KR100881772B1

KR100881772B1 - 방수용 시멘트 조성물 및 이의 포장방법

Info

Publication number: KR100881772B1
Application number: KR1020070085176A
Authority: KR
Inventors: 고삼석
Original assignee: 고삼석
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-02-09

Abstract

본 발명은 방수용 시멘트 조성물 및 이의 포장방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 일반 시멘트 79∼89.9중량%, 분말형 스티렌-부타디엔 러버 또는 액상(용매: 물)으로 고형분 51% 이하인 실리콘 아크릴 에멀젼 9∼20중량%(고형분 기준) 및 카르복실계 유동화제 0.1∼0.5중량%를 포함하는 방수용 시멘트 조성물 및 이의 포장방법에 관한 것이다.

본 발명의 시멘트를 이용하여 콘크리트 도로, 교량과 각종 구조물 신설 및 보수 시, 방수 기능을 부과하여 콘크리트에 방수 성능을 향상시켜 우천이나 눈이 쌓였을 때 수분이 콘크리트 상판 표면으로 침투해 들어가는 것을 차단시켜 콘크리트의 들뜸이나 상판 콘크리트 철근에 보다 효과적인 방청을 주기 위해 개발된 제품으로 별도의 방수를 하지 않아도 되는 방법이다.

방수, 시멘트, 스티렌-부타디엔 러버, 수지, 실리콘, 아크릴, 유동화제

Description

방수용 시멘트 조성물 및 이의 포장방법{Cement composition for water-proof and paving method thereof}

본 발명은 방수용 시멘트 조성물 및 이의 포장방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 시멘트를 이용하여 콘크리트 도로, 교량과 각종 구조물 신설 및 보수 시 콘크리트가 수분에 노출되었을 경우 콘크리트의 여러 경로를 통해 유입된 수분에 의해 기존의 콘크리트 구조체와 새롭게 포설된 콘크리트 구조체 사이 계면에 발생할 수 있는 들뜸이나 동절기 해빙을 위해 사용된 염화물에 의한 철근 콘크리트 내 철근의 부식을 감소시키기 위해 사용되는 방수용 시멘트 조성물과 이를 사용하여 방수 콘크리트 배합 포장방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 조성물은 교량, 콘크리트 도로 등의 구조체에서 보수 및 신설구조물에 바람직하게 적용할 수 있다.

교량과 같은 콘크리트 구조물은 철근 콘크리트로 만들어진 콘크리트 거더 위에 콘크리트를 타설하여 그 위에 다시 콘크리트 포장을 하여 만들어졌다. 이러한 콘크리트 포장에 물이 흡수되면 거더 콘크리트와 포장 콘크리트 사이에 고이게 되고 온도가 영하 이하로 떨어지게 되면 물이 팽창하여 포장 콘크리트를 밀쳐내게 되 어 콘크리트를 열화시킨다. 또 일부 물은 교각 하단으로 흘러 콘크리트 중성화 균열 등 구조체에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 특히 겨울철 해빙을 위하여 뿌린 염화물이 물에 녹아 하부 철근 콘크리트로 흘러 들어가면 인장 강도 향상을 위해 사용된 철근에 심각한 영향을 주게 된다. 일반적으로 철근 콘크리트를 구성하는 시멘트는 강 알칼리로 되어 있어 이 강 알칼리가 철근 표면에 부동태 막(passivate layer)을 형성하여 철근의 녹 발생을 억제하는 효과를 가져 온다. 이러한 시멘트와 골재를 이용하여 만든 철근콘크리트는 많은 모세관 등으로 수분의 이동 경로가 생기게 되며 이러한 다양한 경로에 의해 들어온 이산화 탄소에 의해 강 알칼리의 부동태 막은 중성으로 변하게 되어 방청의 기능을 상실하게 되며 철근에 녹이 발생하게 된다. 또한 다양한 경로에 의해 들어온 염화물은 철근을 국부적으로 심하게 부식을 발생시켜 철근의 변형을 유도하여 철근콘크리트 자체의 강도가 저하되어 미관은 물론 구조체에 심각한 영향을 주게 된다.

기존의 방수 시멘트는 일반 시멘트에 지방산 계열 첨가제를 사용하거나 또는 타설할 때 액상의 지방산계 혼화제를 첨가하였다. 또한, 특허문헌 1 내지 4에 개시된 바와 같이, 에틸렌 비닐 아세테이트-비닐 바사테이트 공중합물 계열의 재분산성 폴리머 또는 폴리 아크릴계 재분산성 폴리머를 사용하였다. 이러한 조성물은 방수 기능이 내포되어 있으나 성능이 다소 미흡하며 낮은 등급의 유동화제의 사용으로 인해 실제 물 사용량이 많아 콘크리트 구조체에 많은 모세관을 만들어 주어 방수 성능이 저하되었다.

한편, 현재 사용되고 있는 방수 콘크리트 제조 방법은 액상의 폴리머 수지 (주로 액상의 SBR 라텍스(latex))를 콘크리트 제조할 때 혼합기에 시멘트, 골재와 함께 혼합하여 사용하는데 현장에서 작업자에 의해 사용량을 조정하기에 불편함이 있으며, 작업자의 숙련도에 따라 각 뱃치(batch) 별 품질 차이가 있는 매우 고전적인 방법이다.

또한, 기존의 콘크리트 배합방법은 액상의 폴리머 수지(주로 액상의 SBR 라텍스)를 콘크리트 제조할 때 혼합기에 시멘트, 골재와 함께 경험치를 혼합하여 사용하는데 현장에서 작업자들에 의한 사용량이 일정치가 않아 콘크리트 품질 차이가 있었으며, 기존의 표준배합비는 굵은 골재가 19m/m이하일 경우 1㎥당 시멘트가 357㎏, 모래 893㎏,자갈 931㎏ 및 단위수량은 물, 시멘트비가 50%로 굵은 골재와 단위수량이 10∼20%정도 많아 구조체가 치밀하지 않아 방수성능이 없는 것을 알 수 있으며, 또한 콘크리트 포설시 기존의 구조체에 방수기능이 있는 콘크리트를 포설하였다 하여도 완벽하게 접착되지 않으면 그 틈으로 수분이 침투하여 들뜸 등의 현상이 발생하여 포장체의 균열 및 파손의 원인이 되어 구조물의 수명이 단축되었다.

특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-0623423호

특허문헌 2: 한국 등록특허 제10-0650951호

특허문헌 3: 한국 공개특허 제2006-0001931호

특허문헌 4: 한국 공개특허 제2006-0128780호

본 발명은 상기와 같이 철근 콘크리트 구조체의 완전한 방수기능의 확보 및 구조체의 빠른 보수가 필요할 때나 빠른 보수가 필요하면서 수분의 침투를 억제할 필요가 있는 부위에서 수분 침투에 콘크리트 계면에서의 들뜸이나 염화물이 함유된 수분의 침투에 의한 철근 콘크리트 내 철근 부식에 관한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, 콘크리트 구조체가 수분에 노출되었을 때 수분 침투에 의한 콘크리트 손상 및 철근의 부식을 억제하여 구조적인 안정을 발휘하도록 방수성능이 우수한 시멘트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방수용 시멘트 조성물의 특성을 최대한 나타낼 수 있는 방수용 콘크리트 배합방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 혼합된 콘크리트의 포설 시 신·구 콘크리트의 부착을 완전하게 확보하고 추가적으로 방수기능을 확보하는 포장방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방수용 시멘트 조성물은 일반 시멘트 79∼89.9중량%, 분말형 스티렌-부타디엔 러버 또는 액상(용매: 물)으로 고형분 51% 이하인 실리콘 아크릴 에멀젼 9∼20중량%(고형분 기준) 및 카르복실계 유동화제 0.1∼0.5중량%를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 시멘트 조성물은 알칼리 실리케이트 1∼4중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 방수용 콘크리트 배합방법은 상기 방수용 시멘트 조성물 100중량부에 대하여 모래 230∼260중량부, 굵은 골재 200∼220중량부 및 물 30∼40중량부를 혼합시키는 것으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 방수용 콘크리트의 포장방법은 분사장치를 이용하여 실리콘 아크릴 에멀젼을 구 콘크리트에 0.01∼0.1m/m두께로 분사한 다음, 상기 방법으로 배합된 방수용 콘크리트를 포설하는 것으로 구성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 방수 성능을 가진 시멘트를 이용하여 만든 콘크리트는 수분의 침투 억제가 매우 좋아 우수한 방수성을 발현함과 동시에 우수한 방수 능력을 발현하며, 소량의 물 사용으로 높은 강도를 발현하는 치밀한 구조체를 갖게 되어 우수한 방수 성능 및 치밀한 구조로 물의 침투를 억제시켜 염화물을 함유한 물에 노출되었을 경우 침투를 억제하여 콘크리트 구조체를 형성하는 철근의 부식을 감소시켜 보다 안정된 구조체를 유지하는데 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 방수용 시멘트 조성물은 일반 시멘트, 재분산성 분말형 스타일렌 부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber) 또는 액상의 실리콘-아크릴 에멀젼, 및 카르복실계 고 유동화제를 포함한다. 또한 상기 조성물은 알칼리 실리케이트를 더욱 포함한다.

본 발명에서는 방수 기능을 갖는 시멘트는 방수성이 우수한 스티렌-부타디엔 러버(styrene butadiene rubber) 분말 수지 (redispersion polymer)를 전-혼합(pre-mixed)하여 현장에서 나타날 수 있는 현장 에러를 최소화하였다. 또한, 소 수성의 실리콘을 함유하는 실리콘 아크릴 에멀젼을 사용하여 우수한 방수 및 발수 성능을 부여했으며 콘크리트 구조체 전체를 방수화하여 영구적인 성능을 지속시킬 수 있었다. 상기 실리콘 아크릴 에멀젼은 무기질 천연 규소(SiO₂)를 원료로 하므로 시멘트와의 친화력이 양호하여 강도도 증진된다.

더욱이, 본 발명에서는 고 유동화제인 카르복실(Carboxyl)계 유동화제를 사용하여 물 사용량을 기존 배합에 비해 10∼25% 이상 감소시켰다. 이러한 물 사용량 감소로 수분의 이동 경로인 모세관의 수를 감소시켜 보다 치밀한 구조의 콘크리트를 만들 수 있었으며, 이 치밀한 구조의 콘크리트는 표면에서의 수분의 침투를 억제하는데 크게 도움이 되었다.

여기에, 본 발명에서는 무기질계 알칼리 실리케이트를 사용하였다. 이 알칼리 실리케이트는 투명한 결정체로 방수작용은 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘과 결합하여 불용성의 규산 칼슘으로서 고정되기 때문에 모르타르와 콘크리트 속의 공극을 충진하여 치밀한 조직을 만든다.

이와 같은 조성은 수분의 침투 억제가 매우 좋아 우수한 방수성을 발현함과 동시에 안정된 물성, 특히 높은 강도를 발현하며 특히 염화물에 노출되었을 경우 콘크리트 구조체를 형성하는 철근의 열화를 감소시켜 보다 안정된 구조체를 유지하는데 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 완전한 방수 구조체를 만들기 위해, 수지를 현장에서 배합하면서 발생하는 에러를 최소화하고자 분말형태의 수지를 공장 배합하는 방법으로 배합에 러를 최소화하는 방법과 굵은 골재를 줄이고 수량을 줄여 콘크리트 수밀성을 확보하는 방법이다.

이러한 본 발명의 조성물에 사용되는 각 성분에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

1) 일반 시멘트

본 발명의 시멘트의 주성분은 일반 시멘트이다. 상기 일반 시멘트의 사용량은 79∼89.9중량%이 바람직하다. 상기 시멘트의 사용량이 79중량% 미만이면 강도가 저하되며, 89.9중량%를 초과하면 방수성이 저하된다.

2a) 재 분산성 분말 수지(스티렌-부타디엔 러버)

많은 종류의 재 분산성 분말 수지가 일반 시멘트의 물성을 향상시키기 위해 사용되고 있다. 본 발명에서도 유사한 재 분산성 분말 수지를 사용할 수 있다. 재 분산성 분말 수지는 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 비닐버사테이트-비닐아세테이트 중합체(Copolymer of vinylversatate-vinylacetate), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinylacetate) 등 다양한 중합체의 재 분산성 수지를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber)를 사용하였다. 상기 분말형 스티렌-부타디엔 러버의 사용량은 9∼20중량%가 바람직하고, 9중량% 미만이면 방수성이 저하되고, 20중량%를 초과하면 시멘트의 가격이 상승하며 강도가 저하된다.

2b) 액상의 실리콘 아크릴 에멀젼

본 발명에 사용된 소수성질을 갖는 규소 성분을 함유한 액상의 실리콘 아크 릴 에멀젼은 시멘트와 친화성을 보이며 강한 발수 및 방수 성능을 나타낸다. 여러가지 감수제와 병용 가능하며 물의 침투를 억제하여 동결 융해 및 결로 방지에도 효과적이다. 상기 실리콘 아크릴 에멀젼의 사용량은 고형분 기준으로 9∼20중량%가 바람직하고, 9중량% 미만이면 방수 및 발수 성능이 저하되며, 20중량%를 초과하면 방수 콘크리트 제조가격이 상승한다.

3) 카르복실계 유동화제

본 발명에 사용된 고성능 유동화제는 카르복실계(carboxylates) 유동화제로 이 유동화제를 사용한 시멘트를 이용하여 콘크리트를 제조할 때 기존의 방법(나프탈렌 설폰산, 멜라민 설폰산계)을 사용할 때와 비교하여 약 10∼25중량%의 물 사용 절감 효과를 가져 온다. 특히 기존의 유동화제의 설폰기가 시멘트의 알루미네이트와 반응하여 급격히 작업성이 저하되는데 본 발명에 사용된 카르복실계 유동화제는 이러한 설폰기를 가지고 있지 않아 작업성을 유지한다. 10∼25중량%의 절감된 물 사용량은 콘크리트 제조 시 콘크리트 내에 모세관 수를 감소시키는 더욱 치밀한 구조를 가져오며 이러한 치밀한 구조는 물을 차단시키는 방수의 효과를 가져 온다. 상기 카르복실계 고 유동화제의 사용량은 0.1∼0.5중량%가 바람직하고, 0.1중량% 미만이면 유동성이 저하되어 물의 사용량이 증가하여 조직이 치밀해 지지 않게 되며, 0.5중량%를 초과하면 콘크리트 골재 분리가 발생하게 된다.

4) 알칼리 실리케이트

본 발명의 선택 성분인 알칼리 실리케이트는 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘과 결합하여 불용성의 규산칼슘으로서 고정되기 때문에 모르타르와 콘크리트 속의 공극을 충진하여 치밀한 조직을 만든다. 상기 알칼리 실리케이트의 사용량은 1∼4중량%가 바람직하고, 1중량% 미만이면 반응 결정인 규산 칼슘량이 적어 방수 능력이 저하되며, 4중량%를 초과하면 시멘트가 급결하는 현상이 나타나 작업성이 저하된다.

이 밖에 본 발명에 따른 조성물은 속경제 성분으로 알칼리 카보네이트 (주기율표 1족 및 2족) 0.1∼0.3중량%를 더욱 포함할 수 있고, 지연제 성분으로 구연산 소다를 0.3∼0.5중량%를 더욱 포함할 수 있다. 아울러, 상기 두 성분을 모두 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 방수용 콘크리트 배합방법은 상기 방수용 시멘트 조성물 100중량부에 대하여 모래 230∼260중량부, 굵은 골재 200∼220중량부 및 물 30∼40중량부를 혼합시킨다.

본 발명의 콘크리트 배합방법은 기존 콘크리트 배합방법과 비교하여 잔골재 수량을 10%가량 증가와 굵은 골재를 10%가량 감소 및 물 사용량을 기존 배합에 비해 20% 이상 감소로 전체적인 수분의 이동 경로인 모세관의 수를 감소시켜 보다 치밀한 구조의 콘크리트를 만들 수 있었으며, 이 치밀한 구조의 콘크리트는 표면에서의 수분의 침투를 억제하는데 크게 도움이 되었다.

또한, 본 발명에 따르면, 콘크리트 포설시 콘크리트 포장장비에 분사장치를 설치하여 방수 및 접착기능이 있는 실리콘 아크릴 에멀젼을 기존 콘크리트에 분사하여 신·구콘크리트의 완전한 접착을 유도함으로써 완전한 방수기능을 가진 구조체를 확보할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 콘크리트 포설시 콘크리트 포장장비에 토출경 약 2m/m, 공기압력 약 3㎏f/㎠, 토출량 약 400㎖/min의 에어 분사장치를 설치하여 실리콘 아크릴 에멀젼을 기존 콘크리트에 0.01∼0.1m/m두께로 분사한다. 이때, 상기 실리콘 아크릴 에멀젼의 두께가 0.01m/m 미만이면 방수층이 얇아 성능의 저하가 쉽게 오며, 0.1m/m을 초과하면 콘크리트 제조가격이 상승하는 경향이 있다.

상기 실리콘 아크릴 에멀젼은 무기질 천연규소(SiO₂)를 원료로 하므로 시멘트와 친화력이 양호하여 강도도 다소간 증진시킨다. 또한, 수산화 칼슘의 용출을 억제하므로 콘크리트 균열이나 콘크리트의 중성화 진행 억제에 도움이 된다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1

일반 시멘트 84.7중량%, 백색 분말의 스티렌-부타디엔 러버(pH = 5 ∼ 6, 고형분: 98% 이상, 및 필름 형성온도: 5℃) 15중량% 및 엷은 갈색 분말의 카르복실계 유동화제 0.3중량%를 혼합하였다. 이렇게 얻은 방수 시멘트 400㎏/㎥에 모래 980 ㎏/㎥, 굵은 골재 845㎏/㎥, 및 물 140㎏/㎥을 혼합하여 시편을 제작하였다.

실시 예 2

일반 시멘트 85중량%, 엷은 갈색 분말의 카르복실계 유동화제 0.3중량%, 백색 분말의 스티렌-부타디엔 러버(pH = 5 ∼ 6, 고형분: 98% 이상, 및 필름 형성온도: 5℃) 12.7중량% 및 백색 결정체의 알칼리 실리케이트(분자식: 2Na₂O·SiO₂·XH₂O (Na₂O = 53∼66, SiO₂ = 25 ∼ 34%)) 2중량%를 혼합하였다. 이렇게 얻은 방수 시멘트 400㎏/㎥에 모래 980㎏/㎥, 굵은 골재 845㎏/㎥, 물 140㎏/㎥ 및 지연제로 구연산 소다 1.6㎏/㎥를 혼합하여 시편을 제작하였다.

실시 예 3

일반 시멘트 84.7중량%, 유백색 액체인 실리콘 아크릴 에멀젼(pH = 7∼8, 고형분: 51% 이하 및 비-이온성: 한석소재, 울산) 고형분 대비 15중량%, 및 엷은 갈색 분말의 카르복실계 유동화제 0.3중량%를 혼합하였다. 이렇게 얻은 방수 시멘트 400㎏/㎥에 모래 980㎏/㎥, 굵은 골재 845㎏/㎥, 및 물 140㎏/㎥을 혼합하여 시편을 제작하였다.

실시 예 4

일반 시멘트 85중량%, 엷은 갈색 분말의 카르복실계 유동화제 0.3중량%, 백색 결정체의 알칼리 실리케이트(분자식: 2Na₂O·SiO₂·XH₂O (Na₂O = 53∼66, SiO₂ = 25 ∼ 34%)) 2중량%, 및 유백색 액체인 실리콘 아크릴 에멀젼(pH = 7∼8, 고형분: 51% 이하 및 비-이온성: 한석소재, 울산) 12.7중량%를 혼합하였다. 이렇게 얻은 방수 시멘트 400㎏/㎥에 모래 980㎏/㎥, 굵은 골재 845㎏/㎥, 물 140㎏/㎥ 및 지연제로 구연산 소다 1.6㎏/㎥를 혼합하여 시편을 제작하였다.

상기 실시 예 1 내지 4에 따른 시편의 압축강도, 휨강도, 및 투수시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

시험항목	대조구	실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4
압축강도(㎏/㎠): 28일	225	245	240	242	240
휨강도(㎏/㎠): 28일	45.2	48.5	50.4	48.2	48
투수시험 (g)	6.3	3.7	3.2	2.8	2.5

* 투수 시험은 시멘트 : 규사 = 1:1 배합으로 시험하였음(KSF 4916).

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방수 성능을 가진 시멘트 이용하여 만든 콘크리트는 우수한 방수 성능을 발현하는 결과를 보였다. 상대적으로 일반 시멘트 및 이를 이용하여 만든 콘크리트와 비교한 결과 이는 매우 우수한 성능이며 수분의 침투로 인해 철근 콘크리트의 열화가 예상되는 구조물 특히 교량 및 콘크리트 도로 보수 및 신설에 우수하게 사용될 수 있음을 보여주는 방수 성능을 가진 시멘트 및 방수 성능을 가진 콘크리트 배합 포장방법이며 시공방법에 있어서는 기존의 시공방법과 결과 차이가 현저히 월등함을 알 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트는 수분의 침투 억제가 매우 좋아 우수한 방수성을 발현함과 동시에 고 유동화제 사용에 의해 적은 물 사용량으로 콘크리트 내 모세관을 감소시켜 안정된 물성, 즉 우수한 방수 능력을 발현하며, 소량의 물 사용으로 높은 강도를 발현하는 치밀한 구조체를 갖게 되어 우수한 방수 성능 및 치밀한 구조로 물의 침투를 억제시켜 염화물을 함유한 물에 노출되었을 경우 침투를 억제하 여 콘크리트 구조체를 형성하는 철근의 부식을 감소시켜 보다 안정된 구조체를 유지할 수 있다.

Claims

일반 시멘트 79∼89.9중량%, 분말형 스티렌-부타디엔 러버 또는 액상(용매: 물)으로 고형분 51% 이하인 실리콘 아크릴 에멀젼 9∼20중량%(고형분 기준) 및 카르복실계 유동화제 0.1∼0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수용 시멘트 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 시멘트 조성물은 알칼리 실리케이트 1∼4중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방수용 시멘트 조성물.
제1항 또는 제2항에 따른 방수용 시멘트 조성물 100중량부에 대하여 모래 230∼260중량부, 굵은 골재 200∼220중량부 및 물 30∼40중량부를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 방수용 콘크리트 배합방법.
분사장치를 이용하여 실리콘 아크릴 에멀젼을 구 콘크리트에 0.01∼0.1m/m두께로 분사한 다음, 그 위에 청구항 3에 따라 배합된 콘크리트를 포설하는 것을 특징으로 하는 방수용 콘크리트의 포장방법.