마이크로퍼티와 하이브리드 코팅제를 자동분사장치로 시공하는 콘크리트 표면보호공법● 회사명 : (주)이노넥스트 ● 건설신기술 제 550호● 철도시설공단 등록번호 2011-0007 ● 분야 : 토목시공 ● 등록기간 : 2013-03-13 1. 공법 개요본 기술은 외부유해인자 차단을 통한 내구성능 향상을 위해 자동분사장치로 무기계 마이크로퍼티(HBP : High Butadiene Powder 및 중공형 미세세라믹볼이 포한된 분말형 퍼티제)를 분사하여 콘크리트 표면을 처리한 후 하이브리드 코팅제(산화규소, 산화철 나노분말과 토르마린 미분말을 기능성 소제로 첨가하고 실리콘수지와 세라믹수지를 수열합성하여 내알칼리성 아크릴수지를 복합화한 수용성 코팅제)로 처리하여 콘크리트구조물 표면을 보호하는 공법이다.2. 공법의 특징기존의 표면보호공법에서 문제점으로 대두되었던 내용을 마이크로퍼티와 하이브리드 코팅제를 이용하여 보완하였으며, 최적안을 선정하여 개발된 기술이다. 표 1. 기존 표면 보호공법의 문제점 및 최적안의 선정 구분 기존 표면 보호공법의 문제점 최적 대안 재료 - 콘크리트와 다른 이질적 재료의 사용으로 장기 부착력저하 (퍼티, 유기계 도장재) - 무기계 도장재를 사용한 표면보호시 공극부 충진 필요 (퍼티의 사용이 필수) - 통기성 미확보로 인한 코팅면의 부풀음 및 탈락 발생 - 콘크리트와 동일계열의 재료의 사용 (퍼티, 도장재) - 안정적인 장기내구성확보에 필요한 표 면보호공법 적용을 위한 표면처리의 개념 정립 (마이크로퍼티의 시공) - 통기성을 확보할 수 있는 재료의 개발 시공 - 퍼티의 수작업으로 인한 공사기간 지연 및 시공비 증대 - 수작업으로 인해 작업자별로 균질적이지 못한 시공품질 - 밀폐된 환경에서 작업자의 질식문제 등의 안전성 부족 (휘발성유기용제의 사용) - 도장재의 종류에 따른 시공성능 상이 - 자동화장비의 적용이 가능한 재료의 개발 (기계타설이 가능한 퍼티제의 개발) - 작업자의 안전을 확보할 수 있는 재료의 개발 (휘발성 유기용제를 사용하지 않는 코팅제의 개발) - 시공성이 우수한 도장재의 개발 본 기술은 기존 공법의 문제점을 보완하기 위해 적합한 재료의 개발과 안정적인 내구성을 가질 수 있는 공법의 개발을 최우선 개선과제로 선정 하였다.표 1.은 기존에 주로 사용되고 있는 휘발성유기용제(VOC)를 사용한 표면보호공법과 이를 개선하기 위해 무기계 도장재를 적용한 표면보호공법의 문제점 보완을 위한 최적 대안을 선정하였다.① 장기 내구성 확보를 위한 대안기존 표면보호공법에서 문제되었던 장기내구성능의 확보를 위해 본 기술에서는 마이크로퍼티를 개발하여 단점을 보완하고 장기적으로 안정적인 내구성을 유지할 수 있도록 하였다.② 통기성을 확보할 수 있는 재료의 개발콘크리트 내부에는 콘크리트의 수화에 사용되고 남은 잉여수 및 외부로부터 침투된 수분 등이 존재한다. 콘크리트내부에 존재하는 수분은 동결융해반복으로 인해 콘크리트의 성능을 저하시키는 원인이 되기도 하며 일부는 대기에 접하는 방향으로 증발되게 된다.콘크리트 표면에 통기성이 확보되지 않을 경우 내부 수분이 빠져나가지 못하게 되어 내구성능이 저하되고 도막의 부풀음이 발생하는 문제가 생기게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 표면에 시공되는 재료의 통기성확보가 내구성증진을 위한 중요한 요소가 될 것이다. 기존 표면보호공법에서 주로 사용되던 도장재는 대부분 밀폐도막을 형성하는 유기계도장재이다. 밀폐 도막은 외부유해인자를 차단하는 탁월한 효과를 나타내지만 내부에서 발생되는 수분의 방출이 어려워 콘크리트의 내구성저하의 원인이 되고 도막의 탈락 및 부풀음 현상이 나타나는 문제가 발생되고 있다. 이와 같은 문제점을 개선하기위해 신청기술에서는 통기성을 확보할 수 있는 마이크로퍼티를 사용하였으며 미세 공극을 형성하여 통기성을 갖는 하이브리드코팅제를 개발하였다.③ 표면처리 개념의 정립콘크리트 구조물의 표면에는 공극과 미세균열이 필연적으로 발생한다. 이러한 특징을 가지는 콘크리트 구조물의 표면을 보호하기 위해서는 콘크리트의 표면을 처리하고 코팅막을 형성하는 것이 필연적임에도 불구하고 기존의 공법의 경우 콘크리트의 표면을 처리하지 않아 공극을 통해 외부의 유해인자가 침투되거나 공극내부의 팽창압에 의한 도막의 탈락 등으로 표면보호공법의 역할을 수행하는데 문제가 있었다. ④ 안정적인 도장재의 개발㉮ 휘발성 유기용제를 사용하지 않은 도장재의 개발- 본 기술의 경우 유기계 도장재의 접착력 및 내구성 등의 품질은 유지하고 단점은 극복한 무독, 무취하고 휘발성 유기용제를 사용하지 않는 안전한 하이브리드 코팅제를 제조하여 사용하였다.㉯ 향상된 저장안전성- 기존 공법의 경우 주제와 경화제를 혼합하여 사용하는 이액형의 재료가 주를 이루었으나 하이브리드 수지는 일액형을 사용하여 시공의 편리성을 증대시켰으며 재료분리 등의 문제점을 개선하기 위해 표면을 실리카로 코팅하여 안료의 분산성을 향상시킨 무기안료를 사용하였다. 이로 인해 재료의 저장안정성을 획기적으로 개선하였다.⑤ 자동화기계를 이용하여 시공 가능한 재료의 개발기술에서 사용되는 마이크로퍼티는 콘크리트 표면보호공법에서 꼭 필요한 표면처리의 방법을 구체화하고 구조물 표면을 평탄화 하기위해 사용되었던 일반적인 퍼티의 개념을 통기성을 확보하면서 외력에 의한 도장막의 손상을 방지하는 목적으로 사용할 수 있게 개발하였다. 또한 기존에 수작업에 의해 시공하던 것을 자동화기계를 통한 시공이 가능하도록 개발하여 시공비의 절감을 이루었다.3. 시공 공정외부피막을 형성하여 콘크리트 구조물의 내구성능을 증대하기 위한 공법은 콘크리트 표면부의 공극 및 미세균열 등의 처리가 매우 중요하다. 따라서 콘크리트 표면을 기존공법과 대비하여 기계화 작업이 가능한 premix타입의 퍼티를 사용하여 빠른 시일에 전단면에 대하여 효율적으로 처리할 수 있는 본 기술의 경우 기존공법과 비교하여 시공성이 향상되어 있어 빠른 시공기일을 확보할 수 있다.(1) 시공전시공 전 골재분리 및 철근 노출, 표면 열화열화부위 표면처리그라인딩 작업 (기존공법과 동일)(2) 표면처리작업(그라인딩)열화부위 표면처리 및 구도막 제거 고압수 샌딩(기존공법과 동일)(3) 표면처리(구도막제거,물세정)단면수복 및 철근노출 부위 방청 시공(기존공법과 동일)(4) 바탕정리 중(마이크로퍼티분사)바탕처리를 위한 무기계 마이크로 퍼티 미세 분사작업(5) 바탕정리완료바탕처리 마이크로퍼티 미세분사작업완료(HB-MP)(6) 하이브리드 코팅제 도포하이브리드 코팅제 도포(발주처협의 색상선택가능)(7) 작업완료하이브리드 코팅제 도포완료(HB-COAT)4. 시공성, 유지보수성, 안전성- 시공성콘크리트 표면보호공법은 콘크리트 표면에 코팅을 함으로서 그 성능 및 품질이 좌우되고 있다. 본 기술의 시공시 공사기간을 비교한 예시는 표 2. 에 나타내었다. 표 2. 공사기간 비교 구분 본 기술1,000㎡ 기존공법1,000㎡ 표면처리 그라인딩 기간동일 그라인딩 기간동일 콘크리트 바탕면정리 마이크로퍼티 타설 50㎡/hr 400㎡/day 퍼티작업 12㎡/hr 60㎡/day 코팅제도포 1차코팅제도포 70㎡/hr 1차코팅제도포 50㎡/hr 2차코팅제도포 60㎡/hr 2차코팅제도포 50㎡/hr 3차코팅제도포 60㎡/hr 3차코팅제도포 50㎡/hr 총 소요기간 1,000㎡작업 시 2일반소요 1,000㎡작업 시 약 16일소요 * 현장여건상 수작업을 하게 될 경우 기존공법과 동일한 기간소요* 코팅제 도포는 에어리스건 작업을 기준으로 하였음* 기존공법의 경우 퍼티작업의 작업시간을 줄이기 위하여 다수의 인력을 투입하여 그 기간을 줄이므로 퍼티작업이 대규모일 경우 경제적 부담이 더욱 커질 수밖에 없다. 공사소요기간의 산출은 바탕면정리가 이루어진 후 코팅제 도포가 이루어지므로 바탕제 도포의작업시간을 기준으로 산출하였다.- 유지 보수성① 기술의 뛰어난 자외선 차단능력은 자외선에 의한 재료변형을 방지하여 내구 연한을 향상 시킬 수 있으며, 코팅제의 변색을 방지하여 재도장의 시기를 연장시켜 유지 보수에 소모되는 비용을 절감시킬 수 있다.② 기술의 1차 보호층을 형성하는 마이크로퍼티는 우수한 휨 및 압축력을 가지고 있어 콘크리트표면을 외부의 충격으로부터 보호하는 효과를 가지고 있다.③ 외력에 의한 충격이나 인위적인 손상 및 오염발생시 해당부위만 제거하고 손상부위만 손쉽게 보수 할 수 있다.④ 표면코팅형의 공법으로서 시공완료 후에도 육안관측이 용이하여 구조물의 손상 및 변형에 대한 일차적인 진단이 가능하다.⑤ 본 기술은 오염원의 제거가 용이한 기능성을 가지고 있는 공법으로 지하차도 및 터널 등 청소가 용이치 않은 구조물에 적용할 경우에도 유지관리가 용이하다.- 안전성① 본 기술은 휘발성 유기용제를 사용하지 않는 수용성 재료를 사용하여 인체에 무해하고 작업 중 유해가스 흡입으로 인해 발생되는 안전사고의 발생 위험이 없다. 또한 무취하여 지하구조물 등 밀폐된 구조물에서도 장시간 작업이 가능하다.② 본 기술에 사용하는 자동분사장비는 재료의 혼합 과정에 사용되어 지는 스크류오우거가 외부로 노출되지 않고 믹싱튜브 내부에 인입되어 있어 작업자의 안전에 영향을 미치지 않는다.7. 시공 실적 표 3. 시공실적 구분 /번호 발주처 공사명 공사기간 비고 1 화성시청 동탄면 석우리 보수공사 2008 완 료 2 고양시 상하수도 사업소 성사배수지 저수조 보수보강공사 2008 완 료 3 화성시청 작은말1교외 1개교 보수공사 2008 완 료 4 한국도로공사 제천지사 중앙고속도로 원주대교 보강공사 2008 완 료 5 화성시청 해창3교 가설공사 및 온정교외 6개교 보수공사 2008 완 료 6 화성시청 화성시 신남4통외 1개소 교량보수 및 보강공사 2008 완 료 7 경기도 건설본부 광동교 보수공사 2009 완 료 8 공군 제8전투비행단 08-46-4 시설공사 2009 완 료 9 육군 제 3867부대 3탄약창 고가철교 보강공사 2009 완 료 10 여주군청 가산교외 3개교 보수공사 2009 완 료 11 대구 가창정수사업소 가창댐 여수로 바닥보수공사 2009 완 료 12 인천항만공사 갑문토목 및 건축시설 보수보강공사 2009 완 료 13 전라남도 도로안전관리사업소 고흥 율치교 보수공사 2009 완 료 14 의왕시청 과선교외 2개교 보수보강공사 2009 완 료 15 구리시청 구리시 백문4길 일원 하수암거(1,2,4구간) 보수공사 2009 완 료 16 의정부국도 관리사무소 국도 75호선 목동2교 외 2개교 보수공사 2009 완 료 17 남양주시청 금곡동 하천복개구조물 보수보강공사 2009 완 료 18 서울시 강서구청 등촌1 배수분구 하수암거 보수보강공사 2009 완 료 19 서울시 강서구청 발산동 669번지외 1개소 하수암거 보수보강공사 2009 완 료 20 화성시청 병점육교 보수공사 2009 완 료 21 용인시 처인구청 삼계교 보수공사 2009 완 료 22 서울시 동작구청 상도2배수분구 1지구 하수관거 종합정비공사 2009 완 료 23 서울시 동작구청 성수1배수분구 1지구 하수암거 보수보강공사 2009 완 료 24 부천시 소사구청 송내 및 심곡지구 하수암거 보수공사 2009 완 료 25 화성시청 양산교외 3개교 보수공사 2009 완 료 26 영천시청 영천시 청사 외벽보수 및 도색공사 2009 완 료 27 인천광역시 연수구청 옥련중학교 일원하수암거 보수공사 2009 완 료 28 이천시청 원포교 상부 보수공사 2009 완 료 29 이천시청 장호원육교외 5개교 보수공사 2009 완 료 30 영등포구청 제물포로 하수암거 보수보강공사 2009 완 료 31 한국도로공사 죽평육교외 2개교 전면개량 보수공사 2009 완 료 32 수원시 팔달구청 천천교외 3개교 보수공사 2009 완 료 33 한국원자력연구원 한국원자력연구원 건축구조물 기둥보강공사 2009 완 료 34 광주광역시 서구청 화정동 중흥아파트 주변하수 BOX 보수보강공사 2009 완 료 35 부천시 소사구청 2010년 송내 및 심곡지구 하수암거 보수공사 2010 완 료 36 부천시 원미구청 복사골로 하수암거 보수공사 2010 완 료 37 경기도 건설본부 양평대교동 12개교 교량보수공사 2010 완 료 38 한국중부발전(주) 인천화력본부 인천화력 냉각수 취,배수로 보수공사 2010 완 료 39 인청광역시 남구 하수도사업소 주안동 31-1번지 일원 하수도정비공사 2010 완 료 40 의왕시청 포일교 교량 보수보강공사 2010 완 료 8. 적용 가능 분야본 기술은 콘크리트 표면보호를 통해 구조물의 내구성을 증진시키는데 그 목적이 있으므로, 콘크리트로 이루어지 모든 구조물에 적용이 가능하다. 또한 콘크리트 열화로 인한 보수 필요시 적용가능하며 특히 신설 구조물 시공 시 본 공법을 적용함으로써 구조물의 내구수명을 획기적으로 증진시킬 수 있다.[출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]