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KR102185582B1 - 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법 - Google Patents

수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법 Download PDF

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KR102185582B1
KR102185582B1 KR1020200053971A KR20200053971A KR102185582B1 KR 102185582 B1 KR102185582 B1 KR 102185582B1 KR 1020200053971 A KR1020200053971 A KR 1020200053971A KR 20200053971 A KR20200053971 A KR 20200053971A KR 102185582 B1 KR102185582 B1 KR 102185582B1
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김귀용
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신누리산업개발 주식회사
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Abstract

본 발명은 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 바탕을 청소하는 제 1 단계; 고정용 앵커를 위한 고정용 앵커홀을 천공하는 제 2 단계; 고정용 앵커홀이 천공된 바탕면에 접착 원료를 도포하는 제 3 단계; 및 수산화 알루미늄이 포함된 보강 판넬을 접착 원료가 도포된 바탕면에 부착하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내진 보강공법에 따르면 내화성 및 내구성, 그 밖의 내산성 등에 대한 문제를 동시에 해결할 수 있고, 보강을 위한 공법 중 부분 보강과 전체 보강 등에 대한 종합적인 방식을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법{MANUFACTURING METHOD OF REINFORCED PANEL WITH EXCELLENT FIRE RESISTANCD AND DURABILITY CONTAINING ALUMINIUM HYDROXIDE}
본 발명은 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 내진 보강재로 보강 판넬을 제조시 보강 판넬의 물리적 특성을 내진 보강소재에 맞게 제조할 뿐만 아니라, 내화성을 더욱 강화하고, 보강 판넬 표면에 내산 도료를 통해 내산성 등의 화학적 저항성을 높여 산에 노출될 가능성이 있는 환경의 대상물(하수장, 정수장, 폐수처리장, 교량다리 등)이나 물리적 마모가 발생하는 내진 보강재로 쓰이도록 하기 위한 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법에 관한 것이다.
기존 건물에 연속하여 새로운 건물(신축 건물)을 신축하는 경우가 많이 있다. 신축 건물의 경우에는 신축 당시부터 강화된 기준에 맞추어 지진하중에 대해 충분한 저항성능을 갖도록 설계되어 시공된다.
그러나 강화된 기준에 맞춘 지진하중에 대해서 저항성능을 갖도록 설계되지 않은 경우 적절한 내진보강을 통해 교량의 내진 안정성을 확보해야만 한다.
내진보강 초창기에는 내진성능향상을 위한 보수보강공법으로 강판 보강법이 개발되었으나 강판의 부식성으로 인해 습기가 많은 지하구조물에 경우에는 적용되는 것에 한계가 있었으며, 섬유 시트 보강 등은 시간이 지남에 따라 구조물과 일체화가 현저하게 떨어지는 문제점을 보여왔다.
관련기술로서, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0077056호(구조물 내진보강용 고인성 섬유 벨트 및 이를 이용한 구조물 내진보강 공법)는 난연성을 갖고 지진에 대한 구조물 내진보강용 섬유 벨트 및 이를 이용한 구조물 보강 공법에 관한 것으로 구조물 보강용 섬유 벨트를 이용하여 구조물을 보강한 결과, 기둥 또는 벽의 강도 및 인성, 그리고 축내력을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0181683호(세라믹 복합 섬유를 이용한 내화 및 내진 성능이 우수한 기능성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 내화 내진 보수 공법)은 내진 보강 공사가 필요한 콘크리트 구조물을 시공함에 있어, 발수효과가 우수하고 흡수율을 낮게 유지할 수 있으므로 내구성이 우수하고, 부착강도, 압축강도, 휨강도 등의 물리적 특성이 우수하며, 모르타르의 단위 중량을 줄이고 초기 및 장기 부착성능을 향상시켜 콘크리트 구조물에 대한 내진 보강 시공성이 매우 우수한 동시에 유기 용제를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 모르타르의 미세 틈새를 치밀하게 메울 수 있으므로 지진 진동 및 각종 응력을 균일하게 흡수하여 구조물의 내진 성능을 강화할 수 있는 동시에, 내열성 및 내화성이 우수하여 보수 후 화재 발생시에 폭열로 인한 문제 발생을 방지하는 기술에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2018-0169610호(질화규소를 이용한 내진 모르타르 조성물 및 이의 시공 방법)는 질화규소를 이용한 내진 모르타르 조성물은 질화규소가 포함된 실리카 바인더 20~30중량%; 유리경량골재인 증점제 2~4중량%; 0.5~1㎜의 입자 직경을 갖는 규사 10~30중량%; 1~2㎜의 입자 직경을 갖는 규사 20~40중량%; 재유화형분말수지 1~5중량%; 소포제 0.1~1중량%; 방청제 1~5중량%; 및 물 20~40중량%; 를 포함하여 구성됨으로써, 콘크리트 구조물의 보수 등에 사용되는 모르타르 조성물의 강도를 보강함과 동시에 속경성과 경량화를 유지하면서도 기존 콘크리트와의 부착력이 우수하여 내화성, 단열성, 내진동성을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0151647호(친환경 내진보강 콘크리트 구조물의 보수 보강공법)은 기 콘크리트 구조물에서 보수 및 보강을 필요로 하는 부분에 무기계 폴리머 몰탈 조성물을 시공함으로써, 콘크리트 구조물의 고강도 압축강도와 부착강도를 충족시키며, 내구성과 작업성이 우수한 친환경 내진보강 콘크리트 구조물의 보수 보강공법에 관한 것이다.
그러나 상기 기술들은 내화성 및 내구성, 그 밖의 내산성 등에 대한 문제를 해결하지 못할 뿐만 아니라, 보강을 위한 공법 중 부분 보강과 전체 보강 등에 대한 종합적인 방식을 제공하지 못하는 한계점이 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2011-0077056(2011.08.02)호 "구조물 내진보강용 고인성 섬유 벨트 및 이를 이용한 구조물 내진보강 공법(High Toughness Textile Belts for Seismic Reinforcing of a Structure and Method for Seismic Reinforcing of the Structure Using thereof)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0181683(2017.12.28)호 "세라믹 복합 섬유를 이용한 내화 및 내진 성능이 우수한 기능성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 내화 내진 보수 공법(Mortar composition for repairing, reinforcing and enhancing earthquake-proof property of concrete structure, and construction method of repair and reinforcement of concrete using the same)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2018-0169610 (2018.12.26)호 "질화규소를 이용한 내진 모르타르 조성물 및 이의 시공 방법(Earthquake-resistant mortar composition using silicon nitride and construction method thereof)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0151647(2016.11.15)호 "친환경 내진보강 콘크리트 구조물의 보수 보강공법(REPAIRING OR REINFORCING METHOD OF SEISMIC RETROFIT CONCRETE STRUCTURES)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내화성 및 내구성, 그 밖의 내산성 등에 대한 문제를 동시에 해결하도록 하기 위한 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 보강을 위한 공법 중 부분 보강과 전체 보강 등에 대한 종합적인 방식을 제공하도록 하기 위한 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법은, 바탕면을 청소하는 제 1 단계; 고정용 앵커를 위한 고정용 앵커홀을 천공하는 제 2 단계; 고정용 앵커홀이 천공된 바탕면에 접착 원료를 도포하는 제 3 단계; 및 수산화 알루미늄이 포함된 보강 판넬을 접착 원료가 도포된 바탕면에 부착하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 3 단계의 접착 원료는, 폴리우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여 희석제 5 내지 7 중량부, 가소제 2 내지 3 중량부, 보강섬유 단독 또는 혼합된 것 20 내지 30 중량부, 증점제 3 내지 5 중량부, 난연제로 수산화 알루미늄 5 내지 7 중량부를 배합하여 교반한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬은, 내식성 불포화 폴리에스테르 수지(Unsaturated Polyester resin, UP 수지)에 보강재로 수산화 알루미늄 분말 및 보강섬유를 추가하여 제조된 보강 패널; 및 보강 판넬의 외부에 도포되는 보호코팅제; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명은 내산성이 필요하는 영역에 보호코팅제가 도포된 보강 판넬의 외부에 도포되는 내산 도료; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내산 도료는, 에피클로로히드린과 비스페놀-A를 축합 반응시킨 에폭시계 고분자 화합물로 이루어진 특수 내산 도료를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법은, 내화성 및 내구성, 그 밖의 내산성 등에 대한 문제를 동시에 해결할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬 제작 방법 및 이를 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법은, 보강을 위한 공법 중 부분 보강과 전체 보강 등에 대한 종합적인 방식을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 "접착 방식보강(부분보강)"을 통한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 "주입 방식보강(전체보강, 판형태 보강)"을 통한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
보강 판넬 사용재료 및 제작방법에 대해서 살펴보면, 사용재료는 내식성 불포화 폴리에스테르 수지(Unsaturated Polyester resin, UP 수지)에 보강재로 수산화 알루미늄 분말 및 보강섬유를 추가하여 제조하는 것이 바람직하다.
즉, 내식성 불포화 폴리에스테르 수지(UP 수지) 및 수산화 알루미늄 분말을 주성분으로 보강섬유를 추가하여 보강 판넬을 형성하고, 내산 도료 및 표면보호 코팅제를 추가하여 사용할 수 있다.
일반적으로 도료란 유동상태에서 물체의 표면에 도장하여 부동상태의 도막을 형성함으로써 원하는 성능 즉 보호, 미화, 기타 특수기능을 부여하는 화학물질을 의미한다. 이중 본 발명에서 사용하는 내산 도료는 에피클로로히드린과 비스페놀-A를 축합 반응시킨 에폭시계 고분자 화합물로 이루어진 특수 내산 도료를 사용함으로써, 내화학성이 우수하며 내약품성, 내알칼리성, 내수성이 탁월하며 특히 산에 강한 저항성을 확보하므로 지하구조물, 폐수처리장, 화학공장 및 내산성 및 내약품을 요하는 곳에 적합하다.
에피클로로히드린은 에폭시 수지, 합성 엘라스토머, 글리시딜 에테르, 폴리아미드수지 등의 다양한 생성물 제조에서의 반응 중간체이다. 에피클로로히드린은, 예를 들어, 과산화수소로 알릴클로라이드를 에폭시화 시키거나, 디클로로프로판올를 탈염화수소화 하는 등, 몇몇의 경로를 통해서 얻을 수 있으며, 글리세롤의 염화수소 첨가 반응에 의해 디클로로프로판올을 얻을 수 있다는 점에서 디클로로프로판올 경로가 장점을 제공한다. 이러한 글리세롤은 화석원료 또는 재생가능한 원료, 예컨대, 식물이나 동물에서 유래한 지방 또는 기름의 에스테르교환 반응에 의해 얻을 수 있다.
본 발명에서 내산 도료 100 중량부를 기준으로 에피클로로히드린과 비스페놀-A간의 중량비가 90 내지 95 : 5 내지 10 중량부로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지는 가격이 비교적 저렴하고, 상온에서 단시간 내에 경화되는 작업성과, 뛰어난 내열성, 내식성을 갖고 있으며, 주원료의 다양한 선택에 따라 각종의 물리적, 화학적 특성을 나타낼 수 있기 때문에 다양한 분야에 적용되고 있는데, 예를 들어, 욕조, 정화조와 같은 건축자재, 탱크, 파이프 등과 같은 공업 재료, 선박, 자동차 등의 수송기기, 전기절연재료, 겔 코트, 레진 콘크리트, 퍼티도료 등 각종용도로 광범위하게 사용되고 있다.
본 발명에서는 불포화 폴리에스테르 수지에 내화성을 향상시키기 위해 수산화 알루미늄(Aluminium hydroxide, Al(OH)3) 분말을 함침하여 사용하는 것이 바람직하다.
먼저, 수산화 알루미늄은 알루미늄의 양쪽성 수산화물이다. 수산화 알루미늄은 자연 상태에서는 깁사이트광물과 3개의 매우 희귀한 다형체{Bayerite(베이어라이트), Doyleite, Nordstrandite}로 발견된다.
가장 관련이 있는 물질이 AlO(OH)와 산화 알루미늄(Al2O3)며 물의 손실에 대해서만 차이가 있다. 보크사이트(BAUXITE)를 원료로 제조한 수산화 알루미늄은 화학식으로 Al(OH)3또는 Al2O3·3H2O로 표시된다. 산·알칼리에 쉽게 반응하여 용해하고 200℃까지 안정적으로 유지하며 더 높은 온도에서 결정수가 탈수하는 과정으로 인해 많은양의 열을 흡수하므로 "난연재"로 널리 사용되고 있다. 수분 함량과 평균 입도에 따라 여러가지 형태의 제품을 다양하게 생산하므로 다양한 분야에 적용할 수 있다.
보오크사이트를 원료로 하여 BAYER법으로 제조하는 것이 통상적이며 약 200℃까지 안정상태를 유지하며, 그 이상의 온도에서는 열 분해반응이 일어나 물과 알루미나로 분리된다. 수산화 알루미늄은 200 내지 350℃의 온도에서 탈수, 분해반응시 많은 열을 흡열할 수 있기 때문에 고무나 플라스틱 충전제로 사용되면 고무나 플라스틱의 온도상승과 발화를 억제하는 성능이 우수하고 화재의 가능성을 줄이고, 화재시에 연기와 유독성 가스의 발생을 줄여주므로 본 발명에서는 보강 판넬 충진제로 사용한다.
한편, 불포화 폴리에스테르 수지는 상기에 기재한 바와 같이 기계적인 물성은 양호하나 내후성 및 투명성, 광택성이 좋지 않아 다양한 사출성형물 제조에는 한계가 있으며, 특히, 희석제인 스티렌모노머의 양에 따른 점도저하가 잘 이루어지지 않아 사출캐비티 내로의 정밀한 수지흐름이 불가능한 단점이 있어 High Solid 제품 성형에는 한계가 있고, 사출캐비티 내의 온도편차로 인해 균일한 겔화와 경화가 불가능하므로 사출성형물에 줄무늬 등의 불량이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
이에 따른 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 불포화 폴리에스테르 수지에 수산화 알루미늄 분말 외에 보강섬유를 함침시켜서 사용한다.
여기서 사용되는 보강섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유를 포함하는 적어도 하나 이상에 대해서 필요한 물성 및 경제성을 고려하여 사용하되, 기본적으로 유리섬유를 포함하여 사용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 불포화 폴리우에스테르 수지에 수산화 알루미늄 및 보강섬유를 포함하여 보강 판넬을 제조시 몇 가지 단계를 거쳐서 제조된 것을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 불포화 폴리에스테르 수지는 글리콜에 PCM 캡슐 파우더(Phase Change Material Microcapsul Powder)을 중량비 1 : 0.2 내지 0.3로 분산시켜 파우더 분산액을 제조한 뒤, 제조된 파우더 분산액과는 별도로 포화산과 불포화산을 당량비 0.1 : 0.2 내지 0.3으로 혼합하여 산 혼합액을 제조한다.
이후, 파우더 분산액과 제조된 산 혼합액을 0.7 내지 0.8 : 0.3의 당량비로 혼합하여 180 내지 190 ℃에서 35 내지 45분 동안 교반함으로써, 화합물을 제조한다. 이후 제조된 화합물에 스틸렌 모노머를 30 내지 60 : 20 내지 30의 중량비로 혼합하여 불포화 폴리에스테르 함침 수지를 제조한 것을 사용할 수 있다.
여기서, PCM 캡슐 파우더는 상전이 물질로, 고체, 용융, 열에너지 흡수, 액체, 응결, 열에너지 방출, 고체로 반복적으로 변하는 재질로 형성된다. 한편, 본 발명에서의 PCM 캡슐 파우더는 상변화물질, 사이즈 5/1000mm(5㎛), 이온반발성, 음이온수지, 대류, 열분산/확산 등에 대한 특성을 제공함으로써, 내식도료 상에서 내식성 뿐만 아니라 내열성을 제공할 수 있다.
한편, 불포화 폴리에스테르 수지에 수산화 알루미늄 분말 및 보강섬유를 함침하여 보강 판넬을 형성시, 수산화 알루미늄 분말이 도포된 다이아몬드 격자 구조의 탄소섬유(탄소섬유 100 중량부를 기준으로 수산화 알루미늄 분말을 35 내지 30 중량부를 고르게 도포)를 깔고 160 내지 170℃의 불포화 폴리에스테르 수지를 함침하여 1회 적층함으로써 제 1 보강 판넬 형성부를 형성하고, 수산화 알루미늄 분말이 도포된 로빙 크로스(roving cloth) 타입의 유리섬유(유리섬유 100 중량부를 기준으로 수산화 알루미늄 분말을 20 내지 30 중량부를 고르게 도포)를 깔고 150 내지 160℃의 불포화 폴리에스테르 수지를 함침하여 2회 적층함으로써 제 2 보강 판넬 형성부를 형성한 뒤, 습식응고 및 탈용매하고 수세, 건조하여 2겹의 수지층을 형성하는 방식으로 보강 판넬을 형성할 수 있다.
여기서, 상술한 불포화 폴리에스테르 함침 수지를 사용할 경우, 불포화 폴리에스테르 수지에 인장강도 및 굴곡강도 등의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수산화 알루미늄 분말에 의해 내화성이 향상된 플렉시블한 재질의 재료를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 내산 도료는 구조물이 필요한 내산성을 고려하여 성능 및 경제성에 맞게 사용하되, 현장에서 붓이나 롤러, 스프레이로 도포할 수 있다.
본 발명에서 내산 도료는 상술한 바와 같이 보호 판넬 자체 또는 보호 판넬에 보호코팅제가 1차로 코팅된 상부면에 보호, 미화, 기타 특수기능을 부여하기 위한 화학물질로, 에피클로로히드린과 비스페놀-A를 축합 반응시킨 에폭시계 고분자 화합물을 사용함으로써, 내화학성이 우수하며 내약품성, 내알칼리성, 내수성이 탁월하며 특히 산에 강한 저항성을 확보하므로 지하구조물, 폐수처리장, 화학공장 및 내산성 및 내약품을 요하는 곳에 적합하도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 내산 도료는 난연성 실리콘 접착액 100 중량부에 대해서 에폭시계 고분자 화합물 23 내지 25 중량부, TPU 수지 5 내지 7 중량부, 난연제 1 내지 2 중량부, 가교제 1 내지 2 중량부로 이루어진 주제와 경화제를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명에서 경화제는 지환족 아민계 경화제, 지방족 아민계 경화제, 방향족 아민계 경화제, 산무수물계 경화제, 이미다졸계 경화제 중 적어도 하니 아싱을 혼합하여 형성되는 것이 바람직하다.
난연성 실리콘 접착액, 에폭시 수지, TPU 수지, 난연제, 가교제로 이루어진 주제는 난연성은 물론 내산성도 함께 가질 수 있다.
여기서 원재료로 에폭시계 고분자 화합물 23 중량부보다 적은 경우 내산성 특성이 현저히 줄어들고 25 중량부를 초과하는 경우 내산 도료를 액상으로 만들기 어려운 한계점이 있다.
또한, 원재료로 에폭시계 고분자 화합물은 기계적 강도, 내마모성이 탁월하고, 절연성, 내굴곡성, 착색성 등에 있어 우수한 성질을 갖고 갖고 있다.
또한, 원재료로 TPU 수지는 열가소성 폴리 우레탄(Thermalplastic Poly Urethan, TPU)으로, 우레탄기(-NHCOO-)를 가지는 고무상 탄성체로 기계적 강도, 내마모성이 탁월하고, 절연성, 내굴곡성, 착색성 등에 있어 우수한 성질을 갖고 갖고 있다. TPU는 비PVC계 열가소성 수지로서, 유해 화합물의 발생위험이 없기 때문에 인체에 무해하고, 소각시 대기 또는 토양 오염물질을 배출하지 않기 때문에 환경친화적이다.
여기서 난연성 실리콘 접착액 100 중량부에 대해서 TPU 수지 5 중량부 보다 작은 경우 기계적 강도 및 내마모성이 현저히 줄어들며 7 중량부보다 많은 경우 표면 부재로서 유연성이 현저히 떨어지는 한계점이 발생한다.
난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상에 수산화 알루미늄 분말을 혼합한 것을 사용한다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 보강 판넬에 열이 가해져서 500℃ 이상이 되면 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하도록 하며, 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다. 난연제가 난연성 실리콘 접착액 100 중량부에 대해서 1 중량부보다 적은 경우 난연성 성능을 기대하기 어렵고 2 중량부를 초과하는 경우 에폭시 수지, TPU 수지의 함량이 상대적으로 낮아져 내산성이 떨저지는 문제점이 발생한다.
가교제는 난연성 실리콘 접착액 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 가교제로서의 기능을 할 수 없으며 2 중량부보다 클 때는 과도하게 가교 반응이 일어하는 문제점이 발생한다.
또한, 경화제는 아민계 경화제를 사용할 수 있고, 주제 100 중량부에 대하여 11 내지 16 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 경화제가 11 중량부보다 작을 때는 본 발명에서 주제를 내산 도료로 사용할 만큼 경화시킬 수 없으며 16 중량부를 초과하는 경우 경화 반응이 과도하게 일어다 내산 도료의 점성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 내산 도료에는 기능성 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
기능성 충전제로는 수산화 알루미늄 분말 외에 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합물을 혼합하여 사용할 수 있다.
실리카 분말로서는 콜로이달실리카, 흄드실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수 있다.
기능성 충진제는 바인딩 효과를 더욱 증대시키는 역할을 함으로써 보강 효과를 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 수산화 알루미늄 분말, 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합 비율은 100 : 100 : 30 내지 170 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 기능성 충진제를 사용할 때는 분말을 바로 사용하는 것도 가능하지만, 표면을 처리하여 유기실란으로 처리하여 코팅함으로써 바인딩 효과 증대로 인한 내구성 증대 효과를 볼 수 있다.
즉, 수산화 알루미늄 분말 단독 또는 실리카 분말 단독 및 팽창성 흑연 분말 중 적어도 하나 이상의 혼합물이 용매에 분산된 콜로이드상 요액을 유기 실란에 분산시킨 후 약 1~10시간 동안 교반하여 처리할 수 있다. 구체적으로, 수산화 알루미늄 분말 단독 또는 실리카 분말 단독 및 팽창성 흑연 분말 중 적어도 하나 이상의 혼합물 용액 100 중량부를 기준으로 유기 실란 약 0.5 내지 30중량부를 상기 용액에 첨가하여 용액 내에서 분말 입자 표면에 유기기를 형성하고 반응기를 통과시켜 탈수 및 축합반응을 통해 유기기로 표면 처리된 분말을 형성시킨다. 이때 상기 용액은 수산화 알루미늄 분말 외에 실리카 분말 및 팽창성 흑연 분말에 대해서 적어도 하나 이상이 물이나 알코올과 같은 용매 내에 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것으로서 콜로이드 용액 상태로 유기 실란과 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 유기실란의 구체적인 예로는 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 들 수 있다. 이 때 유기 실란으로 분말 표면을 처리하는 것은 상온에서 1~10 시간 정도 교반 처리하여 유기기가 형성된 무기물을 형성하고 이를 반응기에 통과시켜 형성한다. 이 때 상기 반응기는 가열장치로서 온도를 100 ~ 300℃로 승온하여 1~10시간 동안 용매와 유기기가 형성된 무기물을 탈수 및 축합반응시켜 표면 처리가 완료된 분말상의 무기물 입자를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조되는 수산화 알루미늄 분말, 실리카 분말 및 팽창성 흑연 분말은 표면에 실란이 형성되어 있으므로 바인딩 효과가 우수하고 이에 따라 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에서 기능성 충전제는 내산 도료 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 8 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
그리고 표면보호 코팅제는 내산성이 필요치 않은 곳에 사용하되, 현장에서 붓이나 롤러, 스프레이 등을 이용하여 도포할 수 있다.
한편, 보강 판넬의 제조방법은 크게 "적층 제작 방법"과 "기계 제작 방법"으로 구분될 수 있다.
먼저, "적층 제작 방법"은 가장 일반적인 방법으로 수산화 알루미륨이 도포된 보강섬유에 불포화 폴리에스테르 수지를 함침시키며 겹겹이 적층하여 제조하는 방법이다.
그리고, "기계 제작 방법"은 일정한 금형 틀통해서 반대방향으로 끌어내어 뽑아내어 제조하는 방법이다.
본 발명에서는 기본적으로 상술한 바와 같이 적층 제작 방법에 의하나 기계 제작 방법에 의해서도 제조될 수 있다.
다음으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 "접착 방식보강(부분보강)"을 통한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 먼저 바탕면을 청소한다(S11).
즉, 바탕면은 충분히 양생 및 건조되어야 하며 표면에 이물질이나 기타 부착에 방해되는 요소가 최대한 없도록 조치함으로써, 표면에 이물질 등을 최소화한다.
단계(S11) 이후, 고정용 앵커홀 천공한다(S12).
즉, 전동 드릴 및 기타 천공장비를 사용해 판넬고정용 앵커홀을 수직으로 천공하고 내부의 먼지를 완전히 제거한다.
단계(S11) 이후, 고정용 앵커를 위한 고정용 앵커홀을 천공한다(S12).
즉, 전동 드릴을 사용해 보강 판넬 고정용 앵커홀을 수직을 유지하면서 천공하고 천공에 따른 내부의 먼지 및 이물질을 완전히 제거하는 것이 바람직하다.
단계(S12) 이후, 접착 원료를 도포한다(S13).
단계(S13)에서 접착 원료는 폴리우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여 희석제 5 내지 7 중량부, 가소제 2 내지 3 중량부, 상술한 보강섬유 단독 또는 혼합된 것 20 내지 30 중량부, 증점제 3 내지 5 중량부, 난연제로 상술한 수산화 알루미늄 5 내지 7 중량부를 배합하여 교반한 것으로 환경 친화적인 것으로 여타 고무계 유성 접착 원료를 대체하는 용도로 사용할 수 있다.
가소제는 디이소데실프탈레이트디이소노닐프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트, 디옥틸아디페이트로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용하며, 증점제는 실리카, 흄실리카, 벤토나이트, 클레이, 아마이드, 셀룰로오스로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용할 수 있다.
한편, 폴리우레탄 프리폴리머는 음이온적 친수성화 수성 폴리우레탄 분산액을 사용하며, 3500g/mol 이상 내지 3700g/mol 이하의 수 평균 분자량, 및 1.5 이상 내지 6 이하의 OH 관능가를 갖는 중합체 폴리올, 디이소시아네이트, 분자의 한쪽 말단에 일차 수산기를 갖는 폴리에테르 및 단분자량 디올을 반응시켜 제조하고, 제조된 프리폴리머를 유기용매에 완전 용해시킨 후, 친수성기를 갖는 디올, 친수성기를 갖는 디아민 또는 이들의 혼합물과 반응시킨 다음, 중화제로 중화시키고 분산매인 물을 가하여 수분산물을 제조하며, 수분산물에 쇄연장제를 가하여 쇄 연장 반응을 수행한 후 반응액 내의 유기 용매를 제거하여 레진 형태로 제조한다.
한편, 본 발명에서 쇄 연장제로 에틸렌 글리콜, 1,4 브타네디올 등의 2관능성 글리콜을 투입하여 폴리우레탄 프레포리마를 생성한다. 이후, 본 발명의 추가 실시예로, 폴리우레탄 프레포리마에 반응억제제로 벤조일 코로라이드및 수분흡수제인 서드움실리코 알루미네이트를 투입하여 합성물의 안정화를 꾀한 후, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤등의 용제를 투입하여 250 내지 400rpm으로 2시간 이상 혼합하여 폴리우레탄 접착제용 레진을 제조할 수 있다.
한편, 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올, 디이소시아네이트를 NCO/OH의 당량비가 2.6 내지 2.7가 되도록 반응시켜 말단에 2가 이상의 디이소시아네이트기를 갖는 것을 특징으로 한다.
단계(S13) 이후, 보강 판넬을 접착 원료가 도포된 바탕면에 부착한다(S14).
즉 보강 판넬을 대상인 바탕면에 부착하여 골고루 압착하면서, 보강 판넬 상부로 고정용 앵커를 구성하는 볼트를 체결하는 방식으로 보강 판넬을 접착용 수지를 통해 바탕면에 체결하는 것이 바람직하다. 한편, 단계(S12)의 고정용 앵커홀로 삽입된 고정용 앵커의 볼트를 삽입한 뒤, 고정용 앵커를 구성하는 너트를 볼트의 끝단에 체결할 수도 있다.
단계(S14) 이후, 양생 및 씰링제를 도포한다(S15).
즉, 성능에 맞는 실링제를 사용하여 보강 판넬 주위를 실링작업하는 것이 바람직하다. 이때, 양생 후에 내산 도료 또는 보호코팅제를 표면에 도포할 수 있다.
단계(S15) 이후, 보강 판넬 상부에 보호코팅제를 도포한다(S16).
단계(S16) 이후, 시공완료 작업을 수행한다(S17).
내산성이 필요하는 영역에 보호코팅제가 도포된 보강 판넬의 상부에 내산 도료를 도포하고 주변정리를 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 "주입 방식보강(전체보강, 판형태 보강)"을 통한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법을 나타내는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 바탕면을 청소한다(S21).
즉, 바탕면은 충분히 양생 및 건조되어야 하며 표면에 이물질을 최소화한다.
단계(S21) 이후, 바탕면에 고정용 앵커홀 천공(S22)
즉, 전동 드릴 및 기타 천공장비를 사용해 보강 판넬 고정용 앵커홀을 수직을 유지하며 천공하고 내부의 먼지 및 이물질을 완전히 제거한다.
단계(S22) 이후, 보강 판넬를 설치한다(S23).
즉, 보강 판넬 고정용 앵커홀에 판넬 고정용 앵커를 설치하여 보강 판넬을 고정한다.
단계(S23) 이후, 보강 판넬의 둘레에 씰링제를 도포한다(S24).
즉, 성능에 맞는 실링제를 보강 판넬의 둘레에 빈틈없이 실링처리하여 주입제의 유실이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
단계(S24) 이후, 주입구 및 배출구 설치하고 주입제를 주입한다(S25).
즉, 단계(S26)에서 주입제 주입을 위한 주입구와 주입제 배출을 위한 배출구를 설치하는 것이다.
단계(S25) 이후, 주입제를 주입한다(S26).
즉, 미리 설정된 규정배합대로 잘 혼합된 주입제를 주입제 주입을 위한 주입구를 활용하여 고정용 앵커로 고정된 보강 판넬 내부로 주입하며, 점도를 감안하여 주입속도를 조절하면서 천천히 주입하고, 주입되고 남은 주입제가 배출구를 통해 배출되도록 할 수 있다. 본 발명에서의 주입제는 상술한 단계(S13)에서의 접착 원료를 사용할 수 있다.
단계(S26) 이후, 주입제에 대한 양생을 수행한다(S27).
보다 구체적으로, 양생온도를 10 내지 30℃로 유지하며 완전히 양생되도록 하는 것이 바람직하다.
단계(S27) 이후, 보강 판넬 상부에 보호코팅제로 코팅을 수행한다(S28).
단계(S2) 이후, 시공완료 작업을 수행한다(S29).
내산성이 필요하는 영역에 보호코팅제가 도포된 보강 판넬의 상부에 내산 도료를 도포하고 주변정리를 수행하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 수산화 알루미늄을 함유한 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬을 이용한 내산 도료 코팅으로 내산저항성이 우수한 내진 보강공법의 특징점에 대해서 살펴보도록 한다.
첫번째로, 내화성의 정의와, 보강 판넬의 특징에 대해서 살펴보도록 한다.
일반적으로 "내화성"이란 불에 타지 아니하고 잘 견디는 성질을 말한다.
본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르 수지에 내화성을 향상시키기 위해 수산화 알루미늄(Aluminium hydroxide, Al(OH)3) 분말을 함침한 수산화 알루미늄을 함유하는 내화성 및 내구성이 우수한 보강 판넬(A)과 수산화 알루미늄을 함유하지 않고 동일한 방식으로 제조한 보강 판넬(A')에 대한 내화성능을 확인하였다.
KS F 2257의 표준가열 조건으로 보강 판넬 각각에 대한 상판에 시간 단위 가열 시험을 실시하여 보강 판넬 하판으로의 열전달을 어느 정도 효율적으로 차단하는 성능이 있는가를 평가하였으며, 이때, 표준가열시험은 표준가열 온도조건을 충족할 수 있는 규정된 가열로에서 실시하였다. 표준가열 조건의 시간에 따른 온도변화와 그와 같은 조건으로 시험시 가열 시간에 따른 실제가열온도를 다음 표 1에 비교하였다. 내화성능 시험은 한국공업규격 KS F 2257에 규정된 건축구조부분의 내화시험방법에 따랐다.
시간(시) KS F 2257의 표준가열온도 보강 판넬(A)의 하판 보강 판넬(A')의 하판
1 100 85 90
2 120 103 112
3 140 112 121
4 160 124 142
5 180 140 165
두번째로, 내식성 정의와, 보강 판넬의 특징에 대해서 살펴보도록 한다.
일반적으로 "내식성"이란 부식이나 침식에 잘견디는 성질을 말한다.
부식된다는 것은 산소와 반응하여 재료가 가지고 있는 고유의 기능을 제대로 발휘하지 못하는 것을 말한다. 물론 재료 자체가 산소와 쉽게 결합하지 않으면 좋겠으나, 그러한 재료가 너무 비싸다면 사용할 수 없을 것이다.
이미 금속과 산소가 결합되어 있는 세라믹 재료, 예를 들어 알루미늄과 산소의 화합물인 알루미나(Al2O3)라든가 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2) 등은 뛰어난 내식성을 가지고 있지만 유연성이 없기 때문에 보강재로 사용하기에는 제품제조 및 설치시에 어려움이 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 보강재인 보강 판넬의 경우 내식성이 우수한 수지를 사용하여 내식성은 이러한 재료보다 우수하고 유연성 확보가 가능하여 여러형태의 보강재를 만들 수 있으며, 내구성 또한 우수한 보강재의 제조이 가능하다.
세번째로, 본 발명에 따른 보강재인 보강 판넬에 사용되는 수지의 특성 및 물성에 대해서 살펴보도록 한다. 본 발명에 사용되는 수지는 초내식성 수지로 내식성 불포화 폴리에스테르를 사용할 뿐만 아니라, 수산화 알루미늄를 첨가함으로써, 이에 대한 물리적 성질은 하기의 표 2와 같을 수 있다.
비중 25℃ 1.03 내지 1.07
점도 Poise/25℃ 1.5 내지 3.5
겔화시간(분) 16 내지 20
최소경화시간(분) 22 내지 30
또한, 내식성 불포화 폴리에스테르의 내식성능은 가성소다 등의 알카리 용액, 각종 산류와 유기화합물, 용제 등 부식성 액체 침투에도 부식되지 않으며 티타늄이나 하스테로이 등의 초내식성 재료에 필적하는 성능에 해당한다.
네번째로, 내산성 정의, 그리고 본 발명에 따른 보강재인 보강 판넬에 사용되는 내산 도료에 대한 내산성 특징에 대해서 살펴보도록 한다.
"내산성"의 정의는 말그대로 산에 견디는 성질을 의미한다.
본 발명에 사용되는 특수 내산 도료는 강한 접착력을 보유하고 고내산성 및 내화학성이 우수하여 산에 의한 부식방지가 탁월하며 특히 황산, 염산, 질산, 초산등에 강한 저항성을 확보하므로 폐수나 오수가 있는 구조물에 적합하다.
하기의 표 3은 본 발명에 사용되는 내산 도료의 성능을 나타내는 도표이다.
시험항목 결과치 시험방법
액체저항성(내약품성, 35% 염산, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음 KS M ISO 2812-1
2007, 외뢰자 제시
방법
액체저항성(내약품성, 40% 수산화나트륨, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음
액체저항성(내약품성, 95% 황산, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음
액체저항성(내약품성, 40% 크롬산, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음
액체저항성(내약품성, 85% 인산, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음
액체저항성(내약품성, 30% 질산, ((24±2)℃, 168 h) 이상없음
다섯번째로, 종합적으로 본 발명에 따른 보강재인 보강 판넬의 특징에 대해서 살펴보도록 한다.
(1) 수산화 알루미늄이 함유되어 상술한 내화성 뿐만 아니라, 내구성, 내마모성, 내충격성이 우수하다.
(2) 우수한 작업성
즉, 유동성 조정이 자유로워 작업숙련도 및 설비에 맞게 조절이 가능하다.
(3) 자유로운 형태의 제조가능
제작 몰드에 따라 자유로운 형태의 보강 판넬 제작이 가능하다.
(4) 방진 방수성이 우수하다.
(5) 보강 판넬의 물리적 성질
즉, 본 발명에 따른 보강 판넬의 물리적 성질은 하기의 표 4와 같다.
인강강도 kgf/mm2 12.7 ASTM D 638
인장탄성율 kgf/mm2 1,091
굴곡강도 kgf/mm2 18.7 ASTM D 790
굴곡탄성율 kgf/mm2 87.2
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

  1. 바탕면을 청소하는 제 1 단계;
    고정용 앵커를 위한 고정용 앵커홀을 천공하는 제 2 단계;
    고정용 앵커홀이 천공된 바탕면에 접착 원료를 도포하는 제 3 단계; 및
    수산화 알루미늄이 포함된 보강 판넬을 접착 원료가 도포된 바탕면에 부착하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제 3 단계의 접착 원료는, 폴리우레탄 프리폴리머 100 중량부에 대하여 희석제 5 내지 7 중량부, 가소제 2 내지 3 중량부, 보강섬유 단독 또는 혼합된 것 20 내지 30 중량부, 증점제 3 내지 5 중량부, 난연제로 수산화 알루미늄 5 내지 7 중량부를 배합하여 교반한 것을 사용하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제 4 단계의 상기 보강 판넬은 내식성 불포화 폴리에스테르 수지(Unsaturated Polyester resin, UP 수지)에 보강재로 수산화 알루미늄 분말 및 보강섬유를 추가하여 제조된 보강 패널 및 상기 보강 패널의 외부에 도포되는 보호코팅제를 포함하여 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하되,
    내산성이 필요한 영역에 상기 보호코팅제가 도포된 보강 판넬의 외부에 도포되는 내산 도료; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 내산 도료는 난연성 실리콘 접착액 100 중량부에 대해 에폭시계 고분자 화합물 23 내지 25 중량부, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 5 내지 7 중량부, 난연제 1 내지 2 중량부, 가교제 1 내지 2 중량부로 이루어진 주제와 아민계 경화제로 이루어지며, 수산화알루미늄 분말 외에 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합물로 이루어진 기능성 충전제를 상기 내산 도료 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 8 중량부의 범위로 더 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 실리카 분말은 콜로이달실리카, 흄드실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하고,
    상기 기능성 충전제는 표면이 유기 실란으로 코팅된 것으로서, 상기 수산화알루미늄 분말, 실리카 분말 및 팽창성 흑연 분말의 혼합물이 용매에 분산된 콜로이드상 용액을 유기 실란에 분산시킨 후 1~10 시간 동안 교반 처리하고 반응시킴으로써 표면이 유기기로 처리된 분말을 형성시킨 것을 사용하며, 상기 유기 실란은 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 또는 테트라에톡시실란을 사용하는 것을 특징으로 하는
    친환경 고내구성 폴리머 모르타르를 이용한 수중에서도 타설이 가능한 표면보수 공법.
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