KR101550220B1 - 분말 구체방수제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

분말 구체방수제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 분말 구체방수제는 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 포함한다. 또한 본 발명의 분말 구체방수제는 피로역청 입자를 더 포함할 수 있는데, 피로역청 입자의 첨가량은 전체 분말 구체방수제 전체의 0.5 내지 1중량%인 것이 바람직하다.

Description

분말 구체방수제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법{Powder-type self waterproofing admixture, manufacturing methode of the same and methode of construction using the same}
본 발명은 분말 타입의 구체방수제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레미콘에 혼합하여 콘크리트를 타설함으로써 콘크리트 구조물 자체에 방수성을 부여할 수 있는 분말 구체방수제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
콘크리트는 물, 시멘트, 모래, 자갈 등의 골재 등을 구성성분으로 하며, 시멘트와 물이 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 건물, 교량, 터널 등의 건축 구조물을 형성하는데 이용된다.
콘크리트 구조물은 땅속에 묻히는 지하층, 공기에 노출되는 표층부로 나누어 지는데, 지하층은 항상 수분에 접하여 있고 온도의 변화에 따른 수축 및 팽창이 반복되면서 내구성이 저하될 수 있다. 콘크리트의 내구성 저하는 특히 수분에 의한 영향을 많이 받으며, 물은 콘크리트를 열화시키는 매개체 역할을 하며 용존되어 있는 황산염, 질산염, 탄산염, 산성비 등은 콘크리트 구조물의 손상을 가속화할 수 있다.
콘크리트가 경화되는 과정인 수화반응에서 콘크리트 내부에 공극이 형성되는 것은 필연적인데, 이러한 내부 공극은 콘크리트 구조물에 수분이 침투하는 경로가 된다. 내부 공극을 통하여 수분이 침투하면 미세균열을 발생시킬 수 있고, 이는 콘크리트의 방수성능을 저하시키는 동시에 철근 등을 부식시키면서 콘크리트 구조물의 수명에도 큰 영향을 미칠 수 있다.
콘크리트에 방수성을 부여하는 방법으로는 콘크리트 표면에 방수막을 형성하는 방법, 일정 깊이까지 방수제를 침투시키는 방법, 콘크리트 내부 공극과 크랙 발생을 방지하는 방법 등이 있는데, 세 번째 경우와 같이 콘크리트 자체에 방수성을 부여하는 방법을 구체방수라고 부른다. 구체 방수는 물의 혼합량을 감소시켜 내부 공극의 발생을 억제하는 방법, 내부 공극을 미세한 입자로 메우는 방법, 발수성을 가지는 물질을 혼합하여 수분의 내부 침투를 방지하는 방법 등에 의하여 구현된다.
콘크리트용 분말형 구체방수제에 관한 선행문헌으로는 한국등록특허 제655260호가 있다. 상기 선행문헌은 응회암(tuff), 화산재(volcanic ash), 진주암(perlite)을 포함하여 구성되며, 구성 광물에 비정질 실리카, 필립사이트, 소듐칼슘 알루미늄 실리케이트를 포함하는 천연무기광물 10 ~ 60중량%와, 실리카흄 10 ~ 30중량%와, 플라이애쉬 또는 고로수쇄슬래그 미분말 10 ~ 40중량%, 그리고 황산염 5 ~ 25중량%를 포함하는 구체 방수재에 관하여 개시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌에 개시된 구체 방수제는 무기입자들에 의한 방수효과만을 가지고 있으므로 방수 성능의 개선 효과에 한계를 가지고 있다. 따라서, 다양한 메커니즘에 의하여 방수 성능이 발현되면서도 작업성이 우수한 새로운 분말 구체 방수제의 개발 필요성이 매우 크다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 다양한 메커니즘에 의한 방수 성능이 발현되면서도 작업성이 개선된 분말 구체방수제를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 분말 구체방수제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 포함하는 분말 구체방수제를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 분말 구체방수제는 전체의 0.5 내지 1중량%의 피로역청 입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 혼합하는 제1단계와, 피로역청을 입도 10 내지 50마이크론의 범위로 분쇄하여 피로역청 입자를 제조하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 제조된 혼합물과 제2단계에서 제조된 피로역청 입자를 99.5:0.5 내지 99:1의 중량비로 혼합하는 제3단계를 포함하는 분말 구체 방수제의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 분말 구체방수제와 이의 제조방법은 아래의 효과를 가진다.
1. 스테아린산 아연과 같은 지방산 금속염이 콘크리트 내부에 발수성을 부여함으로써 콘크리트의 방수성능이 향상된다.
2. 무기입자인 실리카 퓸, 활성실리카, 규조토가 콘크리트 내부 공극을 충진하여 콘크리트 내부조직을 보다 치밀하게 하며, 특히 서로 다른 직경의 무기입자들이 이용되어서 콘크리트의 수밀성을 보다 향상시킬 수 있다.
3. 피로역청 입자는 탄화수소로 이루어져 높은 발수성을 가지고, 입도가 수십 마이크론인 미세한 소수성 입자로 이루어져 레디 믹스트 콘크리트(ready mixed concrete) 또는 모르타르 배합이나 타설시 이들 조성물 내부에서 볼 베어링 작용을 하면서 콘크리트 또는 모르타르의 치밀성을 향상시키며, 콘크리트 또는 모르타르의 내부 공극을 충진하는 기능을 함께 하므로 콘크리트 또는 모르타르의 방수성을 더욱 향상시킬 수 있다.
4. 구체방수제에 하이드로 겔 입자가 포함되어 있으므로, 내부로 수분이 침투할 경우 하이드로 겔 입자의 팽창 작용에 의하여 수분이 더 이상의 깊이로 침투하는 것이 효과적으로 방지된다.
5. 구체방수제의 성분으로 공기 연행제가 포함되어 있어서, 작업성을 개선하면서도 물의 혼합비율을 감소시킬 수 있으므로 수밀성을 더욱 향상시킬 수 있다.
6. 부식 방지제가 포함되어서 철근 등의 부식이 방지된다.
본 발명의 분말 구체방수제는 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 포함한다.
구체방수제는 콘크리트 조성물로 이루어진 레미콘에 혼합하여 사용하는 구체방수제이다. 분말 구체방수제는 방수를 위한 다양한 성분이 포함되어 있고, 액상 구체방수제보다 보관 및 취급이 용이하다.
본 발명의 구체방수제는 지방산 염, 무기입자, 피로역청 입자, 공기 연행제, 부식 억제제 및 하이드로겔 입자를 포함한다.
지방산 염은 발수성분으로서, 콘크리트에 발수성을 부여하고 콘크리트의 수밀성을 향상시킨다. 지방산 염은 올레인산 염 또는 스테아린산 염일 수 있고, 구체적으로 올레인산 칼슘, 올레인산 알루미늄, 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 암모늄 등이 이용될 수 있다.
무기입자는 콘크리트 구조물 내부에 포함되어서 수화반응에서 생성된 내부 공극을 메우게 된다. 무기입자는 실리카 퓸, 활성실리카, 규조토일 수 있고, 실리카 퓸, 활성실리카, 규조토는 서로 다른 직경을 가지는 것이 바람직한데, 실리카 퓸은 활성실리카와 규조토에 비하여 직경이 큰 것이 바람직하다. 서로 다른 직경의 무기입자가 혼합되면 다양한 크기의 공극을 메우는데 보다 유리하다. 실리카 퓸의 직경은 50 내지 300마이크론의 범위에 있는 것이 바람직하고, 활성실리카와 규조토의 직경은 10 내지 50마이크론의 범위에 있는 것이 바람직하다.
공기 연행제는 미세한 기포를 발생시켜 콘크리트 혼합물의 점도를 조절하는 기능을 하는데, 구체적으로 나트륨 라우릴 황산염(sodium lauryl sulfate)이 이용될 수 있다. 공기 연행제가 레미콘에 혼합되면 레미콘의 점도를 조절하여 물의 첨가량을 줄일 수 있으면서도 작업성을 확보할 수 있다.
부식 억제제는 콘크리트 내부의 철근 등이 부식되는 것을 방지하는 기능을 하는데, 구체적으로 소듐 벤조에이트(sodium benzoate)가 이용될 수 있다. 계면활성제는 구체방수제의 성분들이 레미콘에서 잘 분산될 수 있도록 도와주는데, 계면활성제로는 알킬벤젠 설포네이트(alkyl benzene sulfonate)가 이용될 수 있다.
하이드로 겔 입자는 물을 흡수하여 팽창하는 성질을 가지고 있는 고분자 수지 입자인데, 구체적으로는 폴리-2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(poly-2-hydroxyethylmethacrylate, PHEMA)일 수 있다. 하이드로 겔 입자는 콘크리트 구조물 내부에 분산되고, 표면에서 수분이 침투하면 수분을 흡수하면서 팽창한다. 콘크리트 내부 공극에 위치한 하이드로 겔 입자는 팽창하면서 공극을 메우고, 수분이 더 이상 내부로 침투하는 것을 방지하는 기능을 한다. 하이드로 겔 입자는 기본적으로 수분을 흡수하여 팽창하는 성질을 가지고 있지만, 수분에 포함된 염의 농도에 따라 흡수된 수분을 외부로 배출하기도 한다. 콘크리트 조성물인 레미콘에는 많은 종류의 염들이 존재하므로 하이드로 겔 입자가 콘크리트 조성물에 존재하는 상태에서는 상대적으로 팽창이 이루어지지 않은 상태로 존재한다. 콘크리트가 양생된 상태에서 분산되어 존재하던 하이드로 겔은 외부에서 지하수, 빗물 등이 침투하는 상태에서는 수분을 흡수하면서 공극을 메워 더 이상 수분이 침투하지 못하는 기능을 한다. 하이드로 겔 입자의 직경은 5 내지 20마이크론인 것이 바람직하다. 하이드로 겔 입자의 직경이 5마이크론 미만이면 제조가 어렵고, 20마이크론을 초과하면 분산이 어려워진다.
피로역청(pyrobitumen)은 고상의 탄화수소계 물질로서, 역청과 달리 불용성(infusible, insoluble)인 것이 특징이다. 피로역청은 아스팔트계와 비아스팔트계로 구분되는데, 아스팔트계 피로역청은 석유에서 유래하고, 비아스팔트계 피로역청은 광물에서 유래한다. 피로역청은 탄화수소계로 이루어져 표면이 소수성을 가지므로 콘크리트 내부에 충전되어 콘크리트에 발수성을 부여하고, 작은 입자로 분쇄가 가능하므로 콘트리트 내부의 공극을 충진하는 기능도 함께 할 수 있다. 피로역청 입자는 10 내지 50마이크론의 입도를 가지는 것이 바람직하다. 10마이크론 미만으로는 분쇄하는 것이 어렵고, 50마이크론을 초과하면 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 에서의 분산이 어렵다. 피로역청 입자가 콘크리트 또는 모르타르의 방수성을 향상시키는 이유는 다음과 같다. 첫 번째로 피로역청 입자는 탄화수소로 이루어져 있으므로 소수성 표면을 가지며, 콘크리트 또는 모르타르 내부로 침투하는 수분이 더 이상의 깊이로 확산되는 것을 방지한다. 두 번째로 피로역청 입자는 10 내지 50마이크론의 입도를 가지는 미세한 소수성 입자이므로 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 배합이나 타설시 이들 조성물 내부에서 볼 베어링 작용에 의하여 콘크리트 또는 모르타르의 치밀성을 향상시킨다. 세 번째로 피로역청 입자는 콘크리트 또는 모르타르의 양생과정에서 발생한 미세한 내부 공극을 충진시킨다.
본 발명의 분말 구체방수제의 구성 성분인 지방산 염, 무기입자, 공기 연행제, 부식 억제제, 하이드로겔 입자는 일정 범위의 성분비로 혼합되는 것이 바람직하다. 구체적으로 분말 구체방수제는 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
또한 분말 구체방수제는 상기 비율로 혼합된 분말 구체방수제 전체의 0.5 내지 1중량%의 피로역청 입자를 더 포함할 수 있다. 피로역청 입자의 혼합량이 0.5중량% 미만이면 피로역청 입자에 의한 발수효과가 낮아서 방수효과가 부족할 수 있고, 1중량%를 초과하면 콘크리트의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 분말 구체방수제의 제조단계는 지방산 염, 무기입자, 공기 연행제, 부식 억제제, 하이드로겔 입자를 혼합하는 제1단계, 피로역청 입자를 제조하는 제2단계 및 제1단계의 혼합물과 피로역청 입자를 혼합하는 제3단계로 일어질 수 있다. 제1단계에서는 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 상온에서 혼합한다. 이어서, 제2단계에서는 피로역청 덩어리를 볼밀 분쇄기로 분쇄하여 평균 입도 10 내지 50마이크론을 가지는 피로역청 입자를 제조한다. 마지막으로 제3단계에서는 제1단계에서 제조된 혼합물과 피로역청 입자를 99.5:0.5 내지 99:1의 중량비로 상온에서 혼합한다.
상기의 방법으로 제조된 분말 구체방수제는 지방산 염, 무기충전입자, 피로역청 입자, 하이드로 겔 입자 등을 포함하여, 콘크리트 또는 모르타르 조성물에 혼합되면 높은 방수성을 가지는 콘크리트 또는 모르타르를 제조할 수 있다. 이러한 분말 구체방수제는 타설 전에 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르에 혼합되어야 하는데, 현장혼합 방식 또는 공장혼합 방식으로 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르에 혼합될 수 있다. 현장혼합은 믹스트럭(mix truck)에 직접 투입하여 혼합하는 방식으로서, 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 1루배당 9 내지 12kg의 양으로(레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 1루배당 시멘트 300kg이 혼합되는 것을 기준으로 함) 믹스트럭의 내부에 분말 구체방수제를 투입한 후 3분 이상 고속회전하면서 균일하게 혼합한다. 공장혼합은 대량의 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르를 제조하는 설비인 배처플랜트(batcher plant)에서 분말 구체방수제를 혼합하는 방식으로서, 레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 1루배당 9 내지 12kg의 양으로(레디 믹스트 콘크리트 또는 모르타르 1루배당 시멘트 300kg이 혼합되는 것을 기준으로 함) 첨가되어 사용될 수 있다.
아래에서 실시예와 평가예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예 1(분말 구체방수제의 제조)
먼저, 스테아린산 아연 100g, 실리카 퓸 15g, 활성실리카 12g, 규조토 35g, 나트륨 라우릴 황산염 1.5g, 소듐 벤조에이트 1.5g, 폴리-2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 입자(평균직경 : 10마이크론) 2g 및 계면활성제 1.5g을 혼합하여 분말 구체방수제를 제조하였다.
실시예 2(분말 구체방수제의 제조)
피로역청 덩어리(황지탄광 채굴)를 볼밀 분쇄기로 분쇄하여 평균 입도 30마이크론을 가지는 피로역청 입자를 제조하였다. 이어서, 실시예 1에 따라 제조된 분말 구체방수제와 피로역청 입자를 99.3:0.7의 중량비로 상온에서 혼합하였다.
실시예 1-1(콘크리트 조성물의 제조)
콘크리트 조성물에 관한 강도, 흡수비, 투수비를 측정하기 위하여, 포틀랜드 시멘트 1000중량부, 모래 2450중량부, 물 500중량부로 혼합된 몰타르에, 실시예 1에 따라 제조된 분말 구체방수액을 포틀랜드 시멘트의 3.5중량%로 첨가하고, 상온에서 5분간 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 2-1(콘크리트 조성물의 제조)
콘크리트 조성물에 관한 강도, 흡수비, 투수비를 측정하기 위하여, 포틀랜드 시멘트 1000중량부, 모래 2450중량부, 물 500중량부로 혼합된 몰타르에, 실시예 2에 따라 제조된 분말 구체방수액을 포틀랜드 시멘트의 3.0중량%로 첨가하고, 상온에서 5분간 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 2-2(콘크리트 조성물의 제조)
콘크리트 조성물에 관한 강도, 흡수비, 투수비를 측정하기 위하여, 포틀랜드 시멘트 1000중량부, 모래 2450중량부, 물 500중량부로 혼합된 몰타르에, 실시예 2에 따라 제조된 분말 구체방수액을 포틀랜드 시멘트의 3.5중량%로 첨가하고, 상온에서 5분간 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
실시예 2-3(콘크리트 조성물의 제조)
콘크리트 조성물에 관한 강도, 흡수비, 투수비를 측정하기 위하여, 포틀랜드 시멘트 1000중량부, 모래 2450중량부, 물 500중량부로 혼합된 몰타르에, 실시예 2에 따라 제조된 분말 구체방수액을 포틀랜드 시멘트의 4.0중량%로 첨가하고, 상온에서 5분간 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
비교예(콘크리트 조성물의 제조)
콘크리트 조성물에 관한 강도, 흡수비, 투수비를 측정하기 위하여, 분말 구체 방수액을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 5분간 교반하여 모르타르 조성물을 제조하였다.
아래의 표 1에 실시예 1-1 내지 비교예에 따라 제조된 콘크리트 조성물의 조성비를 정리하였다.
[표 1]
Figure 112015037063324-pat00001

평가예(압축강도 및 방수성능 평가)
실시예들과 비교예의 모르타르 조성물을 이용하여 KS F 2405 및 KS F 4926에 규정된 평가방법에 따라 압축강도비, 흡수비, 투수비를 각각 측정하였다.
아래의 표 2에 평가결과를 정리하였다. 실시예들의 결과가 비교예보다 흡수비와 투수비가 우수함을 확인하였고, 특히 실시예 2-1, 실시예 2-2, 실시예 2-3에서 흡수비와 투수비가 우수하였다.
[표 2]
Figure 112015037063324-pat00002

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

  1. 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 포함하는 분말 구체방수제로서, 피로역청 입자를 상기 분말 구체방수제를 구성하는 전체 성분의 총 함량 100중량% 기준으로 0.5 내지 1중량% 범위 내로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 구체방수제.
  2. 삭제
  3. 스테아린산 아연 100중량부, 실리카 퓸 10 내지 20중량부, 활성실리카 10 내지 15중량부, 규조토 30 내지 40중량부, 나트륨 라우릴 황산염 1 내지 2중량부, 소듐 벤조에이트 1 내지 2중량부, 하이드로겔 입자 1 내지 3중량부 및 계면활성제 1 내지 2중량부를 혼합하는 제1단계;
    피로역청을 입도 10 내지 50마이크론의 범위로 분쇄하여 피로역청 입자를 제조하는 제2단계;
    상기 제1단계에서 제조된 혼합물과 제2단계에서 제조된 피로역청 입자를 99.5:0.5 내지 99:1의 중량비로 혼합하는 제3단계;를 포함하는 분말 구체 방수제의 제조방법.
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