KR100788021B1

KR100788021B1 - 콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의방수공법

Info

Publication number: KR100788021B1
Application number: KR1020060097340A
Authority: KR
Inventors: 윤형원; 전영일; 하상우; 최연왕
Original assignee: 윤형원; 전영일; 주식회사 대신구조엔지니어링; (주)넥트; 아시아건설기술주식회사
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2007-12-21

Abstract

본 발명은 콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 방수공법에 관한 것이다.

본 발명의 콘크리트 침투형 방수제는 실리카 분산용액 65 내지 90중량%, 나트륨 실리케이트 3 내지 10중량%, 알루미나 화합물 3 내지 10중량%, 황산나트륨 1 내지 3중량% 및 물 3 내지 12중량%를 포함하여 이루어지고, 본 발명의 방수제를 이용한 방수공법은 콘크리트 표면에 이물질제거제를 적용하여 콘크리트 표면을 정리하는 단계; 및 콘크리트 표면을 정리한 후 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 적용하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 이용하여 콘크리트 구조물의 방수시공을 하면 본 발명의 방수제가 콘크리트 구조물 내부에 침투하여 부착성능이 우수하고 내부 조직을 치밀하게 하여 방수성능이 향상됨은 물론 콘크리트의 강도도 높아지게 된다.

방수제, 콘크리트, 실리카 분산용액, 나트륨 실리케이트, 이물질제거제

Description

콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 방수공법{WATERPROOF AGENT FOR CONCRETE AND WATERPROOFING METHOD OF CONCRETE STRUCTURES USING THIS}

도 1은 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제가 콘크리트에 침투하여 생성된 실리카겔 수화물을 나타낸 도.

도 2는 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제가 콘크리트 구조물에 침투되어 방수층을 형성하는 양상을 나타낸 도.

도 3은 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 이용하여 콘크리트 구조물의 방수공법의 일례를 나타낸 도.

도 4는 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 이용하여 콘크리트 구조물의 방수공법의 다른 예를 나타낸 도.

도 5는 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 콘크리트 구조물에 시공한 전후를 비교한 도.

도 6은 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제의 흡수성능을 나타낸 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 콘크리트 20 : 이물질제거제

30 : 방수제 40 : 표면마감제

본 발명은 콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 방수공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트에 침투되어 콘크리트의 강도를 강화시키며 방수효과를 내는 방수제와 이를 이용하여 콘크리트 구조물을 방수하는 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 철근콘크리트 구조물은 동결융해, 염해, 중성화, 화학약품 등에 의하여 손상을 입게 되면 콘크리트 내부에 공극이 형성되고 균열이 발생되어 강도가 떨어지고 침투수에 의해 철근이 부식되며 내구성이 저하되는 결과를 초래하므로써 구조물의 제성능을 발휘하지 못하게 된다.

종래, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 수분의 침투를 억제하기 위한 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시 몰탈 등의 방수공법이 적용되고 있다.

상기 방수공법에 대해서는 국내 공개특허 제10-2004-27632호(발명의 명칭:에폭시 또는 아크릴 에폭시 시멘트 몰탈을 이용한 방수, 방식공법)와, 국내 공개특허 제10-2004-40154호(발명의 명칭:침투성 아크릴에멀젼과 무기계 폴리머 방수모르타르를 이용한 콘크리트의 구조물의 2중층 복합방수공법), 국내 공개특허 제10-2000-34580호(발명의 명칭:콘크리트 구조물의 도막 및 시트 이중공법) 등에 개시되어 있다.

그러나, 에폭시 수지, 폴리우레탄수지 및 비닐수지 등과 같은 유기계 방수제 를 콘크리트 표면에 코팅하여 방수하는 공법의 경우에는 유기계 방수제와 콘크리트의 변형률이 달라 시공후 시간이 지남에 따라 접착면에서의 부착강도가 저하되어 방수층이 쉽게 탈락되며, 방수직포와 아크릴 에폭시 시멘트 몰탈을 적용하는 경우 방수직포의 손상 및 에폭시 몰탈과 기존 콘크리트와의 변형에 의한 접착부 탈락으로 누수가 되는 문제점이 나타나고 있다.

이에 본 발명의 발명자들은 심혈을 기울여 연구한 결과, 콘크리트 구조물에 방수효과를 나타냄과 동시에 강도를 증진시킬 수 있는 방수제를 개발하고, 또한 이를 이용하여 방수성능을 진일보 향상시킨 새로운 방수공법을 개발하였다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 콘크리트 표면을 보호하면서 강도를 증진시킬 수 있는 콘크리트 침투형 방수제를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 방수제를 이용하여 콘크리트 구조물의 방수성능뿐만 아니라 구조물의 강도를 증진시키는 콘크리트 구조물의 방수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 콘크리트 침투형 방수제는 무기계 방수제로서, 실리카 분산용액, 나트륨 실리케이트, 알루미나 화합물, 황산나트륨 및 물로 구성된다.

본 발명의 방수제는 실리카 분산용액 65 내지 90중량%, 나트륨 실리케이트 3 내지 10중량%, 알루미나 화합물 3 내지 10중량%, 황산나트륨 1 내지 3중량% 및 물 3 내지 12중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방수제에서 사용되는 실리카 분산용액은 본 발명의 분야에서 통상적으로 사용되는 실리카 분산용액이 이용될 수 있으나, 평균입경이 0.1 ㎛의 실리케이트 규산염 광물 10 내지 80중량%를 물, 바람직하게는 이온교환수 20 내지 90중량%에 혼합한 현탁액이 바람직하게 사용된다. 이 때, 실리케이트 규산염 광물에는 실리케이트 규산염 광물 총중량에 대하여 실리카의 함량이 75 내지 99중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 실리케이트 규산염 광물 중 실리카의 함량이 75 중량% 미만이면 콘크리트 강도 향상 효과가 미비한 문제점이 있다.

본 발명의 방수제에 있어서 실리카의 함량은 방수제 총중량에 대하여 15 내지 30중량%가 바람직하다.

실리카 분산용액은 시멘트 모세관 및 겔 공극 속에 침투하게 되는데, 실리카 분산용액의 주성분인 SiO₂가 시멘트의 조성광물인 C₃S(3CaO,SiO₂), C₂S(2CaO,SiO₂)에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 반응하여 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H)을 형성하는 포졸란 반응에 의하여 콘크리트 내부조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 강도를 향상시킴과 동시에 수밀성을 향상시킨다.

본 발명의 방수제에서 실리카 분산용액이 방수제 총중량에 대하여 65중량% 미만일 경우에는 콘크리트의 강도 향상이 미비하고, 90중량%를 초과할 경우에는 효과의 차이가 크지 않으면서 경제적이지 못한 문제점이 있다.

본 발명의 방수제에 있어서 나트륨 실리케이트는 시멘트의 겔 공극에 침투하여 콘크리트의 내부를 강화시킴과 동시에 표면장력을 향상시키고 표면을 수려하게 한다.

본 발명의 방수제에서 나트륨 실리케이트가 방수제 총중량에 대하여 3중량% 미만일 경우에는 콘크리트 내부 강화효과 및 표면장력 향상효과가 미비하고, 10중량%를 초과할 경우에는 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 방수제에 있어서 알루미나 화합물은 시멘트 겔 공극에 침투하여 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 칼슘알루미늄수화물(C₃AH₆; 3CaO,Al₂O₃,6H₂O)을 생성하며, 이 수화물은 비표면적이 큰 다공성의 수화물로서 침투한 수용성의 염소이온에 대한 흡착력이 크고 염소이온과 Fridel's salt(C₃ACaCl₂12H₂O)라는 염으로 고정화하여 염분에 의한 콘크리트 부식을 차단하는 역할을 하며, 콘크리트의 내염성을 증진시키는 작용을 한다. 또한 알루미나 화합물은 에트린가이트(Ettringite) 생성과정에서 이들 수화물과 반응하여 팽창성이 적은 모노설페이트(C3A,3CaSO₄,12H₂O)로 전이됨으로써 황산염에 대한 열화를 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 방수제에서 알루미나 화합물이 방수제 총중량에 대하여 3중량% 미만일 경우에는 콘크리트 부식 방지 및 내염 효과가 미비하고, 10중량%를 초과할 경우에는 효과의 차이가 크지 않으면서 타 성분 함량이 줄어들게 되어 콘크리트 강도 향상에 마이너스 영향을 미치는 문제가 있다.

본 발명의 방수제에서 사용되는 알루미나 화합물은 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 알루미나 화합물이다. 본 발명의 방수제에서 바람직하게 사용되는 알루미나 화합물은 보크사이트이다.

본 발명의 방수제에 있어서 황산나트륨은 실리카 성분의 콘크리트에 대한 침투성을 증진시켜 시멘트 겔 공극에 실리케이트 입자의 충전을 촉진시키는 역할을 한다. 본 발명의 방수제에서 황산나트륨의 함량이 1 중량% 미만이면 실리케이트 입자의 시멘트 겔 공극 충전 촉진 효율이 미비하여 콘크리트의 강도 향상이 미비한 문제점이 있고, 황산나트륨의 함량이 3 중량%를 초과하면 효과의 차이가 크지 않으면서 경제적이지 못한 문제점이 있다.

본 발명의 방수제에서는 물이 사용될 수 있으나 이온교환수가 바람직하게 사용된다.

본 발명의 콘크리트 침투형 방수제는 각각의 구성성분 실리카 분산용액, 나트륨 실리케이트, 알루미나 화합물, 황산나트륨 및 물이 상기 언급된 조성 범위 내에서 방수되는 콘크리트의 상태 및 조건에 따라 적절하게 혼합되어 제조된다.

도 1은 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제가 콘크리트에 침투하여 생성된 실리카겔 수화물을 나타낸 도이고, 도 2는 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제가 콘크리트 구조물에 침투되어 방수층을 형성하는 양상을 나타낸 도이다.

본 발명의 방수제는 콘크리트에 도포되면서 콘크리트 입자와 수화생성물을 생성하고, 도 2에 도시된 바와 같이 콘크리트 내로 방수제가 침투하여 경화됨으로써 표면경도 저항성, 압축강도 및 휨강도를 증가시키며 보호막으로서 방수층을 형성하게 된다.

본 발명의 방수제는 콘크리트뿐만 아니라 숏크리트, 모르타르 등의 알칼리 물질에 사용되는 것이 바람직하고, 구조물의 표면 보수 및 덧씌우기 처리시 표면을 강화하고 방수하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 이용하여 콘크리트 구조물의 방수공법을 설명한다.

본 발명의 콘크리트 구조물 방수공법은, 콘크리트 표면에 이물질제거제를 적용하여 콘크리트 표면을 정리하는 단계; 및 콘크리트 표면을 정리한 후 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 적용하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 콘크리트(10) 표면에 도포, 분무 등의 방법으로 이물질제거제(20)를 적용하여 콘크리트 표면을 정리한다. 상기 이물질제거제를 적용함으로써 콘크리트 표면의 이물질, 즉 먼지, 레이턴스, 시멘트 페이스트, 각질, 그리스, 녹 등의 오염물질이 제거됨과 동시에 이후에 시공될 방수제의 접착 효과를 높이게 된다.

이물질제거제(20)는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 적용된다.

본 발명의 콘크리트 구조물 방수공법에서 이물질제거제(20)를 적용하기전 콘크리트를 물로 세척하여 건조시킨 후에 이물질제거제를 도포할 수 있다.

상기 이물질제거제(20)가 적용된 층위에 본 발명의 방수제(30)를 도포, 분무 등의 방법으로 적용한다.

또한, 본 발명의 콘크리트 구조물 방수공법에서, 콘크리트에 이물질제거제(20)를 적용하여 오염물질을 제거한 후, 물로 세척하여 건조시키고, 본 발명의 방수제(30)를 적용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제를 도포하면 본 발명의 방수제가 콘크리트 내부에 깊이 침투하여 콘크리트 강도를 높일 뿐만 아니라 방수 효과를 높이게 된다.

본 발명 방수공법의 다른 예로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 침투형 방수제(30)를 적용한 후에 표면보호 표면마감제(40)를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 방수공법에 있어서 표면보호 표면마감제를 도포, 분무 등의 방법으로 더 적용하는 단계를 포함함으로써 콘크리트 강도가 더 강해질 뿐만 아니라 방수 기능도 더 강화된다.

상기한 표면마감제는 코팅제 등 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이 적용된다.

하기 실시예를 통하여 본 발명의 방수제 및 이를 이용한 방수공법을 보다 구체적으로 살펴본다.

< 실시예 1> 콘크리트 침투형 방수제 제조

실리카 분산용액(실리카의 함량이 75중량%인 실리케이트 규산염 광물 700g을 이온교환수 100g에 혼합한 용액) 800g, 나트륨 실리케이트 50g, 알루미나 화합물 50g, 황산나트륨 20g 및 이온교환수 80g을 혼합하여 방수제를 제조하였다. 제조된 방수제를 한국산업규격(KS F 4930-'02) 및 ASTM(American Society for Testing and Materials)에 따라 물성을 측정하고 그 결과를 표 1 및 표 2에 각각 나타내었다.

항목		물성
침투깊이(mm)		2.1
염화이온침투저항성능		측정불가
내투수성(투수비)		0.08
내흡수성 (물-흡수계수비)	표준상태	0.05
	내알칼리성 시험 후	0.07
	저온ㆍ고온 반복저항성 시험 후	0.06

항목	물성	시험방법
내산성 (MgSO₄ 3%, 72시간)	이상없음	ASTM 267-'92
Absorption(흡수성)	25% 감소	ASTM-C-67-SECTION13
Resistance to freeze-thaw (동결융해 저항성)	향상	ASTM-C-666
Resistance to efflorescence (백화 저항성)	50% 향상	ASTM-C-67-SECTION29
Resistance to scalling do to deicing chemicals (융빙제 의한 스켈링 저항성)	매우 향상	ASTM-C-672 -illinois modified
Resistance to abrasion (마모저항성)	100% 향상	ORF Method-Dusting Resistance
Resistance to salt attack during freeze-thaw conditions (동결융해 반복시 염분 저항성, 5% NaCl)	향상	ASTM-C-666
Compressive strength (압축강도)	8일:15% 향상 31일:23% 향상	표면코팅 후

< 실시예 2> 콘크리트 구조물의 방수공법 실시

콘크리트 건축물 표면에 통상의 이물질제거제를 도포하여 오염물질을 제거한 후, 물로 세척하고 건조시켰다. 이어 실시예 1에서 제조한 방수제를 도포하고 48시간 건조시켰다.

< 실시예 3> 콘크리트 구조물의 방수공법 실시

콘크리트 건축물 표면에 통상의 이물질제거제를 도포하여 오염물질을 제거한 후, 물로 세척하고 건조시켰다. 이어 실시예 1에서 제조한 방수제를 도포하고 48시간 건조시켰다. 이어 통상의 표면마감제를 도포하고 48시간 건조시켰다.

< 시험예 1>

콘크리트 구조물 일부 표면에 이물질제거제를 도포하고 건조시킨 후 실시예 1에서 제조된 본 발명의 방수제를 도포하여 건조시켰다. 방수제 도포 부분의 압축강도를 측정하고 얼룩 저항성 시험 및 분말 발생 저항성 시험을 하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 대조군으로 방수제 도포하지 않은 부분에 대하여 동일하게 압축강도 측정, 얼룩 저항성 시험 및 분말 발생 저항성 시험을 하고 그 결과 또한 표 3에 기재하고 각 결과를 비교하였다.

시료	얼룩저항성	분말 발생 저항성	압축강도(MPa)
방수제 도포 부분	표면에 얼룩발생 없음	마모에 의한 분말발생 없음	42.5
대조군	표면에 얼룩발생	마모에 의한 분말 발생	36.0

표 3에 나타나 있는 바와 같이, 방수제를 도포한 부분의 압축강도가 대조군에 비하여 우수함을 알 수 있으며, 대조군에는 표면 얼룩이 발생하고 마모시 분말이 발생하였으나 방수제를 도포한 부분에는 얼룩이 발생하지 않았으며 마모시 분말이 발생하지 않았다.

또한, 도 5에 방수공법 시공 전후의 콘크리트 구조물의 표면 양상이 도시되어 있다. 도 5에서와 같이 본 발명의 방수공법을 시공한 구조물의 표면이 미시공 구조물의 표면에 비하여 깔끔하고 손상이 적음을 확인할 수 있었다.

< 시험예 2>

본 발명의 방수제의 콘크리트 양생재로서의 물 보유성능을 측정하기 위하여 본 발명의 방수제를 도포한 콘크리트 부분과 도포하지 않은 콘크리트 부분(대조군)의 단위면적당 물 평균손실수량을 측정하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.

시료	단위면적당 물 평균 손실 수량(kg/m²)
방수제 도포 부분	2.4
대조군	3.3

표 4에 나타나 있는 바와 같이, 방수제 도포부분의 단위면적당 물 평균 손실 수량은 2.4kg/m²로 대조군의 3.3kg/m²보다 손실 수량이 훨씬 적음을 알 수 있었다. 이는 본 발명의 방수제를 도포하면 콘크리트 내에 함유된 수분의 증발을 억제함으로써 시멘트의 수화반응을 지속시켜 콘크리트의 강도를 높일 수 있는 것이다. 따라서 본 발명의 방수제가 콘크리트 양생재로 적용될 수 있는 것이다.

< 시험예 3>

본 발명 방수제의 물 흡수율을 측정하기 위하여 본 발명의 방수제를 도포한 콘크리트 부분과 도포하지 않은 콘크리트 부분 모두를 물 속에 침지시키고 시간당 물 흡수율을 측정하여 그 결과를 도 6에 도시하였다.

도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 방수제를 도포한 콘크리트(A)는 물 속 침지후 1시간부터 5시간에 걸쳐 물 흡수율이 크지 않으면서 그 차이도 크지 않은 반면, 방수제 미도포 콘크리트(B)는 침지 1시간후에도 물 흡수율이 거의 2%에 육박하고 시간이 지남에 따라 계속적으로 물 흡수율이 증가함을 알 수 있었다. 상기한 결과로부터, 본 발명의 방수제를 도포한 콘크리트의 흡수성능은 기준에 83.5% 향상되는 것을 알 수 있었다.

따라서 본 발명의 방수제를 이용하면 콘크리트의 물 흡수율을 낮춤으로써 콘크리트의 열화를 방지하여 콘크리트 수명을 연장시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체예가 제시되어 있지만 본 발명이 상기에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양하게 변형 가능하고 이러한 변형은 하기한 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

또한 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제는 무기계 방수제로서 콘크리트와 일체화됨으로써 콘크리트가 변형될때에도 탈리되지 않고 통기성을 확보함으로써 콘크리트와의 들뜸 현상이 방지된다.

아울러 본 발명의 콘크리트 침투형 방수제는 새로 타설한 콘크리트 표면에 도포 가능하여 수분 증발을 방지하고 시멘트의 수화반응을 지속시켜 양생재로서 이용될 수 있다.

본 발명의 방수공법으로 염해, 중성화 등에 의한 콘크리트의 열화현상이 방지되고 또한 콘크리트의 수축 및 균열을 방지하여 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims

실리케이트 규산염 광물 10 내지 80중량%을 물 20 내지 90중량%에 혼합한 현탁액이되, 상기 실리케이트 규산염 광물에는 이 규산염 광물 총중량에 대하여 75 내지 99중량%의 실리카가 포함되는 실리카 분산용액 65 내지 90중량%, 나트륨 실리케이트 3 내지 10중량%, 알루미나 화합물 3 내지 10중량%, 황산나트륨 1 내지 3중량% 및 물 3 내지 12중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투형 방수제.
제 1항에 있어서,

상기 알루미나 화합물은 보크사이트인 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투형 방수제.
콘크리트 표면에 이물질제거제를 적용하여 콘크리트 표면을 정리하는 단계; 및

상기 콘크리트 표면을 정리한 후 청구항 1 또는 청구항 2의 콘크리트 침투형 방수제를 적용하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수공법.
청구항 3에 있어서,

상기 콘크리트 침투형 방수제를 적용한 후 표면마감제를 적용하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수공법.
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