KR101303967B1 - 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법 - Google Patents

플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방수 성능 뿐만 아니라 염분에 의해 철근이 산화되는 것을 방지하여 우수한 방청 성능을 동시에 얻을 수 있어 철근 콘크리트의 내구성을 크게 증진시킴으로써 해안가 염해지역이나 부식환경 등의 콘크리트 구조물에 도포하여 유용하게 적용할 수 있는 해안가 콘크리트 구조물에 도포되는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법{ANTI-SALTDAMAGE COATING FILM COMPOSITION OF WATERPROOF MATERIALS USING FLY ASH, THE COATING METHOD THEREOF, AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방수 성능 뿐만 아니라 염분에 의해 철근이 산화되는 것을 방지하여 우수한 방청 성능을 동시에 얻을 수 있어 철근 콘크리트의 내구성을 크게 증진시킴으로써 해안가 염해지역이나 부식환경 등의 콘크리트 구조물에 도포하여 유용하게 적용할 수 있는 해안가 콘크리트 구조물에 도포되는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법에 관한 것이다.
콘크리트를 이용하여 축조되는 각종 구조물들은 여러 가지의 특수한 물리적, 화학적인 환경조건에 노출되게 되는데, 이 물리적, 화학적 환경조건은 시설물에 직, 간접적인 영향을 주게 된다. 특히, 대부분의 콘크리트 시설물은 수분에 노출되어 있는 경우가 많으며, 산성 빗물 등에 의하여서도 수분과 접촉하게 되는데, 산성빗물은 콘크리트 구조물의 성능 저하(deterioration)를 일으켜서 내구성(durability)을 현저하게 저하시킨다.
이러한 산성 빗물에 의한 문제점을 해결하고자 대부분의 콘크리트 구조물에 방수시공을 실시하고 있으나, 일반적으로 시행되고 있는 방수시공은 콘크리트 구조물의 표면에 방수제를 도포하는 것이므로, 콘크리트 구조물이 처한 환경이 습기가 많은 지역이거나 해수지역인 경우에는 일반방수제의 도포만으로는 충분한 방수효과를 얻을 수 없었다.
이러한 방수제 종류로는 콘크리트에 혼합하여 사용하는 구체방수제가 있는데, 구체방수제는 우선 콘크리트 강도 저하는 물론이고 수분흡수능력이 현저히 떨어지므로 지하 복잡한 구조물 즉, 방수공사를 할 수 없는 공간일 때 불가피하게 사용하는 재료이므로 기피되고 있으며, 유성의 아스팔트 우레탄 에폭시 아크릴계의 방수제가 있으나 모체의 수분이 8%이상일 때 시공을 하게 되면 접착이 안 되거나 탈락이 되는 문제가 있으며 환경적으로도 유해 물질군에 속해서 작업자의 건강을 위협하고 환경적으로 VOC(Volatile Organic Compounds; 휘발성유기화합물)의 발생으로 향후 불사용군에 속하게 되며 화재 발생시 화염촉발에 원인이 되므로 기피물질로 이용되고 있다.
한편, 플라이 애쉬(fly ash)는 우리나라 화력발전소에서 연간 약 800만 톤이 발생하는데 약 50%는 콘크리트 제조 시 시멘트 보조제인 혼화제로 쓰이고 그 외에 미미한 양은 실험용 시약 등 기타 자제로 약 10%가 사용되고 나머지 무려 약 40%에 달하는 막대한 양은 폐기물로 매립이 되는 현실이다.
본 발명은 대한민국 등록특허공보 제10-0861986호의 "일액형 도막 방수재 및 그 제조방법"의 일액형 도막 방수제 조성물 및 발생량의 약 40%가 폐기 처리되는 플라이 애쉬를 이용하여 본 발명의 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물에 이른 것이다. 따라서, 이러한 본 발명은 동일 출원인에 의해 선출원 등록된 대한민국 등록특허 제10-0861986호의 "일액형 도막 방수재 및 그 제조방법"의 계속발명 또는 개량발명의 성격을 유지하고 있음을 밝혀둔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 방수 성능 뿐만 아니라 염분 및 산성 빗물에 의하여 콘크리트와 철근이 산화되는 것을 방지하는 우수한 방청 성능을 확보할 수 있어 염분의 침투가 용이한 염해지역이나 부식환경 등에서도 철근 콘크리트의 부식을 억제하며 내구성을 크게 증진시킬 수 있는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발생량의 약 40%가 폐기 처리되는 플라이 애쉬를 이용함으로써 폐기물의 자원화를 도모할 수 있는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모체 콘크리트를 건강하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 구조물을 장기간 유지시킴으로써 결과적으로 구조물의 유지관리비용을 절감시키고 일상생활의 쾌적함을 제공할 수 있는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물, 그 도포방법 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은, 도막 방수제 조성물에 있어서, 플라이 애쉬를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은 일액형 도막 방수제 및 상기 플라이 애쉬를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은 양극형 무기염 및 산화방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은, 상기 일액형 도막 방수제 35 ~ 45 중량부에 물 12 ~ 22 중량부, 플라이 애쉬 45 ~ 55 중량부, 분산제 0.1 ~ 1.5 중량부, 소포제 0.08 ~ 3.0 중량부, 티탄 안료 0.5 ~ 3.0 중량부, 산화방지제로서 탄닌 1 ~ 5 중량부, 흄드실리카 0.2 ~ 3.0 중량부, 점도증가제 0.01 ~ 0.13 중량부, 양극형 무기염으로서 아질산칼슘 2 ~ 7 중량부 및 아질산나트륨 0.5 ~ 1.8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은, 상기 일액형 도막 방수제는, 물 20Kg에 50~60 RPM으로 교반시키면서 스티렌 단량체를 20~30Kg을 투입하고 온도를 70~90℃로 서서히 상승시키고 친유기유화제를 1~2kg, 친수기유화제 2~6Kg와 부틸아크릴게이트 40~60Kg 투입하며 혼합물을 제조하고 유화중합을 진행하는 제1단계; 상기 혼합물에 물 10~20Kg 더 투입하고 온도를 85~110℃까지 올려서 50~70분간 반응시킨 후, 다시 온도를 140~150℃까지 올려서 15~25분간 공중합반응을 완료시키고, 배합회전을 70~90 RPM으로 고정시켜 점도가 550~600 cps의 에멀션을 제조하는 제2단계; 상기 에멀션의 온도를 140~150℃에서 25~30℃까지 저온으로 하향시키고, 이 상태에서 4~7분간 정체시킨 후, 다시 서서히 온도를 110~130℃까지 상승시켜 점도를 조절하고 물성을 향상시켜 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 제조하는 제3단계; 및 상기 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 20~28시간 1차 숙성시키고 30~40 RPM으로 회전시키면서 수용성 라텍스 15~25Kg, 폴리카르복실계 분산제 2~6Kg, 광물유계 비이온성 소포제 0.5~2Kg, 폴리에테르계 억포제 0.5~5Kg, 물 5~15Kg을 투입혼합 후 20~30시간 2차 숙성을 시키는 제4단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 도포방법은 상기 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물을 콘크리트에 도포하는 방법에 있어서, 콘크리트 표피를 제거한 후 수분을 유지시킨 상태에서 상기 도막 방수제 조성물을 도포하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 제조방법은, 도막 방수제 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 도막 방수제 조성물은 플라이 애쉬를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 제조방법은, 상기 플라이 애쉬는 200 내지 500 중량%의 물로 현탁액을 만든 후 미연소 석탄을 부유시키고 상기 미연소 석탄을 제거한 후 잔류 플라이 애쉬의 수분을 제거한 것으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 제조방법은, 물 20Kg에 50~60 RPM으로 교반시키면서 스티렌 단량체를 20~30Kg을 투입하고 온도를 70~90℃로 서서히 상승시키고 친유기유화제를 1~2kg, 친수기유화제 2~6Kg와 부틸아크릴게이트 40~60Kg 투입하며 혼합물을 제조하고 유화중합을 진행하는 제1단계; 상기 혼합물에 물 10~20Kg 더 투입하고 온도를 85~110℃까지 올려서 50~70분간 반응시킨 후, 다시 온도를 140~150℃까지 올려서 15~25분간 공중합반응을 완료시키고, 배합회전을 70~90 RPM으로 고정시켜 점도가 550~600 cps의 에멀션을 제조하는 제2단계; 상기 에멀션의 온도를 140~150℃에서 25~30℃까지 저온으로 하향시키고, 이 상태에서 4~7분간 정체시킨 후, 다시 서서히 온도를 110~130℃까지 상승시켜 점도를 조절하고 물성을 향상시켜 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 제조하는 제3단계; 및 상기 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 20~28시간 1차 숙성시키고 30~40 RPM으로 회전시키면서 수용성 라텍스 15~25Kg, 폴리카르복실계 분산제 2~6Kg, 광물유계 비이온성 소포제 0.5~2Kg, 폴리에테르계 억포제 0.5~5Kg, 물 5~15Kg을 투입혼합 후 20~30시간 2차 숙성을 시키는 제4단계를 포함하는 제조방법에 의하여 일액형 도막 방수제를 제조하는 S1단계; 상기 일액형 도막 방수제 35 ~ 45 중량부에 물 12 ~ 22 중량부, 플라이 애쉬 45 ~ 55 중량부, 분산제 0.1 ~ 1.5 중량부, 소포제 0.08 ~ 3.0 중량부, 티탄 안료 0.5 ~ 3.0 중량부, 산화방지제로서 탄닌 1 ~ 5 중량부, 흄드실리카 0.2 ~ 3.0 중량부, 점도증가제 0.01 ~ 0.13 중량부를 첨가하여 제1차 제조조성물을 제조하는 S2단계; 및 상기 제1차 제조조성물에 양극형 무기염으로서 아질산칼슘 2 ~ 7 중량부 및 아질산나트륨 0.5 ~ 1.8 중량부를 더 첨가하여 제2차 제조조성물을 제조하는 S3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 방수 성능 뿐만 아니라 염분 및 산성 빗물에 의하여 콘크리트와 철근이 산화되는 것을 방지하는 우수한 방청 성능을 확보할 수 있어 염분의 침투가 용이한 염해지역이나 부식환경 등에서도 철근 콘크리트의 부식을 억제하며 내구성을 크게 증진시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 발생량의 약 40%가 폐기 처리되는 플라이 애쉬를 이용함으로써 폐기물의 자원화를 도모할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 모체 콘크리트를 건강하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 구조물을 장기간 유지시킴으로써 결과적으로 구조물의 유지관리비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 제조방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 플라이 애쉬의 SEM 사진.
도 3은 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 열화가 진행되는 모습을 보여주며 사진.
도 4는 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 20주 및 48주 후 열화가 진행된 모습을 확대하여 보여주는 사진.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 플라이 애쉬의 SEM 사진이며, 도 3은 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 열화가 진행되는 모습을 보여주며 사진이고 도 4는 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 20주 및 48주 후 열화가 진행된 모습을 확대하여 보여주는 사진이다.
본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은, 도막 방수제 조성물에 있어서, 플라이 애쉬를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라이 애쉬(fly ash)는 우리나라 화력발전소에서 연간 약 800만 톤이 발생하는데 약 50%는 콘크리트 제조 시 시멘트 보조제인 혼화제로 쓰이고 그 외에 미미한 양은 실험용 시약 등 기타 자제로 약 10%가 사용되고 나머지 무려 약 40%에 달하는 막대한 양은 폐기물로 매립이 되는 현실이며, 본 발명에서는 상기 플라이 애쉬는 인공 포졸란(pozzolan) 활성제(活性劑)의 역할을 하는 것이다.
여기에서 활성제(活性劑)인 플라이에쉬(Fly Ash)를 설명하면 화학 성분 및 중량%(평균 조성비)는 아래 [표 1]과 같으며, 그 모양은 도 2의 SEM 사진에서 보는 바와 같이 구형으로 베어링 효과 즉, 퍼짐성이 좋고 균일성이 확보된다. 상기 SEM 사진은 1,000배 배율로 촬영한 것이다.
Figure 112012100708700-pat00001
플라이 애쉬는 전체 플라이 애쉬 중 1% 미만의 세노스피아(cenosphere)가 차지하고 있으며, 도 2의 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이 1 ~ 150 ㎛ 크기의 다공질이므로 입자의 내부로 가스와 물이 통과하며 진비중이 1.9~2.3(겉보기비중 0.8)이므로 회죽(slurry)상으로 만든 후 장시간 방치하면 플라이 애쉬가 침전 하는데 이때 세노스피아(cenosphere)는 같은 구형이지만 진공 상태이며 내부에 CO2 가스가 충진되어 있으므로 부상하려는 성질을 가져 플라이 애쉬가 반대로 침전하려고 하는 것을 일부 방지하는 기능을 부여하게 된다. 이와 같은 성질에 의하여 세노스피아(cenosphere)는 흄드씰리카(fumed silica) 및 메칠셀루로오스(methyl cellulose)와 함께 보관, 유동과정에서 고형물(solide)의 침전을 방지하는 기능을 발휘하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은 일액형 도막 방수제 및 상기 플라이 애쉬를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 이와 같은 조성으로 구성되는 본 발명의 도막 방수제 조성물의 제조방법에 대하여 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
즉, 본 발명에 따른 도막 조성물은 인공 포졸란(pozzolan) 활성제(活性劑)인 상기 플라이에쉬(fly ash) 및 일액형 도막 방수제를 주재(主材)로 하여 구성되는 것이며, 상기 일액형 도막 방수제는 대한민국 등록특허공보 제10-0861986호의 "일액형 도막 방수재 및 그 제조방법"에 기재된 일액형 도막 방수제 조성물로 이루어진다.
보다 구체적으로, 상기 일액형 도막 방수제는, 물 20Kg에 50~60 RPM으로 교반시키면서 스티렌 단량체를 20~30Kg을 투입하고 온도를 70~90℃로 서서히 상승시키고 친유기유화제를 1~2kg, 친수기유화제 2~6Kg와 부틸아크릴게이트 40~60Kg 투입하며 혼합물을 제조하고 유화중합을 진행하는 제1단계; 상기 혼합물에 물 10~20Kg 더 투입하고 온도를 85~110℃까지 올려서 50~70분간 반응시킨 후, 다시 온도를 140~150℃까지 올려서 15~25분간 공중합반응을 완료시키고, 배합회전을 70~90 RPM으로 고정시켜 점도가 550~600 cps의 에멀션을 제조하는 제2단계; 상기 에멀션의 온도를 140~150℃에서 25~30℃까지 저온으로 하향시키고, 이 상태에서 4~7분간 정체시킨 후, 다시 서서히 온도를 110~130℃까지 상승시켜 점도를 조절하고 물성을 향상시켜 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 제조하는 제3단계; 및 상기 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 20~28시간 1차 숙성시키고 30~40 RPM으로 회전시키면서 수용성 라텍스 15~25Kg, 폴리카르복실계 분산제 2~6Kg, 광물유계 비이온성 소포제 0.5~2Kg, 폴리에테르계 억포제 0.5~5Kg, 물 5~15Kg을 투입혼합 후 20~30시간 2차 숙성을 시키는 제4단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것이다(S1 단계).
다음으로, 상기와 같이 얻어지는 일액형 도막 방수제 35 내지 45 중량부를 반응기에 넣고, 약 3,000 RPM으로 회전시키면서 물로서 이온교환수 12 내지 22 중량부를 서서히 투입한다.
다음으로, 활성제(活性劑)로서 상기 플라이 에쉬의 입도는 3,000 내지 6,000 ㎠/g인 것을 45 내지 55 중량부를 투입한 후 분산을 위해서 폴리카르본산(poly carrbonsan)계 분산제 0.1 내지 1.5 중량부를 투입하며, 거품방지와 들뜸 방지를 위하여 미네랄오일(mineral oil) 소포제를 0.08 내지 3.0 중량부를 투입하면서 색상의 균일성을 유지하기 위하여 티탄 안료(titanium pigment)를 0.5 내지 3.0 중량부를 첨가하며, 산화방지제로서 탄닌(tannin)을 1 내지 5 중량부를 첨가하는데 본 발명에서 상기 탄닌은 수산기를 많이 가지고 있어 여러 가지 물질과 결합을 쉽게 할 수 있는 특성이 있다.
다음으로, 1,800 RPM으로 회전하여 그라인딩(grinding mixing) 혼합을 45분내지 60분을 실시하고 난 후 본 혼합(main mixing)을 600 내지 900 RPM으로 120 내지 150분간 실시한다.
다음으로, 흄드씰리카(fumed silica) 0.2 내지 3.0 중량부와 점도증가제로서 메칠셀루로오스(methyl cellulose) 0.01 내지 0.13 중량부를 투입하여 200 내지 300 RPM으로 20분간 혼합을 마치면 900 내지 4,000 cps 점도의 제1차 제조조성물이 완성된다(S2 단계).
여기서, 상기 제1차 제조조성물이 보관, 유통되는 동안 고형물(solide)의 침전을 방지하는 기능으로 플라이 애쉬의 세노스피아(cenosphere), 흄드씰리카(fumed silica) 및 메칠셀루로오스(methyl cellulose)가 그 기능을 전담하게 되며. 그 후 흄드씰리카(fumed silica)는 콘크리트에 도막이 도포된 후에 치밀성을 2차적으로 부여하는 기능을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물은 양극형 무기염 및 산화방지제를 더 포함하며, 상기 양극형 무기염은 아질산칼슘 또는 아질산나트륨 중 선택되어지는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다(S3 단계).
즉, 상기와 같이 제조된 제1차 제조조성물에 양극형 무기염, 특히 아질산 이온을 내는 아질산칼슘을 2 내지 7 중량부 및 아질산나트륨 0.5 내지 1.8 중량부를 더 첨가할 경우 하기 반응식에서 보는 바와 아질산이온(NO2 -)이 철(Fe)로부터 용출된 철이온(Fe++)과 반응하여 녹 성분인 수산화제이철[Fe(OH)3]의 생성을 차단하면서 안정한 화합물인 Fe2O3를 생성되게 된다. 이렇게 생성된 Fe2O3는 철 표면에 생긴 부식 지점에 피막을 형성하여 폐쇄시키므로 철의 부식 진행을 방지하게 된다.
< 반응식 >
Figure 112012100708700-pat00002

따라서, 콘크리트 모세관으로 인해 철근 부식을 촉진시키는 염화물 이온, 수분, 산소 등이 침투하여 철근의 부동태피막을 파괴하여 어떤 부위에서 부식이 개시되더라도 부식점에서 생성된 녹의 중간물질인 수산화제일철이 양극형 아질산 금속염과 화학반응을 일으켜 안정한 Fe2O3를 생성하여 부식부위가 폐쇄됨으로서 철근은 계속적으로 건전한 상태를 유지하게 된다.
본 발명에서는 기존의 방수제 조성물에 상술한 양극형 무기염과 함께 산화방지제인 탄닌이 더 포함되는데, 플라바놀류의 구조를 가진 카테킨의 유도체로 구성되어 있는 탄닌은 수산기를 많이 가지고 있어 여러 가지 물질과 결합을 쉽게 할 수 있는 특성이 있다.
본 발명은 인공 포졸란(pozzolan) 활성제(活性劑)인 상기 플라이에쉬(fly ash) 및 일액형 도막 방수제를 주재(主材)로 하여 구성되는 것이며, 여기에 양극형 무기염, 산화방지제인 탄닌(Tannin)이 더 포함되도록 함으로써 기존의 우수한 방수 성능을 그대로 유지하면서 방청 성능을 증진시켜 철근의 산화를 방지하여 철근 콘크리트의 부식을 억제할 수 있도록 한 것에 그 특징이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물을 아래 표 2와 같은 조건(단위는 Kg)으로 제조하여 우선 온, 냉의 상태에서 4회를 1년간 방치 관찰 결과 최적의 설계를 도출하였다.
Figure 112012100708700-pat00003
여기서, A / 일액형도막방수제. B / 플라이 애쉬. C / 분산제. D / 물. E / 소포제. F / 티탄 안료. G / 산화방지제. H / 흄드씰리카. I / 점도증가제. J / 아질산칼슘. K / 아질산나트륨.
총 1,340개의 도막 방수제 조성물을 제조하여 1년간 피로실험을 실시한 결과 약 25개의 특히 우수한 조성비를 결정하였으며, 실시예 1로서 일액형 도막 방수제 45 중량부, 플라이 애쉬 50 중량부, 분산제 1.5 중량부, 물 19 중량부, 소포제 1.2 중량부, 티탄 안료 3.0 중량부, 산화방지제로서 탄닌 5 중량부, 흄드실리카 3 중량부, 점도증가제 0.05 중량부, 아질산칼슘 6 중량부 및 아질산나트륨 1.2 중량부를 투입하여 본 발명에 따른 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물 제조방법에 의하여 제조한 실시예 1 제조물을 100g의 시약병에 정체시킨 후 침전 여부를 40주간 확인결과 양호함을 확인하였다. 아울러, 아래와 같이 다양한 피로시험을 실시하였다.
[ 시험예 1]
몰탈시편을 KS F 4925의 5.5에 따라 5.2 a)의 시험용 시멘트와 5.2 b)의 시험용 모래를 12.45(질량비)로 혼합하여 지름 50mm 길이 150mm의 가운데에 지름10mm철근을 삽입하여 100개를 제작 후 4주간 표준양생을 시킨 후 50개의 상기 실시예 1 제조물을 400g부터 단계적으로 900g까지 도포하여 1주간 상온 건조시킨 후 NaCl(소금물) 25%수용액에 침적하고 50개는 상기와 동일조건으로 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적 후 1년을 관찰하였다.
관찰결과에 의하면, 실시예 1 제조물을 도포되지 않은 경우에는 1주 후부터 시편의 표피가 갈라지면서 급속도로 열화가 나타나는 반면에, 최소단위인 400g을 도포한 것은 20주 후부터 단계적으로 열화가 진행이 되며, 600g 이하가 도포된 것은 40주 후부터 점진적으로 간접열화가 진행되고, 600g 이상 도포된 것은 원래의 상태를 1년 이상 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
보다 구체적으로, 도 3은 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 열화가 진행되는 모습을 보여주는 것으로서, 사진에서 왼쪽에서 세 번째까지는 실시예 1 제조물을 도포한 경우로서 48 주 후의 모습으로 열화가 거의 진행되지 않았음을 확인할 수 있으며, 사진에서 왼쪽에서 네 번째부터 일곱 번째까지는 실시예 1 제조물을 도포하지 않은 경우로서 각각 20주, 28주, 38주 및 48주 경과 후 실시예 조성물을 도포한 경우에 비하여 급격하게 열화가 진행되었음을 확인할 수 있다. 도 4는 상대수 CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적한 경우에 실시예 조성물을 도포하지 않은 경우에 20주 및 48주 후 열화가 진행된 모습을 확대하여 보여주는 사진이다.
또한, CaCl2(염화칼슘) 25%수용액에 침적시킨 것이 NaCl(소금물) 25%수용액에 침적된 것보다 약 60% 열화속도가 빠르다는 것을 확인할 수 있었다.
[ 시험예 2]
다음으로 실시예 1 제조물을 KS F 4919에 의거한 시험결과는 표 3과 같다. 시험기관은 한국건설생활환경시험연구원이다.
Figure 112012100708700-pat00004
1)* 겉모양 기준 : 제품의 포장 및 용기에서 꺼냈을 때 무기분체의 경우.
뭉침, 잔알갱이 및 경화 등이 없어야 하고, 폴리머혼화액의 경우는 재료분리 및 경화 등의 품질 변화가 없어야 한다.
이상과 같은 결과를 도출하였으며, 다음과 같은 시험을 추가로 실시하였다.
[ 시험예 3]
실시예 1 제조물을 콘크리트 외의 이질제인 철. 플라스틱, 종이 비철금속인 스테인레스 황동 구리 알루미늄 합성섬유에 도포 후 접착력을 확인한 결과 양호함을 확인할 수 있었다.
[ 시험예 4]
실시예 1 제조물을 도포 후의 접착력 극대화를 위하여 모체 콘크리트의 표피를 존치 후 시행한 것과 표피를 제거 후 도포한 것을 시행 1주일 후 접착력 시험을 시행한 결과 표피를 제거한 것이 미제거한 것의 약 10배의 접착력 월등함을 확인할 수 있었다.
[ 시험예 5]
실시예 1 제조물을 모체 콘크리트 표피 제거 후 수분이 유지된 상태에서 도포하여 접착력을 확인하고 모체콘크리트 표피를 제거 후 건조상태에서 도포한 것을 상대 확인결과 수분을 유지 후 도포한 것이 그렇지 않은 것보다 약 7배의 접착력 차이점을 확인할 수 있다. 이것은 도막방수제의 아크릴 코 폴리머의 접착 체인들이 콘크리트 모체의 모공에 수분이 존치되어 모공 속으로 들어갈 수 있는 삼투압 현상으로 추론할 수 있을 것이다.
[ 비교예 1]
소포제와 분산제가 투입되면 그 속에 계면활성제가 포함되므로 내수성기능이 저하될 수 밖에 없어서 이것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 도막 방수제 조성물을 제조한 다음 내수성 시험만을 실시한 결과 내수 기능은 향상이 되지만 무기안료군 즉 플라이 애쉬, 흄드실리카, 티탄 안료 등이 풀어지지 않고 뭉치는 현상을 보이며 침전도 수반이 될 뿐 아니라 콘크리트 본체에 도포를 하면 기포가 심하게 발생되어 불합리함을 확인할 수 있었다.
[ 비교예 2]
플라이 애쉬는 1400의 화로에서 석탄이 연소가 되어 연기와 동반부상된 물질이 연도의 여과천에서 포집이 되었지만 전체함양 중에서 0.5 내지 1.5 중량%은 미연소 석탄이다. 이와 같은 미연소석탄이 방수제에 어떠한 영향이 되는지 확인하기 위하여 우선 5,000cc의 비이커에 플라이 애쉬 1,000g을 넣고 3,000g의 물을 채운 후 수저를 이용하여 서서히 약 1분 정도 저어주면 불연소 석탄은 비중이 가벼우므로 물의 상부에 부상하게 되는데 이것을 여과포을 이용하여 제거한 후, 3시간 정도 방치하면 플라이 애쉬는 침전을 한다. 이때 용기를 기울여서 상등액을 서서히 제거한 후 여과포에 이것을 담아놓으면 잔류수분은 여과포를 통과하게 되고 여과포에 남은 이것의 나머지 잔류수 제거을 위해서 케? 상태에서 건조기에 넣은 후 120 유지시키고 5시간을 건조시키면 본래의 플라이 애쉬 상태가 된다. 이것을 실시예 1과 동일한 조건으로 제조 후 시험을 실시한 결과 차이점을 확인할 수 없었다.
[ 비교예 3]
산화방지제 탄닌(tannin)을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 조건으로 도막 방수제 조성물을 제조한 다음 동일한 조건의 시험을 실시한 결과 40% 정도가 열화방지가 되었음을 확인할 수 있었다.
[ 비교예 4]
아질산나트륨과 아질산칼슘을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 조건으로 도막 방수제 조성물을 제조한 다음 시편 내부의 철근의 부식 및 표피인 몰탈의 열화가 촉진되고 있음을 확인할 수 있었다.
[ 비교예 5]
실시예 1에서와 동일한 조건으로 플라이 애쉬를 대체하고자 유사한 무기물질 즉, 시멘트 및 불용성 석회 탄산칼슘 탈크 카오린을 각각 투입, 제조하여 보았다. 우선은 경제성 면에서 부합되지 않고 플라이 애쉬의 베어링효과를 기대할 수 없으며, 열화 및 산화방지력이 월등히 떨어짐을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (9)

  1. 도막 방수제 조성물에 있어서,
    일액형 도막 방수제 35 ~ 45 중량부에 물 12 ~ 22 중량부, 플라이 애쉬 45 ~ 55 중량부, 분산제 0.1 ~ 1.5 중량부, 소포제 0.08 ~ 3.0 중량부, 티탄 안료 0.5 ~ 3.0 중량부, 산화방지제로서 탄닌 1 ~ 5 중량부, 흄드실리카 0.2 ~ 3.0 중량부, 점도증가제 0.01 ~ 0.13 중량부, 양극형 무기염으로서 아질산칼슘 2 ~ 7 중량부 및 아질산나트륨 0.5 ~ 1.8 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일액형 도막 방수제는,
    물 20Kg에 50~60 RPM으로 교반시키면서 스티렌 단량체를 20~30Kg을 투입하고 온도를 70~90℃로 서서히 상승시키고 친유기유화제를 1~2kg, 친수기유화제 2~6Kg와 부틸아크릴게이트 40~60Kg 투입하며 혼합물을 제조하고 유화중합을 진행하는 제1단계;
    상기 혼합물에 물 10~20Kg 더 투입하고 온도를 85~110℃까지 올려서 50~70분간 반응시킨 후, 다시 온도를 140~150℃까지 올려서 15~25분간 공중합반응을 완료시키고, 배합회전을 70~90 RPM으로 고정시켜 점도가 550~600 cps의 에멀션을 제조하는 제2단계;
    상기 에멀션의 온도를 140~150℃에서 25~30℃까지 저온으로 하향시키고, 이 상태에서 4~7분간 정체시킨 후, 다시 서서히 온도를 110~130℃까지 상승시켜 점도를 조절하고 물성을 향상시켜 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 제조하는 제3단계; 및
    상기 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 20~28시간 1차 숙성시키고 30~40 RPM으로 회전시키면서 수용성 라텍스 15~25Kg, 폴리카르복실계 분산제 2~6Kg, 광물유계 비이온성 소포제 0.5~2Kg, 폴리에테르계 억포제 0.5~5Kg, 물 5~15Kg을 투입혼합 후 20~30시간 2차 숙성을 시키는 제4단계;
    를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5의 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물을 콘크리트에 도포하는 방법에 있어서,
    콘크리트 표피를 제거한 후 수분을 유지시킨 상태에서 상기 도막 방수제 조성물을 도포하는 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 도포방법.
  7. 도막 방수제 조성물의 제조방법에 있어서,
    물 20Kg에 50~60 RPM으로 교반시키면서 스티렌 단량체를 20~30Kg을 투입하고 온도를 70~90℃로 서서히 상승시키고 친유기유화제를 1~2kg, 친수기유화제 2~6Kg와 부틸아크릴게이트 40~60Kg 투입하며 혼합물을 제조하고 유화중합을 진행하는 제1단계; 상기 혼합물에 물 10~20Kg 더 투입하고 온도를 85~110℃까지 올려서 50~70분간 반응시킨 후, 다시 온도를 140~150℃까지 올려서 15~25분간 공중합반응을 완료시키고, 배합회전을 70~90 RPM으로 고정시켜 점도가 550~600 cps의 에멀션을 제조하는 제2단계; 상기 에멀션의 온도를 140~150℃에서 25~30℃까지 저온으로 하향시키고, 이 상태에서 4~7분간 정체시킨 후, 다시 서서히 온도를 110~130℃까지 상승시켜 점도를 조절하고 물성을 향상시켜 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 제조하는 제3단계; 및 상기 스티렌-아크릴 공중합 에멀션을 20~28시간 1차 숙성시키고 30~40 RPM으로 회전시키면서 수용성 라텍스 15~25Kg, 폴리카르복실계 분산제 2~6Kg, 광물유계 비이온성 소포제 0.5~2Kg, 폴리에테르계 억포제 0.5~5Kg, 물 5~15Kg을 투입혼합 후 20~30시간 2차 숙성을 시키는 제4단계를 포함하는 제조방법에 의하여 일액형 도막 방수제를 제조하는 S1단계;
    상기 일액형 도막 방수제 35 ~ 45 중량부에 물 12 ~ 22 중량부, 플라이 애쉬 45 ~ 55 중량부, 분산제 0.1 ~ 1.5 중량부, 소포제 0.08 ~ 3.0 중량부, 티탄 안료 0.5 ~ 3.0 중량부, 산화방지제로서 탄닌 1 ~ 5 중량부, 흄드실리카 0.2 ~ 3.0 중량부, 점도증가제 0.01 ~ 0.13 중량부를 첨가하여 제1차 제조조성물을 제조하는 S2단계; 및
    상기 제1차 제조조성물에 양극형 무기염으로서 아질산칼슘 2 ~ 7 중량부 및 아질산나트륨 0.5 ~ 1.8 중량부를 더 첨가하여 제2차 제조조성물을 제조하는 S3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플라이 애쉬는 200 내지 500 중량%의 물로 현탁액을 만든 후 미연소 석탄을 부유시키고 상기 미연소 석탄을 제거한 후 잔류 플라이 애쉬의 수분을 제거한 것으로 하는 것을 특징으로 플라이 애쉬를 이용한 염해 저항성 도막 방수제 조성물의 제조방법.
  9. 삭제
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