KR101029150B1 - 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 물 100 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 3∼20 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 5∼25 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.05∼5.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 포타슘퍼설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.01∼3.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 소디움바이설페이트 0.01∼3.0 중량부를 투입하여 40∼60℃에서 중합을 개시하는 초기 중합 단계와, 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 15∼45 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 35∼65 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 폴리옥시에틸렌알킬에테르계인 비이온계 유화제 0.5∼13.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.05∼5.0 중량부를 투입하여 40∼80℃에서 중합시키는 증식 중합 단계를 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 침투력이 우수하고 내수성, 내화학성, 내산성, 내구성, 내염성 및 강도가 우수한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 얻을 수가 있다.
Description
본 발명은 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법 및 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침투력이 우수하고, 내수성, 내화학성, 내산성, 내염성, 내구성 및 강도 등의 특성이 우수한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법 및 상기 폴리머 에멀젼 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물에 균열이 발생하면 방수 성능 저하, 철근 부식, 내구성 저하, 강도 저하 등으로 치명적인 결함을 초래할 수 있다. 콘크리트의 균열은 염해, 열화와 같은 외적 환경의 원인, 설계 하중, 소성 수축 또는 건조 수축과 같은 재료 특성, 배합 조건, 시공적인 요인 등의 여러 가지 요인에 의하여 많이 발생한다. 이와 같은 여러 가지 요인에 의해 콘크리트 구조물에 균열이 발생하게 되면 콘크리트 구조물은 하중을 견디지 못하고 붕괴될 수도 있다.
균열이 발생된 콘크리트 구조물에 대하여는 방수성, 내구성을 회복하기 위하여 또는 구조물의 안정성, 미관성 등을 고려하여 보수해야 할 필요성이 있다. 균열이 발생된 부분을 보수하기 위하여 일반적으로 주입 공법을 적용한 침투형 보수재를 사용한다.
표층 강화 및 보호 공법이란 콘크리트 자체의 투수성 및 흡수성을 현저하게 감소시켜 구조체 자체에 방수성을 부여함으로써 구조물 전체를 수밀화하는 공법으로, 콘크리트 포설 후나 경화 후에 표층 강화 및 보호를 위한 재료를 도포하기 때문에 별도의 방수 작업이 필요없어 경제적일 뿐만 아니라 내구성과 내식성이 향상되고 결함을 자체 치유하는 작용이 있다.
국내외적으로 많이 이용되고 있는 콘크리트 발수재는 콘크리트 구조물에 도포하여 발수성 물질이 콘크리트에 침투한 후 반응하여 발수력을 발생시켜 물의 침투를 차단하는 역할을 한다. 그러나, 일반적인 콘크리트 발수재를 사용될 때 지수 지하 구조물에서와 같이 수압이 크게 작용하는 경우에는 발수력의 한계를 보여 적용하기 어려울 뿐만 아니라 열 및 자외선 등에 의해 분해되므로 장기적인 성능 발현을 하지 못한다.
콘크리트 표면이 강한 친유성층을 형성하므로 기존의 콘크리트 발수재를 이용하여 콘크리트 표면에 2차적인 코팅을 할 경우 접착성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 기존의 콘크리트 발수재는 내수압이 약하며, 자외선에 노출될 경우 분해되는 단점이 있고, 내화학적 성능이 떨어져 황산과 염산 등에 노출될 경우 분해되어 그 기능을 발휘하지 못하는 등의 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 침투력이 우수하고, 내수성, 내화학성, 내산성, 내염성, 내구성 및 강도 등의 특성이 우수한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 침투력이 우수하고, 내수성, 내화학성, 내산성, 내염성, 내구성 및 강도 등의 특성이 우수하며, 친수성 및 소수성을 나타내는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물을 보수하는 공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 중합체 미셀을 형성하는 초기 중합 단계와 상기 초기 중합 단계에서 생성된 반응물을 중합시키는 증식 중합 단계를 거쳐 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하는 방법에 있어서, 물 100 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 3∼20 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 5∼25 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.05∼5.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 포타슘퍼설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.01∼3.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 소디움바이설페이트 0.01∼3.0 중량부를 투입하여 40∼60℃에서 중합을 개시하는 초기 중합 단계와, 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 15∼45 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 35∼65 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 폴리옥시에틸렌알킬에테르계인 비이온계 유화제 0.5∼13.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.05∼5.0 중량부를 투입하여 40∼80℃에서 중합시키는 증식 중합 단계를 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법을 제공한다.
중합되는 상기 부타디엔 단량체와 상기 스티렌 단량체의 중량비로서 부타디엔 단량체/스티렌 단량체의 비는 30∼50/50∼70 범위가 되게 조절하는 것이 바람직하다.
상기 증식 중합 단계에서, 상기 물 100 중량부에 대하여 아크릴산, 메타아크릴산, 에타아크릴산, 부타아크릴산, 이타콘산 및 푸마르산 중에서 선택된 1종 이상의 산 모노머 0.1∼7.0 중량부를 더 투입하여 증식 중합할 수 있다.
상기 증식 중합 단계에서, 상기 물 100 중량부에 대하여 소포제 0.05∼3.0 중량부를 더 투입하여 증식 중합하며, 상기 소포제는 지방산아마이드, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스테르, 지방산의 금속석검, 톨유, 실리콘계, 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane)계 및 광물유계 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용할 수 있다.
상기 증식 중합 단계에서, 전환율 40∼50%에서 60∼65℃, 전환율 60∼70%에서 65∼70℃, 전환율 80∼90%에서 70∼80℃로 승온하는 것이 바람직하다.
상기 증식 중합 단계 후에, 표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하여 교반하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하는 것이 바람직하다.
상기 증식 중합 단계 후에, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 증식 중합 단계 후에, 그루콘산 나트륨, 주석산, 구연산, 인산염, 리그린슬폰산염 및 옥시카르본산염 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼4 중량부 투입하여 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, (a) 상기 방법으로 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하고, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하되, 상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 수득하는 단계와, (b) 보수를 원하는 콘크리트 구조물에 물을 살수하는 단계와, (c) 보수하려는 부분의 콘크리트 구조물에 상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포하는 단계 및 (d) 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포한 후에 보수하려는 부분의 콘크리트 구조물에 물을 살수하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공한다.
또한, 본 발명은, (a) 상기 방법으로 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하고, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하되, 상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 수득하는 단계와, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 콘크리트가 열화된 부위에 프라이머를 도포하는 단계와, 상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 혼입한 모르타르로 열화된 부위의 단면을 바르는 단계 및 상기 모르타르가 도포된 부위에 상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 공법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 콘크리트 구조물을 보수하는 경우 침투력이 우수하고 내수성, 내화학성, 내산성, 내구성, 내염성 및 강도 등의 특성이 우수한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 이용하여 교량 등의 노출 콘크리트 구조물 및 지수 지하 구조물을 보수하는 경우, 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물이 콘크리트 구조물에 깊숙이 침투되어 가수분해 및 포졸란 반응에 의하여 미세한 졸-겔화를 걸쳐 유리질화되어 미세한 공극을 채워준다. 따라서, 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 균열을 메꾸어 일체화되고, 철근 매입깊이까지 강도가 향상된 차단막을 형성하게 된다. 따라서, 수분의 차단효과와 더불어 염화물 또는 이산화탄소에 의한 중성화, 내수성, 내후성 및 내동결융해성이 우수한 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리머 에멀젼 조성물의 제조 공정은 초기중합 단계와 증식 중합단계를 포함한다.
초기중합 단계에서는 중합체 미셀을 형성하기 위하여 용매, 부타디엔 단량체, 스티렌 단량체, 유화제인 도데실설페이트, 포타슘퍼설페이트, 터셔리도데실머캅탄 및 소디움바이설페이트를 투입하여 초기 중합시킨다. 초기 중합 단계에 의해 중합체 미셀의 초기 입자경은 800∼1,200Å 정도를 이룬다.
보다 구체적으로 초기 중합 단계에서는 물 100 중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 부타디엔 단량체 3∼20 중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 스티렌 단량체 5∼25 중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 도데실설페이트 0.05∼5.0 중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 포타슘퍼설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.01∼3.0 중량부 및 상기 물 100중량부에 대하여 소디움바이설페이트 0.01∼3.0 중량부를 투입하여 40∼60℃에서 중합시킨다.
상기 도데실설페이트는 초기 중합되어 생성되는 반응물을 안정화시키는 안정화제의 역할을 하며, 상기 물 100중량부에 대하여 0.05∼5.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 포타슘퍼설페이트는 부타디엔과 스티렌의 중합 반응을 개시하는 개시제 역할을 하며, 상기 물 100 중량부에 대하여 0.1∼3.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 터셔리도데실머캅탄은 초기 중합되어 생성되는 반응물의 분자량을 조절하는 연쇄이동제의 역할을 하며, 상기 물 100 중량부에 대하여 0.01∼3.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 소디움바이설페이트는 부타디엔과 스티렌의 중합 반응을 개시하는 포타슘퍼설페이트를 보조하는 역할을 하며, 상기 물 100 중량부에 대하여 0.01∼3.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
초기 중합을 통해 중합체 미셀을 형성시킨 다음, 초기 중합 단계에서 생성된 반응물에 부타디엔 단량체, 스티렌 단량체, 도데실설페이트, 비이온계 유화제 및 터셔리도데실머캅탄을 투입하여 증식 중합한다.
구체적으로 증식 중합 단계를 살펴보면, 초기중합 단계에서 생성된 반응물에, 초기 중합 단계에서 첨가된 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 15∼45 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 35∼65 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 유화제로 도데실설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 폴리옥시에틸렌알킬에테르계인 비이온계 유화제 0.05∼13.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.05∼5.0 중량부를 투입하여 40∼80℃에서 중합한다.
상기 증식 중합 단계에서 산 모노머를 더 첨가할 수 있는데, 상기 산 모노머는 상기 물 100중량부에 대하여 0.1∼7.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 산 모노머의 카르복실기는 부타디엔-스티렌 공중합체 입자 표면에 분포되어 시멘트 수화물의 Ca2 + 이온과 상호작용하므로 시멘트에 흡착되어 시멘트 입자 간의 인력을 방해하여 응결시간을 지연시키는 역할을 한다. 상기 산 모노머는 아크릴산, 메타아크릴산, 에타아크릴산, 부타아크릴산, 이타콘산 및 푸마르산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아크릴산, 메타아크릴산, 이타콘산 및 푸마르산 중에서 선택된 2종 이상의 산 모노머를 사용한다. 가장 바람직하게는 아크릴산 및 메타아크릴산이 중량비로 6:4∼9:1의 비율로 혼합된 혼합물을 사용한다. 상기 산 모노머는 전환율이 70% 이상인 때 투입하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 전환율이 80∼90% 인 때 투입하는 것이 좋다.
상기 증식 중합 단계에서 소포제를 더 첨가할 수 있는데, 상기 소포제는 상기 물 100중량부에 대하여 0.05∼3.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 소포제는 폴리머 에멀젼 조성물, 시멘트, 골재들의 분산 시 폴리머 에멀젼 조성물에 존재하는 유화제, 시멘트, 골재 입자들 사이에 존재하는 공극으로 인해 발생되는 과량의 공기량을 조절을 위하여 사용된다. 상기 소포제로는 고급지방산아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산저급알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스테르, 고급지방산의 금속석검, 톨유, 실리콘계, 디메틸실록산(dimethyl siloxane)계 및 광물유계 중에서 1종 내지 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘계, 폴리에틸렌글리콜, 광물유계, 디메틸실록산계가 사용되며, 더욱 바람직하게는 디메틸실록산계를 사용한다.
상기 증식 중합 단계에 사용되는 도데실설페이트는 입자경이 비대화되는 폴리머 에멀젼의 안정성 향상을 위해 첨가되며, 상기 물 100중량부에 대하여 0.1∼3.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 증식 중합 단계에 사용되는 비이온계 유화제는 폴리머 에멀젼 조성물의 저장안정성과 시멘트와의 혼화성을 개선하기 위하여 투입되며, 상기 물 100중량부에 대하여 0.5∼13.0 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 폴리머 에멀젼은 초기중합 단계에서 일정한 전환율이 진행되면 초기 중합 단계에서 생성된 반응물에 부타디엔 단량체, 스티렌 단량체, 도데실설페이트, 비이온계 유화제 및 터셔리도데실머캅탄을 연속적으로 투입하여 증식 중합 단계를 수행하며, 반응 온도는 초기 40∼60℃에서 개시하여 점차 승온하여 반응시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 초기 중합은 40∼60℃에서 개시하여 증식 중합시 전환율 40∼50%에서 60∼65℃, 전환율 60∼70%에서 65∼70℃, 전환율 80∼90%에서 70∼80℃로 승온한다. 상기 증식 중합 단계에 의해 폴리머 에멀젼의 입경은 1500∼2500 Å까지 비대화된다.
폴리머 에멀젼의 물성 향상을 위해서는 유화제 종류, 겔 함량, 입자경 및 부타디엔과 스티렌의 중량비가 중요한 영향을 미친다.
상기 기재한 바와 같이 본 발명에서 유화제로는 도데실설페이트와 폴리옥시에틸렌알킬에테르계의 비이온계 유화제를 사용하며, 상기 폴리옥시에틸렌알킬에테르계 비이온계 유화제로는 노닐페놀폴리에톡실레이트 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 제조된 폴리머 에멀젼 조성물의 겔 함량은 90% 이하로 하는 것이 바람직하며, 겔 함량 조절을 위하여 분자량 조절제인 터셔리도데실머캅탄을 사용하고 반응온도를 조절함으로써 적절한 겔 함량을 조절할 수 있다. 겔 함량은 폴리머 에멀젼 조성물의 필름 형성 시에 큰 영향을 주는데, 겔 함량이 높으면 접착력은 강하나 자체적인 응집에 의해서 분산성이 떨어지고, 겔 함량이 낮으면 콘크리트 구조물의 표층 강화 및 보호를 위해 사용되는 경우 시멘트에서 유동성 및 분산성이 양호하여 작업성은 개선되나 상대적으로 접착력이 약화된다.
중합에서 입자경의 크기를 조절하기 어려우므로 본 발명에서는 초기 중합단계에서는 800∼1,200Å 정도의 초기 입자경을 먼저 만들고, 이를 증식 중합단계에서 연속적으로 입자 간의 융착에 의해서 입경을 1,500∼2,500Å까지 비대화시킨다.
한편, 스티렌-부타디엔 공중합체를 형성하기 위해 부타디엔 단량체와 스티렌 단량체의 중량비(부타디엔 단량체/스티렌 단량체)는 30∼50/50∼70(부타디엔/스티렌)으로 조절하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 35/65(부타디엔 단량체/스티렌 단량체)로 조절하여 적절한 강도 및 접착력을 부여한다.
증식 중합 단계 후, 표면 발수성을 부여하기 위하여 디메틸실란과 같은 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하여 교반한다. 상기 수용성 실란 커플링제는 증식 중합 단계에서 얻어진 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 증식 중합 단계에서 얻어진 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하는 것이 바람직하다. 표면 발수성을 유지하기 위해서 첨가하는 수용성 실란 커플링제와 알콕시실란은 유기규소계 발수제로서, 수용성 실란 커플링제와 알콕시실란은 폴리머 에멀젼 조성물이 콘크리트 구체에 도포되면 공극 내부에서 경화하여 발수성을 부여함으로써 외부에서 침투하는 물을 차단하는 역할을 한다. 수용성 실란 커플링제와 알콕시실란이 폴리머 에멀젼 조성물에 첨가되어 콘크리트 표층 강화 및 보호를 위해 시공되면, 콘크리트와 모르타르 내부에 연속한 폴리머 필름을 형성하여 발수성을 가지고 있기 때문에 충전 효과와 발수 효과의 상승효과에 의해 발수성을 발휘한다. 이 경우에 유기규소계 발수제의 침투 깊이는 재료 자체에 의존하지만, 일반적으로 2∼20㎜ 정도이며 건조 정도에 의해서도 침투깊이가 다르게 나타난다.
또한, 폴리머 에멀젼에 알콕시실란을 처리하는 것에 의해, 실리카 입자가 부분적으로 소수화되어 친수 및 소수성의 특성을 발현하게 되며, 이에 의해 폴리머 에멀젼 조성물은 친수성 및 소수성을 갖게 된다. 콘크리트의 균열을 보수하기 위해 상기 폴리머 에멀젼 조성물을 처리하는 경우, 실리카 졸의 부분 소수 특성에 의해 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 지수 구조물에 우수한 방수 특성을 발현할 뿐만 아니라, 침투 처리시 콘크리트와의 급격한 반응을 억제하여 기존의 콘크리트 보수재에 비해 침투력이 크고 콘크리트 구조물과 일체화될 수 있다. 침투 깊이가 커지고 콘크리트 구조물과 일체화되어 효과적인 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공할 수 있다.
또한, 증식 중합 단계 후, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반할 수 있다. 상기 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 보수재로 사용할 경우 콘크리트 내부의 공극을 채워 균열을 방지하거나 시멘트의 수화물인 수산화칼슘과 반응하여 콘크리트의 강도 및 내구성을 증진시키기 위하여 알칼리 실리케이트를 첨가하여 소정 시간(예컨대, 1분∼24 시간) 동안 교반한다. 상기 교반은 100∼200rpm 정도의 속도로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 알칼리 실리케이트는 콘크리트의 보수재로 사용할 때 칼슘 이온과의 치환반응에 의해 불용성의 규산 칼슘(Calcium silicate)을 형성한다. 상기 알칼리 실리케이트로는 칼륨 실리케이트 또는 리튬 실리케이트를 사용하는 것이 바람직하며, 알칼리 실리케이트의 사용량은 증식 증합 단계 후 형성된 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼7 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1∼4 중량부 정도이다.
또한, 상술한 바와 같이 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 그루콘산 나트륨, 주석산, 구연산, 인산염, 리그린슬폰산염 및 옥시카르본산염 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 경화지연제로서 더 첨가할 수 있으며, 상기 경화지연제는 증식 증합 단계 후 형성된 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼4.0 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제조된 폴리머 에멀젼 조성물이 콘크리트 표층 강화 및 보호를 위해 사용되거나 콘크리트 구조물의 보수를 위해 사용되는 경우 콘크리트는 강도가 우수하면서도 흐름성이 좋으며, 공기량이 적어 가공성이 우수한 특성을 갖게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 친수성 및 소수성을 갖는 폴리머 에멀젼 조성물은, 폴리머 에멀젼에 알콕시실란을 처리하는 것에 의해, 실리카 입자가 부분적으로 소수화되어 친수 및 소수성의 특성을 발현하게 되며, 콘크리트 표층 강화 및 보호를 위해 사용되거나 콘크리트 구조물의 균열을 보수하기 위해 사용되는 경우, 실리카 졸의 부분 소수 특성에 의해 콘크리트 구조에 우수한 방수 특성을 발현할 뿐만 아니라, 침투 처리시 콘크리트와의 급격한 반응을 억제하여 기존의 콘크리트 보수재에 비해 침투력이 크고 콘크리트 구조물과 일체화될 수 있다. 침투 깊이가 커지고 콘크리트 구조물과 일체화되어 효과적인 콘크리트 표층 강화 및 보호가 이루어지고 콘크리트 구조물을 보수할 수 있다.
본 발명에 따른 친수성 및 소수성을 갖는 폴리머 에멀젼 조성물은 내수압성, 내화학성, 내산성, 내구성, 내염성, 중성화 방지 및 강도 회복성이 우수하여 콘크리트 표층 강화 및 보호 특성이 우수하고 콘크리트 구조물의 콘크리트 보수재로서 사용이 가능하다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 강도 저하 방지, 열화 방지, 방수 및 보수를 위해 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관하여 설명한다. 이하에서 콘크리트 구조물이라 함은 도로, 교량, 빌딩, 지수 구조물, 경계석 등 콘크리트로 이루어진 모든 구조물을 의미하는 것으로 사용한다.
먼저, 보수를 원하는 콘크리트 구조물에 물을 살수한다. 콘크리트 구조물 내부의 균열이 발생한 부분까지 물이 침투될 수 있도록 충분히 살수하는 것이 바람직하다. 물을 살수한 후, 소정 시간(예컨대, 1∼12시간)이 지나면 물은 모세관 현상 등에 의해 콘크리트 구조물 내부로 침투하게 된다.
물을 살수한 다음, 수시간(예컨대, 1∼12시간) 후에 콘크리트 구조물에 수용성 실란 커플링제와 알콕시실란 및 알칼리 실리케이트를 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포한다.
콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포한 다음, 수시간(예컨대, 12∼24시간) 후에 콘크리트 구조물에 물을 살수한다.
균열 등이 발생하여 보수를 원하는 콘크리트 구조물에 상기와 같은 방법으로 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포하고, 시간이 지나게 되면 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 콘크리트 구조물과 일체화되어 방수성, 내구성, 내수압성, 내화학성, 내산성, 내염성 및 강도 회복성 등이 우수한 특성을 얻을 수 있다.
콘크리트 구조물의 성능 회복을 위한 보수 공법의 다른 예를 설명한다.
콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위의 보수공법으로서, 열화된 부위를 치핑(Chipping)으로 불순물 및 열화 부위를 제거한다.
열화된 부위에 전용 프라이머를 도포한다. 상기 전용 프라이머로는 아크릴, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA), 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber; SBR) 등을 사용할 수 있다. 전용 프라이머는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물이 콘크리트 구조물에 고착되기 용이하도록 하는 역할을 한다.
수용성 실란 커플링제와 알콕시실란 및 알칼리 실리케이트를 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 혼입(또는 함침)한 모르타르로 열화된 부위의 단면을 복구한다. 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 모르타르에 대하여 3∼8 중량% 정도 함침하는 것이 바람직하다.
모르타르가 도포된 부위에 상기 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포한다.
콘크리트가 탈락되어 보수를 원하는 콘크리트 구조물에 상기와 같은 방법으로 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포하고, 시간이 지나게 되면 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 콘크리트 구조물과 일체화되어 방수성, 내구성, 내수압성, 내화학성, 내산성, 내염성 및 강도 회복성 등이 우수한 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 이용하여 교량 등의 노출 콘크리트 구조물 및 지수 지하 구조물을 보수하는 경우, 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물이 콘크리트 구조물에 깊숙이 침투되어 가수분해 및 포졸란 반응에 의하여 미세한 졸-겔화를 걸쳐 유리질화되어 미세한 공극을 채워준다. 따라서, 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 균열을 메꾸어 일체화되고, 철근 매입깊이까지 강도가 향상된 차단막을 형성하게 된다. 따라서, 수분의 차단효과와 더불어 염화물 또는 이산화탄소에 의한 중성화, 내수성, 내후성 및 내동결융해성이 우수한 효과를 나타낸다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
2L 용량의 고압반응기에 물 100중량부, 상기 물 100중량부에 대하여 부타디엔 단량체 7.0 중량부, 스티렌 단량체 12.0 중량부, 도데실설페이트 0.6 중량부 및 터셔리도데실머캅탄 0.9 중량부를 투입하여 40℃에서 1시간 정도 교반하여 잘 섞이게 한 후, 상기 물 100중량부에 대하여 포타슘퍼설페이트 0.9 중량부와 소디움바이퍼설페이트 0.2 중량부를 투입하여 57℃로 승온시켜 반응을 개시하였다.
초기 투입 단량체들의 전환율이 80% 이상 진행되고 초기 입자경이 900Å이상으로 확대되었을 때, 입경 비대화 및 연속적인 반응을 위하여 상기 물 100중량부에 대하여 부타디엔 단량체 28 중량부, 스티렌 단량체 53 중량부, 터셔리도데실머캅탄 0.9 중량부 및 유화제인 도데실설페이트 1.0 중량부를 투입하고, 반응 12시간 후에 상기 물 100중량부에 대하여 비이온계 유화제 4.5 중량부를 투입하였고, 12.5 시간 후에 상기 물 100중량부에 대하여 메타아크릴산 1.05 중량부와 아크릴산 2.45 중량부을 투입하였으며, 14.5 시간 후에 상기 물 100중량부에 대하여 소포제 1.04 중량부를 투입하여 폴리머 에멀젼 조성물을 수득하였다. 상기 비이온계 유화제는 폴리옥시에틸렌알킬에스테르계인 노닐페놀폴리에톡실레이트를 사용하였고, 상기 소포제는 디메틸실록산을 사용하였다.
중합반응의 온도는 57℃에서 개시하여 초기반응이 완료되는 2시간 후에는 57℃에서 60℃로 승온하고, 반응시간 6시간 후에 60℃에서 65℃로, 반응시간 12시간 후에 65℃에서 70℃로 활성화하여 15시간 후 반응을 종료하였고, 제조된 폴리머 에멀젼의 기본 물성은 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
상술한 바와 같이 폴리머 에멀젼 조성물을 제조한 후 발수제를 첨가하였는데, 폴리머 에멀젼 조성물에 상기 폴리머 에멀젼 100중량부에 대하여 디메틸실란 0.1중량부와 알콕시실란 0.1중량부를 첨가한 후에 70℃에서 4시간 동안 교반하여 폴리머 에멀젼 조성물이 친수성과 소수성이 동시에 발현될 수 있게 하였다.
또한, 콘크리트 내부의 균열과 강도 및 내구성을 증진하기 위하여 발수제가 첨가된 폴리머 에멀젼 조성물에 상기 폴리머 에멀젼 100중량부에 대하여 칼륨 실리케이트 1중량부를 첨가한 후에 70℃에서 100∼200rpm 정도로 4시간 동안 교반하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
초기 중합과 증식 중합하여 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하는 과정은 실시예 1과 같다.
폴리머 에멀젼 조성물을 제조한 후 발수제 첨가되는 과정은 하기와 같다.
발수제 첨가 단계는 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 디메틸실란과 알콕시실란을 첨가한 후에 70℃에서 4시간 동안 교반한 후 종료하였다. 상기 디메틸실란은 폴리머 에멀젼 조성물에 폴리머 에멀젼 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 첨가하였고, 상기 알콕시실란은 폴리머 에멀젼 조성물 100중량부에 대하여 0.3중량부를 첨가하였다.
또한, 콘크리트 내부의 균열과 강도 및 내구성을 증진하기 위하여 발수제가 첨가된 폴리머 에멀젼 조성물에 폴리머 에멀젼 조성물 100중량부에 대하여 칼륨 실리케이트 1중량부를 첨가한 후에 70℃에서 100∼200rpm 정도로 4시간 동안 교반하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
초기 중합과 증식 중합하여 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하는 과정은 실시예 1과 같다.
폴리머 에멀젼 조성물을 제조한 후 발수제 첨가되는 과정은 하기와 같다.
발수제 첨가 단계는 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 디메틸실란과 알콕시실란을 첨가한 후에 70℃에서 4시간 동안 교반한 후 종료하였다. 상기 디메틸실란은 폴리머 에멀젼 조성물에 폴리머 에멀젼 조성물 100중량부에 대하여 0.1중량부 첨가하였고, 상기 알콕시실란은 폴리머 에멀젼 조성물 100중량부에 대하여 0.5중량부를 첨가하였다.
또한, 콘크리트 내부의 균열과 강도 및 내구성을 증진하기 위하여 발수제가 첨가된 폴리머 에멀젼 조성물에 폴리머 에멀젼 100중량부에 대하여 칼륨 실리케이트 1중량부를 첨가한 후에 70℃에서 100∼200rpm 정도로 4시간 동안 교반하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하였다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
<실험예 1> 시험용 공시체의 제작
본 발명에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 직경 150㎜×40㎜의 콘크리트 시험체 3개에 20g의 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포한 후 14일 동안 20±2℃, 상대습도 65±5%(RH)의 항온 항습실에서 양생하였다.
침투깊이는 KS F 4930(콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지제)에 따라 시험체를 2분할하여 그 단면에 물을 분무하고 물이 침투한 부분의 두께와 물이 침투하지 않은 부분의 표면 색상 차에 따라 구분되는 두께를 측정하였다. 측정은 3개의 시험체에 대해 각각 3개소의 침투깊이를 측정하고 그 평균값을 침투깊이로 나타내어 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한 내흡수 성능은 KS F 2609(건축재료의 물흡수계수 측정방법)에 따라 시험체의 측면을 에폭시수지로 방수처리한 후 150㎜×40㎜의 콘크리트 시험체 5개에 20g의 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포한 후, 14일 동안 20±2℃, 상대습도 65±5%(RH)의 항온항습실에서 양생하였다. 각각의 무게를 0.1g 단위로 측정하고 약 20℃의 물에 2∼10㎜ 정도의 깊이로 침적시킨 후, 침적 후 10분, 30분, 1시간, 6시간, 24시간의 무게를 측정하였다. 무게 측정시 시험체를 꺼내어 표면의 물을 깨끗이 제거한 후 측정하였다. 물흡수 계수는 측정값의 실선의 기울기를 구하여 계산한 후 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실험에 사용된 콘크리트는 동일한 배합조건 하에서 공시체를 제작하기 위하여 표 1과 같은 배합비로 제작하였다.
| 굵은골재 최대치수 (㎜) |
슬럼프 (㎝) |
공기량 (％) |
물-시멘트비 (％) |
잔골재율 (％) |
단위중량(㎏／㎥) | ||||
| 물 | 시멘트 | 잔골재 | 굵은골재 | 혼화제 | |||||
| 13.0 | 15 | 4.5 | 53.0 | 35.0 | 180 | 340 | 624 | 1160 | 0.8 |
아래의 표 2에 침투 깊이와 물흡수 계수비를 나타내었다.
| 시험항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 |
| 침투 깊이(㎜) | 32.2 | 32.0 | 32.0 |
| 물흡수 계수비 | 0.08 | 0.06 | 0.05 |
<실험예 2> 강도시험
본 발명에 따라 제조된 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 상기 표 1에 제시된 배합비로 제작된 콘크리트에 함침처리하여 14일 동안 20±2℃, 상대습도 65±5%(RH)의 항온항습실에서 양생하였다.
실시예에서 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 도포 및 미도포한 공시체의 역학적 특성을 비교하기 위하여, KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 의한 압축강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
또한, KS F 2408(콘크리트의 휨강도 시험방법)에 의하여 휨강도 시험을 수행하였고, KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험방법)에 의하여 인장강도를 측정하여 각각의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 시험항목 | 실시예 1에 대한 비교 실험 |
실시예 2에 대한 비교 실험 |
실시예 3에 대한 비교 실험 |
||||
| 함침 (실시예 1) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 2) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 3) |
미함침 (비교예) |
||
| 강도 (㎏f/㎠) |
휨 | 90 | 45 | 88 | 45 | 85 | 45 |
| 압축 | 385 | 305 | 378 | 305 | 370 | 305 | |
| 인장 | 55 | 25 | 53 | 25 | 53 | 25 | |
상기 표 3에서 함침은 상술한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포한 경우이고, 미함침은 실시예의 비교예로서 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포하지 않은 경우를 말한다.
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포한 콘크리트의 휨, 압축 및 인장강도가 도포하지 않은 것보다 높게 나타났다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 것이 강도면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있다.
<실험예 3> 중성화 깊이 및 염화물 이온 침투 깊이
본 발명에 따라 제조된 콘크리트 보수용 조성물을 상기 표 1에서 제시된 배합비로 제작된 콘크리트에 함침 처리하여 14일 동안 20±2℃, 상대습도 65±5%(RH)의 항온항습실에서 양생하였다.
실시예에서 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 도포 및 미도포한 시험체의 내구 특성을 비교하기 위하여, JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르 시험방법)에 의하여 시험체를 14일간 촉진 중성화 시험장치[30℃, 60% (RH), CO2농도 5.0%] 내에 정치한 후 시험체를 2분할하여 그 단면에 페놀프탈레인 1%의 알코올 용액을 분무하여 적색으로 변화하지 않는 부분을 중성화 부분으로 하여 중성화 깊이를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
또한, 염화물 이온 침투 시험은 JIS A 1171에 의하여 시험체를 7일간 20℃의 2.5% 염화나트륨 수용액 중에 침적한 후 시험체를 2분할하여 그 단면에 0.1% 프롤로세인 나트륨 수용액 및 0.1N 초산은 용액을 분무하여 형광을 발하는 부분을 염화물 이온 (Cl-) 침투 부분으로 하여 염화물 이온 침투 깊이를 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
| 시험항목 |
실시예 1에 대한 비교 실험 |
실시예 2에 대한 비교 실험 |
실시예 3에 대한 비교 실험 |
|||
| 함침 (실시예 1) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 2) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 3) |
미함침 (비교예) |
|
| 중성화 깊이(㎜) | 0.1 | 6.2 | 0.15 | 6.2 | 0.18 | 6.2 |
| 염화물 이온 침투 깊이(㎜) | 0.15 | 7.8 | 0.18 | 7.8 | 0.2 | 7.8 |
상기 표 4에서 함침은 상술한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포한 경우이고, 미함침은 실시예의 비교예로서 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포하지 않은 경우를 말한다.
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 콘크리트의 중성화 깊이 및 염화물 이온 침투 깊이는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 미함침한 것보다 각각 1/2 및 1/3 정도 낮게 나타났다. 본 발명에서 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 것이 중성화 및 염해에 우수함을 확인할 수 있다.
<실험예 4> 내수성
본 발명의 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물이 내수성이 있는지 확인하기 위하여 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 제시된 방법을 이용하여 도포 및 미도포한 시험체의 물에 대한 흡수율을 측정하였고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
| 시험항목 | 실시예 1에 대한 비교 실험 |
실시예 2에 대한 비교 실험 |
실시예 3에 대한 비교 실험 |
|||
| 함침 (실시예 1) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 2) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 3) |
미함침 (비교예) |
|
| 내수성, 흡수율(%) |
0.1 | 8.5 | 0.2 | 8.5 | 0.25 | 8.5 |
상기 표 5에서 함침은 상술한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포한 경우이고, 미함침은 실시예의 비교예로서 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포하지 않은 경우를 말한다.
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 콘크리트의 내수성은 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 미함침한 것보다 1/5 정도 낮게 나타났다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 것이 내수성이 우수함을 확인할 수 있었다.
<실험예 5> 내후성
촉진 내후성 시험은 ASTM(Designation: G26- Nonmetallic Materials)에 의해 실시하였다. 시험장치는 제논-아크 타입(Xenon-Arc Type) 수냉식 장치로서 타입 A(Type A)에 속하는 장비이다.
시험조건은 온도 40℃, 상대습도 60%로서 51분간 빛만 비추고, 9분간 빛과 물을 분사시켜 1사이클을 60분으로 하였으며, 2000 사이클을 적용시켰다. 도포 및 미도포한 시험체의 내후성 결과를 표 6에 나타내었다.
| 시험항목 | 실시예 1에 대한 비교 실험 |
실시예 2에 대한 비교 실험 |
실시예 3에 대한 비교 실험 |
|||
| 함침 (실시예 1) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 2) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 3) |
미함침 (비교예) |
|
| 내후성 | 변화없음 | 변화있음 | 변화없음 | 변화있음 | 변화없음 | 변화있음 |
상기 표 6에서 함침은 상술한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포한 경우이고, 미함침은 실시예의 비교예로서 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포하지 않은 경우를 말한다.
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 콘크리트의 내후성 시험을 한 결과 표면에 어떠한 변화도 없었으나 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 미함침한 것은 표면에 갈라짐 현상 및 황변 현상이 나타났다.
<실험예 6> 내동결융해성
동결융해 시험은 동결융해 시험용 시험체를 대상으로 KS F 2456 (급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법)에 준하여 수중 급속 동결융해시험을 하였다. 도포 및 미도포한 시험체의 동결융해저항성 결과를 표 7에 나타내었다.
| 시험항목 |
실시예 1에 대한 비교 실험 |
실시예 2에 대한 비교 실험 |
실시예 3에 대한 비교 실험 |
|||
| 함침 (실시예 1) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 2) |
미함침 (비교예) |
함침 (실시예 3) |
미함침 (비교예) |
|
| 내구성 지수 | 98 | 60 | 97 | 60 | 95 | 60 |
상기 표 7에서 함침은 상술한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포한 경우이고, 미함침은 실시예의 비교예로서 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 콘크리트 시험체에 도포하지 않은 경우를 말한다.
상기 표 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조한 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 함침한 콘크리트의 내동결융해성 시험을 한 결과 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 미함침한 것보다 매우 우수한 결과를 보였다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물은 내동결융해성이 우수함을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (10)
- 중합체 미셀을 형성하는 초기 중합 단계와 상기 초기 중합 단계에서 생성된 반응물을 중합시키는 증식 중합 단계를 거쳐 폴리머 에멀젼 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
물 100 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 3∼20 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 5∼25 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.05∼5.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 포타슘퍼설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.01∼3.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 소디움바이설페이트 0.01∼3.0 중량부를 투입하여 40∼60℃에서 중합을 개시하는 초기 중합 단계; 및
상기 초기 중합 단계에서 생성된 반응물에 상기 물 100 중량부에 대하여 부타디엔 단량체 15∼45 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 스티렌 단량체 35∼65 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 도데실설페이트 0.1∼3.0 중량부, 상기 물 100 중량부에 대하여 폴리옥시에틸렌알킬에테르계인 비이온계 유화제 0.5∼13.0 중량부 및 상기 물 100 중량부에 대하여 터셔리도데실머캅탄 0.05∼5.0 중량부를 투입하여 40∼80℃에서 중합시키는 증식 중합 단계를 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 중합되는 상기 부타디엔 단량체와 상기 스티렌 단량체의 중량비로서 부타디엔 단량체/스티렌 단량체의 비는 30∼50/50∼70 범위가 되게 조절하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계에서,
상기 물 100 중량부에 대하여 아크릴산, 메타아크릴산, 에타아크릴산, 부타아크릴산, 이타콘산 및 푸마르산 중에서 선택된 1종 이상의 산 모노머 0.1∼7.0 중량부를 더 투입하여 증식 중합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계에서,
상기 물 100 중량부에 대하여 소포제 0.05∼3.0 중량부를 더 투입하여 증식 중합하며,
상기 소포제는 지방산아마이드, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 지방산알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 지방산의 에스테르아미드(ester amide), 유기인산에스테르, 지방산의 금속석검, 톨유, 실리콘계, 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane)계 및 광물유계 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계에서,
전환율 40∼50%에서 60∼65℃, 전환율 60∼70%에서 65∼70℃, 전환율 80∼90%에서 70∼80℃로 승온하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계 후에,
표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하여 교반하는 단계를 더 포함하며,
상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계 후에,
균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하는 단계를 더 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증식 중합 단계 후에,
그루콘산 나트륨, 주석산, 구연산, 인산염, 리그린슬폰산염 및 옥시카르본산염 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼4 중량부 투입하여 교반하는 단계를 더 포함하는 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물의 제조방법.
- (a) 제1항에 기재된 방법으로 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하고, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하되, 상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 수득하는 단계;
(b) 보수를 원하는 콘크리트 구조물에 물을 살수하는 단계;
(c) 보수하려는 부분의 콘크리트 구조물에 상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포하는 단계; 및
(d) 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 살포한 후에 보수하려는 부분의 콘크리트 구조물에 물을 살수하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 공법.
- (a) 제1항에 기재된 방법으로 제조된 폴리머 에멀젼 조성물에 표면 발수성을 부여하기 위하여 수용성 실란 커플링제와 발수성을 가진 알콕시실란을 투입하고, 균열과 콘크리트 표층 강화를 위하여 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 알칼리 실리케이트 0.01∼7 중량부를 투입하여 교반하되, 상기 수용성 실란 커플링제는 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하고, 상기 알콕시실란은 상기 폴리머 에멀젼 조성물 100 중량부에 대하여 0.01∼5 중량부 투입하여 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 수득하는 단계;
콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
콘크리트가 열화된 부위에 프라이머를 도포하는 단계;
상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 혼입한 모르타르로 열화된 부위의 단면을 바르는 단계; 및
상기 모르타르가 도포된 부위에 상기 (a) 단계에서 얻어진 콘크리트 표층 강화 및 보호용 폴리머 에멀젼 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 공법.
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