KR102087251B1 - 초속경 시멘트 반응 유도제 조성물 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초속경 시멘트를 이용한 라텍스 개질 콘크리트에서, 시멘트의 반응을 가속화시킴으로써 초속경 시멘트의 반응이 빠른 반응에 의하여 반응 중지되는 현상을 감소시켜, 발생하는 균열을 크게 감소시키고, 장기 강도 향상에 따른 내구성 향상을 제공하는 반응 유도제 조성물 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 초속경 시멘트 반응 유도제 조성물은 질산나트륨 10 중량부, 그리고 탄산나트륨 5 ~ 10 중량부, 그리고 황산나트륨 6 ~ 10 중량부, 그리고 염화칼슘 0.1 ~ 1.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초속경 시멘트 반응 유도제 조성물 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물{Reaction inducer composition and Latex modified concrete composition}

본 발명은 초속경 시멘트를 이용한 라텍스 개질 콘크리트에서, 시멘트의 반응을 가속화시킴으로써 초속경 시멘트의 반응이 빠른 반응에 의하여 반응 중지되는 현상을 감소시켜, 발생하는 균열을 크게 감소시키고, 장기 강도 향상에 따른 내구성 향상을 제공하는 반응 유도제 조성물 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

초속경 시멘트는 다량의 CSA(Calcium Sulfo Aluminate)와 석고 및 CA(Calcium Aluminate)를 함유하는 시멘트 이다. 일반적으로 CSA와 CA는 물과 접촉 시 매우 빠른 반응성을 보이며 석고를 포함할 경우 에트링자이트(Ettringite)를 형성하며 빠른 경화를 보인다. 이때 다량의 열을 방출하며 시멘트 반응은 2시간이내에 종결된다.

CSA와 CA는 일반적으로 알루미나 시멘트의 일종으로써 알루미나의 함량은 초속경시멘트의 경화시간을 좌우한다. 특히 CA는 빠른 방응에 의하여 발열을 촉진시키는 원료이다.

국내의 환경으로 라텍스를 포함한 알루미나 시멘트 콘크리트는 도로유지 보수 현장에 적극적으로 사용되고 있다. 이는 유지 보수에 필요한 시간의 제한성에 따라 초속경 시멘트를 이용한 콘크리트가 교통 개방시간을 최소화할 수 있으며 라텍스를 이용한 콘크리트의 내구성과 내후성이 뛰어나기 때문으로 해석된다.

그러나 이들은 근래 10년 동안의 사용 예에서 초기 경화 반응에서 동반된 발열에 기인한 표면 균열은 수명 단축의 원인이 되고 빠른 경화반응 후 발생하는 수축은 균열발달의 원인이 되어 열화를 촉발할 수 있는 원인으로 지적되고 있다.

라텍스를 이용한 초속경시멘트 콘크리트는 단위 부피당 사용량이 380Kg/M³정도 이며 라텍스 사용량은 고형분 함량으로 약 10 ~ 15%를 사용하고 있다. 초속경 시멘트를 이용한 콘크리트의 초속경시멘트의 사용량에 따라 다르나 보통 발열 온도는 60℃ 이상을 초과한다. 이는 초속경시멘트에 포함된 알루미나 화합물의 폭발적인 수화 반응에 기인한 것이나 보수공사의 약 8 ~ 10시간의 시간한계 상황에서 볼 때 어쩔 수 없는 것이다. 이에 따라 약 48시간 경과 후 반응 종결에 따라 콘크리트 온도는 주위 온도와 같은 온도에 도달하게 되고 초기 발생한 열은 표면의 수분을 빠르게 증발시킴으로써 초기 발열에 의한 수축 균열을 발생시킬 뿐만 아니라 표면에 있는 균열을 발달시킨다. 균열의 형태는 표면 건조에 따른 방사상 균열 또는 무작위 균열 등이나 가끔 길이방향에 따라 일정간격에서 발생하는 전형적인 건조수축 균열 등이 발견된다. 균열의 폭은 일반적으로 0.2mm 이내의 매우 미세한 폭으로 관찰되나 동절기 염화칼슘 등의 제설제 사용 환경에 따라 큰 균열로 발달할 우려도 지적된다.

초속경 시멘트 반응은 다량의 석고와 알루미나의 에트링자이트 반응에 의한 것으로 섬유의 크기가 비교적 작도 단단한 형태로 축적되어 초기 흡수가 느릴 경우 반응이 종결될 우려가 있다. 초기반응에 의한 반응중단은 미반응 시멘트 표면을 견고하게 감싸며 내부에 존재하는 미반응 시멘트의 반응은 매우 느리게 진행될 뿐만 아니라 시멘트 겔에 다량의 에트링자이트를 축적 시키지 못하여 초기 균열의 원인이 된다. 이러한 반응 불량, 즉 위응결 반응을 해소하기 위한 방법으로는 글루콘산 나트륨등의 지연제를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 지연제의 사용은 일시적으로 수산화칼슘의 발생량을 억제하여 사용된 물 내의 수산화칼슘의 농도를 낮추어 에트링자이트의 생성을 방해하여 시멘트 반응을 지연시킨다.

초속경 시멘트의 반응은 외부 온도에 상당히 영향을 받게 되는데 이는 전술한바와 같이 발열에 의한 온도상승에 따른 용해도의 변화에 기인한 것이다. 그러나 외부 온도에 대한 민감성은 현장에서 많은 불편함을 호소하고 있다. 이는 제품의 제조가 동절기와 하절기의 구분이 뚜렷한 국내의 실정에서 봄철과 가을철 일교차에 의한 주위 온도 변화에 따른 경화 시간의 빠름과 늦음에 의하여 공용 시간이 달라지기 때문뿐만 아니라 경화 전 빠른 공용이 이루어질 경우 충격하중을 견디지 못하고 부분적인 파손이 발생할 우려가 있으며 실제 많은 부분에서 파손이 발생하여 재시공을 하는 경우도 발생하고 있다.

이러한 공용시간의 균일성 확보는 현장에서의 시공 후 품질 뿐만 아니라 경제적 부분에 크게 영향을 주기 때문에 이에 대한 개선이 크게 필요한 실정이다.

한편, 초속경 라텍스 개질 콘크리트에 관한 종래의 기술로는 등록특허 제10-1030165호(2011년04월12일)가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초속경시멘트를 이용할 경우에 발생하는 수화열에 의한 빠른 시멘트의 표면 반응을 제어하여 시멘트의 내부까지 완전히 반응시켜 수축율을 감소시키고 강도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.

또한 기존의 초속경 시멘트에 단순히 첨가제를 첨가하여 초속경 시멘트의 초기강도 저하 없이 초속경 시멘트 입자의 내부에 수분이 충분히 공급되고 이로 인하여 반응물의 축적이 사용된 물에 확산하여 시멘트 입자 내에 미반응성 물질이 남지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 반응 유도제 조성물은 질산나트륨 10 중량부, 그리고 탄산나트륨 5 ~ 10 중량부, 그리고 황산나트륨 6 ~ 10 중량부, 그리고 염화칼슘 0.1 ~ 1.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 라텍스 개질 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 바인더 100 중량부, 그리고 골재 200 ~ 400 중량부, 그리고 라텍스 2.5 ~ 5 중량부, 그리고 상기 반응 유도제 조성물 0.05 ~ 0.25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 고유의 조성물 및 함량을 갖는 반응 유도제를 통해, 초속경 시멘트를 이용한 콘크리트에서 발생하는 초기 발열에 의한 망상 균열을 억제 할 수 있을 뿐만 아니라 초기 강도 감소 효과 없이 초속경 시멘트를 이용한 콘크리트의 장기 강도 향상을 기대할 수 있어 고가의 초속경 시멘트의 사용량을 감소 시켜 경제적일 뿐만 아니라 라텍스와의 조합에서 내화학성과 내구성 크게 향상시킨 콘크리트를 제조할 수 있다는 효과를 갖는다.

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 초속경 시멘트를 이용한 라텍스 개질 콘크리트에서, 시멘트의 반응을 가속화시킴으로써 초속경 시멘트의 반응이 빠른 반응에 의하여 반응 중지되는 현상을 감소시켜, 발생하는 균열을 크게 감소시키고, 장기 강도 향상에 따른 내구성 향상을 제공하는 반응 유도제 조성물 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

이하 본 발명에 따른 초속경 시멘트 반응 유도제 조성물(이하 본 반응 유도제 조성물) 및 이를 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물(이하 본 콘크리트 조성물)에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 반응 유도제 조성물은 기존의 초속경 시멘트에 단순 첨가되어 초속경 시멘트의 초기 강도 저하 없이 초속경 시멘트 입자의 내부에 수분이 충분히 공급되고 이로 인하여 반응물의 축적이 사용된 물에 확산되어 시멘트 입자 내에 미반응성 물질이 남지 않도록 하는 효과를 제공한다.

이러한 본 반응 유도제 조성물은 질산나트륨 10 중량부, 탄산나트륨 5 ~ 10 중량부, 황산나트륨 6 ~ 10 중량부 및 염화칼슘 0.1 ~ 1.5 중량부를 포함한다.

구체적으로, 질산나트륨은 일종의 급속 반응 지연 성분으로, 과도하게 사용되는 경우 초기 반응 지연이 나빠지며, 과도하게 사용되는 경우 오히려 반응 지연보다는 급결 반응으로 유도되어 적절히 사용될 필요가 있다. 질산나트륨의 사용량은 나머지 조성물들의 함량과의 비율로서 결정되는데, 본 반응 유도제 조성물은 이 질산나트륨 10 중량부를 기준으로 결정하기로 한다.

다음, 탄산나트륨은 질산나트륨의 빠른 반응에 대한 완충 역할을 하며, 바람직하게는 질산나트륨 10 중량부 대비, 5 ~ 10 중량부가 포함될 수 있는데, 5 중량부 미만에서는 완충 역할이 나빠지고, 10 중량부를 초과하게 되면 오히려 촉진 반응을 일으켜 급결성을 보이는 문제가 있다.

다음, 황산나트륨은 시멘트 중의 알루미나와 반응하여 느린 반응 유도체로 작용하고, 바람직하게는 질산나트륨 10 중량부 대비, 6 ~ 10 중량부가 포함될 수 있는데, 6 중량부 미만에서는 지연작용이 나빠지게 되고, 10 중량부 초과 시에는 알루미나 복염을 형성하지 않고 시멘트에 직접 작용하여 반응 억제가 이루어지지 않는 문제가 있다.

다음, 염화칼슘은 시멘트에 포함된 알루미나질의 용해제로서 첨가되며, 바람직하게는 질산나트륨 10 중량부 대비, 0.1 ~ 1.5 중량부가 포함될 수 있는데, 0.1 중량부 미만에서는 용해력이 없으며, 1.5 중량부 초과 시에는 직접 반응에 참여하여 급결을 발생시킨다.

그리고 본 반응 유도제 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 첨가제는 일종의 안정화제로 보관 안정성을 향상시키며, 폴리머계 증점제 등이 활용될 수 있다. 이러한 첨가제의 사용량은 질산나트륨 10 중량부 대비, 0.01 ~ 1 중량부가 바람직하며, 0.01 중량부 미만에서는 보관 안정성을 향상시키기 어려우며, 1 중량부를 초과할 경우 점성 증가로 인해 오히려 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.

아울러 본 콘크리트 조성물은 상기한 본 반응 유도제 조성물을 이용한 라텍스 개질 콘크리트 조성물로, 초속경 시멘트 바인더 100 중량부, 골재 200 ~ 400 중량부, 라텍스 2.5 ~ 5 중량부, 그리고 상기한 반응 유도제 조성물 0.05 ~ 0.25 중량부를 포함한다.

또한 본 콘크리트 조성물은 물을 더 포함할 수 있는데, 물은 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 15 ~ 55 중량부가 사용될 수 있고, 그 사용량은 원하는 콘크리트 반죽의 질기에 따라 결정되며, 15 중량부 미만 시 작업성 확보가 불가능하며, 55 중량부 초과 시 강도 저하가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절되는 것이 바람직하다.

본 콘크리트 조성물을 각 조성물 별로 구체적으로 설명하면, 먼저 초속경 시멘트 바인더는 급속 경화되는 시멘트 바인더로, 시멘트 30 중량부 대비, 칼슘설포알루미네이트 30 ~ 50 중량부, 석고 10 ~ 30 중량부, 리튬염 0.01 ~ 1 중량부, 실리카 1 ~ 10 중량부, 분산제 0.1 ~ 1 중량부 및 지연제 0.01 ~ 2 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.

각 구성 별로, 시멘트는 OPC(Ordinary Portland Cement)로 불리는 일반적인 포틀랜드 시멘트로, 특별히 그 종류와 제조사는 규정치 않으며, KS에서 지정하고 있는 것이면 족하다. 이러한 시멘트는 과소 사용 시에는 장기 강도가 나빠지고, 과도 사용 시에는 급결성이 나빠지게 되는데, 그 사용량은 나머지 구성들의 함량과의 비율로서 결정되며, 시멘트 바인더를 구성하는 이하의 구성들은 이 시멘트 30 중량부를 기준으로 결정하기로 한다.

그리고 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate, 이하 CSA)는 알루미나의 함량에 따라 그 품질과 성능이 달라지는데, 알루미나의 함량이 30% 이상인 것이 사용되어야 하며, 분말도는 2000cm²/g 이상의 것이 사용되어야 한다. 이러한 CSA는 시멘트 30 중량부 대비, 30 ~ 50 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 30 중량부 미만에서는 초속경성이 나빠지게 되고, 50 중량부 초과 시에는 급경화에 의해 작업성을 확보하기 어렵다는 문제가 있다.

그리고 석고는 일반적으로 얻어지는 부산 석고 등이 사용될 수 있으며, 반드시 무수 석고가 사용되어야 한다. 반수 석고나 이수 석고의 경우 초속경 반응이 일어나지 않을 수 있기 때문이다. 이러한 석고는 시멘트 30 중량부 대비, 10 ~ 30 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 10 중량부 미만에서는 만족할 만한 초속경 반응이 발생하지 않고, 30 중량부 초과 시에는 과팽창을 동반할 수 있다.

그리고 리튬염은 초속경 반응을 유도하기 위해 첨가되고, 그 종류로는 탄산리튬이 사용되는 것이 바람직하며, 수산화물의 경우 너무 빠른 반응이 일어나 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 리튬염은 시멘트 30 중량부 대비, 0.01 ~ 1 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 0.01 중량부 미만에서는 초속경 반응을 유도할 수 없고, 1 중량부를 초과하는 것은 문제가 없으나, 1 중량부를 초과하더라도 더 이상의 향상된 효과를 기대할 수 없기 때문에 상기 범위 내로 사용되는 것이 바람직하다.

그리고 실리카는 중장기 강도 향상에 기여하며, 실리카의 경우 비표면적이 작을수록 치밀한 구조를 얻을 뿐만 아니라 충전 작용에 의한 강도 증가를 얻을 수 있으나, 이들은 초기 강도에 기여하기보다는 14일 이후의 강도를 얻는데 기여함으로 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 이러한 실리카는 시멘트 30 중량부 대비, 1 ~ 10 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만에서는 강도 기대 효과가 크지 않으며, 10 중량부 초과 시에는 경제성이 나빠지고 초기 강도가 오히려 감소하는 문제가 발생한다.

그리고 분산제는 작업성을 개선하여 물-시멘트 비를 감소시키는 작용을 하고, 물량의 감소에 따른 강도 증진 효과를 얻어 초기 균열 발생을 억제하는 역할을 한다. 그러나 분산제 중 당이 포함된 리그닌 등은 사용할 수 없으며, 반드시 반응성에 나쁜 영향을 주지 않는 나프탈렌계 분산제가 유리하다. 또한 폴리카르본산계의 경우 응결 지연을 초래할 수 있어 반드시 사용량을 조절해야 한다. 이러한 분산제는 시멘트 30 중량부 대비, 0.1 ~ 1 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 0.1 중량부 미만에서는 감수 효과나 작업성 개선 효과가 크지 않으며, 1 중량부 초과 시에는 과도한 작업성 개선으로 사용 시의 불편을 초래할 수 있다.

그리고 지연제는 일반적으로 주변 온도에 영향을 받는 바, 더운 환경에서는 사용량이 증가하며, 추운 환경에서는 사용하지 않을 수 있다. 그 사용량을 동절기로 한정할 때, 0.01 중량부가 될 수 있고, 하절기 기준으로는 2 중량부가 될 수 있으므로, 이 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.

상기한 초속경 시멘트 바인더는 부족하게 사용되는 경우 초기 강도 확보가 불가능하며, 과도하게 사용되는 경우 경제성이 나빠지게 되는데, 그 사용량은 본 콘크리트 조성물의 기타 조성물들과의 비율로 결정되며, 이하 본 콘크리트 조성물의 각 조성물은 상기한 초속경 시멘트 바인더 100 중량부를 기준으로 결정하기로 한다.

다음으로, 본 콘크리트 조성물의 또 다른 구성인 골재는 잔골재와 굵은 골재를 포함할 수 있는데, 잔골재는 입경 5mm 미만의 골재를 의미하며, 굵은 골재는 입경 5mm ~ 20mm의 골재를 의미한다.

이러한 골재는 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 200 ~ 400 중량부가 포함되는 것이 바람직하고, 잔골재와 굵은 골재의 중량비는 5:5로 구성될 수 있어, 잔골재 100 ~ 200 중량부, 굵은 골재 100 ~ 200 중량부가 포함될 수 있다.

잔골재가 100 중량부 미만으로 사용되는 경우 표면이 너무 거칠어져 마감이 어렵고, 200 중량부를 초과하여 사용되는 경우 강도 저하나 내구성 저하가 발생할 수 있다.

또한 굵은 골재가 100 중량부 미만으로 사용되는 경우 내구성에 영향을 줄 수 있으며, 200 중량부를 초과하여 사용되는 경우 표면이 거칠어져 사용하기 어렵다는 문제가 있다.

다음으로, 본 콘크리트 조성물의 또 다른 구성인 라텍스는 SBR, 아크릴레이트 에멀전 또는 EVA 에멀전 등의 라텍스를 개질제로 사용하되 먼저 라텍스를 물에 희석한 후 콘크리트와 혼합하여야 한다. 만일 희석하지 않는 상태로 라텍스를 혼합하는 경우 라텍스는 시멘트 입자의 다가 급속과 강력한 흡착을 발생시킨 후 응집하고 응집물 용액 내에서 라텍스 미셀(micelle) 구성을 위한 상평형이 파괴되어 라텍스의 분자량이 급격히 증가하여 시멘트의 반응을 중단시킬 수 있기 때문이다.

다시, 라텍스로는 SBR, 아크릴 에멀전, EVA 에멀전 중 하나이거나 그들의 조합으로 이루어질 수 있으나 에폭시 등의 반응성 폴리머들은 적합하지 않다. 라텍스의 분자량과 입자의 크기는 콘크리트 형성에 매우 중대한 영향을 준다. 분자량과 크기는 시멘트 반응에 나쁜 영행을 줄 수 있을 만큼 큰 분자가 존재할 경우 시멘트 경화 반응은 흡착 후 종결된다. 경화 반응은 반응에 참여하는 물이 시멘트 내부에 흡수되어야만 지속적 반응이 일어날 수 있으며 이보다 분자 크기가 너무 클 경우 물의 출입이 단절되기 때문이다.

또한 라텍스의 구성물 중 소수성 부분이 너무 클 경우 역시 반응은 종결될 수 있다. 그러므로 조성물의 입자 크기는 0.01 ~ 0.3㎛이어야 한다. 만일 0.01㎛보다 작을 경우 라텍스의 분자량이 너무 작아 콘크리트에 탄성을 부여하거나 내수성 개선 등의 물리적 특성을 향상시키기 어려우며, 0.3㎛ 보다 클 경우 전술한 바와 같이 반응을 종결 시킬 수 있다. 바람직한 입자의 크기는 0.05 ~ 0.2㎛이다.

또한 라텍스는 소성체와 탄성체로 구성되며 본 발명의 라텍스는 탄성체와 소성체의 비율이 70 : 30 ~ 30 : 70인 것으로 한정한다. 만일 탄성체의 비율이 70 : 30보다 클 경우 충격 저항성이 우수하나 압축력에 대한 저항성이 나빠지게 되며, 30: 70보다 작은 경우 저항성이 나빠지거나 건조 수축에 취약하게 된다.

이러한 라텍스는 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 2.5 ~ 5 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 2.5 중량부 미만의 경우 내화학성, 내충격성 등을 개선하기 어려우며, 5 중량부 초과의 경우 경제성에 비교하여 개선되는 특성이 미미해질 수 있다. 보다 바람직한 라텍스의 함량은 3 ~ 4.5 중량부이다.

다음으로, 본 콘크리트 조성물은 혼화제를 더 포함할 수 있는데, 혼화제는 작성 개선을 위한 콘크리트용 화학 혼화제로, 폴리카르본산계가 사용되는 것이 바람직하다.

이러한 혼화제는 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 0.05 ~ 0.2 중량부가 포함될 수 있는데, 0.05 중량부 미만에서는 작업성 확보가 불가능하며, 0.2 중량부 초과 시에는 응결 지연이 발생할 수 있다.

다음으로, 상기한 본 반응 유도제 조성물은 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 0.05 ~ 0.25 중량부가 포함될 수 있는데, 0.05 중량부 미만 사용 시 충분한 반응 유도가 일어나지 않으며, 0.25 중량부 초과 시 경제성이 저하되고 오히려 반응속도가 나빠져 초기 강도 저하가 발생할 수 있다.

이러한 반응 유도제 조성물은 분말로 제조되어 초속경 시멘트 바인더에 혼합될 수 있으나, 분산 및 작용을 위해 액상으로 사용하거나, 또는 콘크리트 제조 시 물에 혼합하여 사용하여도 무방하다.

이하 본 발명의 효과를 입증하기 위한 실험예를 소개하기로 한다.

하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응 유도제의 조성물을 나타낸 것이다.

표 1의 반응 유도제를 제조한 후 표 2와 같이 반응 유도제를 물과 같이 혼합하여 압축 강도 및 균열 저항성 등을 비교 평가함으로써 성능 향상 여부를 확인하였다. 이때 시멘트는 초속경시멘트를 사용하였으며 13mm의 굵은 골재와 잔골재는 콘크리트를 만드는데 적합한 재료를 사용하였다. 작업성 개선을 위한 혼화제는 고형분 20%인 폴리카르본산계를 사용하였다.

물질의 명칭	사용량(%)
질산나트륨	35
탄산나트륨	30
황산나트륨	30
염화칼슘	4.5
첨가제	0.5
합계	100

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
	사용량 (중량부)	사용량 (중량부)	사용량 (중량부)	사용량 (중량부)
물	39.47	39.47	39.47	39.47
초속경시멘트 바인더	100	100	100	100
굵은 골재	160	160	160	160
잔골재	160	160	160	160
반응 유도제	0.05	0.1	0.15	0
라텍스	5	5	5	10
혼화제	0.1	0.1	0.1	0.1

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 반응 유도제를 혼합한 초속경 콘크리트 조성물은 상기 표 2와 같으며 이들의 경화되기 전의 물리적 특성과 경화 후의 물리적 특성을 비교하여 하기 표 3에 정리하였다.

항 목		단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
압축 강도	4시간	MPa	23.0	23.0	24.5	21.5
	1일	MPa	33.4	34.5	35.3	33.1
	7일	MPa	37.3	37.6	38.4	36.6
	28일	MPa	41.9	43.2	42.0	39.0
휨강도	-	MPa	4.7	4.7	4.6	4.4
흡수비	28일	%	92	87	87	100
균열 발생	7일	-	없음	없음	없음	4개
	28일	-	없음	없음	없음	6개

즉, 비교예는 반응 유도제를 첨가하지 않은 경우를 나타내고, 실시예1 내지 3은 반응 유도제를 0.05 ~ 0.15 중량부로 변화시키면서 비교한 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 반응 유도제를 혼합한 라텍스 개질 콘크리트의 4시간 압축강도는 23.0MPa 및 24.5MPa로서, 비교예의 21.5MPa보다 약 10% 상승하는 효과가 있었으며, 28일 압축강도 역시 41.9MPa, 43.2MPa, 42.0MPa로서, 비교예의 39.0MPa보다 약 10% 상승하는 효과가 있었다. 이는 초기 반응 촉진 후에도 지속적인 강도 상승을 확인 할 수 있으며 특히 균열 발생이 발견되지 않아 라텍스 개질 초속경 콘크리트의 단점을 보완 할 수 있는 것으로 확인 되었다.

또한 휨강도 역시 실시예에서 4.7MPa, 4.6MPa로 측정되어 비교예인 4.4MPa보다 dir 0.3MPa 이상 큰 값으로 측정되어 내구성 향상에 도움이 될 것으로 판단되었다. 더욱이 상대적 흡수비는 내화학성을 확인할 수 있는 지표로써 비교예를 100으로 할 때 92%, 87%로 측정되어 내화학성 역시 상승하는 것으로 볼 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 반응 유도제의 경우 초기반응으로부터 발생하는 겔의 형성 시간을 초기에 늦추어 시멘트 입자가 충분히 반응할 수 있도록 주변환 경을 전환함으로써 시멘트 입자의 완전반응을 유도하고, 이를 통해 지속적인 강도 발현과 공극 내부 충전도를 향상 시켜 내수성을 향상시킴으로써 내화학성의 향상 시킬 수 있다. 그러므로 본 발명의 초속경 시멘트 반응 유도제(본 반응 유도제)는 일반적인 초속경 시멘트가 사용된 라텍스 개질 콘크리트에 비하여 라텍스의 함량을 약 50%로 사용하여도 높은 강도와 내화학성이 우수한 콘크리트를 제조할 수 있다는 것이 입증되었다.

한편, 본 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 바인더 100 중량부 대비, 기능성 첨가제 3 중량부를 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다. 이 기능성 첨가제는 초속경 시멘트와 골재 사이에서 자체적으로 입자화되어 구조적 안정성을 향상시키며 특히 방수성을 부여하는데, 특히 알칼리골재 반응이나 제설제 염수에 의한 열화에 탁월한 성능을 얻을 수 있디.

이러한 기능성 첨가제는 실리콘 레진 에멀전 100 중량부 대비, 규산염 20 중량부, 알킬 실리코네이트 20 중량부, 계면활성제 3 중량부 하이드록시에틸아크릴레이트 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실리콘 레진 에멀전 시멘트 입자 사이에서 강력한 발수성을 발현하여 콘크리트에 흡수되는 물을 차단할 뿐만 아니라 배척하여 콘크리트 열화원으로 부터 완전히 차단할 수 있는 구성이다.

각 조성물 별로, 실리콘 레진 에멀전은 발수성이 큰 Octyl 부가물이 유용하며 에멀전 평균입경은 15 ~ 30nm인 것이 사용되는 것이 바람직하다. 이하의 기능성 첨가제를 구성하는 조성들은 실리콘 레진 에멀전 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 규산염은 콘크리트의 내부에 존재하는 모세관 충전용이며 콘크리트 형성 후 발생하는 모세관에 용액상으로 작용 경화함으로써 콘크리트 흡수를 방어하는 기능을 부여 위해 첨가되며, 이들은 실리콘 레진 및 시멘트와의 친화성이 좋아 채택되었다. 이러한 규산염은 입경이 작을수록 내부 충전효과가 좋고 평균 입경이 10 ~ 100nm인 것이 사용되는 것이 바람직하고, 그 사용량은 반복 실험 결과 최적의 열전도 효율을 보였던 20 중량부인 것이 바람직하다.

그리고 알킬 실리코네이트는 실리콘 레진 에멀전과 실리케이트의 연결에 사용되는 일종의 가교제로써 규산염의 흡수성을 지속적으로 유지할 수 있는 기능이 있다. 반복 실험 결과 20 중량부가 포함될 때 최적의 가교 효과를 보이는 것으로 확인되었다.

이러한 수분차단 재료는 실리콘 레진 에멀전에 먼저 계면활성제 3 중량부를 넣고 규산염, 알킬 실리코네이트를 혼합한 후 하이드록시에틸아크릴레이트 중합체를 40 중량부를 첨가하여 안정화할 수 있다. 계면활성제와 하이드록시에틸아크릴레이트는 일종의 보호 콜로이드로서 작용하며 실험에 따르면 계면활성제의 경우 3중량부, 하이드록시에틸아크릴레이트의 경우 10 중량부가 만족할 만한 성과를 얻을 수 있을 것으로 기대되었다. 제조 과정에 대한 구체적인 내용은 기 공지된 기술 및 통상의 기술자의 일반 상식을 따르는 것으로 한다.

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. 삭제
2. 초속경 시멘트 바인더 100 중량부;
   골재 200 ~ 400 중량부;
   라텍스 2.5 ~ 5 중량부; 및
   질산나트륨 10 중량부, 탄산나트륨 5 ~ 10 중량부, 황산나트륨 6 ~ 10 중량부, 염화칼슘 0.1 ~ 1.5 중량부 및 폴리머계 증점제를 포함하는 안정화제 0.01 ~ 1 중량부를 포함하는 반응 유도제 조성물 0.05 ~ 0.25 중량부;
   를 포함하고,
   상기 초속경 시멘트 바인더는,
   시멘트 30 중량부 대비, 칼슘설포알루미네이트 30 ~ 50 중량부, 석고 10 ~ 30 중량부, 리튬염 0.01 ~ 1 중량부, 실리카 1 ~ 10 중량부, 분산제 0.1 ~ 1 중량부 및 지연제 0.01 ~ 2 중량부를 포함하고,
   물 15 ~ 55 중량부를 포함하고,
   상기 골재는 잔골재 100 ~ 200 중량부 및 굵은 골재 100 ~ 200 중량부를 포함하고,
   상기 라텍스는 상기 물에 희석한 후 사용되고, 라텍스의 입자 크기는 0.01 ~ 0.3 ㎛ 이고, 소성체와 탄성체로 구성되되, 탄성체와 소성체의 비율이 70 : 30 ~ 30 : 70이고,
   기능성 첨가제 3 중량부를 포함하되, 상기 기능성 첨가제는 실리콘 레진 에멀전 100 중량부 대비, 규산염 20 중량부, 알킬 실리코네이트 20 중량부, 계면활성제 3 중량부 하이드록시에틸아크릴레이트 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라텍스 개질 콘크리트 조성물.
   
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 리튬염은 탄산리튬을 포함하고,
   상기 분산제는 나프탈렌계 또는 폴리카르본산계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라텍스 개질 콘크리트 조성물.