KR100618297B1

KR100618297B1 - 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물

Info

Publication number: KR100618297B1
Application number: KR1020050021021A
Authority: KR
Inventors: 경길수; 경태현; 길배수; 김도수; 이병기; 윤현광; 윤현도; 채영석
Original assignee: 주식회사 전양건설
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-08-31

Abstract

본 발명은 교량상판, 콘크리트 도로 및 각종 콘크리트 구조물이 파손될 경우 긴급보수용으로 사용되는 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 골재, 무기계 결합제, 폴리머 개질제, 및 물이 소정 비율로 포함된 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 있어서, 무기계 결합제는 포틀랜드 시멘트와, 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대해서, 초속경 시멘트 60~80중량부, 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 5~20중량부, 및 고로슬래그 미분말 50~70중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 미세균열이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 제조후 3시간만에 교통개방을 할 수 있을 정도의 강도가 발현되었으며, 염화물 및 수분침투를 완전히 억제할 수 있을 정도의 불투성을 갖게 되어 교면포장, 콘크리트 도로포장 및 각종 콘크리트 구조물의 긴급보수용에 적용할 수 있다.

무기계 결합제, 폴리머 개질제, 폴리머 개질 콘크리트, 보수재료

Description

초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물{Rapidly hardening polymer-modified concrete compound}

본 발명은 교면포장 및 콘크리트 도로 긴급보수용 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교량상판, 콘크리트 도로 및 각종 콘크리트 구조물이 파손될 경우 긴급보수용으로 사용되는 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

종래에는 교면포장공법은 주행차량의 양호한 평탄성을 제공하고 교량 상부 바닥판을 보호하는 목적으로 침투식, 쉬트식 및 도막식 등의 방수층을 설치하고 아스콘으로 포장하는 방식이다. 그러나 아스콘 교면포장공법은 일반 토공부 위에 건설되는 포장에 비해, 구조물이 진동을 쉽게 받고, 변화하는 기온차 등에 노출되며, 하중이 상판면상에 집중되는 특성 등으로 인하여 비교적 큰 파손 및 기능 저하요인을 가지고 있다. 이에 따라, 중차량 통행에 따른 소성변형과 충격에 따른 파손, 포장체에 침투한 수분에 의한 동결융해, 방수처리기능의 부적절함, 접착층의 기능발휘 부적합 등에 의해 교면포장이 파손되고 있는 실정이다. 따라서 평균 5년마다 재포장하게 되어 아스콘의 절삭 이후 재포장시 방수층이 파손, 교면의 방수기능 상 실, 철근콘크리트 바닥판의 철근부식 촉진, 바닥판 구조의 균열 발생 및 내구성능 저하가 초래되는 문제점이 있었다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위해 아스콘 교면포장 재료보다 내구성이 우수한 폴리머 개질 콘크리트를 사용하는 방법이 제시되었고, 이 때의 폴리머 개질콘크리트는 통상 골재, 결합제, 폴리머 개질제, 물이 소정 비율로 혼합되어 조성되며, 그 용도에 따라 통상 조성물들의 재료나 조성비를 다소 달리하여 제조된다.

이 때 긴급 보수공사용으로 사용되는 폴리머 개질콘크리트는 단시간에 실용강도를 발현시키는 것이 필요하므로 결합제로서 통상 초속경 시멘트가 사용되고 있다.

한편, 폴리머 개질제는 분산형과 재분산형이 모두 사용될 수 있으나, 교면포장 보수에 있어서는 분산성이 양호한 분산형(에멀젼 형태)이 바람직하다. 특히 에멀젼 형태에 있어서 수밀성, 접착성 및 내구성 등이 우수한 SB(Styrene-Butadiene) 라텍스가 가장 일반적으로 사용되고 있고, PAE 에멀젼(Polyacrylic ester emulsion), EVA 에멀젼, 에폭시수지, 아크릴수지 및 폴리에스터 등도 사용된다.

그러나, 결합제로서 초속경시멘트만이 사용된 초속경 콘크리트는 초단기간(3시간)내에 실용강도를 발휘할 수는 있으나, 이러한 초속경 콘크리트는 양생시 높은 수화열과 건조수축으로 인해 균열이 발생하기 쉬우며, 이러한 균열은 내구성 저하에 직접적인 원인이 된다.

예컨데, 무기계 결합제로서 상기와 같은 단점을 갖고 있는 초속경 시멘트를 단독으로 사용하고, 폴리머 개질제로서 SB 라텍스 등을 사용하게 될 경우, 콘크리 트 타설 후 초속경 시멘트가 급속하게 수화반응이 진행되면서 높은 수화열이 발생되기 때문에 초속경 폴리머 개질 콘크리트에서도 미세균열이 발생되는 것이 문제점이 지적되고 있다. 이와 같이 발생된 미세균열은 수분, 염소이온, 이산화탄소 등의 침투통로로 작용하게 됨으로써 콘크리트의 내구성을 저하하기 때문이다. 특히, 겨울철 제설제의 사용량이 가장 빈번한 교면포장에 초속경 시멘트를 단독으로 사용하는 경우 더욱 더 내구성의 저하가 현저해 지는 문제점이 있다.

본 발명은 교면포장 및 콘크리트 도로포장 보수재료로 사용되고 있는 초속경 폴리머 개질 콘크리트의 미세균열이 발생되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 결합제로서 복합 무기계 결합제를 사용한 초속경 폴리머 개질 콘크리트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 골재, 무기계 결합제, 폴리머 개질제, 및 물이 소정 비율로 포함된 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 있어서, 무기계 결합제가 포틀랜드 시멘트와, 상기 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대해서, 초속경 시멘트 60 내지 80중량부, 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 5 내지 20중량부, 및 고로슬래그 미분말 50 내지 70중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 폴리머 개질제는 SB(Styrene-Butadiene)라텍스, PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시수지, 아크릴수지 및 폴리에스터, 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 것이 바람직하다.

또한, 무기계 결합제 100중량부에 대하여, 폴리머 개질제는 5 내지 20중량부, 골재는 세골재 120 내지 150중량부, 굵은 골재 130 내지 160중량부, 그리고 물은 20 내지 30중량부로 구성될 수 있다.

또한, 폴리머 개질제는 SB라텍스인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 포클랜드 시멘트는 통상의 포클랜드 시멘트이고, 포클랜드 시멘트 100중량부에 대하여 초속경 시멘트는 50 내지 100중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 초속경 시멘트의 사용량이 50중량부 미만이면 조기강도 발현이 늦어지게 되고, 100중량부를 초과하면 타설후 미세균열이 발생할 우려가 있기 때문이다. 더욱 바람직하게는 60 내지 80중량부이다.

또한 칼슘설포알루미네이트계 팽창제는 5중량부 미만이면 팽창성이 너무 낮고, 20중량부를 초과하면 팽창성이 너무 높기 때문에 균열이 발생할 우려가 있으므로 5~20중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 고로슬래그 미분말(평균입도 15~20㎛)은 보통 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대해서 50중량부 이하가 되면 강도발현이 약하고, 100중량부 이상이 되면 수화반응이 지연되기 때문에 50 내지 100중량부가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 50 내지 70중량부로 사용될 수 있다.

폴리머 개질제는 SB(Styrene-Butadiene)라텍스가 가장 바람직하게 사용될 수 있고, PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시수지, 아크릴수지 및 폴리에스터등도 사용가능하다. 이 때, SB 라텍스의 사용량은 무기계 결합제 100중량부에 대해서 5중량부 이하가 되면 접착강도, 방수성 및 휨강도의 발현이 충분하지 못하고, 20중량부 이 상이 되면 경화가 늦어지고 압축강도가 저하되기 때문에 5 내지 20중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

골재에는 세골재 및 굵은 골재가 사용되며, 세골재는 5mm 이하의 골재로 무기계 결합제 100중량부에 대해서 120 내지 150중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 굵은골재는 최대치수가 13mm 이하가 되도록 하여 130 내지 160중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 물은 무기계 결합제 100중량부에 대해서 20중량부 이하가 되면 작업성이 떨어지고, 30중량부 이상이 되면 골재분리가 나타나기 때문에 20 내지 30중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕고 완성도를 높이기 위해 제시되는 것이며, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

한편, 하기 실시예에서는 SB라텍스를 폴리머 개질제로 사용하였고, 구체적으로는 소포제가 함유되어 시판중인 국내 금호석유화학(주)의 KSL362를 사용하였으며, 그 특성은 하기 표 1에 기재되어 있다.

고형분(%)	pH(25℃)	표면장력(dyne/cm2)	점도(cps)	비중
48.5	10.0	40.0	80	1.020

[실시예]

무기계 결합제 484.4중량부와 세골재 657.5중량부, 굵은 골재(13mm 이하) 687.5중량부, 물을 콘크리트 혼합기에 넣고 충분히 혼합하고, 여기에 SB 라텍스를 0중량부(비교예 1), 30중량부(실시예 1), 60중량부(실시예 2), 90중량부(실시예 3)를 투입한 후 다시 혼합하여 폴리머 개질 콘크리트를 제조하였다. 이때 SB 라텍스는 고형분 함량이 48.5중량%로 51.5중량%의 물이 함유되어 있으므로, 미리 이를 고려하여 SB 라텍스가 첨가되지 않는 경우에는 물량을 159 중량부로 하고, SB 라텍스가 30중량부를 첨가하는 경우에 물량을 143.55중량부로 조절하였고, SB 라텍스가 60중량부를 첨가하는 경우에는 물량을 128.1중량부로 조절하였으며, SB 라텍스가 90중량부를 사용하는 경우에는 112.65중량부로 조절함으로써 폴리머 개질 콘크리트 제조시 전체 물량이 159중량부가 되도록 하였다.

또한, 초속경 시멘트 484.4중량부와 세골재 657.5중량부, 굵은 골재 687.5중량부, 물 128.1중량부를 콘크리트 혼합기에 넣고 충분히 혼합하고, 여기에 SB 라텍스 60중량부를 투입한 후 다시 혼합하여 초속경 폴리머 개질 콘크리트를 제조하였다(비교예 2).

또한, 포틀랜드 시멘트 484.4중량부와 세골재 657.5중량부, 굵은 골재 987.5중량부, 물 128.1중량부를 콘크리트 혼합기에 넣고 충분히 혼합하고, 여기에 SB 라텍스 60중량부를 투입한 후 다시 혼합하여 초속경 폴리머 개질 콘크리트를 제조하였다(비교예 3).

[실험예 1]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 콘크리트 조성물에 대해서 KS F 2402에 의거하여 슬럼프를 측정하였고, KS F 2409에 의거하여 공기량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이 때, 슬럼프는 작업성을 고려하면 18 ±1cm가 적당하다.

구 분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 2	비교예 3
슬럼프(cm)	16.5	18.0	18.5	19.0	18.0	19.5
공기량(%)	3.7	3.8	3.8	3.9	3.9	3.8

표 2에 따르면, 비교예 1 및 비교예 3은 각각 슬럼프가 낮거나 높아 작업성이 떨어지는 반면 실시예들은 모두 정상범위의 슬럼프를 보였다.

[실험예 2]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 콘크리트 조성물에 대해서 KS F 2405에 의거하여 압축강도 및 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	압축강도(kgf/cm²)					휨강도(kgf/cm²)
구분	3hr	6hr	24hr	7day	28day	3hr	6hr	24hr	7day	28day
비교예1	238	323	375	443	483	39	44	57	78	88
실시예1	251	341	391	467	497	53	66	75	86	108
실시예2	261	362	397	496	534	57	70	82	92	116
실시예3	255	349	384	472	491	56	69	80	90	114
비교예2	242	326	380	442	484	48	57	68	76	98
비교예3	-	-	-	237	300	-	-	-	65	78

상기 표 3에서 압축강도는 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 비교예 3보다 크게 향상되었음을 보여준다. 특히 양생시간 3시간 압축강도에 있어서 실시예들은 모두 250kgf/cm²이상이 나타남으로써 긴급보수용으로 사용가능한 강도발현성을 보이고 있다.

또한, 상기 표 3에서 휨강도에서도 실시예들은 비교예들 보다 모두 높게 나타났다. 특히, 양생시간 3시간후 휨강도가 모두 50kgf/cm² 이상으로 나타나 긴급보수용으로 사용가능한 강도발현성을 보이고 있다.

[실험예 3]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 콘크리트 조성물을 ASTM C 1202(염소이온 투과 실험법)에 의거하여 투수성을 측정하였고, KS F 2456에 의거하여 동결융해 저항성을 시험하여 내구성지수를 산출하였으며 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때 상기 투수성은 쿨롬(Coulombs)이 4000 이상이면 투수성이 매우 높고, 2000~4000인 경우 투수성이 보통이며, 100~2000인 경우 투수성이 낮고, 100~1000인 경우 투수성이 매우 낮으며 100 이하인 경우 불투수성인 것을 나타낸다. 또한 내구성지수는 80 이상이 되면 내구성이 우수한 것으로 판단한다.

구 분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 2	비교예 3
쿨롬(Coulombs)	1500	89	51	68	342	896
내구성지수	67.3	84.7	93.5	90.7	85.9	87.9

표 4에 따르면, 실시예들은 비교예들과 달리 모두 불투수성으로 나타나고, 내구성에 있어서도 80이상으로 모두 우수한 것으로 나타남을 확인할 수 있다.

[실험예 4]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 폴리머 개질 콘크리트 조성물을, ACI Materials Journal[1998, pp.495~504; 소성수축 균열에 의한 균열특성 시험]에 의거하여 100 × 100 × 5cm의 판상형태로 형강으로 테두리를 설치하고, 구속력을 높이기 위해서 10mm 철근을 관통시킨 후 볼트로 고정시킨 성형몰드에 부어 시험체 폴리머 개질 콘크리트를 형성하고, 28℃, R.H.45± 5%의 환경에서 시험체 표면에 3.5~4.0 m/s의 풍속으로 바람을 작용시켜 28일간 균열발생 시험을 진행하였고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.

구 분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 2	비교예 3
균열갯수	40	15	4	7	64	78
균열폭(mm)	0.1~1.0	0.1~0.7	0.1~0.3	0.1~0.3	0.1~1.2	0.1~1.2
균열총길이(mm)	327	316	37	59	748	987

표 5에 따르면, 실시예들이 비교예들에 비하여 현저히 균열갯수, 균열폭, 균열총길이가 작음을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 3의 경우에 가장 균열저항성이 가장 우수한 것으로 나타났다.

본 발명은 상기 실시예를 기준으로 주로 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어 질 수 있다. 예컨데, 본 발명에 따른 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제의 첨가, 조성비의 수치변경, 일부 조성물의 누락등은 당업자가 용이하게 변경할 수 있을 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물은 미세균열이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 제조후 3시간만에 교통개방을 할 수 있을 정도의 강도가 발현되며, 염화물 및 수분침투를 완전히 억제할 수 있을 정도의 불투성을 갖게 됨으로써 교면포장, 콘크리트 도로포장 및 각종 콘크리트 구조물의 긴급보수용에 적용할 수 있는 효과가 있다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로써, 명 세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims

골재, 무기계 결합제, 폴리머 개질제, 및 물이 소정 비율로 포함되어 제조되는 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 있어서,

상기 무기계 결합제는 포틀랜드 시멘트와, 상기 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대해서, 초속경 시멘트 60중량부 내지 80중량부, 칼슘설포알루미네이트계 팽창제 5중량부 내지 20중량부, 및 고로슬래그 미분말 50중량부 내지 70중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 폴리머 개질제는 SB(Styrene-Butadiene)라텍스, PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시수지, 아크릴수지 및 폴리에스터, 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 무기계 결합제 100중량부에 대하여, 상기 폴리머 개질제는 5 내지 20중량부, 상기 골재는 세골재 120 내지 150중량부, 굵은 골재 130중량부 내지 160중량부, 그리고 상기 물은 20중량부 내지 30중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
청구항 3에 있어서,

상기 폴리머 개질제는 SB라텍스인 것을 특징으로 하는 초속경 폴리머 개질 콘크리트 조성물.