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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 외부 환경에 노출된 콘크리트의 노화 방지 및 내구성능 유지를 목적으로 하고 기존 무기계 코팅의 장점과 유기계 코팅의 장점을 살리면서 단점은 보완하여 개발된 코팅재의 성능을 파악하기 위해서 접착, 흡수 및 균열 추종성의 물리 성능과 염소이온 침투 저항성, 중성화 저항성 및 동결융해 저항성의 내구성능평가를 실시하였으며 이를 기존의 외국 제품들과 비교 평가하였다.
- 본 연구는 콘크리트 구조물을 보호하기 위해 개질된 폴리머와 무기질 세라믹을 합성시켜 개발된 코팅재에 대하여 물리성능 및 내구성능을 평가하고 이를 기존의 외국 제품들과 비교평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 010x20cm 원주형 몰드로 제조한 콘크리트 공시체를 20±I℃의 수중에서 28일간 양생한 후 시험편 표면을 그라인더 및 브러쉬를 이용하여 정리한 후 표면에 콘크리트 보호코팅재료로 코팅하여 이산화탄소의 농도를 높인 중성화 촉진시험기안에 넣어 중성화촉진 시험을 실시하였다. 촉진시험기 내의 촉진조건은 온도 23℃, 상대습도 65%, CO2농도 10%로 하였다.
- 6 배합비로 표준양생 후 콘크리트 보호 코팅재료를 도포하였다. 시험편은 다음 그림 6과 같이 인장시험기에서 5mm/min의 속도로 시험편을 인장시키고, 인장 시험 시간동안 도막에서 일어나는 변형은 Strain Guage와 Data Logger를 이용하여 변형률을 1초에 20개씩 저장하였으며 기계내의 Load Gauges 및 Computers] SAS를 이용하여 하중 변화를 측정하였다. 시험체의 측정 조건은 도장재료를 도포한 다음 표준양생 시키고 시험편을 +20℃ 상온 및 -20℃의 저온실에서 30분간 냉각시킨 후 -20℃의 저온에서 시험하였다 시험 결과에 대한 도장재료의 균열 추종성 규격은 상온시험 시 신장이 0.
- 1 V 정도로 안정적으로 공급할 수 있어야 하며, 전류의 측정은 기지의 저항체를 회로에 연결하여 전압을 측정함으로서 얻을 수 있다. 이때 콘크리트 시편에 적용되는 전압에 영향이 적도록 하기 위하여 저항기를 사용하는데 가능한 작은 저항을 사용하며, 본 시험에서는 L0Q을 사용하였다.
- 촉진 시험기에서의 촉진 시험 후 중성화깊이 측정은 족진개시부터 1주, 2주 및 4주로 하여 즉정하였고, 중성화 평가는 촉진 시험 후의 도장된 공시 체를 KS F 2423 콘크리트의 쪼갬 인장 강도 시험 방법에 의해 할렬 인장 후 할렬면에 KS M 0015(한국표준협회, 1993a) 화학분석용 지시약 조제 방법에 의거하여 1% 페놀프탈레인 용액을 분무해서 미착색 부분을 콘크리트 중성화 부분으로 측정한다. 측정 시 공시체의 20곳을 측정하여 평균값을 구하였다.
- 측정은 30분 간격으로 6시간 동안 저항 양단에 걸리는 전압을 측정하고 이를 전류로 환산한 후 다음 식을 이용하여 회로를 통과한 총 전하량을 산정한다. 시험 후 평가는 다음 식 (2)에 의해 얻어진 총 통과전하량을 표 7의 방법에 의거하여 평가하였다.
- 콘크리트 보호용 코팅재료의 균열 추종성 시험은 국내에 소개된 시험방법이 없으므로 시험은 일본 콘크리트공학협회(日 本 n ;■卜 卜 工學協會, 1993)에서 제안한 방법에 따라 120x40시0mm의 모르타르판을 제작하였으며, 이때 모르타르의 배합은 중량비로써 보통포틀랜드시멘트가 J 일 때, 모래 2, 물 0.6 배합비로 표준양생 후 콘크리트 보호 코팅재료를 도포하였다. 시험편은 다음 그림 6과 같이 인장시험기에서 5mm/min의 속도로 시험편을 인장시키고, 인장 시험 시간동안 도막에서 일어나는 변형은 Strain Guage와 Data Logger를 이용하여 변형률을 1초에 20개씩 저장하였으며 기계내의 Load Gauges 및 Computers] SAS를 이용하여 하중 변화를 측정하였다.
- 콘크리트용 코팅재료의 중성화에 대한 저항성 평가를 위해 각각의 코팅재료를 콘크리트 시편에 코팅하고 중성화 촉진시험기에서 촉진시험 후, 페놀프탈레인 1% 용액을 분무하여 중성화 깊이를 측정하였다(그림 12).
- 콘크리트의 압축강도가 약 500kgf/cm2 인 콘크리트로 60x60x60cm인 바탕콘크리트 시험체를 제작하여 양생이 완료된 후 바탕콘크리트가 건조한 상태에서 표면의 이물질을 그라인더 혹은 철 브러쉬를 이용하여 표면의 이물질을 제거한 후에 콘크리트 보호용 코팅재료를 도포하여 충분히 경화시킨 다음 1, 2, 4주 간격으로 그림 4와 같이 4x4cm 크기의 Attachment를 각각의 측정 부위에 접착하여 인발 접착강도를 측정하였다. 본 시험 방법은 KS F 4715(엷은 마무리용 벽 바름재)(한국표준협회, 2001), JIS A 6909(박층마감도재), JIS A 6910(복층 마감 도 재)의 접착력 시험방법에 준하여 측정하였다.
대상 데이터
- 70x70x20mm의 모르타르 판에 시료를 2mm 두께로 바르고 온도 20±2℃, 습도 65±10%의 양생실에서 14일 동안 양생한 뒤 4측면을 에폭시수지 도료로 도포한 것을 시험체로 하였다.
- ASTM C 1202(Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration) 의 시험방법에 준하여 $10x20cm 원주형 몰드로 제조한 공시체를 20±l℃의 수중에서 28일 양생한 후에 콘크리트 절단기로 절단한 시편에 콘크리트 보호용 코팅재료를 도포한 후 그림 7과 같이 확산셀을 구성하였다 시험을 실시하는 동안 전해질 용액이 새지 않도록 고무로 된 sealant를 사용하였다.
- 동결융해 시험을 실시하기 위해 7.5x10x40cm 크기의 각주형 공시체를 제작하였으며, 제작된 공시체에 각각의 재료를 코팅하였다. 동결융해 내구성을 알아보기 위해 전자동 동결융해 시험기를 사용하였으며, KS F 2456(한국표준협회, 1993b)에 의해 공기중 급속동결 수중 급속융해의 방법으로 동결융해 시험을 실시하였다.
- 본 연구에 사용된 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 콘크리트 배합비는 표 5와 같고 골재는 강사를 사용하였으며 굵은골재는 쇄석을 사용하였다. 잔골재 및 굵은골재의 물리적 성질은 표 6과 같다.
- 본 연구에 사용된 콘크리트 보호용 코팅재인 폴리머-세라믹 코팅재와 국내에서 현재 사용되고 있는 것으로서 일부는 외국으로부터 수입된 것이며, 주성분 및 물리적 성질은 다음 표 3과 같다. 또한 용출 안전성 평가를 위해 사용된 국내 3사의 에폭시에 대한 물리적 성질은 다음 표 4와 같다.
- 영역으로 나타났다.。제품의 경우는 l, 830Coulomb 으로 염소이온 투과성이 낮은 영역에 해당되었다. 통과 전하량 측정 결과는 그림 11에 나타내었다.
데이터처리
- 측정한다. 측정 시 공시체의 20곳을 측정하여 평균값을 구하였다.
이론/모형
- KS F 4919(한국표준협회, 1998) 시멘트혼입 폴리머계 방수재 기준에 의해서 시료를 바른 시험체의 무게를 측정한 후 그림 5와 같이 시료를 바른 면을 밑으로 하여 수평을 유지하고 20±2笆로 조정한 물 속에 24시간 동안 약 15mm 깊이까지 침전시켰다. 흡수량은 시험 후 시험체의 질량과 초기 시험 전 시험체의 질량과의 차로부터 구하였다.
- 5x10x40cm 크기의 각주형 공시체를 제작하였으며, 제작된 공시체에 각각의 재료를 코팅하였다. 동결융해 내구성을 알아보기 위해 전자동 동결융해 시험기를 사용하였으며, KS F 2456(한국표준협회, 1993b)에 의해 공기중 급속동결 수중 급속융해의 방법으로 동결융해 시험을 실시하였다.
- 접착하여 인발 접착강도를 측정하였다. 본 시험 방법은 KS F 4715(엷은 마무리용 벽 바름재)(한국표준협회, 2001), JIS A 6909(박층마감도재), JIS A 6910(복층 마감 도 재)의 접착력 시험방법에 준하여 측정하였다.
성능/효과
- (2) 개발된 폴리머-세라믹 코팅재의 내구성능 평가 결과 염소이온 침투저항성은 염소이온 투과성이 매우 낮은 영역에 해당되었다. 또한, 중성화 촉진 시험 결과 및 동결융해에 대한 저항성이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- (3) 따라서 개발된 코팅재 폴리머-세라믹 코팅재는 유기계 코팅재에 비해 콘크리트를 보호하는 성능이 뒤떨어지지 않기 때문에 무기계 코팅의 장점과 유기계 코팅의 장점을 동시에 지닌 콘크리트 보호용 코팅재라고 판단된다.
- 7mm의 중성화 깊이를 보였으나, 콘크리트 보호용 코팅재료인 폴리머-세라믹 코팅재, A제품, B제품 및 C 제품으로 코팅한 시험체는 거의 중성화가 진행되지 않아 일본도로공단의 규격에 적합한 것으로 나타났으며, 이산화탄소의 침투 억제성이 우수함을 알 수 있었다. D 제품의 경우 중성화 촉진 재령 7일에 6.2mm, 재령 28일에 16.5mm로 코팅하지 않은 경우의 약 90%정도로 중성화 억제 성능은 거의 없는 것으로 나타났다.
- 4mm 이상 만족하는 것으로 나타났다. 개발된 폴리머-세라믹 코팅재의 경우는 일본 도로공단에서 제시하는 규격치 이상의 값인 0.63mm로 나타나 코팅재료로서 적합한 것으로 나타났다. 반면。제품은 0.
- 공시체에 각각의 코팅재료를 코팅한 후 동결융해 저항성을 알아보기 위해 실시한 동결융해시험 결과 모두 동결융해 300사이클에 도달하여 시험을 종료하였다. 각각의 제품으로 코팅된 공시체의 내구성 지수는 폴리머-세라믹 코팅재 및 B제품이 99.
- 따라서 개질된 합성고분자 액상과 특수 배합된 시멘트계 무기질 분말로 합성된 폴리머-세라믹 코팅재는 외부로부터의 탄산가스, 물 및 염분 등이 콘크리트 내부로 침투되는 것을 억제하여 콘크리트 구조물의 중성화, 염해 및 동해 등으로 인해 철근이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 반면, 폴리머-세라믹 코팅재는 그림 3과 같은 미세공극에 의해 콘크리트 내부의 수증기가 자유롭게 외부로 통과할 수 있다.
- 7g 정도로써 방수 효과가 우수하게 나타나 지하구조물 등 수밀성을 요하는 구조물에 적합할 것으로 판단된다. 또한 저온 및 상온에서의 균열 추종성 시험 결과 일본도로 공단에서 제시하는 기준치를 만족하는 것으로 나타났다.
- 영역에 해당되었다. 또한, 중성화 촉진 시험 결과 및 동결융해에 대한 저항성이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 28일 29.7 k欧n?의 높은 접착력을 나타내어 일본도로 공단 lOkgf/cm2 이상을 만족하였으며, 흡수량 측정결과는 흡수량이 0.7g 정도로써 방수 효과가 우수하게 나타나 지하구조물 등 수밀성을 요하는 구조물에 적합할 것으로 판단된다. 또한 저온 및 상온에서의 균열 추종성 시험 결과 일본도로 공단에서 제시하는 기준치를 만족하는 것으로 나타났다.
- 63mm로 나타나 코팅재료로서 적합한 것으로 나타났다. 반면。제품은 0.17mm의 매우 작은 신장량을 보였으며, 바탕 모르타르의 파괴가 발생한 후 바로 취성 파괴되어 균열추종성이 거의 없는 것으로 나타났다.
- 및。제품의 신장량 측정결과는 각각 0.23mm, 1.32mm, 0.18mm, 0.18mm 및 0.05mm로 나타났으며, 이중 폴리머-세라믹 코팅재와 A제품의 경우 일본 도로공단에서 제시하는 저온에서의 신장량 0.2mm 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
- 코팅을 하지 않은 콘크리트 시편은 재령 7일에서 12.7mm의 중성화 깊이를 보였으나, 콘크리트 보호용 코팅재료인 폴리머-세라믹 코팅재, A제품, B제품 및 C 제품으로 코팅한 시험체는 거의 중성화가 진행되지 않아 일본도로공단의 규격에 적합한 것으로 나타났으며, 이산화탄소의 침투 억제성이 우수함을 알 수 있었다. D 제품의 경우 중성화 촉진 재령 7일에 6.
- 콘크리트 보호용 코팅재료의 염소이온 침투 저항성 평가를 위해 확산셀을 구성하여 60V의 직류 전원을 6시간 동안 통전시켜 30분마다 측정한 전류를 시간에 대하여 적분하여 통과전하량을 측정한 결과 코팅하지 않은 콘크리트의 통과전하량이 2, 179Coulomb로 표 8의 평가 기준에 근거하여 보통 영역인 것으로 평가되었으며 폴리머-세라믹 코팅재, A제품, B제품 및 C제품의 통과 전하량은 l, 000Coulomb 이하로 염소이온 침투가 매우 낮은 영역으로 나타났다.。제품의 경우는 l, 830Coulomb 으로 염소이온 투과성이 낮은 영역에 해당되었다.
- 콘크리트 보호용 코팅재료인 폴리머-세라믹 코팅재 (WGS-Eco), A제품, B제품, C제품 및 D제품의 재령 28 일 접착강도는 29.7kgf7cm2, 28.7kgf7cm2, 28.8k戏cm% 26.9kgf7cm2 및 ZIEkgf/cm2로 나타나 일본도로 공단의 코팅재료 규격에서 요구하는 접착강도 lOkgecm2 이상을 만족하였으며, 폴리머-세라믹 코팅재의 접착 강도는 시험에 사용된 코팅재료 중 접착력이 가장 크게 나타났다. 다음 그림 8은 접착강도 시험결과를 나타낸 것이다.
- 콘크리트용 코팅재의 균열 추종성을 측정한 결과(그림 10) 상온에서의 A제품, B제품, C제품의 측정 결과는 현저한 차이를 나타내지 않았으며 일본도로 공단(산업자원부, 2002)의 상온에서의 균열 추종성 시험 규격인 0.4mm 이상 만족하는 것으로 나타났다. 개발된 폴리머-세라믹 코팅재의 경우는 일본 도로공단에서 제시하는 규격치 이상의 값인 0.
- 콘크리트용 코팅재의 방수성능을 알아보기 위해 흡수 시험을 실시한 결과는 다음 그림 9와 같으며, 폴리머 ■■세라믹 코팅재의 경우 흡수량이 0.7g으로써 가장 낮게 나타나 폴리머-세라믹 코팅재는 수로 구조물이나 정수장, 물탱크 및 지하구조물 등 수밀을 요하는 구조물에 적합한 것으로 판단된다.
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