KR20200016104A - 아라미드섬유 혼입 폴리머모르타르와 은나노를 적용한 항균 및 기능성 표면보호재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 - Google Patents
아라미드섬유 혼입 폴리머모르타르와 은나노를 적용한 항균 및 기능성 표면보호재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 일 측면에서, 아라미드섬유 혼입 폴리머모르타르와 은나노를 포함하는 표면 보호재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다. 상기 공법은, 콘크리트 구조물의 표면강화 및 보수 보강 효율을 크게 향상시키는 표면처리가 가능하며, 단면복구 미장에 의한 콘크리트 구조물의 보수 보강 효과를 현저히 상승시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 공법은 내산성, 내알칼리성, 내염수성, 난연성, 내오염성 등의 내화학성과, 내마모성, 내충격성 등의 물리적 성능, 및 항균성이 우수하며, 속건성 특성을 가져 공법에 소요되는 시간도 크게 단축시킬 수 있다.
Description
본 발명은 아라미드섬유 혼입 폴리머모르타르와 은나노를 포함하는 표면 보호재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은, 오랜 시일이 경과함에 따라 산성비, 대기오염, CO2, SO2, 염해 등에 의해 중성화(탄산화)가 진행되어 구조물 표면이 열화되기 시작하여 결국에는 콘크리트 구조물 전체의 내구성 저하 등의 여러 문제가 발생하게 된다. 이렇게 열화된 콘크리트 구조물을 보수 보강 하는 공법으로는 이미 다양한 기술이 개발되어 있고 계속 새로운 공법이 개발되고 있어, 어느 정도 만족할 만한 수준의 보수 보강 공법이 시행되고 있다.
일반적으로 열화콘크리트 구조물의 보수 보강 공법은 열화된 콘크리트 구조물의 표면으로부터 칩핑 등에 의해 불순물을 제거하는 단계; 표면처리재를 도포하는 단계; 보수모르타르재로 단면복구 미장을 실시하는 단계; 및 상기 미장의 상면에 표면보호재를 도포하는 단계로 구성될 수 있다.
콘크리트 구조물은 초기 pH12~13 정도의 알칼리성을 가지며, 그로 인해 구조물의 안정성이 유지된다. 그러나, 외부 환경에 의해 중성화가 진행되어 열화가 발생하게 된다.
종래 기술의 표면처리재는 주로 아크릴 등의 에멀젼계 폴리머를 사용하는데 이는 열화된 구조물 표면을 조정 정리하는 역할을 한다. 그러나, 종래 기술의 표면처리재는 콘크리트 구조물의 알칼리성의 회복 및 열화된 구조물의 표면강화성능 면에서 부족한 점을 갖고 있다. 또한, 종래의 표면처리재를 사용하는 경우에는 열화되어 노출된 철근에 별도의 방청 작업이 필요하기 때문에, 방청 작업에 많은 시간이 소요되어 공정의 효율이 낮다는 단점을 갖는다.
보수모르타르재는 일반적으로 결합재부, 골재부, 섬유보강재부, 기능성소재부의 조성으로 제조된 분체로 이루어진다. 종래의 보수모르타르재는 다른 성분들과 섬유보강재의 상용성이 부족한 경우가 많고, 섬유보강재의 강도도 부족한 단점을 갖는다.
열화된 콘크리트구조물에 표면처리재를 도포하고, 보수모르타르로 단면복구한 후, 외부의 산성비, CO2, SO2, 염해 등의 부식인자로부터 구조물을 보호하기 위해 반드시 표면보호재를 도포해 주어야 한다. 표면보호재의 도막은 내산성, 내알칼리성, 내염수성, 난연성, 내오염성 등의 내화학성과, 내마모성, 내충격성 등의 물리적 성능이 우수해야 하며, 색상을 자유롭게 선택할 수 있어야 한다.
또한, 콘크리트구조물은 상대적으로 습한 환경에 노출되는 경우가 많고,, 콘크리트구조물에 표면처리재 등을 처리할 때 완벽한 건조가 이루어지지 않는 경우가 많으므로, 표면처리재는 곰팡이 등의 유기체 번식을 방지할 수 있는 항균력이 필요하며, 표면 처리재는 건조 속도를 포함한 건조 효과가 개선되어야 한다.
그러나, 종래의 표면처리재는 상기와 같은 요구조건을 충분히 만족시키지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
인장강도가 현저히 우수한 섬유보강재 및 상기 섬유보강재와 상용성이 우수한 특정의 성분들을 포함하는 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에서, 콘크리트 구조물의 알칼리성을 회복시킴으로써 열화된 구조물의 표면강화성능을 개선시키며, 방청효과도 함께 제공하여 노출된 철근에 대한 별도의 방청작업이 불필요한 표면처리재를 사용하여 콘크리트 구조물의 표면을 처리하는 표면처리 단계를 더 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에서, 내산성, 내알칼리성, 내염수성, 난연성, 내오염성 등의 내화학성과, 내마모성, 내충격성 등의 물리적 성능이 우수하며, 색상을 자유롭게 선택할 수 있는 표면보호재로 도막을 형성하는 표면보호재 도포 단계를 더 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내부식력, 항균력 및 건조력이 개선된 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인장강도가 현저히 우수한 섬유보강재 및 상기 섬유보강재와 상용성이 우수한 특정의 성분들을 포함하는 포함하는 콘크리트 보수 보강용 모르타르재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일 측면에서, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법으로서, 상기 공법은, (a) 콘크리트 구조물의 알칼리성 회복 및 방청을 위하여 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 표면에 표면처리재를 도포하는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리재 위에, 포틀랜드 시멘트 35~45 중량부, 알루미나 시멘트 5~10 중량부, 포졸란 파우더 5~10 중량부, 실리카샌드 50~55 중량부, 재유화형 분말수지 2~5 중량부, 증점 안정제 메틸셀룰로오스 0.1~0.3 중량부, 폴리카본산계분말 유동화제 0.2~0.5 중량부, 및 아라미드섬유 0.1~0.5 중량부를 포함하는 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 단계; 및 (c) 상기 단면복구 미장의 표면에 표면보호재를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 표면처리재로는 에폭시수지 20~60 중량%, 변성에폭시수지 10~40 중량%, 및 용제 7~70 중량%를 포함하는 주제 50~80 중량부; 및 폴리아미드수지 5~40 중량%, 변성아민수지 1~30 중량%, 및 용제 30~70 중량%를 포함하는 경화제 20~50 중량부를 혼합한 2액형 표면처리재가 사용되며, 상기 표면보호재는 2액형 표면보호재를 포함하며, 상기 2액형 표면보호재는, R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지 45~55 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 20~30 중량%, 은나노 0.5~1 중량%, 난연안료 삼산화안티모니(Sb2O3) 5~15 중량% 및 용제 15~25 중량%를 포함하는 주제 60~75 중량부; 및 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지 50~65 중량% 및 용제 35~50 중량%를 포함하는 경화제 15~25 중량부를 포함하며, 상기 R은 탄소수 10~20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기인, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법은, 콘크리트 구조물의 알칼리성을 회복시킴으로써 열화된 구조물의 표면강화성능을 현저하게 개선시킬 뿐만 아니라, 방청효과도 함께 제공하는 표면처리재를 사용하기 때문에, 콘크리트 구조물의 표면강화 및 보수 보강 효율을 크게 향상시키는 표면처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 공법은, 인장강도가 현저히 우수한 섬유보강재 및 상기 섬유보강재와 상용성이 우수한 특정의 성분들을 포함하는 보수모르타르재를 사용하기 때문에, 단면복구 미장에 의한 콘크리트 구조물의 보수 보강 효과를 현저히 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공법은 내산성, 내알칼리성, 내염수성, 난연성, 내오염성 등의 내화학성과, 내마모성, 내충격성 등의 물리적 성능이 우수하며, 색상을 자유롭게 선택할 수 있는 표면보호재로 도막을 형성하는 표면보호재를 사용하기 때문에, 보수 보강된 콘크리트 구조물의 내구성이 현저하게 향상될 뿐만 아니라, 자유로운 색상 표현이 가능하여 콘크리트 구조물의 외관도 원상태와 동일하게 보수할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 콘크리트 보수 보강용 모르타르재는 인장강도가 현저히 우수한 섬유보강재 및 상기 섬유보강재와 상용성이 우수한 특정의 성분들을 포함하기 때문에, 그를 사용하는 단면복구 미장에 의해 콘크리트 구조물의 보수 보강 효과를 현저히 상승시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 공법을 사용하면, 건조속도가 우수(속건성)하여, 공사 작업시간을 크게 단축할 수 있고, 표면보호재의 철근구조물에의 부착력이 더 우수하다.
또한, 본 발명의 공법을 사용하면, 항균력이 우수하여, 철근구조물에서의 곰팡이 등의 유기물 번식을 최소화할 수 있고, 구조물의 부식을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법의 시공 형태를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는, KS F 4042에 의한 실험 결과 성적표이다.
도 3은, KS F 4936에 의한 실험 결과 성적표이다.
도 4a는, JIS Z 2801에 의한 실험 결과 성적표이고, 도 4b는 Staphylococcus aureus에 대한 항균력을 보이는 도이며(위: 처리 전, 아래: 처리 후), 도 4c는 Escherichia coli에 대한 항균력을 보이는 도이다(위: 처리 전, 아래: 처리 후).
도 2는, KS F 4042에 의한 실험 결과 성적표이다.
도 3은, KS F 4936에 의한 실험 결과 성적표이다.
도 4a는, JIS Z 2801에 의한 실험 결과 성적표이고, 도 4b는 Staphylococcus aureus에 대한 항균력을 보이는 도이며(위: 처리 전, 아래: 처리 후), 도 4c는 Escherichia coli에 대한 항균력을 보이는 도이다(위: 처리 전, 아래: 처리 후).
본 발명은, 일 측면에서, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법으로서, 상기 공법은, (a) 콘크리트 구조물의 알칼리성 회복 및 방청을 위하여 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 표면에 표면처리재를 도포하는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리재 위에, 포틀랜드 시멘트 35~45 중량부, 알루미나 시멘트 5~10 중량부, 포졸란 파우더 5~10 중량부, 실리카샌드 50~55 중량부, 재유화형 분말수지 2~5 중량부, 증점 안정제 메틸셀룰로오스 0.1~0.3 중량부, 폴리카본산계분말 유동화제 0.2~0.5 중량부, 및 아라미드섬유 0.1~0.5 중량부를 포함하는 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 단계; 및 (c) 상기 단면복구 미장의 표면에 표면보호재를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 표면처리재로는 에폭시수지 20~60 중량%, 변성에폭시수지 10~40 중량%, 및 용제 7~70 중량%를 포함하는 주제 50~80 중량부; 및 폴리아미드수지 5~40 중량%, 변성아민수지 1~30 중량%, 및 용제 30~70 중량%를 포함하는 경화제 20~50 중량부를 혼합한 2액형 표면처리재가 사용되며, 상기 표면보호재는 2액형 표면보호재를 포함하며, 상기 2액형 표면보호재는, R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지 45~55 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 20~30 중량%, 은나노 0.5~1 중량%, 난연안료 삼산화안티모니(Sb2O3) 5~15 중량% 및 용제 15~25 중량%를 포함하는 주제 60~75 중량부; 및 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지 50~65 중량% 및 용제 35~50 중량%를 포함하는 경화제 15~25 중량부를 포함하며, 상기 R은 탄소수 10~20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기인, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법이다.
본 발명의 보수 보강 공법은 상술한 바와 같은 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 것을 특징으로 한다. 상기 보수모르타르재는 인장강도가 현저히 우수한 아라미드섬유를 섬유보강재로 사용하며, 아라미드 섬유와 나머지 성분들 간의 상용성이 우수하기 때문에 콘크리트 구조물의 보수 보강 효과를 현저히 상승시킨다.
상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 있어서, (a)단계를 수행하기 전에 손상된 콘크리트 구조물의 보수 보강 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면 또는 단면을 다듬는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 공정은 철재 또는 강구조물 표면을 샌드(Sand), 와이어 부러쉬(wire brush), 그리트(grit) 또는 쇼트볼(shot ball) 등으로 블라스팅하는 공정을 포함한다.
상기 보수모르타르재는 결합재부, 골재부, 섬유보강재부, 및 기능성 소재부를포함하는 구성을 갖는다.
먼저, 결합재부는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 포졸란파우더, 재유화형분말수지로 이루어지는데, 이러한 성분들을 상술한 함량 범위로 포함하면, 보수모르타르재의 응결시간, 강도, 수화열, 수축 팽창에 대한 물성변화(잔균열 발생 등)의 최소화 등 우수한 결합재로서의 성능이 발휘된다.
상기 골재부는 실리카샌드로 구성되는데, 상기 실리카샌드는 평균입경이 0.1~0.2mm 인 실리카샌드 5~10 중량부, 평균입경이 0.3~0.6mm인 실리카샌드 25~35 중량부, 및 평균입경이 0.7~1.2mm 실리카샌드 15~20 중량부를 포함한다. 이와 같이 서로 다른 입도를 갖는 실리카샌드를 혼합 하기 때문에 공극 조절이 용이하며, 열화부위에 대한 단면복구 시공 후 보수모르타르층의 골격이 안정화 된다.
상기 섬유보강재부는 보수모르타르 조성물의 균열방지와 인장강도를 향상시키기 위해 사용되며, 결합재와 골재의 가교역할을 위해 섬유보강재를 혼입시키는 구성을 갖는다. 종래 기술에서는 주로 유기질 섬유인 폴리프로필렌섬유, 폴리에틸렌섬유 등을 사용하였으며, 최근에는 천연마(麻)를 사용하기도 한다.
본 발명에서는 섬유보강재로서 아라미드 섬유를 사용한다. 아라미드 섬유는 최첨단 신소재로 가벼우면서도 같은 크기의 강철보다 5배이상 강하고, 내화성(500℃)도 뛰어나 항공산업(우주선)과 군사용(방탄복), 소방용(내화복) 등에 널리 사용되고 있다. 아라미드 섬유는 꿈의 신소재로 불리는 고도의 기능성 섬유로써, 본 발명의 보수모르타르재에 종래 기술과는 비교할 수 없이 뛰어난 성능을 제공한다.
상기 기능성 소재부는 보수모르타르 조성물에 특이적 기능을 부여하기 위한 구성이다. 상기 기능성 소재부로로서 알루미나 시멘트는 열화부위 단면복구 후 양생시 초기 경화발현 기능을 부여한다. 포졸란 파우더는 시공 후 초기 경화시 수화반응에 의한 수화열을 감소시켜 이때 발생할 수 있는 잔균열 발생을 방지하며, 장기적으로 안정된 경화물을 형성하는 기능을 제공한다. 재유화형 분말수지는 고탄성의 에멀젼 폴리머로서, 보수모르타르재 양생시 수밀성을 높여주며 경화물의 휨강도, 인장강도 기능을 향상시킨다.
본 발명의 보수모르타르재에는 전술한 기능성 소재 외에도 시멘트계 조성물에 사용되는 폴리카본산계 분말유동화제, 증점 안정제 등의 첨가제가 포함될 수 있다.
일 측면에서, 상기 모르타르재는, KS F 4042(2012)법에 의하여, 측정한 물성이 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
i) 휨강도가 9N/mm2 이상; ii) 압축강도가 55N/mm2 이상; iii) 내알칼리성이 50N/mm2 이상.
상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 있어서, 상기 표면처리재로는 에폭시수지 20~60 중량%, 변성에폭시수지 10~40 중량%, 및 용제 7~70 중량%를 포함하는 주제 50~80 중량부; 및 폴리아미드수지 5~40 중량%, 변성아민수지 1~30 중량%, 및 용제 30~70 중량%를 포함하는 경화제 20~50 중량부를 혼합한 2액형 표면처리재가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 표면처리재는 콘크리트 구조물의 알칼리성을 회복시킴으로써 열화된 구조물의 표면강화성능을 현저하게 개선시킬 뿐만 아니라, 방청효과도 함께 제공하기 때문에 콘크리트 구조물의 표면강화 및 보수 보강 효율을 크게 향상시키는 표면처리를 가능하게 한다.
상기에서 에폭시수지로는 대표적으로 비스페놀-A형의 에폭시수지가 사용될 수 있으며, 변성에폭시수지로는 대표적으로 자기유화형 변성에폭시수지 사용될 수 있다.
상기에서 경화제부의 폴리아미드 수지의 대표적인 예로는 H-4121(제조사: 국도화학㈜) 등을 들 수 있으며, 변성아민수지의 대표적인 예로는 K-54 (제조사: 국도화학㈜) 등을 들 수 있다.
상기 주제부 또는 경화제부에 사용되는 용제로는 유기용매와 물의 혼합용매가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 유기용매로는 특별히 한정되지 않으나, 물과 혼합될 수 있는 것이 바람직하게 사용되며, 대표적인 예로는 초산셀루솔브, 이소프로필알코올(IPA) 등을 들 수 있다. 상기 유기용매와 물의 혼합 중량비는 3:7~7:3의 범위인 것이 바람직하다.
상기 주제부에 포함되는 에폭시수지의 에폭시 당량은 180 ~ 190인 것이 바람직하고, 자기유화형 변성 에폭시수지의 에폭시당량은 210 ± 10인 것이 바람직하다. 또한, 경화제부의 폴리아미드 수지의 아민가는 330 ~ 20 인 것이 바람직하고, 변성아민수지의 아민가는 345 ~385 정도가 바람직하다.
상기 표면처리재는 주제부와 경화제부의 2액성분을 혼합하였을 때, 유백색 액상의 pH 10 ~ 12인 알칼리성의 수성 에폭시폴리머상태가 된다. pH가 10 ~ 12의 알칼리성이므로, pH 13인 알칼리성의 콘크리트 표면과 화학적으로 안정성이 확보됨은 물론, 콘크리트표면과 친화력이 극대화 되어 콘크리트와 강력한 부착력을 발휘하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 표면처리제는 콘크리트 표면의 시멘트분말, 먼지 등을 흡수해, 다음 공정인 콘크리트 바탕조정작업의 재료인 중도재가 콘크리트표면에 강력한 부착력을 발휘하도록 하는 기능을 한다.
상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 있어서, 상기 표면보호재로는 R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지 45~55 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 20~30 중량%, 은나노 0.5~1 중량%, 난연안료 삼산화안티모니(Sb2O3) 5~15 중량% 및 용제 15~25 중량%를 포함하는 주제 60~75 중량부; 및 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지 50~65 중량% 및 용제 35~50 중량%를 포함하는 경화제 15~25 중량부를 혼합하여 제조되는 도료상의 2액형 표면보호재가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 표면보호재는, JIS Z 2901(2010)법에 의하여, 1.4X104cell/cm2의 균주를 분주하고 36도씨 환경에서 24시간 배양한 후 측정한 균주의 수가 0.65cell/cm2이하인 항균력을 포함할 수 있다.
상기 R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지에 있어서, R은 탄소수 10~20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 의미한다. R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지의 대표적인 예로는 메틸실리케이트, 에틸실리케이트 등을 들 수 있다.
상기 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지에서 R은 탄소수 10~20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 의미한다. R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지의 대표적인 예로는 애경화학㈜의 DN-980S (hexamethylene diisocyanate from Polyisocyanate (HDI)) 등을 들 수 있다.
상기 주제부 또는 경화제부에 사용되는 용제로는 유기용매가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 유기용매는 특별히 제한되지 않으며, 대표적인 예로는 초산셀루솔브 등을 들 수 있다.
상기 표면 보호재는, 은나노를 0.5~1 중량% 포함함으로써, 우수한 항균력을 나타낼 수 있다. 은나노가 0.5 % 미만으로 포함되면, 항균력을 기대할 수 없으며, 1 중량%를 초과하여 포함할 경우에는, 성분간 분리 현상이 일어나, 표면 보호재의 물성을 악화시키는 효과가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 표면보호재는 다른 측면에서, 상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 있어서, 상기 표면보호재로는 에폭시수지 또는 변성에폭시수지 50~65 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 22~28 중량%, 및 첨가제 2~10 중량%를 포함하는 주제 56~73 중량부와 폴리아미드수지 30~70 중량% 및 변성아민수지 30~70 중량%를 포함하는 경화제 25~35 중량부를 혼합하여 제조되는 2액형 무용제형 에폭시수지계 표면보호재가 바람직하게 사용될 수 도 있다.
상기에서 주제부의 에폭시수지로는 대표적으로 비스페놀-A형의 에폭시수지가 사용될 수 있으며, 변성에폭시수지로는 대표적으로 변성 비스페놀-A형 에폭시수지를 들 수 있으며, 에폭시 당량이 185~190인 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 구체적으로 국도화학㈜ yd-128 수지가 사용될 수 있다.
상기 첨가제로는 분산제, 소포제, 반응성 희석제 등을 들 수 있다.
상기에서 경화제부의 폴리아미드 수지의 대표적인 예로는 폴리아미도아민(Polyamidoamine) 수지를 들 수 있으며, 아민가 300±20인 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 구체적으로 국도화학㈜ G-A0533 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 변성아민수지의 대표적인 예로는 지방족아민으로서 아민가가 345~385인 수지라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 국도화학㈜ H-3893 수지 등을 들 수 있다.
상기 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 있어서, 마감공정재료인 표면보호재들은 내산성, 내알칼리성, 내염수성, 난연성, 내오염성 등의 내화학성과, 내마모성, 내충격성 등의 물리적 성능이 우수하며, 색상을 자유롭게 선택할 수 있는 특징을 갖는다. 따라서, 보수 보강된 콘크리트 구조물의 내구성을 현저하게 향상시킬 뿐만 아니라, 자유로운 색상 표현이 가능하여 콘크리트 구조물의 외관도 원상태와 동일하게 보수할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 있어서, 표면처리재, 보수모르타르재, 및 표면보호재 각각에는 이분야에서 통상적으로 사용되는 공지의 성분들이 더 포함될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1: 보수모르타르재의 제조
포틀랜드 시멘트 40 중량부, 알루미나 시멘트 7 중량부, 포졸란 파우더 7 중량부, 실리카샌드 52 중량부, 재유화형 분말수지 3 중량부, 증점 안정제 메틸셀룰로오스 0.2 중량부, 폴리카본산계분말 유동화제 0.3 중량부, 및 아라미드섬유 0.2 중량부를 혼합하여 보수모르타르재를 제조하였다.
실시예 2: 표면처리재의 제조
비스페놀-A형의 에폭시수지(제조사: 국도화학㈜, 상품명: YD-128) 40 중량%, 자기유화형 변성에폭시수지(제조사: 국도화학㈜, 상품명: KEM-128M) 20 중량%, 및 유기용매인 초산셀루솔브와 물을 50:50의 중량비로 혼합한 용제 40 중량%를 포함하는 주제 50~80 중량부; 및 폴리아미드수지(제조사: 국도화학㈜, 상품명: H-4121) 20 중량%, 변성아민수지(제조사: 국도화학㈜, 상품명: K-54) 20 중량%, 및 유기용매인 IPA와 물을 20:80의 중량비로 혼합한 용제 60 중량%를 포함하는 경화제 20~50 중량부를 혼합하여 표면처리재를 제조하였다.
실시예 3: 표면보호재의 제조
R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지로서 메틸실리케이트 45 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 25 중량%,, 은나노 0.7 중량%, 삼산화안티모니 10 중량% 및 유기용매인 초산셀루솔브 20 중량%를 포함하는 주제 60~75 중량부; 및 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지(제조사: 애경화학㈜, 상품명: DN-980S) 60 중량% 및 유기용매인 초산셀루솔브 40 중량%를 포함하는 경화제 15~25 중량부를 혼합하여 표면보호재를 제조하였다.
시험예 1: 보수모르타르재의 성능평가
실시예 1에서 제조된 보수모르타르재의 성능을 평가하기 위하여, 실시예 1에서 제조된 보수모르타르재 조성물 분체 100 중량부에 물 16~18 중량부를 혼합하고 28일간 양생한 후, KS F 4042 "포리머시멘트 모르타르"시험방법으로 각종 물성을 평가하였다. 상기 시험결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 시험 항목 | KS F 4042 품질기준 | 시험결과 값 | |
| 휨 강도(N/㎟) | 6.0 이상 | 10.4 | |
| 압축 강도(N/㎟) | 20.0 이상 | 57.3 | |
| 부착 강도(N/㎟) | 표준 조건 | 1.0 이상 | 2.2 |
| 온냉 반복 후 | 1.0 이상 | 2.0 | |
| 내알칼리성 | 압축 강도 20.0 N/㎟ 이상 | 54.5 | |
| 중성화 저항성(㎜) | 2.0 이하 | 1.6 | |
| 투 수 량(g) | 20 이하 | 2.5 | |
| 물 흡수 계수[kg/(㎡·h0.5)] | 0.5 이하 | 0.16 | |
| 습기 투과 저항성(Sd) | 2m 이하 | 0.8 | |
| 염화물 이온 침투 저항성(Coulombs) | 1000 이하 | 613 | |
| 길이 변화율(%) | ±0.15 이내 | -0.005 | |
상기 표1의 시험결과로부터, 본 발명의 실시예 1의 보수모르타르재는 모든 측정항목에서 요구되는 물성을 초과하는 효과를 나타냄을 알 수 있다. 특히, 압축강도, 부착강도, 내알칼리성, 투수량 등에서는 더욱 현저한 효과를 나타냈다.
시험예 2: 표면보호재의 성능평가
실시예 3에서 제조된 표면보호재의 성능을 평가하기 위하여, 실시예 3에서 제조된 표면보호재의 성능을 KS F 4936 "콘크리트 보호용 도막재" 시험방법으로 시험하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
또한, 표 3에 나타낸 바와 같은 시험 방법에 따라 각각의 요구되는 물성을 평가하고, 그 결과를 표3에 나타내었다.
| 시험 항목 | 단 위 | KS F 4936 품질기준 | 시험결과치 | |
| 도막 형성 후의 겉모양 | 표준 양생 후 | - | 주름, 잔갈림, 핀홀, 변형 및 벗겨짐이 생기지 않을 것. | 이상없음 |
| 촉진내후성 시험 후 | - | 이상없음 | ||
| 온·냉 반복 시험 후 | - | 이상없음 | ||
| 내알칼리성 시험 후 | - | 이상없음 | ||
| 내염수성 시험 후 | - | 이상없음 | ||
| 중성화 깊이(중성화촉진시험 후) | mm | 1.0 이하 | 0.0 | |
| 염화물 이온 침투 저항성 | Coulombs | 1000 이하 | 96 | |
| 투습도 | g/㎡·day | 50.0 이하 | 1.4 | |
| 내투수성 | - | 투수되지 않을것 | 투수되지 않음 | |
| 부착강도 | 표준 양생 후 | N/㎟ | 1.0 이상 | 1.9 |
| 촉진 내후성 시험 후 | N/㎟ | 1.8 | ||
| 온·냉 반복 시험 후 | N/㎟ | 1.8 | ||
| 내알칼리성 시험 후 | N/㎟ | 1.8 | ||
| 내염수성 시험 후 | N/㎟ | 1.7 | ||
| 균열 대응성 | -20℃ | - | 잔갈림 및 파단되지 않을 것. | 파단되지 않음 |
| 20℃ | - | 파단되지 않음 | ||
| 촉진 내후성 시험 후 | - | 파단되지 않음 | ||
| 시 험 항 목(KS D 8502:2010) | 품 질 기 준 | 시 험 결 과 |
| 내굴곡성 | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 내충격성 | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 냉·열 반복시험 | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 내오염성 | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 난연성 | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 내산성(5% H2SO4,168hr) | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 내알칼리성(5% NaOH,168hr) | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 내휘발유성(시험용3호, 168hr) | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 염수분무시험(120hr) | 이상 없을 것 | 이상없음 |
| 촉진내후성 시험(500hr) | 이상 없을 것 | 이상없음 |
상기 표2 및 3의 시험결과로부터, 본 발명의 실시예 3의 표면보호재는 모든 측정항목에서 요구되는 물성을 초과하는 효과를 나타냄을 알 수 있다.
시험예 3-1: 항균력 테스트
실시예3의 표면보호재에 대하여 JIS Z(2010) 필름 밀착법에 의거하여 Staphylococcus aureaus ATCC 6538P와 Escherichia coli ATCC 8739 두 종의 균주에 대하여 항균력을 측정하였다.
그 결과, 상기 표면보호재를 처리하고 24시간 경과 후, 균주의 대부분이 사멸되어, 표면 보호재의 항균력이 우수함을 알 수 있었다.
시험예 3-2: 항균력 테스트
실시예3의 표면보호재에 포함되는 은의 함량에 따른, 항균력 테스트를 진행하였다. 실험은 실험예3-1과 동일한 방법으로 진행하였다.
| 은 함량 | 24시간 후 Staphylococcus aureaus ATCC 6538P 세균수(세균수/cm2) |
| 0.1% | 2.4X104 |
| 0.4% | 1.3X102 |
| 0.5% | <1 |
| 0.7% | <0.63 |
| 0.8% | <0.1 |
| 1.0% | <0.05 |
| 1.2% | <0.05 |
실시예 4: 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법의 실시
손상된 콘크리트 구조물의 보수 보강 대상면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면 또는 단면을 다듬고, 철근의 녹을 와이어 부러쉬(wire brush)로 제거하였다. 다음에 상기 손상부위에 실시예 2에서 제조된 표면처리재를 도포하고 건조시켰다. 상기 표면처리재의 도막이 건조된 후, 그 위에 실시예 1에서 제조된 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하였다. 상기 단면복구 미장이 완전히 건조된 후, 그 표면에 상기 실시예 3에서 제조된 표면보호재를 도포하고 건조시켜서, 손상된 콘크리트 구조물의 보수 보강을 완료하였다.
상기 보수 보강 공법에 의해 보수된 콘크리트 구조물의 경우, 상기에서 확인한 바와 같이, 표면처리재, 보수모르타르재, 및 표면보호재 각각이 개별적으로 매우 우수한 물성을 제공하며, 각 층간의 상용성 및 결합성도 우수하여 보수된 콘크리트 구조물의 보강 강도, 내구성, 내충격성, 내화학성 등에서 매우 우수한 효과를 나타내었다.
1: 표면처리부
2: 표면처리재 도막
3: 보수모르타르재 미장부
4: 표면보호재 도막
2: 표면처리재 도막
3: 보수모르타르재 미장부
4: 표면보호재 도막
Claims (3)
- 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법으로서,
상기 공법은,
(a) 콘크리트 구조물의 알칼리성 회복 및 방청을 위하여 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 표면에 표면처리재를 도포하는 표면처리 단계;
(b) 상기 표면처리재 위에, 포틀랜드 시멘트 35~45 중량부, 알루미나 시멘트 5~10 중량부, 포졸란 파우더 5~10 중량부, 실리카샌드 50~55 중량부, 재유화형 분말수지 2~5 중량부, 증점 안정제 메틸셀룰로오스 0.1~0.3 중량부, 폴리카본산계분말 유동화제 0.2~0.5 중량부, 및 아라미드섬유 0.1~0.5 중량부를 포함하는 보수모르타르재를 사용하여 단면복구 미장을 실시하는 단계; 및
(c) 상기 단면복구 미장의 표면에 표면보호재를 도포하는 단계를 포함하며,
상기 표면처리재로는 에폭시수지 20~60 중량%, 변성에폭시수지 10~40 중량%, 및 용제 7~70 중량%를 포함하는 주제 50~80 중량부; 및 폴리아미드수지 5~40 중량%, 변성아민수지 1~30 중량%, 및 용제 30~70 중량%를 포함하는 경화제 20~50 중량부를 혼합한 2액형 표면처리재가 사용되며,
상기 표면보호재는 2액형 표면보호재를 포함하며, 상기 2액형 표면보호재는, R-OH 관능기를 함유한 세라믹 수지 45~55 중량%, 착색안료 산화지당(TiO2) 20~30 중량%, 은나노 0.5~1 중량%, 난연안료 삼산화안티모니(Sb2O3) 5~15 중량% 및 용제 15~25 중량%를 포함하는 주제 60~75 중량부; 및 R-NCO 관능기를 함유한 무황변 우레탄수지 50~65 중량% 및 용제 35~50 중량%를 포함하는 경화제 15~25 중량부를 포함하며, 상기 R은 탄소수 10~20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기인, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법. - 제1항에 있어서,
상기 표면보호재는,
JIS Z 2901(2010)법에 의하여,
1.4X104cell/cm2의 균주를 분주하고 36도씨 환경에서 24시간 배양한 후 측정한 균주의 수가 0.65cell/cm2이하인 항균력을 포함하는, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법. - 제1항에 있어서,
상기 모르타르재는,
KS F 4042(2012)법에 의하여, 측정한 물성이 하기 중 하나 이상을 포함하는, 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법:
i) 휨강도가 9N/mm2 이상;
ii) 압축강도가 55N/mm2 이상;
iii) 내알칼리성이 50N/mm2 이상.
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|---|---|---|---|
| KR1020180091405A KR20200016104A (ko) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | 아라미드섬유 혼입 폴리머모르타르와 은나노를 적용한 항균 및 기능성 표면보호재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법 |
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| CN112456903A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-09 | 湖南科技大学 | 一种基于锑尾矿废石的高性能混凝土及其制备方法 |
| KR102369069B1 (ko) | 2021-08-11 | 2022-03-03 | 선진건설 주식회사 | 항균 섬유보강재를 포함하는 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 보수 시공공법 |
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-
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