KR101038538B1 - Ｐｖａ 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법에 관한 것으로, 도로의 포장재 조성물에 있어서; 중량%로, PVA 섬유:3.5~7.5%, 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5% 및 나머지 모래로 조성된 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면, 투수성과 보수성을 모두 향상시킬 수 있어 크랙을 방지하고 장수명화가 가능하며, 기계적 물성은 높으나 탄성력이 있어 내충격성, 내구성을 모두 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

ＰＶＡ 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법{ROAD PAVING MATERIAL COMPOSITION ENHANCED WATER PERMEABILITY AND RELENTIVITY USING PVA FIBER AND LATEX, ROAD PAVING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트의 크랙을 방지하고 내후성, 내충격성, 특히 보수성(relentivity)과 투수성(permeability)이 향상된 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량이 주행하는 차도를 비롯하여 자전거 도로, 농로 및 공원 등의 산책로 등에는 도로 본연의 기능 수행과 유지/보수의 편의를 위해 보통 아스팔트 또는 시멘트가 포장재로 사용되고 있다.

그런데, 아스팔트나 시멘트로 포장된 도로의 경우 도로에서 요구하는 강도를 충족시키고 유지보수의 편의성은 증대시킬 수 있겠으나, 차도를 제외한 사람들이 건강 유지 및 휴식을 위해 조깅을 하거나 산책하는 산책로를 아스팔트나 시멘트로 시공하게 될 경우 이용자의 보행충격이 관절이나 허리 등에 그대로 전달되는 문제가 있고, 또 아스팔트나 시멘트에서 방출되는 유해성분으로 인해 사람들에게 불쾌감을 유발시켜 건강에도 해로운 단점이 있었다.

이에, 이러한 단점을 극복하기 위해 최근에는 탄성체 조성물 혹은 탄성매트 등을 이용한 탄성포장재 및 이와 관련된 다수의 기술들이 개시된 바 있다.

뿐만 아니라, 친환경 도로포장재도 다수 개시되었는데, 이를 테면 황토를 이용한 것을 들 수 있고, 기타 유기질이 아닌 무기질을 바탕으로 한 친환경 포장재들이 다수 개시된 바 있다.

그러나, 이들 포장재들은 친환경, 탄성, 유해물질 발산 억제 등에 촛점이 맞추어져 있어 투수성, 보수성에 대한 개념은 적용되지 못하였고, 이에 따라 시공후 쉽게 크랙되거나 침하가 발생되어 수명이 단축되는 문제가 파생되었다.

특히, 투수성과 보수성은 서로 거의 반대 개념이기 때문에 투수성이 좋으면 보수성을 높일 수 없고, 보수성이 좋으면 포장재의 압축강도가 떨어져 내구성이 저하되므로 이들을 동시에 만족시키기는 매우 어려웠다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 탄성을 가지면서 충분한 보수성을 유지할 수 있어 크랙과 침하가 쉽게 일어나지 않아 장수명화가 가능하고, 시공성이 우수하며, 투수성이 높아 내구성도 향상된 새로운 형태의 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물 및 이를 이용한 포설공법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 도로의 포장재 조성물에 있어서; 중량%로, PVA 섬유:3.5~7.5%, 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5% 및 나머지 모래로 조성된 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물을 제공한다.

이때, 상기 포장재 조성물에 조기 고화 및 조기 강도 확보를 위해 수화반응 촉진제인 수용성 알칼리를 0.1~0.5중량% 더 첨가하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 도로를 포장재 조성물로 포설하는 공법에 있어서; 포장재가 도포될 도로를 다지는 다짐단계와; 다짐단계 후 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 잔부를 이루는 모래를 먼저 혼합하여 투수성을 확보하는 1차 혼합단계와; 1차 혼합된 조성물에 보수성을 향상시키기 위해 PVA 섬유:3.5~7.5%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5%를 투입한 후 교반하여 최종적인 포장재 조성물을 만드는 2차 혼합단계와; 2차 혼합단계를 통해 조성된 포장재 조성물을 다짐된 도로에 도포하는 도포단계와; 도포된 면을 균일하게 수평작업함과 동시에 배수를 위한 경사면을 형성하는 평탄화단계와; 평탄화단계가 완료되면 일정기간 동안 양생하여 경화시키는 양생단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물을 이용한 포설공법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 투수성과 보수성을 모두 향상시킬 수 있어 크랙을 방지하고 장수명화가 가능하며, 기계적 물성은 높으나 탄성력이 있어 내충격성, 내구성을 모두 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물을 이용한 포설공법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 도로 포장재를 구현하기 위한 포장재 조성물을 제공하기 위한 것으로, 지금까지 투수성과 보수성을 모두 향상시킨 예에 대한 구체적인 기술 개시를 확인할 수 없었다.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 양자의 특성을 동시에 모두 향상시킬 수 있는 기술 개발에 매진하였으며, 그 결과 라텍스(Latex)의 시멘트 개질성(改質性)에 따른 포장품질 및 탄성력 증진과, 폴리머(Polymer) 특히 아크릴계 폴리머의 우수한 보수성에 관심을 두고 연구완성된 것이다.

또한, PVA(Polyvinyl alcohol) 섬유가 갖는 바인딩 기능과 동시에 섬유질에 따른 공극 형상을 통한 투수성 향상을 응용할 수 있는 방안중 하나로 연구된 것이기도하다.

특히, 본 발명이 속한 분야가 도로 포장재와 관련된 점을 감안할 때 충분한 압축강도를 가져야 함은 물론이며, 일정이상의 탄성도 가져야 한다.

이를 위해, 본 발명에서는 폴리우레탄 바인더로 포함하며, 시멘트 특히, 백시멘트와의 결합성 및 공극 형상을 위해 세라믹볼, 특히 중공 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere)를 포함한다.

이와 같은 개념에서 완성된 본 발명에 따른 도로 포장재 조성물은 중량%로, PVA 섬유:3.5~7.5%, 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5% 및 나머지 모래로 이루어진다.

이때, 상기 PVA 섬유는 OH- 그룹을 가지는 친수성물질로서, 본 발명에서는 백시멘트와 중공 세라믹 미소구체의 결합을 위해 첨가된다.

이러한 PVA 섬유는 보통 물리,화학적으로 우수한 접착성을 가지고 있고, 인장강도가 900~1600MPa를 가지므로 인장력과 내알칼리성을 요구하는 시멘트 콘크리트 보강재로 적합하다.

뿐만 아니라, 합성섬유 중에서 연소열이 가장 낮고 연소시 발생되는 가스에는 유해가스가 전혀 없으므로 친환경적이라 할 수 있다.

특히, 상기 PVA 섬유는 상기 백시멘트와 중공 세라믹 미소구체를 결합하는 바인더이기도 하지만 섬유질이기 때문에 이들 사이에 공극을 형성하며, 균열을 저감시키므로 본 발명에서 매우 중요한 물질중 하나라 할 수 있다.

본 발명에서 이와 같은 PVA 섬유를 과량 첨가하면 좋겠지만 7.5중량%를 초과하여 첨가하게 되면 공극이 너무 커져 투수성은 향상되나 보수성이 급격히 떨어지고, 3.5중량% 미만으로 첨가하면 공극 형성이 미미해져 투수성이 떨어지므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

그리고, 상기 라텍스 에멀젼은 백시멘트의 개질제(改質劑)로 사용되기 위해 첨가되며, 비중 0.98, 성분은 부피비로 물 60%, 고무 35%, 단백질 2%, 비누·지방산·스테롤 등 1%, 당 1%, 나머지 무기물 및 효소 등으로 이루어진다.

아울러, 상기 라텍스 에멀젼은 상온에서 약 0.00124cm/sec의 속도로 운동하는 것으로 알려져 있어 투수 후 보수성을 유지하는 중요한 역할도 담당하게 된다.

즉, 백시멘트와 중공 세라믹 미소구체 사이의 공극에서 투수되고 잔류된 수분이 표면장력에 의해 진동하면서 붙어 있도록 하여 보수성을 오래동안 유지할 수 있도록 하여 준다.

이때, 상기 라텍스 에멀젼을 5중량% 미만으로 첨가하면 백시멘트 개질 효과가 없고, 10중량%를 초과하게 되면 투수성이 저하되므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

그리고, 백시멘트와 모래는 포장재의 주성분이고 잘 알려져 있는 물질이므로 구체적인 설명은 생략하며, 조성비는 타성분과의 관계성을 고려하여 조절된 것이다.

한편, 중공 세라믹 미소구체는 중공체 구조로 인해 뛰어난 반사 단열 기능을 가지며, 복사 열반사에 따른 열섬(Heat Island) 현상을 예방하고, 내구성을 향상시키기 위해 첨가된다.

이러한 중공 세라믹 미소구체는 미크론 단위의 세라믹볼로 보면 적당하고, 상기 백시멘트와의 결합시 공극을 형성하여 투수성을 향상시키는 매우 중요한 첨가성분이다.

이와 같은 중공 세라믹 미소구체를 2중량% 미만으로 첨가하게 되면 투수성이 급격히 떨어지고, 6중량%를 초과하여 첨가되면 보수성이 열악해질 뿐만 아니라 제조비용이 급증하므로 상기 범위로 한정함이 특히 바람직하다.

또한, 붕규산유리는 규산분 80중량%와 나머지 붕산분 및 기타 불가피한 성분들로 이루어진 것으로 크랙방지를 보강하기 위해 첨가된다.

즉, 상기 붕규산유리는 내열충격성이 뛰어나고 화학적내구성 및 낮은 열팽창율을 가지므로 열팽창과 수축이 적어 크랙 발생을 억제하게 된다.

이때, 상기 붕규산유리를 1.5중량% 미만으로 첨가하면 크랙 방지 효과가 떨어지고, 2.5중량%를 초과하여 첨가하면 크랙방지 효과는 우수하나 통기성이 떨어져 투수성이 급격히 저하되므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

아울러, 아크릴계 폴리머는 탄성을 향상시키는 기능이 있기는 하지만 주된 기능은 휨강도를 증가시켜 내구성을 향상시키기 위해 첨가된다.

또한, 시멘트의 단점인 수화반응에 의한 경화수축을 보상하여 크랙을 방지하기도 한다.

부가적으로, 포장재의 표면에 코팅되어 재료의 표면장력을 증가시켜 빗물이 투수된 후 포장재 각각의 알갱이에서 증가된 표면장력으로 인해 빗물이 완전히 투수되는 것을 방지하여 알갱이 사이에 물이 고이게 되므로 보수효과를 가져오기도 한다.

이를 위해, 본 발명에서는 5~10중량%로 첨가되어야 하는데, 5중량% 미만으로 첨가되면 휨강도 향상을 기대할 수 없어 내구성이 떨어지고, 10중량%를 초과하면 내구성은 더욱 더 향상되나 투수성이 떨어지므로 상기 범위로 첨가되어야 한다.

마지막으로, 폴리우레탄 바인더는 탄성 향상을 위해 첨가된다.

이러한 폴리우레탄은 주지된 바와 같이, 반응성 수산기(하이드록실, Hydroxyl group)를 갖는 고분자 폴리올과 이들 반응성 폴리올과 이소시아네이트류로 우레탄 반응을 시켜 얻어진 고분자물질을 총칭하는 것으로, 내산성, 내알카리성, 내유성, 내마모성, 저온 특성과 우수한 인장강도 및 탄성에 의한 충격 흡수 성능을 나타내면서 비교적 저렴하고 간편하게 시공을 할 수 있는 특징이 있는 합성 도막 탄성체이다.

본 발명에서는 라텍스 에멀젼을 감안하여 1.5~3.5중량% 범위내로 첨가됨이 바람직하다.

이에 더하여, 조기 고화와 조기 강도 확보를 위해 수화반응촉진제로 수용성 알칼리를 0.1~0.5중량% 더 첨가할 수 있는데, 이 경우 그 양만큼 모래 투입량을 줄이면 된다.

이때, 상기 수용성 알칼리는 수화반응을 촉진하여 경화를 빠르게 하나 금속이온의 용출이 없으므로 인체에 무해하므로 사용하기 적당하다.

이러한 포장재 조성물을 이용하여 도로에 포설하는 포설공법은 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 먼저 도로 다짐단계(S100)가 수행된다.

상기 도로 다짐단계(S100)는 포장재 조성물이 도포되어 포장될 도로 면을 평탄하게 유지하면서 일정 강도를 갖도록 다지는 작업을 수행하는 단계를 말한다.

상기 다짐단계(S100) 후에 1차 혼합단계(S110)가 수행된다.

상기 1차 혼합단계(S110)는 투수성을 좋게 하는 물질들만을 먼저 혼합하는 것으로, 보수성은 공극을 줄이는 것에 있지만 투수성은 공극을 늘리는 것에 있으므로 투수성을 먼저 확보할 수 있는 단계가 선행되어야 하기 때문이다.

이때, 1차 혼합되는 첨가물로는 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 본 발명 조성비에서 잔부를 구성하는 모래로 이루어진다.

이렇게 하여, 1차 혼합이 완료되면, 이어 2차 혼합단계(S120)가 수행된다.

상기 2차 혼합단계(S120)는 1차 혼합된 조성물에 보수성을 향상시키기 위한 첨가물인 PVA 섬유:3.5~7.5%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5%를 투입한 후 교반하여 최종적인 포장재 조성물을 만드는 단계이다.

이와 같은 과정을 통해, 포장재 조성물이 제조되면 이 조성물을 다짐된 도로에 도포하는 도포단계(S130)가 수행된다.

이어, 평탄화단계(S140)가 수행되는데, 상기 평탄화단계(S130)는 도포된 포장재 조성물을 균일하게 수평작업하는 것이며, 아울러 배수를 위한 경사작업도 함께 수행함이 바람직하다.

마지막으로, 평탄화단계(S140)가 완료되면 양생단계(S150)를 거쳐 경화시킴으로써 도로 포장재를 포설할 수 있게 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

먼저, 실험을 위해 도로 포장을 실시할 길과 동일 조건을 갖도록 환경을 조성하였다.

그 상태에서, 실제 도로 포장과 동일 조건으로 도로 다짐작업을 실시하였고, 이어 중량%로, PVA 섬유:5%, 라텍스 에멀젼:8%, 백시멘트:15%, 중공 세라믹 미소구체:4%, 붕규산유리:1.7%, 아크릴계 폴리머:6.5%, 폴리우레탄 바인더:1.8% 및 잔부 모래로 조성된 포장재 조성물을 앞서 설명한 포설공법에 나타난 대로 제조하였다.

이후, 실험을 위해 제작된 가상 도로에 상기 포장재 조성물을 도포하고, 평탄화한 다음 23±3℃의 온도, 60±10%의 습도에서 각각 7일, 14일, 28일 동안 양생시켰다.

양생 후 포장재의 압축강도를 측정한 결과, 그 압축강도가 각각 4.5MPa, 5.2MPa, 6.05MPa로 나타났다.

상기와 같이, 본원 발명에 따른 도로포장방법으로 시공된 도로는 그 강도가 매우 높은 것으로 나타났다.

아울러, 상기 가상도로의 크랙발생 여부를 확인하기 위해, 시료 일부를 가혹조건(온도차를 20℃ 차이나게 교대로 30일을 유지하였음)에 노출시킨 후 크랙 여부를 육안으로 확인하였다.

확인 결과, 시공된 도로에 크랙이 전혀 발생하지 않는 것이 확인되었다.

그리고, 가장 중요한 실험인 투수성과 보수성을 확인하기 위해, 공극율을 조사한 결과 전체 면적 대비 12%를 유지하였으며, 투수실험 결과 투수율이 우수하였고, 공극에 잔류된 수분이 상온에서 완전히 건조되는데 12시간이 소요되었다.

따라서, 단시간에 건조되지 않기 때문에 크랙발생을 억제하고, 내구성, 내열성, 내충격성 등을 동시 만족하는 것으로 예측되었다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

S100 : 다짐단계 S110 : 1차 혼합단계
S120 : 2차 혼합단계 S130 : 도포단계
S140 : 평탄화단계 S150 : 양생단계

Claims (3)

1. 도로의 포장재 조성물에 있어서;
   중량%로,
   PVA 섬유:3.5~7.5%,
   라텍스 에멀젼:5~10%,
   백시멘트:10~20%,
   중공 세라믹 미소구체:2~6%,
   붕규산유리:1.5~2.5%,
   아크릴계 폴리머:5~10%,
   폴리우레탄 바인더:1.5~3.5%,
   및 나머지 모래;
   로 조성된 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 포장재 조성물에 조기 고화 및 조기 강도 확보를 위해 수화반응 촉진제인 수용성 알칼리를 0.1~0.5중량% 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물.
   
3. 도로를 포장재 조성물로 포설하는 공법에 있어서;
   포장재가 도포될 도로를 다지는 다짐단계와;
   다짐단계 후 라텍스 에멀젼:5~10%, 백시멘트:10~20%, 중공 세라믹 미소구체:2~6%, 잔부를 이루는 모래를 먼저 혼합하여 투수성을 확보하는 1차 혼합단계와;
   1차 혼합된 조성물에 보수성을 향상시키기 위해 PVA 섬유:3.5~7.5%, 붕규산유리:1.5~2.5%, 아크릴계 폴리머:5~10%, 폴리우레탄 바인더:1.5~3.5%를 투입한 후 교반하여 최종적인 포장재 조성물을 만드는 2차 혼합단계와;
   2차 혼합단계를 통해 조성된 포장재 조성물을 다짐된 도로에 도포하는 도포단계와;
   도포된 면을 균일하게 수평작업함과 동시에 배수를 위한 경사면을 형성하는 평탄화단계와;
   평탄화단계가 완료되면 일정기간 동안 양생하여 경화시키는 양생단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PVA 섬유 및 라텍스를 사용한 보수성과 투수성이 향상된 포장재 조성물을 이용한 포설공법.

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