KR100581379B1

KR100581379B1 - 콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물의제조방법

Info

Publication number: KR100581379B1
Application number: KR1020050055633A
Authority: KR
Inventors: 김영찬; 윤세근; 염경천
Original assignee: 윤세근
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2006-05-22

Abstract

시간과 비용을 절감할 수 있는 콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 조성물이 제시되어 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 알킬알콕시실란과 콜로이드 실리카를 배합하여 콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법을 제공한다.

알킬알콕시실란, 콜로이드 실리카, 콘크리트

Description

콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물의 제조방법{Preparation method of composition for water-proof, erosion-proof, halotolerance or protection from neutralization of concrete}

도 1은 본 발명의 조성물을 콘크리트에 침투시켜 방수포를 형성하는 화학반응의 메카니즘을 나타낸 것이다.

본 발명은 콘크리트 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 50 여년의 내구연한을 가진 것으로 알려져 있으나, 물리적, 화학적인 환경조건에 의한 열화 현상으로 대대적인 보수나 재시공이 불가피하여 경제적으로 막대한 손실을 초래하고 있다.

또한, 산업화의 발달로 교통량이 급격히 증가함으로써 콘크리트 도로가 마 모되고 있으며, 해양 환경 하에서 오랜 기간 동안 해수 및 해풍 성분 중의 염소 이온, 황산염 이온 등의 화학작용에 의하여 침식되고 자동차 등에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소, 아황산가스, 동절기에 뿌리는 염화칼슘, 산성비 및 눈 등으로 인한 콘크리트의 중성화 속도가 급격히 빨라지고 있는 실정이다. 콘크리트가 중성화되면, 콘크리트 내부에 있는 철근이 부식되고, 철근이 부식되면 체적이 팽창하여 콘크리트의 균열 및 박리가 일어나며, 심할 경우에는 붕괴에 이르게 된다.

따라서, 이러한 콘크리트 구조물의 염해와 중성화를 방지하기 위하여 콘크리트 표면에 에폭시계, 시멘트 무기질계, 실리콘을 주성분으로 한 실란(silane)과 실옥산(siloxane) 등을 도포하거나 침투시키는 방법이 개발, 사용되고 있다.

알킬알콕시실란은 일반적으로 클로로실란을 알콕시화함으로써 생성되는 R_nSi(OR')_4-n의 화학 구조로 표시되는 화합물이다. 상기 식에서 R기는 소수성의 탄화수소기로 대표적인 것으로 메칠기, 페놀기 등이 있다. 또한, OR'는 가수분해성 알콕시기로 수중, 공기 중의 수분, 무기재 표면에 흡착한 수분에 의해 가수분해 되어 실란올(Si-OH)을 생성한다. 실란올은 무기재료 표면(M-OH)과의 사이에서 옥산 결합(Si-O-M)을 형성하여 무기재료와 결합하여 금속 산화물을 형성함으로써 콘크리트 기공 또는 모세관의 표면이 실란화(silanized) 되어 물과 공기의 침투를 차단하게 된다.

알킬알콕시실란을 콘크리트 및 벽돌용 발수제, 방수제로 사용하기 위해서는 용액 또는 분산체로 만드는 것이 이상적이다. 그러나, 알킬알콕시실란은 가수분해 성이 강하고 계속적인 축합반응이 일어나기 쉽기 때문에 용액 중에서 안정한 디스퍼젼 (dispersion) 상태로 존재하게 하는 것은 매우 어렵다. 이를 해결하기 위한 방법으로 계면활성제를 사용하여 알킬알콕시실란 등의 가수분해성 규소 화합물을 수성화 하는 방법이 보고되고 있다. 그러나, 이 방법은 안정한 에멀젼을 제조하기 위해서 비교적 다량의 비이온성 유화제를 사용해야 하는 문제가 있다. 비이온성 유화제는 알킬알콕시실란을 수중에서 안정하게 분산시킬 수 있는 유화제이기는 하나, 건조 후 기재 표면에 남게 되므로 에멀젼 조성물을 안정화하기 위해 다량으로 첨가하게 되면 건조 후 그만큼 기재 표면에 친수성이 증대하여 장기적으로 내구성 및 발수성이 저하되는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 비용과 시간을 절감할 수 있는 콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 알킬알콕시실란과 콜로이드 실리카를 배합하여 콘크리트의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법을 제시할 수 있다.

본 발명에 사용되는 실란은 에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸 트리-n-프로폭시실란, 프로필트리에톡시실란, 프로필트리디메틸아미노실란, 부틸트리에톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 이소부틸에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리아세톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, 6-클로로트리에톡시실란, 사이클로헥실트리에톡시실란, 벤질트리에톡시실란,페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 옥틸메틸디이소프로폭시실란, 라우릴트리메톡시실란, 2-에틸헥실트리메톡시실란, 데실트리에톡시실란, 도데실트리브로모실란, 테트라데실트리메톡시실란, 헥사데실트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 이들의 이량체와 삼량체 및 이들의 올리고머를 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 실란 단량체의 분자량이 150-450인 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 사용한 콜로이드 실리카(colloid silica)는 무수규산(SiO₂) 30 내지 40 중량부에 대하여, 나트륨염을 0.1 내지 1 중량부를 포함하고, 기타 물, 콜로이드 형성물질 및 pH 조절물질을 함유하고 있는 10 내지 20 um의 초미립자 콜로이드 용액으로서, 상기 성분의 농도 밖에서도 작용할 수 있으나 상기 농도 범위 안에서 최적의 효과를 나타낸다.

상기한 소량의 나트륨염을 포함하는 콜로이드 실리카 용액에 의하여 알킬알콕시실란은 낮은 온도에서 유화제의 첨가없이 쉽게 유화시럽이 형성되며, 콘크리트 구조물의 모세관이나 미세한 구멍에도 용이하게 침투할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제조방법은 기존의 제조방법에서 유화제를 첨가하는 단 계를 생략하기 때문에 비용과 노력이 절감되며, 기재에 적용하였을 경우 유화제 잔류로 인한 기재 표면의 친수성 증대로 장기적으로 내구성 및 발수성이 저하되는 결점을 해소할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제조방법은 하기와 같이,

i) 알킬알콕시실란 70 내지 80 중량부에 콜로이드 실리카 20 내지 30 중량부를 첨가하여 반응시키는 단계;

ii) 단계 i)의 반응액 100 중량부에 물 90 내지 120 중량부를 첨가하여 반응시키는 단계; 및,

iii) 단계 ii)의 반응액에 부틸 세로솔부(butyl cellosolve) 또는 에틸 세로솔부(ethyl cellosolve) 중 어느 하나와 N-부탄올 또는 이소프로필알콜 중 어느 하나를 4:1로 혼합한 용매를 120 내지 140 중량부를 투입, 교반하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제조방법은 상기 단계의 중량부 범위 내에서 구성성분의 수치를 변형하여 실시하는 것도 가능하며, 상기 범위는 경제성과 발명의 효과를 고려하여 가장 적절한 수치를 든 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

단계 i)에서 알킬알콕시실란은 75 중량부를 반응조에 넣고 40℃에서 콜로이드 실리카 25 중량부를 교반하면서 투입하고 4시간 동안 반응시켜 유백색 시럽을 제조한다. 이어 단계 ii)에서 상기 시럽 100 중량부에 물 100 중량부를 30분 동안 서서히 투입하고 1시간 동안 반응시켜 실란올을 제조한다. 여기에 단계 iii)에서 부틸 세로솔브(butyl cellosolve)또는 에틸 세로솔부(ethyl cellosolve) 중 어느 하나와 N-부탄올 또는 이소프로필알콜 중 어느 하나를 4:1 비율로 혼합한 용매 133 중량부를 혼합하여 교반하면, 물과 용매에 용해되는 무색투명한 실옥산(siloxane) 용액이 형성된다.

이 실옥산 용액은 콘크리트, 벽돌, 석재 등의 무기질 재료의 모세관이나 미세한 공극을 통하여 깊이 침투되고, 모세관이나 미세한 공극의 표면에서 무기 재료의 수산기와 옥산 결합을 형성하여 3 내지 5 mm 의 방수포를 형성하게 된다. 그 결과, 천연에 존재하는 광석인 투버모리트(tobermorite)와 같은 결정 구조의 조직을 형성하여 콘크리트를 방수, 방식, 내염 또는 중성화로부터 보호할 수 있게 된다. 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 조성물의 콘크리트 침투에 의한 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지 메커니즘은 도 1에 나타난 바와 같다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1항의 방법에 의하여 제조되는 콘크리트 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 제시할 수 있다.

본 발명의 조성물은 특히, 콘크리트 구조물, 토목 구조물, 해양 구조물, 오폐수 처리장, 상수도 시설, 철도, 교량 등의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용으로 사용하는 것이 바람직하며, 시공 결과 탁월한 효과가 있었다.

덧붙여, 본 발명의 조성물은 가수분해에 의하여 축합하기 쉬운 알콕시기가 존재함에도 불구하고 실온에서 8개월 이상 저장 후에도 증점, 겔화, 분리되지 않고 원래의 효능을 가지는 저장 안정성을 나타내었다.

본 발명의 콘크리트 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 콘크리트에 적용하는 방법은 로울러, 스프레이, 붓을 이용하거나 시멘트와 혼합하여 사용할 수 있으며 구체적인 적용예는 하기와 같다.

우선, 시공면의 콘크리트 덩어리나 이물질, 오일 및 페인트 등을 제거한 후 돌출부위는 제거하고 크랙이나 패인 곳은 에폭시 몰탈로 충진 처리한다. 숏 블라스트(Shot Blast) 또는 워터 젯(Water jet)을 사용하여 레이턴스를 완전히 제거하여 콘크리트 시공면이 깨끗이 정돈되면 저압(5 kg/cm²) 스프레이어 또는 로울러 스프레이어로 시공면에서 20cm 띄어 수직으로 0.4 L/m²을 도포한다. 조건에 따라 도포 회수를 조절할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 시험예를 들어 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 콘크리트의 방수,방식,내염 또는 중성화 방지용 조성물의 제조 1

에틸트리에톡시실란은 75 중량부를 반응조에 넣고 40℃에서 콜로이드 실리카 25 중량부를 교반하면서 투입하고 4시간 동안 반응시켜 유백색 시럽을 제조하였다. 이어 상기 제조된 시럽 100 중량부에 물 100 중량부를 30분 동안 서서히 투입하고 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 부틸 세로솔브(butyl cellosolve)와 N-부탄올을 4:1 비율로 혼합한 용매 133 중량부를 혼합, 교반하여 무색투명한 용액을 제조 하였다.

<실시예 2> 콘크리트의 방수,방식,내염 또는 중성화 방지용 조성물의 제조 2

에틸트리에톡시실란 80 중량부를 반응조에 넣고 40℃에서 콜로이드 실리카 20 중량부를 교반하면서 투입하고 4시간 동안 반응시켜 유백색 시럽을 제조하였다. 이어 상기 제조된 시럽 100 중량부에 물 100 중량부를 30분 동안 서서히 투입하고 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 부틸 세로솔브(butyl cellosolve)와 N-부탄올을 4:1 비율로 혼합한 용매 133 중량부를 혼합, 교반하여 무색투명한 용액을 제조하였다.

<실시예 3> 콘크리트의 방수,방식,내염 또는 중성화 방지용 조성물의 제조 3

에틸트리에톡시실란 75 중량부를 반응조에 넣고 40℃에서 콜로이드 실리카 25 중량부를 교반하면서 투입하고 4시간 동안 반응시켜 유백색 시럽을 제조하였다. 이어 상기 제조된 시럽 100 중량부에 물 100 중량부를 30분 동안 서서히 투입하고 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 에틸 세로솔브(ethyl cellosolve)와 이소프로필알콜을 4:1 비율로 혼합한 용매 133 중량부를 혼합, 교반하여 무색투명한 용액을 제조하였다.

<시험예 1> 도포 후의 겉모양 및 침투 깊이 측정(KS F4930)

시멘트, 모래, 물의 중량비를 1:2.5:0.65로 하여 시험체 모르타르(40 x 40 x 160 mm)를 제작하였다. 도포 후의 겉모양은 실시예의 조성물을 도포하지 않은 시험체의 형틀 바닥면을 기준으로 하여, 실시예의 조성물을 도포한 시험체 면의 색 및 광택의 변화를 확대경을 사용하여 육안으로 비교하였다.

침투 깊이는 실시예의 조성물을 도포한 시험체를 2분할하여 그 단면에 물을 분무하고 물이 침투하지 않은 부분의 두께 또는 침투 부분과 미침투 부분의 표면색상차에 따라 구분되는 두께를 측정하였다. 측정은 3개의 시험체에 대해서 3개소에서 행하고 그 평균치를 침투 깊이로 하였다(표 1).

	겉모양	침투 깊이(mm)
실시예 1	이상없음	4.0
실시예 2	이상없음	3.6
실시예 3	이상없음	3.7
대조군(무처리)	-	0

<시험예 2> 염화이온 침투저항성 측정(KS F4930)

시험체 모르타르를 100 x 100 x 100 mm 크기로 제작하여 시험용 밑판 전면에 실시예의 조성물을 도포하고, 2.5% 염화나트륨 수용액에 7일간 침적하였다. 그 후 24시간 상온에서 건조하여 시험체를 2분할 하고 2분할한 시험체 단면에 0.1N 질산은 수용액을 분무하고 연속하여 1% 우라닌 수용액을 분무하여 3개소의 발색 부분의 깊이를 측정하였다. 3개의 시험체에 대하여 각각 발색 부분의 깊이를 측정하여 얻어지는 9개의 측정값의 평균치를 구하여 염화이온 침투 깊이로 하였다(표 2).

	염화이온 침투 깊이(mm)
실시예 1	0.003
실시예 2	0.002
실시예 3	0.002
대조군(무처리)	0.18

표 2에 나타난 바와 본 발명의 조성물은 염화이온의 침투를 완전히 억제하므로 콘크리트의 내염, 중성화 방지에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

<시험예 3> 내투수성 측정(KS F4930)

시험체 모르타르를 지름 100 mm, 높이 30 mm 크기로 제작하였다. 표준상태에서 항량이 될 때까지 최소 8일간 건조시킨 시험체 측면을 실시예의 조성물로 방수 처리하고 완전히 경화한 상태에서 시험체의 질량(W₁)을 측정한 후, 0.1 N/mm² 의 수압을 1시간 동안 가하였다. 표면의 물기를 제거한 후 질량(W₂)을 측정하여 5개의 시험체 중 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균치로 다음의 식에 따라 투수비를 구하였다(표 3).

투수량(g)= W₂-W₁

투수비= 실시예의 조성물을 도포한 시험체의 투수량(g)/실시예의 조성물을 도포하지 않은 시험체의 투수량(g)

여기서, W₁: 시험체 측면에 방수처리재 도포 후 24시간 실내 공기 중에 양생한 후의 질량(g), W₂: 1시간에 0.1N/mm² 의 수압을 가한 직후의 질량.

	투수비
실시예 1	0.09
실시예 2	0.07
실시예 3	0.10
대조군(무처리)	1

표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성물은 대조군과 비교하여 투수비를 크게 낮춤으로써 우수한 방수제임을 확인하였다.

<시험예 4> 내흡수성 측정(KS F4930)

<4-1> 열화처리를 하지 않은 상태(표준상태)에서 내흡수 성능 측정

시험체는 150 X 40 mm로 제작하고 밑판에 실시예의 조성물을 도포하고 14일간 양생하였다. 양생이 끝난 시험체를 표준상태에서 항량이 될때까지 최소 8일간 건조시킨 후 실시예의 조성물을 도포한 것, 도포하지 않은 것 각각 5개의 시험체 중 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균을 구하여 다음 식에 따라 물흡수 계수비를 구하였다(표 4).

물흡수 계수비 = 실시예의 조성물을 도포한 시험체의 물흡수계수(kg/m²·h ^0.5)/ 실시예의 조성물을 도포하지 않은 시험체의 물흡수계수(kg/m²·h ^0.5)

<4-2> 내알칼리성 시험 후의 내흡수 성능 측정

<4-1>의 양생이 끝난 시험체를 수산화칼슘 포화수용액에 7일간 침적시키고 물흡수계수비를 구하였다(표 4).

<4-3> 저온, 고온 반복 저항성 시험 후의 내흡수 성능 측정

<4-1>의 양생이 끝난 시험체를 20±2℃ 의 물에 18시간 침수하였다. 그 후 시험체를 -20±3℃ 의 저온조에서 3시간 냉각한 다음 50±3℃ 의 고온조에서 3시간 가열하였다. 이를 1 사이클로 하여 10회 반복하고 물흡수계수비를 구하였다(표 4).

	표준상태	내알칼리성 시험 후	저온, 고온 반복저항성 시험 후
실시예 1	0.06	0.08	0.07
실시예 2	0.08	0.07	0.10
실시예 3	0.07	0.09	0.10
대조군(무처리)	1	1	1

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 조성물은 대조군에 비하여 물흡수계수비를 크게 낮추어 우수한 방수 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 알킬알콕시실란과 콜로이드 실리카를 배합하여 콘크리트의 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법은 기존의 제조방법에 비해 유화제를 첨가하는 단계가 없기 때문에 비용과 노력을 절감할 수 있으며, 제조된 조성물을 기재에 적용하였을 경우 유화제 잔류로 인한 기재 표면의 친수성 증대로 장기적으로 내구성 및 발수성이 저하되는 결점을 해소할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조되는 조성물은 콘크리트 구조물, 토목 구조물, 해양 구조물, 오폐수 처리장, 상수도 시설, 철도, 교량 등의 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

i) 알킬알콕시실란 70 내지 80 중량부에 나트륨염을 포함하는 콜로이드 실리카 20 내지 30 중량부를 첨가하여 반응시키는 단계;

ii) 단계 i)의 반응액 100 중량부에 대하여 물 90 내지 120 중량부를 첨가하여 반응시키는 단계; 및

iii) 단계 ii)의 반응액에 부틸 세로솔부(butyl cellosolve) 또는 에틸 세로솔부(ethyl cellosolve) 중 어느 하나와 N-부탄올 또는 이소프로필알콜 중 어느 하나를 4:1로 혼합한 용매를 120 내지 140 중량부를 투입, 교반하는 단계로 구성되는 콘크리트의 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 단계 i)의 나트륨염을 포함하는 콜로이드 실리카는 무수규산(SiO₂) 30 내지 40 중량부에 대하여, 나트륨염 0.1 내지 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트의 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 단계 i)의 알킬알콕시실란이 75 중량부이고, 나트륨염을 포함하는 콜로이드 실리카가 25 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물을 제조하는 방법.
제1항의 방법에 의하여 제조되는 콘크리트 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용 조성물.
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