KR101995048B1

KR101995048B1 - 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제

Info

Publication number: KR101995048B1
Application number: KR1020190053206A
Authority: KR
Inventors: 이수진
Original assignee: 이수진
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-07-01

Abstract

본 발명은 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물의 균열, 열화에 따른 주입보수시 방수특성은 물론, 절연특성을 강화시켜 감전 및 화재 예방에 기여하고, 나아가 고강도 및 내구성을 갖추어 주입보수 후 재보수 작업이 생기지 않도록 보수 수명을 연장시키도록 개선된 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제{Gel type injecting agent for crack repair improved in insulating property}

일반적으로, 콘크리트 구조물의 균열이나 열화 등을 통한 누수를 보수하기 위해서는 수발포성 우레탄, 수용성 에폭시 등과 같은 물과 반응성을 가진 유기 합성 고분자 수지계 지수재나, 시멘트에 아크릴, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR) 등과 같은 수용해성 고무 혼화제를 첨가한 무기질계 지수재, 또는 물과 반응하여 체적을 늘이는 특징을 가진 벤토나이트 광물입자를 아스팔트, 우레탄, 에폭시 수지 등과 같은 유기화합물이나, 시멘트에 아크릴, EVA, SBR 등과 같은 수용해성 고무 혼화제를 첨가한 무기질 혼합물에 첨가한 지수재를 콘크리트 구조체 배면에 강제 주입하여 경화, 발포, 또는 팽윤시키는 방법 등 여러 방법을 사용하고 있으나, 가장 일반적으로 시공되고 있는 것은 아크릴계 차수제를 이용한 주입공법이다.

이러한 아크릴계 차수제는 조성물의 점도가 낮아서 지층의 미세한 틈새와 크랙에 대한 침투성이 우수하고 경화시간의 조절이 자유로우며 불투수성의 경화물을 형성하여 차수성이 높으며 화학적으로 열화하지 않아 내구성이 우수하여 지하지반의 차수 및 강화와 각종 콘크리트 구조물의 지수에 광범위하게 이용되고 있다.

아크릴계 차수제는 아크릴아미드를 주성분으로 하는 아크릴아미드계와 아크릴산 금속염을 주성분으로 하는 아크릴레이트계 및 아크릴아미드계와 아크릴레이트계의 혼합계로 구분되어질 수 있다.

이중에서, 아크릴아마이드계 차수제는 단량체로서 아크릴아미드와 가교제로서 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드를 혼합하여 물에 용해하여 수용액으로 만들고, 퍼설페이트 화합물과 아민 화합물을 산화환원중합 촉매로 첨가하여 지반에 주입하여 지중에서 연쇄중합반응을 일으켜 함수 하이드로겔을 형성함으로써 차수 및 지수 효과를 나타내는 조성물이다.

그런데, 아크릴아미드계 차수제는 생성되는 하이드로겔의 물성과 내구성이 매우 우수하여 차수제중 가장 우수한 것으로 평가되고 있지만 주성분인 아크릴아미드와 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드의 독성이 매우 강해 지하수의 오염 가능성이 있어서 사용이 제한되고 있다.

또한, 아크릴레이트계 차수제는 아크릴산과 메타크릴산의 나트륨, 칼륨 등의 1가 및 칼슘, 마그네슘 등의 2가 금속염을 주성분으로 하고 가교제로서 폴리에틸렌그리콜디아크릴레이트등의 친수성 다관능 화합물을 혼합하고 퍼설페이트 화합물과 아민화합물을 산화환원중합 촉매로 첨가하여 지반에 주입하여 지중에서 연쇄중합반응을 일으켜 함수 하이드로겔을 형성함으써 차수 및 지수 효과를 나타내는 조성물이다.

이러한 아크릴레이트계 차수제는 그 유해성은 비교적 적으나 생성되는 하이드로겔의 압축 및 굴곡강도가 미흡하여 적용에 문제점이 있다.

아울러, 아크릴아미드계와 아크릴레이트계의 혼합계는 아크릴아미드계와 아크릴레이트계의 성분을 적절히 혼합하여 양자의 문제점을 보완하려 하는 차수제이지만 그 독성 및 물성 상의 문제점은 여전히 존재하는 것으로 평가되고 있다.

특히, 이들 차수제들은 방수성, 내습성, 흡습성 등은 강화되었으나 절연성은 여전히 낮은 상태여서 보수 부위에서의 화재 예방가능성이 떨어지고, 또한 감전사고 예방에 기여하는 효과가 떨어지는 단점이 있어 이에 대한 보완이 요구되고 있다.

뿐만 아니라, 이들 차수제들은 겔의 용탈에 의해 내구성이 떨어지므로 반영구적인 수명의 내구성을 갖출 필요성도 요구되고 있다.

국내 등록특허 제10-1776832호(2017-09-04), 흡수 겔화성 및 난연성 아크릴레이트계 배면주입 차수제 및 그 제조방법

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 콘크리트 구조물의 균열, 열화에 따른 주입보수시 방수특성은 물론, 절연특성을 강화시켜 감전 및 화재 예방에 기여하고, 나아가 고강도 및 내구성을 갖추어 주입보수 후 재보수 작업이 생기지 않도록 보수 수명을 연장시키도록 개선된 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 주제와 중합촉진제 및 경화조절제를 포함하는 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제에 있어서; 상기 주제는 물에 중성화제가 희석된 희석액, 겔 형성용 아크릴산, 그라프트를 증대시키도록 아크릴아미드와 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 물에 녹은 용액 및 구타페르카(gutta-percha)가 혼합되어 이루어지고; 상기 중합촉진제는 내구성을 높이도록 규산소다와 암모늄 퍼설페이트가 물에 녹은 용액으로 이루어지며; 상기 경화조절제는 트리에탄올 아민이고; 상기 주제와 중합촉진제는 1:1의 중량비로 혼합되며; 상기 경화조절제는 경화시간에 단축에 비례하여 첨가량이 조절되도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제를 제공한다.

이때, 상기 주제를 구성하는 중성화제는 수산화나트륨(NaOH)과 산화마그네슘(MgO)이 1:1의 중량비로 혼합된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 주제 제조단계와, 중합촉진제 제조단계와, 경화조절제 투입단계를 포함하는 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 제조방법에 있어서; 상기 주제 제조단계는 제1용액 제조과정, 아크릴산 혼합과정, 제2용액 제조과정 및 혼합액 제조과정으로 이루어지되, 제1액 제조과정은 물 70g에 수산화나트륨 3g과 산화마그네슘 3g을 넣고 교반하여 용액을 만드는 과정이고; 아크릴산 혼합과정은 상기 제1용액을 60℃ 이하로 가열한 상태에서 아크릴산 15g을 투입하고 50-60rpm으로 30분 동안 저속교반하여 반응시키는 과정이며; 제2용액 제조과정은 물 60g에 아크릴아미드 31g과 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 3g 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 0.3g을 넣고 30분 동안 저속교반하여 분산시키는 과정이고; 혼합액 제조과정은 제2용액을 아크릴산이 혼합된 제1용액과 혼합함과 동시에 구타페르카를 15g 첨가하여 최종 교반하는 과정이며; 상기 중합촉진제 제조단계는 물 77g에 규산소다 20g과 암모늄 퍼설페이트 3g을 투입한 후 30분간 저속교반하는 단계이고; 상기 경화조절제 투입단계는 상기 주제에 트리에탄올 아민을 투입하는 단계로서, 경화시간을 1분 30초로 유지할 경우 80g, 50초로 유지할 경우 160g, 25초로 유지할 경우 320g, 8초로 유지할 경우 640g을 투입하는 단계인 것을 특징으로 하는 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 제조방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 콘크리트 구조물의 균열, 열화에 따른 주입보수시 방수특성은 물론, 절연특성을 강화시켜 감전 및 화재 예방에 기여하고, 나아가 고강도 및 내구성을 갖추어 주입보수 후 재보수 작업이 생기지 않도록 보수 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제는 주제와 중합촉진제 및 경화조절제를 포함하며; 상기 주제는 물에 중성화제가 희석된 희석액, 겔 형성용 아크릴산, 그라프트를 증대시키도록 아크릴아미드와 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 물에 녹은 용액 및 구타페르카(gutta-percha)가 혼합되어 이루어지고; 상기 중합촉진제는 내구성을 높이도록 규산소다와 암모늄 퍼설페이트가 물에 녹은 용액으로 이루어지며; 상기 경화조절제는 트리에탄올 아민이고; 상기 주제와 중합촉진제는 1:1의 중량비로 혼합되며; 상기 경화조절제는 경화시간에 단축에 비례하여 첨가량이 조절되도록 구성된다.

이때, 상기 주제를 구성하는 중성화제는 수산화나트륨(NaOH)과 산화마그네슘(MgO)을 1:1의 중량비로 혼합하여 사용함이 바람직하다.

이렇게 2종류를 혼합사용하는 이유는 1가의 중성화제는 단지 고분자의 음이온 하나를 중성화 시키지만, 2가의 중성화제는 2개의 음이온을 동시에 중성화시켜서 고분자 체인(chain) 간의 결합을 유도하므로 최종 형성되는 겔의 물성을 증대시키기 위함이다.

그리고, 상기 아크릴산은 주제 제조시 반드시 60℃ 이하의 온도에서 반응시켜야 하는데, 만약 60℃를 초과하게 되면 겔 형성시 겔이 너무 물러져 단단하지 않게 되므로 약간의 소수성과 단단함을 부여하기 위해 반드시 상기 온도범위를 유지해야 한다. 이것은 주입제인 겔의 내구성을 증대시키는데 반드시 요구되는 조건이다.

또한, 상기 주제를 구성하는 아크릴아미드는 차수성, 즉 방수성을 확보하기 위한 것으로 특히 겔의 용탈을 막기 위해 첨가되며, 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산(2-Acrylamino-2-methyl propane sulfonic acid)은 겔화 반응을 안정화시키는 유화 안정화를 위한 것이고, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드는 가교제이다. 다만, 이들은 독성이 있으므로 물에 반드시 희석해서 사용해야 한다. 뿐만 아니라, 구타페르카(gutta-percha)는 팔라퀴움 오블롱기폴리아 나무의 유액에서 추출한 물질로 가열하면 부드러워지며 내수성이 매우 우수한 절연재이다. 본 발명에서는 절연성을 강화시키기 위해 첨가된다.

한편, 상기 중합촉진제를 구성하는 규산소다는 점도를 높여 주입성은 저해하지만 겔의 용탈을 적극적으로 억제하면서 내구성을 높이기 위해 첨가되며, 암모늄 퍼설페이트는 산화촉진 기능을 수행하여 중합속도를 높이게 된다.

즉, 주제와 중합촉진제를 1:1의 중량비로 혼합하여 보수부위에 주입하며, 연쇄중합반응이 유도되면서 겔화되어 방수 및 차수를 유도하고, 그 과정에서 절연특성도 구현되게 된다.

아울러, 상기 경화조절제를 구성하는 트리에탄올 아민은 대표적인 경화 조절 성분이다.

다만, 경화시간에 따라 첨가량이 달라지는데, 이를 테면 경화시간이 단축되는 정도에 대응하여 비례적으로 첨가량이 증대된다.

특히, 트리에탄올 아민은 주제에 첨가되어 사용된다.

이러한 주입제를 제조하는 방법에 대해서는 이하에서 실시예 개념으로 설명하기로 한다.

[실시예]

절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제 제조방법은 주제 제조단계와, 중합촉진제 제조단계와, 경화조절제 투입단계를 포함한다.

이때, 주제 제조단계는 제1용액 제조과정, 아크릴산 혼합과정, 제2용액 제조과정 및 혼합액 제조과정으로 이루어진다.

여기에서, 제1액 제조과정은 물 70g에 수산화나트륨 3g과 산화마그네슘 3g을 넣고 교반하여 용액을 만드는 과정이다.

그리고, 아크릴산 혼합과정은 상기 제1용액을 60℃ 이하로 가열한 상태에서 아크릴산 15g을 투입하고 50-60rpm으로 30분 동안 저속교반하여 반응시키는 과정이다.

또한, 제2용액 제조과정은 물 60g에 아크릴아미드 31g과 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 3g 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 0.3g을 넣고 30분 동안 저속교반하여 분산시키는 과정이다.

아울러, 혼합액 제조과정은 제2용액을 아크릴산이 혼합된 제1용액과 혼합함과 동시에 구타페르카를 15g 첨가하여 최종 교반하는 과정이다.

한편, 중합촉진제 제조단계는 물 77g에 규산소다 20g과 암모늄 퍼설페이트 3g을 투입한 후 30분간 저속교반하는 단계이다.

그리고, 경화조절제 투입단계는 상기 주제에 트리에탄올 아민을 투입하는 단계로서, 경화시간을 1분 30초로 유지할 경우 80g, 50초로 유지할 경우 160g, 25초로 유지할 경우 320g, 8초로 유지할 경우 640g을 첨가하는 방식으로 이루어진다.

이 경우, 상기 중합촉진제에는 갈라짐과 균열 억제 특성, 유화 안정화 및 점도조절 특성 및 방수성 강화와 가교강화, 부착성과 플러핑 현상 방지를 위해 디소듐카복시에칠실리코네이트 2g, 레조시놀(Resorcinol) 1.5g, 칼슘메틸실란트리오레이트(Potassium Methylsilanetriolate) 1.5g, 하이드롤라이즈드케라틴 2g, 카보머 1.5g, 아인산에스테르 1g 및 키실렌설폰산나트륨 1.5g을 더 첨가할 수 있다.

이때, 디소듐카복시에칠실리코네이트는 갈라짐과 균열 억제를 위해, 그리고 레조시놀은 습윤 및 건조강도를 높이고 고온 저항성이 커 가교강도를 높이기 위해 첨가된다.

또한, 칼슘메틸실란트리오레이트는 높은 열저항력 및 낮은 열전도율과 방수특성 강화로 내열, 내화를 위해 첨가되고; 하이드롤라이즈드케라틴는 슬립성을 높이고 유해물질 탈리 특성을 높이기 위해 첨가되며; 카보머는 유화안정화 및 점도 조절을 위해 첨가되고; 아인산에스테르는 특히 염소성분에 의한 침식방지력을 높이는데 기여하여 내크랙성과 부분 탈락을 방지하기 위해 첨가되며; 키실렌설폰산나트륨은 부착 안정성을 높이고 플러핑 방지를 위해 첨가된다.

이와 같이 제조된 주입제의 특성을 확인하기 위해 다음과 같이 테스트하였다.

먼저, 10cm × 10cm × 5cm 크기의 콘크리트 블럭 시험체를 만들고, 그 시험체를 상하로 관통하여 3개의 구멍을 뚫은 상태에서 본 발명에 따른 주입제를 주입 경화시킨 후 KS F 4935에 따라 투수저항 특성을 확인하였다.

이때, 성능 기준은 '0.3N/㎟의 수압에서 1시간 동안 투수되지 않을 것'이고, 상기 시험결과 투수현상이 전혀 확인되지 않아 이 성능 기준을 완벽하게 만족시켰다.

또한, 절연 특성을 확인하기 위해 주입보수된 주입제의 양단에 전압을 인가하여 통전여부를 확인하였다.

시험 결과, 절연상태가 유지됨을 확인하였고, 절연파괴가 일어나지 않았다.

뿐만 아니라, 건조수축시 열팽창이나 진동 등에 의해 주입보수제의 탈락이나 균열이 생기는지 확인하기 위해 KS F 4934에 따라 내피로 특성을 확인하였다.

시험 결과, 피로시험기로 300회 반복했으나 균열, 파단, 탈락이 전혀 발견되지 않았다.

Claims

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주제 제조단계와, 중합촉진제 제조단계와, 경화조절제 투입단계를 포함하여 제조된 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제에 있어서;
상기 주제 제조단계는 제1용액 제조과정, 아크릴산 혼합과정, 제2용액 제조과정 및 혼합액 제조과정으로 이루어지되, 제1액 제조과정은 물 70g에 수산화나트륨 3g과 산화마그네슘 3g을 넣고 교반하여 용액을 만드는 과정이고; 아크릴산 혼합과정은 상기 제1용액을 60℃ 이하로 가열한 상태에서 아크릴산 15g을 투입하고 50-60rpm으로 30분 동안 저속교반하여 반응시키는 과정이며; 제2용액 제조과정은 물 60g에 아크릴아미드 31g과 2-아크릴아미노-2-메틸프로판술폰산 3g 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 0.3g을 넣고 30분 동안 저속교반하여 분산시키는 과정이고; 혼합액 제조과정은 제2용액을 아크릴산이 혼합된 제1용액과 혼합함과 동시에 구타페르카를 15g 첨가하여 최종 교반하는 과정이며;
상기 중합촉진제 제조단계는 물 77g에 규산소다 20g과 암모늄 퍼설페이트 3g을 투입한 후 30분간 저속교반하는 단계이고;
상기 경화조절제 투입단계는 상기 주제에 트리에탄올 아민을 투입하는 단계로서, 경화시간을 1분 30초로 유지할 경우 80g, 50초로 유지할 경우 160g, 25초로 유지할 경우 320g, 8초로 유지할 경우 640g을 투입하는 단계인 것을 특징으로 하는 절연성을 향상시킨 균열 보수용 겔타입 주입제.