KR970001247B1 - 시멘트 수경물의 내구성 개선제와 내구성 개선방법 및 내구성이 개선된 시멘트 수경물 - Google Patents

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시멘트 수경물의 내구성 개선제와 내구성 개선방법 및 내구성이 개선된 시멘트 수경물

본 발명은 콘크리트, 모르타르 혹은 이와 비슷한 시멘트 수경물(水硬物)의 건조수축을 대폭 저감하고 게다가 시멘트 수경물이 동결·융해를 반복했을때의 열화를 억제하는, 시멘트 수경물의 내구성 개선기술에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트, 모르타르, 그라우트 등의 시멘트와 물의 혼합물은 경화·건조에 수반하여 체적의 감소를 나타낸다. 이것은 「건조수축」이라 일컬어지는 현상으로, 콘크리트의 벽체, 바닥판의 균열의 주된 원인이 된다.

이 균열은 구조물의 기능저하, 강성의 저하를 초래할 뿐 아니라 균열 부분에서 물과 공기가 콘크리트 내부에 침투함으로써 콘크리트의 중성화를 촉진하고, 내부의 철근의 발청(發淸)을 촉진하여 구조물의 내구성을 현저하게 손상시킨다.

건조수축에 기인하는 이러한 균열에 대한 일반적 대책으로서는,

ⅰ) 메지를 설치하여 균열을 이 부분에 집중시켜 다른부분에 균열이 발생하지 않도록 한다.

ⅱ) 균열이 발생하기 쉬운 부분에 미리 철근을 여분으로 배치해 두고, 이 철근에 의해 균열폭을 작게 억제한다.

등이 행해져 왔으나 어느 대책을 강구하였다 하더라도 균열을 완전히 없애지는 못했다. 또, 콘크리트 등에 팽창제를 배합하여 건조수축에 의한 균열을 방지하고자 하는 시도도 행해지고 있으나, 팽창제에 의해 팽창현상은 시멘트 경화과정의 조기에 종료해 버리므로 장기에 걸친 건조수축에서는 추종할 수가 없고, 더구나 건조수축을 억제하는데 필요한 팽창제의 적정 첨가량은 결정하기가 곤란하다는 것 등, 많은 문제가 있다.

이와 같은 경우에서, 콘크리트 등의 건조수축에 의한 균열을 방지하는데는 건조수축 자체를 저감하는 것이 가장 확실하고 효과적이라는 것이 명백해졌다.

한편, 콘크리트, 모르타르 등이 시멘트 수경물이 기상작용을 받을 경우 한난의 반복에 의해 동결과 융해를 반복하게 되는데, 그 결과, 시멘트 수경물의 내부조직에 미세한 균열이 발생하고, 그 균열이 커지면 마침내는 시멘트 수경물의 붕괴에 이른다.

그래서 종래는 이같은 동결·융해작용에 의한 시멘트 수경물의 열화를 막기 위하여 공기연행제(空氣連行濟: AE제)를 사용하여 시멘트 수경물중에 미세한 공기를 연행시켜 그 공기포에 의해 동결시의 팽창압을 흡수·완화시키는 방법이 채용되어 왔다[가령, 「콘크리트 공학 핸드북」(가부시끼가이샤 아사구라쇼뗀 발행, 1981년판), 제139~143페이지].

그러나, 이 공기 연행제는 시멘트 수경물중에서 많은 기포를 발생시키기 때문에 ① 콘크리트 등의 건조 수축이 커진다. ② 투성이 커진다, 나아가 ③ 중성화 속도가 가속된다, 는 등의 문제점이 있으며, 이 때문에 가령 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 오히려 손상시키는 경향이 있었다.

또한, 일본국 특공소 59-3430호에는 시멘트 균열 방지용인 건조·수축 저감제가 제시되어 있는데 이것으로는 동결·용해의 반복에 의한 열화를 방지할 수는 없다. 또 다른 개질제로서 일본국 특개소 56-37359호, 동 57-145054호가 알려져 있으나 이것도 중성화억제효과에 있어서 만족할 수 있는 것은 못된다.

본 발명은 이와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 시멘트 수경물의 건조·수축을 대폭 저감할 수 있는 뿐 아니라 동결·융해에 의한 열화도 효과적으로 억제할 수가 있으며, 그에 따라 시멘트 수경물의 내구성을 대폭 높일 수 있는 내구성 개선제를 제공하고자 하는 것이다. 또 본 발명의 다른 목적은, 이 내구성 개선제에 의해 시멘트 수경물의 내구성을 개선하는 방법을 제공하고자 하는 것이고, 또 다른 목적은 내구성이 개선된 시멘트 수경제를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은,

일반식

R-O-Z-H ……………………………………………………………(Ⅰ)

[식중 R은 탄소수 8 내지 18의 알킬기, 탄소수 8 내지 19의 아카노일기 또는 탄소수 8 내지 19의 알케노일기, Z는 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₂H₄O-기와, 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₃H6O-기가 임의의 순서로결합되어 있는 기를 나타내며, -C₂H₄O-기 및/또는 -C₃H6O-기를 적어도 1개 이상 갖는 것으로 한다]

로 표시되는 화합물의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제이다. 상기 내구성 개선제는 시멘트 100중량부에 대하여 0.1 내지 8.0중량부 배합하여 경화시킴으로써 시멘트 수경물의 수경성을 현저히 개선할 수 있고, 이에 의해 뛰어난 내구성을 가진 시멘트 수경물이 얻어진다. 발명의 내구성 개선제로서 작용하는 상기 일반식(Ⅰ)으로 표시되는 화합물에 있어서 탄소수 8 내지 18을 갖는 알킬기로서는 n-옥틸, 2-에틸 헥실, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 세틸, 펜타데실, 헵타데실, 올레일, 스테알릴 등이 또 탄소수 8 내지 19를 갖는 알카노일기로서는 옥타노일, 노나노일, 카프릴로일, 운데카노일, 라우릴로일, 트리데카노일, 미리스토일, 펜타데카노일, 팔미토일, 헵타데카노일, 스테아로일, 노나데카노일 등이, 그리고 또 알케노일기로서는 올레노일 등을 들 수 있다.

이들 탄소수 8 내지 18의 알킬기, 탄소수 8 내지 19의 알카노일기 또는 알케노일기를 갖는 화합물은 탄소의 7이하의 알킬기를 갖는 화합물에 비하여 탄산화 억제작용이 강하고 시멘트 수경화에 대하여 뛰어난 중성화 억제작용을 발휘한다.

또 일반식(Ⅰ)에 있어서, Z로 표시되는 기는 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₂H₄O-기와, 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₃H6O-기가 임의의 순서로 결합되어 있는 것을 포함하고, -C₂H₄O-기 및/또는 -C₃H6O-기를 적어도 1개이상 갖는 것이다. 즉, -Z-는 산화에틸렌 또는 산화프리필렌의 단독 부가물 및 중합물 또는 블록 공중합물, 또는 랜덤공중합물의 잔기를 표시하고 있고, 예컨대 다음과 같은 것을 바람직한 것으로 들 수 있다.

ⅰ) 산화에틸렌의 단독부가물 혹은 중합물일 경우, -C₂H₄O-기는 1 내지 4의 범위가 바람직하다.

ⅱ) 산화프로필렌의 단독부가물 혹은 중합물일 경우, -C₃H6O-기는 1 내지 30의 범위가 바람직하다.

ⅲ) 산화에틸렌과 산화 프로필렌의 블록공중합물 또는 핸덤 공중합물일 경우, -C₂H₄O-기와, -C₃H₆O-기의 합계수는 2 내지 30으로서, (-C₂H₄O-기)/(-C₃H₆O-기)(몰비)가 1.0이하인 것이 바람직하다. 상기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 화합물은 가령 라우릴 알코올이나 라우릴산 등에 산화에틸렌 및/또는 산화 프로필렌의 단량체 또는 중합체(올리고머를 포함)를 반응시킴으로써 손쉽게 얻을 수 있다.

다음에 , 상기 일반식(Ⅰ)표시되는 화합물 중 대표적인 화합물과 그 제조예를 표시한다.

제조예 1

1ℓ용량의 오오토클레이브에 2-에틸헥산올(380g) 및 매체로서 수산화나트륨(1.5g)을 넣고, 질소가스를 도입하면서 서서히 승온하여 약 30분간 100~110℃로 유지하여 탈수한다. 이어서 오오토클레이브를 밀폐하여 산화 프로필렌(500g)을 온도 100~150℃로 압입하여 같은 온도로 3시간 부가반응을 행한 후 같은 온도로 다시 30분간 숙성시킨다. 이어서 냉각하고, 덮개를 열고 중화하여 정체하면 담황색 액상의 화합물 1(834g)이 얻어졌다.

제조예 2

2-에틸헥산올(200g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(535g)을 사용하고, 제조예 1과 마찬가지로 하여 화합물 2(685g)를 얻었다.

제조예 3

2-에틸헥산올(160g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(535g)을 사용하고, 제조예 1과 마찬가지로 하여 화합물 3(762g)를 얻었다.

제조예 4

2-에틸헥산올(420g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(535g)을 사용하고, 제조예 1과 마찬가지로 하여 화합물 4(730g)를 얻었다.

제조예 5

도데실알콜(220g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(549g)를 얻었다.

제조예 6

도데실알콜(186g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(696g)을 사용하여 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 6(838g)를 얻었다.

제조예 7

올레산(180g), 수산화나트륨(1.0g) 및 산화프로필렌(666g)을 사용하여 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 7(803g)를 얻었다.

제조예 8

라우르산(200g), 수산화나트륨(1.5g) 및 산화프로필렌(696g)을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 화합물 8(841g)를 얻었다.

상기와 같이하여 얻는 일반식(Ⅰ)로 표시되는 화합물은 시멘트를 경화성분으로 하는 시멘트 수경물중에 적량 함유시키면 압축강도에 악영향을 끼치는 일없이 건조수축량이 대폭 저감됨과 동시에 융해에 의한 내구성도 현저히 개선된다.

이들 화합물을 시멘트 수경물내에 함유시키는 방법에는 일체 제한이 없으며, 혼련수나 시멘트에 가하여 혼입시키는 방법, 다 개어진 콘크리트 혼련물에 첨가하는 방법, 트럭믹서차 등에 의한 반송도중 혹은 현장도착후에 첨가하는 방법등을 적의 채용할 수가 있으며, 어느 방법을 채용할 것인가는 일반식 (Ⅰ)로 표시되는 화합물의 종류나 첨가량, 시멘트 수경물의 종류나 적용조건 등을 고려하여 그때마다 최적의 방법을 선택하면 좋다. 이 화합물의 배합율은 시멘트 100중량부에 대하여 0.1 내지 8.0중량부의 범위로 설정하지 않으면 안되고, 0.1중량부 미만에서는 상기와 같은 내구성 개선효과가 거의 발휘되지 않으며, 한편, 8.0중량부를 초과할 경우는 압축강도가 저하되므로 바람직하지 않는다. 이 화합물의 더욱 바람직한 배합율은 1 내지 6중량부이다.

본 발명에 관한 시멘트 수경물을 구성하는 시멘트의 종류 필요에 따라 배합되는 골재 혹은 기타 혼화제의 종류나 양에는 일체 제한이 없고, 가령 시멘트 종류로서는 보통 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 중용열시멘트, 고로시멘트, 플라이애쉬시멘트 등, 통사 시판되고 있는 여러 가지 시멘트를 용도나 요구성능에 따라 적절히 맞추어 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 일부를 플라이애쉬, 수쇄(水碎)슬러그분말, 실리카겔 혼합제등과 바꿈으로써 경화물의 물성을 개질하는 것도 가능하다. 또, 시멘트용 감수제나 팽창제와 같이 공지의 콘크리트용 혼화재료를 병용할 수도 있다.

시험예 1

콘크리트의 건조수축 시험 및 동결 융해 시험:

(1) 콘크리트 시험조건

사용한 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트(오노다시멘트, 아사노시멘트 및 스미도모시멘트의 3종의 등량혼합물, 비중:3.16), 세골재는 후지가와산 하천모래(FM:2.79, 비중 2.64), 조골재는 가사마산 쇄석(Gmax 20mm, FM:6.69, 비중 2.67)이다.

혼련 및 양생은 20℃로 하였다. 콘크리트 배합은 슬럼프 18cm를 목표로 하여 플레인코크리트의 조합을 정하고, 시험예는 모두 플레인 콘크리트와 동일 배합으로 하였다.

제1표에 콘크리트 배합을 표시한다.

공시화합물은 그 소정량(시멘트에 대한 중량%)을 혼련수의 일부로서 첨가하였다.

건조수축시험체 및 동결융해시험체는 일본 공업규격 A1132에 따라 제작하였다.

건조수축시험체의 양상방법 및 건조수축시험은 일본공업규격 A1129에 준거하고 건조수축량의 측정은 컴파레이터법에 따라 행하였다.

동결융해시험체는 재령(材令) 2주까지 수중양생한 후에 실지구조와 같은 상태가 되도록 20℃, R.H. 60±5%의 실내에 7일간 방치하고, 계속해서 동결융해시험을 실시하였다. 또, 동결융해시험은 일본공업규격 A6204부속서 2에 제시된 방법에 준거하고, +5℃ 내지 -18℃의 동결융해를 1사이클 약 3.5시간으로 반복하고, 소정사이클마다 상대 동탄성계수를 측정하였다. 또, 상대 동찬성계수는 일본공업규격 A1127에 준거하여 탄성진동의 일차공명진동수를 구하여 다음식에 의하여 산출하였다.

상대동탄성계수(%) =

f_n=각 사이클에서의 시험체의 일차공명진동수

f_o=동결융해시험개시전의 일차공명진동수

건조수축시험의 결과를 제2표에, 또 동결·융해시험 결과를 제3표에 각각 표시한다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있고, 시멘트 수경물의 압축강도에 악영향을 끼치는 일이 없고, 건조수축을 대폭 절감함과 동시에 동결융해의 반복에 의한 열화를 현저하게 억제할 수 있으며, 내구성을 대폭 개선 할수 있었다.

Claims (7)

1. 일반식

   R-O-Z-H ……………………………………………………………(Ⅰ)

   (식중 R은 탄소수 8 내지 18의 알킬기, 탄소수 8 내지 19의 아카노일기 또는 탄소수 8 내지 19의 알케노일기, Z는 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₂H₄O-기와, 0개 또는 임의의 자연수개의 -C₃H₆O-기가 임의의 순서로결합되어 있는 기를 표시하며, -C₂H₄O-기 및/또는 -C₃H₆O-기를 적어도 1개 이상 갖는 것으로 한다]

   로표시되는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시멘트수경물의 내구성 개선제.
2. 제1항에 있어서, R이 2-에틸헥실기이고, 또, Z가

   

   (단, n은 3 내지 9의 자연수를 나타냄)인 것을 특징으로 하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제.
3. 제2항에 있어서, n이 9인 것을 특징으로 하는 시멘트수경물의 내구성 개선제.
4. 제1항에 있어서, R이 2-에틸헥실기이고, 또 Z가

   

   (단, m은 1 내지 4의 자연수를 나타냄)인 것을 특징으로 하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 하나에 있어서, 시멘트 경화물의 건조수축을 억제하여 그 내구성을 높이는 것을 특징으로 하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제.
6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 따른 내구성 개선제를 시멘트 100중량부에 대하여 0.1 내지 8.0중량부 배합하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제.
7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 따른 내구성 개선제를 시멘트 100중량부에 대하여 0.1 내지 8.0중량부 함유시킨 것을 특징으로 하는 시멘트 수경물의 내구성 개선제.