KR101037577B1

KR101037577B1 - 보수성 몰탈 조성물을 이용한 도로 포장블록 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101037577B1
Application number: KR1020110021731A
Authority: KR
Inventors: 홍용화; 최방건; 이재승
Original assignee: 홍용화; 주식회사 엠제이그린텍
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-05-30

Abstract

도로 포장블록 및 도로 포장블록의 제조방법이 개시되어 있다.
개시된 도로 포장블록은, 보수성 몰탈 조성물, 바인더 조성물, 황토분말, 첨가제를 포함하는 도로 포장블록으로서, 상기 보수성 몰탈 조성물은, 시멘트 9~28중량%, 골재 37~62중량%, 기능성 미분체 및 슬래그가 이온 결합된 복합체 0.8~9중량%, 소포제 0.01~0.4중량%, 유동화제 0.003~1중량%, 보수성 첨가제 0.001~4중량%, 흡수성 폴리머 0.02~9중량%, 수용성 폴리머 1~12중량%를 포함하되, 상기 골재의 입도는 2.36 ~ 4.75mm인 것을 특징으로 한다.
개시된 도로 포장블록의 제조방법은, 상기 도로 포장블록의 재료를 몰드에 투입하는 단계; 상기 몰드에 주입된 재료를 가압 진동기에 의해 80 ~ 120kg/cm²의 압력으로 가압하여 도로 포장블록을 성형하는 단계; 상기 성형이 완료된 도로 포장블록을 몰드로부터 인출하는 단계; 상기 인출된 도로 포장블록을 건조로에 투입하여 40 ~ 70℃의 온도로 강제 건조시키는 단계; 및 상기 도로 포장블록을 건조로로부터 인출하여 상온에서 자연건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

보수성 몰탈 조성물을 이용한 도로 포장블록 및 이의 제조방법{Paving blocks using mortar composition and preparation method}

본 발명은 보수성 몰탈 조성물을 이용한 도로 포장블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

특히, 자전거 또는 보행용으로 적합한 보수성 몰탈 조성물을 이용한 도로 포장블록 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 도시화로 인해 주거, 상업, 공공시설 등이 늘어나면서 녹지 면적이 줄어들고 도심지의 보도, 차도, 공원, 주차장 등은 전체적으로 콘크리트 포장이나 아스팔트 포장을 사용하기 때문에 우수를 포함한 물은 조기에 배수구로 유입되어 하수구로 배출되고, 포장면 위를 저류하는 물은 조기에 증발되고 있다.

또한, 각종 인공열과 대기오염 물질로 인해 도시 상공의 기온이 주변 지역보다 높아지는 현상이 생기기 시작하였는데, 이러한 복합적 영양 때문에 도심지에서 온도가 상승하면 포장면의 온도가 상승하여 도심지 온도가 전체적으로 상승하여 생활환경을 악화시키는 열섬효과(heat island) 현상이 발생 되고 있다.

인공포장으로 인한 열섬효과 현상을 저감하기 위해, 이러한 열섬현상에 대한 구체적인 대책마련이 미흡하고, 열섬현상 완화를 위한 포장기술 개발 실적이 전무한 상황에서, 지하로 수분의 공급이 가능하며 열용량이 적고 물을 적극적으로 보유하는 보수(保水) 기능을 가지며 보수된 물을 기온의 상승에 따라 증발시키는 것으로 도심지에서의 열섬효과 현상을 기화열에 의해 억제시킬 수 있는 보수성(保水性) 포장재의 개발이 요구되고 있다.

특히, 최근에는 환경 및 건강에 대한 관심이 증대되고 그린 성장산업이 발전하고 있는데, 그러한 관점에서 자전거용 도로가 많이 시공되고 있다. 자전거용 도로는 일반적으로 자전거뿐만 아니라 보행자의 보행 및 산책, 조깅용으로도 사용되고 있다.

이러한 자전거용 도로는 자전거가 주행하기에 충분한 강도를 가져야 하며, 빗물고임이 방지되도록 우수한 투수성을 가져야 하고, 바람직하게는 우수한 보수성을 유지하여 도시의 열섬현상 등을 억제할 수 있어야 한다.

그러나, 종래의 자전거 도로는 단순히 내구성만을 고려하거나 재료 선택에 따른 건강적인 요인만을 강조하여, 투수성 보수성에 대하여 상대적으로 취약한 구성을 가지고 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 보수성 및 투수성이 향상된 자전거도로 및/또는 산책로(보행로) 포장 기술에 관한 것으로서, 기공막 구조의 수팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온 결합으로 이루어진 복합체를 혼입하여 물-시멘트비를 낮추고, 몰탈 내부에 물을 저류시키는 보수 능력을 개선하며, 몰탈의 휨, 인장, 부착강도 및 내구성능을 개선시킬 수 있는 보수성 몰탈 조성물을 이용한 도로 포장블록 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

본 발명에 따른 도로 포장블록은, 보수성 몰탈 조성물, 바인더 조성물, 황토분말, 첨가제를 포함하는 도로 포장블록으로서, 상기 보수성 몰탈 조성물은, 시멘트 9~28중량%, 골재 37~62중량%, 기능성 미분체 및 슬래그가 이온 결합된 복합체 0.8~9중량%, 소포제 0.01~0.4중량%, 유동화제 0.003~1중량%, 보수성 첨가제 0.001~4중량%, 흡수성 폴리머 0.02~9중량%, 수용성 폴리머 1~12중량%를 포함하되, 상기 골재의 입도는 2.36 ~ 4.75mm인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도로 포장블록은, 보수성 몰탈 조성물 60 ~ 77중량%, 바인더 조성물 10 ~ 28중량%, 황토분말 10 ~ 20중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바인더 조성물은, 슬래그 미분말 40 ~ 55중량%, 실리커 흄 또는 메타카올린 중에서 선택되어지는 어느 하나의 12 ~ 18중량%, 석회석 30 ~ 47중량%를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 도포 포장블록의 제조방법은, 상기 도로 포장블록의 재료를 몰드에 투입하는 단계; 상기 몰드에 주입된 재료를 가압 진동기에 의해 80 ~ 120kg/cm²의 압력으로 가압하여 도로 포장블록을 성형하는 단계; 상기 성형이 완료된 도로 포장블록을 몰드로부터 인출하는 단계; 상기 인출된 도로 포장블록을 건조로에 투입하여 40 ~ 70℃의 온도로 강제 건조시키는 단계; 및 상기 도로 포장블록을 건조로로부터 인출하여 상온에서 자연건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명은,

보수성 및 투수성이 향상된 자전거도로 및/또는 산책로(보행로) 포장 기술에 관한 것으로서, 기공막 구조의 수팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온 결합으로 이루어진 복합체를 혼입하여 물-시멘트비를 낮추고, 몰탈 내부에 물을 저류시키는 보수 능력을 개선하며, 몰탈의 휨, 인장, 부착강도 및 내구성능을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라, 시멘트계 광물질을 주성분으로 하여 포장에 필요한 충분한 작업시간 확보와 48시간 이내에 완전 통행 개방이 가능하도록 하고 슬래그 및 실리카흄 또는 메타카올린을 골재와 혼합하여 작업성과 강도향상을 기하고 친환경재료인 황토분말을 첨가함으로써 친수성을 높여 보수 및 투수성이 향상된 도로 포장블록을 갖추게 된다.

게다가, 본 발명의 실시예에 따른 우수한 보수기능으로 인해 노면의 온도가 상승하면 포장체 내에 함유되어 있던 수분을 증발시켜 노면의 온도상승을 떨어뜨리면서 도시의 열섬현상을 방지하게 된다.

또한, 우수한 투수성으로 인해 표면에 빗뭉의 고임현상이 없어 편안한 자전거 주행과 산책이 가능하게 되었다.

그리고, 본 발명의 모습에 따라, 높은 내구성으로 동결과정의 부피팽창 및 융해과정으로 인해 발생되는 강성도 감소 피해를 감할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로 부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.

도 1은 도포 포장블록의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들이 개시된다. 실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한, '혼합물'의 의미로 사용된다.

1) 먼저, 보수성 몰탈 조성물에 대해 설명한다.

보수성 몰탈은 시멘트, 골재, 복합체, 소포제, (고)유동화제, 보수성 첨가제, 흡수성 폴리머, 수용성 폴리머가 적정함량으로 조성된다.

상기 각 성분들의 바람직한 함량비(백분율)는 시멘트 9~28중량%, 골재 37~62중량%, 복합체 0.8~9중량%, 소포제 0.01~0.4중량%, 유동화제 0.003~1중량%, 보수성 첨가제 0.001~4중량%, 흡수성 폴리머 0.02~9중량%, 수용성 폴리머 1~12중량%로 사용될 수 있다.

보다 바람직하기로는, 시멘트 11~26중량%, 골재 37~62중량%, 복합체 1~5중량%, 소포제 0.08~0.3중량%, 유동화제 0.005~0.7중량%, 보수성 첨가제 0.005~3중량%, 흡수성 폴리머 0.07~8중량%, 수용성 폴리머 2~8중량%로 사용될 수 있다.

가장 바람직하기로는, 시멘트 26중량%, 골재 57중량%, 복합체 4중량%, 소포제 0.2중량%, 유동화제 0.5중량%, 보수성 첨가제 0.9중량%, 흡수성 폴리머 4.4중량% 및 수용성 폴리머 7중량%로 사용될 수 있다.

상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 조강시멘트, 백시멘트의 그룹에서 선택되어 질 수 있으나, 이와는 다르게 다른 시멘트의 사용도 가능하다. 여기서, 상기 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 중용열 포틀랜드시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트 등 어느 시멘트를 사용해도 고강도의 보수성 콘크리트를 얻을 수 있게 된다.

상기 시멘트는 9~28중량%가 함량되는데, 상기 함량값의 하한값을 벗어나는 경우, 즉 9 중량%보다 적은 경우에는 강도 및 내구성, 동결융해 저항성 등이 취약해지게 되므로, 가장 바람직하게는 시멘트 중량이 26중량%이 되도록 유지하여야 한다. 시멘트가 상기 함량값 중 상한값인 28중량%를 벗어나는 경우에는 기능적인 측면에나 물성 측면에서 큰 영향이 미치는 것은 아니나 다른 조성물의 배합 중량%를 조절하기에 적절한 범위로서의 의미를 갖는다.

상기 골재의 입도는 2.36 ~ 4.75mm로 하는 것이 바람직하다. 위의 골재는 위의 입도 범위 내에서 굵은 골재와 잔골재로 구분하여 혼용함으로써 두 골재(굵은 골재 및 잔골재) 사이에 적당 크기의 공극을 형성함과 동시에 강도의 하락을 방지하기 위한 적정범위에 해당된다.

상기 복합체는 하이드로탈싸이드 등과 같은 기능성 미분체와, 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자(superabsorbent polyermer)로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체 입자와 고로 슬래그 입자들이 상기 골재 입자 주변에 부착된다.

상기 미분체 및 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체 및 고로 슬래그가 콘크리트 수화반응 및 포졸한 반응을 수행하며, 콘크리트 생성 수화물 사이에 가교를 형성하게 된다.

따라서, 본래 입형도 불규칙하고, 기공을 많이 함유하고 있어 흡수율이 많은 슬래그이지만, 이와 같이 불규칙한 입형과 기능성 미분체(하이드로탈싸이트)와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자(폴리비닐알콜:PVA)로 코팅된 슬래그가 이온 결합으로 이루어진 복합체가 강도를 약하게 하는 부정적인 영향을 주지 않고, 더 높은 강도 특성을 발현할 수 있는 까닭은 골재와 바인더인 시멘트의 수화반응을 통해 CSH수화물(규산칼슘 수화물) 입자가 균일한 성장을 하였고, 밀충전 형태의 CSH수화물(규산칼슘 수화물)이 생성되어 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체 입자 외곽 표면에서 단단한 가교를 형성하기 때문이다.

여기서, 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체 입자와 슬래그 시멘트의 분말은 몰탈 수화반응 및 포졸란 반응을 주로 수행한다.

몰탈의 장기 강도를 향상시키기 위해 포졸란 반응의 기본물질인 SiO₂+Al₂O₃가 70 ~ 81% 범위에 있는 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체를 사용하고, 여기에 CaO 성분이 51.6%인 고로 슬래그 시멘트를 적절한 배합비로 혼합한다. 여기서, CaO 성분의 첨가는 포졸란 반응에 필요한 소석회 Ca(OH)₂ 생성을 위해 필수적이다.

한편, 상기 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온 결합으로 이루어진 복합체는 몰탈 조성물 중 슬래그를 단순히 골재의 대용으로 사용할 경우에는 몰탈 강도가 약해지는 단점을 보완한다.

즉, 종래 몰탈 조성물 중 슬래그를 단순히 골재의 대용으로 사용할 경우에는 몰탈 강도가 약해지는 단점이 있었고, 이는 슬래그 입자의 표면이 불규칙하고 다공성이기 때문에 일반 골재에 비하여 약 6 ~ 8% 정도의 높은 흡수율을 나타내어 건조수축에 대한 균열이나 건습, 동결융해의 반복작용에 의해 내구성이 약하기 때문이었다. 또한 통상적으로 슬래그의 pH가 9.0 ~ 9.5 알카리성을 갖기 때문에 골재 내의 실리카질 광물과 알칼리골재 반응이 일어나 콘크리트에 균열을 발생시킬 수 있었다. 이외에도 불규칙한 슬래그의 표면으로 인해 수밀성이 요구되는 분야의 몰탈 사용시 작업성이 떨어지게 되는 단점도 있었다.

이에, 본 발명에서는 슬래그를 몰탈 조성물의 원료로 사용함에 있어서 골재입자끼리의 반응에 의한 강도발현방법, 높은 흡수율에 의한 강도 약화를 막을 수 있는 방법, 또한 알칼리골재반응을 피할 수 있는 비 반응성 골재로 전환하는 방법으로, 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체를 사용하여 바닥 몰탈 포장제로 슬래그가 재활용될 수 있도록 하였다.

즉, 극성결합인 이온결합을 통하여 만들어지는 방법으로 기능성 미분체와 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자로 코팅된 슬래그가 이온결합으로 이루어진 복합체가 제조된다. 본 수팽윤 성질을 갖는 복합체의 내용을 구체적으로 설명하면, 슬래그와 기능성 미분체에 전하를 띠는 물질을 고착시키고 상기 슬래그에 분화구성 기공막구조의 수 팽윤성 고분자 코팅입자를 제조한다. 상기 수팽윤성 고분자로 이루어진 분화구성 기공막구조 코팅입자의 특징으로는 코팅 외부 일부 표면부의 기공은 붕괴된 분화구성 기공막구조를 이룬다. 또한, 상기 슬래그에 전하를 띠는 물질이 고착되어 있어 이룬 것으로서 그 반대 전하를 띠는 물질이 포함된 기능성 미분체와 결합을 이룬다. 여기서 기능성 미분체의 기능은 음이온 교환 반응을 유도한다. 즉 기능성 미분체 화합물에서 몰탈의 Cl^- 이온이 음전하를 띠는 착이온과 교환되는 것인데 이러한 음이온 교환반응에 대한 성질 중에서 이온 선택성은 일반적으로 기능성 미분체에서 크기가 비슷한 경우가 음이온이 높은 선택성을 가진다.

상기와 같은 기술적 구성에 의하여 굳지 않은 몰탈 중의 물을 수팽윤성 고분자가 포집하여 몰탈 중의 물시멘트비를 줄여주고, 기공형성에 따른 기공 주위의 물시멘트비가 낮은 몰탈이 되어 배합 강도보다 향상된 강도 발현이 나타남으로서 시멘트의 수화반응을 빨리 진행시킬 뿐만 아니라 포졸란 반응에 의한 수산화칼슘이 거의 소비되어 본 발명에 따른 미분체와 팽윤성 다공코팅 미분골재가 결합된 복합골재 입자의 신소재를 혼입함에 의해 몰탈의 초기 강도저하를 극복하는 동시에 고강도의 보수성 몰탈을 실현할 수 있다.

소포제는 몰탈 내의 연행공기의 발생으로 인한 거대 기공을 제거하여 공기량의 증가를 감소시키기 위하여 첨가되고, 몰탈의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용된다. 상기 소포제는 0.01 ~ 0.4중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 소포제의 사용량은 0.01중량% 미만으로 사용하면 충분한 기포억제효과를 얻을 수 없고, 0.4중량%를 초과하여 사용하는 경우에는 경제적이지 못하다.

상기 소포제로는 등유, 파라핀 등과 같은 광유계 소포제, 동식물유,참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제, 올레인사,스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 간은 지방산계 소포제, 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울에이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제, 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류,(폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제, 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제, 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제, 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제, 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제, 디메틸실리콘유, 실리콘 페이슷, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산). 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 종류가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 일반적으로 휘발성이 적고 확산력이 큰 기름상의 물질로서 비이온 계면활성제 등을 사용할 수 있고, 그밖에 실리콘 소포제는 화학적으로 안정하여 뛰어난 효과가 있는 시판용 실리콘 소포제를 사용할 수 있다. 바람직하게 소포제는 독일 BASF Lumiten L-10을 사용할 수 있다.

유동화제는 동일 단위수량에서 슬럼프의 증대효과를 발휘하는 화합물로서 이는 계면활성제와 같은 역할을 하게 된다.

본 발명에서 사용되는 유동화제는 멜라민계 또는 카르복실계인 것이 바람직하다. 상기 유동화제는 시멘트 입자표면에 흡착하여 입자표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반발력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 시멘트 입자의 유동을 증가시켜 본 발명 조성물 물-시멘트비의 감수효과로 인한 강도 증진 및 내구성을 개선한다.

특히 유동화제로는 카르복실(Carboxyl)계 유동화제를 사용하여 물 사용량을 기존 배합에 비해 10∼25% 이상 감소시켰다. 이러한 물 사용량 감소로 수분의 이동 경로인 모세관의 수를 감소시켜 더욱 치밀한 구조의 몰탈을 만들 수 있으며, 이 치밀한 구조의 몰탈은 표면에서의 수분의 침투를 억제하는데 크게 도움이 된다.

본 발명에 사용된 유동화제는 카르복실계(carboxylates) 유동화제, 폴리카본산계 유동화제 또는 멜라민계 유동화제로서 약 10∼25중량%의 물 사용 절감 효과를 가져 온다. 상기의 10∼25중량%의 절감된 물 사용량은 보수성 몰탈 제조 시 보수성 몰탈 내에 모세관수를 감소시켜 더욱 치밀한 구조를 가져 온다. 상기 카르복실계 유동화제의 사용량은 0.003∼1중량%를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하고, 0.003중량% 미만이면 유동성이 저하되어, 상기 성능발현이 이루어지지 않으며 1중량%를 초과하는 경우 과다 사용으로 인해 몰탈 점성이 저하하여 재료가 분리되는 골재 분리 현상이 나타나 보수성 몰탈의 강도가 저하되는 단점을 갖는다.

본 발명에 의한 보수성 몰탈 조성물의 유동화제 예로는 카르복실계 유동화제나 멜라민계 유동화제를 사용하는 것이 바람직하고, 따라서 상기의 사용량은 003~1중량%를 함유할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 Melment F-10,Degussa를 사용하였다.

보수성 첨가제는 바텀 애쉬가 사용될 수 있다.

화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 재중 플라이 애쉬(fly ash)는 시멘트 및 콘크리트의 혼합재로 사용되고 있으나 바닥에 남은 찌꺼기인 바텀애쉬(bottom ash)는 산업폐기물로서 처리되고 있다. 이의 유효 활용 연구를 통하여 바텀애쉬가 보수성이 있는 것에 착안하여 이를 보수특수콘크리트 제조의 보수성 첨가재료로 사용할 수 있다.

바텀애쉬는 0.001~4중량% 첨가시 보수능력이 우수함을 알아내었다. 0.001중량%보다 적으면 보수능력이 저하되어 보수성 몰탈 제품으로서의 역할이 적어 사용할 수 없으며 4중량% 보다 많이 첨가하게 되면 강도가 저하되어 제품으로서의 성능을 나타낼 수 없게 된다. 가장 바람직하게는 0.9중량% 범위에서 가장 우수한 효과가 발휘된다.

흡수성 폴리머는, 몰탈 혼합시 물을 흡수하여 흡수성 폴리머가 팽창하여 볼 베어링과 같은 역할을 하여 몰탈의 작업성을 좋게 해 주고 이로 인하여 콘크리트 중의 단위수량을 줄일 수 있어 강도가 증가하게 된다.

또한, 수용성 폴리머는 물에 녹아 시멘트 페이스트의 점성을 향상시키고, 이 점성이 향상된 시멘트 페이스트가 골재와의 접착력을 향상시켜 다공성 및 보수성 몰탈의 최대 약점인 휨 강도를 향상시키는 역할을 하게 된다.

이 방법으로 몰탈을 제조하면 흡수성 폴리머가 초기에 물을 흡수하며 5 ~ 1000배로 팽창하면서 급격히 작업성이 저하되어 제품성형이 안되거나, 성형 후 제품 표면이 불량한 울퉁불퉁한 표면현상이 나타나게 되고 이로 인하여 제품으로서의 가치 및 제품 치수가 정확치 않은 단점이 발생하였다. 이의 발생요인을 찾아낸 결과, 몰탈 혼합 초기에 흡수성 폴리머가 급격히 물과 결합으로 인한 몰탈 작업성의 저하 및 제품 성형 후 굳기 전에 흡수성 폴리머가 물을 흡수하면서 팽창하여 제품치수를 부정확하게 하고 또한 콘크리트 표면을 울퉁불퉁하게 하는 요인이란 것을 인지하게 되었다.

이들 흡수성 폴리머의 습윤 팽창지연제는 혼합초기에 물과 반응하여 몰탈 혼합부터 콘크리트 제품 성형시까지 5~1000배로 팽창되는 것을 지연 또는 억제시키게 되고 이로 인하여 성형된 콘크리트제품이 10분에서 120분 정도 경과하면 자기 형체를 유지할 정도(약 2~8kg/cm²)가 되는 시점에서 흡수성 폴리머가 서서히 콘크리트 중의 물을 흡수하여 팽창하면서 주위 콘크리트 중의 물을 흡수하게 된다. 본 발명자들은 습윤 팽창 지연제인 글리세린과 덱스트린은 흡수성 폴리머 표면에 가장 먼저 흡착하여 물과 반응하면서 팽창하는 것을 억제시키다가 서서히 물에 용해되면서 지연효과가 감소되어 10분에서 120분까지 억제함을 알아내었다.

결국 흡수성 폴리머 팽창으로 형성된 기공이 주위의 콘크리트의 물 시멘트비를 줄여주고 또, 주변 콘크리트를 압밀하여 콘크리트가 치밀하게 되어 결국 콘크리트의 강도를 향상시키는 획기적인 발명이다. 또한 제품 성형 후 서서히 콘크리트 중의 물을 흡수 팽창하면서 모세관과 같은 공극을 파고 들어가 메우면서 존재하다가 제품 양생 후 또는 제품 타설 후에 수분이 증발하게 되면 흡수성 폴리머가 수축되면서 공극이 형성되는데 이들 흡수성 폴리머는 물을 만나면 바로 흡수하면서 모세관 수로를 형성하게 되어 강도저하는 거의 일으키지 않으면서 미세 모세관을 형성하여 물을 저장하고 또한 이들 물을 외부로 방출시키는 수로로도 활용이 가능하기 됨을 알아내었다.

즉, 흡수성 폴리머가 미세 모세관처럼 펼쳐있으면서 물을 흡수는 신속히 하면서 반면에, 물의 방출시에는 수증기 형태로 서서히 방출시키는 역할을 하여 강도 저하는 일으키지 않으면서 보수성을 증대시키고 또한, 물의 방출을 서서히 하면서 포장재로 사용시 열섬현상을 크게 줄일 수 있게 된다.

(실시예 1 ~ 6)

앞의 기술내용을 확인하기 위하여 실험한 결과 중 일부를 나타내면 다음과 같다.

시멘트는 포틀랜드 시멘트(쌍용양회)를 사용하였고, 골재는 옥천산 골재중 굵은 골재와 잔골재를 선별하여 공극율이 26%가 되도록 사전에 배합시험을 통하여 입도 조정한 골재를 사용하였으며, 보수성 첨가제는 바텀애쉬와 ALC파쇄물을 사용하였고, 흡수성 폴리머는 폴리아크릴산을 그리고 수용성 폴리머는 폴리비닐알콜을 사용하였다. 이를 (표 1)과 같은 배합으로 실험하였고, 그 결과는 (표 2)에 나타내었다.

보수능력(율) 시험방법은 5×5×5cm 모르타르용 공시체를 20±2℃ 수중에서 3일간 양생한 후 함수상태의 중량에서 105±52℃ 건조기에서 24시간 건조한 후의 절건 중량으로 보수율을 측정하였으며 그 식은 다음과 같다.

보수율(%) = [(함수상태 중량-절건상태중량)/절건상태 중량]×100

구분	시멘트	골재	보수성 첨가제	폴리아크릴산	폴리비닐 알콜	보수율 (%)	휨강도 (kg/cm²)
실시예1	26	57	0.002	0.03	2	34.1	28
실시예2	26	57	0.9	4.4	7	43.6	59
실시예3	26	57	1.2	5	7.6	46.2	63
실시예4	26	57	2.5	5.2	8	49.1	61
실시예5	26	57	3.2	6	8.2	53.8	56
실시예6	26	57	4	9	9	48.6	62
비교예	26	57	0.0009	0.05	1	26.3	31

이 시험결과 흡수성 및 수용성 폴리머 첨가량에 따라 휨강도가 향상되었으며, 또한 보수능력도 증가되는 경향을 나타내고 있다. 이와 같이 본 발명은 기존 보수성 콘크리트 제품보다는 보수능력이 30~80% 증가될 뿐만 아니라 휨강도가 일반 보수성 제품의 경우 25~33kg/cm²인데 비해 45kg/cm²의 강도를 나타내어 자전거 도로 및 보행도로는 물론 일반 도로로도 적용할 수 있는 충분한 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명 제품의 열섬효과(heat island)를 알아보기 위하여 다음과 같이 시험을 실시하였다. 시험용 포장체는 60×60×10cm크기로 표 2와 같은 배합비로 제작 양생하여 공시체는 1일 동안 대기중에서 양생한 뒤 20±2℃ 수중에서 7일간 양생한 후 시험을 실시하였다. 이 장치를 이용하여 공시체 표면으로부터 40cm 위에 적외선램프를 설치하여 여름철 33℃온도일 경우 콘크리트 도포포장의 표면온도를 조사한 결과 약 65℃로 나타나 이와 유사한 온도를 설정하여 조사하였고, 공시체 표면으로부터 5cm 윗부분에 온도센서를 설치하여 표면온도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.

(단위 ℃)

구분	조사시간(분)
구분	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
실시예1	25	27	28	30	32	34	37	39	41	42	42	43	43
실시예2	25	27	28	29	31	33	34	36	38	40	41	42	42
실시예3	25	27	28	29	31	33	35	36	37	39	39	40	40
실시예4	25	26	27	28	30	30	32	33	34	35	36	38	39
실시예5	25	26	27	28	31	31	32	34	35	36	37	38	39
실시예6	25	27	28	29	30	30	32	34	36	36	38	39	40
비교예	25	28	33	36	39	42	45	48	50	51	53	53	53
일반 콘크리트	25	32	36	45	49	52	55	57	59	61	63	64	64

위 표 2의 결과에서와 같이, 폴리머가 적정량 혼합된 실시예1 ~ 6은 그 표면온도가 시간이 경과되더라도 상승폭이 크지 않은 반면, 폴리머가 적게 혼합되거나 또는 폴리머가 혼합되지 않은 일반 콘크리트의 표면온도는 시간의 경과에 따라 표면온도의 상승폭이 커진다는 것을 알 수 있었다.

2) 참고적으로, 보수성 몰탈 조성물을 포함하는 도로 포장 조성물에 대해 설명한다. 도로 포장 조성물은 상술한 보수성 몰탈 조성물을 포함하며, 이에 더하여, 바인더 조성물, 황토분말 및 첨가제를 적정 함량으로 하여 조성된다.

바람직하기로는, 보수성 몰탈 조성물 60 ~ 77중량%, 바인더 조성물 10 ~ 28중량%, 황토분말 10 ~ 20중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%로 사용될 수 있다.

바인더 조성물은 슬래그 미분말, 실리커 흄 또는 메타카올린, 석회석을 적정함량으로 하여 조성된다.

바람직하기로는, 슬래그 미분말 40 ~ 55중량%, 실리커 흄 또는 메타카올린 12 ~ 18중량%, 석회석 30 ~ 47중량%로 사용될 수 있다.

상기 바인더 조성물은 공장에서 미리 정해진 배합으로 혼합되기 때문에 현장에서 발생되어지는 배합오차로 인한 크랙 및 건조수축, 재료부족 등의 문제가 발생하지 않게 된다.

상기 슬래그 미분말은 40 ~ 55중량%를 갖도록 구성되는데, 슬래그 미분말은 CaO 성분을 함유하고 있으며, 장기강도, 내구성, 수화열 저감, 화학 저항성, 증성화 반응촉진 등에 우수하다. 또한, 초기 균열방지의 효과를 주는 역할을 수행한다.

하지만, 슬래그 미분말이 상한값인 55중량%를 벗어나는 경우에는 초기강도가 저하되고 건조수축이 커져 크랙이 발생될 확률이 높고, 반대로 하한값인 40중량%를 벗어나는 경우에는 장기강도 및 내구성, 화학저항성 등이 저하될 수 있다.

실리커 흄 또는 메타카올린은 고강도용 혼합재료로서, 상한값인 18중량%를 벗어나는 경우에는 물의 과다사용과 응결지연 등 고강도용 혼합재로써의 역할을 하지 못하게 되나, 하한값인 12중량%를 벗어나는 경우에는 강도에 영향을 미칠 뿐, 이외의 다른 물성에는 큰 영향을 미치지 않는다.

석회석의 주성분은 CaCO₃이고 본 발명에서는 바람직하게 분말형태로 사용될 수 있다. 석회석 분말은 슬래그 분말의 작용을 조절하는 역할을 수행하게 되는데, 석회석 분말의 경우 상한값의 초과는 강도 문제 및 응결지연 문제가 발생하며, 하한값 미만의 경우에는 강도에 특별한 영향을 미치지 않는다.

황토분말은 10 ~ 20중량%을 배합하며, 황토분말이 정해진 비율보다 상한 범위인 경우 분체량의 과다로 인해 공극의 막힘현상으로 인해 발생되는 보수 및 투수성이 저하되고, 표면의 부착강도 및 휨강도가 저하된다. 반면, 황토분말이 하한범위를 벗어나는 경우, 보수기능을 미비하게나마 떨어뜨리며, 그 외에 도로포장의 기능에는 커다란 영향을 미치지는 않는다.

황토분말을 포함함으로써, 본 발명의 도로 포장 조성물 중의 바인더 조성물의 결합에 따라 높은 내구성으로 동결과정의 부피팽창 및 융해과정으로 인해 발생되는 강성도 감소 피해를 원천적으로 차단하게 된다.

상기 황토분말은 고령토 저급품 및 점토광물의 일종으로 아래 표의 황토특성을 만족하는 점토광물이면, 본 발명의 범주에 속한다 할 수 있다.

구분＼종류	황토의 특성
성인 및 산지	암석 풍화에 의해 생성되고, 주로 채굴되는 장소는 산 및 밭 등
주성분	SiO₂ : 30~65%, Al₂O₃ : 20~45%, Fe₂O₃ : 2~20%
범주 및 입자	넓게는 1차 점토에 속하며, 비중은 2~3범위, pH는 4.0~6.0범위, 입자크기는 조립

한편, 상기 도로 포장 조성물을 이용하는 도로 포장방법은,

기반층을 형성하는 단계, 상기 기반층 위에 3mm 이하의 입도를 갖는 골재로 필터층을 형성하는 단계, 상기 필터층 위에 5mm 이하의 입도를 갖는 골재로 보조기층을 형성하는 단계, 및 상기 보조기층 위에 위의 도로 포장 조성물로 포장된 표층을 형성하는 단계로 조성될 수 있다.

3) 상기한 보수성 몰탈 조성물을 이용하는 도로 포장블록에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 도로 포장블록은 상기 보수성 몰탈 조성물, 바인더 조성물, 황토분말, 첨가제를 적정 함량으로 혼합하고, 몰드에서 가압한 후, 건조시켜서 완성된다. 도로 포장블록의 성분은 앞서의 도포 포장 조성물과 동일하게 조성되는 것이므로 각 요소의 함량비 및 그에 따른 실험결과는 생략하기로 한다.

이러한 도로 포장블록의 제조방법은 다음과 같다(도 1참조).

1 단계로, 보수성 몰탈 조성물 60 ~ 77중량%, 바인더 조성물 10 ~ 28중량%, 황토분말 10 ~ 20중량%, 첨가제 1 ~ 2중량% 등의 재료를 혼합한 후, 특정형태로 몰딩하기 위해 몰드(mold)에 투입한다(S10).

2 단계로, 몰드에 주입된 재료를 가압하여 소정형태의 도포 포장블록으로 성형한다(S20).

여기서, 상기 도포 포장블록의 가압은 가압 진동기에 의하고, 이때의 가압력은 80 ~ 120kg/cm²로 한다. 가압력이 상기 범위 이하인 경우에는 성형성이 저하되고, 반면 가압력이 상기 범위 이상인 경우에는 능력이 큰 가압 진동기를 불필요하게 사용해야 하므로 비용이 상승한다.

3 단계로, 성형이 완료된 도로 포장블록을 몰드로 부터 인출한다(S30).

인출된 도로 포장블록은 몰딩 응집도를 측정하여 불량품인지 또는 양품인지를 구분해야 한다.

4 단계로, 인출된 도로 포장블록을 건조로에 투입한다(S40).

건조로에 투입된 도로 포장블록은 40 ~ 70℃의 온도로 건조시키고, 상기 건조로에 증기를 분사하여 상기 도로 포장블록에 충분한 수분을 공급함으로써, 이를 상온에서 장시간 보관시 충분한 강도를 보유할 수 있도록 한다.

5 단계로, 도로 포장블록을 건조로로 부터 인출하여 상온에서 자연 건조시킨다(S50).

건조로에서 1차적으로 건조를 하였으나, 이는 완전한 건조상태가 아니므로 2차적으로 상온에서 자연 건조시키는 것이 바람직하다.

4) 참고로, 도로 포장재에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 도로 포장재는 상기 보수성 몰탈 조성물을 포함하는 것으로서, 상기 보수성 몰탈 조성물에 의해 이루어지는 기반층과, 상기 기반층 상에 적층되는 필터층과, 상기 필터층 상에 적층되는 표층을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 필터층은 3mm 입도를 갖는 골재로 이루어지며, 상기 보조기층은 5mm이하의 입도를 갖는 골재로 이루어질 수 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

보수성 몰탈 조성물, 바인더 조성물, 황토분말, 첨가제를 포함하는 도로 포장블록으로서,
상기 보수성 몰탈 조성물은, 시멘트 9~28중량%, 골재 37~62중량%, 기능성 미분체 및 슬래그가 이온 결합된 복합체 0.8~9중량%, 소포제 0.01~0.4중량%, 유동화제 0.003~1중량%, 보수성 첨가제 0.001~4중량%, 흡수성 폴리머 0.02~9중량%, 수용성 폴리머 1~12중량%를 포함하되,
상기 골재의 입도는 2.36 ~ 4.75mm인 것을 특징으로 하는 도로 포장블록.
제1항에 있어서, 상기 도로 포장블록은,
보수성 몰탈 조성물 60 ~ 77중량%, 바인더 조성물 10 ~ 28중량%, 황토분말 10 ~ 20중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장블록.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 바인더 조성물은, 슬래그 미분말 40 ~ 55중량%, 실리커 흄 또는 메타카올린 중에서 선택되어지는 어느 하나의 12 ~ 18중량%, 석회석 30 ~ 47중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 조성물.
제1항의 도포 포장블록을 포함하는 도포 포장블록의 제조방법으로서,
상기 도로 포장블록의 재료를 몰드에 투입하는 단계;
상기 몰드에 주입된 재료를 가압 진동기에 의해 80 ~ 120kg/cm²의 압력으로 가압하여 도로 포장블록을 성형하는 단계;
상기 성형이 완료된 도로 포장블록을 몰드로부터 인출하는 단계;
상기 인출된 도로 포장블록을 건조로에 투입하여 40 ~ 70℃의 온도로 강제 건조시키는 단계; 및
상기 도로 포장블록을 건조로로부터 인출하여 상온에서 자연건조시키는 단계;를 포함하는 도로 포장블록의 제조방법.