KR20080079234A - 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 포장시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 도로의 구성물인 아스콘이나 콘크리트 상부에 유기질 도료, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르, 우레탄 수지 등으로 시공되어 발생되는 내구성 약화, 기후에 대한 불안정성, 박리 현상 등의 문제점을 해소할 수 있으며 아스콘이나 콘크리트가 가지고 있는 팽창계수에 의한 파손을 방지하기 위하여 무기도체가 피도체의 팽창계수에 대해 유연하게 대응할 수 있도록 하는 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 시스템에 관한 것으로서,

시멘트 10내지 30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30내지 60 중량％, 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4내지 10 중량부, 아윈계 고강도 혼화재료 3 내지 20 중량 ％, 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 전체 분말 중량에 대하여 30-60 중량％ 로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량％ 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물과 이를 이용하여 미끄럼 방지용 엠보싱 포장용 석재사를 결합시킴으로서 바퀴 마찰 및 겨울철 동결융해에 의한 미끄럼 방지 엠보싱 포장용 석재사의 들뜸 및 박리 탈락을 방지하기 위한 미끄럼 방지 포장 시스템에 관한 것이다.

미끄럼방지, 엠보싱, 폴리머시멘트, 부착강도, 바퀴마찰

Description

폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 포장 시스템 {A System for anti-skid pavement of road using polymer cement mortar}

본 발명은 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 교량보도, 주차장, 자전거 도로, 산책로, 놀이공원 등 주변 환경과의 조화를 고려한 도로 미끄럼 방지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 기존 도로의 구성물인 아스콘이나 콘크리트 상부에 유기질 도료, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르, 우레탄 수지 등으로 시공되어 발생되는 내구성 약화, 기후에 대한 불안정성, 상부 포장의 들뜸 및 박리 현상 등의 문제점을 해소하고, 아스콘이나 콘크리트가 가지고 있는 팽창계수와 상부 포장재료의 팽창계수 차이에 의한 파손을 방지하기 위하여 무기도체가 피도체의 팽창계수에 대해 유연하게 대응할 수 있도록 하는 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 시스템에 관한 것이다.

고분자 합성수지 바름 바닥재나 폴리머 콘크리트 등의 유기질계 바닥마감재들은 내마모성, 강도 등의 물성이 좋아서 다양한 용도로 사용될 수 있다. 그런데 이러한 합성수지 마감재들은 무기질인 콘크리트와는 기본적인 물성이 다르므로 두 재료를 접착시키기 위해서는 프라이머를 통한 강제적인 접착방법을 쓰게 된다. 이 강제접착이 대부분의 경우 충분한 접착력을 발휘하지만 그럼에도 불구하고 몇 가지의 근원적인 문제점을 안고 있는 것은 사실이다.

우선 이 접착계면 혹은 상부의 합성수지층이 하부의 콘크리트가 함유하고 있는 수분을 통과시키지 못한다는 것이 문제가 된다. 하지면의 콘크리트가 충분히 건조되지 못했을 경우 증발되는 수분은 합성수지층과 콘크리트 사이에서 층을 형성하여 장기적으로 합성수지층의 들뜸현상을 유발할 수 있다.

또 하나의 문제점은 합성수지층의 신축팽창율이나 강도, 흡수율 등이 하지면의 콘크리트와 달라서 접착계면이 파괴되는 하자가 발생할 수 있다는 점이다. 이는 콘트리트와 비교할 때, 합성수지의 탄성계수비는 낮고 극한 변형율은 높아 합성수지와 콘크리트 복합체에 외력이 작용시 복합체의 취약부인 계면 쪽으로 응력이 집중하여 균열이 발생하기 쉽게 되기 때문이다.

이상과 같은 문제점을 해결하기 위해서는 그 바닥마감재의 기본조성을 모체의 콘크리트와 같은 무기질계로 유지하여 두 재료가 이질감 없이 접착되도록 하고, 또한 통기성을 가지도록 해야한다. 동시에 모체의 콘크리트와 너무 큰 차이가 나지 않는 범위 내에서 인장강도, 휨강도, 접착성, 수밀성, 기밀성, 내약품성, 내마모성 등의 바닥마감재로서 필요한 물성 가져야 한다.

이와 같은 배경을 바탕으로 비교적 최근에 등장한 재료인 유/무기질 복합계 폴리머 시멘트 모르타르는 시멘트, 규사, 미세광물 등을 주원료로 한 파우더와 에멀젼 상태의 고분자 화합물을 혼합한 것으로 점점 그 사용이 증가하는 추세이다.

기존에 사용되고 있는 도로용 아스콘이나 콘크리트 상부에의 칼라 포장은 에폭시 수지계 재료와 세골재 안료의 혼합 시공하여 왔으나, 이와 같은 칼라포장은 수지계 재료와 바탕재료와의 열팽창계수 등의 상이로 인하여 조기에 균열 및 균열부의 우수침투로 탈락현상 등이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 최근 자전거도로, 버스전용차선 등에 이용되는 칼라 아스팔트 재료는 시공두께가 아스팔트와 같이 5cm이상 유지되어야 하므로 보수 시에는 기존 바탕을 절삭하고 재시공하여야 하며, 이로 인해 적잖은 비용 및 작업시간이 소요되는 문제점이 있었다. 또한 소규모 시공 또는 보수 시에도 플랜트에서 가열하여 재료를 운반하여야 함으로서 부분 보수는 시공 상 매우 곤란하게 되는 등 여러 가지 문제점이 있었다. 또한, 종래 아스팔트 포장도로의 보수는 5cm두께로 덧씌우기 공법을 주로 시공해 왔으며 도로의 높아짐으로 최근 절삭 후 재포장하는 공법으로 전환하였으나, 이와 같이 절삭 후 재포장할 경우, 막대한 아스콘 폐기물이 발생되므로, 이의 처리에 따른 환경적인 문제가 대두되고 있다.

또한, 일반적인 교면포장 공법은 별도의 방수도막을 시공하고 상부에 아스팔트콘크리트를 5∼8cm시공하는 방법을 사용하고 있으나, 상기 방수도막 재료가 상부 아스팔트 콘크리트와 이질적인 재료이므로, 접착성, 전단강도 등에 문제점이 발생되고 있으며, 이로 인해 포장이 조기에 파손되는 현상이 발생되고 있다. 또한, 기존교량의 교면포장을 재시공할 경우, 아스팔트의 절삭 시 기존 방수도막을 훼손하게 되므로, 다시 방수도막 및 아스콘 시공하여야 하며, 이로 인해 장시간 차량통행 의 차단이 불가피하게 되어 차량소통에 지장을 초래하고 있는 실정이다.

이러한 기존의 용제형 에폭시 수지를 도포하고 석재사를 살포한 후 에폭시 수지를 결합재로 재결합시켜 주는 강제 결합 공법을 개선하고, 수분에 의한 들뜸현상의 극복 및 미끄럼 방지 도막체가 바퀴 마찰에 의한 마찰열에 의하여 석재사가 분리, 탈락하는 현상을 방지하기 위한 재료의 구성 및 시공 시스템이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 포장 시스템은,

내열성이 우수하고 부착성능이 강하며, 수용성 재질로 구성되어 용제형 유기재료에 의한 휘발성 유독가스의 방출을 방지하며, 수분이 함유되어 있는 콘크리트 도로나 아스콘 포장도로의 표면에서 강한 결합력을 발휘하여, 미끄럼 방지용 표면 엠보싱을 위한 석재사의 사용시 강한 내열성과 부착력을 발휘하여 바퀴 마찰에 의한 에폭시계 결합재에 의한 엠보싱 석재사의 표면 들뜸 및 탈락 현상을 방지할 수 있는 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 포장 시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는 본 발명은 시멘트 10내지 30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30내지 50 중량％, 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4 내지 10 중량부, 아윈계 고강도 혼화재료 3 내지 20 중량 ％, 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리 머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 전체 분말 중량에 대하여 30-60 중량％ 로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량％ 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물과 이를 이용하여 미끄럼 방지용 엠보싱 포장용 석재사를 결합시킴으로서 바퀴 마찰 및 겨울철 동결융해에 의한 미끄럼 방지 엠보싱 포장용 석재사의 들뜸 및 박리 탈락을 방지하기 위한 미끄럼 방지 포장 시스템에 관한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 도로 미끄럼 방지 포장 시스템은 시멘트의 수화반응과 고강도용 아윈계 혼화재료를 기본으로 속경성과 고강도성을 부여하며, 유리전이온도가 낮은 아크릴레이트 폴리머 에멀젼을 기본으로 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼과의 코폴리머(Co-polymer) 에멀젼에 의해 하지 면과의 부착력 강화 및 겨울철에 동결융해에 의한 박리, 탈락을 방지할 수 있는 속경성 수화반응형으로서, 미끄럼방지 포장용 모르타르를 시공면에 포장함에 있어, 시공 면과의 견고한 접착상태를 유지함으로써 내마모성, 내충격성 및 마찰 저항에 대한 내열강도 등 제반적인 물성이 우수하여 차량충격 및 마모에 의한 미끄럼방지 포장용 모르타르가 탈락되는 현상을 방지하여 미끄럼 저항에 효과가 있다.

또한 물을 이용한 무기계 결합시스템으로 무기질 안료의 착색효과가 오래가고, 에폭시 또는 아스팔트 재료의 한계성을 보완하여 제반적인 물성이 우수하여 미 끄럼 방지 기능과 함께 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 무기질 안료를 활용함으로써 다양한 색상 표현이 가능하여 제품의 시인성을 높일 수 있으므로 특별히 시인성이 요구되는 버스전용차선(red zone), 스쿨 존(school zone), 그린 존(green zone), 옐로우 존(yellow zone) 등에 사용할 수 있고, 시인성 확보와 동시에 미끄럼 저항성이 우수하기 때문에 일정 두께로 도포 시 과속방지턱으로도 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 시멘트 10내지 30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30내지 60 중량％, 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4내지 10 중량부, 아윈계 고강도 혼화재료 3 내지 20 중량 ％, 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 전체 분말 중량에 대하여 30-60 중량％ 로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량％ 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물과 이를 이용하여 미끄럼 방지용 엠보싱 포장용 석재사를 결합시킴으로서 바퀴 마찰 및 겨울철 동결융해에 의한 미끄럼 방지 엠보싱 포장용 석재사의 들뜸 및 박리 탈락을 방지하기 위한 미끄럼 방지 포장 시스템에 관한 것이다.

이하 본 발명에 대해 상세히 설명하면,

본 발명에서는 기존에 알려진 폴리머 시멘트 모르타르의 조합에 사용되는 시 멘트, 규사 등 공지의 재료 조합 이외에, 미분 탄산나트륨과 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 사용된다. 일반적으로 아크릴계 폴리머 에멀젼은 시멘트 재료의 접착강도 증진용으로 사용되나, 기온이 섭씨 영상 5도 이하인 경우에슨 사용이 금지되거나, 또한 사용이 되었더라도 동결융해의 반복에 의해 부착강도가 저하되고 부분적으로 들뜸현상이 나타나게 된다. 그러나 본 발명의 유리전이 온도가 섭씨 영하 25도인 폴리머 에멀젼은 동결융해에 대한 저항성이 우수하며, 일정한 온도 이하에서도 사용이 가능한 것이다. 또한 개질되어 나타나는 팽윤특성으로 인하여 시멘트 경화체 또는 아스팔트나 콘크리트 하지면의 공극에 침투하여 팽윤함으로서 콘크리트 재료나 아스팔트 재료의 공극을 채워줌으로 인하여 강한 부착력과 온도에 대한 저항성이 향상되는 것이다.

아윈계 고강도 혼화재료는 속경성 및 고강도 발현성이 있는 공지의 재료로서, 수화시 높은 수화열을 발생시킨다. 따라서 수분이 많이 함유되어 있거나 동절기 시공시 수화반응에 의해 나타나는 수화열에 의해 동결을 방지하거나, 하지의 수분을 증발시키는 효과가 우수함으로서 하지의 포장 면에 수분이 다량 함유되어 있어도 시공이 용이하게 된다. 팽윤특성을 나타내는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 사용된다.

또한 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘은 단순한 충진성을 위한 보조재료가 아니라 엠보싱을 위한 석재사의 고른 분포 및 석재사 표면의 코팅성을 위한 것으로서 혼합량이 4 중량％ 이하이면 고른 분산성이나 표면의 코팅능력이 떨어져 효과를 나타내지 못하며, 혼합량이 10 중량％ 이상인 경우에는 폴리머 시멘트 모르타르의 부착강도를 저하 시키게 된다.

이상과 같이 구성된 재료를 약 3분간 고르게 혼합한 후 기존에 형성되어 있는 아스콘이나 콘크리트의 표면에 도포한 다음 표면의 미끄럼 저항성을 위하여 석재사를 도포한다. 석재사를 도포한 후 석재사의 고른 분포 및 하지면과의 접착성, 표면의 미끄럼 저항성을 위하여 다시 본 발명의 폴리머 시멘트 모르타르를 붓이나 로울러 등으로 도포함으로서 도로 미끄럼 방지 포장이 완성되는 것이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 상온에서의 특성과 저온에서의 특성을 확인하기 위하여 아스팔트포장 시공면을 청소하고 건조시킨 다음, 25℃ 및 5℃ 로 유지시킨다. 실시예에서 시공시의 온도를 5℃ 로 유지하기 위하여 동절기에 실시예를 진행하였다. 시공면에 본 발명의 폴리머 에멀젼을 프라이머로 도포하고, 30분 정도 건조시킨다. 이때 프라이머 4ℓ를 가지고 시공면 10㎡를 도포한다. 다음, 건조가 완료되면 시멘트 280kg/㎥와 입도가 80메쉬를 통과한 규사 520kg/㎥와 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘 80kg/㎥, 아윈계 고강도 혼화재료 120kg/㎥, 을 혼합하여 분말을 제조한다. 그리고, 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 3:4의 비율로 혼합된 수지 조성물이 380 중량％ 혼합액상을 제조한다. 이렇게 분말과 액상을 제조한 후 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제를 각각 10kg/㎥씩 30kg/㎥을 첨가하여 혼합 믹서기에 넣고, 핸드 드릴믹서로 5분동안 혼합 교반하여 미끄럼 방지용 폴리머 시멘트 모르타르를 제조한다. 다음, 제조된 미끄럼방지 포장용 모르타르를 콘크리트 포장 시공면에 30mm의 두께로 포설 한 후 초결이 올 때까지 약 30분 동안 기다린다(시공시의 온도가 5℃인 경우에는 약 1시간 45분 정도이며, 이때 초결이 오는 시간은 온도에 따라 차이가 있으며, 또한 계절적으로 차이가 있을 수 있다). 타설한 폴리머 시멘트 모르타르에 초결이 오면 바로 미끄럼 방지를 위한 석재사를 도포한 후 다시 제조된 미끄럼방지 포장용 모르타르를 콘크리트 포장 시공면에 20mm의 두께로 포설한다. 타설 후 6시간 동안 건조시킨 후 미끄럼방지 포장층의 일부를 하지면과 함께 분리하여 하기와 같은 측정을 하였는바 그 측정결과는 아래의 ＜표1＞과 같다.

본 발명에 따른 폴리머 시멘트 모르타르를 이용한 미끄럼방지 포장층은 아스콘과의 접착강도가 강하고, 동결융해 후 아스콘과의 부착강도가 좋아 사계절에 따른 외부영향에도 도로와의 견고한 결합상태를 유지할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 내마모성, 내충격성, 및 내열강도 등이 우수한 것으로 나타났다. 저온 양생의 경우에도 모두 KS 기준을 상회하는 결과를 나타내어 극한의 조건이 아닌 상황에서도 시공이 용이할 것으로 판단되며, 내마모성 및 내열성, 내충격성이 우수하여 바퀴 마찰에 대한 저항성도 우수할 것으로 판단되며, 따라서 장기 내구성능에서도 우수한 결과를 나타낼 것으로 판단된다.

＜표1＞

본 발명에 의해 제조된 폴리머 시멘트 모르타르는 부착성, 내마모성, 내충격성, 내열강도 특성이 우수하여 교량보도, 주차장, 자전거 도로, 산책로, 놀이공원 동 주변 환경과의 조화를 고려한 도로 미끄럼 방지용 포장재료로 활용할 수 있으며, 특히 본 발명에 무기질 안료를 활용함으로써 다양한 색상 표현이 가능하여 제품의 시인성을 높일 수 있으므로 특별히 시인성이 요구되는 버스전용차선(red zone), 스쿨 존(school zone), 그린 존(green zone), 옐로우 존(yellow zone) 등에 사용할 수 있고, 시인성 확보와 동시에 미끄럼 저항성이 우수하기 때문에 일정 두께로 도포 시 과속방지턱으로도 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 시멘트 10내지 30 중량부, 규사(60-100 메쉬) 30내지 60 중량％, 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼슘이 4내지 10 중량％, 아윈계 고강도 혼화재료 3 내지 20 중량 ％, 개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 전체 분말 중량에 대하여 30-60 중량％ 로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량％ 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물
2. 폴리머 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 미끄럼 방지용 엠보싱 포장용 석재사를 결합시킴으로서 바퀴 마찰 및 겨울철 동결융해에 의한 미끄럼 방지 엠보싱 포장용 석재사의 들뜸 및 박리 탈락을 방지하기 위한 미끄럼 방지 포장 시스템
3. 제1항에서,

   도로 미끄럼 방지용 엠보싱을 위한 석재사의 고른 분포 및 석재사 표면의 코팅성을 위하여 325메쉬 통과분이 95％ 이상이고 산화칼슘 함량이 52 중량％ 이상인 정선된 탄산칼이 4내지 10 중량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물
4. 제1항에서,

   개질되어 팽윤특성을 나타내며 유리전이온도가 25도 이하인 아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리머 시멘트 모르타르 조성물