KR101031981B1 - 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법 - Google Patents

자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법 Download PDF

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장병하
박영준
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주식회사 이레하이테크이앤씨
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates

Abstract

본 발명은, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 있어서, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부 및 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 폴리머 혼화제 15∼65중량부를 포함하며, 시멘트 페이스트 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 보수성을 개선하여 내구성을 향상시키기 위한 상기 폴리머 혼화제는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 아크릴 에멀젼 45∼85중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 5∼35중량부, 부틸아크릴레이트 1∼15중량부 및 폴리초산비닐 0.1∼10중량부를 포함하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 우수한 현장 적용성, 소성변형 저항성 및 아스팔트의 내구성을 갖는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용하므로 포장체의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다.

Description

자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법{Composite of self compaction polymer cement paste and road repairing method using the composite}
본 발명은 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아스팔트 포장에 준하는 시공기간을 갖고, 소성변형에 대한 저항성 및 내구성을 갖는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법에 관한 것이다.
우리나라 도로의 약 90% 이상을 차지하고 있는 아스팔트 포장은 기상변화로 인한 이상 고온 현상과 교통량의 증가로 인해 극심한 소성변형이 발생하고 있다.
통상적으로 아스팔트 포장방법은 연성으로 우수한 승차감, 낮은 소음, 신속한 시공의 장점을 갖고 있어 도로 포장의 대부분 사용되고 있지만, 중대형 차량 통행, 많은 교통량, 기름계통에 대한 내구성 저하로 인한 바퀴자국 패임, 소성변형 등으로 인하여 도로로서의 기능성이 쉽게 저하되며, 잦은 유지보수와 이로 인한 유지보수 비용증가, 교통소통 장애로 인한 불편 및 사회적인 비용 추가 투입 등의 문제점을 갖고 있다.
이러한 기존도로 포장방법의 문제점을 개선한 공법개발이 절실히 요구되고 있는 실정이며, 최근에 아스팔트에 혼합되어 아스팔트에 반강성의 특징을 부여할 수 있는 시멘트 페이스트가 개발되어 사용되고 있다.
본 발명은 기존의 포장공법들의 제반 문제점을 해소하기 위하여 착안된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 우수한 현장 적용성, 소성변형 저항성 및 아스팔트의 내구성을 갖고, 포장체의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감, 시공성 향상을 구현할 수 있는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 및 이를 이용한 도로 보수공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 있어서, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부 및 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 폴리머 혼화제 15∼65중량부를 포함하며, 시멘트 페이스트 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 작업성 및 내구성을 개선하기 위한 상기 폴리머 혼화제는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 아크릴 에멀젼 45∼85중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 5∼35중량부, 부틸아크릴레이트 1∼15중량부 및 폴리초산비닐 0.1∼10중량부를 포함하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 제공한다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위한 소포제를 더 포함할 수 있으며, 상기 소포제는 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되고, 상기 소포제는 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 소포제 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.001∼3중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 5∼60중량부, 알루미나 시멘트 5∼60중량부, 버텀애쉬 1∼20중량부, 고로슬래그 1∼20중량부, 석고 0.1∼10중량부, 칼륨실리케이트 0.01∼5중량부 및 규사 5∼30중량부를 포함할 수 있다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시키기 위하여 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위한 지연제를 더 포함할 수 있으며, 상기 지연제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼4중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 식별을 용이하게 하기 위한 안료를 더 포함할 수 있으며, 상기 안료는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼6중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함할 수 있으며, 상기 감수제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되고, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 콘크리트 부위의 레이탄스 및 열화된 부위를 치핑하고 불순물을 제거하는 단계와, 개립도 아스팔트 혼합물 또는 열가소성 수지가 혼입된 개질 개립도 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계와, 상기 아스팔트 혼합물이 포설된 상부에 상기 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계와, 상기 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물이 주입되어 침투된 포장을 양생하는 단계 및 양생 후 조성물 표면을 거칠게 마무리하는 표면 마무리 단계를 포함하는 도로 보수공법을 제공한다.
상기 도로 보수공법은, 상기 표면 마무리 단계 후에, 상기 표면 마무리된 포장 상부에 표면경도를 높이기 위하여 상기 폴리머 혼화제를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 치핑하고 불순물을 제거하는 단계는, 압축 공기를 이용한 에어젯을 이용하여 치핑하고 진공흡입기를 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 자기충전성 폴리머 페이스트 조성물은 우수한 현장 적용성, 소성변형 저항성 및 아스팔트의 내구성을 갖고, 포장체의 공용기간 증가, 유지보수비용 절감 및 시공성 향상을 구현할 수 있다. 본 발명의 자기충전성 폴리머 페이스트 조성물은, 반강성의 특징을 갖는 조성물로 유동성이 우수하여 시공이 용이하고, 빠른 시간 내에 경화하여 시공기간이 단축되어 시공비의 절감과 보수기간의 단축이 가능하다. 또한, 내구성이 뛰어나고, 색상의 지속성이 탁월하여 교통운전자의 안전을 충분히 확보할 수 있다.
본 발명의 자기충전성 폴리머 페이스트 조성물을 이용한 도로 보수공법에 의하면, 자기충전성 폴리머 페이스트 조성물이 속경형이고 높은 강도 및 내구성을 나타냄으로써, 시공기간을 단축하고, 소성변형에 대한 저항성을 높이며, 아스팔트의 내구성을 향상시킴으로써, 포장체의 사용기간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 우수한 강도특성과 내구성을 보유하여 공용기간 증가와 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 버스정류장, 고속도로 진출입로, 교차로, 고가도로 등 다양한 장소의 도포 포장 및 보수에 사용될 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 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 속경형 시멘트계 결합재 및 폴리머 혼화제를 포함한다. 시멘트 페이스트 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 작업성 및 내구성을 개선하기 위한 상기 폴리머 혼화제는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 15∼66중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 소포제를 더 포함할 수 있고, 상기 소포제는 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되고, 상기 소포제는 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.001∼3중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 5∼60중량부, 알루미나 시멘트 5∼60중량부, 버텀애쉬 1∼20중량부, 고로슬래그 1∼20중량부, 석고 0.1∼10중량부, 칼륨실리케이트 0.01∼5중량부 및 규사 5∼30중량부를 포함할 수 있다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있으며, 상기 감수제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는, 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시키기 위하여 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는 지연제를 더 포함할 수 있으며, 상기 지연제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼4중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 속경형 시멘트계 결합재는 안료를 더 포함할 수 있으며, 상기 안료는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼6중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 일반 시중에 유통되는 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 5∼60중량부를 함유되는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 시멘트는 무기질계 초속경 재료로서 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간에 얻을 수 있게 한다. 상기 알루미나 시멘트는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 5∼60중량부를 함유되는 것이 바람직하다.
상기 버텀애쉬는 화력 발전소로부터 발생되는 물질로서 산업폐기물로 잠재 수경성 특성을 가지고 있으나, 재료 자체의 함수율이 높아 내수성은 작다. 바텀애쉬는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 1∼20중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그는 잠재수경성의 무기질계 미분말로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 화학저항성과 내구성을 증대시키는 동시에 점도를 저하시키고 유동성을 증진시켜 다공성 아스팔트 공극 사이로 빠르고 밀실하게 채워질 수 있도록 한다. 상기 고로슬래그는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 1∼20중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 석고는 초기강도 발현을 위하여 사용한다. 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 석고의 함량이 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 석고는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼륨실리케이트는 초기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 칼륨 실리케이트 대신에 알루미나 실리케이트를 사용할 수도 있다. 상기 칼륨 실리케이트는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 규사는 충전재(Filler) 역할로 시멘트의 수화반응에 의해 발생하는 수화열량을 저감시켜 여름철 등의 기온이 높은 경우에 급격한 수화에 발생하는 높은 온도에 의해 발생하는 균열을 제어하고 조성물의 배합이 고르게 되도록 한다. 상기 규사는 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 5∼30중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 감수제는 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선한다. 감수제의 종류에는, 폴리칼본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등이 있는데, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제는 폴리카본산계 감수제에 비하여 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 크지 않으며, 폴리머와의 혼화성이 나쁘다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에 의한 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에는 폴리카본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 감수제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시킨다. 또한 굳지 않은 시멘트 페이스트에 점성과 유동성을 동시에 부가하여 아스팔트 혼합물 공극에 침투를 용이하게 한다. 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용되는 것으로서, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼4중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 안료는 도로 상에서 식별이 용이하도록 첨가되며, 보다 선명한 색상으로 식별이 용이하고 색상의 지속성이 향상될 수 있다. 안료는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다. 상기 안료는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼6중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리머 혼화제는 시멘트 페이스트 경화체에 분산되어 있으면서 시멘트 페이스트 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 보수성을 개선하여 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 폴리머 혼화제는 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 아크릴 에멀젼 45∼85중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 5∼35중량부, 부틸아크릴레이트 1∼15중량부 및 폴리초산비닐 0.1∼10중량부를 포함한다.
상기 아크릴 에멀젼은 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 내부에 폴리머 필름이 형성되어 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 폴리머 필름막으로 인하여 내구성을 개선시킨다. 상기 아크릴 에멀젼은 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 45∼85중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌아크릴레이트는 경화된 후의 접착강도가 매우 우수하며, 시멘트의 강도를 높여줌으로써 접착 후의 탈착을 방지한다. 상기 폴리에틸렌아크릴레이트는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 5∼35중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 부틸아크릴레이트는 폴리머 시멘트 페이스트 조성물 경화체 내부의 부착력을 개선시키고 작업성을 향상시키기 위하여 사용된다. 상기 부틸아크릴레이트는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 1∼15중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리초산비닐은 점성이 높아 재료분리에 대한 저항성을 개선시킴과 동시에 휨 및 인장강도를 개선한다. 상기 폴리초산비닐은 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 소포제는 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위하여 첨가되는 것으로, 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수도 있다. 상기 소포제는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 혼입되는 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 폴리머 시멘트 페이스트 조성물의 셀프 레벨링(자기충전성능)을 개선하기 위하여 첨가된다. 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.001∼3중량부 혼입되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 상기 폴리머 혼화제를 상기 속경형 시멘트계 결합재에 혼합하여 제조할 수 있으며, 이때 속경형 시멘트계 결합재와 폴리머 혼화제는 그 중량비가 100 : 15∼65의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 속경형 시멘트계 결합재와 상기 폴리머 혼합제의 혼합물에 소포제를 더 첨가할 수 있으며, 상기 소포제는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 혼입되게 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 속경형 시멘트계 결합재와 상기 폴리머 혼합제의 혼합물에 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 첨가할 수 있으며, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.001∼3중량부 혼입되게 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 이용한 도로 보수공법은, 콘크리트 부위의 레이탄스 및 열화된 부위를 치핑하고 불순물을 제거하는 단계와, 열가소성 수지가 혼입된 개질 개립도 아스팔트 또는 일반 개립도 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계와, 상기 아스팔트 혼합물이 포설된 상부에 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계와, 상기 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물이 주입되어 침투된 포장을 양생하는 단계, 양생 후 조성물 표면을 거칠게 마무리하는 표면 마무리 단계를 포함한다.
상기 도로 보수공법은, 상기 표면 마무리 단계 후에, 상기 표면 마무리된 포장 상부에 표면경도를 높이기 위하여 상기 폴리머 혼화제를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 치핑하고 불순물을 제거하는 단계는, 압축 공기를 이용한 에어젯을 이용하여 치핑하고 진공흡입기를 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 에어젯은 콘크리트 부위의 레이탄스 및 열화된 부위에 압축 공기를 분사하여 치핑하는 장치로서, 압축 공기를 이용하기 때문에 틈새에 박혀있는 콘크리트 열화 부위도 깨끗하게 제거할 수 있는 장점이 있으며, 이와 같은 에어젯을 이용하여 원하지 않는 불순물을 완전하게 제거할 수 있으므로 부착강도를 높이는 효과를 얻을 수 있다. 에어젯으로 치핑이 이루어진 후에는 불순물을 진공흡입기를 이용하여 제거한다.
상기 양생하는 단계에는 콘크리트로부터 진행되는 반사 균열을 막기 위하여 줄눈 시공하는 단계가 포함될 수도 있다.
상기 열가소성 수지는 열을 가할 때마다 부드럽고 유연하게 되거나 녹으며, 냉각되면 단단하게 굳는 성질을 가지고 있으며, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 아크릴 수지, 나일론 등이 있다. 상기한 수지를 어느 하나 이상을 혼입하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명에 따른 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 30중량부, 알루미나 시멘트 30중량부, 버텀애쉬 5중량부, 고로슬래그 5중량부, 석고 5중량부, 칼륨실리케이트 3중량부, 규사 20중량부, 감수제 0.5중량부, 지연제 0.5중량부, 폴리카본산 0.5중량부, 안료 0.5중량부를 혼합하여 속경형 시멘트계 결합재를 제조하였다. 상기 감수제로는 폴리카본산계 감수제를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루콘산을 사용하였으며, 상기 안료로는 산화티탄을 사용하였다.
그리고, 아크릴 에멀젼 65중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 25중량부, 부틸아크릴레이트 5중량부 및 폴리초산비닐 5중량부를 혼합하여 폴리머 혼화제를 제조하였다.
이렇게 구성된 폴리머 혼화제를 상기 속경형 시멘트계 결합재에 첨가하는데, 이때 속경형 시멘트계 결합재와 폴리머 혼화제는 그 중량비가 100 : 40이 되도록 하였다.
상기 속경형 시멘트계 결합재와 상기 폴리머 혼합제의 혼합물에 폴리에테르계 소포제 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하였으며, 상기 에틸렌 글리콜계 소포제 및 폴리에틸렌옥사이드는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 1중량부 혼입되게 첨가하였다.
<실시예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 30중량부, 알루미나 시멘트 30중량부, 버텀애쉬 5중량부, 고로슬래그 5중량부, 석고 5중량부, 칼륨실리케이트 3중량부, 규사 20중량부, 감수제 0.5중량부, 지연제 0.5중량부, 폴리카본산 0.5중량부, 안료 0.5중량부를 혼합하여 속경형 시멘트계 결합재를 제조하였다. 상기 감수제로는 폴리카본산계 감수제를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루콘산을 사용하였으며, 상기 안료로는 산화티탄을 사용하였다.
그리고, 아크릴 에멀젼 75중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 15중량부, 부틸아크릴레이트 5중량부 및 폴리초산비닐 5중량부를 혼합하여 폴리머 혼화제를 제조하였다.
이렇게 구성된 폴리머 혼화제를 상기 속경형 시멘트계 결합재에 첨가하는데, 이때 속경형 시멘트계 결합재와 폴리머 혼화제는 그 중량비가 100 : 40이 되도록 하였다.
상기 속경형 시멘트계 결합재와 상기 폴리머 혼합제의 혼합물에 폴리에테르계 소포제 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하였으며, 상기 에틸렌 글리콜계 소포제 및 폴리에틸렌옥사이드는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 1중량부 혼입되게 첨가하였다.
<실시예 3>
보통 포틀랜드 시멘트 30중량부, 알루미나 시멘트 30중량부, 버텀애쉬 5중량부, 고로슬래그 5중량부, 석고 5중량부, 칼륨실리케이트 3중량부, 규사 20중량부, 감수제 0.5중량부, 지연제 0.5중량부, 폴리카본산 0.5중량부, 안료 0.5중량부를 혼합하여 속경형 시멘트계 결합재를 제조하였다. 상기 감수제로는 폴리카본산계 감수제를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루콘산을 사용하였으며, 상기 안료로는 산화티탄을 사용하였다.
그리고, 아크릴 에멀젼 85중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 5중량부, 부틸아크릴레이트 5중량부 및 폴리초산비닐 5중량부를 혼합하여 폴리머 혼화제를 제조하였다.
이렇게 구성된 폴리머 혼화제를 상기 속경형 시멘트계 결합재에 첨가하는데, 이때 속경형 시멘트계 결합재와 폴리머 혼화제는 그 중량비가 100 : 40이 되도록 하였다.
상기 속경형 시멘트계 결합재와 상기 폴리머 혼합제의 혼합물에 폴리에테르계 소포제 및 셀프 레벨링 개선을 위한 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하였으며, 상기 에틸렌 글리콜계 소포제 및 폴리에틸렌옥사이드는 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 1중량부 혼입되게 첨가하였다.
상술한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물의 물성과 비교하기 위하여, 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 시멘트 페이스트 조성물을 비교예 1 및 비교예 2로서 제시한다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 80중량부, 규사 20중량부를 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였으며, 이 시멘트 페이스트의 총중량에 대하여 폴리카본산 및 안료를 각각 0.5중량부 및 0.5중량부를 첨가하여 시멘트 페이스트 조성물을 얻었다. 상기 안료로는 산화티탄을 사용하였다.
<비교예 2>
초속경 시멘트 80중량부, 규사 20중량부를 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였으며, 이 시멘트 페이스트의 총중량에 대하여 폴리카본산 및 안료를 각각 0.5중량부 및 0.5중량부를 첨가하여 시멘트 페이스트 조성물을 얻었다. 상기 안료로는 산화티탄을 사용하였다.
<시험예 1> 시험용 공시체의 제작
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제시한 배합에 따라 KS F 2476(실험실에서 폴리머시멘트 모르타르를 만드는 방법에 의하여 제조하고, 치수 4×4×16㎝(압축, 휨강도 시험용, 건조수축 시험용, 염화물 이온 침투 깊이 시험용 및 흡수율 시험용), 4×4×1㎝(접착강도 시험용) 몰드를 사용하여 시험체를 제작하였으며, 양생방법은 현장상황을 고려하여 기건양생을 실시하여 공시체를 각각 제작하였다.
<시험예 2> 강도시험
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 물리적 특성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 2477(폴리머 시멘트 모르타르의 강도 시험방법), KS F 4916(시멘트 혼화용 폴리머)에 의한 압축강도, 휨강도, 접착강도 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 강도(㎏f/㎠)
압축 휨 접착
4시간 1일 7일 4시간 1일 7일 4시간 1일 7일
실시예1 235 329 408 68 80 115 20 28 40
실시예2 229 319 399 63 76 110 18 26 37
실시예3 225 317 395 62 74 108 18 25 35
비교예1 - 140 229 - 33 55 - 12 16
비교예2 175 260 302 31 52 65 8 16 20
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제조한 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 초기 압축강도 발현이 우수함을 알 수 있어 교통이 혼잡한 지역에 타설시 타설 후 수시간 안에 교통개방이 가능함을 알 수 있으며, 실시예 1 내지 실시예 3은 폴리머 혼화제를 사용한 경우로서 비교예 1 및 비교예 2에 비해 휨강도 및 접착강도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 3> 건조수축율 측정
상기 시험예 1에서와 같은 공시체 제작 한 후 KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
건조수축(×104) 0.7 0.7 0.7 4.3 3.7
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 건조수축이 매우 낮은 것을 알 수 있었다. 이는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 시공 후 수축에 대한 저항성이 크고 균열 방지 효과가 탁월한 것을 알 수 있었다.
<시험예 4> 슬럼프-플로우 측정
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 작업성을 비교하여 아래의 표 3에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
슬럼프 플로우(㎝) 368 365 363 322 322
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 블리딩 및 재료분리 발생 없이 슬럼프-플로우 값이 높았다. 이는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물이 고유동성으로 작업성이 우수하여 다공성 아스팔트 혼합물의 공극부분을 효과적으로 채움으로써 결과적으로 밀실한 반강성 혼합물을 제조할 수 있고, 이로 인하여 내구성이 개선될 수 있음을 확인하였다.
<시험예 5> 염화물 이온 침투 깊이
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 염화물 이온 침투 깊이를 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
염화물 이온침투 깊이(㎜) 0.4 0.6 0.6 6.5 5.0
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6> 흡수율
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 흡수율을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 KS F 4916(시멘트 혼화용 폴리머)에 의하여 흡수율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
흡수율(%) 0.7 0.8 0.8 6.5 5.2
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 흡수율이 매우 낮게 나타났다. 이는 폴리머 혼화제의 영향으로 물의 침투가 낮은 것으로 내수성이 우수한 성능을 발휘함을 알 수 있었다.
<시험예 7> 미끄럼 저항성 측정
본 발명에 따라 제조된 조성물과 비교예에서 제조한 조성물의 미끄럼 저항성을 비교하기 위하여, 상기 시험예 1에서 제조한 각 공시체를 대상으로 ASTM E303(표면 마찰 특성 측정방법), AASHTO T 278(British pendulum tester로 측정한 표면마찰 특성)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 아래의 표 6에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
미끄럼 저항성(BPN) 82 80 80 58 62
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조한 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 조성물과 비교하여 미끄럼 저항성이 높음을 확인할 수 있었다. 이는 도로에 포장했을 경우 차량의 제동성이 우수하여 사고율을 낮출 수 있는 것을 알 수 있었다.
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 (11)

  1. 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 있어서,
    속경형 시멘트계 결합재 100중량부 및 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 폴리머 혼화제 15∼65중량부를 포함하며,
    시멘트 페이스트 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장 및 부착강도를 향상시키고 작업성 및 내구성을 개선하기 위한 상기 폴리머 혼화제는 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 아크릴 에멀젼 45∼85중량부, 폴리에틸렌아크릴레이트 5∼35중량부, 부틸아크릴레이트 1∼15중량부 및 폴리초산비닐 0.1∼10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 연행공기의 발생으로 인한 공기량의 증가를 감소시키기 위한 소포제를 더 포함하며, 상기 소포제는 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되고, 상기 소포제는 폴리에테르계, 실리콘계, 에틸알콜계 및 에틸렌 글리콜계 소포제 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물은 셀프 레벨링을 개선하기 위하여 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함하며, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 우레탄 및 폴리카본산 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 상기 폴리머 시멘트 페이스트 조성물에 상기 폴리머 혼화제 100중량부에 대하여 0.001∼3중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 속경형 시멘트계 결합재는, 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 보통 포틀랜드 시멘트 5∼60중량부, 알루미나 시멘트 5∼60중량부, 버텀애쉬 1∼20중량부, 고로슬래그 1∼20중량부, 석고 0.1∼10중량부, 칼륨실리케이트 0.01∼5중량부 및 규사 5∼30중량부를 포함하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 속경형 시멘트계 결합재는, 시멘트 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하여 수밀성 및 동결융해 저항성을 개선시키고 내구성을 증진시키기 위하여 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함하며, 상기 폴리카본산, 나프탈렌, 멜라민 및 리그닌 중에서 선택된 1종 이상의 물질은 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼5중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 속경형 시멘트계 결합재는, 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위한 지연제를 더 포함하며, 상기 지연제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼4중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 상기 속경형 시멘트계 결합재는, 식별을 용이하게 하기 위한 안료를 더 포함하며, 상기 안료는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.001∼6중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  8. 제4항에 있어서, 상기 속경형 시멘트계 결합재는, 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위한 감수제를 더 포함하며, 상기 감수제는 속경형 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 0.01∼5중량부 함유되고, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물.
  9. 콘크리트 부위의 레이탄스 및 열화된 부위를 치핑하고 불순물을 제거하는 단계;
    개립도 아스팔트 혼합물 또는 열가소성 수지가 혼입된 개질 개립도 아스팔트 혼합물을 도로에 포설하는 단계;
    상기 아스팔트 혼합물이 포설된 상부에 제1항에 기재된 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물을 주입하는 단계;
    상기 자기충전성 폴리머 시멘트 페이스트 조성물이 주입되어 침투된 포장을 양생하는 단계; 및
    양생 후 조성물 표면을 거칠게 마무리하는 표면 마무리 단계를 포함하는 도로 보수공법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 표면 마무리 단계 후에,
    상기 표면 마무리된 포장 상부에 표면경도를 높이기 위하여 제1항에 기재된 상기 폴리머 혼화제를 코팅하는 단계를 더 포함하는 도로 보수공법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 치핑하고 불순물을 제거하는 단계는,
    압축 공기를 이용한 에어젯을 이용하여 치핑하고 진공흡입기를 이용하여 제거하는 단계를 포함하는 도로 보수공법.
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