KR100581093B1 - 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법 - Google Patents

폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 속경성 혼합 시멘트와 재유화형 분말수지를 포함하여 소성변형 저항성 및 내구성이 향상된 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 반강성의 특징을 갖는 조성물로서 아스팔트 등의 포장체와의 부착성이 높고, 소성변형에 대한 저항성이 높다. 또한, 내구성이 뛰어나고 색상에 대한 지속성이 탁월하여 교통운전자의 안전을 충분히 확보할 수 있으며, 강도가 뛰어나 유지관리비 절감 효과가 있다. 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 버스정류장, 고속도로 진출입로, 교차로 등에 사용될 수 있다.
재유화형 분말수지, 폴리머 시멘트 페이스트, 속경성 시멘트

Description

폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법{Pavement method of road using the composition of polymer-modified paste}
도 1은 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트를 이용한 도로포장 공정도.
본 발명은 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 속경성 혼합 시멘트와 재유화형 분말수지를 포함하여 소성변형 저항성 및 내구성이 향상된 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법에 관한 것이다.
도로를 포장하는 대표적인 방법으로는 콘크리트 포장 방법과 아스팔트 포장 방법이 있다. 콘크리트 포장은 강성의 특징을 갖는 포장 방법으로서 시공 및 양생기간이 길고, 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 보행 및 주행 안정성과 쾌적성이 떨어진다는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 대체 방안으로, 최근 아스팔트 포장 방법이 많이 이용되고 있는데, 아스팔트 포장은 연성으로서 상기 언급된 콘크리트 포장의 단점을 해결하기는 했지만, 소성변형으로 인하여 포장수명이 단축되고 도로의 유지 보수비용이 증가하는 문제점이 있다. 즉, 연성의 아스팔트 포장체 위로 중대형 차량이 통행하고 있기 때문에 타이어 마찰에 의하여 아스팔트 피복이 쉽게 벗겨지는 문제점 등이 발생하고 있다.
따라서, 이러한 아스팔트 포장의 문제점을 해결하기 위하여, 기술적 측면으로는 약한 물성을 개선하는 반강성의 아스팔트 혼합물에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 것이 현실이며, 최근 들어 아스팔트에 혼합하여 아스팔트에 반강성의 특징을 부여할 수 있는 시멘트 페이스트가 개발되어 사용되고 있다. 그러나, 아스팔트와 혼합물 공극을 채워 주는 시멘트 페이스트의 물리적 성질의 이질성으로 인하여 상호간 구조능력을 해칠 수 있는 문제점이 발생하였으며, 이를 해결할 수 있는 혼합물을 개발하는 것도 시급한 실정이다.
한편, 경제적인 측면과 산업적 측면으로 볼 때, 아스팔트 포장의 문제점으로 대두되는 소성변형의 저항성을 증대시키고 성능을 확대시켜 결과적으로 아스팔트의 내구성을 향상시킴으로써 보수비용의 절감 효과를 얻는 것도 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소성변형에 대한 저항성이 높고, 아스팔트의 내구성을 향상시킴으로써 결과적으로는 보수비용의 절감 효과를 얻을 수 있는 시멘트 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 공극이 큰 연성의 아스팔트 포장체와 결합되어도 이질감이 없으며, 아스팔트 포장의 소성변형 저항성을 증대시키고 내구성을 향상시킬 수 있는 시멘트 페이스트 조성물을 개발하기 위하여 노력하던 중, 속경성 혼합 시멘트와 재유화형 분말수지가 혼합된 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였으며, 이러한 조성물이 아스팔트 포장도로의 내구성을 증대시킴을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 초속경 시멘트, 고로슬래그, 탄산칼슘, 규사로 이루어진 속경성 혼합 시멘트 및 재유화형 분말수지를 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계; 상기 아스팔트 혼합물이 포설된 도로에 초속경 시멘트, 고로슬래그, 탄산칼슘, 규사로 이루어진 속경성 혼합 시멘트 및 재유화형 분말수지를 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계; 및 상기 폴리머 시멘트 페이스트가 침투된 포장을 양생하는 단계를 포함하는, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 초속경 시멘트, 고로슬래그, 탄산칼슘, 규사로 이루어진 속경성 혼합 시멘트 및 재유화형 분말수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 속경성 혼합 시멘트는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 30-50중량부, 고로슬래그 20-35중량부, 탄산칼슘 20-30중량부 및 규사 5-10중량부로 이루어지는 것이 바람직하며, 각 성분이 상기 함량으로 혼합될 때 이후 아스팔트의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
재유화형 분말수지는 폴리머 시멘트 페이스트 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키며, 보수성이 개선되어 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등의 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히, 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 30-50중량부의 함량으로 첨가할 경우, 상기 기재된 특성을 보다 효과적으로 발휘할 수 있다. 상기 재유화형 분말수지로는 SBR(styrene butadiene rubber), EVA(ethylene vinyl acetate) 또는 아크릴계(Acrylic)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에는 소포제, 고유동화제, 평활제, 수축저감제 및 안료로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 추가로 첨가될 수 있다.
소포제는 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위하여 첨가되며 재유화형 분말수지 100중량부에 대하여 2-4중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 소포제는 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
고유동화제는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 내부 조직을 조밀하게 만들어 물의 유입을 방지함으로써 내수성 및 동결융해 저항성을 개선시키고, 유동성을 확보하여 아스팔트 혼합물에의 침투를 용이하게 한다. 고유동화제는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 1-2중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 폴리카본산계, 나프탈렌계 및 멜라민계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
평활제는 페이스트의 셀프레벨링(자기충전효과)을 개선하기 위해서 첨가되며, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 0.5-1중량부 첨가되는 것이 바람직하다. 평활제는 폴리 옥사이드계, 우레탄계 및 폴리 카본산계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
수축저감제는 건조수축을 방지하기 위하여 첨가되며, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 2-4중량부 첨가되는 것이 바람직하다. 수축저감제는 폴리에테르계, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
안료는 도로 상에서 식별이 용이하도록 첨가되며, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 0.5-1중량부 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 함량으로 첨가할 때 보다 선명한 색상으로 식별이 용이하고 색상의 지속성이 향상될 수 있다. 안료는 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 도로포장 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계; 상기 아스팔트 혼합물이 포설된 도로에 초속경 시멘트, 고로슬래그, 탄산칼슘, 규사로 이루어진 속경성 혼합 시멘트 및 재유화형 분말수지를 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계; 및 상기 폴리머 시멘트 페이스트가 침투된 포장을 양생하는 단계를 포함하는 도로포장 방법을 제공하며, 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 30-50중량부, 고로슬래그 20-35중량부, 탄산칼슘 20-30중량부 및 규사 5-10중량부로 이루어진 속경성 혼합 시멘트와 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 30-50중량부의 재유화형 분말수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법으로 도로포장을 수행하게 되면, 소성변형에 대한 저항성이 증대되고, 아스팔트의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 실시예 3>
폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 48중량부, 고로슬래그 20중량부, 탄산칼슘 29중량부, 규사 5중량부를 혼합하여 속경성 혼합 시멘트를 제조하였다. 상기 속경성 혼합 시멘트에 SBR, EVA 또는 아크릴계 재유화형 분말수지(각각 실시예 1, 2, 3)를 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 각각 50중량부 첨가한 후, 재유화형 분말수지 100중량부에 대하여 소포제 2중량부, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 각각 고유동화제 2중량부, 평활제 1중량부, 수축저감제 4중량부를 첨가하여 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 4 내지 실시예 6>
폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 40중량부, 고로슬래그 28중량부, 탄산칼슘 29중량부, 규사 5중량부를 혼합하여 속경성 혼합 시멘트를 제조하였다. 상기 속경성 혼합 시멘트에 SBR, EVA 및 아크릴계 재유화형 분말수지(각각 실시예 4, 5, 6)를 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 각각 45중량부 첨가한 후, 재유화형 분말수지 100중량부에 대하여 소포제 2중량부, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 각각 고유동화제 2중량부, 평활제 1중량부, 수축저감제 4중량부, 안료 1중량부를 첨가하여 칼라 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 7 내지 실시예 9>
폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 35중량부, 고로슬래그 32중량부, 탄산칼슘 29중량부, 규사 5중량부를 혼합하여 속경성 혼합 시멘트를 제조하였다. 상기 속경성 혼합 시멘트에 SBR, EVA 및 아크릴계 재유화형 분말수지(각각 실시예 7, 8, 9)를 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 40중량부 첨가한 후, 재유화형 분말수지 100중량부에 대하여 소포제 2중량부, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 각각 고유동화제 2중량부, 평활제 1중량부, 수축저감제 4중량부, 안료 1중량부를 첨가하여 칼라 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
시멘트 97중량부, 규사 3중량부를 혼합한 후, 고유동화제 2중량부, 안료 1중량부를 혼합하여 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
시멘트 97중량부, 규사 3중량부를 혼합한 후, 안료 1중량부를 혼합하여 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
<시험예 1> 시험용 공시체의 제작
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1, 2에서 제조한 각각의 조성물을 치수 φ 7.5×15cm(압축강도 및 인장강도 시험용), 6×6×24cm(휨강도 시험용), 4×4×1cm (접착강도 시험용), 4×4×16cm(건조수축 시험용, 작업성 슬럼프-플로우 시험용, 염화물 이온 침투 깊이 시험용 및 흡수율 시험용)의 몰드에 3층으로 나누어 다진 후 성형하였다. 양생방법으로서는 2일 습윤[20℃, 80%(RH)]+ 5일 수중[20℃] + 21일 건조[20℃, 50%(RH)] 양생을 실시하여 시험용 공시체를 각각 제작하였다.
<시험예 2> 강도시험
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 2477(폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법)에 의한 압축강도 및 휨강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, KS L 5104(시멘트 모르타르의 인장강도 시험방법)에 의하여 인장강도 시험을 수행하였으며, JIS A 6915 (Wall coatings for thick textured finishes)에 의하여 공시체의 접착강도를 측정하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
강도 (kgf/cm2)
압축 휨 인장 접착
실시예 1 400 120 80 30
실시예 2 380 110 68 28
실시예 3 365 98 55 26
실시예 4 395 118 76 32
실시예 5 368 110 65 30
실시예 6 360 98 52 28
실시예 7 401 121 82 30
실시예 8 390 112 71 29
실시예 9 375 106 63 27
비교예 1 290 58 26 15
비교예 2 265 49 20 14
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조한 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 압축강도가 360kgf/cm2 내지 400dkgf/cm2로서, 비교예 1 및 2에서 제조한 조성물의 압축강도 수치인 290 및 265kgf/cm2 보다 월등히 높았다. 또한, 본 발명에서 제조한 조성물은 휨강도, 인장강도 접착강도 역시 비교예의 조성물과 비교하여 높았다. 즉, 본 발명에서 제조한 조성물이 비교예에서 제조한 조성물과 비교하여 강도 면에서 월등히 우수하며, 부착력이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 3> 건조수축율 측정
상기 시험예 1에서와 같은 공시체 제작 과정에서, 습윤양생 후의 공시체의 기장을 측정하였고, 다시 건조양생[20℃, 50%(RH)]을 수행하여 KS F 2424(콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 1 비교예 2
건조수축 (×10-4) 2.1 2.3 2.6 2.4 2.6 2.8 2.1 2.3 2.5 4.1 3.9
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 비교예 1 및 2에서 제조된 조성물과 비교하여 건조수축량이 감소되어, 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 4> 슬럼프-플로우 측정
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 작업성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 공시체를 대상으로 슬럼프-플로우 값을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 1 비교예 2
슬럼프-플로우 (cm) 70 65 60 66 62 58 73 70 66 55 25
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 비교예 1 및 2에서 제조된 조성물과 비교하여 슬럼프-플로우 값이 높았다. 슬럼프-플로우 값은 고유동 모르타르 및 콘크리트의 작업성을 측정하기 위한 것으로 슬럼프-플로우 값이 높다는 것은 작업성이 우수하다는 뜻이다. 즉, 본 발명에서 제조된 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 비교예 1 및 2에서 제조된 조성물과 비교하여 아스팔트 혼합물의 공극부분을 효과적으로 채움으로써 작업성을 높여, 결과적으로 아스팔트 혼합물의 단점인 소성변형과 강도 특성 및 내구성을 개선할 수 있음을 확인하였다.
<시험예 5> 염화물 이온 침투 깊이
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 염화물 이온 침투 깊이를 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투 깊이 (mm) 2 2.2 2.8 2.1 2.3 2.5 1.9 2.2 2.6. 8.5 11.5
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 비교예 1 및 2에서 제조된 조성물과 비교하여 평균적으로 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6> 흡수율
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 흡수율을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 4004(콘크리트 벽돌의 흡수율 시험방법)에 의하여 흡수율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 비교예 1 비교예 2
흡수율 (%) 0.8 1.0 1.2 0.9 1.1 1.3 0.7 0.9 1.1 3.5 8.8
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조된 조성물(실시예 1 내지 실시예 9)은 비교예 1 및 2에서 제조된 조성물과 비교하여 흡수율이 낮았다. 일반적으로, 아스팔트 콘크리트 포장을 수행할 경우 물이 하부 슬래브 콘크리트 층에 침투하여 철근의 부식 및 교량 하부의 백화현상을 발생시키는 원인이 되는데, 흡수율이 낮으면 이러한 현상을 저하시키는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 조성물이 철근의 부식 등을 억제할 수 있는 효과가 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 반강성의 특징을 갖는 조성물로서 아스팔트 등의 포장체와의 부착성이 높고, 소성변형에 대한 저항성이 높다. 또한, 내구성이 뛰어나고 색상에 대한 지속성이 탁월하여 교통운전자의 안전을 충분히 확보할 수 있으며, 강도가 뛰어나 유지관리비 절감 효과가 있다. 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 버스정류장, 고속도로 진출입로, 교차로 등에 사용될 수 있다. 한편, 기존 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 현장에서 계량을 하여야 함으로 작업에 번거로움과 더불어 인력손실이 발생하게 되지만 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 현장에서 물만을 주입하여 사용할 수 있음으로 작업에 번거로움과 인력 손실 및 시공시간을 절약할 수 있어 보다 경제적으로 시공이 가능하다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계;
    상기 아스팔트 혼합물이 포설된 도로에 초속경 시멘트, 고로슬래그, 탄산칼슘, 규사로 이루어진 속경성 혼합 시멘트 및 재유화형 분말수지를 포함하는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계; 및
    상기 폴리머 시멘트 페이스트가 침투된 포장을 양생하는 단계를 포함하며,
    상기 속경성 혼합 시멘트가 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 초속경 시멘트 30-50중량부, 고로슬래그 20-35중량부, 탄산칼슘 20-30중량부 및 규사 5-10중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는
    폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 재유화형 분말수지는 SBR, EVA 및 아크릴계 재유화형 분말수지로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 속경성 혼합 시멘트 100중량부에 대하여 30-50중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는
    폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로포장 방법.
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