KR102199308B1 - 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수공법 - Google Patents
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Abstract
개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물이 개시되는데, 그 구성은 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 유기실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 조성물과 이를 이용한 공법은 수용성으로 친환경적이며, 높은 강도 및 내구성을 나타냄으로써, 구조물의 사용기간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 개질그래핀을 함유한 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수공법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 시공이 용이하고, 내식성, 내염해성, 내구성, 강도 등이 우수하여 콘크리트 구조물의 수명 증가, 보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있는 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수공법에 대한 것이다.
통상적으로 콘크리트는 반영구적인 재료로 알려져 있지만, 실제로 콘크리트로 이루어진 건설구조물은 외부 열화인자인 이산화탄소, 염화물 이온 등에 노출되어 내구성이 저하하는 현상이 있다.
열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하게 되면, 시간의 경과에 따라 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고, 균열 부위를 통해 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 이러한 철근의 부식 현상이 심해지면 콘크리트 구조물이 결국 붕괴될 수도 있다. 따라서, 콘크리트 구조물이 열화되어 균열이 발생하면 조속하게 열화된 부위를 보수할 필요가 있다.
콘크리트의 성능저하에 결정적 영향을 미치는 것은 균열로, 균열이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 외기나 수분, 화학 성분이 침투하여 콘크리트의 성능저하가 더욱 촉진된다. 또한, 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트가 탈락하는 현상이 일어남과 동시에 철근 부식에 의해 철근 단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 구조물이 파손될 수도 있다.
이에 이러한 열화인자의 침투를 막고 콘크리트의 내구성을 향상시키기 위해 고성능 콘크리트, 마감재, 유지관리기술 등 다양한 분야에서 많은 연구가 이루어 지고 있다. 하지만, 아직까지 콘크리트의 내구성 저하는 해결해야 할 큰 문제로 남아있다.
본 발명은 콘크리트의 내구성을 저하시키는 열화인자의 침투를 미리 방지하고자 고강도 그래핀 함유 에폭시도료 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수공법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 개질그래핀을 함유한 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물은 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 유기실란 0.5 ~ 5.0 중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1 ~ 0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하는 도료조성물을 제공한다.
본 발명자들은 콘크리트의 열화에 영향을 주는 여러 인자들(이산화탄소, 염화물 이온 등)의 침투를 막고 콘크리트의 내구성을 향상시키기 위해 내구성의 노볼락 에폭시 수지를 메인 수지로 하고, 여기에 고내구성, 내후성, 내화학성의 물성을 발휘하는 그래핀을 에폭시 수지와 혼합 사용하여 열화된 콘크리트의 강도 및 내구성을 향상시켰다.
또한 유기화합물과 무기화합물이 혼합된 본 발명의 조성물과 콘크리트 표면의 부착력을 강화하여 경화물의 전체적인 강도 내지는 내구성 향상을 위해 유기실란을 조성물내에 포함시켜 본 발명이 목적하는 보수 표면의 강도 향상을 꾀하였다.
상기에서, 상기 개질그래핀은 COOH, OH 또는/ 및 에폭사이드를 함유한 개질 개질그래핀일 수 있다.
상기 에폭사이드는 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드일 수 있다.
또한 본 발명은 상기에서, 충진제는 황산바륨(BaSO4), 운모가루, 규사, 실리카, 알루미늄 옥사이드(알루미나), 마그네슘 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1이상의 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상기에서, 희석제는 물 또는 알콜 또는 이들의 혼합물인 것일 수 있다.
다른 관점에서 본 발명은 보수가 필요한 콘크리트 표면의 보수공법을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 표면의 보수공법은, 보수가 필요한 부분의 바탕면에 형성된 레이턴스, 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 연마기 또는/및 숏블라스터 등으로 치핑하여 제거하는 1 단계; 치핑된 부위를 핸드 워터젯 또는./및 진공 흡입기 등으로 청소하는 2 단계; 선택적으로, 1 단계 또는 2 단계 이후, 청소된 표면에 형성된 홈이나 균열에 방수제/보수제를 충진하여 물이나 염소이온의 침투를 방지하는 3 단계; 상기 제 1단계 또는 3 단계 이후, 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 유기실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하는 수용성 에폭시 도료조성물을 상기 콘크리트 표면에 도포하여 코팅층을 형성하는 4 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조성물은 친환경적인 콘크리트 표면 보호 마감제로서, 수용성으로 친환경적이며, 높은 강도 및 내구성을 나타냄으로써, 구조물의 사용기간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 구조물 보호용 수용성 에폭시 도료조성물은 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 유기실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하의 설명에서, 콘크리트 구조물은 단순히 콘크리트로 기재하기도 하나, 의미상 콘크리트라는 단어는 콘크리트 구조물을 가리킨다. 이러한 콘크리트 내지는 콘크리트 구조물은 일반적인 수로, 수로 터널, 하수구조물, 지하구조물, 지수구조물, 도로 및 고속도로뿐만 아니라 차량이 통행하는 시설 구조물(중앙 분리벽, 날개벽, 측구 콘크리트), 옹벽 구조물, 콘크리트 슬래브, 해양 구조물 등을 포함하는 콘크리트로 이루어진 모든 구조물의 의미로 사용한다.
본 발명의 도료 조성물에 포함되는 주제 수지는 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지이다. 이는 페놀 노볼락 에폭시 수지를 에멜전화 한 것으로서, 상업적으로 구득 가능한 것으로 세진이앤씨 사의 SR-361N60, SR-365N70 등이 있다.
본 발명은 유기 용매를 사용하지 않고 수용성을 수지를 사용하여, 보수작업시 유기 용매의 사용에 따른 인체나 환경에 악영향을 주지 않는 친환경적인 콘크리트 보수 도료 조성물을 제공한다.
수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지는 도료 전체 조성물에 대해, 30 ~ 40 중량부를 포함한다. 30중량부 미만에서는 바인더로서의 기본 성능이 저하되고 40중량부 초과되는 경우에는 점성이 높아져서 작업성이 매우 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 개질그래핀을 도료조성물 중에 포함함을 특징으로 한다.
그래핀(graphene)은 조금만 첨가해도 기존 소재가 더 가볍고 유연해지고 더 단단해지는 효과가 있는데, 발명자들은 이러한 그래핀의 특성을 도료 조성물에 포함시켜서 경화물의 강도 내지 내구성을 향상시키고자 예의 연구한 끝에 본 발명에 이르게 되었다.
그러나 그래핀은 자기응집성이 매우 강한 소수성 물질로서, 물이나, 고분자 또는 용매 내에서 분산이 잘 안된다. 따라서, 그래핀의 장점(고강도, 내구성, 내화학성, 높은 전기전도도 등)을 이용하기 위해서는 그래핀의 분산성을 개선하여 고분자나 용매 등에 잘 혼합될 수 있는 작용기, 또는 이를 포함하는 고분자로 그래핀을 기능화할 필요가 있다.
그래핀의 분산성을 얻기 위해 개질그래핀을 얻는 다양한 방법이 개발되어 소개되고 있다.
대한민국 특허공개 제10-2015-70765호(그래핀을 수분산성을 갖도록 개질하는 방법)는 그래핀을 용매에 분산시키고 분산된 용매에 아민화합물을 첨가하여 교반하 뒤 건조시키는 방법을 제시하고 있으며, 용매로는 아세톤, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 포름아미드, 디메틸설폭시드, 디메틸포름아미드, 아세트산, 아세토니트릴, 메톡시 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 자일렌, 스티렌, 톨루엔, 사이클로헥산을 제시하고 있으며, 상기 아민화합물로는 카르복시기 또는 술폰산기를 갖는 1차 혹은 2차 아민 화합물을 제시하고 있다.
또한 그래핀을 강산으로 산화시켜서 산화물 표면에 하이드록시기 등의 작용기를 형성하는 험머법(Hummer's method), 비산화 그래핀을 말레산 무수물(Maleic Anhydride)와 말레이미드(Maleimide)를 사용하여 딜즈-알더(Diels-Alder) 반응으로 그래핀 표면을 개질하는 방법 등이 있다.
한편, 대한민국 특허공개 제10-2019-0059619호에는 고분자를 그래핀에 도입할 수 있는 방법을 게시하고 있는데, 딜즈-알더 반응을 통하여 1차로 그래핀 표면을 개질한 후, 그래핀 표면에 도입된 이중 결합과 2차로 단량체를 중합하는 방법으로, 고분자로 그래프트된 그래핀을 얻는 방법을 소개하고 있다.
본 발명에서는 그래핀의 수분산성을 위해 COOH, OH 또는/ 및 에폭사이드를 갖도록 개질한 개질그래핀을 사용한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 개질그래핀은 에탄올에 그래핀 플레이크와 각각 OH, COOH, 에폭시 관능기를 가지는 커플링제를 혼합하고 이 혼합액을 초음파 분산을 실시한다. 분산된 혼합액은 약 10- 15 시간 마그네틱 교반을 실시하여 여과하고, 이를 건조하면, OH, COOH, 에폭시 관능기가 그래프트된 개질그래핀(그래핀 플레이크 분말)을 얻을 수 있다. 형성된 개질그래핀은 상기 기능기들이 다양하게 혼합된 형태로 존재한다.
상기 커플링제는 주로 실란계를 사용하며, 알콕시 실란, 비닐실란, 아크릴로 실란, 에폭시 실란, 메타크릴로 실란 등으로서, 시중에서 상업적으로 구득 가능한 것으로 KCC의 SA-1003M, SB-3003M 등과, 신에추사의 KBM-303, 403, KBE-402, 모멘티브사의 A-162, A-150, A-174 등이 있다.
본 발명의 개질그래핀의 함량은 도료조성물 전체중량에 대해, 1 ~ 10 중량부로서, 이는 수용성 에폭시 수지에서의 그래핀의 분산성의 측면, 경제적인 측면, 경화후 도료물성(강도) 측면을 고려한 수치이다.
본 발명의 도료 조성물은 충진재(체질안료)를 도료조성물 전체중량 대비 15 ~ 25 중량부를 포함한다. 사용 가능한 안료로서 황산바륨(BaSO4), 돌가루, 규사, 실리카, 알루미늄 옥사이드(알루미나), 마그네슘 옥사이드 등으로서 이들 중 2이상의 혼합물을 사용한다. 이들은 알려진 충진재 중에서도 모두 흡습성이 1% 이하로 낮은 것이다. 본 발명의 도료조성물에서 사용하는 충진재는 흡습성(온도 20℃, RH 65% 에서의 흡수한 수분량과 건조상태에서의 안료의 무게에 대한 백분율)이 크지 않은 것이 바람직한데 그 이유는 충진재에 수분이 존재할 경우 경화 시에 문제를 일으킬 우려가 있기 때문이다.
충진재는 도료 조성물 전체 중량에 대해, 15 ~ 25 중량부를 포함한다. 충진재의 함량이 15 중량부 미만일 경우에는 경화시 수축을 현저히 감소시킬 수 있으며, 충진재 함량이 25중량부를 초과할 경우에는 강도가 감소하고 점도가 상승하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물은 수지와 소제인 콘크리트와의 부착력 강화를 위해 도료 조성물 전체에 대해, 0.5 ~ 5.0 중량부의 유기실란을 포함한다.
유기실란은 일종의 커플링 에이전트로써의 역할을 하는 유연한 분자구조와 저분자량의 고침투성 성질을 지니고 있어, 도료중의 유기화합물/그래핀에 그라프트된 활성관능기와 시멘트콘크리트 등의 무기화합물 표면에 침투하여 층간 부착을 증진시키다. 본 발명에서의 역할은 에폭시 주제수지의 아민 경화물 및 경화에 참여하지 못한 잔여 에폭시 및 아민 성분이 침투하지 못하는 곳까지 침투하여 가수분해반응을 일으켜 실라놀을 형성한다. 이후, 형성된 실라놀은 주변의 각종 기능기(에폭시 경화물, 그래핀 활성관능기, 콘크리트 표면의 수산화물이나 금속 화합물)와 반응하여 그물망 형태의 경화구조를 생성하면서 강력한 부착력을 나타내고, 외부환경으로부터의 콘크리트 열화인자의 차단기능을 더욱 증가시킨다. 그 사용량은 도료 조성물 전체중량을 기준으로 환산하여 0.5 ~ 5.0중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량을 5중량부 초과 적용 시 도료 조성물의 유화분산성이 불안정하여 층분리가 발생하고 경우에 따라서는 점증 현상이 심하게 일어나 올바른 경화반응 조성물을 얻을 수 없다. 또한 경제성 측면에서도 가격이 높아지게 되어, 산업적용성 측면에서 현실성이 낮아진다. 그 함량을 0.5% 미만 적용 시 수지층과 시멘트콘크리트 표면의 층간 부착력이 나빠지게 된다.
상기에서, 유기실란은 하기 화학식 1인 것을 특징으로 한다.
(화학식 1)
여기서, X = 활성수소그룹 의 관능기
n = 0 ~ 10의 정수
R2 = C의 개수가 1 ~ 10인 알리파틱 혹은 아로마틱 BACKBO NE
R' = C의 개수가 1 ~ 4인 알콕시 이다.
구체적으로 상기 유기실란의 실례로써 아미노프로필트리에톡시실란, 플루오르프로필트리에톡시실란, 아미노프로필메틸디메톡시실란, 하이드록실메틸트리에톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-메틸아미노 프로필 트리메톡시 실란, β(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-머켑토프로필트리메톡시실란, β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란 및 글리시독시프로필트리에톡시실란 등을 1종 혹은 2종 이상 병용하여 사용할 수 있다. 이중 수용성에 적용이 쉬운 메칠트리아세톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란 등을 사용하는 것이 더욱 더 바람직하다. 구체적인 예로써 다우코닝의 Z-6020, 이성소재의 TSL-8325 , TSL-8330, TSL-8350, TSL-8355, TSL-8380, TSL-8330, 폴리페론의 SIH-6175 등을 들 수 있고, 유사한 특성을 갖는 타회사(KCC, WACKER등)의 제품도 사용이 가능하다.
본 발명의 도료 조성물은 수용성 분산제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함한다. 아크릴 수지 계열의 분산제가 바람직한데, 상업적으로 구득 가능한 것으로 BYK사의 BYK-190, 191, 192, 193, 194N, 199 등이 있다. 이들은 고형분이 도료 조성물내에서 분산되게 하여 서로 엉기지 않도록 하는 역할을 한다.
본 발명의 도료 조성물은 소포제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 0.2 ~ 1중량부를 포함하는데, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합사용 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직기로는 상기 2종류의 소포제를 중량비로 1: 1 혼합 사용하는 것이 좋다. 소포제는 도료의 표면이나 내부에 기포의 발생을 방지하여 물성의 저하를 방지하는 역할을 하게 되는데, 상업적으로 구득 가능한 것으로 미네랄 오일계로서 BYK사의 BYK-011, 한국산노프코사의 COEXCEL DF-311, NOPCO DF-122NS, NOPCO NDW 등이 있고, 실리콘계로서 BYK사의 BYK-024, 한국산노프코사의 NOPCO 8034L, SN-DEFOAMER 483, COEXEL DF-313K, SN-DEFOAMER 777S 등이 있다.
본 발명의 조성물에서 상기 소포제는 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 엄격하게 실질적으로는 오차 범위 95±5% 범위 이내로, 중량비로 1: 1 혼합 사용하는 것이 필요함이 실험적으로 관찰되었다. 그 이유는 이론적으로 명확한 설명이 어려우나, 일반적으로 소포제는 사용되어지는 액상(도료조성물)에서의 비상용성과 상용성이 반드시 어느 하나만으로 매칭 되어지지 아니하다는 점에 기인한 것으로 여겨지는데, 그 이유는 상용성이 너무 좋은 소포제는 형성된 기포내부로 이동하지 않고 도료와 혼합되어 버리므로 소포 효과가 감소하고(기포를 액상 내부에서 오히려 안정화 시켜버리는 역효과), 다른 한편, 너무 비상용적인 소포제는 혼탁(Haze) 혹은 분화구 현상(Craters) 등 도료의 불량을 일으킬 수 있기 때문인 듯하고, 기포 내지는 탈포의 원리에 대해서는 아직까지 명확한 이론적 규명이 이루어지지 못한 것이기도 하다.
본 발명의 도료 조성물은 소제와 도료사이의 표면장력을 낮추어 양 계면에 흠이 없게 코팅되는 것을 도와주는 소제습윤제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 0.1 ~ 0.5 중량부를 포함한다. 상업적으로 구득 가능한 것으로 한국산노프코사의 NOPCOWET-50, SN-CLEANACT 89, COEXEL WT-900, 901, COEXEL WT-972, 973 등이 있으며, BYK사의 BYK-347, 348, 349 등이 있다.
본 발명의 도료 조성물은 도료내에 포함된 주제(에폭시 수지)와 화학반응하여 경화할 수 있는 수용성 아민경화제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 20 ~ 30 중량부를 포함한다. 이 수치는 주제(에폭시기)와의 경화반응에 참여하는 관능기(아민)의 함량에 따른 배합비율이다. 구체적으로 상기 수용성 아민경화제는 에폭시(BPA계 에폭시, BPF계 에폭시, 노볼락 에폭시 등)를 사이클로 아민(예컨대, 이소프렌 디아민(Isophorone diamine), 4,4-디아미노사이클로헥실메탄(4,4-Diaminodicyclohexylmethane), 1,3-비스(아미노메틸)사이클로헥산(1,3-Bis(Aminomethyl)cyclohexane))에 반응시켜 물에 분산한 것으로서, 세진이앤씨사의 SH-831W50, 바스프사의 Laromin C260 등이 예시된다.
마지막으로, 본 발명의 도료 조성물은 희석제 내지는 점도 조절제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 10~20 중량부 포함한다. 상기 희석제는 물 또는 알코올 또는 이들의 혼합물이다.
한편, 본 발명의 도료 조성물은 상기의 필수적인 성분들 외에, 선택적으로 도료 조성물 전체 중량에 대해, 1 ~ 5.0 중량부의 안료를 포함할 수 있다. 안료는 이 분야에서 잘 알려져 있는데, 예를 들면 티타늄 디옥사이드(백색 안료), 황색 또는 적색의 산화철과 같은 칼라 안료 또는 프탈로시아닌 안료 및/또는 운모상 산화철(micaceous iron oxide)과 같은 하나 이상의 강화 안료 또는 크리스탈린 실리카 및/또는 금속 아연, 아연 포스페이트, 월라스토나이트(wollastonite)또는 크로메이트, 몰리브데이트(molybdate) 또는 포스포네이트와 같은 방식용 안료 및/또는 바리트(barytes),탈크 또는 칼슘 카보네이트와 같은 필터 안료를 함유할 수 있으며, 이러한 안료는 송원칼라, 우신피그먼트, 욱성화학, 바스프 등으로부터 상업적으로 용이하게 구득가능하다.
또한 선택적으로 미세 실리카, 벤토나이트 클레이(bentonite clay), 수소화된 피마자유, 또는 폴리아미드 왁스와 같은, 하나 이상의 증점제를 도료 조성물 전체 중량에 대해, 0.5 ~ 1.0 중량부 포함할 수 있으며, 기타 안료 분산제, 표면 개질화제(surface modifier), 난연제, 항균제, 항곰팡이제, 평활제 (levelling agent), 겨울철 동결방지제(에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 등) 등을 첨가할 수 있다. 상기 첨가제는 이 분야에서 잘 알려져 있으며 시중에서 용이하게 구득가능하다.
다른 관점에서 본 발명은 보수가 필요한 콘크리트 표면의 보수공법을 제공한다. 본 발명의 콘크리트 표면의 보수공법은, 보수가 필요한 부분의 바탕면에 형성된 레이턴스, 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 연마기 또는/및 숏블라스터 등으로 치핑하여 제거하는 1 단계; 치핑된 부위를 핸드 워터젯 또는./및 진공 흡입기 등으로 청소하는 2 단계; 선택적으로, 1 단계 또는 2 단계 이후, 청소된 표면에 형성된 홈이나 균열에 방수제/보수제를 충진하여 물이나 염소이온의 침투를 방지하는 3 단계; 상기 제 1단계 또는 3 단계 이후, 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 유기실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 안료 1.0~5.0 중량부, 수용성 아민경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하여 이루어진 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물을 상기 콘크리트 표면에 도포하여 코팅층을 형성하는 4 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 방수제는 방수제 용액 총중량 기준으로, 알루미노 실리케이트 분산용액 60 ~ 85 중량부, 나트륨 실리케이트 7 ~ 20중량부, 수산화 알루미늄 5 ~ 15 중량부, 황산나트륨 2 내지 5중량부 및 물 잔부를 포함하여 이루어지는 것을 사용한다.
여기서, 상기 알루미노 실리케이트 분산용액은 알루미노 실리케이트분말을 물과 혼합하여 분산시킨 것으로서, 콘트리트에 형성된 홈이나 균열에 침투하여 시멘트의 모세관 및 겔 공극 속으로 이동하여 콘크리트 내부조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시킨다.
본 발명의 방수제에서 알루미노 실리케이트 분산용액은 방수제 총중량에 대하여 60 ~ 85 중량부 사용되는데, 그 사용량이 60중량부 미만일 경우에는 콘크리트의 강도 향상이 미비하고, 85중량부를 초과할 경우에는 효과 대비 경제성이 좋지 못한 문제점이 있다.
상기에서 나트륨 실리케이트는 방수제 총 중량대비 7 ~ 20중량부를 포함하는데, 콘트리트에 형성된 홈이나 균열에 침투하여 시멘트의 모세관 및 겔 공극에 접촉하여 콘크리트의 내부를 강화시킴과 동시에 표면을 수려하게 하는 기능을 한다. 본 발명의 방수제에서 나트륨 실리케이트가 방수제 총중량에 대하여 7중량부 미만일 경우에는 콘크리트 내부 강화효과가 미비하고, 20중량부를 초과할 경우에는 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기, 본 발명의 방수제에 있어서 수산화 알루미늄은 콘트리트에 형성된 홈이나 균열에 침투하여 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 비표면적이 큰 다공성의 수화물을 형성하는데, 외부로부터 침투한 수용성의 염소이온에 대한 흡착력이 크고 염소이온과 Fridel's salt라는 염으로 고정화하여 염분에 의한 콘크리트 부식을 차단하는 역할을 하며, 콘크리트의 내염성을 증진시키는 작용을 한다. 또한 상기 수산화 알루미늄은 상기 수화물들과 반응하여 팽창성이 적은 모노설페이트로 전이됨으로써 황산염에 대한 열화를 방지하는 효과가 있다.
수산화 알루미늄이 방수제 총중량에 대하여 5중량부 미만일 경우에는 콘크리트 부식 방지 및 내염 효과가 미비하고, 15중량부를 초과할 경우에는 효과의 차이가 크지 않으면서 타 성분 함량이 줄어 들게되어 콘크리트 강도 향상에 마이너스적인 영향을 미치는 문제가 있다.
또한 본 발명의 상기 방수제에는 방수제 총중량 대비 2 내지 5중량부의 황산나트륨(Sodium sulfate, Na2SO4) 을 포함하는데, 이러한 황산나트륨은 실리카 성분의 콘크리트에 대한 침투성을 증진시켜 시멘트 겔 공극에 실리케이트 입자의 충전을 촉진시키는 역할을 한다. 본 발명에서 사용되는 황산나트륨의 함량이 방수제 총 중량에 대해 2중량부 미만이면 실리케이트 입자의 시멘트 겔 공극 충전 촉진 효율이 미비하고, 그 함량이 5중량부를 초과하면 증대되는 효과 대비 경제적이지 못한 문제점이 있다.
이하 실시예를 설명한다.
수용성 에폭시 도료조성물 의 제조
실시예 1 내지 3
하기 표 1에 따라 본 발명의 수용성 에폭시 도료조성물을 혼합 제조하였다.
(표 1)
* 개질그래핀(스탠다드 그래핀 사)
비교예 1 내지 3
상기 표 1에 따라 수용성 에폭시 도료조성물을 혼합 제조하였다.
경화된 수용성 에폭시 도료조성물의 물성 측정
상기에서 제조된 실시예 1내지 3, 비교예 1내지 3의 각 조성물을 투명한 유리기판에 0.5 mm 두께로 1회 도포하여 72시간 건조 경화하여 형성된 도막을 관찰하였는데, 본발명의 실시예 1내지 3의 도막 표면은 기포가 없이 평활한 상태를 보였으나, 비교예 2 내지 3의 경화물은 표면에 미세한 핀홀과 볼록한 홈(부풀음(Bilstering))이 불규칙적으로 관찰되었다.
부착성(접착강도) 테스트
유리기판에 코팅된 상기 도막을 칼과 자를 이용하여 20mm 간격으로 가로 세로 10 x 10개의 바둑판 모양을 형성하여 셀로판 테이프를 붙여서 문지른 후 바닥면과 비스듬한 방향으로 테이프를 떼어 도막의 탈락 정도를 관찰하였다.
내염수성 테스트
20mm x 20mm 도막 시편을 NaCl 30% 용액에 20℃에서 48시간 침적하여 도막의 상태를 관찰하였다.
표면경도(Shore A) 측정
ASTM D 2240에 따라 Shore A타입 경도계(TQC 사의 LD0550)를 이용하여 도막의 경도를 측정하였다.
아래 표 2에 상기 물성측정결과를 나타내었다.
(표 2)
위 실험결과, 우선, 그래핀 분말을 함유한 도막(실시예 1내지 3, 비교예 2, 3)의 경도가 그래핀을 첨가하지 아니한 조성물(비교예 1)에 비해 상대적으로 높게 측정되었고, 그래핀 분말을 함유한 도막(실시예 1내지 3, 비교예 2, 3)에서 그 함량이 높은 경우(실시예 3, 비교예 2, 3)에 도막의 경도가 상대적으로 높게 관찰되었다. 부착력 및 내염수성의 경우에는 비교예 1 포함하여, 실시예 모두 우수하게 측정되었고, 비교예 2, 3의 경우에는 보통이나 그 이하로 관찰되었다. 이는 미네랄계와 실리콘계의 소포제 함량 배합비와 관련지어서 최종 도막의 경화물 상태에 영향을 미친 것으로 추측된다.
Claims (8)
- 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 아미노프로필트리메톡시실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하고, 상기 복합소포제는 미네랄계와 실리콘계가 중량비로 1 : 1의 혼합물인 것을 특징으로 하는 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 개질그래핀은 COOH, OH 또는/ 및 에폭시 관능기를 함유한 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물.
- 제 1항 또는 3항에 있어서, 상기 충진제는 BaSO4, 운모가루, 규사, 실리카, 알루미늄 옥사이드(알루미나), 마그네슘 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1이상의 것임을 특징으로 하는 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물.
- 삭제
- 삭제
- 보수가 필요한 콘크리트 표면을 보수하는 방법에 있어서,
보수가 필요한 부분의 바탕면에 형성된 레이턴스, 불순물 또는 열화부위를 그라인더, 평삭기, 연마기 또는/및 숏블라스터 등으로 치핑하여 제거하는 1 단계; 치핑된 부위를 핸드 워터젯 또는/및 진공 흡입기 등으로 청소하는 2 단계; 선택적으로, 상기 1 단계 또는 2 단계 이후, 청소된 표면에 형성된 홈이나 균열에 방수제/보수제를 충진하여 물이나 염소이온의 침투를 방지하는 3 단계;
상기 1단계 또는 3 단계 이후, 수용성 페놀 노볼락 에폭시 수지 30 ~ 40 중량부, 개질그래핀 1 ~ 10 중량부, 충진재 15 ~ 25 중량부, 아미노프로필트리메톡시실란 0.5 ~ 5.0중량부, 수용성 분산제 0.1 ~ 0.5 중량부, 미네랄계(미네랄 오일)와 실리콘계를 혼합한 복합소포제(미네랄계와 실리콘계가 중량비로 1 : 1의 혼합물인 것임) 0.2 ~ 1 중량부, 습윤제 0.1~0.5 중량부, 수용성 아민 경화제 20~30 중량부, 희석제 10~20 중량부를 포함하여 이루어진 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물을 상기 콘크리트 표면에 도포하여 코팅층을 형성하는 4 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물을 이용한 콘크리트 보수공법. - 제 7항에 있어서, 상기 방수제는 방수제 용액 총중량 기준으로, 알루미노 실리케이트 분산용액 60 ~ 85 중량부, 나트륨 실리케이트 7 ~ 20중량부, 수산화 알루미늄 5 ~ 15 중량부, 황산나트륨 2 ~ 5중량부 및 물 잔부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질그래핀을 함유한 친환경 콘크리트 보호용 수용성 에폭시 도료조성물을 이용한 콘크리트 보수공법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102681873B1 (ko) | 2022-07-21 | 2024-07-05 | 주식회사 픽스앤내츄럴 | 철도 콘크리트 도상 손상부 보수를 위한 속경성 보수 재료 및 이를 이용한 철도 콘크리트 도상 보수 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100788021B1 (ko) | 2006-10-02 | 2007-12-21 | 윤형원 | 콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의방수공법 |
| KR20130094433A (ko) * | 2012-02-16 | 2013-08-26 | 서기원 | 판상의 마이크로 실리카와 실란 커플링제가 첨가된 콘크리트 바닥 표면 마감재 |
| KR101353918B1 (ko) | 2013-11-13 | 2014-01-22 | (주)우암건설 | 유연성 및 통기성이 있는 친환경 수용성 아크릴 코팅제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 표면보호, 콘크리트 구조물의 방수, 염해방지 및 중성화 방지 공법 |
| KR20190140623A (ko) * | 2018-06-12 | 2019-12-20 | 삼화페인트공업주식회사 | 대전방지성 에폭시 바닥재용 무용제 이액형 도료 조성물, 이의 제조 방법, 및 대전방지성 에폭시 바닥재 |
-
2020
- 2020-04-06 KR KR1020200041379A patent/KR102199308B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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