KR101044824B1

KR101044824B1 - 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체

Info

Publication number: KR101044824B1
Application number: KR1020110028464A
Authority: KR
Inventors: 한규택
Original assignee: 주식회사 삼주에스엠씨
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2011-06-27

Abstract

본 발명은 콘크리트 표면을 보호하기 위한 도장재로 사용되는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체에 대한 것이다.
본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물은 입도 1~35㎛의 마이크로 메탈 분말과 입도 40~250㎚의 나노 메탈 미분을 1:0.2 내지 1:0.6의 중량비로 혼합하여 이루어지는 금속 분말; 및 상기 금속 분말을 콘크리트 표면에 고착하는 접착 수지; 를 포함하여 이루어지되, 상기 금속 분말과 접착 수지는 1:1.6 내지 1:3.3의 중량비로 혼합되어 콘크리트 표면에 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체는 구조물을 구성하는 콘크리트; 상기 콘크리트 상부에 위치되는 프라이머층; 및 상기 프라이머층 상부에 위치되는 것으로 본 발명의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 편상 구조를 갖는 마이크로 메탈 분말에 나노 메탈 미분을 복합화시켜 코폴리머 수지와 일체화된 피막층을 콘크리트 표면에 형성할 수 있다. 따라서 금속혼합물층 조직의 치밀성이 확보되므로, 외부 환경적 열화 인자를 차단하여 콘크리트 구조물의 내구성 증진이 가능하다. 아울러 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화할 수 있어, 이로 인한 대기 오염을 최소화할 수 있다.

Description

나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체{COMPOSITION WITH NANO-SIZED FINE METAL FOR PROTECTING SURFACE OF CONCRETE AND STRUCTURE THEREOF}

본 발명은 콘크리트 표면을 보호하기 위한 도장재로 사용되는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체에 대한 것이다.

콘크리트 구조물은 시간이 경과 함에 따라 알칼리 골재반응과 같은 내부요인이나 균열, 동해, 염해, 중성화, 화학적 부식 등 외부 요인에 의하여 노후화가 진행된다. 이러한 요인들은 콘크리트 구조물에 열화를 발생시키므로, 때에 따라 구조물에 적절한 보수 공사를 해 주어야 한다.

한편, 이러한 보수 공사와는 별도로 콘크리트 구조물의 장기적인 내구성을 향상시키기 위해서는 미리 염해·탄산화 방지나 외부 유해 물질 차단을 시켜 줄 필요가 있다. 이를 위하여 시공성 및 편의성이 우수한 도장 공법이 주로 적용되고 있으며, 2008년에는 「KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재」에 대한 표준이 개정되었다.

그러나 종래 도장 공사에 사용되는 도장용 표면 보호재들은 유기계 성분이 함유된 도장재로서, 도장재의 제조시 또는 도막의 경화 전 사용되는 희석제의 휘발성 유기화합물(volatile organic compound, VOC) 성분이 대기 오염을 일으키는 문제점이 있었다. 나아가 저온 시공 또는 대단위 면적 시공의 경우, 도장재의 적정 점도 유지와 작업성 개선을 위하여 희석제를 설계 소요량보다 과다하게 처방하여 품질 저하를 일으키는 단점이 있었다.

이 밖에, 종래 도장 공사에 사용되는 합성수지계 도료는 초기 콘크리트 면과의 부착 성능은 우수하나, 재질별 특성이 서로 다르기 때문에 장기적으로 외부환경에 노출되면 무기계 콘크리트에 열팽창을 비롯한 물리·화학적 변형을 발생시키는 문제점이 있었다. 이로 인하여 피막이 탈락하거나 상호 접착 성능이 저하되는 경우가 있었으며, 나아가 공극, 미세 균열, 수분 및 열화 인자가 잔존하는 콘크리트 표면에 도장 공사를 진행하게 되면 도막의 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 나노 크기의 메탈 미분이 함유된 고내구성 표면 보호재를 콘크리트 표면에 코팅함으로써, 외부 환경적 열화 인자를 효과적으로 차단할 수 있는 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체를 제공하고자 한다.

아울러 본 발명은 하이솔리드 타입의 코폴리머 수지를 표면 보호재에 이용함으로써, 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화할 수 있는 콘크리트 표면 보호용 조성물 및 콘크리트 표면 보호체를 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 입도 1~35㎛의 마이크로 메탈 분말(10)과 입도 40~250㎚의 나노 메탈 미분(20)을 1:0.2 내지 1:0.6의 중량비로 혼합하여 이루어지는 금속 분말; 및 상기 금속 분말을 콘크리트(1) 표면에 고착하는 접착 수지; 를 포함하여 이루어지되, 상기 금속 분말과 접착 수지는 1:1.6 내지 1:3.3의 중량비로 혼합되어 콘크리트(1) 표면에 보호층(4)을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물을 제공한다.

아울러 본 발명은 구조물을 구성하는 콘크리트(1) 상부에 위치되는 프라이머층(3); 및 상기 프라이머층(3) 상부에 위치되는 것으로 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4); 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체를 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 편상 구조를 갖는 마이크로 메탈 분말에 나노 메탈 미분을 복합화시켜 코폴리머 수지와 일체화한 피막층을 콘크리트 표면에 형성할 수 있다.

따라서 콘크리트 표면에 위치되는 금속혼합물층의 치밀성한 조직이 확보되므로, 화학적 유해인자, 염분, 탄산가스 등의 외부 환경적 열화 인자를 효과적으로 차단하여 콘크리트 구조물의 내구성 증진이 가능하다.

아울러 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화할 수 있어, 이로 인한 대기 오염을 최소화할 수 있다.

도 1의 (a)와 (b)는 각각 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물의 적용 전후 콘크리트 구조물을 도시하는 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체의 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 각각 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물의 성능평가에 사용된 마이크로 메탈 분말과 나노 메탈 미분의 SEM 사진과 이들의 입도 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 중성화 저항성 실험 결과를 나타내는 사진이다.
도 5는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 시점에 따른 염소 이온 침투 저항성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 SEM 사진을 나타낸다.
도 7은 일반 표면 보호재와 나노 메탈 표면 보호재의 내굴곡성 시험 전후의 모습을 나타내는 사진이다.
도 8은 일반 표면 보호재와 나노 메탈 표면 보호재의 내굴곡성 모식도를 도시한다.
도 9는 삼각기둥 테스트에 이용된 균열 저항성 시험체이다.
도 10은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부 및 시점별 경과시간에 따른 구속수축 변형을 나타낸 그래프이다.
도 11은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부 및 시점별 균열 저항성 시험체를 나타내는 사진이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1의 (a)와 (b)는 각각 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물의 적용 전후 콘크리트 구조물을 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물은 콘크리트(1) 상부에 피막층을 형성하는 것으로, 입도 1~35㎛의 마이크로 메탈 분말(10)과 입도 40~250㎚의 나노 메탈 미분(20)을 1:0.2 내지 1:0.6의 중량비로 혼합하여 이루어지는 금속 분말; 및 상기 금속 분말을 콘크리트(1) 표면에 고착하는 접착 수지; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로 메탈 분말(10)은 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 콘크리트(1) 표면에 치밀한 편상구조층을 형성한다.

상기 마이크로 메탈 분말(10) 사이의 공간 또는 콘크리트(1) 표면에 존재하는 공극에는 입도 40~250㎚의 나노 사이즈의 나노 메탈 미분(20)이 채워지기 때문에, 콘크리트(1) 표면에 치밀한 차폐막을 형성할 수 있다.

따라서 도 1의 (a)와 같이, 종래 구형 입자의 돌가루나 세라믹 분말(30)이 충진재(filler)로 도막 보호층(4)을 형성함으로써, 콘크리트(1) 표면과 접착 성능이 떨어져 열화 물질의 침투가 잦았던 보호층(4)에 비하여 콘크리트의 고내구성을 확보할 수 있다.

상기 나노 메탈 미분(20)의 양은 마이크로 메탈 분말(10) 사이의 공간이나 콘크리트(1) 표면의 공극을 채울 수 있는 정도면 충분하므로, 상기 금속 분말은 마이크로 메탈 분말(10)과 나노 메탈 미분(20)을 1:0.2 내지 1:0.6의 중량비로 혼합하여 형성하며, 상기 금속 분말과 접착 수지는 도막 보호층(4)의 차폐 성능 및 금속 분말의 접착 성능을 고려하여 1:1.6 내지 1:3.3의 중량비로 혼합한다.

여기에서 상기 마이크로 메탈 분말(10)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe), 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 혼합한 것이고, 상기 나노 메탈 미분(20)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 철(Fe), 텅스텐(W), 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 혼합한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 접착 수지는 금속 분말과 물리 화학적으로 결합하여 콘크리트(1)와 강력한 접착 성능을 구현하며, 염해 및 탄산화 방지, 유해물질 침투 차단 등의 역할을 한다.

상기 접착 수지로 고형분의 함량을 60~95중량%로 높여 휘발성 유기용제의 VOC 함량을 법규기준 이하로 낮출 수 있는 하이솔리드 타입의 코폴리머 수지를 이용할 수 있다.

이로써, 다양한 복합상을 형성할 수 있는 코폴리머 수지가 도막 보호층(4)의 차폐성과 내환경성의 개선에 기여할 수 있다.

상기 접착 수지로는 아크릴산 코폴리머 수지, 비닐아세테이트 코폴리머 수지, 아크릴계 코폴리머 수지, 에틸렌계 코폴리머 수지, 부틸아크릴레이트/스틸렌 코폴리머 수지, 폴리에스테르 코폴리머 수지, 폴리우레탄 코폴리머 수지, 에폭시 코폴리머 수지, 폴리우레아 코폴리머 수지 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물은 상기 금속 분말과 접착수지의 혼합물 55~75 중량부를 기준으로 안료 10~20 중량부, 용제 또는 희석제 5~10 중량부, 첨가제 10~15 중량부가 더 포함되어 구성될 수 있다.

상기 안료는 도료에 일정 색채를 부여하여 내화학성 및 내후성을 증진시키는 것으로, 산화안티몬, 카본블랙, 산화크롬, 산화철, 징크로메이트, 탈크 등을 이용할 수 있다. 그리고 상기 용제 또는 희석제는 점도를 조절하여 재료의 분산성을 향상시키기 위한 것으로, 바람직하게는 휘발성 유기화합물의 사용을 배제할 수 있는 용제 또는 희석제를 사용한다.

본 발명에서 상기 첨가제는 원료의 분산 성능을 개선하기 위한 분산제, 도막의 기포를 억제하기 위한 소포제, 점도를 조절하여 시공성 및 흐름성을 개선하기 위한 점도조절제, 원료 및 도장면과의 접착 성능을 향상시키기 위한 접착증진제 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 기타 방부제, 방균제, 살균제, 도막 형성 조용제, 동결 안정제 등의 사용도 가능하다.

다음으로, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체의 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체는 콘크리트(1) 상부에 위치되는 프라이머층(3); 및 상기 프라이머층(3) 상부에 위치되는 것으로 본 발명의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4); 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서 신설 구조물에는 구조물을 구성하는 콘크리트의 타설 및 양생을 거쳐, 콘크리트(1) 상부에 1차로 프라이머층(3)을 도포하고, 도포된 프라이머층(3) 상부에 본 발명의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4)을 도포하여 도 2a와 같은 콘크리트 표면 보호체를 얻을 수 있다.

물론, 프라이머층(3)과 보호층(4)의 도장 작업 전에는 바탕면 조정 과정 등의 전처리 과정이 있어야 할 것이고, 각 층의 시공은 바탕재의 경화 후 진행함이 바람직하다.

또한, 본 발명은 도 2b에 도시된 바와 같이, 구조물을 구성하는 콘크리트(1) 상부에 위치되는 보수용 모르타르층(2); 상기 보수용 모르타르층(2) 상부에 위치되는 프라이머층(3); 및 상기 프라이머층(3) 상부에 위치되는 것으로 본 발명의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4); 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체를 제공한다.

따라서 보수 구조물에는 구조물을 구성하는 콘크리트(1) 표면의 하자 발생 부위에 대하여 치핑, 세정 등의 전처리를 하며, 보수용 모르타르를 도포한 다음, 그 상부에 프라이머층(3) 및 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4)을 차례대로 도포하여 도 2b와 같은 콘크리트 표면 보호체를 얻을 수 있다.

이때, 보수용 모르타르의 도포 전에는 미리 프라이머를 도포함이 바람직하며, 보수용 모르타르로는 황마 섬유 폴리머 모르타르를 이용할 수 있다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명에 대해 살펴본다.

[ 실시예 ] 콘크리트 표면 보호용 조성물의 성능평가

1. 성능평가 계획

아래 [표 1]과 같이 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물의 성능평가 계획을 하였다.

본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물을 바탕 모르타르 상부에 도포하였으며, 바탕 모르타르에는 균열 저항성 시험체의 타설 초기에 발생하는 균열을 방지하기 위하여 바탕 섬유를 0.2% 혼입한 폴리머 보수 모르타르를 사용하여, 폴리머 보수 모르타르: 섬유: 물 = 100:0.2:14의 비율로 하였다.

그리고 표면 보호재의 종류는 무도포, 일반 표면 보호재, 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물의 3수준으로 하여, 물리적 특성과 균열 저항성을 평가하였다. 도 3의 (a)와 (b)에는 성능평가에서 사용된 마이크로 메탈 분말과 나노 메탈 미분의 SEM 사진과 이들의 입도 분석 결과를 나타내는 그래프가 도시된다.

아래 실시예에서는 본 발명의 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물을 나노 메탈 표면 보호재로 칭하기로 한다.

평가요인	바탕 모르타르	폴리머 보수 모르타르: 섬유: 물=100:0.2:14
평가요인	표면 보호재 종류	.무도포 .일반 표면 보호재 .나노 메탈 표면 보호재
평가항목	물리적 특성	.부착강도 .중성화 저항성 .염소 이온 침투 저항성 .표면 거칠기 및 SEM 사진
평가항목	균열 저항성	.내굴곡성 .삼각기둥 테스트

2. 부착강도

(1) 검증기준

우선 「KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재」의 규정에 따라 표면 보호재를 기포가 없도록 균일하게 도포한 후, 온도 20±2℃, 습도 65±10%의 항온·항습실에서 7일간 양생한다. 그 후 40㎜×40㎜ 크기의 상부 인장용 지그를 표면 보호재 상부에 접착제로 부착하여 충분히 경화되면, 지그 주변을 따라 밑판에 닿을 때까지 표면 보호재에 홈을 낸 다음, 시료 면에 대해 수직방향으로 인장력을 가하여 최대인장하중을 구하는 방법으로 부착강도를 측정하였다.

(2) 결과 및 분석

표 2는 일반 표면 보호재와 나노 메탈 표면 보호재의 부착강도에 대한 평가 결과를 나타내는 표이다. 나노 메탈 표면 보호재의 경우 부착강도가 약 0.6MPa 이상 큰 값을 나타내었다. 이는 나노 크기의 메탈 미분이 모르타르 표면의 미세공극에 침투하여 상대적으로 부착면적이 넓어진 영향으로 분석된다.

구분	일반 표면 보호재	나노 메탈 표면 보호재
부착강도(MPa)	1.62	2.28

3. 중성화 저항성

(1) 검증기준

「KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재」의 규정에 따라 100㎜×100㎜×100㎜ 크기의 시험용 보수 모르타르 밑판 위에 기포가 없도록 표면 보호재를 균일하게 도포한 후, 온도 20±2℃, 습도 65±10%의 항온·항습실에서 7일간 양생한다. 그 후 공시체의 4 측면 및 밑면을 에폭시로 밀봉하고, 이를 CO₂의 농도가 5.0%로 고정된 촉진 중성화 시험기에 넣어 56일 동안 중성화시킨다. 그 후 공시체의 단면을 절단하고 절단면에 페놀프탈레인 1% 용액을 분무하여 침투 깊이를 측정하는 방법으로 중성화 저항성 시험을 실시하였다.

(2) 결과 및 분석

표 3은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 중성화 저항성 평가결과를 나타내는 표이고, 도 4는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 중성화 저항성 실험 결과를 나타내는 사진이다.

「KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재」 기준인 28일 동안 촉진 중성화 시험기에 존치한 경우, 무도포와 나노 메탈 표면 보호재 도포 모두 중성화가 진행되지 않았다. 존치기간을 연장시켜 56일 동안 촉진 중성화 시험기에 존치한 경우 무도포의 경우 약 2㎜ 정도 중성화가 진행되었으나, 나노 메탈 표면 보호재 도포의 경우는 중성화가 진행되지 않았다. 이는 나노 메탈 미분이 모르타르의 공극을 막아 밀실하게 만들어 CO₂의 침투를 억제하여 나타난 결과로 판단되며, 나노 메탈 표면 보호재를 도포한 경우 중성화 저항성에 효과적임을 알 수 있다.

구분	무도포	나노 메탈 표면 보호재
중성화 깊이(㎜)	2	0

4. 염소 이온 침투 저항성

(1) 검증기준

우선 「KS F 4936 콘크리트 보호용 도막재」의 규정에 따라 φ100×50㎜ 크기의 시험용 보수 모르타르 밑판 위에 기포가 없도록 표면 보호재를 균일하게 도포한 후, 온도 20±2 ℃, 습도 65±10%의 항온·항습실에서 7일간 양생한다. 그 후 한쪽 셀에는 3 NaCl 용액을 채우고, 다른 쪽 셀에는 0.3 N NaOH 용액을 채워 넣은 다음, 60.0±0.1V의 전원 공급장치에 연결하여 6시간 후의 전류값을 기록하여 염소 이온 침투 저항성 시험을 실시하였다.

(2) 결과 및 분석

표 4는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 염소 이온 침투 저항성의 평가결과를 나타내는 표이고, 도 5는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 시점에 따른 염소 이온 침투 저항성을 나타내는 그래프이다. 무처리의 경우 통과 전하량이 318.5의 값을 나타내는 반면, 나노 메탈 표면 보호재 도포의 경우 186.0의 값을 나타내었다. 이는 나노 메탈 표면 보호재의 나노 메탈 미분이 모르타르 표면의 공극을 막아 밀실하게 만들어 염소 이온의 침투를 억제하여 나타난 결과로 판단되며, 나노 메탈 표면 보호재를 도포한 경우가 염소 이온 침투 저항성에 상당한 효과를 나타냄을 알 수 있다.

구분	무도포	나노 메탈 표면 보호재
통과 전하량(C)	318.5	186.0

5. 표면 거칠기 및 SEM 사진

표면 거칠기 시험은 LEXT OLS3100(Confocal Scannin Laser Microscope)의 장비를 이용하여 컷오프 값 52㎛, 평가면적 155㎛의 범위로 240 배율로 측정하는 방법으로 실시하였고, SEM 사진은 「KS D ISO 16700」 규정에 따라 측정하였다.

(2) 결과 및 분석

표 5는 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 표면 거칠기의 평가결과를 나타내는 표이고, 도 6은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부에 따른 SEM 사진을 나타낸다. 일반 표면 보호재의 경우 거칠기가 5.61의 값인 반면, 나노 메탈 표면 보호재의 경우 1.76의 값을 나타내었으며, 이는 도 6의 표면 SEM 사진에서 보는 바와 같이 미세한 입자 크기로 인한 결과이다.

구분	일반 표면 보호재	나노 메탈 표면 보호재
표면 거칠기(㎛SRa)	5.61	1.76

6. 균열 저항성 - 내굴곡성

(1) 검증기준

내굴곡성 시험은 「KS M 5000 도료 및 관련 원료의 시험방법」의 규정에 따라 제작된 시편을 도장된 부분을 위로하여 규격에 의하여 선택된 굴림대(10㎜의 강철봉) 위에 시험판의 중간점을 대고 1초 동안에 완전히 꺾은 후, 꺾인 부분을 조사하는 방법으로 실시하였다.

(2) 결과 및 분석

도 7은 일반 표면 보호재와 나노 메탈 표면 보호재의 내굴곡성 시험 전후의 모습을 나타내는 사진이고, 도 8은 이들에 대한 내굴곡성 모식도를 도시한다. 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 일반 표면 보호재는 갈라짐이 발생한 반면, 나노 메탈 표면 보호재는 바탕 부분의 인장력이 표면 보호재의 재료 간 부착력보다 작아 균열 및 갈라짐이 발생하지 않았다.

7. 균열 저항성 - 삼각기둥 테스트

(1) 검증기준

균열 저항성 실험으로 삼각기둥 테스트는 다음과 같이 실시하였다. 우선 도 9와 같이 균열저항성 시험체의 넓은 면을 위로 향하도록 하여 시험체 내부에서 떠오르는 블리딩 수를 표면에서 급속히 건조시켜 균열을 유발시킨다. 그리고 모르타르의 습윤면을 상정한 1 일차 도포와 건조면을 상정한 3 일차 도포에 대하여 시험체의 금속 몰드 외부에 스트레인 게이지를 설치하여 균열발생 시점(여부) 및 구속수축 변형을 측정하였다. 여기에서 균열 저항성 시험체는 타설 초기에 발생하는 균열을 방지하기 위하여 섬유를 0.2% 혼입한 보수 모르타르를 사용하였다.

(2) 결과 및 분석

도 10은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부 및 시점별 경과시간에 따른 구속수축 변형을 나타낸 그래프이고, 도 11은 나노 메탈 표면 보호재의 도포 여부 및 시점별 균열 저항성 시험체를 나타내는 사진이다.

무도포의 경우 콘크리트 타설 후 지속적으로 소성 및 건조수축이 진행되어 약 176시간 만에 균열이 발생하였다. 반면, 나노 메탈 표면 보호재는 1 일차 도포의 경우 구속수축 변형의 거의 발생하지 않았으며, 3 일차 도포의 경우 도포 전까지 수축이 진행되다가 도포 직후부터 수축 현상이 거의 발생하지 않았다. 따라서 나노 메탈 표면 보호재를 도포한 경우 모르타르의 응결이 진행되기까지 내부의 수분을 유지시켜 양호한 양생이 부여될 것으로 판단된다. 또한, 무도포의 균열 발생 시점인 7 일차 이전에 나노 메탈 표면 보호재를 도포하면 시간이 경과 하더라도 보습성을 유지하여 건조수축에 의한 폴리머 보수 모르타르의 들뜸 및 균열을 방지하는데도 효과가 있을 것으로 사료된다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 토목 구조물, 수처리 구조물, 지하 구조물 등의 콘크리트 구조물에 널리 적용할 수 있으며, 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

1: 콘크리트
2: 모르타르층
3: 프라이머층
4: 보호층
10: 마이크로 메탈 분말
20: 나노 메탈 미분
30: 세라믹 분말

Claims

입도 1~35㎛의 마이크로 메탈 분말(10)과 입도 40~250㎚의 나노 메탈 미분(20)을 1:0.2 내지 1:0.6의 중량비로 혼합하여 이루어지는 금속 분말; 및
상기 금속 분말을 콘크리트(1) 표면에 고착하는 접착 수지; 를 포함하여 이루어지되,
상기 금속 분말과 접착 수지는 1:1.6 내지 1:3.3의 중량비로 혼합되어 콘크리트(1) 표면에 보호층(4)을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물.
제1항에서,
상기 접착수지는 하이솔리드 타입의 코폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물.
제1항에서,
상기 마이크로 메탈 분말(10)은 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 나트륨, 철, 크롬으로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 혼합한 것이고,
상기 나노 메탈 미분(20)은 알루미늄, 티타늄, 아연, 철, 텅스텐, 니켈로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 혼합한 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물.
제1항에서,
상기 금속 분말과 접착수지의 혼합물 55~75 중량부를 기준으로 안료 10~20 중량부, 용제 또는 희석제 5~10 중량부, 첨가제 10~15 중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물.
제4항에서,
상기 첨가제는 분산제, 소포제, 점도조절제, 접착증진제 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호용 조성물.
콘크리트(1) 상부에 위치되는 프라이머층(3); 및
상기 프라이머층(3) 상부에 위치되는 것으로 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4); 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체.
콘크리트(1) 상부에 위치되는 보수용 모르타르층(2);
상기 보수용 모르타르층(2) 상부에 위치되는 프라이머층(3); 및
상기 프라이머층(3) 상부에 위치되는 것으로 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 콘크리트 표면 보호용 조성물이 포함되는 보호층(4); 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 메탈 미분이 포함된 콘크리트 표면 보호체.