KR101939345B1 - 내마모성 및 균열 저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법 - Google Patents

내마모성 및 균열 저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초속경성 결합재 5∼40 중량%, 잔골재 5∼80 중량%, 굵은골재 10∼75 중량%, 기능성 혼화제 1∼30 중량%, 및 물 4∼40 중량%를 포함하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물로서, 상기 초속경성 결합재가 초속경성 결합제의 총 100 중량% 기준으로 조강 포틀랜드 시멘트 10∼85 중량%, 마그네슘설포알루미네이트 10∼55 중량%, 칼슘알루미네이트 시멘트 1∼30 중량%, 탄화규소 1∼30 중량%, 석고 0.5∼20 중량%, 깁사이트 0.5∼20 중량%, 알루민산스트론튬 1∼10 중량%, 및 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1∼10 중량%를 포함하고, 상기 기능성 혼화제는 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 35～95중량%, 폴리에스테르 폴리올 1～25중량%, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 1～20중량%, 폴리클로로프렌고무 1～20중량%, 비닐트리메톡시실란 1～20중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.5~10중량% 및 실리콘계 소포제 0.5~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 초속경성 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.

Description

내마모성 및 균열 저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법 {Extra Rapid-Hardening Modified Cement Concrete Composition Having Abrasion Resistance And Crack Resistance And Method For Repairing And Reinforcing Road Pavement Using The Same}
본 발명은 내마모성 및 균열저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 교량 오버레이 포장, 콘크리트 포장의 증설, 콘크리트 포장 보수공사 등의 콘크리트로 이루어진 토목 구조물 보수공사에 사용되는 내마모성 및 균열저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트의 균열은 염해, 열화와 같은 외적 환경원인, 설계하중, 소성수축 또는 건조수축과 같은 재료 특성, 배합조건, 시공적인 요인 등의 여러 가지 요인에 의하여 많이 발생한다.
이와 같은 여러 가지 요인에 의해 콘크리트 구조물에 균열이 발생하게 되면 콘크리트 구조물은 하중을 견디지 못하고 붕괴될 수도 있으므로 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 대해서는 방수성, 내구성 등을 회복하기 위하여 혹은 구조물의 안정성, 미관성 등을 고려하여 보수가 필요하다.
일반적으로, 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장할 때에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스(laitance)가 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 구조물의 보수에 있어서 시멘트계 재료만으로 소요의 품질을 확보할 수 없으므로 콘크리트-폴리머 복합체와 같은 강도 및 내구성이 우수한 보수재료가 사용되고 있다.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 내마모성 및 균열저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 내마모성 및 균열저항성을 가지는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 초속경성 결합재 5∼40 중량%, 잔골재 5∼80 중량%, 굵은골재 10∼75 중량%, 기능성 혼화제 1∼30 중량%, 및 물 4∼40 중량%를 포함하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물로서, 상기 초속경성 결합재가 초속경성 결합재의 총 100 중량% 기준으로 조강 포틀랜드 시멘트 10∼85 중량%, 마그네슘설포알루미네이트 10∼55 중량%, 칼슘알루미네이트 시멘트 1∼30 중량%, 탄화규소 1∼30 중량%, 석고 0.5∼20 중량%, 깁사이트 0.5∼20 중량%, 알루민산스트론튬 1∼10 중량%, 및 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1∼10 중량%를 포함하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 초속경성 결합재는 방수, 방청 성능 및 수축 저감 효과를 개선하기 위하여 초속경성 결합재와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 스텔라이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 초속경성 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 초속경성 결합재와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 카올린 0.01∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 초속경성 결합재는 내마모성, 분산성, 방수성을 개선하기 위해 초속경성 결합재와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 스테아린산아연 0.01∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경성 결합재는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 초속경성 결합재와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 감수제 0.01∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초속경성 결합재는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 초속경성 결합재와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 경화지연제 0.01∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 상기 기능성 혼화제가 기능성 혼화제의 총 100 중량% 기준으로 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 35∼95 중량%, 폴리에스테르 폴리올 1∼25 중량%, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 1∼20 중량%, 폴리클로로프렌고무 1∼20 중량%, 비닐트리메톡시실란 1∼20 중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.5∼10 중량%, 및 실리콘계 소포제 0.5∼10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 기능성 혼화제는 강도, 부착력 및 내구성 개선을 위해서 기능성 혼화제와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 지루코알루미네이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 건조수축을 저감하여 균열발생을 저하시키기 위해서 기능성 혼화제와의 중량 대비 1:0.01∼10의 비율로 알코올알킬렌옥시드를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위 또는 아스팔트 콘크리트를 노면 파쇄기를 이용하여 제거하는 단계; 제거된 부위를 숏블라스터, 워터젯, 고압세척기, 핸드 워터젯 등으로 열화된 부위 하부까지 제거한 후 진공흡입차량으로 청소하는 단계; 상기 초속경 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 단계; 상기 처리된 상부에 상기 기재된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 증설하여 보수 또는 보강하는 단계; 타설된 상기 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 및 상기 타이닝된 상기 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계를 포함하는 도로 포장 보수보강 공법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 초속경성 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 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경성 결합재 5∼40 중량%, 잔골재 5∼80 중량%, 굵은골재 10∼75 중량%, 기능성 혼화제 1∼30 중량% 및 물 4∼40 중량%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 골재라 한다. 잔골재는 본 발명의 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 5∼80 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 10∼75 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초속경성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10∼85 중량%, 마그네슘설포알루미네이트 10∼55 중량%, 칼슘알루미네이트 시멘트 1∼30 중량%, 탄화규소 1∼30 중량%, 석고 0.5∼20 중량%, 깁사이트 0.5∼20 중량%, 알루민산스트론튬 1∼10 중량% 및 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 초속경성 결합재에 대하여 10∼85 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트는 분말도가 3,000∼8,000 ㎠/g인 것이 바람직하다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트의 분말도가 3,000 ㎠/g 미만인 경우에는 반응성이 저하되어 초기 강도 발현이 늦어지고, 상기 분말도가 8,000 ㎠/g을 초과하는 경우에는 반응성이 높아져 작업성이 저하되고 균열발생이 우려된다.
상기 마그네슘설포알루미네이트의 중량비가 증가하면 빠른 경화특성을 나타낸다. 상기 마그네슘설포알루미네이트는 상기 초속경성 결합재에 대하여 10∼55 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 효과 및 균열발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 마그네슘설포알루미네이트의 함량이 55 중량%를 초과할 경우에는 조기강도 발현은 우수하나 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 상기 초속경성 결합재에 대하여 1∼30 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘알루미네이트 시멘트는 중량비가 증가할수록 빠른 경화 특성을 나타내고, 그 함량이 상기 초속경성 결합재에 대하여 1 중량% 미만일 경우 콘크리트 초기 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 칼슘알루미네이트 시멘트의 함량이 30 중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 탄화규소는 내마모성, 흡착성, 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 탄화규소는 상기 초속경성 결합재에 대하여 1∼30 중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 탄화규소의 함량이 30 중량%를 초과하면 내마모성 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 탄화규소의 함량이 1 중량% 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 초속경성 결합재에 대하여 0.5∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.5 중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 석고의 함량이 20 중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 팽창 및 내수성이 저하된다.
상기 깁사이트는 회색, 회록색, 회적색 등을 띠며, 강도, 내마모성, 내화성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 깁사이트는 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.5∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하며, 상기 깁사이트의 함량이 20 중량%를 초과하면 내마모성 및 내화성은 개선되나 작업성이 저하될 수 있고, 상기 깁사이트의 함량이 0.5 중량% 미만이면 작업성은 개선되나 내마모성 및 내화성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 알루민산스트론튬은 초기 경화 속도를 조절하기 위하여 사용한다. 상기 알루민산스트론튬은 상기 초속경성 결합재에 대하여 1∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루민산스트론튬의 함량이 1 중량% 미만일 경우 초기 강도 발현이 늦어지고, 상기 알루민산스트론튬의 함량이 10 중량%를 초과하면 반응성이 높아져 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 리튬-알루미노실리케이트 혼합물은 장기강도발현, 수축저감효과, 내수성, 내화학성, 동결융해저항성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 리튬-알루미노실리케이트 혼합물은 상기 초속경성 결합재에 대하여 1∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 리튬-알루미노실리케이트 혼합물의 함량이 1 중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 떨어질 수 있으며, 상기 리튬-알루미노실리케이트 혼합물의 함량이 10 중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 초속경성 결합재는 스텔라이트를 더 포함할 수 있다. 상기 스텔라이트는 방수, 방청 성능 및 수축 저감 효과를 개선하기 위하여 사용한다. 상기 스텔라이트는 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스텔라이트의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우 성능개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 스텔라이트의 함량이 10 중량%를 초과할 경우에는 성능 개선효과가 우수하나 작업성 및 가격경쟁력이 저하된다.
상기 초속경성 결합재는 재료분리방지 및 내수성을 개선하기 위하여 카올린를 더 포함할 수 있다. 상기 카올린은 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 카올린의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우 재료분리방지 및 내수성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 카올린의 함량이 10 중량%를 초과할 경우에는 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 저하된다.
상기 초속경성 결합재는 강도, 내마모성, 분산성, 방수성을 얻기 위해 스테아린산아연을 더 포함할 수 있다. 상기 스테아린산아연은 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스테아린산아연의 함량이 0.01 중량% 미만이면 강도, 내마모성, 분산성, 방수성능 개선효과가 미흡하고, 상기 스테아린산아연은 함량이 10 중량%를 초과하면 재료분리가 발생하기 쉽고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 초속경성 결합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 초속경 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 초속경성 결합재에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초속경성 결합재는 경화지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 경화지연제는 상기 초속경성 결합재에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 1∼30 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 기능성 혼화제의 함량이 30 중량%를 초과하면 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 기능성 혼화제의 함량이 1 중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 35∼95 중량%, 폴리에스테르 폴리올 1∼25 중량%, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 1∼20 중량%, 폴리클로로프렌고무 1∼20 중량%, 비닐트리메톡시실란 1∼20 중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.5∼10 중량% 및 실리콘계 소포제 0.5∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체는 상기 기능성 혼화제에 대하여 35∼95 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체의 함량이 95 중량%를 초과하면 작업성은 향상되지만, 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체의 함량이 35 중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 인성, 부착강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 기능성 혼화제에 대하여 1∼25 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에스테르 폴리올의 함량이 25 중량%를 초과하면 성능은 개선되나, 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 폴리에스테르 폴리올의 함량이 1 중량% 미만이면 인성, 부착강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체는 상기 기능성 혼화제에 대하여 1∼20 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체의 함량이 20 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체의 함량이 1 중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리클로로프렌고무는 작업성, 내후성, 내마모성 및 내열성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리클로로프렌고무는 상기 기능성 혼화제에 대하여 1∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리클로로프렌고무의 함량이 20 중량%를 초과하면 성능 개선 효과가 더이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 폴리클로로프렌고무의 함량이 1 중량% 미만이면 작업성, 내후성, 내마모성 및 내열성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 비닐트리메톡시실란은 반응성을 촉진하여 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 비닐트리메톡시실란은 상기 기능성 혼화제에 대하여 1∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 비닐트리메톡시실란의 함량이 1 중량% 미만이면 성능개선효과가 저하되고, 그 함량이 20 중량%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 기능성 혼화제에 대하여 0.5∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 실리콘계 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 실리콘계 소포제는 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.5∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 지르코알루미네이트를 더 포함할 수 있다. 상기 지르코알루미네이트는 강도, 부착력 및 내구성 개선을 위해 사용된다. 상기 지르코알루미네이트는 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지르코알루미네이트의 함량이 10 중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 지르코알루미네이트의 함량이 0.01 중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 알코올알킬렌옥시드를 더 포함할 수 있다. 상기 알코올알킬렌옥시드는 건조수축을 저감하여 균열발생을 저하시키기 위하여 사용된다. 상기 알코올알킬렌옥시드는 상기 기능성 혼화제에 대하여 0.01∼10 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 상기 알코올알킬렌옥시드의 함량이 10 중량%를 초과하면 건조수축 저감효과는 개선되나 강도가 저하되고, 상기 알코올알킬렌옥시드의 함량이 0.01 중량% 미만이면 수축저감효과가 미흡하게 된다.
본 발명에 따른 내구성이 개선된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경성 결합재 5∼40 중량%, 잔골재 5∼80 중량% 및 굵은골재 10∼75 중량%를 강제식 믹서 또는 연속식 믹서에서 교반한 후, 기능성 혼화제 1∼30 중량% 및 물 4∼40 중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로 포장 보수보강 공법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수보강 공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위 또는 아스팔트 콘크리트를 노면 파쇄기를 이용하여 제거하는 단계; 제거된 부위를 숏블라스터, 워터젯, 고압세척기, 핸드 워터젯 등으로 열화된 부위 하부까지 제거한 후 진공흡입차량으로 청소하는 단계; 상기 초속경 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 단계; 상기 처리된 상부에 상기 기재된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 증설하여 보수 또는 보강하는 단계; 타설된 상기 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 및 상기 타이닝된 상기 초속경 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, 기능성 혼화제와 초속경성 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 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
조강 포틀랜드 시멘트 34 kg, 마그네슘설포알루미네이트 30 kg, 칼슘알루미네이트 시멘트 10 kg, 탄화규소 10 kg, 석고 5 kg, 깁사이트 5 kg, 알루민산스트론튬 1 kg, 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1 kg, 스텔라이트 1 kg, 카올린 1 kg, 스테아린산아연 1 kg, 폴리칼본산계 감수제 0.5 kg 및 구연산계 경화지연제 0.5 kg를 혼합하여 초속경성 결합재 100 kg을 얻었다.
이와는 별도로, 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 93 kg, 폴리에스테르 폴리올 1 kg, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 1 kg, 폴리클로로프렌고무 1 kg, 비닐트리메톡시실란 1 kg, 지르코알루미네이트 1 kg, 알코올알킬렌옥시드 1 kg, 폴리칼본산계 감수제 0.5 kg 및 실리콘계 소포제 0.5 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 초속경성 결합재 18 kg, 잔골재 40 kg, 굵은 골재 32 kg를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 상기에서 얻어진 기능성 혼화제 6 kg과 물 4 kg를 더 혼합한 다음, 다시 2분간 교반하여 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 100 kg을 제조하였다.
실시예 2
조강 포틀랜드 시멘트 40 kg, 마그네슘설포알루미네이트 24 kg, 칼슘알루미네이트 시멘트 8 kg, 탄화규소 8 kg, 석고 7 kg, 깁사이트 7 kg, 알루민산스트론튬 1 kg, 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1 kg, 스텔라이트 1 kg, 카올린 1 kg, 스테아린산아연 1 kg, 폴리칼본산계 감수제 0.5 kg 및 구연산계 경화지연제 0.5 kg를 혼합하여 초속경성 결합재 100 kg을 얻었다.
이와는 별도로, 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 85 kg, 폴리에스테르 폴리올 3 kg, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 3 kg, 폴리클로로프렌고무 3 kg, 비닐트리메톡시실란 3 kg, 지르코알루미네이트 1 kg, 알코올알킬렌옥시드 1 kg, 폴리카본산계 감수제 0.5 kg 및 실리콘계 소포제 0.5 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 초속경성 결합재 18 kg, 잔골재 40 kg, 굵은 골재 32 kg를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 상기에서 얻어진 기능성 혼화제 6 kg과 물 4 kg를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 100 kg을 제조하였다.
실시예 3
조강 포틀랜드 시멘트 35 kg, 마그네슘설포알루미네이트 32 kg, 칼슘알루미네이트 시멘트 10 kg, 탄화규소 10 kg, 석고 3 kg, 깁사이트 4 kg, 알루민산스트론튬 1 kg, 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1 kg, 스텔라이트 1 kg, 카올린 1 kg, 스테아린산아연 1 kg, 폴리칼본산계 감수제 0.5 kg 및 구연산계 경화지연제 0.5 kg를 혼합하여 초속경성 결합재 100 kg을 얻었다.
이와는 별도로, 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 77 kg, 폴리에스테르 폴리올 5 kg, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 5 kg, 폴리클로로프렌고무 5 kg, 비닐트리메톡시실란 5 kg, 지르코알루미네이트 1 kg, 알코올알킬렌옥시드 1 kg, 폴리카본산계 감수제 0.5 kg 및 실리콘계 소포제 0.5 kg를 혼합하여 기능성 혼화제 100 kg을 얻었다.
상기에서 얻어진 초속경성 결합재 18 kg, 잔골재 40 kg, 굵은 골재 32 kg를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능성 혼화제 6 kg와 물 4 kg를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물 100 kg을 제조하였다.
본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시하며, 후술하는 비교예 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 종래의 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
비교예 1
초속경 시멘트 18 kg, 잔골재 40 kg 및 굵은 골재 32 kg를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 6 kg과 물 4 kg를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 100 kg을 제조하였다. 이 때, 초속경 시멘트에 대하여 구연산계 지연제를 0.5 kg를 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 비교하고, 그 실험결과들을 표에 나타냈다.
<시험예 1>
(시간 경과에 따른 슬럼프 변화 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 의해 슬럼프시험(반죽의 정도)을 실시하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
구 분 슬럼프(cm)
교반 직후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후
실시예 1 20 18 13 11
실시예 2 20 18 14 12
실시예 3 21 19 16 14
비교예 1 20 15 10 6
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 20분 경과후부터 작업성이 우수하며 특히, 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
<시험예 2>
(시간 경과에 따른 압축강도의 변화 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 의해 압축강도시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
구 분 압축강도(MPa)
4시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 29.5 36.0 41.0 44.0
실시예 2 30.0 37.0 42.5 45.5
실시예 3 31.5 39.0 43.2 47.8
비교예 1 26.5 32.5 37.0 41.5
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
(시간 경과에 따른 휨강도의 변화 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 의해 휨강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
구 분 휨강도(MPa)
4시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 5.2 5.8 6.5 7.0
실시예 2 5.5 6.1 7.0 7.5
실시예 3 6.0 6.5 7.2 7.8
비교예 1 4.8 5.2 6.0 6.5
상기 표 3에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
(시간 경과에 따른 접착강도 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 의해 접착강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
구 분 접착강도(MPa)
4시간 후 1일 후 7일 후 28일 후
실시예 1 1.53 1.58 1.82 1.93
실시예 2 1.58 1.63 1.86 1.98
실시예 3 1.61 1.68 1.92 2.09
비교예 1 1.45 1.52 1.72 1.82
상기 표 4에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 5>
(콘크리트의 길이 변화율 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424에 의하여 길이변화율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
길이 변화율(%) 0.006 0.004 0.003 0.013
상기 표 5에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 길이변화율이 50% 이상 감소되어 수축 저감 효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
(중성화 저항성 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 4042에 의하여 중성화 저항성 시험을 하고, 그 결과를 하기 표 6에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.24 0.14 0.09 0.3
상기 표 6에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
(염화물 이온 침투저항성 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 4042에 의하여 염화물 이온 침투저항성 시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 7에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
염화물 이온 침투저항성
(coulombs)		 780 710 640 880
상기 표 7에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염화물 이온 침투에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
(동결융해 저항성 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 의해 동결융해에 대한 저항성 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 8에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
동결융해저항성(%) 88 89 90 84
상기 표 8에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 동결융해 저항성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 9>
(마모저항성 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 ASTM C 779에 의해 마모저항성 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 9에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
마모저항성(mm) 0.06 0.03 0.02 0.09
상기 표 9에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 마모저항성이 우수함을 알 수 있었다.
<시험예 10>
(콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 일본 공업 규격 원안에 준하여 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험을 하고, 그 측정결과를 하기 표 10에 나타냈다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
중량변화율
(%)		 염산 -0.9 -0.7 -0.5 -1.4
황산 -0.07 0 0 -0.13
수산화나트륨 +0.6 +1.0 +1.2 +0.2
위의 표 10에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 11>
(방청률 시험)
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 특성을 비교하기 위하여, KS F 2561 (철근 콘크리트용 방청제)에 의하여 방청률시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표 11에 나타냈다.
실험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
방청률 (%) 95.5 97.0 97.6 92.5
위의 표 11에서와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 초속경 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 (6)

  1. 초속경성 결합재 5∼40 중량%, 잔골재 5∼80 중량%, 굵은골재 10∼75 중량%, 기능성 혼화제 1∼30 중량%, 및 물 4∼40 중량%를 포함하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 초속경성 결합재가 초속경성 결합재의 총 100 중량% 기준으로 조강 포틀랜드 시멘트 10∼85 중량%, 마그네슘설포알루미네이트 10∼55 중량%, 칼슘알루미네이트 시멘트 1∼30 중량%, 탄화규소 1∼30 중량%, 석고 0.5∼20 중량%, 깁사이트 0.5∼20 중량%, 알루민산스트론튬 1∼10 중량%, 및 리튬-알루미노실리케이트 혼합물 1∼10 중량%를 포함하고; 그리고
    상기 기능성 혼화제가 기능성 혼화제의 총 100 중량% 기준으로 메틸아크릴레이트-스티렌 공중합체 35∼95 중량%, 폴리에스테르 폴리올 1∼25 중량%, 메틸아크릴레이트-비닐리덴 공중합체 1∼20 중량%, 폴리클로로프렌고무 1∼20 중량%, 비닐트리메톡시실란 1∼20 중량%, 폴리칼본산계 감수제 0.5∼10 중량%, 및 실리콘계 소포제 0.5∼10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 조강 포틀랜드 시멘트의 분말도가 3,000∼8,000 ㎠/g인 것을 특징으로 하는 초속경 개질 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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