KR100631485B1 - 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법 - Google Patents
콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법에 관한 것으로서, 표면처리 단계, 고압 세척 단계, 바탕 처리 단계, 양생 단계, 피막 형성 조성물의 도장 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 방수, 방청 효과가 뛰어나며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 내부 벽면에 서식하는 각종 미생물의 부착을 막아주어 항균 효과도 보유하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법을 제공할 수 있다. 또한, 제조된 구조물은 강한 접착력과 우수한 내구성, 내산성, 내알카리성, 내굴곡성, 내마모성 등의 특성을 보유하고 있으며, 피막 형성시 프라이머층 없이 주재 및 경화제를 혼합하여 바로 구조물에 도포할 수 있고 속경화성을 지니므로, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 구조물의 통기성이 우수하여 구조물 내부의 수분을 환경에 따라 조절하는 능력을 보유함으로써, 부풀음, 박리 및 탈락 현상이 현저히 개선된다.
속경화, 내구성, 중성화, 염해방지, 피막 형성 공법
Description
도 1은 중성화와 철근 콘크리트 구조물의 수명관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 피막 형성 공법에 대한 개략적인 공정도를 도시한 도면이다.
본 발명은 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법에 관한 것으로서, 방수, 방청, 항균 효과가 뛰어나며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 강한 접착력, 우수한 내구성, 내산성, 내알카리성, 내굴곡성, 내마모성 등의 특성을 보유하고 있으며, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있고, 부풀음, 박리 및 탈락 현상을 현저히 개선한 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물 및 강 구조물은 비, 바람, 눈, 일조 등과 같은 다양한 기상 환경의 영향을 받으며, 이로 인하여 동결 및 융해, 온도변화, 건조 및 수분의 반복 침투 등의 다양한 원인에 의한 수축 및 팽창이 반복된다. 그 중에서도, 동결 및 융해 현상은 매년 겨울이 되면 반복이 되기 때문에, 장기간에 걸쳐 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성을 저하시킨다. 더욱이, 동절기에 상용되는 융설제 및 융빙제에 직접 노출된 콘크리트 시설물은 염화물의 침투 및 확산 작용에 의해서 철근 또는 강재의 부식이 초래된다. 이러한 동결 및 융해와 염해의 복합 작용을 받은 콘크리트 시설물의 강재 부식은 체적 팽창으로 이어져 균열 및 박리 현상이 야기되고, 적절한 유지 관리가 이루어지지 않을 경우에는, 최종적으로 붕괴에까지 이르게 할 수 있는 심각한 상황을 초래하게 된다. 또한, 콘크리트 구조물 및 강 구조물은 해수환경, 온천지대, 하수처리장, 산업현장 등에서 배출되는 오·폐수 및 황산염 토양 환경 등에 건설될 경우, 유해 이온의 침투 및 화학반응에 의한 화학적 침식을 받아 성능저하가 발생하게 된다.
국내의 경우 이러한 콘크리트 구조물 및 강 구조물에 대한 화학적 침식에 관련된 연구는 흔하지 않을 뿐만 아니라, 실험실적인 연구에 국한된 경우가 대부분이며, 현장 시설물을 대상으로 화학적 침식작용을 연구한 예는 거의 없는 상황이다. 따라서, 화학적 침식을 받은 콘크리트 시설물의 성능저하 원인 규명에 대한 조사 및 분석을 수행하여 콘크리트 시설물의 내구성 향상을 달성을 도모할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 최근의 연구에 의하면 도심지 환경에서 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 열화는 주로 중성화에 의하여 지배되는데, 이는 지구 온난화 현상으로 더욱 그 심각성이 문제되는 상황이다. 따라서, 향후 콘크리트 시설물의 중성화와 관련된 열화 현상은 더욱 심화될 것으로 예상되며, 그 일예로서, 서울 시내에 위치한 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 상당수가 중성화로 인한 성능저하를 겪고 있는 것으로 나타나고 있다.
도 1에는 중성화와 철근 콘크리트 구조물의 수명관계를 나타낸 그래프를 도시하였다. 도 1에서, t1은 중성화 깊이가 철근의 표면에 도달하는 시점이며, 지금까지는 철근 콘크리트 구조물의 수명을 t1의 시점으로 판단하여 왔다. 한편, t3는 부재 내력이 한계에 도달하는 시점이며, 이를 콘크리트 구조물의 수명으로 보는 견해도 있지만, t1의 시점은 부재 내력상 너무 안정하고, t3는 너무 위험한 영역에 속하므로, 일반적으로 철근이 부식되어 균열을 발생시키는 시점인 t2를 철근 콘크리트의 수명으로 정의하고 있다.
한편, 이와 같은 중성화, 화학적 침식, 염소 이온의 침투 및 동결융해에 의한 콘크리트의 성능저하는 실제 환경에서 복합적으로 작용하는 경우가 일반적임에도 불구하고, 이에 대한 연구는 단일조건에서의 성능저하에 편중되어 있으며, 국내에서는 아직까지 복합 열화에 대한 현상 규명 및 이에 대한 수명평가에 대한 연구가 이루어진 바가 없는 실정이다. 종래에 콘크리트 구조물 및 강 구조물과 관련된 방수, 방식 및 보수 관련에 대한 재료 및 공법이 다양하게 소개되었지만, 보호, 마감성능과 내구성 차원에서 검토해보면 박리, 들뜸, 변색, 균열, 백화 등의 문제로 큰 효과를 얻지 못하고 있다. 이러한 현상에 대한 주요 원인은 구조물이 처해 있 는 환경조건, 특히 방수, 방식 및 보수를 필요로 하는 콘크리트 바탕의 환경조건과 일치하는 재료와 공법의 선정보다는 재료자체의 성능만을 고려하는 방향으로 연구가 진행되었으며, 이로 인하여 환경조건에 따라 콘크리트 바탕 자체와의 상응성을 충분히 검토하지 못하였기 때문이다.
통상적으로, 콘크리트 표면 보호 방법으로는, 주로 에폭시, 우레탄, 아크릴수지 등 반응형의 합성수지 도장재를 콘크리트 표면에 도포하여 보호피막을 형성하는 방법이 채택되고 있다. 반응형의 합성수지는 내약품성 및 내수성이 우수한 고밀도의 경화 피막으로 형성되기 때문에 콘크리트를 부식 환경으로부터 차단하는 효과를 기대할 수 있다.
그러나, 이러한 합성수지 도장재를 도포한 후, 피복층의 들뜸, 갈라짐, 벗겨짐 등의 접착손상이 자주 발생하여 내구성에 커다란 문제점으로 지적되고 있으며, 이러한 피복층의 접착손상 발생 원인으로는, 콘크리트 표면에 도포된 합성수지와 콘크리트 복합체내의 물리화학적 요인에 의해 발생하는 응력, 콘크리트의 세공 조직, 알칼리성 세공용액의 작용 등을 들 수 있다. 즉, 콘크리트와 피복의 접착계면에 발생하는 수증기압, 모세관 흡입력, 침투압 등이 경계면의 취약부나 결함 부분에서 집중됨으로써, 비교적 작은 힘에 의해서도 접착손상이 발생하게 되는 것이며, 따라서, 통기성을 갖는 도장재가 요구된다. 또한, 재료적 특성 이외에도, 콘크리트 타설시에 사용되는 거푸집 박리제, 콘크리트 경화시 발생하는 레이턴스, 기타 탈형 작업 등에서 발생하는 먼지, 이물질, 기름, 때 등이 표면에 묻어 있는 상태에서 직접 합성수지계 도장재료를 도포함으로써, 콘크리트 바탕과 방식 도장재의 접 착력이 현저하게 저하된다는 점을 접착손상의 원인으로 꼽을 수 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방수, 방청, 항균 효과가 뛰어나며, 염분에 대한 저항성이 강하고, 강한 접착력, 우수한 내구성, 내산성, 내알카리성, 내굴곡성, 내마모성 등의 특성을 보유하고 있으며, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있고, 부풀음, 박리 및 탈락 현상을 현저히 개선한 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법, 및 이를 위한 피막 형성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위해서,
(a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 단계;
(b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계;
(c) 상기 (b) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계;
(d) 1차 양생 단계;
(e) 상기 (d) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 복합 수지를 포함하는 피막 형성 조성물을 2회 이상 반 복 도장하는 단계; 및
(f) 2차 양생 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법을 제공한다.
이하, 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
통상적으로, 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 도장재로 적합하다고 인정되기 위해서는,
ⅰ) 습윤 환경 조건에서 우수한 접착 특성을 확보할 것, ⅱ) 화학물질에 대한 내화학성을 지닐 것, ⅲ) 유독 가스의 탈취가 가능할 것, ⅳ) 도장재의 박리 또는 팽창을 억제하기 위한 통기성을 지닐 것, ⅴ) 양호한 내구성을 지닐 것, ⅵ) 미생물의 증식을 억제할 수 있는 항균성을 지닐 것, ⅶ) 환경 호르몬에 대해서 안전한 재료일 것, ⅷ) 밀폐된 작업공간에서 도장 작업을 수행하더라도 인체에 무해하고 위생상 안전할 것, 및 ⅸ) 유지 관리시 청소가 용이할 것 등의 요건을 만족하여야 한다.
기존 콘크리트 구조물 및 강 구조물 도장재는 도료의 색상, 초기 접착력, 내약품성 등에 있어서는 우수한 특성을 갖지만, 단기간 내에 박리되기 때문에 장기적인 구조물 보호 수단으로 미흡하며, 강 구조물에는 접착력이 우수하지만 콘크리트 면에 대해서는 단기 접착성이 우수하다 하더라도 장기 접착성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 기존 콘크리트 구조물 및 강 구조물 도장재가 갖는 문제점을 야기하는 원인을 다각적으로 분석한 결과, ⅰ) 기존의 도장재가 중산성인데 반하여, 콘크리트는 강알카리성으로서 콘크리트 경계영역에서 친화력이 있을 수 없다는 점, ⅱ) 도장재와 콘크리트 구조물 및 강 구조물과의 수축 팽창률의 차가 크다는 점, ⅲ) 콘크리트는 완전 양생이 되었다 하더라도 15% 전후의 수분을 함수하고 있어서, 이러한 수분은 표면 코팅과 더불어 경계영역으로 이동되어 8% 이상의 수분과 접할 때에는 박리 현상이 발생된다는 점 (기존기술 및 도료는 표면 수분율 8% 이상, 습도 85% 이상에서 작업을 중지하도록 경고하고 있음은 바로 이러한 이유이다), ⅳ) 자외선 및 풍화작용에 의하여 도막이 조기 열화 되어 박리 및 오염이 심해진다는 점, 및 ⅴ) 도막이 시간 경과에 따라 취화 (단단해짐)되기 때문에 충격에 의하여 들뜬다는 점 등의 사실이 복합적으로 작용한다는 사실을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고자,
(a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 단계; (b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계; (c) 상기 (b) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계; (d) 1차 양생 단계; (e) 상기 (d) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 복합 수지를 포함하는 피막 형성 조성물을 2회 이상 반복 도장하는 단계; 및 (f) 2차 양생 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법을 제공 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 피막 형성 공법에 대한 개략적인 공정도를 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공법은, 먼저 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 단계를 수행한다. 표면처리 단계는 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 통상적인 샌드페이퍼 폴리싱 또는 그라인딩 등과 같은 다양한 표면처리 방법이 채택될 수 있다. 표면처리 단계가 완료된 이후에는, 고압 살수기 등을 이용하여 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 고압 세척 단계를 수행한다.
고압 세척 이후에는 퍼티재를 도포함으로써 바탕 처리 또는 블룩 조정을 실시하게 된다. 이러한 퍼티재의 도포는 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 고르지 않은 부분을 도장 전에 면처리 하기 위한 공정으로서, 사용되는 퍼티재로는 후술하는 바와 같은 본 발명에 따른 피막 형성 조성물이 사용될 수 있다.
상기 바탕 처리 공정을 수행한 이후에는, 1차 양생 공정을 수행한다. 양생 공정은 바탕 처리가 끝난 다음 온도, 하중, 충격 또는 오파손 등의 유해한 영향을 최소화하기 위한 것으로서, 양생 조건은, 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대 습도 하에서, 1일 내지 2일 동안 수행되는 것이 바람직하다.
양생 단계 이후에는, 노출 철근 및 철골 방청 도장 단계, 크렉 에폭시 인젝션 그라우트 단계 및 복구면 침투성 표면 강화 단계 등이 선택적으로 수행될 수 있다.
이러한 공정 이후에는, 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면상에 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 복합 수지를 포함하는 피막 형성 조성물을 2회 이상 반복 도장하는 공정을 수행한다. 이때, 각 도장 작업 사이에는 2시간 내지 6시간 동안의 휴지 기간이 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 피막 형성 조성물은, 주재로서 수계 에폭시 수지 및 수계 아크릴 수지를 포함하며, 부재로서 수분산성 경화제, 물 및 수계 에폭시 수지를 포함한다.
본 발명에 따른 피막 형성 조성물은, 접착성 및 내구성이 우수한 에폭시 수지에, 유연성이 우수한 아크릴 수지를 개질하여 혼합함으로써 제조될 수 있다. 그 결과, 에폭시 수지 단독으로 사용할 때 야기될 수 있는 문제점인 유연성 결여로 인한 갈라짐 및 박리 현상을 최소화할 수 있고, 탁월한 유연성, 부착성 및 내구성을 갖는다. 즉, 본 발명에서는 에폭시 단말기에 친수기를 부착시켜 물에 대한 친수성을 부여함으로써 우수한 통기성 및 투수성을 확보할 수 있게 되며, 결과적으로 결로 현상이 방지되어 계면에서의 물에 의한 침식이나 노화성 문제를 해결할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물은 피막 형성 시에 프라이머층 없이 주재 및 경화제를 혼합하여 바로 구조물에 도포할 수 있으므로, 속경화가 가능하고, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있다.
상기 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 혼합은, 에폭시 몰비가 50 이상인 NP 계열 유화제의 존재 하에서, 3,000 내지 5,000 rpm의 교반 속도 및 50 내지 80℃의 교반 온도를 유지하면서 수행될 수 있다.
통상적인 수계 에폭시 도료 또는 접착제는 에폭시 수지에 계면활성제 (유화제)를 첨가하여 수용화하며, 수지와 계면활성제를 합성하는 방법에 의하여 유화 상태가 결정되는데, 유화제의 종류, 성분 함량, 물의 온도, 분산 방법 등에 의하여 유화의 안정성이 결정된다. 특히, 사용되는 물 입자의 크기를 얼마나 적게 분산시켰느냐는 유화 안정성에 결정적인 영향을 미친다.
본 발명에 따른 피막 형성 조성물은, 상기와 같은 공정 조건을 통하여, 물 입자의 크기를 1㎛ 이하로 분산시킴으로써, 물과의 친수성이 우수하고 안정성이 우수하여 물과 분리되는 현상이 없으며, 물을 첨가시 혼탁해지거나 점도가 올라가는 현상이 없고, 경화 안정성이 양호하며, 경화 후에도 내수성이 우수하여 물에 용해되는 현상이 발생되지 않는다. 또한, 작업시 유동성이 우수하여 기포가 없으므로, 광택이 양호하고 밀도가 조밀하며 우수한 내구성을 지닐 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물 중에 포함된 에폭시 수지는 약 알칼리성을 나타내므로 콘크리트 구조물 및 강 구조물을 중성화시키지 않아서 피도면을 산화시키지 않고, 접착성이 매우 우수하여 박리 현상을 최소화할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물은 타 수지에 비해 내수성이 우수하여 백화 현상이 발생하지 않으며, 자외선에 장기간 노출시켜도 내후성이 우수하여 황변 현상이 발생되지 않는다. 일반적으로, 아크릴수지는 연성이 서서히 감소되어 고화되므로 갈라지거나 박리되는 현상이 있으나, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물은 안정성이 우수하여 물성이 장기간 유지되므로 수명이 길며, 수지가 아크 릴산으로 환원하여 콘크리트와 중성화되는 현상이 매우 적다.
본 발명에 따른 피막 형성 조성물에 있어서, 주재에 포함되는 에폭시 수지 : 아크릴 수지의 중량비는, 4:1 내지 3:1인 것이 바람직하다.
에폭시 수지의 함량이 상기 중량비 미만인 경우에는 충분한 내구성을 확보할 수 없고, 상기 중량비를 초과하는 경우에는 수축으로 인한 박리 현상이 초래될 수 있다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다. 마찬가지로, 아크릴 수지의 함량이 상기 중량비 미만인 경우에는 유연성이 약하여 크랙이 발생될 수 있다는 문제점이 있고, 상기 중량비를 초과하는 경우에는 부착성에 있어서 문제점이 발생하거나 또는 중성화의 염려가 있어서 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 피막 형성 조성물에 있어서, 부재에 포함되는 수분산성 경화제, 물 및 수계 에폭시 수지의 함량은 부재의 총중량을 기준으로 수분산성 경화제 60 내지 70 중량%, 물 20 내지 30 중량% 및 수계 에폭시 수지 5 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물은, 상기 주재 및 부재와 더불어 각각 주재 및 부재에 첨가되는 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 이러한 첨가제로는 주재의 경우, 필러, 항균제, 안료 및 호두껍질 파우더 등을 예로 들 수 있고, 부재의 경우, 경화 촉진제 및 오렌지향 오일 등을 예로 들 수 있다.
필러로는 바륨계 필러, 지르코늄계 필러, 일라이트 필러 또는 그 혼합물을 사용할 수 있으며, 이러한 필러의 첨가에 의해서 충격 강도 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 특히 일라이트 필러를 첨가하는 경우에는 원적외선 방출 효과도 거둘 수 있으므로 내부 구조물의 도장시 유용하게 사용될 수 있다. 필러의 함량은 주재의 총중량을 기준으로 5 내지 10 중량%인 것이 바람직한데, 5 중량% 미만인 경우에는 방출되는 원적외선의 양이 미미하다는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 내구성이 저하되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
항균제는 콘크리트 구조물 및 강 구조물 계면 내부의 습기로 인하여 각종 미생물, 박테리아 및 곰팡이가 자생하게 되어 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 산화 및 노화 현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 합성 항균제, 천연 식물에서 추출한 항균제 등 다양한 것들이 사용될 수 있다. 항균제의 함량은 주재의 총중량을 기준으로 3 내지 5 중량%인 것이 바람직한데, 3 중량% 미만인 경우에는 원하는 항균 성능을 얻을 수 없다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
안료는 자외선에 의한 황변 및 노화 현상을 방지하는 기능을 수행하며, 다양한 종류의 무기계 안료가 사용될 수 있고, 예를 들어 TiO2계 및 Cr2O3계 안료 등이 사용될 수 있다. 안료의 함량은 주재의 총중량을 기준으로 10 내지 20 중량%인 것이 바람직한데, 10 중량% 미만인 경우에는 색상이 흐려지는 문제점이 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 경제적으로 불리하다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
호두껍질 파우더는 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 내충격성 및 경도를 증대시키고, 엠보싱을 갖는 피막을 형성하여 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 미관을 양호하게 하기 위한 것으로서, 입자 크기는 400 메시 이상의 것을 사 용할 수 있다. 호두껍질 파우더의 함량은 주재의 총중량을 기준으로 5 내지 15 중량%인 것이 바람직한데, 5 중량% 미만인 경우에는 수분 조절 능력이 약해지는 문제점이 있고, 15 중량%를 초과하는 경우에는 수분 조절 능력은 양호하나, 내구성이 저하되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
경화 촉진제는 부재에 의한 경화 작용을 촉진하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것들이 사용될 수 있으며, 그 함량은 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 경화 촉진제의 함량이 부재의 총중량을 기준으로 5 중량% 미만인 경우에는 충분한 경화 촉진 효과를 달성할 수 없다는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 잔존 촉진제가 유리되어 내구성을 저하시키는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
오렌지향 오일은 냄새 제거 및 방향제의 기능을 수행하며, 그 함량은 부재의 총중량을 기준으로 2 내지 10 중량%인 것이 바람직한데, 2 중량% 미만인 경우에는 충분한 방향 효과를 거둘 수 없다는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 오일이 유리되어 표면에 잔존하게 되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
마지막으로, 상술한 피막 형성 조성물의 2회 이상 반복 도장 이후에 2차 양생 공정을 수행한다. 상기 2차 양생 공정의 양생 조건은, 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대 습도 하에서, 5일 내지 7일 동안 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기 구체적인 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
. 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한
속경화
피막 형성 공법
지하 하수박스에 대한 단면복구 모르타르 시공을 실시하였으며, 깊이 3-5 mm의 부렉카로 치핑 작업을 실시하고, 본 발명에 따른 피막 형성 조성물을, 하도 침투 표면 강화 도장으로서 0.2 kg/m2, 단면복구 모르타르 1차 뿜칠 작업으로서 10 kg/m2 (두께 5 mm), 단면복구 모르타르 2차 뿜칠 작업으로서 10 kg/m2 (두께 5 mm)의 양으로 적용한 후, 25℃에서 7일간 양생하였다.
성능평가
물리적 특성
하기 표 1에는 실시예 1 및 2에 따른 공법에 의해서 제조된 콘크리트 구조물 및 강 구조물에 대한 물리적 특성을 열거하였다.
| 시험항목 | 시험항목 및 조건 | 시험기준 | 시험결과 | |
| 중성화촉진시험 | 압축강도(MPa) | 23.8 | KS F 2405-01, KS F 4936-03 | 이상없음 |
| 중성화깊이(㎜) | 도포 | 1㎜이하 | 0 | |
| 미도포 | 온도40℃, 상대습도40%, C02농도10%, 21일간 촉진시험 | 16.2㎜ | ||
| 염수분무시험 | 2000시간 염수분무시험통과(내구성시험)갈라짐, 벗겨짐, 녹 발생유무 | KS D 9502: 2002 | 이상없음 | |
| 촉진내후성 | WS 형 300시간-외관 | KS M 5000-03 | 이상없음 | |
| 부착강도 | KS F 4715-01 | 238(N/㎠) | ||
| 내수성 | 23±2℃,168시간 침지-부풀음, 갈라짐 | KS M ISO2812-2-02 | 이상없음 | |
| 백화저항성 | 도포량: 0.15L/㎡ | 품질보증검사기준 | 이상없음 | |
| 통기성 | 도포량: 0.15L/㎡ | 품질보증검사기준 | 62 | |
| 내충격성 | 300g추, 30㎝, 자유낙하 | KS D 6711: 1992 | 이상없음 | |
| 내세척성 | 1500회 | KS M 5000-03 | 이상없음 | |
| 내산성 | 황산 5%, 168시간침지-부풀음, 갈라짐 | KS M ISO 2812-1-02 | 이상없음 | |
| 내산성 | 염산 5%, 168시간침지-부풀음, 갈라짐 | KS M ISO 2812-1-02 | 이상없음 | |
| 내알카리성 | 수산화나트륨 5%, 168시간침지- 부풀음, 갈라짐 | KS M ISO 2812-1-02 | 이상없음 | |
| 난연성 | 난연1급 | KS F 2271 | 이상없음 | |
| 내굴곡성 | φ10㎜,180°굴곡 | KS M 5000-03 | 이상없음 | |
| 음용수용출시험 | 중금속 및 유해물질용출시험 | 먹는물 시험기준(상수도기준) | 이상없음 | |
중성화 방지 성능평가
콘크리트의 탄산화를 일으키는 외부환경인자는 온도, 습도, 탄산가스농도 등으로서, 이들의 영향을 파악하기 위하여 모든 촉진시험에서와 같이 시험 오차를 최소화 하였으며, 현재 널리 사용되고 있는 실험 조건을 이용하여 평가하였다.
- 공시체 제작조건
10×10×40cm의 각주형 공시체를 표준으로 하고 공시체의 개수는 동일 시험에 대해 2개 이상으로 하였다. 공시체 제작은 KS F2403 (실험실에서 압축강도 및 휨강도 측정용 공시체를 제작하고 양생하는 방법)에 따라서 제작하였으며, 콘크리트의 다짐은 콘크리트 다짐봉 (직경 16mm, 길이 50cm의 환강) 또는 내부 진동기 (붕형)를 사용하고, 다짐봉의 경우 각층별로 26회, 내부 진동기는 100 cm2 당 1회의 비율로 다졌다.
다짐이 끝난 공시체는 콘크리트가 경화될 때까지 수평인 장소에 놓아두었으며, 그 표면부를 판유리, 강판, 습포로 덮어두어 공시체의 수분증발을 방지하고, 몰드의 탈형은 콘크리트가 경화되었을 때 실시하되, 탈형 시기는 투입이 끝나고 나서 24시간 이상 48시간 이내로 하였다.
전양생 조건 및 촉진탄산화 시험 조건 등은 기존의 연구를 참조하여 하기 표 2와 같은 전양생 조건 및 환경 조건하에서 수행하였으며, 시험기간은 8주까지 수행하였고, 이에 따른 탄산화 깊이를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 탄산화 깊이 측정은 서정의 재령에서 공시체를 할렬하여 측정하며, 시약은 1%의 에탄올 용액을 사용하였다. 측정방법은 공시체의 측정 면에서 콘크리트의 파편 및 분말 등을 제거하고 시약을 분무한 후, 콘크리트의 표면으로부터 적색부까지의 거리를 mm단위로 측정하였다. 측정개소는 1측면에 대하여 골재의 위치를 피하여 6 등분해서 5개소를 측정하였으며, 2개의 공시체 양측면 총 4면에 20 개소의 탄산화 깊이를 측정하여 평균치로 하였다.
| 공시체 종류 | 전양생조건 | 환경조건 | 시험시간(주) | |||||
| 양생 | 건조 | 온도(℃) | 상대습도(%) | CO2농도 (%) | 1,2,3,4,8 | |||
| 기일(일) | 조건 | 기일(일) | 조건 | |||||
| 10×10× 40cm | (2) + 26 | 20 ± 3 ℃ 수중 | 28 | 20 ± 3 ℃ 60± 5% | 20 | 60 | 5 | |
| 40 | 60 | 5 | ||||||
| 40 | 50 | 10 | ||||||
| 40 | 40 | 10 | ||||||
| 환경조건 | 공시체종류 10×10×40cm | 탄산화깊이(mm) | ||||||
| 온도(℃) | 상대습도 (%) | CO2 농도(%) | 1주 | 2주 | 3주 | 4주 | 8주 | |
| 20 | 60 | 5 | 코팅무처리 | 3.5 | 5.3 | 7.5 | 8.9 | 11.5 |
| 비교예 | 0.0 | 0.7 | 1.4 | 3.2 | 5.1 | |||
| 실시예 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |||
| 40 | 60 | 5 | 코팅무처리 | 3.8 | 4.5 | 6.8 | 10.9 | 14.2 |
| 비교예 | 0.0 | 0.8 | 2.3 | 4.6 | 5.6 | |||
| 실시예 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |||
| 40 | 50 | 10 | 코팅무처리 | 2.3 | 4.7 | 7.9 | 12.6 | 17.8 |
| 비교예 | 0.0 | 0.9 | 2.8 | 5.8 | 6.1 | |||
| 실시예 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |||
| 40 | 40 | 10 | 코팅무처리 | 4.5 | 5.9 | 8.5 | 15.2 | 19.7 |
| 비교예 | 0.0 | 2.3 | 3.4 | 6.1 | 8.4 | |||
| 실시예 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |||
(비교예: 국내 시판 중인 H사의 C 제품 적용)
염해 방지 성능평가
본 발명에 따른 공법의 염해방지 성능을 확인하기 위해서, 국내 시중에서 판매 적용하고 있는 모르타르 제품 (제품 A 및 제품 B)과 통과 전하량을 비교 시험하였다.
먼저, 염소 이온에 대한 침투 저항성을 평가하기 위해서, 재령 28일 된 모르타르를 5cm 두께로 절단한 후, 시판 중인 제품으로서 제품 A 및 B와 본 발명에 따른 공법을 적용한 모르타르의 3개 시편을 제작하였고, 각 시편으로 확산셀을 구성하였으며, 60V의 직류전원을 인가하여 6시간 동안 동일한 조건하에서 매 30분마다 측정한 전류를 시간에 대해 적분하여 구한 통과 전하량을 하기 표4에 나타내었다.
| 모르타르의 종류 | 통과전하량(coulomb) |
| 제품 A | 3,600 |
| 제품 B | 2,350 |
| 본 발명에 따른 공법을 적용한 것 | - |
표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공법을 적용한 시편에서는 통과 전하량이 측정되지 않는다는 것을 알 수 있고, 따라서 본 발명에 따른 공법에 의해서 형성된 피막은 염소 이온에 대한 완벽한 침투 저항성을 구비하고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 하기 표 5에는 2종의 기존 신기술 공법과 본 발명에 따른 공법의 공종 순서 및 소요 기간을 도표로서 나타내었다.
| 연 번 | 신기술 (H사) (ECS공법) | 신기술 (S사) (금속혼합물도료) | 본 발명 | 비고 | ||||||
| 공 종 명 (사용재료) | 용제 (희석률) | 소요 시간 | 공 종 명 (사용재료) | 용제 (희석률) | 소요 시간 | 공 종 명 (사용재료) | 용제 (희석률) | 소요 시간 | 동일조건 | |
| 1 | 표면처리 (그라인더) | 2 | 표면처리 (그라인더) | 2 | 표면처리 (그라인더) | 2 | 동일조건 | |||
| 2 | 이물질제거 (물 세척) | 1 | 이물질제거 (물 세척) | 1 | 이물질제거 (물 세척) | 1 | 동일조건 | |||
| 3 | 건 조 | 4 | 건 조 | 4 | 건 조 | 1 | ||||
| 4 | 1차 도장 (CONCOAT EW) | 전용신너 (50~70%) | 1 | 공극부위퍼티 (Coruseal-Putty) | 1 | 공극부위퍼티 | 1 | 동일조건 | ||
| 5 | 건 조 | 4 | 건 조 | 4 | 건 조 | 2 | ||||
| 6 | 공극부위퍼티 (CONCOAT 촙코킹) | 1 | 1차 도장 (Coruseal-PM) | 전용신너PM-SN (25~30%) | 1 | 1차 도장 | 수돗물 (10~15%) | 1 | 동일조건 | |
| 7 | 건 조 | 4 | 건 조 | 4 | 건 조 | 40분 | ||||
| 8 | 2차도장 (CONCOAT EW or USB) | 전용신너 (10~20%) | 1 | 2차 도장 (Coruseal) | 전용신너SN (20~25%) | 1 | 2차 도장 | 수돗물 (10~15%) | 1 | 동일조건 |
| 9 | 건 조 | 7 | 건 조 | 4 | 건 조 | 40분 | ||||
| 10 | 3차 도장 (CONCOAT USB) | 전용신너 (0~5%) | 1 | 3차 도장 (Coruseal) | 전용신너SN (20~25%) | 1 | ||||
| 11 | 건 조 | 7 | 건 조 | 4 | ||||||
| 12 | 도막두께(100㎛) | 도막두께(100㎛) | 도막두께(150㎛) | |||||||
| 13 | 최종소요시간 | 33시간 | 27시간 | 10시간 10분 | ||||||
(상기 조건은 해당 업체가 제공하는 시방 조건에 따른 것임)
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명과 기존 신기술 공법은 공정별 소요 시간 및 도막 두께 상에서 차이점을 보이는데, 본 발명이 기존 신기술 공법에 비해서 최종 소요 시간이 대폭 단축되었다는 사실을 알 수 있다. 또한, 기존 신기술 공법은 용제로서 신너를 사용하지만, 본 발명은 물을 사용하기 때문에 더욱 작업성이 양호하고 환경친화적임을 알 수 있다.
또한, 하기 표 6에는 2종의 기존 신기술 공법과 본 발명에 따른 공법의 객관적 현장적용성을 비교한 결과를 도표로서 나타내었다.
| 구 분 | 신기술 (S사) | 신기술 (H사) | 본 발명 |
| 장 비 | 접착제와 금속혼합물의 교반을 위한 전동믹서기 필요 | 접착제와 금속혼합물의 교반을 위한 전동믹서기 필요 | 별도장비 필요없음 |
| 바탕상태 정도 | 습윤면 (8%미만) 시공가능 | 습윤면 (8%미만) 시공가능 | 습윤면(30%)에도 시공가능 |
| 피도물 종류 | 콘크리트,강재 구분 적용 | 콘크리트,강재 구분적용 | 콘크리트 및 강재에 동일하게 적용 |
| 공정재료 성상 | 유성→유성→유성 | 유성→유성→유성 | 수성→수성 |
| 유해 휘발성 케미칼 발생정도 | 발생 | 발생 | 미발생 |
| 프라이머 사용 | 사용 | 사용 | 미사용 |
| 안전성 | 작업시 안전 주의 및 화재우려 (터널등 방재시설 사용 곤란) | 작업시 안전 주의 및 화재우려 (터널등 방재시설 사용 곤란) | 양호(터널등 방재시설 사용 가능) |
| 시공성 | 3단계 | 3단계 | 2단계 |
상기 표 6의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 기존 신기술 공법에 비해서 우수한 현장적용성을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 방수, 방청 효과가 뛰어나며, 염분에 대한 저항성이 강하 고, 내부 벽면에 서식하는 각종 미생물의 부착을 막아주어 항균 효과도 보유하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법을 제공할 수 있다. 또한, 제조된 구조물은 강한 접착력과 우수한 내구성, 내산성, 내알카리성, 내굴곡성, 내마모성 등의 특성을 보유하고 있으며, 피막 형성시 프라이머층 없이 주재 및 경화제를 혼합하여 바로 구조물에 도포할 수 있고 속경화성을 지니므로, 작업성이 간편하여 시공비 및 공기를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 구조물의 통기성이 우수하여 구조물 내부의 수분을 환경에 따라 조절하는 능력을 보유함으로써, 부풀음, 박리 및 탈락 현상이 현저히 개선된다.
Claims (9)
- (a) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 표면처리 단계;(b) 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면의 분진 및 먼지를 제거하기 위한 고압 세척 단계;(c) 상기 (b) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리 단계로서, 상기 퍼티재는 주재로서 i) 주재의 총중량을 기준으로, 바륨계 필러, 지르코늄계 필러, 일라이트 필러 또는 그 혼합물로 이루어진 필러 5 내지 10 중량% 및 ii) 수계 에폭시 수지 및 수계 아크릴 수지를 에폭시 수지 : 아크릴 수지의 중량비로, 4:1 내지 3:1의 비율로 포함하며, 부재로서 수분산성 경화제, 물 및 수계 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계(d) 1차 양생 단계;(e) 상기 (d) 단계가 완료된 콘크리트 구조물 및 강 구조물 표면 상에 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 복합 수지를 포함하는 피막 형성 조성물을 2회 이상 반복 도장하는 단계로서, 상기 피막 조성물은 주재로서 i) 주재의 총중량을 기준으로, 바륨계 필러, 지르코늄계 필러, 일라이트 필러 또는 그 혼합물로 이루어진 필러 5 내지 10 중량% 및 ii) 수계 에폭시 수지 및 수계 아크릴 수지를 에폭시 수지 : 아크릴 수지의 중량비로, 4:1 내지 3:1의 비율로 포함하며, 부재로서 수분산성 경화제, 물 및 수계 에폭시 수지를 포함하며, 상기 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 혼합은, 에폭시 몰비가 50 이상인 NP 계열 유화제의 존재 하에서, 3,000 내지 5,000 rpm의 교반 속도 및 50 내지 80℃의 교반 온도를 유지하여 물 입자의 크기를 1 ㎛ 이하로 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 단계; 및(f) 2차 양생 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 양생은, 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대 습도 하에서, 1일 내지 2일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 부재에 포함되는 수분산성 경화제, 물 및 수계 에폭시 수지의 함량은 부재의 총중량을 기준으로 수분산성 경화제 60 내지 70 중량%, 물 20 내지 30 중량% 및 수계 에폭시 수지 5 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
- 제1항에 있어서, 상기 주재는 주재의 총중량을 기준으로, 항균제 3 내지 5 중량%; TiO2계 또는 Cr2O3계 무기계 안료 10 내지 20 중량%; 및 호두껍질 파우더 5 내지 15 중량%로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
- 제1항에 있어서, 상기 부재는 부재의 총중량을 기준으로, 경화 촉진제 5 내지 10 중량%; 및 오렌지향 오일 2 내지 10 중량%로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 양생은, 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대 습도 하에서, 5일 내지 7일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 및 강 구조물의 내구성 증대 및 중성화와 염해방지를 위한 속경화 피막 형성 공법.
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