최근 건설 기술의 발달과 건설 환경 변화로 인하여 콘크리트 구조물이 대형화, 고층화되고 있으며 그에 따른 구조물 유지관리와 성능향상을 위한 보수 보강 및 주변환경과의 조화 등 외관을 중시하는 경향이 늘어가고 있다. 본 연구는 토목, 건축분야에서 사용되고 있는 콘크리트 구조물에 적용 가능한 친환경 내구성 도장에 관한 것으로, 기존 유 무기질계 도장재의 온도변화에 따른 신축성, 외벽과의 접착성, 균열과 박리로 인한 내구성 문제를 보완하고 외적 미관 향상에 목적이 있다. 그 방법으로 전처리 혼합물에 고농축 방수액과 접착증강재를 균일하게 혼합한 친환경 전처리 페인트를 조성하여 콘크리트 중성화방지, 내마모성, 은폐력, 접착력, 온도저항성, 내화학성등의 내구성 시험을 하였다. 그 결과, 친환경 전처리 페인트의 도장에 따른 은폐율은 시험기준인 0.96 이상으로 나타났으며, 내마모성시험에서도 일반 수성페인트값 75mg 보다 우수한 1mg의 값을 얻었으며, 인장강도는 방수시방서 기준보다 6.5배 크게 나타났다.
최근 건설 기술의 발달과 건설 환경 변화로 인하여 콘크리트 구조물이 대형화, 고층화되고 있으며 그에 따른 구조물 유지관리와 성능향상을 위한 보수 보강 및 주변환경과의 조화 등 외관을 중시하는 경향이 늘어가고 있다. 본 연구는 토목, 건축분야에서 사용되고 있는 콘크리트 구조물에 적용 가능한 친환경 내구성 도장에 관한 것으로, 기존 유 무기질계 도장재의 온도변화에 따른 신축성, 외벽과의 접착성, 균열과 박리로 인한 내구성 문제를 보완하고 외적 미관 향상에 목적이 있다. 그 방법으로 전처리 혼합물에 고농축 방수액과 접착증강재를 균일하게 혼합한 친환경 전처리 페인트를 조성하여 콘크리트 중성화방지, 내마모성, 은폐력, 접착력, 온도저항성, 내화학성등의 내구성 시험을 하였다. 그 결과, 친환경 전처리 페인트의 도장에 따른 은폐율은 시험기준인 0.96 이상으로 나타났으며, 내마모성시험에서도 일반 수성페인트값 75mg 보다 우수한 1mg의 값을 얻었으며, 인장강도는 방수시방서 기준보다 6.5배 크게 나타났다.
A concrete structure has become bigger and higher because of development of construction technology and a change in construction environment. Also it tends to focus on repairing, reinforcement and exterior in harmony with environment for structure maintenance and performance improvement. The researc...
A concrete structure has become bigger and higher because of development of construction technology and a change in construction environment. Also it tends to focus on repairing, reinforcement and exterior in harmony with environment for structure maintenance and performance improvement. The research is about eco friendly durable painting applicable to concrete structure using civil and architecture. it purpose to improve external beauties and durable problems due to flexibility by variation of temperature, adhesion of exterior wall, crack and delamination in existing organic and mineral painting. For those problems, we made a eco friendly pre-paint that is made with preliminary treatment mixture as a highly enriched waterproof agent and adhesive increasing agent in preprocessing mixture. Then we performed an experiment on durability of prevention neutralization of concrete, durability abrasion, hiding power, adhesion, temperature resistance and resistance to chemical attack. The result of an experiment shows that hiding power is over 0.96 in standard test, durability abrasion test got higher value 1mg than water paint 75mg and tensile strength is 6 times higher than standard waterproof specification.
A concrete structure has become bigger and higher because of development of construction technology and a change in construction environment. Also it tends to focus on repairing, reinforcement and exterior in harmony with environment for structure maintenance and performance improvement. The research is about eco friendly durable painting applicable to concrete structure using civil and architecture. it purpose to improve external beauties and durable problems due to flexibility by variation of temperature, adhesion of exterior wall, crack and delamination in existing organic and mineral painting. For those problems, we made a eco friendly pre-paint that is made with preliminary treatment mixture as a highly enriched waterproof agent and adhesive increasing agent in preprocessing mixture. Then we performed an experiment on durability of prevention neutralization of concrete, durability abrasion, hiding power, adhesion, temperature resistance and resistance to chemical attack. The result of an experiment shows that hiding power is over 0.96 in standard test, durability abrasion test got higher value 1mg than water paint 75mg and tensile strength is 6 times higher than standard waterproof specification.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 콘크리트 도장의 내구성 향상을 위해 친환경 전처리 페인트의 재료적, 역학적 특성에 대해 규명하고자 하였으며, 또한 친환경 전처리 페인트를 콘크리트 구조물에 대한 적용하기 하기 위한 기초연구를 통해 콘크리트 구조물 도장 작업시 구도포막과 신도포막의 접착성을 향상시키고 안정적인 도막을 형성하여 콘크리트 보호기능을 향상시킴으로써 기존 콘크리트 도장의 문제점을 해결하고자 하였다.
본 연구에서는 기존 도장과 도장재료에서 발생하는 문제점을 보완하고자 우수한 성능의 친환경 건설구조용 페인트를 제조하였으며, 이의 기초물성에 대한 결과는 다음과 같다.
콘크리트 중성화 진행의 가장 큰 요인인 수분 및 CO2의 침투를 방지함으로 하여 콘크리트를 보호하는 1차적인 표면으로서의 역할을 검증하기 위한 실험이다.
한편, KS M 6010 합성수지 에멀션 페인트의 규격과 같게 제조한 전처리 페인트를 사용하여, 전처리 페인트 면에 기존 수성페인트가 시공될 시 발생할 수 있는 층간 박리문제, 안정적인 접착력 및 시공의 용이성을 확보하고자 하였다.
제안 방법
시공단계에서는 재도장 공사시 바탕 만들기를 한 후 전처리페인트를 두께 40μm으로 1회 도색하고, 마감페인트를 1 회 도색하는 전처리 페인트 재도장 공법을 이용하여 실험하였다. 또한 콘크리트에 전처리 페인트와 일반 수성 페인트를 도장한 후 두 페인트의 품질을 비교하고 문제점을 보완하기 위해 접촉면에서의 수분 및 이산화탄소 침투 방지, 신축성, 내마모성, 내충격성, 인장강도, 신장율, 인열강도, 온도 저항성, 은폐력, 접착력 및 내화학성 등의 비교 실험을 하였다.
또한, 내충격성 시험은 Fig. 3과 같으며, 약 200×100×4mm 의 연강판에 시료를 1회 도장하여 7일동안 방치한 시험편을 듀폰식 내충격 시험기로 시험하였다.
1ml가 되도록 조정한 다음 온도 20±1℃의 증류수를 넣은 뷰렛 끝을 수직 방향으로 물방울이 시험편의 위에서 흘러내릴 수 있는 길이가 30cm가 되도록 조절한 다음 뷰렛에서 증류수를 한 방울 떨어뜨리고 물이 흘러내린 흔적을 관찰하여 발수도를 결정한다. 본 연구에선 가로, 세로 각각의 방향에 대해 5회씩 측정하였다. 시험 결과, Table 2와 같이 전처리페인트는 R2로 물이 흐른 자국이 연속적이고 물방울 보다 약간 좁은 너비를 나타냈으며, 방수기능이 주요한 품질관리 요소가 아닌 일반 수성페인트는 R0로 물이 흐른 자국이 연속적이고 일정한 나비를 나타났다.
시험 도막을 (23±2)℃의 온도 및 (50±5)%의 상대 습도하에서 16시간을 유지하고 각각에 대한 시험도막들의 반사율을 백면과 흑면 위에서 4군데에서 측정하여 7일째 평균반사율을 측정하였다.
이 연구에서는 전처리 페인트를 활용하여 바탕면을 균일 하게 하고, 수분흡수 방지 및 인장력이 높은 도막면을 형성 하도록 하였다. 또한 구도막면의 수지보완을 할 뿐만 아니라 접착력이 우수하여 마감 페인트를 도장 하였을 때 들뜸이나 부풀음을 예방할 수 있게 하였다.
이러한 철근표면 또는 금속의 녹 방지를 위해 주석판 (150mm ×70mm×1mm)에 전처리 페인트와 수성 페인트를 도장하고 건조하여 도막의 두께가 (0.100~0.120)mm가 되게 2회 도장 하여 24h 방치한 후, 시험판의 주변을 위 두 시료로 도막에 직접 5mm 이상 겹치도록 도장하여 6일 동안 방치하고 염수 분무시간은 168h로 한다.
전처리 페인트와 수성페인트를 도장한 경사진 표면에 떨어뜨린 물방울의 상태로 표시된 표면의 발수성을 나타낸 것으로 전처리 페인트와 수성페인트를 도장한 시험편 부착면은 경사가 45°이고, 세로 35cm, 가로 20cm로 시험편을 평평하게 고정할 수 있고 뷰렛은 한 방울이 0.1ml가 되도록 조정한 다음 온도 20±1℃의 증류수를 넣은 뷰렛 끝을 수직 방향으로 물방울이 시험편의 위에서 흘러내릴 수 있는 길이가 30cm가 되도록 조절한 다음 뷰렛에서 증류수를 한 방울 떨어뜨리고 물이 흘러내린 흔적을 관찰하여 발수도를 결정한다.
2)%로 하였다. 제작된 공시체에 염화물 침투를 방지하는 전처리 페인트와 수성페인트를 도장한 후 탄산화 깊이 측정을 위해 페놀프탈레인 용액 0.1N에 의해 변색되는 깊이를 측정하였다.
즉 1차적으로 콘크리트 표면을 고르게 정리 한 후 전처리 페인트를 도장하고 마감페인트와 함께 도막을 형성하여 콘크리트 면을 보호하기 위한 수분 및 여러 유해환경인자의 침투 방지, 접착력 확보로 인한 도막면의 들뜸 방지, 수축력 인장강도 증대로 안정적인 도막 품질확보 등을 이룰 수 있게 하였다.
추의 낙하 높이를 300mm, 추의 무게는 약 500g, 충격용 원형펀치의 반지름 및 충격흡수용 고정대의 6.35±0.03mm의 반지름으로 시험하여 도면에 지나친 손상을 주지 않도록 주의하면서 시험편을 꺼내어 1 시간 방치한 후 도면의 손상을 조사하였다.
탄산화 촉진 조건은 상대습도 (60±5)%, 이산화탄소 (5±0.2)%로 하였다.
대상 데이터
고농축액체 방수재는 특수고급유기질의 혼합물과 고유동화 혼합체, 탄수화유도체 (Carbonhydrate)등을 주성분으로 하는 것을 사용하고, 콘크리트 접착 증강재는 특수공중합폴 리머 (Capolymer) 수지를 주성분으로 하는 것을 사용하였다.
콘크리트 촉진 탄산화 시험을 위해 100mm×200mm의 실린더 공시체를 사용하였으며, 재령 4주까지 온도 (20±2)℃의 습윤양생을 하였고.
성능/효과
(1) 수성 전처리페인트를 이용한 재도장 공법은 구도포막과 물성이 같으므로 부분들뜸이나 박리현상을 원천적으로 방지함으로 보수도장에 대한 부담이 없어 시공후 관리가 용이하며, 물 (희석제)로 희석하여 사용하지 않고, 포장상태에서 바로 시공함으로 공장에서의 품질 상태를 계속 유지 할 수 있다고 판단된다.
(2) 촉진 탄산화 시험 30일 결과전처리페인트의 탄산화 깊이가 0.5mm로 수성페인트 탄산화깊이 11mm보다 약 20배 정도 적게나와 전처리페인트가 탄산화를 촉진시키는 환경조건의 온습도와 대기중 이산화탄소 흡수에 있어서 일반 수성페인트보다 유리한 것으로 판단된다.
(3) 전처리 페인트의 인장강도는 64.6N/cm2로 방수시방서 기준 인장강도보다 약 6.5배정도 크게 나왔으며, 수성 페인트보다 5배 큰 인장강도를 가진다. 인열강도 또한 전처리 페인트가 45.
(4) 전처리페인트 신장율은 1276%로 일반 기준 10%보다 상당히 큰 값을 나타내어 전처리페인트가 수축성이 좋음을 알 수 있다. 이는 콘크리트가 끊임없이 수축과 팽창을 거듭하면서 도막은 응력을 받게되고 그 결과, 콘크리트의 수축, 팽창으로 생긴 균열사이로 물이나 습기가 침투하게 되며 그로 인해 2차 오염의 원인이 되는데, 전처리 페인트는 이러한 응력에 강한 대응력을 가지는 것으로 판단된다.
내마모성 시험은 Fig. 2와 같이 ASTM D 4060에 따라 전처리 페인트로 도장한 콘크리트면에 CS-17의 마모휠에 500g 무게를 적용하고 500 사이클 동안 마모시켰을 때 처음 무게에서 무게 손실을 측정한 결과, 기준 50mg 이하인 1mg으로 나타났다.
이 연구에서는 전처리 페인트를 활용하여 바탕면을 균일 하게 하고, 수분흡수 방지 및 인장력이 높은 도막면을 형성 하도록 하였다. 또한 구도막면의 수지보완을 할 뿐만 아니라 접착력이 우수하여 마감 페인트를 도장 하였을 때 들뜸이나 부풀음을 예방할 수 있게 하였다.
본 연구에서 페인트의 접착성을 향상시키고 표면방수기능을 가지며, 도포시 도포막의 두께가 적정범위인 30~50μm 범위내에 있어 페인트 도포전의 전처리 페인트로서 적합한 것으로 판단된다.
본 연구에선 가로, 세로 각각의 방향에 대해 5회씩 측정하였다. 시험 결과, Table 2와 같이 전처리페인트는 R2로 물이 흐른 자국이 연속적이고 물방울 보다 약간 좁은 너비를 나타냈으며, 방수기능이 주요한 품질관리 요소가 아닌 일반 수성페인트는 R0로 물이 흐른 자국이 연속적이고 일정한 나비를 나타났다.
시험 결과, Table 5와 같이 전처리 페인트의 실험결과 값이 0.98로 수성페인트0.99에 약간 떨어지나, KS M 6010 규정시험 기준인 0.96 이상으로 나타났다.
실험결과, Table 3과 같이 방수재료가 감당할 수 있는 최대의 응력인 인장강도는 기준 10N/cm2로써 전처리 페인트가 64.6N/cm2, 수성페인트 11.5N/cm2으로 나타났다. 이는 방수 시방서 기준 인장강도보다 약 6.
주재료인 도색용 전처리 페인트 조성물은 기존 일반수성 페인트와 달리 지당 8~18중량％, 탈크 9~19중량％, 카오린 1~11중량％, 에틸렌글리콜 1~11중량％, 텍사놀 1~5중량％, 아크릴에멀젼 5~15중량％, 탄산칼슘 6~16중량％, 물 29~41중량％를 균일하게 혼합한 전처리혼합물 82~90중량％에 고농축액체방수액 5~9중량％, 콘크리트 접착 증강재 5~9중량％를 균일하게 혼합하여 이루어진다.
전처리 페인트의 인장하중과 변형의 관계는 처음에는 변형이 증가함에 따라 하중이 선형적으로 증가하다가 항복점을 지나서 소성변형이 일어나기 시작하였으며 그 증가율이 완만해져서, 최대점을 지나면서 인장에 의한 단면적의 감소로 인장하중이 다시 감소하다가 파괴되었다. 찢어짐에 대한 저항을 나타내는 인열강도 또한 전처리 페인트가 45.6N/cm로 일반 수성페인트보다 3배 이상 크게 나타났다.
촉진 탄산화 시험 30일 결과는 Table 1과 같이 전처리페인 트의 탄산화깊이가 0.5mm로 수성페인트 탄산화깊이 11mm 보다 약 20배 정도 적게나와 전처리페인트가 탄산화를 촉진시키는 환경조건의 온습도와 대기중 이산화탄소 흡수에 있어서 일반 수성페인트보다 유리한 것으로 판단된다.
특히 인장강도 시험기로 시편에 하중을 걸어 절단했을 때 시편이 늘어나는 정도를 나타내는 전처리페인트 신장율은 1276%로 일반 기준 10%보다 상당히 큰 값을 나타내어 전처리페인트가 수축성이 좋음을 알 수 있다. 이는 콘크리트가 끊임없이 수축과 팽창을 거듭하면서 도막은 응력을 받게되고 그 결과, 콘크리트의 수축, 팽창으로 생긴 균열사이로 물이나 습기가 침투하게 되며 그로 인해 2차 오염의 원인이 되는데, 전처리 페인트는 이러한 응력에 강한 대응력을 가지는 것으로 판단된다.
현재 토목, 건축 분야에서 널리 사용되고 있는 콘크리트의 경우, 철재 부위나 기타 재료들과는 달리 페인트 도장이 구조물에 큰 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있으나, 구조물 안전 진단이나 점검시 콘크리트 도장의 변색, 박리 등으로 구조물의 방식, 방습 뿐만 아니라 미적 외관 손상에도 심각히 영향을 주는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무기질계 도장재의 단점은 무엇인가?
이러한 문제를 해결하기 위해 기존에는 유기질 도장재의 주성분으로 사용되고 있는 도료용 합성수지를 대체하거나 수경성 시멘트의 무기재료를 주성분으로 하여 무기질계 도장재를 사용하는 것을 고려하였으나 무기질계 도장재는 콘크 리트 구조물과 같은 외벽에 접착성이 떨어지고, 소재의 취약 화로 소재의 파괴가 발생하기 쉬워 방청효과가 불충분한 문제점이 있었으며 (Kim and Yoo, 2008; Korea Agency for Technology and Standards, 2009), 대기오염의 정화성능에 서도 문제점이 지적되고 있다 (Lee et al., 2012).
바탕조정 공정은 어떤 작업인가?
바탕조정 공정은 콘크리트 표면의 오염물질이나 크렉등 파손부위, 그리고 구도막의 들뜸 등을 제거 및 보수 작업 등이 이루어진다. 이때 노후화된 구도막을 제거와 시멘트가루 모래 흙 유분 등이 없도록 깨끗이 한 후 표면처리 공정은 퍼티를 이용하여 바탕면이 고르지 않은 부분을 메꿈작업이 이루어지는데, 면이 불량한 부위를 퍼티로 점점이 찍어 바르거나 수직, 수평으로 석고보드 등의 조인트 부위만 퍼티하는 부분퍼티를 실시하며, 퍼티의 종류로는, 수용성퍼티 고무퍼티, 우레탄 퍼티, 폴리에스터 퍼티, 에폭시 퍼티 등이 있다.
콘크리트는 기온의 변화에 따라 지속적으로 수축과 팽창을 반복하는데 이는 도막면에 어떤 결과를 가져오는가?
콘크리트는 기온의 변화에 따라 지속적으로 수축과 팽창을 반복한다. 이러한 과정이 도막면에는 상당한 스트레스로 작용하여 시간이 경과되면 도막이 갈라지고, 균열이 발생하게 된다. 이때 갈라진 틈으로 수분이 침투하게 되어 도막이 부풀어 오르는 등 2차적인 도막파손이 발생한다. 그리고 황사나 매연가스 빗물등의 외부 환경에 직접적으로 노출됨으로 하여 이로 인해 도막의 파손도 지속적으로 이루어진다.
참고문헌 (15)
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