KR20000060273A - 콜로이드 실리카 졸 촉매를 포함하는 상온 경화용 무기질 결합제조성물 및 이를 이용한 다공질 구조물의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상온 경화용 무기질 결합제 조성물 및 이를 이용한 다공질 구조물의 처리방법에 관한 것으로, 특히, 콘크리트 구조물 등의 다공질 구조물에 도포하거나 분사함으로써 다공질 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구멍을 충진시켜, 구조물의 강도를 증진시키는 동시에 구조물의 열화현상을 방지할 수 있는 상온 경화용 무기질 결합제 조성물과 이 조성물을 이용하여 다공질 구조물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물은, 콜로이드 실리카 졸 1∼50 중량%와, 규산 나트륨 1∼49 중량%와, 규산 칼륨 1∼49 중량%와, 용제 1∼40 중량%로 구성된 규산 알칼리 용액으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 다공질 구조물의 처리방법은, 상기한 조성물을 다공질 구조물에 도포, 침적 또는 분사한 후, 상온에서 경화시켜, 다공질 구조물의 표면 또는 내부에 존재하는 구멍을 불용성 결정체로 충진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 고강도 구조물 구축과 그 구조물의 지속적이고도 영구적인 열화현상 방지 효과가 가능함은 물론, 건축물의 외관을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 저비용으로 단시간에 구조물을 효과적으로 처리할 수 있다.

Description

콜로이드 실리카 졸 촉매를 포함하는 상온 경화용 무기질 결합제 조성물 및 이를 이용한 다공질 구조물의 처리방법{Ambient Temperature Curing Inorganic Binder Composition Comprising Colloid Silica Sol Catalyst, and Method of Treating Porous Structure Using the Same}

본 발명은, 상온 경화용 무기질 결합제 조성물 및 이를 이용한 다공질 구조물의 처리방법에 관한 것으로, 특히, 콘크리트 구조물 등의 다공질 구조물에 도포하거나 분사함으로써 다공질 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구명을 충진시켜, 구조물의 강도를 증진시키는 동시에 구조물의 열화현상을 방지할 수 있는 상온 경화용 무기질 결합제 조성물과 이 조성물을 이용하여 다공질 구조물을 처리하는 방법에 관한 것이다.

현재, 건축재료로 광범위하게 사용되고 있는 콘크리트, 모르타르 등의 콘크리트 구조물과 화강암 등의 천연석재 구조물은 다공성을 갖기 때문에, 구조물 표면 및 내부에 존재하는 구멍으로 빗물, 가스, 약품 등이 침입하여 구조물의 강도 저하, 크랙 발생 등의 문제를 일으킬 뿐 아니라, 건축물의 외관을 해치는 요인으로 작용하고 있다. 특히, 이들 다공성 구조물 내부에 존재하는 알칼리 성분은 빗물이나, 공기 중의 CO₂가스, NOx 가스, SOx 가스 등의 작용에 의한 산성화 내지는 중성화에 기인한 열화현상으로 인해, 끊임없이 침출이 진행되어 구조물의 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 지구 환경오염의 주범인 상기한 CO₂가스, NOx 가스, SOx 가스 등에 의한 산성비로 인해 이러한 구조물들의 백화열화현상은 더욱 가속화되어 심각한 상황에 이르고 있는 실정이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래에는, 유기 고분자계의 방수-개질제를 다공질 구조물의 표면에 도포하는 기술이 사용되어 왔으나, 이러한 종래의 방수-개질제는 내약품성이 떨어져 산, 염기 또는 유기물질 등에 의해 쉽게 분해되며, 다공질 구조물의 구성 성분인 무기질 재료와 다른 유기질 재료를 사용하므로 구조물과의 결합성 및 친화성이 나빠 시간경과에 따라 열화되기 쉬울 뿐 아니라, 가격이 높으며 구조물을 처리하는데 장시간이 요구되어 구조물을 효과적으로 처리할 수 없다는 한계를 갖고 있었다.

결국, 본 발명은 상기한 종래기술이 지닌 한계를 극복하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 다공질 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 구명을 완전히 충진시켜 무공화시킴으로써, 구조물의 강도를 증진시키는 동시에, 구조물의 열화현상을 지속적이면서도 영구적으로 방지하고, 건축물의 외관을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 우수한 내약품성을 지님은 물론, 다공질 구조물의 구성 재료와 유사한 무기질 재료로 구성되어 다공질 구조물과의 결합성 및 친화성이 우수할 뿐만 아니라, 저비용으로 단시간에 구조물을 효과적으로 처리할 수 있는 상온 경화용 무기질 결합제 조성물과, 이 조성물을 이용하여 다공질 구조물을 처리하는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 사용하여 콘크리트 구조물을 처리하는 경우, 그 처리 전후의 콘크리트 구조물의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 도면.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물은,

콜로이드 실리카 졸(colloid silica sol) 1∼50 중량%와,

규산 나트륨(sodium silicate) 1∼49 중량%와,

규산 칼륨(potassium silicate) 1∼49 중량%와,

용제 1∼40 중량%로 구성된 규산 알칼리 용액으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 용제로는, 물 또는 에탄올 등의 유기용제가 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 사용하여 다공성 구조물을 처리할 때 촉매로 작용하는 콜리이드 실리카 졸은, 단분산 형태를 갖는 미립자로서, 입자크기가 약 0.01∼0.05㎛이며, 통상의 물 유리를 이온교환법으로 제조한 것과, 메틸 트리메톡시 실란(methyl tri-methoxy silane) 등으로 대표되는 알킬 알콕시 실란(alkyl alkoxy silane)이나 테트라 에톡시 실란(tetra ethoxy silane) 등으로 대표되는 테트라 알콕시 실란으로부터 제조된 것을 사용할 수 있다.

한편, 상기한 본 발명의 조성물에 있어서, 콜로이드 실리카 졸의 함량이 1 중량%보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 50 중량%보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물의 안정성이 떨어져, 제조후 곧바로 침전현상을 일으키기 쉽다. 또한, 규산 나트륨 함량이 1 중량%보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 49 중량%보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물이 곧바로 겔화(gelation)가 진행되어, 고화된 규산염 화합물을 생성하므로 다공성 구조물의 처리에 사용할 수 없다. 마찬가지로, 규산 칼륨 함량이 1 중량%보다 작은 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 없으며, 49 중량%보다 큰 경우에는 최종적으로 얻어진 조성물이 곧바로 겔화(gelation)가 진행되어, 고화된 규산염 화합물을 생성하므로 다공성 구조물의 처리에 사용할 수 없다. 또한, 용제의 함량이 1 중량%보다 작은 경우에는 본 발명에 따른 조성물을 다공성 구조물에 도포, 침적 또는 분사하기가 곤란하며, 40 중량%보다 큰 경우에는 본 발명의 소기의 목적을 달성하기 어렵다.

더구나, 본 발명에 따른 다공질 구조물의 처리방법은,

상기한 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포, 침적 또는 분사한 후, 상온에서 경화시켜, 다공질 구조물의 표면 또는 내부에 존재하는 구멍을 불용성 결정체로 충진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포, 침적 또는 분사하게 되면, 본 발명에 따른 조성물에 포함된 화학종과 구조물 내부에 존재하는 이온 등이 치환반응을 일으키게 되는데, 이때, 본 발명의 조성물에 포함된 콜로이드 실리카 졸이 이 치환반응의 촉매로 작용하게 된다. 즉, 다공질 구조물 내부에 존재하는 잉여의 Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺등의 이온종 및 CaO, MgO 등의 산화물과 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물이 반응하여, 반응후 재용해되지 않는 규산 칼슘 및 복합 콜로이드 규산 화합물 등의 유리질(glass) 불용성 화합물을 다공질 구조물 표면 및 내부의 구멍에 형성함으로써, 도 1의 우측 도면에 도시된 것과 같이, 다공질 구조물에 존재하는 구멍을 완전히 충진시켜 다공질 구조물을 무공화하게 되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에 나타낸 조성비에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 제조하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물의 조성비

원료명	조성비(중량%)
콜로이드 실리카 졸규산 나트륨규산 칼륨물	25303015

본 실시예에서 얻어진 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 일반 콘크리트 구조물에 도포 처리하고 1시간 동안 상온에서 방치한 후, 코아커트로 100mmψ의 시험체를 3개 절단하여, 부하수압 4kg/㎠, 시험온도 20℃에 있어서의 투수(透水)계수를 측정하였다. 또한, 본 발명에 따른 조성물로 처리하지 않은 일반 콘크리트 구조물을 동일하게 절단하여, 동일한 조건에서 투수계수를 측정하였으며, 그 비교실험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물의 도포 처리에 의한 콘크리트 구조물의 투수특성 변화(단위: cm/sec)

시험체 번호	처리물	무처리물
1	0.93×10-9	4.96×10-9
2	0	3.88×10-9
3	1.11×10-9	5.58×10-9

표 2의 결과로부터 알 수 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 일반 콘크리트 구조물에 도포처리한 시험편은, 무처리물보다 평균적으로 약 1/5 정도의 매우 적은 투수성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 실시예에서 얻어진 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 일반 콘크리트 구조물에 도포 처리하고 1시간 동안 상온에서 방치한 후, 처리 및 무처리 시험체 각각에 대해 내구성 시험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물의 도포처리에 의한 콘크리트 구조물의 내구성 변화

시험 항목	무처리물	처리물
강도	곡강도(kg·㎠)	257	1,037
	인장강도(kgf·㎝/㎠)	3.2	5.4
내후성	변화 있음	변화 없음
마모성 (마모륜 CS-17500g)	100%	12.1%
모스경도	3.3	5.2
연필경도	4	11≤

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 일반 콘크리트 구조물에 도포처리한 시험편은, 무처리물보다, 강도가 매우 우수하고, 내후성이 뛰어남은 물론, 높은 내마모성과 표면 경도를 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 설명하고 입증한 것 같이, 본 발명에 따르면, 통상적인 콘크리트-모르타르 등의 콘크리트 구조물, 천연 석재 등과 같은 다공질 구조물에 본 발명에 따른 조성물을 간단히 도포, 침적 또는 분사함으로써, 다공질 구조물의 내부까지 본 발명에 따른 조성물을 침투시켜, 콜로이드 실리카 졸의 존재하에서 규산 칼슘과 복합 콜로이드 규산 화합물 등의 불용성 화합물을 생성시켜 다공질 구조물에 존재하는 구멍을 완전히 충진하여 무공화시킴으로써, 고강도 구조물 구축과 그 구조물의 지속적이고 영구적인 열화현상 방지 효과를 얻을 수 있음은 물론, 건축물의 외관을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 저비용으로 단시간에 구조물을 효과적으로 처리할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 대표적인 처리 효과를 들면 다음과 같다.

1) 내구성(강도, 방진) 증진 효과:

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포하면, 구조물 내부에 불용성 결정체를 형성하기 때문에, 방수 및 구조물의 표면 강도의 증대가 예측되어 내마모성이 대폭적으로 향상된다. 또한, 공극 부분이 무공질로 개질되기 때문에, 동결융해에도 강하고 방수 효과가 지속적으로 발휘된다. 특히, 산성비에 있어서 구조물의 산성화 등 열화가 야기되나, 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물의 미반응 부분이 이것들과 복잡한 불용성 부분을 형성하기 때문에, 산성비에 대해 현저한 대처 효과를 발휘한다.

2) 산성화/열화 방지 효과:

콘크리트 구조물 등의 산성화 내지는 중성화 현상의 요인인 물, CO₂가스, NOx 가스, SOx 가스 등의 진입을 본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물은 더욱 강알칼리로 재생시키는 효과도 있다.

3) 내후성/동결융해 방지 효과:

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포하면, 내후성이 향상되고 자외선에 의한 열화를 억제시킨다. 또한, 수분의 침투를 방지하여 동결/융해 사이클에 의해 발생하는 크랙을 방지한다. 더구나, 곰팡이의 발생도 억제하는 것이 가능하다.

4) 외관 향상 효과:

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포하면, 개질 반응에 의해 고체화된 규산칼슘 및 복합 콜로이드 규산 화합물이 충진되기 때문에, 재료의 표면이 봉인되어 건축물의 외관이 미려해지는 효과가 있다.

5) 내약품성(화학적 저항성) 향상 효과:

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포하면, 이하의 약품에 대해 뛰어난 내약품성(화학적 저항성)을 발휘한다.

a) 각종 탄화수소, 할로겐 탄화수소와 같은 치환 탄화수소류, 알데히드-케톤류, 알코올류, 아민류, 계면활성제, 지방산 등

b) 자동차용, 기계용, 식품용 등의 각종 유지류

c) 기타, 해수 등의 염류 용액, 부동액 등.

본 발명에 따른 상온 경화형 무기질 결합제 조성물의 대표적인 적용분야와 처리효과를 열거하면 다음과 같다.

1) 바닥, 보도, 주차장: 내마모성 향상, 물의 침투방지, 외관 향상, 산성비 대책, 표면 크랙 방지, 내약품성 향상, 방진성 향상, 강도 향상

2) 흄(Hume)관, 블록, 테트라포드(tetrapod): 내마모성 향상, 외관 향상, 곰팡이 방지, 방진성 향상, 내약품성 향상

3) 건물 외벽: 산성비 대책, 표면 크랙 방지, 외관 향상, 물의 침투 방지, 내후성 향상, 곰팡이 방지

4) 수영장: 물의 침투 방지, 내후성 향상, 강도 향상, 표면 크랙 방지

5) 석고보드, 경량 불연건재: 강도 향상, 곰팡이 방지, 방진성 향상, 외관 향상

6) 호암, 암벽, 기타: 산성비 대책, 내후성 향상, 내마모성 향상, 물의 침투방지, 강도 향상, 곰팡이 방지, 외관 향상, 표면 크랙 방지.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하고 예시하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 있어서 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있다. 예를 들면, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺이온 등이 결핍된 다공성 구조물에 대해 본 발명을 적용하는 경우에는, 미리 이들 이온을 함유하는 용액을 다공성 구조물에 함침시켜 건조시킨 후, 본 발명에 따른 조성물을 침투시킴으로써, 본 발명에 따른 효과를 달성할 수 있다.

Claims (3)

1. 콜로이드 실리카 졸(colloid silica sol) 1∼50 중량%와,

   규산 나트륨(sodium silicate) 1∼49 중량%와,

   규산 칼륨(potassium silicate) 1∼49 중량%와,

   용제 1∼40 중량%로 구성된 규산 알칼리 용액으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상온 경화형 무기질 결합제 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용제는 물 또는 유기용제인 것을 특징으로 하는 상온 경화형 무기질 결합제 조성물.
3. 청구항 1에 기재된 상온 경화형 무기질 결합제 조성물을 다공질 구조물에 도포, 침적 또는 분사한 후, 상온에서 경화시켜, 다공질 구조물의 표면 또는 내부에 존재하는 구멍을 불용성 결정체로 충진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공질 구조물의 처리방법.