KR102222895B1 - 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법 - Google Patents

콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 내의 유리금속이온과 반응하여 불용성의 규산염 금속 수화물 및 규산을 동시에 생성하며, 콘크리트의 기공을 셀프힐링 할 수 있는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 이용하여 콘크리트 표면을 강화시키고 강화 이후 표면을 폴리싱하는 것으로 오염물 및 물에 의한 침투성 손상을 방지할 수 있으며, 내구성이 우수한 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 콘크리트 바닥의 표면층을 원하는 수준의 거칠기 또는 무늬가 나오도록 갈아내는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리 단계 이후 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 나노 복합 실리케이트 졸; 실란계 화합물; 및 실리콘 카바이드, 금속산화물을 포함하는 첨가제를 포함하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 상기 콘크리트 바닥에 침투시키는 방수 및 강화처리 단계; 및 (c) 상기 콘크리트 바닥의 표면층을 연마하는 광택처리 단계를 포함하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법을 제공한다.

Description

콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법{Floor finishing method by concrete polishing using concrete permeable surface strengthening agent and penetration prevention agent}
본 발명은 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 내의 유리금속이온과 반응하여 불용성의 규산염 금속 수화물 및 규산을 동시에 생성하며, 콘크리트의 기공을 셀프힐링(self healing)할 수 있는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 이용하여 콘크리트 표면을 강화시키고 강화 이후 표면을 폴리싱하는 것으로 오염물 및 물에 의한 침투성 손상을 방지할 수 있으며, 내구성이 우수한 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법에 관한 것이다.
콘크리트는 물, 시멘트, 모래, 자갈 등의 골재 등을 구성성분으로 하며, 시멘트와 물이 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 건물, 교량, 터널 등의 건축 구조물을 형성하는데 이용된다.
콘크리트 구조물은 땅속에 묻히는 지하층, 공기에 노출되는 표층부로 나누어 지는데, 지하층은 항상 수분에 접하여 있고 온도의 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되면서 내구성이 저하될 수 있다. 콘크리트의 내구성 저하는 특히 수분에 의한 영향을 많이 받으며, 물은 콘크리트를 열화시키는 매개체 역할을 하며 용존되어 있는 황산염, 질산염, 탄산염, 산성비 등은 콘크리트 구조물의 손상을 가속화할 수 있다.
이러한 수분에 의한 손상을 방지하기 위하여 다양한 방수재가 연구되고 사용되고 있으며, 오늘날 세계적인 환경보호 추세와 더불어 중금속이나 휘발성 유기화합물의 방출이 없는 친환경적인 방수재의 개발에 많은 연구가 진행되어 오고 있는 실정이다. 종래의 유기 방수재는 경화시 휘발성 유기 화합물의 방출과 경화 후의 다양한 환경요소, 특히 산성비, 자동차 배기가스에 의한 질소산화물, 황산화물, 그을음, 해수의 비례 염분에 의한 염소이온 등에 의해 코팅막이 열화 되며, 자외선에 의한 황변현상, 갈라짐, 부풀어 오름 현상에 의해 사용수명이 빠르게 떨어져 내구성의 확보에 어려움이 심각하게 대두되고 있다.
특히, 콘크리트가 공기 중에 노출되면 시멘트 수화물인 수산화칼슘 [Ca(OH)2]이 공기 중의 이산화탄소(CO2)와 반응하여 탄산염(탄산칼슘, 탄산수소칼슘)을 생성하게 되며, 이러한 작용으로 알칼리성인 콘크리트가 중성화되어 콘크리트가 열화 되는데 콘크리트의 열화는 표면에서 내부를 향하여 진행되며, 열화가 진행됨에 따라 콘크리트의 알칼리성(PH 12.5~13)인 pH가 8.5~10 정도로 중성화되며, 강알칼리성에서 철근이 부동태 막을 형성하고 있던 것이 이의 영향으로 파괴되어 철근의 부식을 가속화 시키며, 철근이 부식되면 체적이 팽창하게 되는데, 콘크리트 속에서 구속되어 있던 철근의 체적팽창은 콘크리트 구조물의 응력을 가속화시켜 균열을 유발시키고 철근 부착강도 저하, 피복 콘크리트의 박리, 철근의 강도저하 등 철근 콘크리트 구조물의 물리적 성능을 떨어뜨리는바, 종국적으로는 구조물 전체의 위기를 초래한다.
또한 콘크리트가 경화되는 과정인 수화반응에서 콘크리트 내부에 공극이 형성되는 것은 필연적인데, 이러한 내부 공극은 콘크리트 구조물에 수분이 침투하는 경로가 된다. 내부 공극을 통하여 수분이 침투하면 미세균열을 발생시킬 수 있고, 이는 콘크리트의 방수성능을 저하시키는 동시에 철근 등을 부식시키면서 콘크리트 구조물의 수명에 도 큰 영향을 미칠 수 있다.
콘크리트에 방수성을 부여하는 방법으로는 콘크리트 표면에 방수막을 형성하는 방법, 일정 깊이까지 방수제를 침투시키는 방법, 콘크리트 내부 공극과 크랙 발생을 방지하는 방법 등이 있는데, 세 번째 경우와 같이 콘크리트 자체에 방수성을 부여하는 방법을 구체방수라고 부른다. 구체 방수는 물의 혼합량을 감소시켜 내부 공극의 발생을 억제하는 방법, 침투성 방수재를 도포하여 내부 공극을 미세한 입자로 메우는 방법, 발수성을 가지는 물질을 혼합하여 수분의 내부침투를 방지하는 방법 등에 의하여 구현된다.
이러한 침투성 방수제는 콘크리트 표면강화제와 혼합되거나 순차적으로 사용되어 건축물의 바닥면을 강화하는 용도로도 사용된다. 이렇게 강화된 바닥면은 폴리싱 공정을 통하여 연마되어 마감되며 이를 콘크리트 폴리싱 바닥 마감이라 한다. 하지만 이러한 바닥마감공법은 표면강화제와 침투성 방수제를 각기 사용해야 하는 불편함과 더불어 표면강화제와 침투성 방수가 혼합되는 경우 강도나 방수성이 떨어질 수 있어 단일 용액을 사용한 콘크리트 표면 강화 및 침투성 방수효과를 동시에 발휘할 수 있는 콘크리트 폴리싱 바닥 마감 공법이 필요한 실정이다.
(0001) 대한민국 등록특허 제10-1579804호 (0002) 대한민국 공개특허 제10-2009-0100885호
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 콘크리트 내의 유리금속이온과 반응하여 불용성의 규산염 금속 수화물 및 규산을 동시에 생성하며, 콘크리트의 기공을 셀프힐링(자기보수) 할 수 있는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 이용하여 콘크리트 표면을 강화시키고 강화 이후 표면을 폴리싱하는 것으로 오염물 및 물에 의한 침투성 손상을 방지할 수 있으며, 내구성이 우수한 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 콘크리트 바닥의 표면층을 원하는 수준의 거칠기 또는 무늬가 나오도록 갈아내는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리 단계 이후 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 나노 복합 실리케이트 졸; 실란계 화합물; 및 실리콘 카바이드, 금속산화물을 포함하는 첨가제를 포함하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 상기 콘크리트 바닥에 침투시키는 방수 및 강화처리 단계; 및 (c) 상기 콘크리트 바닥의 표면층을 연마하는 광택처리 단계를 포함하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계이후 11~13시간 동안 건조할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이후 착색제를 도포하여 경화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 착색제를 도포하여 경화시키는 단계 이후 표면층을 연마하는 그라인딩 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 규산나트륨 40~80중량부, 규산리튬 10~30중량부 및 규산칼륨 30~50중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부, 산화나트륨, 산화리튬 및 산화칼륨으로 구성되는 금속산화물 함량이 25~30중량부이며, pH 3~6일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 수성 콜로이드 상의 나노 복합 실리케이트가 알코올계 용매에 분산되어 있는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실란계 화합물은 올가노 알콕시실란 또는 올가노 아미노실란을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 올가노 알콕시실란은 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 디에틸디메톡시실란 중에서 어느 하나이며, 상기 올가노 아미노실란은 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필-트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, N-2-(벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란, N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란 중에서 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 산화알루미늄 5~15중량부, 탄산칼슘 5~10중량부 및 이산화티타늄 1~5중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법은 다종의 알칼리금속-실리케이트 화합물을 혼합하여 제조됨에 따라, 콘크리트중의 유리금속이온과 반응하여 불용성의 규산염 금속 수화물 및 규산을 동시에 형성하여 겔화되며 이들은 콘크리트 내부의 공극 및 열화된 기공을 충진시켜 방수성과 강도를 향상시키며, 콘크리트의 pH를 유지하는 역할을 수행할 수 있는 표면 강화제를 사용함에 따라 오염방지제 및 표면강화제를 2회에 걸쳐 적용해야하는 기존의 바닥마감공법과는 달리 1회의 약품처리 만으로도 동일한 효과를 발휘할 수 있어 공기단축 및 시공비용의 감소를 동시에 달성 가능하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 기술의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는“제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 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. 또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 (a) 콘크리트 바닥의 표면층을 원하는 수준의 거칠기 또는 무늬가 나오도록 갈아내는 표면처리 단계; (b) 상기 표면처리 단계 이후 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 나노 복합 실리케이트 졸; 실란계 화합물; 및 실리콘 카바이드, 금속산화물을 포함하는 첨가제를 포함하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 상기 콘크리트 바닥에 침투시키는 방수 및 강화처리 단계; 및 (c) 상기 콘크리트 바닥의 표면층을 연마하는 광택처리 단계를 포함하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법에 관한 것이다.
상기 (a)단계는 콘크리트 바닥의 표면층을 원하는 수준의 거칠기 또는 무늬가 나오도록 갈아내는 표면처리 단계로 화학적 표면처리 또는 물리적 표면처리를 수행할 수 있다.
물리적 표면처리 방법은 콘크리트 바닥면에 존재하는 이물질, 또는 레이턴스(콘크리트의 양생 과정에서 내부의 미세한 물질이 표면으로 부상하여 경화 후 콘크리트 표면에 형성된 흰빛의 얇은 막)를 제거하고 표면 돌출된 자갈 등을 갈아내기 위해 실시한다. 이와 같은 물리적 표면처리를 실시할 경우, 콘크리트 바닥면의 모양 및 상태가 정돈되어 콘크리트 바닥면과 후술되는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제의 결합력을 높일 수 있다.
또한, 다른 마감재로 마감된 콘크리트 바닥의 경우 작업자는 기존 마감재를 철거하고, 심하게 파인 부분이나 크랙(crack) 등을 보수한 후 물리적 표면처리를 실시할 수 있으며, 신축 콘크리트 바닥의 경우 신축이후 바로 표면처리를 수행할 수 있다.
상기 물리적 표면처리를 실시하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 메탈 다이아몬드 휠이 장착된 메탈 그라인더를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 상기 메탈 그라인더를 이용하여 표면처리를 실시할 경우, 콘크리트 바닥면에 돌출된 자갈의 갈이가 용이하고, 그라인딩 속도가 빨라 표면처리에 많은 시간이 소비되지 않음에 따라 전체적인 폴리싱 효율을 높일 수 있다.
이러한 물리적 표면처리는 콘크리트 바닥면의 상태(거칠기)에 따라 메탈 다이아몬드 휠의 입도(mesh) 크기를 조절하여 다수 회에 걸쳐 이루어질 수 있다. 구체적으로 콘크리트 바닥면의 상태에 따라 #20, #50 또는 #100인 메탈다이아몬드 휠을 각각 적용하여 다수 회에 걸쳐 표면처리가 실시될 수 있다. 이와 같이 콘크리트 바닥면의 상태에 따라 표면처리가 단계적으로 이루어질 경우, 시간과 비용을 절약하면서 소비자가 원하는 상태의 바닥을 보다 효율적으로 제공할 수 있다.
또한 상기와 같은 물리적인 표면처리방법 외에도 화학적인 방법을 이용하여 표면처리를 수행할 수 있다. 화학적 표면처리는 산 또는 염기를 이용하여 상기 콘크리트의 표면을 부식시키는 방법을 통하여 수행되며, 이때 사용되는 산 또는 염기는 콘크리트의 표면을 화학적으로 연마함과 동시에 표면에 부착된 이물질을 제거할 수 있다.
또한 상기와 같은 화학적 표면처리 및 물리적 표면처리를 반복하여 수행하는 것도 가능하다. 화학적 표면처리의 경우 화학적인 에칭을 통하여 콘크리트의 표면을 연마할 수 있지만 화학물질에 의한 콘크리트의 손상이 나타날 수 있으며, 물리적인 표면처리의 경우 화학적 표면처리에 비하여 콘크리트의 손상이 적기는 하지만, 많은 힘과 노력이 필요로 한다. 따라서 이들을 보완하기 위하여 화학적인 에칭을 통하여 콘크리트 표면을 약화시킨 다음 이를 물리적으로 연마하는 방법을 사용하여 화학적인 변화가 일어난 부분을 삭제하는 것으로 적은 노력과 에너지를 사용하여 콘크리트의 연마가 가능하다.
상기와 같이 표면처리가 완료된 이후 착색제를 도포하여 경화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 표면처리가 완료된 콘크리트는 아직 표면강화제가 적용되기 전이므로 다공성을 가지고 있음과 더불어 흡습성을 가지고 있다. 따라서 이러한 콘크리트의 표면에 착색제 특히 수용성 착색제를 도포하는 경우 원하는 색상을 적용하는 것이 가능하다. 특히 일정한 패턴을 가지고 상기 착색제를 도포하는 경우 콘크리트의 표면에 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 일예로서 콘크리트의 표면에 주차선 모양으로 착색제를 도포하는 경우 상기 착색제는 표면강화제의 하부에 위치하게 되므로 차량의 이동에 의한 주차선의 손상을 방지할 수 있으며, 바닥의 표면에 주차선을 도색하는 것에 비하여 높은 내구성을 가지는 주차선의 형성이 가능하다.
이때 사용되는 수용성 색소는 수지 바니시(resin varnish)에 산화아연, 이산화티타늄, 산화알루미늄, 산화철, 산화코발트, 또는 카본블랙 등과 같은 착색 안료가 분산된 조성물일 수 있으며 단순히 유기안료를 포함하는 수용성 색소일 수 있다. 상기 수용성 색소는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올 중에서 선택된 하나인 알코올과 물에 혼합하여 표면처리가 완료된 콘크리트 바닥의 표면층에 도포하며, 콘크리트 바닥의 표면층에 수용성 색소가 침투되어 염색된다.
상기에서, 수용성 색소 40 내지 60 중량%를 상기 알코올 10 내지 30 중량%와 물 10 내지 50 중량%에 혼합하여 콘크리트 바닥의 표면층에 도포하는 것이 색의 선명도가 살아나고, 색의 뭉침이 적어 콘크리트 바닥면에 고르게 침투될 수 있다는 측면에서 바람직하다.
콘크리트 바닥에 착색제를 도포한 다음. 3 내지 5시간 동안 건조하여 침투시키는 것이 바람직하다.
또한 필요한 경우 상기 착색제를 도포하여 경화시키는 단계 이후 표면층을 연마하는 그라인딩 단계를 수행할 수 있다. 상기와 같은 착색제의 적용 이후 콘크리트의 표면의 이물질이 부착될 수 있으며, 침투되지 못한 착색제가 표면에 뭉쳐 피막을 형성할 수 있다. 따라서 이러한 이물질 및 착색제 피막을 제거하기 위하여 표면을 연마하는 그라인딩 단계를 수행할 수 있다. 이때 상기 그라인딩 단계는 상기 표면처리 단계와 유사하게 물리적 그라인딩을 수행하는 것이 바람직하며, 동일한 메탈그라인더를 사용하되 #200~#500의 레진 패드를 적용하여 추가적인 콘크리트의 손상을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계는 표면처리가 완료된 콘크리트의 바닥면에 경화제 및 오염방지제 역할을 동시에 수행할 수 있는 침투성 방수제를 적용하는 단계로, 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 나노 복합 실리케이트 졸; 실란계 화합물; 및 실리콘 카바이드, 금속산화물을 포함하는 첨가제를 포함하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 상기 콘크리트 바닥에 침투시키는 방수 및 강화처리 단계이다.
상기 나노 복합 실리케이트 졸은 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성될 수 있다. 기존의 실리케이트 졸을 이용한 방수액의 경우 규산나트륨만을 포함하고 있거나 규산나트륨에 규산리튬 또는 규산칼륨을 포함하는 2성분계 실리케이트를 사용하였다. 이는 3성분계 실리케이트의 경우 주성분이 되는 규산나트륨을 제외한 규산리튬 및 규산칼륨의 효과를 보기위해서는 규산나트륨의 함량이 낮아질 수 있으며, 이에 따라 가격이 높아지고 성능이 떨어지는 현상을 보이고 있었다. 하지만 규산나트륨만으로는 다양한 양상으로 발생하는 콘크리트 누수에 복합적으로 대응하기 어려우며, 콘크리트 내의 pH회복을 위해서는 다양한 금속이온을 공급하는 것이 더욱 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨을 최적의 성분비로 조합하여 규산나트륨의 감소에 의한 부작용을 최소화함과 동시에 다양한 누수에 대응할 수 있으며, 콘크리트 pH 회복에 최적화된 나노 복합 실리케이트계 방수제를 제공한다. 이때 상기 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨은 규산나트륨 40~80중량부, 규산리튬 10~30중량부 및 규산칼륨 30~50중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위내에서 본 발명의 나노 복합 실리케이트계 방수제는 최적의 효과를 가질 수 있으며, 상기범위 미만으로 포함되는 성분이 있는 경우 나노 복합 실리케이트계 방수제가 원하는 방수력 또는 콘크리트 보수력이 나타나지 않을 수 있다. 또한 상기범위를 초과하는 성분이 있는 경우 가격이 높아질 수 있으며, 콘크리트 보수시 금속염이 석출되어 방수력이 떨어질 수 있다.
상기 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨은 나노 복합 실리케이트계 방수제에 포함되어 사용되며 나노 복합 실리케이트계 방수제의 사용시 콘크리트 내에 존재하는 수산화칼슘과 반응하여 칼슘실리케이트 겔 및 금속 수산화물을 형성하며, 이때 수화물 형성 화학 메커니즘은 하기의 화학식 1과 같다.
[화학식 1]
Na2SiO3·nH2O + Ca(OH)2 + nH2O -> CaSiO·nH2O +2NaOH
Li2SiO3·nH2O + Ca(OH)2 + nH2O -> CaSiO·nH2O +2LiOH
K2SiO3·nH2O + Ca(OH)2 + nH2O -> CaSiO·nH2O +2KOH
콘크리트 내에 존재하는 수산화칼슘은 시멘트의 수화반응으로 생성되며 시멘트 원료 중 석회석의 탄산칼슘에서 유래하고 있으며, 콘크리트의 pH를 11이상으로 유지시켜 콘크리트에 포함되는 철근의 부식을 방지하는 역할을 한다. 하지만 상기 수산화칼슘은 공기중의 이산화탄소와 결합되어 탄산칼슘을 형성하며, 이는 콘크리트 내의 pH를 저하(콘크리트의 탄산화)시킴과 더불어 공극을 증가시켜 콘크리트의 강도를 떨어트리는 원인으로 작용한다.
본 발명의 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨은 상기 화학식 1에 나타난 바와 같이 수산화칼슘과 결합하여 규산칼슘 겔을 형성하며, 규산칼슘 겔은 콘크리트의 공극을 채워줄 수 있다. 아울러 부차적으로 생성되는 금속 수산화물(NaOH, LiOH, KOH)은 콘크리트 내의 pH를 유지 및 회복시키는(알칼리유지, 회복) 역할을 수행하여 철근의 부식을 방지할 수 있다.
상기 화학식 1에서 물(nH2O)은 나노 복합 실리케이트계 방수제에 포함되어 있는 물이거나 외부에서 침투한 물일 수 있다. 나노 복합 실리케이트계 방수제는 시공의 편의를 위하여 물 또는 알코올계 용재와 혼합하여 시공하게 된다. 특히 이때 포함되는 물은 상기 방수제의 이동 매개물로서 작용하여 상기 방수제가 콘크리트 내부로의 침투를 용이하게 할 수 있다. 따라서 상기 나노 복합 실리케이트계 방수제를 건축물 표면에 적용하는 경우 상기 용재로서 사용된 물을 이용하여 상기 화학식 1의 반응을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기 발생된 공극을 매움과 동시에 pH를 회복할 수 있다. 또한 일반적으로 나노 복합 실리케이트계 방수제를 방수성의 지속을 위하여 과량도포하게 되므로 상기 방수제는 콘크리트 내부에 침투하여 미반응물로 존재하게 되며, 이는 수분의 침투시 화학식 1과 같은 반응을 수행할 수 있으므로, 지속적인 콘크리트 자기보수 및 pH의 유지, 회복(알칼리유지, 회복)이 가능하다.
[화학식 2]
2Na2SiO3 + nH2O -> Na2SiO2O5·nH2O + 2NaOH
Na2SiO2O5·nH2O -> Na2SiO3·nH2O + SiO·H2O
이를 상세하게 살펴보면 상기 화학식 2에 나타난 바와 같이, 방수제에 포함된 규산나트륨(Na2SiO3)은 물과 결합하고 가수분해되어 Na2SiO2O5·nH2O를 형성함과 동시에 수산화나트륨을 발생시킨다. 이때 상기 수산화나트륨은 강염기로 작용하여 콘크리트 내부의 pH를 회복하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 Na2SiO2O5·nH2O는 자연분해를 통하여 규산나트륨으로 전환되며, 산화규소를 형성한다. 상기 Na2SiO2O5·nH2O에서 발생된 산화규소는 그 자체로 모래 또는 유리의 주성분이며, 고체이므로 콘크리트의 공극을 메울 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트 내부에 존재하는 칼슘이온 또는 수산화칼슘과 반응하여 규산칼슘(CaSiO·nH2O)을 생성하는 것으로 더욱 강력하게 콘크리트 내부의 공극 또는 균열을 자기 보수(셀프힐링) 할 수 있다. 이러한 규산나트륨의 반응은 규산리튬 및 규산칼륨에도 동시에 적용가능하며, 본 발명의 금속 규산염은 콘크리트 내의 pH(알칼리)를 회복할 수 있는 염기성 물질을 방출함과 동시에 산화규소 또는 규산칼륨을 발생시켜 공극 또는 균열을 지속적으로 자기 보수(셀프힐링)할 수 있다.
또한 철근콘크리트 시공시 사용된 전기 발청철근 방청 환원재는 액상 또는 고상으로부터 기상으로 변화하여 포화하면 금속표면에 흡착하여 방청 피막을 만드는 아민을 주성분으로 하는 저농도의 수용성 아질산(nitrous acid, HNO2)과, 철근부식이 생기면 이미 주변부 콘크리트의 중성(탄산)화와 다공질화도 진행되고 있으므로, 상기와 같이 나노 복합 실리케이트계 방수제가 콘크리트 내부로 침투하는 경우 이를 보완, 즉, 철근 부식을 억제하는 pH 11 이상의 알칼리 영역에서 생기는 부동태 피막을 재생시킬 수 있다.
상기 나노 복합 실리케이트 졸은 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부, 산화나트륨, 산화리튬 및 산화칼륨으로 구성되는 금속산화물 함량이 25~30중량부이며, pH 3~6일 수 있다. 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 이산화규소 및 금속산화물로 분리되어 그 함량이 측정될 수 있다. 이때 상기 이산화규소 고형분은 30~50중량 부가 포함되는 것이 바람직하다. 30중량부 미만으로 포함되는 경우 이산화규소에 의한 공극 또는 균열의 셀프힐링 능력이 저하될 수 있으며, 35중량부를 초과하는 경우 실리카가 석출되어 방수특성이 떨어질 수 있다. 상기 금속산화물은 산화나트륨, 산화리튬, 산화칼륨의 혼합물 형태로 측정되는 것으로 상기 나노 복합 실리케이트 졸 내에 25~30중량부가 포함될 수 있다. 이때 상기 금속산화물이 25중량부 미만으로 포함되는 경우 pH가 낮아져 콘크리트 내의 pH회복(알칼리 회복)이 어려우며. 30중량부를 초과하는 경우 금속 산화물과 실리카가 반응하는 부반응이 발생하므로 공극이나 균열을 셀프힐링 하는 능력이 떨어질 수 있다. 또한 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 pH가 3~6일 수 있다. 상기 나노 복합 실리케이트 졸은 물유리와 같은 실리카 화합물로서 pH의 변화에 따라 액체와 고체로 상전이 될 수 있다. 상기 나노 복합 실리케이트 졸의 pH가 3미만인 경우 포함되는 실리카졸의 응집으로 실리케이트 나노졸의 결정이 성장하여 석출되므로 졸의 형성이 어려우며, pH가 6을 초과하는 경우 실리카가 액상으로 변화하여 나노 복합 실리케이트 액체가 형성되므로 방수특성을 기대하기 어렵다.
상기 실란계 화합물은 상기 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제의 경도를 높이며 소수성 배향막을 형성하여 내수성을 높이기 위하여 첨가되는 것으로 올가노 알콕시실란 또는 올가노 아미노실란을 포함할 수 있다.
상기 올가노 알콕시실란은 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제의 고경도화 및 내열성 있는 도막형성을 위해서 메틸기(Methyl group) 도입의 필요성에 따라 테트라메톡시실란(Tetramethoxysilan; Si(OCH3)4), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilan; CH3Si(OCH3)3), 트리메틸메톡시실란(Trimethylmethoxysilan; (CH3)3SiOCH3), 디메틸디메톡시실란 (Dimethyldimethoxysilane; (CH3)2Si(OCH3)2), 트리에틸메톡시실란(Triethylmethoxysilan; (C2H5)3SiOCH3), 에틸트리메톡시실란(Ethyltrimethoxysilan; C2H5Si(OCH3)3), 디에틸디메톡시실란(Diethylmethoxysilan; (C2H5)2Si(OCH3)2) 등으로 이루어진 군에서 사용하는 것이 바람직하다.
올가노 아미노실란은 콘크리트 표면에 도막을 형성하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제의 내수성을 높이기 위해 소수성 배향막과 콘크리트 기재와 도막의 화학적 커플링을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필-트리메톡시실란(CH3O)SiCH2CH2CH2NHCH2CH2NH2, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란 NH2(CH2)2NHC3H6Si(OCH2CH3)3, N-2-(벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란 (CH3O)3Si(CH2)3NHCH2NH2, N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란 (CH3O)3Si(CH2)3NH(CH2)2NHCH2 중에서 사용하는 것이 바람직하며
알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제는 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 위하여 상기 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 산화알루미늄 5~15중량부, 탄산칼슘 5~10중량부 및 이산화티타늄 1~5중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 산화알루미늄(Al2O3)은 기재(예: 콘크리트)에 대한 방수제 도막의 밀착성 향상과 상도성(탑코팅 시공성)향상, 도막형성 후 도막이 양전하가 되기 때문에 정전기 방지막으로서의 기능을 도입할 목적으로 첨가하는 것으로 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 5 중량부 미만 및 15중량부 초과 범위에서는 도막강도가 강하되는 문제가 있어 5~15중량부로 첨가하는 것이 바람직하며, 탄산칼슘(CaCO3)은 체질안료로서 필러(filler)역할을 위해 첨가하는 것으로 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 5중량부 미만 및 10중량부 초과 범위에서는 체질안료로서 초과시 도막강도가 저하되는 문제가 있어 5~10중량부로 첨가하는 것이 바람직하고, 이산화티타늄(TiO2)은 콘크리트 바탕에 대한 은폐력을 부여하기 위해 첨가하는 것으로 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 1중량부 미만인 경우에는 콘크리트 바탕에 대한 은폐력이 떨어지고 및 5중량부 초과 범위에서는 콘크리트 바탕에 대한 은폐력 향상의 효과가 미미하여 1~5중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 제조방법에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명의 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제는
i) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화나트륨 함량은 25~30중량부이며 pH9.0~10.5인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A 20~40중량부;
ii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화리튬 함량은 25~30중량부이며 pH 8.5~9.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 B 10~15중량부; 및
iii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화칼륨 함량은 25~35중량부이며 pH 9.0~10.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C 15~14중량부;를 혼합 교반하여 제조된 복합물에 수산화칼슘과 에탄올로 이루어진 희석액(수산화칼슘:에탄올=1:4 중량비)을 첨가하여 전체 복합액의 pH가 12~13, 금속산화물 함량이 25~35 중량부가 되도록 호모믹스를 이용하여 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸을 제조하는 제1단계;
상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸 80중량부에 대하여 순수 15~25중량부, 수산화칼륨 10~18중량부 및 수산화알루미늄 0.2~0.6중량부를 첨가하여 교반하여 상기 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸의 나노입자의 기능성기에 알루미늄 이온과 칼륨 이온을 치환시켜 화학적 구조상 안정한 pH 12~13의 중간체를 제조하는 제2단계;
상기 제2단계의 중간체 100중량부에 대하여 올가노알콕시실란 3~7중량부와 올가노 아미노실란 3~7중량부를 첨가하여 10~100분간 반응시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
제1단계
i) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화나트륨 함량은 25~30중량부이며 pH9.0~10.5인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A 20~40중량부;
ii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화리튬 함량은 25~30중량부이며 pH 8.5~9.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 B 10~15중량부; 및
iii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기는 10~20㎚, 산화칼륨 함량은 25~35중량부이며 pH 9.0~10.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C 15~25중량부;를 혼합 교반한다.
이렇게 제조된 상기 복합물에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 에탄올(ethanol;(C2 H5OH)로 이루어진 희석액(수산화칼슘:에탄올=1:4 중량비)을 첨가하여 전체 복합물의 pH가 12~13, 금속산화물 함량이 25~30중량부가 되도록 호모믹스를 이용하여 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸(복합알카리졸)을 제조한다.
상기 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A, B, C 중 한 종류만 사용할 경우에는 방수제의 저장안정성이 떨어져 도막의 상태가 거칠어지며 내수성도 떨어지므로 수성 콜로이드상의 나노 금속산화물 A, B, C 세종류를 모두 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸(복합알카리졸)의 pH가 12~13, 금속산화물 함량이 25~30중량부가 되도록 하기 위하여 상기의 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A의 함량은 20~40중량부 B의 함량은 10~15중량부로 하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A의 함량이 30중량부와 B의 함량이 13중량부일 수 있다.
마찬가지로, 상기의 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C의 함량도 15~25 중량부로 하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C의 함량이 20중량부일 수 있다.
제2단계
상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노금속산화물 졸 80중량부에 대하여 순수(pure water) 15~25중량부, 수산화칼륨(KOH) 10~18중량부 및 수산화알루미늄(Al(OH)3) 0.2~0.6중량부를 첨가하여 충분히 교반하여 상기 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸의 나노입자의 기능성기에 알루미늄 이온(Al3+)과 칼륨 이온(k+)을 치환시켜 화학적 구조상 안정한 pH 12~13의 중간체를 제조한다.
상기 복합알카리졸의 실리케이트 나노입자에 칼륨과 알루미늄의 금속이온을 치환시킨 콜로이드상의 입자는 10~20㎚사이즈로 pH는 12~13 되도록 하여 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제 원료로 사용한다.
여기서 상기 중간체의 pH가 12~13이 되도록 하고 알루미늄 이온과 칼륨 이온의 치환이 용이하게 하기 위하여 상기 순수의 함량은 상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸 80중량부에 대하여 15~25중량부인 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 순수의 함량이 40중량부일 수 있다.
마찬가지로, 상기 수산화칼륨의 함량도 상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸 80중량부에 대하여 10~18중량부인 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 수산화칼륨의 함량이 14중량부일 수 있다.
마찬가지로, 상기 수산화알루미늄의 함량도 상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸 80중량부에 대하여 0.2~0.6중량부인 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 수산화알루미늄의 함량이 0.4중량부일 수 있다.
제3단계
상기 제2단계의 중간체 100중량부에 대하여 올가노알콕시실란 3~7중량부와 올가노 아미노실란 3~7중량부를 첨가하여 80℃에서 3000rpm으로 10~100분간 반응시켜 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 제조한다.
상기와 같은 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제는 소수성 표면을 형성할 수 있으므로 기존의 침투성 오염방지제의 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 포함된 나노 복합 실리케이트 졸에 의하여 콘크리트의 공극을 메울 수 있으므로 표면강화제의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 따라서 기존의 방법에서는 침투성 오염방지제와 침투성 표면강화제를 각각 사용하여 폴리싱 바닥마감 공법을 수행하였지만 본 발명에서는 단일 약제를 사용하는 것만으로도 오염방지와 표면강화를 동시에 수행할 수 있다.
또한 상기 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제는 1회의 도포만으로 상기 콘크리트의 표면에 침투하며, 표면에 도막을 형성할 수 있지만 도막 증대를 통한 내구성 향상을 위하여 2~10회 반복적으로 도포될 수도 있다.
상기와 같이 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 도포한 다음, 11~13시간 동안 건조하는 것이 바람직하다. 상기 침투성 방수제를 도포한 다음 표면을 연마하게 되므로 충분히 건조하여 일정강도 이상을 가지도록 하는 것이 연마작업에 유리하다. 이때 상기 침투성 방수제를 11시간 미만으로 건조하는 경우 완전히 경화가 되지 않아 연마 작업시 원하는 두께 이상으로 연마될 수 있으며, 13시간을 초과하여 건조하는 경우 추가적인 강도향상은 없으면서 표면에 이물질이 부착되어 연마시 방해될 수 있다.
상기 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제의 건조가 완료되면 콘크리트 표면을 연마하여 광택처리 한다. 이 단계에서, 작업자는 레진다이아몬드 등의 공구가 장착된 장비를 이용하여 콘크리트 바닥을 광택처리할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
제1단계
i) 이산화규소 고형분 함량이 32중량부이고, 입도크기는 10㎚, 산화나트륨 함량은 28중량부이며 pH10인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A 30중량부;
ii) 이산화규소 고형분 함량이 32중량부이고, 입도크기는 10㎚, 산화리튬 함량은 28중량부이며 pH 8.3인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 B 13중량부; 및
iii) 이산화규소 고형분 함량이 33중량부이고, 입도크기는 10㎚, 산화칼륨 함량은 30중량부이며 pH 9.5인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C 20중량부의 비율로 혼합 교반한 다음, 수산화칼슘과 에탄올로 이루어진 희석액(수산화칼슘:에탄올=1:4)을 첨가하여 전체 복합물의 pH를 12~13이 되도록 조절하고 호모믹스를 이용하여 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸(복합알카리졸) 100g을 제조하였다. 이때 전체 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸(복합알카리졸) 중에 포함된 금속산화물 함량이 28중량부가 되도록 하였다.
제2단계
상기 제1단계의 복합콜로이드상의 나노 금속산화물졸 80g에 대하여 순수20g, 수산화칼륨 14g 및 수산화알루미늄 0.4g을 첨가하여 충분히 교반하여 상기 복합콜로이드상의 나노금속산화물졸의 나노입자의 기능성기에 알루미늄이온과 칼륨 이온을 치환시켜 화학적 구조상 안정한 pH 12~13의 중간체 114g을 제조하였다.
제3단계
상기 제2단계의 중간체 100g에 대하여 메틸트리메톡시실란 5g과 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필-트리메톡시실란 5g을 첨가하여 80℃에서 3000rpm 으로 1시간 반응시켜 최종적으로 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 상기 나노금속산화물A를 20중량부, 나노금속산화물 B를 5중량부, 상기 나노금속산화물 C를 15중량부를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 상기 나노금속산화물A를 40중량부, 나노금속산화물 B를 5중량부, 상기 나노금속산화물 C를 15중량부를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 4
상기 나노금속산화물A를 20중량부, 나노금속산화물 B를 15중량부, 상기 나노금속산화물 C를 15중량부를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 5
상기 나노금속산화물A를 20중량부, 나노금속산화물 B를 5중량부, 상기 나노금속산화물 C를 25중량부를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 나노금속화합물 B를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 나노금속화합물 C를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
시험예 1
본 발명의 공법에 따라 형성된 실험체의 시간 경과에 따른 염화이온 침투 저항을 KSF-4930에 의해 측정하였다. 콘크리트 구조물은 염화이온에 의해 급격히 열화 되므로 염화이온에 대한 콘크리트 침투 저항성 시험은 내구성 향상 및 콘크리트 구조물의 열화방지 성능을 측정하는 척도로 활용되며, 이에 염화이온 침투에 대한 저항성이 우수 할수록 내구성이 우수하다고 할 수 있다.
KSF-4930 기준에는 염화이온 침투저항성능을 3.0㎜ 이하로 규정하고 있다.
더욱 가혹한 조건인 KSD-9502에 의한 염수분무 시험 3000시간 후에서도 도막의 열화에는 이상이 없음을 알 수 있었으며, 염화물 침투 저항에 대한 정량적 데이터를 구하기 위해 KSF-4936에 대한 통전 시험을 실시하였다.
그 결과를 표 1에 나타내었다.
시험항목 염화이온 침투 저항성
시험방법 KSF-4930 KSD-9502 KSF-4936
기준 3.0mm이하 이상 없을 것 1000coulombs 이하
시험결과 미도포 7.2mm이상 시험체 부식 3400coulombs
실시예 1 0 이상 없음 0coulombs
실시예 2 0.2mm이하 이상 없음 120coulombs
실시예 3 0.1mm이하 이상 없음 210coulombs
실시예 4 0.2mm이하 이상 없음 180coulombs
실시예 5 0.2mm이하 이상 없음 170coulombs
비교예 1 2.9mm이하 시험체 일부 부식 1250coulombs
비교예 2 2.7mm이하 시험체 일부 부식 1100coulombs
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1의 경우 염화이온에 완전한 침투저항성을 가지고 있을 뿐만 아니라 시험체의 부식이 나타나지 않아 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 나노금속 화합물의 함량을 최소화한 실시예2 및 각 나노금속 화합물중 일부만을 과량으로 사용한 실시예 3~5의 경우에는 약간의 염화이온 침투가 발생하는 것으로 나타났지만 시험기준 미만으로 나타나 사용상에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 하지만 나노금속화합물 B 또는 C를 사용하지 않은 비교예 1 및 2의 경우 염화이온이 기준치에 가깝게 침투하는 것을 확인하였으며, 이에 따라 시험체의 일부가 부식되는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 2
KSF-4930에 따라 내투수성 시험을 측정하였고, KSF-4919에 따라 흡수량을 측정하였다.
내투수성 시험체는 KSF-4930, KSF-4919에 의한 시험체와 KSF-4009에 의한 콘크리트 (28일 양생) 시험체의 강도는 40.4 N/㎟, 도장 두께는 100㎛이하로 하였다.
내투수성 시험을 하는 목적은 콘크리트 구조물을 열화시키는 인자(산성비, 염수, CO2, 공기 중 질소산화물, 황산화물 등)가 물을 매개로 하여 용해되어 침투 될 때 구조물의 내구성을 저하시키기 때문에 열화매개 인자인 물의 투수 저항성을 측정하기 위함이다.
그 결과를 표 2에 나타내었다.
시험항목 내 투수성
시험방법 KSF-4930
투수비		 KSF-4919
흡수량		 KSF-4919
내 투수성
기준 0.1이하 2.0이하 투수되지 않음
시험결과 미도포 1 8.0이하 투수됨
실시예 1 0.01이하 0.01이하 투수되지 않음
실시예 2 0.05이하 0.8이하 투수되지 않음
실시예 3 0.03이하 0.5이하 투수되지 않음
실시예 4 0.04이하 0.4이하 투수되지 않음
실시예 5 0.02이하 0.4이하 투수되지 않음
비교예 1 0.28이하 1.9이하 투수되지 않음
비교예 2 0.27이하 2.7이하 투수되지 않음
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 의산 실시예 1의 경우 열화매개 인자인 물의 침투를 차단하여 내구성을 높일 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 2~5 및 비교예 1, 2의 경우에도 KSF-4919의 내 투수성 시험방법에 따라 시험한 결과 투수가 확인되지는 않았지만, KSF-4930 및 KSF-4919의 흡수량에 따른 실험에서는 약간의 수분을 흡수하는 것으로 나타났으며, 특히 일부 나노금속 화합물을 사용하지 않은 비교예 1 및 2의 경우 흡수량 및 투수비가 기준치를 넘어 방수제로서의 역할을 수행하기 어려운 것으로 나타났다.
시험예 3
KSF-2584 콘크리트 촉진 탄산화 시험방법과 KSF 2596 콘크리트 탄산화 깊이 측정방법을 이용하여 탄산화 깊이를 측정하였다.
콘크리트 구조물은 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 시멘트 수화물인 수산화칼슘과 반응 Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3+H2O 하여 탄산칼슘이 되어 중성화되며 이로 인한 백화가 형성되어 콘크리트 구조물을 열화시킨다. 따라서 이산화탄소에 대한 투과 저항성이 있는 도막을 형성함으로써 콘크리트의 열화를 억제하며 내구성을 증진시킬 수 있다.
따라서, 본 촉진탄산화시험에서는 콘크리트가 탄산화되어 콘크리트의 pH를 떨어뜨림으로서 콘크리트 구조물속에 있는 철근의 부식을 막아주고, 철근 부식으로 인한 구조물의 균열 발생의 근원을 차단하기 위한 시험이다.
실험은 방수도막 두께 100㎛이하, 온도 20±2℃, 상대습도 50±5%, 이산화탄소농도 5±0.2%의 조건에서 실시하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다
시험항목 촉진 탄산화 실험
시험방법 KSF-2584, KSF-2596
기준 기준콘크리트의 0.8이상
시험결과 미도포 10.3mm
실시예 1 0mm
실시예 2 0.2mm
실시예 3 0.1mm
실시예 4 0.1mm
실시예 5 0.1mm
비교예 1 1.3mm
비교예 2 1.4mm
표 3에 나타난 바와 같이 미도포된 콘크리트의 경우 10.3mm의 깊이까지 탄산화가 진행된 것을 확인할 수 있는 것에 반하여 본 발명의 실시예 1의 경우 탄산화가 나타나지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 방수제에 포함된 나노금속화합물이 pH를 회복시켜 탄산화를 막는 과정이 정상적으로 수행되고 있는 것을 의미하며, 실시예 2~5의 경우에도 약간의 탄산화가 발생하였지만, 기준치에 비하여 매우 낮은 수준의 탄산화만 발생하고 있어 pH의 회복이 수행되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명에 의한 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 사용하는 경우 이산화탄소에 대한 투과저항성이 아주 우수하며, 일부 투과된 이산화탄소에 의한 탄산화가 발생하더라도 나노금속화합물에 의한 pH회복 현상이 나타나며 탄산화를 최소화 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 4
실시예 1~5 및 비교예 1, 2의 방법으로 제작된 침투성 방수제를 보통 콘크리트 시편(10cmX10cmX10cm)에 적용한 다음, 이를 48시간 건조하였다. 이때 실시예1~5와 비교예1~2에 사용한 보통콘크리트 배합 호칭강도는 180, 평균공극률(%)은 13.9% 인 것을 사용하였다. 이후 상기 시편을 4~5mm의 크기로 절단한 다음, 미국 Micromeritics사의 Auto Pore IV 9520를 이용하여 최고 압력 60,000 psi까지 공극률을 측정하였다.
공극률(%)
실시예 1 8.7
실시예 2 9.3
실시예 3 8.9
실시예 4 9.4
실시예 5 9.8
비교예 1 12.8
비교예 2 11.4
표 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예1~5의 침투성 방수재를 처리한 시편의 경우 그 공극률이 고강도 콘크리트 수준으로 감소되는 것을 확인하였다. 일반적으로 보통 콘크리트의 공극률은 10~20%, 고강도 콘크리트의 공극률은 5~8%이며, 고성능 콘크리트의 공극률은 3%이하이다. 본원 발명의 침투성 방수재를 적용한 경우 보통의 콘크리트를 사용하는 경우에도 그 공극률이 크게 감소하여 고강도 콘크리트에 근접하는 공극률을 가지는 것을 확인하였다. 다만 비교예 1 및 2의 경우 공극률 감소가 두드러지지 않았으며, 다만 보통콘크리트 수준의 공극률을 가지는 것으로 확인되었다.
실시예 6
콘크리트 바닥의 표면층을 #70번 메탈다이아몬드 공구가 장착된 연삭기를 사용하여 전체적으로 1mm 가량 연삭하였다.
다음으로, 수용성 색소 50 중량%를 에탄올 20 중량%와 물 30 중량%에 혼합하여 스프레이를 사용하여 콘크리트 바닥의 표면층에 도포하여 콘크리트 바닥면을 염색한 후 4시간 동안 콘크리트 바닥면이 잘 마르도록 건조하였다.
건조가 완료된 다음 상기 실시예 1에서 제조된 침투성 방수제를 콘크리트 바닥면에 고르게 도포하였으며, 12시간동안 건조하였다.
건조가 완료된 다음, 콘크리트 바닥의 표면층을 #400, #800, #1500, #3000번 레진다이아몬드 공구가 장착된 연삭기를 사용하여 총 네번에 걸쳐 연마하여 광택처리하였다.
실시예 7
실시예 1에서 제조된 침투성 방수제 대신 실시예 2에서 제조된 침투성 방수제를 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일하게 실시하였다.
비교예 3
기존의 방법과 같이 침투성오염방지제(Ameripolish 사, Sure Lock Stain Protect) 및 침투성 표면강화제(Ameripolish 사, Sure Lock Densifier Lithium)을 침투성 방수제를 대신하여 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일하게 실시하였다.
시험예 5
상기 실시예6~7 및 비교예 3의 방법으로 시공된 바닥면의 경도를 측정하였으며, 갈라짐이 발생한 수량을 측정하여 정상적으로 시공되었는지 확인하였다. 경도의 측정은 콘크리트 경도 측정에 사용되는 슈미트해머를 이용한 반발경도계를 이용하여 측정하였으며, 갈라짐은 각 10mX10m내의 공간내에 갈라짐이 발생한 개수를 육안으로 계수하여 측정하였다.
실시예 6 실시예7 비교예3
표면 경도 44 41 43
갈라짐 발생 수 갈라짐 없음 갈라짐 없음 갈라짐 없음
표 5에 나타난 바와 같이 본 발명의 침투성 방수제를 적용한 실시예 6 및 7의 경우 기존의 방법으로 시공된 비교예 3과 동일 수준의 시공이 가능한 것을 확인하였다. 특히 본원 발명의 실시예 6, 7의 경우 하나의 약재만을 이용하여 콘크리트 경화 및 오염물 방지를 동시에 수행할 수 있으므로 기존의 방법인 비교예 3에 비하여 시공이 빠르고 간편한 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. (a) 콘크리트 바닥의 표면층을 원하는 수준의 거칠기 또는 무늬가 나오도록 갈아내는 표면처리 단계;
    (b) 상기 표면처리 단계 이후 규산나트륨, 규산리튬 및 규산칼륨으로 구성되는 나노 복합 실리케이트 졸; 실란계 화합물; 및 실리콘 카바이드, 금속산화물을 포함하는 첨가제를 포함하는 알칼리금속 액상 나노 복합 실리케이트계 침투성 방수제를 상기 콘크리트 바닥에 침투시키는 방수 및 강화처리 단계; 및
    (c) 상기 콘크리트 바닥의 표면층을 연마하는 광택처리 단계를 포함하고,
    상기 나노 복합 실리케이트 졸은,
    i) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기가 10~20㎚이며, 산화나트륨 함량이 25~30중량부이고 pH가 9.0~10.5인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 A 20~40중량부; ii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기가 10~20㎚이며, 산화리튬 함량이 25~30중량부이고, pH가 8.5~9.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 B 10~15중량부; 및 iii) 이산화규소 고형분 함량이 30~35중량부이고, 입도크기가 10~20㎚이며, 산화칼륨 함량이 20~35중량부이고, pH가 9.0~10.0인 수성 콜로이드상의 나노금속산화물 C 15~25중량부가 혼합된 복합물이 알코올계 용매에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계이후 11~13시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후 착색제를 도포하여 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 착색제를 도포하여 경화시키는 단계 이후 표면층을 연마하는 그라인딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 복합 실리케이트 졸은 규산나트륨 40~80중량부, 규산리튬 10~30중량부 및 규산칼륨 30~50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 화합물은 올가노 알콕시실란 또는 올가노 아미노실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 올가노 알콕시실란은 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 디에틸디메톡시실란 중에서 어느 하나이며,
    상기 올가노 아미노실란은 N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필-트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, N-2-(벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란, N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노 복합 실리케이트 졸 100중량부에 대하여 산화알루미늄 5~15중량부, 탄산칼슘 5~10중량부 및 이산화티타늄 1~5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 침투성 표면강화 및 침투오염방지제를 활용한 콘크리트 폴리싱 바닥마감공법.
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