KR100526418B1

KR100526418B1 - 콘크리트 무기보수제를 이용한 콘크리트 표면처리 방법

Info

Publication number: KR100526418B1
Application number: KR10-2002-0069156A
Authority: KR
Inventors: 김도겸; 이장화
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2005-11-08
Also published as: KR20030074092A

Abstract

본 발명은 콘크리트 무기보수제용 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 표면 처리 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 실란계열 화합물과 알코올의 혼합물인 침투강화성 무기보수제용 조성물 및 알칼리계열 실리케이트를 포함하는 열화억제성 무기보수제용 조성물의 두가지를 모두 포함하여 이루어진 2액형 조성물과, 이를 이용하여 콘크리트 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조성물을 콘크리트 표면처리에 사용할 경우, 콘크리트 구조물에 용이하게 침투되고, 대기의 산성화 및 이산화탄소 오염에 의하여 중성화되는 콘크리트 구조물을 효과적으로 보호하며, 해사(海沙)를 사용한 콘크리트 구조물 및 비래염분(飛來鹽分)의 영향을 받는 해안교량, 방파제와 같은 콘크리트 구조물의 철군부식을 억제 또는 방지하고 콘크리트 구조물의 구체 강화를 통한 강도증진 및 방수효과를 향상시킬 수 있다.

Description

콘크리트 무기보수제를 이용한 콘크리트 표면처리 방법{CONCRETE SURFACE TREATMENT METHOD USING INORGANIC REPAIRING AGENT FOR CONCRETE}

본 발명은 콘크리트의 무기보수제 조성물에 관한 것으로, 특히, 침투강화성 무기보수제 조성물과, 열화억제성 무기보수제 조성물을 포함하여 이루어진 2액형 조성물 및 콘크리트의 표면 처리 방법에 관한 것이다.

지금까지 국내외에서 일반적으로 사용되고 있는 침투강화성 무기보수제는 알칼리계 실리케이트로 이루어져 있다. 이러한 알칼리계 실리케이트는 표면장력이 작게 제조된다 할지라도 콘크리트의 주성분인 칼슘이온과 매우 빠른 속도로 반응하여 칼슘실리케이트를 형성한다. 이렇게 형성된 칼슘실리케이트는 불용성이면서 화학적으로 매우 안정한 산화물로서 콘크리트의 표면을 보호해 줄 뿐, 침투깊이가 5mm정도에 불과하여 콘크리트 내부에 깊숙이 침투하지 못하는 문제가 있으며, 이에 따라 콘크리트 구조물을 적절하게 보호하는 역할을 하지 못하는 단점이 있다.

지난 수십년간 발생한 콘크리트구조물의 손상원인을 검토한 영국의 조사결과에 따르면, 철근의 부식에 의한 것이 전체 구조물의 성능저하원인 중 47%를 차지하고 있으며, 이중 염해에 의한 부식이 66%를 차지하고 있는 것으로 알려지고 있다. 우리나라의 경우에도 삼면이 바다로 이루어져 있기 때문에, 염해 피해 가능지역이 많은 것은 물론이고, 사계절이 뚜렷하여 수축팽창작용을 많이 받고 있을 뿐만 아니라, 도시의 집중화에 따른 배기가스에 의한 중성화 현상이 심하게 발생하는 등 콘크리트의 내구성능이 어느 나라 못지 않게 열악한 상황에 있다. 1997년 12월에 발간된 서울특별시 보고서 <콘크리트구조물의 부식상태조사 및 방지대책> 에 따르면 서울시에서 관리하는 콘크리트 구조물 중 약간이라도 부식이 발생하여 콘크리트에 균열 또는 박리 및 탈락이 발생한 구조물이 전체의 약 18%로 나타났다. 또한 2000년 서울시의 전체 건설예산 중 구조물의 유지보수비용이 차지하고 있는 비율이 약 40%를 넘고 있으며, 구조물의 보수를 위하여 서울시뿐만이 아니라 각 광역단체들이 엄청난 예산을 보수비용으로 사용하고 있고, 그 예산은 계속 급증할 것으로 예상되고 있는 실정이다. 또한, 우리와 환경이 비슷한 일본 동경도의 경우만 보더라도 2000년 전체 건설예산 중 기존구조물의 유지보수비용이 47%를 차지하고 있으며, 2001년도에는 유지보수비용이 신설비용을 초과할 것으로 전망하고 있다.

철근콘크리트 구조물의 유지관리에 사용되는 보수재료로는 주로 수지계와 시멘트계 재료가 사용되고 있으나, 이런 재료들이 사용되는 보수공법은 대부분 성능저하 현상이 본격화되었을 때 조치를 취하기 때문에 보수효과가 기대치에 미치지 못하는 경우가 많다. 또한 단면복구를 위한 보수시에는 내구성능이 저하된 콘크리트의 제거작업이 필요하며, 이 과정에서 소음, 분진, 진동, 건설 폐기물 등을 다량으로 발생시켜 환경에 대한 부담과 경제적인 부담을 가중시킨다. 또한 콘크리트를 제거하면서 나타나는 충격으로 인해 성능이 저하되지 않은 주위의 콘크리트에도 균열 등의 유발에 의한 손상을 일으켜 보수 후에도 그 부위에서 재탈락이 일어나는 등의 문제점을 발생시킬 수 있다. 또한 콘크리트의 내구성능저하 및 철근 부식에 대한 치유 대책 없이 섬유보강재 등을 사용하여 구조물을 보강하는 경우에는 하중에 대한 구조적인 기능은 향상되지만, 구조내부에서는 철근부식이 계속 진행될 수 있으므로 철근 콘크리트의 내구성능 회복에는 효과적이지 못할 수 있다.

현재 사용중인 보수공법은 손상부위를 처리하는 형태에 따라 크게 표면피복공법, 균열주입공법, 충전공법으로 나뉘어진다. 표면피복공법에 사용되는 재료들은 색상도 미려하고 초기접착력과 내약품성이 우수하며 경제적이고 시공성이 좋아 도료형태로써 많은 제품이 시판되어 사용되고 있지만, 이들 재료가 콘크리트와의 수축팽창률에 차이가 크고 시간경과에 따라 경화됨으로써 박리(들뜸)를 유발하며, 충격에 의해 쉽게 파괴되는 문제점을 지니고 있어, 최근에는 물성을 개선시킨 수성도료 등을 사용하거나 폴리머계 재료에 필러로써 실리카질 재료를 첨가하므로써 수축·팽창률 및 경화에 따른 취성적 성질을 보완하려는 노력을 하고 있다. 그러나 표면피복공법은 균열표면의 보수에 그치므로 진행성 균열인 경우에는 균열에 대한 추종성(elongation)이 떨어지는 결점을 가지고 있으며, 피복재의 두께가 얇기 때문에 보수 후 시간이 경과함에 따라 보수처리 부분의 내구성능이 저하할 우려가 있으므로 주의할 필요가 있다. 그리고 표면피복공법에 사용되는 재료는 성능이 저하된 콘크리트의 내구성을 향상시키는 목적보다는 구조물을 성능저하 요인으로부터 보호하려는 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명에서와 같이 철근이 부식된 콘크리트 구조물의 성능회복과 함께 손상된 콘크리트의 내구성능을 향상시키는 개념의 침투강화성 무기보수제와는 그 기능성에 큰 차이가 있다.

균열주입공법의 경우 균열주입재는 에폭시계 합성수지로서 수축이 작고 조기에 강도가 발휘되어 접착력이 우수하기 때문에 가장 많이 사용되고 있으나 콘크리트와는 매우 상이한 탄성계수 및 수축팽창률로 인하여 균열보수 후 재균열이 발생하는 등의 문제점이 지니고 있다.

충전공법의 경우에는 사용하는 재료가 에폭시계 모르터 또는 아크릴계 모르터 등을 사용하고 있다. 이 충전공법은 구조체의 결함부를 제거한 후, 에폭시계 또는 아크릴계 수지를 사용하여 시멘트 모르터와 일정한 배합비로 혼합한 후 구조체의 결함부에 충전, 시공하는 보수공법으로 습윤면의 시공이 가능하며, 시공성, 단기접착성 등이 우수하여 확실한 물리적 보수가 가능하지만, 콘크리트의 표층강화 및 방수기능 이상의 성능 즉, 중성화, 염해, 동해, 화학적 부식 등의 열화요인별 화학적 처리기술은 구축되어 있지 못하며, 유기질계 및 무기질계 재료가 함께 사용되므로써 장기적으로 모체와의 일체화가 문제가 발생할 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 일반적인 표면피복공법, 주입공법 및 충전공법의 단점을 극복하고 내수 성능이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키면서 방수는 물론 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 새로운 표면처리 방법 및 무기보수제에 대한 요구가 있어왔다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 효과적인 콘크리트 표면처리 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 새로운 형태의 콘크리트 무기보수제를 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 콘크리트 표면에, 트리메틸메톡시 실란, 트리메틸에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸디메톡시 실란, 메틸디에톡시 실란, 디메틸에톡시 실란, 디메틸비닐메톡시 실란, 디메틸비닐에톡시 실란, 메틸비닐디메톡시 실란, 메틸비닐디에톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 옥타데실트리메톡시 실란, 및 옥타데실트리에톡시 실란으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 실란 화합물 4~60중량% 와, 무수알코올 40~96중량%의 혼합물을 분사하는 제1단계; 및 5분 내지 240분 경과 후, 나트륨 실리케이트 및 칼륨 실리케이트 중 1종 이상의 실리케이트로 이루어진 알칼리 실리케이트 5~25중량%와, 비이온 또는 음이온 불소계 또는 실리콘계 계면활성제를 0.05중량%이하로 함유하고, 증류수로 100중량%를 채운 혼합물을 분사하는 제2단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 처리 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 트리메틸메톡시 실란, 트리메틸에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸디메톡시 실란, 메틸디에톡시 실란, 디메틸에톡시 실란, 디메틸비닐메톡시 실란, 디메틸비닐에톡시 실란, 메틸비닐디메톡시 실란, 메틸비닐디에톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 옥타데실트리메톡시 실란, 및 옥타데실트리에톡시 실란으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물 4~60중량% 와, 무수알코올 40~96중량%의 혼합되어 이루어진 콘크리트 침투강화성 무기보수제 조성물(A), 나트륨 실리케이트 및 칼륨 실리케이트 중 1종 이상의 실리케이트로 이루어진 알칼리 실리케이트 5~25중량%, 비이온 또는 음이온 불소계 또는 실리콘계 계면활성제를 0.05중량%의 혼합물에 증류수로 100중량%를 채워 이루어진 콘크리트 열화억제성 무기보수제 조성물(B), 및 상기 (A) 및 (B)를 모두 포함하는 2액형 콘크리트 무기보수제용 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 무기보수제 조성물은 실란계 화합물 및 알칼리성 실리카의 2액형 구조로 되어 있으며, 본 발명에 따른 콘크리트 표면처리 방법은 기존에 사용하고 있는 일반적인 표면피복공법, 주입공법, 충전공법의 단점을 극복할 수 있도록 2단계로 구성되어 있다.

따라서, 이러한 방법 및 조성물을 사용할 경우, 내구 성능이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키면서 방수는 물론 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있으며, 기존의 콘크리트 구조물이 염해 또는 중성화 등의 성능저하요인에 의해 철근의 부식 및 피복콘크리트의 균열 및 탈락 등이 발생하고 콘크리트의 내구성이 저하된 경우 부식된 철근의 방청처리와 함께 콘크리트의 pH를 향상시키거나 콘크리트 내부에 침입한 염분을 고정화시켜 보수이후의 중성화 또는 염해에 의한 철근의 이차부식을 억제하고 콘크리트의 강도 및 수밀성 등의 향상을 통하여 성능이 저하된 콘크리트의 내구성능을 향상시키게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 실란계의 조성물, 특히 트리메틸메톡시 실란, 트리메틸에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸디메톡시 실란, 메틸디에톡시 실란, 디메틸에톡시 실란, 디메틸비닐메톡시 실란, 디메틸비닐에톡시 실란, 메틸비닐디메톡시 실란, 메틸비닐디에톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 옥타데실트리메톡시 실란, 옥타데실트리에톡시 실란 중 선택된 1종 내지는 그 이상의 혼합물을 4 내지는 60 중량%, 무수 알콜류를 100%가 되도록 첨가한 후 균일하게 혼합된 침투강화성 액상 조성물 부분(A)과, SiO₂/Na₂O 내지는 SiO₂/K₂O의 몰비가 2.2 이상인 알칼리 실리케이트 5~25 중량%; 리튬 폴리실리케이트 2.5~22 중량%; 표면장력을 적게 해주는 비이온 또는 음이온 불소계 계면활성제 0.05 중량%이하를 포함하고 나머지를 증류수로 채운 열화억제성 혼합조성물 부분(B)이 물리적으로 분리되어 포함된 것을 특징으로 한다.

특히, 침투강화성 조성물은 실란계열 화합물이 무수알코올과 혼합되어 이루어져 있는데, 수분이 함유되어 있지 않기 때문에 표면장력이 작고, 콘크리트 화합물과 직접적인 반응이 없는 실란계통의 화합물이 콘크리트 내부 깊숙히 침투해 들어갈 수 있게 된다. 콘크리트 내부로 침투할만한 충분한 시간이 경과한 후, 2차적으로 알칼리 실리케이트를 분사하게 되면, 알칼리 실리케이트에 함유된 수분은 콘크리트 내부에 미리 침투해 들어가 실란계통이 수분에 의해 가수분해되어 나노사이즈의 실리카와 알콜이 형성된다. 나노사이즈의 실리카는 겔화에 의해 콘크리트 내부의 미세한 공극을 치밀하게 막아주어 콘크리트 내부 깊숙이까지 강도증진, 열화물질의 침투억제, 방수효과 및 중성화 방지를 하게 된다. 아울러, 열화억제성 조성물내의 알칼리계 실리카는 콘크리트의 주성분인 칼슘이온과 반응하여 콘크리트 표면에 불용성인 칼슘실리케이트를 형성하고, 내산성 및 내알칼리가 높은 화합물을 형성함으로써 콘크리트의 표면을 보호하게 된다.

따라서 본 발명에서와 같이 2단계 방법 및 2액형 조성물을 사용하여 시공할 경우, 콘크리트구조물의 내부 및 표면에 물리, 화학적으로 안정한 콘크리트 구조물을 형성하게 된다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 더 상세히 살펴보기로 한다. 하시 실시예는 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보기 위한 예에 지나지 않는 것으로 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되는 것은 아니다. 실시예에 있어서, %는 중량%를 의미한다.

실시예 1

테트라에톡시 실란을 각각 5%, 10%, 20%, 30%, 50%, 80%씩 채운 후, 나머지를 에탄올로 하여 100%가 되도록 혼합하여 침투강화성 조성물(a)을 제조하였다. 테트라에톡시실란(TEOS; Tetraortho silicate)에 용매 중의 수분이 함유되지 않게 하기 위하여 수분 흡수컬럼을 통과한 에탄올을 혼합하였으며, 콘크리트의 침투두께를 확인하기 위하여 극미량의 페놀프탈레인을 첨가하여 용해한 다음 유리병에 보관하였다.

SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트 10%, 리튬 폴리실리케이트 20%, 불소계 계면활성제 0.05%, 증류수 69.95%로, 전체중량 100%가 되도록 균일하게 혼합하여 열화억제성 조성물(b)을 제조하였다.

이렇게 제조된 침투강화성 조성물(a)을 콘크리트 표면에 적셔주고 2시간 후, 열화억제성 조성물(b)을 도포하였다. 24시간이 지난 후 침투강화성 무기보수제용 조성물의 물리적 특성을 파악하기 위해 후술하는 압축강도 실험과 침투깊이실험을 실시하여 비교, 평가하였다.

실험에 사용된 콘크리트는 동일한 배합조건 하에서 공시체를 제작하기 위해 레미콘을 사용하였다. 하기 표 1에 본 실험에 사용한 콘크리트 배합표를 나타내었다.

물/시멘트비(%)	잔골재율(%)	공기량(%)	슬럼프(cm)	단위 함량 (kg/㎥)
물/시멘트비(%)	잔골재율(%)	공기량(%)	슬럼프(cm)	물	시멘트	모래	자갈	공기연행제
54.9	47.7	4.5	10	168	306	871	963	0.92

실시예 2

테트라에톡시 실란 30%에 에탄올을 70%를 혼합하여 침투강화성 조성물을 제조하였다. 리튬 폴리실리케이트 20% 와 불소계 계면활성제 0.05% 에, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트를 각각 5%, 15%, 30%, 45%, 60%, 75%로 혼합한 후 전체 중량이 100%가 되도록 증류수를 균등 혼합하여 열화억제성 조성물을 제조하였다.

제조된 조성물을 실시예 1과 동일한 콘크리트 시편에 실시예 1과 같은 방법으로 도포한 후, 물리적 특성을 파악하기 위해 후술하는 압축강도 실험과 중성화억제실험을 실시하여 비교, 평가하였다.

실시예 3

테트라에톡시 실란 30%에 에탄올 70%를 혼합하여 침투강화성 조성물을 제조하였다. SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트를 10%, 불소계 계면활성제 0.05%와, 리튬 폴리실리케이트를 각각 5%, 10%, 20%, 40%로 변화시켜 혼합한 후, 전체 중량이 100%가 되도록 증류수를 균등 혼합하여 열화억제성 조성물을 제조하였다.

제조된 조성물을 실시예 1과 동일한 콘크리트 시편에 실시예 1과 동일한 방법으로 도포한 후, 무기보수제의 물리적 특성을 파악하기 위해 후술하는 압축강도 실험과 중성화억제실험을 실시하여 비교, 평가하였다.

실시예 4

테트라에톡시 실란을 포함한 10가지의 실란계 화합물의 혼합물 30%에 에탄올을 70% 혼합하여 침투강화성 조성물을 제조하였다. 또한, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트 10%, 리튬 폴리실리케이트 20%, 불소계 계면활성제 0.05%, 증류수 69.95%를 혼합하여 전체중량이 100%가 되도록 열화억제성 조성물을 제조하였다.

제조된 조성물을 실시예 1과 동일한 콘크리트 시편에 실시예 1과 동일한 방법으로 도포한 후, 무기보수제의 물리적 특성을 파악하기 위해 후술하는 압축강도 실험, 흡수율실험 및 중성화억제실험을 실시하여 비교, 평가하였다.

실시예 5

테트라에톡시 실란을 포함한 10가지의 실란계 화합물이 혼합물 30%에 2-프로판올(이소프로필 알코올) 70% 및 메탄올 70%를 각각 따로 혼합하여 2종류의 침투강화성 조성물을 제조하였다. 또한, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트 10%, 리튬 폴리실리케이트 20%, 불소계 계면활성제 0.05%, 증류수 69.95%를 혼합하여 전체중량이 100%가 되도록 열화억제성 조성물을 제조하였다.

제조된 조성물을 실시예 1과 동일한 콘크리트 시편에 실시예 1과 동일한 방법으로 도포한 후, 무기보수제의 물리적 특성을 파악하기 위해 후술하는 압축강도 실험, 침투깊이 실험 및 중성화억제 실험을 실시하여 비교, 평가하였다.

실시예 6

테트라에톡시 실란 30%와 에탄올 70%를 혼합하여 침투강화성 조성물을 제조하였다. 또한, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트 5%, 리튬 폴리실리케이트 10%, 불소계 계면활성제 0.05%와, SiO₂/K₂O 몰비가 2.2 이상인 칼륨 실리케이트를 각각 5%, 10%, 20%, 30%, 50%로 달리 함유시킨 후, 전체 중량이 100%가 되도록 증류수를 균등 혼합하여 5종의 열화억제성 조성물을 제조하였다.

실시예 7

에탄올 70%에 각각 트리메틸에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란을 30%포함시켜 로 하여 침투강화성 무기보수제용 조성물을 제조하였다. 또한, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트를 10%, 리튬 폴리실리케이트를 중량 20%, 불소계 계면활성제를 중량 0.05%로 한 다음, 증류수 중량 69.95%를 균등 혼합하여 열화억제제를 제조하였다.

실시예 8

테트라에톡시 실란을 30%로 하고 에탄올을 중량 70%가 되도록 혼합하여 침투강화성 무기보수제용 조성물을 제조하였다. 또한, SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트를 10%, 리튬 폴리실리케이트를 20%, 불소계 계면활성제 0.05% 및 증류수 69.95%를 혼합하여 전체중량이 100%가 되도록 열화억제성 무기보수제용 조성물를 제조하였다.

제조된 조성물을 타사제품(Radcon사의 Radcon#7 및 Surtreat사의 GPHP 제품; 이하 각각 R사 및 S사 제품이라 함)과 비교 평가실험을 하였으며, 실험항목은 후술하는 압축강도 실험, 침투력실험, 중성화억제능력 평가실험, 화학저항성실험, 흡수율실험, 염화물 고정화실험이다.

실시예 9

테트라에톡시 실란을 30%로 하고 에탄올을 중량 70%가 되도록 혼합하여 침투강화성 무기보수제용 조성물(a) 및 SiO₂/Na₂O 몰비가 2.2 이상인 나트륨 실리케이트를 10%, 리튬 폴리실리케이트를 20%, 불소계 계면활성제 0.05% 및 증류수 69.95%를 혼합하여 전체중량이 100%가 되도록 열화억제성 무기보수제용 조성물(b)를 각각 제조하였다.

이렇게 제조된 무기보수제용 조성물 a, b를 상기한 R사 및 S사의 무기보수제 제품과 비교 평가실험을 하였으며, 실험항목은 후술하는 압축강도 실험, 침투력 실험, 염화물 고정화실험이다.

상기한 실시예에 따라 얻은 조성물을 대상으로 하기와 같은 실험을 하였다.

실험 1: 압축강도 실험

콘크리트의 압축강도에 미치는 영향을 검토하기 위해 지름 100mm ×200mm의 원주형 공시체에 실시예 1에서 제조된 조성물을 실시예 1과 같은 방법으로 도포한 후, 24시간동안 온도 23℃의 실내에서 습윤양생(살수에 의해 충분한 수분 공급)을 실시한 후, 다시 4일간 기건양생(온도 23%, 상대습도 55%)한 다음에 압축강도 실험을 실시하였다. 압축강도 실험은 KS F 2405에 준하여 만능재료실험기를 이용하여 하중을 매초 1.5~3.5kgf/㎠이내의 일정한 속도로 공시체가 파괴될 때까지 하중을 가압하여 압축강도를 측정하였다. 하기 표 2 ~ 표 10에 각 실시예에서 제조된 조성물의 압축강도 증진효과 실험결과를 나타내었다.

하기 표 2는 실시예1에 따른 침투강화성 조성물 중 테트라에톡시 실란의 첨가율을 달리 하여 제조된 무기보수제 조성물을 사용하여 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

테트라에톡시실란의 첨가율은 30%일 때, 가장 높은 강도증진 효과를 나타냈으며, 테트라에톡시실란을 5%이상 첨가하면 강도증진 측면에서 소정의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 이것은 테트라에톡시실란이 콘크리트에 침투하여 내부의 공극을 충진시킬 뿐만 아니라 표면에 도포된 알칼리계 실리케이트가 시멘트의 수화성분인 수산화칼슘과 반응하여 C-S-H 겔을 형성하여 강도증진효과를 나타내기 때문이다. 이러한 C-S-H 겔은 물과 접촉하면 체적이 증가하여 콘크리트 내의 공극, 균열 등의 취약조직을 메워 콘크리트의 조직을 치밀하게 하는 효과도 나타낸다.

테트라에톡시실란 첨가율	0%	5%	10%	20%	30%	50%	80%
압축강도(kgf/cm²)	158	172	189	204	221	202	208
압축강도 증진율(%)	-	8.86	19.62	29.11	39.87	27.85	31.65

하기 표 3은 실시예2에 따라 열화억제성 무기보수제용 조성물 중 나트륨 실리케이트의 첨가율을 변화시켜 제조된 조성물을 사용하여 압축강도의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 표 3에서 볼 수 있듯이 나트륨 실리케이트의 첨가율이 30%와 45%일 때 가장 큰 강도증진효과를 나타냈으며, 나트륨 실리케이트를 15%이상에서 60%이하로 사용하는 경우, 강도증진의 측면에서 소정의 효과를 얻는 것으로 볼 수 있다.

실리케이트는 수용성으로서 알칼리성을 지니고 있어 중성화된 콘크리트의 회복에도 좋은 효과를 나타내며, 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘과 반응하여 불용성 규산칼슘을 생성하여 콘크리트 조직을 치밀하게 만든다.

본 발명 중 알칼리계 실리케이트의 실질적인 반응은 다음과 같다.

Na₂SiO₃ + yH₂O + xCa(OH)₂ → xCa·SiO₂·yH₂O + 2NaOH

나트륨 실리케이트첨가율	0%	5%	15%	30%	45%	60%	75%
압축강도(kgf/cm²)	158	162	178	221	220	187	165
압축강도 증진율(%)	-	2.53	12.66	39.87	39.24	18.35	4.43

하기 표 4는 실시예3에 따라 열화억제성 조성물 중 리튬 실리케이트의 첨가율을 변화시켜 제조된 조성물을 사용하여 압축강도의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 리튬 실리케이트의 첨가율이 20%일 때 가장 큰 강도증진효과를 나타낸 것을 볼 수 있으며, 리튬 실리케이트를 5%이상 첨가하여 사용할 때 강도증진측면에서 소정의 효과를 얻는 것으로 볼 수 있다.

리튬 폴리실리케이트첨가율	0%	5%	10%	20%	40%
압축강도(kgf/cm²)	158	185	198	221	190
압축강도 증진율(%)	-	17.09	25.32	39.87	20.25

하기 표 5는 실시예 4에 따라 제조된 조성물을 사용하여 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 침투강화성 조성물에서 테트라에톡시실란을 포함하는 10가지의 실란혼합물을 사용한 경우에는 테트라에톡시실란만을 사용한 경우와 유사한 압축강도 증진효과를 나타내어 실란계의 혼합물도 강도증진효과를 지니고 있는 것으로 나타났다.

도포물질	무처리	테트라에톡시실란	실란혼합물
압축강도(kgf/cm²)	158	221	217
압축강도 증진율(%)	-	39.87	37.34

하기 표 6은 실시예 5에 따라 침투강화성 무기보수제용 조성물의 용매로서 2-프로판올과 메탄올을 각각 사용하여 압축강도를 측정한 결과이다. 용매로서 에탄올뿐만 아니라 2-프로판올과 메탄올도 충분한 강도증진효과를 나타내어 용매로서 사용 가능한 것으로 볼 수 있다.

용매	무처리	에탄올	2-프로판올	메탄올
압축강도(kgf/cm²)	158	217	214	205
압축강도 증진율(%)	-	37.34	35.44	29.75

실시예 6에 따라 열화억제성 조성물 중 칼륨 실리케이트의 첨가율을 변화시켜 압축강도의 변화를 측정한 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 칼륨 실리케이트의 첨가율은 20%일때 가장 큰 강도증진효과를 나타내었으며, 5%이상 첨가한 경우 소정의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

칼륨 실리케이트첨가율	0%	5%	10%	20%	30%	50%
압축강도(kgf/cm²)	158	199	204	224	215	208
압축강도 증진율(%)	-	25.95	29.11	41.77	36.08	31.65

실시예 7에 따라 침투강화성 조성물에 사용되는 실란화합물의 종류를 달리하여 압축강도를 측정한 결과를 하기 표 8에 나타내었다. 트리메틸에톡시실란, 디메틸디에톡시실란 및 옥타데실트리메톡시실란을 사용한 경우 모두에서 충분한 압축강도 증진효과를 나타내어 실란계 혼합물 중 어떠한 것을 사용하더라도 충분한 것으로 볼 수 있다.

실란 종류	무처리	테트라에톡시실란	트리메틸에톡시실란	디메틸디에톡시실란	옥타데실트리 메톡시실란
압축강도(kgf/cm²)	158	221	194	211	187
압축강도 증진율(%)	-	39.87	22.78	33.54	18.35

실시예 8에 따라, 침투강화성 조성물로서 통상 사용하고 있는 R사 및 S사 제품과, 본 발명에 따른 조성물의 압축강도 측정결과를 하기 표 9에 나타내었다. 본 발명에 따른 조성물이 타사 제품에 비하여 압축강도 증진효과가 약 2.4배 및 1.9배 더 높은 것으로 나타나 콘크리트 구조체의 성능향상에 탁월한 효과가 있는 것을 확인하였다.

종류	무처리	본 발명에 따른 조성물	R사 제품	S사 제품
압축강도(kgf/cm²)	158	221	184	191
압축강도 증진율(%)	-	39.87	16.46	20.88

실시예 9에 따라 침투강화성 무기보수제용 조성물 a 및 열화억제성 무기보수제용 조성물 b, 현재 호주 및 미국에서 수입하여 사용되고 있는 R사 제품 및 S사 제품과 압축강도 측정결과를 하기 표 10에 나타내었다. 본 발명에 따른 조성물 침투강화성 무기보수제용 조성물 a는 타 수입 제품에 비하여 압축강도 증진효과가 약 2.3배 및 1.8배, 열화억제성 무기보수제용 조성물 b는 압축강도 증진효과가 약 1.5배 및 1.2배 더 높은 것으로 나타나, 본 발명에 따른 침투강화성 무기보수제용 조성물 및 열화억제성 무기보수제용 조성물을 각각 단독으로 사용하더라도 콘크리트 구조체의 성능향상에 탁월한 효과가 있는 것을 확인하였다.

종류	무처리	본 발명에 따른 조성물		R사 제품	S사 제품
종류	무처리	a	b		S사 제품
압축강도(kg/cm²)	158	215	198	184	191
압축강도 증진율(%)	-	37.98	25.32	16.46	20.88

실험 2: 침투깊이 실험

본 발명에 따른 조성물이 콘크리트 내부로 침투하는 깊이를 알아보기 위하여 표준 양생을 28일간 실시한 100mm ×100mm ×100mm 콘크리트 시험체의 한 면에 본 발명에 따른 2액형 무기보수제용 조성물을 실시예 1과 같은 방법으로 도포한 후 24시간동안 온도 23℃의 실내에서 습윤양생(살수에 의해 충분한 수분 공급)을 실시하고, 다시 4일간 기건양생(온도 23%, 상대습도 55%)한 다음 침투깊이를 측정하였다. 측정방법은 실시예 1에서 기재한 바와 같이 침투강화성 조성물 제조시 극미량의 페놀프탈레인을 첨가하여 콘크리트 내부에서 붉은 선홍색으로 발색하는 깊이까지를 측정할 수 있다. 페놀프탈레인은 콘크리트의 수산화칼슘(Ca(OH)₂)와 접촉하면 붉은 선홍색의 발색을 하는 물질로써 본 발명에 따른 2액형의 무기보수제용 조성물을 도포한 후 콘크리트 시편을 반으로 쪼개어 붉은 선홍색이 발색한 깊이까지를 버어니어켈리퍼스로 0.02mm단위까지 측정하였다. 첨부한 도 1에 실시예 1에 따른 조성물의 침투깊이 실험결과를 그래프로 나타내었다. 테트라에톡시실란의 변화에 따른 침투깊이의 변화를 측정한 결과, 테트라에톡시실란의 함유율이 50%이상이 되면 침투력이 저하되는 것이 확인되었으며, 테트라에톡시실란의 함유율이 30%이하일 때에는 30mm이상의 침투력이 확보된다는 점을 확인하였다. 일반적인 콘크리트 구조물의 철근매입깊이가 25mm인 점을 고려하면 본 발명의 침투강화제가 철근매입깊이까지 충분히 침투하여 콘크리트 구체의 강화효과를 발휘한다는 결론을 얻을 수 있다.

실시예 4에 따른 조성물의 침투깊이 실험결과를 첨부한 도 2에 그래프로 나타내었다. 실란혼합물의 사용에 따른 침투깊이의 변화를 측정한 결과 테트라에톡시실란을 포함한 10가지 종류의 실란 혼합물을 사용한 경우에도 충분한 침투력을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.

첨부한 도 3에 실시예 5에 따른 조성물의 침투깊이 실험결과를 그래프로 나타내었다. 용매의 변화에 따른 침투깊이의 변화를 측정한 결과, 에탄올 이외에 2-프로판올 및 메탄올을 용매로 사용하여도 유사한 침투깊이를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

첨부한 도 4에 실시예 7에 따라 실란계열 화합물의 종류를 변화시켜 침투깊이를 실험한 결과 그래프를 나타내었다. 테트라에톡시실란이외에 트리메틸에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 옥타데실트리메톡시실란 등으로 실란계열 화합물을 변화시켰으나, 모두 충분한 침투깊이를 나타내고 있어 콘크리트 침투강화성 무기보수제로서 다양한 실란계 화합물을 적용할 수 있음을 확인하였다.

첨부한 도 5에 실시예 8에 따라 본 발명에 따른 조성물과 수입제품인 R사 제품 및 S사 제품을 사용한 경우의 침투깊이를 측정한 그래프를 나타내었다. R사 제품의 경우 침투깊이가 4mm, S사 제품인 경우 침투깊이가 6mm이나, 본 발명에 따른 조성물을 사용한 경우 침투 깊이는 34mm로 나타나, 본 발명에 따른 조성물이 콘크리트 구조물에 대한 침투력이 월등히 우수함을 알 수 있었다.

첨부한 도 6에 실시예 9에 따라 본 발명에 따른 조성물 침투강화성 무기보수제용 조성물 a, 열화억제성 무기보수제용 조성물 b와 수입제품인 R사 제품 및 S사 제품을 사용한 경우의 침투깊이를 측정한 그래프를 나타내었다. R사 제품의 경우 침투깊이가 4mm, S사 제품인 경우 침투깊이가 6mm였으나, 본 발명에 따른 조성물인 침투강화성 무기보수제 조성물 a를 사용한 경우 침투깊이가 37mm, 열화억제성 무기보수제 조성물 b를 사용한 경우 침투깊이가 11mm로 나타났다. 본 발명에 따른 침투강화성 무기보수제 조성물 a는 콘크리트 구조물에 대한 침투력이 월등히 우수하고, 열화억제성 무기보수제 조성물 b도 기존의 제품에 비하여 콘크리트 구조물에 대한 침투력이 우수함을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우, 우수한 침투력에 의하여 공극을 충진시켜주고, 철근매입 깊이까지 확실한 보호층을 형성하여 철근의 부식억제에 효과를 나타내기 때문에 무기보수제로서의 효과 및 방수 역할을 향상시킴을 알 수 있다. 그리고 미국과 호주에서 수입되어 현재 사용되고 있는 타사 제품들은 구체강화, 중성화성능회복 및 철근부식 억제의 효과보다는 콘크리트의 표면보호에 역할을 할 수 있다고 설명할 수 있으나, 본 발명에 따른 조성물은 콘크리트의 표면보호는 물론 구체강화, 중성화성능회복 및 철근부식 억제에 매우 우수한 역할을 발휘할 수 있음을 알 수 있다.

실험 3: 중성화 억제성능 실험

표준 양생을 28일간 실시한 100mm ×100mm ×100mm 콘크리트 시험체의 표면에 실시예 2, 실시예 3, 실시예 6, 실시예 8에 따라 제조된 무기보수제용 조성물을 각각 도포한 후, 24시간동안 온도 23℃의 실내에서 습윤양생(살수에 의해 충분한 수분 공급)을 실시한 다음, 다시 4일간 기건양생(온도 23%, 상대습도 55%)하여 중성화 억제성능 실험 시편을 제조하였다. 이 실험시편을 온도 30℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 10%의 챔버에 넣어 90일간 중성화 촉진 실험을 실시하였다. 중성화 촉진 실험을 실시한 시편을 반으로 쪼개어 페놀프탈레인 용액을 살포한 후, 붉은 선홍색으로 발색하는 부분까지의 깊이를 측정하였다. 중성화 억제성능 실험을 실시한 결과, 본 발명에 따른 조성물을 도포하지 않은 콘크리트는 중성화 깊이가 23mm로 나타났으나, 본 발명에 따른 조성물 및 R사 및 S사 제품을 도포한 콘크리트 시편에서 중성화의 진행은 거의 관찰되지 않았다. 이런 결과로부터 본 발명품과 수입제품 R사 및 S사 제품 모두 중성화 억제성능에 탁월한 효과가 있는 것을 확인하였다.

실험 4: 화학약품에 대한 저항성 실험

실시예 8에 따라 제조된 조성물을 실시예 8에 기재한 방법에 따라 콘크리트 표면 위에 도포한 것과 수입제품 R사 및 S사의 제품을 사용하여 코팅한 것을 여러 가지 화학약품에 대한 저항성을 확인하기 위하여 ASTM 1308 점적시험법(Spot Test Open)으로 화학약품에 대한 저항성 실험을 수행하였다. 각각의 표면은 6개의 동등한 면적으로 나누어지고 실험약품은 대략 1ml의 방울 형태로 적용하여 15분 동안 표면에 나타나는 현상을 관찰하였다. 대상 화학물질은 HCl, H₂SO₄, NaOH, NH₄OH, 무연가솔린을 사용하였으며, 실험결과를 표 11에 나타내었다.

본 발명에 따른 조성물을 코팅한 것과 코팅하지 않은 것을 화학시약에 대하여 비교한 결과, 알칼리용액에서는 비슷한 내알칼리부식 결과를 나타냈으나, 산(acid)용액에서는 콘크리트 표면에 코팅하지 않은 것과 코팅한 것이 큰 차이를 나타내었다. 그리고 본 발명에 따른 조성물과 수입제품 R사제품 및 S사 제품을 비교한 결과, 알칼리용액에서는 비슷한 내알칼리부식 결과를 나타냈으나, 산 용액에서는 본 발명품이 수입제품에 비해 화학약품에 대해 뛰어난 저항성을 나타내었다.

최근 산업 발전으로 인한 대기오염이 가속화가 산성비의 원인이 되고 있는데, 산성비는 콘크리트의 구조물을 급속히 약화시킬 뿐만 아니라 철근부식 및 중성화에 의한 수명단축의 원인이 된다. 본 발명에 따른 조성물을 코팅한 경우, 강산 시약에 대하여도 나쁜 결과를 초래하지 않는다는 결과로부터 콘크리트 표면에 화학적으로 안정한 칼슘실리케이트가 형성되어 강산에 의하여 콘크리트 표면이 부식되는 것을 막을 수 있다는 결과를 얻을 수 있다.

시약	콘크리트
시약	무처리 (not coated)	본 발명에 따른 조성물	R사, S사 제품
31% HCl	·방울모양이 유지·대단히 빠른 반응·노란방울이 나타남·최종표면이 큰 구멍·변색이 영구적이 아님	·표면위에 펼쳐진 모양·매우 느린 반응·노란방울이 거의 없음·구멍 발생 거의 없음·변색이 영구적이 아님	·표면위에 펼쳐진 모양·다소 느린 반응·노란방울이 약간 나타남·구멍이 조금 나 있음·변색이 영구적이 아님
15% H₂SO₄	·방울모양이 유지·반응이 천천히 일어남·조그마한 거품발생·하얀 거품·최종표면에 다소 구멍발생·변색이 영구적이 아님	·방울모양이 생기지 않고 급속히 퍼짐·반응 거의 없음·거품 발생 거의 없음·표면 부식 거의 없음·변색이 영구적이 아님	·방울모양이 약간 생기고 급속히 퍼짐·반응이 천천히 일어남·거품 발생 거의 없음·희미한 하얀 거품·약간의 표면 부식·변색이 영구적이 아님
34% NaOH	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음
34% NH₄OH	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음	·표면이 젖음성이며, 빠르게 퍼짐·반응성이 없음·최종적 표면은 영향이 없음·변색이 없음
무연가솔린	·천천히 퍼짐·젖은 표면·반응성 없음·완전히 증발됨·얼룩이 없음	·아주 빠르게 퍼짐·젖은 표면·반응성 없음·완전히 증발됨·얼룩이 없음	·빠르게 퍼짐·젖은 표면·반응성 없음·완전히 증발됨·얼룩이 없음

실험 5: 흡수율 실험

흡수율 실험을 위하여 지름 100mm 길이 100mm 원주형 공시체에 2액형 무기보수제용 조성물을 실시예 1의 방법으로 도포한 후 일방향 침투를 유도하기 위하여 실험체의 측면을 에폭시로 코팅하였다. 흡수율 실험은 무기보수제를 도포한 실험체를 도포한 면이 물에 잠기도록 하고 시간에 따른 흡수율의 비를 검토하기 위하여 흡수전의 시편 무게를 측정한 다음, 실리케이트의 친수성을 고려하여 7일 동안 24시간을 주기로 자연건조 및 물에 침적시켜 시편의 무게를 측정하였다. 측정방법은 흡수 후의 시편 무게의 측정 때마다 시편을 꺼내어 건조한 흡습천으로 닦아서 표면의 물기를 제거한 후, 무게를 0.01g까지 재었다. 흡수율은 (흡수후의 시편무게)에서 (흡수전의 시편무게)를 뺀 후 (흡수전의 시편무게)로 나누어 100을 곱한 값을 구하였다.

첨부한 도 7에 실시예 8에 따라 제조된 조성물의 흡수율 실험결과를 그래프로 나타내었다. 도 7에서 나타나듯이 본 발명에 따른 조성물의 경우 침적과 건조를 1회씩 반복한 48시간이후부터 안정된 흡수율을 보이고 있다. 본 발명에 따른 조성물의 경우 친수성이기 때문에 에폭시나 우레탄으로 코팅한 것에 비하여 초기의 흡수율이 크게 나타나지만, 이는 콘크리트 내부에 침투한 무기보수성 조성물이 C-S-H 겔을 형성하는 과정에서 H₂O를 필요로 하기 때문이며, 이러한 친수성 때문에 콘크리트 내부의 수증기는 발산되고 외부로부터 침입하는 물은 반응에 필요한 1%내외의 물 이외에는 거의 흡수하지 않는다. 콘크리트 구조물의 표면에 에폭시 또는 폴리우레탄 등으로 표면처리를 할 경우, 콘크리트 내부의 수분이 배출되지 못하여 콘크리트에 매입되어있는 철근이 부식하기 쉬운 환경을 제공하게 되며, 2차 열화의 원인이 된다. 따라서 본 발명에 따른 조성물을 콘크리트 무기보수제로 사용하는 경우, 친수성의 특성과 함께 내부의 수분을 배출할 수 있는 구조를 이룸으로써 콘크리트 구조물의부식에 따른 열화를 방지하게 되는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 조성물의 경우 침적과 건습이 반복되는 환경에서 침적시의 흡수율과 건습시의 흡수율 차이가 0.11%로써 매우 안정적인 상태를 유지하고 있는 반면 수입제품인 R사 및 S사 제품은 침적시와 건습시의 흡수율 차이가 0.37% 및 0.39%로 비교적 높은 상태를 유지하고 침적과 건습을 7회 반복한 경우에도 지속적으로 흡수율이 상승하는 현상을 나타내고 있다. 이것은 침투깊이실험에서 발견한 바와 같이 수입제품인 R사 및 S사의 제품이 콘크리트 표면에서만 공극충전 및 구체강화 효과를 나타내는 반면, 본 발명은 콘크리트 구조물의 내부표면 깊숙이 침투하여 무기보수제간의 네트워크를 형성하기 때문이다.

실험 6: 염화물 고정화 실험

염화물이 고정화되는 정도를 파악하기 위하여, 콘크리트 배합시 콘크리트 1m³당 0.7kg의 염화물이 혼합되도록 제조한 후, 실시예 1에 따라 제조된 2액형 무기보수제를 기재된 방법에 따라 도포한 다음 24시간동안 온도 23℃의 실내에서 습윤양생(살수에 의해 충분한 수분 공급)을 실시한 후 염화물 농도를 측정하였다. 염화물 함유량 측정은 콘크리트 표면으로부터 10mm 간격으로 시료 20g을 채취한 후 일본 콘크리트공학협회 규준(안) [경화 콘크리트 중의 염분량 측정방법]에 따라서, 염화물을 추출하여 이온전극법인 AG-100을 이용하여 측정하였다.

첨부한 도 8에 실시예 8에 따른 조성물과 수입제품인 R사 및 S사의 제품을 도포한 경우의 염화물 고정화효과를 측정한 그래프이다. 수입제품인 R사 및 S사의 GPHP의 제품은 콘크리트 표면으로부터 10mm이상부터 염화물 고정화 효과가 현격히 감소하고 20mm이상부터 염화물 고정화 효과가 거의 없는 것으로 나타났으나, 본 발명에 따른 무기보수제용 조성물은 콘크리트 깊이에 상관없이 염화물 고정화 효과가 매우 높은 것으로 나타났다.

첨부한 도 9에 실시예 9에 따른 침투강화성 무기보수제용 조성물 a, 열화억제성 무기보수제용 조성물 b를 각각 도포한 경우와 수입제품인 R사 및 S사 제품을 도포한 경우의 염화물 고정화 효과를 측정한 그래프이다. 침투강화성 무기보수제용 조성물 a는 콘크리트 깊이에 상관없이 수입제품인 R사 및 S사 제품에 비해 염화물 고정화 효과가 매우 높은 것으로 나타났으며, 열화억제성 무기보수제용 조성물도 콘크리트 표면으로부터 20mm까지 염화물 고정화 효과는 수입제품인 R사 및 S사 제품에 비해 염화물 고정화 효과가 높은 것으로 나타났다.

철근의 주요성분은 철(Fe)이다. 철은 다른 음이온과 비교할 때 염화물중의 염소이온과 반응성이 매우 좋다. 즉, 염소이온이 함유된 해사를 사용할 경우 또는 해안교량이나 방파제와 같이 해수의 직접적인 영향을 받는 콘크리트 구조물에 인장강도를 증가시켜주기 위한 철근이 염소이온과 반응하여 염화 제2철 또는 산화철로 부식이 된다. 철근이 부식이나 산화하게 되면 철근의 부식생성물 형성에 의한 팽창력에 의해 콘크리트의 균열을 가속화한다. 따라서 본 발명의 무기보수제를 해사를 사용한 콘크리트 구조물과 해안교량 및 방파제 등에 적용할 경우 철근의 부식을 억제하는 효과를 발휘하게 된다. 이러한 것은 본 발명품이 콘크리트 내부에 침투하여 생성된 실리카 성분과 염화물 이온이 반응하여 규산염 겔(SiO₂· nNaCl)을 형성함으로서 고정화된 프리델씨염을 생성했기 때문이다.

본 발명에 따른 조성물의 경우, 유기실란계 화합물이 물과 반응하여 가수분해되어 실리카가 형성되기 때문에 침투력을 향상시키기 위해 실란계열 및 알콜류의 용매에 가능한한 수분이 포함되지 않아야 한다. 또한 콘크리트 표면과의 반응성 및 침투성을 향상시키기 위해 알칼리계 실리카에 비이온 또는 음이온 불소계 계면활성제를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 기존에 시판되었거나 사용 중인 알칼리계열 실리카는 콘크리트 주성분인 칼슘이온과 급속한 결합을 하기 때문에 침투력이 매우 미미하다. 따라서 알칼리계열 실리카는 콘크리트의 표면에 화학적 안정성을 위해 효과가 있으나 침투깊이가 5mm정도로서 콘크리트 내부 깊숙히 침투할 수 없기 때문에 바람직하지 못하고, 본 발명의 실란계열을 이용하여 콘크리트 표면 깊숙히 침투시킨 후 알칼리계열 실리카를 이용하는 것이 매우 바람직하다.

또한 여러 가지 실란계열과 여러가지 알콜류를 사용한 결과 콘크리트와 관련되어 침투력에 문제가 발생하는 화합물은 없는 것으로 생각되어 유용가치가 높은 것으로 판단되나, 함께 이용되는 용매는 알콜류로서 시공시 화재의 원인이 될 수 있기 때문에 화기 주의를 요하여야 한다.

알칼리계 실리케이트는 무향, 불연성이며, 내열성을 가지고 있는 무기 바인더이다. 이 물질은 고분자 강화용, 코팅용, 유리 표면 처리용으로 사용하는 것이다. 그러나 고분자 및 지방산의 보수재로 이용될 경우 온도 강화에 의한 유기물의 분해 및 손상의 우려가 크며, 콘크리트와 이질인 특성으로 인하여 결합력이 저하된다. 특히 4계절이 뚜렷한 국내의 경우 수축, 팽창률이 다르기 때문에 장기적으로는 콘크리트의 박리현상을 일으켜 보수재라는 의미를 상실하게 된다.

또한 콘크리트 구조물 표면에 알칼리계 실리케이트를 코팅을 하였을 경우 결합력이 매우 우수한 피막층이 형성되면서 불용성의 칼슘실리케이트가 생성되어 콘크리트의 표면으로부터 5mm 내외의 공극을 채워 주기 때문에 콘크리트의 표면을 보호하고 열화물질의 침투를 차단한다. 따라서 본 발명의 연구결과 열화억제성 조성물에 포함되는 알칼리계 실리케이트는 콘크리트의 주성분인 칼슘이온과의 반응속도가 매우 빠르기 때문에 콘크리트 내부로 침투해 들어갈 확률이 매우 희박하다는 것을 확인하였다. 그러나 용매와 실란계열이 함유된 본 발명의 침투강화성 조성물을 이용할 경우 칼슘이온과의 반응성이 전혀 없고, 표면장력이 매우 적기 때문에 콘크리트 내부로 깊이 침투해 들어갈 수 있고, 2차적으로 알칼리계 실리케이트와 물이 함유된 용액을 뿌려주면 콘크리트 내부에는 물과 반응하여 가수분해에 의해 서서히 나노사이즈의 실리카와 알콜이 형성이 되어 공극을 메워주며, 알콜은 대기중에 방출되고, 콘크리트 표면은 칼슘 실리케이트로 급속히 형성되어 콘크리트 내부 및 표면을 물리, 화학적으로 보호해 줄 수 있다.

특히 테트라에톡시실란인 경우 Si(CO₂H₅)₄ 용액 중에서는 Si(CO₂H ₅)₄가 가수분해하여 OH기를 함유하는 분자로 되고, 나아가 OH기를 포함하는 분자들로부터 H₂O가 떨어지고, Si가 O를 개입시켜서 연결된 실록산결합 -Si-O-Si-이 생성되어 폴리실록산으로 된다. 실록산결합이 충분히 발달되면 용액의 겔화가 일어난다. 겔로 되기 전의 졸의 상태에서 생성되어 분산하고 있는 입자가 일차원 중합체이며, 졸에 예사성이 나타난다.

알콕사이드 용액 내에서의 반응에는 가수분해와 중축합의 2가지가 있고 이들의 반응에서 용액의 조합조성, 촉매(산, 알칼리), pH, 온도가 영향을 미치며, 이들 요인이 반응의 진행과 함께 변화하므로 반응과정은 매우 복잡하다고 설명할 수 있다.

본 발명에서의 실질적인 반응은 다음과 같다.

nSi(OC₂H₅)₄ + (3n+1)H₂O → SinO_n+1(OH)_2n+2 + 4nC₂H₅OH

따라서 본 발명자는 콘크리트 구조물 표면에 실란계통의 침투강화성 조성물을 도포하면 콘크리트 표면 깊숙히 침투해 들어가고, 알칼리계 실리케이트에 함유된 물과 수화 반응하여 겔화가 일어나서 콘크리트의 공극을 막아주어 구체강화, 중성화회복효과 및 염화물 고정화효과를 나타나며, 알칼리계 실리케이트는 콘크리트의 주성분이 칼슘이온과 반응하여 매우 조밀한 불용성의 칼슘실리케이트의 피막이 형성되어 콘크리트의 내부는 물론 표면까지 산(acid)에 매우 안정된 보호피막이 형성되어 산성비 또는 외부의 환경에 의한 콘크리트의 중성화를 방지할 수 있으며, 구체강화 및 열화물질 차단효과가 매우 우수한 것을 확인하였다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 조성물 및 처리방법을 통하여 콘크리트를 보수할 경우, 기존의 방법에 따른 경우와 달리 콘크리트의 열화 발생시 손상된 콘크리트 주위를 파쇄하지 않고, 콘크리트 구조물에 깊숙히 빠르게 침투되어 가수분해에 의한 미세한 졸-겔을 형성시킴에 따라 미세한 공극을 채워주어 콘크리트 구조물의 표면 및 내부 깊숙히 중성화를 방지하고 콘크리트 구체를 강화하는 효과를 나타낸다. 또한 철근매입깊이까지 강도가 향상된 차단막을 형성하므로서 염화물 또는 이산화탄소(CO₂) 같은 유해물질로부터 콘크리트 구조물을 보호함과 동시에 균열의 보수성으로 콘크리트 구조물을 일체화시킬 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 콘크리트 표면 처리방법 및 2액형 콘크리트 무기보수제용 조성물은 침투성, 표면보호성, 안정성 등이 우수하여 교량, 지하차도, 댐, 방파제 등의 토목구조물과 아파트 지하층, 베란다, 목욕탕, 수영장 등의 건축구조물, 물탱크 저수조, 폐수처리장과 같은 산업시설물 등에 적용될 수 있으며, 또한 지반 침하 및 구조적응력, 외부환경에 의한 콘크리트 구조물의 균열 부위의 보수시에도 적용할 수 있다.

도 1은 테트라에톡시실란의 변화에 따른 콘크리트 표면으로부터 침투깊이를 나타낸 그래프.

도 2는 실란혼합물의 사용에 따른 콘크리트 표면으로부터 침투깊이를 나타낸 그래프.

도 3은 용매의 변화에 따른 콘크리트 표면으로부터 침투깊이를 나타낸 그래프.

도 4는 실란계열의 변화에 따른 콘크리트 표면으로부터 침투깊이를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 조성물과 타사제품과의 콘크리트 표면으로부터의 침투깊이를 비교한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 침투강화성 무기보수제용 조성물과 열화억제성 무기보수제 조성물을 각각 도포한 경우와 타사제품과의 콘크리트 표면으로부터 침투깊이를 비교한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 조성물과 타사제품과의 흡수율 실험결과를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 조성물과 타사제품과의 염화물 고정화 실험결과를 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 침투강화성 무기보수제용 조성물과 열화억제성 무기보수제 조성물을 각각 도포한 경우와 타사제품과의 염화물 고정화 실험결과를 나타낸 그래프.

Claims

콘크리트 표면에,

트리메틸메톡시 실란, 트리메틸에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸디메톡시 실란, 메틸디에톡시 실란, 디메틸에톡시 실란, 디메틸비닐메톡시 실란, 디메틸비닐에톡시 실란, 메틸비닐디메톡시 실란, 메틸비닐디에톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 옥타데실트리메톡시 실란, 및 옥타데실트리에톡시 실란으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 실란 화합물 4~60중량% 와, 에탄올, 메탄올 또는 2-프로판올 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무수알코올 40~96중량%의 혼합물을 분사하는 제1단계; 및

5분 내지 240분 경과 후, 나트륨 실리케이트 및 칼륨 실리케이트 중 1종 이상의 실리케이트로 이루어진 알칼리 실리케이트 5~25중량%와, 비이온 또는 음이온 불소계 또는 실리콘계 계면활성제를 0.05중량%이하로 함유하고, 증류수로 100중량%를 채운 혼합물을 분사하는 제2단계;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 처리 방법.
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