KR100920941B1 - 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수 공법 - Google Patents

고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석고, 시멘트, 폴리머 수용액을 포함하는 폴리머 혼화재 수용액을 제조하는 단계; 칼슘 알루미네이트(Calcium Aluminate), 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo-Aluminate) 중 하나 또는 둘을 사용하는 급경성 혼화재에 물을 혼합하여 급경성 혼화재 수용액을 제조하는 단계; 상기 폴리머 혼화재 수용액 30~70중량%와 상기 급경성 혼화재 수용액 30~70중량%를 혼합하여 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 형성하는 혼합단계; 상기 혼합된 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 다공성 도로포장 구조물에 주입하는 단계;를 포함하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법을 제시함으로써, 도로 포장의 시공이 신속하면서도, 내구성이 우수하고, 주행 안전성과 쾌적성의 확보가 가능하도록 한다.
도로포장, 급경, 폴리머, 시멘트

Description

고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수 공법{REPAIR METHOD FOR PAVEMENT USING EARLY-STRENGTH POLYMER CEMENT PASTE COMPOSITION}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 도로 포장에 사용되는 재료 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
종래에는 전면적인 도로 보수 방법으로서, 노후하거나 손상된 아스팔트 혹은 콘크리트 포장체를 제거하고, 그 부위에 아스팔트 혹은 콘크리트를 재포설하는 방법 등이 사용되었다.
아스팔트 포장은 시공은 빠르나, 기계적 강도가 낮고, 소성변형에 대한 저항성이 낮아 포장 수명이 단축되며, 그로 인해 도로의 유지보수비용이 증가하는 문제점이 있다.
반면 콘크리트 포장은 강도는 우수하나, 시공 및 양생기간이 길고, 건조수축에 의한 균열의 발생에 취약하며 주행의 안정성과 쾌적성이 떨어지는 단점이 있다.
이와 같은 콘크리트 포장 및 아스팔트 포장의 약점을 개선하여, 시공이 신속하면서도, 내구성이 우수하고, 주행 안전성과 쾌적성의 확보가 가능한 도로 포장 및 보수방법의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도로 포장의 시공이 신속하면서도, 내구성이 우수하고, 주행 안전성과 쾌적성의 확보가 가능한 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수 공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 석고, 시멘트, 폴리머 수용액을 포함하는 폴리머 혼화재 수용액을 제조하는 단계; 칼슘 알루미네이트(Calcium Aluminate), 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo-Aluminate) 중 하나 또는 둘을 사용하는 급경성 혼화재에 물을 혼합하여 급경성 혼화재 수용액을 제조하는 단계; 상기 폴리머 혼화재 수용액 30~70중량%와 상기 급경성 혼화재 수용액 30~70중량%를 혼합하여 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 형성하는 혼합단계; 상기 혼합된 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 다공성 도로포장 구조물에 주입하는 단계;를 포함하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법을 제시한다.
상기 폴리머 혼화재 수용액은 상기 석고 40~60중량%; 상기 시멘트 10~30중량%; 상기 폴리머 수용액 20~30중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 석고는 무수석고(Anhydrite; CaSO4), 반수석고(Hemi-Hydrate; ½H2OCaSO4) 및 이수석고(Di-Hydrate; 2H2OCaSO4) 중 하나 또는 둘 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 석고는 블레인값이 4,000cm2/g 이상인 것이 바람직하다.
상기 급경성 혼화재 수용액은 물 30~70중량%; 상기 급경성 혼화재 30~70중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 급경성 혼화재는 블레인값이 4,000cm2/g 이상인 것이 바람직하다.
상기 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물의 중량의 대비 착색 안료 1~10중량%를 더 혼합하여 주입하는 것이 바람직하다.
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본 발명은 도로 포장의 시공이 신속하면서도, 내구성이 우수하고, 주행 안전성과 쾌적성의 확보가 가능한 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수 공법을 제시한다.
본 발명에 의한 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 기본적으로, 폴리머 혼화재 수용액 30~70중량%와 급경성 혼화재 수용액 30~70중량%를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 조성물은 일반 초속경 시멘트와 달리 가사시간을 매우 길게 조절할 수 있어 초속경 시멘트를 사용하는 긴급 공사 중에 발생하는 초속경 시멘트 몰탈 및 콘크리트의 조기 경화에 의한 시공기계 고장 및 공사지연의 문제를 해소할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 조성물은 경화 후, 강도의 조기 발현성 및 장기 강도성능이 우수하여 기존의 콘크리트 도로 및 아스팔트 도로의 신설 포장 및 보수 긴급 공사에 적합하며, 특히 교면 포장에 적용하는 경우 더욱 우수한 효과를 얻을 수 있다.
일반적으로 단시간의 시공을 위해서는 초속경 시멘트를 골재 및 물과 혼합한 초속경 시멘트 몰탈 및 콘크리트를 사용하여 시공하는데, 시공과정에서 시공기계에 문제가 발생하거나 기타 문제가 발생하여 시공이 지연되는 경우, 급경성 시멘트 몰탈 및 콘크리트가 믹서(Mixer) 내부에서 굳는 등의 문제점이 빈번하게 발생한다.
이는 급경성 시멘트의 주성분인 칼슘 알루미네이트 혹은 칼슘 설포 알루미네이트가 석고 및 시멘트의 존재하에 물과 접촉하면, 시멘트 수화반응에 의하여 순간 적으로 다량의 에트린가이트를 생성하며 굳는 급경 메커니즘에 기인하는 것이다.
본 발명에 의한 조성물은 급경성 혼화재 성분과 석고 및 시멘트를 분리하여 각각 교반조에서 교반하여 수용액으로 제조해 두었다가, 다공성 아스팔트 혹은 콘크리트에의 주입 바로 직전에 최종적으로 혼합하는 1.5 쇼트(1.5 Shot) 방식을 채택할 수 있다.
따라서 시공 도중에 시공 지연 혹은 시공 중단이 장시간 발생하더라도, 시멘트 페이스트 수용액이 경화하지 않도록 할 수 있으므로, 종래와 같이 급경성 시멘트의 시공 시 시멘트가 믹서 혹은 시공 장비 내부에서 굳어버림으로 인해 발생하는 시공 지연의 문제점을 근본적으로 해소할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 일반적인 시멘트 경화체는 압축강도는 우수하나 휨 및 인장강도가 낮고, 강성이 높은 반면 균열 발생에 취약하다는 한계를 가짐에 비해, 본 발명에 의한 조성물은 폴리머가 첨가됨에 따라 시멘트 경화체의 휨 및 인장강도를 개선하고 균열을 방지한다는 효과가 추가된다.
본 발명에 의한 조성물을 도로 포장 및 보수 공법에 적용하는 경우, 포설 후 4시간 내에 압축강도 210kgf/㎠ 이상의 시멘트 경화체의 급경성이 확보되고, 28일 이후에는 압축강도 400kgf/㎠ 이상의 고강도가 확보되며, 장기적으로도 우수한 내구성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물의 구성에 관한 구체적 실시예에 관하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 기본적으로, 폴리머 혼화재 수용액 30~70중량%와 급경성 혼화재 수용액 30~70중량%를 혼합하여 이루어진다.
여기서, 폴리머 혼화재 수용액은 석고 40~60중량%, 시멘트 10~30중량%, 폴리머 수용액 20~30중량%를 혼합하여 이루어질 수 있다.
첨가되는 석고는 폴리머 시멘트 페이스트의 급경성 확보를 위하여 칼슘 알루미네이트 및 칼슘 설포 알루미네이트의 수화반응에 필요한 황산이온(SO4 2-)을 공급하며, 무수석고(Anhydrite; CaSO4), 반수석고(Hemi-Hydrate; ½H2O·CaSO4) 및 이수석고(Di-Hydrate; 2H2O·CaSO4)가 각각 단독 혹은 2종류 이상 혼합된 제품을 사용하는 것이 좋다.
급경성 혼화재와의 반응성과 최종 경화체의 기계적 강도 등의 물성, 장기적 안정성 등을 고려할 때, 석고 또는 석고-시멘트계 혼화재(석고와 시멘트가 혼합된 경우)의 분말도는 블레인 시험값(Blaine Value) 4,000cm2/g 이상의 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 석고 또는 석고-시멘트계 혼화재와 혼합되는 폴리머 수용액은 라텍스계 수지(Styrene-Butadiene Rubber Latex Polymer), 아크릴계 수지(Acrylic Polymer), PVA계 수지(Poly-Vinyl Acetate Polymer), EVA계 수지(Ethylene-Vinyl Acetate Polymer)를 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
한편, 급경성 혼화재 수용액은 물 30~70중량%와 급경성 혼화재 30~70중량%를 혼합하여 이루어진다.
급경성 혼화재는 폴리머 시멘트 페이스트의 급경성 확보의 주원료로 사용되며, 칼슘 알루미네이트(Calcium Aluminate) 분말 및 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo-Aluminate) 분말을 단독 혹은 혼합하여 사용한다.
본 발명에 의한 조성물이 콘크리트 포장체의 긴급 보수에 사용되는 경우, 포장체 타설 및 보수 후 빠른 시공 완료와 교통 개방이 요구되는데, 이처럼 가능한 빠른 급경성의 확보를 위하여는, 급경성 혼화재의 분말도를 블레인값 4,000cm2/g 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물은 다음과 같은 방법에 의해 시공할 수 있다.
상술한 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 중 폴리머 혼화재 수용액과 급경성 혼화재 수용액을 각각 분리하여 제조한 후, 포설 직전 이들을 혼합한다.
혼합된 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 다공성 도로포장 구조물(아스콘, 시멘트 콘크리트 모두 포함)에 주입하는데, 여기서 다공성 도로포장은 양생 완료 이전이건, 이후이건 관계없다.
즉, 본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물은 도로의 신설 포장 공법 또는 기존 도로의 보수 공법에 모두 적용될 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물에는 착색 안료 1~10중량%(전체 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 중량 대비)를 첨가하여 사용할 수 있는데, 이는 고속도로의 중앙차선과 같이 장구간에 걸쳐 컬러 포장이 필요한 경우 효과적이라 할 수 있다.
즉, 기존의 아스팔트 또는 시멘트 콘크리트 포장체를 제거할 필요 없이, 단지 본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물에 착색 안료를 섞어 주입하는 방식에 의해 간편하게 컬러 포장을 얻을 수 있기 때문이다.
시험결과, 착색 안료를 조성물 전체 중량 대비 1~10중량% 첨가하더라도 물성에 불리한 영향이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
이하, 본 발명에 의한 조성물의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.
다음의 표 1, 2는 본 발명에 의한 조성물의 실시예 1에 관한 것이다.
항목 중량비 비고
석고-시멘트계 혼화재 65%
폴리머 수용액 35% SBR 라텍스 에멀젼
항목 중량비 비고
급경재 75%
물 25%
표 1은 석고-시멘트계 혼화재에 폴리머 수용액을 혼입한 폴리머 혼화재의 배합 예이고, 표 2는 급경성 혼화재를 물과 혼합한 급경성 혼화재 수용액의 배합 예이다.
이러한 폴리머 혼화재 수용액과 급경성 혼화재 수용액을 1:1로 혼합하여 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
다음의 표 3 내지 4는 본 발명에 의한 조성물의 실시예 2에 관한 것이다.
항목 중량비 비고
석고-시멘트계 혼화재 80%
폴리머 수용액 20% 아크릴 에멀젼
항목 중량비 비고
급경재 50%
물 50%
표 3은 석고-시멘트계 혼화재에 폴리머 수용액을 혼입한 폴리머 혼화재의 배합비이고, 표 4는 급경성 혼화재를 물과 혼합한 급경성 혼화재 수용액의 배합비이다.
이러한 폴리머 혼화재 수용액과 급경성 혼화재 수용액을 1:1로 혼합하여 시멘트 페이스트 조성물을 제조하였다.
비교예 1은 1종 보통 포틀랜드 시멘트(블레인값 3,400cm2/g) 99.6중량%와 나프탈렌 설폰산염계 분산제 0.4중량%의 혼합물에 물을 35중량% 혼합하여 제조한 시멘트 페이스트 조성물이다.
비교예 2는 초미립 시멘트(블레인 값 6,000cm2/g) 99.6중량%와 나프탈렌 설폰산염계 분산제 0.4중량%의 혼합물에 물을 35중량% 혼합하여 제조한 시멘트 페이스트 조성물이다.
비교예 3은 칼슘 설포 알루미네이트를 이용하여 초속경 시멘트를 제조한 후, 표 1과 동일한 SBR라텍스 에멀젼을 상기 초속경 시멘트에 대하여 50중량% 첨가하여 제조한 초속경 폴리머 시멘트 페이스트 조성물이다.
비교예 4는 비정질 칼슘 알루미네이트(블레인값 5,500cm2/g)를 이용하여 초속경 시멘트를 제조한 후, 동일한 SBR라텍스 에멀젼을 상기 초속경 시멘트에 대하여 50중량% 첨가하여 제조한 초속경 폴리머 시멘트 페이스트 조성물이다.
첫째, 프리 플로우 측정실험에 관하여 설명한다.
표 5는 각각의 페이스트 조성물을 Φ50mm×H50mm의 원통형 플로우 콘에 넣고, 플로우 콘을 그대로 들어올려 퍼진 지름을 측정한 프리 플로우 측정실험의 결과이다.
(단위: mm)
시료 종류 측정시간(분)
0 20 40 60 90 120
실시예 1 폴리머 혼입 석고-시멘트계 혼화재 수용액 280 275 270 260 250 240
급경재 혼화재 수용액 280 270 270 265 255 245
혼합 페이스트 조성물 280 250 150 - - -
실시예 2 폴리머 혼입 석고-시멘트계 혼화재 수용액 280 285 275 270 260 250
급경재 혼화재 수용액 280 275 265 270 265 255
혼합 페이스트 조성물 280 250 160 - - -
비교예 1 275 270 250 230 180 120
비교예 2 260 230 200 150 80 -
비교예 3 280 130 - - - -
비교예 4 280 120 - - - -
초속경 시멘트 페이스트인 비교예 3, 4는 30분 이내에 가사시간이 종료되었으나, 본 발명의 실시예 1, 2의 페이스트 조성물은 각각 수용액 상태로 2시간 이상이 경과하여도 유동성이 확보되어 응결 및 경화가 발생하지 않았으며, 혼합 이후에는 40분 경화 후 응결이 시작됨을 알 수 있었다.
따라서 본 발명에 의한 시멘트 페이스트 조성물은 폴리머 혼화재 수용액과 급경성 혼화재 수용액으로 각각 분리 제조한 후, 투수성 아스팔트 및 콘크리트 공극 내에 주입되기 직전에 혼합하는 방법에 의해 지나친 조기 응결의 문제를 해소할 수 있으므로, 종래 초속경 시멘트의 시공 상 문제점인 가사시간의 확보와 작업 지연 시 시공기계 내부에서의 경화 발생 문제 등을 근본적으로 해결할 수 있다는 효과를 갖는 것이다.
둘째, 강도 측정실험에 관하여 설명한다.
본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에 의해 제조한 각각의 조성물을 몰드에 타설하여 공시체를 제작하였다.
압축강도 시험용으로는 치수 50×50×50mm, 휨강도 시험용으로는 치수 60×60×240mm, 접착강도 시험용으로는 치수 40×40×10mm, 건조수축 시험용으로는 치수 40×40×160mm의 몰드에 페이스트 조성물을 넣고 다짐 및 성형하여 공시체를 제조하였다.
제조한 공시체는 2시간 동안 20℃, 상대습도 50중량%의 환경에서 기건양생 후 탈형하였고, 3일간 20℃, 상대습도 50중량%의 환경에서 기건양생 후 28일 까지 20℃ 수중양생을 실시하였다.
이러한 조건 하에 의해 제조된 각 공시체를 대상으로 KS F 2477(폴리머 시멘트 및 모르타르의 강도 시험방법)에 의한 시험을 실시하였고, 또한 JIS A 6916(Wall coatings for thick textured finishes; 마무리 도포재용 바탕조정 도포재)에 의하여 공시체의 접착강도를 측정하였다.
표 6은 위 시험의 결과를 나타낸 것이다.
(단위: kgf/cm2)
항목 압축강도 휨강도 접착강도
4시간 1일 28일 4시간 1일 28일 4시간 1일 28일
실시예 1 310 380 550 47 120 135 19 25 34
실시예 2 320 380 580 48 123 134 20 24 35
비교예 1 0 190 380 0 48 65 0 14 19
비교예 2 0 175 370 0 39 60 0 13 17
비교예 3 170 320 455 36 90 115 12 18 27
비교예 4 160 315 445 32 85 110 10 17 23
표 6에 나타난 바와 같이, 비교예 1, 2의 일반 시멘트 페이스트 조성물은 4시간이 경과한 후에도 경화하지 않아 강도 발현이 이루어지지 않았음에 비해, 본 발명의 실시예에 의해 제조한 조성물(실시예 1, 2)은 4시간에서의 압축강도가 300kgf/cm2 이상으로 매우 빠른 강도 발현 성능을 나타내었으며, 비교예 1, 2의 일반 시멘트 페이스트 조성물의 1일 경과 후의 압축강도보다도 높은 강도를 나타냄을 알 수 있었다.
또한 비교예 3, 4의 초속경 시멘트와 비교하더라도, 4시간 및 28일에서의 압축강도 발현율이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다.
휨 강도 및 접착강도에 있어서도, 본 발명의 실시예 1, 2의 조성물은 비교예들의 조성물에 비해, 빠르고 높은 강도 발현성을 나타내고 있으므로, 일반 포틀랜드 시멘트뿐만 아니라, 초속경 시멘트 혼합물에 비해서도 대단히 우수한 초속경 성능을 발휘함을 확인할 수 있었다.
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.

Claims (13)

  1. 석고, 시멘트, 폴리머 수용액을 포함하는 폴리머 혼화재 수용액을 제조하는 단계;
    칼슘 알루미네이트(Calcium Aluminate), 칼슘 설포 알루미네이트(Calcium Sulfo-Aluminate) 중 하나 또는 둘을 사용하는 급경성 혼화재에 물을 혼합하여 급경성 혼화재 수용액을 제조하는 단계;
    상기 폴리머 혼화재 수용액 30~70중량%와 상기 급경성 혼화재 수용액 30~70중량%를 혼합하여 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 형성하는 혼합단계;
    상기 혼합된 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 다공성 도로포장 구조물에 주입하는 단계;를
    포함하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 혼화재 수용액은
    상기 석고 40~60중량%;
    상기 시멘트 10~30중량%;
    상기 폴리머 수용액 20~30중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석고는 무수석고(Anhydrite; CaSO4), 반수석고(Hemi-Hydrate; ½H2OCaSO4) 및 이수석고(Di-Hydrate; 2H2OCaSO4) 중 하나 또는 둘 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 석고는 블레인값이 4,000cm2/g 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급경성 혼화재 수용액은
    물 30~70중량%;
    상기 급경성 혼화재 30~70중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 급경성 혼화재는 블레인값이 4,000cm2/g 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물의 중량의 대비 착색 안료 1~10중량%를 더 혼합하여 주입하는 것을 특징으로 하는 고강도 급경성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 포장의 보수공법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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