KR102317368B1 - 개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재 표면 보호 공법 - Google Patents

개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재 표면 보호 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재 표면 보호 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 속경성 시멘트를 주원료로 사용하여 시멘트 콘크리트와 유사한 열팽창계수를 가지며, 동시에 기능성 개질 라텍스 폴리머를 사용해 높은 부착성능이 발휘될 수 있도록 함으로써 모재와 일체화가 가능하도록 하고, 유기용제, 중금속 및 VOC 등 유해물질이 첨가되지 않으며, 콘크리트 구조물의 중성화 방지에 탁월하며, 내마모성이 우수하여 구조물의 수명 연장 효과가 우수한 동시에, 중성화방지, 염해방지 및 중방식 기능 등 화학적 성능이 우수하며 내구성이 우수하여 이를 통한 유지 보수 절감 효과를 볼 수 있으면서 작업시에 화학 약품 냄새가 없어 밀폐된 공간이나 공공장소에서도 시공이 가능하여 안전성 및 친환경성을 갖는 표면 보호제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 및 강재 등 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법을 제공한다.

Description

개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재 표면 보호 공법{Method of repairing of concrete and protecting of steel surface using modified latex polymer and natural mineral ceramics}
본 발명은 개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재 표면 보호 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 속경성 결합제와 개질된 라텍스 폴리머 및 첨가제를 이용해 열화 부식된 구조물의 표면을 피복 및 보호하여 구조물을 보수 보강 및 보호하는 공법에 관한 것이다.
일반적으로 건축 구조물, 그 중에서도 콘크리트로 이루어진 건축 구조물은 표면 처리 작업 없이 콘크리트 상태로 방치될 경우에는 콘크리트 표면에 발생한 미세한 균열 사이로 수분이 침투하게 되고 동절기에는 침투된 수분이 동결함으로써 부피가 팽창하게 되어 균열을 촉진하게 된다. 균열이 진행된 콘크리트 구조물은 콘크리트 자체의 강도가 저하됨은 물론이고 내부의 철근도 수분과 접촉하게 되어 부식하게 되며 내부 철근의 부식이 진행되면 콘크리트 구조물의 강도는 급격히 저하되어 수명이 단축되고 유지 보수 비용이 증가하며 시간 경과에 따라 내구성이 떨어져 결국 건축물로서의 기능을 상실하게 된다.
특히, 바닷가에 축조될 경우 염분의 침투를 받는 경우가 많으며 공장 폐수 지역이나 하수 지역에 축조될 경우에는 여러 화학 약품에 의한 침투를 받아 심각한 내구성 저하가 일어난다. 예를 들어, 콘크리트 구조물이 황화 수소 등의 황산 화합물이 다량으로 존재하는 산성 대기 환경이나 직접적인 산성 폐수에 접촉될 경우에는 구조물의 노후화가 촉진될 수 있다.
또한, 하수 처리 시설물이나 하수 관거 등에서 미생물의 작용에 의해 생성된 산성 조건으로 인해 콘크리트 구조물의 열화가 발생해 침식이 일어날 수 있다.
이러한 콘크리트 구조물의 내구성 약화를 방지하기 위한 방법으로는 콘크리트의 표면에 흡수방지제 또는 코팅액을 도포하는 방법이 사용된다. 상기 흡수방지제를 사용하는 방법은 파라핀계 탄화수소 화합물 또는 지방산계 유지로 이루어진 흡수방지제를 사용하여 왔으나 침투 깊이 확보가 용이치 않고 내구성 개선에 효과가 크지 않았다. 다른 방법으로 실리콘계 수지나 오일을 유기용제에 희석하여 제조된 발수제 또는 흡수방지제를 사용하였으나 용제의 특성상 유동성이어서 공해문제와 인체에 대한 악영향으로 인해 현재는 그 사용이 제한되고 있는 상황이다.
또한, 상기 코팅액으로는 기존에 아크릴계 수지 계열의 폴리머에 충전재를 혼합하여 사용해 왔는데, 모재 콘크리트에 대한 부착 강도나 내구성, 압축강도 등의 물성 면에서 충분하지 못한 면이 있다.
특히, 기존 코팅 방법은 기본적으로 유기재료에 의한 피막 형성 과정을 통해 습기를 차단하는 공법으로, 근본적인 재료의 구성 요소가 차이가 있어 표면 보호제 자체의 물성은 높게 평가될 수 있으나 이것으로 인한 콘크리트의 보호에는 한계가 있다. 이는 대표적인 무기재료인 시멘트 콘크리트와 일반적으로 많이 사용되는 에폭시, 아크릴 등을 주 원료로 하는 기존 표면 보호제(코팅제)는 열팽창 계수가 많게는 10배 가량 차이가 있어서 계절적 변화를 고려할 때 코팅제의 수명이 길지 않은 근본적 한계를 지니고 있다.
시멘트 콘크리트 구조물의 표면을 보호하는 기술과 관련된 종래의 기술들을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 대한민국 공개특허 제2008-0094427호는 철과 시멘트에 친화성이 높은 고로 슬래그를 충전재로 사용함으로써 피도체와의 부착성을 향상시키고 연성 수지를 첨가함으로써 유연성을 높여 피도체면과의 분리를 막아 내진동성을 높게 하며, 수산화알칼리금속을 경화제로 사용하여 경화속도를 낮춤으로써 피도체와의 밀착성을 높일 수 있는 코팅제에 관한 기술을 제안한 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0937632호는 기존의 도료 조성물이 오염에 대한 저항성이 떨어지는 것을 해결하기 위하여 도막 표면에 대전 방지성 및 먼지 부착 방지성이 우수한 불소계 계면활성제를 첨가함으로써 내오염성과 함께 내약품성, 내곰팡이성을 향상시키는 코팅제에 관한 기술을 제안한 바 있다.
그러나, 종래의 코팅제는 부착강도 면에서는 일부 진보된 면이 있으나, 내구성, 내화학성이 부족하고 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 더욱 개선될 필요가 있었으며, 또한, 산성 환경에서의 내부식성 증대 및 미생물 번식에 대한 억제 기술과 관련해서는 추가 기술 개발의 필요성이 큰 상황이었다.
<관련 선행기술 문헌>
대한민국 등록특허 제10-0632089호
대한민국 등록특허 제10-0167858호
대한민국 등록특허 제10-0536471호
대한민국 등록특허 제100835842호
본 발명은 상기와 같은 종래의 표면보호제(코팅제)의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 속경성 시멘트를 주원료로 사용하여 시멘트 콘크리트와 유사한 열팽창계수를 가지며, 동시에 기능성 개질 라텍스를 사용해 높은 부착성능이 발휘될 수 있도록 함으로써 모재와 일체화가 가능하도록 하고, 유기용제, 중금속 및 VOC 등 유해물질이 첨가되지 않으며, 콘크리트 구조물의 중성화 방지에 탁월하며, 내마모성이 우수하여 구조물의 수명 연장 효과가 우수한 동시에, 중성화방지, 염해방지 및 중방식 기능 등 화학적 성능이 우수하며 내구성이 우수하여 이를 통한 유지 보수 절감 효과를 볼 수 있으면서 작업시에 화학 약품 냄새가 없어 밀폐된 공간이나 공공장소에서도 시공이 가능하여 안전성 및 친환경성을 갖는 표면 보호제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 및 강재 등 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는
(a) 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계로서, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 속경성 결합재 100 중량부, 수용성 개질 라텍스 폴리머 5 내지 10 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 1 내지 10 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 5 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 천연광물세라믹 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.5~5 중량부, 리튬계 반응촉진제 0.5~5 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
(b) 구조물의 시공 대상 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계; 및
(c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 속경성 결합재는 포틀랜트 시멘트 100 중량비와 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트, 마그네슘알루미네이트 및 마그네슘설포알루미네이트의 혼합물 20~50 중량비의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수용성 개질 라텍스 폴리머는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량비, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량비, 갈산 0.1~5 중량비, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 금속 양이온 1~10 중량비, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1 내지 5 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1 내지 5 중량비, 에폭시계 바인더 수지 0.1 내지 10 중량비 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1 내지 5 중량비의 비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성촉진제는 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 이후, 아크릴우레탄계 또는 실록산계 발수제를 추가로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공법은, 4시간 이내 실용 강도 이상의 강도 발현으로 하자 요인이 현저히 줄어드는 효과를 갖는다.
또한, 구조물 피도면과의 부착성과 내구성이 우수하고, 특히 내화학성, 방수성, 염해 저항성 등의 특성도 우수하여 구조물의 단면보수 및 표면 보호 효과가 뛰어나다.
또한, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 특히 미생물 증식이 억제되어 미생물로 인한 표면 강도 저하의 문제가 방지될 수 있으며 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 구조물의 단면보수 및 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 장점이 있다.
또한, 피도물인 콘크리트 구조물의 중성화 방지에 탁월하며, 내마모성이 우수하여 구조물의 수명 연장 효과가 우수한 동시에, 중성화방지, 염해방지 및 중방식 기능 등 화학적 성능이 우수하며 내구성이 우수하여 이를 통한 유지 보수 절감 효과를 볼 수 있으며 화학 약품 냄새가 없어 밀폐된 공간이나 공공장소에서도 시공이 가능하여 안전성 및 친환경성이 증대될 수 있다.
이하, 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법은 하기의 순서로 구성된다. 즉,
(a) 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계로서, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 속경성 결합재 100 중량부, 수용성 개질 라텍스 폴리머 5 내지 10 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 1 내지 10 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 5 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 천연광물세라믹 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.5~5 중량부, 리튬계 반응촉진제 0.5~5 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
(b) 구조물의 시공 대상 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계; 및
(c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계에 관하여 설명한다.
본 발명에서 상기 구조물은 콘크리트 구조물 및 강재 구조물을 포함할 수 있으며, 이하에서는 콘크리트 구조물을 주요 대상으로 하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고 강재 구조물의 표면 보호 공법에 도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 속경성 결합재 100 중량부, 수용성 개질 라텍스 폴리머 5~10 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 1~10 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 5 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 천연광물세라믹 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.5~5 중량부, 리튬계 반응촉진제 0.5~5 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하여 구성된다.
상기 (a) 단계에서 속경성 결합재는 포틀랜트 시멘트 100 중량비와 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트, 마그네슘알루미네이트 및 마그네슘설포알루미네이트의 혼합물 20~50 중량비의 혼합물로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
구체적으로 일반 포틀랜트 시멘트(OPC)는 주요 성분이 C3S 51%, C2S 25%, C3A 9%, C4AF 9%, CaSO4 4% 정도이며, 비표면적은 3,300cm2/g 전후인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트(CSA), 마그네슘알루미네이트 및 마그네슘설포알루미네이트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 알루미나 함량이 상대적으로 높은 시멘트로서, 화학적 저항성이 우수하며, 산성 분위기 하에서 사용할 수 있는 장점이 있으며, 경화시간이 짧은 조강 시멘트 일종으로서, 보통 포틀랜드 시멘트와 적정 비율로 사용한다.
또한, 상기 속경성 결합재에는 고로슬래그 분말을 포틀랜트 시멘트 100 중량부 대비 약 1~10 중량부의 범위로 더 포함할 수 있으며, 구체적으로는 2.85 ~ 2.95 g/m3의 밀도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
고로슬래그는 보통포틀랜드시멘트처럼 물과 접하는 것만으로 자기 촉발적 수화반응을 개시할 수 없는 잠재수경성 물질로서, 고로슬래그와 물이 접촉하게 되면 슬래그 입자의 표면에 치밀한 불투수성 겔박막이 형성되므로 입자 속까지 물이 침투하는 것이 방해되고 더 이상 반응이 일어나지 못한다. 그러나 알칼리(Ca(OH)2, KOH, NaOH) 및 황산염(CaSO4)등의 자극을 받아 겔박막이 파괴되면서 군도구조의 겔로 변화하고 고로슬래그로부터 이온의 용출과 불용성 물질이 석출되면서 경화하기 시작하는데, 고로슬래그를 콘크리트에 활용하게 되면 일반 포틀랜트시멘트만 사용할 때와 비교하여 장기강도 증진, 수밀성 향상, 수화열 억제 및 화학 저항성 향상 등의 효과를 볼 수 있다.
이어서, 본 발명에서 상기 수용성 개질 라텍스 폴리머는 합성수지계 에멀젼 라텍스로서, 구체적으로는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량비, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량비, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 갈산 0.1~5 중량비, 금속 양이온 1~10 중량비, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 수지는 2-하이드록시에틸메타크릴산(2-HEMA : 2-hydroxyethyl methacrylate), 메타크릴산메틸(MMA : methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-BA : n-butyl acrylate) 및 아크릴산(AAc : acrylic acid) 중 선택된 어느 하나의 아크릴레이트 단량체 및 음이온 또는 비이온 유화제 및 개시제를 첨가하여 합성된 폴리 아크릴레이트 하이브리드 에멀젼을 사용할 수 있다. 상기 아크릴 수지는 건조가 빠르고 외부 폭로조건에서도 우수한 내후성, 내구성, 자외선안정성을 나타내며 수용성으로 이루어져 있어 친환경적이다.
상기 SBR 고무는 탄성을 유지하기 위해 고형분이 50% 이상인 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 표면에서 부식을 방지하는 역할을 하는 동시에 용매에 분산되어 있는 형태를 하고 있으며, 용액 상태에서 상기 갈산을 분산 및 용해시켜 갈산의 효과를 증대시키도록 하는 역할을 하기도 한다. 상기 용매로는 에틸렌 글리콜계의 2가 알코올을 사용할 수 있다.
상기 하이드록실 아크릴레이트 모노머는 가교밀도를 향상시켜 망목상 상태를 증대시키는 역할을 하여 물성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 하이드록실 아크릴레이트 모노머로는 하이드록실 에틸아크릴레이트, 하이드록실 프로필아크릴레이트, 하이드록실 에틸메틸아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르는 산과 글리콜류 화합물의 축합 중합에 의해 형성되는 것으로서, 예를 들어 푸마르산과 디에틸렌글리콜의 반응에 의해 형성되는 산가 18~20mg/KOH의 범위에 드는 것을 사용할 수 있다. 상기 불포화 폴리에스테르는 도료의 내후성, 내광성, 내스크래치성을 강화하는 역할을 한다.
상기 갈산은 탄닌을 산 또는 알칼리 가수분해하여 얻어지는 페놀카르복시산으로 C7H6O5·H2O의 분자식을 갖는 화합물로서, 표면의 방청, 방수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 금속 양이온은 내부 1차 및 2차 도료와의 결합성을 강화하는 역할을 하며, 구체적인 예로서는 Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 분산제는 수용성 라텍스의 혼합시 액상 내에서 내부 성분을 고르게 분산시켜 균일한 도막을 형성하기 위한 것으로, 본 발명에서는 비이온 타입의 폴리옥시알킬렌형 계면활성제 또는 음이온 타입의 폴리카르복실염계 계면활성제 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 알콕시 실란 가수분해물은 졸-겔 공정을 통해 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고, 이와 같이 얻어진 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣은 후 이를 중합 및 가수분해하여 얻어진 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 메타크릴산 메틸의 함량은 알콕시 실란 함량 100 중량부를 기준으로 0.5~5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1~5 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1~5 중량비, 에폭시계 바인더 수지 0.1~10 중량비 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1~5 중량비의 비율로 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 본 발명에 따른 코팅제 조성물의 표면 강화 성분을 콘크리트 구조물 내부로 침투시켜 주는 역할을 함과 동시에 발수성을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~5 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 칼륨메틸실리코네이트의 함량이 0.1 중량비 미만이면 표면 강화 효과 및 발수 효과가 미미하고, 5 중량비를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 고형분 함량이 30~40 중량%이고 pH 12~14인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 본 발명에 따른 코팅제 조성물에 사용될 경우 콘크리트의 각종 유해 성분들이 외부로 용출되는 것을 방지하여 환경 오염을 유발하는 것을 방지하는 효과가 있다. 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~5 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트의 함량이 0.1 중량비 미만이면 콘크리트의 각종 유해 성분들의 외부 용출을 방지하는 효과가 떨어지고, 5 중량비를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 에폭시계 바인더 수지는 조성물의 각 성분들 간의 결합력을 증진시키며 콘크리트 내부의 기계적 강도 및 수밀성을 높이는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 본 발명에 따른 코팅제 조성물이 도포된 후 표면이 산성 조건에 노출될 경우 내산 특성을 강화시켜 산에 의한 콘크리트의 부식을 방지하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 50~65:35~50의 중량비로 혼합된 혼합물로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 알루미노 실리케이트의 함량이 상기 범위보다 적을 경우에는 강도 저하의 문제가 있으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 코팅제의 겉마름 현상으로 인해 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량비 미만이면 내산 강화 효과가 미미하며, 10 중량비를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다.
본 발명에서 클링커는 규산칼슘인 알라이트, 베라이트 및 세라이트 등으로 구성된다. 상기 클링커는 분말성분과 액상성분의 혼합을 촉진시키는 역할을 한다. 상기 클링커는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 클링커의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말성분과 액상성분의 혼합이 용이하지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 이수석고 및 반수석고는 점성을 증가시켜 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 이수석고 및 반수석고는 1 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 함량이 1 중량부 미만인 경우는 점성 및 부착성이 저하되는 문제가 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 낮아지는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 플라스터(plaster)는 분말 성분에 포함된 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 플라스터는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 따라서, 상기 플라스터의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말 성분에 포함된 다양한 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 내화학성 등이 저하되는 문제가 있다.
상기 무수석고는 황산칼슘의 무수물에 해당하는 광물로서, 분말성분과 액상성분의 혼합시 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무수석고는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 무수석고의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 코팅제의 부착성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 실리카퓸(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 분말성분 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 코팅제의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, 실리카퓸은 코팅제의 부착성능을 향상시키는 역할을 하기도 한다. 상기 실리카퓸은 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 실리카퓸의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 코팅제의 방수성 및 내화학성이 저하되고 강도가 낮아지는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기 플라이애쉬(fly ash)는 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 태우고 남은 성분들이 산화물 형태로 남아 산화 실리콘(SiO2)나 산화 알루미늄(Al2O3)성분의 미세한 먼지로 남은 것을 의미한다. 상기 플라이애쉬를 코팅제에 혼합하여 사용하면 작업성이 개선되고 장기적인 강도 및 수밀성이 향상되어 경제적이다. 상기 플라이애쉬는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 플라이애쉬의 함량이 0.01 미만인 경우는 코팅제의 부착성능이 저하되며, 5 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 석회석은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 부착성을 보조적으로 향상시키는 역할을 한다. 상기 석회석은 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 석회석의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 코팅제의 부착성 향상 효과가 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 슬래그는 제철소 등에서 철강을 제조하는 과정에서 발생하는 부산물로서, 슬래그의 주성분은 알루미나 규산염이며, 이를 분말성분에 혼합하는 경우 코팅제의 내구성 및 내화학성을 높이는 역할을 한다. 특히 슬래그는 투수성이 낮아 본 발명에 따른 코팅제의 방수성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 슬래그는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 슬래그의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우는 코팅제의 내구성, 내화학성 및 방수성이 저하되는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 코팅제의 균열이 발생할 수 있고 무게가 증가하는 문제가 있다.
상기 천연광물세라믹은 규조토, 질석, 우드파우더, 다공성 실리카, 제올라이트 중 어느하나를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 천연광물세라믹은 분말형태의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 천연광물세라믹으로는 고온에서 구워 만든 비금속 무기질 고체 재료인 유리, 도자기, 시멘트, 내화물 중 어느 하나를 분쇄하여 형성된 분말을 사용하는 것도 가능하다.
더욱 구체적으로는, 상기 천연광물세라믹은 천연광물세라믹 분말 100~400중량부와 경화제 1~10중량부 및 점성을 갖는 액상의 에폭시 수지 50~80중량부의 비율로 혼합하여 상기 천연광물세라믹 조성물 형태로 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 활성촉진제는 초기 응결 속도를 조절하기 위해 사용되며, 코팅제의 기능을 활성화시키고 부착성능을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염을 사용할 수 있고, 그 사용량은 0.5~5 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리튬계 반응촉진제는 응결(종결) 이후 시멘트 수화물이 생성을 촉진하여 강도 발현에 영향을 미치고 미세 공극을 치밀하게 하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬, 산화리튬, 염화리튬, 인산리튬, 질산화리튬, 리튬 실리케이트 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 0.5~5 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 개시제로는 t-부틸퍼옥시벤조에이드, 벤조일퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드, t-부틸아세테이프, 또는 2,5-디메틸헥실-2,5-디퍼옥시벤조에이트 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 개시제는 0.05 내지 5.0 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 개시제의 함량이 0.05 중량부 미만인 경우는 수지 및 모노머의 중합 개시반응이 저하되어 결국 코팅제의 강도 특성이 낮아지는 문제가 있으며, 5.0 중량부를 초과하는 경우는 중합반응의 효율적 제어가 어려운 문제가 있다.
본 발명에서 상기 유화제는 본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물에 물을 첨가하는 경우 코팅제가 물과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 유화제로는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 또는 폴리글리세린지방산에스테르 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 유화제는 0.05 내지 5.0 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직한데, 상기 유화제의 함량이 0.05중량부 미만인 경우는 코팅제를 물과 혼합하는 경우 물과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 5 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 부착성능이 발휘되기 어려운 문제가 있다.
또한, 소포제, 분산제, 양이온성 습윤제, 레벨링제, 표면장력 저하제, 수축저감제, 표면유동성 조절제, 지연제, 항균제 및 무기안료로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 0.1~5 중량부의 범위로 포함할 수 있다.
또한, 코팅 후의 난연 효과를 발휘하도록 하기 위하여 난연제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용할 수 있다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 열이 가해져서 500℃ 이상이 되면 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하도록 하며, 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 충진제를 10~50 중량부의 범위로 포함할 수 있다. 상기 충진제의 입경은 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 것으로, 이산화규소(SiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화알루미늄(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 도데실페놀, 벤질알콜, 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르(Propylene glycol monomethylether) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 비반응성 희석제를 5~20 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 기능성 충진제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 기능성 충진제로는 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 실리카 분말로서는 콜로이달실리카, 흄드실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 기능성 충진제는 표면 보호제(코팅제) 조성물의 바인딩 효과를 더욱 증대시키는 역할을 함으로써 물리적 효과를 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합 비율은 100:50~200 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능성 충진제를 사용할 때는 분말을 바로 사용하는 것도 가능하지만, 표면을 처리하여 유기실란으로 처리하여 코팅함으로써 바인딩 효과 증대로 인한 내구성 증대 효과를 볼 수 있다.
즉, 실리카 분말 단독 또는 팽창성 흑연 분말의 혼합물이 용매에 분산된 콜로이드상 요액을 유기 실란에 분산시킨 후 약 1~10시간 동안 교반하여 처리할 수 있다. 구체적으로, 실리카 분말 단독 또는 팽창성 흑연 분말의 혼합물 용액 100 중량부를 기준으로 유기 실란 약 0.1~50중량부를 상기 용액에 첨가하여 용액 내에서 분말 입자 표면에 유기기를 형성하고 반응기를 통과시켜 탈수 및 축합반응을 통해 유기기로 표면 처리된 분말을 형성시킨다. 이때 상기 용액은 실리카 분말이나 팽창성 흑연 분말이 물이나 알코올과 같은 용매 내에 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것으로서 콜로이드 용액 상태로 유기 실란과 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 유기실란의 구체적인 예로는 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 들 수 있다. 이 때 유기 실란으로 분말 표면을 처리하는 것은 상온에서 1~10 시간 정도 교반 처리하여 유기기가 형성된 무기물을 형성하고 이를 반응기에 통과시켜 형성한다. 이 때 상기 반응기는 가열장치로서 온도를 100 ~ 300℃로 승온하여 1~10시간 동안 용매와 유기기가 형성된 무기물을 탈수 및 축합반응시켜 표면 처리가 완료된 분말상의 무기물 입자를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조되는 실리카 분말 및 팽창성 흑연 분말은 표면에 실란이 형성되어 있으므로 바인딩 효과가 우수하고 이에 따라 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에서 상기 기능성 충진제는 0.1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
이와 같은 조성으로 제조되는 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 이용하여 본 발명에 따른 구조물을 보수 보강 및 표면 보호 시공을 실시한다.
먼저, 구조물의 시공 대상 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리한다.
구체적으로, 보수 대상 구조물(콘크리트) 시공면을 이물질이 없도록 깨끗이 청소하고 고압 살수 세척 후 패인 곳이나 탈락한 곳에 콘크리트 보수재(모르타르)를 충진하여 평탄화 작업을 진행한다. 이 때 노출된 철근이 있는 경우에는 에폭시 도료 등을 이용하여 철근을 먼저 방처 처리하는 것이 바람직하다.
충진 작업이 완료된 후 콘크리트 시공 표면에 상기 준비된 본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 시공 대상 표면에 페인팅, 롤링 또는 스프레이 등의 방법을 이용하여 도포하고 경화시킴으로써 시공이 완료된다.
본 발명에 따른 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 1회 도포만으로도 내구성, 내후성, 표면 강도 및 내수성 강화 효과가 뛰어나지만, 그 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 20~1000g/m2로 도포하고 도포 두께는 경화 두께가 50㎛ ~ 5mm의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 시공 대상 표면에 도포하는 것은 페인팅, 롤링 또는 스프레이 방법을 사용할 수 있으며, 2회 이상 연속 도포할 경우 도포 사이에는 일정한 건조 및 경화시칸이 필요한데 하절기에는 보통 6시간, 동절기에는 보통 24시간 정도의 건조, 양생을 실시한다.
또한, 본 발명에서는 코팅제 자체가 일정 정도의 방청 기능을 가지므로 별도의 하도제를 사용하지 않고서도 방청성을 발휘할 수 있으나, 표면 녹이 노출된 경우에는 하도제를 도포하고 본 발명에 따른 코팅제를 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 하도제로서는 고무 라텍스계 녹변환제를 사용할 수 있으며, 유기 용제를 포함하지 않은 녹변환제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포한 후 상도제를 추가로 도포할 수 있다. 이때, 사용되는 상도제는 특별히 한정하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 상도제는 제한없이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 (c) 단계 이후, 발수 코팅제를 추가로 코팅할 수 있으며, 상기 발수 코팅제로는 아크릴우레탄계 또는 실록산계 발수제를 사용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 개질 라텍스 폴리머 및 천연광물세라믹을 이용한 콘크리트 구조물 보수 보강 및 강재표면 보호 공법에 관하여 상세히 설명하였다.
본 발명에 따른 공법은, 다양한 분야에서 콘크리트나 강재 구조물의 보수 보강 및 표면 보호에 사용될 수 있으며, 슬래브, 보, 기둥, 벽체, 바닥면의 표면 보호 사용될 수도 있고, 염해에 대한 내성이 강하여 항만의 슬래브, 보, 기둥, 및 염소이온 침투방지, 선박도크 및 방파제와 같은 수중 구조물의 교각 및 기둥, 수로, 암벽, 기타 해양구조물 등에 유용하게 사용될 수 있으며, 고강도 및 고밀도 특성을 나타내므로 원자력발전소, 핵폐기물 처리장 등에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 공법은, 염분 및 산성 물질 등의 열화 물질의 침투를 억제시킴으로써, 구조물의 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 모르타르 표면과의 혼화성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 기존 모재와의 접착력이 우수하고, 콘크리트와의 중성화 반응이 없으며, 내수성, 내오존성, 내약품성, 방수성, 통기성, 자외선에 의해 산화되어 노화되는 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 통기성이 우수하고, 결로현상이 발생하지 않으며, 구조물 표면을 산화시키지 않고, 침투성이 우수하고, 침투된 제품이 경화되어 밀도가 조밀하고, 내구성, 방수성이 우수하며, 특히 온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되는 모체의 균열을 방지하고, 신축성이 우수하여 진동부위의 작업에 매우 적합한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 강도가 우수하며, 이산화탄소의 침투를 저지하고, 물 침투를 차단한다. 본 발명에 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 VOC(volatile organic compound)의 함량이 낮아 환경친화적이고 대기오염이 없으며, 강도 발현성이 높고, 조기 강도성이 우수하며, 미세한 입자가 포함되어 균열방지 능력이 뛰어나다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 내수성, 내후성, 내화학성, 내오염성이 뛰어나 화학가스, 배기가스, 빗물 등으로부터 모체와 마감면을 보호할 수 있고, 노출 구조물의 보호 마감에 큰 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 고탄성, 평활성, 저온안정성(내잔갈라짐), 무취성이 우수하고 물과의 혼합시에도 양호한 분산작용을 나타내며, 전체적으로 균일한 강도를 유지함과 동시에 고강도이다. 또한, 분말성분의 양호한 분산작용으로 고밀도의 치밀한 조직체를 형성하여 내화학성(내염성, 내산성)이 우수하며 물, 기름 등의 침투를 억제한다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 모재(콘크리트 및 강재)와의 부착력이 우수하며, 단기적 부착강도와 장기적 안정성 면에서 모두 우수하고, 강도와 안정성의 적절한 조화로 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공법은, 산성 환경에 대한 내부식성이 우수하고 특히 미생물 증식이 억제되어 미생물로 인한 표면 강도 저하 및 표면 오염의 문제가 방지될 수 있으며 내후성 및 표면 강도 향상 효과를 가져 구조물의 표면 보호 효과가 우수하고 그 효과가 장기간 유지될 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
일반 포틀랜트 시멘트(OPC) 50 중량부에 알루미네이트 혼합물(칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트, 마그네슘알루미네이트 및 마그네슘설포알루미네이트) 30 중량부를 혼합하여 결합제를 제조하고, 아크릴수지(15 중량비), SBR 고무(15 중량비), 불포화 폴리에스테르 수지(20 중량비), 하이드록실 아크릴레이트 모노머(1 중량비), 금속 양이온(3 중량비) 및 분산제(1 중량비)를 혼합하고 물(60 중량비)을 혼합하여 얻은 수용성 개질 라텍스 폴리머 8 중량부를 혼합하였다. 이어서, 칼륨메틸실리코네이트 1 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 2 중량비, 에폭시 바인더 수지 5 중량비 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머(알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 60:40의 중량비로 혼합된 혼합물) 1 중량비의 비율로 혼합하여 얻어진 실리코네이트계 액상 성분 3 중량부와, 클링커 5 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부 및 천연광물세라믹(규조토 분말) 2.0 중량부를 혼합한 후, 활성촉진제 1.0 중량부 및 반응촉진제(탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬의 혼합물) 1.0 중량부와 개시제 0.1 중량부 및 유화제 1.0 중량부를 혼합하고 여기에 분산제, 수축저감제, 지연제, 무기안료, 충진제를 일정량 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 1
SBR 라텍스 수지 35 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부를 혼합하고, 여기에 분산제, 수축저감제, 지연제, 무기안료, 충진제 등의 첨가제를 일정량 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 2
아크릴계 라텍스 수지 35 중량부, 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부를 혼합하고, 여기에 분산제, 수축저감제, 지연제, 무기안료, 충진제 등의 첨가제를 일정량 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 3
스티렌모노머 30 중량부, t-부틸퍼옥시벤조에이드 5 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고 여기에 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부를 혼합하고, 여기에 분산제, 수축저감제, 지연제, 무기안료, 충진제 등의 첨가제를 일정량 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
비교예 4
노말부틸아크릴레이트 30 중량부 및 글리세린지방산에스테르 5 중량부를 혼합하고, 여기에 다시 석고 5 중량부, 플라스터 5 중량부, 무수석고 5 중량부, 실리카퓸 3 중량부, 플라이애쉬 3 중량부, 석회석 7 중량부, 슬래그 3 중량부를 혼합하고, 여기에 분산제, 수축저감제, 지연제, 무기안료, 충진제 등의 첨가제를 일정량 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
성능 평가
1. 염화물 이온침투 저항성, 동결융해 저항성 테스트
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제의 염화물 이온침투 저항성 및 동결융해 저항성을 측정하였다.
상기 염화물 이온침투 저항성은 시공 28일 후 KS F 4936-2008의 표준에 따라 측정하였으며, 상기 동결융해 저항성은 시공 28일 후 KS F 2456-2013의 표준에 따라 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 염화물 이온침투 저항성
(Coulombs)		 동결융해 저항성
(상대동탄성계수) (%)
실시예 1 520 84.5
비교예 1 460 65.8
비교예 2 440 55.5
비교예 3 425 60.0
비교예 4 458 68.1
상기 표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 염화물 이온침투 저항성 및 동결융해 저항성 면에서 기존의 코팅제와 비교하여 동등 또는 우수하다는 것을 나타낸다.
2. 방수성 테스트
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제의 방수성을 측정하였다.
상기 방수성은 시공 28일 후 KS F 4042-2012의 표준에 따라 투수량, 물 흡수계수, 습기 투과 저항성 및 길이 변화율을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 투수량
(g)		 물 흡수계수
(kg/m2h0.5)		 습기투과저항성
(m)		 길이변화율
(%)
실시예 1 0.20 0.05 0.9 -0.011
비교예 1 0.31 0.07 1.2 -0.012
비교예 2 0.25 0.06 1.1 -0.012
비교예 3 0.29 0.07 1.0 -0.013
비교예 4 0.32 0.06 1.2 -0.012
표 2의 결과를 보면, 실시예 1의 경우가 비교예 1 내지 4의 경우보다 수분이 침투된 정도가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 우수한 방수성능을 나타내는 결과인 것으로 해석된다.
3. 내화학성 테스트
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 내화학성을 측정하였다.
측정 방법은 35‰의 염분 농도를 갖는 염수 및 2%농도의 황산용액을 각각 콘크리트 구조물 상에서 경화 후 28일 지난 코팅층 상에 매일 1시간씩 처리한 후 코팅층이 손상되었는지 여부를 1일 단위로 60일간 확인하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
샘플 내화학성 테스트 (일)
염수 황산용액
실시예 1 - 80
비교예 1 - 50
비교예 2 20 5
비교예 3 35 10
비교예 4 40 15
상기 표 3를 살펴보면, 실시예 1 및 비교예 1의 경우는 60일간 처리된 염수에 의하여 전혀 표면 손상이 일어나지 않았으나, 비교예 2 내지 4의 경우는 염수처리 후 20 내지 40일 후에 표면 손상이 일어났음을 알 수 있다. 또한, 황산용액을 처리한 경우 실시예 1의 경우는 80간 표면 손상이 일어나지 않은 것을 확인할 수 있으나, 비교예 1의 경우는 실시예 1의 경우보다 황산용액에 대한 내산 성능이 떨어졌으며, 비교예 2 내지 4의 경우는 5 내지 15일 내에 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 우수한 내화학성 특히 내산 성능을 갖는다는 것을 뒷받침하는 결과인 것으로 해석된다.
4. 산소투과성, 내후성, 내오염성
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물의 산소투과성, 내후성 및 내오염성을 측정하였다.
산소투과성은 KS A 1027의 기체투과도 시험방법에 따라 평가하였다.
내후성은 KS M 5000-3231의 촉진내후성 시험방법에 따라 평가하였다.
내오염성은 물 및 용매(미네랄스피리트)에 20%로 분산시킨 카본블랙을 시편에 스프레이한 후 80±2℃에서 5시간 동안 침적하고 건조시킨 후, 흐르는 물에 카본이 칠해진 면을 대어 자연스럽게 씻겨져 내려간 후 남은 상태를 육안으로 관찰하는 방법에 의해 물세척성을 평가하였다.
그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
샘플 산소투과성 촉진내후성
(ΔE)		 내오염성
실시예 1 2.2 0.2 양호
비교예 1 3.2 0.3 양호
비교예 2 3.5 0.5 미흡
비교예 3 3.6 0.5 미흡
비교예 4 3.5 0.4 미흡
상기 표 4를 살펴보면, 실시예 1 및 비교예 1의 경우는 내후성 및 내오염성 면에서 우수하나, 산소투과성 평가에서는 실시예 1의 경우가 더 우수한 결과를 나타내었다. 반면, 비교예 1 내지 4의 경우는 내후성, 내오염성 및 산소투과성 면에서 모두 실시예 1의 경우보다 열악한 결과를 보였다. 따라서 본 발명에 따른 코팅제 조성물을 사용할 경우 산소차단성과 내후성 및 내오염성 면에서 모두 기존 코팅제에 비하여 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
4. 열팽창 계수
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물과 일반 콘크리트의 열팽창계수를 측정하였다.
측정은 ASTM 531-18의 방법을 사용하였으며 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 콘크리트
열팽창계수 10.4×10-6/℃ 85.07×10-6/℃ 10.0×10-6/℃
상기 표 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1은 콘크리트와 유사한 정도의 열팽창계수를 가지므로 계절적 온도 변화에도 불구하고 모재 콘크리트와의 열적 거동의 상이성으로 인한 박리, 균열 등의 현상을 개선할 수 있을 것으로 확인된다.

Claims (6)

  1. (a) 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계로서, 상기 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물은 속경성 결합재 100 중량부, 수용성 개질 라텍스 폴리머 5 내지 10 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 1 내지 10 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 5 중량부를 포함하고,
    클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부 및 천연광물세라믹 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
    활성촉진제 0.5~5 중량부, 리튬계 반응촉진제 0.5~5 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 구조물의 시공 대상 표면을 표면처리장치를 이용하여 표면 정리하는 단계; 및
    (c) 상기 다듬어진 시공 대상 표면에 상기 (a)에서 제조된 구조물 표면 보호용 코팅제 조성물을 도포하고 경화시키는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 수용성 개질 라텍스 폴리머는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량비, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량비, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 갈산 0.1~5 중량비, 금속 양이온 1~10 중량비, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (a) 단계에서 속경성 결합재는 포틀랜트 시멘트 100 중량비와 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트, 마그네슘알루미네이트 및 마그네슘설포알루미네이트의 혼합물 20~50 중량비의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1 내지 5 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1 내지 5 중량비, 에폭시계 바인더 수지 0.1 내지 10 중량비 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1 내지 5 중량비의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 활성촉진제는 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염인 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계 이후, 아크릴우레탄계 또는 실록산계 발수제를 추가로 코팅하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보수 보강 및 표면 보호 공법법.
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JP2018507839A (ja) * 2015-03-13 2018-03-22 ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー 長時間のフロー時間を維持する疎水性仕上げ材組成物、及びそれから作製される建材

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