KR100835657B1

KR100835657B1 - 초속경 시멘트 조성물

Info

Publication number: KR100835657B1
Application number: KR1020070030388A
Authority: KR
Inventors: 정환복
Original assignee: (주)오경건설; 정환복
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-06-09

Abstract

본 발명은 초속경 시멘트 조성물과 이를 이용한 콘트리트 제조방법에 관한 것으로, 현장에서의 사용이 간단하여 교량 신축이음장치 보수 또는 부분 파손부위 보수 등의 간단한 보수공사에 적합하며, 콘크리트 타설 후 높은 휨강도를 가질 뿐만 아니라 기존 콘크리트 구조물과의 부착성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명의 초속경 시멘트 조성물은, 무수석고(CaSO₄)와, 50wt% 이상의 알루미나(Al₂O₃) 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 초속경 시멘트 분말과; 비닐아세테이트(vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 주성분으로 하는 폴리머 성분으로 이루어지며, 상기 초속경 시멘트 분말과 혼합되는 분말수지와; 상기 초속경 시멘트 분말에 혼합되는 내알카리성 유리섬유를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

초속경, 시멘트, 분말수지, 내알카리성 유리섬유, 휨강도

Description

초속경 시멘트 조성물{RAPID SET CEMENT}

도 1은 본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 교량의 신축이음장치를 보수하는 방법을 나타낸 순서도

도 2는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 도로의 파손 부위를 보수하는 방법을 나타낸 순서도

본 발명은 초속경 시멘트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 콘크리트 구조물이나 도로 및 교량상판의 긴급보수용으로 사용되는 초속경 시멘트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 콘크리트 구조물을 제조하는 데에는 보통콘크리트(Normal Concrete)를 사용해 왔다. 상기 보통콘크리트는 일반적으로 보통포틀랜드 시멘트를 사용하여 제조한 콘크리트를 말한다.

그러나 상기 보통콘크리트의 경우 시공성이 양호하다는 이점이 있는 반면 투 수성이 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 조성물 에 라텍스 수지를 첨가하여 라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete)를 제조하는 것이다.

하지만, 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 ·CaSO₄ 을 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 겔 상의 C-S-H 수화물에 의해 경화체의 조직이 더욱 치밀해지고 강도발현이 지속적으로 증진되는 특성을 가진다.

이러한 종래의 초속경 시멘트는 조기발현 강도가 매우 뛰어난 장점은 있으나, 초속경 시멘트를 사용하여 제조된 콘트리트는 시공하는 과정에서 블리딩(bleeding) 현상이 발생하여 작업이 어렵고, 염화물이나 수분에 의한 부식, 표면 마모현상 및 동결융해 저항성이 저하되는 단점이 있다.

이에 종래에는 초속경 시멘트로 콘트리트를 배합할 때, 현장에서 초속경 시멘트에 에멀젼 수지 및/또는 라텍스 수지 등을 첨가하여 염화물이나 수분에 의한 피해를 줄일 수 있는 개질 콘트리트 조성물이 개발되고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 콘크리트 조성물은 현장에서 에멀젼 수지를 배합하는 방식으로 만들어지므로, 사용이 번거롭고, 시방서대로 시공되지 않을 경우 균일한 성능으로 콘트리트 타설이 이루어지지 않는 문제가 있을 뿐만 아니라, 투입되는 장비의 수가 많아지므로 교량 신축이음장치의 보수 또는 교량이나 콘크리트 구조물 등의 파손 부위 보수 등 소량공사에는 적용하기 어려운 문제가 있다.

또한, 종래의 초속경 시멘트를 이용한 콘크리트 조성물은 휨강도가 약해 부러지는 단점이 있으며, 시공 및 골재 선정의 문제로 타설 표면이 불안정할 뿐만 아니라, 기존 콘크리트와의 부착성이 약하여 들뜸 현상이 발생하는 문제가 있다.

특히, 기존의 도로나 교량 등의 보수 공사시, 강한 강도와 부착성을 부여하기 위해 에폭시 몰탈을 이용하여 콘크리트를 제작하는 방안이 제시되었으나, 유기질인 에폭시는 무기질인 시멘트와 물리, 화학적 성질에 있어서 차이가 있기 때문에 에폭시 몰탈이 타설되는 기존 콘크리트 구조물과의 완벽한 결합이 이루어지지 않으며, 이 두 재료간의 부조화로 인하여 연결부위에 수분이 침투하는 현상이 발생하고 2차적인 파손이 유발된다. 또한, 계절간의 온도 편차가 심한 우리나라의 환경에서 열팽창계수의 차이로 인하여 계절별로 연결부위 간의 편차가 큰 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 현장에서의 사용이 간단하여 교량 신축이음장치 보수 또는 부분 파손부위 보수 등의 간단한 보수공사에 적합하며, 콘크리트 타설 후 높은 휨강도를 가질 뿐만 아니라 기존 콘크리트 구조물과의 부착성이 향상된 초속경 시멘트 조성물과 이를 이용한 콘트리트 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 무수석고(CaSO₄)와, 50wt% 이상의 알루미나(Al₂O₃) 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 초속경 시멘트 분말과; 비닐아세테이트(vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 주성분으로 하는 폴리머 성분으로 이루어지며, 상기 초속경 시멘트 분말과 혼합되는 분말수지와; 상기 초속경 시멘트 분말에 혼합되는 내알카리성 유리섬유를 포함하여 구성된 초속경 시멘트 조성물을 제공한다.

본 발명의 다른 한 관점에 따르면, 소정량의 모래와 자갈을 믹서기에 투입하 여 소정 시간 믹싱하는 단계와; 혼입할 물의 총량 중 90~95%를 지연제와 함께 혼합하여 소정 시간 동안 믹싱하는 단계와; 상기 초속경 시멘트 조성물을 투입하고 소정 시간 동안 믹싱하는 단계와; 믹서기를 소정 시간동안 정지하는 단계와; 믹서기에 혼입할 물의 총량중 나머지 5~10% 를 혼입하고 소정 시간동안 믹싱하는 단계를 포함하여 구성된 초속경 시멘트 조성물을 이용한 콘크리트 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물과 이를 이용한 콘크리트 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물은 무수석고(CaSO₄)를 포함하는 초속경 시멘트 분말과; 비닐아세테이트(vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 주성분으로 하는 폴리머 성분으로 이루어지며, 상기 시멘트 분말과 혼합되어, 휨강도와 다른 콘크리트와의 부착성을 향상시키는 분말수지와; 상기 초속경 시멘트 분말과 혼합되는 내알카리성 유리섬유를 포함하여 구성된다.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물은 96.91~98.96wt% 의 시멘트 분말과, 1~3wt% 의 분말수지와, 0.04~0.09wt% 의 내알카리성 유리섬유로 구성된다.

상기와 같은 조성비로 이루어진 초속경 시멘트 조성물은 상기 시멘트 분말과, 분말수지와, 내알카리성 유리섬유가 함께 혼합된 패키지 상태로 현장에 공급되 어, 다른 혼화재와 함께 혼합되어 콘트리트를 만들게 된다.

상기 초속경 시멘트 분말은 규산삼석회(3CaO·SiO₂), 규산이석회(2CaO·SiO₂), 알루민산삼석회(3CaO·Al₂O₃), 철(鐵)화합물(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃) 및, 석고(CaSO₄·2H₂O)를 비롯하여, 초속경 특성을 부여하는 무수석고(CaSO₄)와, 50wt% 이상의 알루미나(Al₂O₃) 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA; Calcium SulfoAluminate)를 포함한 구성으로 이루어진다. 상기 초속경 시멘트 분말의 성분은 초속경 시멘트의 종류에 따라 다양하게 변할 수 있다.

상기 초속경 시멘트 분말은 수화 반응에 의해 다량의 에트린자이트(ettringite) 광물(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·2H₂O)을 생성한다. 에트린자이트는 침상결정체로서 부피가 상당히 크기 때문에 수화 초기에 약간의 팽창성을 나타내며, 이로 인해 일반 포틀랜드 시멘트에서의 문제점인 침하현상이나 건조 수축이 거의 없는 우수한 특성을 갖는다. 그리고, 초속경 시멘트 분말은 2~3시간의 단기간에 실용강도를 발현한다. 또한, 초속경 시멘트 분말은 격렬한 반응으로 인하여 수화열이 많이 발생하고, 단열상태의 콘크리트에서는 내부 온도가 50℃ 이상으로 상승하기도 하여, 저온에서도 자체 발열에 의해 반응을 촉진시키고, 정상적인 반응이 진행되도록 하는 특성을 가지고 있다.

한편, 상기 분말수지는 0.05wt% 이상의 농도를 갖는 비닐 아세테이트(vinyl acetate)와 1~5wt% 농도의 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 주성분으로 하는 폴리머 성분으로 이루어지며, 상기 초속경 시멘트 분말을 제조한 다음 내알카리성 유리섬유와 함께 초속경 시멘트 분말에 균일하게 혼합되어, 현장에서 다른 혼화재 또는 지연제 등과 함께 배합되어 콘크리트 또는 몰탈로 사용된다.

그리고, 상기 내알카리성 유리섬유는 50~65wt% 의 SiO₂와, 12~27wt% 의 알루미나(Al₂O₃)와, 1~38wt% 의 MgO 를 포함한 성분으로 이루어진다. 이와 같은 성분으로 이루어진 내알카리성 유리섬유는 비중이 2.54~2.56이고, 인장강도가 27.4~37.2 N/㎡ 이며, 신율이 4.80%, 선팽창계수가 5.0×10^-6 인 물리적 특성을 갖는다.

상기 분말수지와 내알카리성 유리섬유는 콘크리트 제조시 시멘트와의 가교 역할을 하며 휨강도를 증가시키고, 콘트리트 공극을 채워줌으로써 수분침투를 억제하고, 향상된 부착성을 제공한다.

아래의 표 1은 실시예1에 따른 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 콘크리트를 제조하였을 때의 물성과, 초속경 시멘트에 기존의 에멀젼 수지를 배합하여 콘트리트를 제조하였을 때의 물성을 비교하여 나타낸 것이다.

참고로, 실시예1에서 시멘트 분말에 혼함된 분말수지는 3wt% 이며, 내알카리성 유리섬유는 0.06wt%이다.

위의 표 1에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물은 동일한 실험조건에서 기존의 A사와 B사의 에멀젼 수지를 사용하였을 경우보다 우수한 압축강도와 휨강도를 제공한다.

한편, 종래기술에서도 언급한 바와 같이 기존에도 초속경 콘크리트의 개질제로서 다양한 종류의 수지가 첨가되고 있으나, 종래의 수지는 시멘트 분말 자체에 혼합되지 않고, 현장에서 콘크리트를 제조하는 과정에서 에멀젼 상태로 시멘트에 배합된다. 따라서, 콘크리트 제조 과정에서 수지 첨가 과정이 추가되므로 콘크리트 제조 과정이 번거로운 단점이 있었다.

하지만, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물은 상기 분말수지가 유리섬유와 함께 시멘트 분말에 혼합된 상태로 현장에 제공되고, 다른 혼화재와 함께 배합되어 콘크리트로 제조되므로, 기존에 비하여 콘크리트 제조 과정이 현저하게 단순화될 수 있는 이점을 제공한다.

이하, 상기와 같은 이점을 갖는 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 콘크리트를 제조하고 타설하는 방법의 실시예들을 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 교량의 신축이음장치를 보수하는 방법에 대해 설명한다.

보수할 신축이음부를 절단한 다음(단계 S11), 콘크리트를 제거하고 철거한다(단계 S12). 그런 다음, 신축이음장치를 설치하고(단계 S13), 콘크리트가 타설될 부위에 콘크리트 신구접착제를 살포한다(단계 S14).

이어서, 모래(세골재) 72kg과 자갈(조골재) 105kg을 믹서기에 투입한 후 20초간 믹싱(mixing)한다. 그리고, 지연제를 혼합한 물을 16리터 투입하고 20초간 믹싱한 다음, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 40kg 혼합하고 2분간 믹싱하고, 다시 물 1리터를 혼입한 후 1분간 믹싱하여 초속경 콘트리트 조성물을 제조한다(단계 S15).

상기한 바와 같이, 초속경 콘크리트 조성물이 완성되면, 완성된 초속경 콘크리트 조성물을 타설한다(단계 S16).

다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 이용하여 도로나 교량 등의 파손 부위를 보수하는 방법에 대해 설명한다. 도로나 교량 등의 파손 부위를 보수하는 방법은 전술한 신축이음장치의 보수 공법과 유사하다.

먼저, 도로의 부수할 부분을 절단하고(단계 S21), 콘크리트를 제거하고 철거한다(단계 S22). 그 다음, 콘크리트가 타설될 부위에 콘크리트 신구접착제를 살포한다(단계 S23).

그리고, 모래(세골재) 72kg과 자갈(조골재) 105kg을 믹서기에 투입한 후 20초간 믹싱(mixing)한 다음, 지연제를 혼합한 물을 16리터 투입하고 20초간 믹싱한다. 이어서, 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 40kg 혼합하고 2분간 믹싱하고, 물 1리터를 혼입한 후 1분간 믹싱하여 초속경 콘트리트 조성물을 제조한다(단계 S24).

상기한 바와 같이, 초속경 콘크리트 조성물이 완성되면, 완성된 초속경 콘크리트 조성물을 타설하고(단계 S25), 타설된 부분에 비닐 및 부직포를 설치하여 수분 증발을 막는다(단계 S26).

전술한 것처럼, 각 보수 공법에서 콘크리트 제조하는 단계는, 물을 혼합하지 않고 일정량의 모래와 자갈을 투입하여 일정 시간 믹싱함으로써 모래와 자갈을 균일하게 혼합하는 단계와; 혼입될 물의 총량 중 약 90~95%를 지연제와 함께 혼합하여 일정 시간 동안 믹싱하는 단계와; 본 발명의 초속경 시멘트 조성물을 투입한 후 일정 시간 동안 믹싱하는 단계와; 믹서기를 일정 시간동안 정지한 후, 물의 잔량, 즉 혼입할 물의 총량중 나머지 5~10% 를 혼입하고 일정 시간동안 믹싱하는 단계로 이루어진다.

상기와 같이, 초속경 시멘트를 물과 함께 한번에 혼합하지 않고 혼화재와 초속경 시멘트를 소정 시간 동안 믹싱하고, 믹서기를 소정 시간 동안 정지시킨 후 물의 잔량을 혼입하고 소정 시간 동안 믹싱하게 되면, 물이 시멘트 및 혼화재와 고르게 섞이게 되고, 콘크리트에서 공기량이 줄어들어 강도가 향상되는 이점을 얻을 수 있다.

즉, 초속경 시멘트를 혼화재와 물과 함께 혼합하여 믹싱하게 되면, 믹싱 과정에서 비중이 낮은 물이 믹서기의 위쪽으로 몰려 믹서기의 임펠러에 의해 시멘트와 혼화재에 혼합되지 않고 따로 모이게 되는 경우가 발생한다. 이렇게 되면, 시멘트와 혼화재와 물과 함께 고르게 섞이지 못하고, 콘트리트 조성물 속에 공기량이 증하게 되어 강도를 저하시키게 된다.

하지만, 본 발명의 콘트리트 제조방법에서와 같이 혼화재와 초속경 시멘트 조성물을 물과 함께 혼합한 다음, 일정 시간 정지후 다시 소량의 물을 혼합하게 되면, 혼합된 물이 믹서기 상층의 물과 함께 아래로 흘러내려 시멘트 및 혼화재 사이에 균일하게 혼입되고, 이 후 믹서기를 다시 회전시키면 시멘트와 혼화재와 물이 균일하게 섞이고, 공기량이 줄어들어 높은 강도를 발현시키는 콘크리트 조성물을 제공할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 개질제로 작용하는 분말수지가 현장에서가 아닌 시멘트 분말에 혼합된 상태로 현장에 제공되므로 콘크리트를 제조하는 과정에서 별도의 개질용 수지를 혼합할 필요가 없다. 따라서, 콘크리트를 제조하는 과정이 대폭 단순화되고, 교량의 신축이음장치 또는 도로 보수 공사 등 간단한 보수 공사에 매우 효과적이다.

또한, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 조성물은 분말수지와 내알카리성 유리섬유가 시멘트와의 가교 역할을 하여 휨강도가 증가하고, 콘크리트 공극을 채워줌으로써 수분침투를 억제하며, 기존 콘크리트와의 부착성을 향상시키는 효과를 제공한다.

그리고, 본 발명에 따른 콘크리트 제조방법에 따르면, 초속경 시멘트와 혼화 재와 물이 균일하게 혼합되며, 콘크리트 내의 공기량이 줄어들게 되므로 강도가 더욱 향상되며, 타설 부위 전체적으로 균일한 품질의 콘크리트를 제공할 수 있다.

Claims

무수석고(CaSO₄)와, 50wt% 이상의 알루미나(Al₂O₃) 또는 칼슘설포알루미네이트(CSA)를 포함하는 초속경 시멘트 분말과;

비닐아세테이트(vinyl acetate)와 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)를 주성분으로 하는 폴리머 성분으로 이루어지며, 상기 초속경 시멘트 분말과 혼합되는 분말수지와;

50~65wt% 의 SiO₂와, 12~27wt% 의 알루미나(Al₂O₃)와, 1~38wt% 의 MgO 를 포함한 성분으로 이루어지며, 상기 초속경 시멘트 분말에 혼합되는 내알카리성 유리섬유를 포함하여 구성된 초속경 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 시멘트 분말은 96.91~98.96wt%, 분말수지는 1~3wt%, 내알카리성 유리섬유는 0.04~0.09wt% 의 조성비로 이루어진 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 분말수지는, 상기 비닐 아세테이트가 0.05wt% 이상의 농도를 가지며, 상기 2-Phenoxyethanol(Ethylene Glycol Monophenyl Ether)이 1~5wt% 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 조성물.
삭제
삭제