KR100909212B1 - 포장보수용 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초속경시멘트 85~90 중량%, 고분말도 플라이 애시 10~15 중량%가 혼합된 바인더 17~19 중량%; 수산화칼슘(고분말도 플라이 애시 중량 대비) 5~15 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물을 제시함으로써, 조기강도 발현을 통해 신속한 교통개방을 이룰 수 있으면서도, 알카리 골재반응을 억제하고, 투수율 감소, 수화열 감소, 황산염에 대한 저항성 등 우수한 물성을 가짐에 따라, 도로포장 구조물의 내구성 증진과 수명연장의 효과를 얻도록 한다.

초속경, 시멘트, 플라이 애시, 분말도

Description

포장보수용 콘크리트 조성물{CONCRETE COMPOSITION FOR REPAIR OF PAVEMENT}

본 발명은 토목 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 도로보수에 사용되는 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 도로포장에는 차량에 의해 발생하는 교통하중 및 기후변화에 의한 환경하중 등의 작용으로 인하여 여러 형태의 파손이 발생한다.

이와 같이 파손이 발생한 도로포장은 서비스능력 향상 및 공용성 증진을 위해 주기적인 유지보수를 필요로 한다.

또한, 도로포장 구조물의 보수작업을 위해서는 교통의 폐쇄가 불가피한데, 이에 따른 불편을 최소화하기 위해서는 최대한 빠른 시공이 가능하도록 초속경 재료를 사용하여야 한다.

이러한 취지로 현재 사용되고 있는 도로포장 단면보수재료로는 초속경시멘트, 가열형 폴리우레탄, 도로 봉합재 및 폴리머 콘크리트 등을 들 수 있으나, 이들 재료는 기본적으로 불안정하고, 구성물의 이질성으로 인하여 잦은 조기파손을 유발하는바, 문제점으로 지적되고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 조기강도 발현을 통해 신속한 교통개방을 이룰 수 있으면서도, 알카리 골재반응을 억제하고, 투수율 감소, 수화열 감소, 황산염에 대한 저항성 등 우수한 물성을 가짐에 따라, 도로포장 구조물의 내구성 증진과 수명연장의 효과를 얻도록 하는 포장보수용 콘크리트 조성물을 제시함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 초속경시멘트 85~90 중량%, 고분말도 플라이 애시 10~15 중량%가 혼합된 바인더 17~19 중량%; 수산화칼슘(상기 고분말도 플라이 애시 중량 대비) 5~15 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물을 제시한다.

상기 고분말도 플라이 애시는 6,000 브레인 이상의 입자를 갖는 것이 바람직하다.

물시멘트비는 44~48 중량%인 것이 바람직하다.

잔골재는 32~37 중량%가 포함된 것이 바람직하다.

굵은골재는 36~41 중량%가 포함된 것이 바람직하다.

상기 굵은골재의 최대치수는 19mm인 것이 바람직하다.

상기 조성물은 고성능감수제(상기 바인더 중량대비) 0.3~0.5 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

상기 조성물은 AE제(상기 고성능감수제 중량대비) 0.6~0.8 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

상기 조성물은 지연제(상기 바인더 중량대비) 0.2~0.5 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 초속경시멘트 85~90 중량%, 6,000 브레인 이상의 입자를 갖는 고분말도 플라이 애시 10~15 중량%가 혼합된 바인더 17~19 중량%; 수산화칼슘(상기 고분말도 플라이 애시 중량 대비) 5~15 중량%; 잔골재 32~37 중량%; 최대치수 19mm인 굵은골재 36~41 중량%;를 포함하고, 물시멘트비는 44~48 중량%;인 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물을 제시한다.

상기 조성물은 고성능감수제(상기 바인더 중량대비) 0.3~0.5 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

상기 조성물은 AE제(상기 고성능감수제 중량대비) 0.6~0.8 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

상기 조성물은 지연제(상기 바인더 중량대비) 0.2~0.5 중량%가 더 포함된 것이 바람직하다.

본 발명은 조기강도 발현을 통해 신속한 교통개방을 이룰 수 있으면서도, 알카리 골재반응을 억제하고, 투수율 감소, 수화열 감소, 황산염에 대한 저항성 등 우수한 물성을 가짐에 따라, 도로포장 구조물의 내구성 증진과 수명연장의 효과를 얻도록 하는 포장보수용 콘크리트 조성물을 제시한다.

이하, 실험결과 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

표 1은 본 실험에 사용된 고분말도 플라이 애시와 초속경시멘트의 화학성분의 분석결과이다.

표 2는 본 실험에서 사용한 배합비를 나타낸 것이다.

굵은골재는 최대치수 19mm의 것을 사용하였고, 고분말도 플라이 애시는 바인더 중량대비 0%~20%까지 변화를 주었고, 수산화칼슘은 고분말도 플라이 애시 중량대비 0~20%까지 변화를 주었다.

초속경 시멘트는 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 C₃S와 C₂S 성분을 많이 함유하고 있지 않으므로, 1차 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘의 양이 적다.

플라이 애시의 SiO₂, Al₂O₃ 성분과 위 수산화칼슘의 반응에 의해 2차 포졸란 반응을 일으키는데, 초속경 시멘트는 위와 같이 생성되는 수산화칼슘의 양이 적으므로, 2차 포졸란 반응 또한 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 적게 나타난다.

이에 본 배합에서는 수산화칼슘을 추가로 첨가하여 포졸란 반응을 더 크게 발생시켜 콘크리트의 내구성 증진을 꾀하고자 하였다.

6,000 브레인 이상의 고분말도 플라이 애시를 적용한 것은 조기강도, 장기강도, 내구성 등의 측면에서 입자가 가는 것이 더 유리하기 때문이다.

즉, 일반 플라이 애시(약 3,000 브레인 정도)를 적용할 경우에는 조기강도 기준을 만족시키기 어려우나, 고분말도 플라이 애시를 적용할 경우 일반 플라이 애시에 비하여 워커빌리티가 크게 향상되므로 더 낮은 물-시멘트비를 적용할 수 있고, 입자크기가 작아 초기에 충전효과 또한 개선되므로, 조기강도 기준을 충분히 만족시킬 수 있다.

내구성 측면에서도 고분말도 플라이 애시가 일반 플라이 애시에 비해 더 우수한 것으로 보고되고 있다.

도 1은 슬럼프 실험결과를 나타낸 그래프이다.

슬럼프 실험은 콘크리트의 워커빌리티를 측정하기 위한 것으로, 배출시 슬럼프 값은 20cm이상, 작업성 확보를 위해 배출후 15분에 슬럼프 값은 15cm 이상을 유지하여야 한다.

본 배합은 기본적으로 예비실험을 통해 슬럼프 변화를 만족시키게 설계되었으며, 도 1은 위의 성능을 만족함을 나타낸다.

일반적으로 일반 플라이 애시를 고분말도 플라이 애시로 치환할 경우, 치환하지 않은 혼합물에 비해 워커빌리티가 크게 증진되고 초결 시점도 늦어지게 되나, 본 배합에서는 고분말도 플라이 애시 치환율별 물-시멘트비를 조정하여 동일한 슬럼프 변화를 유도하였다.

실험결과 수산화칼슘 첨가량 변화에 따른 슬럼프의 변화는 크지 않은 것으로 나타났으므로, 도 1의 실시예는 일부만 도시하였다.

도 2는 공기량 실험결과이다.

일반적으로 일반 플라이 애시를 고분말도 플라이 애시로 치환할 경우 공기량이 감소하기 때문에, 본 배합에서는 이를 상쇄하기 위하여 AE제를 더 많이 첨가하였다.

그림에서 나타낸 것과 같이 모든 배합은 공기량 기준 3~6%를 만족하도록 하였다.

수산화칼슘 첨가량이 증가함에 따른 공기량 변화는 크지 않았으므로, 본 실시예는 일부만을 나타내었다.

도 3은 압축강도 실험결과이다.

일반적으로 플라이 애시를 첨가한 콘크리트는 첨가하지 않은 콘크리트에 비해 조기강도는 작게 나타나지만 장기강도는 더 크게 나타나는 것으로 알려져 있다.

이는 플라이 애시 입자가 수화반응을 통해 생성된 수산화칼슘과 반응하여 2차 포졸란 반응을 일으켜 강도개선효과를 가져오기 때문이다.

도 3의 결과를 살펴보면, 비교예의 경우 고분말도 플라이 애시만을 첨가한 초속경시멘트 콘크리트 혼합물은 일반 초속경 콘크리트 혼합물에 비해 전반적으로 압축강도가 작게 나타나므로, 고분말도 플라이 애시 치환율에 따른 강도개선효과가 거의 없는 것을 알 수 있다.

그 이유는 상술한 바와 같이, 초속경 시멘트는 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 C₃S와 C₂S 성분을 많이 함유하고 있지 않아 1차 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘의 양이 적으므로, 플라이 애시의 SiO₂, Al₂O₃ 성분과 위 수산화칼슘의 반응인 2차 포졸란 반응 또한 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 적게 나타나기 때문이다.

그러나 고분말도 플라이 애시에 수산화칼슘을 첨가한 실시예의 경우, 수산화칼슘을 첨가하지 않은 비교예와 비교하였을 때 강도가 증진되었으며, 특히 재령 28일에는 전반적으로 강도 증진 폭이 더 큰 것을 알 수 있다.

나아가 수산화칼슘 첨가량을 증가시킴에 따라 전반적으로 강도가 증진됨을 알 수 있다.

이와 같은 결과는 수산화칼슘을 첨가함으로써 포졸란 반응이 증진되기 때문인 것으로 판단된다.

3시간 교통개방을 위한 압축강도 기준은 210 kg/cm²으로 설정하였는데, 고분말도 플라이 애시 20%를 치환한 비교예 4의 경우 이 기준을 만족하지 못하였다.

그러나 고분말도 플라이 애시 10%~15%, 수산화칼슘 5%~20% 범위의 실시예에서는 위 기준을 모두 만족하였다.

도 4는 염소이온침투저항성 실험결과를 나타낸 것다.

비교예의 경우, 통과 전하량이 재령 28일에서 약 1,500~2,000 쿨롱 정도로 나타나 KS F 2711 기준에 '낮음'으로 평가되었다.

그러나 본 발명에 의한 실시예의 경우, 통과 전하량이 재령 28일에서 약 500~1,000 쿨롱 정도로 나타나 KS F 2711 기준에 '매우 낮음'으로 평가되었다.

이와 같은 결과는 고분말도 플라이 애시와 수산화칼슘을 첨가시킨 초속경 콘크리트 혼합물은 투수저항성이 매우 우수함을 의미하는 것이며, 이는 결국 본 발명에 의한 조성물의 내구성이 대단히 우수함을 의미하는 것이다.

본 실험결과의 이유 또한 위에서 언급한 바와 같이, 수산화칼슘의 첨가에 따른 포졸란 반응의 증진에 기인하는 것으로 파악된다.

또한 본 실험결과에서 수산화칼슘을 20% 첨가한 경우 그보다 적은 양을 첨가한 것과 비교하여 큰 차이를 나타내지 못하였으므로, 수산화칼슘의 첨가량은 5%~15% 정도가 가장 적절한 것으로 확인되었다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

도 1 내지 4는 본 발명에 의한 조성물의 물성 실험결과를 나타낸 것으로서,

도 1은 슬럼프 실험결과에 관한 그래프.

도 2는 공기량 실험결과에 관한 그래프.

도 3은 압축강도 실험결과에 관한 그래프.

도 4는 염소이온침투저항성 실험결과에 관한 그래프.

Claims (13)

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2. 초속경시멘트 85~90 중량%, 고분말도 플라이 애시 10~15 중량%가 혼합된 바인더 17~19 중량%;

   수산화칼슘(상기 고분말도 플라이 애시 중량 대비) 5~15 중량%;를 포함하고,

   상기 고분말도 플라이 애시는 6,000 브레인 이상의 입자를 갖는 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
3. 제2항에 있어서,

   물시멘트비는 44~48 중량%인 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
4. 제2항에 있어서,

   잔골재는 32~37 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
5. 제2항에 있어서,

   굵은골재는 36~41 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
6. 제5항에 있어서,

   상기 굵은골재의 최대치수는 19mm인 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
7. 제2항에 있어서,

   고성능감수제(상기 바인더 중량대비) 0.3~0.5 중량%가 더 포함된 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
8. 제7항에 있어서,

   AE제(상기 고성능감수제 중량대비) 0.6~0.8 중량%가 더 포함된 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
9. 제2항에 있어서,

   지연제(상기 바인더 중량대비) 0.2~0.5 중량%가 더 포함된 것을 특징으로 하는 포장보수용 콘크리트 조성물.
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