KR101831827B1 - Water-resist pozzolan concrete composition - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a crack self-repairing waterproof pozzolanic concrete composition including an amine-based rust inhibitor and a pozzolanic reactant, capable of not only reducing the occurrence element of defects after construction but also reducing the corrosion of a reinforcing rod due to an inhibitor by reducing damage due to salt and self-repairing a small scale crack. The crack self-repairing waterproof pozzolanic concrete composition including an amine-based rust inhibitor and a pozzolanic reactant according to the present invention includes 10 to 25% by weight of cement; 0.05 to 1% by weight of the amine-based rust inhibitor; 0.1 to 2.5% by weight of natural pozzolan; 28.25 to 34.84% by weight of sand; and 4.5 to 11.25% by weight of water.

Description

아민계 방청제와 포졸란 반응물질을 포함한 균열 자기 보수형 방수성 포졸란 콘크리트 조성물{WATER-RESIST POZZOLAN CONCRETE COMPOSITION}[0001] WATER-RESIST POZZOLAN CONCRETE COMPOSITION [0002] This invention relates to a waterproof pozzolanic concrete composition containing an amine-based rust inhibitor and a pozzolanic reaction material.

본 발명은 방수성 콘크리트 조성물에 관한 것으로 특히 교량 등의 구조물에 적용하였을 경우 철근의 부식을 억제하고 제설제등의 염수에 대한 저항성이 부여되어 구조물의 수명을 연장할 수 있는 콘크리트의 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a waterproof concrete composition, and more particularly, to a concrete composition capable of inhibiting the corrosion of reinforcing bars when applied to a bridge or the like, and imparting resistance to salt water such as a snow remover, thereby extending the life of the structure.

콘크리트는 일반적으로 시멘트와 골재를 혼합하고 이를 경화시킨 것으로 말하며 경화되기 전 무형의 형태로 존재하나 경화 후 매우 단단한 경화체로 변화하여 우리 생활에 매우 요긴한 재료이다. 콘크리트는 일반적이 모든 특성이 시멘트에 의하여 결정되며 특히 압축 저항성, 인장강도, 흡수측성 등의 물리적인 특성의 결정은 시멘트에 의하여 좌우 된다.Concrete is generally made by mixing cement and aggregate and curing it. It is present in an intangible form before curing but it changes into a hard solid after curing and is a very important material for our life. All the general characteristics of concrete are determined by cement, and the determination of the physical properties such as compression resistance, tensile strength and absorption tendency depends on cement.

시멘트는 칼슘과 실리카, 알루미나 등으로 구성된 화합물이며 물과 반응하여 일정량의 결합수를 갖게 됨으로써 경화되는데 이를 수경반응이라 한다. 광의의 시멘트는 무정형의 상으로 존재하나 특정한 조건이후 불가역적인 정형적 물체로 변화하는 모든 물질을 칭하며 치과에 사용하는 재료역시 시멘트로 칭하기도하나 일반적인 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 칭한다. 고대 이집트의 경우 화산재와 수산화칼슘을 이용하여 건축물을 짓는데 사용하였으며 유럽의 경우 실내의 장식등에 회반죽을 사용하였으나 이들 모두 시멘트의 범위에 포함된다.Cement is a compound composed of calcium, silica, and alumina. It reacts with water to have a certain amount of bonding water, which is cured. The broad cement is an amorphous phase, but it refers to any substance that changes into an irreversible shaped object after a certain condition. The material used for the dentistry may also be called cement, but the common cement is portland cement. In ancient Egypt, it was used to build buildings using ash and calcium hydroxide. In Europe, plaster was used for interior decorations, but all of them are included in the scope of cement.

포졸란이란 자체적으로 경화되지 않으나 알칼리와 같은 특정한 분위기에서 서서히 굳어지는 물질을 통칭하며 이의 분류는 천연 포졸란과 인공 포졸란의 분류된다. 화력발전소에서 발생하는 연소재 중 비산되어 포집된 경량분을 플라이 애쉬(Fly ash)나 제철소에서 발생하는 슬래그(Slag) 등이 인공 포졸란의 대표적인 예이다. 천연 포졸란은 화산재나 구조토가 대표적인 것으로, 그 반응 메카니즘은 인공 포졸란과 천연 포졸란 모두 동일하고 가용성 수산화 칼슘이 포졸란에 포함된 실리카를 서서히 부식시킨 후 침식되어 고착되는 경로로 진행된다.Pozzolan is a substance that does not cure itself but slowly solidifies in a specific atmosphere such as alkali. Its classification is classified into natural pozzolan and artificial pozzolana. Fly ash and slag generated from steel mills are typical examples of artificial pozzolans, as lightweight materials collected and scattered among the burned materials generated from thermal power plants are called slag. Natural pozzolan is represented by volcanic ash and structural soot. The reaction mechanism is the same for both artificial pozzolan and natural pozzolan, and soluble calcium hydroxide proceeds to a path that is eroded and fixed after slowly corroding silica contained in pozzolan.

이러한 포졸란 반응은 느리게 진행되기 때문에 콘크리트 제조에 이를 포함하는 경우 콘크리트 모세관의 크기를 감소시키게 되고, 모세관의 감소는 일반적으로 콘크리트 제조 후 14일 이후 감소하며 포졸란 반응은 이후 발생함으로써 모세관의 크기가 매우 작아지고 이로 인하여 수분을 흡수할 수 있는 흡수력은 현저하게 감소하게 된다. 이런 반응을 이용한 콘크리트는 내염성과 내식성이 우수하나 탄산화에 의한 빠른 중성화를 발생시킬 우려가 있다. 이는 실리카와 콘크리트에 포함된 수산화 칼슘의 결합에 의해 콘크리트의 pH를 조절하는 기능이 감소하기 때문이다.Since the pozzolanic reaction proceeds slowly, it decreases the size of the concrete capillary when it is included in the concrete production, and the decrease of the capillary is generally decreased after 14 days of the concrete production and the pozzolanic reaction occurs after that, The absorption capacity for absorbing moisture is remarkably reduced. Concrete using such a reaction is excellent in flame retardancy and corrosion resistance, but may cause rapid neutralization due to carbonation. This is because the silica and the calcium hydroxide contained in the concrete reduce the function of controlling the pH of the concrete.

일반적으로 콘크리트에 사용되는 시멘트 중량의 포졸란의 함량은 10~60% 정도까지 사용할 수 있으며 포졸란의 사용량이 일정량을 초과하지 않을 경우 콘크리트 내부의 모세관을 충전하지 못하여 치밀한 구조를 형성할 수 없어 소정의 목적을 달성하기 어렵다. 또한 pH의 감소는 콘크리트 내에서의 철근의 부식 특성에 영향을 주게 되는데 철근의 부식은 일반적으로 pH 10이상에서 알칼리에 의한 부동태를 형성하고 더 이상 부식이 발생하지 않는다. 반면 pH가 10보다 낮은 경우 쉽게 녹이 발생하며 발생한 녹은 높은 부피 팽창압력을 발생시키고 이로 인하여 철근이 사용되는 부분에서 균열이 쉽게 발생하는 단점이 있다.Generally, the amount of pozzolan in the weight of cement used in concrete can be used up to about 10 to 60%. When the amount of pozzolan used does not exceed a certain amount, the capillary in the concrete can not be filled, Is difficult to achieve. In addition, the decrease in pH affects the corrosion behavior of reinforcing bars in concrete. Generally, corrosion of reinforcing bars forms passive by alkali at pH 10 or higher and no further corrosion occurs. On the other hand, when the pH is lower than 10, rust easily occurs and the generated rust generates a high volume expansion pressure, which causes cracks to easily occur in the portion where the reinforcing bars are used.

그러므로 포졸란을 콘크리트에 사용할 경우는 물과 시멘트의 비율이 엄격히 준수되어야하며 이에 대한 보완이 필요 하다. 특히 포졸란을 사용할 경우 다공성의 포졸란의 흡수에 따른 시간 경과에 의한 작업성의 변화가 심하여 가수하는 경우가 빈번히 발생하여 작업성의 변화가 작고 오랜 기간 사용에 따른 콘크리트의 pH의 낮아짐에도 철근을 부식시키지 않을 방안의 제안이 매우 절실하다. 또한 균열이 자기 치유되어 균열에 흡해 흡수되는 물에 의한 부식이 가장 큰 영향을 끼치게 됨으로써 자기 치유기능을 부여하는 콘크리트는 향후의 구조물의 내구성 증대에 매우 좋은 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, when pozzolan is used for concrete, the ratio of water to cement must be strictly observed and it needs to be supplemented. Particularly, when pozzolan is used, the workability is changed by time due to the absorption of porous pozzolan. Therefore, there is a tendency that the workability is frequently changed, and the workability is not changed. The proposal is very urgent. In addition, since the cracks are self-healed and the corrosion caused by the water absorbed and absorbed by the cracks has the greatest influence, the concrete giving the self-healing function is considered to have a very good effect on the durability enhancement of the future structures.

포졸란 물질로써 화산재는 매우 유용한 물질이며 화산재의 성상은 도 1의 SEM 사진과 같다(도 1의 우측). 인공 포졸란 중의 플라이 애쉬(도 1의 좌측 사진), 슬래그와 같은 인공 포졸란에 비하여 천연 포졸란은 지역 등에 따라 성분의 차이가 크다. 도 2는 플라이 애쉬와 슬래그 및 화산재의 물리적 특성과 화학 성분의 차이를 표시한 것이다. 현재 국내의 경우 포졸란 물질로는 대부분 인공 포졸란을 사용하고 있으며 천연 포졸란의 경우 제한적으로 사용되고 있고 특히 매우 미세한 분말로 콘크리트에 적용할 경우 다량의 물을 흡수하여 콘크리트중 물과 시멘트의 비율을 증가시킨다. 그러므로 콘크리트가 경화되지 않은 상태, 즉 작업이 가능한 시간 동안 작업성이 변화를 크게 초래하여 작업 시작 때와 작업 도중의 작업성 변화는 콘크리트 품질에 크게 영향을 줄 수 있으며 높은 물과 시멘트 비율은 내구성을 감소시킬 수 있다.The volcanic ash is a very useful substance as a pozzolanic material, and the characteristics of the volcanic ash are as shown in the SEM photograph of FIG. 1 (right side of FIG. 1). Compared to artificial pozzolans such as fly ash (left side of Fig. 1) and slag in artificial pozzolans, natural pozzolans have a large difference in composition depending on the region and the like. Figure 2 shows the physical and chemical differences of fly ash, slag and ash. At present, most of the pozzolanic materials in Korea are artificial pozzolans. Natural pozzolans are used in a limited manner. Particularly, they are very fine powders. When applied to concrete, they absorb a large amount of water to increase the ratio of water and cement in concrete. Therefore, the change in workability at the beginning and during the work can greatly affect the quality of the concrete because the workability changes greatly during the time that the concrete is not cured, that is, the workable time, and the high water and cement ratio is the durability .

이러한 이유로 천연 포졸란 보다는 인공 포졸란을 일반적으로 사용하나 빠른 반응성으로 콘크리트의 강도를 빠르게 향상 시키려는 목적에서는 천연 포졸란이 유리하다. 그러나 천연 포졸란의 경우 산지에 따라 조성이 변화가 매우 커 사용시 주의가 필요하고 특히 비표면적은 작업성에 크게 영향을 주게 되어 보다 세심한 주의가 필요하다.For this reason, artificial pozzolans are generally used rather than natural pozzolans, but natural pozzolans are advantageous for the purpose of rapidly improving the strength of concrete with quick reactivity. However, in the case of natural pozzolan, the composition of the natural pozzolan varies greatly depending on the mountain area. Therefore, caution is required when using it. Especially, the specific surface area greatly affects the workability, so more care must be taken.

본 발명에서는 포졸란 반응을 이용하여 방수성을 부여하고 여기에 방청제를 도입하여 자가 방청 콘크리트를 형성시키는 것을 특징으로 한다. 자가 방청성을 부여하는 것은 기존이 아질산염계 방청제이나 캡슐형 방청제 등과는 달리의 균열 발생시 먼저 자기 치유에 의하여 균열이 봉합되어야하며 이때 콘크리트 중에 포함된 방청제는 누출된 철근에 부착하여 발청(녹)을 예방할 수 있어야한다. 철근의 발청은 산소가 존재하는 물과의 접촉에 의하여 매우 빠르게 발생하며 특히 염소이온이 있을 경우 즉시 녹이 발생하게 된다.The present invention is characterized in that a water repellent property is imparted by using a pozzolanic reaction and a rustproofing agent is introduced into the concrete to form an anti-rust concrete. Unlike conventional nitrite-based rust inhibitor or capsule-type rust inhibitor, the self-rusting property is firstly required to seal the cracks by self-healing when cracks occur. At this time, the rust inhibitor contained in the concrete is attached to the leaked reinforcing bar to prevent rust Should be able to. The ferrocyclic iron is generated very rapidly by the contact with water in which oxygen exists, and in particular, when there is chloride ion, rust occurs immediately.

이는 이온 간의 전자 이동에 의하여 발생하는 것이며 이를 억제하기 위해서는 아질산 염, 아연과 같이 녹에 직접 작용하는 소모형이 있으며 발생한 녹에 직접 작용하지 않는 분위기형으로 분류할 수 있다. 일반적으로 좀 더 어려운 기술은 발생한 녹을 부동태의 녹으로 전환하는 것이다. 콘크리트 내의 철근은 분위기에 매우 큰 영향을 받으며 보고에 따르면 콘크리트의 pH는 침지 후 부식량에 아래 표 1과 같이 영향을 준다.This is caused by the electron transfer between the ions. In order to inhibit it, there is a small model which directly acts on the rust like nitrite and zinc, and can be classified into the atmosphere type which does not act directly on the generated rust. In general, the more difficult technique is to convert the resulting rust into passive rust. Reinforcement in concrete is greatly influenced by the atmosphere. According to reports, the pH of the concrete affects the corrosion amount after immersion as shown in Table 1 below.

Figure 112017017099042-pat00001
Figure 112017017099042-pat00001

[pH와 철근의 부식량과의 관계][Relationship between pH and corrosion amount of reinforcing steel]

특히 개방된 경우 pH가 11이하의 분위기일 때 부식량은 pH 12의 0.02%와 비교하여 1.80으로 약 9배 상승하게 된다. 밀폐된 경우 일지라도 pH가 12일 때와 비교하면 pH 11일 경우 약 5배 증가하여 0.1%까지 증가함으로 반드시 콘크리트는 풍부한 알칼리도를 유지하여야 한다. 만일 충분한 알칼리도가 유지되지 않을 경우 콘크리트는 보조적인 수단으로 방수성을 부여하여 밀폐 정도를 높임으로써 모세관 내의 알칼리도를 상승시키거나 모세관내에 방청제가 존재하는 방법을 이용하여야만 철근의 부식을 예방할 수 있다.Especially, when the pH is lower than 11, the amount of corrosion increases to 1.80, which is about 9 times as high as 0.02% of pH 12. Compared to 12 when the pH is 11, even if it is enclosed, it increases by 5 times and increases to 0.1% at pH 11. Therefore, concrete must maintain abundant alkalinity. If sufficient alkalinity is not maintained, the concrete can be prevented from corrosion by reinforcing the degree of sealing by increasing the degree of alkalinity in the capillary or by using a rustproofing agent in the capillary by providing waterproofing by an auxiliary means.

이러한 이유는 매우 중대한 방청의 원리 도입의 기원이 되며 본 발명에서는 균열발생이 녹발생의 가장 큰 원인으로 분석하였으며 균열이 발생할 경우 전술한 바와 같이 개방형 분위기를 조성함으로써 부식량을 급격히 발생시킴으로 이를 차단하고 차단된 균열 내에서 pH를 상승시키며 동시에 부식 억제제가 작용하는 메카니즘을 구성하였다.The reason for this is the origin of the introduction of a very important rustproofing principle. In the present invention, crack generation is analyzed as the most important cause of rust. When cracks are generated, as described above, by forming an open atmosphere, The mechanism of increasing the pH in the cracks at the same time and acting on the corrosion inhibitor was constructed.

그러므로 균열이 발생한 경우 먼저 균열을 치유할 수 있는 다량의 수산화칼슘이 용출되어 에트링자이트(ettringite, 칼슘과 알루미늄의 수화 황산염)가 균열에 침착하는 단계와 침작된 균열에 칼슘-실리카 결정이 축적되어 균열을 봉합하는 단계, 봉합된 균열 내부에서 높은 pH와 부식억제제가 용출 유지되는 단계로 작용하는 하나의 시스템이 구축된다. 그러나 이들이 반드시 순차적으로 발생하지 않으므로 두 반응은 동시에 발생하나 부식억제제는 시멘트와의 흡착력이 커 에트링자이트의 형성 반응보다는 느린 것으로 추정된다.Therefore, in the case of cracks, a large amount of calcium hydroxide, which can heal the cracks, is first eluted and ettringite (hydrated sulfate of calcium and aluminum) is deposited on the cracks and calcium-silica crystals accumulate in the cracks A system is constructed which seals the cracks, acts as a step in which the high pH and the corrosion inhibitor are eluted inside the sealed cracks. However, since these reactions do not occur sequentially, both reactions occur at the same time, but the corrosion inhibitor is considered to be slower than the formation reaction of ettringite due to its strong adsorption ability with cement.

이와 같은 반응에 의한 본 발명은 먼저 발생한 균열을 봉합한 후 내부에 다량의 에트링자이트 화합물이 축적되고 축적된 화합물은 칼슘-실리카 장섬유로 전환되어 균열을 충분히 충전하며 내부를 높은 pH가 유지되도록 분위기를 만든다. 또한 내부는 동시에 철근이 부식되지 않도록 부식 억제제를 가둬 철근의 부식을 원천적으로 봉쇄하게 된다. 이러한 일련의 반응이 일어나게 하기 위해서는 자기 치유물질과 방청제 그리고 충분히 공극을 채우고 수밀하게 할 수 있는 다량의 비정질 실리카가 존재하여 하여야만 일련의 반응을 발생시킬 수 있다.According to the present invention, a large amount of ettringite compound accumulates in the interior of the crack after sealing the crack, and the accumulated compound is converted into calcium-silica filament to sufficiently fill the crack and maintain a high pH Make the mood as possible. In addition, the corrosion inhibitor is confined to prevent the corrosion of the reinforcing bars at the same time. In order for this series of reactions to take place, a large amount of amorphous silica, which can be self-healing and rustproofing agents, and sufficiently water-tight to fill the voids, must be present before a series of reactions can occur.

본 발명은 이상의 기존의 기술과 비교하여 보다 완전하게 발생하는 균열에 의한 철근의 부식을 억제할 수 있으며 고분자 등을 이용하지 않아 침수시에도 압축강도의 저하 등을 유발시키지 않아 물속에 잠기는 고조물 등에 매우 유리하며 궁극적으로 제설제와 같은 화학적인 반응에 의한 열화를 원천적으로 차단하며 발생하는 균열에 의한 피해를 근본적으로 차단할 수 있는 아민계 방청제와 포졸란 반응물질을 포함한 균열 자기 보수형 방수성 포졸란 콘크리트 조성물을 제공하는데 목적이 있다.The present invention can suppress the corrosion of reinforcing steel due to cracks generated more completely than the above-mentioned conventional techniques, and does not cause degradation of compressive strength even when immersed in water without using polymers or the like, It is very advantageous to ultimately block the deterioration due to chemical reaction such as snow remover and to prevent the damage caused by the cracks. The amine-based rustproofing agent and the crack-resistant self-repairing waterproof pozzolanic concrete composition containing the pozzolan- The purpose is to provide.

상기 과제의 해결을 위하여, 먼저 균열 발생할 경우 이를 치유할 수 있는 물질이 사용되어야 한다. 그동안 알려진 자기 치유물질로는 미생물을 응용하는 기술, 마이크로 캡슐 응용기술, 팽창제를 이용한 기술 등이 있으나 가장 빠르고 쉽게 치유할 수 있는 방법은 팽창재를 이용하는 방법이다. 이는 매우 유용하나 황산염의 계속된 공급이 발생할 경우나 콘크리트 내에 과량의 유리 수산화칼슘이 존재할 경우 과도한 팽창이 발생하여 붕괴할 수 있는 단점이 있다.In order to solve the above-mentioned problem, a material which can heal cracks should be used first. The self-healing substances known in the past include microbial application technology, microcapsule application technology, and infiltration technology, but the quickest and easiest way to heal is using inflatable materials. This is very useful, but there is a disadvantage in that the continuous supply of sulphate or the excessive amount of free calcium hydroxide in the concrete can cause excessive expansion and collapse.

이러한 단점을 예방하기 위해서는 반드시 기준량 이내의 팽창성 자기 치유물질이 사용되어야하며 계속되는 물의 침입을 방어하기 위해서는 흡수비를 낮출 수 있는 물질이 존재하여야 한다. 그러므로 자기 치유물질로 작용되는 팽창성 물질은 Calcium sulfur aluminate(CSA)를 사용하며 이들의 반응이 물과 접촉 즉시부터 발생함으로 이를 방지하기 위해 표면을 지방산으로 코팅한 재료를 사용하여야 한다.In order to prevent such disadvantages, an expandable self-healing substance within the reference volume must be used, and a substance capable of lowering the absorption ratio must be present in order to prevent the continuous invasion of water. Therefore, the expansive substance which acts as self-healing substance uses Calcium sulfur aluminate (CSA) and its reaction occurs immediately after contact with water. To prevent this, the surface should be coated with fatty acid.

지방산으로 코팅된 CSA는 콘크리트중 시멘트의 반응에 의한 수산화칼슘이 물에 용출되었을 때 이들과 반응하여 불용성염으로 전환됨으로써 코팅막이 열리게 되고 균열 발생시 흡수되는 물 및 잉여분의 수산화칼슘과 반응하여 에트링자이트를 형성함으로써 균열을 봉합하게 할 수 있다. 이러한 방법은 이미 입증되어 자기 치유 콘크리트로 사용되고 있다.The CSA coated with fatty acid reacts with the calcium hydroxide due to the reaction of cement in the concrete when it is released into water to convert it into insoluble salt, thereby opening the coating film, reacting with the water absorbed at the time of cracking and excess calcium hydroxide, Thereby making it possible to seal the cracks. This method has already been proved and is being used as self-healing concrete.

그러나 이러한 자기 치유과정은 팽창제를 과도하게 사용하였을 경우나 물시멘트비가 매우 높은 경우 낮은 투수비를 갖게 되고 낮은 투수비는 지속적으로 물과 수산화칼슘을 공급하여 지속적으로 에트링자이트 화합물을 생성하게 함으로써 공극내부에 에트링자이트 축적에 의한 팽창압을 발생시킨다. 지속적으로 팽창압이 증가할 경우 결국 시멘트의 주요결합인 S-H 겔의 붕괴를 초래하여 균열 봉합보다는 콘크리트 붕괴라는 나쁜 결과를 초래할 수 있어 이들은 적당한 차단벽이 설치되어 필요량의 물이 투과될 수 있도록 차단할 필요가 있다.However, this self-healing process has a low permeability ratio when the swelling agent is excessively used or when the water cement ratio is very high, and the low permeability ratio continuously supplies water and calcium hydroxide to continuously produce the etringing compound, Thereby generating an expansion pressure due to the accumulation of ettringite inside. If the expansion pressure is constantly increased, it will result in collapse of SH gel, which is the main bond of cement, resulting in a bad result of concrete collapse rather than cracking. Therefore, they should be installed in a proper blocking wall to block the required amount of water .

차단벽은 폴리머 등의 무기질 보다는 칙소제가 효과적이며 칙소제로는 점토질중의 알루미늄 실리케이트가 바람직하다. 천연 포졸란은 이러한 칙소제로도 매우 유용하며 경화되지 않은 콘크리트에서 물의 이동을 예방하여 시멘트, 모래, 자갈들의 분리를 방지 할 뿐만 아니라 격자에 의한 방청제의 이동을 방지한다. 또한 공극내부에 방청제를 흡착 시키고 균열 발생시 자기 보수제가 균열에 이동한 후 균열 내에 일정량의 방청제 농도를 유지시켜 염수 또는 물에 의한 철근의 녹 발생이 일어날 환경이 만들어질 경우 철근에 강력하게 흡착하여 녹의 발생을 억제하는 작용을 하게 된다. 방청제로는 아질산염계 보다는 아민계방청제가 유용하다.The blocking wall is more effective than the inorganic material such as polymer, and the aluminum silicate in the clay is preferable as the impregnating agent. Natural pozzolans are also very useful as such pozzolans and prevent water migration in unhardened concrete to prevent segregation of cement, sand and gravel, as well as to prevent migration of rust inhibitors by the lattice. In addition, when the rust inhibitor is adsorbed in the pores and the self-repair agent moves to the cracks when cracks are generated, a certain amount of rust inhibitor concentration is maintained in the cracks, and when the environment in which the rust of the reinforcing bars caused by the brine or water is made is strongly adsorbed, It acts to inhibit the occurrence. As rust inhibitor, amine-based rust inhibitor is more useful than nitrite-based rust inhibitor.

아질산염계 방청제의 철의 부식이 발생할 경우 아질산염이 소모되고 수산화철은 산화철을 형성하여 부동태의 피막을 형성함으로써 방청 효과를 발휘하나 아민계방청제의 경우 금속 표면에 강력하게 흡착되어 산소의 결합을 막기 때문에 사용량이 작아 존재하는 경우 부식방지를 위한 충분한 피막을 형성할 수 있기 때문이다. 또한 아질산염의 경우 시멘트와 매우 빠른 반응성을 유도하는 물질로써 사용시 콘크리트의 응결시간을 변화시킬 가능성이 크기 때문에 사용시 콘크리트의 물과 시멘트의 비율 등을 반드시 고려하여야하는 단점이 있다.In the case of nitrite corrosion inhibitor, iron nitrite is consumed, iron hydroxide forms iron oxide to form a passive film, but in the case of amine corrosion inhibitor, it is strongly adsorbed on metal surface to prevent oxygen binding, It is possible to form a sufficient film for preventing corrosion. In addition, nitrite is a material that induces very fast reactivity with cement. Therefore, it has a disadvantage that ratio of water and cement of concrete should be considered when using.

이러한 포졸란과 방청제 및 자기 치유물질로 콘크리트를 구성하기는 일련의 목적, 즉 자기 보수성과 방청성, 방수성 모두를 획득하기는 매우 어려운 조성으로 이를 개념으로 본 발명을 완성하여 콘크리트 구조물이나 교량 상판, 도로 포장 등에 이용할 경우 내구성을 크게 증가 시킬 수 있음을 확신한다. 상세 내역은 실시예를 통하여 상세히 기술할 것이다.The present invention has been completed based on the concept that the pozzolan, the rust inhibitor, and the self-healing material are used for forming a concrete, and it is difficult to obtain both a self-maintaining property, a rustproof property and a waterproof property. We are confident that the durability can be greatly increased. The details will be described in detail through examples.

본 발명에 따르는 방청제와 자기 보수 물질을 포함한 콘크리트포장 공법은 최근 피해가 빈번히 발생하는 염분에 의한 피해를 줄이고 시공시 발생할 수밖에 없는 소규모의 균열을 자기 보수됨에 따라 시공후의 하자 발생요인을 감소시킬 뿐만 아니라 방청제에 의한 철근 부식을 감소시켜 사용연한을 증가시켜 막대한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. The concrete pavement method including the rust preventive agent and the self-repairing material according to the present invention reduces the damage caused by the salt, which is frequently damaged recently, and self-repair the small scale crack that can not occur during construction, It is anticipated that it will be possible to obtain enormous economic effect by reducing the corrosion of steel by the rust preventive agent and increasing the service life.

도 1은 인공 포졸란인 플라이애쉬와 천연 포졸란인 화산제의 SEM 사진;
도 2는 인공 포졸란인 플라이애쉬, 슬래그 와 천연 포졸란인 화산제의 물리적, 화학적 특성 비교표이다.
FIG. 1 is a SEM photograph of a fly ash as an artificial pozzolan and a volcanic acid as a natural pozzolan;
FIG. 2 is a physical and chemical property comparison chart of the artificial pozzolanic fly ash, slag and natural pozzolanic volcanic agent.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 완성하기 위한 재료의 구성 먼저 재료의 결합재로는 시멘트로써 보통시멘트와 초속경시멘트가 사용될 수 있다. 보통 시멘트의 경우 완속 경화 반응을 요구하는 신설 공정에서 사용되며 초속경시멘트의 경우 급속경화가 필요한 보수공정에서 사용될 수 있다. 시멘트의 량은 일반적으로 1m3에 대한 사용량 규정되며 본 발명을 위한 사용량은 10~25 중량% 이다. 10 중량% 보다 작은 경우 일반적으로 소정의 압축강도 특성을 얻기 어려우며 25 중량% 보다 큰 경우 반응열량이 너무 커 다량의 균열이 발생할 수 있다. 이들의 바람직한 사용량은 12 ~ 20 중량%이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Constitution of material to complete the present invention As the binder of the material, ordinary cement and ultra fast cement can be used as cement. In general, cement is used in the new process requiring a slow curing reaction. In case of ultra fast cement, it can be used in the repair process where rapid curing is required. The amount of cement is generally specified to be 1 m 3 , and the amount used for the present invention is 10 to 25 wt%. When it is smaller than 10% by weight, it is difficult to obtain a predetermined compressive strength characteristic. When it is larger than 25% by weight, a large amount of cracks may occur because the reaction heat amount is too large. Their preferred amount is 12 to 20% by weight.

방청을 위한 방청제는 아민계 방청제로써 분말화된 것이 바람직하며 액상의 경우 사용시 콘크리트용 화학혼화제와 같이 혼합하여 사용하여야 하는데 이들은 콘크리트 제조시 사용할 수 있으나 분말화된 것을 시멘트의 구성시 포함시키는 경우가 더 바람직하다. 이는 액상을 사용할 경우 콘크리트 제조시 혼합시간이 45초 정도로 매우 짧아 완전한 혼합이 이루어지지 않을 수 있기 때문이며 액상으로 사용하여도 무방하나 사용시 콘크리트의 작업성에 변화를 줄 수 있으므로 반드시 실험에 의해 안정성 여부를 확인한 후 사용하여야 한다.The rustproofing agent for rust prevention is preferably powdered as an amine-based rust inhibitor. In case of liquid phase, it should be mixed with a chemical admixture for concrete. It can be used in concrete production, but it is more preferable to include powdered material in the construction of cement desirable. This is because when the liquid phase is used, the mixing time in the concrete production is very short as 45 seconds, so that the complete mixing may not be performed. It may be used as a liquid phase but it may change the workability of concrete during use. Should be used afterwards.

아민계 방청제의 사용량은 0.05 ~ 1 중량%를 사용할 수 있다. 만일 아민계가 아닌 아질산염계의 경우 이보다 2~4배의 사용량을 사용하여야하며 사용시 작업성과 응결 시간에 영향을 줄 수 있으므로 사용하지 않는 것이 바람직하다. 방청제의 사용량은 0.05 중량%보다 작은 경우 철근에 충분한 흡착이 일어나지 않아 소정의 방청 특성을 얻기 어려우며 1 중량%를 초과할 경우 사용된 아민이 콘크리트 밖으로 침출될 우려가 있어 사용하지 않는 것이 좋다. 바람직한 방청제의 사용량은 0.1 ~ 0.5 중량%이다.The amount of the amine-based rust inhibitor may be 0.05 to 1% by weight. If the non-amine type nitrite type is used, it is preferable to use 2 to 4 times as much as the use amount, and it is preferable not to use it because it may affect the workability and the setting time. If the amount of the rust inhibitor is less than 0.05% by weight, sufficient adsorption to the reinforcing bar does not occur and it is difficult to obtain the desired rust-preventive characteristics. If the amount exceeds 1% by weight, the used amine may be leached out of the concrete. A preferable amount of the rust inhibitor to be used is 0.1 to 0.5 wt%.

콘크리트의 수밀 특성과 방청제의 유출 방지를 우한 충전제로는 반드시 천연 포졸란이 사용되어야하며 인공 포졸란의 경우 도 1에서와 같이 방청제가 물리적으로 흡착할 수 있는 자리가 없어 사용하여도 소정의 효과를 거둘 수 없기 때문에 반드시 도 1의 사진과 같이 다량의 기공이 존재하는 천연 포졸란인 화산제나 규조토가 사용되어야 한다.Concrete watertightness and prevention of leakage of rust preventive agent should be used as natural pozzolan. In case of artificial pozzolan, as shown in Fig. 1, there is no place to physically adsorb rust preventive agent, The natural pozzolanic acid or diatomaceous earth having a large amount of pores should be used as shown in Fig.

천연 포졸란의 사용량은 총중량의 0.1 ~ 2.5 중량%를 사용할 수 있으며 0.1 중량%를 미만의 경우 방청제 흡착량과 모세관 충전 효과가 작아 방청제가 유출될 우려가 있어 바람직하지 않으며 2.5 중량%이상 사용할 경우 작업성에 나쁜 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다. 바람직한 포졸란의 사용량은 0.2~1.5 중량%이다.When the amount of the natural pozzolan is less than 0.1% by weight, the amount of the rust inhibitor adsorbed and the effect of filling the capillary are so small that the rust inhibitor may leak out. When the use amount of the natural pozzolan is more than 2.5% by weight, It is undesirable because it can have a bad influence. The preferred amount of pozzolan used is from 0.2 to 1.5% by weight.

또한 포졸란은 본 발명을 위해 매우 중요한 재료로써 비표면적은 1,500~200,000cm2/g의 것을 사용하여야한다. 만일 1,500cm2/g보다 작은 경우 흡착효과와 충전효과에 의한 시멘트 격자 사이의 물의 흐름이 크게 발생하여 경화되지 않은 상태의 콘크리트에서 방청제가 유출될 수 있어 소정의 효과를 거두기 힘들며 200,000cm2/g의 이상의 것을 사용할 경우 비산되는 량이 너무 많아 다루기 어렵다. 바람직한 천연 포졸란의 비표면적은 2,000~ 150,000cm2/g이다.Also, pozzolan is a very important material for the present invention and should have a specific surface area of 1,500 to 200,000 cm 2 / g. Ten thousand and one 1,500cm 2 / g than when there is little corrosion inhibitor in the concrete of the water flow that the uncured state by increasing generation of cement between the grid by the suction effect and charging effect can be leaked to reap the desired effect difficult 200,000cm 2 / g It is difficult to handle because the amount of scattering is too large. The preferred specific surface area of natural pozzolans is 2,000 to 150,000 cm 2 / g.

골재는 특별히 규정치 않으며 일반적으로 사용되는 모래와 자갈을 사용하되 모래의 경우 부순 모래는 사용하지 않는 것이 바람직하다. 모래의 사용량은 총 중량의 28.25~34.84 중량%이며 굵은 골재의 중량은 30~40 중량%이다. 다만 모래와 굵은 골재의 량은 작업성 등을 고려하여 표준시방서 지침에 따르면 된다.Aggregates are not specially specified and generally used sand and gravel should be used, but sand should not be used. The amount of sand used is 28.25 to 34.84% by weight of the total weight, and the weight of the coarse aggregate is 30 to 40% by weight. However, the amount of sand and coarse aggregate can be determined according to the standard specification guidelines in consideration of workability.

자기 보수 물질은 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfo-aluminate)를 포함하며, 0.5~2 중량%를 사용하면 된다. 자기 보수물질이 0.5% 보다 작은 경우 자기 보수성이 낮아 균열이 발생할 경우 밀봉을 위한 균열 충전이 부족하며 2% 보다 클 경우 충전 부위에 과도한 압력을 발생시킬 우려가 있다.The self-repairing substance includes calcium sulfo-aluminate, and 0.5 to 2% by weight may be used. If the self-repairing material is less than 0.5%, self-conservativeness is low. If cracking occurs, there is insufficient crack filling for sealing. If it is more than 2%, excessive pressure may be generated in the filling part.

또한 물은 4.5~11.25%가 사용되며 4.5보다 작은 경우 작업성이 나빠 사용하기 어려우며 11.25%를 초과할 경우 압축강도의 저하를 초래할 수 있다. 다만 물의 량은 시멘트의 중량에 따라 달라질 수 있으며 작업성과 압축력에 대한 저항성을 고려하여 이를 선택하여야 하며 시멘트 중량의 60%를 초과할 경우 급격한 압축강도 저하를 발생시킬 수 있으므로 사용하여서는 안 된다.In addition, 4.5 ~ 11.25% of water is used. If it is less than 4.5, workability is poor and it is difficult to use. If it exceeds 11.25%, the compressive strength may be lowered. However, the amount of water may vary depending on the weight of the cement. It should be selected considering the workability and resistance to compressive strength. If it exceeds 60% of the cement weight, it should not be used because it may cause a sharp decrease in compressive strength.

한편 본 발명에 따르는 아민계 방청제와 포졸란 반응물질을 포함한 균열 자기 보수형 방수성 포졸란 콘크리트 조성물에는 왁스 또는 파라핀이 3~4 중량% 포함될 수 있다. 이 왁스 또는 파라핀은 녹는점 40∼60℃을 구비하며, 시멘트의 생산온도를 낮추는 역할을 하고, 내화학성으로 시멘트를 용융시키며 경화 후, 휘발되지 않아 품질을 저하시키지 않는 효과를 제공한다. 이 왁스 또는 파라핀은 3 중량% 미만으로 첨가되면 첨가효과가 거의 없으며, 4wt%를 초과하여 첨가되면 시멘트의 취성이 증가하여 쉽게 깨지는 현상이 발생된다.Meanwhile, the crack-resistant self-repairing waterproof pozzolanic concrete composition containing the amine-based rust inhibitor and the pozzolanic reaction material according to the present invention may contain 3 to 4 wt% of wax or paraffin. The wax or paraffin has a melting point of 40 to 60 DEG C and serves to lower the production temperature of the cement, to melt the cement with chemical resistance, and to provide the effect of not being volatilized and not deteriorating in quality after curing. When the wax or paraffin is added in an amount of less than 3% by weight, the effect of addition is scarcely produced. If the wax or paraffin is added in an amount exceeding 4% by weight, the brittleness of the cement increases,

스티렌 열가소성 엘라스토머도 1~2 중량% 포함될 수 있다. 양말단기의 폴리스치렌 블록(polystyrene block)을 하드세그먼트(hard segment)로 하고 중간에는 폴리부타디엔이 소프트 세그먼트(soft segment)의 구조를 가지고 있으며 혼합용제에 용해시 저점도화 시킬수 있고 고탄성, 저온내구성이 우수하여 시간이 경과함으로서 발생되는 방수도막의 균열현상과 동절기의 저온내구성 부족으로 발생되는 방수도막의 들뜸 현상을 방지하는 기능을 발휘하며 미립자상태로 분산시킨 합성제오라이트 분말은 내부의 규칙적인 미세기공에 의하여 방수도막이 방음, 흡음 등 부가적인 기능을 발휘할 수 있는 이점을 지니고 있다The styrene thermoplastic elastomer may also be contained in an amount of 1 to 2% by weight. It has a hard segment of polystyrene block in the short term of the sock and a soft segment structure of polybutadiene in the middle. It has a low viscosity when it is dissolved in a mixed solvent and has high elasticity and low temperature durability. The synthetic zeolite powder dispersed in the particulate state exhibits a function of preventing cracking of the waterproof coating film caused by elapsing time and lifting of the waterproof coating caused by lack of low temperature durability during the winter season. The waterproof coating has the advantage of showing additional functions such as soundproofing and sound absorption

또 아민계 경화제가 2.5~3.5 중량% 포함될 수 있다. 아민계 경화제 함량이 2.5 중량% 미만이면 강도와 내구성이 낮아져 물성이 저하되는 문제점을 일으킬 수 있으며, 3.5 중량%를 초과할 경우 점도가 높아져 가공성이 떨어지게 된다.And 2.5 to 3.5% by weight of an amine-based curing agent. If the content of the amine-based curing agent is less than 2.5% by weight, the strength and durability may be lowered and the physical properties may be deteriorated. If the content of the amine-based curing agent is more than 3.5% by weight, the viscosity is increased and the workability is deteriorated.

그리고 비정질 폴리올레핀을 1.5~3 중량% 더 포함할 수 있다. 이 비정질 폴리올레핀(APO: Amorphous Polyolefin)은 에틸렌과 프로필렌 같은 올레핀을 첨가 중합시킨 강한 접착성 소재로서, 하절기에 시멘트의 열전도율을 저하시킨다.And 1.5 to 3% by weight of an amorphous polyolefin. This amorphous polyolefin (APO) is a strong adhesive material which is obtained by polymerizing olefins such as ethylene and propylene, and lowers the thermal conductivity of cement during the summer season.

또한 철 슬래그를 0.5~0.7중량% 더 포함할 수 있다. 이 철 슬래그는, 전기로에서 신철, 고철 등을 정련하여 강을 제조할 때 발생되는 슬래그로서, 시멘트의 소성 변형을 방지하고, 포장도로의 포트 홀 발생을 방지하며, 도로의 미끄럼 현상을 방지하는 특징이 있다. 철 슬래그가 0.5중량% 미만으로 첨가되는 경우 그 효과가 높지 않고, 0.7 중량%를 초과하면 효과의 상승폭이 미미하다.Further, it may further contain 0.5 to 0.7% by weight of iron slag. This iron slag is a slag generated when refining steel and scrap iron in an electric furnace to produce steel, preventing plastic deformation of the cement, preventing the port hole on the pavement, and preventing sliding of the road . When the content of the iron slag is less than 0.5% by weight, the effect thereof is not high. When the content of the iron slag is more than 0.7% by weight, the increase in the effect is insignificant.

이러한 메카니즘에 의거하여 본발명의 조성물을 표 2와 같이 제조하였으며 이를 기존 콘크리트와 그 성능을 비교함으로써 본 발명을 확인하였다. 이때 사용된 초속경 시멘트는 쌍용양회의 초속경 시멘트가 사용되었으며 보통시멘트 역시 쌍용양회제품을 사용하였다. 포졸란은 일본산 화산제가 사용되었으며 비중이 0.5g/cm3이고 비표면적은 1,500,000cm2/g이었다. 자기 보수물질은 국내 I사의 SSC를 사용하였으며 방청제의 경우 국내I사의 INT-AC100을 사용하였다.Based on such a mechanism, the composition of the present invention was prepared as shown in Table 2, and the present invention was confirmed by comparing the performance with that of conventional concrete. The fast curing cement used was Ssangyong cement super fast cement. Cement was also used as Ssangyong cement product. Pozzolan was a Japanese volcanic acid and had a specific gravity of 0.5 g / cm 3 and a specific surface area of 1,500,000 cm 2 / g. SSC of Korea I company was used as self-repairing material and INT-AC100 of domestic I company was used as anti-rust agent.

종류Kinds 초속경
시멘트
Fast speed
cement
보통
시멘트
usually
cement
포졸란Pozzolan 자기보수물질Self-repairing material 방청제Anti-rust agent 모래sand 자갈Pebble water system
실시예 1Example 1 00 14.314.3 0.40.4 0.50.5 0.20.2 36.336.3 40.040.0 6.76.7 100.0100.0 실시예 2Example 2 14.314.3 00 0.40.4 0.50.5 0.20.2 36.336.3 40.040.0 6.76.7 100.0100.0 비교예 1Comparative Example 1 00 14.314.3 00 00 00 36.336.3 40.040.0 9.49.4 100.0100.0 비교예 2Comparative Example 2 14.314.3 00 00 00 00 36.336.3 40.040.0 9.49.4 100100

그리고 아래 표 3에서 볼 수 있듯이 실시예의 경우 발생시킨 균열이 28일 경과 후 봉합되는 것을 사진으로 확인할 수 있었으나 비교예의 경우 균열은 더욱 크게 진행하였다. 또한 염수분무에 의한 녹의 발생은 실시예의 경우 방청률은 97%와 99%로 측정된 반면 비교예의 의 경우 55%와 48%로 측정되어 탁월한 방청 효과가 있음을 확인하였다. 흡수량의 경우 실시예1과 2는 0.1 및 0.2의 투수량을 보인반면 비교예에서는 4.8 및 10.6으로 측정되었으며 내 투수성에 있어 실시예의 경우 1.1과 2.1로 측정된 반면 실시예의 경우 56.2과 66.7g으로 측정되어 본 발명은 모세관 충전에 의한 방수효과가 탁월한 것으로 평가되었다. 또한 압축강도 역시 실시예의 경우 331MPa와 361MPa를 획득한 반면 비교예의 경우 312와 298MPa로 측정되어 본 발명을 이용할 경우 내구성이 한층 향상될 수 있음이 입증되었다. As can be seen in Table 3, in the case of the example, it was confirmed by photograph that the generated crack was sealed after 28 days, but in the case of the comparative example, the crack progressed more greatly. In addition, the occurrence of rust due to salt spray was measured as 97% and 99% in the case of the examples, and 55% and 48% in the case of the comparative examples, respectively. In the case of water uptake, Examples 1 and 2 showed 0.1 and 0.2 water permeabilities, whereas Comparative Examples were measured at 4.8 and 10.6, respectively. In the case of the water permeability, the water permeability was measured as 1.1 and 2.1 in the Examples and 56.2 and 66.7 g in the Examples The present invention was evaluated to be excellent in waterproof effect by capillary filling. In addition, the compressive strength was also measured to be 331 MPa and 361 MPa in Examples and 312 and 298 MPa in Comparative Examples, respectively, and it was proved that durability can be further improved by using the present invention.

Figure 112017017099042-pat00002
Figure 112017017099042-pat00002

Claims (3)

시멘트 12 ~ 20 중량%;
아민계 방청제 0.1 ~ 0.5 중량%;
비표면적이 2,000 ~ 150,000cm2/g 인 천연 포졸란 0.2 ~ 1.5 중량%;
모래 28.25 ~ 34.84 중량%;
골재 30 ~ 40 중량%;
칼슘설포알루미네이트를 포함하는 자기 보수물질 0.5~2 중량%;
물 4.5 ~ 11.25 중량%;
왁스 또는 파라핀 3 ~ 4 중량%;
스티렌 열가소성 엘라스토머 1 ~ 2 중량%;
아민계 경화제가 2.5 ~ 3.5 중량%
비정질 폴리올레핀을 1.5 ~ 3 중량%; 및
철 슬래그를 0.5 ~ 0.7중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 아민계 방청제와 포졸란 반응물질을 포함한 균열 자기 보수형 방수성 포졸란 콘크리트 조성물.
12 to 20% by weight of cement;
0.1 to 0.5% by weight of an amine-based rust inhibitor;
0.2 to 1.5% by weight of natural pozzolan having a specific surface area of 2,000 to 150,000 cm 2 / g;
28.25 to 34.84% by weight of sand;
30 to 40% by weight of aggregate;
0.5-2% by weight of a self-repairing material comprising calcium sulfoaluminate;
4.5 to 11.25 wt% water;
3 to 4% by weight of wax or paraffin;
1 to 2% by weight of a styrene thermoplastic elastomer;
2.5 to 3.5% by weight of an amine-based curing agent,
1.5 to 3% by weight of an amorphous polyolefin; And
0.5 to 0.7 wt% of iron slag;
Wherein the amine-based rust inhibitor and the pozzolanic reaction material are water-soluble.
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