KR102301607B1 - 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법 - Google Patents

그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재, 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 포함하고;
상기 잔골재는 페로니켈슬래그, 자연사, 규사 및 이들의 혼합 잔골재로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 속경성 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10 내지 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 40 중량%, 화학무수석고 10 내지 40 중량%, 중질탄산칼슘 5 내지 20 중량%, 그라파이트 0.1 내지 5 중량%, 산화아연 0.1 내지 5 중량%, 탄산마그네슘 0.1 내지 5 중량% 및 질산나트륨 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이고;
상기 라텍스 개질제는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 라텍스 30 내지 60 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 20 내지 50 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 5 내지 15 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것을 사용하여;
콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통 통제시간을 최소화하면서도, 높은 강도 성능을 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 동결융해 안정성을 가져 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112021082290817-pat00006

상기 식에서, R1 및 R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C10의 지방족 알킬기, C3 내지 C10의 지환족 알킬기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 3의 정수이다.

Description

그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법{LATEX MODIFIED ULTRA QUICK-HARDENING CONCRETE COMPOSITION HAVING IMPROVED DURABILITY WITH GRAPHITE AND MAINTENANCE AND CONSTRUCTION METHOD OF BRIDGE DECK AND ROAD PAVEMENT SURFACE USING THE SAME}
본 발명은 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통 통제시간을 최소화하면서도, 높은 강도 성능을 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 동결융해 안정성을 갖는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 관한 것이다.
최근 콘크리트 구조물의 내구성에 관한 문제가 사회적 문제로 대두되고 있다. 보다 구체적으로, 콘크리트 구조물은 일반적으로 환경의 영향, 소성수축, 건조수축, 피로현상 등의 영향으로 강도저하, 균열 등으로 인해 치명적인 결함을 초래할 수 있으며, 표면에 블리딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면강도가 약하고 내구성이 떨어질 수 있는 단점이 있다.
특히, 교량의 바닥판 및 도로의 노면 등과 같은 콘크리트 포장도로는 우천시 물이 흡수되면 거더 콘크리트와 포장 콘크리트 사이에 물이 고이게 되고, 기온이 영하로 떨어지면, 상기 고인물이 팽창하여 포장 콘크리트를 밀쳐내 포장 콘크리트를 열화시킨다. 또한, 일부 물은 교각하단으로 흘러 콘크리트 구조물의 중성화 균열 등 구조물에 악영향을 미치게 된다. 특히, 겨울철 해빙을 위하여 뿌린 염화물이 물에 녹아 하부 철근 콘크리트로 흘러 들어가면 인장강도 향상을 위해 사용된 철근이 부식되는 등 콘크리트 구조물에 심각한 영향을 주게 된다. 따라서 이들 부위에 대한 보수와 상기 요인에 의한 콘크리트 구조물의 성능저하를 방지하기 위한 예방이 필요한 실정이다.
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 속경성 시멘트를 사용하여 빠른 강도발현을 구현하고자 하였다. 그러나 속경성 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 개질콘크리트(Latex Modified Concrete)가 개발되어 사용되어 왔다. 보다 구체적으로 대한민국등록특허 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 속경성 시멘트에 적용하는데는 사용상 무리가 있으며, 성능 또한 열화 또는 중성화가 진행된 기체 콘크리트와 보수용 라텍스 개질 콘크리트와의 부착강도를 유지하는데 한계가 있었다.
또한, 상기 SBR 라텍스를 첨가한 개질 속경성 콘크리트를 사용하는 경우에 동절기 염화물침투저항력 또는 동결융해안정성이 떨어져 동절기 이후, 라텍스 개질 콘크리트의 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열이 발생 발생하는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0421255호 대한민국 등록특허 제10-1547895호 대한민국 등록특허 제10-2087251호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현 예는 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통통제 시간을 최소화하면서도, 높은 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 동결융해 안정성을 갖는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현 예는 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재, 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 포함하고;
상기 잔골재는 페로니켈슬래그, 자연사, 규사 및 이들의 혼합 잔골재로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 속경성 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10 내지 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 40 중량%, 화학무수석고 10 내지 40 중량%, 중질탄산칼슘 5 내지 20 중량%, 그라파이트 0.1 내지 5 중량%, 산화아연 0.1 내지 5 중량%, 탄산마그네슘 0.1 내지 5 중량% 및 질산나트륨 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이고;
상기 라텍스 개질제는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 라텍스 30 내지 60 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 20 내지 50 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 5 내지 15 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것인 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112021082290817-pat00001
상기 식에서, R1 및 R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C10의 지방족 알킬기, C3 내지 C10의 지환족 알킬기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 3의 정수이다.
상기 산화아연은 구상의 다공성 산화아연인 것이고;
상기 구상의 다공성 산화아연은 글라이콜류 용매 100 중량부에 대하여, 아연 화합물 3 내지 10 중량부를 첨가한 이후, 상기 첨가된 아연 화합물의 몰비 대비, 수산화나트륨 0.5 내지 5 몰비를 서서히 혼합하여 혼합용액을 준비하는 단계; 상기 혼합용액을 150 내지 250 ℃ 온도에서 10 내지 60 분 동안 산화반응시켜 밀키타입의 현탁액을 형성하는 단계; 및 상기 반응 이후, 생성된 구상의 다공성 산화아연 입자를 알코올을 이용하여 세척하고 원심분리기를 이용하여 구상의 다공성 산화아연 입자를 탈수 및 분리한 이후, 80 내지 150 ℃ 온도에서 건조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것일 수 있다.
상기 탄산마그네슘은 관형상의 염기성 탄산마그네슘인 것이고;
상기 관형상의 염기성 탄산마그네슘은 수용성 마그네슘염과 수용성 탄산염을 상기 마그네슘(Mg): 및 탄산(CO3)의 몰비가 1: 0.7 내지 2 범위가 되도록 혼합하여, 20 내지 60℃의 온도에서, 0.5 내지 10 μm의 평균직경 및 5 내지 200 μm의 평균길이를 갖는 탄산마그네슘의 기둥형상 입자를 생성시키는 단계; 및 상기 탄산마그네슘의 기둥형상 입자의 현탁액에 알칼리성 용액을 혼합하여, pH 8.0 내지 11.5가 되도록 조절한 후, 35 내지 80℃의 온도에서 열처리하여, 중공구조를 갖는 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 준비되는 것일 수 있다.
상기 강도 강화섬유는 천연셀룰로오스 섬유인 것이고;
상기 천연셀룰로오스 섬유는 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo) 또는 코이어(coir)로 이루어진 천연셀룰로오스 원료를 수세하여 세척한 후 건조 및 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 천연셀룰로오스 원료를 알파 아밀라아제 처리 및 수세하여, 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 옥토시놀 0.1 내지 5 중량%, 아이소소바이드 1 내지 10 중량% 및 에틸 알코올 85 내지 98 중량%를 포함하는 분산액에 혼합 및 숙성하는 단계; 상기 숙성이 완료된 천연셀룰로오스 섬유를 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법으로서,
교량 및 도로와 같은 콘크리트 구조물의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 교량 및 도로의 보수시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통 통제시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에 높은 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 기온변화에 따른 동결융해 안정성 등의 개선된 내구성을 가져 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 보수 단면과의 일체화 거동 특성이 우수하며 균열제어 효과가 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현 예는 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재, 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 포함하고;
상기 잔골재는 페로니켈슬래그, 자연사, 규사 및 이들의 혼합 잔골재로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
상기 속경성 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10 내지 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 40 중량%, 화학무수석고 10 내지 40 중량%, 중질탄산칼슘 5 내지 20 중량%, 그라파이트 0.1 내지 5 중량%, 산화아연 0.1 내지 5 중량%, 탄산마그네슘 0.1 내지 5 중량% 및 질산나트륨 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이고;
상기 라텍스 개질제는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 라텍스 30 내지 60 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 20 내지 50 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 5 내지 15 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것인 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
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상기 식에서, R1 및 R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C10의 지방족 알킬기, C3 내지 C10의 지환족 알킬기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 3의 정수이다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통 통제시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에 높은 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 기온변화에 따른 동결융해 안정성 등의 개선된 내구성을 가져 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 보수 단면과의 일체화 거동 특성이 우수하며 균열제어 효과가 우수한 효과가 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일 구현예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물은 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재, 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 포함한다.
상기 본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 평균입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 평균입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은골재로 구분한다.
보다 구체적으로 상기 잔골재는 페로니켈슬래그, 자연사, 규사 및 이들의 혼합 잔골재로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
국내의 페로니켈 제련소에서 연간 15만톤 이상 생산되고 있으며, 철 80중량% 및 니켈 20중량%의 조성비로 만들어진 합금을 페로니켈(ferro-nickel)이라 하는데, 이러한 페로니켈 제조를 위해 니켈광을 제련할 때 원료, 제선 및 제강 등의 생산라인을 거치면서 발생되는 부산물을 페로니켈슬래그라 한다. 페로니켈의 원료는 산화 니켈광이며, 니켈 품위는 2 내지 25 중량% 수준으로 매우 낮고, 그 외의 함유물인 SiO2, MgO, FeO, CaO 등은 대부분 슬래그로 생성되어, 약 100만톤 가량의 페로니켈슬래그가 발생하고 있다.
본 발명의 잔골재에 사용될 수 있는 상기 페로니켈슬래그는 페로니켈 제련소에서 발생되는 산업부산물을 재활용한 것으로서, 흡수율이 작고 구상형의 입형을 가지고 있어 잔골재로 활용시 유동성을 증진시키고 수밀한 콘크리트를 제조할 수 있어 콘크리트의 강도 및 내구성능을 증진시키는 기능을 한다. 이러한 상기 페로니켈슬래그는 SiO2 40 내지 70 중량%, MgO 20 내지 40 중량%, FeO 1 내지 10 중량%, CaO 0.01 내지 5 중량% 및 Al2O3 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것을 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 잔골재에 사용될 수 있는 상기 자연사는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 강사, 개답사, 해사 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 잔골재에 사용될 수 있는 상기 규사는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 규사의 크기에 따라, 5호사(0.6 내지 0.85 mm), 6호사(0.21 내지 0.60 mm) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
보다 바람직한 상기 잔골재는 페로니켈슬래그; 및 자연사 또는 규사를 1: 0.1 내지 2 중량비율로 혼합한 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 잔골재는 본 발명의 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물에 30 내지 65 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하고, 상기 굵은골재는 본 발명의 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물에 20 내지 55 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명에서 사용하는 속경성 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10 내지 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 40 중량%, 화학무수석고 10 내지 40 중량%, 중질탄산칼슘 5 내지 20 중량%, 그라파이트 0.1 내지 5 중량%, 산화아연 0.1 내지 5 중량%, 탄산마그네슘 0.1 내지 5 중량% 및 질산나트륨 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
이로써, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 열화 또는 파손부위를 복구할 수 있고, 강도 특성이 매우 강화되어, 신구 콘크리트 간 부착 및 일체화가 원활하게 이루어지도록 하며, 초기온도변형, 건조수축 및 외부기온에 의한 균열발생을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도가 4,500 내지 6,500 cm2/g인 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트의 분말도가 너무 낮은 경우에는 반응성이 저하되어 초기강도 발현이 지연될 수 있고, 상기 분말도가 너무 높은 경우에는 반응성이 지나치게 높아져 작업성이 저하되거나 균열발생이 우려되는 문제점이 있다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 10 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 수화하여 에트링가이트(ettringite)를 생성함으로써, 속경성 시멘트 결합재의 빠른 응결특성, 수밀성 및 강도를 향상시키는 기능을 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 분말도가 3,500 내지 5,500 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 32 내지 36 중량%인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 건조수축을 최소화하면서 더욱 우수한 수밀성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 10 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 많은 경우에는 수화반응시 에트링가이트 침상결정이 과다하게 생성되어 체적팽창율이 높아지게 되어 건조수축 제어 효과가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 화학무수석고는 기본적으로 에트린자이트(ettringite) 생성량 및 생성속도를 향상시킴으로써, 급결에 의해 형성된 공극을 수밀하게 채워 강도를 더욱 향상시키고, 콘크리트의 수축을 방지하며, 시멘트 광물의 수화속도를 조절하여 장기강도를 개선하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 조성물의 pH가 지나치게 알칼리화되는 것을 방지할 수 있는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 화학무수석고는 분말도가 3,500 내지 5,500 cm2/g이고, SO3의 함량이 50 중량% 이상인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 내화학성, 내열성 및 균열방지 효과가 매우 개선되고, 유동성을 개선하여 작업성을 향상시키며, 재료분리 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 화학무수석고는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 10 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 화학무수석고의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 화학무수석고의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 중질탄산칼슘은 콘크리트의 수화조직을 치밀하게 만들어, 장기강도 개선, 미립자 충전효과, 내충격성 및 내화성 등의 내구성을 증진시키는 기능을 한다.
일반적으로 탄산칼슘은 제조방법에 따라 물리적 가공방법에 의해 생산되는 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate)과 화학적으로 재결정화 방법에 의해 생산되는 경질탄산칼슘의 2 가지로 구분되는데, 본 발명에서 사용되는 중질탄산칼슘은 백색결정질 방해석을 분쇄 및 분급시켜 제조되는 것으로, 분말도가 5,500 내지 9,500 ㎠/g이면서, 평균입경이 5 μm 이하인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 중질탄산칼슘은 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 5 내지 20 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 중질탄산칼슘의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 중질탄산칼슘의 함량이 너무 많은 경우에는 분말도 증가에 따른 유동성 저하 및 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 그라파이트는 경량성, 내마모성, 내구성 및 인장강도를 증가시키는 기능을 한다.
특히, 상기 그라파이트는 평균지름이 1 내지 10 μm이고, 두께가 10 내지 60 nm인 판상형의 그라파이트를 사용하여, 수평면적이 극대화되어 수분이동을 방해하는 기능을 월등하게 수행할 수 있어, 염화물 침투저항성 및 기온변화에 따른 동결융해 안정성 등의 개선된 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 다른 구성물질들과 결합시 인장강도가 증가하므로 강도 특성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 그라파이트는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 그라파이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 그라파이트의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 산화아연은 내마모성, 내식성, 내약품성 및 내열성을 개선하는 기능을 한다. 이로써, 개선된 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 매우 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 산화아연은 구상의 다공성 산화아연인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 블리딩을 방지하고, 작업성을 매우 개선할 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 구상의 다공성 산화아연은 글라이콜류 용매 100 중량부에 대하여, 아연 화합물 3 내지 10 중량부를 첨가한 이후, 상기 첨가된 아연 화합물의 몰비 대비, 수산화나트륨 0.5 내지 5 몰비를 서서히 혼합하여 혼합용액을 준비하는 단계; 상기 혼합용액을 150 내지 250 ℃ 온도에서 10 내지 60 분 동안 산화반응시켜 밀키타입의 현탁액을 형성하는 단계; 및 상기 반응 이후, 생성된 구상의 다공성 산화아연 입자를 알코올을 이용하여 세척하고 원심분리기를 이용하여 구상의 다공성 산화아연 입자를 탈수 및 분리한 이후, 80 내지 150 ℃ 온도에서 건조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것일 수 있다.
또한, 이러한 상기 구상의 다공성 산화아연은 분말도가 1 내지 100 m2/g이고, 평균 기공크기가 5 내지 50 nm이고, 평균입경이 100 내지 1,000 nm의 균일한 입자크기를 가지며, X-선 회절 분석결과 육방정계 섬유아연석(hexagonal wurtzite) 구조로 이루어진 것일 수 있다.
이때, 상기 아연 화합물은 글라이콜류 용매에 녹을 수 있는 아연염의 형태라면 사용가능하고, 본 발명의 실시예에서는 아연아세테이트 수화물을 사용하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상기 글라이콜류 용매는 탄소수 1 내지 6의 글라이콜 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 가장 바람직한 예로서 디에틸렌글라이콜을 사용할 수 있다.
상기 산화아연은 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화아연의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 산화아연의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 탄산마그네슘은 인성, 내열성, 내마모성 등의 내구성을 개선하는 기능을 한다.
보다 구체적으로 상기 탄산마그네슘은 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 사용하여, 상기한 개선효과 뿐만 아니라, 본 발명의 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 다른 구성물질들과 결합시 인장강도가 증가하므로 강도 특성, 경량성 및 가공성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 관형상의 염기성 탄산마그네슘은 수용성 마그네슘염과 수용성 탄산염을 상기 마그네슘(Mg): 및 탄산(CO3)의 몰비가 1: 0.7 내지 2 범위가 되도록 혼합하여, 20 내지 60℃의 온도에서, 0.5 내지 10 μm의 평균직경 및 5 내지 200 μm의 평균길이를 갖는 탄산마그네슘의 기둥형상 입자를 생성시키는 단계; 및 상기 탄산마그네슘의 기둥형상 입자의 현탁액에 알칼리성 용액을 혼합하여, pH 8.0 내지 11.5가 되도록 조절한 후, 35 내지 80℃의 온도에서 열처리하여, 중공구조를 갖는 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 준비되는 것일 수 있다.
이때, 상기 제조된 관형상의 염기성 탄산마그네슘은 0.5 내지 5 μm의 내경과, 1 내지 20 μm의 외경, 외경에 대한 내경의 비가 0.1 내지 0.65이고, 길이가 5 내지 100 μm인 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수용성 마그네슘염은 염화마그네슘, 황산마그네슘, 질산마그네슘, 초산마그네슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 수용성 탄산염은 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 알칼리성 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 탄산마그네슘은 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄산마그네슘의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 탄산마그네슘의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성이 저하되고, 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 질산나트륨은 시멘트의 수화반응을 촉진하여, 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시키는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 혼합수의 동결 온도를 낮추어 동결융해저항성을 매우 개선할 수 있는 효과가 있다.
상기 질산나트륨은 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 질산나트륨의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 질산나트륨의 함량이 너무 많은 경우에는 유동성이 저하되고, 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 속경성 시멘트 결합재는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 경화촉진제, 응결지연제, 유동화제, 지방산계 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 경화촉진제는 조성물의 수화반응을 더욱 활성화하여 조기에 차량통행이 가능한 압축강도를 발현하도록 하는 기능을 한다. 이러한 상기 경화촉진제는 규산칼슘, 염화칼슘, 리튬 카보네이트, 탄산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 경화촉진제는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 경화촉진제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기 수화발열량이 증가하여 경화후 콘크리트에 미세한 균열이 발생되어 내구성을 저하시킬수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 응결지연제는 초기 작업시간 유지와 작업성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 상기 응결지연제는 주석산, 구연산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨, 리그닌 술폰산, 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 응결지연제는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 응결지연제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 응결지연제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 유동화제는 입자 간 반발력으로 입자를 분산시켜 일시적으로 유동성을 개선시키는 기능을 한다. 이러한 상기 유동화제는 폴리칼본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 유동화제는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 유동화제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 지방산계 소포제는 공기량을 저하시키고, 콘크리트 내의 갇힌 공기(Entrapped Air) 및 공극을 제거하여 강도 및 내구성을 더욱 개선시키는 기능을 한다.
또한, 상기 지방산계 소포제는 상기 속경성 시멘트 결합재에 대하여, 0.1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지방산계 소포제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 지방산계 소포제의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 경제적이지 못하거나, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 속경성 시멘트 결합재는 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물에 대하여 10 내지 30 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 속경성 시멘트 결합재의 함량이 너무 적은 경우에는 굳지 않은 콘크리트의 점성 부족과 블리딩 발생 가능성이 높아지고, 이에 따른 소성크랙 발생 가능성 또한 높아질 수 있다. 또한, 콘크리트의 강도 및 수밀성 저하로 인한 투수저항성이 감소할 수 있다. 한편, 상기 속경성 시멘트 결합재의 함량이 너무 많으면, 점성이 지나치게 증가하여, 작업성이 저하되고, 가사시간 조절이 어려워지며, 과도한 수밀성 증대로 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 균열이 발생할 수 있다.
한편, 상기 본 발명에서 사용하는 라텍스 개질제는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 라텍스 30 내지 60 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 20 내지 50 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 5 내지 15 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021082290817-pat00003
상기 식에서, R1 및 R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C10의 지방족 알킬기, C3 내지 C10의 지환족 알킬기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 3의 정수이다.
이로써, 강도 특성이 매우 강화되어, 신구 콘크리트 간 부착 및 일체화가 원활하게 이루어지도록 하고, 초기온도변형, 건조수축 및 외부기온에 의한 균열발생을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 라텍스는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 균열저항성, 유연성, 부착성 및 저온안정성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 강도 강화섬유는 당분야에서 일반적으로 강도개선을 위하여 사용하는 강도 강화섬유로서 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 스틸 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 탄소섬유, 천연셀룰로오스 섬유 등을 사용할 수 있다.
특히, 장기강도 개선효과 및 우수한 내부식성 제공 효과를 고려하여, 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo), 코이어(coir) 등의 셀룰로오스(Cellulose)를 포함하는 천연셀룰로오스 섬유를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
이러한 상기 천연셀룰로오스 섬유는 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo) 또는 코이어(coir)로 이루어진 천연셀룰로오스 원료를 수세하여 세척한 후 건조 및 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 천연셀룰로오스 원료를 알파 아밀라아제 처리 및 수세하여, 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 옥토시놀 0.1 내지 5 중량%, 아이소소바이드 1 내지 10 중량% 및 에틸 알코올 85 내지 98 중량%를 포함하는 분산액에 혼합 및 숙성하는 단계; 상기 숙성이 완료된 천연셀룰로오스 섬유를 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것일 수 있다. 이로써, 상기 효과 뿐만 아니라, 내화학성, 염해 및 동결융해 저항성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 라텍스는 상기 강도 강화섬유의 표면을 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 모노머 혼합물 중, 스티렌은 강성을 부여하고 조절하여, 압축강도 및 내마모도 특성을 개선하는 기능을 한다. 상기 스티렌은 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 20 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2-에틸헥실-프로페노에이트는 연성을 부여하고 조절하여, 부착강도 및 휨강도 특성을 개선하는 기능을 한다. 상기 2-에틸헥실-프로페노에이트는 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 20 내지 40 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 글리시딜 메타크릴레이트는 라텍스 입자간, 라텍스 입자와 시멘트, 골재 입자간 결합력을 높여 콘크리트의 장기 강도를 증진시키는 기능을 한다. 상기 글리시딜 메타크릴레이트는 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트은 강성을 보강하여, 압축강도 및 내마모도 특성을 더욱 개선하는 기능을 한다. 상기 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트은 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 β-카르복시에틸아크릴레이트는 자기 치유성 및 부착력을 개선함으로써, 압축강도, 휨강도 및 부착강도 등의 강도 성능을 더욱 개선하는 기능을 한다. 상기 β-카르복시에틸아크릴레이트는 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2-메틸 프로프-2-에노익산은 라텍스의 표면에 음이온성 관능기를 부여하며, 이를 통해 다량의 양이온성 표면 관능기를 갖는 시멘트 입자 표면을 중화시켜 콘크리트 작업 시 가사시간을 연장시키며, 또한, 잔골재 및 굵은 골재 표면의 토분 및 미분입자에 의한 시멘트 및 콘크리트 분산성을 향상시키는 기능을 한다. 상기 2-메틸 프로프-2-에노익산은 상기한 개선효과를 고려하여, 상기 모노머 혼합물에 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로 상기 라텍스는 강도 강화섬유 20 내지 70 중량부, 정제수 180 내지 250 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되는 것일 수 있다. 다만 상기 라텍스의 제조방법은 예시로서 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것을 아니다.
이때, 상기 유화제 수용액에서 사용될 수 있는 음이온 유화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를 들면, 소듐스테아로일글루타메이트, 소듐폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트, 소듐라우릴에테르설페이트, 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트, 암모늄라우릴설페이트, 디소듐라우레스설포석시네이트, 모노이소프로파놀아민라우릴에테르설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액에서 사용될 수 있는 중합개시제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, 과산화황산암모늄(APS)을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 내구성, 내수성 및 내알카리성을 더욱 향상시킬 수 있도록 디아세톤아크릴아마이드(Diacetone acrylamide, DAAM) 및 아디프산 디히드라지드(Adipic acid dihydrazide, ADH)의 상온가교물 5 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 더욱 우수한 점착력을 부여함으로써, 콘크리트의 수축 및 이완에 대한 균열을 더욱 효과적으로 방지할 수 있도록 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 1 내지 5 중량부 및 글리세롤 로진 에스터 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 및 글리세롤 로진 에스터는 1: 2 중량비율로 혼합사용함으로써 상기하 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 낮은 유화제의 함량에도 우수한 분산성을 더욱 향상시키기 위하여, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.005 내지 0.5 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
한편, 상기 모노머 프리에멀젼은 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 모노머 프리에멀젼에서 사용할 수 있는 음이온 유화제 및 중합개시제는 상기 유화제 수용액에서 설명한 바와 동일하다.
또한, 상기 모노머 프리에멀젼에서 사용할 수 있는 저기포성 비이온 유화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를 들면, 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡시화 지방산, 10 내지 20개의 탄소 원자를 가진 에톡시화 직쇄형 또는 분지형 알코올, 글리세롤 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
이러한 상기 라텍스는 고형분의 함량이 8 내지 20 중량%인 것일 수 있다.
또한, 상기 라텍스는 상기 라텍스 개질제에 대하여, 30 내지 60 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 라텍스의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 라텍스의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트는 접착력 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트는 상기 라텍스 개질제에 대하여, 20 내지 50 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸은 초기온도변형, 건조수축 및 외부기온에 의한 균열발생을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 스케일링저항성 및 빠른 응결특성을 구현하는 기능을 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸은 상기 라텍스 개질제에 대하여, 5 내지 15 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알킬 설폰화 테트라졸 화합물의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 알킬 설폰화 테트라졸 화합물의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 스테아릴 메타크릴레이트은 접착력 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 스테아릴 메타크릴레이트은 상기 라텍스 개질제에 대하여, 1 내지 5 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스테아릴 메타크릴레이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 스테아릴 메타크릴레이트의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 디아세톤 아크릴아마이드는 접착력, 인장력, 탄성을 매우 개선하는 기능을 한다. 또한, 초기온도변형, 건조수축 및 외부기온에 의한 균열 발생을 방지하는 기능을 한다.
상기 디아세톤 아크릴아마이드는 상기 라텍스 개질제에 대하여, 0.1 내지 1 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 디아세톤 아크릴아마이드의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 디아세톤 아크릴아마이드의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 상기 라텍스 개질제는 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물에 대하여 1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 라텍스 개질제의 함량이 너무 적으면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 라텍스 개질제의 함량이 너무 많으면 재료분리가 발생하기 쉽고, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격경쟁력이 저하될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물은 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재 및 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재를 강제믹서에서 교반시킨 후, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법으로서,
교량 및 도로와 같은 콘크리트 구조물의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 상부에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 교량 및 도로의 보수시공방법을 제공한다.
상기 양생하는 단계는, 현장의 온도, 습도, 바람의 세기를 포함하는 대기 상태에 따라 1) 양생제만을 살포하거나, 2) 양생제를 살포한 후 상부에 비닐 또는 양생포를 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하거나, 또는 3) 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 또는 보온덮개를 이용하여 보온을 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용하는 것이 좋다.
특히, 상기 양생하는 단계에서, 현장 대기조건(예를 들면, 하절기처럼 대기온도(25℃이상)가 높고 상대습도가 낮으며 바람이 많은 대기조건인 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 유지한다. 반대로 대기온도(25℃이하)가 높지 않고 상대습도가 높으며 바람이 적은 대기조건인 경우에는 양생제만을 살포하여 양생한다.)에 따라 양생제만을 살포하거나 양생제를 살포한 후 상부에 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용할 수 있다. 또한, 대기온도가 5℃ 이하가 되는 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 보온덮개 등을 이용하여 보온양생을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 프라이머 또는 블루밍 처리는 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물이 콘크리트 슬래브에 부착되기 용이하게 하는 작업을 의미하는 것으로 사용한다.
상기 프라이머 재료로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 블루밍 재료로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 콘크리트의 양생속도를 대폭 향상시켜 교통 통제시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에 높은 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고, 우수한 염화물 침투저항성 및 기온변화에 따른 동결융해 안정성 등의 개선된 내구성을 가져 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법에 따르면, 보수 단면과의 일체화 거동 특성이 우수하며 균열제어 효과가 우수한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
라텍스의 제조
강도 강화섬유로서, 폴리프로필렌 섬유를 사용하였다.
교반기와 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서를 장착한 4구 플라스크의 반응기를 준비하여 정제수 237 중량부에, 상기 폴리프로필렌 섬유 27 중량부, 소듐라우릴에테르설페이트 음이온 유화제 1.07 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.8 중량부를 투입하여, 유화제 수용액을 제조하고 질소 분위기하에서 상기 반응기 내부온도를 35 ℃로 유지시켰다.
이와는 별도로, 스티렌 31 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 38 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트10 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 13 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 3 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 5 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 135 중량부, 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트 음이온 유화제 0.015 중량부, 저기포성 비이온 유화제(에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르) 0.06 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 1.4 중량부를 혼합하여, 모노머 프리에멀젼을 제조하였다.
상기 별도로 제조한 모노머 프리에멀젼을 상기 유화제 수용액을 수용한 반응기에 연속적으로 3 시간 동안 적하하여 반응을 진행시켰다. 모노머 프리에멀젼 투입 완료 30 분 후, 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.01 중량부를 추가로 투입하고 1 시간 동안 숙성시킨 후, 암모니아수로 중화시키고 pH 7 내지 7.5로 안정시켰다.
이렇게 제조된 상기 라텍스는 고형분의 함량이 10.4 중량%이었다.
<제조예 2>
라텍스의 제조
강도 강화섬유로서, 천연셀룰로오스 섬유를 사용하였다.
상기 천연셀룰로오스 섬유는 수세하여 세척한 대나무를 열풍건조기에서 50℃에서 24시간 동안 건조하여, 건조 및 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 대나무를 알파 아밀라아제 처리 및 수세하여, 탄수화물이 제거된 대나무를 이용한 천연셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 옥토시놀 3 중량%, 아이소소바이드 7 중량% 및 에틸 알코올 90 중량%를 포함하는 분산액에 혼합 및 숙성하는 단계; 및 상기 숙성이 완료된 천연셀룰로오스 섬유를 24시간 동안 50℃의 열풍건조기로 건조하고, 분쇄한 후, 35mesh 체에 걸러 균일한 크기의 천연셀룰로오스 섬유를 얻는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 사용하였다.
이후, 교반기와 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서를 장착한 4구 플라스크의 반응기를 준비하여 정제수 232 중량부에, 상기 제조된 천연셀룰로오스 섬유 31 중량부, 소듐라우릴에테르설페이트 및 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트를 1: 1 중량비율로 혼합한 음이온 유화제 0.73 중량부, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 1.5 중량부, 글리세롤 로진 에스터 3 중량부, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.017 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.38 중량부를 투입하여, 유화제 수용액을 제조하고 질소 분위기하에서 상기 반응기 내부온도를 35 ℃로 유지시켰다.
이와는 별도로, 스티렌 31 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 38 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트10 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 13 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 3 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 5 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 122 중량부, 소듐라우릴에테르설페이트 및 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트를 1: 1 중량비율로 혼합한 음이온 유화제 0.01 중량부, 저기포성 비이온 유화제(에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르) 0.008 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.05 중량부를 혼합하여, 모노머 프리에멀젼을 제조하였다.
상기 별도로 제조한 모노머 프리에멀젼을 상기 유화제 수용액을 수용한 반응기에 연속적으로 3 시간 동안 적하하여 반응을 진행시켰다. 모노머 프리에멀젼 투입 완료 30 분 후, 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.01 중량부를 추가로 투입하고 1 시간 동안 숙성시킨 후, 암모니아수로 중화시키고 pH 7 내지 7.5로 안정시켰다.
이렇게 제조된 상기 라텍스는 고형분의 함량이 12 중량%이었다.
<비교 제조예 1>
라텍스의 제조
교반기와 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서를 장착한 4구 플라스크의 반응기를 준비하여 정제수 195 중량부에, 소듐라우릴에테르설페이트 음이온 유화제 0.08 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.2 중량부를 투입하여, 유화제 수용액을 제조하고 질소 분위기하에서 상기 반응기 내부온도를 35 ℃로 유지시켰다.
이와는 별도로, 스티렌 42 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 39 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 11 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 8 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 97 중량부, 소듐라우릴에테르설페이트 음이온 유화제 0.007 중량부, 저기포성 비이온 유화제(에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르) 0.008 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.03 중량부를 혼합하여, 모노머 프리에멀젼을 제조하였다.
상기 별도로 제조한 모노머 프리에멀젼을 상기 유화제 수용액을 수용한 반응기에 연속적으로 3 시간 동안 적하하여 반응을 진행시켰다. 모노머 프리에멀젼 투입 완료 30 분 후, 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.01 중량부를 추가로 투입하고 1 시간 동안 숙성시킨 후, 암모니아수로 중화시키고 pH 7 내지 7.5로 안정시켰다.
이렇게 제조된 상기 라텍스는 고형분의 함량이 9.3 중량%이었다.
<실시예 1>
31 중량%의 굵은골재, 51 중량%의 잔골재 및 12 중량%의 속경성 시멘트 결합재를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 라텍스 개질제 및 2 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 페로니켈슬래그를 사용하였다.
또한, 상기 속경성 시멘트 결합재는 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트 38 중량%, 분말도가 4,750 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트 37 중량%, 분말도가 4,200 cm2/g이고, SO3의 함량이 53.6 중량%인 화학무수석고 12.5 중량%, 분말도가 7,570 ㎠/g인 중질탄산칼슘 8 중량%, 평균직경 1.7 μm인 그라파이트 분말 1 중량%, 산화아연 분말 1 중량%, 탄산마그네슘 분말 0.7 중량%, 질산나트륨 0.8 중량%, 경화촉진제(탄산나트륨) 0.1 중량%, 응결지연제(주석산) 0.3 중량%, 폴리카본산계 유동화제 0.4 중량%, 및 지방산계 소포제 0.2 중량%를 혼합하여 사용하였다.
또한, 상기 라텍스 개질제는 상기 제조예 1에서 제조된 라텍스 51 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 38 중량%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 7 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 3.5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112021082290817-pat00004
상기 식에서, R1은 메틸기이고, R2는 시클로 메틸렌기이고, n은 1이다.
<실시예 2>
34 중량%의 굵은골재, 43 중량%의 잔골재 및 16 중량%의 속경성 시멘트 결합재를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 라텍스 개질제 및 3 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 페로니켈슬래그 및 자연사를 1: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용하였다.
또한, 상기 속경성 시멘트 결합재는 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트 36 중량%, 분말도가 4,750 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트 33 중량%, 분말도가 4,200 cm2/g이고, SO3의 함량이 53.6 중량%인 화학무수석고 18 중량%, 분말도가 7,570 ㎠/g인 중질탄산칼슘 7.8 중량%, 평균지름이 5.6 μm이고, 두께가 24 nm인 판상형의 그라파이트 1.3 중량%, 산화아연 0.8 중량%, 탄산마그네슘 분말 1.2 중량%, 질산나트륨 0.9 중량%, 경화촉진제(탄산나트륨) 0.1 중량%, 응결지연제(주석산) 0.3 중량%, 폴리카본산계 유동화제 0.4 중량%, 및 지방산계 소포제 0.2 중량%를 혼합하여 사용하였다.
이때, 상기 산화아연은 실시예 1의 통상의 산화아연 분말을 대신하여, 구상의 다공성 산화아연의 형태로 준비된 것을 사용하였다. 이러한 상기 구상의 다공성 산화아연은 디에틸렌글라이콜 100 중량부에 대하여, 아연아세테이트 수화물 10 중량부를 첨가한 이후, 상기 첨가된 아연 화합물의 몰비 대비, 수산화나트륨 5 몰비를 서서히 혼합하여 혼합용액을 준비한 후; 상기 혼합용액을 200 ℃ 온도에서 45 분 동안 산화반응시켜 밀키타입의 현탁액을 형성한 후; 상기 반응 이후, 생성된 구상의 다공성 산화아연 입자를 알코올로 세척하고 원심분리기를 이용하여 구상의 다공성 산화아연 입자를 탈수 및 분리한 이후, 90 ℃ 온도에서 건조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되어, 분말도가 58 m2/g이고, 평균 기공크기가 8 nm이고, 평균입경이 530 nm의 균일한 입자크기를 가지며, X-선 회절 분석결과 육방정계 섬유아연석(hexagonal wurtzite) 구조로 이루어진 것을 사용하였다.
또한, 상기 라텍스 개질제는 상기 제조예 2에서 제조된 라텍스 58 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 32 중량%, 상기 화학식 1-1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 7 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 2.5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 3>
34 중량%의 굵은골재, 43 중량%의 잔골재 및 16 중량%의 속경성 시멘트 결합재를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 라텍스 개질제 및 3 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 페로니켈슬래그 및 자연사를 1: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용하였다.
또한, 상기 속경성 시멘트 결합재는 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트 35 중량%, 분말도가 4,750 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트 32 중량%, 분말도가 4,200 cm2/g이고, SO3의 함량이 53.6 중량%인 화학무수석고 18 중량%, 분말도가 7,570 ㎠/g인 중질탄산칼슘 9 중량%, 평균지름이 5.6 μm이고, 두께가 24 nm인 판상형의 그라파이트 1.3 중량%, 산화아연 1.1 중량%, 탄산마그네슘 0.9 중량%, 질산나트륨 1.7 중량%, 경화촉진제(탄산나트륨) 0.1 중량%, 응결지연제(주석산) 0.3 중량%, 폴리카본산계 유동화제 0.4 중량%, 및 지방산계 소포제 0.2 중량%를 혼합하여 사용하였다.
이때, 상기 산화아연은 상기 실시예 2에서 사용된 구상의 다공성 산화아연과 동일한 것을 사용하였다.
또한, 상기 탄산마그네슘은 실시예 2의 통상의 탄산마그네슘 분말을 대신하여, 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 사용하였다. 이때, 상기 관형상의 염기성 탄산마그네슘은 45 ℃로 조절한 황산마그네슘 7수화물의 수용액(125g/L) 20L에, 온도를 45℃로 유지시키면서 무수탄산나트륨 수용액(220g/L) 0.50L를 서서히 첨가하고 30분간 교반하여, 평균직경이 2.6 μm이고, 평균길이가 27.8 μm인 기둥형상의 탄산마그네슘을 얻었다. 이어서, 상기 탄산마그네슘의 기둥형상 입자 현탁액에 수산화나트륨을 혼합하여, pH 10.5가 되도록 조절한 후, 55℃ 온도에서 120분간 교반 및 열처리하여, 평균외경이 2.1 μm, 평균내경이 1.2 μm, 평균길이가 7.9 μm인 중공구조를 갖는 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 제조하였다. 상기 얻어진 관형상의 염기성 탄산마그네슘은 이온교환수 및 에탄올로 세정하고 건조시켜 사용하였다.
또한, 상기 라텍스 개질제는 상기 제조예 2에서 제조된 라텍스 55 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 33 중량%, 상기 화학식 1-1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 9 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 2.5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.5 중량%를 혼합하여 사용하였다.
<비교예 1>
34 중량%의 굵은골재, 43 중량%의 잔골재 및 16 중량%의 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 및 3 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 비교용 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 자연사를 사용하였다.
<비교예 2>
34 중량%의 굵은골재, 43 중량%의 잔골재 및 16 중량%의 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 상기 비교제조예 1에서 제조된 라텍스 및 3 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 비교용 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 자연사를 사용하였다.
<비교예 3>
34 중량%의 굵은골재, 43 중량%의 잔골재, 9 중량%의 분말도가 5,850 cm2/g인 조강 포틀랜드 시멘트 및 7 중량%의 분말도가 4,750 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트를 강제믹서에서 교반시킨 후, 4 중량%의 상기 비교제조예 1에서 제조된 라텍스 및 3 중량%의 혼합수를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 비교용 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 잔골재는 자연사를 사용하였다.
<시험예>
본 발명에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물 및 비교예 1 내지 3에 따른 비교용 콘크리트 조성물의 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
건조수축(길이변화율(%)) KS F 2424 0.01 0.01 0.01 0.06 0.04 0.05
압축강도(MPa)_4시간 KS F 2405 26.4 30.7 32.8 20.3 20.7 24.5
압축강도(MPa)_28일 KS F 2405 40.9 43.2 45.7 31.2 31.8 35.7
휨강도(MPa)_4시간 KS F 2405 5.74 6.35 6.74 4.31 4.54 4.89
휨강도(MPa)_28일 KS F 2405 7.20 7.75 8.14 6.03 6.18 6.74
부착강도(MPa)_4시간 KS F 2762 2.18 2.21 2.34 1.68 1.75 1.95
부착강도(MPa)_28일 KS F 2762 2.83 2.88 2.91 2.11 2.14 2.64
열팽창계수 AASHITO TP 60 4.58x10-6 4.53x10-6 4.53x10-6 4.91x10-6 4.95x10-6 4.74x10-6
탄성계수 KS F 2438 2.94x104 2.97x104 2.98x104 2.38x104 2.37x104 2.38x104
염분침투저항성
(coulomb)		 KS F 2711 721 534 505 1153 1087 930
동결융해저항성(%) KS F 2456 88 91 93 78 80 83
마모저항성(mm) ASTM C 779 0.08 0.02 0.01 0.21 0.17 0.13
균열 저항성 ASTM C 1581 균열없음 균열없음 균열없음 미세균열 미세균열 미세균열
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물은 비교예 1 내지 3에 따른 비교용 콘크리트 조성물과 비교하여, 건조수축에 따른 길이변화율이 적은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 3에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물은 비교예 1 내지 3에 따른 비교용 콘크리트 조성물과 비교하여, 우수한 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고; 열팽창계수가 현저히 작고, 탄성계수가 우수하며; 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성 및 균열저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 20 내지 55 중량%의 굵은골재, 30 내지 65 중량%의 잔골재, 10 내지 30 중량%의 속경성 시멘트 결합재, 1 내지 10 중량%의 라텍스 개질제 및 1 내지 10 중량%의 혼합수를 포함하고;
    상기 잔골재는 페로니켈슬래그, 자연사, 규사 및 이들의 혼합 잔골재로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이고;
    상기 속경성 시멘트 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 10 내지 40 중량%, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 40 중량%, 화학무수석고 10 내지 40 중량%, 중질탄산칼슘 5 내지 20 중량%, 그라파이트 0.1 내지 5 중량%, 산화아연 0.1 내지 5 중량%, 탄산마그네슘 0.1 내지 5 중량% 및 질산나트륨 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이고;
    상기 라텍스 개질제는 강도 강화섬유의 표면을, 스티렌 20 내지 40 중량%, 2-에틸헥실-프로페노에이트 20 내지 40 중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 5 내지 15 중량%, β-카르복시에틸아크릴레이트 1 내지 10 중량% 및 2-메틸 프로프-2-에노익산 1 내지 10 중량%를 포함하는 모노머 혼합물로 감싸는 구조로 이루어진 라텍스 30 내지 60 중량%, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 20 내지 50 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 5 내지 15 중량%, 스테아릴 메타크릴레이트 1 내지 5 중량% 및 디아세톤 아크릴아마이드 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112021082290817-pat00005

    상기 식에서, R1 및 R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C10의 지방족 알킬기, C3 내지 C10의 지환족 알킬기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연은 구상의 다공성 산화아연인 것이고;
    상기 구상의 다공성 산화아연은
    글라이콜류 용매 100 중량부에 대하여, 아연 화합물 3 내지 10 중량부를 첨가한 이후, 상기 첨가된 아연 화합물의 몰비 대비, 수산화나트륨 0.5 내지 5 몰비를 서서히 혼합하여 혼합용액을 준비하는 단계;
    상기 혼합용액을 150 내지 250 ℃ 온도에서 10 내지 60 분 동안 산화반응시켜 밀키타입의 현탁액을 형성하는 단계; 및
    상기 반응 이후, 생성된 구상의 다공성 산화아연 입자를 알코올을 이용하여 세척하고 원심분리기를 이용하여 구상의 다공성 산화아연 입자를 탈수 및 분리한 이후, 80 내지 150 ℃ 온도에서 건조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 특징으로 하는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄산마그네슘은 관형상의 염기성 탄산마그네슘인 것이고;
    상기 관형상의 염기성 탄산마그네슘은
    수용성 마그네슘염과 수용성 탄산염을 상기 마그네슘(Mg): 및 탄산(CO3)의 몰비가 1: 0.7 내지 2 범위가 되도록 혼합하여, 20 내지 60℃의 온도에서, 0.5 내지 10 μm의 평균직경 및 5 내지 200 μm의 평균길이를 갖는 탄산마그네슘의 기둥형상 입자를 생성시키는 단계; 및 상기 탄산마그네슘의 기둥형상 입자의 현탁액에 알칼리성 용액을 혼합하여, pH 8.0 내지 11.5가 되도록 조절한 후, 35 내지 80℃의 온도에서 열처리하여, 중공구조를 갖는 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 준비되는 것을 특징으로 하는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강도 강화섬유는 천연셀룰로오스 섬유인 것이고;
    상기 천연셀룰로오스 섬유는
    아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo) 또는 코이어(coir)로 이루어진 천연셀룰로오스 원료를 수세하여 세척한 후 건조 및 분쇄하는 단계;
    상기 분쇄된 천연셀룰로오스 원료를 알파 아밀라아제 처리 및 수세하여, 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계;
    상기 탄수화물이 제거된 천연셀룰로오스 섬유를 옥토시놀 0.1 내지 5 중량%, 아이소소바이드 1 내지 10 중량% 및 에틸 알코올 85 내지 98 중량%를 포함하는 분산액에 혼합 및 숙성하는 단계;
    상기 숙성이 완료된 천연셀룰로오스 섬유를 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 특징으로 하는 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 이용한 교량 및 도로의 보수시공방법으로서,
    교량 및 도로의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 그라파이트를 포함하여 개선된 내구성을 갖는 라텍스 개질 속경성 콘크리트 조성물의 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 및 도로의 보수시공방법.
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