KR101280252B1 - 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법 - Google Patents

내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 시멘트 결합재 5∼30중량%, 잔골재 30∼65중량%, 굵은골재 20∼55중량%, 물 0.1∼10중량% 및 개질 폴리머 0.01∼15중량%를 포함하며, 상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 50∼95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 0.1∼20중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 0.1∼15중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 0.01∼10중량%, 폴리비닐아민 0.01∼10중량% 및 소디움라우릴설페이트 0.01∼5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 스티렌-아크릴 에멀젼, 1,1-디클로로에텐 에멀젼, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼, 폴리에테르설폰 에멀젼, 폴리비닐아민 및 소디움라우릴설페이트가 혼합된 개질 폴리머를 첨가하여 콘크리트가 경화되는 시간을 연장함으로써, 작업성 향상 및 콘크리트의 하자를 줄일 수 있고 내구성능을 개선할 수 있다.

Description

내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법{High early strength cement concrete composite and reparing method of road pavement using the composite}
본 발명은 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로의 노면 또는 교량 교면의 포장, 교량 덧씌우기 포장, 도로 보수공사, 콘크리트 구조물 등의 보수공사에 사용되는 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 포장은 강성으로 온도 및 주변환경에 대한 시공 제약이 크고, 양생기간이 오래 소요되며, 건조수축에 의한 균열 발생, 불리한 승차감 및 쾌적성 등의 단점을 갖고 있으나, 우수한 내구성과 유지보수비용 절감 등의 장점으로 고속도로 및 중차량 도로에 일부 적용되고 있다. 최근의 긴급 보수공사에서는 조강 포틀랜드 시멘트의 단점을 보완하기 위하여 콘크리트에 폴리머 에멀젼을 첨가한 폴리머 시멘트 콘크리트의 사용이 점차 증가하고 있다.
그러나, 기존 폴리머 시멘트 콘크리트는 고가의 폴리머 에멀젼을 사용함으로써 공사비의 상승 원인이 되고 있다. 또한, 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트는 그 재료 자체의 특징으로 인하여 초기 수분 증발이 빠르게 발생되므로 초기 플라스틱 균열, 건조 수축 및 수화열이 높아 균열이 발생하기 쉽다.
한편, 경제적인 측면과 산업적 측면으로 볼 때, 콘크리트의 강도 및 내구성을 향상시킴으로써 보수 비용의 절감 효과를 얻는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스티렌-아크릴 에멀젼, 1,1-디클로로에텐 에멀젼, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼, 폴리에테르설폰 에멀젼, 폴리비닐아민 및 소디움라우릴설페이트가 혼합된 개질 폴리머를 첨가하여 콘크리트가 경화되는 시간을 연장함으로써, 작업성 향상 및 콘크리트의 하자를 줄일 수 있고 내구성능을 개선할 수 있는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 시멘트 결합재 5∼30중량%, 잔골재 30∼65중량%, 굵은골재 20∼55중량%, 물 0.1∼10중량% 및 개질 폴리머 0.01∼15중량%를 포함하며, 상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 50∼95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 0.1∼20중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 0.1∼15중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 0.01∼10중량%, 폴리비닐아민 0.01∼10중량% 및 소디움라우릴설페이트 0.01∼5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 시멘트 결합재는 조강 시멘트 50∼90중량%, 고로슬래그 분말 1∼35중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1∼35중량%, 메타카올린 1∼25중량%, 석고 0.1∼10중량%, 산화아연 0.01∼5중량% 및 칼슘 실리케이트 0.01∼5중량%를 포함할 수 있다.
상기 시멘트 결합재는 칼슘 알루미나 시멘트 0.1∼35중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 시멘트 결합재는 산화티탄 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 개질 폴리머는 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼 0.1∼20중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 개질 폴리머는 폴리아크릴산나트륨 에멀젼 0.1∼15중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 콘크리트의 열화 부위에 프라이머 처리하는 단계와, 상기 프라이머 처리된 상부에 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수공법을 제공한다.
상기 프라이머 처리는 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 스티렌 부타디엔 고무 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴 및 에틸 비닐 아세테이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고, 상기 프라이머 처리하는 단계 전에 노출된 철근을 방청처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스티렌-아크릴 에멀젼, 1,1-디클로로에텐 에멀젼, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼, 부틸아크릴레이트, 폴리비닐아민 및 소디움라우릴설페이트가 혼합된 개질 폴리머를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 폴리머 시멘트 콘크리트보다 폴리머 사용량도 저감시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시멘트 결합재 5∼30중량%, 잔골재 30∼65중량%, 굵은골재 20∼55중량%, 물 0.1∼10중량% 및 개질 폴리머 0.01∼15중량%를 포함한다.
상기 시멘트 결합재는 조강 시멘트 50∼90중량%, 고로슬래그 분말 1∼35중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1∼35중량%, 메타카올린 1∼25중량%, 석고 0.1∼10중량%, 산화아연 0.01∼5중량% 및 칼슘 실리케이트 0.01∼5중량%를 포함할 수 있다.
상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 50∼95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 0.1∼20중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 0.1∼15중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 0.01∼10중량%, 폴리비닐아민 0.01∼10중량% 및 소디움라우릴설페이트 0.01∼5중량%를 포함할 수 있다.
골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 30∼65중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 20∼55중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합재는 조강 시멘트 50∼90중량%, 고로슬래그 분말 1∼35중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1∼35중량%, 메타카올린 1∼25중량%, 석고 0.1∼10중량%, 산화아연 0.01∼5중량% 및 칼슘 실리케이트 0.01∼5중량%를 포함할 수 있다.
상기 조강 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 조강 시멘트는 상기 시멘트 결합재에 50∼90중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그 분말은 잠재수경성 특성으로 장기강도발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그 분말은 상기 시멘트 결합재에 1∼35중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그 분말의 함량이 1중량% 미만이면 장기강도 발현이나 내구성 증진효과가 미흡할 수 있고, 상기 고로슬래그 분말의 함량이 35중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 시멘트 결합재에 0.1∼35중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 석고는 상기 시멘트 결합재에 0.1∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼슘설포알루미네이트 및 상기 석고는 중량비가 증가하면 빠른 경화 특성을 나타내며, 상기 칼슘설포알루미네이트 및 상기 석고의 전체 함량이 상기 시멘트 결합재에 0.2중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트 및 상기 석고의 전체 함량이 45중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 메타카올린은 필러(filler), 내화물, 고무, 페인트, 화학, 제약 등 폭 넓게 사용 가능한 카올린을 특수 처리하여 콘크리트용 혼화재료로 제조한 것으로서, 상기 메타카올린을 첨가하게 되면 단기적으로 에트린자이트(ettringite)의 생성과 시멘트 중의 C3S의 활성화로 초기강도가 증가되며, 중장기적으로 시멘트의 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 강도 및 내구성이 증가한다. 상기 메타카올린은 상기 시멘트 결합재에 1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메타카올린의 함량이 1중량% 미만이면 장기강도 발현이나 내구성 증진효과가 미흡하고, 상기 메타카올린의 함량이 25중량%를 초과하면 작업성 및 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 산화아연은 방부 및 항균 역할을 수행한다. 상기 산화아연은 상기 시멘트 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화아연의 중량비가 증가하면 방오 성능을 나타내며, 상기 산화아연의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 방부 및 항균 효과, 방오 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 산화아연의 함량이 5중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 칼슘 실리케이트는 초기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 칼슘 실리케이트는 상기 시멘트 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 실리케이트의 중량비가 증가하면 강도 및 내구성은 개선되나, 작업성이 떨어진다. 상기 칼슘 실리케이트의 함량이 5중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 경화속도와 강도는 개선되나 작업성이 떨어질 수 있으며, 상기 칼슘 실리케이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 초기 강도 발현 및 내구성 증진 효과가 미약할 수 있다.
상기 시멘트 결합재는 칼슘 알루미나 시멘트를 더 포함할 수 있다. 상기 칼슘 알루미나 시멘트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 칼슘 알루미나 시멘트는 상기 시멘트 결합재에 0.1∼35중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합재는 산화티탄을 더 포함할 수 있다. 상기 산화티탄은 방부 및 항균 효과를 위해 사용한다. 상기 산화티탄은 상기 시멘트 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화티탄의 중량비가 증가하면 방오 성능을 나타내며, 상기 산화티탄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 방부 및 항균 효과, 방오 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 산화티탄의 함량이 5중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 시멘트 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 상기 감수제는 강도 및 내구성의 개선 효과가 우수하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 우수한 나프탈렌계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 시멘트 결합재에 0.001∼2중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합재는 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 상기 시멘트 결합재에 0.01∼3중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 개질 폴리머는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 스티렌-아크릴 에멀젼, 1,1-디클로로에텐 에멀젼, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼, 폴리에테르설폰 에멀젼, 폴리비닐아민 및 소디움라우릴설페이트를 포함할 수 있다.
상기 개질 폴리머는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 개질 폴리머의 함량이 15중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 개질 폴리머의 함량이 0.01중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 50∼95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 0.1∼20중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 0.1∼15중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 0.01∼10중량%, 폴리비닐아민 0.01∼10중량% 및 소디움라우릴설페이트 0.01∼5중량%를 포함할 수 있다.
상기 스티렌-아크릴 에멀젼은 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 스티렌-아크릴 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 50∼95중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-아크릴 에멀젼의 함량이 95중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 향상되지만, 콘크리트의 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼의 함량이 50중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼은 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼의 함량이 20중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 에멀젼은 접착력 및 내열성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에테르설폰 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리에테르설폰 에멀젼의 함량이 15중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리에테르설폰 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 개선되나, 접착력 및 내열성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 1,1-디클로로에텐 에멀젼은 상기 개질 폴리머의 소수성 및 연성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 1,1-디클로로에텐 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 1,1-디클로로에텐 에멀젼의 함량이 10중량%를 초과하면 소수성이나 연성 개선 효과가 더 이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 1,1-디클로로에텐 에멀젼의 함량이 0.01중량% 미만이면 소수성 및 연성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 폴리비닐아민은 상기 개질 폴리머의 점도를 부여하기 위하여 사용한다. 상기 폴리비닐아민은 상기 개질 폴리머에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐아민의 함량이 0.01중량% 미만이면 점도 개선 효과가 떨어지고, 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 소디움라우릴설페이트는 상기 개질 폴리머의 유화제 역할을 한다. 상기 소디움라우릴설페이트는 상기 개질 폴리머에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 소디움라우릴설페이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 안정성이 떨어질 수 있고, 상기 소디움라우릴설페이트의 함량이 5중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 개질 폴리머는 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼은 신장 능력이 향상과, 내알칼리성 및 접착성 개선을 위해 사용된다. 상기 폴리 에틸렌 초산비닐 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼의 함량이 20중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 내알칼리성 및 접착성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 개질 폴리머는 폴리아크릴산나트륨 에멀젼을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리아크릴산나트륨 에멀젼은 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리아크릴산나트륨 에멀젼은 상기 개질 폴리머에 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리아크릴산나트륨 에멀젼의 함량이 15중량%를 초과하면 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리아크릴산나트륨 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 개질 폴리머는 나프탈렌계 감수제 0.001∼2중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 나프탈렌계 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 조강 시멘트의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다.
또한, 상기 개질 폴리머는 실리콘계 소포제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시멘트 결합재 5∼30중량%, 잔골재 30∼65중량%, 굵은골재 20∼55중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1∼10중량%와 개질 폴리머 0.01∼15중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 보수공법을 설명한다. 이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 신축이음부 등의 구조물로서 콘크리트로 이루어진 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 콘크리트의 열화 부위에 프라이머 처리하는 단계와, 상기 프라이머 처리된 상부에 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제를 도포하는 단계를 포함한다.
이하에서, 상기 프라이머 처리는 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 물질을 도포하는 것을 의미하는 것으로 사용하며, 상기 프라이머 처리는 스티렌 부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber; SBR) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 아크릴 및 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 이때, 상기 프라이머 처리에 되는 물질의 고형분은 13중량% 정도로 낮추어 시공하는 것이 바람직하다. 상기 고형분을 13중량%를 초과하여 사용할 경우 피막 두께가 두꺼워져 도리어 부착성능을 저하시킬 수 있다.
상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고, 상기 프라이머 처리하는 단계 전에 노출된 철근을 방청처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하는 경우에 정상적인 경우에는 콘크리트 구조물의 철근이 노출되지 않지만 열화가 심한 경우에는 열화된 부위에서 철근이 노출될 수도 있는데, 이렇게 철근이 노출되는 경우에는 방청 처리하여 철근의 부식을 방지하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명에 따른 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 35중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 3중량%와 개질 폴리머 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 고로슬래그 분말 15중량%, 칼슘설포알루미네이트 15중량%, 메타카올린 5중량%, 석고 3중량%, 산화아연 0.5중량%, 칼슘 실리케이트 0.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 1중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 1중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 1중량%, 폴리비닐아민 0.5중량%, 소디움라우릴설페이트 0.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 2>
시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 35중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 3중량%와 개질 폴리머 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 고로슬래그 분말 15중량%, 칼슘설포알루미네이트 15중량%, 메타카올린 5중량%, 석고 3중량%, 산화아연 0.5중량%, 칼슘 실리케이트 0.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 90중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 2중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 2중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 2중량%, 폴리비닐아민 1.5중량%, 소디움라우릴설페이트 1.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3>
시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 35중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 3중량%와 개질 폴리머 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 고로슬래그 분말 15중량%, 칼슘설포알루미네이트 15중량%, 메타카올린 5중량%, 석고 3중량%, 산화아연 0.5중량%, 칼슘 실리케이트 0.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 85중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 3중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 3중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 3중량%, 폴리비닐아민 2.5중량%, 소디움라우릴설페이트 2.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 및 2는 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 조성물 및 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 35중량% 및 물 5중량%를 믹서에 강제 투입, 교반하여 보통 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은 골재 35중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 3중량%와 스티렌-아크릴 에멀젼 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 한 결과를 나타낸 것이다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
아래의 표 1은 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화이다.
구 분 슬럼프(cm)
교반직후 20분
경과 후		 30분
경과 후		 40분
경과 후		 60분
경과 후
실시예 1 19 14 11 8 7
실시예 2 19 15 12 10 8
실시예 3 20 17 15 12 10
비교예 1 16 8 6 5 4
비교예 2 18 12 10 7 5
위의 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하며 특히, 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
구 분 압축강도(kgf/㎠)
7시간 후 12시간 후 24시간 후 3일 후 28일 후
실시예 1 151 201 242 358 432
실시예 2 155 207 248 365 456
실시예 3 159 211 252 374 469
비교예 1 - - - 246 378
비교예 2 - - - 257 395
위의 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 7시간이 경과하면 경화되기 때문에 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행할 수 있지만, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물은 1일이 경과하여도 경화되지 않아 다른 작업을 전혀 수행할 수 없다. 또한, 완전히 경화된 후에도 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
구 분 휨강도(kgf/㎠)
7시간 후 12시간 후 24시간 후 3일 후 28일 후
실시예 1 31 46 54 70 78
실시예 2 33 47 57 74 83
실시예 3 35 49 59 79 87
비교예 1 - - - 28 46
비교예 2 - - - 45 70
위의 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 7시간이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않는다. 이에 반해, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물은 1일이 경과하여도 경화되지 않으므로, 외부에서 하중이 발생하면 타설되어 있는 콘크리트가 파손되거나 변형된다. 특히, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구 분 접착강도(kgf/㎠)
1일 후 3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 14 16 18 20 21
실시예 2 16 18 20 22 23
실시예 3 17 19 20 23 25
비교예 1 - - - 9 17
비교예 2 - - - 12 20
위의 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 4004(시멘트 벽돌)에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 표 5에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다. 즉, 흡수율이 낮을수록 경화된 후 콘크리트의 강도가 향상되는 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 1.6 1.4 1.2 4 2.0
위의 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
건조수축율(%) 0.09 0.07 0.06 0.25 0.13
위의 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 7은 동결융해저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성지수를 표시한 것이다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 90 90 91 52 88
위의 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투깊이(mm) 1.1 0.9 0.8 5.2 1.6
위의 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성이 개선된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.8 0.7 0.6 4.0 1.2
위의 표 9에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 시멘트 결합재 5∼30중량%, 잔골재 30∼65중량%, 굵은골재 20∼55중량%, 물 0.1∼10중량% 및 개질 폴리머 0.01∼15중량%를 포함하며,
    상기 개질 폴리머는 스티렌-아크릴 에멀젼 50∼95중량%, 폴리스티렌아크릴에스테르 에멀젼 0.1∼20중량%, 폴리에테르설폰 에멀젼 0.1∼15중량%, 1,1-디클로로에텐 에멀젼 0.01∼10중량%, 폴리비닐아민 0.01∼10중량% 및 소디움라우릴설페이트 0.01∼5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시멘트 결합재는 조강 시멘트 50∼90중량%, 고로슬래그 분말 1∼35중량%, 칼슘설포알루미네이트 0.1∼35중량%, 메타카올린 1∼25중량%, 석고 0.1∼10중량%, 산화아연 0.01∼5중량% 및 칼슘 실리케이트 0.01∼5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시멘트 결합재는 칼슘 알루미나 시멘트 0.1∼35중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 시멘트 결합재는 산화티탄 0.01∼5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 개질 폴리머는 폴리 에틸렌 초산 비닐 에멀젼 0.1∼20중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개질 폴리머는 폴리아크릴산나트륨 에멀젼 0.1∼15중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
    콘크리트의 열화 부위에 프라이머 처리하는 단계;
    상기 프라이머 처리된 상부에 제1항에 기재된 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 및
    타설된 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수공법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 프라이머 처리는 상기 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 스티렌 부타디엔 고무 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르, 아크릴 및 에틸 비닐 아세테이트 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수공법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고,
    상기 프라이머 처리하는 단계 전에 노출된 철근을 방청처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수공법.
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