KR102100959B1 - 이온 공급 혼화제와 개질 라텍스를 활용한 개질 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온공급 혼화제를 사용하여 실리카 흄, 슬래그 등에 의하여 콘크리트 기공을 충전하는 방법과 달리 콘크리트의 기공을 완전히 폐쇄하고, 또한 라텍스를 추가 사용함에 따라 휨 저항성, 수밀성, 염화물 침투저항성, 압축강도 등을 크게 개선한 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 개질 콘크리트 조성물은 시멘트 100 중량부, 그리고 골재 300 ~ 800 중량부, 그리고 물 20 ~ 80 중량부, 그리고 라텍스 2 ~ 6 중량부, 그리고 이온공급 혼화제 0.2 ~ 2 중량부, 그리고 유기 금속염 0.3 ~ 1.5 중량부를 포함하여 구성된다.

Description

이온 공급 혼화제와 개질 라텍스를 활용한 개질 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법{Modified concrete composition and Manufacturing method thereof}

본 발명은 라텍스 개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온공급 혼화제를 사용하여 실리카 흄, 슬래그 등에 의하여 콘크리트 기공을 충전하는 방법과 달리 콘크리트의 기공을 완전히 폐쇄하고, 또한 라텍스를 추가 사용함에 따라 휨 저항성, 수밀성, 염화물 침투저항성, 압축강도 등을 크게 개선한 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

국내 콘크리트 산업은 골재원의 부족에 따라 시멘트의 사용량이 증가하고 슬래그, 실리카 흄 등의 부산물의 사용량이 증가되고 있다. 이러한 슬래그, 실리카 흄 등의 산업 부산물의 콘크리트에의 사용은 콘크리트에 존재하는 미세 기공에 실리카를 축적시켜 미세 기공을 충전하여 콘크리트의 압축강도 밀도 등을 향상 시키는 기술 중의 하나이다.

콘크리트는 시멘트, 골재, 물이 주요 성분이나 실제 작업성 향상을 위한 계면활성제 등이 사용되며 특히 실리카 흄, 슬래그 등은 시멘트와 동일한 결합제로 사용되고 있다.

반면 라텍스와 같은 유기물은 콘크리트의 원래의 특성 중 취성 개선을 위한 개질제로 사용되고 사용량은 사용되는 목적에 의존하나 시멘트 중량 대비 약 1 ~ 15%가 사용된다. 특히 유기물은 시멘트가 갖는 흡수성 개선과 충격에 대한 저항성 개선을 목적으로 사용되고 있으며 현재 국내의 경우 교량 포장 등 내구성이 특히 필요한 곳에 사용되고 있다.

라텍스 개질 콘크리트에 관한 종래의 기술로, 등록특허 제10-0905743호(2009년06월25일) 등이 있는데, 이러한 라텍스 개질 콘크리트나 실리카 흄 등의 충전제를 사용한 콘크리트는 제조 시 매우 낮은 표면장력에 기인하여 다량의 연속된 미세공극을 포함하고 있으며, 미세공극은 그 양에 따라 모세관 장력의 작용에 다른 표면 균열을 초래하게 된다.

이렇게 발생된 표면 균열은 시간 경과 후 차량의 통행, 기후환경의 변화 등에 따라 더 큰 균열로 발달하며, 장기간 경과 시 콘크리트 파손의 원인으로 작용하는 바, 초기에 발생하는 균열을 감소시킬 수 있는 방법과 장기간의 공용을 위한 흡수율이 낮은 방수 콘크리트의 제시가 필요하다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초기 발생하는 균열의 억제를 위해 낮은 표면 장력에 의한 다수의 모세관을 빠르게 충전할 수 있도록 슬래그 실리카 흄과는 다른 빠른 반응에 의한 모세관 충전 메커니즘을 제공하기 위하여, 모세관의 충전에 있어 시멘트의 개시반응에서 응결이 종결되는 시점까지 이온의 발생이 꾸준히 이루어질 수 있도록 무기질 이온 공급체계를 도입하고, 여기에 라텍스를 부가적으로 사용함에 따라 초기 균열이 억제될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 기존의 슬래그나, 실리카 흄과 같은 고체상의 충전제 없이 액상으로 이루어진 충전물 이온 공급체계를 통해, 기존의 실리카 흄이나 슬래그를 사용하는 것 보다 압축강도, 휨 저항성, 내수성이 향상된 침전물 이온 공급 무기 혼화제의 조성물을 제공하고, 이에 따른 콘크리트 배합을 제시하여, 기존 방식에 따라서 슬래그나 실리카 흄을 사용하여 발생하는 초기 모세관 장력 발생에 의한 균열을 완전히 예방할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 개질 콘크리트 조성물은 시멘트 100 중량부, 그리고 골재 300 ~ 800 중량부, 그리고 물 20 ~ 80 중량부, 그리고 라텍스 2 ~ 6 중량부, 그리고 이온공급 혼화제 0.2 ~ 2 중량부, 그리고 유기 금속염 0.3 ~ 1.5 중량부를 포함한다.

보다 바람직하게는 상기 시멘트 100 중량부 대비, 상기 이온공급 혼화제는 0.5 ~ 2 중량부가 포함되고, 상기 유기 금속염은 0.5 ~ 1.2 중량부가 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 개질 콘크리트 조성물의 제조 방법은 상기 라텍스, 유기 금속염 및 이온공급 혼화제는 상온에서 혼합액으로 제조되어 사용되고, 상기 혼합액은 상기 라텍스에 상기 유기 금속염, 상기 이온공급 혼화제 순으로 투입되어 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 시멘트의 반응에서 초기 반응 시 발생하는 이온 용해도를 증가시키고 발생하는 이온 농도를 높여 경화 시 침전에 따른 연속된 시멘트 겔을 만드는 것을 골자로 한다.

이때 유기 금속염은 표면장력을 낮추어 작은 모세관을 형성하게 하는데 모세관의 입경이 작을수록 이온 농도의 지배에 의한 침전량이 많아져 균열 발생이 더욱 낮아 질 수 있다.

또한 라텍스에 포함된 유화제 역시 계면활성제의 하나로써 콘크리트 혼합물의 표면 장력이 낮게 유지하는데 기여하며 이들 역시 균열을 억제하는데 도움이 될 수 있다.

더하여 기존 기술에서 별도 첨가되는 슬래그, 실리카 흄 등의 콘크리트 공극 충전 물질을 콘크리트에 별도로 투입하지 않고, 단순히 소량의 이온 공급을 실시함으로써 모세관 장력에 의한 균열 발생을 억제할 수 있는 콘크리트를 생산함으로써 현장의 플랜트의 운전 효율을 증가 시킬 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 이온공급 혼화제를 사용하여 실리카 흄, 슬래그 등에 의하여 콘크리트 기공을 충전하는 방법과 달리 콘크리트의 기공을 완전히 폐쇄하고, 또한 라텍스를 추가 사용함에 따라 휨 저항성, 수밀성, 염화물 침투저항성, 압축강도 등을 크게 개선한 개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

이하 본 발명에 따른 개질 콘크리트 조성물(이하 본 조성물)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

콘크리트는 시멘트의 사용에 의존하는 하나의 결과물로서 주요 재료로는 시멘트, 골재, 물로 이루어진다. 시멘트는 물에 의하여 굳어지는 수경성 물질로써 물의 첨가와 동시에 반응이 시작되며 작업성은 이러한 반응과 별개로 사용이 가능한 시간을 의미한다. 그러나 이때 다량의 시멘트 이온 반응이 시작되며 특히 초속경 시멘트와 같은 빠른 반응 체계에서 작업 가능 시간은 수 분 또는 수 십분 정도로 한정된다. 이온의 발생은 어떤 종류의 시멘트를 사용하던지 반응 초기 다량 발생하며 사용된 용수에 용출되고 이후 침전에 의하여 시멘트 겔을 형성하게 된다. 이때 연속된 겔은 최종적으로 얻어지는 고체덩어리의 연속성을 결정하는 것으로 연속된 겔을 얻지 못할 경우 대기 중 노출되어 증발되는 부분의 응력 발생에 따라 연속 겔의 형성이 중지된다. 이러한 시멘트 겔의 연속성 유지는 이미 학계에 알려진 바와 같이 반응 지연제를 사용하여 시멘트 겔의 침전 속도를 제어함으로써 수행되어 왔으나, 지연제의 사용 시 초기강도의 저하를 초래하여 긴급한 보수가 필요한 곳에서는 사용상의 제약을 받는다. 특히 초속경 시멘트와 같은 경우, 일정 시간 이내에 공사를 모두 끝마쳐야하는 여건에서는 사용이 매우 어렵게 된다. 본 발명에서는 이러한 겔의 연속적 발생을 위한 재료로써 이온공급 혼화제를 제안하고 이에 따른 콘크리트의 배합을 제시하고자 한다.

본 조성물은 시멘트 100 중량부, 골재 300 ~ 800 중량부, 물 20 ~ 80 중량부, 라텍스 2 ~ 6 중량부, 이온공급 혼화제 0.2 ~ 2 중량부, 그리고 유기 금속염 0.3 ~ 1.5 중량부를 포함한다.

각 조성물 별로, 본 조성물에서의 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 초속경 시멘트 등으로 구성된 결합재로서, 골재, 물, 화학혼화제, 라텍스와 함께 구성된 라텍스 개질 콘크리트로 한정된다. 이는 이온공급 혼화제의 가격이 기존의 플라이 애쉬 등과 비교하여 싸지 않으며 라텍스 개질 콘크리트가 아닐 경우 경제적이지 않기 때문이다. 본 발명의 각 조성물의 함량은 이 시멘트 100 중량부를 기준으로 서술된다.

골재와 물은 시멘트와 함께 콘크리트를 구성하는 일반적인 구성으로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 일 실시예로, 시멘트 100 중량부 대비, 골재는 300 ~ 800 중량부, 물은 20 ~ 80 중량부가 포함될 수 있다.

라텍스는 아크릴 또는 SBR 등, 고무 계열의 에멀전으로, 그 종류를 규정치 않으며 시멘트와 적당히 혼합하여 콘크리트의 물리적 특성을 개선하는 역할을 수행한다. 라텍스는 시멘트 100 중량부 대비, 2 ~ 6 중량부가 포함될 수 있다.

유기 금속염은 콘크리트에서 사용되는 폴리카르존산계 화학 혼화제 등을 의미하며, 충전제의 역할을 수행한다. 유기 금속염은 시멘트 100 중량부 대비, 0.3 ~ 1.5 중량부가 포함될 수 있다.

이온공급 혼화제는 콘크리트에 원활한 이온 공급을 위해 첨가된다. 이온공급 혼화제는 시멘트 100 중량부 대비, 0.2 ~ 2 중량부가 포함될 수 있다.

구체적으로, 시멘트의 주요화합물은 석회와 실리카 및 알루미나로 이루어졌으며 C₃S(tri-calcium silicate), C₂S(di-calcium silicate), C₃A(tri-calcium Aluminate) 등으로 알려져 있다. 수경반응속도는 C₂S<C₃S<C₃A이며 수밀성이나 외력에 대한 저항성은 C₂S>C₃S>C₃A이다. 이론에 따르면 시멘트의 경화 후 물리적 특성은 C₃S가 지배하며 초기 경화 특성은 C₃A가 지배한다. 특히 알루미나 시멘트를 주재료로 하는 초속경시멘트에서는 다량의 칼슘 알루미네이트(Calcium Aluminate) 화합물에 의하여 물이 혼합되는 즉시 반응을 시작하며 수 시간 만에 반응이 종결되고 반응 생성물로써 다량의 에트링자이트(Ettringite)를 형성하며 겔을 확장, 연결시킨다.

이때 많은 열 발생이 동반되는데, 발생된 열이 초속경시멘트에 포함된 칼슘 실리케이트(Calcium Silicate) 화합물의 수경반응 생성물의 성상을 변화시켜 반응을 종결시킴으로써 초속경시멘트의 강도 저하가 발생한다. 또한 생성된 Ettringite는 침상 결정 성상으로 염화칼슘 등에 의하여 쉽게 재용해되어 열화되기 쉽다.

그러므로 이러한 지배 이론에 따라 초속경시멘트의 단점을 보완하기 위해서는 C₃S의 반응 속도 중, 육방정계로 변환되는 시간을 억제할 필요가 있으며 C₃A의 전환이 완료된 후 진행하였을 때 가장 효과적일 것으로 판단된다.

여기서 친수성으로 다량의 물을 흡수할 수 있는 에트링자이트의 흡수율을 감소시키기 위해서는 적당량의 기공 충전이 필요하며 이를 위해 라텍스를 포함할 경우 흡수성과 휨에 대한 안정성을 극복할 수 있으며 또 다른 충전제로 유기 금속염을 이용할 경우 에트링자이트에 포함된 칼슘과 반응하여 결합하여 불용성 금속염으로 전환함에 따라 흡수율 크게 줄일 수 있어 제설제 등과 같은 염분에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.

또한 라텍스와 유기 금속염의 적당한 조합은 고가의 라텍스 사용량을 줄일 수 있어 경제성을 확보할 수 있다. 일반적인 라텍스 개질 초속경 콘크리트의 라텍스 함량은 고형분으로 시멘트 중량의 7 ~ 15%가 사용되나, 본 발명을 적용할 경우 시멘트 100 중량부 대비, 2 ~ 6 중량부 정도로 낮아지며 이때 사용되는 유기 금속염은 시멘트 100 중량부 대비, 0.3 ~ 1.5 중량부가 바람직하다.

상기에서, 라텍스의 함량이 2 중량부 미만에서는 휨 저항성의 향상이 없을 수 있으며, 6 중량부를 초과할 경우 경제적이지 않을 수 있다.

또한 유기 금속염의 사용량이 0.3 중량부보다 작을 경우 흡수율의 향상이 없으며 1.5 중량부를 초과 할 경우 압축강도의 저하가 발생 할 수 있어 주의가 필요하다. 바람직한 유기 금속염의 함량은 시멘트 중량의 0.5 ~ 1.2 중량부이다.

아울러 이온공급 혼화제의 사용량은 시멘트 100 중량부 대비, 0.2 ~ 2 중량부가 사용될 수 있다. 이온공급 혼화제가 0.2 중량부 미만의 경우 이온 공급에 필요한 절대량이 부족하여 충분한 생성물의 침전이 이루어지지 않을 수 있으며 2 중량부를 초과할 경우 경제적이지 않다. 바람직한 사용량은 0.5 ~ 2 중량부이다.

상기한 본 조성물의 라텍스, 유기 금속염 및 이온공급 혼화제의 사용 방법으로는, 이온공급 혼화제, 유기 금속염, 라텍스를 혼합한 혼합액을 만들어 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 대한 조성과 방법은 각각의 적절한 조성비를 만든 다음 라텍스에 유기 금속염과 이온공급 혼화제를 차례로 투입하여 상온에서 혼합하는 것으로 완성한다. 이때 투입순서는 반드시 라텍스에 유기 금속염, 이온공급 혼화제 순으로 투입하여야 하는데, 이는 투입순서에 의하여 라텍스의 고분자 미셀(Micelle)이 파괴되어 응집될 수 있기 때문이다. 이러한 이온 공급체계는 특히 초속경 시멘트 라텍스 개질 콘크리트에서 유용하다.

상기 본 조성물은 시멘트의 반응에서 초기 반응 시 발생하는 이온 용해도를 증가시키고 발생하는 이온 농도를 높여 경화 시 침전에 따른 연속된 시멘트 겔을 만든다. 이때 유기 금속염은 표면장력을 낮추어 작은 모세관을 형성하게 하는데 모세관의 입경이 작을수록 이온 농도의 지배에 의한 침전량이 많아져 균열 발생이 더욱 낮아 질 수 있다. 또한 라텍스에 포함된 유화제 역시 계면활성제의 하나로써 콘크리트 혼합물의 표면 장력이 낮게 유지하는데 기여하며 이들 역시 균열을 억제하는데 도움이 될 수 있다.

상기한 본 발명은 기존 기술에서 별도 첨가되는 슬래그, 실리카 흄 등의 콘크리트 공극 충전 물질을 콘크리트에 별도로 투입하지 않고, 단순히 소량의 이온 공급을 실시함으로써 모세관 장력에 의한 균열 발생을 억제할 수 있는 콘크리트를 생산함으로써 현장의 플랜트의 운전 효율을 증가 시킬 수 있다는 효과를 갖는다.

한편, 상기한 이온공급 혼화제에 관한 구체적인 일 실시예로, 이온공급 혼화제는 질산칼슘, 탄산나트륨, 황산나트륨, 염화칼슘 및 탄산칼슘을 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 이온공급 혼화제가 질산칼슘 20 중량부 대비, 탄산나트륨 30 ~ 40 중량부, 황산나트륨 30 ~ 45 중량부, 염화칼슘 0.5 ~ 3 중량부 및 탄산칼슘 0.1 ~ 2 중량부를 포함할 수 있다.

각 구성 별로, 먼저 질산칼슘은 강력한 칼슘이온 공급원으로써 시멘트의 에트링자이트 생성에 기여 한다. 특히 질산은 이온 변화를 유도하는데 콘크리트에 물을 투입하였을 때 질산 이온은 즉시 해리되고, 해리된 칼슘의 이온변화는 초기 다량의 칼슘이온 상승 거동을 얻을 수 있다. 이때 사용량에 있어서 질산칼슘의 사용이 부족하면 이온 변화 작용이 낮아 칼슘 이온 공급의 촉진이 나빠질 수 있으며, 과도하면 오히려 촉진 작용에 의하여 이온량이 너무 많아져 재경화 될 수 있다. 이온공급 혼화제의 각 조성물은 이 질산칼슘 20 중량부를 기준으로 서술되며, 이에 기타 조성물의 함량이 과도한 경우 질산칼슘의 함량이 부족하고, 기타 조성물의 함량이 부족한 경우 질산칼슘의 함량이 과도한 것으로 해석될 수 있다.

다음으로, 탄산나트륨은 일종의 경화제 기능을 하며 경화된 육방정계의 실리카에 칼슘 이온이 강력하게 결합하도록 하는 기능을 한다. 이러한 탄산나트륨의 함량은 질산칼슘 20 중량부 대비, 30 ~ 40 중량부인 것이 바람직한데, 만일 사용량이 30 중량부보다 작은 경우 이온 변화에 따른 결합이 쉽게 발생하지 않으며, 40 중량부보다 큰 경우 응결에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

다음으로, 황산나트륨은 일종의 지연제로서, 질산칼슘에 의한 이온량 상승 작용 후 일정시간 유도기를 거쳐 침전하게 되는데, 적정한 사용량을 벋어날 경우 침전의 속도가 너무 빨라 견고한 겔을 형성할 수 있다. 이러한 황산나트륨의 함량은 질산칼슘 20 중량부 대비, 30 ~ 45 중량부인 것이 바람직하데, 가령 사용량이 30 중량부보다 작은 경우 지연작용이 나빠 빠른 표면 반응을 일으켜 지연작용이 없을 수 있으며, 45 중량부를 초과하는 경우 초기강도에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

다음으로, 염화칼슘은 일종의 이온 용해제로서, 수중의 이온 농도를 향상 시키는 기능을 한다. 이러한 염화칼슘은 질산칼슘 20 중량부 대비, 0.5 ~ 3 중량부인 것이 바람직한데, 만약 사용량이 0.5 중량부보다 작을 경우 이온 용해도 상승 작용이 없을 수 있으며, 3 중량부를 초과하는 경우 철의 부식이 발생할 우려가 있어 이를 초과하지 않는 것이 좋다.

다음으로, 탄산칼슘은 실리카질의 분해 작용을 하며, 탄산칼슘의 함량이 많을 경우 분해에 따른 열화정도가 높아져 질산칼슘 20 중량부 대비, 2 중량부를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 그러나 0.1 중량부 미만의 경우 낮은 분해 능력으로 실리카 질이 충분히 분해되지 않아 효과가 나빠질 수 있다.

이러한 이온공급 혼화제는 특히 5 ~ 20㎜ 직경의 굵은 골재를 포함한 라텍스 개질 콘크리트에 적합하다.

상기한 본 조성물의 효과를 알아보기 위한 실험으로, 다음의 실험예를 소개하고자 한다.

본 발명의 실험예에서는 하기 표 1과 같은 비율로 배합을 실시하였다.

	실시예	조성범위(중량비)
질산칼슘	20	20
탄산나트륨	35.5	30 ~ 40
황산나트륨	41.5	30 ~ 45
염화칼슘	1.7	0.5 ~ 3
탄산칼슘	1.3	0.1 ~ 2.0
합계	100.0

또한 본 실험예에서 개질 콘크리트 조성물의 배합은 다음 표 2와 같이 수행하였다.

구분	물	시멘트	굵은 골재	잔골재	금속염	이온공급혼화제	라텍스	계
실시예1	6.6	13.2*	44.1	35.2	0.1	0.1	0.7	100
실시예2	7.1	16.7	41.8	33.4	0.1	0.1	0.8	100
비교예1	6.6	13.0*	43.5	34.8	0.1	0	2.0	100
비교예2	7.0	16.4	41.1	32.9	0.1	0	2.5	100

본 실험예에서, 실시예1과 비교예1은 시멘트로 초속경시멘트(*)를 사용하였으며, 실시예2와 비교예2는 시멘트로 보통 시멘트를 사용하였다.

또한 본 실험예에서, 유기 금속염으로는 국내산 에틸렌옥사이드가 부가된 아크릴 폴리머를 사용하되, 그 분자량은 약 30,000g/mole이며 고형분은 70%인 것을 사용하였다.

또한 본 실험예에서, 라텍스는 국내산으로 분자량 약 10,000 ~ 200,000의 아크릴 에멀전으로서, 고형분 함량이 50%인 것을 사용하였다.

아울러 이온공급 혼화제는 상기 표 1에 따른 배합물을 사용하였다.

상기 본 실험예에 따른 실험 결과는 아래 표 3에 정리하였다. 실험 방법은 KS기준을 근거로 실시되었으며 슬럼프, 공기량, 압축강도, 휨강도의 경우 KS F 2560에 따라 실시되었다. 또한 내염성에 관한 실험으로 염분 침투량 측정을 실시하여 그 성능을 비교예와 비교함으로써 성능향상을 확인하였다.

항 목		단위	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
슬럼프		cm	18	18	19	18
공기량		%	4.3	4.3	4.6	4.7
압축 강도	4시간	Mpa	25.0	-	22.0	-
	1일	Mpa	32.4	18.7	32.3	14.3
	7일	Mpa	38.3	39.6	37.4	36.6
	28일	Mpa	40.9	51.7	39.0	49.0
휨강도	-	Mpa	4.7	6.9	4.6	5.9
염분침투저항성	28일	Coulomb	331	234	887	896
흡수비	28일	%	74	71	100	100

상기한 본 실험예에서, 이온공급 혼화제를 사용할 경우, 초속경 시멘트를 이용한 배합에서 초속경시멘트에 포함된 칼슘 알루미나질의 거동에 이온공급 혼화제가 영향을 주어 초기 압축강도인 4시간 압축강도는 약 12.5% 증가하여 25Mpa로 측정되었으며 28일 강도 역시 15.1% 증가하여 44.9Mpa로 작용하였다. 특히 염분 침투저항성의 경우 이온 공급에 의한 충전효과에 따른 성능향상으로, 이온공급 혼화제를 사용하지 않은 경우와 비교하여 887 coulomb에서 331coulomb으로 약 2.6배 감소하여 염분에 대한 저항성 향상이 뚜렷하게 관찰되었으며, 흡수비 역시 사용하지 않은 것과 비교하여 0.74로 크게 감소하였다.

보통시멘트에 적용한 결과 역시, 7일 압축강도에서 약 10%의 상승이 있었으며 28일의 경우 49Mpa에서 51.7Mpa로 증가하였으며 염분 침투저항성은 896coulomb에서 234coulomb으로 크게 감소하였다. 또한 흡수비는 0.71로 감소하여 미세 기공 충전효과가 크게 증가하고 있음을 확인하였다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 이온공급 혼화제를 혼합한 라텍스 개질 콘크리트는 이온공급 혼화제의 미세기공 충전효과에 의하여 내구성 향상과 염분 등의 열화원에 대한 저항성이 증가되는 것이 증명되었다.

한편, 본 조성물은 시멘트 100 중량부 대비, 기능성 첨가제 3 중량부를 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다. 이 기능성 첨가제는 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.

상기 본 발명의 상세한 설명 및 실험예에서, 콘크리트에 사용되는 시멘트는 넓은 의미의 결합제로 해석되어야 하며, 슬래그, 플라이 애쉬, 실리카 흄, 화산재 등의 혼합사용을 포함하는 개념인 점은 통상의 기술자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.

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 (5)

1. 시멘트 100 중량부;
   골재 300 ~ 800 중량부;
   물 20 ~ 80 중량부;
   라텍스 2 ~ 6 중량부;
   이온공급 혼화제 0.5 ~ 2 중량부; 및
   유기 금속염 0.5 ~ 1.2 중량부;
   를 포함하고,
   상기 이온공급 혼화제는 질산칼슘 20 중량부 대비,
   탄산나트륨 30 ~ 40 중량부, 황산나트륨 30 ~ 45 중량부, 염화칼슘 0.5 ~ 3 중량부 및 탄산칼슘 0.1 ~ 2 중량부를 포함하고,
   상기 시멘트 100 중량부 대비, 기능성 첨가제 3 중량부를 더 포함하되,
   상기 기능성 첨가제는 실리콘 레진 에멀전 100 중량부 대비, 규산염 20 중량부, 알킬 실리코네이트 20 중량부, 계면활성제 3 중량부 및 하이드록시에틸아크릴레이트 10 중량부를 포함하고,
   상기 실리콘 레진 에멀전은 평균입경이 15nm ~ 30nm인 것을 특징으로 하고, 상기 규산염은 평균 입경이 10nm ~ 100nm인 것을 특징으로 하는 개질 콘크리트 조성물.
   
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5. 청구항 1에 기재된 개질 콘크리트 조성물의 제조 방법에 있어서,
   상기 라텍스, 유기 금속염 및 이온공급 혼화제는 상온에서 혼합액으로 제조되어 사용되고,
   상기 혼합액은 상기 라텍스에 상기 유기 금속염, 상기 이온공급 혼화제 순으로 투입되어 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 콘크리트 조성물의 제조 방법.