KR101082864B1 - 친환경 표면 보호공법 - Google Patents

Abstract

친환경 보호공법이 개시되어 있다.
개시된 친환경 표면 보호공법은, 콘크리트 블록 표면의 요철과 레이탄스를 제거하는 단계(S10); 상기 콘크리트 블록 표면의 이물질을 제거하기 위한 고압 세척단계(S20); 상기 콘크리트 블록의 표면 상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리단계(S30); 상기 콘크리트 블록의 표면 상에, 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제, 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지성분 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료, 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진 친환경 표면 보호제를 1차적으로 도포하여 하도층을 형성한 후, 1차 양생하는 단계(S40); 상기 하도층의 표면 상에 하도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 2차적으로 도포하여 중도층을 형성한 후, 2차 양생하는 단계(S50) 및 상기 중도층의 표면 상에 중도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 3차적으로 도포하여 상도층을 형성한 후, 3차 양생하는 단계(S60)를 포함하는 것이다.

Description

친환경 표면 보호공법{Eco-friendly surface method of surface protection}

본 발명은 친환경 표면 보호공법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 염해, 중성화방지 및 방수, 방식기능을 갖는 친환경 표면 보호제를 피 구조물의 표면에 보호 도포하기 위한 친환경 표면 보호공법에 관한 것이다.

일반적으로 화학 수지를 이용한 조성물에 있어서 코팅특성을 갖도록 하기 위해서는 내마모성과 원가절감을 목적으로 무기물을 충전하지만 그 사용량은 30%이내이며, 이러한 조성물은 다량의 유기용제를 함유하고 있어서 수지 내에 무기물이 침

지된 상태를 벗어나면 작업성이 없을 뿐만 아니라 코팅제로서 제기능을 발휘하지 못한다.

특히, 콘크리트 구조물과 같은 표면이나 바탕면을 코팅하고자 할 때 그 표면이나 바탕면에 프라이머가 도포되지 아니한 상태에서는 시멘트와 같이 비중이 무거운 무기물이 저점도 코팅제에 적용될 경우 1회 도포되는 두께가 0.2mm 내외로 유기용제가 휘발되면서 경화되어 남는 고형분의 두께는 0.07mm정도의 얇은 박막층으로만 형성되게 된다. 그러므로 함침 범위를 벗어난 무기물은 결속력을 갖지 못하고 분리되어 형상을 유지할 수 없기 때문에 보호 보수 성능이 크게 저하되는 것이 심각한 문제로 지적되고 있다.

지금까지 국내외 전반적으로 이미 열화가 진행된 콘크리트 표면을 보수하는 재료들로서는 대부분 화학수지나 화합물을 이용한 조성물을 사용하는 경우가 많다. 국내에서 신기술로 개발된 보수제의 이용과 보수공법의 종류를 보면 스틸렌-부타디

엔고무(SBR)나 라텍스를 무기물 혼용제와 혼합사용하여 도포하는 방법, 수화 응고형 분말도포제 및 코팅제를 이용한 콘크리트 보호마감 이중코팅처리 기술, 기능성 수지군의 복합과 세라믹 반응을 이용한 콘크리트 구조물의 중성화와 염해 및 화학침식 방지기술, 이소시아네이트 수지(MDI)를 이용한 콘크리트 보수 몰탈제의 제조방법 및 보수공법, 실리게이트 화합물을 이용한 표면보수공법 등이 있다. 그리고 최근 들어 에폭시 수용성 타입에 시멘트를 혼합하여 바탕조정제로 사용하고 우레탄 수지에 아크릴 수지를 교합시켜 중도 및 상도 코팅 공정으로 시공하는 공법이 알려져 있다.

그러나, 이러한 콘크리트 표면 보호 보수를 위한 공법들은 나름대로 특성을 갖고 있으나, 시공절차가 복잡하고 진정한 보호 보수성능을 발휘하도록 한다기보다는 단순 임시처방에 그치는 보수공법에 한정되어 있으며, 도포된 표면의 수지나 화

합물이 노출된 상태로 자외선이나 각종 위해가스, 산성비 등으로 인하여 노화가 급속히 진행되는 단점이 있다. 또한, 콘크리트 습윤 상태에서의 적응성, 콘크리트 구성물인 알칼리성과의 비결합성에 의한 접착력 저하 등을 해소할만한 뚜렷한 특성이 제안되어 있지 아니하여 개선의 여지가 많았다.

특히, 열화된 콘크리트 표면을 다공체로 도포하였을 때에는 균일성이 확보되지 않는 문제점 등으로 인해 3회 이상 중첩도포를 필요로 하게 되고, 무엇보다도 표면 보호 보수제로서 기본적으로 요구되는 시공 후 콘크리트 본래 형상 회복이, 필요한 문제가 아직도 해소되지 않고 있다. 이러한 문제점들은 국내뿐만이 아니라 토목 건설 산업개발이 활발히 이루어지고 있는 개발도상 국가들이나 선진국들 역시

제대로 해소하지 못하여 매우 고심하고 있는 문제점들이다.

급속한 산업사회의 발달은 콘크리트 구조물의 축조가 그 바탕을 이루면서 품질에 대한 개선 지향적인 생각보다는 형태나 미관에 치중한 나머지 열화에 의한 각종 재해와 공해문제가 발생하고 있다. 이러한 문제점들은 이상적인 결합형태를 가지는 콘크리트 구조물의 장점이자 단점으로서 근본적인 해결책이 이루어지지 않고 있는 실정이다.

한편, 최근에 콘크리트 표면 보호제로서 널리 사용되고 있는 에폭시 레진을 이용한 도료에서 무기물의 혼합조성으로 나타나는 특성을 보면 다음과 같다.

건축용도로 사용되는 에폭시 레진을 주재로 하는 여러 적용 조성물의 종류를 보면 무용제형 고점도 접착제, 충전 및 퍼티제가 있으며, 바닥제로는 중점도 무용제형 라이닝제, 저점도 용제형 코팅제 등이 사용되고 있다. 에폭시 무용제형 라이닝제의 경우 무기물 충전은 주제성분의 전체함량의 30% 이내로 첨가되어 사용되고 있고 일정부분 내마모성을 증대시키는 부분이 있으나 원가절감을 위한 첨가가 대부분이다.

그리고 중점도 무용제형 타입을 적용하는 접착제나 충전제와 같이 점착성을 요하는 조성물에는 다량의 무기물이 첨가 되어 조성되어지나 전단, 인장력 등에 있어서는 기능이 저하되는 현상이 나타나며, 단순 접착제나 퍼티제로 그 사용범위가 제한되게 된다. 그리고, 일반적으로 사용되는 에폭시 수지를 이용한 저점도 유기용제 또는 수용성 타입(저점도 500∼1000cps)의 코팅제에서 코팅성을 부여하기 위해서는 에폭시 베이스 레진이 18000∼20000 cps 고점도 상태이므로 60%이상 많은 유기용제가 함유되어야만 작업성을 포함한 코팅제가 갖는 형상과 기능적 특성을 기대할 수 있다.

또한 전체함량의 고형분(고형분 100%중 무기물이 30%)이 35%이내에서 조성된 코팅성을 갖는 도료일 경우에도 1회 도포할 수 있는 두께가 0.15 ~ 최대치 0.2mm 까지 가능하나 그 이상일 경우 매우 불합리한 경화 조건을 만들어 원만한 물성을 가질 수 없게 된다. 그 원인으로는 코팅공정을 수행하기 위해서는 필수적으로 바탕면에 프라이머를 도포한 후 코팅을 해야 하기 때문에 바탕면의 흡수층이 차단되어 무기물이 30%이상 과량이거나 1회 도포되는 두께가 0.2mm 이상일 경우 수지와 무기물 내에 함유된 용제나 수분이 급속히 분산 휘발 또는 증발 시킬 수 있는 조건을 갖지 못하게 된다. 그리고 이러한 환경조건은 에폭시 수지가 열경화성 갖는 특성으로 평상적인 조건에서 피도면의 온도보다 대기 중에 온도가 높아 겉 표층부터 결화가 나타나면서 피막을 형성하므로 내면에 유기용제가 휘발되지 못하고 가두어지는 형태가 되어 주제와 경화제가 반응시 가교성을 크게 저해하는 결과로 인해 요구하는 경화물성을 발휘할 수 없게 되는 것이다.

그리고 수용성 타입의 경우 국내에서 생산되는 에폭시 수지 외에 일반적인 화학수지에 적용시킨 제품 역시 그 형상이 미백색으로 콘크리트와 외관상의 조화력이 크게 떨어지는데, 이는 수분산성이 완벽한 친수성을 갖지 못하기 때문이다. 지금까지 국내외 적으로 화학수지를 이용한 수용성 코팅제에 대한 통상적인 개념은 화학수지를 용해시키기 위해 사용되는 유기용제의 독성을 중화시키는 데 중점을 두고 있으나, 아직까지 이러한 독성중화와 동시에 화학수지가 갖는 본래의 기능을 유지 또는 증대시키는 효과를 가져 올 수는 없는 것으로 보고 되고 있고, 실질적으로 이러한 코팅제들은 기계적인 특성을 요하는 곳에는 적용되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 일반적으로 수용성 코팅제나, 유기용제형 코팅제와 같이 저점도 타입에서는 특히 시멘트와 같이 비중이 무겁고 입도가 큰 무기물을 다량 혼입하여 프라이머가 도포되지 아니한 바탕면에 적용시 무기물이 수지 내에 침지된 범위를 벗어나게 되면 유기용제의 급속한 휘발로 인하여 결합조건에서 형상을 갖지 못하고 분리되어 경화 후 분진으로 남게 된다.

특히, 보호 보수하고자 하는 콘크리트 구조물은 대부분 외기에 노출된 형태에서 사용되고 있으므로 보호 보수용도의 재료가 대부분 은폐력을 갖도록 하기 위하여 안료를 혼합하여 조성하게 되는데, 이러한 코팅제는 콘크리트 표면에 도포시 콘크리트 본래 형상의 변질을 가져오게 되며, 조색된 칼라 역시 자외선이나 각종 산업가스 또는 산성비 등으로 인하여 손쉽게 변색 되어 보호 보수 기능으로서의 실효성에 한계를 나타내고 있다.

한편, 철근콘크리트는 내구성이 우수한 건설구조재료로서 건축 및 토목구조물에 많이 사용되어 왔으나 최근 다양한 환경조건 및 시공조건하에서 염해 및 중성화 등에 의한 콘크리트구조물의 성능저하현상이 크게 부각되고 있어, 성능저하 된 콘크리트구조물의 장수명화 및 내구성 회복에 관한 관심이 크게 증가되고 있다.

이러한 콘크리트구조물의 성능저하요인 중 염해의 경우 바다모래의 사용량 증가와 동절기 제설재의 사용 등으로 인하여 콘크리트구조물에 있어서 염해에 의한 피해가 증가하고 있으며, 중성화의 경우 대기 중의 CO₂ 농도 증가 및 산성비 등으로 인하여 콘크리트구조물의 중성화에 의한 성능저하는 더욱 가속화되고 있다.

이와 같은 배경에서 국내에서도 성능저하 된 콘크리트구조물의 보수재료로서 유기계, 무기계 및 유·무기계 혼합형의 도포함침재, 방청처리재, 단면복구재 및 표면피복재 등 다양한 재료의 개발이 이루어지고 있으며, 보수공법에 있어서도 균열보수공법, 단면복구공법, 누수보수공법 및 표면처리공법 등 다양한 공법이 개발되고 있는 상황이다.

그러나 국내의 경우 아직까지 콘크리트구조물의 내구성 향상 및 장수명화를 위한 보수재료·공법의 개발은 매우 불충분한 상태이며, 대상 구조물의 요구 성능, 성능저하 메커니즘, 환경조건 및 시공조건에 부합되는 보수재료·공법의 선정시스템도 미비한 실정으로 성능저하 된 콘크리트구조물의 성능저하 메커니즘 및 진행단계에 따른 체계적이고 합리적인 보수유지 및 품질관리를 위한 보수재료·공법시스템 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 용도로서의 콘크리트 보수재료에 관한 종래의 기술 및 특허를 보면, 국내특허 제 0448520호에서는 염해 중성화를 받아 성능이 저하된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능개선용 조성물 및 그의 제조방법이 개시되어 있는데, 이는 반응성이 큰 규산나트륨과 생화학 물질인 알긴산 나트륨이나 카제인으로 구성된 혼합물을 수회 콘크리트의 표면에 도포함으로서 콘크리트 내부의 염화물을 고정시키고, 철근의 부식 활동의 억제, 저하된 PH의 향상을 목표로 이루어진 조성물이다.

그러나 이는 신 콘크리트에 적용하여 열화를 방지 또는 지연시키기 위한 조성물로 분류되어야 할 것으로 이미 열화 되어 성능이 저하된 콘크리트에는 적용할 수 없는 조성물이라 할 수 있다.

또한, 국내특허 제 0526418호에서는 콘크리트를 보호하기 위하여 유기계 화합물을 콘크리트 표면에 도포함으로서 콘크리트에 유기 화합물이 침투하여 콘크리트를 보호하는 구성으로 이루어져 있다.

기타 다양한 형태의 콘크리트 보호 또는 보수용 모르타르가 개발 되어 사용되고 있다.

이들 종래의 기술들은 비교적 콘크리트 보호성능이 안정되어 콘크리트 열화를 방지 또는 지연시키는 기능으로 다양한 콘크리트 구조물에 사용될 수 있으며 기존에 사용되고 있는 보수용 모르타르도 각각 콘크리트 보수를 위한 나름대로의 특성을 갖고 있다고 할 수 있다.

그러나 이들 종래의 기술은 모두 콘크리트 구조물의 표면에 도포함으로서 열화 된 콘크리트를 보수하는 기능의 재료이지만, 계절적인 요인 등에 대한 대비책은 없는 실정이다. 즉, 계절적으로 온도가 높은 여름철이나, 온도가 너무 낮은 겨울철에는 보수용 재료와 구체 콘크리트와의 열팽창률이 달라 보수층과 콘크리트 바탕면과의 사이에 에어 포켓이나 결로 등이 발생하여 쉽게 보수층이 박리 되어 보수 기능을 상실하게 되는 단점이 있는 것이다.

또한, 보수용 모르타르의 경우 대부분이 재유화형 분말 수지나 에멀젼 수지를 사용하는데, 이들 수지의 경우 유리전이 온도가 높아 탄성이 낮은 단점이 있다. 탄성이 낮을 경우 콘크리트와의 부착 성능이 저하될 뿐만 아니라 콘크리트의 수축 팽창에 대한 대응력이 약하게 되며, 동절기에는 수지 도막이 쉽게 파괴되어 모르타르의 물성을 저하시키거나 박리되는 단점이 있는 것이다.

이에 본 발명은 염해, 중성화방지 및 방수, 방식성능을 갖는 친환경 표면 보호제를 피 구조물의 표면에 보호 도포하기 위한 친환경 표면 보호공법을 제공하는 것에 주요 목적을 두고 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 친환경 보호공법은, 콘크리트 구조물 표면의 요철과 레이탄스를 제거하는 단계(S10); 상기 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하기 위한 고압 세척단계(S20); 상기 콘크리트 구조물의 표면 상에 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제 및 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지성분 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료 및 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진 친환경 표면 보호제를 1차적으로 도포하여 하도층을 형성한 후, 1차 양생하는 단계(S40); 상기 하도층의 표면 상에 상기 하도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 2차적으로 도포하여 중도층을 형성한 후, 2차 양생하는 단계(S50) 및 상기 중도층의 표면 상에 상기 중도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 3차적으로 도포하여 상도층을 형성한 후, 3차 양생하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.

상기 친환경 표면 보호제는, 에폭시 베이스 수지성분 69~81중량% 및 경화성분 19~31중량%로 이루어질 수 있다.

상기 에폭시 베이스 수지성분은, 에폭시 수지 54~82중량%, 반응성 희석제 5~11중량%, 응결제 2~8중량%, 유화제 3~9중량%, 물 8~18중량%로 이루어지며,

상기 경화성분은, 폴리옥시프로필렌디아민 24~35중량%, 톨루엔 12~21중량%, 타이타늄옥사이드 8~15중량%, 가라마이트(GARAMITE) 11~21중량%, 안료 2~8중량%, 물 11~19중량%로 이루어질 수 있다.

상기 가라마이트는, 마그네슘, 알루미늄 및 실리게이트를 유기적으로 합성한 것일 수 있다.

상기 하도, 중도 및 상도층을 합한 두께는 0.1 ~ 1mm일 수 있다.

이상의 본 발명은 염해, 중성화방지 및 방수, 방식성능을 갖는 친환경 표면 보호제를 피 구조물의 표면 상에 보호 도포하기 위한 친환경 표면 보호 공법이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 표면 보호 공법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 단면 보수 공법에 대한 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들이 개시된다. 실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한, '혼합물'의 의미로 사용된다.

본 발명은 친환경 표면 보호 공법에 관한 것이다.

① 먼저, 피 구조물의 원료인 시멘트 모르타르 조성물에 대하여 설명한다.

시멘트 모르타르 조성물은, 시멘트 결합재, 잔골재, 굵은골재, 물, 감수제 및 칼슘설포알루미네이트가 적정 함량으로 조성되어 이루어질 수 있다. 여기서, 적정함량은 후술될 콘크리트 블록에 적합한 정도를 의미한다.

상기 시멘트 모르타르 조성물을 이루고 있는 각 성분들의 바람직한 함량비(백분율)는 시멘트 결합재 7 ~ 25중량%, 잔골재 35 ~ 55중량%, 굵은골재 25 ~ 40중량%, 물 1 ~ 10중량%, 감수제 0.05 ~ 3중량%, 칼슘설포알루미네이트 3 ~ 8중량%로 조성될 수 있다.

보다 바람직하게는, 시멘트 결합재 9.5 ~ 22.3중량%, 잔골재 37.8 ~ 48.2중량%, 굵은골재 29.1 ~ 36.5중량%, 물 3 ~ 8.3중량%, 감수제 0.08 ~ 2.25중량%, 칼슘설포알루미네이트 4.1 ~ 6.4중량%로 조성될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 시멘트 결합재 19.8중량%, 잔골재 39.2중량%, 굵은골재 30.3중량%, 물 5.5중량%, 감수제 1.0중량%, 칼슘설포알루미네이트 4.2중량%로 조성될 수 있다.

본 발명에 따른 시멘트 모르타르 조성물에 포함되는 상기 시멘트 결합재의 배합비는 7 ~ 25중량%이다.

상기 시멘트 결합재는 알루미나 시멘트, 산화알루미늄, 경량골재, 폴리아미드 섬유 보강재, 탄산칼슘, 실리카흄, 아연, 보습제 및 아크릴계 폴리머를 포함할 수 있다.

상기 시멘트 결합재의 시멘트로는 알루미나 시멘트를 사용하는 것이 바람직하지만, 그 외에도 시중에서 구입 가능한 다양한 종류의 시멘트를 모두 적용할 수 있다. 특히, 상기 알루미나 시멘트는 칼시아(CaCO3) 분말 및 알루미나(Al2O3) 분말을 1:1의 몰비로 정량하여 일정량의 원료 배치(batch)를 제조한 후 볼밀(ball mill)을 사용하여 균일하게 혼합하고, 혼합된 원료들을 몰리브덴실리케이트(MoSi2)로 제조된 로(furnace) 내에서 열처리하여 소결시키며, 소결이 완료된 물질을 소정 크기를 갖는 입자들로 분쇄하여 알루미나 시멘트 분말을 형성한다.

여기서, 균일한 크기를 갖는 입자들을 제조하기 위하여 적어도 1회 이상의 분쇄 공정을 실시하며, 바람직하게는 소결물들을 수백 ㎛ 이하의 입자들로 조분쇄한 후 소결 및 분쇄 공정을 반복하여 평균 입경 5 ㎛ 이하의 입자들로 미분쇄한다. 평균입자가 5 ㎛ 이상일 경우 물과 혼합시 균일한 혼합이 어려우며, 작업성 및 흐름성이 현저하게 떨어지게 되므로 평균 입자 5 ㎛ 이하의 미세분말로 구성되어야 한다. 예컨대, 소결물들을 알루미나 유발 내에서 250 ㎛ 이하의 입자들로 조분쇄한 후 소결 및 분쇄 공정을 3회 반복하여 평균 입경이 3.5 ㎛ 정도인 입자들로 미분쇄한다. 이때, 균일하게 분쇄된 알루미나 시멘트 분말에 리튬플루오라이드와 말레산을 첨가할 수 있다. 리튬플루오라이드와 말레산은 순도 99.9 % 이상의 고순도 시약을 사용하고, 말레산은 증류수에 희석시킨 후 시멘트 분말에 첨가하는 것이 바람직하다. 리튬플루오라이드의 경우 골수복용 알루미나 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 촉진제로 작용하며 말레산의 경우 수화반응 이외에 산염기 반응을 유도함으로서 기계적 물성을 증진시키는 작용을 한다. 리튬플루오라이드 및 말레산을 첨가하면 알루미나 시멘트 분말이 물과 접촉하여 수화반응 및 산염기반응이 일어나고, 이로 인해 시멘트 분말들이 경화되어 알루미나 시멘트가 완성되는 것이다.

상기 시멘트 결합재는 촉진제로서 소듐설파이드(Na₂S·9H₂O), 소듐카보 네이트(Na₂CO), 칼륨 카보네이트(K₂CO), 리튬 카보 네이트 (Li₂CO₃), 리튬하이드록 사이드 (LiOH·H₂O), 산화 알루미늄 (Al₂O₃)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있으나, 본 실시예에서는 산화 알루미늄 (Al₂O₃)이 추천된다.

상기 시멘트 결합재의 경량골재는, KS F 2526 규격에 준하는 입경 0.15 내지 1mm, 절대건조밀도 2.5 g/cm³이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하인 것을 사용할 수 있다.

상기 시멘트 결합재의 폴리아미드 섬유 보강재는, 콘크리트의 균열방지 및 인성증대를 위해 첨가된다. 상기 폴리아미드 섬유 보강재로는 폴리아미드(나일론) 6, 폴리아미드(나일론) 66, 및 아라미드 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 분산제가 코팅된 아라미드이다. 폴리아미드는 비교적 우수한 불활성 물질이며, 강염기를 포함한 다양한 유기, 무기 물질에 내성이 우수한 것으로 알려져 있다.

특히, 본 실시예에서 적용하고자 하는 분산제가 코팅된 아라미드(aramid)는 인장력, 내마모성, 내구성 등이 뛰어나다는 장점이 있어서 이를 시멘트에 혼입하게 되면, 앞서와 같은 아라미드 고유의 특성을 시멘트에 부여할 수 있으며, 또한, 아라미드는 낮은 열전도도 특성 때문에 단열성능을 향상시킬 수 있다.

이러한 아라미드는 실의 형태로 뽑아 직물을 만드는 데 사용하는 필라멘트 형태, 분말형태로 형성하여 제품을 만드는 데 사용하는 펄프형태, 실의 두께를 자유롭게 조정함은 물론 다른 성질의 실과 혼방하여 사용하기 위해 약한 분쇄가공을 한 스테플 형태가 있는데, 본 실시예에서는 필요에 따라 이중 선택된 어느 하나의 형태로 적용될 수 있다.

한편, 상기 아라미드는 단일 형상을 갖는 것이며, 그 길이는 1 내지 100mm, 바람직하게는 3 내지 40mm이며, 단면의 직경 또는 두께는 1 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛이다. 상기 아라미드의 길이 및 직경 또는 두께는 목적하는 콘크리트의 품질, 내구 성능과 인장강도, 휨강도 및 인성 등에 따라 최적 범위로 조절할 수 있으며, 단일 형상을 유지하는 단일 길이 및 단일 직경으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 아라미드에서 단일 형상이라 함은 길이 또는 직경 중 어느 하나라도 상이한 섬유가 혼합되지 않은 것을 의미하는 것이며, 콘크리트 내에서 분산성 측면에서 단일 길이 및 단일 직경의 단일 형상을 갖는 섬유 보강재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아라미드는 5mm의 게이지 길이(gauge length)로 측정한 강도가 8.5g/d 이상, 바람직하게는 9.5g/d 이상이고, 5mm의 게이지 길이로 측정한 신도가 60 내지 135%, 바람직하게는 75 ~ 115%가 될 수 있다. 본 발명에서 상기 아라미드의 강도 및 신도가 상기 범위를 벗어나면 콘크리트의 균열저항 등을 개선하는 효과가 미약해질 수 있다.

상기 아라미드는 상대점도(RV)가 2.9 이상, 바람직하게는 3.2 이상이 될 수 있으며, 아라미드의 상대점도(RV)가 상기 범위 보다 낮으면 섬유자체의 강도 및 내마모 특성이 저하될 수 있다.

본 실시예에서 아라미드는 섬도가 1 내지 10 데니어, 바람직하게는 1.5 내지 5 데니어인 것을 사용할 수 있다. 상기 섬도가 1 데니어 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 증가해서 콘크리트와의 접촉면적이 증가하는 장점은 있으나, 섬유 자체의 강도가 저하되고 콘크리트 내 섬유의 분산성이 저하될 수 있다. 반면에, 섬도가 10 데니어를 초과하는 경우에는 콘크리트 단위면적당 섬유 개수가 감소하여 상대적으로 콘크리트에서 취약부가 형성될 위험이 발생될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 아라미드는 섬유 표면에 에스테르계 윤활제 및 비 이온성 계면활성제를 포함하는 코팅액으로 코팅될 수 있으며, 이러한 코팅을 통해 콘크리트 내 분산성과 콘크리트와의 결합력이 크게 향상될 수 있다. 아라미드의 분산성과 결합력의 개선효과를 고려하면, 상기 코팅액의 코팅량은 아라미드 전체 중량 대비 0.5 내지 3 중량%가 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 아라미드는 콘크리트 단위 체적에 대하여 0.1 내지 2.0kg/m³, 바람직하게는 0.3 내지 1.5kg/m³로 포함할 수 있다. 상기 아라미드의 함량이 콘크리트 단위 체적에 대하여 0.1kg/m³ 미만이면, 균열저감 측면에서 우수한 효과상 차이를 얻기 어렵다. 그리고, 상기 폴리아미드 섬유 보강재의 함량이 콘크리트 단위체적에 대하여 2.0kg/m³를 초과하면, 아라미드가 균일하게 분산되지 않아 오히려 콘크리트 내부의 공극을 증가시키며, 이는 균일 억제 성능과 강도 성능이 감소하는 결과를 초래할 수 있어서 바람직하지 않다.

상기 시멘트 결합재의 탄산칼슘은, 시멘트 첨가재료로서, 시멘트 질경화체 속의 모노설페이트의 생성을 억제하는 작용을 하는 것이다. 탄산칼슘으로서는 예컨대 공업용 탄산칼슘 분말, 석탄석 분말 등을 사용할 수 있지만, 석탄석 분말을 사용하는 것이 저렴하여 바람직하다. 석탄석 분말은 천연원료인 석탄석을 분쇄하여(필요에 따라 건조·분급을 수행하여) 제조되는 것이다. 또한, 기타 탄산칼슘으로서 탄산칼슘을 주성분으로 하는 조가비, 산호 등의 분 쇄물 또는 그 가공물을 사용할 수도 있다. 탄산칼슘의 브레인(Blaine) 비표면적은 2000~10000㎠/g인 것이 바람직하다. 브레인 비표면적이 2000㎠/g 미만에서는 탄산칼슘의 반응성이 작아져서 시멘트 질경화체의 강도 발현성 및 내구성이 저하될 우려가 있다. 또한, 브레인 비표면적이 10000㎠/g을 초과하는 것은 입수가 곤란하여, 시멘트 질경화체의 유동성이나 작업성이 저하될 우려가 있다.

상기 시멘트 결합재의 실리카흄은, 제철용 탈산제로 사용되는 페로실리콘과 반도체용 금속실리콘의 제조시 발생되는 SiO2 가스를 응축시켜 포집한 재료로서, 입자형상이 구형이고 평균 입경 0.2~0.5㎛, 비표면적 20만㎠/ｇ인 초미립자이며, 포졸란성 재료이다. 실리카흄은 SiO₂ 를 85% 이상 함유하고 있으며, 종류는 포집된 원래의 상태인 분말상(undensified), 압축시킨 과립상(densified), 물에 현탁한 슬러리상이 있다. 이때 다른 분체와의 혼합을 위해서는 분말상 실리카흄을 사용하는 것이 바람직하다. 실리카흄은 입경 0.2㎛ 수준의 초미립자이므로 굳지않은 콘크리트에서 물 분자와 시멘트 입자 사이의 간격(gap)을 메워 콘크리트의 점성을 낮춘다. 또한, 경화 콘크리트에서는 수화물 공극을 충전하여 압축강도와 내구성을 향상시키는 마이크로 필러(Micro Filler)로써 작용한다. 한편, 실리카흄의 실리카 성분(SiO2)은 시멘트 수화로 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 반응하여 C-S-H 수화물을 생성하여 압축강도를 향상시키게 된다.

상기 시멘트 결합재의 산화아연(ZnO₂)은, 무기안료로서 쓰인다. 이와는 다르게 무기안료로서 산화제2철(Fe₂O₃)에서 선택되어질 수도 있다. 상기 산화아연을 적당량이하로 배합할 경우 시멘트 상의 녹색 또는 황색 등의 색상이 균일하지 않게 되고, 적당량 이상을 배합할 경우 시멘트의 압축강도가 저하되어 크랙이 발생할 수 있다. 아울러, 산화아연은 약 30~50년간 내식성을 유지하므로 가격은 고가지만 내구년한이 길고 철제의 산화를 방지하는 효과를 볼 수 있어서 방청을 위한 소재로서 적합하다.

상기 시멘트 결합재의 보습제는, 네오펜틸글리콜계를 적용하는 것이 바람직하다. 네오펜틸글리콜은 일종의 알코올류로 콘크리트 내의 수분의 표면장력을 높여 수분의 손실을 억제하는 보습역활을 함으로써 펌프압송시 수분손실에 의한 콘크리트 점성증가 및 유동성 저하를 방지하는 역할을 하게 된다.

상기 시멘트 결합재의 아크릴계 폴리머는, 혼화용 재유화용 분말수지로서, 에틸렌 초산 비닐(EVA) 또는 초산비닐/비닐바사테이트(Va/VeoVa) 중 선택된 어느 하나 이상으로 구성되는데, 겉보기 비중은 475±g/l, 입도는 max,2%>400㎛이고, 물에 재분산 시 0.3~9㎛의 입도분포를 나타낸다.

한편, 본 실시예에 따른 시멘트 결합재는 유동화제 및 촉진제를 더 포함할 수 있다. 유동화제는 나프탈렌계 분말 유동화제를, 촉진제는 탄산리튬을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유동화제인 나프탈렌계 분말 유동화제는 결합재 입자의 분산능력을 향상시켜 굳지않은 상태에서의 작업성을 용이하게 하다. 또한, 상기 촉진제로는 탄산리튬이 적용될 수 있는데, 탄산리튬은 상기 시멘트 결합재의 수화반응을 활발하게 하여 경화시간을 단축하는 효과를 나타낸다.

본 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물에 포함되는 굵은골재는 25 ~ 40중량%, 잔골재는 35 ~ 55중량%가 각각 배합된다. 콘크리트의 경량화를 위해서는 콘크리트 배합 중 70~80%의 용적을 차지하는 골재(굵은골재 및 잔골재)의 경량화를 이루어야 한다. 따라서 국내에서는 일반적으로 굵은골재를 경량골재로 사용하는 1종 경량콘크리트와 굵은골재를 경량골재로 사용함과 함께 잔골재의 부분 또는 전량을 경량골재로 사용하는 2종 경량콘크리트로 사용하고 있다. 그러나 콘크리트의 압축강도는 전체 용적의 약 40%를 차지하는 굵은골재의 강도에 큰 영향을 받으므로 경량콘크리트에 사용하는 구조용 경량 굵은골재의 밀도에 대한 조정이 필요하다. 콘크리트 압축강도에 따라 요구되는 구조용 경량 굵은골재의 절건밀도는 아래의 [표 1]에 나타난 바와 같다.

굵은골재의 절건밀도와 콘크리트의 압축강도 간의 관계

콘크리트 압축강도	구조용 경량 굵은골재의 절건밀도
21MPa 이하	0.9t/㎥ 이하 굵은골재 사용
21~27MPa	1.0~1.3t/㎥
27~40MPa	1.3~1.5t/㎥
40MPa 이상	1.5~1.9t/㎥ 이상 골재 사용

위 [표 1]로부터 파악되는 바와 같이 압축강도 40MPa 이상의 고강도 시멘트 모르타르 제조를 위해서는 절건밀도 1.5~1.9t/㎥의 구조용 경량 굵은골재를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구조용 경량 굵은 골재로서는 팽창점토를 예시할 수 있다. 그러나 절건밀도 1.5~1.9t/㎥의 구조용 경량 굵은골재를 사용하면 단위용적질량을 저감하는데 한계가 있으므로 경량 시멘트 모르타르 조성물의 제조가 어렵게 된다. 이의 대안으로 상기 잔골재를 구성하는 모래 및 비구조용 경량 잔골재에 있어서 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환함으로써 시멘트 모르타르 조성물의 단위용적질량 저감을 실현할 수 있다. 상기 비구조용 경량 잔골재는 그 절건밀도가 0.3~0.6t/㎥인 것이 바람직하며, 모래를 상기 비구조용 경량 잔골재로 치환하는 양은 모래를 포함한 전체 잔골재 대비 10~30부피%로 하는 것이 바람직하다. 30부피% 이상으로 치환하는 경우에는 시멘트 모르타르의 압축 강도 저하가 뚜렷하게 발생하기 때문이다. 이와 같이 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환함으로써 얻을 수 있는 효과는 아래의 [표 2] 내지 [표 5]를 통해 확인할 수 있다.

아래의 [표 2]는 일반 고강도 시멘트 모르타르 조성물 실시예들의 배합상태를 나타낸 것이고, [표 3]는 위 실시예들의 압축강도와 단위용적질량을 나타낸 것이다.

일반 시멘트 모르타르 조성물 비교예들의 배합상태

배합강도	W/B(%)	S/a(%)	단위재료량(kg/㎥)
			W	C	S	G
50	32.0	44.0	165	516	694	595
60	26.0	42.0	165	635	618	575
80	15.0	32.0	165	1,033	382	546

W/B : 물-결합재비 S/a : 잔골재율

W : 단위수량 C : 프리믹스시멘트

S : 천연바다모래

G : 구조용 경량 굵은골재(절건밀도 1.60g/㎤)

일반 시멘트 모르타르 조성물 비교예들의 물성

배합강도	압축강도(MPa)			단위용적질량(kg/㎥)
	3일	7일	28일	경화전	경화후
50	36.7	49.5	57.6	1,942	1,875
60	40.9	51.8	62.5	1,968	1,883
80	57.4	69.4	84.3	2,116	2,049

한편, 아래의 [표 4]는 고강도 시멘트 모르타르 실시예들의 배합상태를 나타낸 것이고, [표 5]는 위 실시예들의 압축강도와 단위용적질량을 나타낸 것이다. [표 4]에 나타난 고강도 경량 시멘트 모르타르 실시예들은 위 [표 2]의 실시예들의 구성물 중 모래의 일부를 비구조용 경량 잔골재로 치환한 것이라는 점 이외에 다른 배합조건은 [표 2]의 실시예들과 동일하게 하였다.

본 실시에 따른 시멘트 모르타르 조성물의 배합상태

배합강도	W/B(%)	S/a(%)	단위재료량(kg/㎥)
			W	C	S	G
50	32.0	44.0	165	516	490	595
60	26.0	42.0	165	635	433	575
80	15.0	32.0	165	1,033	229	546

W/B : 물-결합재비 S/a : 잔골재율

W : 단위수량 C : 프리믹스시멘트

S : 천연바다모래

G : 구조용 경량 굵은골재(절건밀도 1.60g/㎤)

본 실시에 따른 시멘트 모르타르 조성물 실시예들의 물성

배합강도	압축강도(MPa)			단위용적질량(kg/㎥)
	3일	7일	28일	경화전	경화후
50	36.5	46.9	56.4	1,820	1,759
60	39.3	52.0	62.0	1,847	1,786
80	55.7	66.0	80.4	2,011	1,965

[표 4]의 배합상태로 구성된 시멘트 모르타르 조성물 실시예들의 물성은 [표 5]에서 확인할 수 있다. 위의 [표 3]과 [표 5]를 비교해보면, 일반 시멘트 모르타르 조성물과 본 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물은 그 배합강도에 따라 1㎥당 약 80~120㎏의 무게 차이가 있음을 알 수 있으며, 이러한 차이는 건축물 전체를 기준으로 보면, 건축물의 규모에 따라 수톤 ~ 수십톤의 무게 차이로 이어지게 된다.

본 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물에 포함되는 감수제(plasticizer)는 0.05 ~ 3중량%가 배합된다. 이러한 감수제는 콘크리트 중의 시멘트 입자를 분산시켜 단위수량을 감소시키거나, 콘크리트 중에 미세기포를 연행시키면서 작업성을 향상시키는 한편, 분산효과에 의해 단위수량을 감소시킬 수 있는 혼화제이다. 감수제는 콘크리트의 응결, 최기경화의 속도에 따라 각각 표준형, 지연형, 촉진형으로 분류되며, 그 화학적 조성에 따라 리그닌설폰산염계, 알킬아릴설폰산계, 폴리옥시에틸렌계, 알킬아릴에테르계, 옥시칼본산계, 멜라민술폰산계, 폴리칼본산계, 나프탈렌술폰(Napthalene Sulfonate), 아미노술산계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 될 수 있다.

본 실시예에 따른 시멘트 모르타르 조성물에 포함되는 칼슘설포알루미네이트(Calciumsulfoaluminate:CSA)는 3 ~ 8중량%가 배합된다.

이러한 칼슘설포알루미네이트는 초기 강도 발현 및 수축방지를 위하여 사용되는 것으로서, 시공 후 후속 공정의 진척을 빠르게 하고 주변 환경의 진동 등에 대한 영향을 최소화하면서조직을 치밀하게 하여 보수성 콘크리트의 균열을 방지하고 보수성 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 또한 칼슘설포알루미네이트는 팽창성도 나타내므로 콘크리트의 팽창성능을 향상시킬 있다. 칼슘설포알루미네이트 대신 칼슘알루미나를 사용할 수도 있다.

여기서, 상기 칼슘설포알루미네이트의 배합률이 증가하면 빠른 경화특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있는 반면, 배합률 3 중량% 미만이 되면 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약하게 나타난다.

상기 칼슘설포알루미네이트의 조성은, 28 ~ 62중량%인 압연종말슬러지와, 9 ~ 52중량%인 백운석슬러지와, 9 ~ 20 중량%인 부산석고가 포함되어 구성되고, 상기 혼합물의 입도가 88㎛, 잔분이 5 ~ 20 중량%로 분쇄되어 이루어진다. 이후에, 상기 혼합물을 소성로에서 1,000∼1,300℃의 소성온도로 1시간 이상 유지한 후 공냉시켜, 칼슘설포알루미네이트를 제조하게 된다. 이때, 소성온도가 낮거나, 백운석슬러지의 함량이 높은 경우에는 미반응 석회의 량이 많아져 팽창성을 나타내므로 붕괴, 파괴의 염려가 있으며, 소성온도가 높거나 석회석 배합량이 적어도 칼슘설포알루미네이트의 생산이 적어져 소기의 목적을 달성할 수 없다.

이와 같이 사용한 원료의 배합비 및 소성온도를 적당히 변화시킴으로써 칼슘설포알루미네이트 분말과 불용성 무수석고의 조성비율을 조절하는 바, 상기 칼슘설포알루미네이트 분말은 시멘트 100 중량%에 대하여 3 ~ 8중량%를 이루도록 하고, 상기 불용성 무수석고 분말은 시멘트 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 이루도록 조절한다.

특히, 칼슘설포알루미네이트 광물 이외에 부수적으로 생성되는 불용성 무수석고 및 활성 알루미나와 유리석회 성분은 칼슘설포알루미네이트의 에트린자이트 생성을 촉진시키는 작용을 한다.

한편, 시멘트 모르타르 조성물 중에 유기물 및 유해 중금속이 다량 함유되어 있을 경우, 상기 칼슘설포알루미네이트 이외에 중금속 고정 효과 및 유기물에 의한 시멘트 수화 저해를 방지하기 위한 첨가제로서 알칼리 탄산염, 명반, 염화물 및 황산염 중에서 적어도 1종 이상을 선택하여 포함시킬 수도 있다.

시멘트 모르타르 조성물에 대한 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4

콘크리트의 각종 균열로 인하여 발생되는 수밀성 및 유지관리 비용 증가 현상에 대하여 폴리아미드 섬유 보강 콘크리트를 적용시켜 균열저감, 내구성 및 구조적 성능 향상을 목표로 하여, 비교예 1은 폴리아미드 섬유 보강재를 혼입하지 않은 일반 콘크리트로 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 분산제가 코팅된 아라미드 섬유를 각각 0.6kg/m³ 혼입하여 콘크리트를 제조하고, 실시예 3은 분산제가 코팅되지 않은 아라미드 섬유를 혼입하여 콘크리트를 제조하였다.

또한, 비교예 2 내지 4는 셀룰로오스 섬유(CL), 폴리비닐알코올 섬유(PVA) 및 폴리프로필렌 섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m³ 혼합한 콘크리트를 제조하였다. 이때, 콘크리트의 설계기준강도(f_ck)는 주로 현장에서 많이 사용되고 있는 강도인 24 MPa를 선정하였다.

하기 실시예 1~3 및 비교예 1~4의 콘크리트 배합의 목표로 하는 공기량 및 슬럼프는 각각 15±2.5cm, 4.5±1.5cm로 설정하고, 이를 달성할 수 있도록 고성능 감수제 등을 조절하였다.

구분	굵은골재(중량%)	잔골재 (중량%)	물(중량%)	시멘트 결합재(주요성분만 배합) (kg/m3)			칼슘설포알루미네이트	감수제
				알루미나 시멘트	경량골재	섬유 보강재
비교예1	25~40	35~55	1~10	330	868	0	3~8	0.05~3
실시예1	25~40	35~55	1~10	330	868	0.6	3~8	0.05~3
실시예2	25~40	35~55	1~10	330	868	0.6	3~8	0.05~3
실시예3	25~40	35~55	1~10	330	868	0.6	3~8	0.05~3
비교예2	25~40	35~55	1~10	330	868	1.2	3~8	0.05~3
비교예3	25~40	35~55	1~10	330	868	0.9	3~8	0.05~3
비교예4	25~40	35~55	1~10	330	868	0.9	3~8	0.05~3

실험방법

a) 분산성

콘크리트 분산성은 φ100×200mm의 원주형 공시체를 제조한 후, 0.08mm체를 사용하여 씻기 분석 시험 방법을 통하여 체에 잔류하는 섬유를 건조시켜 중량을 측정하였다. 상기와 같이 측정된 섬유의 중량을 각 원주형 공시체 투입량 대비로 하여 결과를 나타내었다.

b) 압축강도 실험

콘크리트의 압축강도 실험은 φ100×200mm의 원주형 공시체를 사용하였으며, 공시체를 제작한 즉시 20℃ 및 60% 항온항습실에 양생을 실시하여 조기강도 15h, 18h, 24h의 압축강도를 측정하였으며, 그 이후에는 20±2℃의 수중에서 표준양생을 실시하여 재령 3일, 7일, 28일에서 KS F 2505「콘크리트의 압축강도 시험방법」에 준하여 실시하였다.

c) 콘크리트의 인장강도 실험은 φ100x200mm 의 원주형 공시체를 제조하여 20±2℃의 수중에서 표준양생을 실시한 후 재령 28일에서 KS F 2423「콘크리트의 인장강도 시험방법」에 준하여 실시하였다.

실험결과

(1) 분산성

실시예 1 내지 2의 분산제를 코팅한 아라미드 섬유가 분산성이 100%에 가까운 가장 좋은 결과를 나타냈으며 실시예 3의 아라미드 섬유의 분산성도 좋은 결과를 나타냈다. 이와 같은 결과를 나타낸 이유는 기본적으로 아라미드 섬유의 비중이 1.06으로 물에 잘 퍼지는 성질을 가지고 있으며, 더불어 섬유의 형상이 단일 길이 및 굵기를 가지고 있어 섬유들과의 간섭이 적으며, 섬유 표면에 분산제를 코팅하여 물과 접촉을 하면 친수기들끼리 반반력을 일으켜 분산성을 좋게 했기 때문이다. 또한, 실시예 3은 아라미드 섬유의 분산성을 나타낸 것으로써, 실시예 1 내지 2과 같이 비중을 가지고 있으나 단면 형상이 부정형하고, 분산제가 코팅되어 있지 않으므로 실시예 2 내지 3보다는 분산성이 떨어지는 결과를 나타내었다.

그 밖에 비교예 1로서 섬유보강재를 포함하지 않는 것, 및 실시예 2 내지 4은 셀롤로오스섬유, 폴리비닐알코올섬유 및 폴리플로필렌섬유의 분산성은 섬유의 뭉침현상 또는 콘크리트 내에 균일하게 분산되지 않은 결과를 나타내었다.

(2) 압축강도

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 콘크리트에 대한 압축강도를 측정하였다. 설계기준강도는 24 MPa 이며, 비교예 1은 일반콘크리트에 아라미드 섬유를 혼입하지 않고 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 일반콘크리트에 일반형 아라미드 섬유와 크림프형 아라미드 섬유를 각각 혼입하고, 실시예 3은 아라미드 섬유를 각각 0.6 kg/m 혼입하여 콘크리트를 제조하였다. 또한, 비교예 2 내지 4는 각각 셀롤로오스섬유(CL), 폴리비닐알코올섬유(PVA) 및 폴리플로필렌섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m 혼합한 콘크리트를 제조하였다.

측정결과에 따르면, 섬유 보강재 종류에 상관없이 재령 28일 압축강도는 거의 유사한 값을 나타내었으며, 이와 같은 결과는 일반콘크리트에 섬유보강재를 혼입했을 때 압축강도에는 크게 영향을 미치지 않는다는 기존 연구결과와도 동일하였다.

(3) 인장강도

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 콘크리트에 대한 인장강도를 측정하였다. 설계기준강도는 24 MPa 이며, 비교예 1은 일반콘크리트에 아라미드 섬유를 혼입하지 않고 제조하였으며, 실시예 1 내지 2는 일반콘크리트에 일반형 아라미드 섬유와 크림프형 아라미드 섬유를, 실시예 3은 아라미드 섬유를 각각 0.6 kg/m 혼입하여 콘크리트를 제조하였다. 또한, 비교예 2 내지 4는 셀롤로오스섬유(CL), 폴리비닐알코올섬유(PVA) 및 폴리플로필렌섬유(PP)를 각각 0.6, 1.2, 0.9 및 0.9 kg/m 혼합한 콘크리트를 제조하였다.

측정결과에 따르면, 실시예 3의 아라미드 섬유가 혼입된 콘크리트 및 실시예 1 및 2의 분산제가 코팅된 아라미드 섬유를 혼입한 콘크리트의 인장강도가 가장 좋은 결과를 나타내었으며, 일반콘크리트에 아라미드 섬유를 혼입하지 않은 비교예 1과 비교하여 약 15% 정도 인장강도가 크게 나타났다. 이와 같은 결과를 나타낸 이유는 아라미드 섬유는 기본적으로 친수성을 가지고 있어 수분을 흡수하여 강한 수소결합을 유도함으로써 콘크리트와 섬유간의 부착력 증가로 이어져 섬유의 가교작용을 충실히 하였으며, 또한, 표면에 코팅된 분산제가 시멘트 수화반응에서 시멘트와 섬유간의 간격을 좁혀주게 되므로 부착력이 증가하게 된다.

그 밖에 비교예 2 내지 4는 콘크리트의 인장강도는 일반콘크리트 즉, 실시예 1보다 약간 큰 값을 나타내었으나, 셀롤로오스 섬유, 폴리비닐알코올 섬유 및 폴리플로필렌 섬유는 분산제가 코팅되어 있지 않아 분산성이 좋지 않았으며 특히, 폴리플로필렌섬유는 소수성이므로 콘크리트와 섬유의 부착성이 떨어져 인장강도가 실시예의 콘크리트보다 작은 것으로 판단되어 진다.

② 참고적으로 , 친환경 표면 보호제에 대하여 설명한다.

친환경 표면 보호제는 앞서 설명된 콘크리트 블록의 표면에 코팅되는 것으로서, 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제 및 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지; 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료 및 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진다.

상기 친환경 표면 보호제를 이루고 있는 에폭시 베이스 수지성분 및 경화성분의 최선의 함량비는, 에폭시 베이스 수지성분 69 ~ 81중량%, 경화성분 19 ~ 31중량%로 조성될 수 있다.

보다 상세하게는 상기 에폭시 베이스 수지성분의 세부 조성비는, 에폭시 수지 54~82중량%, 반응성 희석제 5~11중량%, 응결제 2~8중량%, 유화제 3~9중량%, 물 8~18중량%로 이루어지며,

상기 경화성분의 세부 조성비는, 폴리옥시프로필렌디아민 24~35중량%, 톨루엔 12~21중량%, 타이타늄옥사이드 8~15중량%, 가라마이트(GARAMITE) 11~21중량%, 안료 2~8중량%, 물 11~19중량%로 이루어질 수 있다.

상기 에폭시 베이스 성분을 이루고 있는 에폭시 수지는, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 일반적인 에폭시 수지, 염소를 포함하는 에폭시 수지 또는 그 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 아크릴, 우레탄, 섬유강화 플라스틱(FRP), 라텍스 수지 등 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 물질을 1종 이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 상기 액상의 에폭시 수지의 예로는 국도화학에서 구입 가능한 R1475, KEM-128M, KEM-128-70, KEM-134-60, EM-101-50, KEM-172-60, KEM-638-60, KEM-500-90P40, R-1039, R-1415-1, R-1508 등을 들 수 있으며 상기 종류 중에서 1종 이상 선택하여 혼합한 것을 사용할 수 있다.

상기 반응성 희석제는, 부틸글리시딜에테르, 폐닐글리시딜에테르, 카복실릭 글리시딜에테르, 헥산디올 디글리시딜에테르, 부탄디올 디글리시딜에테르 및 에폭시글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 이외 모노에폭시, 디에폭시, 트리에폭시 계열의 희석제를 사용하는 것도 가능하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 응결제는 실리콘 디옥시드, 에어로질, 가레마이트, 무수규산 및 아소베스트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 유화제는, 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥틸페닐에테르의 공중합체 및 소디움도데실벤젠설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반응성 유화제를 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 물은, 수돗물, 천수, 지수, 지하수, 녹녹물, 연수, 경수 등 일반적으로 사용되는 물을 사용할 수 있으며 특별히 제한하지 않는다.

다음, 상기 경화성분 중 폴리옥시프로필렌 디아민에이소포론 디아민, 메타크실렌 디아민 중 선택된 하나 이상을 지방산 모노머, 다이머, 트리머 유기지방산과 지방족아민의 가열가압 축합반응 결과물인 폴리아미드 외 에폭시를 첨가한 아닥터물을 사용하는 것도 가능하며, 폴리아미드에 이소포론 디아민, 메타크실렌 디아민을 혼합 변성시킨 타입으로 폴리옥시프로필렌 디아민과 혼합시켜 사용하는 것도 가능하다. 또한, 산무수물계 지방족3급아민, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌아민, 이소프로필디아민, 메타크실렌 디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 디에틸렌트리아민 중에서 선택된 하나 이상에 에폭시를 아닥트(adduct)시켜 이를 상기 경화제 조성에서 폴리옥시프로필렌 디아민을 대체하거나 일부분 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

이러한 본 발명의 친환경 표면 보호제는 현장에서 콘크리트 또는 금속 표면용 코팅제 및 프라이머제로 시공할 때 적정의 부동성을 갖는 액상으로 기본 수지 성분과 현장에서 배합되는 경화성분으로 이루어진 것으로, 종래의 수지 조성물에 비하여 내수성, 내화학성이 우수하고, 수성 프라이머제 조성물을 이용하여 신속한 공정처리가 가능하다.

상기 경화성분으로 사용되는 종류를 구분하여 설명하면 다음과 같다.

1. 지환족 아민 베이스: 폴리옥시 프로필렌 디아민, 이소포론 디아민, 메틸렌 디아닐린, 메타 크실렌 디아민 등의 지환족 아민의 아닥트물,

2. 지방족 아민 베이스: 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민 등의 화학적 변성 아닥트물,

3. 방향족 아민 베이스: 화학적변성 Adduct 물 : 디아미노 디페닐렌 풀폰(Diamino diphenylene fulfone),

4,4'-디아미노 디페닐 메탄 등의 화학적 변성 아닥트물,

4. 폴리아미드 아민: 모노머, 다이머, 트리머 유기지방산과 지방족 Amine의 가열 가압 축합반응 결과물인 폴리아미드 경화제 및 Epoxy 첨가 아닥트물,

5. 산무수물: 프탈릭 안히드리드, 헥사히드로 프탈릭 안히드리드, 메틸 테트라히드로 프탈릭 안히드리드의 아닥트물.

이러한 본 발명의 친환경 표면 보호제의 수지 성분은 저점도 상태에서 팽윤에 의해 완전히 부동성을 유지하게 되고, 다시 유화제가 혼합된 물을 후첨가하여 부동성이 완화된 형상으로 조성하고, 물과 유화제가 혼입된 저점도 경화제를 혼합할 경우 적절의 흐름성을 유지하며 이러한 조성물을 현장에서 용도에 따라 시멘트 또는 아연 등의 분말을 달리 혼합하여 에어 스프레이, 로울러, 고무 헤라 등의 이용하여 프라이머제 도포, 중도, 상도 작업하여 평탄면과 균일성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 친환경 표면 보호제는 에어로질과 같은 응집제를 내재시키고 적절의 온도를 유지한 상태에서 물과 유화제를 혼합하면 유화 중합 반응이 일어나며, 용해 물질이 없어도 응집제의 엉킨 입자 표면에 물과 유화제가 안정적으로 흡착 포획되면서 올리고머, 고분자, 라디칼 등이 서로 뭉쳐 정지 반응이 일어나고 이에 따라 팽윤이 일어나며 성상은 부동성이 된다. 여기에 별도의 물과 유화제를 혼합한 조성을 다시 혼합하여 부동성을 완화시킨 형상으로 완성하고 경화제 조성물은 별도 물과 유화제를 혼합한 조성을 다시 소량 혼합하여 완성한다.

이와 같이 조성된 친환경 표면 보호제는 점도가 500 ~ 800 cps 내외로 1회 도포로 0.2 mm 박막을 형성할 수 있고, 이와 같이 얇은 박막 구조는 신속한 건조 경화가 용이하여 경화 후 표면으로부터 양호한 경화 물성을 가질 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 무용제형의 친환경 표면 보호제는 기계적인 물성이 우수하며, 산업의 무공해와 작업 청정화 등에 요구에 부응할 수 있다, 또한 취급이 용이하고 작업환경상 안전하며 화재의 위험이 없고 작업환경을 오염시키지 않는 등의 환경 친화적인 특성을 극대화할 수 있다.

친환경 표면 보호재에 대한 실시예

에폭시 베이스 성분 : 경화성분 = 72 : 28 중량비로 혼합한 혼합물 100중량부를 콘크리트 블록의 표면에 도포하여 코팅 시공하고, 이의 경화 후에 중도와 상도를 공정별로 추가하여 경화시켜서 균일한 박막을 형성하였다.

상기와 같이 조성에 사용된 실제 제품의 화학성분명과 출처를 정리하여 보면 다음과 같다.

(1) 에폭시 수지 : 에피클로로하이드린과 비스페놀 공중합체 (국도화학)

(2) 반응성 희석제 : 3관능 에폭시 글리시딜 에테르

(3) 응집제 : 실리콘 디옥사이드(에어로질)

(4) 유화제 : 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌 블록 공중합체

(5) 경화제1 : 폴리옥시 프로필렌 디아민

(6) 경화제2 : 트리에틸렌 테트라 아민

(7) 준반응촉진제 : 아닐린

(8) 촉진제 : 페놀 촉진제(A-399)

성능평가

콘크리트 시편 표면을 정리한 상기와 같이 배합하여 상온 25℃ 동일한 조건에서 중도 도포 8시간 경과 후 다시 상도를 도포하여 16 시간 양생시간을 거친 후 물성을 측정하였다. 그 물성을 측정한 결과, 콘크리트면의 경우 접착력 : 40.2 kgf/㎠, 압축강도:600~700 kgf/㎠, 인장강도:120~150 kgf/㎠의 결과를 나타내었다. 그리고 내화학성의 시험으로는 경화된 표면층 표면에 샤아렛을 부착하여 용액이 유출되지 않도록 한 후 주사기를 이용 용액을 각각 주입하여 30일간 방치한 후 육안으로 확인 결과, 염화칼슘용액 10% 수산화칼슘용액, 황산 용액 등에서 표면의 변색 등의 이상이 나타나지 않았다. 이상의 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 친환경 포면 보호재는 작업 편리성, 균일성, 경화 후 기계적인 물성까지 우수하였으며, 원가절감, 유기 화합물의 미사용으로 인하여 친환경적인 시공을 수행할 수 있어 효율성 및 생산성이 크게 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다.

③ 다음, 본 발명에 따른 친환경 표면 보호 공법에 대해 설명한다.

1 단계로, 상기한 콘크리트 구조물 표면의 요철과 레이탄스를 제거한다(S10).

1 단계는 표면처리단계로서, 콘크리트 구조물 표면의 레이턴스 및 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 통상적인 샌드페이퍼 폴리싱 또는 그라인딩 등과 같은 다양한 표면처리방법이 제공될 수 있다. 본 발명에서는 레이탄스 제거시 특히 습식 에어 그라인딩을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그라인딩 작업시 분진 발생으로 인한 민원발생과 대기환경의 문제를 예방할 수 있기 때문이다.

2 단계로, 콘크리트 구조물의 표면을 세척한다(S20).

고압 살수기 등을 이용하여 콘크리트 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 고압 세척 단계를 수행한다. 이러한 고압 세척시 고압 세척기를 사용하는 데, 압력 범위는 신속하고 청결한 세척을 위해 400 ~ 500 bar인 것이 바람직하다.

3 단계로, 콘크리트 구조물의 표면 상에 퍼티재를 도포한다(S30).

탄성 퍼티재를 도포하는 탄성 퍼티 과정을 실시하여 바탕을 만든다. 탄성퍼티는 콘크리트 구조물의 수축 팽창에 따른 미세 균열이 발생시 탄성 퍼티제 즉 보수제를 사용하여 망상균열 혹은 미세 균열을 치유하고 초기 균열에 대응할 수 있는 장점이 있다.

4 단계로, 콘크리트 구조물 표면 상에 상기한 친환경 표면 보호제를 1차적으로 도포한다(S40).

상기 친환경 표면 보호제는 앞서 설명된 바와 같이, 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제 및 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지성분; 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료 및 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진다. 이의 상세한 설명은 앞서 언급한 바 있으므로 생략한다.

여기서, 상기 친환경 표면 보호제의 점도는 600 ~ 900cps 내외로 하고, 0.3 ~ 0.8mm 범위 내로 얇게 도포함으로써 신속한 경화가 용이하여 경화 후 표면으로 부터 양호한 경화 물성을 가질 수 있도록 해야 한다. 한편, 상기 친환경 표면 보호제의 도포 두께는 앞선 하도층, 후술될 중도 및 상도층을 모두 합하여 0.8mm를 넘지 않도록 해야 함을 전제한다.

5 단계로, 하도층 위에 친환경 표면 보호제를 2차적으로 도포한다(S50).

중도층을 형성하는 친환경 표면 보호제는 앞선 하도층의 친환경 표면 보호제와 동일물성을 갖는다. 중도층을 코팅한 이후에는 양생처리한다.

양생처리는 온도, 하중, 충격 또는 오파손 등의 유해한 영향을 최소화하기 위한 것으로서, 양생조건은 15℃ 내지 25℃의 온도 및 50% 내지 70%의 상대습도 하에서, 1일 내지 2일 동안 수행하는 것이 바람직하다.

6 단계로, 중도층 위에 친환경 표면 보호제를 3차적으로 도포한다(S60).

상도층을 형성하는 친환경 표면 보호제는 앞선 하도층의 진환경 표면 보호제와 동일물성을 갖는다. 상도층을 코팅한 이후에 양생처리하는 과정과 양생조건은 앞서와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

④ 참고로, 단면 보수 공법에 대해 설명한다.

1 단계로, 콘크리트 구조물 표면의 열화부(부식부)를 제거하기 위해 치핑한다(S100).

치핑단계(chipping step)은 열화된 부위를 에어공구 또는 전동공구를 이용하여 깍아서 제거하는 작업이다.

2 단계로, 콘크리트 구조물 표면을 세척한다(S200).

이는 앞선 친환경 표면 보호 공법에서와 같이, 고압 살수기 등을 이용하여 콘크리트 구조물 표면의 분진 및 먼지 등을 제거하기 위한 고압 세척 단계를 수행한다. 이러한 고압 세척시 고압 세척기를 사용하는 데, 압력 범위는 신속하고 청결한 세척을 위해 400 ~ 500 bar인 것이 바람직하다.

3 단계로, 철근의 녹을 제거한다(S300).

4 단계로, 치핑된 부위에 시멘트 모르타르를 도포하여 단면을 수복한다(S400).

치핑된 부위는 깎여서 제거된 상태이므로 적어도 제거된 부분 만큼 시멘트 모르타르를 채워넣는다. 여기서, 상기 시멘트 모르타르를 구성하는 조성물 및 조성비는 앞서 시멘트 모르타르 조성물에서 기설명된 조성물 및 조성비를 포함할 수 있으며, 아울러, 시멘트 모르타르를 구성하는 각 구성요소의 예시적 종류 및 조성비 또한 앞선 시멘트 모르타르 조성물에서 설명된 것에 의해 한정될 수 있다.

5 단계로, 도포된 시멘트 모르타르를 양생한다(S500).

한편, 상기한 단면 보수 공법은, 상기 시멘트 모르타르를 양생하는 단계(S500) 이후에, 친환경 표면 보호제를 도포하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 친환경 표면 보호제를 구성하는 조성물 및 조성비는 앞서 친환경 표면 보호제에서 기설명된 조성물 및 조성비를 포함할 수 있으며, 아울러 친환경 표면 보호제를 구성하는 각 구성요소의 예시적 종류 및 조성비 또한 앞선 친환경 표면 보호제에서 설명된 것에 의해 한정될 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 내에 있는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 콘크리트 구조물 표면의 요철과 레이탄스를 제거하는 단계(S10);
   상기 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하기 위한 고압 세척단계(S20);
   상기 콘크리트 구조물의 표면 상에 퍼티재를 도포하는 바탕 처리단계(S30);
   상기 콘크리트 구조물의 표면 상에, 에폭시 수지, 반응성 희석제, 응결제, 유화제, 물을 포함하는 에폭시 베이스 수지성분 및 폴리옥시프로필렌디아민, 톨루엔, 타이타늄옥사이드, 가라마이트, 안료, 물을 포함하는 경화성분으로 이루어진 친환경 표면 보호제를 1차적으로 도포하여 하도층을 형성한 후, 1차 양생하는 단계(S40);
   상기 하도층의 표면 상에 상기 하도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 2차적으로 도포하여 중도층을 형성한 후, 2차 양생하는 단계(S50) 및
   상기 중도층의 표면 상에 상기 중도층과 동일 성분의 친환경 표면 보호제를 3차적으로 도포하여 상도층을 형성한 후, 3차 양생하는 단계(S60)를 포함하는 친환경 표면 보호 공법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 친환경 표면 보호제는,
   에폭시 베이스 수지성분 69~81중량% 및 경화성분 19~31중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 표면 보호 공법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 에폭시 베이스 수지성분은, 에폭시 수지 54~82중량%, 반응성 희석제 5~11중량%, 응결제 2~8중량%, 유화제 3~9중량%, 물 8~18중량%로 이루어지며,
   상기 경화성분은, 폴리옥시프로필렌디아민 24~35중량%, 톨루엔 12~21중량%, 타이타늄옥사이드 8~15중량%, 가라마이트(GARAMITE) 11~21중량%, 안료 2~8중량%, 물 11~19중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 표면 보호 공법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 가라마이트는,
   마그네슘, 알루미늄 및 실리게이트를 유기적으로 합성한 것을 특징으로 하는 친환경 표면 보호 공법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하도, 중도 및 상도층을 합한 두께는 0.1 ~ 1mm인 것을 특징으로 하는 친환경 표면 보호 공법.

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