KR101180060B1

KR101180060B1 - 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재

Info

Publication number: KR101180060B1
Application number: KR1020110142543A
Authority: KR
Inventors: 심만섭; 김헌규
Original assignee: (주)청우산업개발
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-09-04

Abstract

본 발명은 건축물, 지하 구조물, 갓길ㆍ교량 구조물 또는 교각 등의 콘크리트 구조물의 표면을 마감하거나 보수할 때 이용되는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 관한 것이다. 보다 상세하면, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 콘크리트 구조물의 표면을 세척ㆍ정리하는 전처리단계; 전처리단계 처리된 콘크리트 구조물의 표면에 하도용 바탕조정재를 도포하는 하도단계 및; 하도단계 처리된 바탕조정재의 상면에 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재를 도포하는 코팅단계;가 순차적으로 처리되는 콘크리트 구조물 마감 시공 시의 코팅단계의 보수ㆍ보강재에 관한 것이다.
또한 본 발명은 물, 시멘트, 아크릴계 공중합체 수지, 실리카 에어로젤, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지, 탄소나노튜브, 분산제 및 소포제를 포함하여, 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 및 방오성 등의 물성이 향상되는 효과가 있다.

Description

콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재{Reinforcement compound for concrete structure}

본 발명은 건축물, 지하 구조물, 갓길ㆍ교량 구조물 또는 교각 등의 콘크리트 구조물의 표면을 마감하거나 보수할 때 이용되는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 관한 것이다. 보다 상세하면, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 콘크리트 구조물의 표면을 세척ㆍ정리하는 전처리단계; 전처리단계 처리된 콘크리트 구조물의 표면에 하도용 바탕조정재를 도포하는 하도단계 및; 하도단계 처리된 바탕조정재의 상면에 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재를 도포하는 코팅단계;가 순차적으로 처리되는 콘크리트 구조물 마감 시공 시의 코팅단계의 보수ㆍ보강재로 이용된다.

또한 물, 시멘트, 아크릴계 공중합체 수지, 실리카 에어로젤, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지, 탄소나노튜브, 분산제 및 소포제를 포함하여, 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 및 방오성 등의 물성이 향상되는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 관한 분야이다.

종래 콘크리트 구조물 표면의 마감 시공방법은 콘크리트를 이용한 구조물의 시공 이후, 기능성 도료, 페인트 또는 목재 등과 같은 마감재를 후시공하거나, 지하 구조물, 갓길ㆍ교량 구조물 또는 교각 등의 콘크리트 구조물은 특별한 마감처리 없이 노출된 형태로 시공되었다.

또한 최근에는 콘크리트 구조물 표면에 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 또는 방오성 등의 기능성을 부여하기 위하여 다양한 기술이 모색되고 있다.

아울러 화학공학의 발달로 인하여 페인트 조성물도 점차적으로 환경 친화적인 물질로 대체되고 있는 형편이다. 건축물의 주거 공간 내부벽에 도포되는 수성도료는 단순하게 시멘트 벽면에 도막을 형성하여 미적인 효과를 주는 것으로 사용하고 있는 실정이다. 최근에는 삶의 질이 향상되고 주거문화의 안정성, 보건성 등을 고려하여 기본적인 성능 이외에 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성 및 내후성 등 기능을 갖춘 수용성 도료가 요구되고 있다.

한국 등록특허공보 제10-0610457호에는 우수한 내오염성 및 탄성을 갖는 수성도료용 조성물이 개시되어 있고, 한국 등록특허공보 제1999-014598호에는 균열 추종성 건물 단열용 수성도료 조성물에 관한 사항이 공개되어 있다. 그러나 이러한 도료는 방수성능이 우수하지 못하고, 내구성 등에서도 띄어난 성능을 보내주지 못한다.

또한, 현재 다양한 침투성 도포방수제가 제조 시판되고 있으나 그 효과와 내구성에 있어서 많은 문제점이 노출되고 있다. 즉 주종을 이루고 있는 용제형인 폴리스티렌, 폴리염화비닐과 수용액형인 염화비닐, 염화비닐리덴 에멀젼등의 침투성도포방수제는 건물외벽이나 옥상에 도포하였을 때 건물에 부자연스러운 광택을 가져오고 또 산소, 일광등의 영향으로 쉽게 노화하여 수명이 짧고 쉽게 풍화하여 그 성능을 잃게 된다.

한편 유성계 도료는 벤젠, 톨루엔, 자일엔 등의 방향족용제를 다량 사용했으므로 작업자의 인체에 유해한 VOC 및 납, 중금속, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 포름알데히드(발암성 물질) 유독성분이 함유되어 있어 대기환경규제에 저촉될 뿐 아니라 페인트벽면의 팽윤이나 변색을 가져온다. 예로서 일본제철화학주식회사 제품인 실리콘수지용제형 침투성 도포방수제 아쿠아씰(상품명)과 영국 엘피, 아이 사 제품인 리퀴드 플라스틱(상품명)은 석유계 용제사용으로 인해 페인트벽면에 분무했을 경우 벽면의 팽윤과 변색을 가져온다. 파라핀왁스를 원료로 한 에멀젼 형태의 침투성도포방수제는 생산가격이 저렴하기는 하나 유화제의 영향으로 백화ㆍ황변현상이 생기는 경우가 대부분이고 내마모성이 약하여 그 효과가 오래 지속되지 못하는 것으로 알려져 있다.

아울러 수성계 도료에 있어서는 암모니아, 포름말린을 함유하고 있으며 현장 작업성에 있어서는 도료 조성물의 부착성이 약하여 모체에 침투 건조하기 전 원액이 흘러내려서 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성 및 내후성 등의 물성 향상 기능을 발휘하지 못하여 건물의 수명보호 및 보수 도포에 기능 취약점이 많다는 단점이 있다.

또한 불소화합물계 도료는 여러 가지 면에서 성능이 우수하지만 타제품에 비하여 가격이 월등히 고가인 단점이 있다.

최근에는 삶의 질이 향상됨에 따라 주거문화의 안정성, 보건성 등을 중요시 여김에 따라 인체에 유해한 휘발성 유기화합물(VOC)에 의해서 실내공기가 오염되는것을 해결할 수 있는 기술이 필요하다. 종래의 방수제는 유성도료로 설계 및 생산됨으로 기본적인 성능은 만족시키고 있으나, 새집증후군을 일으키는 휘발성 유기화합물(VOC)에 대한 규정이 미흡하거나 없기 때문에 환경 친화적인 성능이 부족한 실정이다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 콘크리트 바닥 면처리 마감재로는 에폭시수지, 우레탄수지, 비닐수지 등을 주제로 하는 합성수지 도료형 마감재가 있으며, 상기 에폭시 및 우레탄 수지는 굴곡성, 신축성, 방진성, 내오염성이 우수하고, 작업성, 속건성이 우수할 뿐만 아니라 초기 접착력이 매우 탁월하며, 내수성이 우수하고 다량의 각종 충진제의 사용이 가능한 이점이 있다.

그러나 에폭시, 우레탄계 바닥재는 대부분 휘발성 유기화합물이 포함된 제품으로 시공 시 작업자의 작업환경 위험, 시공 후 잔여 용제의 계속적인 휘발로 인한 시공자 및 이용자의 장기적 위험 노출과 같은 인체에 대한 치명적 악영향 문제가 있을 뿐만 아니라 휘발성 용제로 인한 작업 시 높은 화재 발생요인 및 시공 후 화재에 매우 취약하며, 화재 시 다량의 유독한 가스 발생 등으로 자칫 대형 사고를 부를 수 있는 화재의 문제가 있다.

특히, 에폭시계 바닥재는 비스페놀 A와 휘발성 환경유해화합물(VOCs 44mg/kg)이 다량 발생되고 중금속인 납성분(70mg/kg)을 다량 함유하고 있어 인체에 심각한 영향을 주며(유방암, 발기부진, 고환암, 특히 임산부에게 치명적임), 환경유해화합물(VOCs)의 수치는 기준치(4mg/kg)를 11배나 넘는 수치로 이러한 성분들은 화제시 유독가스를 배출해 많은 인명피해를 초래하는 문제점을 안고 있으므로 주차장 등에 이러한 유기계 바닥재 사용이 규제되고 있다.

또한 상기 에폭시, 우레탄계 바닥재는 표면 내수성은 우수하나 수압에 약해 박리가능성이 있고, 콘크리트와 함수율과 신축율이 달라 장기 접착력에 문제가 있으며, 인위적인 색상 및 디자인이 단순하고 자외선 및 수분에 약해 외부사용에 문제가 있을 뿐만 아니라 영상 5도 이상에서 시공해야 하는 문제가 있다.

즉, 상기 에폭시, 우레탄계 바닥재는 다음 그림과 같이 콘크리트면 거동에 의한 저항성이 부족하고, 바닥재 자체가 가지고 있는 접착특성에 의하여 콘크리트 바닥면에 단순히 접착된 상태만을 유지하므로 시간이 경과함에 따라 무기계인 시멘트 바닥면과의 파단, 박리, 탈락현상이 발생하며, 열변화에 적응력이 떨어져 고온 및 물을 사용하는 장소에서는 수분의 증발압력에 의한 시공부위 들뜸(부풀어오름)현상이 발생하고, 가연성 재료를 사용함으로써 화재발생시 인화점이 확산되는 위험성이 상존할 뿐만 아니라 통기성이 없고, 탄성계수 차이에 의하여 2차적인 열화현상을 가속시키고 있다.

상기 에폭시, 우레탄계 바닥재의 환경적, 물성적 문제점을 해결하고, 주차장 바닥 등의 분진 발생을 막기 위한 재료로써 시멘트 성분에 색상을 부여하기 위한 안료와 몇 가지 첨가제를 첨가한 시멘트계 칼라 하드너가 사용되고 있는 바, 가격이 저렴하고 일괄 시공으로 공기를 단축할 수 있는 장점이 있으나, 표면 평활성이 없고, 수분 침투가 용이할 뿐만 아니라, 도포 후 일정시기가 지난 후에는 안료의 분진화 및 색상변화(탈색)와 백화현상이 발생하는 문제점이 있어, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구된다.

본 발명은 콘크리트 구조물의 마감 시공에 이용되는 보수ㆍ보강재의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 보수ㆍ보강재는 인체에 유해한 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하고 있거나, 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 및 방오성 등의 물성이 미흡한 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

물 100중량부에 대하여, 시멘트 60~80중량부와; 아크릴계 공중합체 수지 20~50중량부와; 실리카 에어로젤 0.5~3중량부와; 폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 공중합체 수지 1~10중량부와; 평균직경 50~100nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5중량부와; 분산제 0.5~3중량부와; 소포제 0.3~1중량부;를 포함하여 구성되는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 인체에 무해한 보수ㆍ보강재를 제공하는 효과와, 단열성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 및 방오성 등의 물성이 향상된 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재를 제공가능한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 건축물, 지하 구조물, 갓길ㆍ교량 구조물 또는 교각 등의 콘크리트 구조물의 표면을 마감하거나 보수할 때 이용되는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재로서, 단열성, 방수성, 탄력성, 내열성, 난연성, 내화학성, 내후성 및 정전기 소산에 의한 방오성 등의 기능을 갖는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 관한 것이다.

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 물 100중량부에 대하여, 시멘트 60~80중량부와; 아크릴계 공중합체 수지 20~50중량부와; 실리카 에어로젤 0.5~3중량부와; 폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 공중합체 수지 1~10중량부와; 평균직경 50~100nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5중량부와; 분산제 0.5~3중량부와; 소포제 0.3~1중량부;를 포함하여 구성된다.

구체적으로 상기 시멘트는 석회( CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3) 등으로 이루어지는 일반적인 포틀랜드 시멘트를 이용가능하고, 입자의 크기가 일반적인 시멘트보다 작은 마이크로시멘트를 이용가능하며, 상기 성분들 중, 알루미나 성분이 더 포함된 알루미나 시멘트를 이용하여도 무방하다. 이때, 알루미나 시멘트를 이용하는 경우에는 알루미나 시멘트의 팽창에 따른 강도보정을 위하여 소정량의 석고가 포함된 것을 이용하여도 무방하다.

이때, 시멘트는 본 발명에 포함되는 물 100중량부에 대하여, 60~80중량부의 조성비로 포함되는 것이 바람직하고, 시멘트가 60중량부 미만으로 포함되면 시멘트의 조성비가 미미하여, 콘크리트 구조물의 표면에 대한 접착력이 저하되어 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재가 안정되게 콘크리트 구조물의 표면에 접착되기 어려운 문제가 있고, 80중량부를 초과하면 접착력 및 강도는 우수해지나, 경제성이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 범위 내의 조성비를 갖는 것이 바람직하다.

더불어 상기 아크릴계 공중합체 수지는 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 소정의 탄성력을 갖도록 하고, 시멘트와 더불어 보수ㆍ보강재의 접착력을 증가시키기 위한 구성이다.

즉, 콘크리트 구조물의 표면에 대한 접착력을 시멘트만으로 제공하면, 콘크리트 구조물의 표면에 도포되어 경화완료된 보수ㆍ보강재의 탄성력이 미흡하여 보수ㆍ보강재의 수축 또는 콘크리트 구조물의 진동 등에 의하여 보수ㆍ보강재에 크랙이 발생할 수 있는데, 아크릴계 공중합체 수지는 보수ㆍ보강재에 소정의 탄성력을 제공하고, 고분자 수지의 특성을 통한 방수성을 보수ㆍ보강재에 제공하는 효과를 실현하며, 일반적으로 아크릴계 공중합체 수지를 포함하여 제조되는 바탕조정재에 대한 접착력을 동일한 조성물로서 증가시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명에 있어서는, 에틸렌성 불포화기, 알콕시 또는 하이드록시기를 가진 실란화합물을 공중합시킨 수성 아크릴계 공중합체 수지 또는 실리콘 변성 아크릴계 공중합체 에멀전 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

아울러 아크릴계 공중합체 수지가 물 100중량부에 대하여, 20중량부 미만으로 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되면, 아크릴계 공중합체 수지에 의한 보수ㆍ보강재의 탄성력이 미흡할 뿐만 아니라, 하도단계 처리된 콘크리트 구조물의 표면(바탕조정재)에 대한 접착력이 떨어지므로 20중량부 이상으로 포함되는 것이 바람직하고, 50중량부를 초과하여 포함되면 보수ㆍ보강재의 점도가 상승되어 작업성이 저하되는 문제가 발생하므로, 물 100중량부에 대하여, 20~50중량부로 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 것이 바람직하다.

또한 에어로젤은 솔-젤 반응으로 합성된 습윤젤을 기-액 계면이 존재하지 않는 초임계 조건이나 다른 방법으로 수축 없이 건조하여 젤이 나노 기공구조를 그대로 유지할 수 있도록 하여 제조되는 초다공성 물질로서, 단열성이 우수한 특성을 갖는다. 더불어, 본 발명은 경제성이 우수한 실리콘을 에어로젤화한 실리카 에어로젤을 보수ㆍ보강재에 포함시킴으로써, 실리카 에어로젤의 단열성을 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재에 부여할 수 있다.

상기와 연관하여, 실리카 에어로젤은 다양한 방법에 의하여 제조된 것을 모두 이용가능하고, 물 100중량부에 대하여, 0.5~3중량부의 조성비로 보수ㆍ보강재에 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 실리카 에어로젤이 0.5중량부 미만으로 보수ㆍ보강재에 포함되면 보수ㆍ보강재에 의한 단열성이 미미해지는 문제가 발생하고, 3중량부를 초과하여 포함되면 단열성은 우수해지나, 보수ㆍ보강재의 접착력이 저해되는 문제가 발생하므로, 상기 범위의 조성비를 갖는 것이 바람직하다.

또한 폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 공중합체 수지는

구조가 반복 구성되는 선형 방향족 폴리머 또는 상기 구조를 기본 구조체로 하는 공중합체 수지로서, 용융점이 대략 343℃를 갖아, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 화재에 잘 견딜 수 있는 내열성을 갖을 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.

즉, 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 아크릴계 공중합체 수지와 같이 유기계 조성물을 포함하는 경우에는, 열에 취약한 유기계 조성물로 인하여 내열성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명에 의한 폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 공중합체 수지는 상기와 같은 문제를 해결하는 효과를 발휘한다.

상기와 연관하여, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지는 상기와 같이 일반적인 합성수지에 비하여 용융점이 높기 때문에 난연성이 우수하여 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 별도의 난연재를 더 포함하지 않도록 하는 효과 또한 발휘하고, 방향족 폴리머의 특성에 기인하여 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 내화학성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

또한 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지는 물 100중량부에 대하여, 1~10중량부의 조성비로 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지가 1중량부 미만으로 포함되면, 조성비가 미미하여 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 내열성, 난연성 및 내화학성 등의 물성 향상이 다소 미흡해지는 문제가 있고, 10중량부를 초과하여 포함되면, 아크릴계 공중합체 수지에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 접착력이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 범위의 조성비를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명의 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지는 액체 상태 또는 고체 상태(파우더 상태)의 것을 모두 이용가능하다. 이때, 고체 상태의 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 다른 조성물과의 원활한 혼합을 유도하기 위하여, 100~600nm 평균 입자 크기를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지의 평균 입자 크기가 100nm 미만이면, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지의 입자 크기가 지나치게 작아 용제인 물, 주된 접착 조성물인 시멘트 및 아크릴계 공중합체 수지에 대한 분산이 용이하지 못한 문제가 발생하고, 평균 입자 크기가 600nm를 초과하면 입자의 크기가 지나치게 커서 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 다른 조성물에 대한 이물감이 크기 발생함과 동시에, 제조완료된 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 콘크리트 구조물에 대한 도포가 용이하지 못한 문제가 발생하므로 상기 범위 내의 평균 입자 크기를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명은 상기 구성의 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 물 100중량부에 대하여, 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지 0.5~5중량부를 더 포함하는 구성이 가능하다.

구체적으로, 상기 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지는 일반적으로 '테프론'이라 알려진 조성물을 포함하는 공중합체 수지로서, 대략 260℃ 이상의 고온에서도 장시간 견딜 수 있는 내열성이 우수하고, 화재에 잘 타지않는 난연성이 우수하며, 화학적인 결합이 매우 안정하여 산성 또는 염기성을 갖는 오염물질에 대한 내화학성이 우수한 특성을 갖기 때문에, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 상기의 특성들을 부여할 수 있는 효과를 발휘한다.

이때, 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지는 액체 상태 또는 고체 상태(파우더 상태)의 것을 모두 이용가능하고, 고체 상태의 것을 이용하는 경우에는 상기 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지의 평균 입자 크기와 동일한 범위 내의 평균 입자 크기를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또한 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지는, 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함된 물 100중량부에 대하여, 0.5~5중량부 내의 조성비를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지가 0.5중량부 미만으로 포함되면, 조성비가 미미하여 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 내열성, 난연성 및 내화학성 등의 물성 향상이 다소 미흡해지는 문제가 있고, 5중량부를 초과하여 포함되면, 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지에 의한 물성 향상은 더욱 우수해지나, 경제성이 떨어지고, 시멘트 및 아크릴계 공중합체 수지에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 접착력이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 범위의 조성비를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명의 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube)는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 50~100nm 범위의 나노 크기 직경을 갖는 관모양으로 연결된 튜브 모양의 탄소결합체로서, 나노 크기 직경의 튜브 형태를 갖기 때문에 판상구조를 갖는 카본블랙에 비하여 마모성(분리성)이 적어 내구성이 우수하고, 탄소나노튜브를 구성하는 모든 원소(탄소)들이 표면에 노출되어 있기 때문에 카본블랙에 비하여 오염물질(먼지)과의 반응을 유도할 탄소원자가 많아, 오염물질과 반응하여 일정의 정전기 반응성이 생길 경우 카본블랙보다 우수한 정전기 소산능력을 갖는다.

이때, 탄소나노튜브에 의한 콘크리트 구조물 보수ㆍ보강재의 정전기 소산능력은 콘크리트 구조물에 도포된 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재의 표면에 먼지와 같은 오염물질이 정전기 효과에 의하여 부착되는 것을 방지하여, 본 발명에 의한 보수ㆍ보강재의 방오성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명에 의한 탄소나노튜브는 50~100nm의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 탄소나노튜브가 50nm 미만의 크기를 갖으면 입자 크기가 지나치게 작아 콘크리트 구조물 보수ㆍ보강재의 용제인 물을 비롯하여 시멘트, 아크릴계 공중합체 수지, 실리카 에어로젤 및 폴리에테르에테르케톤에 대한 원활한 분산을 유도하기 어려운 문제가 발생하고, 100nm 초과의 크기를 갖으면 보수ㆍ보강재에 대한 탄소나노튜브의 탄소비율(탄소밀도)이 떨어져 제조완료된 보수ㆍ보강재의 정전기 소산능력이 미흡해지는 문제가 발생하기 때문이다.

상기와 연관하여, 본 발명에 의한 탄소나노튜브는 1~30㎛의 평균길이를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직한데, 탄소나노튜브의 평균길이가 1㎛ 미만이면 탄소나노튜브의 길이가 지나치게 짧아, 보수ㆍ보강재에 포함되는 다른 조성물에 대한 원활할 분산을 유도하기 어려운 문제가 발생하고, 탄소나노튜브의 평균길이가 30㎛를 초과하면 탄소나노튜브의 길이가 지나치게 길어 탄소나노튜브들이 서로 엉켜서 분산이 용이하지 못한 문제가 발생하므로 상기 범위 내의 평균길이를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 물 100중량부에 대하여, 100~300nm의 평균 입자 크기를 갖는 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 분산유도제 0.1~3중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 분산유도제는 전자의 방출이 용이하고 원소의 크기가 탄소나노튜브보다 작기 때문에 탄소나노튜브의 표면 접근이 용이하여, 전자가 방출된 분산유도제가 순간적으로 탄소나노튜브 표면의 편극현상을 유도하여 탄소나노튜브 입자들의 분산력을 높이는 효과를 발휘한다(탄소나노튜브 입자와 탄소나노튜브 입자 간의 화학적 응집력(인력)인 반데르발스 힘(van der Waals forces)을 완화시키기 때문임.).

상기와 같은 원리로서 본 발명의 분산유도제는 탄소나노튜브와 고분자 물질인 아크릴계 공중합체 수지 및 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지와의 분산력이 높아져 탄소나노튜브를 효과적으로 보수ㆍ보강재에 혼합할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 아울러 본 발명은 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 등과 같은 순수 조성물을 직접적으로 이용하는 것이 상기 조성물의 효과를 확실하게 얻을 수 있지만, 경제성을 고려하여 상기 조성물을 다량 포함하는 무기화합물을 이용하는 것도 가능하다.

상기와 연관하여, 분산유도제의 평균입자 크기가 100~300nm인 것을 이용하는 것은 비교적 큰 나노 입자 크기를 갖아 아크릴계 공중합체 수지 및 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지와 일정의 분산력을 유도할 수 있고, 탄소나노튜브의 크기와 최대한 유사하여 탄소나노튜브와도 일정의 분산력을 유도할 수 있는 중간재적인 역할을 수행할 수 있기 때문이다.

또한 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 조성물 또는 상기 조성물을 포함하는 무기화합물의 조성비가 물 100중량부에 대하여, 0.1중량부 미만으로 함유되면 상기와 같은 화학적 응집력 감소를 통한 탄소나노튜브 입자 간의 분산력 유도가 미흡해지고, 3중량부를 초과하면 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 부착강도가 저하되는 문제가 발생하므로 0.1~3중량부의 조성비를 갖는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 상기 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지(폴리불화에틸렌계 공중합체 수지가 더 포함된 경우에는 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지를 포함함.)가 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 다른 조성물에 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여 일정의 분산제를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 분산제는 물 100중량부에 대하여, 0.5~3중량부의 조성비로 포함되는데, 분산제가 0.5중량부 미만으로 포함되면 조성비가 미미하여 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 다른 조성물에 대한 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지의 분산이 미미할 수 있고, 3중량부를 초과하면 아크릴계 공중합체 수지의 접착력을 저해할 우려가 발생하므로 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.

또한 분산제는 일반적으로 이용되는 유기 분산제를 이용할 수 있으나, 본 발명은 2-2-2-메톡시에톡시 에톡시 아세틱산(2-2-2-Methoxyethoxy ethoxy acetic acid), 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid), 3,6,9-트리옥사데칸산(3,6,9-Trioxadecane acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 벤조산(Benzoic acid), 프로피온산(Propionic acid), 소듐 폴리아크릴레트(Sodium polyacrylate), 암모늄폴리아크릴레이트(Ammonium polyacrylate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide; CTAB), 폴리아크릴소듐염(Polyacrylic sodium salt), 도데실벤젠설포네이트(Dodecyl benzene sulfonate) 혹은 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS) 중 어느 하나 이상의 분산제를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 종류의 분산제는 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지(폴리불화에틸렌계 공중합체 수지가 더 포함된 경우에는 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지를 포함함.)와 용이하게 흡착가능한 카복시산(R-COOH; carboxylic acid), 카복시산염(R-COO-; carboxylate), 알코올(R-OH; alcohol), 글리콜(R-(OH)2; glycol), 암모늄염(R-NH3+; ammoniate), 소듐염(R-Na+; sodium salt), 설포네이트(R-SO3-; sulfonate) 혹은 설페이트(SO42-; sulfate) 중 어느 하나의 작용기를 포함하고, 상기 종류의 작용기와 결합하는 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR) 탄소사슬로 구성된 계면활성제이다.

상기 구조를 갖는 본 발명의 분산제는 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지와 친화성이 있어 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지가 분산제 표면에 흡착되어 용제인 물에 효과적으로 분산될 수 있도록 하는 작용기를 갖는 동시에, 폴리에테르에테르케톤 공중합체 수지가 흡착되어 생성된 분자 자체 구조가 용제 속에서 안정할 수 있도록 하는 사슬 형태의 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR)와 같은 탄소화합물이 결합된 형태를 갖기 때문에 일반적 분산제에 비하여 분산성 및 안정성이 우수한 효과를 발휘한다.

아울러 소포제는 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 시멘트 및 아크릴계 공중합체 수지가 경화되면서 발생될 수 있는 기포를 제거하기 위한 구성으로서, 수용성 계면활성제에 해당하는 일반적인 소포제를 이용가능하다.

이때, 소포제는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 물 100중량부에 대하여, 0.3중량부 미만으로 포함되면 소포제의 조성비가 미미하여 기포 제거 효과가 다소 미흡한 문제가 발생하고, 1중량부를 초과하면 소포제에 의한 기포 제거 효과는 우수하나, 경제성이 떨어지므로 0.3~1중량부의 조성비로 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 물 100중량부에 대하여, 일정의 평균 입자 크기를 갖는 석재를 1~5중량부를 더 포함하도록 구성할 수도 있다.

구체적으로, 상기 석재는 질석 또는 퍼라이트 등과 같이, 단열성, 내열성 및 난연성 향상을 위하여 사용되는 일반적인 것들을 이용가능하고, 평균 입자의 크기는 150~400㎛의 평균 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 평균 입자 크기가 150㎛ 미만이면, 무기물인 석재 입자의 크기가 지나치게 작아 용제인 물에 포함된 아크릴계 공중합체 수지에 대한 분산이 어려워지고, 400㎛를 초과하면 석재 입자의 크기가 지나치게 커져서 하도단계에 도포되는 바탕조정재에 대한 이물감이 발생하기 때문에 상기 범위의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

또한 석재가 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 물 100중량부에 대하여, 1중량부 미만으로 포함되면 석재에 의한 재질 부여 효과가 미미하기 때문에 1중량부 이상으로 포함되는 것이 바람직하고, 5중량부를 초과하여 포함되면 석재가 과도하게 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 포함되기 때문에 아크릴계 공중합체 수지의 접착력이 떨어질 수 있는 우려가 발생하므로 5중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 당업자의 판단에 따라 증점제, pH조절제 또는 경화제 등과 같은 일반적인 첨가물을 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 물성을 저해하지 않는 범위 내의 조성비로 첨가 가능함은 자명할 것이다.

다음은 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 바람직한 실시예 1 내지 2이고, 실시예와 종래 일반적인 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재에 의한 비교예를 시험한 결과이다.

1. 이온교환수 100kg에 분산제인 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid) 2.5kg 및 소포제(에스피코리아, cp-701) 0.7kg을 투입하여 교반혼합한다.

2. 폴리에테르에테르케톤(빅트렉스, PEEK 150P) 6kg을 밀링처리하여, 평균 입자 크기가 300nm를 갖도록 만든다.

3. 상기 1.단계 처리된 혼합물에 포틀랜드 시멘트(현대시멘트) 70kg, 수성 아크릴 수지 30kg, 실리카 에어로젤 1.5kg, 2.단계 처리된 폴리에테르에테르케톤 5kg 및 평균직경이 70nm이고 평균길이가 20㎛인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 2kg을 투입하고, 교반혼합하여 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재를 제조한다.

3. 탄산마그네슘 2kg을 밀링처리하여, 평균입자 크기가 200nm를 갖도록 만든다.

4. 상기 1.단계 처리된 혼합물에 포틀랜드 시멘트(현대시멘트) 70kg, 수성 아크릴 수지 30kg, 실리카 에어로젤 1.5kg, 2.단계 처리된 폴리에테르에테르케톤 5kg, 평균직경이 70nm이고 평균길이가 20㎛인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 2kg 및 상기 3.단계 처리된 탄산마그네슘 1.5kg을 투입하고, 교반혼합하여 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재를 제조한다.

[시험]

1. 상기 실시예 1 내지 2에 의하여 제조된 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재 및 종래의 보수ㆍ보강재(슈어코팅, Super Con'c Patch)인 비교예의 접착성(부착강도), 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성 및 내후성을 하기 표 1의 시험방법에 의하여 각각 시험하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.

2. 상기 실시예 1 내지 2에 의하여 제조된 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재 및 종래의 보수ㆍ보강재(슈어코팅, Super Con'c Patch)인 비교예의 방오성을 시험하기 위하여 표면저항을 각각 시험한다. 이때, 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재의 표면저항을 시험하기 위한 시험방법은 특별히 규정된 바가 없으므로 열 경화성 플라스틱의 표면저항을 시험하는 방법을 규정하는 KS M 3015에 의거하여 시험하였다. 그 결과는 하기의 표 2에 나타내었다.

[결과]

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 상기 표 1에서 확인할 수 있는 것과 같이, 종래 보수ㆍ보강재에 비하여 우수한 접착성, 방수성, 내열성, 난연성, 내화학성 및 내후성이 우수한 효과를 갖음을 알 수 있다.

또한 표 2에서 확인할 수 있는 것과 같이, 표면저항이 종래 보수ㆍ보강재에 비하여 낮아 정전기 소산에 의한 방오성이 우수한 효과를 갖음을 알 수 있다.

특히, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는 내열성에 있어서는 종래 일반적인 보수ㆍ보강재가 7~15K 정도의 최고온도와 최종 평형 온도차를 갖는 것에 비하여, 월등히 우수한 내열성을 확보할 수 있는 효과가 있고, 난연성에 있어서도, 종래 일반적인 도료가 10~15min 정도의 행동정지시간을 갖는 것에 비하여, 월등히 우수한 난연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

아울러 표 2에서 확인할 수 있는 것과 같이, 본 발명에 의한 실시예 1 내지 2는 비교예에 비하여 월등히 낮은 표면저항을 갖아 정전기 소산능력이 우수하고, 그 결과 먼지와 같은 오염물질에 대한 방오성이 우수함을 알 수 있다.

상기와 연관하여, 본 발명에 의한 실시예 2는 실시예 1에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재가 분산유도제를 더 포함하는 경우로서, 분산유도제에 의한 탄소나노튜브의 분산력이 향상되어 표면저항이 실시예 1에 의한 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재보다 더 낮음을 알 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims

물 100중량부에 대하여,
시멘트 60~80중량부와;
아크릴계 공중합체 수지 20~50중량부와;
실리카 에어로젤 0.5~3중량부와;
폴리에테르에테르케톤(Polyether ether ketone) 공중합체 수지 1~10중량부와;
평균직경 50~100nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5중량부와;
분산제 0.5~3중량부와;
소포제 0.3~1중량부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재.
제1항에 있어서,
상기 폴리에테르에테르케톤은,
100~600nm 평균 입자 크기를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재.
제1항에 있어서,
상기 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는,
물 100중량부에 대하여,
평균 입자 크기 100~300nm의 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘 또는 칼슘 중 어느 하나 이상의 분산유도제 0.1~3중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재.
제1항에 있어서,
상기 분산제는,
2-2-2-메톡시에톡시 에톡시 아세틱산(2-2-2-Methoxyethoxy ethoxy acetic acid), 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid), 3,6,9-트리옥사데칸산(3,6,9-Trioxadecane acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 벤조산(Benzoic acid), 프로피온산(Propionic acid), 소듐 폴리아크릴레트(Sodium polyacrylate), 암모늄폴리아크릴레이트(Ammonium polyacrylate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide; CTAB), 폴리아크릴소듐염(Polyacrylic sodium salt), 도데실벤젠설포네이트(Dodecyl benzene sulfonate) 혹은 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS) 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재.
제1항에 있어서,
상기 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재는,
물 100중량부에 대하여,
액상의 폴리불화에틸렌계 공중합체 수지 0.5~5중량부를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수ㆍ보강재.