 수분, 이산화탄소, 산소 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이와 동시에, 콘크리트 바탕 조정재에 의해 구조물의 호흡이 가능해져, 콘크리트 구조물 내부에 응축된 수분이 온도 상승에 따라 증기압을 발생시켜 콘크리트 표면을 밀어내는 것을 방지할 수 있으며, 콘크리트 구조물의 동결 융해 안정성을 향상시킬 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재는 시멘트 18~23 중량%, 고로슬래그 20~25 중량%, 규사 38~42 중량%, 탄산염 10~13 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어 3~5 중량%, 소듐벤조에이트 1~3 중량%, 카프로락탐 1~2 중량% 및 재분산 수지 0.5~2 중량%를 포함할 수 있다.
시멘트 및 고로슬래그는 콘크리트 바탕 조정재의 결합재로 작용하여 콘크리트 구조물의 바탕을 정리하는 역할을 할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 시멘트 및 고로슬래그의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 각각 18~23 중량% 및 20~25 중량%일 수 있다. 시멘트 및 고로슬래그의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 콘크리트 바탕 조정재의 응결 시간이 길어지고 강도가 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 응결이 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 시멘트는 1종 시멘트를 포함할 수 있으며, 고로슬래그는 3종 고로슬래그를 포함할 수 있다.
규사는 콘크리트 바탕 조정재의 뼈대를 이루는 골재로 작용할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 규사의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 38~42 중량%일 수 있다. 규사의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 균열 발생 가능성이 높아지고 제품 가격이 상승하며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 콘크리트 바탕 조정재가 거칠어져 작업성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 규사는 6~7호 규사를 포함할 수 있다.
탄산염은 결합재인 시멘트 및 고로슬래그와 결합되어 구조의 통기성을 향상시켜, 콘크리트 구조물 내부에 수분이 응축되지 않도록 하는 작용을 할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 탄산염의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 10~13 중량%일 수 있다. 탄산염의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 구조물의 통기성이 저하되어 구조물 내부에 응축수가 잔류하게 되어 반복적으로 동결 융해 현상이 일어날 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 구조물의 내구성을 저하시킬 우려가 있다.
일 실시예에서, 탄산염은 알칼리금속 탄산염을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 탄산나트륨을 포함할 수 있다.
알루미노실리케이트 마이크로스피어는 콘크리트 바탕 조정재의 비중을 저하시키는 역할을 할 수 있다. 콘크리트 바탕 조정재의 비중이 지나치게 높을 경우, 조정재 자체의 높은 비중으로 인하여 시공 시 또는 시공 직후 구조물에 부착력에 대한 부담을 주고 탈락되는 영향을 미칠 수 있으므로, 본 실시예에 있어서는 조정재의 비중을 적절하게 낮추기 위하여 알루미노실리케이트 마이크로스피어를 이용한다.
알루미노실리케이트 마이크로스피어는 SiO2 및 Al2O3를 주성분으로 하고, 직경이 500 마이크론 이하인 얇은 고체 벽을 갖는 속이 빈 형태의 구형 입자로, 당해 기술분야에서 널리 공지되어 있으며, 상업적으로 입수 가능하다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 알루미노실리케이트 마이크로스피어의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 3~5 중량%일 수 있다. 알루미노실리케이트 마이크로스피어의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 3~5 중량%일 수 있다. 알루미노실리케이트 마이크로스피어의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 콘크리트 바탕 조정재의 비중 저하 기능이 충분하지 못할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 구조물의 내구성을 저하시킬 우려가 있다.
소듐벤조에이트와 카프로락탐은 병용됨으로써 콘크리트 바탕 조정재의 동결 융해 안정성을 개선하는 작용을 할 수 있다. 모르타르의 동결 융해 안정성을 높이기 위해서는 질소 함유 유기 화합물, 예를 들어 아민 등을 이용할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 콘크리트 바탕 조정재는 pH가 높은 결합재를 포함하므로, 대부분 액체인 아민과 혼합성이 떨어지거나 혼합되더라도 불안정적이다. 이에, 분말 형태인 소듐벤조에이트와 카프로락탐을 이용함으로써, 결합재와 쉽게 혼합하여 동결 융해 안정성을 개선하는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 소듐벤조에이트와 카프로락탐은 냄새가 없어 취급이 편리하고, 가격이 저렴하여 경제적인 이점도 갖는다. 특히, 소듐벤조에이트와 카프로락탐을 각각 단독으로 이용하는 것에 비하여, 조합하여 이용함으로써 동결 융해 안정성을 더욱 월등하게 향상시킬 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 소듐벤조에이트와 카프로락탐의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 각각 1~3 중량% 및 1~2 중량%일 수 있다. 소듐벤조에이트와 카프로락탐의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 모르타르의 동결 융해 안정성 개선 효과가 불충분할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 물성 저하의 우려가 있다.
재분산 수지는 콘크리트 바탕 조정재의 레올로지를 향상시키는 역할을 할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재에 포함되는 재분산 수지의 함량은 콘크리트 바탕 조정재 총 중량을 기준으로 0.5~2 중량%일 수 있다. 재분산 수지의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 레올로지 향상 효과가 미미하며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 지나친 점도 상승으로 작업성이 저하되며, 제품 가격이 상승되어 비효율적이다.
일 실시예에서, 재분산 수지는 메틸 셀룰로오즈를 포함할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재는 필요한 점도를 갖도록 물을 이용하여 슬러리로 만든 후, 철판 두께가 1 ㎜ 이하인 흙손을 이용하여 보수 대상 표면에 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 콘크리트 바탕 조정재를 보수 대상 표면에 얇게 펼친 후, 얇은 사각 흙손을 이용하여 약 40~45°정도의 기울기를 유지한 채 밀어 줌으로써 도포할 수 있다.
콘크리트 바탕 조정재의 도포 두께는 약 1~2 ㎜일 수 있다.
일 실시예에서, 콘크리트 바탕 조정재 도포 후에, 도포된 콘크리트 바탕 조정재를 건조시키는 단계; 및 건조된 콘크리트 바탕 조정재 상에 접착 강화재를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
접착 강화재는 콘크리트 바탕 조정재와 콘크리트 보호용 도막재의 접착력을 증강시키기 위하여 이용되며, 예를 들어, 카복실레이트 스타이렌 부타디엔 공중합 라텍스 또는 스타이렌 부타디엔 고무 라텍스를 포함할 수 있다.
본 실시예의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법에 이용되는 콘크리트 보호용 도막재는 콘크리트 구조물에 대한 열화 요인, 예를 들어, 물, 이산화탄소, 염화물, 황산염 등의 침투를 방지하여, 콘크리트의 중성화 및 철근 부식을 방지하고 콘크리트 및 철근 모두에 대한 효과적인 보호를 제공할 수 있다. 또한, 콘크리트 보호용 도막재는 우수한 균열 브릿지(crack-bridge) 성능을 가지고, 콘크리트나 모르타르에 대한 접착력, 내수성 및 통기성이 우수하므로, 콘크리트 구조물의 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
콘크리트 열화 인자의 침투를 방지하는 목적을 달성하기 위하여, 콘크리트 보호용 도막재는 특정 조성의 구성성분들을 포함함으로써, 안정적인 도막 형성 능력 및 유연성을 발휘할 수 있고, 스프레이 작업이 가능한 조성물을 형성할 수 있으며, 탄성 및 밀도를 증가시킨 아크릴 폴리우레탄 엘라스토머 코팅을 제공할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재는 바이오 폴리올(natural oil polyols, NOPs) 9~12 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 33~38 중량%, 알칼리성 이산화탄소 흡수제 3~7 중량%, 개질 안료 12~15 중량%, 충진재 20~25 중량% 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI) 10~12 중량%를 포함할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 바이오 폴리올, MDI 및 아크릴 에멀젼 수지는 서로 조합되어 탄성을 갖는 안정적인 도막을 형성시킴으로써, 콘크리트 구조물에 대한 물, 이산화탄소, 염화물 및 황산염의 침투를 방지하고, 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다.
바이오 폴리올은 탄성을 갖는 도막 형성을 가능하게 하여, 콘크리트 열화 인자의 침투를 방지할 수 있다.
바이오 폴리올은 대두, 야자 열매, 피마자 열매, 해바라기씨 등의 식물유에서 합성되는 폴리올로서, 당해 기술분야에 널리 공지되어 있다.
일 실시예에서, 바이올 폴리올로 대한민국 등록특허 제10-1365553호에 개시된 바이올 폴리올을 이용할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 바이오 폴리올의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 9~12 중량%일 수 있다. 바이오 폴리올의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 콘크리트 열화 인자 침투로 인한 손상이 빠르게 진행되어 콘크리트 구조물의 내구성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 경화 속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있다.
아크릴 에멀젼 수지는 바이올 폴리올과 함께 이용되어 유연하고 안정적인 도막을 형성할 수 있도록 함으로써, 콘크리트 열화 인자의 침투를 방지하는 기능을 할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 아크릴 에멀젼 수지의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 33~38 중량%일 수 있다. 아크릴 에멀젼 수지의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 콘크리트 열화 인자에 대한 내구성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 콘크리트 열화 인자에 대한 내구성은 높아질 수 있으나 생산 단가가 증가하여 실용성에 문제가 발생하게 된다.
메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI)는 바이오 폴리올과 비례적인 양으로 함께 이용되어 조성물의 경화 속도를 적절하게 조절하여 안정적인 도막 형성을 가능하게 하고 작업성을 향상시키는 기능을 할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 10~12 중량%일 수 있다. 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 미경화되는 막이 형성되거나 경화 속도가 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 경화 속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있다.
알칼리성 이산화탄소 흡수제는 메틸렌 디페닐 디오시아네이트와 물과 반응하여 생성되는 이산화탄소를 흡수하여 제거함으로써, 기포 발생을 방지하여 도막의 물성을 향상시키는 기능을 할 수 있다.
일 실시예에서, 알칼리성 이산화탄소 흡수제는 소석회를 포함할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 알칼리성 이산화탄소 흡수제의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 3~7 중량%일 수 있다. 알칼리성 이산화탄소 흡수제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 메틸렌 디페닐 디오시아네이트와 물의 반응에 의한 이산화탄소 발생으로 기포가 증가하여 도막의 물성이 저하되며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 경화 속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있다..
개질 안료는 콘크리트 보호용 도막재를 착색시키고, 은폐력 및 물리, 화학적 안정성을 부여하는 기능을 할 수 있다.
개질 안료의 예는 이산화티타늄(titanium dioxide)을 포함할 수 있으며, 특히 금홍석(rutile)을 포함할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 개질 안료의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 12~15 중량%일 수 있다. 개질 안료의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 콘크리트 보호용 도막재의 색상 및 은폐력이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 작업성이 저하되고 생산 단가가 증가되는 문제가 있다.
충진재는 스프레이 작업이 가능하도록 콘크리트 보호용 도막재에 형태 유지성 및 흐름성을 적절하게 부여하는 기능을 할 수 있다.
일 실시예에서, 충진재는 황산바륨을 포함할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 충진재의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 20~25 중량%일 수 있다. 충진재의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 도막재의 흐름성이 지나치게 높아져 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 도막재의 점도가 지나치게 증가하여 작업성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 콘크리트 보호용 도막재는 메틸 셀룰로오즈, 잉크 및 기타 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
메틸 셀룰로오즈는 콘크리트 보호용 도막재의 레올로지를 향상시키고, 점도를 적절하게 제어하여 작업성을 증진시키는 역할을 할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 메틸 셀룰로오즈의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 0.15~0.25 중량%일 수 있다. 메틸 셀룰로오즈의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 점도가 지나치게 낮아져 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 점도가 지나치게 높아져 작업성이 저하될 수 있다.
잉크는 콘크리트 보호용 도막재의 색상을 조정하는 역할을 할 수 있다.
콘크리트 보호용 도막재에 포함되는 잉크의 함량은 콘크리트 보호용 도막재 총 중량을 기준으로 0.1~0.3 중량%일 수 있다. 잉크의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 색상 조정 효과가 불충분할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 함량 증가에 따른 더 이상의 효과 증진을 기대할 수 없다.
기타 첨가제는 원하는 물성 및 현장 상황 등에 따라 선택적으로 추가될 수 있으며, 예를 들어, 유연성 향상제, 증점제, 분산제, 소포제, 섬유 보강제, 지연제, 경화 촉진제, 철근 방청제 및 발수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법은 철 또는 철근으로 보강된 콘크리트 구조물에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법은 중성화 반응에 의한 보호막 손상에 의한 철근 부식에 의해 구조적으로 손상된 구조물이나 중성화 진행이 아직 큰 손상을 야기하지 않은 구조물에 적용되어 손상된 부분의 바탕 처리에 의한 복구, 동결 융해 안정성 향상, 콘크리트 열화 인자의 유입 방지에 의해 콘크리트 구조물의 구조적 안정성 및 장기 내구성을 높일 수 있다. 또한, 새롭게 축조되는 철근 콘크리트 구조물에도 적용되어, 선제적으로 구조체의 중성화에 의한 콘크리트 및 철근의 손상을 방지하고, 콘크리트 구조물의 구조적 안정성 및 장기 내구성을 높일 수 있다.
나아가, 본 발명의 콘크리트 구조물의 표면 보호 공법은 종래 기술에 의한 일반 OPC 시멘트로 만들어진 보수용 모르타르 표면에 적용되어 일반 OPC 시멘트가 갖는 산에 대한 낮은 저항성을 현저하게 개선시킬 수 있으므로, 종래 기술에 따른 콘크리트 보수용 모르타르의 성능을 최대화시킴으로써 콘크리트의 성능을 향상시키고 구조물의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 콘크리트 바탕 조정재의 제조 및 성능 평가
1종 시멘트 20 중량%, 3종 고로 슬래그 22 중량%, 규사(6-7호사) 40 중량%, 탄산나트륨 11 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어(비중: 0.35-0.48, 입도 % passing 500 ㎛) 4 중량%, 소듐벤조에이트 1.2 중량%, 카프로락탐 1 중량% 및 메틸 셀룰로오즈(점도 15×1,000mPa·s, 2% wet solution, 20℃, Ph 7, 20rpm 브룩필드점도계 HA type) 0.8 중량%을 혼합하여 콘크리트 바탕 조정재를 제조하였다.
제조된 콘크리트 바탕 조정재에 대하여 응결 시간, 압축 강도, 부착 강도 및 열팽창계수를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
시험 항목 단위 시험 방법 시험 결과
응결 시간 초결 시간 : 분


KS F 24/6 : 2019
 4 : 10
종결 시간 : 분 6 : 20

압축 강도		 3일 MPa 4.4
7일 MPa 13.7
28일 MPa 23.2
부착 강도 표준 조건 MPa 1.6
열팽창계수 /℃ KS F 2608 : 2011 2.18×10-5
본 발명에 이용되는 콘크리트 바탕 조정재는 작업이 편리하고, 적절한 물리적 성능을 발현할 수 있어, 손상된 보수 대상 부위의 바탕 정리에 효과적으로 이용될 수 있다. 본 발명에 이용되는 콘크리트 바탕 조정재는 콘크리트 구조물의 표면에 수분, 이산화탄소, 산소 등이 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 동시에 구조물의 호흡이 가능해져, 콘크리트 구조물 내부에 응축된 수분이 온도 상승에 따라 증기압을 발생시켜 콘크리트 표면을 밀어내는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 이용되는 콘크리트 바탕 조정재는 소듐벤조에이트와 카프로락탐을 병용함으로써, 이들 각각을 단독으로 이용하는 경우에 비하여 콘크리트 구조물의 동결 융해 안정성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
2. 콘크리트 보호용 도막재의 제조 및 성능 평가
바이오 폴리올 10 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 35 중량%, MDI 12 중량%, 소석회 6 중량%, 개질 안료(rutile) 13 중량%, 황산바륨 22 중량%, 메틸 셀룰로오즈 0.15 중량%, 잉크 0.15 중량% 및 기타 첨가제 1.7 중량%를 혼합하여 콘크리트 보호용 도막재를 제조하였다. 바이오 폴리올은 대한민국 등록 특허 제10-1365553호에 개시된 것을 이용하였으며, 기타 첨가제로는 유연성 향상제를 이용하였다.
제조된 콘크리트 보호용 도막재에 대하여 한국 산업 규격(KS F 4936 : 2018))에 따라 성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
시험 항목 단위 기준 결과


도막 형성 후의 겉모양		 표준 양생 후 - 주름, 잔갈림, 핀홀, 변형 및 벗겨짐이 생기지 않을 것 이상 없음
촉진내후성 시험 후 - 이상 없음
온냉 반복 시험 후 - 이상 없음
내알칼리성 시험 후 - 이상 없음
내염수성 시험 후 - 이상 없음
중성화 깊이 mm 1.0 이하 0.0
염화물 이온 침투 저항성 Coulombs 1000 이하 37
투습도 g/m2·day 50.0 이하 1.4
내투수성 - 투수되지 않을 것 투수되지 않을 것


부착 강도		 표준 양생 후 MPa

1.0 이상
 1.8
촉진내후성 시험 후 MPa 1.7
온냉 반복 시험 후 MPa 1.6
내알칼리성 시험 후 MPa 1.7
내염수성 시험 후 MPa 1.7

균열대응성		 -20℃ 잔갈림 및 파단되지 않을 것 이상 없음
20℃ 이상 없음
촉진내후성 시험 후 이상 없음
상기 시험 결과로부터, 본 발명에 이용되는 콘크리트 보호용 도막재는 한국 산업 규격에 따른 기준을 충족하는 것임을 확인할 수 있다. 본 발명에 이용되는 콘크리트 보호용 도막재는 콘크리트 구조물에 대한 열화 요인의 침투를 방지하여, 콘크리트의 중성화 및 철근 부식을 방지하고 콘크리트 및 철근 모두에 대한 효과적인 보호를 제공할 수 있다으며, 우수한 균열 브릿지 성능을 가지고, 콘크리트나 모르타르에 대한 접착력, 내수성 및 통기성이 우수하므로, 콘크리트 구조물의 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (11)

  1. 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하는 단계; 및
    상기 콘크리트 바탕 조정재가 도포된 보수 대상 표면에 콘크리트 보호용 도막재를 도포하는 단계를 포함하며,
    상기 콘크리트 바탕 조정재는 시멘트 18~23 중량%, 고로슬래그 20~25 중량%, 규사 38~42 중량%, 탄산염 10~13 중량%, 알루미노실리케이트 마이크로스피어 3~5 중량%, 소듐벤조에이트(sodium benzoate) 1~3 중량%, 카프로락탐(caprolactam) 1~2 중량% 및 재분산 수지 0.5~2 중량%를 포함하고,
    상기 콘크리트 보호용 도막재는 바이오 폴리올(natural oil polyols, NOPs) 9~12 중량%, 아크릴 에멀젼 수지 33~38 중량%, 알칼리성 이산화탄소 흡수제 3~7 중량%, 개질 안료 12~15 중량%, 충진재 20~25 중량% 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate, MDI) 10~12 중량%를 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미노실리케이트 마이크로스피어는 상기 콘크리트 바탕 조정재의 비중을 저하시키기 위하여 사용되는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소듐벤조에이트와 상기 카프로락탐은 상기 콘크리트 바탕 조정재의 동결 융해 안정성을 개선하기 위하여 병용되는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리성 이산화탄소 흡수제는 소석회를 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개질 안료는 이산화티타늄을 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는 황산바륨을 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 폴리올, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 및 아크릴 에멀젼 수지는 탄성을 갖는 도막을 형성하여, 콘크리트 구조물에 대한 열화 인자의 침투를 방지하고, 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키기 위하여 조합되어 사용되는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 보호용 도막재는 메틸 셀룰로오즈, 잉크, 유연성 향상제, 증점제, 분산제, 소포제, 섬유 보강제, 지연제, 경화 촉진제, 철근 방청제 및 발수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보수 대상 표면에 콘크리트 바탕 조정재를 도포하는 단계 이후,
    상기 콘크리트 바탕 조정재를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 콘크리트 바탕 조정재 상에 접착 강화재를 도포하는 단계를 더 포함하는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 바탕 조정재의 도포 및 상기 콘크리트 보호용 도막재의 도포는 철판 두께가 1 ㎜ 이하인 흙손을 사용하여 이루어지는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 바탕 조정재는 1~2 ㎜의 두께로 도포되는
    콘크리트 구조물의 표면 보호 공법.
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