KR20220076243A - 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 - Google Patents
콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220076243A KR20220076243A KR1020200165220A KR20200165220A KR20220076243A KR 20220076243 A KR20220076243 A KR 20220076243A KR 1020200165220 A KR1020200165220 A KR 1020200165220A KR 20200165220 A KR20200165220 A KR 20200165220A KR 20220076243 A KR20220076243 A KR 20220076243A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- concrete
- admixture
- self
- hydroxide
- recovery
- Prior art date
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 223
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 48
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract description 43
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 23
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910001860 alkaline earth metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 45
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 33
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 33
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 25
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 claims description 24
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 24
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 24
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical group OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 19
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 12
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims description 12
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 12
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 12
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 12
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 10
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 7
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 7
- 229920000896 Ethulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001859 Ethyl hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 235000019326 ethyl hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 claims description 6
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 5
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 claims description 3
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 claims description 3
- 229960001126 alginic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 150000004781 alginic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- WPJWIROQQFWMMK-UHFFFAOYSA-L beryllium dihydroxide Chemical compound [Be+2].[OH-].[OH-] WPJWIROQQFWMMK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910001865 beryllium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 3
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 3
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 46
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 23
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 26
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 9
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 6
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 6
- -1 and preferably Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 5
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 4
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 3
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical class [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N L-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 2
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 2
- GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N C[CH]O Chemical group C[CH]O GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012963 UV stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009435 building construction Methods 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000475 sunscreen effect Effects 0.000 description 1
- 239000000516 sunscreening agent Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000196 viscometry Methods 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229920003176 water-insoluble polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/06—Oxides, Hydroxides
- C04B22/062—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/06—Oxides, Hydroxides
- C04B22/062—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals
- C04B22/064—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals of the alkaline-earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/38—Polysaccharides or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/38—Polysaccharides or derivatives thereof
- C04B24/383—Cellulose or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/04—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
- C04B40/0039—Premixtures of ingredients
- C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
- C04B40/0675—Mortars activated by rain, percolating or sucked-up water; Self-healing mortars or concrete
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
본 발명은 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 이용한 자가회복성 콘크리트에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 포함하는 과립; 및 상기 과립의 표면에 코팅되고, 수용성 고분자를 포함하는 코팅층을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제를 콘크리트에 혼합 사용함으로써, 콘크리트가 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있는 자가회복성을 나타낼 수 있으며, 콘크리트의 이산화탄소 흡수능이 향상될 수 있다. 또한, 콘크리트 제조시 혼화제를 첨가하는 간단한 공정에 의해 콘크리트 자체가 성능을 발현하게 함으로써, 복잡한 재료나 별도의 보수 공정 없이도 콘크리트의 탄산화에 의해 저하된 pH를 회복할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 수산화물을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 이용한 자가회복성 콘크리트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 포함함으로써 콘크리트에 알칼리 회복성을 부여할 수 있는 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 이용한 자가회복성 콘크리트에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 우수한 성형성과 내구성 등으로 인하여, 건물 시공, 도로 포장 등 건축 분야에서 건설 재료로 널리 사용되고 있다. 콘크리트는 시멘트에 자갈, 모래 등과 물을 배합하여 굳힌 혼합물을 의미하며, 시멘트의 주요 화학성분으로는 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3) 등으로 이루어진 알라이트(3CaO·SiO2, C3S), 벨라이트(2CaO·SiO2, C2S), 알루미네이트(3CaO·Al2O3, C3A), 페라이트(4CaO·Al2O3·Fe2O3, C4AF) 등이 있다.
콘크리트 원료 조성물과 물을 배합하고 타설하면 이러한 시멘트 성분이 물과 수화반응을 일으켜 굳기 시작하고 양생 기간이 지날수록 강도가 발현되며, 동시에 수산화칼슘이 생성되어 콘크리트가 pH 11 이상의 강알칼리성을 나타낸다. 이러한 콘크리트의 강알칼리성 특성으로 인하여 콘크리트 속에 매입된 철근이나 강재가 부식되지 않고 튼튼하게 유지될 수 있다.
그런데, 콘크리트 구조물 형성 후 시일이 경과함에 따라 콘크리트 내에 존재하는 수산화칼슘 성분과 대기 중의 이산화탄소가 반응하여 탄산칼슘과 물을 생성하는 탄산화(중성화) 반응이 일어나게 된다. 상기 콘크리트 탄산화 반응은 콘크리트 구조물의 알칼리성을 상실하게 하여, 콘크리트 내부에 위치하는 철근 기둥의 부식 및 체적의 팽창을 유발하고, 이로 인해 콘크리트에 균열이 생길 수 있으며, 심각한 경우에는 건축물이 붕괴하는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 콘크리트 구조물의 내구연한을 연장하기 위해서는 콘크리트의 강알칼리성을 유지할 수 있는 대책이 필요하다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허공보 제10-2090167호는 콘크리트 구조물의 표면보호공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물 표면을 표면처리 및 세척하고 퍼티재를 도포한 다음, 프라이머층 및 탄성 피막층을 순서대로 형성하고 1차 양생시킨 후, 양생된 콘크리트 구조물 표면에 열화 방지막 수지를 도장하고 2차 양생함으로써 콘크리트 구조물의 중성화 등을 방지할 수 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-2029168호는 중성화된 콘크리트 구조물에 폴리머 접착제를 도포한 후, 시멘트 재료에 무기접착제, 실리콘파우더, 발수파우더 등의 중성화 방지 성분을 첨가한 보수용 모르타르를 도포하여 콘크리트 구조물의 중성화를 방지하기 위한 보수 공법을 개시하고 있다.
그러나 이러한 기술들은 콘크리트 자체의 성능 발현이 아닌 표면 보호 기술에 관한 것으로, 콘크리트 구조물을 건축한 후 별도의 보수 공정을 수행하여야 하고, 다양한 종류의 재료가 필요하며, 다수의 코팅 및 양생 공정이 요구된다. 따라서, 공정이 복잡하고 비용 및 시간 측면에서 비효율적이라는 문제가 있었다. 또한, 코팅층에 손상이 생기면 목적하는 표면 보호 기능이 상실되어 재도장이 필요하다는 문제가 있었다. 아울러, 콘크리트는 탄산화 과정에서 대기 중의 이산화탄소를 흡수하게 되는데, 탄산화 자체를 억제하게 되면 이러한 이산화탄소 흡수능이 저하되어 환경적 측면에서는 부정적인 영향이 발생할 수 있다.
이에 따라, 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있으면서 이산화탄소 흡수능이 우수하고, 간단한 공정으로 제조할 수 있는 콘크리트 원료가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 콘크리트가 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있게 하는 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함하여 복잡한 성분 없이도 콘크리트에 알칼리 자가회복성을 부여할 수 있는 자가회복성 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있으면서 이산화탄소 흡수능이 우수하고, 간단한 공정으로 제조할 수 있는 자가회복성 콘크리트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 포함하는 과립; 및 상기 과립의 표면에 코팅되고, 수용성 고분자를 포함하는 코팅층을 포함하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물은 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화베릴륨 및 수산화마그네슘으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물은 수산화칼슘 및 수산화나트륨을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 결합제는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 미결정셀룰로오스(MCC), 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 에틸하이드록시에틸셀룰로오스(EHEC), 하이드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC), 메틸셀룰로오스(MC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 결합제는 1 내지 50cPs의 점도를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 결합제는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 중량에 대하여 0.1 내지 10중량% 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 과립의 평균 입경은 0.3 내지 1.0mm일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수용성 고분자는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드, 전분, 젤라틴 및 알긴산으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명은 또한, (i) 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계; (ii) 상기 페이스트를 과립화하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 및 결합제가 결합된 과립을 형성하는 단계; 및 (iii) 상기 과립을 수용성 고분자를 포함하는 코팅제로 코팅하여 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조하는 단계를 포함하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 방법에서, 상기 (i) 단계는 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 분말 및 결합제를 혼합하는 단계, 및 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물의 용액을 첨가하여 점도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물의 용액의 농도는 2 내지 10M인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 시멘트, 골재 및 상기 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함하는 자가회복성 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에서, 상기 콘크리트 자가회복용 혼화제는 시멘트의 중량에 대하여, 3 내지 10중량% 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 고로슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag, GGBS), 플라이애쉬(fly ash, FA), 실리카 흄(silica fume) 및 천연 포졸란(pozzolan)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 65 내지 90중량% 포함하고, 고로슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag, GGBS), 플라이애쉬(fly ash, FA), 실리카 흄(silica fume) 및 천연 포졸란(pozzolan)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 10 내지 35중량% 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 자가회복용 혼화제를 사용하여 콘크리트를 제조하는 경우, 콘크리트가 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있으면서 우수한 이산화탄소 흡수능을 갖게 된다. 또한, 콘크리트 제조시 혼화제를 첨가하는 간단한 공정에 의해 콘크리트 자체가 성능을 발현하게 함으로써, 복잡한 재료나 별도의 보수 공정 없이도 콘크리트의 탄산화에 의한 pH 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자가회복성 콘크리트의 pH 회복 기전을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자가회복성 콘크리트의 상호 순환 작용을 나타낸 것이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트에 페놀프탈레인 용액을 처리한 결과를 나타낸 사진이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자가회복성 콘크리트의 pH 회복 기전을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자가회복성 콘크리트의 상호 순환 작용을 나타낸 것이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 깊이별 pH 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트에 페놀프탈레인 용액을 처리한 결과를 나타낸 사진이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 포틀랜드 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 고로슬래그 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼화제 및 플라이애쉬 혼합 시멘트를 포함하는 콘크리트의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 명세서에서, 콘크리트란 시멘트 및 물로 제조된 시멘트풀(cement paste); 시멘트, 모래 및 물로 제조된 모르타르(mortar); 및 시멘트, 모래, 자갈 및 물로 제조된 콘크리트(concrete)를 모두 포함하는 개념으로 해석된다.
본 명세서에서, 콘크리트의 자가회복이란, 콘크리트에서 탄산화 반응에 의해 pH가 저하되는 경우 콘크리트가 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있는 성능을 의미한다.
본 발명은 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 이용한 자가회복성 콘크리트에 관한 것이다.
콘크리트 제조 시 시멘트와 물의 수화반응에 의해 수산화칼슘이 생성되며, 이로 인해 콘크리트가 강알칼리성을 띠게 된다. 그런데 콘크리트 내의 수산화칼슘과 대기 중의 이산화탄소가 만나면 아래와 같이 콘크리트 탄산화 반응이 진행되어 탄산칼슘이 생성된다.
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
콘크리트에서 탄산화 반응이 일어나면 수산화칼슘의 양이 줄어들게 되므로 콘크리트의 알칼리성이 저하되고, 탄산화가 지속될수록 콘크리트 내의 수산화칼슘의 양은 계속 부족해진다. 이로 인해 콘크리트 내부에 위치하는 철근 부동태 피막이 파괴되어 철근이 부식된다. 또한, 수산화칼슘 양의 감소에 따라 이산화탄소 흡수능이 줄어들게 된다.
본 발명에서는 염기성 물질인 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 과립 형태로 제조하고 이를 콘크리트 원료와 배합하여 콘크리트를 제조함으로써, 콘크리트에서 탄산화 반응이 일어나더라도 자체적으로 알칼리성을 회복하도록 할 수 있도록 하였다.
본 발명의 일 실시형태는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 포함하는 과립; 및 상기 과립의 표면에 코팅되고, 수용성 고분자를 포함하는 코팅층을 포함하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제에 관한 것이다.
본 발명에서, 알칼리금속 수산화물 또는 알칼리토금속 수산화물을 포함하는 과립을 사용함으로써, 콘크리트에서 탄산화 반응에 의해 pH가 저하되더라도 염기성 물질이 지속적으로 용출되어 콘크리트의 알칼리성을 회복할 수 있다. 또한, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물의 공급에 의해 콘크리트의 이산화탄소 흡수능을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리금속(alkali metal)은 주기율표의 1족에 해당되는 원소 중 수소를 제외한 원소를 의미하며, 상기 알칼리토금속(alkaline earth metal)은 주기율표의 2족에 해당되는 원소를 의미한다.
본 발명에서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물로서 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화베릴륨 및 수산화마그네슘으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 수산화칼슘 또는 수산화칼슘 및 수산화나트륨을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물은 수산화칼슘 및 수산화나트륨의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물은 결합제에 의해 결합되어 과립의 형태로 형성될 수 있다.
상기 결합제의 성분으로는 과립화가 가능하면서 금속 수산화물의 성분에 영향을 미치지 않는 고분자를 사용할 수 있으며, 예를 들어 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 미결정셀룰로오스(MCC), 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 에틸하이드록시에틸셀룰로오스(EHEC), 하이드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC), 메틸셀룰로오스(MC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물의 방출성 향상을 위하여, 결합제로서 셀룰로오스계 고분자, 바람직하게는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)를 사용할 수 있다. 상기 하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 셀룰로오스 유도체의 일종으로, 치환기로서 하이드록시기(-OH), 메톡시기(-CH3) 또는 하이드록시프로폭시기(-OCH2CH(CH3)OH)를 갖는다. 본 발명에서, 상기 하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 분자 내에 메톡시기를 20 내지 35중량%, 바람직하게는 27 내지 30중량% 포함하고, 하이드록시프로폭시기를 2 내지 20중량%, 바람직하게는 4 내지 12중량% 포함할 수 있다. 상기 범위의 치환도를 갖는 저분자량 HPMC를 사용하는 경우, 코팅층이 용해된 후 과립의 내부 물질이 용이하게 방출되므로 콘크리트의 알칼리 회복 속도가 향상될 수 있으며, 혼화제 사용으로 인한 콘크리트 강도 저하 문제를 방지할 수 있다.
상기 결합제는 1 내지 50cPs의 점도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 15cPs, 더 바람직하게는 3 내지 6cPs의 점도를 갖는 결합제를 사용할 수 있다. 결합제의 점도가 너무 높으면 수분에 의한 팽창률이 높아 콘크리트의 강도가 저하될 수 있으나, 저점도 결합제를 사용하는 경우 콘크리트 강도 저하의 문제가 발생하지 않으므로 바람직하다. 또한, 저점도 결합제를 사용하는 경우 과립 표면에 형성된 코팅층이 용해되면 과립으로부터 수산화물이 용이하게 용출될 수 있으므로, 콘크리트의 알칼리 회복 속도 측면에서도 유리할 수 있다. 상기 점도는 각 고분자의 표준 점도측정법에 따라 측정된 것으로, 예를 들어 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 경우 미국약전(USP)의 기준에 따라 20℃에서 2% HPMC 용액에 대해 측정한 점도를 의미할 수 있다.
상기 결합제는 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 중량에 대하여, 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 더 바람직하게는 1 내지 3중량% 포함될 수 있다.
본 발명에서, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 및 결합제를 포함하는 과립은 0.1 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.3 내지 1.0mm, 더 바람직하게는 0.6 내지 0.8mm의 평균입경을 가질 수 있다. 과립의 크기가 상기 범위 내인 경우, 과립 내 수산화물의 용출이 용이해지며, 본 발명의 혼화제를 콘크리트 원료에 혼입하여 콘크리트를 제조하더라도 강도 저하가 발생하지 않고, 콘크리트 내에 균일하게 분포될 수 있다.
본 발명에서, 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 및 결합제를 포함하는 과립의 표면은 코팅층에 의해 코팅될 수 있다. 상기 코팅층은 과립을 보호하여 콘크리트 제조 시 또는 양생 초기에 수산화물이 과다하게 용출되지 않도록 조절하며, 콘크리트 구조물에서 코팅층이 서서히 용해되어 과립 내부의 수산화물이 서방성으로 방출되도록 할 수 있다.
상기 코팅층은 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드, 전분, 젤라틴, 알긴산 등의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 또는, 상기 수용성 고분자에 에틸셀룰로오스(EC), 셀룰로오스아세테이트(CA) 등의 수불용성 고분자를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.02 내지 0.3mm, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.2mm일 수 있다. 코팅층의 두께가 너무 얇은 경우에는 과립을 충분히 보호하지 못하여 수산화물이 과다하게 용출될 수 있으며, 두께가 너무 두꺼운 경우에는 수산화물의 용출이 용이하지 않아 알칼리 회복이 제때 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 자가회복용 혼화제는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 및 결합제로 과립을 형성한 후, 과립의 표면에 수용성 고분자를 포함하는 코팅층을 형성하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 수산화칼슘 및 HPMC 결합제를 사용하여 과립을 제조한 후, 에틸셀룰로오스 및 HPMC 코팅으로 서방형 코팅층을 형성함으로써 본 발명의 혼화제를 제조하는 공정의 개념도를 나타낸다.
본 발명에서, 상기 콘크리트 자가회복용 혼화제는 (i) 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 및 결합제를 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계; (ii) 상기 페이스트를 과립화하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 및 결합제가 결합된 과립을 형성하는 단계; 및 (iii) 상기 과립을 고분자를 포함하는 코팅제로 코팅하여 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 (i) 단계에서, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물과 결합제를 혼합하여 페이스트를 형성한다.
상기 (i) 단계에서, 상기 수산화물은 분말(분체) 또는 용액 형태일 수 있다. 분말 형태의 수산화물을 사용하는 경우, 수산화물을 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더 바람직하게는 99% 이상 포함하는 분말을 사용할 수 있으며, 용액 형태의 수산화물을 사용하는 경우 2 내지 10M, 바람직하게는 3 내지 8M, 더 바람직하게는 4 내지 6M의 농도를 갖는 용액을 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 분말 형태의 수산화물을 결합제와 결합하여 교반한 후, 용액 형태의 수산화물을 이용하여 페이스트의 점도를 조절할 수 있다.
상기 결합제는 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 중량에 대하여, 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 더 바람직하게는 1 내지 3중량%의 비율로 혼합하여 페이스트를 제조할 수 있다.
상기 (i) 단계가 완료되면, 상기 페이스트를 과립화하는 (ii) 단계를 수행한다.
상기 (ii) 단계에서, 과립화는 공지의 과립화 공정을 사용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 페이스트를 체에 압출시킴으로써 수행될 수 있다. 체망(체의 구멍)의 크기는 목적하는 과립의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 과립화 단계에서, 체망의 입경은 0.1 내지 2.5mm, 바람직하게는 0.5 내지 2.0mm, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.0mm일 수 있다.
상기 과립화는 로터리 과립기, 스윙 과립기, 분쇄 과립기 등, 과립 제조에 일반적으로 사용되는 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
상기 (ii) 단계에서, 과립화를 수행한 후, 과립을 건조하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 건조는 분무 건조기, 열풍 건조기, 진공 건조기, 건조 오븐 등을 사용하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 (ii) 단계에서, 과립화를 수행한 후, 과립의 크기를 선별하는 정립 단계를 수행할 수 있다.
상기 정립은 과립이 덩어리를 형성하는 것을 방지하고 균일한 크기를 갖는 과립을 얻기 위한 것으로, 과립을 체에 통과시키는 방식으로 수행할 수 있다. 상기 정립 단계에서, 체망의 입경은 0.3 내지 1.8mm, 바람직하게는 0.5 내지 0.8mm일 수 있다.
상기 정립을 통해 평균입경이 0.1 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.3 내지 1.0mm, 더 바람직하게는 0.6 내지 0.8mm인 입자를 선별할 수 있다.
상기 (ii) 단계가 완료되면, 상기 과립을 고분자로 코팅하여 코팅층을 형성하는 (iii) 단계를 수행함으로써, 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조한다.
상기 (iii) 단계에서, 상기 고분자는 수용성 고분자를 포함할 수 있으며, 용액 또는 필름 형태의 고분자를 이용하여 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 (iii) 단계에서, 상기 코팅층은 0.1 내지 5%, 바람직하게는 1 내지 3%의 농도를 갖는 고분자 용액을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 범위의 저농도 용액으로 코팅함으로써, 수분에 의해 코팅층이 팽창하여 콘크리트의 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 코팅은 팬코팅기, 필름 코팅기, 유동층 코팅기 등 과립의 코팅에 일반적으로 사용되는 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.02 내지 0.3mm, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.2mm일 수 있다. 코팅층의 두께가 너무 얇은 경우에는 과립을 충분히 보호하지 못하여 수산화물이 과다하게 용출될 수 있으며, 두께가 너무 두꺼운 경우에는 수산화물의 용출이 용이하지 않아 알칼리 회복이 제때 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함하는 자가회복성 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 자가회복성 콘크리트 조성물은 콘크리트 원료인 시멘트 및 골재와 함께, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 콘크리트 원료에 콘크리트 자가회복용 혼화제를 혼합 사용함으로써, 콘크리트에서 탄산화 반응이 진행되더라도 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있으며, 콘크리트의 이산화탄소 흡수능을 증진시킬 수 있다. 상기 혼화제의 성분 및 효과는 콘크리트 자가회복용 혼화제에 대한 설명에서 상술한 바와 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 구체적인 설명을 생략한다.
본 발명의 콘크리트 조성물에서, 상기 콘크리트 자가회복용 혼화제는 시멘트의 중량 대비 2 내지 15중량%, 바람직하게는 3 내지 10중량%, 더 바람직하게는 4 내지 8중량%의 양으로 포함될 수 있다. 혼화제의 함량이 너무 적으면 수산화물의 공급량이 적어 콘크리트에서 알칼리 회복 성능이 발현되기 어렵고, 함량이 과도하면 콘크리트의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명에서, 상기 시멘트는 석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3) 등으로 이루어진 광물, 예를 들어 알라이트(3CaO·SiO2, C3S), 벨라이트(2CaO·SiO2, C2S) 등의 규산칼슘 화합물; 알루미네이트(3CaO·Al2O3, C3A), 페라이트(4CaO·Al2O3·Fe2O3, C4AF) 등의 간극상 화합물 등을 포함할 수 있다. 이러한 시멘트 성분은 물과 수화반응을 일으켜 콘크리트 수화물과 수산화칼슘을 형성하게 되는데, 이에 따라 양생 기간이 지날수록 강도가 발현되고, 콘크리트가 pH 11 이상, 바람직하게는 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다.
상기 시멘트로는, 대표적으로 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 사용할 수 있다. 포틀랜드 시멘트는 통상 알라이트(C3S)를 45 내지 60%, 벨라이트(C2S)를 15 내지 30% 정도 포함하고, 알루미네이트(C3A) 및 페라이트(C4AF)를 각각 10% 전후로 포함하는 시멘트로, 오늘날 전 세계적으로 널리 쓰이는 시멘트 재료이다. 상기 포틀랜드 시멘트는 성분의 비율에 따라 오디너리 포틀랜드 시멘트(ordinary portland cement), 중용열 포틀랜드 시멘트(moderate heat portland cement), 조강 포틀랜드 시멘트(early strength portland cement), 저열 포틀랜드 시멘트(low heat portland cement), 내황산염 포틀랜드 시멘트(sulfate resisting portland cement) 등으로 분류할 수 있으며, 용도에 따라 적합한 종류를 선택하여 사용할 수 있다.
상기 시멘트로서, 포틀랜드 시멘트에 고로슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag, GGBS), 플라이애쉬(fly ash, FA), 실리카 흄(silica fume), 천연 포졸란(pozzolan) 등의 광물 혼화재(mineral admixture)를 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 혼합 시멘트는 수화열이 낮고, 콘크리트의 수밀성 및 장기재령에서의 강도가 우수하며, 원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 광물 혼화재의 수화반응에 수산화칼슘이 사용되므로 콘크리트의 염기성이 낮아지고 콘크리트의 탄산화 진행이 빠르게 진행되는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면 콘크리트 원료에 콘크리트 자가회복용 혼화제를 혼합함으로써 자체적으로 알칼리성을 회복할 수 있는 콘크리트를 제조할 수 있으므로, 종래 혼합 시멘트에서 콘크리트 탄산화 반응으로 인하여 pH가 빠르게 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
상기 혼합 시멘트에서, 상기 광물 혼화재는 전체 시멘트 중 5 내지 40중량%, 바람직하게는 10 내지 35중량%, 더 바람직하게는 20 내지 30중량%의 양으로 혼합될 수 있다. 상기 범위에서, 콘크리트의 알칼리성 및 양생기간을 적절하게 유지하면서 장기강도, 유동성 등의 성능을 확보할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에서, 상기 골재는 시멘트와 혼합 사용되는 혼합재로서, 콘크리트의 원료 비용을 저감하면서 콘크리트의 건조 및 수축을 억제하고, 강도 및 내구성을 보강하는 역할을 한다.
상기 골재는 입자 크기를 기준으로 나눌 수 있으며, 10mm 체를 전부 통과하고 5mm 체를 85중량% 이상 통과하는 골재를 잔골재(fine aggregate), 5mm 체에 85중량% 이상 잔류하는 골재를 굵은골재(coarse aggregate)라고 한다. 일반적으로 잔골재로는 모래(규사)를, 굵은골재로는 자갈을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 골재는 콘크리트의 작업성, 강도, 내구성 등의 측면에서, 전체 콘크리트 원료 중 40 내지 90중량%, 바람직하게는 50 내지 80중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 콘크리트 조성물은 필요에 따라, 착색제, 경화촉진제, 소포제, 분산제, 자외선 안정제, 자외선 차단제, 무기물 충진제, 유화제, 계면활성제, 점도조절제, 산화방지제 등에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 자가회복성 콘크리트 조성물을 이용하여 제조한 자가회복성 콘크리트 구조물을 제공한다.
도 2 및 3은 본 발명에서 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물로서 수산화칼슘을 사용하는 경우를 예시로 하여, 콘크리트 구조물의 pH 회복 기전 및 이를 통해 유도되는 상호 순환 작용을 나타낸 것이다. 도 2 및 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 자가회복성 콘크리트 구조물에서는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물을 포함하는 과립에 의하여 콘크리트 내에 염기성 물질이 지속적으로 공급되므로, 콘크리트에서 탄산화 반응이 일어나 pH가 저하되더라도 과립 주위에서 pH가 회복된다. 따라서, 콘크리트 구조물 내의 철근 부동태 피막을 보호하여 철근의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 상기 수산화물의 지속적인 공급으로 콘크리트의 이산화탄소 흡수능이 향상될 수 있으며, 콘크리트 내의 미수화물과 물이 반응하는 재수화반응에 의해 콘크리트 수화물 및 수산화칼슘이 생성되어, 콘크리트의 pH가 유지되고 미세공극이 수밀화되도록 할 수 있다.
상기 자가회복성 콘크리트 구조물은 자가회복성 콘크리트 조성물에 물을 배합하고 양생함으로써 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 콘크리트 조성물에 물을 투입하면, 시멘트와 물이 수화반응을 일으켜 콘크리트 수화물이 형성된다. 예를 들어, 시멘트에 포함되는 알라이트(C3S), 벨라이트(C2S)와 같은 규산칼슘 화합물이 물과 반응하여 칼슘이온을 용출하게 되고, 높은 알칼리성이 되며, 동시에 규산이온이 수산화규산 이온으로 되어 칼슘이온과 결합함으로써 규산칼슘 수화물을 형성한다. 알라이트 및 벨라이트의 수화반응은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
2(C3S) + 6H2O → C3S2H3 + 3Ca(OH)2
2(C2S) + 4H2O → C3S2H3 + Ca(OH)2
물은 시멘트의 중량 대비 30 내지 70중량%, 바람직하게는 40 내지 60중량%의 비율로 포함될 수 있다. 시멘트를 물과 혼합할 때, 물의 양이 너무 많으면 반응하지 않고 남은 물에 의해 콘크리트 내에 기공이 형성되어 강도 저하, 수축, 균열 등의 원인이 될 수 있다. 반면, 물의 양이 너무 적으면 유동성이 낮아 혼합이 힘들고, 성형 시 균일하게 재료를 충전하기 어려워질 수 있다.
콘크리트 조성물에 물을 배합한 후, 이를 타설하고 양생함으로써 콘크리트에 강도를 부여할 수 있다.
본 발명에서, 상기 양생은 7일 이상, 바람직하게는 28일 이상, 예를 들어 28일 내지 56일 동안 수행될 수 있다. 이로써 콘크리트에 강도가 충분히 발현되어, 45MPa 이상의 압축강도를 갖는 고강도 자가회복성 콘크리트 구조물을 형성할 수 있다.
상기 양생은 콘크리트에 수분을 가하고 마를 때까지 보존하는 습윤 양생(wet curing), 콘크리트 표면에 방수막을 형성하여 수분 증발을 방지하는 막 양생(membrane curing), 고온의 증기로 수화 반응을 촉진시키는 증기 양생(steam curing), 콘크리트에 전열선을 배치하는 전열 양생(electric heat curing), 고온-고압 환경에서 콘크리트를 양생하는 오토클레이브 양생(autoclave curing) 등의 방식으로 수행할 수 있다.
본 발명의 자가회복성 콘크리트 구조물에서, 콘크리트 자가회복용 혼화제는 콘크리트 구조물의 전체 용적 중 1 내지 10%, 바람직하게는 2 내지 7%, 더 바람직하게는 2.5 내지 5%의 부피비로 포함될 수 있다. 콘크리트의 전체 용적에서 혼화제가 차지하는 부피가 너무 적으면 알칼리 회복 성능이 미미할 수 있으며, 부피가 너무 크면 콘크리트의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 자가회복성 콘크리트 구조물은 내부에 철근을 포함하는 형태, 즉 철근콘크리트 구조물일 수 있다. 콘크리트 구조물 내에 철근을 배근함으로써 콘크리트의 인장강도를 보완할 수 있으며, 콘크리트의 높은 알칼리성으로 인하여 철근이 부식되지 않는다. 다만, 콘크리트에서 탄산화 반응이 일어나면 콘크리트 내부에 위치하는 철근이 부식하고 팽창하여 구조물의 강도가 약해지고 균열이 생기는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 자가회복성 콘크리트 구조물은 콘크리트 자가회복용 혼화제로부터 용출되는 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물에 의해 pH를 자가회복하는 성능을 나타내므로, 콘크리트 내부에 배치된 철근의 부식을 방지할 수 있다.
실시예
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 수산화물을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제 제조
99.9%의 수산화칼슘 분체와 3cPs의 점도를 갖는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)를 수산화칼슘 질량의 1%의 양으로 혼합하여 충분히 교반한 후, 5M 농도의 수산화나트륨 용액을 사용하여 적당한 질기의 반죽으로 제작하였다.
그 다음, 로터리식 과립기를 사용하여, 상기 반죽을 지름 0.8mm의 스크린에 통과시켜 과립을 제조하였다. 과립을 건조시킨 후, 체눈크기가 0.6mm인 체에 통과시키고, 통과된 과립을 팬코팅기로 1% 농도의 HPMC 용액으로 코팅하여 코팅층을 형성함으로써, 수산화칼슘 및 수산화나트륨을 포함하는 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조하였다.
제조예 2: 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함하는 콘크리트 시편 제조
하기 표 1과 같이 오디너리 포틀랜드 시멘트(OPC), 고로슬래그 미분말(GGBS) 및 플라이애쉬(FA)를 포함하는 시멘트와 모래 및 물을 배합한 배합체에 제조예 1의 혼화제를 혼합하여 콘크리트 시편을 제조하였다. 모래로는 ISO 표준사를 사용하였으며, 시편은 ASTM C109 규격에 따라 40mmХ40mmХ160mm의 크기로 제조하였고, 혼화제의 비율(%)은 시편에 대한 부피비를 의미한다.
| 구분 | 시멘트 재료(g) | 모래(g) | 물(g) | 혼화제 | 샘플명 | |||
| OPC | GGBS | FA | % | g | ||||
| 실시예 1 (P) |
500 | 0 | 0 | 1375 | 242.5 | 0 | 0 | P-0 |
| 2.50 | 22.50 | P-2.5 | ||||||
| 5.00 | 37.50 | P-5 | ||||||
| 실시예 2 (S30) |
350 | 150 | 0 | 1375 | 242.5 | 0 | 0 | S30-0 |
| 2.50 | 22.50 | S30-2.5 | ||||||
| 5.00 | 37.50 | S30-5 | ||||||
| 실시예 3 (F20) |
400 | 0 | 100 | 1375 | 242.5 | 0 | 0 | F20-0 |
| 2.50 | 22.50 | F20-2.5 | ||||||
| 5.00 | 37.50 | F20-5 | ||||||
실험예 1: 콘크리트의 압축강도 측정
제조예 2에서 제조한 각 콘크리트 샘플을 수중양생하면서, 재령 3일, 7일, 28일, 56일 및 91일 째에 만능시험기(Universal Testing Machine, UTM)를 이용하여 압축강도(단위:MPa)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다.
| 시간(일) | 3 | 7 | 28 | 56 | 91 |
| P-0 | 33.2 | 37.3 | 48.1 | 52.5 | 53.5 |
| P-2.5 | 33.2 | 40.2 | 47.3 | 52.5 | 54.8 |
| P-5 | 30.0 | 33.7 | 47.3 | 53.0 | 55.7 |
| S30-0 | 28.1 | 37.9 | 55.2 | 60.2 | 62.9 |
| S30-2.5 | 26.2 | 37.9 | 51.4 | 55.2 | 58.9 |
| S30-5 | 24.6 | 36.9 | 49.3 | 54.3 | 58.5 |
| F20-0 | 31.8 | 35.9 | 45.1 | 48.6 | 60.0 |
| F20-2.5 | 28.9 | 33.2 | 46.4 | 49.1 | 62.1 |
| F20-5 | 25.2 | 29.8 | 45.4 | 49.9 | 62.1 |
상기 표 2 및 도 4(a)를 참조하면, 콘크리트 바인더로서 OPC만을 사용한 실시예 1의 배합체(P)의 경우, 혼화제 미첨가 샘플(P-0)과 2.5% 첨가한 샘플(P-2.5)은 양생 초기강도(재령 3일)에 차이가 없었고, 혼화제의 첨가량이 5%로 증가한 경우(P-5) 초기강도가 다소 떨어지는 결과가 나타났다.
그러나, P-2.5와 P-5는 양생기간이 길어질수록 강도가 크게 증가하여 재령 28일째에는 P-0과 유사한 수준의 압축강도를 나타내었다. 나아가, 56일 이후로는 추세가 역전되어 P-2.5 및 P-5의 압축강도가 P-0와 동일하거나 P-0보다 더 높은 경향을 나타내었고, 혼화제의 첨가량이 증가할수록 압축강도의 증가폭이 더 큰 결과를 나타내었다.
한편, 상기 표 2 및 도 4(b)를 참조하면, 콘크리트 바인더로서 OPC 중 30중량%를 GGBS로 치환한 실시예 2의 배합체(S30)의 경우, 혼화제 미첨가 샘플(S30-0)에 비하여 혼화제가 첨가된 샘플(S30-2.5 및 S30-5)의 압축강도가 낮은 결과를 보였고, 장기강도(재령 91일)에서 S30-2.5 및 S30-5는 S30-0 대비 약 6 내지 7%의 강도 저하를 나타내었다.
다만, 실시예 2의 배합체(S30)는 고로슬래그의 첨가로 인하여 양생 28일째부터 OPC만을 사용한 실시예 1의 배합체(P)에 비해 압축강도가 높은 경향을 나타내며, 고로슬래그를 배합한 콘크리트는 28일 이상 양생한다는 점을 고려할 때, 혼화제 첨가로 인한 S30의 강도 저하가 최종 콘크리트의 성능에 손상을 일으키지 않는 정도임을 알 수 있었다.
또한, 상기 표 2 및 도 4(c)를 참조하면, 콘크리트 바인더로서 OPC 중 20중량%를 FA로 치환한 실시예 3의 배합체(F20)의 경우, 혼화제 미첨가 샘플(F20-0)에 비하여 혼화제가 첨가된 샘플(F20-2.5 및 F20-5)의 초기강도가 낮은 결과가 나타났다.
반면, 혼화제의 첨가량이 증가할수록 양생기간에 따른 압축강도의 증가폭이 높아져, 재령 28일째부터는 F20-0에 비하여 F20-2.5 및 F20-5가 높은 압축강도를 나타냈으며, 압축강도의 증가폭이 크고, 이러한 경향이 장기재령까지 유지됨을 확인하였다.
상기 압축강도 실험 결과로부터, 혼화제의 첨가에 따라 재령 7일 이하에서의 강도는 낮아질 수 있으나, 재령 28일 이후로는 모두 45Mpa 이상의 고강도를 나타내었고, 양생기간이 길어질수록 그 차이가 작아지거나 오히려 혼화제 첨가 시의 압축강도가 높아지는 경향이 있음을 확인하였다. 일반적으로 콘크리트는 28일 이상 양생하는 것이 바람직하다는 점을 고려할 때, 혼화제 첨가로 인하여 콘크리트의 강도 성능이 저하되는 문제는 발생하지 않으며, 오히려 장기재령에서는 압축강도가 더 상승할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 콘크리트의 알칼리 회복성 시험
2-1. pH 미터를 이용한 깊이별 pH 측정
제조예 2에서 제조한 각 콘크리트 샘플을 28일 동안 수중에서 양생한 다음, 습도 60%, 온도 20℃, CO2 5% 조건의 탄산화 챔버에 투입하고 28일 동안 탄산화 시험을 진행하였다. 이후, 밀링머신을 이용하여 2mm씩 시편을 잘라, 10mm까지의 분체를 채취하였다. 증류수 25mL에 채취한 분체 5g을 투입하고 15분간 교반한 후, pH 미터(pH meter)를 이용하여 깊이 별 pH를 측정하고 그 결과를 하기 표 3 및 도 5에 나타내었다.
| 깊이(mm) | 0-2 | 2-4 | 4-6 | 6-8 | 8-10 |
| P-0 | 10.602 | 10.917 | 11.691 | 12.129 | 12.443 |
| P-2.5 | 10.634 | 11.305 | 11.781 | 12.198 | 12.552 |
| P-5 | 11.219 | 11.480 | 11.787 | 12.170 | 12.667 |
| S30-0 | 9.386 | 9.444 | 9.658 | 9.816 | 10.434 |
| S30-2.5 | 10.398 | 10.767 | 10.716 | 11.147 | 12.218 |
| S30-5 | 11.112 | 11.212 | 11.362 | 11.385 | 12.238 |
| F20-0 | 9.706 | 9.371 | 9.739 | 12.098 | 12.523 |
| F20-2.5 | 10.522 | 10.499 | 10.429 | 12.548 | 12.885 |
| F20-5 | 11.041 | 11.117 | 11.148 | 12.644 | 12.969 |
상기 표 3 및 도 5(a)를 참고하면, 콘크리트 바인더로서 OPC만을 사용한 실시예 1의 배합체(P)에서 혼화제를 첨가하지 않은 샘플(P-0)의 경우, 4mm 이하의 범위에서 pH가 11 이하로 저하된 결과가 나타났다.
한편, 혼화제가 2.5% 첨가된 샘플(P-2.5)의 경우 2mm 이하의 깊이에서는 pH가 약 10.6으로 P-0와 유사한 수준으로 측정되었으나, 2 내지 4mm의 깊이에서 pH가 11.3으로서, P-0에 비하여 강한 알칼리성을 나타냈다. 또한, 혼화제가 5% 첨가된 샘플(P-5)의 경우, 4mm의 이하 깊이의 전 범위에서 pH가 11 이상으로서 P-0에 비하여 표면 부근의 pH가 현저히 높은 결과가 나타났다.
한편, 상기 표 3 및 도 5(b)를 참고하면, 콘크리트 바인더로서 OPC 중 30중량%를 GGBS로 치환한 실시예 2의 배합체(S30)의 경우, 혼화제를 첨가하지 않은 샘플(S30-0)은 넓은 범위에서 탄산화가 진행되어 10mm 이하의 깊이 범위에서 전체적으로 pH가 11 이하이고, 특히 8mm 이하의 깊이 범위에서 pH가 10 이하로, 탄산화에 의해 pH 저하율이 높은 결과를 나타냈다.
반면, 혼화제가 2.5% 첨가된 샘플(S30-2.5)의 경우 전체 깊이 범위에서 pH가 S30-0에 비해 높은 결과를 보였으며, 6mm 이상의 깊이에서 pH가 11 이상으로 회복된 결과를 보였다. 또한, 혼화제가 5% 첨가된 샘플(S30-5)의 경우 전체 두께 범위에서 pH가 11 이상으로 알칼리성이 우수한 결과를 보였다.
또한, 상기 표 3 및 도 5(c)를 참고하면, 콘크리트 바인더로서 OPC 중 20중량%를 FA로 치환한 실시예 3의 배합체(F20)의 경우, 혼화제를 첨가하지 않은 샘플(F20-0)은 6mm 이하의 깊이에서 pH가 10 이하로 낮은 결과를 나타냈다.
반면, 혼화제가 2.5% 첨가된 샘플(F20-2.5)의 경우, 전체 깊이 범위에서 pH가 10 이상으로 F20-0에 비하여 알칼리성이 높았고, 혼화제가 5% 첨가된 샘플(F20-5)의 경우, 6mm 이하의 범위에서도 pH가 11 이상으로, 알칼리성이 높은 결과를 확인하였다.
상기 pH 측정 결과로부터, 시멘트로서 OPC 100%를 사용한 경우 표면 부근에서 탄산화에 의하여 pH 저하가 발생하나, 본 발명의 콘크리트 자가회복용 혼화제를 첨가하는 경우 pH를 회복할 수 있으며, 첨가량이 높을수록 pH 회복성이 우수한 것을 확인하였다.
한편, OPC에 GGBS 또는 FA를 배합하는 경우 이산화탄소에 노출되면 pH가 10 이하로 낮아지고 OPC 100%에 비하여 넓은 범위에서 탄산화가 진행되는 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명의 콘크리트 자가회복용 혼화제를 첨가함으로써 pH를 상당량 회복할 수 있고, 혼화제의 첨가량이 높을수록 이러한 알칼리성 회복 효과가 우수한 것을 확인하였다. 이로써, 본 발명을 적용하는 경우 혼합 시멘트의 단점인 낮은 알칼리성을 보완할 수 있음을 알 수 있었다.
2-2. 페놀프탈레인 용액을 이용한 콘크리트 중성화 검사
제조예 2에서 제조한 각 콘크리트 샘플을 28일동안 수중에서 양생한 다음, 습도 60%, 온도 20℃, CO2 5% 조건의 탄산화 챔버에 투입하고 28일 동안 탄산화 시험을 진행하였다. 탄산화 시험이 완료되면 단면에 페놀프탈레인 용액을 처리하여, 그 사진을 도 6에 나타내었다.
콘크리트는 수화물 안에 수산화칼슘을 함유하므로 보통 pH 12~13의 강알칼리성을 나타내어, 페놀프탈레인 지시약을 처리하는 경우 강한 붉은색을 나타낸다. 그러나, 콘크리트에 이산화탄소가 작용하면 수산화칼슘과 이산화탄소의 반응에 의해 점차 pH가 낮아지고, pH가 약 9 이하로 낮아지는 경우 페놀프탈레인 지시약을 처리하여도 색상이 변화하지 않게 된다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 혼화제를 함유하지 않는 샘플들은 페놀프탈레인 분무 후 표면 부근에서 색상이 거의 변화하지 않는 것을 확인하였다. 이를 통해, 콘크리트 표면 근처에서 탄산화가 일어나 pH가 상당히 저하되었음을 알 수 있었다.
한편, 혼화제가 첨가된 샘플의 경우 탄산화 후 페놀프탈레인을 분무했을 때 표면 부근에서도 적자색의 알칼리성을 나타내는 것을 확인하였으며, 첨가량이 많을수록 전체적으로 적자색이 넓은 범위에서 나타났다. 이를 통해, 혼화제로 인하여 pH가 회복되고, 혼화제의 첨가량이 늘어날수록 pH 회복성이 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 혼화제 주변에서 강한 적자색이 나타나는 결과를 통해, 과립이 콘크리트의 탄산화를 방어하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 콘크리트의 이산화탄소 흡수능 측정
콘크리트의 이산화탄소 흡수능을 평가하기 위하여, 제조예 2에서 제조한 각 콘크리트 샘플에 대하여 열분석(TG-DTA)을 실시하였다. 열분석을 위하여, 샘플을 40mmХ40mmХ160mm의 페이스트에서 5mm 두께로 절단하여 40mmХ40mmХ5mm의 시험체를 준비하였다. 각 시험체를 28일 동안 수중 양생한 시편 및 28일 동안 탄산화 챔버에서 이산화탄소에 노출시킨 시편을 준비하고, 각 시편을 900℃까지 가열하였다.
콘크리트의 온도를 높이면 450~500℃ 구간에서 수산화칼슘이 열분해되어 수산화칼슘 1몰 당 물 1몰이 생성되므로, 수산화칼슘의 분자량(74.09) 및 물의 분자량(18.02)으로 환산계수(74.09/18.02=4.11)를 구하였다. 또한, 550~850℃ 구간에서 탄산칼슘이 열분해되어 탄산칼슘 1몰 당 이산화탄소 1몰이 생성되므로, 탄산칼슘의 분자량(100.09) 및 이산화탄소의 분자량(44.01)으로 환산계수(100.09/44.01=2.27)를 구하였다. 온도 변화에 따른 시편의 중량 변화를 측정하고, 각 환산계수를 곱하여 아래와 같이 수산화칼슘 및 탄산칼슘을 정량화하였다.
- Ca(OH)2의 함유량 = 450~500℃ 구간의 감량 Х 4.11
- CaCO3의 함유량 = 550~850℃ 사이의 감량 Х 2.27
각 성분의 함유량을 측정 초기의 중량에 대한 백분율(%)로 계산하여 하기 표 4에 나타내었으며, 온도에 따른 TG(%) 및 DTA 그래프를 도 7(a) 내지 7(c)에 나타내었다. 도 7(a) 내지 7(c)에서, 수중양생만을 수행한 시편은 P-0, P-2.5, P-5와 같이 "배합체-혼화제 함량"으로 표기하였으며, 탄산화를 수행한 시편은 P-0C, P-2.5C, P-5C와 같이 "배합체-혼화제 함량C"의 형태로 표기하였다.
| 수중 양생 | 탄산화 후 | |||
| 수산화칼슘(%) | 탄산칼슘(%) | 수산화칼슘(%) | 탄산칼슘(%) | |
| P-0 | 10.10 | 2.88 | 4.16 | 23.92 |
| P-2.5 | 11.69 | 3.47 | 5.10 | 26.85 |
| P-5 | 12.31 | 2.90 | 5.29 | 30.47 |
| S30-0 | 9.82 | 2.55 | 5.28 | 18.88 |
| S30-2.5 | 10.02 | 2.45 | 4.39 | 19.37 |
| S30-5 | 10.05 | 2.66 | 5.73 | 22.70 |
| F20-0 | 11.59 | 3.03 | 4.58 | 25.86 |
| F20-2.5 | 11.94 | 3.17 | 4.94 | 26.66 |
| F20-5 | 12.00 | 3.67 | 4.48 | 27.18 |
상기 표 4 및 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 수중양생만을 수행한 시편의 경우 콘크리트에서 탄산화 반응이 진행되지 않아 수산화칼슘의 질량이 높고 탄산칼슘의 질량은 낮게 나타났다. 반면, 시편을 탄산화 챔버에 투입하면 콘크리트가 이산화탄소를 흡수하면서 수산화칼슘의 양이 줄어들고 수산화칼슘과 이산화탄소가 반응하여 탄산칼슘을 형성하게 되므로 탄산칼슘의 양이 늘어난 결과를 확인하였다.
이 때, 혼화제를 포함하는 콘크리트의 경우 혼화제 미첨가 샘플에 비하여 탄산칼슘의 양이 더 많이 늘어난 결과가 나타났으며, 혼화제의 함유량이 증가될수록 탄산화 후 탄산칼슘의 증가량이 높은 경향을 보였다. 이를 통해, 혼화제의 첨가에 의해 콘크리트의 이산화탄소의 흡수능이 증대됨을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (15)
- 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 포함하는 과립; 및
상기 과립의 표면에 코팅되고, 수용성 고분자를 포함하는 코팅층
을 포함하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물이 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화베릴륨 및 수산화마그네슘으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물이 수산화칼슘 및 수산화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 결합제가 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 미결정셀룰로오스(MCC), 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 에틸하이드록시에틸셀룰로오스(EHEC), 하이드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC), 메틸셀룰로오스(MC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 폴리비닐알코올(PVA)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 결합제가 1 내지 50cPs의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 결합제가 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 중량에 대하여 0.1 내지 10중량% 포함되는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 과립의 평균 입경이 0.3 내지 1.0mm인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 제 1 항에 있어서,
상기 수용성 고분자가 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드, 전분, 젤라틴 및 알긴산으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제. - 다음의 단계를 포함하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제의 제조방법:
(i) 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계;
(ii) 상기 페이스트를 과립화하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물 및 결합제가 결합된 과립을 형성하는 단계; 및
(iii) 상기 과립을 수용성 고분자를 포함하는 코팅제로 코팅하여 콘크리트 자가회복용 혼화제를 제조하는 단계. - 제 9 항에 있어서,
상기 (i) 단계가,
알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물 분말 및 결합제를 혼합하는 단계, 및
알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물의 용액을 첨가하여 점도를 조절하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 알칼리금속 또는 알칼리토금속 수산화물의 용액의 농도가 2 내지 10M인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 자가회복용 혼화제의 제조방법. - 시멘트, 골재 및 콘크리트 자가회복용 혼화제를 포함하는 자가회복성 콘크리트 조성물로서,
상기 콘크리트 자가회복용 혼화제가 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물, 및 결합제를 포함하는 과립; 및 상기 과립의 표면에 코팅되고, 수용성 고분자를 포함하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가회복성 콘크리트 조성물. - 제 12 항에 있어서,
상기 콘크리트 자가회복용 혼화제가 시멘트의 중량에 대하여, 3 내지 10중량% 포함되는 것을 특징으로 하는, 자가회복성 콘크리트 조성물. - 제 12 항에 있어서,
상기 시멘트가 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 고로슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag, GGBS), 플라이애쉬(fly ash, FA), 실리카 흄(silica fume) 및 천연 포졸란(pozzolan)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가회복성 콘크리트 조성물. - 제 14 항에 있어서,
상기 시멘트가 포틀랜드 시멘트를 65 내지 90중량% 포함하고, 고로슬래그 미분말(ground granulated blast-furnace slag, GGBS), 플라이애쉬(fly ash, FA), 실리카 흄(silica fume) 및 천연 포졸란(pozzolan)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 10 내지 35중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가회복성 콘크리트 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200165220A KR20220076243A (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200165220A KR20220076243A (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220076243A true KR20220076243A (ko) | 2022-06-08 |
Family
ID=81980816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200165220A KR20220076243A (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220076243A (ko) |
-
2020
- 2020-11-30 KR KR1020200165220A patent/KR20220076243A/ko active Search and Examination
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102119216B1 (ko) | 화재 방지 모르타르 | |
| KR101492233B1 (ko) | 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 내화학성 및 내화성 모르타르 조성물, 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 내화 보수 시공 공법 | |
| KR101730701B1 (ko) | 콘크리트 자기 치유 조성물, 그 제조 방법, 및 그 사용 방법 | |
| KR100792015B1 (ko) | 강도 및 내구성이 증진된 자기충전성 모르타르 조성물 | |
| KR101705242B1 (ko) | 시공성을 향상시킨 초고성능 섬유보강 콘크리트의 제조방법 | |
| CA2985958C (en) | Concrete composition with very low shrinkage | |
| KR100643524B1 (ko) | 단면복구용 모르타르 및 이를 이용한 단면복구방법 | |
| KR101113138B1 (ko) | 조기강도 콘크리트 조성물 | |
| KR100613902B1 (ko) | 강도 및 내구성이 개선된 모르타르 조성물 | |
| Chindasiriphan et al. | Combined effect of rice husk ash and superabsorbent polymer on self-healing capability of mortar | |
| CN104529212A (zh) | 一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用 | |
| CN115231868B (zh) | 一种抗裂防腐蚀c30混凝土及其制备方法 | |
| KR102464540B1 (ko) | 시멘트 복합체의 자가회복이 가능한 pH 감응형 시멘트 혼화제 | |
| CN113667061A (zh) | 一种吸水树脂及其制备方法与应用 | |
| JPS6363505B2 (ko) | ||
| KR100597712B1 (ko) | 콘크리트용 액상형 수축저감제 조성물과 이를 이용한콘크리트 조성물 | |
| KR20220076243A (ko) | 콘크리트 자가회복용 혼화제 및 이를 포함하는 자가회복성 콘크리트 | |
| KR102432617B1 (ko) | 균열제어 자기치유 혼화재 조성물과 그 혼화재의 제조방법, 그리고 자기치유 모르타르 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 단면보수공법 | |
| JP2008195544A (ja) | 鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体 | |
| CN113233850B (zh) | 一种改性混凝土及其制备方法 | |
| JPH0412043A (ja) | 水硬性結合材 | |
| KR101368452B1 (ko) | 폴리비닐알콜 코팅 정제형 급결제 및 이를 포함하는 한중 콘크리트 | |
| KR20160096325A (ko) | 이수석고를 포함하는 시멘트 벽돌 및 이것의 제조방법 | |
| JPH10330146A (ja) | 水硬性無機質成形体の製造方法 | |
| JPS5926963A (ja) | 水硬性組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |