KR100241719B1 - 기포 투수 콘크리트 - Google Patents

Abstract

투수성이 향상되고 고강도를 가지는 기포 투수 콘크리트에 대해 개시한다. 이 투수 콘크리트는 기포발생용 환화재료를 혼합하여 연속공극율을 확보 투수성을 확보하고 SBR라텍스 또는 VAE에멀젼을 혼합하므로써 고강도가 확보되게 된다.

Description

기포 투수 콘크리트

본 발명은 투수 콘크리트에 관한 것으로써, 특히 일반도로는 물론 고속도로및 중차량 통과지역의 포장에 적합한 투수 콘크리트에 관한 것이다.

통상 도로포장은 제1도에 도시된 바와 같이, 불 투수성인 아스팔트콘크리트포장과 시멘트몬크리트포장을 채택하고 있다. 그런데, 이러한 불 투수성 포장체들은 강우시 빗물이 도로상에 잔류하게 되므로 도로교통에 장애가 될 뿐만아니라, 차량의 제동시 미끄럼 저항성이 떨어져 사고의 위험을 증가시킨다. 또한, 우수등이 지하로 침투되지 못하여 하천의 범람원인이 되고, 지하수가 고갈되며, 지중에 미생물이 서식하지 못하여 토양이 사막화되는 등 여러가지 문제점이 있다.

이를 위해서 투수성 아스팔트 콘크리트가 개발되어 광장, 주차장 등에 실용화 되고 있지만, 이는 여름철에 노면온도의 상승으로 변형이 되고 아스팔트의 점성으로 인해 투수공이 폐쇄되는 등으로 일반도로에는 적용이 불가능하다.

이러한 투수성 아스팔트 콘크리트의 문제점을 해결하기 위한 투수 콘크리트가 제2도에 도시되어 있다. 이는 노상(4) 상부에 휠타층(3), 보조기층(2) 및 투수 콘크리트층(1)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 통상 휠타층(3) 재료에는 자연모래를 일반적으로 사용하고, 보조기층(2)은 지지력과 내구성이 요구되므로 그 재료에 함수량변화와 동결/융해 등에 의해 그 성질변화가 적은 부순돌이 사용된다. 그리고 투수 콘크리트(1)는 윤하중, 기상작용, 마모작용등 심한 환경조건에 직접 노출되어 있으므로 사용재료는 시공전 충분히 조사/시험이 요구되며, 통상 시멘트골재(잔골재, 굵은골재), 물 및 혼화재가 적당한 비율로 배합된 재료를 사용한다.

이러한 투수 콘크리트층(1)은 잔골재를 적게 사용하여 슬럼프(slump)치를 0에 가깝게 관리하고, 시멘트 페이스트는 접착강도를 유지할 수 있는 정도로 골재표면을 얇게 감싼 상태로 하여 공간부의 일부에 채워지게 한다. 이때 그 공간부의 크기정도에 따라 페이스트가 충전되지 않은 투수공이 형성이 되며, 이 미세한 투수공이 연속적으로 이루어질 경우 연속공극율의 확보로 투수가 이루어진다.

그러나 이러한 투수 콘크리트층(1)은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 1.0×10^-2㎝/sec 정도의 높은 투수계수를 확보하기 위한 연속 공극율을 갖도록 약 12% 이하의 잔골재율이 적은 배합설계가 이루어지기 때문에 압축강도가 300㎏/㎠이하로 나타난다.

둘째, 잔골재율을 적게 사용함으로써, 강도를 크게 하기 위하여 많은 량의 시멘트를 사용할 경우나, 시멘트 풀의 유동성이 클경우에는 골재와 골재사이의 공극을 시멘트풀이 흘려내려 하부층의 공극을 메우기 때문에 투수성이 저하되고 상부층의 콘크리트 강도가 저하된다.

셋째, 잔골재율을 적게 사용하기 때문에 시공하는 과정에서 다소의 슬럼프치가 있는 경우에는 잔골재가 하부층은 투수성이 적게되고 상부층은 강도가 현저하게 저하되며 굵은 골재만 남는 현상이 나타난다.

넷째, 슬럼프치가 0에 가까운 콘크리트로 보통 콘크리트와 같이 시공할 수 없고 기계화 다짐에 의하여 시공을 해야 하기 때문에 자전거 도로 등의 포장에만 사용되고 있다.

다섯째, 투수성과 관계없는 불필요한 독립 공극율의 과다로 강도 저하는 물론 내구성 확보(특히 동결 융해성에 대한 내구성)에 문제가 있다.

여섯째, 표면이 거칠고 강도가 작기 때문에 표면의 박리현상이 나타나며 거친공극에 미세한 먼지등이 잘 부착되어 투수성이 급격히 저하되는 현상이 나타나유지 관리비가 과다하게 소모된다.

일곱째, 표면의 강도를 강하게 하기 위하여 표면처리 강화제(아크릴제 또는 에폭시제를 사용하는 경우에는 표면의 투수성이 급격히 저하되는 현상이 있으며, 착색을 하기 위하여 안료를 사용하는 경우에는 강도가 급격히 저하되는 현상이 나타난다.

여덟째, 세립도 투수콘크리트를 박층으로 하는 포장 콘크리트는 이중 포설에 의한 경제성 악화와, 박층과 하부층의 접착면에서의 강도저하와, 서로다른 투수계수의 차이에서 오는 불합리한 현상을 강도저하 또는 내구성이 악화되는 현상이 나타난다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다음과 같은 목적을 가진다.

첫째, 보도 및 도로 포장용으로 사용할 때 빗물 등을 노상 투수시킨후 건조기에 투수된 수분을 증발시킬 수 있으며, 가로수 등에 자연수를 공급할 수 있고, 그로 말미암아 공공수역, 도시하천 강 등의 범람을 방지할 수 있으며 도심지 지하수위의 저하로 인한 피해를 방지할 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

둘째, 노면에 물이 흐르지 않음으로써 통행이 편리하고 미끄럼 저항을 증대시켜 차량사고의 위험을 감소시키고 난반사에 의한 시각장애를 해소할 수 있으며 흡음효과가 있어 차량 통행에 의한 소음을 대폭 감소시킬 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

셋째, 기름의 영향을 적게 받으며 소량의 안료로 저렴한 생산가로 원하는 색상을 얻을 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

넷째, 보조기층이 파손되더라도 콘크리트의 휨강도 확보에 의하여 유지될 수 있으며, 생산시 콘크리트 뱃치 플랜트로 생산할 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

다섯째, 일반도로, 고속도로 및 중차량 통과지역의 포장용에도 사용할 수 있도록 압축강도 및 휨강도가 큰 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

여섯째, 다소의 슬럼프치도 허용가능하여 시공시 품질관리가 간편하며, 품질 향상을 도모할 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

일곱째, 소요 잔골재율의 확보로 표면이 거칠지 않고 표면 박리현상이 적게 발생하도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

여덟째, 소요 잔골재율의 확보로 동결/융해에 의한 내구성이 향상된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

아홉째, 불필요한 독립 공극율을 제거하고 연속공극율을 최소화함으로써 수명이 연장된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

열째, 표면이 거칠지 않기 때문에 먼지가 적게 끼어 유지관리비가 절감된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

열한번째, 표면처리 강화제가 불필요하게 되어 보다 경제적인 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

열두번째, 세립도 박층 포장시 요구되는 비경제적인 이중 포설이 불필요하게 되고 서로다른 투수계수의 차이에서 오는 불합리한 문제점이 해소된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

열세번째, 표면이 거칠지 않고 미려하기 때문에 방음벽(차음벽) 법면 조경재료, 또는 해양구조물도 사용 가능한 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

열네번째, 응결시간을 조절할 수 있어 운반시간 및 거리에 제한을 받아 시공하지 못하는 지역의 도로 포장에도 사용될 수 있도록 개량된 투수 콘크리트를 제공하는 데 있다.

제1도는 종래 도로 포장 단면도.

제2도는 일반 포장과 본 발명 포장을 나타낸 단면도.

제3는 본 발명 투수 콘크리트의 공정도이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은 시멘트, 물, 골재 및 혼화재를 소정비율로 배합하여 형성된 투수 콘크리트에 있어서, 상기 혼화재는 VAE에멀젼이며, 기포를 발생시켜서 투수성을 확보하는 것으로서 천연제오라이트와 생석회를 온수로서 혼합된 것이 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명 투수 콘크리트는 기포 발생용 혼화재료로서 천연제오라이트와 생석회를 혼합한 후 온수를 가하여 사용하여 연속공극율을 확보, 투수성을 확보하고 SBR라텍스 또는 VAE에멀젼의 채용으로 응결시간조정 및 강도를 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 투수성 콘크리트(11)는 제2도에 도시된 바와 같이, 노상(4)에 휠타층(3), 보조기층(2)이 적층되고 그 상부에 타설된다. 이 투수성 콘크리트(11)는 통상과 마찬가지로 시멘트, 물, 혼화재 및 골재가 적당한 비율로 혼합된다.

여기서 본 발명의 특징적 구성으로서, 화산재의 일종인 천연오라이트와 생석회를 혼합한 후 온수를 가하여 기포를 발생시켜 연속공극율을 확보, 투수성을 확보한다.

또한, 혼화재는 강도를 증대시키기 위하여 폴리머 계통중에서도 발포성이 있으며, 응결시간을 조절할 수 있는 SBR(Styrene butadiene rubber)라텍스 또는 VAE(Vinyl Acetate Ethylene)에멀젼이 채용된다.

이러한 본 발명에 따른 투수성 콘크리트(11)는 제3도에 도시된 바와 같이, 콘크리트 중에 천연제오라이트와 생석회를 혼합한 후 온수를 가하여 기포를 발생시켜 연속공극율을 확보 투수성을 갖게하고 혼화재로서 SBR라텍스나 VAE에멀젼을 투입혼합시킨다.

이하에 본 출원인이 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트포장의 특성에 대한 실험결과에 대해 설명한다.

1. 사용재료

(1)시멘트

시멘트는 비중이 3.14이고, 분말도가 3,265㎠/g인 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 화학성분 및 물리적 성질은 다음 표와 같다.

(2) 골재

(가) 투수성 시멘트 콘크리트용 골재

잔골재는 한강산 강모래와 부순모래(3㎜, 5㎜)를 사용하였으며, 굵은골재는 최대치수가 10㎜, 13㎜, 20㎜인 부순돌을 사용하였으며 물리적 성질은 다음표와 같다.

(나) 투수성 폴리머 시멘트용 골재

잔골재는 전혀 사용하지 않았으며, 굵은골재는 최대치수가 10㎜인 부순돌을 사용하였으며 물리적 성질은 다음표와 같다.

(3) 혼화제

(가) 투수성 시멘트 콘크리트용 혼화제

AE 감수제는 주성분이 리그닌 슬폰산 칼슘이 M사의 표준형 AE감수제로서 사용량의 단위시멘트량에 대하여 0.3%를 사용하였다.

(나) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트용 혼화제

혼화제로서는 폴리머수지계 3종류를 사용하였으며 그 물리적성질은 다음표와 같으며, 사용량은 시멘트량의 5, 10%을 사용하였다.

2. 실험방법

(1) 공극율

투수성 콘크리트의 공극율은 굳지않은 콘크리트의 절대용적에서의 단위용적중량과 굳지않은 콘크리트 단위용적중량과의 비로 산출하였으며 구하는 식은 다음과 같다.

단위용적중량시험은 KS F 2409에 의하여 실시하였다. (절대용적에서의 단위용적중량이란 콘크리트 1㎥에서 공기와 공극이 없이 콘크리트로 채워진 상태에서의 중량을 말한다.)

(2) 연속공극율

투수성 콘크리트의 연속공극율은 Ф10×20㎝ 원주형공시체의 측면과 밑면을 비닐테이프로 밀봉하고 윗면에서 물을 주입하여 공시체를 충분히 포수시킨 상태에서 중량을 측정한 값과 표면건조포화상태의 공시체 중량을 측정하여 그 차를 공시체 전체 체적에 대한 비로 나타내었다.

(3) 투수계수

투수성 콘크리트의 투수계수는 일반콘크리트의 투수계수보다 10⁵이상 크기 때문에 일반콘크리트용 투수시험기로는 투수계수 측정이 불가능하다. 그래서 투수성 콘크리트의 투수계수시험은 KS F 2322에 규정된 흙의 정수위 투수시험방법에 준하여 공시체의 재령 7일과 28일에 측정하였으며, 투수계수는 Darcy법칙에 의하여 계산하였다.

(4)압축강도 및 안장강도

Ф10×20㎝ 원주형 몰드에 콘크리트를 채우고 중량 2.5㎏의 다짐봉으로 30㎝ 높이에서 3층으로 각각 50회씩 다진 다음 48시간 후 탈형하여 20±2℃에서 수중양생하여 KS F 2405 압축강도 시험방법에 의하여 강도를 측정하였다. 인장강도는 압축강도용 공시체와 같은 방법으로 공시체를 제조하였으며 재령 28일에 KS F 2423에 의하여 측정하였다.

3. 투수성 시멘트 콘크리트포장의 특성에 대한 실험 결과

(1) 콘크리트 배합

투수성 콘크리트는 물이 통과할 수 있도록 하기 위하여 연속된 공극을 가지는 다공성 콘크리트(porous concrete)로 일정크기의 굵은골재만 사용하고 모래와 같은 잔골재는 없이 만드는 것으로서 제한된 크기의 골재주위를 시멘트풀이 둘러싸고 이것이 골재들을 접착하는 원리이다.

시멘트풀의 양은 골재 알맹이를 둘러싸고 서로 결합될 정도의 양인 300∼400㎏/㎥, 물-시멘트비는 시멘트풀이 흘러내리지 않고 공극을 만들 수 있는 정도인 30∼40% 정도로서 그 비율은 골재의 크기, 시멘트 및 공극율에 따라 달라짐으로 실험에 의하여 최적 배합조건을 선정하는 것이 바람직하며 공극율은 5∼30%정도로 사용목적에 따라 결정한다.

따라서 본원에서는 골재의 최대치수는 10㎜이며, 물-시멘트비는 30%로 통일하였고, 그리고 단위시멘트량은 350㎏/㎥으로 콘크리트의 배합을 정하였다.

(2) 실험결과

1) 공극율, 연속공극율 및 투수계수 측정결과

투수성 콘크리트에서 투수성에 크게 영향을 미치는 공극율 및 연속공극율을 알아보기 위한 실험으로 상기 콘크리트 배합표와 같이 콘크리트를 배합하여 공극율과 연속공극율 및 투수계수를 측정한 결과가 다음표이다.

아래표에서 알 수 있듯이 배합에 따른 투수성 콘크리트의 공극율은 6.83%에서 29.12%의 범위이며, 연속공극율은 그 보다 적은 4.24%에서 24.01%의 범위를 나타내었다. 또한 투수계수는 1×10^-2㎝/sec에서 1.1㎝/sec까지 나타났음을 알 수 있다. 그리고 골재의 최대치수가 13㎜에서는 잔골재율을 변화시켜 알아본 결과 단위 시멘트량 380㎏/㎥에서 잔골재를 포함하지 않았을 경우는 투수계수가 0.92㎝/sec로 크고 잔골재율이 30%일 경우는 0.01㎝/sec로서 잔골재율의 변화에 의해서도 크게 차이를 보여 주고 있다.

또한 단위시멘트량을 변화시켜 알아본 결과 골재의 최대치수가 5㎜, 10㎜ 및 13㎜ 모두 단위시멘트량이 증가할수록 투수계수는 감소하는 것을 보여주고 있다.

(2) 투수성 콘크리트의 강도측정결과

투수성 콘크리트의 압축강도, 휨강도 및 인장강도를 측정하여 그 결과를 아래표에 정리하였다. 압축강도는 재령 7일과 재령 28일에 측정한 결과이며, 휨강도와 인장강도는 재령 28일에서의 측정한 값을 나타낸 것이다.

(3) 투수성 시멘트 콘크리트 포장의 특성

본 실험에서는 투수성 콘크리트 포장의 실용화를 위한 기초단계의 자료를 얻기 위한 연구의 일환으로 투수성과 강도를 알아보기 위하여 골재의 단위시멘트량, 골재의 최대치수 및 잔골재율을 달리하여 콘크리트에 대하여 실시한 실험결과 다음과 같이 되었다.

① 투수성 콘크리트 포장에서 투수성과 강도에 영향을 미치는 요인 중에서 골재의 최대치수를 3㎜∼20㎜까지 5종류로 변화시킨 실험결과에 대하여 고찰해 본 결과, 투수성 콘크리트의 배합인자인 단위시멘트량, 잔골재율의 변화에 따라 투수계수와 제강도가 크게 상이하게 나타났으나, 일반적으로 골재의 최대치수가 클수록 투수계수가 큰 반면 제강도는 오히려 떨어지는 정반대되는 결과를 나타내었다.

② 투수성 콘크리트 포장의 투수성과 강도에 영향을 미치는 요인 중에서 잔골재율 0, 10 및 20%, 단위시멘트량 320, 380 및 420㎏/㎥으로 변화시킨 9배합 콘크리트의 투수계수, 공극율 및 압축강도를 측정하여 비교해본 결과, 잔골재율과 단위시멘트량이 클수록 투수계수는 작았으며 특히 잔골재를 사용하지 않은 잔골재율 0에서 현저하게 큰 경향을 나타내었다. 반면에 제강도는 잔골재율이 커질수록 크게 나타났다.

③ 투수성 콘크리트 포장의 투수성과 강도에 영향을 미치는 요인 중에서 골재의 최대치수와 잔골재율은 동일하게 고정시키고, 단위시멘트량 320, 380 및 420㎏/㎥, 골재의 최대치수 5, 10 및 13㎜로 변화시킨 9배합 골재의 최대치수 13㎜, 잔골재율 0, 10 및 20%로 9배합의 투수성과 강도를 비교해보면 골재의 최대치수가 클수록 투수성은 증가하고 잔골재율은 클수록 오히려 투수계수는 줄어들었으며, 제강도는 골재의 최대치수와는 관계가 적었으며 잔골재율은 클수록 증진하였다.

④ 투수성 콘크리트 포장에서 골재의 최대치수, 잔골재율 및 단위시멘트량의 변화에 따라 공극율, 연속공극율 및 제강도가 크게 다르게 나타났다. 즉, 공극율은 6,8∼29.1%로 나타났고 연속공극율은 이보다 약 20% 적은 4.2∼24.0%로 나타났으며, 압축강도는 117∼356㎏/㎠, 휨강도 21∼65㎏/㎠ 및 인장강도 12∼38㎏/㎠정도로 나타났다. 또한 휨강도는 압축강도의 1/5∼1/6정도로서 일반 콘크리트의 1/5∼1/8과 유사하게 나타남을 알 수 있었다.

⑤ 투수성 콘크리트는 잔골재를 거의 사용하지 않기 때문에 골재의 최대치수가 크면 투수계수는 증가되지만 포장콘크리트용으로 사용되면 포장체의 표면이 굴곡이 많아 사용성이 좋지 못하고 골재의 Pop-out현상이 발생될 가능성이 많다. 따라서 투수성과 강도 및 사용성을 증진시키기 위해서는 골재의 최대치수가 작고 공극의 형성이 좋은 단입도의 골재가 바람직할 것으로 사료된다. 이상의 실험결과를 종합해 볼 때, 건설교통부제정 도로포장설계시공지침에 의하면 투수성 포장의 경우 투수성 아스팔트혼합물의 투수계수가 10^-2㎝/sec 정도이면 높은 투수계수를 갖는다고 한다.

본 실험결과 투수성 콘크리트의 경우 투수계수10^-2㎝/sec를 만족하는 연속공극율을 추적해보면 약 8%정도이며, 공극율은 12% 정도로서 이때의 압축강도는 250㎏/㎠ 정도임을 알 수 있다. 그러나 현장의 제반여건과 투수성 포장이 주차장, 보도 및 자전거도로 등 경교통도로에 주로 적용되는 점 등을 감안해 볼 때 압축강도 200㎏/㎠ 정도면 투수성 콘크리트 포장의 소요강도를 충분히 만족한다고 사료되어 압축강도 200㎏/㎠에 상당하는 투수성 콘크리트의 투수계수를 환산해보면 0.38㎝/sec 정도이며, 이때의 연속공극율과 공극율은 각각 15% 및 19%정도로 나타났다. 투수성 콘크리트는 배합의 종류에 따라 강도 및 투수성의 변동이 심하며 콘크리트 내부로 물이 투수되는 점을 감안하면 동결융해에 대한 내구성의 확보가 어려울 것으로 사료된다.

3. 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트의 실험 결과

(1) 콘크리트 배합

투수성 콘크리트는 물이 통과할 수 있도록 하기 위하여 연속된 공극을 가지는 다공성 콘크리트(porous concrete)로 일정크기의 굵은골재만 사용하고 모래와 같은 잔골재는 없이 만드는 것으로서 제한된 크기의 골재주위를 시멘트폴이 둘러싸고 이것이 골재들을 접착하는 원리이다.

시멘트풀의 양은 골재 알맹이를 둘러싸고 서로 결합될 정도의 양인 300∼400㎏/㎥, 물-시멘트비는 시멘트풀이 흘러내리지 않고 공극을 만들 수 있는 정도인 30∼40% 정도로 그 비율은 골재의 크기, 시멘트 및 공극율에 따라 달라짐으로 실험에 의하여 최적 배합조건을 선정하는 것이 바람직하며 공극율은 5∼30%정도로 사용목적에 따라 결정한다.

따라서 본 실험에서는 골재의 최대치수는 10㎜이며, 물-시멘트비는 30%로 통일하였고, 그리고 단위시멘트량은 350㎏/㎥으로 콘크리트의 배합을 정하였다.

(2) 공극율, 연속공극율 및 투수계수 측정결과

투수성 콘크리트에서 투수성에 크게 영향을 미치는 공극율 및 연속공극율을 알아 보기 위한 실험으로 콘크리트를 배합하여 재령 28일에서의 공극율과 연속공극율및 투수계수를 측정한 결과가 아래 투수계수 측정결과표이다. 이 표에서 알 수 있듯이 배합에 따른 투수성 콘크리트의 공극율은 15.8%에서 25.9%의 범위이며, 연속공극율은 그 보다 적은 13.0%에서 23.8%의 범위를 나타내었다. 또한 투수계수는 0.25㎝/sec에서 0.68㎝/sec까지 나타났음을 알 수 있다.

(3) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트의 강도측정결과

투수성 폴리머 시멘트 콘크리트 압축강도와 인장강도를 측정한 결과 다음표와 같다. 폴리머의 종류별로 압축강도는 재령 7일, 14일 및 28일에 측정한 결과이며, 인장강도는 재령 14일 및 28일에 측정한 값을 정리하여 나타낸 것이다.

(4) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트의 실험고찰

1) 공극율과 연속공극율이 투수성에 미치는 영향

투수성 콘크리트가 소요의 투수성능을 확보하기 위해서는 일정량의 연속공극이 필요하며 따라서 투수성 콘크리트에 있어서 공극의 존재는 필연적이다. 콘크리트내의 공극량이 증대되면 강도가 저하됨으로 투수성 콘크리트의 강도는 보통 콘크리트에 비하여 현저히 저하된다. 따라서 가장 이상적인 투수성 콘크리트는 투수성과 강도가 높은 것인데 이 말은 즉 연속공극율이 크고 공극율이 작은 것을 말한다. 이렇게 하기 위해서는 연속된 공극을 많이 생기게 하면 투수계수가 높아지고 콘크리트내부에 갇힌공기를 줄이면 공극을 최소화하여 압축강도를 크게 하는 것이다.

폴리머 종류별, 혼입량별로 폴리머를 넣지 않은 보통 콘크리트와 비교하면, 폴리머를 종류별로 5, 10%를 사용하였는데 대부분 사용량이 5%일 경우보다 10%일 때 연속 공극율이 높았으나, VAE에멀젼은 폴리머의 증가에 관계없이 비슷하였으며 재령 7일에 실시한 결과로서 재령이 증가할수록 투수계수는 감소하는 경향을 보이는 것이 일반적이다.

또한 폴리머를 넣지 않은 보통 콘크리트와 비교하여 폴리머 혼입량을 5%로 하였을 경우의 투수계수는 폴리머를 사용한 것이 보통 콘크리트보다 투수계수가 적은 것을 알 수 있다. 그러나 건설교통부의 도로포장설계시공지침에서 제안한 투수계수 1×10^-2㎝/sec보다 훨씬 상회하는 값이어서 폴리머를 사용한 것이라도 투수성을 만족하는 것을 알 수 있었다.

폴리머를 넣지 않은 보통 투수성 콘크리트의 경우 연속공극율이 21.7%일 경우 투수계수는 0.71㎝/sec로서 SBR라텍스를 5% 혼입한 경우의 연속공극율과 투수계수 19%, 0.38㎝/sec 보다 약 12%와 46% 정도 높은 것을 알 수 있었으며, VAE에멀젼과 아크릴 수용액도 모두 보통 투수성 콘크리트보다 적게 나타났으나 도로포장설계시 공지침은 만족하였다.

(2) 공극율과 연속공극율이 강도에 미치는 영향

투수성 콘크리트에서 투수성 못지 않게 중요한 것이 강도이지만 밀실한 일반콘크리트보다 공극이 많은 다공성 콘크리트이므로 고강도를 발현하기란 어려운 실정이다. 일반적으로 콘크리트를 고강도화하기 위해서는 프리캐스트나 프리스트레스트부재를 제조하기 위한 방법과 같이 낮은 물-시멘트비의 콘크리트를 원심성형시킨 다음 증기양생(65∼75℃)을 한 후에 고온고압양생시키는 양생방법 등을 사용하여 특수하게 하는 경우가 있고, 고분자 폴리머나 슬래그 등을 섞어 콘크리트내의 공극을 메우는 미세분말 침투법도 있는데 제조원리와 방법은 다음 표에 정리되어 있다.

그리하여 고강도 콘크리트의 경우는 보통강도에 비해서 비교적 많은 양의 단위시멘트량을 필요로 하는 것이 일반적인데 본 연구에서는 단위시멘트량 350㎏/㎥을 사용하였으며, 투수성 콘크리트의 강도를 높이기 위한 방안으로 폴리머를 5% 및 10%혼입하여 강도증진을 알아보았다. 제4도 및 제5도는 재령에 따른 폴리머의 종류별 압축 강도 및 인장강도를 각각 나타낸 것으로서 보통 투수성 콘크리트와 비교하여 나타내는 바, 보통 투수성 콘크리트에 비하여 일반적으로 폴리머를 사용한 것이 강도가 증진되었다.

투수성 콘크리트 포장이 갖추어야 할 투수계수와 압축강도를 알아보기 위하여 폴리머를 종류별로 5% 및 10%를 혼입하여 제조한 투수성 콘크리트의 연속공극율과 공극율, 투수계수 및 압축강도와 인장강도를 알아본 결과 다음과 같다.

(1) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트의 투수성능을 알아본 결과 폴리머를 넣지 않은 보통 투수성 콘크리트와 비교하여 전반적으로 연속공극율이 낮았으며, 따라서 투수계수도 낮게 나타났다.

그리고 폴리머 종류에 관계없이 혼입량이 10%일 경우가 5%일 경우보다 연속공극율이 예상과는 달리 증가 되었거나 투수계수는 거의 비슷한 결과로 나타났다.

(2) 폴리머 혼입량이 5%일 경우, 폴리머를 넣지 않은 경우보다 투수계수가 25%에서 60%정도 감소하였으나 건설교통부 도로포장 설계시고지침안에서 제안한 투수계수 1×10^-2㎝/sec 보다는 25-50배정도 상회하는 것으로 나타났다.

(3) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트에서 폴리머 혼입량 5%일 경우 3종류의 투구계수크기를 비교해 본 결과 수용성 아크릴, SBR라텍스 VAE에멀전 순으로 나타났으며, 압축강도의 크기는 투수계수크기와 반대로 VAE에멀전, SBR라텍스, 수용성 아크릴 순으로 나타났다.

(4) 투수성 폴리머 시멘트 콘크리트의 폴리머를 혼입한 경우의 강도 증진효과를 알아본 결과 폴리머를 넣지 않을 것보다 압축강도를 20-25%인장강도는 10-20%정도 크게 나타났다.

본 발명에 따른 투수 콘크리트는 천연제오라이트와 생석회를 혼합한 후 온수를 가하여 기포를 발생시켜 연속공극율을 확보 우수한 투수성을 갖게되고 SBR라텍스 및 VAE에멀젼을 혼합하므로써 고강도가 확보되게 되며, 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 보도 및 도로 포장용으로 사용할 때 빗물 등을 노상 투수시킨후 건조기에 투수된 수분을 증발시킬 수 있으며 가로수 등에 자연수를 공급할 수 있고 그로 말미암아 공공수역, 도시하천 강 등의 범람을 방지할 수 있으며 도심지 지하수 위의 저하로 인한 피해를 방지할 수 있다.

둘째, 노면에 물이 흐르지 않음으로써 통행이 편리하고 미끄럼 저항을 증대시켜 차량사고의 위험을 감소시키고 난반사에 의한 시각장애를 해소할 수 있으며 흡음효과가 있어 차량 통행에 의한 소음을 다소 제거할 수 있다.

셋째, 콘크리트 특성상 기름에 영향을 적게 받으며 콘크리트 본래의 색상이 회백색이므로 소량의 안료에 저렴한 생산가로 원하는 색상을 얻을 수 있다.

넷째, 보조기층이 파손되더라도 콘크리트의 휨강도 확보에 의하여 유지될 수 있으며, 생산시 콘크리트 뱃치 플랜트로 생산할 수 있다.

다섯째, 압축강도 및 휨강도가 크기 때문에 일반도로는 물론 고속도로 및 중차량 통과지역의 포장용에도 사용할 수 있다.

여섯째, 다소의 슬럼프치도 허용하기 때문에 시공시 품질관리가 간편하며, 우수한 품질을 확보할 수 있다.

일곱째, 소요 잔골재율의 확보로 표면이 거칠지 않고 표면 박리현상이 적게 일어난다.

여덟째, 소요 잔골재율의 확보로 동결융해에 의한 내구성이 우수하다.

아홉째, 불필요한 독립 공극율을 제거하고 연속공극율을 최소화함으로써 수명이 길어진다.

열째, 표면이 거칠지 않기 때문에 먼지가 적게 끼어 유지관리비가 절감된다.

열한번째, 표면처리 강화제가 불필요하게 되어 보다 경제적이 된다.

열두번째, 세립도 박층 포장시 요구되는 비경제적인 이중 포설이 불필요하게 되고 서로다른 투수계수의 차이에서 오는 불합리한 점이 해소된다.

열세번째, 표면이 거칠지 않고 미려하기 때문에 방음벽(차음벽) 법면 조경재료, 또는 해양구조물도 사용될 수 있다.

열네번째, 응결시간을 조절할 수 있어 운반시간 및 거리에 제한을 받아 시공하지 못하는 지역의 도로 포장에도 사용될 수 있다.

Claims (1)

1. 시멘트, 물, 골재 및 혼화재를 소정비율로 배합하여 형성된 투수 콘크리트에 있어서, 상기 혼화재는 VAE에멀젼이며, 기포를 발생시켜서 투수성을 확보하는 것으로서 천연제오라이트와 생석회가 온수로서 혼합된 것이 더 포함된 것을 특징으로 하는 투수 콘크리트.

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