KR100449872B1 - 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염첨가제 및 제조방법 - Google Patents

콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염첨가제 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법에 관한 것으로, 10중량% 내지 60중량%의 액상 불화규산을 30중량% 내지 80중량%의 물에 용해하고, 불화규산으로부터 해리된 규불화이온을 가수분해 반응시켜 교질상 실리카 및 불소이온을 생성하는 단계와, 1.3중량% 내지 15중량%의 2가 금속염 그룹을 혼합하고, 상기 2가 금속염 그룹으로부터 해리된 2가 금속이온과 상기 규불화이온을 반응시켜 규불화염을 생성하는 단계 및 0.5중량% 내지 3중량%의 방향족계 고분자 축합물을 혼합하는 단계를 포함함을 특징으로 한다. 규불화염의 생성단계에서는, 2가 금속염으로, 0.1중량% 내지 5중량%의 마그네슘계 금속염과 1.2중량% 내지 10중량%의 아연계 금속염을 투입하는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같은 방법으로 제조된 첨가제는, 5중량% 내지 30중량%의 규불화염과, 2중량% 내지 20중량%의 망상형 교질상 실리카와, 50중량% 내지 93중량%의 물을 포함하여 구성됨이 특징이며, 규불화염은 1중량% 내지 20중량%의 규불화마그네슘과, 80중량% 내지 99중량%의 규불화아연으로 이루어진다.

Description

콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법{Concrete Watertight Property Improvement And Crack Suppression Liquefied Sillicofluoride Salt Dopes And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 규불화염을 이용한 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 첨가제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불화규산과 2가 금속염을 원료로 이용하고, 이렇게 제조된 규불화염 첨가제는 5중량% 내지 30중량%의 규불화염과, 2중량% 내지 20중량%의 망상형 실리카 및 50중량% 내지 93중량%의 물을 포함하여, 콘크리트에 첨가시 콘크리트의 수밀성을 증진시키고 수화열을 저감시켜 균열을 저감시킬 수 있는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 규불화아연 및 규불화마그네슘과 같은 규불화염중 규불화이온은 수용액 상태에서 가수분해에 의해 불소이온(fluoride ion)과 비정질 실리카(amorphous silica)로 해리되는 특성이 있다. 이와 같은 해리특성은 그 수용액의 알카리도가 높을수록 증가하게 된다. 이중 규불화이온에서 해리된 불소이온은 Ca2+, Al3+, Na+와 같은 알카리 금속이온과 반응하여 난용성의 CaF2, NaF, AlF3등과 같은 금속불화물이 생성시킨다. 한편 비정질 실리카는 Ca(OH)2를 다량 함유한 시멘트 및 토양 등의 포졸란 반응을 촉진시키는 효과가 있음이 알려져 있다.
상기와 같은 특성 때문에 규불화염은 토양 및 시멘트를 비롯한 다양한 수경성 재료의 응결 또는 경화속도를 조절할 수 있는 기능을 지니게 되며, 규불화염을 적절히 조합할 경우 토양 또는 시멘트 등의 강도증진용 첨가제로서 활용될 수 있다.
이러한 첨가제로서의 기능적 특성을 적용한 예로서, 대한민국 특허출원 제1998-065526호[명칭:다기능성 고성능몰탈의 조성물]가 공개된 바 있다. 상기 종래의 발명에서는 고성능 모르타르의 응결속도를 조절하기 위해 규불화마그네슘, 규뷸화칼륨, 규불화나트륨과 같은 규불화염을 0.1중량% 내지 1.0중량%를 첨가하는 것이 예시되어 있다.
그리고 또다른 종래기술의 사례로서, 대한민국 특허출원 제1984-6714호[명칭:토양응결 경화제 조성물] 및 제1997-18924호[명칭:토양 응결용 경화제]에서는, 토양의 응결속도 및 경화속도를 조절하기 위한 첨가제로 규불화마그네슘을 사용하기도 하였다.
또한 한국세라믹학회지에 발표된 연구결과로서 [규불화마그네슘에 의한 포틀랜드 시멘트의 수화지연 효과, Vol.34, No.21]에서는 시멘트 모르타르의 응결시간을 지연시키기 위한 목적으로 규불화마그네슘을 사용한 기술내용이 기재되어 있다.
이와 같이 규불화염을 응결속도에 관련한 첨가제로서 사용한 예시 이외에, 콘크리트 강도의 증진 또는 방수성 향상을 위한 첨가제로서 활용한 종래의 기술들이 개발된 바 있다. 특히 각종 규불화염 중 1종 이상을 무수석고, 석탄회 및 고로슬래그의 분말에 일정량을 첨가하여 콘크리트 강도증진용으로 사용한 것이 대표적 사례이다.
그리고 규불화염 중 규불화아연 수용액을 단독으로 첨가제화함으로써, 콘크리트의 방수성 증진에 기능하도록 한 종래기술이 있는데, 방수 측면에서는 소정의 효과가 구현되었지만, 콘크리트의 압축강도 측면에 문제가 발생되며, 콘크리트의 유동성도 현저하게 저하되는 문제점이 있어왔다.
이러한 문제점 발생의 원인이 된 기술적 단점은, 규불화염계 수용액의 조성과 시멘트 중량대비 첨가량을 조절하는 기술이 미흡한데 있으며, 이는 또한 시멘트의 응결시간의 과도한 지연, 종래 첨가제를 사용한 시멘트 모르타르 또는 콘크리트의 강도 및 내구성 저하라는 문제점을 유발시키게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 콘크리트 구조체의 배합 제조시 첨가될 경우 밀실한 미세 수화조직을 형성하여 투수율을 감소시키고 이에 따라 수밀성을 증진시킬 수 있는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제 2목적은, 콘크리트 구조체의 배합 제조시 첨가될 경우 수화열을 저감시켜 열응력에 의한 균열을 방지할 수 있는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적들은, 콘크리트의 수밀성 증진 및 균열저감용 첨가제의 제조방법에 있어서,
10중량% 내지 60중량%의 액상 불화규산을 30중량% 내지 80중량%의 물에 용해하고, 상기 불화규산으로부터 해리된 규불화이온을 가수분해 반응시켜 불소이온 및 교질상 실리카를 생성하는 단계(S1000); 1.3중량% 내지 15중량%의 2가 금속염 그룹을 혼합하고, 상기 2가 금속염 그룹으로부터 해리된 2가 금속이온과 상기 규불화이온을 반응시켜 규불화염을 생성하는 단계(S2000); 및 0.5중량% 내지 3중량%의 방향족계 고분자 축합물을 혼합하는 단계(S3000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법에 의하여 달성된다.
여기서 상기 규불화염의 생성단계(S2000)에서는, 상기 2가 금속염그룹으로, 0.1중량% 내지 5중량%의 마그네슘계 금속염과 1.2중량% 내지 10중량%의 아연계 금속염을 투입하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 마그네슘계 금속염으로, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘중 적어도 어느 하나를 투입하는 것이 바람직하다.
또한 상기 아연계 금속염으로, 산화아연, 수산화아연, 탄산아연, 황산아연 중 적어도 어느 하나를 투입하는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명의 상기한 목적들은, 콘크리트의 수밀성 증진 및 균열저감용 첨가제에 있어서,
5중량% 내지 30중량%의 규불화염; 2중량% 내지 20중량%의 망상형의 교질상 실리카; 및 50중량% 내지 93중량%의 물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제에 의하여 달성된다.
여기서 상기 규불화염은, 1중량% 내지 20중량%의 규불화마그네슘과, 80중량% 내지 99중량%의 규불화아연을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법에 관한 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 첨가제가 콘크리트에 투입됨에 따라 발생되는 화학반응을 순서대로 도시한 모식도,
도 3은 본 발명에 따른 첨가제에 관한 콘크리트 압축강도 시험 그래프도,
도 4는 본 발명에 따른 첨가제에 관한 콘크리트 투수율 시험 그래프도,
도 5는 본 발명에 따른 첨가제 투입 콘크리트와 대조구의 SEM촬영 비교사진,
도 6은 본 발명에 따른 첨가제 투입 시멘트의 수화열 변화 그래프도,
도 7은 본 발명에 따른 첨가제 투입 콘크리트의 내부온도 변화에 관한 그래프도,
도 8은 본 발명에 따른 첨가제 투입 모르타르의 소성수축 균열패턴을 시험하기 위한 성형모습의 구성도,
도 9은 도 8에 도시된 모르타르와 대조구의 소성수축 균열패턴에 관한 비교사진이다.
< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >
100: 구획격자, 200: 비닐막.
이하 본 발명에 따른 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법에 관하여 첨부된 도면과 더불어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법에 관한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 첨가제가 콘크리트에 투입됨에 따라 발생되는 화학반응을 순서대로 도시한 모식도이다.
첨가제는, 함불소계 공정 부산물인 불화규산과, 물과, 2가 금속염 그룹과, 방향족계 고분자 축합물을 원료물질로 제조되어, 콘크리트의 배합시 첨가/사용된다. 이 때 상기 2가 금속염 그룹으로서, 마그네슘계 금속염과, 아연계 금속염을 이용한다. 상기와 같은 원료물질을 이용하여 제조된 첨가제는, 규불화염과, 물과, 망상형 교질상 실리카를 포함하여 구성된다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 불화규산(H2SiF6)을 물에 투입하여 용해시킨다. 약 10중량% 내지 60중량% 정도의 액상 불화규산을 준비하고, 30중량% 내지 80중량%의 물에 투입/용해시킨다. 1kg 단위의 첨가제 제품을 기준으로는 불화규산이 약 100g 내지 600g 정도가 되고, 물은 약 300g 내지 800g 정도가 된다.
이에 따라 불화규산은 물에 용해되고, 이에 따라 해리된 규불화이온(SiF6 -2)은 가수분해 반응하고, 교질상(colloidal phase) 실리카(SiO2)와 불소이온(6F-)의 혼합물이 생성된다. 화학식으로 나타내면 다음과 같다.
SiF6 -2(aq) + 2H2O(l) -> SiO2(s) + 4H+(aq) + 6F-(aq)
이 때 발생되는 불소이온은 제조된 첨가제가 콘크리트에 배합되어 사용될 경우 시멘트에서 용출되는 알카리 이온과 난용성 금속염(MF2)의 생성원으로 기능하게 된다(S1000).
다음으로, 상기 교질상 실리카와 불소이온의 혼합물에 2가 금속염 그룹을 투입/혼합한다. 이 때 2가 금속염 그룹의 투입비율은, 약 1.3중량% 내지 15중량% 정도이고, 1kg 단위의 첨가제 제품 기준으로 13g 내지 150g 정도가 된다.
상기 2가 금속염 그룹은, 2종의 금속염 계열로 구성되는데, 약 0.1중량% 내지 5중량% 정도의 마그네슘계 금속염과, 약 1.2중량% 내지 10중량%의 아연계 금속염이다. 마그네슘계 금속염의 생성을 위해 이용되는 것은, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘 등을 예시할 수 있다. 그리고 아연계 금속염의 생성을 위해서 예시할 수 있는 것은, 산화아연, 수산화아연, 탄산아연, 황산아연 등이다.
상기와 같이 열거한 마그네슘계 및 아연계 금속염이 투입/혼합되면, 용해되면서 마그네슘계와 아연계의 2가 금속이온이 생성되고, 불화규산으로부터 해리되고 가수분해 반응에 참가하지 않았던 잔류 규불화이온이 상기 각 2가 금속이온과 반응하게 된다. 그러면 규불화염이 생성된다.
이 때 마그네슘계 및 아연계 금속염이 용해되면서, pH 수치의 상승으로 겔화가 진행되고, 앞서 언급된 교질상 실리카가 망상형(3-dimensional network) 교질상 실리카로 전이된다. 이러한 전이된 상태의 망상형 교질상 실리카는 용액 중에 확산된 상태로 존재하게 된다.(S2000)
이 후 첨가제의 콘크리트 배합시 유동성을 향상시키도록 방향족계 고분자 축합물이 투입된다. 투입비율은 약 0.5중량% 내지 3중량% 정도이고, 투입량은 첨가제 1kg 단위 대비 약 5g 내지 30g 정도이다. 상기 고분자 축합물로서 투입되는 것은 방향족계로서, 상기 망상형 교질상 실리카의 분산 안정성을 향상시키고, 첨가제 제품의 색상을 갈색으로 변화시키며, 첨가제를 콘크리트에 첨가할 경우 콘크리트의 유동성을 향상시키는 기능을 부여할 수 있다.
이러한 과정을 통해 액상의 규불화염 첨가제가 완성되며, 완성된 규불화염 첨가제는, 약 5중량% 내지 30중량% 정도의 규불화염과, 약 2중량% 내지 20중량% 정도의 망상형의 교질상 실리카와, 약 50중량% 내지 93중량%의 물을 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 규불화염은 약 1중량% 내지 20중량%의 규불화마그네슘과, 약 80중량% 내지 99중량%의 규불화아연으로 이루어지게 된다.(S3000)
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 첨가제가 콘크리트에 첨가되어 반응하는 모식도에서, MSiF6로 표시되는 규불화염은 망상형 교질상 실리카와 더불어 콘크리트에 첨가/배합되고, 2가 금속염과 규불화이온으로 해리된다. 이들 중 상기 규불화이온은 물과 가수분해 반응하여 다시 실리카와 불소이온을 생성시킨다.
그리고 상기 불소이온은, 시멘트의 알카리 이온과 반응하여 난용성 금속불화물을 생성하게 되고, 이러한 생성과정에서 시멘트의 수화발열을 상쇄하는 흡열반응을 발생시킨다. 따라서 시멘트의 수화열이 억제되고 수화열에 의해 발생되었던 콘크리트의 균열을 저감시키는 화학반응 구조가 마련된다. 또한 상기 난용성 금속불화물은 콘크리트의 공극에 스며들고 충진되는 특성을 갖으므로, 콘크리트의 수밀성을 향상시키는 인자로서 기능하게 된다.
아울러 규불화염은 시멘트 수화반응 중 발생되는 수산화칼슘과 반응하게 된다. 상기 규불화염은 마그네슘계와 아연계 염의 형태로 상기 수산화칼슘과 반응하여 난용성 금속불화물(MF2) 및 가용성 실리카를 생성시킨다.
이 중 상기 가용성 실리카는 잔류하는 수산화칼슘 및 물과 반응하여 주요 반응생성물로서 산화칼슘, 실리카, 물로 대표되는 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H)를 형성한다. 이를 포졸란 반응이라 하며, 본 발명에서는 앞서 언급된 가용성 실리카의 생성으로 이러한 C-S-H가 겔화되는 포졸란 반응의 활성화가 유도될 수 있다.
그리고 2가 금속염은 불소이온과 반응하여 난용성 금속불화염을 생성하고, 시멘트 자체의 알카리 금속이온 또한 잔류하는 불소이온과 반응하며 난용성 금속불화염을 생성한다. 이러한 금속불화염의 생성과정에서는 흡열반응이 발생되는데. 이러한 흡열반응의 발생으로 시멘트의 수화열이 상쇄되는 결과를 가져온다.
도 3은 본 발명에 따른 첨가제에 관한 콘크리트 압축강도 시험 그래프이고,도 4는 본 발명에 따른 첨가제에 관한 콘크리트 투수율 시험 그래프이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 2개의 그래프는 본 발명에 따른 첨가제의 수밀성에 관한 자료이다.
우선 본 발명에 따른 첨가제가 사용되지 않은 대조구와, 콘크리트의 시멘트 중량대비 약 0.5중량%의 첨가제가 투입된 실시예 1과, 약 1중량%의 첨가제 투입된 실시예 2와, 약 2중량%의 첨가제가 투입된 실시예 3을 들어 도 3의 압축강도와 도 4의 투수율이 비교되었다. 이러한 대조구와 각 투입 비율별 각 실시예는 이하 설명될 각 비교/측정예에서 모두 공히 적용되고 있다.
콘크리트의 압축강도에 관한 도 3의 그래프에서, X축은 첨가제 투입비율(%)을 나타내고, Y축은 압축강도(kgf/cm2)를 나타내고 있다. 좌측 상단에 사각형 표식, 원형 표식, 삼각형 표식의 도형으로 표시된 것은, 콘크리트 성형 후 경과일수인 재령시간이다. 사각형 표식은 3일의 재령시간이고, 원형 표식은 7일의 재령시간이며, 삼각형 표식은 28일의 재령시간이다. 재령시간이 늘어날수록 본 발명에 따른 첨가제가 투입된 실시예 1,2,3의 압축강도가 대조구보다 향상되고 있음을 알 수 있다. 28일의 최종 재령시간대에서 보면, 대조구 대비 약 10%의 강도증진의 특성을 나타내고 있다.
그리고 콘크리트의 투수율에 관한 도 4의 그래프에서, X축은 투수시간(시)을 나타내고, Y축은 투수량(g)을 나타내고 있다. 대조구와 각 실시예를 도형 표식으로 나타내고 있는데, 사각형 표식이 대조구이고, 원형 표식이 실시예 1이고, 삼각형표식이 실시예 2이고, 뒤집혀진 삼각형 표식이 실시예 3을 나타낸다. 이 때 투수를 위해 콘크리트에 가해진 압력은 약 5kg/cm2이다.
투수율이 낮을수록 수밀성이 우수함을 나타내는데, 투수시간이 길어지면서 대조구의 투수율이 급격하게 상승하고 있음을 알 수 있다. 그리고 각 실시예의 투수율은 거의 대등하며 대조구에 비해 현저하게 낮음을 알 수 있는데, 특히 약 600시간대에서 대조구 대비 약 85% 이상의 투수율 저감이 보여지고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 첨가제 투입 콘크리트와 대조구의 SEM촬영 비교사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 대조구와 실시예 2가 비교예로서 예시되었다.
본 발명에 따른 첨가제가 첨가되지 않은 좌측의 대조구 사진에서는, 미세한 공극 및 수극이 존재함을 알 수 있다. 이에 비해 첨가제가 첨가된 실시예 2에서는, 난용성 금속불화물이 공극과 수극에 침투/충진되어 밀실한 수화조직을 형성하고 있음을 알 수 있다.
아래에서는 콘크리트의 기공율에 관한 도표가 예시되고 있다.
측정항목＼시료명 대조구 실시예 1 실시예 2 실시예 3
전체 침투체적(mL/g) 0.1565 0.1085 0.0879 0.0667
전체 기공면적 29.048 21.473 7.254 7.142
기공의 평균직경 0.0215 0.0202 0.0485 0.0373
0.1psia에서 벌크밀도(g/mL) 1.9238 2.1024 2.0299 2.3722
기공율(%) 30.1 22.82 17.85 13.66
기공율 감소비(%) - 24.2 40.7 54.7
상기 [표 1]에서와 같이, 대조구에 비해 본 발명에 따른 첨가제가 첨가된 콘크리트에서, 대조구 대비 실시예 1은 기공율이 약 20% 이상 감소되고, 실시예 2는 약 40% 이상 감소되고, 실시예 3은 약 50% 이상 감소되었음을 알 수 있다.
기공율의 감소는, 앞에서 언급된 바와 같이, 난용성 금속불화물이 기공이 형성될 수 있는 공극 등에 침투/충진되어 밀실한 조직구조를 마련함에 그 원인이 있다.
도 6은 본 발명에 따른 첨가제 투입 시멘트의 수화열 변화 그래프도이다. 도 6에 도시된 바와 같이. X축은 경과시간(분)을 나타내고, Y축은 수화열(cal/g)을 나타내고 있다. 이에 따라 대조구, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3을 경과시간 대비 발현되는 수화열로 비교하고 있다.
좌측 상단에서는, 대조구 및 각 실시예를 실선 및 점선으로 표시하고 있는데, 실선이 대조구에 해당되고, 비교적 두꺼운 일점쇄선이 실시예 1에 해당되고, 비교적 가는 일점쇄선이 실시예 2에 해당되고, 이점쇄선이 실시예 3에 해당된다.
대조구 대비 각 실시예의 수화열이 시간에 따라 낮아지고 있음을 알 수 있으며, 특히 실시예 2는 대조구 대비 약 30% 이상의 수화열 저감을 나타내고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 첨가제 투입 콘크리트의 내부온도 변화에 관한 그래프도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시멘트의 수화반응에 의한 콘크리트의 내부온도 변화를 측정하였다. X축은 경과시간(시)을 나타내고, Y축은 온도(℃)를 나타낸다. 이러한 측정에 앞서, 콘크리트 시험체를 성형해야 하는데, 아래의 [표 2]에서 상기 시험체의 배합조건을 나타내고 있다.
시료명 W/C S/A 물함입량(kg/㎥) 단위체적(ℓ/㎥) 단위무게(kg/㎥) 첨가제비율(C ×wt%)
C S G C S G
대조구 0.35 50 175 159 313 313 500 804 802 0
실시예1 0.5
실시예2 1.0
실시예3 2.0
상기와 같은 조건으로 콘크리트가 배합되면, 이를 성형해야 하는데, 단열재로서 스티로폼을 내장시킨 육면체 형상의 몰드(미도시)에 콘크리트 배합물을 투입하고 성형한다. 따라서 육면체 형상의 콘크리트 시험체가 성형된다.
이러한 성형과정에 의해 각면이 상기 몰드 및 상기 스티로폼에 의해 외장된 콘크리트 시험체가 완성된다. 그리고 상기 시험체가 굳기 이전에 열전대(미도시)를 설치하고, 상기 열전대에 온도측정장치(미도시)를 연결하여 수화반응에 의한 콘크리트의 발열온도 변화 즉 내부온도 변화를 측정하였다.
도 7에서 보면, 대조구는 사각형 도식으로 표시되고, 실시예 1은 원형 표식으로 표시되고, 실시예 2는 삼각형 표식으로 표시되고 있고, 실시예 3은 사각형 표식으로 표시되고 있다. 첨가제의 첨가량이 증가하면, 즉 실시예 1에서 실시예 3으로 갈수록 이에 비례하여 콘크리트 시험체의 내부온도의 저감량이 더 높아짐을 알 수 있다.
아래의 [표 3]은 앞서 언급된 과정과 도 7에서의 그래프로 나타낸 시험결과를 토대로 작성된 온도특성 데이터이다.
항목＼시료명 대조구 실시예 1 실시예 2 실시예 3
초기온도(℃) 15 15 14.8 14.7
최대온도(℃) 59 47 38 32
최대온도 도달시간(시) 32 32 34 35
온도상승 가속도(℃/h) 1.667 1.556 1.524 1.513
상기 [표 3]에서 나타나고 있듯이, 대조구 대비 각 실시예의 사용으로, 콘크리트의 내부온도가 평균 12℃ 내지 27℃ 정도까지 저감되고 있음을 알 수 있다.
일반적으로 수화열은 콘크리트의 열응력을 발생시키고 열응력은 균열을 발생시키는 인자로서 기능한다고 알려져 있다. 따라서 콘크리트의 내부온도 저감은, 그만큼의 열응력 및 열응력에 의해 발생되는 균열의 저감인자로서 기능하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 첨가제 투입 모르타르의 소성수축 균열패턴을 시험하기 위한 성형모습의 구성도이고, 도 9는 도 8에 도시된 모르타르와 대조구의 소성수축 균열패턴에 관한 비교사진이다.
우선 도 8에 도시된 바와 같이, 두께 약 19mm 정도, 가로 약 900mm 정도, 세로 약 900mm 정도의 구획격자(100)를 구비하고, 상기 구획격자(100)의 내측에 시멘트 모르타르를 투입/성형한 뒤, 그 위에 비닐막(200)을 덮어 시험체를 제작하였다.
그리고 상기 시험체의 균열발생을 위해 약 28℃ 정도의 온도와 45±5%의 상대습도에 노출시켰다. 또한 시험체에는 약 3.4m/s 내지 4m/s의 풍속으로 인공바람을 작용시켰다.
균열의 관찰 및 측정과정은 다음과 같다. 콘크리트 소성수축 균열발생의 주요한 요인 중 하나인 초기 수분의 증발량을 환경적 요인을 고려하여 시험체 제조시부터 약 12시간 동안 관찰하였는바, 균열의 진전상황을 균열폭, 균열길이, 균열면적별로 측정하였다.
그리고 시험체의 균열패턴은, 도 9의 사진에서 도시된 바와 같이, 대조구와 실시예 2에 해당되는 2개의 시험체로 나누어 제작하였다. 대조구에 해당되는 좌측의 시험체에서는 비교적 심각한 균열발생을 관찰할 수 있다. 이에 비해 실시예 2에 해당되는 우측의 시험체에서는 균열발생이 대조구와 비교하여 현저하게 감속하였음을 알 수 있다.
아래의 [표 4]에는 앞에서 언급된 균열의 진전상황에 관한 결과가 정리되어 있다.
시료명 균열개수 균열길이(mm) 균열면적 균열폭(mm)
수효 비율(%) 길이 비율(%) 면적(㎟) 비율(%)
대조구 44 100 2278.7 100 1924.5 100 0.1-2
실시예 2 15 34.1 930.1 40.8 320.9 16.7 0.1-0.3
상기 [표 4]에서와 같이, 실시예 2와 대조구의 비교에서, 특히 균열면적 기준으로 실시예 2가 첨가된 시험체에서, 약 80% 이상의 균열저감이 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법에서, 압축강도, 투수율. 기공율, 시멘트 수화열, 콘크리트 내부온도. 균열저감 등과 관련하여 첨가제 투입비율별 각 실시예를 들어 설명하고 있지만 이는 특정하지 않은 실시예들에 불과할 뿐 이외에, 투입비율을 달리하여 다양한 특성의 콘크리트 구조물을 구현할 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제 및 제조방법에 의하면, 액상인 규불화염계 첨가제가 콘크리트에 배합/사용될 경우 난용성 금속불화물의 형성으로 밀실한 조직을 형성하고, 난용성 금속불화물의 생성시 발생하는 흡열반응으로, 대조구 대비 10% 이상의 압축강도 증진, 85% 이상의 투수율 저감, 20% 내지 50%의 기공율 감소, 콘크리트 내부온도 저감으로 열응력에 의한 균열감소의 효과를 구현할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

  1. 콘크리트의 수밀성 증진 및 균열저감용 첨가제의 제조방법에 있어서,
    10중량% 내지 60중량%의 액상 불화규산을 30중량% 내지 80중량%의 물에 용해하고, 상기 불화규산으로부터 해리된 규불화이온을 가수분해 반응시켜 불소이온 및 교질상 실리카를 생성하는 단계(S1000);
    1.3중량% 내지 15중량%의 2가 금속염 그룹을 혼합하고, 상기 2가 금속염 그룹으로부터 해리된 2가 금속이온과 상기 규불화이온을 반응시켜 규불화염을 생성하는 단계(S2000); 및
    0.5중량% 내지 3중량%의 방향족계 고분자 축합물을 혼합하는 단계(S3000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 규불화염의 생성단계(S2000)에서는, 상기 2가 금속염그룹으로, 0.1중량% 내지 5중량%의 마그네슘계 금속염과 1.2중량% 내지 10중량%의 아연계 금속염을 투입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 마그네슘계 금속염으로, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 황산마그네슘 중 적어도 어느 하나를 투입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 아연계 금속염으로, 산화아연, 수산화아연, 탄산아연, 황산아연 중 적어도 어느 하나를 투입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제의 제조방법.
  5. 콘크리트의 수밀성 증진 및 균열저감용 첨가제에 있어서,
    5중량% 내지 30중량%의 규불화염;
    2중량% 내지 20중량%의 망상형의 교질상 실리카; 및
    50중량% 내지 93중량%의 물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 규불화염은, 1중량% 내지 20중량%의 규불화마그네슘과,
    80중량% 내지 99중량%의 규불화아연을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 수밀성 증진 및 균열 저감용 액상 규불화염 첨가제.
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