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KR102469340B1 - 산화 그래핀을 포함하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물 및 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

산화 그래핀을 포함하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물 및 콘크리트 구조물의 보수공법 Download PDF

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KR102469340B1 KR1020210088717A KR20210088717A KR102469340B1 KR 102469340 B1 KR102469340 B1 KR 102469340B1 KR 1020210088717 A KR1020210088717 A KR 1020210088717A KR 20210088717 A KR20210088717 A KR 20210088717A KR 102469340 B1 KR102469340 B1 KR 102469340B1
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한규택
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(주)삼주유니콘
글로벌이앤씨(주)
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로드이앤씨 주식회사
비제이엠텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 시멘트 및 골재를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물로서, 고형분 100 중량부를 기준으로 산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부와 화학식 1로 표시되는 화합물, 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 각각 0.1 내지 0.2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이들 화합물들을 포함하는 보수재 조성물을 보수 대상인 콘크리트 구조물에 타설하여 보수시, 산화 그래핀에 의해 콘크리트의 중성화 방지 및 휨 강도가 향상되며 강직한 화학구조를 가진 화합물들이 특히 보수층 표면에서 자외선에 의해 경화되어 압축 강도가 증대된 보수층을 형성한다.

Description

산화 그래핀을 포함하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물 및 콘크리트 구조물의 보수공법 {REPAIR COMPOSITION CONTAINING GRAPHENE OXIDE FOR CONCRETE STRUCTURE AND REPAIRING METHOD FOR CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 콘크리트 구조물을 보수하기 위해 사용되는 보수재 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 시멘트를 주재로 하여 형성된 구조물로서, 시멘트는 물과의 수화반응을 통하여 안정한 물질을 생성하는 수경성의 재료이다. 이 수화반응에서 시멘트 량의 약 1/3에 해당하는 수산화칼슘이 생성되게 된다. pH 12~13 정도의 강알칼리성을 나타내는 수산화칼슘은 구조물 내부의 철근 주위에 부동태 피막을 생성하고, 이에 따라 철근이 부식되지 않고 구조물의 강도가 유지된다.
그러나, 콘크리트 구조물은 특성상 초기 양생과정에서 많은 미세 균열이 발생하게 된다. 균열의 틈 사이로 물이 침투하게 되면, 온도 변화에 따른 물의 동결융해의 반복에 의하여 콘크리트 구조물의 균열이 가속화되어 내구성이 현저히 저하된다.
특히, 비래염분이나 대기오염으로 인하여 증가 일로에 있는 이산화탄소와 같은 산성물질이 콘크리트 구조물 내부에 침입하면, 콘크리트 구조물의 염해 및 중성화가 진행되어 콘크리트 구조물의 강도유지를 위해 내부에 매설한 철근이 부식을 촉진한다. 즉, 산성물질이 시멘트 수화물 중의 수산화칼슘과 반응함으로써 콘크리트 구조물의 pH가 10 이하로 낮아지고 내부 철근구조물 주위의 부동태 피막이 파괴되어 철근부식 등에 의해 구조물이 열화된다. 철근이 부식되면 그 체적이 증가하는데, 철근의 체적증가는 구조물 표면에 인장력으로 작용하여 표면에 발생한 균열을 더욱 성장시킴으로써 구조물의 강도를 약화시킨다.
이와 같이, 물리적, 화학적인 환경조건에 의해 콘크리트의 열화현상이 진행되면서, 콘크리트 구조물의 대대적인 보수가 필요한 실정이다.
콘크리트 구조물을 보수하기 위한 방법으로서 다양한 보수재 조성물이 사용되고 있다. 특히 실리카 샌드와 같은 골재와, 결합재인 시멘트를 기본 보수재 성분으로 한 보수재 몰탈은 휨 강도나 압축 강도가 충분치 않아 시공 후 시간이 지남에 따라 수분이 침투하여 콘크리트 구조물 및 보수재 몰탈을 열화시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 시멘트 및 골재를 포함하는 콘크리트 보수재 조성물의 시공 후 콘크리트의 중성화 방지 및 휨 강도와 압축 강도를 개선시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시공 후 콘크리트의 중성화 방지 및 휨 강도와 압축 강도를 개선시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따라 시멘트 및 골재를 포함하는 콘크리트 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로,
산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부,
하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부,
하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부 및
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부를 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112022071405892-pat00033
<화학식 2>
Figure 112022071405892-pat00034
<화학식 3>
Figure 112021078059499-pat00003
본 발명의 콘크리트 보수재 조성물에 있어서, 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함할 수 있다.
<화학식 4>
Figure 112021078059499-pat00004
본 발명의 콘크리트 보수재 조성물은,
1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부;
칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부;
알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부;
칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부;
평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부;
평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부;
평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부;
포졸란 파우더 5 내지 10 중량부;
알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부;
스테이플 셀룰로오스 섬유 0.1 내지 0.3 중량부;
산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부;
하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부;
하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부; 및
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부를 포함할 수 있고,
<화학식 1>
Figure 112022071405892-pat00035
<화학식 2>
Figure 112022071405892-pat00036
<화학식 3>
Figure 112021078059499-pat00007
바람직하게는, 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함할 수 있다.
<화학식 4>
Figure 112021078059499-pat00008
또한, 본 발명은 전술한 콘크리트 보수재 조성물을 보수 대상인 콘크리트 구조물에 타설하여 보수하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 보수재 조성물을 보수 대상인 콘크리트 구조물에 타설하여 보수시, 산화 그래핀에 의해 콘크리트의 중성화 방지 및 휨 강도가 향상되어 진동이나 균열에 깨지기 쉬운 취성을 개선할 수 있다.
또한, 전술한 화학식들로 표시된 강직한 화학구조를 가진 화학식 1-2의 화합물들이 특히 보수층 표면에서 자외선에 의해 경화되어 압축 강도가 증대된 보수층을 형성할 수 있다. 더불어, 화학식 3의 화합물이 보수재 조성물의 콘크리트의 강도를 더욱 개선한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따라 시멘트 및 골재를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물은, 고형분 100 중량부를 기준으로,
산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부,
하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부,
하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부 및
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부를 포함한다.
<화학식 1>
Figure 112022071405892-pat00037
<화학식 2>
Figure 112022071405892-pat00038
<화학식 3>
Figure 112021078059499-pat00011
산화 그래핀은 알려진 바와 같이 그래핀을 제조시 산을 넣고 반응시킴으로서 표면이 산화되어 산소가 치환된 구조를 갖게 되며, 카르복실기를 표면에 갖는다. 이에 따라 염수에 강하고 알칼리성을 갖고 있어 물과 반응시 수산화물을 형성, 콘크리트의 중성화를 방지한다. 더불어 산화 그래핀은 가볍고 강하여, 중력에 의한 처짐이나 흐름 현상을 개선하여 휨 강도를 개선할 수 있다.
또한, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물들은 강직한 화학구조를 가지고 있고, 이들 화합물들은 특히 보수층 표면에서 인공적인 또는 태양광의 자외선에 의해 경화반응을 일으켜 견고해지므로, 압축 강도가 증대된 보수층을 형성하는데 기여한다. 더불어, 화학식 3으로 표시되는 화합물은 보수층의 강도를 더욱 개선한다.
본 발명의 콘크리트 보수재 조성물에 있어서, 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함할 수 있다.
<화학식 4>
Figure 112021078059499-pat00012
또한, 본 발명의 콘크리트 보수재 조성물에 있어서, 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함하면, 전술한 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
<화학식 5>
Figure 112021078059499-pat00013
이들 화학식 4 및 5로 표시되는 화합물들 역시 강직한 화학구조를 가지고 있고, 이들 화합물들은 특히 보수층 표면에서 인공적인 자외선 광 또는 태양광의 자외선에 의해 경화반응을 일으켜 견고해지므로, 화학식 1 및 화학식 2의 화합물과 병용시 압축 강도가 더욱 증대된 보수층을 형성하는데 기여한다.
특히, 화학식 5로 표시되는 화합물을 H자 형의 강직한 화학구조를 가지고 있어 전술한 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
전술한 성분들 외에, 콘크리트 구조물의 보수재 조성물의 성분에 대해 설명하면 다음과 같다.
시멘트
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수재 조성물은 결합재로서 시멘트를 사용한다. 시멘트로는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 카륨 알루미네이트 시멘트 및 알루미나 시멘트를 동시에 병용하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로는, 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부, (b) 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부, 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부의 비율로 사용할 수 있으며, 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부를 더 첨가할 수 있다. 이러한 성분들을 정해진 함량범위로 포함하면, 보수재의 응결시간, 강도, 수축팽창에 대한 물성변화의 최소화 등 우수한 결합재로서의 성질을 나타낸다.
골재
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수재 조성물은 골재로서 실리카 샌드를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
보다 구체적으로는, 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부, 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부 및 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부의 비율로 사용할 있다. 이와 같이 서로 다른 입도를 갖는 실리카 샌드를 혼합하므로서 공극을 조절, 보수재 시공후 그 골격이 안정화되는 것을 확인하였다.
기능성 소재부
본 발명의 콘크리트 단면 보수재 조성물은 보수재에 특이적 기능을 부여하기 위한 기능성 소재부로서, 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부, 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부, 및 스테이플 섬유 0.3 중량부를 더 포함할 수 있다.
포졸란 파우더는 전술한 함량비 내에서 단면 보수재 시공 후 양생시 경화에 따른 수화반응에 의한 에트링자이트 생성을 초진하여 보수재의 초기 및 장기적 강도 발현에 기여한다.
알킬알콕시실란은 메틸기, 페놀기 등의 소수성 탄화수소기를 포함하는 화합물로서, 가수분해성 알콕시기가 보수재 조성물 내의 물 또는 수분에 의해 가수분해되어 실란올이 생성되며, 실란올은 무기재 표면과 결합하여 옥산 결합을 형성하므로서, 콘크리트 기공 또는 모세관 표면이 실란화되어 물과 공기의 침투를 차단하게 된다.
스테이플 셀룰로오스 섬유로는 평균 길이가 1 내지 20 cm인 셀롤로오스 섬유를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 황마섬유, 목재 펄프 등을 사용할 수 있다. 셀루로오스 섬유는 친수성 보강재로서 배합시 분산성이 우수하여 콘크리트 보수시 재료분리에 의한 섬유 뭉침 현상이 거의 발생하지 않으며, 표면 거칠기가 높으므로 기존의 소수성 인조섬유 보강재보다 구조 보강성이 우수하다. 특히 천연 셀룰로오스 섬유는 함수율이 높아 콘크리트 구조물의 보수재의 시공 불량 시 발생되는 신-구 계면에서의 양생불량을 방지할 수 있다.
산화 그래핀 및 화학식으로 표시된 화합물들에 대해서는 앞에서 상술하였으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 발명의 가장 바람직한 콘크리트 보수재 조성물은, 1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부; 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부; 알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부; 칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부; 평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부; 평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부; 평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부; 포졸란 파우더 5 내지 10 중량부; 알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부; 스테이플 섬유 0.1 내지 0.3 중량부; 산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부; 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 전술한 화합물 각각 0.1 내지 0.2 중량부를 포함할 수 있으며, 이 외에 타르타닉산 0.1 내지 0.5 중량부, 리튬카보네이트 0.3 내지 0.6 중량부를 더 포함할 수 있고, 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함할 수 있고, 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 시멘트계 보수재 조성물에 사용되는 수지류, 멜맨트계 유동화제, 증점안정제 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 콘크리트 구조물의 보수재 조성물은 시멘트, 골재 및 현무암 분말을 먼저 혼합한 후, 화학식의 화합물들을 용제에 용해시켜 배합 및 건조(필요에 따라 분쇄공정을 더 거칠 수 있다)시키는 방법으로 준비할 수 있으며, 이렇게 준비된 보수재 조성물을 물과 배합하여 통상적인 콘크리트 구조물의 보수방법에 따라 시공할 수 있다.
시공 후에는 자외선 발생기를 이용하여 화학식으로 표시된 화합물들을 경화시킬 수 있으나, 태양광에 포함된 자외선에 의해 점차 경화되도록 할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
[화학식 1 화합물의 합성]
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
Figure 112021078059499-pat00014
300ml의 4구 플라스크에 4-히드록시신남산tert부틸(1-c-43a) 10.08g(45.4㎜ol), N,N-디메틸포름아미드 100ml, 탄산칼륨 9.4g을 더하고 10분간 교반했다. 이 혼합물 중에 아크릴산-6-클로로헥실 10.1g(53㎜ol)을 더하고, 90℃에서 6시간 교반했다. 이 반응 혼합물을 10℃로 냉각하고, 물 100ml를 더하고 1시간 교반했다. 이 혼합물을 여과하여, 조생성물을 고체로서 얻었다. 이 고체를 아세톤 25ml에 녹이고, 메탄올 45ml 중에 적하하고 0℃로 냉각했다. 발생한 고체를 여과하고, 다시 아세톤 12ml에 용해하고, 헥산 25ml 중에 적하하고 0℃로 냉각했다. 얻어진 고체를 여과, 건조함으로써, 화합물 1-1이 8.56g 얻어졌다(수율 50%).
200ml의 3구 플라스크에 화합물 1-1 8.5g, 디클로로메탄 22ml를 더하고 교반했다. 이 혼합물 중에 포름산 22ml를 적하하고, 40℃에서 5시간 교반했다. 이 반응 혼합물을 30도 이하로 냉각하고, 디클로로메탄 50ml를 더했다. 유기층을 분리하고, 물 70ml로 4회, 포화 식염수 70ml로 1회 세정했다. 얻어진 용액을 황산나트륨으로 건조했다. 황산나트륨을 여과 분별한 후, 용매를 증류 제거했다. 얻어진 고체에 헥산 10ml와 톨루엔 4ml를 더하고 실온에서 30분 교반했다. 이 혼합물을 여과, 건조함으로써 화합물 1-2가 6.30g 얻어졌다(수율 87%).
100ml의 3구 플라스크에 2,5-디히드록시벤즈알데히드 1.31g, 디클로로메탄 25ml, 화합물 1-2 6.05g, N,N-디메틸아미노피리딘 0.07g을 더하고 5℃에서 10분 교반했다. 이 혼합물 중에 N,N-디이소프로필카르보디이미드 2.98g을 10도 이하를 유지하면서 적하하고, 30℃에서 6시간 교반했다. 이 반응 혼합물에 물 0.08ml를 더한 후, 고체를 여과해서 제거했다. 얻어진 용액을 칼럼(실리카겔+알루미나, 디클로로메탄)에 통과시킨 후, 용매를 증류 제거했다. 얻어진 고체를 아세톤 10ml에 용해시키고, 메탄올 30ml 중에 적하하고 0℃로 냉각했다. 얻어진 고체를 여과, 건조함으로써, 화합물 1-3이 4.80g 얻어졌다(수율 69%).
100ml의 3구 플라스크에 화합물 1-3 4.8g, 2-히드라지노벤조티아졸 1.07g, 테트라히드로퓨란 20ml를 더하고, 50℃에서 15시간 교반했다. 이 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 석출한 고체를 여과했다. 얻어진 고체를 실리카겔 칼럼 크로마토그래피(디클로로메탄/아세트산에틸=10/1)로 정제했다. 칼럼 통과 후의 용액을 여과, 건조함으로써 화학식 1의 화합물을 2.40g 얻었다.
1H NMR(CDCl3)δ : 1.41-1.61(p, 8H), 1.65-1.80(p, 4H), 1.7(br, 1H), 1.80-1.97(p, 4H), 4.02(t, 2H), 4.17(t, 2H), 5.82(d, 2H), 6.10-6.18(dd, 2H), 6.39-6.44(s+d, 3H), 6.93(dd, 4H), 7.09(t, 2H), 7.23(s, 1H), 7.30(d, 1H), 7.43(d, 1H), 7.50-7.58(p, 4H), 7.75-7.89(p, 3H), 8.10(s, 1H).
LC-MS:m/z 885.61[M+]
[화학식 2 화합물의 합성]
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
반응 용기에
Figure 112021078059499-pat00015
,
Figure 112021078059499-pat00016
탄산칼륨, 에탄올, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)을 더하고 가열 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피 및 재결정에 의해 정제를 행하여,
Figure 112021078059499-pat00017
의 화합물 2-1을 얻었다.
반응 용기에
Figure 112021078059499-pat00018
,
Figure 112021078059499-pat00019
, N,N-디메틸아미노피리딘, 디클로로메탄을 더했다. 이어서 디이소프로필카르보디이미드를 더하고 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피 및 재결정에 의해 정제를 행하여,
Figure 112021078059499-pat00020
으로 표시되는 화합물 2-2를 얻었다.
반응 용기에 화합물 2-1, 2-2, 히드라진일수화물, 에탄올을 더하고 가열 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제를 행하여, 화학식 2로 표시되는 화합물을 얻었다.
MS(m/z):853[M++1]
[화학식 3 화합물의 합성]
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
0 ℃, 질소 분위기 하에서 디엠에프(DMF) 10ml에 포스포릴 트리클로라이드 (1.27 g, 8.3 mmol)를 천천히 적가한 후에, 1시간 동안 교반하였다. 여기에 싸이에노[2,3-d]싸이아졸-2-아민(1 g, 6.4 mmol)을 투입하고 80 ℃로 가온하여 교반함으로서 반응을 진행시켰다. 이어서, 상온으로 온도를 낮추고 물 30ml를 넣어 반응을 종결시켰다. 생성된 고체에 1N NaOH 30 ml를 투입한 다음 클로로포름 50 ml를 다시 투입하여 용해시킨 후, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리한 다음, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 클로로포름과 에?K아세에이트를 이용하여 실리카 컬럼을 통해 정제하여 고체 중간체 3-1(0.91g, 77%, MS: [M+H]+ = 184.0)을 제조하였다.
0 ℃에서, 중간체 3-1 (1 g, 5.4 mmol)를 아세트산 3 ml, 프로피온산 7 ml에 투입한 후 30분 동안 교반하였다. 아질산나트륨 (0.39 g, 5.7 mmol)을 황산 16 ml에 녹인 후 천천히 적가한 다음 5 ℃ 이하로 유지하면서 30분 동안 교반하였다. N,N-다이에틸아닐린 (1.2 g, 8.1 mmol)을 메탄올 5 ml에 용해시켜 천천히 적가한 후 2시간 동안 교반하였다. 이때 2N 소듐아세테이트 수용액으로 pH 5-7 사이로 유지될 수 있게 적정하였다. 반응 완료 후에 혼합물을 물과 메탄올로 2회 필터링하고 세척하여 고체 중간체 3-2 (1.4 g, 75%, MS: [M+H]+ = 345.1)을 제조하였다.
중간체 3-2 (0.5 g, 1.5 mmol)와 2-(4-부톡시페닐)아세토나이트릴 (0.33 g, 1.7 mmol)을 에탄올 10ml에 녹였다. 이 혼합물 용액에 피페리딘 5 mol%를 첨가한 후에 2시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물의 온도를 상온으로 낮춘 후에 생성된 고체를 클로로포름 20 ml와 물 20 ml 를 사용하여 3회 추출하였다. 황산 마그네슘으로 물을 제거하고 용매를 증발시킨 후에 클로로포름과 에?K아세에이트를 이용하여 실리카 컬럼을 통해 정제하여 화학식 3의 화합물 (0.45 g, 60%, MS: [M+H]+ = 515.3)을 제조하였다.
[화학식 4 화합물의 합성]
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
Figure 112021078059499-pat00021
4-브로모벤조산(50g), tert-부틸알코올(20.3g), 디메틸아미노피리딘(12.2g)을 디클로로메탄에 용해시키고, 디이소프로필카르보디이미드(DIC, 37.7g)를 35℃에서 적하하고, 5시간 교반했다. 반응액을 여과하고, 여과액을 농축했다. 고체를 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 4-1(49g)을 얻었다.
화합물 4-1(49g)을 NMP에 용해시키고, 탄산칼륨(34.2g), 에틸아크릴레이트(24.8g)를 더했다. 질소 치환을 행하고, 아세트산팔라듐(0.43g)을 더하고, 110℃에서 가열 교반했다. 4시간 교반 후, 물(300ml)을 더하고, 아세트산에틸에 의해 추출했다. 유기층을 1% 염산, 포화 식염수에 의해 세정했다. 황산나트륨에 의해 탈수하고, 유기층을 농축했다. 얻어진 화합물을 에탄올 100ml에 용해시키고, 수산화칼륨(15.2g), 에탄올 50ml, 물 50ml를 더했다. 실온에서 5시간 교반 후, 물을 100ml 더하고, 염산으로 중화했다. 수층을 아세트산에틸로 추출하고, 농축함에 의해 오일상 고체(화합물 4-2, 14.7g)를 얻었다.
얻어진 화합물 4-2를 디클로로메탄에 용해시키고, DMAP(2.90g), 4-히드록시부틸아크릴레이트(10.3g), DMF 400ml를 더했다. 실온에서 DIC(9.0g)를 천천히 적하하고, 24시간 교반했다. 물로 세정하고, 디클로로메탄으로 추출했다. 실리카겔 칼럼 크로마토그래피로 정제했다. 얻어진 오일상 화합물에 포름산을 더하고, 실온에서 9시간, 45℃에서 4시간 교반했다. 반응계 중에 물 100ml를 더하고, 수산화나트륨으로 중화한 후, 아세트산에틸에 의해 추출했다. 유기층을 농축·건조하여, 화합물 4-3(6.5g)을 얻었다.
화합물 4-3(6.5g)을 디클로로메탄 200ml에 용해시키고, DMAP(0.6g), 디히드록시벤즈알데히드(1.2g)를 더했다. 실온에서 DIC(2.5g)를 적하하고, 10시간 교반했다. 반응액을 여과하고, 유기층을 농축했다. 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제를 행하여, 화합물 4-4(5g)를 얻었다.
화합물 4-4(5g)를 에탄올 50ml에 용해시키고, 벤조티아졸히드라진 유도체를 더하고, 45℃에서 5시간 교반했다. 실온까지 냉각하면, 고체가 석출하여, 여과에 의해 회수했다. 재결정에 의해 정제하여, 화학식 4로 표시되는 화합물을 3.5g 얻었다.
[화학식 5 화합물의 합성]
이하에 나타내는 방법에 의해, 하기 화합물을 합성했다.
Figure 112021078059499-pat00022
반응용기에
Figure 112021078059499-pat00023
, 트리에틸아민, 디클로로메탄, 숙신산클로리드를 더하고 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피 및 재결정에 의해 정제를 행하여, 화합물 5-1을 얻었다.
반응 용기에 화합물 5-1과 디클로로메탄을 더했다. -78℃로 냉각하면서 삼브롬화붕소를 더하고 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피 및 재결정에 의해 정제를 행하여, 화합물 5-2를 얻었다.
반응 용기에 화합물 5-2,
Figure 112021078059499-pat00024
, N,N-디메틸아미노피리딘, 디클로로메탄을 더했다. 디이소프로필카르보디이미드를 더하고 교반했다. 통상의 후처리를 행한 후, 칼럼 크로마토그래피 및 재결정에 의해 정제를 행하여, 화학식 5의 화합물을 얻었다.
MS(m/z):1543[M++1]
<실시예 1>
조성물의 제조
1종 보통 포틀랜드 시멘트 32 중량부, 칼슘 알루미네이트 시멘트 2 중량부, 알루미나 시멘트 2 중량부, 칼슘 설포네이트 3 중량부, 실리카 샌드(평균입경 0.1 ㎜) 8 중량부, 실리카 샌드(평균입경 0.4 ㎜) 24.5 중량부, 실리카 샌드(1.0㎜) 18 중량부, 포졸란 파우더(320~340 mesh) 7 중량부, 에틸트리메톡시실란 0.6 중량부, 평균굵기가 70 ㎛이고 평균길이가 5 mm인 셀룰로오스 섬유 0.2 중량부, 타르타닉산 0.1 중량부, 리튬카보네이트 0.3 중량부, 멜멘트계 유동화제 0.2 중량부 WAKER Polymer(RE5010N) 2.0 중량부, 증점안정제 0.1 중량부 및 산화 그래핀(STANDARD GRAPHENE사의 rGO-V50) 0.2 중량부, 화학식 3의 화합물 0.15 중량부를 혼합하였다.
이어서, 상기 방법으로 합성한 화학식 1 및 화학식 2의 화합물 20 중량%, 광중합개시제 Irgacure907(BASF사제)을 1 중량%, 4-메톡시페놀을 0.1 중량% 및 클로로포름을 80 중량% 첨가하여 용액을 준비하고 이를 밀폐된 환경에서 전술한 혼합물 원료와 혼합(혼합물 원료 100 중량부를 기준으로 화학식 1 및 2의 화합물을 각각 0.15 중량부 비율로 혼합)한 후 건조시켜 보수재 조성물을 제조하였다.
시공 테스트
성능 테스트를 위하여, 전술한 실시예의 조성물 100 중량부에 물 16중량부를 혼합하고 양생하면서 고압 수은 램프를 이용하여 자외선을 40mW/㎠의 강도로 20분동안 조사한 후, 아래 기재된 품질기준 테스트에 따라 각종 물성을 평가하였다. 그 결과를 표 1 내지 표 3에 나타냈다.
<실시예 2>
상기 방법으로 합성한 화학식 4의 화합물을 혼합물 원료 100 중량부를 기준으로 0.08 중량부 비율로 더 혼합한 후 건조시켜 보수재 조성물을 제조한 후 시공 테스트를 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
<실시예 3>
상기 방법으로 합성한 화학식 5의 화합물을 혼합물 원료 100 중량부를 기준으로 0.08 중량부 비율로 더 혼합한 후 건조시켜 보수재 조성물을 제조한 후 시공 테스트를 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
시험항목 KSF4042 품질기준 실시예 1 실시예 2 실시예 3
압축강도(MPa) 20.0 이상 65 66 67
휨강도(MPa) 6.0 이상 10.2 10.3 10.7
중성화저항성(㎜) 2.0 이하 1.16 1.18 1.19
미세균열 방지성 테스트 항목 KS 기준 실시예 1, 2 및 3의 물성 시험기준
균열 대응성(-20 ℃) 잔갈림 및 파단되지 않을 것 이상 없음 KS F 4936
균열 대응성(20 ℃) 잔갈림 및 파단되지 않을 것 이상 없음
시험 항목 기준 실시예의 물성 시험기준
오염성(콩기름) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음 KS M 3802:2014
오염성(윤활유) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(95%에탄올) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(10%암모니아 수용액) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(우유) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(5%아세트산) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(5%염산) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(등유) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
오염성(간장) 현저한 색, 광택 및 부풂이 없음 이상없음
상기 표 1 내지 표 3의 결과를 참조하면, 실시예의 콘크리트 구조물의 보수재 조성물을 이용하여 형성한 보수재는 중성화 방지 성능과 함께 압축강도와 휨 강도가 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (5)

  1. 시멘트 및 골재를 포함하는 콘크리트 보수재 조성물에 있어서,
    상기 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로,
    산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부,
    하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부 및
    하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112022071405892-pat00039

    <화학식 2>
    Figure 112022071405892-pat00040

    <화학식 3>
    Figure 112022071405892-pat00027
  2. 제1항 에 있어서,
    상기 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물:
    <화학식 4>
    Figure 112021078059499-pat00028
  3. 고형분 100 중량부를 기준으로,
    1종 보통 포틀랜드 시멘트 30 내지 40 중량부;
    칼슘 알루미네이트 시멘트 2 내지 6 중량부;
    알루미나 시멘트 2 내지 5 중량부;
    칼슘 설포네이트 2 내지 5 중량부;
    평균입경이 0.1 내지 0.2 mm인 실리카 샌드 5 내지 10 중량부;
    평균입경이 0.3 내지 0.6 mm인 실리카 샌드 25 내지 35 중량부;
    평균입경이 0.7 내지 1.2 mm인 실리카 샌드 16 내지 20 중량부;
    포졸란 파우더 5 내지 10 중량부;
    알킬알콕시실란 0.4 내지 0.8 중량부;
    스테이플 셀룰로오스 섬유 0.1 내지 0.3 중량부;
    산화 그래핀 0.01 내지 0.3 중량부;
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부;
    하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부; 및
    하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0.1 내지 0.2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112022071405892-pat00041

    <화학식 2>
    Figure 112022071405892-pat00042

    <화학식 3>
    Figure 112022071405892-pat00031
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보수재 조성물은 고형분 100 중량부를 기준으로, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0.05 내지 0.1 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수재 조성물
    <화학식 4>
    Figure 112021078059499-pat00032
  5. 콘크리트 구조물에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 보수재 조성물을 타설하여 단면을 보수하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
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