KR101720504B1 - 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법 - Google Patents

내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법에 관한 것으로, 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 15∼75중량%, 굵은골재 15∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 개질제 0.01∼20중량% 포함하며, 상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 15∼75중량%, 칼슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 알루미나 시멘트 1∼35중량%, 규산 백토 1∼30중량%, 분말도가 3,500∼8,000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 산화칼슘 0.01∼15중량%, 니켈알루미네이트 0.01∼10중량% 및 지르코늄 0.01∼10중량%를 포함하고, 상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔 고무 40∼99중량%, 우레탄 에멀젼 0.1∼30중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 0.01∼15중량%, 폴리페닐에테르 0.01∼15중량% 및 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 0.01∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.

Description

내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법 {A HIGH EARLY STRENGTH CEMENT CONCRETE COMPOSITION HAVING THE IMPROVED DURABILITY FOR ROAD PAVEMENT AND A REPAIRING METHOD OF ROAD PAVEMENT USING THE SAME}
본 발명은 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도로의 노면 또는 교량 교면의 포장, 교량 덧씌우기 포장, 도로 보수공사, 콘크리트 구조물 등의 보수공사에 사용되는 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 유지 보수 공법에 관한 것이다.
최근에는 콘크리트 구조물이 대형화 되어감에 따라서 앞으로도 유지관리의 중요성이 증대될 것이다. 현재도 도로나 상·하수도 시설을 비롯하여 지중 구조물이나 수밀성을 필요로 하는 수중 구조물 등의 다양한 콘크리트 구조물에서 균열 부위나 손상 부위에 대한 보수작업이 이루어지고 있는 실정이다. 보수작업에 사용되는 재료는 매우 다양하나 그중에서 가장 흔한 것이 시멘트 모르타르이다. 하지만 시멘트 모르타르는 낮은 강도특성과 경화시간이 길고 수분 손실에 따른 건조수축 변형량이 크다는 단점이 있다. 이러한 단점으로 인하여 수밀성 구조물에 시공하는 경우나 급속시공을 필요로 하는 경우에는 시멘트 모르타르 사용 시에 많은 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 초속경 시멘트를 이용한 다양한 보수·보강 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
하지만 초속경시멘트의 사용은 장기적인 측면에서 볼 때 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 초속경시멘트를 사용한 콘크리트는 조기에 빠른 강도발현에는 효과적이나 양생 초기 일반시멘트에 비해 상대적으로 높은 수화열과 건조수축으로 인해 구조물 내에서 열과 수분의 이동으로 인한 수축이 내·외부적 요인에 의해 구속됨으로써 미소균열이 발생하기 쉽다. 이러한 미소균열은 콘크리트 매트릭스 내의 투수성을 증가시키고 다양한 형태의 파괴를 유도함으로써 구조물의 역학적 특성 및 내구성 저하에 직접적인 원인이 될 수 있어 구조물의 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
특허등록공보 제10-0943312호(2010년02월19일 공고)
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 유지 보수공법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 15∼75중량%, 굵은골재 15∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 개질제 0.01∼20중량% 포함하며, 상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 15∼75중량%, 칼슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 알루미나 시멘트 1∼35중량%, 규산 백토 1∼30중량%, 분말도가 3,500∼8,000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 산화칼슘 0.01∼15중량%, 니켈알루미네이트 0.01∼10중량% 및 지르코늄 0.01∼10중량%를 포함하고, 상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔 고무 40∼99중량%, 우레탄 에멀젼 0.1∼30중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 0.01∼15중량%, 폴리페닐에테르 0.01∼15중량% 및 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 0.01∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 마그네슘설포알루미네이트 0.1∼30중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경 시멘트 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 재료분리방지제 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경 시멘트 결합재는 황산소다 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경 시멘트 결합재는 감수제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경 시멘트 결합재는 지연제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리머 개질제는 폴리스티렌술폰산 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 에틸렌-비닐알코올 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 폴리카본산계 감수제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 실리콘계 소포제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기한 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 유지 보수 공법을 제공한다:
(S1) 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
(S2) 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계;
(S3) 상기 폴리머 개질제가 도포 또는 상기 블루밍 처리된 상부에 상기 기재된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계;
(S4) 타설된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계; 및
(S5) 상기 타이닝된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막 양생제를 도포하는 단계.
본 발명에 의하면, 폴리머 개질제와 초속경 시멘트 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 포졸란 반응에 의하여 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 발휘할 수 있는 효과가 있다. 한편, 포장에 요구되는 제반 특성, 즉 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족할 수 있다.
본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 15∼75중량%, 굵은골재 15∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 개질제 0.01∼20중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 15∼75중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 15∼70중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 15∼75중량%, 칼슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 알루미나 시멘트 1∼35중량%, 규산 백토 1∼30중량%, 분말도가 3,500∼8,000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 산화칼슘 0.01∼15중량%, 니켈알루미네이트 0.01∼10중량% 및 지르코늄 0.01∼10중량%를 포함할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 15∼75중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼슘설포알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 3∼45중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 3중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 효과 및 균열발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 45중량%를 초과할 경우에는 조기강도 발현은 우수하나 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 규산 백토는 포졸란 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 개선뿐만 아니라 지수 및 자기치유 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 규산 백토는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 규산 백토의 함량이 1중량%미만이면 성능개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 30중량%를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있다.
상기 고로슬래그 분말은 잠재수경성 특성으로 장기강도발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 상기 고로슬래그 분말은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그 분말은 분말도가 3,500∼8,000㎠/g인 것이 바람직하며, 상기 고로슬래그 분말의 함량이 1중량% 미만이면 장기강도 발현이나 내구성 증진효과가 미흡할 수 있고, 상기 고로슬래그 분말의 함량이 40중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 알루미나 시멘트 및 상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 알루미나 시멘트 및 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다.
상기 알루미나 시멘트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼35중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 석고는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 시멘트 및 상기 석고는 중량비가 증가하면 빠른 경화 특성을 나타내며, 상기 알루미나 시멘트 및 상기 석고의 전체 함량이 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 2중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 알루미나 시멘트 및 상기 석고의 전체 함량이 55중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 산화칼슘은 초기강도 발현 및 수축저감 효과를 얻기 위해 사용된다. 상기 산화칼슘은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.1∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화칼슘의 함량이 0.01중량% 미만이면 초기강도 발현효과 및 수축저감효과가 미흡하고, 상기 산화칼슘은 함량이 15중량%를 초과하면 경화가 촉진되어 작업성이 저하되고 경제성이 떨어진다.
상기 니켈알루미네이트는 강도 및 내화학성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 니켈알루미네이트은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 니켈알루미네이트의 중량비가 증가하면 강도 및 내화학성을 나타내며, 상기 니켈알루미네이트의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 강도 및 내화학성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 니켈알루미네이트의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 성능개선 효과를 얻을 수 없고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 지르코늄은 내식성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 지르코늄은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지르코늄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 내식성 개선 효과가 떨어질 수 있으며, 상기 지르코늄의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 마그네슘설포알루미네이트를 더 포함할 수 있다. 상기 마그네슘설포알루미네이트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 마그네슘설포알루미네이트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 0.1중량% 미만일 경우 초기 강도 발현 및 수축 저감 효과가 미약할 수 있고, 상기 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 30중량%를 초과할 경우에는 성능 개선효과가 우수하나 경화가 빨라져 작업성 및 시공성이 저하된다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 재료분리방지제를 더 포함할 수 있다. 상기 재료분리방지제로는 폴리아크릴산 0.4∼0.9 : 전분 0.1∼0.6의 비율로 혼합된 것을 사용할 수 있다. 상기 재료분리방지제는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 재료분리방지제의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 재료분리방지 및 내수성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 재료분리방지제의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 저하된다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 황산소다를 더 포함할 수 있다. 상기 황산소다는 자기치유성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 황산소다는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황산소다의 중량비가 증가하면 자기치유성능을 나타내며, 상기 황산소다의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 자기치유 성능 효과가 미약할 수 있고, 상기 황산소다의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 강도 발현이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 상기 감수제는 강도 및 내구성의 개선 효과가 우수하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 우수한 나프탈렌계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.001∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼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 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리머 개질제는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 스티렌-부타디엔 고무 40∼99중량%, 우레탄 에멀젼 0.1∼30중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 0.01∼15중량%, 폴리페닐에테르 0.01∼15중량% 및 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 0.01∼10중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리머 개질제는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리머 개질제의 함량이 20중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 폴리머 개질제의 함량이 0.01중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 스티렌-부타디엔 고무는 상기 폴리머 개질제에 대하여 40∼99중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 99중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 향상되지만, 콘크리트의 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 40중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 우레탄 에멀젼는 휨 및 인성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 우레탄 에멀젼는 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 우레탄 에멀젼의 함량이 30중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 우레탄 에멀젼의 함량이 0.1중량% 미만이면 휨 강도 및 인성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리파라페닐렌 비닐렌은 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리파라페닐렌 비닐렌은 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 폴리파라페닐렌 비닐렌의 함량이 15중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 폴리파라페닐렌 비닐렌의 함량이 0.01중량% 미만이면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리페닐에테르는 상기 폴리머 개질제의 작업성, 내마모성 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리페닐에테르는 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리페닐에테르의 함량이 15중량%를 초과하면 내마모성 및 내구성 개선 효과가 더 이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 폴리페닐에테르의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성, 내마모성 및 내구성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르는 상기 폴리머 개질제의 점도를 부여하여 재료분리방지를 위하여 사용한다. 상기 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르는 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르의 함량이 0.01중량% 미만이면 재료분리가 발생하기 쉽고, 그 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 폴리머 개질제는 폴리스티렌술폰산을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리스티렌술폰산은 신장 능력이 향상과 내알칼리성 및 접착성 개선을 위해 사용된다. 상기 폴리스티렌술폰산은 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리스티렌술폰산의 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 폴리스티렌술폰산의 함량이 0.01중량% 미만이면 내알칼리성 및 접착성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 에틸렌-비닐알코올을 더 포함할 수 있다. 상기 에틸렌-비닐알코올은 강도 및 내수성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 에틸렌-비닐알코올은 상기 폴리머 개질제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 에틸렌-비닐알코올의 함량이 10중량%를 초과하면 조성물 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 에틸렌-비닐알코올의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 폴리카본산계 감수제 0.001∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리카본산계 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 조강 시멘트의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다.
또한, 상기 폴리머 개질제는 실리콘계 소포제 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 15∼75중량%, 굵은골재 15∼70중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 개질제 0.01∼20중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로 유지 보수 공법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 유지 보수 공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계와, 상기 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 내구성 개선 폴리머 혼화제가 도포된 상부에 상기 기재된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계와, 타설된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계와 상기 타이닝된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막형성 양생제를 도포하는 단계를 포함한다.
상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고, 상기 폴리머 개질제를 도포하는 단계 전에 노출된 철근을 방청처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하는 경우에 정상적인 경우에는 콘크리트 구조물의 철근이 노출되지 않지만 열화가 심한 경우에는 열화된 부위에서 철근이 노출될 수도 있는데, 이렇게 철근이 노출되는 경우에는 방청 처리하여 철근의 부식을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 폴리머 개질제와 초속경 시멘트 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
초속경 시멘트 결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 33중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 폴리머 개질제 3중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 39중량부, 칼슘설포알루미네이트 20중량부, 알루미나 시멘트 15중량부, 규산 백토 10중량부, 고로슬래그 분말 10중량부, 석고 5중량부, 산화칼슘 3중량부, 니켈알루미네이트 1중량부, 지르코늄 1중량부, 재료분리방지제 1중량부, 감수제 0.5중량부 및 지연제 0.5중량부를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 재료분리방지제는 폴리아크릴산 : 전분을 7 : 3으로 혼합된 재료분리방지제를, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔 고무 93중량%, 우레탄 에멀젼 1중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 1중량%, 폴리페닐에테르 1중량%, 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 1중량%, 폴리스티렌술폰산 1중량%, 에틸렌-비닐알코올 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 2>
초속경 시멘트 결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 33중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 폴리머 개질제 3중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 39중량부, 칼슘설포알루미네이트 20중량부, 알루미나 시멘트 15중량부, 규산 백토 10중량부, 고로슬래그 분말 10중량부, 석고 5중량부, 산화칼슘 3중량부, 니켈알루미네이트 1중량부, 지르코늄 1중량부, 재료분리방지제 1중량부, 감수제 0.5중량부 및 지연제 0.5중량부를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 재료분리방지제는 폴리아크릴산 : 전분을 7 : 3으로 혼합된 재료분리방지제를, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔 고무 88중량%, 우레탄 에멀젼 2중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 2중량%, 폴리페닐에테르 2중량%, 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 2중량%, 폴리스티렌술폰산 1.5중량%, 에틸렌-비닐알코올 1.5중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3>
초속경 시멘트 결합재 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 33중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 폴리머 개질제 3중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 39중량부, 칼슘설포알루미네이트 20중량부, 알루미나 시멘트 15중량부, 규산 백토 10중량부, 고로슬래그 분말 10중량부, 석고 5중량부, 산화칼슘 3중량부, 니켈알루미네이트 1중량부, 지르코늄 1중량부, 재료분리방지제 1중량부, 감수제 0.5중량부 및 지연제 0.5중량부를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 재료분리방지제는 폴리아크릴산 : 전분을 7 : 3으로 혼합된 재료분리방지제를, 상기 감수제는 나프탈렌계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔 고무 83중량%, 우레탄 에멀젼 3중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 3중량%, 폴리페닐에테르 3중량%, 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 3중량%, 폴리스티렌술폰산 2중량%, 에틸렌-비닐알코올 2중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 및 2는 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 조성물 및 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 20중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 33중량% 및 물 7중량%를 믹서에 강제 투입, 교반하여 보통 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 20중량%, 잔골재 40중량% 및 굵은 골재 33중량%를 믹서에 강제 투입, 교반한 후, 물 4중량%와 스티렌-부타디엔 고무 3중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
하기 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 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 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.
하기 표 1은 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화이다.
구 분 슬럼프(cm)
교반 직후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후
실시예 1 21 18 13 10
실시예 2 22 17.5 14 10.5
실시예 3 22 18 16 12
비교예 1 15 10 8 6
비교예 2 20 14 8 5
상기 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하며 특히, 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타낸 것이다.
하기 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
구 분 압축강도(kgf/㎠)
4시간 후 12시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 292 340 358 395 428
실시예 2 300 350 362 406 436
실시예 3 308 360 370 419 455
비교예 1 - - 180 351 408
비교예 2 - - 175 368 410
상기 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 4시간이 경과하면 경화되기 때문에 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행할 수 있었다. 또한, 완전히 경화된 후에도 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 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 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
하기 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
구 분 휨강도(kgf/㎠)
4시간 후 12시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 52 58 62 69 75
실시예 2 54 61.5 68 71 79
실시예 3 58 66 71 75 84
비교예 1 - - - 39 49
비교예 2 - - - 61 68
상기 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 4시간이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않았다. 또한, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구 분 접착강도(kgf/㎠)
4시간 후 12시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 16 17.5 19.5 21 23.5
실시예 2 17 18.5 20 22 24
실시예 3 17.5 19 20.5 23.5 26
비교예 1 - - - 11.5 16
비교예 2 - - - 16.5 21.5
상기 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 표 5에 나타내었다. 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.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 0.6 0.4 0.3 2.3 0.8
상기 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 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 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
길이변화율(%) 0.03 0.025 0.015 0.12 0.08
상기 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.3 0.20 0.15 1.5 0.5
상기 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2476에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투 깊이(mm) 0.4 0.35 0.2 2.0 0.6
상기 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 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.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 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 9는 동결융해저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성지수를 표시한 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 91 92 92 56 89
상기 표 9에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내구성 지수가 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.
본 발명에 의하면, 폴리머 개질제와 초속경 시멘트 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선하며 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 포졸란 반응에 의하여 알칼리골재반응억제, 내구성 개선효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.

Claims (11)

  1. 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물로서,
    초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 15∼75중량%, 굵은골재 15∼70중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 개질제 0.01∼20중량% 포함하며,
    상기 초속경 시멘트 결합재는
    조강 포틀랜드 시멘트 15∼75중량%, 칼슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 알루미나 시멘트 1∼35중량%, 규산 백토 1∼30중량%, 분말도가 3,500∼8,000㎠/g인 고로슬래그 분말 1∼40중량%, 석고 1∼20중량%, 산화칼슘 0.01∼15중량%, 니켈알루미네이트 0.01∼10중량%, 지르코늄 0.01∼10중량%, 재료분리방지제 0.01∼10중량%, 감수제 0.001∼5중량%, 및 지연제 0.01∼5중량%를 포함하고,
    상기 폴리머 개질제는
    스티렌-부타디엔 고무 40∼99중량%, 우레탄 에멀젼 0.1∼30중량%, 폴리파라페닐렌 비닐렌 0.01∼15중량%, 폴리페닐에테르 0.01∼15중량%, 폴리메타크릴산아미노알킬에스테르 0.01∼10중량%, 폴리스티렌술폰산 0.01∼10중량%, 에틸렌-비닐알코올 0.01∼10중량%, 폴리카본산계 감수제 0.001∼5중량%, 및 실리콘계 소포제 0.01∼5중량%를 포함하고,
    상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 시간 경과에 따른 압축강도(kgf/㎠)는 4시간 후 292 ~ 308, 12시간 후 340 ~ 360이며; 시간 경과에 따른 휨강도(kgf/㎠)는 4시간 후 52 ~ 58, 12시간 후 58~66이며; 접착강도(kgf/㎠)는 4시간 후 16 ~ 17.5, 12시간 후 17.5 ~ 19이고; 흡수율(%)은 0.3 ~ 0.6이며; 길이변화율(%)은 0.015 ~ 0.3이고; 중성화 깊이(mm)는 0.15 ~ 0.3이고; 염화 이온 침투 깊이(mm)는 0.2 ~ 0.4이고; 내구성 지수는 91 ~ 92인
    것을 특징으로 하는 내구성능이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
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  11. 제1항에 기재된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 유지 보수 공법으로서,
    콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
    제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계;
    상기 폴리머 개질제가 도포된 상부에 상기 기재된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계;
    타설된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계; 및
    상기 타이닝된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막 양생제를 도포하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 유지 보수 공법.
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