KR102494919B1 - 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법 - Google Patents

장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 속경성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 래들슬래그 40 내지 70 중량부, 플라이애쉬 40 내지 70 중량부, 메타카올린 10 내지 30 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 20 중량부, 불화칼륨니켈코발트 1 내지 20 중량부 및 황산바륨 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 고내구성 혼화제는 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 40 내지 70 중량부, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 40 내지 70 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 10 내지 30 중량부, 페노세닐메틸 메타크릴레이트 10 내지 30 중량부, 케톡심실란(ketoximesilane) 0.1 내지 10 중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 사용함으로써;
우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어져, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있고, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구하여 차량통제 시간 및 시공비용을 절감할 수 있으며, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있고, 내식성(방청)을 개선하고, 염분 또는 중성화에 의한 콘크리트의 부식을 억제할 수 있으며, 기온변화에 따른 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성을 크게 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법에 관한 것이다.
[화학식 1]

Description

장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법{RAPID HARDENING CEMENT CONCRETE COMPOSITION HAVING EXCELLENT LONG-TERM HIGH DURABILITY AND ROAD REPAIRING AND REINFORCING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어져, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있고, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구하여 차량통제 시간 및 시공비용을 절감할 수 있으며, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있고, 내식성(방청)을 개선하고, 염분 또는 중성화에 의한 콘크리트의 부식을 억제할 수 있으며, 기온변화에 따른 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성을 크게 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법에 관한 것이다.
최근 콘크리트 도로포장의 내구성에 관한 문제가 사회적 문제로 대두되고 있다. 특히, 염해, 탄산화, 알칼리골재반응 및 철근부식과 콘크리트 파괴에 의한 내구성 저하의 문제와 박락이나 지진에 의한 안전성 악화의 문제가 크게 거론되고 있다. 특히, 우리사회의 현대화·산업화가 급속도로 진행되어감에 따른 환경오염은 점차 심각해지고 있어, 콘크리트를 부식시키는 유해물질인 이산화탄소 및 아황산가스의 증가로 인하여 대기의 산성화와 산성비가 콘크리트의 노후화를 가속화시키고 있다.
한편, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 파손은 주로 강설이나 강우시 일어나며 이로 인한 평탄성 저하로 운전 중 사고로 이어질 수 있기 때문에 긴급한 보수가 이루어져야 한다. 특히 교량의 경우에는 중차량 통행에 따른 소성변형과 충격에 따른 파손, 지역적 특성에 따른 기후 변화, 동결융해에 대한 영향, 장대 교량의 경우, 처짐 진동에 따른 영향, 우수 및 염소이온 등의 침투로 인한 철근의 부식 및 이에 따른 교량 상판 콘크리트의 손상촉진 등의 원인에 의해 손상이 일어나기 쉽다.
이와같이 도로포장에 손상이 발생하는 경우, 파손된 부분을 제거하고 그 부분을 보수해야 하는데, 특히 교량의 보수에 있어서는 장기간 교량 폐쇄시 교통 체증이 발생하게 되므로 도로포장의 보수공사는 빠른 시간에 신속하게 이루어질 필요가 있다. 또한, 기존 포장과의 접합이 우수해야 하고, 장기 강도 및 내구성이 우수하여 보수효과가 장기간 유지되어야 한다.
이에, 최근에는 콘크리트에 폴리머 에멀젼을 첨가한 속경성 폴리머 시멘트 콘크리트의 사용이 점차 증가하고 있다.
그러나 이러한 속경성 폴리머 시멘트 콘크리트 역시 강도 및 내구성이 여전히 기대에 못미치고 있는 실정이다. 보다 구체적으로 타설 후 급속한 수화반응이 진행되면서 높은 수화열이 발생되기 때문에 미세균열이 발생되는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 이와같이 발생된 미세균열은 수분, 염소이온, 이산화탄소 등의 침투통로로 작용하게 됨으로써 내구성을 저하시키는 문제점이 여전히 남아 있었다. 특히, 겨울철 제설제의 사용량이 가장 빈번한 교면포장에 시공하는 경우 더욱 더 내구성의 저하가 현저해지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록번호 제10-1708924호 대한민국 등록번호 제10-1710300호 대한민국 등록번호 제10-2045081호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 조직의 치밀화를 촉진하고, 우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있고, 뿐만 아니라, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구할 수 있으며, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 대처하면서, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성을 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법을 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 구현예는 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 속경성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 래들슬래그 40 내지 70 중량부, 플라이애쉬 40 내지 70 중량부, 메타카올린 10 내지 30 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 20 중량부, 불화칼륨니켈코발트 1 내지 20 중량부 및 황산바륨 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 고내구성 혼화제는 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 40 내지 70 중량부, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 40 내지 70 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 10 내지 30 중량부, 페노세닐메틸 메타크릴레이트 10 내지 30 중량부, 케톡심실란(ketoximesilane) 0.1 내지 10 중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112021144518875-pat00001
상기 불화칼륨니켈코발트는 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 것이고;
상기 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트는 니켈전구체 1 내지 5 몰비율 및 불화암모늄 10 내지 50 몰비율을 용매에 용해시킨 후, 순차적으로 불화칼륨 5 내지 20 몰비율 및 코발트전구체 1 몰비율을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 100 내지 200 ℃의 온도에서 15 내지 30 시간 동안 열처리하는 단계; 및 상기 열처리가 완료된 혼합용액에서 침전물을 회수하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 속경성 결합재는 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것이고;
상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는 나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계; 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 케톡심실란(ketoximesilane) 및 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란은 1: 1 중량비율로 혼합되는 것이고;
상기 케톡심실란은 메틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 에틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 프로필 트리스(디메틸 케톡심)실란, 비닐트리스(디메틸 케톡심)실란, 메틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 에틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 프로필트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 페닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 테트라 프로필케톡심실란, 테트라 부틸케톡심실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수·보강 공법으로서,
시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것인 도로 포장 보수·보강 공법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법에 의하면, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 압축강도, 휨강도 및 부착강도 등 우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어질 수 있고, 이로써, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구하여 차량통제 시간 및 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있는 효과가 있다. 또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 염분 또는 중성화에 의한 콘크리트의 부식을 억제할 수 있고, 기온변화에 따른 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성 등을 크게 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 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 구현예는 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 속경성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 래들슬래그 40 내지 70 중량부, 플라이 애쉬 40 내지 70 중량부, 메타카올린 10 내지 30 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 20 중량부, 불화칼륨니켈코발트 1 내지 20 중량부 및 황산바륨 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
상기 고내구성 혼화제는 라텍스 100 중량부에 대하여, 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 40 내지 70 중량부, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 40 내지 70 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 10 내지 30 중량부, 페노세닐메틸 메타크릴레이트 10 내지 30 중량부, 케톡심실란(ketoximesilane) 0.1 내지 10 중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112021144518875-pat00002
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법에 의하면, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 압축강도, 휨강도 및 부착강도 등 우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어질 수 있고, 이로써, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구하여 차량통제 시간 및 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있는 효과가 있다. 또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 염분 또는 중성화에 의한 콘크리트의 부식을 억제할 수 있고, 기온변화에 따른 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성 등을 크게 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함한다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 입경이 5 mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5 mm 보다 큰 것을 굵은골재라 한다.
잔골재는 본 발명의 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 30 내지 50 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은골재는 본 발명의 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 20 내지 40 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 속경성 결합재는 본 발명의 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 10 내지 40 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 속경성 결합재의 함량이 너무 적은 경우에는 점성 부족과 블리딩 발생 가능성이 높아지고, 이에 따른 소성크랙 발생 가능성 또한 높아질 수 있다. 아울러 콘크리트의 강도 및 수밀성 저하로 인한 투수저항성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 속경성 결합재의 함량이 너무 많은 경우에는 점성이 증가하여, 작업성이 저하되고, 가사시간 조절이 어려워지며, 초기강도가 떨어지고 과도한 수밀성 증대로 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 균열이 발생할 수 있다.
상기 속경성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 래들슬래그 40 내지 70 중량부, 플라이애쉬 40 내지 70 중량부, 메타카올린 10 내지 30 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 20 중량부, 불화칼륨니켈코발트 1 내지 20 중량부 및 황산바륨 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도가 5,500 내지 7,000 ㎠/g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이하, 상기 속경성 결합재를 구성하는 다른 성분들의 함량은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 래들슬래그는 제강공정 중 발생하는 전로 또는 래들에서 발생되는 슬래그를 의미하고, 일반 시멘트와 유사한 성분을 가진 산업부산물로서, 시멘트와 유사하게 C-S-H gel을 형성하는 수화반응을 진행할 수 있다. 이로써, 안정적인 장기강도 발현과 수밀성을 향상시키고, 수화열을 낮추어 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 화학적 내구성을 향상시켜 우수한 염해 및 동결융해 저항성을 제공하는 기능을 한다.
보다 구체적으로 상기 래들슬래그는 산화규소(SiO2) 18.2 내지 19.9 중량%, 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 10.1 내지 11.4 중량%, 산화철(Fe2O3) 7.1 내지 8.0 중량%, 산화칼슘(CaO) 42.0 내지 43.3 중량%, 산화 마그네슘(MgO) 0.8 내지 2.5 중량%, 삼산화황(SO3) 2.6 내지 4.5 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.1 내지 1.0 중량%, 산화칼륨(K2O) 0.1 내지 0.8 중량%, 황(S) 0.5 내지 2.4 중량%, 철(Fe) 5.9 내지 6.9 중량% 및 인(P) 0.2 내지 1.3 중량%로 포함하는 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있으며, 분말도가 3,000 내지 7,500 ㎠/g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 래들슬래그는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 래들슬래그의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 래들슬래그의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 플라이애쉬는 작업성 개선, 블리딩현상 감소, 장기강도 증진, 알카리골재반응 억제, 투수저항성 향상, 수화열 감소 및 황산염 저항성 향상 등의 효과를 나타내어 장기 내구성을 크게 증진시키는 기능을 한다.
이러한 상기 플라이애쉬는 분말도가 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 플라이애쉬는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애쉬의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있고, 상기 플라이애쉬의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 메타카올린은 고령토 산업부산물로서, 초기강도 발현과 수밀성 및 부착성을 증대시키고 이에 따른 내구성을 증진시키는 기능을 한다.
이러한 상기 메타카올린은 분말도가 5,000 내지 10,000 ㎠/g인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 메타카올린은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메타카올린의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있고, 상기 메타카올린의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 석고는 우수한 초기강도 발현 뿐만 아니라, 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하는 기능을 한다.
상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 석고는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있고, 상기 석고의 함량이 너무 많은 경우에는 팽창 및 내수성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 빠른 경화특성을 제공하는 기능을 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 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 수산화알루미늄은 내마모성, 내화학성 및 내수성을 개선하고, 초기강도 발현과 조직을 치밀하게 하여 수축 및 균열을 방지하는 기능을 한다. 특히, 상기 수산화알루미늄은 알칼리 활성화제로서, 상기 래들슬래그 및 플라이애쉬의 수경성을 향상시킴으로써, 우수한 강도 특성과 속경성을 구현하고, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하는 기능을 한다.
상기 수산화알루미늄은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 수산화알루미늄의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 수산화알루미늄의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성이 저하되거나 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 불화칼륨니켈코발트는 우수한 강도 특성 뿐만 아니라, 우수한 수축저감 및 균열제어 효과, 내마모성, 내수성, 방수성, 내화학성 및 동결융해저항성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 불화칼륨니켈코발트는 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 것을 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 특히, 우수한 수축저감 및 균열제어 효과와 내마모성을 매우 향상시키는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트는 니켈전구체 1 내지 5 몰비율 및 불화암모늄 10 내지 50 몰비율을 용매에 용해시킨 후, 순차적으로 불화칼륨 5 내지 20 몰비율 및 코발트전구체 1 몰비율을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 100 내지 200 ℃의 온도에서 15 내지 30 시간 동안 열처리하는 단계; 및 상기 열처리가 완료된 혼합용액에서 침전물을 회수하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
이러한 상기 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트는 평균입경이 200 내지 600 nm인 것이고, KNi1-xCoxF3-δ(0 < x < 1, 0.1 < δ < 0.5)의 조성을 갖는 것일 수 있다.
이때, 상기 니켈전구체는 질산니켈(nickel nitrate), 초산니켈(nickel acetate), 염화니켈(nickel chloride), 황산니켈(nickel sulfate), 이들의 수화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있고; 상기 코발트전구체는 질산코발트(cobalt nitrate), 염화코발트(cobalt chloride), 초산코발트(cobalt acetate), 황산코발트(cobalt sulfate), 이들의 수화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 헥실렌 글리콜, 1,2 헥사데칸디올(1,2-hexadecanediol) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 글리콜류 용매; 또는 메틸 글리콜, 부틸 글리콜, 부틸 트리글리콜, 부틸 폴리글리콜, 헥실 글리콜, 헥실 디글리콜, 에틸헥실 글리콜, 에틸헥실 디글리콜, 아릴 글리콜, 페닐 글리콜, 페닐 디글리콜, 벤질 글리콜, 메틸 프로필렌 글리콜, 메틸 프로필렌 디글리콜, 메틸 프로필렌 트리글리콜, 프로필 프로필렌 글리콜, 프로필프로필렌 디글리콜, 부틸 프로필렌 글리콜, 부틸 프로필렌 디글리콜, 페닐 프로필렌 글리콜, 메틸 프로필렌 글리콜 아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 글리콜에테르류 용매를 사용할 수 있다.
상기 불화칼륨니켈코발트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 불화칼륨니켈코발트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 불화칼륨니켈코발트의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 저하되거나, 더 이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 황산바륨은 빠른 경화를 돕고, 우수한 수축 저감 효과와 내마모성, 염해 및 동결융해 저항성을 향상시키는 기능을 한다.
상기 황산바륨은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황산바륨의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 황산바륨의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 내화학성, 방청성, 중성화저항성, 염화물저항성 등의 내구성을 향상시켜, 장기 내구성을 더욱 개선할 수 있도록, 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하되거나 오히려 강도성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는 나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계; 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되어, 평균입경은 50 내지 500 nm 범위인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
이때, 상기 나노 다이아몬드의 평균입경은 10 내지 300 nm 범위인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산될 때, 상기 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드의 혼합물은 500 내지 10000 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입되어 분산되는 것일 수 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 경화촉진제, 응결지연제, 감수제, 재료분리방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 경화촉진제는 조성물의 수화반응을 더욱 활성화하여 조기에 압축강도를 발현하도록 하는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 경화촉진제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화촉진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 칼슘포메이트, 염화칼슘, 질산칼슘과 같은 칼슘염, 염화마그네슘과 같은 염화물, 황산마그네슘, 황산알루미늄과 같은 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨과 같은 탄산염, 포름산 또는 그의 염 및 리튬카보네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 응결지연제는 초기 작업시간 유지와 작업성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 응결지연제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 응결지연제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 주석산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid), 붕산과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 폴리비닐알콜, 글리세린과 같은 다가알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 감수제는 입자간 반발력으로 입자를 분산시켜 일시적으로 유동성을 개선시키는 기능을 한다. 상기 감수제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 감수제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리칼본산계 감수제 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 폴리칼본산계 감수제를 사용하는 것이 좋다.
상기 재료분리방지제는 조성물의 재료분리를 방지하고 작업성을 개선시키는 기능을 한다. 상기 재료분리방지제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 재료분리방지제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 메틸셀롤로오스, 스타치, 검(Gum) 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 강도저하가 적은 스타치계 재료분리방지제를 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에서 사용하는 고내구성 혼화제는 본 발명의 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키는 기능을 한다.
상기 고내구성 혼화제는 본 발명의 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 0.1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고내구성 혼화제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 고내구성 혼화제의 함량이 너무 많은 경우에는 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)은 좋아질 수 있으나, 수화반응을 지연시켜 속경성이 저하되거나, 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 고내구성 혼화제는 라텍스 100 중량부에 대하여, 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 40 내지 70 중량부, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 40 내지 70 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 10 내지 30 중량부, 페노세닐메틸 메타크릴레이트 10 내지 30 중량부, 케톡심실란(ketoximesilane) 0.1 내지 10 중량부 및 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 스티렌부타디엔 라텍스는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 방수성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이하, 상기 고내구성 혼화제를 구성하는 다른 성분들의 함량은 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 방수성, 내수성, 동결융해저항성, 내화학성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내수성, 동결융해저항성, 내화학성, 내후성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내수성, 방수성, 내마모성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 페노세닐메틸 메타크릴레이트는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내마모성, 동결융해저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 페노세닐메틸 메타크릴레이트는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 페노세닐메틸 메타크릴레이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 페노세닐메틸 메타크릴레이트의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하되거나 작업성 이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 케톡심실란(ketoximesilane)은 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내마모성, 내수성, 내화학성, 염해 저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 케톡심실란(ketoximesilane)은 메틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 에틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 프로필 트리스(디메틸 케톡심)실란, 비닐트리스(디메틸 케톡심)실란, 메틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 에틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 프로필트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 페닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 테트라 프로필케톡심실란, 테트라 부틸케톡심실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
보다 바람직한 상기 케톡심실란(ketoximesilane)은 비닐트리스(디메틸 케톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란 및 페닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란을 2 내지 5: 2 내지 5: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 케톡심실란(ketoximesilane)은 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 케톡심실란의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 케톡심실란의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성 및 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란은 상기 케톡심실란(ketoximesilane)과 함께 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내마모성, 방수성, 내수성, 동결융해저항성, 염해 저항성, 내화학성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 케톡심실란(ketoximesilane) 및 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란은 1: 1 중량비율로 혼합되어, 상기한 효과, 특히, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과가 더욱 개선될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란은 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성 및 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 고내구성 혼화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 소포제, 공기연행제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소포제는 공기량을 저하시키고, 콘크리트 내의 갇힌 공기(Entrapped Air) 및 공극을 제거하여 강도 및 내구성을 더욱 개선시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 소포제는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소포제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제, 알콜계 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 공기연행제는 조성물의 분산성을 개선하여 작업성을 개선시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 공기연행제는 상기 스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기연행제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 폴리칼본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등이 있다. 보다 바람직한 상기 공기연행제는 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량% 및 굵은골재 20 내지 40 중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수·보강 공법으로서,
시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것인 도로 포장 보수·보강 공법을 제공한다.
보다 구체적으로 상기 시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계;는 상기 시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터 또는 워터젯을 이용하여 절삭 및 블라스팅함으로써 수행될 수 있다.
또한, 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계;는 본 발명의 일 구현예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물이 시공대상면에 부착되기 용이하게 하는 작업을 의미하는 것으로 사용될 수 있다.
이때, 상기 프라이머 재료로는 폴리아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 블루밍 재료로는 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 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 습윤 상태를 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 습윤 상태를 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.
본 발명의 일 구현예에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 보수·보강 공법에 의하면, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 압축강도, 휨강도 및 부착강도 등 우수한 강도특성으로 기존 포장과의 부착 및 일체화가 우수하게 이루어질 수 있고, 이로써, 표면박리, 부분손상, 탈락 및 포트홀 발생 등 도로포장의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 경화속도가 빨라 신속하게 콘크리트의 파손부위를 복구하여 차량통제 시간 및 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있는 효과가 있다. 또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 염분 또는 중성화에 의한 콘크리트의 부식을 억제할 수 있고, 기온변화에 따른 동결융해저항성 및 스케일링저항성을 개선할 뿐만 아니라, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성 등을 크게 향상시킴으로써 콘크리트의 전반적인 내구성 및 생애주기를 연장할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트의 제조
질산니켈 6수화물 4 몰비율을 먼저 에틸렌글리콜에 용해시키고, 1시간 동안 교반하였다. 이후, 불화칼륨 2수화물 15 몰비율 및 질산코발트 4수화물 1 몰비율을 용해시키고, 약 10분 동안 교반하여, 혼합용액을 제조하였다. 이어서, 상기 혼합용액을 Teflon-lining된 스테인레스스틸 고압반응기(autoclave)로 옮기고 180 ℃의 온도에서 20 시간 동안 열처리하였다. 이후, 상기 열처리가 완료된 혼합용액을 실온으로 냉각시키고, 침전물을 원심분리 여과에 의해 모으고, 에탄올로 수회 세척한 후, 60 ℃에서 12 시간 동안 건조시켰다.
이로써, KNi0.8Co0.2F2.8의 조성을 갖는 응집된 분말형태의 갖는 불화칼륨니켈코발트를 제조하였다.
<제조예 2>
중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트의 제조
질산니켈 6수화물 4 몰비율 및 불화암모늄 40 몰비율을 먼저 에틸렌글리콜에 용해시키고, 1시간 동안 교반하였다. 이후, 불화칼륨 2수화물 15 몰비율 및 질산코발트 4수화물 1 몰비율을 용해시키고, 약 10분 동안 교반하여, 혼합용액을 제조하였다. 이어서, 상기 혼합용액을 Teflon-lining된 스테인레스스틸 고압반응기(autoclave)로 옮기고 180 ℃의 온도에서 20 시간 동안 열처리하였다. 이후, 상기 열처리가 완료된 혼합용액을 실온으로 냉각시키고, 침전물을 원심분리 여과에 의해 모으고, 에탄올로 수회 세척한 후, 60 ℃에서 12 시간 동안 건조시켰다.
이로써, 평균입경이 약 471 nm이고, KNi0.8Co0.2F2.8의 조성을 갖는 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트를 제조하였다.
<제조예 3>
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 제조
나노리소스의 입자분산 공정을 이용하여 제조한 평균 입자 크기가 55 nm인 잘 분산된 나노다이아몬드를 황산과 질산을 부피비 3:1로 한 60 ml/g 에 넣어 140 ℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 후 여액의 휘발과 비산을 막기 위해 얼음조를 사용하여 약 30분 희석시킨 후 원심분리시켰다. 원심분리는 pH가 중성이 될 때까지 약10회 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 분산된 나노다이아몬드를 건조시켰다. 건조는 별도로 증발농축기를 이용하여 수분을 제거한 후, 100℃의 오븐에서 수행하였다. 상기에서 얻은 입자를 FT-IR을 통해 나노다이아몬드-COOH임을 확인하였다.
아스타잔틴(Sigma, USA) 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 1 중량비율로 혼합하여, 상기 혼합물이 1600 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입한 후, 상온에서 5시간 동안 교반하여, 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하였다.
이후, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 평균입경이 418 nm인 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 수득하였다.
<제조예 4>
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 제조
나노리소스의 입자분산 공정을 이용하여 제조한 평균 입자 크기가 55 nm인 잘 분산된 나노다이아몬드를 황산과 질산을 부피비 3:1로 한 60 ml/g 에 넣어 140 ℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 후 여액의 휘발과 비산을 막기 위해 얼음조를 사용하여 약 30분 희석시킨 후 원심분리시켰다. 원심분리는 pH가 중성이 될 때까지 약10회 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 분산된 나노다이아몬드를 건조시켰다. 건조는 별도로 증발농축기를 이용하여 수분을 제거한 후, 100℃의 오븐에서 수행하였다. 상기에서 얻은 입자를 FT-IR을 통해 나노다이아몬드-COOH임을 확인하였다.
아스타잔틴(Sigma, USA) 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 7 중량비율로 혼합하여, 상기 혼합물이 1600 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입한 후, 상온에서 5시간 동안 교반하여, 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하였다.
이후, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 평균입경이 243 nm인 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 수득하였다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 속경성 결합재, 잔골재 및 굵은골재를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 고내구성 혼화제 및 물을 동시에 투입하여 2분간 혼합하여 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 조성물을 제조하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
잔골재 40 40 40 40 40
굵은골재 33 33 33 33 33
물 1 1 1 1 1
속경성 결합재 17 17 17 17 17
(중량부) 조강 포틀랜드 시멘트
(분말도: 5,570 ㎠/g)		 100 100 100 100 100
래들슬래그 (1)
(분말도: 3,390 ㎠/g)		 55 55 55 - 55
플라이애쉬
(분말도: 3,870 ㎠/g)		 43 43 43 43 43
메타카올린
(분말도: 5,420 ㎠/g)		 22 22 22 - 22
무수석고 24 24 24 24 24
칼슘설포알루미네이트 25 25 25 25 25
수산화알루미늄 11 11 11 - -
불화칼륨니켈코발트 9
[제조예1]		 9
[제조예2]		 9
[제조예2]		 - -
황산바륨 4 4 4 - 4
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 - 3
[제조예3]		 3
[제조예4]		 - -
경화촉진제 1 1 1 1 1
응결지연제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
감수제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
재료분리방지제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
고내구성 혼화제 9 9 9 9 9
(중량부) 스티렌부타디엔 라텍스 100 100 100 100 100
비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 57 57 57 57 57
에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 50 50 50 - 50
폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 21 21 21 - -
페노세닐메틸 메타크릴레이트 18 18 18 - -
케톡심실란 (2) 9 9 7 - -
사이클릭 아자실란
[화학식 1]		 6 6 7 - -
소포제 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
공기연행제 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
(1) 래들슬래그: 산화규소(SiO2) 19.1 중량%, 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 11.2 중량%, 산화철(Fe2O3) 7.5 중량%, 산화칼슘(CaO) 42.9 중량%, 산화 마그네슘(MgO) 2.1 중량%, 삼산화황(SO3) 3.8 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.8 중량%, 산화칼륨(K2O) 0.1 중량%, 황(S) 0.7 중량%, 철(Fe) 6.1 중량% 및 인(P) 0.9 중량%인 것을 사용함.

(2) 케톡심실란(ketoximesilane): 비닐트리스(디메틸 케톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란 및 페닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란을 3: 3: 1 중량비율로 혼합한 것을 사용함.

[화학식 1]
Figure 112021144518875-pat00003
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>
본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프 시험(반죽의 정도)을 수행하였다. 상기 슬럼프 시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다. 상기 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화값은 하기 표 2에 나타내었다.
슬럼프(cm) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
교반 직후 22 22 22 22 22
20분 경과 후 20 21 21 17 18
30분 경과 후 18 18 19 13 15
40분 경과 후 16 17 17 9 11
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 작업성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
본 발명에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물의 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
건조수축(길이변화율(%)) KS F 2424 0.008 0.007 0.005 0.34 0.12
압축강도(MPa)_4시간 KS F 2405 27 19 20 9 14
압축강도(MPa)_24시간 KS F 2405 33 27 28 15 18
압축강도(MPa)_28일 KS F 2405 43 42 43 20 23
휨강도(MPa)_4시간 KS F 2405 5.4 3.5 3.6 1.5 1.8
휨강도(MPa)_24시간 KS F 2405 6.7 6.0 6.1 2.5 3.0
휨강도(MPa)_28일 KS F 2405 8.5 9.3 9.5 4.8 6.0
부착강도(MPa)_4시간 KS F 2762 1.9 1.1 1.3 0.4 0.7
부착강도(MPa)_24시간 KS F 2762 2.4 1.8 1.9 0.7 1.2
부착강도(MPa)_28일 KS F 2762 2.8 2.5 2.6 1.2 1.6
염분침투저항성(coulomb) KS F 2711 784 705 647 1350 1241
동결융해저항성(%) KS F 2456 91 92 92 63 79
마모저항성(mm) ASTM C 779 0.09 0.07 0.05 0.41 0.34
균열 저항성 AASHTO PP34-98 균열없음 균열없음 균열없음 균열발생 균열없음
중량변화율
(%)		 염산 일본 공업 규격 원안
[콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]		 -0.4 0 0 -1.1 -0.7
황산 -0.03 -0.03 -0.01 -0.7 -0.4
수산화나트륨 0.3 0.2 0.2 1.5 0.7
방청률 (%) KS F 2561 94 95 97 74 81
흡수율(%) KS F 4004 0.2 0.2 0.1 2.7 1.5
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 건조수축에 따른 길이변화율이 적은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 3에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 우수한 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고; 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성, 내약품성, 방청률 및 낮은 흡수율을 갖는 것을 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. 속경성 결합재 10 내지 40 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 20 내지 40 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고내구성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
    상기 속경성 결합재는
    조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 래들슬래그 40 내지 70 중량부, 플라이애쉬 40 내지 70 중량부, 메타카올린 10 내지 30 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 20 중량부, 불화칼륨니켈코발트 1 내지 20 중량부 및 황산바륨 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것이고;
    상기 고내구성 혼화제는
    스티렌부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 비스페놀A-비스페놀A디글리시딜에테르 중합체 40 내지 70 중량부, 에틸렌초산비닐-염화비닐 공중합체 40 내지 70 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 10 내지 30 중량부, 페노세닐메틸 메타크릴레이트 10 내지 30 중량부, 케톡심실란(ketoximesilane) 0.1 내지 10 중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112021144518875-pat00004

  2. 제1항에 있어서,
    상기 불화칼륨니켈코발트는 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 것이고;
    상기 중공 구형 형태의 페로브스카이트 결정을 갖는 불화칼륨니켈코발트는 니켈전구체 1 내지 5 몰비율 및 불화암모늄 10 내지 50 몰비율을 용매에 용해시킨 후, 순차적으로 불화칼륨 5 내지 20 몰비율 및 코발트전구체 1 몰비율을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 100 내지 200 ℃의 온도에서 15 내지 30 시간 동안 열처리하는 단계; 및 상기 열처리가 완료된 혼합용액에서 침전물을 회수하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 속경성 결합재는 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것이고;
    상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는
    나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계;
    아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및
    상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케톡심실란(ketoximesilane) 및 상기 화학식 1로 표시되는 사이클릭 아자실란은 1: 1 중량비율로 혼합되는 것이고;
    상기 케톡심실란은 메틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 에틸트리스(디메틸 케톡심)실란, 프로필 트리스(디메틸 케톡심)실란, 비닐트리스(디메틸 케톡심)실란, 메틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 에틸트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 프로필트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 페닐트리스(메틸에틸 케톡심)실란, 테트라 프로필케톡심실란, 테트라 부틸케톡심실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로 포장 보수·보강 공법으로서,
    시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 장기 고내구성을 갖는 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 보수·보강 공법.
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