KR101663519B1 - 고내구성과 자기 치유성이 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법 - Google Patents

고내구성과 자기 치유성이 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 결합재 5~40중량%, 잔골재 25~70중량%, 굵은골재 20~65중량% 및 물 0.1~20중량%를 포함하며, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 40~95중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 1~50중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 1~30중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 0.01~10중량%, 분말형 내구성 개선제 0.01~15중량%, 감수제 0.01~5중량%, 소포제 0.01~5중량% 및 수축저감제 0.01~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지 보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 결합재를 혼입하여 마무리 작업 시간을 충분히 확보하여 작업성을 개선할 수 있으며, 활성 실리카를 사용함으로써 불용성 수산화칼슘을 생성하여 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상 방지, 휨 인성, 부착강도, 장기강도 및 내구성 등을 개선시킬 수 있고, 특히 내염해성, 동결융해저항성 및 내알칼리성이 개선하는 효과가 있다.

Description

고내구성과 자기 치유성이 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법 {CEMENT CONCRETE COMPOSITE WITH HIGH DURABILITY AND SELF-REPAIRING AND REPAIR METHOD FOR CONCRETE STRUCTURE USING THE COMPOSITE}
본 발명은 고내구성과 자기 치유성이 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브 등과 같은 콘크리트 구조물공사 등에 사용되고 장기 강도, 자기 치유성, 내구성, 특히 내염해성 및 동결융해저항성이 우수하여 내구성과 자기 치유성이 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 복합 성능저하 즉 염해, 중성화, 알카리 골재 반응, 화학적 부식, 동해 등 복합 성능저하로 인하여 콘크리트는 부식 및 파손이 발생되며, 이런 성능저하 원인은 화학적 성능저하, 물리적 성능저하 성능저하로 나눌 수가 있으며, 화학적 성능저하원인은 알칼리-골재반응에 의한 성능저하, 황산염 및 산에 의한 성능저하, 철근부식에 의한 성능저하 등이 있고, 물리적 성능저하원인은 동결융해에 의한 성능저하, 수축 및 하중에 의한 균열 성능저하 등이 있으며, 기타 화재 등의 특수한 경우의 성능저하 등으로 나눌 수 있다.
콘크리트 구조물에 대해 관심을 기울인 선진국에는 설계에서 시공 및 유지관리에 이르기까지 상세한 자료와 경험을 축적하고 있으며, 학계의 활발한 연구를 통한 이론적인 접근으로 끊임없이 콘크리트 구조물에 대한 설계법 개량, 새로운 재료의 개발, 신공법의 도입 등이 추진되고 있다. 콘크리트 구조물의 역사가 짧은 대한민국에서는 선진 외국의 경험을 바탕으로 중차량의 통과가 많은 도로를 중심으로 콘크리트 구조물 시공물량을 늘려가고 있다.
일반적으로 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장 시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.
한편, 도로 포장은 교통 하중을 직접 전달하는 부분으로서 이에 적합한 강도 및 균열 저항성을 가져야 할 것은 물론, 빗물 등의 수분에 노출되어 있는 관계로 방수 성능을 가질 것이 요구되며, 특히 염화물 이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 낮은 염소 이온 투수성을 가질 것이 요구된다.
상기 요구조건을 만족하기 위하여 현재 교량 교면 포장 및 교량의 콘크리트 슬래브에서는 스티렌-부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber; 이하 'SBR'이라 함) 라텍스 및 아크릴계 에멀젼을 첨가한 폴리머 시멘트 콘크리트가 개발되어 실용화되고 있다.
그러나, SBR 라텍스 개질 콘크리트는 작업 가능 시간이 약 30분 정도로 짧아 작업 중 초기 플라스틱 균열이 발생하고, 또한 시간이 흐르면 장기적인 균열이 발생되는 등의 시공상의 문제점이 있다. 또한 높은 폴리머-시멘트비를 사용함으로써 재료 단가 상승요인이 되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 결합재 및 분말형 내구성 개선제를 혼입하여 마무리 작업 시간을 충분히 확보하여 작업성을 개선할 수 있으며, 휨 인성, 부착강도, 장기강도 및 내구성 등을 개선시킬 수 있고, 자기 치유성을 가지며, 특히 내염해성, 동결융해저항성 및 내알칼리성이 개선되는 효과가 있는 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법을 제공함에 있다.
본 발명은, 결합재 5~40중량%, 잔골재 25~70중량%, 굵은골재 20~65중량% 및 물 0.1~20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다. 상기, 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 40~95중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 1~50중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 1~30중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 0.01~10중량%, 분말형 내구성 개선제 0.01~15중량%, 감수제 0.01~5중량%, 소포제 0.01~5중량% 및 수축저감제 0.01~5중량%를 포함하며, 상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 20~95중량%, 스티렌-부타디엔 고무 0.1~70중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 0.01~50중량% 및 에틸렌-에틸아크릴레이트 0.01~50중량%를 포함한다.
상기 분말형 내구성 개선제는 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말형 내구성 개선제는 프로피온산셀룰로오스 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌비닐알코올 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 기존 콘크리트 표면의 레이턴스 등 불순물 및 성능저하 부위를 제거하는 단계와, 상기 콘크리트의 성능저하 부위에 부착강도 개선 및 구체 콘크리트와의 일체 거동을 위하여 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계와, 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 기존 구조물을 보호하거나 제거된 성능 저하 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법을 제공한다. 이때, 상기 불순물 및 성능 저하 부위를 제거하는 단계에서 철근이 노출된 경우에는 녹을 제거한 후 방청제를 도포하는 방청처리단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 마무리 작업 시간을 충분히 확보할 수 있어 작업성의 향상을 기대할 수 있고, 휨 인성, 부착강도 및 내구성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 시멘트 수화열 저감, 자기 치유성, 장기 강도 발현 및 내구성, 특히 내알칼리성, 내염해성 및 동결융해저항성이 개선되는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 포장에 요구되는 제반 특성, 즉 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족시키면서, 이와 동시에 재료의 생산 및 시공 방법이 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 거의 그대로 이용할 수 있어 경제성 및 시공성이 뛰어난 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 활성 실리카를 사용함으로써 불용성 수산화칼슘을 생성하여 백화방지, 중성화방지효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과 및 자기 치유성능을 발휘할 수 있는 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.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 결합재 5~40중량%, 잔골재 25~70중량%, 굵은골재 20~65중량% 및 물 0.1~20중량%를 포함한다.
골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 이하에서 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고, 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은골재로 구분한다. 잔골재는 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 25~70중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은골재는 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 20~65중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 결합재는, 보통 포틀랜드 시멘트 40~95중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 1~50중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 1~30중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 0.01~10중량%, 분말형 내구성 개선제 0.01~15중량%, 감수제 0.01~5중량%, 소포제 0.01~5중량% 및 수축저감제 0.01~5중량%를 포함하며, 상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 20~95중량%, 스티렌-부타디엔 고무 0.1~70중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 0.01~50중량% 및 에틸렌-에틸아크릴레이트 0.01~50중량%를 포함한다.
상기 분말형 내구성 개선제는 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말형 내구성 개선제는 프로피온산셀룰로오스 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌비닐알코올 0.01~10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 상기 결합재에 40~95중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말은 포졸란 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 개선뿐만 아니라 지수 및 자기치유 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 천마암 분말은 상기 결합재에 대하여 1~50중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 천마암 분말의 함량이 1중량%미만이면 성능개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 50중량%를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있다.
상기 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그는 상기 결합재에 대하여 1~30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그의 함량이 1중량%미만이면 성능개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 30중량%를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있다.
상기 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재는 포졸란 특성, 장기 강도 발현, 내구성 증진 및 수화열 저하시키기 위하여 사용한다. 상기 쌀겨재는 상기 결합재에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 쌀겨재의 함량이 0.01중량% 미만이면 장기강도 발현이나 내구성 증진 효과가 미흡하고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 작업성 및 초기강도 발현이 지연될 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 결합재에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 소포제는 시멘트 콘크리트 조성물 내의 기공을 제거하여 콘크리트의 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용하며, 상기 결합재에 대하여 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.
상기 수축저감제는 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 균열을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 수축저감제는 상기 결합재에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 수축저감제는 폴리에틸렌 글리콜을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분말형 내구성 개선제는 콘크리트의 작업성을 개선시킴과 동시에 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 분말형 내구성 개선제는 상기 결합재에 대하여 0.01~15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 분말형 내구성 개선제의 함량이 15중량%를 초과하면 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어지고 수화반응을 지연시켜 조기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 분말형 내구성 개선제의 함량이 0.1중량% 미만이면 시멘트 콘크리트 조성물의 휨 인성, 부착강도 및 내구성 향상을 기대하기 어렵다.
상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 20~95중량%, 스티렌-부타디엔 고무 0.1~70중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 0.01~50중량% 및 에틸렌-에틸아크릴레이트 0.01~50중량%을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 에틸렌 초산 비닐은 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 에틸렌 초산 비닐은 상기 결합재에 대하여 20~95중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌 초산 비닐의 함량이 20중량%미만이면 결합력 및 내구성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 95중량%를 초과하면 점성이 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 지연되게 된다.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 충분한 강도를 발현하고 낮은 온도나 수중에서도 경화시간의 단축이 가능하여 공정시간을 줄일 수 있는 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 스티렌-부타디엔 고무는 상기 결합재에 대하여 0.1~70중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 0.1중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 70중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 경제성이 떨어진다.
상기 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트는 시멘트 콘크리트 조성물의 강도, 내열성 및 내알칼리성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트는 상기 결합재에 대하여 0.01~50중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트의 함량이 0.01중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 50중량%를 초과하면 점성이 저하되어 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 스티렌-부틸아크릴레이트는 신장 능력이 향상과 내알칼리성 및 접착성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 스티렌-부틸아크릴레이트는 상기 결합재에 대하여 0.01~50중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-부틸아크릴레이트의 함량이 0.01중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 50중량%를 초과하면 점성이 저하되어 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 에틸렌-에틸아크릴레이트는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 에틸렌-에틸아크릴레이트는 상기 결합재에 대하여 0.01~50중량%함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌-에틸아크릴레이트의 함량이 0.01중량%미만이면 성능 개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 50중량%를 초과하면 점성이 저하되어 재료분리 현상이 발생되기 쉽다.
상기 분말형 내구성 개선제는 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜은 작업성 및 보수성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜은 상기 결합재에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성 및 보수성을 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 가격 경쟁력이 저하된다.
또한, 상기 분말형 내구성 개선제는 프로피온산셀룰로오스를 더 포함할 수 있다. 상기 프로피온산셀룰로오스는 점도 개선 및 저장안정성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 프로피온산셀룰로오스는 상기 분말형 내구성 개선제에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 프로피온산셀룰로오스의 함량이 0.01중량% 미만이면 점도 및 저장안정성 개선 효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌비닐알코올을 더 포함할 수 있다. 상기 에틸렌비닐알코올은 강성, 내약품성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 에틸렌비닐알코올은 상기 분말형 내구성 개선제에 대하여 0.01~10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌비닐알코올의 함량이 0.01중량% 미만이면 강성 및 내약품성 개선 효과가 미약할 수 있고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 결합재 5~40중량%, 잔골재 25~70중량%, 굵은골재 20~65중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 0.1~20중량%를 더 혼합하고 소정 시간(예컨대, 1~10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법을 설명한다. 이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 신축이음부, 교량 하부 등의 구조물로서 콘크리트로 이루어진 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법은, 콘크리트 구조물이 표면의 불순물인 레이턴스와 성능저하 부위를 제거하는 단계와, 상기 콘크리트의 성능저하 부위에 부착강도 개선 및 구체 콘크리트와의 일체 거동을 위하여 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계와, 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 기존의 구조물을 보호 하거나 성능 저하된 부위의 단면을 복구하는 단계 및 타설된 상기 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계를 포함한다.
이하에서 상기 프라이머는 상기 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물의 성능저하 부위에 부착되기 용이하게 하는 물질을 의미하는 것으로 사용하며, 바람직하게는 스티렌 부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber; SBR) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼 및 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 이때, 프라이머의 고형분은 13중량% 정도로 낮추어 시공하는 것이 바람직하며, 13중량%를 초과하여 사용할 경우 피막 두께가 두꺼워져 도리어 부착성능을 저하시킬 수 있다. 상기 블루밍은 상기 스티렌-부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber; SBR) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼 및 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용한 폴리머를 혼입한 폴리머 시멘트 모르타르를 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 33중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 7중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 66중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 12중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 10중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 5중량%, 분말형 내구성 개선제 5.5중량%, 감수제 0.5중량%, 소포제 0.5중량% 및 수축저감제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 93중량%, 스티렌-부타디엔 고무 1중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 1중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1중량%, 에틸렌-에틸아크릴레이트 1중량%, 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 1중량%, 프로피온산셀룰로오스 1중량% 및 에틸렌비닐알코올 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를, 상기 수축저감제는 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다.
<실시예 2>
결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 33중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 7중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 66중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 12중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 10중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 5중량%, 분말형 내구성 개선제 5.5중량%, 감수제 0.5중량%, 소포제 0.5중량% 및 수축저감제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 88중량%, 스티렌-부타디엔 고무 3중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 2중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 2중량%, 에틸렌-에틸아크릴레이트 2중량%, 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 1중량%, 프로피온산셀룰로오스 1중량% 및 에틸렌비닐알코올 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를, 상기 수축저감제는 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다.
<실시예 3>
결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 33중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 7중량%를 더 혼합하고 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 66중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 12중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 10중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 5중량%, 분말형 내구성 개선제 5.5중량%, 감수제 0.5중량%, 소포제 0.5중량% 및 수축저감제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 83중량%, 스티렌-부타디엔 고무 5중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 3중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 3중량%, 에틸렌-에틸아크릴레이트 3중량%, 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 1중량%, 프로피온산셀룰로오스 1중량% 및 에틸렌비닐알코올 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를, 상기 수축저감제는 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시하며, 후술할 비교예 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 33중량% 및 물 7중량%를 혼합하여 보통 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 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프 시험(반죽의 정도)을 수행하였다. 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.
구분 슬럼프(cm)
교반 직 후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후 60분 경과 후
실시예 1 20 17 14 10.5 8.5
실시예 2 19 18 16 14 11
실시예 3 20 19 16.5 14.5 12
비교예 1 13 10 6.5 4 2
위의 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도 시험을 수행하였다.
아래의 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
구분 압축강도(kgf/cm2)
3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 310 355 398 458
실시예 2 318 363 408 485
실시예 3 325 378 429 502
비교예 1 285 334 340 428
위의 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물보다 압축강도가 높게 나타났다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정하였다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
구분 휨강도(kgf/cm2)
3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 40 48 55 62
실시예 2 43 52 58 68
실시예 3 45 56 61 73
비교예 1 32 35 41 49
위의 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 높았다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
접착강도 (kgf/cm2) 2.0 2.1 2.2 1.5
위의 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 우수함을 알 수 있다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2409에 규정한 방법에 따라 흡수율을 측정하여 표 5에 나타내었다. 흡수율이 높은 경우 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
흡수율(%) 1.0 0.9 0.7 3.0
위의 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
길이변화율(%) 0.08 0.05 0.04 0.12
위의 표 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 건조수축량이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
염화물 이온 침투깊이(mm) 0.9 0.8 0.6 2.3
위의 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 8에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
중성화 깊이(mm) 0.2 0.1 0.1 1.8
위의 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 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 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결 융해 저항성 시험을 수행하였다. 동결 융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결 융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 9는 동결 융해 저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예의 내구성지수를 표시한 것이다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
내구성 지수 88 90 91 55
위의 표 9에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내구성지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
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 (5)

  1. 결합재 5~40중량%, 잔골재 25~70중량%, 굵은골재 20~65중량% 및 물 0.1~20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 조성물로서,
    상기, 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 40~95중량%, 비표면적이 3,500~4,500cm2/g이고 SiO2 함량이 70%이상인 천마암 분말 1~50중량%, 비표면적이 4,000~5,500cm2/g인 고로슬래그 1~30중량%, 비표면적이 10,000~12,000cm2/g인 쌀겨재 0.01~10중량%, 분말형 내구성 개선제 0.01~15중량%, 감수제 0.01~5중량%, 소포제 0.01~5중량% 및 수축저감제 0.01~5중량%를 포함하며,
    상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌 초산 비닐 20~95중량%, 스티렌-부타디엔 고무 0.1~70중량%, 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 에틸렌-에틸아크릴레이트 0.01~50중량%, 및 프로피온산셀룰로오스 0.01~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구성과 자기 치유성을 갖는 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말형 내구성 개선제는 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 0.01~10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구성과 자기 치유성을 갖는 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말형 내구성 개선제는 에틸렌비닐알코올 0.01~10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구성과 자기 치유성을 갖는 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 콘크리트 구조물의 콘크리트의 레이턴스 또는 성능저하 부위의 불순물을 제거하는 단계;
    상기 콘크리트의 성능저하 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계;
    제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 고내구성과 자기치유 성능을 갖는 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 상기 콘크리트의 성능저하 부위를 보호하거나 복구하는 단계; 및
    타설된 상기 시멘트 콘크리트 조성물 상부를 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보호를 위한 덧씌우기 포장공법.
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