KR101151370B1 - 경화된 콘크리트 구조물의 처리를 위한 내식성 조성물 - Google Patents

경화된 콘크리트 구조물의 처리를 위한 내식성 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 시공후 건축 재료에 적용하기 위한, 내식성과 내습성을 제공하는 이산 금속염의 용액으로 이루어진 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 시공후 건축 재료의 표면에 직접 적용하기 위해, 유효량의 희석제, 예를 들면 이소프로필 알코올, 에탄올, 크실렌 또는 그와 유사한 조성물을 추가로 포함한다. 상기 조성물은 비보강 콘크리트 또는 보강 콘크리트를 포함하는 시공후 건축 재료의 부식을 감소시키는 데 효과적이며, 시공후 건축 재료 내의 수분 침투 및/또는 크랙/갈라진 틈의 확장을 감소시킨다. 상기 조성물은 브러시 적용, 분무 적용, 미스트 적용 등을 통해 시공후 건축 재료에 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 처리된 사후 건축 시멘트 물품에 대한 전압 대비 시간의 마크로 셀 전류 시험 그래프이다.
콘크리트 구조물, 시공후 건축 재료, 내식성, 내습성, 희석제

Description

경화된 콘크리트 구조물의 처리를 위한 내식성 조성물 {CORROSION RESISTANT COMPOSITIONS FOR TREATMENT OF HARDENED CONCRETE STRUCTURES}
본 발명은 일반적으로 시공후 건축 재료(post-construction material)와 함께 사용되는 조성물 또는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보강 및 비보강 콘크리트 구조물에 있어서 내식성 및/또는 내습성을 제공하는 조성물 또는 시스템에 관한 것이다.
재료에서의 부식으로 인한 비용은 인간 재난과 관련하여 파괴적이라 하겠다. 재정적 관점에서 볼 때, 부식으로 인한 비용은 미국에서 매년 3천억 달러를 넘는 것으로 추산된다. 부식을 방지하는 문제는 건설 및 유지보수 산업이 직면하고 있는 과제로 남아있다.
통상적으로, 구조물은 콘크리트 소재로 만들어진다. 종래의 콘크리트는 매우 낮은 인장 강도를 가지기 때문에, 통상적인 실행은 콘크리트가 실질적인 부하를 받는 용도에서 강철봉(steel bar)으로 콘크리트를 보강하는 것이다. 그러한 경우에, 콘크리트는 적어도 두 가지 기능을 가진다. 그러한 기능 중 하나는 보강용 강철봉을 부식으로부터 보호하는 것이다. 또 하나의 중요한 기능은 전단 및 압축 응력으로부터 내구성을 향상시키는 것이다. 일반적으로, 보강용 강철에 대한 기후 및 환경 조건에 대항하는 경화된 콘크리트의 보호 효과는, 예를 들면, 시멘트의 양과 형태, 물/시멘트 인자 및 콘크리트 무결성(integrity)에 의존한다. 그러나, 콘크리트는 또한 흡수성 물질을 투과시킬 수 있기 때문에, 수분 및 그 밖의 물질, 예컨대 염화물, 황산염, 및 심지어 이산화탄소 등의 바람직하지 않은 침입을 유도하며, 그러한 물질은 모두 보강용 강철의 부식을 초래할 수 있다. 보강용 강철이 부식되면 팽창하게 되고, 그에 따라 콘크리트에 균열을 일으키고, 이것은 다시 물과 염화물의 진입과 같은 더 많은 불순물의 침입을 가능하게 하여 사이클이 누적됨에 따라 더욱 진행된다. 더욱이, 어느 정도의 사용 기간 후 누적된, 적어도 전단 및 압축 응력을 포함하는 환경적 조건과 같은 다양한 피로의 결과로서, 콘크리트는 결국 균열되어 파괴될 수 있다. 이러한 과정은 종종 콘크리트 구조물의 너무 이른 열화(deterioration) 및 그에 이어지는 파괴를 초래한다.
그러한 구조물의 너무 이른 열화를 해결하기 위해 여러 가지 노력이 이루어졌다. 예를 들면, 미국특허 제4,869,752호(발명자: Jaklin)에는 강철 구조물 또는 보강용 강철의 부식을 방지하기 위한 콘크리트 첨가제로서, 변형된 무기 규산염, 예를 들면 변형된 알칼리 실리케이트의 사용이 기재되어 있다. 미국특허 제6,277,450호(발명자: Katoot)에는 다양한 두께의 완전 가교결합된 폴리머를 수용하는 금속 수산화물의 활성 부분(active moiety)으로 변형되는 금속 표면을 코팅하기 위한 코팅 공정을 이용하는 방법이 기재되어 있다. 이제까지 사용된 다른 방법들은 빌딩 및 건축 산업에서 사용된 금속의 표면을 예비코팅하는 방법을 포함했다. 그러나, 그러한 방법은 일반적으로 고비용이고 효과가 없으며 비효율적/비현실적이 다.
이제까지의 노력에도 불구하고, 내식성 처리, 효과적이고 효율적이며 신뢰성 있는 재료와 공정에 대한 요구가 상존한다. 예를 들면, 효과적이고, 효율적이며 바람직한 비용/이득의 성질을 제공하는 보강 및 비보강 경화 콘크리트에 대해 내식성 및/또는 내습성을 제공하도록 시공후 건축 재료와 함께 사용될 수 있는 조성물/시스템에 대한 요구가 있다.
본 발명에 따르면, 시공후 건축 재료의 처리에서 사용하기 위한 조성물 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 조성물 및 시스템은 경화된 콘크리트 구조물이 유리한 내식성 및/또는 내습성 재료/시스템의 하나 이상의 적용을 받는 처리 양태(treatment modality)에서 특히 유용하다. 본 발명의 처리 양태는 콘크리트 함유 구조물 내 또는 구조물에 대한 부식의 속도 및/또는 영향력을 감소시키는 데에 유리하게 효과적이다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 부식 억제 조성물/시스템은 다양한 처리 기술, 예컨대 본 발명의 부식 억제 조성물/시스템의 유효량을 콘크리트 함유 구조물의 하나 이상의 표면 상에 분무(spraying), 브러싱(brushing) 또는 미스팅(misting)함으로써, 경화된 콘크리트 함유 구조물에 적용될 수 있다. 처리된 구조물(들)은, 예를 들어 실질적으로 감소된 부식 속도와 같은 향상된 부식 성질을 유리하게 나타낸다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 원하는 내식성 및/또는 내습성을 구현하기 위해 이산(dioic acid)의 알칼리 금속염, 예를 들면 이산의 알칼리 나트륨염의 수용액이 사용된다. 본 발명의 수용액/조성물은 경화된 콘크리트, 예컨대 시공후 건축 재료 및 구조물을 포함하는 구조물 및/또는 표면에 대해 내식성 및 내습성을 제공한다. 본 발명의 수용액/조성물은 일반적으로 하기의 식으로 나타내어지는 이산의 알칼리염을 포함한다:
Figure 112008038341405-pct00001
상기 식에서, M+는 Na+ 및 K+로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R1은 C1～C24 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이고; R2는 C1～C10 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이다.
본 발명의 예시적인 부식 억제 및 수분 억제 용액 및 시스템은 본 발명의 용액/시스템의 점도를 낮추는 데 효과적인 희석제 및/또는 캐리어를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 희석제를 약 5 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 본 발명의 용액/시스템 내에 혼입시킬 수 있다. 희석제는 본 발명의 부식 억제 용액/시스템이, 예를 들면 콘크리트 함유 구조물 내에 형성되거나 한정된, 기공, 크랙 및/또는 갈라진 틈(fissure)을 통해 콘크리트 함유 구조물 내로 용이하게 침투할 수 있게 한다. 희석제의 예로는 이소프로필 알코올 또는 그와 유사한 용매(또는 그의 조합)가 포함된다. 중요한 것은, 본 발명의 희석제가 가질 수 있는 추가적 기능은, 불순물(들)이 본 발명의 부식 억제 용액/시스템과 반응할 잠재성, 예를 들면 콘크리트 함유 구조물에서 Ca+ 이온과의 반응 잠재성을 감소시킴으로써, 본 발명의 부식 억제 용액/시스템의 안정성 및/또는 전반적 유효성을 높인다는 사실이다.
본 발명의 용액/시스템으로 처리될 수 있는 시공후 건축 재료 및 구조물은 매우 다양하며, 보강 또는 비보강 콘크리트 어셈블리 또는 엘리먼트, 모르타르, 스터코우(stucco) 등과 같은 구조물을 포함한다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 본 발명의 용액/시스템은 보강 및/또는 비보강 콘크리트 구조물의 외측 표면에 직접 적용될 수도 있고, 예를 들면 모세관 작용에 의해 그 내부 영역으로 침투시킬 수도 있다.
본 발명의 또 다른 예시적 실시예에서, 사후 건축 구조물 및 어셈블리, 특히 경화된 콘크리트 성분을 포함하는 사후 건축 구조물 및 어셈블리를 처리하는 유리한 방법 및/또는 기술이 제공된다. 개시된 방법의 예시적 실시예에 따르면, 하기의 식을 가지는 조성물을 사후 건축 구조물 또는 어셈블리에 적용하거나 또는 첨가시킨다:
Figure 112008038341405-pct00002
상기 식에서, M+는 Na+ 및 K+로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R1은 C1～C24 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이고; R2는 C1～C10 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이다. 상기 조성물은 일반적으로 부식 억제 및/또는 수분 억제 효과를 얻기에 유효한 양으로 사후 건축 표면에 직접 적용됨으로써, 사후 처리 부식으로 인한 해로운 효과를 감소시킨다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 개시된 방법은 상기 조성물에 희석제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 희석제는 일반적으로 약 5 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 첨가된다. 상기 희석제는 이소프로필 알코올 또는 그와 유사한 용매(또는 그의 조합)일 수 있다. 개시된 방법의 또 다른 실시예에서, 본 발명의 조성물을 적용하기 전에, 사후 건축 구조물의 표면에 있는 불순물을 제거하거나 그 레벨을 감소시키기 위해 세척 단계를 실행할 수 있다. 실제로, 본 발명의 조성물은 적용하기 전에 코팅 물질과 혼합할 수도 있다.
본 발명의 부식 억제 용액/시스템과 관련된 추가적 특징, 기능성 및 유익한 결과, 그리고 그와 관련된 처리 양태는 이하에 제시하는 상세한 설명으로부터, 특히 첨부 도면과 함께 이해할 때 명백해질 것이다.
당업자가 본 발명의 부식 억제 용액/시스템을 제조하고 이용하는 것을 돕기 위해, 다음과 같은 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 처리된 사후 건축 시멘트 물품에 대한 전압 대비 시간의 마크로 셀 전류 시험(macro cell current test) 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적 부식 억제 용액/시스템으로 처리된 사후 건축 콘크리트 물품의 처리 후 5주의 상태를 나타내는 사진이다.
도 3은 (i) 본 발명에 따른 예시적 부식 억제 용액/시스템으로 처리된 사후 건축 콘크리트 물품의 처리 후 5주의 상태와, (ii) 처리하지 않은 사후 건축 콘크리트 물품을 비교하는 사진이다.
본 발명은 일반적으로, 콘크리트, 모르타르, 스터코우, 강철 등과 같은 시공후 건축 재료에 대한 내식성 및 내습성 보호를 제공하는 첨가제 조성물 또는 시스템에 관한 것이다. 특히, 상기 첨가제 조성물은 예를 들어 콘크리트에서의 부식에 취약한 재료를 안정화하는 작용, 및 크랙, 기공 및 갈라진 틈을 통한 수분의 유동을 차단하거나 억제하는 작용을 한다. 본 명세서의 개시 내용은 사후 건축 콘크리트 재료와 관련된 용도의 첨가제 조성물을 언급하고 있으나, 콘크리트 재료의 사용은 단지 예시를 목적으로 하는 것이며, 상기 첨가제 조성물의 용도를 콘크리트 재료에만 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 첨가제 조성물은 이산의 알칼리 금속염의 용액, 전형적으로는 알칼리 금속염의 수용액을 포함한다. 따라서, 상기 첨가제 조성물은 유기 알케닐 디카르복시산 금속염(예컨대 나트륨염) 및 첨가제의 혼합물을 포함하는 수계 용액일 수 있다. 본 발명의 첨가제 조성물은 하기의 식을 가진다:
Figure 112008038341405-pct00003
상기 식에서, M+는, 예를 들어 Na+ 및 K+를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있고; R1은 C1～C24 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물일 수 있고; R2는 C1～C10 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물일 수 있으며, 다음의 반응에 따라 제조될 수 있다:
Figure 112008038341405-pct00004
여기서, 얻어지는 부가 화합물은 다음과 같이 알칼리성 수산화물과 반응하여 이산의 2금속계(dimetal-based) 염(예컨대 디소듐계 염) 용액을 형성한다:
Figure 112008038341405-pct00005
다른 실시예에서, 상기 첨가제 조성물은 노출된 철 또는 강철에 대한 후속되는 용도를 위하여, 노출된 철 또는 강철과 접촉 상태로 위치하게 될 조성물과 유효량으로 혼합될 수 있다.
반응(I)은 전형적으로, 본 발명의 무수 알켄 이산(alkene dioic acid anhydride) 조성물을 형성하기에 충분한 시간 동안, 상승시킨 온도와 압력에서 이루어진다. 예를 들면, 약 8시간의 반응 시간 동안 온도는 약 450℉이고, 압력은 약 40 psi일 수 있다. 얻어지는 물질(미반응 물질을 제거한 후)은 배치식 증류기 또는 피막 증발기와 같은 적절한 유닛으로 도입되어 무수 알켄 이산 조성물의 증류액이 포집될 수 있다. 이어서, 무수 알켄 이산 조성물은 환류 응축기를 포함하는 스테인레스강 반응기로 도입될 수 있다. 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을, 그의 2나트륨염 또는 2칼륨염 용액으로 변환되기에 충분한 온도에서 소량씩 서서히 도입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개시된 부식 억제 첨가제 조성물은 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 희석제는 일반적으로, 본 발명의 부식 억제 조성물/용액과 반응하지 않는 물질로부터 선택된다. 본 발명에 따라 사용하기 위한 희석제의 예는 이소프로필 알코올이지만, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한, 예를 들어 에탄올 및/또는 크실렌과 같은 다른 희석제(및 희석제 블렌드/혼합물)도 사용할 수 있다. 희석제는 일반적으로, 조성물의 점도를 감소시키는 기능 및 활성 조성물의 초기 농도를 저하시킴으로써 불순물(예를 들면 칼슘 이온)과의 반응 가능성을 감소시키는 기능을 가진다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 희석제는 상기 용액/시스템의 점도 를 감소시키고 그에 따라, 원위치에서 보강 또는 비보강 콘크리트 구조물에 적용되었을 때, 희석된 용액/시스템의 침투 깊이를 증가시키기에 충분한 수준으로 첨가된다. 바람직하게는, 희석제는 첨가제 조성물에 대해 약 5 중량% 내지 약 70 중량%, 더 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 수준으로 첨가된다.
본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 상기 첨가제 조성물은 처리된 구조물/어셈블리에 대해 적어도 두 가지 레벨의 보호를 제공한다. 예를 들면, 보호의 제1 레벨은 내식성 보호를 포함 또는 내포한다. 그러므로, 희석된 용액/시스템은 잠재적 부식성 위치로 이동하여 거기에서 단분자 막을 형성할 수 있다. 중요한 것은, 상기 첨가제 조성물이 그의 1분자 말단에서 극성을 나타내고, 그 결과 반대로 하전된 극성/이온성 물질, 예를 들면 철 및/또는 다른 금속성 분자 등에 관해 접착 및/또는 부착을 용이하게 한다는 점이다.
본 발명의 첨가제 조성물이 사후 건축 구조물/어셈블리에 제공하는 제2 레벨의 보호는 내습성이다. 이러한 내습성은 적어도 부분적으로는 본 발명의 조성물/시스템이 원위치에서 적용되었을 때 얻어지는 블로킹 효과(blockage effect)로부터 생긴다. 상기 첨가제 조성물이 반응성이기 때문에, 예를 들면 상기 조성물이 접하게 되는 수계 시스템 중의 금속 이온 또는 다른 이온, 콘크리트 내에서 접하게 되는 금속 이온 또는 다른 이온, 및/또는 사후 건축 구조물/어셈블리와 관련된 보강재/기재에서 접하게 되는 금속 이온 또는 다른 이온과 반응하기 쉽다. 언급한 반응들 중 하나 이상(또는 사후 건축 구조물/어셈블리 내 또는 표면에 존재하는 성분들로 인해 일어날 수 있는 다른 반응들)로부터, 예를 들어 침전물과 같은, 제한된 물에 대한 용해도를 가진 긴 탄화수소 사슬을 포함하는 분자/화합물이 형성된다. 이러한 긴 사슬 탄화수소는 일반적으로 소수성이다. 물을 반발하는 오일과 동일하게, 전술한 분자/화합물, 예를 들면 침전 물질은 상기 본 발명의 용액/시스템이 적용되는 경화된 콘크리트 기재와 같은 사후 건축 구조물/어셈블리의 모세관, 크랙 및/또는 갈라진 틈을 채우게 되고, 그 결과 유리하게 물을 반발하고 모세관 흡수를 방지하거나 감소시킨다.
중요한 것은, 상기 첨가제 조성물의 활성 성분은 물에 대해 매우 용해성일 수 있지만, 또한 철 및 칼슘과 같은 금속과 반응하여 물에 대해 불용성이거나 미약하게 용해성인 염을 형성하는 경향을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 첨가제 조성물은 사후 건축 구조물/어셈블리에 적용되었을 때 왁스형 물질을 형성하는 기능을 가질 수 있으며, 그러한 왁스형 물질은 첫째로 실질적으로 친수성이고 둘째로는 반대로 실질적으로 소수성인 것을 특징으로 할 수 있다.
당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 부식은 일반적으로 전자가 금속을 통해 애노드로부터 캐소드로 흐르는 산화-환원 반응(oxy-redux reaction)으로서 설명될 수 있는 것에서 일어난다. 애노드가 보호되어 있으면, 하이드록실(OH-)로부터의 전자는 유입되지 못한다. 반대로, 캐소드가 보호되어 있으면, 전자는 캐소드로 유입되지 못한다.
전자 유동을 언급하기 위해서, 본 발명에 따른 첨가제 조성물은 일반적으로 애노드를 보호한다. 전자가 흐름에 따라, 애노드는 양전하를 띠게 된다. 양전하로 하전된 표면은 이어서 첨가제 조성물의 전기음성이 강한 단부, 즉 친수성 단부를 끌어당긴다. 첨가제 조성물이 표면에 도달하면, 상기 조성물은 일반적으로 그 자체가 보강 강철의 철에 결합 또는 부착하여 약하게 용해성인 소수성 층을 형성하고, 이것이 철/보강 강철의 애노드 포텐셜을 보호한다. 본 발명의 처리 체제의 예시적 실시예에 관하여, 시공후 건축 재료가 콘크리트인 경우, 경화된 콘크리트는 일반적으로, 경화된 콘크리트 내에 한정된 기공, 크랙 및 갈라진 틈에 물 분자를 함유하고, 그러한 물 분자는 첨가제 조성물이 콘크리트 구조물 내부의 보강 강철의 애노드 표면으로 이동할 수 있게 한다. 또한, 과량의 첨가제 조성물은 일반적으로 칼슘(또는 다른 불순물)과 반응하여 경화된 콘크리트 구조물/어셈블리의 수분 침투성을 감소시키는 실질적으로 물에 불용성인 분자/화합물, 예를 들면 침전물 분자를 형성한다. 이러한 감소된 침투성은 부식 공정 및/또는 모든 하부에 있는 보강 강철의 추가적 부식에 대한 잠재성을 더욱 경감시킨다.
예를 들어 사후 건축 응용에서의 본 발명의 첨가제 조성물의 부식에 대한 효과를 평가하기 위해 다양한 시험 기술이 사용될 수 있다. 예를 들면, 부식 관련 시험은 분극화 내성 측정, IR 강하 및 시각적 검사를 포함할 수 있다. 이에 더하여, ASTM G109에 따른 시험, 프리크래킹된 시편에서의 마크로 셀 및 하프 셀 부식 전류 활성도를 실행할 수 있다.
도 1은 희석제를 포함한 본 발명의 첨가제 용액/시스템을 사용하여 사후 건축 콘크리트 재료에 대해 실행한 마크로 셀 전류 시험의 결과를 나타낸다. 도 1의 플롯은 경화된 콘크리트 구조물 내부의 이미 부식되고 있는 보강봉에 대해 본 발명의 첨가제 조성물의 유리한 효과를 나타낸다. 이 표본은 강철 보강 콘크리트 블록 표본을 4일 동안 15% 염수 폰딩(ponding)에 이어서 3일간 건조하는 주간 단위 사이클(weekly cycle)로 처리하는 168주(1176일)의 부식 시험 결과로서의 부식을 나타낸다. 168주(즉, 1176일) 후, 희석제를 포함한 본 발명의 첨가제 용액/시스템을 분무 적용을 통해, 즉 원위치에서 강철 보강 콘크리트 블록 표본에 적용했다.
도 1의 플롯에 나타난 전압의 감소는 부식 속도 또는 부식 레벨의 감소에 상응하거나 그러한 감소를 반영한다. 도 1의 플롯에 나타난 바와 같이, 전압의 감소는 표본의 표면에 희석제를 포함한 본 발명의 용액/시스템을 분무 적용하는 것과 실질적으로 동시에 관찰되었다. 특별히 중요한 점은 전압이 문턱값(threshold) 레벨인 0.1 mV 미만으로 떨어졌다는 것으로, 이것은 일반적으로 처리 자리에서 더 이상 부식이 없다는 것을 반영한다. 도 1을 더 참조하면, 본 발명의 부식 방지 처리는 전압 강하가 가중되기 시작하는 시점인 약 36주, 즉 약 1428일의 기간 동안 현저히 감소된 부식 레벨 또는 부식 속도(전압 강하에 의해 측정된 것)를 유지하는 데 효과적이었다. 상기 36주일의 기간에 걸쳐, 표본은 4일간의 15% 염수 폰딩에 이어지는 3일간의 건조로 이루어진 계속된 주간 단위 부식 사이클로 처리되었다. 도 1에 반영된 바와 같이, 추가적 사후 건축 처리는 1513일째 또는 그 시점 부근에서 이루어졌으며, 이것은 다시 시공후 건축 재료에 대한 전압 강하의 감소, 즉 감소된 부식의 레벨/속도를 야기했다. 다시 한번 부식 레벨은 현저히 떨어졌다.
본 발명의 부식 방지 용액/시스템의 재적용(re-application)은 주기적 기준으로, 예를 들면 본 발명의 용액/시스템이 세척되어 제거되고/또는 그의 기능 용량이 고갈될 것으로 생각되는 기간에 관한 실험적 결과를 토대로 실행될 수 있다. 재적용의 빈도는 여러 가지 인자, 예컨대 주변 조건, 초기 적용의 레벨/양, 보강 강철이 위치해 있는 깊이, 콘크리트 구조물의 전반적 경과 시기, 표면 마모 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 부식 방지 용액/시스템의 재적용은, 예를 들면, 적용 기구(분무기 등)를 소정의 시간/간격으로 본 발명의 용액/시스템의 자동 적용을 위한 구조물에 근접하게 설치함으로써 자동화 방식으로 실행될 수 있다. 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에서, 본 발명의 부식 방지 용액/시스템의 적용/재적용은, 예를 들면 RF 기술 등을 이용하여 적용 기구를 원격 작동시킴으로써 원격 방식으로 달성할 수 있다. 본 발명의 용액/시스템의 주기적인 적용을 실행하기 위한 또 다른 접근방법 및/또는 기구를 구상할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 예시적 접근 방법은 본 발명을 한정하는 것으로 간주해서는 안된다. 예를 들여, 본 발명의 첨가제 조성물/용액은 여러 가지 페인팅, 주입법 및/또는 "고무 걸레(squeegee)" 기법 등을 통해 적용될 수 있다.
일반적으로, 부식은 억제하기 어려운 공정이며, 일단 부식이 시작되면 이를 정지시키기가 훨씬 더 어려운 공정으로 생각된다. 사후 건축 구조물 및 엘리먼트에 대해 상기 첨가제 조성물/용액을 적용한 결과, 진행중인 부식을 완화하고 부식 진행 속도 및 정도를 저하시키는 데에 극적인 효과가 나타났다. 도 1에 제시된 데이터는 사후 건축 적용을 목적으로 하는 본 발명의 용액/시스템의 효과를 입증하는 것으로, 구체적으로는 가속화 에이징을 일으키는 공격적 시험 환경에서 36주일 기간의 사후 적용에 있어서, 현저히 감소된 전압 레벨이 관찰되었고 유지되었는바, 이것은 본 발명의 용액/시스템을 적용한 후 부식의 극적인 감소 및/또는 효과적인 방지로 해석된다.
도 2 및 도 3을 추가로 참조하면, 일련의 시험편이 제시되어 있다. 본 발명의 첨가제 조성물/시스템(사후 경화)을 사용한 처리를 받은 샘플 및 본 발명의 처리를 받지 않은 샘플(즉, 미처리 시험편)에 관해, 시험편의 상이한 시각적 특성의 의미를 이하에 언급한다.
도 2는 내부가 실질적으로 비어있고(즉, 각각의 높이의 약 2/3가 중공), 본 발명의 첨가제 조성물/시스템으로 내부가 처리된 2개의 사후 건축물 콘크리트 컵을 나타낸다. 상기 첨가제 조성물/시스템은 중공 컵의 내측 표면 상에 처리 용액을 브러싱함으로써 적용되었다. 처리 후, 도 2에 도시된 콘크리트 컵의 내측 부위를 염 용액으로 실질적으로 채우고, 상기 염 용액을 5주일 동안 상기 캐비티 내에 유지시켰다. 도 2의 사진으로부터 명백한 바와 같이, 컵의 벽을 통한 염의 이동이 극히 미량인 것으로 검출되었다. 시멘트 컵의 표면에 보이는 불규칙한 형상의 백색/옅은 색 성분들은 염에 대립하는 것으로, 골재(aggregate)에 해당한다. 도 2의 처리된 콘크리트 컵의 목적에 대해 명백한 바와 같이, 콘크리트 컵의 벽을 통한 염 이동이 없다는 것은, 염이 컵의 외측 표면으로 자유롭게 이동할 경우, 부식성 물질이 보강된 강철 부재와 같은 사후 건축 어셈블리/부재의 내부 성분으로 자유롭게 이동하여 그의 부식을 개시/지지할 것이기 때문에, 효과적인 부식 방지 효과를 반영한다.
대조적으로, 도 3을 특정하여 참조하면, 좌측의 2개의 컵은 본 발명의 부식 방지 조성물/시스템 사후 건축 처리를 받지 않았다. 그와는 달리, 내측 부위에 염 용액이 첨가되었고, 부식 방지 처리를 전혀 하지 않고 5주일간 그 안에 유지되었다. 미처리 컵의 외측 표면 상에 있는 실질적인 백색 반점(bloch)/부위(region)로부터 명백한 바와 같이, 미처리 컵의 벽을 통한 염 이동의 현저한 레벨을 명확히 확인할 수 있다. 이러한 염의 이동은 현장 설비 또는 그 밖의 사후 건축 콘크리트 시스템에서의 증가된 부식 레벨로 해석된다. 명백하게, 처리된 샘플(도 3의 우측에 있는 2개의 컵)은 5주일에 걸친 염 이동의 레벨에 의해 측정했을 때, 향상된 성능을 입증하며, 또한 시공후 건축 재료에서의 부식 억제 및/또는 배제 효과를 목적으로 하는 본 발명의 사후 건축 처리 약식의 효과를 확립한다. 실제로, 도 3의 비교 사진은 유리한 부식 관련 결과를 얻는 데 있어서 본 발명의 사후 건축 처리 양태의 효과를 명백히 입증한다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 상기 첨가제 조성물/시스템은 기존 콘크리트 또는 모르타르, 즉 시공후 건축 재료의 표면에 적용될 수 있고, 일반적으로 콘크리트의 수분 침투성을 감소시키면서 콘크리트/모르타르 내 크랙을 투과하여 보강 강철 또는 그 내부에 위치한 다른 잠재적으로 부식성인 재료에 도달함으로써, 상기 강철의 부식을 방지하는 기능을 가진다. 상기 첨가제 조성물은, 제한되지는 않지만, 예를 들면 폰딩 또는 롤러 적용뿐 아니라 고압 및 저압 분무 적용을 포함하는 표준 적용 방법에 의해 적용될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 본 발명의 용액(활성 조성물 20 중량%/물 80 중량% + 희석제 약 5～70 중량%)을 콘크리트 표면 50～150 ft2에 적용할 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 본 발명의 용액 조성물을 표면에 적용하기 전에, 모든 존재하는 레이턴스(laitance) 오염물, 코팅, 먼지 및/또는 불순물을 제거하기 위해 예를 들면 표면을 세정하거나 가압 세척할 수 있다. 그런 다음, 표면은 바람직하게 청정수로 헹구어질 수 있고, 첨가제 조성물의 적용 이전에 건조될 기회를 가질 수 있다. 선택적으로, 첨자제 조성물의 하나 이상의 코트, 예를 들면 2～5회의 처리 적용을 순차적으로 표면에 적용할 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 본 발명의 용액/조성물은 낮은 점도를 가질 수 있는 콘크리트로의 조성물의 침투를 증가시키기 위해 추가적 코팅/캐리어와 혼합된 다음, 시공후 건축 재료에 적용될 수 있다. 상기 코팅/캐리어는 또한 처리 시스템의 경화된 콘크리트 재료 내로의 침투를 촉진하는 계면활성을 가질 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 용액/조성물은 캐리어와 혼합되어 기존의 보강 콘크리트 구조물에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 많은 이점을 제공하는데, 예를 들면, 상기 첨가제 조성물은 환경적으로 안전하고, 새 콘크리트에서 공기를 동반하는 물질이다. 실제로, 본 발명의 처리 시스템/용액의 예시적 실시예는 다른 형태의 표면 처리에 비해 감소된 레벨의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 나타낸다. 또한, 본 발명의 첨가제 조성물을 사후 건축 응용 분야에서 사용하면, 멤브레인 및 기타 물 관리 시스템의 필요성을 배제하며, 사용 수명의 증가에 따른 유지 보수 비용의 감소뿐 아니라, 방수 및 부식 보호 문제에 대한 가치공학적 해법을 제공한다.
이하의 실시예는 사후 건축 처리에 대한 본 발명의 조성물/용액의 창출과 결부된 알켄 및 환형 디엔의 처리를 예시한다.
실시예 1
약 300g의 2,5-푸란디온 및 750g의 테트라메틸에틸렌을 1g의 BHT 산화방지제와 함께 스테인레스강 반응 용기에 투입했다. 반응 혼합물을 약 250℃에서 N2 블랭킷 하에 약 4시간 동안 강하게 교반했다. 감압 하에서 미반응 물질을 제거한 후, 얻어지는 생성물을 박막 증발기에서 약 235℃ 및 약 5 mmHg의 조건에서 처리하여 상층 분획인 약 730g의 생성물을 포집하고 하층 분획은 폐기한다.
생성된 상층 분획을, 환류 응축기를 포함하는 스테인레스강 반응 용기에 도입하고 약 100℃에서 2시간 동안 가열한 다음, 여기에 약 80g의 수산화나트륨 용액을 서서히 첨가하고, 부탄 이산 도데세닐 디소듐염의 투명한 황색 용액이 형성될 때까지 교반한다. 다음으로, 시스템의 점도를 낮추기 위해 희석제로서 이소프로필 알코올을 약 25%의 양으로 첨가한다. 감소된 점도는 상기 용액/시스템이 원위치에서 사후 건축의 보강 또는 비보강 콘크리트 구조물에 적용되었을 때 상기 용액/시스템의 잠재적 침투 깊이를 증가시키는 데에 유리하다.
실시예 2
실시에 1에 기재된 것과 유사한 절차에 따라, 98g의 무수 말레산 및 168g의 프로필렌 테트라머를 약 230℃, 약 40psi에서 약 4시간 동안 처리한다. 미반응 물질이 제거된 후, 증류액이 형성되고, 예비 가열 및 교반을 행한 후, 수산화나트륨을 약 0.27g의 양으로 서서히 첨가하여 부탄 이산 도데세닐 디소듐염의 염 용액을 형성한다.
본 발명의 첨가제 조성물을 제조하는 동안, 2-메틸옥시메틸에톡시 프로판과 같은 소포제를 약 0.02～약 0.10 중량%의 양으로 사용할 수 있다. 벤조산, 말레산 등과 같은 추가적 안정화제를 사용할 수도 있다. 점도를 낮추기 위해 희석제로서 이소프로필 알코올을 약 25%의 양으로 첨가함으로써, 현장(in situ)에서 보강 또는 비보강 콘크리트 구조물에 적용되었을 때 침투 깊이를 증가시킨다.
이상과 같이 본 발명은 예시적 실시예에 관하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변형, 증강, 변동 및/또는 변화를 이룰 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 명백히 청구의 범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 시공후 건축 재료(post-construction material)에 적용하기 위한 내식성을 제공하는, 하기 식을 가진 조성물:
    Figure 112011077169163-pct00006
    (상기 식에서, M+는 Na+ 및 K+로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R1은 C1～C24 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이고; R2는 C1～C10 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물임); 및
    시공후 건축 재료
    의 조합물로서, 상기 조성물은 상기 시공후 건축 재료가 경화된 후 상기 시공후 건축 재료의 하나 이상의 표면에 적용되는 것인 조합물(combination).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물이 5 중량% 내지 70 중량%의 양으로 희석제를 추가로 포함하는 조합물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 희석제가 이소프로필 알코올, 에탄올, 크실렌 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물이 이산(dioic acid) 금속염의 수용액인 조합물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료가 보강 또는 비보강 콘크리트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조합물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료가 콘크리트 함유 구조물이고, 상기 조성물이 상기 콘크리트 함유 구조물의 외측 표면에 직접 적용되는 조합물.
  7. 하기 식을 가진 조성물을 제공하는 단계:
    Figure 112011077169163-pct00007
    (상기 식에서, M+는 Na+ 및 K+로 이루어지는 군으로부터 선택되고; R1은 C1～C24 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물이고; R2는 C1～C10 분지형 또는 직쇄형 지방족 화합물임); 및
    시공후 건축 재료가 경화된 후, 상기 조성물을 상기 시공후 건축 재료의 표면에 직접 적용하는 단계
    를 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조성물을 상기 표면에 적용하기 전에 5 중량% 내지 70 중량%의 양으로 희석제를 상기 조성물에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 희석제가 이소프로필 알코올, 에탄올, 크실렌 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물이 이산 금속염의 수용액인 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료가 기존의 보강 또는 비보강 콘크리트를 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물을 적용하기 전에 상기 시공후 건축 재료의 표면을 세척하는 단계를 추가로 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  13. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물을 코팅재와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  14. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료의 표면에 상기 조성물을 재적용(reapplication)하는 단계를 추가로 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 재적용은, 상기 시공후 건축 재료에 관해 부식 방지 기능성이 유지되도록 이루어지는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  16. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료는 콘크리트, 모르타르, 스터코우(stucco) 및 강철로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  17. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적용은 상기 시공후 건축 재료의 부식 속도를 감소시키는 데 효과적인 시공후 건축 재료의 처리 방법.
  18. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시공후 건축 재료에 대한 적용은, 분무 적용, 브러시 적용, 미스트(mist) 적용 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적용 기구(application mechanism)에 의해 이루어지는 시공후 건축 재료의 처리 방법.
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