KR101137972B1 - 콘크리트용 표면 처리제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트의 표면에 도포되어 콘크리트의 기계적 물성을 향상시키며, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류를 차단하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정제수, 실리케이트계 무기 바인더, 경화제 및 산도조절제로 이루어진다.
전술한 성분으로 이루어진 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 콘크리트에 도포되면, 콘크리트의 내부로 스며들어 내부강도, 내마모성 등의 기계적 물성을 증가시키며, 콘크리트의 중성화를 억제하고, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류 등의 번식을 차단한다.

Description

콘크리트용 표면 처리제 조성물 {SURFACE TREATING AGENT COMPOSITION FOR CONCRETE}
본 발명은 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트의 표면에 도포되어 콘크리트의 기계적 물성을 향상시키며 중성화를 억제하고, 곰팡이 및 녹조류의 증식을 차단하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트의 표면에 도포되어 콘크리트의 기계적 물성을 향상시키며 중성화를 억제하고, 곰팡이 및 녹조류의 증식을 차단하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 외부적인 원인에 의해 열화가 진행되는데, 즉, 온도변화, 계절변화에 따른 동결융해, 강우, 습도 및 대기상태 변화와 같은 환경적인 요인이 주가 되며, 중성화, 염화물 침해, 철근부식, 동결용해, 황산침해, 알칼리골재반응 등의 요인도 포함된다.
전술한 콘크리트의 열화 요인들은 단독 또는 복합적으로 작용하여 수분이나 기타 외부 유해물질들이 콘크리트 내부로 침투하여, 콘크리트 자체를 열화시키거나 철근의 부식 등을 유발하여 콘크리트 구조물의 성능저하를 일으키게 된다.
전술한 바와 같은 콘크리트의 열화를 방지하기 위해서는 적당한 표면처리제를 사용하여 열화의 요인들을 근본적으로 차단해야 한다. 기존의 콘크리트 표면 처리제는 용도를 중심으로 침투성 표면처리제와 도막형 표면처리제로 나눌 수 있다.
침투성 표면 처리제는 그 주요성분이 규산질 계통이며, 일반적으로, 수압의 영향을 많이 받는 지하층의 내벽 방수용으로 사용되고 있는 무기질 침투성 표면 처리제들은 침투성 표면 처리제를 도포하지 않은 무도포 공시체에 비하여 우수한 방수성능을 보이지만, 콘크리트 구조체와의 접착력에 있어서는 일반 모르타르보다 떨어지는 접착력을 가지므로 시공 후 표면 처리층이 들뜨는 문제와 장기적 측면에서의 내구성 문제 등이 우려되고 있다.
한편, 도막형 표면 처리제는 고무아스팔트 계통의 열공법과 수용성 제품이 건축 구조물의 옥상 및 벽면에 사용되고 있고, 우레탄 계통의 타르 우레탄이 고무화 아스팔트 제품과 같은 용도로 많이 사용되고 있다. 이외에 수용성 플라스틱계의 도막형 표면처리제가 한정적으로 쓰여지고 있다.
이들 중 고무아스팔트 도막 표면 처리제의 열공법 제품은 경화시간이 30분 이내로 순간 경화형이기 때문에 도포 후 바로 후속공정을 실시할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 2차 용융시 발생하는 유독가스 및 휘발성유기화합물과 같은 성분에 의해 환경오염의 요인이 되고 있다. 이와는 반대로 수용성 제품은 환경오염에 끼치는 영향은 미미하나 기상조건에 민감하며 경화시간이 길어 후속 공정이 지연되는 단점을 가지고 있다.
또한, 콘크리트의 열화를 방지하기 위해서는 콘크리트의 표면에 적용되는 처리제의 산도가 10 전후의 알칼리성이어야 하며, 콘크리트와 수축 팽창의 차가 근소하여야 하고, 콘크리트 표면의 다공질 속으로 스며들어야 하는 등의 요건을 갖추어야 한다.
그러나 종래 표면처리제는 pH 5 내지 7의 중산성이므로 콘크리트와 친화력이 없어 일시적인 접착성은 우수하나 단기간에 박리되고, 콘크리트 표면의 다공질 속으로 스며들지 못하여 접착면적이 부족한 문제점이 있다.
또한, 종래의 콘크리트 표면처리제는 전술한 바와 같이 콘크리트의 물성을 유지할 뿐, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류의 증식에는 속수무책인 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 콘크리트의 내부에 스며들어 강도 및 내마모성이 유지되는 콘크리트를 제공하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트의 중성화를 억제하고, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류 등의 번식을 차단하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 정제수, 실리케이트계 무기 바인더, 경화제 및 산도조절제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 정제수 60 중량부, 실리케이트계 무기 바인더 21 내지 160 중량부, 경화제 0.01 내지 1 중량부 및 산도조절제 0.01 내지 1 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 실리케이트계 무기 바인더는 규산칼륨 10 내지 70 중량부, 규산나트륨 10 내지 70 중량부, 규산리튬 1 내지 20 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 규산리튬은 10 내지 20 나노미터의 입자크기를 갖는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 경화제는 규불산으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 산도조절제는 수산화나트륨으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 12 내지 12.5의 pH를 갖는 것으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 콘크리트 내부에 스며들어 강도 및 내마모성이 유지되는 콘크리트를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 콘크리트의 중성화를 억제하고, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류 등의 번식을 차단하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 콘크리트의 표면에 도포하고 약 한달 후에 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 도포된 부분(좌)과 도포되지 않은 부분(우)에서 곰팡이 및 녹조류의 발생여부를 사진 촬영하여 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 정제수, 실리케이트계 무기 바인더, 경화제 및 산도조절제로 이루어지며, 정제수 60 중량부, 실리케이트계 무기 바인더 21 내지 160 중량부, 경화제 0.01 내지 1 중량부 및 산도조절제 0.01 내지 1 중량부로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 정제수 60 중량부가 첨가되는데, 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 1액형으로 제조할 수 있도록 하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 성분 중 실리케이트계 무기 바인더는 11.5 내지 12.7 사이의 pH를 가지고 있고, 경화제는 1 내지 2의 pH를 나타내기 때문에, 전술한 실리케이트계 무기 바인더와 전술한 경화제를 직접혼합하면 상호 화학반응에 의한 경화가 급속하게 진행되어 엉김현상이 발생하기 때문에 콘크리트의 표면에 도포할 수 없게 되므로, 전술한 규불산을 전술한 정제수와 혼합한 후에, 전술한 실리케이트계 무기 바인더를 혼합하는 것이 바람직하다.
전술한 실리케이트계 무기 바인더는 21 내지 160 중량부가 첨가되며, 규산칼륨 10 내지 70 중량부, 규산나트륨 10 내지 70 중량부, 규산리튬 1 내지 20 중량부로 이루어지는데, 전술한 성분으로 이루어진 실리케이트계 무기 바인더는 11.5 내지 12.7의 pH를 나타내며, 전술한 경화제와 혼합되어 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 최종 pH를 12 내지 12.5로 조절하는 역할을 하며, pH가 12 내지 12.5 조절된 콘크리트용 표면 처리제가 도포된 콘크리트의 벽면에서는 곰팡이나 녹조류의 세포질 원형질막이 파괴되고, 효소와 막수송단백질의 활성이 억제되어 곰팡이나 녹조류 등의 증식이 차단된다.
전술한 곰팡이나 녹조류 등과 같은 미생물이 자라기 위해서는 영양원, 온도, pH 및 습도 등의 조건들이 맞아야 한다.
영양원은 미생물이 성장하기 위해 필요하며 필수영양소(탄소, 질소, 인, 황 등)가 부족하다면 기타의 영양소의 농도와 관계없이 곰팡이, 녹조 등의 미생물은 생장이 억제된다. 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 무기화합물로서 영양물질이 불균형하며, 유기화합물을 주영양원으로 하고 있는 곰팡이 및 녹조류 등은 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 뿜칠 또는 붓 등으로 도포된 다공질 콘크리트 등에서는 그 성장이 억제된다.
또한, 곰팡이와 녹조류가 번식하기 위한 좋은 온도조건은 20 내지 40℃인데, 전술한 온도의 이하에 범위에서는 효소의 촉매 활성이 정지된다. 단열이 잘 되지 않은 아파트 내부의 그늘진 곳과 통풍이 안되는 구석진 곳은 실내온도와 벽면의 온도 차이로 인하여 결로현상이 발생하기 쉬우며, 결로현상에 의한 수분은 곰팡이가 자라기 좋은 조건을 부여한다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 다공성 콘크리트 구조체의 기공을 메워줌으로 인해 벽면과 실내의 온도 차이를 줄여 결로현상에 따른 수분의 생성을 방지한다. 즉, 곰팡이 등의 미생물이 자랄 수 있는 중요 인자인 수분을 억제하여 곰팡이등의 번식을 예방한다.
또한, 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 제조과정의 최종 pH가 11 내지 12(강염기)에 도달하게 되고 이러한 pH에서는 대부분의 호중성 미생물인 곰팡이 및 녹조류 등의 미생물은 자랄 수 없다. 즉 급격한 pH변화는 세포질의 원형질막을 파괴하고 효소와 막수송단백질의 활성을 억제하여 세포를 손상시킨다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 친수성을 나타내는데, 이러한 친수성으로 인해 습기나 수분에 의해 콘크리트 내부와 표면에는 호중성(pH 5.5~8) 또는 호산성(pH 0~5.5)인 미생물이 자랄 수 없는 조건이 된다.
또한, 곰팡이 및 녹조류 등의 생육 적정 습도는 50 내지 80%인데, 특히, 아파트 및 건물 내부의 거늘진 곳과 햇빛이 안드는 다습한 곳은 곰팡이가 자라기 최적의 장소다.
본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 다공성 콘크리트 구조물에 처리하면 콘크리트의 구조물 내부로 깊이 침투가 가능하고 특히, 리듐실리케이트는 입자구경이 10 내지 20 나노미터의 크기를 가지기 때문에 콘크리트 내부로 충분한 침투가 가능하다. 콘크리트 내부로 침투된 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 이온결합 및 상호 결합에 의한 콘크리트의 공극을 메꿔줌으로서 콘크리트내부의 함수율과 산소함유량을 낮춤으로서 호기성 곰팡이 및 녹조류의 생육을 억제할 수 있다.
또한, 콘크리트에 침투한 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 다습한 상태에서 콘크리트등의 내부를 고장액(높은 농도) 상태로 유도하며, 곰팡이 등과 같은 미생물 세포 내에 있는 물은 삼투압의 원리에 의해 빠져나가게 된다. 물이 용출에 의해 세포벽을 갖는 대부분의 미생물인 원핵생물, 진균, 조류에서는 막이 세포벽으로부터 분리되어 수축한다. 즉, 원형질의 분리가 이루어지며, 고장액 환경에서 세포가 건조해지면 세포막이 손상되고, 세포의 대사활동를 비활성화시킨다.
또한, 전술한 실리케이트계 무기 바인더는 콘크리트가 대기중의 탄산가스와 접촉하여 탄산칼슘과 물로 전환되면서, 열화되는 것을 차단하는데, 전술한 실리케이트계 무기 바인더 성분인 규산칼륨(K2SiO2), 규산나트륨(Na2SiO2) 및 규산리튬(Li2O-nSiO2-xH2O)에 존재하는 +1가의 칼륨, 나트륨 및 리튬이 이온결합을 통해 CO3를 치환하며, 중성화가 진행된 콘크리트의 pH를 11 내지 12로 향상시켜 강알칼리화 시키고, 이온결합을 통해 콘크리트 내부의 유리된 시멘트 성분과 가교결합을 함으로써 콘크리트의 표면과 내부의 기계적 강도를 증가시키는 역할을 한다.
이때, 전술한 규산리튬은 10 내지 20 나노미터의 입자크기를 갖는 것이 바람직한데, 10 내지 20 나노미터의 입자크기를 갖는 규산리튬은 콘크리트 내부에 형성된 공극을 메워줌으로, 콘크리트 내부의 함수율과 산소함유량을 낮춰 호기성 곰팡이 및 녹조류류 등이 증식하는 것을 차단할 수 있다.
전술한 경화제는 0.01 내지 1 중량부가 첨가되며, 1 내지 2의 pH를 나타내는규불산으로 이루어지는데, 전술한 성분으로 이루어진 경화제는 전술한 실리케이트계 무기 바인더의 경화를 촉진하는 역할을 한다.
또한, 전술한 경화제는 콘크리트 벽면에 콘크리트용 표면 처리제를 도포한 후에 경화를 촉진하는데, 전술한 실리케이트계 무기 바인더와 CO3의 이온결합을 촉진하는 역할을 하고, 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 콘크리트에 도포된 후에 전술한 정제수가 증발되면, 경화제의 상대적인 농도가 증가하여 전술한 실리케이트계 무기 바인더와 급속한 경화반응이 진행되기 때문에 콘크리트와의 우수한 결합력을 갖는 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 제공하게 된다.
전술한 경화제의 함량이 0.01 중량부 미만으로 첨가되면, 콘크리트에 침투된 실리케이트계 무기 바인더 성분의 경화가 제대로 진행되지 못하며, 경화제의 함량이 1 중량부를 초과하게 되면 전술한 실리케이트계 무기 바인더와 경화제가 급속하게 반응하여 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 안정성이 저하되어 1액형으로 제조할 수 없고, pH가 낮아져 곰팡이나 녹조류의 증식을 차단할 수 없게 된다.
전술한 산도조절제는 0.01 내지 1 중량부가 첨가되며, 수산화나트륨으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 pH를 12 내지 12.5로 조절하는 역할을 한다.
전술한 산도조절제의 함량이 0.01 중량부 미만이면 콘크리트용 표면 처리제 조성물 pH가 낮아져 곰팡이 및 세균의 증식을 차단할 수 없으며, 1 중량부 이상을 초고하게 되면, 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 물성을 저하시킨다.
따라서, 전술한 성분으로 이루어진 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 콘크리트의 표면에 도포되면, 도포된 성분이 콘크리트의 내부로 침두되어 부영양하가 진행되고, 콘크리트 주성분과 이온결합이 진행되어 친환반응이 일어나며, 장마나 결로로 인해 콘크리트에 수분이 침투되면 콘크리트용 표면 처리제 조성물에 형성된 친수성기에 의한 겔화가 진행되어 pH가 상승하고 결로가 억제되며, 곰팡이 및 녹조류의 증식이 차단된다.
또한, 콘크리트가 건조되면 겔화되었던 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 다시 고화되어 본래의 물성을 갖게 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물의 제조방법 및 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
정제수 60 중량부에 규불산 0.5 중량부를 혼합하여 혼합액을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1을 통해 제조된 혼합액 60.5 중량부에 규산칼륨 40 중량부, 규산나트륨 40 중량부 및 규산리튬 10 중량부를 혼합하여 혼합액을 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 2를 통해 제조된 혼합액에 150.5 중량부에 수산화나트륨 0.5 중량부를 혼합하여 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 제조하였다.
전술한 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 혼합액 및 콘크리트 표면 처리제 조성물의 pH를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
(단, pH의 측정은 Metrohm 827 pH Lab을 이용하였다.)
<표 1>
Figure 112012002595468-pat00001
위에 표 1에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물은 pH값이 12 내지 12.5인 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물의 곰팡이 저항성 시험을 실시하여 아래 표 2에 나타내었다.
(단, 곰팡이 저항성 시험은 한국화학융합시험연구원의 ASTM G21-96으로 실시하였으며, 시험균주는 Aspergillus niger ATCC 9642, Penicillium pinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205, Gliocladium virens ATCC 9645, Aureobasidium pullulans ATCC 15233을 사용하였고, 결과판독은 0:시료에서의 균의 성장을 인지할 수 없음, 1:시료에서의 균의 성장이 10% 미만, 2:시료에서의 균의 성장이 10%이상~30%미만, 3:시료에서의 균의 성장이 30%이상~60% 미만, 4:시료에서의 균의 성장이 60%이상)
<표 2>
Figure 112012002595468-pat00002
위에 표 2에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 우수한 항곰팡이성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물의 유해물질 검출여부를 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
(단, 검출한계는 VOCs는 0.05g/L, 포름알데히드는 5mg/kg이다.)
<표 3>
Figure 112012002595468-pat00003
위에 표 3에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물에서는 중금속이나, 휘발성 유기화합물 및 포름알데히드가 검출되지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물이 도포된 콘크리트의 압축강도, 내마모성 및 중성화 깊이를 측정하여 아래 표 4에 나타내었다.
(단, 콘크리트는 28일 양생 후에 본 발명에 따른 콘크리트 표면 처리제 조성물을 도포하였으며, 도포량은 0.5L/m2이며, 도포 후 20±3℃의 온도에서 14일간 양생하여 측정하였다.)
<표 4>
Figure 112012002595468-pat00004
위에 표 4에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트 표면 처리제 조성물이 도포된 콘크리트는 압축강도 및 내마모성이 향상되며, 중성화가 억제되는 것을 알 수 있다.
또한, 전술한 실시예 3을 통해 제조된 콘크리트용 표면 처리제 조성물을 콘크리트의 표면에 도포하고 한달 후에 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 도포된 부분(좌)과 도포되지 않은 부분(우)에서 곰팡이 및 녹조류의 발생여부를 사진 촬영하여 아래 도 1에 나타내었다.
아래 도 1에 나타낸 것처럼 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물이 도포된 부분에서는 콘크리트의 표면에서는 곰팡이 및 녹조류가 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 콘크리트에 도포되면, 콘크리트의 내부로 스며들어 내부강도, 내마모성 등의 기계적 물성을 증가시키며, 콘크리트의 중성화를 억제할 뿐만 아니라, 콘크리트의 표면에서 발생하는 곰팡이 및 녹조류 등의 번식을 차단하는 탁월한 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 정제수, 실리케이트계 무기 바인더, 경화제 및 산도조절제로 이루어지며,
    상기 실리케이트계 무기 바인더는 규산칼륨 10 내지 70 중량부, 규산나트륨 10 내지 70 중량부, 규산리튬 1 내지 20 중량부로 이루어지고,
    상기 규산리튬은 10 내지 20 나노미터의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 정제수 60 중량부, 실리케이트계 무기 바인더 21 내지 160 중량부, 경화제 0.01 내지 1 중량부 및 산도조절제 0.01 내지 1 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화제는 규불산으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 산도조절제는 수산화나트륨으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘크리트용 표면 처리제 조성물은 12 내지 12.5의 pH를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 표면 처리제 조성물.
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