KR100841067B1 - 액상형 구체 방수재 - Google Patents

Abstract

방수 성능이 뛰어나고 공사 시간과 비용을 절감할 수 있는 액상형 구체 방수재 조성물 및 상기 조성물의 제조방법이 제시되어 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 올레인산, 실리카, 암모니아수, 유동화제 및 물을 배합하여 제조되는 액상형 구체 방수재 조성물을 제공한다.

올레인산, 실리카, 구체 방수재

Description

액상형 구체 방수재 {Liquid composition for water-proof in concrete}

본 발명은 콘크리트 방수, 방식, 내염, 중성화 방지용으로 사용되는 액상형 구체 방수재 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 50 여년의 내구연한을 가진 것으로 알려져 있으나, 물리적, 화학적인 환경조건에 의한 열화 현상으로 대대적인 보수나 재시공이 불가피하여 경제적으로 막대한 손실을 초래하고 있다.

방수란 콘크리트 구조물에 물이 통과하거나 스며들지 못하게 차단하는 것을 말한다. 그런데, 이와 같은 콘크리트 구조물에 대한 방수 성능의 결함으로, 누수되는 경우에는 압축 강도나 동결융해 저항성, 화학적 침식에 대한 저항성 등이 저하되어 구조물의 수명을 단축시킴과 동시에 건축물의 미관 손상과 생활 공간으로서의 거주성도 크게 저하시켜 경제적으로 큰 손실을 가져온다.

누수를 해결하기 위한 방수공법으로 사용 재료나 시공방법에 따라 여러 가지 공법이 있으며 최근에는 구체 방수공법의 개발에 관한 연구가 지속적으로 이루어지 고 있다. 구체 방수공법이란 콘크리트 자체의 투수성 및 흡수성을 현저하게 감소시켜 구조체 자체에 방수성을 부여함으로써 구조물 전체를 방수화하는 공법으로 레미콘이나 몰타르 제조시 구체 방수재를 혼입하여 사용하기 때문에 별도의 방수 작업이 필요 없어 경제적일 뿐만 아니라 내구성과 내식성이 향상되고 결함을 자체 치유하는 작용이 있다.

구체적으로, 콘크리트 구체의 방수, 방식의 개념은 다음과 같다.

콘크리트는 시멘트 (포트란트 시멘트), 골재 및 물과 혼합되어 수화물을 생성하는데, 그 화학반응식은 다음과 같다.

3CaOSiO₂ (C₃S)

2CaOSiO₂ (C₂S) C-S-H (CaO, SiO₂, NH₂O)

CaSO₂H₂O (석고) + H₂O → Ca(OH)₂

3CaAl₂O (C₃A) 3CaOAl₂O₃CaSO₄32H₂O

4CaOAl₂O₃Fe₂O₃ (C₄AF) 3CaOAl₂O₃CaSO₄12H₂O

수화생성물은 크게 네 가지 종류로 구성되어 있는데, C-S-H (CaO, SiO₂, NH₂O)는 1 μm 이하의 망상 또는 섬유상의 치밀 조직(밤송이 모양)으로 이루어져 있으며, 콘크리트 구성물 중 가장 안정된 조직이다. 3CaOAl₂O₃CaSO₄32H₂O와 3CaOAl₂O₃CaSO₄12H₂O 는 수 μm 이하의 침상 또는 육각판상의 적층 구조로 이루어져 있으며 이들은 거대한 물분자의 결합수를 취하여 크게 팽창한다. 이런 팽창에 의하여 콘크리트는 열화하게 되고, 크랙이 발생하며 심하면 붕괴에 이른다. Ca(OH)₂ 는 수십 μm의 육각판상으로서 층상으로 쌓여 잔존하고 있다. 이것이 수중이나 대기 중의 탄산가스 (CO₂)와 반응을 일으켜 이루어지는 중성화가 곧 열화의 원인이 되고 H₂SO₄과 반응해서 3CaOAl₂O₃CaSO₄32H₂O를 생성하면서 결합수를 취하여 크게 팽창한다. 즉, 수산화칼슘은 크랙의 원인을 제공하거나 크랙의 확장을 크게 촉진시켜 강도 저하 및 조직 열화에 결정적인 역할을 하게 된다. 결국 시멘트 경화체의 강도 증진 및 조직 치밀화에 의한 내구성 향상을 위해서는 수산화칼슘 결정체를 없애주는 것이 좋은 방법이다.

종래의 분말형 콘크리트 구체 방수재는 콘크리트에 혼입시 혼합의 어려움이 있으며, 비산 먼지의 발생으로 환경오염에 대한 우려가 있었다. 또한, 액상형 구체 방수재로 개발되어 온 것은 불필요한 부가 성분이 많고 제조방법이 복잡하다는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 방수 성능이 뛰어나며 시간과 비용을 절감할 수 있는 액상형 구체 방수재 조성물 및 상기 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 측면에 따르면, 올레인산 15 내지 25 중량%, 실리카 1 내지 10 중량%, 암모니아수 1 내지 5 중량%, 유동화제 1 내지 5 중량% 및 물을 포함하는 구체 방수재 조성물을 제시할 수 있다.

본 발명에서 상기 올레인산은 방수재 총 중량의 15 내지 25 중량%로 포함된다. 이는 상기 올레인산이 방수 효과를 발휘하기 위해서는 총 중량의 최소 15 중량%를 함유해야 하지만, 25 중량%를 초과하는 경우에는 콘크리트의 강도를 약화시킬 수 있는 문제가 있기 때문이다.

콘크리트에 고급 지방산을 혼합하면, 시멘트의 수화반응에서 발생되는 수산화칼슘과 결합하여 발수성이 있는 고급지방산칼슘을 생성한다. 이들 고급 지방산염은 자체 발수성이 뛰어나 콘크리트 내의 모세관에 의한 수분 흡수를 감소시키게 된다.

본 발명의 또 다른 구성성분인 실리카는 시멘트 수화반응시 수산화칼슘과 반응, 규산칼슘으로 전환하여 미세한 콘크리트 구조를 형성하게 되는데, 보다 효과적으로 작용하기 위해서는 비정질 무정형 또는 초미립형의 실리카를 사용하는 것이 좋다. 상기 실리카를 혼합함으로써 온도변화에 따른 수축 팽창의 감소, 골재간의 결합력, 응집력 및 접착력을 향상시키며, 알칼리골재 반응 억제, 내수성 향상, 염 화물에 대한 내성 및 강도 증진의 효과도 발휘하게 된다. 또한 감수 작용에 의해 공극 내 수분을 최소화로 하고 입자 상호간 인력을 감소시키기 때문에 유동성 및 작업성을 향상시키 기도 한다.

본 발명에서 이용되는 실리카는 흄실리카, 실리카졸, 실리카 콜로이드, 실리카 슬러리, 제올라이트 실리카 및 플라이 애쉬로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재료를 선택할 수 있다. 이들의 주성분은 모두 SiO₂ 로 수산화칼슘 Ca(OH)₂ 와 반응하여 규산칼슘 C-S-H (CaO, SiO₂, NH₂O) 결합을 형성하게 된다. 이와 같은 다량의 규산칼슘 C-S-H 은 콘크리트의 공극에 조밀하게 충진되어 방수 효과 및 내화학성을 증진시켜 염화물의 침투억제 효과 및 철구조물에 대한 우수한 방청성을 발휘하게 된다. 특히 이들 중 흄 실리카는 90 내지 96%의 SiO₂ 함유량을 가지며 그 입자 크기가 0.1 내지 0.15μm 정도로 미세한 분말상이기 때문에 담배 연기와 같은 정도의 초미립 분말을 형성할 수 있어 더욱 효과적이다. 또한, 이것은 분말의 형태로 몰타르나 콘크리트에 혼입하여 콘크리트 경화 후 시멘트 입자 간 공극을 충진함과 동시에 장기간에 걸쳐 시멘트 수화 반응에 의해 생긴 수산화 칼슘을 포졸란 반응으로 고정시킴으로써 몰타르나 콘크리트를 밀실하게 하고 균열을 치유하기도 한다. 콘크리트 구조물용 방수재에 상기 실리카 성분이 많이 함유될수록 콘크리트의 압축 강도가 증가되는 장점이 있으나 이를 지나치게 많이 첨가할 경우 점도가 증가되는 문제점이 있기 때문에 총 중량의 1 내지 10 중량% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 구체 방수재에는 암모니아수 1 내지 5 중량%가 포함되는 것이 바람직한데 이것은 올레인산과 염을 형성하며 콘크리트 구체의 발수성에 기여하게 된다. 본 발명에서는 암모니아수를 이용하였으나, 수산화칼슘 또는 수산화칼륨을 이용하는 것도 가능하다. 암모니아수가 1 중량% 이하로 첨가될 경우에는 올레인산 염이 충분히 형성되지 않으며, 5 중량% 이상으로 첨가될 경우에는 여분의 암모니아로 인한 악취 문제가 있다.

유동화제는 구체 방수재 혼입시 몰타르나 콘크리트의 유동성 저하를 개선시킴으로써 콘크리트를 부어 넣을 경우 적은 다짐으로도 치밀하게 다짐된 구조물을 만들 어주는 역할을 한다. 주로 멜라민-포름알데히드 축합물을 주성분으로 하는 유동화제를 사용하는데 이러한 유동화제는 방수재 총 중량의 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 1 중량% 이하로 첨가될 경우에는 방수재의 충분한 유동성을 확보할 수 없는 문제가 있고, 5 중량% 이상으로 첨가되는 경우에는 경화가 어렵고 콘크리트의 강도 저하를 유발할 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 방수재의 구성성분들의 함량을 맞추기 위하여 물이 적절한 양으로 첨가될 수 있다. 본 발명은 상기 중량% 범위 내에서 구성성분의 수치를 변형하여 실시하는 것을 포함하며, 상기 범위는 경제성과 발명의 효과를 고려하여 가장 적절한 수치를 든 것이다.

본 발명자 등은 본 발명의 구체 방수재의 방수 성능을 분석하기 위하여, 본 발명의 구체 방수재가 혼입된 콘크리트 및 몰타르를 제조하여 압축강도비, 흡수비, 투수비 및 내염성을 측정하였다. 그 결과 본 발명의 구체 방수재를 사용하여 콘크 리트를 제조할 경우 방수 성능이 향상되며 특히, 시멘트 함량에 대하여 0.9 내지 0.95% 사용할 경우, 그 성능이 크게 향상됨을 알 수 있었다 (표 2 참조). 또한, 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구체 방수재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우 콘크리트의 강도가 크게 향상되며 구체방수재의 혼입이 없는 대조군에 대하여 콘크리트의 압축 강도비가 15 내지 20% 증가함을 확인하였다. 아울러, 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성물은 염화 이온의 침투를 크게 억제하는 것으로 나타났다.

아울러, 본 발명의 구체 방수재는 종래의 구체 방수재에 비해 콘크리트 혼합이 용이하고, 먼지의 발생이 적으며, 구성 성분이 간단하여 생산단가를 낮출 수 있는 이점을 갖는다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

i) 올레인산에 물을 첨가하여 교반하는 단계;

ii) 단계 i)의 반응물에 실리카 및 물을 첨가 후 30 분 내지 90 분간 교반하는 단계;

iii) 단계 ii)의 반응물을 50 내지 60℃ 로 가열하여 교반하는 단계;

iv) 단계 iii)의 반응물에 암모니아수 및 물을 첨가하여 3 내지 5 시간 반응시키는 단계;

v) 단계 iv)의 반응물에 유동화제를 첨가하는 단계를 포함하는, 액상형 구체 방수재 조성물의 제조방법을 제시할 수 있다.

상기 올레인산은 방수재 총 중량의 15 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 올레인산 20 kg에 물 20 kg을 첨가하여 회전속도 120 rpm으로 교반하여 약 30 분간 유화시켜 주었다.

이어, 상기 유화된 반응물에 실리카 및 물을 첨가하여 교반하게 되는데, 상기 실리카는 흄실리카, 실리카졸, 실리카 콜로이드, 실리카 슬러리, 제올라이트 실리카 및 플라이 애쉬로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 단계 i)의 유화된 반응물에 실리카 흄 5 kg과 물 10 kg을 첨가하고 60 분간 반응시켰다. 30 분 이하로 교반하는 경우에는 반응이 충분히 진행되지 않아 이후의 공정에서 수율이 문제될 수 있으며 90 분 이상 교반하는 경우에는 반응물의 겔화가 일어나는 문제점이 있다.

이어, 반응물을 서서히 가열하여 50 내지 60℃로 유지하고 70 내지 150 rpm으로 충분히 교반시켜 준 후 암모니아수와 물을 천천히 투입한다. 상기 단계에서는 올레인산과 암모니아수가 반응하여 올레인산 암모늄 염을 형성하는 단계로, 3시간 이하로 반응시키는 경우에는 암모니아 특유의 불쾌한 취기가 남아 있으며 4 시간 부근에서 은은한 향이 생성된다. 5시간 이상은 수율에 비해 과도한 시간이다. 상기 반응물을 30℃ 이하로 낮춰준 후 유동화제를 투입하여 교반하여 본 발명의 조성물을 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 시험예를 들어 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 구체 방수재 조성물의 제조

올레인산 20 kg에 물 20 kg을 첨가하여 회전속도 120 rpm으로 교반하여 약 30 분간 유화시켜 준 후 상기 유화된 반응물에 실리카 흄 5 kg과 물 10 kg을 첨가하였다. 이것을 60 분간 교반한 후 서서히 가열하여 50 내지 60℃로 유지하고 90 rpm으로 교반하였다. 여기에 암모니아수 3 kg과 물 40 kg을 1시간에 걸쳐 서서히 투입하고 4 시간 동안 반응시킨 뒤 반응물을 30℃ 이하로 낮춰준 후 유동화제 2 kg을 투입하여 교반하였다. 약 1시간 후 점성이 있는 회백색의 용액이 얻어졌으며 이것을 18 kg씩 비닐 용기에 포장하였다.

<시험예 1> 구체 방수재의 방수 성능 분석

<1-1> 시험 콘크리트의 제조

실시예 1을 통해 제조한 본 발명의 구체 방수재의 방수 성능을 분석하기 위하여 표 1과 같이 재료를 배합하여 본 발명의 구체 방수재가 혼입된 콘크리트를 제조하였다.

표준배합비(kg/m³)

구분	시멘트	잔 골재	굵은 골재	물	AE제	구체방수재
대조군	325	754	1.044	172	C x 0.5%	-
시험콘크리트 1	325	754	1.044	172	C x 0.5%	C x 0.5%
시험콘크리트 2	325	754	1.044	172	C x 0.5%	C x 0.7%
시험콘크리트 3	325	754	1.044	172	C x 0.5%	C x 0.8%
시험콘크리트 4	325	754	1.044	172	C x 0.5%	C x 0.9%
시험콘크리트 5	325	754	1.044	172	C x 0.5%	C x 0.95%

* C: 시멘트 함량

<1-2> 흡수비 및 투수비 측정

KS F 4926에 따라 본 발명의 구체 방수재가 혼입된 콘크리트의 흡수비 및 물 투수비를 구하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

(시험방법: KS F 4926)

구분	흡수비	투수비
대조군	0.7 이하	0.7 이하
시험콘크리트 1	0.45	0.46
시험콘크리트 2	0.44	0.46
시험콘크리트 3	0.41	0.44
시험콘크리트 4	0.38	0.38
시험콘크리트 5	0.36	0.37

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구체 방수재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우 방수 성능이 향상되며 특히, 시멘트 함량에 대하여 0.9 내지 0.95% 사용할 경우, 그 성능이 크게 향상됨을 알 수 있었다.

<1-3> 압축강도비 측정

압축 강도 시험은 KS F 2405에 따라 7, 8일의 재령으로 실시하였다. 시험체는 KS F 2403에 따라 제작하고, 성형 후 온도 20±3℃ 습도 (60±6)%의 실온에서 24시간 양생한 후에 탈형하였다. 그 후 온도 20±2℃의 수중에서 강도 시험을 할 때까지 양생한다. 시험체의 수는 각 재령별 5개로 하고, 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균을 가지고, 다음의 식에 따라 압축강도비를 구하였다.

압축강도비 = 시험 콘크리트의 강도 (N/mm²)/기준 콘크리트의 강도 (N/mm²)

그 결과를 표 3에 나타내었다.

(시험방법: KS F 2405)

구분	압축강도비
대조군	7일: 1 28일: 1
시험콘크리트 1	7일: 1.02 28일: 1.08
시험콘크리트 2	7일: 1.02 28일: 1.09
시험콘크리트 3	7일: 1.035 28일: 1.10
시험콘크리트 4	7일: 1.05 28일: 1.19
시험콘크리트 5	7일: 1.06 28일: 1.21

표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구체 방수재를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우 콘크리트의 강도가 크게 향상됨을 알 수 있었다. 구체적으로, 본 발명의 구체 방수재를 콘크리트에 혼입할 경우, 구체방수재의 혼입이 없는 대조군에 비하여 콘크리트의 압축 강도비가 15 내지 20% 증가함을 확인하였다.

<시험예 2> 염화이온 침투저항성 측정 (KS F 4926)

<2-1> 시험용 모르타르 제조

실시예 1을 통해 제조한 본 발명의 구체 방수재의 방식 성능을 분석하기 위하여 KS L 5109에 따라 시험체 모르타르를 제조하였다. 각 시험체 모르타르는 본 발명의 구체방수재를 각 0.8 중량%, 0.9 중량% 및 0.95 중량% 함유하고 있다.

<2-2> 염소이온 침투 깊이 측정

각 시험체 모르타르를 2.5% 염화나트륨 수용액에 7일간 침적하였다. 그 후 24 시간 상온에서 건조하여 시험체를 2분할 하고 2분할한 시험체 단면에 0.1N 질산은 수용액을 분무하고 연속하여 1% 우라닌 수용액을 분무하여 3개소의 발색 부분의 깊이를 측정하였다. 3개의 시험체에 대하여 각각 발색 부분의 깊이를 측정하여 얻어지는 9개 측정값의 평균치를 구하여 염화이온 침투 깊이로 하였다 (표 4).

(시험방법: KS F 4926)

	염화이온 침투 깊이(mm)
시험모르타르 1 (구체방수재 0.8 중량% 함유)	0.16
시험모르타르 2 (구체방수재 0.9 중량% 함유)	0.13
시험모르타르 3 (구체방수재 0.95 중량% 함유)	0.12
대조군 (무처리)	3.0

표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구체 방수재 조성물은 염화이온의 침투를 크게 억제하므로 콘크리트의 내염, 중성화 방지에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 액상형 구체 방수재 조성물은 구성성분이 간단하면서도 방수성 및 내염성이 뛰어나다는 특징이 있다. 뿐만 아니라 제조가 간단하며 공사 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다. 따라서, 본 발명의 콘크리트 구체 방수재 조성물은 콘크리트 구조물, 토목 구조물, 해양 구조물, 오폐수 처리장, 상수도 시설, 철도, 교량 등의 방수, 방식, 내염 또는 중성화 방지용으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. i) 액상형 구체 방수재 총 중량의 15 내지 25 중량%의 올레인산에 물을 첨가하여 교반하여 액상 올레인산을 형성하는 단계;

   ii) 단계 i)의 반응물에 액상형 구체 방수재 총 중량의 1 내지 10 중량%의 흄실리카 및 물을 첨가한 후 30 분 내지 90 분간 교반하는 단계;

   iii) 단계 ii)의 반응물을 50 내지 60 ℃로 가열하여 교반하는 단계;

   iv) 단계 iii)의 반응물에 액상형 구체 방수재 총 중량의 1내지 5 중량%의 암모니아수 및 물을 첨가하여 3 내지 5 시간 반응시키는 단계; 및

   v) 단계 iv)의 반응물에 액상형 구체 방수재 총 중량의 1 내지 5 중량%의 멜라민-포름알데히드 축합물로 이루어진 유동화제를 첨가하는 단계를 포함하는, 액상형 구체 방수재의 제조방법.