KR101955814B1 - 경제성 및 시공 품질이 향상된 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 라텍스 개질 콘크리트에서 라텍스를 사용하는 데에 따르는 단가 상승 및 재료 수급에 관한 문제점, 그리고 시공성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 알긴산을 도입한 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 시멘트 100 중량부, 그리고 포졸란 반응성 혼화제 5 ~ 10 중량부, 그리고 라텍스 3 ~ 15 중량부, 그리고 알긴산 0.1 ~ 0.8 중량부를 포함한다.

Description

경제성 및 시공 품질이 향상된 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물{ALGINATE LATEX MODIFIED CONCRETE COMPOSITION}

본 발명은 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 라텍스 개질 콘크리트에서 라텍스를 사용하는 데에 따르는 단가 상승 및 재료 수급에 관한 문제점, 그리고 시공성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 알긴산을 도입한 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

콘크리트는 도로, 교량, 건물 등 산업 전반에 걸쳐 일정 형태를 갖는 구조물을 제작하기 위해 사용되는 가장 근본적인 재료로, 액화상태에서 도포되어 경화됨으로써 특정 형상을 유지하게 된다.

이러한 콘크리트의 일 종류로, 압축강도 향상, 휨강도 향상, 부착강도 향상 등의 효과를 누리기 위해 고무나무에서 추출되는 천연고무의 입자인 라텍스를 시멘트와 혼합한 라텍스 개질 콘크리트가 있다.

라텍스 개질 콘크리트에 관한 종래의 기술로, 등록특허 제10-1239075호(2013년02월26일)(이하 종래기술)가 있는데, 종래기술은 종래의 초속경 라텍스개질 콘크리트보다 열 흡수율이 높아 외기온도변화에 따른 영향을 최소화하고 결빙 예방이 가능하여 콘크리트 구조물의 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 차선의 야간 시인성과 통행 안정성을 증진시키고 쾌적한 주행환경을 조성할 수 있는 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물을 제시하고 있다.

그러나 라텍스 자체는 상당히 고가의 재료이고, 고무나무에서 채취되는 만큼 그 수급량이 한정되어 있어서 수급이 원활하지 않다는 단점을 가지고 있다. 따라서 라텍스를 사용하는 것은 상기한 많은 장점에도 불구하고 경제적인 부담과 재료 수급에 대한 부담이 존재하는 것이 사실이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 조성물에 해조류 추출물인 알긴산을 포함시켜, 라텍스의 함유량은 최소화하면서도 라텍스가 제공하는 효과는 더욱 향상시킴으로써, 경제성, 시공성 및 시공 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한 알긴산을 포함시키는 방식으로, 시멘트나 라텍스의 혼화 과정에서 해조류를 직접 혼합하여, 수화열에 의해 해조류의 용융되면서 콘크리트 조성물 내부에 발생하는 공극을 해조류의 잔해가 메워 콘크리트의 균일성 및 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 갖는 본 발명은 다음과 같은 구성 또는 특징을 갖는다.

본 발명은 시멘트 100 중량부, 그리고 포졸란 반응성 혼화제 5 ~ 10 중량부, 그리고 라텍스 3 ~ 15 중량부, 그리고 알긴산 0.1 ~ 0.8 중량부를 포함한다.

또한 상기 알긴산은 상기 시멘트 또는 상기 라텍스에 해조류 추출물이 혼합됨으로써 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

아울러 상기 알긴산은 상기 시멘트 또는 상기 라텍스에 해조류가 혼합됨으로써 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

추가로 방수강화제를 더 포함하되, 상기 방수강화제는, 실리카 충전제 10 중량부, 포졸란(Pozzolan) 0. 2 ~ 0.3 중량부, 왁스 또는 파라핀 0.3 ~ 0.4 중량부, 스티렌 열가소성 엘라스토머 0.1 ~ 0.2 중량부, 아민계 경화제 0.25 ~ 0.35 중량부 및, 비정질 폴리올레핀(APO: Amorphous Polyolefin) 0.15 ~ 0.3 중량부를 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 본 발명은 알긴산의 도입을 통해 라텍스의 함유량은 최소화하면서도 라텍스가 제공하는 효과는 더욱 향상시킴으로써, 경제성, 시공성 및 시공 품질을 향상시키고, 더하여 해조류를 직접 혼합하여 수화열에 의해 해조류의 용융되면서 콘크리트 조성물 내부에 발생하는 공극을 해조류의 잔해가 메워 콘크리트의 균일성 및 품질을 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명과 종래기술 간의 경제성을 비교한 도표.
도 2는 본 발명과 종래기술 간의 품질을 비교한 도표.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명은 기존의 라텍스 개질 콘크리트에서 라텍스를 사용하는 데에 따르는 단가 상승 및 재료 수급에 관한 문제점, 그리고 시공성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 알긴산을 도입한 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 경제성 및 시공 품질이 향상된 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물(이하 본 조성물)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

라텍스를 도입함에 따라 비용 증대 및 재료 수급에 관한 문제점, 그리고 시공성이 좋지 못하다는 문제점이 있음은 상기한 바 있다.

본 발명은해조류의 추출물인 알긴산을 도입하여, 고가이며 수급량에 한계가 있는 라텍스의 조성 비율을 최소화함으로써, 비용 및 재료 수급에 관한 부담을 줄였다.

구체적으로, 본 조성물은 시멘트, 포졸란 반응성 혼화제, 라텍스 및 알긴산을 포함한다.

각 조성물 별로, 시멘트는 100중량부가 포함될 수 있다. 여기에서 시멘트를 100중량부로 고정한 것은 다른 조성물의 비율을 혼합되는 시멘트를 기준으로 변경할 수 있도록 하기 위함이다. 시멘트는 일반적으로 콘크리트를 조성하는 기본 물질로, 대표적으로 포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있다. 콘크리트 조성물에 시멘트를 포함하는 개념은 이미 널리 알려진 것으로, 시멘트에 관한 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 포졸란 반응성 혼화제는 5 ~ 10 중량부가 포함될 수 있다. 포졸란 반응성 혼화제는 산업부산물로서, 미세한 고형 입자 형태로 시멘트 입자의 공극을 충전하는 마이크로 필러 효과와 골재 입자, 모르타르와 펌프 및 운송호스 사이의 마찰을 감소시킴으로써 워커빌리티(wordability)와 펌퍼빌리티(pumpability)를 증가시키고 모르타르의 점착성, 재료분리 저항성을 개선하며 블리딩을 감소시키는 역할을 한다.

이러한 포졸란 반응성 혼화제는 실리카 흄, 플라이 애쉬, 고로 슬래그 중 하나 이상이 선택적으로 사용될 수 있다. 특히 플라이 애쉬, 고로 슬래그는 시멘트를 대신하여 사용될 수도 있으나 바람직하게는 혼화제로 사용되는 것이다.

포졸란 반응성 혼화제는 5 중량부 미만 사용 시에는 그 효과를 기대하기 어려우며, 10 중량부를 초과하여 사용하는 경우 초기 강도 발현이 늦어지게 되는 단점이 있다.

다음으로, 라텍스는 3 ~ 15 중량부가 포함될 수 있다. 라텍스는 고무나무에서 액체 형태로 추출되는 천연고무의 입자로, 비중은 0.98, 성분은 물 60%, 고무 35%, 비누, 지방산, 스테롤 등이 1%, 무기물 0.4% 등을 포함하는데, 원심분리법, 클리닝법, 증발법 등 여러 방법에 의해 고무성분 함유량을 60 ~ 70%까지 농축하여 활용된다. 이러한 라텍스는 대표적으로 SB라텍스가 사용될 수 있다.

이러한 라텍스는 콘크리트의 유동성을 향상시켜 작업성을 향상시키고, 라텍스가 포함된 콘크리트는 포설 시, 접착성, 방수성, 휨강도가 우수하다는 장점을 갖는다. 또한 자체적으로 미끄럼방지 기능을 구비할 수 있다는 장점 역시 갖는다.

라텍스는 3 중량부 미만 사용 시에는 그 효과가 미미하고, 15 중량부를 초과하여 사용되는 경우 경제성이 저하되는 문제가 있다.

이러한 라텍스를 사용하는 데에 있어서, 라텍스 자체가 상당히 고가의 재료이고, 그 수급량이 한정되어 있어서 수급이 원활하지 않다는 단점이 있는 바, 라텍스의 함유량을 최소화하는 것이 경제성 및 시공성 측면에서 이득이고, 본 발명은 이러한 라텍스의 함유량을 최소화하면서도 라텍스가 제공하는 효과는 더욱 향상시키는 데에 주된 목적이 있다.

다음으로, 알긴산은 0.1 ~ 0.8 중량부가 사용될 수 있다. 알긴산은 해조류, 그 중에서도 특히 갈조류(예: 다시마, 미역 등)에 함유되어 세포막을 구성하는 다당류의 일종으로, 우론산의 카복시기로 인해 산의 성질을 나타내며, 그 분자량은 약 15000이고, 물에는 녹지 않고 팽윤하는 성질을 갖고, 특히 알긴산은 불용성이지만 나트륨염은 물에 녹으며 점성도가 매우 높다는 특징 역시 가지고 있다.

이러한 알긴산은 특히 콘크리트에서, 생고분자(gel)를 생성하고, 분산, 유화 및 접착성을 가져, 콘크리트의 혼합을 돕고, 도포 및 시공성을 향상시키며, 견고한 접착 및 점성을 제공한다.

알긴산은 0.1 중량부 미만 사용 시에는 그 효과가 미미하고, 알긴산은 상기한 라텍스보다 더욱 고가라는 점을 감안, 0.8 중량부를 초과하여 사용되는 경우 경제성이 떨어지고 압축강도가 기준치 이하가 되는 단점이 있다.

본 발명은 알긴산을 소량 함유함으로써, 라텍스의 함유량을 대폭 줄여 경제성 및 품질이 향상된 콘크리트 조성물을 제공한다.

본 발명과 종래기술 간의 경제성을 비교한 도표인 도 1과 본 발명과 종래기술 간의 품질을 비교한 도표인 도 2를 참고하여 본 발명의 효과를 살펴보기로 한다.

도 1은 초속경 시멘트 400kg/m³에 혼합된 라텍스의 비율을 도시하고 있다. 기존 공법은 라텍스가 120kg/m³가 사용된 반면, 본 발명은 20kg/m³가 사용된 것을 알 수 있다. 본 발명은 알긴산을 1.2kg/m³를 더 사용함으로써 라텍스의 함유량을 100kg/m³ 줄인 것이다. 라텍스의 단가는 kg 당 2800원이고, 알긴산의 단가는 kg 당 10000원이며, 이에 전체 단가가 기존 공법 대비 20% 수준으로 절감하였음을 확인할 수 있다.

도 2는 초속경 시멘트만 사용한 경우, 초속경 시멘트와 라텍스를 사용한 경우, 초속경 시멘트와 라텍스와 알긴산을 사용한 경우의 품질 비교를 도시하고 있다.

먼저 '초속경 시멘트'와 '초속경 시멘트+라텍스'를 사용한 경우를 비교하면, 초속경 시멘트와 라텍스를 혼합 사용한 경우가 압축강도, 휨강도 및 부착강도 모든 면에서 뛰어남을 확인할 수 있다.

다음 '초속경 시멘트+라텍스'를 사용한 경우와 '초속경 시멘트+라텍스+알긴산'을 사용한 경우를 비교하면, 초속경 시멘트와 라텍스와 알긴산을 혼합 사용한 경우에 압축강도, 휨강도, 부착강도 및 동결융해저항성 모든 면에서 우수함을 확인할 수 있고, 이를 통해 초속경 시멘트+라텍스+알긴산'을 사용한 경우에 품질 면에서 우수하거나 또는 최소한 동일한 품질 정도를 보장할 수 있다는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 라텍스와 초속경 시멘트를 혼합한 콘크리트 조성물에 비해 그 품질이 동일 또는 우수하며, 경제성에서는 확연한 이점을 갖는다는 것을 명확하게 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예로, 제1실시예에 따르면 본 조성물은 알긴산이 시멘트 또는 라텍스에 해조류 추출물이 혼합됨으로써 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

상기한 바 있듯이, 알긴산은 해조류, 그 중에서도 특히 갈조류에 함유된 다당체로, 묽은 황산으로 씻은 해조류를 고온의 묽은 알칼리성 용액에서 추출한 추출액을 산성으로 만들어 침전시킴으로써 획득할 수 있다.

이러한 알긴산을 시멘트 또는 라텍스에 혼합시킴으로써, 본 조성물이 알긴산을 포함할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예로, 제2실시예에 따르면 본 조성물은 알긴산이 시멘트 또는 라텍스에 해조류가 혼합됨으로써 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

제2실시예는 제1실시예와 비교하여, 해조류, 특히 그 중에서도 갈조류를 시멘트나 라텍스의 혼합 과정에서 직접 혼합시킨다는 점에서 차이가 있는데, 제2실시예의 경우 묽은 황산으로 해조류를 세척하는 작업은 선행되는 것이 바람직할 것이다.

특히 제2실시예는 시멘트나 라텍스의 혼화 과정에서 발생하는 열을 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있고, 특히 수화열에 의해 해조류가 녹으면서 콘크리트 조성물 내부에 발생하는 공극을 용융된 해조류의 잔해가 메워준다는 이점이 있다.

한편, 본 발명은 방수강화제를 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

이러한 방수강화제는 본 조성물이 도포되어 생성된 콘크리트 구조물의 방수성을 보다 향상시키기 위하여 구비되는데, 이러한 방수강화제는 실리카 충전제 10 중량부와 물이 혼합된 혼합재, 포졸란(Pozzolan) 0.2 ~ 0.3 중량부, 왁스 또는 파라핀 0.3 ~ 0.4 중량부, 스티렌 열가소성 엘라스토머 0.1 ~ 0.2 중량부, 아민계 경화제 0.25 ~ 0.35 중량부, 비정질 폴리올레핀(APO: Amorphous Polyolefin) 0.15 ~ 0.3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

각 구성 별로, 먼저 혼합재는 실리카 충전제와 물의 혼합에 의해 만들어지며, 방수강화제의 응고, 도포 등과 같은 제작 설계에 따라 물의 비중을 높이거나 또는 낮추거나 하는 식의 실시가 가능하다.

특히 실리카 충전제는 인장강도, 경도 등의 물리적인 성질의 향상을 위하여 첨가되며, 실리카 충전제는 황변 현상 발생률이 상대적으로 낮은 건식 실리카(fumed silica)를 사용할 수 있으며, 소수성 건식 실리카 및 친수성 건식 실리카 중에서 하나 이상을 사용할 수 있다.

각 조성물 별로 보다 구체적인 설명을 진행하면, 먼저 포졸란(Pozzolan)은 규조토(Diatomite)와 같은 천연 광물성 소재로서, 음이온 방출과 탈취 효과 및 항균 작용에 의해, 방수강화제의 외면에 접착되는 이물질의 정화를 제공하고, 방수강화제에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 포졸란이 0.2 중량부 미만이면 정화 효과가 낮고, 0.3 중량부를 초과할 경우에는 결합력이 저하된다.

다음으로, 방수강화제는 왁스 또는 파라핀이 0.3 ~ 0.4 중량부가 더 포함될 수 있는데, 왁스 또는 파라핀은 40 ∼ 60℃의 녹는점을 갖기 때문에, 방수강화제의 생산 온도를 낮추는 역할을 하고, 내화학성으로 방수강화제의 경화 후, 휘발되지 않아 품질을 저하시키지 않는 효과를 제공한다. 이 왁스 또는 파라핀은 0.3 중량부 미만으로 첨가되면 첨가효과가 거의 없으며, 0.4 중량부를 초과하여 첨가되면 방수강화제의 취성이 증가하여 쉽게 크랙이 발생하는 현상이 발생된다.

다음으로, 방수강화제는 스티렌 열가소성 엘라스토머도 0.1 ~ 0.2 중량부가 더 포함될 수 있는데, 스티렌 열가소성 엘라스토머는 양말단기의 폴리스치렌 블록(polystyrene block)을 하드세그먼트(hard segment)로 하고 중간에는 폴리부타디엔이 소프트 세그먼트(soft segment)의 구조를 가지고 있으며 혼합용제에 용해 시 저점도화 시킬 수 있고 고탄성, 저온 내구성이 우수하여 시간이 경과함으로서 발생되는 방수강화제의 균열현상과 동절기의 저온 내구성 부족으로 발생되는 방수강화제 표면의 들뜸 현상을 방지하는 기능을 발휘하며 미립자상태로 분산시킨 합성 제오라이트 분말은 내부의 규칙적인 미세기공에 의하여 방수강화제가 외력에 대한 일정 완충을 가질 수 있도록 하는 이점을 지니고 있다.

다음으로, 방수강화제는 아민계 경화제가 0.25 ~ 0.35 중량부가 더 포함될 수 있는데, 아민계 경화제 함량이 0.25 중량부 미만이면 강도와 내구성이 낮아져 물성이 저하되는 문제점을 일으킬 수 있으며, 0.35 중량부를 초과할 경우 점도가 높아져 가공성이 떨어지게 된다.

다음으로, 방수강화제는 비정질 폴리올레핀을 0.15 ~ 0.3 중량부를 더 포함할 수 있는데, 비정질 폴리올레핀(APO: Amorphous Polyolefin)은 에틸렌과 프로필렌 같은 올레핀을 첨가 중합시킨 강한 접착성 소재로서, 방수강화제 내부로 전달되는 열의 전도율을 저하시켜 방수강화제에 작용하는 온도의 변화를 최소화한다.

이하 방수강화제에 관한 일 실시예를 설명하기로 한다.

실시예

방수강화제로서, 실리카 충전제 500g과 물 430g을 혼합하여 혼합재 930g을 제조하고, 여기에 포졸란 10g, 파라핀 20g, 스티렌 가소성 엘라스토머 10g, 아민계 경화제 15g, 비정질 폴리올레핀 15g를 혼합하여 방수강화제 1kg을 제조하였다.

이 후 방수강화제를 본 조성물에 의해 구성된 콘크리트(시멘트 10kg)에 혼합한 후, 테스트 시공면에 도포한 후, 완전 경화하는 단계를 거쳐, 콘크리트 구조물을 형성한 다음, 콘크리트 구조물에 12시간동안 물을 분사한 후, 내부 침습도를 검사한 결과, 내부 침습도가 검출되지 않았다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 시멘트 100 중량부;
   포졸란 반응성 혼화제 5 ~ 10 중량부;
   라텍스 3 ~ 15 중량부; 및
   알긴산 0.1 ~ 0.8 중량부;
   를 포함하고,
   상기 알긴산은 상기 시멘트 또는 상기 라텍스에 해조류 또는 해조류 추출물이 혼합됨으로써 포함되고,
   방수강화제를 더 포함하되,
   상기 방수강화제는, 실리카 충전제 10 중량부, 포졸란(Pozzolan) 0. 2 ~ 0.3중량부, 왁스 또는 파라핀 0.3 ~ 0.4 중량부, 스티렌 열가소성 엘라스토머 0.1 ~ 0.2 중량부, 아민계 경화제 0.25 ~ 0.35 중량부 및, 비정질 폴리올레핀(APO: Amorphous Polyolefin) 0.15 ~ 0.3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알긴산 라텍스 개질 콘크리트 조성물.
   
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