KR101235091B1 - 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법 및 그로부터 제조된 합성라텍스를 포함한 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법 - Google Patents

고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법 및 그로부터 제조된 합성라텍스를 포함한 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시드 라텍스를 이용하여 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 등 3개의 주 모노머의 유화중합을 통해 고성능 콘크리트 및 몰탈용 터폴리머 합성라텍스를 제조함으로써 콘크리트 포장 및 구조물의 강도, 내구성 증진 및 수명연장 효과를 얻는 것을 특징으로 한다.

Description

고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법 및 그로부터 제조된 합성라텍스를 포함한 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법{Method of producing synthetic latex based styrene-propenoate terpolymer in the use of high performance concrete, and overlay pavement and reinforcing method for bridge deck using the high performance concrete with the synthetic latex}
본 발명은 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 시드 라텍스(seed latex)를 이용하여 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트(butyl 2-propenoate), 2-에틸헥실 2-프로페노에이트(2-ethylhexyl propenoate) 등 3개의 주 모노머를 유화중합하여 얻어지는 고성능 콘크리트용 터폴리머 합성라텍스의 제조방법 및 그로부터 제조된 합성라텍스를 포함한 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 도로 및 교면포장에 적용되는 스티렌과 부타디엔의 합성라텍스는 스티렌과 부타디엔을 주 모노머로 하여 진공 또는 밀폐형 고압 반응기를 통해 가교결합시키는 유화중합 코폴리머 합성라텍스 형태로서 대한민국등록특허공보 제4441055호에 이에 대한 개시가 되어 있다.
하지만 상기 스티렌과 부타디엔의 합성라텍스는 시멘트 혼화성 및 작업성을 부여하기 위해 다량의 친수성 유화제를 사용하게 되는데, 이로 인해 라텍스 자체의 저장안정성이 떨어져서 장기 저장할 경우 라텍스 입자의 상분리 발생 원인이 된다.
또한, 이로 인해 최종적으로 합성라텍스 개질 콘크리트에 적용될 경우, 시멘트와의 혼화성, 가사시간, 소성크랙(plastic crack), 포설된 부위별 방수성, 강도 및 내구성에 편차가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 일반적인 중합 반응기를 이용하고 새로운 주 모노머를 사용하여 주 모노머의 기능을 극대화시키고 유화중합용 구성성분을 조절함으로써, 콘크리트용 합성라텍스로서 요구되는 분산성, 강도 및 시멘트 혼화성 등의 물성이 우수한 고성능 콘크리트용 터폴리머 합성라텍스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 고성능 터폴리머 합성라텍스를 이용하여 제조된 고성능 콘크리트를 이용한 교면 보강공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 주 모노머로서 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 등 3종류를 포함한 터폴리머 합성라텍스의 유화중합용 구성성분을 중합 전 4단계로 나누어 미리 각각의 조성물 형태로 준비하여 투입하는 과정과 중합 후 잔여 조성물을 반응기에 일괄 투입하는 방법을 제공한다.
보다 구체적으로는 중합용 구성성분을 중합 전에 유화제 조성물(A), 모노머 조성물(B), 반응개시제(C), 반응종결 조성물(D) 형태로 미리 나누어 각각을 정량한 다음, 반응기에 순차적으로 투입하는 과정과 중합 반응 종료 후, 합성라텍스의 분산 및 저장안정성 조성물(E) 등을 일괄 투입하는 방법을 제공한다.
이때 상기 반응개시제(C) 투입량의 25 %를 초기에 투입하여 중합 반응을 시작하고 상기 투입량의 75 %를 반응 중에 투입하여 반응을 진행하며, 반응 종료 30 분전에 반응종결 조성물(D)을 투입하는 방법을 본 발명은 제공한다.
또한, 본 발명은 손상된 교면의 포장층을 절삭하여 제거하고 상기 절삭된 교면을 청소하는 단계;
상기 절삭된 교면을 물로 적셔 습윤 상태로 유지하는 단계;
상기 습윤 상태의 교면을 표면건조포화상태로 만드는 단계;
상기 합성 라텍스로 개질된 고성능 콘크리트를 포설하는 단계;
상기 포설된 콘크리트의 표면을 평탄화 하고 미끄럼 방지를 위해 타이닝기로 타이닝하는 단계;
상기 타이닝된 콘크리트에 균열방지와 품질개선을 위해 표층보호제 및 양생제를 분무하여 안정화 시키는 단계;로 이루어지는 합성 라텍스 개질 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법을 제공한다.
본 발명에 따른 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트를 주 모노머로 사용하여 유화중합용 구성성분을 중합 전 4단계로 나누어 미리 각각의 조성물 형태로 준비하여 투입하고 반응개시제(C)를 중합 반응 시간 동안 투입하는 과정과 중합 후 잔여 조성물을 반응기에 일괄 투입하는 제조방법에 의하여, 중합 반응 균일성을 일정하게 유지하여 각 배치별 품질 편차를 최소화하고 중합된 합성라텍스의 품질 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 합성라텍스의 입자크기를 조절할 수 있으며, 합성라텍스 개질 콘크리트에서 요구되는 압축 및 휨강도와 이들 강도의 적절한 비를 얻을 수 있는지를 확인하여, 합성라텍스 개질 콘크리트의 용도(예; 교량용, 도로용 등)에 따라 신축적으로 적용할 수 있다.
아울러 본 발명에 의한 상기 터폴리머 합성라텍스는 분말도가 다른 시멘트에 적용 가능하며, 동시에 이러한 터폴리머 합성라텍스 개질 콘크리트를 생산할 때에 상기 라텍스 사용량의 조정을 통해 개질 콘크리트에서 요구되는 분산성, 강도 및 내구성을 충족하고 기존 라텍스 개질 콘크리트 대비 원가절감 면에서 유리하다.
본 발명은 콘크리트 교면포장 및 도로보수 용도로, 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트를 사용한 터폴리머 합성라텍스를 중합 제조하기 위하여 상기 기술된 3 종류의 모노머가 주쇄를 이루게 하면서, 상기 터폴리머 합성라텍스 중합용 각 구성성분을 중합 전 4단계의 전처리 정량계량 조성물 형태로 준비하고 투입하여 유화중합하고, 중합 후 상기 터폴리머 합성라텍스의 저장안정성과 이를 사용한 콘크리트를 생산할 때에 시멘트와 혼화성, 작업성, 가사시간 및 공기량 조절을 위하여 잔여 조성물을 일괄 투입하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로는 중합반응 전에 입자크기가 200~500 Å인 시드 라텍스 0.2~0.5 중량부, pH조절용 소디움 바이카보네이트(sodium bicarbonate) 0.1~0.3 중량부, 유화제로서 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트(sodium diphenyl oxide disulfonate) 0.02~0.04 중량부로 구성된 유화제 조성물(A)을 반응기 내에 투입하고 반응기 내의 온도를 80 ℃로 승온한 후, 모노머 조성물로서 주 모노머인 스티렌 20~30 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 60~70 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 1.0~10.0 중량부와 유화제인 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 1.0~3.0 중량부로 구성된 모노머 조성물(B)을 투입한 다음, 반응개시제(C)인 소디움퍼설페이트 0.2~0.4 중량부의 20~30 중량%를 투입하여 반응을 시작한다.
상기 반응개시제(C)의 잔여 70~80 중량%는 반응이 시작되어 종료되는 총 4시간 30분의 중합 반응 시간 동안 분산 투입되며, 반응 종료 30 분전에 부틸 하이드로퍼옥사이드(butyl hyroperoxide) 0.1~0.5 중량부, 소디움포름알데하이드 설폭시레이트(sodium formaldehyde sulfoxylate) 0.2~0.4 중량부로 구성된 반응종결 조성물(D)이 투입되어 잔류 스티렌과 부틸 2-프로페노에이트의 함량을 200~500 ppm 이하로 조절한다.
이후, 중합되는 터폴리머 합성라텍스의 온도가 40℃ 이하로 떨어지면 소디움카보네이트 0.2~0.6 중량부, 메틸이소티아졸린 또는 벤즈이소티아졸린 0.01~0.02 중량부, 폴리글리콜 지방알콜(polyglycol fattyalcohol) 2.0~4.0 중량부, 메틸디실록산 1.0~1.5 중량부로 구성된 분산 및 저장안정성 조성물(E)을 일괄 투입하여 중합반응을 종료한다.
본 발명에서 중합되는 터폴리머 합성라텍스의 입자크기는 투입되는 시드 라텍스의 첨가량에 따라 매우 민감하게 변화되며, 상기 시드 라텍스의 투입량이 증가하면 합성라텍스 입자 크기가 작아지고, 투입량이 감소하면 입자크기가 크게 된다.
상기 입자크기가 작아지면 생성된 합성라텍스의 입자 수가 급격히 증가하여 라텍스의 점도가 상승할 수 있으며, 합성라텍스의 입자크기가 너무 비대해지면 반응 중합율이 떨어지고 미반응 잔류 모노머 비율이 증가하게 된다.
따라서 시드 라텍스의 입자크기는 200~500 Å이고 투입량은 0.2~0.5 중량부인 것이 바람직하다.
상기 소디움 바이카보네이트는 pH조절용으로 사용되며, 상기 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트는 유화제로 사용된다.
또한 본 발명에서 사용하는 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트 및 2-에틸헥실 2-프로페노에이트가 주쇄를 형성하여 터폴리머 합성라텍스가 되며, 상기 터폴리머 합성라텍스를 콘크리트에 배합하여 콘크리트 내부에서 필름 또는 네트워크를 형성하도록 하여 수밀성, 휨강도, 부착강도 등을 증대시킬 수 있다.
상기 스티렌은 콘크리트 내부에 라텍스가 골고루 분산되어 형성되는 라텍스 필름의 강성 부여 및 조절을 하여 라텍스 개질 콘크리트의 압축강도 증진 및 조절을 할 수 있으며, 그 사용량이 20 중량부 미만이면 라텍스 필름의 연성화에 따른 마찰계수가 저하되고 30 중량부를 초과하면 라텍스 필름 형성이 불완전하여 콘크리트 강도가 저하된다.
상기 부틸 2-프로페노에이트는 라텍스 필름의 연성 부여 및 조절하는 역할을 하고 개질 라텍스 콘크리트에서 휨강도의 증진 역할을 하는데, 상기 부틸 2-프로페노에이트의 함량에 따라 중합된 터폴리머 합성라텍스 필름의 탄성강도(elongational strength)와 인장강도(tensile strength)가 변화하게 된다.
상기 부틸 2-프로페노에이트의 사용량이 60 중량부 미만이면 라텍스 필름이 뻣뻣해져서 라텍스 개질 콘크리트가 취성화 되고, 70 중량부를 초과하면 라텍스 필름의 연성화에 따른 마찰계수가 저하된다.
따라서 스티렌 모노머/부틸 2-프로페노에이트의 중량비는 23~26/65~68이 가장 적절하며, 상기 스티렌 모노머/부틸 2-프로페노에이트의 중량비는 콘크리트에서 요구되는 압축강도(compressive strength)와 휨강도(flexural strength)를 발현하고 아울러 압축강도와 휨강도의 적절한 비를 조절하는데 중요한 요인이 된다.
상기 2-에틸헥실 2-프로페노에이트는 라텍스 필름의 연성 부여 및 조절하는 역할을 하고 개질 라텍스 콘크리트에서 부착강도 증진에 도움을 준다. 그 사용량이 1.0 중량부 미만이면 상기 개질 라텍스 콘크리트의 부착강도가 저하되고 10 중량부 초과하면 압축강도가 저하되고 가격 또한 매우 고가여서 경제성이 떨어진다.
상기 부틸 하이드로퍼옥사이드와 소디움포름알데하이드 설폭시레이트는 반응 종결물로서 사용된다.
아울러 본 발명에서 사용되는 분산 및 저장안정성 조성물(E)의 사용량이 증가하면 시멘트와 혼화성은 개선되나, 합성라텍스 필름의 탄성강도가 다소 감소하고 중합된 라텍스로 콘크리트 배합시 공기량을 증가시켜 최종적으로는 강도 저하가 발생하게 된다.
반대로 분산 및 저장안정성 조성물(E)의 사용량이 감소하면 합성된 라텍스의 미세기포 발생은 감소하나 시멘트와 혼화성이 떨어지고 콘크리트 배합시 추가량이 요구되는 관계로 분산 및 저장안정성 조성물(E)은 2.0~4.0 중량부가 가장 적절하다.
상기 폴리글리콜 지방알콜은 폴리옥시에틸렌옥틸에테르, 폴리옥시에틸렌노닐에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르 및 폴리옥시에틸렌도데실에테르에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
입자크기가 400 Å인 시드 라텍스 0.2 중량부, 소디움 바이카보네이트 0.15 중량부, 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 0.03 중량부로 구성된 조성물을 반응기 내에 투입하여 반응기 내의 온도를 80℃로 승온한 후, 반응개시제 소디움퍼설페이트 0.1 중량부와 주 모노머인 스티렌 24 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 66 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 5 중량부와 유화제인 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 2.0 중량부로 구성된 모노머 조성물을 투입하여 반응을 개시하고 4시간 30분동안 소디움퍼설페이트 0.3 중량부를 분산 투입하여 중합반응시키고, 반응 종료 30 분 전 부틸 하이드로퍼옥사이드 0.2 중량부와 소디움포름알데하이드 설폭시레이트 0.2 중량부를 투입하였다.
중합 종료 후, 소디움카보네이트 0.25 중량부, 메틸이소티아졸린 0.01 중량부, 폴리옥시에틸렌옥틸에테르 4.0 중량부, 메틸디실록산 1.2 중량부로 구성된 조성물을 일괄 투입하여 터폴리머인 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 합성라텍스를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예1 과 동일한 입자크기의 시드 라텍스 0.4 중량부, 소디움 바이카보네이트 0.15 중량부, 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 0.03 중량부로 구성된 조성물을 반응기 내에 투입하여 반응기 내의 온도를 80℃로 승온한 후, 반응개시제 소디움퍼설페이트 0.1 중량부와 주 모노머인 스티렌 24 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 66 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 5 중량부와 유화제인 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 2.0 중량부로 구성된 모노머 조성물을 투입하여 반응을 개시하고 4시간 30분동안 소디움퍼설페이트 0.3 중량부를 분산 투입하여 중합반응시키고, 반응 종료 30분전 부틸 하이드로퍼옥사이드 0.2 중량부, 소디움포름알데하이드 설폭시레이트 0.2 중량부를 투입하였다.
중합 종료 후, 소디움카보네이트 0.25 중량부, 메틸이소티아졸린 0.01 중량부, 폴리옥시에틸렌옥틸에테르 4.0 중량부, 메틸디실록산 1.2 중량부로 구성된 조성물을 일괄 투입하여 터폴리머인 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 합성라텍스를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예1 과 동일한 입자크기의 시드 라텍스 0.2 중량부, 소디움 바이카보네이트 0.15 중량부, 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 0.03 중량부로 구성된 조성물을 반응기 내에 투입하여 반응기 내의 온도를 80℃로 승온한 후, 반응개시제 소디움퍼설페이트 0.1 중량부와 주 모노머인 스티렌 29 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 61 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 5 중량부와 유화제인 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 2.0 중량부로 구성된 모노머 조성물을 투입하여 반응을 개시하고 4시간 30분동안 소디움퍼설페이트 0.3 중량부를 분산 투입하여 중합반응시키고, 반응 종료 30분전 부틸 하이드로퍼옥사이드 0.2 중량부, 소디움포름알데하이드 설폭시레이트 0.2 중량부를 투입하였다.
중합 종료 후, 소디움카보네이트 0.25 중량부, 메틸이소티아졸린 0.01 중량부, 폴리옥시에틸렌옥틸에테르 4.0 중량부, 메틸디실록산 1.2 중량부로 구성된 조성물을 일괄 투입하여 터폴리머인 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 합성라텍스를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일한 입자크기의 시드 라텍스 0.2 중량부, 소디움 바이카보네이트 0.15 중량부, 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 0.03 중량부로 구성된 조성물을 반응기 내에 투입하여 반응기 내의 온도를 80℃로 승온한 후, 반응개시제 소디움퍼설페이트 0.1 중량부와 주 모노머인 스티렌 23 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 67 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 5 중량부와 유화제인 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 2.0 중량부로 구성된 모노머 조성물을 투입하여 반응을 개시하고 4시간 30분동안 소디움퍼설페이트 0.3 중량부를 분산 투입하여 중합반응시키고, 반응 종료 30분전 부틸 하이드로퍼옥사이드 0.2 중량부, 소디움포름알데하이드 설폭시레이트 0.2 중량부를 투입하였다.
중합 종료 후, 소디움카보네이트 0.25 중량부, 메틸이소티아졸린 0.01 중량부, 폴리옥시에틸렌옥틸에테르 4.0 중량부, 메틸디실록산 1.2 중량부로 구성된 조성물을 일괄 투입하여 터폴리머인 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 합성라텍스를 제조하였다.
대조군으로서 라텍스 개질 콘크리트에 적용되는 미국 다우케미칼사의 디엘(DL) 470을 사용하였다.
상기 실시예 1~4의 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 터폴리머 합성라텍스의 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
라텍스 물성
항 목 1)고형분농도(%) 2)pH 3)입자크기(Å) 4)응고분(%)
실시예 1 47.1 9.8 1870 0.03
실시예 2 47.9 9.3 1130 0.05
실시예 3 46.5 10.1 1910 0.10
실시예 4 47.3 9.6 1850 0.03
대조군 47.4 10.5 1800 0.07
주 1) KS M 6516-2006
2) KS M 6516-2006
3) KS A ISO 13320-1
4) KS M 6030-2004
상기 표 1 결과에 의거하여, 본 발명의 제조방법으로 얻어진 실시예 1과 2는 시드 라텍스의 첨가량에 따라 합성된 라텍스의 입자크기가 조절됨을 확인하였고, 실시예 3을 통해 스티렌 함량이 증가할수록 라텍스의 응고분이 상대적으로 증가함을 알 수 있었다. 또한 상기 실시예 1과 4는 대조군과 비슷한 합성라텍스 물성을 나타냈다.
상기 표 1의 실시예 1~4와 대조군의 라텍스 시료를 이용한 라텍스 개질 콘크리트를 제작하였으며 배합조건은 하기 표 2와 같다.
콘크리트 배합조건
굵은골재
최대치수
(mm)		 단위량(kg/㎥)
물
(W)		 1)시멘트
(C)		 2)잔골재
(S)		 3)굵은골재
(G)		 4)라텍스
(L)
13 72 400 941 734 128
주 1) 1종 포틀랜드 시멘트(portland cement)를 사용하고,
2) 잔골재 품질기준은 안정성시험 KS F2507, 골재씻기 시험손실율(No.200체 통과량) KS F 2511, 점토덩어리 함유량 KS F 2512, 비중 2.0의 액체에 뜨는 것 KS F 2513, 흡수율 KS F 2504, 비중(절대건조) KS F2504, 조립율 KS F 2727, 입자모양 판정 실적율 KS F2527 의거 비중 2.55, 조립율 2.68 인 것을 사용하고,
3) 굵은골재 품질기준은 골재씻기 시험손실율(No.200체 통과량) KS F 2511, 흡수량 KS F2503, 밀도 KS F 2503, 안정성시험 KS F 2507, 마모율 KS F 2508, 다져진 상태의 단위중량 KS F 2505 의거 비중 2.78, 조립율 6.29 인 것을 사용하고,
4) 실시예 1~4와 대조군의 합성라텍스를 사용하였다.
상기 콘크리트 배합조건에 의거하여 재령 28일 기준의 제작된 라텍스 개질 콘크리트의 압축 및 휨강도 측정 결과는 하기 표 3과 같다.
라텍스 개질 콘크리트의 물성
시험항목 1)슬럼프(cm) 2)공기량(%) 3)압축강도(MPa) 4)휨강도(MPa)
실시예 1 23 3.5 31.0 8.0
실시예 2 18 4.2 29.5 9.5
실시예 3 21 4.1 32.1 6.8
실시예 4 22 3.8 30.5 8.3
대조군 22 5.6 29.5 7.8
주 1) KS F 2402
2) KS F 2449
3) KS F 2405
4) KS F 2407
또한, 이하에 기술되는 상기 시험항목과 동일한 시험항목에 대해서도 상기 시험 방법에 의거하였다.
상기 표 3의 결과에 의하면, 실시예 1~4는 기존 스티렌-부타디엔 합성라텍스 개질 콘크리트와 유사한 분산성 및 공기량을 나타냈으며 콘크리트 강도에 있어서는 유사 또는 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
특히 실시예 2는 중합된 터폴리머 합성라텍스의 입자크기가 기존 대비 현저히 작음에도 불구하고 가장 우수한 휨강도를 나타냄을 알 수 있었다.
이는 줄어든 라텍스의 입자크기 대비 동일 체적 내 존재하는 라텍스 입자수와 이에 따른 비표면적의 증가에 의해 라텍스 개질 콘크리트의 휨강도가 증진한 것으로 판단된다.
상기 결과 분석을 확인하기 위해서, 실시예 2와 대조군에 대하여 표 2에 기재된 동일한 재료를 사용하되, 실시예 2의 라텍스 사용량을 감소시켜 콘크리트의 배합실험 및 강도 측정을 위한 샘플을 제작하였다.
실시예 2와 대조군의 콘크리트 배합조건은 아래 표 4와 같다.
콘크리트 배합조건
구 분
 굵은골재
최대치수
(mm)		 단위량(kg/㎥)
물
(W)		 시멘트
(C)		 잔골재
(S)		 굵은골재
(G)		 라텍스
(L)
실시예 2 13 112 400 970 757 68
대조군 13 72 400 941 734 128
상기 표 4에 의거하여 실시예 2와 대조군을 이용한 라텍스 개질 콘크리트의 분산성 및 재령 28일 기준 강도 측정결과는 아래 표 5와 같다.
라텍스 개질 콘크리트의 물성
시험항목 슬럼프(cm) 공기량(%) 압축강도(MPa) 휨강도(MPa)
실시예 2 16 3.2 31.6 7.5
대조군 22 5.6 29.5 7.8
상기 표 5의 결과에 의하면 실시예 2의 경우, 대조군 대비 콘크리트 흐름성은 다소 떨어지나, 감량된 라텍스 함량 대비 기대치 이상의 시멘트 분산성과 혼화성을 보여 주는데, 이러한 결과는 반응 후 투입한 분산 및 저장안정성 조성물(E)의 양이 동일하지만, 중합된 동일체적 내 합성라텍스의 입자 수 및 비표면적이 증가하여 콘크리트 배합 시 시멘트 입자-잔골재-굵은 골재 사이에서 볼베어링 효과를 높여 준 결과에 기인한 것으로 판단된다.
따라서 중합 후 투입된 분산 및 저장안정성 조성물(E)의 양을 증량하지 않아도 콘크리트에서 요구되는 흐름성을 얻을 수 있는 가능성을 확인하였다.
아울러 실시예 2는 대조군 대비 압축강도는 개선되었으나 휨강도는 다소 감소한 결과를 얻었지만, 실시예 2는 라텍스 개질 콘크리트의 요구되는 기준(압축강도 KS F2405 기준 27 MPa이상, 휨강도 KS F 2408 기준 4.5 MPa 이상)을 충족시키는 것으로 나타났다.
또한 실시예 1~2 및 대조군의 합성라텍스에 대하여 표 2에서와 동일한 콘크리트 배합조건하에서 아래 표 6의 물성을 갖는 시멘트를 사용한 라텍스 개질 콘크리트의 물성 측정 결과는 아래 표 7과 같다.
시멘트 물성(초조강시멘트)
항목/구분　 품질규격
분말도 비표면적(㎠/g) 6000
안정도 오토클레이브팽창도(%) 0.1
응결시간
(길모어실험)		 초결(분) 170
종결(시간:분) 9:30
압축강도(MPa) 1일 23.0
3일 40.0
7일 46.5
28일 51.0
라텍스 개질 콘크리트의 물성(1일 재령)
시험항목 슬럼프(cm) 공기량(%) 압축강도(MPa) 휨강도(MPa)
실시예 1 18 4.1 24.0 5.0
실시예 2 16 5.3 23.5 6.1
대조군 12 6.1 21.4 4.6
표 7에서 분말도가 높은 시멘트(초조강시멘트)에 적용한 상기 실시예 1과 2의 경우, 대조군 대비 우수한 시멘트와 혼화성 및 분산성을 얻을 수 있었으며 라텍스 개질 콘크리트 시료의 재령 1일 기준 강도 또한 동등 또는 우수한 것으로 나타났다.
아울러 실시예 1과 2 및 대조군의 합성라텍스에 대하여 상기 표 2와 동일한 콘크리트 배합조건하에서 아래 표 8의 분말도를 갖는 시멘트를 사용한 라텍스 개질 콘크리트의 물성 측정 결과는 아래 표 9와 같다.
시멘트 물성(조강시멘트)
항목 품질규격
분말도 비표면적(㎠/g) 3,300 이상
안정도(%) 0.8 이하
응결시간 초결(분) 45 이상
종결(시간:분) 10 : 00 이하
압축강도(MPa)


 1일 10.0 이상
3일 20.0 이상
7일 32.5 이상
28일 47.5 이상
라텍스 개질 콘크리트의 물성(3일 재령)
시험항목 슬럼프(cm) 공기량(%) 압축강도(MPa) 휨강도(MPa)
실시예 1 19 4.3 28.4 5.5
실시예 2 16 5.5 26.5 6.7
대조군 14 6.5 27.6 4.3
표 9에서 상기 표 8의 분말도를 갖는 시멘트(조강시멘트)에 적용한 상기 실시예 1과 2는 대조군 대비 우수한 콘크리트 분산성을 나타냈으며 공기량 측정 결과 또한 유사한 결과를 얻었다.
또한 실시예 1과 2를 사용한 라텍스 개질 콘크리트의 경우, 재령 7일에서의 강도를 대조군과 대비한 결과, 압축강도는 유사하였으며 휨강도는 실시예 1과 2를 적용한 콘크리트가 모두 대조군을 사용한 경우보다 우수하였으며, 특히 실시예 2를 사용한 경우, 가장 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
이러한 결과는 합성라텍스의 입자크기가 작을 경우 단위체적 내 존재하는 라텍스 입자 수와 비표면적이 상대적으로 증가하여 콘크리트 성분 내 모래-자갈-라텍스 입자-시멘트간 결합면적이 증가하여 실시예 2를 적용한 콘크리트의 휨강도가 증진된 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, 유화중합된 스티렌-(부틸 2-프로페노에이트)-(2-에틸헥실 2-프로페노에이트) 합성라텍스의 경우, 기존의 스티렌-부타디엔 합성라텍스 대비 동등 또는 우수한 시멘트 혼화성, 분산성 및 라텍스 개질 콘크리트의 강도를 발현하는 것으로 나타났다.
또한, 본 발명에서는 상기 합성라텍스가 여러 종류의 시멘트와도 혼화성이 우수하므로 교면보강을 위한 각각의 환경에 적합한 다양한 종류의 고성능 콘크리트를 용이하게 제조 할 수 있으며, 상기 합성라텍스로 개질된 고성능 콘크리트는 가사시간이 길어져 작업이 용이하고 유동성이 있어 포설 후에 평탄화 작업이 용이하며 압축 강도와 휨강도가 우수하여 내구성을 지니게 된다.
상기 합성 라텍스로 개질된 고성능 콘크리트를 이용한 교면보강 공법은
인력브레이커 또는 상온절삭기 등의 장비를 이용하여 손상된 교면의 포장층을 절삭하여 제거하고 상기 절삭후 교면의 이물질을 제거하기 위해 청소하는 단계;
상기 절삭된 교면을 물로 적셔 습윤 상태로 유지하는 단계;
포설되는 콘크리트의 수분이 바닥 콘크리트에 흡수되지 않도록 상기 습윤 상태의 교면을 표면건조포화상태로 만드는 단계;
현장믹서(강제식과 가경식), 배치플랜트 또는 모빌믹서를 이용하여 상기 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스로 개질된 고성능 콘크리트를 포설하는 단계;
상기 포설된 콘크리트의 표면을 스크리드 또는 페이버를 이용하여 평탄화하고 미끄럼 방지를 위해 경사형 타이닝기로 타이닝하는 단계;
상기 타이닝된 콘크리트에 균열방지와 품질개선을 위해 표층보호제 및 양생제를 분무하여 안정화시키는 단계;로 이루어진다.

Claims (5)

  1. 반응기에 시드 라텍스, 소디움 바이카보네이트 및 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트를 포함한 유화제 조성물(A)과 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 및 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트를 포함한 모노머 조성물(B)과 소디움퍼설페이트로 이루어진 반응 개시제(C)의 20~30 중량%를 투입하여 중합 반응을 시작하고,
    상기 반응 개시제(C)의 70~80 중량%를 중합 반응 시간 동안 투입하고,
    부틸 하이드로퍼옥사이드 및 소디움포름알데하이드 설폭시레이트를 포함한 반응종결 조성물(D)을 투입하여 중합 반응을 종결시키고,
    중합 종료 후에 소디움카보네이트, 메틸이소티아졸린 또는 벤즈이소티아졸린, 폴리글리콜 지방알콜 및 메틸디실록산을 포함한 분산 및 저장안정성 조성물(E)을 일괄투입하여 이루어지는 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유화제 조성물(A)은 시드 라텍스 0.2~0.5 중량부, 소디움 바이카보네이트 0.1~0.3 중량부 및 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트로 0.02~0.04 중량부를 포함하며,
    상기 모노머 조성물(B)은 스티렌 20~30 중량부, 부틸 2-프로페노에이트 60~70 중량부, 2-에틸헥실 2-프로페노에이트 1.0~10.0 중량부 및 유화제로서 소디움 디페닐옥사이드 디설포네이트 1.0~3.0 중량부를 포함하며,
    상기 반응 개시제(C)는 소디움퍼설페이트 0.2~0.4 중량부이며,
    상기 반응종결 조성물(D)은 부틸 하이드로퍼옥사이드 0.1~0.5 중량부 및 소디움포름알데하이드 설폭시레이트 0.2~0.4 중량부를 포함하며,
    상기 분산 및 저장안정성 조성물(E)은 소디움카보네이트 0.2~0.6 중량부, 메틸이소티아졸린 또는 벤즈이소티아졸린 0.01~0.02 중량부, 폴리글리콜 지방알콜 2.0~4.0 중량부 및 메틸디실록산 1.0~1.5 중량부를 포함하여 이루어지는 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시드 라텍스의 입자크기는 200~500 Å인 것을 특징으로 하는 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반응종결 조성물(D)을 상기 중합 반응 종료 30분 전에 투입하는 것을 특징으로 하는 고성능 콘크리트용 스티렌-프로페노에이트계 터폴리머 합성라텍스의 제조방법.
  5. 손상된 교면의 포장층을 절삭하여 제거하고 상기 절삭된 교면을 청소하는 단계;
    상기 절삭된 교면을 물로 적셔 습윤 상태로 유지하는 단계;
    상기 습윤 상태의 교면을 표면건조포화상태로 만드는 단계;
    상기 청구항 1~4의 어느 한 항에 기재된 합성라텍스로 개질된 고성능 콘크리트를 포설하는 단계;
    상기 포설된 콘크리트의 표면을 평탄화 하고 미끄럼 방지를 위해 타이닝기로 타이닝하는 단계; 및
    상기 타이닝된 콘크리트에 균열방지와 품질개선을 위해 표층보호제 및 양생제를 분무하여 안정화 시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 합성라텍스를 포함한 고성능 콘크리트에 의한 교면보강공법.
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