친환경 무기계 결합형 방수제(DPCON) 및 이를 이용한 방수 공법● 회사명 : 대신유지보수㈜ ● 특허 제10-0788021호● 철도시설공단 등록번호 2011-0011 ● 분야 : 토목시공 ● 등록기간 : 2014-11-27 1. DPCON의 개요(1) 신기술의 필요성현재 국내 철도용 교면 방수는 주로 도막식 방수를 사용하고 있으나, 해당 방수재는 무기계인 콘크리트의 물성과는 전혀 다른 유기질계 재료로 콘크리트와 사실상 일체화가 불가능다. 이질재의 결합체인 현재 방수 시스템은 진동 및 콘크리트 표면 접착불량 등에 의한 박리현상 등의 문제점이 빈번하게 발생되고 있다. 또한 도막재로 덮혀있는 본 구조체의 손상확인(균열 등)이 불가하여 구조체의 안전 성능 점검에 장애요인이 되고 있는 실정이다. 따라서 콘크리트 방수성, 구조안전성이 확보될 수 있는 모체결합방식 고성능 무기계 방수재의 적용이 반드시 필요한 상황이다.(2) DPCON의 개요DPCON은 세계 각국에서 다양하게 사용되고 있는 무기질계 콘크리트 구체방수제를 기초하여 국내에서 성능개선/개량하여 무공해, 무독성, 무색, 무취의 친환경적인 무기질계 모체결합 구체 방수제를 국산화한(특허 제10-0788021호) 획기적인 제품으로 콘크리트, 몰탈, 석재, 벽돌 등에 적용 가능하다. DPCON은 알칼리실리케이트 용액과 침투활성제 등으로 구성된 무기계 재료로, 표면 도포 후 재료 및 구체 내의 성분과 화학적 연쇄반응으로 모체와 침투, 결합한다. 따라서 일반 모세관 침투식 자재(침투깊이 3~6mm 내외)와 달리 제품 자체의 성분 및 강화 대상 구체내의 성분과 화학적 결합하여 공극을 반응수화물로 충진하는 방식으로 침투하므로 보호층이 깊고(최대 15~20mm 내외) 구체 치밀도 증진효과가 매우 크다.2. 공법의 특징(1) 조직치밀화에 의한 방수DPCON은 반응 초기 실리케이트의 1차 반응(탈수 중합반응)으로 규산질 차수층(Silica Gel Membrane)을 형성, 오염물의 침투를 차단하며, 이때의 실리케이트 차수막은 다시 구체내의 수산화기와 반응하여 규산질 결정구조를 형성하는 2차 반응으로 구체의 미세 공극을 충진함으로써 부실한 구체를 치밀하고 강한 조직으로 만든다.(2) 모체성능 향상DPCON은 조직 치밀화에 의한 구체 강화,방수,균열회복,알칼리회복,동결융해저항성 증대,내오염저항성 증대,내화학성 증대 기능을 발현하는 고성능,다기능 제품이다.(3) 친환경 자재DPCON은 원재료 및 생산에 있어 환경유해 물질의 배출이 없고, 인체에 무해하며, 작업 후 폐기물이 전혀 발생하지 않아 친환경적인 자재이다.3. 안정성 및 기능성(1) 안정적인 화학 결합메커니즘①시공 전 용기 내의 DPCON 상태- 알칼리실리케이트 단량체(모노머), 계면활성제, 반응촉진제 조합의 수용액 상태. 상온에서 별도의 반응 없이 매우 안정적 - 이 상태로 보관이 용이하다.② 콘크리트 표면 도포상태- 자체 단분자 간 응집에 의해 규산콜로이드를 생성.③ 수산화기 결합콘크리트 내의 수산화기와 반응한 수소결합으로 물분자가 생성 배출되고, 실리케이트 분자간 화학 결합으로 고분자화(시트로기산 결합;탈수중합반응)④ 고분자간 재결합으로Silicate Membrane 생성중합된 고분자실리케이트간의 재결합으로 Silicate Gel Membrane (차수막역할)생성. 1차 방수층 형성⑤ 모체의 수산화기와 반응하여 공극 내 규산화합물생성,충진알칼리금속이온을포함한실리케이트는내부의수산화칼슘과재결합규산칼슘(CHS계)광물을생성, 내부 공극을 충진함으로써 모체를 치밀하게하여 수분의 침투를 영구적으로 억제(2차 최종 방수구조 완성)(2)우수한 방수성① 내흡수성능 증진내알칼리시험 후, 저온, 고온 반복 저항성 시험 후 DPCON의 흡수계수는 0.07kg/m2h0.5 (KSF4930 기준 0.5이하)이다. DPCON은 기준의 약 14% 정도로 내흡수성이 높고, 유기계의 흡수계수 기준 0.1보다 낮은 흡수계수를 지녀 유기계 이상의 성능을 보유하였다.② 내투수성DPCON 도포 시험체의 투수비는 KSF 4930의 기준 0.1이하로 투수 저항 성능이 우수.(3) 모체의 성능 향상① 조직의 치밀화공극 및 균열부에 DPCON 적용 후 콘크리트의 내부조직 현미경 관찰 결과 도포전 보다 콘크리트의 균열부 표면은 밀실하고 공극의 크기가 작아 졌음을 확인할수 있다.② 내화학성 증대현장에서 채취한 시편을 황산 5%, 염화나트륨 5% 액에 각각 7일간 침지결과 DPCON이 도포되지 않은 시편보다 황산1.4%, 염화나트륨약 0.15%정도 중량 감소율이 작게 나타났다. 이는 DPCON이 유해 화학물에 대한 저항성이 우수함을 입증한다.③ 탄산화 저항성 증대현장 채취 시편 절단부에 페놀프탈레인 용액 도포 탄산화 깊이를 측정 실시한 결과 DPCON이 도포되지 않은 시편은 평균 2.76mm의 탄산화 깊이를 확인할 수 있었으며, DPCON을 도포한 시편은 0mm로 탄산화가 진행되지 않았음을 확인하였다. 즉 DPCON을 도포함으로써 콘크리트의 탄산화를 방지하여 철근부식을 방지할 수 있다.④ 강도의 증진DPCON도포 시험체는 미도포 시험체에 비하여 평균압축강도를 높은 압축강도를 나타낸다. 압축강도 측정결과 미도포 공시체에 대비하여 DPCON을 도포한 시험체의 경우 약 9 17 %의 강도향상이 있는 것으로 나타났다. 이는 DPCON의 화학적 반응에 의한 수산화 생성물로 콘크리트의 내부를 밀실하게 충진,결속하여 강도 개선 현상이 나타난 것이다.4. 기존제품과의 비교검토 기존 제품과의 비교 구분 DPCON 타무기계 침투성방수 유기계 침투식 발수제 에폭시 방수 도막방수 시트방수 방수층 내부 내부 표면/내부 표면 표면 표면 화학반응/GEL형성 반응양호 반응미흡 반응미흡 없슴 없슴 없슴 친환경성 무공해,무독성 공해,무독성 공해,독성 공해,독성 공해,독성 공해,독성 수압 대응 양/음압 대응양호 양/음압 대응미흡 양/음압 대응미흡 양/음압 대응양호 음압 대응양호 양압 대응양호 동결/유해 대응 대응양호 대응보통 대응보통 대응보통 대응미흡 대응미흡 내부균열 치유성 있슴 약간 있슴 약간 있슴 없슴 없슴 없슴 강도 증진 10 % 이상 증가 없슴 없슴 없슴 없슴 없슴 열화/탄산화 대응 대응양호 대응보통 대응보통 없슴 없슴 없슴 후속공종 접착력 증가 없슴 없슴 없슴 없슴 없슴 수명 영구 2년 내외 2년 내외 2년 내외 2년 내외 2년 내외 시공성/하자관리 간단,용이 간단,용이 간단,용이 복잡,곤란 복잡,곤란 복잡,곤란 5. 현장 적용성(1) 시공성 1액형, 단순 도포으로 시공 난이도가 매우 낮다. 시공 후 2시간 이내 통행이 가능하며, 후속공종 대기시간이 짧다. 구체가 견고해져서 마감 등 후속작업 시 부착력의 증대. 습한 환경에서도 작업이 가능하다. 작업 후 DPCON으로 인한 폐기물이 없어 현장이 깔끔하다. 유기계와 달리 휘발성 성분이 없으므로 작업 시 화재 등 안전사고의 우려가 없다.(2) 안전성 구체와 반응하여 공극을 충진하는 방식으로 침투깊이가 깊고 방수 성능이 우수하다. 모체의 강도를 증진하여, 외부 충격, 진동 등에 강하다. 강알칼리 성분에 의한 콘크리트의 탄산화를 방지한다. 콘크리트의 내화학성을 높여 취약한 외부환경에서도 모체를 우수하게 보호한다.(3) 친환경성 유기계, 유기물 혼합된 타방수제와 달리 인체유해물질의 방출이 없다. DPCON으로 인한 폐기물이 발생하지 않아 환경을 오염시키지 않는다. 제품생산,시공,구조물 사용 시 환경유해물질의 배출이 없다.(4) 유지관리 시공 후 모체의 상태를 육안으로 확인이 가능하여 유지관리가 용이. 수명이 반영구적으로 외부힘에 의한 모체에 손상이 발생하지 않는 한 특별한 보수관리가 필요없다.6. 건설공사에서의 활용(1) 진동, 충격 등이 반복되는 구조물의 방수(철도, 도로 등)① 철도, 도로 등 운행물에 의해 진동, 충격 등이 지속적으로 반복되는 구조물의 방수에 적용.② 구체에 침투하여 방수하는 방식으로 박리, 박락의 우려가 없다.③ 구체의 표면을 강화하기 때문에 외부의 충격에 강하다.④ 조직치밀화에 의한 공극 축소로 동절기 동결융해 저항성이 높다.(2) 열악한 환경에 노출되는 구조물 (교량, 항만 구조물, 건물의 외벽 등)① 해안, 다습한 환경, 기타 외기에 노출되는 구조물의 방수에 적용② 공극의 축소로 구조물 내부에 수분침투가 적으면서도 통기성이 유지되므로 수변구조물의 방수에 적용.③ DPCON은 내화학성이 우수하여 항만 등 염화물에 의한 구조체의 손상이 우려되는 구조물의 염해 저항성 증대.④ 건물의 외벽 등 외기에 노출되어 위해인자의 접촉이 많은 구조물에 적용.(3) 물과 직접 면하는 구조물(저수조, 하수암거, 수관개시설, 지하구조물 등)① 방수성이 우수하면서도 환경유해물질 용출이 없어 친환경적인 방수 가능.② 모체의 강화를 동반하여 수압에 대한 저항성이 높아지므로 물의 저장, 운송하는 시설물, 외부에서 수압이 작용하는 부위의 방수에 적용할 경우 우수한 성능을 발현.7. 현장 적용 사례 주요 시공 실적 공사명 공사개요 발주처 공사기간 예술의 전당 시설물 보수 보강공사 방수공사 및 시설물 보수공사 두산중공업(주) 2006.12. - 2007.07 우면지 방수 등 시설보완공사 방수공사 및 구체강화/균열보수 예술의전당 2007.09 - 2007.10 남부순환도로 개선공사 중 암거 보수 보강공사 방수공사 및 구체강화공사 / 균열 보수공사 서울특별시 건설안전본부 2007.10 2008.03 충훈터널 누수보수공사 방수공사 및 구체강화/균열보수 두산건설(주) 2007.11 - 2007.11 남부순환도로 개선공사 중 암거 보수 보강공사 표면보수 및 방수공사 / 균열보수 서울특별시 건설안전본부 2007.10 ~ 2008.07 은평구 관내 도로시설물 보수공사 단면보수 및 방수공사 / 균열보수 서울특별시 은평구 2008.03 ~ 2009.02 대구부산간 고속도로 10공구 중 구조물 보수공사 누수 보수 및 방수공사 / 강도보강 은산토건(주) 2008.03 - 2008.04 오복빌딩 보수/보강공사 및 방수공사 보강공사 및 방수공사 청인물산 2009.08 - 2010.09 국립중앙도서관 기계실 균열보수공사 균열 보수 및 방수공사 문화체육관광부 2010.04 - 2010.04 중부내륙 고속도로 불정1교 교면포장 보수공사 DPCON 균열보수공사 한국도로공사 2011.11. - 2011.11 [출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]