KR101366062B1 - 교면포장용 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물, 세골재, 조골재를 포함하는 교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때, 조강성 시멘트 3~10 중량부; 고로 슬래그 7~10 중량부; 플라이 애쉬 3~6 중량부; 라텍스 2~4 중량부;를 포함하는 교면포장용 콘크리트 조성물을 제시함으로써, 고가의 라텍스의 혼입량을 줄이면서도, 충분히 우수한 물성을 얻도록 한다.

Description

교면포장용 콘크리트 조성물 및 그 제조방법{CONCRETE COMPOSITION FOR BRIDGE PAVEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 교면포장용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
교량은 차량의 운행에 의한 하중, 풍하중 등에 의해 심한 변형이 지속적으로 발생하는 구조물이므로, 교량의 상면(교면)에 형성되는 도로포장의 재료는 일반적인 지반 위에 형성되는 도로포장의 재료에 비해 강도, 내구성 기타 물성이 우수하여야 한다.
종래에는 교면포장용 콘크리트 조성물로서, 라텍스를 혼입한 폴리머 콘크리트를 주로 사용하여 왔다.
그런데, 종래의 교면포장용 콘크리트 조성물은 원하는 물성(도로공사 기타 발주처가 요구하는 기준)을 얻기 위하여, 고가의 라텍스를 다량 혼입하여야 하였으므로, 경제성이 좋지 못하다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 고가의 라텍스의 혼입량을 줄이면서도, 충분히 우수한 물성을 얻도록 하는 교면포장용 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 물, 세골재, 조골재를 포함하는 교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때, 조강성 시멘트 3~10 중량부; 고로 슬래그 7~10 중량부; 플라이 애쉬 3~6 중량부; 라텍스 2~4 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물을 제시한다.
상기 세골재는 40~45 중량부가 포함된 것이 바람직하다.
상기 조골재는 30~35 중량부가 포함된 것이 바람직하다.
상기 물은 4~6 중량부가 포함된 것이 바람직하다.
상기 조강성 시멘트는 클링커에서 LSF(석회포화도)가 92.0~95.0인 것이 바람직하다.
상기 조강성 시멘트는 클링커에서 SO3의 함량이 0.60~0.80중량%인 것이 바람직하다.
상기 조강성 시멘트는 클링커에서 K2SO4의 함량이 1.20~1.60중량%인 것이 바람직하다.
상기 조강성 시멘트는 블레인 값이 4800~5200인 것이 바람직하다.
본 발명은 클링커를 제조하는 클링커 제조단계; 상기 클링커와 석고를 혼합하고 분쇄하여 조강성 시멘트를 제조하는 조강성 시멘트 제조단계; 교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때, 상기 조강성 시멘트 3~10 중량부, 고로 슬래그 7~10 중량부, 플라이 애쉬 3~6 중량부, 라텍스 2~4 중량부, 물, 세골재, 조골재를 혼합하여 교면포장용 콘크리트를 제조하는 콘크리트 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법을 함께 제시한다.
상기 세골재는 40~45 중량부를 혼입하는 것이 바람직하다.
상기 조골재는 30~35 중량부를 혼입하는 것이 바람직하다.
상기 물은 4~6 중량부를 혼입하는 것이 바람직하다.
상기 클링커 제조단계는 상기 클링커의 LSF(석회포화도)가 92.0~95.0이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 클링커 제조단계는 상기 클링커의 SO3의 함량이 0.60~0.80중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 클링커 제조단계는 상기 클링커의 K2SO4의 함량이 1.20~1.60중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 조강성 시멘트 제조단계는 블레인 값이 4800~5200이 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
본 발명은 고가의 라텍스의 혼입량을 줄이면서도, 충분히 우수한 물성을 얻도록 하는 교면포장용 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 교면포장용 콘크리트 조성물은 기본적으로, 조강성 시멘트, 고로 슬래그, 플라이 애쉬, 라텍스, 물, 세골재, 조골재를 포함하여 구성된다.
구체적으로는, 교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때, 조강성 시멘트 3~10 중량부; 고로 슬래그 7~10 중량부; 플라이 애쉬 3~6 중량부; 라텍스 2~4 중량부;를 포함하여 구성된다.
세골재는 40~45 중량부, 조골재는 30~35 중량부, 물은 4~6 중량부가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
고로 슬래그, 플라이 애쉬와 같은 혼화재는 포졸란 반응에 의해 장기 강도는 우수하지만, 초기 강도에는 그다지 기여를 하지 못하는 것으로 알려져 있다.
고로 슬래그, 플라이 애쉬의 경화 반응을 위해서는 다량의 Ca(OH)2가 필요하고, 이러한 Ca(OH)2는 시멘트의 활발한 수화반응을 통해 발생하는데, 일반 포틀랜드 시멘트는 수화반응이 느려서, 충분한 양의 Ca(OH)2를 초기에 공급하지 못하므로, 고로 슬래그, 플라이 애쉬의 경화 반응을 촉진하지 못하기 때문이다.
본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위하여, 조강성 시멘트를 사용하여 초기에 활발한 수화반응이 발생하도록 하여, 충분한 양의 Ca(OH)2를 고로 슬래그, 플라이 애쉬에 대해 공급하도록 하므로, 고로 슬래그, 플라이 애쉬가 장기 강도의 발현에는 물론, 초기 강도의 발현에도 기여하도록 한다.
따라서 다음과 같은 효과를 얻도록 한다.
첫째, 고가의 라텍스를 종래에 비해 절반 정도만 혼입하면서도, 충분히 우수한 강도, 내구성 등의 물성을 갖도록 한다.
둘째, 조강성 시멘트를 사용한 콘크리트는 높은 수화열과 건조수축의 문제가 지적되는데, 본 발명의 경우에는 시멘트를 고로 슬래그, 플라이 애쉬로 다량 치환하므로, 위 문제가 발생하지 않도록 한다.
셋째, 다량의 포졸란 재료(고로 슬래그, 플라이 애쉬)를 사용하므로, 장기 강도 및 장기 수밀성이 우수하다.
여기서, 조강성 시멘트란 보통 포틀랜드 시멘트(1종) 및 종래의 조강 포틀랜드 시멘트(3종)와 구분하기 위한 명칭으로서, 기본적으로 보통 포틀랜드 시멘트(1종)를 전제로 하되, 공정 및 화학조성의 조정에 의해 종래의 보통 포틀랜드 시멘트(1종)와 조강 포틀랜드 시멘트(3종)의 중간 정도의 조강 성능을 발휘하도록 개선된 재료를 의미한다.
조강 포틀랜드 시멘트(3종)는 대단히 고가의 재료이므로, 본 발명에서는 이와 같은 고가의 재료를 사용하지 않고, 기본적으로 저가의 재료인 보통 포틀랜드 시멘트(1종)를 전제로 하면서도, 공정의 개선에 의해 조강 성능을 부여하여, 상술한 바와 같은 교면포장용 콘크리트 조성물을 얻을 수 있도록 한다는 특징이 있다.
표 1은 위 조강성 시멘트의 물리적 성능을 나타낸 것이다.
Figure 112012082232970-pat00001
이하, 위 조강성 시멘트를 얻기 위한 제조방법에 관하여 설명한다.
보통 포틀랜드 시멘트는 기본적으로, 클링커를 제조하는 클링커 제조단계; 클링커와 석고를 혼합하고 분쇄하여 시멘트를 제조하는 시멘트 제조단계;에 의해 구성되는데, 본 발명은 이러한 보통 포틀랜드 시멘트에 대하여 조강성을 부여하기 위하여 위 조강성 시멘트를 제조하는 방법으로서 다음과 같은 3가지 실시예를 제시한다.
첫째, 클링커 제조단계에서 클링커의 LSF(석회포화도)를 높게 조절하는 것이다.
클링커의 성분 중 시멘트의 초기강도 및 전 재령에 걸친 압축강도에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 C3S(Alite)의 함량인데, 실험결과 클링커의 LSF(석회포화도)를 92.0~95.0 정도로 상향 조절하는 경우, C3S의 생성량이 증가함에 따라 시멘트 수화반응 시 수화열 및 수화속도가 증가하여 조기강도가 상승함을 확인할 수 있었다.
둘째, 클링커 제조단계에서 클링커의 SO3의 함량을 높이는 것이다.
클링커에 함유된 알칼리는 수용성 알칼리(알칼리 황산염 등)와, 불용성 알칼리(클링커 광물의 구성성분으로 결합됨)로 존재하는데, 이들 중 초기강도에 기여하는 것은 전자인 수용성 알칼리 성분이다.
클링커에서 SO3의 함량이 높아지는 경우, 위 불용성 알칼리가 수용성 알칼리로 전환되므로, 수시간 ~ 3일 재령의 압축강도를 상승시킬 수 있다.
실험결과, 클링커의 SO3의 함량이 0.60~0.80중량%가 되도록 공정을 관리하는 경우, K2SO4의 함량이 1.20~1.60중량%로 증가함을 확인할 수 있었다(종래의 보통 포틀랜드 시멘트 제조 공정에서의 클링커의 SO3의 함량은 0.50중량% 이하이다).
이와 같이 클링커의 K2SO4의 함량을 관리하는 경우, 제조물인 조강성 시멘트의 SO3의 함량은 2.70~3.30중량%가 되는데, 이는 종래의 보통 포틀랜드 시멘트의 SO3의 함량인 2.10중량%보다 높은 값이다.
한편, KS 규격은 시멘트에서 SO3의 함량이 3.5중량% 이하가 되도록 제한하고 있는데, 본 발명에 의한 제조방법에 따르는 경우, SO3의 함량을 충분히 높이면서도 위 KS 규격을 만족한다는 효과가 있다.
셋째, 시멘트의 블레인(Blane) 값을 높이는 것이다.
클링커의 분쇄를 충분히 하여 블레인 값을 높이는 경우(입자의 크기를 작게 하는 경우), 물과 시멘트의 접촉면적(접촉확률)이 커지므로 초기강도의 발현에 유리하게 되고, 상술한 고로 슬래그, 플라이 애쉬의 경화 반응을 촉진할 수 있다.
실험결과 블레인 값이 4800~5200이 되도록 분쇄하는 경우, 가장 경제적이면서도 우수한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다(종래의 보통 포틀랜드 시멘트(1종) 제조공정에서의 블레인 값은 3200 정도이다).
표 2는 종래의 교면포장용 콘크리트 조성물인 LMC(Latex-modified Concrete)의 성분 및 배합비와 본 발명의 4가지 실시예의 성분 및 배합비를 나타낸 것이다.
Figure 112012082232970-pat00002
W/B는 물-바인더(시멘트, 혼화재)의 비, S/a는 잔골재율, L은 액상 라텍스의 혼입율, OPC는 보통 포틀랜드 시멘트, EC는 조강성 시멘트, BS는 고로 슬래그, FA는 플라이 애쉬, S는 세골재, G는 조골재를 의미한다.
본 발명의 실시예에서, S40-F20은 바인더를 100중량%라 할 때, 시멘트 40중량%, 고로 슬래그 40중량%, 플라이 애쉬 20중량%에 의해 구성된 실시예를 의미하고, S40-F30은 시멘트 30중량%, 고로 슬래그 40중량%, 플라이 애쉬 30중량%에 의해 구성된 실시예를 의미한다.
비교예(LMC)의 경우, 라텍스의 함량이 5.6중량%(고형분의 중량)임에 비해, 본 발명에 의한 조성물의 경우, 라텍스의 함량이 3.0중량% 정도로서 절반 수준임을 확인할 수 있다.
표 3은 위 표 2에 의해 배합한 조성물의 물성 실험결과를 나타낸 것이다.
Figure 112012082232970-pat00003
압축강도의 경우, 한국도로공사의 교면포장에 관한 품질기준은 28일 재령 기준으로 28MPa 이상이고, 비교예(LMC)는 37.1MPa임에 비해, 본 발명의 실시예들은 35.7~45.7MPa로서 대단히 우수한 결과를 나타냈다.
염소이온투과저항성의 경우, 한국도로공사의 교면포장에 관한 품질기준은 56일 재령 기준으로 1000C 이하이고, 비교예(LMC)는 28일 재령에서 1000임에 비해, 본 발명의 실시예들은 28일 재령에서 470~965C으로서 대단히 우수한 결과를 나타냈다.
염소이온투과저항성은 값이 낮을수록 내구성이 우수함을 의미하고, 콘크리트의 재령이 길어질수록 값이 낮아지는 것이므로, 본 발명에 의한 조성물의 염소이온투과저항성은 대단히 우수한 것으로 평가할 수 있다.
건조수축의 경우에도, 비교예(LMC)에 비해, 본 발명의 실시예들이 최소한 동등 이상의 물성을 가짐을 확인할 수 있었다.
한국도로공사의 교면포장의 휨강도에 관한 품질기준은 3.15MPa 이상일 것을 요구하는데, 본 발명의 실시예들은 이를 충분히 상회하므로 실제 적용에는 아무런 문제가 없고, 상술한 바와 같이 다른 물성들이 우수하며, 가격이 저렴하므로, 종합적으로는 충분히 우수한 효과를 얻는 것으로 평가할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 물, 세골재, 조골재를 포함하는 교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때,
    조강성 시멘트 3~10 중량부;
    고로 슬래그 7~10 중량부;
    플라이 애쉬 3~6 중량부;
    라텍스 2~4 중량부;를 포함하고,
    상기 조강성 시멘트는 클링커에서
    LSF(석회포화도)가 92.0~95.0이며,
    SO3의 함량이 0.60~0.80중량%이고,
    K2SO4의 함량이 1.20~1.60중량%인 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세골재는 40~45 중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조골재는 30~35 중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물은 4~6 중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조강성 시멘트는
    블레인 값이 4800~5200인 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물.
  9. 클링커를 제조하는 클링커 제조단계;
    상기 클링커와 석고를 혼합하고 분쇄하여 조강성 시멘트를 제조하는 조강성 시멘트 제조단계;
    교면포장용 콘크리트 조성물 전체를 100중량부라 할 때, 상기 조강성 시멘트 3~10 중량부, 고로 슬래그 7~10 중량부, 플라이 애쉬 3~6 중량부, 라텍스 2~4 중량부, 물, 세골재, 조골재를 혼합하여 교면포장용 콘크리트를 제조하는 콘크리트 제조단계;를 포함하고,
    상기 클링커 제조단계는
    상기 클링커의 LSF(석회포화도)가 92.0~95.0이 되도록 하며,
    상기 클링커의 SO3의 함량이 0.60~0.80중량%가 되도록 하고,
    상기 클링커의 K2SO4의 함량이 1.20~1.60중량%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세골재는 40~45 중량부를 혼입하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 조골재는 30~35 중량부를 혼입하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 물은 4~6 중량부를 혼입하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 조강성 시멘트 제조단계는
    블레인 값이 4800~5200이 되도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 교면포장용 콘크리트 조성물의 제조방법.
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