KR101144210B1 - 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 초속경 시멘트, 골재 및 개질 유황 결합재를 포함하되, 개질 유황 결합재는 유황과 유황의 개질제로서 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔계 개질제 0.1~100 중량%와 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류 또는 알킬아민류 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 개질 유황 결합재인 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 제공된다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 조성물의 미세한 균열의 발생을 억제하여 콘크리트의 수밀성을 증가시켜 콘크리트 구조물의 내구 성능을 향상시킬 수 있고, 상대적으로 비용이 저렴하여 다양한 분야에 널리 이용할 수 있는 장점이 있다.
개질, 유황, sulfur, 초속경, 콘크리트

Description

개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법{Very-early-strength exerting cement concrete composition by using modified sulfur binder and method for fabricating thereof}
본 발명은 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 100℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한 물성을 가지는 개질 유황 결합재를 이용하여 제조되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유황(sulfur)은 비금속 원소 중의 하나로써 천연 유황도 존재하나, 원유나 천연 가스의 탈황 과정 등에서 많이 발생된다.
원유나 천연 가스의 탈황 과정에서 발생되는 유황을 단순한 산업 폐기물로 처리하기 보다는 이를 다양한 산업 분야에 활용하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.
특히, 최근 유황을 종래의 건설 자재를 대신하여 또는 함께 이용하여 건설 자 재의 성능을 향상시키는 기술이 개발되어 이용되고 있다.
그러나 유황의 물성은 119℃ 이상의 온도에서 용해되고 상온에서는 고체인 성질을 가진다.
또한, 인화점이 207℃이고, 자연 발화 온도가 245℃로서 착화성을 가지는 등의 문제점이 있어, 건설용 자재 등 실제 다양한 산업 분야에 이용하기에는 어려운 단점이 있었다.
이러한 단점을 개량하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있으나, 유황의 물성상 반응 제어가 곤란하고 상온에서 급격하게 고상화되어 성형할 수 없는 등의 단점이 있다.
이러한 유황의 단점을 개선하여 다양한 산업 분야에 이용하고자 유황에 다양한 물질을 첨가하여 물성을 개선한 개질 유황 결합재에 대한 많은 연구와 개발 노력이 있으나 여전히 반응 제어가 곤란하고 상온에서 급격하게 고상화되어 성형할 수 없는 등의 단점을 가지고 있다.
이에 본 발명자는 종래의 개질 유황 결합재의 문제점을 극복할 수 있는 개질 유황 결합재 및 그 제조 방법 등에 관하여 2007년 6월 25일 특허출원(한국특허출원번호 제10-2007-0062430호)하였으며, 2009년 8월 4일(한국등록특허번호 제10-0911659호)에 특허등록하였다.
본 발명자가 개발하여 특허출원 및 등록한 개질 유황 결합재는 물의 증발 온도인 100℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한 물성을 지니며, 소수성을 가지는 개질 유황 결합재를 100℃ 이하의 물에 완전 용해 시킬 수 있게 되었다.
또한, 유황과 첨가물의 첨가량의 범위에 따라 변화를 줄 수 있으며, 강도, 방수성, 내화학성, 탄성, 내화성 및 비폭열성 등에서 우수한 성능을 가지게 되었다.
한편, 초속경 시멘트는 일반적으로 제트 시멘트 등으로도 불리우며, 2~3시간에 압축강도 100~200kgf/cm2에 이르는 특수 시멘트의 한 종류로서, 조기 강도 발현이라는 점에서는 조강 시멘트와 유시한 점이 있으나, 응결 시간이 2~3시간 내라는 매우 짧은 응결 시간을 가지고, 발현 강도가 조강 시멘트의 경우 일반 보통 시멘트보다 강한 것에 비해 상대적으로 조강 시멘트보다 낮은 보통 시멘트의 강도를 가지는 시멘트이다.
이러한 초속경 시멘트 콘크리트는 보통 일반 시멘트 콘크리트에 비해 단시간에 강도를 발현할 수 있어 초속경 시멘트를 이용하여 콘크리트 조성물을 형성함으로써, 시간을 단축하여야 하는 다양한 분야에 이용되고 있다.
예를 들면, 시멘트 콘크리트로 포장된 도로의 보수 공사시 초속경 시멘트 콘크리트를 이용함으로써 교통 차단 시간을 줄이는 등의 효과를 얻을 수 있어, 활주로 보수 공사, 일반 토목, 건축 공사 등에서도 널리 이용되고 있다.
그러나, 이러한 초속경 시멘트 콘크리트는 통상의 일반 시멘트 콘크리트와 비교하여 조기 강도 발현을 위해 높은 수화열이 발생하여, 콘크리트 내의 열과 수분의 이동에 따라 온도 응력과 수축으로 미세한 균열이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 미세한 균열로 인하여 콘크리트의 투수성을 증가시켜 콘크리트 구조물의 내구 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 초속경 시멘트의 제조 비용이 높아 도로의 긴급 보수 공사나 활주로의 긴급 보수 공사 등에만 제한적으로 사용되는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 미세한 균열의 발생을 억제하여 콘크리트의 수밀성을 증가시켜 콘크리트 구조물의 내구 성능을 향상시킬 수 있는 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법을 제안하는 것이다.
또한, 상대적으로 비용이 저렴하여 다양한 분야에 널리 이용될 수 있는 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 초속경 시멘트; 골재; 및 개질 유황 결합재를 포함하되, 상기 개질 유황 결합재는 유황과 상기 유황의 개질제로서 상기 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%와 상기 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 개질 유황 결합재인 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 제공된다.
상기 개질 유황 결합재는, 상기 개질 유황 결합재에 유황, 올리고머(oligomer) 및 디씨클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 사용하여 생성되는 또 다른 개질 유황 결합재가 혼합된 개질 유황 결합재일 수 있다.
상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 광물성 분말을 더 포함할 수 있다.
상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지 중 적어도 하나의 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 슬래그(slag), 실리카 흄(silica fume) 및 플라이 애쉬(fly ash) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 응결 조절제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르면, 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법에 있어서, 물, 개질 유황 결합재, 초속경 시멘트 및 골재를 혼합하는 단 계를 포함하되, 상기 개질 유황 결합재는 유황과 상기 유황의 개질제로서 상기 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%와 상기 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 개질 유황 결합재인 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법이 제공된다.
상기 개질 유황 결합재는, 상기 개질 유황 결합재에 유황, 올리고머(oligomer) 및 디씨클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 사용하여 생성되는 또 다른 개질 유황 결합재가 혼합된 개질 유황 결합재일 수 있다.
상기 혼합하는 단계는, 상기 개질 유황 결합재를 용융하는 단계를 더 포함하여 수행될 수 있다.
그리고, 상기 혼합하는 단계에서 상기 골재는 세골재 및 조골재를 포함하고, 상기 혼합하는 단계는, 상기 세골재와 상기 물의 양 중 일부를 혼합하는 단계; 상기 용융된 개질 유황 결합재를 상기 물과 배합된 세골재와 배합하는 단계; 및 상기 조골재와 상기 초속경 시멘트를 배합하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 혼합하는 단계는, 광물성 분말을 더 포함하여 수행될 수 있다.
상기 혼합하는 단계는, 에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지 중 적어도 하나의 수지를 더 포함하여 수행될 수 있다.
상기 혼합하는 단계는, 슬래그(slag), 실리카 흄(silica fume) 및 플라이 애쉬(fly ash) 중 적어도 하나를 더 포함하여 수행될 수 있다.
상기 혼합하는 단계는, 응결 조절제를 더 포함하여 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법에 의하면, 콘크리트 조성물의 미세한 균열의 발생을 억제하여 콘크리트의 수밀성을 증가시켜 콘크리트 구조물의 내구 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상대적으로 비용이 저렴하여 다양한 분야에 널리 이용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하 나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저 본 발명의 설명에서 우리가 흔히 부르는 콘크리트의 경우 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화 반응을 이용하여 골재를 혼합하여 조성되는 시멘트 콘크리트 또는 시멘트 콘크리트 조성물이 보다 정확한 표현이나 줄여서 콘크리트 또는 콘크리트 조성물이라는 명칭도 혼용하여 사용하기로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트로 조성되는 시멘트 콘크리트 조성물에 개질 유황 결합재를 혼합함으로써 제조된다.
그리고 본 발명에서 이용되는 개질 유황 결합재는 전술한 본 발명자가 개발하여 특허출원 및 등록한 물의 증발 온도인 100℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능하 며, 소수성을 가지는 개질 유황 결합재를 100℃ 이하의 물에 완전 용해 시킬 수 있는 개질 유황 결합재 또는 이에 다른 물질들을 혼합한 개질 유황 결합재일 수 있다.
그리고 이러한 개질 유황 결합재는 보다 바람직하게는 유황과 이 유황의 개질제로서 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%과 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 것일 수 있다.
그리고 디시클로 펜타디엔계 개질제는 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene: DCPD) 단독 혹은 DCPD에 시클로 페타디엔(cyclo pentadiene: CPD), DCPD 유도체, CPD 유도체 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물일 수 있다.
또한, DCPD 단독 또는 DCPD에 CPD, DCPD 유도체, CPD 유도체 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물에 디펜텐(dipentene), 비닐 톨루엔(vinyl toluene), 스티렌 모노머(styrene monomer), 디시클로 펜텐(dicyclo pentene) 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물일 수 있다.
그리고 헤테로 고리 아민류는 피리딘(pyridine), 피리딘의 동족체, 피리딘의 이성질체, 피리딘의 동족체의 이성질체, 퀴놀린(quinoline), 이소퀴놀린(isoquinoline), 아크리딘(acridine), 피롤(pyrrole)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또한, 이러한 개질 유황 결합재에 다른 물질들이 더 첨가된 개질 유황 결합재일 수 있다.
다른 물질들은 예를 들면, 광물성 분말로서 천연 골재, 인공 골재, 슬래그(slag), 석탄재, 플라이 애쉬(fly ash), 실리카 흄(silica fume) 등 다양한 광물성 미분말이 가능하며, 그 중량비는 개질 유황 결합재 100 중량%에 대하여 20~50% 중량비를 가지고 그 입경은 70마이크론(μm)인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이러한 개질 유황 결합재에 첨가되는 다른 물질은 개질 유황 결합재와는 다른 물성을 가진 또 다른 개질 유황 결합재도 가능하다.
도 1은 개질 유황 결합재에 첨가되는 다른 물질이 전술한 개질 유황 결합재와는 다른 물성을 가진 또 다른 개질 유황 결합재인 경우 이를 생성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 개질 유황 결합재 1은 전술한 유황과 이 유황의 개질제로서 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%과 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 것이다.
그리고, 개질 유황 결합재 2는 이러한 개질 유황 결합재와는 다른 조성 및 물성을 가지는 개질 유황 결합재이다.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 본 발명자에 의해 개발되어 특허출원된 개질 유황 결합재를 개질 유황 결합재 1로 명칭하기로 한다.
그리고 개질 유황 결합재 2는 본 발명자에 의해 개발되어 특허출원된 개질 유황 결합재와는 다른 개질 유황 결합재로서 예를 들면, 종래의 올리고머(oligomer) 와 디씨클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 유황에 결합하여 생성되는 개질 유황 결합재일 수 있다.
한편, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 이러한 본 발명자에 의해 개발되어 특허출원된 개질 유황 결합재와는 다른 개질 유황 결합재를 개질 유황 결합재 2로 명칭하기로 한다.
이러한 개질 유황 결합재 2는 일반적으로 적어도 100℃를 초과하는 온도에서 융용 및 재융용이 이루어진다.
한편, 개질 유황 결합재 1과 2에는 다른 물질들이 더 첨가될 수도 있다.
그리고 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2는 모두 첨가되는 물질의 첨가량의 범위에 따라 물성을 조절할 수 있다.
따라서 도 1에 도시된 바와 같이 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2를 혼합하여 새로운 개질 유황 결합재(이하, 설명의 편의를 위해 개질 유황 결합재 3으로 명칭하기로 한다)를 만들어 물성을 조정하는 것이 가능하다.
또한, 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2 외에 다른 첨가물을 추가적으로 첨가하는 것도 가능하며 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2의 배합 비율 및 추가적으로 첨가되는 다른 첨가물의 배합 비율도 다양하게 설정 가능하다.
그리고 물성의 조절은 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2의 배합 비율에 따라 달라질 수 있으며, 또한 혼합 과정에서 다른 첨가물을 더 첨가함으로써 물성을 조정하는 것도 가능하다.
그리고 혼합 과정에서 다른 첨가물은 전술한 바와 같이 예를 들면, 광물성 미 분말로서 천연 골재, 인공 골재, 슬래그, 석탄재, 플라이 애쉬(fly ash) 등 다양한 광물성 분말이 가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
뿐만 아니라 개질 유황 결합재에서 유황 특유의 냄새를 제거하기 위한 다양한 종류의 방향 성분을 개질 유황 결합재 1 내지 3에 첨가물로서 포함하는 것도 가능하다.
한편, 도 1에서는 개질 유황 결합재 2가 100℃를 초과하는 온도에서 융용 및 재융용이 이루어지므로 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2의 혼합을 위해 용융 혼합이 이루지는 것으로 도시하였다.
그러나 개질 유황 결합재 1은 100℃ 이하의 온도를 가지는 물에서 녹을 수 있는 수경성을 가지므로 개질 유황 결합재 1을 물에 녹이는 방법 등으로 액상으로 형성하고 개질 유황 결합재 2를 용융하여 액상으로 형성한 후 이를 상호 혼합하는 방법도 가능하다.
그리고 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2의 배합 비율은 다양하게 설정 가능하며, 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2가 함께 배합되는 경우라면 아무런 제한이 없음은 전술한 바와 같다.
한편, 본 발명에서는 개질 유황 결합재 1을 단독으로 또는 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2를 결합하여 생성되는 개질 유황 결합재 3을 개질 유황 결합재로서 사용하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조한다.
개질 유황 결합재를 투입하는 것을 제외하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하는 방법은 종래의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하는 것이 가능하다.
한편, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 및 시공에 대해서는 종래의 초속경 시멘트 콘크리트의 표준 시방서에 준하여 이루어질 수 있으며, 다만 바람직하게는 초속경 시멘트 콘크리트의 조성시 투입되는 혼화재와 함께 개질 유황 결합재를 투입할 수 있다.
물론 종래의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법과 다른 방법으로 제조하는 것도 가능할 것이나 종래의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법을 그대로 이용함으로써 종래의 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 설비나 장비 등을 그대로 이용하면서 성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조가 가능하게 되는 이점이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조시 배합비는 다양하게 가능하나 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 널리 사용되는 교면 포장의 보수 공사에는 바람직하게는 다음 [표 1]과 같은 배합비에 따라 이루어질 수 있다
[표 1]
콘크리트종류 물(kg) 시멘트(kg) 모래(kg) 굵은 골재(kg) 개질유황결합재(kg)
13/27/20 170 400 632 1223 28
[표 1]은 콘크리트의 종류가 골재치수가 13mm이고 압축강도가 27MPa이며, 슬럼프가 20cm인 콘크리트 조성물을 조성하는 경우의 배합비이다.
이러한 배합은 가장 환경이 나쁘다고 평가되는 동절기에서의 배합을 기준으로 한 것이며, 또한 한국도로공사의 교량 바닥판 및 도로포장 보수, 재포장 시공 지침에 따른 배합비를 기준으로 한 것이다.
이러한 배합비는 교면 포장의 보수 공사에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 예시에 불과하며, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조시 혼합되는 초속경 시멘트 또는 초속경 시멘트 콘크리트 혼합물은 아무런 제한이 없으며, 개질 유황 결합재와의 배합 비율도 아무런 제한이 없다.
초속경 시멘트와 골재 및 개질 유황 결합재 외에 다른 첨가물을 추가적으로 첨가하는 것도 가능하며 초속경 시멘트와 골재 개질 유황 결합재의 배합 비율 및 추가적으로 첨가되는 다른 첨가물의 배합 비율도 다양하게 설정 가능하다.
그리고 물성의 조절은 초속경 시멘트와 골재 및 개질 유황 결합재의 배합 비율에 따라 달라질 수 있으며, 또한 혼합 과정에서 다른 첨가물을 더 첨가함으로써 물성을 조정하는 것도 가능하다.
한편, 골재는 모래와 굵은 골재로 나눌 수 있으며, 모래와 같은 입자의 크기가 작은 골재를 세골재 또는 잔골재라고 표현하고, 상대적으로 입자가 큰 골재를 조골재 또는 굵은 골재라고 표현하기도 한다.
이하에서는 골재라 함은 이러한 세골재 또는 조골재를 모두 포함하는 골재로서, 세골재의 경우 모래 등의 표현도 혼용하여 사용하기로 한다.
한편, 이러한 개질 유황 결합재의 혼합으로 종래의 초속경 시멘트 콘크리트에 비해 방수성, 전기 절연성, 접착성 및 화학적 안정성을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한, 초속경 시멘트 콘크리트의 본래의 목적인 조기 강도 발현도 달성할 수 있게 된다.
한편, 초속경 시멘트 콘크리트의 경우 조기 강도 발현을 위해 초기 수화 현상이 증가되어 작업성이 낮아질 수 있게 되어 지연제를 투입하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에도 지연제를 투입하고 전술한 [표 1]과 같은 배합비로 초기 강도 발현에 대한 시험을 수행한 결과 지연제를 시멘트량의 0.5%를 투입하는 것이 가장 바람직할 수 있다.
[표 1]과 같은 배합비에 지연제를 시멘트량의 0.5%를 투입하고 강도 발현을 시험한 결과는 [표 2]와 같다.
[표 2]
유황분산
온도		 토출
온도		 워커
빌리티		 3시간 강도 4시간 강도 5시간 강도 28일
강도		 휨
강도
16.3 ℃ 15.5 ℃ 양호 21.6 218 258 322 53.4
한편, 전술한 [표 1]은 한국도로공사의 교량 바닥판 및 도로포장 보수, 재포장 시공 지침에 따른 배합비를 기준으로 한 것으로서, 동일한 지침에 의하면, 교면 포장의 보수 등을 위한 초속경 시멘트 콘크리트의 경우 4시간 발현 강도가 210kgf/cm2(=21MPa)이상 재령 28일 발현 강도 300 kgf/cm2(=21MPa)이상이어야 하며, 휨 강도의 경우 45 kgf/cm2(=4.5MPa)이상이어야 한다.
[표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 경우 동절기 배합에도 불구하고 우수한 조기 강도 발현 효과를 나타내었다.
특히 개질 유황 결합재의 투입으로 본래 목적한 강도인 300kgf/cm2 이상의 강도를 발현하게 되었다.
따라서 본래 목적한 강도보다 상대적으로 낮은 강도를 발현하는 초속경 시멘트를 사용하더라도 본래 목적한 강도를 나타낼 수 있게 되므로 상대적으로 비용 절감 효과를 가져올 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 개질 유황 결합재의 특성으로 인하여 미세 균열의 발생도 현저하게 줄어들게 된다.
따라서 도로 포장의 보수 공사 등에 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 도로 포장의 보수 공사 등을 수행하는 경우 개질 유황 결합재가 가지는 접착력으로 인하여 방수성의 증가와 함께 탄성으로 인하여 차량 주행시 소음 및 저항을 더욱 줄여 줄 수 있게 된다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법을 살펴보기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 개질 유황 결합재에 초속경 시멘트 및 골재를 더 혼합함으로써 제조될 수 있다.
먼저 개질 유황 결합재는 개질 유황 결합재 1을 단독으로 또는 개질 유황 결합재 1과 개질 유황 결합재 2를 결합하여 생성되는 개질 유황 결합재 3일 수 있음은 전술한 바와 같다.
초속경 시멘트는 보통 일반 시멘트에 비해 단시간에 강도를 발현할 수 있는 시멘트로서, 보다 상세하게는 KSL 5201 보통 시멘트인 1종 시멘트의 7일 강도를 3시간에 발현하는 시멘트일 수 있다.
골재는 전술한 모래, 자갈, 쇄석뿐만 아니라 재활용이 가능한 산업 폐기물, 석탄회, 규사, 실리카, 석영분, 점토 광물 및 유리 분말 등 다양한 종류가 가능하다.
한편, 도 2에서는 액상의 개질 유황 결합재에 초속경 시멘트, 골재를 함께 혼합하여 초속경 시멘트 콘크리트를 생성하는 것으로 예시하였으나, 개질 유황 결합재를 분말의 형태로 조성하고, 조성된 개질 유황 결합재를 물과 함께 초속경 시멘트와 골재를 혼합하여 초속경 시멘트 콘크리트를 생성하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 개질 유황 결합재, 초속경 시멘트, 골재 외에 다른 물질들을 추가적으로 포함하여 개질 유황 초속경 시멘트 콘크리트를 형성하는 것도 가능하며, 추가되는 물질은 에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지와 같은 수지도 포함될 수 있다.
그리고 전술한 광물성 분말로서 천연 골재, 인공 골재, 슬래그(slag), 석탄재, 플라이 애쉬(fly ash), 실리카 흄(silica fume) 등 다양한 광물성 미분말을 더 포함하는 것도 가능하다.
한편, 초속경 시멘트 콘크리트의 제조 방법은 전술한 바와 같이, 초속경 시멘트 콘크리트의 표준 시방서에 따라 수행될 수 있으며, 개질 유황 결합재는 초속경 시멘트 및 골재와 동시에 또는 이시에 투입할 수 있다.
뿐만 아니라, 보다 바람직하게는 다음과 같은 배합 방법을 수행하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하는 것도 가능하다.
먼저 전술한 [표 1]의 배합비에 따른 재료들을 준비하고 먼저 모래를 믹서기에 넣고 전체 물의 양 중 20%를 서로 배합한다.
그리고 용융된 개질 유황 결합재를 배합된 젖은 모래에 넣고 1분간 배합하여 개질 유황 결합재를 분산시킨다.
다음으로 개질 유황 결합재의 분산 온도를 확인하고, 골재와 초속경 시멘트를 넣어 약 30초간 배합한다.
필요한 경우 지연제를 녹인 물을 혼합하고, 2분간 배합한다.
다음으로 전체 배합 시간을 3분으로 하여 조성된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 믹서기로부터 토출한다.
이러한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 배합 순서는 예시에 불과하며, 전술한 바와 같이 다양한 방법으로 조성 가능하다.
한편, 지연제의 경우 응결 조절제로서 예를 들면 온도 등의 기후 조건이나 운반 거리 및 작업 난이도 등의 작업 조건에 따라 그 비율을 조정함으로써 강도 발현 시간을 조정하는 것이 가능하다.
한편, 이렇게 배합된 초속경 시멘트 콘크리트의 타설은 바람직하게는 콘크리트 배합 후 믹서기에서 토출된 콘크리트가 10~15분 이내에 운반, 타설 및 표면 마무리를 완료하는 것이 바람직하다.
그리고 표준 시방서에 따라 연속 타설을 준수하여, 전, 후 batch간 cold joint가 생기지 않도록 주의하며, 타설 콘크리트의 다짐은 진동 다짐기를 사용하되, 과도한 다짐을 피하고 경화가 진행중인 기 시공부분에 대한 다짐은 금하도록 한다.
또한, 경화가 빠르게 진행되므로 작업이 중단되지 않도록 하며, 경화 시작 후에는 물을 첨가하거나 재혼합하는 것을 방지한다.
한편, 이러한 개질 유황 결합재를 이용한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 경우 종래의 초속경 시멘트 콘크리트에 비해 방수성, 전기 절연성, 접착성 및 화학적 안정성을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한, 초속경 시멘트 콘크리트의 본래의 목적인 조기 강도 발현도 달성할 수 있으며, 본래 목적한 강도보다 상대적으로 낮은 강도를 발현하는 초속경 시멘트를 사용하더라도 본래 목적한 강도를 나타낼 수 있게 되므로 상대적으로 저강도 발현 초속경 시멘트의 사용이 가능하게 되어 비용 절감 효과를 가져올 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 개질 유황 결합재의 특성으로 인하여 미세 균열의 발생도 현저하게 줄어들게 되어, 기존의 초속경 시멘트 콘크리트의 문제점도 해결할 수 있게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조에 이용될 수 있는 개질 유황 결합재의 생성 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 생성 과정을 개략적으로 도시한 도면.

Claims (14)

  1. 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서,
    초속경 시멘트;
    골재; 및
    개질 유황 결합재를 포함하되,
    상기 개질 유황 결합재는 유황과 상기 유황의 개질제로서 상기 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%와 상기 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 개질 유황 결합재와,
    유황, 올리고머(oligomer) 및 디씨클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 사용하여 생성되는 또 다른 개질 유황 결합재가 혼합된 개질 유황 결합재인 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 광물성 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지 중 적어도 하나의 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 슬래그(slag), 실리카 흄(silica fume) 및 플라이 애쉬(fly ash) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 응결 조절제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법에 있어서,
    물, 개질 유황 결합재, 초속경 시멘트 및 골재를 혼합하는 단계를 포함하되,
    상기 개질 유황 결합재는 유황과 상기 유황의 개질제로서 상기 유황 100% 중량에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1~100 중량%와 상기 유황 100 중량%에 대하여 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 또는 알킬아민류(alkylamine) 0.01~200 중량%가 용융 혼합된 개질 유황 결합재와
    유황, 올리고머(oligomer) 및 디씨클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 사용하여 생성되는 또 다른 개질 유황 결합재가 혼합된 개질 유황 결합재인 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 개질 유황 결합재를 용융하는 단계를 더 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계에서 상기 골재는 세골재 및 조골재를 포함하고,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 세골재와 상기 물의 양 중 일부를 혼합하는 단계;
    상기 용융된 개질 유황 결합재를 상기 물과 배합된 세골재와 배합하는 단계; 및
    상기 조골재와 상기 초속경 시멘트를 배합하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    광물성 분말을 더 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지 중 적어도 하나의 수지를 더 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    슬래그(slag), 실리카 흄(silica fume) 및 플라이 애쉬(fly ash) 중 적어도 하나를 더 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    응결 조절제를 더 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 제조 방법.
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