KR102259777B1 - 수축저감형 혼화제 및 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리카르본산계 감수제와 글리콜에테르계 수축저감제를 일체화시킨 수축저감형 혼화제 및 이를 포함함으로써 수축변형이 저감되는 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 「무근 콘크리트 바닥의 균열을 저감시키는 혼화제로서, 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체 40~60wt% 및 글리콜에테르계 40~60wt%를 포함하되, 상기 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 10wt% 이하(0wt% 제외)를 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제 또는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머 중 어느 하나 이상으로 치환한 것을 특징으로 하는 수축저감형 혼화제」를 제공한다.

Description

수축저감형 혼화제 및 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물{Shrinkage Reduction Type Water Reducing Agent and Non-reinforced Concrete Composition for Indoor Parking Lot Floor}

본 발명은 폴리카르본산계 감수제와 글리콜에테르계 수축저감제를 일체화시킨 수축저감형 혼화제 및 이를 포함함으로써 수축변형이 저감되는 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물에서의 균열은 구조적인 문제뿐만 아니라 내구성 저하에 따른 성능 및 수명 저하를 초래하므로 유지·보수 및 보강 등에 상당한 비용이 투입되고 있다. 구조물의 바닥에 무근 콘크리트 타설을 한 경우에는 콘크리트의 열화 또는 수축/팽창으로 인하여 제 기능을 발휘하지 못하고 들뜸(Curling)과 균열이 발생하는 사례가 많다. 이로 인해 공동 주택의 하자 소송이 증가하고 있으며, 건설사에서는 하자 제어에 어려움이 있어 하자 비용 예산도 증가하는 추세이다.

등록특허 10-1203419는 칼슘설포알루미네이트를 사용함으로써 생석회의 과량 사용으로 발생되는 과팽창을 억제되도록 한 것이다. 다만, 이는 생석회 과량 사용에 대한 대책일 뿐이라는 한계가 있다.

등록특허 10-1639908은 산화칼슘-황산칼슘계 수축저감제, 산화칼슘-산화마그네슘계 수축저감제 등을 혼합 적용함으로써, 수화반응 시 산화칼슘이 수산화칼슘으로 전환되면서 팽창하는 현상을 이용하여 수축이 저감되도록 한 것이다. 그러나 위와 같은 산화칼슘계 수축저감재는 장기적으로 수축을 저감시키는 효과가 부족하여, 결합재 중에 고로슬래그 미분말을 포함시키고, 다시 고로슬래그 미분말을 반응 촉진을 위한 반응 활성화재를 혼입시키는 등의 추가 조치가 필요하다.

등록특허 10-1311720은 열연슬래그를 사용하여 시멘트의 수화 기간 동안 계속해서 팽창함으로써 시멘트 수축에 의한 균열 발생을 억제하도록 구성된 것이다. 다만, 열연슬래그의 수급과 일정한 품질 확보가 문제될 수 있다.

1. 등록특허 10-1203419 "수축저감재 시멘트 조성물 및 이를 이용한 시멘트 모르타르 바닥 마감재" 2. 등록특허 10-1639908 "바닥용 시멘트 모르타르 조성물" 3. 등록특허 10-1311720 "수축저감 시멘트 조성물 및 이를 이용한 모르타르 조성물" 4. 등록특허 10-1143435 "강도증진용 혼화제, 이를 이용한 콘크리트조성물 및 시멘트모르타르 조성물"

본 발명은 콘크리트의 단위수량 저감효과와 건조수축 저감효과를 함께 발현시키는 수축저감형 혼화제 및 이를 이용하여 수축변형이 저감되고, 블리딩이 저감되며, 마모 저항성이 향상되는 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 「무근 콘크리트 바닥의 균열을 저감시키는 혼화제로서, 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체 30~70wt% 및 글리콜에테르계 수축저감제 30~70wt%를 포함하는 수축저감형 혼화제」를 제공한다.

상기 글리콜에테르계 수축저감제로는 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르를 적용할 수 있으며, 상기 상기 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르는 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 헥실렌글리콜(HG) 및 2-메틸-2,4-펜탄디올(MPD)이 혼합 조성된 것을 적용할 수 있다.

상기 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 10wt% 이하(0wt% 제외)는 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제로 치환하여 콘크리트 조성물의 단위수량을 저감시커나, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 치환하여 블리딩을 저감시키거나, 상기 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제 및 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머를 함께 치환 적용하여, 단위수량 및 블리딩 저감 효과를 함께 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 「무근 콘크리트 조성물에, 전술한 수축저감형 혼화제를 결합재량 대비 0.8~1.2wt% 첨가한 것을 특징으로 하는 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.

본 발명이 제공하는 수축저감형 혼화제는 감수제와 수축저감제를 일체화시킨 것으로서, 감수제와 수축저감제를 각각 적용하는 경우에 비해 소량을 사용하면서도 콘크리트의 수축저감 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체를 10wt% 범위 내에서 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제로 치환 적용함으로써 콘크리트 조성물의 단위수량을 저감시킬 수 있고, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 치환하여 블리딩을 저감시킬 수 있다.

본 발명은 바닥 무근 콘크리트 고품질화를 위한 것으로서, 수축 균열을 저감시킬 수 있는 혼화제를 선별하여 일체형으로 적용토록 하기 위한 것이다.

실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트로 적용되는 일반 누름 콘크리트 규격은 25-18-180(최대 골재 사이즈 25㎜, 설계기준 압축강도 18MPa, 슬럼프 180㎜)이며, 본 발명의 바닥 무근 콘크리트 역시 전술한 규격 기준을 충족시키도록 개발된 것이다. 다만, 본 발명은 종래의 일반 누름 콘크리트에서 필연적으로 발생하는 균열 문제(현장에서는 균열이 반드시 발생할 것으로 예정하여 보수 예산을 별도 산정)를 해소하기 위한 것이며, 도출되는 콘크리트 규격도 25-21-210(최대 골재 사이즈 25㎜, 설계기준 압축강도 27MPa, 슬럼프 210㎜)로 상향 조정하였다. 즉, 유동성과 압축강도가 함께 향상되면서도 수축 균열이 저감되도록 한 것이다.

시험예로는 아래 [표 1]에 나타난 바와 같이 결합재량 320kg/㎥, 물결합재비 53.7%, 잔골재율 53%이며, 결합재로는 1종 보통 포틀랜드시멘트(OPC) 및 플라이애시(FA)를 적용하였다.

결합재는 OPC를 100wt% 사용할 수도 있으나, 플라이애시를 30wt% 범위 내에서 혼합하여 사용할 수 있다.

이하에서는, 본 발명이 제공하는 수축저감형 혼화제를 상세히 설명하기로 한다.

(1) 수축저감형 혼화제의 기본 개념 및 작용

본 발명에 적용되는 혼화제는 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체 40~60wt% 및 글리콜에테르계 수축저감제 40~60wt%를 포함하는 수축저감형 혼화제이다.

상기 수축저감형 혼화제는 단위수량을 저감시킴으로써 콘크리트의 수축을 저감시키며, 콘크리트 내 미세공극을 메워 장기적 내구성 향상에 기여하고, 치밀한 구조를 형성함에 따라 콘크리트의 수밀성 및 장기 압축강도를 증진시킨다.

또한, 수화반응 과정에서 배합수의 모세관 장력과 표면장력을 저하시켜 모세관수의 수화와 건조에 의한 수분 손실에 의한 자기수축과 건조수축을 저감, 억제함으로써 콘크리트의 수축을 저감시킨다.

상기 수축저감형 혼화제의 물성은 아래 [표 2]에 나타난 바와 같다.

상기 [표 1]의 Plain 배합에서는 폴리카르본산계 감수제를 OPC 대비 0.7wt% 적용하였고, 시험예에서는 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체 50wt% 및 글리콜에테르계 수축저감제 50wt%가 혼합된 수축저감형 혼화제를 OPC 대비 1.0wt% 적용하였다.

이하에서는 상기 Plain 배합과 시험예에 대한 콘크리트 물성 시험 결과를 설명하기로 한다.

본 발명 수축저감형 혼화제를 적용한 시험예의 경우 아래 [그래프 1]에 나타난 바와 같이, 다이얼게이지로 측정한 콘크리트 길이변화율이 일반 폴리카르본산계 감수제를 적용한 Plain 배합 대비 20~40% 감소되는 것이 확인된다. 상기 수축저감형 혼화제의 계면활성작용에 따른 결과로 사료된다.

또한, 아래 [그래프 2]에 나타난 바와 같이 상기 시험예의 경우 콘크리트의 재령별 압축강도가 Plain 배합보다 증진됨을 확인할 수 있다.

[그래프 1]

[그래프 2]

한편, 상기 Plain 배합에 별도의 수축저감제를 결합재량 대비 1~3wt% 첨가함으로써 본 발명 수축저감형 혼화제를 적용한 경우와 유사한 효과가 도출되도록 할 수 있다.

다만, 감수제와 수축저감제를 개별적으로 적용하는 경우 감수제는 결합재량 대비 0.7~1wt% 첨가되고, 수축저감제는 결합재량 대비 1~3wt% 첨가되므로 본 발명 적용시에 비해 혼화제 사용량이 많아지며, 감수제와 수축저감제 각각의 저장 시설이 필요하다.

(2) 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르 적용

아래 [표 3]은 상기 [표 1]의 시험예 배합과 동일한 콘크리트 배합에서 OPC의 10wt%를 플라이애시로 치환한 결합재를 적용한 시험체(100×100×400㎜)의 비교예와 실시예들의 길이변화비(다이얼게이지 방법 적용)와 재령 28일 강도비를 수축저감형 혼화제의 조성에 따라 비교한 결과이고, [그래프 3]은 [표 3]의 실험 결과를 나타낸 것이다. 상기 글리콜에테르계 수축저감제로는 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르를 적용하였다.

[그래프 3]

추가적으로, 상기 [표 3]의 비교예 2 시험체를 "기준"으로 설정하고, 수축저감형 혼화제의 조성 성분 변화에 따른 시험체(1~4)의 수축량을 검토하였다.

하기 [표 4]는 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르와 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르의 혼합비율 및 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르의 세부 조성 성분의 혼합비율을 나타낸 것이다. 상기 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르의 세부 조성 성분은 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 헥실렌글리콜(HG) 및 2-메틸-2,4-펜탄디올(MPD)이다.

아래 [참고사진 1]은 상기 기준 시험체와 1~4시험체의 수축량 측정 과정을 촬영한 것이다. 몰드 중앙에 변형률게이지를 배치하여 콘크리트를 타설하여 100×100×400㎜ 시험체를 제작하고, 상기 변형률게이지에 데이터로거를 연결하여 컴퓨터 프로그램으로 마이크로미터(㎛) 단위의 수축량데이터를 읽어 일별 수축량을 기록하여 비교하였으며, 측정 결과는 하기 [표 5] 및 [그래프 4]에 나타냈다. 1~4시험체 모두 전 재령에서 수축량이 감소되는 것이 확인된다.

[참고사진 1]

[그래프 4]

(3) 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제 적용

상기 수축저감형 혼화제는 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 일부를 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제로 치환 적용함으로써 콘크리트 조성물의 단위수량을 저감 효과가 발현되도록 할 수 있다.

상기 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제는 저점도 수지로서, 경화된 콘크리트를 함침시켜 발수성을 부여하는 용도로 사용되기도 한다. 본 발명에서는 글리콜에테르계 수축저감제와 함께 물의 표면장력을 저하시켜 건조시 모세관에 발생하는 모세관 장력을 적게 하여 수축을 감소시키는 효과를 나타내도록 하였으며, 콘크리트 조성물의 단위수량을 저감시킴과 동시에 경화를 촉진시킨다.

단위수량 저감 효과 확인을 위해 적용된 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제의 성상 및 물성은 아래 [표 6]에 나타난 바와 같으며, 상기 성상과 물성은 히드록시 메틸 옥세탄, 히드록시 메틸 메타 아크릴레이트, 비스에테르, 히드록시 메틸 벤젠, 페녹시 메틸 옥세탄 중 어느 하나 이상을 적용하여 구현할 수 있다.

하기 [표 7]은 본 발명 수축저감형 혼화제의 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체 일부를 히드록시 메틸에테르계 점성저감제로 치환해 가면서 콘크리트 조성물의 점도를 상대적으로 비교한 결과를 나타낸 것이다.

[표 7]에서 비교예 1은 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체 50wt% 및 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르 50wt%로 이루어진 수축저감형 혼화제가 결합재(OPC 90wt% + FA 10wt%) 대비 1wt% 포함된 25-21-210(최대 골재 사이즈 25㎜, 설계기준 압축강도 21MPa, 슬럼프 210㎜)규격 콘크리트 조성물(상기 [표 3]의 실시예 5에 해당)이다.

[표 7]에서 실시예 1 내지 실시예 8은 상기 비교예 1에서 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체의 일부(0.01~20wt%)를 히드록시 메틸에테르계 점성저감제로 치환한 것이다.

비교예 1 대비 실시예들의 점도비는 아래 [표 7] 및 [그래프 5]에 나타난 바와 같다. 실시예 1부터 실시예 7 까지는 점도비가 감소하는 경향을 보이다가 실시예 8에서는 실시예 7에 비해 점도비가 다소 증가하였다. 콘크리트 조성물의 점도가 낮을수록 단위수량이 저감되나,

따라 모든 실시예가 비교예 1 보다 단위수량 저감 효과는 좋을 것으로 보이나, 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체의 과도한 치환으로 본 발명 수축저감형 혼화제의 기초 작용에 부 영향을 미칠 수 있으므로 치환량은 10wt% 이하의 범위로 제어하는 것이 바람직하며, 점성 저감 효과면에서 1~10wt% 범위에서 치환하는 것이 더욱 바람직하다.

[그래프 5]

(4) 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머 적용

상기 수축저감형 혼화제는 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 일부를 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 치환 적용함으로써 콘크리트 조성물의 블리딩 저감 효과가 발현되도록 할 수 있다.

상기 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머의 적용으로 콘크리트 조성물의 경화 반응속도를 향상시키고, 이에 따라 블리딩이 저감된다.

또한, 상기 수축저감형 혼화제에서 상기 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 일부를 상기 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제 및 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 치환하여, 전술한 단위수량 저감 효과 및 블리딩 저감 효과가 함께 발현되도록 할 수 있다.

하기 [표 8]의 '비교예 1'은 상기 [표 3]의 비교예 2에 해당하는 콘크리트 조성물이고, [표 8]의 '실시예 1'은 상기 [표 3]의 실시예 5에 해당하는 콘크리트 조성물이다.

[표 8]의 '실시예 2'는 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체 대비 2wt%(50wt% 중 1wt%)를 히드록시 메틸에테르계 점성저감제로 치환 적용한 콘크리트 조성물이고,

'실시예 3'은 '실시예 2'에서 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체 대비 6wt%(50wt% 중 3wt%)를 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 추가 치환 적용한 콘크리트 조성물이다.

'실시예 4' 및 '실시예 5'는 히드록시 메틸에테르계 점성저감제 적용없이 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체 대비 10wt%(50wt% 중 5wt%), 20wt%(50wt% 중 10wt%)를 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머로 치환한 콘크리트 조성물이다.

[그래프 6]은 비교예 및 실시예들의 블리딩량을 나타낸 것이다.

[그래프 6]

실시예가 비교예 1 보다 블리딩량이 저감되나, 실시예 4와 실시예 5의 차이가 크지 않고, 폴리에틸렌 글리콜 알킬에테르 유도체의 과도한 치환으로 본 발명 수축저감형 혼화제의 기초 작용에 부 영향을 미칠 수 있으므로 치환량은 10wt% 이하의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

위의 실시예들을 통해 본 발명 조성물의 물성 및 효과를 검토하였으나, 본 발명은 상기의 실시예들 에만 한정되는 것은 아니라 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다소간의 변형 및 변경이 가능하다고 할 것이다.

Claims (7)

1. 무근 콘크리트 바닥의 균열을 저감시키는 혼화제로서,
   폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체 30~70wt% 및 글리콜에테르계 수축저감제 30~70wt%를 포함하되,
   상기 폴리에틸렌글리콜 알킬에테르 유도체의 10wt% 이하(0wt% 제외)를 히드록시 메틸 에테르계 점성저감제 또는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리머 중 어느 하나 이상으로 치환한 것을 특징으로 하는 수축저감형 혼화제.
   
2. 제1항에서,
   상기 글리콜에테르계 수축저감제는 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르인 것을 특징으로 하는 수축저감형 혼화제.
   
3. 제2항에서,
   상기 폴리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르는
   에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 헥실렌글리콜(HG) 및 2-메틸-2,4-펜탄디올(MPD)이 혼합 조성된 것을 특징으로 하는 수축저감형 혼화제
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 무근 콘크리트 조성물에,
   제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 수축저감형 혼화제가 결합재량 대비 0.8~1.2wt% 첨가된 것을 특징으로 하는 실내 주차장 바닥용 무근 콘크리트 조성물.