KR102493275B1 - 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물, 이를 포함하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 및 이를 이용한 콘크리트 크랙 보수공법 - Google Patents
우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물, 이를 포함하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 및 이를 이용한 콘크리트 크랙 보수공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 포함하는 우레탄 변성 실리콘 실란트, 이의 제조에 사용되는 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조면의 크랙 보수공법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 건물, 공장, 아파트 등과 같은 콘크리트 내외부 벽면의 크랙 보수공법, 이에 사용되는 크랙 보수제로서의 우레탄 변성 실리콘 실란트, 이의 조성물에 관한 발명이다.
Description
본 발명은 아파트와 같은 콘크리트 내외부 벽면의 크랙 보수공법, 이에 사용되는 우레탄 변성 실리콘 실란트, 이의 조성물에 관한 발명으로서, 친환경적이면서 부착강도, 내후성, 내알칼리성, 방수성 등의 물성이 우수한 콘크리트 보수제, 이의 제조에 사용되는 재료 이를 이용한 크랙 보수공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 콘크리트라는 압축재와 철근이라는 인장재의 결합으로 이루어진 가장 효율적인 건축재료지만 콘크리트 구조물은 기온의 변화, 유해가스 및 진동 등 외부환경의 변화에 의하여 끊임없이 변형을 거듭하고 있으며, 한 번의 시공 또는 보수를 통해 영구히 보존될 수는 없다. 즉, 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따른 콘크리트 거동 및 습기 유입 등으로 인해 여러 가지 문제에 노출되게 되며, 이로 인해 그 수명이 단축된다.
대표적인 예로, 아파트의 외부 균열로 인한 철근 부식과 탄산가스에 의한 콘크리트의 부식을 들 수 있다. 첫째, 균열은 곁가지를 치면서 균열이 발생하고 균열을 통하여 철근에 빗물이 유입되어 철근 부식을 촉진한다. 철근 부식이 부식하여 팽창하면 콘크리트 피복두께가 부족한 부분은 파손되어 내부에 배근된 철근이 노출되고 균열을 통하여 유입되는 빗물은 철근 부식시키면서 구조체 내부로 계속 이동한다.
둘째 콘크리트는 탄산가스에 접촉하면 탄산칼슘과 물로 변화하는 콘크리트가 푸석해지는 중성화(노후화) 현상이 발생한다. 이러한 현상에 따라 구조물 사용자로 하여금 구조물의 안정성에 위험을 느끼게 하며 실제로도 구조물의 안정을 심각히 저해하는 원인이 되고 있다.
또한, 발코니 난간, 옥상 난간, 개구부 주변에 노출된 창틀 주변, 옥상 비트 및 구조물 주변의 미세 균열을 통한 누수 가능성이 크다. 이러한 누수 가능성은 시공 후 발생한 균열, 콘크리트 타설시 발생된 이어침부위(Cold Joint)나 재료 분리된 공극을 통해 일어나며, 그뿐만 아니라 미세균열을 통해 찬공기가 세대 내부로 유입되면서 방바닥 벽체 등에 습기 곰팡이 발생을 유발하기도 한다.
이러한 문제점이 시간이 경과함에 따라 거주의 쾌적함 및 콘크리트의 내구성을 저해하기 때문에 이를 해결하기 위해 주기적인 유지 관리 방법이 필요하며, 아파트 건축물을 오랫동안 안전하고 누수가 없는 안전한 상태로 유지 관리하려면 건축 후 경과 연도에 따라 보수의 수준을 향상시키지 아니하면 유지관리상 어려운 상황이 발생하게 된다.
이와 같은 유지관리를 위해 공동주택 또는 아파트 등과 같은 콘크리트 구조물은 일정 기간을 두고 외부 균열을 보수하고 있으며, 알려진 보수 방법으로는 크게 피막식 보수방법, 충진식 보수방법, 주입식 보수방법, 구조체 보강방법을 들 수 있다.
피막식 보수방법은 미세한 균열부위에 균열 보수재를 이용하여 피막을 도포하는 보수방법이고, 충진식 보수 방법은 균열 보수재와 기존 모체와의 접착면적을 확보하기 위해 V컷팅 및 U컷팅을 한 후 균열 보수재를 충진하는 보수방법이며, 주입식 보수방법은 주요구조부의 구조체를 관통하여 발생한 대균열, 기타 사유로 발생하여 구조체의 안전에 위협이 되는 횡균열, 피막식 보수법으로 해결되지 않는 누수균열 등에 주입 적용하는 보수방법이다. 한편, 구조체 보강방법은 구조체의 안정성과 관련된 보수방법으로 안전진단과 보강설계가 수반되어야 하므로 보통 일반적인 균열 보수방법에서는 제외된다.
에폭시 수지는 일반적으로 압축강도와 인장강도가 높고 접착력이 우수하여 콘크리트 구조물의 주입식 균열 보수에 널리 이용되고 있으며, 기존 에폭시계 균열 주입제의 낮은 경화속도를 개선하기 위해 속경성 에폭시 균일주입제가 개발된 바 있으나, 열적, 화학적 특성이 좋지 못하여 내열성, 내화학성, 내후성에 대한 물성이 부족한 실정이다.
실란트란 각종 부재의 조인트나 갈라진 틈에 대한 수밀, 기밀을 유지하기 위하여 충진되는 물질을 말하며, 부재에 대한 우수한 접착성 및 탄성을 가지고 부재를 고정시켜 부재의 내구성을 증진시키는 목적으로 사용된다. 종래 실란트 조성물의 주제로는 폴리우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 폴리설파이드계, 아크릴계 등 다양한 수지가 사용되고 있다. 특히, 폴리우레탄계 수지를 포함하는 실란트 조성물은 우수한 기계적 물성으로 인해 건물의 옥상, 베란다, 계단의 실링이나 방수 및 스포츠 시설의 탄성 바닥재, 옥외 주차장용 바닥재 등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 최근 우레탄계 실란트의 장점과 실리콘계 실란트의 장점을 융합한 실란트가 개발, 사용되고 있는데, 콘크리트 구조물과의 부착력이 부족하고, 시공 후, 외부 환경에 의한 실란트의 수축, 이완 반복에 의한 장기내구성 저하가 문제시 되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 기존 실란트 보수재의 단점을 보완하여 기계적 물성뿐만 아니라, 콘크리트 구조물과의 결합력이 우수한 우레탄 변성 실리콘 실란트의 최적 조성을 알게 되어 본 발명을 완성한 발명이다. 본 발명은 우레탄 변성 실리콘 실란트, 이의 제조에 사용되는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 크랙 보수공법을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물은 우레탄 변성 실리콘 중합 수지, 아크릴계 공중합체 수지, 수축 저감제, 침투 향상제, 표면 개질 무기질 충전재, 유동성 향상제, 활성촉진제, pH 조절제 및 분산제를 포함한다.
또한, 본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트에 관한 것으로서, 상기 조성물의 혼합물로서, 젤상의 주입형 크랙 보수재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 크랙을 보수하는 공법(보수시공)에 관한 것으로서, 상기 우레탄 변성 실리콘 실란트를 이용하여 충진식 및/또는 주입식으로 콘크리트 구조물의 크랙을 보수하는 공법에 관한 것이다.
본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트는 별도의 프라이머 처리 없이도, 콘크리트 구조물의 시공면과 우수한 접착력, 결합력을 가지며, 내화학성, 내후성. 내알칼리성, 내수성 등이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 물성이 우수하여 콘크리트 구조물 크랙의 보수 효과의 장기 안정성이 우수하다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "크랙(crack)”은 콘크리트 구조물의 균열뿐만 아니라, 단락부 등을 포함하는 의미이다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물은 우레탄 변성 실리콘 중합 수지, 아크릴계 공중합체 수지, 수축 저감제, 침투 향상제, 표면 개질 무기질 충전재, 유동성 향상제, 활성촉진제, pH 조절제 및 분산제를 포함한다.
우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물 중 상기 우레탄 변성 실리콘 중합 수지는 우레탄계 화합물과 알콕시실란을 반응시켜서 제조한 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 포함한다.
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, R1은 -OC(CH3)3, -OC6H5, -CH2OC6H5 또는 - CH2CH2OC6H5이며, 바람직하게는 R1은 -OC(CH3)3 또는 -OC6H5이다. 그리고, 화학식 1의 R2는 C2~C5의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3~C5의 분쇄형 알킬렌기이고, 바람직하게는 C2~C5의 직쇄형 알킬렌기이며, 더욱 바람직하게는 C3의 직쇄형 알킬렌기이다.
또한, 화학식 1의 R3는 
이며, 상기 R4는 수소원자, C1~C3의 직쇄형 알킬기, -CH2OCH3, 또는 -CH2OCH2OH이고, 바람직하게는 수소원자, C1~C2의 직쇄형 알킬기 또는 -CH2OCH2OH 이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 -CH2OCH2OH이다.
그리고, 화학식 1의 m은 1 내지 5의 정수이고, 바람직하게는 m은 1 내지 3의 정수이며, 더욱 바람직하게는 m은 2 또는 3이다.
그리고, 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물 내 상기 우레탄 변성 실리콘 중합 수지의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 다른 조성물을 제외한 나머지 잔량이다.
다음으로, 상기 아크릴계 공중합체 바인더 수지는 우레탄 변성 실리콘 중합 수지와 다른 성분간의 혼화성, 결합성을 증대시키고, 내화학성, 균열 추종성, 내알칼리성 향상 역할 및 실란트의 탄성 증대 역할을 하는 것으로서, 하이드록실에틸아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 2로 표시되는 아민 함유 방향족 비닐계 단량체, 사슬 이동제, 중합 개시제 및 용매를 포함하는 혼합액을 공중합시킨 아크릴계 공중합체 수지를 포함한다. 상기 아크릴계 공중합체 수지는 중량평균분자량(Mw) 10,000 g/mol ~ 40,000 g/mol, 바람직하게는 중량평균분자량 15,000 g/mol ~ 35,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 20,000 ~ 32,000 g/mol 인 것이 좋으며, 중량평균분자량이 10,000 g/mol 이면 내화학성 향상 효과가 미비할 수 있고, 40,000 g/mol을 초과하면 내알칼리성 및 다른 성분들과의 결합성, 실란트의 탄성 유지가 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내의 중량평균분자량을 가지는 것을 사용하는 것이 좋다.
[화학식 2]
화학식 2의 R1은 수소원자 또는 C1~C3의 알킬기이고, 바람직하게는 수소원자 또는 메틸기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자이다. 그리고, 화학식 1의 R2는 C1~C3의 알킬렌기이며, 바람직하게는 메틸렌기 또는 에틸레기이다. 또한, 화학식 1의 R3 및 R4 각각은 독립적으로 수소원자, 직쇄형 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 직쇄형 C3~C7의 분쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 수소원자, 메틸기 또는 에틸기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 메틸기이다.
상기 혼합액은 하이드록실에틸아크릴레이트 모노머 50 ~ 60 중량%, 상기 아민 함유 방향족 비닐계 단량체 10 ~ 20 중량%, 사슬 이동제 2 ~ 5 중량%, 중합 개시제 0.01 ~ 0.5 중량% 및 전체 100 중량% 중 나머지 잔량의 용매를 포함하며, 바람직하게는 하이드록실에틸아크릴레이트 모노머 54 ~ 58 중량%, 상기 아민 함유 방향족 비닐계 단량체 12 ~ 16 중량%, 사슬 이동제 2.5 ~ 4.5 중량%, 중합 개시제 0.05 ~ 0.3 중량% 및 전체 100 중량% 중 나머지 잔량의 용매를 포함할 수 있다.
아크릴계 공중합체 바인더 수지 제조에 사용되는 상기 사슬 이동제는 CPDA (4-cyano-4-(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanyl]pentanoic acid), DDMAT(S-Dodecyl-S'-(α,α'-dimethyl-α"-aceticacid)trithiocarbonate) 및 CPDB(2-cyano-2-propyl benzodithioate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
아크릴계 공중합체 바인더 수지 제조에 사용되는 상기 중합개시제는 C1~C10의 알킬리튬, 나트륨알콕사이드, 칼륨알콕사이드, 및 리튬설포네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 C2~C5의 알킬리튬 또는 리튬설포네이트를 포함할 수 있다.
아크릴계 공중합체 수지 제조에 사용되는 상기 용매는 n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄, 사이클로헥산, 톨루엔, 벤젠 및 크실렌 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 n-헥산, n-헵탄 및 사이클로헥산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 아크릴계 공중합체 바인더 수지의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 10 ~ 25 중량%, 바람직하게는 12.5 ~ 23.0 중량%, 더욱 바람직하게는 14.0 ~ 20.0 중량%이며, 이때, 아크릴계 공중합체 바인더 수지의 사용량이 10 중량% 미만이면 이의 사용으로 인한 슬립성, 모듈러스 저감 등의 실란트의 물성 향상 효과가 미비할 수 있으며, 25 중량%를 초과하여 사용하면 과량 사용으로 인해 상대적으로 우레탄 변성 실리콘 중합 수지 사용량이 너무 적게 되어서 보수재인 실란트의 크랙 시공면에 대한 부착성, 즉 결합력이 저해되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물 중 상기 수축 저감제는 실란트가 경화시 급격한 수축을 방지하고, 경화 후에 외부 환경에 의한 수축을 방지하는 역할을 하는 것으로서, C3~C10의 알킬 글리콜 수용액을, 바람직하게는 C5~C10의 알킬 글리콜 수용액을, 더욱 바람직하게는 85 ~ 90 중량% 농도의 네오펜틸글리콜 수용액을 포함할 수 있다. 그리고, 수축 저감제의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 2.0 ~ 8.0 중량%, 바람직하게는 2.0 ~ 6.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 ~ 6.0 중량%이며, 이때, 수축 저감제 사용량이 2.0 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 수축 저감 효과가 미비하며, 8.0 중량%를 초과하여 사용하면 오히려 실란트의 슬럼프성이 오히려 좋지 않고, 실란트 성분 용출 문제를 유발할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 침투 향상제는 본 발명의 실란트가 콘크리트 구조물 내부로 빠르게 침투시켜서 콘크리트 구조물과의 결합력 증대 역할을 하는 것으로서, 칼륨(C1~C5의 알킬)실리코네이트 및 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트를 1:0.1~0.3 중량비로, 바람직하게는 칼륨(C2~C3의 알킬)실리코네이트 및 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트를 1:0.12~0.20 중량비로 포함할 수 있다. 그리고, 조성물 내 침투 향상제의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 2.0 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 2.0 ~ 4.0 중량%이며, 이때, 침투 향상제의 사용량은 2.0 중량% 미만이면 크랙 보수재 침투 증대 효과가 미비하여 부작성 증대 효과가 없을 수 있으며, 침투 향상제의 사용량이 5.0 중량%를 초과하여 사용하면 오히려 실란트의 모듈러스 증가 및 실란트 성분이 용출되는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 표면 개질 무기질 충전재는 실란트의 기계적 물성을 향상시키고, 보수된 표면의 평활성을 확보하여, 표면 질감을 확보하는 역할을 하는 것으로서, 탄산칼슘 및/또는 규회석을 포함하는 무기질 충전재를 실란커플링제로 개질시킨 것이다. 표면 개질된 무기질 충전재는 입경 2 ~ 20 ㎛, 바람직하게는 입경 4 ~ 15 ㎛ 정도이며, 상기 실란커플링제는 다른 조성물과 무기질 충전재와의 결합력 및 시공 바탕면과의 부착력을 증대시키기 위한 것으로서, 알파-아미노프로필트리메톡시실란, 알파-글리시딜프로필트리메톡시실란, 알파-비닐메톡시실란, 알파-멜캅토프로필트리메톡시실란, 알파-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 알파-아미노프로필메틸디에톡시실란, 알파-아미노프로필메틸트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 조성물 내 표면 개질 무기질 충전재의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 4.0 ~ 10.0 중량%, 바람직하게는 5.0 ~ 8.5 중량%, 더욱 바람직하게는 5.0 ~ 7.0 중량%이며, 이의 함량이 조성물 내 4.0 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서, 크랙 보수재의 기계적 물성 향상 효과가 미비하고, 10.0 중량%를 초과하여 사용하면 과량 사용이며 오히려 실란트의 유동성 저하로 인해 작업성이 좋지 않으면서 결합력 감소, 내후성 저하 등의 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 유동성 향상제는 실란트의 흐름성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 유동성 향성제는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 및 방향족 화합물 함량이 0.5 중량% 미만인 탄화수소 오일을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 5 ~ 10 중량% 및 나머지 잔량의 상기 탄화수소 오일을, 더욱 바람직하게는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 6.5 ~ 8.5 중량% 및 나머지 잔량의 상기 탄화수소 오일을 포함할 수 있다. 탄화수소 오일의 유분과 우레탄 변성 실리콘 중합 수지의 상용성을 높이기 위해서는 적절한 친수성과 친유성 균형이 필요한데, 상기 폴리옥시에틸렌라우릴에테르는 이러한 친수성, 친유성의 균형을 맞추는 역할을 하며, 5 ~ 10 중량% 범위로 포함하는 것이 적절하다.
그리고, 실란트 조성물 내 유동성 향상제의 함량은 조성물 전체 중량% 중 5.00 ~ 8.00 중량%, 바람직하게는 5.50 ~ 7.50 중량%, 더욱 바람직하게는 5.50 ~ 6.80 중량%이며, 이의 함량이 조성물 내 5.00 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서, 실란트의 유동성 향상 효과가 미비하고, 8.00 중량%를 초과하여 사용하면 실란트의 경화 속도가 느려지고, 슬립성 측면에서 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 활성촉진제는 초기 응결 속도를 조절하기 위해 사용되며, 보수재로서 실란트의 기능을 활성화시키고, 부착성능을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염을 포함할 수 있다.
그리고, 실란트 조성물 내 상기 활성 촉진제의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 0.2 ~ 1.0 중량%, 바람직하게는 0.2 ~ 0.6 중량%이며, 이때, 활성촉진제의 사용량이 0.2 중량% 미만이면 이의 사용으로 인한 활성촉진 효과가 미비하며, 1.0 중량%를 초과하여 사용하면 시공 후 장기간 도과한 후에 기계적 물성이 오히려 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 pH 조절제는 실란트의 산도를 조절하는 역할을 하는 것으로서, 암모늄 포스페이트, 디메틸에탄올 아민, 암모니아 무수물 및 탄산수소나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, pH 조절제의 사용량은 조성물 전체 중량% 중 0.01 ~ 0.15 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.10 중량%를 사용하는 것이 적절하며, 0.15 중량%를 초과하면 실란트의 방수성을 저하시키는 문제를 유발할 수 있고, 조성물 간 혼화성 내지 분산성을 저하시키는 문제를 유발할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 분산제는 실란트 조성물들이 고르게 혼합되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 폴리옥시알킬렌형 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌글리콜의 C8~C22 지방산 에스테르를, 더욱 바람직하게는 폴리옥시에틸렌글리콜의 C10~C18 지방산 에스테르를 포함할 수 있다. 그리고, 조성물 내 분산제의 함량은 조성물 전체 중량% 중 0.05 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.30 중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%이며, 이의 함량이 조성물 내 0.05 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서, 조성물들의 분산성 향상 효과가 미비하고, 0.5 중량%를 초과하여 사용하면 실란트의 콘크리트 구조물의 크랙 보수 시공면에 대한 결합력이 오히려 낮아지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물은 앞서 설명한 우레탄 변성 실리콘 중합 수지, 아크릴계 공중합체 수지, 수축 저감제, 침투 향상제, 표면 개질 무기질 충전재, 유동성 향상제, 활성촉진제, pH 조절제, 분산제 외에 본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트의 물성을 저해하지 않는 범위 내에서 점도조절제, 강도향상제, 방부제, 방수제, 경화촉진제 등을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트는 앞서 설명한 상기 조성물을 혼합하여 제조한 1액형 실란트로서, 이를 이용하여 콘크리트 구조물의 크랙을 보수시공하는 방법은 크랙의 발생 정도, 상태에 따라서, 피막식, 충진식 및/또는 주입식으로 콘크리트 구조물의 크랙을 보수할 수 있다.
또한, 콘크리트 구조물의 크랙 보수뿐만 아니라, 벽돌 소재, 세라믹 소재, 플라스틱 소재, 금속 소재와의 접착력도 우수한 바, 다양한 소재의 구조물 크랙 또는 이음새를 수밀, 기밀 목적(예를 들면, 섀시 주의의 충전 등)으로 사용할 수도 있다.
본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트를 이용한 콘크리트 구조물 크랙을 보수하는 일구현예를 들면, 콘크리트 구조물의 크랙이 깊게 형성된 경우, 우레탄 변성 실리콘 실란트를 주입기를 이용하여 크랙 안쪽까지 주입하여 수행(주입식)할 수 있으며, 크랙의 깊이가 깊지 않은 경우, 크랙 발생 부위를 치핑한 후, 우레탄 변성 실리콘 실란트를 도포한 후, 마감 처리하여 콘크리트 크랙 보수를 시공(피막식, 충진식)할 수 있다.
또한, 바람직한 일구현예로서, 크랙의 깊이가 깊은 경우의 보수공법으로는, 콘크리트 구조물의 크랙 주변의 표면을 치핑(chipping) 및 청소하는 1단계; 청소된 크랙 사이에 주입기를 이용하여 우레탄 변성 실리콘 실란트를 주입하는 2단계; 및 우레탄 변성 실리콘 실란트가 주입된 크랙 주변을 우레탄 변성 실리콘 실란트를 추가적으로 도포 및 평탄화하여 마감하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 콘크리트 크랙을 보수시공할 수 있다.
또 다른 바람직한 일구현예로서, 크랙의 깊이가 깊지 않은 경우의 보수공법으로는, 콘크리트 구조물의 크랙 주변의 단면을 치핑(chipping)하는 1단계; 치핑된 부위를 상기 우레탄 변성 실리콘 실란트를 도포하는 2단계; 및 도포된 우레탄 변성 실리콘 실란트를 평탄화하여 마감하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 콘크리트 크랙을 보수시공할 수 있다.
상기 치핑은 V자, U자, ㄷ자 등의 형태로 크랙 주면을 얇게 치핑하거나, 또는 크랙 끝까지 치핑하는 것을 의미하며, 크랙 깊이, 환경에 따라 시공자가 경험적으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 콘크리트 크랙 보수를 시공한 후, 시공면 상부에 도막방수제를 도포 및 건조시켜서 방수 처리하는 4단계를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 도막방수제는 당업계에서 사용하는 방수제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 우레탄 변성 실리콘 실란트와의 호환성, 코팅성 측면에서 폴리에틸렌비닐아세테이트 100 중량부에 대하여, 금속실란디올 화합물 20 ~ 30 중량부, 비닐에톡시 실란 15 ~ 20 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 10 중량부 및 물 20 ~ 40 중량부를 포함하는 액상 방수제를 사용하여, 스프레이, 붓 등을 사용하여 도포를 수행하는 것이 좋다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일구현예이며, 본 발명의 권리범위를 하기 실시예로 한정하여 해석해서는 안된다.
[실시예]
준비예 1: 아크릴계 공중합체 바인더 수지의 준비
하이드록실에틸아크릴레이트 모노머 56.1 중량%, 하기 화학식 2-1로 표시되는 아민 함유 방향족 비닐계 단량체 13.8 중량%, 사슬 이동제인 DDMAT(S-Dodecyl-S'-(α,α'-dimethyl-α"-aceticacid)trithiocarbonate) 3.2 중량%, 중합 개시제인 리튬설포네이트 0.12 중량% 및 나머지 잔량의 n-헥산(용매)를 포함하는 혼합액을 공중합시켜서 아크릴계 공중합체 수지를 제조하였다.
[화학식 2-1]
화학식 2-1의 R1은 수소원자이고, R2는 에틸렌기이며, R3 및 R4 각각은 수소원자이다.
실시예 1: 우레탄 변성 실리콘 실란트의 제조
하기 화학식 1-1로 표시되는 중합체(우레탄 변성 실리콘 중합 수지, K사 제품)를 준비하였다.
[화학식 1-1]
화학식 1-1에서, R1은 -OC(CH3)3이고, R2는 프로필렌기이며, R3는 
이고, R4는 -CH2OCH2OH이며, m은 3이다.
다음으로, 상기 준비예 1의 아크릴계 공중합체 바인더 수지 18.5 중량%, 88 중량% 농도의 네오펜틸글리콜 수용액(수축 저감제) 4.3 중량%, 칼륨프로필실리코네이트 및 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트를 1:0.15 중량비로 포함하는 침투 향상제 3.0 중량%, 알파-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란으로 표면 개질된 규회석(입경 4~15㎛,무기질 충전재) 5.8 중량%, 유동성 향상제(폴리옥시에틸렌라우릴에테르 7.2 중량% 및 방향족 화합물 함량이 0.5 중량% 미만인 탄화수소 오일 92.8 중량%) 6.1 중량%, 활성촉진제로서 마그네슘탄산염 0.33 중량%, pH 조절제인 암모늄 포스페이트 0.08 중량%, 분산제로서 폴리옥시에틸렌글리콜의 C16의 지방산 에스테르 0.13 중량% 및 전체 100 중량% 중 나머지 잔량의 화학식 1-1로 표시되는 중합체(우레탄 변성 실리콘 중합 수지)를 혼합하여 우레탄 변성 실리콘 실란트를 제조하였다.
실시예 2 ~ 6 및 비교예 1 ~ 5
상기 실시예 1과 동일한 조성을 이용하여 하기 표 1 및 표 2와 같은 함량을 가지는 우레탄 변성 실리콘 실란트를 각각 제조하여 실시예 2 ~ 6 및 비교예 1 ~ 5를 실시하였다.
| 구분 (중량%) |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
| 아크릴계 공중합체 바인더수지 |
18.5 | 13.0 | 23.0 | 18.5 | 18.5 | 18.5 |
| 수축저감제 | 4.3 | 4.3 | 4.3 | 3.0 | 4.5 | 4.3 |
| 침투향상제 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 3.0 |
| 표면개질 무기질 충전제 |
5.8 | 5.8 | 5.8 | 5.5 | 5.8 | 8.5 |
| 유동성 향상제 | 6.1 | 6.1 | 6.1 | 6.5 | 6.1 | 6.1 |
| 활성 촉진제 | 0.33 | 0.33 | 0.33 | 0.36 | 0.33 | 0.33 |
| pH 조절제 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| 분산제 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.13 |
| 우레탄 변성 실리콘 중합 수지 | 전체 중량% 중 나머지 잔량 | |||||
| 구분 (중량%) |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예 5 |
| 아크릴계 공중합체 바인더수지 |
9.5 | 27.0 | 18.9 | 18.5 | 18.5 |
| 수축저감제 | 4.3 | 4.3 | 1.0 | 4.5 | 4.3 |
| 침투향상제 | 3.0 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | 3.0 |
| 표면개질 무기질 충전제 |
5.8 | 5.8 | 5.5 | 5.8 | 11.0 |
| 유동성 향상제 | 6.1 | 6.1 | 6.5 | 6.1 | 6.1 |
| 활성 촉진제 | 0.33 | 0.33 | 0.36 | 0.33 | 0.33 |
| pH 조절제 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| 분산제 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.13 |
| 우레탄 변성 실리콘 중합 수지 | 전체 중량% 중 나머지 잔량 | ||||
실험예 : 실란트의 물성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 실란트 조성물을 이용하여 시험체를 제조하여 하기 시험 방법에 의해 물성을 측정하였다.
1) 인장강도 및 모듈러스
우레탄 변성 실리콘 실란트를 도포하여 형성시킨 도막을 7일간 상온에서 건조한 후 KS F 2621 시험조건으로 UTM 설비를 이용하여 시편이 파괴되는 시점의 강도를 측정함으로써 도막의 인장강도를 측정하였다.
모듈러스는 상기 인장강도 측정시 신율이 100%일 때 인장강도 값을 모듈러스값으로 정의하였다. 그리고, 모듈러스가 0.4 ㎫ 미만의 값을 가져야 합격이다.
2) 경도
우레탄 변성 실리콘 실란트를 도포 및 경화하여 두께 6mm의 도막을 형성한 후 Shore A 경도계를 이용하여 ASTM D 2240 시험 조건으로 경도를 측정하였다.
3) 황변 발생 여부
우레탄 변성 실리콘 실란트를 알루미늄 판넬 상에 도포한 후 상온에서 건조하고, QUV 설비를 이용하여 자외선을 500분 동안 조사한 후 도막의 황변 상태를 육안으로 확인했으며, 황변 발생시 '불합격'으로, 황변 미발생시 '합격'으로 평가하였다.
4) 용출 여부
우레탄 변성 실리콘 실란트를 종이에 도포한 후 상온에서 건조하여 도막을 형성하고, 형성된 도막의 표면을 육안으로 확인하여 실란트의 용출 여부를 평가하였다. 이때, 배면의 종이가 젖은 상태에서 2cm 이상 퍼져있는 경우 '불합격'으로, 배면의 종이가 0.5cm 이상 2 cm 미만으로 젖은 상태일 경우 '보통'로, 육안으로 용출된 현상을 확인하기 어렵거나 배면의 젖은 상태가 0.5cm 미만일 경우 '합격'로 평가하였다.
5) 부피 손실 정도(수축성 정도)
KS F 2621 시험법으로 실란트를 코킹한 후 실란트의 무게를 측정하고, 1달 동안 양생한 후의 무게를 초기 무게와 비교하여 감소 부피를 측정했다. 일반적으로 초기의 부피가 10% 이상 감소한 경우 물성이 '불합격'로, 부피 감소가 5% 이상 10% 미만인 경우 '보통'으로, 부피 감소가 5% 미만일 경우 '합격'으로 평가하였다.
6) 슬럼프
KS F 2621 시험법으로 실란트를 코킹한 후 직각으로 유지한 상태에서 후 흘러내림 정도를 측정하여 슬럼프를 평가하였다. 이때, 2cm 이상 흘러내린 경우 '불합격'로, 1cm 이상 2cm 미만일 경우 '보통'으로, 흘러내리지 않거나, 1cm 미만일 경우 '합격'으로 평가하였다.
7) 부착성(접착성)
ASTM C 794 를 이용한 필오프 시험법을 이용하여 부착성을 평가하였으며, 이때, 부착강도가 22.4N 미만일 경우 '불합격'으로, 부착강도가 22.4N 이상일 경우 '합격'으로 평가하였다.
| 구분 | 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
| 인장강도(MPa) | 0.75 | 0.78 | 0.71 | 0.77 | 0.74 | 0.75 |
| 모듈러스(Mpa) | 0.16 | 0.30 | 0.17 | 0.21 | 0.19 | 0.16 |
| 경도(shore A) | 16 | 17 | 13 | 17 | 15 | 18 |
| 황변 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 |
| 용출여부 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 |
| 부피 손실 정도 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 |
| 슬럼프 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 | 합격 |
| 부착성(N) | 27.3 | 28.0 | 24.8 | 27.5 | 27.9 | 24.2 |
| 구분 | 비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예 5 |
| 인장강도(MPa) | 0.82 | 0.68 | 0.70 | 0.74 | 0.83 |
| 모듈러스(Mpa) | 0.43 | 0.14 | 0.30 | 0.19 | 0.46 |
| 경도(shore A) | 17 | 13 | 17 | 15 | 19 |
| 황변 | 합격 | 합격 | 합격 | 불합격 | 합격 |
| 용출여부 | 합격 | 합격 | 합격 | 보통 | 합격 |
| 부피 손실 정도 | 합격 | 합격 | 불합격 | 합격 | 보통 |
| 슬럼프 | 보통 | 합격 | 보통 | 합격 | 합격 |
| 부착성(N) | 28.5 | 21.3 | 25.9 | 27.9 | 22.0 |
상기 표 3 및 표 4의 물성 측정결과를 살펴보면, 본 발명의 실란트(실시예 1 ~ 6)는 우수한 기계적 물성(인장강도, 모듈러스, 경도)를 가지면서, 부착성(접착성)이 우수하면서도, 화학적 물성 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 아크릴계 공중합체 바인더 수지를 10 중량% 미만인 9.5 중량%를 사용한 비교예 1의 경우, 실시예 1 및 실시예 2와 비교할 때, 인장강도는 우수하나, 모듈러스가 높은 문제가 있으며, 슬럼프성이 상대적으로 낮은 문제가 있었다. 그리고, 아크릴계 공중합체 바인더 수지를 25 중량% 초과 사용한 비교예 2의 경우, 실시예 1 및 실시예 3과 비교할 때, 기계적 물성 등이 우수하지만 오히려 부착성이 크게 감소하는 문제가 있었다.
또한, 수축 저감제를 2.0 중량% 미만으로 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 4와 비교할 때, 부피 손실 정도가 크고, 슬럼프 특성이 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 침투 향상제를 5.0 중량% 초과하여 사용한 비교예 4의 경우, 실시예 1 및 실시예 5와 비교할 때, 오히려 황변 문제가 발생하고, 실란트 성분이 다소 용출되는 문제가 있었다.
그리고, 표면 개질 무기질 충전제를 10 중량% 초과한 11 중량%를 사용한 비교예 5의 경우, 실시예 6과 비교할 때, 오히려 모듈러스가 높아지고, 부착강도가 크게 저하되는 문제가 있었다.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 우레탄 변성 실리콘 중합 수지, 아크릴계 공중합체 수지, 수축 저감제, 침투 향상제, 표면 개질 무기질 충전재, 유동성 향상제, 활성촉진제, pH 조절제 및 분산제를 포함하고,
상기 아크릴계 공중합체 수지는 하이드록실에틸아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 2로 표시되는 아민 함유 방향족 비닐계 단량체, 사슬 이동제, 중합 개시제 및 용매를 포함하는 혼합액을 공중합시킨 것으로서,
상기 아크릴계 공중합체 수지는 중량평균분자량(Mw) 10,000 g/mol ~ 40,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물;
[화학식 2]
화학식 2의 R1은 수소원자 또는 C1~C3의 알킬기이고, R2는 C1~C3의 알킬렌기며, R3 및 R4 각각은 독립적으로 수소원자, 직쇄형 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 직쇄형 C3~C7의 분쇄형 알킬기이다.
- 제1항에 있어서, 상기 우레탄 변성 실리콘 중합 수지는,
우레탄계 화합물과 알콕시실란을 반응시켜서 제조한 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물;
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, R1은 -OC(CH3)3, -OC6H5, -CH2OC6H5 또는 - CH2CH2OC6H5이며, R2는 C2~C5의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3~C5의 분쇄형 알킬렌기이고, R3는이며, R4는 수소원자, C1~C3의 직쇄형 알킬기, -CH2OCH3, 또는 -CH2OCH2OH이고, m은 1 내지 5의 정수이다.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 수축 저감제는 C3~C10의 알킬 글리콜 수용액을 포함하고,
상기 침투 향상제는 칼륨(C1~C5의 알킬)실리코네이트 및 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트를 포함하며,
상기 표면 개질 무기질 충전재는 실란커플링제로 표면개질된 무기질 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 유동성 향상제는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 5 ~ 10 중량% 및 방향족 화합물 함량이 0.5 중량% 미만인 탄화수소 오일 90 ~ 95 중량%를 포함하고,
상기 분산제는 폴리옥시알킬렌형 비이온성 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물.
- 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 아크릴계 공중합체 수지 10 ~ 25 중량%, 수축 저감제 2.0 ~ 8.0 중량%, 침투 향상제 2.0 ~ 4.0 중량%, 표면 개질 무기질 충전재 4.0 ~ 10.0 중량%, 유동성 향상제 5.00 ~ 8.00 중량%, 활성촉진제 0.2 ~ 1.0 중량%, pH 조절제 0.01 ~0.15 중량%, 분산제 0.05 ~ 0.50 중량% 및 전체 중량% 중 나머지 잔량의 우레탄 변성 실리콘 중합 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트 조성물.
- 제6항의 조성물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 변성 실리콘 실란트.
- 콘크리트 구조물의 크랙 주변의 표면을 청소하는 1단계;
청소된 크랙 사이에 주입기를 이용하여 제7항의 상기 우레탄 변성 실리콘 실란트를 주입하는 2단계; 및
우레탄 변성 실리콘 실란트가 주입된 크랙 주변을 평탄화하여 마감하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 크랙 보수공법.
- 제8항에 있어서, 1단계의 청소 수행 전에 콘크리트 구조물의 크랙 주변을 치핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 크랙 보수공법.
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