KR100957469B1 - 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면을 연마한 후, 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말, 활석분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 일정 성분비로 포함하여 콘크리트 침투 결합력 및 색상 안정성이 뛰어나며, 유해물질이 방출되지 않는 콘크리트 코팅 조성물을 콘크리트 표면에 도포하여 표면침투 및 착색시킴으로써 콘크리트 표면의 보강 및 도색을 간편하게 한번에 시공할 수 있는 콘크리트 표면 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 표면 시공 방법은 콘크리트와의 침투결합력 및 색상 안정성이 뛰어난 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물을 이용함으로써 콘크리트 표면의 내구성 강화 및 착색을 동시에 가능하도록 할 뿐만 아니라, 유해물질이 방출되지 않도록 하여 환경친화적인 시공을 가능하게 한다.
콘크리트, 표면 강화, 착색, 리튬 실리케이트

Description

콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법{Construction method for hardening and coloring surface of concrete}
본 발명은 콘크리트 표면 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면을 연마한 후, 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말, 활석분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 일정 성분비로 포함하여 콘크리트 침투 결합력 및 색상 안정성이 뛰어나며, 유해물질이 방출되지 않는 콘크리트 코팅 조성물을 콘크리트 표면에 도포하여 표면침투 및 착색시킴으로써 콘크리트 표면의 보강 및 도색을 간편하게 한번에 시공할 수 있는 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법에 관한 것이다.
콘크리트는 시멘트, 골재, 물 및 기타 혼화재료의 혼합으로 이루어지는 불연속, 이방성 및 비균질성의 경화체로서, 그 물리적, 화학적 특성이 매우 다양하고 복잡하다. 이러한 콘크리트는 수화반응, 블리딩, 수화열, 소성수축 그리고 재료들의 서로 다른 특성으로 인해 제조 단계부터 많은 공극 또는 미세균열을 가진다. 이 러한 공극이나 미세균열은 콘크리트가 경화되면 건조수축과 열응력 및 외부하중 등의 여러 요인에 의해 균열을 발생시키는데, 이는 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상 및 철근부식 및 방수성능 저하 등으로 치명적인 손실을 초래할 수 있다.
또한, 무기물질로 이루어진 콘크리트는 다양한 환경요소, 특히 염소성분 또는 수분에 의해 내구성이 약해져 그의 사용 수명이 빠른 속도로 단축되고 있다. 상기 환경요소로는 자동차 배기 가스로 인한 산성비의 영향, 먼지 등의 오염 물질의 부착이 있고, 또한 유기 합성 고분자계 도장재나 마감재는 콘크리트의 호흡을 방해하여 콘크리트 구조물을 노후화시킬 뿐만 아니라 자외선에 의한 황변현상, 쵸킹 부풀어오름, 갈라짐, 탈락 등의 결합을 유발하여 철근 콘크리트 구조물을 조기에 부식시킨다.
그러므로 콘크리트 열화를 방지하기 위해서는 이러한 수분 및 외부 유해물질들의 침투를 근본적으로 차단해야 한다. 건설분야에서 콘크리트 구조물의 내구성 문제와 관련해서 구조물의 유지, 보수를 위하여 열화된 부위를 제거하고 각종 모르타르를 사용하여 보수하는 공법이 다양하게 행해지고 있다.
최근까지 철근 콘크리트 구조물의 열화 억제 및 방수 성능 향상을 위해 유기계 또는 무기계 물질로 콘크리트 표면을 코팅하거나 침투시키는 방법들을 사용해 왔다. 기존의 실리콘, 에폭시, 우레탄 등 유기계 고분자를 표면에 도포하여 막을 형성하는 코팅제는 코팅에 의해 얻어지는 코팅막에 의해 방수 효과를 얻으나, 진동, 수증기압, 콘크리트와의 탄성계수 차이 등에 의해 코팅막이 파괴되거나 박리되 는 문제점이 있고, 무기계 물질은 콘크리트와의 일체성이 없어 근본적인 한계점을 지니고 있으나 현실적인 대안이 없어 방수제로 활용되고 있는 실정이다.
이외에도 콘크리트 및 이를 이용한 다공성 구조물의 내구성 향상을 위해 액상의 침투제가 사용되고 있는데, 최근의 액상표면 침투제로는 무기 물질을 콘크리트와 같은 무기 재료의 표면에 적용하여 염분 또는 수분에 의한 영향을 줄이고 특히, 표면층에 소수성을 형성하여 수분함량을 조절하는 것이다. 따라서, 소수성을 제공하는 물질들의 연구로 집중되어 왔으며 대표적인 소수성을 제공하는 물질로는 실란, 알킬알콕시 실란, 실란올, 실록산, 올리고머 실록산, 폴리 실록산 등이 있다. 그러나 종래의 표면 침투제는 건자재의 표면에 단순히 피막을 형성하기만 할 뿐, 건설재료와 어떠한 화학적 결합물을 형성하지 않아 장기적인 지속성이 떨어지는 등의 결함이 있었다.
한편, 최근에는 자전거 도로나 인도 등의 도로 색상을 구별시키기 위한 방법으로 도로에 색상을 부여하기 위해 콘크리트면 상층을 코팅하는 방법, 구체적으로 도료 도색, 미끄럼 방지 포장, 초박층 시멘트 포설 등이 사용되고 있다. 기존의 유색 포장면 상층 코팅 방은 일관된 단색 고압스프레이식 코팅이거나 붓, 롤러, 밀대, 스크레이퍼 등을 이용한 시공 방법과 피니셔를 이용한 도포 및 포설 공법을 적용하고 있다. 그러나 상기한 상층 코팅 방법은 콘크리트 표면상태가 좋지 않은 경우 추가적인 콘크리트 표면 보강작업이 선행되어야 하며, 도색을 위한 유기용제의 과다한 사용으로 친환경적이지 못하고, 건조가 늦어져 시공이 지체되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나노 리튬 실리케이트 및 무기질 안료를 적정 비율로 포함시켜 콘크리트의 표면 보강과 착색 기능을 동시에 수행할 수 있고, 유기물질을 사용하지 않아 친환경적인 장점을 갖는 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물을 이용하여 콘크리트 표면을 시공하는 방법을 제공하기 위함이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 (a) 콘크리트 표면을 연삭기로 연마하는 단계; (b) 연마된 콘크리트 표면의 먼지, 이물질 및 수분을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 콘크리트 표면에 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말, 활석분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 콘크리트 표면 시공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 콘크리트 표면을 연삭기로 연마하는 단계; (b) 연마된 콘크리트 표면의 먼지, 이물질 및 수분을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 콘크리트 표면에 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말, 활석 분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 콘크리트 표면 시공 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 콘크리트 표면 시공 방법을 단계별로 설명한다.
단계 (a)는 콘크리트 표면을 연삭기로 연마하는 단계로서 타설된 기존의 콘크리프 표면을 연마하여 매끄럽게 정돈하여 이후 조성물의 균일한 도포를 가능하게 하기 위한 작업이다. 이때, 상기 연삭기는 콘크리트 연마를 위한 다이아몬드 패드를 부착시켜 이용할 수 있으며, 원하는 표면 거칠기 정도에 따라 패드를 선택할 수 있고, 바람직하게는 #50 다이아몬드 패드이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 연마된 콘크리트 표면에 잔류하는 먼지, 이물질 및 수분을 완전히 제거함으로써, 조성물의 콘크리트 침투성과 밀착력을 높여주기 위한 단계이다. 상기 먼지 및 이물질은 진공흡입, 수세 및 에어블로우 등의 방법으로 제거할 수 있으며, 수분이 남아있는 경우, 완전히 건조하는 것이 바람직하다.
단계 (c)는 상기 단계 (b)에서 표면이 정리된 콘크리트 표면에 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말, 활석분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물을 도포하여 표면침투 및 착색시키는 단계이다.
본 발명의 상기 코팅 조성물에 포함되는 상기 각 구성성분은 조성물 총 중량 100 중량부에 대해, 나노 리튬 실리케이트 25~30 중량부, 무기계 안료 15~18 중량부, 무정형 실리카 미분말 3~4 중량부, 활석분말 1.5~2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1.5~2 중량부 및 다가 알콜 6~12 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물은 주요 바인더로서 나노 리튬실리케이트를 포함하는데, 이는 나노크기의 입자로 구성된 리튬 실리케이트를 의미하는 것으로, 바람직하게는 0.1~100nm의 두께를 갖는 나노 리튬 실리케이트를 이용할 수 있다.
리튬 실리케이트(Li2O·nSiO2·H2O)는 콘크리트 구조물에 침투하여 수산화칼슘[Ca(OH)2]과 반응하여 불용성 칼슘실리케이트수화물(CaSiO3·nH2O)을 형성하며 콘크리트의 조직을 치밀하게 하며 구조물의 내구성능을 향상시키는 역할을 한다.
무기질 실리케이트를 주요 바인더로 사용하면, 환경 친화적일 뿐만 아니라 건조 도막의 결합구조가 Si-O-Si의 강인한 실록산 결합을 이루기 때문에 일반 합성수지 에멀젼 도료에 비해 난연성(내열성), 내후성 및 도막 강도가 월등히 우수하며, 경화 도막은 콘크리트 소재 면과 화학적 결합에 의해 일체화되고 자체 경화 생 성물이 다공질의 무기 도막을 형성하기 때문에 결로 방지 성능, 접착력 및 통기성이 매우 우수한 특징을 갖게 된다. 또한, 자체 경화 과정에서 콘크리트 구조물의 경화 부산물인 수산화칼슘과 중성화의 원인 물질인 이산화탄소를 제거함으로써 콘크리트 건축 구조물의 중성화를 방지하고 구조물 자체의 내구성을 크게 증진시킬 수 있다.
본 발명에서 이용되는 리튬 실리케이트는 실리카함량이 약 15~25% 정도로 소듐 실리케이트보다 높은 몰비를 가짐에도 불구하고 안정성이 우수하고 점도가 작으며 백화현상의 발생이 적으며 물에 대한 내수성이 우수한 장점을 가진다. 본 발명의 조성물에 포함되는 리튬 실리케이트는 나노입자화 된 것을 이용하므로, 콘크리트 구조물에 대한 침투력 및 반응성이 향상된 특징을 갖는다.
본 발명에서 나노 리튬 실리케이트는 조성물 총 중량을 기준으로 25~30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 25중량부 이하로 포함되면, 콘트리트의 치밀화에 문제가 있고, 30중량부 이상으로 포함되면 침투성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 콘크리트에 착색 기능을 부여하기 위한 안료로서 무기계 안료를 포함한다. 무기계 안료는 유기계 안료에 비해 내후성, 내광성, 경도 및 내마모성이 훨씬 뛰어난 특징을 갖는다. 본 발명의 코팅 조성물에 포함될 수 있는 무기계 안료로는 산화철, 산화티탄, 유산바륨, 탄산바륨, 알루민산나트륨 및 크롬산화물이 가능하며, 바람직하게는 적색산화철, 황색산화철 및 흑색산화철을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 무기계 안료는 조성물 총 중량을 기준으로 15~18중량부로 포함되는 것이 바람직다. 15중량부 이하로 포함되면 착색력이 떨어져 원하는 색상으로 발색시키기 어려우며, 18중량부 이상이면, 조성물 내에서 제대로 분산되지 못해, 균질성이 떨어지고 콘크리트와의 밀착성이 떨어지게 된다.
본 발명의 코팅 조성물은 상기한 안료의 균질한 분산을 위해 실시콘계 안료 분산제로서 실리콘 계면활성제를 포함한다. 본 발명에서 이용가능한 실리콘 계면활성제로는 폴리실록산계 화합물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에테르 폴리디메틸실록산 화합물을 이용할 수 있다. 상기 실리콘 계면활성제는 조성물 총 중량을 기준으로 1.5~2중량부로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 코팅 조성물은 콘크리트 표면과의 무정형 실리카 미분말을 포함하는데, 이는 상기 나노 리튬 실리케이트와 함께 콘트리트 표면으로 함침되어 콘크리트의 표면을 강화시킴으로써 내마모성을 증진시키며, 상기 조성물과 콘크리트와의 부착능을 높여준다. 본 발명에서 상기 무정형 실리카 미분말은 실리카 성분이 99%이상 포함되며, 입자의 크기가 수 내지 수십 마이크론 크기를 갖는 미세 분말을 이용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 직경이 0.0001~10 ㎛ 정도의 크기를 갖는 미세 분말을 이용할 수 있다. 본 발명에서 상기 무정형 실리카 미분말은 조성물 총 중량을 기준으로 3~4중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물은 충진재로서 활석분말을 포함한다. 이는 높은 열충격에 대한 저항성과 내열성을 증가시키고 콘크리트 표면의 광택을 조절하고, 오염을 방지해주는 역할을 한다. 본 발명에 포함되는 활석분말은 미세 분말을 사용하는 것이 좋으며, 0.01~10 ㎛ 정도의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물에 포함될 수 있는 충진재로는 활석분말 외에 분말 형태의 석회석, 소석회, 탄산칼슘 및 플라이애쉬 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 활석분말은 조성물 총 중량을 기준으로 1.5~2중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 코팅 조성물은 상기한 구성성분들의 균질한 분산을 위한 매질로서 다가 알콜을 포함하는데, 본 발명에서 다가 알콜은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜을 단독으로 또는 혼합하여 이용할 수 있다. 상기 다가 알콜은 조성물 총 중량을 기준으로 6~12중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물에 포함되는 상기 각 구성성분은 0.0001 내지 10 ㎛ 크기를 갖도록 분산 가공되는 것이 바람직한데, 이는 콘크리트와의 밀착력을 높여 더욱 효과적으로 물성, 즉, 내구성, 내마모성, 내변색성 및 내오염성을 증진시키기 위함이다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물은 pH가 10 내지 12가 되도록 조정되는 것이 바람직한데, 이는 알칼리성을 나타내기 때문에 항균성이 뛰어난 특징을 갖는다.
한편, 상기 단계(b)에서 조성물의 도포는 콘크리트 표면층의 두께가 0.01 내 지 1.0 mm가 되도록 수행할 수 있으며, 콘크리트 표면상태 및 목적하는 콘트리트 표면 강도에 따라 도포 두께가 달라질 수 있으며, 도포 횟수도 1회 내지 다수회로 수행될 수 있다.
또한, 상기 도포 과정은 스프레이, 붓, 롤러, 밀대, 스크레이퍼 및 폴리에스터 패드 등을 단독으로 또는 병행하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 저압 스프레이 방식으로 도포할 수 있다.
또한, 상기 단계 (c)의 코팅 조성물의 도포 단계 이후, 나노 리튬 실리케이트를 주요 성분으로 하는 탑 코팅제를 추가적으로 표면 도포할 수 있다. 이를 통해, 콘크리트 표면을 더욱 보강시킬 수 있다.
본 발명의 상기 콘크리트 표면 시공 방법을 적용할 수 있는 콘크리트는 일반도로, 자전거 전용도로, 보행로, 산책로, 주차장 등의 구조물 및 시설물을 모두 포함할 수 있으며, 바람직하게는 자동차 도로, 자전거 도로, 인도 또는 산책로에 설치되는 도로 블록의 콘크리트이다. 또한, 상기 콘크리트는 아스콘 콘크리트를 포함하는 개념이다. 본 발명의 상기 시공 방법은 기존 도로에 타설된 콘크리트에 적용하여 시공하거나, 도로 시공을 위해 제작되는 콘크리트 도로 블록에 적용하는 방식으로 이용될 수 있다.
본 발명의 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 콘크리트 표면 시공 방법은 나노 리튬 실리케이트, 무기계 안료를 적정비율로 혼합하고, 여기에 무정형 실리카 미분말, 활석분말, 실리콘계 계면활성제 및 다가 알콜을 포함시키고, 이들 구성성분들의 입자 크기를 나노미터~마이크로미터 크기의 미세입자로 조정하여 균질하고 안정적으로 분산되도록 한 코팅 조성물을 이용하므로, 콘크리트 표면으로의 침투력이 용이하고 반응성이 높아 좀더 효과적으로 표면을 보강할 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 표면 시공 방법으로 도포된 콘크리트 도로는 수분 침투성이 저하되어 수분이나 외부 유해물질의 침투로 인한 콘크리트의 균열이나 손상을 막을 수 있다. 또한, 코팅 조성물 내에 바인더로서 나노 리튬 실리케이트를 포함하므로, 이들이 콘크리트와 결합하여 생성되는 경화 생성물이 미세한 다공질의 무기 도막을 형성하게 되어, 수분의 침투성을 저하시켜 수분이나 외부 유해물질의 침투로 인한 콘크리트의 균열이나 손상은 막으면서, 수증기는 투과시켜 열에 의한 무리한 팽창이나 동결융해에 의한 손상을 방지할 수 있게 된다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 (a) 다가 알콜, 이온교환수, 실리콘계 계면활성제를 혼합한 후, 무정형 실리카 미분말, 활석분말 및 무기계 안료를 첨가하여 교반하는 단계; (b) 상기 구성성분들이 0.0001 내지 10 ㎛ 크기의 입자를 갖도록 분쇄시켜 분산 가공하는 단계; (c) pH조정제를 첨가하여 혼합물의 pH를 10 내지 11로 조정하는 단계; 및 (d) 나노 리튬 실리케이트를 첨가한 후, 교반시키고 pH가 10.5 내지 11.5일 때, 이온교환수를 추가로 첨가하여 혼합물을 희석하는 단계를 포함하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 코팅 조성물은 상기한 단계를 거쳐 제조될 수 있으며, 상기 각 구성성분은 조성물 총 중량 100 중량부에 대해, 나노 리튬 실리케이트 25~30 중량부, 무기계 안료 15~18 중량부, 무정형 실리카 미분말 3~4 중량부, 활석분말 1.5~2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1.5~2 중량부 및 다가 알콜 6~12 중량부로 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 단계 (b)에서 입자 크기를 조정하기 위해 샌드밀 또는 호모믹서를 사용할 수 있으며, 단계 (c)에서 pH조정제로는 암모니아수, 수산화나트륨 또는 탄산나트륨을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 표면 시공 방법은 콘크리트 표면을 연마한 후, 나노 리튬 실리케이트 및 무기질 안료를 적정 비율로 포함하는 코팅 조성물을 도포함으로써 표면 강화를 통해 콘크리트의 내구성, 내마모성 및 내오염성을 증진시킬 뿐만 아니라 동시에 도로 표면의 착색이 가능하므로, 콘크리트 표면의 보강 및 도색을 간편하게 한번에 시공할 수 있어 간편하고 경제적이며, 유기물질을 사용하지 않아 친환경적인 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 콘크리트 표면 시공 방법은 코팅 조성물 도포 전에 콘크리트 표면을 연마하여 표면의 거칠기를 조정하고, 코팅 조성물 내의 구성성분들이 미세입자를 갖도록 분산 가공된 상태로 도포되며, 조성물과 콘크리트의 결합력이 높아 적절한 마찰력을 지니면서도 표면이 매끈하고, 균일한 도색이 가능하므로 미관상 좋을 뿐만 아니라 찰과상을 줄일 수 있어 다양한 목적의 도로, 예를 들면, 보행자 및 자전거 도로 시공에 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 표면 시공 방법에 따라 시공된 콘크리트 도로는 수분 침투성이 저하되어 수분이나 외부 유해물질로 인한 콘크리트의 균열 및 손상이 방지되고, 콘크리트의 강도, 내마모성, 내변색성 및 내구성 등이 현저하게 증대되어 수명연장을 통한 유지관리비용의 절감이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실험예 1. 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 제조
본 발명의 조성물에 포함되는 각 구성성분은 하기 표 1과 같이 조성하였다.
원료명칭 비교예1 실시예1 실시예2 비교예2
① 에틸렌 글리콜 6 8 10 12
② 이온교환수 H2O 20 20 20 20
③ 실리콘 계면활성제 1.0 1.5 2.0 2.5
④ 무정형 실리카 미분말 2.0 3.0 4.0 5.0
⑤ 활석분말 1.0 1.5 2.0 2.3
⑥ 산화철 12 15 18 20
⑦ NH4OH 0.5 0.8 1.0 1.2
⑧ 나노 리튬 실리케이트 20 25 30 35
⑨ 이온교환수 H2O 37.5 25.2 13.0 2
계 100 100 100 100
* 나노 리튬 실리케이트 : 고형분 25%의 나노 리튬 실리케이트 수용액 사용 * NH4OH : pH조정제
①, ②, ③을 혼합한 후, ④, ⑤, ⑥을 계속 교반하면서 투입하여 균일한 상태로 만든 후, 이들 혼합물을 샌드밀(Sand Mill) 또는 호모믹서(Homo Mixer) 등의 분산기를 이용하여 입자의 크기가 10 ㎛ 이하기 되도록 분산 가공하고, 여기에 ⑦을 소량씩 적하하여 pH가 10 내지 11이 되도록 조절한 후, ⑧을 서서히 첨가하면서 계속 믹싱하여 pH를 재측정했을 때, 10.5 내지 11.5가 되면 ⑨를 첨가하여 희석하고 15분 정도 저속 교반하여 조성물을 제조하였다.
실험예 2. 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 시험 결과
상기 실험예 1에서 제작한 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물을 대상으로 외관, 상태, pH, 도포작업성 및 저장안정성 등을 시험하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
항목＼조성물 비교예1 실시예1 실시예2 비교예2 비고
외관 정치 후 2일 경과 액이 분리됨 양호 이상없음 이상없음 상온정치 7일
상태 점성이 낮음 양호 이상없음 점성이 다소 높음
pH 9.8 10.5 11.0 12.0
도포 작업성 (붓, 로울러, 스프레이) 너무 묽음 작업성 및 착색력 양호 작업성 및 착색력 양 호 붓, 로울러작업가능/ 스프레이 불가
저장 안정성 냉동 안정성 시험하지 않음 이상없음 이상없음 이상없음 -18℃에서 10일간 정치
열저장 안정성 시험하지 않음 이상없음 이상없음 이상없음 -60℃에서 10일간 정치
촉진 안정성 시험하지 않음 이상없음 이상없음 이상없음 (-18℃, 2시간) 및 (-60℃, 2시간) 3 cycle 반복
* 비교예1 조성물은 저장 안정성 시험 생략함
시험 결과, 비교예1의 조성물은 점도가 낮아 작업성이 떨어졌으며 착색력이 균일하지 못하였다. 비교예2의 조성물은 점도가 높아 스프레이 작업이 불가했으며, 물로 희석하지 않으면 도포 작업이 불량한 상태였다. 또한, 물로 희석해서 도포를 하더라도 희석으로 인해 건조 후 표면에 얼룩이 생겼다. 따라서, 실시예2 및 실시예3의 조성이 가장 바람직한 것으로 나타났다.
실험예 3. 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물을 도포한 콘크리트의 물성 평가
상기 실험예1에서 제작한 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 효능을 평가하기 위해, 이를 도포하기 위한 콘크리트 시험편을 제작하고, 상기 코팅 조성물을 도포한 후, 콘크리트의 물성을 평가하였다.
<3-1> 콘크리트 시험편 제작 및 코팅 조성물 도포
가로 5.5 cm, 세로 9.5 cm, 높이 1.5 cm 되는 거푸집에 강도가 각각 180, 210, 240 kgf/cm2 되는 모르타르를 주입하여 4일간 상온에서 양생 후 탈형하고, #50 다이아몬드 패드를 장작한 연삭기로 표면처리하여 시험편을 제작하였다.
상기 제작된 시험편을 진공흡입하여 깨끗하게 정리한 후, 실시예1,2 및 비교예2의 조성물을 각각 5개씩 붓, 스프레이 방식으로 도포한 후, 폴리에스터 패드로 문질러서 착색시켰다. 이때 작업의 용이성, 표면의 상태, 착색 정도 등을 육안으로 비교한 결과, 실시예1 및 실시예2의 조성물을 도포한 경우가 양호하였다. 비교예2의 조성물을 도포한 경우에는 표면 얼룩이 심한 것으로 나타났다.
<3-2> 콘크리트 물성 평가
상기에서 제작된 시험편에 실시예1,2 및 비교예2의 조성물을 도포한 시편과 아무것도 도포하지 않은 공시료 시편을 대상으로 다양한 물성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같다.
구분/ 강도별소재/ 항목 공시료 실시예1 실시예2 비교예2
180 /kgf 210 /kgf 240 /kgf 180 /kgf 210 /kgf 240 /kgf 180 /kgf 210 /kgf 240 /kgf 180 /kgf 210 /kgf 240 /kgf
압축강도 78.4 92.6 108.5 117.6 141.4 151.9 118.4 158.2 170.3 118.2 157.9 178.1
낙구충격강도 △ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
전단강도 13.0 20.6 25.8 29.4 34.5 36.6 28.9 37.7 40.5 27.5 36.3 37.5
Taber 마모감량 (g) CS-17/500g, 1000회 2.8 2.2 1.9 0.3 0.1 0.06 0.8 0.5 0.06 0.08 0.04 0.01
마찰계수 ASTM C-1008-96 0.72 0.70 0.72 0.69 0.69 0.7 0.71 0.7 0.72 0.7 0.74 0.7
수증기 투과율 1.68 1.64 1.58 1.45 1.38 1.12 1.88 1.68 1.65 1.71 1.68 1.64
물 침투성 (점적시험, 흡수되는시간(초)) 5초 5초 5.5초 표면에 물방물이 1시간 이후까지 있음
자외선 폭로시험 (U.V. 300시간) 표면의 먼지화 색상 변화 없이 표면에 노화 흔적이 없음
* 강도의 단위 : kgf/cm2 * △: 패인 흔적이 있고 약간 손상 ○: 낙구 흔적은 있으나 손상되지 않음 ◎ :이상없이 양호함 압축강도: KSF-2405에 따름
상기 표 3에서 보듯이, 본원 발명의 조성물을 콘크리트 표면에 도포한 경우, 실시예1,2 및 비교예2의 조성물 모두 압축강도,낙구충격강도 및 전단강도 등의 강도가 증대되었으며, 내마모성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 코팅 조성물을 도포한 경우에도 마찰계수에는 변화가 없는 것으로 나타났다. 또한, 물의 침투성 시험결과, 코팅 조성물이 도포된 경우, 침투력이 저하되어, 수분이나 외부 유해물질을 차단함으로써 이들로 인한 콘크리트 콘크리트의 균열이나 마모를 저해하여 콘크리트의 내구성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물을 도포하는 콘크리트 표면 시공 방법은 자외선을 차단하여 콘크리트의 균열 및 탈색 등을 방지할 수 있음을 확인하였다.
결론적으로, 본 발명의 함량 범위를 갖는 실시예1,2의 조성물이 도포작업성, 저장안정성 및 착색력이 뛰어나면서, 동시에 콘크리트 표면의 내구성 및 내마모성을 증진시키는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. (a) 콘크리트 표면을 연삭기로 연마하는 단계;
    (b) 연마된 콘크리트 표면의 먼지, 이물질 및 수분을 제거하는 단계; 및
    (c) 상기 콘크리트 표면에 조성물 총 중량 100 중량부에 대해, 나노 리튬 실리케이트 25~30 중량부, 무기계 안료 15~18 중량부, 무정형 실리카 미분말 3~4 중량부, 활석분말 1.5~2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1.5~2 중량부 및 다가 알콜 6~12 중량부를 포함하고, 상기 나노 리튬 실리케이트는 0.1~100 nm의 두께를 가지며, 상기 무기계 안료, 무정형 실리카 미분말 및 활석분말은 0.0001 내지 10 ㎛ 크기의 입자인 콘크리트 코팅 조성물을 도포하는 단계를 포함하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)의 연삭기는 다이아몬드 패드를 부착시켜 이용하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 조성물 도포는 콘크리트 표면층의 두께가 0.01 내지 1.0 mm가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 상기 도포는 스프레이, 붓, 롤러, 밀대, 스크레이퍼 및 폴리에스터 패드로 구성된 군에서 선택되는 방법을 단독으로 또는 병행하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c) 이후에 나노 리튬 실리케이트를 주요 성분으로 하는 탑 코팅제를 추가적으로 표면 도포하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 무기계 안료는 산화철, 산화티탄, 유산바륨, 탄산바륨, 알루민산나트륨 및 크롬산화물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산화철은 적색산화철, 황색산화철 및 흑색산화철을 단 독으로 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 pH가 10 내지 12인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 콘크리트는 자동차 도로, 자전거 도로, 인도 또는 산책로에 설치되는 도로 블록의 콘크리트인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색을 위한 시공 방법.
  11. (a) 다가 알콜, 이온교환수, 실리콘계 계면활성제를 혼합한 후, 무정형 실리카 미분말, 활석분말 및 무기계 안료를 첨가하여 교반하는 단계;
    (b) 상기 구성성분들이 0.0001 내지 10 ㎛ 크기의 입자를 갖도록 분쇄시켜 분산 가공하는 단계;
    (c) pH조정제를 첨가하여 혼합물의 pH를 10 내지 11로 조정하는 단계; 및
    (d) 나노 리튬 실리케이트를 첨가한 후, 교반시키고 pH가 10.5 내지 11.5일 때, 이온교환수를 추가로 첨가하여 혼합물을 희석하는 단계를 포함하며,
    상기 각 구성성분은 조성물 총 중량 100 중량부에 대해, 나노 리튬 실리케이트 25~30 중량부, 무기계 안료 15~18 중량부, 무정형 실리카 미분말 3~4 중량부, 활석분말 1.5~2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1.5~2 중량부 및 다가 알콜 6~12 중량부로 포함하도록 조성되는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 표면 강화 및 착색용 코팅 조성물의 제조방법.
  12. 삭제
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