KR100880908B1 - 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법 - Google Patents

시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%, 물 1∼10 중량% 및 감수제 0.05∼3.0 중량%를 포함하며, 상기 시멘트 결합재는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 30∼92 중량%, 메타카올린 1∼25 중량%, 고로슬래그 3∼25 중량%, 플라이애쉬 3∼25 중량%, 나일론섬유 0.05∼3.0 중량%, 알칼리 실리케이트 0.05∼5.0 중량% 및 수용성 폴리머 0.01∼2.0 중량%를 함유하는 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 메타카올린이 혼입됨으로써 강도 및 내구성능이 개선되고 콘크리트 작업시간이 연장되어 타설된 콘크리트의 표면을 매끄럽게 하는 마무리 작업 시간을 충분히 확보되어 작업성이 개선될 수 있고, 나일론섬유가 혼입됨으로써 콘크리트의 균열, 휨, 인장 및 부착강도가 개선되며, 알칼리 실리케이트가 혼입됨으로써 내수성이 우수하고, 수용성 폴리머가 혼입됨으로써 경화되게 되면 시멘트 콘크리트 조성물의 입자 사이의 공극이 밀봉되어 불순물의 침투가 억제되어 내구성이 향상될 수가 있다.
메타카올린(Metakaolin), 나일론섬유, 시멘트, 콘크리트, 알칼리 실리케이트, 수용성 폴리머

Description

시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법{Cement concrete composite and pavement method for concrete bridge using the same}
본 발명은 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 교면 포장에 요구되는 제반 특성인 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족시키면서 재료의 생산 및 시공 방법이 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 그대로 이용할 수 있어 경제성 및 시공성이 뛰어난 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량이란 하천, 해안, 도로 등의 상부를 지나갈 수 있도록 가설된 고가 구조물을 총칭하는 것으로, 이러한 교량의 표면에는 차량 등이 원활하게 통행할 수 있도록 포장공사를 함으로써 교면(橋面) 포장층을 형성한다.
상기와 같은 교면 포장은 교통 하중을 직접 전달하는 부분으로서 이에 적합한 강도 및 균열 저항성을 가져야 할 것은 물론, 빗물 등의 수분에 노출되어 있는 관계로 방수 성능을 가질 것이 요구되며, 특히 염화물 이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 낮은 염소이온 투수성을 가질 것이 요구된다.
이러한 교면 포장 방법으로는 종래로부터 일반 콘크리트 포장방법이나 아스콘 포장방법이 알려져 널리 사용되어 왔다.
이 중 일반 콘크리트 포장방법은 교량 노면 상부에 일반적인 콘크리트를 포장하여 마감하는 방식으로, 재료비가 저렴하여 경제적이며, 교량의 바닥판과 동시 타설이 가능하므로 시공성이 우수하다는 장점이 있는 반면, 반복적인 차량 통행에 따른 진동에 의해 콘크리트의 균열이 발생되기 쉽고, 투수성이 높아 상부로부터 염화물을 비롯한 유해 화학물질이 침투함으로써 철근의 부식이 쉽게 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 아스콘 포장방법은 아스팔트와 콘크리트를 혼합한 아스콘(asphalt concrete; ASCON)을 교면에 포설하여 포장층을 형성하는 공법으로서, 이 방식은 시공성이 양호하며, 초기 투자비가 적고 평탄성이 우수하여 주행감이 좋다는 장점을 가지고 있는 반면, 소성변형 및 표면 열화에 의해 소요의 주행성을 확보하기 어려워 이를 방지하기 위하여 주기적으로 재포장을 하여야 하므로 과다한 유지보수 비용과 함께 교통장애를 유발할 수 있다는 문제가 있으며, 특히 교량 바닥에 타설된 기존 콘크리트의 상면에 설치되므로 서로 다른 이질 재료의 결합에 따라 포장층의 분리 탈락이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 종래의 포장 공법들에 사용되는 콘크리트 및 아스콘 재료들은 기본적으로 방수 능력을 보유하고 있지 못하므로 빗물 등과 함께 침투되는 염 화 이온에 의해 철근의 부식이 일어나 교량 상판의 급진적인 노화를 초래할 수 있는 바, 이를 방지하기 위해서는 포장층과 바닥 콘크리트 사이에 추가로 방수층을 시공하여야 하는 단점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술들이 가지는 문제점을 해결하기 위한 대책으로서 통상의 콘크리트에 합성고무 라텍스 수지를 첨가한 라텍스 개질 콘크리트(Latex modified concrete)를 이용하여 교면을 포장하는 공법이 이미 개발되어 있으며, 이와 같은 기술로는 대한민국 특허등록 제10-0313599호의 불투수성 교량표면 포장용 개질 콘크리트를 대표적으로 들 수 있다.
상기 특허등록 제10-0313599호에 따르면 염화물이나 수분의 침투를 방지하여 콘크리트 내부의 철근이 부식되는 것을 방지할 수 있으며, 유지보수에 들어가는 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다고 하지만, 이 공법은 낮은 물-시멘트 비(W/C)로 인하여 시공 시 온도에 따른 초기 경화시의 소성 수축 균열에 민감하고, 라텍스에 함유된 계면 활성재로 인한 과도한 공기량으로 말미암아 강도 저하를 초래할 수 있는 문제점을 가지고 있다. 또한, 상기 방법은 고가의 라텍스 수지를 사용함에 따라 경제성에 문제가 있으며, 현장 시공 시 기존 콘크리트 포장용 시공 장비를 사용할 수 없고 특수 장비를 이용해야 하므로 공사비가 높아지는 등의 문제점이 있다.
또한, 실리카 흄을 이용한 고성능 콘크리트를 이용하여 교면을 포장하는 공법이 이미 개발되어 있으며, 이와 같은 기술로는 대한민국 특허등록 제10-0515116호의 교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장방법이 있다.
상기 특허등록 제10-0515116호에 따르면 염화물이나 수분의 침투를 방지하여 콘크리트 내부의 철근이 부식되는 것을 방지할 수 있으며, 기존의 콘크리트 포장용 시공 장비를 사용할 수 있어 공사 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다고 하지만, 실리카 흄의 생산에 전력이 많이 소요되는 관계로 전력 비용이 비싼 국내에서는 생산이 전혀 이루어지지 않고 있으며 가격 자체도 시멘트 단가의 최대 10배 이상까지 이르고 있다. 더욱이 실리카 흄을 다량으로 사용할 경우 일반적으로 동일한 반죽농도를 얻기 위해 단위 수량이 증가하여 초기 균열 발생 등의 문제점이 발생하기도 하며, 실리카 흄을 혼입한 경우 블리딩(Bleeding)이 작기 때문에 보유수량이 많게 되어 결과적으로 건조수축이 크고 역시 가격이 고가인 고성능 감수제의 사용량이 비례적으로 증가하게 되는 문제점을 가지고 있다.
반면, 메타카올린은 양질의 카올린을 열적으로 활성화하여 제조되는 혼화재로서 국내에 메타카올린의 원자재인 카올린 자원이 풍부하기 때문에 단가가 저렴하여 시멘트 단가와 큰 차이가 없다. 더욱이 산업 부산물인 실리카 흄과 달리 메타카올린은 양호한 관리 통제에 의해 생산되기 때문에 물리적, 화학적 특성에 있어서 그 변화가 매우 적어 안정적인 재료이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 메타카올린을 혼입하여 강도 및 내구성능을 개선하고 콘크리트 작업시간을 연장시킴으로써 타설된 콘크리트의 표면을 매끄럽게 하는 마무리 작업 시간을 충분히 확보하여 작업성을 개선하고, 나일론섬유를 혼입함으로써 콘크리트의 균열, 휨, 인장 및 부착강도를 개선시킬 수 있으며, 알칼리 실리케이트를 혼입함으로써 내수성이 우수하고, 수용성 폴리머를 혼입함으로써 경화되게 되면 시멘트 콘크리트 조성물의 입자 사이의 공극이 밀봉되어 불순물의 침투를 억제하여 내구성을 향상시킬 수 있는 시멘트 콘크리트 조성물과 이를 이용한 콘크리트 교면 포장공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%, 물 1∼10 중량% 및 감수제 0.05∼3.0 중량%를 포함하며, 상기 시멘트 결합재는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 30∼92 중량%, 메타카올린 1∼25 중량%, 고로슬래그 3∼25 중량%, 플라이애쉬 3∼25 중량% 나일론섬유 0.05∼3.0 중량%, 알칼리 실리케이트 0.05∼5.0 중량% 및 수용성 폴리머 0.01∼2.0 중량%를 함유하는 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 감수제는 폴리카르본산계 감수제로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 실리케이트는 규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수용성 폴리머는 폴리아크릴산염, 셀롤로오스, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴아마이드 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 교량 표면에 부착된 오염 물질과 표면에 노출된 골재를 제거하기 위해 치핑하여 불순물 및 레이턴스를 제거하는 단계와, 교량 표면을 물로 적신 후 습윤상태로 만들어 주는 단계와, 기존 포장과 새로이 타설되는 포장 사이의 부착강도를 증진시키고, 신구 이음부의 결함을 최소화하도록 하기 위해 프라이머 처리 또는 블루핑을 실시하는 단계와, 앞서 언급한 시멘트 콘크리트 조성물을 트럭에지데이터 또는 모빌 믹서를 이용하여 기존 콘크리트의 상부에 타설하는 단계와, 타설된 시멘트 콘크리트 조성물을 피니셔 또는 수작업을 통해 표면 마무리 하는 단계와, 타이닝기를 이용하여 조면 마무리 단계와, 시멘트 콘크리트 조성물의 타설면에 양생제를 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 교면 포장공법을 제공한다.
본 발명에 의한 시멘트 콘크리트 조성물에 의하면, 교면 포장에 요구되는 제반 특성인 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족시키면서 재료의 생산 및 시공 방법이 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 그대로 이용할 수 있어 경제성 및 시공성이 뛰어나다.
또한, 본 발명의 시멘트 콘크리트 조성물은, 메타카올린이 혼입됨으로써 강도 및 내구성능이 개선되고 콘크리트 작업시간이 연장되어 타설된 콘크리트의 표면을 매끄럽게 하는 마무리 작업 시간이 충분히 확보되어 작업성이 개선될 수 있고, 나일론섬유가 혼입됨으로써 콘크리트의 균열, 휨, 인장 및 부착강도가 개선되며, 알칼리 실리케이트가 혼입됨으로써 내수성이 우수하고, 수용성 폴리머가 혼입됨으로써 경화되게 되면 시멘트 콘크리트 조성물의 입자 사이의 공극이 밀봉되어 불순물의 침투가 억제되어 내구성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%, 물 1∼10 중량% 및 감수제 0.05∼3.0 중량%를 포함한다.
상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 메타카올린, 고로슬래그, 플라이애쉬, 나일론섬유, 알칼리 실리케이트 및 수용성 폴리머를 포함한다. 상기 시멘트 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 30∼92 중량%, 메타카올린 1∼25 중량%, 고로슬래그 3∼25 중량%, 플라이애쉬 3∼25 중량%, 나일론섬유 0.05∼3.0 중량%, 알칼 리 실리케이트 0.05∼5.0 중량% 및 수용성 폴리머 0.01∼2.0 중량%가 혼합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 상기 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 1∼10 중량%와 감수제 0.05∼3.0 중량%를 혼합하여 1.5∼3분간 교반하여 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 상기 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%, 물 1∼10 중량%, 감수제 0.05∼3.0 중량%를 함유한다.
골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5㎜ 이하인 것을 잔골재라 하고, 입경이 5㎜ 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 시멘트 콘크리트 조성물 전체에 대하여 35∼55 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 시멘트 콘크리트 조성물 전체에 대하여 25∼40 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 감수제는 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제는 폴리카본산계 감수제에 비하여 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 크지 않다. 따라서, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 시 멘트 결합재 100중량%에 대하여 0.05∼3.0 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 30∼92 중량%, 메타카올린 1∼25 중량%, 고로슬래그 3∼25 중량%, 플라이애쉬 3∼25 중량%, 나일론섬유 0.05∼3.0 중량%, 알칼리 실리케이트 0.05∼5.0 중량% 및 수용성 폴리머 0.01∼2.0 중량% 범위에서 사용할 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 30∼92 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 메타카올린은 강도 및 내구성능을 개선하고 콘크리트 작업시간을 연장시킴으로써 타설된 콘크리트의 표면을 매끄럽게 하는 마무리 작업 시간을 충분히 확보하여 작업성을 개선하기 위하여 사용한다. 메타카올린은 필러(filler), 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등에 폭 넓게 사용 가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리트용 혼화재료로 제조한 것이다. 메타카올린은 양질의 카올린을 열적으로 활성화하여 제조되는 혼화재로서 국내에 메타카올린의 원자재인 카올린 자원이 풍부하기 때문에 단가가 저렴하여 시멘트 단가와 큰 차이가 없다. 더욱이 산업 부산물인 실리카 흄과 달리 메타카올린은 양호한 관리 통제에 의해 생산되기 때문에 물리적, 화학적 특성에 있어서 그 변화가 매우 적어 안정적인 재료이다. 시멘트 결합재에 이러한 메타카올린을 첨가하게 되면, 에트린자이트(ettringite)의 생성과 시멘트 중의 C3S의 활성화로 초기강도가 증가되며, 중장기적으로 시멘트의 수산화칼슘과 의 포졸란 반응으로 강도 및 내구성이 증가한다. 아래의 표 1에 메타카올린의 화학성분과 물리적 특성을 나타내었다.
화 학 적 특 성
화학성분 (중량%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O+Na2O 비표면적 (g/㎠) 색상
56 37 2.4 0.3 0.2 0.9 12,000 라이트 핑크(Light Pink)
표 1을 참조하면, 메타카올린은 SiO2와 Al2O3가 주성분을 이루며, 비표면적은 12,000g/㎠ 정도이고, 색상은 라이트 핑크(Light Pink)를 띠고 있다. 메타카올린은 물과 반응하여 수화시 포졸란 반응성을 나타낸다. 메타카올린은 반응속도가 빨라 에트린자이트(ettringite)를 생성하고 시멘트 중의 C3S를 활성화시켜 콘크리트의 초기강도를 증가시키며, 시멘트의 수산화칼슘과 포졸란 반응하여 입자간의 공극이 치밀하게 되어 강도 및 내구성을 증가시키는 효과를 나타낸다. 메타카올린은 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 1∼25 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 메타카올린의 함량이 1중량% 미만이면 충분한 초기 강도 발현 및 내구성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 25중량%를 초과하면 강도 및 내구성의 더 이상의 증가를 기대하기 어려우므로 경제적이지 못하다.
상기 고로슬래그 및 플라이애쉬는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 고로슬래그 및 플라이애쉬의 함량이 증가하면 초기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 고로슬래그는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 3∼25 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 플라이애쉬는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 3∼25 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 나일론섬유는 콘크리트의 균열, 휨, 인장 및 부착강도를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 나일론섬유는 나일론 6, 나일론 66 등을 원료로 만든 콘크리트용 보강섬유로서, 소성수축 균열 저감뿐만 아니라 콘크리트의 물성 및 내구성을 증진시킨다. 또한, 친수성을 지니고 있어 페이스트와의 부착력이 우수하며, 표면 마감력 및 분산력이 우수한 특성을 가지고 있다. 나일론섬유는 분자 내에 N이나 O에 부분적인 음전하를 띠고 있으므로 부분적인 양전하를 갖고 있는 물 분자의 H와 상호 정전기적인 작용을 하여 시멘트 페이스트와의 결합력을 강화 개선시키는 등의 장점을 가지고 있다. 나일론섬유는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 0.05∼3.0 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 나일론 섬유 혼입량이 0.05 중량% 미만이면 충분한 콘크리트의 균열, 휨, 인장 및 부착강도의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 3 중량%를 초과하면 워커빌리티(작업성)가 떨어지고 물-시멘트비가 증가된다.
상기 알칼리 실리케이트(alkali silicate, R2O.SiO2)는 규산 나트륨(Natrium silicate), 규산 칼륨(potassium silicate) 및 규산 리튬 (lithium silicate)으로 이루진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 알칼리 실리케이트 중 규산 나트륨(sodium silicate)은 콘크리트의 보수재로 사용할 때 칼륨 이온과의 치환반응에 의해 불용성의 규산 칼슘(Calcium silicate)을 형성하며, 상기 규산 나트륨 이외에도 우수한 내수성을 구현하기 위하여 규산 칼슘 또는 규산 리튬을 사용할 수 있다. 이들 알칼리 실리케이트의 사용량은 상기 시멘트 결합재에 대하여 0.05∼5.0 중량%인 것이 바람직하다. 알칼리 실리케이트의 함량이 0.05 중량% 미만이면 충분한 내수성의 발현이 어려우며, 5중량% 초과하면 시멘트 콘크리트 조성물의 타설시 작업성이 저하되는 문제가 있다.
상기 수용성 폴리머로는 폴리아크릴산염, 셀롤로오스, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴아마이드 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다. 수용성 폴리머는 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 작업성 개선을 목적으로 하고 소량의 폴리머가 분말 또는 수용액의 형태로 혼화된다. 그 개질원리는 주로 수용성 폴리머의 계면 활성 작용에 의한 것이지만 혼합수의 점도 증가와 얇은 폴리머 필름의 형성에 기인한 밀봉 효과에 의하여 응집성 및 보수성의 향상을 위하여 사용된다. 폴리아크릴산염은 시멘트 결합재의 점도를 조절하는 역할을 하며, 경화되게 되면 시멘트 콘크리트 조성물의 입자 사이에 충전되어 공극을 밀봉하는 역할을 한다. 따라서, 불순물의 침투를 억제하여 시멘트 콘크리트 조성물의 내구성을 향상시킨다. 수용성 폴리머의 사용량은 상기 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 0.01∼2.0 중량%를 혼합하는 것이 바람직하다. 수용성 폴리머의 함량이 0.01 중량% 미만이면 충분한 보수성 및 내구성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 2.0 중량%를 초과하면 보수성 및 내구성의 더 이상의 향상 효과를 기대하기 어려우므로 경제적이지 못하다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 콘크리트 교면을 포장하는 공법을 설명한다.
먼저, 교면 포장을 하기 위해 교량 표면에 부착된 오염 물질과 표면에 노출된 골재 등을 제거하기 위해 파쇄기, 숏블라스터, 워터젯 등을 이용하여 치핑(chipping)하여 불순물 및 레이턴스(laitance)를 제거한다.
이어서, 교량 표면을 물로 적신 후 습윤상태로 만들어 준다.
다음에, 기존 포장과 새로이 타설되는 포장 사이의 부착강도를 증진시키고, 신구 이음부의 결함을 최소화하도록 하기 위해 프라이머 처리 또는 블루핑을 실시한다.
상기 프라이머 처리는 상기 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트가 열화된 부위에 부착되기 용이하게 하기 위하여 실시하며, 프라이머를 콘크리트가 열화된 부위에 도포(또는 코팅)하여 공정을 의미한다. 상기 프라이머는 상기 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 SBR 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 아크릴 및 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 이 때 상기 프라이머의 고형분은 13 중량% 정도로 낮추어 시공하여야 하며, 13 중량%를 초과하여 사용할 경우 피막 두께가 두꺼워져 부착 성능을 저하시킬 수 있다.
상기 블루핑은 상기 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트가 열화된 부위에 부착되기 용이하게 하기 위하여 실시하며, 모르타르를 콘크리트가 열화된 부위에 도포하여 공정을 의미한다. 상기 모르타르는 SBR 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 아크릴 및 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 함유하는 모르타르인 것이 바람직하다.
이어서, 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 트럭에지데이터 또는 모빌 믹서를 이용하여 기존 콘크리트의 상부에 타설한다. 상기 시멘트 콘크리트 조성물은 트럭에지데이터 또는 모빌 믹서를 이용하여 타설하려는 두께를 고려하여 일정 두께로 포설한다.
다음에, 타설된 시멘트 콘크리트 조성물을 피니셔 또는 수작업을 통해 표면 마무리 한다.
이어서, 타이닝기를 이용하여 조면 마무리를 실시하고, 시멘트 콘크리트 조성물의 타설면에 양생제를 도포한다. 조면 마무리는 차량의 타이어에 대하여 마찰력을 발생하게 하여 차량의 미끄러짐을 방지하기 위하여 타이닝기를 이용하여 일정 간격(예컨대, 3∼5㎝) 및 일정 깊이(예컨대, 4∼6㎜)를 갖는 타이닝홈을 형성하는 공정을 포함한다. 양생제의 도포에 의한 콘크리트의 양생은 시멘트 콘크리트 조성물의 포설량, 날씨 등에 따라 다르지만 일반적으로는 48∼72시간 동안 습윤 양생을 실시하고, 3일∼10일 동안 기건양생을 실시하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
시멘트 결합재 17중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 34 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 5 중량% 및 감수제 1.0 중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 81.0 중량%, 메타카올린 10 중량%, 고로 슬래그 3중량%, 플라이애쉬 3중량%, 나일론섬유 1.6 중량%, 알칼리 실리케이트 1.0 중량% 및 폴리아크릴산염 0.4 중량%를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 2>
시멘트 결합재 17중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 34 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 5 중량% 및 감수제 1.0 중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 7 4.0 중량%, 고로슬래그 3중량%, 플라이애쉬 15 중량%, 메타카올린 5 중량%, 나일론섬유 1.6 중량%, 알칼리 실리케이트 1.0 중량% 및 폴리아크릴산염 0.4 중량%를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 3>
시멘트 결합재 17중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 34 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 5 중량% 및 감수제 1.0 중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 74.0 중량%, 고로슬래그 15 중량%, 플라이애쉬 3중량%, 메타카올린 5 중량%, 나일론섬유 1.6 중량%, 알칼리 실리케이트 1.0 중량% 및 폴리아크릴산염 0.4 중량%를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 4>
시멘트 결합재 17중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 34 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 5 중량% 및 감수제 1.0 중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 47.0 중량%, 플라이애쉬 20 중량%, 고로슬래그 20 중량%, 메타카올린 10 중량%, 나일론섬유 1.6 중량%, 알칼리 실리케이트 1.0 중량% 및 폴리아크릴산염 0.4 중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 4의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 내지 비교예 3은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 시멘트 콘크리트 조성물, 실라카흄 시멘트 콘크리트 및 라텍스 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 18 중량%, 잔골재 41 중량%, 굵은골재 33 중량% 및 물 8 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반하여 보통 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
시멘트 결합재 17중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 34 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 6 중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 91 중량%, 실리카 흄 8 중량% 및 감수제 1.0 중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다.
<비교예 3>
보통 포틀랜드 시멘트 16중량%, 잔골재 43 중량%, 굵은골재 33 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 3 중량% 및 라텍스 5%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 라텍스 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
아래의 실험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 내지 비교예 3의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<실험예 1>
실시예 1 내지 실시예 4에 따른 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도 시험을 실시하였다.
아래의 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.
구분 압축강도(kgf/cm2)
7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 320 390 472
실시예 2 310 379 466
실시예 3 300 370 450
실시예 4 292 359 435
비교예 1 200 235 290
비교예 2 280 355 430
비교예 3 270 350 420
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4는 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 압축강도가 높았다.
<실험예 2>
실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하였다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화를 나타낸 것이다.
구분 휨강도(kgf/cm2)
7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 45 58 73
실시예 2 43 55 69
실시예 3 42 52 67
실시예 4 40 49 65
비교예 1 29 38 48
비교예 2 38 48 64
비교예 3 40 49 64
표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4는 시공 후 7일이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않는다. 특히, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 4는 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 휨강도가 높았다.
<실험예 3> 건조수축율 측정
실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
건조수축(×10-4) 1.0 1.1 1.1 1.1 4.2 1.6 1.3
표 4를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4가 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있다.
<실험예 4>
실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 4004에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 표 5에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되어 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되므로 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
흡수율(%) 1.3 1.4 1.4 1.4 8 1.6 1.4
표 5를 참조하면, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 흡수율이 낮았다.
<실험예 5> 염화물 이온 침투 깊이
실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
염화물 이온 침투 깊이(㎜) 1.3 1.5 1.5 1.6 8.0 1.6 1.6
표 6을 참조하면, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
<실험예 6> 중성화 깊이
상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
중성화 깊이(㎜) 1.1 1.2 1.3 1.4 3.5 1.6 1.4
표 7을 참조하면, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 비교예 3에 비하여 중성화 침투 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
<실험예 7>
실시예 1 내지 실시예 4의 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 3에 의하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 8은 동결융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성 지수를 표시한 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
내구성 지수 94 92 92 92 48 90 92
표 8을 참조하면, 실시예 1 내지 4는 비교예 1에 비하여 내구성 지수가 월등히 높고 비교예 2 및 비교예 3에 약간 높음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 시멘트 결합재 7∼25 중량%, 잔골재 35∼55 중량%, 굵은골재 25∼40 중량%, 물 1∼10 중량% 및 감수제 0.05∼3.0 중량%를 포함하며, 상기 시멘트 결합재는 시멘트 결합재 100중량%에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 30∼92 중량%, 메타카올린 1∼25 중량%, 고로슬래그 3∼25 중량%, 플라이애쉬 3∼25 중량%, 나일론섬유 0.05∼3.0 중량%, 알칼리 실리케이트 0.05∼5.0 중량% 및 수용성 폴리머 0.01∼2.0 중량%를 함유하는 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감수제는,
    폴리카르본산계 감수제로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 실리케이트는,
    규산나트륨, 규산칼륨 및 규산리튬 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수용성 폴리머는,
    폴리아크릴산염, 셀롤로오스, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴아마이드 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 교량 표면에 부착된 오염 물질과 표면에 노출된 골재를 제거하기 위해 치핑하여 불순물 및 레이턴스를 제거하는 단계;
    교량 표면을 물로 적신 후 습윤상태로 만들어 주는 단계;
    기존 포장과 새로이 타설되는 포장 사이의 부착강도를 증진시키고, 신구 이음부의 결함을 최소화하도록 하기 위해 프라이머 처리 또는 블루핑을 실시하는 단계;
    제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 시멘트 콘크리트 조성물을 트럭에지데이터 또는 모빌 믹서를 이용하여 기존 콘크리트의 상부에 타설하는 단계;
    타설된 시멘트 콘크리트 조성물을 피니셔 또는 수작업을 통해 표면 마무리 하는 단계;
    타이닝기를 이용하여 조면 마무리 단계;
    시멘트 콘크리트 조성물의 타설면에 양생제를 도포하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 교면 포장공법.
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