KR102680453B1 - 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법 및 이에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 - Google Patents
초속경 콘크리트 교면포장 시공방법 및 이에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
초속경 콘크리트 교면포장 시공방법 및 이에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 개시된다. 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법은 시공 대상이 되는 교면에 대해 사전 준비 작업을 수행하는 단계, 상기 사전 준비 작업이 완료된 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계, 및 상기 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계를 포함하고, 상기 초속경 시멘트 콘크리트는 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재 및 개질 첨가제를 물과 함께 배합하여 제공된다.
Description
본 발명은 교량의 도로에 대한 교면포장 시공방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 라텍스 등의 유기 폴리머가 배합된 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면포장 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 도로 포장 시공에 있어서 아스팔트 콘크리트를 사용하는 아스팔트 포장이 많이 시공되고 있지만, 예컨대 교량이나 터널의 도로에는 아스팔트가 아닌 시멘트 등의 결합재를 사용하는 콘크리트 포장이 최근 많이 시공되고 있다.
특히, 교량은 차량의 운행에 의한 하중, 풍하중 등이 지속적으로 적용되는 구조물이므로, 교량의 상면인 교면에 형성되는 교면 포장은 일반적인 지반 위에 형성되는 포장에 비하여 우수한 압축강도, 동결융해저항성, 균열저항성능, 내염성능 등이 요구된다.
이러한 교면 포장의 특수성에 따라 최근에는 라텍스 개질 콘크리트(LMC: Latex Modified Concrete)를 이용하여 교량의 도로를 포장하는 시공방법(라텍스 개질 콘크리트 교면 포장 시공방법)이 많이 사용되고 있는데, 라텍스 개질 콘크리트 포장은 유기 폴리머인 라텍스에 의해 부착력이 우수하고 균열저항성능, 방수성능, 내염성능 등이 아스팔트 콘크리트에 비하여 매우 뛰어나므로, 궁극적으로 내구성이 증가하고 이로 인해 교량 보수에 소요되는 유지비용, 즉 생애주기비용(LCC; Life Cycle Cost)을 절감할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 라텍스 개질 콘크리트는 압축강도가 일반 콘크리트에 비해 낮으며, 내염성능, 동결융해저항성, 균열저항성능 등에 있어서도 더 개선할 여지가 있다.
관련 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1827960호(발명의 명칭: 라텍스 개질 콘크리트를 포함하는 교면 포장층 및 이의 시공 방법, 공고일자: 2018년 02월 13일), 및 대한민국 등록특허공보 제10-0917410호(발명의 명칭: 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물, 이를 이용한 콘크리트 교면 포장 공법 및 콘크리트 표장 보수 공법, 공고일자: 2009년 09월 14일)가 있다.
본 발명의 목적은, 교면 포장용 시멘트 콘크리트에 요구되는 압축강도 등의 물성을 충분히 만족시키면서도, 종래의 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 등의 교면 포장용 시멘트 콘크리트과 대비하여 압축강도 발현, 내염성능, 동결융해저항성, 균열저항성능 등이 우수산 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 시공 대상이 되는 교면에 대해 사전 준비 작업을 수행하는 단계, 상기 사전 준비 작업이 완료된 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계, 및 상기 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계를 포함하고, 상기 초속경 시멘트 콘크리트는 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재 및 개질 첨가제를 물과 함께 배합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법은 상기 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계 이전에 상기 사전 준비 작업이 완료된 교면에 대해 브루밍 작업을 수행하는 단계, 및 상기 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계 이후 상기 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계 이전에 상기 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 대해 그루빙 작업을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 사전 준비 작업을 수행하는 단계는 상기 시공 대상이 되는 교면에 대해 절삭 작업, 숏 블라스팅 작업, 청소 작업, 습윤상태 유지작업 및 레일 설치 작업 중 적어도 하나의 작업을 진행할 수 있다.
바람직하게, 상기 초속경 결합재는 칼슘 알루미네이트 시멘트, 고로 슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합하여 제공되고, 상기 유기 폴리머는 라텍스를 포함하여 제공되되, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~25중량부로 배합될 수 있다.
바람직하게, 상기 초속경 결합재는 석고, 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 더 혼합하여 제공되되, 그 전체 중량에 대하여 상기 칼슘 알루미네이트 시멘트 56~85중량%, 상기 고로 슬래그 10~20중량%, 상기 플라이 애쉬 5~15중량%, 상기 석고 1~5중량%, 상기 수산화나트륨 0.1~2중량% 및 상기 수산화칼륨 0.1~2중량%를 혼합하여 제공될 수 있다.
바람직하게, 상기 개질 첨가제는 칼슘 설포 알루미네이트, 폴리 카르복실레이트, 폴리 프로필렌, 폴리 염화비닐 및 폴리 젖산을 구성성분으로 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 개질 첨가제는 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~15중량부로 배합되고, 상기 개질 첨가제의 전체 중량에 대하여 상기 칼슘 설포 알루미네이트 25~55중량%, 상기 폴리 카르복실레이트 10~30중량%, 상기 폴리 프로필렌 5~15중량%, 상기 폴리 염화비닐 5~15중량% 및 상기 폴리 젖산 10~30중량%를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 초속경 시멘트 콘크리트는 섬유 복합재를 더 배합하여 제공될 수 있다.
바람직하게, 상기 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법은 상기 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계 이후에, 상기 초속경 시멘트 콘크리트의 표면 위에 표면 강화제를 도포하는 단계를 더 포함하고, 상기 표면 강화제는 규산나트륨 수용액, 스티렌 수지, 메타크릴 수지, 리튬(폴리)규산염, 인산, 황산코발트 및 벤조산을 구성성분으로 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 표면 강화제는 그 전체 중량에 대하여 상기 규산나트륨 수용액 45~85중량%, 상기 스티렌 수지 7.5~22.5중량%, 상기 메타크릴 수지 5~15중량%, 상기 리튬(폴리)규산염 0.1~6중량%, 상기 인산 0.1~4중량%, 상기 황산코발트 0.1~6중량% 및 상기 벤조산 0.1~4중량%를 포함할 수 있다.
상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 교면 포장에 사용되는 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재 및 개질 첨가제를 포함하되, 상기 초속경 결합재는 칼슘 알루미네이트 시멘트, 고로 슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합하여 제공되고, 상기 유기 폴리머는 라텍스를 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 의해 달성된다.
본 발명은 시멘트 콘크리트 교면포장 시공방법에 있어서 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재 및 개질 첨가제를 물과 함께 배합하여 제공되는 초속경 시멘트 콘크리트를 적용함으로써, 교면 포장용 시멘트 콘크리트에 요구되는 압축강도 등의 물성을 충분히 만족시키면서도, 종래의 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 등의 교면 포장용 시멘트 콘크리트과 대비하여 압축강도 발현, 내염성능, 동결융해저항성, 균열저항성능 등을 향상시키는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법의 전체적인 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법의 전체적인 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법은 신설 교량을 건설하는 과정에서 그 교량의 도로, 즉 교면을 포장하는 신설 시공방법으로 적용되는 것은 물론, 기존 교량에 있어서 차량의 운행에 지장을 주고 안전성의 문제를 야기할 정도로 파손된 교면 포장에 대한 보수 시공방법으로도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법은 시공 대상이 되는 교면에 대해 사전 준비 작업을 수행하는 단계(S110), 교면에 대해 브루밍(Brooming) 작업을 수행하는 단계(S120), 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계(S130), 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 대해 그루빙(Grooving) 작업을 수행하는 단계(S140), 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계(S150) 및 초속경 시멘트 콘크리트의 표면 위에 표면 강화제를 도포하는 단계(S160)를 포함한다.
다만, 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법에 있어서, 브루밍 작업을 수행하는 단계(S120), 그루빙 작업을 수행하는 단계(S140) 및/또는 표면 강화제를 도포하는 단계(S160)는 시공 현장 또는 작업 환경에 따라 생략될 수도 있다.
먼저, 사전 준비 작업을 수행하는 단계(S110)는 통상적으로 '교면 준비 단계'라고도 하는데, 시공 대상이 되는 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하기에 앞서, 교면에 대해 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하고 양생하는데 적합하도록 바탕면을 정리하거나 이후 단계들에서 필요한 설비를 설치하는 등의 사전 준비 작업을 수행하는 단계이다.
구체적으로, 사전 준비 작업을 수행하는 단계(S110)에서 시공 대상이 되는 교면에 대하여 교면 절삭 작업, 숏 블라스팅 작업, 고압수 청소 작업, 습윤상태 유지작업, 레일 설치 작업 등이 진행된다. 다만, 이들 작업은 시공 현장 또는 작업 환경에 따라 일부 작업이 생략되어 진행될 수 있다.
교면 절삭 작업은 교량의 레이턴스층, 들뜬 돌, 약한 층 등을 제거하고 교량의 바닥 슬래브에 2mm 내외의 요철을 형성하는 작업이다. 숏 블라스팅 작업은 숏 블라스팅 장비를 이용하여 교면 절삭 후 남은 레이턴스층를 제거하고 표면의 미세 먼지를 제거하는 작업이다. 고압수 청소 작업은 이전 작업들로 인해 교면 위에 발생된 이물질을 고압수를 살수하여 깨끗이 청소하는 작업이다. 습윤상태 유지작업은 교량의 바닥 슬래브가 건조하여 시멘트 콘크리트의 배합수량이 흡수되는 것을 방지하기 위해 교면 위에 습윤 유지포 또는 비닐 등을 덮고 추가적으로 물을 살수하여 교량의 바닥 슬래브가 건조되지 않고 습윤 상태를 유지하도록 하는 작업이다.
그리고, 레일 설치 작업은 롤러 페이버(Roller Paver) 등의 도로 포장용 장비를 운용하기 위한 레일 받침대 및 레일을 설치하는 작업로, 여기서 레일 받침대 및 레일은 교면 포장 시공 과정에서 롤러 페이버, 그루빙 장비(또는 타이닝 장비), 양생제 살포기 등의 장비를 교면을 따라 이동시키기 위한 설비이다. 참고로, 교량 난간대 및 중앙분리대가 설치되어 있는 구간에는 거치식 레일 받침대가 설치되고, 교량 난간대 및 중앙분리대가 설치되어 있지 않는 구간에는 지지식 레일 받침대가 설치된다.
다음으로, 브루밍 작업을 수행하는 단계(S120)는 위와 같이 사전 준비 작업이 완료된 교면에 대해 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하기 직전에 데크 브러쉬 등을 이용하여 소량의 폴리머 모르타르를 교면 위에 엷게 도포하는 단계이다. 이러한 브루밍 작업은 이후 진행되는 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계(S130)에서 교면와 초속경 시멘트 콘크리트 사이의 부착성능을 증진시키고, 보수 시공의 경우 신,구 경계면의 결함을 없애기 위한 작업이라 할 수 있다. 참고로, 브루밍 작업 후 교면 위 남은 골재는 밖으로 쓸어내어 제거하는 것이 바람직하다.
다음으로, 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계(S130)는 사전 준비 작업이 완료된 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 일정 높이로 포설하는 단계이다. 바람직하게, 초속경 시멘트 콘크리트는 두께 40mm 이상으로 교면 위에 포설되고, 초속경 시멘트 콘크리트를 포설한 후 콘크리트 진동 장비를 이용하여 진동 다짐을 실시하고 롤러 페이버를 이용하여 마무리 한다.
여기서, 초속경 시멘트 콘크리트는 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재, 개질 첨가제 등을 물과 함께 배합하여 제공된다. 구체적으로, 시공 현장에서 모빌 믹서에 초속경 시멘트 콘크리트의 배합 재료들을 분리 적재한 상태로 포설 지점으로 운반하고 해당 포설 지점에서 모빌 믹서를 구동하여 초속경 시멘트 콘크리트를 생산한다. 한편, 이 단계(S130)에서 사용되는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 바람직한 구성성분 및 그 함량(배합비)에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
다음으로, 그루빙 작업을 수행하는 단계(S140)는 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 미리 정해진 간격 및 깊이로 그루빙(홈) 패턴을 형성하는 단계이다. 일반적으로 그루빙 작업은 타이닝 작업이라고도 하는데, 홈의 간격 4cm 내외, 홈의 깊이 5mm 내외가 되도록 홈 패턴을 형성하는데, 이러한 홈 패턴 혹은 그루빙 패턴은 교면 포장에 수막 형성을 방지하고 차량과의 마찰력을 증가시켜 제동거리를 단축시키는 효과를 제공할 수 있다.
다음으로, 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계(S150)는 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계이다. 구체적으로, 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계(S130)는 초속경 시멘트 콘크리트의 표면이 변형되지 않을 정도로 성형되면 바로 깨끗하고 고르게 물을 적신 양생포를 덮어 일정 시간(예컨대 48시간) 동안 습윤 양생을 실시한 후, 양생포를 걷어내고 일정 시간(예컨대 96시간) 동인 기건 양생을 실시한다. 참고로, 양생포를 덮기 전에 도로 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 양생제 살포기를 이용하여 양생제를 도포할 수 있다.
다음으로, 표면 강화제를 도포하는 단계(S160)는 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계(S130) 이후, 초속경 시멘트 콘크리트의 표면을 물리적 및 화학적으로 보호하여 콘크리트 교면 포장의 내구성을 향상시키기 위해, 초속경 시멘트 콘크리트의 표면 위에 붓, 롤러, 스프레이 등의 장비를 사용하여 표면 강화제를 도포하고 이를 경화시키는 단계이다. 이때, 표면 강화제를 도포하는 단계(S140)는 초속경 시멘트 콘크리트의 양생이 어느 정도 이루어진 상태(예컨대 재령 3일 이후)에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법에 있어서, 표면 강화제는 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 대해 내마모성, 내염해성, 내부식성, 내산성 등을 향상시키고, 그에 따라 콘크리트 교면 포장의 내구성을 향상시키기 위한 콘크리트 표면 강화용 코팅재로서, 규산나트륨(Sdodium silicate) 수용액, 스티렌 수지(Styrene resin) 및 메타크릴 수지(Methacrylic resin), 리튬(폴리)규산염(Lithium (poly)silicate), 인산(Phosphoric acid), 황산코발트(Cobalt sulfate) 및 벤조산(Benzoic acid)을 구성성분으로 포함한다.
여기서, 규산나트륨 수용액은 규산나트륨과 물을 1:1~9 중량비율로, 바람직하게 규산나트륨과 물을 1:4.5~5.5 중량비율로 혼합하여 제공될 수 있다. 규산나트륨 수용액은 콘크리트나 모르타르의 표면에 대한 침투성이 우수하고 상온에서 건조에 의해 경화가 이루어지는데, 본 발명에 따른 표면 강화제에 있어서 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 도포된 후 경화되어 표면 강도와 내마모성을 향상시키는 기능을 한다. 스티렌 수지 및 메타크릴 수지는 본 발명에 따른 표면 강화제에 있어서 바인더 역할을 한다. 그리고, 리튬(폴리)규산염과 인산은 본 발명에 따른 표면 강화제에 있어서 내부식성과 내산성을 향상시키기 위한 구성성분이고, 황산코발트는 본 발명에 따른 표면 강화제에 있어서 경도를 향상시키기 위한 구성성분이며, 벤조산은 가장 간단한 방향족 카복실산의 하나로 본 발명에 따른 표면 강화제에 있어서 다른 구성성분들의 화학적 성질이 변질되지 않고 유지되도록 하는 구성성분이다.
위와 같은 구성성분을 포함하는 본 발명에 따른 표면 강화제는 그 전체 중량(100중량%)에 대하여 규산나트륨 수용액 45~85중량%, 스티렌 수지 7.5~22.5중량%, 메타크릴 수지 5~15중량%, 리튬(폴리)규산염 0.1~6중량%, 인산 0.1~4중량%, 황산코발트 0.1~6중량% 및 벤조산 0.1~4중량%를 구성성분으로 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 본 발명에 따른 표면 강화제는 그 전체 중량(100중량%)에 대하여 규산나트륨 수용액 65중량%, 스티렌 수지 15중량%, 메타크릴 수지 10중량%, 리튬(폴리)규산염 3중량%, 인산 2중량%, 황산코발트 3중량% 및 벤조산 2중량%를 구성성분으로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표면 강화제는 그 경화 시간을 단축시키기 위해 경화 촉진제와 함께 혼합하여 제공될 수 있는데, 이때 경화 촉진제로는 아디프산 디히드라지드(Adipic dihydrazide)를 표면 보호제 100중량부에 대하여 1~9중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 바람직한 구성성분 및 그 배합비에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재, 개질 첨가제 및 섬유 복합재를 물과 함께 배합하여 제공된다. 즉, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재, 개질 첨가제 및 섬유 복합재를 구성성분으로 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서 물-결합재비(W/B)는 15~60% 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 초속경 결합재는 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC: Calcium aluminate cement), 고로 슬래그(Blast furnace slag) 및 플라이 애쉬(Fly ash)를 혼합하여 제공된다. 참고로, 칼슘 알루미네이트 시멘트는 칼슘 알루미네이트 분말을 혼합한 시멘트로, 물과 시멘트가 반응하는 속도가 보통 포틀랜드 시멘트보다 빨라서 일반적으로 초속경 시멘트로 사용되고 있다.
바람직하게, 초속경 결합재는 그 전체 중량(100중량%)에 대하여 칼슘 알루미네이트 시멘트 56~85중량%, 고로 슬래그 10~20중량% 및 플라이 애쉬 5~15중량%를 혼합하여 제공될 수 있다. 이때, 고로 슬래그는 3,000~5,000cm2/g 범위의 분말도를 갖는 고로 슬래그와 4,000~6,000cm2/g 범위의 분말도를 갖는 플라이 애쉬를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 초속경 결합재는 경화를 촉진시키기 위해 위와 같은 칼슘 알루미네이트, 고로 슬래그 및 플라이 애쉬 뿐만 아니라, 석고(Gypsum), 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 및 수산화칼륨(Potassium hydroxide)을 더 혼합하여 제공될 수 있다. 바람직하게, 그 전체 중량(100중량%)에 대하여 석고 1~5중량%, 수산화나트륨 0.1~2중량% 및 수산화칼륨 0.1~2중량%를 혼합하여 제공될 수 있다.
가장 바람직하게, 초속경 결합재는 그 전체 중량에 대하여 칼슘 알루미네이트 시멘트 70중량%, 고로 슬래그 15중량%, 플라이 애쉬 10중량%, 석고 3중량%, 수산화나트륨 1중량% 및 수산화칼륨 1중량%를 혼합하여 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 유기 폴리머는 분말 또는 에멀젼 형태의 라텍스(Latex)를 포함하여 제공된다. 또한, 유기 폴리머는 라텍스를 포함하되, 아크릴(Acryl) 및 VAE(Vynil Acetate Ethylene) 중 적어도 하나를 혼합하여 제공될 수 잇다.
바람직하게, 이러한 유기 폴리머는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~25중량부(에멀젼 형태의 경우 고형분의 중량 기준)로, 즉 폴리머-결합재비(P/B) 5~25%로 배합될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서 유기 폴리머는 라텍스 에멀젼으로 제공되고, 초속경 결합재 100중량부에 대하여 10~20중량부(고형분의 중량 기준)로, 즉 폴리머-결합재비(P/B) 10~20%로 배합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 골재는 일반적인 굵은골재 및 일반적인 잔골재로 제공되고, 초속경 결합재의 100중량부에 대하여 400~450중량부로 배합되며, 잔골재율(S/a)은 45~55% 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 개질 첨가제는 초속경 시멘트 콘크리트의 압축강도(특히, 초기 압축강도), 내염성능, 동결융해저항성, 균열저항성능 등을 향상시키기 위해 배합되는 것으로, 칼슘 설포 알루미네이트(CSA, Calcium sulfo-aluminate), 폴리 카르복실레이트(Polycarboxylate), 폴리 프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리 염화비닐(PVC, Polyvinyl chloride) 및 폴리 젖산(PLA, Poly lactic acid)을 구성성분으로 포함한다.
여기서, 폴리 젖산은 생분해성 플라스틱으로 옥수수에서 녹말을 분리하여 포도당으로 발효 후 젖산으로 응축시켜 생산되는 자연순환형 친환경 소재인데, 고온과 습도에 강하고 공기와 물에 대한 저항력이 높아서 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트의 내구성을 향상시키는데 기여할 수 있음은 물론, 콘크리트 교면포장의 표면을 부드럽게 하여 차량들이 도로를 지나갈 때 발생하는 노이즈를 감소시킬 수 있으며, 경제성 측면에서도 다른 석유화학 물질이나 합성 고분자보다 유리하다. 더 나아가, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트의 개질 첨가제에 있어서 폴리 젖산은 최근 거리에 설치된 현수막이 폴리 젖산 소재로 제작되고 있는 점을 반영하여, 폐기 처분되어야 할 폴리 젖산 소재의 현수막을 재생하여 사용하는 것이 친환경 측면에서 바람직하다.
바람직하게, 이러한 개질 첨가제는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~15중량부로 배합되고, 개질 첨가제의 전체 중량(100중량%)에 대하여 칼슘 설포 알루미네이트 25~55중량%, 폴리 카르복실레이트 10~30중량%, 폴리 프로필렌 5~15중량%, 폴리 염화비닐 5~15중량% 및 폴리 젖산 10~30중량%를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 개질 첨가제는 그 전체 중량에 대하여 칼슘 설포 알루미네이트 40중량%, 폴리 카르복실레이트 20중량%, 폴리 프로필렌 10중량%, 폴리 염화비닐 10중량% 및 폴리 젖산 20중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 섬유 복합재는 천연섬유와 합성수지의 복합재로서, 스크랩 양모(Scrap wool)와 폴리 에틸렌(PE, Polyethylene)의 복합재(이하 '스크랩양모-폴리에틸렌 복합재'라 함)로 제공되고, 초속경 결합재 100중량부에 대하여 2~8중량부로 배합되는 것이 바람직하다.
여기서, 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재는 산업현장에서 직물 제직 시 직물의 말단에서 스크랩으로 버려지는 스크랩 양모와 열가소성 수지인 폴리 에틸렌을 혼합한 후 소정의 온도(예컨대, 180℃)로 가열하여 압축성형 방법으로 제조한 것이다. 구체적으로, 스크랩 양모와 폴리 에틸렌은 압축성형 전 오븐 내에서 대략 100℃의 온도로 일정 시간(예컨대, 12시간) 동안 건조하고, 압축성형은 대략 180℃에서 일정 시간(예컨대, 5분) 동안에는 1000psi의 압력을 함께 가하여 압축성형 공정 동안 폴리에틸렌이 스크랩 양모 내에 충분히 흘러 들어가 적실 수 있도록 충분하게 용융되도록 한다. 그 다음, 1000psi의 압력은 금형이 상온까지 냉각될 때까지 계속 유지하여 냉각 과정에서 폴리에틸렌은 고형화되어 폴리 에틸렌 매트릭스로 전환되도록 한다.
그리고, 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재에 있어서 스크랩 양모와 폴리 에틸렌은 40~60:40~60 부피비율로 혼합하여 제공되는 것이 바람직한데, 가장 바람직하게는 스크랩 양모와 폴리 에틸렌을 50:50 부피비율로 혼합하여 제공될 수 있다. 이와 같은 부피비율로 혼합된 스크랩 양모와 폴리 에틸렌을 소정의 온도로 가열하여 압축성형한 후 소정의 크기로 절단하여 1.52~3.52mm 범위의 길이 및 0.005~0.025mm 범위의 유효직경을 갖는 알갱이 혹은 분말 형태로 제조하는 것이 바람직하다.
이러한 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트의 점착성을 향상시키고, 콘크리트를 더욱 밀실하게 하여 콘크리트 교면 포장의 저소음 성능에 기여할 수 있다. 또한, 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재는 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트에 있어서 섬유의 가교 작용을 통해 콘크리트 교면 포장의 균열 발생 및 탈락 현상을 억제하는 한편, 충격이나 피로하중에 대한 저항성 및 동결융해 저항성을 증가시킴으로써, 콘크리트 교면 포장의 내구성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 그리고, 스크랩 양모는 앞서 설명한 바와 같이 산업 현장에서 직물 제직시 직물의 말단에서 스크랩으로 버려지는 직물 산업의 부산물인 폐양모로 매우 저렴한 가격에 쉽게 얻을 수 있으므로, 초속경 시멘트 콘크리트의 재료 단가를 낮출 수 있으면서도 산업환경 보호 및 자원 재활용 측면에서도 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 교면 포장에 요구되는 물성이 원활하게 발현되도록 혼화제가 더 배합될 수 있다. 여기서, 혼화제는 고성능감수제, 계면활성제, 수화촉진제, 수화지연제, 수축저감제, 소포제, 공기연행제 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 제공되는데, 초속경 결합재 100중량부에 대하여 0.1~5중량부로 배합되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예와 그 시험 결과를 설명함으로써, 본 발명의 구성 및 작용효과를 더 상세히 설명한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 이하에서 개시되는 실시예에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
1. 시험 개요 및 콘크리트 배합 설계
본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트의 압축강도 발현 및 염소이온 투과성이 교면 포장에 요구되는 수준을 만족하는지 확인하기 위해, 비교예 1, 비교예 2 및 본 발명의 바람직한 실시예 1에 대하여 압축강도 시험 및 염소이온 투과시험을 진행하였다. 비교예 1은 일반 콘크리트이고, 비교예 2는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 결합재로 사용하는 통상적인 라텍스 개질 콘크리트이며, 실시예 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트이다. 참고로, 압축강도 시험은 KS 규격 「KS F 2454 : 2011」에 규정된 시험 방법에 따라 진행하였으며, 염소이온 투과시험은 KS 규격 「KS F 2711 : 전기전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험방법」에 규정된 시험 방법에 따라 진행하였다.
비교예 1, 비교예 2 및 본 발명의 바람직한 실시예 1에 따른 콘크리트 배합 설계를 정리하면 아래의 [표 1]과 같다.
비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1에 따른 콘크리트 배합 설계 모두에서 물-결합재비(W/B)는 35% 이고, 골재(굵은골재 및 잔골재)는 결합재의 100중량부에 대하여 430중량부로 배합되었으며(잔골재율(S/a) 48%), 혼화제인 고성능감수제를 적정량 첨가하여 요구되는 슬럼프 값(19±3cm)을 만족시켰다.
비교예 1은 '일반 콘크리트'의 배합으로, 결합재로서 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용하였고, 라텍스 등의 폴리머를 전혀 사용하지 않았다. 구체적으로, 비교예 1에 따른 콘크리트는 위 [표 1]에 나타낸 바와 같이 결합재인 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 400kg/m3, 굵은골재 900kg/m3, 잔골재 820kg/m3 로 배합되었다.
비교예 2는 '라텍스 개질 콘크리트'의 대표적인 배합으로, 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용하였고, 유기 폴리머로서 라텍스 에멀젼(고형분율 47중량%)를 사용하였다. 비교예 2에 따른 콘크리트 배합 설계에서 유기 폴리머인 라텍스 에멀젼은 그 고형분의 중량을 기준으로 결합재(OPC) 100중량부에 대하여 15중량부로 배합하였다(폴리머-결합재비(P/B) 15%). 구체적으로, 비교예 2에 따른 콘크리트는 위 [표 1]에 나타낸 바와 같이 결합재인 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 400kg/m3, 라텍스 에멀젼 128kg/m3, 굵은골재 900kg/m3, 잔골재 820kg/m3 로 배합되었다.
실시예 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초속경 시멘트 콘크리트의 배합으로, 초속경 결합재(CAC+BS+FA 등)는 칼슘 알루미네이트 시멘트 70중량%, 고로 슬래그 15중량%, 플라이 애쉬 10중량%, 석고 3중량%, 수산화나트륨 1중량% 및 수산화칼륨 1중량%를 혼합하여 사용하였고, 유기 폴리머는 비교예 2와 동일하게 라텍스 에멀젼(고형분율 47중량%)를 고형분의 중량 기준으로 초속경 결합재(CAC+BS+FA 등) 100중량부에 대하여 15중량부로 배합하였다(폴리머-결합재비(P/B) 15%). 그리고, 실시예 1에 따른 콘크리트 배합 설계에서 개질 첨가제는 초속경 결합재(CAC+BS+FA 등) 100중량부에 대하여 10중량부로 배합하되, 칼슘 알루미네이트 시멘트 70중량%, 고로 슬래그 15중량%, 플라이 애쉬 10중량%, 석고 3중량%, 수산화나트륨 1중량% 및 수산화칼륨 1중량%를 혼합하여 사용하였고, 섬유 복합재는 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재를 초속경 결합재(CAC+BS+FA 등) 100중량부에 대하여 5중량부로 사용하였다. 구체적으로, 실시예 1에 따른 콘크리트는 위 [표 1]에 나타낸 바와 같이 초속경 결합재(CAC+BS+FA 등) 400kg/m3, 라텍스 에멀젼 128kg/m3, 굵은골재 900kg/m3, 잔골재 820kg/m3, 개질 첨가제 40kg/m3, 섬유 복합재(스크랩양모-폴리에틸렌 복합재 20kg/m3 로 배합되었다.
2. 시험 결과 및 분석
비교예 1, 비교예 2 및 본 발명의 실시예 1에 따른 콘크리트에 대해 압축강도 시험 및 염소이온 투과시험을 실시한 결과를 아래의 [표 2]로 정리하였다.
압축강도 시험 결과, 위 [표 2]에 정리된 바와 같이 라텍스 등의 유기 폴리머를 전혀 사용하지 않은 비교예 1(일반 콘크리트)은 재령 28일 기준의 압축강도가 50.1MPa 발현되었고, 라텍스 개질 콘크리트인 비교예 2는 재령 28일 기준의 압축강도가 38.9MPa 발현되었으며, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트인 실시예 1은 재령 28일 기준의 압축강도가 49.2MPa 발현되었다.
이러한 압축강도 시험 결과에 따르면, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트(실시예 1)는 일반 콘크리트(비교예 1)보다는 압축강도(재령 28일)가 다소 떨어지지만 통상적인 라텍스 개질 콘크리트(비교예 2)와 비교해서는 높은 압축강도(재령 28일)를 발현하였는데, 이는 교면 포장에 요구되는 압축강도 수준(24MPa 이상)을 충분히 만족하는 것이다. 특히, 재령 3일 기준의 압축강도에 있어서 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트(실시예 1)는 29.8MPa 로 발현되었는데, 이는 통상적인 라텍스 개질 콘크리트(비교예 2)의 20.1MPa 보다 훨씬 높고 일반 콘크리트인 비교예 1의 25.5MPa 보다도 약간 높은 것으로, 초기 압축강도 발현이 매우 우수한 것으로 확인되었다.
염소이온 투과시험 결과, 위 [표 2]에 정리된 바와 같이 라텍스 등의 유기 폴리머를 전혀 사용하지 않은 일반 콘크리트인 비교예 1은 염소이온 투과전하량이 3,950 coulomb 로 나타났고, 라텍스 개질 콘크리트인 비교예 2는 염소이온 투과전하량이 980 coulomb 로 나타났으며, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트인 실시예 1은 염소이온 투과전하량이 405 coulomb 로 나타났다.
이러한 염소이온 투과시험 결과에 따르면, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트(실시예 1)는 통상적인 라텍스 개질 콘크리트(비교예 2)와 비교하더라도 염소이온 투과전하량이 훨씬 작은 값을 나타냈으므로, 통상적인 라텍스 개질 콘크리트보다 내염성능(염소이온 투과저항성)이 우수한 것으로 확인되었다.
결론적으로, 본 발명에 따른 초속경 시멘트 콘크리트는 통상적인 라텍스 개질 콘크리트와 비교하여 압축강도(특히, 초기 압축강도)가 우수한 것은 물론, 내염성능도 훨씬 더 우수한 것으로 나타났다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 통해 본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 바람직한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
Claims (10)
- 시공 대상이 되는 교면에 대해 사전 준비 작업을 수행하는 단계;
상기 사전 준비 작업이 완료된 교면 위에 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계; 및
상기 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계;
를 포함하고,
상기 초속경 시멘트 콘크리트는 초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재, 개질 첨가제 및 섬유 복합재를 물과 함께 배합하여 제공되며,
상기 개질 첨가제는 칼슘 설포 알루미네이트, 폴리 카르복실레이트, 폴리 프로필렌, 폴리 염화비닐 및 폴리 젖산을 구성성분으로 포함하고, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~15중량부로 배합되며, 상기 개질 첨가제의 전체 중량에 대하여 상기 칼슘 설포 알루미네이트 25~55중량%, 상기 폴리 카르복실레이트 10~30중량%, 상기 폴리 프로필렌 5~15중량%, 상기 폴리 염화비닐 5~15중량% 및 상기 폴리 젖산 10~30중량%를 포함하고,
상기 섬유 복합재는 천연섬유와 합성수지의 복합재로서 스크랩 양모와 폴리 에틸렌의 복합재(이하 '스크랩양모-폴리에틸렌 복합재'라 함)로 제공되고, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 2~8중량부로 배합되며,
상기 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재는 스크랩 양모와 폴리 에틸렌을 혼합한 후 가열하여 압축성형하고, 이를 절단하여 알갱이 또는 분말 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계 이전에, 상기 사전 준비 작업이 완료된 교면에 대해 브루밍 작업을 수행하는 단계; 및
상기 초속경 시멘트 콘크리트를 포설하는 단계 이후 상기 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계 이전에, 상기 교면 위에 포설된 초속경 시멘트 콘크리트의 표면에 대해 그루빙 작업을 수행하는 단계
를 더 포함하고,
상기 사전 준비 작업을 수행하는 단계는
상기 시공 대상이 되는 교면에 대해 절삭 작업, 숏 블라스팅 작업, 청소 작업, 습윤상태 유지작업 및 레일 설치 작업 중 적어도 하나의 작업을 진행하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초속경 결합재는
칼슘 알루미네이트 시멘트, 고로 슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합하여 제공되고,
상기 유기 폴리머는
라텍스를 포함하여 제공되되, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~25중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 제3항에 있어서,
상기 초속경 결합재는
석고, 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 더 혼합하여 제공되되,
그 전체 중량에 대하여 상기 칼슘 알루미네이트 시멘트 56~85중량%, 상기 고로 슬래그 10~20중량%, 상기 플라이 애쉬 5~15중량%, 상기 석고 1~5중량%, 상기 수산화나트륨 0.1~2중량% 및 상기 수산화칼륨 0.1~2중량%를 혼합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 초속경 시멘트 콘크리트를 양생하는 단계 이후에, 상기 초속경 시멘트 콘크리트의 표면 위에 표면 강화제를 도포하는 단계
를 더 포함하고,
상기 표면 강화제는
규산나트륨 수용액, 스티렌 수지, 메타크릴 수지, 리튬(폴리)규산염, 인산, 황산코발트 및 벤조산을 구성성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 제8항에 있어서,
상기 표면 강화제는
그 전체 중량에 대하여 상기 규산나트륨 수용액 45~85중량%, 상기 스티렌 수지 7.5~22.5중량%, 상기 메타크릴 수지 5~15중량%, 상기 리튬(폴리)규산염 0.1~6중량%, 상기 인산 0.1~4중량%, 상기 황산코발트 0.1~6중량% 및 상기 벤조산 0.1~4중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 콘크리트 교면포장 시공방법.
- 교면 포장에 사용되는 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서,
초속경 결합재, 유기 폴리머, 골재, 개질 첨가제 및 섬유 복합재를 포함하되,
상기 초속경 결합재는 칼슘 알루미네이트 시멘트, 고로 슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합하여 제공되고,
상기 유기 폴리머는 라텍스를 포함하여 제공되며,
상기 개질 첨가제는 칼슘 설포 알루미네이트, 폴리 카르복실레이트, 폴리 프로필렌, 폴리 염화비닐 및 폴리 젖산을 구성성분으로 포함하고, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 5~15중량부로 배합되며, 상기 개질 첨가제의 전체 중량에 대하여 상기 칼슘 설포 알루미네이트 25~55중량%, 상기 폴리 카르복실레이트 10~30중량%, 상기 폴리 프로필렌 5~15중량%, 상기 폴리 염화비닐 5~15중량% 및 상기 폴리 젖산 10~30중량%를 포함하고,
상기 섬유 복합재는 천연섬유와 합성수지의 복합재로서 스크랩 양모와 폴리 에틸렌의 복합재(이하 '스크랩양모-폴리에틸렌 복합재'라 함)로 제공되며, 상기 초속경 결합재 100중량부에 대하여 2~8중량부로 배합되고,
상기 스크랩양모-폴리에틸렌 복합재는 스크랩 양모와 폴리 에틸렌을 혼합한 후 가열하여 압축성형하고, 이를 절단하여 알갱이 또는 분말 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
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