KR102633746B1 - 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 백시멘트, 포틀랜드 시멘트, 석분, 폴리우레탄 프리폴리머, PMMA 수지 조성물, 산가조절제, 차열안료, 방열안료, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one), 석고, 고무, 배합수, 방동제, 혼화제 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)을 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 노출콘크리트 공법 시공 후 또는 보수 중에 노출콘크리트 구조물 표면에 도포되어 사용됨으로써, 콘크리트 구조물 표면과 이질감이 생기지 않도록 함과 동시에 부착력, 인장강도, 굴곡강도, 내충격성 등의 물성을 향상시키고 구조물의 안정성과 내구수명을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 백시멘트, 포틀랜드 시멘트, 석분, 폴리우레탄 프리폴리머, PMMA 수지 조성물, 산가조절제, 차열안료, 방열안료, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one), 석고, 고무, 배합수, 방동제, 혼화제 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)을 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 노출콘크리트 공법 시공 후 또는 보수 중에 노출콘크리트 구조물 표면에 도포되어 사용됨으로써, 콘크리트 구조물 표면과 이질감이 생기지 않도록 함과 동시에 부착력, 인장강도, 굴곡강도, 내충격성 등의 물성을 향상시키고 구조물의 안정성과 내구수명을 확보할 수 있다.
Description
본 발명은 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노출콘크리트 공법 시공 후 또는 보수 중에 노출콘크리트 구조물 표면에 도포되어 사용됨으로써, 콘크리트 구조물 표면과 이질감이 생기지 않도록 함과 동시에 부착력, 인장강도, 굴곡강도, 내충격성 등의 물성을 향상시키고 구조물의 안정성과 내구수명을 확보할 수 있는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 관한 것이다.
노출콘크리트(exposed concrete) 공법은 건축물을 구성하는 기본 골조재인 콘크리트 물성을 그대로 드러나게 하는 건축의 마감 기법이다. 다시 말해, 노출콘크리트 공법은 콘크리트 자체가 갖고 있는 색상 및 질감으로 마감을 나타내는 형태의 공법으로서, 콘크리트 타설 후 거푸집을 탈거한 상태 그대로를 노출시켜 콘크리트 자체가 나타내는 독특한 미와 중후함을 강조하는 건축 형태이다.
현재, 많은 건축가들이 노출콘크리트 공법을 선호하고 있기는 하지만, 종래의 노출콘크리트 공법을 수행할 때는 거푸집 탈거 후 고르지 못한 면이 발생되거나 줄이 일률적이지 못한 문제점이 야기되어 표면 보수 작업을 반드시 수행해야 하는 번거로움과 불편함이 있었으며, 이로 인해 시간과 비용이 증가할 수밖에 없었다.
또한, 노출콘크리트 공법에 따른 노출콘크리트 벽체의 설계 시 점, 선, 면의 3가지 요소가 잘 어우러져야 하나의 건축 작품이 완성될 수 있으며 특히, 점과 선에 해당되는 콘구멍과 격자줄의 배치와 배열은 노출콘크리트 벽체에 대한 생동감과 규칙성을 연출하는데 중요한 요소로 작용하기 때문에 노출콘크리트 시공 시 이들에 대한 관리가 무엇보다도 중요시되고 있다.
종래의 노출콘크리트의 공법은 콘크리트 중성화 등과 같이 콘크리트 열화문제를 해결하면서, 노출콘크리트의 미감을 살릴 수 있는 방법이 노출콘크리트 개발의 초점이 집중되었으며, 이는 콘크리트 표면의 피복층을 형성하는 콘크리트 결합재의 개발측면과 노출콘크리트의 표면 질감을 살릴 수 있는 방법의 개발로 크게 요약될 수 있다.
상기 콘크리트 결합재의 개발은 기존 콘크리트 표면이 산성비, 탄산가스 등과 같은 외부조건에 의한 콘크리트 표면의 열화에 따른 콘크리트 구조적 안전에 끼치는 악영향을 해결하기 위해 보수재로 사용되는 시멘트를 선택하고, 상기 시멘트의 표면에의 결합, 시멘트 입자의 분산 등과 효과를 위해 물, 경화제, 소포제 등을 이용하고 선택적으로 방부제, 향료 및 안료를 콘크리트 결합재에 혼합하는 방법이 이용되며, 상기 노출콘크리트의 표면 질감을 살릴 수 있는 방법의 개발은 기본적으로 안료를 보수재에 섞거나, 특수 거푸집 즉 거푸집 내면에 콘크리트 표면의 광택을 발생하기 위한 각종 필름을 이용하는 방법이 이용된다.
노출콘크리트의 콘크리트 결합재의 개발은 근본적으로 기존의 시멘트 및 각종 시멘트입자의 결합 및 분산을 위한 재료의 선택에 따라 나름의 특성을 발휘하기 때문에 범용적인 결합재의 개발보다는 현재 철근콘크리트 구조물의 사용용도 및 기능에 따라 결정되어야 경우가 많다. 따라서 콘크리트 결합재는 노출된 콘크리트의 표면을 보호할 수 있도록 최소한의 결합재를 선택하고, 콘크리트 구조물에 따라 선택적으로 보조재료를 선택하여 혼합하는 것이 바람직하다. 결과적으로 노출콘크리트의 가장 중요한 기능은 외부에 표시되는 표면색상 및 상기 색상에 의하여 표현되는 질감을 얼마나 확보할 수 있는가가 가장 중요하다.
이러한 관점에서 보았을 때 종래의 콘크리트 결합재의 개발은 콘크리트 자체의 열화를 방지하기 위한 성분 및 그 혼합비율에 대한 개발에 초점을 맞추고 표면 콘크리트의 가장 중요한 기능인 다양한 색상변화에 따른 표면 질감의 경제적인 확보에 그다지 노력을 기울이지 않고, 콘크리트 표면에 광택을 위한 거푸집 내면에 고가의 필름을 일일이 부착하는 번거로운 방법이 이용되고 있는 실정이다.
따라서 노출콘크리트의 표면에 결합되는 시멘트 피복층으로서의 기능을 최소한의 비용으로 확보할 수 있도록 재료를 선택하여 확보하고, 노출콘크리트의 가장 중요한 기능인 콘크리트 표면의 다양한 색상 및 그 색상에 의한 질감을 확보할 수 있으며 노출콘크리트로서 시공되지 않은 콘크리트 표면 및 노출콘크리트로 시공된 곳을 보수할 수 있는 공법의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 노출콘크리트 공법 시공 후 또는 보수 중에 노출콘크리트 구조물 표면에 도포되어 사용됨으로써, 콘크리트 구조물 표면과 이질감이 생기지 않도록 함과 동시에 부착력, 인장강도, 굴곡강도, 내충격성 등의 물성을 향상시키고 구조물의 안정성과 내구수명을 확보할 수 있는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트와의 융화성을 향상시켜 콘크리트 조직과 표층의 약화, 열화 및 부식을 방지하고 콘크리트 표면의 미감 및 질감을 살리며 신속한 작업성으로 콘크리트 표면을 보수 및 보강할 수 있는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 백시멘트, 포틀랜드 시멘트, 석분, 폴리우레탄 프리폴리머, PMMA 수지 조성물, 산가조절제, 차열안료, 방열안료, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one), 석고, 고무, 배합수, 방동제, 혼화제 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)을 포함한다.
상기 백시멘트 500 내지 600 중량부, 포틀랜드 시멘트 300 내지 400 중량부, 석분 150 내지 200 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 30 내지 50 중량부, PMMA 수지 조성물 10 내지 30 중량부, 산가조절제 0.5 내지 1.5 중량부, 차열안료 3 내지 7 중량부, 방열안료 3 내지 7 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 1 내지 3 중량부, 석고 10 내지 20 중량부, 고무 3 내지 7 중량부, 배합수 600 내지 800 중량부, 방동제 0.1 내지 1 중량부, 혼화제 0.1 내지 1 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 0.5 내지 1.5 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 석분은 입도가 4 내지 8mm 범위인 것이 사용되고, 상기 고무는 스티렌/부타디엔 고무(SBR)가 사용될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 노출콘크리트 공법 시공 후 또는 보수 중에 노출콘크리트 구조물 표면에 도포되어 사용됨으로써, 콘크리트 구조물 표면과 이질감이 생기지 않도록 함과 동시에 부착력, 인장강도, 굴곡강도, 내충격성 등의 물성을 향상시키고 구조물의 안정성과 내구수명을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 콘크리트와의 융화성을 향상시켜 콘크리트 조직과 표층의 약화, 열화 및 부식을 방지하고 콘크리트 표면의 미감 및 질감을 살리며 신속한 작업성으로 콘크리트 표면을 보수 및 보강할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 백시멘트(백색 시멘트), 포틀랜드 시멘트, 석분, 폴리우레탄 프리폴리머, PMMA 수지 조성물, 산가조절제, 차열안료, 방열안료, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one), 석고, 고무, 배합수, 방동제, 혼화제 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 백시멘트(백색 시멘트) 500 내지 600 중량부, 포틀랜드 시멘트 300 내지 400 중량부, 석분 150 내지 200 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 30 내지 50 중량부, PMMA 수지 조성물 10 내지 30 중량부, 산가조절제 0.5 내지 1.5 중량부, 차열안료 3 내지 7 중량부, 방열안료 3 내지 7 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 1 내지 3 중량부, 석고 10 내지 20 중량부, 고무 3 내지 7 중량부, 배합수 600 내지 800 중량부, 방동제 0.1 내지 1 중량부, 혼화제 0.1 내지 1 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 0.5 내지 1.5 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 백시멘트(백색 시멘트)는 철분이 적은 백색점토와 석회석을 사용하고 연료에는 중유 등을 사용해서 제조한 시멘트로, 백색 포틀랜드시멘트를 말한다. 시멘트를 제조하는데 있어 원료의 철분을 제거하고, 소성할때는 매연이 적은 석유 연료를 사용하며, 분쇄는 철구 대신 경질석재 또는 자기를 사용하는 등, 시멘트 색의 원인이 되는 것을 제거해서 만들어 진다.
상기 백시멘트는 주로 외장 모르타르에 쓰이는 것으로, 강도는 보통 포틀랜드시멘트보다 약한 반면 콘크리트의 표면의 백색 표현을 용이하게 하는 역할을 한다.
상기 포틀랜드 시멘트는 규산삼칼슘(Alite, C3S), 규산이칼슘(Belite, C2S) 등의 규산칼슘 화합물, 알루민산삼칼슘(aluminate phase, C3A), 철알루민산사칼슘(ferrite phase, C4AF) 등의 간극상(interstitial phase) 화합물 및 각종 슬래그를 포함하여 이루어진 것으로 당업계에서 통상적으로 사용하는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열포틀랜드시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 저열포틀랜드시멘트 또는 내황산염포틀랜드시멘트 등을 사용할 수 있다.
상기 석분(石粉)은 골재 채취 및 가공에 따른 부산물인데, 그 생산 양은 엄청나게 많은 반면에, 일부 도로공사에서 충전재로 사용되는 이외에는 이러한 석분을 소모할 마땅한 용도가 없으므로 석분의 대부분이 폐기처분되거나 그대로 방치되어 그 미립자의 비산으로 환경을 오염시키고 있다.
상기 석분은 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 포함되어 강도를 발현하과 동시에 충전재로 사용될 수 있는데, 예를 들어, 상기 석분은 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물 사이에 채워져 공극률이 비교적 균일하도록 입도가 4 내지 8mm 범위인 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 프리폴리머는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 포함되어 접착력을 증진시킬 수 있는데, 예를 들어, 상기 폴리우레탄 프리폴리머는 하기와 같이 제조된 폴리우레탄 프리폴리머가 사용될 수 있다.
상기 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하기 위하여, 먼저, 디카르복실산(Dicarboxylic Acid) 및 폴리올(Polyol)을 준비하여 혼합한 후 축합반응을 진행하여 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol)을 합성할 수 있다.
상기 디카르복실산(Dicarboxylic Acid)은 아디픽산(Adipic Acid) 또는 숙신산(Succinic Acid) 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리올(Polyol)은 1,6-헥산디올(1,6-Hexanediol), 1,3-프로판디올(1,3-Propanediol) 및 폴리 테트라메틸렌 에테르 글리콜(poly tetramethylene ether glycol, PTMG)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol)은 상기 디카르복실산(Dicarboxylic Acid) 1 몰(mol) 및 폴리올(Polyol) 1.5 내지 2.0 몰(mol)의 비율로 준비하여 혼합한 후 250 내지 300℃의 온도에서 10 내지 20시간 동안 축합반응을 진행함으로써 생성될 수 있다.
다음으로, 상기 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol), 유기용제, 바이오 다관능 폴리올 화합물 및 이소시아네이트(Isocyanate)에 라디칼 개시제를 투입하고 반응시켜 폴리우레탄 프리폴리머를 제조할 수 있다.
상기 유기용제는 톨루엔(Toluene), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 아세톤(Acetone) 및 디메틸포름아미드(Dimethylformamide)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 바이오 다관능 폴리올 화합물은 수산기를 함유하지 않고 있는 바이오매스 자원 유래의 동식물 기름에서 합성을 통하여 수산기를 포함하는 바이오 다관능 폴리올로 합성하는 화학적인 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 바이오 다관능 폴리올 화합물의 화학적인 제조방법으로는 동식물 기름의 불포화 지방산사슬에 탄소이중결합을 에폭시화(epoxidation)와 고리열림(ring opening) 반응을 통해 수산기를 도입하는 에폭시화 제조방법과, 에폭시화와 마찬가지로 탄소 이중결합에 하이드로포밀화(hydroformylation) 후 수소첨가(hydrogenation) 반응을 통해 수산기를 도입하는 하이드로포밀화 제조방법과, 오존(O3)을 이용하여 탄소이중결합을 절단한 후 수소첨가를 통해 수산기를 도입 오존분해(ozonolysis)를 통한 제조방법 등이 있다.
상기 에폭시화 제조방법으로 도입된 수산기는 2차 알코올로써 1차 알코올에 비해 이소시아네이트와의 반응성이 낮다는 단점이 있고, 하이드로포밀화 제조방법으로 도입된 수산기는 에폭시화 제조방법과 같이 수산기가 지방산 사슬 중간에 생성되기는 하나 1차 알코올을 생성하므로 이소시아네이트와 반응성이 비교적 더 높아진다. 오존분해를 통한 제조방법으로 도입된 수산기는 사슬 말단에 위치하여 이소시아네이트와 반응성이 높다는 장점이 있다.
본 발명에서 상기 바이오 다관능 폴리올 화합물은 상기와 같이 제조된 공지의 바이오 다관능 폴리올 화합물을 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바이오 다관능 폴리올 화합물은 중량평균분자량(weight-average molecular weight; Mw)이 3,000 내지 6,000g/mol인 바이오 다관능 폴리올 화합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 이소시아네이트(Diisocyanate)는 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate(TDI)), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-Diphenylmethane diisocyanate(MDI)), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate(HDI)), 이소포론 디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate(IPDI)) 및 4,4'-메틸렌비스(사이클로헥실 이소시아네이트)(4,4'-Methylenebis(cyclohexyl isocyanate)(HMDI)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 라디칼 개시제는 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide; BPO) 또는 아조비스이소부티로나이트릴(azobisisobutyronitrile; AIBN) 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 프리폴리머는 상기 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol) 60 내지 80 중량부, 유기용제 10 내지 20 중량부, 바이오 다관능 폴리올 화합물 20 내지 30 중량부 및 이소시아네이트(Isocyanate) 5 내지 15 중량부에 라디칼 개시제 0.1 내지 0.5 중량부를 투입하고 130 내지 150℃의 온도에서 질소를 퍼징(N2 gas purging)하면서 5 내지 7시간 동안 반응시켜 제조되고, 상기 폴리우레탄 프리폴리머는 중량평균분자량(weight-average molecular weight; Mw)이 30,000 내지 50,000g/mol일 수 있다.
상기 PMMA 수지 조성물은 PMMA 수지를 포함하는데, 상기 PMMA 수지는 메틸메타크릴레이트 단량체를 주성분으로 하는 수지를 말하며, 인간의 일상생활에 널리 사용되고 있는 소재로 콘택트렌즈나 인공관절, 뼈 등으로 사용되고 있으며, 이런 PMMA 수지를 이용하여 수십 년간 바닥재 및 보수재의 용도로 널리 사용되고 있다.
상기 PMMA 수지는 규칙적인 결합체로 구성되어 있어 미반응 물질로 인한 환경오염이 적고 작업 및 화재 시 유독가스를 발생하지 않아 친환경적이며 인체에 안전하다. 그리고 빠른 건조 성능으로 인하여 바닥재의 경우 영하 30℃ 온도까지 작업가능하며, 마감공정 후 1시간 이내에 차량통행이 가능하여 도로보수공사에 적합하기에 널리 각광받고 있다.
또한, 상기 PMMA 수지는 도막이 단단하고 내구성능이 좋아 내구수명이 긴 장점을 지니고 있으나, 빠른 건조로 인한 크랙이 발생될 수 있는 문제점이 있어, 고탄성 PMMA 수지를 사용하여 제품화하고 있다. 이러한 고탄성 PMMA 수지는 신장률은 우수하나, 인장강도가 불량하여 고진동이나 큰 힘을 받는 고속철과 같은 특수부위에 사용하기 곤란한 문제점을 지니고 있다.
상기 PMMA 수지는 신장률 100% 이상으로 인장강도가 10MPa 이상인 고탄성 및 고인장강도를 갖는 PMMA 수지가 사용될 수 있는데, 상기 PMMA 수지는 PMMA 수지에 1관능성 단량체 및 2관능성 단량체의 함량을 조절하여 고탄성 및 고인장강도의 PMMA 수지 조성물을 제조할 수 있다.
상기 PMMA 수지 조성물은, 조성물 총 중량 대비 PMMA 수지 30~50 중량부, n-butyl acrylate(BA) 단량체 20~40 중량부, methyl methacrylate(MMA) 단량체 10~30 중량부, 2-hydroxy ethyl methacrylate(2-HEMA) 단량체 5~10 중량부, methacrylic acid(MAA) 단량체 2~5 중량부 및 tripropyleneglycol diacrylate(TPGDA) 단량체 2~5 중량부를 혼합하여 60~70℃ 온도로 가온하고 균일하게 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 제1 단계; 상기 제1 혼합물에 경화촉진제인 n,n-dimethyl-p-toluidine(DMPT) 0.1~1.0 중량부를 40~50℃의 온도에서 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 제2 단계; 및 상기 제2 혼합물을 상온으로 냉각하여 경화제인 dibenzoyl peroxide(BPO) 1~2 중량부를 혼합하여 PMMA 수지 조성물을 제조하는 제3 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 PMMA 수지는 메틸 메타아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 사이클로 헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시 프로필 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 메타크릴레이트계 단량체와 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트 및 2-에틸 헥실 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 아크릴레이트계 단량체, 그리고 메타아크릴산, 아크릴산 등과 같이 산가를 가지는 단량체를 단독 또는 2종 이상을 이용하여 현탁중합, 벌크중합, 용액중합 등의 방법으로 제조할 수 있다.
상기 PMMA 수지는 분자량 5,000~200,000g/mol에 유리전이온도(Tg) 20~100℃가 적당하며, 중합시 사용하는 산가를 가진 단량체는 중합 단량체 총량 대비 0.1~5 중량부가 바람직하다.
상기 1관능성 단량체에는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 사이클로 헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-하이드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시 프로필 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 메타크릴레이트계 단량체와 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트 및 2-에틸 헥실 아크릴레이트로 이루어젠 군에서 선택되는 아크릴레이트계 단량체를 단독 혹은 2 종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 2관능성 단량체인 가교성 단량체는 한 분자 내에 라디칼 중합 가능한 이중결합을 2개 이상 가지고 있는 단량체로서 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜디아크릴레이트, 1,2-프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,6-헥산다이올디아크릴레이트, 1,6-헥산다이올디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트,디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 산가조절제는 보수보강재 조성물의 물성을 증진시키고 콘크리트 구조물 표면과의 접착력을 증가시키기 위하여 사용하며, 한 분자 내에 중합 가능한 이중결합과 카르복실기를 함유한 화합물이면 어느 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 산가조절제로는 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레인산, 푸마르산, 이타콘산 및 시트라콘산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 차열안료는 근적외선 파장영역인 300~2,500nm 파장을 90% 이상 반사하고, 건조 후 도막 내에 세라믹 거품을 생성하여 열에너지를 흡수 및 소멸시킴으로서 열에너지 전도를 차단하는 세라믹 스피어(ceramic spheres)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 스피어는 세라믹을 4~10㎛ 크기를 가지는 무공질의 구형태로 제조한 것으로서, 세라믹 구에 의해 빛이 열에너지로 전환되지 못하도록 산란시키는 열반사(reflectance) 기능을 수행하여 차열성능을 발휘하게 된다.
상기 방열안료는 산화티탄, 산화아연, 산화인듐, 산화주석, 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide), 몰리브덴옥사이드(MoO3), 산화탄탈(Ta2O5), 오산화바나듐(V2O5), 산화니오브(Nb2O5), 보론 니트로나이트(BN), 육방정계 질화붕소(h-BN) 및 알루미늄 옥사이드(Al2O3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one)은 일반적으로 아래 [화학식 1]의 구조를 가지는 것으로, 화학식은 C9H18O이고 분자량은 142.23862g/mol이며, 다이아이소부틸 케톤(2,6-디메틸-4-헵탄온(2,6-Dimethyl-4-heptanone))으로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
상기 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one)은 퍼짐성(평활성)을 향상시킬 수 있는데, 상기 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one)가 상기한 하한 범위 미만으로 포함되는 경우에는 퍼짐성(평활성)이 약하여 작업성이 저하되고, 상기한 상한 범위를 초과하여 포함되는 경우에는 퍼짐성(평활성)이 과도하여 도막의 경도가 약하고 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 석고는 속경성과 팽창성을 발휘할 수 있도록 하고 도막의 부착 강도 및 방수 성능을 최대화할 수 있는데, 상기 석고는 단사정계(單斜晶系)의 광물로, 화학성분은 CaSO4·2H2O이며, 능판상(菱板狀) 또는 주상 결정을 이룬다.
예를 들어, 상기 석고는 무수석고, 이수석고, 반수석고 등 어떠한 것도 사용 가능한데, 이수석고가 무수석고에 비해 초기 응결시간이 길어 하절기에 유리하기 때문에 동절기에는 무수석고를 사용하고 하절기에는 이수석고를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 석고는 수화반응에 의해 발열이 이루어짐과 아울러, 팽창되면서 강도를 강화시킬 수 있는데, 상기 석고가 상기한 하한 범위 미만으로 포함되는 경우에는 팽창 정도가 낮고 수분증발 시간이 오래 걸리며, 응결 후 건조가 급속하게 진행되어 균열이 발생할 수 있으며, 상기한 상한 범위를 초과하여 포함되는 경우에는 균열이 발생하여 강도가 저하되거나 다른 조성물의 함량이 상대적으로 부족하여 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 고무는 천연고무, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 우레탄 고무, 스티렌/부타디엔 고무(SBR), 아크릴 고무, 실리콘 고무 등의 합성고무를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 고무로 스티렌/부타디엔 고무(SBR)가 사용될 수 있는데, 상기 스티렌/부타디엔 고무(SBR)는 탄성이 우수하고, 화학적 성질에 따라 가공성이 우수하며, 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물과의 혼화성이 좋다.
상기 배합수는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 구성하는 조성물들을 균일하게 혼합 및 용해하기 위하여 포함될 수 있는데, 상기 배합수는 종류에 한정되지 않으나 불순물이 없고 깨끗하게 정제된 물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 방동제는 방동성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로, 방동제로는 포타슘포메이트(PF), 질산칼슘 및 아질산리튬의 혼합물이 사용될 수 있는데, 상기 방동제는 포타슘포메이트(PF) 8 내지 12 중량부, 질산칼슘 3 내지 5 중량부 및 아질산리튬 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방동제는 포타슘포메이트(PF) 10 중량부, 질산칼슘 4 중량부 및 아질산리튬 2 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 포타슘포메이트(PF), 포타슘아세테이트(PA), 칼슘포메이트(CF)는 어는점이 매우 낮아 저온에서의 응결촉진 기능을 수행하므로 방동제로 사용될 수 있으며, 콘크리트에 혼합되어 사용되는 경우 어는점 내림의 효과를 부여함과 동시에 강도 증진의 역할도 수행할 수 있다.
상기 질산칼슘은 화학식이 Ca(NO3)2으로, 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물 제조시 조기 강도를 증진시키기 위해 혼합되는 원료로서, 단시간 내에 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물의 양생속도를 빠르게 하기 위하여 첨가될 수 있다.
상기 아질산리튬은 화학식이 LiNO2으로, 초기 응결 강도의 향상을 위해서 포함될 수 있다.
상기 혼화제는 분말형 혼화제로 조기강도 발현을 증진시키기 위하여 사용될 수 있는데, 예를 들어, 상기 혼화제로는 알루미나계 촉진제 및 주석산을 포함하고, 상기 혼화제는 알루미나계 촉진제 80 중량% 및 주석산 20 중량%의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 알루미나계 촉진제는 압축강도를 증진시키기 위해 사용되는 것으로, 상기 알루미나계 촉진제는 당해 기술분야에서 공지된 통상의 물질이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 상기 알루미나계 촉진제로는 액상CSA(케미콘 사(社))가 사용될 수 있고, 상기 주석산(tartaric acid)은 혼화제에 포함되어 pH를 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)은 도막의 경화 속도를 조절하는 경화제로 사용될 수 있는데, 상기 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)은 경화 속도가 빠르고 백화 현상 등을 방지할 수 있다.
또한, 상기 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)은 콘크리트 구조물 표면의 제거나 기존 도막의 피해를 발생하지 않으면서 용해없이 우수한 부착성을 발현할 수 있고 들뜸 및 박리 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물에 대한 실시예 및 비교예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
< 실시예 1 >
백시멘트(백색 시멘트) 550 중량부, 포틀랜드 시멘트 350 중량부, 석분 175 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 40 중량부, PMMA 수지 조성물 20 중량부, 산가조절제 1 중량부, 차열안료 5 중량부, 방열안료 5 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 2 중량부, 석고 15 중량부, 고무 5 중량부, 배합수 700 중량부, 방동제 0.5 중량부, 혼화제 0.5 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 1 중량부의 중량 비율로 혼합하여 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제조하였다.
< 실시예 2 >
백시멘트(백색 시멘트) 590 중량부, 포틀랜드 시멘트 310 중량부, 석분 155 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 35 중량부, PMMA 수지 조성물 28 중량부, 산가조절제 0.6 중량부, 차열안료 6 중량부, 방열안료 4 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 2.5 중량부, 석고 12 중량부, 고무 6 중량부, 배합수 780 중량부, 방동제 0.2 중량부, 혼화제 0.8 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 0.6 중량부의 중량 비율로 혼합하여 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제조하였다.
< 실시예 3 >
백시멘트(백색 시멘트) 520 중량부, 포틀랜드 시멘트 380 중량부, 석분 190 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 48 중량부, PMMA 수지 조성물 11 중량부, 산가조절제 1.4 중량부, 차열안료 4 중량부, 방열안료 6 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 1.4 중량부, 석고 18 중량부, 고무 4 중량부, 배합수 610 중량부, 방동제 0.8 중량부, 혼화제 0.3 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 1.3 중량부의 중량 비율로 혼합하여 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제조하였다.
< 비교예 >
백시멘트(백색 시멘트) 550 중량부, 포틀랜드 시멘트 350 중량부, 석분 175 중량부, PMMA 수지 조성물 20 중량부, 차열안료 5 중량부, 석고 15 중량부, 고무 5 중량부, 배합수 700 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 1 중량부의 중량 비율로 혼합하여 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 제조하였다.
1. 물성 평가 - 1
다음과 같이 일반적인 도막물성 평가방법에 따라 평가하였고, 그 결과를 하기의 [표 1]에 나타내었다.
1. 투습도는 KS F 4936의 콘크리트 보호용 도막재의 시험방법에 따라 평가하였다.
2. 차열성은 철판(300mm X 300mm X 0.5mm)에 도장한 시편을 스티로폼의 재질로 지붕부분이 개방되게 제작된 모형집(250mm X 250mm X 150mm)의 지붕부분에 외부공기가 유입되지 않도록 밀봉거치시킨다. 시험편 상부 30cm 높이에 적외선 램프(오스람사, E27 screw base, 250W)를 30분간 조사하여 시간대별 지붕내부표면과 실내의 온도를 디지털 온도센서(OMEGA, Model HH21)로 측정하여 초기 및 30분 조사 후의 온도차로서 상대적 차열성능을 측정한다. 이때 이러한 차열 성능 측정기기는 밀폐된 장소에 설치한다.
3. 태양방사 반사율 측정은 KSM 5987 차열도료의 태양방사 반사율 측정방법에 따라 가로와 세로가 각각 20cm X 30cm이고, 두께가 3.0mm인 유리기판에 도장한 시편을 UV Visible spectro photometer(분광측정기, Jasco V-670, 파장 250~2500nm)를 이용하여 태양방사 반사율을 측정하였다.
4. 표면저항은 가로 15㎝, 세로 30㎝인 두께 3㎜의 유리판 소지에 도포한 시편을 ASTM-D257 측정방법에 따라 Agilent사의 High resistance meter를 사용하여 온도 23℃, 상대습도 50%에서 인가전압 100V로 표면저항을 측정하였다.
5. 촉진오염성
촉진오염성 시험은 콘크리트 시편에 미네랄스피리트에 흑색의 카본을 20%로 분산시킨 것을 사용하여 스프레이 후 80±2℃, 5시간 침적 건조시킨 후 물 세척 실험을 통하여 물세척 전후의 명도지수차로 판정하였다.
명도지수차 측정은 KS M 5000-3031의 도료색상의 명도지수차 시험방법에 따라 45°, 0°확산반사율 측정기를 사용하여 명도지수를 측정하였으며 명도지수값은 아래의 식에 의해 계산하였다.
여기서, L은 명도지수, Y는 시감확산 반사율이다.
ΔL = L1 － L0
ΔL은 폭로 시험전후에 있어서 두시험판의 명도지수차
이때, 명도지수차가 작을수록 내오염성이 양호하다.
| 시험 항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 | ||||
| 투습도(㎎/㎠·day) | 2.3 | 2.2 | 2.1 | 3.4 | ||||
| 차열성 | 지붕내부표면온도 (℃) |
조사전 | 26.4 | 26.5 | 26.4 | 26.5 | ||
| 조사후 | 50.7 | 51.4 | 50.2 | 57.2 | ||||
| 온도차(Δ℃) | 24.3 | 24.9 | 23.8 | 30.7 | ||||
| 실내온도 (℃) |
조사전 | 26.4 | 26.5 | 26.4 | 26.5 | |||
| 조사후 | 34.1 | 34.0 | 34.2 | 38.6 | ||||
| 온도차(Δ℃) | 7.7 | 7.5 | 7.8 | 12.1 | ||||
| 태양방사 반사율(%) | 63.3 | 68.4 | 71.9 | 31.2 | ||||
| 표면저항(Ω/sq) | 5.2×107 | 5.0×107 | 5.8×107 | 3.8×1014 | ||||
| 촉진오염성(ΔL) | -0.78 | -0.92 | -1.07 | -6.78 | ||||
상기 [표 1]을 참조하면, 실시예 1, 2, 3에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 부착강도, 투습도, 차열성 등의 물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
2. 물성 평가 - 2
실시예 1에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물을 노출콘크리트 구조물의 표면에 도포한 후 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기의 [표 2]에 나타내었다.
| 항목 | 단위 | 결과 | |
| 부착강도 | 7일 | N/mm2 | 26.8 |
| 28일 | N/mm2 | 31.9 | |
| 압축강도 |
7일 | N/mm2 | 422 |
| 14일 | N/mm2 | 495 | |
| 28일 | N/mm2 | 518 | |
| 휨강도 |
7일 | N/mm2 | 76.6 |
| 14일 | N/mm2 | 80.2 | |
| 28일 | N/mm2 | 84.8 | |
| 흡수비 |
1시간 | % | 1.85 |
| 5시간 | % | 2.04 | |
| 24시간 | % | 3.27 | |
| 건조수축률 | % | 0.02 | |
| 탄성계수 | N/mm2 | 8.7×104 | |
상기 [표 2]를 참조하면, 실시예 1에 따른 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물은 부착강도, 압축강도, 인장강도 등의 물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (3)
- 백시멘트, 포틀랜드 시멘트, 석분, 폴리우레탄 프리폴리머, PMMA 수지 조성물, 산가조절제, 차열안료, 방열안료, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one), 석고, 고무, 배합수, 방동제, 혼화제 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 백시멘트 500 내지 600 중량부, 포틀랜드 시멘트 300 내지 400 중량부, 석분 150 내지 200 중량부, 폴리우레탄 프리폴리머 30 내지 50 중량부, PMMA 수지 조성물 10 내지 30 중량부, 산가조절제 0.5 내지 1.5 중량부, 차열안료 3 내지 7 중량부, 방열안료 3 내지 7 중량부, 2,6-디메틸헵탄-4-온(2,6-dimethylheptan-4-one) 1 내지 3 중량부, 석고 10 내지 20 중량부, 고무 3 내지 7 중량부, 배합수 600 내지 800 중량부, 방동제 0.1 내지 1 중량부, 혼화제 0.1 내지 1 중량부 및 1,3-bis(아미노메틸)벤젠(1,3-bis(Aminomethyl)Benzene) 0.5 내지 1.5 중량부의 중량 비율로 포함된 것을 특징으로 하는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물.
- 제 2항에 있어서,
상기 석분은 입도가 4 내지 8mm 범위인 것이 사용되고, 상기 고무는 스티렌/부타디엔 고무(SBR)가 사용되는 것을 특징으로 하는 노출콘크리트 구조물 보수보강재 조성물.
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| KR20230066158A (ko) | 2023-05-15 |
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