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KR101498235B1 - 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재 - Google Patents

철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재 Download PDF

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KR101498235B1
KR101498235B1 KR20130124186A KR20130124186A KR101498235B1 KR 101498235 B1 KR101498235 B1 KR 101498235B1 KR 20130124186 A KR20130124186 A KR 20130124186A KR 20130124186 A KR20130124186 A KR 20130124186A KR 101498235 B1 KR101498235 B1 KR 101498235B1
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KR
South Korea
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corrosion
concrete structure
reinforced concrete
weight ratio
rust
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KR20130124186A
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Inventor
이한승
류화성
민인기
안영기
신현관
김성길
최대원
서진용
Original Assignee
주식회사 비앤비
한양대학교 에리카산학협력단
주식회사 건화
주식회사 도화엔지니어링
(재)한국건설품질연구원
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Abstract

본 발명은 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재를 제공하기 위한 것으로, 철근콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 방청표면피복재에 있어서, 특수시멘트 모르터파우더, SBR 라텍스, 유기계방청제, 및 물을 포함하여 구성함으로서, 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용할 수 있게 되는 것이다.

Description

철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재{Corrosion inhibition surface coating composition in contain of calcium hydroxide and performance of corrosion and fixing carbon dioxide and chlorine ion in reinforced concrete structure}
본 발명은 방청표면피복재에 관한 것으로, 특히 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용하기에 적당하도록 한 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트 콘크리트의 표면에 페인트를 도포하거나, 또는 타일 등을 부착하여 시멘트 구조물을 보호하여 왔다. 그러나, 최근 환경 악화로 인하여 매연 및 산성비로 인하여 건축물의 외면이 부식하거나, 또는 부착된 타일이 떨어지게 되는 등 여러 문제가 발생하고 있다. 따라서, 시멘트 구축물이나 타일 표면에 도막제를 적용하여 내후성, 접착성, 내마모성, 내약품성, 내수성, 난연성 등을 향상시키기 위한 기술이 시도되고 있다.
철근콘크리트조 구조물은 반영구적이라고 생각되어 왔으나 실제로 경년 열세 후 철근 콘크리트조 구조물을 살펴보면 ① 콘크리트 중성화, ② 철근 부식, ③ 콘크리트 균열, ④ 누수, ⑤ 콘크리트 강도변화, ⑥ 대(大) 변형, ⑦ 콘크리트 표면열화, ⑧ 콘크리트 동해 등 열화현상이 발생하고 있어 철근콘크리트 구조물의 내구성 향상 대책이 필요하며, 또한 이러한 열화현상은 대부분 다음과 같이 철근부식으로 이어져 구조물의 내력저하를 초래하고 경우에 따라서는 구조물의 안전성에 심각한 영향을 끼치는 경우도 있다.
- 콘크리트 중성화 -> 철근부식 -> 균열,박리 -> 내력저하
- 콘크리트 염해 -> 철근부식 -> 균열,박리 -> 내력저하
- 콘크리트 동해 -> 균열,박리 -> 철근부식 -> 내력저하
- 콘크리트 균열 -> 주변콘크리트 중성화 및 염해 -> 철근부식 -> 내력저하
특히, 철근콘크리트조 구조물에 있어서 철근부식에 가장 영향을 많이 미치는 열화원인은 콘크리트의 중성화 및 염해이며 철근콘크리트조 구조물의 내구성을 향상시키기 위해서는 중성화 및 염해에 대한 보수공법의 개발 및 이를 구성하는 재료의 개발이 매우 중요하다. 특히, 중성화 및 염해에 의한 철근부식은 전기화학적인 반응에 의하여 일어나는 현상이므로 이를 근본적으로 억제하기 위해서는 화학약품에 의한 근본적인 치료를 실시할 필요가 있다.
한편, 철근 콘크리트조 구조물의 염해란 콘크리트중의 염화물이 철근을 부식시켜 철근 및 콘크리트가 열화하는 현상을 말하는데, 일반적으로 염화물이 콘크리트 구조물에 혼입되는 과정은 ① 세골재로서 충분히 세정하지 않은 해사를 사용한 경우, ② 염화물을 다량 포함한 혼화제를 사용하는 경우, ③ 융설제(融雪劑)를 콘크리트 표면에 도포한 경우, ④ 해안에서 해염 입자가 콘크리트 구조물에 비래하여 침투하는 경우 등이 있다. 여기서, ①과 ②를 내재염분, ③과 ④를 비래염분이라고 하며, 염해 피해란 콘크리트 내에 혼입되는 염화물이 철근을 부식시켜 철근콘크리트 구조물에 균열 및 내력저하를 초래하여 최종적으로 구조물의 안전성, 사용성, 내구성을 저하시키는 현상을 말한다.
콘크리트 내부는 pH가 높기 때문에 철근 부식은 크게 억제되지만 이러한 환경 하에서도 염소이온이 존재하면 염소이온에 의해 부동태 피막이 파괴되고 혹은 부동태화가 방해 받게된다. 이들 현상 메카니즘은 ① 염소이온의 산화철 피막에 대한 해질작용, ② 흡착에 의한 철 이온의 용해촉진, ③ 생성물 연속반응의 진행, ④ 아노드 반응에 대한 촉매작용, ⑤ 철과 직접반응에 의한 중간생성물의 생성, ⑥ pH의 저하, ⑦ 전기 전도도의 증대로 설명되고 있다.
이와 같이 염소이온의 작용은 간접적이고 촉매적인 것이라고 생각되지만 이 문제에 대하여는 아직 충분히 해명되지 않은 점도 많고 금후의 연구 과제로 남아있다.
콘크리트내 염소이온량과 철근부식과의 관계에 대한 조사 결과, 콘크리트중의 철근 부식 한계 염화물 이온농도는 전체적으로 0.31.2kg/㎥ 정도의 농도를 한계치로 하는 경우가 많다. 또한, 대부분의 규정에서 염소이온이 시멘트 중량의 0.4% 이하, NaCl량이 모래 절건 중량의 0.04% 이하로 되어있고 이를 염화물 이온 총량 규제로 산정하면 염화물 이온 총량 0.3kg/㎥ 에 해당하므로 철근이 전혀 부식하지 않는다는 조건하에 설정된 안전값으로 철근콘크리트 구조물의 한계 염화물 함유량은 이 값이 적절하다고 판단된다. 따라서, 콘크리트 제조시 콘크리트 사용재료에서 염소이온이 혼입되지 않도록 하거나 규정 혼입량 이하로 하는 것이 매우 중요하며, 기존 구조물의 경우 융설제나 해안가의 비래염분이 콘크리트내로 침투하지 않도록 방지하는 것이 매우 중요하다.
그래서, 기존 철근콘크리트 구조물의 염해 방지 기술로서는 구조물 신축시에 내재 염화물 혼입 및 비래 염화물 침투에 대비한 예방적 대책과 기존 구조물의 내재 염화물 및 비래 염화물에 의하여 철근이 부식하고 콘크리트 균열 발생 및 박락이 발생한 경우의 보수보강 대책으로 크게 나눌 수 있다.
구조물 신축시 내재 염화물에 대한 염해 대책은 ① 충분히 세정한 해사 사용(레미콘 염화물 총량 규제 0.3kg/㎥ 이하 확인), ② 철근 표면 처리, ③ 콘크리트 밀실화, ④ 철근 피복두께 증가, ⑤ 방청제 사용, ⑥ 전기방식 등이 있다.
한편, 비래 염화물 침투에 대한 대책으로서는 산소, 수분, 염소이온 침투를 방지하기 위한 콘크리트 표면 피복이 주로 사용되고 있어 구조물 신축시의 염해 대책 기술은 거의 완성되어 있다고 할 수 있다.
그러나, 기존 건축물에 규정량 이상의 내재염분이 존재하여 철근이 부식할 우려가 있는 구조물에 대한 염해 보수 시스템공법은 아직 확립되어 있지 않으며 콘크리트내의 염소이온을 제거하지 않는 한 염해에 대한 철근 부식 방지 근본 대책이 될 수 없었다. 따라서, 콘크리트내에 염분이 내재하고 있는 경우는 철근 주위의 염소이온을 제거하거나 염소이온을 고정화시키고 철근의 부동태를 재생시키는 도포형 방청제의 개발이 필요하였다.
기존 개발된 도포형 방청제는 제조 단가가 고가인 점, 방청성분이 낮은 점, 철근위치까지 깊이 침투시킬 수 없는 점 등 문제점을 가지고 있어 이를 해결하기 위하여 저가이면서도 수성타입의 고 농도 방청제의 개발이 요청되고 있는 것이 현 실정이다.
더욱이, 철근 콘크리트에 발생하는 중성화 및 염해는 개별적으로 진행되는 것이 아니라 동시에 복합적으로 이루어지므로 이에 대한 대책이 필요하나 중성화 및 염해 대책을 동시에 해결할 수 있는 재료 및 공법은 현재까지 개발되어 있지 않아 이에 대한 개발이 요청되고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재를 제공하는데 있다.
철근콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 방청표면피복재에 있어서, 특수시멘트 모르터파우더, SBR 라텍스, 유기계방청제, 및 물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 특수시멘트 모르터파우더는, 특수시멘트 및 소석회계의 혼합물 중량비 1과 실리카질골재 중량비 2로 구성하고, 특수시멘트 및 소석회계의 혼합물 중량비 1에서 상기 특수시멘트는 70~90 중량, 상기 소석회계는 10~30 중량%로 구성하고, 상기 실리카질골재 중량비 2에서 상기 실리카질골재는 100중량%로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 SBR 라텍스는, 스틸렌과 부타디엔 중합체로 이루어진 수성 에멀젼으로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 유기계방청제는, 유기계 아미노알코올 유도체 77~80 중량%과 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15~18 중량%와 실란계 2~5 중량%로 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기 방청표면피복재는, 상기 특수시멘트 모르터파우더 중량비 100에 대해 상기 SBR 라텍스는 120~122 중량비, 상기 유기계방청제는 3~5 중량비로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재는 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용할 수 있는 효과가 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용하고자 한 것이다.
본 발명에서는 철근콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 방청표면피복재를 구성하기 위해서, 특수시멘트 모르터파우더, SBR 라텍스, 유기계방청제, 및 물을 포함하여 제조되도록 한다.
실험데이터는 다음의 표 1과 같다.
방청표면피복재 최적 배합실험(중량비)
구분 특수시멘트
모르터파우더		 SBR 라텍스 고알카리 유기계방청제 물
1 100 100 3 0.05~0.1
2 100 120 5 0.05~0.1
3 100 100 10 0.05~0.1
4 100 120 10 0.05~0.1
5 100 100 20 0.05~0.1
6 100 120 20 0.05~0.1
7 100 100 30 0.05~0.1
8 100 120 30 0.05~0.1
9 120 100 5 0.05~0.1
10 120 100 10 0.05~0.1
11 120 100 20 0.05~0.1
12 120 120 5 0.05~0.1
13 120 120 10 0.05~0.1
14 120 120 20 0.05~0.1
15 100 120 10 0.05~0.1
16 100 122 3 0.05~0.1
17 100 120 5 0.05~0.1
* 방청표면피복재 = 특수시멘트 모르터파우더 + SBR 라텍스 +
유기계방청제+ 물(시공년도조정, 소량)
배합비 = 특수시멘트 모르터파우더 = 중량비 100 : SBR 라텍스(120~122 중량) + 유기계방청제(3~5 중량)+ 물(시공년도조정, 소량)
- 특수시멘트 모르터파우더 = (특수시멘트 + 소석회계)= 중량비 1 +
(실리카질골재)= 중량비 2 -> 중량비 1 : 2
특수시멘트 70~90 중량% + 소석회계 10~30 중량% = 중량비 1
실리카질골재 100% = 중량비 2
- SBR 라텍스 = 스틸렌과 부타디엔 중합체로 이루어진 수성 에멀젼
- 고알카리 유기계방청제 = 유기계 아미노알코올 유도체 77~80 중량%와 NaOH 15~18 중량% 수용액과 실란계 2~5 중량%이 혼합
- 물(시공년도조정, 소량)
이에 대한 실험결과는 다음의 표 2 및 표 3에 나타내었다.
실험결과1(실험데이터 1~9)
구분 1 2 3 4 5 6 7 8 9
초기건조
잔갈림시험
KS F 4715		 ◎ ◎ ◎ ○ △ × △ × ○
압축강도(14일) MPa 172 186 155 168 140 100 110 86 179
중성화 14일, mm 0.35 0.3 0.42 0.62 1.05 2.34 2.03 3.20 0.33
투수량, g 1.97 1.3 2.34 5.34 20 30 24 15.4 17
부착강도 28일, MPa 1.10 1.32 1.20 1.17 1.26 0.67 1.17 0.93 1.39
내마모성, mg 570 540 513 607 1107 756 1752 768 760
◎우수, ○양호, △보통, ×불량
실험결과2(실험데이터 10~17)
구분 10 11 12 13 14 15 16 17
초기건조
잔갈림시험
KS F 4715		 ◎ △ × ○ △ ◎ ◎ ◎
압축강도(14일) MPa 163 107 46 193 130 159 193 195
중성화 14일, mm 0.35 1.47 2.67 0.67 1.30 0.37 0.25 0.29
투수량, g 3.27 25 32 6.8 21 3.27 1.3 1.3
부착강도 28일, MPa 1.17 1.08 1.0 1.35 1.21 1.30 1.34 1.33
내마모성, mg 590 963 751 850 980 534 549 509
◎우수, ○양호, △보통, ×불량
이처럼 표 2 및 표 3에서와 같이, 실험데이터 중에서 2, 16, 17이 우수한 성능을 보인 것으로 나타났다.
최적 배합비에서 도출된 값을 이용한 본 발명에 의한 방청표면피복재의 제반 성능을 기존기술과 비교한 데이터는 다음의 표 4에 나타내었다.
방청표면피복재(최적 배합비에서 도출된 값)
구분 방청표면피복재 기존기술 A 기존기술 B 기존기술 B
부착강도 표준조건
(재령 28일)		 1.34 N/mm2 0.87
N/mm2		 0.96 N/mm2 0.99
N/mm2
온냉반복후
(재령 28일)		 1.27 N/mm2 0.47
N/mm2		 0.27
N/mm2		 0.61 N/mm2
중성화저항성 재령 3일 0.0 mm 0.59 mm 1.36 mm 1.32 mm
재령 7일 0.2 mm 1.24 mm 2.34 mm 1.77 mm
재령 14일 0.3 mm 2.67 mm 2.29 mm 3.02 mm
재령 21일 0.5 mm 3.31 mm 3.97 mm 3.32 mm
재령 28일 0.6 mm 4.68 mm 4.35 mm 3.97 mm
투수량 1.3 g 15.4 g 17.7 g 22.6 g
염화물이온침투저항성 156
(Coulmbs)		 896
(Coulmbs)		 1147
(Coulmbs)		 1027
(Coulmbs)
동결융해
저항성
300싸이클후		 상대
동탄성계수
(%)		 99.0 85.1 82.5 87.6
외관변화 이상없음 일부균열
발생		 갈라짐발생 박락발생
부착강도 2.29 N/mm2 1.10 N/mm2 0.97
N/mm2		 1.03
N/mm2
내마모성 549 mg 1782 mg 1142 mg 967 mg
* 시험방법 : KS F 4042
표 4에서와 같이, 본 발명은 기존기술과 비교하여, 부착강도, 붕성화저항성, 투수량, 염화물이온 침투 저항성, 동경융해 저항성에서 모두 우수한 성능을 보였다.
염소이온침투저항성(Coulmbs), 염화물 Cl-고정
구분 방청표면피복재 기존기술 A 기존기술 B 기존기술 B
염화물량 156 896 1147 1027
* 시험방법 : KS F 4042
표 5에서와 같이, 본 발명에 의한 방청표면 피복재는 기준기술과 비교하여 염화물량이 낮아, 염소이온 침투 저항성에서 높은 성능을 보였다.
고알카리 유기계 방청제를 혼입한 경우 방청표면피목재 CO2고정
구분 고알카리 유기계
방청제를 혼입 		기존방청제 A
를 혼입		 기존방청제B
를 혼입
방청표면피복재 표면피복재 표면피복재
투수량(g) 1.3 17.7 22.6
* 시험방법 : KS F 4042
표 6에서와 같이, 고알카리 유기계 방청제를 혼입했을 경우, 기존방청제를 혼입한 것과 비교하여 투수량이 매우 적어 이산화탄소 고정 성능이 우수한 상태임을 알 수 있다.
이처럼 본 발명은 철근콘크리트 구조물의 염해, 중성화 또는 염해 및 중성화 복합현상에 의한 철근의 부식이나 부식될 우려가 있는 철근콘크리트 구조물의 염해 및 중성화 억제공법 및 철근부식 보수시스템 공법에 사용하게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 철근콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 방청표면피복재에 있어서,
    특수시멘트 모르터파우더, SBR 라텍스, 유기계 아미노알코올 유도체 77~80 중량%과 수산화나트륨(NaOH) 수용액 15~18 중량%와 실란계 2~5 중량%로 혼합된 유기계방청제, 및 물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 특수시멘트 모르터파우더는,
    특수시멘트 및 소석회계의 혼합물 중량비 1과 실리카질골재 중량비 2로 구성하고, 특수시멘트 및 소석회계의 혼합물 중량비 1에서 상기 특수시멘트는 70~90 중량, 상기 소석회계는 10~30 중량%로 구성하고, 상기 실리카질골재 중량비 2에서 상기 실리카질골재는 100중량%로 구성한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 SBR 라텍스는,
    스틸렌과 부타디엔 중합체로 이루어진 수성 에멀젼으로 구성한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 방청표면피복재는,
    상기 특수시멘트 모르터파우더 중량비 100에 대해 상기 SBR 라텍스는 120~122 중량비, 상기 유기계방청제는 3~5 중량비로 구성한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 수산화칼슘 대량함유, 방청성 확보, 이산화탄소 고정, 및 염소의 고정이 있는 방청표면피복재.
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