KR102374614B1 - 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법 - Google Patents

초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초속경 시멘트 10~20 중량%, 활성실리카 0.5~1.0 중량%, 액상 라텍스 1.0~5.0 중량%(고형분 기준 40~50%), 모래 40~50 중량%, 골재 30~40 중량%, 및 물 5~10 중량%를 포함하되, 활성실리카와 액상 라텍스의 조성비가 중량비로 1:2.4~1:3.0인 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법을 제공한다.

Description

초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법{Ultra Rapid Hardening Concrete Composition and Road Concrete Repairing Method Using The Same}
본 발명은 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분침투율이 낮고, 동결융해저항성이 높아 열화 및 균열이 억제되고, 압축강도, 휨강도가 우수함과 동시에 내구성이 커 수명이 오래가고 유지보수가 간단하면서도 이에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있는 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법에 관한 것이다.
교량과 같은 콘크리트 구조물은 철근 콘크리트로 만들어진 콘크리트 거더 위에 콘크리트를 타설하여 그 위에 다시 콘크리트 포장을 하여 만들어진다. 이러한 콘크리트 포장에 물이 흡수되면 거더 콘크리트와 포장 콘크리트사이에 고이게 되고 온도가 영하 이하로 떨어지게 되면 물이 팽창하여 포장 콘크리트를 밀쳐내게 되어 콘크리트를 열화시킨다. 또 일부 물은 교각 하단으로 흘러 콘크리트 중성화 균열 등 구조체에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 특히 겨울철 해빙을 위하여 뿌린 염화물이 물에 녹아 하부 철근 콘크리트로 흘러 들어가면 인장 강도 향상을 위해 사용된 철근에 심각한 영향을 주게 된다. 일반적으로 철근 콘크리트를 구성하는 시멘트는 강 알칼리로 되어 있어 이 강 알칼리가 철근 표면에 부동태 막을 형성하여 철근의 녹 발생을 억제하는 효과를 가져 온다.
이러한 시멘트와 골재를 이용하여 만든 철근콘크리트는 많은 모세관 등으로 수분의 이동 경로가 생기게 되며 이러한 다양한 경로에 의해 들어온 이산화 탄소에 의해 강 알칼리의 부동태 막은 중성으로 변하게 되어 방청의 기능을 상실하게 되며 철근에 녹이 발생하게 된다. 또한 다양한 경로에 의해 들어온 염화물은 철근에 국부적으로 심하게 부식을 발생시켜 철근의 변형을 유도하여 철근콘크리트 자체의 강도가 저하되어 미관은 물론 구조체에 심각한 영향을 주게 된다.
기존의 초속경 시멘트는 속경 CSA 시멘트(또는 알루미나 시멘트)와 석고 등을 이용하였으며 여기에 소량의 유동화제와 재 분산성 분말 수지를 사용하였다. 이러한 조성물은 압축강도나 휨강도가 취약하고, 투수율이 높아 콘크리트 구조체에 많은 모세관을 만들어 주고 있으며 일반 콘크리트 또한 같다.
한편, 현재 사용되고 있는 초속경 콘크리트 제조과정에는 액상의 폴리머 수지(latex))를 콘크리트 제조할 때 혼합기에 시멘트, 골재와 함께 혼합하여 사용하는데, 현장에서 작업자들에 의한 사용량이 일정치가 아니하여 콘크리트 품질 차이가 있었으며, 구조체가 치밀하지 않아 투수성이 높으며, 또한 부착성이 떨어지고 그 틈으로 수분이 침투하여 들뜸 등의 현상이 발생하여 포장체의 균열 및 파손의 원인으로 구조물의 수명을 단축시키는 등의 많은 문제가 있어왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 수분침투율이 낮고, 동결융해저항성이 높아 열화 및 균열이 억제되고, 압축강도, 휨강도가 우수함과 동시에 내구성이 커 수명이 오래가고 유지보수가 간단하면서도 이에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있는 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 도로 보수방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 초속경 시멘트 10~20 중량%, 활성실리카 0.5~1.0 중량%, 액상 라텍스 1.0~5.0 중량%(고형분 기준 40~50%), 모래 40~50 중량%, 골재 30~40 중량%, 및 물 5~10 중량%를 포함하되, 활성실리카와 액상 라텍스의 조성비가 중량비로 1:2.4~1:3.0인 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
(2) 상기 (1)에 있어서,
액상 라텍스는 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄에서 선택된 적어도 1종의 화합물을 액상 라텍스의 중량대비 0.1~1.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
(3) 상기 (1)에 있어서,
액상 라텍스는 염화벤잘코늄 및 스테아르산을 각각 0.1~0.2 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
(4) 상기 (2)에 있어서,
액상 라텍스는 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄을 포함하되, 중량비로 1:0.5:0.5로 조성된 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
(5) 상기 (1) 내지 (4)의 콘크리트 조성물을, 포장절삭되어 평삭작업 및 건조단계가 완료된 도로의 단면에 포설하는 단계를 포함하는 콘크리트 도로 보수방법.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 수분침투율이 낮고, 동결융해저항성이 높아 열화 및 균열이 억제되고, 압축강도, 휨강도가 우수함과 동시에 내구성이 커 수명이 오래가고 유지보수가 간단하면서도 이에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 초속경 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 10~20 중량%, 활성실리카 0.5~1.0 중량%, 액상 라텍스 1.0~5.0 중량%(고형분 기준 40~50%), 모래 40~50 중량%, 골재 30~40 중량%, 및 물 5~10 중량%를 포함한다.
상기에서 초속경 시멘트는 시판되고 있는 일반적인 초속경용 시멘트를 사용하면 충분하고, 모래 및 골재에 관하여도 종래 초속경용 콘크리트 조성물에 일반적으로 채택되는 것을 그대로 사용할 수 있음은 물론이다.
포졸란 반응을 활성화시키는 활성실리카는 0.5~1.0 중량% 포함된다. 본 발명에서는 활성실리카와 함께 포졸란 반응의 활성화를 보다 증대하기 위해 바람직하게는 활성실리카의 중량을 기준으로, 이산화규소(SiO2) 0.7 ~ 0.8 중량부, 산화알루미늄(Al2O3) 0.08 ~ 0.15 중량부, 산화철(Fe2O3) 0.03 ~ 0.05 중량부, 산화칼슘(CaO) 0.01 ~ 0.05 중량부, 산화마그네슘(MgO) 0.01 ~ 0.05 중량부, 납유리 0.005 ~ 0.015 중량부, 및 염화나트륨(NaCl) 0.0002 ~ 0.0005 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 활성실리카는 비중이 2.5 ~ 2.7 이고, 분말도가 3100 ~ 3900 ㎠/g 이며, 강열감량이 2 ~ 6%인 것이 바람직하다.
이러한 활성실리카는 콘크리트 양생시 미세공극을 충전하여 수밀성을 증진시켜 균열발생을 억제한다. 아울러, 열화인자(동절기 포설되는 염화칼슘 등)의 침투를 방지하고, 장기내구성을 증진시키는 역활을 한다.
액상 라텍스는 방수성, 부착성, 저온안정성 및 균열저항 등을 개선하기 위한 목적으로 1.0~5.0 중량% 첨가되어진다. 1.0 중량% 미만이 혼합되면 부착강도가 약하고 외부 요인으로 인한 균열저항이 약하며 5.0 중량%의 초과는 콘크리트의 보호 효과에 차이가 없으면서 작업성이 떨어질 수 있다.
이때, 라텍스는 바람직하게는 부타디엔, 스티렌, 비닐아세테이트, 및 아크릴 단위체 중 선택된 적어도 1종 이상의 단위체를 이용해 통상적인 중합반응을 통해 형성된 5,000~10,000 Mw 정도의 것을 사용한다. 상기 본 발명에서 액상 라텍스는 고형분 기준 40~50% 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 본 발명에 따른 액상 라텍스는 액상 조성 내에 라텍스 이자의 액상 내에서 뿐만 아니라 콘크리트 조성 내에서의 분산성을 보다 개선하기 위해 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄에서 선택된 적어도 1종의 화합물, 바람직하게는 3종의 화합물을 중량비로 1:0.5:0.5로 조성된 것을 액상 라텍스의 중량대비 0.1~1.0중량% 포함된다.
기존 액상 라텍스를 초속경 시멘트 및 골재 등과 혼합하고, 물에 배합하는 것만으로는 콘크리트 전체에 대하여 충분히 분산되지 않아 특정 부위에서 균열이 발생하거나 탈착되는 경우가 발생하는데, 상기 화합물은 이러한 단점을 지해 준다.
보다 바람직하게는 상기 액상 라텍스는 균열저항을 강화하기 위해 액상 라텍스의 중량대비 염화벤잘코늄 및 스테아르산을 각각 0.1~0.2 중량% 첨가한 것을 사용한다. 염화벤잘코늄과 스테아르산은 각각 콘크리트 조성 내 함유된 각종 양이온 들과의 흡열반응을 통해 특히 균열저항성을 강화한다.
본 발명에서는 상기 활성실리카와 액상 라텍스의 배합비에 따른 초속경 콘크리트 물성의 비교를 통해 최적 배합비를 도출한다. 실험결과 초속경 콘크리트에서 활성실리카와 액상 라텍스의 최적 배합비는 콘크리트 물성(예로, 부착성 및 내구성)에 중요한 역할을 하는 것으로 보이며 그 배합비는 1:3으로 나타난다. 다양한 실험결과 즉, 비교예 1(배합비 1:2) 및 비교예 2(배합비 1:4)의 경우 부착성과 내구성을 포함한 콘크리트 물성에 있어서 본 발명 실시예에 비해 저하되는 결과가 나타나 상기와 같은 배합비를 유지하는 것이 필요하다.
바람직하게는 상기 초속경 시멘트에 혼화재로써, 상기 혼화재의 전체 중량대비 플라이애쉬 15~35중량%, 고로슬래그 22.5~63중량%, 백토 7.5~35중량%, 알칼리활성제 1~10중량%, 버미큐라이트 1~10 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~5 중량%가 포함되고, 상기 혼화재는 초속경 시멘트 전체 중량에 대하여 5~20중량% 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 시멘트 혼화재는 감수제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 감수제로서는 감수제, AE 감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE 감수제 등의 콘크리트에 사용되는 감수제로서 공지된 것을 제한없이 적용할 수 있다. 이 중에서도 폴리카르복실산계의 감수제는, 상기 플라이애쉬, 고로글래그 및 백토의 첨가에 따른 콘크리트의 유동성 저하를 억제할 수 있어, 유동성을 양호하게 유지하여 작업성을 향상시키는 점에서 바람직하다. 감수제는 시멘트 조성물 중 0.2 내지 1.0 중량％ 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조성된 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 조성물은 물과 함께 배합하여 보수가 요구되는 도로의 포장을 절삭하고, 평삭작업, 청소 및 및 건조단계를 거친 상태의 도로의 단면에 간단하게 포설하는 것으로 간단하게 보수할 수 있으며, 이에 의하면, 수분침투율이 낮고, 동결융해저항성이 높아 열화 및 균열이 억제되고, 압축강도, 휨강도가 우수함과 동시에 내구성이 커 수명이 오래가고 유지보수가 간단하면서도 이에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있는 장점을 갖게 된다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 내지 실험예를 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만 하기 예시된 실시예 등은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
[실시예 1]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 2]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(솔비탄지방산에스테르 1.0중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 3]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(라우린산 디에타놀아미드 1.0중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 4]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(염화디스테아릴디메틸암모늄 1.0중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 5]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(솔비탄지방산에스테르 0.5중량%+라우린산 디에타놀아미드 0.25중량%+염화디스테아릴디메틸암모늄 0.25중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 6]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(솔비탄지방산에스테르 0.25중량%+라우린산 디에타놀아미드 0.5중량%+염화디스테아릴디메틸암모늄 0.25중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 7]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(솔비탄지방산에스테르 0.25중량%+라우린산 디에타놀아미드 0.25중량%+염화디스테아릴디메틸암모늄 0.5중량% 함유, 고형분 함량 47%) 2.4 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실시예 8]
실시예 5에서 액상 라텍스의 액상에 염화벤잘코늄 및 스테아르산을 각각 0.1 중량% 첨가한 것을 제외하고 동일하게 콘크리트 조성물을 조성하였다.
[비교예 1]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(고형분 함량 47%) 1.6 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[비교예 2]
초속경 시멘트 16 중량%, 활성실리카 0.8 중량%, 액상 라텍스(고형분 함량 47%) 3.2 중량%, 모래 44 중량%, 및 굵은 골재 33 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 잔량의 물(up to 100중량%)을 투입하여 10분간 교반하였다.
[실험예 1]
상기 각 실시예에 따른 초속경 콘크리트 조성물과 비교예에 의해 제조된 초속경 콘크리트 시멘트 조성물을 공시된 방법에 따라 압축강도, 휨강도, 투수성, 동결융해 저항성(내구성) 및 부착강도에 관하여 실험한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교
예1		 비교예2
압축강도
(Kg/㎠):3hrs		 230 233 233 234 238 235 235 242 229 229
휨강도
(Kg/㎠):3hrs 		33 36 38 38 43 40 40 46 32 33
투수시험(g) 2.8 2.5 2.6 2.5 2.2 2.4 2.4 2.3 2.9 3.0
내구성 지수 88 90 90 91 95 93 93 98 84 85
부착강도
(N/㎟)		 1.21 1.37 1.36 1.37 1.42 1.40 1.39 1.48 1.05 1.10
* 압축강도: KS F 2405, 휨강도: KS F 2408, 투수시험: KS F 4916, 동결융해 저항성[내구성]: KS F 2456, 부착강도: KS F 4716
상기 표 1에 의하면, 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 조성물이 제반 물성에 있어서, 비교예 1 및 비교예 2의 조성물에 비하여 전반적으로 크게 개선이 있음을 확인할 수 있다. 이는 활성실리카와 액상 라텍스의 조성비를 달리한 것만으로도 내구성과 부착강도가 크게 개선되어지는 것을 보여준다.
또한, 액상 라텍스에 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄을 첨가한 실시예 5 내지 7이 가장 효과가 개선되는 것으로 나타났으며, 이 중 1:0.5:0.5의 비율로 혼합한 실시예 5에서 특히 부착강도와 내구성이 크게 향상된 것으로 나타났다.
특히 액상 라텍스의 액상에 염화벤잘코늄 및 스테아르산을 첨가한 실시예 8의 경우 투수시험에서는 다소 실시예 5에 비해 하락하는 경향을 보였으나 부착강도와 내구성의 면에서 가장 우수한 것으로 나타났다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 초속경 시멘트 10~20 중량%, 활성실리카 0.5~1.0 중량%, 액상 라텍스 1.0~5.0 중량%(고형분 기준 40~50%), 모래 40~50 중량%, 골재 30~40 중량%, 및 물 5~10 중량%를 포함하되, 활성실리카와 액상 라텍스의 조성비가 중량비로 1:3인 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    액상 라텍스는 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄에서 선택된 적어도 1종의 화합물을 액상 라텍스의 중량대비 0.1~1.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    액상 라텍스는 염화벤잘코늄 및 스테아르산을 각각 0.1~0.2 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    액상 라텍스는 솔비탄지방산에스테르, 라우린산 디에타놀아미드, 및 염화디스테아릴디메틸암모늄을 포함하되, 중량비로 1:0.5:0.5로 조성된 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 한 항의 콘크리트 조성물을, 포장절삭되어 평삭작업 및 건조단계가 완료된 도로의 단면에 포설하는 단계를 포함하는 콘크리트 도로 보수방법.
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