KR102320443B1 - 도로 보수용 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 도로 보수용 콘크리트 조성물은 시멘트 16~21 중량%; 고로 슬래그 1~3 중량%; 마그네시아 2~4 중량%; 인산염 1~3 중량%; 잔골재 25~35 중량%; 굵은골재 32~40 중량%; 혼화재 0.1~0.3 중량%; 섬유 0.2~0.8 중량%; 물 5~9 중량%;를 포함한다. 이때 섬유는 도 1과 같이 스파이럴형 PET 섬유인 것이 바람직하다.
본 발명은 마그네시아기잔의 시멘트콘크리트 조성물로서, 8시간 이내에 경화가 완료되는 초속경성 조성물이다. 도로 보수용 조성물은 도로 보수작업의 속도를 빠르게 진행시킬 수 있어야 한다. 이는 도로 보수시 통행이 제한되기 때문으로, 교통통제 시간을 최소화해야 하기 때문이다. 뿐만아니라 도로 보수용 조성물은 기존 도로와의 부착성이 우수해야 하고, 압축강도와 인장강도 등의 강성이 좋아야 한다.
본 발명은 도로 보수용 조성물의 인장강도를 향상시키기 위해 조성물 내부에 섬유를 혼합한다. 일반적으로 콘크리트 조성물에 섬유가 혼합되면 조성물 내부에서 섬유가 분산되지 못하고 한곳에 뭉치게 되는 문제가 발생한다. 본원발명은 이를 방지하고 섬유의 분산성을 향상시키기 위해, 혼합되는 섬유 표면에 폴리머 코팅층(10)을 형성한다. 폴리머 코팅층(10)은 폴리머 용액(P)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

Description

도로 보수용 콘크리트 조성물{CONCRETE COMPOSITION FOR REPAIR PAVEMENT}

본 발명은 건설분야에 관한 것으로서, 상세하게는 도로 보수용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

지속적인 차량 하중에 의해 도로에는 다양한 파손이 발생한다. 대표적인 손상이 포트홀과 균열이다. 포트홀과 균열부는 보수가 되지 않은 상태에서 차량 하중에 노출되면 도로의 박락이 발생하여 손상부가 넓어지게 된다. 이러한 손상은 이용자의 주행성을 불편하게 하고, 사고를 유발하기 때문에 신속하게 보수해야 한다.

특히 보수를 위해 차량통행을 제한하는데, 보수를 위한 공사시간이 짧고, 보수이후에 차량을 개방하는 시간이 짧아야 한다.

따라서 도로 보수용 조성물은 경화시간과 시공시간이 짧으면서, 기존 도로와의 결합력, 압축강도, 휨강도 등이 우수해야 한다.

본 발명은 아스팔트와 콘크리트 도로의 손상부를 보수하는 도로 보수용 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 초기 강도발현이 우수하여 교통통제 개방 시간을 단축할 수 있고, 조성물의 압축강도, 인장강도, 동결융해 저항성이 우수하다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 도로 보수용 콘크리트 조성물은 시멘트 16~21 중량%; 고로 슬래그 1~3 중량%; 마그네시아 2~4 중량%; 인산염 1~3 중량%; 잔골재 25~35 중량%; 굵은골재 32~40 중량%; 혼화재 0.1~0.3 중량%; 섬유 0.2~0.8 중량%; 물 5~9 중량%;를 포함한다.

상기 섬유는 PET 스파이럴형 섬유 인 것이 바람직하다.

상기 섬유는 분산성 향상을 위해, 표면에 폴리머 코팅층(10)이 형성되는데, 상기 폴리머 코팅층(10)은 폴리머 용액(P)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

상기 폴리머 용액(P)은 라텍스 폴리머와 물이 1 : 90 ~ 1 : 100의 중량 비율로 혼합된 것이 바람직하다.

상기 라텍스 폴리머는 수소이온지수(pH)가 5.0~5.5 이고, 밀도(Density, kg/㎤)가 1,020 이며, 필름 조막성(Film formation temperature, ℃)이 0 인 것이 바람직하다.

상기 폴리머 코팅층(10)은 상기 섬유에 상기 폴리머 용액(P)이 분사되고, 100℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조되어 형성된 것이 바람직하다.

본 발명인 도로 보수용 콘크리트 조성물은 섬유가 혼합되어 휨강도가 우수하며, 조기 강도가 우수하여 교통 통제시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리머 코팅층이 형성되지 않은 섬유
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리머 코팅층이 형성된 섬유
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬유에 폴리머 용액을 분사하는 공정을 도시한 도면

본 발명에 따른 도로 보수용 콘크리트 조성물의 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 도로 보수용 콘크리트 조성물에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 도로 보수용 콘크리트 조성물은 시멘트 16~21 중량%; 고로 슬래그 1~3 중량%; 마그네시아 2~4 중량%; 인산염 1~3 중량%; 잔골재 25~35 중량%; 굵은골재 32~40 중량%; 혼화재 0.1~0.3 중량%; 섬유 0.2~0.8 중량%; 물 5~9 중량%;를 포함한다. 이때 섬유는 도 1과 같이 스파이럴형 PET 섬유인 것이 바람직하다.

본 발명은 마그네시아기잔의 시멘트콘크리트 조성물로서, 8시간 이내에 경화가 완료되는 초속경성 조성물이다.

도로 보수용 조성물은 도로 보수작업의 속도를 빠르게 진행시킬 수 있어야 한다. 이는 도로 보수시 통행이 제한되기 때문으로, 교통통제 시간을 최소화해야 하기 때문이다.

뿐만아니라 도로 보수용 조성물은 기존 도로와의 부착성이 우수해야 하고, 압축강도와 인장강도 등의 강성이 좋아야 한다.

본 발명은 도로 보수용 조성물의 인장강도를 향상시키기 위해 조성물 내부에 섬유를 혼합한다.

일반적으로 콘크리트 조성물에 섬유가 혼합되면 조성물 내부에서 섬유가 분산되지 못하고 한곳에 뭉치게 되는 문제가 발생한다.

본원발명은 이를 방지하고 섬유의 분산성을 향상시키기 위해, 혼합되는 섬유 표면에 폴리머 코팅층(10)을 형성한다. 폴리머 코팅층(10)은 폴리머 용액(P)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

폴리머 용액(P)은 라텍스 폴리머와 물이 1 : 90 ~ 1 : 100의 중량 비율로 혼합된 것이 바람직한데, 라텍스 폴리머는 수소이온지수(pH)가 5.0~5.5 이고, 밀도(Density, kg/㎤)가 1,020 이며, 필름 조막성(Film formation temperature, ℃)이 0 인 것이 바람직하다.

폴리머 코팅층(10)은 섬유에 폴리머 용액(P)이 분사되고, 100℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조되어 형성된 것이 바람직하다.

몰리머 용액(P)은 폴리머를 물에 희석시켜 제조한다. 폴리머 용액(P)은 분사장치를 통해 섬유에 분사되는데, 분사 후 섬유를 건조기에 넣고 가열하여 폴리머 코팅층(10)을 형성한다.

아래 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시예와 비교예의 배합비를 나타낸 것이다.

구분	단위중량(kg/㎥)
	시멘트	슬래그	마그네시아	인산염	물	잔골재	굵은골재	혼화재	섬유
실시예1	448	50	75	50	156	725	872	6.2	12.5
실시예2	398	100	75	50	156	725	872	6.2	12.5
비교예1	498		75	50	156	725	872	6.2
비교예2	448	50	75	50	156	725	872	6.2
비교예3	398	100	75	50	156	725	872	6.2
비교예4	498		75	50	156	725	872	6.2	12.5

아래 시험들은 실시예와 비교예의 배합비로 공시체를 제작하여 조성물의 특성을 확인한 결과들이다.

아래 표 2는 실시예와 비교예의 압축강도를 측정한 결과이다.

시험결과 실시예 1,2의 3일, 7일, 28일 강도가 비교예 보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 비교예 1,2,4 보다 장기 강도가 우수한 것을 확인할 수 있다.

고로슬래그 미분말을 함유한 공시체의 강도가 고로슬래그를 함유하지 않은 공시체에 비해 강도가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 섬유를 추가로 함유한 공시체의 경우는 섬유를 함유하지 않은 공시체에 비해 강도가 증진되는 것을 확인하였다.

고로슬래그 미분말만 함유한 공시체들은 강도의 특성이 유사한 경향을 나타내었다. 그러나 섬유를 함유한 공시체의 경우는 7일과 28일의 강도 측정에서 섬유를 함유하지 않은 공시체에 비해 약 10% ~ 25%의 강도가 증진되는 것을 확인하였다. 이는 섬유 표면을 폴리머로 코팅한 후 분산성이 향상되어 섬유가 공시체 내에 고르게 분포되었기 때문으로 파악된다.

아래 표 3은 실시예와 비교예의 휨강도를 측정한 결과이다.

시험결과 실시예 1,2의 3일, 7일, 28일 강도가 비교예 보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 압축강도의 비교적 우수함 보다 휨 강도의 우수함이 조금 더 큰 것으로 확인되었다.

압축강도의 경우에는 실시예의 장기강도가 비교예 보다 우수하지만 휨 강도에 있어서는 초기 휨 강도 부터 비교예 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.

시멘트와 마그네시아 인산염만 함유한 공시체의 경우는 3일 후에 3.4MPa을 나타내었고, 7일과 28일 후에는 5.06와 6.3 MPa의 강도를 발현한다. 반면 고로슬래그 미분말을 포함한 경우에는 3일 후에 3.4MPa을 7일과 28일 후에는 각각 5.22와 6.49MPa의 강도를 발현하는 것을 확인하였다.

섬유를 포함하는 공시체의 경우에는 섬유를 포함하지 않은 공시체에 비해 휨강도가 증진되는 것을 명확히 확인하였다. 마그네시아 인산염과 시멘트에 섬유를 함유한 공시체의 경우는 3일, 7일 그리고 28일 후에 각각 3.78, 5.62 그리고 7.12 MPa의 강도를 발현한다. 슬래그가 혼합된 공시체의 경우는 3.81, 5.67 그리고 7.05MPa을 나타냈다.

아래 표 4는 실시예와 비교예의 쪼갬 인장강도를 측정한 결과이다.

쪼갬 인장 강도의 경우는 압축강도와 휨강도의 경향과 비슷한 결과를 나타냈다. 특히 섬유를 함유한 공시체 중 슬래그를 혼합한 공시체가 우수한 결과를 나타냈다. 시멘트와 마그네시아 인산염만 함유한 공시체의 경우는 3일 후에 2.5MPa을 나타냈고, 7일과 28일 후에 각각 3.9, 5.01MPa을 나타냈다.

여기에 섬유를 추가로 함유한 공시체의 경우는 3, 7 그리고 28일 후에 각각 2.55, 3.98 그리고 5.11MPa을 나타냈다. 휨강도 공시체와 마찬가지로 섬유가 포함된 공시체가 섬유를 포함하지 않은 공시체에 비해 쪼갬 인장 강도가 높은 것을 확인할 수 있다.

고로슬래그 미분말을 함유한 공시체의 경우도 비슷한 경향을 나타냈다. 고로슬래그 미분말을 포함한 공시체의 경우는 포함하지 않은 공시체 보다 장기강도가 우수한 것을 확인할 수 있다. 고로슬래그와 섬유를 모두 포함하는 공시체가 시멘트와 마그네시아 인산염 복합체로만 만든 공시체에 비해 최대 13%까지 강도가 증진된 것을 확인할 수 있다.

따라서 보수재료로서 물리적 특성을 고려했을 때 섬유와 고로슬래그 미분말을 포함하는 조성물이 보수재료로 우수한 것을 확인 할 수 있다.

아래 표 5는 실시예와 비교예의 부착강도를 측정한 결과이다.

표 5의 부착강도 시험 결과 값을 살펴보면 섬유를 포함하는 공시체가 포함하지 않은 공시체에 비해 부착성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.

섬유를 포함하지 않은 공시체 중 고로슬래그 미분말을 포함하지 않는 공시체는 1.2MPa를 나타냈고, 고로슬래그 미분말이 혼합된 공시체들은 각각 1.1~1.3MPa을 나타냈다.

반면 섬유를 포함하는 공시체는 비교예 4는 1.9MPa를 나타냈고, 고로슬래그 미분말이 혼합된 실시예 1,2는 각각 2.1과 2.0MPa을 나타냈다.

쪼갬 인장강도와 휨강도에서 설명한 것처럼 섬유를 포함한 공시체의 연성이 포함하지 않은 공시체에 비해 우수한 것을 확인할 수 있다.

아래 표 6은 실시예와 비교예의 마모저항성 측정 결과이다.

표 6의 마모저항성 시험 결과를 살펴보면 섬유를 포함하는 공시체의 경우의 마모저항성이 우수한 것을 알 수 있다.

시멘트와 마그네시아 인산염이 포함된 공시체는 마모깊이가 75mm 로 나타났지만 섬유를 포함하고, 고로슬래그 미분말이 혼합된 공시체의 경우는 43mm 로 나타났다. 섬유를 포함하지 않은 공시체에 비해 섬유를 포함하는 공시체가 약 43% 이상 마모 저항성이 향상된다.

전체 공시체의 깊이가 120mm 인 것을 감안하면 섬유와 고로슬래그 미분말을 이 혼합된 공시체의 마모저항성은 0.36% 미만을 나타낸다.

아래 표 7은 실시예와 비교예의 내산성 측정 결과이다.

내산성 시험은 공시체를 황산침지(30일 후) 시킨 후 질량감소율을 측정한 것이다.

콘크리트 도로는 겨울철에 살포되는 염화칼슘이나 염화나트륨에 의해 손상이 발생된다. 그리고 자연적으로는 토양수의 유입 등으로 인해 열화가 발생된다.

특히 콘크리트 도로는 황산과 같은 산침식에 매우 취약한 구조물이기 때문에 도로보수재의 내산성이 매우 중요하다. 표 7은 공시체를 황산침지 시킨 후 질량감소율을 측정한 결과로서, 전반적으로 고로슬래그 미분말을 포함하는 공시체의 저항성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

시멘트 기반의 조성물은 황산에 노출되게 되면 에트링자이트나 석고의 생성으로 인해 팽창성을 띄게 되고, 이는 곧 시멘트 메트릭스의 파괴로 일어나게 된다. 고로슬래그 미분말이나 섬유 등의 반응성이 적은 물질이 콘크리트 조성물에 충전되면 황산과 같은 유해인자에 대하여 침투저항성이 증진된다.

시멘트와 마그네시아 인산염을 포함하는 공시체는 황산침지 30일 후에 질량이 9.8% 감소하였다. 이에 반해 섬유와 고로슬래그 미분말이 혼합된 공시체의 경우는 30일 후 7.9% 감소하는 것을 확인하였다.

아래 표 8은 실시예와 비교예의 동결융해 시험 결과이다. 시험은 공시체의 상대동탄성계수에 의한 동결융해 저항성을 측정하였다.

콘크리트 도로는 염소이온이나 황산과 같은 유해인자외에도 여름과 겨울시 발생하는 온도차이에 의해 파손되는 문제가 있다.(온도 하중에 의한 손상)

도로는 외부에 노출되는 구조물이기 때문에 동결융해에 대한 열화가 반복되된다.

동결융해 시험 결과와 같이 동결융해 반복횟수가 증가하면 내구성이 저하되는데, 특히 100 cycle 이 지나면서 내구성이 현저하게 나빠지는 것을 확인할 수 있다.

시험결과 비교예들의 경우, 30cycle 후에 93.43%로 나타났고, 300cycle 후에 85.41%로 감소됐다.

그러나 섬유와 고로슬래그 미분말이 혼합된 실시예의 경우는 30cycle 후에 96.47% 이고 300cycle 후에 87.39%로 감소했다. 동결융해에 대한 저항성은 섬유와 고로슬래그 미분말을 포함하는 실시예가 비교예에 비해 약 2% 정도 향상된 것을 확인할 수 있다.

이는 얼었다가 녹게 되면서 발생되는 구조물의 수축량이 적은 것으로서, 조성물에 혼합된 섬유에 의해 조성물의 연성이 증가된 것으로 판단된다.

아래 표 9은 실시예와 비교예의 건조수축 시험 결과로서, 공시체의 길이 변화율을 측정하였다.

표 9는 실시예와 비교예의 응결이 완료된 시점부터 길이 변화가 멈추었을 때까지의 길이 변화량을 나타낸 것이다.

시험결과와 같이 비교예의 길이변화량이 높게 나타난 것을 확인 할 수 있다.

비교예의 경우 1일 후에 -0.012mm 로 나타났고, 28일 후에 -0.115mm 로 나타났다. 반면 고로슬래그 미분말과 섬유가 혼합된 실시예는 1일 후에 -0.007mm 이고 최종적으로 28일 후에 -0.068mm 로 나타났다.

P : 폴리머 용액 10 : 폴리머 코팅층

Claims (6)

1. 시멘트 16~21 중량%;
   고로 슬래그 1~3 중량%;
   마그네시아 2~4 중량%;
   인산염 1~3 중량%;
   잔골재 25~35 중량%;
   굵은골재 32~40 중량%;
   혼화재 0.1~0.3 중량%;
   섬유 0.2~0.8 중량%;
   물 5~9 중량%;를 포함하되,
   상기 섬유는 PET 스파이럴형 섬유이고,
   상기 섬유는 분산성 향상을 위해, 표면에 폴리머 코팅층(10)이 형성되는데, 상기 폴리머 코팅층(10)은 폴리머 용액(P)에 의해 형성되며,
   상기 폴리머 용액(P)은 라텍스 폴리머와 물이 1 : 90 ~ 1 : 100의 중량 비율로 혼합되고,
   상기 라텍스 폴리머는 수소이온지수(pH)가 5.0~5.5 이고, 밀도(Density, kg/㎤)가 1,020 이며, 필름 조막성(Film formation temperature, ℃)이 0 이고,
   상기 폴리머 코팅층(10)은
   상기 섬유에 상기 폴리머 용액(P)이 분사되고, 100℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 건조되어 형성된 것을 특징으로 하는 도로 보수용 콘크리트 조성물.
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