KR101899969B1

KR101899969B1 - 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체

Info

Publication number: KR101899969B1
Application number: KR1020180074843A
Authority: KR
Inventors: 강정용
Original assignee: 석성기업 주식회사
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2018-09-18

Abstract

본 발명은 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체에 관한 것으로, 그 목적은 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 구조체에 적용되어, 백화현상 및 부식발생을 방지하고, 내구성 및 강도를 증진시킬 수 있는 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트용 복합 항알칼리제는, 반응성 이산화규소 20∼35wt%, 가용성 금속비누계 방수제 15∼25wt%, 메타카올린(metakaolin) 20∼30wt%, 폴리카르복실레이트 감수제 3∼10wt%, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 1∼5wt%, 물(증류수) 15∼30wt% 로 이루어져 있으며, 이와 같은 복합 항알칼리제는 콘크리트 구조체의 형성시, 시멘트 100 중량부에 대하여, 3∼20 중량부 첨가되도록 되어 있다.

Description

콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체{Revetment block for Blushing prevention}

본 발명은 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체에 관한 것으로, 콘크리트에 혼합되어 석출되는 수산화칼슘의 양을 저감시키고, 수분의 침투를 최대로 억제하여, 콘크리트 구조체의 백화 및 부식현상을 방지함과 동시에, 공극의 치밀화를 통해 내구성 및 강도를 증진시킬 수 있는 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 시멘트와 물 및 일정량의 골재를 혼합하여 교반한 후, 이를 타설 또는 성형하여 건축물 등의 구조물 또는, 식생블록, 호안블록 등의 콘크리트 구조체를 구성하게 된다.

이러한 콘크리트는 건조되어 단단하게 굳음으로써 일정 강도를 유지하게 되나, 골재 및 각종 반응에 의해 내부에 무수한 공극들이 형성되고, 이러한 공극들 내로 빗물 또는 공기 중의 습기가 새어들어가 콘크리트 자체의 강도를 약하게 할 뿐 아니라, 온도에 따른 공극내 수분의 부피변화에 의해, 균열 및 공동현상이 발생되고, 경화수축시 발생되는 소석회의 유출등으로 인해 내벽의 곰팡이 및 백화현상 등이 발생하여 수명이 단축되고 미관을 해치는 문제점이 발생되고 있다.

특히, 강, 하천, 해변가, 도로 또는 공원 등지의 경사면에 제방의 역할, 도로 또는 보도 유실 방지, 호안의 침식 및, 세굴현상 방지를 위하여 설치되는 호안블록은 장마철이나 우천시, 호안블록이 습기에 일정 기간 이상 노출되면 호안블록 내의 석회성분이 물과 반응하면서 백화현상이 발생되고 있으며, 이로 인해, 호안블록의 외관을 해칠 뿐만 아니라 외부로 노출된 석회 성분과 함께 시멘트 등에서 유해물질이 외부로 발산되는 문제점이 있었다.

또한, 유해물질이 발산되지 않더라도 백화현상에 의해 종래의 호안블록은 백색의 얼룩들이 표면에 발생하여 미관상 불쾌감을 주고, 시공 당시의 전체 디자인을 지속적으로 보존할 수 없다는 문제점이 있었다.

종래에는 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 구조체의 백화현상을 방지하기 위하여, 콘크리트의 혼합성형시, 백화방지제가 첨가되고 있으나, 종래의 백화방지제는 외부에서 침투되는 물을 차단해서 백화를 방지시키는 방수제 성분이 대부분이어서, 백화현상을 근본적으로 해소하기에는 한계가 있었다.

즉, 방수물질의 경우 시멘트와 이형재료로써 콘크리트의 모세관 공극을 완전히 충진하는 것은 불가능하며, 방수성능을 지속적으로 발휘하여 백화를 방지하기 위해서는 그 사용량이 증가되어야 하나, 백화방지제의 사용량이 증가되면 그에 따라 시멘트 경화체의 강도 발현이 약하지게 되는 문제점이 있었다.

특히, 해안가에 설치된 콘크리트 구조체(호안블록)는 해수내의 황산칼슘성분 및 염소성분에 의해 부식현상이 발생되고 있으나, 방수제 성분의 백화방지제로는 이러한 부식현상을 방지할 수 없는 등 여러가지 문제점이 있었다.

특허등록공보 등록번호 10-1328634(2013.11.06) 특허등록공보 등록번호 10-1694145(2017.01.03) 특허등록공보 등록번호 10-1294307(2013.08.01) 특허등록공보 등록번호 10-0830806(2008.05.13)

본 발명의 목적은 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 구조체에 적용되어, 백화현상 및 부식발생을 방지하고, 내구성 및 강도를 증진시킬 수 있는 콘크리트용 복합 항알칼리제와 이를 이용한 콘크리트 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 상기 복합 항알칼리제는, 반응성 이산화규소 20∼35wt%, 가용성 금속비누계 방수제 15∼25wt%, 메타카올린(metakaolin) 20∼30wt%, 폴리카르복실레이트 유동화제 3∼10wt%, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 1∼5wt%, 물(증류수) 15∼30wt% 를 포함하도록 되어 있으며, 시멘트 100 중량부에 대하여, 복합 항알칼리제 3∼20 중량부, 골재 200∼500중량부가 첨가성형되어 콘크리트 구조체를 형성하도록 되어 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 습하고 빗물에 침식한 환경에서도 끊임없이 시멘트의 계속되는 수화에서 발생하는 수산화칼슘을 흡수하는 특성을 구비하고 있어, 몰탈과 콘크리트 구조의 내구성을 안정적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 이온교환을 통하여, 알칼리 이온농도를 신속하게 낮추고, 활성골재와 알칼리 반응을 억제하여, 시멘트 몰탈과 콘크리트 구조체간의 알칼리 골재반응을 효과적으로 제거함으로써, 시멘트에 혼합되어 몰탈과 콘크리트 구조체의 삼투성 및 공극구조를 변화시켜 몰탈과 콘크리트 구조의 내구성을 확보하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 성형된 호안블록의 표면에 분사코팅할 수 있으며, 이와 같이 복합 항알칼리제가 호안블록에 분사코팅될 경우, 약 100∼150㎜ 까지 침투하여 우수한 발수성 및 방수성을 부여하게 되며, 이를 통해 액체 불침투성 및 내식성을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 모르타르중의 수산화칼슘의 생성량을 줄이고, 수분감소에 의해 수산화칼슘의 표면이동을 방지하며, 방수성에 의해 수분의 침입이 차단되어, 수산화칼슘의 표면이동 및 염기의 내부침투가 차단되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 반응성 이산화규소, 가용성 금속비누계 방수제, 메타카올린(metakaolin), 폴리카르복실레이트, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 및, 물(증류수)을 포함하도록 하여, 콘크리트 구조물(호안블록)의 표면에 견고한 방수피막을 형성함으로써, 해수의 염소이온(Cl^-)에 대한 침투 차단 및 황산염과의 반응을 차단하여 콘크리트 부식을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는, 메타카올린과 반응성 이산화규소가 모두 첨가되도록 되어 있어, 시멘트 수화에서 생성된 수산화칼슘과 신속한 반응이 이루어지고, 이를 통해 규산칼슘 겔을 형성하게 되므로, 수산화칼슘이 경화 몰탈 혹은 콘크리트 표면으로 이전되는 것이 더욱 효율적으로 방지된다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 가용성 금속비누계 방수제와 메타카올린 및 반응성 이산화규소를 포함하도록 되어 있어, 복합적인 반응에 의해 콘크리트 구조체의 치밀성을 향상시키고, 모세혈관 통로를 감소시켜 백반 혹은 백화 형성을 방지하는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 따른 가용성 금속비누계 방수제의 균일분산 및 침투성에 의해 효과적으로 항알킬리 작용에 도달되고, 메타카올린과 반응성 이산화규소에 의해 모세혈관 통로의 완전한 차단 및, 수산화칼슘과 Chlor alkali ion 의 침투를 방지하여, 콘크리트 구조체의 치밀성 향상, 백반 및 백화현상이 방지되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 시멘트 및 골재와의 혼합시, 복합 항알칼리제가 수산화칼슘과의 반응하여 고강도 미세결정을 생성하게 되고, 이를 통해 콘크리트 구조체의 공극이 치밀화되어, 강도가 약 10∼15 % 증진될 뿐 아니라, 수중불분리 및 내구성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 식생블록, 호안블록 등의 콘크리트 구조체는 백화현상이 방지되고, 강도가 우수하여 우수한 상업성을 구비하고 있으며, 특히 해안가에 설치될 시에도 부식현상이 방지되어 수명이 연장되는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 콘크리트 구조체의 구성을 보인 일예시도

본 발명에 따른 콘크리트용 복합 항알칼리제는, 반응성 이산화규소 20∼35wt%, 가용성 금속비누계 방수제 15∼25wt%, 메타카올린(metakaolin) 20∼30wt%, 폴리카르복실레이트 감수제 3∼10wt%, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 1∼5wt%, 물(증류수) 15∼30wt% 로 이루어져 있으며,

이와 같은 복합 항알칼리제는 콘크리트 구조체의 형성시, 시멘트 100 중량부에 대하여, 3∼20 중량부, 바람직하게는 3∼10 중량부 범위내에서 첨가된다.

본 발명에 따른 콘크리트 구조체는 콘크리트 독성이 없는 수질정화 호안블록, 식생블록, 테트라포트, 수질정화블록, 옹벽블록 등등 콘크리트 재질로 이루어진 다양한 건축/토목자재를 의미한다.

상기 반응성 이산화규소는 시멘트의 반응을 촉진시키는 기능 및, 수화반응에서 생성된 과잉 수산화칼슘과의 반응에 의해 C-S-H(CH+SC-S-H)를 생성하여 콘크리트내의 수산화칼슘 생성량을 줄임과 동시에 모세혈관 통로를 차단하여 수산화칼슘의 표면이동으로 인한 백화현상을 감소시키는 기능을 구비한다.

이와 같은 반응성 이산화규소는 공지의 반응성 실리카 분말(Reactive Silica Powder) 일예로, 반응성 비정질 실리카분말이 사용될 수 있다.

상기 반응성 이산화규소는 20wt% 미만으로 첨가될 경우, 백화현상 감소현상이 저하되고, 35wt%를 초과하여 첨가될 경우, 물과의 혼합시 전체적으로 점도가 높아지게 되며, 또한 시멘트 입자들의 결합을 방해하여 물리적 특성이 오히려 저하될 뿐 아니라, 강도증진 및 백화현상 방지에 효과차이가 미비하고, 알칼리골재반응의 요소로 작용될 수 있으므로, 적정범위내에서 첨가되어야 한다.

상기 가용성 금속비누계 방수제는, 물에 녹도록 되어 있어, 몰탈에 충분히 혼합되어 성형된 콘크리트 구조체의 표면뿐 아니라 내부에 균일하게 분포되어 우수한 방수성을 부여하게 된다.

상기 가용성 금속비누계 방수제는, 물을 50∼60℃로 가열하고, 쇼듐카보네이트(sodium carbonate), 플루오르화나트륨(Sodium Fluoride), 포타슘하이드록사이드(Potassium hydroxide)를 물에 녹여 제1혼합액을 생성하는 제1단계;

제1혼합액에 가열 용해된 스테아르산(stearic acid)을 첨가하고, 고르게 혼합하여 액상비누(Soap liquid)를 생성하는 제2단계;

액상비누(Soap liquid)를 25∼30℃ 로 냉각하는 제3단계;

제3단계 후, 암모니아 수용액(ammonia water)을 첨가하고 혼합교반하는 제4단계를 통해 이루어지게 된다.

즉, 상기 가용성 금속비누계 방수제는, 스테아르산(stearic acid) 3∼6wt%, 소듐카보네이트(sodium carbonate) 0.1∼0.5wt%, 암모니아 수용액 (ammonia water) 2∼6wt%, 플루오르화나트륨(sodium fluoride) 0.001∼0.01wt%, 포타슘하이드록사이드(potassium hydroxide) 0.5∼1.2wt% 및, 나머지 물로 하여 100wt% 로 이루어져 있으며, 소듐카보네이트(sodium carbonate)와 포타슘하이드록사이드(Potassium hydroxide) 등의 알칼리성 물질과 지방산인 스테아르산(stearic acid)의 화학 반응에 의해 Water soluble soap 로 이루어져 있다.

즉, 상기 가용성 금속비누계 방수제는, 스테아르산을 근본적 주요 기본 재료로 하고, 강알칼리성을 구비하는 수산화칼륨, 탄산나트륨, 플루오르화 나트륨 및 암모니아 수용액의 첨가를 통하여 강산, 강알칼리의 깊은 비누화의 진행으로 치밀성 및 가용성을 구비하게 된다.

상기 스테아르산은 탄소수 18의 포화 고급지방산으로서, 크림화 작용을 하여, 방수성을 향상시키는 기능을 구비하며, 3wt% 미만으로 첨가될 시, 방수성이 저하되고, 6wt% 초과하여 첨가될 시 너무 빨리 고형화되기 때문에 가공성이 나빠질 뿐 아니라, 콘크리트와의 접착력이 저하되므로 적정범위내에서 첨가되어야 한다.

상기 플루오르화나트륨(NaF)은 방수막의 견고성 및 치밀성을 확보하기 위한 것으로, 0.01wt% 를 초과하여 첨가되면, 오히려 방수막의 치밀성이 저하되는 경향이 있으며, 0.001wt% 미만으로 첨가될 경우, 방수막의 견고성 및 치밀성 확보에 영향을 미칠 수 없게 되므로, 적정범위내에서 첨가된다.

또한, 상기 플루오르화나트륨(NaF)은 물에 용해되어 강알칼리성을 띄움으로써 시멘트의 수화반응을 촉진하는 기능도 구비한다.

상기 암모니아 수용액은 강산으로서 2차 불가역 비누화 반응을 진행하고, 적절한 pH수치를 조절하는 기능을 구비한다. 이때, 상기 암모니아 수용액은 약 15∼30% 농도, 바람직하게는 약 20∼25% 농도, 더욱 바람직하게는 약 22∼23%의 정량 암모니아 수용액이 사용되어질 수 있다.

상기와 같이 이루어진 가용성 금속비누계 방수제는, Soap liquid가 시멘트 수화물의 입자, 골재 및 아직 수화가 완전하지 않은 시멘트 입자 간에 hydrophobic 흡착층을 형성할 뿐 만 아니라, 불용성 물질을 형성하여 미세 공극을 충전하고 모세혈관의 통로를 막아서 물이 잘 스며들지 않는 성질인 발수성을 부여하게 되며, 이로 인해 콘크리트 구조체의 강도저하 현상이 발생되지 않는다.

즉, 공지의 금속비누계 방수제는 시멘트의 수화속도를 지연시켜 시멘트의 수화물을 감소시키게 되므로, 이에 상응하여 콘크리트 구조체의 강도가 떨어지는 현상이 발생되고 있으나, 본 발명에 따른 가용성 금속비누계 방수제는 압축강도의 저하 현상이 발생되지 않는다.

또한, 종래의 일반적인 금속비누계 방수제 특히, 스테아르산칼슘을 사용하는 금속비누계 방수제는 소수성을 구비하고 있어, 몰탈에 혼합되어 콘크리트 구조체를 성형하게 될 경우, 콘크리트 구조체의 표면에 근접한 박층에는 상대적으로 높은 폴리머의 존재로 인해 방수성을 구비하나, 박층(일예로 약 약 3㎜ 정도)을 초과하게 되면 방수몰탈의 중합성인 스테아르산염의 농도가 매우 낮거나 거의 없게 되어, 미미한 방수성을 구비하거나, 일부분에만 제한적인 방수성이 구비되므로, 콘크리트 구조체에 대한 방수효과가 매우 불안정하여 현장적용에 어려움이 발생된다.

즉, 성형된 콘크리트 구조체는 현장여건에 따라 다양한 크기로 절단하여 배치되는 것이 일반적이나, 공지의 금속비누계 방수제가 첨가되어 성형된 콘크리트 구조체를 절단하여 사용할 경우, 내부의 절단면에는 금속비누의 폴리머가 미미하거나 존재하지 않게 되어 방수성이 저하된다.

이에 반하여, 본 발명에 따른 가용성 금속비누계 방수제는 물에 녹도록 되어 있어, 몰탈에 충분히 혼합되어 성형된 콘크리트 구조체의 표면뿐 아니라 내부에 균일하게 분포하게 되므로, 성형된 콘크리트 구조체 및, 절단된 콘크리트 구조체의 절단면에 대해서도 우수한 방수성이 부여된다.

또한, 상기 가용성 금속비누계 방수제는, 혼합 사용시에 초기 반응을 지연시키는 지연제 기능을 함으로써 하절기에 물을 추가 첨가하지 않고도 가사시간을 길게 하여 작업성과 품질안정성을 높일 수 있을 뿐 아니라, 콘크리트 구조체의 표피층인 피방수층과의 고화반응에 따른 불용성의 계면 접착력을 증대시켜주는 기능을 하게 된다.

또한, 상기 가용성 금속비누계 방수제는, 우수한 침투성에 의해 몰탈의 치밀성이 향상되도록 할 뿐 아니라, 물이 발수되도록 하여 물의 흡착이 적게 함으로써 백화발생이 방지되도록 하는 기능을 구비한다.

또한, 상기 가용성 금속비누계 방수제는 이질적인 구성성분들을 고루 분산시키는 분산성을 구비하고 있어, 반응성 이산화규소와 메타카올린의 분산성을 향상시키는 기능도 구비한다.

상기 메타카올린(metakaolin)은, 몰탈 및 콘크리트에 침투하여 시멘트성분과 반응하여 방수성을 부여하여 백화현상을 저감시킨다. 즉, 상기 메타카올린은 주요 성분이 고활성 산화알루미늄(Al₂O₃)과 이산화규소(SiO₂)로, 상기 산화알루미늄과 이산화규소는 상온 상압에서 시멘트의 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 반응하여 시멘트석을 생성함으로써, 모세혈관 통로를 차단하여 방수성을 향상시키게 된다.

상기 메타카올린은 20wt% 미만으로 첨가되면, 그 효과가 미미하게 되어 방수성능이 저하되고, 30wt%를 초과하여 첨가되면 수화물을 과다하게 사용하게 되어 콘크리트 구조물(호안블록)의 강도가 오히려 약해질 수 있으므로, 20∼30wt% 범위내에서 첨가된다. 이와 같은 메타카올인은 비표면적이 5,000∼8,000㎠/g 의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 폴리카르복실레이트(Polycarboxylate)는 분산력을 발휘하도록 하는 감수제 및 유동화제(superplasticizer)로, 몰탈 및 콘크리트내의 수분을 감소시켜 백화현상을 저감시키는 기능을 구비한다.

또한, 상기 폴리카르복실레이트는 콘크리트의 워커빌리티를 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 중의 물과 시멘트의 중량비를 비교적 대폭으로 낮아지게 하여, 시멘트석의 내부 공극 체적을 현저하게 줄임으로써, 치밀성 및 압축강도를 향상시키는 기능을 구비한다.

이와 같은 폴리카르복실레이트(polycarboxylate)는 3wt% 미만으로 사용시에는 분산력이 충분히 발휘되지 않아 반응성이 떨어지고, 10중량%를 초과하여 혼합되면 경제성이 떨어지므로, 3∼10wt% 범위내에서 혼합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리카르복실레이트(Polycarboxylate)는 전체 재료의 유동성을 부여하며 혼화력을 좋게 하고 혼입 수량을 줄여 층 간을 밀착하여 느슨한 공극을 줄임으로써, 방수성을 부여할 뿐 아니라, 콘크리트의 조기강도를 높이는 기능 및 강도를 증진시키는 기능을 구비한다.

상기 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate)은 반응에 따라 생기는 반응열을 몰탈 전체에 골고루 분산전파시켜줌으로써 반응성 이산화규소의 반응을 촉진시켜주는 역할을 부여한다. 즉, 상기 헥사메타인산나트륨은 반응성 이산화규소와 수산화칼슘과의 반응을 촉진하여, 미반응된 이산화규소로 인한 골재알칼리반응을 방지하는 기능을 구비한다. 또한, 상기 헥사메타인산나트륨은 분산성을 개선하는 효과도 구비하고 있다.

이와 같은 헥사메타인산나트륨의 효과에 의해 종래에는 실질적으로 사용이 불가능하였던 250∼400 메쉬 정도의 반응성 이산화규소도 첨가될 수 있다.

또한, 상기 헥사메타인산나트륨은 물에 잘 녹아서 알칼리성을 나타내고, 수용액에 적용시 분산성, 해교성, 이온 증대력이 매우 강하고, 흡습력이 강한 특성을 구비하고 있다.

또한, 상기 헥사메타인산나트륨[sodium hexaneta phosphate(NaPO₂)₆]은 자체적으로 칼슘과의 착염 형성 능력이 우수한 특징을 구비하고 있으며, 수용액은 Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺,Cu²⁺, Fe³⁺ 등과 착이온을 만들고, 이온의 활성을 봉쇄하는 기능을 구비한다.

또한, 상기 헥사메타인산나트륨은 콘크리트 구조체의 표면에 피막을 형성하는데, 이와 같이 표면에 형성된 피막은 해수의 염소이온(Cl^-)을 차단함으로써, 콘크리트 부식을 방지하는 기능을 구비한다.

상기 헥사메타인산나트륨은 1wt% 미만으로 첨가될 경우, 반응촉진, 분산성 증진 및, 부식방지 효과가 미미하고, 5wt%를 초과하여 다량첨가되면, 과잉 착염의 형성하고, 오히려 반응강도 약화에 따른 반응속도 저하가 발생되므로, 적정범위내에서 첨가하여야 한다.

상기와 같이 이루어지는 복합 항알칼리제는, 반응성 이산화규소, 가용성 금속비누계 방수제, 메타카올린(Metakaolin), 폴리카르보실레이트(Polycarboxylate superplasticizer), 헥사메타인산나트륨(Sodium hexametaphosphate), 물(증류수)을 순서에 따라 혼합해서 고속 분산기에 넣어서 고르게 믹싱함으로써 유백색의 페이스트 형태로 이루어지게 된다.

이와 같이 이루어진 복합 항알칼리제는, 콘크리트 구조체의 형성을 위한 시멘트와의 혼합성형시, 시멘트 수화공정에서 발생하는 수산화칼슘과 반응하여, 수산화칼슘의 생성량을 줄임과 동시에, 수산화칼슘이 표면으로 이동되어 누출되는 속도를 현저하게 낮추어 백화현상을 차단하게 된다.

또한, 상기 복합 항알칼리제는 수산화칼슘과의 반응에 의해 고강도 미세결정이 생성되므로, 몰탈과 콘크리트 구조체의 공극을 치밀화시켜 내구성 및, 압축강도를 약 10∼15% 정도 증진시킴과 동시에, 콘크리트 구조체 표면에 방수막을 형성시켜 수산화칼슘의 표면으로 이동으로 인한 백화현상을 저감시키게 된다.

특히, 상기 복합 항알칼리제는 습하고 빗물에 침식한 환경에서도 끊임없이 시멘트의 계속되는 수화에서 발생하는 수산화칼슘을 흡수하는 특성을 구비하고 있어, 콘크리트 구조체의 내구성을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기 복합 항알칼리제는 이온교환을 통하여, 알칼리 이온농도를 신속하게 낮추고, 활성골재와 알칼리 반응을 억제하여, 시멘트 몰탈과 콘크리트 구조체간의 알칼리 골재반응을 효과적으로 제거함으로써, 시멘트에 혼합되어 몰탈과 콘크리트 구조체의 삼투성 및 공극구조를 변화시켜 몰탈과 콘크리트 구조의 내구성을 확보하게 된다.

또한, 상기 복합 항알칼리제는 반응성 이산화규소, 가용성 금속비누계 방수제, 메타카올린(metakaolin), 폴리카르복실레이트, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 및, 물(증류수)을 포함하도록 하여, 콘크리트 구조물(호안블록)의 표면에 방수피막을 형성하여 해수의 염소이온(Cl^-)에 대한 침투를 차단함으로써, 콘크리트 부식을 방지하는 기능을 구비한다.

또한, 상기 복합 항알칼리제는 성형된 콘크리트 구조체의 표면에 분사코팅할 수 있으며, 이와 같이 복합 항알칼리제가 콘크리트 구조체에 분사코팅될 경우, 약 100∼150㎜ 까지 침투하여 우수한 발수성 및 방수성을 부여하게 되며, 이를 통해 액체 불침투성 및 내식성을 증가시키게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 콘크리트 구조체의 구성을 보인 일예시도를 도시한 것으로, 상기와 같이 이루어진 복합 항알칼리제는 시멘트 100 중량부에 대하여, 약 3∼20 중량부, 바람직하게는 3∼15 중량부, 더욱 바람직하게는 3∼10 중량부 범위내에서 첨가된다.

본 발명에 따른 콘크리트 구조체는 시멘트, 복합 항알칼리제, 골재의 혼합, 가압/진동/성형 및 건조양생을 통해 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 일 예로, 본 발명에 따른 콘크리트 구조체(100)는 시멘트 100 중량부에 대하여, 복합 항알칼리제 3∼20 중량부, 골재 200∼500중량부에 적정량의 물을 첨가성형에 의해 도 1 에 도시된 바와 같이 호안블록 형상으로 이루어질 수 있다. 도 1 은 콘크리트 구조체로 호안블록이 예시로 도시되어 있으나, 그 형상 및 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 시멘트-물비는 콘크리트 구조체의 성형에 사용되어지고 있는 공지의 시멘트-물비로 이루어진다. 일예로 물/시멘트비는 0.4∼0.55 범위내에서 첨가될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 구조체는 표면에 수질정화체가 분사부착되어 수질정화기능을 구비하도록 구성될 수 있다.

상기 수질정화체는 낫토균(Bacillus natto)이 담지된 제올라이트가 알긴산에 의해 코팅된 것이 사용된다.

상기 알긴산은 천연증점제로써, 강알칼리성을 구비하는 콘크리트 구조체(호안블록)으로부터 낫토균을 보호함과 동시에, 낫토균이 장기간동안 서서히 용출되어 수질정화능력이 지속적으로 유지되도록 하기 위한 기능 및, 제올라이트를 콘크리트 구조체(호안블록)의 표면에 부착하는 기능을 구비한다.

상기 알긴산은 알긴산 나트륨을 물에 분산 및 용해시킨 알긴산 수용액으로, 점도 500∼2000 cps, 바람직하게는 점도 800∼ 1500 cps 의 것이 사용된다. 이와 같은 알긴산 수용액의 점도는 제올라이트에 코팅막을 형성하면서 콘크리트 구조체(호안블록)에 제올라이트의 부착이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 점도의 알기산 수용액은 일예로 증류수 100 중량부에, 알긴산 나트륨 20∼50 중량부를 첨가 및 교반하여 형성할 수 있다.

상기 낫토균은 알칼리에 강한 특성을 구비하고 있을 뿐 아니라, 자기 증식능력이 있어, 제올라이트에 담지되어 호안블록의 표면에 부착될 경우, 수질정화 효과를 극대화할 뿐 아니라, 장시간동안 수질정화기능이 유지되도록 하는 기능을 발휘하게 된다.

상기 낫토균이 담지된 제올라이트는 낫토균 배양액에 제올라이트를 침지시킨 후, 건조시키는 고정을 통해 이루어질 수 있다.

상기와 같이 이루어진 수질정화체의 표면부착은 콘크리트 구조체의 성형이 완료된 후 건조양생전에 분사/뿜칠/부착 등등의 다양한 방법에 의해 이루어진다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1

반응성 이산화규소 25wt%, 가용성 금속비누 방수제 20wt%, 메타카올린 25wt%, Polycarboxylate Superplasticizer 5wt%, Sodium hexametaphosphate 3wt%, 증류수 22wt%를 순서에 따라 혼합하여 고속 분산기에 넣고 균일하게 믹싱하여 유백색의 페이스트인 고효율 복합 항알칼리제를 제조하였다.

이때, 상기 가용성 금속비누계 방수제는, 물을 50∼60℃ 가열하고, 탄산나트륨 0.21wt%, 수산화칼륨 0.82wt%, 플루오르화나트륨 0.005wt%를 물에 녹여 혼합액을 생성하며, 가열하여 녹은 스테아르산 4.13wt%를 서서히 혼합액에 넣고 신속하게 혼합하여 균일한 비누액을 생성한 후, 상기 비누액을 25∼30℃ 로 냉각시킨 다음, 정량의 암모니아수 3.1wt%(22%함량)를 넣고, 고루 섞어 유백색의 걸쭉한 액체로 이루어진 가용성 금속비누계 방수제를 첨가하였다. 이때 상기 가용성 금속비누계 방수제는 물을 포함하여 100wt%로 이루어지도록 하였다.

실시예 2

시멘트 1.45㎏, 실시예 1 에 따른 복합 항알칼리제 0.05㎏, 잔골재 2.5㎏, 부순잔골재 3㎏, 물 0.66㎏ 을 배합성형하여 시험체(28일 양생)를 형성하고, 이에 대한 백화현상 발생여부를 대비군과 비교하여 관찰하였다.

이때, 상기 대비군은 시멘트 1.5㎏, 잔골재 2.5㎏, 부순잔골재 3㎏, 물 0.66㎏ 을 배합성형하였으며, 시험편과 대비군 모두 28일 양생한 후, 백화발생여부를 관찰하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 시험편은 관능적으로 봤을때 어떠한 백화현상도 나타나지 않았으나, 대비군의 경우, 불규칙적인 소량의 백화현상이 발생되었음이 관찰되었다.

실시예 3

실시예2에 따라 시험체 및 대비군을 제조한 후, 이에 대한 흡수율을 대비하였다. 흡수율 테스트는 시험체와 대비군을 모두 60℃ 오븐속에서 5분정도 건조시킨 후, 물 접촉면을 제외한 나머지 4개의 측면을 모두 파라핀으로 모두 밀봉시킨 다음, 물이 있는 용기안에 넣고 48시간 후, 꺼내어 중량을 측정하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 시험편은 흡수율이 약 5%인데 반하여, 대비군은 흡수율이 약 60% 로 큰 차이를 보였다.

실시예 4

실시예3에 따른 흡수율 테스트 후, 다시 7일간 상온에서 자연양생시킨 후, 백화발생여부를 관찰하였다. 그 결과 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시험체에는 백화현상이 나타나지 않았으나, 대비군에는 표면에 넓은 면적의 백화현상이 발생되었음을 확인할 수 있었다.

실시예 5

실시예2에 따라 시험체 및 대비군을 제조한 후, 이에 대한 압축강도를 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표1]에 나타내었다.

[표1]

[표1]에서, 본 발명에 따른 시험체는 대비군에 비해 압축강도가 약 15% 증가됨을 알 수 있었다.

실시예 6

실시예2에 따라 시험체 및 대비군을 제조한 후, 이에 대한 염화이온의 함량에 대하여 측정하였다. 염화이온의 함량은 시험체와 대비군을 모두 60℃ 오븐속에서 5분정도 건조시킨 후, 접촉면을 제외한 나머지 4개의 측면을 모두 파라핀으로 모두 밀봉시킨 다음, 5% 농도의 염화나트륨 용액(NaCl)이 있는 용기안에 72시간동안 담근후, 꺼내어 건조 및 절단하고, 접촉면에서 25㎜ 까지 5㎜ 간격으로 시료를 체취하여 염화이온의 함량을 측정하였다.

그 결과, 대비군은 25㎜ 깊이에서 염화이온의 함량이 0.15%로 나타났으나, 실시예6에 따른 시험체는 10㎜ 깊이에서 염화이온의 함량은 이미 0.1% 이하 까지 대폭적으로 낮아졌을 알 수 있었다.

이와 같은 결과는 통해 본 발명에 따른 복합 항알칼리제는 외부의 염화이온 침투를 방지할 뿐 아니라, 시멘트와의 배합시에도 염화이온의 생성을 억제하는 효과가 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(100) : 호안블록

Claims

반응성 이산화규소 20∼35wt%, 가용성 금속비누계 방수제 15∼25wt%, 메타카올린(metakaolin) 20∼30wt%, 폴리카르복실레이트 유동화제 3∼10wt%, 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 1∼5wt%, 물(증류수) 15∼30wt% 로 이루어지되,
가용성 금속비누계 방수제는, 스테아르산(stearic acid) 3∼6wt%, 소듐카보네이트(sodium carbonate) 0.1∼0.5wt%, 암모니아 수용액 (ammonia water) 2∼6wt%, 플루오르화나트륨(sodium fluoride) 0.001∼0.01wt%, 포타슘하이드록사이드(potassium hydroxide) 0.5∼1.2wt% 및, 나머지 물로 하여 100wt% 로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제.
청구항 1 에 있어서
가용성 금속비누계 방수제는,
50∼60℃로 가열된 물에 쇼듐카보네이트(sodium carbonate), 플루오르화나트륨(Sodium Fluoride), 포타슘하이드록사이드(Potassium hydroxide)를 녹여 제1혼합액을 생성하는 제1단계;
제1혼합액에 가열 용해된 스테아르산(stearic acid)을 첨가하고, 고르게 혼합하여 액상비누(Soap liquid)를 생성하는 제2단계;
액상비누(Soap liquid)를 25∼30℃ 로 냉각하는 제3단계;
제3단계 후, 암모니아 수용액(ammonia water)을 첨가하고 혼합교반하는 제4단계를 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제.
삭제
시멘트 100 중량부에 대하여, 청구항 1 또는 청구항 2 로 이루어진 복합 항알칼리제 3∼20 중량부 및, 골재 200∼500중량부가 배합되어 성형된 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제를 이용한 콘크리트 구조체.
청구항 4 에 있어서;
콘크리트 구조체의 표면에 수질정화체가 분사부착되되,
상기 수질정화체는, 낫토균(Bacillus natto)이 담지된 제올라이트가 알긴산에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제를 이용한 콘크리트 구조체.
청구항 5 에 있어서;
알긴산은, 알긴산 나트륨을 물에 분산 및 용해시킨 알긴산 수용액으로, 점도 500∼2000 cps 를 구비하는 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제를 이용한 콘크리트 구조체.
청구항 4 에 있어서;
콘크리트 구조체는, 콘크리트 독성이 없는 수질정화 호안블록, 식생블록, 테트라포트, 수질정화블록, 옹벽블록 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트용 복합 항알칼리제를 이용한 콘크리트 구조체.