KR101068593B1

KR101068593B1 - 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법

Info

Publication number: KR101068593B1
Application number: KR1020110007448A
Authority: KR
Inventors: 김호준
Original assignee: 주식회사 세진로드
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-09-30

Abstract

본 발명은 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법에 관한 것으로서, 이는 상온에서 아스팔트콘크리트 도로와 시멘트콘크리트 도로의 신규 또는 보수 도로포장에 적용하여 방수성, 내구성 등을 향상시키기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 시공현장에 안전시설물을 배치하여 교통을 차단하는 제1 단계와; 노면의 콘크리트 절삭 및 열화된 콘크리트를 제거하는 제2 단계와; 노면의 이물질 제거 및 표면을 건조시키는 제3 단계와; 초속경 방수시멘트, 골재, 개질 아크릴 폴리머 및 물을 믹싱하여 도로포장재 조성물을 제조하는 제4 단계와; 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 순차적으로 노면에 평탄하게 포설하는 제5 단계와; 포설된 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 양생하는 제6 단계와; 시공현장의 안전시설물 및 주변 정리 후 교통을 개방하는 제7 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하여, 종래의 라텍스를 이용한 교면 포장용 속경성 콘크리트(VES-LMC) 조성물과는 달리, 교면포장재의 방수성을 부여할 뿐 만 아니라 각종 아스콘 포장도로의 보수포장 시 고강도, 고접착력, 경제성, 작업성, 내구성, 마감성 등을 개선할 수 있도록 한다.

Description

개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법{METHOD FOR CONSTRUCTING ROAD PAVEMENT MATERIAL OF VERY-EARLY STRENGTH WATERPROOF CONCRETE USING REFORMING ACRYLIC POLYMER}

본 발명은 도로포장재 조성물의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상온에서 아스팔트콘크리트 도로와 시멘트콘크리트 도로의 신규 또는 보수 도로포장에 적용하여 방수성, 내구성 등을 향상시키기 위한 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량의 바닥판은 시공 초기부터 소성수축 및 건조수축에 의한 균열이 발생되기 쉽고 반복되는 교통하중과 다양한 환경조건에 직접적으로 노출되어 교량 부재중 파손이 가장 빈번한 부재로써, 바닥판 상면에 표면처리 후 교면포장을 하게 되는데 교면 포장재의 구비 요건은 평탄성 확보가 용이하며 방수성이 크며 휨인장강도가 커서 균열에 대한 저항성이 있어야 하고, 바닥 콘크리트와 접착강도가 커야 하지만, 아스팔트 콘크리트 교면포장에서의 단점으로 지적되는 바닥 콘크리트면(Slab)과 포장체 사이에 방수층 시공의 필요성과 들뜸, 체류수 발생, 염화물 침투로 구조물 손상, 잦은 보수공사로 인한 관리비 증가와 민원문제가 발생하며, 콘크리트 마모층 교면포장에서는 교면의 평탄성 미확보로 인한 승차감이 불량, 주행소음 증가, 방수성 및 균열 저항성이 낮아 우수 및 염화물 침투로 바닥 콘크리트의 조기 열화에 의한 내하력 저하 등이 발생하여 국내에도 라텍스 혼합 개질 콘크리트(LMC)를 이용한 교면포장공법이 도입되었다.

일반 콘크리트에 스타이렌-부타디엔 공중합 라텍스를 사용하여 동결융해와 스케일링에 대한 저항성이 좋고 폴리머시멘트 복합수화물에 의한 중성화방지 등 내구성이 좋은 교면포장재 및 콘크리트 포장재로 연구개발한 여러 공법들이 적용되어 왔으나, 도로의 교통차단을 필요로 하는 보수공사는 도로정체와 더불어 이용자의 불편을 야기하므로 초속경 시멘트를 이용한 도로포장재 개발품들이 선을 보이고 있다. 특히 공사개시 후 3~5시간 내에 교통을 개방해야 하는 바 속경성 콘크리트가 사용되지만 초속경 시멘트의 구성광물 특성상 동결융해 저항성, 내구성 등이 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 취약해 보수 후에도 다시 재보수를 해야 하는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있다. 이에 따라 최근에는 콘크리트의 내구성을 보완하기 위해 수성 SBR 라텍스를 사용한 폴리머 초속경 콘크리트가 보수재료로서 활발히 이용되고 있으며, 이러한 폴리머를 이용한 초속경 콘크리트는 동결융해와 스케일링(scaling)에 대한 저항성이 우수하고 방수성과 부착성이 높아 초속경 시멘트와 물, 골재만을 사용할 때의 단점을 크게 보완하고 도로 보수공사의 품질을 높이는데 크게 기여하였다.

현행 교량바닥판 보수 및 교면 재포장용 초속경 LMC의 품질관리 기준에 의하면 초속경시멘트, 라텍스, 초속경 LMC 배합기준 그리고 경화 후 압축, 접착강도, 균열에 대한 규정이 있다. 초속경 시멘트의 품질기준에는 분말도, 안정도, 응결시간, 압축강도의 기준이 있으며, 라텍스의 품질기준에는 고형분 함유량, pH, 응고량, 점도, 표면장력, 200번체 잔유량, 평균입자크기, 동결융해안정성, 부타디엔함유량의 기준이 있다. 초속경 LMC 배합기준에는 압축강도, 단위라텍스량, 물/시멘트비, 굵은골재치수, 슬럼프, 공기량의 범위가 기준으로 제시되고 있다. 그러나, 교량바닥판 보수 및 교면재포장용 요구물성에 적합한 재료의 선정에 기준이 특정제품군으로 한정되어 품질향상에 제한이 되고 있는 실정인데, 특히 수성 스타이렌-부타디엔 라텍스(SBL, Styrene Butadien Latex)는 스타이렌과 부타디엔의 공중합체로 스타이렌의 함유량이 60-70%, 부타디엔이 30-40%로 사용량이 정해져 있으며, 합성된 폴리머를 물에 유화시켜 분산시킨 입자의 평균크기를 140-250nm로 규정해 놓고 있다. 폴리머 입자들은 건조과정에서 연속적인 접촉과 필름형성의 과정을 거쳐 필름의 특성에 따라 용도가 정해진다. Tg(유리전이온도)가 100℃ 정도인 스타이렌의 사용량이 많으면 탄성이 줄어들고 끈적임이 적어지는 특성을 가지며, 주요 용도는 제지코팅, 섬유코팅이고 시멘트 혼화용으로도 사용이 되는 제품이다. 폴리머의 필름특성을 제대로 이용하기 위해서는 해당 폴리머의 필름형성최저온도(MFFT) 이상에서 작업하여야 하며, 폴리머시멘트 복합체 물성에 중요한 인자이다. 국내에서 범용적으로 사용되고 있는 시멘트용 수성 에멀젼 또는 수성 라텍스는 아크릴계, 초산비닐계, 스타이렌-부타디엔라텍스 등이 있으며 초산비닐계는 2-30㎛의 평균입경을 가져 접착용도로, 아크릴계디스퍼전이나 스타이렌부타디엔 라텍스는 0.1-0.3㎛의 평균입경으로 시멘트개질 제품으로 많이 사용된다. 용도에 따라 스타이렌이 많이 함유된 제품은 자외선에 황변이 생겨 분해되기 때문에 내부용으로, 자외선에 강한 아크릴 제품은 외부 노출용으로 구분된다.

시멘트의 강한 성질을 보완하기 위해 탄성이 좋은 폴리머를 사용하는 재료를 학계에서는 폴리머시멘트(PC)라 하며 폴리머시멘트를 이용한 콘크리트를 폴리머시멘트콘크리트(PCC 또는 PMC)라 한다. 시멘트혼화용 폴리머는 시멘트와 혼합 안전성이 중요하다. 폴리머가 시멘트와 혼합될 때 기계적 확산작용이나 시멘트에서 유리된 칼슘이온(Ca²⁺)에 의해 폴리머 디스퍼전이 응고되지 않도록 해야 한다. 폴리머시멘트콘크리트는 수 마이크로미터의 시멘트 입자가 물과 수화반응하여 입자성장하는 사이에 자리이동을 하면서 폴리머들끼리 필름을 형성하는 과정을 거쳐 복합수화물을 형성하고 이는 시멘트의 강도특성과 폴리머의 접착, 방수특성을 복합화 함으로써 방수성과 통기성을 향상시켜 궁극적으로 콘크리트의 중성화방지, 내마모성 증가, 동결융해저항성 등을 향상시켜 내구성을 좋게 한다.

폴리머시멘트의 물성에 영향을 미치는 인자는 폴리머의 종류, 폴리머시멘트 비(P/C,%), 온도이며, 작업성과 경화 후 물리적 특성이 영향을 받는다. 폴리머시멘트콘크리트의 평가는 콘크리트의 경화이전의 작업성에 대한 평가와 시공 후 경화체의 물성평가로 구분된다. 폴리머의 종류, 사용량에 따라 유동성, 점도, 공기량, 보수성 등 작업성에 미치는 영향이 크기 때문에 시멘트와의 상용성이 중요하며, 초속경 시멘트, 모래, 골재 등의 특성에 맞는 폴리머의 개질이 필요할 수도 있으며, 현장에서의 작업성을 고려한다면 폴리머콘크리트 배합조건에 적합한 폴리머를 선택할 수 있어야 한다.

최근까지 가장 보편화 되어 있는 SBR 라텍스를 이용한 초속경 폴리머개질콘크리트의 경우 전체적으로 품질향상은 되었지만 외기에 노출환경에서 시공할 경우 표면에서의 급격한 필름화로 겉마름현상이 생겨 표면마감성이 좋지 않고 표면부위 균열발생으로 사후에 표면처리를 별도로 하게 되기도 한다. 또한 SBR라텍스의 초기 수화후에 수분과 접촉시 백탁현상이 심하게 나타나는 현상은 필름화과정에서 균질한 건조피막이 이루어지지 않았음을 의미하며, 내수성의 약화로 이어져 도로의 장기수명 예측과정에서 자외선에 노출된 콘크리트 표면에서 내마모성이 약해지는 등 내구성의 한계가 나타나기도 한다. 이는 SBR 라텍스의 문제만이 아닌 폴리머시멘트계의 초기 수화반응 조건이 일정하게 관리되지 못함과 조기개통에 따른 표면처리시 작업공정에도 영향이 있다. 이러한 폴리머의 물성발현에 가장 큰 영향을 미치는 것이 시멘트이다. 특히 폴리머의 사용량이 시멘트의 15%에서 20%가까이 사용되는 도로포장재료에 있어서 수화조건에 구애받지 않고 양질의 물성을 발형하기 위해서는 강제반응형 시멘트가 필수적이고, 폴리머시멘트계에서 반응순서는 수분을 소모시키는 수화반응단계가 먼저 일어난 후 수분의 증발과정의 건조가 일어나게 된다. 수화반응이 정상적으로 이루어지지 않게 되면 표면부에서부터 필름의 건조가 먼저 이루어 지는데 이는 표면의 주름현상과 균열로 이어지게 된다.

초속경 폴리머 시멘트 콘크리트에 사용되는 시멘트 제조방식으로는 첫째로 구성성분에 따라 칼슘플로로알루미네이트 광물인 C₁₁A₇CF₂ (11CaO·7Al₂O₃·CaF₂)을 주성분으로 하는 클링커에 포틀랜드 시멘트와 석고, 혼화제를 넣어 제조하는 방식(등록번호 10-0033581, 10-0005309, 일본 특개소 52-139819)이 있고, 둘째로는 칼슘알루미네이트 광물 중 CA(CaO·Al₂O₃), C₂A(2CaO·Al₂O₃), C₁₂A₇ (12CaO·7Al₂O₃)를 주성분으로 하는 알루미나시멘트에 포틀랜드 시멘트, 석고 및 혼화제를 넣어 제조하는 방식이 있으며, 셋째로는 아윈계 클링커라는 칼슘설포알루미네이트 (3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)를 주성분으로 하여 시멘트를 제조하는 방식(등록번호10-0755272, 10-0310657, 10-0220340, 10-0122033)이 있다. 그 중에서 세 번째 방식이 가장 최근에 나온 개량된 초속경 시멘트 조성물 제조방식으로서, 다른 기술에 비해 클링커의 소성온도가 낮아(1,200~1,350℃) 제조가 용이하며, 보통 포틀랜드 시멘트와 석고, 혼화제 등의 사용 조합비율을 적정하게 맞출 경우, 초기강도 발현성이 우수하고 장기강도도 안정적으로 발현되는 우수한 특성을 나타내고 있어 가장 보편적으로 사용되고 있다. 또한 속경성 콘크리트 제조에 있어서 지금까지는 단순히 아윈계 초속경 시멘트에 소포제와 물에 미리 녹인 응결지연제, 골재, 물을 혼합한 조성물(등록번호 10-0403979)을 제조하는 방식에 따르거나, 아윈계 초속경 시멘트에 사용되는 라텍스를 SBR 라텍스와 아크릴수지를 같이 혼합하여 사용하는 방법(등록특허 10-0807850, 10-0696313)이 제안되고 있으며, 그 밖에 시멘트 중에 혼화재로서 플라이애쉬나 실리카퓸, 고로 슬래그 미분말 등을 혼합하는 방법(등록특허 10-0696313,10-0618297, 공개특허 10-2005-0031097) 등이 연구되고 있다. 이러한 속경성 콘크리트 제조용 시멘트는 통상적으로 물과 혼합하여 3~5 시간 안에 상용강도를 만족하도록 설계되어 있으나, SBR라텍스와 같은 수성 폴리머를 혼합하여 폴리머콘크리트나 모르타르로 사용할 경우에는 기존의 수화반응 기구나 물성발현 특성에 있어서 큰 차이가 있게 된다. 특히 혼합재로 반응성이 느린 플라이애쉬, 슬래그미분말, 실리카퓸 등의 사용은 장기강도 측면에서는 유리할지 몰라도 초기강도를 요구하는 분야에서는 유효한 방법이 아니다.

초속경 시멘트의 강도는 물과 접촉 직후 시멘트와 소석회 등으로부터 용출되는 Ca²⁺ 이온과 칼슘알루미네이트로부터 용출되는 Al³⁺이온이 반응을 하여 칼슘알루미네이트 수화물(CaO·Al₂O₃·nH₂O)을 생성하고, 곧이어 시멘트 중의 석고와 반응하여 에트링자이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄· 32H₂O)를 생성시켜 급속하게 경화됨으로써 조기에 발현된다.

따라서 초속경 시멘트의 강도발현 시기와 강도발현율, 작업성과 같은 품질을 좌우하는 것은 이러한 에트링자이트 광물 생성반응 속도와 생성량의 제어기술, 생성 수화물을 안정적으로 유지하는 기술에 달려있으며, 특히 아윈계 클링커광물(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)과 석고, 소석회 및 시멘트 일부의 성분들은 물과 혼합시 반응성이 높아 활발하게 수화반응을 일으키므로, 에트링자이트 수화물을 생성시키는 반응이 수분에서 수십분 내에 빠르게 진행하게 된다. 여기서 설페이트(SO₄ ^2-)와 결합된 에트링자이트 수화물은 불안정한 수화물로 구성조성을 유지하는 각 성분들의 공급이 부족할 경우 모노설페이트(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄· 12H₂O) 와 칼슘알루미네이트 수화물(CaO·Al₂O₃·nH₂O) 등으로 전이되어 강도발현이 낮아지게 된다.

일반적으로 폴리머시멘트의 수화반응에서 혼합초기에는 시멘트 입자의 흡착특성과 폴리머의 증점효과로 페이스트의 점도가 폴리머시멘트 비 0.15 일 경우 거의 10배 정도인 5000cps(Brookfield, 23℃)까지 올라가 Ca이온의 용출량 감소와 확산속도 지연에 의해 수화반응이 현저히 지연되어 강도특성 및 폴리머의 필름형성도 늦어지게 된다. 이러한 문제를 개선하고자, 광물조성 중에 특정량의 유리 CaSO₄를 인위적으로 존재하도록 한 아윈계 클링커 분쇄물과 포틀랜드 시멘트, 석고, 응결조절제, 경화촉진제 등을 적절하게 혼합하여 제조한 방법(등록특허 10-0755272)도 제안되고 있으나, 기술된 바와 같은 특성으로 인해 초속경 폴리머콘크리트 제조시 초기에 소요강도를 얻기 위해서는 초기 수화특성이 우수한 초속경 시멘트가 사용되어야 하고, 초속경시멘트가 반응할 때까지 콘크리트의 내외부간 균질한 습윤상태를 유지하여 표면부의 겉마름 현상을 없애주어야 하며, 경화 후 강도와 접착력, 방수성 등의 다양한 변수가 존재하는 이유로, 보다 우수한 강도발현, 경화촉진 등을 위해서는 재료 및 배합설계에 기초한 다양한 도로포장 시공방법의 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 폴리머 라텍스를 이용한 도로보수용 속경성 콘크리트 조성물과는 달리, 폴리머 사용량이 많은 배합에서 수화도가 우수한 초속경 시멘트를 제조하고 자외선에 안정성이 우수한 아크릴 디스퍼전에 소수성과 시멘트와의 상용성을 향상시킬 수 있는 특성을 부여하여 교면포장 및 보수재료의 품질을 속경성 콘크리트 요구물성에 맞도록 경제적인 배합 조성물을 도출함으로써 시공시 작업성과 강도증진, 내구성, 경제성이 개선된 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 시공현장에 안전시설물을 배치하여 교통을 차단하는 제1 단계와; 노면의 콘크리트 절삭 및 열화된 콘크리트를 제거하는 제2 단계와; 노면의 이물질 제거 및 표면을 건조시키는 제3 단계와; 초속경 방수시멘트, 골재, 개질 아크릴 폴리머 및 물을 믹싱하여 도로포장재 조성물을 제조하는 제4 단계와; 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 순차적으로 노면에 평탄하게 포설하는 제5 단계와; 포설된 상기 도로포장재 조성물을 양생하는 제6 단계와; 시공현장의 안전시설물 및 주변 정리 후 교통을 개방하는 제7 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 초속경 방수시멘트는 칼슘설포알루미네이트(3CaOㆍ3Al₂O₃ㆍCaSO₄)를 포함하는 아윈계 클링커 분말과, 무수석고 및 반수석고가 혼합된 석고분말과, 포틀랜드 시멘트와, 실리카흄을 포함하거나, 고유동화제, 응결지연제, 경화촉진제, 실란으로 처리된 방수용 분말수지, 수축저감제 및 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방수용 분말수지는 시멘트 또는 콘크리트 내 Si와 반응하는 실란을 유화시켜 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 에멀젼과 합성한 다음 분말화하여 제조되고, 상기 수축저감제는 습윤기능을 갖는 글리콜계 수축저감제인 것을 특징으로 한다.

추가로 상기 제6 단계에서는 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트 포설 후 타이닝하는 작업이 수행되며, 상기 제7 단계는 콘크리트상에 피막양생제를 도포하는 피막양생단계와, 피막양생제가 도포된 콘크리트상에 젖은 양생포와 비닐을 순차적으로 덮는 습윤양생단계와, 상기 양생포 및 비닐 제거 후 양생하는 기건양생단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법은 종래의 폴리머 라텍스를 이용한 도로보수용 속경성 콘크리트 조성물과는 달리, 방수성과 초기 수화율을 높이도록 제조된 초속경 시멘트와, 시멘트와의 상용성을 높이면서 자외선에 내구성이 강한 아크릴계 폴리머를 폴리에틸렌 왁스 에멀전으로 개질한 개질 아크릴 폴리머를 사용함으로써, 타설 후 표면마감공정에서 표면의 습윤상태를 유지하여 겉마름 현상을 감소시키고 시공시의 작업성과 강도증진, 내구성 등을 개선시킬 수 있다.

이하, 실시예를 참조로 하여 본 발명에 따른 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법은 기본적으로 시공현장에 안전시설물을 배치하여 교통을 차단하는 제1 단계와, 노면의 콘크리트 절삭 및 열화된 콘크리트를 제거하는 제2 단계와, 노면의 이물질 제거 및 표면을 건조시키는 제3 단계와, 초속경 방수시멘트, 골재, 개질 아크릴 폴리머 및 물을 믹싱하여 도로포장재 조성물을 제조하는 제4 단계와, 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 순차적으로 노면에 평탄하게 포설하는 제5 단계와, 포설된 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 양생하는 제6 단계와, 시공현장의 안전시설물 및 주변 정리 후 교통을 개방하는 제7 단계로 이루어진다.

상기 제1 단계에서는 싸인카, 안전로봇, 안전간판, 라바콘 등의 안전시설물을 도로포장을 위한 시공현장에 배치하여 신규 또는 보수 도로포장 구역을 시각적을 표시하여 교통을 차단하게 된다.

상기 제2 단계에서는 도로 포장을 위해 기존 구조물의 일부를 제거하는 작업이 수행되는데, 유지보수를 위한 기존 콘크리트 구조물의 일부 제거작업은 총공사량의 절반 이상의 에너지가 소모되는 중요한 단계로, 기존 콘크리트에 손상을 주지않고 열화된 콘크리트를 완전하게 제거하면서 짧은 공사기간에 최대한 많은 면적을 제거하는 것이 바람직하다.

이를 위한 절삭 작업의 투입장비로는 노면파쇄기, 덤프트럭, 스키드로더, 파워팩, 워터제트 로봇 등이 활용될 수 있으며, 여기서 노면파쇄기는 주로 아스팔트 교면포장층이나 철근 상면의 열화된 콘크리트를 신속하게 제거하기 위해 사용되고, 워터제트 로봇은 기존의 건전한 콘크리트에 손상을 주지않고 열화된 콘크리트를 선택적으로 제거하기 위해 사용된다.

상기 제3 단계에서는 콘크리트 구조물의 기능을 회복시키고 내구성을 증진시키는데 있어서 신구콘크리트간의 부착력이 매우 중요한 인자로 작용하게 되는 이유로, 근본적으로 도포 또는 포설 경계면에 부착능을 저해하는 이물질을 제거하는 과정이 수행되며, 이를 위해 종래 진공흡입트럭, 스키드로더, 덤프트럭, 오폐수처리기 등을 사용하여 절삭 이물질, 파쇄미립자, 고인 물 등을 제거하게 된다.

상기 제4 단계는 본 발명의 시공방법에서 가장 핵심적인 도로 포장재 조성물을 제조하는 과정으로, 이러한 도로 포장재 조성물은 초속경 방수시멘트, 골재, 개질 아크릴 폴리머 및 물을 혼합하여 제조된다.

여기서 상기 초속경 방수시멘트는 칼슘설포알루미네이트(3CaOㆍ3Al₂O₃ㆍCaSO₄)를 포함하는 아윈계 클링커 분말과, 무수석고 및 반수석고가 혼합된 석고분말과, 포틀랜드 시멘트와, 실리카흄을 포함하며, 이에 고유동화제, 응결지연제, 경화촉진제, 실란으로 처리된 방수용 분말수지, 수축저감제 및 소포제를 더 추가할 경우 보다 우수한 물성을 얻을 수 있다.

하기의 표 1은 칼슘설포알루미네이트를 중량비 30~60% 포함하고 블레인에 의한 비표면적이 4,000~8,000cm²/g 인 아윈계 클링커를 분쇄한 분말 40~60중량부에 대하여, 블레인에 의한 비표면적이 4,000이~6,000cm²/g이고 무수석고와 반수석고가 혼합된 석고분말 20~40중량부와, 블레인에 의한 비표면적이 3,500~4,500cm²/g인 보통 포틀랜드시멘트 20~40중량부와, 블레인에 의한 비표면적이 150,000~250,000cm²/g 인 실리카흄 3~15 중량부를 혼합하여 제조된 초속경 시멘트의 물성을 나타낸 것이다.

또한 상기 초속경 방수시멘트 100중량부에 대해, 고유동화제 0.3~1.0중량부와, 응결지연제 0.2~1.0중량부와, 평균입도 3~10㎛인 경화촉진제 0.1~1.0중량부와, 실란으로 처리된 방수용 분말수지 1.0~6.0중량부와, 수축저감제 0.2~1.0중량부와, 소포제 0.1~1.0중량부를 더 첨가할 시에 표 1의 초속경 방수시멘트보다 더욱 우수한 물성을 나타내었다.

여기서 상기 방수용 분말수지는 시멘트 또는 콘크리트 내 SiO₂와 반응하는 실란을 유화시켜 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 에멀젼과 합성한 다음 분말화하여 제조된 것으로, 보통 콘크리트 내 존재하는 기포(capillary pore)는 친수기인 OH 그룹이 수분과 쉽게 접촉하게 되지만 실란이 존재하게 되면 OH 그룹과 먼지 실란이 결합한 다음 기포 내 표면에 하이드로카본 그룹(알킬)을 형성하여 수분이 유입될 때 발수특성을 나타내게 되는 이유로 기술된 바와 같이 가공된 방수용 분말수지를 사용하게 되며, 알킬트리알콜시실란을 유화시켜 스프레이 건조방식으로 분말화한 것임에 따라 초속경 방수시멘트에 사용하면 분말도가 높음으로 인해 발생하는 점도상승 현상과 기포가 갇히게 되는 현상을 감소시킬 뿐만 아니라 미장성을 부드럽게 해주며 경화 후 콘크리트 조직 내에서 방수특성을 극대화시키게 된다.

또한 상기 수축저감제는 습윤기능을 갖는 글리콜계 수축저감제로서, 초속경 폴리머 콘크리트 시공시 나타날 수 있는 현상 중에 분말도가 높은 초속경 방수시멘트와 나노 크기의 폴리머 입자가 혼합될 때 점도가 상승되며 끈적임이 증가하게 되는데, 외기에 노출된 현장에서 온도와 바람의 영향으로 인해 겉마름 현상이 증가하여 미장작업이 조금만 늦어져도 주름현상이나 표면의 잔균열이 증가하여 양생 후 표면처리 작업을 추가로 해야 하는 경우가 발생되기 때문에, 글리콜계 수축저감제, 예로써 2,2-Dimethyl-1,3-Propanediol의 고분자 물질을 첨가하여 각종 무기질 입자의 분산성 향상과 폴리머시멘트 슬러리의 습윤성을 증가시켜 작업 초기의 가사시간을 늘려주며, 표면에서의 급격한 수분이탈을 방지하여 표면의 균열발생을 현저히 감소시키게 된다.

한편으로 폴리머는 단독으로 접착력과 강도를 얻을 수 없고, 시멘트 또한 단독으로 접착력과 탄성을 얻을 수 없으나, 시멘트 혼화형 폴리머는 시멘트와 결합되어 시멘트와 폴리머가 가진 각각의 물성을 상호 보완하는 시너지 효과를 얻을 수 있다. 폴리머는 수분이 증발하면서 필름을 형성하는데, 이 폴리머 피막이 시멘트 입자 사이에 형성되어 접착력과 탄성을 갖게 된다. 폴리머와 시멘트를 혼합한 폴리머 시멘트 페이스트에서 시멘트는 폴리머가 피막을 형성하도록 돕는 결합제 기능을 하고, 또한 폴리머시멘트의 강도는 습윤과 건조과정을 반복하는 양생조건에서 시멘트의 재수화를 통해 강도가 더욱 증가하며, 이는 충분한 수화반응과 폴리머의 필름형성이 잘 이루어지기 때문이다. 폴리머가 피막을 형성하기 위해서는 폴리머 입자가 물의 모세관압력에 의해 변형 융착되어야 하며, 그 변형 융착은 일정온도 이상에서만 가능하다. 폴리머가 막을 형성하는데 필요한 최저의 온도를 최저조막온도(MFFT, Minimum Film Forming Temperature)라 한다. 폴리머 입자 사이에 모세관 압력이 작용하여 입자간 융착으로 피막을 형성하는 과정에서의 온도, 즉 조막온도(造溫度)가 최저조막온도 보다 높은 조건(조막온도>MFFT)에서 건조시키면 견고한 피막이 형성되나, 반대로 조막온도가 최저 조막온도보다 낮은 조건에서는(조막온도<MFFT) 2단계의 변형 융착이 진행되지 않고 백색분말이 되어 피막이 형성되지 않는다. 이것은 다시 높은 온도에서 양생하거나 가열하여도 양호한 피막이 형성되지 않는다. 통상의 폴리머 디스퍼전은 0℃ 이상에서 각각 고유의 최저조막온도를 갖고, 시판되고 있는 시멘트혼화용 폴리머의 최저 조막온도는 보통 0~5℃의 범위가 많다. 최저 조막온도를 가장 크게 지배하는 것은 폴리머의 유리전이온도(Tg, glass transition temperature)이다. 유리전이온도는 폴리머의 분자량이 작을수록 점차 낮아지고, 폴리머에 가소제(可塑劑)를 첨가하여도 그 양에 비례하여 낮아진다. 이와 같이 시멘트와 혼합하여 사용하는 폴리머는 사용하는 환경에 따라 요구물성이 다르며 최적의 제품을 선택하거나 제조하여 사용하여야 한다.

현재 초속경 LMC를 이용한 교량바닥판 포장보수 재포장시공지침에 의하면 SBR 라텍스의 품질기준을 아래의 표 2와 같이 제시하고 있으나, 일부 물성규격은 관련재료의 배합물성이나 시공품질의 관리항목으로 사용하기에 적합하지 않다.

항목	시험규격	단위	결과
고형분	KS M 6516-2006	%	46-49
200번체 잔유량	KSA ISO 13320-1	g/ℓ	0.5 이하
pH	KS M 6516-2006		8.5-12.0
동결-융해 안정성	FHWA-RD-78-35		0.1 이하
부타디엔함유량	FHWA-RD-78-35	%	30-40
비중	KS M 0004-1997
응고량	KS M 6030-2004	%	0.1이하
점도	KS M 6516-2006	Mpa.s	100이하
평균입자크기	FHWA-RD-78-35	Å	1400-2500
표면장력	KS M 6516-2006	dyn/cm.	50 이하

기술된 바와 같은 이유로 본 발명에서 사용되는 상기 개질 아크릴 폴리머는 검증된 폴리머 시멘트 연구자료에 근거를 두고 시멘트 혼화형 폴리머의 물성기준을 적용하여 조절된 것으로, 먼저 폴리머의 성분은 합성 시 평균입자 크기 100~300nm를 고려하여 아크릴계로 정하고, 시멘트와 혼합되기 때문에 강알칼리 분위기에서 폴리머의 pH 값 차이에 의한 충돌을 피하기 위해 내알칼리 처리가 되어있는 것으로 사용한다. 미립자의 시멘트와 혼합되기 때문에 시멘트와의 혼합성을 좋게 하고 재료 내의 기포를 연행시키지 않아야 하며, 폴리머의 사용량에 대한 기준은 폴리머 시멘트 비(P/C ratio, %)에 따라 제반물성이 달라지므로 1.0~2.0의 범위안에서 사용되는 것이 바람직하며, 하기의 표 3은 본 발명에 사용된 개질 아크릴 폴리머의 물성결과를 나타낸 것이다.

시험항목	표준	단위	기준	결과
고형분	KS M 6516-2006	%	46-49	50
200번체 잔유량	KSA ISO 13320-1	g/ℓ	0.5 이하	0.1
pH	KS M 6516-2006		8.5-12.0	9.2
동결-융해 안정성	FHWA-RD-78-35		0.1 이하	NA

비중	KS M 0004-1997			1.016
응고량	KS M 6030-2004	%	0.1이하	0.06
점도	KS M 6516-2006	Mpa.s	100이하	49
평균입자크기	FHWA-RD-78-35	Å	1400-2500	1600
표면장력	KS M 6516-2006	dyn/cm.	50 이하	37

상기 제5 단계는 기술된 바와 같은 본 발명의 도로포장재 조성물과 콘크리트를 순차적으로 노면에 평탄하게 포설하기 위한 것으로, 도로포장재 조성물의 경우 3~4 시간만에 실용강도를 발현하는 성질을 가짐에 따라 일반 콘크리트보다 작업 가사시간이 감소되므로 콜드 조인트(Cold Joint)를 방지하고 포설 및 마무리성을 유지하기 위해 현장에서 생산과 동시에 포설되는 것이 바람직하다.

이를 위해서 도로포장재 조성물 재료 각각을 분리된 빈(Bin)에 적재한 다음 현장에서 기존의 이동식 현장믹서기로 혼합 및 배출 작업을 동시에 수행하여 작업성을 유지하게 되는 한편, 도포포장재 조성물 및 콘크리트의 포설 평탄성을 확보하기 위해 포장기계(Paver), 포설공, 미장공, 브루밍(Brooming) 작업원 등의 장비 및 인력을 활용하게 된다.

추가로 상기 제5 단계에서는 도로포장재 조성물 및 콘크리트 포설 후, 기계 또는 인력을 통한 타이닝 작업을 수행하여 노면상에 그루브를 형성할 수도 있다.

상기 제6 단계는 양생과정에서 포설된 콘크리트상에 균열이 일어나지 않도록 하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 피막양생제를 도포하는 피막양생단계와, 피막양생제가 도포된 콘크리트상에 젖은 양생포와 비닐을 순차적으로 덮는 습윤양생단계와, 양생포 및 비닐 제거 후 양생하는 기건양생단계로 이루어지며, 콘크리트 포설 후 또는 타이닝 형성 후 즉시 피막 양생제를 1.5ℓ/㎡ 양으로 도포하여 급속한 수분 증발을 억제하고, 습윤양생 및 기건양생은 3~4시간에 걸쳐 이루어지도록 한다.

마지막으로 상기 제7 단계는 도로를 개통하기 이전에 시공현장에서 사용되었던 안전시설물, 장비, 자재 등을 도로상에서 완전히 제거하고 콘크리트 부스러기와 같이 차량에 손상을 줄 수 있는 이물질을 깨끗히 정리하기 위한 것이다.

<실시예>

아윈계 클링커를 분쇄한 분말 50중량부에 대하여, 무수석고와 반수석고가 혼합된 석고분말 30중량부와, 보통 포틀랜드시멘트 30중량부와, 실리카흄 8중량부를 혼합하여 초속경 방수시멘트를 제조한 다음, 그 초속경 방수시멘트 100중량부에 대해, 고유동화제 0.6중량부와, 응결지연제 0.6중량부와, 경화촉진제 0.6중량부와, 실란으로 처리된 방수용 분말수지 3.0중량부와, 수축저감제 0.6중량부와, 소포제 0.6중량부를 더 첨가하여 도로 포장재 조성물을 제조하여 본 발명에 따른 시공방법에 적용하였으며, 아래의 표 4는 상기 도로 포장재 조성물로 제조된 콘크리트의 물성시험 결과를 나타낸 것이다.

시험항목	시험규격	단위	기준	결과
응결시간(초결)	KS F 2436:2007	시:분	제출자료	45
응결시간(초결)	KS F 2436:2007	시:분	배합설계자료	45
압축강도(4시간)	KS F 2405:2005	MPa	21이상	26.3
압축강도(1일)	KS F 2405:2005	MPa	(개방시간 기준)	31.1
압축강도(7일)	KS F 2405:2005	MPa		34.8
휨강도(4시간)	KS F 2408:2000	MPa	3.15이상	5.73
휨강도(1일)	KS F 2408:2000	MPa	(개방시간 기준)	5.94
휨강도(7일)	KS F 2408:2000	MPa		6.59
부착강도(4시간)	ASTM C 1583	MPa	1.4이상	1.8
부착강도(1일)	ASTM C 1583	MPa	(개방시간 기준)	2.6
부착강도(7일)	ASTM C 1583	MPa		3.1
길이변화율(21일)-경화수축	ASTM C 157	%	0.15이하	0.0461
염소이온침투저항성 통과전하량(21일)	ASTM C 1202	Coulomb	2000이하	124
스케일링저항성(56cycles)	SS 13 7244 A법	kg/m²	1.0이하	0.1
1cycle = 1일	SS 13 7244 A법	kg/m²	1.0이하	0.1
상대동탄성계수(동결융해,300cycles)	ASTM C 666	%	80 이상	85
탄성계수(7일)	ASTM C 469	Mpa	3.4~7.0*103	29790
마모저항성	ASTM C 779	mm	15이하(30분)
ASR저항성	ASTM C 1260	%	0.15이하
열팽창계수	AASHTO TP 60		0.80~12.0*10^-6/℃
방수성(물흡수량)	KS F 4926
균열촉진시험(균열개시 시기)	ASTM A 501 O-RING
균열촉진시험(균열폭)	STM A 501 O-RING

표 4를 참조로 하면, 실시예에 따른 실험결과 본 발명의 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물을 시공한 물성결과가 기존의 물성기준 이상으로 나타났을 뿐만 아니라 작업성도 우수한 것으로 나타났으며, 특히 염분에 대한 침투저항성(염소이온 투수성)은 일반적으로 그 값이 4,000 coulombs 이상이면 염소이온 투수가 매우 높아 불량한 것으로, 4,000에서 2,000 coulombs 범위이면 보통수준으로, 2,000에서 1,000 coulombs 범위이면 낮은 수준으로, 1,000에서 100 coulombs 범위이면 매우 낮은 수준으로, 100 coulombs 이하이면 투수가 되지 않는 조건으로 평가하는데, 본 발명에 따른 도로포장재의 경우 염분에 대한 침투저항성이 124 coulombs로서 내염성이 아주 우수하게 나타났다.

기술된 바와 같은 본 발명에 따른 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법에 의한 시공성, 안전성, 경제성 및 적용범위에 대해 살펴보면 하기의 표 5와 같다.

시공성	안전성	경제성	적용범위
재료 혼합성 향상으로 초기 수화반응성 우수	신구 콘크리트간 완전 접착	반복적인 긴급보수 감소로 유지관리비용 절감	교량 바닥판 콘크리트 보수 및 재포장
배합재료의 습윤성 향상으로 표면마감성 우수	시공 이음부 줄눈 설치 불필요	반복적인 긴급보수 감소로 유지관리비용 절감	아스팔트 교면포장 보수 및 재포장
충분한 타설 및 마감 작업시간 확보 용이	기존 바닥판 콘크리트와 일체화 거동	기존 유사기술보다 적은 공사비로 도로주행성 확보 및 공용 수명증진	콘크리트 포장 도로 보수
시공 3~5시간 후 교통개방 가능	구조적 기능회복 및 보강효과	기존 유사기술보다 적은 공사비로 도로주행성 확보 및 공용 수명증진	콘크리트 포장 광장부 보수 및 재포장
기계화 시공 가능	방수 및 균열저항성 등이 우수	교통차단시간 및 횟수 최소화로 사용자 비용 절감	옥외 대형 주차장
일반 콘크리트와 취급이 동일한 작업성 유지	방수 및 균열저항성 등이 우수	교통차단시간 및 횟수 최소화로 사용자 비용 절감	콘크리트 세그먼트

Claims

삭제
삭제
시공현장에 안전시설물을 배치하여 교통을 차단하는 제1 단계와;
노면의 콘크리트 절삭 및 열화된 콘크리트를 제거하는 제2 단계와;
노면의 이물질 제거 및 표면을 건조시키는 제3 단계와;
초속경 방수시멘트, 골재, 개질 아크릴 폴리머 및 물을 믹싱하여 도로포장재 조성물을 제조하는 제4 단계와;
상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 순차적으로 노면에 평탄하게 포설하는 제5 단계와;
포설된 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트를 양생하는 제6 단계와;
시공현장의 안전시설물 및 주변 정리 후 교통을 개방하는 제7 단계;로 이루어지되,
상기 초속경 방수시멘트는 칼슘설포알루미네이트(3CaOㆍ3Al₂O₃ㆍCaSO₄)를 포함하는 아윈계 클링커 분말과, 무수석고 및 반수석고가 혼합된 석고분말과, 포틀랜드 시멘트와, 실리카흄을 포함하며, 고유동화제, 응결지연제, 경화촉진제, 실란으로 처리된 방수용 분말수지, 수축저감제 및 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법.
청구항 3에 있어서,
상기 방수용 분말수지는 시멘트 또는 콘크리트 내 SiO₂와 반응하는 실란을 유화시켜 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 에멀젼과 합성한 다음 분말화하여 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법.
청구항 3에 있어서,
상기 수축저감제는 습윤기능을 갖는 글리콜계 수축저감제인 것을 특징으로 하는 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제6 단계에서는 상기 도로포장재 조성물 및 콘크리트 포설 후 타이닝하는 작업이 수행되는 것을 특징으로 하는 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법.
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제7 단계는,
콘크리트상에 피막양생제를 도포하는 피막양생단계와;
피막양생제가 도포된 콘크리트상에 젖은 양생포와 비닐을 순차적으로 덮는 습윤양생단계와;
상기 양생포 및 비닐 제거 후 양생하는 기건양생단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질 아크릴 폴리머를 이용한 초속경 방수콘크리트 도로포장재 조성물의 시공방법.