KR102378557B1 - 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 고흡수성 수지를 포함하는 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물의 제조방법 및 그에 사용되는 혼화제 - Google Patents

프리Ÿ‡(Pre-Wet) 고흡수성 수지를 포함하는 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물의 제조방법 및 그에 사용되는 혼화제 Download PDF

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Abstract

프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태의 SAP를 콘크리트의 첨가제인 혼화제로 사용함으로써 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리가 가능하고, 내부양생효과를 통해서 치밀한 내부조직을 형성함으로써 페이스트 조직을 치밀하게 하고 수축을 저감시키며, 이에 따라, 궁극적으로 콘크리트 내구성능 및 수명을 증진 시킬 수 있고, 또한, CSA(Calcium Sulfoaluminate) 클링커(Clinker) 첨가를 통해 타설 후 1일에 교통개방강도 확보가 가능하고, 초기 팽창거동을 유발하여 콘크리트의 전체적인 수축거동을 상쇄시키며, 이에 따라, 궁극적으로 SAP의 수축저감효과가 동시에 발생하여 콘크리트의 수축을 크게 저감시킬 수 있는, 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지를 포함하는 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물의 제조방법 및 그에 사용되는 혼화제가 제공된다.

Description

프리Ÿ‡(Pre-Wet) 고흡수성 수지를 포함하는 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물의 제조방법 및 그에 사용되는 혼화제{MANUFACTURING METHOD OF CONCRETE COMPOSITION FOR PAVEMENT OVERLAY, AND AGENT USED THEREIN}
본 발명은 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교면 포장과 보수용 덧씌우기 포장에 적합한 콘크리트 조성물에 있어서 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태의 고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, 이하 'SAP'라 함)를 포함하는 덧씌우기 포장용 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 출원인에 의한 대한민국 등록특허번호 제10-1840386호(발명의 명칭: SAP과 수축저감제를 포함하여 치밀한 내부조직을 가지게 하는 교면포장용 콘크리트 조성물)에 따르면, 교면포장용 콘크리트 조성물을 제조하기 위해, SAP 분말을 배합과정에 직접 투입하여 콘크리트 혼합물을 생산하며, 이때, SAP가 흡수할 물을 계산하여 추가적인 물을 더 투입하게 된다.
그러나 SAP가 물을 흡수하는 양은 SAP 자체 물리적 특성, 혼합물 구성재료들 및/또는 배합시간 등에 따라 변동될 수 있다.
또한, SAP가 흡수할 물의 양을 결정하는 방법은 실험적/경험적 방법에 의해 이루어지기 때문에 이에 대한 오차가 발생할 수도 있다.
따라서 콘크리트 배합과정에서 SAP 분말을 직접 투입할 경우, 콘크리트의 컨시스턴시(Consistency)를 관리하기 어렵게 되며, 만약 추가 투입된 물의 양보다 SAP이 흡수한 물의 양이 적을 경우, 콘크리트 혼합물의 물-시멘트비를 크게 하여 강도가 저하될 가능성이 있다는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1840386호 한국공개특허 제10-2016-0011081호 한국등록특허 제10-0883330호 한국등록특허 제10-1512962호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 콘크리트 교면포장과 보수용 덧씌우기 포장에 적용하기 위한 도로포장용 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고흡수성 수지를 사용함에 있어, 콘크리트 혼합물의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리가 가능한 도로포장용 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 적용분야에 따라 교통개방 강도를 달리하여 최대 1일 안에 교통개방이 가능한 강도 확보가 가능하며, 내부양생(Internal Curing) 효과를 통해서 치밀한 조직을 형성하고 강도, 수축저항성, 내구성능을 향상시킬 수 있는 도로포장용 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태의 고흡수성 수지를 포함하는 도로포장용 콘크리트의 혼화제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 프리Ÿ‡ 상태의 고흡수성 수지를 포함하는 도포포장용 콘크리트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법은, 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법에 있어서,a) 고흡수성 수지(SAP) 분말을 준비하는 단계; b) 배합될 콘크리트에 의해 결정되는 수소이온농도(pH)를 갖는 염기성 수용액을 준비하는 단계; c) 상기 염기성 수용액에 상기 고흡수성 수지(SAP) 분말을 혼합하고 교반하는 단계; d) 상기 염기성 수용액에 혼합 교반된 고흡수성 수지(SAP)를 여과하여 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 형성하는 단계; 및 e) 상기 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 결합재, 골재 및 물과 배합하여 포장용 콘크리트 조성물을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)는 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리를 위한 혼화제로 사용되며, 상기 포장용 콘크리트 조성물의 결합재 총량에 대하여 고형분 기준으로 0.6~0.9 wt%가 포함되고; 그리고 상기 염기성 수용액은 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 포함하고, 상기 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)와 상기 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 배합 비율은 1:10 ~ 1:20인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 a) 단계의 염기성 수용액의 수소이온농도(pH)는 12~13.3인 것이 바람직하다.
삭제
여기서, 상기 수산화나트륨(NaOH) 수용액에서 수산화나트륨(NaOH) 농도는 0.01 ~ 0.2 몰(M)일 수 있다.
삭제
삭제
여기서, 상기 결합재는 시멘트 및 CSA 클링커를 포함하되, 상기 결합재 중의 CSA 클링커의 중량비는 10~15wt%인 것이 바람직하다.
삭제
여기서, 상기 콘크리트 조성물의 1일 압축강도가 21 MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 조성물은 수축저감제를 더 포함하고, 90일 건조수축량이 200
Figure 112022008502272-pat00004
미만인 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포장용 콘크리트 혼화제는, 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리를 위한 혼화제로서, 고흡수성 수지(SAP) 분말 및 상기 고흡수성 수지(SAP)에 흡수된 수분을 포함하는 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)로 형성되며; 상기 고흡수성 수지(SAP) 분말은 1g당 10~45g의 물을 흡수(10~45g/g의 흡수율)하고, 상기 수분 중에 0.01~0.2 몰(M) 농도의 강염기를 포함하여 구성된다.
삭제
한편, 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 콘크리트 조성물은, 시멘트 또는 클링커를 포함하는 결합재; 골재; 물; 및 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 포함하는 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)는 콘크리트 조성물 형성을 위해 첨가되는 혼화제로서, 고흡수성 수지(SAP) 분말 및 상기 고흡수성 수지(SAP)에 흡수된 수분을 포함하며, 상기 고흡수성 수지(SAP) 분말은 1g당 10~45g의 물을 흡수(10~45g/g의 흡수율)하고, 상기 수분 중에 0.01~0.2 몰(M) 농도의 강염기를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태의 SAP를 콘크리트의 첨가제인 혼화제로 사용함으로써 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리가 가능하고, 내부양생효과를 통해서 치밀한 내부조직을 형성함으로써 페이스트 조직을 치밀하게 하고 수축을 저감시키며, 이에 따라, 궁극적으로 콘크리트 내구성능 및 수명을 증진 시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, CSA(Calcium Sulfoaluminate) 클링커(Clinker) 첨가를 통해 타설 후 1일에 교통개방강도 확보가 가능하고, 초기 팽창거동을 유발하여 콘크리트의 전체적인 수축거동을 상쇄시키며, 이에 따라, 궁극적으로 SAP의 수축저감효과가 동시에 발생하여 콘크리트의 수축을 크게 저감시킬 수 있다. 또한, 여기에 수축저감제를 첨가할 경우 예컨대, 90일 수축변형률을 200
Figure 112022008502272-pat00005
(마이크로 스트레인) 미만을 달성하여 체적 안정성을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 프리Ÿ‡(Pre-Wet) SAP 제조 과정을 설명하기 위한 절차도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 전후의 SAP 외관을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리Ÿ‡(Pre-Wet) SAP의 제조 방법을 모식적으로 도시한 절차도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 고흡수성 수지(SAP) 분말을 준비한다(S110).
본 발명에서 SAP 분말의 조성이나 종류는 특별히 한정되지 않는다.
예컨대, 고흡수성 수지(SAP)는 폴리아크릴산나트륨(sodium polyacrylate), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 셀룰로오스(cellulose)계 및 젤라틴 (gelatin)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 고흡수성 수지(SAP)는 50~1,000㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 50㎛ 미만의 입경은 수분 흡수를 위한 충분한 체적을 제공하기 어렵고, 1,000㎛ 이상의 입경은 수분 방출 후 수축되어 큰 공극을 형성하므로 콘크리트의 강도를 저하시킬 수 있기 때문에, 상기 고흡수성 수지는 50~1,000㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 SAP 분말의 준비와 별도로 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 같은 강염기성 수용액이 준비된다(S120).
여기서, 고흡수성 수지(SAP)는 1g당 최대 물 1,500g까지 흡수할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 수소이온농도(pH)에 따라 SAP의 흡수능력은 변동된다.
예컨대, SAP는 콘크리트 내에서 1g 당 대략 10~45g 정도의 물을 흡수(흡수율 10~45 g/g)하며, 수소이온농도(pH)가 증가할수록 흡수능력은 저하한다.
그 밖에 SAP의 물 흡수능력은 SAP 구성재료 및 SAP의 물리적 특성에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 본 발명에서 상기 강염기성 수용액의 강염기로는 수산화나트륨(NaOH) 이외에 수산화칼륨(KOH) 등이 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 상기 NaOH 수용액의 농도는 바람직하게는 0.01~0.2M인 것이 좋다.
본 발명에서 상기 NaOH 수용액의 농도는 배합될 콘크리트 조성물의 pH에 따라 이에 근사한 값으로 조정될 수 있다.
예컨대, 콘크리트 조성물의 pH가 13인 경우, 바람직하게는 상기 NaOH 수용액의 농도는 예컨대 0.1M이 되도록 조정될 수 있다.
본 발명에서 수산화나트륨(NaOH)을 대신하여 수산화칼륨(KOH)과 같은 염기성 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.
이때, pH 12~13.3 범위를 커버하기 위하여 전술한 농도 범위의 NaOH 수용액이 제공될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 적정 농도(pH)를 갖는 NaOH 수용액에 미리 웨팅(Wetting)함으로써 콘크리트 조성물에 투입되었을 때 콘크리트 중의 수분과 균형을 이룰 수 있으며, 콘크리트의 컨시스턴시(Consistency)를 용이하게 관리할 수 있다.
다음으로, 준비된 SAP 분말과 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 혼합한다(S130).
이때, SAP 분말과 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 배합 비율은 적절히 설정될 수 있다.
본 발명에서 수용액에 혼합된 SAP 분말은 젤 형태를 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 수용액 중의 NaOH 농도에 따라 SAP 수용액의 배합 비율은 달라질 수 있다.
이때, 상기 배합된 수용액은 적절한 방식으로 교반될 수 있다. 본 발명의 교반 단계는 SAP의 수분 흡수가 포화되는 충분한 시간동안 진행될 수 있다.
또한, 이를 위해 SAP의 수분 흡수에 충분한 용량의 수용액이 공급되도록 수용액의 비율일 결정될 수 있다.
예시적으로, SAP 분말과 0.1M NaOH 수용액의 배합 비율은 바람직하게는 1:10 이상 1:20 이하에서 선정될 수 있다.
이어서, SAP 혼합 수용액을 여과하여 프리Ÿ‡(Pre-wet)된 상태의 SAP를 수득한다(S140).
본 발명에서는 임의의 여과 방식이 사용될 수 있다. 예컨대, 100번체(0.15mm 크기)와 같은 스크린을 사용하여 잔류수를 제거하고 젤 형태의 SAP를 수득할 수 있다.
수득된 프리Ÿ‡ SAP는 다량의 수분을 함유하며, 예컨대 바람직하게는 본 발명의 프리Ÿ‡ SAP는 고형분 SAP 단위 중량이 흡수한 물의 중량을 나타내는 함유율이 10~45, 10~30, 10~20 또는 10~15일 수 있다.
도 1과 관련하여 설명한 프리Ÿ‡(Pre-Wet) SAP가 제조되면, 제조된 프리Ÿ‡(Pre-Wet) SAP를 이용하여 콘크리트(모르타르) 조성물을 제조한다.
본 발명의 콘크리트 조성물은 결합재, 골재 및 물을 포함할 수 있다.
부가적으로, 상기 콘크리트 조성물은 실리카 퓸, 플라이애쉬, 슬래그와 같은 충진제 또는 첨가제를 1종 이상 포함하거나 AE 감수제 및/또는 수축 저감제를 포함할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서 상기 골재는 잔골재 및 굵은골재를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재는 시멘트 및/또는 클링커를 포함할 수 있고, 상기 결합재는 클링커의 일종으로 CSA 클링커를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 프리Ÿ‡ SAP의 함량은 고형분 SAP를 포함한 결합재 총 중량을 기준으로 적절히 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 프리Ÿ‡ SAP 함량은 결합재 총 중량에 포함된 프리Ÿ‡(Pre-Wet) SAP를 고형분 SAP로 환산하였을 때 0.6~0.9wt% 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 결합재로 시멘트와 CSA 클링커를 포함하는 경우 CSA 클링커는 결합재 총 중량에 대하여 10~15wt% 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 배합 범위에서 본 발명의 콘크리트 조성물은 1일 압축강도가 21MPa을 초과하는 높은 조기 강도를 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 콘크리트 조성물 배합에서 CSA 클링커를 10wt% 이상 포함할 경우 건조수축량이 약 100
Figure 112022008502272-pat00006
이상 감소한다.
이것은 CSA 클링커가 초기 다량의 에트린자이트를 생성할 때 팽창 거동이 유발되는데, 이것이 콘크리트의 전체적인 수축 거동을 상쇄시키는 효과를 가져와 수축량을 감소시키게 된다.
한편, 본 발명의 콘크리트 조성물 배합에서 SAP, CSA 클링커 및 수축저감제를 첨가할 경우 90일 건조수축량이 현저히 저감될 수 있다. 예시적으로, 90일 건조수축량은 약 -200
Figure 112022008502272-pat00007
~ -140
Figure 112022008502272-pat00008
범위의 값을 가질 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 설명한다.
<프리Ÿ‡(Pre-wet) SAP의 제조>
SAP 분말과 0.1M NaOH 수용액을 중량대비 1:10 ~ 1:20 비율로 1분간 교반(rpm 100~200)하여, SAP를 만들어 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태로 하여 젤 상태의 SAP를 제조하였다.
이어서, 프리Ÿ‡(Pre-Wet) 상태의 SAP을 100번체(0.15mm 크기)로 잔류수를 걸러내었다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 흡수 전후 SAP 분말을 촬영한 사진으로, 각 사진에서 상단은 광학현미경 사진이고, 하단은 전자현미경 사진이다.
도 2로부터 NaOH 수용액을 흡수한 SAP가 팽창하여 Crosslinking와 Water-Filled Cavities가 생성되었음을 확인할 수 있다.
본 발명과 같이 콘크리트와 유사한 pH를 갖는 프리Ÿ‡ SAP를 사전 제조한 후 콘크리트에 투입하면 프리Ÿ‡ SAP는 콘크리트의 수분을 흡수하지 않게 되므로, 콘크리트와의 배합 시 수량을 용이하게 설정할 수 있다.
한편, 프리Ÿ‡ SAP를 이용한 콘크리트 조성물의 제조는 콘크리트의 컨시스턴시의 변동을 최소로 하는 장점을 가질 수 있다. 아래 [표 1]은 프리Ÿ‡ SAP와 건조 상태의 SAP를 콘크리트에 첨가한 경우 콘크리트 슬럼프 시험 결과(각 10회)를 나타낸 표이다.
[표 1]에서 알 수 있듯이, 프리Ÿ‡ SAP을 첨가한 콘크리트의 슬럼프 표준편차가 1.23을 나타내어 SAP 분말을 첨가한 콘크리트에 비해 컨시스턴시의 변동성을 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트 생산품질변동성을 최소화하여 안정적인 품질확보가 가능하다는 것을 의미한다.
구분 SAP 분말을 첨가한
콘크리트 슬럼프(cm)		 Pre-wet SAP를 첨가한
콘크리트 슬럼프(cm)
1 18.5 14.0
2 16.0 15.5
3 17.0 15.5
4 11.5 13.5
5 15.5 16.0
6 14.5 17.0
7 15.0 15.0
8 11.0 13.0
9 17.5 16.5
10 20.0 15.5
평균 15.65 15.15
표준편차 2.70 1.23
<도로포장용 콘크리트의 제조>
제조된 프리Ÿ‡ SAP와 결합재, 골재(잔골재, 굵은골재), 고성능 AE 감수제, 수축 저감제 및 물과 배합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다. 아래 [표 2]에 콘크리트 조성물의 배합표를 나타내었다.
구분 W/B
(%)		 S/a
(%)		 단위량, kg/㎥ 고성능 AE
감수제
(kg)		 수축저감제
(kg)
물 결합재(binder) Pre-wet
SAP
(고형분중량)		 잔골재 굵은
골재
시멘트 CSA
Clinker
실시예1 42 50 168 400
2.4
(0.6중량부)		 836 846 4.0
(1.0중량부)
실시예2 42 50 168 400 3.6
(0.9중량부)		 835 845 4.0
(1.0중량부)
실시예3 42 50 189 450 2.7
(0.6중량부)		 788 797 4.5
(1.0중량부)
실시예4 42 50 189 450 4.0(0.9중량부) 786 796 4.5
(1.0중량부)
실시예5 42 50 189 405 45(10중량부) 2.7
(0.6중량부)		 786 796 4.5
(1.0중량부)
실시예6 42 50 189 405 45(10중량부) 4.0
(0.9중량부)		 785 794 4.5
(1.0중량부)
실시예7 42 50 189 405 45(10중량부) 2.7
(0.6중량부)		 786 796 4.5
(1.0중량부)		 4.5
(1.0중량부)
실시예8 42 50 189 405 45(10중량부) 4.0
(0.9중량부)		 785 794 4.5
(1.0중량부)		 4.5
(1.0중량부)
실시예9 42 50 189 382.5 67.5(15중량부) 2.7
(0.6중량부)		 785 794 4.5
(1.0중량부)		 4.5
(1.0중량부)
비교예1 42 50 168 400 838 848 4.0(1.0중량부)
비교예2 42 50 168 400 4.8(1.2중량부) 917 767 4.8
(1.2중량부)
비교예3 42 50 189 450 790 799 4.5(1.0중량부)
비교예4 42 50 189 450 5.4(1.2중량부) 785 794 4.5
(1.0중량부)
비교예5 42 50 189 427.5 22.5
(5중량부)		 2.7
(0.6중량부)		 787 796 4.5
(1.0중량부)
비교예6 42 50 189 360 90
(20중량부)		 2.7
(0.6중량부)		 785 794 4.5
(1.0중량부)
아래 [표 3]은 배합별 압축강도 실험결과를 나타내고 있다.
`구분 결합재 CSA
Clinker
첨가율(%)		 SAP 첨가율
(%)		 수축첨가제 첨가유무 압축강도, MPa
1일 2일 3일 7일 28일
실시예1 400 0 0.6 X 15.0 19.2 22.5 28.4 39.3
실시예2 400 0 0.9 X 15.3 19.8 23.0 29.6 40.8
실시예3 450 0 0.6 X 18.4 24.2 30.1 36.2 44.5
실시예4 450 0 0.9 X 18.5 25.1 31.3 36.8 45.3
실시예5 450 10 0.6 X 23.1 28.3 34.8 38.4 43.6
실시예6 450 10 0.9 X 23.5 28.4 35.6 38.9 44.6
실시예7 450 10 0.6 O 21.6 26.6 32.9 36.7 42.9
실시예8 450 10 0.9 O 21.7 27.1 33.1 37.0 43.0
실시예9 450 15 0.6 O 24.6 28.9 35.1 37.5 44.2
비교예1 400 0 0 X 14.2 18.1 20.8 28.1 39.0
비교예2 400 0 1.2 X 13.9 17.3 20.1 27.5 37.9
비교예3 450 0 0 X 18.4 23.3 28.8 35.9 43.7
비교예4 450 0 1.2 X 16.9 21.5 27.6 34.3 42.4
비교예5 450 5 0.6 X 18.3 23.2 28.9 36.2 43.0
[표 3]을 참조하면, SAP을 0.6~0.9wt% 첨가한 경우 SAP을 첨가하지 않은 경우에 비해 압축강도가 상대적으로 증가하는 경향을 나타내었다.
그러나 SAP를 1.2% 첨가할 경우 오히려 압축강도가 감소하는 경향을 나타내었다(실시예1,2-비교예1,2; 실시예3,4-비교예3,4).
한편, 결합재 400kg/m3에 SAP 0.6~0.9wt% 첨가할 경우 재령 3일에 21MPa 이상을 나타내어 교통개방 강도를 확보할 수 있었다.
그러나 SAP 0wt%, 1.2wt% 배합에서는 교통개방 강도를 확보하지 못하였다(실시예1,2-비교예1,2). 이와 같은 결과는 SAP의 내부양생효과로 안정적인 수화반응을 유도했기 때문으로 판단된다.
그러나 SAP의 첨가량이 많을 경우 오히려 강도가 감소하는 결과가 나타나는데, 이것은 SAP 자체가 반응을 통해 수화물을 생성하는 것이 아니기 때문에 일정양 이상이 될 경우, 페이스트 내부의 이물질로서 오히려 강도를 저하시킨다는 것을 보여준다.
또, 결합재 450kg/m3에서는 SAP 첨가 유무와 상관없이 재령 2일에 21MPa 이상을 나타내었다(실시예3,4-비교예3,4).
결합재 450kg/m3에서 CSA clinker를 10~15% 치환할 경우 재령 1일에 교통개방 강도를 확보할 수 있었다. 그러나 CSA clinker를 5% 치환할 경우 재령 1일에 교통개방강도에 도달하지 못하였다(실시예 5,6,7,8,9-비교예 5). CSA clinker는 초기 재령에서 다량의 에트린자이트(Ettringite)를 생성하여 초기 강도를 증가시키는 효과가 있다. 그러나 그 치환양이 작을 경우 초기 강도 증진 효과를 볼 수 없다.
아래 [표 4]는 각 배합별 염소이온침투저항성, 수축저항성, 마모저항성에 대한 실험결과를 나타내고 있다.
구분 결합재 CSA
Clinker
첨가율(%)		 SAP 첨가율
(%)		 수축첨가제 첨가유무 90일
염소이온침투저항성
통과전하량(쿨롱)		 90일 수축저항성
수축변형률
(
Figure 112021098521709-pat00001
)		 28일 마모저항성
표면마모깊이
(mm)
실시예1 400 0 0.6 X 1,820 487 0.358
실시예2 400 0 0.9 X 1,751 463 0.342
실시예3 450 0 0.6 X 1,696 506 0.322
실시예4 450 0 0.9 X 1,622 499 0.318
실시예5 450 10 0.6 X 1,588 395 0.401
실시예6 450 10 0.9 X 1,539 382 0.385
실시예7 450 10 0.6 O 1,722 187 0.459
실시예8 450 10 0.9 O 1,684 169 0.433
실시예9 450 15 0.6 O 1,729 148 0.488
비교예1 400 0 0 X 2,412 703 0.743
비교예2 400 0 1.2 X 2,319 477 0.599
비교예3 450 0 0 X 2,102 738 0.711
비교예4 450 0 1.2 X 2,056 481 0.557
비교예5 450 5 0.6 X 1,722 591 0.436
염소이온침투저항성
SAP 0.6~0.9% 첨가한 배합의 경우 90일 통과전하량이 2,000쿨롱 미만을 나타내어('낮음' 등급) 투수저항성이 우수한 것으로 분석되었다. 그러나 SAP 0wt%, 1.2wt% 배합에서는 90일 통과전하량이 2,000 쿨롱 이상을 나타내었다('보통' 등급). 통과전하량 값은 작을수록 투수저항성이 우수한 것을 의미한다.
건조수축결과
SAP을 첨가한 배합이 상대적으로 첨가하지 않은 배합에 비해 건조수축이 작게 나타났다. 이는 SAP이 콘크리트 내 수분 증발로 건조현상이 발생할 때 보유하고 있는 물을 방출하여 콘크리트 내 습도를 안정적으로 유지했기 때문이다.
SAP 0.6~0.9wt% 배합에서 CSA Clinker를 10% 첨가할 경우 첨가하지 않는 배합에 비해 수축량이 약 100με 정도 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 CSA Clinker가 초기 다량의 에트린자이트를 생성할 때 팽창거동이 유발되는데, 이것이 콘크리트의 전체적인 수축거동을 상쇄시키는 효과를 가져와 수축량이 감소하게 된다.
SAP 0.6~0.9wt%, CSA Clinker 10~15wt%에 수축저감제를 1wt% 첨가할 경우(실시예 7,8,9) 90일 건조수축량이 200με 미만을 나타내어, 비교예 1과 3에 비해 수축량이 약 3배 이상 저감되는 것으로 평가되었다.
마모저항성 결과
SAP을 0.6~0.9wt% 첨가한 배합이 SAP 0% 첨가한 배합에 비해 마모 깊이가 약 2배 이상 저감되는 것으로 나타나, 상대적으로 마모저항성이 우수한 것으로 평가되었다.
SAP 1.2wt%를 첨가한 배합에서는 SAP 0% 배합 보다는 마모 깊이가 작게 나타났으나, SAP 0.6~0.9wt% 첨가한 배합 보다는 큰 값을 나타내었다(실시예1,2-비교예1,2).
전반적으로 실시예 모든 배합에서 표면 마모깊이가 0.5mm 미만을 나타내어 비교예에 비해 마모저항성이 우수한 것으로 나타났다.

Claims (12)

  1. 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법에 있어서,
    a) 고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer: SAP) 분말을 준비하는 단계;
    b) 배합될 콘크리트에 의해 결정되는 수소이온농도(pH)를 갖는 염기성 수용액을 준비하는 단계;
    c) 상기 염기성 수용액에 상기 고흡수성 수지(SAP) 분말을 혼합하고 교반하는 단계;
    d) 상기 염기성 수용액에 혼합 교반된 고흡수성 수지(SAP)를 여과하여 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 형성하는 단계; 및
    e) 상기 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 결합재, 골재 및 물과 배합하여 포장용 콘크리트 조성물을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 a) 단계의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)는 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리를 위한 혼화제로 사용되며, 상기 포장용 콘크리트 조성물의 결합재 총량에 대하여 고형분 기준으로 0.6~0.9 wt%가 포함되고; 그리고
    상기 염기성 수용액은 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 포함하고, 상기 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)와 상기 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 배합 비율은 1:10 ~ 1:20인 것을 특징으로 하는 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계의 염기성 수용액의 수소이온농도(pH)는 12~13.3인 것을 특징으로 하는 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수산화나트륨(NaOH) 수용액에서 수산화나트륨(NaOH) 농도는 0.01 ~ 0.2 몰(M)인 것을 특징으로 하는 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합재는 시멘트 및 CSA 클링커를 포함하되, 상기 결합재 중의 CSA 클링커의 중량비는 10~15wt%인 것을 특징으로 하는 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 조성물의 1일 압축강도가 21 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 조성물은 수축저감제를 더 포함하고, 90일 건조수축량이 200
    Figure 112022008502272-pat00009
    미만인 것을 특징으로 포장용 콘크리트 조성물의 제조 방법.
  10. 콘크리트의 안정적인 컨시스턴시와 강도 관리를 위한 혼화제로서, 고흡수성 수지(SAP) 분말 및 상기 고흡수성 수지(SAP)에 흡수된 수분을 포함하는 젤 상태의 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)로 형성되며;
    상기 고흡수성 수지(SAP) 분말은 1g당 10~45g의 물을 흡수(10~45g/g의 흡수율)하고, 상기 수분 중에 0.01~0.2 몰(M) 농도의 강염기를 포함하는 포장용 콘크리트 혼화제.
  11. 삭제
  12. 시멘트 또는 클링커를 포함하는 결합재; 골재; 물; 및 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)를 포함하는 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 프리Ÿ‡ 고흡수성 수지(SAP)는 콘크리트 조성물 형성을 위해 첨가되는 혼화제로서, 고흡수성 수지(SAP) 분말 및 상기 고흡수성 수지(SAP)에 흡수된 수분을 포함하며, 상기 고흡수성 수지(SAP) 분말은 1g당 10~45g의 물을 흡수(10~45g/g의 흡수율)하고, 상기 수분 중에 0.01~0.2 몰(M) 농도의 강염기를 포함하는 콘크리트 조성물.
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