KR102177102B1

KR102177102B1 - 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물

Info

Publication number: KR102177102B1
Application number: KR1020190173932A
Authority: KR
Inventors: 황인동; 안수범; 조정현; 차동화
Original assignee: 한일콘(주); 차동화
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-11-10

Abstract

본 발명은 콘크리트 균열 부위를 보수하기 위한 코팅제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 균열 부위를 봉합함과 더불어 이와 동시에 모세관 침입을 통해 발수층을 형성하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 알콕시실란 1 ~ 20 중량%, 그리고 실리카 졸 또는 나노실리케이트 1 ~ 20 중량%, 그리고 시멘트 1 ~ 20 중량%, 그리고 슬래그 1 ~ 20 중량%, 그리고 폴리머분말 1 ~ 19 중량%, 그리고 잔량의 물을 포함하여 구성된다.

Description

콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물{Coating composition}

본 발명은 콘크리트 균열 부위를 보수하기 위한 코팅제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 균열 부위를 봉합함과 더불어 이와 동시에 모세관 침입을 통해 발수층을 형성하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 균열은 재료적 균열과 구조적 균열로 나뉘며, 이는 재료원인, 시공원인, 사용환경에 따른 원인 및 외력에 따른 원인 등 다양한 원인에 기인한다.

특히, 최근 지구온난화 등에 따른 온도 변화의 심화, 대기오염에 따른 오염물질의 영향, 주변 공사에 따른 진동 여파 등으로 콘크리트 구조물, 그중에서도 외벽에 균열이 생기는 경우가 빈번하다.

또한 콘크리트 도로의 경우 지속적인 차량 통행과 하절기 및 동절기의 기온 변화에 따른 신축에 의해 균열이 발생하기도 한다.

이러한 콘크리트 구조물의 균열을 방치하는 경우, 균열의 진행 및 확산으로 인해 구조물의 안전성이 저해될 수 있으므로 즉각적인 보수 및 보강이 요구되는데, 종래의 균열 보수용 코팅제 조성물은 균열 보수 이후에도 열화현상에 영향을 받아 내구성이 떨어지고, 완전한 방수효과를 발휘하지 못함으로써 콘크리트의 중성화를 유발시켜 내부 철근을 부식시키는 문제점이 있었다.

한편, 콘크리트 보수용 코팅제 조성물과 관련된 종래의 기술로, 등록특허 제10-1892712호(2018년08월22일) 등이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 콘크리트 균열 부위를 봉합함과 더불어 이와 동시에 모세관 침입을 통해 발수층을 형성함으로써 방수 효과를 갖는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 알콕시실란 1 ~ 20 중량%, 그리고 실리카 졸 또는 나노실리케이트 1 ~ 20 중량%, 그리고 시멘트 1 ~ 20 중량%, 그리고 슬래그 1 ~ 20 중량%, 그리고 폴리머분말 1 ~ 19 중량%, 그리고 잔량의 물을 포함한다.

또한 상기 알콕시실란은 1 ~ 10 중량%, 그리고 상기 시멘트는 1 ~ 10 중량%, 그리고 상기 슬래그 1 ~ 10 중량%, 그리고 상기 폴리머분말은 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

또한 상기 실리카 졸 또는 나노실리케이트는 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 알콕시실란과 실리카 졸 또는 나노실리케이트가 균열 내에 침입하여 균열 내에 존재하는 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 균열을 봉합하고, 나아가 시멘트의 모세관에 침입하여 함침됨으로써 발수층을 형성함을 통해 방수 효과를 갖는 코팅층을 제공한다는 효과를 갖는다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

이하 본 발명에 따른 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물(이하 본 조성물)에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 조성물은 콘크리트 균열 부위를 봉합함과 더불어 이와 동시에 모세관 침입을 통해 발수층을 형성하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물에 관한 것으로, 그 구성으로는 알콕시실란, 실리카 졸 또는 나노실리케이트, 시멘트, 슬래그, 폴리머분말, 그리고 물을 포함한다.

상기에서, 물은 나머지 구성들의 함량을 제외한 잔량만큼 포함되며, 물의 함량에 따라 점도가 달라질 수 있으나, 본 발명의 설명에 제시된 범위 안에서는 어떤 함량으로 결정되어도 무방하다.

각 구성 별로, 알콕시실란은 규소의 유기화합물로, R3SiOR'(R, R'는 알킬기)의 구조를 가지며, 후술하는 실리카 졸 또는 나노실리카와 함께 균열 내부로 침입하여 균열 내에 존재하는 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 균열을 봉합함과 더불어 시멘트의 모세관에 침입하여 함침됨으로써 발수층을 형성한다.

이러한 알코시실란은 에틸트리에톡시 실란, 테트라에틸 올소실리케이트, 메틸트리메톡시실란, 프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시 실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시딜록시프로필 메틸디에톡시 실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 프로필 트리메톡시 실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, 디메틸 디에톡시실란, 테트라 메톡시 실란, 페닐 트리메톡시 실란 및 페닐 트리에톡시 실란 중에서 선택된 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

이러한 알콕시실란은 1 ~ 20 중량%가 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있다. 만일 알콕시 실란의 함량이 1 중량%보다 작을 경우 균열이 봉합된 후 균열 내의 친수성 물질에 의하여 흡수되는 것을 방어하기 어려워 동결의 발생 시 균열이 발달하기 쉬우며, 20 중량%를 초과할 경우 표면 발수력에 의하여 도장 등의 후속공정을 실시할 경우 문제가 된다.

다음으로, 실리카 졸은 분산매 중에 규산(SiO₂)의 미립자가 분산된 콜로이드이고, 나노실리케이트는 나노 크기의 입자 및 나노 수준의 미세구조 제어에 의해 합성된 규산염으로서 졸-겔 방법에 의해 제조될 수 있다.

이러한 실리카 졸 및 나노실리케이트는 상기한 알콕시실란과 같이 균열 내부로 침입하여 균열 내에 존재하는 시멘트의 수산화칼슘과 반응하여 균열을 봉합함과 더불어 시멘트의 모세관에 침입하여 함침됨으로써 발수층을 형성한다.

실리카 졸과 나노실리케이트는 둘 중 어느 하나가 선택되어 사용될 수 있으며, 그 바람직한 함량은 1 ~ 20 중량%이고, 보다 바람직한 함량은 1 ~ 10 중량%이다. 특히 1 중량% 미만에서는 균열 내부 충전 효과가 작아 균열 봉합이 어려우며, 20 중량% 초과 시에는 시멘트의 반응물과의 반응이 급격히 일어날 수 있어 미세균열 침투 효과가 낮아질 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.

다음으로, 시멘트는 1 ~ 20 중량%가 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있으며, 그 종류는 어느 한 형태로 특별히 한정되지 않는다.

다음으로, 슬래그는 채움재로서 첨가되는데, 광석으로부터 금속을 추출하고 남은 잔여물로 구성될 수 있으며, 역시 어느 한 형태로 한정되지 않는다.

이러한 슬래그는 1 ~ 20 중량%가 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있다.

다음으로, 폴리머분말은 결합재로서 사용되며, 단일 또는 다종의 구성단위가 화학 결합된 중합체이며, 결합재로서 첨가된다. 폴리머분말은 그 종류가 특별히 어느 한 형태로 한정되지 않으며, 특징적인 것은 분말의 형태로 첨가된다는 것이다.

이러한 폴리머분말은 1 ~ 19 중량%가 포함될 수 있고, 보다 바람직한 실시로는 1 ~ 10 중량%가 포함될 수 있다.

상기에서, 폴리머분말은 아크릴, EVA, PVA 등과 이들의 유도체가 사용될 수 있으며, 물에 재분산될 수 있는 폴리머 등은 모두 사용이 가능하나 도막의 연속성을 위하여 Tg가 -5 ~ 60℃의 것이 좋다. 특히 -5℃ 미만의 경우 너무 물렁거려서 쉽게 파손될 수 있고, 60℃ 초과의 경우 취성에 의하여 파손될 수 있어서, 상기 범위 내에서 채용되는 것이 바람직하다.

또한 폴리머분말은 그 사용량이 1 ~ 19 중량%인 것이 바람직한데, 사용량이 1 중량%보다 적은 경우 도막이 쉽게 부서져 파손될 수 있으며, 19 중량%를 초과하는 경우 건조 시 피막 형성 속도가 느려질 수 있다는 단점이 있기 때문이다.

이하 본 발명의 실험예를 통해 본 발명의 효과를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

[실험예]

하기 표 1에 표시된 함량비에 따라 각 성분을 혼합함으로써 실시예1, 실시예2 및 비교예에 따른 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물을 제조하였다.

구성	실시예1(중량%)	실시예2(중량%)	비교예(중량%)
시멘트	15	5	25
슬래그	15	5	25
폴리머분말	15	5	25
알콕시실란	15	5	-
나노실리케이트	15	5	-
물	25	75	25

[시험예1]

KSF 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 모르타르)를 기준으로 압축강도, 휨강도 및 부착강도에 대한 시험을 실시하였고, 응결 시간을 측정하였으며, 시편은 4 ㎝ × 4 ㎝ × 16 ㎝ 몰드를 이용하였다. 시험 결과는 하기 표 2와 같았다.

구성	조건	실시예1	실시예2	KSF 4042
압축강도 (N/mm²)	3일	31.4	36.2	20.0 이상
	7일	41.1	49.1
	28일	59.4	64.0
휨 강도 (N/mm²)	1일	6.4	8.4	6.0 이상
	3일	8.6	9.5
	28일	10.8	11.7
응결 시간 (hr)	초결	0.42	0.45	-
응결 시간 (hr)	종결	2.50	3.30	-
부착 강도 (N/mm²)	표준	2.0	1.9	1.0 이상
부착 강도 (N/mm²)	온냉 반복	1.9	1.7	1.0 이상

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 조성물은 물리적 특성 측면에서 KSF 4042의 기준을 충족하였다. 특히 응결 시간을 제외한 대부분의 물성에서 실시예2가 실시예1보다 약간 우수한 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예2의 경우 조성물의 각 구성 함량이 실시예1보다 적게 구성되어 경제성 측면에서 탁월한 효과를 보일 것을 예상할 수 있다.

[시험예2]

상기 실시예1, 2 및 비교예의 코팅제 조성물로 제작된 시편에 대하여 표면 균열 발생 시험 및 방수 성능 시험을 실시하였다. 역시 시편은 4 ㎝ × 4 ㎝ × 16 ㎝ 몰드를 이용하였다.

시험 결과, 실시예1과 실시예2는 모두 시편 표면에 균열이 발생하지 않았으나, 비교예에서는 시편 표면에 균열이 관찰되었다.

또한 실시예1, 실시예2 및 비교예의 코팅층을 제거하고 내부 침습도를 검사한 결과, 실시예1 및 2에서는 내부 침습이 검출되지 않은 데에 반해, 비교예에서는 내부 침습이 확인되었다.

한편, 본 조성물은 기능성 첨가제 5 중량%를 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

이러한 기능성 첨가제는 아크릴 우레탄 10 중량부 대비, 폴리 알킬아크릴레이트 2 ~ 3 중량부, 에틸렌-아크릴산 2 ~ 3 중량부, 테트라 플루오르 에틸렌 2 ~ 3 중량부, 폴리에틸렌 옥사이드 1 ~ 2 중량부, 비닐트리메톡시실란 0.1 ~ 1 중량부 및 이산화티타늄 0.1 ~ 1 중량부를 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

아크릴 우레탄은 부착력, 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용되며, 기능성 첨가제의 각 조성물은 이 아크릴 우레탄 10 중량부를 기준으로 결정된다.

폴리 알킬아크릴레이트는 휨인성을 개선하고 유연성을 개선하기 위해 사용되며, 그 바람직한 함량은 2 ~ 3 중량부이다. 2 중량부 미만으로 사용되면 개선 효과가 미미하고, 3 중량부를 초과하여 사용되면 재료 분리 현상 발생 및 작업성 저하가 나타나게 된다.

에틸렌-아크릴산은 연성 부여 폴리머로서 첨가되며, 그 함량은 2 ~ 3 중량부인 것이 바람직하다. 2 중량부 미만으로 사용되면 연성 개선 효과가 미미하고, 3 중량부를 초과하여 사용되면 점도가 과도하게 높아져 작업성이 저하된다.

테트라 플루오르 에틸렌은 신율 및 강도 개선을 위해 첨가되며, 그 함량은 2 ~ 3 중량부인 것이 바람직하다. 2 중량부 미만으로 사용되면 개선 효과가 미미하고, 3 중량부를 초과하여 사용되면 경제성이 저하되는 문제가 있다.

폴리에틸렌 옥사이드는 작업성 및 내구성 개선을 위해 첨가되며, 그 함량은 1 ~ 2 중량부인 것이 바람직하다. 1 중량부 미만으로 첨가되면 내구성 개선 효과가 미미하고, 2 중량부를 초과하여 첨가되면 재료 분리 현상이 발생하는 문제가 있다.

비닐트리메톡시실란은 접착 촉진제로서 첨가되며, 그 함량은 0.1 ~ 1 중량부인 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 사용되는 경우 기재에 대한 접착력이 부족해질 수 있고, 1 중량부를 초과하여 사용되는 경우 경화 지연이라는 문제가 발생한다.

이산화티타늄은 부착 성능 향상을 위해 첨가되는데, 특히 인체에 무해한 친환경 성분이라는 점에서 채용되었으며, 그 함량은 0.1 ~ 1 중량부인 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만인 경우 요구되는 부착 강도를 얻기 힘들고, 1 중량부 초과인 경우 다른 조성물에 영향을 미쳐 물성이 변하는 문제가 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

알콕시실란 1 ~ 20 중량%;
실리카 졸 또는 나노실리케이트 1 ~ 20 중량%;
시멘트 1 ~ 20 중량%;
슬래그 1 ~ 20 중량%;
폴리머분말 1 ~ 19 중량%; 및
잔량의 물;
을 포함하고,
기능성 첨가제 5 중량%를 더 포함하되,
상기 기능성 첨가제는, 아크릴 우레탄 10 중량부 대비, 폴리 알킬아크릴레이트 2 ~ 3 중량부, 에틸렌-아크릴산 2 ~ 3 중량부, 테트라 플루오르 에틸렌 2 ~ 3 중량부, 폴리에틸렌 옥사이드 1 ~ 2 중량부, 비닐트리메톡시실란 0.1 ~ 1 중량부 및 이산화티타늄 0.1 ~ 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 알콕시실란은 1 ~ 10 중량%,
상기 시멘트는 1 ~ 10 중량%,
상기 슬래그 1 ~ 10 중량%,
상기 폴리머분말은 1 ~ 10 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물.
청구항 2에 있어서,
상기 실리카 졸 또는 나노실리케이트는 1 ~ 10 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 균열 보수용 코팅제 조성물.
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