KR100797757B1 - 방수성과 내구성이 있는 콘크리트의 표면 마감 및 구체보호용으로서의 폴리머 시멘트 모르터 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방수성과 내구성이 있는 콘크리트 구체 보호 및 표면 마감용 폴리머 시멘트 모르터에 관한 것으로 시멘트 30-50 중량부, 규사(150-250 메쉬) 30-50 중량부, 스테아릭산 염이 2-5 중량부, 고로 수쇄슬래그와 탄산나트륨이 중량비로 3-8:0.5-3의 비율로 혼합된 분말 첨가제가 40-60 중량부로 구성된 조성물 100 중량부에 대하여, 개질되어 팽윤특성이 우수한 스티렌-아크릴계 폴리머 에멀젼과 에틸렌 비닐 바사테이트 에멀젼이 0.5-2.0:2.0-5.0의 비율로 혼합된 폴리머 에멀젼이 20-30 중량부, 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 하며,

본 발명의 폴리머 시멘트 모르터는 콘크리트 구체의 표면에 사용되어 콘크리트에 발생되는 균열을 따라 콘크리트 표면에 시공한 마감재가 같이 균열을 발생하던 기존의 마감재와는 달리 탄성 및 신축율이 우수한 기능에 의해 표면 마감 후에도 균열이 발생하지 않으며, 콘크리트 구체의 기공 내에서의 팽윤 특성으로 물이나 기름 성분의 침투를 차단하는 탁월한 방수 마감 및 내구성 증진의 효과가 있다.

표면 마감, 균열 보호, 내구성, 방수성, 팽윤성, 콘크리트 보호

Description

방수성과 내구성이 있는 콘크리트의 표면 마감 및 구체 보호용으로서의 폴리머 시멘트 모르터 조성물{A composite of polymer cement mortar as a concrete surface finishing material and/or a concrete protection materials with water-proofing property and durability}

도 1 은 폴리머 시멘트 모르터의 모세관 기공 침투 방지 기능

도 2 는 본원 발명에 대한 미세한 탄산칼슘 결정의 생성에 관한 분석

도 3 은 휘발유 침투 거동의 차이

도 4 는 본원 발명의 콘크리트 방수, 보호 및 마감용 적용대상(바닥)

도 5 는 본원 발명의 콘크리트 방수, 보호 및 마감용 적용대상(벽체)

본 발명은 초기 시공시 및 보수 보강을 위한 리-모델링 공법에 사요2액형 폴리머 시멘트 모르터 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방수 성능과 시멘트 재료에 사용할 수 있는 폴리머 시멘트 모르터 조성물에 관한 것으로서 좀 더 자세하게는 콘크리트 구체에 발생하는 균열에 대한 구체의 보호 기능을 갖는 폴리머 시멘트 모르터 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 시멘트 모르터 내부에 폴리머 에멀젼의 일반적인 특성인 도막 필름의 형성에 의한 부착성능과 방수 기능과, 시멘트 및 콘크리트 재료에 유해한 유해 이온, 물, 기타 기름성분(휘발유, 자동차 오일 등)이 외부에서 침투 시 팽윤하여 시멘트 모르터 또는 콘크리트 내부의 기공에 이들 유해 물질의 침투를 차단하는 기능, 시멘트 모르터의 강도특성 등을 복합적으로 이용하여 부착강도가 우수하고, 구체에 발생하는 균열을 보호하는 기능에 의해 방수 및 내투수성의 강화에 의한 내구성이 뛰어나며, 시공이 용이한 폴리머 시멘트 모르터 조성물에 관한 것이다.

콘크리트는 경화과정에서 필수적으로 균열이 발생하게 되는데, 이 균열을 통하여 물의 침투 또는 콘크리트에 유해한 여러 가지 염, 즉 대기 중의 아질산염이나 아황산염 등의 침투가 용이해지며, 콘크리트 내부로 침투한 유해한 염이나 물로 인하여 콘크리트가 중성화되면서 건축물이 빠르게 열화된다. 또한 건축물 실내·외의 미장용 타일 역시 콘크리트의 중성화에 의한 열화로 인하여 탈락되는 경우가 많으며, 탈락되지 않은 경우에도 오염이 심한 상태로 존재하게 된다.

일반적으로 건물을 신축한 후 약 20여년이 경과하면 이들 건축물은 콘크리트의 내구성능 저하로 인하여 그 기능을 제대로 발휘하지 못하는 상태가 되나 이들을 전부 철거하여 새로이 건축한다는 것은 모든 여건을 감안할 때 경제적으로나 환경적인 측면에서 보아 불가능한 실정이다.

건축물의 성능을 다시 복구하기 위한 방법으로는 다양한 리-모델링용 재료를 사용하여 그 성능을 강화시키는 방법이 대두되고 있으며 특히 콘크리트를 구성하고 있는 기본 재료가 시멘트 재료라는 관점에서, 시멘트 재료를 기본으로 하는 복합재 료의 사용이 점차 확대되고 있다. 시멘트 재료는 경제적이고 고강도의 재료라는 점에서는 매우 좋은 재료이나, 다공성이라는 취약점으로 인하여 여러 가지 단점이 노출되어 왔다. 이러한 시멘트계 재료의 약점을 보완하기 위하여 시멘트계 재료에 유기물의 기능을 동시에 갖는 폴리머 시멘트 모르터가 건축물의 리-모델링 재료로 활용되고 있으며, 이미 일부에서는 신규 건축물에서부터 이러한 리-모델링 공법을 적용하고 있다.

일반적으로 폴리머 시멘트 모르터는 시멘트와 다양한 폴리머 에멀젼을 혼합하여 사용하는 재료로서 그 용도는 방수재료, 바탕면 마감재료, 기타 특수 시멘트 모르터로 사용되고 있다. 이들 중 가장 일반적으로 사용되고 있는 방수재료로서의 폴리머 시멘트 모르터는 사용의 편리성 등으로 인하여 일반적인 건축물로부터 토목 구조물에까지 매우 다양하게 사용되고 있으며, 많은 기술의 발전이 이루어진 재료이다.

이에 관한 종래의 기술 및 특허를 보면, 한국특허 제 294805호에서는 아크릴 수지 23-31 중량부, 시멘트 23-31 중량부, 규사 30-48 중량부 및 기타 첨가제로 구성되는 방수제가 개시되어 있으며,

한국공개특허 제 2000-17879호 에서는 시멘트 57％, 규사 7％, 에틸렌 비닐 아세테이트 ％, 활성 실리카 1％, 물 34％로 구성된 방수제가 개시되어 있다.

또한 한국공개특허 제2002-31684에는 유화 분산시킨 스테아린산 칼슘과 아크릴 에멀젼 수 공중합체로 구성된 A제와, 백시멘트, 규사, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 에테르 등으로 구성된 B제를 1:0.25 중량비로 혼합하는 단계로 이루어지는 방수제 가 개시되어 있다.

또한 한국공개특허 공보 제 10-2004-0067060 에는 시멘트 규사, 스테아린산 마그네슘, EVA, 세노스피어 등으로 구성되는 단열성 방수 몰탈이 개시되어 있다.

이들 종래의 기술들은 비교적 방수성능이 안정되어 실내 및 지하실, 등 건축물에 다양하게 사용될 수 있다. 그러나 이들 종래의 기술은 모두 시멘트를 중심으로 구성된 재료로서 시멘트 재료의 건조수축에 의한 균열이 발생하면 균열을 통한 누수가 발생함으로서 본래의 방수성능을 발휘하지 못하는 단점이 있다.

폴리머 시멘트 모르터는 유기 재료와 무기재료의 복합 기능을 갖는 재료로서 현재 다양한 공법이나 마감재로 여타 다른 마감재의 기능을 대체하고 있으나, 역시 근본적으로 시멘트계 재료가 기본이 되므로 시멘트계 재료의 특성인 균열의 발생을 통한 누수, 유해 이온의 침투 등에는 아직까지는 마땅한 대책이 없을 뿐 아니라, 우리나라와 같이 사계절 변화가 뚜렷한 나라에서는 온냉 반복에 따른 방수 성능의 저하 및 유해 이온의 침투 저항성 부족 등으로 장기적인 내구성의 문제가 나타나고 있다.

폴리머 모르터 복합체에 대해서는 한국 공개특허 특2000-0000485에서는 폴리머 모르타르를 제조함에 있어 불포화 폴리에스테르 모르타르 수지를 결합재로 하여 금형몰드에 넣고 20 ℃에서 양생하여 제조하고 있는데, 이는 불포화 폴리에스터 수지를 사용함으로 인하여 상온에서의 양생이 곤란하고, 일반 건축물에서의 다양한 형태로의 적용 및 시공이 불편할 뿐 아니라, 그 범위가 성형품으로만 국한되는 단점이 있다.

또한 한국공개특허 특2001-0046911에서는 폴리머 모르터와 시멘트 모르터 복합체를 제조함에 있어 중앙에 제거 가능한 격막을 설치한 후 모르터가 경화되기 전에 격막을 제거하여 모르터를 혼합 시키는 방법을 제시하고 있어 역시 다양한 형태로의 사용이 불가능한 문제점이 있다.

또한 리-모델링을 위해서는 기존에 사용한 재료를 제거하여야 하나, 기존에 사용되어진 재료가 완전하게 제거되지 않을 수 있다는 점을 감안한다면 기존에 사용되어진 재료의 표면 위에 덧씌우는 작업이 필요한데, 이때 기존의 재료와의 친화성, 즉, 부착성능이 우수하여야 한다. 그러나 기존의 재료 중 타일 등으로 시공하였으나 일부가 떨어져 나간 경우는 동일하게 시공할 수 없는 문제점이 있으며, 시공한 타일 전체를 제거한 후 다시 타일로 재시공하여야 하며, 이는 경제적, 공사기간 등에 문제점이 있으며, 타일 이외에 에폭시수지, 우레탄 수지 등으로 시공 마감한 경우에도 역시 부분적인 보강이 곤란한 문제점이 있다.

또한 본 발명의 발명자와 다른 공동 발명자에 의해 출원 등록된 발명 특허 10-0519838-0000 에서는 폴리머 시멘트 모르터를 제조함에 있어 시멘트계 재료와 재유화형 분산 폴리머를 사용하여 건축물의 보수재 및 마감재용 폴리머 시멘트 모르터를 사용하는 방법을 제시하고 있으나 이들 재료의 사용 후 발생할 수 있는 균열에 대한 언급은 전혀 없으며, 따라서 균열의 발생에 의한 누수나 유해 이온의 침투 등에는 전혀 대책이 없는 문제점을 갖고 있다.

또한 본 발명의 발명자에 의해 최초 출원되었으나 다른 발명자로 변경되어 특허 등록 결정된 한국 공개특허 10-2005-0055654 에서는 시멘트 모르터 및 콘크리 트에 혼합되어 시멘트 또는 콘크리트 균열이 발생할 경우 자가 치유하는 기능성의 폴리머 시멘트 모르터를 제시하였다.

그러나 한국 공개특허 10-2005-0055654 의 경우 발생한 균열부위에 지속적인 물의 공급에 의해서만이 균열을 치유하는 기능이 발생하기 때문에 지속적으로 물과 접촉하기 어려운 환경이거나, 공동주택 단지의 자동차 주차장으로 사용되는 지하층에 사용될 경우 콘크리트를 열화 시키는 자동차 배기가스 등에서 가장 많이 발생하는 이산화탄소나 아황산가스 등의 침투 또는 자동차에서 발생하는 오일에 의한 오염 등에는 전혀 내구성능을 발휘하지 못하는 문제점을 갖고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 구체 상부에 시공되어, 시멘트 모르터 또는 콘크리트 구체에 균열이 발생하여도 발생하는 구체의 균열을 보호할 수 있는 탁월한 신축율 기능과 물이나 유해 이온, 휘발유 또는 자동차 오일과 같은 석유화합물이 시멘트 모르터나 콘크리트 구체 상부에 시공된 폴리머 시멘트 모르터의 모세관 기공으로 침투 된다 하여도 폴리머 시멘트 모르터의 모세관 기공에 폴리머 성분이 팽윤되어 물의 침투에 의한 누수나, 유해 이온의 침투를 방지할 수 있는 폴리머 시멘트 모르터를 개발한 것이다.

본 발명은 콘크리트와의 친화성이 우수한 폴리머 에멀젼 및 시멘트를 주재료로 하여 건축 토목 공사 시 콘크리트 표면에 마감재로 시공할 수 있으며, 기존에 사용되어진 타일, 에폭시 수지 마감재, 우레탄 수지 마감재, 기타 레진 모르터 등의 표면 위에 안정하게 시공될 수 있으며, 폴리머 시멘트 모르터가 경화된 후 물이 나 휘발유, 오일 등 석유 화합물, 이산화탄소나 아황산가스와 같은 시멘트 및 콘크리트에 유해한 이온이 침투할 경우에 본 발명에 의한 폴리머 시멘트 모르터 내부의 모세관 기공에 폴리머의 팽윤으로 인하여 모세관 기공을 채워줌으로서 방수 성능이 강화되고 유해한 염의 침투를 방지하도록 고안된 것이다.

따라서 본원 발명은 콘크리트 바닥 및 벽체의 내구성 증진을 위한 목표로 방수, 보호 및 마감용으로 활용할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 시멘트 계 재료에 사용 가능한 공지의 방수제 성분을 중심으로 하여 방수성능을 부여함과 동시에, 시멘트 모르터 또는 콘크리트 구체의 표면 마감용으로서 구체 상부에 시공되어 구체에 균열이 발생하더라도 균열 폭이나 크기에 상관없이 구체의 표면을 보호하는 신축 기능과, 물이나 휘발유, 오일 등의 석유화합물, 구체에 유해한 자동차 배기가스 중에 다량 함유되어 시멘트계 재료를 열화 시키는 이산화탄소나 아황산가스 등의 침투를 방지하는 내식기능을 부여함으로서 지속적으로 방수성능과 내구성을 유지하는 폴리머 시멘트 모르터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시멘트 10-30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30-50 중량부, 고로 수쇄 슬래그 30-60 중량부, 탄산 나트륨이 고로 수쇄 슬래그 중량비의 5-10 중량부, 개질되어 팽윤특성을 나타내는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 시멘트와 고로 슬래그 혼합물 중량비의 30-60 중량부, 325메쉬 95％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4-10 중량부, 스테아릭산 염이 4-8 중량부로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

시멘트와 규사 이외에 스테아릭산 염은 통상의 방수용 재료로서 널 사용되고 있는 공지의 재료이며 또한 고로 수쇄 슬래그는 시멘트 치환용 재료로 널리 사용되는 재료이다. 본 발명에서는 이러한 기존에 알려진 방수성 재료의 조합 이외에, 탄산나트륨과 개질되어 팽윤특성을 나타내는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 사용된다.

본 발명에서는 고로 수쇄 슬래그와 탄산나트륨의 반응에 의해 구체의 모세관 기공에 생성되는 10 마이크로 미터 이하의 탄산칼슘 결정 생성과 , 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼에 의한 모세관 기공 내부의 팽윤성 폴리머와 탄성 필름의 형성에 의해 균열 보호 및 물이나 오일, 유해한 이온의 침투를 방지하는 재료로 사용된다.

고로 수쇄 슬래그는 일반적으로 시멘트 치환 재료로 콘크리트에 사용되어 수화열 저감 등의 용도로 사용된다. 고로 수쇄 슬래그는 자체적으로는 경화하지 않으나 외부의 자극에 의해 수경화 반응이 나타나는 잠재 수경성 재료로 알려져 있다. 외부의 자극제로는 강알칼리 재료가 사용된다. 그러나 고로 수쇄 슬래그의 강알칼리 자극제로 탄산염이 사용될 경우 미세한 10 마이크로 이하의 탄산칼슘 결정이 생 성된다.

고로 수쇄 슬래그에 강알칼리제로서 황산나트륨과 탄산나트륨을 고로 수쇄 슬래그 중량에 대해 첨가한 경우 생성되는 수화물에 대한 분말 엑스선 회절 분석결과를 도 1에 나타내었다. 기호 SSC는 황산나트륨과 탄산나트륨을 산화나트륨 당량비로 1:1로 혼합한 것을 나타내며, SC는 탄산나트륨, SS는 황산나트륨을 뜻하며, 기호 앞의 숫자는 첨가량(％), 기호 뒤의 숫자는 양생 재령(일)을 뜻한다. 분석결과에 나타나듯이 탄산나트륨 첨가량이 증가할수록 생성되는 탄산칼슘의 피크가 크게 나타남을 알 수 있다. 이때 생성되는 탄산칼슘 결정의 크기는 10 마이크로미터 이하로서 구체의 모세관 기공에 생성되어 모세관으로의 물의 침투나 유해한 이온의 침투를 방해하게 된다.

본 발명에서는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼의 팽윤성능과 탄성을 활용하여 구체의 모세관 기공에서 외부에서 침투하는 물이나, 휘발유, 오일 등과 같은 석유화합물, 이산화탄소나 아황산가스와 같은 시멘트계 재료에 심각한 위해를 주는 이온을 차단하는 기능을 발휘하게 된다. 팽윤 특성에 대한 그림을 도 2에 나타내었다.

시멘트가 경화된 후 물이 침투하는 경로는 시멘트 경화체의 균열부위 또는 시멘트 경화체 내부에 존재하는 모세관 기공을 통하여 침투하게 되며 이로 인하여 시멘트 경화체는 누수현상이 발생하게 된다.

그러나 본 발명에 의한 폴리머 시멘트 모르터는 시멘트 또는 콘크리트 구체 내부에 생성되는 탄산칼슘 결정과 팽윤성 폴리머에 의해 구체의 균열 부위나 모세 관 기공을 통하여 침투되는 물이나 오일, 유해이온 등의 침투를 방지하고 방수기능을 부여하게 되는 것이다.

따라서 건축이나 토목에 사용되는 콘크리트 구조물의 내구성 증진 또는 표면 마감층의 보호 등의 효과가 탁월하며, 이러한 콘크리트 방수, 보호 및 마감용 적용 대상을 도 4, 도 5에 나타내었다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 예로 들어 설명하기로 하며, 후술할 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

실시예 1에서는 폴리머 시멘트 모르터 1000kg의 배합량을 배합한다고 할 때, 시멘트 100 kg. 분말도 80 메쉬 이상 95％ 이고 실리카 함량이 90％ 이상인 규사 316 kg, 고로 수쇄 슬래그 300 kg, 탄산나트륨 20 kg, 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물 120 kg, 탄산칼슘 80 kg, 스테아릭산 염이 40 kg, 통상의 실리콘계 소포제 8 kg, 메틸 셀루로오스계 증점제 8 kg, 멜라민-설포네이트 포름알데히드 축합물 계 분산제 8 kg 을 혼합하여 본 발명을 제조한다.

본 발명의 폴리머 시멘트 모르터와 시판제품(바닥 마감용 폴리머 시멘트 모르터)을 각각 콘크리트 시편에 30mm 두께로 도포한 후 물성을 비교 하였다. 물성을 비교한 결과는 아래의 표 1과 같다.

표 1

또한 본 발명의 폴리머 시멘트 모르터에 굵은 골재를 혼합하여 콘크리트로 제작한 후 휘발유의 침투 성능을 시험한 결과를 도 3에 나타내었다. 재령이 경과 하여도 휘발유가 구체에 침투하지 않음을 육안으로 확인할 수 있었다.

이상의 실시 예에서 확인한 바와 같이 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 모르터 조성물은 기존에 사용되고 있는 여러 가지 방수용 또는 바닥 마감용 폴리머 시멘트 모르터에 비하여 동등한 수준 이상의 방수성(흡수율)을 나타냄으로서 다양한 건축물에 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 보통 포틀란드 시멘트 10-30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30-50 중량부, 고로 수쇄 슬래그 30-60 중량부, 탄산나트륨이 고로 수쇄 슬래그 중량비의 5-10 중량부, 개질되어 팽윤특성을 나타내는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 시멘트와 고로 슬래그 혼합물 중량비의 30-60 중량부, 325메쉬가 95％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4-10 중량부, 스테아릭산 염이 4-8 중량부로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제 1 중량부, 증점제 1중량부, 분산제 1중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르터 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   콘크리트 구조물의 방수, 보호 및 마감용으로 사용되기 위해 제 1항의 특성을 갖는 폴리머 시멘트 모르터 조성물.
5. 제 4항에 있어서,

   공동주택 지하주차장 바닥용 콘크리트의 방수층인 액체방수층, 방수층 보호를 위한 무근 콘크리트 층, 무근 콘크리트의 균열을 저감하기 위한 와이어 메쉬 층, 표면 마감용인 에폭시 코팅 층의 대용으로 사용할 수 있는 콘크리트 구조물의 방수, 보호 및 마감의 특성을 갖는 폴리머 시멘트 모르터 조성물.
6. 제 4항에 있어서,

   일반적인 건축물에서의 콘크리트 벽체에 사용되는 액체 방수 및 미장 모르터의 대용으로 사용할 수 있는 콘크리트 구조물의 방수, 보호 및 마감의 특성을 갖는 폴리머 시멘트 모르터 조성물.

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