KR20150101708A - 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 시멘트 속에 존재하고 있는 철이온을 이용하여 페라이트 및 아질산염을 철근 또는 콘크리트를 포함하고 있는 각 구조물 내부로 깊숙이 침투시킬 수 있으며, 콘크리트를 알카리로 환원시키는 효과가 우수하고, 철근 및 콘크리트의 강도를 강화시키는 효과가 우수하므로, 철근 콘크리트 구조물 등의 보수 및 보강을 위한 알카리 환원제로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반 시멘트를 이용하여 만든 철근 콘크리트는 수경성분의 결합력으로 강도가 발현하게 된다. 일반 시멘트 및 골재를 사용하여 제조된 철근 콘크리트 구조물은 다양한 원인에 의해 열화되는 것으로 알려져 있다. 그 원인으로는, 대표적으로 물리적인 힘에 의한 콘크리트 손상, 다양한 경로를 통해 침투된 염화물에 의해 발생하는 철근의 부식으로 인한 철근 콘크리트의 손상이 있다. 특히, 후자의 경우 철근의 부식이 철근 콘크리트 자체의 강도를 저하시킬 뿐만 아니라, 이를 포함하고 있는 구조물에도 영향을 주어 외관의 심미성을 및 안전성을 저하시키게 되며, 이러한 손상이 심각해질 경우에는 구조물의 붕괴가 일어나기도 한다.
우리나라는 산업발전이 고속화되면서 건축업에서는 철근 콘코리트 구조물의 대중화, 대형화 및 고층화가 진행되었다. 이에 따라, 철근 콘크리트 구조물 자체의 기능은 물론, 주변 환경과의 조화성도 건설업에서 중요한 요소로 작용하고 있다. 그러나, 이러한 철근 콘크리트 구조물은 다양한 외부적 요인에 의해 표면이 쉽게 오염 및 손상될 수 있다는 단점이 있어, 이를 방지하기 위한 보수 및 유지 관리가 필수적이다. 철근 콘크리트의 성능저하는 대부분 염해, 냉해, 탄소화 등의 원인에 의해 유발되는 것을 알려져 있다.
철근 콘크리트 구조물의 손상을 유발하는 원인은 다음과 같다. i) 시일이 경과함에 따라 이산화탄소와 수분이 반응하여 철근 콘크리트 내 철근의 부식을 초래하는 중성화(carbonation), ii) 해풍, 해수, 제설용 염화칼슘의 염기가 철근 콘크리트 구조물 내에 침투하여 콘크리트 내 철근의 부식을 초래하는 염기침투(chloride intrusion), iii) 고알카리성 시멘트와 특정골재가 수분이 있는 상태에서 반응 및 팽창하고, 이를 통해 콘크리트의 균열을 초래하는 알카리-실리카 반응(alkali-silica reaction) 등이 있으며, 이러한 원인들로 인해 철근 콘크리트 구조물은 열화되고 수명이 단축된다. 특히, 최근 급격히 증가한 자동차 배기가스 증가는 이에 포함되어 있는 이산화탄소의 양 또한 현저히 증가시켰으며, 이는 철근 콘크리트의 중성화를 더욱 가속화시켰다. 철근 콘크리트의 중성화는 철근을 보호하고 있던 부동태 피막을 손상시켜 철근의 부식을 야기하고, 이렇게 발생된 철근의 부식은 또한 철근 체적의 팽창을 야기함으로써, 철근 콘크리트의 균열 및 박리를 일으키는 것으로 알려져 있다.
한편, 철근 콘크리트 구조물의 손상을 방지 및 보수하기 위한 방법이 활발히 연구되고 있으나, 아직 명확한 해결책은 제시되고 있지 않은 실정이다.
철근 콘크리트 중성화가 이미 진행된 철근 콘크리트 구조물의 중성화를 방지하고 알카리성을 회복시키기 위한 방법으로는, 철근 콘크리트의 표면을 치밀한 마감재료로 코팅하는 방법, 침투형 표면강화제를 도포하는 방법 등이 많이 사용되고 있다. 철근 콘크리트 구조물의 중성화 피해 발생시, 상기 두 방법과 알카리성 재부여제를 도포하는 방법을 각각 또는 병행하여 처리하는 방법이 현재 시행되고 있다.
한편, 종래의 철근 콘크리트 중성화 방지제는, 유기계의 수지계, 무기질계의 변성실리케이트 계열을 포함하고 있고 동일한 계열의 재료들을 중심으로 설계되었기 때문에 구조물의 내구성 및 내후성(수명이 짧음)이 좋지 않아 재보수를 해야 하는 경우가 많다. 한편, 유기계(유성재품)는 철근 콘크리트 내 수분을 포함하고 있으면 보수가 불가능하고 변성 실리케이트계의 무기계는 상기와 같은 경우 접착강도 저하 및 백화 현상 등의 발생한다는 문제점이 있다.
다양한 철근 콘크리트 중성화 방지 방법이 제공되고 있음에도 불구하고, 실제 업계에서는 대부분이 가스나 물 등의 침투를 제대로 막지 못하고 있는 실정이며, 중성화된 철근 콘크리트를 알카리로 환원시키기 위한 도료 및 페인트 도포 방법은 철근 콘크리트의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있어 완전한 해결책이라고는 볼 수 없다. 따라서, 새로운 철근 콘크리트 중성화 방지 및 알카리 환원 방법이 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 철근 콘크리트의 수명을 단축시키지 않는 채 중성화된 철근 콘크리트를 알카리로 환원시키는 효과가 우수한 제제에 관해 연구하던 중, 본 발명의 조성물이 시멘트 속에 존재하고 있는 철이온을 이용하여 페라이트 및 아질산염을 철근 또는 콘크리트를 포함하고 있는 각 구조물 내부로 깊숙이 침투시킬 수 있으며, 콘크리트를 알카리로 환원시키는 효과가 우수하고, 철근 및 콘크리트의 강도를 강화시키는 효과가 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 산화철(Fe2O4) 및 아질산염을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 산화철(Fe2O4) 및 아질산염을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 조성물은 시멘트 속에 존재하고 있는 철이온을 이용하여 페라이트 및 아질산염을 철근 또는 콘크리트를 포함하고 있는 각 구조물 내부로 깊숙이 침투시킬 수 있으며, 콘크리트를 알카리로 환원시키는 효과가 우수하고, 철근 및 콘크리트의 강도를 강화시키는 효과가 우수하므로, 철근 콘크리트 구조물 등의 보수 및 보강을 위한 알카리 환원제로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 산화철(Fe2O4) 및 아질산염을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 70 내지 80 중량%의 실리카졸; 17 내지 27 중량%의 수산화칼륨; 0.998 내지 1.99 중량%의 산화철; 및 0.1 내지 0.2 중량%의 아질산염(2% 수용액)을 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 하기 도 1에 표시된 바와 같이, 유효성분인 환원제 코팅용 조성물을 하기와 같은 과정을 통해 수득하였다.
[도 1]
먼저, 실리카졸(silica sol, 40%)을 녹인 용액 A와 수산화칼륨(KOH, 50% 수용액)을 녹인 용액 B를 제조한 다음, 이들을 교반기에 넣고 혼합된 용액 C를 제조한 후, 용액 C에 산화철(Fe2O4) 및 아질산염(2% 수용액)을 각각 첨가함으로써, 본발명의 조성물을 제조 및 수득하였다.
본 발명의 조성물의 제조에 사용된 실리카졸, 수산화칼륨, 산화철 및 아질산염은 시중에 판매되는 제품을 구입하여 사용하였으며, 별도의 처리없이 구매된 상태 그대로 사용하였다.
상기 교반기는 교반의 작용을 하는 기계를 총칭하는 것으로, 동일한 효과를 낼 수 있는 기계면 족하며, 별도로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 조성물은 페라이트 또는 아질산염이 구조물 내부에 침투하는 것을 말한다.
본 명세서에서 용어 "페라이트(ferrite)"는 자성을 띠거나 자기장에 작용하는 세라믹스를 말하며, 이전에는 아산화철의 뜻으로 사용되었으나, 오늘날에는 자성을 띠는 산화철 화합물을 총칭하는 의미로 사용되고 있다. 자화되는 정도에 따라 크게 소프트 페라이트(soft ferrite)와 하드 페라이트(hard ferrite)로 구분된다.
본 발명의 구조물은 콘크리트 구조물, 시멘트 구조물, 철근 구조물, 또는 철근 콘크리트 구조물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 구조물을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물은 시멘트 속에 존재하고 있는 철이온을 이용하여 페라이트 및 아질산염을 철근 또는 콘크리트를 포함하고 있는 각 구조물 내부로 깊숙이 침투시킬 수 있으며, 콘크리트를 알카리로 환원시키는 효과가 우수하고, 철근 및 콘크리트의 강도를 강화시키는 효과가 우수하므로, 철근 콘크리트 구조물 등의 보수 및 보강을 위한 알카리 환원제로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법은 하기와 같다.
본 발명의 조성물의 제조방법은 상기 도 1에 표시된 바와 같이,
1) 실리카졸(silica sol)을 물에 녹인 용액 A 및 수산화칼륨(KOH)을 물에 녹인 용액 B를 제조하는 단계; 2) 상기 1)의 용액 A 및 B를 교반하여 용액 C를 제조하는 단계; 및 3) 용액 C에 산화철(Fe2O4) 및 아질산염(2% 수용액)을 첨가하여 환원제 코팅용 조성물을 제조하는 단계;를 포함한다.
상기 2)단계의 교반은 60 내지 80℃의 온도 내에서 처리되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 교반은 35 내지 45분간 처리되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 산화철은 용액 C의 총 중량에 대하여 1 내지 2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아질산염(2% 수용액)은 환원제 코팅용 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 함유하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 알카리-실리카 반응(alkali silica reaction)은 알카리 골재 반응의 하나로, 시멘트 중에 함유된 알카리(Na2O, K2O) 및 골재 중에 포함되는 반응성 실리카가 물의 존재하에서 서로 반응하여 알카리 실리케이트 겔을 생성함으로써 팽창을 일으키는 것으로 알려져 있다. 알카리 실리케이트 반응(alkali silicate reaction)도 또한 알카리 골재 반응의 하나로, 골재 중의 활성도가 높은 실리카질과 시멘트 기타에 포함되는 나트륨분이 서로 반응하는 것으로, 철근 콘크리트를 팽창 파괴시키는 것으로 알려져 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예, 실험예 및 제제예를 제시한다. 그러나, 하기 실시예, 실험예 및 제제예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예, 실험예 및 제제예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
1. 페놀프탈레인 시험
2. 시차 열 중량 분석/ X선 회절/ 기타 전기화학적 분석
Claims (12)
- 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 산화철(Fe2O4) 및 아질산염(2% 수용액)을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 조성물 총 중량에 대하여 70 내지 80 중량%의 실리카졸; 17 내지 27 중량%의 수산화칼륨; 0.998 내지 1.99 중량%의 산화철; 및 0.1 내지 0.2 중량%의 아질산염을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 페라이트 또는 아질산염이 구조물 내부에 침투하여 표면을 코팅하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 제 3항에 있어서, 상기 구조물은 콘크리트 구조물, 시멘트 구조물, 철근 구조물, 또는 철근 콘크리트 구조물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 제 1 내지 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물은 하기 도 1에 표시된 바와 같이,
[도 1]
1) 실리카졸(silica sol)을 물에 녹인 용액 A 및 수산화칼륨(KOH)을 물에 녹인 용액 B를 제조하는 단계;
2) 상기 1)의 용액 A 및 B를 교반하여 용액 C를 제조하는 단계; 및
3) 용액 C에 산화철(Fe2O4) 및 아질산염을 첨가하여 환원제 조성물을 제조하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 알카리 환원제 코팅용 조성물. - 제 5항에 있어서, 상기 2)단계의 교반은 60 내지 80℃의 온도 내에서 처리되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 제 6항에 있어서, 상기 교반은 35 내지 45분간 처리되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물.
- 하기 도 1에 표시된 바와 같이,
[도 1]
1) 실리카졸(silica sol)을 물에 녹인 용액 A 및 수산화칼륨(KOH)을 물에 녹인 용액 B를 제조하는 단계;
2) 상기 1)의 용액 A 및 B를 교반하여 용액 C를 제조하는 단계; 및
3) 용액 C에 산화철(Fe2O4) 및 아질산염을 첨가하여 환원제 코팅용 조성물을 제조하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법. - 제 8항에 있어서, 상기 2)단계의 교반은 60 내지 80℃의 온도 내에서 처리되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 교반은 35 내지 45분간 처리되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 산화철은 용액 C의 총 중량에 대하여 1 내지 2 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 아질산염은 환원제 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2%로 함유하는 것을 특징으로 하는, 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 코팅용 조성물의 제조방법.
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