KR102030133B1 - 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트 - Google Patents

도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물은, 골재를 포함한 충전재, 시멘트, 물, 및 강도와 탄성을 높이기 위한 유기물과 무기물의 복합체로 형성되고 상기 시멘트와 함께 현장 타설이 가능하도록 수성으로 형성된 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 포함하는 도로용 투수 콘크리트 조성물을 제공한다.

Description

도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트 {WATER PERMEABLE CONCRETE COMPOSITION FOR ROAD WAY AND WATER PERMEABLE CONCRETE MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차도용으로 사용하기 위하여 높은 압축강도와 휨강도를 구비함과 아울러 동결융해에 대비하여 탄성이 우수해서 도로용으로 사용할 수 있는 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트는 시멘트를 결합재로 사용하여 모래와 자갈 등과 같은 골재를 하나의 덩어리로 만든 것으로써, 주택, 도로, 다리, 초고층빌딩, 댐 등과 같은 콘크리트 구조물에 대표적으로 사용되고 있다.
콘크리트는 소정의 거푸집을 사용하여 자유로운 형상의 내구성(耐久性)이 있는 고강도의 구조물을 일체로 만들 수 있으며, 재료를 개별적으로 운반할 수 있어 시공이 비교적 용이하고 경제적일 뿐만 아니라 내화성능과 내진성능(耐震性能)도 구비한 이점이 있다.
최근에는 콘크리트의 성능을 향상시킬 목적으로 혼화제, 유동화제, 및 결합재 등이 다양하게 개발되고 있으며, 콘크리트의 사용 목적과 주변 환경에 따라 특별한 성능을 부여한 다양한 종류의 콘크리트가 개발되고 있다.
예를 들면, 도시의 가속화에 따라 도로의 포장면과 같은 불투수 면적이 증가되고 있으며, 불투수 면적의 표면에서 발생하는 빗물 유출량의 증가로 인해서 토양으로 유입되는 빗물이 차단됨에 따라 심각한 물순환장애가 생태계에 초래되고 있다. 상기와 같은 불투수 지표면적의 증가에 따른 물순환체계의 큰 변화로 인해서 도시에는 도시 홍수, 물 부족, 열섬 현상 등이 매년 심화되는 추세이다. 상기와 같은 불투수 면적과 빗물 유출량의 증가를 감소시키기 위하여 최근에 투수 콘크리트를 도로의 포장면에 적용하고 있다.
투수 콘크리트는 시멘트, 폴리머, 수지, 골재, 물 등을 적절히 배합하여 종래의 아스팔트와 콘크리트보다 투수성과 보수성 및 통기성이 우수한 콘크리트 포장재로서, 물을 빠르게 투과시켜 포장면에서 대지와의 호흡을 가능하게 하며, 노반과 지하수로 우수를 유입시킴과 동시에 노면 위로 물이 흐르지 않게 하여 도로의 보행성을 안정적으로 확보 가능하다.
상기와 같은 투수 콘크리트는 투수성과 통기성을 갖기 위한 구조적 한계로 인하여 일반적인 콘크리트보다 강도와 탄성이 낮은 단점이 있다.
특히, 통상의 투수 콘크리트는 구조적으로 20MPa 이상의 압축강도를 발현하는 것이 쉽지 않기 때문에 도로 포장 중에서 고하중의 차량이 주행하는 차도용으로 사용하는 데에 한계가 있다. 따라서, 최근에는 통상의 투수 콘크리트가 구비한 한계를 극복하기 위하여 폴리머를 결합재로 사용한 폴리머 투수 콘크리트가 활발하게 연구 개발되고 있다.
예를 들면, 한국등록특허 제2012-1179506호(발명의 명칭: 유·무기복합 고강도 시멘트 제로 콘크리트 조성물, 등록일: 2012.08.29)는, 플라이애쉬와 고로슬래그를 포함하는 무기결합재, 골재, 상온 경화형 친수성 고분자, 자기 유화형 경화제 및 알칼리금속 수산화물과 알칼리성 실리케이트로 이루어진 활성화제를 포함하는 시멘트 제로 콘크리트 조성물에 관한 발명으로써, 시멘트를 사용하지 않으면서도 높은 압축강도를 유지할 수 있으며, 환경적으로도 기존 시멘트를 이용한 콘크리트보다 우수한 특성을 지닐 수 있고, 콘크리트의 내구성과 경제성도 향상시킬 수 있다.
기존의 폴리머 투수 콘크리트의 경우에는, 동결융해 저항성과 접착력 강화를 위해서 아크릴(Acryl), 우레탄(Urethane), 또는 에폭시(Epoxy) 등의 유성 폴리머를 결합재로 첨가하여 사용하고 있다. 하지만, 기존의 폴리머 투수 콘크리트는, 전체 중량에 대하여 폴리머의 함량이 14~18중량%이기 때문에 고가의 폴리머 재료가 많이 사용되어 제조 비용이 상승하는 단점이 있다.
또한, 기존의 폴리머 투수 콘크리트는, 유성 폴리머의 사용으로 인하여 현장에서 투수 콘크리트를 배합한 후 타설하는 시공 방법이 실현 불가능한 단점이 있다. 따라서, 유성 폴리머를 사용한 폴리머 투수 콘크리트는 현장 타설 작업이 거의 불가능하므로, 공장에서 배합하여 블록 형상으로 미리 제작한 후 그 블록을 현장으로 운송하여 사용해야만 하며, 그로 인하여 생산 비용이 증가한다.
한편, 최근에 수성 아크릴 수지를 사용하는 투수 콘크리트가 연구 개발되고 있다. 상기와 같은 투수 콘크리트는 수성 아크릴 수지의 사용시 수성으로 형성되기 때문에 현장 타설이 가능한 장점이 있지만, 강도를 충분히 확보하기 어렵기 때문에 도로용으로 사용이 불가능하다.
본 발명의 실시예는, 강도와 경도 및 탄성이 우수하여 도로용으로 사용할 수 있으며, 현장에서 배합과 타설을 실시할 수 있는 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 고강도와 고탄성 및 동결융해 저항성을 향상시켜 도로 포장 중에서 차량이 주행하는 차도용으로 사용할 수 있는 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 시멘트 대비 폴리머 재료의 사용량을 줄여 폴리머 재료의 사용량 증가로 인한 비용 상승을 방지할 수 있는 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 골재를 구비한 충전재(filler), 시멘트, 물, 및 강도와 탄성을 높이기 위한 유기물과 무기물의 복합체로 형성되고 상기 시멘트와 함께 현장 타설이 가능하도록 수성으로 형성된 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 포함하는 도로용 투수 콘크리트 조성물을 제공한다.
일측면에 따르면, 상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 유기물 조성의 아크릴 폴리머(Acrylic Polymer), 반응성 실란(Silan), 및 무기물 조성의 반응성 실리케이트(Silicate)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 아크릴 폴리머와 상기 반응성 실란을 수분산 조건에서 반응시킨 후, 상기 반응성 실리케이트를 고온 반응시켜 유기물을 무기화하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
상기 반응성 실란은, 상기 도로용 투수 콘크리트 조성물에서 흡수 방지 기능을 수행하여 동결 융해 저장 성능을 제공할 수 있다.
한편, 상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 아크릴 폴리머 65~75중량%, 상기 반응성 실란 3~10중량%, 상기 반응성 실리케이트 20~30중량%, 및 수용성 분산제 0.1~3중량%를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 시멘트의 중량과 비교하여 상기 시멘트의 중량 대비 2~8%가 사용될 수 있다.
상기 시멘트와 상기 물은, 상기 도로용 투수 콘크리트 조성물의 전체 중량에 대하여 상기 시멘트 20~35중량% 및 상기 물 15-25중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 도로용 투수 콘크리트 조성물을 현장에서 배합한 후 도로에 타설하여 제조된 도로용 투수 콘크리트를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트는, 충전재, 시멘트, 물, 및 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 포함하여 구성되므로, 시멘트와 유무기 수성 하이브리드 폴리머가 모두 수성으로 형성되기 때문에 현장에서 도로용 투수 콘크리트의 배합과 타설이 가능할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 충전재와 시멘트 및 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 용이하게 이송 및 보관할 수 있으며, 도로용 투수 콘크리트 조성물의 시공 작업도 매우 간편하게 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트는, 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 아크릴 폴리머가 유기물 조성임과 아울러 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 반응성 실리케이트가 무기물 조성으로 형성되므로, 유무기 수성 하이브리드 폴리머에 의해서 도로용 투수 콘크리트에 유기물과 무기물의 장점이 모두 나타날 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 폴리머는 도로용 투수 콘크리트 조성물의 강도, 탄성, 내마모성을 충분히 향상시킬 수 있기 때문에 고하중의 차량이 주행하는 차도용 도로에도 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트는, 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 반응성 실란이 흡수방지역할을 수행하기 때문에 도로용 투수 콘크리트의 동결융해 저항성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물 및 그것으로 제조한 투수 콘크리트는, 시멘트와 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 함께 사용함과 아울러 유무기 수성 하이브리드 폴리머는 시멘트의 중량 대비 2~8%만 사용하므로, 기존의 폴리머 투수 콘크리트보다 폴리머 재료의 사용량을 대폭 줄일 수 있고, 시멘트에 비해 고가인 폴리머 재료의 사용량이 감소시켜 제조 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 성분과 합성 과정이 개략적으로 도시된 도면이다.
현재 하이브리드 폴리머는 우수한 강도특성 및 내마모 성능 등으로 인하여 자동차나 핸드폰 등의 코팅으로 사용되고 있으나, 용제의 사용으로 인한 환경문제 및 취급의 어려움이 있다. 따라서 본 발명에서는, 수성 하이브리드 폴리머로서 시멘트 등의 수반응성 재료와 혼합 사용이 가능할 뿐만 아니라 물성은 유성 하이브리드 폴리머와 유사하고 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 성분과 합성 과정이 개략적으로 도시된 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물은, 충전재(filler), 시멘트, 물, 및 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 포함한다.
충전재(filler)는 골재를 구비할 수 있다. 골재는 자갈과 모래 등을 모두 포함할 수 있다. 도로용 투수 콘크리트의 투수성은 골재의 공극률에 따라 결정될 수 있다. 상기와 같은 충전재는 도로용 투수 콘크리트 조성물의 전체 중량에 대하여 골재 80~90중량%을 포함하여 구성될 수 있다.
시멘트는 골재의 바인더(binder)로 사용되는 결합재로서, 시멘트는 수성 결합재이기 때문에 실제 현장에서 적절하게 배합한 후 타설하는 것이 가능할 수 있다. 상기와 같은 시멘트와 물은 도로용 투수 콘크리트 조성물의 전체 중량에 대하여 시멘트 20~35중량% 및 물 15-25중량%를 포함할 수 있다.
유무기 수성 하이브리드 폴리머는 시멘트와 함께 골재의 바인더(binder)로 사용되는 결합재로서, 강도와 탄성을 높이기 위한 유무기 복합 재료로 형성될 수 있고, 수성 결합재이기 때문에 시멘트와 함께 현장 타설될 수 있다. 상기와 같은 유무기 수성 하이브리드 폴리머는 도로용 투수 콘크리트의 강도, 탄성, 동결융해 저장성 및 내마모성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 1를 참조하면, 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 유기물 조성의 아크릴 포리머(Acrylic Polymer), 반응성 실란(Silan), 및 무기물 조성의 반응성 실리케이트(Silicate)를 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 아크릴 포리머와 반응성 실란을 수분산 조건에서 반응시킨 후 여기에 무기계 반응성 실리케이트를 고온 반응시켜 유기물을 무기화하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
상기와 같이 유무기 수성 하이브리드 폴리머가 제조되면, 유기물의 무기화가 가능하기 때문에 흡수 방지 기능을 가져서 동결 융해 저항성을 구비할 수 있으며, 뿐만 아니라 고강도 및 고경도의 특성을 가진 유무기 복합 하이브리드 폴리머를 합성할 수 있다.
구체적으로, 아크릴 폴리머는 유기물 조성에 해당함과 아울러 반응성 실리케이트는 무기물 조성에 해당하므로, 유무기 수성 하이브리드 폴리머는 유기물의 장점과 무기물의 장점을 동시에 구비할 수 있다. 또한, 반응성 실란은 골재의 표면에 코팅된 상태에서 흡수방지 역할을 수행함으로써, 유무기 수성 하이브리드 폴리머에 동결융해 저항 성능을 제공할 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 포리머를 투수 콘크리트에 배합하여 사용하면, 동결융해 저항 성능을 제공함과 아울러 높은 압축강도와 높은 휨강도를 가지며 내후성능이 우수한 투수 콘크리트의 제조가 가능할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 아크릴 폴리머 65~75중량%, 반응성 실란 3~10중량%, 반응성 실리케이트 20~30중량% 및 수용성 분산제 0.1~3중량%를 포함하여 제조될 수 있으므로, 그와 동시에 촉매도 사용될 수 있다. 바람직하게는, 유무기 수성 하이브리드 폴리머는 아크릴 폴리머 70중량%, 반응성 실란 5중량%, 반응성 실리케이트 25중량% 및 수용성 분산제 0.1~3중량%를 포함할 수 있다.
여기서, 반응성 실란은 아미노 실란, 염소 실란, 에폭시 실란, 멜라민 실란, 메타그릴레이트 실란, 비닐 실란 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 그리고, 반응성 실리케이트는 실리카 졸(silica sol)이 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 아크릴 폴리머 70중량%와 반응성 실란 5중량%가 반응성 실리케이트에 해당하는 실리카 졸(silica sol) 25중량%에 반응하여 유무기 수성 하이브리드 폴리머가 합성될 수 있다. 도 1에 도시된 "CH3"의 성분은 흡수방지 기능을 수행하는 성분에 해당될 수 있다.
상기와 같은 유무기 수성 하이브리드 폴리머의 사용량은, 시멘트의 중량과 비교하여 시멘트의 중량 대비 2~8%가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 5%가 사용될 수 있다.
그에 따라서, 기존의 폴리머 투수 콘크리트에서 전체 100 중량에 대하여 폴리머 함량이 14~18중량%가 사용되지만, 본 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물은 유무기 수성 하이브리드 폴리머가 2~8%만 사용되므로 폴리머 재료의 사용량을 대폭 감소시킬 수 있다.
상기와 같이 폴리머 재료의 사용량 감소분을 상대적으로 저렴한 시멘트로 대치할 수 있으므로, 본 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물은 폴리머 재료의 사용량 감소에 따라 재료 비용을 줄여 생산 단가를 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트는, 본 발명의 일실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물을 현장에서 배합한 후 도로에 타설하여 제조될 수 있다.
즉, 충전재와 시멘트 및 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 현장에 개별적으로 이송 및 보관될 수 있고, 현장 상황에 따라 적정량을 물과 함께 배합된 후 도로에 타설될 수 있다. 여기서, 시멘트와 유무기 수성 하이브리드 폴리머가 모두 수성 물질이기 때문에 현장에서 물만으로도 도로용 투수 콘크리트 조성물을 만들 수 있다.
상기와 같이 제조된 도로용 투수 콘크리트는 고강도, 고탄성, 고내마모성, 및 높은 동결융해 저항성을 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트는, 높은 압축강도와 휨강도를 구비함과 아울러 동결 융해에 대비하여 탄성이 우수하여 차도용으로 사용할 수 있다.
실제로, 본 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트는, 기존의 투수 콘크리트가 20MPa 이하의 압축강도를 발현하는 것과 비교하여 압축 강도가 30MPa 이상으로 발현할 수 있고, 기존의 투수 콘크리트가 1H 정도의 경도를 발현하는 것과 비교하여 경도가 3~5H 이상으로 발현할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 도로용 투수 콘크리트는 압축 강도와 경도가 대폭 향상되므로, 고강도와 고경도로 형성됨과 아울러 내마모성이 우수하여 도로용으로 적합할 수 있고, 특히 고하중의 차량이 주행되는 차도용으로도 충분히 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 골재를 포함한 충전재;
    시멘트;
    물; 및
    강도와 탄성을 높이기 위한 유기물과 무기물의 복합체로 형성되고, 상기 시멘트와 함께 현장 타설이 가능하도록 수성으로 형성된 유무기 수성 하이브리드 폴리머를 포함하고,
    상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 유기물 조성의 아크릴 폴리머(Acrylic Polymer); 반응성 실란(Silan); 및 무기물 조성의 반응성 실리케이트(Silicate)를 포함하며,
    상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 아크릴 폴리머와 상기 반응성 실란을 수분산 조건에서 반응시킨 후, 상기 반응성 실리케이트를 고온 반응시켜 유기물을 무기화하는 공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 도로용 투수 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응성 실란은, 상기 도로용 투수 콘크리트 조성물에서 흡수 방지 기능을 수행하여 동결 융해 저장 성능을 제공하는 것을 특징으로 하는 도로용 투수 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 아크릴 폴리머 65~75중량%, 상기 반응성 실란 3~10중량%, 상기 반응성 실리케이트 20~30중량%, 및 수용성 분산제 0.1~3중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로용 투수 콘크리트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 수성 하이브리드 폴리머는, 상기 시멘트의 중량과 비교하여 상기 시멘트의 중량 대비 2~8%가 사용되는 것을 특징으로 하는 도로용 투수 콘크리트 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시멘트와 상기 물은, 상기 도로용 투수 콘크리트 조성물의 전체 중량에 대하여 상기 시멘트 20~35중량% 및 상기 물 15-25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로용 투수 콘크리트 조성물.
  8. 제1항에 따른 도로용 투수 콘크리트 조성물을 현장에서 배합한 후 도로에 타설하여 제조된 도로용 투수 콘크리트.
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