KR102645281B1 - 콘크리트 표면 경화제, 이를 이용한 콘크리트 표면 거친 마감 공법 및 거친 마감 콘크리트 부재 - Google Patents
콘크리트 표면 경화제, 이를 이용한 콘크리트 표면 거친 마감 공법 및 거친 마감 콘크리트 부재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유동성이 높은 콘크리트에 거친 마감을 구현할 수 있는 표면 경화제 및 이를 이용한 콘크리트 표면 거친 마감 공법 및 거친 마감 콘크리트 부재에 관한 것이다.
본 발명은 「규산나트륨(Na2SiO3) 수용액에, 상기 규산나트륨의 결정화를 방지하는 흡착 물질 및 합성 고분자 물질이 분산된 콘크리트 표면 경화제」를 제공한다.
본 발명은 「규산나트륨(Na2SiO3) 수용액에, 상기 규산나트륨의 결정화를 방지하는 흡착 물질 및 합성 고분자 물질이 분산된 콘크리트 표면 경화제」를 제공한다.
Description
본 발명은 유동성이 높은 콘크리트 타설 및 프리캐스트 콘크리트에 자기충전 콘크리트를 적용 시 거친 마감을 구현할 수 있는 표면 경화제 및 이를 이용한 콘크리트 표면 거친 마감 공법 및 거친 마감 콘크리트 부재에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 표면을 거칠게 마감해야 하는 경우 스크래이핑 작업(갈퀴 등으로 표면을 긁는 작업)을 통해 거친 마감을 구현한다.
그러나 콘크리트 타설과정에서 유동성이 높은 콘크리트를 사용하는 경우(특히 프리캐스트 콘크리트에 자기충전 콘크리트를 적용하는 경우), 셀프레벨링(self-leveling)에 의해 거친 마감이 제대로 구현되지 않는다. [도 1]은 고유동 콘크리트를 타설한 후 스크래이핑 작업을 수행한 경우 셀프레벨링이 이루어지는 상태를 촬영한 것이다.
이에 따라 종래에는 콘크리트 표면의 거친 마감을 구현하기 위해, 표면에 응결이 발생하기를 기다린 후에 거친마감 구현을 위한 작업을 진행하지만, 유동성이 높은 콘크리트 타설 시 응결이 늦어져 작업자들이 임의로 콘크리트 표면에 시멘트를 살포하거나 스크래이핑 작업을 위해 가스 토치(Torch)로 가열하여 표면을 급속히 굳히는 방식 등을 적용하여 거친 마감을 구현하였다. 다만 이러한 방법들은 정상적인 방법은 아니며 위응결(False set)에 의해 경화된 표면이기에 박리 현상이 일어날 수 있다.
특히, 공장에서 부재별로 제조하고 현장으로 운반하여 조립식으로 설치하는 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete, 이하 'PC') 제품 중에서도 자동식 생산 라인에서 생산되는 제품은 몰드 내 타설 후 단계별로 이동하는 방식상 거친 마감 구현이 어렵다. 특히 자기충전 콘크리트를 적용할 경우 거친 마감을 위해 표면을 긁는 공정을 부가하여도 부재가 옆으로 이동하면서 긁힘 자국이 다시 충전되어 거친 마감 처리를 할 수 없게 된다. 이 경우에도 위에서 언급한 표면 처리방법(시멘트 살포 후 굳힘, 토치로 급속히 굳힘)을 진행할 수 있으나 전술한 바와 같은 위응결 문제가 있고, PC 제품 제조 공정이 지연되는 문제도 있다.
관련하여, 등록특허 10-2222895, 등록특허 10-1303312 등은 콘크리트 표면의 거친 마감을 위해 표면층을 그라인딩하는 작업이 수반되는 것이므로 작업시간, 장비사용 등의 측면에서 효율적이지 않고, PC 제품에는 원천적으로 적용이 어렵다.
본 발명은 위응결(False set) 문제 및 공정 지연 문제 없이 유동성이 높은 콘크리트이 표면을 거칠게 마감할 수 있도록 하는 기술 사상을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 「규산나트륨(Na2SiO3) 수용액에, 상기 규산나트륨의 결정화를 방지하는 흡착 물질 및 합성 고분자 물질이 분산된 콘크리트 표면 경화제」를 제공한다.
상기 흡착 물질은 상기 흡착 물질은 키토산(citosan) 또는 키토산 유도체 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 흡착 물질로 알지네이트(alginate), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리비닐알코올(polyvonyl alcohol), 실리카 겔(silica gel), 셀룰로오스(cellulose) 및 금속산화물 중 어느 한 가지 이상을 더 포함시킬 수 있다.
상기 흡착 물질 또는 규산나트륨에는 카복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group) 및 인산기 중 어느 하나 이상의 작용기가 결합될 수 있고, 상기 합성 고분자 물질은 폴리설폰(polysulfone) 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 표면 경화제는 물에 규산화나트륨은 30~80 중량부, 흡착 물질 1~5 중량부, 합성 고분자 물질 0.1~1 중량부를 분산시킬 수 있다.
본 발명은 「(a) 콘크리트 타설 단계; (b) 타설된 콘크리트의 표면에 상기 표면 경화제를 살포하는 단계; (c) 상기 표면 경화제가 살포된 콘크리트 표면에 대한 스크래이핑(scraping) 처리 단계; 및 (d) 상기 스크래이핑 자국이 유지되는 상태로 콘크리트를 양생하는 단계; 를 포함하는 콘크리트 표면 거친 마감 공법」 및 이러한 공법에 의해 표면이 거칠게 마감된 「거친 마감 콘크리트 부재」를 함께 제공한다.
본 발명에 따르면,
셀프레벨링 성능이 있는 고유동 콘크리트를 타설한 상태에서, 별도로 표면 응결을 기다리거나, 위응결 우려가 있는 처리 방법을 적용함 없이 표면 경화제 살포 후 곧바로 스크래이핑 작업을 수행하여 콘크리트 부재(제품)의 표면을 거칠게 마감할 수 있다. 또한 프리캐스트 콘크리트 제품에 본 발명을 적용하는 경우, 단위 공정 시간 당 생산량을 증대시킬 수 있다.
[도 1]은 고유동 콘크리트를 타설한 후 스크래이핑 작업을 수행한 경우 셀프레벨링이 이루어지는 상태를 촬영한 것이다.
[도 2]는 본 발명에 따라 고유동 콘크리트 표면에 거친 마감이 이루어지도록 하는 과정을 촬영한 것이다.
[도 2]는 본 발명에 따라 고유동 콘크리트 표면에 거친 마감이 이루어지도록 하는 과정을 촬영한 것이다.
본 발명은 유동성이 높은 콘크리트 조성물 및 자기충전 콘크리트로 타설된 프리캐스트 콘크리트의 경화된 표면에 거친 마감을 구현할 수 있도록 하는 콘크리트 표면 경화제를 제공한다. 규산나트륨계 화합물을 이용한 표면 경화제를 타설된 콘크리트 표면에 살포함으로써, 상기 표면 경화제가 콘크리트 표면의 수분이 흡수하며, 강한 흡착력으로 인해 고착제 역할을 수행한다.
따라서, 상기 표면 경화제 살포 직후 콘크리트 표면에 대한 스크래이핑(scraping) 작업을 수행하더라도 평탄화(leveling)가 이루어지지 않고 스크래이핑 자국이 유지된 상태로 양생이 이루어져 콘크리트 표면의 거친 마감이 구현되도록 하는 것이다.
본 발명은 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액에, 상기 규산나트륨의 결정화를 방지하는 흡착 물질 및 합성 고분자 물질이 분산된 콘크리트 표면 경화제를 제공한다.
규산화나트륨(sodium silicate, Na2SiO3)은 규산염의 하나로 냄새가 없으며 흰 빛을 띄는 고체이다. 탄산나트륨(Na2CO3)과 이산화규소(SiO2)의 반응으로 이산화탄소와 규산나트륨이 형성된다. 상기 규산나트륨의 수용액 상태 및 수용액 상태에서 건조되어 결정화된 상태를 물유리(water glass, Na2O-nSiO2-xH2O)라 하며, 액상 물유리를 양생중인 콘크리트 표면에 도포하면 일종의 방수 코팅제나 접착제의 역할을 수행한다. 다만 이러한 물유리를 콘크리트 타설 직후에 살포하고 콘크리트 표면에 스크래이핑 처리를 하는 경우에는 표면 경화 효과가 발휘되기에 앞서 물유리의 결정화가 먼저 이루어져, 스크래이핑 자국이 유지되지 않는다.
이에 본 발명에서는 상기 규산나트륨 분자를 흡착하여 규산나트륨과 더불어 수분 흡착력을 강화하고, 콘크리트 표면의 기계적 강도 발현 속도를 향상시키는 흡착 물질을 첨가한다. 상기 흡착 물질은 규산나트륨을 흡착한 상태로 수용액 내에 고르게 분포됨으로써 상기 규산나트륨의 선 결정화를 방지한다. 상기 흡착 물질로는 보습성 및 흡착성이 우수한 키토산(citosan) 및 키토산 유도체를 한 가지 이상 적용할 수 있다. 상기 키토산(citosan) 및 키토산 유도체는 양이온성의 고분자로 플러스(+) 전하를 띠고 있는 이온이기 때문에 이온성이 없는 고분자보다 점성이 뛰어나고 유화안정, 분산안정, 결합성 등이 우수하다.
상기 흡착 물질로는 알지네이트(alginate), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 실리카 겔(silica gel), 셀룰로오스(cellulose), 금속산화물 중 어느 한 가지 이상을 더 포함시킬 수 있다.
상기 알지네이트(alginate)는 용해성의 알긴산 나트륨염(또는 칼륨염)과 황산칼슘 이수염 등을 주성분으로 만든 화합물이며 물에 혼합하면 겔을 형성한다. 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide)는 주로 토양개량제로 이용되는 아크릴아마이드의 중합체(synthetic organic polymers)이다. 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)은 폴리아세트산비닐을 가수분해하여 얻어지는 무색가루 형태의 고분자화합물로 접착제 등의 재료로 이용되는 물질이다. 실리카 겔(silica gel)은 규산나트륨 수용액을 산으로 처리하여 만들어지는 다공성 물질이다. 셀룰로오스(cellulose)는 친수성 유기물로서 포도당 단위체들이 글리코사이드 결합으로 연결된 선형 사슬이 중첩된 격자형 구조를 이루고 있다. 금속산화물 또한 미세 기공구조에 의해 규산나트륨 분자를 흡착시킬 수 있다.
상기 흡착 물질에는 카복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group) 및 인산기 중 어느 하나 이상의 작용기가 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 카복실기(carboxyl group)는 탄소, 산소, 수소로 이루어진 작용기로서 일반적으로 물과 반응하여 수소 이온을 방출하는 특징이 있어 콘크리트 면과에 대한 흡착성을 보강할 수 있다. 또한, 상기 규산화나트륨에도 카복실기, 수산기, 아민기 및 인산기 중 어느 하나 이상의 작용기가 결합됨으로써 콘크리트 면과의 흡착성을 강화시킬 수 있다.
한편, 상기 흡착 물질 군(群)은 수용액상에서 수분의 흡착으로 쉽게 팽창하고 산 조건 하에서 용해되기 쉬운 단점을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 흡착 물질 사용량을 최소한으로 제한하고, 상기 흡착 물질의 역할을 보강하기 위한 합성 고분자 물질을 첨가하여 분산시킨다. 상기 합성 고분자 물질로는 폴리설폰(polysulfone) 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나 이상을 적용하여 내산성 및 콘크리트 표면의 기계적 강도를 높일 수 있다. 한 예로 폴리우레탄은 폴리올(Polyhydric alcohol, 3개 이상의 하이드록시기(-OH)를 가진 알코올)와 이소시아네이트(isocyanate)를 반응시켜 생성시킬 수 있는데, 상기 이소시아네이트가 시멘트 입자 표면의 수분과 반응하여 표면경화를 촉진할 수 있다.
구체적으로 본 발명이 제공하는 표면 경화제는 규산화나트륨 30~80 중량부, 상기 흡착 물질 1~5 중량부, 상기 합성 고분자 물질 0.1~1 중량부를 30~50 중량부의 물에 분산시킨 수용액으로 제조할 수 있으며, 타설된 콘크리트 표면에 살포할 때에는 물을 더 첨가하여 희석시킨 상태로 살포가 이루어지도록 할 수 있다. 콘크리트의 타설, 양생 시의 온도조건(계절) 및 사용자의 기호에 따라 본 발명의 표면 경화제와 희석을 위해 첨가하는 물은 각각 35~65 wt% 범위에서 혼합량을 조절할 수 있으며, 기온이 높을수록 콘크리트 양생 속도가 빠르게 되므로 물 첨가량을 늘려 표면 경화제를 더욱 많이 희석시켜 적용할 수 있다.
위와 같은 표면 경화제는 콘크리트 타설 직후에 살포하여 콘크리트 표면에 거친 마감이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 표면 경화제를 이용하여 콘크리트 표면을 거칠게 마감하는 과정, 즉 "콘크리트 표면 거친 마감 공법"은 아래와 같이 시계열적 단계로 나타낼 수 있다.
(a) 콘크리트 타설 단계;
(b) 타설된 콘크리트의 표면에 상기 표면 경화제를 살포하는 단계;
(c) 상기 표면 경화제가 살포된 콘크리트 표면에 대한 스크래이핑(scraping) 처리 단계; 및
(d) 상기 스크래이핑 자국이 유지되는 상태로 콘크리트를 양생하는 단계.
즉, 몰드에 콘크리트를 타설하고 표면이 응결되기를 기다릴 필요 없이 곧바로(예를 들어, 5분 이내) 상기 표면 경화제를 살포하고, 상기 표면 경화제를 살포한 후에도 별도의 기다림 시간 없이 곧바로(예를 들어, 5분 이내) 콘크리트 표면을 스크래이핑 처리함으로써, 스크래이핑 자국이 남아 있는 상태에서 곧바로 표면 응결이 일어나고 그 상태로 양생이 진행되므로, 표면이 거칠게 마감된 "거친 마감 콘크리트 부재"를 생산할 수 있는 것이다.
위와 같은 "콘크리트 표면 거친 마감 공법"은 현장 타설 콘크리트에도 적용할 수 있으나, 프리캐스트 콘크리트 부재 생산 과정에 적용할 때 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
아래, [표 1]은 본 발명이 제공하는 표면 경화제 실시예들의 성분별 함량을 구체적으로 제시한 것이다. 실시예 1 내지 3은 적용된 원료는 동일하나 각 원료의 함량에 차이가 있다. 주 흡착 물질로 키토산을 적용했고, 금속산화물인 Fe2O3를 보조 흡착 물질로 적용했다. 합성 고분자 물질로 폴리우레탄과 폴리설폰을 함께 적용했다. 규산나트륨과 키토산에 결합된 카복실기는 별도의 함량으로 나타냈다. [표 1]에 나타난 각 원료의 함량 단위는 wt% 이다.
| 원료 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 |
| 물 | 47 | 49 | 43 |
| 규산나트륨 | 48 | 46 | 50 |
| 키토산 | 2 | 2.94 | 3.8 |
| Fe2O3 | 0.05 | 0.02 | 0.03 |
| 폴리우레탄 | 2.8 | 1.9 | 3 |
| 폴리설폰 | 0.1 | 0.06 | 0.07 |
| 카복실기 | 0.05 | 0.08 | 0.1 |
| 합계 | 100 | 100 | 100 |
[도 2]는 본 발명에 따라 고유동 콘크리트 표면에 거친 마감이 이루어지도록 하는 과정을 촬영한 것이다.
프리캐스트 콘크리트 슬래브 부재 몰드에 고유동 콘크리트 타설 후 곧바로 표면 경화제(위 '실시예 2')를 살포하고, 곧바로 스크래이핑 처리를 한 상태가 나타나 있으며, 이에 [도 1]에 나타난 상태와 확연한 차이가 파악된다. [도 2]의 사진으로 나타난 차이는 위 실시예 1 내지 3은 물론 본 발명의 기술 사상이 포함된 다양한 실시예에도 동등하게 나타난다.
해당 없음
Claims (8)
- 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액에, 상기 규산나트륨의 결정화를 방지하는 흡착 물질 및 합성 고분자 물질이 분산되되,
상기 흡착 물질은 키토산(citosan) 또는 키토산 유도체 중 어느 하나 이상과, 알지네이트(alginate), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리비닐알코올(polyvonyl alcohol), 실리카 겔(silica gel), 셀룰로오스(cellulose) 및 금속산화물 중 어느 한 가지 이상을 포함하고,
상기 흡착 물질 또는 규산나트륨에는 카복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group) 및 인산기 중 어느 하나 이상의 작용기가 결합된 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 경화제.
- 삭제
- 삭제
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- 제1항에서,
상기 합성 고분자 물질은 폴리설폰(polysulfone) 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 경화제.
- 제1항 또는 제5항에서,
상기 규산나트륨은 30~80 중량부, 상기 흡착 물질은 1~5 중량부, 상기 합성 고분자 물질은 0.1~1 중량부인 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면 경화제.
- (a) 콘크리트 타설 단계;
(b) 타설된 콘크리트의 표면에 제6항의 표면 경화제를 살포하는 단계;
(c) 상기 표면 경화제가 살포된 콘크리트 표면에 대한 스크래이핑(scraping) 처리 단계; 및
(d) 상기 스크래이핑 자국이 유지되는 상태로 콘크리트를 양생하는 단계; 를 포함하는 콘크리트 표면 거친 마감 공법.
- 제7항의 공법에 의해 표면이 거칠게 마감된 거친 마감 콘크리트 부재.
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