<표3> β₂표
β₂ |
부재의 위치별 |
0.4∼0.5
0.6∼0.9
1.0
1.1∼1.2 |
기둥 중간부
사재
수평재
주각부 |
X = A ·x2 ............................③
여기서,
X : 내용년수 (철근표면까지 중성화하는 년수)
A : 콘크리트재질, 상태, 지역조건등에 의하여 다른 계수
x : 철근에 대한 콘크리트 피복두께(cm)
이 식은 중성화가 진행되어 철근이 녹슬면 구조적 결함이 급속히 진행하는 것으로 한 것이다.
일반적으로 양질의 콘크리트 pH는 12전후이고, 이 중에 매립된 가재는 부식하기 어렵다. 그러나, 알카리성분(주로 Ca(OH)₂)이 용출 또는 탄산화 작용(Carbonation에 따라 pH가 저하할 경우나 염소이온이 존재할 경우는 철근부식이 생기기 쉽다. 또 강재의 부식은 콘크리트 피복두께에 의하여도 다르다. 그림1은 부식과 피복두께와의 관계를 보인 것으로 염화물을 포함하는 콘크리트는 피복두께가 작아짐에 따라 크게 좌우된다.
이러한 현상은 콘크리트 투과성이나 효율의 유무에 의하여도 크게 좌우된다. 철근의 부식문제에 대하여는 여러 가지가 검토되고 있지만 아직 결론이 나지는 않았다. 고려방법으로는 콘크리트 피복두께를 크게 하든가 콘크리트 중에 억제물을 혼입하는 등의 검토를 하고 있다. 철근 콘크리트 봉강에 대하여는 Epoxy분체도장에 의한 방식도장이 행해져 내식성이나 휨가공성 등도 검토되고 있다.
그러나, 철근콘크리트조 건물의 다수는 콘크리트 표면에 도료 또는 뿜칠마감재를 치장하는 경우가 많고, 이러한 마감재의 보호효과 등도 고려할 필요가 있어 하나의 식으로 이러한 현상을 나타내는 것은 어려운 면이 있다.
한편, 강재표면을 피복하고 철을 녹으로부터 보호함과 동시에 미관의 기능을 다하고 있는 도막에 대하여 이러한 도막의 수명이 어느 정도인가는 소재의 수명에도 관련하여 중요하다. 도장강판의 내용수명을 단기간에서 예측하는 방법에 대한 검토도 있다. 예측수명으로는
1) 실제의 사용조건에 가까운 촉진촉로시험 방법의 개발
2) 재료의 본질적인 경시변화를 정량적으로 예측하여 수식적으로 내구수명을 예측하는 방법의 개발 등이 필요하다.
건축물의 수명에 대하여는 수치적으로 나타내고 그 한계를 명확화하려는 시도로부터 수식 등도 제안되고 있지만, 이것으로 전체를 표현하는 것은 곤란하다. 건축물은 많은 부재의 집합체로 그 형상이나 사용부위, 입지조건도 전부 다르고, 극히 곤란하기 때문이다.
Ⅲ. 건축용 강재의 도료와 도장
건축뿐에서 사용되는 철골구조물 등은 반드시 어떤 방법으로든 방청처리를 하고 잇다. 건축에 이용되는 강재를 대별하면, 일반철골(구조재)과 건축물구성 금속재(비구조재)로 나눌수 있다.
일반철골로서는 빌딩철골이나 공장창고 등에 있어서 Truss구조, 용접구조, Pipe, 형강구조 등의 말하자면 중량구조부재와 경량철골부재로 나눌 수 있다.
건축물구성금속재(비구조재)로서는 벽체금속재료(Curtain Wall재료)등이 있다.
철골건축물이 어떤 환경조건하에서 사용되는 가는 도장계를 선정하는데 대단히 중요하다. 철골건축물이 접하는 환경으로서는 전원지구, 일반도시부, 해안지역 및 특수환경(예를 들면 화학공업지역)으로 나눌 수 있다.
철골의 방청효과는 환경조건의 영향을 받는 외에 사용도료나 도장계, 막두께에 크게 좌우된다.
그림2는 유성방청페인트+알키드수지도료의 도장계로 전원지구, 해안지구, 도시부의 3지구에서의 폭로시험결과로, 이 결과로부터 전원지역에서 약3mil 해안지역에서 약 5mil의 도막두께가 있으면 60개월을 0.1%정도의 방청으로 견딜 수 잇음을 나타내고 있다.
건축철골에 사용되는 방청페인트에 대하여 도료명칭, 규격명, 사용량 등을 표 4에 보인다.
도장계에 있어서 어떠한 계를 선택 시공할 것인가, 도 어떠한 도료 및 공법을 채택할 것인가는 소재의 내구성능을 좌우시키기 때문에 중요하다. 건축물이 설치될 장소의 환경조건에 의하여 도료 및 도장사양이 결정되는 것은 당연하지만 도장작업상의 제한으로부터 도료 및 도장계가 결정되는 것이다. 예를 들면 철골재 등은 공장에서 하도를 도장하고 현지에 반입후 중도, 상도를 도장한다. 이러한 경우에 현지도장까지의 기간이 길면 중도와 하도와의 부착성을 저하시키기 때문에 중도까지의 기간이 길어도 부착성을 저하시키지 않게 MIO(Micaceous Iron Oxide)계 도료등이 공장에서 도장되고 있다.
일반적으로 건축철부에서 도장공정의 표준적인 사양에 대하여는 "일본건축학회 건축공사 표준사양서 JASS-18도장공사"나 "철골공사기술지침"에 명시되어 있다.
<표4> 도료의 사용량
도료명칭 |
규격명 |
사용량 (kg/㎡) |
도장간격
(h,m) |
희석률 (%) |
표준막 두께
(㎛) |
철도장 |
Spray 도장 |
철도장 |
Spray 도장 |
단박형 에칭프라이마 |
1종 |
0.07 |
0.09 |
22h∼24h |
10이하 |
20이하 |
5∼10 |
장박형 에칭프라이마 |
2종 |
0.10 |
0.13 |
24h∼3m |
10 〃 |
20 〃 |
15∼20 |
일반
방청페인트 |
1종
2종 |
0.14
0.13 |
0.17
0.16 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
연단
방청페인트 |
1종
2종 |
0.19
0.17 |
0.24
0.21 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
아연화납
방청페인트 |
1종
2종 |
0.14
0.13 |
0.17
0.16 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
염기성크롬산
납방청페인트 |
1종
2종 |
0.14
0.13 |
0.17
0.16 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
시아나미드납
방청페인트 |
1종
2종 |
0.14
0.13 |
0.17
0.16 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
아연 방청페인트 |
1종 |
0.17 |
0.21 |
44h∼6m |
5 〃 |
10 〃 |
30∼35 |
정크로메트
방청페인트 |
2종A
2종B |
0.13
0.13 |
0.16
0.16 |
48h∼6m
24h∼6m |
5 〃
5 〃 |
10 〃
10 〃 |
30∼35
30∼35 |
연단정크로메트 방청페인트 |
2종 |
0.13 |
0.16 |
24h∼6m |
5 〃 |
10 〃 |
30∼35 |
JASS-18사양에는 알루미늄 소재나 아연도금면에의 도장사양 외 콘크리트바탕이나 목부 등 건축재료로서 이용되고 있는 소재에 대한 사양을 설정하고 있다. 알루미늄 소재에 대하여는 외장 Curtain Wall 이나 Aluminum Sash, 옥내 Partition등의 용도가 있고 아크릴 수지계도료나 도금 아크릴수지도료가 또, 최근에는 비황(非黃)변성 우레탄수지도료 등이 많이 이용되고 있다. 이러한 것은 공장 line에서 도장(Precoat)되어 현지반입되는 것이 많다. 또 아연도금면에의 도장에 대하여는 Etching Primer(KS M5337, JISK5633)를 도장한 후 하도, 중도가 도장되는 사양이나 아연도금면에 적합한 방청도료를 이용하는 사양이 설정되고 있다.
건축재료의 소재로서는 아연도금재, 알루미늄건재외 스테인레스나 구리면 등에 도장되는 경우도 있지만 여기서는 철부를 중심으로 기술하여 기타 금속지면에의 사양에 대하여는 생략했다. 생략
기타 도료나 도장사양은 도료재료나 도장방법의 기술적 진보에 의하여도 새로운 도장방법의 기술적 진보에 의하여도 새로운 도장 시스템이 개발 도입되어 왔다. 이로는 각 도료메이커 각각의 도료에 적합한 사양을 제시하고 있다.
건축철골의 방청도장에서 주된 주의사항에 대하여 기술하면 일반적인 중구조물의 경우와 같이 소지조정은 중요하고, 유분이나 녹을 충분히 제거하고 도장하는 것이 중요하다. 소지조정의 제청도의 기준으로서는 SSPC(미국)나 SIS(스웨덴)등에 규격화 되어 있어 각각의 규격대비를 표5에 보인다. 도장상의 주의개소로서는 몇가지가 있지만 그 하나로 용접개소를 들 수 있다. 용접시의 Slag, Spatter나 발생하는 Hume(특히 알칼리성)에 의한 영향으로 이 부분의 도막열화가 일어나기 쉽다. 이 때문에 용접부에 대하여는 도장전처리로서 Wirebrush나 인산에 의한 산세척 등도 효과적으로 행해지고 있다. 이 부분에는 도막으로서 내알칼리성이 좋은 시러코트 등이 이용된다. 또 Gusset접합부는 흑피가 생기고 있는 경우가 많기 때문에 기계적인 수단에 의하여 흑피를 떼낸 후 하도 도료를 1회 더 도장한다(그림3)
<표5>제청도의 규격대비
|
SSPC(America) |
SIS05-5900 (Sweden) |
I S R A SPSS (일본조선연구협회) |
BS 4232 (영국) |
CGSB 31-GR-404 (Ganada) |
Blast |
SP-5 White Metal Blast Cleaning |
Sa3(ABCD) |
Sd3, Sh3 |
1, st |
Type 1 |
|
SP-10 Near White Blast Cleaning |
Sa2½(ABCD) |
Sd2, Sh2 |
2, nd |
|
|
SP-6 Commercial Blast Cleaning |
Sa1(BCD) |
Sd1, Sh1 |
3, rd |
Type2 |
|
SP-7 Brush-off Blast Cleaning |
Sa1 (BCD) |
|
|
Type3 |
동력공구 |
SP-3 Power Tool Cleaning |
St3 (BCD) |
Pt3 |
|
|
수 작 업 |
SP-2 Hand Tool Cleaning |
St2 (BCD) |
|
|
|
|
|
St1 (BCD) |
|
|
|
주) SSPC : Steel Structures Painting Council(America)(1963)
SIS : Swedish Standard Institution(1967)
소지조정전의 강관
·A Millscale부착
·B 일부 붉은 녹이 있는 Millscale
·C 붉은 녹판
·D 공식판
JSRA SPSS : JSRA Standaed for the Prepration of Steel Surface prior to Painting(1975)
BS : British Standard
CGSB : Canadian Goverment Specification Board
형강의 우각부나 보울트부 등도 도막이 얇아지기 쉬운 곳으로 목을 발생하여 도막 열화를 일으키기 쉽다 이 때문에 이 부분도 충분히 도막두께를 갖도록 할 필요가 있고 1회 더 도장한다. 콘크리트와의 접합부 예를 들면 토대부철골등은 콘크리트의 알칼리에 의해 도막의 보호기능을 저하시킨다. 따라서 이 부분에는 내알칼리성이 좋은 도료를 사용하는 것이 좋다.
최근, 기존건물의 보수교환공사가 많게 되었다. 보수교환의 기술에 대하여는 열화상태의 진단기술이나 Life Cycle Cost를 포함한 Maintenance공법의 확립등 금후의 과제도 많다. 이것은 철골조 기존건물에 대한 열화현상이 어느부위에 어떤 모양으로 생기고 있는가를 열화외력, 열화판정수법과 겸하여 명확하게 함과 동시에 보수교환에 관한 자료를 얻어 기존건축물의 보존기술 등의 개발을 한 것이다.
도장교체공사에 있어서는 도장개소의 도막의 열화상태나 구도막의 종류, 건축부위, 입지조건 등 사전조사를 하여 도장교체공사 사양을 정한다. 도장교체공사에 대한 조사 Step을 나타내는 Flow Chart는 그림4와 같다.
Ⅳ. 최근의 새로운 도료에 대하여
도료 및 도장이 종래부터 갖고 있는 기능과 특징으로는 보호와 미장(美裝)이지만, 최근 이 이외로 제3의 기능을 도막에 부여함에 따라 종래 도료 특성과 다른 기능을 피도물표장(表裝)에서 기대하는 경향이 나타나고 있다. 예를 들면 전파흡수도료나 전도성도료, 오염방지도료, 초내구성 도료 등 새로운 소재원료를 생기게 한 도료가 개발되어 왔고 도료도 하나의 새로운 기능재료로서 용도가 개척되고 있다.
초내후성 도료로서의 불소수지계 도료나 중방식도료로서 Glass Flake 혼입 무용제도막 두께형 도료도 물성면에서 특징을 갖는 새로운 기능도료의 하나라 할 수 있다.
도장에 있어서 기능의 종류와 구분을 표6에 보였다.
<표6>도장에 있어서 기능과 종류 및 구분
기능의 종류 |
내용 |
기능의 종류 |
내용 |
물리적기능 |
내마모성
경도
인성
비바름성
비점착성
마찰성 |
기능 |
표면불활성성
(흡착과 방출)
촉매성 |
광방사기능 |
형광 ·인광성
감광성
광안정성
내방사선성 |
열적기능 |
내열 ·내한성
난연성
차열 ·단열성
내열산화방지성
열전도성
적외선특성(흡수·반사·투과)
탈탄방지특성
감열성 |
전기전자기능 |
유전성
압전성
절연성
도전성
자성
내코로나성 |
음향기능 |
차음성
흡음성
음향방지성 |
화학적 |
내약품성(내식성)
내후성
내흡수성
내확산성 |
생체기능 |
오염방지성
곰팡이방지성 |
표면층기능 |
전도막기능 |
비마름성 비흡착성
비점착성 촉매성
등 마찰성 |
각종전기특성 내화 ·내흡수성
적외선 특성 내약품성
내방사선성 차음성
내열 ·내한성 흡음성 등 |
건축철부에 응용되는 기능성의 도료로서는 벽면에 도장되는 곰팡이 방지용 도료 등이 있고, 최근 콘크리트 외벽재로서 사용되는 탄성마감재도 그 하나이다.
건축철부에 응용되는 기능성도료로서는 앞에서 설명한 초내후성 불소수지 도료가 있지만 형광도료나 활설(滑雪)도료, 결로방지도료도 그 일종이다. 형광도료는 형광(Luminescence)을 발하는 도료로 이것은 건물중에서 비상계단이나 비상구, 소화전 등의 장소를 명시하는 비상표시로서 이용할 수 있다. 활설도료는 실리콘계 수지나 불소계 수지등을 병용하여 임계표면장력이 작은 도막을 형성하는 것에 의하여, 착빙착설방지를 목적으로 동기강설지역의 건물 지붕 등에 이용된다. 또 고온다습지역의 건물 내부 Duct, 천정, 냉각 Pipe등에 결로현상이 생기는 것을 방지할 목적으로 단열재와 병용하여 결로방지도료를 이용할 수 있다.
기타 보온, 단열, 방음, 내화의 성질은 건축재료에는 필요한 특성으로 이러한 요소를 도막자체에 부여함에 의해 건축도료도 새로운 기능 재료로서 응용이 가능하다.
Ⅴ. 결론
건축재료로서 목재나 석재를 사용한 역사는 오래다
그러나, 철골재료가 건축물이나 강구조물에 이용되는 역사는 오래지 않아 수십년에 불과하다.
철은 건축 구조재나 비구조부재의 재료로서 앞으로도 주된 건축재료로 그 방식성능은 구조물의 장기내구성을 좌우하는 커다란 요소이다. 이 때문에 방식수단의 하나인 도료와 도장의 역할은 크고 더욱이 성능향상을 위한 기술개발도 기대된다. 또, 새로운 기능재료로서 여러 가지 도료의 개발도 진행되어 많은 가능성을 갖고 있다.
한편 기존건물에 대하여도 열화진단기술의 개발이나 새로운 Maintenance공법의 개발과 동시에 건축물보선의 기술확립이 필요하게 된다.
건축물의 내구성 문제는 간단하게 부분적인 열화상태의 문제만이 아니고, 물리화학적인 내구성이나 기능적, 사회적, 경제적인 관심으로부터 그 내용성을 고려해야 한다.
본고는 도료 및 도장의 일부분을 기술한 것에 불과하고 앞으로도 해결해야 할 많은 난제가 있다고 생각된다.(D.B.L) .