KR20030068086A - 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물 및 그제조방법 - Google Patents

광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물 및 그제조방법 Download PDF

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본 발명은 도로포장용으로 사용되는 투수성 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골재와 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도를 증가시킴으로써 골재와 물과 포틀랜드시멘트로 이루어진 투수콘크리트의 압축강도와 내구성을 높임과 동시에 높은 수준의 투수성을 유지하기 위하여 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과, 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물 및 그 제조방법{A high-performance porous concrete composition with a granulated mineral admixtures}
본 발명은 도로포장용으로 사용되는 투수성 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골재와 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도를 증가시킴으로써 골재와 물과 포틀랜드시멘트로 이루어진 투수콘크리트의 압축강도와 내구성을 높임과 동시에 높은 수준의 투수성을 유지하기 위하여 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과, 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 투수콘크리트 조성물은 투수성을 확보하기 위하여 시멘트풀이 도포된 골재상호간에 다수의 연속된 공극이 존재하도록 시멘트와 물과 쇄석골재 등을 일정비율로 혼합하여 제조하게 되며, 이 투수콘크리트 조성물로 도로를 포장함으로써 도로의 표면배수를 원활히 하고 노면의 온도저하 방지와 식물의 생장 등의 효과를 높이도록 되어 있다.
이러한 투수콘크리트 조성물은 투수성 확보를 위한 공극 때문에 보통의 시멘트콘크리트 조성물에 비하여 강도가 떨어져 주로 보도, 자전거도로 등의 경(輕)하중이 작용하는 도로포장재료로 사용되고, 중(重)하중이 작용하는 자동차용 도로에는 그 적용이 미미한 실정이며, 또한 투수콘크리트 조성물은 다수의 공극 사이로 물이나 산성 또는 염기성 물질 등이 통과하면서 투수콘크리트 조성물내의 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 화학반응하여 도로포장재의 내부와 표면이 침식되거나 공극사이에 스며든 물이 겨울철 온도저하로 동결팽창하면서 투수콘크리트 조성물이 쉽게 파손되어 기능을 상실하게 되어 그 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있었다.
이와 같은 투수콘크리트의 강도저하와 짧은 수명 등의 문제점을 개선하기 위하여 1970년대를 기준으로 하여 많은 투수콘크리트의 제조방법들이 개발되고 있으며, 미국특허등록 제 3870422호(1975. 03. 11. 등록)에서는 굵은골재는 약 1/4인치의 평균 직경을 가지고 시멘트, 잔골재(모래) 및 굵은골재의 부피비를 각각 1:0:3 또는 1:1/4:3 으로 하고 에폭시수지 등의 바인더와 물의 부피비를 1:3으로 한 투수성포장을 위한 콘크리트혼합물을 제조하는 기술이 개시되었으며, 대한민국특허공보 등록 제 1990-0004390호(1990. 06. 23. 공고)에서는 물 116kg/㎥, 시멘트 292kg/㎥, 잔골재 87kg/㎥, 굵은골재 1690kg/㎥, 안료 7.0kg/㎥, 혼화제 0.58kg/㎥로 혼합하여 구성된 투수성콘크리트가 개시되었고, 대한민국특허공보 등록 제 1991-0006894호(1991. 09. 10. 공고)에서는 시멘트콘크리트 혼합물 1㎥당 300 내지 400kg의 포틀랜드 시멘트, 시멘트 1중량부에 대하여 0.005 내지 0.1중량부의 바인더와 0.35내지 0.45중량부의 물 및 잔부를 이루는 골재로 구성된 투수성 시멘트 콘크리트 구축물을 만드는 방법이 개시되었다.
그러나, 상기된 기술들은 투수콘크리트 조성물의 강도를 증진시키기 위하여 잔골재(모래)나 바인더 등이 투수콘크리트 조성물에 첨가 혼합되어 있는 것으로, 잔골재(모래)가 함유된 투수콘크리트 조성물의 경우에는 투수콘크리트 조성물에 형성된 공극사이에 잔골재(모래)가 삽입됨으로써 공극이 작아져 투수성이 떨어지게 되며, 바인더가 첨가 혼합된 투수콘크리트 조성물의 경우에는 바인더 자체의 가격이 매우 높아 생산비용이 증가함으로써 현실적으로 경제성이 없어 사용하기 어렵게 되는 문제점이 있었다.
한편, 콘크리트 조성물의 강도는 골재와 시멘트풀 사이의 부착강도에 크게 의존되는데, 이는 콘크리트 조성물에 있어서 일반적으로 골재의 강도는 시멘트풀의 강도보다 높고 시멘트풀의 강도는 골재와 시멘트풀의 사이의 경계면의 부착강도보다 높기 때문이다.
투수콘크리트 조성물로 만든 공시체의 압축강도 실험을 통해 그 파단면을 조사해 보면 투수콘크리트 조성물의 공극주변이 균열되어 깨진 것 외에 골재와 결합되어 있는 경계면 부분의 시멘트풀이 골재로부터 그대로 박리되거나 균열되어 있는 현상을 다수 발견할 수 있으며, 이러한 현상은 불규칙한 표면을 갖는 골재와 시멘트풀 사이의 경계면에 수많은 공극이 존재함으로써 시멘트풀과 골재표면이 완전히 밀착되어 부착되지 않을 뿐 아니라 골재와 시멘트풀 사이의 경계면에 존재하는 공극량이 시멘트풀 자체에 존재하는 공극량보다 커서 골재와 시멘트풀 사이의 경계면에 균열이 먼저 발생하고 물이나 산성 또는 염기성 물질들이 이 경계면 사이로 쉽게 침투하여 침식되면서 골재와 시멘트풀의 부착강도를 낮추게 되어 결과적으로 투수콘크리트 조성물의 강도를 저하시키게 되는 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로 광물질미분말을 첨가하여 골재와 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도를 증가시킴과 함께 시멘트풀 자체의 강도를 증가시킴으로써 골재와 물과 포틀랜드시멘트로 이루어진 투수콘크리트 조성물의 압축강도와 내구성을 높임과 동시에 높은 수준의 투수성을 유지하도록 하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조되는 것에 본 발명의 특징이 있다.
이하 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 투수콘크리트 조성물은 도로포장용으로 사용되는 것으로 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조함으로써 투수콘크리트 조성물의 강도와 내구성을 향상시켜 재령 28일 압축강도가 150 ~ 300kg/㎥, 휨강도가 35 ~ 50kg/㎥를 유지하며, 투수계수는 0.05 ~ 0.5cm/sec를 나타내도록 하여 높은 강도와 내구성 및 투수성을 갖는 투수콘크리트 조성물을 제공하도록 되어 있다.
골재는 쇄석골재로서 5mm체의 통과중량백분율이 5 ~ 30%인 골재를 사용하는데 5mm체의 통과중량백분율이 5%미만인 경우에는 투수성은 좋으나 강도 저하의 문제점이 있고, 30%를 초과하는 경우에는 강도는 증대하나 투수성이 저하되므로 본 발명에서 사용된 골재는 한국산업규격(KSF 2527)에 따라 골재크기 13 ~ 2.5mm 골재는 19mm체를 전부 통과하고 13mm체의 통과중량백분율이 90 ~ 100%, 10mm체의 통과중량백분율이 40 ~ 75%, 5mm체의 통과중량백분율이 5 ~ 25%, 2.5mm체의 통과중량백분율이 0 ~ 10%, 1.2mm체의 통과중량백분율이 5%이하인 것을 사용하며, 골재크기10 ~ 2.5mm 골재는 13mm체를 전부 통과하고 10mm체의 통과중량백분율이 85 ~ 100%, 5mm체의 통과중량백분율이 10 ~ 30%, 2.5mm체의 통과중량백분율이 0 ~ 10%, 1.2mm체의 통과중량백분율이 5%이하인 것을 사용하게 된다.
고성능AE감수제는 투수콘크리트의 배합시 단위수량(單位水量)을 줄여 강도와 내구성을 증진시키기 위해 사용되는 화학혼화제로서 폴리카르본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 등 다양한 제품이 시판되고 있으며, 본 발명에서는 시멘트중량에 대하여 0.5중량% 미만이 첨가되는 경우에는 공기연행(空氣連行)효과 및 감수(減水)효과가 발휘되지 못하여 투수콘크리트의 강도증진을 기대하기 어렵고 시멘트중량에 대하여 2.5중량%를 초과하는 경우에는 경과시간에 따른 슬럼프(slump)값의 손실이 크고 공기량을 과잉으로 연행시켜 콘크리트의 강도를 저하시키게 되므로 본 발명에서는 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제를 첨가하여 물-시멘트비(W/C)를 낮춤으로써 강도증진과 함께 동결융해저항성, 화학저항성, 내마모성 등의 내구성이 향상되도록 되어 있다.
필요에 따라서는 고성능AE감수제 대신 AE감수제를 대체하여 사용 가능한데, 이 경우 AE감수제를 시멘트중량에 대하여 0.3 ~ 1.0중량%를 첨가 혼합하게 되며, 시멘트중량에 대하여 0.3중량% 미만 첨가하는 경우 공기연행효과 및 감수효과가 적으며, 시멘트중량에 대하여 1.0중량%를 초과하여 첨가하는 경우에는 투수콘크리트의 응결이 지연되어 투수콘크리트 조성물의 강도를 저하시키게 된다.
상기 AE감수제로는 리그닌술폰산계나 옥시카르본산계 등의 제품이 주로 사용된다.
본 발명에서 사용되는 광물질미분말은 포졸란(pozzolan)재료, 석회석분(ground granulated limestone), 고로슬래그미분말(ground granulated blast-furnace slag) 등이 사용된다.
상기 광물질미분말 중 포졸란재료는 투수콘크리트 조성물내에서 포졸란반응(pozzolanic reaction)을 하는데, 이 반응은 시멘트수화반응시 생성되는 강알칼리성인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 포졸란재료가 반응하여 칼슘실리케이트 수화물(Calcium silicate hydroxide gel, CSH(gel))과 비정질(非晶質, Amorphous)의 알칼리를 포함한 알루미노실리케이트 수화물 등을 생성하여 투수콘크리트 조성물의 공극사이에 채워져 경화됨으로써 경화체의 조직이 치밀해져 강도가 증진되고 수밀성이 향성되어 내구성이 증진되도록 하며, 상기 광물질미분말 중 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분인 석회석분은 탄산칼슘(CaCO3)이 시멘트와 반응하여 카르본 알루미네이트 수화물(Carbon aluminate hydroxide gel)을 형성하게 되며, 고로슬래그미분말은 수산화칼슘 등과 반응하여 강도를 발현하는 광물로 변하여 콘크리트 조성물의 강도증진에 기여하게 된다.
본 발명에서는 포졸란재료로서 이산화규소(SiO2) 함량이 높은 규조토(diatomite), 플라이애쉬(fly ash), 고활성 포졸란재료인 실리카흄(silicafume) 등이 사용되며, 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 포졸란재료가 첨가되는데, 이 포졸란재료가 물 및 고성능AE감수제와 함께 혼합된 현탁액 상태로 골재와 1차 혼합되면서 불규칙한 골재표면에 도포되고 2차적으로 첨가 혼합되는 시멘트가 골재표면에 도포된 포졸란재료와 포졸란반응을 하면서 골재표면에 칼슘실리케이트 수화물과 알루미노실리케이트 수화물 등을 생성함으로써 골재표면과 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도를 증진시키도록 되어 있으며, 골재표면에 도포되지 않은 잉여 포졸란재료는 시멘트풀 내부에 혼합된 상태로 포졸란반응하여 시멘트풀 자체의 강도 및 내구성을 증진시키도록 되어 있다.
상기 규조토는 미세한 수생조(水生藻)의 세포벽골각(細胞壁骨殼)으로 된 수화성 비정질 실리카로서 점토성분을 제거하고 포졸란 반응을 활성화시키기 위해 600 ~ 1200℃으로 가열처리하되 이산화규소(SiO2) 성분이 80 ~ 95%이고, 45㎛체의 통과중량백분율이 90 ~ 99%인 것을 사용하며, 본 발명에서는 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 규조토를 첨가하나, 더욱 바람직하게는 시멘트중량에 대하여 1 ~ 5중량%를 첨가하는 것이다.
상기 실리카흄은 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유하여 발생하는 초미립자 부산물로서 비표면적이 150,000 ~ 250,000㎠/g이고 이산화규소 성분이 80 ~ 95%인 것을 사용하며, 본 발명에서는 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 실리카흄을 첨가하나, 더욱 바람직하게는 시멘트중량에 대하여 1 ~ 5중량%를 첨가하는 것이다.
상기 플라이애쉬는 화력발전소 등의 연소보일러에서 미분탄을 연료로 사용하여 1400℃ 정도의 고온연소과정에서 배출되는 폐가스 중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 회수한 특정입도 범위의 입자로서 포졸란재료를 대표하는 혼화재 중의 하나이며, 본 발명에서는 플라이애쉬의 물성에 따른 KSL 5405 규격에 의해 이산화규소의 성분이 45 ~ 60%이며 비표면적이 2,400 ~ 4,000㎠/g 인 것을 사용하며, 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 플라이애쉬를 첨가한다.
광물질미분말 중 포졸란재료이외의 석회석분 또는 고로슬래그미분말도 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%이 첨가되며 석회석분 또는 고로슬래그미분말이 물 및 고성능AE감수제와 함께 혼합된 현탁액 상태로 골재와 1차 혼합되면서 불규칙한 골재표면에 도포되고 2차적으로 첨가 혼합되는 시멘트가 골재표면에 도포된 석회석분이나 고로슬래그미분말과 화학반응을 하면서 골재표면에 카르본 알루미네이트 수화물이나 기타 강도를 발현하는 광물로 변하여 골재표면과 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도를 증진시키도록 되어 있으며, 골재표면에 도포되지 않은 잉여 석회석분 또는 고로슬래그미분말은 시멘트풀 내부에 혼합된 상태로 화학반응하여 시멘트풀 자체의 강도 및 내구성을 증진시키도록 되어 있다.
본 발명에서 석회석분은 45㎛체의 통과중량백분율이 75 ~ 95%인 것을 사용하며, 고로슬래그미분말은 KSF 2563 규격에 따라 재령 28일의 활성도지수가 75 ~105이고, 밀도는 2.8 ~ 2.95kg/㎥, 비표면적은 3,000 ~ 10,000㎠/g인 것을 사용한다.
상기 광물질미분말과 물과 고성능AE감수제를 혼합하여 현탁액을 제조함에 있어서, 광물질미분말을 시멘트중량에 대하여 1중량% 미만으로 첨가될 경우에는 골재표면에 물과 함께 부착되는 광물질미분말의 양이 너무 적어 부착강도의 증진효과가 적으며, 10중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 골재표면에 물과 함께 부착되거나 시멘트풀 내부에 함유된 광물질미분말의 양이 너무 많아 투수콘크리트의 공극율을 저하시켜 투수성이 떨어지게 되므로, 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 최적비율로 광물질미분말이 첨가될 경우에만 최상의 부착강도와 투수성을 동시에 지닌 투수콘크리트 조성물을 생산하게 된다.
한편, 광물질미분말의 첨가량에 따라 증가한 투수콘크리트 조성물의 용적분은 쇄석골재량을 감소시켜 일정하게 조정하게 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다음과 같다.
< 표 1 >은 광물질미분말 중 규조토를 시멘트중량에 대하여 1, 3, 5중량%를 각각 첨가 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재는 골재최대치수 13mm이며 한국공업규격인 KSF 2527 규격에 적합한 것을 사용하였으며, 규조토는 45㎛체의 통과중량백분율이 99%, 이산화규소 성분이 90%, 비중이 2.33이며 1200℃로 소성한 (주)해동규조토의 제품을 사용하였고, 시멘트는 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 고성능AE감수제는 코리아마스터빌더스(주)의 폴리카르본산계 RHEOBUILD SP-8N 제품을 사용하였다.
상기 재료의 배합은 쇄석골재를 먼저 22rpm으로 회전하는 믹서에 넣고 물과 고성능AE감수제 및 규조토를 혼합한 현탁액을 첨가하여 30초동안 혼합한 다음 보통포틀랜드시멘트를 투입하여 120초동안 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 완성하였다.
< 표 1 > 규조토를 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 규조토 고성능 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
1-1 30 90 300 1600 - 3 201 36 0.25
1-2 30 90 300 1597 3 3 231 41 0.22
1-3 30 90 300 1590 9 3 258 45 0.20
1-4 30 90 300 1583 15 3 262 46 0.18
상기 표 1에서 압축강도 측정을 위한 압축강도용 공시체(지름 10cm, 높이 20cm의 원기둥형)는 평탄한 원형철판위에서 중량 2.5kg의 램머(rammer)로 높이 30cm에서 25회씩 3층 다짐하고 24시간 경과 후 상면부를 평탄하게 마감질한 다음 캡핑하여 24시간 후 탈형하고 재령기간 동안 수중에서 표준 양생하여 공시체를 제작하고 KSF 2405의 규정에 따라 압축강도를 측정하였다.
휨강도 측정을 위한 휨강도용 공시체(가로 53cm, 세로 15cm, 높이 15cm의 직육면체형)는 평탄한 사각철판위에서 중량 2.5kg의 램머(rammer)로 높이 30cm에서 100회씩 2층 다짐하고 48시간 후 탈형하여 재령기간 동안 표준 양생하여 공시체를 제작하고 KSF 2408의 규정에 따라 휨강도를 측정하였다.
투수계수의 측정을 위한 공시체(지름 10cm, 높이 15cm의 원기둥형)는 평탄한 원형철판위에서 중량 2.5kg의 램머(rammer)로 높이 30cm에서 25회씩 2층으로 다짐하고 24시간 경과 후 탈형하고 표준 양생하여 공시체를 제작하고 정수위투수시험에 의한 방법으로 투수계수를 측정하였다.
< 표 2 >는 광물질미분말 중 플라이애쉬를 시멘트중량에 대하여 2, 6, 10중량%를 각각 첨가 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트와 고성능AE감수제는 상기 표 1의 실험과 동일한 재료를 사용하였으며, 플라이애쉬는 KSL 5405 규격에 따른 이산화규소의 성분이 45%이며 비표면적이 2,400㎠/g인 것을 사용하였고, 재료의 배합은 표1과 동일한 순서와 방법으로 하였다.
< 표 2 > 플라이애쉬를 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 플라이애 쉬 고성능 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
2-1 30 90 300 1600 - 3 191 34 0.25
2-2 30 90 300 1593 6 3 218 39 0.20
2-3 30 90 300 1579 18 3 230 41 0.18
2-4 30 90 300 1565 30 3 231 42 0.16
상기 표 2에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
< 표 3 >은 광물질미분말 중 실리카흄을 시멘트중량에 대하여 1, 3, 5중량%를 각각 첨가 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트와 고성능AE감수제는 상기 표 1의 실험과 동일한 재료를 사용하였으며, 실리카흄은 비표면적이 200,000㎠/g, 이산화규소의 성분이 93%이며 비중이 2.3인 (주)ECONEX사(한국)의 SILICA-FP(분말형)제품을 사용하였고, 재료의 배합은 표 1과 동일한 순서와 방법으로 하였다.
< 표 3 > 실리카흄을 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 실 리카 흄 고성능 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
3-1 30 90 300 1600 - 3 199 35 0.27
3-2 30 90 300 1597 3 3 220 40 0.24
3-3 30 90 300 1590 9 3 249 44 0.21
3-4 30 90 300 1583 15 3 251 44 0.19
상기 표 3에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
< 표 4 - 1 >은 광물질미분말 중 석회석분을 시멘트중량에 대하여 2, 6, 10중량%와 AE감수제를 각각 첨가 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트는 상기 표 1의 실험과 동일한 재료를 사용하였으며, 석회석분은 45㎛체의 통과중량백분율이 95%인 경기광업(주)의 KHW-1800제품을 사용하였고, 재료의 배합은 표 1과 동일한 순서와 방법으로 하였다. 또한, AE감수제는 코리아마스터빌더스(주)의 리그닌술폰산계 POZZOLITH 84K제품을 사용하였다.
< 표 4 - 1 > 석회석분과 AE감수제을 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 석 회석 분 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
4-1-1 34 102 300 1600 - 0.9 182 34 0.28
4-1-2 34 102 300 1591 6 0.9 190 34 0.23
4-1-3 34 102 300 1582 18 0.9 199 36 0.20
4-1-4 34 102 300 1570 30 0.9 199 36 0.16
상기 표 4 - 1에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
< 표 4 - 2 >은 광물질미분말 중 석회석분을 시멘트중량에 대하여 2, 6, 10중량%를 각각 첨가 혼합하고 고성능AE감수제를 사용하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트와 고성능AE감수제는 상기 표 1의 실험과 동일한 재료를 사용하였으며, 석회석분은 45㎛체의 통과중량백분율이 95%인 경기광업(주)의 KHW-1800제품을 사용하였고, 재료의 배합은 표 1과 동일한 순서와 방법으로 하였다.
< 표 4 - 2 > 석회석분과 고성능AE감수제을 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 석 회석 분 고성능AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
4-2-1 30 90 300 1600 - 3 200 35 0.27
4-2-2 30 90 300 1591 6 3 220 40 0.25
4-2-3 30 90 300 1582 18 3 220 44 0.21
4-2-4 30 90 300 1570 30 3 221 44 0.18
상기 표 4 - 2에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
< 표 5 >는 광물질미분말 중 고로슬래그미분말을 시멘트중량에 대하여 2, 6, 10중량%를 각각 첨가 혼합하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트와 고성능AE감수제는 상기 표 1의 실험과 동일한 재료를 사용하였으며, 고로슬래그미분말은 KSF 2563 규격에 따라 재령 28일 활성도지수가 80이고, 밀도 2.8kg/㎥, 비표면적 4,500㎠/g인 것을 사용하였고, 재료의 배합은 표1과 동일한 순서와 방법으로 하였다.
< 표 5 > 고로슬래그미분말을 사용한 투수콘크리트 조성물의 배합 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 고로슬래그미분말 고성능 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
5-1 30 90 300 1600 - 3 195 35 0.27
5-2 30 90 300 1595 6 3 223 40 0.24
5-3 30 90 300 1584 18 3 243 43 0.22
5-4 30 90 300 1573 30 3 243 43 0.17
상기 표 5에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
< 표 6 >은 광물질미분말 중 규조토와 플라이애쉬를 시멘트중량에 대하여 각각 5, 6중량%를 첨가 혼합하고 그 배합순서를 달리하여 투수콘크리트 조성물을 배합하고, 이에 따른 재령 28일 압축강도와 재령 28일 휨강도 및 투수계수를 측정한 실험 결과표이다.
쇄석골재와 시멘트와 고성능AE감수제와 규조토는 상기 표 1의 실험과 동일한재료를 사용하였으며, 플라이애쉬는 표 2와 동일한 것을 사용하였다.
6-A-1과 6-A-2의 재료 배합은 쇄석골재를 먼저 믹서에 넣고 보통포틀랜드시멘트를 투입한 다음 30초간 믹서로 혼합하고 규조토 또는 플라이애쉬에 물 및 고성능AE감수제를 혼합한 현탁액을 첨가하여 120초동안 혼합함으로써 투수콘크리트 조성물을 완성하였다.
6-B-1과 6-B-2의 재료 배합은 표 1과 동일한 순서와 방법으로 하였다.
< 표 6 > 재료의 배합순서을 달리한 경우의 투수콘크리트 조성물의 배합비 및 물성 실험결과
배 합번 호 물-시멘트 비(W/C) 단위량(kg/㎥) 실 험 결 과
물(W) 시멘트(C) 쇄 석골 재 규조토 플라이애쉬 고성능 AE감수제 재령28일압축강도(kg/㎠) 재령28일휨강도(kg/㎠) 투 수계 수(cm/sec)
6-A-1 27 95 350 1580 17.5 - 5.25 261 47 0.10
6-A-2 27 95 350 1576 - 21 5.25 251 45 0.09
6-B-1 27 95 350 1580 17.5 - 5.25 291 50 0.11
6-B-2 27 95 350 1576 - 21 5.25 264 48 0.12
상기 표 6에서의 압축강도와 휨강도 및 투수계수의 측정은 표 1에서와 동일한 방법으로 측정하였다.
표 1내지 5에 기재된 바와 같이 투수콘크리트 조성물에 첨가되어 골재표면에 도포되는 광물질미분말의 양에 따라 투수콘크리트 조성물의 압축강도 및 휨강도, 특히 골재-시멘트풀사이의 경계면의 부착강도에 관련되는 휨강도가 증진됨을 알 수 있으며, 규조토나 실리카흄의 경우에는 시멘트중량에 대하여 5중량% 이하의 적은 양을 사용하는 경우에도 재령 28일 휨강도가 40kg/㎠이상의 수치를 나타냄으로써 도로포장의 설계기준(재령 28일 휨강도 40kg/㎠)에 적합하다.
광물질미분말이 골재표면에 현탁액 상태로 도포되고 그 위에 다시 시멘트가 도포되면서 시멘트의 수화반응시 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 광물질미분말이 포졸란반응 등을 통하여 강도가 높은 새로운 수화물 결정이 생성됨으로써 골재표면과 시멘트풀사이의 부착강도가 크게 증가하여 투수콘크리트 조성물의 압축강도나 휨강도가 증가하도록 되어 있다. 그러나, 광물질미분말이 시멘트중량에 대하여 10중량%를 초과하여 첨가되면 투수성이 떨어져 투수콘크리트의 본래 용도인 투수성 확보가 어렵게 된다.
표 6에 나타난 바와같이 6-A-1과 6-A-2의 재료 배합은 통상의 배합순서와 같이 쇄석골재를 먼저 믹서에 넣고 보통포틀랜드시멘트를 투입 혼합한 다음 규조토 또는 플라이애쉬에 물 및 고성능AE감수제를 혼합한 현탁액을 첨가하여 혼합함으로써 투수콘크리트 조성물을 완성하였으며, 이 경우 골재표면에 광물질미분말이 도포되는 양이 매우 적어 강도증진에 큰 영향을 미치지 못하는 것이나, 본 발명에 따라 배합된 6-B-1과 6-B-2의 압축강도 및 휨강도는 골재표면에 전체적으로 광물질미분말이 도포됨으로써 골재와 시멘트풀사이의 부착강도가 증진되어 6-A-1 및 6-A-2의 압축강도 및 휨강도보다 높은 수치의 강도를 나타낸다.
도로포장용 투수콘크리트 조성물은 안료를 사용하여 여러가지 색을 발현할 수 있는데, 본 발명에서는 투수콘크리트 조성물의 강도를 저하시키지 않는 범위에서 무기질 안료의 사용량을 시멘트중량에 대하여 2 ~ 5중량%로 하였으며, 색이 장시간 지속되는 색마감 효과를 위하여 에폭시계, 아크릴계 또는 우레탄계 수지와 산화철 피그먼트 등의 안료를 포함하는 표면처리제 또는 수용성 무기질도장재를 브러쉬나 스프레이를 이용하여 포장된 투수콘크리트 조성물의 표면에 1mm이내의 두께로 바르는 것으로 하였다.
착색재로 사용되는 안료로는 합성산화철, 산화크롬, 프탈록시안계 등과 같은 안료들이 일반적으로 사용된다.
또한, 투수콘크리트 조성물의 특성은 보통콘크리트 조성물과는 달리 물-시멘트비(W/C)뿐만 아니라 다짐의 영향을 많이 받는다. 공극률이 증가하면 투수성이 증가하지만 비례적으로 강도가 약해지기 때문에 강도와 투수성이 적절히 유지되도록 전압다짐을 하게 되며, 본 발명에서는 투수콘크리트 조성물이 10 ~ 25%의 공극률과 0.05 ~ 0.5cm/sec의 투수계수를 갖도록 다짐작업을 하게 된다.
본 발명에 의하면 광물질미분말이 골재표면에 도포되면서 골재표면과 시멘트풀 사이의 경계면의 부착강도가 증가할 뿐 아니라 시멘트풀에 혼합된 광물질미분말에 의해 시멘트풀 자체 강도가 증가하여 골재와 물과 포틀랜드시멘트로 이루어진 투수콘크리트 조성물의 압축강도와 내구성을 높임과 동시에 높은 수준의 투수성을 유지할 수 있으며, 투수콘크리트조성물내의 수산화칼슘성분이 감소됨으로써 수산화칼슘성분의 용출로 인해 공기중의 탄산가스와 반응하여 표면에 탄산칼슘의 흰 박피(薄皮) 침전물을 가져오는 백화(efflorescence)현상을 감소시킬 수 있고, 종래의 투수콘크리트 조성물에서 나타나는 강도나 내구성 저하의 문제점은 본 발명의 광물질미분말 및 고성능AE감수제를 기본으로 각 배합 요소별 최적 배합비를 결정하여 본 발명의 배합순서에 따라 골재-시멘트풀 경계면의 부착강도와 시멘트풀의 자체 강도를 증진시키고, 다짐작업을 통해 공극율을 조절함으로써 고강도, 고내구성 및 고투수성을 갖는 투수콘크리트 조성물을 제공할 수 있으며, 포장된 도로위로 차량주행시 소음 및 수막현상을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 물, 포틀랜드시멘트, 쇄석골재, 광물질미분말, 고성능AE감수제로 구성된 투수콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서, 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  2. 물, 포틀랜드시멘트, 쇄석골재, 광물질미분말, AE감수제로 구성된 투수콘크리트 조성물의 제조방법에 있어서, 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.3 ~ 1.0중량%의 AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분물은 이산화규소(SiO2) 성분이 80 ~ 95%이고, 45㎛체의 통과중량백분율이 90 ~ 99%이며, 600 ~ 1200℃로 가열처리 된 규조토인 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분말은 비표면적이 150,000 ~ 250,000㎠/g이고 이산화규소 성분이 80 ~ 95%인 실리카흄인 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분말은 규조토 또는 실리카흄으로 시멘트중량에 대하여 1 ~ 5중량% 첨가 혼합된 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분말은 이산화규소의 성분이 45 ~ 60%이며 비표면적이 2,400 ~ 4,000㎠/g인 플라이애쉬인 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분말은 45㎛체의 통과중량백분율이 75 ~ 95%인 석회석분인 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광물질미분말은 재령 28일의 활성도지수가 75 ~ 105이고, 밀도가 2.8 ~ 2.95kg/㎥이며 비표면적이 3000 ~ 10,000㎠/g인 고로슬래그미분말인 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  9. 제 1항, 제 2항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 착색제인 무기질안료를 시멘트중량에 대하여 2 ~ 5중량% 첨가한 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물의 제조방법.
  10. 물, 포틀랜드시멘트, 쇄석골재, 광물질미분말, 고성능AE감수제로 구성된 투수콘크리트 조성물에 있어서, 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.5 ~ 2.5중량%의 고성능AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물.
  11. 물, 포틀랜드시멘트, 쇄석골재, 광물질미분말, AE감수제로 구성된 투수콘크리트 조성물에 있어서, 물 90 ~ 110kg/㎥와 시멘트중량에 대하여 0.3 ~ 1.0중량%의 AE감수제와 시멘트중량에 대하여 1 ~ 10중량%의 광물질미분말을 혼합한 현탁액과 골재크기 1.2 ~ 13mm인 쇄석골재 1500 ~ 1700kg/㎥를 1차 혼합하여 쇄석골재의 표면에 상기 현탁액이 도포되도록 한 다음 포틀랜드시멘트 250 ~ 350kg/㎥를 2차 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 광물질미분말은 규조토 또는 실리카흄으로 시멘트중량에 대하여 1 ~ 5중량% 첨가 혼합된 것을 특징으로 하는 광물질미분말이 함유된 고성능투수콘크리트 조성물.
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