KR101587432B1 - 부착성, 신율 및 내구성이 개선된 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법 - Google Patents

부착성, 신율 및 내구성이 개선된 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부착성, 신율 및 내구성이 개선된 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법에 관한 것으로서, 성능개선제 5~98 중량% 및 충전재 2~95 중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 성능개선제는 폴리우레아 40∼98중량%, 실리콘 1~30중량%, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 0.1~25중량%, 폴리에스터폴리우레탄 0.1∼25중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1~25중량%, 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체 0.1~20중량%, 폴리이미드 0.01∼15중량%, 디부틸틴 디아세테이트 0.01∼5중량% 및 트리페닐 스티빈 0.01~5중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 부착성, 신율 및 내구성이 우수하여 콘크리트 구조물이 열에 의해 길이가 신장, 수축되어 주위 기온의 변화에 따라 미세하게 그 길이가 변화되는 것을 방지할 수 있고, 교량이나 콘크리트 구조물과의 일체 거동을 통하여 빗물이나 이물질의 침투를 방지하여 신축이음부 파손발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

부착성, 신율 및 내구성이 개선된 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법{COMPOSITION AND METHOD FOR CONSTRUCTING EXPANSION JOINT OF CONCRETE STRUCTURE ENHANCED ADHESION, FLEXIBILITY AND DURABILITY}
본 발명은 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량, 지하차도 등의 신축이음부에 사용되는 부착성, 신율 및 내구성이 개선된 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량이나 지하차도부 구조물의 신축이음(조인트)을 시공하는 기술에는 신축이음부에 트랜스 플렉스 조인트, 핑거 조인트, 게이탑(GAI TOP) 조인트, 모듈라 조인트 등과 같은 신축이음장치를 설치하는 방법, 미리 성형된 고무 채움재(filler)를 접착제를 이용하여 끼워붙이는 방법, 다양한 종류의 고분자 실란트를 사용하는 방법 등이 있고, 오래 전에 사용되었던 것으로, 신축이음의 설치 없이 아스팔트 또는 콘크리트 포장으로 연속 시공하는 방법 등이 있다.
교량 지하 차도부 구조물의 신설 또는 덧씌우기 포장 시 신축이음 없이 연속 포장방법에 의해 시공하는 경우, 활하중(또는 차량충격), 온도 변화, 풍압 등의 이유로 교량의 상판과 같은 상판가 반복적으로 팽창 및 수축 또는 진동하게 되면, 신축이음개구부 상부의 도로 포장층이 균열되고 결국은 함몰되어 도로 주행에 심각한 위험을 주게 된다.
그리고 교량이나 콘크리트 구조물은 열에 의해 길이가 신장, 수축되어, 주위 기온의 변화에 따라 미세하게 그 길이가 변화되어 도로가 파손되는 폐단이 있을 뿐만 아니라 콘크리트의 크리프와 건조수축 및 지반의 부등 침하, 지진 등에 의해 응력이 작용하여 균열이나 파손이 발생할 우려가 있다.
따라서, 교량의 경우 상판은 온도 변화에 따른 신장, 수축에 의해 구조물이 파손되는 것을 방지하기 위하여 상기 상판은 이웃하는 상판과 소정의 폭과 깊이를 가지도록 설치하게 된다.
이러한 교량의 상판 간에는 상판들을 상호 연결하는 장치를 설치하여 아울러 상판의 수축과 팽창에 유연하게 대처할 수 있고 차량의 안전운행을 도모할 수 있으며, 이물질이나 빗물이 내부로 유입되는 것을 막기 위한 신축이음 장치가 설치된다. 교량에서의 신축이음 장치는 유간 틈새를 보상하여 차량의 통행을 안전하게 하고,
또한 우수 등이 하부구조물로 유입되는 것을 방지하는 역할을 하므로, 신축이음 장치나 방수, 배수층의 성능이 완벽하지 못한 경우에는 교각이나 구조물에 물이 흘러들어가 교량이나 구조물이 파괴되어 위험을 초래하는 원인이 된다.
이와 같은 도로파손 문제를 해결하기 위하여, 아스팔트 실란트를 사용하고 그것을 골재와 섞어 신축이음을 시공하는 기술은 미합중국 특허 제4,324,504호에 처음 소개된 바 있다. 이 특허에 소개된 아스팔트 실란트는 아스팔트, 폐타이어 고무분말, 가는 모래와 석회암 가루(석분)로 구성되어 있다. 그러나, 이 기술로 시공된 신축이음은 신축이음개구부에 가해지는 외부충격을 효과적으로 견디지 못하고, 신축이음부가 신축이음개구부 속으로 밀려들어가 교량 지하 차도부 구조물의 파손과 신축이음부의 함몰을 초래하게 되고, 반복된 차량충격은 골재와 바인더의 결합을 끊어 결국 신축이음개구부의 손상을 가져오는 단점이 있다.
이런 단점을 극복하기 위한 최근 기술로는 미합중국 특허 제5,024,554호 및 대한민국특허 등록번호 제1999-187557호가 개시된 바 있다. 상기 미합중국 특허 제5,024,554호에서는 아스팔트에 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 삼블록 탄성체를 첨가하여 제조된 고분자 개질 아스팔트 실란트를 사용하고 있으며, 상기 대한민국 특허 제1999-187557호에서는 아스팔트에 폐타이어 고무분말과 클레이 충진제를 주성분으로 한 아스팔트 고무(asphalt rubber) 또는 폐타이어 고무분말 개질 아스팔트(crumble rubber modified asphlat) 실란트를 사용하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0403390호와 대한민국 등록특허 제10-0398509호에 개시된 기술은 아스팔트에 폐타이어 고무분말, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체, 페놀수지를 포함하는 아스팔트 실란트를 사용하고 있다.
그러나, 기존의 기술에 의하면, 신도, 저온 유연성, 탄성 및 접착성 등과 같은 바인더로 사용되는 아스팔트 실란트의 물성이 ASTM D 6297을 만족하지 못하고, UV 및 수분에 대한 저항성이 명시되어 있지 않으므로 여름철에 강한 UV및 수분의 노출로 인해 산화되고 차량에 의한 반복적인 충격과 수축/팽창으로 인해 신축이음이 갈라져 손상, 함몰되는 등의 변형 문제가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 교량, 포장도로 및 콘크리트 구조물이 열에 의해 길이가 신장, 수축되어 주위 기온의 변화에 따라 길이가 변화되는 것을 방지하고, 콘크리트 슬래브와 일체 거동을 통하여 빗물이나 이물질의 침투를 방지하여 신축이음부 파손발생을 최소화할 수 있는 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용하여 공사비를 절감하면서도 시공기간을 단축할 수 있는 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 보수공법이 제공된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물은, 성능개선제 5~98 중량% 및 충전재 2~95 중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 성능개선제는 폴리우레아 40∼98중량%, 실리콘 1~30중량%, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 0.1~25중량%, 폴리에스터폴리우레탄 0.1∼25중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1~25중량%, 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체 0.1~20중량%, 폴리이미드 0.01∼15중량%, 디부틸틴 디아세테이트 0.01∼5중량% 및 트리페닐 스티빈 0.01~5중량%를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 성능개선제에는 안료 0.01∼3중량%가 더 포함되고, 상기 안료는 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철 및 카본블랙 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한 상기 성능개선제에는 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하기 위하여 카복시메틸셀로로스나트륨 0.01∼10중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 성능개선제에는 프탈산 에스터, 트리멜리트산 에스터, 인산 에스터, 폴리에스터, 지방산 에스터, 염소화 파라핀, 4,4'-(1,3-페닐렌 디이소프로필리덴)비스아닐린 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼15중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 성능개선제에는 반응개시제 0.01∼5중량%가 더 포함되고, 상기 반응개시제로는 아조비스이소부틸로니트릴을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 충전재는 중질탄산칼슘 15∼60중량%, 실리카질 규사 10∼30중량%, 경소 마그네시아 0.1∼20중량%, 규산칼슘 또는 산화칼슘 0.1∼20중량%, 세피올라이트 0.1∼20중량%, 포타슘디페닐설폰설포네이트 0.01~15중량%, 고인장 나일론 섬유 0.01~10 중량 및 폐실리콘 분말 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용한 보수공법은, 교량이나 콘크리트 구조물의 기존 신축이음장치를 제거하는 신축이음장치 제거단계; 서로 이격 설치되어 공간부가 형성된 콘크리트 구조물간에 형성된 신축이음부와 상기 공간부에 강우 시 누수를 방지하고, 상기 신축이음부용 조인트 조성물이 아래로 빠져나가지 않게 하기 위하여 백업재를 설치하는 백업재 설치단계; 상기 설치된 백업재 상부에 보강 철판을 고정하여 충격에 의한 신축이음부용 조인트 조성물의 파손을 방지하고, 부착면적을 최소화시키기 위하여 상기 보강 철판 상부에 PE, PP, PVC 등으로 이루어진 시트 또는 고무 시트를 설치하는 시트 설치단계; 신축이음부 후타재를 타설할 부위의 바닥면에 거푸집 및 메쉬 또는 철근을 배근하는 배근단계; 구 콘크리트와의 부착력을 개선하기 위하여 전용 프라이머를 도포하는 도포단계; 프라이머 도포 후 상기 신축이음부 후타재를 타설하여 양생하는 후타재 타설단계; 양생된 후타재 측면과 바닥면에 전용 프라이머를 도포한 후 상기 신축이음부용 조인트 조성물을 타설하여 양생하는 양생단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 신축이음부 후타재는 초속경 시멘트 5~40 중량%, 폴리머 혼화제 0.01~15 중량%, 잔골재 15~70 중량%, 굵은골재 20~65 중량% 및 물 0.1~20 중량%로 이루어진 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 사용할 수 있다.
또한 상기 폴리머 혼화제는 스티렌 부타디엔 라텍스, 에틸렌 초산 비닐, 폴리 아크릴산 에스테르, 아크릴 수지 중에서 어느 하나 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 인장강도 및 신축률이 우수한 성능개선제를 포함한 콘크리트 조성물에 의해 콘크리트 구조물이 열에 의해 길이가 신장, 수축되어 주위 기온의 변화에 따라 미세하게 그 길이가 변화되는 것을 방지할 수 있고, 교량이나 콘크리트 구조물과의 일체 거동을 통하여 빗물이나 이물질의 침투를 방지하여 신축이음부 파손발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 성능개선제를 사용함으로써 탄성, 접착력, 휨강도, 인장강도 및 내구성, 휨인성, 방수 및 표면경도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 불필요한 시공공정을 최소화하여 공사비 절감 및 시공기간을 단축하여 경제적인 시공이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법을 나타낸 순차도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은 교량, 지하구조물, 터널, 지하차도 등으로 시멘트 콘크리트로 제조되는 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탄성 및 내구성이 우수한 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물은 성능개선제 5~98 중량% 및 충전재 2~95 중량%를 포함한다.
상기 성능개선제는 폴리우레아 40∼98중량%, 실리콘 1~30중량%, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 0.1~25중량%, 폴리에스터폴리우레탄 0.1∼25중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1~25중량%, 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체 0.1~20중량%, 폴리이미드 0.01∼15중량%, 디부틸틴 디아세테이트 0.01∼5중량% 및 트리페닐 스티빈 0.01~5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레아는 인장강도, 내약품성 및 내마모성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 폴리우레아는 성능개선제에 대하여 40∼98중량% 함유된다.
여기서 상기 폴리우레아를 40∼98중량%로 한정한 것은, 상기 폴리우레아의 함량이 98중량%를 초과하면 연성이 강해져 하중에 의한 변형이 발생되기 쉽고, 상기 폴리우레아의 함량이 40중량% 미만이면 인장강도, 내약품성 및 내마모성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 실리콘은 탄성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 실리콘은 상기 성능개선제에 대하여 1~30중량% 함유된다.
여기서 상기 성능개선제를 1~30중량%로 한정한 것은, 상기 실리콘의 함량이 30중량%를 초과하면 탄성은 증가하지만 인장 및 부착력이 저하되며, 상기 실리콘의 함량이 1중량% 미만이면 탄성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴은 부착력 및 인성을 개선하기 위해서 사용되고, 상기 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴은 상기 성능개선제에 대하여 0.1∼25중량% 함유된다.
여기서 상기 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴을 0.1∼25중량%로 한정한 것은, 상기 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴의 함량이 25중량%를 초과하면 내충격성, 강성, 내약품성, 작업성, 인성 및 신장률이 증가하지만 경제적이지 못하며, 상기 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴의 함량이 0.1중량% 미만이면 인성, 신장률, 내충격성, 강성, 내약품성 및 작업성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 폴리에스터폴리우레탄은 주사슬 속에 에스테르 결합과 우레탄 결합을 포함하는 3차원 그물구조의 탄성체로 인열 저항이 크며 인장 강도, 내마모성도 크고 탄성이 양호하며, 이중 결합을 포함하지 않기 때문에 오존 및 자외선에 견디며 노화성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 폴리에스터폴리우레탄은 상기 성능개선제에 대하여 0.1∼25중량% 함유된다.
여기서 상기 폴리에스터폴리우레탄을 0.1∼25중량%로 한정한 것은, 상기 폴리에스터폴리우레탄의 함량이 25중량%를 초과하면 인장, 내마모성, 탄성, 노화성이 개선되지만 경제적이지 못하며, 상기 폴리에스터폴리우레탄의 함량이 0.1중량% 미만이면 성능 및 작업성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 부틸아크릴레이트-스티렌은 상기 성능개선제에 대하여 0.1∼25중량% 함유된다.
여기서 상기 부틸아크릴레이트-스티렌을 0.1∼25중량%로 한정한 것은, 상기 부틸아크릴레이트-스티렌의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 경제적이지 못하며, 상기 부틸아크릴레이트-스티렌의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성은 개선되나, 강도 및 내구 성능이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체는 작업성 및 내구성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체는 상기 성능개선제에 대하여 0.1∼20중량% 함유된다.
여기서 상기 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체를 0.1∼20중량%로 한정한 것은, 상기 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체의 함량이 20중량%를 초과하면 내구성은 개선되나 재료분리 현상이 발생되기 쉽고, 상기 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성 및 내구성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 폴리이미드는 내열성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 폴리이미드는 상기 성능개선제에 대하여 0.01∼15중량% 함유된다.
여기서 상기 폴리이미드를 0.1∼20중량%로 한정한 것은, 상기 폴리이미드의 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리이미드의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성은 개선되나 내열성 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 디부틸틴 디아세테이트는 유기금속 화합물로서 폴리우레탄(polyurethane) 수지의 경화촉진제로 사용되고, 상기 디부틸틴 디아세테이트는 상기 성능개선제에 대하여 0.01∼5중량% 함유된다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 디부틸틴 디아세테이트는 복합 메탈 화합물질계로 폴리우레탄(polyurethane) 반응과 경화 촉진제로 사용되는데, 다른 금속계에 비해 인체에 대한 안전도가 뛰어나며, 촉매 능력 및 열안정성이 탁월하고, 특히 우레탄 수지, 에스테르 등의 반응 속도를 증가시킨다.
여기서 상기 디부틸틴 디아세테이트를 0.01∼5중량%로 한정한 것은, 상기 디부틸틴 디아세테이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 반응속도가 저하되어 경화시간이 늦어지며, 상기 디부틸틴 디아세테이트의 함량이 5중량%를 초과하면 경화시간이 빨라져 작업성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 트리페닐스티빈은 상기 성능개선제의 저장안정성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 트리페닐스티빈은 상기 성능개선제에 대하여 0.01∼5중량% 함유된다.
여기서 상기 트리페닐스티빈을 0.01∼5중량%로 한정한 것은, 상기 트리페닐스티빈의 함량이 5중량%를 초과하면 유기물 간의 반응이 늦어져 제 성능을 발휘하는데 어려움이 있을 수 없으며, 상기 트리페닐스티빈의 함량이 0.01중량% 미만이면 저장안정성 개선 효과가 미약할 수 있기 때문이다.
상기 성능개선제에는 안료 0.01∼3.0중량%가 더 포함될 수 있고, 상기 안료는 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철 및 카본블랙 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한 상기 성능개선제에는 응집력 및 재료분리 방지성을 부여하기 위하여 카복시메틸셀로로스나트륨 0.01∼10중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 성능개선제는 프탈산 에스터, 트리멜리트산 에스터, 인산 에스터, 폴리에스터, 지방산 에스터, 염소화 파라핀 및 4,4'-(1,3-페닐렌 디이소프로필리덴)비스아닐린 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼15중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 성능개선제에는 반응개시제 0.01∼5중량%가 더 포함될 수 있다.
여기서 상기 반응개시제로는 아조비스이소부틸로니트릴을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 충전재는 중질탄산칼슘 15∼60중량%, 실리카질 규사 10∼30중량%, 경소 마그네시아 0.1∼20중량%, 규산칼슘 또는 산화칼슘 0.1∼20중량%, 세피올라이트 0.1∼20중량%, 포타슘디페닐설폰설포네이트 0.01~15중량%, 고인장 나일론 섬유 0.01~10 중량 및 폐실리콘 분말 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 중질탄산칼슘은 충전성 및 강도를 개선하기 위하여 사용되고, 상기 중질탄산칼슘은 상기 충전재에 대하여 15~60중량% 함유된다.
여기서 상기 중질탄산칼슘을 15~60중량%로 한정한 것은, 상기 중질탄산칼슘의 함량이 60중량%를 초과하면 강도는 개선되나 작업성이 저하되고 경제성이 떨어지고, 상기 중질탄산칼슘의 함량이 15중량% 미만이면 작업성은 개선되나 충전성 및 강도 개선 효과가 미약하기 때문이다.
상기 실리카질 규사는 충격강도 및 경도를 개선하기 위해 사용되고, 상기 실리카질 규사는 상기 충전재에 대하여 10∼30중량% 함유된다.
여기서 상기 실리카질 규사를 10∼30중량%로 한정한 것은, 상기 실리카질 규사의 함량이 30%를 초과하면 충격강도 및 경도는 개선되나, 작업성이 저하되며, 상기 실리카질 규사의 함량이 10중량%미만이면 작업성은 개선되나 충격강도 및 경도 개선효과가 미흡할 수 있기 때문이다.
상기 경소 마그네시아는 조성물의 경량화 및 내화성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 경소 마그네시아는 상기 충전재에 대하여 0.1∼20중량% 함유된다.
여기서 상기 경소 마그네시아를 0.1∼20중량%로 한정한 것은, 상기 경소 마그네시아의 함량이 20중량%를 초과하면 경량화 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 경소 마그네시아의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성은 개선되나 경량화 및 내화성 개선 효과가 미약할 수 있기 때문이다.
상기 규산칼슘 또는 산화칼슘은 초기 강도 발현을 위해 사용되고, 상기 규산칼슘 또는 산화칼슘은 상기 충전재에 대하여 0.1∼20중량% 함유된다.
여기서 상기 규산칼슘 또는 산화칼슘을 0.1∼20중량%로 한정한 것은, 상기 규산칼슘 또는 산화칼슘의 함량이 0.1중량% 미만이면 초기 강도 발현 효과가 미약할 수 있고, 상기 규산칼슘 또는 산화칼슘의 함량이 20중량%를 초과하면 경화가 빨라져 작업성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 세피올라이트는 흡습제로서 수분을 흡수하여 발포를 방지하기 위하여 사용되고, 상기 세피올라이트는 상기 충전재에 대하여 0.1∼20중량% 함유된다.
여기서 상기 세피올라이트를 0.1∼20중량%로 한정한 것은, 상기 세피올라이트의 함량이 20중량%를 초과하면 작업성이 저하될 수 있고, 상기 세피올라이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 흡습 효과가 미약할 수 있기 때문이다.
상기 포타슘디페닐설폰설포네이트는 내열성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 운모는 상기 충전재에 대하여 0.01∼15중량% 함유된다.
여기서 상기 포타슘디페닐설폰설포네이트를 0.01∼15중량%로 한정한 것은, 상기 포타슘디페닐설폰설포네이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 내열성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 포타슘디페닐설폰설포네이트의 함량이 15중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 고인장 나일론 섬유는 파괴인성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 고인장 나일론 섬유는 상기 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유된다.
여기서 상기 고인장 나일론 섬유를 0.01∼10중량%로 한정한 것은, 상기 고인장 나일론 섬유의 함량이 0.01중량% 미만이면 파괴인성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 고인장 나일론 섬유의 함량이 10중량%를 초과하면 파괴인성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 폐실리콘 분말은 태양광 전지에서 얻어지는 산업부산물로 장기강도발현 및 내구성을 개선하기 위하여 사용되고, 상기 폐실리콘 분말은 상기 충전재에 대하여 0.01∼10중량% 함유된다.
여기서 상기 폐실리콘 분말을 0.01∼10중량%로 한정한 것은, 상기 폐실리콘 분말의 함량이 0.01중량% 미만이면 장기강도 발현 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폐실리콘 분말의 함량이 10중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량이나 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물의 제조방법은, 상기 성능개선제 5~98중량% 및 상기 충전재 2~95중량%를 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 소정시간(예컨대, 1~5분)동안 혼합하여 제조한다.
다음으로 본 발명의 또 다른 특징인 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법을 나타낸 순차도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법은 교량이나 콘크리트 구조물의 기존 신축이음장치를 제거하는 신축이음장치 제거단계(S100); 서로 이격 설치되어 공간부가 형성된 콘크리트 구조물간에 형성된 신축이음부와 상기 공간부에 강우 시 누수를 방지하고, 상기 신축이음부용 조인트 조성물이 아래로 빠져나가지 않게 하기 위하여 백업재를 설치하는 백업재 설치단계(S110); 상기 설치된 백업재 상부에 보강 철판을 고정하여 충격에 의한 신축이음부용 조인트 조성물의 파손을 방지하고, 부착면적을 최소화시키기 위하여 상기 보강 철판 상부에 PE, PP, PVC 등으로 이루어진 시트 또는 고무 시트를 설치하는 시트 설치단계(S120); 신축이음부 후타재를 타설할 부위의 바닥면에 거푸집 및 메쉬 또는 철근을 배근하는 배근단계(S130); 구 콘크리트와의 부착력을 개선하기 위하여 전용 프라이머를 도포하는 도포단계(S140); 프라이머 도포 후 상기 신축이음부 후타재를 타설하여 양생하는 후타재 타설단계(S150); 양생된 후타재 측면과 바닥면에 전용 프라이머를 도포한 후 상기 신축이음부용 조인트 조성물을 타설하여 양생하는 양생단계(S160);를 포함하여 이루어진다.
즉 상기 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법은 교량이나 콘크리트 구조물에서 기존 신축이음장치를 제거한 후, 상기 기존 신축이음장치의 공간부에 백업재를 설치한 다음, 상기 백업재의 상부에 보강 철판 상부에 시트 또는 고무 시트를 설치한 후, 신축이음부 후타재를 타설할 부위의 바닥면에 거푸집 및 메쉬 또는 철근을 배근한 다음, 전용 프라이머를 도포한 후, 후타재를 타설하여 양생한 후, 상기 후타재 측면과 바닥면에 전용 프라이머를 도포한 후 신축이음부용 조인트 조성물을 타설하여 양생한 것이다.
여기서, 상기 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물은, 상기에 기재된 본 발명의 실시예들에 따른 탄성 및 내구성이 우수한 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물로 형성되고 별도의 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 백업재 재질은 동결융해 피해를 방지하기 위하여 수분을 흡수하지 않으면서도 교량의 수축 또는 팽창 시 빠지지 않도록 신축성이 커야한다.
또한 상기 신축이음부 후타재는 초속경 시멘트 5~40 중량%, 폴리머 혼화제 0.01~15 중량%, 잔골재 15~70 중량%, 굵은골재 20~65 중량% 및 물 0.1~20 중량%로 이루어진 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 사용한다.
이때 폴리머 혼화제는 스티렌 부타디엔 라텍스, 에틸렌 초산 비닐, 폴리 아크릴산 에스테르, 아크릴 수지 중에서 어느 하나 이상을 혼합하여 사용한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 콘크리트 구조물 신축이음부 신설 시 보수공법은, 도 1에 도시된 보수공법에서, 교량이나 콘크리트 구조물의 기존 신축이음장치를 제거하는 단계만을 실시하지 않고 다른 공정들은 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 신축이음부용 조인트 조성물의 실시 예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시 예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시 예들의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시 예들과 비교할 수 있는 비교 예들을 제시한다. 후술하는 비교예 1 내지 비교예 4는 실시예들의 특성과 단순히 비교하기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.
1. 신축이음부용 조인트 조성물
아래의 표 1에 제시된 함량에 따라 중질탄산칼슘, 실리카질 규사, 경소 마그네시아, 규산칼슘 또는 산화칼슘, 세피올라이트, 포타슘디페닐설폰설포네이트, 고인장 나일론 섬유 및 폐실리콘 분말을 건비빔하고, 여기에 폴리우레아, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴, 폴리에스터폴리우레탄, 부틸아크릴레이트-스티렌, 실리콘, 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체, 폴리이미드, 디부틸틴 디아세테이트, 트리페닐 스티빈, 반응개시제 및 안료를 혼합하고 교반하여 신축이음부용 조인트 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 신축이음부용 조인트 조성물의 구성성분과 함량(중량%)을 아래의 표 1에 나타내었다.
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
폴리우레아 65 59 53 71
실리콘 1 2 3 -
메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 1 2 3 -
폴리에스터폴리우레탄 1 2 3 -
부틸아크릴레이트-스티렌 1 2 3 -
스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체 1 2 3 -
폴리이미드 1 2 3 -
디부틸틴 디아세테이트 1 1 1 1
트리페닐 스티빈 1 1 1 1
아조비스이소부틸로니트릴 0.5 0.5 0.5 0.5
안료(산화티탄) 0.5 0.5 0.5 0.5
카복시메틸셀로로스나트륨 0.5 0.5 0.5 0.5
염소화 파라핀 0.5 0.5 0.5 0.5
중질탄산칼슘 10 10 10 10
실리카질 규사 4 4 4 4
경소 마그네시아 3 3 3 3
규산칼슘 또는 산화칼슘 3 3 3 3
포타슘디페닐설폰설포네이트 2 2 2 2
폐실리콘 분말 2 2 2 2
고인장 나일론 섬유 1 1 1 1
아래의 시험 예들은 본 발명에 따른 실시 예 1 내지 실시 예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시 예들과 비교 예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
신축이음부용 조인트 조성물의 물성을 측정하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
인장강도 및 신장률은 ASTM D 638에 의하여 아령 모양의 몰드에 상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조한 신축이음부용 조인트 조성물을 주입하여 경화시킨 후 7일 동안 항온항습실(20ㅁ2℃, 상대습도 65ㅁ5%(RH))에서 양생하여 측정하였다.
압축강도는 ASTM C 579에 의하여 1㎝ㅧ1㎝ㅧ3㎝의 몰드에 조성물을 주입하여 시편에 압축을 가하여 측정하였다.
접착강도는 ASTM C 882에 의하여 측정하였다.
흡수율은 ASTM C 881에 의하여 측정하였다.
마모저항성은 ASTM C 501에 의하여 측정하였다.
가사시간은 AASHTO M-200-73에 의하여 측정하였다.
촉진 내후성 시험은 ASTM C 793에 의하여 측정을 5000시간에 걸쳐 측정하였다.
아래의 표 2에 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 대한 측정 결과를 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
인장강도
(kgf/cm2)		 402 411 424 368
신장률(%) 425 455 469 381
압축강도
(kgf/cm2)		 582 622 633 564
접착강도
(kgf/cm2)		 41 45 47 39
흡수율(%) 0.045 0.02 0.015 0.06
마모저항성
(Wear Index Taber H-22)		 3.5 4.0 4.3 3.1
가사시간(min) 20 20 20 20
촉진내후성 시험(5000hr) 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 신축이음부용 조인트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조성물보다 인장강도, 신장률, 압축강도, 접착강도 및 마모저항성이 우수하였으며, 흡수율은 낮게 나타났다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 탄성 및 내구성이 우수한 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 신축이음부 보수공법을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물로서,
    성능개선제 5~98 중량% 및 충전재 2~95 중량%를 포함하며,
    상기 성능개선제는 폴리우레아 40∼98중량%, 실리콘 1~30중량%, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 0.1~25중량%, 폴리에스터폴리우레탄 0.1∼25중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1~25중량%, 스티렌-부타디엔-아크릴산 공중합체 0.1~20중량%, 폴리이미드 0.01∼15중량%, 디부틸틴 디아세테이트 0.01∼5중량% 및 트리페닐 스티빈 0.01~5중량%를 포함하여 이루어지는
    것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성능개선제에는 안료 0.01∼3중량%가 더 포함되는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안료는 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철 및 카본블랙 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성능개선제에는 카복시메틸셀로로스나트륨 0.01∼10중량%가 더 포함되는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    또한 상기 성능개선제에는 프탈산 에스터, 트리멜리트산 에스터, 인산 에스터, 폴리에스터, 지방산 에스터, 염소화 파라핀, 4,4'-(1,3-페닐렌 디이소프로필리덴)비스아닐린 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼15중량%가 더 포함되는, , 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성능개선제에는 반응개시제 0.01∼5중량%가 더 포함되고, 상기 반응개시제로는 아조비스이소부틸로니트릴을 사용하는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전재는 중질탄산칼슘 15∼60중량%, 실리카질 규사 10∼30중량%, 경소 마그네시아 0.1∼20중량%, 규산칼슘 또는 산화칼슘 0.1∼20중량%, 세피올라이트 0.1∼20중량%, 포타슘디페닐설폰설포네이트 0.01~15중량%, 고인장 나일론 섬유 0.01~10 중량 및 폐실리콘 분말 0.01∼10중량%를 포함하는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물.
  8. 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용한 보수공법은,
    서로 이격 설치되어 공간부가 형성된 콘크리트 구조물간에 형성된 신축이음부와 상기 공간부에 강우 시 누수를 방지하고, 상기 신축이음부용 조인트 조성물이 아래로 빠져나가지 않게 하기 위하여 백업재를 설치하는 백업재 설치단계;
    상기 설치된 백업재 상부에 보강 철판을 고정하여 충격에 의한 신축이음부용 조인트 조성물의 파손을 방지하고, 부착면적을 최소화시키기 위하여 상기 보강 철판 상부에 PE, PP, PVC 중 어느 하나로 이루어진 시트 또는 고무 시트를 설치하는 시트 설치단계;
    신축이음부 후타재를 타설할 부위의 바닥면에 거푸집 및 메쉬 또는 철근을 배근하는 배근단계;
    구 콘크리트와의 부착력을 개선하기 위하여 전용 프라이머를 도포하는 도포단계;
    프라이머 도포 후 신축이음부 후타재를 타설하여 양생하는 후타재 타설단계; 및
    양생된 후타재 측면과 바닥면에 전용 프라이머를 도포한 후 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 신축이음부용 조인트 조성물을 타설하여 양생하는 양생단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용한 보수공법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신축이음부 후타재는 초속경 시멘트 5~40 중량%, 폴리머 혼화제 0.01~15 중량%, 잔골재 15~70 중량%, 굵은골재 20~65 중량% 및 물 0.1~20 중량%로 이루어진 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물인, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용한 보수공법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폴리머 혼화제는 스티렌 부타디엔 라텍스, 에틸렌 초산 비닐, 폴리 아크릴산 에스테르, 아크릴 수지 중에서 어느 하나 이상을 혼합한 것인, 콘크리트 구조물 신축이음부용 조인트 조성물을 이용한 보수공법.

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