KR101380171B1 - 내염성 시멘트를 포함하는 반강성 도로포장용 고내구성 시멘트와 이를 가진 주입 시공한 고내구성 반강성 도로포장 시공방법 - Google Patents

내염성 시멘트를 포함하는 반강성 도로포장용 고내구성 시멘트와 이를 가진 주입 시공한 고내구성 반강성 도로포장 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반강성 도로포장 방법 및 이 방법에 사용되는 시멘트 밀크용 시멘트와 이를 주입하는 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반강성 도로포장 방법은, 아스팔트를 포설 및 다짐하는 단계와, 아스팔트 내부의 공극으로 시멘트 밀크를 주입하는 단계를 포함하며, 시멘트 밀크에 진동을 가하여, 아스팔트 내부의 공극으로 시멘트 밀크가 주입되는 것을 촉진하는데 특징이 있다.
본 발명에 사용되는 시멘트 밀크용 주입재는 아스팔트 포장체 내의 공극에 충전되는 것으로서, 내염성 시멘트 50~90중량%와, 급결재 3~30중량%와, 유동화제 0.1~5중량%와, 증점제 0.01~1.0중량%와 실리카흄 1~15중량%와, 팽창재 1~12중량%와, 수화촉진제 0.1~2중량% 및 수화지연제 0.1~3중량%를 포함하여 이루어지며, 팽창재는 액상으로서, 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중 적어도 하나이며, 팽창재는 내염성 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합되는 것에 특징이 있다.

Description

내염성 시멘트를 포함하는 반강성 도로포장용 고내구성 시멘트와 이를 가진 주입 시공한 고내구성 반강성 도로포장 시공방법 {High durable cement for semi-rigid pavement having chloride resistant cement and Semi-rigid pavement method using filling the same in asphalt with vibrating}
본 발명은 도로포장 시공방법 및 이 도로포장에 사용되는 시멘트 밀크용 시멘트에 관한 것으로서, 특히 공극률이 큰 아스팔트에 시멘트 밀크를 가진(加振) 주입하여 도로를 포장하는 반강성 도로포장 시공방법 및 이에 사용되는 반강성 도로포장용 시멘트 밀크용 시멘트에 관한 것이다.
일반적으로, 도로포장은 콘크리트를 이용한 포장방법과 아스팔트를 이용한 포장방법을 사용하고 있다.
콘크리트 포장은 강성을 갖는 포장으로 시공 및 양생기간이 길고, 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 주행 소음 증가, 주행성 및 미끄럼 저항성 등에서 아스팔트 포장에 비하여 단점을 지니고 있다.
아스팔트 포장은 가요성을 갖는 포장으로서 위에서 열거한 콘크리트 포장의 단점과 상반되는 개념의 장점을 지니고 있지만, 하절기에 장기간 고온 환경에 노출되면 소성 변형이 발생하여 포장수명이 단축되고 도로의 유지 보수비용이 증가하는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 아스팔트 시멘트를 개질하여 감온성(感溫性)및 내유동성(耐流動性)을 개선한 고분자 개질 아스팔트(Polymer Modified Asphalt) 포장이나, 사용 골재의 입도를 개선하고 섬유재를 보강하여 아스팔트 혼합물의 물성을 개선한 SMA(Stone Mastic Asphalt) 포장 등이 실행되고는 있지만 만족할만한 성과를 내지 못하고 있다. 즉, 아스팔트 포장도로에서 이러한 소성 변형은 근래에 심화되고 있는 여름철 고온 현상이 지속됨에 따라 포장체의 온도가 상승하는데 기인한 것으로서, 종래의 아스팔트 도로포장방법으로는 이러한 환경의 변화에 적절히 대처할 수 없다.
최근에는 이러한 기후변화에 대응하여 반강성 도로포장의 적용이 점차 확산되면서, 포장의 내유동성 확보 및 장수명화로 포장의 내구성 향상 및 경제성 제고에 많은 기여를 하고 있다.
반강성 도로포장이란 공극률이 큰 아스팔트를 도로에 포설 및 다짐한 후 시멘트 페이스트 등의 주입재를 아스팔트의 공극에 충전하여 강성을 확보하는 방법을 말한다.
한편, 국내 도로에는 동절기에 제설작업을 위하여 염화칼슘(CaCl2) 및 소금(NaCl)이 과량 살포되고 있으므로 도로포장을 이루는 재료는 살포된 제설용 염화물 및 Ca+이온의 침투에 의한 피해에 무방비로 노출되어 있다. 아스팔트의 경우는 이러한 제설제의 화학작용에 대한 직접적인 피해가 별로 없으나 시멘트는 이러한 화학물질의 공격에 대하여 화학저항성이 낮아 콘크리트 도로 포장은 이러한 제설제에 대하여 내구성에 매우 취약한 약점을 나타내고 있다.
이와 같이 제설제로부터 공급되는 염화물은 시멘트의 수화생성물인 Ca(OH)2와 반응하여 CaO·CaCl2·2H2O 및 Mg2(OH)3Cl·4H2O 결정물을 생성시키기 때문에 그에 따른 용적팽창으로 시멘트 콘크리트가 표면부로부터 서서히 열화된다고 알려져 있다.
또한 제설제로부터 유입되는 과량의 Ca+이온은 시멘트 몰탈 및 콘크리트 중의 골재 중의 실리카 성분과의 알칼리-골재반응에 의한 팽창을 발생시켜 역시 시멘트 몰탈 및 콘크리트의 성능 저하와 파괴의 원인이 된다.
이러한 이유로 인하여 제설재를 비염화물계로 변경하기 위한 방안이 연구되고 있으나 경제성의 문제로 인하여 뚜렷한 대안이 제시되지 못하고 있는 바, 제설제용 염화물에 대한 저항성을 높이는 포장 재료의 개발이 시급한 실정이다.
특히, 여름철 소성변형에 대한 대안으로 주목받고 있는 반강성 도로포장에 사용되는 시멘트 주입재도 제설재에 의한 성능저하가 나타나므로, 고내구성의 반강성 포장의 시공을 위하여 내염성 및 내화학성을 가지는 주입재의 개발이 필요하다.
또한 고내구성의 반강성 도로포장체를 시공하기 위하여는 시멘트 밀크 경화체의 내구성 확보와 함께 이러한 시멘트 밀크가 다공성의 아스팔트 틈 사이로 밀실하게 침투하여야 하며 이를 위하여 기존의 시공에서는 시멘트 밀크의 유동성을 향상시키는 동시에 아스팔트 포장에 진동과 외력을 가하는 방법이 사용되고 있다.
그러나 이러한 방법은 시공시에 소음과 진동을 수반하여 공사 현장 주위에 피해를 주며 또한 아스팔트에 가하는 타격이나 진동이 약할 경우는 주입에 별다른 기여를 하지 않고 타격이나 진동이 센 경우는 아스팔트 포장체를 손상시키는 등의 단점이 있어 이에 다공성 아스팔트 포장의 공극에 시멘트 밀크를 완전 충전시켜 고내구성 반강성 포장을 확보하기 위한 주입방법의 개선이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 염화물의 침투를 방지하여 내염성이 우수하면서도, 아스팔트 공극에 대한 주입성능과 충전성능이 확보되며, 내구성이 우수한 반강성 도로포장용 시멘트 밀크에 사용되는 시멘트와 이 시멘트 밀크를 다공성 아스팔트의 공극에 완전하게 충전시키기 위한 반강성 도로포장 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반강성 도로포장용 시멘트 밀크는, 아스팔트 포장체 내의 공극에 충전되는 것으로서, 내염성 시멘트 50~90중량%와, 급결재 3~30중량%와, 유동화제 0.1~5중량%와, 증점제 0.01~1.0중량%와 실리카흄 1~15중량%와, 팽창재 1~12중량%와, 수화촉진제 0.1~2중량% 및 수화지연제 0.1~3중량%를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창재는 액상으로서, 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중 적어도 하나이며, 상기 팽창재는 상기 내염성 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합되는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 팽창재에는 팽창성 CSA 혼합재와 무수석고의 혼합물, 알루미늄 분말, 탄소 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물이 더 첨가되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 일 실시예에서, 상기 내염성 시멘트가 적색을 나타내는 적색 안료가 포함되며, 상기 적색 안료는 광산에서 폐기물로 발생되는 광미(tailing)가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 내염성 시멘트는, 시멘트 30~50중량%와, 고로슬래그 미분말 20~40중량%와, 플라이 애쉬 10~30중량%와, 공업용 소석회 0.5~5중량%와, 무수석고 3~10중량%와, 응결지연제 0.05~1중량% 및 고강도 혼합재 1~10중량%를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 급결재는 결정질 칼슘 알루미네이트 분말, 비정질 칼슘 알루미네이트 분말, 칼슘 설포 알루미네이트 분말, 소듐 알루미네이트 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 급결재에 무수석고, 이수석고, 반수석고 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 섞어서 사용하며, 상기 유동화제는 나프탈렌 설폰산염계 분말, 밀라민 설폰산염계 분말, 폴리칼본산계 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 반강성 도로포장 시공방법은, 아스팔트를 포설 및 다짐하는 단계와, 상기 아스팔트 내부의 공극으로 시멘트 밀크를 주입하는 단계를 포함하며, 상기 시멘트 밀크 자체에 진동을 가하여, 상기 아스팔트 내부의 공극으로 상기 시멘트 밀크가 주입되는 것을 촉진하며, 상기 시멘트 밀크용 시멘트는 상기한 조성으로 이루어진 것이 사용된다.
본 발명에 따른 반강성 도로포장용 시멘트 밀크는 내염성 시멘트를 사용하여 겨울철 제설재에 의한 열화를 피할 수 있어 내구성이 증대된다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반강성 도로포장용 시멘트 밀크는 내염성 시멘트와 함께 유동화제, 증점제, 액상의 팽창재 등의 혼화제를 적합하게 사용함으로써 아스팔트 내의 공극에 투입되는 성능이 우수하다는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 적색 안료로서 폐광에서 배출되는 광미를 사용함으로써 포장체가 적색을 띠게 하면서 포장체의 강도를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.
그리고 본 발명에 따른 반강성 도로포장 방법에서는 시멘트 밀크에 진동을 가함으로써 시멘트 밀크가 아스팔트 내의 공극에 효과적으로 투입될 수 있는 점이 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반강성 도로포장용 시멘트 밀크에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 밀크는 반강성 도로포장에 사용되는 것이다. 반강성 도로포장이란 대략 공극률이 15~30% 정도로 공극률이 큰 아스팔트를 포설 및 다짐한 후, 시멘트 밀크와 같은 주입재를 아스팔트의 공극에 충전하는 방식의 도로포장을 말한다.
상기한 바와 같은 반강성 아스팔트 도로포장의 내구성을 증진시키기 위해서는 크게 3가지의 조건이 요청된다. 첫째, 우수한 품질의 투수성 아스팔트 포장이 확보되어야 하며, 둘째 시멘트 밀크의 주입 및 충전성능이 우수해야 하고, 마지막으로 시멘트 밀크 주입 후 시멘트 밀크의 물리적, 화학적 내구성이 확보되어야 한다.
본 발명에서는 위의 조건들 중 시멘트 밀크의 조건에 해당하는 두 번째와 세 번째 조건을 충족하도록 구성된다.
본 발명에 따른 시멘트 밀크는 내염성 시멘트 50~90중량%와, 급결재 3~30중량%와, 유동화제 0.1~5중량%와, 증점제 0.01~1.0중량%와 실리카흄 1~15중량%와, 팽창재 1~12중량%와, 수화촉진제 0.1~2중량% 및 수화지연제 0.1~3중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 시멘트 밀크에 사용되는 내염성 시멘트는 시멘트 30~50 중량%, 고로슬래그 미분말 20~40 중량%, 플라이 애쉬 10~30 중량%, 공업용 소석회 0.5~5 중량%, 무수석고 3~10 중량%, 응결지연제 0.05~1.0중량%를 포함하여 구성된다.
여기서 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강시멘트, 저열시멘트 또는 저열시멘트 중 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 이루어진 것을 사용할 수 있다. 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 내부를 치밀하게 하여 제설재로부터 Cl- 이온을 흡착하고 Ca2 +이온의 유입을 차단한다.
플라이 애쉬의 SiO2, Al2O3의 성분은 시멘트 수화물과의 포졸란 반응을 통해 시멘트의 알칼리 성분을 흡수하고 경화체의 내부 조직을 치밀하게 하며, 알루미늄성분은 제설재로 부터의 Cl-이온을 흡착하고 Ca2 + 이온의 유입을 차단한다.
공업용 소석회는 생석회(CaO)가 물과 반응후 분급하여 얻어진 백색 분말로 CaO 함량이 70~80중량%이고, 입도는 200mesh 통과분이 98중량% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 생석회와 물의 반응에 의해 제조되는 것으로서, 대부분은 Ca(OH)2로 변화하나 일부는 CaO 형태로 잔존한다.
일반적으로 고로 슬래그 미분말과 플라이 애쉬를 사용하는 경우, 시멘트 콘크리트의 화학저항성과 내구성능 및 장기강도를 증진시키는 장점이 있으나, 초기수화반응의 지연으로 콘크리트 응결이 지연되고 초기 수화발열량이 매우 적어 1일 및 3일 재령의 강도 발현성이 일반 시멘트와 비교하여 적으므로, 특히 동절기 시공시 콘크리트가 동해(凍害)를 입기 쉬운 원인이 될 수 있다.
그런데, 공업용 소석회를 혼합하는 경우, 이에 포함된 Ca(OH)2가 고로 슬래그 미분말과 플라이 애쉬의 수화를 촉진시켜 콘크리트의 초기 강도를 증진시키고 내화학성 및 내구성을 증진시킴으로써 상술한 문제를 해소하도록 한다. 즉, 공업용 소석회는 수산화칼슘량을 증대시켜 상술한 고로 슬래그 미분말과 플라이 애쉬의 반응을 촉진시킴으로써 포장체의 내구성을 증대시키는 역할을 담당하는 것이다.
또한, 공업용 소석회 중의 CaO는 물과 반응하면서 발열하므로 시멘트 콘크리트의 수화발열을 증가시키고 콘크리트의 초기 강도 증진에 기여한다. 무수석고는 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.
한편, 초기 압축강도 증진 및 수화발열량의 증가를 위해 사용되는 공업용 소석회에 포함된 CaO 성분에 의한 굳지 않은 시멘트의 슬럼프 로스(Slump-loss)를 방지하여 운반, 대기 및 타설 작업에 필요한 작업시간 확보하기 위해서는, 응결지연제를 혼합조성물 100중량% 대비 0.1~1.0중량% 정도 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 응결지연제는 주석산(Tartaric acid), 구연산(Citric acid), 글루콘산나트륨(Sodium gluconate), 설탕(Sugar) 등을 단독 또는 2 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 내염성 시멘트는 실리카흄, 메타카올린 등의 고강도 혼합재 1~10%중량% 정도를 추가로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 분말도 6,000cm2/g~250,000cm2/g의 고미분말로서, 이에 포함된 SiO2성분이 시멘트 수화물(Ca(OH)2)과 포졸란 반응을 통해 C-S-H(Calcium silicate hydrate) 수화물을 생성하여 내부 공극을 치밀화 시킴으로써 고강도 및 고내구성을 확보하도록 한다.
또한 내염성 시멘트는 혼합물은 에틸렌 비닐 아세테이트계, 아크릴계, 라텍스계, 폴리비닐알콜계 등의 재유화 분말수지 0.05~5중량% 정도를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이들은 물에 녹아 시멘트 내부에 균질하게 분산되고, 수지 내에 잉여수를 흡착하여 블리딩 발생을 억제하며, 경화 후 시멘트 메트릭스 내부 수화물 공극 상에 가교(Bridge)를 형성함으로써 공극 충전효과를 얻도록 하고, 접착력이 우수하여 하부구조와 부착강도를 높여주며, 필름 막의 형성에 의해 제설재로부터 발생하는 Cl- 및 Ca2+ 이온의 침투을 차단하고, 취성적인 시멘트 경화물의 파괴거동을 연성거동으로 유도하여 도로 포장체의 안전성을 높인다.
나아가 내염성 시멘트는 살폰산염계, 폴리칼본산계 등의 분산제 분말 0.1~2.0중량% 정도를 추가로 포함하는 것이 바람직한데, 이는 시멘트의 유동성의 개선에 효과적이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 밀크에서는 내염성 시멘트를 사용함으로써, 종래의 반강성 포장도로에서 제설재로 인해 아스팔트 내에 충전된 시멘트가 열화되는 문제점이 해결되어, 반강성 포장의 내화학성 및 내구성이 증대되는 이점이 있다.
상기한 조성으로 이루어진 내염성 시멘트를 물과 혼합하거나 또는 물과 폴리머 에멀전의 혼합 액상 재료와 혼합하여 시멘트 밀크를 제조하여 사용할 수 있다. 그러나 내염성 시멘트의 단독 사용시에는 시멘트 밀크의 응결 지연과 경화 지연이 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 포장 후에 인원 및 차량의 통행을 신속하게 복원하기 위하여, 전체 시멘트 밀크의 3~30중량% 범위에서 급결재를 사용한다.
급결재의 양이 위 범위를 초과하면 시멘트 밀크의 유동성이 저하되어 아스팔트 공극에 주입이 곤란하며 작업에 필요한 시간이 충분히 보장되지 않을 수 있다. 반면에 급결재의 양이 위 범위 미만이면 상기한 바와 같이 시멘트 밀크의 응결지연으로 인해 도로의 신속 개통에 문제가 있다.
급결재는 결정질 또는 비정질 칼슘 알루미네이트(C12A7) 분말, 칼슘 설포 알루미네이트 분말, 소듐 알루미네이트 분말 등을 단독으로 사용하거나, 이들을 2이상 혼합하여 사용한다. 또한, 급결재에 무수석고나 이수석고, 반수석고 등의 분말과 혼합하여 사용할 수 있으며 시멘트 주입재의 응결 시간을 빨리 하거나 조기 강도가 요구되는 경우에는 급결재의 사용량을 증가시키는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 시멘트 밀크는 아스팔트 공극에 용이하게 투입될 수 있도록 일정 수준 이상의 유동성이 확보되는 것이 좋다. 이에 본 발명에서는 유동성 향상을 위하여 시멘트 밀크에 유동화제 분말을 첨가하여 사용한다. 유동화제는 시멘트 밀크 전체에서 0.1~5중량%의 비율로 혼합된다. 즉, 유동화제의 혼합 비율이 5중량%를 초과하면 시멘트 밀크 내에서 재료분리가 일어날 수 있어 바람직하지 않으며, 0.1중량% 미만이면 원하는 정도의 유동성이 확보되지 않으므로 바람직하지 않다.
유동화제로는 나프탈렌 설폰산염계, 멜라민 설폰산염계 및 폴리칼본산계 유동화제 분말을 단독으로 사용하거나, 이들 중 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 유동화제를 통해 시멘트 밀크의 유동성을 증가시키면, 시멘트 밀크 주입 후에 정치된 시멘트 밀크의 블리딩 량이 증가하고 분체 재료와 물이 분리되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 시멘트 밀크에 일정한 점도를 부여하는 것이 유효하며, 이는 시멘트 밀크에 증점제를 미량 첨가함으로써 해결될 수 있다.
증점제는 메틸 셀룰로스 등을 사용할 수 있으며, 시멘트 밀크 전체에서 0.01~1.0중량%의 혼합비율로 혼합한다. 증점제가 위 범위를 초과하면 시멘트 밀크의 점도가 너무 높아져 유동성이 저하되고, 위 범위 미만이면 시멘트 밀크의 재료분리 현상을 효과적으로 방지할 수 없어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는 시멘트 밀크의 내구성을 향상시키도록 실리카흄을 첨가한다. 실리카흄은 굳지 않은 시멘트 밀크의 과도한 블리딩을 방지하고 적절한 점도를 부여하여 주입성을 향상시키는 효과가 있으며, 굳은 후에는 시멘트 경화체의 압축강도를 증가시키는 효과가 있다.
실리카흄은 시멘트 밀크 전체 중 1~15중량%의 비율로 혼합한다. 이 실리카흄의 혼합량이 위 범위보다 작으면 시멘트 밀크의 내구성이 저하되어 바람직하지 못하며, 위 범위를 초과하면 유동성이 떨어져 작업성이 떨어지는 문제가 있기 때문이다.
한편, 시멘트 밀크는 기본적으로 시멘트와 혼화재의 혼합물과 물을 혼합하여 제조되므로 충전재(filler)인 골재(aggregate)를 포함하지 않는다. 이에 콘크리트와 비교하여 수축량이 많아 균열 발생의 가능성이 상대적으로 높다. 따라서 시멘트 경화 과정과 경화 후의 수축의 원인인 소성수축, 경화수축 및 건조수축을 보상하기 위한 팽창재의 사용이 요구된다.
본 발명에서 팽창재로는 액상의 팽창재와 고체상의 팽창재가 혼합되어 사용된다.
액상의 팽창재는 내염성 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합되며, 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중에 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 액상의 팽창재는 폴리머 콘크리트 제조 현장에서 혼화제의 형태로 첨가되어 사용되거나 폴리머 에멀젼에 미리 혼합되어 사용될 수 있다.
또한 상기한 액상 팽창재와 더불어 고체상의 팽창재를 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 팽창성 CSA 혼합재와 무수석고 혼합물, 알루미늄 분말, 입도분포를 조절한 탄소 분말 등이 각각 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용한다.
그리고 액상과 고상을 혼합한 팽창재는 시멘트 밀트 전체 중 0.1~12중량%의 비율로 혼합된다. 팽창재의 양이 위 범위를 초과하면 시멘트 밀크의 과다 팽창으로 인한 파괴가 나타날 수 있으며, 위 범위 미만이면 시멘트 밀크 내의 균열을 초래하여 내구성이 저하도리 수 있다. 따라서, 시멘트의 수축을 보상할 수 있는 정도에서 팽창재를 사용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 수화촉진제와 수화지연제를 혼합하여 사용한다.
시멘트의 응결을 촉진시키고 수시간 강도의 발현을 증가시키기거나, 동절기 시공에 있어 응결시간을 확보하기 위하여, 또는 초기 동결융해를 방지하기 위하여 수화촉진제를 미량 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 수화촉진제로는 리튬 카보네이트 미분말, 소듐 카보네이트, 소듐 설페이트 등의 단독 혹은 2종류 이상의 사용이 적합하며, 0.1~2중량%의 범위로 혼합한다.
또한 여름철과 같이 기온이 높은 경우는 시멘트 밀크의 반죽 후에 급격한 유동성 손실이 발생하므로 적절한 가사시간의 확보에 어려움이 많다. 이러한 문제점을 개선하고 충분한 가사시간의 확보를 위하여 수화지연제의 사용이 필요하다. 수화지연제로는 소듐 글루코네이트, 구연산, 주석산, 말레인산을 단독으로 사용하거나, 2종류 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 혼합비율은 0.1~3중량%이다.
수화촉진제와 수화지연제를 상기한 범위 내에서 혼합함으로써 작업 조건에 알맞게 수화시간을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 시멘트 밀크는 도로포장시 적색을 나타내게 하기 위하여 적색 안료가 사용되는데, 본 실시예에서는 폐광에서 폐기물로 배출되는 광미(tailing)를 사용하는데 특징이 있다. 광미에는 산화철 성분이 많이 포함되어 있어 적색을 발현하기에 용이할 뿐만 아니라 산화철 성분으로 인해 포장체의 강도를 향상시킬 수도 있다. 또한, 광미는 폐광으로부터 매우 경제적으로 취득할 수 있다는 장점도 있다.
이하, 본 발명에 따른 시멘트 밀크의 성능을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 조성 비율을 다르게 하여 아래와 표 1 및 표 2와 같이 2개의 조성예를 만들었다.
조성예 1
구성 재료 중량백분율
내염성 시멘트
(광미 포함)		 포틀랜드 시멘트41.4%, 고로슬래그 미분말 35%,
플라이 애쉬10%, 공업용 소석회 1.5%, 무수석고 7%,
구연산 0.1%, 광미 5% 중량 비율로 혼합		 84.29
급결재 비정질 C12A7 미분말 5.0
유동화제 소듐 나프탈렌 설포네이트(Sodium Naphthalene Sulfonate) 0.5
증점제 메틸 셀룰로오스(Methyl Cellulose) 0.01
실리카흄 ELKEM 940U(제품명:노르웨이소재 Elkem사에서 제조) 2.0
팽창재 DENKA CSA#20(제품명: 일본소재 Denka사에서 제조) - 고체상
폴리옥시에틸렌 알킬 아릴 에테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜		 8.0
수화촉진제 Li2CO3 분말 0.1
수화지연제 구연산 분말 0.1
조성예 2
구성 재료 중량백분율
내염성 시멘트
(광미 포함)		 포틀랜드 시멘트41.4%, 고로슬래그 미분말 35%,
플라이 애쉬15%, 공업용 소석회 1.5%, 무수석고 7%,
구연산 0.1%, 광미 5% 중량 비율로 혼합		 64.19
급결재 비정질 C12A7 미분말 25.0
유동화제 소듐 나프탈렌 설포네이트(Sodium Naphthalene Sulfonate) 0.5
증점제 메틸 셀룰로오스(Methyl Cellulose) 0.01
실리카흄 ELKEM 940U(제품명:노르웨이소재 Elkem사에서 제조) 7.0
팽창재 DENKA CSA#20(제품명: 일본소재 Denka사에서 제조) - 고체상
폴리옥시에틸렌 알킬 아릴 에테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜		 3.0
수화촉진제 Li2CO3 분말 0.2
수화지연제 구연산 분말 0.1
상기의 조성예 1과 조성예 2에 각각 물과 아크릴 에멀전의 양을 달리하여 4개의 시멘트 밀크 실시예를 제조하였다. 아래의 표 3의 단위는 중량%이며, 아크릴 에멀전 고형분율은 50%이다. 그리고 비교예는 보통 포틀랜트 시멘트를 사용하였다.
포틀랜트 시멘트 조성예 1 조성예 2 물 아크릴 에멀전
비교예 100 - - 50 -
실시예 1 - 100 - 50 -
실시예 2 - - 100 50 -
실시예 3 - 100 - 30 20
실시예 4 - - - 30 20
위의 표 3과 같은 배합비로 시멘트 밀크를 제조한 후, 굳지 않은 상태에서의 시멘트 밀크의 유동성과, 굳은 상태에서의 시멘트 경화체의 재령별 압축강도 및 재령 후의 염소이온 침투저항성을 측정하였으며, 그 결과가 아래의 표 4에 나타나 있다.

플로우
(mm)
 P콘 유하시간(s)
 압축강도 (MPa) 염소이온 투과량 (Coulomb)
4시간 1일 3일 7일 28일
비교예 190 18 - 2.5 10.8 20.6 25.4 5,814
실시예 1 280 10.5 - 7.5 16.0 22.5 27.0 940
실시예 2 265 12.4 10.3 23.7 28.0 32.2 35.8 620
실시예 3 260 12.0 - 5.6 13.2 18.8 24.8 246
실시예 4 250 13.5 8.5 19.4 24.5 29.0 33.9 174
위 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예1~실시예4에서는 시멘트 밀크가 굳지 않은 상태에서 플로우 실험에서 250~280mm를 유동했지만, 포틀랜트 시멘트만 사용한 비교예에서는 플로우값이 190mm에 불과하였다.
또한, 유동성 실험 중 하나인 P콘 유하시간에서도 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 시멘트 밀크가 사용된 실시예1~실시예4에서는 유하시간이 10.5~13.5초로 빠른 반면, 포틀랜트 시멘트를 사용한 비교예에서는 유하시간이 18초로 느리게 나타났다.
위 플로우 테스트와 유하시간 테스트에서 확인한 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 밀크는 보통의 포틀랜트 시멘트에 비하여 유동성이 우수하다.
또한, 압축강도 실험(KS F 2405)에서도 실리카흄과 급결재이 양이 상대적으로 많은 조성예2(실시예2,4)에서 초기 압축강도는 물론 28일 압축강도도 높게 나타났으며, 조성예1(실시예1,3)에서는 조성예2에 비하여 낮게 나타났다. 그러나, 조성예1의 경우에도 초기 압축강도에서 포틀랜트 시멘트에 비하여 2~3배의 강도를 나타냈다.
특히, 내염성의 척도인 염소이온 침투저항성(KS F2711) 실험에서 포틀랜트 시멘트는 염소이온 투과량이 5,814 쿨룽이었으나, 본 발명에 따른 시멘트 밀크가 사용된 실시예1~실시예4에서는 174~940쿨룽으로 매우 낮은 염소이온 투과량을 나타냈다.
즉, 본 발명에 따른 시멘트 밀크는 내염성이 우수하여 겨울철 제설재에 의한 반강성 포장도로의 열화를 방지할 수 있어 내구성이 증대될 뿐만 아니라, 유동성과 점도의 적합성을 통해 시멘트 밀크가 아스팔트의 공극으로 주입되는 효율이 향상된다는 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 밀크는 그 조성 자체에 의하여 아스팔트 내의 공극에 주입되는 특성이 우수하지만, 본 발명에서는 시멘트 밀크를 주입시 시멘트 밀크 자체에 진동을 가함으로써 주입성능이 더욱 향상되도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 반강성 도로포장 방법에서는 일반적인 방법으로 공극률이 큰 아스팔트를 포설 및 다짐하고, 이 아스팔트 포장체 위에 상기한 조성의 시멘트 밀크를 주입함으로써 이 시멘트 밀크가 아스팔트 내의 공극에 충전되도록 한다.
종래에는 단순히 시멘트 밀크를 아스팔트 위에 부어 자연스럽게 시멘트 밀크가 아스팔트 내로 주입되게 하였으나 효과적이지 않았다. 이에 시멘트 밀크를 주입시 아스팔트에 진동을 가하여 시멘트 밀크가 효과적으로 주입될 수 있도록 하는 방법이 시도되었다. 시멘트 주입에 있어 일부 효과는 있었지만, 아스팔트에 진동을 가하는 과정에서 아스팔트 자체가 손상되거나, 진동에 따른 소음으로 시공상에 많은 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하고자, 아스팔트 자체에 진동을 가하는 것이 아니라 시멘트 밀크에 진동을 부여하여 아스팔트의 공극 충전율을 향상시켰다. 보다 구체적으로는 하측이 개구된 이동식 박스를 아스팔트 면 위에 놓은 상태에서 시멘트 밀크를 이동식 박스에 주입하면, 이동식 박스 내부와 아스팔트 상면 사이에 시멘트 밀크가 충전된다. 이러한 상태에서 이동식 박스 내측에 설치되어 시멘트 밀크에 잠긴 상태로 있는 복수의 모터들을 회전시키면, 모터의 회전축에 결합된 편심체가 회전하면서 시멘트 밀크를 진동시킨다.
이동식 박스에서 진동되는 시멘트 밀크는 이동식 박스의 하측 개구부를 통해 자연스럽게 아스팔트 내부로 침투하게 되는데, 시멘트 밀크의 진동성으로 인하여 침투성이 향상된다.
또한, 이동식 박스의 자중을 무겁게 하고, 이동식 박스 내의 압력을 향상시키면 시멘트 밀크들이 하방으로 가압되어 아스팔트 공극 내로 침투하는 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 아스팔트 포장체 내의 공극에 충전되는 것으로서,
    내염성 시멘트 50~90중량%와, 급결재 3~30중량%와, 유동화제 0.1~5중량%와, 증점제 0.01~1.0중량%와 실리카흄 1~15중량%와, 팽창재 1~12중량%와, 수화촉진제 0.1~2중량% 및 수화지연제 0.1~3중량%를 포함하여 이루어지며,
    상기 팽창재는 액상으로서, 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 알킬 혹은 사이클로알킬 폴리옥시알킬렌 중 적어도 하나이며,
    상기 팽창재는 상기 내염성 시멘트에 대하여 0.1~3.0 중량%의 범위로 혼합되며,
    상기 내염성 시멘트가 적색을 나타내는 적색 안료가 포함되며,
    상기 적색 안료는 광산에서 폐기물로 발생되는 광미(tailing)가 사용되는 것을 특징으로 하는 반강성 도로포장용 시멘트 밀크용 시멘트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창재에는 팽창성 CSA 혼합재와 무수석고의 혼합물, 알루미늄 분말, 탄소 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 반강성 도로포장용 시멘트 밀크용 시멘트.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내염성 시멘트는, 시멘트 30~50중량%와, 고로슬래그 미분말 20~40중량%와, 플라이 애쉬 10~30중량%와, 공업용 소석회 0.5~5중량%와, 무수석고 3~10중량%와, 응결지연제 0.05~1중량% 및 고강도 혼합재 1~10중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반강성 도로포장용 시멘트 밀크용 시멘트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급결재는 결정질 칼슘 알루미네이트 분말, 비정질 칼슘 알루미네이트 분말, 칼슘 설포 알루미네이트 분말, 소듐 알루미네이트 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 급결재에 무수석고, 이수석고, 반수석고 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물을 섞어서 사용하며,
    상기 유동화제는 나프탈렌 설폰산염계 분말, 밀라민 설폰산염계 분말, 폴리칼본산계 분말 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반강성 도로포장용 시멘트 밀크용 시멘트.
  6. 아스팔트를 포설 및 다짐하는 단계와, 상기 아스팔트 내부의 공극으로 시멘트 밀크를 주입하는 단계를 포함하는 반강성 도로포장 방법에 있어서,
    상기 시멘트 밀크 자체에 진동을 가하여, 상기 아스팔트 내부의 공극으로 상기 시멘트 밀크가 주입되는 것을 촉진하며,
    상기 시멘트 밀크용 시멘트는 청구항 1 내지 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 5 중 어느 하나에 기재된 조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반강성 도로포장 시공방법.
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