KR20070046583A - 콘크리트 열화방지를 위한 표면침투 보강제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 열화방지를 위한 표면침투 보강제와 그 제조방법 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에톡시 또는 메톡시기를 함유하는 실리케이트계열의 무기물질과 OH 관능기를 갖는 모노머를 합성하여 표면침투 보강제를 제조하고 이를 콘크리트 구조물의 표면에 스프레이건 또는 붓 등을 이용하여 도포함으로써, 침투한 표면침투 보강제는 콘크리트 내부에 존재하는 물에 의해 가수분해하여 수 나노미터 크기의 실리카(SiO2)가 형성된 후 졸-겔 프로세스에 의해 겔화가 진행되어 콘크리트 수화물과의 반응물이 콘크리트 내부의 공극을 치밀하게 채워주게 된다. 따라서 콘크리트 구조물의 강도증진, 열화물질의 침투 억제, 방수 및 중성화 방지의 효과가 있는 콘크리트 열화방지를 위한 표면침투 보강제와 그 제조방법 및 시공방법에 관한 것이다.
콘크리트, 표면침투 보강제, 열화방지, 구체강화, 실리케이트, 모노머
Description
도 1은 본 발명의 표면침투 보강제에 포함되어 있는 테트라에틸오소실리케이트가 콘크리트 내부에 존재하는 수산화칼슘과 반응할 때의 반응식
도 2는 히드록시에틸아크릴레이트 모노머, 테트라부틸아크릴레이트 모노머, 메틸메타아크릴레이트 모노머를 AIBN과 같은 중합개시제를 사용하여 실리케이트와 공중합 반응을 일으킬 때의 반응식
도 3은 실리케이트 물질과 아민계 물질이 반응할 때의 반응식
본 발명은 콘크리트 열화방지를 위한 표면침투 보강제와 그 제조방법 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에톡시 또는 메톡시기를 함유하는 실리케이트계열의 무기물질과 OH 관능기를 갖는 모노머를 합성하여 표면침투 보강제를 제조하고 이를 콘크리트 구조물의 표면에 스프레이건 또는 붓 등을 이용하여 도포함으로써, 침투한 표면침투 보강제는 콘크리트 내부에 존재하는 물에 의해 가수분해 하여 수 나노미터 크기의 실리카(SiO2)가 형성된 후 졸-겔 프로세스에 의해 겔화가 진행되어 콘크리트 수화물과의 반응물이 콘크리트 내부의 공극을 치밀하게 채워주게 된다. 따라서 콘크리트 구조물의 강도증진, 열화물질의 침투 억제, 방수 및 중성화 방지의 효과가 있는 콘크리트 열화방지를 위한 표면침투 보강제와 그 제조방법 및 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 열화억제 및 방수성능 향상을 위하여 유기계 또는 무기계 물질로 표면이 코팅되어 사용된다. 종래의 표면침투 보강제는 실리콘, 에폭시, 우레탄과 같은 유기계 고분자 물질이 사용되었다. 유기계 고분자 물질이 표면침투 보강제로 사용되는 경우 진동, 수증기압, 콘크리트와의 탄성계수 차이에 의해 도막이 파괴되거나 박리된다는 문제점이 있다. 또한, 유기계 고분자 물질은 무기물인 콘크리트와의 일체성이 없어 근본적인 한계점을 지니게 된다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 1998-076357 "콘크리트 건축물의 결로 방지 처리법"은 콘크리트 표면에 실리콘 에멀젼을 도포하여 콘크리트 표면 내부에 방수실링층을 형성하는 단계, 방수실링층이 형성된 콘크리트 표면에 시멘트계 컴파운드를 도포하여 도막방수층을 형성하는 단계, 물의 일부를 실리콘 에멀젼으로 치환하여 만든 모르타르를 상기 도막방수층 위에 미장하여 미장모르타르층을 형성하는 단계로 구성되어 있다. 상기 발명은 방수층을 형성하는데 3단계로 구성되어 있어, 시공비가 많이 들고 공기가 길다는 문제점이 있으며 방수층과 콘크리트의 강도, 탄성계수, 응 력-변형률 등 역학적 성질이 크게 차이가 나기 때문에 일정한 기간이 경과하면 박리 및 탈락 현상이 발생하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 2001-0064300 "침투성 방수제"는 알칼리금속규산염 수용액을 콘크리트 표면에 도포하여 콘크리트 내부로 침투된 알칼리금속 규산염 성분이 콘크리트 내부의 수산화칼슘과 반응하여 불용성 겔을 생성함으로써 방수효과를 얻을 수 있다. 상기 발명은 금속알킬사이드로 대변되는 2가 알칼리금속인 칼슘, 칼륨 및 리튬을 함유한 실리케이트를 콘크리트 내부에 침투시켜 콘크리트의 수밀성을 증진시킴으로써 방수효과를 얻는 것이다. 그러나, 상기 발명은 용매로 사용되는 물의 중량비가 65~85%에 달하기 때문에 실질적으로 콘크리트와 반응하는 물질의 양이 적어 방수제로서의 성능이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 알칼리금속 규산염실리케이트인 소듐실리케이트나 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트 등은 콘크리트와 급격하게 반응하므로 콘크리트 내부로 침투하기 이전에 표면에서 겔화 반응이 진행되어 필요로 하는 적정 침투깊이를 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 상기 방수제는 친수성의 성질 때문에 계절 변화에 따른 분해현상을 방지할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 기존에 사용하고 있는 유기질계 도막방수재료 및 실리케이트계 방수/보수 재료의 단점을 극복하고, 콘크리트 구조물의 내구 성능을 향상시키면서 열화요인으로부터 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 강력한 보호층을 형성하는 표면침투보강제의 제 조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면침투 보강제의 제조방법은 실리케이트(silicate) 물질과 모노머(monomer) 물질을 혼합하여 조성물 A를 제조하는 단계; 실리케이트 물질과 아민계 물질을 혼합하여 조성물 B를 제조하는 단계; 상기 조성물 A와 상기 조성물 B를 혼합하여 조성물 C를 제조하는 단계; 상기 조성물 C에 실란계 물질을 혼합하여 조성물 D를 제조하는 단계; 에탄올에 페놀프탈레인을 첨가하여 조성물 E를 제조하는 단계; 및 상기 조성물 D와 상기 조성물 E를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 조성물 A를 제조하는 단계는 반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 실리케이트 물질과 터드부틸아크릴레이트, 메틸메타 아크릴레이트, 하이드록시에틸아크릴레이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 모노머 물질을 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입하는 제 1단계; 반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반시키는 제 2단계; 반응기 내부 온도를 일정 온도로 유지시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시키는 제 3단계; 및 특정시점에서 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때까지 냉각하는 제 4단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1단계는 상기 실리케이트 물질의 중량비를 50 내지 95%, 상기 모노머 물질의 중량비를 5 내지 50%가 되도록 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2단계는 30 내지 100rpm의 교반속도로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 3단계는 반응기 내부 온도를 60 내지 100℃로 유지시키면서 5 내지 10시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 4단계의 특정시점은 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나, 처음 나오는 에탄올 양의 20%미만의 에탄올이 나오게 되는 시점인 것이 바람직하다.
또한, 상기 조성물 B를 제조하는 단계는 반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이 트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 실리케이트 물질과 디에탄올아민을 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입하는 제 1단계; 반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반시키는 제 2단계; 반응기 내부 온도를 일정온도로 유지시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시키는 제 3단계; 및 특정시점에서 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때까지 냉각하는 제 4단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 제 1단계는 상기 실리케이트 물질의 중량비를 50 내지 95%, 상기 디에탄올아민의 중량비를 5 내지 50%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2단계는 30 내지 100rpm의 교반속도로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 3단계는 반응기 내부 온도를 60 내지 100℃로 유지시키면서 5 내지 10시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 4단계의 특정시점은 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나, 처음 나오는 에탄올 양의 5%미만의 에탄올이 나오게 되는 시점인 것이 바람직하다.
또한, 상기 조성물 C를 제조하는 단계는 상기 조성물 A의 중량비를 적어도 50%, 상기 조성물 B의 중량비를 50%미만이 되도록 혼합하고, 교반속도를 30 내지 100rpm으로 유지시켜 10 내지 60분동안 교반하여 이루어지는 것이 바람직하며, 더 욱 바람직하게는 상기 조성물 A의 중량비를 70 내지 90%, 상기 조성물 B의 중량비를 10 내지 30%가 되도록 혼합하고, 교반속도를 40 내지 80rpm으로 유지시켜 20 내지 40분 동안 교반하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 조성물 D를 제조하는 단계는 상기 조성물 C에 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 50% 미만의 중량비로 첨가하고, 교반속도를 30 내지 100rpm으로 유지시켜 10 내지 60분 동안 교반하여 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 조성물 C에 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 10 내지 30%의 중량비로 첨가하고, 교반속도를 40 내지 80rpm으로 유지시켜 20 내지 40분 동안 교반하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 조성물 E를 제조하는 단계는 순도 95% 이상의 에탄올 90 내지 99.5g에 페놀프탈레인 0.5 내지 10g을 첨가하고 교반하여 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 순도 95% 이상의 에탄올 95 내지 98.6g에 페놀프탈레인 1.0 내지 1.5g을 첨가하고 교반하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 조성물 D와 상기 조성물 E를 혼합하는 단계는 상기 조성물 E의 중량비를 50%미만이 되도록 상기 조성물 D에 혼합하고 교반하여 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 조성물 E의 중량비를 5 내지 20%가 되도록 상기 조성물 D에 혼합하고 교반하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표면침투 보강제는 상기 제조방법으로 제조될 수 있 다. 또한, 본 발명에 따른 표면침투 보강제의 시공방법은 상기 표면침투 보강제를 콘크리트 타설 후 28일 이후에 분무기, 로울러, 붓, 스프레이건 중 어느 하나로 도포하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 졸-겔 프로세스에 근거한 결합 메커니즘을 갖는 실리케이트를 기본 물질로 사용함으로써, 콘크리트 내부에 침투할 경우 콘크리트 중 수산화칼슘(Ca(OH)2)과의 급격한 반응을 완화시켜 충분한 침투깊이를 갖게 하고 실리케이트와 모노머를 합성하여 계절의 변화에 따른 분해현상을 억제하였으며, 콘크리트와 결합하는 유효성분이 중량비 80~100%로서 대부분의 구성 물질이 콘크리트와 반응하여 구체강화효과 및 열화억제성능과 함께 효율적인 방수층을 형성하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 표면침투 보강제에 포함되어 있는 테트라에틸오소실리케이트가 콘크리트 내부에 존재하는 수산화칼슘과 반응할 때의 반응식을 나타낸다. 도 2는 히드록시에틸아크릴레이트 모노머, 테트라부틸아크릴레이트 모노머, 메틸메타아크릴레이트 모노머를 AIBN과 같은 중합개시제를 사용하여 실리케이트와 공중합 반응을 일으킬 때의 반응식을 나타낸다. 도 3은 실리케이트 물질과 아민계 물질이 반응할 때의 반응식을 나타낸다.
본 발명의 표면침투 보강제는 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하는 실리케이 트류의 무기질계와, 이러한 작용기를 함유하고 있는 고분자물질을 포함하여 이루진다. 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하는 실리케이트 물즐들은 콘크리트 내부에 존재하는 수산화칼슘과 만나면 알코올 성분을 내놓고 겔 형태의 물질로 반응하게 된다. 마찬가지로 메톡시기 또는 에톡시기를 포함하고 있는 고분자들 역시 경화(crosslinking) 반응을 일으켜 고분자 겔화가 진행된다. 결국 이러한 조성물은 콘크리트 내부에서 수산화칼슘을 촉매로 자연스럽게 유·무기 복합물로 반응하게 된다.
알칼리금속계열의 실리케이트와 같은 무기계 물질들은 예전부터 콘크리트의 강도를 증진시킬 목적으로 콘크리트 구조물에 사용되어 왔다. 이러한 물질들은 콘크리트 내부로 침투하여 겔화 반응이 진행되고 나면 콘크리트의 공극을 메워주어 강도를 증진시키지만, 친수성을 띠고 있어 내수성이 약하며 콘크리트에 충격이 가해지면 충격에 의해 발생하는 에너지를 흡수할 수 없어 결합입자가 파괴된다는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리케이트 등의 실리케이트 물질이 사용된다. 상기 실리케이트 물질은, 도 1을 참조하면, 콘크리트 내부에서 수산화칼슘과 만나게 되면 알코올이 빠지면서 겔 상태로 경화되는 반응이 일어난다. 도 1에서 TEOS-CH3CH2OH는 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethylorthosilicate)에서 에탄올이 빠져나오는 것을 나타낸다. 또한, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸티리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실 란 등과 같은 실란계 물질들도 콘크리트에 침투하게 되면 수산화칼슘과 만나서 도 1과 같은 반응에 의해 경화물질이 생성되며, 부틸(buthyl)과 옥틸(octhyl) 등의 유기성분에 의해 발수성을 나타내게 된다. 또한, 실리케이트 물질은 메톡시기 또는 에톡시기를 함유하고 있어 촉매가 존재하면 쉽게 히드록시기를 가진 물질들과 반응하여 메탄올 또는 에탄올을 내놓고 서로 결합하게 된다. 테트라에틸오소실리케이트 또는 테트라메틸오소실리케이트는 작용기를 각각 4개씩 가지고 있으므로, 여러개의 히드록시기를 가진 물질과 반응하면 겔화가 진행되지만, 작용기를 적절히 조절하면 겔화를 방지하고 적절한 점도를 가진 중합이 가능하다.
히드록시기를 가진 모노머는, 도 2를 참조하면, AIBN과 같은 중합개시제를 사용하여 실리케이트와 공중합하게 되면 이중결합을 가진 모노머들은 고분자 중합체를 형성하게 된다. 즉, OH기를 가진 하이드록시 에틸아크릴레이트 모노머와 테트라-부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트등의 모노머를 테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리케이트 등의 실리케이트내에서 AIBN과 같은 중합개시제를 사용하여 공중합하게 되면, 이중결합을 가진 모노머들은 고분자 중합체를 형성하게 되고 테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리케이트는 하이드록시에틸아크릴레이트와 반응이 일어나 고분자 중합체내에 에톡시관능기를 가진 고분자 중합체를 얻는다. 도 2에서 TEOS는 테트라에틸오소실리케이트(Tetraethylorthosilicate)를 나타낸다. 도 2에는 중합반응기내에 테트라에틸오소실리케이트를 투입하고 터트부틸아크릴레이트, 메틸마타아크릴레이트와 하이드록시에틸아크릴레이트를 투입한 후 반응촉매로서 AIBN을 투입하게 되면 발생하는 반응메커니즘이 나타나있다.
테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리케이트 등의 실리케이트 물질이 과량으로 존재하는 경우, 도 3을 참조하면, 히드록시기를 가진 아민계 물질과 쉽게 반응하여 고분자 중합체 화합물을 생성한다. 이러한 고분자 중합체 화합물은 아민을 함유하고 있기 때문에 콘크리트내에 이미 중성화가 진행되었거나 진행중인 구조물에 침투해 들어가면 경화반응을 일으키고 콘크리트 내부의 pH를 알카리화하여 중성화를 억제하며 철근 부식을 억제하는 성질을 가진다. 도 3에는 반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리케이트 등의 실리케이트 물질을 과량 투입하고 히드록시 작용기를 가진 디에탄올아민을 투입할 경우 발생하는 반응메커니즘이 나타나있다.
본 발명은 콘크리트의 내구성능을 회복시키고 방수성능을 부여할 수 있는 고기능성 콘크리트 표면처리형 성능개선제에 관한 것이므로 실리케이트를 함유하고 있는 고분자물질의 제조시, 콘크리트 구조물의 표면에 처리하여 구조물내로 깊이 침투하는 것이 중요하므로 콘크리트의 깊은 곳까지 침투하기 위해서는 조성물 자체가 낮은 점도인 것이 유리하다. 그러므로 저점도의 실리케이트를 함유하고 있는 고분자 물질이 적절하다. 물론 저점도를 지닌 고분자 물질의 경우 저분자량이지만 실리케이트가 존재하므로 콘크리트 내부에 침투되면 실리케이트의 작용에 의해 경화물질로 전환되어 물성적으로 문제가 되지 않는다.
그러므로 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시키면서 열화요인으로부터 콘크리트 내부 및 외부를 보호해 줄 수 있는 강력한 보호층을 형성하는 고기능성 콘크리트 표면침투보강제 조성물은 테트라에틸오소실리케이트나 테트라메틸오소실리 케이트등의 매개물질에 에틸아크릴레이트 모노머와 테트라-부틸아크릴레이트, 메틸 메타아크릴레이트 등의 모노머를 AIBN과 같은 중합개시제를 사용하여 공중합한 것으로, 중성화 억제를 위한 아민을 함유한 실리케이트화합물을 일부 함유하는 것으로 한다. 상기와 같은 조성물이 포함된 본 발명은 콘크리트의 공극을 따라 콘크리트 내부에 확산되어 콘크리트 수화물과 직접적인 반응을 이룸으로써 구체를 강화시키고 방수성능 등의 구조물 성능을 향상시킨다.
본 발명에 따른 표면침투 보강제의 제조방법을 설명한다.
조성물 A는 다음과 같이 제조된다.
먼저, 반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 1종 또는 그 이상의 혼합물을 중량비 50~95%, 보다 바람직하게는 중량비 70~90%과 부틸아크릴레이트, 메타메틸아크릴레이트, 하이드록시 에틸아크릴레이트 중 1종 또는 그 이상의 혼합물을 중량비 5~50%, 보다 바람직하게는 중량비 10~30%를 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입한다. 다음에는 반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반속도를 30~100rpm, 보다 바람직하게는 40~80rpm으로 유지시킨다. 다음에는 반응기 내부 온도를 60~100℃, 보다 바람직하게는 80~90℃로 유지시키면서 5~10시간, 보다 바람직하게는 7~9시간정도 반응시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시킨다. 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나 처음 나오는 에탄올 양의 20%미만, 보다 바람직하게는 5%미만이 될때 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때 까지 냉각하여 제조한다.
조성물 B는 다음과 같이 제조한다.
먼저, 반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 1종 또는 그 이상의 혼합물을 중량비 50~95%, 보다 바 람직하게는 중량비 70~95%와 디에탄올아민 중량비 5~50%, 보다 바람직하게는 중량비 5~30%를 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입한다. 다음에는 반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반속도를 교반속도를 30~100rpm, 보다 바람직하게는 40~80rpm으로 유지시킨다. 다음에는 반응기 내부 온도를 85℃로 유지시키면서 8시간정도 반응시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시킨다. 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나 처음 나오는 에탄올 양의 5%미만이 될때 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때 까지 냉각하여 제조한다.
이렇게 제조된 조성물 A와 조성물 B의 점도는 100~1000cps가 되며, 조성물A 중량비 50~100%, 보다 바람직하게는 중량비 70~90%에 조성물 B 중량비 0~50%, 보다 바람직하게는 10~30%를 넣고 교반속도를 30~100rpm, 보다 바람직하게는 40~80rpm으로 유지시켜 10~60분간, 보다 바람직하게는 20~40분간 교반하여 조성물 C를 제조한다.
또한, 위와 같이 제조된 조성물 C에 발수성을 부여하기 위하여 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 등의 1종 내지는 그 이상의 혼합물을 중량비 50%미만, 바람직하게는 중량비 10~30%로 조성물 C에 첨가하여 교반속도를 30~100rpm, 보다 바람직하게는 40~80rpm으로 유지시켜 10~60분간, 보다 바람직하게는 20~40분간 교반하여 조성물 D를 제조한다.
침투깊이의 확인 및 침투력 향상을 위하여 순도 95%이상의 에탄올 중량 90~99.5g에 페놀프탈레인 중량 0.5~10g을 첨가한 혼합물, 보다 바람직하게는 에탄 올 중량 98.6g에 페놀프탈레인 중량 1.4g을 첨가하여 느린속도로 교반하여 조성물 E를 제조한다. 페놀프탈레인은 지시약으로써 pH8.2~10 이상의 알칼리용액을 만나면 선홍색으로 발색하는 특징을 지니고 있다. 또한, 에탄올은 매우 낮은 점도와 표면장력을 지니고 있어 혼합물의 콘크리트 침투를 향상시키는 역할을 한다. 따라서 위에서 기술한 제조방법에 따라 조성물 E를 제조하여 혼합물에 첨가하여 콘크리트 표면에 도포할 경우, 콘크리트는 시멘트수화물중의 수산화칼슘에 의해 pH12.5의 높은 알칼리도를 지니게 되므로 발명품이 콘크리트 내부에 침투하여 선홍색을 발색시킴으로써 침투깊이를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 에탄올의 침투력 향상에 의해 높은 침투깊이를 나타낼 수 있다.
이렇게 제조된 조성물 E를 중량비 50%미만, 보다 바람직하게는 중량비 5~20%로 조성물 D에 혼합하여 느린속도로 교반하여 혼합물을 제조한다.
다음으로, 실험에 의해 확인된 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예는 총 7가지로 진행되었다.
[
실시예
1]
조성물 A : 테트라에틸오소실리케이트 중량비 60%와 함께 부틸아크릴레이트 중량비 28.3%, 메타메틸아크릴레이트 중량비 9.7%, 하이드록시에틸아크릴레이트 중량비 2%를 중합기안에 투입하고 개시제로서 AIBN을 사용하여 80℃로 온도를 유지하며 8시간 동안 반응하여 제조하였다.
조성물 B : 테트라에틸오소실리케이트 중량비 85%와 디에탄올아민 중량비 14.17%, 그리고 p-toluicsulfonicacid 중량비 0.83%를 반응기 내부로 투입하고 반응기 온도를 85℃로 유지하고 8시간 동안 반응시켜 제조하였다.
조성물 C : 조성물 A 중량비 80%에 조성물 B 중량비 20%를 혼합하여 조성물C를 제조하였다. 혼합은 실험실에서 이루어졌으며, 교반속도 60rpm의 속도로 30분간 교반하였다.
조성물 D : 조성물 C 중량비 80%에 이소부틸트리에톡시실란 중량비 8%, 이소부틸트리메톡시실란 중량비 7% 및 n-옥틸트리에톡시실란 중량비 5%를 첨가하고 느린속도로 10분간 교반하여 혼합물을 제조하였다.
이렇게 제조된 혼합물은 KS F 3705의 단일원통 회전점도계에 의한 방법에 따라 점도를 측정하였으며, 본 시험에 사용한 기기는 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer DV-II+)로서 스핀들(spindle)을 표시선까지 시료 안에 넣어 스핀들이 혼합물 안에서 일정하게 회전하는데 걸리는 토크(torque)를 측정하여 점도를 계산하는 기기로 본 혼합물의 점도는 550cps이었다. 또한 표면장력은 공학에서 일반적으로 사용되는 Du Nouy 장력계를 사용하여 측정하였으며, 혼합물의 표면장력은 104dyne/cm이었다.
[
실시예
2]
먼저, [실시예 1]에 따라 제조된 조성물 D를 23℃의 실내에서 24시간동안 보관하여 안정화시켰다. 이어서 아래와 같은 방법으로 조성물 E를 제조하였다.
조성물 E : 에탄올의 함량이 95%이상인 에탄올 중량비 98.9%를 느린속도로 교반하면서 페놀프탈레인 중량비 1.4%를 천천히 떨어뜨리면서 첨가하였으며, 페놀프탈레인이 완전히 녹아서 무색투명한 조성물이 될 때까지 느린속도로 교반하였다.
이어서, 조성물 D 중량비 50, 70, 80, 90, 95%에 조성물 E 중량비 50, 30, 20, 10, 5%를 혼합하여 느린속도로 10분간 교반하여 혼합물을 제조하였다.
이렇게 제조된 혼합물은 [실시예 1]에서와 같이 KS F 3705의 단일원통 회전점도계에 의한 방법 및 Du Nouy 장력계를 사용하여 점도 및 표면장력을 측정하였다. 혼합물의 점도 및 표면장력이 <표 1>에 나타나있다.
<표 1>
| 조성물 D : E의 중량비 | 점 도 (cps) | 표면장력(dyne/cm) |
| 50 : 50 | 24 | 46 |
| 70 : 30 | 31 | 48 |
| 80 : 20 | 56 | 49 |
| 90 : 10 | 113 | 56 |
| 95 : 5 | 385 | 87 |
<표 1>에 나타낸 바와 같이, 조성물 E의 첨가량이 늘어나면 점도 및 표면장력이 낮아짐을 알 수 있으며 조성물 D : E의 중량비 80:20 이하에서는 점도 및 표면장력의 변화가 크지 않음을 알 수 있다. 따라서, 조성물 E의 첨가량은 혼합물 중량비의 5~20%범위가 바람직함을 알 수 있다.
[
실시예
3]
발색효과를 분석하기 위하여 [실시예 2]와 같이 제조된 혼합물을 23℃의 실내에서 24시간동안 보관하여 안정화 시켰다. 이어서, 콘크리트 시편을 지름 100mm×높이 200mm의 원주형으로 제조하고, 스프레이건을 사용하여 상기 혼합물을 5분간격으로 상기 콘크리트 시편에 3회 도포한 후, 4일동안 온도 23℃, 상대습도 55%의 항온항습실에서 양생하였다. 이것을 2등분으로 분할하여 육안으로 발색 여부를 검토하였다. 조성물 E의 혼합비에 따른 발색정도 평가 결과가 <표 2>에 나타나있다.
<표 2>
| 조성물 D : E의 중량비 | 50 : 50 | 70 : 30 | 80 : 20 | 90 : 10 | 95 : 5 |
| 표면발색 | ○ | ○ | ○ | ○ | △ |
○ : 색깔이 선명한 것
△ : 색깔이 희미하게 나타난 것
× : 색깔이 나타나지 않은 것
<표 2>에 나타낸 바와 같이, 조성물 E의 첨가량이 혼합물 중량비의 10%이상일 경우에는 표면의 발색이 선명하게 나타남을 알 수 있다.
[
실시예
4]
압축강도 실험을 위하여 실험용 콘크리트 시편을 제작하였다. 콘크리트 시편은 레미콘을 사용하여 동일한 배합조건하에서 제작하였으며, 배합조건은 굵은골재의 최대치수를 15mm로 하고, 목표 슬럼프를 10cm, 목표 공기량을 4.5±1.5%로 하였다. 실험에 사용하기 위하여 상기와 같이 제작된 콘크리트를 3일간 온도 23℃, 상대습도 55%의 항온항습실에서 양생한 후, 몰드를 제거하고, 25일동안 온도 23℃의 수조에서 양생을 하였다. <표 3>에 콘크리트 배합설계가 나타나있다.
<표 3>
| 설계기준 강도 (kgf/㎠) | 물/시멘트비 (%) | 잔골재율 (%) | 단위중량(kg/㎥) | |||
| 물 | 시멘트 | 모래 | 자갈 | |||
| 240 | 48 | 46 | 178 | 370 | 771 | 891 |
지름 100mm, 길이 200mm로 제조된 원주형 콘크리트 시편에 실시예 2에 따라 제조된 혼합물과 공개특허 1998-076357 "콘크리트 건축물의 결로방지 처리법"에 따라 제조된 혼합물 및 공개특허 2001-0064300 "침투성 방수제"에 따라 제조된 혼합물을 각 3개의 원주형 공시체에 스프레이건을 사용하여 5분간격으로 3회 도포한 후, 24시간 동안 온도 23℃의 실내에서 습윤 양생 하였다. 이어서, 온도 23℃, 상대습도 60%의 항온항습실에서 4일동안 양생한 후, KS F 2405에 준하여 압축강도 실험을 실시하였다. 압축강도 실험은 만능재료실험기를 이용하여 콘크리트시편에 하중을 매초 1.5~3.5kg/cm2 이내의 일정한 속도로 가하여 공시체가 파괴될 때까지 행하였다. 본 발명의 혼합물에 대한 압축강도 평가결과가 <표 4>에 나타나있다.
<표 4>
| 분 류 | 무처리 | 조성물 D : E의 중량비 | ||||
| 50 : 50 | 70 : 30 | 80 : 20 | 90 : 10 | 95 : 5 | ||
| 콘크리트 강도(kg/cm2) | 246 | 253 | 268 | 281 | 297 | 309 |
| 콘크리트 강도비 | 1 | 1.03 | 1.09 | 1.14 | 1.21 | 1.26 |
<표 4>에 나타낸 바와 같이, 조성물 D의 중량비가 커질수록 압축강도의 증가가 현저함을 알 수 있으며, 조성물 D의 중량비 80% 이상일 경우에는 압축강도의 증가율이 14% 이상임을 알 수 있다. 이와같이 조성물 D의 중량비가 증가할 수록 압축강도가 현저히 증가하는 이유는 혼합물에 함유되어 있는 실리케이트 성분이 졸-겔 프로세스에 의해 가수분해 및 중합반응을 일으키면서 시멘트중의 칼슘실리케이트 수화물과 결합하여 3차원 망목구조를 형성하기 때문으로 분석된다.
기존 공개특허 혼합물에 대한 압축강도 평가결과가 <표 5>에 나타나있다.
<표 5>
| 분 류 | 무처리 | 공개특허 1998-076357 | 공개 특허 2001-0064300 |
| 콘크리트 강도(kg/cm2) | 246 | 241 | 252 |
| 콘크리트 강도비 | 1 | 0.98 | 1.02 |
<표 5>에 나타낸 바와 같이, 공개특허 1998-076357의 경우에는 실리콘 에멀젼을 주성분으로 하고 있어 콘크리트 표면에 방수씰링층을 형성하는 것으로 콘크리트 건축물의 결로 방지 처리방법으로는 유효한 것으로 판단되지만, 1단계 : 콘크리트 표면에 방수실링층을 형성하고, 2단계 : 그 표면에 시멘트계 컴파운드를 도포하여 도막방수층을 형성한 다음, 3단계 : 물의 일부를 실리콘 에멀젼으로 치환하여 만든 몰탈을 상기 도막방수층위에 도포하는 공법으로 1단계에서 사용되는 표면도포용 씰링제의 콘크리트의 구체강화효과는 없는 것으로 분석된다. 또한, 공개특허 2001-0064300은 물유리의 일종인 소듐실리케이트를 주성분으로 하고 있어 시멘트 수화물과의 결합에 의한 구체강화효과는 지니고 있지만, 콘크리트 표면에 존재하는 수산화칼슘과의 급격한 반응에 의해 구체 내부 깊숙이 침투하기가 어렵고, 전체 혼합물중 물이 차지하는 비중이 중량비 65~85%이기 때문에 콘크리트 침투 후 구체강화에 기여하는 화합물이 적어 강도증진효과가 미미한 것으로 분석된다.
[
실시예
5]
먼저, [실시예 1]에 따라 제조된 조성물 D를 23℃의 실내에서 24시간동안 보관하여 안정화시켰다. 이어서 [실시예 2]에 따라 조성물 E를 제조하였다.
이어서, 조성물 D 중량비 90%에 조성물 E 중량비 10%를 혼합하여 느린속도로 10분간 교반하여 혼합물을 제조하였으며, 이 혼합물을 가지고 콘크리트 슬래브 상판에 현장실험을 수행하였다.
매직 및 테이프로 콘크리트 슬래브 상판에 가로 1m, 세로1m의 직사각형을 8개 만들고 브러시를 사용하여 콘크리트 표면에 있는 불순물을 제거한 후 붓을 사용하여 4개소에 각각 0.2ℓ, 0.4ℓ, 0.6ℓ, 0.8ℓ의 본 발명 혼합물을 도포하였고, 비교를 위하여 각 2개소에 공개특허 1998-076357 "콘크리트 건축물의 결로방지 처리법"에 따라 제조된 혼합물 0.4ℓ와 0.6ℓ를 붓으로 도포하였으며, 공개특허 2001-0064300 "침투성 방수제"에 따라 제조된 혼합물 0.4ℓ와 0.6ℓ를 붓으로 도포하였다. 각각의 혼합물이 도포된 슬래브는 7일간 자연양생(대기중 방치) 시킨후 직경 50mm의 코어를 각각 3개씩 채취하여 침투깊이 및 흡수량을 측정하였다. 침투깊이는 KS F 4930 “콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재”의 5.4.2 시험방법 b)항에 따라 혼합물을 도포한 시험체를 2분할하여 그 단면에 물을 분무하고 콘크리트 표면의 색상차에 따라 구분되는 두께를 측정하였다. 또한, 흡수량은 KS F 4930에 준하여 시험체를 온도 20±2℃, 상대습도 65±5%의 항온항습실에서 8일간 존치시킨 후, 취한 코어의 혼합물 도포면을 제외한 나머지 면에 에폭시 코팅을 실시한 다음, 온도 20±2℃의 항온수조에 24시간 침적시켜 흡수량을 구하였으며, 그 결과가 <표 6>에 나타나있다.
<표 6>
| 혼합물 분류 | 도포량(ℓ) | 표면색깔변화 | 침투깊이(mm) | 흡수량(g) |
| 본 발명방법 | 0.2 | 변화없음 | 5 | 0.3 |
| 0.4 | 변화없음 | 12 | 0.2 | |
| 0.6 | 변화없음 | 16 | 0.2 | |
| 0.8 | 변화없음 | 21 | 0.2 | |
| 공개특허 1998-076357 | 0.4 | 어두운색깔 | 0.4 | 0.4 |
| 0.6 | 어두운색깔 | 0.5 | 0.3 | |
| 공개특허 2001-0064300 | 0.4 | 변화없음 | 3 | 1.2 |
| 0.6 | 변화없음 | 4 | 1.0 |
<표 6>에서 보는 바와 같이 본 발명방법에 따라 제조된 혼합물을 콘크리트에 도포하였을 때에는 콘크리트 표면의 색깔은 변하지 않았으며 오히려 깨끗해 졌지만, 공개특허 1998-076357에 따라 제조된 혼합물을 도포하였을 경우에는 3일이 경과한 후에도 표면이 끈끈한 상태를 유지하였으며 용제에 의해 표면이 점차 어두워지고 먼지 등의 이물질이 달라붙어 얼룩이 발생하였다.
또한, 본 발명방법은 0.4ℓ/m3이상을 도포하면 침투깊이가 10mm 이상이었으나, 공개특허 1998-076357 및 2001-0064300은 0.4ℓ/m3을 도포한 경우 침투깊이가 0.4mm와 3mm로 나타났으며, 0.6ℓ/m3을 도포한 경우에도 0.5mm와 4mm로 나타났다.
콘크리트는 타설되고 난 후 1년이 경과하는 시점까지 약 400Strain(×10-6)의 건조수축을 일으키기 때문에 콘크리트 표면에 균열폭 0.2mm이하 균열깊이 0.5mm 이하의 미세한 균열을 다수 발생시킨다. 따라서, 본 발명방법에 의한 혼합물은 콘크리트에 도포한 이후 건조수축에 의한 균열이 발생하여도 방수 및 열화억제효과에 탁월한 성능을 나타내지만, 기존 기술은 건조수축 균열 발생시에 방수층이 파괴되는 현상이 나타난다. 물의 흡수량 시험결과에서도 본 발명방법은 흡수량이 0.2g으로 탁월한 방수효과를 나타내지만, 공개특허 2001-0064300은 흡수량이 1.0g 이상으로써 방수성능에 문제점을 나타내고 있다.
이상과 같이 본 실험을 통하여 얻은 결론을 보면, 본 발명방법은 콘크리트 표면색깔의 변화, 침투깊이, 흡수량에서 모두 양호한 결과를 얻었으나 공개특허 1998-076357은 표면색깔변화 및 침투깊이에서 양호하지 못한 결과가 나타났으며, 공개특허 2001-0064300은 침투깊이 및 흡수량에서 양호하지 못한 결과가 나타났다.
[
실시예
6]
염화물 차단성능을 평가하기 위하여 [실시예 4]의 <표 3>과 같이 제작된 지름 100mm×높이 200mm 원주형 콘크리트 시편 3개의 윗면에 [실시예 5]에 따라 제조된 혼합물 3.15cc(0.4ℓ/m3)를 붓을 이용하여 도포하였다. 이어서 24시간 동안 온도 23℃의 실내에서 습윤 양생한 다음, 온도 23℃, 상대습도 60%의 항온항습실에서 2일동안 양생을 실시하였다. 이어서, 염화물의 1방향 침투를 유도하기 위하여 원주형 콘크리트 시편을 [실시예 5]의 혼합물을 도포한 면을 제외하고 모두 에폭시로 코팅한 후, 다시 온도 23℃, 상대습도 60%의 항온항습실에서 2일 동안 양생을 실시하였다. 비교를 위하여 혼합물을 도포하지 않은 3개의 시편도 윗면을 제외하고 동일한 방법으로 에폭시 코팅을 실시한 다음 동일하게 양생하였다.
중량비 95% 농도의 NaCl 3.79kg을 증류수 1,000ℓ에 녹여 소금물을 제조한 후, 양생을 마친 콘크리트 시편을 침적하였다. 침적 60일이 되었을 때 콘크리트 시편을 꺼낸 후 샌드페이퍼를 사용하여 콘크리트 표면의 불순물을 제거한 후, 콘크리트 연마기를 사용하여 콘크리트 표면으로부터 10mm와 20mm 깊이의 콘크리트 분말을 20g 씩 채취한 후, 일본 콘크리트공학협회 규준 『경화 콘크리트 중의 염분량 측정 방법』에 의해 염화물을 추출하여 이온전극법을 이용한 일본 K사 제품의 AG-100을 이용하여 측정하였으며, 그 결과가 <표 7>에 나타나있다.
<표 7>
| 시료명 | 10mm 깊이의 염화물 이온량 | 20mm 깊이의 염화물 이온량 |
| 혼합물 도포 콘크리트 | 0.001% | - |
| 무도포 콘크리트 | 0.075% | 0.033% |
<표 7>에서 보는바와 같이 본 발명방법에 따라 제조된 혼합물을 도포한 콘크리트의 경우에는 염화물 이온의 침투가 거의 없어 염화물 차단성능이 뛰어남을 나타내고 있다. 이것은 본 발명의 혼합물을 도포할 경우, 실리케이트와 유기 합성성분의 결합반응에 의해 콘크리트 표면으로부터 일정깊이까지 견고한 열화방지층을 형성하여 염화물 차단성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
[
실시예
7]
중성화 억제성능을 평가하기 위하여 [실시예 6]에서와 동일한 방법으로 시험시편을 제작하고 양생하였다. 또한, [실시예 6]과 같이 콘크리트 시편의 윗면을 제외하고 나머지 면을 에폭시로 코팅한 다음 양생하였다. 이어서 이산화탄소 10%, 온도 30±3℃, 습도 60±5% 조건의 촉진 중성화시험장치에 90일간 존치시킨 후 꺼내어 페놀프탈레인 1%용액을 이용한 페놀프탈레인법에 의해 중성화 깊이를 측정하였으며, 그 결과를 <표 8>에 나타내었다.
<표 8>
| 시료명 | 혼합물 도포 콘크리트 | 무도포 콘크리트 |
| 중성화 깊이 | 0.1mm | 27mm |
<표 8>에서 보는 바와 같이 본 발명방법에 따라 제조된 혼합물을 도포한 콘크리트의 경우에는 중성화 깊이가 0.1mm로 거의 없어 중성화 억제성능이 뛰어남을 나타내고 있다. 이것은 본 발명의 혼합물을 도포할 경우, 실리케이트와 유기 합성 성분의 결합반응에 의해 콘크리트 표면으로부터 일정깊이까지 열화억제 및 구체강화층을 형성하여 중성화 억제성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
다음으로, 본 발명에 따른 표면침투 보강제의 시공방법을 설명한다.
본 발명의 실리케이트와 모노머 합성물질, 즉 표면침투 보강제는 콘크리트 타설 후 28일 이후에 스프레이건, 분무기, 로울러 또는 붓 등을 사용하여 콘크리트 표면에 도포하며, 도포 후 7일이 경과하면 구조물의 내구성능개선에 뛰어난 효과가 나타나게 된다. 즉, 표면침투 보강제는 신규 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시키고, 사용중인 콘크리트 구조물의 경우에는 성능이 저하된 콘크리트의 제거없이 구조물의 성능을 개선하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 표면침투 보강제와 그 제조방법 및 시공방법에 의하면, 비점이 높아 상온에서 휘발성이 낮고 콘크리트 내부로 우수한 침투성을 보이며, 누수의 원인이 되는 콘크리트 크랙 또는 모공에 깊숙히 침투하여 그 극간을 메움으로써 물이 침투되는 것을 방지하며 콘크리트 강도 자체를 증가시키는 것으로, 본 발명에 따른 표면침투보강제 조성물을 콘크리트 구조물에 도포할 경우, 콘크리트 모세관 흡입력(Capillary suction)에 의해 콘크리트 중으로 빠르게 확산되어 들어가 콘크리트 구조물의 내부에 물리/화학적으로 안정된 구체강화층을 형성한다. 이러한 본 발명은 일반 콘크리트 구조물은 물론 전력구조물 중 원자력 발전소 격납건물 및 보조건물, 해수취수구조물 등 해양환경하에 있는 콘크리트 구조물의 열화방지 및 내구성능향상에 큰 효과가 있을 뿐만 아니라, 전력구 등의 송배전 시설에도 열화억제효과를 얻을 수 있다.
Claims (21)
- 실리케이트(silicate) 물질과 모노머(monomer) 물질을 혼합하여 조성물 A를 제조하는 단계;실리케이트 물질과 아민계 물질을 혼합하여 조성물 B를 제조하는 단계;상기 조성물 A와 상기 조성물 B를 혼합하여 조성물 C를 제조하는 단계;상기 조성물 C에 실란계 물질을 혼합하여 조성물 D를 제조하는 단계;에탄올에 페놀프탈레인을 첨가하여 조성물 E를 제조하는 단계; 및상기 조성물 D와 상기 조성물 E를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물 A를 제조하는 단계는반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 실리케이트 물질과터드부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 하이드록시에틸아크릴레이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 모노머 물질을 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입하는 제 1단계;반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반시키는 제 2단계;반응기 내부 온도를 일정 온도로 유지시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시키는 제 3단계; 및특정시점에서 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때까지 냉각하는 제 4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 제 1단계는 상기 실리케이트 물질의 중량비를 50 내지 95%, 상기 모노머 물질의 중량비를 5 내지 50%가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 제 2단계는 30 내지 100rpm의 교반속도로 이루어지는 것을 특징으로 하 는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 제 3단계는 반응기 내부 온도를 60 내지 100℃로 유지시키면서 5 내지 10시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 제 4단계의 특정시점은 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나, 처음 나오는 에탄올 양의 20%미만의 에탄올이 나오게 되는 시점인 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물 B를 제조하는 단계는반응기 내부에 테트라에틸오소실리케이트, 테트라메틸오소실리케이트, 트리메틸메톡시오소실리케이트, 트리메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸디메톡시오소실리케이트, 디메틸디에톡시오소실리케이트, 메틸트리메톡시오소실리케이트, 메틸트리에톡시오소실리케이트, 테트라메톡시오소실리케이트, 테트라에톡시오소실리케이트, 메틸디메톡시오소실리케이트, 메틸디에톡시오소실리케이트, 디메틸에톡시오소실리케이트, 디메틸비닐메톡시오소실리케이트, 디메틸비닐에톡시오소실리케이트, 메틸비닐디메톡시오소실리케이트, 메틸비닐디에톡시오소실리케이트, 디페닐디메톡시오소실리케이트, 디페닐디에톡시오소실리케이트, 페닐트리메톡시오소실리케이트, 페닐트리에톡시오소실리케이트, 옥타데실트리메톡시오소실리케이트, 옥타데실트리에톡시오소실리케이트 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 이루어지는 실리케이트 물질과 디에탄올아민을 투입하고 적당량의 반응 촉매를 투입하는 제 1단계;반응기 내부로 질소가스를 유입시키면서 교반시키는 제 2단계;반응기 내부 온도를 일정온도로 유지시키면서 환류관을 통해 빠져나온 에탄올의 양이 일정해질 때까지 반응을 지속시키는 제 3단계; 및특정시점에서 질소가스의 유입을 중지하고 반응물의 온도를 40℃이하로 떨어질때까지 냉각하는 제 4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 제 1단계는 상기 실리케이트 물질의 중량비를 50 내지 95%, 상기 디에탄올아민의 중량비를 5 내지 50%가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 제 2단계는 30 내지 100rpm의 교반속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 제 3단계는 반응기 내부 온도를 60 내지 100℃로 유지시키면서 5 내지 10시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 제 4단계의 특정시점은 더 이상의 에탄올이 나오지 않거나, 처음 나오는 에탄올 양의 5%미만의 에탄올이 나오게 되는 시점인 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 조성물 C를 제조하는 단계는 상기 조성물 A의 중량비를 적어도 50%, 상기 조성물 B의 중량비를 50%미만이 되도록 혼합하고, 교반속도를 30 내지 100rpm으로 유지시켜 10 내지 60분동안 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 조성물 C를 제조하는 단계는 상기 조성물 A의 중량비를 70 내지 90%, 상기 조성물 B의 중량비를 10 내지 30%가 되도록 혼합하고, 교반속도를 40 내지 80rpm으로 유지시켜 20 내지 40분 동안 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 조성물 D를 제조하는 단계는 상기 조성물 C에 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 50% 미만의 중량비로 첨가하고, 교반속도를 30 내지 100rpm으로 유지시켜 10 내지 60분 동안 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 14항에 있어서,상기 조성물 D를 제조하는 단계는 상기 조성물 C에 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 10 내지 30%의 중량비로 첨가하고, 교반속도를 40 내지 80rpm으로 유지시켜 20 내지 40분 동안 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 조성물 E를 제조하는 단계는 순도 95% 이상의 에탄올 90 내지 99.5g에 페놀프탈레인 0.5 내지 10g을 첨가하고 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 16항에 있어서,상기 조성물 E를 제조하는 단계는 순도 95% 이상의 에탄올 95 내지 98.6g에 페놀프탈레인 1.0 내지 1.5g을 첨가하고 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 조성물 D와 상기 조성물 E를 혼합하는 단계는 상기 조성물 E의 중량비를 50%미만이 되도록 상기 조성물 D에 혼합하고 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 18항에 있어서,상기 조성물 D와 상기 조성물 E를 혼합하는 단계는 상기 조성물 E의 중량비를 5 내지 20%가 되도록 상기 조성물 D에 혼합하고 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제조방법으로 제조된 표면침투 보강제.
- 제 20항에 있어서,상기 표면침투 보강제를 콘크리트 타설 후 28일 이후에 분무기, 로울러, 붓, 스프레이건 중 어느 하나로 도포하는 것을 특징으로 하는 표면침투 보강제의 시공 방법.
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