KR102279023B1 - 콘크리트 보수를 위한 그래핀 몰탈 및 중성화 방지를 위한 도료, 이를 이용한 보수시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 보수를 위한 그래핀 몰탈 및 중성화 방지를 위한 도료, 이를 이용한 보수시공방법에 있어서, 교량 신축이음장치의 후타부 콘크리트의 손상부위를 정리하는 단계; 및, 정리된 손상부위를 세척하는 세척단계; 및, 철근 노출 시 철근의 산화 방지를 위하여 철근의 표면에 방청제를 도포하는 단계; 및, 손상부위 표면에 접착 강화제를 도포하는 콘크리트 접착 강화제 도포단계; 및, 상기 손상부위의 접착 강화제 상에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계; 및, 상기 단면복구단계 이후 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계; 및, 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계;를 포함하는 것으로 본 발명의 몰탈 조성물을 활용하여 구조물의 손상부위와 결합성을 향상시키고, 도료 조성물을 활용하여 내마모성, 내부식성을 갖게 함으로서 기계적 물성을 개선할 수 있다. 아울러, 보수완료 된 단면에 충격등의 외부 요인이 발생하더라도 재료적 물성 향상을 통해 재 손상을 방지할 수 있는 기술적 특징을 갖고 있다.

Description

콘크리트 보수를 위한 그래핀 몰탈 및 중성화 방지를 위한 도료, 이를 이용한 보수시공방법 {Graphene mortar for concrete maintenance, paint of preventing neutralization and maintenance method of concrete}

본 발명은 콘크리트 보수를 위한 그래핀 몰탈 및 중성화 방지를 위한 도료와 이를 이용한 보수시공방법에 관한 것이다.

특허발명 001은 본 발명은 정량화된 폴리머 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 활용한 교량 신축이음 보수공법에 관한 것으로, 안정적 강도발현 및 내구성능 확보가 가능한 분말상태의 무기계 혼화재에 단기간 경화특성과 고강도성의 효과를 낼 수 있도록 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커와 칼슘알루미네이트계 클링커, 무수석고, 소석회, 첨가제 등을 첨가하여 제조된 저발열 특수시멘트 및 골재, 폴리머 개질제, 물을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 폴리머 초속경 콘크리트 조성물은 저발열 특수시멘트 몰탈 50~60 중량% ; 골재 32~42 중량% ; 폴리머 개질제 3~5 중량%; 및 물 3~5 중량%를 포함하여 이루어진다. 본 발명은 폴리머 초속경 콘크리트를 이동식 혼합기와 이동식 배출콘베이어를 이용하여 신속하게 교량의 신축이음부를 보수한다.

특허발명 002는 (a) 콘크리트 구조물의 알칼리성 회복 및 방청을 위하여 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 표면에 표면처리재를 도포하는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리재 위에, 포틀랜드 시멘트 35~45 중량부, 알루미나 시멘트 5~10 중량부, 포졸란 파우더 5~10중량부, 실리카샌드 50~55 중량부, 재유화형 분말수지 2~5 중량부, 증점 안정제 메틸셀룰로오스 0.1~0.3 중량부, 폴리카본산계분말 유동화제 0.2~0.5 중량부, 및 아라미드섬유 0.1~0.3 중량부를 포함하는 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 단계; 및 (c) 상기 단면복구 미장의 표면에 표면보호재를 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 및 상기 보수 보강 공법에 사용되는 보수모르타르재를 제공한다.

특허발명 003은 신축이음장치 및 교량받침부의 콘크리트층의 보수 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신축이음장치 및 교량받침부의 콘크리트층를 보수할 때에, 균열 저감 섬유(화이버)보강재와 속경재를 혼합한 콘크리트를 투입하여 내구성과 내마모성을 보강하는 신축이음장치 및 교량받침부의 콘크리트층의 보수 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 신축이음장치 및 교량 받침부의 콘크리트층을 보수하는 방법에 있어서, 신축이음장치 또는 교량 받침부의 파손된 콘크리트층을 제거하는 단계; 시멘트와 섬유재질의 화이버와 속경재를 혼합한 콘크리트를 상기 제거된 부분에 타설하는 단계; 상기 혼합한 콘크리트를 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이상과 같이 파손된 신축이음장치의 후타부나 교량받침부의 콘트리트층을 제거하고, 균열 저감 화이버와 속경재를 혼합한 본 발명의 콘크리트로 조성물을 투입하여 파손된 후타부를 보수를 한다면, 보수 시공성이 간편해지고, 이 파이버가 콘크리트와 견고하게 결합되어 균열 저감 효과가 탁월하게 된다.

특허발명 004는 신축이음장치 후타부콘크리트 교체공법에 관한 것이다. 본 발명은 서로 연접한 한 쌍의 구조물 사이에 신축이음부재를 배열하고 보강형강을 설치한 후, 후타부콘크리트를 타설하여 마감하는 구조물 신축이음부의 신축이음장치 후타부콘크리트 교체공법에 있어서, 상기 보강형강의 상부에 덮개부재를 설치하고, 상기 보강형강과 상기덮개부재를 고정하는 단계와, 상기 덮개부재에 의해 차폐되는 공간부에 무수축몰탈을 타설하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 후타부콘크리트의 손상부를 제거하고 노출된 보강형강의 상면과 측면에 덮개부재와 앵커볼트를 일체화 시킨 후, 덮개부재에 형성된 관통공으로 무수축몰탈을 타설하여 덮개부재를 정착시키며 노출된 보강형강 상부의 실측을 통하여 덮개부재를 제작함으로써 계획적인 보수가 이루어질 수 있다.

KR 10-2020-0089357 A (공개일자 2020년07월27일) KR 10-1586980 B1 (등록일자 2016년01월13일) KR 10-0950717 B1 (등록일자 2010년03월25일) KR 10-1254043 B1 (등록일자 2013년04월08일)

콘크리트 구조물은 건설 후 각종 자연 또는 인위적인 작용을 받아 사용년수에 따라 물리적, 화학적 변형으로 인하여 물리적 성능이 저하되게 된다. 근래 콘크리트 구조물의 안전성 및 성능확보 측면에서 보수 및 보강을 실시하여 안전성을 확보하는 유지보수 시장이 확대되고 있다. 콘크리트 구조물의 노화 현상이 가속화될 경우 철근부식, 동결융해, 탄산화 등으로 인한 콘크리트부에서의 단면손상을 초래하게 되어 미관 및 하중전달 기능 측면에서 안전에 위험을 초래할 수 있다. 일반적으로 콘크리트 구조물의 균열 원인은 구조균열과 비구조 균열로 나타나며, 구조균열은 설계오류에 따른 것이거나 허용범위를 초과한 하중으로 인하여 발생되는 것이 전반적이며, 비구조균열은 콘크리트의 재료분리, 동결융해, 건조수축, 철근부식, 염해, 알칼리골재 반응, 화재등이 균열 발생의 원인이 된다. 콘크리트의 균열의 크기와 형상은 다양한 매개변수에 따라 달라지고 대부분의 균열은 시간이 경과함에 따라 확대되며, 콘크리트의 단면의 박락 및 박리로 이어지기 때문에 열화현상을 촉진시킨다. 본 발명에서는 향상된 성능을 갖는 몰탈 및 도료를 활용해 기존 신축이음 후타부 콘크리트 손상부위를 제거하고, 단 시간 내에 후타부를 보수 및 보강하는 것을 도모 한다. 또한, 본 발명의 몰탈 및 도료를 활용하여 신축이음구조뿐만 아니라, 거더를 포함한 교량 구조물 및 건축 구조물의 보수, 보강 작업에 다양하게 활용하고자 한다.

본 발명은 교량(Br) 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 있어서, 교량 신축이음장치의 후타부 콘크리트의 손상부위를 정리하는 단계; 및, 정리된 손상부위를 세척하는 세척단계; 및, 철근 노출 시 철근의 산화 방지를 위하여 철근의 표면에 방청제를 도포하는 단계; 및, 손상부위 표면에 접착 강화제를 도포하는 콘크리트 접착 강화제 도포단계; 및, 상기 손상부위의 접착 강화제 상에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계; 및, 상기 단면복구단계 이후 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계; 및, 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 교량 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 관한 것으로 상기 정리된 손상부위에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계는 하부면 형성을 위한 1차 단면복구단계; 및 1차 단면복구단계 이후 일정시간 경과 후 상부면 형성을 위한 2차 단면복구단계;로 구분되어 타설되는 것을 포함한다.

본 발명은 교량 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 관한 것으로 상기 1차 단면복구단계 및 2차 단면복구단계의 경계부에 몰탈 간 결합성 향상을 위한 지오그리드를 포함한다.

본 발명은 교량 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 관한 것으로 상기 지오그리드는 탄소섬유로 제작되는 것을 포함한다.

본 발명은 교량 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 관한 것으로 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계에서는 주제 및 경화제를 100:3~20 중량비로 혼합하는 단계;와, 콘크리트 보수면에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하거나, 이형지에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하여 콘크리트 보수면에 접착하는 단계;와 상기 도포된 도료 조성물을 건조하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 교량(Br) 구조물의 신축이음장치의 후타부 콘크리트 보수를 위한 몰탈 및 도료와 이를 이용한 보수시공방법에 관한 것으로 본 발명의 몰탈 조성물을 활용하여 구조물의 손상부위와 결합성을 향상시키고, 도료 조성물을 활용하여 내마모성, 내부식성을 갖게 함으로서 기계적 물성을 개선할 수 있다. 아울러, 보수완료 된 단면에 충격등의 외부 요인이 발생하더라도 재료적 물성 향상을 통해 재 손상을 방지할 수 있는 기술적 특징을 갖고 있다.

도 1은 교량 및 신축이음부 위치를 나타낸 측면도.
도 2는 교량에서 신축이음장치 및 후타부 콘크리트를 나타낸 평면도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 교량 신축이음장치의 후타부 콘크리트 손상부위 보수 방법 공정도.
도 5는 본 발명의 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 그래핀이 포함된 도료의 제조방법 공정도.
도 6은 본 발명의 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 그래핀의 제조방법 공정도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 이하 실시예의 인용관계는 기술적 이해를 돕고자 제시한 번호에 불과 할 뿐이며, 기타 인용하지 않은 다른 실시 예를 인용할 수 있다. 이하 실시 예에 명시되지 않은 구성이어도 유사한 목적 및 효과를 발휘하는 대상으로 치환 가능하다. 이하 실시 예에 명시하지 않은 하위개념 구성이어도 명시된 것으로 간주한다.

[실시예 1-1] 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 있어서, 교량(Br) 구조물의 콘크리트 손상부위를 정리하는 단계; 및, 정리된 손상부위를 세척하는 세척단계; 및, 철근 노출 시 철근의 산화 방지를 위하여 철근의 표면에 방청제를 도포하는 단계; 및, 손상부위 표면에 접착 강화제를 도포하는 콘크리트 접착 강화제 도포단계; 및, 상기 손상부위의 접착 강화제 상에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계; 및, 상기 단면복구단계 이후 일정 온도로 양생하는 손상부위 양생단계; 및, 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계; 를 포함한다.

교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 있어서, 교량 구조물의 콘크리트 손상부위를 정리하는 단계는 표면의 열화, 중성화 들뜬 부위 및 이들부위의 콘크리트 조각을 제거하고, 제거된 콘크리트 부위의 레이턴스를 제거하는 단계를 포함한다. 이는 향후 손상면에 메워질 몰탈과의 안정적인 부착성을 확보하기 위한 것이다. 정리된 손상부위를 세척하는 단계는 제거된 콘크리트 손상부위를 고압수 세척기로 세척하는 단계가 실행된다. 이를 통해 손상부위의 장기간 노출에 따른 협착 이물질등의 제거가 가능하여 온전히 콘크리트 구조물의 노출면 만을 확보할 수 있다. 다음으로 철근의 산화 방지를 위한 철근 표면에 방청제를 도포하는 단계에서는 콘크리트 피복 이상의 콘크리트 구조물 손상이 발생한 경우 노출된 철근이 외기의 영향에 따른 산화 발생을 방지하기 위해 방청제를 도포하는 단계가 실행될 수 있다. 다음으로 정리된 손상표면에 단면보수를 위한 몰탈과 기존 콘크리트 구조물간 접착력 향상을 위해 접착 강화제가 도포된다. 상기 접착 강화제는 아세테이트 비닐계와 변성고분자 수지의 공중합물의 조합으로 제조되어 시멘트나 몰탈과 혼합하여 잡착력을 증강시켜 기존 콘크리트 면에 몰탈을 강력하게 접착시키는 역할을 한다. 이후 몰탈 충진을 통해 손상부위를 메우는 단면복구단계를 거쳐 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계를 완료한다. 마지막으로 양생된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감하는 것으로 콘크리트 보수 시공방법이 마무리되게 된다. 기능성 도료 도포단계는 손상부위의 용도에 따라 선택적으로 부가할 수 있다. 상기 기능성 도료는 손상부위에 도포된 경우 균열 부위에서 충격 완화 효과가 우수하고, 외력등 마찰에 의한 저항성이 뛰어난 내마모성을 갖음으로 보수 완료된 콘크리트 면을 효과적으로 보호할 수 있다.

[실시예 2-1] 교량 신축이음장치의 후타부를 포함하는 콘크리트 손상부위 보수 방법에 있어서, 교량 신축이음장치(100)의 후타부 콘크리트의 손상부위를 정리하는 단계; 및, 정리된 손상부위를 세척하는 세척단계; 및, 철근 노출 시 철근의 산화 방지를 위하여 철근의 표면에 방청제를 도포하는 단계; 및, 손상부위 표면에 접착 강화제를 도포하는 콘크리트 접착 강화제 도포단계; 및, 상기 손상부위의 접착 강화제 상에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계; 및, 상기 단면복구단계 이후 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계; 및, 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계;를 포함한다.

실시예 2-1은 교량 신축이음장치의 후타부 콘크리트 손상부위 보수 방법에 대한 발명이다. 통상의 교량(Br) 구조물에 활용되는 신축이음장치(100)는 공용중 반복된 윤하중에 의해 신축이음 및 신축이음과 슬래브 구조물을 연결하는 후타부 즉, 후타부 콘크리트(110)부가 파손될 수 있다. 이러한 파손의 원인은 신축이음장치의 볼트풀림등에 의한 이탈 또는 신축이음장치(100)와 후타부 콘크리트(110)부 경계의 외력에 의한 콘크리트부 접촉영역에 파손, 동결융해에 의한 박리 및 박락등 다양한 파손이 나타날 수 있다. 이러한 파손이 발생하면 신축이음장치(100)의 교체 또는 보수 보강이 필요하게되나, 교통정체등의 문제로 장시간 공사를 할 수 없어 신속한 시공이 필요하다. 신축이음장치의 후타부 콘크리트(110) 보수를 위해서 종래 신축이음분야의 다양한 보수보강 시공방법을 통해 교체작업이 이루어질 수 있으나, 이러한 파손은 외부적인 요인에 의해 정기적으로 반복되는 이유로 항상 발생되기 때문에 근본적인 해결책이 필요한 것이 사실이다. 교량 신축이음장치의 후타부 콘크리트(110) 손상부위 보수 방법에 있어서, 콘크리트 손상부위를 정리하는 단계는 표면의 열화, 중성화 들뜬 부위 및 이들부위의 콘크리트 조각을 제거하고, 제거된 콘크리트 부위의 레이턴스를 제거하는 단계를 포함한다. 이는 향후 손상면에 메워질 몰탈과의 안정적인 부착성을 확보하기 위한 것이다. 정리된 손상부위를 세척하는 단계는 제거된 콘크리트 손상부위를 고압수 세척기로 세척하는 단계가 실행된다.

이를 통해 손상부위의 장기간 노출에 따른 협착 이물질등의 제거가 가능하여 온전히 콘크리트 구조물의 노출면 만을 확보할 수 있다. 다음으로 철근의 산화 방지를 위한 철근 표면에 방청제를 도포하는 단계에서는 콘크리트 피복 이상의 콘크리트 구조물 손상이 발생한 경우 노출된 철근이 외기의 영향에 따른 산화 발생을 방지하기 위해 방청제를 도포하는 단계가 실행될 수 있다. 다음으로 정리된 손상표면에 단면보수를 위한 몰탈과 기존 콘크리트 구조물간 접착력 향상을 위해 접착 강화제가 도포된다. 상기 접착 강화제는 아세테이트 비닐계와 변성고분자 수지의 공중합물의 조합으로 제조되어 시멘트나 몰탈과 혼합하여 잡착력을 증강시켜 기존 콘크리트 면에 몰탈을 강력하게 접착시키는 역할을 한다. 이후 몰탈 충진을 통해 손상부위를 메우는 단면복구단계를 거쳐 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계를 완료한다. 마지막으로 양생된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감하는 것으로 콘크리트 보수 시공방법이 마무리되게 된다. 기능성 도료 도포단계는 손상부위의 용도에 따라 선택적으로 부가할 수 있다. 상기 기능성 도료는 손상부위에 도포된 경우 균열 부위에서 충격 완화 효과가 우수하고, 외력등 마찰에 의한 저항성이 뛰어난 내마모성을 갖음으로 보수 완료된 콘크리트 면을 효과적으로 보호할 수 있다.

[실시예 3-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 있어서 콘크리트와 몰탈 접착을 위한 접착강화제는 아세테이트 비닐계와 변성고분자 수지의 공중합물의 조합으로 제조되는 것을 포함한다.

실시예 3-1의 접착 강화제는 아세테이트 비닐계와 변성고분자 수지의 공중합물의 조합으로 제조되어 시멘트나 몰탈과 혼합하여 잡착력을 증강시켜 기존 콘크리트 면에 몰탈을 강력하게 접착시키는 역할을 한다.

[실시예 3-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 있어서 내마모성을 갖는 기능성 도료는 에폭시 수지를 주제로 사용하는 에폭시 도료인 것을 포함한다.

실시예 3-2의 에폭시 도료는 에폭시 수지에 경화제 수지를 적절히 배합하여 다양한 용도로 널리 사용되는 도료 조성물 중에 하나로서, 우수한 부착성을 가지고, 콘크리트 또는 금속재를 보호하기 위한 다른 수지 타입의 도료에 비해 낮은 수축성을 가진다. 상기 에폭시 수지는 에폭시당량이 150 ~ 250이고, 25℃에서 10,000 ~ 20,000 CPS의 점도를 갖는 것을 특징으로 하여 내화학성, 열탄성 방수방식성 및 습윤코팅성을 갖는다, 이를 통해 외기에 노출되는 도료로서 마모저항성이 기존 도료보다 뛰어난 특징이 있다.

[실시예 4-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로 실시예 2-1에 있어서, 상기 정리된 손상부위에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계는 하부면 형성을 위한 1차 단면복구단계; 및 1차 단면복구단계 이후 일정시간 경과 후 상부면 형성을 위한 2차 단면복구단계;로 구분되어 타설되는 것을 포함한다.

본 발명은 교량의 신축이음장치(100)의 후타부 콘크리트 손상부위 보수방법에 대한 발명으로 실시예 4-1에 있어서, 손상부위 하부면 형성의 1차 단면복구단계 및 상부면 형성의 2차단면복구단계로 구분하여 몰탈을 타설하는 것은 서로 다른 재료 또는 서로 다른 강도를 적용하여 하부면 및 상부면의 위치에 따른 후타부 콘크리트의 손상부위의 위치에 따른 기능을 달리 하기 위해서이다. 예를 들어 1차 단면복구단계에 따라 형성되는 하부면은 구조물로의 하중전달을 목적으로 압축강도가 높은 고강도 몰탈을 적용할 수 있다. 또한 2차단면복구단계에 따라 형성되는 상부면은 후타부콘크리트 배면에 포장재로 적용되는 아스팔트와의 연속성등을 고려하여 초속경 폴리머가 적용된 몰탈이 사용될 수 있다.

[실시예 4-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로 실시예 4-1에 있어서, 상기 1차 단면복구단계 및 2차 단면복구단계의 경계부에 몰탈 간 결합성 향상을 위한 지오그리드를 포함한다.

[실시예 4-3] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로 실시예 4-2에 있어서, 상기 지오그리드는 탄소섬유로 제작되는 것을 포함한다.

본 발명은 교량 신축이음장치(100)의 후타부 콘크리트 손상부위 보수방법에 대한 발명으로 실시예 2에 있어서, 지오그리드(Geo Grid)는 서로 다른 재료 또는 강도의 몰탈 간 발생할 수 있는 층분리 및 이탈등을 방지하기 위해 결합성 확보를 목적으로 적용된다. 이러한 지오그리드는 통상의 섬유(탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유) 그리드로 형성될 수 있고, 부직포 또는 현장 여건에 따라 강연선 등 금속재 와이어가 활용될 수 있다.

[실시예 5-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 있어서, 시멘트 30 내지 50중량%, 모래 30% 내지 60중량%, 칼슘설포알루미네이트 1 내지 5중량%, 비닐아세테이트 공중합체 1 내지 5중량%, 트리메틸올프로페인 0.1 내지 2중량%, 실리카흄 1 내지 5중량%, 실란화합물 0.1 내지 3중량% 및 산화 그래핀 0.2 내지 1.2중량% 를 포함한다.

[실시예 5-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 칼슘설포알루미네이트는 알루미나 생석회(CaO) 및 무수석고(CaSO4)를 포함하여 이루어지는 것을 포함한다.

[실시예 5-3] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 트리메틸올프로페인은 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜등과 혼합하여 사용하는 것을 포함한다.

[실시예 5-4] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 실란화합물은 실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리클로로실란, 디메톡시디메틸실란, 테트라메틸오소실리케이트를 혼합하여 사용하는 것을 포함한다.

본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로 실시예 5-1의 상기 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 재료를 적당한 비율로 혼합하여 미분쇄한 후 그 일부가 용융할 때까지(약 1,450℃) 소성하여 얻어지는 클링커에 응결조절제로서 석고를 가하여 미분쇄하여 제조되는 포틀랜드 시멘트인 것으로, 통상적으로 일반 건축, 도로, 토목공사 등의 보수 몰탈에 사용되는 일반적인 시멘트를 사용할 수 있다.

또한, 상기 모래는 시공 후 몰탈의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 사용하는 것으로, 바람직하게는 규사 4호 내지 8호 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 혼합한 모래를 사용하는 것이 좋다. 이때, 모래의 성분 함량은 보수보강 몰탈 조성물을 물과 혼합 시 작업성을 고려하여 조절하는 것이 좋다. 구체적으로, 0.1 내지 0.2mm의 직경을 갖는 것과 0.2 내지 0.4mm의 직경을 갖는 것을 1:1 내지 3:1의 혼합비로 하여 표면 평탄성을 높이고 균열 저항성을 증가시킬 수 있다. 또 다른 예로, 규사 4호 10중량%, 5호 30중량%, 6호 30중량%, 7호 20중량% 및 8호 10중량%를 균일하게 혼합한 것을 사용할 수 있다.

또한, 상기 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate, CSA)는 조강성을 부여하고, 부착 성능을 구현하기 위해 적용된다. 또한, 조직을 밀실하게 하고, 보수보강 이후에도 다른 성분과의 조합으로 몰탈의 강도를 높이면서 동시에 균열 저항성능이나 내식성, 내후성을 증가시켜 유해물질의 침투를 효과적으로 방지하기 위해 사용된다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 알루미나 생석회(CaO) 및 무수석고(CaSO4)를 포함하여 이루어지며, 이때, 무수석고는 시멘트 경화를 촉진 및 팽창에 따른 강도 향상을 유도하여 20 내지 30중량%가 함유될 수 있다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 5중량%, 바람직하게는 3 내지 5중량%가 사용될 수 있다. 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA)의 함량 범위가 1중량% 미만이면 몰탈의 강도가 저하되거나 균열이 발생하고, 유해물질 침투 방지등 수축 보상효과가 적고, 5중량%를 초과하면 팽창이 증가하는 것으로 물성이 심각하게 저하될 수 있다.

또한, 비닐아세테이트 공중합체는 구조물 재료와의 접착성을 강화시키며, 특히 손상된 구조물의 노출면에 본 발명에 따른 몰탈이 일체화될 수 있도록 하기 위하여 사용된다. 또한 다른 성분과의 조합으로 휨저항 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라. 몰탈의 내구성 및 내마모성을 향상시켜 보수보강 이후에 부가적인 손상을 미연에 방지할 수 있다. 상기 비닐아세테이트 공중합체는 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 5중량%, 바람직하게는 1 내지 4중량% 가 사용될 수 있다. 상기 비닐아세테이트 공중합체의 함량 범위가 1중량%미만이면 목적하는 물성 발현에 효과가 미미하며, 5중량% 초과이면 압축강도가 저하되거나 작업성이 떨어질 수 있다.

또한, 트리메틸올프로페인(Trimethylol Propane)은 몰탈의 수축 저감 특성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 칼슘설포알루미네이트와 산화그래핀의 상승 효과로 보다 효과적인 균열(Crack) 방지와 수축 저감을 확보할 수 있다. 특히, 상기 트리메틸올프로페인은 다른 알코올에 비하여 몰탈 내 다른 성분과의 호환성이 뛰어나다. 또한, 상기 트리메틸올프로페인은 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜등과 같은 다른 글리콜류의 용매 또는 용해성을 증진시킬 목적으로 소량의 낮은 비점의 알코올 용매를 혼합하여 사용할 수 있으나, 공정과정에서의 안정성 및 목적으로하는 물리적 특성의 확보를 외해 바람직하게는 트리메틸올프로페인을 단독으로 사용하는 것이 더욱 좋다. 상기 트리메틸올프로페인은 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 2중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.5중량%를 사용하는 것이 목적하는 효과를 구현하기에 더욱 좋다.

또한, 실리카흄(Silica Fume)은 몰탈의 조직을 치밀하게 함으로써 수분 차단 특성의 탁월한 효과를 구현하기 위하여 사용된다. 또한, 비닐아세테이트 공중합체와 산화그래핀 간의 충진을 통해 강도를 증가시키고 외력에 의한 충격이나 건조 수축에 대한 대응을 목적으로 사용된다. 실리카흄은 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 5중량%, 바람직하게는 1 내지 3중량%를 사용하는 것이 좋다.

또한, 실란화합물은 습기 또는 수분에 의한 몰탈 내 발생할 수 있는 모세관 현상을 현저히 감소시켜 외부로부터 침투하는 염소 이온 등의 유해물질을 근본적으로 차단하여 보수 효과를 증가시키며, 보수 보강 이후에도 구조물에 침투홀 수 있는 이물질로부터 보호하기 위하여 사용된다. 상기 실란화합물은 실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리클로로실란, 디메톡시디메틸실란, 테트라메틸오소실리케이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 실란화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 3중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.5중량%를 사용하는 것이 좋다.

또한, 상기 산화그래핀은 몰탈 조성물 내 혼합되는 다른 성분과의 결합으로 몰탈의 경화 후 강도를 중진시켜 내구성을 향상시키기 위하여 사용된다. 그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 SP2결합에 의한 육각형 벌집모양의 배열로 구성되어 있으며, 원자 한 층의 두께를 가진 반금속성 물질로, 구조적, 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라, 우수한 기계적 물성과 뛰어난 전기, 열 전도체로서의 특징을 가지고 있다.

또한, 그래핀은 비표면적이 2,000~3,000m2/g으로 매우 넓으며, 철의 100배 정도의 인장강도, 수소나 헬륨 원소도 차단하는 높은 기밀성을 가져 내구성이 우수하다. 그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 절 통하고, 반도체인 단결성 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나, 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 그래핀을 제조하는 방법에는 대표적으로 박리법이 있는데, 본 발명에서는 화학적 박리법으로서 그래파이트의 산화-환원 특성을 활용한 방법으로 제조하는 것을 특징으로 하고, 그래파이트를 황산과 산화제등으로 산화시켜 제조하는 것이다.

본 발명의 몰탈 구성에 적용되는 상기 산화그래핀은 몰탈 조성물의 수밀성 및 내구성 강화를 위한 것으로, 에폭시(Epoxy), 케톤(Ketone),에스터(Ester), 히드록실(Hydroxyl), 락톤(Lactone), 락톨(Lactol), 카르복실산(Carboxylic)등을 결합한 탄소재료 중 인장강도가 15 ~ 45GPa, 탄성계수가 50 ~ 220 MPa인 것이 사용될 수 있다. 상기 산화 그래핀은 몰탈 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 3중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.2중량% 사용되는 것이 좋다. 산화그래핀은 0.2중량% 이상 혼입될 경우 콘크리트의 미세공극이 밀실해지고, 콘크리트 균열발생제어에 효과적이다. 또한, 압축강도와 휨강도도 증가되어 내구성이 증진되는 것으로 내마모성이 증가되는 효과가 있다. 상기 산화그래핀은 1.2중량%를 초과하여 혼입될 경우, 슬럼프값이 줄어들어 시공성의 확보가 어렵게 되므로, 적정한 범위 내에서 혼입된다.

[실시예 6-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 몰탈 조성물에는 몰탈 조성물 전체 중량에 대하여 0.2 ~ 0.8중량%로 바잘트섬유를 포함한다.

[실시예 6-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 몰탈 조성물에는 몰탈 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.2중량%로 소포제를 포함한다.

[실시예 6-3] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 몰탈 조성물에는 몰탈 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.2중량%로 지연제를 포함한다.

본 발명의 몰탈 조성물은 실시예 6-1 내지 6-3에 있어서, 실시예 5-1의 성분들의 조합과 동시에 바잘트섬유, 소포제, 지연제, 경화촉진제 중 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 성분들은 목적하는 물성의 상승효과를 구현하기 위해 사용되는 것으로 선택적으로 혼합하여 사용될 수 있다.

상기 바잘트섬유(Basalt Fiber)는 무기질의 암석섬유로서, 다른 무기질 섬유보다 저가이면서도, 전기 절연성, 방진성, 방열성, 내열성, 방음성, 흡음성, 내부식성, 내마모성, 화학안정성, 자기 윤활성, 경량 고강도 특성이 우수한 장점이 있고, 화재에 강하고 인장강도가 높아져 쉽게 깨지는 단점을 보완할 수 있다. 또한, 상기 바잘트섬유는 기존 유리섬유보다 성질이 우수하면서도 친환경적인 장점이 있다. 이때. 본 발명에 따른 몰탈 조성물 전체에 대하여 0.2 ~ 0.8중량%로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 바잘트 섬유의 함량이 0.2중량% 미만으로 혼합되면, 내열성, 균열, 탄성강도가 저하되는 문제점이 있으며, 0.8중량% 를 초과할 경우 뭉침 현상으로 모르타르 조성물 내에 균일하게 혼합되지 않을 수 있다.

소포제는 몰탈 조성물을 제조 시 발생할 수 있는 기포를 제거하여 저장성이나 작업성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 바람직하게는 지방산계 소포제를 사용하는 것이 좋다. 소포제는 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.2중량%가 사용될 수 있다. 상기 소포제의함량이 0.01중량% 미만인 경우 기포 발생으로 인하여 몰탈 표면이 매끄럽지 않을 수 있고, 0.2중량% 초과이면 유동성이 저하되거나, 동결융해에 의한 내구성이 저하될 수 있다.

지연제는 저장성 또는 대형 몰탈 구조물에서 온도 변화에 의한 응력을 완화시키는데 사용되는 것으로, 무기계 지연제 또는 유기계 지연제를 사용할 수 있다.

지연제는 경화 시간 또는 작업 조건에 따라 조절될 수 있으며, 바람직하게는 전체 조성물 중량에 대하여 0.01 ~ 내지 0.2중량%를 사용할 수 있다.

경화촉진제는 몰탈에 대한 경화 작용을 촉진하기 위하여 사용되는 것으로 바람직하게는 포타슘 알루미네이트를 사용하는 것이 더욱 좋다.

[실시예 7-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 관한 것으로, 실시예 1-1 또는 1-2중 어느 한 항의 양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계에서는 주제 및 경화제를 100:3~20 중량비로 혼합하는 단계;와, 콘크리트 보수면에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하거나, 이형지에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하여 콘크리트 보수면에 접착하는 단계;와 상기 도포된 도료 조성물을 건조하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료 시공방법은 실시예 7-1은 실시예 1-1 또는 1-2중 어느 한 항에 있어서, 통상의 콘크리트 손상부위 즉, 보수면에 도포하는 것으로 실시된다. 상기 도료는 본 발명의 몰탈 조성물과 별도의 시공방법을 구현하는 것으로 독립적으로 시공될 수 있다. 즉, 몰탈의 충진이 필요없는 균열상태의 면 또는 기존 도장면의 열화로 인한 보수 시에 활용될 수 있다. 이를 위해 상기 몰탈 시공방법은 주제 및 경화제를 100:3~20 중량비로 혼합하는 단계를 구비한다. 이는 도료 도포 전 작업에 해당하는 것으로 주제와 경화제가 혼합된 상태에서는 도료의 경화를 고려하여 일정 시간 내에 도포가 마무리 되어야 한다. 다음으로 도포 및 접착의 단계를 구비하는데, 이는 보수대상면의 재질 및 형상에 따라 콘크리트 보수면에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하거나, 이형지에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하여 콘크리트 보수면에 접착하는 단계가 이루어진다. 마지막으로, 상기 도포된 도료 조성물을 건조하는 단계;를 통해 도료를 시공하는 방법이 마무리 된다.

[실시예 8-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료 조성물에 관한 것으로, 실시예 7-1에 있어서 주제는 에폭시 수지 10~50중량%, 피그먼트 30~70중량%, 착색안료제 1~5중량%, 마모방지제 0.001~0.2중량% 및 반응성 희석제 5~15중량%를 함유하는 것을 포함한다.

[실시예 8-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료 조성물에 관한 것으로, 실시예 8-1에 있어서, 상기 마모방지제는 그래핀인 것을 포함한다.

본 발명의 도료 조성물에 있어서 실시예 8-1의 에폭시 수지로는 부롬화 에폭시(Brominated Epoxy), 지환식 에폭시(Cycloaliphatic Epoxy), 고무변성 에폭시(Rubber Modified Epoxy), 지방족 글리시딜형 에폭시(Aliphatic Polyglycidyl Type Epoxy), 글리시딜 아민형 에폭시(Glycidyl Amine Type Epoxy), 비스페놀 A형 에폭시, 비스페놀 F형 에폭시, 노블락형 에폭시(Novolac Type Epoxy), 등이 있으며, 바람직하게는 BPA(비스페놀 A)와 에피클로로하이드린을 반응시켜 제조하는 비스페놀A형 에폭시를 사용하는 것이 좋다.

상기 피그먼트(Pigment)는 에폭시 도료에서 피그먼트로서 보통 사용되는 것들을 사용할 수 있으며, 에폭시 수지 부분(A)의 전체 중량을 기준으로 일반적으로 30 내지 70중량%, 구체적으로 40 내지 60중량%, 바람직하게는 45 내지 55중량%가 사용된다.

또한, 상기 착색안료제는 색을 입하는 성분으로 크롬산연(PbCrO4), 산화철(Fe2O3)등으로부터 선택적으로 사용할 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 희석제는 점도 저하 및 용액 흐름성을 조절하기 위해 사용하는 것으로, 벤질알콜, 디부틸프탈레이트(Dibutylphthalate), 페놀수지(nonyl phenol) 등의 비반응성 희석제가 사용된다.

또한, 본 발명에서 사용되는 마모방지제는 그래핀이고, 이는 에폭시 수지 전체 중량을 기준으로 0.001 내지 0.2중량%, 구체적으로 0.002 내지 0.1중량%, 바람직하게는 0.005 내지 0.05중량%가 사용된다. 그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 SP2결합에 의한 육각형 벌집모양의 배열로 구성되어 있으며, 원자 한 층의 두께를 가진 반금속성 물질로, 구조적, 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라, 우수한 기계적 물성과 뛰어난 전기, 열 전도체로서의 특징을 가지고 있다. 또한, 그래핀은 비표면적이 2,000~3,000m2/g으로 매우 넓으며, 철의 100배 정도의 인장강도, 수소나 헬륨 원소도 차단하는 높은 기밀성을 가져 내구성이 우수하다. 그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 절 통하고, 반도체인 단결성 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나, 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 그래핀을 제조하는 방법에는 대표적으로 박리법이 있는데, 본 발명에서는 화학적 박리법으로서 그래파이트의 산화-환원 특성을 활용한 방법으로 제조하는 것을 특징으로 하고, 그래파이트를 황산과 산화제등으로 산화시켜 제조하는 것이다. 본 발명에서는 마모방지제인 그래핀을 탄산칼슘 등의 착색안료제와 습식 분쇄 혼합물의 형태로 사용하는 것으로 우수한 내마모성을 구현할 수 있다.

[실시예 8-3] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료 조성물에 관한 것으로, 실시예 7-1에 있어서, 경화제는 에폭시 경화제(아민 수지) 30~80중량%, 비반응성 희석제 10~40중량%, 경화촉진제 5~30중량% 및 기타 탄소화합물을 포함한다.

본 발명의 도료 조성물은 실시예 8-3의 에폭시 경화제는 화학구조에 의한 분류상 아민계 경화제 중 변성 지방족아민으로 분류되는 폴리아미드(Polyamide)를 사용할 수 있고, 상기 희석제로는 비반응성 희석제인 벤질알콜, 디부틸프탈레이트(Dibutylphthalate), 페놀수지를 사용하여 도료의 점도를 조절할 수 있다.

에폭시 경화제 부분은 용매, 분산제, 점증제 등과 첨가제를 0.1 내지 5중량% 더 포함할 수 있고, 첨가제는 바람직하게 탄소계 화합물일 수 있다.

[실시예 9-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 그래핀이 포함된 도료의 제조방법에 관한 것으로, 그래핀 파우더를 준비하는 제1준비단계(S1);및 도료를 준비하는 제2준비단계(S2); 및 상기 제1준비단계 후, 그래핀 파우더를 정량 공급하는 제1정량공급단계(S3); 및 상기 제2준비단계 후, 도료를 정량 공급하는 제2정량공급단계(S4); 및 상기 제1정량공급단계 및 제2정량공급단계 후, 상기 그래핀 파우더 및 상기 도료를 혼합하는 혼합단계(S5); 및 상기 혼합단계 후, 상기 그래핀 파우더 및 도료를 교반하는 교반단계(S6);를 포함한다.

실시예 9-1은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 그래핀이 포함된 도료 제조에 관한 것으로 구체적으로는 실시예 8-2의 그래핀을 포함하는 도료 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 제1준비단계는 그래핀 파우더(Graphene powder)가 균일입경을 가지도록 사전선별단계를 거친다. 상기 제1정량공급단계는 연속공급되며, 연속과정 중 일정량이 공급되도록 한다. 구체적으로 스파이럴 컨베이어를 이용하며, 스파이럴 컨베이어(Spiral conveyor)는 회전 수에 따라 리드(Lead)값이 일정하게 발생되므로 회전 수를 제어하므로 일정량의 파우더를 제어할 수 있다. 상기 혼합단계는 도료의 고형화를 방지하기 위해 일정한 온도가 유지되는 챔버(Chamber) 내부에서 이루어지며, 상기 챔버는 온도제어기 및 온도센서에 의해 일정한 온도를 균일하게 유지한다.

[실시예 9-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 그래핀이 포함된 도료의 제조방법에 관한 것으로, 실시예 9-1에 있어서, 상기 교반단계(S6)는 2개의 제1평행롤러에 의해 시트형상으로 형성하는 제1교반단계(S61); 및 상기 제1교반단계 후, 형성된 시트를 복수로 겹침하는 겹침단계(S62); 및 상기 겹침단계 후, 2개의 제2평행롤러에 의해 시트형상으로 형성하는 제2교반단계(S63) ;를 포함한다.

실시예 9-2는 실시예 9-1에 있어서, 상기 교반단계(S6)는 도료 내부에 일정하게 그래핀 파우더가 분산되어야 한다. 이러한 특성을 유지하기 위해서 상기 도료는 일정량의 점성(Viscosity)을 유지해야 한다. 따라서 상기 교반단계에서 그래핀 파우더 및 도료는 상기 혼합단계에 이어서 제1평행롤러를 지나가며 재차 혼합되어 시트(Sheet)형상을 형성하고 상기 시트형상의 그래핀 파우더-도료 혼합물은 복수로 적층 겹침되며, 다시 제2평행롤러를 통해 시트형상으로 된다. 이러한 과정이 수회 반복되며, 따라서 최종 결과물은 도료 내부에 균일하게 분산된 그래핀 파우더를 확보할 수 있다.

[실시예 10-1] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는도료용 그래핀의 제조방법에 관한 것으로, 그래파이트를 황산, 포스포러스 옥사이드(Phosphorus oxide) 및 과산화이황화칼륨(K2S2O8)에 침지시키는 전처리 단계(S10); 및 상기 그래파이트를 층간삽입물질 및 산화제가 포함된 혼합물에 침지시켜 가팽창 그래파이트를 제조하는 단계(S20); 및 가팽창 그래파이트에 압력을 가하여 그래파이트층 사이로 보론(Boron) 또는 니트로젠(Nitrogen)이 포함된 분자를 침투시켜 가팽창 그래파이트 화합물을 제조하는 가압단계(S100); 및 가압상태의 가팽창 그래파이트 화합물에 순간적으로 압력을 낮춰 팽창된 그래파이트 화합물을 제조하는 팽창단계(S200); 및 상기 팽창된 그래파이트 화합물을 층간 분리시키는 박리단계(S300);를 포함하고, 상기 가압단계(S100) 또는 팽창단계(S200)에서 보론(Boron) 또는 니트로젠(Nitrogen)이 그래파이트에 도핑(Doping)되는 것을 포함한다.

[실시예 10-2] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료용 그래핀의 제조방법에 관한 것으로, 실시예 10-1에 있어서, 상기 가압단계(S100)는, 가팽창 그래파이트에 비활성 기체 하에서 300 ℃이하, 5 ~ 20 기압에서 니트로젠 또는 보론 원자가 포함된 기체분자를 상기 가팽창 그래파이트의 층 사이로 침투시켜 가팽창 그래파이트 화합물을 제조하는 것을 포함한다.

[실시예 10-3] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료용 그래핀의 제조방법에 관한 것으로, 실시예 10-1에 있어서, 상기 팽창단계(S200)는, 상기 가압단계(S100)에서 가해지는 압력을 순간적으로 0.1 ~ 1 기압으로 낮추어 가팽창 그래파이트 화합물을 팽창시키는 것을 포함한다.

[실시예 10-4] 본 발명은 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료용 그래핀의 제조방법에 관한 것으로, 실시예 10-1에 있어서, 상기 팽창단계(S200)에서, 니트로젠 또는 보론이 포함된 고체분자가 열분해 또는 승화를 통해 팽창된 그래파이트 화합물에 도핑되는 것을 포함한다.

실시예 10-1 내지 10-4는 교량 구조물의 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 도료용 그래핀의 제조방법에 관한 것으로 구체적으로는 실시예 8-2의 도료 조성물에 활용되는 그래핀을 제조하는 방법으로서, 가팽창 그래파이트에 압력을 가하여 그래파이트층 사이로 보론 또는 니트로젠이 포함된 분자를 침투시켜 가팽창 그래파이트 화합물을 제조하는 가압단계(S100), 상기 가압단계(S100)에서 가압상태의 가팽창 그래파이트 화합물에 순간적으로 압력을 낮춰 팽창된 그래파이트 화합물을 제조하는 팽창단계(S200) 및 상기 팽창된 그래파이트 화합물을 층간 분리시키는 박리단계(S300)를 포함하는 그래핀의 제조방법으로서 상기 가압단계(S100) 전에, 그래파이트를 층간삽입물질 및 산화제가 포함된 혼합물에 침지시켜 가팽창 그래파이트를 제조하는 단계(S20) 및 가팽창 산화그래파이트를 제조하는 단계(S20) 전에, 상기 그래파이트를 황산, 포스포러스 옥사이드 및 과산화이황화칼륨에 침지시키는 전처리단계(S10)를 더 포함할 수 있다. 상기 가팽창 그래파이트를 제조하는 단계(S20)에서는, 상기 전처리단계(S10)를 거친 그래파이트를 층간삽입물질 및 산화제가

포함된 혼합물에 침지시켜 가팽창 그래파이트를 제조하게 되고, 이때 사용되는 층간삽입물질은 산화물계 층간삽입물질로써, 바람직하게는 황산 또는 질산 등이 사용될 수 있다. 상기 산화제로는 과망간산칼륨이 사용될 수 있다. 이때 상기 층간삽입물질과 산화제의 혼합물은 1:0.1 ~ 1:15의 중량비가 바람직하고, 1:1 ~ 1:5 중량비인 것이 더욱 바람직하다. 상기 가압단계(S100)는 가팽창 그래파이트에 압력을 가하여 그래파이트층 사이로 보론 또는 니트로젠이 포함된 분자를 침투시켜 가팽창 그래파이트 화합물을 제조하는 단계로서, 가팽창 그래파이트의 그래파이트층 사이에 니트로젠 또는 보론 원자가 도핑(Doping)됨으로써 상기 가팽창 그래파이트를 박리하여 그래핀 제조 시 덩어리가 되는 현상을 방지하여 그래핀의 고유의 물리적 성질을 유지할 수 있고, 그래핀의 전도특성을 향상시킬 뿐만 아니라 고분자 등 유기물과의 혼화성이 향상되어 고분자 기지 내에 균일한 분산성을 가지는 효과를 얻을 수 있다. 상기 가압단계(S100)는, 가팽창 그래파이트에 비활성 기체 하에서 300 ℃ 이하의 온도, 5 ~ 20 기압의 압력 범위에서 니트로젠 또는 보론 원자가 포함된 기체분자를 상기 가팽창 그래파이트의 그래파이트층 사이로 침투시키는 것이 바람직하다. 상기 비활성 기체는 아르곤 기체(Argon gas)가 사용될 수 있다. 상기 가압단계(S100)의 온도는 그래파이트 층 사이의 층간삽입물질인 질산 혹은 황산 등이 액체상태로 기화되지 않고, 단일상으로 안정한 상태를 유지할 수 있는 온도로서, 300 ℃ 이하이어야 하며, 온도가 300 ℃ 초과할 경우 가팽창 그래파이트가 열에 의해 팽창단계(S200) 전에 이미 팽창이 일어날 수 있으므로, 100 ~ 300 ℃의 온도 범위가 바람직하다. 또한, 가압단계(S100)의 압력은 5 ~ 20 기압이 바람직한데, 상기 압력이 5 기압 미만일 경우 가팽창 그래파이트가 충분히 가압되지 못하여 팽창단계(S200)에서 필요로 하는 팽창율을 달성하기 어렵고, 20 기압을 초과하게 되면 가압 효율성은 떨어지고, 비용증가로 인하여 경제성이 낮아진다.

상기 팽창단계(S200)는 상기 가압단계(S100)에서 가해지는 압력을 순간적으로 0.1 ~ 1 기압으로 낮추어 가팽창 그래파이트 화합물을 팽창시키는 단계로서, 바람직하게는 가팽창 그래파이트 화합물을 500 ~ 1100 ℃의 고온 및 0.1 ~ 1 기압의 저압으로 순간적인 상태변화를 통해 10 ~ 200배 팽창율을 가진 니트로젠 또는 보론이 도핑된 팽창 그래파이트를 제조한다. 또한, 팽창단계(S200)에서 니트로젠 또는 보론이 포함된 고체분자가 열분해 또는 승화를 통해 팽창된 그래파이트화합물에 도핑 될 수 있다. 상기 팽창단계(S200)의 팽창 온도가 500 ℃보다 낮을 경우에는 가팽창 그래파이트 화합물이 목표하는 팽창율을 달성하기 어렵고, 팽창 온도가 1,100 ℃보다 높을 경우는 온도 증가에 따른 팽창율이 증가하지 않아 효율성이 떨어지게 된다. 또한, 팽창단계의 압력은 상기 가압단계와 팽창단계의 압력차가 클수록 바람직한데 이는 압력 차가 증가할수록 팽창율이 증가하기 때문이다. 상기 팽창단계의 압력이 0.1 기압보다 낮으면 감압하는데 비용증가가 발생하여 경제성이 낮아지고, 1 기압보다 높으면, 압력의 변화량 차가 너무 작아 목표하는 팽창율을 달성하기 어려울 수 있다. 상기 팽창된 그래파이트 화합물에 니트로젠 또는 보론이 포함된 분자가 도핑 되는 방법은 전술한 바와 같이 가압단계(S100)에서 니트로젠 또는 보론이 포함된 기체분자가 가팽창 그래파이트의 그래파이트층 사이로 침투하여 도핑 될 수도 있고, 팽창단계(S200)에서 니트로젠 또는 보론이 포함된 고체분자가 열분해 또는 승화를 통해 팽창된 그래파이트 화합물에 도핑 될수 있고, 가압단계(S100) 및 팽창단계(S200) 모두에서 도핑 될 수 있으므로, 니트로젠 또는 보론이 포함된 분자가 그래파이트층 사이로 도핑되는 순서나 방법은 특별히 한정되지 않고 사용가능하다.

상기 박리단계(S300)는 팽창된 그래파이트 화합물을 초음파 및 전단력을 이용한 기계적인 박리를 통해 그래파이트층을 박리하여 니트로젠 또는 보론이 포함된 분자가 도핑된 그래핀을 제조하는 단계(S20)로서, 일반적으로 그래핀 제조 시 사용하는 초음파 및 전단력을 이용한 기계적 박리방법이면 특별히 한정되지 않고 사용이 가능하다.

Br : 교량
100 : 신축이음장치
110 : 후타부 콘크리트

Claims (5)

1. 콘크리트 손상부위 보수방법에 활용되는 몰탈 조성물에 있어서,
   시멘트 30 내지 50중량%, 모래 30 내지 60중량%, 칼슘설포알루미네이트 1내지 5중량%, 비닐아세테이트 공중합체 1 내지 5중량%, 트리메틸올프로페인 0.1 내지 2 중량%, 실리카흄 1 내지 5중량%, 실란화합물 0.1 내지 3중량% 및 산화 그래핀 0.2 내지 1.2중량%를 포함하고,
   상기 칼슘설포알루미네이트는
   알루미나 생석회(CaO) 및 무수석고(CaSO4)를 포함하여 이루어지는 것을 포함하며,
   상기 트리메틸올프로페인은
   디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 등과 혼합되는 것을 특징으로 하고,
   상기 실란화합물은
   실란, 옥타데실트리메톡시실란, 옥타데실트리클로로실란, 디메톡시디메틸실란, 테트라메틸오소실리케이트가 혼합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보수를 위한 그래핀 몰탈.
   
2. 제1항의 몰탈을 이용하여 콘크리트 손상부위를 보수하는 방법에 있어서,
   콘크리트의 손상부위를 정리하는 단계;
   정리된 손상부위를 세척하는 세척단계;
   철근 노출 시 철근의 산화 방지를 위하여 철근의 표면에 방청제를 도포하는 단계;
   손상부위 표면에 접착 강화제를 도포하는 콘크리트 접착 강화제 도포단계;
   상기 손상부위의 접착 강화제 상에 몰탈을 충진하여 손상부위를 메우는 단면복구단계;
   상기 단면복구단계 이후 일정온도로 양생하는 손상부위 양생단계; 및
   양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계;를 포함하고,
   상기 단면복구단계는
   하부면 형성을 위한 1차 단면복구단계; 및
   상기 1차 단면복구단계 이후 일정시간 경과 후에 상부면 형성을 위한 2차 단면복구단계;를 포함하는 콘크리트 보수시공방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 1차 단면복구단계 및 2차 단면복구단계의 경계부에 몰탈 간 결합성 향상을 위한 지오그리드 를 포함하는 콘크리트 보수시공방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 지오그리드는 탄소섬유로 제작되는 것을 포함하는 콘크리트 보수시공방법.
   
5. 제2항에 있어서,
   양생완료된 표면에 내마모성을 갖는 기능성 도료를 도포하여 마감처리하는 단계에서는 주제 및 경화제를 100:3~20 중량비로 혼합하는 단계;와,
   콘크리트 보수면에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하거나, 이형지에 상기 혼합된 도료 조성물을 도포하여 콘크리트 보수면에 접착하는 단계;와,
   상기 도포된 도료 조성물을 건조하는 단계;를 포함하는 콘크리트 보수시공방법.

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