KR20090087742A - 교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 시멘트 100중량%; 고미분말슬래그 10~40중량%; 플라이애쉬 8~15중량%; 흡수방지제 0.1~1중량%; 골재; 물;을 포함하는 교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법을 제시함으로써, 종래의 교면포장 공법에서 나타나고 있는 재료의 품질, 시공성, 현장에서의 용이한 적용성, 경제성 등의 문제를 모두 해소할 수 있도록 한다.

교면, 포장, 콘크리트

Description

교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법{CONCRETE COMPOSITION FOR PAVEMENT OF BRIDGE AND CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 건설 재료 분야에 관한 것으로서, 상세하게는, 교면 포장(Over-lay)에 사용되는 콘크리트 조성물 및 시공방법에 관한 것이다.

교면 포장은 교량의 상판을 보호하고, 쾌적한 주행성을 확보하는 것을 목적으로 하는 구조물로서, 일반적으로 5~10cm 미만의 아스팔트나 콘크리트 혼합물층이 교량 상판에 하중을 전달하는 구조로 되어 있다.

이러한 교량 바닥판은 얇은 판상의 구조를 취하므로, 사용기간 동안 차량하중 및 주행과정에서의 표면마모와 같은 물리적인 요인 외에도, 동절기 제설제 사용, 우수, 혹서기와 혹한기에서의 동결융해의 지속적인 반복 작용 등 외기에 의한 피로를 지속적으로 받음에 따라 열화가 일어나게 된다.

이와 같이 교량의 바닥판은 다른 부위보다 가장 많은 결함이 발생하는 부위이므로, 도로교량의 공용수명 연장을 위해서는 교량 바닥판의 내구성 향상이 최우선 과제라 할 수 있다.

교면포장에서 일어날 수 있는 손상요인으로서는, 우선적으로 진동과 균열에 취약한 포장재료의 사용, 부적합한 방수재의 사용 등과 같이 교면포장 재료에 기인한 파손을 들 수 있다.

특히 방수층의 경우, 큰 접착력과 전단력을 요구하는 교면포장에 대하여, 동적하중을 받지 않는 일반 건축물 기타 구조물의 방수에 사용되던 방수재들을 무분별하게 적용함에 따른 문제가 최근 교면포장 파손의 주요한 요인으로 부각되고 있다.

강상판 교량의 경우, 얇은 강상판에 포설되는 교면 포장재료의 거동에 대한 검토가 이루어지지 않음에 따라, 강상판의 변형에 기인하여 판상의 포장재에 균열(주로 종방향)이 발생한다는 문제점도 지적되고 있다.

이밖에 시공불량에 따른 파손으로서, 배수구조 불량이나 배수 불량으로 인하여 아스팔트 혼합물에 물이 장시간 체류함에 따라 발생하는 경우도 있다.

최근에는 동절기에 잦은 제설제의 살포로 인하여 염화칼슘에 의한 교량의 열화와 강재의 부식이 큰 문제로 대두되고 있다.

그러므로 교면포장체는 상부의 하중과 진동 등을 교량에 전달하는 매개체로서 구체와의 일체성(부착성)이 필요하며, 균열저항성을 갖기 위한 높은 휨-인성과 건조수축저감성, 물이나 우수(雨水)의 침투에 대한 방수성, 제설제와 같이 염화물이온에 저항하기 위한 내염성, 강재부식방지성, 기타 마찰저항성 등의 특성이 요구된다.

현재 교량바닥판 콘크리트 구체의 보호와 차량 주행성을 위해 사용되는 기존의 포장공법으로는 아스팔트를 이용한 교면포장공법이 오래전부터 가장 널리 쓰이 고 있다.

교면의 아스팔트 포장공법은 교량 바닥판 상면에 방수층을 설치한 후 아스팔트를 이용하여 교면포장을 시행하는 방법으로서 주행성이 좋고 시공이 간편한 장점이 있다.

그러나 이 공법은 방수층의 접착불량과 성능 미흡으로 인하여, 콘크리트 상판이 습윤상태에서 반복 교통하중을 받아 피로저항성이 저하되어 부식의 위험이 증대되고, 강상판의 경우 제빙제나 침투한 물에 의해 녹이 발생 되어 포장과 상판의 접착성이 손상된다는 문제가 있다.

아스콘 포장은 전반적으로는 아래와 같은 문제점을 대부분 포함하고 있다.

- 교량상판의 노후화 징후 파악곤란

- 방수층 파손시 상판에 염화물 침투로 철근부식 및 콘크리트 열화현상 발생

- 재 포장할 경우 교통차단시간이 길어 방수층 시공 곤란

- 공용연수가 3년을 넘기 어려워 잦은 보수로 인한 유지관리 불량

- 방수층 시공에 따른 시공성 불량

상기와 같은 종래의 기술을 보완하고 품질을 높이기 위하여 합성고무라텍스(SBR)를 이용한 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 교면포장공법이 개발되어 활용되고 있다.

이와 같은 기술로는 대한민국 특허 제313599호 "불투수성 교량표면 포장용 개질 콘크리트", 특허 제421255호 "합성고무 라텍스를 함유하는 콘크리트 또는 모르타르 및 그들을 이용한 방수포장방법" 등을 들 수 있다.

위 기술은 콘크리트 배합시 미립자의 라텍스 고형분이 콘크리트 내부에 골고루 분산되어 콘크리트 내부의 미세공극을 채우는 충진재 역할을 함으로써, 콘크리트의 물성을 크게 개선한다는 장점이 있다.

즉, 시멘트 수화물과 콘크리트 공극 사이를 라텍스 고분자 필름이 채움으로써, 부착성, 휨-인장강도, 내동결융해성, 투수저항성, 방수성 등이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

그러나 이와 같은 기술도 재료의 제반 물리적인 특성이 우수하지만, 모바일믹서와 같은 특수한 전용 시공 장비를 사용해야 한다는 점, 최근 유류비의 상승으로 인하여 고가의 합성고무 라텍스를 다량 사용하는 것은 초기 비용의 부담이 너무 크다는 점 등의 문제가 있다.

또한, 온도와 기후조건에 민감한 라텍스의 특성상, 기후조건의 변동이 심한 국내 상황에서의 시공시 라텍스와 콘크리트의 배합이 부적합할 경우, 표면의 필름코팅형성 시기의 변동으로 초기 소성수축균열 문제가 자주 발생한다는 문제가 있다.

특히 다른 공법에 비해 시공의 정밀성이 요구되므로 숙련된 작업원과 조직의 구성이 필수적이며, 보다 엄격한 품질관리가 필요하다는 문제도 있다.

최근에는 교면포장에서 요구되는 제반 품질성능을 모두 만족시키면서, 상기의 기술의 경제성, 초기의 소성수축 균열문제, 현장의 사용성 측면 등을 종합적으 로 개선한 고성능 콘크리트(HPC:High-performance-Concrete)를 이용한 교면포장 공법이 개발되어 대한민국 특허 제515116호로 등록된바 있다.

상기의 기술은 혼화재로서 실리카 퓸 및 친수성 마이크로 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는데, 교면포장 공법으로서 재료비가 저렴하고, 경제적이며, 별도의 전용장비 없이 현장 배치플랜트와 레미콘에서 대량생산이 가능하여 시공성이 우수하다는 장점이 있다.

이 기술은 높은 함량의 시멘트와 포조란 반응성이 큰 실리카퓸의 사용, 낮은 물-시멘트비 등을 통해, 고강도와 내염성을 확보하며, PVA 섬유의 사용에 의한 균열감소, 기타 슬래그 분말이나 플라이 애쉬를 함께 사용할 수도 있다는 장점도 있다.

그러나 이러한 재료배합 구성에 대하여도 많은 문제점이 외국의 문헌 등을 통해 대두되고 있다.

실례로 미국 각 주의 도로국(DOT)에서 교면포장에 대한 조사를 실시한 결과, 1980년대 이후 실리카퓸을 배합한 고성능 콘크리트를 사용한 미국의 교량에서 균열발생이 유독 많이 나타난 것으로 보고하고 있다.

또한 1990년대부터 미국에서는 실리카퓸을 사용한 교면포장 공법을 실시하여 왔는데, 조사결과 블레인이 20만m²/g수준의 초미립분인 실리카퓸을 사용하는 경우, 콘크리트의 고점성으로 인한 마무리 불량, 바닥판과의 부착성 저하, 공기량 및 슬럼프 감소 등의 문제가 제기되고 있었으며, 공용 중에는 소성수축 균열과 고강성으 로 인한 자기수축량의 증가로 건조수축에 의한 균열도 빈번히 발생하고 있다고 보고되고 있다.

또한 실제 사용성 측면에서도, 실리카퓸을 사용할 경우 일반 콘크리트에 비해서 콘크리트의 작업성 손실(Workability-loss)이 크기 때문에, 고성능 감수제의 사용량이 증가되고 작업성 손실이 크다는 문제가 있다.

레미콘 제조 측면에서도, 낮은 비중과 고분말도라는 재료 특성상 정전기에 의한 응집현상으로 인하여 취급이 어렵다는 점, 계량 오차가 크게 발생한다는 점, 배쳐플랜트(Batcher plant) 설비에서 균질한 혼합이 어렵다는 점, 별도의 저장 사이로(Silo) 설치가 필요하다는 점 등의 문제가 있다.

가격 측면에서도 일반 재료의 약 13~15배 정도의 고가이고, 전량 수입에 의존해야 하므로 원재료의 적기 수급 및 관리가 어렵다는 문제점도 있다.

따라서 종래의 교면포장 공법에서 나타나고 있는 재료의 품질, 시공성, 현장에서의 용이한 적용성, 경제성 등의 문제를 모두 해소할 수 있도록 하는 재료 및 공법에 관한 연구가 절실히 요구되어 오던 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 교면포장 공법에서 나타나고 있는 재료의 품질, 시공성, 현장에서의 용이한 적용성, 경제성 등의 문제를 모두 해소할 수 있도록 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 시멘트 100중량%; 고미분말슬래그 10~40중량%; 플라이애쉬 8~15중량%; 흡수방지제 0.1~1중량%; 골재; 물;을 포함하는 교면 포장용 콘크리트 조성물을 제시한다.

상기 골재는 잔골재 280~400중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 골재는 굵은골재 250~350중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 물은 50~70중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

상기 콘크리트 조성물은 분산제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분산제는 0.5~2.0중량%가 포함된 것이 바람직하다.

상기 콘크리트 조성물은 공기 연행제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 공기 연행제는 0.0001~0.0004 중량%가 포함된 것이 바람직하다.

상기 고미분말슬래그의 분말도는 8,000~10,000 cm²/g인 것이 바람직하다.

상기 흡수방지제는 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염인 것이 바람직 하다.

상기 콘크리트 조성물은 나일론계 섬유보강재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 나일론계 섬유보강재는 0.02~0.05중량%가 포함된 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 교면을 청소하는 단계; 상기 청소된 교면에 함침용 모르타르 조성물을 타설하는 단계; 상기 함침용 모르타르 조성물이 타설된 표면에 상기 교면 포장용 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;를 포함하는 교면 포장 공법을 제시한다.

상기 함침용 모르타르 조성물은 시멘트 100중량%; 칼슘알루미노설페이트 14~22중량%; 무수석고 10~16중량%; 합성고무라텍스 55~70중량%; 모래:를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 모래는 120~170중량%가 포함된 것이 바람직하다.

상기 모래는 최대 입경이 3mm이하인 실리카질인 것이 바람직하다.

상기 함침용 모르타르 조성물은 응결지연제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 응결지연제는 0.01~0.03중량%가 포함된 것이 바람직하다.

상기 함침용 모르타르 조성물은 분산제를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분산제는 1.0~1.5중량%가 포함된 것이 바람직하다.

본 발명은 종래의 교면포장 공법에서 나타나고 있는 재료의 품질, 시공성, 현장에서의 용이한 적용성, 경제성 등의 문제를 모두 해소할 수 있도록 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장 공법을 제시한다.

특히, 본 발명은 종래의 교면포장과는 달리 초미립분의 고로슬래그 입자의 차염성능으로 인하여 염화칼슘과 같은 융빙제에 대한 저항성이 증진되고, 같이 사용된 플라이애쉬 혼합재에 의해 수밀성과 표면마감성이 향상되며, 친수성의 나일론계 섬유에 의해 균열이 억제되고, 지방산 금속염 성분에 의해 포장면 전체가 물의 침투에 대한 저항성을 가짐으로써 우수한 내염성, 균열저감성, 방수성, 표면마감성 등을 확보할 수 있도록 한다.

또한 교면포장 시공공정에서 콘크리트 포장 전에 별도의 함침용 폴리머계 모르타르를 바탕면에 살포하고 교면포장을 형성하는 경우, 바탕면을 보강하고, 포장면과 바탕 콘크리트와의 부착성을 높여 일체화를 시킬 수 있는 특장점이 있다.

나아가 별도의 전용 장비나 시공장비 없이 기존의 설비를 이용하므로, 사용성이 우수하고, 경제성도 높다는 효과를 추가로 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 교면 포장용 콘크리트 조성물은 기본적으로, 시멘트 100중량%; 고미분말슬래그 10~40중량%; 플라이애쉬 8~15중량%; 흡수방지제 0.1~1중량%; 골재; 물;을 포함하여 구성된다.

여기서 시멘트는 보통 포틀랜트 시멘트, 중용열 포틀랜트 시멘트, 조강 포틀랜트 시멘트 등 어느 시멘트를 사용해도 고성능 콘크리트의 제조가 가능하다.

본 발명에 사용된 활성이 우수한 고미분말의 슬래그계 광물질은 Glass Phase(유리질상)의 슬래그계 광물질에 함유된 Ca^{2 +}, Mg^{2 +}, AlO₄ ^{4 -}, SiO₄ ^{4 -} 이온들의 용출과 시멘트 수화물과의 반응을 통한 칼슘실리케이트(CSH_n), 칼슘알루미네이트(CAH_n)생성을 통해 수화반응을 촉진시키고, 내부에 침투한 염분이온의 흡착 및 침투차단을 도와주는 작용을 한다.

또한 슬래그에 풍부하게 함유된 알루미늄성분은 다음과 같이 Cl- 이온을 흡착하여 염소이온의 침투를 차단한다.

2Al(OH)₃ + 3 Ca(OH)₂ ------→ 3CaO·Al₂O₃·6H₂O (C₃AH₆)

CaCl₂·6H₂O(가용성 염분) + C₃AH₆ ------→ C₃A·CaCl₂·12H₂O(프리델씨염)

사용되는 슬래그는 KS F 2563에서 분말도에 따라 1종, 2종, 3종으로 구분되는데, 본 발명에 사용되는 슬래그의 분말도는 6,000 cm²/g 이상이어야 하며, 8,000~10,000 cm²/g (1종) 정도가 가장 바람직하다.

슬래그 분말도가 8,000 cm²/g 이상이 되면 평균입경이 5~7㎛인 미립분이 된다.

이는 보통포틀랜트 시멘트의 평균입경(21~23㎛), 플라이애쉬 평균입경(18~20㎛) 등과 비교할 때 약 1/4 정도로 작은 값이므로, 시멘트, 슬래그, 플라이애쉬 등 의 혼합계에서 이러한 미분말 슬래그를 첨가하는 경우, 분체의 연속적인 입도 구배를 얻을 수 있어 전체분말의 충전성능이 좋아지고, 이는 콘크리트의 작업성(물-시멘트비 저감) 및 휨-인성 등의 강도특성을 향상시키는 효과를 나타내게 된다.

특히 분말도 8,000 cm²/g 수준의 고미분말의 슬래그는 비표면적이 높아 물과 접촉면이 넓으므로, 소량을 첨가해도 높은 수화활성도를 나타내고, 염화물 이온의 흡착효과가 상승하므로 내염성이 증진된다.

고미분말 슬래그의 사용량은 시멘트 100중량%에 대하여 10~40중량% 정도가 바람직하다.

슬래그분말의 사용량이 10 중량% 이하가 되면 강도발현과 내염성 증진에 있어서 큰 효과가 없고, 40 중량% 이상이 되면 분말도가 높은 슬래그 특성상 분체의 입도구배가 불량해져 콘크리트 배합시 단위 수량이 증가하며, 미립분말의 다량 혼합사용으로 인하여 콘크리트의 건조수축량을 증가시키고 초기 소성수축 균열을 발생시킬 우려가 있기 때문이다.

물성 측면에서도 내염성은 증진되지만, 압축 및 휨강도와 부착성 등에서 효과가 없는 것으로 나타난다.

본 발명에 의한 콘크리트 조성물은 화력발전소의 부산물인 플라이애쉬(Fly Ash)를 같이 혼합하여 사용한다.

석탄발전소에서 석탄을 미분기로 분쇄(200Mesh 이하)하여 뜨거운 공기와 함께 고속으로 로내로 주입하면, 석탄에 함유된 대부분 광물질의 용융점 이상인 1,500±200℃ 온도 범위에서 부유상태로서 순간적으로 연소하게 된다.

이때 연소하고 난 후 남는 물질을 석탄회(Ash)라고 하며, 무연탄의 경우는 26~50%, 역청탄은 8~15% 정도가 발생하고, 연소 후 모이는 장소에 따라 Bottom Ash, Fly Ash 등으로 구분한다.

여기서 플라이애쉬(Fly Ash)는 전기집진기에 의해서 집진기 하부에서 포집된 것으로 발생회의 75~80% 정도가 된다.

플라이애쉬의 모양은 거의 대부분이 구형인데, 이러한 점이 다른 포졸란에서는 발견할 수 없는 특징으로서, 워커빌리티를 개선하는 가장 큰 요인이 된다.

플라이애쉬를 적정량 사용하면, 블리딩 감소, 슬럼프 손실(slump-loss) 저감, 장기강도 향상, 수화열 억제, 건조수축 저감, 투수성 저감(수밀성 향상) 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 콘크리트 조성물에 이와 같은 플라이애쉬가 적용되는 경우, 고미분말 슬래그 사용으로 인해 나타날 수 있는 콘크리트의 점성증대를 완화시켜 주고, 표면 마감성(finishability)을 좋게 한다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 포틀랜트시멘트 100중량%에 대해 플라이애쉬 8~15중량%를 사용하게 되는데, 상기 사용량보다 작으면 첨가효과가 너무 작다는 문제가 있다.

반대로 사용량이 많은 경우, 휨 강도저하가 우려되고, 공기량 감소를 해소하기 위하여 AE제 사용량 증진 등에 의해 강제로 공기를 연행시켜야 하는데, 이는 연행공기포가 커지게 된다는 점, 분체량이 많아져 마감성이 저하한다는 점 등의 문제가 있다.

본 발명에 의한 콘크리트 조성물은 포설된 교면포장체의 방수화를 위해 흡수방지제를 포함한다.

일반적으로 콘크리트 경화체를 이용한 방수의 원리는 크게 두가지로 대별될 수 있다.

첫째는 화학적인 원리로서, 시멘트의 초기 수화반응을 활성화하여 경화체 공극을 충전하는 방법인데, 주로 염화칼슘계, 규산소다계, 규산 알루미나계 등의 물질이 사용된다.

그러나 이는 후기 재령에서의 강도저하, 철근의 부식, 알칼리-골재 반응에 의한 균열, 백화현상에 등의 문제가 예상되므로 바람직한 방법은 아니다.

그 밖에 수산화칼슘을 안정한 수화물인 칼슘 실리케이트 수화물로 전이시키는 방법, 시멘트 경화체에 발수성, 불투수성의 층을 형성시켜 수분의 흡수, 침투를 방지하는 방법 등이 있다.

둘째는 물리적인 방법으로 콘크리트의 수밀성을 높이기 위해 작업에 필요한 배합물량을 최소화함으로써 여분의 물에 의해 야기되는 조직의 다공화와 건조수축의 증가를 억제하는 방법, 미립물질로 공극을 충전시켜 치밀화하는 방법 등이 있다.

따라서 콘크리트 경화체의 방수를 위한 가장 바람직한 방법은, 상기에서 열거된 화학적, 물리적 접근 방법을 모두 사용하는 것이라 할 수 있다.

본 발명에 의한 조성물은 화학적인 접근방법으로, 발수성과 투수에 대한 저항성을 높이기 위한 고급 지방산계 금속염을 첨가하였다.

고급 지방산계 금속염은 콘크리트 경화체와 물의 접촉각을 높여 모세관 공극으로의 물의 침투(흡수성)를 방지하는데 효과적인 역할을 한다.

고급 지방산계 금속염은 알루미늄, 아연, 칼슘 등의 금속이온이 결합된 스테아린산계와 오레인산계가 대표적인데, 본 발명에 의한 조성물의 경우 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염을 적용하는 것이 시멘트와 친화성이 우수하다는 점에서 가장 바람직하다.

물리적인 경화조직의 수밀성 향상은 본 발명에 의한 조성물에 포함되는 미분말슬래그, 플라이애쉬, 분산제 등을 통해 이루어진다.

흡수방지제인 스테아린산 칼슘염은 시멘트 100 중량%에 대해 0.1~1 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

스테아린산 칼슘염의 첨가량이 0.1중량% 이하인 경우 첨가에 따른 방수효과가 너무 적으며, 1.0중량% 이상 첨가되는 경우 방수성은 양호해지지만 물과의 혼합이 어려워 작업성이 저하되고, 시멘트의 정상적인 수화를 방해해 강도가 떨어지며 과도한 발수상태로 인해 골재와의 밀착성도 떨어진다는 문제가 있기 때문이다.

본 발명에 의한 조성물은 콘크리트의 작업성 및 동결융해 저항성 향상, 물-시멘트비 저감을 통한 수밀성 향상 등을 위해 분산제, 공기연행제를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

분산제로는 나프탈린설폰산 고축합물, 멜라닌설폰산 포름알데히드 고축합물, 포리카르본산중합체등이 사용될 수 있다.

공기연행제로는 음이온계나 양이온계 계면활성제가 모두 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 조성물은 콘크리트의 균열저감을 목적으로 나일론계 섬유를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

콘크리트 보강재로 사용되는 합성섬유로는, 폴리프로필렌계(PP), 폴리비닐알콜계(PVA), 천연 셀룰로스계, 강섬유(Steel-fiber)등을 들 수 있으며, 최근에는 나일론계도 사용되고 있다.

사용되는 섬유보강재들을 각각의 관점에서 본다면 섬유의 본질적인 특성상 일반적으로 콘크리트 보강재에 적합하다고 할 수는 없으므로, 콘크리트 보강재로써 사용되기 위해서는 여러 가지 특성에 맞게 제조되어야만 한다.

이러한 특성으로는 콘크리트의 성능을 향상시켜주는 "연신비율에 따른 섬유의 인장강도", "하중에 의한 섬유의 변형력", "콘크리트의 마감 특성"이 매우 중요하다고 할 수 있다.

섬유보강재의 적용에 의한 효과는 크게 두 가지 유형을 들 수 있는데, 초기의 소성수축균열 방지와 경화콘크리트의 2차 보강이 그것이다.

소성수축균열 방지 측면의 경우 섬유보강재는 콘크리트 타설 후 8시간 이내에 성능을 발휘하며, 2차 건조수축 및 온도 수축균열 저감 측면의 경우 섬유보강재는 콘크리트가 경화할 때 그 성능을 발휘한다.

즉 와이어메쉬의 성능이 포함되는 것인데, 통상적으로 와이어매쉬의 성능은 콘크리트의 단면부에 설치될 때 효과를 얻을 수 있지만, 실제에 있어서는 하단부에 설치될 수밖에 없기 때문에 그 효과를 볼 수가 없는 것이다.

본 발명에 사용되는 나일론계 섬유보강재는 섬유자체의 우수한 내화학성과 내마모성 외에도 특히 높은 인장력을 가지므로 인장력 보강에 효과적이다.

또한 콘크리트 슬래브와 같이 마감성이 요구되는 부위는 섬유보강재가 콘크리트와 일체가 되어 부착되어야 하는데, 이러한 성능은 섬유보강재의 친수성과 직접적인 상관이 있다.

본 발명에서 사용된 나일론계 섬유보강재는 친수성 물질이다.

이는 일반적으로 4~5 %의 수분을 흡수하게 되는데, 흡수된 물은 불연속적인 섬유 내에 있는 공극을 채우게 되며, 수분이 섬유 안에 영구적으로 있는 것이 아니라 자유롭게 이동 가능하다는 특징이 있다.

따라서 나일론계 섬유는 콘크리트 내부에서 물의 저장고 역할을 하므로, 초기 콘크리트 건조 단계에서 수분은 나일론계 섬유 내에 포집된 상태로 존재하다가, 포집된 수분 함량이 나일론계 섬유 주위의 모르타르의 수분 함량보다 높아지면, 포집되었던 수분이 그 주위의 모르타르 쪽으로 방출된다.

이러한 수분의 이동작용은 섬유와 접촉하고 있는 콘크리트를 강화시키게 되며, 소수성인 Polypropylene 섬유 등에 비하여 매우 효과적이다.

이러한 나일론계 섬유의 반응은 콘크리트 표면의 표면강도 증가, 내마모성 증가, 수축저감 및 섬유와 콘크리트 사이의 결합력 증가와 같이 기계적 물성들의 향상을 도모하게 된다.

본 발명에서 나일론계 섬유보강재는 시멘트와 혼합재, 골재, 흡수방지제,분산제, 공기연행제 등이 다 포함된 전체 조성물 100중량%에 대하여 0.02~0.05중량%가 포함되는 것이 적정하다.

섬유보강재가 0.02 중량% 이하로 첨가하게 되면 섬유보강재에 의한 효과가 작으며, 0.05 중량% 이상을 첨가하면 과량의 섬유로 인해 뭉침현상(Snow-ball)이 일어나 작업성이 저하되어 배합시 단위 사용수량이 증가하게 된다. 또한 첨가량 증가에 따른 기계적인 물성의 향상도 나타나지 않는다.

이와 같은 본 발명에 의한 콘크리트 조성물은 교면의 콘크리트 구체바닥에 직접 포설될 수도 있으나, 그 포설 전 콘크리트 하지 바탕의 보강과 상기 조성물과의 부착성 향상을 위해 후술하는 함침용 모르타르를 먼저 포설한 후, 그 위에 포설되는 것이 더욱 바람직하다.

함침용 모르타르는 합성고분자 라텍스와 수축저감이 없는 팽창성의 시멘트 조성성분을 혼합한 슬러리로서, 바탕면에 도포되면 바탕표면 자체 및 미세결함부위에 대한 보수,보강 효과와 연이어서 포설되는 상기 콘크리트 조성물과 바탕 콘크리트와의 부착력을 증가시키는 작용을 한다.

본 발명에 의한 함침용 모르타르에 사용되는 시멘트는 보통포틀랜트 시멘트, 중용열 포틀랜트시멘트, 조강 포틀랜트시멘트 등 어느 시멘트를 사용해도 무방하다.

본 발명에 의한 함침용 모르타르는 포틀랜트 시멘트 100중량%에 대해 칼슘알루미노설페이트를 14~22중량% 첨가한다.

사용된 칼슘알루미노설페이트는 광물조성이 4CaO·3Al₂O₃·CaSO₄(이하 C₄A₃S라 함)로서, 조성물 중의 무수석고와 시멘트의 수화물인 수산화칼슘[Ca(OH)₂]과 반응하 여 팽창성의 에트린자이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)를 생성시키며, 무수석고는 지속적인 황산염의 공급으로 결정크기가 작은 모노설페이트(3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O)로 전이되는 것을 방지함으로써 수축을 방지하게 된다.

이러한 C₄A₃S는 포틀랜트 시멘트 100 중량%에 대해 14 내지 22 중량%를 사용하는 것이 과도한 팽창 방지와 경화체의 강성증진, 수축이 없는 안정적인 경화조직을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.

본 발명에 의한 함침용 모르타르는 수축방지와 강성증진을 위해 천연무수석고를 포틀랜트 시멘트 100중량%에 대해 10~16중량%를 사용한다.

이와 같은 조성비의 석고를 사용할 경우, 슬러리의 급격한 작업성 저하 없이 소요 물성을 안정적으로 얻을 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 의한 함침용 모르타르는 합성고무라텍스(SBR Latex)를 포함하는데, 이는 콘크리트 바닥면과 상기 콘크리트 조성물간의 부착성을 증진시키고, 바닥면과 포장층 양계면 사이에서 고탄성의 폴리머 시멘트 모르타르(PCM-Layer) 층을 형성함으로써 하지의 거동이나 균열에 따른 상부 포장층의 반사균열을 방지하며, 기타 변형추종을 방지한다는 효과를 얻도록 한다.

합성고무 라텍스는 시멘트 혼화용의 Carboxylated Styrene-Butadiene Copolymer로서 비중 1.02, pH 9.3~9.8, brookfield 점도 300cps 이하로서 필름 형성 최소온도(Tg)가 -25~-3℃ 정도인 것이 적당하다.

합성고무라텍스는 함침용 모르타르의 부착성을 증대시킴은 물론, 양 계면사 이에 고탄성의 포리머 모르타르(PCM-Layer)층을 형성함으로써, 상부포장층이나 하부 바닥층에서 전달되는 충격이나 변형을 완충하는 작용을 하며, 불투수층인 PCM층을 형성하여 방수효과와 염분침투 저항성의 향상도 부수적으로 기대할 수 있도록 한다.

함침용 모르타르에 사용되는 합성고무 라텍스는 포틀랜트 시멘트 100중량%에 대하여 55~70중량% 포함되는 것이 바람직하다.

함침용 모르타르의 도포 후 포장작업시까지의 함침용 모르타르의 경화지연과 작업시간 확보를 위해 응결지연제를 소량 사용하는 것이 바람직하다.

응결지연제로는 구연산, 글루콘산, 붕산 또는 이들의 금속염과 각종 당류 등이 사용될 수 있다.

응결지연제의 첨가는 하절기에 유동성 증진과 가사시간 확보에 효과를 발휘하게 된다.

응결지연제의 사용량은 포틀랜트 시멘트 100중량%에 대해 0.01~0.03중량%를 사용하는 것이 적정하다.

이외에 함침용 모르타르의 유동성과 작업성을 좋게 하기 위해 분산제를 시멘트 100중량%에 대해 1.0~1.5중량% 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 의한 콘크리트 조성물 및 함침용 모르타르 조성물을 이용한 교면포장의 시공방법은 다음과 같다.

먼저 포장두께, 평탄성을 맞추기 위해 측량기로 각 측점치를 맞추고, 콘크리트 바닥판의 레이턴스나 먼지, 이물질 등을 워터제트에 의한 고압수로 제거, 청소 한다.

고압수에 의한 청소 후 잔여물을 진공청소기로 빨아 제거하고, 반사균열 방지를 위해 기존 콘크리트 바닥판의 균열부를 조사하고 균열이 있을 경우 이를 보수한다.

포장층과의 부착성을 높이고 초기 소성수축을 방지하기 위해 바닥판의 콘크리트에 살수를 하여 물의 포화건조상태로 만든다.

포장용 페이버 및 레일을 설치하고, 레벨(Level)을 확인한다.

상술한 함침용 모르타르를 시공하는 경우에는, 콘크리트의 타설에 앞서, 함침용 모르타르를 믹서에 의해 제조하고, 이를 모르타르 펌핑기 또는 인력을 통해 바닥면에 도포하고 스크리딩(Screeding)한다(블루밍).

상술한 교면 포장용 고성능 콘크리트를 레미콘 뱃쳐 플랜트에서 생산하고, 포설한다.

미끄럼방지를 위해 포장콘크리트 표면에 물기가 사라지고 경화되기 전에 빗살 깊이 약 3mm, 빗살간격 25~30mm, 빗살 폭 3mm로 조면을 마무리한다(타이닝(Tining)).

피막양생제를 살포하여 증발건조를 방지하고, 양생제 도포 후 비닐시트와 습윤 양생포를 덮어 소정기간 동안 양생한다.

이와 같이 교면 포장 공정 중에 별도의 함침용 폴리머 모르타르를 콘크리트의 포장 전에 살포하는 경우, 전체적인 교면 포장층의 품질을 크게 향상시킨다는 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명하면 다음과 같다.

(비교예 1-2의 슬래그분말은 분말도가 4,300 cm²/g 수준으로 낮은 것을 사용하였다.)

본 발명의 실시예 1은 포틀랜트 시멘트 280kg(100중량%)에 대해 고미분말슬래그 80kg(28중량%), 플라이애쉬 25kg(9중량%), 모래 950kg(339중량%), 굵은골재 819kg(292중량%), 흡수방지제 0.84kg(0.3중량%), 분산제 3.1kg(1.1중량%), 공기 연행제 0.056kg(0.0002중량%), 물 154kg(55중량%)와 나일론계 섬유파이버 0.6kg(전체 콘크리트 조성물의 0.026중량%)를 혼합한 콘크리트 조성물에 관한 것이다.

비교예 1-1은 본 발명에 의한 콘크리트 조성물 중 고미분말슬래그와 플라이애쉬를 사용하지 않고 시멘트만을 사용하였을 때의 품질특성 비교를 위한 것으로서, 위 실시예 1과 동일한 배합에서 슬래그분말과 플라이애쉬를 전부 포틀랜트 시멘트로 대체하여 콘크리트 조성물을 제조한 것이다.

비교예 1-2는 슬래그분말의 분말도에 따른 물성비교를 위한 것으로서, 실시예 1의 배합과 배합비는 동일하고, 단지 슬래그분말만을 분말도가 낮은 것으로 대체한 것이다.

이때 사용된 슬래그분말의 분말도는 4,300 cm²/g 수준이다.

비교예 1-3은 나일론계 섬유파이버의 사용 여부에 따른 물성비교를 위한 것으로서, 실시예 1과 동일한 배합조건에서 섬유보강재만을 제외한 것이다.

비교예 1-4에서는 흡수방지제 사용 여부에 따른 물성비교를 위한 것으로서, 실시예 1과 동일한 배합에서 흡수방지제만을 제외한 것이다.

이와 같은 배합비로 제조된 콘크리트에 대한 물성평가를 위하여, 압축강도는 한국공업규격 KS F 2405에 의거하여 시험을 하였고, 휨강도는 KS F 2408, 할렬인장강도는 KS F 2423, 염소이온침투저항성은 KS F 2711에 각각 의거하여 시험을 수행하였다.

아울러 콘크리트의 최초 균열개시 시기와 균열폭은 균열촉진시험 방법인 ASTM A 501의 O-RING 시험방법을 통해 평가하였고, 콘크리트의 방수성능은 KS F 4926에 따라 수행하였다.

표 2는 위 실시예 및 비교예의 배합에 의해 제조된 콘크리트의 물성시험결과를 나타낸 것이다.

시험결과 본 발명에 의해 제조된 콘크리트 조성물이 압축강도, 휨강도, 인장강도의 모든 측면에서 기계적인 물성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

염분에 대한 침투저항성(염소이온 투수성)은 일반적으로 그 값이 4,000 coulombs 이상이면 염소이온 투수가 매우 높아 불량한 것으로, 4,000에서 2,000 coulombs 범위이면 보통수준으로, 2,000에서 1,000 coulombs 범위이면 낮은 수준으로, 1,000에서 100 coulombs 범위이면 매우 낮은 수준으로, 100 coulombs 이하이면 투수가 되지 않는 조건으로 평가한다.

본 발명에 의한 콘크리트 조성물은 염분에 대한 침투저항성이 670 coulombs로서 매우 양호한 수준인 것으로 나타났다.

또한 균열발생의 개시시기가 늦고, 발생하는 균열폭도 0.1mm 이하로 미세하므로, 균열에 대한 저항성도 우수한 것으로 평가되었다.

흡수방지제의 첨가로 인하여 무첨가 조건에 비해 물의 흡수와 투수량이 1/3 수준으로 감소하므로, 방수성도 우수한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 방수성이 우수한 경우, 물을 매개체로 하여 투과되는 염소이온의 침투 억제에도 효과적이므로, 염소이온 침투저항성을 함께 증가시킨다는 효과를 추가로 얻을 수 있다.

이에 비해, 포틀랜트 시멘트만으로 제조된 경우(비교예 1-1) 균열저항성과 내염성 측면이 특히 불량한 것으로 나타났고, 슬래그분말의 입도가 낮은 경우에는(비교예 1-2) 전반적인 물리적 특성과 내염성 등이 조금씩 요구되는 물성에 미달하는 것으로 나타났다.

비교예 1-3, 1-4와 같이 섬유보강재와 흡수방지제를 사용하지 않은 경우, 휨-인장강도 특성, 방수성 등이 불량하고, 균열의 조기발생문제도 있는 것으로 지적되었다.

표 3은 본 발명에 의한 콘크리트 조성물의 또 다른 실시예를 비교예 2-1,2-2와 비교하기 위한 배합표이다.

상기 표 3과 같은 배합비로 제조된 콘크리트에 대한 물성평가를 위하여, 압축강도는 한국공업규격 KS F 2405에 의거하여 시험하였고, 휨강도는 KS F 2408, 부착강도는 KS F 4715, 염소이온침투저항성은 KS F 2711에 각각 의거하여 시험을 수행하였다.

콘크리트의 최초 균열개시 시기와 균열폭은 균열촉진시험 방법인 ASTM A 501의 O-RING 시험방법을 통해 평가하였고, 콘크리트의 방수성능은 KS F 4926에 따라 시험을 수행하였다.

표 4는 물성시험결과를 나타낸 것이다.

시험결과, 본 발명에 의한 콘크리트 조성물의 경우, 강도는 중간수준으로 적정하고, 부착성, 균열저항성과 방수성, 염소이온 침투저항성 등의 측면에서는 월등히 우수한 것으로 나타났다.

슬래그분말, 플라이 애쉬 대신 실리카퓸을 사용하는 비교예 2-1의 경우에는, 강도가 매우 높아 기계적인 물성 측면에서는 우수하지만, 균열이 조기에 많이 발생할 위험이 있고, 방수성이 없다는 단점이 있다.

또한 슬래그분말, 플라이 애쉬 대신 고가의 합성고무라텍스를 사용하는 비교예 2-2의 경우(LMC)에 비해서도, 부착성과 염분침투저항성이 우수한 것으로 나타났으므로, 경제적이면서도 고품질의 교면 포장을 얻을 수 있다는 효과를 확인할 수 있었다.

표 5는 본 발명에 의한 교면 함침용 모르타르 조성물의 실시예 및 비교예들의 배합을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예 3은, 포틀랜트 시멘트 100중량%에 대해 칼슘알루미노설페이트 18.1중량%, 무수석고 14.5중량%, 응결지연제 0.25중량%, 분산제 1.1중량%, 최대 입경이 3mm이하인 실리카질 모래 166중량%, 합성고무라텍스 61중량%를 혼합한 모르타르 조성물에 관한 것이다.

비교예 3-1,3-2는 본 발명의 실시예 3과 동일한 배합조건에서 칼슘알루미노설페이트와 무수석고 함량이 적은 경우와 많은 경우를 비교하기 위한 것이다.

이때 전체 결합재량(시멘트+칼슘설포알루미네이트+무수석고)은 동일하도록 설정하였다.

비교예 3-3은 합성고무라텍스를 사용하지 않았을 때의 부착강도와 다른 기계적인 물성변화를 보기 위한 것으로서, 실시예 3과 동일한 배합에서 라텍스만을 빼고 그 부족분을 물로 대체한 것이다.

이러한 배합에 의한 모르타르 조성물에 대한 물성평가를 위하여, 부착강도는 한국공업규격 KS F 4715, 압축강도는 KS F 2405, 응결시간은 KS L 5207, 팽창높이는 KS F 4044, 함침용 모르타르의 방수성능은 KS F 4926에 각각 의거하여 시험을 수행하였다.

표 6은 이러한 물성시험결과를 나타낸 것이다.

시험결과, 본 발명에 의해 제조된 함침용 모르타르 조성물의 경우, 부착강도가 높고, 방수성(물 투수저항성)도 합성고무 라텍스에 의해 치밀화 됨으로써 1/3 수준으로 감소하는 것으로 나타났다.

또한 모르타르의 수축이 없으므로 치수도 안정하다는 특장점이 있다.

이에 비해, 본 발명과 배합이 상이한 비교예들의 경우 과도한 팽창 또는 수축으로 건조수축 균열이나 경화체의 팽창 파괴(비교예 1,2)가 일어나며, 라텍스가 없을 경우 부착성의 현저한 저하(비교예 3)가 발생하는 것으로 나타났다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (20)

1. 시멘트 100중량%;

   고미분말슬래그 10~40중량%;

   플라이애쉬 8~15중량%;

   흡수방지제 0.1~1중량%;

   골재;

   물;을 포함하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 골재는 잔골재 280~400중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
3. 제2항에 있어서,

   상기 골재는 굵은골재 250~350중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
4. 제1항에 있어서,

   상기 물은 50~70중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
5. 제1항에 있어서,

   분산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
6. 제5항에 있어서,

   상기 분산제는 0.5~2.0중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
7. 제1항에 있어서,

   공기 연행제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
8. 제7항에 있어서,

   상기 공기 연행제는 0.0001~0.0004 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
9. 제1항에 있어서,

   상기 고미분말슬래그의 분말도는 8,000~10,000 cm²/g인 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
10. 제1항에 있어서,

    상기 흡수방지제는 칼슘 금속염이 포함된 스테아린산 칼슘염인 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
11. 제1항에 있어서,

    나일론계 섬유보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장용 콘크리트 조성물.
12. 제11항에 있어서,

    상기 나일론계 섬유보강재는 0.02~0.05중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면포장용 고성능 콘크리트 조성물.
13. 교면을 청소하는 단계;

    상기 청소된 교면에 함침용 모르타르 조성물을 타설하는 단계;

    상기 함침용 모르타르 조성물이 타설된 표면에 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 교면 포장용 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;를

    포함하는 교면 포장 공법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 함침용 모르타르 조성물은

    시멘트 100중량%;

    칼슘알루미노설페이트 14~22중량%;

    무수석고 10~16중량%;

    합성고무라텍스 55~70중량%;

    모래:를

    포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 모래는 120~170중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 모래는 최대 입경이 3mm이하인 실리카질인 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 함침용 모르타르 조성물은 응결지연제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 응결지연제는 0.01~0.03중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
19. 제14항에 있어서,

    상기 함침용 모르타르 조성물은 분산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 분산제는 1.0~1.5중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 교면 포장 공법.