KR102348102B1 - 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 유지보수 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부; 플라이애시(B) 1 내지 20 중량부; 수산화칼슘(C) 0.1 내지 10 중량부; 골재(D) 450 내지 600 중량부; 개질유황결합재(E) 1 내지 5 중량부; 및 물 25 내지 45중량부를 포함하는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 이용한 도로포장 유지보수 공법에 관한 것이다. 본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 작업성 및 조기강도 발현 특성이 우수하고, 염분침투저항성과 동결융해저항성이 우수한 효과를 제공한다.

Description

작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 유지보수 공법{RAPID HARDENING CEMENT CONCRETE COMPOSITION HAVING EXCELLENT WORKABILITY AND REPAIRING METHOD FOR ROAD PAVEMENT THEREWITH}
본 발명은 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 타설시 작업성이 우수하고, 강도, 염분침투저항성, 및 동결융해저항성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
아스팔트 콘크리트 도로 노면의 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및 보강하기 위하여 초속경 시멘트 또는 폴리머 시멘트가 널리 사용되고 있다.
초속경 시멘트는 일반적으로 제트 시멘트 등으로도 불리우며, 2~3시간에 압축강도 100~200kgf/cm2에 이르는 특수 시멘트의 한 종류로서, 조기 강도 발현이라는 점에서는 조강 시멘트와 유시한 점이 있으나, 응결 시간이 2~3시간 내라는 매우 짧은 응결 시간을 가지고, 발현 강도가 조강 시멘트의 경우 일반 보통 시멘트보다 강한 것에 비해 상대적으로 조강 시멘트보다 낮은 보통 시멘트의 강도를 가지는 시멘트이다.
이러한 초속경 시멘트 콘크리트는 보통 일반 시멘트 콘크리트에 비해 단시간에 강도를 발현할 수 있어 초속경 시멘트를 이용하여 콘크리트 조성물을 형성함으로써, 시간을 단축하여야 하는 다양한 분야에 이용되고 있다.
예를 들면, 시멘트 콘크리트로 포장된 도로의 보수 공사시 초속경 시멘트 콘크리트를 이용함으로써 교통 차단 시간을 줄이는 등의 효과를 얻을 수 있어, 활주로 보수 공사, 일반 토목, 건축 공사 등에서도 널리 이용되고 있다.
그러나, 이러한 초속경 시멘트 콘크리트는 통상의 일반 시멘트 콘크리트와 비교하여 조기 강도 발현을 위해 높은 수화열이 발생하여, 콘크리트 내의 열과 수분의 이동에 따라 온도 응력과 수축으로 미세한 균열이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 미세한 균열로 인하여 콘크리트의 투수성을 증가시켜 콘크리트 구조물의 내구 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
폴리머 시멘트로는 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 포틀랜드 시멘트(1종 시멘트)에 특화되어 있어 시멘트의 구성성분의 차이가 현저히 다른 속경성 또는 조강성 시멘트에 적용하는데는 사용상 무리가 있으며, 성능 또한 열화 또는 중성화가 진행된 기체 콘크리트와 보수용 라텍스 개질 콘크리트와의 요구된 부착강도를 유지하는데 한계가 있었다.
또한, 상기 기재된 내용에 의해 개질 초속경 또는 조강 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 발생 발생하는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 조기강도 발현 특성이 우수하고 염분침투저항성과 동결융해저항성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 유지보수공법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부; 플라이애시(B) 1 내지 20 중량부; 수산화칼슘(C) 0.1 내지 10 중량부; 골재(D) 450 내지 600 중량부; 개질유황결합재(E) 1 내지 5 중량부; 및 물 25 내지 45중량부를 포함하는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일 구체예로서, 상기 초속경 시멘트 혼합재(A)는 조강 포틀랜드 시멘트 30 내지 60 중량%, 알루미나 시멘트 5 내지 30 중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1 내지 20 중량%, 및 석고 0.05 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 플라이애시(B)는 ASTM C618 class F 기준을 만족하고, 3.25㎛ 이하의 입자가 50% 이상이고, 8.50㎛ 이하의 입자가 90% 이상인 것을 특징으로 한다.
일 구체예로서, 상기 개질유황결합재(E)는 유황 100 중량부; 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1 내지 40 중량부; 및 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 0.1 내지 50 중량부가 용융 혼합된 것일 수 있다.
일 구체예로서, 상기 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부에 대하여 폴리머 결합재(F) 0.01 내지 5 중량부를 더 포함하고, 상기 폴리머결합재(F)는 메틸메타크릴레이트 20 내지 95 중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1 내지 50 중량%, 메타크릴산메틸부타디엔고무 라텍스 1 내지 30 중량%, 폴리 초산 비닐 0.01 내지 30 중량%, 불포화 폴리에스터 0.01 내지 10 중량%, 폴리 프로필렌 0.01 내지 10 중량%, 스티렌-부타디엔 0.01 내지 10 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.01 내지 10 중량%, 폴리스티렌 0.01 내지 10 중량%, 초산셀롤로오스 0.01 내지 10 중량%, 소포제 0.01 내지 5 중량%, 및 분산제 0.01 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 유지보수공법에 관한 것이다.
본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 작업성 및 조기강도 발현 특성이 우수하고, 염분침투저항성과 동결융해저항성이 우수한 효과를 제공한다.
이하, 본 출원의 구체예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
단지, 여기서 소개되는 구체예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 줄 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 또한 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것에 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 'X 내지 Y'는 'X 이상 Y 이하'를 의미한다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
초속경 시멘트 콘크리트 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부, 플라이애시(B) 1 내지 20 중량부, 수산화칼슘(C) 0.1 내지 10 중량부, 골재(D) 450 내지 600 중량부, 개질유황결합재(E) 1 내지 5 중량부; 및 물 25 내지 45중량부를 포함한다.
초속경 시멘트 혼합재(A)는 조강 포틀랜드 시멘트 30 내지 60 중량%, 알루미나 시멘트 5 내지 30 중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1 내지 20 중량%, 및 석고 0.05 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 초속경 시멘트 혼합재 전체 중량에 대하여, 30 내지 60 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 조강 포틀랜드 시멘트는 분말도가 4000 내지 9000cm2/g인 것을 사용하여, 우수한 초기 강도 발현 및 작업성을 제공할 수 있고, 균열발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
상기 알루미나 시멘트 및 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트는 상기 초속경 시멘트 혼합재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 초기 강도 발현 및 수축 방지 효과를 얻을 수 있다. 이들은 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트는 내약품성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
상기 알루미나 시멘트는 상기 초속경 시멘트 혼합재 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트는 상기 초속경 시멘트 혼합재 전체 중량에 대하여, 1 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 시멘트 및 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트의 함량이 너무 적으면, 콘크리트 초기 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 알루미나 시멘트 및 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트의 함량이 너무 많으면, 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하거나, 내약품성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 석고는 상기 초속경 시멘트 혼합재의 다른 성분들과 함께 혼합되어, 초기 강도 발현 및 수축 방지 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지할 수 있는 효과가 있다. 상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 상기 석고는 상기 초속경 시멘트 혼합재 전체 중량에 대하여, 0.05 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 너무 적으면, 콘크리트 초기 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 석고의 함량이 너무 많으면, 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나, 과팽창 또는 내수성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
플라이애시(B)는 콘크리트 내부에 형성된 미세 공극을 채워주는 역할을 하고 블리딩 통로를 감소시킴으로써 수분이 내부로 침투하는 것을 제한하며 동시에 동결융해저항성을 증대시킬 수 있다. 플라이애시(B)는 그 입자가 콘크리트 배합에 미치게 되는 플라스터사이징 효과(plasticizing effect)를 통해 콘크리트 내부에 연행된 공기가 균일하게 분포되도록 함으로써 보다 응결력 있는 콘크리트를 제공할 수 있으며, 보다 높은 압축강도를 발현할 수 있다.
본 발명에서 플라이애시(B)는 ASTM C618 class F 기준을 만족하고, 3.25㎛ 이하, 구체적으로는 0.01㎛ 내지 3.25㎛의 입자가 50% 이상이고, 8.50㎛ 이하의 입자, 구체적으로는 0.01㎛ 내지 8.50㎛의 입자가 90% 이상인 플라이애시 입자를 사용한다. 상기 수치범위에서 W/C비를 크게 낮출 수 있어 콘크리트의 조기강도 저감부분을 상쇄시킬 수 있으며, 초속경 시멘트 혼합재의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있음은 물론 조기교통개방을 위한 기준강도 21MPa 이상을 충분히 만족시킬 수 있다.
본 발명에서 물과 초속경 시멘트 혼합재(A) 간의 혼합 비율은 45W/C(%) 이하일 수 있으며, 구체적으로는 38 내지 42 W/C(%), 보다 구체적으로는 38 내지 40 W/C(%)일 수 있다.
플라이애시(B)는 초속경 시멘트 혼합재 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부, 구체적으로는 5 내지 18 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 초기 강도 발현 및 작업성(workability)을 제공할 수 있고, 균열을 억제할 수 있는 효과를 제공한다.
수산화칼슘(C)은 초속경 시멘트 혼합재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 초속경 콘크리트의 포졸란반응을 크게 활성화시킬 수 있으며 투수저항성이 전반적으로 향상될 수 있다.
상기 수산화칼슘은 상기 플라이애시와 1 : 4 내지 1 : 6의 중량비로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 초기 강도 발현이 가능하고 우수한 작업성과 투수저항성을 제공할 수 있다.
골재(D)는 잔골재 및 굵은 골재(coarse aggregates)가 함께 사용된다. 골재의 선택에 있어 사용이 예상되는 환경 하에서 화학적 침식에 대한 저항성을 가져야 한다. 예를 들면 석영질 골재는 산 및 염기 환경 하에서 모두 적용 가능한 반면, 석회석 골재는 염기 환경 하에서 적합하나, 산 환경에서는 적합하지 않다. 특히, 산과 접촉하는 환경 하에서 시공 시 골재는 예상되는 산 농도 및 온도 조건에서 시험되었을 때 거품이 발생하지 않아야 한다. 예를 들면, 골재를 60℃에서 사용시 예상되는 농도의 산에 24시간 침적했을 때, 2 중량% 이하의 중량 손실을 나타내는 것이 바람직할 것이다. 상기 잔골재는 통상적으로 4.75㎜(No. 4 체)보다 작고 75㎛(No. 200 체)보다 큰 골재 입자를 의미하는 바, 천연 모래, 부순 모래 등이 있다. 또한, 굵은 골재는 4.75㎜(No. 4 체)보다 큰 골재 입자를 의미하며, 최대 골재 지름이 2.5㎜, 1.9㎜, 13㎜, 9㎜ 등의 일반적인 골재를 사용할 수 있다. 본 발명에서 잔골재와 굵은 골재의 비율은 약 1: 0.7 ~ 0.8 정도로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 우수한 작업성과 강성을 나타낼 수 있다.
개질유황결합재(E)는 초속경 시멘트 혼합재를 사용하는 경우 빈번하게 발생하는 미세 균열을 방지하기 위하여 사용되는 것으로 유황을 개질하기 위하여 유황에 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 및 헤테로 고리 아민계 개질제를 용융 혼합시킨 액상의 개질유황결합재와, 상기 액상의 개질유황결합재를 120℃이하의 온도에서, 예를 들어 상온으로 냉각하여 얻은 고상의 개질유황결합재 모두를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명에 사용될 수 있는 유황은 통상의 유황 단체이며, 이러한 유황으로는 천연 유황 또는 석유나 천연 가스의 탈황에 의해 생성된 유황을 들 수 있고, 유황을 120℃이상, 바람직하게는 125℃ 내지 140℃에서 가열 용융한 용융 유황도 포함하는 것을 의미한다.
일 구체예로서, 개질유황결합재(E)는 유황 100 중량부에 대하여 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1 내지 40 중량부, 및 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 0.1 내지 50 중량부가 용융 혼합된 것일 수 있다.
상기 디시클로 펜타디엔계 개질제는 1) 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene; DCPD) 단독, 또는 2) 상기 DCPD에, 시클로 펜타디엔(cyclo pentadiene; CPD), DCPD 유도체, CPD 유도체 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물, 또는 3) 상기 1) 또는 2)에 디펜텐(dipentene), 비닐 톨루엔(vinyl toluene), 스티렌 모노머, 디시클로 펜텐(dicyclo pentene) 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물일 수 있다.
상기 헤테로 고리 아민류는 피리딘(pyridine), 피리딘의 동족체, 피리딘의 이성질체, 피리딘의 동족체의 이성질체, 퀴놀린(quinoline), 이소퀴놀린(isoquinoline), 아크리딘(acridine) 및 피롤(pyrrole)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 개질유황결합제(E)는 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 만약 1 중량부 미만의 개질유황결합제(E)를 사용할 경우, 반응 진척도의 기준을 제시하는 반응 생성물 내의 사방정계 결정의 함량이 반응 전의 유황과 특별히 차별화되지 않기 때문에 폴리설파이드의 함량이 전술한 범위에 미달되는 바, 의도하는 유황 개질의 효과를 기대하기 곤란하다. 반면, 개질유황결합제(E)의 함량이 5 중량부를 초과할 경우에는 액상 저장과정(예를 들면, 전형적인 저장 온도인 130℃ 내지 140℃에서 저장할 경우)에서 지속적인 중합반응 등에 의하여 현격한 점도 상승을 야기한다.
일 구체예로서, 상기 개질유황결합제(E)는 상기 플라이애시(B)와 1 : 5 내지 1 : 8의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 기계적 물성의 저하없이 우수한 초기 강도 발현과 함께 미세 균열을 방지할 수 있으며, 우수한 염분침투저항성과 동결융해저항성을 제공할 수 있다.
폴리머 결합재(F)는 콘크리트의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용한다.
폴리머 결합재(F)는 상기 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 폴리머 결합재(F)의 함량이 0.01 중량부 미만이면 콘크리트의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리머 결합재의 함량이 5 중량부를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나 수화반응을 지연시켜 조기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 20 내지 95 중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1 내지 50 중량%, 메타크릴산메틸부타디엔고무 라텍스 1 내지 30 중량%, 폴리 초산 비닐 0.01 내지 30 중량%, 불포화 폴리에스터 0.01 내지 10 중량%, 폴리 프로필렌 0.01 내지 10 중량%, 스티렌-부타디엔 0.01 내지 10 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.01 내지 10 중량%, 폴리스티렌 0.01 내지 10 중량%, 초산셀롤로오스 0.01 내지 10 중량%, 소포제 0.01 내지 5 중량%, 및 분산제 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 메틸메타크릴레이트는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 20 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 메틸메타크릴레이트의 함량이 20 중량% 미만인 경우 결합력 및 내구성능 개선효과가 저하되고, 상기 메틸메타크릴레이트의 함량이 95 중량%를 초과하는 경우 결합력 및 내구성능은 개선되나 초기 강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 스티렌-부틸아크릴레이트는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 혼합이 잘 되게 하여 충분한 강도를 발현하고 낮은 온도나 수중에서도 경화시간의 단축이 가능하여 공정시간을 줄일 수 있는 효과를 얻기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 1 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 상기 스티렌-부틸아크릴레이트의 함량이 함량이 1 중량% 미만인 경우 저온 발현성 및 수중 경화성이 저하되고, 상기 스티렌-부틸아크릴레이트의 함량이 50 중량%를 초과하는 경우 낮은 온도에서의 강도 발현이나 수중경화성은 되나 초기 강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 강도, 내열성 및 내알칼리성을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 1 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스의 함량이 1 중량% 미만인 경우 강도, 내열성 및 내알칼리성 개선효과가 저하되고, 상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 재료분리현상이 발생될 수 있다.
상기 폴리 초산 비닐은 신장 능력이 향상과 내알칼리성 및 접착성을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 상기 폴리 초산 비닐의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 저하되고, 상기 폴리 초산 비닐의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성이 저하될 수 있다.
상기 불포화 폴리에스터는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 불포화 폴리에스터의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 저하되고, 상기 불포화 폴리에스터의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 초기 강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 폴리 프로필렌은 접착강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 폴리 프로필렌의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 미흡하고, 상기 폴리 프로필렌의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성이 저하될 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔은 폴리머 결합재의 내수성 및 내수성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 0.01 중량% 미만이면 내수성 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 10 중량%를 초과하면 작업성은 좋아지나 경화시간이 지연될 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 상기 폴리머 결합재의 점도 및 보수성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10중량% 포함될 수 있다. 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 0.01 중량% 미만이면 점도 및 보수성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 10 중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 폴리스티렌은 폴리머 결합재의 강도 및 내구성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10중량% 포함될 수 있다. 상기 폴리스티렌의 함량이 0.01 중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리스티렌의 함량이 10 중량%를 초과하면 작업성은 좋아지나 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 초산셀룰로오스는 상기 폴리머 결합재의 점도를 부여하기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 초산셀룰로오스의 함량이 0.01 중량% 미만이면 점도 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 초산셀룰로오스의 함량이 10 중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 소포제는 콘크리트 내의 기공을 제거하여 콘크리트의 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용되는 것으로 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 5중량% 포함될 수 있다. 상기 소포제로서는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예컨대 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있고, 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다.
또한, 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있고, 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다.
또한, 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있으며, 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
상기 분산제는 내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 분산성을 개선하여 작업성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 분산제는 폴리칼본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등이 있으나 폴리칼본산계 분산제 사용이 바람직하다. 상기 분산제는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01 내지 5중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 나노클래이(G) 및 양이온계 분산제(G)를 더 포함할 수 있다.
나노클래이(nano-clay)(G)는 나노 단위의 입경을 갖는 점토계 광물을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노클래이는 층상구조를 갖는 실리케이트(layered silicates) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 층상구조를 갖는 실리케이트 화합물은 물에 의하여 팽윤 가능한 층상구조의 무기화합물로서 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지므로 소량 포함하더라도 우수한 내수성을 나타내며 노면 표층의 내구 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 나노클래이는 입경 1㎛ 미만이고, 종횡비가 50 내지 1000일 수 있고, 바람직하게는 내수성 측면에서 50 내지 500의 종횡비를 가질 수 있으며, 특히 고습(90%, R.H)에서의 배리어성 확보를 위하여 300 내지 500의 종횡비를 가질 수 있다.
상기 나노클래이의 입경은 용매 중 동적 광산란법에 의해 구한 입경을 가리키며, 상기 나노클래이의 종횡비(Z)는 Z=L/a(여기서, L은 용매중 동적 광산란법에 의해 구한 입경이고, a는 층상 무기화합물의 단위두께(단위두께 a는 분말 Xtjs 회절법에 의해 측정된 값이다))로 나타낼 수 있다.
상기 나노클래이는 실리카의 사면체층의 상부에 알루미늄이나 마그네슘 등을 중심 금속으로 한 8면체층을 갖는 2층 구조로 된 실리케이트 화합물과, 실리카의 4면체층이 알루미늄이나 마그네슘 등을 중심 금속으로 한 8면체층을 양측에서 끼우고 있는 3층 구조로 된 실리케이트 화합물로 분류된다. 전자로는 카오리나이트족 등을 예시할 수 있고, 후자로는 층간 양이온의 수에 의한 스멕타이트족, 운모족 등을 들 수 있다. 구체적으로는 카오리나이트, 몬모릴로나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 헥토라이트 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노클래이는 소듐 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite), 마그네슘 몬모릴로나이트(magnesium montmorillonite), 칼슘 몬모릴로나이트(calssium montmorillonite), 논트로나이트(nontronite), 베이델리트(beidellite), 볼코스코니트(volkonskoite), 헥토리이트(hectonite), 사포나이트(saponite), 사우콘니이트(sauconite), 메가다이트(magadite), 메드노나이트(medmonite), 켄야이트(kenyaite), 버미큘레이트(vermiculite), 소복케이트(sobockite), 스테븐시이트(stevensite), 렉토리이트(rectonite), 타로소보이트(tarosovite), 및 레디케이트(ledikite)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상의 실리케이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 나노클래이는 용매와 먼저 혼합하여 팽윤시킨 상태로 조성물에 혼입시켜 사용할 수 있다. 상기 용매로는 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 메틸알코올, 프로판올, 디메틸설폭사이드, 아세톤 등을 들 수 있으나, 물이나 알코올류가 바람직하다.
상기 나노클래이는 초속경 시멘트 혼합재 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 구체적으로는 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 내수성과 균열저항성을 나타낼 수 있다.
양이온계 분산제(H)는 나노클래이(G)가 초속경 시멘트 혼합재(A) 및 물과 혼합시 나노클래이(G)의 분산성을 확보하여 안정된 상태로 혼합하기 위하여 사용되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 양이온계 분산제(H)로는 4가 암모늄염(quaternary ammonium salts)을 사용할 수 있다. 상기 4가 암모늄염 화합물은 테트라알킬 암모늄염, 테트라아릴 암모늄염, 헤테로사이크릭 암모늄염 등을 예시할 수 있다.
상기 테트라알킬 암모늄(tetra alkyl ammonium)의 유기 혹은 무기염은, 바람직하게는, 알킬 체인이 1 내지 20개의 탄소로 이루어지거나, 하이드록시에틸(hydroxyethyl), 하이드록시프로필(hydroxypropyl), 2-하이드록시폴리에톡실레이트(2-hydroxypolyethoxylate) 형태이고, 염은 -Cl, -Br, -acetate, -CH3OSO3, -C2H5OSO3 등의 형태가 사용되며, 구체적인 예로서, 스테아릴 트리메틸 암모늄 클로라이드, 스테아릴 트리메틸 암모늄 메토설페이트 등을 들 수 있다.
양이온계 분산제(H)는 초속경 시멘트 혼합재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 분산성과 내수성을 확보할 수 있다.
도로포장 유지보수공법
본 발명의 일 구체예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 유지보수공법은 포장도로 노면의 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계(S1), 상기 제거된 부위를 진공흡입차량으로 청소하는 단계(S2), 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구 또는 보강하는 단계(S3), 타설된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부면에 마찰증대를 위한 타이닝을 실시하는 단계(S4), 상기 타이닝된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부면에 피막형성 양생제 또는 표면침투 보호제로 도포하는 단계(S5)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계에서 철근이 노출된 경우에는 녹을 제거한 후 방청제를 도포하는 방청처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하는 경우에 정상적인 경우에는 콘크리트 구조물의 철근이 노출되지 않지만 열화가 심한 경우에는 열화된 부위에서 철근이 노출될 수도 있는데, 이렇게 철근이 노출되는 경우에는 방청 처리하여 철근의 부식을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1-2 및 비교예 1-3
실시예 1
조강 포틀랜드 시멘트 50kg, 알루미나 시멘트 27kg, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 18kg, 석고 5kg를 혼합하여, 초속경 시멘트 혼합재(A) 100kg를 준비하였다.
상기 준비된 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부에 대하여 플라이애시(B) 15 중량부, 수산화칼슘(C) 3 중량부, 잔골재(D1) 295 중량부 굵은골재(D2) 210 중량부, 개질유황결합재(E) 2 중량부, 물 42 중량부를 강제식 믹서에 투입하여 10분간 교반하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
실시예 1에서 사용한 플라이애시(B)는 ASTM C618 class F 기준을 만족하고, 3.25㎛ 이하의 입자가 50% 이상이고, 8.50㎛ 이하의 입자가 90% 이상인 UFFA(Ultra Fine Fly ash)를 사용하였다.
실시예 1에서 사용한 개질유황결합재(E)는 유황, 디시클로 펜타디엔, 및 퀴놀린을 각각 100 : 25 : 20의 중량비율로 혼합하여, 개질유황 혼합물을 제조한 후, 상기 개질유황 혼합물을 약 125℃의 온도에서 용융하였다. 상기 용융된 개질유황 혼합물을 약 90℃의 온도로 냉각 및 안정화시켜 제조 완료하였다.
실시예 2
초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부에 대하여 폴리머결합재(F) 3중량부를 더 포함시켜 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
폴리머결합재(F)는 메틸메타크릴레이트 31 중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 23 중량%, 메타크릴산메틸부타디엔고무 라텍스 28 중량%, 폴리 초산 비닐 5 중량%, 불포화 폴리에스터 3 중량%, 폴리 프로필렌 3 중량%, 스티렌-부타디엔 2 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.5 중량%, 폴리스티렌 0.5 중량%, 초산셀롤로오스 1 중량%, 소포제 1 중량%, 및 분산제 1 중량%를 혼합하여 제조하였다.
비교예 1
플라이애시(B)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
비교예 2
수산화칼슘(C)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
비교예 3
개질유황결합재(E)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
하기 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1-2에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1-3의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다.
구분 슬럼프(cm)
교반직후 20분 경과 후 30분 경과후 40분 경과 후
실시예 1 21 20 18.5 17.5
실시예 2 21 19.5 17.8 17
비교예 1 21 16 10 7
비교예 2 21 17 12 8
비교예 3 21 17 13 10
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 작업성이 우수한 것을 알 수 있다.
<시험예 2>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 압축강도(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 24.6 31.6 39.5 45.3 50.1
실시예 2 26.6 33.1 40.5 46 52.3
비교예 1 18.9 21.8 28.2 31.4 37.3
비교예 2 20.5 22.3 30.1 32.8 39.1
비교예 3 23.1 27.3 33.1 37.8 42.1
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 압축강도가 월등히 높은 것을 확인할 수 있다.
<시험예 3>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 휨강도(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 5.1 6.0 6.7 7.8 8.2
실시예 2 5.3 6.3 7.1 7.9 8.4
비교예 1 3.3 4.0 4.9 5.5 6.1
비교예 2 3.5 4.3 5.1 5.8 6.3
비교예 3 3.8 4.8 5.4 6.1 6.8
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 휨강도가 월등히 높은 것을 확인할 수 있다.
<시험예 4>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 접착강도(MPa)
1일 후 3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 1.75 2.04 2.11 2.50 2.81
실시예 2 1.80 2.13 2.25 2.68 2.90
비교예 1 1.19 1.55 1.72 1.83 2.09
비교예 2 1.22 1.67 1.90 1.96 2.21
비교예 3 1.40 1.78 1.96 2.20 2.42
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 접착강도가 월등히 높은 것을 확인할 수 있다.
<시험예 5>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 규정한 방법에 따라 길이변화율을 측정한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
길이변화율(%) 0.006 0.005 0.027 0.021 0.011
상기 표 5에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있다.
<시험예 6>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2711에 의하여 염분침투저항성(coulombs) 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
염분침투저항성 372 362 478 433 465
상기 표 6에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 염분 침투에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
<시험예 7>
실시예 1-2 및 비교예 1-3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 의하여 동결융해저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
동결융해저항성(%) 97 95 85 88 86
상기 표 7에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1-2의 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1-3에 비하여 동결융해저항성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. 초속경 시멘트 혼합재(A) 100 중량부;
    플라이애시(B) 1 내지 20 중량부;
    수산화칼슘(C) 0.1 내지 10 중량부;
    골재(D) 450 내지 600 중량부;
    개질유황결합재(E) 1 내지 5 중량부;
    폴리머 결합재(F) 0.01 내지 5 중량부; 및
    물 25 내지 45중량부를 포함하고,
    상기 플라이애시(B)는 ASTM C618 class F 기준을 만족하고, 3.25㎛ 이하의 입자가 50% 이상이고, 8.50㎛ 이하의 입자가 90% 이상이고,
    상기 수산화칼슘(C)은 상기 플라이애시(B)와 1 : 4 내지 1 : 6의 중량비로 포함되고,
    상기 개질유황결합제(E)는 상기 플라이애시(B)와 1 : 5 내지 1 : 8의 중량비로 포함되고,
    상기 물과 상기 초속경 시멘트 혼합재(A) 간의 혼합 비율은 42 W/C(%)이며,
    상기 폴리머결합재(F)는 메틸메타크릴레이트 20 내지 95 중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1 내지 50 중량%, 메타크릴산메틸부타디엔고무 라텍스 1 내지 30 중량%, 폴리 초산 비닐 0.01 내지 30 중량%, 불포화 폴리에스터 0.01 내지 10 중량%, 폴리 프로필렌 0.01 내지 10 중량%, 스티렌-부타디엔 0.01 내지 10 중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.01 내지 10 중량%, 폴리스티렌 0.01 내지 10 중량%, 초산셀롤로오스 0.01 내지 10 중량%, 소포제 0.01 내지 5 중량%, 및 분산제 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 혼합재(A)는 조강 포틀랜드 시멘트 30 내지 60 중량%, 알루미나 시멘트 5 내지 30 중량%, 트리칼슘알루미네이트 시멘트 1 내지 20 중량%, 및 석고 0.05 내지 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개질유황결합재(E)는 유황 100 중량부; 디시클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)계 개질제 0.1 내지 40 중량부; 및 헤테로 고리 아민류(hetero cyclic amine) 0.1 내지 50 중량부가 용융 혼합된 것을 특징으로 하는 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항의 작업성이 우수한 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 유지보수공법.
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