KR100466828B1 - 시멘트 콘크리트 철근의 부식 방지를 위한 폴리머시멘트계 조성물 및 이를 이용한 도포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하기 위한 폴리머 시멘트계 조성물 및 이를 이용한 도포방법에 관한 것으로, 폴리머 시멘트계 조성물을 철근 표면에 100㎛-500㎛로 도포하고, 슬러리 경화를 위해 상온(20℃) 및 80℃이하 온도에서 양생함으로서 철근의 내구성, 내충격성 및 부식 저항성이 향상된다. 아울러, 상기 폴리머 시멘트 조성물을 도장한 철근과 바다모래인 해사를 제염처리 없이 시멘트 콘크리트 2차 제품에 사용하여 부식에 대한 저항성이 우수하면서, 제품의 수명을 크게 연장시키는 효과가 있다.

Description

시멘트 콘크리트 철근의 부식 방지를 위한 폴리머 시멘트계 조성물 및 이를 이용한 도포방법{Polymer cement composition for preventing corrosion and coating method using it}

본 발명은 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하기 위한 폴리머 시멘트계 조성물 및 이를 이용한 도포방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리머 시멘트계 조성물을 제조한 다음 이를 철근에 코팅하여 내구성, 내충격성 및 부식 저항성이 우수한 폴리머 시멘트계 조성물 및 이를 이용한 도포방법에 관한 것이다.

일반적으로 철근은 철근콘크리트 구조물을 시공할 때 콘크리트 속에 보강재로 넣는 연강 선재로서, 그 구조물에 작용하는 전단, 반복인장 또는 반복하중에 항력을 갖도록 하고 콘크리트 구조물의 균열을 막아서 그 내구성과 수명을 향상시키고자하는 기술이 대부분 차지하고 있다.

상기 철근은 산, 알칼리, 또는 염 등에 의한 부식이 있을 경우는 점차 외력에 대한 저항 강도가 저하되고, 반복하중이 계속적으로 작용하는 교량 등의 구조물에서는 부식과 반복되는 하중에 의한 철근 피로현상이 증가하여 교량에 균열을 일으키고 그 수명을 단축시켜 심각한 장애를 일으킨다. 특히, 철근 콘크리트 구조물이 바닷가, 해양구조물, 교량, 폐수처리시설 등의 열악한 환경에 놓여 있는 경우에는 철근의 부식 정도가 더 심해지며, 이로 인해 구조물의 내구성이 현저하게 떨어진다.

따라서, 상기와 같은 철근 부식방지를 위하여 철근의 표면에 에폭시를 코팅하는 방법이 사용되고 있으나, 에폭시로 코팅 철근은 내충격성이 약하여 현장에서 약간의 충격과 굽힘에 대해서도 코팅부분이 깨지고, 콘크리트와의 부착성도 낮은 문제점이 있다. 또한, 철근에 비해 코팅에 필요한 부가적인 비용이 비싸 건설현장에서도 중요한 공정 및 구조를 제외하고는 일반제품에 적용하기가 곤란한 실정이다.

한편, 시멘트 콘크리트 2차 제품을 만들기 위해 많은 잔골재가 사용되고, 상기 잔골재로 강에서 채취하는 강모래를 주로 이용하고 있다. 그러나, 건설 경기의 호조로 잔골재 사용량이 많아지면서 강 모래의 고갈이 심각한 수준이며, 그 대안으로 바다모래인 해사가 사용되기도 한다. 그러나, 해사를 사용하기 위해서는 적당한제염처리 시설을 갖추어야 하며, 염분 함유에 따른 발생되는 문제, 즉 부식 발생이 큰 문제로 해사 속의 염분에 대한 관리가 철저히 이루어져야 하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 시멘트 혼화용 폴리머를 시멘트와 혼입한 조성물을 사용하여 내구성, 내충격성 및 부식 저항성이 우수한 시멘트 콘크리트 철근의 부식 방지를 위한 폴리머 시멘트계 조성물을 제공함에 있다.

또한, 상기 폴리머 시멘트 조성물을 철근 표면에 도포하여 경제적으로 저렴하고, 도포가 용이한 시멘트 콘크리트 철근의 부식 방지를 위한 폴리머 시멘트계 조성물을 이용한 도포방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 염화나트륨 수용액 침지에 따른 녹발생 정도 사진

도 2는 본 발명의 염화나트륨 수용액 분무에 따른 녹발생 정도 그래프

도 3은 본 발명의 염화나트륨 수용액 침투 시험용 시험편 단면 구조도

도 4는 본 발명의 염화나트륨 수용액 침투시험에 따른 녹발생 정도 그래프

도 5는 본 발명의 중성화 촉진 시험에 따른 녹발생 정도 그래프

도 6은 본 발명의 오토클레이브 양생 사이클을 나타내는 도면

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머는 50 ∼ 100 중량부, 물은 50 ∼ 200 중량부, 소포제는 상기 폴리머 사용량의 0.01 ∼ 0.15 중량%가 되도록 하여 폴리머 시멘트 슬러리를 만들고, 이를 원형 및 이형철근의 표면에 100 ∼ 500 ㎛로 도포, 양생한다.

폴리시멘트비가 50%이하에서는 균열이 발생하기 쉽고, 100%이상에서는 철근이 일정한 두께로 도포되어야 하기 때문에 3회이상 반복하여 도포하여야 하는 문제점이 있다.

양생방법은 상온에서 그냥 방치하기도 하고, 빠른 경화를 위해서는 고온으로 양생한다.

이때, 슬러리에는 폴리머가 혼입되어 있기 때문에 폴리머가 굳으면서 막을형성해 시멘트경화를 느리게 한다. 물론, 폴리머 종류에 따라 약간의 차이가 있으나, 보통 상온에서 24시간 방치시키면 도포한 슬러리가 완전히 굳은 경우가 있고, 어떤 종류는 기본적으로 2∼3주 양생하기도 한다.

그러나 고온에서는 폴리머가 열에 약하므로 80℃이하로 양생을 하여야 하고 2∼3일정도면 양생된다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 철근 부식 방지용 폴리머 시멘트계 조성물은 시멘트 10∼80 중량부, 폴리머 디스퍼션 10∼70 중량부, 물 10∼60 중량부이고, 소포제는 폴리머를 극성과 분자량(분자량의 분포)을 조절하여 상용성과 비상용성 사이의 적절한 균형을 통해 만들어 사용하여야 하고, 또한, 폴리머 소포제들은 아주 상용성이 좋을 경우에도 기포를 안정화시키지 않는 특성을 가지고 있어 소포성이 매우 약하거나 존재하지 않는 것처럼 보이게 되므로 적절한 소포제를 선택하여 사용하여야 하는 것으로, 고급지방산아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산저급알콜에텔, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스텔, 고급지방산의 금속석검, tall oil(톨유), 실리콘계, 비실리콘계, 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 소수성실리카 등이 사용되며, 캐리어( carrier)성분으로서 광물유와 저급알콜이 사용된다.

여기서 실리콘계 소포제는 활성 성분이 매우 낮은 표면장력을 갖고 있는 폴리실록산의 용액이 사용된다. 이러한 폴리실록산을 선택할 때 그것의 화학 구조는매우 중요한 기준이 된다. 예를 들어 표면 조절용 첨가제로 쓰이는 것과 같은 짧은 사슬의 폴리실록산은 기포를 파괴하기보다는 오히려 기포를 안정화시키므로 좋지 않다.

즉, 저분자량의 실리콘은 기포 안정제의 역할을 하며, 분자량이 커질수록 고분자량 실리콘은 분화구 현상을 일으킬 정도로 비상용적이 되며 또한, 분자량이 너무 지나치게 커지게 되면 함마톤 실리콘이 되므로 완전하게 비상용성 물질이 되어 소포제로서는 좋지 않다.

따라서, 폴리실록산의 상용성과 용해도를 조절하기 위해 실리콘의 분자량과 체인의 길이를 변화시켜 사용하게 되는데 다양한 유기계 체인을 실리콘 본체에 변성시킴으로서 상용성을 조정할 수 있는 것으로, 폴리에테르 체인을 부가할 경우 친수성이 증가하여 상용성이 좋아진다.

시멘트 혼화용 폴리머는 스틸렌 부다디엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA), 아크릴계 에멀젼(PA), 에폭시 에멀젼 등이 사용된다.

또한, 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 특수시멘트, 혼합시멘트가 사용된다.

상기와 같이 배합된 폴리머 시멘트계 조성물은 원형철근 및 이형철근 표면에 도장 두께 100㎛-500㎛로 도포하고, 슬러리 경화를 위해 상온(20℃) 및 80℃이하 온도에서 표면의 슬러리가 굳을 때까지 양생한다. 이때, 철근 표면에 도포하는 방법으로 폴리머 시멘트 슬러리 속에 철근을 침적시켜 꺼내는 방법, 압력 노즐을 통하여 분사시키는 방법, 붓등으로 바르는 방법 등을 사용한다.

상기와 같이 방식 처리된 철근은 제염처리를 거치지 않은 해사와 함께 원심력 철근 콘크리트 관(일명 흄관), 수로관, 콘크리트 파일, 전신주 등의 시멘트 콘크리트 2차 제품에 사용하여, 염분에 의한 부식 발생을 저하시킬 수 있다.

시험예 1: 내수성 시험

본 발명의 폴리머 시멘트를 철근에 도포한 다음 양생을 마친 철근과 도포하지 않은 철근의 내수성에 대해 알아본 결과 일반 수돗물에 7일, 14일, 28일 동안 침지한 후 철근의 녹 발생정도를 관찰하였다.

관찰 결과, 보통 철근은 14일만에 철근 전면에 녹이 발생하였으나, 본 발명의 폴리머 시멘트를 도포한 철근은 28일 후에도 녹이 전혀 발생하지 않음을 알 수 있다.

시험예 2: 염화나트륨 수용액 침지 도포 방법으로 인한 녹 발생 정도 관찰

본 발명의 폴리머 시멘트는 스틸렌 부타디엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA), 아크릴계 에멀젼(PA), 에폭시 에멀젼으로 달리하여 제조하고, 이를 철근에 도포한 다음 양생을 마친 철근과 도포하지 않은 철근에 대하여 녹 발생 정도에 대해 알아본 것으로, 염화나트륨(Nacl) 10% 수용액에 28일 동안 침지 하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도1에 나타난 바와 같이, 염화나트륨(Nacl) 10% 수용액에 28일 동안 침지 후 도포하지 않은 일반적인 철근(오른쪽 2개)은 철근 전면에 녹이 발생하였으나, 폴리머 시멘트 조성물로 도포한 철근(그 외 6개 철근)은 28일 후에도 녹이 전혀 발생하지 않음을 볼 수 있다.

시험예 3: 염화나트륨 수용액 분무 도포 방법으로 인한 녹 발생 정도 관찰

본 발명의 폴리머 시멘트 슬러리를 스티렌-아크릴산 부틸-1(St/BA-1), 스티렌-아크릴산 부틸-2(st/BA-2), 아크릴계 에멀젼(PA)으로 달리하여 제조하고, 이를 철근에 도포한 다음 양생을 마친 철근과 도포하지 않은 철근을 준비한다. 상기 철근에 수용액 분무장치를 사용하여 염화나트륨 10% 수용액을 일정한 양으로 철근 표면에 분무하고, 철근의 녹 발생 정도에 대해 도 2에 나타내었다. 이때, 시험기기의 조건은 1.0㎏/㎠ 분무압력으로, 습윤상태의 온도 47℃를 유지하여, 24시간, 48시간 분무 시험한다.

도2의 실험결과, 도포하지 않은 철근(Plain)은 24시간에는 78%, 48시간에는 100%의 녹이 발생한 반면, 본 발명의 폴리머 시멘트 슬러리로 도포한 철근은 약 3%정도로 녹이 발생하였다.

시험예 4: 염분 침투 시험

본 발명의 폴리머 시멘트 슬러리를 스티렌-아크릴산 부틸-1(St/BA-1), 스티렌-아크릴산 부틸-2(st/BA-2), 아크릴계 에멀젼(PA)으로 달리하여 제조하고, 이를철근에 도포한 다음 양생을 마친 철근과 보통 철근에 대하여 염화나트륨(Nacl) 10% 수용액에서 침투 시험하여 녹 발생 정도에 대해 알아보았다.

염화나트륨 10% 수용액 침투 시험용 시편은 하기 도 3과 같이 물시멘트비30%, 시멘트:표준사=1:3(중량비)으로 배합하여 시멘트 모르타르를 준비하고, 상기 중앙에 폴리머 시멘트 조성물로 도포한 철근과 도포하지 않은 철근을넣어 시험편을 제작한다.

상기 제작된 시험편을 28일간 양생한 후, 10기압에서 24시간 동안 염화나트륨 10% 수용액을 침투시키고, 시험편을 꺼내어 60℃에서 24시간 건조시켰다. 상기 과정을 각각 5회, 10회 반복시킨 후, 철근 표면의 녹 발생 정도에 대해 관찰하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이, 5회, 10회 모두 도포하지 않은 철근의 부식은 현격하게 발견되었으나, 폴리머 시멘트 조성물로 도장한 철근은 녹의 발생이 아주 미미하게 나타남을 알 수 있다.

시험예 5: 중성화 촉진 시험

상기 시험예 4의 염분 침투 시험 후, 중성화 촉진 시험에 대한 녹 발생 정도를 알아보기 위해, 중성화 촉진 시험장치를 사용하여 온도 30℃, 습도 60% R.H, CO₂농도 5%의 조건으로 시험하고, 상기 과정을 각각 5회, 10회 반복시켜 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 도포하지 않은 철근은 녹의 발생이 크게 증가하였으나, 폴리머 시멘트 슬러로 도포한 철근은 아주 미세한 증가를 보였다.

시험예 6: 오토클레비브 촉진 양생 시험

본 발명의 폴리머 시멘트 슬러리를 스티렌-아크릴산 부틸-1(St/BA-1), 스티렌-아크릴산 부틸-2(st/BA-2), 아크릴계 에멀젼(PA)으로 달리하여 제조하고, 이를철근에 도포한 다음 양생을 마친 철근과 도포하지 않은 철근에 대하여 도 3과 같이 시험편을 제작하여 오토클레이브 촉진 양생에 의한 철근의 녹 발생 정도에 대해 알아보았다.

상기 시험편 제작시, 염화나트륨을 잔골재의 절건중량에 대하여 0%, 0.02%, 0.04%, 0.1%, 0.135% 및 0.27% 혼입하고, 시험편 중앙에 폴리머 시멘트 조성물로 도포한 철근과 도포하지 않은 철근을 넣어 시험편을 제작하였다.

상기 제작된 시험편을 28일 동안 양생하고, 오토클레이브 양생기를 이용하여 180℃, 10기압에서 도9와 같은 양생 방법으로 8회 실시하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에 나타난 바와 같이, 도포하지 않은 보통 철근은 염분의 함유량이 증가하 수록 녹의 발생정도가 심한 반면, 폴리머 시멘트 슬러리로 도장한 철근은 염화나트륨 0.04% 이상일 때 약간의 녹이 발생하였으나, 그 정도는 아주 미세함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 시멘트 콘크리트 철근의 부식 방지를 위한 폴리머 시멘트을 철근 표면에 도포함으로서 내구성, 내충격성 및 부식 저항성을 향상시킨다. 또한, 상기 폴리머 시멘트 조성물을 도포한 철근과 해사를 제염처리 없이 시멘트 콘크리트 2차 제품에 사용하여 부식에 대한 저항성이 우수하면서, 제품의 수명을 크게 연장시키는 효과가 있다. 아울러, 해사를 그대로 사용함으로서 제염처리 시설 및 관리가 불필요하여 경제적인 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

1. 시멘트, 폴리머 디스퍼션, 물로 조성된 코팅물에 있어서,

   시멘트 100 중량부에 대하여 폴리머는 50 ∼ 100 중량부, 물은 50 ∼ 200 중량부, 소포제는 상기 폴리머 사용량의 0.01 ∼ 0.15 중량%가 되도록 하여 폴리머 시멘트 슬러리를 만들고, 이를 원형 및 이형철근의 표면에 100 ∼ 500 ㎛로 도포, 양생하여 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 도포 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 시멘트 혼화용 폴리머는 스틸렌 부다지엔 고무 라텍스(SBR), 폴리 아크릴산 에스테르(PAE), 에칠렌 비닐 아세테이트(EVA), 스티렌-아크릴산 부틸(St/BA), 아크릴계 에멀젼(PA), 에폭시 에멀젼 중에서 1종 내지 2종이상 혼합 사용하여 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 도포방법.
3. 제 1항에 있어서,

   소포제는 고급지방산아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산저급알콜에텔, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스텔, 고급지방산의 금속석검, 톨유, 실리콘계,비실리콘계,디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 소수성실리카 광물유, 저급알콜 중에서 1종 내지 2종이상 혼합,사용하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 철근의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 도포방법.
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