KR100551469B1

KR100551469B1 - 높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법

Info

Publication number: KR100551469B1
Application number: KR1020020028560A
Authority: KR
Inventors: 이승헌; 박정수
Original assignee: (주) 금영
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2006-02-14
Also published as: KR20030091125A

Abstract

본 발명은 외부 환경에 따라 중화되어 노후된 콘크리트 구조물을 알카리 성분으로 복구시키고, 높은 침투 특성과 압축강도 특성이 향상된 콘크리트 기능 개선제를 제조하는 방법을 개시하였다.

본 발명에 의한 제조되는 콘크리트 기능 개선제는 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염(Dialkyl sulfosuccininate lithium salt: DASL)이 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액에 혼합된 액상 형태이다.

콘크리트, 알카리화, 중성화, 썰포썩시네이트 리튬염, 리튬염 수용액.

Description

높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법 {Method for producing a concrete function improving material having a high penetration characteristics}

도 1 은 본 발명에 의한 콘크리트 기능 개선제에 첨가되는 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염의 화학 구조도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 콘크리트 기능 개선제를 노화된 콘크리트에 적용하여 어느 정도로 알카리성이 복구되는지를 알아보기 위해 수행한 실험의 결과 사진으로서, (a)는 본 발명에 의한 기능개선제를 도포하지 않은 시편이고 (b)는 도포한 시편이다.

본 발명은 높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 콘크리트 노화의 원인으로서 콘크리트의 중성화, 해사 및 해염 입자에 의한 염해를 들 수 있다. 특히, 콘크리트의 중성화는 시간이 경과함에 따라 증가하는 대표적인 성능저하 기구로서, 타설 직후 콘크리트의 pH값은 12 내지 13의 강알카리성을 나타내게 되지만, 대기중의 탄산가스의 침투, 산성비 등에 의해 pH값 8.5 내지 10 정도로 알카리성을 소실하게 된다.

이러한 중성화는 콘크리트의 표면으로부터 서서히 진행하여 철근에 도달하게 되면 철근의 부동태 피막이 파괴되어 철근의 부식이 진행되며, 철근의 발청에 의한 주위 피복 콘크리트의 균열, 박리 및 철근 내력의 한계도달 등과 같은 내구성 저하를 초래하게 된다.

그러나 최근 들어 중성화 메커니즘에 관한 연구와 더불어 중성화된 구조물의 보수, 보강 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이미 외국에서는 약품 도포 및 전기 화학적 방법을 이용하여 재 알카리화, 탈염 및 전기방식 등과 같은 공법이 사용되고 있다.

노후(중성화) 콘크리트의 성능개선과 표면강도 증대를 위하여 현재까지 규산염(규산 소다), 규불화염(규불화 마그네슘), 변성 실리콘 오일과 수지 등과 같은 콘크리트 기능 개선제를 사용하고 있다. 기존의 콘크리트 기능 개선제도 콘크리트 성능 개선에는 효과는 있으나, 콘크리트 구조체 내부로의 침투 정도가 문제로 되었다. 즉, 콘크리트 내부로 깊숙히 침투해야 실질적으로 장기적인 효능을 유지하는데, 실제 이들 종래 기능 개선제들은 콘크리트 구조체 표면으로부터 1 내지 2mm 정도만 침투하는데 그쳤다.

이에 따라 본 발명에서는 콘크리트 개선 기능이 우수한 기능 개선제로서 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액을 개발함과 동시에, 침투 특성이 더욱 향상된 콘크리트 기능 개선제를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 제시하는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

즉, 공업용 규산나트륨을 물과 1:1의 비율로 혼합한 후 pH값이 10.3 내지 10.6 이 되도록 희석하여 희석 용액을 준비하는 단계와,

상기 희석 용액을 자기 교반기(Magnetic Stirrer)로 교반하면서 95% 순도의 황산을 첨가하여 pH 값을 6.5 내지 7.5 가 되도록 중화 반응을 시켜 Na₂SO₄ 와 무정형의 SiO₂를 석출하는 단계와,

상기 중화 반응된 용액으로부터 가용성 물질인 Na₂SO₄가 제거된 SiO₂를 추출하기 위해 상기 중화 반응된 용액에 증류수를 2배 이상 가해 가용성 성분 물질인 Na₂SO₄ 를 물에 용해시키고, 상기 용해 용액을 유리 필터(glass filter:3G-4)와 흡입장치(aspirator)를 투과시켜 무정형의 SiO₂ 를 걸러낸 후 SiO₂ 의 표면에 묻어 있 는 Na₂SO₄ 를 제거하기 위하여 걸러낸 SiO₂ 를 증류수로 5회 이상 세척하여 다시 걸러내는 단계와,

반응용기, 가열 및 온도조절장치, 교반장치, 용액 증발을 방지할 수 있는 냉각기 등으로 구성된 반응 장치내에 상기 세척후 걸러진 무정형의 SiO₂와, 증류수와, 65% 순도의 수산화리튬(LiOH)을 1: 13: 0.16 의 중량비로 첨가한 후 50℃ 내지 70℃에서 30분간 반응시켜 11.3 ± 0.3 pH값을 갖는 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액을 제조하는 단계 및

상기 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액에 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염(Dialkyl sulfosuccininate lithium salt: DASL)을 5 내지 20 wt.%로 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염은 2-ethyl hexyl 또는 2-butyl octyl 또는 2-propyl heptyl 썰포썩시네이트 리튬염 중 하나인 것이 가능하다.

또한, 더욱 바람직하게는 리튬염 수용액에 혼합되는 디알킬 썰포썩시네이트는 10 wt.%로 혼합한다.

본 발명에 의해 제조되는 리튬염(Li₂O·nSiO₂)의 특성은 다음과 같다.

외관 : 무색투명액체

고형분 : 2.1±0.2%

pH : 11.3±0.3

비중 : 1.03±0.2

본 발명에 의해 제조된 리튬염 수용액내 리튬염을 확인하기 위하여, 110℃에서 건조하여 수분을 제거시켰다. 건조 후, 흰색 분말에 대해 엑스 레이 회절기(X-ray diffractometer)를 이용하여 분말 X선 회절분석을 시행하였다. 시험 결과, 전 형적인 유리질 형태의 하로(halo)가 나타나 유리질이라는 것이 판명되었다. 또한, 재결정화 온도를 결정하기 위하여 열분석(DTA-TG)을 하였으며, 이 결과 700℃ 에서 발열 피크가 보여졌다. 즉 700℃ 부근에서 재결정화가 일어났으므로 800℃로 3시간 가열하여 재결정화시킨 후 X선회절분석을 한 결과 대부분이 Li₂O·SiO₂ 와 Li₂O·2SiO₂로 판명되었다.

본 발명을 달성하기 위해 실제 사용된 반응 장치내 반응 용기는 3구 둥근 플라스크를 사용했으며, 여기에 온도계와 온도센서, 리비히 냉각기를 부착하였다. 가열은 히팅 맨틀(heating mantle)을 사용하였고, 교반장치는 자석 바(bar)를 이용한 자석식으로 교반하였다. 냉각기로는 증류수가 증발되어 반응수가 감소되는 것을 방지하기 위해 리비히 냉각기를 사용하였다.

다음으로, 시중의 규산염(규산 소다), 규불화염(규불화 마그네슘)과 본 발명에 의한 리튬염 수용액의 특성을 비교하기 위해 압축강도 시험을 하였고, 또한 채취된 10년 이상 경과된 콘크리트 구조물 시편의 균열이 없는 면에 붓을 이용하여 0.3kg/㎡으로 고르게 도포하고, 7일동안 실내에 방치한 후 침투 깊이를 시험하였 다. 또한 알카리화 정도를 비교하기 위해서는 탈지면에 증류수를 함유시킨 후 콘크리트 구조물 표면에 붙여서 5분간 방치시켰다. 그리고 탈지면을 떼어내고 pH 미터의 전극에 탈지면을 접촉시켜 pH를 측정하였다. 이때, 시험하기전의 콘크리트 표면의 pH는 8.0±0.3이었다. 측정결과는 표 1과 같다.

품 명	알카리화 정도(pH)	침투 깊이(mm)
종래의 규산염 수용액	10.7 ± 0.2	0.8 - 1.5
종래의 규불화염 수용액	10.6 ± 0.2	0.3 - 0.5
본 발명에 의한 수용액	11.1 ± 0.2	3.0 - 4.0

측정 결과, 본 발명에 의한 리튬염 수용액의 침투 깊이가 종래 제품에 비해 양호한 특성을 보였지만 실제 건축현장에 적용할 정도의 만족할만한 수치에는 도달하지 못했다. 이에 따라 침투 깊이를 개선하기 위한 추가 실험에 착수한 결과, 도 1 에 예시된 것과 같은 화학식 구조를 갖는 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염(Dialkyl sulfosuccininate lithium salt: DASL)을 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액에 혼합하게 되면 침투성이 획기적으로 향상된다는 결과를 얻었다.

모든 실험조건을 동일하게 한 경우, DASL 을 첨가한 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 침투 깊이 차이를 표 2 에 나타내었다.

품 목	침투 깊이 (mm)
본 발명에 의한 리튬염 수용액	3.0 - 4.0
본 발명에 의한 리튬염 수용액 + 10% DASL	4.5 - 6.0

다음으로, 본 발명에 의해 제조된 리튬염 수용액에 DASL 10 wt.% 를 첨가했을 때와 첨가하지 않았을 때의 압축강도 특성 비교를 위해 다음과 같이 실험을 하였다.

즉, 포틀랜드 시멘트와 주문진산 표준사를 1: 2.45의 무게비로 하여 믹서로 혼합한 후, 50.8mm³ 입방체 몰드를 이용하여 압축강도 시편을 만들었다. 상기 시편을 습도가 30%인 습기함에서 2개월간 양생시킨 후, 양생시킨 시료를 다시 2주간 기건 상태에서 방치하여, 본 발명의 콘크리트 기능 개선제 수용액을 시험 도포할 최종 콘크리트 시료를 제조하였다.

상기와 같이 만들어진 시료에 본 발명에 의한 리튬염 수용액을 붓을 이용하여 0.3㎏/㎡ 의 압력으로 고르게 도포한 경우와, 같은 방법으로 상기 수용액에 DASL 10wt.%를 첨가한 수용액을 도포한 경우의 각각의 시료의 압축강도를 측정하였다. 압축강도는 3개의 시료에 대한 측정값의 평균을 구했다.

측정 결과는 표 3에 예시한 바와 같이 본 발명에 의한 리튬염 수용액에 DASL을 10wt.% 첨가한 용액을 콘크리트 시료에 도포한 경우, 그 시료의 압축강도가 43㎏/㎠ 증가되었다.

본 발명에 의한 리튬염 수용액	본 발명에 의한 리튬염 수용액 + 10% DASL
압축 강도 308.4 kg/cmm³	압축 강도 351.4 kg/cmm³

다음으로, 중성화된 콘크리트 구조물에 본 발명에 의한 콘크리트 기능 개선제를 적용하면 어느 정도로 알카리성이 복구되는지를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 하였다. 즉, 10여년 이상 경과한 구조물로 부터 콘크리트 시편을 채취한 후, 채취한 시편을 반으로 절단하여 두 조각으로 만들고, 한쪽 시편에는 본 발명에 의한 (리튬염 수용액 + DASL 10 wt.% 첨가)액을 도포하여 기건 상태에서 24시간 방치하였다. 그리고 페놀푸타레인 1% 용액을 양쪽 시료에 분무하여 24시간 방치한 후, 색상을 관찰하였다. 그 결과, 도 2 에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 기능 개선제를 도포하지 않은 시편(a)은 색상이 변화하지 않았다. 이것은 시편의 pH가 10이하라는 것을 의미하는 것으로 중성화가 상당히 진행된 것으로 판정할 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 기능 개선제를 도포한 시료는 중성화로부터 기능이 회복되어(즉, 알카리성이 복구되어) 보라색을 띄는 것이 확인되었다.
이처럼 본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의한 콘크리트 기능 개선제를 통해 중화로 인해 노화된 콘크리트 구조물을 알카리 성분으로 복구시킴으로서 콘크리트 구조물의 수명 연장 및 안전도 확보에 획기적 기여가 가능하다. 침투 특성이 대폭 향상된 본 발명에 의한 콘크리트 기능 개선제는 압축 강도 등 부수적 콘크리트 기능을 개선시키는 효과가 있다.

Claims

높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제를 제조하는 방법에 있어서,

공업용 규산나트륨을 물과 1:1의 비율로 혼합한 후 pH값이 10.3 내지 10.6 이 되도록 희석하여 희석 용액을 준비하는 단계;

상기 희석 용액을 자기 교반기(Magnetic Stirrer)로 교반하면서 95% 순도의 황산을 첨가하여 pH 값을 6.5 내지 7.5 가 되도록 중화 반응을 시켜 Na₂SO₄ 와 무정형의 SiO₂를 석출하는 단계;

상기 중화 반응된 용액으로부터 가용성 물질인 Na₂SO₄가 제거된 SiO₂를 추출하기 위해 상기 중화 반응된 용액에 증류수를 2배 이상 가해 가용성 성분 물질인 Na₂SO₄ 를 물에 용해시키고, 상기 용해 용액을 유리 필터(glass filter:3G-4)와 흡입장치(aspirator)를 투과시켜 무정형의 SiO₂ 를 걸러낸 후 SiO₂ 의 표면에 묻어 있는 Na₂SO₄ 를 제거하기 위하여 걸러낸 SiO₂ 를 증류수로 5회 이상 세척하여 다시 걸러내는 단계;

반응용기, 가열 및 온도조절장치, 교반장치, 용액 증발을 방지할 수 있는 냉각기 등으로 구성된 반응 장치내에 상기 세척후 걸러진 무정형의 SiO₂와, 증류수와, 65% 순도의 수산화리튬(LiOH)을 1: 13: 0.16 의 중량비로 첨가한 후 50℃ 내지 70℃에서 30분간 반응시켜 11.3 ± 0.3 pH값을 갖는 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액을 제조하는 단계; 및

상기 리튬염(Li₂O·nSiO₂) 수용액에 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염(Dialkyl sulfosuccininate lithium salt: DASL)을 5 내지 20 wt.%로 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염은 2-ethyl hexyl 또는 2-butyl octyl 또는 2-propyl heptyl 썰포썩시네이트 리튬염 중 하나인 것을 특징으로 하는, 높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항중 한 항에 있어서, 상기 디알킬 썰포썩시네이트 리튬염 10 wt.%를 리튬염 수용액에 혼합하는 것을 특징으로 하는, 높은 침투 특성을 갖는 콘크리트 기능 개선제의 제조 방법.