KR102233061B1

KR102233061B1 - 저온 시공이 가능한 콘크리트 균열 보수용 고분자량 아크릴 모노머를 이용한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법

Info

Publication number: KR102233061B1
Application number: KR1020200090125A
Authority: KR
Inventors: 윤유현
Original assignee: 윤유현
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-03-29

Abstract

본 발명은 노후화된 콘크리트 균열 보수와 보강을 위한 고분자량 아크릴 모노머를 이용한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴 모노머를 주성분으로 하되, 복수의 아크릴 관능기를 갖는 올리고머를 포함하여 -5℃ 이하에서도 경화를 시킬 수 있고, 또한 점도를 조절할 수 있어 흘러내리지 않는 상태를 유지하여 노후화된 콘크리트의 표면을 보강할 수 있는 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 균열 보수제 조성물은 아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물, 그리고 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물, 그리고 반응개시제를 포함하는 3액 조성물을 포함한다.

Description

저온 시공이 가능한 콘크리트 균열 보수용 고분자량 아크릴 모노머를 이용한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법{CRACK REPAIRING COMPOSITION AND CRACK REPAIRING CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 노후화된 콘크리트 균열 보수와 보강을 위한 고분자량 아크릴 모노머를 이용한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴 모노머를 주성분으로 하되, 복수의 아크릴 관능기를 갖는 올리고머를 포함하여 -5℃ 이하에서도 경화를 시킬 수 있고, 또한 점도를 조절할 수 있어 흘러내리지 않는 상태를 유지하여 노후화된 콘크리트의 표면을 보강할 수 있는 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

콘크리트 수명은 최근 기후 변화와 다양한 환경적 요인에 의하여 크게 감소하고 있으며 이에 따라 보수 보강방법이 계속 요구되고 있다.

종래의 가장 효과적인 보수방법으로는 단량체(monomer)를 함침시키는 함침(impregnation)공법이 이용되어 왔다. 그리고 이러한 함침공법은 매우 낮은 분자량의 단량체를 콘크리트 내부에 흡수시키고 촉매 등의 외적인 요인에 의하여 흡수된 단량체를 고분자화 하는 방법으로 사용되는 단량체는 일반적으로 실리콘 유도체인 실란(silane)이 사용되었다.

그러나 이러한 실란을 이용한 함침은 콘크리트 내부 공급을 매우 얇은 막을 형성하여 최종 생성물이 콘크리트에 존재하는 기공을 폐쇄하지 못하고, 개방된 구조를 형성시킴으로써 궁극적으로 수압이 작용하는 부위에는 적용하지 못하며, 콘크리트 포장면과 같이 마찰이 크게 작용하는 면에서 미끄럼 저항성이 감소할 수 있다는 단점이 존재하여 그 사용이 한정적이었다.

그리고 최근 사용되는 함침 보수제는 저분자량의 아크릴계 함침제이며 MMA(Methyl Methacrylate)를 기반으로 하여 매우 역한 냄새의 문제, 그리고 다량의 인체 유해 물질의 증발 때문에 사용이 매우 제한적이고 어렵다는 단점이 있고, 사용처에 따라 점도를 조절할 수 없어, 10~20cps의 점도에 해당하는 MMA 기반 균열 보수제는 시공 부위 표면에서 쉽게 흘러내려 이들을 침투시키기는 어려운 단점이 있고, 특히 경사부분에 적용하기 위해서는 적당한 점도가 필요한 실정이며, 또한 경화시간도 상당히 길어 공사 기간의 증가 등의 문제를 수반하고 있다.

또한 기존의 보수제를 사용하는 경우에는 시공부위 표면의 색도와 콘크리트 시설물 사이의 색도의 불균형을 초래하여 콘크리트 시설물의 미관을 해치는 문제점이 있다.

아크릴 폴리머 수지를 이용한 콘크리트 보수에 관한 종래의 기술로, 등록특허 제10-1500958호(2015년03월04일) 등이 있는데, 종래기술은 저온에서 강도 발현이 빠르며, 강도 및 내구성이 증진되고, 신속성 및 작업성이 개선된 개질 아크릴 폴리머 수지를 제시하고 있다.

그러나 종래기술은 개질 아크릴 폴리머 수지로서 MMA를 주성분으로 하고 있다는 문제와 착색 효과를 발휘할 수 있는 별도의 구성을 구비하고 있지 않아 시공 후에 현장의 표면 색도와 콘크리트 시설물의 색도가 상이하다는 문제를 여전히 수반하고 있으며, 반응 개시제로는 아닐린을 사용함으로써 환경에 나쁜 여향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 유동파라핀을 사용함으로써 BPN(미끄럼 저항치)을 67이상을 얻기가 매우 힘든 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, MMA의 사용 없이, TMPTA를 포함하는 아크릴 단량체에 더하여 이들과 유사한 저분자량 중합체(Oligomer)를 포함시킴으로써 현장에서 용이하게 혼합되고, 또한 -5℃ 이하의 환경에서도 빠르게 경화되어 시공성과 속경성이 확보된 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 콘크리트 균열 부위의 시공 이후에도 색도가 시공부위의 색과 동일하여 미관이 개선된 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 복수의 관능기를 포함하는 올리고머의 사용량을 적절히 변화시켜 벽체나 바닥 등 사용 부위에 따라 점도를 조절한다든가 균열밀봉이나 밀봉 부위의 코팅을 위한 보호코팅 등 용도에 따라 점도를 조절하여 사용함으로써 다양한 시공부위, 용도 등에 적용이 가능한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 끓는점이 100℃ 이상인 고비점 아크릴 단량체를 이용함으로써 적어도 100℃ 이상으로 사용 시에도 화합물의 증발이 (거의) 이루어지지 않아 냄새가 거의 없고, 인체에 대한 유해성을 낮출 수 있는 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 올리고머가 복수의 아크릴 관능기를 포함하며, 아크릴 관능기의 개수에 따라 아크릴 단량체의 중합 시에 원하는 만큼의 반응 속도를 조절함으로써 시공성이 향상된 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에 따른 조성물을 통해 콘크리트 균열 부위를 밀봉하는 밀봉 단계와 밀봉된 부위 상부를 코팅하는 코팅 단계를 각기 다른 점도를 갖는 조성물을 통하여 수행하고, 아울러 모레를 도포하는 샌더링 단계를 포함함으로써 균열 부위의 완전한 밀폐성과 BPN 67 이상의 높은 미끄럼 저항성을 확보한 콘크리트 보수 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 저온 시공이 가능한 콘크리트 균열 보수용 고분자량 아크릴 모노머를 이용한 균열 보수제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 보강공법은, 아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물, 그리고 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물, 그리고 반응개시제를 포함하는 3액 조성물을 포함한다.

또한 상기 1액 조성물 내지 상기 3액 조성물은 100 : 20 ~ 40 : 6 ~ 8 의 중량비로 사용된다.

또한 상기 1액 조성물 내지 상기 3액 조성물은 100 : 50 ~ 100 : 1 ~ 10 의 중량비로 사용된다.

또한 상기 아크릴 단량체는, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA) 1 ~ 10 중량부, 테트라하이드로퍼퓨릴메타크릴레이트(THFMA) 1~10 중량부, 이소보닐 메타크릴레이트(IBOMA) 10 ~ 20 중량부, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-HEA) 10 ~ 20 중량부 및 페녹시에틸 메타크릴레이트(PhOEMA) 10 ~ 20 중량부를 포함한다.

또한 상기 올리고머는 아크릴 관능기가 2 ~ 9개인 것을 특징으로 한다.

또한 아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물 100 중량부, 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물 20 ~ 40 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 교반하는 제1교반 단계, 그리고 상기 제1교반 단계를 거친 상기 교반기에 반응개시제를 포함하는 3액 조성물 6 ~ 8 중량부를 투입하여 1 ~ 3분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 교반하는 제2교반 단계, 그리고 상기 제1교반 단계 및 상기 제2교반 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액을 콘크리트 균열 부위에 주입하여 밀봉하는 밀봉 단계를 포함한다.

또한 아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물 100 중량부, 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물 50 ~ 100 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 혼합하는 제1혼합 단계, 그리고 상기 제1혼합 단계를 거친 상기 교반기에 반응개시제를 포함하는 3액 조성물 1 ~ 10 중량부를 1 ~ 3분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 혼합하는 제2혼합 단계, 그리고 상기 제1혼합 단계 및 상기 제2혼합 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액을 콘크리트 밀봉 부위 상부에 코팅하는 코팅 단계를 포함한다.

또한 상기 제1혼합 단계 및 상기 제2혼합 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액이 코팅된 부위 상부에 모레를 도포하는 샌더링 단계를 더 포함한다.

상기 구성, 단계 및 특징을 갖는 본 발명은 MMA의 사용 없이, TMPTA를 포함하는 아크릴 단량체에 더하여 이들과 유사한 저분자량 중합체(Oligomer)를 포함시킴으로써 현장에서 용이하게 혼합되고, -5℃ 이하의 환경에서도 빠르게 경화되어 시공성과 속경성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

또한 콘크리트 균열 부위의 시공 이후에도 색도가 시공부위의 색과 동일하여 미관을 저해시키지 않는 장점을 갖는다.

또한 복수의 관능기를 포함하는 올리고머의 사용량을 적절히 변화시켜 벽체나 바닥 등 사용 부위에 따라 점도를 조절한다든가 균열밀봉이나 밀봉 부위의 코팅을 위한 보호코팅 등 용도에 따라 점도를 조절하여 사용함으로써 다양한 시공부위, 용도 등에 적용이 가능하다는 장점을 갖는다.

또한 끓는점이 100℃ 이상인 고비점 아크릴 단량체를 이용함으로써 적어도 100℃ 이상으로 사용 시에도 화합물의 증발이 (거의) 이루어지지 않아 냄새가 거의 없고, 인체에 대한 유해성을 낮출 수 있다는 장점을 갖는다.

또한 올리고머가 복수의 아크릴 관능기를 포함함으로써 아크릴 관능기의 개수에 따라 아크릴 단량체의 중합 시에 원하는 만큼의 반응 속도를 조절할 수 있는 장점을 갖는다.

또한 본 발명에 따른 조성물을 통해 콘크리트 균열 부위를 밀봉하는 밀봉 단계와 밀봉된 부위를 코팅하는 코팅 단계를 각기 다른 점도를 갖는 조성물을 통해 수행하고, 아울러 모레를 도포하는 단계를 포함함으로써 균열 부위의 완전한 밀폐성과 높은 미끄럼 저항성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 보수 보강공법의 블록도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 균열 보수제 조성물을 구성하는 아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물, 그리고 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물, 그리고 반응개시제를 포함하는 3액 조성물을 차례대로 살펴보기로 한다.

먼저 1액 조성물에 포함되는 아크릴 단량체는 본 조성물의 주성분으로서, 특히 본 조성물의 아크릴 단량체는 끓는점(비점)이 100℃ 이상인 것이 사용되고, 아크릴계를 사용함으로써 자외선 영역의 광에 의해 빠르게 광분해되는 에폭시계보다 옥외폭로에 대해 안정적일 수 있다.

이에 본 조성물은 사용 시 유기화합물의 증발이 없거나 적어 냄새가 나지 않고, 또한 인체에 대한 유해성을 낮출 수 있다. 특히 이는 MMA를 기반으로 한 보수제들과 비교하였을 때 장점이 부각될 수 있다.

그리고 상기 아크릴 단량체는 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA), 테트라하이드로퍼퓨릴메타크릴레이트(THFMA), 이소보닐 메타크릴레이트(IBOMA), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-HEA), 페녹시에틸 메타크릴레이트(PhOEMA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 또한 이들 모두를 포함하는 경우에는 1액 조성물은 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA) 1 ~ 10 중량부, 테트라하이드로퍼퓨릴메타크릴레이트(THFMA) 1 ~ 10 중량부 , 이소보닐 메타크릴레이트(IBOMA) 10 ~ 20 중량부, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-HEA) 10 ~ 20 중량부, 페녹시에틸 메타크릴레이트(PhOEMA) 10 ~ 20 중량부, 촉진제 1 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다.

먼저 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)은 1 ~ 10 중량부가 포함될 수 있는데, 그 함량이 1 중량부 미만에 해당하는 경우에는 반응성이 나빠질 수 있으며, 그 함량이 10 중량부를 초과하는 경우에는 급격한 반응이 유도되어 사용 중에 경화가 될 수 있다.

그 다음으로 테트라하이드로퍼퓨릴메타크릴레이트(THFMA)는 1 ~ 10 중량부가 포함될 수 있고, 그 함량이 1 중량부 미만에 해당하는 경우에는 반응 유도가 원활하지 않을 수 있고, 그 함량이 10 중량부를 초과하는 경우에는 반응성이 커져 사용이 어렵게 된다.

그 다음으로 이소보닐 메타크릴레이트(IBOMA)는 10 ~ 20 중량부가 포함될 수 있고, 그 함량이 10 중량부 미만에 해당하는 경우에는 경화된 이후에 경도가 낮게 되는 문제가 발생하여 기계적 물성이 나빠질 수 있으며, 그 함량이 20 중량부를 초과하는 경우에는 반응성이 낮아 경화시간이 오래 걸릴 수 있게 된다.

그 다음으로 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-HEA)는 10 ~ 20 중량부가 포함될 수 있고, 그 함량이 10 중량부 미만에 해당하는 경우에는 경화시간이 길어질 수 있으며, 그 함량이 20 중량부를 초과하는 경우에는 최종생성물의 Tg가 낮아 단단하지 않을 수 있다.

그 다음으로 페녹시에틸 메타크릴레이트(PhOEMA)은 10 ~ 20 중량부가 포함될 수 있는데, 그 함량이 10 중량부 미만에 해당하는 경우에는 최종생성물의 경도가 낮아지는 문제가 발생하고, 그 함량이 20 중량부를 초과하는 경우에는 반응성이 너무 커져 사용상의 어려움이 있을 수 있다.

그 다음으로 촉진제에 대해 살펴보면, 일 실시예로 코발트 헥사노에이트(Cobalt hexanoate)가 포함될 수 있으며, 이러한 촉진제를 사용하지 않을 경우에는 반응온도를 높여야 하는 번거로움이 발생하며 실제 상기 1액의 온도를 높이지 않을 경우 반응의 개시가 어렵게 된다. 이 때 촉진제는 개시반응의 온도를 낮춤으로써 빠른 개시반응을 유도하며, 상기 촉진제로서 특히 코발트 2-에틸 헥사노에이트(Cobalt 2-ethyl hexanonate)가 사용될 수 있다.

그 다음으로 2액 조성물을 구성하는 올리고머에 대해 살펴보면, 상기 올리고머는 수백 내지 수천의 분자량을 갖되, 아크릴 관능기가 있는 저분자 중합체로서 반응성이 크며 중합 시 수만 또는 수백만의 중합 분자량을 갖으며, 쉽게 반응할 수 있어 아크릴 단량체로만 구성되는 경우보다 최종생성물의 중합도를 높일 수 있다.

또한 상기 올리고머를 포함할 경우 폴리머를 포함하는 경우 보다 낮은 점도를 갖게 되어 본 발명에 따른 균열 보수제 조성물은 콘크리트 시설물 등의 균열에 대한 주입성이 매우 우수하게 된다.

결과적으로는 단량체만을 이용하는 경우보다 빠른 반응성과 우수한 기계적 물성(높은 반응성, 높은 인화점, 짧은 경화시간, -5℃ 이하에서도 경화가 가능, 균열에 대한 높은 주입성)을 획득할 수 있는 장점이 있다. 그리고 폴리머를 포함하는 경우 폴리머에 의하여 점도가 높아지게 되어 균열에 대한 우수한 주입성을 확보하지 못하게 되는 단점이 존재한다.

반면 콘크리트 균열밀봉제 조성물과 같이 20cps 이하의 매우 낮은 점도가 요구되는 경우 올리고머의 사용량이 제한적일 수 있으며 일반적으로 최종생성물 총 중량의 30 중량% 이내로 사용되는 것이 바람직하다.

또한 후술하겠지만 보호코팅제 조성물을 도포하여 보호코팅층을 형성하는 경우와 같이, 더 높은 점도가 요구되는 경우에는 올리고머의 사용량을 높여 최종생성물이 더 높은 점도를 갖게 만들 수 있게 된다.

즉, 복수의 관능기를 포함하는 올리고머의 사용량을 적절히 변화시켜 벽체나 바닥 등 사용 부위에 따라 점도를 조절한다든가 균열 밀봉이나 밀봉 부위 상부의 코팅을 위한 보호코팅 등 용도에 따라 점도를 조절하여 사용함으로써 다양한 시공부위, 용도 등에 적용이 가능하다는 장점을 갖는다.

또한 상기 올리고머는 지방족 우레탄 아크릴 올리고머로써 분자량이 20,000g/mol 인 것 중 관능기의 수가 2 ~ 9개인 것이 바람직하고, 이들 중 점도가 25℃에서 30,000cps 이하인 것이 조합되어야 한다.

그리고 상기 올리고머는 아크릴 관능기가 2개 미만인 경우에는 아크릴 단량체들과의 반응이 더딜 수 있고, 아크릴 관능기가 9개를 초과하는 경우에는 빠른 반응에 의해 최종생성물의 강인성이 부족해질 수 있다.

그 다음으로 시공부위에 착색을 수행하기 위해서는 이산화티탄, 탄산칼슘, 산화바륨 등의 백색의 착색제를 첨가하여 콘크리트색과 동일하게 조색할 수 있다.

또한 상기한 착색제가 포함됨으로써 콘크리트 균열 보수 시공 이후에도 콘크리트 시설물 등의 미관을 해치지 않게 되고, 나아가 지속적인 보수가 필요한 콘크리트 시설물의 특성상 유지/보수의 지속성을 연장시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

그리고 이러한 2액 조성물은 올리고머 98 ~ 100 중량부와 착색제 0.5 ~ 2 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.

그 다음으로 3액 조성물에 포함되는 반응개시제에 관하여 살펴보면, 상기 반응개시제는 일 실시예로 과산화물인 큐멘 하이드로퍼옥사이드(Cumene hydroperoxide)를 포함할 수 있다.

이러한 큐멘 하이드로퍼옥사이드(Cumene hydroperoxide)는 C₉H₁₂O₂의 화학식과 약 152g/mol의 분자량을 갖는 물질로, 큐멘 하이드로퍼옥사이드 분자에는 총 23 개의 화학결합이 있으며, 이는 11 개의 비수소결합, 6 개의 다중결합, 2 개의 단일결합, 6 개의 방향족결합, 1 개의 6원자 고리 그리고 1 개의 수산기로 구성되어 있다. 그리고 상기 큐멘 하이드로퍼옥사이드를 사용하는 경우, BPO 등의 고체를 사용하는 경우보다 반응이 빠르고 고르게 이루어질 수 있다는 장점이 있어 채용되었다.

다만 BPO 등의 과산화물도 사용이 가능하며 사용할 경우 2액에 완전히 용해되어야만 한다.

그리고 상기 1액 조성물, 2액 조성물 및 3액 조성물의 중량비를 각각 다르게 하여 균열 보수제 조성물을 콘크리트의 균열을 밀봉하기 위한 균열밀봉제 조성물과 밀봉된 부위의 상부를 보호코팅하기 위한 보호코팅제 조성물로 구성할 수 있다.

그리고 균열밀봉제 조성물은 상대적으로 점도를 낮게 구성하여 초미세 균열에도 침입하여 함침 중합될 수 있도록 하여야 하고, 결과적으로는 균열 밀봉 시공 이후에 발생할 수 있는 화학적 침식이나 동결, 융해와 같은 물리적 침식을 방어할 수 있게 된다.

그리고 보호코팅제 조성물은 점도를 상대적으로 높게 구성하여 후술하겠지만 코팅 단계 이후에 수행하는 샌더링 단계와 함께 시공 부위에 높은 미끄럼 저항성을 확보할 수 있게 된다.

즉, 상기 1액 조성물, 2액 조성물 및 3액 조성물의 중량비를 각각 다르게 구성시킴으로써 균열밀봉제 조성물의 경우에는 전술했듯이, 20cps 이하의 점도를 갖도록 구성할 수 있고, 보호코팅제 조성물의 경우에는 300cps 이상의 점도를 갖도록 구성하여 균열 밀봉 부위의 상부에 코팅층을 형성시켜 흘러내림을 방지할 수 있으며, 또한 500cps 이상의 점도로 구성하여 상기 보호코팅층 상부에 모레를 도포하여 미끄럼 저항성을 확보시킬 수도 있다.

또한 이처럼 균열밀봉제 조성물과 보호코팅제 조성물이 동일 계열의 재료가 사용됨으로써 서로의 이형성이 감소될 수 있고, 균열 보수 시공 이후에 발생할 수 있는 물리적 거동 차이에 의한 파손을 최소화시킬 수 있으며, 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

먼저 균열밀봉제 조성물은 1액 조성물: 2액 조성물: 3액 조성물의 중량비가 100 : 20 ~ 40 : 6 ~ 8로 사용될 수 있다.

여기서 2액 조성물이 20 중량부 보다 적은 경우 반응이 충분치 않을 수 있으며, 40 중량부 보다 큰 경우에는 점도가 너무 높아질 수 있다.

또한 3액 조성물은 6 중량부 보다 적을 경우 반응 속도가 느려질 수 있으며 8 중량부보다 클 경우 빠른 반응이 발생할 수 있어 제어가 어렵게 된다.

그 다음으로 보호코팅제 조성물의 경우 1액 조성물: 2액 조성물: 3액 조성물의 중량비는 100 : 50 ~ 100 : 1 ~ 10로 사용될 수 있다. 여기서 2액 조성물이 50 중량부 보다 적은 경우 점도가 충분치 않아 흘러내릴 수 있으며, 100 중량부보다 큰 경우에는 점도가 너무 높아질 수 있다.

또한 3액 조성물은 1 중량부보다 적은 경우 반응 속도가 느려질 수 있으며 10 중량부보다 클 경우 빠른 반응이 발생할 수 있어 제어가 어렵게 된다.

그 다음으로 균열 보수제 조성물을 이용한 콘크리트 보수 보강공법에 대해 살펴보면 본 보수 보강공법은 먼저 시공하여야할 부위를 깨끗하게 청소하고 완전히 건조시키는 클리닝 단계 이후에 수행된다.

상기의 균열밀봉제 조성물을 생성하기 위해서는 1액 조성물 100 중량부에 2액 조성물 20 ~ 40 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분(바람직하게는 1분) 간 150~300rpm의 속도로 교반하는 제1교반 단계를 수행한 후 여기에 3액 조성물을 6 ~ 8 중량부를 교반기에 투입하여 1 ~ 3 분 간(바람직하게는 2분) 150~300rpm의 속도로 교반하는 제2교반 단계를 수행한다. 그리고 이 때 기계적인 방법이 아닐 경우 반응 시간이 완전히 달라질 수 있다.

그리고 완성된 균열밀봉제 조성물을 콘크리트 균열 부위에 주입하여 밀봉하는 밀봉 단계를 수행한다.

그 다음으로 코팅 단계로서 상기의 보호코팅제 조성물을 생성하기 위해서는 1액 조성물 100 중량부에 2액 조성물 50 ~ 100 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분(바람직하게는 1분) 간 150~300rpm의 속도로 혼합하는 제1혼합 단계를 수행한 후 여기에 3액 조성물을 1 ~ 10 중량부를 교반기에 투입하여 1 ~ 3분(바람직하게는 2분) 간 150~300rpm의 속도로 혼합하는 제2혼합 단계를 수행한다.

그리고 완성된 보호코팅제 조성물을 콘크리트 밀봉 부위 상부에 코팅하는 코팅 단계를 수행한다. 이 때 상기 코팅 단계는 콘크리트 균열 부위에 주입된 균열밀봉제 조성물이 경화된 후에 수행되는 것이 바람직하다.

그리고 이 때 코팅 단계는 스프레이보다는 보호코팅제 조성물을 시공 부위에 부은 후에 밀대 등을 이용하여 적절하게 펼치고, 그 이후에는 완전히 건조된 1 ~ 3mm의 입경을 갖는 건조된 모레를 도포하는 샌더링 단계를 수행한다.

그리고 대기 조건에 따라 달라질 수 있으나 상기 샌더링 단계를 마친 이후 통상적으로 2 ~ 3 시간이 필요하며, 코팅 단계와 샌더링 단계를 마친 시공면의 미끄럼 저항성 BPN을 67 이상으로 확보할 수 있게 된다.

그리고 아래의 표 1 내지 3은 상기한 본 조성물의 효과를 입증하기 위한 실험예로서, 표 1은 1액 조성물, 2액 조성물 및 3액 조성물이 포함하고 있는 화합물들의 중량비를 나타낸 표이고, 표 2는 보호코팅제 조성물의 1액 조성물 내지 3액 조성물의 중량비를 나타낸 표이며, 표 3의 실시예1과 실시예2는 균열밀봉제 조성물, 보호코팅제 조성물의 물성을 나타낸 것이고, 실시예3은 상기 실시예1을 통해 밀봉 단계를 수행하고, 실시예2를 통해 코팅 단계를 수행한 후에 물성을 나타낸 것이며, 비교예1은 국내 M사의 시판용 MMA 계열 균열 주입용 제품의 물성을 나타낸 표이다.

상기 표 1 내지 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예1과 같이 균열밀봉제 조성물를 구성하는 경우, 점도가 20cps 이하인 것을 확인할 수 있는데, 이러한 저점도의 균열밀봉제 조성물은 콘크리트 균열 내부로 깊숙이 침투할 수 있어서 균열을 완전히 밀봉할 수 있다.

또한 실시예2와 같이 보호코팅제 조성물을 구성하는 경우, 점도를 500cps 이상으로 구성시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 인화점이 90℃ 이상으로 상대적으로 높아서 휘발 성분에 의한 역한 냄새나 위험 물질에 대한 노출이 거의 없고, 회색 또는 밝은 회색의 색상을 띄므로 균열 보수 시공 후에 균열 자리에 대한 현출이 거의 또는 전혀 없어 미관 저해를 사전에 차단할 수 있으며, 경화 시간이 2시간 이내로 빠르게 경화되는 것을 확인할 수 있다.

또한 실시예3과 같이 상기 균열밀봉제 조성물과 보호코팅제 조성물을 이용하여 밀봉 단계, 코팅 단계를 수행한 경우 밀봉 이후에 빠른 시간 내에 밀봉 부위 상부에 코팅막을 형성시키게 되는 바 균열밀봉제 조성물과 보호코팅제 조성물의 협착을 통해 73 BPN에 해당하는 높은 미끄럼 저항성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 균열 보수제는 상기 촉진제의 함량을 줄이는 대신 기능성 첨가제 1 중량부를 더 포함할 수 있고, 상기 기능성 첨가제를 첨가함으로써 대기 중에 존재하는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물, 악취 가스 등을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함한다.

각각의 구성 별로 살펴보면 상기 바인더로는 실리콘 알콕사이드가 사용될 수 있고, 이하 기능성 첨가제의 각 조성물의 함량은 바인더 100 중량부를 기준으로 한다.

그 다음으로 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 이산화티타늄의 전구체로, 후술할 백금 이온과 교반되어 이산화티타늄의 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드 사이의 에너지 갭을 감소시킨 백금-이산화티타늄을 생성시킨다.

따라서 이러한 백금-이산화티타늄은 자외선 영역뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 활성상태를 만들 수 있게 되고, 활성상태에서 전자와 홀이 표면으로 이동해 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼을 형성시킴으로써 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 제거할 수 있게 된다.

그리고 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 ((CH₃)₂CHO)₂Ti(C₅H₇O₂)₂의 화학식을 갖는 것이 사용될 수 있으며, 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드는 12 중량부가 포함되고, 12 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 효과적으로 제거할 수 없으며, 12 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 좁은 에너지 밴드 간격을 형성하기 힘들다.

그 다음으로 백금이온은 상기 티타늄테트라 이소프로폭사이드와 교반되어 백금-이산화티타늄을 생성시키게 되며, 클로로백금산 등으로부터 얻을 수 있고, 교반 과정은 통상의 방법을 따를 수 있다. 이러한 백금이온은 0.3 중량부가 포함되고, 0.3 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 백금-이산화티타늄의 에너지 밴드 간격을 효과적으로 줄일 수 없고, 0.3 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제적이지 못하다.

그 다음으로 폴리페닐메틸실록산은 상기한 백금-이산화티타늄과 교반되어 백금-이산화티타늄의 활성 상태를 억제시켜주는 물질로서 상기 균열 보수제를 구성하는 물질들의 중합 시에 상기 백금-이산화티타늄이 다른 물질들을 급격하게 산화시키는 것을 방지하게 되며, 백금-이산화티타늄과 동일한 양을 첨가하는 것이 바람직하다.

그 다음으로 폴리디메톡시실란과 폴리염화포스포니트릴은 상기 폴리페닐메틸실록산을 분해시켜주는 물질로 사용되는데, 백금-이산화티타늄과 폴리페닐메틸실록산을 교반시킨 이후에 첨가되며, 상기 폴리페닐메틸실록산을 서서히 분해시키면서 활성 상태가 억제되었던 백금-이산화티타늄이 상기 보수제가 완전히 중합이 이루어진 이후에 산화 작용을 수행할 수 있게 된다. 그리고 이러한 폴리디메톡시실란은 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴은 5 중량부가 사용되는 것이 바람직하고, 각각 40 중량부, 5 중량부 미만으로 사용하는 경우에는 상기 폴리페닐메틸실록산의 분해 속도가 너무 느려져 백금-이산화티타늄의 산화력 감소로 이어질 수 있고, 각각 40 중량부, 5 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 상기 폴리페닐메틸실록산의 분해 속도가 너무 빨라져 백금-이산화티타늄의 강한 산화력으로 인해 상기 균열 보수제를 구성하는 물질들의 중합 시에 산소에 의한 표면 반응 지연이 발생할 수 있게 된다.

즉, 상기 균열 보수제를 구성하는 물질들이 중합 시에 백금-이산화티타늄의 산화력에 의해 발생하는 산소에 의한 표면 반응 지연을 폴리페닐메틸실록산을 통해 방지할 수 있게 되는 것이고, 상기 폴리디메톡시실란과 상기 폴리염화포스포니트릴을 통해 상기 폴리페닐메틸실록산을 서서히 분해시켜 상기 균열 보수제를 구성하는 물질들이 완전히 중합이 이루어진 이후에 백금-이산화티타늄이 산화력을 발휘할 수 있도록 만드는 것이다.

그 다음으로 이소토는 점도를 증가시켜 상기 균열 보수제의 저점도 특성에 의한 흘러내림을 방지 등을 위해 첨가되는 것이고, 3.8 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 3.8 중량부 미만으로 사용하는 경우에는 흘러내림을 방지할 수 없게 되고, 3.8 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 경제성 저하 및 물성 저하가 발생할 수 있게 된다.

그 다음으로 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물은 알칼리 분위기에서 연화되거나 용해되는 물질들로, 상기 균열 보수제가 알칼리 분위기를 갖는 콘크리트나 시멘트 등의 내부에 주입 등이 되기 이전에는 상기 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물이 이소토를 감싸 이소토의 증점 효과가 발휘되지 않다가 상기 균열 보수제가 콘크리트 등의 내부에 주입 등이 된 후에는 상기 초산비닐, 수산화아연 및 옥시란중합물이 연화되거나 분해되면서 상기 이소토의 증점 효과가 발휘될 수 있게 된다. 그리고 상기 초산비닐 2 중량부 알칼리 영역에서 용해도가 큰 수산화아연 0.1 중량부 및 알칼리 영역에서 용해도가 큰 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함할 수 있는데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우에는 상기 균열 보수제가 콘크리트 내부로 주입되기 전에 상기 이소토의 증점 효과를 억제시키기 힘들고, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우에는 상기 균열 보수제가 콘크리트 내부로 주입된 이후에 상기 이소토의 증점 효과를 얻기가 힘들게 된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물;
복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물; 및
반응개시제를 포함하는 3액 조성물;
을 포함하고,
기능성 첨가제를 더 포함하고,
상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 보수제 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 1액 조성물 내지 상기 3액 조성물은 100 : 20 ~ 40 : 6 ~ 8 의 중량비로 사용되는 것을 특징으로 하는 균열 보수제 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 1액 조성물 내지 상기 3액 조성물은 100 : 50 ~ 100 : 1 ~ 10 의 중량비로 사용되는 것을 특징으로 하는 균열 보수제 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 아크릴 단량체는, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA) 1~10 중량부, 테트라하이드로퍼퓨릴메타크릴레이트 (THFMA) 1~10 중량부, 이소보닐 메타크릴레이트(IBOMA) 10 ~ 20 중량부, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-HEA) 10 ~ 20 중량부 및 페녹시에틸 메타크릴레이트(PhOEMA) 10 ~ 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 보수제 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 올리고머는 아크릴 관능기가 2 ~ 9개인 것을 특징으로 하는 균열 보수제 조성물.
아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물 100 중량부, 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물 20 ~ 40 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 교반하는 제1교반 단계;
상기 제1교반 단계를 거친 상기 교반기에 반응개시제를 포함하는 3액 조성물 6 ~ 8 중량부를 투입하여 1 ~ 3분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 교반하는 제2교반 단계; 및
상기 제1교반 단계 및 상기 제2교반 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액을 콘크리트 균열 부위에 주입하여 밀봉하는 밀봉 단계;
를 포함하고,
기능성 첨가제를 더 포함하고,
상기 기능성 첨가제는 바인더 100 중량부, 티타늄테트라 이소프로폭사이드 12 중량부, 백금이온 0.3 중량부, 폴리페닐메틸실록산 12 중량부, 폴리디메톡시실란 40 중량부, 폴리염화포스포니트릴 5 중량부, 이소토 3.8 중량부, 초산비닐 2 중량부, 수산화아연 0.1 중량부 및, 옥시란중합물 0.1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 보수제를 이용한 콘크리트 보수 보강공법.
청구항 6에 있어서,
아크릴 단량체 및 촉진제를 포함하는 1액 조성물 100 중량부, 복수의 아크릴 관능기를 포함하는 올리고머 및 착색제를 포함하는 2액 조성물 50 ~ 100 중량부를 교반기에 투입하여 0.5 ~ 1.5분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 혼합하는 제1혼합 단계,
상기 제1혼합 단계를 거친 상기 교반기에 반응개시제를 포함하는 3액 조성물 1 ~ 10 중량부를 1 ~ 3분 간 150 ~ 300rpm 의 속도로 혼합하는 제2혼합 단계, 및
상기 제1혼합 단계 및 상기 제2혼합 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액을 콘크리트 밀봉 부위 상부에 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 보수제를 이용한 콘크리트 보수 보강공법.
청구항 7에 있어서,
상기 제1혼합 단계 및 상기 제2혼합 단계를 거친 상기 1액 내지 3액 조성물의 혼합액이 코팅된 부위 상부에 모래를 도포하는 샌더링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 보수제를 이용한 콘크리트 보수 보강공법.