KR101854438B1 - Self-healing concrete admixture and self-healing concrete using amine functionalized hydrogel scaffolds - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아민기가 포함되어 높은 수분 흡수력을 갖도록 형성된 하이드로젤 지지체에 광물형성 미생물을 수용함으로써, 콘크리트 타설시 미생물을 보호할 수 있고, 알칼리 상태에서도 미생물의 활발한 활성이 이뤄질 수 있으므로 높은 미생물 적합성을 갖고 광물형성 기능을 향상시킬 수 있는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제 및 자기치유 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 미생물을 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제로서, 제1 요소인 광물형성 미생물; 제2 요소인 광물형성 미생물의 활성에 필요한 영양물질; 제3 요소인 광물형성 미생물에 의한 탄산칼슘 반응에 필요한 화합물; 및 상기 제1 내지 제3 요소가 내부에 포함되는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체;를 포함하여 이뤄지되, 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 아민기가 포함된 것으로 질량%가 조절된 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드; 또는 키토산; 을 포함하여 이루어지는 단위체를 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 단위체를 개시제에 의해 중합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제가 제공된다.The present invention can protect microorganisms when concrete is poured and can actively activate microorganisms in an alkali state by accommodating mineral-forming microorganisms on a hydrogel support formed so as to have amine groups so as to have a high water absorption capacity, The present invention relates to a self-healing concrete admixture and a self-healing concrete using an amine-functionalized hydrogel support capable of improving mineral formation function.
According to a preferred embodiment of the present invention, an admixture for self-healing concrete using microorganisms, comprising: a mineral-forming microorganism as a first element; Nutrients necessary for the activity of the mineral-forming microorganisms as the second factor; A compound necessary for the calcium carbonate reaction by the mineral forming microorganism as the third element; And an amine functionalized hydrogel support wherein the first to third elements are contained therein, wherein the amine functionalized hydrogel support comprises an amine group, wherein the amine functionalized acrylamide and bis Acrylamide; Or chitosan; And an amine functionalized hydrogel support, wherein the amine functionalized hydrogel support is formed by polymerizing the monomer unit with an initiator. The present invention also provides an admixture for a self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support.
Description
본 발명은 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제 및 자기치유 콘크리트에 관한 것으로서, 상세하게는 아민기가 포함되어 높은 수분 흡수력을 갖도록 형성된 하이드로젤 지지체에 광물형성 미생물을 수용함으로써, 콘크리트 타설시 미생물을 보호할 수 있고, 알칼리 상태에서도 미생물의 활발한 활성이 이뤄질 수 있으므로 높은 미생물 적합성을 갖고 광물형성 기능을 향상시킬 수 있는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제 및 자기치유 콘크리트에 관한 것이다.The present invention relates to a self-healing concrete admixture and self-healing concrete using an amine-functionalized hydrogel support, and more particularly, to a method for manufacturing a concrete self-healing concrete by incorporating an amine group into a hydrogel supporting body formed to have high water- It is possible to protect the microorganisms at the time of pouring and to actively activate the microorganisms even in the alkaline state. Therefore, the self-healing concrete admixture using the amine-functionalized hydrogel support capable of improving the mineral formation function with high microbial compatibility, Concrete.
기반시설 및 많은 건축물에 이용되는 콘크리트는 압축강도가 크고 내구성이 우수하며, 유지보수가 용이하다는 장점이 있으나, 인장강도가 낮고 수축에 의한 균열이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.The concrete used for the infrastructure and many buildings has the advantage of high compressive strength, excellent durability and easy maintenance, but it has a problem that the tensile strength is low and cracks due to shrinkage may occur.
이러한 콘크리트에 균열이 발생할 경우 철근 부식, 중성화 진행 등으로 인한 구조물의 열화 가능성이 커 이를 보수하기 위한 다양한 방법이 연구, 개발되었으며, 최근에는 손상된 부위에 대해서 콘크리트 타설시 포함된 물질에 의한 '자기치유'에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Various methods have been studied and developed to repair the structure due to the possibility of structural deterioration due to corrosion of reinforcing steel and progress of neutralization when cracks occur in these concrete. Recently, 'Is being actively studied.
상기 자기치유 콘크리트와 관련하여, 대표적으로 미생물을 활용하는 기술이 개발되고 있다.With respect to the above-mentioned self-healing concrete, techniques for utilizing microorganisms have been developed.
미생물을 활용하는 기술은 미생물이 자신의 몸 내외에 광물을 만들어 내는 작용 즉, 생체광물 형성작용(biomineralization)을 이용한 것으로, 무기 성분이 단백질이나 다당류 등의 유기 성분과 같은 생체 고분자에 의해 복합화 되고, 정밀한 질서를 가진 구조체를 형성하여 이뤄진다.The technology that utilizes microorganisms utilizes the action of microorganisms to produce minerals in and out of their own bodies, that is, biomineralization. The inorganic components are complexed by biopolymers such as proteins or organic components such as polysaccharides, This is done by forming a structure with precise order.
특히 시멘트에 탄산염을 석출하는 미생물을 포함하여 자기치유 콘크리트를 형성하는 기술이 주목받고 있으나, 염기(알칼리) 환경의 시멘트 내에서 미생물의 활성을 유지시키기 어렵다는 문제가 있으며, 구조물 균열시 미생물에서 광물형성이 이뤄지더라도 상대적으로 규모가 큰 균열 부위의 치유가 빠른 시간 내에 이뤄지기 어렵다는 문제가 있다.In particular, a technique for forming self-healing concrete including microorganisms precipitating carbonates in cement has attracted attention, but it is difficult to maintain the activity of microorganisms in the cement of the alkali (alkali) environment. There is a problem that the healing of relatively large cracks is difficult to achieve within a short time.
이를 일부 보완하기 위한 종래 기술의 일예로, 등록특허 제10-1448068호의 "미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법"이 있으며, 이러한 종래 기술은 미생물 배양액을 캡슐로 제조하여 수중 설치되는 콘크리트 구조물에 첨가함으로써 제조 과정 및 제조 후 수중에 설치된 상태에서 미생물의 유실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.As an example of a conventional technique for partially complementing the above, there is a "concrete using microbial capsules ", and a method for producing the same, as disclosed in Japanese Patent No. 10-1448068. In this prior art, a microbial culture liquid is prepared as a capsule and added to a concrete structure Thereby minimizing loss of microorganisms in the state of being installed in water after the manufacturing process and after manufacture.
그러나 상기 종래 기술은 단지 수중 정화능력이 있는 미생물의 보호를 위해 지방산 바인더를 이용하는 것으로, 미생물에 의한 광물형성을 통한 콘크리트의 자기치유가 이뤄질 수 없으며, 탄산염을 석출하는 미생물에 상기 바인더를 적용하더라도 바인더가 알칼리 용액에서 수용성을 가져 용해되므로 염기 환경의 시멘트 내에서 미생물의 활성을 유지시키기 어렵다는 문제가 있다.However, the above-mentioned prior art uses a fatty acid binder to protect only microorganisms having the ability to purify in water, so that the self-healing of the concrete through the formation of minerals by the microorganisms can not be achieved. Even when the binder is applied to the microorganism which precipitates the carbonate, Soluble in an alkali solution and thus it is difficult to maintain the activity of the microorganism in the cement of the base environment.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광물형성 미생물의 생존성을 높이며, 광물형성 미생물이 알칼리 환경에서도 활성화될 수 있도록 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용하여, 광물형성 반응성이 향상되고, 높은 수분 흡수력을 가지며, 콘크리트 타설시 포함될 수 있도록 형성된 아민 관능화된 하이드로젤 지지체 및 이를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제를 제공하고자 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an amine functionalized hydrogel support which can increase the viability of a mineral forming microorganism and activate the mineral forming microorganism in an alkaline environment, To provide an amine functionalized hydrogel support that is improved in water absorption capacity and can be included in concrete pouring, and an admixture for self-healing concrete using the amine functionalized hydrogel support.
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또한, 본 발명은 미생물 광물 형성을 촉진시키고 균열 발생시 빠르게 자기치유가 이뤄지도록 하는 자기치유 콘크리트를 제공하고자 한다.The present invention also provides a self-healing concrete that promotes microbial mineral formation and allows rapid self-healing when cracks occur.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 미생물을 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제로서, 제1 요소인 광물형성 미생물; 제2 요소인 광물형성 미생물의 활성에 필요한 영양물질; 제3 요소인 광물형성 미생물에 의한 탄산칼슘 반응에 필요한 화합물; 및 상기 제1 내지 제3 요소가 내부에 포함되는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체;를 포함하여 이뤄지되, 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 아민기가 포함된 것으로 질량%가 조절된 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드; 또는 키토산; 을 포함하여 이루어지는 단위체를 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 단위체를 개시제에 의해 중합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention for solving the above problems, an admixture for a self-healing concrete using microorganisms, comprising: a mineral-forming microorganism as a first element; Nutrients necessary for the activity of the mineral-forming microorganisms as the second factor; A compound necessary for the calcium carbonate reaction by the mineral forming microorganism as the third element; And an amine functionalized hydrogel support wherein the first to third elements are contained therein, wherein the amine functionalized hydrogel support comprises an amine group, wherein the amine functionalized acrylamide and bis Acrylamide; Or chitosan; And an amine functionalized hydrogel support, wherein the amine functionalized hydrogel support is formed by polymerizing the monomer unit with an initiator. The present invention also provides an admixture for a self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 개시제는 과황산 암모늄과 테트라 메틸 에틸렌 디아민을 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the initiator is characterized in that it comprises ammonium persulfate and tetramethylethylenediamine.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 개시제는 UV(자외선)인 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the initiator is UV (ultraviolet).
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또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 광물형성 미생물은 호염기성 미생물인 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the mineral-forming microorganism is an archeophilic microorganism.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 냉동건조, 동결분쇄 상태로 포함되는 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the amine-functionalized hydrogel support is contained in a freeze-dried or freeze-crushed state.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제; 및 시멘트 모르타르;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, an admixture for self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support; And a cement mortar; and a self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 광물형성 미생물의 생존이 용이하여 높은 미생물 적합성을 가지며, 콘크리트에 발생되는 균열을 자기치유하는 효과가 있다.First, it has a high microbial suitability due to easy survival of mineral - forming microorganisms, and has an effect of self - healing of cracks generated in concrete.
둘째, 높은 수분흡수력을 가지며, 강도, 형성시간, 내구성 등의 모르타르의 특성에 최소한의 영향을 주는 한편, 모르타르 내부에서 유동성 및 분산성이 극대화되는 효과가 있다.Second, it has a high water absorption capacity and minimizes the properties of the mortar such as strength, formation time, and durability, while maximizing fluidity and dispersibility within the mortar.
셋째, 적절히 수분을 흡수하고 이에 따른 부피 팽창으로 광물형성 반응이 극대화 되도록 하는 효과가 있다.Third, there is an effect of maximizing the mineral formation reaction by absorbing moisture appropriately and thereby expanding the volume.
도 1은 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 내설된 자기치유 콘크리트의 자기치유 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 수용된 미생물에 수분이 공급된 경우에 광물형성이 활성화된 상태를 나타내는 실험 사진이다.
도 3은 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 형성하는 아민기를 갖는 단위체의 화학구조의 예시도이다.
도 4는 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 모식도이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a self-healing process of a self-healing concrete having an amine-functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing an activated state of mineral formation when moisture is supplied to the microorganisms contained in the amine functionalized hydrogel support according to one embodiment. FIG.
Figure 3 is an illustration of the chemical structure of a monomer unit having an amine group to form an amine functionalized hydrogel support, according to one embodiment.
4 is a schematic diagram of an amine functionalized hydrogel support in accordance with one embodiment.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, however, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments.
도 1은 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 내설된 자기치유 콘크리트의 자기치유 과정을 나타낸 모식도이며, 도 2는 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 수용된 미생물에 수분이 공급된 경우에 광물형성이 활성화된 상태를 나타내는 실험 사진이다.FIG. 1 is a schematic view showing a self-healing process of a self-healing concrete with an amine-functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross- Is an experimental photograph showing a state in which mineral formation is activated.
도 3은 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 형성하는 아민기를 갖는 단위체의 화학구조의 예시도이며, 도 4는 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 모식도이다.Figure 3 is an illustration of the chemical structure of a monomer unit having an amine group forming an amine functionalized hydrogel support according to one embodiment, and Figure 4 is a schematic diagram of an amine functionalized hydrogel support according to an embodiment.
본 발명은 자기치유 콘크리트 구성을 위한 미생물을 수용할 수 있는 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 자기치유 콘크리트는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 형성하고 광물형성 미생물이 아민 관능화된 하이드로젤 지지체 내부에 수용되도록 구성된다.The present invention relates to an admixture for self-healing concrete using a support capable of containing microorganisms for self-healing concrete construction. The self-healing concrete according to one embodiment of the present invention is configured to form an amine-functionalized hydrogel support and to accommodate the mineral-forming microorganisms inside the amine-functionalized hydrogel support.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 아민기가 포함된 단위체(monomer)를 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 단위체를 개시제에 의해 중합하여 형성된다.The amine-functionalized hydrogel support comprises at least one monomer containing an amine group, and is formed by polymerizing the monomer with an initiator.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 단위체는 질량%가 조절된 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드를 포함하여 이뤄진다.The monomers according to one embodiment of the present invention comprise acrylamide and bisacrylamide with controlled mass%.
상기 단위체는 질량%가 조절된 아크릴아마이드(Acrylamide)와 크로스링킹(cross linking)을 통한 폴리머(polymer) 형성을 위한 비스아크릴아마이드(Bisacrylamide)를 포함하여 이뤄진다.The unit comprises acrylamide which is controlled in mass% and bisacrylamide for polymer formation through cross linking.
상기 비스아크릴아마이드는 아크릴아마이드에 대해 가교제(架橋劑, cross linking agent)로서 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다.It can be understood that the bisacrylamide acts as a cross-linking agent for acrylamide.
일예로 상기 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드의 크로스링킹 비율을 2 내지 10%로 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 비스아크릴아마이드 1 질량비에 대한 아크릴아마이드 10 내지 50 질량비를 포함하여 이뤄진다. For example, the cross linking ratio of the acrylamide and bisacrylamide may be 2 to 10%, and in this case, 10 to 50 mass ratio of acrylamide to 1 mass ratio of the bisacrylamide is included.
상기 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드를 합산한 중량비는 일예로, 전체 용액의 30 내지 40%의 비율이 되도록 형성될 수 있다.The weight ratio of the acrylamide and bisacrylamide may be, for example, 30 to 40% of the total solution.
상기 질량%가 조절된 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드를 포함하는 용액에 개시제(initiator)를 이용하여 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 형성한다.An amine functionalized hydrogel support is formed by using an initiator in the solution containing the acrylamide and bisacrylamide having the mass% adjusted.
이때, 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드의 비율 뿐 아니라 개시제의 종류에 따라 미생물을 내부에 수용하기 위한 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 최적화가 이뤄진다.At this time, optimization of the amine-functionalized hydrogel support for accommodating the microorganisms in accordance with the kind of initiator as well as the ratio of acrylamide and bisacrylamide is achieved.
상기 개시제는 일예로, 중합촉진제로 작용할 수 있으며, 다른 예로, 중합개시제로 작용할 수 있다.The initiator may, for example, act as a polymerization promoter and, as another example, may serve as a polymerization initiator.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 개시제는 과황산 암모늄(Ammonium persulfate)과 테트라 메틸 에틸렌 디아민(Tetramethyl ethylene diamine, TEMED) 을 포함하여 이뤄진다.The initiator according to one embodiment of the present invention comprises ammonium persulfate and tetramethyl ethylene diamine (TEMED).
일예로, 상기 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드가 포함된 용액에 상기 과황산 암모늄과 테트라 메틸 에틸렌 디아민을 혼합함으로써 아크릴아마이드로부터 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide)가 형성되며, 상기 비스아크릴아마이드로 인해 젤(gel) 형태의 무색 투명한 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 형성된다.For example, polyacrylamide is formed from acrylamide by mixing the ammonium persulfate with tetramethylethylenediamine in a solution containing acrylamide and bisacrylamide, and the gel is formed by the bisacrylamide, To form a colorless transparent amine functionalized hydrogel support.
상기 아크릴아마이드의 중합은 자유라디칼(free radical) 부가반응이며, 상기 과황산 암모늄 및 테트라 메틸 에틸렌 디아민은 아크릴아마이드의 중합을 촉진하는 중합촉진제로서 이해될 수 있으며, 상기 과황산 암모늄 및 테트라 메틸 에틸렌 디아민의 반응에 의해 생성되는 산소라디칼(oxygen free radical)은 아크릴아마이드의 중합을 개시하는 중합개시제로서 이해될 수 있다.The polymerization of the acrylamide is a free radical addition reaction, and the ammonium persulfate and tetramethylethylenediamine can be understood as a polymerization promoter for promoting the polymerization of acrylamide. The ammonium persulfate and tetramethylethylenediamine Can be understood as a polymerization initiator which initiates the polymerization of acrylamide.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 개시제는 UV(자외선)를 포함한다.The initiator according to another embodiment of the present invention comprises UV (ultraviolet).
상기 자외선은 일예로, 아크릴아마이드를 중합화하는 중합화인자로 이해될 수 있으며, 일예로, 상기 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드가 포함된 용액에 자외선을 조사하는 경우, 상기 자외선에 의해 중합이 촉진되어 아크릴아마이드로부터 폴리아크릴아마이드가 생성되며 상기 비스아크릴아마이드로 인해 젤(gel) 형태의 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 형성된다.For example, when ultraviolet rays are irradiated to a solution containing acrylamide and bisacrylamide, the polymerization is promoted by the ultraviolet rays, so that the acrylate Amide generates polyacrylamide and the bisacrylamide forms a gel-type amine-functionalized hydrogel support.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단위체는 키토산을 포함하여 이뤄진다.The unit according to another embodiment of the present invention comprises chitosan.
상기 키토산은 새우, 게 등 갑각류에 많이 함유되어 있으며, 키틴을 알칼리 처리하여 얻는 글루코사민 중합체로 당(sugar)의 일종이다. 상기 키토산은 분자구조가 인체조직과 매우 유사하여 인체 친화성이 우수하며, 많은 아민기를 가지고 있으므로 수분친화력이 뛰어나다.The chitosan is a glucosamine polymer obtained by alkaline treatment of chitin, which is contained in a large amount of crustaceans such as shrimp, crab, and the like, and is a kind of sugar. Since the molecular structure of chitosan is very similar to that of human tissue, the chitosan is excellent in affinity for human body and has many amine groups, so that it has excellent water affinity.
따라서 상기 키토산을 본 발명의 또다른 실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 단위체로 이용하는 경우, 뛰어난 환경친화성, 미생물 보호능력 및 수분흡수력을 갖는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 형성이 이뤄진다. Therefore, when the chitosan is used as a monomer unit of an amine functionalized hydrogel support according to another embodiment of the present invention, an amine functionalized hydrogel support having excellent environmental compatibility, microbial protection ability and water absorption ability is formed .
당을 기반으로 하는 물질 중 가격적으로 매우 저렴한 상기 키토산을 단위체로 이용함으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 적은 비용으로 형성할 수 있다는 장점이 있다.The use of the above-described chitosan as a unit, which is very cheap in terms of cost, is advantageous in that the amine-functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention can be formed at a low cost.
본 발명의 일실시예에 따른 단위체는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 아크릴아마이드나 키토산 이외에도 아크릴로나이트릴(acrylonitrile), 메타크릴아마이드(methacrylamide) 등 아민기를 포함하는 다양한 단위체일 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차, 2차 및 3차 아민 중 어느 하나를 포함하여 이뤄질 수 있다. As shown in FIG. 3, the monomer unit according to an embodiment of the present invention may be various monomer units including amine groups such as acrylonitrile and methacrylamide in addition to the acrylamide or chitosan. As shown in FIG. 4, it may be made to include any one of primary, secondary, and tertiary amines.
상기 단위체는 이온성/비이온성 또는 극성/비극성으로 제한되지 않고, 생체분자 기반의 아민기를 포함하는 하이드로젤을 포함하여 이뤄질 수 있다.The monomer unit is not limited to ionic / nonionic or polar / non-polar, but may be made up of hydrogels containing biomolecule-based amine groups.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 상기 아민기를 포함하는 단위체를 중합(polymerization)하여 형성되는 것을 중심으로 설명하였으나, 중합체(polymer)를 이용하여 형성되는 것도 가능하다.Although the amine functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention is formed by polymerizing a monomer unit containing the amine group, the amine functionalized hydrogel support may be formed using a polymer.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 또 다른 예로, 상기 아민기를 포함하는 중합체와 아민기를 포함하는 않는 중합체와의 공중합(共重合)에 의한 공중합체(copolymer) 형태를 이루도록 형성될 수 있다.The amine-functionalized hydrogel support may be formed as a copolymer by copolymerization of a polymer containing an amine group and a polymer not containing an amine group.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 매우 높은 아민 활성밀도를 가지므로 친수성이 뛰어나 높은 수분흡수력을 가지며, 광물형성 미생물 및/또는 미생물 포자(spore)를 캡슐화하여 알칼리(일예로, PH12이상) 상태에서 광물형성 미생물 등의 생존을 유지하고, 여러 외부적 환경요인으로부터 보호할 수 있다. 상기 미생물 및/또는 미생물 포자의 캡슐화는 일예로, 공유결합 및 포어(pore) 크기의 조절을 통해 이뤄질 수 있다.Since the amine-functionalized hydrogel support has a very high amine activity density, it is excellent in hydrophilicity and has a high water absorption capacity. It encapsulates mineral-forming microorganisms and / or spores of microorganisms and can be used in an alkali (for example, PH12 or higher) It can maintain the survival of mineral-forming microorganisms and protect them from various external environmental factors. Encapsulation of the microorganism and / or microbial spores may be accomplished, for example, by controlling covalent binding and pore size.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 광물형성 미생물의 외부를 견고하게 둘러싸도록 캡슐화하여 형성되는 것에 한정되는 것은 아니며, 내부에 광물형성 미생물 등이 수용되는 상태라면 다양한 형태로 형성될 수 있다.The amine-functionalized hydrogel support is not limited to being encapsulated to firmly surround the mineral-forming microorganism, and may be formed in various forms provided that the mineral-forming microorganisms are accommodated therein.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 친수성을 이용하여 향후 적용시 시멘트 모르타르의 특성 개선 및 내구성 등의 향상이 이루어질 수 있도록 하는 다양한 종류의 중합체 및/또는 나노물질을 더 포함할 수 있다.And may further include various kinds of polymers and / or nanomaterials that can improve the properties and durability of the cement mortar using the hydrophilic property of the amine-functionalized hydrogel support.
본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제는 미생물을 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제로서, 제1 요소인 광물형성 미생물, 제2 요소인 광물형성 미생물의 활성에 필요한 영양물질, 제3 요소인 광물형성 미생물에 의한 탄산칼슘 반응에 필요한 화합물 및 상기 제1 내지 제3 요소가 내부에 포함되는 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 포함하여 이뤄진다.According to one embodiment of the present invention, an admixture for self-healing concrete using an amine functionalized hydrogel support is a mineral admixture for a self-healing concrete using microorganisms. The mineral admixture microorganism as the first element and the mineral , A compound necessary for the calcium carbonate reaction by the mineral forming microorganism as the third element, and the amine-functionalized hydrogel support in which the first to third elements are contained.
상기 제1 요소인 광물형성 미생물은 본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 의해 보호되는 것으로, 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 수분을 흡수하여 상기 광물형성 미생물에 공급하고, 상기 광물형성 미생물과 제2 및 제3 요소와의 반응이 이뤄짐으로써 광물형성 미생물의 활성화에 따른 광물형성이 이뤄져 자기치유 콘크리트로 작용하게 된다.The first component, the mineral forming microorganism, is protected by an amine functionalized hydrogel support according to one embodiment of the present invention, wherein the amine functionalized hydrogel support absorbs moisture to supply the mineral forming microorganism, The mineral-forming microorganisms are reacted with the second and third elements to form minerals according to the activation of the mineral-forming microorganisms, thereby acting as self-healing concrete.
본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 의해 상기 광물형성 미생물의 보호가 이뤄지므로, 산도(PH)에 무관하게 광물형성이 이뤄질 수 있는 다양한 미생물의 이용이 가능하다.Since the mineral-forming microorganism is protected by the amine-functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention, various microorganisms capable of mineral formation regardless of pH can be used.
상기 광물형성 미생물은 일례로, 살아있는 상태 그대로 포함될 수 있으며, 다른 예로, 포자(spore) 상태로 포함될 수도 있다. The mineral-forming microorganism may be included in a living state, for example, in a spore state.
일례로, 상기 광물형성 미생물(biomineralization bacteria)은 바실러스 수도피르무스(Bacillus pseudofirmus), 바실러스 파스테우리(Bacillus pasteurii), 아스로박터 크리스탈로포이에테스(Arthrobacter crystallopoietes) 또는 스포로사르시나 파스테우리(Sporosarcina pasteurii) 중 어느 하나 이상을 포함하여 이뤄질 수 있다.For example, the biomineralization bacteria may be selected from the group consisting of Bacillus pseudofirmus, Bacillus pasteurii, Arthrobacter crystallopoietes, (Sporosarcina pasteurii). ≪ / RTI >
상기 광물형성 미생물은 본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 수용되며, 콘크리트에 균열이 발생하고, 수분이 이러한 균열이 발생한 부위로 스며들면, 아민 관능화된 하이드로젤 지지체가 수분을 흡수하게 되고, 내부에 수용된 광물형성 미생물이 수분과 영양분에 의해 급격히 활성화가 진행하게 된다. 이러한 활성화에 의해 도 2에 도시된 바와 같이, 광물형성 미생물에서 형성된 탄산이온(CO3 2-)이 제3 요소(예, 칼슘이온(Ca2 +))와 반응하여 탄산칼슘(calcium carbonate, CaCO3) 즉, 방해석 또는 석회석의 주성분을 만들어냄으로써 콘크리트의 균열을 메우게 된다.The mineral forming microorganisms are housed in an amine functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention and cracks are generated in the concrete and when moisture permeates into the site where such cracks occur, the amine functionalized hydrogel support Moisture is absorbed, and the mineral-forming microorganisms contained therein are rapidly activated by moisture and nutrients. 2, carbonate ions (CO 3 2- ) formed in the mineral-forming microorganism react with a third element (for example, calcium ion (Ca 2 + )) to form calcium carbonate (CaCO 3) 3 ) In other words, by making the main component of calcite or limestone, the cracks of concrete are covered.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 광물형성 미생물은 호염기성 미생물(alkalophilic bacteria)일 수 있다.The mineral-forming microorganism according to an embodiment of the present invention may be an alkalophilic microorganism.
콘크리트 구조물의 형성 전후 콘크리트 내부 산도(PH) 상태는 알칼리를 유지하므로, 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 의한 수분흡수시 광물형성 미생물에 일부 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 알칼리 상태에서 광물형성이 더 잘 이뤄질 수 있는 호염기성 미생물이 수용되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Before and after the formation of the concrete structure, the acidity (PH) state of the concrete maintains the alkali, so it may have some influence on the mineral forming microorganisms when the water absorption by the amine functionalized hydrogel support is absorbed. Thus, it is more preferred, but not exclusively, that a basic microorganism capable of forming minerals in an alkaline state is better accommodated.
상기 제2 요소는 미생물 배양액, 미네랄, 요소 분해 효소인 우레아제(urease) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이뤄지며, 제3 요소는 일예로, 칼슘 이온을 포함하는 다양한 화합물일 수 있다.The second element may include at least one of a microbial culture solution, a mineral, and urease which is an urease, and the third element may be, for example, various compounds including calcium ions.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체 및 제1 요소 내지 제3 요소를 포함하여 이뤄지는 상기 자기치유 콘크리트용 혼화제는 일예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차, 2차 및 3차 중 어느 하나의 아민기를 포함하는 단위체 용액에 상기 제1 요소 내지 제3 요소를 혼합하고 상기 개시제를 이용하여 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 형성하는 것에 의해 일체로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the admixture for self-healing concrete comprising the amine-functionalized hydrogel support and first to third elements may be one of primary, secondary, and tertiary The first element to the third element may be mixed with a solution of a monomer unit containing an amine group and the amine-functionalized hydrogel support may be formed using the initiator.
상기 자기치유 콘크리트용 혼화제로 이용되는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 일예로, 냉동건조, 동결분쇄 상태로 자기치유 콘크리트에 포함된다.The amine functionalized hydrogel support used as the admixture for the self-healing concrete is included in the self-healing concrete in a freeze-dried or freeze-crushed state, for example.
상기 냉동건조(freeze drying)는 형성된 아민 관능화된 하이드로젤 지지체의 보관방법의 일예로 이해될 수 있으며, 냉동건조된 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 이를 동결분쇄(freeze grinding)하여 자기치유 콘크리트에 포함될 수 있다.The freeze drying can be understood as an example of a storage method of the formed amine functionalized hydrogel support, and the freeze dried amine functionalized hydrogel support is freeze-grinded to the self-healing concrete .
후술하는 시멘트 모르타르 타설시 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 냉동건조, 동결분쇄 상태로 포함하는 경우, 광물형성 미생물이 수용된 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 소립자 단위로 자기치유 콘크리트에 분배 공급할 수 있게 된다.When the amine functionalized hydrogel support is freeze-dried or freeze-crushed in the cement mortar pouring, which will be described later, it is possible to distribute the amine functionalized hydrogel support containing the mineral forming microorganisms to the self-healing concrete do.
따라서 이러한 냉동건조, 동결분쇄 상태로 공급된 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 시멘트 모르타르 내의 미생물의 유동성 및 분산성을 극대화할 수 있으므로, 균열이 발생한 부위에 광물형성 미생물이 정확히 배치되고, 외부의 대처 없이도 미생물의 광물 형성과정을 통해 균열에 대한 자기치유가 신속하게 이뤄질 수 있게 된다.Therefore, the amine-functionalized hydrogel support supplied in the freeze-dried and freeze-pulverized state can maximize the flowability and dispersibility of the microorganisms in the cement mortar, so that the mineral-forming microorganisms are precisely disposed at the site where cracks occur, It is possible to rapidly heal cracks through the microbial mineral formation process.
상기 자기치유 콘크리트용 혼화제는 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체 및 제1 내지 제3 요소 이외에도, 각각의 용도에 따른 다양한 혼화제(예, 표면활성제, 응결경화조절제, 방수제, 착색제 등)를 포함하여 이뤄질 수 있다.The above-mentioned self-healing concrete admixture includes various admixtures (for example, surface active agents, curing curing modifiers, waterproofing agents, coloring agents, etc.) in addition to the amine-functionalized hydrogel supports and the first to third elements. .
본 발명의 다른 실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트는 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제 및 시멘트 모르타르를 포함하여 구성된다.The self-healing concrete using the amine functionalized hydrogel support according to another embodiment of the present invention comprises the admixture for self-healing concrete using the amine functionalized hydrogel support and the cement mortar.
상기 시멘트 모르타르(cement mortar)는 시멘트와 골재 및 물을 포함하여 배합하는 것으로, 상기 골재는 잔골재, 굵은골재, 경량골재 등 각각의 작업환경 및 용도에 따라 적절한 것으로 선택 이용될 수 있으며, 모래, 자갈 등 공지의 다양한 골재가 이용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The cement mortar is blended with cement, aggregate, and water. The aggregate may be selected as appropriate depending on the working environment and use of the fine aggregate, coarse aggregate, lightweight aggregate, etc., Etc., and therefore, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일실시예에 따른 자기치유 콘크리트는 타설 및 구조물 형성부터 자기치유에 이르기까지 다음의 3단계로 이뤄진다.The self-healing concrete according to one embodiment of the present invention is formed from the following three steps from casting and structure formation to self-healing.
a) 콘크리트 타설 후 구조물 형성 전 단계a) Pre-formation of concrete structure after concrete pouring
알칼리 성질을 갖는 시멘트 모르타르에서는 본 발명의 일실시예에 따른 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 수용된 광물형성 미생물의 활성 및 광물형성 작용이 저해된다. 따라서 콘크리트 구조물 형성 전에는 광물 형성 및 미생물의 활성이 이뤄지지 않는다.In cement mortars having alkaline properties, the mineral-forming microorganisms contained in the amine-functionalized hydrogel support according to an embodiment of the present invention are inhibited from activity and mineral formation. Therefore, mineral formation and microbial activity are not achieved before concrete structures are formed.
b) 구조물 형성 후 균열 형성 전 단계b) Step before crack formation after structure formation
상기 동결 분쇄되어 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 수용된 상태에서 콘크리트 내부에 분산 배치된 광물형성 미생물 등은 콘크리트 구조물 형성 후 상기 아민 관능화된 하이드로젤에 의해 보호되며 최소한의 활성만을 유지하게 된다.The mineral-forming microorganisms dispersed in the concrete in the state of being housed in the above-mentioned freeze-milled, amine-functionalized hydrogel support are protected by the amine-functionalized hydrogel after the formation of the concrete structure, and only the minimal activity is maintained.
c) 균열 발생 및 자기치유 단계c) Crack initiation and self-healing steps
도 1은 c 단계를 순차적으로 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부적 환경 요인 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생된다(c-1). FIG. 1 is a view sequentially showing a step c. As shown in FIG. 1, cracks are generated in concrete due to external environmental factors (c-1).
상기 균열로 인해 발생된 내부 공간에 침투되는 수분은 상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 의해 흡수되며, 아민 관능화된 하이드로젤 지지체에 포함된 영양분 및 화합물에 의해 광물형성 미생물의 활성화가 이뤄진다(c-2).Moisture penetrating into the internal space generated by the cracks is absorbed by the amine-functionalized hydrogel support, and the mineral-forming microorganisms are activated by nutrients and compounds contained in the amine-functionalized hydrogel support (c -2).
상기 광물형성 미생물의 활성화에 따라 광물형성 작용이 활성화되면서 균열 부위에 광물이 메워져 균열이 치유된다(c-3).Mineral formation is activated by the activation of the mineral-forming microorganisms, and the mineral is buried in the cracks to heal the cracks (c-3).
이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 하기의 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And the embodiments are also within the scope of the present invention defined by the following claims.
Claims (9)
제1 요소인 광물형성 미생물;
제2 요소인 광물형성 미생물의 활성에 필요한 영양물질;
제3 요소인 광물형성 미생물에 의한 탄산칼슘 반응에 필요한 화합물; 및
상기 제1 내지 제3 요소가 내부에 포함되는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체;를 포함하여 이뤄지되,
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 아민기가 포함된 것으로 질량%가 조절된 아크릴아마이드 및 비스아크릴아마이드; 또는 키토산; 을 포함하여 이루어지는 단위체를 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 단위체를 개시제에 의해 중합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제.
As an admixture for self-healing concrete using microorganisms,
Mineral-forming microorganisms as the first element;
Nutrients necessary for the activity of the mineral-forming microorganisms as the second factor;
A compound necessary for the calcium carbonate reaction by the mineral forming microorganism as the third element; And
And an amine functionalized hydrogel support on which the first to third elements are contained,
The amine-functionalized hydrogel supports include acrylamide and bisacrylamide, which contain amine groups and are controlled in mass%; Or chitosan; Wherein the monomer unit is formed by polymerization of the initiator with an amine functionalized hydrogel support. The admixture for a self-healing concrete using the amine functionalized hydrogel support is characterized in that the monomer unit is formed by polymerization with an initiator.
상기 개시제는 과황산 암모늄과 테트라 메틸 에틸렌 디아민을 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제.
The method of claim 1,
Wherein the initiator comprises ammonium persulfate and tetramethylethylenediamine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 개시제는 UV(자외선)인 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제.
The method of claim 1,
Wherein the initiator is UV (ultraviolet). ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 광물형성 미생물은 호염기성 미생물인 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제.
The method of claim 1,
Wherein the mineral-forming microorganism is a basic-organic microorganism.
상기 아민 관능화된 하이드로젤 지지체는 냉동건조, 동결분쇄 상태로 포함되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트용 혼화제.
The method of claim 1,
Wherein the amine functionalized hydrogel support is included in the freeze-dried or freeze-crushed state.
시멘트 모르타르;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아민 관능화된 하이드로젤 지지체를 이용한 자기치유 콘크리트.An admixture for self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support according to claim 1; And
Cement mortar; and a self-healing concrete using the amine-functionalized hydrogel support.
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