KR20010094782A - 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트에 관한 것으로, 폴리머와 시멘트 콘크리트와의 결합력이 우수하면서도 시멘트 콘크리트에 방수성이나 내약품성, 내해수성 등의 폴리머 특성이 보강될 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머 코팅층이 시멘트 콘크리트 제조과정에서 일체화하여 제조할 수 있도록 한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이형제로 처리한 금형의 일측 표면에 폴리머 페이스트를 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전에 결합재를 살포한 다음 그 표면에 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층을 형성한 후 완전 경화시키고 탈형함에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 결합재로 입도가 1mm 내지 3mm의 모래를 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1 이상으로 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.

Description

폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법{The manufacturing method of cement concrete with polymer coating layer}

본 발명은 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리머 코팅층과 시멘트 콘크리트와의 결합력이 우수하면서도 시멘트 콘크리트에 방수성이나 내약품성, 내해수성 등과 같은 폴리머의 특성이 보강될 수 있도록 함으로써 각종 오폐수시설이나 해양구조물과 같이 내약품성, 내해수성 및 방수성을 필요로 하는 제품이나 시설에 사용될 수 있도록 한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 시멘트 콘크리트 또는 시멘트 몰탈(이하 총칭하여 "시멘트 콘크리트"로 표기한다)은 시공이 간편하고, 내구성 및 경제성 등에 있어서 유리한 특성을 가지고 있어 각종 건축자재로써 다양하게 사용되고 있다.

그러나 상기한 시멘트 콘크리트는 방수성이 낮고, 수축성, 부식성, 접착성, 염화물 이온의 침투에 의한 철근의 부식 및 알칼리 골재와의 반응 등 많은 결점을 가지고 있다.

특히, 시멘트 콘크리트 제품 중 방수성을 필요로 하는 맨홀, 전력구, 케이블트로프 등에서는 방수성의 결여로 항상 누수에 의한 사고발생의 위험요소를 가지고 있으며, 또한 내약품성을 필요로 하는 오폐수처리 시설의 하수관이나 박스칼버트 등에서는 시멘트 콘크리트의 내약품성 결여로, 인공어초와 같은 해양구조물 등에서는 내해수성 결여로 인한 부식으로 제품의 수명이 짧아지는 등 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

그에 따라 상기와 같은 시멘트 콘크리트가 가지는 결점을 보완하여 내구성 및 경제성이 우수할 뿐만 아니라 방수성이나 내해수성, 내약품성이 보강되어 각종 구조물의 수리, 지하구조물, 해양구조물 등에 이용할 수 있도록 시멘트 콘크리트에 폴리머 코팅층을 형성시키는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되었다.

상기한 시멘트 콘크리트에 폴리머 코팅층을 형성시키는 일반적인 방법은 완전 경화된 시멘트 콘크리트 표면에 폴리머를 도포하고 일정시간 동안 경화시켜 코팅층을 형성하는 것이다.

그러나 상기한 방법으로 시멘트 콘크리트에 폴리머 코팅층을 형성하는 경우 면이 거칠어 제품의 가치가 떨어지고, 초기에는 단단하게 부착되지만 시간이 경과함에 따라 시멘트콘크리트층과 폴리머 코팅층과의 열팽창계수 차이로 인해 단단하게 부착되지 못하고 쉽게 분리되는 문제점이 발생하였다.

또한 액상의 폴리머가 시멘트 콘크리트 표면에서 경화되면 폴리머의 표면장력 및 수축현상의 발생으로 인해 시멘트콘크리트층에 단단하게 고정되지 못하고 쉽게 탈리된다는 문제점도 발생하였다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 출원번호 제2000-6144호의 '폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법'에 관한 기술을 선출원 한 바 있다.

상기 방법은 이형제로 처리한 금형의 일측 표면에 폴리머 페이스트를 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전에 초핑한 유리섬유를 뿌려 유리섬유층을 형성시킨 다음, 그 표면에 시멘트 페이스트를 거칠게 발라 시멘트페이스트층을 형성하고, 상기 시멘트 페이스트가 응결된 다음 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층을 형성한 후 완전 경화시켜 탈형하여 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트를 제조하는 기술에 관한 것이다.

그러나 상기한 방법은 종래의 다른 방법에 비해 폴리머 코팅층과 시멘트콘크리트층과의 부착강도가 크게 개선되었다는 장점은 있으나, 여전히 부착력이 낮아 폴리머 코팅층과 시멘트콘크리트층이 분리된다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로 폴리머와 시멘트 콘크리트와의 결합력이 우수하면서도 시멘트 콘크리트에 방수성이나 내약품성, 내해수성 등의 폴리머 특성이 보강될 수 있을 뿐만 아니라, 폴리머 코팅층이시멘트 콘크리트 제조과정에서 일체화하여 제조할 수 있도록 한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 폴리머층 2 : 결합재층 3 : 시멘트콘크리트층

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이형제로 처리한 금형의 일측 표면에 폴리머 페이스트를 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전에 결합재를 살포한 다음 그 표면에 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층을 형성한 후 완전 경화시키고 탈형함에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 결합재로 입도가 1mm 내지 3mm의 모래를 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1 이상으로 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 하나 본 발명은 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명의 일실시예에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 단면도로, 상기 도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트는 폴리머층(1) 상부에 모래로 된 결합재층(2)이 형성되고, 상기 결합재층(2) 상단에 시멘트콘크리트층(3)이 형성된다.

상기 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트는 먼저 이형제로 처리한 금형의 일측에 폴리머 페이스트를 발라 폴리머층(1)을 형성하고, 상기 폴리머층(1)이 경화되기 전에 입도 1mm 내지 3mm를 갖는 모래를 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1이상을 사용하여 침적시켜 모래로 된 결합재층(2)을 형성시켜 완전 경화시킨다음, 그 표면에 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층(3)을 형성한 후 완전 경화시켜 탈형함으로써 제조하게 된다.

상기에서 폴리머층(1)은 시멘트 콘크리트의 결점을 보완하기 위하여 형성하는 것으로 방수성, 내해수성 및 내약품성 등을 증가시킬 수 있으며, 상기 폴리머층(1) 형성을 위하여 사용 가능한 수지로는 대부분의 열경화성 수지를 사용할 수 있으나, 불포화 폴리에스터수지, 에폭시수지, 우레탄수지 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

이때 폴리머층(1)은 폴리머 100중량부에 대하여 수축저감제 20중량부 내지 30중량부, 충진제 15중량부 내지 25중량부 및 경화제 1중량부 내지 2중량부가 배합된 것을 사용하였으며, 그 두께는 용도에 따라 적당히 조절할 수 있다.

상기에서 수축저감제로 열가소성인 폴리스틸렌을 스틸렌 모노머에 용해시킨 것을 사용하였는데, 이것은 불포화 폴리에스터수지가 경화되는 동안 재료가 응집하기 때문에 발생하는 수축을 방지하기 위한 것으로 수축저감제의 첨가량이 30중량부를 초과할 경우 강도가 약해지고, 20중량부 미만일 경우 강도는 강해지나 불포화 폴리에스터수지의 수축을 방지하지 못하는 문제점이 발생하므로 수축저감제의 첨가량은 20중량부 내지 30중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

일반적으로 충진제는 비교적 고가인 폴리머의 사용량을 줄일 목적으로 사용하는데 본 발명에서는 저가이면서 구입이 용이한 탄산칼슘을 사용하였으며, 이때 충진제의 첨가량이 25중량부를 초과할 경우 충진이 잘되어 강도는 강해지나 폴리머의 양이 상대적으로 줄어들기 때문에 모래로 된 결합재층(2) 형성시 모래의 침적이제대로 이루어지지 않는다는 문제점이 발생하며, 충진제가 15중량부 미만일 경우 혼합은 용이하나 강도가 저하된다는 문제점이 발생하게 된다.

또, 경화제는 불포화 폴리에스터수지가 경화반응을 할 수 있도록 첨가하는 것으로, 속경형, 표준 경화형 및 지연형 3종류가 있으나, 본 발명에서는 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드(methyl ethyl ketone peroxide)를 55%함유하는 표준 경화형 경화제를 사용하였으며, 그 첨가량은 2중량부를 초과할 필요가 없으며 1중량부 미만일 경우 경화시간이 지연되는 문제점이 발생하므로 경화제의 첨가량은 1중량부 내지 2중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 폴리머층(1)을 형성시킨 다음, 상기 폴리머층(1)이 경화되기 전 그 표면에 모래를 침적시켜 모래로 된 결합재층(2)을 형성하게 된다.

이때 폴리머층(1)이 경화되기 전에 모래를 침적시키게 되면 모래의 일부분은 폴리머층(1) 내부로 침적되나 일부는 폴리머층(1)에 도1과 같이 무질서하게 부분침적되어 폴리머층(1)과 단단하게 부착되게 되고, 상기 모래가 침적된 폴리머층(1)이 경화된 후 시멘트콘크리트를 타설하게 되면 폴리머층(1) 외부로 돌출된 모래의 일부분과 시멘트콘크리트가 부착되어 결과적으로 폴리머층(1)과 시멘트콘크리트층(3)이 단단하게 부착될 수 있는 것이다.

특히, 상기 모래의 입도가 1mm미만일 경우 폴리머층(1) 표면에 부분침적되어 외부로 돌출되는 모래의 돌출부가 작아 시멘트콘크리트층(3)과의 접착성이 저하된다는 문제점이 발생하게 되고, 모래의 입도가 3mm를 초과할 경우 모래가 폴리머층(1) 내부로 충분히 침적되지 않아 부착력이 저하된다는 문제점이 발생하게되므로 모래의 입도는 1mm 내지 3mm가 바람직하다.

또한 모래의 사용량이 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1 미만일 경우 대부분의 모래가 폴리머층(1) 내부로 침적되어 폴리머층(1)에 부분침적되는 모래량이 저하되어 결과적으로 폴리머층(1)과 시멘트콘크리트층(3)과의 부착력이 저하된다는 문제점이 발생하게 되며, 특히 모래의 사용량이 과량일 경우 침적되지 않은 모래는 털어 내어 제거하면 되므로 모래의 사용량은 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1 이상으로 충분히 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 결합재층(2)을 형성한 다음 시멘트콘크리트를 타설하여 완전 경화시켜 최종적으로 탈형하게 되면 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조할 수 있게 되는 것이다.

이때 시멘트 콘크리트와 폴리머코팅층의 부착강도를 증진시키기 위해 통상의 방법으로 시멘트콘크리트를 제조하는 과정에서 시멘트와 물의 비를 1:0.4 내지 1:0.5의 비율이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기에서 시멘트와 물의 비가 1:0.4 미만일 경우 물의 양이 적어 혼합이 용이하지 못할 뿐만 아니라 반죽후 모래층 속으로 시멘트 풀이 충분히 침투하지 못하여 부착강도가 저하된다는 문제점이 발생하게 되고, 시멘트와 물의 비가 1:0.5를 초과할 경우 물의 양이 많아 시멘트 콘크리트가 흘러내리는 현상(Bleeding 현상)이 발생하여 제품제조에 적합하지 못하다는 문제점이 발생하게 되므로 시멘트와 물의 비를 1:0.4 내지 1:0.5의 비율이 되도록 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나 본발명은 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1 내지 5>

불포화폴리에스터수지 1kg에 대하여 수축저감제와 충진제를 하기한 표1과 같은 비율로 혼합하고 경화제 1중량부를 첨가하여 폴리머 페이스트를 제조하여 가로 300mm, 세로 300mm, 두께 30mm 금형의 일측표면에 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전 입도가 1mm 내지 3mm인 모래를 폴리머 사용량에 대하여 1:1.1이 되도록 사용하여 침적시켜 모래로 된 결합재층을 형성한 다음, 상기 결합재층 표면에 시멘트와 물의 비를 1:0.45로 하여 제조한 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층을 형성한 후 완전 경화시키고 탈형하여 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조한 다음 하기한 방법으로 부착강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

- 부착강도 -

ASTM C 822(콘크리트와 에폭시 수지의 부착강도 시험방법)에 제시된 방법에 의해 인스트론(INSTRON) 만능시험기(50t)를 이용하여 폴리머부분과 콘크리트 부분이 분리될 때의 하중을 부착면적으로 나눈 값을 부착강도로 하였다.

<실시예 6 내지 7>

불포화폴리에스터수지 1kg에 대하여 수축저감제 250g중량부, 충진제 20g 및 경화제 1g를 첨가하여 폴리머 페이스트를 제조하여 가로 300mm, 세로 300mm, 두께 30mm 금형의 이형제로 처리된 일측표면에 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전 하기한 표1의 입도를 갖는 모래를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조한 다음 실시예1과 동일한 방법으로 부착강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

<실시예 8>

불포화폴리에스터수지 1kg에 대하여 수축저감제 250g중량부, 충진제 20g 및 경화제 1g를 첨가하여 폴리머 페이스트를 제조하여 가로 300mm, 세로 300mm, 두께 30mm 금형의 이형제로 처리된 일측표면에 발라 폴리머층을 형성하고, 상기 폴리머층이 경화되기 전 입도가 1mm 내지 3mm인 모래를 폴리머 사용량에 대하여 1:0.8이 되도록 하여 침적시켜 모래로 된 결합재층을 형성하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조한 다음 실시예1과 동일한 방법으로 부착강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

<실시예 9 내지 10>

불포화폴리에스터수지 1kg에 대하여 수축저감제 250g중량부, 충진제 20g 및 경화제 1g를 첨가하여 폴리머 페이스트를 제조하여 가로 300mm, 세로 300mm, 두께 30mm 금형의 이형제로 처리된 일측표면에 발라 폴리머층을 형성하고, 시멘트 콘크리트 제조시 시멘트와 물의 비를 하기한 표1의 비율로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조한 다음 실시예1과 동일한 방법으로 부착강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

불포화 폴리에스터수지 100중량부에 대하여 수축저감제 25중량부, 충진제 30중량부 및 경화제 1중량부를 혼합하여 폴리머 페이스트를 제조한 다음 금형의 일측표면에 발라 폴리머층을 형성하여 경화되기 전 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층을 형성한 후 완전 경화시키고 탈형하여 폴리머코팅층이 형성된 시멘트콘크리트를 제조한 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 부착강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

구분	수축저감제의첨가량(중량부)	충진제의첨가량(중량부)	모래의입도(mm)	폴리머에 대한모래사용량의비율	시멘트와물의 비	부착강도(kfg/㎠)
실시예 1	5	40	1∼3	1:1.1	1:0.45	4.8
실시예 2	20	25	1∼3	1:1.1	1:0.45	7.8
실시예 3	25	20	1∼3	1:1.1	1:0.45	10.7
실시예 4	30	15	1∼3	1:1.1	1:0.45	8.2
실시예 5	40	5	1∼3	1:1.1	1:0.45	5.3
실시예 6	25	20	1이하	1:1.1	1:0.45	5.5
실시예 7	25	20	3∼5	1:1.1	1:0.45	6.7
실시예 8	25	20	1∼3	1:0.8	1:0.45	4.4
실시예 9	25	20	1∼3	1:1.1	1:0.35	6.2
실시예 10	25	20	1∼3	1:1.1	1:0.60	8.2
비교예 1	25	30	-	-	1:0.50	-

상기 표1에서 보는 바와 같이 수축저감제와 충진제의 첨가량을 변화시키면서 실시한 실시예1 내지 5의 경우 수축저감제의 첨가량이 본 발명의 범위내인 20중량부 내지 30중량부 첨가한 실시예2내지 실시예4의 경우 부착강도가 매우 우수하며, 특히 본 발명의 최적조건에서 실시한 실시예3이 부착강도가 매우 뛰어난 것을 알 수 있으나, 본 발명의 범위를 벗어나는 실시예1과 실시예5의 경우 부착강도가 떨어지는 것을 상기 표1을 통해 확인할 수 있다.

또한 모래로 된 결합재층 형성시 모래의 입도를 본 발명의 범위 미만으로 실시한 실시예6 및 모래의 입도를 본 발명의 범위를 초과한 실시예7은 모래의 입도를 본 발명의 범위내인 1mm 내지 3mm 에서 실시한 실시예3에 비해 부착강도가 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

특히 폴리머에 대한 모래사용량의 비율을 본 발명의 범위 미만인 1:0.8로 실시한 실시예8의 경우 모래사용량의 비율을 본 발명의 범위 내에서 실시한 실시예3에 비해 부착강도가 크게 떨어진 것을 확인할 수 있다.

또한 시멘트와 물의 비를 본 발명의 범위 미만에서 실시한 실시예9 및 본 발명의 범위를 초과하여 실시한 실시예10은 실시예3에 비해 부착강도가 저하된 것을 알 수 있다.

상기 표1에서 종래의 방법으로 시멘트콘크리트층에 폴리머코팅층을 형성시킨 비교예1은 그 부착강도를 측정할 수 없었는데, 그 이유는 폴리머층과 시멘트콘크리트층이 부착강도 측정과정에서 바로 분리되었기 때문에 수치상으로 나타낼 수 없어 공란으로 나타내었다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 폴리머와 시멘트 콘크리트와의 결합력이 우수하면서도 시멘트 콘크리트에 방수성이나 내약품성, 내해수성 등의 폴리머 특성이 보강될 수 있도록 한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 이형제로 처리한 금형의 일측 표면에 폴리머 페이스트를 발라 폴리머층(1)을 형성하고, 상기 폴리머층(1)이 경화되기 전에 결합재를 살포하여 결합재층(2)을 형성한 다음 그 표면에 시멘트 콘크리트를 타설하여 시멘트콘크리트층(3)을 형성한 후 완전 경화시키고 탈형함에 의한 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법에 있어서, 상기 결합재로 입도가 1mm 내지 3mm의 모래를 폴리머 사용량에 대하여 부피비로 1:1.1 이상으로 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 폴리머층(1)은 폴리머 100중량부에 대하여 수축저감제 20중량부 내지 30중량부, 충진제 15중량부 내지 25중량부 및 경화제 1중량부 내지 2중량부가 배합된 것을 사용하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 시멘트콘크리트층(3)은 시멘트와 물의 비를 1:0.4 내지 1:0.5의 비율이 되도록 하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 코팅층이 형성된 시멘트 콘크리트의 제조방법.