KR102271911B1 - 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
종래 콘크리트 몰탈은 여름철 주변의 습윤이 높은 기온조건으로 인해 경화에 소요되는 시간이 증가하고, 겨울철 주변의 건조하고 낮은 기온으로 인해 몰탈이 냉해(Cold Damage, 冷害)를 입어 콘크리트로서의 적당한 강도를 가지지 못하는 문제점이 있었고, 이를 해결하기 위하여 천막을 몰탈의 상부에 씌어주는 등의 번거로운 작업을 행하고 있었다.
한편, 콘크리트 몰탈에 있어서 재령시간을 단축시키면서도 압축강도를 조기강도로서 안정적으로 얻을 수 있는 초속경 시멘트가 개발되고 있는데, 이는 조기강도를 확보하면서 경화의 시간을 단축시키는데 주요 목적이 있을 뿐, 여전히 계절별 경화에 영향을 주는 요인의 해결은 어려운 상황이고,
이에 본 발명은 이러한 초속경 시멘트에 있어서, 상술된 콘크리트 몰탈의 계절별 경화의 영향을 최소화할 수 있는 조성물의 제안과, 해당 조성물을 이용하여 초속경 콘크리트를 제조하는 방법을 제안한다.

Description

라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법{ULTRA RAPID HARDING CONCRETE COMPOSITION FOR COMPRISING A LATEX, AND THE METHOD FOR MANUFACTURING ULTRA RAPID HARDING CONCRETE USING THE COMPOSITION}
본 발명은 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
종래 콘크리트 몰탈은 여름철 주변의 습윤이 높은 기온조건으로 인해 경화에 소요되는 시간이 증가하고, 겨울철 주변의 건조하고 낮은 기온으로 인해 몰탈이 냉해(Cold Damage, 冷害)를 입어 콘크리트로서의 적당한 강도를 가지지 못하는 문제점이 있었고, 이를 해결하기 위하여 천막을 몰탈의 상부에 씌어주는 등의 번거로운 작업을 행하고 있었다.
한편, 콘크리트 몰탈에 있어서 재령시간을 단축시키면서도 압축강도를 조기강도로서 안정적으로 얻을 수 있는 초속경 시멘트가 개발되고 있는데, 이는 조기강도를 확보하면서 경화의 시간을 단축시키는데 주요 목적이 있을 뿐, 여전히 계절별 경화에 영향을 주는 요인의 해결은 어려운 상황이고,
이에 본 발명은 이러한 초속경 시멘트에 있어서, 상술된 콘크리트 몰탈의 계절별 경화의 영향을 최소화할 수 있는 조성물의 제안과, 해당 조성물을 이용하여 초속경 콘크리트를 제조하는 방법을 제안한다.
일반적으로 교량과 같은 콘크리트 구조물은 철근 콘크리트로 만들어진 콘크리트 거더 위에 콘크리트를 타설하여 그 위에 다시 콘크리트 포장을 하여 만들어진다.
이러한 콘크리트 포장에 물이 흡수되면 거더 콘크리트와 포장 콘크리트 사이에 고이게 되고 온도가 영하 이하로 떨어지게 되면 물이 팽창하여 포장 콘크리트를 밀쳐내게 되어 콘크리트를 열화시킨다.
또한 일부 물은 교각 하단으로 흘러 콘크리트 중성화 균열 등 구조체에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.
특히 겨울철 해빙을 위하여 뿌린 염화물이 물에 녹아 하부 철근 콘크리트로 흘러 들어가면 인장 강도 향상을 위해 사용된 철근에 심각한 영향을 주게 된다.
또한, 일반적으로 철근 콘크리트를 구성하는 시멘트는 강 알칼리로 되어 있어 이 강 알칼리가 철근 표면에 부동태 막을 형성하여 철근의 녹 발생을 억제하는 효과를 갖는다. 이러한 시멘트와 골재를 이용하여 만든 철근콘크리트는 많은 모세관 등으로 수분의 이동 경로가 생기게 되며 이러한 다양한 경로에 의해 들어온 이산화 탄소에 의해 강 알칼리의 부동태 막은 중성으로 변하게 되어 방청의 기능을 상실하게 되며 철근에 녹이 발생하게 된다. 또한 다양한 경로에 의해 들어온 염화물은 철근에 국부적으로 심하게 부식을 발생시켜 철근의 변형을 유도하여 철근콘크리트 자체의 강도가 저하되어 미관은 물론 구조체에 심각한 영향을 주게 된다.
이러한 콘크리트 포장 보수를 위하여 과거에는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으나, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트 포장 보수 공사는 양생에 많은시간이 소요되어 도로의 교통체증을 유발하는 문제점이 있었다.
이에 양생시간을 단축하기 위하여 초속경 시멘트를 사용하여 빠른 강도발현을 구현하고자 하였다. 그러나 초속경 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 높은 수화열을 갖고, 건조수축과 구조물 내부에 잔류한 내부응력에 의하여 미소균열이 발생하기 쉽고, 이러한 미소 내부결함은 콘크리트 구조물의 역학적 특성에 직간접적으로 영향을 미쳐 콘크리트 구조물의 안정성에 악영향을 미칠수 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 2000년대 초기 일반 콘크리트에 SBR(Styrene -Butadiene Rubber) 라텍스를 첨가하여 수밀한 조직을 형성시키는 라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete)가 개발되어 사용되어 왔다.
보다 구체적으로 등록특허공보 제10-0421255호에서는 콘크리트 보수 및 보강공사에 SBR(styrene-butadiene rubber) 라텍스를 첨가한 라텍스 개질 콘크리트를 사용하는 기술에 대하여 기재하고 있다.
그러나 상기 기술은 SBR 라텍스가 신설교량의 교면포장용으로만 특정되어 있고, 상기 라텍스는 일반적인 보통 포틀랜드 시멘트(1종 시멘트)에 특화되어 있어 시멘트의 구성성분의 차이가 현저히 다른 초속경성 시멘트에 적용하는데는 사용상 무리가 있으며, 성능 또한 열화 또는 중성화가 진행된 기체 콘크리트와 보수용 라텍스 개질 콘크리트와의 부착강도를 유지하는데 한계가 있었다.
또한, 상기 기재된 내용에 의해 개질 초속경성 콘크리트를 제조하기 위해 SBR 라텍스를 사용하는 경우에 동절기 염화물침투저항력 또는 동결융해안정성이 떨어져 동절기 이후, 라텍스 개질 콘크리트의 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열이 발생하는 문제가 있었다.
때문에, 라텍스 개질 콘크리트를 개발하는데 있어서, 계절적인 영향을 고려하여야 한다.
등록특허공보 제10-0421255호(2004.03.09. 공고) 등록특허공보 제10-1547895호(2015.08.31. 공고)
본 발명의 목적은, 초속경 시멘트에 있어서 콘크리트 몰탈의 계절별 경화의 영향을 최소화할 수 있는 조성물의 제안과, 해당 조성물을 이용하여 초속경 콘크리트를 제조하는 방법을 제안한다.
상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명에 따른 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법은, 초속경 시멘트 결합재; 라텍스; 발열재; 골재; 및 배합수;를 포함하는 콘크리트 조성물로서,
상기 발열재를 유기산 칼슘 또는 유기산 마그네슘으로 이용함으로써,
콘크리트의 경화 전 주변 기온이 낮거나, 습기가 많아도 경화가 가능하도록 하면서, 초속경 콘크리트의 기능을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는,
조강 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 탄산바륨, 분말 상태의 석고, 무수염 수용액 및 메타카올린 중, 조강 포틀랜드 시멘트를 반드시 포함하며, 나머지 조성물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무수염 수용액은 황산알루미늄나트륨을 녹여 획득된 무수염이 수용된 액상 조성물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법에 의하면, 종래 콘크리트 몰탈의 빠른 경화와 더불어 조기강도를 확보할 수 있음과 동시에, 종래 콘크리트 몰탈이 해소하지 못했던 계절별 주변 기온에 따라 경화에 영향을 주었던 문제점을 극복할 수 있는 장점을 가진다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 라텍스를 포함하는 초속경 콘크리트 조성물 및 상기 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
종래 콘크리트 몰탈은 여름철 주변의 습윤이 높은 기온조건으로 인해 경화에 소요되는 시간이 증가하고, 겨울철 주변의 건조하고 낮은 기온으로 인해 몰탈이 냉해(Cold Damage, 冷害)를 입어 콘크리트로서의 적당한 강도를 가지지 못하는 문제점이 있었고, 이를 해결하기 위하여 천막을 몰탈의 상부에 씌어주는 등의 번거로운 작업을 행하고 있었다.
한편, 콘크리트 몰탈에 있어서 재령시간을 단축시키면서도 압축강도를 조기강도로서 안정적으로 얻을 수 있는 초속경 시멘트가 개발되고 있는데, 이는 조기강도를 확보하면서 경화의 시간을 단축시키는데 주요 목적이 있을 뿐, 여전히 계절별 경화에 영향을 주는 요인의 해결은 어려운 상황이고,
이에 본 발명은 이러한 초속경 시멘트에 있어서, 상술된 콘크리트 몰탈의 계절별 경화의 영향을 최소화할 수 있는 조성물의 제안과, 해당 조성물을 이용하여 초속경 콘크리트를 제조하는 방법을 제안한다.
초속경 콘크리트 조성물
먼저, 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재; 라텍스 혼합물; 발열재; 골재; 및 배합수;를 포함한다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 탄산바륨, 분말 상태의 석고, 무수염 수용액 및 메타카올린 중, 조강 포틀랜드 시멘트를 반드시 포함하며, 나머지 조성물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는, KS L 5201 품질 기준을 만족하는 시멘트로서, 분말도가 4,000 내지 8,500 ㎠/g인 것을 사용하여 초속경성 및 초기 강도 개선 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는, 3CaO·3Al2O3·CaSO의 화합물로서, 수화하여 에트링가이트(ettringite)를 생성하는 것으로 초속경성 시멘트 결합재의 빠른 응결특성, 건조수축, 수밀성 및 강도를 조절하는 기능을 갖는다.
상기 탄산바륨은, 상기 초속경성 시멘트 결합재의 다른 성분들과 혼합되어, 강도 발현, 수밀성, 내식성 및 내열성을 개선하는 기능을 갖는다.
상기 석고는, 상기 초속경성 시멘트 결합재의 다른 성분들과 혼합되어, 초기 강도 발현 및 수축을 방지하는 기능을 갖는다. 또한, 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 무수염 수용액은 무수염이 수용된 액상 조성물로서, 황산알루미늄나트륨을 63℃ 이상의 온도에서 녹혀 획득한 것이다. 이때, 상기 황산알루미늄나트륨은 상기 초속경성 시멘트 결합재의 다른 성분들과 혼합되어, 강도 발현, 수축저감효과, 내식성 및 내수성을 개선하기 위하여 사용한다.
상기 메타카올린은, 상기 초속경성 시멘트 결합재의 다른 성분들과 혼합되어, 포졸란 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다.
이때, 본 발명에서는 초속경 시멘트 결합재의 혼합비율은 한정하지 않으나, 상기 칼슘설포알루미네이트, 탄산바륨, 분말 상태의 석고는, 조강 포틀랜드 시멘트의 함량에 비하여 1/2 이하의 함량을 가지도록 하고, 메타카올린은 1/10 이하의 함량을 가지도록 한다. 또한, 무수염 수용액은 조강 포틀랜드 시멘트를 기준으로 1/100의 함량을 가지도록 한다. 이는 액화상태의 무수염 수용액이 포함됨에 따른 나머지 조성물의 슬러리로 변질되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 무수염 수용액의 적은 함량에 의해 분말상태의 조성물을 혼합할 때, 슬러리로 변질되지 않으면서 각 조성물들의 혼합이 용이해지는 장점이 있다. 다만, 무수염 수용액이 액상이기 때문에 미세량 첨가에도 초속경 시멘트 결합재가 분말 상태를 지속하여 유지하기는 어려울 수 있기 때문에, 각 조성물은 라텍스 혼합물; 발열재; 골재; 및 배합수;와 혼합되기 직전에 혼합되도록 함이 바람직하다.
이때, 조강 포틀랜드 시멘트에 함유되는 초속경 시멘트 결합재에는 트리칼슘알루미네이트을 더 포함할 수 있으며, 이의 함량은 조강 포틀랜드 시멘트의 함량에 비하여 1/2 이하의 함량을 가지도록 한다. 이때, 함량의 기준은 무게비이다.
상기 라텍스 혼합물은, 몰탈의 강도발현과 냉해에 의한 내구성능을 향상시켜 균열제어 효과를 유도하기 위하여 사용된다. 이러한 라텍스 혼합물은 초속경 콘크리트 결합재의 무게비 기준으로 1/2 내지 1/10의 함량을 사용하도록 한다.
이러한 라텍스 혼합물은 천연 또는 합성 라텍스에 더불어, 트리아진 티올 및 디시클로헥실암모늄 2-시아노아크릴레이트를 포함한다. 이때, 라텍스; 트리아진 티올; 및 디시클로헥실암모늄 2-시아노아크릴레이트는, 2:1:1의 비율로 혼합됨이 바람직하다.
상기 트리아진 티올은 상기 라텍스 혼합물의 다른 성분들과 혼합되어, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 역학적 특성을 강화하는 기능을 한다.
상기 디시클로헥실암모늄 2-시아노아크릴레이트는 상기 라텍스 혼합물의 다른 성분들과 혼합되어, 기형성 콘크리트면과의 부착성능을 향상시키고, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 역학적 특성을 향상시키는 기능을 한다.
상기 발열재는, 초속경 콘크리트 조성물이 혼합시 발열될 수 있도록 기능하여, 겨울철 주변의 낮은 기온환경에서도 몰탈의 경화가 이루어질 수 있도록 한다.
이러한 발열재는 초속경 콘크리트 결합재의 무게비 기준으로 1/5 내지 1/10의 함량을 사용하도록 한다.
이때, 발열재는 염화칼슘, 석회석, 초산, 염화마그네슘 및 염화리튬 중 선택되는 하나 이상의 것을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
다만, 일 실시예에 따라서 발열재는 유기산과 칼슘 또는 마그네슘을 혼합한 유기산 칼슘 또는 유기산 마그네슘을 사용할 수도 있는데, 이러한 유기산 물질의 경우, 종래 발열재의 몰탈의 부식을 유발하는 문제점이 있기 때문에, 사용에 더 적합할 수 있다.
상기 골재는, 종래 콘크리트 몰탈에서 사용하는 것을 사용하도록 한다.
이러한 골재의 함량은 초속경 콘크리트 결합재의 무게비 기준으로 1 내지 2배의 함량을 사용하도록 한다. 구체적으로는 골재가 잔골재인지 굵은골재인지에 따라 함량을 다르게 한다. 또한, 잔골재와 굵은골재를 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이 경우, 상술된 배합비에 기반하여 선택될 수 있다.
초속경 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법
초속경 콘크리트의 제조는 상술된 초속경 콘크리트 조성물을 혼합하는 방식으로 제조된다.
예컨대, 통상의 몰탈 혼합 방법으로, 초속경 시멘트 결합재; 라텍스; 발열재; 골재; 및 배합수;를 한번에 섞어서 수작업, 혹은 배합기(믹서 등)를 이용하는 방법이다.
이러한 조성물에 따라 제조된 초속경 콘크리트에 의하면, 겨울철 낮은 주변 기온의 조건에도 불구하고, 혼합 중(경화 전) 발생하는 발열에 의해 겨울철에도 냉해없이 경화가 가능하도록 하고, 발열재를 유기산 물질로 이용함에 따라 주변의 습기를 빼앗아 열을 발산하는 특성상 습기가 부족한 겨울철에 몰탈의 균열을 방지할 수 있음은 물론, 습윤이 많은 여름철에도 주변 습기를 제거하면서 경화되기 때문에, 계절에 따른 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
다만, 여름철에는 발열이 요구되지 않으므로, 발열재를 다음과 같이 사용할 수도 있다. 이 경우, 발열재를 이용하여 골재를 코팅하는 방법으로, 발열의 기능은 저하시키면서 주변 습기를 빼앗으면서 제거하여 경화에 대한 기능성은 유지하는 방안이다.
구체적으로는 다음과 같다.
(1) 재료 준비 단계
재료 준비 단계는, 상술된 초속경 콘크리트 조성물에 따른 재료를 준비하는 단계이다.
(2) 발열재를 배합수에 녹이는 단계
발열재를 배합수에 녹이는 단계는, 상기 재료 준비 단계에서 준비된 재료 중 발열재를, 재료로 준비된 배합수의 1/3에 해당하는 양의 배합수에 첨가하여 녹이는 단계이다.
(3) 골재를 배합수에 침강시키는 단계
골재를 배합수에 침강시키는 단계는, 상기 재료 준비 단계에서 준비된 재료의 골재를 상기 발열재를 배합수에 녹이는 단계에서 준비된 배합수에 침강시키는 단계이다.
이때, 침강은 상온에서 30분 내지 1시간 동안 수행하도록 한다.
(4) 혼합하는 단계
혼합하는 단계는, 상기 골재를 배합수에 침강시키는 단계가 종료되면, 배합수에 침강된 골재로부터 배합수를 제거하여 수분을 함유한 상태의 골재를 획득하고, 여기서 나머지 재료와 남은 배합수 2/3을 혼합하는 단계이다.
이에 따라, 발열재 성분이 골재에 코팅된 상태가 됨에 의해, 발열재의 발열 기능은 저하되면서, 동시에 주변 습기를 이용하는 기능은 유효하도록 한다.
상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (5)

  1. 초속경 시멘트 결합재; 라텍스 혼합물; 발열재; 골재; 및 배합수;를 포함하는 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법으로서,
    상기 조성물은,
    상기 발열재를 유기산 칼슘 또는 유기산 마그네슘으로 이용함으로써,
    콘크리트의 경화 전 주변 기온이 낮거나, 습기가 많아도 경화가 가능하도록 하면서, 초속경 콘크리트의 양생시간 단축과 강도발현의 기능을 가지도록 하고,
    상기 제조방법은,
    재료를 준비하는, 재료 준비 단계;
    상기 재료 준비 단계에서 준비된 재료 중 발열재를, 재료로 준비된 배합수의 1/3에 해당하는 양의 배합수에 첨가하여 녹이는, 발열재를 배합수에 녹이는 단계;
    상기 재료 준비 단계에서 준비된 재료의 골재를 상기 발열재를 배합수에 녹이는 단계에서 준비된 배합수에 침강시키는, 골재를 배합수에 침강시키는 단계; 및
    상기 골재를 배합수에 침강시키는 단계가 종료되면, 배합수에 침강된 골재로부터 배합수를 제거하여 수분을 함유한 상태의 골재를 획득하고, 나머지 재료와 남은 배합수 2/3을 혼합하는, 혼합하는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 초속경 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 결합재는,
    조강 포틀랜드 시멘트, 칼슘설포알루미네이트, 탄산바륨, 분말 상태의 석고, 무수염 수용액 및 메타카올린 중, 조강 포틀랜드 시멘트를 반드시 포함하며, 나머지 조성물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초속경 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 무수염 수용액은 황산알루미늄나트륨을 녹여 획득된 무수염이 수용된 액상 조성물인 것을 특징으로 하는, 초속경 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 라텍스 혼합물은,
    천연 또는 합성 라텍스, 트리아진 티올 및 디시클로헥실암모늄 2-시아노아크릴레이트가 혼합된 것을 특징으로 하는, 초속경 콘크리트 조성물을 이용한 초속경 콘크리트의 제조방법.
  5. 삭제
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