KR20150101712A - 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 기존의 방청도료와는 달리 (A)와 (B) 성분(명확히 성분의 명칭이 기재되어 있지 않아 표시해놓았으니 수정 부탁드립니다)의 혼합에 의해 형성된 강자성체가 금속표면에서 이온결합을 이룸으로써, 기존의 방청도료보다 방청효과가 더 우수하므로, 철근 콘크리트의 중성화, 염해 및 냉해 등을 방지하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

Description

내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물{WEATHERING STEEL BRIDGES AND REINFORCED CONCRETE COATING COMPOSITION}

본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 콘크리트 특성상 초기 양생 과정에서 많은 미세 균열이 발생한다. 이러한 균열 틈 사이로 통수, 통기가 이루어져 외부의 염분이나 대기오염에 의한 화학성분들이 침투한다. 철근 콘크리트 구조물이 해양 환경하에서 건설될 경우 해수성분중의 염소이온, 황산염 이온 등의 영향을 받아 콘크리트가 화학적 침식을 받게 되며 또한 염소 이온이 콘크리트 중의 철근을 부식시키는 등 철근이 부식됨에 따라 그 부피가 최고 5배까지 패앙되어 초기 미세균열을 큰 균열로 성장시켜 성장한 균열부위로 더 많은 비례염분 및 이산화탄소 등의 화합물이 침투되어 구조물의 박리 및 석화 등의 석출현상을 일으켜 염해 및 중성화를 촉진하게 된다.

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.

이에 콘크리트 구조물의 철근 부식을 억제하기 위한 여러가지 방안이 제시되고 있다. 그러나, 철근 콘크리트 구조물의 손상을 방지 및 보수하기 위한 방법이 활발히 연구되고 있음에도 불구하고, 아직 명확한 해결책은 제시되고 있지 않은 실정이다.

철근 콘크리트 중성화가 이미 진행된 철근 콘크리트 구조물의 중성화를 방지하고 알칼리성을 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 알칼리성 재부여제를 도포하는 방법을 각각 또는 병행하여 처리하는 방법이 현재 시행되고 있다.

철근 콘크리트의 구조물의 염해와 중성화 방지를 위하여 콘크리트 표면에 에폭시계, 비닐에스테르계, 폴리우레탄 등의 도료를 이용하여 피막을 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나 유기계 도료들은 초기 콘크리트와의 접착강도는 우수하나 열팽창계수나 건조, 수축 등의 변형특성이 콘크리트와 큰 차이를 나타내어 장기적으로는 콘크리트와 형성된 계면에서 탈락을 일으키고, 이로 인하여 접착강도가 저하된다는 문제점이 있다. 이외에도 도료는 시공시 각각 성능이 다른 도료를 사용하여 상도, 중도, 하도의 3단계로 도포를 실시하기 때문에 시공이 어려울 뿐만 아니라, 3단계의 피막 중 어느 한단계의 피막이라도 하자가 발생할 경우, 전체 성능저하를 일으킨다는 문제점이 있다. 또한 장기적인 내구성 확보가 곤란하다는 단점도 내재되어 있다. 이러한 현상은 구조물의 수명을 단축시키고 또한 건물의 안전에 중대한 영향을 미치게 되어 환경, 교통문제 등을 야기하고 나아가 국가경제에 막대한 손실을 야기할 수 있기 때문에 초기 단계부터 완벽한 시공 및 차후 유지보수의 최소화 및 최적화가 중요하게 여겨지고 있다.

이에 본 발명자들은 내구성, 내후성, 내약품성 등이 우수하고 콘크리트의 수명을 단축시키지 않는 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅제를 개발하기 위해 연구하던 중, 본 발명의 조성물이 기존의 방청도료와는 달리 (A)와 (B) 성분의 혼합에 의해 형성된 강자성체가 금속표면에서 이온결합을 이룸으로써, 기존의 방청도료보다 방청효과가 더 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 조성물은 기존의 방청도료와는 달리 (A)와 (B) 성분의 혼합에 의해 형성된 강자성체가 금속표면에서 이온결합을 이룸으로써, 기존의 방청도료보다 방청효과가 더 우수하므로, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트의 중성화, 염해 및 냉해 등을 방지하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법을 나타낸 모식도이다.

본 발명은 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 중량%의 실리카졸; 중량%의 수산화칼륨; 중량%의 물; 0.1 내지 0.2 중량%의 아질산칼슘; 아연; 산화철; 및 25 내지 30 중량%의 실리콘 카바이드를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 하기 도 1에 표시된 바와 같이, 유효성분인 코팅제 조성물을 하기와 같은 과정을 통해 수득하였다.

[도 1]

먼저, 실리카졸(silica sol, 40%) 및 수산화칼륨(KOH, 50% 수용액)을 혼합한 용액 A를 제조한 다음, 이에 물을 첨가하여 용액 B를 제조한다. 제조된 용액 B를 교반기에 넣고 아질산칼슘, 아연, 산화철 등을 첨가하면서 교반하는 과정을 수행한 다음, 실리콘 카바이드를 첨가함으로써, 본 발명의 조성물을 수득한다.

본 발명의 조성물의 제조에 사용된 실리카졸, 수산화칼륨, 아질산칼슘, 아연, 산화철 및 실리콘 카바이드는 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 자성체를 금속표면에 이온결합시키는 것을 특징으로 한다. 상기 자성체는 (A)와 (B)의 혼합에 의해 형성되는 것을 말한다.

본 발명의 조성물은 기존의 방청도료와는 달리 (A)와 (B) 성분의 혼합에 의해 형성된 강자성체가 금속표면에서 이온결합을 이룸으로써, 기존의 방청도료보다 방청효과가 더 우수하므로, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트의 중성화, 염해 및 냉해 등을 방지하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

본 발명의 조성물은 상기 도 1에 표시된 바와 같이,

1) 실리카졸(silica sol)과 수산화칼륨(KOH)을 혼합한 용액 A를 제조하는 단계;

2) 상기 1)의 용액 A에 물을 첨가하여 용액 B를 제조하는 단계;

3) 용액 B를 교반하는 단계; 및

4) 교반한 용액 B에 실리콘 카바이드를 첨가하는 단계;;를 통해 제조되는 것이 바람직하나, 통상의 당업자의 적절한 판단에 따라 특정 단계를 추가 또는 삭제할 수 있다.

상기 2)단계의 용액 B는 용액 A 100g 당 15 내지 20g의 물을 첨가하여 제조되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 3)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 3)단계의 교반은

i) 교반 중에 아질산칼륨을 첨가하는 단계; 및

ii) 상기 i)단계를 포함하는 교반을 1차적으로 수행한 다음, 아연 및 산화철을 첨가한 후 다시 교반하는 단계;를 통해 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 i)단계의 아질산칼슘은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 4) 단계의 실리콘 카바이드는 조성물 총 중량에 대하여 25 내지 30 중량%로 첨가되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

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 발명에 따른 조성물은 초속건 환경 친화적 침투성 세라믹 토료로서, 구조물과의 일체성을 실현하는 것이 가능하고, 인체에 무해하며 콘크리트의 중성화 방지 및 염해에도 강한 고기능 제품이다.

또한, 본 발명의 조성물은 내수성, 내마모성, 내오염성, 항균성, 내후성 등이 탁월하며 원적외선 및 음이온 방출량이 기존의 세라믹 관련 도료에 비하여 월등이 높다.

본 발명의 코팅제 조성물은 특히, 콘크리트 구조물 표면상의 프라이머(하도), 중도 및 상도의 피복층 형성시 이용될 수 있다. 그리고 이 조성물을 이용하여 형성된 보호피막을 콘크리트 구조물의 중도 피복층으로 형성하는 경우, 별도의 하도 및 상도 피복층이 불필요하나, 필요에 따라서는 상도 피복층 또는/및 하도 피복층을 더 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어 상도 피복층은 아크릴도료를 이용하여 형성하고 하도 피복층은 무기아연 도료를 이용하여 형성하는 것이 가능하다.

이밖에도 상기 조성물은 콘크리트 구조물 이외에 목재, 철재 등 거의 모든 재질의 구조물 바탕면 시공에 적용가능하다.

본 발명의 조성물은 또한 무광촉매기능을 이용한 외장형 오염방지 코팅재로 샐프크리닝(자정능력) 기능과 유기물 분해 및 외부로부터 침투하는 오염물을 차단 분해하고 자외선을 차단하여 외부표면의 색상 변색을 방지할 수 있다.

본 발명의 조성물은 또한 실리콘/아크릴 수지를 더 포함할 수 있다. 여기에서 실리콘/아크릴 수지는 예를 들어 아크릴 모노머로서 n-부틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트 및 3-메타크릴옥시프로펄트리메톡시실란을 부가중합하여 4원 공중합체를 형성함으로써 제조가능하다.

본 발명의 조성물은 콘크리트 표면에 도포 및 건조하여 보호피막을 형성한다. 상기 도포 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 스프레이, 롤러 도장 등의 방법을 이용한다.

본 발명에 따라 제조된 보호피막의 두께는 40 내지 60㎛ 인 것이 바람직하다. 이와 같은 보호피막은 1회 도포만으로 형성될 수도 있고, 필요에 따라 수회 적층하여 형성될 수도 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.

[제제예. 본 발명에 따른 중성화된 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 구조물의 알카리 환원제 조성물 제조]

1000 g 실리카졸과 300 g 수산화칼륨을 혼합하여 용액 A를 제조한 다음, 200 내지 250의 물을 첨가하여 용액 B를 제조하였다. 이후, 용액 B를 교반기에 넣고 교반하는 과정을 수행하였다. 교반은 60 내지 80℃의 온도조건 하에서 35 내지 45분간 수행되었다. 교반 중에 아질산칼슘을 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 첨가하였으며, 교반 후에는 아연 및 산화철을 첨가하여 다시 교반하는 과정을 수행하였다. 교반을 종료한 후, 실리콘 카바이드를 총 중량에 대하여 30 중량%로 첨가함으로써, 최종적으로 본 발명의 코팅제 조성물을 제조하였다.

[실시예]

1) 통기성 평가

2) 부식 방지 성능 평가

3) 염해 방지 성능 평가

4) 중성화 방지 성능 평가

5) 보호피막의 접착강도 평가

6)내마모성/내산성/내알카리성/촉진내후성/내충격성

7) 굴곡강도 평가

[실험예]

1. 페놀프탈레인 시험

2. 시차 열 중량 분석/ X선 회절/ 기타 전기화학적 분석

Claims (18)

1. 실리카졸(silica sol), 수산화칼륨(KOH), 아질산칼슘(CaNO4), 아연(Zn), 산화철(Fe2O4), 실리콘 카바이드(Sic)를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
2. 제 1항에 있어서,
   조성물 총 중량에 대하여 중량%의 실리카졸; 중량%의 수산화칼륨; 중량%의 물; 0.1 내지 0.2 중량%의 아질산칼슘; 아연; 산화철; 및 25 내지 30 중량%의 실리콘 카바이드를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 자성체를 금속표면에 이온결합시키는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
4. 제 3항에 있어서, 상기 자성체는 (A)-와 (B)의 혼합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
5. 제 1 내지 4항에 있어서, 상기 조성물은 하기 도 1에 표시된 바와 같이,
   [도 1]
   

   

   
   
   1) 실리카졸(silica sol)과 수산화칼륨(KOH)을 혼합한 용액 A를 제조하는 단계;
   2) 상기 1)의 용액 A에 물을 첨가하여 용액 B를 제조하는 단계;
   3) 용액 B를 교반하는 단계; 및
   4) 교반한 용액 B에 실리콘 카바이드를 첨가하는 단계;;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
6. 제 5항에 있어서, 상기 2)단계의 용액 B는 용액 A 100g 당 15 내지 20g의 물을 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
7. 제 5항에 있어서, 상기 3)단계의 교반은 60 내지 80℃의 온도 내에서 처리되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
8. 제 7항에 있어서, 상기 교반은 35 내지 45분간 처리되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
9. 제 5항에 있어서, 상기 3)단계의 교반은
   i) 교반 중에 아질산칼륨을 첨가하는 단계; 및
   ii) 상기 i)단계를 포함하는 교반을 1차적으로 수행한 다음, 아연 및 산화철을 첨가한 후 다시 교반하는 단계;를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
10. 제 9항에 있어서, 상기 i)단계의 아질산칼슘은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
11. 제 5항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 조성물 총 중량에 대하여 25 내지 30 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물.
12. 하기 도 1에 표시된 바와 같이,
    [도 1]
    

    

    
    1) 실리카졸(silica sol)과 수산화칼륨(KOH)을 혼합한 용액 A를 제조하는 단계;
    2) 상기 1)의 용액 A에 물을 첨가하여 용액 B를 제조하는 단계;
    3) 용액 B를 교반하는 단계; 및
    4) 교반한 용액 B에 실리콘 카바이드를 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 2)단계의 용액 B는 용액 A 100g 당 15 내지 20g의 물을 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
14. 제 12항에 있어서, 상기 3)단계의 교반은 60 내지 80℃의 온도 내에서 처리되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 교반은 35 내지 45분간 처리되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
16. 제 12항에 있어서, 상기 3)단계의 교반은
    i) 교반 중에 아질산칼륨을 첨가하는 단계; 및
    ii) 상기 i)단계를 포함하는 교반을 1차적으로 수행한 다음, 아연 및 산화철을 첨가한 후 다시 교반하는 단계;를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 i)단계의 아질산칼슘은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
18. 제 12항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 조성물 총 중량에 대하여 25 내지 30 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 내후성강 교량 및 철근 콘크리트 코팅용 조성물의 제조방법.
    

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