KR102002087B1 - 건축물 보수면의 보수 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 보수면의 보수 방법 접착층 형성단계, 표면처리층 형성 단계, 중성화방지층 형성단계 및 내진보강층 형성 단계를 포함하는 것으로, 이러한 단계를 포함하여 시공된 건축 구조물은 방수성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내진보강을 도모하여 균열 등에 의해 약해진 구조물의 지진에 대한 저항 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 콘크리트의 중성화를 방지하여 내후성이 우수한 효과가 있으며, 내/외장재 마감재로 사용이 우수하고, 단열성, 차열성, 내향균성, 결로 방지에 대한 전반적인 특성이 우수한 효과가 있다.
Description
본 발명은 크랙, 균열 등이 발생하였거나 발생할 우려가 있는 건축 구조물의 보수면을 보수하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 교량, 주택, 아파트 등의 건축 구조물의 콘크리트 표면에는 균열 및 이에 의한 누수 등을 방지하기 위해 방수층을 형성할 수 있다. 이렇게 방수층을 형성하는 방법은 크게 시트 방수와 도막 방수로 구분될 수 있다. 시트 방수의 경우 보수면에 방수 시트를 펼치고 시트끼리 겹쳐지는 부분을 열압착시켜 방수층을 형성하는 방법으로, 규격화된 시트를 이용하여 방수층의 두께가 일정하고 시공시간이 짧은 장점이 있다.
그러나 이러한 시트방수의 경우 시트간의 이음부가 상대적으로 취약하여 이음부에서 누수 등이 발생할 위험이 있으며, 방수시트의 일부에 균열로 누수가 발생할 경우 시공된 구조물 전체를 철거해야 할 수 있고, 구조가 복잡한 부위에 시공이 어려운 문제점도 있다.
도막 방수 방법은 상술한 시트 방수의 단점을 극복할 수 있음에 따라 근래에 들어 각광받고 있다. 도막 방수 방법은 액상의 도료를 도포하여 경화시킨 뒤 형성된 도막으로 방수를 도모하는 도막 방수의 경우, 얇은 두께로 도포가 가능하고, 굴곡진 부분이나 구조가 복잡한 부위에 시공이 용이한 장점이 있으, 도료를 반복 덧칠함으로써 두께 조절 및 요구되는 방수 특성에 맞도록 적절히 보수가 가능한 장점이 있다.
하지만 종래의 일반적인 도막 방수의 경우 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 콘크리트 자체에 포함된 수분에 의해 들뜸 등의 문제가 발생할 수 있으며, 방수성 및 내구성이 상대적으로 취약한 문제점이 있다.
또한 경화(硬化)한 콘크리트는 시멘트의 수화생성물로서 수산화칼슘을 함유하여 강알칼리성(pH 12~13)을 나타내는데, 공기 중의 탄산가스 또는 산성비가 콘크리트 중의 수산화칼슘과 화학 반응하여 콘크리트를 중화시켜 콘크리트 내부에 존재하는 철근의 부식을 유발하는 문제도 발생한다.
특히 최근에는 지진에 따른 건축 구조물의 피해가 상당하여 건축 구조물의 내진설계의 중요성에 대하여 크게 이슈화되고 있음에 따라, 건축 구조물의 내진설계 기준에 대한 의무규정이 상향되고 있는 실정이다. 이에 따라 이미 지어진 건축 구조물에 대해서는 상향된 내진설계 기준을 만족할 수 없으므로, 건축 구조물의 관리 및 보수에 대한 중요성 또한 증대되고 있지만, 건축 구조물, 구체적으로 콘크리트 구조물을 내진보강하기 위한 구체적 방법에 대해서는 아직까지 연구가 미비한 상태라 할 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방수성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내진보강을 도모하여 균열 등에 의해 약해진 구조물의 지진에 대한 저항 성능이 향상되도록 하는 건축 구조물 보수면의 보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 산성비, 산성가스 등에 의한 콘크리트의 중성화를 방지하여 콘크리트 구조물의 내후성이 우수한 건축 구조물 보수면의 보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 건축 구조물의 내/외장재 마감재로 우수한 건축 구조물 보수면의 보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단열성, 차열성, 내향균성, 결로 방지에 대한 특성이 우수한 건축 구조물 보수면의 보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, a) 소수성 나노 실리카 에어로겔 20 내지 80 부피%를 포함하는 에멀젼 30 내지 70 부피% 및 시멘트 30 내지 70 부피%를 포함하는 시멘트 조성물을 보수면 상에 도포하여 시멘트층을 형성하는 단계, b) 소수성 나노 실리카 에어로겔 30 내지 90 부피%를 포함하는 에멀젼을 상기 시멘트층에 도포하여 중성화방지층을 형성하는 단계 및 c) 우레아 수지 조성물을 상기 중성화방지층에 도포하여 폴리우레아층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 a) 단계 이전에, 소수성 나노 실리카 에어로겔 및 아크릴계 러버를 포함하는 에멀젼을 보수면에 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 a) 단계에서, 시멘트 조성물은 상기 보수면의 접착층에 도포될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 5 내지 40 부피%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 시멘트층의 평균두께는 0.5 내지 5 mm이고, 상기 중성화방지층의 평균두께는 0.2 내지 1 mm이며, 상기 폴리우레아층의 평균두께는 1 내지 5 mm일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 c) 단계 이후에, d) 소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하는 에멀젼을 상기 폴리우레아층에 도포하여 마감층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 5 내지 40 부피% 및 자외선 차단제 0.01 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 각 단계의 에멀젼은 아크릴계 에멀젼일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 a) 단계 이전에, 고압분사법을 이용하여 보수면을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은,상기 각 단계 이후에, 형성된 층을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 건축물 보수면의 보수 방법으로 시공된 내진보강 및 방수용 복합층을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 보수면의 보수 방법으로 시공된 건축 구조물은 방수성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내진보강을 도모하여 균열 등에 의해 약해진 구조물의 지진에 대한 저항 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 보수면의 보수 방법으로 시공된 건축 구조물은 산성비, 산성가스 등에 의한 콘크리트의 중성화를 방지하여 콘크리트 구조물의 내후성이 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 보수면의 보수 방법으로 시공된 건축 구조물은 건축 구조물의 내/외장재 마감재로 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 보수면의 보수 방법으로 시공된 건축 구조물은 단열성, 차열성, 내향균성, 결로 방지에 대한 특성이 우수한 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
이하 본 발명에 따른 보수면의 보수 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 명세서에서 언급되는 ‘부피%’는 상온 및 상압에서 측정되는 값으로부터 계산된다.
본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, a) 소수성 나노 실리카 에어로겔 20 내지 80 부피%를 포함하는 에멀젼 30 내지 70 부피% 및 시멘트 30 내지 70 부피%를 포함하는 시멘트 조성물을 보수면 상에 도포하여 시멘트층을 형성하는 단계, b) 소수성 나노 실리카 에어로겔 30 내지 90 부피%를 포함하는 에멀젼을 상기 시멘트층에 도포하여 중성화방지층을 형성하는 단계 및 c) 우레아 수지 조성물을 상기 중성화방지층에 도포하여 폴리우레아층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법을 통해 보수면에 복합층이 형성된다. 상기 복합층은 a) 단계 내지 c) 단계를 거쳐 시멘트층, 중성화방지층 및 폴리우레아층이 순차적으로 적층된 구조를 가짐으로써, 보수면 상, 구체적으로 보수면의 균열홈 내부까지도 접착 형성되어 방수성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라 내진보강을 도모하여 균열 등에 의해 약해진 구조물의 지진에 대한 저항 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 콘크리트의 중성화를 방지하여 내후성이 우수한 효과가 있으며, 내/외장재 마감재로 사용이 우수하고, 단열성, 차열성, 내향균성, 결로 방지에 대한 전반적인 특성이 우수한 효과가 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘보수면’은 건축 구조물에 균열 등의 문제가 발생한 부위 또는 상기 문제의 발생이 우려가 있거나 방수성, 내진성, 내후성, 내구성 등의 특성 향상을 요하는 부위를 의미할 수 있다. 또한 보수면은 그 형태에 제한되지 않으며, 재질로는 일반적으로 건축 구조물에 사용되는 콘크리트를 의미할 수 있다. 바람직하게는, 보수면이 콘크리트 면인 경우, 본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법을 통해 보수면의 균열홈의 내부까지 침투하여 효과적으로 보수할 수 있음에 따라 보수면과 결착력이 높은 복합층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘소수성 나노 실리카 에어로겔’(Hydrophobic silica aerogel)은 높은 비표면적과 기공률을 갖는 소수성 나노 실리카 에어로겔 과립을 의미하는 통상적인 것이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 소수성 나노 실리카 에어로겔은 기공율이 80 내지 99.9%, 기공크기가 0.1 내지 10 nm, 비표면적이 500 m2/g 이상, 평균입경이 1 내지 50 nm, 밀도가 0.01 내지 100 kg/m3인 것일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 소수성 나노 실리카 에어로겔은 일반적으로 물유리, 테트라에틸오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 등의 실리카 전구체로부터 습윤겔을 제조하고, 습윤겔 내부의 액체 성분을 미세구조 파괴 없이 제거하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 명세서에서 언급되는 ‘에멀젼’(Emulsion)은 다양한 것들이 사용될 수 있고, 소수성 나노 실리카 에어로겔이 분산된 수성 에멀젼을 의미할 수 있으며, 수성 에멀젼의 일 예로 아크릴계 에멀젼이 바람직할 수 있다. 아크릴계 에멀젼은 일반적으로 비닐알코올계 고분자 등의 물질 존재 하에서 아크릴계 단량체를 유화 중합시켜 제조될 수 있다. 비제한적인 일 예로, 비닐알코올계 고분자는 크게 제한되지 않으나, 예컨대 술폰산 변성 폴리비닐알코올, 카르복실산 변성 폴리비닐알코올 및 음이온 변성 폴리비닐알코올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 비제한적인 일 예로, 아크릴계 단량체는 크게 제한되지 않으나, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트 및 아크릴산알콕시에틸 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 따른 에멀젼은 고형분 함량이 30 내지 50 중량% 이고 잔량의 물을 포함하는 것일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예 또는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 a) 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 20 내지 80 부피%를 포함하며, 구체적으로 30 내지 70 부피%, 보다 구체적으로 40 내지 60 부피%를 포함하는 것이 전술한 효과들의 더 향상될 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.
상기 a) 단계에서, 시멘트는 그 종류에 제한을 두지 않으며, 예컨대 일반 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 저열 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트 등의 다양한 시멘트가 사용될 수 있고, 이들 중 2 이상 혼합한 것이 사용될 수도 있다.
상기 b) 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 30 내지 90 부피%를 포함하며, 구체적으로 40 내지 80 부피%, 보다 구체적으로 50 내지 70 부피%를 포함하는 것이 전술한 효과들의 더 향상될 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.
상기 c) 단계에서, 폴리우레아층은 본 기술분야에서 일반적으로 사용되는 폴리우레아 도막을 의미하므로, 이에 관련한 공지 문헌을 참고해도 무방하다. 구체적인 일 예로, 폴리우레아층은 이소시아네이트(Isocyanate)계 물질과 아민(Amine)기를 가지는 폴리에테르계 물질과의 반응 합성물을 의미할 수 있다. 이소시아네이트계 물질로 NCO기의 함량이 16~20%인 것을 예로 들 수 있으며, 상기 폴리에테르계 물질로 수평균분자량이 1,000 내지 10,000인 폴리에테르아민을 예로 들 수 있다. 통상적인 일 예로, 폴리우레아(Polyorea)는 폴리이소시아네이트를 포함하는 제1용액과 아민(Amine)기를 가지는 폴리에테르를 포함하는 제2용액으로 구성된 2액형 조성물인 우레아(Urea) 수지 조성물에 의해 형성될 수 있으며, 경우에 따라 촉매, 경화제 등이 더 사용될 수 있다. 구체적인 층 형성 방법으로, c) 단계에서 폴리우레아층 형성 시 제1용액과 제2용액을 혼합 및 용융한 조성물을 고압 분사하여 피도포물에 접착시켜 폴리우레아층을 형성할 수 있다. 이때 폴리우레아 전용 장비인 2액형 고온, 고압 혼합충돌형인 특수 장비를 이용하여 압력 1,800~2,300 psi에서 상기 조성물이 도포될 수 있다. 이러한 우레아 수지 조성물을 이용한 폴리우레아층의 형성 방법은 통상적으로 널리 공지된 것이므로, 공지된 문헌을 참고하면 된다.
본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 a) 단계 이전에, 소수성 나노 실리카 에어로겔 및 러버(Rubber)를 포함하는 에멀젼을 보수면에 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 접착층을 형성하는 단계를 더 거칠 경우, 보수면과 복합층과의 접착력을 더욱 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보수면 균열홈의 내부로 더 깊게 복합층이 침투되도록 할 수 있어 보다 효과적으로 보수면을 포함하는 건축 구조물의 내진 성능이 향상될 수 있다. 또한 본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법이 상기 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 경우, 건축 구조물의 내진 성능을 향상시킬 수 있어서 바람직하다.
상기 접착층을 형성하는 단계에서, 에멀젼에 포함되는 소수성 나노 실리카 에어로겔의 함량은 크게 제한되는 것은 아니나, 예컨대 5 내지 40 부피%로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 접착층을 형성하는 단계에서, 에멀젼에 포함되는 러버의 함량은 크게 제한되는 것은 아니나, 예컨대 0.1 내지 5 부피%로 포함될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계에서, 러버를 포함하는 에멀젼은 아크릴 러버계 수성 에멀젼 바인더로부터 제조되는 것일 수 있다. 즉, 상기 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 및 아크릴계 러버 수성 에멀젼 바인더를 혼합하여 제조될 수 있다. 이때 소수성 나노 실리카 에어로겔 및 아크릴 러버계 수성 에멀젼 바인더의 혼합비는 전술한 소수성 나노 실리카 에어로겔과 아크릴 러버계의 사용 함량 범위가 되도록 적절히 조절될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 아크릴 러버계 수성 에멀젼 바인더는 크게 제한되지 않으나 예컨대 아크릴계, 우리탄계 등에서 선택되는 러버를 포함하는 것일 수 있다. 상기 러버가 아크릴계 러버일 경우, 전술한 목적 및 효과를 더욱 달성할 수 있어 바람직할 수 있다. 이러한 아크릴 러버계 수성 에멀젼 바인더는 본 기술분야에서 널리 사용되는 것이므로, 러버의 종류가 선택된다면, 이의 조성비에 대한 구체적인 것은 공지문헌을 참고해도 무방하며, 일 예로 소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하는 에멀젼 100 중량부에 대하여 아크릴 러버계 수성 에멀젼 바인더가 10 내지 40 중량부로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 c) 단계 이후에, d) 소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하는 에멀젼을 상기 폴리우레아층에 도포하여 마감층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 마감층이 폴리우레아층 위에 더 형성됨으로써 복합층은 단열, 차열, 중성화 방지, 결로 방지, 내향균 특성이 보다 향상될 수 있다.
상기 d) 단계에서, 에멀젼에 포함되는 소수성 나노 실리카 에어로겔의 함량은 적절히 조절 될 수 있으나, 바람직하게는 상기 에멀젼에 5 내지 40 부피%로 포함될 수 있다.
상기 d) 단계에서, 에멀젼은 자외선 차단제를 더 포함할 수 있다. 자외선 차단제의 사용 함량은 혼합되는 물질의 종류 및 보수면의 입사량 등에 따라 달라질 수 있으므로 크게 제한되는 것은 아니나, 예컨대 상기 에멀젼에 0.01 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
상기 자외선 차단제는 자외선을 차단, 흡수하거나 자외선에 의한 각 층의 손상을 최소화할 수 있는 물질이라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 자외선 차단제는 벤조트리아졸계, 벤조페논계, 트리아진계 및 살리실산페닐에스테르계 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 각 단계에서 사용되는 에멀젼 또는 조성물은 습윤제, 분산제, 증점제, 소포제, pH 조절제 및 가소제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 사용 함량은 각 첨가제의 목적에 따라 달라질 수 있으므로 크게 제한되지 않으며, 예컨대 에멀젼 또는 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용될 수 있다.
상기 각 단계에서, 소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하는 에멀젼은 전술한 범위 부피%를 만족하도록 소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하고, 상술한 바와 같이 첨가제, 자외선 차단제 등이 더 포함될 수 있으며, 이때 에멀젼은 잔량의 함량으로서 존재하며, 잔량의 물을 포함하여 존재할 수 있다.
각 단계에서 도포 방법은 도포되는 에멀젼 또는 조성물의 특성에 따라 적합한 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 구체적으로 a) 단계를 제외한 각 단계는 보수면의 균열홈의 내부까지 깊게 침투할 수 있도록 분사(Spray) 도포법이 바람직할 수 있다. 또한 a) 단계의 도포법으로는 통상적으로 시멘트의 도포에 사용되는 미장(construction of beauty treatment)이 사용될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 각 단계에서 에멀젼 또는 조성물을 도포하여 층을 형성하게 되며, 이때 층을 2회 이상, 구체적으로 2 내지 10회 반복하여 형성할 수 있다. 예를 들어 에멀젼 또는 조성물을 도포하여 층을 형성한 후, 상기 층 위에 에멀젼 또는 조성물을 재도포하여 상기 층의 두께를 조절할 수 있다. 이렇게 다수 회 층을 형성함으로써, 방수성을 향상시킬 뿐만 아니라 단일 도포에 비해 층간 결착력이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 a) 단계 이전에, 고압분사법을 이용하여 보수면을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세척하는 단계를 거침으로써, 보수면에 존재할 수 있는 이물질 등을 제거하여 보수면과 복합층간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다. 고압분사법을 이용한 세척은 통상적으로 널리 공지된 방법이므로, 이의 구체적 방법은 공지된 문헌을 참고하면 된다.
본 발명에 따른 건축물 보수면의 보수 방법은, 상기 각 단계 이후에, 형성된 층을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조하는 단계를 더 거침으로써, 다층으로 구성된 복합층을 효율적으로 형성할 수 있으며, 특히 a) 단계의 시멘트층을 형성한 직후 건조 단계를 거침으로써 최종적으로 안정성이 우수한 복합층을 보수면 상에 형성할 수 있다. 건조 시간은 각 층의 두께, 온도, 습도 등의 환경 변수 등에 따라 달라질 수 있으나, 예컨대 1 내지 20 시간, 구체적으로 2 내지 16 시간일 수 있다. 보다 상세하게는, 접착층을 형성하는 단계에서 건조 시간은 4 내지 8 시간일 수 있고, a) 단계에서 건조 시간은 8 내지 12 시간일 수 있고, b) 단계에서 건조 시간은 8 내지 10 시간일 수 있으며, c) 단계에서 건조 시간은 2 내지 4 시간일 수 있고, d) 단계에서 건조 시간은 6 내지 12 시간일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예 따른 건축물 보수면의 보수 방법을 통해 시공된 복합층의 각 층의 두께의 비는 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 접착층, 시멘트층, 중성화방지층, 폴리우레아층 및 마감층의 두께의 비가 순서대로 1 : 2~10 : 1~3 : 5~20 : 0.1~1인 것이 바람직할 수 있다. 구체적인 일 예로, 접착층의 평균두께는 0.05 내지 0.5 mm, 구체적으로 0.1 내지 0.4 mm일 수 있고, 시멘트층의 평균두께는 0.5 내지 5 mm. 구체적으로 1 내지 4 mm일 수 있으며, 중성화방지층의 평균두께는 0.2 내지 1 mm, 구체적으로 0.3 내지 0.5 mm일 수 있고, 폴리우레아층의 평균두께는 1 내지 5 mm, 구체적으로 2 내지 3 mm일 수 있으며, 마감층의 평균두께는 0.05 내지 1 mm, 구체적으로 0.1 내지 0.3 mm일 수 있다. 그러나 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
판재(50 ㎝ × 50 ㎝ × 1 cm) 위에 평균 깊이가 약 2 cm로 다수의 균열 홈이 형성된 5 cm 두께의 콘크리트 시편을 선택하였다.
그리고 상기 콘크리트 시편의 보수면에 세척액을 노즐로부터의 이격거리가 15 cm가 되는 위치에서 250 MPa의 압력으로 고압 블라스팅하여 보수면에 존재할 수 있는 이물질 등을 깨끗이 제거하였다. 이때 보수면은 콘크리트 시편의 표면뿐만 아니라 균열홈의 내부면도 포함한다.
시멘트층 형성 단계
소수성 나노 실리카 에어로겔(Enova™ Aerogel MT 1100, Cabot) 50 부피% 및 고형분 함량이 50 중량%인 아크릴계 에멀젼(RHOPLEX™ 2500 All Acrylic Emulsion Polymer, Dow) 50 부피%를 포함하는 에멀젼 혼합물을 제조하고, 상기 에멀젼 혼합물 50 부피%에 일반 포틀랜드 시멘트 50 부피%를 혼합 및 교반하여 시멘트 조성물을 제조하였다.
상기 시멘트 조성물을 상기 콘크리트 시편의 보수면 상에 도포하고 상온에서 10 시간 동안 건조하여 2 mm의 평균두께를 가지는 시멘트층을 형성하였다. 이때 콘크리트 시편을 지면에서 수직하게 세워 보수면이 지면과 수직한 상태에서 시멘트 조성물을 도포하였다.
중성화방지층 형성 단계
상기 소수성 나노 실리카 에어로겔 60 부피% 및 상기 아크릴계 에멀젼 40 부피%를 포함하는 에멀젼 혼합물을 제조하였다.
상기 에멀젼 혼합물을 상기 시멘트층에 스프레이 도포한 후 상온에서 9 시간 동안 건조하여 400 ㎛의 평균두께를 가지는 중성화방지층을 형성하였다. 이때 콘크리트 시편의 보수면이 지면과 수직한 상태에서 시멘트 조성물을 도포하였다.
폴리우레아층 형성 단계
2액형 폴리우레아 조성물(ACC EP RAP-1567 EPI Engineered Polymers Aliphatic Polyurea)의 1제 조성물(Isosyanate prepolymer) 및 2제 조성물(Amine)을 75℃에서 혼합하여 용융 조성물을 제조하였다.
이어서 상기 용융 조성물을 상기 중성화방지층에 스프레이 도포하고 상온에서 3 시간 동안 건조하여 2.5 mm의 평균두께를 가지는 폴리우레아층을 형성하였다. 이때 콘크리트 시편의 보수면이 지면과 수직한 상태에서 용융 조성물을 도포하였다.
전술한 각 단계들을 거쳐 시공함으로써, 시멘트층, 중성화방지층 및 폴리우레아층이 순서대로 적층된 복합층을 콘크리트의 보수면에 형성하여 보수하였다.
실시예 1에서, 시멘트층 형성 단계 이전에 하기의 접착층 형성 단계를 더 거친 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
접착층 형성 단계
상기 소수성 나노 실리카 에어로겔 15 부피% 및 상기 아크릴계 에멀젼 85 부피%를 포함하는 에멀젼 혼합물인 접착 조성물을 제조하였다.
상기 접착 조성물을 상기 콘크리트 시편의 보수면 상에 스프레이 도포하고 상온에서 6 시간 동안 건조하여 0.3 mm의 평균두께를 가지는 접착층을 형성하였다. 이때 콘크리트 시편의 보수면이 지면과 수직한 상태에서 접착 조성물을 도포하였다.
그리고 다음에 수행되는 시멘트층 형성 단계에서는 상기 보수면의 접착층에 시멘트 조성물을 도포하여 시멘트층을 형성하였다.
실시예 2에서, 접착층 형성 단계의 접착 조성물 대신 하기의 접착 조성물(아크릴 러버(ACM) 20 중량%를 함유하는 수성 아크릴 에멀젼을 더 포함하는)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 수행하였다.
상기 소수성 나노 실리카 에어로겔 15 부피% 및 상기 아크릴계 에멀젼 85 부피%를 포함하는 에멀젼 혼합물을 제조하고, 상기 에멀젼 혼합물 80 부피%에 아크릴 러버(ACM) 20 중량%를 함유하는 수성 아크릴 에멀젼 20 부피%를 혼합 및 교반하여 접착 조성물을 제조하였다.
실시예 3에서, 폴리우레아층 형성 단계 이후에 하기의 마감층 형성 단계를 더 거친 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 수행하였다.
마감층 형성 단계
상기 소수성 나노 실리카 에어로겔 15 부피% 및 상기 아크릴계 에멀젼 85 부피%를 포함하는 에멀젼 혼합물을 제조하고, 상기 에멀젼 혼합물 100 중량부에 대하여 자외선 흡수제(GUARD DOG™ UV328 Benzotriazole UV Absorber, M Chemical) 0.1 중량부를 투입 및 혼합하여 마감 조성물을 제조하였다.
상기 마감 조성물을 상기 폴리우레아층에 스프레이 도포하고 상온에서 충분히 건조하여 200 ㎛의 평균두께를 가지는 자외선차단층을 형성하였다. 이때 콘크리트 시편의 보수면이 지면과 수직한 상태에서 마감 조성물을 도포하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 시멘트층 형성 단계에서 시멘트 조성물 대신 보통 포틀랜드 시멘트 및 물을 1:1 부피비로 배합한 시멘트 조성물을 사용하여 시멘트층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 2]
실시예 1에서 중성화방지층 형성 단계를 거치지 않고 시멘트층에 폴리우레아층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[물성 평가]
시멘트 조성물의 균열홈 내부 침투 깊이 평가
시멘트층 형성 단계에서 시멘트 조성물의 균열홈 내부 침투 깊이를 평가한 결과, 실시예 1에서는 도포 시 특별히 신경을 쓰지 않아도 시멘트 조성물이 보수면의 균열홈에 충분한 깊이로 침투하여 시멘트층을 형성하는 것을 확인할 수 있으나, 비교예 1에서는 조성물을 보수면의 균열홈에 충분한 깊이로 침투되도록 도포하는 것이 어려웠다. 따라서 일반적인 시멘트 조성물을 도포하는 것과는 다른, 시멘트와 소수성 나노 실리카 에어로겔 에멀젼이 혼합된 시멘트 조성물을 사용하는 것이 보수면의 균열홈 내부의 깊은 부분까지도 시멘트층을 형성할 수 있어 건축 구조물의 내진 성능을 더 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3의 경우, 실시예 1 및 실시예 2의 경우와 비교하여 시멘트 조성물이 보수면의 균열홈의 미세균열홈 내부까지 더 깊이 침투하여 시멘트층을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 접착 조성물을 먼저 보수면에 분사 도포하여 접착층을 형성한 이후에 시멘트층을 그 위에 형성하는 것이 건축 구조물의 내진 성능을 더 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 실시예 1 과 실시예 2의 경우는 특별히 유의한 차이가 나타나지 않았음에 따라, 접착 조성물이 러버계 수성 에멀젼 바인더를 포함하여 접착층을 형성해야 전술한 미세균열홈 내부까지 더 깊이 침투하는 내진 성능의 현저한 향상이 구현됨을 알 수 있다.
이러한 평가 결과에서, 시멘트층 형성 단계에서 시멘트 조성물이 보수면의 균열홈 내부에 깊이 침투할수록 보수 처리된 건축 구조물의 내진 성능은 향상되는 것으로 판단된다. 이는 외부로부터 수분을 차단하고 보수 처리된 복합층의 접착강도가 우수한 것은 물론, 이와 함께 균열홈 자체를 보수 처리된 복합층이 충진됨에 따른 구조 안정성을 향상시킨다. 그러나 보수면이 지면과 평행하지 않을 경우(보수면의 균열홈의 깊이 방향이 중력 방향과 상이한 경우), 예를 들어 벽면, 천장면, 교량 하부면 등에 형성된 부분을 보수해야 할 경우, 분사 도포가 어려운 일반적인 시멘트 도포 방법(미장)으로는 시멘트 조성물이 보수면의 균열홈 내부로 깊게 침투시키는 것은 상대적으로 어려워진다. 따라서 보수면이 지면과 수직한 상태에서 보수면의 균열홈 내부로 시멘트 조성물의 침투 깊이를 평가함으로써, 건축 구조물의 내진 성능에 대한 간접적 지표로 활용할 수 있다.
방수성 평가
KS F 2451 규격에 따라, 실시예 및 비교예에서 시공된 복합층의 물 흡수 저항성을 확인하기 위해, 시공 후 90 일이 경과한 시점에서 단위 면적당 물 흡수량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | |
| 단위 면적당 물 흡수량(g/cm2) | 0.53 | 0.50 | 0.39 | 0.31 | 0.89 | 1.56 |
상기 표 1을 보면 알 수 있듯이, 비교예 2의 경우는 중성화방지층 없이 시멘트층에 폴리우레아층이 바로 접하여 형성됨 것임에 따라 시멘트층의 중성화 및 미세균열화가 촉진되어 방수성이 크게 저하되는 것으로 판단된다.
실시예 2의 경우는 실시예 1의 경우와 비교하여 접착층이 더 형성됨에 따라 방수성이 소폭 증가하였다. 특히 실시예 3의 경우는 실시예 2와 비교하여 러버계 수성 에멀젼 바인더가 접착층에 더 포함됨에 따라 방수성이 대폭 증가하는 것을 확인하였다. 또한 실시예 4의 경우는 마감층이 더 형성됨에 따라 실시예 3의 경우와 비교하여 방수성이 대폭 증가하였다.
방수성에 따른 접착성 평가
실시예 및 비교예에서 복합층이 시공된 콘크리트 시편을 3 일간 추가 건조한 뒤, 이를 직사광선에서 물에 4 주간 담그고 그 후의 접착강도를 확인하였다. 접착강도의 확인은 ASTM D3359에 규정된 TEST METHOD B의 테스트 방법에 따라, 각 콘크리트 시편의 복합층의 일면을 6 개씩 서로 교차되게 칼로 긁어 25 개의 흠을 만들어 3M 투명 테이프를 그 부위에 접착시킨 후, 동일한 힘으로 투명 테이프를 탈리하여 정도에 따라 6 단계로 기준을 정하여 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 이때 평가는 5B : 도막 박리가 전혀 없음, 4B : 도막 박리가 5% 미만, 3B : 도막 박리가 5 내지 15%, 2B : 도막 박리가 15 내지 35%, 1B : 도막 박리가 35 내지 65%, 0B : 도막 박리가 65% 이상의 기준으로 하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | |
| 접착강도(0B~5B) | 3B | 3B | 4B | 4B | 2B | 1B |
Claims (10)
- 건축물의 보수면을 보수하는 방법으로서,
소수성 나노 실리카 에어로겔 및 아크릴계 러버를 포함하는 에멀젼을 보수면에 도포하여 접착층을 형성하는 단계
소수성 나노 실리카 에어로겔 20 내지 80 부피%를 포함하는 에멀젼 30 내지 70 부피% 및 시멘트 30 내지 70 부피%를 포함하는 시멘트 조성물을 상기 보수면의 접착층에 도포하여 시멘트층을 형성하는 단계
소수성 나노 실리카 에어로겔 30 내지 90 부피%를 포함하는 에멀젼을 상기 시멘트층에 도포하여 중성화방지층을 형성하는 단계
우레아 수지 조성물을 상기 중성화방지층에 도포하여 폴리우레아층을 형성하는 단계 및
소수성 나노 실리카 에어로겔을 포함하는 에멀젼을 상기 폴리우레아층에 도포하여 마감층을 형성하는 단계를 포함하는 건축물 보수면의 보수 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 접착층을 형성하는 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 5 내지 40 부피%를 포함하는 건축물 보수면의 보수 방법. - 제1항에 있어서,
상기 시멘트층의 평균두께는 0.5 내지 5 mm이고, 상기 중성화방지층의 평균두께는 0.2 내지 1 mm이며, 상기 폴리우레아층의 평균두께는 1 내지 5 mm인 건축물 보수면의 보수 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마감층을 형성하는 단계에서, 에멀젼은 소수성 나노 실리카 에어로겔 5 내지 40 부피% 및 자외선 차단제 0.01 내지 3 중량%를 포함하는 건축물 보수면의 보수 방법. - 제1항에 있어서,
상기 각 단계의 에멀젼은 아크릴계 에멀젼인 건축물 보수면의 보수 방법. - 제1항에 있어서,
상기 시멘트층을 형성하는 단계 이전에,
고압분사법을 이용하여 보수면을 세척하는 단계
를 더 포함하는 건축물 보수면의 보수 방법. - 제1항에 있어서,
상기 각 단계 이후에,
형성된 층을 건조하는 단계
를 더 포함하는 건축물 보수면의 보수 방법. - 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 건축물 보수면의 보수 방법으로 시공된 내진보강 및 방수용 복합층.
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