KR100448520B1 - 염해 및 중성화를 받아 성능이 저하된 철근콘크리트구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물 및 그의제조방법 - Google Patents

염해 및 중성화를 받아 성능이 저하된 철근콘크리트구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물 및 그의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염해나 중성화로 인해 성능이 저하된 콘크리트 구체의 제거작업없이 반응성이 큰 규산나트륨과 생화학물질인 알긴산나트륨 또는 카제인을 혼합하여 제조한 표면처리형 성능개선제를 1회 또는 수회 콘크리트 구조물에 도포함으로써 콘크리트 내부의 염화물 이온을 고정화시키고, 활성상태에 있는 철근의 부식활동을 억제함은 물론, 저하된 콘크리트의 pH를 향상시키고 콘크리트 구체를 강화하여 구조물의 성능을 개선시킬 수 있는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 주원료인 규산나트륨 15중량%∼70중량%와, 촉매제인 생화학물질 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 혼합하여 제조된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제를 제공한다.
또한, 본 발명은 Na2O·3SiO2또는 Na2O·4SiO2중 선택된 규산나트륨 15중량%∼70중량%에 알긴산나트륨과 카제인중 선택된 하나의 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 교반하여 혼합한 혼합물을 소정온도로 가열하여 유지시키는 제1단계; 및 상기 혼합물이 균등하게 혼합되도록 아세트산을 1∼5시간 간격으로 한방울씩 적가반응시키는 제2 단계를 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법을 제공한다.

Description

염해 및 중성화를 받아 성능이 저하된 철근콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물 및 그의 제조방법{Performance improver and it's manufacturing process treating surface for reinforcement concrete structures attacked by chloride penetration and carbonation}
본 발명은 염해 및 중성화에 의해 철근이 부식된 콘크리트 구조물을 강화시키기 위한 표면처리형 성능개선제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 염해 및중성화에 의해 철근의 부식이 발생하고, 콘크리트의 성능이 저하된 구조물의 표면에 규산나트륨과 생화학물질을 혼합하여 제조된 성능개선제를 1회 또는 수회 도포하여 침투시킴으로써 철근의 활성부식물질을 안정화하고, 철근 부식을 촉진하는 콘크리트 내부의 염화물 이온을 고정화시켜 활성상태에 있는 부식촉진활동을 억제함은 물론, 저하된 콘크리트의 pH를 향상시켜 콘크리트의 내구성능을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능개선제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 염해란 철근콘크리트 구조물중에 염화물이 침투하거나 존재함으로 인하여 철근이 부식되어 콘크리트 구조물이 손상을 입는 현상을 말한다. 시멘트는 규산 3석회(3CaO·SiO2), 규산 2석회(2CaO·SiO2), 알루민산 3석회(3CaO·Al2O3) 및 알루민산철 4석회(4CaO·Fe2O3·Al2O3)를 주성분으로 하고 있으며, 이중 규산 3석회와 규산 2석회는 시멘트의 약75%를 차지하는 주요 화합물로써 수화반응에 의해 규산칼슘수화물(calcuim silicate hydrate) 및 수산화칼슘[Ca(OH2)]을 생성하며, 이때 생성된 수산화칼슘은 시멘트 대비 약 24%를 차지하면서 콘크리트의 pH를 12∼13의 강알칼리가 되도록 하고 있다. 이러한 강알칼리하에서 철근은 표면에 얇은 부동태피막(20∼60Å두께의 수산화 제2철, γ-Fe2O3·nH2O)을 생성시킴으로써 부식되지 않는다. 그러나, 콘크리트 내부에 염화물이 침입하여 염화물 이온량(Cl-)이 일정값 이상으로 증가할 경우, 콘크리트 내부의 철근이 부분적으로 부식하게 되는데, 이러한 부식에 의해 발생된 붉은 녹은 팽창하여 약 330kgf/㎠의 팽창압으로 콘크리트균열을 발생시킨다. 철근의 부식은 산소(O2)와 물(H2O)의 전기화학적 결합에 의해 낮은 수용성을 지닌 수산화 제2철[Fe(OH)2]의 형태로 진전되며, 충분한 산소가 공급될 경우에는 Fe(OH)2가 Fe(OH)3로 발전하고 지속적인 부식작용에 의해 비교적 안정한 Fe2O3의 형태를 띄게 된다.
한편, 콘크리트에 침입한 염화물은 철근의 전 부분에 걸쳐 일정하게 존재하지 않기 때문에, 전위차가 발생하게 되며, 전형적으로 철근의 맨 상층부가 가장 빨리 활성화되어 부식에 이르게 된다. 전위차는 철근에 전자의 흐름을 유발하는 동시에 철근의 표면에서 전기화학적 반응을 일으키게 되며, 이러한 전기화학적 작용은 염화물 이온에 의해 촉진되어 철근의 부식을 활성상태에 이르게 한다.
한편, 중성화란 대기중에 존재하는 이산화탄소(CO2)등의 침식성 가스가 콘크리트 표면으로 확산되어, 콘크리트 내부층에서 역확산하는 Ca(OH)2와 탄산화반응을 일으켜(콘크리트 중에 고정화하고 있는 규산칼슘 수화물 겔도 일부 반응하며, Ca(OH)2의 반응이 주반응이다) 콘크리트의 공극수에 용해되어 있는 수산화칼슘으로 인한 강한 알칼리성(pH12.6)이 중성화(pH8.3∼10.0)되는 현상을 말한다. 콘크리트의 중성화가 철근부분에 이르지 않을 경우에는 콘크리트의 내구성에 문제가 없으나, 중성화가 철근부분까지 도달하면 콘크리트의 강알칼리성을 토대로 한 내부철근의 방식기능이 저하하여 부동태피막이 파괴되는 문제점을 야기시키며, 물과 산소가 동시에 공급되는 조건이 형성되면 철근의 부식이 진행되기 시작한다.
콘크리트 중성화의 정의는 화학반응론적인 관점에서 고려하면, "시멘트의 수화에 의해 생성하는 시멘트 규산칼슘수화물 겔 및 부생성물인 수산화칼슘이 대기중의 이산화탄소 등의 침식성가스 혹은 수용액중의 유산염등의 침식성 물질과 화학반응을 일으켜 모르터 및 콘크리트가 표층부에서부터 서서히 그 강알칼리성을 잃어가는 현상, 즉 수산화칼슘과의 탄산화 반응을 동반한 이산화탄소의 모르터 및 콘크리트 내부로의 확산과정" 이라고 볼수 있으며, 내구성의 관점에서 보면 "콘크리트의 강알칼리성을 기초로 한 내부철근에 대한 방식기능의 저하현상"이라고 할 수 있다. 보통 포클랜드 시멘트가 완전하게 수화하는 경우에는 시멘트 중량으로 환산하여 약 25∼28%의 수산화 칼슘이 생성된다. 콘크리트중의 수산화 칼슘은 공극수에 용해되어 있기도 하지만, 대부분은 고체로서 존재하고, 공극수용액은 칼슘의 포화수용액으로 존재하게 되며, 콘크리트는 수산화칼슘의 포화수용액에 의해 약 pH 12.6의 강알칼리성을 나타내게 된다. 이러한 강알칼리 상황에서는 콘크리트중의 내부철근 표면에 부동태피막이 형성되기 때문에 염소이온의 혼입과 외부로부터 부식촉진 요인이 침투하지 않는 한, 부식에 대해서 안정상태로 존재하게 된다. 상기 콘크리트중의 수산화 칼슘 및 규산 칼슘수산화 겔은 주로 대기중의 이산화탄소 가스와 탄산화(Carbonation)반응을 일으켜, 탄산칼슘으로 전환하고, 콘크리트는 표면에서부터 점차적으로 강알칼리성을 잃어가게 되는데, 국내에서는 이것을 포괄적인 의미인 중성화(neutralization) 현상이라고 표현하고 있다. 대기중의 이산화탄소 농도는 환경조건에 따라 다르지만, 일반적으로 실외에서는 0.035% 전후이며, 실내에서는 0.07% 전후이다. 그러나, 최근 석유, 석탄등과 같은 화석연료의 사용량이 증대되면서 이산화탄소 농도는 계속 증가되는 경향에 있다. 즉, 이런 추세로 이산화탄소 농도가 계속 증가된다면 현재에 있어서는 중성화에 대해 별로 문제가 되지 않은 구조물일지라도 향후에 문제가 발생될 수 있다.
그러므로, 콘크리트중의 내부철근의 경우, 철근의 1차 또는 2차 부식물질인 Fe(OH)2와 Fe(OH)3를 안정화합물인 Fe2O3의 형태로 고정화시키고, 염화물 이온의 활동을 억제한다면 철근의 부식은 억제될 수 있으며, CO2의 침입을 차단하거나 저하된 콘크리트의 pH를 향상시키고 철근의 부식활동을 억제한다면 콘크리트 구조물의 성능저하를 방지할 수 있다.
지금까지의 보수공법은 염해 및 중성화에 의해 성능이 저하된 콘크리트 부분을 제거하고 단면회복작업을 거치고 있는데, 이러한 성능이 저하된 콘크리트 손상부위의 제거 및 단면회복작업은 많은 시간이 소요되어 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 콘크리트의 제거 대상 부분이 불명확하여 보수설계시 어려움이 따르는 문제점이 있다. 상기의 문제점을 극복하기 위한 일환으로써 방수성이 높은 표면피복제를 사용하여 철근의 부식인자인 산소 및 물의 공급을 차단하는 방법이 있으나, 이 방법은 산소의 투과를 억제하고 물과 염화물 이온의 공급을 차단하는 기능면에서는 우수한 성능을 발휘하지만, 콘크리트 내부에 수분 및 염화물이온을 가두는 역기능을 가지고 있어 오히려 철근의 부식을 가중시키는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 염해나 중성화로 인해 성능이 저하된 콘크리트 구체의 제거작업없이 반응성이 큰 규산나트륨과 생화학물질인 알긴산나트륨 또는 카제인을 혼합하여 제조한 표면처리형 성능개선제를 1회 또는 수회 콘크리트 구조물에 도포함으로써 콘크리트 내부의 염화물 이온을 고정화시키고, 활성상태에 있는 철근의 부식활동을 억제함은 물론, 저하된 콘크리트의 pH를 향상시키고 콘크리트 구체를 강화하여 구조물의 성능을 개선시킬 수 있는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 염화물 고정화 효과 실험결과를 나타낸 그래프도.
도2는 중성화 회복 실험결과를 나타낸 그래프도.
도3은 인발강도 실혐결과를 나타낸 그래프도.
도4는 투기성 실험결과를 나타낸 그래프도.
도5는 투수성 실험결과를 나타낸 그래프도.
도6은 철근부식 전위 실험결과를 나타낸 그래프도.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 주원료인 규산나트륨 15중량%∼70중량%와, 촉매제인 생화학물질 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 혼합하여 제조된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제를 제공한다.
또한, 본 발명은 Na2O·3SiO2또는 Na2O·4SiO2중 선택된 규산나트륨 15중량%∼70중량%에 알긴산나트륨과 카제인중 선택된 하나의 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 교반하여 혼합한 혼합물을 70 ∼ 100℃로 가열하여 유지시키는 제1단계; 및 상기 혼합물이 균등하게 혼합되도록 아세트산을 1∼5시간 간격으로 한방울씩 적가반응시키는 제2 단계를 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제 및 그의 제조방법은 염해 및 중성화에 의해 손상된 콘크리트 구조물의 부위를 박리시키고, 그 박리부위에 성능개선제를 침투시켜 철근의 2차 부식을 억제하고, 콘크리트 구체의 내구성능을 강화시킬 수 있도록 구현한 것으로, 본 발명의 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제는 주원료인 물유리 계통의 규산나트륨 15중량%∼70중량%와, 촉매제로서 작용하는 생화학물질인 알긴산나트륨 또는 카제인중 선택된 물질 0.05중량%∼5.0중량% 및 증류수 25중량%∼84.05중량%를 혼합한 혼합물에 점도 강하제인 불소계 계면활성제 3.0중량% 이하 및 철근부식 억제제인 트리에탄올아민 7.0중량% 이하와 함께 필요에 따라 상기 혼합물이 pH13∼14를 유지할 수 있도록 하기 위하여 NaOH 또는 Ca(OH)2중 하나의 주성분으로 이루어진 알칼리부여제 7.0중량% 이하를 첨가하여 조성한 예를 제시하고 있다.
상기 조성물에서 촉매제를 0.05중량%∼5.0중량%로한 것은 0.05중량%이하일 경우, 콘크리트 표면처리용 성능개선제로서의 효과가 없고, 5.0중량%이상일 경우에는 점도가 높아서 침투력이 저하되는 문제점이 있기 때문이다.
상기 규산나트륨은 순수한 모래와 Na2CO3등의 알칼리 물질을 1300℃ 고온에서 용융시켜 제조한 카렛(cullet)을 물에 넣고 1 ∼ 2기압하에서 가열하여 제조한 것으로, 규소(SiO2)분자를 10∼20개 정도 가지는 작은 단위의 고분자(polymer)로서 콘크리트 및 시멘트의 혼화재로서 사용되기도 한다.
상기 Na2O·3SiO2및 Na2O·4SiO2의 분자식으로 이루어진 규산나트륨에 0.1∼5중량%의 알긴산나트륨(sodium alginate) 또는 카제인(casein)과 같은 생화학물질이 혼합될 경우, 콘크리트중의 수화생성물과 반응하여 저칼슘 또는 고칼슘의 황산알미늄염(calcium sulferaluminate)을 형성하고, 콘크리트중의 수산화칼슘과 결합하여 규산염겔(calcium silicate hydrate gel)을 형성함으로써 콘크리트의 내구성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 반투과막을 형성하여 동기성을 좋게 하고 침투하는 물을 흡수하여 콘크리트의 방수성능을 향상시킨다는 것을 장기간의 실험연구를 통하여 확인하였다. 즉, 알긴산나트륨과 카제인의 촉매작용에 의해 Na2O·nSiO2형태의 규산나트륨은 콘크리트중의 수산화칼슘과 반응하여 mCaO·nSiO2·mH2O를 형성하게 되는데, 여기서 m과 n의 값은 3∼10의 범위에 존재하게 된다.
또한, 본 실시예에서 상기의 규산나트륨과 생화학물질이 혼합된 혼합물에 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2등의 알칼리부여제를 0.5∼5중량% 혼합하여 제조물의 pH를 12∼14의 강알칼리성으로 제조한 후, 콘크리트에 도포하여 침투시킬 경우에는 콘크리트의 중성화 현상을 억제하고, 콘크리트의 pH를 향상시킴으로써 철근의 부식을 억제한다는 것을 실험연구를 통하여 확인하였다.
또한, 알긴산 나트륨 및 카제인과 같은 생화학물질은 규산나트륨이 포함된 혼합물의 표면장력을 작게 하여 콘크리트중의 침투를 원활하게 함을 발견하였으며, 생화학물질의 촉매작용에 의해 규산나트륨이 포함된 혼합물이 콘크리트중에 침투한염화물이온(Cl-)과 반응하여 염화나트륨(NaCl)을 포함한 규산염겔을 형성함으로써 철근의 부식 촉진에 커다란 영향을 미치는 염화물이온을 고정화하는 염화물이온 제거작용을 하는 것을 확인하였다.
또한, 철근의 부식반응억제를 위하여 트리에탄올아민(Triehanol amine)을 0.5∼5중량%을 상기 혼합물에 혼입할 경우에도 규산나트륨계 혼합물이 침투력 저하없이 콘크리트중으로 잘 침투되고, 1차부식된 철근의 2차부식반응을 억제하는 것을 연구를 통하여 확인하였다.
상기와 같은 조성물로 이루어진 본 발명은 콘크리트의 모세관 삼투압에 의해 콘크리트중으로 확산되어 콘크리트 내부의 염화물이온을 고정화시키고, 활성상태에 있는 철근의 부식활동을 억제함은 물론 저하된 콘크리트의 pH를 향상시키고 콘크리트 구체를 강화하여 구조물의 성능을 향상시킨다.
다음은 본 발명의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 분자식이 C6H7NaO6로 이루어진 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 우유에서 추출한 유지방성분이 15중량% 이하인 카제인(casein)은 점도가 매우 높아서 일반적인 환경에서 규산나트륨(sodium silicate)과 혼합되지 않는다. 따라서, 분자식이 Na2O·3SiO2또는 Na2O·4SiO2인 규산나트륨 100 ∼ 500g에 알긴산나트륨 또는 카제인 1 ∼ 20g을 넣고, 증류수를 채워 총량이 900g이 되도록 한다. 이때, 상기 알긴산나트륨 또는 카제인이 총량 900g당 20g을 넘을 경우에는 점도 및 표면장력이 높아져서 콘크리트에 침투되기 어려우며, 1g 이하가 될 경우에는 촉매로서 작용하기가 어렵다. 다음에는 상기 규산나트륨과 알긴산나트륨 또는 카제인의 혼합물을 가열판에 놓고 용액이 70∼100℃를 유지하도록 한 후 천천히 교반한다. 이때, 용액의 온도가 높기 때문에, 장시간 교반시 증류수가 증발되므로 교반용 비이커의 위에 시계접시(watch glass)를 덮어 주어야 하며, 용액의 양이 줄어들면 총량이 900g이 되도록 증류수를 보충시켜 준다. 또한, 상기 교반용 비이커의 바닥면에 규산나트륨과 함께 알긴산나트륨 또는 카제인의 생화학물질이 응고하여 달라붙을 수 있으므로 교반에 주의하여야 한다. 상기 규산나트륨과 알긴산나트륨 또는 카제인의 혼합물을 70∼100℃의 가열판 위에서 1 ∼ 2시간 지속적으로 교반한 다음에는 분자식이 CH3COOH인 아세트산(acetic acid)을 스포이드에 넣고 교반용액에 1∼5시간 간격으로 한방울씩 5∼50방울 적가시키면서 1∼2일간 반응시킨다. 여기서, 아세트산을 스포이드 용액으로 5∼50방울정도 적가하는 이유는 규산나트륨과 알긴산나트륨 또는 카제인의 균등혼합을 원활히 하기 위한 것으로, 상기 아세트산이 50방울 또는 10g 이상 투입될 경우에는 전체 혼합물의 pH가 상승하여 표면처리형 성능개선제가 콘크리트의 중성화 회복에 기여하는 능력을 약화시킬 수 있다.
이렇게 제조된 혼합물의 점도는 약 100∼500cps정도가 되며, 여기에 분자식이 C5H8SO2Lif(C2F4)3∼8또는 (C2H4O)nHF(C2F4)3∼8인 불소계 계면활성제를 0.01∼0.5중량% 혼입하여 균등하게 분산시키면, 혼합물의 점도가 100cps 이하로 저하되어 콘크리트에 대한 침투성능이 향상된다. 여기에, 철근 부식억제제인 분자식 (C2H5)3NH의 트리에탄올아민(Thiethanol amine) 1∼5중량%를 첨가하고, 필요시 NaOH 또는Ca(OH)2를 주성분으로 하는 알칼리부여제를 0∼5중량% 첨가하면 표면처리형 성능개선제가 제조된다. 상기 알칼리부여제의 투입정도는 성능을 개선하고자 하는 콘크리트 구조물의 중성화 정도에 따라 다르지만, 통상 표면처리형 성능개선제의 pH가 13∼14를 유지할 수 있는 범위에서 투입하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 본 발명은 염해 및 중성화에 의해 성능이 저하된 콘크리트 구체의 박리 및 탈락부분을 에어 프레셔(air pressor)로 제거한 후, 표면처리형 성능개선제를 콘크리트 구체의 표면에 1회 또는 수회 도포한 후, 수분 공급을 위해 도포후 6시간이 경과한 시점에서 분무기에 의해 수분을 살수함으로써 마무리되며, 이때의 도포방법은 로울러나 붓을 이용한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
실시예1
Na2O·3SiO2인 규산나트륨을 각각 0중량%, 15중량%, 25중량%, 30중량%, 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%로 하고, 여기에 생화학물질인 알긴산나트륨 0.1중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%를 균등하게 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예에서 규산나트륨을 0중량%로 한 것은 상기 규산나트륨을 첨가하지 않았을 때와 첨가했을 때의 차이를 비교하기 위함이다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예2
Na2O·4SiO2인 규산나트륨을 각각 0중량%, 15중량%, 25중량%, 30중량%, 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%로 하고, 여기에 생화학물질인 알긴산나트륨 0.1중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%를 균등하게 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성 및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예3
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에, 생화학물질인 알긴산나트륨을 각각 0중량%, 0.05중량%, 0.1중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 7.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성 및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예4
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에 생화학물질인 카제인을 각각 0중량%, 0.05중량%, 0.1중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 7.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성 및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예5
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, 생화학물질인 알기산나트륨 0.1중량%,철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에 C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제를 각각 0중량%, 0.01중량%, 0.05중량%, 0.1중량%, 0.3중량%, 0.5중량%, 1.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성 및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예6
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, 생화학물질인 알기산나트륨 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에 (C2H4O)nHF(C2F4)3∼8인 계면활성제를 각각 0중량%, 0.01중량%, 0.05중량%, 0.1중량%, 0.3중량%, 0.5중량%, 1.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 염화물 고정화, 인발강도, 투기성 및 투수성을 측정하여 비교평가하였다.
실시예7
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, 생화학물질인 알기산나트륨 0.1중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에 알칼리 부여제인 NaOH를 각각 0중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 2.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 7.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 중성화 깊이와 pH를 측정하여 중성화 회복정도를 비교, 평가하였다.
실시예8
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, 생화학물질인 알긴산나트륨 0.1중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 철근 부식억제제인 트리에탄올아민 1중량%에 알칼리 부여제인 Ca(OH)2를 각각 0중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 2.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 7.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 중성화 깊이와 pH를 측정하여 중성화 회복정도를 비교, 평가하였다.
실시예9
Na2O·4SiO2인 규산나트륨 30중량%, 생화학물질인 알기산나트륨 0.1중량%, C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8인 계면활성제 0.1중량%, 알칼리 부여제인 NaOH를 0.5중량%에 철근 부식억제제인 트리에탄올아민을 각각 0중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 2.0중량%,5.0중량%, 7.0중량%로 혼합하여 본 발명품을 제조하였다. 본 실시예는 후술할 방법에 따라 철근 전위차를 측정하여 철근부식억제정도를 비교, 평가하였다.
상기한 제1 내지 제9 실시예에서 첨가물질을 0중량%로 규정한 것은 상기 첨가물질을 첨가하지 않았을 때와 첨가했을 때의 차이를 비교하기 위함이다.
다음은 도1 내지 도6을 참조하여 본 발명의 특성 실험결과를 살펴본다.
도1은 염화물 고정화 효과실험 결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 염화물 고정화 효과실험은 305×305×76mm 각주 콘크리트 시편에 대해 28일간 표준양생을 실시한 다음, AASHTO T259에 준하여 NaCl 3.6% 수용액에 90일동안 침지시켜 콘크리트 내부에 염화물 이온이 침투하도록 하였다. 그 다음 7일동안 콘크리트 시편을 건조시키고, 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포하여 7일동안 살수양생을 실시하였다. 그리고, 콘크리트 표면으로부터 45mm까지 시료 40g을 채취한 후, 이온 전극법을 사용하여 수용성 염화물량을 측정하였다.
상기 규산나트륨의 영향을 검토하기 위하여 90일 동안 NaCl 3.6% 수용액에 침지시킨 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 상기 규산나트륨의 종류와 양에 관게없이 염화물 농도가 감소하였으며, 특히 규산나트륨 40중량%에서 염화물 고정화 효과가 가장 크게 나타났으며, 규산나트륨 Na2O·3SiO2보다 Na2O·4SiO2가 염화물 고정화 효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고, 염화물 고정화에 생화학물질의 종류와 양이 미치는 영향은 생화학물질을 첨가함으로써 염화물 농도가 감소하였으며, 특히 생화학물질 1중량% 정도에서 염화물 고정화 효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 알긴산나트륨이 카제인보다 염화물 고정화 효과가 큰 것으로 나타났다. 이상과 같이 염화물 고정화에는 규산나트륨 40중량%, 생화학물질1중량%, 계면활성제0.3중량%가 가장 효과가 있는 것으로 나타났으며, 염해를 받아 내부에 염화물 이온이 내재한 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포하면 염화물 이온농도를 감소시켜 염해 방지에 효과가 있음을 알 수 있었다.
도2는 중성화 회복실험결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 표준양생을 28일간 실시한 100×100×100mm 콘크리트 시험체 6개를 온도 30℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 10%인 조건의 챔버에 넣고 90일간 중성화 촉진을 실시하였다. 중성화 촉진실험을 실시한 시편 3개를 페놀프탈레인 용액으로 살포하여 중성화 깊이를 측정하고, 그 다음 콘크리트 깊이별로 pH를 측정하였다. 중성화 촉진실험을 실시한 콘크리트에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 알칼리 부여제 5중량%까지는 알칼리 부여제의 첨가량이 많을 수록 중성화 깊이가 감소하고, pH가 상승하는 결과를 얻었고, 그 이상의 첨가량에서 더 이상 중성화 회복 효과가 없는 것으로 나타났으며, 또한 알칼리 부여제 NaOH는 Ca(OH)2보다 중성화 회복에 효과가 있는 것으로 나타났다. 이상과 같이 중성화 회복에는 알칼리 부여제를 5중량%에서 효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 본 발명의 성능개선제를 중성화된 콘크리트 표면에 도포하면 pH가 상승하여 콘크리트의 재알칼리화에 효과가 있음을 알 수 있었다.
도3은 인발강도 실험결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이 표준양생을 28일간 실시한 305×305×76mm 각주 콘크리트 시편을 7일간 건조시키고, 본 발명의 성능개선제를 도포하여 7일간 양생시킨 다음, ASTM D 4541에 규정된 Pull off 시험장치로 10mm 깊이의 콘크리트 인발강도를 측정하였다. 규산나트륨의 영향을 검토하기 위하여 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 규산나트륨의 종류와 양에 관계없이 인발강도가 증가하였으며, 특히 규산나트륨 40%에서 인발강도가 가장 크게 나타났으며, 규산나트륨 Na2O·3SiO2보다 Na2O·4SiO2가 인발강도 증진효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고, 인발강도 증진효과에 생화학물질의 종류와 양이 미치는 영향은 생화학물질을 첨가함으로서 인발강도가 증가하였으며, 특히 생화학물질 1중량% 정도에서 인발강도 증진효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 또한 계면활성제는 0.3중량%에서 인발강도 증진효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 이상과 같이 인발강도 증진에는 규산나트륨 40중량%, 생화학물질1중량%, 계면활성제 0.3중량%가 가장 효과가 있는 것으로 나타났으며, 본 발명의 성능개선제를를 콘크리트에 도포함으로서 콘크리트 표면강도를 개선시킬 수 있음을 알 수 있었다.
도4는 투기성 실험결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이 표준양생을 28일간 실시한 305×305×76mm 각주 콘크리트 시편을 7일간 건조시키고, 본 발명의 성능개선제를 도포하여 7일간 양생시킨 다음, Torrent Permeability Tester로 콘크리트 투기성을 측정하였다. 규산나트륨의 영향을 검토하기 위하여 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 규산나트륨의 종류와 양에 관계없이 투기계수가 감소하였으며, 특히 규산나트륨 40중량%에서 투기계수가 가장 작게 나타났으며, 규산나트륨 Na2O·3SiO2보다 Na2O·4SiO2가 수밀성 증진효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고, 수밀성 증진효과에 생화학물질의 종류와 양이 미치는 영향은 생화학물질을 첨가함으로써 투기계수가 감소하였으며, 특히 생화학물질 1중량% 정도에서 투기성 감소효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 그리고, 알긴산나트륨이 카제인보다 수밀성 증진효과가 큰 것으로 나타났으며, 또한, 계면활성제는 0.3중량%에서 수밀성 증진효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 이상과 같이 수밀성 증진에는 규산나트륨 40중량%, 생화학물질 1중량%, 계면활성제 0.3중량%가 가장 효과가 있는 것으로 나타났으며, 본 발명의 성능개선제를 콘크리트 표면에 도포함으로서 콘크리트의 조직이 치밀해져 이산화탄소 가스, 질소가스, 산소등 콘크리트에 악영향을 미치는 이물질을 차단시키는데 상당한 효과가 있음을 알 수 있었다.
도5는 투수성 실험결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 표준양생을 28일간 실시한 305×305×76mm 각주 콘크리트 시편을 7일간 건조시키고, 본 발명의 성능개선제를 도포하여 7일간 양생시킨 다음, GWT 투수성 시험장치로 콘크리트의 투수성을 측정하였다. 상기 규산나트륨의 영향을 검토하기 위하여 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 규산나트륨의 종류와 양에 관계없이 투수계수가 감소하였으며, 특히 규산나트륨 40%에서 투수계수가 가장 작게 나타났으며, 규산나트륨 Na2O·3SiO2보다 Na2O·4SiO2가 수밀성 증진효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고, 수밀성 증진효과에 생화학물질의 종류와 양이 미치는 영향은 생화학물질을 첨가함으로서 투기계수가 감소하였으며, 특히 생화학물질 1중량% 정도에서 수밀성 증진효과가 큰 것으로 나타났다. 또한 계면활성제는 0.3중량%에서 수밀성 증진효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 이상과 같이 수밀성 증진에는 규산나트륨 40중량%, 생화학물질 1중량%, 계면활성제 0.3중량%가 가장 효과가 있는 것으로 나타났으며, 본 발명의 성능개선제를 콘크리트 표면에 도포함으로써 콘크리트의 조직이 치밀해져 염화물 이온, 황산염 이온, 산성비, 물등 콘크리트에 악영향을 미치는 이물질을 차단시키는데 상당한 효과가 있음을 알 수 있었다.
도6은 철근 전위차 실험결과를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이 175×175×450mm 각주 콘크리트에 직경 10mm 이형철근을 콘크리트 표면으로부터 20mm 깊이에 매입하여 철근 콘크리트 시편을 제작하여 표준양생을 5일간 실시하였다. 그리고, 철근 콘크리트 시편을 NaCl 10% 수용액에 10일동안 침적시켜 콘크리트 내부에 내장되어 있는 철근을 부식시켰다. 그 다음 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포하여 주기적으로 철근 전위차를 측정하였다. 철근 전위차 측정은 ASTM C 876의 자연전위차의 측정법에 준하였으며, 기준전극은 포화 황산동-동 전극(copper-copper sulfate half cell)을 사용하였다. 재령 1일에서 재령 10일까지는 철근 전위차 값이 -200mV정도로 90%의 확률로 철근이 부식되지 않은 범위에 있다. 그리고, NaCl 10% 수용액에 10일동안 침적시킨 철근 콘크리트 시편은 콘크리트 덮개에 관계없이 -550mV 정도로 철근 부식이 99%의 확률범위인 -350mV를 초과하고 있으나, 철근 콘크리트 표면에 본 발명의 성능개선제를 도포한 결과, 재령이 경과함에 따라 전위차값이 증가되어 재령 90일에서 전위차가 철근이 부식되지 않는 범위인 90% 확률범위, 즉 염화물 수용액에 침전되기 전의 전위차에 근접하였다. 그리고, 철근부식 억제제인 트리에탄올아민 5중량% 이상부터 철근 부식억제 효과가 거의 비슷한 것으로 나타났다. 이상과 같이 본 발명의 성능개선제를 철근부식이 우려된 철근 콘크리트 표면에 도포하게 되면, 철근부식 억제에 효과가 뛰어남을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 표면처리형 성능개선제를 염해 및 중성화에 의해 성능이 저하되고 있는 콘크리트 구조물의 표면에 도포하여 침투시킬 경우, 콘크리트 내부의 염화물 이온을 고정화시키고, 활성상태에 있는 철근의 부식활동을 억제함은 물론, 저하된 콘크리트의 pH를 향상시키고 콘크리트의 구체를 강화하여 구조물의 성능을 향상시키는 효과를 가진다.

Claims (16)

  1. 주원료인 규산나트륨 15중량%∼70중량%와, 촉매제인 생화학물질 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 포함하여 이루어진 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 규산나트륨이 Na2O·3SiO2과 Na2O·4SiO2중 선택된 하나로 이루어진 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생화학물질이 알긴산나트륨과 우유에서 추출한 유지성분이 15중량%이하인 카제인중 선택된 하나로 이루어진 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물의 점도를 강하시키기 위하여 3.0중량%이하의 계면활성제가 더 혼합된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계면활성제가 C5H8SO2LiF(C2F4)3∼8또는 (C2H4O)nHF(C2F4)3∼8중 선택된 하나인 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에 7.0중량%이하의 철근부식 억제제가 더 혼합된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 철근부식 억제제가 트리에탄올아민인 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물이 pH13∼14를 유지할 수 있도록 7.0중량%이하의 알칼리 성능향상제가 더 혼합된 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 알칼리 성능향상제가 수산화나트륨 또는 수산화칼슘중 선택된 하나로 이루어진 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물.
  10. Na2O·3SiO2또는 Na2O·4SiO2중 선택된 규산나트륨 15중량%∼70중량%에 알긴산나트륨과 카제인중 선택된 하나의 0.05중량%∼5.0중량%와, 증류수 25중량%∼84.05중량%를 교반하여 혼합한 혼합물을 70 ∼ 100℃로 가열하여 유지시키는 제1단계; 및
    상기 혼합물이 균등하게 혼합되도록 아세트산을 1∼5시간 간격으로 한방울씩 적가반응시키는 제2 단계
    를 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 단계의 가열이 1∼2시간동안 행해지는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 단계의 적가반응은 5∼50방울씩 행하는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 단계의 반응시간은 1∼2일간 행하는 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  14. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    제2 단계 수행후 혼합물의 점도를 강하시키기 위하여 3중량%이하의 불소계 계면활성제를 혼합하여 균등하게 분산시키는 제3 단계를 더 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    제2 단계 수행후, 철근 부식억제제인 7.0중량%이하의 트리에탄올아민을 첨가하는 제4 단계를 더 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
  16. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 단계 수행후, NaOH 또는 Ca(OH)2중 하나의 주성분으로 이루어진 알칼리부여제 7.0중량%이하를 더 혼합하여 상기 혼합물이 pH13∼14를 유지할 수 있도록 하는 제5 단계를 더 포함하는 철근 콘크리트 구조물의 표면처리형 성능 개선제용 조성물의 제조방법.
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