KR20080094883A - 보수성 콘크리트 조성물과 이를 이용한 보수성 콘크리트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보수 콘크리트 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 시멘트와 입도 조정된 골재에 보수성 첨가재와 흡수성 폴리머, 수용성 폴리머로 이루어진 보수성 콘크리트 조성물에 있어서, 흡수성 폴리머를 시멘트 100 중량부에 대해 중량의 0.001중량부 내지 5중량부, 수용성 폴리머를 시멘트100 중량부에 대해 0.01중량부 내지 10중량부 첨가한 조성물에 흡수성 폴리머의 습윤팽창 지연제로 덱스트린, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 흡수성 폴리머 100 중량부에 대해 0.001중량부 내지 5중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 보수성 콘크리트 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 굳지않은 콘크리트 중의물을 흡수성 폴리머가 물을 흡수함으로써 콘크리트중의 물시멘트비를 줄여주고 또한, 물을 흡수하면서 기공형성에 따른 기공 주위의 물시멘트비가 낮은 콘크리트가 되어 원래 배합강도보다 강도가 증가하게 된다. 본 발명은 여름철에 발생하는 열섬현상을 줄일 수 있는 획기적인 발명에 관한 것이다.

보수성 콘크리트, 콘크리트제품, 흡수성 폴리머, 수용성폴리머, 습윤팽창지연제, 열섬현상(heat island) 방지

Description

보수성 콘크리트 조성물과 이를 이용한 보수성 콘크리트의 제조방법{Water absorbing type retentive concrete composite materials and it's manufacturing method}

본 발명은 보수성 콘크리트의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업성이 용이하고 높은 강도 및 내구성을 갖는 보수성 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

시멘트, 골재와 보수성 무기재료로 이루어진 재료에 흡수성폴리머를 시멘트중량의 0.001중량%내지 5중량%와 수용성 폴리머를 시멘트중량의 0.01중량%내지 10중량%를 흡수성폴리머 습윤팽창 지연제로서 덱스트린이나 글리세린 및 이들의 혼합물을 흡수성폴리머의 0.01~5중량% 첨가하여 보수성 콘크리트를 제조하는 발명에 관한 것이다.

일반적으로 보수성 콘크리트의 제조방법으로 콘크리트 중의 보수성을 얻기위하여 골재의 입도조정과 또는 보수성 재료로서 기와, 도자기 및 조개껍질의 파쇄물, 다공성의 경량골재, 규조토, 내화점토, 폐주물사 및 벤토나이트 등을 보수용 재료 이용하는 방법(일특개 평10-152382), 숯, 경량기포콘크리트(ALC), pearlite(일특개 2004-108027), 제올라이트, 스폰지 등의 보수성 물질을 첨가하여 제조하거나 화학적 반응에 의한 가스발생으로 콘크리트 중의 기공을 생성시켜 콘크리트를 제조하는 것이 일반적이다. 또한 석면함유 건축재료 폐기물이나 하수오니 소각재를 이용한 보수투수블록 제조하는 방법(일특개 2002-167888)등이 있다. 그러나 이들 방법으로 제조한 콘크리트는 다공성 콘크리트이지만 강도가 낮아서 별도의 철근이나 구조 형상 등을 보강을 하거나 2~3층의 다른 재료로 제조하는 구조로 생산성 저하 및 제조비가 상승하는 단점이 있다.

또한, 일특개 2003-239207에서는 보수성 폴리머를 폴리우레탄 발포체 중 에 분산시킨 보수성 포장재 골재와 바인더로 제조하여 빗물 등의 수분이 콘 크리트 내부로 흡수되고 이 포장 제품이 일사광선을 받아 온도가 상승하면 폴리머로부터 배수되면서 수분이 증발하여 열섬현상을 방지할 수 있는 방법 이 있다. 그러나 이 방법은 제조시 제품 중앙 부위에 보수성 폴리머를 분산 시킨 폴리우레탄을 설치하기 위해서 작업공정이 매우 어렵고 생산성이 저하 되는 단점과 중앙 부위에 강도가 약한 폴리우레탄을 설치에 따른 제품의 강도 특히 휨강도에 문제가 있어 쉽게 파손되거나 내구성이 약한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 작업성 및 강도를 향상시킬 수 있는 보수성 콘크리트 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트와 입도 조정된 골재에 보수성 첨가재와 흡수성 폴리머, 수용성 폴리머로 이루어진 보수성 콘크리트 조성물에 있어서, 흡수성 폴리머를 시멘트 100 중량부에 대해중량의 0.001중량부 내지 5중량부, 수용성 폴리머를 시멘트100 중량부에 대해 0.01중량부 내지 10중량부 첨가한 조성물에 흡수성 폴리머의 습윤팽창 지연제로 덱스트린, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 흡수성 폴리머 100 중량부에 대해 0.001중량부 내지 5중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는보수성 콘크리트 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명의조성물은 시멘트 100 중량부에 대해 보수성 첨가재로 바텀애쉬를 3~15 중량부 포함할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 휨강도의 저하는 거의 발생치 않으면서도 보수능력이 증대되었고 또한 포장재에서의 물의 방출도 서서히 하여 콘크리트 포장체의 표면온도가 기존콘크리트보다 20~25℃정도 저하되어 열섬효과를 대폭 감소시키고 열섬효과의 지속성을 증가시킬 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

흡수성 폴리머를 사용하면 콘크리트 혼합시 물을 흡수하여 흡수성 폴리머가 팽창하여 볼 베아링과 같은 역할을 하여 콘크리트의 작업성을 좋게해주고 이로 인하여 콘크리트 중의 단위수량을 줄일 수 있어 강도가 증가하게 된다. 또한 수용성 폴리머는 물에 녹아 시멘트 페이스트의 점성을 향상시키고, 이 점성이 향상된 시멘트 페이스트가 골재와의 접착력을 향상시켜 다공성 및 보수성 콘크리트의 최대 약점인 휨 강도를 향상시키는 역할을 한다.

그런데 이 방법으로 콘크리트를 제조하면 흡수성 폴리머가 초기에 물을 흡수하며 5~1000배로 팽창하면서 급격히 작업성이 저하되어 제품성형이 안되거나, 성형 후 제품 표면이 불량한 울퉁불퉁한 표면현상이 나타나게 되고 이로 인하여 제품으로서의 가치 및 제품 치수가 정확치 않은 단점이 발생하였다. 이의 발생 요인을 찾아낸 결과, 콘크리트 혼합 초기에 흡수성 폴리머가 급격히 물과 결합으로인한 콘크리트 작업성의 저하 및 제품 성형 후 굳기 전에 흡수성 폴리머가 물을 흡수하면서 팽창하여 제품치수를 부정확하게 하고 또한 콘크리트 표면을 울퉁불퉁하게 하는 요인이란 것을 찾아내었다.

본 발명자들은, 흡수성 폴리머의 물과의 반응을 지연 또는 억제시키는 물질을 연구 한 결과, 덱스트린과 글리세린이 이러한 기능이 있다는 사실을 밝혀 내었다. 일반적으로 흡수성 폴리머는 물을 중량 대비 5배 내지 1000배 흡수 팽창하는 성질을 갖고 있다. 그런데 덱스트린과 글리세린은 시멘트의 수화반응 지연시키기도 하지만 또한, 흡수성 폴리머의 습윤팽창하는 것을 지연 또는 억제시키는 것을 알아내었다.

이들 흡수성 폴리머의 습윤 팽창지연제는 혼합초기에 물과 반응하여 콘크리트 혼합부터 콘크리트 제품 성형시까지 5~1000배로 팽창되는 것을 지연 또는 억제시키게 되고 이로 인하여 성형된 콘크리트제품이 10분에서 120분정도경과하면 자기 형체를 유지할 정도(약 2~8kg/cm2)가 되는 시점에서 흡수성 폴리머가 서서히 콘크리트 중의 물을 흡수하여 팽창하면서 주위 콘크리트 중의 물을 흡수하게 된다. 본 발명자들은 습윤 팽창 지연제인 글리세린과 덱스트린은 흡수성 폴리머 표면에 가장 먼저 흡착하여 물과 반응하면서 팽창하는 것을 억제시키다가 서서히 몰에 용해되면서 지연효과가 감소되어 10분에서 120분까지 억제함을 알아내었다

결국 흡수성 폴리머 팽창으로 형성된 기공이 주위의 콘크리트의 물 시멘트비를 줄여주고 또, 주변 콘크리트를 압밀하여 콘크리트가 치밀하게 되어 결국 콘크리트의 강도를 향상시키는 획기적인 발명이다. 또한 제품 성형후 서서히콘크리트 중의 물을 흡수 팽창하면서 모세관과 같은 공극을 파고 들어가 메우면서 존재하다가 제품 양생후 또는 제품 타설 후에 수분이 증발하게 되면 흡수성 폴리머가 수축되면서 공극이 형성되는데 이들 흡수성 폴리머는 물을 만나면 바로 흡수하면서 모세관 수로 를 형성하게 되어 강도저하는 거의 일으키지 않으면서 미세 모세관을 형성하여 물을저장하고 또한 이들 물을 외부로 방출시키는 수로로도 활용이 가능하기 됨을 알아내었다.

즉 흡수성 폴리머가 돌기처럼 미세 모세관처럼 펼쳐있으면서 물을 흡수는 신속히 하면서 반면에, 물의 방출시에는 수증기 형태로 서서히 방출시키는 역할을 하여 강도 저하는 일으키지 않으면서 보수성을 증대시키고 또한 물의 방출을 서서히 하면서 포장재로 사용시 열섬현상을 크게 줄일 수 있게 된다.

이를 모식도로 나타내면 도 1과 같으며 본 발명에 의한 보수투수콘크리트 제조 후 흡수성폴리머가 모식도처럼 콘크리트중의 물을 흡수하면서 팽창하게 되면 주변의 콘크리트는 물 시멘트비가 낮아져 강도가 향상되고 또한 흡수성폴리머의 팽창에 의한 압밀 효과로 주변조직이 치밀해지게 된다 특히 휨강도에 크게 작용하는 기공을 줄여주거나 없애주어 휨강도가 상승하게되고 골재와 시멘트와의 계면을 수용성 폴리머가 강고하게 결합해 주어 휨강도는 더욱 상승하게 되는 원리이다.

이는 최근 직물에서의 고아 텍스와 같은 역할을 하고 있음을 알아낸 획기적인 발명이다

이와 같이 본 발명은 보수성 콘크리트를 제조하는데 있어서 최대의 난관이었던 휨 강도를 개선 및 보수성 향상과 일사에 의한 흡수된 물의 수증기로 방출에 따른 열섬현상을 저하시키는데 기여하는 획기적인 발명이다.

통상 흡수성 폴리머는 물과 만나 5~1000배 팽창하면서콘크리트 중에서 볼 베어링과 같은 역할을 하도록 구상인 것이 바람직하다. 그리고 수용성 폴리머는 물에 용해되어 시멘트페이스트의 점성을 증가시켜 골재와의 결합력 증대로 강도 개선 효과와 콘크리트 건조수축의 감소 및 콘시스턴시 개선에 의한 작업성 향상 등의 역할을 한다

여기에서 흡수성 폴리머는 폴리아크릴산염 및 그 유도체, 폴리에칠렌옥사이드 유도체 및 흡수성 폴리우레탄류로 이루어진 것에서 선택된 1종이상을 사용하고, 수용성폴리머로는 폴리비닐알콜, 카르복실메칠셀루로오즈, 하이드록시에칠셀루로오즈로 이루어진 류에서 선택된 1종 이상을 사용한다.

한편, 종래의 보수성 콘크리는 보수성 첨가재로 경량기포콘크리트 분말, 도기류, 폐기와류,제올라이트,규조토,내화점토 등을 사용하고 있다. 그러나, 본 발명자들은 바텀 애쉬가 종래의 보수성 첨가재로 사용될 수 있음을 확인하였다.

화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 재중 플라이 애쉬(Fly ash)는 시멘트 및 콘크리트의 혼합재로 사용되고 있으나 바닥에 남은 찌꺼기인 바텀애쉬(Bottom ash)는 산업폐기물로서 처리되고 있는 실정이었다. 이의 유효 활용연구를 통하여 바텀애쉬 가 보수성이 있는 것에 착안하면 이를 보수투수콘크리트 제조의 보수성 첨가 재료로 사용할 수 있다.

바텀애쉬는 시멘트 100 중량부에 대해 5~15중량부 첨가시 보수능력이 우수함을 알아내었다. 5중량부보다 적으면 보수능력이 저하되어 보수성콘크리트 제품으로서의 역할이 적어 사용할 수 없으며 15중량부 보다 많이 첨가하게 되면 강도가 저하되어 제품으로서의 성능을 나타낼 수 없게 된다. 가장 바람직하게는 7~10 중량부 범위에서 가장 우수한 효과를 발휘된다.

(실시예 1~6)

앞에서 기술한 발명내용을 확인하기 위하여 실험한 결과 중 일부를 나타 내면 다음과 같다.

시멘트는 (주)쌍용양회의보통 포틀랜드시멘트를 사용하였고, 골재는 옥천산 자갈 및 모래를 사용하여 공극율이 26% 되도록 사전에 배합시험을 통하여 입도 조정한 골재를 사용하였으며, 흡수성 무기재료로는 바텀애쉬와 ALC 파쇄물을, 흡수성 폴리머는 폴리아크릴산을 그리고 수용성폴리머로는 폴리비닐알콜을 사용하였다. 표-1과 같은 배합으로 실험하였고 그결과는 표 2에 나타내었다. 보수능력(율) 시험방법은 5 x 5 x 5cm 모르타르용 공시체를 20±2℃ 수중에서 3일간 양생한 후 함수상태의 중량에서 105±5℃ 건조기에서 24시간 건조한 후의 절건 중량으로 보수율을 측정하였으며 그 식은 다음과 같다

보수율(%) = [(함수상태 중량-절건상태 중량)/절건상태 중량]*100

이 시험결과 흡수성 및 수용성 폴리머 첨가에 따라 단위수량이 감소하였고 이에 따른 휨강도가 향상되었으며 또한 보수능력도 증가하는 경향을 나타내고 있다 이와 같이본 발명은 기존 보수성콘크리트 제품보다도 보수능력이 30~80% 증가될 뿐만 아니라 휩강도가 일반 보수성제품의 경우 25~33㎏/㎠에 비해 도로용 기준인 45㎏/㎠의 강도를 나타내는 우수한 발명이다.

또한, 본 발명 제품의 열섬효과(Heat island)를 알아보기 위하여 다음과 같이 시험을 실시하였다. 시험용 포장체는 60 X 60 X 10㎝크기로 표 2와 같은 배합비로 제작 양생하여 공시체는 1일 동안 대기중에서 양생한 뒤 20±2℃ 수중에서 7일간 양생한 후 시험을 실시하였다. 이 장치를 이용하여 공시체 표면으로부터 40㎝ 위에 적외선램프를 설치하여 여름철 33℃온도일 경우 콘크리트 도로포장의 표면온도를 조사한 결과 약 65℃로 나타나 이와 유사한 온도를 설정하여 조사하였고, 공시체 표면으로부터 5㎝ 윗부분에 온도센서를 설치하여 표면의 온도를 측정한 결과를 표-2와 도 2에 나타내었다.

도 1은 본 발명의 보수 콘크리트 내에서 흡수성폴리머의 작용을 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 보수 콘크리트의 적외선 램프 조사 시간에 따른 표면 온도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (3)

1. 시멘트와 입도 조정된 골재에 경량기포콘크리트 분말, 도기류, 폐기와류,제올라이트 등 보수성 첨가재와 흡수성 폴리머, 수용성 폴리머 및 고성능 감수제로 이루어진 보수성 콘크리트 조성물에 있어서,

   고흡수성 폴리머를 시멘트 100 중량부에 대해 중량의 0.001중량부 내지 5중량부, 수용성 폴리머를 시멘트100 중량부에 대해 0.01중량부 내지 10중량부 첨가한 조성물에 고흡수성 폴리머의 습윤팽창 지연제로 덱스트린, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 고흡수성 폴리머 100 중량부에 대해 0.001중량부 내지 5중량부로 이루어진 것을특징으로 하는 보수성 콘크리트 조성물
2. 제1항에 있어서,

   시멘트 100 중량부에 대해 보수성 첨가재로 바텀애쉬를 3~15 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 보수성 콘크리트 조성물.
3. 시멘트 100 중량부에 대해고흡수성 폴리머를 0.001중량부 내지 5중량부, 수용성 폴리머 0.01중량부 내지 10중량부, 고흡수성 폴리머의 습윤팽창 지연제로 덱스트린, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 고흡수성 폴리머 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 5중량부를 골재 및 물과 배합하는 것을 특징으로 하는 보수성 콘크리트 제조 방법.

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