KR101745921B1 - 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물, 이를 이용한 도막방수재 및 이를 이용한 교면복합방수 시공방법 - Google Patents
탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물, 이를 이용한 도막방수재 및 이를 이용한 교면복합방수 시공방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 탄소섬유 칩은 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)가 코팅된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물 및 상기 조성물을 이용한 도막방수재를 제공한다.
본 발명은 바탕면의 이물질을 제거한 후 하도층을 형성하는 단계, 상기 하도층 위에 도막층을 형성하는 단계, 상기 도막층이 경화되기 전에 보호층을 접착하는 단계 및 상기 보호층 상에 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재를 포설하는 단계를 포함하며, 상기 도막층을 형성하는 단계는 본 발명에 따른 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 2 내지 4mm의 두께로 균일하게 포설하고 가열하는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법을 제공한다.
본 발명은 바탕면의 이물질을 제거한 후 하도층을 형성하는 단계, 상기 하도층 위에 도막층을 형성하는 단계, 상기 도막층이 경화되기 전에 보호층을 접착하는 단계 및 상기 보호층 상에 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재를 포설하는 단계를 포함하며, 상기 도막층을 형성하는 단계는 본 발명에 따른 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 2 내지 4mm의 두께로 균일하게 포설하고 가열하는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법을 제공한다.
Description
본 발명은 아스팔트계 도막방수재 조성물, 도막방수재 및 이를 이용한 교면복합방수 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성, 내열성, 내후성, 접착력, 저온유연성 및 감온성이 우수한 아스팔트계 도막방수재 조성물, 도막방수재 및 이를 이용한 교면복합방수 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물 및 교면에 빗물 또는 지하수가 침투하게 되는 경우 콘크리트 재료의 결합력을 저하시키고, 온도변화에 의한 물의 체적변화에 따른 공극균열이 발생되고, 시간이 지남에 따라 균열이 확대되어 건축물 및 교면을 형성하는 구조물에 강도 및 수명 저하가 초래된다.
특히, 교면의 경우, 차량이 통과함에 따라 그 자체 하중 및 충격에 의해 상판이 휘어지고 진동이 발생되어 포장층에 미세균열이 발생하여 교면과 포장층과의 분리가 발생하여 우수나 결로수 등으로 인해 교면 상판에 침투하여 상판의 균열을 촉진시키고, 구조물 또는 구조물을 형성하는 철근을 부식시켜 구조물의 수명 단축 및 붕괴 위험을 초래할 수 있다.
따라서, 건축물 및 교면의 완벽한 방수 및 하중 및 충격을 흡수하여 구조물의 균열의 확대를 억제할 수 있는 물성을 지닌 방수재가 요구된다.
한편, 이러한 건축물 및 교면의 완벽한 방수를 위해 개질 아스팔트, 고무계 등 다양한 재료들이 사용되고 있으며 용도에 따른 요구 물성이 다양하여 여러 분야에서 물성 개선이 요구된다.
예를 들어, 일본 특개소 제57-98559호에는 아스팔트 개질용 고무 첨가제로 방향족계 및/또는 나프텐계 오일(또는 광유) 및 열가소성 고무를 함유한 아스팔트가 기재되어 있다. 광유는 아스팔트에 가소 효과를 주고 열가소성 고무는 연화점을 상승시키고 강인성을 부여하지만, 압축강도 및 인장강도 등의 기계적 강도와 원상 회복성을 높이기 위해서는 많은 양의 고무를 필요로 하는 단점이 있다.
일본 특개소 제57-139143호에는 역청(즉, 아스팔트) 물질에 공액디엔 및 비닐방향족 탄화수소로 이루어진 블록 공중합체(SBS, SIS, SEBS 등을 말함)와 분자 중에 질소와 황 원자를 포함하는 안정제와 여러 가지 다른 안정제 및 라디칼 중합방지제를 첨가한 조성물이 기재되어 있다.
또한, 미국특허 제4,485,201호에는 아스팔트에 분말고무 및 스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 주성분으로 하는 블렌드에 내열성 산화방지제, 점착성 부여제(tackifying agent), 가소제 또는 연화제로서 공정유(processing oil)를 첨가하여 149℃에서 204℃ 사이에서 혼합하는 방법이 기재되어 있다. 이 조성물은 고온에서 응집력과 접착력이 높고 고온 및 저온에서 유연성이 크며 우수한 탄성을 갖고 균열 채움제(crack sealer), 콘크리트 조인트 실러 필러(concrete joint sealer filler) 및 건축재료의 도포 실런트로 사용할 수 있다고 설명하였다. 그러나, 상기 제품은 침입도(콘)가 60이나 흐름(또는 연화점)이 60℃에서 20mm로 건물의 옥상 방수재 및 도로 포장의 균열 보수제 등으로는 하절기에 흐름 및 소성변형이 일어나는 단점과 도로 보수재로서는 차량의 바퀴 및 보행자의 신발에 묻어나는 단점이 발생할 수 있다.
일반적으로 우리나라의 하절기에 도로 및 옥상의 표면 온도는 재질 및 색상에 따라 차이가 나지만 60℃ 이상 올라갈 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 통상적으로 무기 필러를 사용하며, 여기에는 석재 및 골재와 탄산칼슘, 실리카, 탈크 등의 충진제가 많이 사용되고 있으며, 경도, 침입도, 연화점 등은 상승하나 신도, 접착 특성은 저하되는 경향을 보인다.
아울러, 한국특허 제332632호에서는 중량으로 아스팔트 100부에 대해 (A) 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 6 내지 40부, (B) 폐타이어 고무분말 4 내지 40부, (C) 폐스티로폼 0.01 내지 50부, (D) 가소제 또는 연화제 0 내지 100부, (E) 점착제 0.02 내지 5부, (F) 무기충진제 5 내지 100부를 포함하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 이러한 조성물은 건축물 및 교면을 형성하는 구조체의 바탕면과의 접착력이 취약하며, 구조체의 온도변화에 따른 수축/팽창을 수용할 수 있는 저온 유연성및 저온 접착력이 취약한 이유로 건축물 및 교면 방수재로 적합하지 않다.
또한 한국특허 제388810호에는 아스팔트 100중량부, 폐타이어 고무분말 4-14중량부, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 4-10중량부를 포함하는 건축물, 교량, 도로 또는 터널의 균열보수에 사용하는 아스팔트 실란트 조성물이 기재되어 있으나, 이러한 조성물은 균열 부위를 컷팅기로 홈을 내서 그 홈을 채우는 채움재로서 요구되는 물성(방수성, 접착성, 저온 유연성 등)을 제공하지만, 건축물 및 교면을 형성하는 구조체의 바탕면 전체에 대한 온도변화에 대한 균열추종성, 접착강도, 방수성, 저온접착성, 구조체의 거동 수용성 등의 물성을 만족할 수 없다.
현재 국내에서 건축물 및 교면 방수재로 사용되는 방수재는, 아스팔트 3겹 8층 방수(블로운 아스팔트), 시트식 방수재, 클로로프렌 고무계 방수재, 규산 알카리계 액상 방수재(침투식 방수재)로 구분된다.
전통적인 방수재로는 원유의 정제과정에서 얻은 고체의 블로운 아스팔트는 겹층 시공으로 방수층의 두께가 두꺼워 방수효과가 우수하다는 이유로 사용되었으나 공정이 복잡하고 공사비가 고가이며, 상온접착력, 저온유연성이 취약하여 건축물 및 교면의 구조체의 균열에 취약하고 하자 발생시 결함부위의 발견이 어려우며, 블로운 아스팔트 콤파운드를 가열할 때 발생되는 냄새에 의한 환경 공해 문제가 심각하여 최근에는 사용하기 어려운 방수재이다.
재래식 아스팔트 방수의 문제점을 개선하여 시트형태로 성형된 개량 아스팔트 시트 방수재는 시트 이음부에서의 토치를 이용한 열 융착에 의한 접합시 수밀성 부족과 토치에 의한 직접 가열로 인하여 방수재의 물성변화를 초래하여 구조체 표면과의 접착력 부족으로 들뜸 현상이 발생하여 하자가 발생하는 단점이 있다.
클로로프렌 고무계 방수재는 구조체 바탕면에 도막을 수차례 도포하여 일정한 두께를 형성하는 도막 방수재로써 이음부가 없어 연속적으로 도막 방수층을 형성할 수 있는 장점이 있지만, 내열성이 취약하여 높은 온도에서 방수재 도포시 핀홀이 발생하거나 부풀어 올라 방수층이 파단되는 문제점이 있으며, 균일한 방수 도막 형성이 어려운 문제점이 있다. 또한, 방수층 형성후 포장층 시공시 포장층 및 포장장비에 의한 방수층의 파손을 초래한다.
침투식 방수재(규산 알카리계 액상 방수재)는 시공 간편성과 경제성이 우수하지만, 콘크리트 상판의 미세균열에 의한 균열 추종성이 나쁘며 콘크리트 바탕면에 침투가 어려운 문제가 있다.
또한, 한국특허 제337443호에는 건축물이나 교량 등과 같은 구축물용 방수재에 있어서, 아스팔트 64%, SBS 열가소성 고무 11%, 첨가제 8% 및 충진제 2-8%를 포함하는 도막재와, 상기 도막재에 의해 형성되는 도막을 보호하기 위하여 그 위에 접착되도록 저면에 용융된 도막재를 도포한 부직포 시트를 포함하는 도막과 시트의 복합 방수재가 기재되어 있으나, 상기 특허는 구조체의 바탕면과의 접착력과 온도변화에 대한 방수재의 접착력에 문제가 일어날 수 있으며, 내열성이 약하여 고온의 여름철에 방수층의 손상을 초래할 수 있다. 또한, 한국특허 제377431호에는 콘크리트 교량의 상판에 아스팔트로 교면 포장공사를 수행할 때 교면을 방수하기 위한 구스계 재료 및 유리섬유 매쉬를 이용한 콘크리트 교량표면 상부 방수공법이 기재되어 있으나, 상기 특허에 의해 시공된 방수층 또한 크랙브릿징, 저온 유연성에 아주 취약한 문제가 있다.
따라서, 현재 내구성, 내열성, 내후성, 접착력, 저온유연성 및 감온성이 우수한 아스팔트계 도막방수재 및 이를 이용한 시공기술이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 내구성, 내열성, 내후성, 접착력, 저온유연성 및 감온성이 우수한 아스팔트계 도막방수재 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 탄소섬유 칩은 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)가 코팅된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물을 제공한다.
상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성인 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시킬 수 있다.
상기 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩 제조방법으로 60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계, 상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜메타크릴레이트를 코팅하는 단계 및 상기 글리시딜메타크릴레이트를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경화는 AIBN을 개시제로 하여 진행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 아스팔트계 도막방수재 조성물을 포함하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 제공한다..
또한, 본 발명은 바탕면의 이물질을 제거한 후 하도층을 형성하는 단계, 상기 하도층 위에 도막층을 형성하는 단계, 상기 가열한 조성물이 경화되기 전에 보호층을 접착하는 단계 및 상기 보호층 상에 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재를 포설하는 단계를 포함하며, 상기 도막층을 형성하는 단계는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 2 내지 4mm의 두께로 균일하게 포설하고 가열하는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법을 제공한다.
상기 하도층 형성 단계는 하도제를 포설하여 경화시킬 수 있다.
상기 도막층 형성 단계는 간접가열방식으로 180 내지 200℃로 유지하며 가열할 수 있다.
상기 보호층을 접착하는 단계는 보호층 재료로 아스팔트 방수시트, 강화펠트, 우드칩시트 및 프로텍션보드 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 도막방수재 조성물 및 이를 이용한 도막방수재는 기본적으로 수분을 차단하는 방수기능과 제설제, 바닷물, 산성비 등이 알칼리, 산에 대하여 내구성이 뛰어나며 강성의 콘크리트 구조체와 연성의 포장층 사이에 놓이는 방수층은 서로 다른 열팽창계수로 인해 방수층에 전단력을 가하므로, 콘크리트 구조체와 포장층 모두에 접착력이 뛰어나다. 또한, 건축물 및 교면의 구조체의 온도변화에 따른 수축/팽창에 의한 균열 추종성이 매우 뛰어나며, 방수층 시공후 포장장비 및 포장층에 의한 방수층 파손을 예방할 수 있으며, 건축물 및 교면의 바탕면과 방수층과 포장층과의 완벽한 일체화로 인해 건축물 및 교면의 수명 연장을 기여할수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법의 단계도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 아스팔트의 화학식 및 sol-gel 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 탄소섬유 칩의 전처리과정 전후 분산도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 사용된 관능기가 부여된 탄소섬유 사진이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따라 관능기가 부여된 탄소섬유 코팅시 사용된 GMA의 화학식을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 관능기가 부여된 탄소섬유 경화시 사용된 AIBN의 화학식을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트계 도막방수재 내의 고흡수성 고분자 입자의 캡슐화 모사에 대한 흡수-팽윤 후 누수차단 구조를 도시한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도막방수재의 수분 팽창 거동을 도식한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축물 및 교면 방수구조가 개략적으로 도시된 부분 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 관능기가 없는 탄소섬유에 관능기기를 부착시키는 구조를 도시한 모식도이다.
도 12는 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 팽윤 전후를 나타낸 사진이다.
도 2 및 도 3은 아스팔트의 화학식 및 sol-gel 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 탄소섬유 칩의 전처리과정 전후 분산도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 사용된 관능기가 부여된 탄소섬유 사진이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따라 관능기가 부여된 탄소섬유 코팅시 사용된 GMA의 화학식을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 관능기가 부여된 탄소섬유 경화시 사용된 AIBN의 화학식을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트계 도막방수재 내의 고흡수성 고분자 입자의 캡슐화 모사에 대한 흡수-팽윤 후 누수차단 구조를 도시한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도막방수재의 수분 팽창 거동을 도식한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축물 및 교면 방수구조가 개략적으로 도시된 부분 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 관능기가 없는 탄소섬유에 관능기기를 부착시키는 구조를 도시한 모식도이다.
도 12는 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 팽윤 전후를 나타낸 사진이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 자세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부, 관능기가 부여된 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함한다.
본 발명을 구성하는 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 열가소성 탄성체를 포함한다. 상기 열가소성 탄성체는 아스팔트 사용량 100 중량부에 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부가 바람직하며, 10 중량부 미만이면 함량이 너무 적아 아스팔트 혼합물의 점탄성과 신장률, 저온유연성 불량을 초래하며, 30 중량부를 초과하면 강도, 점탄성은 증가하나, 아스팔트 함량이 너무 적어 바탕면과의 부착력이 나빠지는 경향이 있고, 추가적으로 고흡수성 고분자 첨가에 대한 분산 어려움을 초래한다.
본 발명을 구성하는 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 탄소섬유 칩를 포함한다.
상기 탄소섬유 칩의 분산기술에서 아스팔트의 주성분은 탄화수소화합물이며, S, N, O 등의 관능기를 갖는 소량의 heterocyclic 화합물들이 포함되어 있고, 극히 소량의 금속(Fe, Mg, Ni, Ca 등)들이 카르복실산염, porphyrine 등과의 착염 형태, 혹은 산화물형태로 존재하고 있다(도 2 및 도 3).
관능기가 없는 탄소섬유 칩을 아스팔트에 분산할 경우 아스팔트와의 상용성 문제로 Aggregation 발생하여 균질하게 분산되지 않으므로 요구하는 성능을 발휘할 수 없다.
그래서 하기와 같은 전처리 과정을 통해 관능기가 부여된 탄소섬유 칩을 안정적으로 아스팔트 바인더에 고속 분산시킴으로써 안정적인 분산기술을 확보할 수 있다.(도 4)
상기 전처리 과정은 60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계, 상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜메타크릴레이트(GMA)를 코팅하는 단계 및 상기 글리시딜메타크릴레이트(GMA)를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과산화수소로 탄소섬유 칩을 처리하는 단계는 탄소섬유(Chopped Carbon Fiber) 100 중량부에 과산화수소(H2O2) 50 내지 60 중량부를 60 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 상기 탄소섬유 칩에 -COOH, -OH 관능기를 부여한 후 세척 및 건조한다.
상기 탄소섬유칩에 GMA를 코팅하는 단계는 상기 세척 및 건조된 탄소섬유 칩 100 중량부에 GMA 1 내지 20 중량부를 첨가하여 50 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 상기 탄소섬유 칩의 관능기에 비공유결합(랩핑)처리한다.
상기 GMA를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트를 형성하는 단계는 상기 비공유결합 처리된 찬소섬유칩에 개시제를 GMA 100중량부에 2 내지 10 중량부를 첨가하여 50 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 라디칼 결합에 의한 중합으로 관능기가 부여된 탄소섬유 칩을 얻을 수 있으며, 상기 개시제로 AIBN을 사용할 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 칩의 물성을 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 탄소섬유 칩은 아스팔트 사용량 100 중량부에 1 내지 10 중량부가 바람직하며, 1 중량부 미만이면 아스팔트 혼합물의 인장강도와 표면 마모도 상승효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 인장강도와 표면 마모도은 증가하나, 탄소섬유 칩 함량이 너무 많아 바탕면과의 부착력이 나빠지는 경향이 있고, 추가적으로 기타 기능성 첨가제의 첨가에 대한 분산 어려움을 초래한다.
본 발명을 구성하는 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 저온 취성, 혼합 및 가공성을 증대시키기 위해 가소제를 포함한다. 상기 가소제는 아스팔트 혼합물에 혼합되어 저온 취성과 혼합성을 증가시키는 작용을 하며, 저온 취성은 아스팔트 혼합물의 저온환경에서 유연성을 증가시키며, 저온 유연성 증가는 포장층의 온도변화 대한 수축팽창 수용을 가능하게 개선할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 가소제의 함량은 1 내지 10 중량부가 바람직하다. 이는 가소제의 함량이 1 중량부 미만이면 아스팔트 혼합물의 저온 취성과 혼합성이 개선되지 않으며, 10 중량부를 초과하면 조성물의 접착력 저하와 고온 환경에서 재료 분리가 발생되는 어려움을 초래한다.
도 8은 본 발명에 따른 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 내의 고흡수성 고분자 입자의 캡슐화 모사에 대한 흡수-팽윤 후 누수차단 구조를 도시한 모식도이며, 탄소섬유를 활용한 고부착 균열보수용 실란트 조성물에 포함되는 점착 증강제는 아스팔트 혼합물 점착력 증가시키고 친수성인 고흡수성 고분자의 표면의 캡슐화하며, 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재에 분산시켰을 때, 상기 도 8과 같이 안정적으로 분산이 이루어지며 수분을 흡수 팽윤 후 누수차단 및 방수층 구조를 유지할 수 있다. 상기 고흡수성 고분자 수지로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 초산 비닐계수지, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone) 등 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
발명의 조성물에 포함되는 점착 증강제의 함량은 1 중량부 내지 30 중량부이고, 함량이 1 중량부 미만이면 첨가 효과가 거의 없어 아스팔트 혼합물과 고흡수성 고분자의 응집력을 작아 누수에 의한 흡수 팽윤 후 실란트가 수압에 의해 유실되는 현상이 발생하게 되고, 30 중량부를 초과하면 조성물의 점도 및 점착력이 과도하게 증가되어 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재의 가공처리 불량이 발생되는 문제점이 있다.
도 9는 본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재의 수분 팽창 거동을 도식한 모식도이며. 상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성이 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시키고 고흡수성 고분자 표면에 코팅화 캡슐 구조를 모사하는 효과를 유발하여, 도 9과 같이 종래의 벤토나이트 또는 고흡수성 고분자를 사용하는 수팽창 실란트 조성물이 흡윤 팽윤에 의해 급격한 부피 팽창과 응집력 부족으로 실란트가 유실되는 문제점을 개선할 수 있으며, 점착 증강제 첨가는 고흡수성 고분자 표면을 캡슐화하여 흡수 팽창 거동 및 팽윤속도를 조절하는 역할을 하게 된다.
상기 점착 증강제는 본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물에 포함되어 아스팔트 혼합물의 점착력을 증가시키고 수용성 고분자의 표면에서의 내수성을 개선하는 것으로, 아크릴 공중합체인 아크릴릭 에스테르 공중합체(acrylic ester), 아크릴릭 스타일렌 공중합체(acrylic-styrene copolymer), 아크릴릭 공중합체(acrylic copolymer) 등이 1종 이상 선택하여 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량부 내지 20 중량부이고, 함량이 1 중량부 미만이면 첨가 효과가 거의 없어 아스팔트 혼합물의 점착력 증가가 없고 수용성 고분자 입자의 표면 내수성이 개선되지 않으며, 20 중량부를 초과하는 하면 아스팔트 혼합물의 점착력을 증가하나, 점도가 상승하고 고흡수성 고분자의 흡수 팽윤이 지연되어 누수 차단에 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물에 포함되어 고흡수성 고분자 수지(super absorbent polymer : SAP)는 외부에서 유입되는 수분으로부터 고분자 입자들 간의 접착특성인 겔 블로킹(Gel blocking) 현상이 발생하는 아크릴산(sodium polyacrylic acid), 아크릴아마이드(Polyacrylamide), 메타크릴산(methacrylic acid), 에틸렌 옥사이드(polyethylen glycol) 중 1종 이상 선택하여 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 고흡수성 고분자는 아크릴산인 가교된 나트륨 아크릴산(sodium polyacrylate)가 대표적으로 사용되며, 밀도 0.6 내지 0.8g/ml, 입자 크기 분포 150 내지 850㎛, 보수능 40g/g이상, 가압 흡수능(0.3psi) 22g/g이상, 단량체 잔존량 300ppm 이하인 것이 매우 바람직하다.
본 발명의 조성물에 포함되는 고흡수성 고분자의 함량은 5 중량부 내지 40 중량부이고, 함량이 5 중량부 미만이면 흡수 팽윤 효과가 거의 없어 자기 팽창형 컴파운드의 누수 차단 성능이 부족하며, 40 중량부를 초과하는 하면 흡수 팽윤속도와 흡수량은 증가하나, 점도가 상승하고 고흡수성 고분자의 과도한 부피 팽윤으로 흡수 후 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재의 재료 분리로 방수성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명에 있어서, 바람직한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 구성하는 아스팔트는 연화점이 30 내지 100℃이고, 침입도가 30 내지 175d㎜인 것이 포장도로 표면과 접착력을 증대하는 면에서 바람직하고, 연화점 50 내지 70℃ 및 침입도 60 내지 90d㎜인 것이 매우 바람직하다.
상기 아스팔트의 사용량은 80 내지 120 중량부가 바람직하며, 특히 100 중량부가 더욱 바람직하다. 80 중량부 미만이면 함량이 적어 접착불량을 초래하며, 120 중량부를 초과하면 강도, 접착력은 증가하나 저온 취성이 증가하며 동절기 시공 환경에서 방수재의 크랙 발생과 내열성이 나빠져 하절기 고온 환경에서 흘러내림 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 고온에서의 흘러내림 방지 및 저온에서의 방수재 크랙발생 현상을 방지하기 위해서는 연화점이 상승되어야 할 뿐만 아니라 탄성도 증대되어야 한다.
따라서, 본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재는 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도를 증대시키기 위하여 열가소성 탄성체와 탄소섬유 칩를 포함한다. 상기 열가소성 탄성체로는 열가소성 합성고무를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열가소성 합성고무와 탄소섬유 칩은 아스팔트와 네트워크를 형성하여 계면 접착력을 향상시켜 실란트의 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도를 증가시키는 작용을 하며, 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도의 증가는 고온에서의 흘러내림이나 변형문제, 동절기 저온 환경에서 외부충격에 의한 크랙 및 파손발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재에 포함되는 열가소성 합성고무의 함량은 10 내지 30 중량부가 바람직하다. 이는 열가소성 합성고무의 함량이 10 중량부 미만이면 방수재의 탄성 및 내열성이 거의 개선되지 않으며, 30 중량부를 초과하면 부착력 저하와 과도한 점도 상승을 가지게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 열가소성 합성고무는 160 내지 180℃에서 고전단 교반기(high shear mixer) 등에 의한 고속 혼합에 의해 아스팔트 내에서 완전 용융 분산되어 균질한 형태의 네트워크 구조를 형성하고, 이의 함량이 증가할수록 탄성, 저온 유연성 및 기계적 강도가 증가하나, 아스팔트에 비해 상대적으로 고가이기 때문에 5 내지 15중량부를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재에 포함되는 가소제는 1 내지 5 중량부가 바람직하며, 상기 가소제로 프로세싱 오일을 사용할 수 있다. 상기 프로세싱 오일은 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재의 제조 공정에서 가공성능 개선하고, 동절기에 저온 유연성을 유지하는 특징을 지니고 있다. 또한, 가소제가 1중량부 미만이면 아스팔트 컴파운드 가공성이 저하되고 저온 유연성이 저하되며, 5 중량부를 초과하면 과도한 오일 첨가로 접착력이 급격히 감소하여 토목구조물 표면과의 방수재 박리, 접착층 들뜸 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물 및 이를 이용한 도막방수재를 개발하여 동절기 환경에 대한 저온 유연성과 우수한 부착력으로 토목구조물 표면과 방수재의 일제화 거동을 형성할 수 있다. 특히 토목구조물 접착부에 고흡수성 고분자를 포함하는 자기 팽창성 컴파운드의 수분 팽윤(swollen)거동 및 자기 팽창성 최적화 구현을 통한 포장층의 후속 균열 부위로 들어오는 유체의 흐름을 차단하는 함으로써 토목구조물과의 접착 불량 및 추가 균열이 발생할 수 있는 누수현상에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 인장강도와 표면 마모도를 증대시키기 위해 탄소섬유 칩을 분산 안정화 기술을 이용하여 연속된 아스팔트 혼합물상에 균일한 탄소섬유 칩을 미립자 형태로 분산시켜 내열성, 접착력, 저온 유연성 및 표면 마모도가 우수한 탄소섬유를 활용한 고부착 균열보수용 실란트는 포장, 교량, 암거 등 각종 토목구조물의 균열 발생시 주입 및 포설함으로써 구조물 수명 연장에 기여할 수 있는 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명에 따른 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 교면에 시공하는 방법을 첨부된 도 1을 참고하여 살펴보면, 바탕면의 이물질을 제거한 후 하도층을 형성하는 단계, 상기 하도층 위에 도막층을 형성하는 단계, 상기 가열한 조성물이 경화되기 전에 보호층을 접착하는 단계 및 상기 보호층 상에 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재를 포설하는 단계를 포함하며, 상기 도막층을 형성하는 단계는 상기 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 2 내지 4mm의 두께로 균일하게 포설하고 가열하는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법이 제공된다.
상기 하도층 형성 단계는 하도제를 포설하여 경화시킬 수 있다.
상기 도막층 형성 단계는 간접가열방식으로 180 내지 200℃로 유지하며 가열하는 것이 바람직하다.
상기 보호층을 접착하는 단계는 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재 및 포설장비에 의한 도막방수층의 손실방지와 포장층의 일체화를 위해 사용되는 보호층으로써, 상기 보호층 재료로 아스팔트 방수시트, 강화펠트, 우드칩시트 및 프로텍션보드 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 방수재 조성물의 성분은 아스팔트를 기본기재로 사용하며, 아스팔트와의 상용성이 우수한 탄소섬유 칩을 사용하여 방수재의 물성을 개선시켰다(도 11).
(
실시예
)
이하 하기 표 2에 표시한 배합비에 따라 실시예 1 내지 3을 제조하였다.
건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물는 먼저 침입도가 약 70dmm, 연화점이 70℃인 아스팔트(AP-5)를 150 내지 180℃로 가열하여 용융시킨 후 안정제, 가소제, 탄소섬유 칩 및 열가소성 탄성체를 첨가하여 2시간 시간 동안 균질하게 혼합하고, 아스팔트 혼합물의 온도를 120℃ 이하 온도로 냉각시켜 점착 증가제, 아크릴 공중합체를 투입하여 1시간 동안 교반을 실시한다. 다음으로 고흡수성 수지를 천천히 첨가하여 균질하게 분산되도록 고속 교반을 실시한 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물을 제조하였다.
상기 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 제조에서 고흡수성 고분자 분산 과정에서 점착 증가제, 아크릴 공중합체 첨가에 따른 흡수 팽윤 거동에 대한 실험을 실시하여 하기 표 3 및 도 12에 기재하였다.
(
비교예
)
건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 규격값. (KS F 4932)
상기와 같은 방법으로 제조한 실시예 1 내지 3, 비교예 1의 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물에 대하여 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
실시예
및
비교예
측정 방법
1)인장성능, 인열강도 : KS F 4932
2)내굴곡성 :KS F 4932
3)열화처리후 인장성능 : KS F 4932
4)내피로성능(크랙브릿징) : KS F 4932
5)내열치수 안정성, 내움푹패임성, 내끌충격성, 방수성, 인장접착성, 전단접착성, 수침7일후 인장접착강도 : KS F 4932
6)내투수성 : KS F 4932
7)염화이온 침투 저항성 : KS F 4932
상기한 실험 결과에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예 2의 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물은 KS F 4932에서 요구하는 모든 규격값을 초과하는 우수한 결과 값을 나타내며, 종래기술에서 얻어진 조성물보다 우수한 결과를 나타냄을 알 수 있다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
1 : 바탕면 2 : 하도층
3 : 도막층 4 : 보호층
5 : 포장재
3 : 도막층 4 : 보호층
5 : 포장재
Claims (9)
- 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며,
상기 탄소섬유 칩은 폴리그리시딜 메타크릴레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)가 코팅된 것을 특징으로 하고,
상기 점착 증강제는 아크릴릭 에스테르 공중합체(acrylic ester), 아크릴릭 스타일렌 공중합체(acrylic-styrene copolymer) 또는 아크릴릭 공중합체(acrylic copolymer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성인 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물. - 제 1항에 따른 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩 제조방법으로,
60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계;
상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜메타크릴레이트를 코팅하는 단계; 및
상기 글리시딜메타크릴레이트를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물용 탄소섬유 칩의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 경화는 AIBN을 개시제로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로하는 고내구성 아스팔트계 도막방수재 조성물용 탄소섬유 칩의 제조방법. - 제 1항 또는 제 2항에 따른 아스팔트계 도막방수재 조성물을 포함하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재.
- 바탕면의 이물질을 제거한 후 하도층을 형성하는 단계;
상기 하도층 위에, 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 2 내지 4mm의 두께로 균일하게 포설하고 가열하여 도막층을 형성하는 단계;
상기 도막층이 경화되기 전에 보호층을 접착하는 단계; 및
상기 보호층 상에 아스팔트 또는 콘크리트의 포장재를 포설하는 단계;를 포함하며,
상기 탄소섬유 칩은 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)가 코팅된 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법. - 제 6항에 있어서, 상기 하도층 형성 단계는,
하도제를 포설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법. - 제 6항에 있어서, 상기 도막층 형성 단계는,
간접가열방식으로 180 내지 200℃로 유지하며 가열하는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법. - 제 6항에 있어서, 상기 보호층을 접착하는 단계는,
보호층 재료로 아스팔트 방수시트, 강화펠트, 우드칩시트 및 프로텍션보드 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 건축물 및 교면의 내구성 향상을 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재를 이용한 복합방수 공법.
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