KR102388830B1 - 콘크리트 구조물의 균열, 박락부위의 방수 및 도장을 위한 친환경 보수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열, 박락 부위의 방수 및 도장을 위한 보수방법은 구조물의 균열, 콘크리트 부분 박락, 조인트부위와 그 주변의 구조물의 균열 방수 및 도장을 위한 친환경 보수방법에 관한 것으로, 구조물의 균열 주변부에 중성화방지, 방수성능이 우수한 방수제를 침투시켜 방수층을 형성하는 방수층 형성단계 및 균열을 고탄성의 균열충진재 조성물로 충진하여 평활하게 하는 균열충진단계를 포함하며, 방수층은 구조물의 내부 기공에 침투되어 망상구조의 결합을 형성하여 외부의 수분 유입을 차단하고 내부의 잔존 수분은 외부로 배출시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물의 균열, 박락부위의 방수 및 도장을 위한 친환경 보수방법 {Eco-friendly Repair method for waterproofing and painting cracks, fallen parts of concrete structures}

본 발명의 일 측면은 콘크리트 구조물의 균열, 박락부위의 방수 및 도장을 위한 친환경 보수방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물의 균열 내측 및 그 주변에 대한 하자 요인을 제거할 수 있는 구조물의 균열 방수 및 도장을 위한 보수방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트(또는 몰탈) 구조물의 외, 내부 벽체 또는 조인트 등의 균열이 발생되면 빗물 유입으로 인한 누수, 콘크리트, 몰탈미장층의 박락 등에 의한 안전문제가 발생할 수 있고, 페인트 등 마감재의 들뜸, 박리, 박락 등이 발생하여 미관을 해치고 보수시공 되더라도 단기간 내에 하자가 재발하는 사례가 많은 바, 이에 대한 건축, 토목구조물의 유지보수비용이 크게 증가하고 유지관리에 대한 애로사항이 많은 편이다.

특히, 건축, 토목구조물의 대부분을 차지하고 있는 철근콘크리트 및 몰탈미장층에서 균열, 콘크리트의 부분박락, 콘크리트 중성화 현상, 해안에 인접한 구조물의 염분에 의한 철근부식 등의 다양한 경우에 대하여 외관 손상 및 누수로 인한 건물의 생애주기 비용이 증가하고 있는 실정이다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 많은 기술이 연구, 개발되었지만, 대부분의 기술은 발생한 균열을 따라 홈을 파거나 V-cutting 한 다음, 프라이머를 도포하고, 아크릴, 에폭시, 우레탄계 보수제를 충진하거나 부직포, 시트 등을 덧붙여 시공하는 방식으로 계면 부착력과 강도를 향상시키는 것을 주요한 기술적 특징으로 하고 있다.

철근 콘크리트 구조물에서 콘크리트의 균열이 발생하면 균열을 따라 콘크리트의 내측으로 빗물과 함께 이산화탄소(CO₂)가 동반 침투하여 콘크리트의 미세 기공 깊은 곳까지 중성화시키게 되며, 이러한 현상은 조해성을 크게하면서 내부의 철근을 지속적으로 부식시키는 원인이 된다. 이로인해 누수문제와 함께 페인트 등 마감재의 박리, 박락 및 콘크리트 부분 탈락 등 외관 손상이 심화되고, 탈락된 콘크리트의 낙하에 의한 인명피해, 구조물의 안전문제 등 전반적인 범위에 부정적인 영향을 미치게 되어 문제된다.

선행기술의 균열보수방법을 살펴보면 균열부위를 따라 홈을 파서 균열틈새를 메우는 탄성도막 방수제, 폴리머 시멘트, 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 등 페이스트(Paste)형태의 퍼티의 충전식 보수방법, 약액을 인젝션 주입하는 주입식 보수방법, 구조체 보강방법 또는 부직포보강 시트 등을 덧바르거나 덧붙여 보강하는 방법으로 방수성, 내구성을 기대하고 있다.

그러나, 주된 하자의 발생 및 진행 원인은 위와 같은 방법의 시공중 또는 시공 후의 취약부위의 잔존, 내부의 높은 함수율, 계면에서의 열화 등으로 인하여 빗물이 미세하게 침투하여 스며드는 것으로, 들뜸, 중성화, 박리현상이 재현되어 보수 후 단기간 내에 하자가 다시 발생하는 경우가 많아 문제된다.

콘크리트는 시멘트계 혼합물이기 때문에 중성화가 진행되면 조해성이 커지게 되고, 빗물유입 또는 공기 중의 수분의 농도가 높아지면 이산화탄소(CO₂)와 반응하면서 중성화 속도가 가속화되며, 이에 따라 계면부착강도가 급격히 약화되면서 내부 잔존수분이 8% 이상이 되면 포화증기압의 팽창에 의해 균열이 발생하거나 주변이 파손되면서 다시 누수 및 외관 손상의 원인이 되고 있다.

선행기술을 살펴보면, 특허 제 10-1963828호는 콘크리트 구조물의 균열보수용 퍼티조성물에 관한 것으로 아크릴 에멀젼에 증점제, 유동화제, 소포제 및 무기충전제를 혼합한 조성물에 계면접착력을 보완한 균열보수제이며 이는 콘크리트와 균열보수제와의 계면에서의 잔존 수분의 변화에 따른 대응력이 취약하고 아크릴 퍼티의 장기 옥외 노출에 따른 열화 등 물성저하가 예상되므로 기존 아크릴 퍼티에 대비하여 차별성이 낮다고 할 수 있다.

특허 10-0508729호는 구조물의 균열을 따라 U자 홈을 파서 프라이머를 도포하고 접착제를 사용하여 시트를 겹겹이 부착시키는 방법으로 특히 고층 외벽의 경우 로프공에 의존한 작업이 어렵고 및 공정이 복잡하여 경제적으로 불리한 측면이 있다.

특허 10-1031067호는 방청 및 하도제를 1차 도포하여 충분히 건조시킨 다음 아크릴 중합체의 혼합물, 시멘트, 규사 등 무기계 충전제의 혼합물과 물을 혼합하여 적용하는 균열 보수방법으로 콘크리트와의 계면접착 및 도장성을 보완한 것에 불과하다.

또한, 고층 외벽의 경우에는 2-3회 로프작업을 해야 하는 작업 여건상 인건비가 높아지고 아크릴 중합체, 시멘트계 충전 혼합물 및 물을 현장에서 혼합하여 사용해야 하므로 안정된 품질관리가 어렵다고 할 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-1963828호 대한민국 등록특허 제10-0508729호 대한민국 등록특허 제10-1031067호

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본 발명의 일측면은, 구조물의 균열, 박락부위의 내·외측면의 보수에 있어서 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조물의 취약부위 또는 기공으로 침투하여 우수한 방수성능을 제공하는 방수층을 형성하고, 연속적으로 균열을 충진하는 시공이 가능하며, 손이나 도구가 닿지 않는 부위에도 정밀시공이 용이한 경제적이고 친환경적인 구조물의 보수방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은,

구조물에 발생한 균열의 주변부에 방수제를 침투시켜 상기 구조물의 내부 기공에 망상구조 결합을 포함하는 방수층을 형성하는 방수층 형성단계; 및

주변부에 상기 방수층이 형성된 상기 균열을 균열충진재 조성물로 충진하여 균열충진층을 형성하는 균열충진단계; 를 포함하는 구조물의 보수방법으로서,

상기 망상구조 결합은 상기 구조물의 내부 잔존 수분을 상기 구조물의 외부로 배출시킬 수 있으며, 외부에서 상기 구조물의 내부로 물이 유입되는 것은 차단할 수 있고,

상기 방수층 형성단계는 상기 균열의 주변부에서 함수율이 0% 내지 5% 인 방수층을 형성하는 단계인 것이 좋으며,

상기 균열충진단계는 상기 방수층 형성단계 이후 30초 내지 10분 내에 이루어질 수 있는 것이 좋다.

또, 상기 균열충진층은, KSF-4918 시험방법으로 시험하였을 때 상기 구조물과 부착되는 부착강도가 80 내지 200 N/cm² 인 것이 좋고,

상기 균열충진재 조성물은,

바인더;

상기 균열충진재 조성물의 점도를 조절하는 증점제;

상기 균열충진재 조성물의 강도를 조절하는 충전제; 및

상기 충전제를 균일하게 분산시키는 분산제; 를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은,

구조물에 발생한 균열 주변부에 침투된 방수제가 상기 구조물 내부에 방수층을 형성한 후 상기 균열 내부에 충진되어 균열충진층을 형성하는 균열충진재 조성물로서,

상기 방수층은 상기 방수제가 상기 구조물의 내부 기공에 침투하여 형성하는 망상구조 결합을 포함하고,

상기 균열충진층은 방수기능을 가지며, 상기 구조물과의 부착강도가 80 내지 200 N/cm² 인 것이 좋고,

상기 균열충진층은,

바인더;

상기 균열충진재 조성물의 점도를 조절하는 증점제;

상기 균열충진재 조성물의 강도를 조절하는 충전제; 및

상기 충전제를 균일하게 분산시키는 분산제; 를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면은,

균열이 발생한 구조물;

상기 구조물에 발생한 상기 균열의 주변부에 방수제가 침투되어 상기 구조물의 내부 기공에 형성되는 망상구조 결합을 포함하는 방수층; 및

방수기능을 가지며, 상기 균열에 균열충진재 조성물이 충진되어 형성되는 균열충진층; 을 포함하는 구조물 보수구조체로서,

상기 보수제 조성물은,

바인더;

상기 균열충진재 조성물의 점도를 조절하는 증점제;

상기 균열충진재 조성물의 강도를 조절하는 충전제; 및

상기 충전제를 균일하게 분산시키는 분산제; 를 포함하는 구조물 보수구조체를 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 일 측면에 따른 구조물의 보수방법은, 균열 주변부의 구조물 표피층에 방수제를 침투시켜 함수율 5% 이하를 유지하고 표면장력을 극대화하여 발수성능을 갖게 하며, 반영구적으로 탁월한 방수성능을 발현할 수 있으며, 틈새 및 요철 등을 균열충진재 조성물로 충진하여 평활하게 한 후 지정색상의 도료로 도장하여 마감함으로써 방수뿐만 아니라 균열충진재의 부착강도를 향상시키고, 페인트의 들뜸 및 박리를 근원적으로 해결할 수 있다.

본 발명의 다른 측면인 균열충진재 조성물은, 바인더로서 균열의 내측면 및 외측면에서 계면접착성과 균열저항성이 우수하도록 탄성을 가지며, 무기 충전제의 선택에 따라 방사선 차폐효과를 향상시킬 수 있고, 피방수층의 표면이 충분히 건조되지 않았거나 평활도가 불량하여도 시공 불량, 방수층간 접착불량(계면 접착력 부족, 방수층의 들뜸 및 파손 등)이 발생하지 않는 장점이 있다.

더 나아가, 내산성, 내알칼리성에 대한 저항성이 우수하여 구조물의 중성화, 부식을 방지함으로써 방수성능과 내구수명이 우수하고, 휘발성유기화합물(VOC)을 포함하지 않는 친환경적인 균열충진재 조성물을 포함하는 균열충진층 및 구조물 보수구조체가 제공되는 장점이 있다.

도 1은 기존의 균열 보수방법을 나타낸 모식도이고,
도 2는 기존의 균열 보수방법에 따라 취약부위, 박리, 파단부위로 수분이 유입되는 과정을 나타낸 모식도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 보수방법에 대한 모식도이다.
도 4는 도 2에서 수분 유입에 따른 실제 현장 사례를 촬영한 사진이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다.

4) '포함한다(comprise, comprises, comprising), 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다.

7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다.

9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에, ~사이에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.

본 명세서에서 구조물이란, 보수의 대상이 되는 건물, 구조체, 외벽 등을 포함하는 넓은 의미로 사용되고, 구조물의 일 예시로는 철근-콘크리트 구조물을 들 수 있다.

본 명세서에서 방수층이란, 구조물 등에 형성되어 수분의 침투를 막는 기능을 하는 층을 의미하고, 피방수층이란 위와 같은 방수층의 형성시 모재 또는 모체가 되는 구조물을 의미하며, 주로 콘크리트 벽이나 콘크리트 구조물의 표면과 같이 방수층의 형성 대상이 되는 객체를 의미한다.

본 명세서에서 균열이란 구조물의 내부 또는 외부에 나타나는 홈, 크랙 등을 포함하며 작게는 공극, 홈, 갈라진 틈 등 외부에서 관찰될 수 있는 미세한 공간 등을 포함하는 넓은 의미로 사용된다.

본 발명의 일 측면인 균열충진재 조성물은 구조물의 균열을 보수하기 위하여 균열의 내측면 또는 내·외측면에 충진되는 조성물로서, 바인더, 증점제, 충전제, 분산제를 포함하여 이루어지며, 유동화제, 소포제 또는 pH조절제를 추가적으로 포함할 수 있다.

균열충진재 조성물에 포함되는 바인더는 아크릴 에멀젼을 포함하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 하이드록시에틸메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 에틸헥사아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate), n-부틸메타아크릴레이트(n-butyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이 좋다.

증점제는 균열충진재 조성물의 점도를 조절하기 위하여 포함될 수 있다. 증점제로는 충전제의 침전방지, 균열충진재 조성물의 저장안정성, 작업 시 처짐 및 유동성의 극소화(thixotropy)를 위하여 셀룰로오스계 화합물을 사용하는 것이 좋고, 바람직하게는 하이드록시메틸셀룰로오스(hydroxy methylcellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyehtylcellulose), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethylcellulose) 및 에틸렌글리콜 중 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

증점제는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 3 내지 6 중량부로 포함되는 것이 좋다.

충전제는 균열충진재 조성물의 강도를 향상시키거나 부가적인 기능을 부여하기 위하여 첨가될 수 있다. 충전제로는 무기질 충전제를 사용하는 것이 바람직하며, 무기질 충전제로는 산화티타늄, 탄산칼슘, 규조토, 규사, 실리카, 활석분(이하 탈크, Talc), 플라이애쉬, 수산화알루미늄 및 황산바륨 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 사용할 수 있으며, 무기질 충전제로 실리카는 강도를 높이고자 할 때 사용되고, 황산바륨은 방사성 물질의 차폐효과를 높이고자 할 때 사용될 수 있다.

충전제는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60 중량부로 포함되는 것이 좋다.

분산제는 조성물의 제조과정에서 아래에 상술할 무기질 충전제의 입자를 균일하게 분산시키는 기능을 하며 스테아르산칼슘(calcium stearate), 구연산나트륨(sodium citrate), 스테아르산아연(zinc stearate) 중에서 하나 이상을 선택하여 사용하는 것이 좋다.

분산제는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량부로 포함되는 것이 좋다.

유동화제는 균열충진재 조성물의 유동성을 증가시키며 소재는 제한되지 않으나 폴리카본산계 유동화제가 사용될 수 있고, 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 2 내지 6 중량부로 포함되는 것이 좋다.

소포제는 발생하는 기포를 제거하며, 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함되는 것이 좋고, 바람직하게는 1 내지 3 중량부로 포함되는 것이 좋다.

pH 조절제는 균열충진재 조성물의 pH 를 조절하기 위한 것으로 암모늄 포스페이트, 탄산수소나트륨, 디메틸에탄올아민, 트리메틸아민 중에서 하나 이상을 선택하여 사용하는 것이 좋다.

pH 조절제는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.1 내지 0.2 중량부로 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 일 실시예에 따른 균열충진재 조성물은 휘발성유기화합물(VOC)를 포함하지 않으므로, 보수 작업시 및 보수작업 후 VOC를 생성시키지 않는 장점이 있다.

본 발명의 다른 측면은 콘크리트 구조물의 균열, 박락부위의 방수 및 도장을 위한 친환경적인 보수방법에 관한 것이다. 방수 처리시 하자발생에 근원적인 원인이 되는 균열내부의 잔존수분은 균열보수층의 박리, 들뜸, 파단 또는 계면 열화, 철근부식, 및 콘크리트 중성화를 일으킬 수 있으며, 본 보수방법은 내부 잔존수분 문제를 해결함으로써 보수된 구조물이 장수명의 내구성능을 갖게하는 장점이 있다.

구조물의 종류는 제한되지 않으나, 일반적으로 많이 사용되는 철근 콘크리트 구조물인 것이 좋으며, 이하에서는 구조물의 일 예시로 철근 콘크리트 구조물을 들어 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 보수방법은 방수층 형성단계 및 균열충진단계를 포함한다.

방수층 형성단계는 구조물의 균열부위에 방수제를 침투시켜 구조물 표면 내부에 방수층을 형성하는 단계이다. 방수층 형성단계에 사용되는 방수제는 실리콘 에멀젼을 포함한다.

방수제인 실리콘 에멀젼은 하기 일반식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여, 콜로이드 실리카 2∼20 중량부, 유화제 2∼40 중량부, 알코올 10∼150 중량부 및 물 300∼400 중량부를 포함하여 이루어지고, 균열의 내측 및 주변의 피방수층에 방수제가 침투되어 실리콘 에멀젼 방수층을 형성하는 방수층 형성단계를 포함하는 친환경 보수방법이 제공된다.

(일반식1)

R _n -Si-(R’) _4-n

(상기 일반식 1에서 단량체의 분자량은 150∼450, R은 탄소 원자가 2∼18인 하이드로카본 그룹이고, R’는 가수분해성 그룹이며, n은 1 또는 2이다.)

실란 화합물은 에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리-n-프로폭시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리아세톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 옥틸메틸디이소프로폭시실란, 라우릴트리메톡시실란, 2-에틸헥실트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 도데실트리브로모실란, 테트라데실트리메톡시실란, 헥사데실트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 이들의 이량체, 이들의 삼량체 및 이들의 올리고머로부터 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.

콜로이드 실리카는 pH가 8∼11이며 SiO₂의 함량이 1 내지 22 중량%, 바람직하게는 2∼20 중량%인 실리카졸인 것이 바람직하다. 바람직한 하나의 예시로서, 상기 콜로이드 실리카는 날코케미칼사의 날콕 1115, 니아콜사의 니아콜 215, 닛산케미칼사의 스노텍스 20, 몬산토사의 시톤 15 등을 들 수 있다.

유화제는 폴리옥시프로필렌매니톨디올레이트, 폴리옥시에틸렌솔비톨올레이트, 폴리옥시에틸렌모노올레이트, 폴리옥시에틸렌스테아레이트, 솔비탄모노스테아레이트, 솔비탄모노올레이트, 글리세롤모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌솔비톨헥사스테아레이트, 솔비탄트리스테아레이트 및 솔비탄트리올레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하다.

유화제는 비이온계 유화제로서, 실란의 종류에 따라 선택되는 종류가 달라질 수 있으며, 사용량은 실란 화합물 100 중량부에 대하여, 2∼40 중량부, 바람직하게는 10∼30 중량부인 것이 좋다. 특히, 상기 유화제는 폴리하이드록시 화합물과 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

알코올은 메탄올, 에탄올, n-부탄올, 이소프로판올, 2-에톡시에탄올, t-부탄올, 2-에틸헥산올, 이소아밀알코올, n-옥틸알코올, 2-아밀알코올, 사이클로헥산올, n-프로판올 및 벤질알코올로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 특히, 수소결합력이 강하고 용해도 피라미터값이 9∼16인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

물은 빗물, 수돗물, 증류수 등을 모두 사용할 수 있으나, 특히 물에 포함된 불순물에 의해 실리콘 에멀젼의 저장안정성이 저하되기 쉬우므로 증류수를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 균열 내, 외측의 방수 시공방법에 있어서, 방수제를 구조물의 콘크리트 또는 몰탈 내부에 침투시키고 건조하는 과정에 의해 구조물 내부의 기공(Pore) 간에 망상구조 결합이 형성된다.

이러한 구조는 구조물 주변부 내부의 잔존 수분을 외부로 배출시킬 수는 있으나 외부에서 내부로 물이 유입되는 것을 차단시키는 멤브레인(membrane) 기능을 부여한다.

이러한 효과는 미세한 망상구조 결합의 형성으로 인해 내부 잔존수분은 수증기화 되어 통과가 가능하지만, 외부로부터 유입되는 액상의 물은 통과하지 못하는 원리에 의해 설명될 수 있다.

방수제로 시공된 구조물의 피방수층은 산성비, 염분, 각종 화학약품, 대기오염가스, 오존 등에 대한 저항력이 우수하고, 피방수층 자체의 중성화, 내부 철근의 부식 및 중성화, 풍화 현상을 근원적으로 방지할 수 있다.

균열충진단계는 방수제가 구조물의 균열 내측 및 주변부에 침투하여 형성하는 방수층 위에 균열충진재 조성물을 충진하여 균열면에 균열충진층을 형성하는 단계이다.

균열충진재 조성물로는 본 발명의 일 측면에 따른 전술한 균열충진재 조성물과 동일한 조성으로 이루어지는 조성물을 사용하는 것이 바람직하며, 이하에서는 균열충진재 조성물의 조성에 대하여 전술한 내용과 동일한 부분에 대한 기재를 생략하였다.

균열충진단계는, 방수층 형성단계에서 균열 내측 및 주변부의 피방수층으로 실리콘 에멀젼 방수제 용액이 침투, 도포되어 방수층이 형성된 후, 30초 내지 10분, 바람직하게는 1분 내지 3분의 간격을 두고 연속적으로 균열에 균열충진재를 충진도포하여 수분의 증발과 함께 균열 내, 외측면의 구조물의 표피층을 충진 및 방수처리하여 이루어질 수 있다.

또한, 이와 동시에 그 위에 균열충진층을 형성함으로써 구조물의 균열 주변부를 함수율 0% 내지 5% 로 유지하면서 방수성능뿐만 아니라 철근의 방청, 중성화 방지, 씰란트 및 페인트 도막의 들뜸이나 박리 또는 파단 등을 방지하고 계면접착을 강화함으로써 우수한 방수성능과 내구수명을 갖는 구조물의 균열 방수 및 도장을 위한 친환경 보수시공이 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 구조물, 방수층 및 균열충진층을 포함하는 보수구조체이다. 구조물은 균열이 발생한 구조물일 수 있으며, 균열의 주변부에는 방수제가 침투되어 형성되는 방수층이 구비된다.

방수제는 구조물의 내부 기공에 망상구조 결합을 형성할 수 있다.

균열충진층은 방수층이 형성된 균열에 균열충진재 조성물이 충진되어 형성되고, 방수기능을 가진다. 방수제 및 균열충진재 조성물은 앞서 서술한 것과 동일한 내용으로 실시될 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 생략하였다.

도 1은 기존의 균열 보수방법을 나타낸 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 균열 보수방법은 균열을 따라 홈을 만들고 프라이머 또는 바탕조정제로 시공한 다음 아크릴계, 에폭시계 또는 이들 중에 시멘트를 혼합사용해서 균열의 공극을 메꿈 시공하거나 그 위에 시트를 덧붙여 보강하는 것으로서, 대부분 균열의 공극 메꿈에 대한 부착력, 균열 성장에 대한 저항성에 주안점을 두어 시공하였다.

도 2는 기존의 균열 보수방법에 따른 시공시 취약부위, 박리, 파단부위로 수분이 유입되는 과정을 나타낸 모식도이다. 구조물 내부의 잔존수분 또는 취약부위로의 빗물 유입경로(17)에 따라 유입된 수분은 도 2에 표시한 바와 같이 균열 내, 외측의 계면을 따라 퍼티층(14)을 파단, 철근을 부식 및 팽창시키고 페인트도막층을 파괴하거나 들뜸현상을 일으켜 방수의 하자가 발생하게되며, 페인트 마감재의 미관을 훼손시키는 문제점이 있다.

도 3은 본 발명의 균열 보수방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예는 도 3에 나타난 바와 같이 기존 피방수층인 콘크리트 구조물의(15) 균열 주변부에 방수제를 사용하여 함수율 0% 내지 5% 의 방수층(10)을 형성시키고, 그 위에 계면접착능과 탄성이 우수한 균열충진재 조성물(11)로 균열충진층을 시공하므로 균열충진층 위에 페인트가 도장된 후에도 계면간 또는 결함부위로의 수분유입을 막고, 수분에 의한 들뜸, 박리, 파단 및 철근부식에 따른 콘크리트 부분탈락 등의 하자가 발생 되지 않는 효과가 있다.

또한, 보수 후 5년이 경과하여 재도장하는 경우에 균열의 방수 및 보수 공정없이 재도장을 실시할 수 있으므로, 장기적으로 구조물의 유지관리비용을 절감할 수 있다.

도 4에서도 볼 수 있듯이 종래기술 또는 선행기술의 하자발생 사례를 보면, 보수 후 얼마 지나지 않아 균열부위가 부분적으로 터지고 갈라지거나 일부 페인트 도막층의 계면 박락이 발생하여 빗물이 내부 계면을 타고 유입된다. 유입된 빗물은 콘크리트 내측의 철근을 부식시키고, 이로 인해 녹물이 구조물의 외부로 배어나오며, 콘크리트 표피층을 따라 페인트 도막이 부분적으로 박리되는 현상을 관찰할 수 있다. 이를 장기간 방치하면 콘크리트가 부분 박락되면서 떨어져 안전사고를 유발하는 등 안전문제에 심각한 영향을 줄 수 있다.

또한, 본 발명은 도 3과 같이 균열 내, 외측면에 방수제를 침투 도포시킨 후에 균열충진재 조성물로 균열 및 공극 틈새를 충진, 시공하는 방법을 포함하여, 위 공정을 연속해서 한 번에 시공할 수 있으므로 고층 외벽의 경우 2회 이상 로프를 사용하는 작업이 필요한 종래기술에 비해서 인건비 및 작업시간이 대폭 절감된다.

또, 하자발생의 원인인 균열내, 외측면의 피방수층 자체에 두께가 4mm 이상이고, 함수율이 5% 이하인 방수층을 형성함으로써 하자발생을 근원적으로 해결할 수 있으며, 균열 주변부의 피방수층이 함수율 0% 내지 5% 로 유지되기 때문에 계면박리, 철근의 방청, 들뜸의 방지로 페인트 도장의 미관을 장기적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.

방수층 형성단계에 의해 형성되는 방수층은 KSF-4930 시험방법으로 시험하였을 때, 방수제가 상기 구조물에 침투하는 깊이인 침투깊이가 2.0 내지 4.5 mm 로 이루어지는 것이 좋다.

방수층의 내흡수성능은 표준상태에서 KSF-4930 시험방법으로 시험하였을 때,방수층 형성 여부에 따른 시료의 물흡수 계수비가 0.01 내지 0.10 범위인 것이 바람직하며, 내투수 성능은 방수층 형성 여부에 따른 시료의 투수량 비율이 0.01 내지 0.10 인 것이 바람직하다.

균열충진단계에 의해 형성되는 균열충진층은 KSF-4918 시험방법으로 시험하였을 때, 표준상태의 부착강도가 80 내지 200 N/cm², 바람직하게는 90 내지 200 N/cm² 범위인 것이 좋고, 내잔갈림성 성능은 표면에 잔갈림이 생기지 않는 품질인 것이 좋다.

방수층 형성시 피방수층의 중성화 깊이는 KSBISO13385 시험방법으로 시험하였을 때, 0.3 내지 3.0 mm인 것이 바람직하다.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예

실시예 1 균열충진재 조성물의 제조

아크릴에멀젼 100g, 구연산나트륨 0.4g, 하이드록시메틸셀룰로오스 3g 을 순서대로 용기에 첨가하여 상온에서 교반기로 충분히 혼합한 다음 산화티타늄 5g, 탄산칼슘 28g, 규조토 8g 및 실리카 10g을 첨가하여 균열충진재 조성물을 얻었다.

실시예 2 균열충진재 조성물의 제조

아크릴에멀젼 100g, 스테아르산칼슘 0.6g, 하이드록시에틸셀룰로오스 2.5g을 순서대로 용기에 첨가하여 상온에서 교반기로 충분히 혼합한 다음 산화티타늄 4g, 탄산칼슘 25g, 탈크 10g, 규조토 5g 및 실리카 8g을 첨가하여 균열충진재 조성물을 얻었다.

실시예 3 균열충진재 조성물의 제조

아크릴에멀젼 100g, 구연산나트륨 0.4g, 알미늄스트레이트 0.02g, 에틸렌비닐아세테이트 5g, 하이드록시메틸셀룰로오스 3g을 순서대로 용기에 첨가하여 상온에서 교반기로 충분히 혼합한 다음 산화티타늄 5g, 탄산칼슘 25g, 규조토 10g 및 실리카 10g을 첨가하여 균열충진재 조성물을 얻었다.

실시예 4 - 방수제의 제조

콜로이드 실리카(제품명: 날콕 1115, 날코케미칼사 제품) 7g에 2-에톡시에탄올과 n-부탄올을 각각 5g씩 함께 혼합하고, 여기에 2-에틸헥실트리에톡시실란 100g을 첨가하여 상온에서 30분에 걸쳐 천천히 교반한 다음, 다시 유화제로서 폴리옥시에틸렌솔비톨올레이트 18g을 첨가 교반하고, 증류수 365g을 첨가한 후 교반하여 방수제를 얻었다.

실시예 5 - 방수제의 제조

옥틸트리에톡시실란 100g에 폴리옥시에틸렌모노올레이트 15g과 물 365g을 가하여 유화 분산시키고, n-부탄올과 n-옥틸알코올을 각각 5g씩 첨가해 상온에서 혼합한 다음, 콜로이드 실리카(제품명:니아콜 215, 니아콜사 제품) 10g을 첨가하여 방수제를 얻었다.

실험예

실험예 1 및 2 - 방수층의 내투수성능, 내흡수성능 및 방수제 침투깊이 실험

실시예 4 및 실시예 5의 방수제를 시험방식 KSF-4930에 따라 내투수성능, 내흡수성능 및 침투깊이를 실험하였다.

실시예 4 및 실시예 5의 방수제가 도포되어 방수층이 형성된 시료에 대하여 내투수성능을 측정하기 위하여 방수층이 형성된 시료와 방수층이 형성되지 않은 시료에 대해 투수량을 측정하였으며, 측정된 투수량의 비율이 각 실험예에서 0.072, 0.073 이었고, 표준상태의 방수층이 형성된 시료와 방수층이 형성되지 않은 시료에서 각각 계산된 물흡수계수 비율은 실험예 1 및 2에서 모두 0.03 이었으며, 방수제의 침투깊이는 각각 4.1, 4.2 mm 로 측정되었다.

측정된 위 실험결과를 아래 표 1에 나타내었다.

시험방법	시험항목	실험예 1	실험예 2	기준치
KSF-4930	내투수성능	0.072	0.073	0.10 이하
	내흡수성능	0.03	0.03	0.10 이하
	침투깊이(mm)	4.1	4.2	2.0 이상

실험예 3 - 균열충진층의 부착강도, 내잔갈림성 및 피방수층 중성화 실험

시료의 균열 주변부에 실시예 4의 방수제를 도포하고, 시험방법 KSBISO13385 으로 피방수층의 중성화 깊이를 측정하였으며, 1분 후에 연속적으로 실시예 1의 균열충진재 조성물을 도포하여 균열충진층을 형성한 후 KSF-4918의 시험방법으로 부착강도 및 내잔갈림성을 실험하였다.

실험예 4 - 균열충진층의 부착강도, 내잔갈림성 및 피방수층 중성화 실험

방수제로 실시예 5의 방수제를 사용하고, 균열충진재 조성물로 실시예 2의 균열충진재 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 3과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

실험예 5 - 균열충진층의 부착강도, 내잔갈림성 및 피방수층 중성화 실험

방수제로 실시예 5의 방수제를 사용하고, 균열충진재 조성물로 실시예 3의 균열충진재 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 3과 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.

실험예 3 내지 5에 대하여 측정된 중성화 깊이(mm) 는 1.26, 1.22, 1.21 mm 였고, 실험예 3 내지 5에 대하여 부착강도 (N/cm²) 는 각각 124, 130, 132 이었으며, 내잔갈림성 시험 결과 표면에 잔갈림이 관찰되지 않았다.

비교실험예 6 - 균열충진층의 부착강도, 내잔갈림성 및 피방수층 중성화 실험

시료의 균열 및 주변부에 대하여 방수제를 도포하는 단계를 수행하지 않고, 시험방법 KSBISO13385 으로 피방수층의 중성화 깊이를 측정하였으며,

실시예 1에 따른 균열충진재 조성물을 시료의 균열 주변부에 도포하여 균열충진층을 형성하고, KSF-4918의 시험방법으로 부착강도 및 내잔갈림성을 실험하였다.

비교실험예 7 - 균열충진층의 부착강도, 내잔갈림성 및 피방수층 중성화 실험

균열충진재 조성물로 실시예 2에 따른 균열충진재 조성물을 사용한 것을 제외하고 비교 실험예 6과 동일한 방식으로 실험을 진행하였다.

비교실험예 6 및 7에서 피방수층의 중성화 깊이는 각각 28.9, 31.4 mm 였고, 균열충진층의 부착강도는 78.4, 86.8 N/cm² 이었으며, 표면에 잔갈림은 나타나지 않았다.

실험예 3 내지 5 및 비교실험예 6 및 7의 실험결과를 아래 표 2와 같이 정리하여 나타내었다.

시험방법	평가항목	실험예 3	실험예 4	실험예 5	비교실험예 6	비교실험예 7	기준치
KSF-4918	부착강도 (N/cm2)	124	130	132	78.4	86.8	80 이상
KSF-4918	내잔갈림성	표면에 잔갈림 없음	표면에 잔갈림 없음	표면에 잔갈림 없음	표면에 잔갈림 없음	표면에 잔갈림 없음	표면에 잔갈림 없음
KSBISO13385	피방수층의 중성화 깊이 (mm)	1.26	1.22	1.21	28.9	31.4

실험예 3 내지 5와 비교실험예 6 및 7의 결과에 의하면, 균열충진층의 형성 시 균열의 주변부에 방수층이 형성된 경우에 균열충진층의 부착강도가 크게 증가함을 확인할 수 있었다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 방수제 11 : 균열충진층
12 : 철근 13 : 페인트 도막
14 : 균열보수용 퍼티 15 : 콘크리트
17 : 빗물이동경로 20 : 균열
22 : 철근 녹물 24 : 페인트들뜸

Claims (10)

1. 구조물에 발생한 균열의 주변부에 실리콘 에멀젼을 포함하는 방수제를 KSF-4930 방법으로 측정한 침투깊이가 2.0 내지 4.5mm가 되도록 침투시켜 상기 구조물의 내부 기공에 망상구조 결합을 포함하는 방수층을 형성하는 방수층 형성단계; 및
   상기 방수층 형성단계 이후 30초 내지 10분 내에 상기 균열에 균일충진 조성물을 충진해 균열충진층을 형성하는 균열충진단계를 포함하고,
   상기 망상구조 결합은 상기 구조물의 내부 잔존 수분을 상기 구조물의 외부로 배출시킬 수 있으며, 외부에서 상기 구조물의 내부로 물이 유입되는 것은 차단하며,
   상기 방수제는 하기 일반식 1로 표시되는 실란 화합물 100 중량부에 대하여, 콜로이드 실리카 2∼20 중량부, 유화제 2∼40 중량부, 알코올 10∼150 중량부 및 물 300∼400 중량부를 포함하여 이루어지고,
   (일반식1)
   R_n-Si-(R’)_4-n
   (상기 일반식 1에서 단량체의 분자량은 150∼450, R은 탄소 원자가 2∼18인 하이드로카본 그룹이고, R’는 가수분해성 그룹이며, n은 1 또는 2이다)
   상기 균열충진조성물은,
   아크릴에멀젼 100중량부,
   상기 아크릴에멀젼에 분산되는 충전제 20 내지 60 중량부,
   상기 충전제를 균일하게 분산시키는 분산제 0.1 내지 1.0 중량부, 및
   하이드록시메틸셀룰로오스(hydroxy methylcellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyehtylcellulose), 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethylcellulose)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 증점제 2 내지 10 중량부, 폴리카본산계 유동화제 1 내지 10 중량부를 포함하고,
   상기 균열충진층은, 상기 구조물과의 부착강도가 80 내지 200 N/cm²인KSF-4918 시험방법으로 시험하였을 때 상기 구조물과 부착되는 부착강도가 80 내지 200 N/cm² 인 구조물의 보수방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 방수층 형성단계는 상기 균열의 주변부에서 함수율이 0% 내지 5% 인 방수층을 형성하는 단계인 구조물의 보수방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,
   상기 구조물의 중성화 깊이는 KSBISO13385 시험방법으로 시험하였을 때, 0.3 내지 3.0 mm인 구조물의 보수방법.
   
   
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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