KR102337098B1 - 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법 - Google Patents

균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%, 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 포함하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물로서,
상기 초조강 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 내지 40 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 전기로 환원 슬래그 1 내지 20 중량부, 탄산마그네슘 1 내지 20 중량부, 알칼리실리케이트 1 내지 20 중량부, 탄질화티타늄 0.1 내지 10 중량부, 및 황산망간 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 개질혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부, 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 70 내지 90 중량부, 비스말레이미드 수지 10 내지 30 중량부, 폴리로탁산 0.1 내지 10 중량부, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드 0.1 내지 10 중량부 및 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 사용하여;
부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 우수할 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법에 관한 것이다.

Description

균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법{Crack reduction type eco-friendly quick-hardening cement concrete composition and road repairing method using the same}
본 발명은 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 우수할 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트의 성능저하에 결정적 영향을 미치는 것은 균열로, 균열이 발생하면 콘크리트 내부에 유해한 외기나 수분, 화학 성분이 침투하여 콘크리트의 성능저하가 더욱 촉진된다. 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 균열을 통해 콘크리트 내부에 침투한 수분, 염화물 이온 등에 의해 콘크리트 구조물 내부의 철근에 부식이 발생하여 추가적인 균열이 발생하거나 콘크리트가 탈락하는 현상이 일어남과 동시에 철근 부식에 의해 철근 단면이 감소하여 성능이 저하됨으로써 구조물이 파손될 수도 있다.
특히, 교량 콘크리트 슬래브, 도로 노면, 날개벽, 도로 측구부, 교량 하부, 교각은 중차량, 동절기 제설제 및 환경적 변화 등에 의해 초기 서비스 상태에서 공용기간이 증대될수록 그 기능 및 성능이 저하되어 콘크리트에 균열이 발생하기 쉽고, 이러한 균열은 도로파손으로 이어지고, 도로의 파손은 이용자의 안전에 직접적인 영향을 미치게 되므로 파손 직후 신속하고 적절한 보수가 이루어져야 한다.
이러한 콘크리트 도로의 보수에 있어서 시멘트계 재료만으로 소요의 품질을 확보할 수 없으므로 콘크리트-폴리머 복합체와 같은 강도 및 내구성이 우수한 보수재료가 사용되고 있다.
이와 같은 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0421255호 "합성고무 라텍스를 함유하는 콘크리트 또는 모르타르 및 그들을 이용한 방수포장방법", 대한민국 등록특허 제10-1940645호 "균열저감형 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수보강 공법"등을 들 수 있다. 위의 종래기술은 콘크리트 배합시 미립자의 폴리머 고형분이 콘크리트 내부에 골고루 분산되어 콘크리트 내부의 미세공극을 채우는 충진재 역할을 함으로써, 콘크리트의 물성을 개선한다는 장점이 있다. 즉, 시멘트 수화물과 콘크리트 공극 사이를 폴리머 필름을 채움으로써, 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
그러나 이와 같은 기술도 기후조건의 변동이 심한 국내 상황에서는 시공시 폴리머와 콘크리트의 배합환경이 달라져, 표면의 필름형성 시점이 지연되어 초기 수축균열 문제가 발생할 수 있는 실정이다.
또한, 도로포장의 보수 작업을 위해서는 교통의 폐쇄가 불가피하므로, 교통 폐쇄에 따른 불편을 최소화하기 위하여, 상기 수축균열 문제를 해결할 수 있으면서도 조기에 충분한 강도를 발현할 수 있는 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
또한, 시멘트 생산에 따른 환경 파괴 문제가 심각한 사회문제로 대두됨에 따라 정부는 저탄소 녹색성장 정책을 시행하고 있다. 따라서, 현재의 콘크리트 보수재료에 대한 친환경적인 고부가가치 재료가 적용될 경우 매우 획기적인 대안이 될 수 있으며 이를 위해 일부 시멘트를 산업부산물로 대체하는 친환경 저탄소 녹색성장에 기여하는 차세대 콘크리트 기술개발이 절실히 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-0421255호 대한민국 등록특허 제10-1940645호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 조기에 충분한 강도를 발현하여, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 우수할 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 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 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%, 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 포함하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물로서,
상기 초조강 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 내지 40 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 전기로 환원 슬래그 1 내지 20 중량부, 탄산마그네슘 1 내지 20 중량부, 알칼리실리케이트 1 내지 20 중량부, 탄질화티타늄 0.1 내지 10 중량부, 및 황산망간 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 개질혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부, 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 70 내지 90 중량부, 비스말레이미드 수지 10 내지 30 중량부, 폴리로탁산 0.1 내지 10 중량부, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드 0.1 내지 10 중량부 및 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
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 탄질화티타늄은 티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 팽창 그라파이트를 혼합한 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1300 내지 1500 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되는 것이고;
상기 팽창 그라파이트는 5 내지 15 ℃의 온도에서 황산 100 중량부, 그라파이트 0.5 내지 10 중량부 및 하이드라진 1 내지 30 중량부를 혼합하여 24 내지 36 시간 동안 그라파이트를 침적하는 단계, 상기 침적한 그라파이트를 세척 및 건조하여 팽창 전의 그라파이트를 수득하는 단계, 및 상기 팽창 전의 그라파이트를 500 내지 800 ℃의 온도에서 10 내지 30 분 동안 팽창시켜 팽창비율((고팽창 그라파이트의 부피)/(팽창 전의 그라파이트의 부피))이 450 내지 600 배인 고팽창 그라파이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 고팽창 그라파이트인 것일 수 있다.
상기 비스말레이미드 수지는 4,4-메틸렌 디페닐렌, 4,4'-디시클로헥실메테인 및 1,3'-페닐렌 비스말레이미드 단량체가 중합된 수지를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로의 보수시공방법으로서,
도로와 같은 콘크리트 구조물의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 상기 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 도로의 보수시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법에 의하면, 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 조기에 충분한 강도를 발현하여, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 효과가 있다. 또한, 초조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 폐쇄에 따른 불편을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 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 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%, 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 포함하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물로서,
상기 초조강 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 내지 40 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 전기로 환원 슬래그 1 내지 20 중량부, 탄산마그네슘 1 내지 20 중량부, 알칼리실리케이트 1 내지 20 중량부, 탄질화티타늄 0.1 내지 10 중량부, 및 황산망간 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 개질혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부, 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 70 내지 90 중량부, 비스말레이미드 수지 10 내지 30 중량부, 폴리로탁산 0.1 내지 10 중량부, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드 0.1 내지 10 중량부 및 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법에 의하면, 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 조기에 충분한 강도를 발현하여, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 효과가 있다. 또한, 초조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 폐쇄에 따른 불편을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%, 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 포함한다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 본 발명의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 5 내지 50 중량%로 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 5 내지 40 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 초조강 결합재는 시멘트의 초기수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있고, 도포후 초기강도 확보가 가능하여 모르타르의 양생 속도를 대폭 향상시켜 교통 통제 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 개질혼화제와 혼합되어, 염해 및 동결융해 저항성이 매우 향상되어, 보수시공된 도로의 장기 사용성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 내화학성, 방수성 및 중성화 저항성이 우수한 효과가 있다. 또한, 기존 교면 포장과의 부착성능이 우수하고, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 역학적 특성이 매우 강화되어, 콘크리트의 표면균열 및 팽창파괴 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 초조강 결합재는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 5 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 초조강 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 내지 40 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 전기로 환원 슬래그 1 내지 20 중량부, 탄산마그네슘 1 내지 20 중량부, 알칼리실리케이트 1 내지 20 중량부, 탄질화티타늄 0.1 내지 10 중량부, 및 황산망간 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도가 5,000 내지 9,000 ㎠/g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이하, 상기 초조강 결합재를 구성하는 성분들의 함량은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 빠른 경화특성을 제공하여, 초조강성을 나타내는 기능을 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 20 내지 40 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하되거나 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 고로슬래그는 잠재수경성 특성으로 장기강도 및 동결융해저항성, 염화물 이온 침투 저항성 등의 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 고로슬래그는 철강 산업 부산물로서 주성분이 CaO와 SiO2 등으로, 시멘트와 그 조성이 유사하면서도 CO2를 발생시키지 않아 친환경적인 장점이 있다. 보다 구체적으로 상기 고로슬래그는 용광로 제선과정 중에서 발생되는 것으로서, 슬래그 배출 시에 고온 용융 상태의 고로슬래그를 살수 급냉함으로써, 평균입경 5 mm 미만의 비결정질 알갱이 상태로 형성되는 수재슬래그를 사용할 수 있다. 또한, 상기 수재슬래그를 분말화하여, 분말도가 4,000 내지 8,000 ㎠/g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 고로슬래그는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고로슬래그의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 고로슬래그의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 전기로 환원 슬래그는 수화반응을 촉진하여 조강성, 속경성, 및 급결성을 나타내는 기능을 한다.
일반적으로 전기로에서는 철 스크랩을 전기아크열로 용해하고 산소를 불어넣고 생석회를 투입해서 철 스크랩 중의 불순물을 제거하는 공정에서 산화슬래그가 발생되고, 용융된 용강을 다시 2차 정련로에서 합금철과 생석회를 넣어 O2와 S를 제거하는 공정에서 환원슬래그가 발생된다. 이러한 산업부산물인 전기로 환원슬래그에는 열연, 형강, 봉강공정 등 공정마다 다소간의 차이는 있을수 있으나 CaO, Al2O3, Fe2O3, SiO2 등이 다량 함유되어 있다.
보다 구체적으로 상기 전기로 환원 슬래그는 CaO 43 내지 57 중량%, Al2O3 27 내지 36 중량%, MgO 5.7 내지 12.8 중량%, SO3 0.8 내지 3.4 중량%, Fe2O3 0.3 내지 5 중량% 및 SiO2 3.1 내지 6.5 중량%를 포함하는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 전기로 환원 슬래그는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 전기로 환원 슬래그의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 전기로 환원 슬래그의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 탄산마그네슘은 우수한 인성을 제공하여, 균열저항 효과를 매우 개선하고, 단열성, 내마모성 등의 내구성을 개선하는 기능을 한다.
보다 구체적으로 상기 탄산마그네슘은 관형상의 염기성 탄산마그네슘을 사용하여, 상기 고로슬래그에 대한 알칼리 자극성능을 더욱 개선함으로써, 상기한 개선효과 뿐만 아니라, 고로슬래그의 초기수화 촉진에 따른 초기강도 개선에 더욱 기여할 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 관형 상의 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 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 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 알칼리실리케이트는 초기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 보다 구체적으로 상기 알칼리실리케이트는 칼륨실리케이트, 리튬실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 알칼리실리케이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리실리케이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 알칼리실리케이트의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 탄질화티타늄은 우수한 강도, 내마모성, 내부식성, 내산 및 내염해성 등의 내구성능을 개선하는 기능을 한다. 특히, 조성물의 윤활성을 향상시켜, 수화광물의 조직을 더욱 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 더욱 방지하는 기능을 한다.
상기 탄질화티타늄은 티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 팽창 그라파이트를 혼합한 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1300 내지 1500 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되어, 조성이 TiC0.3N0.7 내지 TiC0.7N0.3의 범위이고, 평균입경이 10 nm 내지 50 μm인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
이때, 상기 팽창 그라파이트는 5 내지 15 ℃의 온도에서 황산 100 중량부, 그라파이트 0.5 내지 10 중량부 및 하이드라진 1 내지 30 중량부를 혼합하여 24 내지 36 시간 동안 그라파이트를 침적하는 단계, 상기 침적한 그라파이트를 세척 및 건조하여 팽창 전의 그라파이트를 수득하는 단계, 및 상기 팽창 전의 그라파이트를 500 내지 800 ℃의 온도에서 10 내지 30 분 동안 팽창시켜 팽창비율((고팽창 그라파이트의 부피)/(팽창 전의 그라파이트의 부피))이 450 내지 600 배인 고팽창 그라파이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 고팽창 그라파이트인 것일 수 있다. 이때, 상기 침적한 그라파이트의 건조는 85 내지 105 ℃의 온도에서 2 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 탄질화티타늄은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄질화티타늄의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미약할 수 있는 문제점이 있고, 상기 탄질화티타늄의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격 경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 황산망간은 내마모성, 내식성, 내약품성 및 내화학성을 개선시킴으로써, 염분침투저항성, 동결융해저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공하는 기능을 한다.
상기 황산망간은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황산망간의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미약할 수 있는 문제점이 있고, 상기 황산망간의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격 경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 상기 본 발명에서 사용하는 개질혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부, 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 70 내지 90 중량부, 비스말레이미드 수지 10 내지 30 중량부, 폴리로탁산 0.1 내지 10 중량부, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드 0.1 내지 10 중량부 및 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 0.1 내지 10 중량부를 포함하여; 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 우수한 강도와, 염분침투저항성, 동결융해저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있으며, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 이로써, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 효과가 있다
상기 개질혼화제는 상기한 개선효과를 고려하여, 본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물에 1 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체는 결합력, 수밀성 및 내구성능을 개선하는 기능을 한다.
이하, 상기 개질혼화제를 구성하는 성분들의 함량은 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체는 우수한 반응성으로 빠른 경화성능을 제공하면서도 결합력, 수밀성 및 내구성능을 개선하는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체는 폴리아크릴산 5 내지 25 중량%와; 이타콘산 75 내지 95 중량%를 공중합하여 얻어진 것을 사용하여, 상기한 효과 뿐만 아니라, 우수한 강도성능 및 중성화 저항성을 더욱 개선할 수 있다.
상기 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체는 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 70 내지 90 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성이 저하되거나, 가격 경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 비스말레이미드 수지는 건조수축을 저감하여 균열발생을 효과적으로 저하시키고, 내수성, 염해 및 동결융해 저항성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 비스말레이미드 수지는 4,4-메틸렌 디페닐렌, 4,4'-디시클로헥실메테인 및 1,3'-페닐렌 비스말레이미드 단량체가 중합된 수지를 포함하는 것일 수 있다.
상기 비스말레이미드 수지는 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 비스말레이미드 수지의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 비스말레이미드 수지의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 저하되거나 가격 경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리로탁산은 콘크리트의 블리딩을 저감하여 시공성을 개선하고, 콘크리트의 균등한 품질을 확보하고 수밀성, 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 수축균열을 매우 효과적으로 억제하는 기능을 한다.
이러한 상기 폴리로탁산은 시클로덱스트린 환상 분자, 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 개구부에 꼬치상으로 포접되는 폴리부타디엔 직쇄상 분자, 및 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기를 갖는 것이고; 상기 시클로덱스트린의 수산기의 전부 또는 일부가 술폰산기 또는 황산에스테르기로 치환되는 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 경화성으로 초기강도를 확보할 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기는 디니트로페닐기류, 시클로덱스트린류, 아다만탄기류, 트리틸기류, 플루오레세인류, 피렌류 또는 안트라센류인 것일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기는 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-솔비톨에톡실레이트 복합체를 포함하는 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021114458808-pat00001
상기 식에서 n은 2 내지 10의 정수이다.
상기 폴리로탁산은 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리로탁산의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리로탁산의 함량이 너무 많은 경우에는 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 트리옥틸메틸암모늄클로라이드는 초조강 결합재와의 우수한 혼화성을 제공하고, 안정적으로 수밀한 도막을 형성하여, 우수한 강도, 동결융해 및 염해에 대한 내성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다. 뿐만아니라, 빠른 경화성으로 초기강도를 확보할 수 있는 기능을 한다.
상기 트리옥틸메틸암모늄클로라이드는 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리옥틸메틸암모늄클로라이드의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 트리옥틸메틸암모늄클로라이드의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성이 저하되거나, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르는 초조강 결합재와의 우수한 혼화성을 제공하고, 우수한 작업성을 부여하여 안정적으로 수밀한 도막을 형성하여, 우수한 강도 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르는 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지연되거나, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물은 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1 내지 10 중량% 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로의 보수시공방법으로서,
도로와 같은 콘크리트 구조물의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 상기 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 도로의 보수시공방법을 제공한다.
이때, 상기 열화부는 철근이 존재하는 하부까지 제거될 수 있고, 상기 제거된 부위를 청소하는 단계 이후, 상기 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계 이전에 노출된 철근의 녹을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열화부를 제거하는 단계에서 파쇄기 및 워터젯 등과 같은 치핑장치를 이용하여 치핑하는 경우에 정상적인 경우에는 콘크리트 구조물의 철근이 노출되지 않지만 열화가 심한 경우에는 열화부에서 철근이 노출될 수도 있는데, 이렇게 철근이 노출되는 경우에는 별도의 방청처리를 수행하여야 하나 본 발명에 의하면, 별도의 철근 방청처리는 하지 않아도 된다.
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 습윤상태를 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 습윤상태를 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 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 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 선택되는 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 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법에 의하면, 부착성, 휨-인장강도, 압축강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등의 기본적인 제반 물성이 뛰어나고, 조기에 충분한 강도를 발현하여, 초기 수축균열을 비롯한 장기적 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 효과가 있다. 또한, 초조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 폐쇄에 따른 불편을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 산업부산물을 활용하여 친환경 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
관형상의 염기성 탄산마그네슘의 제조
탄산마그네슘으로서, 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.
<제조예 2>
탄질화티타늄의 제조
티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 카본블랙을 Ti: C의 몰비가 1: 1이 되도록 혼합하여 혼합한 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1400 ℃의 온도에서 5 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되어, 평균입경이 19 μm인 탄질화티타늄을 제조하였다.
<제조예 3>
탄질화티타늄의 제조
티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 팽창 그라파이트를 Ti: C의 몰비가 1: 0.7이 되도록 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1400 ℃의 온도에서 3 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되어, 평균입경이 12 μm인 탄질화티타늄을 제조하였다.
이때, 상기 팽창 그라파이트는 5 ℃의 온도에서 황산 100 중량부, 그라파이트 2.5 중량부를 혼합하여 24 시간 동안 그라파이트를 침적하는 단계, 상기 침적한 그라파이트를 수회 세척하여 황산을 제거하고, 90 ℃의 온도에서 7 시간 동안 건조하여 팽창 전의 그라파이트를 수득하는 단계, 및 상기 팽창 전의 그라파이트를 550 ℃의 온도에서 27 분 동안 팽창시켜 팽창비율((고팽창 그라파이트의 부피)/(팽창 전의 그라파이트의 부피))이 187배인 고팽창 그라파이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 고팽창 그라파이트인 것을 사용하였다.
<제조예 4>
탄질화티타늄의 제조
티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 팽창 그라파이트를 Ti: C의 몰비가 1: 0.7이 되도록 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1400 ℃의 온도에서 3 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되어, 평균입경이 12 μm인 탄질화티타늄을 제조하였다.
이때, 상기 팽창 그라파이트는 5 ℃의 온도에서 황산 100 중량부, 그라파이트 2.5 중량부 및 하이드라진 7.5 중량부를 혼합하여 24 시간 동안 그라파이트를 침적하는 단계, 상기 침적한 그라파이트를 수회 세척하여 황산을 제거하고, 90 ℃의 온도에서 7 시간 동안 건조하여 팽창 전의 그라파이트를 수득하는 단계, 및 상기 팽창 전의 그라파이트를 700 ℃의 온도에서 20 분 동안 팽창시켜 팽창비율((고팽창 그라파이트의 부피)/(팽창 전의 그라파이트의 부피))이 507 배인 고팽창 그라파이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 고팽창 그라파이트인 것을 사용하였다.
<제조예 5>
폴리로탁산의 준비
폴리로탁산으로서, 시클로덱스트린 환상 분자, 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 개구부에 꼬치상으로 포접되는 폴리부타디엔 직쇄상 분자, 및 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기(안트라센기)를 갖는 것이고; 상기 시클로덱스트린의 수산기 중, 50%가 황산에스테르기로 치환되는 것을 사용하였다.
<제조예 6>
폴리로탁산의 준비
폴리로탁산으로서, 시클로덱스트린 환상 분자, 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 개구부에 꼬치상으로 포접되는 폴리부타디엔 직쇄상 분자, 및 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기를 갖는 것이고; 상기 시클로덱스트린의 수산기 중, 50%가 황산에스테르기로 치환되는 것을 사용하였다.
이때, 상기 폴리부타디엔 직쇄상 분자의 양 말단에 배치되어 상기 시클로덱스트린 환상 분자의 탈리를 방지하는 봉쇄기는 안트라센기 및 하기 화학식 1-1로 표시되는 안트라센-솔비톨에톡실레이트 복합체가 5: 1 몰비율로 포함되는 것을 사용하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112021114458808-pat00002
상기 식에서 n은 2이다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 초조강 결합재, 잔골재 및 굵은 골재를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 물 및 개질혼화제를 동시에 투입하여 1분 30초간 혼합하여 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물을 제조하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
잔골재 43 42 39 42 42
굵은골재 36 31 29 29 29
물 1 1 1 1 1
초조강 결합재 11 15 17 17 17
(중량부) 조강 포틀랜드 시멘트
(분말도: 6,210 ㎠/g)		 100 100 100 100 100
칼슘설포알루미네이트 35 32 22 21 32
고로슬래그
(분말도: 5,640 ㎠/g)		 12 12 18 10 -
전기로 환원 슬래그 1) 15 13 12 15 -
탄산마그네슘 9
(통상의
탄산마그네슘 분말)		 11
(통상의
탄산마그네슘 분말)		 11
(제조예1)		 - -
리튬 실리케이트 7 8 7 - -
탄질화티타늄 2
(제조예2)		 2
(제조예3)		 2
(제조예4)		 - -
황산망간 2 2 2 - -
1) 전기로 환원 슬래그: CaO 44.2 중량%, Al2O3 33.9 중량%, MgO 10.5 중량%, SO3 1.08 중량%, Fe2O3 2.23 중량% 및 SiO2 4.74 중량%를 포함하는 것을 사용
개질혼화제 9 11 14 11 11
(중량부) 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 100 100 100 100
폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 2) 72 82 88 55 -
비스말레이미드 수지 3) 17 15 17 - -
폴리로탁산 3
(제조예5)		 5
(제조예5)		 3
(제조예6)		 - -
트리옥틸메틸암모늄클로라이드 1 1 1 - -
펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 1 1 1 - -
2) 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체: 폴리아크릴산 17중량% 및; 이타콘산 83중량%를 공중합하여 얻어진 것을 사용
3) 비스말레이미드 수지: 4,4-메틸렌 디페닐렌, 4,4'-디시클로헥실메테인 및 1,3'-페닐렌 비스말레이미드 단량체가 1: 1: 3 중량비율로 중합된 수지를 사용
아래의 시험예들은 상기에 개시한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 한 결과를 나타낸 것이다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
하기 표 2는 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화이다.
구분 슬럼프 (㎝)
교반 직후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후 60분 경과 후
실시예 1 20 18 17 14 13
실시예 2 20 19 18 15 13
실시예 3 21 20 18 16 15
비교예 1 10 9 7 5 2
비교예 2 13 10 8 4 1
상기 표 2와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 작업성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
구분 압축강도 (㎏f/㎠)
3시간 후 12시간 후 24시간 후 3일 후 28일 후
실시예 1 298 317 328 392 485
실시예 2 307 321 337 398 492
실시예 3 315 337 354 409 498
비교예 1 - - - 175 294
비교예 2 - - - 153 251
상기 표 3과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 빠른 경화가 용이하여 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행이 가능하나 비교예 1 및 비교예 2는 1일이 경과후에도 다른 작업의 수행이 어렵다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 완전 경화 후의 압축강도도 본 발명에 따른 비교예 1 및 2에 비해 실시예 1 내지 실시예 3이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 4는 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
구분 휨 (㎏f/㎠)
3시간 후 12시간 후 24시간 후 3일 후 28일 후
실시예 1 72 81 88 99 120
실시예 2 74 85 92 107 124
실시예 3 75 87 94 111 128
비교예 1 - - - 58 71
비교예 2 - - - 32 47
상기 표 4와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 빠른 경화가 진행되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않으나, 비교예 1 및 비교예 2는 경화 진행이 더디므로 외부에서 하중이 발생하면 타설되어 있는 콘크리트가 파손되거나 변형될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 완전경화후의 휨강도도 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 실시예 1 내지 실시예 3이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
구분 접착강도 (㎏f/㎠)
3시간 후 12시간 후 24시간 후 3일 후 28일 후
실시예 1 23 25 27 29 32
실시예 2 23 26 27 30 32
실시예 3 24 26 28 31 33
비교예 1 - - - 17 21
비교예 2 - - - - 9
상기 표 5와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 접착강도가 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 5>
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 4004(시멘트 벽돌)에 규정한 방법에 따라 흡수율을 측정하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다. 흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다. 즉, 흡수율이 낮을수록 경화된 후 콘크리트의 강도가 향상되는 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 1.2 0.9 0.9 3.3 7.1
상기 표 6과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 흡수율이 낮다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험을 수행하였고, 상기 동결융해저항성 시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예들의 내구성지수 결과를 표 7에 나타내었다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 89 93 95 65 55
상기 표 7과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 내구성, 즉, 동결융해저항성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 건조수축율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
건조수축율(×10-4) 0.9 0.6 0.5 2.4 2.9
상기 표 8과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 건조수축량이 감소되었음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 JIS A 1171(폴리머 시멘트 모르타르의 시험방법)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 표 9에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이 (㎜) 0.9 0.5 0.5 2.7 3.9
상기 표 9와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 중성화 침투 깊이가 적게 나타났음을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 의하여 제조된 비교용 콘크리트 조성물을 JIS A 1171에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투깊이 (㎜) 1.5 1.1 1.1 2.8 4.2
상기 표 10과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타났음을 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. 잔골재 5 내지 50 중량%, 굵은 골재 5 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량%, 초조강 결합재 5 내지 40 중량%, 및 개질혼화제 1 내지 30 중량%를 포함하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물로서,
    상기 초조강 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 내지 40 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 전기로 환원 슬래그 1 내지 20 중량부, 탄산마그네슘 1 내지 20 중량부, 알칼리실리케이트 1 내지 20 중량부, 탄질화티타늄 0.1 내지 10 중량부, 및 황산망간 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
    상기 개질혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 100 중량부, 폴리아크릴산-이타콘산 공중합체 70 내지 90 중량부, 비스말레이미드 수지 10 내지 30 중량부, 폴리로탁산 0.1 내지 10 중량부, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드 0.1 내지 10 중량부 및 펜타에리쓰리톨폴리글리시딜에테르 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
    상기 비스말레이미드 수지는 4,4-메틸렌 디페닐렌, 4,4'-디시클로헥실메테인 및 1,3'-페닐렌 비스말레이미드 단량체가 중합된 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 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 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄질화티타늄은
    티타늄 산화물(TiO2) 분말 및 팽창 그라파이트를 혼합한 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 분쇄 처리하는 단계, 및 상기 분쇄 처리된 혼합물을 질소기체 분위기에서 1300 내지 1500 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 열처리하는 단계;를 포함하는 방법으로 준비되는 것이고;
    상기 팽창 그라파이트는
    5 내지 15 ℃의 온도에서 황산 100 중량부, 그라파이트 0.5 내지 10 중량부 및 하이드라진 1 내지 30 중량부를 혼합하여 24 내지 36 시간 동안 그라파이트를 침적하는 단계, 상기 침적한 그라파이트를 세척 및 건조하여 팽창 전의 그라파이트를 수득하는 단계, 및 상기 팽창 전의 그라파이트를 500 내지 800 ℃의 온도에서 10 내지 30 분 동안 팽창시켜 팽창비율((고팽창 그라파이트의 부피)/(팽창 전의 그라파이트의 부피))이 450 내지 600 배인 고팽창 그라파이트를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 고팽창 그라파이트인 것을 특징으로 하는 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로의 보수시공방법으로서,
    도로와 같은 콘크리트 구조물의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 상기 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 단면을 복구하는 단계; 상기 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물의 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 보수시공방법.
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KR1020210041608A KR102337098B1 (ko) 2021-03-31 2021-03-31 균열제어형 친환경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로의 보수시공방법

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