KR101535862B1 - 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타설된 콘크리트 표면에 정제유지류를 1회 이상 도포하여 콘크리트 공극을 정제유지류와 콘크리트 중 수산화칼슘의 알칼리에 의한 비누화반응으로 충전하므로 콘크리트 탄산화가 억제되고 방지되는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.
더불어, 상기 정제유지류 도포 전에 페인트가 도포되고 도포된 상기 페인트 위로 상기 정제유지류가 도포되는 것을 특징으로 하거나, 도포된 상기 정제유지류 위로 페인트가 도포되는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.

Description

정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법{the method for preventing carbonization of concrete using the refined cooking oil}

본 발명은 단가가 저렴하고, 이산화탄소 배출이 적어 친환경적이며, 별도의 설계변경없이 바로 적용하여 비숙련공도 소정의 품질로 시공이 가능한 정제유지류를 콘크리트 표면에 도포하는 방법을 이용한 콘크리트의 탄산화 억제공법에 관한 것이다.

최근 '기후 변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)'의 보고서에서는 지구 온난화의 원인이 인간의 산업 활동에 의한 온실가스 농도의 증가일 가능성이 매우 높다고 지적하고 있다. 이에 세계 각국은 자국의 산업을 보호하되 이산화탄소 배출량을 줄이려는 노력을 함께 하고 있다.

이에 우리나라는 2011년 저탄소녹색성장기본법을 제정ㅇ공포하고 지구를 보호하고자하는 세계정세의 흐름에 동참하고 있으며, 최근 이산화탄소(CO₂) 저감 대책에 관한 연구들이 다각적으로 이루어지고 있다. 특히, 건설산업 분야에서는 이산화탄소 배출을 억제하는 방안의 일환으로 시멘트 사용량을 줄이고, 플라이애시나 고로슬래그 미분말 등의 산업부산물인 광물질 혼화재를 결합재로 다량 사용한 콘크리트의 사용이 증대되는 추세에 있다.

그러나 광물질 혼화재를 다량 사용한 콘크리트는 탄산화가 빠르게 진행되는 문제점이 있다고 보고되고 있다. 철근콘크리트 구조물에서 콘크리트의 탄산화는 구조물의 수명을 결정하는 가장 중요한 인자로서, 탄산화는 콘크리트 내부의 철근이 부식될 수 있는 환경으로 만듦으로써 피복콘크리트 박락, 부착력 저하에 의한 철근의 인장저항력을 감소시킴으로써 구조물의 성능을 현저히 저하시켜, 궁극적으로는 구조물의 수명을 저하시킨다.

한편, 콘크리트 구조물의 탄산화 억제 방법으로는 콘크리트 표면을 도막처리하여 콘크리트 내부로 유입되는 CO₂ 및 수분의 침투 등을 물리적으로 차단하는 방안과 알카리성을 상실한 기존 콘크리트에 알카리성을 부여하여 철근의 부식을 방지하는 공법 등이 제안되고 있다. 또한 최근에는 콘크리트 제조시 미세철분을 혼입시켜 사용환경 중 콘크리트 표면의 철분이 부식되어 그 팽창력으로 표면조직을 치밀화함으로서 내부로의 탄산화 진행을 억제할 수 있는 연구도 진행하고 있다.

그런데, 콘크리트의 탄산화를 억제할 수 있는 방안으로 콘크리트 표면을 도막처리하여 탄산가스 침투를 억제하는 방법에 사용되는 재료는 에폭시, 아크릴 수지 등의 고분자 계통을 사용하고 있었으나 재료의 단가가 고가이며, 이를 생산하기 위해서는 이산화탄소 배출이 불가피한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것으로, 그 목적은 다음과 같다.

첫째, 별도의 설계변경없이 타설된 콘크리트 표면에 정제유지류를 도포하여 탄산가스 침투에 의한 탄산화를 억제하여 철근 부식을 방지함으로써 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장시킬 수 있고 효과적으로 콘크리트의 탄산화를 방지하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공하고자 한다.

둘째, 상기 정제유지류는 기존의 탄산화 억제 방지제에 비해 가격이 저렴하고 산업폐기물인 유지류를 재활용할 수 있어 환경오염을 감소시킬 수 있는 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공하고자 한다.

셋째, 신축 콘크리트 구조물의 경우 정제유지류를 콘크리트 표면에 즉시 도포하여 콘크리트 내의 수분증발을 차단함으로써 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있으면서 동시에 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 타설된 콘크리트 표면에 정제유지류를 1회 이상 도포하여 콘크리트 공극을 미세비누입자로 충전하므로 콘크리트의 탄산화가 억제되고 방지되는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트의 탄산화 억제공법을 제공한다.

더불어, 상기 정제유지류가 도포되기 전에 페인트가 도포되어 있는 경우 도포된 상기 페인트 위로 상기 정제유지류가 도포되는 것을 특징으로 하거나, 도포된 상기 정제유지류 위로 페인트가 도포되는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 별도의 설계변경 없이 타설된 콘크리트 및 기존 콘크리트 구조물에 정제유지류를 도포시 탄산가스 침투에 의한 탄산화를 억제하여 철근 부식을 방지함으로써 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장시킬 수 있으므로 효과적으로 콘크리트의 탄산화를 방지하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.

둘째, 상기 정제유지류는 기존의 탄산화 억제 방지제에 비해 가격이 저렴하고 산업폐기물인 유지류를 재활용할 수 있어 환경오염을 감소시킬 수 있는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.

셋째, 신축 콘크리트 구조물의 경우 정제유지류를 콘크리트 표면에 즉시 도포하여 콘크리트 내의 수분증발을 차단함으로써 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법을 제공한다.

도 1은 신축건물에 본 발명을 적용하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실험계획을 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 정제유지류의 물리적 성질을 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 합성수지에멀션의 물리적 성질을 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명의 적용으로 인한 재령별 탄산화 촉진 실험결과이다.
도 6은 본 발명의 적용으로 인한 W/B 40% 즉시도포에서 결합재 종류 및 도포제 변화에 따른 탄산화 깊이를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 적용으로 인한 W/B 60% 즉시도포에서 결합재 종류 및 도포제 변화에 따른 탄산화 깊이를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 적용으로 인한 W/B 40% FA30에서 RCO 도포시기에 따른 탄산화 특성을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 적용으로 인한 W/B 60% FA30에서 RCO 도포시기에 따른 탄산화 특성을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 적용으로 인한 W/B 40% BS60에서 RCO 도포시기에 따른 탄산화 특성을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 적용으로 인한 W/B 60% BS60에서 RCO 도포시기에 따른 탄산화 특성을 도시한 것이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법은 타설된 콘크리트 표면에 정제유지류를 1회 이상 도포하여 콘크리트 공극을 미세비누입자로 충전하므로 콘크리트의 탄산화가 억제되고 방지되는 것을 특징으로 한다.

즉, 고강도 콘크리트에 정제유지류를 혼입시 유지류의 지방산 성분과 콘크리트내에 생성되는 수산화칼슘이 비누화 반응으로 인해 콘크리트 내의 모세관 공극을 채워줌으로써 탄산가스 침투를 저감할 수 있다.

따라서 본 발명은 신축 또는 기존 콘크리트 구조물 내외벽 표면에 정제유지류를 도포함으로써 콘크리트의 공극을 미세비누입자가 충전하여 콘크리트의 탄산가스 침투를 억제하는 것을 가장 큰 특징으로 한다.

상기 비누화 반응을 설명하면,

유지류는 지방산(

)으로 표현이 가능한데 이러한 지방산들은 알칼리성이 강한 콘크리트 내부에서 염기성 가수분해과정을 거치게 된다. 염기성 가수분해는 비누를 만드는 과정중 하나로서 지방산에 가성소다(

), 수산화칼륨(

), 수산화칼슘(

) 등의 강알카리 물질을 혼합하면 OH-이온과 지방산이 반응하여 비누와 글리세린으로 나뉘게 되는 것이 비누화 과정이다.

도 1은 신축건물에 본 발명을 적용하는 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 벽체의 거푸집 탈형 후 바로 또는 양생시간을 거쳐 상기 정제유지류를 도포하면 콘크리트 내부의 수분증발을 막아 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있으며, 장기적으로 탄산가스 침투를 억제함으로써 콘크리트의 탄산화를 방지하는 효과를 가져온다.

본 발명은 상기 정제유지류 도포 전에 페인트가 도포되고 도포된 상기 페인트 위로 상기 정제유지류가 도포되는 것을 특징으로 하거나, 도포된 상기 정제유지류 위로 페인트가 도포되는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 실험계획을 나타낸 표이다.

먼저, 실험요인으로 W/B는 40, 60% 2수준에 대하여 목표 슬럼프 150±25mm, 목표 공기량 4.5±1.5%로 계획하고, 결합재는 보통포틀랜드시멘트(OPC)에 대한 질량비로 각 0% wt, 플라이애시 30% wt (이하 FA30)와 고로슬래그 미분말 60% wt (이하 BS60)를 단독 치환한 3수준으로 한다.

양생은 탈형 즉시 재령 4주까지 20±2℃에서 수중양생하고, 재령 8주까지 상대습도 60±5%, 20±2℃의 항온항습실에 정치(定置)하는 것으로 한다. 도포방법은 즉시, 탄산화 촉진 1주, 4주 후에 도포하는 것으로 하며, 도포제 종류는 무도포, 합성수지 에멀션 페인트, 정제유지류, 정제유지류+합성수지 에멀션 페인트 등 4수준을 도포하는 것으로 계획한다.

실험사항으로 굳지 않은 콘크리트는 슬럼프, 슬럼프 플로, 공기량, 단위용적질량, 응결시간 및 블리딩을 측정하는 것으로 하고, 경화 콘크리트는 재령에 따라 압축강도 및 탄산화 깊이를 측정하는 것으로 계획한다.

촉진 탄산화 시험은 온도 20±2℃, 상대습도 60±5%, 탄산가스 5±0.2%의 농도로 하고, 1, 4, 8, 13, 26주 재령에서 촉진 탄산화 깊이를 측정한다. 탄산화 깊이 측정 면은 소정의 재령에 도달한 시점의 시험체 1측면을 6등분한 5개소로 할열면에 페놀프탈레인 1% 용액을 분무한 후 각 절단 시험체의 2측면을 측정, 시험체 1개당 10개소를 측정하여 평균치로 구한다.

도 3은 본 발명에 사용되는 정제유지류의 물리적 성질을 나타낸 표이고, 도 4는 본 발명에 사용되는 합성수지에멀션의 물리적 성질을 나타낸 표이다.

본 발명에서 상기 정제유지류는 액상으로 밀도 0.7~1.3g/㎤, 함수율 0.18~0.25%, 점도 48~55cP(20℃기준)인 것을 특징으로 하고,

상기 정제유지류에 합성수지에멀션이 혼합되는 경우 상기 합성수지에멀션은 액상으로 안료분 30~40%, 비휘발분 50~60%, 고화건조시간 15~25분인 것을 특징으로 할 수 있는 데,

본 실험에서는 상기 정제유지류는 액상으로 밀도 0.98g/㎤, 함수율 0.21%, 점도 52cP(20℃기준)인 것을 그리고 상기 합성수지에멀션은 액상으로 안료분 35%, 비휘발분 58%, 고화건조시간 20분인 것을 적용한다.

도 5는 RCO 즉시도포 시 재령별 탄산화 실험 측정결과이고, 도 6 및 7은 이를 그래프로 나타낸 것이다.

재령별 탄산화 촉진실험 결과 W/B 40%보다 W/B 60% 일 때 탄산화가 빠르게 진행되는 것으로 나타났으며, 결합재 배합에 따른 탄산화 진행속도는 FA30이 가장 빠르게 탄산화가 진행되었고, 다음으로 BS60의 탄산화 진행속도가 빨랐으며 Plain이 가장 느리게 탄산화가 진행되는 것으로 나타났다.

한편, 도포제 종류에 따른 탄산화 억제 특성은 결합재 배합별 무도포 실험체를 기준으로 재령26주에서 RCO를 도포하였을 때 최대 52%(W/B 40%, FA30), 평균 47% 정도의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났고, RCO+PEP를 도포하였을 때 최대 32%(W/B 60%, Plain), 평균 20%의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다. 반면 PEP만 도포하였을 때는 최대 20%(W/B 40%, Plain), 평균 11% 정도의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다.

도포제 종류에 따른 탄산화 억제효과는 RCO를 도포하였을 때가 가장 우수하였으며 RCO+PEP, PEP 순서로 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다. 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타난 RCO의 결합재 종류에 따른 탄산화 억제효과는 Plain에서 약 47%, FA30에서 약39%, BS60 에서는 약 43% 정도로서 RCO의 탄산화 억제효과는 Plain에서 가장 우수한 경향이 있는 것으로 나타났다.

도 8 내지 11은 RCO(정제유지류) 도포시기에 따른 혼화재 다량치환 콘크리트의 탄산화 억제특성을 분석한 그래프이다.

먼저, 탄산화 억제효과는 즉시 도포, 탄산화 촉진 1주 후 도포, 탄산화 촉진 4주 후 도포, 총 3가지 재령별 도포에서 W/B(물결합재비)에 상관없이 RCO를 도포하였을 때 가장 우수한 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다.

반면, RCO+PEP(정제유지류+합성수지 에멀션), PEP(합성수지 에멀션)를 각각 도포 했을 때, 즉시 도포 시에는 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났으나, 탄산화 촉진 1주, 4주 후 도포 시에는 탄산화 억제효과가 거의 없는 것으로 나타났다.

한편, 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타난 RCO는 무도포 기준, 즉시 도포 시 40∼50% 정도의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났고, 탄산화 촉진 1주 후 도포 시 20∼30%, 탄산화 촉진 4주 후 도포 시 10∼14% 정도 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다.

또한, RCO는 즉시 도포 및 탄산화 촉진 1주 후 도포 시 Plain에 대한 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타났으나, 탄산화 촉진 4주 후 도포 시에는 BS60의 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 그러나 결합재 종류에 따른 탄산화 억제효과의 차이는 미미한 것으로 볼 수 있다.

탄산화 현상에 취약한 혼화재 다량치환 콘크리트에 페인트(PEP), 정제유지류(RCO) 및 RCO+PEP를 도포한 후 재령경과에 따른 촉진탄산화 실험을 통해 정제유지류의 탄산화 억제성능을 분석함으로써 혼화재 다량치환 콘크리트의 탄산화 억제방안을 제시하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) RCO 도포에 따른 탄산화 억제특성으로 먼저, 도포제 종류에 따른 탄산화 억제효과는 RCO, RCO+PEP, PEP 순으로 나타나 3가지 도포제 중 RCO의 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 결합재 종류에 따른 탄산화 억제효과는 Plain, FA30, BS60 3가지 실험체 모두 RCO를 도포하였을 때 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타났다.

2) 도포시기에 따른 탄산화 억제효과는 즉시도포, 촉진 탄산화 1주 후 도포, 촉진 탄산화 4주 후 도포의 순으로 억제효과가 있는 것으로 나타났고, 3가지 도포시기에서도 RCO의 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, RCO 도포 시 탄산화 억제효과는 무도포 기준, 즉시도포 시 40∼50% 정도의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났고, 촉진 탄산화 1주 후 도포 시 20∼30%, 촉진 탄산화 4주 후 도포 시 10∼14% 정도의 탄산화 억제효과가 있는 것으로 나타났다. 그러므로, 결합재 종류, W/B 비율, 도포시기에 따른 실험조건 모두 RCO의 탄산화 억제효과가 가장 우수한 것으로 사료된다.

이상을 종합해보면, RCO 도포가 혼화재 다량치환 콘크리트의 탄산화 억제에 상당히 효과적으로 적용될 수 있고, RCO는 탄산화가 진행되었거나 진행 중인 콘크리트에서도 탄산화 억제효과를 기대할 수 있다. 또한, RCO의 도포 시기는 콘크리트 양생 시작 후 즉시 도포하는 것이 혼화재 다량치환 콘크리트의 탄산화를 가장 효과적으로 억제할 수 있는 방안으로 판단된다.

결론으로, 본 발명은 별도의 설계변경없이 타설된 콘크리트 및 기존콘크리트 구조물 표면에 정제유지류를 도포시 탄산가스 침투에 의한 탄산화를 억제하여 철근 부식을 방지함으로써 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장시킬 수 있고 효과적으로 콘크리트 탄산화를 방지하며,

상기 정제유지류는 기존의 탄산화 억제 방지제에 비해 가격이 저렴하고 산업폐기물인 유지류를 정제유지류로 하여 재활용할 수 있어 환경오염을 감소시킬 수 있다.

그리고, 신축 콘크리트 구조물의 경우 정제유지류를 콘크리트 표면에 즉시 도포하여 콘크리트 내의 수분증발을 차단함으로써 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있는 장점도 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (5)

1. 타설된 콘크리트 표면에 정제유지류를 1회 이상 도포하여 콘크리트 공극을 미세비누입자로 충전하므로,
   콘크리트 탄산화가 억제되고 방지되며,
   콘크리트 내부의 수분증발을 차단하는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 정제유지류는 액상으로 밀도 0.7~1.3g/㎤, 함수율 0.18~0.25%, 점도 48~55cP(20℃기준)인 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법.
   
4. 제3항에서,
   상기 정제유지류에는 합성수지에멀션이 혼합되는 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법.
   
5. 제4항에서,
   상기 합성수지에멀션은 액상으로 안료분 30~40%, 비휘발분 50~60%, 고화건조시간 15~25분인 것을 특징으로 하는 정제유지류를 이용한 콘크리트 탄산화 억제공법.

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