KR20130068514A - Method for manufacturing marine concrete structure using phase change material - Google Patents
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Abstract
변화 물질을 콘크리트 내에 혼입하고 고온으로 양생하여 수밀성을 극대화함으로써, 수분을 매개로 한 염분의 확산 이동에 의해 영향을 받는 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있는 해양 콘크리트 구조물 및 그 제조 방법이 제공된다. 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물제조 방법은, a) 상변화 온도가 60~90℃인 파라핀왁스 38~42 중량부, 폴리 옥시에틸렌 스테아릴산 에테르(poly oxyethylene strearyl ether) 계열의 비이온성 계면활성제 8~12 중량부, 황산염계열 또는 폴리카르본산염계열의 음이온성 계면활성제 18~22 중량부, 및 물 28~32 중량부로 이루어진 콘크리트용 상변화 물질을 제조하는 단계; b) 상변화 물질을 콘크리트에 혼입하는 단계; c) 상변화 물질이 혼입된 콘크리트를 고온 양생시키는 단계; 및 d) 콘크리트의 내부에서 수분의 이동을 방해하여 수밀성을 증진시키도록 상변화 물질의 파라핀왁스가 콘크리트의 내부 기공에서 용해하여 기공을 코팅시키는 단계를 포함한다.Provided is a marine concrete structure and a method of manufacturing the same, which incorporates a changeable material into concrete and cures at high temperature to maximize watertightness, thereby enhancing durability of the marine concrete structure affected by the diffusion of salts through water. . The method for manufacturing marine concrete structures using phase change materials includes a) 38 to 42 parts by weight of paraffin wax having a phase change temperature of 60 to 90 ° C. and a nonionic surfactant based on poly oxyethylene strearyl ether. Preparing a phase change material for concrete comprising 8 to 12 parts by weight, 18 to 22 parts by weight of anionic surfactants based on sulfates or polycarbonates, and 28 to 32 parts by weight of water; b) incorporating the phase change material into the concrete; c) hot curing the concrete mixed with the phase change material; And d) dissolving paraffin wax of the phase change material in the internal pores of the concrete to coat the pores so as to impede the movement of moisture in the concrete to promote water tightness.
Description
본 발명은 해양 콘크리트 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있도록 상변화물질(Phase Change Material)을 이용하는 해양 콘크리트 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a marine concrete structure, and more particularly, to a marine concrete structure using a phase change material (Phase Change Material) and a method of manufacturing the same to increase the durability of the marine concrete structure.
최근 들어 섬과 육지, 섬과 섬을 연결하는 장대교량, 조수 간만차를 이용한 조력발전소, 해안가 주변의 초고층 구조물 등 해양 환경에 노출된 철근콘크리트 구조물 건설이 증가되고 있다.Recently, construction of reinforced concrete structures exposed to the marine environment such as long bridges connecting islands and land, islands and islands, tidal power plants using tidal tides, and high-rise structures around the coast have been increasing.
이러한 해양 환경에 노출된 철근콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 콘크리트 내부로 염화물의 침투 및 확산이 이루어진다.Reinforced concrete structures exposed to the marine environment have a penetration and diffusion of chloride into concrete over time.
이때, 콘크리트 내부로 침투된 염화물은 철근을 부식시켜 철근의 단면적, 부착강도 및 강성을 감소시키고, 콘크리트의 균열을 유발시켜 결국에는 콘크리트의 내구수명을 감소시키게 된다.At this time, the chloride penetrated into the concrete to corrode the steel to reduce the cross-sectional area, adhesion strength and stiffness of the reinforcing steel, causing the crack of the concrete and eventually reduce the durability life of the concrete.
해양 환경에서 콘크리트 내부로 염화물이 침투하는 경로는 크게 해수로부터 직접 침투하거나 대기 중의 비래염분이 콘크리트 표면에 흡착되어 침투하는 경우이다.In the marine environment, the chloride penetration into the concrete is largely due to the direct penetration from seawater or the adjuvant salt from the atmosphere adsorbed on the concrete surface.
또한, 해양 환경에서 콘크리트 구조물은 수중, 비말대(splash zone: 파도가 칠 때 물방울이 튀는 부분), 대기구간에 위치하게 되고, 콘크리트 구조물이 수중에 위치할 경우에는 해수로부터 직접 염화물이 침투되고, 대기구간에서는 해염입자에 의해 침투된다. 비말대 구간에 위치한 경우에는 조수간만에 차에 의해 직접 해수로부터 염화물이 침투 및 비래염분에 의해 복합적으로 침투된다.In addition, in marine environments, concrete structures are located in water, splash zones, and atmospheric zones, and when concrete structures are located in water, chlorides penetrate directly from seawater. In the air section, it is penetrated by sea salt particles. In the case of splash zones, chloride is infiltrated directly from seawater by car and tidal penetration in combination with tidal salt.
특히, 비말대 구간은 조수간만 차에 의해 건습반복이 이루어져 겨울철의 경우에는 동결융해 등의 복합 열화가 발생하기 때문에 콘크리트 내구성 저하가 상대적으로 크게 나타난다.In particular, the wet zone repeats dryness and wetness only due to the difference between tides, and in the case of winter, complex deterioration such as freeze-thawing occurs, resulting in a relatively low concrete durability.
따라서 지금까지 해양 환경에서 콘크리트 구조물의 내염대책으로 배합측면에 단위수량 또는 물-결합재비를 낮게 하고, 무기질 혼화재료인 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 실리카흄 등의 혼화재료를 사용하여 콘크리트 조직을 수밀화하여 염화물 이온의 침투를 억제하는 방법을 사용하거나 방청제를 혼합하여 사용하였다.Therefore, as a countermeasure against flame resistance of concrete structures in the marine environment, the unit quantity or water-binder ratio is lowered on the mixing side, and the concrete structure is water-tightized by using mixed materials such as fly ash, blast furnace slag powder, and silica fume, which are inorganic mixed materials. To inhibit the penetration of chloride ions or mixed with rust inhibitors.
또한, 비말대 구간에 대해서는 추가적으로 유기계 코팅재를 도포하거나 전기방식을 도입하는 경우도 있었다.In addition, the splash zone may be additionally applied with an organic coating material or an electric method.
그러나 물-결합재비를 낮추거나 및 단위수량 적게 적용하는 것은 콘크리트의 점성을 증가시켜 콘크리트 생산 및 품질관리 측면에 어려움이 많은 문제점이 있다.However, lowering the water-bonding material cost and applying a small amount of unit increases the viscosity of the concrete, which causes difficulties in concrete production and quality control.
또한, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 사용이 많을 경우에는 초기 반응성이 떨어져서 콘크리트의 초기강도 저하를 초래하고, 실리카흄을 사용할 경우에는 고가여서 콘크리트를 생산할 때 경제성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, when a large amount of fly ash and blast furnace slag powder is used, the initial reactivity is lowered, leading to a decrease in initial strength of the concrete, and when silica fume is used, there is a problem in that the economic efficiency is lowered when concrete is produced.
또한, 방청제를 혼합하여 사용하는 경우에는 방청제가 고가일 뿐 아니라 아직까지도 실용성에 많은 문제점이 있다.In addition, when the rust inhibitors are used in combination, rust inhibitors are expensive and still have many problems in practicality.
또한, 유기계 코팅재를 도포할 경우에는 유기계와 콘크리트의 열팽창계수가 상이하기 때문에 시간이 경과에 따라 유기계 코팅재가 박리되는 현상이 발생할 수 있다. 전기방식의 경우에는 추가 공정이 필요하고, 공사비가 증가될 뿐만 아니라 지속적인 유지관리가 필요하게 되는 문제점이 있다.In addition, when the organic coating material is applied, a phenomenon in which the organic coating material is peeled off with time may occur because the thermal expansion coefficients of the organic and the concrete are different. In the case of the electric system, there is a problem that additional processes are required, and construction costs are increased, as well as continuous maintenance is required.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1071239호에는 "유ㅇ무기 하이브리드 나노실리카를 이용한 해양 콘크리트 방식공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.On the other hand, as a related technology for solving the above problems, the Republic of Korea Patent No. 10-1071239 discloses the invention named "offshore concrete anticorrosive method using organic-inorganic hybrid nano-silica".
이러한 유ㅇ무기 하이브리드 나노실리카를 이용한 해양 콘크리트 방식공법은, a) 1종 보통포틀랜드 시멘트 30~83.5중량부와, 고로슬래그 미분말 10~45중량부와, 플라이애시 5~20중량부 및 유ㅇ무기 하이브리드 나노실리카 0.5~5중량부로 조성한 해양콘크리트용 시멘트를 이용하여 해양콘크리트를 제조하는 해양 콘크리트 제조 공정; b) 제조된 해양콘크리트를 타설하여 콘크리트 구조물을 제작하는 구조물 제작 공정; 및 c) 상기 콘크리트 구조물에 대하여 액상 표면 보호제를 도포하는 표면 보호제 도포 공정을 포함하여 이루어진다.The marine concrete anticorrosive method using organic-inorganic hybrid nanosilica includes: a) 30 to 83.5 parts by weight of one kind of ordinary portland cement, 10 to 45 parts by weight of blast furnace slag powder, 5 to 20 parts by weight of fly ash and organic or inorganic Marine concrete manufacturing process for producing marine concrete using marine concrete cement composed of 0.5 to 5 parts by weight of hybrid nanosilica; b) a structure fabrication process of manufacturing concrete structures by pouring the prepared marine concrete; And c) a surface protectant applying process for applying a liquid surface protectant to the concrete structure.
종래의 기술에 따른 유ㅇ무기 하이브리드 나노실리카를 이용한 해양 콘크리트 방식공법에 따르면, 콘크리트 내부 공극을 채워 조직을 치밀하게 하고, 전기ㅇ화학적 평형상태를 유도하여 염화물 이온의 침투 및 확산을 억제할 수 있다.According to the marine concrete anticorrosion method using organic-inorganic hybrid nanosilica according to the prior art, it is possible to densify the structure by filling the voids in the concrete, and to induce the electrochemical equilibrium state to suppress the penetration and diffusion of chloride ions. .
전술한 바와 같이 해양 콘크리트 구조물은 수분을 매개로 한 염분의 확산이동에 의해 영향을 받게 되는데, 종래의 기술에 따른 유ㅇ무기 하이브리드 나노실리카를 이용한 해양 콘크리트 방식공법의 경우, 혼화재로 사용되는 고로슬래그나 플라이애시 등은 반응성이 낮기 때문에 초기강도 발현이 지연되며, 또한, 칼슘 부족으로 인해 콘크리트 중성화에 의한 열화 속도가 너무 빠르다는 문제점이 있다.As described above, the marine concrete structure is affected by the diffusion movement of salt through water, and in the case of the marine concrete anticorrosive method using organic-inorganic hybrid nanosilica according to the prior art, blast furnace slag used as a mixed material Na fly ash has a low reactivity, the initial strength is delayed, and also due to the lack of calcium there is a problem that the degradation rate due to concrete neutralization is too fast.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상변화 물질을 혼입한 콘크리트를 고온으로 양생하여 수밀성을 극대화함으로써, 수분을 매개로 한 염분의 확산 이동에 의해 영향을 받는 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있는, 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above problems, marine concrete structure affected by the diffusion movement of salt through the moisture by maximizing the water tightness by curing the concrete mixed with the phase change material at high temperature It is to provide a marine concrete structure and a method of manufacturing the same using a phase change material that can improve the durability of the.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 해양 콘크리트 구조물 제조 방법에 있어서, a) 상변화 온도가 60~90℃인 파라핀왁스 38~42 중량부, 폴리 옥시에틸렌 스테아릴산 에테르(poly oxyethylene strearyl ether) 계열의 비이온성 계면활성제 8~12 중량부, 황산염계열 또는 폴리카르본산염계열의 음이온성 계면활성제 18~22 중량부, 및 물 28~32 중량부로 이루어진 콘크리트용 상변화 물질을 제조하는 단계; b) 상기 상변화 물질을 콘크리트에 혼입하는 단계; c) 상기 상변화 물질이 혼입된 콘크리트를 고온 양생시키는 단계; 및 d) 상기 콘크리트의 내부에서 수분의 이동을 방해하여 수밀성을 증진시키도록 상기 상변화 물질의 파라핀왁스가 상기 콘크리트의 내부 기공에서 용해하여 상기 기공을 코팅시키는 단계를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above technical problem, in the marine concrete structure manufacturing method according to the present invention, a) 38 to 42 parts by weight of paraffin wax of 60 to 90 ℃ phase change temperature, polyoxyethylene stearyl acid ether ( 8 to 12 parts by weight of a nonionic surfactant of poly oxyethylene strearyl ether), 18 to 22 parts by weight of anionic surfactant of sulfate or polycarbonate type, and 28 to 32 parts by weight of water Manufacturing step; b) incorporating the phase change material into concrete; c) hot curing the concrete mixed with the phase change material; And d) dissolving paraffin wax of the phase change material in internal pores of the concrete to coat the pores so as to impede the movement of moisture in the concrete to enhance water tightness.
여기서, 상기 상변화 물질이 혼입되어 가열 양생된 콘크리트용 모르타르의 물흡수계수는 0.03인 것을 특징으로 한다.Herein, the water absorption coefficient of the mortar for concrete, in which the phase change material is mixed and cured, is 0.03.
여기서, 상기 a) 단계는, a-1) 파라핀왁스 38~42 중량부와 비이온성 계면활성제 8~12 중량부를 혼합하는 단계; a-2) 상기 파라핀왁스와 비이온성 계면활성제가 혼합된 혼합물을 융점 이상으로 가열하는 단계; a-3) 호모믹서를 이용하여 상기 혼합물을 3000rpm으로 고속 교반하는 단계; a-4) 물 28~32 중량부와 음이온성 계면활성제 18~22 중량부를 상기 혼합물에 첨가하는 단계; a-5) 상기 물과 음이온성 계면활성제가 첨가된 혼합물을 호모믹서를 이용하여 고속 교반하는 단계; a-6) 5℃ 이하의 중탕에서 에멀전의 온도가 20℃ 이하가 되도록 급랭하여 크림상의 상변화 물질을 1차 형성하는 단계; 및 a-7) 상기 1차 형성된 크림상의 상변화 물질에 물 48~52 중량부와 실리콘계 또는 지방산계의 소포제 8~12 중량부를 첨가하여 콘크리트에 적합한 최종 상변화물질로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step a), a-1) mixing 38 to 42 parts by weight of paraffin wax and 8 to 12 parts by weight of a nonionic surfactant; a-2) heating the mixture of the paraffin wax and the nonionic surfactant above the melting point; a-3) stirring the mixture at 3000 rpm using a homomixer at high speed; a-4) adding 28 to 32 parts by weight of water and 18 to 22 parts by weight of anionic surfactant to the mixture; a-5) rapidly stirring the mixture to which the water and the anionic surfactant are added using a homomixer; a-6) quenching the emulsion at a temperature of 5 ° C. or lower so that the temperature of the emulsion is 20 ° C. or lower to firstly form a creamy phase change material; And a-7) adding 48 to 52 parts by weight of water and 8 to 12 parts by weight of a silicone- or fatty acid-based antifoaming agent to the first phase of the creamy phase change material, thereby changing to a final phase change material suitable for concrete. have.
여기서, 상기 c) 단계는 60~90℃의 온도로 고온 양생시키는 것을 특징으로 한다.Here, the step c) is characterized in that the high temperature curing at a temperature of 60 ~ 90 ℃.
본 발명에 따르면, 파라핀왁스, 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 물로 이루어진 상변화 물질을 콘크리트 내에 혼입하고 고온으로 양생하여 수밀성을 극대화함으로써, 수분을 매개로 한 염분의 확산 이동에 의해 영향을 받는 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있다. 즉, 수밀 콘크리트를 형성하여 방수성을 확보할 수 있으며, 콘크리트 구조물의 내구성과 내후성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by incorporating a phase change material consisting of paraffin wax, nonionic surfactant, anionic surfactant and water into concrete and curing at high temperature to maximize watertightness, it is influenced by the diffusion movement of salt through water. The durability of the receiving marine concrete structure can be improved. That is, watertight concrete can be formed to ensure waterproofness, and durability and weather resistance of the concrete structure can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법의 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조시 상변화 물질의 주된 원료인 파라핀왁스의 입자형태를 보인 사진이다.
도 3은 도 1의 상변화 물질 제조 단계의 구체적인 공정흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체가 상온 건조된 이후의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체가 105℃에서 오븐 건조된 이후의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 단열양생 시험체의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체의 건조 방법을 비교하기 위한 전자현미경(SEM) 사진이다.1 is a process flowchart of a method for manufacturing a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing the particle shape of the paraffin wax, the main raw material of the phase change material when manufacturing a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed process flowchart of the phase change material manufacturing step of FIG.
Figure 4 is an electron microscope (SEM) photograph after the standard curing test specimens dried at room temperature in the marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an electron microscope (SEM) photograph after the standard curing test specimen oven dried at 105 ℃ in a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
6 is an electron micrograph (SEM) of the thermal insulation curing test specimen in the marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are electron microscopy (SEM) pictures for comparing the drying method of the standard curing test specimen in the marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
먼저, 본 발명의 동일 출원인 및 발명자에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-683131호에는 "콘크리트용 상변화 물질 및 그 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.First, Korean Patent No. 10-683131, filed and registered by the same applicant and inventor of the present invention, discloses an invention named "phase change material for concrete and its manufacturing method", which is referred to in the present specification. And form part of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법의 공정흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조시 상변화 물질의 주된 원료인 파라핀왁스의 입자형태를 보인 사진이다.1 is a process flow diagram of a method for manufacturing a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a main phase of the phase change material when manufacturing a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention It is a photograph showing the particle shape of paraffin wax as a raw material.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법은, 먼저, 상변화 온도가 60~90℃인 파라핀왁스 38~42 중량부, 폴리 옥시에틸렌 스테아릴산 에테르(poly oxyethylene strearyl ether) 계열의 비이온성 계면활성제 8~12 중량부, 황산염계열 또는 폴리카르본산염계열의 음이온성 계면활성제 18~22 중량부, 및 물 28~32 중량부로 이루어진 콘크리트용 상변화 물질을 제조한다(S110).Referring to Figure 1, the marine concrete structure manufacturing method using a phase change material according to an embodiment of the present invention, first, 38 to 42 parts by weight of paraffin wax having a phase change temperature of 60 ~ 90 ℃, polyoxyethylene stearyl acid Phase change for concrete consisting of 8-12 parts by weight of nonionic surfactants based on ethers of poly oxyethylene strearyl ether, 18-22 parts by weight of anionic surfactants of sulfate or polycarbonate series, and 28-32 parts by weight of water To prepare the material ( S110 ).
구체적으로, 상변화를 위해 사용되는 파라핀왁스는 상변화 온도 범위가 분자량 및 분자식에 의하여 달라질 수 있는데, 그 가운데 상변화 온도가 40~130℃ 범위 이내인 것이 적당하다. 보다 바람직하게는, 콘크리트의 상승온도에 따라 제조되어야 하나 보통 콘크리트나 모르타르의 발열시 온도가 60~90℃에 도달하게 되므로 상변화 온도가 60~90℃ 범위 이내인 파라핀왁스를 사용한다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 적용되는 파라핀왁스의 입자는 구형을 형성하고 있으며, 그 입경은, 도 2에서 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 약 13~21㎛인 것을 사용하였다.Specifically, the paraffin wax used for the phase change may vary depending on the molecular weight and molecular formula of the phase change temperature range, among which the phase change temperature is appropriate within the range of 40 ~ 130 ℃. More preferably, paraffin wax having a phase change temperature within a range of 60-90 ° C. is used because the temperature of the concrete or mortar is usually 60-90 ° C. when it is manufactured according to the rising temperature of concrete. For example, the particles of paraffin wax applied to the embodiment of the present invention form a spherical shape, and the particle diameter thereof is about 13 to 21 μm, as shown by reference numeral A in FIG. 2.
또한, 상기 상변화 물질이 적용되는 콘크리트는 물을 사용하므로 계면 활성제를 사용하여 파라핀왁스를 유화하여야 하며, 이때, 사용되는 계면활성제는 전기적 이중층을 구성하는 형태로 제조된다.In addition, since the concrete to which the phase change material is applied should use water, paraffin wax should be emulsified using a surfactant. In this case, the surfactant used is manufactured to form an electric double layer.
또한, 유화제로는 일반적으로 사용되는 HLB값이 높은 것과 낮은 것을 동시에 사용될 경우 보다 안정하며, 음이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제가 같이 이용되는 것이 바람직하다. 이때, HLB값이 너무 높거나 낮은 경우, 시멘트계 내의 계면장력의 변화에 따라 필요로 되는 공기량의 변화가 발생하여 실제 적용상에 어려움이 많아진다.In addition, the emulsifier is more stable when the high and low HLB value is generally used at the same time, it is preferable that an anionic surfactant and a nonionic surfactant are used together. At this time, when the HLB value is too high or low, a change in the amount of air required according to the change in the interfacial tension in the cement system occurs and the difficulty in practical application increases.
여기서, HLB(hydrophile lipophile balance)값은 여러 종류의 계면활성제의 특징을 획일적으로 분류하여 각각의 용도에 맞게 사용하도록 하기 위한 지표로서, 이때, 계면활성제는 1분자 중에 친수기(hydrophilic group)와 친유기(lipophilic group)를 공유하고 있으므로 계면활성제의 성질을 각각의 기의 친수성과 친유성의 강약의 정도를 수치로 분류하게 된다. 이러한 HLB 값은 0~20의 범위에 있고, 그 값이 작을수록 분자 전체로서 친유성이 강하게 나타나고 커질수록 친수성이 강하다. 그 용도와의 관계는 HLB 값 1~3은 소포제, 3~6은 W/O형 유화제, 7~9는 습윤제, 8~18은 O/W형 유화제, 13~15는 세정제, 15~18은 가용화제로 적합하다. Here, the HLB (hydrophile lipophile balance) value is an indicator for uniformly classifying the characteristics of various types of surfactants and using them for each use. In this case, the surfactant is a hydrophilic group and a lipophilic group in one molecule. Since the lipophilic group is shared, the properties of the surfactants are classified numerically by the strength of the hydrophilic and lipophilic strengths of the respective groups. The HLB value is in the range of 0 to 20, and the smaller the value, the stronger the lipophilic property of the whole molecule, and the larger the hydrophilicity. The relationship with the application is that the HLB values 1 to 3 are antifoaming agents, 3 to 6 are W / O type emulsifiers, 7 to 9 are wetting agents, 8 to 18 are O / W type emulsifiers, 13 to 15 are cleaning agents, and 15 to 18 are It is suitable as a solubilizer.
이러한 계면활성제는 전체 중량분율의 30%를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 이보다 높은 경우에는 계면장력의 변화에 따른 콘크리트의 기포발생을 유발하여 콘크리트의 압축강도가 작아지게 되는 단점이 있다. 따라서 계면활성제의 비율이 20% 이하인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that such a surfactant does not exceed 30% of the total weight fraction, and if it is higher than this, there is a disadvantage that the compressive strength of the concrete is reduced by causing bubbles of concrete due to the change of the interfacial tension. Therefore, it is more preferable that the ratio of surfactant is 20% or less.
또한, 계면활성제로는 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제가 함께 사용되며, 비이온성 계면활성제로는 폴리 옥시에틸렌 스테아릴산 에테르(poly oxyethylene strearyl ether) 계열이 사용되고, 음이온성 계면활성제로는 친수성이 큰 황산염 계열이나 폴리카르본산염계열이 사용될 경우, 안정한 유화상을 형성하며 콘크리트의 물성에 보다 적합하다.In addition, a nonionic surfactant and an anionic surfactant are used together as a surfactant, and a polyoxyethylene sterearyl ether series is used as a nonionic surfactant, and as an anionic surfactant, a hydrophilic When the large sulphate or polycarbonate series is used, it forms a stable emulsion phase and is more suitable for the properties of concrete.
다음으로, 상기 상변화 물질을 콘크리트에 혼입하고(S120), 이후, 상기 상변화 물질이 혼입된 콘크리트를 고온 양생시킨다(S130). 이때, 상기 상변화 물질이 혼입된 콘크리트는 60~90℃의 온도로 고온 양생시킨다.Next, the phase change material is mixed in concrete ( S120 ), and then the concrete in which the phase change material is mixed is cured at high temperature ( S130 ). At this time, the concrete mixed with the phase change material is cured at a high temperature at a temperature of 60 ~ 90 ℃.
다음으로, 상기 콘크리트의 내부에서 수분의 이동을 방해하여 수밀성을 증진시키도록 상기 상변화 물질의 파라핀왁스가 상기 콘크리트의 내부 기공에서 용해하여 상기 기공을 코팅시킨다(S140). 이때, 상기 상변화 물질이 혼입되어 가열 양생된 콘크리트용 모르타르의 물흡수계수는 0.03이다.Next, paraffin wax of the phase change material is dissolved in the internal pores of the concrete to prevent the movement of moisture in the concrete to enhance water tightness to coat the pores ( S140 ). At this time, the water absorption coefficient of the mortar for concrete heated and cured by mixing the phase change material is 0.03.
본 발명의 실시예에 따르면, 상변화 물질을 콘크리트에 혼입한 후, 60~90℃로 고온 양생하여 콘크리트 내부 기공에서 파라핀왁스가 용해하여 기공을 코팅함으로써 수분의 이동을 방해하여 수밀성을 증진시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after incorporating a phase change material into concrete, curing at a high temperature of 60 ~ 90 ℃ by dissolving paraffin wax in the pores of the concrete to coat the pores to prevent the movement of moisture to improve water-tightness have.
이때, 콘크리트의 공기량, 슬럼프, 압축강도 등의 물성에는 영향을 주지 않는다. 또한, 콘크리트용 모르타르 실험에서 얻은 물흡수계수 값을 비교해 본 결과, 상변화 물질을 혼입하지 않은 일반 모르타르의 물흡수계수는 0.11, 3성분계 시멘트 모르타르의 물흡수계수는 0.13이지만, 본 발명의 실시예에 따른 상변화 물질을 혼입한 모르타르의 물흡수계수는 0.03을 나타내었다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 실험에서 상기 상변화 물질은 혼입한 모르타르는 60℃에서 2일 이상 가열 양생을 한 것이다.At this time, it does not affect the physical properties such as the amount of air, slump, compressive strength of the concrete. In addition, as a result of comparing the water absorption coefficient values obtained in the mortar experiment for concrete, the water absorption coefficient of the general mortar without mixing the phase change material is 0.11, the water absorption coefficient of the three-component cement mortar is 0.13, but the embodiment of the present invention The water absorption coefficient of mortar containing phase change material was 0.03. At this time, in the experiment according to an embodiment of the present invention, the phase change material is mixed mortar is heat curing at least 60 days at 60 ℃.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서, 상변화 물질을 혼입한 모르타르의 물흡수계수가 0.03으로서, 일반 모르타르의 물흡수계수에 비해 매우 낮기 때문에 수밀성을 증진시킨다는 것을 알 수 있다.That is, in the marine concrete structure using the phase change material according to an embodiment of the present invention, the water absorption coefficient of the mortar incorporating the phase change material is 0.03, which is very low compared to the water absorption coefficient of the general mortar, thereby improving watertightness. Able to know.
한편, 도 3은 도 1의 상변화 물질 제조 단계의 구체적인 공정흐름도이다.On the other hand, Figure 3 is a specific process flow diagram of the phase change material manufacturing step of FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법에서 상변화 물질 제조 공정에서, 먼저, 파라핀왁스 38~42 중량부와 비이온성 계면활성제 8~12 중량부를 혼합한 후(S111), 융점이상으로 가열한다(S112).Referring to Figure 3, in the phase change material manufacturing process in the marine concrete structure manufacturing method using a phase change material according to an embodiment of the present invention, 38 to 42 parts by weight of paraffin wax and 8 to 12 parts by weight of nonionic surfactant After mixing ( S111 ), the melting point is heated above ( S112 ).
다음으로, 호모믹서를 사용하여 3000rpm 이상으로 고속 교반한다(S113). 이때, 파라핀왁스의 양이 많은 경우 유화하는 과정에서 응집하여 왁스 덩어리로 뭉쳐 분산이 어려운 경우가 많다. 또한, 왁스의 사용량이 이보다 적은 경우, 콘크리트나 모르타르의 온도를 제어하기 위한 상대적 왁스량이 감소하여 사용량이 너무 많아지는 단점이 있다.Next, using a homomixer, high speed stirring at 3000rpm or more ( S113) . In this case, when the amount of paraffin wax is large, in the emulsification process, it is often difficult to disperse it as agglomerates into wax lumps. In addition, when the amount of the wax is less than this, there is a disadvantage that the amount of the wax is too large to decrease the relative amount of wax for controlling the temperature of the concrete or mortar.
다음으로, 물 28~32 중량부와 음이온성 계면활성제 18~22 중량부를 첨가하고(S114), 호모믹서를 사용하여 3000rpm 이상으로 고속 교반한다(S115).Next, 28 to 32 parts by weight of water and 18 to 22 parts by weight of anionic surfactant are added ( S114 ), and a high speed stirring is performed at 3000 rpm or more using a homomixer ( S115 ).
다음으로, 5℃ 이하의 중탕에서 에멀전의 온도가 20℃ 이하가 되게 급랭하여 크림상의 상변화 물질을 얻는다(S116).Next, in a hot bath of 5 ° C or less, the emulsion is quenched to have a temperature of 20 ° C or less to obtain a creamy phase change material ( S116 ).
다음으로, 상기 크림상의 상변화 물질에 물 48~52 중량부와 실리콘계 또는 지방산계의 소포제를 8~12 중량부 첨가하여 사용하기 편리한 정도의 낮은 점도로써 콘크리트에 적합한 상변화 물질을 얻을 수 있다(S117).Next, 48 to 52 parts by weight of water and 8 to 12 parts by weight of a silicone- or fatty acid-based defoamer may be added to the cream-like phase change material to obtain a phase change material suitable for concrete with low viscosity. S117 ).
이때, 물은 점도 유지를 위하여 제조공정 중간에 적절히 투입할 수 있으나 냉각시 너무 많은 에너지 소모를 동반할 수 있거나 에멀전 입자의 크기가 과도하게 커 콘크리트에 사용할 때 압축강도의 저하 등의 나쁜 영향을 줄 수 있다.In this case, water may be properly added in the middle of the manufacturing process to maintain viscosity, but may have too much energy consumption during cooling or excessively large emulsion particles, which may adversely affect compressive strength when used in concrete. Can be.
또한, 상변화 물질은 다른 콘크리트 혼화제와 혼용상의 문제를 발생시키지 않아야 하며 글루콘산소다 등의 반응 지연제를 포함할 경우, 발열량을 더욱 낮출 수 있다. 이러한 반응 지연제로는 글루콘산 염, 시트릭산 염, 타르타르산 염, 당류, 규불화 마그네슘염, 아클릴산 염 등 일련의 시멘트 반응 지연제 모두를 포함할 수 있다.In addition, the phase change material should not cause a problem of mixing with other concrete admixtures, and when the reaction retardant such as sodium gluconate is included, the calorific value can be further lowered. Such reaction retardants may include all of a series of cement reaction retardants, such as gluconate, citric acid salts, tartaric acid salts, sugars, magnesium silicate salts, and acrylate salts.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체가 상온 건조된 이후의 전자현미경(SEM) 사진으로서, 도 4의 a)는 2000배 확대 사진이고, 도 4의 b)는 5000배 확대 사진이다.On the other hand, Figure 4 is an electron microscope (SEM) picture of the standard curing test specimen after drying at room temperature in a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, Figure 4a) is a 2000 times magnified picture, 4B is an enlarged photograph 5000 times.
또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체가 105℃에서 오븐 건조된 이후의 전자현미경(SEM) 사진으로서, 도 5의 a)는 2000배 확대 사진이고, 도 5의 b)는 5000배 확대 사진이다.In addition, Figure 5 is an electron microscope (SEM) picture of the standard curing test specimen oven dried at 105 ℃ in a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, Figure 5a) is enlarged 2000 times It is a photograph, and b) of FIG. 5 is a 5000 times enlarged photograph.
또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 단열양생 시험체의 전자현미경(SEM) 사진으로서, 도 5의 a)는 2000배 확대 사진이고, 도 5의 b)는 5000배 확대 사진이다.In addition, Figure 6 is an electron micrograph (SEM) of the thermal insulation curing test specimen in a marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, Figure 5a) is a 2000 times magnification photograph, Figure 5b) Is 5000 times magnified.
본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 파라핀왁스, 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 물로 이루어진 상변화 물질을 콘크리트 내에 혼입하고 고온으로 양생하여 수밀성을 극대화함으로써, 수분을 매개로 한 염분의 확산 이동에 의해 영향을 받는 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있다.Marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 4 to 6, according to an embodiment of the present invention, paraffin wax, nonionic surfactant, anionic surfactant and water By maximizing the watertightness by incorporating the phase change material into concrete and curing at high temperature, it is possible to enhance the durability of the marine concrete structure affected by the diffusion movement of salts through water.
한편, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물에서 표준양생 시험체의 건조 방법을 비교하기 위한 전자현미경(SEM) 사진으로서, 도 7의 a)는 표준양생 시험체를 상온 건조시킨 것을 나타내는 사진이고, 도 7의 b)는 표준양생 시험체를 105℃에서 오븐 건조시킨 것을 나타내는 사진이다. 또한, 도 8의 a)는 표준양생 시험체를 상온 건조시킨 것을 나타내는 사진이고, 도 8의 b)는 표준양생 시험체를 105℃에서 오븐 건조시킨 것을 나타내는 사진이다.On the other hand, Figures 7 and 8 are electron microscopy (SEM) pictures for comparing the drying method of the standard curing test specimen in the marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention, Figure 7a) is a standard curing It is a photograph which shows that the test body was dried at normal temperature, and b) of FIG. 7 is a photograph which shows oven drying of the standard curing test body at 105 degreeC. 8 is a photograph showing that the standard curing test body is dried at room temperature, and FIG. 8 b is a photograph showing the oven drying of the standard curing test body at 105 ° C.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물은 상기 상변화 물질이 혼입된 콘크리트를 고온 양생, 예를 들면, 105℃에서 오븐 건조시킴으로써 수밀성을 극대화함으로써, 수분을 매개로 한 염분의 확산 이동에 의해 영향을 받는 해양 콘크리트 구조물의 내구성을 증진시킬 수 있다.Therefore, the marine concrete structure using a phase change material according to an embodiment of the present invention by maximizing water tightness by drying the concrete mixed with the phase change material at high temperature curing, for example, 105 ℃, salt-based salt It is possible to enhance the durability of offshore concrete structures affected by the diffusion movement of.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물은 수밀 콘크리트를 형성하여 방수성을 확보할 수 있으며, 콘크리트 구조물의 내구성과 내후성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the marine concrete structure using the phase change material according to the embodiment of the present invention can ensure water resistance by forming watertight concrete, and can improve the durability and weather resistance of the concrete structure.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (5)
a) 상변화 온도가 60~90℃인 파라핀왁스 38~42 중량부, 폴리 옥시에틸렌 스테아릴산 에테르(poly oxyethylene strearyl ether) 계열의 비이온성 계면활성제 8~12 중량부, 황산염계열 또는 폴리카르본산염계열의 음이온성 계면활성제 18~22 중량부, 및 물 28~32 중량부로 이루어진 콘크리트용 상변화 물질을 제조하는 단계;
b) 상기 상변화 물질을 콘크리트에 혼입하는 단계;
c) 상기 상변화 물질이 혼입된 콘크리트를 고온 양생시키는 단계; 및
d) 상기 콘크리트의 내부에서 수분의 이동을 방해하여 수밀성을 증진시키도록 상기 상변화 물질의 파라핀왁스가 상기 콘크리트의 내부 기공에서 용해하여 상기 기공을 코팅시키는 단계
를 포함하는 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법.In the method of manufacturing marine concrete structure,
a) 38 to 42 parts by weight of paraffin wax having a phase change temperature of 60 to 90 ° C., 8 to 12 parts by weight of a nonionic surfactant based on poly oxyethylene strearyl ether, sulfate series or polycarbon Preparing a phase change material for concrete comprising 18 to 22 parts by weight of anionic surfactant based on an acid salt, and 28 to 32 parts by weight of water;
b) incorporating the phase change material into concrete;
c) hot curing the concrete mixed with the phase change material; And
d) coating the pores by dissolving paraffin wax of the phase change material in the internal pores of the concrete to prevent water from moving inside the concrete to enhance water tightness;
Marine concrete structure manufacturing method using a phase change material comprising a.
상기 상변화 물질이 혼입되어 가열 양생된 콘크리트용 모르타르의 물흡수계수는 0.03인 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법.The method of claim 1,
The method of manufacturing a marine concrete structure using a phase change material, characterized in that the water absorption coefficient of the mortar for concrete heated by curing the phase change material is 0.03.
a-1) 파라핀왁스 38~42 중량부와 비이온성 계면활성제 8~12 중량부를 혼합하는 단계;
a-2) 상기 파라핀왁스와 비이온성 계면활성제가 혼합된 혼합물을 융점 이상으로 가열하는 단계;
a-3) 호모믹서(Homemixer)를 이용하여 상기 혼합물을 3000rpm으로 고속 교반하는 단계;
a-4) 물 28~32 중량부와 음이온성 계면활성제 18~22 중량부를 상기 혼합물에 첨가하는 단계;
a-5) 상기 물과 음이온성 계면활성제가 첨가된 혼합물을 호모믹서를 이용하여 고속 교반하는 단계;
a-6) 5℃ 이하의 중탕에서 에멀전의 온도가 20℃ 이하가 되도록 급랭하여 크림상의 상변화 물질을 1차 형성하는 단계; 및
a-7) 상기 1차 형성된 크림상의 상변화 물질에 물 48~52 중량부와 실리콘계 또는 지방산계의 소포제 8~12 중량부를 첨가하여 콘크리트에 적합한 최종 상변화물질로 변화시키는 단계
를 포함하는 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법.The method of claim 1, wherein step a) comprises:
a-1) mixing 38 to 42 parts by weight of paraffin wax and 8 to 12 parts by weight of a nonionic surfactant;
a-2) heating the mixture of the paraffin wax and the nonionic surfactant above the melting point;
a-3) rapidly stirring the mixture at 3000 rpm using a homomixer;
a-4) adding 28 to 32 parts by weight of water and 18 to 22 parts by weight of anionic surfactant to the mixture;
a-5) rapidly stirring the mixture to which the water and the anionic surfactant are added using a homomixer;
a-6) quenching the emulsion at a temperature of 5 ° C. or lower so that the temperature of the emulsion is 20 ° C. or lower to firstly form a creamy phase change material; And
a-7) changing to a final phase change material suitable for concrete by adding 48 to 52 parts by weight of water and 8 to 12 parts by weight of a silicone- or fatty acid-based antifoaming agent to the first cream-like phase change material.
Marine concrete structure manufacturing method using a phase change material comprising a.
상기 c) 단계는 60~90℃의 온도로 고온 양생시키는 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 해양 콘크리트 구조물 제조 방법.The method of claim 1,
The c) step is a marine concrete structure manufacturing method using a phase change material, characterized in that the high temperature curing at a temperature of 60 ~ 90 ℃.
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|---|---|---|---|---|
| WO2018088748A1 (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 롯데정밀화학 주식회사 | Composition for construction material, and construction material including same |
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| WO2023205162A1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-10-26 | Purdue Research Foundation | Methods of producing construction elements, construction elements produced thereby, and structures produced therefrom |
| KR102616171B1 (en) * | 2022-06-16 | 2023-12-20 | 서울대학교산학협력단 | the Hydrophobic curing method for fabrication of water-repellent concrete |
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- 2011-12-15 KR KR1020110135746A patent/KR20130068514A/en active Search and Examination
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