강교 도장: 도료가 아니라 표면처리와 이슬점이 도막의 수명을 정한다

강교 도장의 성패는 어떤 도료를 쓰느냐가 아니라 강재 표면을 어떻게 준비했느냐로 갈린다. 기준이 그렇게 쓰고 있다 — "우수한 강교량의 도장은 엄정한 표면처리의 결과로부터 얻어지므로 강교량 도장의 성패는 강재의 표면처리 기술에 좌우된다"(3.5.2).

부식은 물과 산소가 있으면 진행되는 전기화학 반응이고, 도막은 그 경로를 끊는 장치다. 그래서 조문의 상당 부분이 도료의 배합이 아니라 표면 상태·기온·습도·이슬점·풍속을 다룬다.

세 가지 상황에서 쓴다. ① 신설 강교의 공장도장과 현장도장 — 도장계열을 설치환경으로 고른다. ② 기존 교량의 보수도장 — 부분 보수와 전면 재도장의 사양이 다르다. ③ 볼트 체결부와 용접부 — 도막결함이 가장 먼저 생기는 자리다.

이 글은 KCS 24 31 25 도장(한계상태설계법)의 조문을 인용한다. 도장계열별 도막두께 표와 도료 규격 목록은 옮기지 않았다.

1. 표면처리가 도장의 성패를 정한다

기준은 표면처리의 목적을 네 가지로 적는다(3.5.2 (1)).

소지면을 불활성화(안정화)하여 내식성을 향상시킨다.

부착·생성된 이물질을 완전히 제거하고 표면의 조도를 형성시켜 도료의 밀착성을 높인다.

소지면과 도료의 친화력과 습윤성을 준다.

소지면의 돌출부를 제거하여 평탄하게 한다.

두 번째가 특히 중요하다. 표면을 매끈하게 만드는 것이 아니라 거칠기를 만드는 작업이다. 도막은 화학적 결합만으로 붙지 않고 미세한 요철에 물려서 붙는다. 그래서 조도에 범위가 정해져 있다 — "표면 처리된 강판의 표면조도는 … 별도의 규정이 없으면 25 μm~75 μm를 기준으로 한다"(3.5.2 (2) ②). 너무 매끈하면 붙지 않고, 너무 거칠면 돌출부의 도막이 얇아진다.

그리고 시간 제한이 붙는다.

표면처리가 완료되어 검사된 후 4시간 이내에 프라이머를 도장하여야 하며, 다시 녹이 발생한 경우에는 표면처리를 다시 실시하여야 한다. — KCS 24 31 25, 3.5.2 (4) ②

표면처리가 완료되어 검사된 후 4시간 이내에 프라이머를 도장하여야 하며, 다시 녹이 발생한 경우에는 표면처리를 다시 실시하여야 한다. — KCS 24 31 25, 3.5.2 (4) ②

블라스팅으로 밀스케일과 녹을 벗겨 낸 강재 표면은 가장 활성이 높은 상태다. 대기 중 수분에 바로 반응하기 시작하므로, 깨끗한 상태는 몇 시간짜리다. 4시간을 넘겨 발청하면 앞의 작업이 무효가 되고 처음부터 다시 한다.

표면처리 등급은 SSPC·NACE·ISO 규격을 쓰며, 연마재는 "유분 및 염분이 규정치 이하인 깨끗하고 건조한 것"이어야 한다(3.5.3 (2)). 연마재가 오염되어 있으면 표면을 청소하면서 동시에 오염시키게 된다.

용접부는 따로 다룬다 — "용접부는 일반부위에 비해 도막결함이 발생하기 쉽고, 조기에 발청하기 쉬운 부분이므로 … 표면처리를 실시한 후 도장하여야 한다. 도막의 성능 및 내구력을 높이기 위하여 하도를 1회 추가 도장하고"(3.5.10 (1)). 용접부는 형상이 불규칙해 도막이 얇게 깔리는 자리가 생기므로, 한 겹 더 올려 두께를 확보한다.

2. 날씨가 조건을 벗어나면 도장을 중지한다

도장작업 시의 기후조건은 3.5.9에 숫자로 규정되어 있다.

조건기준조문

대기온도5℃ 이상3.5.9 (2)

상대습도85% 이하3.5.9 (2)

고온특별한 규정이 없으면 43℃ 이상에서는 작업하지 않는다3.5.9 (3)

강풍평균 풍속 8 m/s, 작업높이 5 m 이상이면 5 m/s 이상에서 작업 중지3.5.9 (4)

철표면 온도이슬점보다 3℃ 이상 높을 것3.6.4 검사항목

네 조건이 서로 다른 실패를 막는다.

저온에서는 경화 반응이 진행되지 않아 도막이 물성을 갖추지 못한다. 고온은 반대 방향의 문제다 — "온도가 너무 높은 경우에 건조가 비정상적으로 빨라지고 가사시간이 짧아지므로"(3.5.9 (3)). 가사시간은 2액형 도료를 섞은 뒤 쓸 수 있는 시간인데, 이것이 짧아지면 통 안에서 굳는다.

이슬점 + 3℃ 조건이 가장 실무적이다. 강재 표면 온도가 이슬점 이하로 내려가면 표면에 결로가 생기고, 눈에 보이지 않는 물 위에 도료를 칠하게 된다. 3℃의 여유는 작업 중 온도가 조금 떨어져도 결로가 생기지 않도록 두는 것이다. 그래서 검사기기 목록에 이슬점 환산표 또는 이슬점 계산자가 들어 있다(3.6.5 (13)).

풍속 기준이 작업높이로 달라지는 것도 눈여겨볼 만하다. 지상에서는 8 m/s인데 5 m 이상 높이에서는 5 m/s로 낮아진다. 도료 비산과 작업자 안전이 함께 걸린 조건이다.

같은 조문은 예외도 둔다 — 제품에 따라 더 나쁜 조건에서 작업이 가능하면 제조업체의 기술 자료에 따라 공사감독자가 판단한다(3.5.9 (2)). 도료가 발전하면 기준값이 아니라 제품 데이터를 근거로 삼는다.

3. 도료는 다리가 서 있는 환경으로 고른다

도장계열의 선택 기준은 교량이 놓인 곳이다. 기준은 설치환경을 여섯으로 나눈다(3.4.1).

설치환경정의

일반지구도로상 공장 및 제설 등의 영향이 없는 지구

해안지구해염 입자의 영향으로 강재의 부식이 빠른 지구

공장지구공장과 근접해 질산화물 등의 영향으로 부식이 빠른 지구

대기오염지구도시 등에서 대기오염도가 대단히 높아 부식이 빠른 지구

해상지구해상에 설치된 강구조물 또는 이와 동등한 부식환경에 놓인 지구

해안공업지구해안과 공장의 환경조건이 중복된 지구

그리고 같은 교량 안에서도 부위를 다섯으로 나눈다(3.4.2) — 교량의 외부표면, 박스 거더형 내부표면(밀폐상태), 외부 연결판 및 볼트 부분, 내부 연결판 및 볼트 부분, 콘크리트와 접촉하는 강부재.

밀폐된 박스 거더 내부가 따로 있는 이유는 그 안이 외부와 다른 환경이기 때문이다. 비를 맞지 않지만 환기가 없어 결로가 생기고, 한 번 젖으면 마르지 않는다. 콘크리트와 접촉하는 강부재도 따로 있다 — 알칼리 환경이고 물이 갇힌다.

제설제(융빙제)는 이 분류에서 일반지구의 정의에 들어가 있다. 제설의 영향이 없어야 일반지구다. 제설제에 노출되는 부위가 신축이음에서 내부식성 재료를 요구받는 것과 같은 이유다.

4. 방청은 세 가지 원리로 나뉜다

도료가 녹을 막는 방식은 하나가 아니다. 기준은 세 가지를 구분한다(2.1.3 (2)).

원리방식재료

차단물과 공기의 침투를 물리적으로 막는다에폭시·우레탄 수지, 알루미늄 또는 MIO 안료

부동태화철 표면을 알칼리성으로 만들어 부동태화시킨다광명단 같은 방청안료

음극보호철보다 이온화 경향이 큰 금속이 대신 이온화한다아연말

음극보호가 특히 다르다. 도막에 상처가 나서 강재가 드러나도, 주변의 아연이 먼저 이온화하면서 철이 이온화하는 것을 막는다. 차단 방식은 도막이 깨지면 그 자리에서 부식이 시작되지만, 음극보호는 도막이 조금 손상되어도 계속 작동한다.

그래서 무기질 아연말 도료의 품질기준은 아연 함량으로 규정된다 — "무기질 아연말 도료의 방청력 및 마찰계수는 건조도막중의 아연말의 함량에 따라 좌우되며, 최상의 방청 품질을 유지하기 위하여 건조도막중의 아연말의 함량이 85%(무게비) 이상인 제품을 사용하여야 한다"(2.1.3 (3) ③).

마찰계수가 함께 언급된 것에 이유가 있다. 무기질 아연말 도료는 고장력볼트 마찰접합면에 쓰이는데, 이때 도막은 방청 기능과 미끄럼 저항을 동시에 담당한다. 마찰접합의 설계 마찰계수가 도장 사양에 걸려 있는 것이다.

이 도료는 내열성도 좋아 400℃까지 올라가는 철재의 하도로 적용 가능하다(2.1.3 (3) ③).

반대로 기준에서 빠진 도료들도 있다. 연단계 방청페인트는 "방청력이 열세하며, 환경문제 등으로 인하여 신설 교량에 대한 도장 시방에서는 제외", 염화고무계는 "환경에 유해한 물질의 발생문제 및 휘발성 유기용제의 저감화가 어렵다는 문제", 역청질계는 "장기 내구성에 한계가 있고 어두운 색(흑색)으로 인하여 교량 내부의 검사 및 점검 시 결함의 발견이 어렵다"는 이유로 신설 교량에서 제외되었다.

마지막 이유가 흥미롭다. 점검 가능성이 도료 선택의 기준이 된다. 검은 도막 위에서는 균열과 발청이 보이지 않으므로, 성능이 나쁘지 않아도 유지관리 관점에서 배제된다.

5. 검사는 자격을 가진 사람이 한다

도장 검사에는 검사자 자격 요건이 붙는다.

도장검사는 대외적으로 인정되어 있는 공인 받은 교육기관(NACE, KACE, FROSIO 등)에서 자격을 인증한 고급이상의 전문도장 검사자에 의하여 수행되어야 한다. — KCS 24 31 25, 3.6.1 (2) ①

도장검사는 대외적으로 인정되어 있는 공인 받은 교육기관(NACE, KACE, FROSIO 등)에서 자격을 인증한 고급이상의 전문도장 검사자에 의하여 수행되어야 한다. — KCS 24 31 25, 3.6.1 (2) ①

도장은 완성된 뒤에는 확인할 수 없는 항목이 많다. 표면처리 등급, 도장 당시의 습도와 이슬점, 재도장 간격은 그 시점에 보지 않으면 사라지는 정보다. 그래서 검사기기 목록에도 그 시점을 잡기 위한 장비가 들어간다 — 상대습도 측정기, 표면온도계, 습도막두께 측정기, 건도막두께 측정기, 이슬점 환산표(3.6.5).

습도막두께 측정기가 목록에 있는 이유가 이 공정의 성격을 보여 준다. 건조 후에 두께가 모자라면 다시 칠해야 하므로, 칠하는 중에 젖은 도막 두께를 재서 목표 건조도막두께가 나올지 확인한다. 사후 검사가 아니라 공정 중 제어다.

기록도 함께 요구된다. 시공관리 항목에 "도료의 희석률, 도장횟수, 도막두께, 건조, 재도장간격, 도막외관"이 들어 있고(3.1.3 (2)), 시공기록에는 기상상태, 표면처리 상태, 도장작업 내용, 중복도장의 간격을 남긴다(3.2.2). 사진관리도 별도 항목이다.

장대교량에는 추가 절차가 있다 — "도장면적이 대단히 넓은 장대교량인 경우 임의의 롯트로 시료를 채취하여 공인된 시험기관에 의뢰하여 품질검사를 실시할 수 있다"(3.6.2 (3)). 제조사 시험성적표를 신뢰하되, 면적이 크면 별도로 확인한다.

6. 정리

도장의 성패는 표면처리가 정한다 — 목적은 매끈하게 만드는 것이 아니라 조도 25~75 μm를 만드는 것이다.

표면처리 후 4시간 이내에 프라이머를 칠한다. 발청하면 표면처리부터 다시 한다.

기후조건은 숫자로 정해져 있다 — 대기온도 5℃ 이상, 상대습도 85% 이하, 43℃ 이상 금지, 철표면 온도는 이슬점 + 3℃ 이상.

풍속 기준은 작업높이로 달라진다 — 지상 8 m/s, 작업높이 5 m 이상이면 5 m/s.

도장계열은 설치환경 6구분 × 설치형태 5구분으로 고른다. 밀폐된 박스 거더 내부와 콘크리트 접촉면은 별도 부위다.

방청 원리는 차단·부동태화·음극보호의 셋이며, 무기질 아연말 도료는 건조도막 중 아연말 85%(무게비) 이상이어야 한다.

연단계·염화고무계·역청질계는 신설 교량에서 제외되었다. 역청질계는 검은색이라 점검에서 결함이 안 보인다는 것도 이유다.

검사는 NACE·KACE·FROSIO 등이 인증한 고급 이상 전문검사자가 수행하고, 습도막두께를 칠하는 중에 측정한다.

도장기준을 읽으면 도막의 성능은 재료가 아니라 공정에서 결정된다는 것이 분명해진다. 같은 도료를 써도 조도가 모자라거나, 이슬점 위에서 칠했거나, 4시간을 넘겼으면 결과가 달라진다. 그래서 조문은 도료의 성분보다 언제 칠할 수 있고 언제 중지하는가에 훨씬 많은 지면을 쓰고, 그 조건을 확인할 사람의 자격까지 규정한다.