KR102670744B1 - 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리케이트 혼합물, 아민계 화합물, 실란계 화합물을 포함하는 하도층; 및 세라믹 분말을 포함하는 상도층;으로 구성되되, 상기 세라믹 분말은, 세라믹 분말 표면에 페루린산, 로디놀, 계면활성제를 포함하는 코팅층이 도포된 개질 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 콘크리트 교각, 교대 등 기타 내구성을 요하는 콘크리트 구조물에 도포되어 발수성, 방수성, 방청성 등을 향상시켜 내구성을 향상시킬 수 있는 흡수방지재에 관한 것이다.
교각, 교대 등 콘크리트 구조물은 축조된 후 주변의 환경 요소들과 반응하면서 점차 열화 된다. 콘크리트의 열화는 염해, 중성화, 알카리 골재 반응과 같은 화학적 작용에 의한 열화와, 동결-융해의 반복에 따른 물리적 작용에 의한 열화로 나눌 수 있다.
이를 방지하기 위한 대책으로는 외부 환경으로부터 물의 침입을 차단하는 기능 및 콘크리트 내부에 존재하는 물을 적당하게 발산시키는 기능을 부여하고, 콘크리트 균열에 대한 추종성이 있는 흡수방지재 등을 적용하는 것이다.
이러한 흡수방지재는 다른 계통의 표면처리제보다 기재에 대한 침투력이 강하고 발수력이 탁월하므로 독일, 일본 등에서 콘크리트 구조물의 표면처리용으로 다양하게 활용되고 있다.
종래 흡수방지재와 관련된 기술로 대한민국 특허등록 제10-1867550호에서는 콘크리트 표면에 결합되어 콘크리트 내부로 물이 침투되는 것을 방지하는 실란계 방수재; 상기 방수재와 혼합되어, 상기 방수재를 희석시키는 희석제; 및 상기 희석제와 방수제가 중력 작용에 의하여 콘크리트 표면에서 하부로 흘러내리는 정도를 제어하기 위한 요변성 개선제;를 포함하여 이루어진 것으로서, 상기 요변성 개선제는 셀룰로오스 아세테이트, 2-하이드록시에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트부틸레이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 소듐염, 하이드록시에틸 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함하는 셀룰로오스 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 콘크리트 흡수방지재를 제시하고 있다.
그러나 상기 기술의 경우 충분한 방수 및 발수성능을 기대하기 어려운 문제가 있다.
이에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 방수성 및 발수성을 향상시킨 흡수방지재를 제공하고자 함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재(이하, “본 발명의 흡수방지재”라 함)는 실리케이트 혼합물, 아민계 화합물, 실란계 화합물을 포함하는 하도층; 및 세라믹 분말을 포함하는 상도층;으로 구성되되, 상기 세라믹 분말은, 세라믹 분말 표면에 페루린산, 로디놀, 계면활성제를 포함하는 코팅층이 도포된 개질 세라믹 분말인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 실리케이트 혼합물은 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트가 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 하도층에는 하이드록시에틸아크릴레이트가 더 포함되며, 상기 상도층에는 에틸실리코네이트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 하도층 또는 상기 상도층에는 스테아린산염이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
삭제
하나의 예로써, 상기 상도층에는 황산암모늄, 피리딘이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 교각, 교대 등 기타 내구성을 요하는 콘크리트 구조물의 표면에 도포되어 내수성, 발수성, 방청성을 향상시켜 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 흡수방지재는 실리케이트 화합물, 아민계 화합물, 실란계 화합물을 포함하는 하도층; 세라믹 분말을 포함하는 상도층;으로 구성됨을 특징으로 한다.
즉 본 발명의 흡수방지재는 교각, 교대 등 콘크리트 구조물의 표면에 도포되고, 상기 하도층과 상도층으로 도포되어 마무리가 이루어지도록 하는 것이다.
상기 실리케이트 혼합물은 표면강도를 증가시키고, 내화학성, 내부식성을 향상시켜 내구성이 증가되도록 하는 것이다.
이러한 실리케이트 혼합물은 바람직하게 소듐실리케이트 100중량부에 대해 포타슘실리케이트 70 내지 100중량부, 리튬실리케이트 30 내지 50중량부로 혼합되도록 하는 것이 타당하다. 이렇게 실리케이트 혼합물이 첨가되어 구조물에서 탄산화한 부분의 알칼리 부여 및 성능저하가 예상되는 부위의 강화 등 콘크리트의 성능을 회복시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 아민계 화합물은 상기 실리케이트 혼합물과 반응하여 고분자 중합체 화합물을 생성한다. 이러한 고분자 중합체 화합물은 아민을 함유하고 있기 때문에 콘크리트 내에 이미 중성화가 진행되었거나 진행중인 구조물에 침투해 들어가면 경화반응을 일으키고 콘크리트 내부의 pH를 알카리화하여 중성화를 억제하며 철근 부식을 억제하는 성질을 가진다.
상기 아민계 화합물은 바람직하게 히드록시 작용기를 가진 디에탄올아민이 적용됨이 타당하다.
상기 실란계 화합물은 그 종류를 한정하지 않으나, 예로 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란 및 n-옥틸트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 실란계 화합물은 콘크리트에 침투하게 되면 수산화칼슘과 만나서 경화물질이 생성되도록 하는 것이며, 콘크리트 및 타 조성 중에 부틸(buthyl), 옥틸(octhyl) 등의 유기성분에 의해 발수성이 발현되도록 하는 것이다.
즉 상기 실란계 화합물에 의해 표면강도가 보강되는 것은 물론 이에 더하여 발수성이 발현됨으로써 콘크리트 내에 알카리골재 반응을 억제할 수 있도록 하며, 방청성이 발현되도록 하는 것이다.
바람직하게 상기 하도층은 실리케이트 혼합물 100중량부에 대해 아민계 화합물 20 내지 80중량부, 실란계 화합물 5 내지 15중량부로 배합됨이 타당하다.
상기 상도층은 세라믹 분말이 포함되는 것으로, 상기 상도층은 상기 하도층 상부에 도포되어 내부식성, 내수성, 내화학 저항성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 상도층은 상기 세라믹 분말이 포함되되, 예로 수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 세라믹 분말 20 내지 80중량부, 부틸카비톨 5 내지 10중량부, 부틸셀로솔브 5 내지 10중량부가 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 하도층 및 상기 상도층에는 상기 조성들 외에도 흐름성 향상제, 유동성 향상제, 소포제, 증점제, 분산제, 경화 보조제, 용제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.
상기 흐름성 향상제는 조성물의 흐름성을 향상시키는 역할을 하며, 상기 흐름성 향상제는 아크릴계 흐름성 향상제, 실리콘계 흐름성 향상제 등을 사용할 수 있으며, 흐름성 향상제를 사용함으로써 크레터링(cratering)을 방지하고, 표면장력을 개선하여 도료를 이용한 도막의 외관을 향상시킬 수 있다.
상기 유동성 향상제는 폴리프로필렌계 왁스, 친수성 또는 소수성의 실리카가 통상의 사용량으로 사용될 수 있다.
상기 분산제는 아미드계, 폴리프로필렌계, 올레핀계, 테프론계 왁스 등이 적용될 수 있다.
상기 용제는 조성물의 흐름성, 작업성, 분산성 등의 특성을 확보하기 위해 포함될 수 있으며, 부틸 알코올, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로벤젠, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 테트라클로로에틸렌, 부틸아세트산, 부틸셀로솔브아세트산, 에틸아세트산, 메틸아세트산, 이소프로필아세트산, 메틸셀로솔브아세트산, 메틸에틸케톤, 아세톤 또는 이들의 혼합물 등이 적용될 수 있다.
상기 세라믹 분말은 고분자 수지와 경화제 성분 간의 반응으로 생성되는 가교 결합 사이에 치밀한 도막을 형성하기 때문에 내수성, 기계적 물성 등을 향상시키고 아울러 이하에서 설명하는 바와 같이 개질에 의해 항균성 증대 효과도 나타낸다.
상기 세라믹 분말은 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 이산화티탄, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트(wollastonite), 탈크 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
특히 본 발명에서는 세라믹 분말 표면이 개질된 개질 세라믹 분말이 적용되도록 하는 예가 제시되는데, 세라믹 분말 표면에 페루린산, 로디놀, 계면활성제를 포함하는 코팅층이 도포된 것을 특징으로 한다.
상기 개질에 의해 세라믹 분말은 항균성을 갖게 되는데, 구조물 등의 표면에 도포되어 방수 기능은 물론 항균성이 발현되도록 하기 위한 것이다. 이렇게 항균성이 발현되도록 하여 내식성을 더욱 배가시키도록 하는 것이다.
상기 페루린산은 천연 물질인데, 이것은 식물에서 유리된 산으로 발견되며, 또한 식물의 종자, 잎, 껍질에서는 에스테르 형태로 존재한다. 에스테르는, 예를 들면 고급 알코올, 스테롤 및 히드록시산과의 에스테르로 형성된 것이다.
이러한 페루린산은 다양한 생물학적 활성, 예를 들면 항산화성, 탈취성, 항염증성, 항균성 및 항소양성을 나타내는 것으로 알려져 있다.
또한 페루린산은 상당한 항자극성을 가짐으로써 상수관에 적용시 인체에 무해한 결과가 도출되는 것이다. 상기 페루린산은 유리된 산 및 이 유리된 산과 활성이 동일한 에스테르 형태를 모두 포함한다는 것을 의미한다.
그런데 이러한 페루린산과 같은 천연 항균성분은 상기 상도층의 도포후 경화과정에서 발생되는 경화열, 사후적으로 하절기 등 열에 노출된 경우 등에 그 생물학적 활성이 발현되지 않는 문제가 있다.
이에 상기 코팅층에는 페루린산에 더하여 로디놀이 더 첨가되도록 하는데, 상기 로디놀이 미셀의 소수기 내부에 위치함으로써, 불안정한 상태인 미셀의 분자 재배열에 따른 분해반응의 발생을 방해하여 안정화 메카니즘 발생에 필요한 활성화 에너지가 증가할 수 있다.
이에 따라 미셀이 고온의 환경에 장시간 노출되어 높은 에너지를 가지는 불안정한 상태가 될 경우에도 안정화 메카니즘에 의한 미셀의 비가역적 분해반응이 거의 발생하지 않아, 고온에서도 페루린산의 항균활성이 유지되도록 하는 것이다.
상기 계면활성제는 특별히 그 종류를 한정하지 않는다.
바람직하게 상기 코팅층은 계면활성제 100중량부에 대해 페루린산 20 내지 40중량부, 로디놀 5 내지 10중량부가 배합됨이 타당하다.
상기 상도층에는 상기 조성들외에도 황산암모늄, 피리딘이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.
상기 피리딘이 첨가됨에 의해 상기 상도층의 표면에 이물질이 침적되는 것을 제어토록 하기 위한 것이다. 즉 정전기가 방지되도록 함으로써 상기 상도층의 표면에 이물질이 침적을 제어하여 이물질의 침적에 의한 부식 등을 제어토록 하는 것이다.
상기 피리딘은 정전기가 중화될 수 있도록 양이온 및 음이온의 이동이 자유로운 이온성 액체로서 상기 상도층의 정전기 방지를 위해 첨가되는 것이다.
상기 피리딘은 1-에틸 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-부틸 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-헥실피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-옥틸 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-데실 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-도데실 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-테트라데실 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-헥사데실 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트, 1-옥타데실 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트로 이루어진 피리디니윰 트리플루오로 메탄 설포네이트 계열이 적용될 수 있다.
여기서 상기 피리딘은 수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 0.1 내지 2중량부가 배합됨이 타당하다. 상기 배합범위를 초과할 경우 다른 조성들에 비해 필요 이상으로 양이 많아 가격 상승 원인이 될 수 있으며, 타 조성들의 기능발현을 제대로 기대할 수 없는 문제가 있다.
이에 상기 피리딘을 상기 배합범위로 한정하면서 황산암모늄이 더 첨가되도록 하는 것이다.
특히 상기 황산암모늄은 경화과정에서 발생되는 경화열을 흡수함으로써 경화열에 의한 미세균열을 제어하는 것이다. 미세균열은 이물질의 침적포인트로서 작용을 하는 바, 황산암모늄의 첨가에 의해 화학적으로 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.
또한 상기 황산암모늄은 전도도 보조제로서 기능을 하는 바, 황산암모늄의 첨가에 의해 상기 피리딘의 정전기 제어능을 배가시키도록 하는 것이다. 즉 상기에서 언급한 바와 같이 상기 피리딘을 상기 배합범위로 한정하면서 황산암모늄이 더 첨가되도록 하여 정전기 제어능을 배가시키도록 하는 것이다.
상기 황산암모늄은 수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 0.1 내지 2중량부가 배합됨이 타당하다.
또한 본 발명에서는 상기 하도층에는 하이드록시에틸아크릴레이트가 더 포함되며, 상기 상도층에는 에틸실리코네이트가 더 포함되는 예를 제시하고 있다.
상기 하도층에는 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethylacrylate)가 더 첨가되도록 하는데, 하이드록시에틸아크릴레이트는 구조물의 표면과 상기 하도층의 부착력을 강화하기 위한 것이다.
바람직하게 실리케이트 혼합물 100중량부에 대해 하이드록시에틸아크릴레이트 0.1 내지 1중량부가 배합됨이 타당하다.
또한 상기 상도층에는 에틸실리코네이트(Ethylsiliconate)가 더 포함되도록 하는 바, 에틸실리코네이트의 첨가에 의해 강도가 강화됨으로써 내충격성, 표면경도를 향상시키도록 하는 것이다.
바람직하게 수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 에틸실리코네이트 0.1 내지 1중량부가 배합됨이 타당하다.
또한 본 발명의 흡수방지재에서는 발수성을 배가시키기 위한 실시예로 상기 하도층 또는 상기 상도층에는 스테아린산염이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.
즉 상기 스테아린산염은 물이 구조물의 내부로 침투되어 들어감으로
써 장기적으로 발생되는 구조물의 열화를 제어하여 구조물의 내구성을 높이는 역할을 한다.
바람직하게 스테아린산염은 상기 하도층에서는 실리케이트 혼합물 100중량부에 대해 0.1 내지 2중량부로 배합됨이 타당하고, 상기 상도층에서는수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 0.1 내지 2중량부로 배합됨이 타당하다.
이하 본 발명의 흡수방지재에 대한 실험예를 설명한다.
하기 비교예 및 실시예들에 의해 제조되는 흡수방지재를 KSF 4930 콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재의 기준에 의거 일면에 각각 도포하여 물성을 비교하였다.
<비교예>
실리케이트 혼합물(소듐실리케이트 100중량부에 대해 포타슘실리케이트 70중량부, 리튬실리케이트 30중량부로 혼합) 100중량부에 대해 아민계 화합물 20중량부, 실란계 화합물 10중량부로 배합하여 하도층만을 제조하였다.
<실시예 1>
실시예 1은 비교예와 동일하되, 하도층 상부에 도포되는 수분산계 폴리머 수지 100중량부에 대해 탄산칼슘 50중량부, 부틸카비톨 5중량부, 부틸셀로솔브 5중량부로 배합된 상도층을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 2와 동일하되, 상도층에 스테아린산염 0.5중량부가 더 배합되도록 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 2와 동일하되, 표면개질 된 탄산칼슘이 첨가되도록 한다. 표면개질 된 탄산칼슘은 계면활성제 100중량부에 대해 페루린산 30중량부, 로디놀 5중량부가 포함되는 조성물에 탄산칼슘을 함침시킨후 건조시켜 제조하였다.
<실시예 4>
실시예 4는 실시예 3과 동일하되, 상도층에 피리딘 0.5중량부 및 황산암모늄 0.5중량부가 더 배합되도록 제조 하였다.
실시예 | 비교예 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
물흡수계수(kg/m2.h0.5) | 0.09 | 0.081 | 0.078 | 0.072 | 0.49 |
내투수성능 | 0.09 | 0.086 | 0.078 | 0.071 | 0.7 |
표 1에 나타낸 바와 같이, 물흡수계수, 습기투과성에서 비교예보다 실시예들이 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 2가 실시예 1보다 물흡수계수, 습기투과성에서 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2에 스테아린산염이 더 포함되어 발수성을 배가시킴에 기인한 것으로 판단된다.
또한 실시예 4가 물흡수계수, 습기투과성에서 가장 우수한 것을 알 수 있는데 이는 황산암모늄이 더 첨가되어 미세균열의 제어에 의한 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 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 (6)
- 실리케이트 혼합물, 아민계 화합물, 실란계 화합물을 포함하는 하도층; 및
세라믹 분말을 포함하는 상도층;으로 구성되되,
상기 세라믹 분말은,
세라믹 분말 표면에 페루린산, 로디놀, 계면활성제를 포함하는 코팅층이 도포된 개질 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재.
- 제 1항에 있어서,
상기 실리케이트 혼합물은 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트가 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재.
- 제 1항에 있어서,
상기 하도층에는 하이드록시에틸아크릴레이트가 더 포함되며, 상기 상도층에는 에틸실리코네이트가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재.
- 제 1항에 있어서,
상기 하도층 또는 상기 상도층에는 스테아린산염이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 상도층에는 황산암모늄, 피리딘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 내구성 증진을 위한 콘크리트 표면보호 흡수방지재.
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