KR101239075B1 - 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교량의 바닥판 콘크리트 또는 콘크리트 포장도로 등 콘크리트 구조물의 보수에 적용되는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 종래의 초속경 라텍스개질 콘크리트보다 열흡수율이 높아 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하고 결빙 예방이 가능하여 콘크리트 구조물의 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 차선의 야간 시인성과 통행 안정성을 증진시키고 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물에 대한 것이다.

Description

초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물 {Compostion Very Early Strength Latex Modified Concrete}
본 발명은 교량의 바닥판 콘크리트 또는 콘크리트 포장도로 등 콘크리트 구조물의 보수에 적용되는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 종래의 초속경 라텍스개질 콘크리트보다 열흡수율이 높아 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하고 결빙 예방이 가능하여 콘크리트 구조물의 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 차선의 야간 시인성과 통행 안정성을 증진시키고 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물에 대한 것이다.
교량의 바닥판 콘크리트 또는 콘크리트 포장도로 등 국내외 많은 콘크리트 도로구조물들은 교통량 및 통행차량의 하중이 증가함에 따라 손상이 가속화되고 내구수명이 저하되어 구조물의 성능 및 수명 회복을 위한 많은 보수공법이 적용되고 있다.
특히, 2000년 이후 속경성 시멘트와 폴리머로 콘크리트의 성능을 개선한 개질콘크리트가 개발되었으며, 짧은 경화시간과 높은 투수저항성, 동결융해저항성 등으로 인하여 콘크리트 도로구조물의 보수재료로 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기 개질콘크리트는 밝은 색상으로 인하여 주간에는 도로이용자에게는 눈부심 현상을 야기하고 야간에는 차선과 명도차이가 나지 않아 통행 안정성을 저해한다는 문제가 있다. 또한, 열반사율이 높아 동절기 초기결빙에 대한 예방효과가 종래 아스팔트 콘크리트보다 미비하며, 열흡수율이 낮아 우리나라와 같이 외기온도변화(일교차, 4계절)가 심한 환경에서는 온도응력으로 인하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등이 발생한다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는 종래 콘크리트 조성물보다 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하면서도 전체적인 물성과 시인성을 모두 향상시킬 수 있는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물을 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등의 발생을 방지할 수 있으며, 동절기 초기결빙에 대한 예방효과가 뛰어남과 동시에 압축강도와 같은 물성까지 향상시킬 수 있는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 직사광선의 반사율이 저감되어 주간의 도로이용자에게는 눈부심 현상을 방지하고, 야간에는 차선과 명도대비가 부각되어 통행 안전성을 높일 수 있으며, 기존의 아스팔트 콘크리트와 유사한 색상을 발현함으로써 색상의 연속성을 부여하여 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아윈계 초속경시멘트, 폴리머 고형분, 굵은골재, 잔골재 및 물로 이루어지는 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC) 조성물에 있어서, 상기 아윈계 초속경시멘트가 분말 또는 과립 형태의 카본블랙 및 산화철을 포함하며, 상기 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC) 조성물은 아윈계 초속경시멘트 14.5~17.5중량%, 폴리머 고형분 1~4중량%, 굵은골재 25~45중량%, 잔골재 30~50중량% 및 물 5~7중량%로 이루어지며, 상기 아윈계 초속경시멘트는 아윈계 클링커 25~45중량%, 포틀랜드 시멘트 35~55중량%, 석고 1~15중량%, 석회석 1~15중량%, 타르타르산 지연제 0.01~1중량%, 카본블랙 1~5중량% 및 산화철 0.1~2중량%을 포함하고, 초기 색상발현 및 내후성 향상을 위하여, 상기 카본블랙과 산화철의 혼합비율(w/w)은 7:3 ~ 9:1인 것이 바람직하다.
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또한, 아스팔트의 색상발현과 장기적인 압축강도 향상을 위하여 상기 카본블랙의 체(0.0045㎜) 잔류량은 0.0005~0.2 중량%이 되도록 상기 카본블랙의 입경이 조절되고, 상기 카본블랙의 pH는 7~9인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성을 가지는 콘크리트 조성물은 4시간 압축강도가 25~35 MPa 이상이며, 28일 압축강도가 45~55 MPa이며, 경화된 콘크리트의 색차 분석 결과가 45~60인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리머는 스티렌, 부타디엔, 아크릴, 에폭시, 메틸메타크릴레이트(MMA), 폴리에스터, 폴리아크릴산에스테르(PAE), 에틸렌초산비닐(EVA) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물을 교량의 바닥판 콘크리트 또는 콘크리트 포장도로 등 콘크리트 구조물의 보수에 적용할 경우, 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등의 발생을 효과적으로 방지할 수 있으며, 동절기 초기결빙에 대한 예방효과가 뛰어나다. 또한, 물성저하가 거의 없으며, 오히려 장기 압축강도가 향상되어 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 직사광선의 반사율이 저감되어 주간의 도로이용자에게는 눈부심 현상을 방지하고, 야간에는 차선과 명도대비가 부각되어 통행 안전성을 높일 수 있으며, 기존의 아스팔트 콘크리트와 유사한 색상을 발현함으로써 색상의 연속성을 부여하여 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있다.
도 1 - 산화철 혼입율에 따른 콘크리트 색상 변화를 보여주는 사진 (좌측부터 0, 0.6, 1.2, 2.4중량%)
도 2 - 카본블랙 혼입율에 따른 콘크리트 색상 변화를 보여주는 사진 (좌측부터 0, 0.6, 1.2, 1.8중량%)
도 3a - 외기노출(내후성) 실험 전 콘크리트 색상을 보여주는 사진(좌측부터 VES-LMC, W80:20, W100:0)
도 3b - 150일 외기노출(내후성)실험 후 콘크리트 색상을 보여주는 사진(좌측부터 VES-LMC, W80:20, W100:0)
이하, 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 살펴본다.
본 발명은 아윈계 초속경시멘트, 폴리머 고형분, 굵은골재, 잔골재 및 물로 이루어지는 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC) 조성물에 있어서, 상기 아윈계 초속경시멘트가 분말 또는 과립 형태의 카본블랙 및 산화철을 포함하는 것을 특징으로 한다.
초속경 라텍스개질 콘크리트(Very Early Strength Latex Modified Concrete)는 SB라텍스를 첨가한 신속개방형 보수 보강재로서 교면재포장 및 콘크리트 재포장에 적용되고 있다. 그러나, 상기 초속경 라텍스개질 콘크리트는 밝은 색상으로 인하여 주간에는 도로이용자에게는 눈부심 현상을 야기하고 야간에는 차선과 명도차이가 크지 않아 통행 안정성을 저해한다.
또한, 열반사율이 높아 동절기 초기결빙을 야기하고 융빙이 어려우며, 열흡수율이 낮아 우리나라와 같이 외기온도변화가 심한 환경에서는 온도응력으로 인하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등이 발생하기 쉽다.
이에, 상기 초속경 라텍스개질 콘크리트의 색상을 인접한 아스팔트 포장구간과 동일한 흑색으로 생산 및 포설하기 위하여, 유기계 또는 무기계 안료성분을 첨가할 수 있는데, 유기계 안료성분은 석명한 색조와 높은 착색력을 지니나 내광 및 내열성이 낮아 외기에 노출되는 구조물에 적용하기에는 부적당하므로, 본 발명에서는 카본블랙 및 산화철으로 이루어진 무기계 안료를 사용하였다.
이때, 무기계 안료성분을 첨가하면서도 슬럼프, 공기량, 압축강도 등의 물성을 동일하거나 그 이상으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 안료성분의 색상발현과 내후성을 우수하게 하기 위하여, 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물은 아윈계 초속경시멘트 14.5~17.5중량%, 폴리머 고형분 1~4중량%, 굵은골재 25~45중량%, 잔골재 30~50중량% 및 물 5~7중량%로 이루어지며, 상기 아윈계 초속경시멘트는 아윈계 클링커 25~45중량%, 포틀랜드 시멘트 35~55중량%, 석고 1~15중량%, 석회석 1~15중량%, 타르타르산 지연제 0.01~1중량%, 카본블랙 1~5중량% 및 산화철 0.1~2중량%을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 아스팔트의 색상발현과 장기적인 압축강도 향상을 위하여 상기 카본블랙의 입경은 체(0.0045㎜) 잔류량이 0.0005~0.2 중량%이 되도록 조절하고, 상기 카본블랙의 pH는 7~9인 것이 바람직하며, 상기 범위보다 크거나 작은 경우 슬럼프, 공기량, 압축강도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 색상이 충분히 발현되지 못한다. 또한, 초기 색상발현 및 내후성(탈,변색)을 향상시키기 위하여, 상기 카본블랙과 산화철의 혼합비율(w/w)은 7:3 ~ 9:1인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성 및 함량을 가지는 초속경 라텍스개질 콘크리트는 경화된 콘크리트의 색차 분석 결과가 45~60으로서, 그 색상이 아스팔트 콘크리트와 매우 유사하며, 종래의 시멘트 또는 아스팔트 콘크리트보다 온도의 영향을 덜 받는다. 또한, 안료첨가에 따른 슬럼프, 공기량, 압축강도 등의 물성 저하가 거의 없으며, 오히려 압축강도가 향상되어 25~35 MPa의 4시간 압축강도, 45~55 MPa의 28일 압축강도를 보인다.
한편, 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트에 사용되는 폴리머는 스티렌, 부타디엔, 아크릴, 에폭시, 메틸메타크릴레이트(MMA), 폴리에스터, 폴리아크릴산에스테르(PAE), 에틸렌초산비닐(EVA) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물의 다양한 실시예 및 실험예들을 상세히 살펴본다. 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다
카본블랙 종류에 따른 콘크리트 성능변화
하기 표 1, 2, 3은 초속경 라텍스개질 콘크리트에 적합한 카본블랙의 기본 물성을 알아보기 위하여 콘크리트 배합을 통한 성능 평가를 실시한 것이다.
하기 표에서 볼 수 있듯이, 체 0.0045㎜ 잔류량이 0.0015, pH 7.4인 경우가 색상발현 및 내후성(색상 탈변색)에서 효과적인 것을 알 수 있으며, 28일 압축강도 결과 장기강도에서도 훨씬 효과적임을 알 수 있다.
구 분 실시예1(W100:0) 비교예1(D100:0) 비교예2(J100:0)
입자 형상 과립형
(Granule Type)		 미분말
(Powder Type)		 미분말
(Powder Type)
#325체 잔류량(%)
(체 0.0045㎜)		 0.0015 0.5 0.8
pH 7.4 7.2 7.4
(ASTM D 1514 Standard Test Method for Carbon Black Sieve Residue)
(W,D,J　-　카본블랙의 종류)
구분 Gmax
(㎜)		 W/C
(%)		 S/a
(%)		 단위량(㎏/㎥)
시멘트 물 라텍스 굵은골재 잔골재
비교예3
(VES-LMC)		 19 38 55 360 74 115 768 919
실시예1 367.2 74 115 771 923
비교예1 367.2
비교예2 367.2
구 분 비교예3 실시예1 비교예1 비교예2
슬럼프 (㎝) 23 24 23 22
공기량 (%) 4.1 3.7 3.5 3.9
색상발현 비교 - 우수 우수 보통
내후성(탈변색) 비교 - 우수 보통 보통
압축강도
(MPa)		 4시간 25.5 24.2 26.2 30.2
1일 37.5 40.2 35.8 39.3
28일 45.1 51.1 44.9 46.1
염소이온
투과저항성
(Coulomb)		 7일 552 534 576 630
28일 179 182 193 217
카본블랙 : 산화철 혼합비율에 따른 콘크리트 성능변화
하기 표 4, 5는 카본블랙:산화철 혼합비율에 따른 성능변화 및 색변화를 나타낸 것이다. 또한, 도면 1,2는 산화철 혼입율, 카본블랙 혼입율에 따른 콘크리트 색상 변화를 보여주는 사진이며, 도 3a,3b는 카본블랙:산화철 혼합비율에 따른 내후성 실험결과를 보여주는 사진이다.
하기 표와 도면으로부터 알 수 있듯이, 비교예5(W100:0)와 같이 카본블랙만 사용하였을 경우보다 실시예2(W80:20), 실시예3(W70:30) 과 같이 카본블랙과 산화철을 혼합하여 사용하였을 경우의 초속경 라텍스개질 콘크리트의 초기 색상발현 및 내후성(색상 탈변색)에서 효과적인 것을 알 수 있다. 또한, 압축강도 및 염소이온 투과저항성에서도 물성 변화가 거의 없어 실시예2(W80:20), 실시예3(W70:30)과 같이 카본블랙과 산화철을 혼합하여 사용한 경우가 본 발명의 효과를 지속할 수 있는 내후성(색상 탈변색) 측면에서 바람직한 것을 알 수 있다.
구분 Gmax
(㎜)		 W/C
(%)		 S/a
(%)		 단위량(㎏/㎥)
시멘트 물 라텍스 굵은골재 잔골재
비교예4
(VES-LMC)		 19 38 55 360 74 115 768 919
비교예5
(W100:0)		 367.2 74 115 771 923
실시예2
(W80:20)		 367.2
실시예3
(W70:30)		 367.2
(100:0, 80:20, 70:30　-　카본블랙:산화철 혼합 중량비율)
구 분 비교예4 비교예5 실시예2 실시예3
혼합비율 (%) 100 : 0 80 : 20 70 : 30
슬럼프 () 23 24 23 24
공기량 (%) 4.1 3.6 3.6 3.7
색상발현 - 우수 우수 우수
내후성(탈/변색) - 보통 양호 우수
압축강도
(MPa)		 4시간 25.5 26.2 26.6 26.3
1일 37.5 38.8 38.9 38.0
28일 45.1 53.9 51.9 51.7
염소이온
투과저항성
(Coulomb)		 7일 552 536 469 520
28일 179 162 154 167
현장적용에 따른 성능평가
하기 표 6, 7은 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트를 영동고속도로에 위치한 횡계 2교에 적용하고, 근접한 도로포장, 시멘트 콘크리트와 아스팔트 콘크리트에 대하여 색차 분석과 외기온도변화(일교차, 계절별)에 따른 각 도로포장재료의 내부온도변화를 나타낸 것이다.
색차분석은 KS M ISO 7724-2에 준하여 측정을 실시 후 먼셀표색계에 의하여 색도를 나타내었으며, 색도 100은 흰색을 0은 검정색을 의미한다. 즉 색차분석의 결과값이 작을수록 검은색에 가까움을 의미한다.
하기 표 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 결과물인 초속경 라텍스개질 콘크리트는 아스팔트 콘크리트와 유사한 색차를 나타내었으며, 외기온도에 따른 재료 내부의 온도변화를 일교차, 계절별로 측정하여 비교한 결과, 하기 표 7과 같이 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트가 종래의 시멘트 콘크리트 및 아스팔트 콘크리트보다 온도의 영향을 덜 받는 것을 알 수 있었다.
구 분 색차 분석 결과 (측정횟수)
1회 2회 3회 평균
시멘트 콘크리트 65.8 66.5 65.9 66.1
아스팔트 콘크리트 49.4 48.4 48.9 48.9
W80:20 53.8 53.1 53.7 53.7
일자 시간 외기온도 시멘트
콘크리트		 아스팔트
콘크리트		 실시예2
2월 23일 06:30 -10.5 -5.5 -5.5 -2.0
2월 23일 08:30 -5.0 -5.5 -4.5 -2.5
2월 24일 14:30 14.5 14.0 16.0 12.5
2월 24일 16:30 13.0 14.5 15.5 14.5
동절기 최대온도차 24.5 20.0 21.5 17.0
4월 08일 2:30 -4.5 1.5 1.5 3.5
4월 08일 06:30 -3.0 -0.5 -0.5 1.5
4월 09일 14:30 15.0 23.0 26.0 21.0
4월 09일 16:30 17.0 22.5 25.0 22.0
해빙기 최대온도차 22.0 23.0 26.5 23.5
5월 04일 06:30 14.5 13.5 14.0 15.5
5월 05일 14:30 24.5 28.0 29.5 28.0
5월 05일 16:30 24.0 27.0 28.0 28.5
5월 06일 22:30 7.5 14.5 14.0 18.0
상온기 최대온도차 17.0 14.5 15.5 13.0
상기 실험 결과들에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물은 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하여 균열, 표면박리, 탈락(포트홀) 등의 발생을 방지할 수 있으며, 동절기 초기결빙에 대한 예방효과가 뛰어남과 동시에 물성 저하가 거의 없으며 압축강도는 오히려 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기존의 아스팔트 콘크리트와 거의 유사한 색상을 가짐으로써, 직사광선의 반사율이 저감되어 주간의 도로이용자에게는 눈부심 현상을 방지하고, 야간에는 차선과 명도대비가 부각되어 통행 안전성을 높일 수 있으며, 기존의 아스팔트 콘크리트와 유사한 색상을 발현함으로써 색상의 연속성을 부여하여 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 아윈계 초속경시멘트, 폴리머 고형분, 굵은골재, 잔골재 및 물로 이루어지는 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC) 조성물에 있어서, 상기 아윈계 초속경시멘트가 분말 또는 과립 형태의 카본블랙 및 산화철을 포함하며,
    상기 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC) 조성물이 아윈계 초속경시멘트 14.5~17.5중량%, 폴리머 고형분 1~4중량%, 굵은골재 25~45중량%, 잔골재 30~50중량% 및 물 5~7중량%로 이루어지며,
    상기 아윈계 초속경시멘트는 아윈계 클링커 25~45중량%, 포틀랜드 시멘트 35~55중량%, 석고 1~15중량%, 석회석 1~15중량%, 타르타르산 지연제 0.01~1중량%, 카본블랙 1~5중량% 및 산화철 0.1~2중량%을 포함하고,
    상기 카본블랙과 산화철의 혼합비율(w/w)이 7:3 ~ 9:1인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카본블랙의 체(0.0045㎜) 잔류량이 0.0005~0.2 중량% 인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카본블랙의 pH가 7~9인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    4시간 압축강도가 25~35 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    28일 압축강도가 45~55 MPa인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    경화된 콘크리트의 색차 분석 결과가 45~60인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 스티렌, 부타디엔, 아크릴, 에폭시, 메틸메타크릴레이트(MMA), 폴리에스터, 폴리아크릴산에스테르(PAE), 에틸렌초산비닐(EVA) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스개질 콘크리트 조성물.
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