KR100448315B1 - 콘크리트용 공기포 안정제 및 방수제로 사용될 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물과 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물 - Google Patents

콘크리트용 공기포 안정제 및 방수제로 사용될 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물과 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물 Download PDF

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Abstract

콘크리트의 동결 융해에 의한 내구성 저하 방지 및 콘크리트의 작업성(workability) 지속 등 콘크리트 물성을 향상시키는 기포 안정제 및 콘크리트 방수 성능을 향상시키는 방수제로 사용될 수 있는 화학 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 공기연행제 조성물이 개시된다. 이와 같은 콘크리트용 화학첨가제 조성물은 이소부틸올레이트 0.1 내지 8 중량부, 유화제 0.1 내지 8 중량부, 분산제 1 내지 1000 중량부, 및 상기 이소부틸올레이트, 분산제 및 유화제 총중량의 0.1 내지 2000배의 물을 포함하는 것이 바람직하며, 통상적인 공기연행제를 더욱 포함할 수도 있다.

Description

콘크리트용 공기포 안정제 및 방수제로 사용될 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물과 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물 {Chemical additives used as stabilizing agent for entrained air in concrete and as water proofing agent for concrete and Air entraining agent with the air stabilizing agent showing low air loss by time in concrete}
본 발명은 콘크리트용 공기포 안정제 및 방수제로 응용될 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물 및 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트의 동결 융해에 의한 내구성 저하 방지 및 콘크리트의 작업성(workability) 지속 등 콘크리트 물성을 향상시키는 공기포 안정제 및 콘크리트 방수 성능을 향상시키는 방수제로 사용될 수 있는 화학첨가제 조성물 및이를 포함하는 공기 연행제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 조성물은 콘크리트의 강도, 내구성, 취급성, 작업성 (workability) 등을 향상시키거나, 자원 절약, 에너지 절약 등을 위해 다양한 화학혼화제를 첨가하여 제조되고 있으며, 이와 같은 콘크리트용 화학혼화제로는 공기연행제(Air-entraining agent, AE제) 또는 기포제, 감수제, AE감수제,방수제등이 대표적으로 사용되고 있다. 공기연행제는 'KS F 1004 콘크리트 용어'에 콘크리트 등의 내부에 미소한 공기포를 일정하게 분포시키기 위해 사용하는 혼화제라고 정의되어 있으며, 콘크리트의 동결 융해에 의한 내구성 저하 방지와 작업성 개선 효과를 준다. 감수제는 콘크리트 입자의 계면에 흡착되어, 입자에 정전기적인 반발력을 부여하여 콘크리트 입자를 분산시킴에 의해, 콘크리트 조성물의 유동성을 개선하는 기능을 하며, 또한 습윤 기능이 있어 콘크리트의 강도를 증대시키는 기능을 하는 계면활성제의 일종이며, AE감수제는 공기연행제와 감수제의 기능을 동시에 수행하는 화학혼화제이다.
현대의 건설 산업에서 가장 중요한 비중을 차지하는 콘크리트는 여러 가지 장, 단점이 있으나, 그 중 하나의 단점은 동결 융해에 의한 콘크리트의 내구성 저하 문제이다. 즉, 겨울철에 기온이 영하이하로 내려가면, 콘크리트 내에 함유된 수분이 얼면서 부피가 팽창하게 되고, 그 팽창 압력에 의해 콘크리트에 미세한 균열이 생기게 되어, 결국은 콘크리트 전체의 파괴로 진행되게 된다. 이러한 동결융해에 의한 균열은 콘크리트 내에 미세한 공기포를 첨가하여 방지할 수 있는데, 이 공기포가 수분이 팽창하면서 생기는 압력을 견딜 수 있는 쿠션 역할을 하여 내구성을 향상시킨다. 이러한 공기포의 양이 너무 적으면 충분한 쿠션 역할을 못하고, 너무 많으면 콘크리트의 강도가 저하된다. 여러 연구 결과에 의하면 콘크리트 내의 공기량이 3 내지 6%일 때 콘크리트 강도에 큰 영향을 주지 않으면서, 동결 융해에 의한 균열을 방지할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 따라서 한국공업규격(KS)에서도 콘크리트의 공기량을 3 내지 6%로 규정하고 있다.
콘크리트 내의 공기는 갇힌 공기(entrapped air)와 연행 공기(entrained air)로 나누어지며, 실제 동결 융해 방지 효과는 연행 공기에 의해 좌우된다. 연행 공기 중에서도 주로 100㎛ 이하의 미세포가 동결 융해 방지에 효과적인 것으로 알려져 있다. 일반적으로 공기연행제(AE제)를 첨가하지 않은 플레인(plain) 콘크리트는 1.5 내지 2% 정도의 갇힌 공기를 포함하고, 그 이상의 공기량을 포함하기 위해서는 공기연행제를 첨가하여야 한다. 공기연행제는 그 자체로 콘크리트 내부에 기포를 발생시키는 것이 아니라, 콘크리트 조성물의 혼련시 표면 장력을 변화시켜서 콘크리트 내에 공기포가 갇히도록 하는 것이다.
그러나 이와 같이 공기연행제를 첨가하더라도 콘크리트 혼련, 보관의 여러 조건, 예를 들어 온도, 콘크리트 배합비, 사용 재료 등에 의해 콘크리트에 포함되는 공기량이 달라지며, 또한 혼련시 발생된 공기가 시간 경과에 따라 점차 감소하기 때문에 원하는 규격(예를 들어 KS 규격인 3 내지 6%) 내로 공기량을 유지하기가 곤란한 문제점이 있다. 이와 같이 공기량이 감소하게 되면 콘크리트의 내구성도 문제가 되지만, 콘크리트의 슬럼프(작업성)도 같이 저하되어 작업성 저하(slump loss) 현상이 나타난다. 시간 경과에 따라 콘크리트의 공기량이 급속히 감소하는 문제점은 최근 들어 화학혼화제에 대한 흡착성이 강한 플라이애쉬(fly ash)를 콘크리트에 첨가하면서 더욱 심각해지고 있다. 도 1은 시간 경과에 따른 공기량 저하에 의한 콘크리트 품질 관리 문제점을 설명하기 위한 그래프로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 시간 경과에 따른 공기량 변화는 조성 A 또는 조성 B의 형태로 나타난다. 조성 A는 다량의 공기연행제를 사용한 경우로서, 60분 후의 공기량은 KS규격 범위 내에 있으나, 초기 공기량은 규격 범위를 벗어나며, 조성 B는 소량의 공기연행제를 사용한 경우로서, 초기 공기량은 규격 범위 내에 있으나, 30분 후의 공기량이 KS규격에서 벗어남을 보여 주고 있다. 도 1의 조성 C는 시간 경과에 관계없이 공기량이 규격 범위 내로 유지되는 조성으로서 콘크리트 품질 관리에 있어서 바람직한 조성을 나타낸 것이다.
또한, 모르타르와 콘크리트(이하, 콘크리트로 칭한다)는 그 자체에 수밀성이 있으나, 근본적으로 자체에 미세 기공을 가지고 있기 때문에 완전 방수를 기대하기 어렵다. 따라서 보다 높은 수밀성이 요구되는 경우에는 방수제를 사용하여 그 목적을 이룰 수 있다. 콘크리트를 방수하는 방법은 여러 가지가 있으나 크게는 외부에 시트 등을 설치하거나 표면에 폴리머 등을 처리하여 물과 차단하는 방법과 콘크리트에 미세 기공을 줄이는 첨가제를 넣는 방법이 있다. 이러한 첨가제를 방수제라 부르며, 무기질계, 유기질계와 혼합계로 분류할 수 있다. 본 발명에 따른 화학첨가제 조성물은 유기질계로서, 이소부틸올레이트와 유화제 중의 지방산에스테르가 콘크리트 내의 수산화칼슘과 반응하여 발수성이 있는 고급 지방산 칼슘이 되어 콘크리트내의 모세관 내의 흡수성을 감소시켜 방수기능을 가진다.
따라서 본 발명의 목적은 시간 경과에 따른 콘크리트 내부 공기량의 과도한 저하를 방지할 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물 및 이를 포함하는 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트의 방수 성능을 향상시키는 방수제로 사용될 수 있는 화학첨가제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 불안정한 거대 공기포의 발생을 억제하고, 공기연행제가 콘크리트 성분의 표면으로 흡착되어 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물 및 이를 포함하는 기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 콘크리트의 동결 융해에 의한 내구성 저하를 효과적으로 방지하고, 작업성을 향상시킬 수 있는 콘크리트용 화학첨가제 조성물, 및 이를 포함하는 공기포 안정성이 우수한 공기연행제 조성물을 제공하는 것이다.
도 1은 시간 경과에 따른 공기량 저하에 의한 콘크리트 품질 관리 문제점을 설명하기 위한 그래프.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이소부틸올레이트, 분산제, 유화제, 및 물을 포함하는 콘크리트용 첨가제 조성물을 제공한다. 여기서, 상기 콘크리트용 첨가제 조성물은 이소부틸올레이트 0.1 내지 8 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량부, 유화제 0.1 내지 8 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3중량부, 분산제 1 내지 1000 중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 중량부 및 상기 이소부틸올레이트, 분산제 및 유화제 총중량의 0.1 내지 2000배, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10배의 물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 콘크리트용 첨가제 조성물은 통상적인 공기연행제를 더욱 포함할 수도 있으며, 상기 분산제로는 리그닌, 폴리나프탈렌설포네이트, 폴리멜라민설포네이트, 폴리카복실산계 분산제 등을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 리그닌을 사용할 수 있다. 특히 플라이애쉬를 포함한 콘크리트는 플라이애쉬 중의 미연 탄소의 흡착성 때문에 시간 경과에 따른 공기량 감소가 큰데, 본 발명에 의한 기포 안정 기능을 하는 화학첨가제와 이를 포함하는 공기연행제는 이를 방지하는 효과가 우수하다. 상기 화학첨가제 성분 중 기포 안정 역할을 하는 주요 성분은 이소부틸올레이트이며, 이소부틸올레이트의 함량은 전체 콘크리트 내의 시멘트 중량(Cx)에 대하여 0.0001 내지 0.01중량%인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
콘크리트 조성물은 시멘트, 모래, 골재로 주로 이루어지며, 플라이애쉬, 실리카 흄 등 광물성 첨가제(혼화제)나, 공기연행제, 감수제 등의 화학 첨가제(혼화제)를 포함하기도 한다. 공기연행제는 그 자체로 공기포를 발생시키는 것이 아니라, 주로 콘크리트 표면의 표면장력에 변화를 주어 혼련(mixing) 중 갇힌 공기포를 발생시키는 것으로서, 갇힌 공기의 안정성은 여러 가지 요인에 의해 결정된다. 첫째는 발생된 기포의 안정성으로 공기포가 작을수록, 공기포의 표면장력이 클수록 공기포는 안정된다. 둘째로 공기연행제가 다른 화합물에 흡착되는 등 화학적으로 변화가 있으면 공기량이 줄어 들 수 있다. 그 대표적인 예로서, 최근 시멘트 일부를 플라이애쉬(fly ash)로 대체 사용하는 경우가 있는데, 이 경우에는 플라이애쉬 중의 미연탄소(unburned carbon)가 공기연행제를 흡착하여 콘크리트의 공기량을 급격히 떨어뜨리게 된다.
본 발명은 이와 같은 현상들을 방지하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 기포 안정제 조성물은 이소부틸올레이트(Isobutyl Oleate: IBO), 분산제, 유화제, 및 물을 포함한다. 이들 성분 중에서 기포안정 역할을 하는 주성분은 이소부틸올레이트인데 비중이 0.860g/cm3으로 콘크리트 혼화제로 통상적으로 사용되는 다른 성분, 즉 물(비중= 1g/cm3), 리그닌(Lignosulfonate, 비중=약 1.2g/cm3) 또는 폴리나프탈렌설포네이트(polynaphtalene sulfonate: PNS, 비중=약 1.2g/cm3) 등과는 잘 섞이지 않으므로, 화학적으로 안정된 이소부틸올레이트 조성물을 형성하는 것이 중요하다. 본 발명에 있어서, 분산제, 유화제, 물 등은 이소부틸올레이트를 화학적으로안정화시키기 위하여 첨가하는 보조제의 역할을 하는 것으로서, 본 발명의 기포 안정제 조성물의 사용 형태에 따라 그 사용량을 광범위하게 변경할 수 있다.
본 발명의 공기포 안정제 조성물에 사용되는 유화제는, 상술한 바와 같이 이소부틸올레이트와 다른 성분을 유화시키는 기능을 하는 것으로서, 상기 유화제로는 글리세린지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 에톡시레이티드솔비탄 지방산에스테르, 에톡시레이티드알킬아민 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 사용량은 배합되는 콘크리트의 성분, 유화제의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 이소부틸올레이트 0.1 내지 8 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량부에 대하여 유화제 0.1 내지 8 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 중량부를 사용한다. 만일 유화제의 사용량이 0.1중량부 미만이면, 이소부틸올레이트가 다른 성분과 안정되게 혼합되지 못하며, 8중량부를 초과하면 이소부틸올레이트의 안정된 혼합에는 별 지장이 없으나 콘크리트의 강도 저하 등 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 공기포 안정제 조성물에 포함되는 분산제로는 리그닌을 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 배합되는 콘크리트의 성분, 기포 안정제 조성물의 다른 성분에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 이소부틸올레이트 0.1 내지 8 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량부에 대하여 리그닌(액상 45중량% 리그닌 기준) 1 내지 1000 중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 8중량부를 사용한다. 여기서 분산제의 사용량이 1중량부 미만이면 충분한 분산이 이루어지지 않아 안정성이 떨어지며, 1000중량부를 초과하면 공기포 안정제 역할이 거의 나타나지 않는다. 분산제 조성물의 최대 범위(Upper limit)가 큰 것은 기포 안정제에 사용되는 분산제가 콘크리트 혼화제(감수제)에도 사용되는데, 혼화제에 사용되는 양을 기포안정제에 미리 첨가하고 혼화제에는 첨가하지 않더라도 최종적으로 혼화제와 기포안정제를 혼합한 성분은 동일하게 만들 수 있기 때문이다. 더욱이 기포 안정제의 사용량이 혼화제의 0.5 내지 5중량%, 통상적으로는 1중량% 수준이기 때문에 혼화제에서 소량 사용되더라도 기포 안정제에서는 그 혼합 비율에 큰 영향을 미치게 된다. 상기 분산제는 기포 안정성을 나타내는 이소부틸올레이트를 분산시키는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서는 동일 기능에 비해 값싸고 쉽게 구할 수 있는 리그닌을 사용하는 것이 바람직하나, 리그닌 대신 다른 통상적인 분산제, 예를 들어 폴리나프탈렌설포네이트, 폴리멜라민설포네이트, 폴리카복실산계 분산제 등을 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 공기포 안정제 조성물에 포함되는 물은 이소부틸올레이트, 분산제, 및 유화제를 혼화시키기 위한 것으로서, 이소부틸올레이트, 분산제, 및 유화제를 적절히 혼화시킬 수 있는 양을 사용하면 되며, 바람직하게는 중량비로 (이소부틸올레이트 + 분산제 + 유화제) x 0.1 내지 2000배, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10배의 물을 사용할 수 있다. 여기서 물 함량의 최대 범위(Upper limit)가 큰 것은 기포 안정제에 사용되는 물이 콘크리트 혼화제(감수제)에도 사용되는데, 혼화제에 사용되는 양을 기포안정제에 미리 첨가하고 혼화제에는 첨가하지 않더라도 최종적으로 혼화제와 기포안정제를 혼합한 성분은 동일하게 만들 수 있기 때문이다. 더욱이 기포 안정제 사용량이 혼화제의 0.5 내지 5중량%, 통상적으로는 1% 수준이기 때문에 혼화제에서 소량 사용되더라도 공기포 안정제에서는 그 혼합 비율에 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물은 상기 성분이외에도, 성능을 향상시키거나 추가적인 기능을 수행하도록 하기 위하여, 필요에 따라 통상적인 공기연행제 등의 화학혼화제를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 성분들은 유화기(Homogenizer)를 이용하여 균일하게 유화시켜 안정시킬 수 있으며, 본 발명에 따른 공기포 안정제를 이용해서 콘크리트 내부의 공기를 안정시키는 방법으로는 다음 세 가지 방법을 예시할 수 있다.
(1) 첫 번째 방법은 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물을 통상적인 AE(Air Entraining, 공기 연행)감수제에 첨가하여 사용하는 방법이다. 이 경우에는 공기포 안정제의 거대 공기포 억제 성능 때문에 초기 공기량이 저하될 수 있기 때문에 경우에 따라서는 공기연행제를 추가로 소량 첨가하는 것이 바람직한 경우도 있다. 물론 시간 경과에 따른 콘크리트 내의 공기량 차이는, 공기포 안정제를 첨가할수록 줄어든다.
(2) 두 번째 방법은 AE 감수제 제조시 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물과 통상적인 공기연행제, 리그닌(Lignosulfonate), 폴리나프탈렌설포네이트, 폴리멜라민설포네이트, 소듐 글루코네이트, 폴리카복실산(Polycarboxylic acid)계 분산제 등과 같은 통상적인 감수제 조성물을 적정 비율로 혼합, 첨가하는 방법으로서, 이 방법은 상기 첫 번째 방법과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
(3) 세 번째 방법은 통상적인 공기연행제, 즉 음이온계 공기연행제(소듐라우릴에테르설페이트, 빈졸레진 등), 양이온계, 비이온계 공기연행제와 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물을 혼합하여 반제품(이하, 필요에 따라 고성능 공기연행제라 부른다.)을 만든 후, 추후 필요할 때 감수제에 첨가하여 사용하는 방법이다. 이 방법에서는 공기연행제와 공기포 안정제 혼합물의 안정성이 문제가 되는데, 주로 유화제 내의 친유기의 부유가 문제가 되며, 이는 적정 온도(약100℃)로 20분 이상 가열하여 안정성을 부여함으로서 해결할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물은 기포 안정성을 부여할 수 있는 이소부틸올레이트를 콘크리트에 첨가하는 혼화제(감수제)와 혼합시 조성물 내에 화학적으로 안정하고 균일하게 분산시키기 위한 것이며, 따라서, 본 발명에 따른 공기포 안정성이 우수한 콘크리트 조성물은 이소부틸올레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은 콘크리트 조성물이 플라이애쉬를 포함하여 시간 경과에 따른 공기량 저하가 큰 경우에 유용하다. 본 발명에 따른 콘크리트 조성물에 포함되는 이소부틸올레이트의 함량은 전체 콘크리트 내 시멘트 중량(Cx)에 대하여 0.0001 내지 0.01 중량%(Cx%)인 것이 바람직하며, 만일 이소부틸올레이트의 함량이 0.0001Cx% 미만인 경우에는 본 발명에서 소망하는 공기포 안정 효과를 얻을 수 없으며, 이소부틸올레이트의 함량이 0.01Cx%를 초과하여도 더 이상의 효과를 얻을 수 없거나, 콘크리트의 강도가 저하될 우려가 있다. 이와 같은 콘크리트 조성물은 시멘트, 모래, 골재 등의 콘크리트 성분과 플라이애쉬, 실리카 흄 등 광물성 첨가제, 공기연행제, 감수제 등의 화학 첨가제, 이소부틸올레이트 또는 본 발명에 따른 공기포 안정제 조성물을 혼련하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 화학첨가제 조성물은 방수제로도 사용할 수 있다. 이 경우에는 본 발명 제품을 단독으로 사용할 수도 있고, 효과를 높이기 위하여 다른 화학 첨가제 예를 들면, 감수제 등과 병용하여 사용할 수도 있다. 물론 이와 같이 다른 화학 첨가제와 병용하는 경우에는 화학적 안정성을 고려하여야 한다. 방수제로 사용하는 경우에도 그 조성물은 공기포 안정제의 경우와 유사하며, 발수 성능을 나타내는 이소부틸올레이트 및 유화제 중의 지방산에스테르의 함량비나 분산제로 사용되는 리그닌 등의 함량비에 따라서 그 성능이 차이가 있을 수 있으나, 근본적으로는 유화 안정성이 우선 고려되어야 한다. 본 발명에 따른 화학첨가제 조성물은 유기질계로서, 이소부틸올레이트와 유화제 중의 지방산에스테르가 콘크리트 내의 수산화칼슘과 반응하여 발수성이 있는 고급 지방산 칼슘이 되어 콘크리트내의 모세관 내의 흡수성을 감소시켜 방수기능을 가진다. 본 발명에 따른 화학첨가제 조성물을 방수제로 사용할 경우에는 그 첨가량이 콘크리트 중의 시멘트 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%인 것이 바람직하고, 이소부틸올레이트 함량이 시멘트 중량에 대하여 0.1 내지 1.0중량% 사용하면 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 화학첨가제 조성물의 함량이 상기 범위 미만이면 방수효과가 충분히 나타나지 않고, 상기 범위를 초과하면 콘크리트의 강도 등 물성이 저하될 우려가 있다.
다음으로 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 하기 실시예에 사용되는 기포 안정 및 방수 기능을 가지는 화학첨가제 조성물은 이소부틸올레이트 40중량부, 리그닌 60중량부, 유화제 5중량부 및 물 50중량부를 유화기를 이용하여 균질하게 유화시킨 것이다.
[실시예 1, 2 및 비교예 1, 2]
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 콘크리트 배합 조성물에 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 혼화제를 첨가하고, 초기, 30분, 및 60분 경과 후의 공기량과 슬럼프를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
배합 기준 시멘트 모래 조골재 물
25-210-15 323 782 1007 184
상기 표 1의 단위는 ㎏/㎥이며, 배합 기준 중 25는 최대 골재 치수(mm), 210은 콘크리트 28일 압축강도(kg/㎠), 15는 슬럼프(cm)를 나타낸다.
혼화제의 종류 및 양 공 기 량 슬 럼 프
리그닌(AD) AE제(SLES) 화학첨가제(기포안정제) 초기 30분 60분 초기 30분 60분
비교예 1 0.7 - - 7.6 6.0 4.7 18 10 8
비교예 2 0.7 0.01 - 7.8 7.0 6.6 18 13 10
실시예 1 0.7 0.01 0.035 4.0 4.3 4.6 20 17 14
실시예 2 0.7 - 0.035 3.5 3.7 3.6 18 14 12
단 위 Cx% ADx% ADx% % cm
상기 표 2에서, AE제로 사용한 SLES는 소듐라우릴에테르설페이트(Sodium Lauryl Ether Sulphates)를 나타내며, 감수제 함량(AD) 단위(Cx%)는 콘크리트 중 시멘트 중량(C) 대비 백분율(%)이며, 공기연행(AE)제 및 기포 안정제는 각각 감수제 중량 대비 백분율(%)이다.
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 혼화제로서 리그닌만 첨가한 경우(비교예 1) 및 리그닌과 AE제만을 첨가한 경우(비교예 2)에는 초기 공기량이 각각 7.6%, 7.8%였다가, 60분 경과 후에 각각 4.7% 및 6.6%로 저하되었으며, 이는 리그닌에 의해 발생하는 공기는 상당히 불안정하다는 것을 보여준다. 리그닌, 공기연행제(AE제)와 기포 안정제를 모두 첨가한 경우(실시예 1)에는 오히려 공기량이 시간이 경과함에 따라 증가하는 것으로 나타나, 공기연행제의 양과 기포 안정제의 양을 적절히 조절하면 공기량을 일정하게 유지시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 리그닌과 기포 안정제를 사용한 경우(실시예 2)에는 슬럼프의 크기는 감소하나, 공기량은 저하되지 않고 일정하게 유지됨을 알 수 있으며, 이는 기포 안정제가 불안정한 공기 발생을 미리 억제하여 콘크리트 공기를 안정시키는 것으로 해석할 수 있다.
[실시예 3, 4 및 비교예 3, 4]
하기 표 3에 나타낸 바와 같은 플라이애쉬를 포함하는 콘크리트 배합 조성물에 하기 표 4에 나타낸 바와 같은 혼화제를 첨가하고, 초기, 30분, 및 60분 경과 후의 공기량과 슬럼프를 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
배합 기준 시멘트 플라이애쉬 모래 조골재 물
25-210-15 258 65 782 1007 184
상기 표 2의 단위는 ㎏/㎥이며, 배합 기준 중 25는 최대 골재 치수(mm), 210은 콘크리트 28일 압축강도(kg/㎠), 15는 슬럼프(cm)를 나타낸다.
혼화제의 종류 및 양 공 기 량 슬 럼 프
리그닌(AD) AE제(SLES) 화학첨가제(기포안정제) 초기 30분 60분 초기 30분 60분
비교예 3 0.7 - - 3.0 17 14 11
비교예 4 0.7 0.04 - 5.4 4.0 2.5 19 17 12
실시예 3 0.7 0.1 0.02 5.0 5.0 4.8 20 18 18
실시예 4 0.7 - 0.007 1.7 1.4 1.4 17 12 12
단 위 Cx% ADx% ADx% % cm
상기 표 2에서, AE제로 사용한 SLES는 소듐라우릴에테르설페이트(Sodium Lauryl Ether Sulphates)를 나타낸다. 상기 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라이애쉬를 첨가한 콘크리트 배합조성물의 경우에는 초기 공기량이 급격히 감소하며(7.6% -> 3.0%, 비교예 1 및 3 참조), 더욱이 본 발명에 따른 기포 안정제를 첨가하지 않은 비교예 3 및 4의 경우에는 불안정한 공기가 많아 시간 경과에 따라 공기가 감소함을 알 수 있다. 반면에, 리그닌, 공기연행제, 기포 안정제를 적절히배합한 실시예 3 및 4의 경우에는 공기량 변화가 거의 없고, 따라서 슬럼프(작업성) 감소도 적음을 알 수 있다. 또한 리그닌에 기포 안정제만을 첨가한 실시예 4의 경우에는 공기 발생이 매우 작음을 알 수 있다.
[실시예 5, 6 및 비교예 5]
상기 표 3에 나타낸 바와 같은 플라이애쉬를 포함하는 콘크리트 배합 조성물에 하기 표 5에 나타낸 바와 같은 혼화제를 첨가하고, 초기, 30분, 및 60분 경과 후의 공기량과 슬럼프를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.
혼화제의 종류 및 양 공 기 량 슬 럼 프
감수제(AD) 화학첨가제(기포안정제) AE제(SLES) 초기 30분 60분 초기 30분 60분
비교예 5 0.5 - 5 6.4 4.8 4.6 18 15 13
실시예 5 0.5 1 6 5.3 5.2 4.9 18 16 15
실시예 6 0.5 2 7 4.5 4.6 4.8 17 16 15
단 위 Cx% ADx% ADx% % cm
상기 표 5에서, AE제로 사용한 SLES는 소듐라우릴에테르설페이트(Sodium Lauryl Ether Sulphates)를 나타내고, 감수제는 폴리나프탈렌설포네이트(PNS) 55중량부, 리그닌(Lignosulfonate) 25 중량부, 소듐 글루코네이트(SG) 10중량부 및 물 10중량부의 혼합물이며, 감수제, 기포 안정제 및 AE제의 함량 단위는 각각 시멘트 중량비 (Cx%), 감수제 대비 중량비(ADx%) 및 감수제 대비 중량비(ADx%)이다. 상기 표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 기포 안정제의 첨가량이 늘어남에 따라 초기 공기량은 감소하지만, 시간 경과에 따른 공기량 감소는 줄어들고 있다. 물론 슬럼프유지 성능도 향상됨을 알 수 있다.
[실시예 7, 8]
상기 표 3에 나타낸 바와 같은 플라이애쉬를 포함하는 콘크리트 배합 조성물에 하기 표 6에 나타낸 바와 같은 혼화제를 첨가하고, 초기, 30분, 및 60분 경과 후의 공기량과 슬럼프를 측정하여 그 결과를 표 6에 나타내었다.
혼화제의 종류 및 양 공 기 량 슬 럼 프
감수제(AD) 고성능AE제 화학첨가제(기포안정제) 초기 30분 60분 초기 30분 60분
실시예 7 0.5 6 - 5.4 4.8 4.6 18 16 14
실시예 8 0.5 7 1 5.2 5.1 5.1 18 16 14
단 위 Cx% ADx% ADx% % cm
상기 표 6에서, 고성능 AE제는 본 발명에 따른 화학첨가제(기포안정제) 12중량부와 공기연행제로서 소듐라우릴에테르설페이트 32중량부, 및 96% 인산 0.15중량부를 혼합하고, 물중탕(약 100℃)에서 20분 정도 가열하여 투명한 액체를 얻은 다음, 이를 상온으로 냉각하여 제조한 것이다. 고성능 AE제를 사용한 실시예 7의 경우에도 단순 AE제(SLES)를 사용한 비교예 5의 경우에 비해 시간 경과에 따른 공기량 감소가 상대적으로 줄어들고 있다. 구체적으로 비교예 5와 같이 단순 AE제만 사용한 경우에 1시간 경과 후 공기량이 1.8% 줄어드는 반면, 고성능 AE제를 사용한 실시예 7의 경우에는 0.8%정도 줄어드는 것으로 나타났다. 또한 고성능 AE제와 기포안정제를 병용한 실시예 8의 경우에는 시간 경과에 따른 공기량 감소를 효과적으로 방지할 수 있으나, 이 경우는 실시예 5 또는 6과 같이 단순 AE제와 기포 안정제를 사용하는 경우보다는 경제성 면이나 제조 편의성 면에서 바람직하지 못한 측면이 있다.
[실시 예 9 및 비교 예 6]
하기 표 7에 본 발명의 화학첨가제 조성물이 방수제로 사용된 경우의 배합비 예를 나타내었으며(단위 ㎏/㎥), 본 발명에 따른 화학첨가제를 넣지 않은 경우(비교예 6)와 넣은 경우(실시 예 9)에 대한 결과치와, KS F 4926-01에 따른 기준치를 하기 표 8에 나타내었다.
구 분 물(水) 시멘트 모 래 자 갈 본 발명에 따른 화학첨가제
비교예 6 188 300 876 960 -
실시예 9 170 300 850 968 1.0 Cx%
시험 항목 공기량(%) 응결 시간차(분) 압축강도비(%) 감수율(%) 흡수비 투수비
초결 종결 7일 28일
결과치 2.1 +30 +25 1.2 1.1 10 0.6 0.7
기준치 - +1시간이내 +10시간이내 - - - 0.7 이하 0.7 이하
상기 표 8에서, 공기량은 실시예 9의 조성물을 사용한 경우의 결과치이고, 응결시간, 압축강도, 감수율는 비교예 6의 조성물에 대한 실시예 9의 조성물의 상대적 비교치이고, 흡수비는 콘크리트 시료를 물에 넣었을 때, 물을 흡수하는 정도를 중량 증가로 측정한 것이고, 투수비는 콘크리트 시료에 물을 넣고 압력을 가하여 물의 통과량을 측정한 것으로서, 표 8에서 흡수비와 투수비는 비교예 6의 시료를 1로 한 경우 실시예 9의 시료의 흡수비와 투수비를 나타낸 것이다. 위 시험 결과에서 보듯이 본 발명에 따른 기포 안정 기능을 가지는 화학첨가제를 콘크리트 내 시멘트 중량 대비(Cx) 1%, 즉 IBO(이소부틸올레이트) 기준으로 Cx 0.25% 정도 사용하면 방수제로 사용할 수도 있음을 보여 준다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트용 화학첨가제 조성물, 및 이를 포함하는 공기연행제 조성물은 시간 경과에 따른 콘크리트 내부 공기량의 과도한 저하를 방지하여, 콘크리트의 동결 융해에 의한 내구성 저하를 방지하고, 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 콘크리트용 화학첨가제 조성물은 불안정한 거대 공기포의 발생을 억제하고, 공기연행제가 콘크리트 성분의 표면으로 흡착되어 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있으므로, 콘크리트 품질 관리를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화학첨가제 조성물은 방수제로도 사용할 수 있다. 방수 성능은 화학첨가제에 포함된 이소부틸올레이트 및 유화제 중의 지방산에스테르가 콘크리트내의 수산화칼슘과 반응하여 발수성이 있는 고급 지방산 칼슘이 되어 콘크리트내의 모세관 내의 흡수성을 감소시켜서 나타나게 된다.

Claims (10)

  1. 이소부틸올레이트 0.1 내지 8중량부, 분산제 1 내지 1000중량부, 유화제 0.1 내지 8중량부 및 상기 이소부틸올레이트, 분산제 및 유화제 총중량의 0.1 내지 2000배의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 첨가제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유화제는 글리세린지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 에톡시레이티드솔비탄 지방산에스테르, 에톡시레이티드알킬아민 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 첨가제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 리그닌, 폴리나프탈렌설포네이트, 폴리멜라민설포네이트, 폴리카본산계 분산제 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 첨가제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 공기연행제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 첨가제 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공기연행제는 소듐라우릴에테르설페이트 또는 빈졸레진인 것을 특징으로 하는 콘크리트용 첨가제 조성물.
  7. 이소부틸올레이트를 포함하며, 상기 이소부틸올레이트의 함량은 전체 콘크리트 조성물 중 시멘트 중량(Cx)에 대하여 0.0001 내지 1.0 중량%(Cx%)인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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