KR102449813B1 - 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규산나트륨, 계면활성제, 산화마그네슘, 인산염, 붕산을 포함하는 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 콘크리트 또는 모르타르 모체에 침투하여 열화 및 건조 수축에 의한 균열을 치유하고 콘크리트의 표면층 공극을 충진시켜 내구성을 향상시키는 표면강화제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 구조물은 건조수축과 균열수축 현상에 의한 균열이 발생되며, 이러한 균열은 콘크리트 내부로 수분 및 공기 등을 유입시켜 화학적 침식을 통해 콘크리트의 자체 성능을 저감시킬 뿐만 아니라 콘크리트의 중성화로 인해 내부 철근의 부식 등 구조물의 전체적인 성능을 저감시키는 원인이 될 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 수지기반의 유기계 바닥강화제나 시멘트 기반의 무기계 바닥강화제 등이 콘크리트 표면의 경도 및 강도 등을 향상시키기 위해 사용되고 있으나 박리 및 건조수축에 의한 균열 발생 등의 문제 등이 여전히 발생되고 있다.
또한 열화방지제를 포함하는 콘크리트 표면강화제의 경우 초기에 우수한 성능을 나타내지만, 지속적으로 열화방지제가 수분에 의해 외부로 배출됨으로써 열화방지 성능이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
종래, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 에폭시, 우레탄 방수 등 다양한 특허기술들이 개시되어 있으며, 일 예로 대한민국 특허등록 제10-0971910호에서는 a) 수계 에폭시 수지, b) 폴리아민계 경화제, c) 음이온 또는 비이온 계면활성제 및 d) 물을 포함하여 이루어지되, a) 수계 에폭시 수지 10 ~ 45 중량%; b) 폴리아민계 경화제 10 ~ 35 중량%; c) 음이온 또는 비이온 계면활성제 0.1 ~ 5.5 중량%; 및 d) 물 15 ~ 79 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보수용 방수제 조성물이 개시되고 있다.
그러나 상기 기술의 경우도 충분한 균열저항성이 확보되지 않는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 모르타르 및 콘크리트 노출면에 침투하여 열화 및 건조 수축에 의한 균열을 치유하고 콘크리트의 표면층 공극을 충진시켜 내구성을 향상시킬 수 있는 표면강화제 조성물을 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물(이하 “본 발명의 조성물”이라함)은 규산나트륨, 계면활성제, 산화마그네슘, 인산염, 붕산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 수산화나트륨이 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 계면활성제는 비이온계 계면활성제 또는 실리콘계 계면활성제인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 실리콘계 계면활성제는 디메치콘 코폴리올, 알킬 폴리글루코사이드, 실리콘 인산 에스테르 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 비이온계 계면활성제는 ethyleneoxide계, diethanolamine계, sorbitol계, glycerine계 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 인산염은, 1인산 암모늄, 1인산 칼륨 또는 2인산 암모늄 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 수산화알루미늄이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 소듐 폴리아크릴레이트 스타치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 제올라이트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제올라이트는 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명은 상기 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물을 이용한 구조물 보수 및 보강공법에 대해서도 제시한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 콘크리트에 침투되어 콘크리트 의 열화 및 건조수축에 의한 균열을 치유하고 콘크리트의 표면층 공극을 충진시켜 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예 및 실험 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 규산나트륨, 수산화나트륨, 계면활성제, 산화마그네슘, 인산염, 붕산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 규산나트륨 및 상기 수산화나트륨은 미수화 된 시멘트의 수화촉진 및 탄산칼슘과의 반응을 통해 미세 공극을 채움으로 표면을 강화(경도 및 강도 향상)하기 위한 것이다.
상기 규산나트륨은 평균입경이 0.1㎛의 실리케이트 규산염 혼합액을 사용하되 Na 규산염의 비율은 50:50 내지 90:10 질량% 범위내에서 혼합 제조하는 것이 타당하다.
이러한 규산나트륨은 콘트리트의 Ca(OH)2와 반응하여 고분자의 실리콘 망상구조(-(Si-O-Si)n-)를 형성하여 페이스트의 밀실화가 유도되는 것이다.
상기 계면활성제는 비이온계 계면활성제와 실리콘계 계면활성제를 복합 사용하여 콘크리트 내부에 제품 침투력을 향상시키는 목적으로 사용되는 것이다.
상기 실리콘계 계면활성제는 콘크리트 내부에 제품 침투력을 향상시키는 목적으로 사용되는 것으로, 디메치콘 코폴리올, 알킬 폴리글루코사이드, 실리콘 인산 에스테르 등이 적용될 수 있다.
상기 비이온계 계면활성제는 실리케이트계 화합물과 발수성 화합물의 1액의 안정성을 높이기 위해 사용되는 것이다. 비이온계 계면활성제는 ethyleneoxide계, diethanolamine계, sorbitol계, glycerine계 등이 적용될 수 있다.
이중 상기 실리콘계 계면활성제는 하기 (a)의 화학식으로 표현되는 실리콘 인산 에스테르와 비이온계 계면활성제는 유화안정성이 높은 sorbitol계 계면활성제 중 하기 (b)의 화학식으로 표현되는 TWEEN-60을 적용하는 것이 바람직하다.
실리콘계 계면활성제와 비이온성계 계면활성제는 2:1내지 5:1 중량% 범위 내에서 혼합사용하는 것이 타당하다.
상기 인산염은 1인산 암모늄, 1인산 칼륨 또는 2인산 암모늄 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 이러한 인산염이 콘크리트 표면에 깊게 침투되어 균열이 치유되도록 하는 것이다.
또한 본 발명의 조성물에는 상기 조성들 외에도 수산화알루미늄과 소듐 폴리아크릴레이트 스타치가 더 배합되도록 하는 예를 제시하고 있다.
수산화알루미늄이 첨가되어 균열부분에 상기 인산염 등이 침투되도록 하면서 부착력을 강화시키도록 하기 위한 것이다. 즉 수산화알루미늄에 의해 사후적으로 균열부분에 충진된 페이스트가 탈리되는 것을 방지하여 균열치유능을 배가시키도록 하는 것이다.
그런데 수산화알루미늄의 첨가량이 증가함에 따라 부착강도 등은 향상되나 충진성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명의 조성물에는 상기 조성들 외에도 소듐 폴리아크릴레이트 스타치가 더 첨가되도록 하는 것이다.
상기 소듐 폴리아크릴레이트 스타치는 배합후 도포과정에까지 작업성이 유지되도록 하는 것이다. 즉 수산화알루미늄에 의해 조성물의 배합이 젤(Gel) 형태가 되는데 소듐 폴리아크릴레이트 스타치의 첨가에 의해 이러한 배합물이 배합과정 등에서 기계적 충돌에 의해 졸(Sol) 형태로 변하여 작업성이 시간적 경과에도 불구 유지되도록 하는 것이며 이후 도포후에 기계적 충돌 등 에너지가 제거되면 다시 젤(Gel) 형태가 되어 점성이 발현되도록 하는 것이다.
한편 상기 알루미늄 성분은 Na성분이 존재할 때 다음과 같은 반응에 의해서 수소가스를 발생하며, 발포되고 팽창하는 특성을 가지고 있다.
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO3 + 3H2
즉 상기 반응식에서 보는 바와 같이 수소가스가 발생되어 이러한 수소가스가 외부로 배출되면서 표면공극을 형성시키는 문제가 있다. 이러한 표면공극은 균열발생 포인트로서 작용될 수 있고, 이러한 표면공극은 조도불량에 의해 미관상으로도 좋지 못한 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 제올라이트가 첨가되도록 하여 수소가스가 흡착되도록 함으로써 수소가스에 의해 형성될 수 있는 상기와 같은 문제점을 해결토록 하는 것이다.
이에 더하여 상기 제올라이트는 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조시킨 분말이 첨가되도록 하는데, 제올라이트 표면이 리튬실리케이트로 개질됨에 따라 페이스트에 알카리성을 부여하는 것은 물론 표면강화능을 부여토록 하는 것이다. 본 발명의 조성물에 의해 균열보수는 물론 열화에 대한 저항성도 향상시키도록 하는 것이다.
바람직하게 본 발명의 조성물은 규산나트륨 100중량부에 대해 수산화나트륨 10 내지 50중량부, 계면활성제 5 내지 10중량부, 산화마그네슘 1 내지 5중량부, 인산염 0.5 내지 2중량부, 붕산 0.1 내지 0.3중량부, 수산화알루미늄 0.5 내지 1중량부, 소듐 폴리아크릴레이트 스타치 0.1 내지 0.5중량부, 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 제올라이트 1 내지 3중량부를 포함하도록 배합하는 것이 타당하다.
이하 본 발명의 조성물의 실험예를 설명한다.
하기 실험에 있어 시료로서, 실시예 1은 규산나트륨 100중량부에 대해 수산화나트륨 20중량부, 계면활성제 5중량부, 산화마그네슘 3중량부, 인산염 1중량부, 붕산 0.2중량부, 수산화알루미늄 0.5중량부를 배합하여 제작된 시료이며, 실시예 2는 실시예 1과 동일하되, 소듐 폴리아크릴레이트 스타치 0.2중량부가 더 배합된 시료이고, 실시예 3은 실시예 2와 동일하되, 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 제올라이트 1중량부가 더 배합된 시료이다. 그리고, 비교예는 기존 표면강화제를 시료로 사용하였다.
상기 시료들에 대해 압축강도, 표면경도 및 투수비에 대한 실험을 진행하였으며, 그 결과가 하기 표 1에 도시되고 있다.
| 성능평가 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 |
| 압축강도 (MPa) | 25.2 | 26.7 | 28.2 | 28.8 |
| 표면경도 (HRL) | 84 | 90 | 92 | 93 |
| 투수비 | 0.7 | 0.2 | 0.1이하 | 0.1이하 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 압축강도면에서 실시예들이 비교예에 비해 우수한 것을 알 수 있으며, 실시예 1보다 실시예 2 및 실시예 3이 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 소듐 폴리아크릴레이트 스타치의 첨가에 의해 밀실한 페이스트가 구현됨이 기인한 것으로 판단된다.
표면경도에 있어서도 실시예들이 비교예에 비해 우수한 것을 알 수 있으며, 실시예 3의 경우가 가장 우수한 것을 알 수 있는데, 이는 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 제올라이트의 첨가에 기인한 것으로 제올라이트에 의한 가스흡착과 리튬실리케이트 성분에 의한 표면강화에 기인한 것으로 판단된다.
투수비의 경우도 실시예들이 비교예에 비해 우수한 것을 알 수 있으며, 실시예 1보다 실시예 2 및 실시예 3이 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 소듐 폴리아크릴레이트 스타치의 첨가에 의해 밀실한 페이스트가 구현됨이 기인한 것으로 판단된다.
그 다음으로 재령이 28일 된 콘크리트시편에 비교예 및 실시예 1 내지 3에 따른 조성물을 도포하고 미세공극 및 미세균열에 대한 치유능을 실험 하였으며 그 결과가 하기 표 2에 도시되고 있는 바, 아래 기준에 따라 평가하였다.
시험편 등급
5 : 어떠한 균열이 없음
4 : 시험편 전체면적의 10%미만에 균열 발생
3 : 시험편 전체면적의 10 내지 30%에 균열 발생
2 : 시험편 전체면적의 30 내지 70%에 균열 발생
1 : 시험편 전체면적의 70%이상에서 균열 발생
| 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 균열저항성 | 2 | 4 | 4 | 5 |
상기 실험에서 보는 바와 같이 비교예보다 실시예들이 균열저항성에서 향상된 결과가 도출되는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 3의 경우가 가장 우수한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데, 이는 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 제올라이트의 첨가에 의해 표면공극이 제어됨에 기인한 것으로 판단된다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 조성물을 이용한 구조물 보수 및 보강공법에 대해서도 제시하는 바, 보수대상 구조물에 상기 조성물을 직접 도포하거나 보수용 모르타르 조성물을 타설하고, 타설된 모르타르에 상기 조성물을 도포하도록 하는 것이다. 이러한 공법은 다양한 공지기술이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.
Claims (11)
- 규산나트륨, 계면활성제, 산화마그네슘, 인산염, 붕산, 수산화알루미늄 및 제올라이트를 포함하되,
상기 제올라이트는 리튬실리케이트 수용액에 침지되어 건조된 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
수산화나트륨이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 계면활성제는 비이온계 계면활성제 또는 실리콘계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 제 3항에 있어서,
상기 실리콘계 계면활성제는 디메치콘 코폴리올, 알킬 폴리글루코사이드, 실리콘 인산 에스테르 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 제 3항에 있어서,
상기 비이온계 계면활성제는 ethyleneoxide계, diethanolamine계, sorbitol계, glycerine계 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 인산염은, 1인산 암모늄, 1인산 칼륨 또는 2인산 암모늄 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
소듐 폴리아크릴레이트 스타치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항 내지 제 6항, 제 8항, 제 11항 중 어느 한 항의 균열보수 성능을 갖는 표면강화제 조성물을 이용한 구조물 보수 및 보강공법.
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