KR100877694B1 - 레미콘 조성물 및 몰타르 조성물 - Google Patents

Abstract

레미콘 조성물 및 몰타르 조성물이 개시된다. 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재, 방청재를 포함하는 방청 레미콘 조성물에 있어서, 상기 방청재는 알카놀아민을 포함하되, 상기 알카놀아민은 분자식이 (OH)₂R1(NH₂)₂인 레미콘 조성물이 제공된다.

레미콘, 방청재, 알카놀아민

Description

레미콘 조성물 및 몰타르 조성물{Composition of red-mixed concrete}

본 발명은 방청 기능을 가지는 레미콘 조성물 및 몰타르 조성물에 관한 것이다.

레미콘을 이용하여 제조되는 각종 콘크리트 구조물들은 여러 가지의 특수한 물리적, 화학적인 환경조건에 노출되게 되는데, 이 물리적, 화학적 환경조건은 시설물에 직간접적인 영향을 주게 된다. 특히, 대부분의 콘크리트 시설물은 수분에 노출되어 있는 경우가 많으며, 강우 등에 의하여 수분과 접촉하게 되는데, 수분은 콘크리트 구조물의 성능 저하를 일으키게 되어 내구성을 현저하게 저하시킨다.

이러한 수분에 의한 문제점을 해결하고자 대부분의 콘크리트 구조물에 방수 시공을 실시하고 있으나, 일반적으로 시행되고 있는 방수 시공은 콘크리트 구조물의 표면에 방수재를 도포하는 것이므로, 콘크리트 구조물이 처한 환경이 습기가 많은 지역이거나 해수지역인 경우에는 방수재의 외부 도포만으로는 충분한 방수 효과를 얻을 수 없었다.

따라서, 레미콘을 제조하는 과정에서 첨가될 경우 수분의 흡수와 누수를 방 지할 수 있는 방수효과를 나타내는 다양한 종류의 방수재가 개발되어 사용되고 있다.

특허공개 제89-5242호에서는 지방산 금속염과 염화파라핀에 카본블랙이나 규산알루미늄계 무기분말을 첨가한 후 고분자 수지와 분산제를 혼합하여 제조되는 분말 방수재에 관한 기술을 개시하고 있다.

또, 특허공개 제87-1228호에서는 주재인 플라이에쉬에 메타규산소다(물유리), 지방산 금속염인 스테아린산 아연과 조강성 혼화제를 첨가한 방수재 조성물을 제공하고 있다.

도 1은 종래의 철근의 부식을 나타내는 단면도이다. 도 1과 같이, 철근에 콘크리트(12)를 피복하면, 파열된 틈(13)사이로 철근(11)에 물과 산소가 접하면, 양극과 음극이 발생한다. 양극에서는 철(Fe)이 2개의 전자(e-)를 내어놓고, 2가 양이온으로 변하며, 음극에서는 양극의 산소와 물과 전자가 결합하여 수산화이온으로 변한다. 이러한 과정이 계속 진행되면, 철근(11)은 이온화되어 부식되게 된다.

본 발명은 철근에 결합시 방청 작용을 할 수 있는 레미콘 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재, 방청재를 포함하는 방청 레미콘 조성물에 있어서, 상기 방청재는 알카놀아민을 포함하되, 상기 알카놀아민은 분자식이 (OH)₂R1(NH₂)₂인 레미콘 조성물이 제공된다. 상기 R1은 탄소가 최소 2개인 알킬기일 수 있다.

상기 (OH)₂R1(NH₂)₂는 하기 구조식1일 수 있다.

상기 레미콘 조성물은, 상기 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 물 57 중량부, 상기 잔골재 285 중량부, 상기 굵은 골재 351 중량부, 상기 알카놀아민 1.67 중량부일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재, 방청재를 포함하는 방청 레미콘 조성물에 있어서, 상기 방청재는 알카놀아민을 포함하되, 상기 알카놀아민은 분자식이 (OH)₃R2(NH₂)₃일 수 있다. R2는 탄소수가 최소 2개인 알킬기일 수 있다.

상기 (OH)₃R2(NH₂)₃는 하기 구조식2일 수 있다.

상기 레미콘 조성물은, 상기 시멘트 100 중량부에 대하여, 상기 물 57 중량부, 상기 잔골재 285 중량부, 상기 굵은 골재 351 중량부, 상기 알카놀아민 0.65 중량부일 수 있다.

상기 방청재는 폴리카르복실염을 더 포함할 수 있으며, 상기 방청재는 나프탈렌설포테이트(Naphtalenesulfonate)를 더 포함할 수 있다.

상기 잔골재는 모래일 수 있으며, 굵은 골재는 자갈일 수 있다.

상기 과제 해결 수단으로서, 방청재는 극성이 강한 분자인 알카놀아민을 함유하고 있어, 콘크리트 형성시 철근을 상기 방청재가 피복하게 된다. 이는 화학적인 방법의 피복으로서, 물이 존재하는 곳에는 상기 알카놀아민이 함유되어 있기 때문에 확실한 방청효과를 나타낸다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레미콘 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

실시예 1

실시예1에서는 방청 레미콘의 원료로 사용되는 방청재의 주원료는 알카놀아민이다. 이하 알카놀아민의 특징과 본 실시예1에서 사용되는 알카놀아민의 구조에 대해서 설명한다.

실시예1에서 사용되는 알카놀아민의 구조는 아래의 [구조식 1]와 같다.

[구조식 1]의 알카놀아민은 2개로 이루어진 탄소 체인의 양단에 한 쌍의 아미노기(-NH₂)와 한 쌍의 하이드록시기(-OH)가 각각 결합한 것이 특징이다. 이와 같은 [구조식 1]의 분자는 하나의 분자 내에 양전하와 음전하가 뚜렷이 구분되는 특성이 있다. 따라서, 극성이 강하다. 더욱이, 한 쌍의 아미노기와 한 쌍의 하이드록시기는 자체적인 산 염기 반응으로 [반응식 1]과 같이 진행된다. 따라서, 본 실시 예의 알카놀아민은 강한 극성을 가지는 분자가 된다.

상기 [구조식 1]의 알카놀아민을 이용하여, 아래와 같이 방청 레미콘 조성물을 제조하여, 방청 효과를 테스트하였다.

본 실시예1에서는 시멘트 100 중량부, 물 57 중량부, 잔골재 285 중량부, 굵은 골재 351 중량부, 방청재로서 상기 [구조식 1]의 알카놀아민 1.62 중량부를 포함하는 방청 레미콘 조성물을 제조하였다. 상기 잔골재는 모래가 주성분이며, 굵은 골재는 자갈이 주성분이다. 이러한 방청 레미콘 조성물은 철근에 결합하여 양생한다.

상기 실시예1의 비율로 이루어진 방청 레미콘 조성물을 이용하여 콘크리트를 형성한 후 방청 효과를 측정한 결과 [시험1]과 같았다.

[표1: 시험1의 방청 레미콘 조성물]

구분	물	시멘트	잔골재	굵은골재	방청제
배합비1 (중량부)	57	100	285	351	1.62
배합비2 (kg/M3)	169	300	854	1060	4.87

[표 1]은 동일한 방청 레미콘 조성물의 함량을, 중량부(배합비1)와 kg/M³(배합비2)의 단위로 표현하였다.

본 [시험 1]의 방청 레미콘 조성물을 이용하여, 한국건자재시험연구원에 시험을 의뢰한 결과, 도 2와 같은 데이터를 얻었다. 한편, 도 3은 철근 레미콘용 방청제를 KS F 2561의 시험방법을 시행할 경우, 철근 레미콘용 방청제로서 사용될 수 있는 품질기준을 나타낸 것이다.

도 3을 참조로, 도 2의 시험결과를 보면, 본 시험의 방청 레미콘 조성물은 도 2와 같이 응결시간차가 초결은 40분, 종결은 35분으로 도 3의 기준인 초결 60분, 종결 60분 이내에 모두 만족한다.

또한, 전체 알카리량은 0.002 kg/m³으로, 도 3에 도시된 기준인 0.02 kg/m³의 범위내이다.

또한, 염화물이온량(%)은 0.0007으로, 도 3에 도시된 기준인 0.02보다 작아서 양호하다.

또한, 압축강도비(%)를 7일과 28일을 기준으로 시험한 결과, 각각 1.02과 1.01로 측정되어, 도 3에 도시된 기준인 0.9이상을 만족한다.

또한, 레미콘 중의 철근부식 촉진시험에서 방청률이 99%로 측정되어, 도 3에 도시된 기준인 95%이상을 만족한다.

또한, 염수침지시험을 한 결과, 3일차부터는 일정한 값(-205mV)을 가진다. 염수침지시험에서 부식이 안된 것으로 판단되려면, 경과시간에 대하여 자연 전극 전위가 a) 점차 상향하는 경우, b)최초 상향하지만, 그후 거의 일정한 경우, c) 한번 하향하지만 그 후 상향하는 경우이다. 도 2의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 [시험1]의 경우 최초 상향하지만, 3일 후 부터는 일정한 경우에 해당한다. 따라서, 철근에 부식이 발생하지 않은 경우이다.

이와 같은 시험에서, 시멘트 100 중량부에 대하여, [구조식 1]의 알카놀아민을 1.67중량부 첨가한 것이 뛰어난 방청효과를 발휘하였다.

그렇다면, [구조식 1]의 알카놀아민이 어떠한 메커니즘으로 철근의 부식을 방지하는지 살펴보면 다음과 같다. 도 4와 같이, 본 실시예의 철근(41)의 표면에는 [구조식 1]의 알카놀아민이 커버된 피복층(44)이 형성되어 있다. 알카놀아민은 물에 충분히 녹아있을 뿐만 아니라, 콘크리트(42) 내부의 다공성으로 인하여 철근(41)이 있는 깊은 곳까지 이동한다. 알카놀아민은 [반응식1]과 같이 자체적인 산-염기반응에 의해서 하이드록시기(-OH)의 양성자가 아민기(-NH₂)로 이동하여 분자 자체적으로 상당한 극성을 가지고 있다.

이러한 극성을 가지는 알카놀아민이 철근(41) 가까이 접근하면, 전자가 막 유리된 Fe²⁺와 신속히 결합한다. 이러한 결합에 의해서 알카놀아민은 결국 철근(41)의 표면을 모두 피복하게 된다. 알카놀아민 분자의 극성은, 물의 극성보다 강하기 때문에 충분히 물과 경쟁하여 Fe²⁺와 결합한다.

이렇게 알카놀아민이 철근(41)에 커버되어 피복층(44)이 형성될 경우, 철근(41)은 물과 산소와의 접촉이 차단된다. 따라서, 더 이상의 철근(41)의 부식이 진행되지 않는다. 만약, 일부 영역에서 다시 철근(41)이 물에 접촉되어 부식되면, 물속에 녹아 있던 알카놀아민이 다시 Fe²⁺와 결합하기 때문에 추가적인 부식은 진행되지 않는다.

이와 같이 알카놀아민은 물에 녹아 있으며, 물이 철근(41)과 접촉하여 철근(41)을 부식하는 즉시, 철근(41)에 달라붙어 물과 철근(41)을 격리시키기 때문에 철근(41)의 부식을 원천적으로 방지한다. 물리적으로 철근(41)을 피복할 경우 작은 틈이 발생하면 물이 그 틈으로 스며들어 철근(41)을 부식하게 한다. 따라서, 물리적인 피복에는 한계가 있다. 그러나, 이러한 화학적인 방법으로 철근(41)을 피복할 경우, 철근(41)의 부식을 원천적으로 차단할 수 있다. 더욱이, 알카놀아민은 물에 녹아 있기 때문에 물이 접촉하는 곳마다 알카놀아민이 존재하게 된다.

한편, [구조식 1]의 알카놀아민은 극성이 증가된 구조를 가지고 있어, 본 실시예의 방청제로 사용하기 적합하다. [구조식 1]의 경우 한 쌍의 아민기가 알킬기 일단에 결합하고 있으며, 한 쌍의 하이드록시기가 알킬기의 타단에 결합하고 있다. 알킬기는 2개의 탄소로 이루어져 있다. 알킬기가 2개일 경우 분자내의 극성의 구분이 가장 강하게 된다. 알킬기는 3개의 탄소 이상으로 이루어질 수도 있다.

알킬기는 10개 이상의 탄소를 가질 수도 있으나 비극성인 알킬기가 많으면 분자내 극성이 뚜렷하지 않을 수도 있다.

본 실시예에 적용될 수 있는 알카놀아민은 [구조식 1]의 형태 이외에 다양한 구조일 수 있다. 이러한 다양한 알카놀아민의 분자식은 (OH)₂R1(NH₂)₂로 대표되어 진다. R1은 탄소수가 최소 2개인 알킬기이다. 따라서, 도 5의 (a),(b),(c)와 같이 다양한 형태의 알카놀아민의 형태가 있을 수 있다.

R1은 탄소수가 10개 이상이 아닌 것이 좋다. 왜냐하면 비극성인 R1의 탄소수가 증가하면, 분자 전체적으로 극성이 작아지기 때문이다.

[구조식 1]의 알카놀아민은 물과 경합하여 막 이온화된 Fe²⁺와 강하게 결합할 수 있는 것이다. 알카놀아민이 물보다 강하게 Fe²⁺와 결합한다는 의미는 소량을 레미콘에 혼합하더라도 충분히 방청제로 역할을 할 수 있다는 의미이다. 본 [시험1]에서는 시멘트 100중량부에 대하여 1.62중량부의 알카놀아민을 사용하였음에도 불구하고 99%의 방청율의 결과를 나타냈다.

본 실시예에서는 하나의 탄소에 한 쌍의 하이드록시기가 결합하고, 또한, 다른 탄소에 한 쌍의 아민기가 결합하는 [구조식 1]의 알카놀아민을 대상으로 시험하였다. 그러나, 탄소사슬의 길이가 길어지면, 다양한 위치에 아민기와 하이드록시기가 결합할 수 있고, 이러한 알카놀아민도 분자내에서 극성의 분리가 뚜렷하므로 본 시험1과 같은 결론을 유추할 수 있을 것이다.

한편, 본 실시예에서 사용되는 시멘트는 포틀렌드 시멘트일 수 있으며, 잔골재는 모래, 굵은 골재는 자갈일 수 있다.

실시예2

실시예2에서는 방청 레미콘의 원료로 사용되는 방청재의 주원료는 아래의 [구조식 2]와 같은 알카놀아민을 사용하였다.

[구조식 2]의 알카놀아민은 2개의 탄소원자 체인의 일단에 3개의 하이드록시기(-OH)를, 타단에는 3개의 아민기(-NH₂)가 결합한 것이 특징이다. 이러한 [구조식 2]의 알카놀아민의 구조는 분자 내에서 [반응식 2]와 산-염기 반응이 일어나 하나의 분자에서 극성이 뚜렷하게 분리될 뿐만 아니라, 실시예1의 알카놀아민보다 더 많은 극성의 분리가 일어났다.

상기 [구조식 2]의 알카놀아민을 이용하여, 아래와 같이 방청 레미콘 조성물을 제조하여, 방청 효과를 테스트하였다.

본 실시예2 에서는 시멘트 100중량부, 물 57 중량부, 잔골재 285 중량부, 굵은 골재 351 중량부, 방청재로서 상기 [구조식 2]의 알카놀아민 0.65 중량부를 포 함하는 방청 레미콘 조성물을 제조하였다.

이러한, 실시예 2의 방청 레미콘 조성물을 이용하여 아래와 같은 [시험2]를 진행하였다.

[표2: 시험2의 방청 레미콘 조성물]

구분	물	시멘트	잔골재	굵은골재	방청제
배합비1 (중량부)	57	100	285	351	0.65
배합비2 (kg/M3)	172	300	855	1067	1.96

[표 2]은 동일한 방청 레미콘 조성물의 함량을, 중량부(배합비1)와 kg/M³(배합비2)의 단위로 표현하였다.

본 [시험 2]의 방청 레미콘 조성물을 이용하여, 한국건자재시험연구원에 시험을 의뢰한 결과, 도 6a, 도6b와 같은 데이터를 얻었다. (도 6a와 도6b는 원본은 하나의 페이지로 된 데이터로서, 활자의 크기를 고려하여 분리하여 스캐닝한 것임) 한편, 도 4는 철근 레미콘용 방청제를 KS F 2561의 시험방법을 시행할 경우, 철근 레미콘용 방청제로서 사용될 수 있는 품질기준을 나타낸 것이다.

도 4을 참조로, 시험결과를 보면, 본 시험의 방청 레미콘 조성물은 도 6a과 같이 응결시간차가 초결은 36분, 종결은 30분으로 도 4의 기준인 초결 60분, 종결 60분 이내에 모두 만족한다.

또한, 전체 알카리량은 0.001 kg/m³으로, 도 4에 도시된 기준인 0.02 kg/m³의 범위내이다.

또한, 염화물이온량(%)은 0.0003으로, 도 4에 도시된 기준인 0.02보다 작아서 양호하다.

또한, 압축강도비(%)를 7일과 28일을 기준으로 시험한 결과, 각각 1.06과 1.04로 측정되어, 도 4에 도시된 기준인 0.9이상을 만족한다.

또한, 레미콘 중의 철근부식 촉진시험에서 방청률이 98%로 측정되어, 도 4에 도시된 기준인 95%이상을 만족한다.

또한, 염수침지시험을 한 결과, 3일차부터는 일정한 값(-217mV)을 가진다. 염수침지시험에서 부식이 안된 것으로 판단되려면, 경과시간에 대하여 자연 전극 전위가 a) 점차 상향하하는 경우, b)최초 상향하지만, 그후 거의 일정한 경우, c) 한번 하향하지만 그 후 상향하는 경우이다. 도 3의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 [시험2]의 경우 최초 상향하지만, 그 후 거의 일정한 경우에 해당한다. 따라서, 철근에 부식이 발생하지 않은 경우이다.

이와 같은 시험에서, 시멘트 100 중량부에 대하여, [구조식 2]의 알카놀아민을 0.65중량부 첨가한 것이 뛰어난 방청효과를 발휘하였다.

본 [시험2]의 알카놀아민은 [시험1]의 알카놀아민보다 작은 양을 레미콘에 첨가하였음에도 불구하고 거의 동일한 효과의 방청효과를 나타내었다. 이는 본 [시험2]에 사용된 알카놀아민은 [구조식 2]와 같이 3개의 하이드록시기와 3개의 아미노기로 이루어져, 분자 내에서의 자체적인 산-염기 반응으로 분자내 극성이 강하게 분리되었기 때문에 발생하는 현상이다.

본 실시예에 적용될 수 있는 알카놀아민은 [구조식 2]의 형태 이외에 다양한 구조일 수 있다. 이러한 다양한 알카놀아민의 분자식은 (OH)₃R2(NH₂)₃로 대표되어 진다. R2은 탄소수가 최소 2개인 알킬기이다. R2는 탄소수가 10개 이상으로 증가하지 않는 것이 좋다. 왜냐하면 비극성인 R2가 증가하면, 분자 전체적으로 극성이 작아지기 때문이다.

이상의 [시험1]과 [시험2]에서 방청제로서 각각 [구조식 1], [구조식 2]의 알카놀아민을 사용하였다. 알카놀아민류와 더불어 나프탈렌설포네이트(Naphtalenesulfonate)와 폴리카르복실염을 더 포함할 수 있다. 나프탈렌설포네이트와 폴리카르복실염도 분자 자체적인 극성 형성되어, 방청제로 충분히 역할을 할 수 있다.

실시예3

이상의 실시예는 레미콘 조성물에 방청재를 첨가한 예를 들었으나, 이는 몰타르에도 적용된다. 몰타르는 다음과 같은 조성으로 만들어질 수 있다.

[표 3: 방청 몰타르 조성물]

구분	물	시멘트	잔골재	방청제
배합비1 (중량부)	57	100	285	0.65
배합비2 (kg/M3)	172	300	855	1.96

몰타르의 조성물은 굵은 골재를 혼합하지 않은 것을 제외하고는 실시예1, 2의 레미콘 조성과 유사하다. 본 실시예의 방청재로 사용되는 알카놀 아민은 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 구성이다.본 실시예3와 같은 조성으로 이루어진 몰타르 조성물은 방청효과가 있다. 이는 실시예 2의 레미콘 조성물에서 충분히 증명하였다. 실시예 2에서 사용된 굵은 골재는 레미콘 조성물에서 일반적으로 사용되는 구성으로 이를 제거 하더라도 방청재의 효과에는 영향이 없다.

몰타르 조성물은 물, 시멘트, 잔골재, 방청재의 혼합으로 이루어진다. 잔골재는 모래가 일반적으로 사용된다. 방청재는 실시예2의 구성식 2와 동일한 것을 사용하였다. 방청재는 실시예2의 구성식 1과 동일한 알카놀아민을 사용하더라도 무방하다. 한편, 상기 물, 시멘트, 잔골재, 방청재의 혼합비율은 사용 목적에 따라서 다양하게 변화시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 철근과 콘크리트의 결합 단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방청재를 사용한 철근 레미콘 조성물의 시험 결과표.

도 3은 철근 콘크리트용 방청제의 품질기준표.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 철근과 콘크리트의 결합 단면도.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 알카놀아민들의 구조도.

도 6a, 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방청제를 사용한 철근 레미콘 조성물의 시험 결과표.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

41: 철근 42: 콘크리트

44: 피복층

Claims (15)

1. 시멘트;

   물;

   잔골재;

   굵은 골재;

   방청재를 포함하는 레미콘 조성물에 있어서,

   상기 방청재는 알카놀아민을 포함하되,

   상기 알카놀아민은 분자식이 (OH)₂R1(NH₂)₂이인 것을 특징으로 하는 레미콘 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 R1은 탄소수가 최소 2개인 알킬기인 것을 특징으로 하는 레미콘 조성물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 (OH)₂R1(NH₂)₂는 하기 구조식1 인 것을 특징으로 하는 레미콘 조성물.

   
4. 제1항에 있어서,

   상기 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 물 57 중량부, 상기 잔골재 285 중량부, 상기 굵은 골재 351 중량부, 상기 알카놀아민 1.67 중량부인 것을 특징으로 하는 방청 레미콘 조성물.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재, 방청재를 포함하는 레미콘 조성물에 있어서,

   상기 시멘트 100중량부에 대하여, 상기 물 57 중량부, 상기 잔골재 285 중량부, 상기 굵은 골재 351 중량부, 상기 알카놀아민 0.65 중량부이고,

   상기 방청재는 알카놀아민을 포함하되, 상기 알카놀아민은 분자식이 (OH)₃R2(NH₂)₃인 것을 특징으로 하는 레미콘 조성물.
9. 삭제
10. 제1항 또는 제8항에 있어서,

    상기 방청재는 나프탈렌설포테이트(Naphtalenesulfonate)를 더 포함하는 레미콘 조성물.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images