콘크리트의 전기화학적 처리방법{A PROCESS FOR THE ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF CONCRETE}
보강 콘크리트에 있는 염소 이온은 제거되여야 하는 것으로 알려져 있다. 탈염처리(desalination)로 알려진 방법으로 염소 이온을 제거하는 것이 제안되었었다. 이러한 방법은 유럽 특허 제 200,428호와 제 398,117호에 기술되어 있으며, 콘크리트의 스틸 보강재와 외부 가설 애노드(external tempory anode) 사이에 5 내지 15 볼트의 전압을 걸어 주므로서 콘크리트를 통해 전류가 흐르는 것을 포함한다. 외부 가설 애노드는 일반적으로 전해질층에 피복되고, 전해질층은 전해질에 추가된 접착성 피복재를 포함한다. 전류는 콘크리트 내의 염소 이온이 콘크리트를 통해 그 표면과 전해질층으로 이동하도록 작용한다. 유럽 특허 제 398.117호에는 피복재내에 있는 섬유질 셀룰로오스 펄프와 펄프 섬유와 물의 혼합물을 이용하여 자동 접착재(self adherent material)를 형성하고, 자동 접착재가 분무방법으로 콘크리트 표면에 도포되므로서, 콘크리트 표면에 미리 도포된 애노드가 섬유질 셀룰로오스 펄프에 삼입되는 것이 기술되어 있다. 보강 콘크리트의 알칼리 성질 손실이 없어야 한다는 것이 또한 알려져 있다. 알칼리 성질의 손실은 이산화탄소와 이산화황과 같은 기타 대기가스에 발생된다. 대기가스에 의해 PH가 감소된 콘크리트의 알칼리 성질을 증가시키는 방법이 유럽특허 제 264,421호 및 미국 특허 제 4,865,702호에 기술되어 있다. 이러한 방법에서는 전류가 알칼리성 용액과 접촉하는 외부에 도포된 전극과 캐소드인 콘크리트의 내부 보강재 사이를 흐른다. 그 결과 보강재 구역에 수산기 이온의 농축이 증가하므로서 콘크리트의 알칼리 성질이 증가한다. 이렇게 하는 것은 보강재의 부식을 감소시키거나 방지하는 효과가 있다. 이러한 방법은 재알칼리화(realkalization)로 알려져 있다.
본 발명은 콘크리트(concrete)에서 염소(chloride)를 전기화학적으로 제거하는 방법과 이 방법에 사용되는 조성물에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 유용한 섬유를 만들기에 적합한 건조 해머장치와 구동 모터의 사시도 도 2는 건조 해머장치의 부분 절취 사시도.
탈염처리에 사용된 애노드는 전기촉매 작용의 백금 금속 산화물이 코팅된 넓은 티타늄 그물망(titanium mesh)으로 이루어지거나 보강스틸 그물망(reinforcing steel net)와 같은 소모 금속(consumable metal)으로 이루어질 수 있다. 통전시키면 애노드 주위에 산(acid)이 생성된다. 콘크리트 표면이 응력을 받거나 손상될 수 있고 소모 전극의 경우 애노드 부식이 발생할 수 있다. 또한 탈염처리 공정에서는 애노드의 염소 이온 방전이 밀폐된 공간에서 매우 불쾌하거나 매우 유해한 가스를 발생시키는 염소 가스를 생성한다. 또한 금속 장치의 부식이 발생할 수 있다. 종래에는 PH(선성도)를 완화하는 전해질층 소재를 첨가하므로서 산과 염소의 생성을 억제하였다. 전해질층 소재가 PH 증가를 억제하기 때문에 염소의 생성을 다소 감소시킬 수 있다. 종래에 사용되었던 소재는 수산화 알루미나와 같은 화염 지연제와 붕소화 나트륨와 같은 수용성 PH 완화제의 혼합물이었다. 첨가될 수 있는 PH 완화제의 양은 통상 처리기간 전체에 일반적으로 충분하지 않다. 또한 실제로 얻을 수 있는 PH는 연소가스 생성을 억제할 수 있을 만큼 높지 않다. 유럽 특허 제 200,428 호에는 지연 거나이트(retarded gunite)와 같이 염소를 흡수할 수 있는 피복재에 애노드가 삽입되는 보강 콘크리트에서 염소를 제거하는 전기화학 공정이 기술되어 있다. 거나이트는 분무방법으로 도포하기에 적합한 미세하게 분쇄된 콘크리트(즉 시멘트와 모래의 혼합물)이다. 거나이트는 전기화학 공정의 완료전까지 경화가 지연된다. 그러나 거나이트는 마지막 단계에서 콘크리트에서 분리할 때 처리 문제가 있고 작업하기에 무겁고 불쾌한 물질이다. 지금은 더 가볍고 더 많은 양의 물을 함유할 수 있고 마지막 단계에서 더 쉽게 처리할 수 있는 접착재를 사용하는 것을 선호한다. 미국 특허 제 5,198,082호와 제 5,228,959호에는 격자 형태로 스틸과 같은 철금속의 애노드 사용과 애노드가 염소 이온과 반응하여 부식되므로서 염소 가스의 유리화를 감소시키는 효과가 기술되어 있다. 이들 특허에서는 대개의 경우 부식물의 발달이 40볼트까지 전압을 높이므로서 보정될 수 있지만 심한 경우 애노드 격자를 재배치할 필요가 있다. 위에서 설명한 염소 생성 문제에 대한 해결책으로 수산화 칼슘과 수산화 바륨이 접착성 피복재에서 탈염제로 사용되는 것이 개발되었다. 발명의 요약 본 발명에 따른 염소를 함유한 보강 콘크리트에서 염소 이온을 전기화학적으로 제거하는 방법은 (ⅰ) 콘크리트 외표면에 도포된 수성 전해질과 물을 함유하는 물질을 포함하는 피복재와 전기 접촉 상태에 있는 애노드와, (ⅱ) 콘크리트 내부에 위치된 캐소드 사이에 직류 전기를 흐르게 하는 것을 포함하고, 본 발명의 방법은 염소 이온을 애노드로 이동시키고, 염소가스의 생성을 감소시키기 위해, 피복재가 탈염제인 고체 수산화 칼슘 또는 수산화 바륨 또는 이의 혼합물을 포함하고, 탈염제는 물을 함유하는 물질의 건조 중량에 대해 최소한 8wt%의 양이 존재한다.
본 발명의 방법은 초기에 콘크리트에 존재하는 염소의 50% 내지 80%를 제거할 수 있다. 물을 함유하는 물질은 접착성이고 이것은 경사면일 수 있는 콘크리트 표면에 접착할 수 있다는 것을 의미한다. 물을 함유하는 물질은 셀룰로오스 섬유와 같은 유기물일 수 있지만 수산화 칼슘 그 자체와 같은 비유기물이 사용될 수 있다. 물을 함유하는 물질은 최소한 물 자체 중량 100%를 함유하는 것이 일반적이고, 최소한 200%를 함유하는 것이 바람직하며 300 내지 500%를 함유하는 것이 더 바람직하다. 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 있어서, 피복재은 수산화칼슘 자체일 수 있고, 방법은 콘크리트의 표면(바람직하게는 수평면)에 수산화 칼슘을 코팅하고, 격자 또는 그물망 형태로 애노드를 도포하고, 그 다음 애노드 위에 수산화 칼슘층을 더 도포하는 것으로 이루어진다. 그 후 물이 피복재에 도포되어 수산화 칼슘 피복재 위에 수성층이 제공된다. 물은 적은 양의 수산화 칼슘을 용해하여 수성 전해질층 기능을 하는 수산화 칼슘 포화 용액을 형성한다. 수산화 칼슘 층에 물층(layer of water)을 유지하는 것이 꼭 필요한 것은 아니지만 수산화 칼슘이 수분을 유지하는 것을 보장하도록 하는데 편리하다. 물은 볼트로 콘크리트에 임시로 고정된 탱크에 의해 적소에 고정될 수 있다. 일반적으로 본 발명에 따른 방법의 1차 목적은 염소 이온을 제거하는 것이다. (이와같은 방법은 일반적으로 탈염처리으로 언급될 것이다). 그렇지만 1차 목적은 또한 콘크리트의 알칼리성을 증가시키고(이와같은 방법은 일반적으로 재알칼리화로 일컬어질 것이다), 콘크리트가 염소 이온을 함유하고 염소이온이 가스로 방전되는 위험을 가진 애노드로 이동시키는 것이다. 이와같은 공정은 다소의 염소 제거가 발생하기 때문에 본 발명의 범위에 속한다. 그러나 알칼리 금속 탄산염이 재알칼리화에 사용될 때(일반적으로 이것은 표면 및 외측 애노드와 접촉하는 용액일 것이다) 탄화칼슘 또는 탄화바륨의 침전 위험과염소제거능력의 손실을 초래하는 수산화 나트륨의 생성 때문에 본 발명의 탈염제를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 알칼리 금속 탄산염이 사용되지 않을 때 예컨대 콘크리트 처리가 알칼리 실리카 반응을 일으키기 쉬울때 본 발명의 탈염제가 효과적으로 사용될 수 있다. 보강 콘크리트는 스틸을 포함하는 콘크리트를 의미한다. 탄수산화칼슘제 또는 탄수산화바륨제는 염소와 반응하여 실질적으로 자유 염소의 양을 감소시키고, 탈염제는 모든 염소를 제거하는 것을 의미하지 않는다. 캐소드는 콘크리트 보강재로 제공된다. 애노드와 이와 연관된 전극을 포함하는 피복재는 미리 형성될 수 있고 조립체로 콘크리트 표면에 도포될 수 있다. 그러나 애노드가 콘크리트 표면에 도포되고 그 후 예컨대 유럽 특허 제 398,117호 및 미국 특허 제 5,320,722호에 설명된 전해질을 포함하는 매개체가 코팅되는 것이 바람직하다. 이들 특허에 설명된 바와같이 애노드가 콘크리트에 먼저 설치되고 전극과 혼합된 섬유질 셀룰로오스 펄프를 포함하는 조성물이 콘크리트 표면에 분무되어 전극을 포함하는 접착성 피복재을 형성할 수 있다. 또한 이들 특허에는 붕사(borax), 마그네슘, 산화 알루미늄 및 규산염과 같은 미네랄 연소 지연제를 가진 천연 셀룰로오스 섬유질의 펄프가 형성되는 것이 기술되어 있지만 이것에 대한 필요가 본 발명에서는 줄어들게 된다. 본 발명에 사용되는 건조 섬유는 섬유를 제조하는 공정 즉 셀룰로오스 제조공정에서 고체 수산화 칼슘 또는 수산화 바륨과 혼합되고 셀룰로오스섬유/탈염제의 혼합물과 물을 적절한 분무노즐로 공급하므로서 분무노즐에서 그것들이 혼합되고 분무노즐에서 2개의 혼합물을 함유하는 분사물이 방출되므로서 물과 혼합된 혼합물이 작업위치로 공급된다. 접착성 물질을 함유하는 물이 섬유질이고 섬유는 예컨대 재생되거나 재구성된 셀룰로오스 펄프와 같은 셀룰로오스 이다. 셀룰로오스 펄프는 신문용지 또는 기타 폐지로 구분된다. 셀롤로오스 섬유 조제 공정은 이 기술분야에 공지되어 있고 상업적으로 실시 중에 있다. 셀룰로오스 섬유는 패널, 타일접착제, 내화재 라이닝 및 섬유 시멘트 패널과 같은 많은 분야에서 석면섬유의 대체물로 알려져 있다. 셀룰로오스 섬유 제조의 일반적인 방법에 있어서, 시트 형태인 폐 신문지 형태의 이송물이 절단기(shredder)로 이동되고 여기서 절단된 종이가 자콥슨 제분기(Jacobson mill)인 2개의 제 1 해머 제분기를 통과한다. 제분기는 천공된 금속 스크린을 통해 소재에 힘을 가하는 에어 섹션(air suction)을 가진 회전식 해머 또는 블레이드를 갖는다. 이 지점에서 부분적으로 섬유질화되는 소재는 제 2 해머 제분기로 이송된다. 2개의 해머 제분기 사이 지점에서 화염 지연제와 같은 화학제가 첨가된다. 본 발명에 사용하기 위한 섬유 제조에 있어서 수산화 칼슘 또는 수산화 바륨이 이 지점에서 첨가된다. 그 후 소재는 제 2 해머 제분기를 통과하고 제 2 해머 제분기에서 소재가 더 섬유질화 된다. 그 후 제품이 압축되고 저장용 백(bag)으로 압출된다. 제 2 해머 제분기를 떠난 섬유는 일반적으로 길이가 0.5 내지 2.0㎜이다. 섬유의 자유도는 45°내지 75°SR(shopper-Riegler) 범위에 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 접착성 피복재을 형성하는 콘크리트 표면에 도포하기 위한 조성물은 (ⅰ)물을 함유할 수 있으며 물과 혼합될 때 접착성 혼합물을 형성할 수 있는 유기물과, (ⅱ) 유기물의 건조 중량에 대해 최소한 10wt%의 수산화 칼슘 또는 수산화 바륨을 포함한다. 위 조성물은 물과 혼합되어 분무방법으로 콘크리트 표면에 도포하기에 적절한 접착재를 제공한다. 수산화 칼슘 또는 수산화 바륨의 양은 셀룰로오스 섬유인 건조 접착성 피복재의 중량에 대해 20wt% 내지 50wt%가 바람직하고 25wt% 내지 45wt%가 더 바람직하다. 수산화 칼슘과 수산화 바륨의 혼합물이 사용될 수 있고 이 경우 위에서 언급한 특성이 그것들의 결합된 중량으로 언급 한다. 이러한 양의 수산화 칼슘은 염소와 반응하고 또한 산과 반응할 수 있는 물질의 양이 상대적으로 많은 종래의 PH 완화제보다 뛰어난 PH 완화제를 얻을 수 있는 고체 수산화 칼슘의 용량 때문에 염소를 많이 감소시킬 수 있다. 건조 제분 방법으로 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법 이송지료(teedstock)는 천연 셀룰로오스 펄프이거나 폐 신문지와 같은 재생/재구성된 셀룰로오스 이다. 이송지료는 전체적으로 5㎟ 내지 20㎟ 크기의 작은 조각으로 파쇄된다. 초기 파쇄작업은 종래의 절단기로 수행될 수 있다. 그 후 파쇄된 재료는 도 1 및 도 2에 도시된 타입의 자콥슨 해머 제분기로 운반된다. 이러한 해머 제분기는 유입구를 가진 투입부(11) 또는 테이블(12)과 이송 댐퍼(13)를 갖는 케이싱(10)을 포함한다. 케이싱(10) 내에는 구동모터(17)에서 커플링을 거쳐 구동되는 바퀴통(14)을 포함하는 회전체가 있다. 바퀴통(14)은 개개의 해머(18)를 지지하고 해머(18)는 커팅플레이트(19), 스크린(20) 및 백 플레이트(21)와 함께 작동한다. 기계의 작동속도는 1500 내지 3000rpm 이고, 해머 선단 속도는 대략 3000rpm에서 대략 2200fpm이다. 스크린 직경은 대락 30인치이고, 스크린 구멍 크기는 대략 50㎜에서 1㎜ 오차를 갖는다. 스크린 범위는 약 1000 내지 2000 제곱인치 사이이고 해머크기는 약 1/4 ×2 ×71/4인치와 1/2 ×2 ×71/4 인치 사이이다. 해머 제분기를 통과하는 유동속도는 상당히 많이 변할 수 있고 제분기 타입과 스크린 크기와 섬유타입과 화학 첨가제를 포함하는가에 따라 좌우된다. 비유기 화학물이 분쇄 보조제로 첨가될 경우 체적 작업 처리양이 상당히 변할 수 있다. 일반적인 이송속도는 약 3과 5 톤/시간 사이 이다. 해머 제분기는 또한 통풍 슬라이드(23)에 의해 제어되는 하부 유입구와 상부 통풍구(22)를 통해 통풍공기를 유입하는 수단을 포함하고, 분쇄되어 분리된 섬유가 제분기의 베이스(25)에서 배출된다. 섬유에 25wt%의 수산화 칼슘과 제 1 해머 제분기와 마찬가지로 제 2 해머 제분기를 통해 이동된 혼합물이 첨가된다. 본 발명을 아래 예로 설명하기로 한다. 예 700 ×700 ×50㎜의 4개의 동일한 보강 콘크리트 플레이트 (연강 그물망으로 보강됨)는 염화나트륨 총 중량의 3%를 포함하는 동일한 혼합물로 주조하므로서 제조된다. 상기 플레이트는 애노드인 물과 혼합된 셀룰로오스 섬유에 삽입된 티타늄 그물망을 사용하여 탈염 처리된다. 탈염처리는 콘크리트 표면에서 1Amp/㎡로 수행된다. 2개의 플레이트의 경우 섬유가 종래의 첨가제를 포함한다. 사용된 특정 섬유는 NCT FG 2000으로 알려져 있으며 에베베베 발레 권트 발레스(Ebbw Vale Gwent Wales)에 있는 엑셀 인더스트리 주식회사(Excel industries Ltd)에서 생산되고 상업적으로 입수 가능하다. 다른 2개의 플레이트의 경우 섬유는 본 발명에 의한 것이고, 섬유 자체는 NCT FG 2000과 동일하지만 종래의 첨가제 대신 셀룰로오스 섬유의 건조 중량에 대해 25wt%의 수산화 칼슘을 함유한다. 수산화 칼슘이 종래의 첨가제 대신에 위에서 설명한 셀룰로오스를 제분하는 동안 첨가된다. 섬유 피복재가 공지의 방법으로 물과 함께 분무방식으로 도포된다. 각각 공식화된 섬유를 가진 하나의 플레이트는 그 후 대략 1000 ×1000 ×100㎜의 밀폐 챔버에서 탈염 처리를 거치게 되고 각각의 챔버에 있대 공기의 염소 가스 농도가 드래거 장비(Draeger equipment)를 사용하여 일정 간격으로 측정된다. 2개의 플레이트는 전원이 인가되지 않은 상태에서 2가지 타입의 섬유의 건조 특성을 관찰하기 위한 공기에 노출된다. 본 발명에 따른 공식으로 섬유를 포함하는 챔버에서 공기의 염소 농도는 초기 단계에서 검출된 수준보다 낮다. 일반적인 탈염처리의 대략 절반에 해당하는 기간 후에(시간당 580 암페어의 전류가 흐르는 동안), 본 발명에 따른 섬유를 포함하는 챔버에서 공기의 염소 함량은 종래의 섬유를 챔버의 공기함량의 1/50 과 1/120 사이 이다. 공기에 노출된 2개의 플레이트의 경우 수산화 칼슘을 함유하는 섬유는 공기의 이산화탄소와 수산화 칼슘이 반응하기 때문에 껍질(crust)을 형성한다. 형성된 탄화칼슘은 증발 공정에 의해 수분 손실을 덜 초래하는 섬유질 덩어리로 정제된 섬유질 덩어리 표면에 약간의 균열을 초래한다. 본 발명에 따른 방법의 다른 장점은 애노드에서 산 특히 염산의 생성이 감소되는 것이다.
본 발명은 염소 가스의 생성이 감소되는 효과가 있다. |
