본 발명은 콘크리트 구조물을 보수하고 마감하는 공법에 관한 것으로, 하지가 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 분말 프라이머를 적정량의 물과 섞어 도포하고, 이에 폴리머 모르타르로 표면을 정리하여 단면을 복구하며, 이를 경화한 뒤에 세라믹 코팅으로 경화하여 콘크리트 구조물을 보수·마감함에 따라, 경제적이면서도 내구성, 내후성, 내식성 및 친환경적인 보수, 마감을 할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물을 보수하고 마감하는 공법을 도1을 참고하여 대략 설명하면, 이는 보수가 필요한 콘크리트 구조물의 표면을 그라인더로 돌출된 부분이나 노후화된 부분을 갈아 내어 정리하고, 고압의 물로 세척해 내어 건조하여 표면을 정리하는 하지 정리 공정(S1); 상기 정리된 표면에 분말 프라이머에 물을 섞어 도포하는 프라이머 처리 공정(S2); 상기 프라이머가 경화되기 전에 폴리 머 모르타르로 콘크리트 구조물의 표면을 매끄럽게 하여 경화하는 단면 복구 공정(S3); 상기 표면에 세라믹 코팅하는 마감 공정(S4)으로 콘크리트 구조물의 표면의 보수 및 마감을 완료하며, 이러한 공정의 내용을 그 공정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 하지 정리 공정(S1)은, 보수가 필요한 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 것으로, 노후화된 부분이나 튀어나온 부분 등을 그라인더 등을 이용해 갈아내고, 이에 발생한 분진이나, 기존에 있던 이물질, 먼지, 기름때 등을 고압의 물을 분사하여 깨끗이 하며, 완전히 건조하는 공정이다.
한편, 본 발명은 기존 노후화된 콘크리트 구조물은 물론 신축된 콘크리트 구조물에도 적용가능한바, 신축된 콘크리트 구조물의 경우에는 그 표면을 깨끗이 정리하는 정도로 하지 정리를 하게 되며, 또한, 본 발명은 콘크리트로 이루어진 정수장 같은 곳에도 적용한바, 이때, 적정 두께로 그라인더로 갈아내고 표면을 깨끗이 한다.
둘째로, 프라이머 처리 공정(S2)은, 분말 프라이머와 물을 적정하게 섞은 프라이머를 상기 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 것으로, 상기 분말 프라이머의 자세한 중량비를 살펴보면, 보통 포틀랜드 시멘트(OPC, Ordinary Portland Cement) 35wt%; 0.05 내지 0.1㎜의 크기를 가지는 모래 16wt%; 미분 형태의 모래 30wt%; 속경형 알루미나 시멘트 4wt%; 천연무수석고 4.4wt%; 실리카퓸 1.1wt%; 셀 파이버(cell fiber) 0.22wt%; 지연제 0.1wt%; 접착제 성분을 가지는 파우더 폴리머 레진(powder polymer resin) 6.9wt%; 증점제 0.28wt%; 탄산칼슘 2wt%로 이루어져, 외관으로 분말형태를 가지는 분말 프라이머를 구성한다.
또한, 이렇게 구성하는 분말 프라이머는 현장에서 물과 적절하게 배합되어 프라이머(primer)로 이용되는데, 엷게 혼합되어 분사하는 형식으로 도포되기도 하고, 된반죽으로 혼합되어 미장하는 형식으로 크랙(균열, 틈)이 발생한 부분을 메우면서 도포 되기도 하는데, 이렇게 도포된 프라이머는 완전히 경화되기 전에 다음 공정을 진행한다.
셋째로, 단면 복구 공정(S3)은, 상기 도포된 프라이머가 완전히 경화되기 전(상기 프라이머를 도포하고 20~30분 내외) 반죽이 된 폴리머 모르타르를 상기 구조물 면에 발라 미장하여 단면을 매끄럽게 하되, 크랙이 발생한 부분은 그 공간을 메워 보수하며, 그 표면은 원래의 콘크리트 구조물 표면 형태를 가지도록 매끄럽게 미장하여 단면을 복구하도록 하며, 적절한 양생 기간을 두어 경화하도록 한다.
참고로, 신축 콘크리트 구조물의 경우에는 대략 폴리머 모르타르를 5㎜ 이내로 도포하고, 노후화된 콘크리트 구조물의 경우에는 현상에서 상태를 보고 5 내지 50㎜ 정도를 바르도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반죽이 된 폴리머 모르타르는 일반적인 폴리머 모르타르에 적정 비율의 물을 포함하여 사용할 수 있으나, 폴리머 모르타르를 구성하는 배합비를 살펴보면, 이는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 29wt%; 0.3 내지 0.6㎜의 크기를 가지는 모래 20wt%; 0.1 내지 0.2㎜의 크기를 가지는 모래 40wt%; 속경형 알루미나 시멘 트 3.2wt%; 천연무수석고 3wt%; 실리카퓸 1.1wt%; 셀 파이버(cell fiber) 0.14wt; 지연제 0.1wt%; 접착제 성분을 가지는 파우더 폴리머 레진(powder polymer resin) 2.5wt%; 증점제 0.26wt%; 경화촉진제 0.2wt%; 유동화제 0.5wt%로 이루어져, 외관으로 분말 형태를 가지는 폴리머 모르타르를 구성하고, 이는 현장에서 물과 적절히 배합되어 반죽한 형태(paste 형태)로 만들어 콘크리트 구조물의 단면 복구에 이용된다.
참고로, 상기 폴리머 모르타르의 모래의 크기 범위를 0.1∼0.2㎜ 및 0.3∼0.6㎜의 두 가지의 범위를 두는 것은, 상기 분말 프라이머의 모래 크기 범위보다는 크면서도(분발 프라이머보다 큰 공극을 형성), 두 범위 모래에 의해 더 치밀하게 혼합될 수 있도록 하는 것(큰 모래에 의해 발생한 비교적 큰 공극은 작은 모래에 의해 메워질 수 있도록 하는 것)이다.
그리고 상기 분말 프라이머와 폴리머 모르타르의 각 배합비를 시각적으로 보이도록 다음 표1로 나타내었다.
종류 |
배합비(wt%) |
분말 프라이머 |
폴리머 모르타르 |
보통 포틀랜드 시멘트 |
35 |
29 |
모래 |
미분 |
30 |
· |
0.05 내지 0.1㎜ |
16 |
· |
0.1 내지 0.2㎜ |
· |
40 |
0.3 내지 0.6㎜ |
· |
20 |
속경형 알루미나 시멘트 |
4 |
3.2 |
천연무수석고 |
4.4 |
3 |
실리카퓸 |
1.1 |
1.1 |
셀파이버 |
0.22 |
0.14 |
지연제 |
0.1 |
0.1 |
파우더 폴리머 레진 |
6.9 |
2.5 |
증점제 |
0.28 |
0.26 |
탄산칼슘 |
2 |
· |
경화촉진제 |
· |
0.2 |
유동화제 |
· |
0.5 |
총량 |
100 |
100 |
이와 함께, 상기 도포된 프라이머가 경화되기 전에 반죽이 된 폴리머 모르타르가 발라짐에 따라, 그 경계 부분에는 그 접착 강도가 더 세지는데, 이는 상기 프라이머가 반죽이 된 폴리머 모르타르에 비해 더 많은 공극을 가지고, 이 공극으로 상기 폴리머 모르타르의 물질이 공극으로 채워지면서(상기 제시된 배합비에서의 분말 프라이머의 내부에는 0.1∼0.2㎜ 및 0.3∼0.6㎜의 두 가지의 범위를 가지는 모래를 포함하고 있고, 이들 모래 입자 사이에 의해 공극이 발생하고, 이에 비해, 상기 제시된 배합비에서의 폴리머 모르타르에서는 모래의 크기가 상기 분말 프라이머에 포함된 모래의 크기보다 작음) 더 높은 부착강도가 있으며, 기존보다 낮은 양의 접착제(파우더 폴리머 레진)를 포함하면서도 높은 접착성을 가지면서도 작업성이 좋고, 높은 강도를 가지게 된다.
따라서, 상기 단면 복구 공정(S3)에서는, 폴리머 모르타르를 바르면서 이미 도포된 프라이머와 잘 결합 될 수 있도록 미장을 하면서 적절한 압력을 주는 것이 바람직하다.
한편, 상기 분말 프라이머와 폴리머 모르타르에 포함되는 보통 포틀랜드 시멘트, 모래, 속경형 알루미나 시멘트, 천연무수석고, 실리카퓸, 셀 파이버, 지연제, 파우더 폴리머 레진, 증점제, 탄산칼슘, 경화촉진제, 유동화제 등은 일반적으로 건축, 또는 토목 분야에서 널리 이용되거나 그 분야의 사람이라면 충분히 인지하고 있는 것으로 각각에 대한 별도의 설명은 생략하였다.
마지막으로, 마감 공정(S4)은, 상기 콘크리트 구조물의 표면에 세라믹 코트를 이용하여 세라믹 코팅을 하는 것으로, 특별히 눈에 띄지 않는 위치라면 투명한 세라믹 코팅을 하고, 또는, 심미성을 위해서 기존의 색상 또는 원하는 색상이나 지정된 색상으로 세라믹 코팅을 하는 것이 바람직하며, 이러한 세라믹 코팅으로 콘크리트 구조물의 표면을 마감하여, 콘크리트 구조물의 보수 및 마감 작업을 완료한다.
한편, 상기 세라믹 코트를 설명하면, 이는 아크릴 변성 세라믹 레진(resin)을 주성분으로 하며, 그 주요 반응 메커니즘은, 주제(레진)의 실라놀기(Si-OH)와 경화제의 실라놀기(Si-OH) 가수분해 및 중축합을 통하여 Si-O-Si의 유리질 막을 형성하게 되며, 또한, 상기 세라믹 코트는 나노 입자의 레진과 함께, 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 탄화규소(SiC) 등의 세라믹 미세 분말 등이 첨가되어, 이러한 세라믹 코트를 통한 세라믹 코팅은 내식성, 내산성, 내열성 등의 우수한 성질을 가지게 된다.
또한, 이러한 마감 공정(S4)은, 상기 폴리머 모르타르로 미장하는 단면 복구 공정(S3)에서 그 마감 표면이 충분히 매끄럽고, 별도의 세라믹 코팅이 필요없는 곳에는 생략할 수 있는 공정이다.
이와 같이 완료한 콘크리트 구조물의 보수 및 마감 방법은, 상기 분말 프라이머와 폴리머 모르타르의 결합으로 높은 접착강도를 가지면서도, 기존 보다 적은 양의 접착제를 포함하므로, 경제적이면서도 강도가 좋고, 단면 복구시에 작업성이 좋고, 그 표면을 매끄럽게 표현할 수 있으며, 양생 기간이 짧아 공기가 짧은 특징이 있다.
더욱이 상기 콘크리트 구조물의 표면은 세라믹 코팅으로 마감되어, 내식성, 내후성, 내열성, 내충격이 우수하여, 외부에 노출되어 있어도 오래가면서 내부 구조를 보호하는 특성이 있고, 환경친화적이어서 인체에 해를 끼치지 않은 특성이 있다.
참고로, 한국건자재시험연구원(대구·경북지원)에 의뢰하여, 상기 분말 프라이머, 폴리머 모르타르, 세라믹 코트의 시험(검사) 성적서를 다음 표2 내지 표7을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 표2는 상기 분말 프라이머의 부착강도로 제작한 시료의 시험 성적서로써, 시험은 온도 22∼24℃, 상대 습도 52 ∼59%R.H 의 시험환경에서 진행되었고, 그 결과는 다음과 같다.
시험항목 |
결과 |
시험방법 |
부착강도(N/㎡) |
1 |
2 |
3 |
KS F 4716 : 2001 |
1.65 |
1.61 |
1.64 |
※ 시료크기 : (70×70×40)㎜ 모르타르 밑판에 (40×40)㎜ 로 시료 도포
그리고 표3 및 표4는 상기 폴리머 모르타르로 제작한 시료의 부착강도 및 압축강도에 대한 각각의 시험(검사) 성적서로써, 그 결과는 다음과 같다.
시험항목 |
결과 |
시험방법 |
부착강도(N/㎡) |
1 |
2 |
3 |
KS F 4716 : '01 |
1.01 |
0.92 |
0.88 |
※ 시료크기 : (70×70×40)㎜ 모르타르 밑판에 (40×40)㎜ 로 시료 도포
시험항목 |
결과 |
시험방법 |
부착강도(Kgf/㎠) |
1 |
2 |
3 |
KS L 5105 : '02 |
364 |
369 |
367 |
※ 시료크기 : (50×50×50)㎜
이에 덧붙여 표5는 상기 분말 프라이머와 폴리머 모르타르 합한 것으로 제작한 시료의 부착강도에 대한 각각의 시험 성적서로써, 시험은 온도 22∼24℃, 상대 습도 52 ∼59%R.H 의 시험환경에서 진행되었고, 그 결과는 다음과 같다.
시험항목 |
결과 |
시험방법 |
부착강도(N/㎡) |
1 |
2 |
3 |
KS F 4716 : 2001 |
1.53 |
1.57 |
1.55 |
※ 시료크기 : (70×70×40)㎜ 모르타르 밑판에 (40×40)㎜ 로 시료 도포
이렇게 표2와 표3 및 표5를 대비해 보면, 폴리머 모르타르가 분말 프라이머에 비해 부착강도가 낮으나, 이 둘을 합하게 되면, 표4와 같이 폴리머 모르타르에 근접하게 되어, 폴리머 모르타르에 접착제(파우더 폴리머 레진)가 기존 보다 낮은 배합비로 포함되어도, 분말 프라이머에 의해 접착 성능을 향상할 수 있으며, 이러한 결과를 볼 때, 상기 프라이머 처리 공정(S2)과 단면 복구 공정(S3)으로 도포, 마감된 프라이머와 폴리머 모르타르의 경계에는 폴리머 모르타르의 부착 능력보다 더 높은 부착이 이루어져 폴리머 모르타르의 탈리를 최소화하게 됨을 알 수 있다.
다음 표6와 표7은 각각 세라믹 코트에 대한 시험 성적서로써, 그 결과는 다음과 같다.
시험항목 |
결과 |
시험항목 |
내식성(5% NaCl×1 000h) |
겉모양 |
이상없음 |
의뢰자 제시방법 |
※ 위 결과는 의뢰자가 제작·양생한 시험편{(70×150)㎜ 철판에 세라믹 코트 도포}에 대한 결과임.
시험항목 |
결과 |
시험방법 |
부착성 |
100/100 |
KS D 6711-02' |
도막경도 |
연필 긁기 값 |
6H |
내수성 (20±3℃×500h) |
겉모양 |
이상없음 |
JIS K 5400-'90 |
내오염성 |
이상없음 |
내열성(200℃×2h) |
겉모양 |
이상없음 |
의뢰자 제시방법 |
내산성(5% HCl×168h) |
겉모양 |
이상없음 |
내알카리성(5% NaOH×168h) |
겉모양 |
이상없음 |
내식성(5% NaCl×168h) |
겉모양 |
이상없음 |
이와 같이 표6 및 표7을 살펴볼 때, 상기 세라믹 코트를 이용한 세라믹 코트는, 부착성이 우수하고, 표면에 쉬이 긁힘이 발생하지 않으며, 내수성, 내오염성, 내열성, 내산성, 내알카리성, 내식성이 우수함을 알 수 있다.