KR102457896B1 - 탄성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피마자오일, 아민화합물, 첨가제의 혼합물; 경화제; 실리카흄이 포함된 충전재 및 골재를 포함하는 분체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

Description

탄성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법{COMPOSITION AND THAT USING CONSTRUCTION METHOD FOR ELASTIC CONCRET}

본 발명은 모든 구조물들의 이음부 및 기타 구조물 등 신설 및 유지보수에 적용될 수 있는 탄성 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 구조물에서는 기온의 변화에 의한 신축이나 진동에 의한 응력에 대처하기 위해 소정 거리마다 구조적 신축이음부와 기타 이유에 의해 이음부 및 줄눈이 설치되고 있다.

종래에는 이러한 신축이음부 및 기타 이음부에 단순히 아스팔트나 실란트 등의 조인트를 포설하여 시공하였기 때문에 여름과 같이 기온이 올라가 도로구조물이 신장되면 신축이음부의 간격이 좁아지게 되고 그 사이에 포설된 조인트가 상부로 밀리면서 부풀어 올라 둔턱이 생기게 될 뿐만 아니라 차량의 진행방향에 따라 조인트가 한쪽으로 쏠려 골이 파여지는 현상이 발생됨으로 차량의 통행에 큰장애물로 작용하게 되는 문제점이 있었다.

또한 겨울과 같이 기온이 내려가면 신축이음부 및 기타 이음부의 간격이 넓어지게 되어 조인트는 넓어진 용적의 공간으로 분산되기 때문에 여름과는 반대로 오목한 요홈과 갈라짐이 발생되어 탈락되므로 역시 차량의 통행에 장애물로 작용하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 상기와 같이 구축된 신축이음부 및 기타 이음부는 시간이 경과함에 따라 진동 등의 외부적인 힘에 의해 균열이 발생하고 이 균열부위를 통해 누수가 발생하게 된다.

이를 보완하기 위한 기술의 예로 마이크로 시멘트가 상기와 같은 문제점을 보완하기 위한 조인트로서 개발되어 사용되고 있으나, 이 경우는 탄성이 없이 강도만 발현되도록 하기 때문에 통과하는 중차량의 고속질주로 인한 충격, 온도변화에 따른 수축과 팽창의 변화 등에 따른 균열이 생겨 재누수가 발생되는 문제가 있다.

이에 탄성을 부여한 모르타르 및 콘크리트에 관한 기술이 제시되고 있는 바, 일 예로 대한민국 특허등록 제1557189호에서는 "아세토아세톡시에틸 메타크릴레이트(Acetoacetoxyethyl methacrylate, AAEM)를 2 내지 10 중량%, 부틸 아크릴레이트 8 내지 16 중량%, 메틸메타크릴레이트 15 내지 25 중량%를 고르게 혼합하는 단계; 개시제로 암모니움 퍼설페이트 0.01 내지 1.00 중량%를 혼합하는 단계; 버퍼제로서 탄산 나트륨을 0.02 내지 2.0 중량%와 계면활성제로서 소디움 라우릴 설페이트계 재료를 0.05 내지 2.00 중량%, 그리고 물을 44 내지 70중량%를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 1분당 회전 속도 200, 온도 60 내지 100℃에서 30분 이상 동안 반응 시켜 폴리머 에멀젼을 얻는 단계; 무기질 분체 혼합물로써, 보통 시멘트 50-70 중량％, 속경성 시멘트 15-30 중량％, 무수석고계 팽창재 5-10 중량％, 스테아린산 염 3-8 중량％ 및 첨가제 1-2 중량％를 포함하는 속경성 시멘트 조성물을 구성하는 단계; 속경성 시멘트 조성물 100 중량부를 기준하여 합성한 폴리머 에멀젼을 50 중량부로 다시 혼합하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내구성 및 고탄성의 유·무기 복합 시멘트 모르타르 조성물 제조방법을 제시하고 있다.

그러나 상기 기술의 경우 폴리머 에멀젼의 첨가에 의해 탄성이 부과되도록 하는 것인데 충분한 강도의 발현을 기대할 수 없으며 특히 염해저항성 등 충분한 내구성을 기대할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제1557189호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 탄성을 가짐은 물론 염해 등을 포함하는 각종 열화에 대한 저항성이 우수하고 강도가 우수한 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄성 콘크리트 조성물(이하, “본 발명의 조성물”이라함)은 피마자오일, 아민화합물, 첨가제의 혼합물; 경화제; 실리카흄이 포함된 충전재 및 골재를 포함하는 분체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 유화제, 소포제, 카본안료(유성안료), 증점제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 니트록시라디칼이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 첨가제에는 폴리메틸 메타크릴레이트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 충전재에는 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 충전재에는 이타콘산으로 표면이 개질된 제올라이트가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 탄성 콘크리트 조성물을 이용한 시공방법(이하, “본 발명의 시공방법”이라함)은, 이음부 주변을 커팅장치를 이용하여 절단하는 단계(S10); 절단부위를 파쇄하여 이음부를 형성하는 단계(S20); 이음부에 거푸집을 설치하는 단계(S30); 이음부에 상기 탄성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 의해 타설되는 신축이음부 및 기타 이음부 등은 탄성을 가지고 있어 시공중 및 시공후에 발생될 수 있는 균열에 대한 저항성을 향상시키며, 강도가 우수하고, 염해저항성 등 내구성이 우수하며, 사계절에 적용할 수 있는 장점이 있다.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 조성물은 피마자오일, 아민화합물, 첨가제의 혼합물; 경화제; 실리카흄이 포함된 충전재 및 골재를 포함하는 분체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게 분체 100중량부에 대해 혼합물 10 내지 50중량부와 경화제 5 내지 20중량부로 배합되는 것이 타당하다.

상기 혼합물은 피마자오일, 아민화합물, 첨가제가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 피마자오일은 상기 경화제와 혼합되어 에멀젼 형태를 이루면서 본 발명의 조성물이 경화되도록 하는 동시에 페이스트에 탄성이 부과되도록 하는 것이다.

상기 아민화합물은 조기경화가 가능하도록 하기 위한 것으로, 그 종류를 한정하지 않으며, 예로 폴리옥시프로필렌 디아민, 트리에틸렌테트라아민 및 디에틸렌트리아민 중 선택된 적어도 하나 이상이 적용될 수 있다.

상기 첨가제에는 유화제, 소포제, 카본안료, 증점제가 포함되도록 한다.

상기 혼합물은 피마자오일 100중량부에 대해 아민화합물 5 내지 10중량부, 유화제 1 내지 5중량부, 소포제 1 내지 5중량부, 카본안료 1 내지 5중량부, 증점제 1 내지 5중량부, 응결조절재 1 내지 5중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.

상기 유화제는 본 발명의 조성물의 베이스에 포함된 용제에 포함되어 미립자가 용이하게 분산되도록 하기 위한 것으로서, 그 종류를 한정하지 않는다. 예로 수지산나트륨염, 리그닌술폰산알카리금속염, 나프탈렌 설포닉 산(Naphthalene Sulfonic acid) 유도체, 클로로벤젠(Chlorobenzene) 유도체 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 응결조절제는 빠른 경화특성을 제공하여, 재료분리가 억제되어 재료손실을 더욱 효과적으로 방지할 수 있고, 수화광물의 조직을 매우 치밀하게 하여 페이스트의 균열을 방지하고 페이스트의 수축을 방지하는 기능을 한다.

또한, 피마자오일과 경화제의 반응은 우수한 강도와 내수성, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 마모저항성의 내구성을 개선하는 기능을 한다.

상기 충전제에는 실리카흄이 포함되는데, 실리카흄에 의해 강도를 증가시키는 역할, 레벨성 및 각 구성 요소간 조밀한 충진을 돕는 역할을 한다.

한편 본 발명의 조성물에는 페이스트 내부로 침투된 염화물이온을 고정화시킬 목적으로 니트록시드(nitroxide) 라디칼이 첨가되도록 한다.

상기 니트록시드 라디칼은 리빙라디칼 중합에 의한 분자량 분포가 좁은 고분자의 중합체의 제조나 텔로머(telome)의 제조에 이용된다.

상기 니트록시드 라디칼은 페이스트 내에서 염소이온은 에너지를 받아 염소라디칼로 전이될 때 철근과의 산화반응이 진행되므로 니트록시드 라디칼은 염소이온이 염소라디칼로 전환하는 것을 억제해 줌으로써 철근의 부식을 억제하는 기능을 발현하게 되는 것이다.

또한, 니트록시드 라디칼은 염소 라디칼과 반응하여 안정한 형태의 화합물을 형성하므로 염화물의 고정화가 이루어진다.

바람직하게 피마자오일 100중량부에 대해 니트록시 라디칼 1 내지 3중량부가 배합됨이 타당하다.

또한 상기 첨가제에는 폴리메틸 메타크릴레이트가 더 첨가되는 예가 제시되는데, 폴리메틸 메타크릴레이트는 액상수지를 스프레이 건조하여 제조한 분산 물질로서 물에 분산시키면 안정한 액상수지가 되고 물에 분산된 수지는 건조 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하고 액상수지와 같이 분체와 혼합 사용되어 인장, 휨강도, 균열저항성 등을 향상시키며 접착력을 증가시키는 역할을 한다. 특히 상기 폴리메틸 메타크릴레이트가 첨가되어 경화후 페이스트의 탄성이 발현되도록 하여 충격저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

바람직하게 피마자오일 100중량부에 대해 폴리메틸 메타크릴레이트 1 내지 3중량부가 포함되도록 하는 것이 타당하다.

상기 경화제는 그 종류를 한정하지 않으며, 일 예로 MDI 경화제가 사용될 수 있고, 이에 더하여 응결조절제가 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 분체에는 충전재 및 골재가 포함되도록 한다.

바람직하게 골재 100중량부에 대해 충전재 10 내지 30중량부가 배합됨이 타당하다.

상기 골재는 그 종류를 한정하지 않으나 미분의 혼합량이 적은 특수골재를 적용하는 것이 타당하다.

한편 상기 니트록시드 라디칼의 첨가에 의해 내염해성을 향상시키도록 하나 니트록시드 라디칼의 첨가량을 증가시켜 내염해성을 더욱 향상시키고자 하는 경우 과도한 라디칼 반응으로 철근과 모르타르의 부착성능 저하 등의 문제가 야기될 수 있는 바, 이에 본 발명에서는 페이스트의 내염해성을 더욱 향상시키기 위해 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.

상기 알루미늄염은 페이스트의 공극을 치밀하게 하는 기능으로서 알루미늄염의 첨가에 의해 밀실한 페이스트가 구현되어 내구성을 확보할 수 있도록 하는 것이며, 상기 알루미늄염은 염소이온의 응집작용에 의해 염소이온의 침투저항성을 향상시키고, 안정화시키는 효과를 통해 내염해성을 확보하는 작용을 한다.

그런데 상기 알루미늄염은 조성물 중의 알칼리성분과 반응시 미세한 수소가스를 발생시켜 페이스트를 팽창시켜 균열을 제어하는 기능도 하는데, 이 과정에서 발생한 수소가스에 의해 공극형성에 의한 강도저하, 표면 공극형성에 의한 표면마감제 등과의 들뜸현상 등을 초래하게 될 수 있다.

이에 본 발명에서는 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물이 더 첨가되도록 하는 것으로, 네오디뮴의 더 첨가에 의해 암루미늄염의 첨가에 의한 내염해성을 확보하면서 이 과정에서 발생될 수 있는 수소가스를 제거하여 수소가스에 의해 공극형성에 의한 강도저하, 표면 공극형성에 의한 표면마감재 등과의 들뜸현상 등의 문제를 제어토록 하는 것이다.

바람직하게 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물은 골재 100중량부에 대해 5 내지 10중량부로 배합되는 것이 타당하고, 알루미늄염 및 네오디뮴은 중량비로 (8 : 2) 내지 (9 : 1)의 혼합비로 배합토록 하는 것이 타당하다.

또한 본 발명에서는 상기 충전재에 제올라이트가 더 포함되는 예를 제시한다. 상기 제올라이트는 반응성 개선을 위한 촉매역할을 함으로써, 더욱 빠른 경화특성을 제공하여 재료분리 억제 및 재료손실을 더욱 효과적으로 방지하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 우수한 강도 및 내마모성을 제공할 수 있다.

한편 제올라이트는 흡착성으로 인해 수분을 흡수하는데 수분흡수과정에서 양이온은 물론 음이온도 흡착이 된다. 이 경우 수화반응에서 수산화칼슘을 생성하기 위한 OH-가 흡착되어 수화반응을 저해할 수 있으므로 본 발명에서는 이타콘산이 표면에 코팅된 제올라이트가 첨가되도록 하여 나트륨이온 등 양이온만 선택적으로 흡착되도록 하는 것이다.

상기 경화제에는 나트륨성분이 포함되는데, 이 경우 용존된 나트륨이온이 모세관현상에 의해 표면으로 용출되거나 페이스트에 존재하는 금속이온이 모세관현상에 의해 표면으로 용출되어 표면균열이 발생될 수 있다. 이에 본 발명에서는 이타콘산이 표면에 코팅된 제올라이트가 첨가되도록 하여 나트륨이온 등 양이온만 선택적으로 흡착되도록 하는 것이다.

상기 이타콘산은 음이온성 고분자로서 표면에 이타콘산이 코팅되도록 하는 방법은 (-)전하를 띠는 이타콘산 수용액에 제올라이트를 함침시킨 후 건조시켜 제조될 수 있는 것이다.

이하에서는 실험 예에 의해 본 발명에 대해 설명한다.

하기에서 보는 바와 같이 각각 시료를 제작하였으며, 그 실험결과가 표 1에 도시되고 있다.

[실시예 1]

분체 100중량부에 대해 혼합물 30중량부와 경화제 10중량부가 배합되도록 하였으며, 상기 분체에는 특수골재 100중량부에 대해 실리카흄 3중량부가 배합되었고, 상기 혼합물에는 피마자오일 100중량부에 대해 아민화합물 5중량부, 유화제 2중량부, 소포제 2중량부, 카본안료 2중량부, 증점제 2중량부, 응결조절재 1중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 배합하되, 혼합물에 피마자오일 100중량부에 대해 니트록시 라디칼 1중량부가 더 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.

[실시예 3]

실시예 2와 동일하게 배합하되, 혼합물에 피자마오일 100중량부에 대해 폴리메틸 메타크릴레이트 1중량부가 더 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.

[실시예 4]

실시예 3과 동일하게 배합하되, 분체에 특수골재 100중량부에 대해 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물(중량비로 9 : 1) 5중량부를 포함하도록 배합하여 시료를 제작하였다.

[실시예 5]

실시예 4와 동일하게 배합하되, 분체에 특수골재 100중량부에 대해 제올라이트 3중량부가 더 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.

[실시예 6]

실시예 5와 동일하게 배합하되, 이타콘산이 표면에 코팅된 개질 제올라이트가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.

시험항목	시험방법	단위	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
28일 압축강도	ASTM C579-01	Mpa	29.8	29.1	29.7	32.1	32.2	35
24hr 압축강도			20.1	19.6	19.8	22.3	22.1	24
5hr압축강도			12.1	11.1	11.1	12.5	12.8	13.1
염소이온 침투저항성	KS F 4042	Coulombs	9	5.1	5.3	3.2	3.1	2.9
회복탄력성	ASTM C579-01	%	95	94	98	98	97	99
7일 인장강도	ASTM D638	Mpa	3.7	3.7	4.2	5.3	5.1	5.2
길이변화율	KS F 4042	%	-0.012	-0.011	-0.007	-0.001	-0.005	-0.001
인열강도	ASTM D 624	KN/m	34.1	34.2	34.3	34.8	34.7	35.1

상기 표 1에서 보는 바와 같이 압축강도면에서 실시예 4가 실시예 3보다 우수한 것을 알 수 있는데, 이는 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물이 더 첨가되어 밀실한 페이스트가 형성됨에 기인한 것으로 판단되며, 실시예 5의 경우 제올라이트가 촉매로서 기능을 하여 강도가 향상될 것으로 예상했으나, 상기에서 언급한 바와 같이 수화반응에서 수산화칼슘을 생성하기 위한 OH-가 흡착되어 강도향상에 기여하는 바가 없는 것으로 나타났으며 이에 실시예 6과 같이 개질 제올라이트가 첨가되어 양이온만의 흡착에 의해 강도가 향상되었음을 알 수 있다.

또한 염소이온 침투저항성을 보면 실시예 1보다 실시예 2가 더 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2에 니트록시 라디칼이 더 첨가됨에 기인한 것으로 판단된다. 또한 염소이온 침투저항성면에서 보면 실시예 4가 실시예 2 및 3보다 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데, 이는 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물이 더 첨가됨에 기인한 것으로 판단된다.

또한 회복탄성력면에서 실시예 3이 실시예 1 및 실시예 2보다 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 3에 폴리메틸 메타크릴레이트가 첨가되어 경화후 페이스트의 탄성이 발현됨에 기인한 것으로 판단되며, 이에 의해 균열저항성도 향상된 것으로 결과가 도출된다.

한편 본 발명의 시공방법은, 이음부 주변을 커팅장치를 이용하여 절단하는 단계(S10); 절단부위를 파쇄하여 이음부를 형성하는 단계(S20); 필요에 따라 이음부에 거푸집을 설치하는 단계(S30); 신축이음부에 상기 탄성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저 이음부 주변을 커팅장치를 이용하여 절단하는 단계(S10)를 갖는데, 이음부가 형성될 포장면 등에 대해 커팅장치를 이용하여 절단하는 단계를 갖는다.

그 다음으로 절단부위를 파쇄하여 이음부를 형성하는 단계(S20)를 갖는다. 파쇄기를 이용하여 절단부위를 파쇄한 후, 파쇄된 이물질을 제거하고 청결하게 하여 이음부가 형성되도록 하는 것이다. 본 단계(S20)에서는 콘크리트의 열화된 부분을 비롯하여 들뜸이 있는 부분을 전동해머 및 에어치핑기 등으로 파치하고, 연약부분은 와이어브러시 등으로 제거한 후, 각종 이물질 및 부착물을 와이어브러시 및 에어펌프로 제거한다.

그 다음으로 이음부에 거푸집을 설치하는 단계(S30)를 거쳐 이음부에 상기 탄성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계(S40)를 갖는다.

상기 S40단계에서는 표면에 프라이머가 도포되도록 하여 상기 탄성 콘크리트 조성물과의 부착력을 높이는 것은 물론 지하수 및 빗물이 위로 올라오는 것을 차단하는 방수 기능 외에 표면의 손상된 부분의 틈새를 균일한 표면으로 메꾸어주는 역할도 수행하게 되는 것이다.

또한 선택적으로 상기 이음부에 탄성재질의 탄성봉합재가 안치되도록 한후에 상기 탄성 콘크리트 조성물을 타설되도록 할 수 있다.

상기 S40단계후에는 타설된 탄성 콘크리트 조성물의 양생후에 거푸집을 제거토록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

1. 피마자오일, 아민화합물, 첨가제의 혼합물;
   경화제; 및
   실리카흄이 포함된 충전재와 골재를 포함하는 분체;를 포함하되,
   상기 첨가제에는 유화제, 소포제, 카본안료, 증점제, 니트록시라디칼, 폴리메틸 메타크릴레이트가 포함되며,
   상기 충전재에는 8 :2 내지 9 : 1의 중량비로 배합되는 알루미늄염 및 네오디뮴 혼합물, 이타콘산으로 표면이 개질된 제올라이트가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 콘크리트 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 이음부 주변을 커팅장치를 이용하여 절단하는 단계(S10);
   절단부위를 파쇄하여 이음부를 형성하는 단계(S20);
   이음부에 거푸집을 설치하는 단계(S30); 및
   이음부에 상기 제 1항의 탄성 콘크리트 조성물을 타설하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘크리트 조성물을 이용한 시공방법.