KR102258961B1 - 시멘트용 아크릴계 방수제 및 고방수성 시멘트 모르타르 조성물 - Google Patents

시멘트용 아크릴계 방수제 및 고방수성 시멘트 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 모르타르 제조에 적용되어 시멘트의 방수성을 크게 높일 수 있는 아크릴계 방수제 및 이를 사용한 고방수성 시멘트 모르타르에 관한 것이다.

Description

시멘트용 아크릴계 방수제 및 고방수성 시멘트 모르타르 조성물{Acrylic waterproof agent for cement and cement mortar composition having high waterproof properties}
본 발명은 시멘트 모르타르 제조에 적용되어 시멘트의 방수성을 크게 높일 수 있는 아크릴계 방수제 및 이를 사용한 시멘트 모르타르에 관한 것이다.
콘크리트는 다공성의 건설 재료로서 그 내부에는 직경 ㎜의 큰 기포에서부터 ㎚ 크기 내지 ㎛ 크기의 작은 모세관 공극들이 존재하며, 또한 외부 환경하에서 건조 및 수축에 의해 생성된 미세한 균열이 무수히 존재한다.
이러한 공극과 균열은 외부의 수분과 열화 물질 등이 침투하는 통로가 되어 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시킬 수 있기 때문에, 장기적인 내구성을 확보하기 위해서는 콘크리트의 표면에 방수 및 열화 억제성 물질을 도포하여 콘크리트 내부로의 열화 물질 등의 침투를 방지하는 것이 요구된다.
이러한 목적으로 콘크리트의 표면에 도포하는 방수 및 열화 억제성 물질로서 종래에는 에폭시계 또는 폴리우레탄계와 같은 유기질계 방수제가 많이 이용되었지만, 이러한 유기질계 방수제는 자외선 등의 외부 환경 조건에 취약하기 때문에 장기적으로 내구 성능을 발휘하지 못하고, 탄성 계수 및 수축 팽창율이 콘크리트와 달라 시간이 경과함에 따라 박리되거나 들뜨는 현상이 발생하는 등 실제 사용에 있어 많은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 콘크리트 내부로 침투해 들어가서 밀실한 방수층을 형성할 수 있는 물 흡수 방지제를 부가적으로 도입하여 콘크리트의 표면에 도포하였지만, 이러한 물 흡수 방지제는 외국에서 수입된 제품이고, 고분자 구조로서 입자의 크기가 1㎛ 이상이기 때문에 콘크리트 내부로 보다 깊숙이 침투해 들어가지 못하여 수분의 차단, 표면 강도의 증가, 열화 물질의 차단 등에 한계를 나타내었다.
최근에는 콘크리트에 적용하기 위한 효과적인 방수방법으로서, 시멘트를 이용한 액체방수가 시공되고 있다.
시멘트를 이용한 액체방수는 욕실, 베란다, 발코니, 다용도실, 지하실 등에 많이 시공해 왔는데, 시멘트를 이용한 액체방수공법은 투수 및 흡수에 대한 저항 성능을 가진 액체형 방수제를 시멘트 모르타르 또는 시멘트에 혼합 하여 만든 방수 시멘트 모르타르 또는 방수 시멘트 페이스트를 바닥, 벽, 천장을 이루는 콘크리트 구조체 위에 방수층을 시공하여 구조체의 누수를 방지하기 위한 방수공법이다.
시멘트 액체방수는 콘크리트 구조체의 바탕면에 지방산, 지방산염, 아스팔트 에멀션, 수용성 수지 등과 같은 유기질계의 방수제와 혼합한 시멘트 모르타르 등을 덧발라 구조체 바탕에 수밀한 유기질 혹은 무기질계 방수층을 형성하는 공법으로서, 구성 재료가 물, 시멘트, 방수액으로 시멘트와 물이 반응하는 특성이 있기 때문에 습윤하거나 다소의 요철이 있는 바탕면에도 시공이 가능하고 마감이 간단하다는 장점이 있지만, 방수층 자체가 균열이 생기기 쉽다는 단점이 있다.
한국 등록특허번호 10-0494993호(공고일 2005.06.10)
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존에는 시멘트 시공 후, 별도의 방수 시공을 수행하였는데, 본 발명은 별도의 방수 시공을 수행하지 않아도 시멘트 모르타르 내에 방수제를 포함하기 때문에 별도의 방수 시공을 수행하지 않아도, 우수한 방수성을 가지면서도 방수제 사용으로 인한 시멘트 모르타르로 시공된 시공체의 물성 감소가 없으면서도 우수한 물성을 가질 수 있는 시멘트 모르타르 조성물 및 이에 사용되는 방수제를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제는 수용성 아크릴 수지, 수용성 아크릴-실리콘 수지, 유화제, 증점제, 실리카 및 물을 포함한다.
또한, 본 발명은 고방수성 시멘트 모르타르 조성물은 상기 아크릴계 방수제 15 ~ 25 중량%, 시멘트 분산제 5 ~ 15 중량%, 실리카 5 ~ 7 중량% 및 잔량의 시멘트 모르타르를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 고방수성 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 구조물 시공법을 제공할 수 있다.
본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제는 시멘트 모르타르의 기계적 강도, 내구성, 내화학성 등 물리적 또는 화학적 물성에 악영향을 주지 않으면서 우수한 방수 효과를 부여할 수 있으며, 본 발명의 방수제가 적용된 시멘트 모르타르로 시공된 시공체의 크랙 방지, 내구연한을 증대시키면서도, 환경오염을 유발시키지 않는다. 또한, 본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르로 시공시 하도, 중도를 1회 시공으로 시공을 완료할 수 있는 바, 시공성, 경제성이 우수한 시멘트 또는 콘크리트 시공방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제는 수용성 아크릴 수지, 수용성 아크릴-실리콘 수지, 유화제, 증점제, 실리카 및 물을 포함한다.
본 발명의 방수제 조성 중 상기 수용성 아크릴 수지는 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 라디칼 중합개시제 및 유기용제를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112021055372098-pat00001
화학식 1에 있어서, R1은 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기이며, 바람직하게는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기이고, 더욱 바람직하게는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬렌기이다.
공중합체 제조시 혼합물 내 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머의 함량은 40 ~ 50 중량%, 바람직하게는 42 ~ 48 중량%, 더욱 바람직하게는 44 ~ 48 중량%이다. 이때, (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머의 함량이 40 중량% 미만이거나, 50 중량%를 초과하여 방수제의 방수 효과가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
공중합체 제조시 혼합물 내 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 10 ~ 15 중량%, 바람직하게는 10.5 ~ 14.5 중량%, 바람직하게는 12.5 ~ 14.0 중량%이며, 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 10 중량% 미만이면 공중합체의 분자량이 너무 낮게 중합되는 문제가 있을 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 과다 사용으로 오히려 미반응물이 다량 발생하여 공중합체의 수율이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
공중합체 제조시 혼합물 내 스티렌 함량이 5 ~ 10 중량%, 바람직하게는 6 ~ 10 중량%, 더욱 바람직하게는 7.5 ~ 8.5 중량%이며, 스티렌 함량이 5 중량% 미만이면 방수성의 장기 안정성이 떨어질 수 있고, 10 중량%를 초과하면 과량 사용으로 미반응물이 다량 발생하는 문제가 있을 수 있다.
공중합체 제조시 혼합물 성분 중 라디칼 중합개시제는 당업계에서 사용하는 일반적인 라디칼 중합개시제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 디메틸-2-2'-아조비스-이소부티레이트, tert-부틸퍼피발레이트 및 tert-부틸퍼-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 라디칼 중합개시제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 0.01 ~ 0.2 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%, 더욱 바람직하게는 0.08 ~ 0.12 중량%를 사용하는 것이 좋다.
공중합체 제조시 혼합물 성분 중 상기 유기용제는 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 케톤계 유기용제; 및 자일렌 및 톨루엔 중에서 선택된 방향족계 유기용제; 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 유기용제의 혼합물 내 함량은 혼합물 전체 중량% 중 앞서 설명한 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 라디칼 중합개시제 외 100 중량% 중 나머지 잔량이다.
다음으로, 본 발명의 방수제 조성 중 상기 수용성 아크릴-실리콘 수지는 주된 방수 효과를 부여하는 수용성 아크릴 수지와 함께 사용되어 방수 효과를 증진시키며, 시멘트 모르타르의 다른 성분들과 수용성 아크릴-실리콘 수지 등 방수제 성분과의 결합력을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 방수제 내 사용량은 상기 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 40 ~ 50 중량부, 바람직하게는 42 ~ 48 중량부, 더욱 바람직하게는 43.5 ~ 46.5 중량부이다. 이때, 수용성 아크릴-실리콘 수지 사용량이 40 중량부 미만이면 이의 사용으로 인한 방수제의 방수 증대 효과가 미비할 수 있고, 50 중량부를 초과하여 사용하는 것은 과량 사용으로서, 오히려 본 발명의 아크릴계 방수제를 적용하여 제조한 시멘트 모르타르의 길이변화율 증대 등 기계적 물성을 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 수용성 아크릴-실리콘 수지는 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 하기 화학식 2로 표시되는 실란 화합물, 라디칼 중합개시제 및 유기용제를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021055372098-pat00002
화학식 2에 있어서, R1, R2 및 R3 각각은 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C1 ~ C5의 알콕시기이며, 바람직하게는 R1, R2 및 R3 각각은 독립적으로 C1 ~ C5의 알콕시기이고, 더욱 바람직하게는 R1, R2 및 R3은 모두 C2 ~ C3의 알콕시기이다. 그리고, 화학식 2의 R4는 C2 ~ C8의 알킬렌기이고, 바람직하게는 C3 ~ C4의 알킬렌기다.
수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 혼합물 내 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머의 함량은 25 ~ 35 중량%, 바람직하게는 26.5 ~ 33.0 중량%, 더욱 바람직하게는 27.5 ~ 31.0 중량%이다.
그리고, 수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 혼합물 내 화학식 1로 표시되는 화합물 함량은 10 ~ 15 중량%이고, 바람직하게는 10.7 ~ 13.5 중량%, 바람직하게는 11.5 ~ 12.8 중량%이다. 이때, 혼합물 화학식 1로 표시되는 화합물 함량이 10 중량% 미만이면 공중합체의 분자량이 너무 낮게 중합되는 문제가 있을 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 과다 사용으로 오히려 미반응물이 다량 발생하여 공중합체의 수율이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 혼합물 내 스티렌의 함량은 4 ~ 8 중량%, 바람직하게는 4.5 ~ 7.5 중량%, 더욱 바람직하게는 4.8 ~ 6.5 중량%이며, 스티렌 함량이 4중량% 미만이면 방수제의 장기 안정성이 떨어질 수 있고, 8 중량%를 초과하면 과량 사용으로 미반응물이 다량 발생하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 혼합물 내 상기 실란 화합물 함량은 10 ~ 15 중량%, 바람직하게는 10.5 ~ 15 중량%, 더욱 바람직하게는 12.5 ~ 14.5 중량%이며, 이때, 실란 화합물 함량이 10 중량% 미만이면 방수제 성분과 시멘트 모르타르 성분과의 결합력이 떨어져서 방수제의 장기 안정성이 감소할 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 방수성의 장기 안정성은 증가하나, 시멘트 시공체의 초기 유연성이 감소하여 시멘트 양생시 잔 크랙(crack) 발생이 증가하는 문제가 생길 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 라디칼 중합개시제는 당업계에서 사용하는 일반적인 라디칼 중합개시제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 디메틸-2-2'-아조비스-이소부티레이트, tert-부틸퍼피발레이트 및 tert-부틸퍼-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 라디칼 중합개시제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 0.01 ~ 0.2 중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%, 더욱 바람직하게는 0.08 ~ 0.12 중량%를 사용하는 것이 좋다.
또한, 수용성 아크릴-실리콘 수지 제조에 사용되는 상기 유기용제는 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 케톤계 유기용제; 및 자일렌 및 톨루엔 중에서 선택된 방향족계 유기용제;를 혼합하여 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 메틸에틸케톤 및 톨루엔을 1 : 0.2 ~ 0.3 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 그리고, 그리고, 유기용제의 혼합물 내 함량은 혼합물 전체 중량% 중 앞서 설명한 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 상기 실란 화합물, 라디칼 중합개시제 외 100 중량% 중 나머지 잔량이다.
다음으로, 본 발명의 방수제 조성 중 상기 유화제는 방수제 내 조성간 혼화성을 증대시키고, 방수제가 시멘트 모르타르 성분들과의 상용성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 유화제 사용량은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부, 바람직하게는 1.2 ~ 2.8 중량부, 더욱 바람직하게는 1.4 ~ 2.5 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 유화제 사용량이 1 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 방수제 내 조성물간 혼화성 증대가 미비할 수 있고, 3 중량부를 초과하여 사용하는 과량 사용이며, 추가 사용으로 인한 효과 증대가 없고 오히려 상대적으로 다른 조성물 사용량이 줄게 되므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 유화제는 음이온성 유화제 및 비이온성 유화제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 음이온성 유화제 및 비이온성 유화제를 1:0.9 ~ 1.2 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 음이온성 유화제는 장쇄 알킬 카르복실산염, 술포숙신산알킬에스테르염, 알킬벤젠술폰산염 및 라우릴황산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 비이온성 유화제는 폴리옥시에틸렌(C2~C5의 직쇄형 알킬)에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리에틸렌옥사이드폴리프로필렌옥사이드 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 방수제 조성 중 상기 증점제는 방수제가 적정 점도를 가지도록 하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 증점제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 하이드록시에틸셀룰로오즈(HydroxyEthyl Cellulose), 소수성 우레탄변성계 증점제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 증점제 사용량은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부, 바람직하게는 1.5 ~ 3 중량부, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 2.6 중량부를 사용하는 것이 적정 점도 확보면에서 유리하다.
다음으로, 본 발명의 방수제 조성 중 상기 실리카는 방수제가 시멘트 모르타르에 적용되어, 시멘트 시공체의 내구성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 평균입경 700 ~ 1,500 nm인 결정성 실리카를 사용하는 것이, 바람직하게는 평균입경 700 ~ 1,200 nm인 결정성 실리카를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 실리카의 사용량은 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 2 ~ 10 중량부, 바람직하게는 4.0 ~ 8.0 중량부, 더욱 바람직하게는 4.5 ~ 7.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 2 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 사용하는 효과가 미비할 수 있고, 10 중량부를 초과사용하면 과량 사용으로 인해 방수제가 적용된 시멘트 모르타르의 혼화성을 감소시키므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명의 방수제 조성 중 상기 물은 수용성 아크릴 수지 및 수용성 아크릴-실리콘 수지을 일부 용해시켜서 방수제 내 다른 조성물과의 혼화성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 7 ~ 15 중량부를, 바람직하게는 8 ~ 15 중량부를, 더욱 바람직하게는 10 ~ 15 중량부 정도를 사용하는 것이 좋다.
앞서 설명한 조성 및 조성비를 가지는 본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제는 다양한 시멘트 모르타르에 적용되어 시멘트 모르타르(또는 콘크리트)의 시공체의 방수성을 크게 증대시킬 수 있다.
본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제를 적용한 시멘트 모르타르의 바람직한 일구현예를 들면 다음과 같다.
본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르는 앞서 설명한 아크릴계 방수제 15 ~ 25 중량%, 시멘트 분산제 5 ~ 15 중량%, 실리카 5 ~ 7 중량% 및 잔량의 시멘트 모르타르를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 아크릴계 방수제 17.5 ~ 22.5 중량%, 시멘트 분산제 6.0 ~ 12.0 중량%, 실리카 5.0 ~ 7.0 중량% 및 잔량의 시멘트 모르타르를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 아크릴계 방수제 18.5 ~ 22.0 중량%, 시멘트 분산제 7.0 ~ 10.0 중량%, 실리카 5.2 ~ 6.5 중량% 및 잔량의 시멘트 모르타르를 포함할 수 있다. 이때, 아크릴계 방수제 함량이 15 중량% 미만이면 그 함량이 너무 적어서 충분한 방수 효과를 얻지 못할 수 있고, 25 중량%를 초과 사용하면 오히려 시멘트 모르타르 시공체의 기계적 물성을 좋지 않을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 시멘트 분산제는 시멘트 모르타르 내 시멘트, 잔골재의 분산성, 혼화성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 시멘트 분산제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식 3 내지 화학식 6로 표시되는 반복단위를 포함하는 블록공중합체를 시멘트 분산제로 사용할 수 있다. 그리고, 시멘트 분산제 함량이 고방수성 시멘트 모르타르 전체 중량 중 5 중량% 미만이면 시멘트 모르타르 내 조성물 간 분산성, 혼화성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 시공체의 기계적 물성이 크게 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
[화학식 3]
Figure 112021055372098-pat00003
화학식 3에 있어서, R1은 수소원자 또는 메틸기이며, 바람직하게는 메틸기이다.
[화학식 4]
Figure 112021055372098-pat00004
화학식 4에 있어서, R1은 수소원자 또는 메틸기이며, 바람직하게는 메틸기이다. 그리고, K는 알칼리 금속, 알칼리토금속 또는 유기아민이며, 바람직하게는 유기아민이다.
[화학식 5]
Figure 112021055372098-pat00005
화학식 5에 있어서, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기기이며, 바람직하게는 에틸기 또는 프로필기이다. 그리고, X는 -CH2CH2O-, -CH2CH(CH3)O- 또는 -CH2-이고, 바람직하게는 -CH2CH(CH3)O-이다.
[화학식 6]
Figure 112021055372098-pat00006
화학식 6에 있어서, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이며, 바람직하게는 에틸기 또는 프로필기이다. R4는 수소원자 또는 메틸기이고, 바람직하게는 수소원자이며, n은 0 ~ 2의 정수이다.
본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르 조성 중 상기 실리카는 시멘트 모르타르의 내구성, 치수 안정성, 내후성 및 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 실리카를 사용할 수 있으며, 일례를 들면, 평균입경 700 ~ 1,500 nm인 결정성 실리카를 사용할 수 있다. 그리고, 실리카의 적정 사용량은 5 중량% 미만이면 내구성 향상 효과가 미비할 수 있고, 7 중량%를 초과하여 사용하면 오히려 시공체의 내한성 등이 감소할 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르 조성 중 상기 시멘트 모르타르는 시멘트 100 중량부에 대하여, 잔골재 20 ~ 40 중량부 및 물 50 ~ 100 중량부를, 바람직하게는 시멘트 100 중량부에 대하여, 잔골재 25 ~ 35 중량부 및 물 70 ~ 100 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 시멘트는 일반적으로 구입할 수 있는 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직한 예를 들면, 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 저열 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 및 마그네시아 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트 및 알루미나 시멘트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 잔골재는 입경 5 mm 이하의 골재를 포함하며, 바람직하게는 입경 3 mm 이하의 골재를 포함할 수 있다. 잔골재의 구체적인 일례를 들면, 실리카질 규사, 장석, 모나자이트 등을 단종 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르는 본 발명의 아크릴계 방수제, 시멘트 분산제, 실리카 및 시멘트 모르타르 외에 마그네슘설포알루미네이트, 페로실리콘 분말, 고로슬래그 분말, 탈황석고, 레베링제, 기능성 혼화제, 감수제, 지연제, 결합재, 소포재, 굵은골재 등 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 제조에 사용되는 재료를 첨가제로서 더 포함할 수 있으며, 고방수성 시멘트 모르타르가 적용되는 환경, 용도 등에 맞춰서 상기 첨가제들을 선택적으로 추가 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 고방수성 시멘트 모르타르를 이용하여, 콘크리트 구조물 시공하거나, 콘크리트 구조물의 보수보강 시공에 적용할 수 있다.
본 발명의 고방수성 시멘트 모르타르로 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 구조물의 보수보강 시공시 하도, 중도를 1회 시공으로 시공을 완료할 수 있는 바, 시공성, 경제성이 우수한 시멘트 또는 콘크리트 시공법을 제공할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일구현예이며, 본 발명의 권리범위를 하기 실시예로 한정하여 해석해서는 안된다.
[실시예]
준비예 1 : 시멘트용 아크릴계 방수제의 제조
수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여, 수용성 아크릴-실리콘 수지 44.8 중량부, 음이온성 유화제 및 비이온성 유화제를 1:1 중량비로 혼합한 유화제 2.2 중량부, 증점제인 하이드록시에틸셀룰로오즈 1.85 중량부, 평균입경 800 ~ 1,000nm인 결정성 실리카 7.0 중량부 및 물 13.8 중량부를 혼합 및 천천히 교반하여 제조하였다.
상기 수용성 아크릴 수지는 에틸아크릴레이트 모노머 47.3 중량%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 13.8 중량%, 스티렌 7.9 중량%, 라디칼 중합개시제인 디메틸-2-2'-아조비스-이소부티레이트 0.1 중량% 및 잔량의 메틸에틸케톤(유기용제)를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체이다.
상기 수용성 아크릴-실리콘 수지는 에틸아크릴레이트 모노머 30.8 중량%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물 11.2 중량%, 스티렌 6.3 중량%, 하기 화학식 2-1로 표시되는 실란 화합물 13.7 중량%, 라디칼 중합개시제인 디메틸-2-2'-아조비스-이소부티레이트 0.11 중량% 및 잔량의 유기용제(메틸에틸케톤:톨루엔=1:0.25 중량비로 혼합사용)를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체이다.
[화학식 1-1]
Figure 112021055372098-pat00007
화학식 1-1에 있어서, R1은 C3의 직쇄형 알킬렌기이다.
[화학식 2-1]
Figure 112021055372098-pat00008
화학식 2-1에 있어서, R1, R2 및 R3은 에톡시기이며, R4는 프로필렌기이다.
그리고, 상기 음이온성 유화제는 라우릴황산나트륨을 사용하였고, 비이온성 유화제는 폴리에틸렌옥사이드폴리프로필렌옥사이드 공중합체를 사용하였다.
실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 2
상기 실시예 1과 동일한 조성물을 사용하여 방법으로 시멘트용 아크릴계 방수제를 제조하되, 하기 표 1과 같이 수용성 아크릴-실리콘 수지 함량을 달리하여 방수제를 각각 제조하여, 실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 2를 각각 실시하였다.
구분
(중량부)		 수용성
아크릴 수지		 수용성
아크릴-실리콘 수지		 유화제 증점제 실리카 물
실시예 1 100 44.8 2.2 1.85 7 13.8
실시예 2 100 42.5 2.2 1.85 7 13.8
실시예 3 100 47.8 2.2 1.85 7 13.8
비교예 1 100 37.5 2.2 1.85 7 13.8
비교예 2 100 52.3 2.2 1.85 7 13.8
제조예 1: 고방수성 시멘트 모르타르의 제조
보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 입경 0.5 ~ 1.5 mm의 실리카질 규사(잔골재) 30 중량부 및 물 75 중량부를 혼합하여 시멘트 모르타르를 준비하였다.
다음으로, 실시예 1의 아크릴계 방수제 19.5 중량%, 시멘트 분산제 8.5 중량%, 평균입경 1,000 ~ 1,200 nm인 결정성 실리카 6.0 중량% 및 잔량의 상기 시멘트 모르타르를 혼합하여 고방수성 시멘트 모르타를 제조하였다.
상기 시멘트 분산제는 하기 화학식 3-1, 화학식 4-1, 화학식 5-1 및 화학식 6-1로 표시되는 반복단위를 포함하는 중량평균분자량 25,000 ~ 27,000인 블록 공중합체를 포함한다.
[화학식 3-1]
Figure 112021055372098-pat00009
화학식 3-1에 있어서, R1은 메틸기이다.
[화학식 4-1]
Figure 112021055372098-pat00010
화학식 4-1에 있어서, R1은 메틸기이고, K는 Na이다.
[화학식 5-1]
Figure 112021055372098-pat00011
화학식 5-1에 있어서, R2는 프로필기이고, X는 -CH2CH(CH3)O-이다.
[화학식 6-1]
Figure 112021055372098-pat00012
화학식 6-1에 있어서, R2는 프로필기이고, R4는 수소원자이며, n은 1이다.
제조예 2 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 2
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고방수성 시멘트 모르타르를 제조하되, 하기 표 2와 같이 방수제를 달리하여 고방수성 시멘트 모르타르 각각을 제조하여 제조예 2 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 2를 각각 실시하였다.
제조예 4 ~ 5 및 비교제조예 3 ~ 4
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고방수성 시멘트 모르타르를 제조하되, 하기 표 2와 같이 방수제 내 조성을 달리하여 제조예 4 ~ 5 및 비교제조예 3 ~ 4를 각각 실시하였다.
구분
(중량%)		 아크릴계 방수제 시멘트
분산제		 실리카 시멘트
모르타르
종류 함량
제조예 1 실시예 1 19.5 8.5 6 나머지 잔량
제조예 2 실시예 2 19.5 8.5 6 나머지 잔량
제조예 3 실시예 3 19.5 8.5 6 나머지 잔량
제조예 4 실시예 1 17.5 8.5 6 나머지 잔량
제조예 5 실시예 1 22.5 8.5 6 나머지 잔량
비교제조예 1 비교예 1 19.5 8.5 6 나머지 잔량
비교제조예 2 비교예 2 19.5 8.5 6 나머지 잔량
비교제조예 3 실시예 1 14.5 8.5 6 나머지 잔량
비교제조예 4 실시예 1 26.0 8.5 6 나머지 잔량
실험예 1 : 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 시공물의 물성 측정
상기 제조예 1 ~ 5 및 비교제조예 1 ~ 4의 시멘트 모르타르의 물성을 확인하기 위하여, 하기와 같은 방법에 의해 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3 ~ 표 4에 나타내었다.
(1) 강도 측정(㎏f/cm2)
KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 압축, 휨 및 부착강도 시험을 수행하였고, 기중 28일 기준으로 측정하였다.
(2) 길이변화율(%), 투수량(방수성) 및 습기투과 저항성 측정
KS F 2476 (폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 규정한 방법에 따라 투수량을 측정하였고, 투수량이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다.
(3) 염화물 이온침투 저항성 측정
KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 염화물 이온 침투 저항성시험을 수행하였다.
(4) 중성화 저항성 측정
KS F 4042(콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의한 중성화 저항성 시험을 수행하였다.
(5) 동결융해 저항성 측정
KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험의 측정하였다. 동결융해는 콘크리트에 모세관 내에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 측정결과를 내구성 지수로 표시하였다.
구분 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
강도
(㎏f/cm2)		 휨강도 81.2 79.2 81.6 80.1 82.3
압축강도 504 512 501 513 499
접착강도 17.6 16.4 17.8 16.6 18.0
길이변화율(%) 0.041 0.030 0.062 0.029 0.065
투수량(g) 0.05 0.06 0.04 0.06 0.04
습기투과 저항성(m) 0.13 0.14 0.11 0.16 0.10
염화물 이온 침투저항성(coulombs) 253 272 241 279 237
중성화 저항성(mm) 0.25 0.25 0.22 0.26 0.22
동결융해 저항성(내구성 지수) 95 93 98 91 99
구분 비교
제조예 1		 비교
제조예 2		 비교
제조예 3		 비교
제조예 4
강도
(㎏f/cm2)		 휨강도 77.8 81.8 78.2 81.5
압축강도 516 482 515 489
접착강도 15.5 17.9 16.3 18.2
길이변화율(%) 0.028 0.078 0.028 0.075
투수량(g) 0.08 0.04 0.08 0.06
습기투과 저항성(m) 0.21 0.10 0.22 0.12
염화물 이온 침투저항성(coulombs) 305 238 293 230
중성화 저항성(mm) 0.27 0.22 0.31 0.21
동결융해 저항성(내구성 지수) 92 99 88 99
상기 표 3 및 표 4의 물성 측정 결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 제조예 5의 경우, 전반적으로 우수한 기계적 물성, 화학적 물성 및 우수한 방수성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해 방수제 제조시 수용성 아크릴 실리콘 수지를 40 중량부 미만인 37.5 중량부로 사용한 방수제(비교예 1)를 사용한 시멘트 모르타르인 비교제조예 1의 경우, 제조예 1 및 제조예 2(실시예 2의 방수제 사용)와 비교할 때, 압축강도는 우수하나 휨강도 및 접착강도가 떨어지는 결과를 보이고, 투수량 및 습기투과 저항성이 크게 낮아지는 문제를 보였다. 또한, 방수제 제조시 수용성 아크릴 실리콘 수지를 50 중량부를 초과한 52.3 중량부로 사용한 방수제(비교예 2)를 사용한 시멘트 모르타르인 비교제조예 2의 경우, 제조예 1 및 제조예 2(실시예 3의 방수제 사용)와 비교할 때, 길이변화율이 크게 증대하는 문제가 있었으며, 압축강도도 오히려 크게 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 시멘트 모르타르 제조시, 방수제를 15 중량% 미만으로 사용한 비교제조예 3의 경우, 제조예 1 및 제조예 4와 비교할 때, 투수량 및 습기투과 저항성 등이 급격하게 감소하여 방수 효과가 급격하게 감소하는 문제가 있었다. 그리고, 시멘트 모르타르 제조시, 방수제를 25 중량% 초과 사용한 비교제조예 3의 경우, 제조예 1 및 제조예 5와 비교할 때, 전반적인 물성이 오히려 감소하고, 방수성도 오히려 감소하는 문제가 있었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 시멘트용 아크릴계 방수제를 적용한 고방수성 시멘트 모르타르를 이용한 시공체(또는 시공물)가 우수한 기계적 물성, 화학적 물성을 가지면서도, 높은 방수 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 수용성 아크릴 수지, 수용성 아크릴-실리콘 수지, 유화제, 증점제, 실리카 및 물을 포함하되,
    상기 수용성 아크릴 수지는 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 라디칼 중합개시제 및 유기용제를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트용 아크릴계 방수제;
    [화학식 1]
    Figure 112021055372098-pat00013

    화학식 1에 있어서, R1은 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합물은 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머 40 ~ 50 중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 10 ~ 15 중량%, 스티렌 5 ~ 10 중량%, 라디칼 중합개시제 0.01 ~ 0.2 중량% 및 잔량의 유기용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트용 아크릴계 방수제.
  5. 수용성 아크릴 수지, 수용성 아크릴-실리콘 수지, 유화제, 증점제, 실리카 및 물을 포함하되,
    상기 수용성 아크릴-실리콘 수지는 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 스티렌, 하기 화학식 2로 표시되는 실란 화합물, 라디칼 중합개시제 및 유기용제를 포함하는 혼합물을 중합시켜 제조한 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트용 아크릴계 방수제;
    [화학식 1]
    Figure 112021055372098-pat00014

    화학식 1에 있어서, R1은 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기 또는 C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기이며,
    [화학식 2]
    Figure 112021055372098-pat00015

    화학식 2에 있어서, R1, R2 및 R3 각각은 독립적으로 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C1 ~ C5의 알콕시기이며, R4는 C2 ~ C8의 알킬렌기이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 혼합물은 (C1 ~ C5의 알킬) 아크릴레이트 모노머 25 ~ 35 중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 10 ~ 15 중량%, 스티렌 4 ~ 8 중량%, 상기 화학식 2로 표시되는 실란 화합물 10 ~ 15 중량%, 라디칼 중합개시제 0.01 ~ 0.2 중량% 및 잔량의 유기용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트용 아크릴계 방수제.
  7. 제3항에 있어서, 상기 유화제는 음이온성 유화제 및 비이온성 유화제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 음이온성 유화제는 장쇄 알킬 카르복실산염, 술포숙신산알킬에스테르염, 알킬벤젠술폰산염 및 라우릴황산나트륨 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 비이온성 유화제는 폴리옥시에틸렌(C2~C5의 직쇄형 알킬)에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리에틸렌옥사이드폴리프로필렌옥사이드 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트용 아크릴계 방수제.
  8. 제3항에 있어서 아크릴계 방수제 15 ~ 25 중량%, 시멘트 분산제 5 ~ 15 중량%, 실리카 5 ~ 7 중량% 및 잔량의 시멘트 모르타르를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방수성 시멘트 모르타르 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시멘트 모르타르는 시멘트 100 중량부에 대하여, 잔골재 20 ~ 40 중량부 및 물 50 ~ 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방수성 시멘트 모르타르 조성물.
  10. 제8항의 조성물을 포함하는 고방수성 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 구조물 시공법.
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