KR102137713B1 - 속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법 - Google Patents

속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명인 속경형 콘크리트 조성물은 결합재 10~25 중량%; 잔골재 30~65 중량%; 굵은골재 20~55 중량%; 아크릴계 라텍스 1~10 중량%; 지연제 0.01~0.2 중량%; 물 3.5 ~ 5 중량%;를 포함하되, 지연제는 순도가 95~99%인 함수구연산이다. 결합재는 결합재의 중량을 기준으로, 시멘트 0.2~0.4 중량부; 비정질 칼슘알루미네이트 0.03~0.2 중량부; High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 0.1~0.4 중량부; 활성실리카 0.01~0.2 중량부; 무수석고 0.05~0.35 중량부; 수산화칼슘 0.01~0.15 중량부; 혼화재 0.005~0.07 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 평균입경이 10~30㎛이고, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 미분으로서, High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)의 중량을 기준으로, C2S(Belite) 0.25~0.6 중량부; C4A3
Figure 112020021237405-pat00004
(칼숨설포알루미네이트) 0.3~0.6 중량부; C4AF 0.01~0.1중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 아크릴계 라텍스는 아크릴계 라텍스의 중량을 기준으로, 스티렌 0.2~0.3 중량부; 부틸 2-프로페노에이트 0.6~0.7 중량부; 2-에틸헥실 2 프로페노에이트 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법{Fast Curing Concrete Composition And Method For Repairing And Rehabilitating Road Pavement thereof}
본 발명은 건설분야에 관한 것으로서, 상세하게는 속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법에 관한 것이다.
콘크리트는 경화시간이 길고, 초기 강도가 낮기 때문에 콘크리트의 보수보강에는 조기 강도가 높고, 경화시간이 짧은 초속경시멘트를 사용한다.
그러나 초속경시멘트는 조기 강도가 높은 만큼 수화반응 초기에 높은 수화열이 발생하여 건조수축량이 많은 단점이 있다. 이로 인해 양생시 건조수축 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 균열은 보수/보강 대상인 콘크리트 구조물에 다양한 형태의 파괴를 유도하여 콘크리트 도로 구조물의 역학적 특성과 장기강도를 감소시키고, 내구성을 떨어뜨린다.
최근의 긴급 보수공사는 초속경시멘트에 아크릴 수지를 첨가한 초속경 라텍스 개질 콘크리트가 사용되고 있다.
초속경시멘트에 첨가된 수지는 콘크리트 계면에서의 접착력, 휨강도, 내마모성 등을 향상시키지만 시멘트의 응결을 지연시켜 초기 강도가 저하되는 문제를 지니고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 초기 강도를 확보함과 동시에 균열 발생을 저하시키고, 장기적인 강도를 유지하는 속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법을 제시한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명인 속경형 콘크리트 조성물은 결합재 10~25 중량%; 잔골재 30~65 중량%; 굵은골재 20~55 중량%; 아크릴계 라텍스 1~10 중량%; 지연제 0.01~0.2 중량%; 물 3.5 ~ 5 중량%;를 포함하되, 상기 지연제는 순도가 95~98%인 함수구연산이다.
상기 결합재는 상기 결합재의 중량을 기준으로, 시멘트 0.2~0.4 중량부; 비정질 칼슘알루미네이트 0.03~0.2 중량부; High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 0.1~0.4 중량부; 활성실리카 0.01~0.2 중량부; 무수석고 0.05~0.35 중량부; 수산화칼슘 0.01~0.15 중량부; 혼화재 0.005~0.07 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 평균입경이 10~30㎛이고, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 미분인 것이 바람직하다.
상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)의 중량을 기준으로, C2S(Belite) 0.25~0.6 중량부; C4A3
Figure 112020021237405-pat00001
(칼숨설포알루미네이트) 0.3~0.6 중량부; C4AF 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 활성실리카는 상기 활성실리카의 중량을 기준으로, 이산화규소(SiO2) 0.6~0.9 중량부; 산화알루미늄(AL2O3) 0.05~0.2 중량부; 산화철(Fe2O3) 0.001~0.15 중량부; 산화칼슘(CaO) 0.01~0.1 중량부; 산화마그네슘(MgO) 0.01~0.1 중량부; 염화나트륨(NaCl) 0.0002~0.0005 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 무수석고는 천연무수석고, 산업 공정에서 발생되는 부산물에서 제조된 부생석고 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 무수석고는 상기 부생석고이고, 무수불산 생산과정에서 발생되는 불산석고, 비료 제조공정에서 발생하는 인산석고, 배연 탈황공정에서 발생되는 탈황석고 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 라텍스는 상기 아크릴계 라텍스의 중량을 기준으로, 스티렌 0.2~0.3 중량부; 부틸 2-프로페노에이트 0.6~0.7 중량부; 2-에틸헥실 2 프로페노에이트 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 속경형 콘크리트 조성물(A)을 이용한 콘크리트 도로 보수/보강 공법으로서, 콘크리트 구조물(10)의 열화부(11)를 워터젯(100)을 이용하여 제거하는 열화부제거단계; 상기 속경형 콘크리트 조성물(A)을 준비하는 배합단계; 상기 열화부(11)에 상기 속경형 콘크리트 조성물(A)을 타설하는 조성물타설단계; 상기 속경형 콘크리트 조성물(A)의 상면에 피막 양생제(20)를 도포하는 양생제 도포단계;를 포함한다.
본 발명은 초기강도가 우수하고, 수화열을 저감시켜 수화열에 의해 발생하는 균열을 저감시킬 수 있다. 아울러, 결합재의 단가를 낮추어 기존 초속경 콘크리트 조성물 대비 경제성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열화부가 발생된 콘크리트 구조물 도면
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 워터젯에 의해 열화부가 제거되는 것을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열화부가 제거된 콘크리트 구조물
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조성물타설단계 공정도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양생제 도포단계 공정도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 high Belite 칼숨설포알루미네이트, 일반적인 CSA, 포통포틀랜드 시멘트의 재령별 압축강도, 수화반응열, 기공 분포 특성, 건조수축을 비교 분석한 결과
본 발명에 따른 속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법의 일 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 속경형 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수보강 공법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명인 속경형 콘크리트 조성물은 결합재 10~25 중량%; 잔골재 30~65 중량%; 굵은골재 20~55 중량%; 아크릴계 라텍스 1~10 중량%; 지연제 0.01~0.2 중량%; 물 3.5 ~ 5 중량%;를 포함하되, 지연제는 순도가 95~98%인 함수구연산이다. 결합재는 결합재의 중량을 기준으로, 시멘트 0.2~0.4 중량%; 비정질 칼슘알루미네이트 0.03~0.2 중량%; High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 0.1~0.4 중량%; 활성실리카 0.01~0.2 중량%; 무수석고 0.05~0.35 중량%; 수산화칼슘 0.01~0.15 중량%; 혼화재 0.005~0.07 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 평균입경이 10~30㎛이고, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 미분으로서, High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)의 중량을 기준으로, C2S(Belite) 0.25~0.6 중량부; C4A3
Figure 112020021237405-pat00002
(칼숨설포알루미네이트) 0.3~0.6 중량부; C4AF 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
활성실리카는 활성실리카의 중량을 기준으로, 이산화규소(SiO2) 0.6~0.9 중량부; 산화알루미늄(AL2O3) 0.05~0.2 중량부; 산화철(Fe2O3) 0.001~0.15 중량부; 산화칼슘(CaO) 0.01~0.1 중량부; 산화마그네슘(MgO) 0.01~0.1 중량부; 염화나트륨(NaCl) 0.0002~0.0005 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
무수석고는 천연무수석고, 산업 공정에서 발생되는 부산물에서 제조된 부생석고 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
무수석고로 부생석고를 사용하는 경우, 무수석고는 무수불산 생산과정에서 발생되는 불산석고, 비료 제조공정에서 발생하는 인산석고, 배연 탈황공정에서 발생되는 탈황석고 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
아크릴계 라텍스는 아크릴계 라텍스의 중량을 기준으로, 스티렌 0.2~0.3 중량부; 부틸 2-프로페노에이트 0.6~0.7 중량부; 2-에틸헥실 2 프로페노에이트 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 속경형 콘크리트 조성물(A)을 이용한 콘크리트 도로 보수/보강 공법으로서, 콘크리트 구조물(10)의 열화부(11)를 워터젯(100)을 이용하여 제거하는 열화부제거단계; 속경형 콘크리트 조성물(A)을 준비하는 배합단계; 열화부(11)에 속경형 콘크리트 조성물(A)을 타설하는 조성물타설단계; 속경형 콘크리트 조성물(A)의 상면에 피막 양생제(20)를 도포하는 양생제 도포단계;를 포함한다.
본원발명에 혼합되는 High Belite 칼숨설포알루미네이트(Calcium-sulfur aluminate)는 시멘트의 대체재료로 사용되기 때문에 시멘트 혼합량을 줄일 수 있다. High Belite 칼숨설포알루미네이트(Calcium-sulfur aluminate)는 수화열을 저감시켜 수화열에 의한 콘크리트 균열을 방지하는 특징이 있다.
또한, 활성실리카는 초기 포졸란반응을 유도하여 장기 강도를 개선하고 콘크리트 조성물의 내구성을 향상시키는 장점이 있다.
이때 활성실리카는 비중이 2.5~2.7, 분말도 3100~3900 ㎠/g, 강열감량이 2~6%인 것이 바람직하다.
활성실리카는 콘크리트 양생시 미세공극을 충전하여 수밀성을 향상시키고, 균열 발생을 억제함은 물론 동정기의 염화물 침투를 방지하는 효과가 있다.
아크릴계 라텍스는 스티렌/부틸 2-프로페노에이트/2-에틸헥실 2-프로페노에이트 등 3개의 단량체로 공중합된 아크릴계 터폴리머(terpolymer) 라텍스로서 기존 스티렌/부타디엔 라텍스와 비교하여 라텍스의 필름의 elongation과 tensile strength가 우수하고, 폴리머 입자 표면의 음이온성 관응기(anionic functional group)들이 다가(2가,3가) 양이온 시멘트 입자표면과 강력한 상호작용을 통해 반응하기 때문에 라텍스-시멘트간 접착력이 높은 장점이 있다.
아울러 라텍스-시멘트 성분이 콘크리트 모재와 강력한 부착강도를 형성하는 반응메카니즘을 갖는다.
본원발명에 혼합되는 아크릴계 라텍스는 스티렌, 부틸 2-프로페노에이트, 2-에틸헥실 2 프로페노에이트가 혼합되는데, 스티렌은 폴리머 필름의 stiffness와 elongation을 조절하고, 부틸 2-프로페노에이트는 폴리머 필름의 tensile strength를 조절한다. 마지막으로 2-에틸헥실 2-프로페노에이트는 접착력과 부착강도를 향상시킨다.
표 1은 본원발명의 아크릴계 라텍스와 기존에 사용되는 SBR 라택스의 물성을 비교한 것이다.
구분 SBR 라텍스 아크릴계 라텍스
단량체 조성 styrene, butadiene styrene, methylmethacryl acid, butyl acrylate
특징 요구된 콘크리트 물성(강도, 적합성, 내구성)을 충족시키기 위한 단량체 조성비 조정 폭이 제한적임. 콘크리의 기본 물성을 충족하면서 특정 물성을 증진시키거나 조정하기가 용이한 단량체(BA, MMA 등)
반응성 중합 후 비온성 유화제의 종류와 투입 양으로 조정하는 관계로 라텍스의 점도 상승. 저장안정성 및 콘크리트 분산균일성 저하 불가피. 중합용 음이온성 유화제와 다가 양이온 시멘트 입자간 상호작용을 통해 시멘트-라텍스간 결합력 및 시멘트계 모재와의 추가적인 부착력 증대. 중합 후 후첨용 유화제 불필요하여 라텍스 자체 점도, 저장안정성 및 콘크리트 분산시 라텍스 입자의 분포균일성 우수.
내구성 시멘트와의 분산성 확보를 위해 다량의 친수성 비이온성 유화제 사용 불가피하며, 이로 인해 동결융해저항성, 마모저항성 저하 및 해빙기시 peel-off, 황변현상 발생. 비이온성 유화제가 불필요하며, SBR 라텍스 대비 동결융해저항성, 마모저항성 및 표면경도 우수.
아래 표2은 본 발명의 실시예에 따른 배합비를 나타낸 것이다.
물/시멘트 비
(%)		 수지
(%)		 S/A
(%)		 단위재료량
물 시멘트 잔골재 굵은
골재		 수지 지연제
실시예1 36 10 52 91 370 899 836 79 0.1
실시예2 36 10 52 91 370 899 836 79 0.3
실시예3 36 10 52 91 370 899 836 79 0.5
표1에서 시멘트 대비 물비는 수지에 포함된 물과 첨가한 물의 양을 합하여 시멘트 혼합량으로 나눈 것이다.
수지에는 전체 물량의 약 50% 가 혼합되어 있다.
표 3은 초속경 콘크리트 조성물의 온도별 압축강도를 시험한 결과이다.
구분 압축강도(MPa)
5℃ 20℃ 30℃
3시간 1일 28일 3시간 1일 28일 3시간 1일 28일
실시예1 21.7 31.4 37.2 24.7 31.9 43.3 28.4 36.5 47.4
실시예2 24.6 32.9 42.8 29.4 34.1 51.3 31.5 37.2 52.7
실시예3 27.3 36.1 46.2 31.6 36.7 54.8 33.4 41.9 56.2
비교예1 14.5 20.5 25.9 23.8 27.5 36.5 26.3 30.4 38.6
비교예 1은 저온에서 경화지연이 발생하여 장기강도가 발현되지 않는 예 이다.
실험결과 압축강도는 시간이 증가함에 따라 모두 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 지연제의 함량에 따라 초기 강도에 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.
또한 수지가 첨가됩으로서, 초기 및 장기 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
아래 표 4는 실시예 3에 대한 시험결과로서, 품질기준과 대비한 결과이다.
항 목 단위 시험방법 품질기준 시험결과
내구성능 염분침투저항성 Coulomb KS F 2711 1,000 이하
(28일 양생)		 250
동결융해저항성 % KS F 2456 80 이상
(28일 양생)		 92.3
스케일저항성 kg/㎡
m56/m28		 SS13 72 44 A법 1.0 미만(박리량)
2.0 미만(박리량비율)
(28일 양생)		 good
m56(0.08)/m28(1.52)
균열저항성 ASTM C 1581 재령 56일 까지
구속건조수축균열
없음		 균열발생
없음
마모저항성 mm ASTM C 779
절차 B		 2 이하 0.53
구조특성 압축강도 MPa KS F 2405 21이상(개방시간)
27이상(28일 양생)		 35.2
53.1
부착강도 MPa KS F 2762 1.4이상(개방시간) 2.36
적합특성 건조수축 % KS F 2424 0.15 이하
(7일 양생)		 -0.02
열팽창계수 /℃ ASSHITO TP 60 4.0~20.0×10-6 6.1×10-6
탄성계수 MPa KS F 2438 1.13×104~7.8×104 2.39×104
시험결과 내구성능, 구조특성, 적합성능의 품질 기준을 모두 만족시키는 것으로 확인되었다.
아래 표5는 본원발명에 사용된 아크릴라텍스 품질기준이다. 시험체는 실시예 3의 배합비가 사용되었다.
구분 시험방법 기 준 시험검사결과
구형분 함유량(%) KS M 6516 46~53 47.4
pH KS M 6516 8.5~12.0 9.2
응고량(%) KS M 6516 0.1이하 0.03
표면장력(dyn/cm) KS M 6516 50이하
(최초 승인값의 ±20)		 42
평균입자크기 KS A ISO 13320-1 1,400~2,500
(최초 승인값의 ±300)		 2,160
M동결-융해안전성 KS M 6403 응고량 : 0.1% 이하 0.07
A : 초속경 콘크리트 조성물 10 : 콘크리트 구조물
11 : 열화부 20 : 양생제
100 : 워터젯

Claims (9)

  1. 결합재 10~25 중량%;
    잔골재 30~65 중량%;
    굵은골재 20~55 중량%;
    아크릴계 라텍스 1~10 중량%;
    지연제 0.01~0.2 중량%;
    물 3.5 ~ 5 중량%;를 포함하되, 상기 지연제는 순도가 95~98%인 함수구연산이고,
    상기 결합재는 상기 결합재의 중량을 기준으로,
    시멘트 0.2~0.4 중량부;
    비정질 칼슘알루미네이트 0.03~0.2 중량부;
    High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 0.1~0.4 중량부;
    활성실리카 0.01~0.2 중량부;
    무수석고 0.05~0.35 중량부;
    수산화칼슘 0.01~0.15 중량부;
    혼화재 0.005~0.07 중량부;를 포함하며,
    상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 평균입경이 10~30㎛이고, 분말도가 3,000~8,000㎠/g인 미분이며,
    상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)는 상기 High Belite 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate)의 중량을 기준으로,
    C2S(Belite) 0.25~0.6 중량부;
    C4A3
    Figure 112020501888028-pat00011
    (칼숨설포알루미네이트) 0.3~0.6 중량부;
    C4AF 0.01~0.1 중량부;를 포함하고,
    상기 활성실리카는 상기 활성실리카의 중량을 기준으로,
    이산화규소(SiO2) 0.6~0.9 중량부;
    산화알루미늄(AL2O3) 0.05~0.2 중량부;
    산화철(Fe2O3) 0.001~0.15 중량부;
    산화칼슘(CaO) 0.01~0.1 중량부;
    산화마그네슘(MgO) 0.01~0.1 중량부;
    염화나트륨(NaCl) 0.0002~0.0005 중량부;를 포함하며,
    상기 무수석고는
    산업 공정에서 발생되는 부산물에서 제조된 부생석고로서,
    비료 제조공정에서 발생하는 인산석고, 배연 탈황공정에서 발생되는 탈황석고 중 어느 하나이고,
    상기 아크릴계 라텍스는 상기 아크릴계 라텍스의 중량을 기준으로,
    스티렌 0.2~0.3 중량부;
    부틸 2-프로페노에이트 0.6~0.7 중량부;
    2-에틸헥실 2 프로페노에이트 0.01~0.1 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속경형 콘크리트 조성물.
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  9. 제1항의 속경형 콘크리트 조성물(A)을 이용한 콘크리트 도로 보수/보강 공법으로서,
    콘크리트 구조물(10)의 열화부(11)를 워터젯(100)을 이용하여 제거하는 열화부제거단계;
    상기 속경형 콘크리트 조성물(A)을 준비하는 배합단계;
    상기 열화부(11)에 상기 속경형 콘크리트 조성물(A)을 타설하는 조성물타설단계;
    상기 속경형 콘크리트 조성물(A)의 상면에 피막 양생제(20)를 도포하는 양생제 도포단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 도로 보수/보강 공법.
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