KR101355111B1 - 교면 포장용 폴리머 개질 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법 - Google Patents

교면 포장용 폴리머 개질 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 개질 콘크리트를 이용한 교면 포장 공법 및 이 공법에 사용되는 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 교면 포장용 폴리머 개질 콘크리트 조성물은,교면을 포장하는데 사용가능한 폴리머 개질 콘크리트 조성물로서, 시멘트와, 골재와, 폴리머 에멀전 및 물을 혼합하여 이루어지며, 상기 폴리머 에멀전에는 시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제 또는 시멘트 응집 방지용 수분산 우레탄계 계면활성제 중 적어도 하나와, 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제가 첨가되어 있으며, 상기 폴리머 에멀전은 시멘트 수화지연제를 포함하고, 상기 폴리머 에멀전은 라텍스 또는 아크릴 중 적어도 하나를 포함하는 것에 특징이 있다.

Description

교면 포장용 폴리머 개질 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법{Polymer modified concrete compostion and Bridge pavement method using the same}
본 발명은 도로를 포장하는 공법 및 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 특히 교량 상판의 교면을 포장하기 위한 교면 포장 공법 및 이 교면 포장 공법에 사용 가능한 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 교량이란 하천, 해안, 도로 등의 상부를 통해 차량이 지나갈 수 있도록 가설된 고가 구조물을 총칭하는 것으로, 교량의 표면에는 포장공사를 통해 교면(橋面) 포장층을 형성함으로써 차량 등이 원활하게 통행할 수 있도록 한다.
교면 포장층은 교통 하중을 직접 전달받는 부분으로서, 반복되는 교통 하중에 적합한 강도 및 균열 저항성을 가져야 할 것은 물론, 빗물 등 수분에 노출되어 있는 관계로 방수 성능을 가질 것이 요구되며, 특히 염화물 이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 낮은 염소이온 투수성을 가질 것이 요구된다.
이러한 교면 포장 방법으로는 종래로부터 일반 콘크리트 포장방법이나 아스콘 포장방법이 널리 사용되어 왔다. 그러나 콘크리트 포장방법은 균열이 쉽게 발생하고 내염해성이 떨어지며, 아스콘 포장방법은 소성변형 및 표면 열화에 의해 주기적으로 재포장을 해야하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내에서는 합성고무 라텍스 등을 이용한 라텍스 개질 콘크리트 교면포장 공법이 개발되어 활용되고 있다. 이 기술은 콘크리트의 배합시 합성고무 라텍스(SBR)의 고형분을 콘크리트 내부에 골고루 분산시켜 폴리머 피막을 형성함으로써, 콘크리트의 휨인성 및 부착강도를 향상시키며, 염소이온의 확산을 방지하는 장점을 가진다.
그러나 라텍스 개질 콘크리트는 모바일 믹서와 같은 특수한 전용 시공장비를 사용해야만 하는 제약이 있다. 즉, 라텍스 개질 콘크리트의 작업가능 시간은 대략 20분 정도로 매우 짧으므로, 일반 레미콘과 같이 레미콘 공장에서 배합하여 운반할 수가 없기 때문에 현장에서 바로 배합하여 타설할 수 있도록 모바일 믹서를 사용하여 시공하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 라텍스 개질 콘크리트를 배합하기 위하여 모바일 믹서를 사용하는 경우 많은 문제점이 발생한다.
우선, 배합속도가 매우 느리다. 모바일 믹서는 1시간당 7m3의 콘크리트만을 배합할 수 있기 때문에 시간당 시공할 수 있는 면적이 매우 작다는 문제점이 있다.
또한 모바일 믹서를 사용하는 경우, 시멘트, 골재 등의 원재료를 현장 부근에 적치 보관하므로 혼잡한 도심지에서는 적당한 장소의 확보가 어려울 수 있고, 기상상황에 따라 골재의 함수율 변동이 심해 콘크리트의 단위수량 조절 및 슬럼프 조절이 어려워져 품질관리가 용이하지 않다는 단점이 있다.
그리고, 모바일 믹서의 경우 장비 구성의 한계로 인하여 1종류의 시멘트만을 사용할 수 있으며, 고로 슬래그 미분말, 실리카 흄 등의 다양한 혼합재를 첨가할 수 없어 콘크리트의 내염해성, 강도, 화학적 저항성을 개선하는데 한계가 있다. 마찬가지로, 골재에 있어서도 다양한 입도를 가지는 골재를 사용할 수 없고 단지 1종류의 골재만을 사용해야 하므로 콘크리트의 물성 향상과 품질관리가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레미콘 플랜트 또는 현장 배치플랜트를 활용하여 대량 생산이 가능함으로써 시공 속도가 향상되며, 내염해성 등의 물성이 개선되며, 일정한 품질이 보장될 수 있는 폴리머 개질 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교면 포장 공법은, 포장 대상이 되는 교량의 표면을 세정하는 단계, 상기 교량을 포장할 폴리머 개질 콘크리트 조성물을 레미콘 공장 또는 현장 배치 플랜트에서 제조하고 레미콘 차량을 이용하여 상기 교량으로 운반하는 단계, 상기 폴리머 개질 콘크리트를 상기 교량의 표면에 타설하는 단계 및 상기 폴리머 개질 콘크리트 조성물이 양생되는 단계를 포함하며, 상기 폴리머 개질 콘크리트 조성물은 시멘트와, 골재와, 폴리머 에멀전 및 물을 혼합하여 이루어지며, 상기 폴리머 에멀전에는 시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제 또는 시멘트 응집 방지용 수분산 우레탄계 계면활성제 중 적어도 하나와, 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제가 첨가되며, 상기 폴리머 에멀전은 시멘트 수화지연제를 포함하고, 상기 폴리머 에멀전은 라텍스 또는 아크릴 중 적어도 하나를 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 슬래그 미분말, 플라이 애쉬, 실리카 흄 또는 메타카올린 중 적어도 하나가 더 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘크리트의 수축 보상을 위하여 분말형 팽창제가 더 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 팽창제는 CSA(Calcium Sulfoaluminate)와 석고의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 CSA는 0.1~10 중량%, 상기 석고는 1~10 중량%의 범위의 비율로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘크리트의 수축저감을 위하여 액상의 수축저감제가 더 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 수축저감제는 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중에 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 수축저감제는 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합될 수 있으며 폴리머 콘크리트 제조 현장에서 혼화제의 형태로 첨가되어 사용되거나 폴리머 에멀젼에 미리 혼합되어 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리칼본산계 계면활성제는, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 무수말레인산염의 공중합체, 렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리알킬렌글리콜 모노(메타)아크릴산에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 술폰산기를 갖는 메타아크릴산 에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리글리세린(메타)아크릴산에스테르 공중합체 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합되며, 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~10 중량%의 비율로 첨가된다.
또한, 상기 수분산 우레탄계 계면활성제는, 변성 수분산 폴리우레탄 공중합체를 포함하며, 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로 첨가된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 비이온계 계면활성제는, 지방산디에탄올아민 화합물, 아민옥사이드, 노닐페놀에틸렌옥사이드 부가물, 솔비탄에스테르화 화합물, 알킬폴리글리코사이드, 지방산에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌폴리프로필렌 공중합체, 고급지방산(C12~C22)디에탄올아민 화합물, 고급지방산(C12~C22)에틸렌옥사이드(EO)부가물(EO는1~50개), 알킬(C4~C20)아민옥사이드, 알킬(C4~C20)페놀에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 솔비탄에스테르화 화합물 및 에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 알킬(C1~C20)폴리클리코사이드(분자량 100~100,000), 고급알콜(C4~C20)에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 폴리에틸렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리프로필렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌옥사이드공중합체(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌이민(분자량 100~100,000), 폴리글리세린(분자량 100~100,000) 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합된다. 그리고, 상기 비이온계 계면활성제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~10 중량%의 비율로 첨가된다.
또한, 상기 폴리머 에멀전은 시멘트 수화지연제를 포함할 수 있으며, 상기 시멘트 수화지연제는 구연산, 주석산, 글루코산, 글루코스, 올리고당, 솔비톨 및 당밀류 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합되며, 상기 시멘트 수화지연제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로 첨가된다.
본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 콘크리트를 배합 후 일정 시간 동안 유동성을 유지할 수 있게 함으로써 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트에서 콘크리트를 제조하여 교량으로 운반하여 교면포장을 수행할 수 있도록 하였다. 레미콘 공장이나 플랜트에서 콘크리트를 제조하면 빠른 시간 내에 대량 생산이 가능하므로, 공장에서 제조된 콘크리트를 운송하여 교면 포장을 하는 경우 시공속도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공장에서 콘크리트를 제조하면, 본 발명의 일 실시예와 같이, 고로슬래그 미분말, 실리카 흄, 플라이 애쉬, 메타카올린 중 적어도 하나 또는 이들을 혼합한 다양한 혼합재와 혼화제를 첨가할 수 있어, 교량 포장에 적합하도록 콘크리트의 물성을 개선할 수 있다.
또한, 공장에서 콘크리트를 제조하면, 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 다양한 팽창제, 특히 칼슘설포알루미네이트, 석고 등을 적어도 하나 또는 이들을 혼합한 팽창제를 첨가할 수 있어, 콘크리트의 수축 저감을 도모할 수 있다는 이점이 있다.
그리고 공장에서 콘크리트를 제조하면 골재의 함수량 등을 일정하게 유지할 수있어 품질이 일정하게 보장된다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물(골재는 제외한시멘트 형태)의 물성을 시험하기 위한 시료의 배합비가 나타나 있는 표이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타난 폴리머 개질 콘크리트 시료의 시간 경과에 따른 플로우 실험결과가 나타나 있는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트(골재 포함된 콘크리트 형태)에 다양한 혼화제를 첨가한 형태의 실시예가 나타나 있는 그래프이다.
도 5는 도 4에 나타난 폴리머 개질 콘크리트의 물리성능 및 내구성능에 대한 시험결과가 나타나 있는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물과 이를 이용한 교면 포장 공법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교면 포장 공법은 포장 대상이 되는 교량의 표면을 세정한 후, 교량의 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 포설하고, 이 콘크리트가 양생됨으로써 완료된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 교면 포장용 콘크리트 조성물을 사용하여 교면을 포장하기 위해서는 교량 표면에 부착된 오염물질과 표면에 노출된 골재 등을 제거하는 표면 청소 작업이 선행되어야 한다. 이와 같은 표면 청소 작업은 콘크리트 타설 전 48시간 이내에 실시하는 것이 일반적이다. 또한 콘크리트의 타설 전에는 교량 표면을 물로 적신 후 표면 건조 포화상태로 만들어 둠으로써 수분이 기존 콘크리트에 흡수되는 것을 방지한다.
상기와 같이 시공전 교면 포장 준비 작업이 완료되면 교면 포장용 콘크리트를 포설한다. 이와 같이 콘크리트가 포설되면 진동기 등을 이용하여 평탄화 작업을 하고 전동 피니셔 또는 수작업을 통하여 표면 마무리 작업을 한다. 이 때, 시공 상황에 따라 콘크리트가 타설된 표면에는 Astroturf drag 등을 이용하여 texturing을 실시할 수도 있다.
최종적으로 콘크리트 타설면의 상부에 피막 양생제를 살포한 후 폴리에틸렌 필름을 씌워 소정 기간 양생하면 교면 포장용 콘크리트 조성물을 이용한 교면 포장이 완료된다.
상기한 바와 같은 교면 세척, 콘크리트 포설 및 양생으로 이어지는 교면 포장 공법은 공지의 구성이며, 본 발명의 중요한 특징은 교량의 표면에 포설되는 폴리머 개질 콘크리트 조성물에 있다. 즉, 본 발명에 따른 교면 포장 공법은 이하에서 설명한 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물을 이용하여 교면을 포장하는 공법을 포괄하는 것임을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 폴리머 개절 콘크리트 조성물에 대하여 설명한다.
종래기술에서 설명한 바와 같이 기존의 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 이용하여 교면을 포장하는 경우, 라텍스 개질 콘크리트가 배합 후 매우 빠른 시간(대략 30분 정도) 내에 굳어지므로 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트에서 콘크리트를 제조하지 못하고, 교량 현장에서 모바일 믹서를 이용하여 배합을 하였다. 이에 시공속도의 저하, 콘크리트 물성의 한계, 콘크리트 품질관리의 곤란함이 나타났다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하고자, 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트에서 콘크리트를 제조할 수 있도록 하였다. 레미콘 공장이나 플랜트에서 콘크리트를 제조하면 빠른 시간내에 대량 생산이 가능하므로, 공장에서 제조된 콘크리트를 운송하여 교면 포장을 하는 경우 시공속도를 향상시킬 수 있고 엄격한 품질관리가 가능하기 때문이다.
또한, 공장에서 콘크리트를 제조하면, 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 고로슬래그 미분말, 실리카 흄, 플라이 애쉬, 메타카올린 등 다양한 혼합재와 혼화제를 첨가할 수 있어, 교량 포장에 적합하도록 콘크리트의 물성을 개선할 수 있다.
그리고 공장에서 콘크리트를 제조하면 골재의 함수량 등을 일정하게 유지할 수있어 품질이 일정하게 보장된다는 장점이 있다.
즉, 레미콘 공장이나 플랜트에서 교면 포장용 콘크리트를 제조하면 모바일 믹서에서 제조하는 것과 비교하여 다양한 장점이 있다.
그러나, 상기한 바와 같이, 기존의 교면 포장용 라텍스 개질 콘크리트의 경우 콘크리트를 배합한 후 30분 정도의 짧은 시간 내에 콘크리트가 굳어지므로 공장으로부터 교량까지 운송할 수가 없었다.
이에, 본 발명에서는 교면 포장용 콘크리트가 공장으로부터 교량 현장까지 운송되는 시간과 현장 대기시간을 포함하여 작업시간을 충분히 확보할 수 있도록 일정 시간 내에 유동성을 유지하는 폴리머 개질 콘크리트를 개발하였다.
본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 일반적으로 콘크리트를 구성하는 재료인 시멘트, 모래, 자갈에 물을 혼합하여 이루어진다. 그리고, 콘크리트를 배합 후 작업시간 동안 유동성이 확보될 수 있도록 본 발명에서 제시하는 조성의 폴리머 에멀전이 혼합된다.
시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되지만, 콘크리트의 물성을 개선하기 위하여 고로 슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트, 고유동 시멘트, 저발열 시멘트, 다성분계 혼합시멘트, 내염성 시멘트, 팽창성 시멘트, (초)조강시멘트, (초)속경시멘트, 고미분말 시멘트 등의 다양한 특수시멘트가 사용될 수도 있다.
특히 본 발명의 일 실시예에서는 시멘트의 물성을 향상시키기 위하여, 슬래그 미분말, 실리카 흄, 플라이 애쉬 및 메타카올린 중 적어도 하나 또는 이들을 혼합한 혼화재를 첨가한다.
슬래그 미분말의 경우 철강산업의 부산물로 발생하는 것으로서, 시멘트의 내염해성 및 내화학성을 크게 개선시킬 뿐만 아니라, 시멘트의 장기강도를 향상시키는 장점이 있다. 즉, (고로)슬래그 미분말은 수화과정에서 Ca2 +, Mg2 +, AlO4 4 -, SiO4 4- 이온들을 발생시키는데, 이들은 시멘트 수화물과 반응하여 칼슘실리케이트(CSH), 칼슘알루미네이트(CAH10) 수화물을 생성함으로써 시멘트의 알칼리량을 감소시키고, 경화 후 시멘트 내부조직을 치밀하게 하여, 시메트의 강도가 증진됨은 물론 제설재로부터 유입되는 Cl- 이온을 흡착하고 Ca2 +이온의 유입을 차단한다. 슬래그 미분말은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 대략 20~50 중량부의 범위로 혼합될 수 있다.
또한 플라이 애쉬는 화력발전소 등에서 석탄을 연소했을 때 생기는 석탄재 중의 미립자를 집진기에 의하여 포집한 것이다. 플라이 애쉬는 인공 포졸란 물질로서 그 자체는 수경성이 없으나 실리카 물질이 석회와 물에 의하여 상온에서 서서히 반응을 일으켜 안정된 불용성화합물을 생성한다.
플라이 애쉬 중의 SiO2, Al2O3의 성분은 시멘트 수화물과의 포졸란 반응을 통해 시멘트의 알칼리 성분을 흡수하고 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하며, Al2O3 성분은 제설재로 부터의 Cl-이온을 흡착하고 Ca2 + 이온의 유입을 차단한다. 즉, 시멘트 조직 내부에서 수화 생생물로 시멘트 페이스트 중의 공극 구조내에 존재하면서 침투수와 함께 석출되는 수산화칼슘이나 수산화알칼리 혼합물을 고정하여 시멘트 페이스트 중의 공극을 채움으로써 콘크리트의 침투성을 개선하고, 침식성 화학물질에 대한 침투성을 억제함으로써 콘크리트의 강도와 내구성 증진에 뚜렷하게 기여한다. 플라이 애쉬는 시멘트 조성물 전체에서 대략 10~40 중량%의 범위로 혼합될 수 있다.
실리카 흄은 실리콘 제조시 발생하는 초미립자의 규소 부산물을 전기 집진장치에 의해서 포집한 것이다. 실리카 흄을 시멘트에 혼합하는 경우 시멘트 입자 사이 사이의 빈 공극을 채워 고강도 및 고내구성의 경화 콘크리트를 형성할 수 있다.
즉, 실리카흄은 주로 비정질 결정인 실리카를 80% 이상 함유하고 있으며 매우 미세하면서도 구형의 입자(평균입경 0.1㎛)로 구성되어 있어 매우 효과적으로 포졸란 반응을 일으키므로 콘크리트의 장기적인 강도 증가에 긍정적인 영향을 미친다. 특히 실리카흄의 비 표면적이 150,000 ~ 250,000㎠/g으로 형성될 만큼 그 입경이 작아서, 시멘트 페이스트와 골재 사이를 채워줌으로써 충전 효과에 의해 수밀성이 향상되는 바, 본 발명은 이와 같은 실리카흄 분말을 포함함으로써 별도의 방수 처리 없이도 교면 포장용 콘크리트에 중요하게 요구되어지는 수밀성 및 염소이온 투과저항성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 메타카올린은 시멘트 입자 및 세골재 사이의 공극을 충전시켜 콘크리트 경화체가 치밀한 조직을 가지게 하는 역할을 한다. 메타카올린은 단기적으로 에트린자이트 생성과 시멘트 중의 C3S의 활성화로 콘크리트의 초기강도를 증가시키며, 중장기적으로는 시멘트의 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 압축강도 및 내구성을 향상시켜 준다.
실리카흄, 메타카올린 등의 고강도 혼합재는 전체 시멘트 조성물(골재 제외)에서 1~10%중량 정도를 추가로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 팽창재로서, 칼슘설포알루미네이트(CSA, Calcium Sulfoaluminate)와 석고를 혼합한 분말형의 팽창재를 사용한다.
칼슘설포알루미네이트는 3CaO·3Al2O3·CaSO4의 화합물로서 물과 수화반응을 통해 에트린자이트를 형성함으로써 시멘트의 조기강도를 증진시키고 팽창을 일으킨다. 본 발명의 일 실시예에서 칼슘설포알루미네이트는 전체 시멘트 조성물(골재 제외) 중에서 0.1~10 중량%의 범위로 혼합될 수 있다.
석고는 본 발명에서 이수석고, 무수석고 등을 포함하는 개념이다. 석고는 물과 혼합 시 SO3 용출량을 증대시켜 고로슬래그 미분말의 반응을 촉진시키고, 시멘트 수화물 중 칼슘알루미네이트와 반응하여 에트린자이트를 생성함으로써 내부 조직을 치밀화시키며, MgO 성분이 장기적으로 콘크리트의 건조수축을 상쇄시켜 수축에 의한 균열을 방지하고 내구성을 증대시킨다. 이러한 반응이 원활히 일어나도록 하기 위해서는 분말도 3,000cm2/g 이상의 무수석고를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 일 실시예에서 석고는 전체 시멘트 조성물(골재 제외) 중에서 1~10 중량%의 범위로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘크리트의 수축저감을 위하여 액상의 수축저감제가 더 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 수축저감제는 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중에 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 수축저감제는 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합될 수 있으며 폴리머 콘크리트 제조 현장에서 혼화제의 형태로 첨가되어 사용되거나 폴리머 에멀젼에 미리 혼합되어 사용될 수 있다.
한편, 하절기의 높은 콘크리트 온도에 의한 굳지 않은 시멘트의 슬럼프 로스(Slump-loss)를 방지하여 콘크리트의 운반, 대기 및 타설 작업에 필요한 작업시간 확보하기 위해서는, 응결지연제를 혼합조성물 100중량% 대비 0.1~1.0중량% 정도 사용할 수 있다.
이러한 응결지연제는 주석산(Tartaric acid), 구연산(Citric acid), 글루콘산나트륨(Sodium gluconate), 설탕(Sugar) 등을 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용한다.
또한, 상기한 바와 같은 시멘트는 완제품 형태로 사용하는 대신에 일반 포틀랜트 시멘트에 혼합재로 포졸란 물질, 잠재수경성 물질, 팽창재, 속경재, 급결재 및 기타 광물질 혼합물과 유기 혼화제를 별도 첨가재로 사용하여 콘크리트를 제조할 수도 있다. 그리고 골재로는 자갈과 모래가 사용된다.
본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물에서 사용하는 폴리머 에멀전은 라텍스 또는 아크릴과 같은 폴리머를 에멀전(emulsion) 상태로 만든 것이다. 그리고 이 폴리머 에멀젼에는 시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제 또는 시멘트 응집 방지용 수분산 우레탄계 계면활성제 중 적어도 하나가 첨가된다. 그리고 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제가 포함된다. 또한, 시멘트 수화지연제를 혼합한다.
시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 무수말레인산염의 공중합체, 렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리알킬렌글리콜 모노(메타)아크릴산에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 술폰산기를 갖는 메타아크릴산 에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리글리세린(메타)아크릴산에스테르 공중합체 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합될 수 있다.
폴리칼본산계 계면활성제와 함께 또는 단독으로 수분산 우레탄계 계면활성제를 폴리머 에멀전에 첨가할 수 있다. 수분산 우레탄계 계면활성제로는 변성 수분산 폴리우레탄 공중합체를 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기한 폴리칼본산계 및/또는 우레탄계 계면활성제에 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제를 혼합하여 사용한다. 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제는 지방산디에탄올아민 화합물, 아민옥사이드, 노닐페놀에틸렌옥사이드 부가물, 솔비탄에스테르화 화합물, 알킬폴리글리코사이드, 지방산에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌폴리프로필렌 공중합체, 고급지방산(C12~C22)디에탄올아민 화합물, 고급지방산(C12~C22)에틸렌옥사이드(EO)부가물(EO는1~50개), 알킬(C4~C20)아민옥사이드, 알킬(C4~C20)페놀에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 솔비탄에스테르화 화합물 및 에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 알킬(C1~C20)폴리클리코사이드(분자량 100~100,000), 고급알콜(C4~C20)에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 폴리에틸렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리프로필렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌옥사이드공중합체(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌이민(분자량 100~100,000), 폴리글리세린(분자량 100~100,000) 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합된다.
또한, 상기 폴리머 에멀전은 시멘트 수화지연제를 포함할 수 있으며, 상기 시멘트 수화지연제는 구연산, 주석산, 글루코산, 글루코스, 올리고당, 솔비톨 및 당밀류 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합되며, 상기 시멘트 수화지연제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로 첨가된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트에 첨가되는 폴리머 에멀전에는 폴리칼본산계 계면활성제, 수분산 우레탄계 계면활성제, 비이온계 계면활성제 및 시멘트 수화지연제가 혼합하여 사용되는데, 위 재료들의 혼합 비율에 대하여 많은 실험을 수행하였으며 각 재료들의 최적의 함량비를 도출하였다.
즉, 실험적 고찰을 통해, 시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제는 폴리머 에멀전의 전체 중량에서 0.1~10 중량%의 비율로, 우레탄계 계면활성제는 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로, 비이온계 계면활성제는 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~10 중량%의 비율로, 마지막으로 시멘트 수화지연제는 폴리머 에멀전 전체 중량에서 0.1~5 중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
위 재료들이 각각의 혼합 비율의 범위 미만으로 첨가되면 콘크리트의 응결지연 효과가 적어 원하는 정도의 작업시간을 확보할 수 없으며, 혼합 비율을 초과하는 경우 필요 이상으로 응결이 지연되어 작업성을 저하시키는 문제가 있는 바, 상기한 범위 내에서 재료들을 첨가하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 조성의 폴리머 에멀전을 콘크리트에 사용하는 경우 콘크리트의 슬럼프 및 플로우 감소가 현저하게 저하되어 콘크리트를 혼합한 후 최소 1시간 이상 최대 2시간까지 콘크리트 포설 작업이 가능하다. 1~2시간까지 콘크리트의 유동성이 유지된다면, 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트로부터 교량까지의 운반시간, 대기시간을 포함하여 콘크리트의 포설 및 줄눈 작업시간까지 충분히 확보되어 여유있게 콘크리트 포설작업이 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 조성의 폴리머 에멀전을 사용하는 경우, 콘크리트의 응결이 지연되어 콘크리트를 도로의 표면에 포설할 수 있는 충분한 작업시간을 확보할 수 있으면서, 콘크리트의 물성도 향상된다. 즉, 폴리머의 고형분이 콘크리트 내부에 골고루 분산되어 폴리머 피막을 형성함으로서 콘크리트의 휨인성 및 부착강도를 향상시키며, 염소이온의 확산을 크게 막아 준다는 장점을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트에서 제조되므로, 다양한 재료들의 저장시설과 계량시설의 자유로운 사용이 가능하여, 용도와 특성에 맞게 다양한 재료들을 시멘트에 혼합하여 사용할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성의 폴리머 개질 콘크리트의 효과를 확인하기 위하여 물성시험을 수행하였다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물의 물성을 시험하기 위한 시료의 배합비가 나타나 있는 표이다. 도 1 및 도 2에 나나탄 시료는 골재(모래 및 자갈)를 포함하지 않은 개질 라텍스 시멘트 조성물 형태이다.
실험을 위한 폴리머 개질 라텍스 시멘트는, 도 1 및 도 2의 표에 나타난 바와 같이, 라텍스에 폴리칼본산계 계면활성제 또는 시멘트 응집 방지용 수분산 우레탄계 계면활성제 중 적어도 하나와, 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제가 첨가되어 있다.
즉, 폴리칼본산계 계면활성제로는 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 무수말레인산염의 공중합체(실시예1, 실시예4~6) 또는 렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 (메타)아크릴산 공중합체가 사용(실시예2)되었다. 그리고 수분산 우레탄계 계면활성제로는 지방산디에탄올아민화합물이 사용(실시예3)되었다. 또한 비이온계 계면활성제로는 지방산디에탄올아민화합물(실시예1~4, 실시예7~9), 아민옥사이드(실시예5) 및 노닐페놀에틸렌옥사이드(실시예 6) 부가물을 사용하였다.
또한 수화지연제로는 소듐글루코네이트를 사용하였다. 그리고 실시예7 내지 실시예9에서는 수축저감제로서 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 또는 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌을 사용하였다.
그리고 본 발명에서 사용하는 개질 라텍스 시멘트 조성물과의 비교를 위해 계면활성제가 포함되지 않은 비교예를 시료를 조성하였다.
위 개질 라텍스 시멘트 조성물의 플로우(슬럼프 로스) 실험 결과가 도 3에 나타나 있다.
도 3을 참조하면, 비교예의 경우 초기 플로우가 180mm, 30분 및 60분 후의 플롱는 각각 90 및 75로 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 개질 라텍스 시멘트 조성물의 경우 초기와 30분 후에는 플로우가 200을 상회하며, 60분을 경과한 시점에서도 일부를 제외하고는 130~210mm 정도를 유지하고 있다는 것을 알 수 있다. 특히 레미콘 이동시간을 고려할 때 30~40분 경과 후의 플로우가 매우 중요한데, 본 실시예에서는 플로우가 모두 200mm 정도를 유지하는 바, 콘크리트 포설 작업을 원활하게 진행할 수 있음을 확인하였다.
이렇게 본 발명에서 사용하는 콘크리트는 시멘트의 유동성이 일정 기간 유지되므로 시공 현장이 아니라 레미콘 공장 등에서 배합하여 현장으로 이송한 후 사용할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 개질 라텍스 시멘트 조성물에 골재 및 다양한 혼화제를 첨가한 형태의 폴리머 개질 콘크리트의 물성을 시험하였다.
도 4는 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트(골재 포함된 콘크리트 형태)에 다양한 혼화제를 첨가한 형태의 실시예가 나타나 있는 그래프이다.
실시예10 내지 14에서는 개질 라텍스로서 상기한 도 2의 시료9의 조성 비율로서 개질 라텍스를 제조하였다. 즉, 라텍스 157.8kg, 폴리칼본산계 계면활성제로서 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 무수말레인산염의 공중합체 2kg, 비이온계 계면활성제로서 지방산 디에탄올아민화합물 2kg, 수축저감제로서 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르1kg 및 수화지연제로서 소듐글루코네이트 0.2kg을 혼혼합하여 개질 라텍스를 조성하였다.
그리고 실시예 11,13,14에서는 슬래그미분말을 첨가하였고, 실시예 11,13,14에서는 플라이애쉬를 첨가하였고, 실시예 13,14에서는 실리카흄을 첨가하였다. 또한, 실시예12~14에서는 추가적으로 팽창제와 지연제를 첨가하였다.
슬래그 미분말은 비중 2.90에 블레인 비표면적은 420m2/kg이다. 플라이 애쉬는 유연탄 플라이 애쉬로서 비중 2.30에 블레인 비표면적은 310m2/kg이다. 그리고 잔골재는 해사 세척사로서 비중 2.55이며, 굵은골재는 최대치수 13mm의 부순자갈로서 비중 2.60이다.
본 발명과의 비교를 위하여 일반 라텍스를 사용한 비교예를 조성하였다.
시험결과가 도 5의 표에 나타나 있다. 도 5는 도 4에 나타난 폴리머 개질 콘크리트의 물리성능 및 내구성능에 대한 시험결과가 나타나 있는 표이다.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 실시예의 경우 콘크리트를 혼합한 후 60분이 경과한 시점에서 180~215mm 정도의 슬럼프를 유지하고 있으며, 120분이 경과한 시점에서도 슬럼프가 170mm를 유지하고 있어 콘크리트 포설작업이 진행될 수 있을 만큼의 유동성을 나타내고 있다. 그러나, 일반 라텍스 콘크리트인 비교예의 경우 60분이 지난 시점에서 슬럼프가 100mm 이하로 떨어져 작업이 불가능한 수준에 이르렀다.
즉, 일반 라텍스 개질 콘크리트는 슬럼프의 저하로 인하여 배합 후 30분 내에 포설 및 줄눈작업이 완료되어야 하는 반면, 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트 조성물의 경우 최대 2시간까지 유동성이 유지되어 공장에서 콘크리트를 제조한 후 운반, 대기 및 작업시간이 충분히 확보될 수 있다.
또한, 콘크리트 포설시 동결융해의 저항성에 영향을 미치는 공기량의 경우 실시예와 비교예가 비슷한 수준으로 나타났다.
한편, 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 공장에서 제조가능하므로 다양한 혼합재를 사용할 수 있어, 모바일 믹서에서 제조된 일반 라텍스 개질 콘크리트에 비하여 물성을 개선할 수 있다. 특히 교면 포장의 경우 염화칼슘이 포함된 제설제로부터의 손상을 막기 위하여 내염해성이 중요한데, 도 5에 나타난 표를 참조하면 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트의 내염해성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 압축강도, 휨강도, 인장강도 등에서는 실시예1,2와 비교예가 모두 비슷한 수준을 보이고 있다. 그러나, 플라이애쉬와 고로슬래그를 혼합하여 제조한 실시예11,13,14의 경우 염소이온 투과시험에서 수치가 300~600으로 나타나, 위 재료들을 혼합하지 않은 비교예(900)나 다른 실시예(800~900)와는 많은 차이를 나타내었다.
염분에 대한 침투저항성(염소이온 투수성)은 일반적으로 그 값이 4,000 coulombs 이상이면 염소이온 투과가 매우 잘되어 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 되지않는 조건으로 평가한다.
실시예13의 경우 수치가 300 coulombs 으로 염소이온의 투과성이 매우 낮아 동절기에 제설제가 많이 사용되는 경우에도 콘크리트의 손상을 막을 수 있다.
또한 수축저감제와 팽창재의 사용에 따라 콘크리트의 자유수축량을 크게 저감하거나 혹은 무수축의 콘크리트 제조가 가능하므로 분 발명의 적용으로 콘크리트 포장에서 발생하기 쉬운 수축균열의 발생을 크게 억제할 수 있음이 확인되었다.
따라서 잠재수경성 및 포졸란 효과를 발현하는 혼합재와 수축저감제 혹은 팽창재의 사용으로 고가의 폴리머 사용량을 저감하고도 교면 포장에 필요한 물리적 성능과 내구성능을 만조하는 폴리머 개질 콘크리트의 제조 및 시공이 가능하다는 것을 확인하였다.
이렇듯 공장에서 콘크리트를 제조하는 경우 다양한 혼합재를 첨가할 수 있어, 콘크리트의 내화학성, 내염해성 및 내구성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리머 개질 콘크리트는 콘크리트를 배합 후 일정 시간 동안 유동성을 유지할 수 있게 함으로써 레미콘 공장이나 현장 배치 플랜트에서 콘크리트를 제조하여 교량으로 운반하여 교면포장을 수행할 수 있도록 하였다. 레미콘 공장이나 플랜트에서 콘크리트를 제조하면 빠른 시간 내에 대량 생산이 가능하므로, 공장에서 제조된 콘크리트를 운송하여 교면 포장을 하는 경우 시공속도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 공장에서 콘크리트를 제조하면 고로슬래그 미분말, 실리카 흄, 플라이 애쉬 등 다양한 혼합재와 혼화제를 첨가할 수 있어, 교량 포장에 적합하도록 콘크리트의 물성을 개선할 수 있다.
그리고 공장에서 콘크리트를 제조하면 골재의 함수량 등을 일정하게 유지할 수있어 품질이 일정하게 보장된다는 장점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 교면을 포장하는데 사용가능한 폴리머 개질 콘크리트 조성물로서,
    시멘트와, 골재와, 폴리머 에멀전 및 물을 혼합하여 이루어지며,
    상기 폴리머 에멀전에는 시멘트 응집 방지용 폴리칼본산계 계면활성제 또는 시멘트 응집 방지용 수분산 우레탄계 계면활성제 중 적어도 하나와, 시멘트 응집 방지용 비이온계 계면활성제가 첨가되어 있으며,
    상기 폴리머 에멀전은 시멘트 수화지연제를 포함하고,
    상기 폴리머 에멀전은 라텍스 또는 아크릴 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    슬래그 미분말, 플라이 애쉬, 실리카 흄 또는 메타카올린 중 적어도 하나가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    콘크리트의 수축 보상을 위하여 팽창제가 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팽창제는 CSA(Calcium Sulfoaluminate), 석회(CaO) 및 석고 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 CSA는 0.1~10 중량%, 상기 석회는 0.1~10 중량%, 상기 석고는 1~10 중량%의 범위의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 팽창제는 액상인 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리칼본산계 계면활성제는, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 무수말레인산염의 공중합체, 렌글리콜 모노(메타)알릴에테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리알킬렌글리콜 모노(메타)아크릴산에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 술폰산기를 갖는 메타아크릴산 에스테르와 (메타)아크릴산 공중합체, 폴리글리세린(메타)아크릴산에스테르 공중합체 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리칼본산계 계면활성제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~10 중량%의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수분산 우레탄계 계면활성제는, 변성 수분산 폴리우레탄 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수분산 우레탄계 계면활성제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 비이온계 계면활성제는, 지방산디에탄올아민 화합물, 아민옥사이드, 노닐페놀에틸렌옥사이드 부가물, 솔비탄에스테르화 화합물, 알킬폴리글리코사이드, 지방산에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌폴리프로필렌 공중합체, 고급지방산(C12~C22)디에탄올아민 화합물, 고급지방산(C12~C22)에틸렌옥사이드(EO)부가물(EO는1~50개), 알킬(C4~C20)아민옥사이드, 알킬(C4~C20)페놀에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 솔비탄에스테르화 화합물 및 에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 알킬(C1~C20)폴리클리코사이드(분자량 100~100,000), 고급알콜(C4~C20)에틸렌옥사이드 부가물(EO는1~50개), 폴리에틸렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리프로필렌옥사이드(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌옥사이드공중합체(분자량 100~100,000), 폴리에틸렌이민(분자량 100~100,000), 폴리글리세린(분자량 100~100,000) 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비이온계 계면활성제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~10 중량%의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 수화지연제는 구연산, 주석산, 글루코산, 글루코스, 올리고당, 솔비톨 및 당밀류 중 적어도 어느 하나 또는 2개 이상이 혼합되며,
    상기 시멘트 수화지연제는 상기 폴리머 에멀전 전체 중 0.1~5 중량%의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 콘크리트 조성물.
  14. 포장 대상이 되는 교량의 표면을 세정하는 단계;
    상기 교량을 포장할 폴리머 개질 콘크리트 조성물을 레미콘 공장 또는 현장 배치 플랜트에서 제조하여 레미콘 차량을 이용하여 상기 교량으로 운반하는 단계;
    상기 폴리머 개질 콘크리트를 상기 교량의 표면에 포설하는 단계; 및
    상기 폴리머 개질 콘크리트 조성물이 양생되는 단계;를 포함하며,
    상기 폴리머 개질 콘크리트 조성물은 상기 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 폴리머 개질 콘크리트 조성물이 사용되는 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
  15. 삭제
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