KR102616171B1 - 발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분을 포함한 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있는 것으로,
(1) 콘크리트 타설 후 일정 기간이 소요된 후 거푸집을 탈형하는 거푸집 제거단계;
(2) 거푸집이 탈형된 콘크리트 표면에 용융된 지방산을 도포하는 지방산 도포단계;
(3) 상기 지방산이 도포된 콘크리트를 고온 양생하는 고온양생단계;
(4) 상기 지방산이 상온에서 액체에서 고체로 상변화되는 지방산 상변화단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법을 제공한다.

Description

발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법{the Hydrophobic curing method for fabrication of water-repellent concrete}

본 발명은 수분 등의 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있는 발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법에 관한 것이다.

콘크리트는 수화반응으로 경화되는 과정에서 자기수축, 소성수축, 건조수축으로 콘크리트의 균열이 발생하며,

균열 발생은 내구성, 내수성, 강도저하 등 여러 가지 하자 발생으로 이어져 건축물의 수명을 단축시킨다.

콘크리트는 외부 환경에 따른 수분 침투 및 이산화탄소, 염화물과 같은 다양한 열화인자에 노출되어 시간이 지남에 따라서 점점 내구성이 약화될 수 있고,

이러한 이유로 장기적으로 구조물의 내구성이 저하되어 표면의 균열이 발생하고 그로 인해 철근의 부식과 콘크리트의 팽창에 의한 파괴가 발생할 수 있다.

콘크리트에 염화나트륨, 염화마그네슘과 같은 염화물이 침투하는 경우, 염소이온량의 증가와 더불어 강재의 표면을 둘러싸고 있는 부동태 피막이 부분적으로 파괴되어 철근의 부식이 진행되면 부식생성물에 의해 표면이 팽창한다.

이와 같은 현상은 콘크리트 표면이 미시적인 관점에서는 미세공극이 무수히 존재하기 때문에 수분이 외부에서 내부로의 침투를 허용하기 때문에 발생하며, 이러한 미세공극에 의하여 침투된 수분으로부터 발생한 피해를 방지하기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.

구체적으로, 콘크리트의 내구수명 증가 및 수분에 의한 열화방지의 목적으로 콘크리트 표면에 액상상태의 발수재를 도포함으로서 콘크리트 표층부 내구성을 향상시키기 위한 기술이 개발되고 있다.

이러한 표면 보호는 직접적인 의미로는 콘크리트 구조물의 표면을 보호하는 것이지만 그 목적은 단순히 표면을 보호하는 것은 아니며, 표면 보호에 의하여 수분 등의 열화인자의 침투를 억제함으로서 내부의 콘크리트 및 철근의 열화를 억제하여 콘크리트 구조물을 보호하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 표면 보호재의 경우, 콘크리트 표면에서의 외부영향(자외선, 동결 등)에 의해 열화 및 박리 등 변형이 발생할 수 있고, 이러한 경우 콘크리트 표면 보호재로서 역할을 할 수 없게 되고 재 시공주기가 짧아지게 되며 그에 따른 비용과 시간이 소요되고 더불어 콘크리트의 내구성을 저하시킬 수 있다.

즉, 이처럼 콘크리트의 표면에 국한된 표면 발수처리 공법은 콘크리트의 표면에 균열이나 파괴가 발생한 경우 발수성능을 상실하게 되어 보수 및 재시공에 따른 시간적, 비용적 문제점을 야기한다.

또한 기존 발수제의 주성분은 실란(실레인, silane), 실록산(siloxane) 등인데, 이와 같은 성분은 피부와 눈, 호흡기에 자극을 일으키므로 인체와 환경에 유해하다. 특히, 장기간 반복 노출 시 작업자의 장기에 손상을 입혀 폐섬유증을 유발시킬 수 있는 유독성 화학물질이다.

뿐만 아니라, 외부 점화 없이 자연 발화하는 극인화성 물질로 밀폐된 공간에서 사용 시 화재나 폭발 등의 위험이 수반된다. 그리고 재료 가격이 비싸서 부분적인 면적에만 도포되거나 혹은 충분항 양의 발수제가 도포되지 않을 경우, 발수처리 되지 않은 콘크리트 표면으로의 외부 물 흡수가 발생하게 되어, 결국 콘크리트의 발수 성능을 유지할 수 없게 된다.

이에 본 발명자는 미세공극까지 발수 성분이 침투하여 수분 등의 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하고 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있으며 경제적인 발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-0152464호 '고성능 발수 방수성 경량 기포 콘크리트의 제조 방법', 1998년06월27일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-1982472호 ' 콘크리트용 발수제', 2019년05월21일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 미세공극까지 발수 성분이 침투하여 수분 등의 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하고 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있으며 경제적인 발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 수분을 포함한 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있는 것으로,

(1) 콘크리트 타설 후 일정 기간이 소요된 후 거푸집을 탈형하는 거푸집 제거단계;

(2) 거푸집이 탈형된 콘크리트 표면에 용융된 지방산을 도포하는 지방산 도포단계;

(3) 상기 지방산이 도포된 콘크리트를 고온 양생하는 고온양생단계;

(4) 상기 지방산이 상온에서 액체에서 고체로 상변화되는 지방산 상변화단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법을 제공한다.

본 발명에 따르면 미세공극까지 발수 성분이 침투하여 수분 등의 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하고 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있으며 경제적인 발수 콘크리트 제작을 위한 소수성 양생 기법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법의 전체 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법을 적용한 공시체를 촬영한 것이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실리콘 기반의 발수성 재료를 이용한 현재 발수 표면 처리 방법은 인체에 유독하며, 공정 중 화재 및 폭발 위험성이 존재하고,

발수성 재료 가격이 비싸 일반 콘크리트 발수 처리에 어려움이 있었다.

그러나 본 발명의 소수성 양생 방법은 추가적인 발수 처리 공정없이, 콘크리트 양생 과정중에 발수성능을 부여할 수 있고, 사용 재료가 기존보다 환경에 유해하지 않고, 폭발성이 없으며, 가격이 저렴한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법의 전체 공정을 도시한 것이고,

도 2는 본 발명의 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법을 적용한 공시체를 촬영한 것이다.

본 발명의 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법은,

수분을 포함한 열화인자가 콘크리트의 내부로 침투하는 것을 방지하여 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있는 것으로,

(1) 콘크리트 타설 후 일정 기간이 소요된 후 거푸집을 탈형하는 거푸집 제거단계;

(2) 거푸집이 탈형된 콘크리트 표면에 용융된 지방산을 도포하는 지방산 도포단계;

(3) 상기 지방산이 도포된 콘크리트를 고온 양생하는 고온양생단계;

(4) 상기 지방산이 상온에서 액체에서 고체로 상변화되는 지방산 상변화단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지방산은,

하나 이상의 카복실기(Carboxyl group)를 포함하는 포화 또는 불포화 지방산 중 40~90도씨 정도의 녹는점을 가지고 10~30개의 탄소 원자를 갖는 지방산으로써 상온에서 고체 상태인 것을 이용한다.

상기 지방산은 용융상태에서 콘크리트 표면과 미세 공극에 충분히 침투되어 콘크리트 표면뿐만 아니라 내부 공극벽(pore wall)에 발수성을 부여하여, 외부 액체가 콘크리트 공극으로 이동되는 것을 방지하는 기능을 한다.

상기 (4) 단계는 약 2~6시간 정도의 시간이 소요되어 양생과정이 진행되고, 상기 지방산은 상온에서 액체 상태에서 고체 상태로 상변화하여, 언급된 시간동안 콘크리트 내부로 충분히 침투하여 공극벽을 메꾸게 된다. 또한, 시멘트 수화생성물인 탄산칼슘 및 수산화칼슘과 화학 반응하여 표면 및 공극벽에 남아있기 때문에 상기 지방산이 박리되어 발수성이 저하되는 것을 방지한다.

구체적으로 설명하면,

상기 반응이 발생하여, 고체상의 지방산뿐만 아니라 지방산 칼슘염이 생성되어 콘크리트 내부 및 표면에 안정적으로 존재하게 된다.

본 발명의 효과를 검증하기 위하여 공시체를 제작하고 실험한 과정은 다음과 같다.

1) 콘크리트 샘플을 상온 혹은 고온에서 양생한 후, 몰드(거푸집)에서 탈형한다.

2) 하나 이상의 카복실기를 포함하는 포화 또는 불포화 지방산 중 녹는점이 40 내지 90 도씨 미만의 10 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 지방산으로써 상온에서 고체 상태인 지방산을 녹는점 이상으로 용융시킨다.

3) 용융된 지방산에 콘크리트 샘플(공시체)을 충분히 침지시킨다.

4) 강도 발현에 필요한 시간만큼 추가적으로 고온 양생을 진행한다.

5) 고온 양생이 완료된 후, 공시체를 실온에 두면 액체상의 지방산은 실온에서 고체상으로 상변화한다.

이때 최종적으로 완성된 콘크리트 샘플은 표면뿐만 아니라 미세세공에도 지방산이 침투되어 고체화되어 일체화되어 있기 때문에 표면에 기름기와 같은 유분이 남지 않아 촉감 및 심미성을 저해하는 요소 없이 일반 콘크리트 표면과 동일하게 사용할 수 있다.

고체로 상변화된 지방산은 콘크리트의 발수 성능을 담당한다.

본 발명은 콘크리트의 소수성 처리 공법으로서,

현장 타설 콘크리트의 표면에 적용할 수 있을 뿐만 아니라,

프리캐스트 콘크리트의 제조 단계에서 적용될 수 있으며,

시공현장에서 고온 양생이 필요한 초고성능 콘크리트와 같이 발수 및 방수성능이 요구되는 콘크리트 등 스마트 건설재료에 광범위하게 활용이 가능하다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (3)

1. (1) 콘크리트 타설 후 일정 기간이 소요된 후 거푸집을 탈형하는 거푸집 제거단계;
   (2) 하나 이상의 카복실기를 포함하는 포화 또는 불포화 지방산 중 녹는점이 40 내지 90 도씨 미만의 10 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 지방산을 녹는점 이상으로 지방산을 용융시키고, 상기 (1) 단계에서 거푸집이 탈형된 콘크리트에 상기 용융된 지방산을 도포 또는 침지하여 콘크리트 표면과 미세 공극에 침투되도록 하는 지방산 침투단계;
   (3) 상기 (2) 단계에서 지방산이 침투된 콘크리트를 고온 양생하는 고온양생단계; 및
   (4) 상기 (3) 단계 후에 상기 지방산이 상온에서 액체에서 고체로 상변화되어 콘크리트 표면과 미세 공극에 침투된 지방산이 일체화되는 지방산 상변화단계를 수행하여 콘크리트 양생 과정 중에 발수성능이 부여된 발수 콘크리트 제조를 위한 소수성 양생 기법.
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