KR102531955B1 - 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 무기계 나노 세라믹을 포함하는 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 도막재 조성물은 상온 경화형으로 별도의 고온 처리가 필요 없으며, 경화 후에는 콘크리트의 표면에 대한 우수한 접착력, 내오염성, 내마모성, 불연성, 방수성, 내식성, 내약품성, 내오존성, 자외선 저항성, 조도 개선 및 내구성을 나타냄으로써, 콘크리트 구조물 표면에 물리·화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과를 개선할 수 있다. 또한, 콘크리트 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키며, 화재 시 각종 구조물의 보호를 위해 내열성과 방청 도장재의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전하고 친환경적으로 콘크리트 구조물 표면을 보수 및 보강할 수 있다.

Description

콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법{COATING COMPOSITION FOR FEPAIRING SURFACE OF CONCRETE STRUCTURE AND METHOD FOR REPAIRING AND REINFORCING SURFACE OF CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경 무기계 나노 세라믹을 포함하는 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 50 여년의 내구연한을 가진 것으로 알려져 있다. 그러나 콘크리트 구조물에 대한 방수 성능의 결함으로 누수되는 경우에는 압축 강도, 동결융해 저항성, 화학적 침식에 대한 저항성 등이 저하되어 콘크리트 구조물의 수명이 단축되고, 건축물의 미관 손상과 생활공간으로서의 거주성도 크게 저하되어 경제적으로 큰 손실을 가져온다. 물리적, 화학적인 환경조건에 의한 열화 현상으로 콘크리트 구조물의 대대적인 보수나 재시공이 불가피하며, 이는 경제적으로 막대한 손실을 초래하고 있다.
또한, 콘크리트의 성능저하에 결정적 영향을 미치는 것은 균열로서 균열이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 외기나 수분, 화학 성분이 침투하여 상기한 콘크리트의 성능 저하를 더욱 촉진한다. 또한, 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트가 탈락하는 현상이 일어남과 동시에 철근 부식에 의해 철근단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 구조물이 파손될 수 있다. 특히, 하수관거, 하수암거, 지하전력구, 지하공동구 등의 지하 콘크리트 구조물, 화학적 침식이 심하거나 열악한 환경하의 콘크리트 구조물, 해양콘크리트 구조물, 수중콘크리트 구조물의 경우에는 상기한 문제점이 더욱 심해질 수 있는 우려가 있었다.
따라서 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 종래에는 콘크리트 구조물의 표면에 방호 피막을 형성하여 물리적, 화학적으로 보호 및 보수하기 위한 코팅용 표면보호제들이 개발되어 사용되었다.
그러나, 기존에 사용하던 일반적인 표면보호제들은 기본적으로 요구되는 성능 외에 특수 성능들을 함께 충족하기는 어려운 실정이다. 일례로서, 기존의 유기계 에폭시나 아크릴 수지 등은 초기에 큰 접착강도를 나타내지만, 온도변화에 따른 수축, 팽창율이 구조물과 매우 상이하고, 구조물 표면에만 접착되기 때문에 장기적인 접착성능을 발휘하지 못해 결국 표면보호제와 구조물의 계면에서 탈락이 된다.
또한, 수성 아크릴계열, SBR 라텍스 계열, 폴리우레탄 계열 등을 원료로 하는 표면보호제는 어느 정도의 습윤 조건에서도 작업이 가능하고 시멘트와의 결합성도 있어 기존 표면보호제의 문제점을 보완하기 위해 많이 검토되어 왔지만, 부식성분의 차단성능, 내수성, 내후성, 부착성 및 도막 자체의 역학적 성능(인장, 인열강도)이 떨어져 사용에 제약을 받아왔으며 열화환경이나 내구성능이 요구되는 부위에는 주로 유기계 도막제가 사용되어져 왔다.
그러나 유기바인더 표면보호강화제는 경화 시 휘발성 유기 화합물의 방출과 경화 후의 다양한 환경요소, 특히 산성비, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물, 황산화물 및 해양환경에서의 염소이온 등에 의해 도막제가 열화되며, 자외선에 의한 황변현상, 갈라짐, 부풀어 오름 현상에 의해 사용수명이 빠르게 떨어져 내구성의 확보에 어려움이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1882787호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 콘크리트 구조물 표면의 물리· 화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과. 미관 및 조도를 개선할 수 있는 강도 및 내구성이 우수한, 친환경 무기계 나노 세라믹을 포함하는 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법을 제공함에 있다.
상술한 과제를 성취하기 위하여, 본 발명은, 콘크리트 구조물 표면에 대한 접착력, 내오염성, 내마모성, 불연성, 방수성, 내식성, 내약품성, 내오존성, 자외선 저항성, 조도 개선 및 내구성이 우수한, 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물을 제공한다.
상기 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물은 세라믹 졸 50~70중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 1~5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 1~10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 5~10중량%; 실리케이트 실버나노졸 1~5중량% 및 맥신(MXene) 10~20중량%을 포함한다.
상기 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물은 벤질디메틸아민, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀 및 트리-2-에틸헥실 에시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제3급 아민; 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트 및 니켈아세틸아세토네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 유기금속화합물; 트리스-4-메톡시 포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란 및 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 유기인화합물; 2-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 및 2-페닐이미다졸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 이미다졸화합물; 또는 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민 및 테트라플루오로보란아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 붕소화합물을 포함하는 경화촉진제 1~10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물은 첨가제로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 탄산마그네슘, 탄화규소, 포타슘 실리케이트, 소르비탄모노올레산에스테르 및 지르코알루미네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 5 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 표면보수용 도막재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법을 제공한다. 상기 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법은 시공대상면의 바탕면을 정리하는 단계(S10); 시멘트 모르타르를 타설하고, 양생하여 보수보강하는 단계(S20); 및 표면보수용 도막재 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S30);를 포함한다.
상기 S20 단계의 전, 후 또는 전후에는 프라이머 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표면보수용 도막재 조성물은 상온 경화형으로 별도의 고온 처리가 필요 없으며, 경화 후에는 콘크리트의 표면에 대한 우수한 접착력, 내오염성, 내마모성, 불연성, 방수성, 내식성, 내약품성, 내오존성, 자외선 저항성, 조도 개선 및 내구성을 나타냄으로써, 콘크리트 구조물 표면에 물리·화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과를 개선할 수 있다.
또한, 콘크리트 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키며, 화재 시 각종 구조물의 보호를 위해 내열성과 방청 도장재의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전하고 친환경적으로 콘크리트 구조물 표면을 보수 및 보강할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면보수용 도막재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법의 과정을 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물은 친환경 무기계 나노 세라믹을 포함하는 도막재 조성물로서, 세라믹 졸 50~70중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 1~5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 1~10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 5~10중량%; 실리케이트 실버나노졸 1~5중량% 및 맥신(MXene) 10~20중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹 졸은 코팅 대상에 대한 부착성, 내열성, 내화학성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 세라믹 졸은 알콕시실란(R'Si(OR)3) 30~50중량%와, 비정질 콜로이달 실리카(amorphous nano silica) 20~60중량%와, 알콜(ROH) 1~20중량%와, 촉매(Catalyst) 0.01~0.2중량%와, 반응성 실리콘 오일 0.1~5중량%로 구성됨을 특징으로 한다.
이때, 알콕시실란(R'Si(OR)3)(이때, R, R'는 각각 C1-C4 알킬임)이 30중량% 이하에서 최종적인 세라믹 졸의 고형분이 낮아 접착력 저하되고, 50중량% 이상에서는 상대적으로 비정질 실리카 함량이 낮아져 궁극적으로 도막으로 강도저하 및 내화학성 저하를 가져오는 단점을 갖는 것으로, 바람직한 함량은 30~50중량%이다.
비정질 콜로이달 실리카(amorphous nano silica)는 20중량% 이하에서는 부착성, 내열성, 내화학성 등의 물성이 떨어지고, 60중량% 이상에서는 최종도막이 치밀하지 못하고 다공질의 도막이 형성되어 표면강도가 떨어지므로 바람직한 함량은 20~60중량%이다.
상기 알콜(ROH)은 1중량% 이하에서는 실란의 알콜 내 분산이 어렵고, 20중량% 이상에서는 상대적으로 실란 농도가 낮아져 필러 충전율에 한계를 가지며 궁극적으로 부착력 저하를 가져오는 단점을 갖는 것으로, 바람직한 함량은 1~20중량%이다.
상기 촉매(Catalyst)는 보다 정확하게는 실란에 대한 몰비로서 조성범위가 표현되어야 하지만 통상적으로 0.01중량%이하에서는 반응속도가 너무 느리고, 0.2중량% 이상에서는 반응속도가 너무 빨라 졸(sol)이 응집될 수 있으므로, 바람직한 함량은 0.01~0.2중량%이다.
상기 반응성 실리콘 오일은 분자구조 말단 또는 중간에 OH기를 가지고 있어 가수분해 된 실란, 즉 실라놀(SiOH)와 반응하여 Si-O-Si(실록산)결합을 형성한다.
이때 오일은 세라믹 졸 용액에 첨가되는 충전재의 분산을 돕고 졸 용액의 겔화를 지연시키고 최종 도막의 표면을 소수성(hydrophobic)으로 만든다.
따라서 0.1중량% 이하에서는 충전재의 분산효과 및 겔화 지연효과가 미미하고 5중량% 이상에서는 불필요한 오일이 표면에 노출되어 도막의 건조시간이 길어지고 최종 도막의 경도를 저하시키므로 바람직한 함량은 0.1~5중량%이다.
상기 세라믹 졸은 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 50~70중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 졸의 함량이 70 중량%를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 50 중량% 미만이면 성능 개선효과가 저하된다.
상기 TiO2/RGO 복합 나노입자는 내산성, 내알칼리성, 내마모성, 방오성, 자외선에 대한 내광성을 개선하며, 추가적으로 도막재 조성물의 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 TiO2/RGO 복합 나노입자는 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 TiO2/RGO 복합 나노입자는 TiO2 나노분말을 증류수에 분산시킨 TiO2 분산액에 산화그래핀(GO)을 첨가하여 TiO2/GO 혼합 용액을 제조한 후, 환원제로서 히드라진 일수화물(H2N2)을 첨가하여 환원반응을 수행함으로써 제조할 수 있다.
상기 TiO2/RGO 복합 나노입자는 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 1~5중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 TiO2/RGO 복합 나노입자의 함량이 5중량%를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선효과가 저하된다.
또한, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HAp)는 무기질 성분으로 환경친화성이 우수하고, 충전제로서 사용될 수 있다. 상기 HAp는 코팅 조성물을 다른 성분들 및 세라믹 졸과 결합력을 증가시키기 위해 표면을 처리함이 바람직하다. 표면처리된 HAp는 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 1~10중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 표면처리된 HAp의 함량이 1중량% 미만은 환경친화성으로 첨가되는 의미가 없고, 10중량%을 초과하면 성능 개선효과가 저하된다.
상기 알루미나(Al2O3)는 도막의 내구성을 개선하기 위하여 사용하는데, 상기 알루미나에 있어서, 도막의 밀착성 및 내습성을 추가로 향상시키기 위하여 알루미나 입자의 표면은 황토로 코팅한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 황토로 코팅된 알루미나는 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 5~10중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황토로 코팅된 알루미나의 함량이 10중량%를 초과하면 성능 개선효과는 좋으나 반응성이 빨라져 작업성이 저하되고, 그 함량이 5중량% 미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 실리케이트 실버나노졸은 탈취 제거, 항곰팡이 작용, 항균 작용 및 바이러스의 억제 등 친환경적이고, 불연에 탁월한 기능의 효과가 있다.
상기 실리케이트 실버나노졸은 상기 흄드실리카 2~5 중량%와 상기 정제수 95~98 중량%를 혼합하여 음이온 전위를 띄도록 제조된 혼합 수용액에 농도가 100~500ppm인 양이온 전위를 가진 상기 실버나노졸을 이온결합시켜 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 흄드실리카가 5 중량% 초과인 경우에는 점도가 증가되기 때문에 바인더로 사용되는 상기 실리케이트 실버나노졸이 용제로서의 작용력이 떨어지게 되고, 2 중량% 미만인 경우에는 실리카가 지닌 친환경적인 기능이 약화된다.
상기 실버나노졸의 농도가 500ppm 초과인 경우에는 항균, 탈취, 전자파 차단 등의 은나노 물질이 가진 기능은 향상되지만, 은의 특성상 색상이 쉽게 변하게 되는 품질상의 문제가 있게 된다. 또한 농도가 100ppm 미만인 경우에는 은나노의 기능이 현저히 약화되어 친환경 코팅제로서 효과를 기대하기가 어렵다.
상기 실리케이트 실버나노졸은 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 1~5중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리케이트 실버나노졸의 함량이 5중량%를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선효과가 저하된다.
상기 맥신(MXene)은 전이금속 카바이드, 전이금속 나이트라이드, 전이금속 카보나이트라이드로서 2차원 평면구조를 가지는 나노 소재의 세라믹 물질이며, 우수한 전기전도도, 표면물성 제어도, 용액 공정성 등의 특성을 가지고 있어, 다양한 분야에서의 응용 가능성이 부각되고 있는 소재이나, 아직 건축용 도막재 조성물로서 사용된 적은 없었다.
본 발명자들은 상기 도막재 조성물에 맥신을 첨가함으로써 표면보수용 도막재 조성물의 강도 및 내구성이 향상됨을 발견하였다. 이때, 상기 맥신은 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 10~20중량%를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 맥신의 함량이 20중량%를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 10중량% 미만이면 성능 개선효과가 저하된다.
또한, 상기 도막재 조성물에 경화반응을 촉진하기 위하여 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않으나, 상기 경화촉진제의 비제한적인 예를들면, 벤질디메틸아민, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실 에시드의 염 등의 제3급 아민; 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등의 유기금속화합물; 트리스-4-메톡시 포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등의 유기인화합물; 이미다졸 화합물로는 2-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸화합물; 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등의 붕소화합물 등을 사용할 수 있다. 상기 경화촉진제는 상기 표면보수용 도막재 조성물에 대하여 1 내지 10중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 10중량%를 초과하면 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성 및 경제성이 저하되고, 그 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선효과가 저하된다.
또한, 상기 표면보수용 도막재 조성물은, 첨가제로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 탄산마그네슘, 탄화규소, 포타슘 실리케이트, 소르비탄모노올레산에스테르 및 지르코알루미네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르는 점착성 및 점도를 증가시키고 유화안정성 및 내산성을 개선하기 위하여 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 탄산마그네슘은 내마모성, 내충격성 및 내화성을 개선시키기 위하여 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 탄화규소는 강도, 내마모성, 내화성, 내구성을 개선하기 위해 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 포타슘 실리케이트는 촉매역할, 발수 및 방수성을 개선하기 위해 사용할 수 있다. 상기 포타슘 실리케이트를 대체하여 소듐 실리케이트, 리튬실리케이트, 리튬염 등을 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 소르비탄모노올레산에스테르는 내식성을 개선하기 위하여 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에서 지르코알루미네이트는 도막의 밀착성, 내습성, 내구성을 개선하기 위하여 사용할 수 있다.
상기 표면보수용 도막재 조성물에 있어서, 첨가제는 5 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직한 바, 상기 첨가량을 벗어나는 경우에는 오히려 성능이 저하되는 문제가 있다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면보수용 도막재 조성물의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면보수용 도막재 조성물은, 세라믹 졸 50~70중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 1~5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 1~10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 5~10중량%; 실리케이트 실버나노졸 1~5중량% 및 맥신(MXene) 10~20중량%를 소정온도(예컨대 상온~60℃)에서 소정시간(예컨대, 2~24시간) 동안 교반 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 표면보수용 도막재 조성물에 경화반응을 촉진하기 위하여 경화촉진제를 1~5 중량% 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 표면보수용 도막재 조성물에 첨가제로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 탄산마그네슘, 탄화규소, 포타슘 실리케이트, 소르비탄모노올레산에스테르 및 지르코알루미네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 5 중량% 이하로 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 친환경 무기계 나노 세라믹 조성물을 이용한 구조물 표면보호 및 보수 시공방법을 제공한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면보수용 도막재 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법의 과정을 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 상기 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법은
시공대상면의 바탕면을 정리하는 단계(S10);
시멘트 모르타르를 타설하고, 양생하여 보수보강하는 단계(S20); 및
표면보수용 도막재 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S30)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법을 단계별로 설명한다.
먼저, S10 단계는 시공대상면의 바탕면을 정리하는 단계이다. 상기 시공대상면의 바탕면을 정리하는 단계는 구조물의 표면에 있는 불순물, 이물질 등을 워터젯, 그라인더 등으로 제거하고 청소하는 단계가 진행된다. 그런 다음 제거된 부위 즉 구조물의 표면에 있는 홈, 균열 등을 에폭시 퍼티, 초속경 시멘트 퍼티 등을 이용하여 바탕면 처리하는 단계가 진행될 수 있다. 이후, 콘크리트 구조물의 열화된 부분에는 알칼리 회복제를 도포하거나, 노출된 철근 또는 강재에는 방청제를 도포할 수 있다.
다음으로, S20 단계는 시멘트 모르타르를 타설하고, 양생하여 보수보강하는 단계이다. 상기 단계는 시공대상면의 홈, 균열 등 표면이 매끄럽지 않은 손상부위에는 시멘트 모르타르를 타설 및 양생 시공함으로써, 손상부위를 복구하고 보강할 수 있다. 이로써, 시공대상면의 표면을 매끄럽게 보수하여. 시공대상면의 표면에 후술되는 표면보수용 도막재 조성물과 시공대상면 간의 부착력을 더욱 향상시키고 매끄러운 표면을 갖는 도막을 형성할 수 있도록 한다.
한편, S20 단계의 전후에는 프라이머 처리하는 단계(S15, S25)를 더 포함하여 수행할 수 있다. 상기 프라이머는 시공대상면과 시멘트 모르타르 사이에, 또는 시멘트 모르타르와 표면보수용 도막재 조성물 사이에 부착력 강화, 물 및 유해 물질 침투 방지, 표면 강화 등을 위하여 도포할 수 있다.
구체적으로, 상기 프라이머 처리는 도 2에 나타낸 바와 같이, 바탕면 정리 후 시멘트 모르타르 보수 전에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 시멘트 모르타르 보수 후 표면보수용 도막재 조성물 도포 전에, 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 바탕면 정리 후 시멘트 모르타르 보수 전에, 그리고 시멘트 모르타르 보수 후 표면보수용 도막재 조성물 도포 전에 수행할 수 있다.
상기 프라이머는 예를 들면, 스티렌-부타디엔 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 에멀젼, 아크릴 에멀젼, 아크릴-우레탄 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 프라이머 도포는 롤러, 도포기 등의 도포 장치 또는 도구로 도포될 수 있고, 분사기를 통해 분사 도포될 수 있다.
마지막으로, S30 단계는 상기 시멘트 모르타르 보수층이 형성된 상부에, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 표면보수용 도막재 조성물을 도포하는 단계이다.
이 단계에서, 상기 표면보수용 도막재 조성물을 1차 도포하고 경화된 후 다시 2차 도포하는 방식으로 복수회 도포할 수 있다. 상기 도포는 롤러, 도포기 등의 도포 장치 또는 도구로 도포될 수 있고, 분사기를 통해 분사 도포될 수 있다.
이후 양생하는 단계를 진행함으로써, 전체 콘크리트 구조물 표면의 보수보강이 완료될 수 있다.
본 발명에 따른 표면보수용 도막재 조성물은 상온 경화형으로 별도의 고온 처리가 필요 없으며, 경화 후에는 콘크리트의 표면에 대한 우수한 접착력, 내오염성, 내마모성, 불연성, 방수성, 내식성, 내약품성, 내오존성, 자외선 저항성, 조도 개선 및 내구성을 나타냄으로써, 콘크리트 구조물 표면에 물리·화학적 방호 기능으로 인하여 구조물의 사용 수명 연장과 유지관리 비용 절감 효과를 개선할 수 있다.
또한, 콘크리트 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키며, 화재 시 각종 구조물의 보호를 위해 내열성과 방청 도장재의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전하고 친환경적으로 콘크리트 구조물 표면을 보수 및 보강할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 도막재 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(1) 세라믹 졸의 제조
메틸트리메톡시실란 50중량%와, 비정질 콜로이달 실리카(amorphous nano silica) 36중량%와, 에탄올 12중량%와, 촉매(Catalyst) 0.2중량%와, 반응성 실리콘 오일 1.8중량%을 균일하게 혼합하여, 세라믹 졸을 제조하였다.
(2) TiO 2 /RGO 복합 나노입자의 제조
입자의 크기가 30 nm인 TiO2 나노분말을 증류수에 0.1 중량%로 첨가하여 100 mM 농도로 만든 후, 1시간 동안 초음파 처리를 하여 TiO2 분산액(흰색)을 제조하였다.
이후, 상기 TiO2 분산액에 산화그래핀(GO)을 20 중량% 첨가하고, 120 rpm으로 24시간 교반한 후, 1시간 동안 초음파 처리를 하여 TiO2/GO 혼합 용액(검은색)을 제조하였다.
다음으로, 80℃에서 환원제로서 히드라진 일수화물(H2N2) 증기에 상기 TiO2/GO 혼합 용액을 7시간 동안 노출시켜 환원반응을 수행함으로써, TiO2/RGO 나노입자가 분산된 용액(검은색)을 제조하였다.
(3) 표면처리된 하이드록시아파타이트(HAp)의 제조
HAp분말을 물과 알콜 희석액에 분산시킨 후, 분산액에 염산(HCl)을 가하여 pH 3~4로 조정하였다. 이후, pH가 조정된 HAp를 TEOS(Tetraethylorthosilicate)와 HAp : TEOS = 90 : 10의 중량비로 혼합한 후, 혼합물질을 상온에서 6시간 교반하고 60℃에서 다시 2시간 교반하여 HAp분말의 표면이 SiO2로 개질된 분말을 제조하였다.
(4) 황토 코팅된 알루미나(Al 2 O 3 )의 제조
알루미나 분말을 황토 용액에 넣고 교반한 후, 유리 판 위에 적가한 다음 유리판을 오븐에서 건조시킴으로써, 황토 코팅된 알루미나를 제조하였다.
(5) 실리케이트실버나노졸의 제조
흄드실리카 3중량%와 상기 정제수 97중량%를 혼합하여 음이온 전위를 띄도록 제조된 혼합 수용액에 농도가 100~500ppm인 양이온 전위를 가진 상기 실버나노졸을 이온결합시켜 혼합함으로써 실리케이트실버나노졸을 제조하였다.
(6) 맥신(MXene)의 제조
Ti3AlC2 분말(평균입경 ≤40 μm)을 LiF(Alfa Aesar사, 98.5%)-HCl(DAEJUNG, 35-37%)로 처리하여 준비한, 박리된 맥신(MXene; Ti3C2Tx) 수용액을 1 mg/mL로 희석하여 준비하였다.
상기에서 제조된 세라믹 졸 60중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 10중량%; 실리케이트 실버나노졸 5중량%; 및 맥신(MXene) 10중량%을 소정온도 25℃를 유지하면서 소정시간 12시간 동안 교반 혼합하여 표면보수용 도막재 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
세라믹 졸 60중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 10중량%; 실리케이트 실버나노졸 5중량%; 맥신(MXene) 5중량%; 및 경화촉진제 5중량%를 소정온도 25℃를 유지하면서 소정시간 12시간 동안 교반 혼합하여 표면보수용 도막재 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
세라믹 졸 60중량%; TiO2/RGO 복합 나노입자 5중량%; 표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 10중량%; 황토로 코팅된 Al2O3 10중량%; 실리케이트 실버나노졸 5중량%; 맥신(MXene) 5중량%; 경화촉진제 1중량%; 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 1중량%, 탄산마그네슘 1중량%, 탄화규소 0.5중량%, 포타슘 실리케이트 0.5중량%, 소르비탄모노올레산에스테르 0.5중량%; 및 지르코알루미네이트 0.5중량%를 25℃를 유지하면서 20ml/min 속도로 12시간 동안 교반 혼합하여 표면보수용 도막재 조성물을 제조하였다.
이하는 상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시한다.
<비교예 1>
소수성 이산화티탄졸 50 중량% 및 실록산 50 중량%를 25℃를 유지하면서 20ml/min 속도로 12시간 동안 교반 혼합하여 코팅제 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 친환경 무기계 나노 세라믹 코팅제 조성물과 비교예들에서 제조한 세라믹 도막재 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 표면보수용 도막재 조성물과 비교예 1에 의하여 제조된 도막재 조성물을 KS F 4936에 의한 중성화촉진시험을 수행하였고, KS D 9502에 의하여 염수분무 시험을 수행하였고, KS M 2274에 의하여 촉진내후성 시험을 수행하였으며, KS F 4936에 의하여 부착강도, 도막형성 겉모양, 내투수성, 염화물 이온 침투 저항성 및 투습도 시험을 수행하였고, KS M ISO 2812에 의하여 내약품성(황산, 염산, 수산화나트륨) 시험을 수행하였으며, KS D 6711에 의하여 내충격성 시험을 수행하였으며, 주택공사 전문시방-2006에 의하여 내오염성 시험을 수행하였고, 먹는 물 수질공정 시험법에 의하여 음용수용출 46개 항목 시험을 수행하였으며, 500g연필로 도막을 긁어 스크레치가 나지 않는 정도를 측정하여 연필경도시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
중성화촉진 (mm) 0 0 0 0.15
염수분무 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
부착강도
(kgf/cm2)		 표준양생 후 22 24 27 16
촉진내후성 후 18 21 22 14
온냉반복 후 21 23 24 14
내알칼리성 후 19 21 23 15
내염수성 후 21 23 25 15
도막형성
겉모양		 표준양생 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
온냉반복 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내염수성 후 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음
염화물이온침투저항성(C) 11 9 6 15
투습도 1.2 1.1 1.0 1.4
내약품성 황산 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
염산 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
수산화나트륨 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내굴곡성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내충격성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내오염성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
음용수용출46개항목 용출안됨 용출안됨 용출안됨 용출안됨
연필경도 5H 5H 6H 3H
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1내지 실시예 3에 따라 제조된 표면보수용 도막재 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 세라믹 도막재 조성물에 비하여 성능이 높은 것을 확인하였다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 표면보수용 도막재 조성물과 비교예들에서 제조한 세라믹 도막재 조성물의 특성을 확인하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 표면보수용 도막재 조성물과 비교예들에서 제조한 도막재 조성물을 국토교통부고시 제 2015-744호에 의하여 불연성 및 가스유해성 시험을 수행하였고, KS F 2813에 의하여 내마모성 시험을 수행하였고, AASHTO TP 60에 의하여 열팽창계수 시험을 수행하였으며, 수도용 자재 및 제품의 위생 안전기준 공정시험방법(환경부 고시 제 2015-103)에 의하여 중금속 용출시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
불연재료(불연성, 가스유해성) 적합 적합 적합 적합
내마모성 (500g, 500회) (%) 0.13 0.12 0.07 0.20
열팽창계수 (×10-6/℃) 7.8 7.88 7.89 7.9
중금속용출
(mg/L)		 맛 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
냄새 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
색도 (도) 0.1 0.09 0.09 0.1
탁도 (NTU) 0.02 0.019 0.02 0.02
1,2-디클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1-디클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,2-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
트리클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
벤젠 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,1-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
디클로로메탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
시스-1,2-디클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
에피클로로히드린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
아세트산비닐 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
스티렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,2-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,3-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
N,N-디메틸아닐린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
Hg 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
사염화탄소 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
과망간칼륨소비량 0.19 0.17 0.17 0.2
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 표면보수용 도막재 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 세라믹 도막재 조성물에 비하여 성능이 우수함을 확인하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 세라믹 졸 50~70중량%;
    TiO2/RGO 복합 나노입자 1~5중량%;
    표면개질된 HAp(hydroxy apatite) 1~10중량%;
    황토로 코팅된 Al2O3 5~10중량%;
    실리케이트 실버나노졸 1~5중량%;
    맥신(MXene) 10~20중량%; 및
    벤질디메틸아민, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀 및 트리-2-에틸헥실 에시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제3급 아민; 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트 및 니켈아세틸아세토네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 유기금속화합물; 트리스-4-메톡시 포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란 및 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 유기인화합물; 2-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 및 2-페닐이미다졸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 이미다졸화합물; 또는 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민 및 테트라플루오로보란아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 붕소화합물을 포함하는 경화촉진제 1~10 중량%를 포함하는, 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물은
    첨가제로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 탄산마그네슘, 탄화규소, 포타슘 실리케이트, 소르비탄모노올레산에스테르 및 지르코알루미네이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 5 중량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물.
  4. 시공대상면의 바탕면을 정리하는 단계(S10);
    시멘트 모르타르를 타설하고, 양생하여 보수보강하는 단계(S20); 및
    제1항의 표면보수용 도막재 조성물을 도포하여 양생하는 단계(S30)를 포함하는, 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법.
  5. 제4항에 있어서,
    S20 단계의 전, 후 또는 전후에는 프라이머 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법.
KR1020230001074A 2023-01-04 2023-01-04 콘크리트 구조물의 표면보수용 도막재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 표면보수보강방법 KR102531955B1 (ko)

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