KR100403979B1 - 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법 - Google Patents

초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 콘크리트 구조물이나 도로 및 교량상판의 긴급보수용으로 사용되는 소포제를 이용한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로 양생기간이 짧으면서도 조기발현강도가 높을 뿐만 아니라 염화물이나 수분에 의한 피해를 줄이기 위하여 불투성을 갖도록 함을 그 목적으로 하며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초속경시멘트(Rapid Set Cement) 100중량부에 대하여 세골재 200중량부 내지 300중량부, 조골재 170중량부 내지 230중량부, 물 90중량부 내지 110중량부, 지연제 0.02중량부 내지 0.05중량부, 라텍스 수지 35중량부 내지 60중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제를 라텍스 수지 100중량부에 대하여 2중량부 내지 15중량부 첨가하여 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시켜 발생된 공기를 제거하고 다시 약 30초간 비비기를 수행하는 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.

Description

초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법{Manufacturing method of The rapid set latex modified concrete composite}
본 발명은 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 콘크리트 구조물이나 도로 및 교량상판의 긴급보수용으로 사용되는 소포제를 이용한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
종래로부터 각종 콘크리트 구조물의 제조에는 보통콘크리트(Normal Concrete)를 사용해 왔다. 상기 보통콘크리트는 일반적으로 보통포틀랜드 시멘트를 사용하여 제조한 콘크리트를 말한다.
그러나 상기 보통콘크리트의 경우 시공성이 양호하다는 이점이 있는 반면 투수성이 높아 염화물이나 수분의 침투로 인하여 콘크리트가 부식되는 문제점이 발생하였으며 특히, 양생기간이 길어 긴급공사를 요하는 도로 또는 교량상판의 긴급보수용으로 사용하기에는 많은 문제점이 있었다.
따라서 염화물이나 수분의 침투를 효과적으로 방지하기 위하여 제시된 방법중의 하나가 바로 보통포틀랜드 시멘트를 사용하여 제조된 기존의 콘크리트 조성물에 라텍스 수지를 첨가하여 라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete)를 제조하는 것이다.
그러나 상기 라텍스 개질 콘크리트의 경우 염화물이나 수분의 침투를 방지하여 콘크리트가 부식되는 것을 방지한다는 이점은 있으나, 여전히 양생기간이 길어 긴급보수용으로 사용하기에는 여전히 많은 문제점을 나타내었다.
그에 따라 양생기간을 줄일 목적으로 조기 강도 발현이 큰 초속경 시멘트를 콘크리트 구조물이나 도로 또는 교량상판과 같이 긴급보수를 요하는 곳에 적용하는 방법이 제시되었다.
일반적으로 초속경 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트에 존재하지 않는 수화활성도가 높고 안정한 수화물을 생성시키는 3CaO·3Al2O3·CaSO4을 다량 함유하고 있어 수화반응시 매우 빠른 속도로 침상 결정의 3차원 망목구조를 형성하는 고황산염의 칼슘 설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 수화물을 생성시켜 수시간 내에 높은 강도를 발현하게 되는 특징이 있다. 또한 1일 이후에도 이 수화물이 지속적으로 생성되며 보통 시멘트에 존재하는 C3S 및 C2S의 수화반응에 의해 생성된 겔상의 C-S-H 수화물에 의해 경화체의 조직이 더욱 치밀해지고 강도발현이 지속적으로 증진되는 특성을 가진다.
하기 표1에 초속경 시멘트와 여러가지 시멘트의 화학성분 조성에 대한 일예를 나타내었으며, 표2에는 그 광물조성을 나타내었으며, 표3에는 그 물성을 나타내었다.
구분 화학성분(%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O SO3 Ig.loss
초속경 시멘트 10.2 16.7 1.3 50.8 1.4 0.4 15.5 1.6
초조강 시멘트 20.2 5.2 2.8 63.1 3.6 0.2 3.2 1.6
조강 시멘트 21.7 4.3 4.1 63.3 3.2 0.9 2.2 0.6
보통 시멘트 21.0 6.0 2.8 62.1 3.4 1.2 2.0 1.7
구분 광물조성(%)
C3S C2S C4A3S C3A C4AF
초속경 시멘트 16.0 16.0 30.0 3.0 6.0
초조강 시멘트 59.0 14.0 - 9.0 8.0
조강 시멘트 51.7 23.2 - 4.5 12.5
보통 시멘트 43.1 27.9 - 11.2 8.5
구분 Blaine(㎠/g) 응결시간(분) 압축강도(kg/㎠):w/c48.5%일 경우
초결 종결 3시간 6시간 1일 3일 7일 28일
초속경 시멘트 4700 30 45 305 334 436 476 521 574
초조강 시멘트 6000 220 360 - - 250 350 400 460
조강 시멘트 4500 170 440 - - 190 300 370 440
보통 시멘트 3200 280 410 - - 90 190 270 350
상기 표에서 보는 바와 같이 초속경시멘트의 경우 그 조기발현 강도가 매우 뛰어남을 알 수 있다. 그러나 상기 초속경시멘트를 사용하여 제조된 콘크리트는 시공하는 과정에서 블리딩 현상이 발생하여 작업이 어려울 뿐만 아니라, 염화물이나 수분에 의한 부식, 표면 마모현상 및 동결융해 저항성이 상당히 떨어지는 단점을 갖고 있다.
이를 보완하기 위하여 상기 초속경시멘트에 라텍스를 첨가하려는 시도는 있었으나, 이 경우 매우 많은 양의 기포가 발생하여 강도가 저하되고, 특히 내부 기공률이 높아져 동결융해로 인한 구조물의 파손을 가져 오는 등 많은 문제점을 노출하였다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 양생기간이 짧으면서도 조기발현강도가 높을 뿐만 아니라 염화물이나 수분에 의한 피해를 줄이기 위하여 불투성을 갖도록 한 소포제를 이용한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은초속경시멘트(Rapid Set Cement) 100중량부에 대하여 세골재 200중량부 내지 300중량부, 조골재 170중량부 내지 230중량부, 물 90중량부 내지 110중량부, 지연제 0.02중량부 내지 0.05중량부, 라텍스 수지 35중량부 내지 60중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제를 라텍스 수지 100중량부에 대하여 2중량부 내지 15중량부 첨가하여 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시켜 발생된 공기를 제거하고 다시 약 30초간 비비기를 수행하는 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 의한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 그 제조방법을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 상기 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 제조하기 위하여 먼저 초속경시멘트와 세골재, 조골재 및 지연제가 첨가된 물을 강제식 믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제와 라텍스 수지를 혼합한 혼합물을 넣고 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시키고, 다시 약 30초간 비비기를 수행하게 된다.
즉, 통상의 초속경 콘크리트 제조공정중에 지연제와 소포제 및 라텍스 수지를 첨가함으로서 본 발명에 의한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 제조하게 된다.
이때 초속경시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 물의 혼합비율은 통상적으로 초속경 콘크리트 제조시 첨가하는 범위내에서 첨가할 수 있으며, 본 발명에서는 초속경시멘트(Rapid Set Cement) 100중량부에 대하여 세골재 200중량부 내지 300중량부, 조골재 170중량부 내지 230중량부 및 물을 90중량부 내지 110중량부 첨가하였다.
이와 같이 초속경시멘트 콘크리트를 제조하는 과정에서 상기 물은 지연제를 첨가한 것을 사용하였다. 상기 지연제는 초속경 시멘트의 수화반응을 억제시켜 시공시 작업시간을 확보하기 위하여 통상적으로 첨가하는 혼화제이다. 그 함유량은 통상적으로 첨가하는 범위내에서 첨가할 수 있으며, 본 발명에서는 시멘트에 대하여 0.02중량부 내지 0.06중량부 함유되도록 하였다.
상기와 같이 초속경시멘트와, 골재, 지연제 및 물을 일정비율로 첨가하여 비비기를 수행한 다음, 여기에 소포제와 라텍스 수지의 혼합물을 첨가하여 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시킨다.
이때 소포제를 첨가하는 이유는 콘크리트 경화시 발생하는 기포의 발생을 억제하여 구조물내의 기공률을 줄임으로서 보다 치밀화된 구조물을 제공하여 강도를 증진시키고, 동결융해 저항성을 향상시킬 목적으로 첨가하는 것이다. 즉, 라텍스수지가 첨가혼합되는 과정에서 골재 및 믹서기와의 마찰로 인해 기포가 발생하게 되는데 이를 억제하기 위하여 사용된다. 또한 초속경 시멘트와 라텍스수지와의 반응에 의해 발생하는 기포량을 제어하기 위해 첨가하는 것이다. 이때 상기 소포제의 첨가량이 라텍스수지 100중량부에 대하여 2중량부 미만일 경우 그 충분한 효과를 볼 수 없게 된다. 즉, 기포의 발생량이 많아 내부 기공률의 증가로 강도가 저하되며, 또한 동결융해로 인하여 구조물의 파손을 가져오는 등의 문제점이 있다. 또한 그 첨가량이 15중량부를 초과할 경우 오히려 강도가 저하되는 문제점이 발생하며, 경제성도 떨어지게 된다. 따라서 소포제는 상기 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 소포제로는 현재 시판중인 다양한 종류의 소포제를 사용할 수 있다. 일예로 새한화공약품(주)의 L101A와 한국다우코닝(주)의 DB-110A, 동양실리콘의 Antifoam18, 중앙켐(주)의 ADDID700, 한국산노프코의 KS 496A, 민영엔비텍(주)의 AF 150등이 있다.
본 발명에서는 실리콘 소포제인 새한화공약품(주)의 L101A제품을 사용하였다. 그 특성은 하기 표4와 같다.
외관 비중 점도(CS.) pH 유효성분(%)
유백색 1.0 1,000∼3000 6.5 15
또한 라텍스 수지는 콘크리트 구조물의 불투수성을 향상시킬 목적으로 첨가하게 된다. 즉, 염화물이나 수분의 침투를 방지하여 콘크리트가 부식되는 것을 방지할 목적으로 첨가한다. 이때 그 첨가량은 라텍스 개질 콘크리트 제조시 첨가하는 범위내에서 첨가할 수 있다. 본 발명에서는 초속경 시멘트 100중량부에 대하여 35중량부 내지 60중량부 첨가하였다.
상기 라텍스 수지로는 다양한 종류의 것을 사용할 수 있으나 본 발명에서는 스티렌 부타디엔 라텍스 수지를 사용하였다. 특히, 상기 스티렌 부타디엔 라텍스 수지로 시판중인 미국 Dow Chemical사의 DL470을 사용하였으며, 그 특성을 하기 표5에 나타내었다.
고형분함량(%) pH 브룩필드점도 표면장력 입자크기 안정제형태 최저필름형성온도
43∼46 9.5∼11.0 40 mPa.s 30∼35 dynes/cm 180∼210 nm anionic < 4℃
상기 소포제와 라텍스 수지는 사전에 미리 혼합한 다음, 초속경시멘트, 골재, 지연제 및 물의 일정비율로 배합하여 비비기를 실시한 혼합물에 첨가하여 약 1분간 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시킨다.
이때 약 1분간 비비기를 수행한 후 1분간 공기중에 노출시키는 이유는 비비는 과정에서 발생된 기포를 공기중으로 자연 배출시키기 위한 것이다. 이 후 다시 약 30초간 비비기를 수행하면 본 발명에 의한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물이 제조된다.
상기 제조된 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 경우 제조후 3시간만에 교통개방을 할 수 있을 정도의 강도가 발현 될 뿐만 아니라, 염화물 및 수분침투를 완전히 억제할 수 있을 정도의 불투수성을 갖게 됨으로서 콘크리트 포장의 긴급보수재료나 교량의 교면포장재료, 지하주차장 및 구조물의 보수재료 및 콘크리트 구조물의 유지보수재료 등과 같은 콘크리트 구조물, 도로 및 교면포장의 긴급보수용에 적용할 수 있다.
이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 7>
초속경시멘트 143중량부와 세골재 270중량부, 조골재 373중량부, 지연제 0.4중량부 및 물 142중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제를 각각 0, 0.65중량부, 1.3중량부, 3.25중량부, 6.5중량부, 13중량부, 18중량부 만큼 라텍스 수지 65중량부에 넣고 혼합한 혼합물을 투입하여 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시키고, 다시 30초간 비비기를 수행하여 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드시멘트 143중량부와 세골재 270중량부, 조골재 373중량부 및 물 142중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하여 보통 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드시멘트 143중량부와 세골재 270중량부, 조골재 373중량부 및 물 142중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 라텍스 수지 65중량부를 첨가하여 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<시험예 1>
상기 실시예1 내지 7, 비교예1 및 비교예2에서 제조한 콘크리트 조성물을 KSF 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 실시하고 그 결과를 표6에 나타내었다.
구분 시간에 따른 압축강도(kgf/㎠)
3시간 6시간 24시간 7일 28일
실시예1 169 180 235 252 295
실시예2 184 192 251 278 319
실시예3 225 331 381 435 483
실시예4 236 339 388 437 485
실시예5 254 340 382 439 485
실시예6 257 335 396 440 484
실시예7 229 275 359 386 426
비교예1 - - - 220 305
비교예2 - - - 237 300
상기 표6에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 범위내에서 소포제를 첨가한 실시예3 내지 실시예6의 경우 초기강도 특성이 일반 콘크리트인 비교예1과 라텍스 개질 콘크리트인 비교예2에 비하여 매우 높게 나타났음을 알 수 있다. 그러나 소포제를 첨가하지 않은 실시예1의 경우와 소포제를 본 발명의 범위 미만에서 실시한 실시예2의 경우 다량의 기포발생으로 압축강도가 낮게 나타남을 알 수 있다. 또한 소포제의 첨가량을 본 발명의 범위를 초과하도록 실시한 실시예7의 경우 오히려 강도가 저하되는 것을 상기 표1을 통해 확인할 수 있다.
<시험예 2>
상기 실시예1 내지 7, 비교예1 및 비교예2에서 제조한 콘크리트 조성물을 KS F 2409에 규정한 방법에 따라 공기 함량을 측정하고 그 결과를 하기 표7에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2
공기함량(%) 8 7.3 4.5 3.8 3.0 2.6 2.1 2.5 6.5
상기 표7에서 보는 바와 같이 소포제의 첨가량을 본 발명의 바람직한 범위내에서 실시한 실시예3 내지 실시예6의 경우 소포제를 넣지 않은 실시예1 및 소포제를 본 발명의 범위 미만으로 첨가한 실시예2에 비하여 공기함량이 매우 낮아진 것을 알 수 있다. 일반적으로 공기의 함량이 높은 경우 압축강도가 저하되는데, 본 발명의 경우 낮은 공기함량으로 인하여 높은 압축강도를 갖게 된다.
<시험예 3>
상기 실시예1 내지 7, 비교예1 및 비교예2에서 제조한 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하고 그 결과를 하기 표8에 나타내었다.
구분 시간에 따른 휨강도(kgf/㎠)
3시간 6시간 24시간 7일 28일
실시예1 43 50 64 78 88
실시예2 47 54 66 79 90
실시예3 53 65 76 89 112
실시예4 55 67 77 89 115
실시예5 56 70 76 87 103
실시예6 53 69 76 100 106
실시예7 52 61 60 66 95
비교예1 - - - 28 37
비교예2 - - - 55 62
상기 표8에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 범위내에서 소포제를 첨가한 실시예3 내지 6의 경우 휨강도가 매우 높은 것을 알 수 있다. 특히, 일반적인 교통개방 기준인 30kgf/㎠을 모두 3시간 이내에 초과하는 것을 알 수 있다. 그러나 비교예1과 비교예2의 경우 7일 이후에나 그 기준을 만족하는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 경우 긴급 교면보수용으로 충분히 사용 가능함을 알 수 있다.
<시험예 4>
상기 실시예1 내지 7, 비교예1 및 비교예2에서 제조한 콘크리트 조성물을 ASTM C 1202(염소이온 투과 실험법)에 규정한 방법에 따라 투수성을 측정하고 그 결과를 하기 표9에 나타내었다. 이때 상기 투수성의 평가기준은 쿨롬(Coulombs)이 4000이상이면 투수성이 매우 높음, 2000 내지 4000인 경우 투수성이 보통, 1000 내지 2000인 경우 투수성이 낮음, 100 내지 1000인 경우 투수성이 매우 낮음, 100이하인 경우 불투수성이다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2
쿨롬(Coulombs) 79 73 51 54 68 85 109 4000 1400
상기 표9에서 보는 바와 같이 염소이온 투과법에 의한 콘크리트의 투수성 실험결과 초속경시멘트에 라텍스를 혼입한 실시예1내지 7의 경우 비교예1 및 비교예2에 비해 상당히 높은 투수저항성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 특히 실시예1내지 7의 경우 모두 불투성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<시험예 5>
상기 실시예1 내지 7, 비교예1 및 비교예2에서 제조한 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 하고 그 결과인 내구성 지수를 하기 표10에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2
내구성지수(%) 85.3 85.9 87.4 87.7 92.7 90.3 93.5 45.0 92.8
상기 표10에서 보는 바와 같이 초속경시멘트를 사용한 실시예1 내지 7의 경우 비교예1에 비하여 내구성지수가 매우 높아 동결융해에 대한 피해가 거의 없는 것을 알 수 있다.
상기 시험예1 내지 5의 결과를 종합해 볼 때 본 발명의 바람직한 범위내에서 소포제를 첨가하는 경우 압축강도, 휨강도, 공기함량, 투수성 및 동결융해저항성 시험에서 모두 좋은 결과를 보여주고 있어 기존 교면 보수용 긴급보수재료의 내구성에 따른 여러 가지 문제점을 해결함과 동시에 불투수성을 부여하여 염화물 및 누수에 따른 문제점을 효과적으로 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 초속경 시멘트에 라텍스수지를 혼합함으로서 불투수성의 특성을 부여하고, 이때 발생하는 다량의 기포를 제어하기 위하여 소포제를 사용함으로서 공기함량을 줄여 강도를 증진시킴과 동시에 동결융해저항성을 향상시킨 소포제를 이용한 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.
특히, 상기 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 경우 제조후 3시간만에 교통개방을 할 수 있을 정도의 강도가 발현 될 뿐만 아니라, 염화물 및 수분침투를 완전히 억제할 수 있을 정도의 불투수성을 갖게 됨으로서 콘크리트 포장의 긴급보수재료나 교량의 교면포장재료, 지하주차장 및 구조물의 보수재료 및 콘크리트 구조물의 유지보수재료 등과 같은 콘크리트 구조물, 도로 및 교면포장의 긴급보수용에 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 초속경시멘트(Rapid Set Cement) 100중량부에 대하여 세골재 200중량부 내지 300중량부, 조골재 170중량부 내지 230중량부, 물 90중량부 내지 110중량부, 지연제 0.02중량부 내지 0.05중량부, 라텍스 수지 35중량부 내지 60중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제를 라텍스 수지 100중량부에 대하여 2중량부 내지 15중량부 첨가하여 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시켜 발생된 공기를 제거하고 다시 약 30초간 비비기를 수행하는 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법.
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