KR101009743B1 - 침투형 콘크리트 보강용 보수제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 보강용 보수제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레아계열 2액형 신속 경화 형으로 신속한 보수 및 코팅 등의 다용도 목적으로 개발된 것으로 점도가 낮아서 콘크리트 등의 모체에 신속히 침투하여 강한 내성을 형성하며, 모래, 자갈, 실리카 등과 혼합하여 사용가능하고, 콘크리트 보수용, 바닥재용으로 시공 후 높은 강도를 가지는 콘크리트 보강용 보수제에 관해 개시된다.

Description

침투형 콘크리트 보강용 보수제{Repairing agent for reinforcing the concrete}

본 발명은 콘크리트 보강용 보수제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레아계열 2액형 신속 경화 형으로 신속한 보수 및 코팅 등의 다용도 목적으로 개발된 것으로 점도가 낮아서 콘크리트 등의 모체에 신속히 침투하여 강한 내성을 형성하며, 모래, 자갈, 실리카 등과 혼합하여 사용가능하고, 콘크리트 보수용, 바닥재용으로 시공 후 높은 강도를 가지는 콘크리트 보강용 보수제에 관한 것이다.

지금까지 국내외에서 일반적으로 사용되고 있는 침투강화성 무기보수제는 알칼리계 실리케이트로 이루어져 있다. 이러한 알칼리계 실리케이트는 표면장력이 작게 제조된다 할지라도 콘크리트의 주성분인 칼슘이온과 매우 빠른 속도로 반응하여 칼슘실리케이트를 형성한다. 이렇게 형성된 칼슘실리케이트는 불용성이면서 화학적으로 매우 안정한 산화물로서 콘크리트의 표면을 보호해 줄 뿐, 침투깊이가 5mm정도에 불과하여 콘크리트 내부에 깊숙이 침투하지 못하는 문제가 있으며, 이에 따라 콘크리트 구조물을 적절하게 보호하는 역할을 하지 못하는 단점이 있다.

지난 수십년간 발생한 콘크리트구조물의 손상원인을 검토한 영국의 조사결과에 따르면, 철근의 부식에 의한 것이 전체 구조물의 성능저하원인 중 47%를 차지하고 있으며, 이중 염해에 의한 부식이 66%를 차지하고 있는 것으로 알려지고 있다. 우리나라의 경우에도 삼면이 바다로 이루어져 있기 때문에, 염해 피해 가능지역이 많은 것은 물론이고, 사계절이 뚜렷하여 수축팽창작용을 많이 받고 있을 뿐만 아니라, 도시의 집중화에 따른 배기가스에 의한 중성화 현상이 심하게 발생하는 등 콘크리트의 내구성능이 어느 나라 못지 않게 열악한 상황에 있다. 1997년 12월에 발간된 서울특별시 보고서 <콘크리트구조물의 부식상태조사 및 방지대책> 에 따르면 서울시에서 관리하는 콘크리트 구조물 중 약간이라도 부식이 발생하여 콘크리트에 균열 또는 박리 및 탈락이 발생한 구조물이 전체의 약 18%로 나타났다. 또한 2000년 서울시의 전체 건설예산 중 구조물의 유지보수비용이 차지하고 있는 비율이 약 40%를 넘고 있으며, 구조물의 보수를 위하여 서울시뿐만이 아니라 각 광역단체들이 엄청난 예산을 보수비용으로 사용하고 있고, 그 예산은 계속 급증할 것으로 예상되고 있는 실정이다. 또한, 우리와 환경이 비슷한 일본 동경도의 경우만 보더라도 2000년 전체 건설예산 중 기존구조물의 유지보수비용이 47%를 차지하고 있으며, 2001년도에는 유지보수비용이 신설비용을 초과할 것으로 전망하고 있다.

철근콘크리트 구조물의 유지관리에 사용되는 보수재료로는 주로 수지계와 시멘트계 재료가 사용되고 있으나, 이런 재료들이 사용되는 보수공법은 대부분 성능저하 현상이 본격화되었을 때 조치를 취하기 때문에 보수효과가 기대치에미치지 못하는 경우가 많다. 또한 단면복구를 위한 보수시에는 내구성능이 저하된 콘크리트의 제거작업이 필요하며, 이 과정에서 소음, 분진, 진동, 건설 폐기물 등을 다량으로 발생시켜 환경에 대한 부담과 경제적인 부담을 가중시킨다.

또한 콘크리트를 제거하면서 나타나는 충격으로 인해 성능이 저하되지 않은 주위의 콘크리트에도 균열 등의 유발에 의한 손상을 일으켜 보수 후에도 그 부위에서 재탈락이 일어나는 등의 문제점을 발생시킬 수 있다. 또한 콘크리트의 내구성능저하 및 철근 부식에 대한 치유 대책 없이 섬유보강재 등을 사용하여 구조물을 보강하는 경우에는 하중에 대한 구조적인 기능은 향상되지만, 구조내부에서는 철근부식이 계속 진행될 수 있으므로 철근 콘크리트의 내구성능 회복에는 효과적이지 못할 수 있다.

현재 사용중인 보수공법은 손상부위를 처리하는 형태에 따라 크게 표면피복공법, 균열주입공법, 충전공법으로 나뉘어진다. 표면피복공법에 사용되는 재료들은 색상도 미려하고 초기접착력과 내약품성이 우수하며 경제적이고 시공성이 좋아 도료형태로써 많은 제품이 시판되어 사용되고 있지만, 이들 재료가 콘크리트와의 수축팽창률에 차이가 크고 시간경과에 따라 경화됨으로써 박리(들뜸)를 유발하며, 충격에 의해 쉽게 파괴되는 문제점을 지니고 있어, 최근에는 물성을 개선시킨 수성도료 등을 사용하거나 폴리머계 재료에 필러로써 실리카질 재료를 첨가하므로써 수축·팽창률 및 경화에 따른 취성적 성질을 보완하려는 노력을 하고 있다. 그러나 표면피복공법은 균열표면의 보수에 그치므로 진행성 균열인 경우에는 균열에 대한 추종성(elongation)이 떨어지는 결점을 가지고 있으며, 피복재의 두께가 얇기 때문에 보수 후 시간이 경과함에 따라 보수처리 부분의 내구성능이 저하할 우려가 있으므 로 주의할 필요가 있다. 그리고 표면피복공법에 사용되는 재료는 성능이 저하된 콘크리트의 내구성을 향상시키는 목적보다는 구조물을 성능저하 요인으로부터 보호하려는 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명에서와 같이 철근이 부식된 콘크리트 구조물의 성능회복과 함께 손상된 콘크리트의 내구성능을 향상시키는 개념의 침투강화성 무기보수제와는 그 기능성에 큰 차이가 있다.

균열주입공법의 경우 균열주입재는 에폭시계 합성수지로서 수축이 작고 조기에 강도가 발휘되어 접착력이 우수하기 때문에 가장 많이 사용되고 있으나 콘크리트와는 매우 상이한 탄성계수 및 수축팽창률로 인하여 균열보수 후 재균열 이 발생하는 등의 문제점이 지니고 있다.

충전공법의 경우에는 사용하는 재료가 에폭시계 모르터 또는 아크릴계 모르터 등을 사용하고 있다. 이 충전공법은 구조체의 결함부를 제거한 후, 에폭시계 또는 아크릴계 수지를 사용하여 시멘트 모르터와 일정한 배합비로 혼합한 후 구조체의 결함부에 충전, 시공하는 보수공법으로 습윤면의 시공이 가능하며, 시공성, 단기접착성 등이 우수하여 확실한 물리적 보수가 가능하지만, 콘크리트의 표층강화 및 방수기능 이상의 성능 즉, 중성화, 염해, 동해, 화학적 부식 등의 열화요인별 화학적 처리기술은 구축되어 있지 못하며, 유기질계 및 무기질계 재료가 함께 사용되므로써 장기적으로 모체와의 일체화가 문제가 발생할 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 일반적인 표면피복공법, 주입공법 및 충전공법의 단점을 극복하고 내수 성능이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키면서 방수는 물론 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 새로운 표면처리 방법 및 보수제에 대한 요구가 있어왔다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 내수 성능이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키면서 방수는 물론 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 새로운 콘크리트 보강용 보수제를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 해결과제는 상기한 콘크리트 보강용 보수제를 이용한 콘크리트 표면처리공법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 콘크리트 보강용 보수제는 폴리머릭 엠디아이 40~50중량부, 폴리올 25~35중량부, 부틸아세테이트 20~30중량부를 포함하는 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부, 에폭시실란 5~10중량부를 포함하는 B제로 구성되며,

상기 A제는 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15~25분간 균일하게 교반하여 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 소량씩 첨가되는 폴리올의 투입량은 50L/분인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 콘크리트 바탕면에 붙어있는 이물질 및 먼지를 완전히 제거하고 수분함량 8%이하로 건조하는 단계; 상기 바탕면 정리 후, 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15~25분간 교반한 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 균일하게 교반 혼합한 보수제를 상기 정리된 바탕면에 도포하는 단계; 및 상기 보수제 도포 후 충분히 건조시킨 다음 그 상면에 탑코팅제(TOP Coating)를 로울러 또는 에어리스로 도포하는 단계로 이루어지는 콘크리트 표면처리공법을 제공한다.

여기서, 상기 A제를 구성하는 폴리머릭 엠디아이, 폴리올, 부틸아세테이트의 구성비는 폴리머릭 엠디아이 40~50중량부, 폴리올 25~35중량부, 부틸아세테이트 20~30중량부를 포함하여 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 A제와 B제의 혼합비는 1:1(v/v)인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보수제를 도포하기전에 콘크리트 바탕면에 움푹 파인곳에 규사를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 콘크리트 보강용 보수제는 2액형 우레아계열의 신속경화제로서 콘크리트 코팅용 薄板을 형성 콘크리트 등의 신속한 보수 및 코팅 따위의 다용도 목적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 보수제는 점도가 낮아서 콘크리트 등의 바닥에 신속히 침투 및 깊이 침투하여 상당기간 접착력을 유지하여 강한 내성을 형성하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 보수제는 산업용 석영, 모래, 자갈, 규사 등과 혼합하여 사용할 수 있어 콘크리트의 내구성을 향상시켜 콘크리트 보수용으로 강력한 강도를 나타내는 효과를 가진다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 콘크리트 조각보수, 콘크리트 재도포용 코팅, 바닥 크랙보수, 공장. 사무실. 식당. 병원. 무균실 등 바닥용, 기존의 바닥재의 콘크리트와 탈락되어 깨어짐의 한계점을 극복하기 위해 사용되는 콘크리트 보강용 보수제에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 보수제는 폴리머릭 엠디아이(Polymeric MDI), 폴리올(Polyol), 부틸아세테이트(Buthyl acetate)를 포함하는 A제와 폴리옥시프로필렌디아민(Polyoxypropylenediamine), 디에틸톨루엔디아민(Diethyltoluenediamine), 폴리에테르 폴리올(Polyeter polyol), 에폭시실란(Epoxysilane)를 포함하는 B제로 구성된다.

여기서, 상기 A제는 폴리머릭 엠디아이 40~50중량부, 폴리올 25~35중량부, 부틸아세테이트 20~30중량부를 포함한다.
상기 폴리올(Polyol)은 분자말단에 2개 이상의 수산기(-0H)를 갖고 있는 유기화합물을 의미하는 것으로, 당분야에서 일반적으로 사용되는 폴리올을 사용할 수 있다.

또한, 상기 B제는 폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부, 에폭시실란 5~10중량부를 포함한다.
상기 폴리에테르 폴리올은 분자구조에 에테르기가 결합되어 있는 구조로 말단에 수산기를 2개 이상 포함하고 있는 유기화합물을 의미하는 것으로, 당분야에서 일반적으로 사용되는 폴리에테르 폴리올을 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 A제는 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15~25분간 균일하게 교반하여 된다.

상기 폴리올은 폴리머릭 엠디아이를 계량하여 반응기에 넣은 다음 40℃까지 반응기의 온도를 상승시킨 다음 첨가하게 되는데 이때, 상기 폴리올은 소량씩 천천히 첨가하게 된다. 바람직하게는 상기 폴리올은 50L/분의 양으로 첨가시키는 것이 좋다.

본 발명에 의하면, 상기 A제를 제조함에 사용되는 상기 반응기는 반응기 탱크 외벽에 자켓을 설치하여 된 것을 사용하여, 상기 자켓에 스팀 또는 온수를 천천히 공급하여 반응기의 온도상승여부를 확인하면서 서서히 반응기의 온도를 높여준다. 상기 스팀 또는 온수를 서서히 공급하여 온도를 높여주는 것은 반응온도에 따라 반응결과물이 달라질 수 있으며, 또한 일시에 투입하게 될 경우 후속공정에서 온도 컨트롤에 어려움이 있을 수 있기 때문이다.

또한, 상기 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시키는 것은 반응시간이 이보다 작거나 혹은 장시간 반응시킬 경우 본 발명에서 목적하는 반응결과물을 얻을 수 없는 문제점이 있기 때문이다. 즉, 본 반응의 목적은 폴리머릭 엠디아이와 폴리올을 중합반응시켜 반응물의 분자량을 높이는 것입니다.

예를 들면, A제와 B제가 반응하여 도막을 형성할 때, <A제>는 크기가 작고<B제>는 크기가 크면 도막을 형성할 때 우리가 원하는 도막물성을 나타낼 수 없고, 또 <A제>가 수량이 많고 <B제>가 수량이 적으면 도막을 형성할 때 <A제>가 수가 많아 도막에 반응을 하지 않아 <A제>가 잔량이 남으면 이때도 원하는 도막 물성을 나타낼 수 없기 때문이다.

따라서, 여기서의 반응은 <A제>의 크기와 수량을 <B제>와 반응할 때 가장 적합하게 만드는 것입니다.

여기서, 상기 크기와 수량의 의미는 하기의 일반적인 우레 반응 메커니즘을 참조하여 설명하면, 본 발명에서 개시되는 반응은 하기의 반응메커니즘에서 이소시아네이트(Isosyanate)를 만드는 것을 의미한다. 즉, 상기 크기와 수량이라는 것은 상기 이소시아네이트(Isosyanate)의 생성량을 의미하는 것이며, 본 발명에서 개시된 반응 온도와 시간은 본 발명의 목적에 따라 상기 이소시아네이트를 만들기 위한 최적을 조건을 만들어 주기 위한 것이다.

<우레아 반응 메커니즘>

본 발명에 따르면, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시키게 되는데 이때, 반응기 외부의 자켓에 냉각수를 서서히 투입하여 반응기의 온도를 확인하면서 냉각시킨다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 콘크리트 보강용 보수제를 이용한 콘크리트 표면처리공법에 대해 설명하면 다음과 같다. 단, 하기의 설명으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 우선 고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 콘크리트 바탕면에 붙어있는 이물질 및 먼지를 완전히 제거하고 수분함량 8%이하로 건조한다.

이는 바탕면에 붙어있는 찌든때 및 먼지 등 이물질을 완전히 제거함으로써 보수제가 콘크리트 표면에 침투력을 높이기 위한 것이다.

이때, 콘크리트의 평활성 및 경사도에 따라 콘크리트를 평삭 및/또는 연삭한다.

상기 바탕면 정리 후, 폴리머릭 엠디아이를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 천천히 40℃까지 승온한 다음, 폴리올을 소량씩 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 천천히 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트를 첨가하고 15~25분간 교반한 A제와 폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 균일하게 교반 혼합한 보수제를 준비하고, 콘크리트 바탕면에 도포한다. 이때, 보수제의 도포는 스프레이건에서 스프레이 혼합방식으로 분사 도포한다.

상기 보수제 도포 후 충분히 건조시킨 다음 그 상면에 미려한 마감을 위하여 탑코팅제(TOP Coating)를 로울러 또는 에어리스로 도포하여 콘크리트 표면 처리를 완료한다.

본 발명에 따르면, 상기 탑코팅제는 현장의 여건에 따라 적의 선택하여 사용할 수 있으며, 그 예로는 탄성우레탄수지를 주성분으로 한 전용도료와 에폭시 수지를 주성분으로 한 탑코팅제를 들 수 있다.

한편, 상기 표면처리공법에 사용되는 상기 A제를 구성하는 폴리머릭 엠디아이, 폴리올, 부틸아세테이트의 구성비는 폴리머릭 엠디아이 40~50중량부, 폴리올 25~35중량부, 부틸아세테이트 20~30중량부를 포함하도록 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 A제와 B제의 혼합비는 1:1(v/v)이 되도록 혼합 교반하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 보수제를 표면에 도포하기 전에 콘크리트 바탕면에 움푹 파인곳에 규사를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 깊이 파인곳은 보수제를 수차례도포하여야 하는 문제가 있어 이를 보강하기 위한 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 보수제는 2액형 우레아계열의 신속경화제로서 콘크리트 코팅용 薄板을 형성 콘크리트 등의 신속한 보수 및 코팅 따위의 다용도 목적으로 사용할 수 있으며, 점도가 낮아서 콘크리트 등의 바닥에 신속히 침투 및 깊이 침투하여 상당기간 접착력을 유지하여 강한 내성을 형성하게 된다.

또한, 본 발명의 보수제는 산업용 석영, 모래, 자갈, 규사 등과 혼합하여 사용할 수 있어 콘크리트의 내구성을 향상시켜 콘크리트 보수용으로 강력한 강도를 나타내게 된다.

Claims (6)

1. 폴리머릭 엠디아이(a) 40~50중량부, 폴리올(b) 25~35중량부, 부틸아세테이트(c) 20~30중량부를 포함하는 A제와;
   폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부, 에폭시실란 5~10중량부를 포함하는 B제로 구성되는 침투형 콘크리트 보강용 보수제에 있어서,
   상기 A제는 폴리머릭 엠디아이(a)를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 40℃까지 승온한 다음, 폴리올(b)을 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음, 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트(c)를 첨가하고, 15~25분간 균일하게 교반하여 준비되는 것을 특징으로 하는 침투형 콘크리트 보강용 보수제.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리올(b)의 투입량은 50L/분인 것을 특징으로 하는 침투형 콘크리트 보강용 보수제.
3. 고압 물 세척 또는 그라인딩 처리하여 콘크리트 바탕면에 붙어있는 이물질 및 먼지를 완전히 제거하고 수분함량 8%이하로 건조하는 단계;
   상기 바탕면 정리 후, 폴리머릭 엠디아이(a)를 반응기에 계량하여 넣고, 반응기의 온도를 40℃까지 승온한 다음, 폴리올(b)을 반응기에 넣고, 반응기의 온도를 80℃까지 승온한 후, 반응기의 온도 80℃에서 2시간 반응시킨 다음 냉각시켜 상온에 도달한 반응물에 부틸아세테이트(c)를 첨가하고 15~25분간 교반한 A제와, 폴리옥시프로필렌디아민 30~40중량부, 디에틸톨루엔디아민 40~50중량부, 폴리에테르 폴리올 25~35중량부를 포함하여 이루어지는 B제를 균일하게 교반 혼합한 침투형 콘크리트 보강용 보수제를 상기 정리된 바탕면에 도포하는 단계; 및
   상기 침투형 콘크리트 보강용 보수제 도포 후 건조시킨 다음 그 상면에 탑코팅제(TOP Coating)를 로울러 또는 에어리스로 도포하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면처리공법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 A제를 구성하는 폴리머릭 엠디아이(a), 폴리올(b), 부틸아세테이트(c)의 구성비는 폴리머릭 엠디아이(a) 40~50중량부, 폴리올(b) 25~35중량부, 부틸아세테이트(c) 20~30중량부를 포함하여 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면처리공법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 A제와 B제의 혼합비는 1:1 부피비인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면처리공법.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 침투형 콘크리트 보강용 보수제를 도포하기 전에 콘크리트 바탕면의 움푹 파인 곳에 규사를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면처리공법.