KR101911009B1 - 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법 - Google Patents

내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수·보강 공법에 관한 것으로, 조강형 결합재 1∼45중량%, 잔골재 5∼80중량%, 굵은골재 5∼80중량%, 기능개선 혼화제 0.01∼30중량% 및 물 1∼40중량%를 포함한다. 상기 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20~90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 3~45중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1~30중량%, 이산화규소 1~30중량%, 석고 1~20중량%, 하이드록시탄산마그네슘 0.1~20중량%, 알루민산스트론듐 0.01~15중량% 및 알루미노실리케이트 0.01~15중량%를 포함하고, 상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 30∼99중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼30중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 0.1∼25중량%, 부타디엔고무 0.1∼25중량%, 플루오린실란 0.1∼25중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.01~10중량% 및 실리콘계 소포제 0.01~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 의하면, 포졸란 반응에 의하여 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 내마모성 및 부착강도를 개선하며, 특히 팽창재와 수축저감제를 사용함으로써 건조수축에 의한 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 얻었고 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법 {EARLY STRENGTH MODIFIED CEMENT CONCRETE COMPOSITION EXCELLENT IN ABRASION-RESISTANCE AND CRACK-RESISTANCE AND ROAD REPAIRING OR REINFORCING METHOD THEREWITH}
본 발명은 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수·보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 교량 오버레이 포장, 콘크리트 포장의 증설, 콘크리트 포장 보수공사 등의 콘크리트로 이루어진 토목 구조물 보수공사에 사용되는 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수·보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물에 균열이 발생하게 되면 콘크리트 구조물은 하중을 견디지 못하고 붕괴 될 수도 있으므로 균열이 발생 된 콘크리트 구조물에 대해서는 방수성, 내구성 등을 회복하기 위하여 혹은 구조물의 안정성, 미관성 등을 고려하여 보수가 필요하다.
일반적으로, 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.
한편, 콘크리트 구조물 특히, 교량 콘크리트 슬래브, 도로 노면, 날개벽, 도로 측구부, 교량 하부, 교각은 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고, 균열 부위를 통해 노출된 콘크리트는 염소이온 침투, 동결융해, 중성화 현상이 진행되어 철근 부식이 발생된다. 이러한 철근 부식현상이 심해지면 콘크리트 구조물이 결국은 붕괴될 수 있다.
이러한 콘크리트 구조물과 같이 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 또는 보강하기 위한 보수공사에는 조강 시멘트(3종 시멘트)가 널리 사용되고 있다. 하지만, 조강 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 시공성이 우수한 장점이 있으나, 투수성이 높아 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1309115호 (2013년09월16일 공고) 대한민국 등록특허 제10-1333084호 (2013년11월28일 공고)
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수·보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 조강형 결합재 1∼45중량%, 잔골재 5∼80중량%, 굵은골재 5∼80중량%, 기능개선 혼화제 0.01∼30 중량% 및 물 1∼40중량%를 포함하며, 상기 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20∼90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1~30중량%, 이산화규소 1∼30중량%, 석고 1∼20중량%, 하이드록시탄산마그네슘 0.1~20중량%, 알루민산스트론듐 0.01~15 중량% 및 알루미노실리케이트 0.01∼15중량%를 포함하고, 상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 30∼99중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼30중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 0.1∼25중량%, 부타디엔고무 0.1∼25중량%, 플루오린실란(fluorine silane) 0.1∼25중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.01~10중량% 및 실리콘계 소포제 0.01~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 조강형 결합재는 스텔라이트 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조강형 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 수산화알루미늄 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조강형 결합재는 알루미늄티탄산 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조강형 결합재는 감수제 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조강형 결합재는 지연제 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 기능개선 혼화제는 베이클라이트 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기능개선 혼화제는 알코올알킬렌옥시드 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기한 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수·보강 공법을 제공한다.
콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위 및 아스팔트 콘크리트를 노면 파쇄기를 이용하여 제거하는 단계와, 제거된 부위를 숏블라스터, 워터젯, 고압세척기, 핸드 워터젯 등으로 열화된 부위 하부까지 제거한 후 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 구체 콘크리트에 부착되기 용이하게 하고 표층강화, 유해물질, 물, 염소이온 등의 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계와, 상기 처리된 상부에 상기 기재된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 증설하여 보수 또는 보강하는 단계와, 타설된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 및 상기 타이닝된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 기능개선 혼화제와 조강형 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 포졸란 반응에 의하여 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 내마모성 및 부착강도를 개선하며, 특히 팽창재와 수축저감제를 사용함으로써 건조수축에 의한 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 얻었고 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성, 즉 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 모두 만족할 수 있다.
본 발명의 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 조강형 결합재 1∼45중량%, 잔골재 5∼80중량%, 굵은골재 5∼80중량%, 기능개선 혼화제 0.01∼30 중량% 및 물 1∼40중량%를 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 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 5∼80중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 5∼80중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20∼90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1~30중량%, 이산화규소 1∼30중량%, 석고 1∼20중량%, 하이드록시탄산마그네슘 0.1~20중량%, 알루민산스트론듐 0.01~15 중량% 및 알루미노실리케이트 0.01∼15중량%를 포함할 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 조강형 결합재에 대하여 20∼90중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 분말도가 3,000∼4,500㎠/g인 것이 바람직하다.
상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트는 상기 조강형 결합재에 대하여 3∼45중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 3중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 효과 및 균열발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 45중량%를 초과할 경우에는 조기강도 발현은 우수하나 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트는 상기 조강형 결합재에 대하여 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트는 중량비가 증가하면 빠른 경화 특성을 나타내며, 상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트의 함량이 상기 조강형 결합재에 대하여 1중량% 미만일 경우 콘크리트 초기 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 트리칼슘알루미네이트 시멘트의 함량이 30중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 이산화규소는 내마모성, 흡착성, 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 이산화규소는 상기 조강형 결합재에 대하여 1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 이산화규소의 함량이 30중량%를 초과하면 내마모성 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 이산화규소의 함량이 1중량% 미만이면 성능 개선효과가 미약할 수 있다.
상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 석고는 상기 조강형 결합재에 대하여 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 상기 조강형 결합재에 대하여 1중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 석고의 함량이 20중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 과 팽창 및 내수성이 저하된다.
상기 하이드록시탄산마그네슘은 강도, 내마모성, 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 하이드록시탄산마그네슘은 상기 조강형 결합재에 대하여 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 하이드록시탄산마그네슘의 함량이 20중량%를 초과하면 내마모성 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 하이드록시탄산마그네슘의 함량이 0.1중량% 미만이면 작업성은 개선되나 내마모성 및 내화성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 알루민산스트론듐은 초기 경화 속도를 조절하기 위하여 사용한다. 상기 알루민산스트론듐은 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루민산스트론듐의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 초기 강도 발현이 늦어지고, 상기 알루민산스트론듐의 함량이 15중량%를 초과하면 반응성이 높아져 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 알루미노실리케이트는 장기강도발현, 수축저감효과, 내수성, 내화학성, 동결융해저항성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 알루미노실리케이트는 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미노실리케이트의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 떨어질 수 있으며, 상기 알루미노실리케이트의 함량이 15중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 조강형 결합재는 스텔라이트를 더 포함할 수 있다. 상기 스텔라이트는 강도, 내마모성 및 내약품성를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 스텔라이트는 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스텔라이트의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 스텔라이트의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 성능 개선효과가 우수하나 작업성 및 가격경쟁력이 저하된다.
상기 조강형 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 수산화알루미늄를 더 포함할 수 있다. 상기 수산화알루미늄은 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 수산화알루미늄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 재료분리방지 및 내수성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 수산화알루미늄의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 저하된다.
상기 조강형 결합재는 강도, 내마모성, 내수성, 내약품성 및 내화성을 얻기 위해 알루미늄티탄산을 더 포함할 수 있다. 상기 알루미늄티탄산은 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄티탄산의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도, 내마모성, 내수성, 내약품성 및 내화성 개선효과가 미흡하고, 상기 알루미늄티탄산은 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 조강형 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 조강 개질 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 조강형 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 조강형 결합재는 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 상기 조강형 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 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 기능개선 혼화제는 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 기능개선 혼화제의 함량이 30중량%를 초과하면 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 기능개선 혼화제의 함량이 0.01중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 기능개선 혼화제는 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 30∼99중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼30중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 0.1∼25중량%, 부타디엔고무 0.1∼25중량%, 플루오린실란 0.1∼25중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.01~10중량% 및 실리콘계 소포제 0.01~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 30∼99중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체의 함량이 99중량%를 초과하면 작업성은 향상되지만, 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체의 함량이 30중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 폴리에틸렌옥사이드(poly ethylene oxide)는 인장강도, 흡습성, 재료분리저항성 및 내약품성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에틸렌옥사이드는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.1∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 30중량%를 초과하면 성능은 개선되나, 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 0.1중량% 미만이면 인장강도, 흡습성, 재료분리저항성 및 내약품성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체는 점도조절, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하되기 쉽고, 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 부타디엔고무는 강도, 내마모성 및 동결융해저항성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 부타디엔고무는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 부타디엔고무의 함량이 25중량%를 초과하면 성능 개선 효과가 더 이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 부타디엔고무의 함량이 0.1중량% 미만이면 강도, 내마모성 및 동결융해저항성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 플루오린실란(fluorine silane, 불소 실란)은 반응성을 촉진하여 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 플루오린실란은 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 플루오린실란의 함량이 0.1중량% 미만이면 성능개선효과가 저하되고, 그 함량이 25중량%를 초과하면 강도 및 내구성은 개선되나, 반응성이 촉진되어 작업성이 저하된다.
상기 폴리칼본산계 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 조강 시멘트의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 폴리칼본산계 감수제는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.01∼10중량%함유되는 것이 바람직하다.
상기 실리콘계 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 실리콘계 소포제는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.01∼10중량%함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능개선 혼화제는 베이클라이트(bakelite)를 더 포함할 수 있다. 상기 베이클라이트는 강도 및 내구성 개선을 위해 사용된다. 상기 베이클라이트는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 베이클라이트의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 베이클라이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 기능개선 혼화제는 알코올알킬렌옥시드를 더 포함할 수 있다. 상기 알코올알킬렌옥시드는 건조수축을 저감하여 균열발생을 저하시키기 위하여 사용된다. 상기 알코올알킬렌옥시드는 상기 기능개선 혼화제에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 알코올알킬렌옥시드의 함량이 10중량%를 초과하면 건조수축 저감효과는 개선되나 강도가 저하되고, 상기 알코올알킬렌옥시드의 함량이 0.01중량% 미만이면 수축저감효과가 미흡하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 조강형 결합재 1∼45중량%, 잔골재 5∼80중량% 및 굵은골재 5∼80중량%를 강제식 믹서 또는 연속식 믹서에서 교반한 후, 기능개선 혼화제 0.01∼30 중량% 및 물 1∼40중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로포장 보수·보강 공법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수·보강 공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위 및 아스팔트 콘크리트를 노면 파쇄기를 이용하여 제거하는 단계와, 제거된 부위를 숏블라스터, 워터젯, 고압세척기, 핸드 워터젯 등으로 열화된 부위 하부까지 제거한 후 진공흡입차량으로 청소하는 단계와, 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 구체 콘크리트에 부착되기 용이하게 하고 표층강화, 유해물질, 물, 염소이온 등의 침투를 억제하고 내수성을 개선하기 위하여 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계와, 상기 처리된 상부에 상기 기재된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 증설하여 보수 또는 보강하는 단계와, 타설된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 및 상기 타이닝된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계를 포함한다.
상기 열화 부위는 철근 하부까지 제거하고, 상기 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계 전에 노출된 철근의 녹을 제거하는 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 처리하여야 하나 본 발명에 의하면, 별도의 철근 방청 처리는 하지 않아도 된다.
본 발명에 의하면, 기능개선 혼화제와 조강형 결합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 휨강도 및 부착강도를 개선되고, 건조수축량을 저감시켜 균열발생을 억제할 수 있으며, 내구성, 특히 내마모성 및 내수성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
조강형 결합재 19중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 31중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능개선 혼화제 6중량%와 물 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 44중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 20중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 10중량%, 이산화규소 10중량%, 석고 5중량%, 하이드록시탄산마그네슘 5중량%, 알루민산스트론듐 1중량%, 알루미노실리케이트 1중량%, 스텔라이트 1중량%, 수산화알루미늄 1중량%, 알루미늄티탄산 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 93중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 1중량%, 부타디엔고무 1중량%, 플루오린실란 1중량%, 베이클라이트 1중량%, 알코올알킬렌옥시드 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 2>
조강형 결합재 19중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 31중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능개선 혼화제 6중량%와 물 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 44중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 20중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 10중량%, 이산화규소 10중량%, 석고 5중량%, 하이드록시탄산마그네슘 5중량%, 알루민산스트론듐 1중량%, 알루미노실리케이트 1중량%, 스텔라이트 1중량%, 수산화알루미늄 1중량%, 알루미늄티탄산 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 85중량%, 폴리에틸렌옥사이드 3중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 3중량%, 부타디엔고무 3중량%, 플루오린실란(fluorine silane) 3중량%, 베이클라이트 1중량%, 알코올알킬렌옥시드 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 소포제 0.5중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
<실시예 3>
조강형 결합재 19중량%, 잔골재 40중량%, 굵은 골재 31중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능개선 혼화제 6중량%와 물 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 44중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 20중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 10중량%, 이산화규소 10중량%, 석고 5중량%, 하이드록시탄산마그네슘 5중량%, 알루민산스트론듐 1중량%, 알루미노실리케이트 1중량%, 스텔라이트 1중량%, 수산화알루미늄 1중량%, 알루미늄티탄산 1중량%, 감수제 0.5중량% 및 지연제 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리칼본산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 77중량%, 폴리에틸렌옥사이드 5중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 5중량%, 부타디엔고무 5중량%, 플루오린실란(fluorine silane) 5중량%, 베이클라이트 1중량%, 알코올알킬렌옥시드 1중량%, 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 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
조강 포틀랜드 시멘트 19중량%, 잔골재 40중량% 및 굵은 골재 31중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 6중량%와 물 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다. 이 때, 조강 포틀랜드 시멘트에 대하여 구연산계 지연제를 0.5중량%를 혼합하여 사용하였다.
하기 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 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 따라 제조된 조강 폴리머 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.
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 19 17 14 12
실시예 2 19 17 14 12
실시예 3 20 18 16 14
비교예 1 19 15 11 8
상기 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하며 특히, 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 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(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 29.0 34.0 38.0 45.0
실시예 2 30.0 35.2 39.5 46.8
실시예 3 31.0 36.0 40.2 49.6
비교예 1 26.0 29.5 34.0 42.0
상기 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 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(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 5.0 5.6 6.5 7.0
실시예 2 5.3 5.8 7.0 7.5
실시예 3 5.8 6.5 7.2 7.8
비교예 1 4.8 5.4 6.0 6.5
상기 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구 분 접착강도(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 1.53 1.61 1.65 1.90
실시예 2 1.58 1.64 1.70 1.95
실시예 3 1.61 1.70 1.74 2.0
비교예 1 1.45 1.50 1.58 1.8
상기 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
길이변화율(%) 0.005 0.0045 0.0035 0.009
상기 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 4042에 의하여 중성화 저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.25 0.15 0.10 0.31
상기 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2711에 의하여 염분침투저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
염분침투저항성(coulombs) 778 708 631 870
상기 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염분 침투에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
동결융해저항성(%) 89 90 91 84
상기 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 동결융해저항성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 ASTM C 779에 규정한 방법에 따라 마모저항성 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
마모저항성(mm) 0.05 0.03 0.02 0.08
상기 표 9에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 마모저항성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 10>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 일본 공업 규격 원안 [콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]에 준하여 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험의 측정결과를 아래의 표 10에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
중량변화율
(%)		 염산 -0.92 -0.71 -0.52 -1.41
황산 -0.08 -0.01 0 -0.12
수산화나트륨 +0.5 +0.9 +1.0 +0.1
위의 표 10에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 11>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 특성을 비교하기 위하여, KS F 2561 (철근 콘크리트용 방청제)에 의하여 방청률시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
방청률 (%) 95.5 97.0 97.6 92.5
위의 표 11에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 조강 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 방청률이 적게 나타나 방청효과가 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 (8)

  1. 도로포장 보수·보강을 위한 내마모성 및 균열저항성이 우수한 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물로서,
    조강형 결합재 1∼45중량%, 잔골재 5∼80중량%, 굵은골재 5∼80중량%, 기능개선 혼화제 0.01∼30 중량% 및 물 1∼40중량%를 포함하며,
    상기 조강형 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 20∼90중량%, 칼슘 또는 마그네슘설포알루미네이트 3∼45중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1~30중량%, 이산화규소 1∼30중량%, 석고 1∼20중량%, 하이드록시탄산마그네슘 0.1~20중량%, 알루민산스트론듐 0.01~15 중량%, 알루미노실리케이트 0.01∼15중량%, 스텔라이트 0.01∼10중량%, 수산화알루미늄 0.01∼10중량%, 알루미늄티탄산 0.01∼10중량%, 감수제 0.01∼10중량% 및 지연제 0.01∼10중량%를 포함하고,
    상기 기능개선 혼화제는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 30∼99중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.1∼30중량%, 메틸아크릴레이트-비닐아세테이트 공중합체 0.1∼25중량%, 부타디엔고무 0.1∼25중량%, 플루오린실란(fluorine silane) 0.1∼25중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.01~10중량%, 실리콘계 소포제 0.01~10중량%, 베이클라이트 0.01∼10중량% 및 알코올알킬렌옥시드 0.01∼10중량%를 포함하며,
    KS F 2402 규정에 따른 슬럼프(cm)는 교반 직후 19 ~ 20, 40분 경과후 12 ~ 14이고, KS F 2405 규정에 따른 압축강도(MPa)는 1일 후 29.0 ~ 31.0이고, 3일 후 34.0 ~ 36.0이고, 7일 후 38.0 ~ 40.2 이고, 28일 후 45.0 ~ 49.6이며, KS F 2408규정에 따른 휨강도(MPa)는 1일 후 5.0 ~ 5.8이고, 3일 후 5.6 ~ 6.5이고, 7일 후 6.5 ~ 7.2 이고, 28일 후 7.0 ~ 7.8이며, KS F 2762 규정에 따른 접착강도(MPa)는 1일 후 1.53 ~ 1.61이고, 3일 후 1.61 ~ 1.70이고, 7일 후 1.65 ~ 1.74 이고, 28일 후 1.90 ~ 2.00이며, KS F 2424 규정에 따른 길이변화율(%)은 0.0035 ~ 0.005이고, KS F 4042 규정에 의한 중성화 저항성 시험에 따른 중성화 깊이(mm)는 0.10 ~ 0.25이고, KS F 2711 규정에 의한 염분침투저항성 시험에 따른 염분침투저항성(coulombs)은 631 ~ 778인
    것을 특징으로 하는 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 기재된 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수·보강 공법으로서,
    콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위 및 아스팔트 콘크리트를 노면 파쇄기를 이용하여 제거하고 청소하는 단계;
    상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계;
    상기 처리된 상부에 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;
    타설된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 및
    상기 타이닝된 상기 조강 개질 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 피막 양생제를 도포하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수·보강 공법.
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