KR101789311B1 - 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물 - Google Patents

경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트계결합재 10-25 중량%, 아크릴수지 1~5 중량%, 실록산수지 1-5 중량%, 잔골재 25-45 중량%, 굵은골재 20-35 중량%, 라텍스 1-10 중량%,고로슬래그 1 내지 5 중량%, 무수석고1 내지 5 중량%, 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 1-3 중량%를 포함하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제공한다:
[화학식1]
Figure 112017052024094-pat00015

[화학식 2]

Description

경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물{CONCRETE COMPOSITION REFORMED BY LATEX FOR A BOUNDARY STONE}
본발명은 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
도로는 차량과 보행자의 안전한 통행을 위해 인도와 차도로 구분되고 있으며, 그의 구분을 위하여 경계선상에 보차도 경계석이 설치된다.
일반적으로 경계석은 사각형 단면구조를 갖는 육면체로 구성되어 있으며, 그 가공방식에 따라, 천연 화강 경계석, 일반콘크리트 경계석, 및 인조 화강 경계석등이 사용되고 있다.
이들 중 천연 화강 경계석은 미관이 미려한 장점이 있는 반면에, 가격이 비싸며 대부분을 수입에 의존해야 하는 단점이 있다.
일반콘크리트 경계석은 대량생산이 가능하여 가격이 저렴한 반면에, 색상 및 질감 등의 미관 및 품질면에서 미흡한 단점이 있다.
인조 화강 경계석의 경우에는 대리석 조각과 콘크리트를 혼합하여 경계석을 제조하고, 그 표면을 물과 연마기를 이용하여 연삭하여 제조하는 방식의 것으로서, 앞서 설명한 일반콘크리트 경계석보다는 외관 품질이 우수하지만 천연 화강 경계석보다는 다소 떨어지는 단점이 있다.
또한, 일반콘크리트 경계석 및 인조 화강 경계석의 경우는 수분 및 염분이 침투하여 동결과 융해가 반복되면서 팽창과 수축이 반복되어 균열이 쉽게 발생하며, 염분 특히, Cl- 이온에 의한 중성화에 의한 염해가 발생하는 단점을 갖는다.
그러므로, 적당한 제조원가를 가지면서도 외관이 우수하며, 균열 및 염해를 방지하여 내구성 등의 품질이 우수한 경계석의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2001-0073490호
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
천연 화강암 경계석과 유사한 미려한 외관을 가지며, 균열 및 염해가 최소화되어 내구성이 우수하며, 제조원가가 낮은 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여,
시멘트계 결합재 10-25 중량%, 아크릴수지 1~5 중량%, 실록산수지 1-5 중량%, 잔골재 25-45 중량%, 굵은골재 20-35 중량%, 라텍스 1-10 중량%, 고로슬래그 1 내지 5 중량%, 무수석고 1 내지 5 중량%, 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 1-3 중량%를 포함하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제공한다:
[ 화학식1 ]
Figure 112017052024094-pat00001
[화학식 2]
Figure 112017052024094-pat00002
또한, 본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 조성물 총 중량에 대하여 3~5 중량% 더 포함할 수 있다:
[화학식 3]
Figure 112017052024094-pat00003
상기 식에서 n은 1~10의 자연수이다.
상기 라텍스는 스티렌-부타디엔 공중합체와 물을 1:2~2:1의 중량비로 혼합한 액상 라텍스인 것일 수 있다.
본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물은 라텍스를 포함하며, 염해방지 성분을 포함함으로써, 천연 화강암 경계석과 유사한 미려한 외관을 가지며, 균열 및 염해가 최소화되어 내구성이 우수하면서도, 제조원가가 낮은 경계석을 제공하는 것을 가능하게 한다.
이하에서 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명은 시멘트계 결합재 10-25 중량%, 아크릴수지 1~5 중량%, 실록산수지 1-5 중량%, 잔골재 25-45 중량%, 굵은골재 20-35 중량%, 라텍스 1-10 중량%, 고로슬래그 1 내지 5 중량%, 무수석고 1 내지 5 중량%, 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 1-3 중량%를 포함하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다:
[화학식1]
Figure 112017052024094-pat00004
[화학식 2]
Figure 112017052024094-pat00005
또한, 본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물은하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 조성물 총 중량에 대하여 3~5 중량% 더 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112017052024094-pat00006
상기 식에서 n은 1~10의 자연수이다.
상기 시멘트계결합재로는 일반적인 포틀랜드 시멘트, 속경성 시멘트 등 이 분야에서 공지되어 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 아크릴수지는 내후성이 우수하여 외부 환경 변화에 의한 균열 등의 내구성의 열화를 방지하며, 조성물의 부착강도 및 인성을 개선하는 기능을 수행한다. 상기 아크릴수지로는 이 분야에 공지되어 있는 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 알킬(메트)아크릴레이트류, 히드록시알킬(메트)아크릴레이트류, 지환식단관능 (메트)아크릴레이트류, 방향족환을 갖는 단관능 (메트)아크릴레이트류 수지를 들 수 있다. 상기에서 알킬기는 탄소수 1~12개의 직쇄 또는 분지쇄를의미한다.
상기 실록산 수지는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 점도를 저하시켜 작업성을 유지하며, 연성의 성질을 증진시키기 위해 사용된다. 또한 내산 및 내알칼리성이 우수하므로 경계석의 강도를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 실록산수지로는 이 분야에 공지되어 있는 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리오르가노실록산 구체적으로 폴리다이알킬실록산을 들 수 있으며, (메타)아크릴레이트-폴리실록산(methacrylate-polysiloxane), 비닐 폴리실록산(Vinyl Polysiloxane) 등이 사용될 수도 있다.
상기 폴리다이알킬실록산에서 알킬기는 탄소수 1~12개의 직쇄 또는 분지쇄를 의미한다.
상기 잔골재는 입경이 5㎜ 이하인 골재를 의미하며, 굵은골재는 입경이 5㎜를 초과하는 골재를 의미한다.
상기 라텍스는 경계석의 외관을 천연 화강암 경계석과 유사하게 하기 위하여 사용되며, 부수적으로 수분 및 염분의 침투를 방지하는 기능도 수행한다.
상기 라텍스로는 이 분야에서 사용되는 것이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 스티렌-부타디엔 공중합체와 물을 1:2~2:1의 중량비로 혼합한 액상 라텍스가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 고로슬래그는 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 고로슬래그의 중량비가 증가하면 초기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 고로슬래그 대신에 플라이애쉬, 실리카분말 및 실리카흄을 사용할 수도 있다.
상기 고로슬래그는 1 내지 5 중량%로 포함된다. 고로슬래그의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 조성물의 초기강도는 발현되나 장기강도 및 내구성이 저하될 수 있고, 고로슬래그의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우에는조성물의 작업성 및 장기강도는 개선되나, 초기강도 발현을 지연시킬 수 있다.
상기 무수석고(CaSO4)는 마이크로 시멘트 성분 중 특히 C3A(3CaO·Al2O3)과 반응하여 초기에 에트린자이트(AFt상, C3A·3CaSO4·32H2O)를 생성하게 되는데, 생성된 에트린자이트는 수화가 진행됨에 따라 그 양이 감소하거나 또는 그 일부가 모노설페이트(AFm상, C3A·CaSO4·12H2O)로 전이된다. 무수석고가 첨가될 경우 에트린자이트가 초기부터 생성되어 시멘트의 구조를 치밀화시킴으로써 초기 재령에서염화물이온에 대한 침투저항성을 증가시키게 된다.
상기 무수석고의 함량이 5 중량%를 초과하면 초기 강도 발현 효과가 우수하나 내구성이 저하될 수 있고, 상기 무수석고의 함량이 1 중량% 미만이면 초기 강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 콘크리트 조성물의 염해를 방지하기 위하여 사용된다.
[화학식1]
Figure 112017052024094-pat00007
[화학식 2]
Figure 112017052024094-pat00008
염화물에 의한 콘크리트의 열화는 염화물이 시멘트 수화생성물인 Ca(OH)2 와 반응하여 CaO·CaCl2·2H2O및 Mg2(OH)3Cl·4H2O와 같은 결정물들을 생성하여 용적을 팽창시키며, 일부는 외부로 용출됨에 따른 공극증가로 인하여 이루어진다. 그러나 이러한 화학 작용에 의한 콘크리트 자체의 열화보다도 염화물이온(Cl-)이 콘크리트 내부로 침투하여 나타나는 열화가 더 크다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물은 Cl- 이온과 반응하여 Cl- 이온을 고정함으로써 Cl- 이온이 경계석 구조물로 침입하는 것을 방지한다.
특히, 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물은 유기 성분과 무기 성분(Si 등)을 모두 포함함으로써 콘크리트 조성물 내에 견고하고, 안정하고, 균일하게 혼합될 수 있으므로 더욱 바람직한 효과를 나타낸다.
본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물에 포함되는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 우레탄 골격의 양말단에 3개씩의 비닐기를 도입한 구조를 갖는다. 하기 화학식 3의 화합물은 상기와 같은 구조적 특성으로 인해 아크릴수지, 실록산수지, 라텍스 등의 유기성분뿐만 아니라, 시멘트, 골재 등의 무기성분과도 강하게 결합하여 3차원적 망상구조를 형성하므로 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 강도 및 내구성을 크게 향상시킨다.
[화학식 3]
Figure 112017052024094-pat00009
상기 식에서 n은 1~10의 자연수이다.
본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물은 필요에 따라, 착색제, 경화촉진제, 소포제, 분산제, 자외선 안정제, 자외선 차단제, 무기물 충진제, 유화제, 계면활성제, 점도조절제, 산화방지제 등에서 선택되는1종 이상의 첨가제를 더 함유 할 수 있으며, 이에 한정한 것은 아니다.
상기 착색제로는 체질안료, 착색안료, 염료 등을 사용할 수 있고, 체질안료에는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 실리카, 실리카-알루미나, 유리분말, 유리구슬, 운모, 흑연, 환산바륨, 수산화알루미늄, 탈크, 고령토, 산성점토, 활성백토, 벤토나이트, 규조토, 몬모릴로나이트, 백운석 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다. 착색안료에는 예를 들어 산화티탄, 아연화, 카민 6B(C.I.12490), 프탈로시아닌 그린(C.I. 74260),프탈로시아닌 블루(C.I. 74160), 미쓰비시 카본 블랙 MA100, 페릴렌 블랙(BASF K0084. K0086), 시아닌 블랙,리놀옐로우(C.I.21090), 리놀옐로우GRO(C.I. 21090), 벤지딘옐로우4T-564D, 미쓰비시 카본 블랙 MA-40, 빅토리아퓨어 블루(C.I.42595), C.I. PIGMENT RED97, 122, 149, 168, 177, 180, 192, 215, C.I. PIGMENT GREEN7, 36, C.I. PIGMENT 15:1, 15:4, 15:6, 22, 60, 64, C.I. PIGMENT 83, 139 C.I. PIGMENT VIOLET 23 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
경화촉진제로는 예를 들어, 페놀, 노닐페놀, 3급아민, 머켑탄류, 디부틸디아세테이트, 디부틸렌디라우레이트, 모노부틸렌옥사이드, 모노부틸렌클로라이드디하이드록사이드 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
상기 소포제로는 기포를 파괴하는 폴리머 및 폴리실록산 용액이 주성분이 BYK-Chemie사의 BYK-A501을 사용한다, 또한EFKA사의 EFKA8203, Impag사의 퍼에놀 E8 등의 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
상기 분산제로는 안료친화그룹을 가진 고분자량의 블록공중합체에 용액을 주성분으로 하는 BYK-Chemie사의 BYK-#161, BYK-#168, 1-메톡시-2프로필렌아세테이드, EFKA사의 EFKA4048, 4060 등의 1종 이상을 선택하여 사용할수 있으나, 이에 한정한 것은 아니다.
상기 무기물 충전제는 탄산칼슘, 탈크, 중탄, 실리카, 및 백운석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정된 것은 아니다.
상기 유화제는폴리옥시에틸렌 및 폴리옥시프로필렌의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 및 폴리옥틸페닐에테르의 공중합체 및 소디움도데실벤젠설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정된 것은 아니다.
본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물을 사용하여 경계석을 제조하는 방법은 이 분야에서 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
제조예1 : 화학식 3의 표시되는 화합물의 제조
3구 반응기에 기계식 교반기, 온도센서, 온도센서와 연결되어있는 가열 장치에 Kopex-PEG-400 (한농화성) 112.6g, 디부틸 틴 라우레이트 0.1g를 투입하고 상온에서 교반했다. 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI) 64.9g를 넣고 반응시켰다. 상기 반응액에펜타에리스리톨트리아크릴레이트(Sigma-Aldrich 사 제조, CAS Number 3524-68-3) 322.1g, 0.2g의 메톡시하이드로큐논을 투입하고 반응온도 75로 유지하고 3시간 반응시켰다. 적외선 스펙트럼의 이소시아네이트의 특성피크인 2260cm-1가 완전히 소멸된 시점에 반응이 완료된 것으로 판단하였다. 상기 반응이 종료된 후, 3-트리메톡시실릴프로필글리시딜 에테르 224g을 넣고 1시간 동안 교반하면서 3-트리메톡시실릴프로필글리시딜 에테르의 에폭시기와 우레탄 구조에 포함된 아민기 간의 반응을 진행시켜서 목적화합물을 제조하였다.
실시예1 : 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 제조
포틀랜드시멘트 18 중량%, 부틸아크릴레이트수지 3 중량%, 폴리다이메틸실록산 수지 3 중량%, 잔골재 38 중량%, 굵은골재 27 중량%, 스티렌-부타디엔 공중합체와 물을 5:5의 중량비로 혼합한 액상 라텍스 3 중량%, 고로슬래그 3 중량%, 무수석고 2 중량%, 및 하기 화학식 1의 화합물 3 중량%를 믹서기에서 혼합하여 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물을 제조하였다.
[화학식1]
Figure 112017052024094-pat00010
실시예 2: 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 제조
포틀랜드시멘트 18 중량%, 부틸아크릴레이트 수지 2 중량%, 폴리다이메틸실록산수지 2 중량%, 잔골재 38 중량%, 굵은골재 27 중량%, 스티렌-부타디엔 공중합체와 물을 5:5의 중량비로 혼합한 액상 라텍스 3 중량%, 고로슬래그 2 중량%, 무수석고 2 중량%, 하기 화학식 2의 염해방지용 화합물 3 중량%, 및 제조예 1에서 제조된 화합물 3 중량%를 믹서기에서 혼합하여 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물조성물을 제조하였다.
[화학식 2]
Figure 112017052024094-pat00011
시험예1: 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 제조 의 물성 평가
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 조성물에 물을 혼합하고, 거푸집에 넣고 성형하여 경계석을 제조하였다.
상기 경계석의 물성을 하기 표 1에 기재된 방법으로 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
평가항목 결과 기준치 시험방법
실시예 1의 조성물로 제조된 경계석 인장도 478.2 kg/cm2 210 kg/cm2이상 KS M 3006 : 2003
굴곡강도 575.5 kg/cm2 320 kg/cm2이상 KS M 3015 : 1997
굴곡탄성율 29,110 kg/cm2 17,600 kg/cm2이상 KS M 3015 : 1997
박리강도 5.0 N/mm 178.6 g/mm 이상 ASTM D903 : 1998
실시예 2의 조성물로 제조된 경계석 인장도 482.2 kg/cm2 210 kg/cm2이상 KS M 3006 : 2003
굴곡강도 586.5 kg/cm2 320 kg/cm2이상 KS M 3015 : 1997
굴곡탄성율 29,210 kg/cm2 17,600 kg/cm2이상 KS M 3015 : 1997
박리강도 5.1 N/mm 178.6 g/mm 이상 ASTM D903 : 1998
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물은 테스트된 인장도, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 및 박리강도의 모든 면에서 매우 우수한 물성을 나타내었다. 특히, 화학식 3의 화합물을 더 포함한 실시에 2의 조성물은 더욱 우수한 효과를 나타내었다.
시험예2: 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물의 염해방지성능 평가
(1) 시험 1
염소이온 침투 저항성을 시험하기 위해 재령 28일이 된 상기 시험예 1에서 제조된 경계석을 5cm 두께로 절단하여 시험편을 제작하였다.
상기 시험편으로 확산셀을 구성하여 60V의 직류전원을 6시간동안 통전한 조건에서 매 30분 마다 측정한 전류를 시간에 대해 적분하여 구한 통과전하량을 구하여 하기 표 2에 나타내었다.
통과전하량(Coulomb)
실시예 1의 조성물로 제조된 경계석 0
실시예 2의 조성물로 제조된 경계석 0
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물로 제조된 시험편에서는 통과 전하량이 측정되지 않아 완벽한 염소이온 침투저항성을 구비하고 있음이 확인되었다.

Claims (3)

  1. 시멘트계결합재 10-25 중량%, 아크릴수지 1~5 중량%, 실록산수지 1-5 중량%, 잔골재 25-45 중량%, 굵은골재 20-35 중량%, 라텍스 1-10 중량%, 고로슬래그 1 내지 5 중량%, 무수석고 1 내지 5 중량%, 및 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물 1-3 중량%를 포함하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물:
    [화학식1]
    Figure 112017052024094-pat00012

    [화학식 2]
    Figure 112017052024094-pat00013
  2. [청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제1항에 있어서,
    하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 조성물 총 중량에 대하여 3~5 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물:
    [화학식 3]
    Figure 112017052024094-pat00014

    상기 식에서 n은 1~10의 자연수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라텍스는 스티렌-부타디엔 공중합체와 물을 1:2~2:1의 중량비로 혼합한 액상 라텍스인 것을 특징으로 하는 경계석용 라텍스개질 콘크리트 조성물.
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