KR102538839B1 - Mma 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법에 관한 것이다.

Description

MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법{BRIDGE DECK WATERPROOFING MATERIAL COMPRISING MMA WATERPROOF COMPOSITION AND BRIDGE DECK WATERPROOFING CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법에 관한 것이다.
일반적으로, 구조층의 두께가 얇은 도로교량의 콘크리트 상판 교면은 시공 초기부터 소성수축 및 건조수축에 의한 균열이 발생되기 쉬우며, 반복되는 교통하중과 통과차량의 급제동에 의한 타이어 충격과 진동, 대기오염에 의한 산성비와 결빙방지용 염화칼슘 침투 등의 열악한 다양한 환경조건에 직접적으로 노출되어 손상 또는 파손이 빈번하게 일어나며 시간이 지날수록 박리와 균열로 누수, 부식되어 손상된다.
이에 따라, 교량 콘크리트 상판 교면의 박리와 균열로 누수, 부식으로 인하여 발생되는 철근의 부식과 콘크리트 중성화에 의한 열화, 균열 등을 방지할 목적으로 하는 교면 방수가 이루어지며, 해안지역 교량 구조물은 교량의 구체전면을 방식 처리하여 교량구조물의 안전성 확보에 만전을 기하고 있는 추세이다.
상기한 교면 방수에는 실리콘 계열의 침투성 교면방수제, 고무계열의 도막방수제, 고무아스팔트 시트(sheet) 등의 공법과, 고무아스팔트 시트형의 성형된 공장 제품의 현장 적응시의 단점 등을 보완한 가열 용융된 고무아스팔트 도막 방수제 도포와 방수층 보호용 펠트 및 보호판을 부착하는 공법 등이 미국 및 캐나다 등에서 오래 전부터 시행되어 왔으며 최근 국내에도 유사한 공법이 시행되고 있다.
그러나, 상기한 국내외에서 사용되고 있는 공법의 경우 기존 콘크리트 상판에 포장된 부실한 아스팔트(아스콘)를 제거하고 부실 방수층, 연약한 표층의 교면을 완벽히 정리한 후, 프라이머제 도포 → 고무아스팔트 열공법 도막방수제 도포 → 방수층 보호용 판넬 부착 → 아스콘을 포장하는 것인 바, 교량 교면 방수에 사용되는 가열 용융된 고무아스팔트의 특징상 과다한 연성으로, 도로 교량의 특성상 통과 차량의 중량과 발진, 정차 등의 반복으로 안정적인 도막층의 유지와 방수층의 밀림 등을 방지할 수 있는 인장력이 약해 시공 후 고무아스팔트 열공법 도막방수제가 통행 차량에 의해 밀림, 재질이완 및 휨 현상이 발생하여 이를 재보수해야 하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 상기 교면 재보수 공사 시, 방수 작업은 작업 여건이 제한적이고 정해진 시간 내에 시공을 마무리 해야 하는 제약이 따르는데, 교면 재포장 공사의 특성 상 작업시간 내에 양생이 마무리 되지 않을 경우에도 다음 공정을 진행해야 하므로, 목표하는 시공품질을 확보해 내기에는 많은 어려움이 있으므로 단시간 내에 목표하는 품질을 확보하기 위해서는 도로 사정에 알맞은 적합한 공법의 개발이 필요한 실정이다.
특히, 콘크리트 교량 구조물의 내구성을 좌우하는 요소 중 하나인 교면방수는 차량에 의한 반복하중, 진동, 충격, 전단 등의 역학적 작용과 온도변화, 수축팽창, 콘크리트의 열화에 대한 수분의 영향 등 방수재 성능뿐만 아니라 여러 열악한 복합적인 요소를 다 고려하여야 한다.
즉, 교면 방수의 요구 성능은, ① 우수한 방수성(기본적인 방수기능과 제설제, 바닷물, 산성비 등의 알칼리, 산에 대한 내구성이 있어야 함), ② 우수한 접착성(강성의 콘크리트와 연성의 아스콘 사이에 놓이는 방수층은 서로 다른 열팽창계수 때문에 방수층에 전달력을 가하므로 방수재료는 콘크리트와 아스콘 모두에 좋은 접착력), ③ 균열에 대한 추종성(교량 슬래브의 수축/팽창에 의한 균열 폭의 변화를 방수재가 접착된 상태로 견디어야 함), ④ 교면 아스콘 포장시 방수층의 안정성(시공 후 아스콘 포설 시 아스콘 운반차량, 포장장비에 의한 포장층 훼손 예방에 대한 대책), ⑤ 차량제동으로 인한 전단 저항성(차량 제동시 윤하중으로 인한 밀림현상이 발생하지 않아야함)이 필수적이다.
그런데, 기존 방수재로 사용되는 도막방수(시트방수)는 도포 방식에서 간접가열방식으로 180-200℃를 유지하면서 2-3mm두께로 도포하는 것으로 시공에 대한 어려움, 가열에 의한 공사 지연, 가열에 의한 이산화탄소 발생 등의 문제점이 발생되고 있다.
상기한 기존 교면 방수의 문제점을 해결하고자, 최근 개발된 교면방수 관련기술들을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1005515(등록일자 2010년12월27일)에 PMMA 20 내지 40 중량부, MMA 20 내지 35 중량부, MMA를 제외한 메타크릴레이트계 중량체에서 1종 이상의 단량체 20 내지 30 중량부 및 우레탄 아크릴레이트 단량체 5 내지 15 중량부를 포함하는 교면 포장용 자기 반응형 아크릴계 수지 및 하도 접착제에 의해 교량 상판 위에 형성된 하도 접착층; 교면 포장용 자기 반응형 아크릴계 수지가 포함된 아크릴계 폴리머 콘크리트 포장재에 의해, 상기 하도 접착층 위에 형성된 포장층; 미끄럼 방지용 골재에 의해 상기 포장층 위에 형성된 미끄럼 방지층; 상도 접착제에 의해 상기 미끄럼 방지층 위에 형성되는 상도 접착층을 포함하는 초박층 교면 포장 구조물에 관한 구성이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1469840(등록일자 2014년12월01일)에 MMA수지를 포함하는 프라이머를 교면 바닥면에 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계(S10); 상기 프라이머층 상부에 MMA수지를 포함하는 방수재를 도포하여 방수층을 형성하는 단계(S20); 상기 방수층의 상부로 택코팅을 실시하는 단계(S30);를 포함하는 교면 포장 방수공법에 있어서, 상기 S20 단계에서, 상기 방수재는 MMA수지와 골재를 포함하되, 상기 MMA수지는 MMA, PMMA, 우레탄(UR), 불포화 폴리에스테르(UP), 에폭시 아크릴레이트를 배합하여 고분자 물질화 된 수지이며, 상기 골재는 규사, 탄산칼슘, 자연사를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 방수재는, MMA수지 100중량부에 대해 골재 100 내지 400중량부, 상기 골재보다 입경이 작은 충진분말 100 내지 300중량부, 경화제 2 내지 5중량부를 포함하면서, 증점제로는 메틸셀롤로오즈(MC)에 수용성 고분자를 도입한 것으로 타 조성들과 혼합 시 즉각적인 증점효과가 나타나지 않고 수용성 고분자가 용해된 이후에 메틸셀롤로오즈(MC)가 증점효과를 나타내도록 하는 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 점성분말 1 내지 3중량부와, 표면장력을 저하시킴으로써 미세균열로의 충진을 확보할 수 있도록 소디움 라우릴 설페이트 0.5 내지 1중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 하는 교면 포장 방수공법이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1739777(등록일자 2017년05월19일)에 2-Ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol 폴리머 91~95중량%와, 혼화재 5~9중량%를 혼합하여 이루어지고 교면에 도포되는 하도 방수재; 메틸메타아크릴레이트(Methyl methacrylate, MMA) 수지 15~35중량%와, 탄산칼슘 325~425중량%와, 규사 3호 75~175중량%와, 규사 5호 20~30중량%를 혼합하여 이루어지며 상기 하도 방수재에 도포되는 중도 방수재; 및 2-chlorobutadiene 중합체 45~55중량%와, 톨루엔 또는 자일렌 25~35중량%와, 스프레이트 아스팔트 15~25중량% 를 혼합하여 이루어지며, 상기 중도 방수재에 도포되는 상도 방수재를 포함하며, 상기 규사 3호는, 교면의 강도를 향상시키기 위해 입도의 크기를 15~24mm로 하고, 상기 규사 5호는, 공극이 감소되도록 하여 침투수의 유입을 방지하기 위해 입도의 크기를 07~12mm로 하는 것을 특징으로 하는 교면 방수재가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1975799(등록일자 2019년04월30일)에 도로 신축이음 후타재 또는 측구의 열화부를 제거하는 단계; 열화부가 제거된 도로 신축이음 후타재 또는 측구의 상부에 강화 프라이머층을 도포하는 단계; 메틸메타크릴레이트 레진 30~60 중량부, 2-에틸헥실 아크릴레이트 10~18 중량부, 프탈산 레진 5~15중량부, 부틸메타크릴레이트 12~35 중량부, 부틸 아크릴레이트 2~6 중량부를 포함하는 제1성분과, 현무암 파이버 2~15중량부, 탄산칼슘 30~50중량부, 실리카 15~55중량부, 골재 15~30 중량부, 과산화벤조일 0.5~2중량부, 실란 5~12 중량부, 시멘트 모르타르 70~85 중량부를 포함하는 제2성분을 혼합하여 교면방수층 형성용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 강화 프리이머층 상부에 교면방수층 형성용 조성물을 도포 및 경화하여 제1교면방수층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 메틸메타크릴레이트 레진은 폴리메틸메타크릴레이트 5-25 중량부; 메틸메타크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트 및 불포화 폴리에스테르중에서 선택된 하나 이상 3-35 중량부, 중합 촉매 0.5 내지 5 중량부의 중합 반응 생성물이거나 또는 고탄성 메틸메타크릴레이레진이고, 상기 고탄성 메틸메타크릴레이트 레진은 폴리메틸메타크릴레이트 5-25 중량부; 메틸메타크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트 및 불포화 폴리에스테르중에서 선택된 하나 이상에 중합촉매 및 바인더를 혼합하고 이를 중합하여 얻은 생성물인 하이브리드타입의 초속경 탄성 MMA 레진 및 바잘트 메쉬 지오그리드를 사용하여 교면방수층을 형성하고 도로 신축이음 후타재와 측구를 시공하는 시공방법이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-2382624(등록일자 2022년03월30일)에 스트레이트 아스팔트 30 내지 70 중량%, 폴리머 개질제 10 내지 30 중량%, 충진제 5 내지 20 중량%, 중온첨가제 1 내지 5 중량%, 자기치유제 1 내지 5 중량%, 가소제 1 내지 5 중량%, 난연제 1 내지 5 중량% 및 경화조절제 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 교면 복합방수용 개질 아스팔트 도막방수재 조성물로서, 상기 폴리머 개질제는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 블록공중합체 100 중량부에 대하여, 폴리에테르-폴리아미드 블록 공중합체(EBA) 80 내지 120 중량부, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록공중합체 40 내지 60 중량부, 올레핀-무수 말레산 공중합체 30 내지 50 중량부, 폴리로탁산 1 내지 10 중량부, 글리시리진산디칼륨 0.1 내지 5 중량부 및 디티오트레이톨 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것이고; 상기 충진제는 탄산칼슘 100 중량부에 대하여, 소석회 30 내지 50 중량부, 벤토나이트 10 내지 30 중량부, 인산아연(Zn3(PO4)2) 1 내지 10 중량부, 수산화알루미늄 1 내지 10 중량부, 이붕화마그네슘 분말 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것이고; 상기 자기치유제는 아이오노머(Ionomer) 수지 100 중량부에 대하여, 나일론 수지 50 내지 80 중량부 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 50 내지 80 중량부를 포함하는 것이고; 상기 가소제는 지방산을 함유하는 식물성 오일 30 내지 50 중량% 및 톨 오일 피치 50 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 복합방수용 개질 아스팔트 도막방수재 조성물이 공지되어 있다.
그러나, 상기 교면방수 관련기술들은 모두, 우레탄, 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 아스팔트, 폴리머 개질제, 톨루엔 또는 자일렌 등의 유기용제를 사용함에 따라 친환경적이지 못하고, 방수조성물의 가열에 의한 공사 지연, 가열에 의한 이산화탄소 발생 등의 문제점이 여전히 있었다.
[특허문헌 001] 한국등록특허 10-1005515(등록일자 2010년12월27일) [특허문헌 002] 한국등록특허 10-1469840(등록일자 2014년12월01일) [특허문헌 003] 한국등록특허 10-1739777(등록일자 2017년05월19일) [특허문헌 004] 한국등록특허 10-1975799(등록일자 2019년04월30일) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-2382624(등록일자 2022년03월30일)
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위하여, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 과제의 해결수단으로 한다.
상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재 10~20중량%를 포함하여 아스콘 포장의 슬립현상을 방지하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재는 상기 자기치유 결합재가 교면 균열, 열화부에 침투되어 수화, 경화된 후, 미수화반응된 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말이 지속적으로 수화물을 생성하고, 상기 나노 칼사이트가 클링커 분말의 공극 사이에서 생성되는 수화물과의 결합을 통해 교면 균열, 열화부위를 채워 자기치유하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말은 입자크기 0.3~1mm이고, 상기 나노 칼사이트는 입자크기 30 내지 50nm인 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 페트로 코우크스 탈황석고는 함유된 황산염에 의한 황산염자극 및 강알칼리에 의한 알칼리 자극을 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트에 가하여 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트의 수화반응 활성화에 의한 다량의 에트링가이트(ettringite) 및 C-S-H겔을 생성하고, 상기 C-S-H겔이 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 장기강도를 발현하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은, 신규 교면포장을 위하여 콘크리트 교면을 청소하거나, 기존 콘크리트 교면의 균열, 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면에 상기 교면 프라이머 조성물 A제를 도포하여 자기치유 프라이머층을 형성하는 단계와; 상기 자기치유 프라이머층 상면에 상기 교면 MMA 방수조성물 B제를 도포하여 교면 방수층을 형성하는 단계;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면방수공법을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 교면 방수층을 형성하는 단계에서 상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재를 혼합하여 아스콘 포장의 슬립현상을 방지하는 돌기층을 형성하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 교면 방수층 상면에는 아스콘을 포설하여 아스콘층을 형성하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 MA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 및 이를 이용한 교면 방수공법은, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재로서, 교면방수의 상온 속경화가 가능하고, 시공 또는 보수가 간편하여 공사비용절감 및 공사기간을 단축할 수 있으며, 교면 균열, 열화, 손상부에 자기치유 결합재가 충진되도록 함으로써 지속적인 수화에 의한 자기치유 효과로 교면 보수와 동시에 교면의 치밀한 조직에 따른 방수성을 배가시킬 수 있으며, 동결융해 저항성과 염분에 대한 저항성, 휨강도, 압축강도가 우수하고, 아스팔트의 슬립현상을 방지하여 교량의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면 방수 구조도
도 2는 아스콘 포장의 슬립현상을 방지하는 돌기층을 나타낸 구조도
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명의 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재는, 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 아윈계 속경성 시멘트는 중량비가 증가하면 빠른 경화속도를 나타내며 팽창성을 나타낼 수 있다. 상기 아윈계 속경성 시멘트 함량이 40중량% 미만인 경우, 초기 강도 발현이 미약하고, 초기 경화과정에서 콘크리트의 수축에 의한 균열억제효과가 미약할 수 있으며, 상기 아윈계 속경성 시멘트 함량이 50중량%를 초과하는 경우, 초기 강도발현은 우수하나 작업성이 불량하고 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말은 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 하는 석회질 원료(보통 석회석)와 이산화규소(SiO2)를 다량 함유하고 있는 규석 및 점토질 원료이며, 주요 구성 광물은 산화칼슘(CaO)과 이산화규소(SiO2)가 결합되어 생성된 규산칼슘(calcium silicate) 화합물이다.
상기 규산칼슘(calcium silicate) 화합물은 일반적으로 알라이트(alite, C3S) 라고 불리우는 규산삼칼슘(CaSiO5, 3CaO.SiO2)과 벨라이트(belite, C2S)라고 불리우는 규산이칼슘(Ca2SiO4,2CaO.SiO2)이다.
보통 포틀랜드시멘트 클링커의 종류에 따라서 이들의 양은 차이가 있으며, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커에서는 통상 알라이트가 45~60%, 벨라이트가 15~30%로서 그 합계는 70~80% 정도이며, 이들은 킬른중에서 소성될 때에 석회석의 주성분인 산화칼슘(CaO)와 점토나 규석의 주성분인 규소(Si)가 결합되어 있는 결정상인데, 알라이트(C3S)는 20~50μm 크기의 각진 평판상(육각판상)이고, 벨라이트(C2S)는 15~ 20μm 크기의 둥그스름한 모양을 하고 있다.
상기 보통 포틀랜드시멘트 클링커를 구성하고 있는 광물은 알라이트와 벨라이트 외에 이들 결정의 간극을 채워주 면서 존재하고 있는 간극상(interstitial phase)으로 불리우는 화합물이 있으며, 간극상을 구성하고 있는 것은 알루미네이트상 (aluminate phase)이라 불리우는 알루민산삼칼슘 (Ca3Al2O6,3CaO.Al2O3, C3A)과 페라이트상(ferrite phase)이라 불리우는 철알루민산사칼슘 (Ca4Al2Fe2O10, 4CaO.Al2O3. Fe2O3, C4AF)이다.
이들은 각각 10% 전후로 포함되어 있는데, 알루미네이트상은 산화칼슘 (CaO)과 산화알루미늄(Al2O3)이 결합되어 있으며, 페라이트상은 산화칼슘과 산화알루미늄 및 산화철(Fe2O3)이 결합되어 있다.
이때, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말의 수화는 표면부터 시작되기 때문에 표면만 반응되고 내부는 미반응 상태로 남아 있게 되는데, 초기 수화 과정에서 표면부에서만 수화가 발생하고 미반응 클링커는 균열발생시 침투한 수분과 2차 수화를 일으켜 균열에 수화물을 생성하여 장기적으로 자기치유 성능을 가지게 된다.
이에 따라, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말은 입자크기가 300~1,000㎛인 것이 바람직하며, 300㎛ 미만인 경우 미반응 클링커가 감소되어 자기치유 효과가 저하되며, 1,000㎛ 초과하면 미반응 클링커가 증가하지만 입자가 커지므로 수화반응이 느리게 진행되어 자기치유속도가 저하된다.
또한, 상기 나노 칼사이트는 상기 클링커 분말의 공극 사이에서 생성되는 수화물과의 결합을 통해 교면 균열, 열화부위를 채워 조직을 치밀하게 하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 나노 칼사이트는 입자크기 30 내지 50nm인 것이 상기 클링커 분말의 공극 충진에 효과적이다.
특히, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트는 5~7 : 3~5 중량비로 혼합되는 것이 수화물생성 및 충진효과에 바람직하다.
한편, 상기 페트로 코우크스 탈황석고는 페트로 코우크스를 원료로 하는 보일러에서 노내 탈황을 위해 석회석을 혼소하는 과정에서 페트로 코우크스에 포함되어 있는 황 성분과 석회석이 고온에서 탈탄산 된 CaO 성분이 반응하여 생성된 분진과 같은 입자상 석고 물질이다.
상기 페트로 코우크스 탈황석고는 원료의 특성상 그 순도가 높아 기존의 건설재료로 활용되던 불순물이 다량 포함된 천연석고, 배연탈황석고, 로내탈황방식 고칼슘 석탄연소재 등에 비해 우수한 성능을 나타낸다.
또한, 상기 페트로 코우크스 탈황석고는 pH가 11.5이상의 강알칼리 물질이며, 이 석고에 포함된 황산염과 높은 pH가 황산염자극 및 pH에 따른 알칼리 자극을 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트에 가하게 되면, 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트의 수화반응 활성화에 의하여 잠재수경성 반응을 개시하여 고결강도를 발현한다.
즉, 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트와 상기 페트로 코우크스 탈황석고의 황산염 자극제의 수화반응은 초기 재령에서 다량의 에트링가이트(ettringite)를 골격으로 개시되며 이와 동시에 생성된 C-S-H겔에 의해 이루어진다.
또한, 상기 C-S-H겔은 에트링가이트(ettringite)를 감싸며 재령이 경과함에 따라 생성량이 지속적으로 증가하고 C-S-H겔이 경화된 페이스트의 공극을 밀실하게 채우게 되어 에트링가이트(ettringite)와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 지속적으로 높은 강도발현을 한다.
본 발명에서는 페트로 코우크스 탈황석고를 10~15중량%를 포함하도록 조성하여 장기강도발현을 나타내도록 사용한다.
또한, 상기 교면 프라이머 조성물 A제와 교면 MMA 방수조성물 B제에는 방수성 및 균열저항성 향상을 위하여 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지를 상기 교면 프라이머 조성물 A제에는 5~15중량%, 상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 30~50중량%로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
상기 MMA수지 및 VAE재유화형수지는 본 발명의 상기 교면 프라이머 조성물 A제와 교면 MMA 방수조성물 B제의 무기재료 사이에서 바인더 역할를 해주어 접착강도 증가, 내마모성 향상, 크랙 및 박리현상 방지, 휨강도를 강화시켜 줄 뿐만 아니라, 조직의 치밀화로 인한 염해저항성도 향상시키는 효과가 있다.
특히, 상기 MMA(methyl methacrylate)수지는 무색투명한 액체로서 저온에서 라티칼 중합하면 고분자 사슬 구조를 이루어 무기골재 사이의 바인더 역할을 하며, 상기 VAE재유화형수지는 두 종류의 단량체로 구성된 코폴리머(Copolymer) 분말수지이며, 콘크리트에 VAE재유화형수지를 결합재로 사용할 경우 휨, 인장 강도 등이 증가할 뿐만 아니라, 콘크리트의 내구성이 향상된다.
이때, 상기 MMA(methyl methacrylate)수지 및 VAE재유화형수지는 동일중량비로 사용하는 것이 각각의 물성 보완 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재 10~20중량%를 포함하여 아스콘 포장의 슬립현상을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 가넷 잔골재는 규산염광물로서 다양한 성분으로 구성되고 규사를 포함하는 잔골재보다 높은 경도 및 비중을 가지고 있어 샌드블라스팅 등의 연마재용으로 사용되거나, 워터젯 커팅용으로 사용되므로, 본 발명에서는 상기 가넷의 높은 경도 및 비중에 의한 상부 아스콘 포장의 논슬립 효과를 위해 사용한다.
이때, 상기 가넷 잔골재는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 것으로 비중 3.4~3.9g/cm, 모스(MOHS)경도 6.0~8.0인 것을 사용한다.
한편, [도 1]에 도시한 바와 같이, 본 발명의 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면 방수공법은, 신규 교면포장을 위하여 콘크리트 교면(101)을 청소하거나, 기존 콘크리트 교면(101)의 균열, 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면에 상기 교면 프라이머 조성물 A제를 도포하여 자기치유 프라이머층(102)을 형성하는 단계와; 상기 자기치유 프라이머층(102) 상면에 상기 교면 MMA 방수조성물 B제를 도포하여 교면 방수층(103)을 형성하는 단계;를 포함하는 공법으로 시공될 수 있다.
이때, 상기 교면 방수층(103) 상면에는 아스콘을 포설하여 아스콘층(104)을 형성할 수 있음은 물론이다.
특히, [도 2]에 도시한 바와 같이, 상기 교면 방수층(103)을 형성하는 단계에서 상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재를 혼합하여 상기 아스콘층(104)의 슬립현상을 방지하는 돌기층을 형성하는 것이 바람직하다.
[본 발명의 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재 제조]
(교면 프라이머 조성물 A제)
아윈계 속경성 시멘트 40kg, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 7 : 3 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 40kg%, 페트로 코우크스 탈황석고 10kg 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 10kg를 포함하는 자기치유 결합재 100kg에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 150kg를 혼합하고 뿜칠 점도로 물을 혼합하여 교면 프라이머 조성물을 제조하였다.
(교면 MMA 방수조성물 B제)
MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 40kg, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 40kg, 탄산칼슘 20kg를 혼합하고 롤러도포 점도로 물을 혼합하여 교면 MMA 방수조성물 B제를 제조하였다.
[균열 자기치유 성능평가]
상기 [실시예 1]에서 제조된 교면 프라이머 조성물 A제로 100mm x 100mm x 50mm의 크기의 시편을 성형 제작하고, 재령 28일간 23±1℃에서 양생한 후, UTM(만능재료시험기)을 이용하여 균열 폭이 250 ± 20㎛이 되도록 시편에 관통 균열을 유도하였다.
상기 제작된 관통 균열 유도 시편의 균열 자기치유 성능평가를 위하여 투수시험법(water flow test)에 의해 28일간 투수량의 변화를 측정한 결과 투수량이 시간이 갈수록 감소하는 것을 확인하여 자기치유효과를 확인하였다.
[도막 방수재 물성측정]
KS F 2425 "시험실에서 콘크리트 시료를 만드는 방법"에 따라, 콘크리트 바닥판을 제작하였다. 그리고, 그 상면에 위에서 상기 교면 프라이머 조성물 A제를 도포하고, 그 위에 상기 교면 MMA 방수조성물 B제를 5mm 두께로 도포하여 경화시켜 시험체를 제조하고, KSF 4932의 도막 방수재 품질기준에 따라 다음 [표 1]과 같이 물성을 측정하였다.
Figure 112023019471371-pat00001
상기 [표 1]의 시험결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재는 방수 뿐만 아니라, 모든 물성에 있어서 기준값을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101 : 콘크리트 교면 102 : 자기치유 프라이머층
103 : 교면방수층 104 : 아스콘층

Claims (8)

  1. 아윈계 속경성 시멘트 40~50중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재 30~40중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 10~15중량% 및 MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 5~15중량%를 포함하는 유무기하이브리드 바인더 100중량부에 대하여 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 120~150중량부 및 물을 포함하여 조성되는 교면 프라이머 조성물 A제와; MMA수지 및 VAE재유화형수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지 30~50중량%, 규사 7호사(0.18~0.25mm)~8호사(0.125~0.18mm) 30~50중량%, 탄산칼슘 10~20중량% 및 물을 포함하여 조성되는 교면 MMA 방수조성물 B제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말과 나노 칼사이트가 5~7 : 3~5 중량비로 혼합된 자기치유 결합재는 상기 자기치유 결합재가 교면 균열, 열화부에 침투되어 수화, 경화된 후, 미수화반응된 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말이 지속적으로 수화물을 생성하고, 상기 나노 칼사이트가 클링커 분말의 공극 사이에서 생성되는 수화물과의 결합을 통해 교면 균열, 열화부위를 채워 자기치유하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말은 입자크기 0.3~1mm이고, 상기 나노 칼사이트는 입자크기 30 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재
  4. 제1항에 있어서,.
    상기 페트로 코우크스 탈황석고는 함유된 황산염에 의한 황산염자극 및 강알칼리에 의한 알칼리 자극을 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트에 가하여 상기 아윈계 속경성 시멘트, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 분말 및 나노 칼사이트의 수화반응 활성화에 의한 다량의 에트링가이트(ettringite) 및 C-S-H겔을 생성하고, 상기 C-S-H겔이 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 장기강도를 발현하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재 10~20중량%를 포함하여 아스콘 포장의 슬립현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재
  6. 신규 교면포장을 위하여 콘크리트 교면을 청소하거나, 기존 콘크리트 교면의 균열, 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면에 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 교면 프라이머 조성물 A제를 도포하여 자기치유 프라이머층을 형성하는 단계와; 상기 자기치유 프라이머층 상면에 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 교면 MMA 방수조성물 B제를 도포하여 교면 방수층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면방수공법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교면 방수층 상면에는 아스콘을 포설하여 아스콘층을 형성하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면방수공법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교면 방수층을 형성하는 단계에서 상기 교면 MMA 방수조성물 B제에는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 규사 3호사(1.60~2.50mm)~규사 4호사(1.12~1.60mm) 입자크기의 가넷 잔골재를 혼합하여 아스콘층의 슬립현상을 방지하는 돌기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 MMA 방수 조성물을 포함하는 교면 방수재를 이용한 교면방수공법
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