KR102554516B1 - 콘크리트 구조물용 코팅제 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제는 (A) 분자 사슬 양 말단 실란올기 봉쇄 또는 규소 원자 결합 가수 분해성기 봉쇄 디오르가노폴리실록산, (B) 1분자 중에 규소 원자 결합 가수 분해성기를 적어도 2개 갖는 실란 화합물 또는 그 부분 가수 분해 축합물, (C) 경화 촉매, 및 (D) 퓸드 실리카로 적어도 이루어지며, 콘크리트 구조물에 대해 부착 강도가 큰 실리콘 피막을 형성하고, 그 실리콘 피막을 통하여 상기 콘크리트 구조물의 표면 상태를 육안으로 확인할 수 있다.
Description
본 발명은 콘크리트 구조물용 코팅제에 관한 것이다.
터널 내벽이나 교량 거더(bridge girder) 등의 콘크리트 구조물은 중성화에 의한 표면 크랙이나, 지진, 진동, 지반 침하, 과하중 등에 의한 내부 크랙에 의해, 그 일부가 박리되어 떨어져, 상기 구조물 아래를 통행하는 차량이나 항행하는 선박으로의 낙하가 염려되고 있다. 이 때문에, 콘크리트 구조물의 표면에 투명 혹은 반투명의 수지를 코팅하는 방법이 제안되어 있다 (특허문헌 1~3 참조).
이와 같은 방법에서 사용되는 코팅제로는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 등의 유기 수지가 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 유기 수지에서는 내후성이 부족하기 때문에, 터널이나 교량 거더 등의 가혹한 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물용의 코팅제로는 불충분하였다. 한편, 습기로 경화하는 실리콘 고무 조성물은 경화에 있어서, 가열 등의 필요가 없고, 또한, 내후성이 우수한 실리콘 경화물을 형성할 수 있기 때문에 콘크리트 구조물용의 코팅제로서 검토되고 있었지만, 콘크리트 구조물에 대한 부착력이 충분하지 않다는 과제가 있었다.
본 발명은 콘크리트 구조물에 대해 부착 강도가 큰 실리콘 피막을 형성하고, 그 실리콘 피막을 통하여 상기 콘크리트 구조물의 표면 상태를 육안으로 확인할 수 있는, 콘크리트 구조물용 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제는
(A) 분자 사슬 양 말단이 실란올기 봉쇄 또는 규소 원자 결합 가수 분해성기로 봉쇄된 디오르가노폴리실록산 100 질량부,
(B) 1분자 중에 규소 원자 결합 가수 분해성기를 적어도 2개 갖는 실란 화합물 또는 그 부분 가수 분해 축합물 1~25 질량부,
(C) 경화 촉매 0.5~10 질량부, 및
(D) 퓸드 실리카 15~40 질량부
로 적어도 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(A) 성분 중의 규소 원자 결합 가수 분해성기는 알콕시기인 것이 바람직하다.
(B) 성분은 화학식:
R1 aSi(OR2)(4-a)
(식 중, R1은 탄소수 1~6의 1가 탄화수소기; R2는 탄소수 1~3의 알킬기; a는 0 또는 1이다.)
로 나타내는 알콕시실란 또는 그 부분 가수 분해 축합물인 것이 바람직하다.
(C) 성분은 유기 티타늄 화합물인 것이 바람직하다.
(D) 성분은 BET법 비표면적이 50~400 m2/g인 퓸드 실리카를 유기 규소 화합물로 표면 처리하여 이루어지는 퓸드 실리카인 것이 바람직하다.
추가로, (E) 원하는 양의 유기 용제를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 콘크리트 구조물의 코팅 방법은 콘크리트 구조물의 표면에 프라이머를 도공한 후, 상기의 콘크리트 구조물용 코팅제를 도공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제에 의하면, 콘크리트 구조물에 대해 부착 강도가 큰 실리콘 피막을 형성하고, 그 실리콘 피막을 통하여 상기 콘크리트 구조물의 표면 상태를 육안으로 확인할 수 있다는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제로 콘크리트 구조물을 코팅하는 방법의 실시형태를 나타내는 공정도이다.
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제를 상세하게 설명한다.
(A) 성분은 분자 사슬 양 말단이 규소 원자 결합 수산기(이른바, 실란올기) 또는 규소 원자 결합 가수 분해성기를 갖는 디오르가노폴리실록산이다. 이 규소 원자 결합 가수 분해성기로는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등의 알콕시기; 아세트옥심기, 메틸에틸케토옥심기 등의 옥심기; 디메틸아미노기, 디에틸아미노기 등의 아미노기; N-메틸아세트아미드기 등의 아미드기; 디에틸아미노옥시기 등의 아미노옥시기; 이소프로페닐옥시기 등의 알케닐옥시기가 예시되며, 바람직하게는 알콕시기이다. 이와 같은 알콕시기는 분자 사슬 말단의 규소 원자에 직접 결합한 것이어도 되고, 또한, 분자 사슬 말단의 규소 원자에 알킬렌기를 개재하여 결합한 규소 원자에 결합한 것이어도 된다. 이 알킬렌기로는, 메틸메틸렌기, 에틸렌기, 메틸에틸렌기, 프로필렌기가 예시된다. (A) 성분 중의 규소 원자에 결합하는 그 밖의 기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 트리플루오로프로필기, 클로로프로필기 등의 할로겐화 탄화수소기가 예시되며, 특히, 메틸기가 바람직하다.
(B) 성분은 1분자 중에 규소 원자 결합 가수 분해성기를 적어도 2개 갖는 실란 화합물 또는 그 부분 가수 분해 축합물이다. 이 규소 원자 결합 가수 분해성기로는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등의 알콕시기; 아세트옥심기, 메틸에틸케토옥심기 등의 옥심기; 디메틸아미노기, 디에틸아미노기 등의 아미노기; N-메틸아세트아미드기 등의 아미드기; 디에틸아미노옥시기 등의 아미노옥시기; 이소프로페닐옥시기 등의 알케닐옥시기가 예시되며, 바람직하게는 알콕시기이다. (B) 성분 중의 규소 원자에 결합하는 그 밖의 기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기 등의 아랄킬기; 클로로메틸기, 트리플루오로프로필기, 클로로프로필기 등의 할로겐화 탄화수소기가 예시되며, 특히, 메틸기가 바람직하다.
이와 같은 (B) 성분으로는, 화학식:
R1 aSi(OR2)(4-a)
로 나타내는 알콕시실란 또는 그 부분 가수 분해물인 것이 바람직하다. 식 중, R1은 탄소수 1~6의 1가 탄화수소기이고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기가 예시된다. 또한, 식 중, R2는 탄소수 1~3의 알콕시기이고, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기가 예시된다. 또한, 식 중, a는 0 또는 1이다.
(B) 성분의 알콕시실란으로는, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란이 예시되고, (B) 성분의 옥심실란으로는, 메틸트리스(메틸에틸케토옥심)실란, 비닐트리스(메틸에틸케토옥심)실란이 예시되며, (B) 성분의 아미노실란으로는, 메틸트리스(디메틸아미노)실란이 예시되고, (B) 성분의 아미드실란으로는, 메틸트리스(N-메틸아세트아미드)실란이 예시되며, (B) 성분의 아미노옥시실란으로는, 메틸트리스(디메틸아미노옥시)실란이 예시된다. (B) 성분은 이들 화합물을 단독으로 사용해도 되고, 또 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
(B) 성분의 함유량은 (A) 성분 100 질량부에 대해 1~25 질량부의 범위 내이고, 바람직하게는 2~10 질량부의 범위 내이다. 이는 (B) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 이상이면, 본 코팅제의 저장 안정성이 향상되기 때문이고, 한편, 상기 범위의 상한 이하이면, 본 코팅제의 경화성이 향상되기 때문이다.
(C) 성분은 경화 촉매이고, 유기 티타늄 화합물, 유기 주석 화합물이 예시된다. 이 유기 티타늄 화합물로는, 테트라(i-프로폭시)티타늄, 테트라(n-부톡시)티타늄, 테트라(t-부톡시)티타늄 등의 티타네이트; 디(i-이소프로폭시)비스(아세토아세트산에틸)티타늄, 디(i-프로폭시)비스(아세토아세트산메틸)티타늄, 디(i-프로폭시)비스(아세틸아세톤)티타늄 등의 티타늄 킬레이트가 예시된다. 또한, 이 유기 주석 화합물로는, 디부틸주석디라우레이트, 디부틸주석디아세테이트, 디부틸주석디옥토에이트가 예시된다.
(C) 성분의 함유량은 (A) 성분 100 질량부에 대해 0.5~10 질량부의 범위 내이고, 바람직하게는 1~5 질량부의 범위 내이다. 이는 (C) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 이상이면, 본 코팅제의 경화가 촉진되기 때문이고, 한편, 상기 범위의 상한 이하이면, 본 코팅제의 저장 안정성이 향상되기 때문이다.
(D) 성분은 본 코팅제의 부착성을 향상시키고, 얻어지는 실리콘 피막의 기계적 특성을 향상시키기 위한 퓸드 실리카이다. 이와 같은 (D) 성분은 그 BET법 비표면적이 50~400 m2/g의 범위 내, 100~400 m2/g의 범위 내, 혹은 200~400 m2/g의 범위 내인 퓸드 실리카를 유기 규소 화합물로 표면 처리한 퓸드 실리카인 것이 바람직하다. 이 유기 규소 화합물로는, 헥사메틸디실란, 헥사메틸시클로트리실라잔 등의 실라잔 화합물; 트리메틸클로로실란, 디메틸디클로로실란 등의 할로실란 화합물; 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란 등의 알콕시실란 화합물; 메틸하이드로젠폴리실록산 등의 오르가노폴리실록산이 예시된다.
(D) 성분의 함유량은 (A) 성분 100 중량부에 대해 15~40 질량부의 범위 내이고, 바람직하게는, 20~40 질량부의 범위 내, 25~40 질량부의 범위 내, 혹은 30~40 질량부의 범위 내이다. 이는 (D) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 이상이면, 본 코팅제의 접착성이 향상되고, 한편, 상기 범위의 상한 이하이면, 본 코팅제의 도포 작업성이 향상되기 때문이다.
본 코팅제에는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서, 예를 들어, 유기 용제, 곰팡이 방지제, 난연제, 내열제, 가소제, 틱소성 부여제, 접착 부여제, 경화 촉진제, 안료를 배합해도 된다. 이 유기 용제로는, 노멀 헥산, 톨루엔, 자일렌, 셀로솔브아세테이트가 예시되며, 그 배합량은 임의이고, 본 코팅제의 도공 작업성 및 얻어지는 실리콘 피막의 막 두께를 고려하여 원하는 양을 배합할 수 있다.
본 코팅제를 적용하는 콘크리트 구조물로는, 도로나 철도의 터널, 도로나 철도의 교각 등을 들 수 있다. 도 1(a)는 본 코팅제를 적용하기 전의 콘크리트 구조물을 나타내는 단면도이다. 이 콘크리트 구조체(1)의 표면은 미리 프라이머를 층 형상으로 도공하는 것이 바람직하다. 이 프라이머는 본 코팅제를 적용할 때 언더코트 보강 및 접착성을 향상시키기 위한 것이다. 도 1(b)는 프라이머층(2)을 표면에 형성한 콘크리트 구조체(1)의 단면도이다.
다음으로, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 프라이머층(2)의 표면에 본 코팅제를 도공한다. 도공 후, 실온에서 방치함으로써, 본 코팅제를 경화시킬 수 있다. 본 코팅제를 사용하면, 이 실리콘 경화물층(3)의 표면에 추가로 탑코트제를 도공할 필요가 없기 때문에, 시공 기간을 대폭 단축시킬 수 있다. 또한, 이 실리콘 경화물층(3)은 투명성 혹은 반투명성을 갖기 때문에, 시공 후, 콘크리트 구조물(1)의 표면에 균열이 발생해도 육안으로 확인할 수 있으므로, 점검 작업을 효율화할 수 있다. 또한, 만일, 콘크리트 구조물(1)의 균열이 발생해도, 이 실리콘 경화물층(3)은 충분한 접착성, 탄성 및 강도를 갖기 때문에, 균열에 추종하여 콘크리트 구조물(1)의 표면을 지지할 수 있고, 장기간에 걸쳐 콘크리트의 플레이킹(flaking)을 방지할 수 있다.
또한, 프라이머층(2)의 표면에 망상의 플레이킹 방지재를 층 형상으로 배치하여, 콘크리트의 플레이킹 방지 성능을 향상시킬 수 있다. 이 플레이킹 방지재는 한정되지 않으며, 예를 들어, 직물 형상 시트(섬유 시트 등), 부직물 형상 시트, 네트 형상 또는 메시 형상 시트("네트 형상 시트"라고 칭하는 경우가 있다) 등의 다양한 형상의 시트(면상체)를 사용할 수 있다. 또한, 플레이킹 방지재의 소재로는, 탄소 섬유, 플라스틱 섬유 [예를 들어, 아라미드 섬유, 비닐론 섬유, 폴리에틸렌 섬유 시트(특히, 하이 임펙트 타입의 폴리에틸렌에 의한 섬유 시트), 폴리이미드 섬유 시트 등], 유리 섬유 등의 다양한 섬유를 사용할 수 있다.
실시예
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제를 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 또한, 점도는 25℃에 있어서의 값이다. 또한, 코팅제의 경화물의 콘크리트 구조물에 대한 접착력, 및 상기 경화물의 시인성은 다음과 같이 하여 평가하였다.
[부착력]
코팅제 경화물의 콘크리트 구조물에 대한 부착력은 하기의 "표면 코팅재의 부착 강도 시험 방법"에 의해 평가하였다.
[표면 코팅재의 부착 강도 시험 방법]
일본 토목 학회 발행의 콘크리트 표준 시방서의 JSCE-K 531-2013 "표면 코팅재의 부착 강도 시험 방법"의 규정에 준해 측정하였다. 구체적으로는 다음과 같다. 콘크리트 시험체는 JIS R5201의 10.4에 규정하는 방법에 준거해, 내경 치수 70 mm Х 70 mm Х 20 mm의 것을 사용하였다. 이 콘크리트 시험체 상에, 프라이머(도레이·다우코닝 주식회사 제조의 실런트용 프라이머 B)를 100 g/m2로 도포하고, 건조시켰다. 그 후, 코팅제를 도포하고, JIS A 1439의 양생 조건에 따라, 23±2℃, 50±5%RH 분위기하에서 14일간 양생 후, 30±2℃의 오븐으로 14일간 양생하였다. 얻어진 시험체의 표면에 JSCE-K 531-2013에서 규정하는 상부 인장용 강철제 지그를 접착제(세메다인 PPX)로 코팅제의 경화물 표면에 접착하고, 23±2℃, 50±5%RH 분위기하, 24시간 정치하였다. 그 후, 시험체에 접착한 상부 인장용 강철제 지그의 주위에 40 mm Х 40 mm의 정방형 노치를 기판까지 넣었다. JSCE-K 531-2013에 기재된 하부 인장 시험용 강철제 지그 및 강철제 뒷받침판을 사용하여 연직 방향으로 오토그래프(시마즈 제작소 제조)를 사용해 인장력을 가하여, 최대 인장 하중(N/mm2)을 구하였다. 또한, 파단할 때까지의 하중 속도는 1750 N/분으로 하였다.
[시인성]
코팅제의 경화물을 통해, 콘크리트 시험체의 표면 상태를 확인할 수 있는지 여부를 평가하고, 확인할 수 있는 경우를 "○" 확인이 곤란한 경우를 "△", 확인할 수 없는 경우를 "Х"로서 나타내었다.
[실시예 1]
점도 15,000 mPa·s의 분자 사슬 양 말단 하이드록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 100 질량부, BET법 비표면적이 220 m2/g인 퓸드 실리카를 헥사메틸디실라잔으로 표면 처리한 퓸드 실리카 35 질량부를 혼합하여 실리콘 고무 베이스 컴파운드를 조제하였다. 다음으로, 습기 차단하, 이 실리콘 고무 베이스 컴파운드에, 메틸트리메톡시실란 10 질량부, 및 테트라(t-부톡시)티타늄 0.7 질량부를 혼합하여, 콘크리트 구조물용 코팅제(I)을 조제하였다. 이 코팅제를 두께 1.0 mm로 콘크리트 시험체에 도포하여 시험체를 제작하였다. 이 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 조제한 콘크리트 구조물용 코팅제(I) 100 질량부를 노멀 헥산 100 질량부에 배합함으로써, 용제 타입의 콘크리트 구조물용 코팅제(II)를 조제하였다. 이 코팅제를 두께 0.5 mm로 콘크리트 시험체에 도포하여 시험체를 제작하였다. 이 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서, 퓸드 실리카의 배합량을 10 질량부로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 콘크리트 구조물용 코팅제(III)을 조제하였다. 이 코팅제를 두께 1.0 mm로 콘크리트 시험체에 도포하여 시험체를 제작하였다. 이 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
실시예 1에 있어서, 퓸드 실리카의 배합량을 45 질량부로 한 결과, 균일한 베이스 컴파운드를 조제할 수 없었기 때문에, 균일한 코팅제를 조제할 수 없었다.
[비교예 3]
점도 15,000 mPa·s의 분자 사슬 양 말단 하이드록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 100 질량부, 스테아르산 처리된 침강 탄산칼슘(Solvay SA의 상품명: Socal 312 N) 17 질량부를 혼합하여 베이스 컴파운드를 조제하였다. 다음으로, 습기 차단하, 이 베이스 컴파운드에 메틸트리메톡시실란 10 질량부, 및 테트라(t-부톡시)티타늄 0.7 질량부를 혼합하여, 콘크리트 구조물용 코팅제(IV)를 조제하였다. 이 코팅제를 두께 1.0 mm로 콘크리트 시험체에 도포하여 시험체를 제작하였다. 이 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
본 발명의 콘크리트 구조물용 코팅제는 습기에 의해 경화하여, 내후성이 높은 실리콘 피막을 형성하기 때문에, 터널이나 교량 거더 등의 가혹한 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물용의 코팅제로서 바람직하다.
1: 콘크리트 구조물
2: 프라이머층
3: 실리콘 경화물층
2: 프라이머층
3: 실리콘 경화물층
Claims (8)
- 콘크리트 구조물의 표면에 프라이머를 도공한 후, 콘크리트 구조물용 코팅제를 도공하는 것을 포함하는, 콘크리트 구조물의 코팅 방법으로서,
상기 코팅제는
(A) 분자 사슬 양 말단이 실란올기 봉쇄 또는 규소 원자 결합 가수 분해성기로 봉쇄된 디오르가노폴리실록산 100 질량부,
(B) 1분자 중에 규소 원자 결합 가수 분해성기를 적어도 2개 갖는 실란 화합물 또는 그 부분 가수 분해 축합물 1~25 질량부,
(C) 경화 촉매 0.5~10 질량부, 및
(D) BET법 비표면적이 50~400 m2/g인 퓸드 실리카를 유기 규소 화합물로 표면 처리하여 수득된 퓸드 실리카 25~40 질량부
를 포함하는, 콘크리트 구조물의 코팅 방법. - 제1항에 있어서, (A) 성분 중의 규소 원자 결합 가수 분해성기가 알콕시기인, 콘크리트 구조물의 코팅 방법.
- 제1항에 있어서, (B) 성분이 화학식:
R1 aSi(OR2)(4-a)
(식 중, R1은 탄소수 1~6의 1가 탄화수소기; R2는 탄소수 1~3의 알킬기; a는 0 또는 1이다)
로 나타내는 알콕시실란 또는 그 부분 가수 분해 축합물인, 콘크리트 구조물의 코팅 방법. - 제1항에 있어서, (C) 성분이 유기 티타늄 화합물인, 콘크리트 구조물의 코팅 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로, (E) 원하는 양의 유기 용제를 함유하는, 콘크리트 구조물의 코팅 방법.
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