專利名稱：硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物及包含該組合物的混凝土組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠利用于對海岸及海岸填筑土地施工的海岸混凝土構造物的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物及適用該組合物的混凝土組合物 (Silicate-Formate Complex Composition and Concrete Composition Containing the Same)，更詳細地，涉及一種能夠抑制混凝土構造物的收縮，改善氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性的硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物及適用該組合物的混凝土組合物。
背景技術：
使用于海岸混凝土構造物的混凝土因自收縮、干燥收縮等而受到收縮應力，導致混凝土發生龜裂的危險較高，又因海水造成的鹽害和海岸這種特殊環境而表露于潮濕的環境導致混凝土因氯離子、硫酸鹽類以及水分等而腐蝕，并且中性化等致使位于混凝土內部的鋼筋腐蝕。這些原因致使混凝土構造物急速劣化而使其壽命顯著降低，因而構造物的危害正在擴大。
因鹽害而致使混凝土構造物損傷的情況下，由于從海水流入的氯離子、硫酸根離子以及海砂混入等內外部因素而直接導致填埋于混凝土內部的鋼筋的腐蝕。這種劣化現象難以完全恢復到損傷之前的狀態，相比其他劣化因素，其損傷程度或發生頻率方面更加嚴重。
目前為止，為了防止海岸混凝土構造物的鹽害損傷以及腐蝕劣化，并恢復已劣化的混凝土的性能，不斷提出了各種方法，但韓國國內的研究水平還處于弱勢，大部分研究還止步于用于現場的實驗性研究。只是，最近正在就海洋橋梁構造物進行用于評價耐鹽害性及鋼筋抗腐蝕性的中長期性監測，但仍未脫離現有的諸如礦渣硅酸鹽、防銹劑等混合材料的適用、調配設計等方式。
并且，韓國國內的建設技術研究所以100年壽命的海岸構造物用高耐久性混凝土的開發以及現場實用化為目的，進行了設計部分的實用化研究，但目前為止幾乎仍無法進行考慮到設計、施工、材料以及復合劣化因子等的實證性研究。
目前，為了改善海岸混凝土構造物的耐鹽害性而提出的最具代表性的方法有氯離子的固定化工藝，這種工藝有使用醇醚、環氧烷聚合物等有機物的方法和使用亞硝酸類的無機物的方法。雖然上述方法已在韓國國內普遍應用，但耐鹽害性的可靠性低，且因長期反復的劣化因子的攻擊而導致大部分材料喪失其本身功能，因此頻繁發生需要重新施工損傷部位的情況。
除此之外，為了防止海岸混凝土構造物的鹽害損傷以及腐蝕劣化，并恢復已劣化的混凝土的性能，而提出了電方式工藝、表面涂敷工藝等各種方法，這些方法雖然阻隔有害物質的效果良好，但存在不經濟，危害環境，且需要反復進行維修施工等的問題。
適用于海岸構造物的混凝土在初期施工時因收縮應力而發生收縮龜裂的情況下，會提供腐蝕因子的滲透路徑而加速混凝土的劣化，因而需要開發出在初期便控制收縮的技術。并且，要求開發出能夠直接適用于對海岸構造物施工的混凝土本體，保證經濟性，同時能夠改善耐鹽害性，控制收縮應力的技術。發明內容
技術問題
本發明是為了解決如上所述的現有技術的問題而提出的，本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠抑制混凝土構造物的收縮，并同時改善氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物及適用該組合物的混凝土組合物。
解決問題的手段
為了解決如上所述的問題，本發明提供一種硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物，該硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物包含30 60重量％含氟二氧化硅化合物、 5 30重量％磺胺澤辛(sulfazecin)、5 20重量％馬來酸酐-丙烯酸共聚物以及30 60重量％甲酸鹽類化合物。
優選地，上述含氟二氧化硅化合物是KSiF6與水的混合物。
優選地，上述甲酸鹽類化合物選自由甲酸鈣、甲酸鋇以及它們的混合物構成的組中。
并且，本發明提供一種混凝土組合物，該混凝土組合物相對于100重量份使用于混凝土的粘結劑(Binder)，包含0. 2 3. 0重量份上述硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物。
優選地，上述混凝土選自由I型普通波特蘭水泥；I型礦渣水泥；II型礦渣水泥； 5 39重量％飛灰以及余量的I型普通波特蘭水泥；5 39重量％飛灰以及余量的I型礦渣水泥；5 39重量％飛灰以及余量的II型礦渣水泥；以及它們的混合物構成的組中。
發明的效果
適用本發明的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物的情況下，能夠抑制對海岸及海岸填筑土地施工的海岸混凝土構造物的收縮，提高氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性。
圖1是表示板狀-環狀拘束龜裂試驗模具的照片。
圖2是表示本發明的實施例和比較例的混凝土流動性的測定結果的圖表。
圖3是表示本發明的實施例和比較例的混凝土壓縮強度的測定結果的圖表。
圖4是表示本發明的實施例和比較例的耐鹽害性的測定結果的照片。
圖5是表示本發明的實施例和比較例的抗硫酸鹽性的測定結果的照片。
具體實施方式
本發明的硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物能夠通過改善混凝土的抗收縮性來抑制收縮龜裂，并通過滲透到混凝土的氯離子和硫酸根離子的化學固定化來降低游離氯離子和硫酸根離子的濃度。由此能夠減低混凝土內的氯離子和硫酸根離子的擴散系數以及滲透深度，并在鋼筋表面形成保護層來有效地抑制氯離子和硫酸根離子的滲透。并且，能夠防止上述氯離子和硫酸根離子的滲透來改善混凝土內部的鋼筋的抗腐蝕性。
下面，將對本發明進行詳細說明。
本發明提供一種硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物，該硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物包含30 60重量％含氟二氧化硅化合物、5 30重量％磺胺澤辛 (sulfazecin)、5 20重量％馬來酸酐-丙烯酸共聚物以及30 60重量％甲酸鹽類化合物。
首先，將對本發明的組合物成分中的含氟二氧化硅化合物進行說明。
上述含氟二氧化硅化合物和混凝土反應時，由于在混凝土內部的鋼筋表面發生二氧化硅和游離氟的化學作用(以下化學式1)，因而在鋼筋表面形成!^eF2-SiA組成的致密的保護層(protective layer)。上述保護層能夠從根源阻隔擴散到混凝土中的氯離子的滲透，并有效地抑制鋼筋腐蝕。
(化學式1)
3Fe2+ (aq) +SiF6f (aq) +20F (aq) — 3FeF2"Si02 (s) +2H+ (aq)
如以下化學式2所示，二氧化硅及游離氟離子通過從氟硅酸(H2SiF6)解離出的氟硅酸根離子(SiF62_)的水解反應而生成。由此優選地，本發明的含氟二氧化硅化合物是 H2SiF6與水的混合物。
(化學式2)
SiF廣(aq) +2H20 (1) — SiO2 (s) +4H+ (aq) +6Γ (aq)
優選地，上述含氟二氧化硅化合物在進行水解反應之后由2 50重量％二氧化硅、1 20重量％游離氟離子(F_)以及余量的水組成。
如果二氧化硅的含量小于2重量％，且游離氟離子的含量小于1重量％，則不能充分形成能夠抑制鋼筋腐蝕的保護層。相反，如果二氧化硅的含量大于50重量％，且游離氟離子的含量大于20重量％，則因在水泥-材料形成過多的不容性微粒子而導致混凝土的流動性降低。由此優選地，上述二氧化硅限定在2 50重量％范圍內，上述游離氟離子限定在1 20重量％范圍內。
上述含氟二氧化硅化合物的含量在全體組合物中占30 60重量％，如果上述含量小于30重量％，則不會形成充分的不透水性保護層，且導致抗收縮性的改善效果微弱， 而如果上述含量大于60重量％，則由于上述改善效果微弱，因而不僅不經濟，反而導致混凝土的物性降低。
接著，對本發明的組合物成分中的磺胺澤辛(sulfazecin)進行說明。
磺胺澤辛(C12H2tlN4O9S)通過以下化學式3的化學取代反應來實現游離氯離子的化學固定化，從而得到增加耐鹽害性的效果。
(化學式3)
[HOOr(C11H18N4C)4廣SO3H] n+nCr — [ (C11H18N4O4) -Cl]n+nC00>nS03>2nH+
在上述化學式3中，通過SO3H和Cl—的離子交換來實現游離氯離子的穩定化。
上述磺胺澤辛的含量在本發明的全體組合物中占5 30重量％。如果上述含量小于5重量％，則因磺胺澤辛的氯離子固定化反應不充分而導致游離氯離子的固定化效果微弱，而如果上述含量大于30重量％，則由于超量程度的效果難以達到預期，因而存在不僅不經濟，反而導致混凝土的物性降低的問題。
接著，對本發明的組合物成分中的馬來酸酐-丙烯酸共聚物(MA-C0-AA)進行說明。
馬來酸酐-丙烯酸共聚物作為與混凝土流動性維持性能(slump re 1 easing effect)相關的成分，其含量在所有組合物中占5 20重量％。
如果上述含量小于5重量％，則混凝土流動性維持性能的改善效果微弱，而如果上述含量大于20重量％，則由于與超量程度相比得到的效果改善低于預期，因而存在不僅不經濟，反而導致混凝土的物性降低的問題。
最后，將對本發明的組合物成分中的甲酸鹽類化合物進行說明。
甲酸鹽類化合物的作用是改善混凝土的抗硫酸鹽性。
甲酸鹽類化合物的具體例子有甲酸鈣和甲酸鋇，優選地，單獨使用或混合使用它們。由此，本發明的甲酸鹽類化合物能夠使用選自由甲酸鈣以及甲酸鋇構成的組中的一種以上。
在甲酸鹽類化合物中，甲酸鈣化合物使游離硫酸根離子成為不溶性化合物來實現游離硫酸根離子穩定化的反應見以下化學式4。
(化學式4)
Ca2+ (aq) +2HC0CT (aq) +SO42- (aq) — CaSO4 (s) +2HC0CT (aq)
并且，在甲酸鹽類化合物中，甲酸鋇化合物使游離硫酸根離子成為不溶性化合物來實現游離硫酸根離子穩定化的反應見以下化學式5。
(化學式5)
Ba2+ (aq) +2HC0CT (aq) +SO 廣(aq) — BaSO4 (s) +2HC0CT (aq)
如化學式4和化學式5所示，甲酸鹽類化合物通過化學性吸附(離子交換反應)使混凝土中的從外部滲透的游離硫酸根離子成為諸如CaS04、BaSO4的不溶性化合物來實現游離硫酸根離子的穩定化，從而發揮有效地去除滲透在混凝土中的游離硫酸根離子的效果。
甲酸鹽類化合物的含量在本發明的所有組合物中占30 60重量％，如果上述含量小于30重量％，則導致游離硫酸根離子的穩定化程度微弱，而如果上述含量大于60重量％，則存在不僅與超量程度相比效果改善程度微弱，而且導致混凝土的物性變差的問題。
如上所述地組成的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物能夠廣泛地適用于水泥漿、砂漿、混凝土等，其適用對象不受特別限制。鑒于在海洋環境下使用的構造物主要利用混凝土的方面，適用于混凝土組合物時最有效。更詳細地，硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物適用于海岸填筑土地構造物、海岸碼頭、海岸橋梁、海岸發電站、海岸隧道等對海岸施工的所有建筑以及土木構造物。
適用于混凝土組合物的情況下，優選地，硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物的含量相對于100重量份用于混凝土的粘結劑(Binder)，添加0. 2 3. 0重量份。如果硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物的含量小于0. 2重量份，則不能充分發揮抑制收縮，并改善氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性的效果。相反，如果大于3. 0重量份，則存在不僅與添加量相比的上述改善效果不充分，而且混凝土的物性變差的問題。
優選地，上述混凝土選自由I型普通波特蘭水泥；I型礦渣水泥；II型礦渣水泥；5 30重量％飛灰以及余量的I型普通波特蘭水泥；5 30重量％飛灰以及余量的I型礦渣水泥；5 30重量％飛灰(FA)以及余量的II型礦渣水泥；以及它們的混合物構成的組中。
根據KS L 5120 (高爐礦渣水泥)規格，I型礦渣水泥由5 30重量％高爐礦渣 (BFS)以及余量的I型普通波特蘭水泥組成，II型礦渣水泥由30 60重量％高爐礦渣 (BFS)以及余量的I型普通波特蘭水泥組成。
下面，將通過本發明的實施例對本發明進行更為詳細的說明。
(實施例)
本實施例中使用由表1的成分組成的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物。
(表 1)
權利要求
1.一種硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物，其特征在于，包含30 60重量％含氟二氧化硅化合物、5 30重量％磺胺澤辛、5 20重量％馬來酸酐-丙烯酸共聚物以及 30 60重量％甲酸鹽類化合物。
2.根據權利要求1所述的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物，其特征在于，上述含氟二氧化硅化合物是KSiF6與水的混合物。
3.根據權利要求1所述的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物，其特征在于，上述甲酸鹽類化合物選自由甲酸鈣、甲酸鋇以及它們的混合物構成的組中。
4.一種混凝土組合物，其特征在于，相對于100重量份使用于混凝土的粘結劑，包含 0. 2 3. 0重量份權利要求1至3中任一項所述的硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物。
5.根據權利要求4所述的混凝土組合物，其特征在于，上述混凝土選自由I型普通波特蘭水泥；I型礦渣水泥；II型礦渣水泥；5 39重量％飛灰以及余量為I型普通波特蘭水泥；5 39重量％飛灰以及余量為I型礦渣水泥；5 39重量％飛灰以及余量為II型礦渣水泥；以及它們的混合物構成的組中。
全文摘要
本發明涉及一種能夠利用于對海岸及海岸填筑土地施工的海岸混凝土構造物的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物及適用該組合物的混凝土組合物，更詳細地，涉及一種能夠抑制混凝土構造物的收縮，改善氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性的硅酸鹽-甲酸鹽有機無機復合組合物及適用該組合物的混凝土組合物。適用本發明的硅酸鹽-甲酸鹽類有機無機復合組合物的情況下，能夠抑制對海岸及海岸填筑土地施工的海岸混凝土構造物的收縮，提高氯離子和硫酸根離子的抗滲透性能以及鋼筋的抗腐蝕性。
文檔編號C04B28/08GK102531444SQ201110369609
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者吉培秀, 姜龍植, 樸龍洵, 李鍾寅, 金度洙, 金祐材, 金賢培 申請人:(株)特來寶德, 株式會社Posco建設