KR101498500B1 - 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법 - Google Patents

폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 조강형 시멘트계 결합재 8∼35중량%, 잔골재 20∼65중량%, 굵은골재 25∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머계 개질제 0.01∼20중량%를 포함하며, 상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 78∼99중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 0.01∼15중량%, 폴리메틸아크릴레이트 0.01∼15중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.01∼15중량% 및 비닐톨루엔 0.01∼15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 스티렌-아크릴 에멀젼, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임), 폴리메틸아크릴레이트, 메타크릴산메틸부타디엔 및 비닐톨루엔이 혼합된 폴리머계 개질제 및 조강형 시멘트계 결합재를 첨가하여 콘크리트의 작업성을 개선하고, 콘크리트의 내구성을 개선하며, 특히 휨강도, 인장강도, 초기강도, 장기강도, 내염해성 및 동결융해저항성 등을 개선하여 콘크리트의 하자를 줄일 수 있다.

Description

폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법{Polymer modified cement concrete composition for revealing high early strength and repairing method of concrete structure using the composition}
본 발명은 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로의 노면 포장, 교량 교면 포장, 도로 노면 등의 긴급한 보수공사 등에 사용되는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법에 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.
일반적으로, 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장 시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.
한편, 콘크리트 구조물 특히, 교량의 콘크리트 슬래브, 도로의 노면, 교량 하부 부분에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고, 균열 부위를 통해 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 이러한 철근의 부식 현상이 심해지면 콘크리트 구조물이 결국 붕괴될 수도 있다. 따라서, 콘크리트 구조물이 열화되어 균열이 발생하면 조속하게 열화된 부위를 보수할 필요가 있다.
최근의 긴급 보수공사에서는 초속경 시멘트에 라텍스 수지를 첨가한 초속경 라텍스 개질 콘크리트가 사용되고 있으나, 초속경 라텍스 개질 콘크리트는 시멘트 및 라텍스 가격이 매우 고가이고, 점도가 매우 높은 라텍스의 특성 때문에 콘크리트를 타설 시, 콘크리트가 작업도구에 부착되는 문제가 발생되고 있을 뿐만 아니라, 작업성 저하 등의 시공 상의 문제점이 발생되고 있다.
대한민국 특허등록공보 제10-0975586호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스티렌-아크릴 에멀젼, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임), 폴리메틸아크릴레이트, 메타크릴산메틸부타디엔 및 비닐톨루엔이 혼합된 폴리머계 개질제 및 조강형 시멘트계 결합재를 첨가하여 콘크리트의 작업성을 개선하고, 콘크리트의 내구성을 개선하며, 특히 휨강도, 인장강도, 초기강도, 장기강도, 내염해성 및 동결융해저항성 등을 개선하여 콘크리트의 하자를 줄일 수 있는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 조강형 시멘트계 결합재 8∼35중량%, 잔골재 20∼65중량%, 굵은골재 25∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머계 개질제 0.01∼20중량%를 포함하며, 상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 78∼99중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 0.01∼15중량%, 폴리메틸아크릴레이트 0.01∼15중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.01∼15중량% 및 비닐톨루엔 0.01∼15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 폴리머계 개질제는 퓨마릭산 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제는 폴리이소부틸렌 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제는 폴리아크릴로니트릴 0.01∼15중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 30∼80중량%, 칼슘알루미나 시멘트 0.1∼50중량%, 이수 석고 0.01∼10중량%, 고로슬래그 0.01∼20중량% 및 라이스허스크 애쉬 0.01∼10중량% 및 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3) 0.01∼10중량%를 포함할 수 있다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 플라이 애쉬 및 실리카흄 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼20중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 폴리비닐알코올, 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 칼슘염, 염화물, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산염, 포름산 또는 그의 염 및 리튬카보네이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001∼5중량%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, 단차 발생을 억제하기 위하여 절삭 드럼 장착 파쇄기를 이용하여 잔류하는 아스팔트 찌꺼기 및 방수층을 제거하는 단계와, 치핑된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 상기 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 콘크리트 구조물의 열화 부위에 표층강화재를 도포하는 단계와, 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 양생제로 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 유지보수공법을 제공한다.
상기 표층강화재는 아크릴, 에틸렌초산비닐, 스티렌 부타디엔 고무 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 및 상기 폴리머계 개질제 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스티렌-아크릴 에멀젼, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임), 폴리메틸아크릴레이트, 메타크릴산메틸부타디엔 및 비닐톨루엔이 혼합된 폴리머계 개질제 및 조강형 시멘트계 결합재를 첨가하여 콘크리트의 작업성을 개선하고, 콘크리트의 내구성을 개선하며, 특히 휨강도, 인장강도, 초기강도, 장기강도, 내염해성 및 동결융해저항성 등을 개선하여 콘크리트의 하자를 줄일 수 있다.
폴리머계 개질제가 함유됨으로써 콘크리트의 작업성을 개선하고, 콘크리트의 내구성을 개선하며, 특히 휨강도 및 인장강도가 향상되는 효과가 있다.
보통 포틀랜드 시멘트, 칼슘알루미나 시멘트, 이수 석고, 고로슬래그 및 라이스허스크 애쉬 및 알루민산 3칼슘(3CaOAl2O3)를 포함하는 조강형 시멘트계 결합재가 함유됨으로써 초기강도 및 장기강도 발현, 내구성, 내염해성, 동결융해저항성 등을 개선하는 효과가 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.
이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 하부 등의 구조물로서 콘크리트로 이루어진 모든 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물은 조강형 시멘트계 결합재 8∼35중량%, 잔골재 20∼65중량%, 굵은골재 25∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머계 개질제 0.01∼20중량%를 포함한다.
골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물에 20∼65중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은골재는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물에 25∼65중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트, 칼슘알루미나 시멘트, 이수 석고, 고로슬래그 및 라이스허스크 애쉬 및 알루민산 3칼슘(3CaOAl2O3)를 포함한다. 상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 30∼80중량%, 칼슘알루미나 시멘트 0.1∼50중량%, 이수 석고 0.01∼10중량%, 고로슬래그 0.01∼20중량% 및 라이스허스크 애쉬 0.01∼10중량% 및 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3) 0.01∼10중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 조강형 시멘트계 결합재는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물에 8∼35중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 조강형 시멘트계 결합재에 30∼80중량% 함유되는 것이 바람직하다.
칼슘알루미나 시멘트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 칼슘알루미나 시멘트의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 효과 및 균열발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘알루미나 시멘트의 함량이 50중량%를 초과할 경우에는 조기 강도 발현은 우수하나 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 이수 석고는 초기강도 발현을 위하여 사용한다. 상기 이수 석고의 함량이 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 이수 석고의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물의 초기강도 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 이수 석고의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 작업성 및 내구성이 저하될 수 있다.
상기 고로슬래그는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그는 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.01∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 라이스허스크 애쉬(rice husk ash)는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 라이스허스크 애쉬는 왕겨 재로서 실리카를 많이 포함하고 있다. 상기 라이스허스크 애쉬는 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3)은 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3)은 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3)의 함량이 0.01중량% 미만이면 수축을 억제하는 효과가 미약할 수 있고, 상기 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3)의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하될 수 있다.
상기 조강형 시멘트계 결합재는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 플라이 애쉬 및 실리카흄 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼20중량%를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 폴리비닐알코올, 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 재료분리방지제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 재료분리방지제는 조강형 시멘트계 결합재의 재료분리를 방지하고 작업성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 재료분리방지제는 폴리비닐알코올, 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 재료분리방지제는 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 칼슘염, 염화물, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산염, 포름산 또는 그의 염 및 리튬카보네이트 중에서 선택된 1종 이상의 촉진제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 촉진제는 물과 접촉할 경우 그 반응 속도가 매우 빠르며, 시멘트와 혼합하여 사용하게 되면 수일이 지나서 얻어지는 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 해준다. 상기 촉진제는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예를 들어 칼슘포메이트, 염화칼슘, 질산칼슘과 같은 칼슘염, 염화마그네슘과 같은 염화물, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산염, 포름산 또는 그의 염, 리튬카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 촉진제는 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.001∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 감수제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 강도 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 감수제로는 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리칼본산계 감수제 등이 있으나, 폴리칼본산계 감수제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 감수제는 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 지연제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하기 위해서 석고에 의해 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위해 사용될 수 있으며, 상기 조강형 시멘트계 결합재에 0.001∼5중량% 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 다가알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제는 콘크리트의 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임), 폴리메틸아크릴레이트, 메타크릴산메틸부타디엔 및 비닐톨루엔을 포함한다. 상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 78∼99중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 0.01∼15중량%, 폴리메틸아크릴레이트 0.01∼15중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.01∼15중량% 및 비닐톨루엔 0.01∼15중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스티렌-아크릴 에멀젼은 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 스티렌-아크릴 에멀젼은 상기 폴리머계 개질제에 78∼99중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-아크릴 에멀젼의 함량이 78중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있으며, 상기 스티렌-아크릴 에멀젼의 함량이 99중량%를 초과할 경우 강도 및 내구성 개선 효과는 우수하나 경제적이지 못하다.
상기 폴리머계 개질제에 폴리 아크릴산 에스테르가 첨가되면 접착력 및 휨 인성이 개선된다. 상기 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임)는 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임)의 함량이 15중량%를 초과하면 접착력 및 휨 인성은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 떨어지고 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임)의 함량이 0.01중량% 미만이면 휨 인성 및 접착력 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제에 폴리메틸아크릴레이트가 첨가되면 분산성 및 내수성이 개선된다. 상기 폴리메틸아크릴레이트는 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리메틸아크릴레이트의 함량이 15중량%를 초과하면 분산성 및 내수성은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 떨어지고 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리메틸아크릴레이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 분산성 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제에 메타크릴산메틸부타디엔이 첨가되면 작업성 및 강도가 개선된다. 상기 메타크릴산메틸부타디엔은 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메타크릴산메틸부타디엔의 함량이 15중량%를 초과하면 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물의 강도는 개선되나 점도가 높아져 작업성이 떨어지고 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 메타크릴산메틸부타디엔의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성 및 강도 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제에 비닐톨루엔이 첨가되면 압축강도 및 인성이 개선된다. 상기 비닐톨루엔은 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 비닐톨루엔의 함량이 15중량%를 초과하면 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물의 압축강도 및 인성은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 비닐톨루엔의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리머계 개질제는 퓨마릭산 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 퓨마릭산은 분산성 및 저장안정성을 향상시키기 위하여 사용한다. 상기 퓨마릭산는 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리머계 개질제는 폴리이소부틸렌 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머계 개질제는 휨 및 접착강도를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리이소부틸렌은 상기 폴리머 개질제에 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리머계 개질제는 폴리아크릴로니트릴 0.01∼15중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리아크릴로니트릴은 강도를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리아크릴로니트릴은 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리머계 개질제는 소포제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 소포제는 콘크리트 내의 기공을 제거하여 콘크리트의 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용하며, 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 소포제로서는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예컨대 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있고, 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다. 또한, 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있고, 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다. 또한, 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있으며, 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
또한, 상기 폴리머계 개질제는 공기연행제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 공기연행제는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물의 분산성을 개선하고 작업성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 공기연행제는 폴리칼본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등이 있으나, 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 공기연행제는 상기 폴리머계 개질제에 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물은, 조강형 시멘트계 결합재 8∼35중량%, 잔골재 20∼65중량% 및 굵은골재 25∼65중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반한 후, 물 0.1∼20중량%와 폴리머계 개질제 0.01∼20중량%를 더 혼합하고 소정 시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 유지보수공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 단차 발생을 억제하기 위하여 소형 절삭 드럼 장착 파쇄기를 이용하여 잔류하는 아스팔트 찌꺼기 및 방수층을 제거하는 단계와, 치핑된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 상기 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 콘크리트 구조물의 열화 부위에 표층강화재를 도포하는 단계와, 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 양생제로 도포하는 단계를 포함한다.
상기 표층강화재는 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 상기 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 사용되며, 아크릴, 에틸렌초산비닐, 스티렌 부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE) 및 상기 폴리머계 개질제 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 표층강화재의 고형분은 13중량% 정도로 낮추어 시공하는 것이 바람직하다. 13중량%를 초과하여 사용할 경우 피막 두께가 두꺼워져 도리어 부착성능을 저하시킬 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
조강형 시멘트계 결합재 18중량%와, 잔골재 42중량%와, 굵은골재 35중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반한 후, 물 2중량% 및 폴리머계 개질제 3중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 38중량%, 칼슘알루미나 시멘트 40중량%, 이수 석고 5중량%, 고로슬래그 10중량%, 라이스허스크 애쉬 3중량%, 알루민산 3칼슘 2중량%, 감수제 0.5중량%, 재료분리방지제 0.5중량%, 촉진제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제로는 폴리칼본산계 감수제를 사용하였고, 상기 재료분리방지제로는 스타치계 재료분리방지제를 사용하였으며, 상기 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루코오스를 사용하였다.
상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 92중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 2중량%, 폴리메틸아크릴레이트 2중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 1중량%, 비닐톨루엔 1중량%, 퓨릭산 1중량%, 소포제 0.5중량% 및 공기연행제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 글리콜(glycol)을 사용하였고, 상기 공기연행제로는 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하였다.
<실시예 2>
조강형 시멘트계 결합재 18중량%와, 잔골재 42중량%와, 굵은골재 35중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반한 후, 물 2중량% 및 폴리머계 개질제 3중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 38중량%, 칼슘알루미나 시멘트 40중량%, 이수 석고 5중량%, 고로슬래그 10중량%, 라이스허스크 애쉬 3중량%, 알루민산 3칼슘 2중량%, 감수제 0.5중량%, 재료분리방지제 0.5중량%, 촉진제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제로는 폴리칼본산계 감수제를 사용하였고, 상기 재료분리방지제로는 스타치계 재료분리방지제를 사용하였으며, 상기 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루코오스를 사용하였다.
상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 87중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 3중량%, 폴리메틸아크릴레이트 3중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 2중량%, 비닐톨루엔 2중량%, 퓨릭산 2중량%, 소포제 0.5중량% 및 공기연행제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 글리콜(glycol)을 사용하였고, 상기 공기연행제로는 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하였다.
<실시예 3>
조강형 시멘트계 결합재 18중량%와, 잔골재 42중량%와, 굵은골재 35중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반한 후, 물 2중량% 및 폴리머계 개질제 3중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 38중량%, 칼슘알루미나 시멘트 40중량%, 이수 석고 5중량%, 고로슬래그 10중량%, 라이스허스크 애쉬 3중량%, 알루민산 3칼슘 2중량%, 감수제 0.5중량%, 재료분리방지제 0.5중량%, 촉진제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제로는 폴리칼본산계 감수제를 사용하였고, 상기 재료분리방지제로는 스타치계 재료분리방지제를 사용하였으며, 상기 촉진제로는 리튬카보네이트를 사용하였고, 상기 지연제로는 글루코오스를 사용하였다.
상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 82중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 4중량%, 폴리메틸아크릴레이트 4중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 3중량%, 비닐톨루엔 3중량%, 퓨릭산 3중량%, 소포제 0.5중량% 및 공기연행제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 글리콜(glycol)을 사용하였고, 상기 공기연행제로는 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 비교예를 제시하고, 비교예 1 내지 비교예 2는 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 조성물 및 아크릴 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은골재 35중량% 및 물 5중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 42중량%, 굵은골재 35중량%를 믹서에 투입하여 강제 교반한 후, 물 2중량%와 스티렌-아크릴 에멀젼 3중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 아크릴 개질 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 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 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)
교반 직후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후 60분 경과 후
실시예 1 18 16 13 11 8
실시예 2 19 17 14 12 10
실시예 3 19 18 16 14 11
비교예 1 14 10 7 5 4
비교예 2 19 14 10 8 7
위의 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하였다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따른 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 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/㎠)
12시간 후 24시간 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 285 335 365 389 428
실시예 2 292 349 375 398 445
실시예 3 299 352 386 405 461
비교예 1 - 135 237 296 407
비교예 2 - 128 235 294 406
위의 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 12시간이 경과하면 경화되기 때문에 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행할 수 있다. 또한, 완전히 경화된 후에도 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 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 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 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/㎠)
12시간 후 24시간 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 58 62 68 74 81
실시예 2 60 65 71 78 85
실시예 3 63 68 73 80 88
비교예 1 - 21 35 45 54
비교예 2 - 22 41 58 69
위의 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 12시간이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않는다. 특히, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구 분 접착강도(kgf/㎠)
12시간 후 24시간 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 15 16.5 19 21 23.5
실시예 2 16 18 20.5 22.5 24.8
실시예 3 17 19.5 21 24.5 26.1
비교예 1 - - - 8 17.5
비교예 2 - - - 12 19.8
위의 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 부착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 4004(시멘트 벽돌)에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 나타낸 것이다. 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(%) 0.9 0.7 0.5 3.6 1.2
위의 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 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 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 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 6은 동결융해저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성지수를 표시한 것이다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 91 92 92 59 89
위의 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 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 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
길이변화율(%) 0.04 0.032 0.025 0.11 0.08
위의 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 8에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.4 0.3 0.21 1.4 0.7
위의 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 침투 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 JIS A 1171에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투깊이(mm) 1.0 0.8 0.5 2.8 1.3
위의 표 9에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 폴리머 개질 조강형 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.
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 (10)

  1. 조강형 시멘트계 결합재 8∼35중량%, 잔골재 20∼65중량%, 굵은골재 25∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머계 개질제 0.01∼20중량%를 포함하며,
    상기 폴리머계 개질제는 스티렌-아크릴 에멀젼 78∼99중량%, 폴리 아크릴산 에스테르(폴리메틸아크릴레이트를 제외한 것임) 0.01∼15중량%, 폴리메틸아크릴레이트 0.01∼15중량%, 메타크릴산메틸부타디엔 0.01∼15중량% 및 비닐톨루엔 0.01∼15중량%를 포함하며,
    상기 조강형 시멘트계 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 30∼80중량%, 칼슘알루미나 시멘트 0.1∼50중량%, 이수 석고 0.01∼10중량%, 고로슬래그 0.01∼20중량% 및 라이스허스크 애쉬 0.01∼10중량% 및 알루민산 3칼슘(3CaO·Al2O3) 0.01∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머계 개질제는 퓨마릭산 0.01∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리머계 개질제는 폴리이소부틸렌 0.01∼10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리머계 개질제는 폴리아크릴로니트릴 0.01∼15중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 플라이 애쉬 및 실리카흄 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼20중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 폴리비닐알코올, 메틸셀롤로오스, 스타치 및 검(Gum) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조강형 시멘트계 결합재는 칼슘염, 염화물, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산염, 포름산 또는 그의 염 및 리튬카보네이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.001∼5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물.
  9. 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
    단차 발생을 억제하기 위하여 절삭 드럼 장착 파쇄기를 이용하여 잔류하는 아스팔트 찌꺼기 및 방수층을 제거하는 단계;
    치핑된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계;
    제1항에 기재된 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물이 상기 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하고 표면 강도를 개선하며 물의 침투와 염소이온 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 콘크리트 구조물의 열화 부위에 표층강화재를 도포하는 단계;
    상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 및
    타설된 상기 폴리머 개질 조강형 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 양생제로 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 유지보수공법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 표층강화재는 아크릴, 에틸렌초산비닐, 스티렌 부타디엔 고무 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르 및 제1항에 기재된 폴리머계 개질제 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 유지보수공법.
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