우레탄 도막 방수재 기본개념(하자유형별 대책)

[물새]

~우레탄 도막 방수재 기본개념 하자유형별 대책~

[우레탄 도막 방수재의 기본 개념]

우레탄 도막 방수재(이하 우레탄 방수재라 한다)는 KS F 3211(지붕용 도막 방수재)에 따라 이소시아네이트(-NCO)기를 갖는 화합물을 주된 원료로 하는 주제와 가교제, 충진제 등을 주성분으로 하는 경화제의 2성분형 우레탄계 방수재이다.

우레탄 방수재의 종류는 다음과 같다.

-탈 우레탄 : 주재+탈 배합 경화제

-Non-TAR 우레탄 :- 카본우레탄 - 주재+카본경화제

- 칼라우레탄 - 주재+착색안료 배합 경화제

※주 제: 우레탄 프레폴리머

※경화제: 폴리올, 아민 또는 양자의 혼합물

우레탄 방수재는 노출용과 비노출용의 두 종류가 있으나 Self Leveling이 양호하기 때문에 평면용 외에 수직면 방수재가 필요하다.

또한 최근에는 주, 경화제의 혼합과정 없이 사용이 가능한 1액형 우레탄 방수재가 개발되어 사용되고 있다.

1) 주 제

통상 이소시아네이트 화합물과 폴리올류를 이소시아네이트 화합물을 과잉 사용하여 반응시켜 말단에 이소시아네이트기를 갖게 하는 고분자 화합물로서 프레폴리머로도 불린다.

프레폴리머는 금속에 대해 부식성이 없기 때문에 저장 또는 취급시 금속용기가 사용된다.

또 시공시에 접촉되는 피착제, 콘크리트, 몰탈, 금속, 플라스틱에 대해 부식 오염성이 거의 없으나 수분과 접촉하여 경화반응을 일으키기 때문에 취급에 주의해야 한다.

2) 경 화 제

경화제는 주제와 반응하여 고무상의 탄성체를 만드는 것으로 이소시아네이트기와 반응하는 활성 수소 화합물(가교제라 불린다)에 충진제, 개질제, 안정제, 반응속도 조절용 촉매 등을 혼합시킨 것이다.

① 탈 우레탄 경화제: 충진제로 타르를 사용하여 보통 가교제에 방향족디아민을 배합하여 개질제, 안정제 등을 첨가한 후 혼합한다.

② 카본 우레탄 경화제: 보통 가교제에 폴리올을 사용하고 역학적 물성이나 내후성등을 향상시키기 위해 카본블랙 등의 개질제, 액상 또는 분체형의 충진제. 안정제, 반응속도 조절용 촉매 등을 배합후 혼합한다.

③ 칼라 우레탄 경화제: 가교제에 폴리올 또는 아민류를 사용, 카본블랙 이외의 충진제, 개질제와 착색안료를 배합하여 혼합한다.

우레탄 방수재의 경화는 프레폴리머(주제)의 말단에 있는 이소시아네이트기와 경화제 중의 가교제가 반응하여 고분자형이 되는 현상이다.

가교제에는 통상 폴리올류와 아민류가 사용되는데 어느 경우나 이소시아네이트기가 과잉 사용되어 삼차원 구조를 형성하여 일정한 강도를 갖는 결합을 생성한다.

3)우레탄 방수재의 성질

① 우레탄 방수재의 경화전 성질을 다음과 같다.

표1. 우레탄 방수재 시판품의 도막 경화전 성질(예)

[성 질 구 분]

TAR우레탄 ,카본 우레탄 ,칼라 우레탄,

비중(25℃) ,1.1∼1.3 ,1.16∼1.41 ,1.18∼1.41,

점도(cps/25℃) ,6,000∼49,000 ,7,000∼30,000,6,000∼30,000,

가사시간(분/25℃) ,25∼90 ,30∼180 ,30∼120,

지촉경화시간(시간/15℃),3∼24 ,4∼24 ,3∼24,

경화시간(시간/25℃) ,12∼14 ,9∼36 ,7∼24,

② 경화 후의 물성

우레탄 방수재의 경화후의 물성은(KS F 3211)에 규정되어 있다.

물성에 관해서는 KS의 품질 시험 항목의 규정치를 만족하지 않으면 안된다.

이 시험 항목에서는 인장시험, 인열강도, 가열신축률 또는 연신시의 열화 등 4가지로 대별된다.

우레탄 방수재는 우레탄 고무계 1류와 우레탄 고무계 2류의 종류로 나눠지고 참고로 1류품은 주로 노출용이고 2류품은 비노출용으로 구별된다.

적용장소를 고려하여 필요시험 항목을 결정한다.

표2. 우레탄 방수재 시판품의 측정치와 규격치 비교(예)

KS품질 시험 항목 측 정 치,

규격치1류(2류),

TAR 우레탄,

카본우레탄,

칼라우레탄,

인장강도(㎏f/㎠), 25(20), 33, 39, 44

파단시 신장율(%), 450(550), 890, 780, 670,

항장적(㎏f/㎠%), 300(300) 590, 620, 600,

인열강도(㎏f/㎝), 15(13), 17, 16, 19,

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[방수하자 원인 및 대책]

1. Bubble(기포)

방수도막의 기포는 방수도막이 형성되는 과정 또는 도막이 형성된 후 바탕으로부터의 수분 또는 공기 등의 팽창에 의해 발생된다.

일단 기포가 발생되면 외관상으로도 좋지 않고 낮과 밤의 온도차에 의해 수축, 팽창을 거듭하게 되어 기포주변의 도막이 피로 파단 되기 때문에 방수성능을 상실할 수 있으므로 시공 시 기포가 발생될 수 있는 원인을 철저히 체크한 후 시공을 하여야 하며 기 발생된 기포는 필히 보수해야 한다.

① 수분의 증기압에 의해 발생

바탕의 건조가 불충분한 경우 바탕으로부터 프라이머 층을 통과하는 습기에 의해 방수층과 프라이머 층과의 경제면에 수분이 존재하게 되며 이 수분이 주제의 이소시아네이트와 결합하여 주제와 경화제의 결합이 충분치 않게 된다.

특히 시공시에 혼합된 수분 외에 강우, 강설에 의해 침투되거나 신축건물인 경우 모르터 내부에 혼입된 다량의 수분을 혼합하고 있을 수 있으므로 표면 건조가 되었다 하더라도 내부 수분에 의해 서서히 증기압이 발생하므로 부풀음의 원인이 된다.

참고1. 온도에 따른 수증기압

온 도, 30℃, 50℃, 70℃

수증기압, 0.04㎏f/㎠, 0.12㎏f/㎠, 0.32㎏f/㎠

② 바탕면박리

콘크리트 슬래브 또는 모르터 상부에 시멘트 미장 등을 시공할 경우 표면상으로 완전히 건조가 진행된 상태라 해도 모르터와 시멘트 부위의 접착이 완전치 않으면 수분 또는 공기가 밀폐되어 직사광선에 의해 팽창하므로 상부 방수층의 부풀음의 원인이 된다.

③ 용제 과량

용제를 규정량 이상으로 과량 사용하였을 경우 용제의 휘발에 따라 도막표면에 핀홀 또는 부풀음이 발생할 수 있다.

④ 바탕면 핀홀

콘크리트 바탕면에 핀홀이 다량 있는 경우 프라이머로 완전히 제거가 되지 않으며 방수재를 도포하였을 시 내부 공기압에 의해 완전히 채워지지 않는다.

특히 ALC판넬 등의 핀홀, 물곰보 부위가 많은 경우 혹은 오래된 건물 보수 시 바탕면 핀홀이 다량 있을 수 있으며 이런 바탕면에 방수도막을 도포할 경우 핀홀 내부의 공기압에 의해 부풀음 혹은 도막에 핀홀이 발생하게 된다.

⑤ 고온다습

하절기 기온이 높은 경우 도막 표면의 경화가 먼저 진행되므로 내부 용제 등의 휘발에 의한 증기압이 발생해 부풀음이 발생된다.

특히 기온이 높고 습도도 높은 경우 교반시 혹은 시공 시 혼입된 수분에 의해 CO2 가스가 발생되며 이 역시 부풀음의 원인이 된다.

하루 중 9∼11시 사이에 시공된 방수층의 부풀음이 심하며 오후 3시 이후 시공 시 부풀음 현상이 가장 적다.

⑥ 배합불량

주제와 경화제 배합시 주제가 과량으로 혼합된 경우 잉여 이소시아네이트가 주변의 혹은 혼입된 수분과 반응하여 CO2 가스가 발생되므로 부풀음의 원인이 된다.

⑦ 시공시간

하루중 부풀음의 발생빈도를 보면 맑은날 오전에 시공된 도막에서 가장 많이 발생되며 오후3시 이후에 시공된 도막에서는 현저하게 감소한다.

이유는 오후에 시공시 바탕 표면은 바탕에 비해 온도가 낮기 때문에 도막의 밑부분부터 경화하므로 내부 증기압이 도막의 표면을 통해 배출되기 때문이다.

⑧ 흡 습

원재료(경화제)의 보관 중 흡습된 경우 수분이 주제의 이소시아네이트와 반응하므로 충분한 도막물성이 발휘되지 않으며 도막 내부에서 발포현상이 있으므로 부풀이 발생하게 된다.

⑨ 동절기 시공된 도막에서의 기포발생

기온이 영하로 내려갈 경우 콘크리트 모르터 내부의 습기가 동결되어 육안으로는 수분의 유무를 확인할 수 없으며, 비닐책크 방법 또는 수분계로도 수분의 유무를 확인할 수 없다.

동절기 공기(工期)가 촉박하여 모르터 표면을 온풍기 등으로 건조시키고 방수시공을 하는 경우가 있는데 이럴 경우 모르터 내부에 동결되어 있는 수분은 건조되지 않고 내재되어 있게 되는데 봄이 되어 동결된 수분이 녹으면서 증발이 되면 이때 발생된 증기압에 의해 방수층이 부풀게 되고 심한 경우 전체 방수층의 파손으로 이어지게 된다.

⑩ 하절기 부풀음 발생 원인별 분류

- 고온다습(오전시공) 55%

- 바탕수분 30%

- 핀홀 바탕박리 5%

- 기타 10%

⑪ 실내 공사시 발생되는 기포

습도가 높은 경우 통상의 실내공사에서 방수바탕 또는 방수층 표면에 결로가 생기는 경우가 있다.

결로가 생길시 충분히 건조 후 방수기공을 하여야 하나 건조 전 방수시공을 할 경우 결로의 기화에 따라 기포가 발생하므로 온풍기 등으로 충분히 건조시킨 후 시공하여야 한다.

[Leveling 불량]

우레탄 방수재는 적용부위에 따라 수직용과 평면용으로 구분될 수 있다.

수직용 재료의 경우 수직면에서도 소정의 도막 두께를 확보할 수 있도록 한 타입이며, 평면용의 경우는 재료에 흐름성을 부여하여 바탕 표면의 굴곡에 관계없이 평평하게 시공이 된다.

물론 방수재의 점성 때문에 어느정도 바탕 상태의 영향을 받지만 바탕의 정도, 시공도구 등에 큰 영향을 받지 않고 자체의 흐름성에 의해 평평한 도막을 형성하게 된다.

그러나 다음과 같은 원인①∼③에 의해서 Leveling성이 나빠질 수 있으며 이 경우 방수 성능과 관계없이 미관이 좋지 못하므로 재 도포 등을 통해 보수하는 것이 좋다.

① 방수재의 경화가 빠른 경우

하절기 옥상 방수시 방수재의 가사시간이 너무 빠르면 재료가 자체 흐름성에 의해 Leveling이 형성되기 전에 경화되어 버리므로 굴곡이 생기게 된다.

특히 스퀴지 등과 같은 요철상의 도구로 시공을 하면 도막면이 마치 밭고랑과 같은 굴곡이 생기게 된다.

이 경우 현장에서는 용제를 과다하게 배합하여 경화속도 및 흐름성을 조절하는 경우가 있는데 이는 도막의 물성을 저하시키고 수축이 발생하며 용제 휘발에 따른 부풀음의 원인이 될 수 있으므로 사용치 않는 것이 좋으며 소량씩 배합하여 사용하거나 재료를 교환해 주는 것이 좋다.

② 얇게 시공된 경우

우레탄 방수재가 흐름성을 발휘하기 위하여는 최소 두께 2㎜정도는 시공이 되어야 하나 시공 사양상 2㎜이하로 시공하게 되는 경우는 Leveling성이 불량하여 흙손자욱 등이 남게 된다.

따라서 Leveling성이 중요시 될 경우 가능한 2㎜이상으로 시공하는 것이 좋으며 2㎜이하 시공해야 될 경우 스퀴지 등으로 1차 시공 후 로라 등으로 표면 고름 작업을 하게 되면 어느 정도 Leveling성에 도움이 된다.

③ 동절기 시공시

기온이 내려가게 되면 방수재의 점도가 상승하게 되고 재료의 흐름성도 저하하게 된다.

또한 시공되는 바탕의 온도도 낮으므로 흐름성은 더욱 떨어지게 된다.

현장 시공시 용제를 과다하게 혼합하여 흐름성을 조절하는 경우가 있는데 용제 과량 시 경화가 늦고 표면 점착성이 심하며 기온이 영하로 내려갈 시는 흐름성이 용제에 의해 크게 개선되지 않으므로 용제의 과량사용은 피하는 것이 좋다.

기온이 영하로 내려갈 시는 바탕 수분 첵크가 어려워 부수적인 다른 문제가 야기될 수 있으므로 시공을 피하는 것이 좋다.

어쩔 수 없이 시공하게 되는 경우 스퀴지 등으로 1차 시공 후 로라 등으로 표면 고름 작업을 하게 되면 어느정도Leveling성에 도움이 된다.

[방수층 박리]

① 바탕의 강도부족에 따른 방수층 박리

콘크리트 바탕은 타설시 비를 맞거나 동결 또는 양생되는 과정에서 다량의 레이턴스가 존재할 수 있으며 모르터 바탕은 그 외에 드라이 아웃 등의 원인에 의해 표면이 약해질 수 있다.

이와같은 경우 표면처리를 충분히 하지 않은 상태로 시공한 경우 바탕으로부터 방수층의 박리가 있게 된다.

따라서 레이턴스, 드라이 아웃된 표면은 샌드블라스트 등에 의해 완전히 제거하고 방수시공을 하여야 한다.

그 외에 모르터층이 박리하여 방수층이 박리된것 처럼 보이기도 한다.

이 경우는 박리된 부분을 제거하고 재 시공하거나 들뜬 부위에 주입공을 뚫은 후 에폭시 수지 등을 충진시켜 접착시킨 후 주입공을 보수한다.

② 프라이머의 부적합

바탕이 콘크리트나 모르터인 경우는 관계없으나 금속이나 보드류 등의 특수한 바탕에 시공된 경우 프라이머의 부적합에 따라 방수층의 박리가 있을 수 있다.

따라서 방수바탕의 종류 및 상태에 따라 적절한 프라이머를 선택하여 시공하는 것이 좋다.

실리콘 실링재 위에 시공된 경우도 박리가 있으며 이 경우 실리콘 실링재를 제거하고 접착성이 있는 실링재로 보수한 후 방수도포를 하면 된다.

③ 바탕에 함유되어 있는 수분의 증기압에 의한 박리

바탕에 수분이 존재하고 있는 상태로 우레탄 시공이 된 경우 수분의 증기압에 의해 일정의 접착력이 있어도 방수층이 부풀게 된다.

물의 증기압은 30℃에서는 0.04㎏f/㎠이지만 50℃에서는 약 0.12㎏f/㎠, 70℃에서는 약 0.32㎏f/㎠로 가속적으로 상승한다.

30℃정도에서는 기포발생이 심하지 않으나 방수층의 표면 온도가 상승하면 50℃이상까지 오르는 경우가 있으므로 시공전 바탕의 수분 존재 유무를 필히 확인 후 시공하여야 한다.

[배합불량에 따른 시공불량]

① 배합불량

2액형 우레탄 방수재는 주제와 경화제의 배합비가 규정되어 있으므로 사용전 정확한 양을 배합하는 것이 중요하다.

보통의 경우 배합비에 맞도록 포장되어 용기 단위로 배합할 수 있도록 되어 있으나 시공장소, 기후, 기타 원인에 의해 소량씩 배합할 경우는 필히 저울을 이용하여 정확한 배합비대로 배합하여 시공하여야 한다.

현장 시공의 경우 주제가 과량 배합되면 기포가 발생될 수 있으며 경화제가 과량 배합되면 도막물성이 현저히 저하되므로 정확한 배합비 대로 배합하여야 한다.

② 혼합불량

혼합은 혼합하고자 하는 용량의 1.2배 이상의 밑이 둥근 용기에서 하는 것이 좋다.

사각용기의 경우 구석에서의 혼합이 되기 어려워 부분적으로 방수도막이 형성되지 않거나 부풀음 발생 및 도막물성이 크게 저하되기도 한다.

교반시의 모터는 마력이 크고 회전수는 크지 않은 것을 사용하여 3분 정도 충분히 교반해 주어야 한다.

수작업에 의한 교반 또는 충분히 교반되지 않으면 부분적으로 도막 형성이 되지 않고 방수성능을 상실할 수도 있으므로 충분히 교반하여야 한다.

일단 혼합불량에 의한 불량 발생 시 불량부위를 전면적으로 제거하고 프라이머 처리 후 재 도포를 해 주어야 한다.

5. 용 제

시공시 방수재료의 점도가 높아 시공이 곤란한 경우 용제를 사용하여 작업성을 높이는 경우가 있는데 이때 사용되는 용제는 톨루엔 또는 키실렌을 사용한다.

용제의 사용량은 재료의 혼합량에 대해 10% 미만으로 사용하여야 하며 가능한 5% 범위내에서 사용하는 것이 좋다.

현장시공 시 일반 도로용 우레탄 신나 또는 케톤류를 사용하는 경우가 있는데 일반 우레탄 도로용 신나는 저비점 용제 등이 혼입되어 있는 경우가 있으며 이는 기포발생의 원인이 사용해서는 않된다.

또한 케톤류 용제는 알코올류나 물 등이 혼입되어 있는 경우가 있고 이 물이나 알코올이 주제의 이소시아네이트와 반응하므로 주제가 경화제와 결합 할 수 없게 되어 우레탄이 고분자화 되지 못한다.

따라서 용제는 반드시 지정용제를 사용하여야 한다.

다량의 용제를 사용하면 다음과 같은 하자가 발생할 가능성이 있다.

① 용제의 휘발에 따라 도막 두께가 앏아지고 잔류응력이 생긴다.

② 용제의 휘발에 따라 방수층의 온도가 저하하여 경화속도가 늦어지고 도막 물성이 저하한다.

③ 용제의 휘발에 따라 핀홀이나 부풀음 등이 발생한다.

기타 우레탄방수재와 관련된 내용에 관해서는 연구개발기술/공법소개 란을 참고하시기 바랍니다.

감사합니다.