KR100425076B1 - 유-무기 혼합 복합체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에 있어서, 발생된 균열부위에 대한 보수 혹은 토목 및 건축공사에 있어서, 지하수의 유입 또는 유출을 방지하기 위한 목적으로 실시하는 약액주입공법의 주입약액 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제조된 주입약액은 2 액형 저점도 액체로서 반응개시제와 실리콘알콕사이드의 상호보완 작용에 의해 생성되는 유-무기 복합체 형태의 반응생성물에 의해 균열 혹은 기공이 충진됨으로서 차수 및 균열보수가 완료되는 것을 특징으로 한다. 이 주입약액은 점도가 낮아 현장 적용성이 매우 양호하고 생성되는 유-무기 복합체는 콘크리트와의 친화력이 우수하고 장기적으로는 콘크리트에 포함되어 있는 칼슘, 칼륨 등 무기성분과 지속적으로 반응하여 콘크리트 구조체와의 일체화가 가능한 장점을 지니고 있다.

Description

유-무기 혼합 복합체의 제조방법{Hybrid admixture for the grouting}

상기의 목적을 위하여 종래에 사용되어온 주입약액으로는 규산소다계 등의 무기질계와 아크릴아미드계로 대표되는 유기물계가 있다. 규산소다계는 가격이 저렴하고 시공성이 좋은 장점이 있으나 생성된 겔의 내구성이 좋지 않아 시간이 경과함에 따라 지하수에 의해 유실되는 단점이 있다. 또한 제품자체의 점도가 높아 주입성에 한계가 있어 적용범위가 제한 된다.

한편 아크릴아미드계는 아크릴아미드 단량체를 가교제 및 촉매와 함께 혼합, 용해시켜 수용액으로 만들고 여기에 적절한 반응개시제를 가하여 주입함으로써 중합반응을 발생시켜 고분자겔이 형성됨으로써 상기의 목적을 달성하게 된다. 이 약액은 점도가 낮아 주입이 용이하고 중합시간을 자유로이 조절할 수 있을 뿐만 아니라 생성되는 겔의 내구성이 우수하여 지하수에 의한 용해가 없고 겔의 강도 및 투수계수 등의 기계적 강도가 뛰어나고 물성의 변화가 없어 매우 우수한 주입약액으로 평가받고 있다. 그런데 아크릴아마이드계의 중합반응은 주위환경에 의해 크게 영향을 받는다. 즉 아크릴아마이드의 중합반응에 의해 발생되는 중합열이 내부에 축적되지 못하고 외부로 쉽게 발산이 되는 경우, 반응온도가 상승되지 못해 중합반응이 거의 진행되지 못하게 된다. 이러한 이유로 미세한 균열부분으로 약제가 주입된 경우, 양측면으로 중합열이 쉽게 빠져나가 내부온도 증가의 기회가 마련되지 않아 반응개시제의 활성화가 불가능하여 아크릴아마이드 단량체는 미반응 상태로 남아 있어 성능발현을 못함은 물론 이 잔존 단량체가 지하수 오염 등 환경문제를 일으킬 가능성이 매우 높다.

본 발명은 콘크리트 구조물에 있어서, 발생된 균열부위에 대한 보수 혹은 토목 및 건축공사에 있어서, 지하수의 유입 또는 유출을 방지하기 위한 목적으로 실시하는 약액주입공법의 주입약액을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 본 발명자들은 아크릴아마이드계 주입약액을 구성함에 있어 수분과 반응에 의해 아크릴아마이드 중합반응을 유발할 수 있는 성분을 첨가하여 여하한 경우에도 단량체의 중합반응이 일어나게 하여 수밀한 겔을 형성시키고 잔존 단량체의 양을 극소화할 수 있는 주입약액의 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 의한 주입약제는 아크릴아마이드 단량체 수용액에 적절한 촉매와 가교제를 혼합한 모액과 중합개시제와 실리콘알콕사이드을 포함하는 첨가액의 이액형으로 구성된다. 먼저 모액의 제조방법에 대해 설명하면, 아크릴아마이드를 수용액으로 제조한 다음, 여기에 촉매제로서 트리에탄올아민과 가교제로서 N-N`-메틸렌비스아크릴아미드를 부가한 후 상온에서 약 2 시간 동안 교반함으로써 모액제조를 완료하였다. 첨가액은 중합개시제, 실리콘알콕사이드, 무수알콜로 구성된다.

두액의 혼합 시, 중합열 축적이 용이한 부분에서는 트리에탄올아민과 중합개시제의 redox 메카니즘에 의해 중합반응이 진행되고, 중합열 발산이 쉽게 일어나서 내부 온도증가를 기대할 수 없는 미세 균열부분에서는 아래와 같이 실리콘알콕사이드의 하이드롤리시스 반응에 의해 생성되는 라디칼에 의해 중합반응이 진행하게 된다. ·

Si · + 4(R-

중합체

그리고 실리콘 라디칼 중 일부분은 상호반응에 의해 실리콘산화물[(SiO2)n]을 생성하게 되는데 이는 유기물인 폴리아크릴아마이드와 복합체를 형성하여 폴리아크릴아마이드의 기계적 강도를 증진시키고 장기적으로는 콘크리트 구조물 등 주위 환경으로부터 유입되는 칼슘, 나트륨, 칼륨 등의 무기성분과 지속적으로 반응(포졸란 반응 등)하여 주위환경과 일체화를 시켜 공극을 보다 수밀화하여 기능을 반영구적으로 지속시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 주입약제의 주요 구성성분인 실리콘알콕사이드[Si-(OR)4]의 구성성분 중 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 중의 하나로 구성된다. 무수알콜은 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜이 이용되며 단독 혹은 두 가지 이상 병용하여 적용될 수 있다.

적용방법은 콘크리트구조물에 대해서는 분무, 스포이드 방식, 로울러식 등의 일반적인 방법으로도 시공이 가능하며, 지반의 보강 및 차수를 목적으로 사용될 경우에는 적절한 주입기를 통한 이액형 혼합주입방법을 통해 이용이 가능하다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하는 바, 본 발명은 전술한 설명의 범위에서 다양하게 응용 가능한 것으로 이 실시 예들에 국한되지 않음은 물론이다.

실시예1

아크릴아마이드 단량체 500 gr에 물 500 gr을 혼합하여 수용액을 만든 다음 트리에탄올아민 10 gr과 N-N`-메틸렌비스아크릴아미드 20 gr을 투입하여 2 시간 동안 상온 교반하여 모액을 제조하였다. 한편 첨가액은 무수에탄올 500 gr에 암모늄퍼설페이트 1 gr을 용해시킨 다음, 테트라에톡시실리콘[(Si-(OC2H5)], 500 gr 을 혼합하여 교반, 제조하였다. 이 렇게 제조한 모액과 첨가액을 100 gr 씩 취하여 이 두액을 일시에 혼합, 교반하였다.

실시예2

실시예 1에서, 첨가액의 구성성분 중 무수에탄올 대신 무수 n-프로판올을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 실험하였다.

실시예3

실시예 1에서, 첨가액의 구성성분 중 테트라에톡시실리콘[(Si-(OC2H5)] 대신 테트라메톡시실리콘[(Si-(OCH3)]을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 실험하였다.

실시예4

실시예 1에서, 첨가액의 구성성분 중 테트라에톡시실리콘[(Si-(OC2H5)] 대신 테트라부톡시실리콘[(Si-(OC4H11)]을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법과 조건으로 실험하였다.

실시예5

아크릴아마이드 단량체 600 gr에 물 400 gr을 혼합하여 수용액을 만든 다음 트리에탄올아민 5 gr과 N-N`-메틸렌비스아크릴아미드 10 gr을 투입하여 2 시간 동안 상온 교반하여 모액을 제조하였다. 한편 첨가액은 무수에탄올 500 gr에 암모늄퍼설페이트 1 gr을 용해시킨 다음, 테트라에톡시실리콘[(Si-(OC2H5)], 500 gr 을 혼합하여 교반, 제조하였다. 이 렇게 제조한 모액과 첨가액을 100 gr 씩 취하여 이 두액을 일시에 혼합, 교반하였다.

실시예6

실시예 5에서, 첨가액의 구성성분 중 무수에탄올 대신 무수 n-프로판올을 사용하는 것 이외에는 실시예 5와 같은 방법과 조건으로 실험하였다.

이상의 실시예를 통하여 얻어진 유-무기 복합체의 중합시간, 압축강도, 체적변화에 대한 수치를 표 1 에 나타내었다.

약제처리에 따른 콘크리트 누수량 비교

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
중합시간(분)	3	7	9	4	6	11
압축강도(kg/cm2)	13.5	17.8	20.1	17.3	14.5	16.1
체적변화*(%)	5.7	4.3	7.1	4.5	3.7	7.8

* : 15일간 침수 후 체적증가

그림 1 과 같은 장치를 제작하여 각각 실시예에서 제조한 모액과 첨가액을 각각 100 gr 씩 취출하여 그림 1의 모래층에 분사한 후 모래의 공극사이에 중합체를 형성시켜 물을 담수하여 주입약제의 차수효과를 관찰하였다.

그림1

그림 1 를 이용하여 측정된 누수량을 약제처리하지 않은 시편의 그 것과 비교하여 표 2 에 나타내었다.

약제처리에 따른 콘크리트 누수량 비교

구분	누수량(g/hr)
약제처리하지 않은 것	2020.3
실시예 1	10.5
실시예 2	3.3
실시예 3	4.2
실시예 4	1.3
실시예 5	2.5
실시예 6	6.4

표 2의 결과로서 본 발명의 약제 투여에 의한 차수효과가 탁월함을 입증할 수 있었으며, 미소한 량의 누수량 감지는 모래층을 통한 누수라기 보다는 아크릴용기와 모래층 사이의 계면에서 모세관현상에 의한 누수라고 보는 것이 타당하며 이는 제품자체의 성능과는 무관할 것으로 판단 된다.

Claims (4)

1. 아크릴아마이드와 트리에탄올아민, 가교제를 포함하는 모액 100gr과 실리콘알콕사이드 무수알콜, 산화제를 포함하는 첨가액의 2 액형 혼합물 100gr을 취하여 일시에 혼합·교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합체 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 실리콘알콕사이드[Si-(OR)4]는 구성 원소중 알킬기(R)로서 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, 부틸기 중의 하나를 포함하는 것들 중에서 선택되는 단일 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합체 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,무수알콜은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 아이소 프로판올, 부탄올중에서 선택되는 단일 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합체 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 산화제는 암모늄퍼설페이트, 소디윰퍼설페이트, 포타시윰퍼설페이트 선택되는 단일 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 유-무기 복합체 제조방법.