KR100311988B1

KR100311988B1 - 투수성 콘크리트

Info

Publication number: KR100311988B1
Application number: KR1019990040121A
Authority: KR
Inventors: 최익순
Original assignee: 최익순
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-10-17
Also published as: KR19990084143A

Abstract

투수콘크리트는 제품의 특성상 높은 공극율을 갖고 있기 때문에 대기와 물에 콘크리트 조직이 항상 노출되어 있으며, 특히 동절기 제설제로 사용되는 CaCl₂의 침투로 인한 손상에 취약하다. 본 발명은 시멘트의 구성광물 중 CaCl₂와 반응하는 성분인 C₃A의 함량을 줄이기 위해 시멘트 사용량을 큰 폭으로 줄이는 대신 플라이애쉬 또는 고로수쇄슬래그를 주경화제로 사용하여 화학적 안정성을 확보한다. 또한, 에멀젼 수지를 사용하여 골재 입자를 피복시켜 대기와 물로부터 콘크리트 조직을 분리시켜 화학적 반응을 최소화하며 또한 여름철 폭우로 인해 생기는 백화현상을 최소화한다. 본 발명은 경화촉진제로 고강도 조강시멘트를 사용함으로써 포설후 3일 이내에 35kg/㎠이상의 휨강도를 발현시켜 조기교통개방을 가능하며 보도 등에서도 24시간 후 통행이 가능하다. 본 발명은 필요충분한 투수성을 확보하면서 기존의 투수 콘크리트에 비해 내구성이 좋고 제조비용이 저렴하며 산업 폐기물을 재활용하는 측면에서도 유리하다.

Description

투수성 콘크리트{WATER PERMEABLE CONCRETE}

본 발명은 투수성 콘크리트에 관한 것이며, 특히 플라이애쉬(flyash) 또는 고로수쇄슬래그(高爐水碎slag)를 주 경화제로 사용하고 경화 촉진제로서 고강도 조강시멘트를 사용하여 조기에 교통을 개방할 수 있게 하는 한편 부자재로서 수지계 에멀젼와 감수제 등을 첨가하여 균질한 혼합 및 강도증진을 꾀할 수 있으며 콘크리트 조직을 대기와 물로부터 격리시켜 염화칼슘과의 유해 화학반응을 최소화한 투수성 콘리트에 관한 것이다.

블레인값(비표면적비;㎠/g) 4,500 이상의 미분말 플라이애쉬나 고로슬래그가 함유된 시멘트는 동일 수량에서도 일반 포틀랜드 시멘트보다 한층 작업성이 우수하고 수화반응에 의해 발생하는 열량이 적으므로 균열반응이 방지되는 한편 포틀랜드 시멘트의 수화반응에 따라 생긴 수산화 칼슘에 의해 고로슬래그나 플라이애쉬가 가지고 있는 잠재수경성이 서서히 경시적(經時的)으로 발현되어 재령 7일 이후부터 일반 포틀랜트 시멘트를 능가하는 강도가 장기에 걸쳐 유지된다. 일반적으로 고로 슬래그시멘트나 플라이애쉬 시멘트는 투수성이 적은 것으로 알려져 있는 데 이는 시멘트 중의 슬래그 성분이나 플라이애쉬 성분이 물리적으로 콘크리트 내부의 공극을 충진하고 화학적으로 유리수산화칼슘(Ca(OH)₂)과의 반응으로 새로운 수화물을 형성하여 밀실한 조직을 만들기 때문이다. 일반적으로 포틀랜드 시멘트의 경우 수화시 생성된 다량의 Ca(OH)₂와 시멘트 중의 칼슘알루미네미트 그리고 산 및 해수중의 침식성 이온과의 반응으로 팽창성 물질이 생성되어 콘크리트 구조물이 침식되지만 고로슬래그나 플라이애쉬가 함유된 시멘트는 그 고로슬래그나 플라이애쉬가 Ca(OH)₂와 반응하여 안정된 수화물을 형성하므로 저항성이 커진다.

본 발명은 종래의 투수성 콘크리트를 조성함에 있어서 착안하지 않았던 고로슬래그나 플라이애쉬를 적극적으로 이용하는 기술과 관련한다. 고로슬래그나 플라이애쉬는 산업폐기물이어서 자원 재활용 면에서 일조할 수 있을 뿐 아니라 비용면에서도 저렴하다. 무엇보다도 칼슘알루미네이트의 함량을 대폭 줄임으로써 CaCl₂의 침투로 인한 콘크리트 구조체의 침식피해를 막을 수 있어 내구적이고 이상적인 투수콘크리트를 제공하는 것이다.

본 발명이 속하는 다공성 조골재 콘크리트는 많은 시간 동안 여러가지 형태로 발전되어 왔으며 최근에 와서는 주로 도로 포장용 투수콘크리트로 사용되고 있다. 현재까지 사용되어진 투수콘크리트는 통상의 포틀랜드시멘트를 주경화제로 사용하는 것이며 낮은 유동성으로 인해 R.C.C.P(roller compacted concrete pavement)공법으로 시공되어지고 있다.

다공성 조골재 투수콘크리트 중에는 국내를 포함한 외국인의 경우 수지계를 주바인더로 사용하여 개발한 기술도 있으나 경제적인 이유 때문에 일반화되지 못하고 시멘트를 주경화제로 사용한 기술만이 대중화되어 있는 실정이다. R.C.C.P공법으로 시공되어지는 것은 투수콘크리트의 저유동성(slump 0)특성 때문에 시공성과 표면 마무리가 용이하기 때문이기도 하지만 투수콘크리트 자체가 다공성을 형성하기 위하여 잔골재를 제거하여 조골재만으로 조성되기 때문이다. 지금까지 발표된 투수성 콘크리트 포장에 관한 종래기술로서는 시멘트와 조골재 및 바인더로 이루어진 시멘트 콘크리트 혼합물을 소정의 형틀에 부어 경화시켜 0.1 내지 1cm/sec의 투수계수를 가진 콘크리트 구축물을 만들거나(한국 특허공고 제91-6894호) 미경화콘크리트 구축물의 표면층에 골재를 피복한 후 시멘트 모르타르에 초고압수를 가하여 세골제와 시멘트를 박리시키는 투수성 콘크리트 구축물의 제조방법(한국 특허공개 제95-11353호)과 물과 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 안료, 혼화제를 혼합하여 투수계수가 0.1cm/sec 이상이고 일정한 입도범위에 따라 강도가 100 kg/㎠ 내지 300 kg/㎠ 범위를 가진 유색 투수성콘크리트(한국특허공고 제90-4390호)와, 물과 시멘트, 6∼10mm골재, 안료 및 지연제를 혼합하여 투수계수가 50×10^-2cm/sec 이상이고 설계기준강도가 100∼300 kg/㎠로 되게 한 유색 투수성콘크리트(한국특허공개 제97-021018호) 등 여러가지가 있다. 또 일본에서도 연구가 이루어져 바인더로 수지 등을 혼합하거나 폐타이어 등을 첨가하기도 하지만 경제적인 문제와 시공상의 어려움으로 일반화 되지는 못하고 있으며 유리섬유 등을 사용하거나 도자기파편, 유리파편, 인공골재 등의 골재를 사용하는 특허가 있으나 역시 시공성과 비용적 측면에서 성공하지 못하고 있다. 슬래그를 사용하는 경우도 있으나 주 경화제로서가 아니라어디까지나 첨가제로 이용하거나 또는 골재로서 사용되고 있을 뿐이며 그나마 일반화하지 못하고 있는 실정이다.

결국 현재 한국 또는 외국에서 일반적으로 사용되고 있는 투수성 콘크리트 기술은 일반 포틀랜드 시멘트를 주된 경화제로 사용하고 있으며 여기에 첨가제를 조금씩 바꾸거나 골재의 입도를 조금씩 변형시키고 있는 정도이다.

투수콘크리트는 특성상 높은 공극율을 가지고 있기 때문에 투수콘크리트 경화제는 그 많은 표면이 공기와 물에 항상 노출되기 마련이다. 이는 특히 겨울철 CaCl₂의 침투로 인해 상당한 손상을 입는 요인으로 지적되고 있으며 투수콘크리트 포장이 자동차용 도로에 인접해 있는 경우 그 피해는 더욱 크다. CaCl₂의 사용이 해마다 증가하고 있기 때문에 앞으로 더욱 더 많은 손상이 예측된다. 이는 투수콘크리트의 공극 사이로 침식성 이온인 Cl^-이온이 다량 침투하여 시멘트 수화물인 모노설페이트 (monosulfate)가 불완전한 결정의 소위 프레델염(Fredel's Salt)으로 변하고 재차 시멘트 속의 미반응 석고와 반응하여 팽창성 광물(Ettringite)로 변화하는 사이클이 순환되면서 콘크리트 조직이 파괴되기 때문이다. 그러므로 높은 공극률을 갖는 투수콘크리트에는 경화제로서 칼슘알루미네이트(C₃A;3CaOAl₂O₃)가 포함되는 시멘트를 사용하는 것이 결코 바람직하지 않아 특수시멘트를 사용하여야 한다. 즉, 가능한 한 C₃A광물이 적은 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 다공성(투수성) 콘크리트를 구성함에 있어서 일반 포틀랜드 시멘트를 사용할 경우의 이러한 화학적 취약성을 보안하는 점에 주목한 결과로서 안출된 것이다. 또한, 본 발명은 투수콘크리트가 대부분 통행량이 많은 일반보도 또는 자전거도로 등에 사용되므로 조기에 교통 개방할 필요에 부응하도록 하고 투수콘크리트 자체의 공극 때문에 야기되는 취약한 강도를 보강하는 면에서도 발명의 요점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 위에서 기술한 바와 같이 지금까지의 투수콘크리트가 가지고 있는 문제점을 해소하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 종래 다공성 투수콘크리트가 과대한 공극을 가지고 있기 때문에 염화칼슘과 같은 침식성 이온물질에 무방비 상태에 놓여 있음으로서 콘크리트 조직이 파괴되는 현상을 막기 위한 것으로서, 이를 위해 일반 포틀랜트 시멘트 대신 C₃A가 적은 고로수쇄슬래그나 플라이 애쉬 등으로 대체시켜서 치유하고, 과다한 공극으로 생기는 강도적 결함을 보강하고 또한 조기에 교통을 개방하기 위해 경화촉진제로서 고강도 조강시멘트를 사용하는 한편 에멀젼 수지를 첨가하여 골재입자를 피복시켜 대기와 물로부터 콘크리트 입자를 분리시켜 화학적 반응을 최소화한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 그 주성분인 플라이 애쉬나 고로수쇄슬래그가 산업폐기물 재활용제품이어서 환경적으로 일조하면서도 비용면에서 기존의 시멘트 투수콘크리트에 비해 경제적인 제품을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.

또한 장기강도의 발현이 지속적으로 증대되어 장기 공용성 측면에서도 이상적인 투수콘크리트를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제강공장에서 부산물로 배출되는 고로수쇄슬래그 또는 화력발전소의 연료부산물인 플라이애쉬를 주 경화제로 사용하고 반응 촉진제로는 강도보강 및 조기교통개방을 위해 고강도 조강시멘트를 사용한다. 또한 이들이 조골재와 균질하게 혼합되도록 하고 강도를 높이기 위해 에멀젼상태의 수지와 감수제를 첨가하여 투수콘크리트를 제조한다. 사용된 골재의 규격은 일반적인 투수콘크리트에 사용되는 골재규격, 예컨데 1976년 미국 ACI 저널에 발표된 경량 조골재 콘크리트 입도기준을 따를 수 있다.

1976년 미국 ACI 저널은 경량 콘크리트 또는 바닥투수재용 조골재 콘크리트(No fines concrete)로서 사용할 수 있는 골재의 입도기준을 다음 표와 같이 제시하고 있으며 본 발명은 이 중에서 0.5 inch 골재를 사용하는 것이 바람직하다.

체거름 입경	체통과율에 따른 골재호칭
입경(inch)	입경(mm)	2 inch 골재()	1 inch 골재()	0.5 inch골재()
2.0	50	100
1.5	37.5	95-100
1.0	25		100
0.75	19	0-5	95-100
0.5	12.5			100
0.375	9.5		0-5	95-100
No.4	4.75			0-5

본 발명에서 골재는 자연에서 채취한 콩자갈을 사용하는 것이 이상적이나 구입이 용이한 쇄석골재를 사용하여도 무방하다.

플라이애쉬나 고로수쇄슬래그는 약 4,500㎠/g이상의 분말도를 사용하는 것이좋으며 고강도 조강시멘트도 약 4,500㎠/g의 분말도를 사용하여 전체 입자의 크기를 같게하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따라 내화학적이고 조기 교통개방이 가능하며 강도가 증진된 투수콘크리트를 제조하기 위해서는 주 경화제로서의 프라이애쉬 또는 고로수쇄슬래그 150∼400kg/㎥와, 조골재 1,500∼1,800kg/㎥와 경화반응 촉진제로서의 고강도 조강시멘트 45∼150kg/㎥, 물50∼150kg/㎥를 우선 혼합하고 여기에 상기 경화제(주경화제 + 경화촉진제) 1중량％에 대해서 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 아크릴, 초산비닐수지 등과 같은 반응경화성 수지 가운에 적어도 1종류의 수지계 에멀젼 0.01∼0.05중량와, 그리고 상기 경화제(주경화제 + 경화촉진제) 1중량％에 대해서 감수제 0.01∼0.02중량％를 첨가하여 제조한다. 상기 수지는 골재의 표면을 보호하여 공기나 물로부터 콘크리트구조물을 분리시켜 화학반응을 감소하게 한다.

(실시예)

상기와 같은 구성으로 이루어진 내화학적이며 조기 교통개방이 가능한 본 발명에 따른 투수콘크리트를 다음 표 2와 같은 배합으로 구성하고, 비교예에는 종래의 시멘트를 주경화제로 한 일반 투수콘크리트의 배합으로 구성하였다.

(단위:kg/m³; 콘크리트 1m³당 각 조성성분의 중량)

	고로수쇄슬래그	고강도조강시멘트	골 재	물(물/시멘트)	감수제
실시예1	235	45	1,600	130(0.46)
실시예2	260	45	1,600	120(0.39)
실시예3	190	90	1,600	110(0.39)	3
비교예1	-	280	1,600	100(0.36)	3
비교예1	-	305	1,600	120(0.39)

상기와 같이 배합한 후 50kg/㎠의 압력으로 전압(轉壓)한 후 1일간 상온에서 건조양생한 후 15℃의 양생수조에 수침시킨 후 측정 1일전 꺼내어 시험한 압축강도 측정 결과는 다음 표 3과 같다.

(단위:kg/㎠)

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비 고
3일강도	123	140	138	88	92
7일 강도	149	161	154	127	131
28일 강도	226	238	225	208	215

표 3에서 알 수 있듯이 내화학적이며 조기교통개방이 가능한 본 발명에 따른 투수콘크리트는 조기강도와 장기강도면에서 모두 일반 기존이 투수콘크리트에 비해 우수하는 것을 알수 있다.

초기강도가 증진된 것으로 나타나는 것은 고강도 조강시멘트를 경화촉진제로 사용하였기 때문이며 장기 강도는 고로수쇄슬래그의 특성 때문인 것으로 고려된다.

반 발명에 따른 내화학적이며 조기 교통개방이 가능한 투수콘크리트는 종래의 투수성 콘크리트의 투수성능을 충분히 유지하면서도 조기에 교통개방이 가능하여 번잡한 통행량을 가진 도로에서의 적용이 편리하며 화학적으로도 안정되어, CaCl₂등에도 내구성 좋게 노출될 수 있어 도로 또는 도로변에 시공하여도 문제가 없다. 또한 일반 시멘트보다 시멘트의 함량을 줄이고 산업폐기물인 플라이애쉬나 고로수쇄슬래그를 주 경화제로 사용하는 것이어서 경제적이며 강도 또한 유리하게 확보할 수 있을 뿐 아니라 장기 공요에서 보다 내구성 있는 투수콘크리트를 제공할 수 있다. 특히 폐기물 재활용 측면에서도 일조할 수 있어 바람직한 투수콘크리트제법으로 활용할 수 있다.

Claims

주경화제로서의 4,500㎠/g이상의 분말도를 가진 플라이애쉬 또는 고로수쇄스래그 1,500∼400 kg/㎥와;

조골재 1,500∼1,800 kg/㎥와;

경화촉진제로서 4,500㎠/g 이상의 분말도를 가진 고강도 조강시멘트 45∼150kg/㎥와;

물 50∼150kg/㎥와;

경화제(주경화제+경화촉진제) 1중량에 대하여 수지계 에멀젼 0.01∼0.05중량와;

경화제(주경화제+경화촉진제) 1중량에 대하여 감수제 0.01∼0.02중량

의 배합비율로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트.
제1항에 있어서,

수지계 에멀젼은 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 아크릴, 초산비닐수지 가운데 선택된 1종류의 수지인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트.