KR20130023928A - Grouting composition for semi-rigid asphalt concrete using geopolymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반결정성 알루미노실리케이트(semi-crystalline aluminosilicate)를 주성분으로 하는 지오폴리머(geopolymer)에 아크릴 수지를 혼합하여 제조되는 그라우트 주입재에 관한 것으로서, 아스팔트 콘크리트 표면에 도포되어 아스팔트 콘크리트가 신속히 경화되면서 높은 압축강도를 갖도록 하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grout injection material prepared by mixing an acrylic resin with a geopolymer based on semi-crystalline aluminosilicate, which is applied to an asphalt concrete surface to quickly harden asphalt concrete. To have compressive strength.
경제발전에 따른 물동량이 늘어나면서 도로의 차량증가와 더불어 기후변화에 의한 하절기의 이상고온과 동절기의 이상저온 현상이 빈번하게 발생하여 도로는 매우 가혹한 조건하에 놓이게 되었다.As the traffic volume increased due to economic development, the increase of vehicles on the road, the abnormal high temperature during summer and the low temperature during winter caused by climate change frequently occurred, and the road was placed under very severe conditions.
현재 도로포장에 사용되는 재료로는 아스팔트 콘크리트와 시멘트 콘크리트로 대별할 수 있는데, 아스팔트 콘크리트 포장은 시공이 간편하고 주행 쾌적성이 우수한 반면에 공사비와 소성변형에 따른 유지관리비가 비싸고 내구성이 낮은 단점이 있으며, 상대적으로 시멘트 콘크리트 포장은 공사비와 유지관리비가 저렴하고 내구성이 높은 반면에 양생으로 인하여 시공기간이 길고 균열에 따른 보수작업이 까다로우며 주행 쾌적성이 불량하다는 단점이 있다.As the materials used for road pavement, asphalt concrete and cement concrete can be roughly classified.The asphalt concrete pavement is easy to install and has excellent driving comfort, while the maintenance cost is high and the durability is low due to construction cost and plastic deformation. On the other hand, cement concrete pavement has the disadvantages of low construction cost and maintenance cost and high durability while long construction period, difficult repair work due to cracking, and poor driving comfort due to curing.
아스팔트 콘크리트는 기후 환경에 큰 영향을 받으며, 이는 아스팔트 콘크리트의 결합재로 사용되는 아스팔트의 성질이 온도에 따라 큰 차이를 보이기 때문이다.Asphalt concrete is greatly affected by the climatic environment, because the properties of asphalt used as a binder of asphalt concrete show a big difference with temperature.
즉, 아스팔트는 연화점 이상의 온도에서 액체, 상온에서 반고체, 저온에서 고체상태로 변하고, 고체 상태에서는 유리전이 온도(glass transition temperature) 이하에서 취성이 매우 커져 미세한 손상이나 외력에 의해 파괴되기 쉬우며, 고온에서는 점탄성 아스팔트 포장체의 변형회복력이 약화되어 중차량(重車輛)의 과적으로 인한 소성변형(plastic deformation)이 유발되어 심한 바퀴자국을 형성하므로 운전자의 안전이 위협받게 된다.That is, asphalt is changed to liquid, room temperature, semi-solid, and low-temperature solid state at temperatures above softening point, and in the solid state, brittleness becomes very high below glass transition temperature, and is easily broken by micro damage or external force. In the case of viscoelastic asphalt pavement, the deformation recovery power of the viscoelastic asphalt pavement is weakened, causing plastic deformation due to the overload of heavy vehicles, and forming severe wheel marks, which threatens the driver's safety.
따라서 주행 안전과 승차감 유지를 위해 조기에 도로유지보수를 해야 하며, 이에 따른 비용은 공공비용의 증가로 이어져 사회적 비용부담이 가중됨에 따라, 고속국도의 경우 신설도로에 시멘트 콘크리트 포장의 적용이 확대되는 추세이다.Therefore, road maintenance should be carried out early to maintain driving safety and ride comfort. As a result, the public cost increases and the social cost burden increases, so the application of cement concrete pavement on new roads is expanding. It is a trend.
그런데 시멘트 콘크리트 포장은 아스팔트 콘크리트 포장에 비하여 손상 노면의 보수시 콘크리트 혼합물의 양생기간 때문에 교통지체에 의한 사회적 손실이 매우 큰 편이다.However, compared with asphalt concrete pavement, cement concrete pavement tends to have a large social loss due to traffic delay due to curing period of concrete mixture when repairing damaged road surface.
이러한 단점을 보완하기 위해 시멘트 콘크리트 포장의 유지보수시 초속경 폴리머 시멘트를 긴급 보수재로 도입하여 고속도로 및 국도에 많이 적용하고 있으며, 이는 양생기간을 상당히 줄여 주어 어느 정도의 효과를 얻기는 하나 교통량이 많은 시내의 중심도로의 보수에는 여전히 미흡한 것으로 평가받고 있다.In order to compensate for these disadvantages, cemented carbide pavement has been applied to highways and national roads by using superhard polymer cement as an emergency repairing material. It is still regarded as insufficient for the repair of the central road in the city.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방안의 하나로서 아스팔트 바인더를 이용한 여러 가지 개질 아스팔트 콘크리트가 개발되었으며, 개질 아스팔트 콘크리트란 기존의 아스팔트 콘크리트의 단점을 개선할 목적으로 일반 아스팔트 콘크리트에 일정량의 개질재를 첨가하여 아스팔트 콘크리트의 물성을 개선한 것을 일컫는다.As one of the ways to solve the above problems, various modified asphalt concrete using asphalt binder has been developed. Modified asphalt concrete is added to a certain amount of modifier to general asphalt concrete for the purpose of improving the disadvantages of existing asphalt concrete. This refers to the improvement of the physical properties of asphalt concrete.
상기 개질제로서 고무계, 열가소성 수지계, 열경화성 수지계 등이 사용되고 있으나, 이 또한 교통하중의 급격한 증가와 환경 변화로 인한 기온상승으로 아스팔트 콘크리트 포장의 내구연한 단축문제를 해결하기에는 미흡한 실정이다.Rubber, thermoplastic resins, thermosetting resins, and the like are used as the modifiers, but they are also insufficient to solve the problem of shortening of the asphalt concrete pavement due to a sudden increase in traffic load and temperature rise due to environmental changes.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 다른 방안으로서 반강성 아스팔트 콘크리트(semi-rigid asphalt concrete)가 개발되게 되었으며, 반강성 아스팔트 콘크리트는 공극률이 높은 아스팔트 콘크리트에 묽은 시멘트 풀(emulsified cement paste)을 주입함으로써 아스팔트 콘크리트의 공극을 통하여 시멘트가 침투·경화되어 일체화된 포장공법이다.In order to solve the above problems, semi-rigid asphalt concrete has been developed, and semi-rigid asphalt concrete is prepared by injecting an emulsified cement paste into asphalt concrete with high porosity. Cement penetrates and hardens through the pores of concrete and is an integrated paving method.
반강성 아스팔트 콘크리트는 공극에 투입된 시멘트 풀로 인해 인장강도가 상온에서 아스팔트 콘크리트보다 월등히 높고, 저온 하에서는 아스팔트 모체 바인더의 강성이 증가하면서 채워진 시멘트 풀과 일체화되어 하나의 강성체로 거동하게 된다.Semi-rigid asphalt concrete has a higher tensile strength than asphalt concrete at room temperature due to the cement paste injected into the voids, and under low temperature, the rigidity of the asphalt matrix binder is increased and integrated with the filled cement paste to behave as one rigid body.
그런데 이러한 반강성 아스팔트 콘크리트는 내변형성, 내화성, 반 탄성체의 특징을 가지고 있어 소성변형은 효과적으로 억제할 수 있으나, 경화속도가 느려서 작업 후 도로개방이 늦어지고 이에 따라 교통혼잡이 유발되는 문제가 있다.By the way, such semi-rigid asphalt concrete has the characteristics of deformation resistance, fire resistance, semi-elastic body can effectively suppress plastic deformation, but the curing speed is slow, the opening of the road is slow after work, thereby causing traffic congestion.
이를 방지하기 위하여 급결제(急結劑), 조경제(早硬劑) 등을 첨가할 경우 단시간의 수화열 발생으로 수분이동이 빨라지고 수분이동 경로에 공극이 발생하고, 또한 반강성 아스팔트 콘크리트는 강재 등과 같이 조직이 치밀한 재료보다 내부에 아스팔트나 시멘트 풀이 채워지지 못한 노치(notch) 같은 틈이 많으며, 이러한 틈과 상기 공극에 윤하중(輪荷重)에 의한 반복 휨 응력이 집중되어 그곳으로부터 균열이 발생하여 급속파괴가 일어난다.In order to prevent this, the addition of quickeners, crude oils, etc., results in shorter periods of hydration heat, which leads to faster water movement and voids in the water movement path. Likewise, there are more gaps such as notches in which asphalt or cement paste is not filled inside than dense materials, and cyclic stresses are concentrated in these gaps and the voids, and cracks are generated from them. Destruction occurs.
따라서 상기와 같은 반강성 아스팔트 콘크리트 포장의 문제점을 개선하여 소성변형 뿐만 아니라 균열을 방지함으로써, 유지관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 방안이 요구되고 있다.Therefore, by improving the problems of the semi-rigid asphalt concrete pavement as described above to prevent plastic deformation as well as cracks, a method for reducing the cost of maintenance is required.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반강성 아스팔트 콘크리트 포장의 제반 물성을 향상시켜 도로의 수명을 연장할 수 있는 그라우트 주입재를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a grout injection material that can extend the life of the road by improving the overall physical properties of the semi-rigid asphalt concrete pavement.
또한, 파손된 아스팔트 콘크리트 포장을 신속하게 보수할 수 있는 그라우트 주입재를 제공하는 것이다.In addition, to provide a grout injection material that can quickly repair a broken asphalt concrete pavement.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재에 있어서, 상기 그라우트 주입재는 지오폴리머 30~98 중량%, 아크릴수지 1~30 중량% 및 물 1~50 중량%를 포함하여 제조되는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a semi-rigid asphalt concrete grout injection material, the grout injection material is prepared including 30 to 98% by weight of geopolymer, 1 to 30% by weight of acrylic resin and 1 to 50% by weight of water To provide a semi-rigid asphalt concrete grout injection using geopolymer.
이때, 상기 지오폴리머는 슬래그 미분, 플라이 애쉬, 제지 애쉬, 실라카 흄, 카올린계 광물, 칼슘 실리케이트계 광물, 칼슘 알루미네이트계 광물, 소성 분쇄 점토 및 함유혈암 애쉬로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나에 수산화나트륨, 알루민산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨수화물, 무수황산나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 규산나트륨 용액 및 규산칼륨 용액으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 첨가하여 제조되는 것이 바람직하다.At this time, the geopolymer is at least one selected from the group consisting of slag fine powder, fly ash, paper ash ash, silica fume, kaolin mineral, calcium silicate mineral, calcium aluminate mineral, calcined ground clay and shale ash ash. It is preferably prepared by adding at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, sodium aluminate, sodium carbonate, sodium sulfate hydrate, anhydrous sodium sulfate, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium silicate solution and potassium silicate solution.
또한, 상기 아크릴수지는 아크릴기를 포함하는 중합체와 알킬(메타)크릴레이트를 주성분으로 하고 여기에 가교제, 소포제, 안정제 및 충전제로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 첨가된 것이 바람직하다.In addition, the acrylic resin is preferably a polymer containing an acrylic group and an alkyl (meth) acrylate as a main component, and at least any one selected from the group consisting of a crosslinking agent, an antifoaming agent, a stabilizer and a filler is added thereto.
또한, 상기 반강성 아스팔트 콘크리트의 모재인 아스팔트 콘크리트는 공극률이 10~30 %이고, 개립도 아스팔트 콘크리트인 것이 바람직하다.In addition, the asphalt concrete that is the base material of the semi-rigid asphalt concrete has a porosity of 10 to 30%, and the degree of improvement is preferably asphalt concrete.
또한, 상기 그라우트 주입재는 제조한 후 3시간 이내에 아스팔트 콘크리트 표면에 1~5 ㎏/㎡의 양으로 도포되는 것이 바람직하다.In addition, the grout injection material is preferably applied to the asphalt concrete surface in an amount of 1 ~ 5 kg / ㎡ within 3 hours after the production.
본 발명의 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재는 경화속도가 빨라서 신설도로 시공 후 또는 도로보수작업 후 교통개방이 조기에 이루어질 수 있도록 한다.Semi-rigid asphalt concrete grout injection material using the geopolymer of the present invention has a fast curing speed so that traffic can be opened early after construction of a new road or after road repair work.
또한, 본 발명의 그라우트 주입재를 주입한 아스팔트 콘크리트 도로는 압축강도가 높고 내구성, 마모저항성, 방수성, 내약품성이 우수하여 특히 중차량 및 통행량이 많은 도로의 수명을 연장하고, 마찰력이 높아 미끄럼 방지에 효과적이므로 돌발사태 발생시 급정거가 요구되는 학교주변의 스쿨존이나 사고가 빈번한 횡단보도, 교차로 등의 포장에 적합하다.In addition, the asphalt concrete road injecting the grout injection material of the present invention has a high compressive strength, excellent durability, abrasion resistance, water resistance, and chemical resistance to extend the life of the road, especially heavy vehicles and heavy traffic, and high frictional force to prevent slipping As it is effective, it is suitable for pavement of school zones around schools that require sudden stops in case of accidents, crosswalks or intersections where accidents occur frequently.
또한, 그라우트 주입재 제조과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량이 적어 대기환경오염이 억제되며, 내약품성이 우수하고 다양한 색상의 연출이 용이하여 명색성이 요구되는 도로에 적합하다.In addition, due to the low carbon dioxide emissions generated in the process of manufacturing grout injection material, air pollution is suppressed, and it is suitable for roads requiring excellent color resistance due to excellent chemical resistance and easy production of various colors.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재는 지오폴리머 30~98 중량%, 아크릴수지 1~30 중량% 및 물 1~50 중량%를 포함하여 제조된다.Semi-rigid asphalt concrete grout injection material using the geopolymer according to the present invention is prepared including 30 to 98% by weight of geopolymer, 1 to 30% by weight of acrylic resin and 1 to 50% by weight of water.
상기 지오폴리머는 알루미늄(Al)과 규소(Si)를 주성분으로 하는 반결정성 알루미노실리케이트로서, 우수한 기계적 특성, 열저항성, 화학적 안정성이 우수한 무기소재이다.The geopolymer is a semicrystalline aluminosilicate mainly composed of aluminum (Al) and silicon (Si), and is an inorganic material having excellent mechanical properties, heat resistance, and chemical stability.
지오폴리머가 생성되는 반응 메커니즘은 Si-Al로 이루어진 재료가 알칼리 조건하에서 알루미늄과 규소 원소가 용출되고 이를 반응시키면 축중합반응을 일으키며 그 결과 3차원 중합체 체인과 Si-O-Al-O 결합의 링 구조를 형성하는 기작으로 이루어진다.The reaction mechanism in which the geopolymer is produced is that the aluminum-silicon element elutes and reacts with Si-Al under alkaline conditions, causing a polycondensation reaction, resulting in a ring of three-dimensional polymer chains and Si-O-Al-O bonds. It consists of a mechanism that forms a structure.
이러한 반응 메커니즘은 당해 분야의 여러 참고문헌들을 통해 널리 공지되어 있으므로, 이에 의거하여 지오폴리머를 제조하거나 시중에 유통되는 지오폴리머를 구입하여 사용하는 것도 무방하다.Since such a reaction mechanism is well known through various references in the art, it is also possible to prepare a geopolymer or to use a commercially available geopolymer.
지오폴리머 제조방법의 일례를 소개하면, 슬래그 미분, 플라이 애쉬, 제지 애쉬, 실라카 흄, 카올린계 광물, 칼슘 실리케이트계 광물, 칼슘 알루미네이트계 광물, 소성 분쇄 점토, 함유혈암 애쉬(oil shale ash) 등을 출발물질로 하고 여기에 수산화나트륨(NaOH), 알루민산나트륨(NaAlO2), 탄산나트륨(Na2CO3 ), 황산나트륨수화물(Na2SO4·nH2O), 무수황산나트륨(Na2SO4 ), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 규산나트륨(Na2SiO3) 용액, 규산칼륨(K2SiO3) 용액 등의 알칼리성 용액을 첨가하여 출발원료로부터 축중합반응에 요구되는 이온들을 용출시킨다.Examples of geopolymer production methods include slag fines, fly ash, paper ash, silica fume, kaolin minerals, calcium silicate minerals, calcium aluminate minerals, calcined clay, and oil shale ash. The starting material is sodium hydroxide (NaOH), sodium aluminate (NaAlO 2 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) , sodium sulfate hydrate (Na 2 SO 4 · nH 2 O), anhydrous sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) , Alkaline hydroxides such as potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) solution, potassium silicate (K 2 SiO 3 ) solution, and so on, Elute required ions.
상기 용출된 이온들과 첨가된 알칼리성 용액이 응축 및 중합반응을 통하여 알루미노실리케이트 구조인 (-Si-O-Al-O-) 타입의 poly(sialate), (-Si-O-Al-O-Si-O-) 타입의 poly(sialate-siloxo), (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-) 타입의 poly(sialate-disiloxo)가 생성되는데, 이러한 알루미노실리케이트 겔(gel) 형태의 무기성 지오폴리머를 모래에 첨가하면 지오폴리머 모르타르(mortar)가 되고, 모래와 골재에 첨가하면 지오폴리머 콘크리트가 되며, 내부 공극을 가지는 아스팔트 콘크리트에 주입하면 지오폴리머 그라우트 주입재로서의 역할을 수행하게 된다.The eluted ions and the added alkaline solution are condensed and polymerized to give aluminosilicate structure (-Si-O-Al-O-) type poly (sialate), (-Si-O-Al-O- Si-O-) type poly (sialate-siloxo) and (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-) type poly (sialate-disiloxo) are produced, such as aluminosilicate gels. (gel) form inorganic geopolymer is added to sand to form geopolymer mortar, and when added to sand and aggregate, it becomes geopolymer concrete, and when injected into asphalt concrete with internal voids, it serves as geopolymer grout injection material. Will be performed.
지오폴리머는 규소와 인접한 알루미늄 원소의 개수에 의해서 용도와 특성이 결정되는데, 규소 대비 알루미늄의 비율이 낮을 경우 일반적인 벽돌 제조의 소재에 적용가능하고, 비율이 높아질수록 열에 대한 저항성이 높아지게 되어 내열성 재료로서의 역할이 가능하다.The use and characteristics of geopolymers are determined by the number of aluminum elements adjacent to silicon, and if the ratio of aluminum to silicon is low, it is applicable to general brick materials. The higher the ratio, the higher the resistance to heat. Roles are possible.
상기 아크릴수지는 아크릴기를 포함하는 중합체와 알킬(메타)크릴레이트를 주성분으로 하고 여기에 가교제, 소포제, 안정제, 충전제 등이 첨가된 형태일 수 있으며, 상기 중합체는 단일중합체 또는 공중합체일 수 있고 상기 (메타)크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다.The acrylic resin may be a polymer containing an acryl group and an alkyl (meth) acrylate as a main component, and a crosslinking agent, an antifoaming agent, a stabilizer, a filler, and the like are added thereto, and the polymer may be a homopolymer or a copolymer. (Meth) acrylate means an acrylate or a methacrylate.
아크릴수지는 아스팔트 콘크리트 내에서 수분이 증발하면서 필름 피막을 형성하는데, 이러한 피막이 지오폴리머 입자 사이에 형성되어 접착력과 탄성을 제공하고 표면의 습윤상태를 유지하여 겉마름 현상을 감소시키며 지오폴리머는 아크릴수지가 피막을 형성하도록 돕는 역할을 하여, 지오폴리머와 아크릴수지가 서로 간의 상호작용을 통하여 반강성 아스팔트 콘크리트의 강성과 연성을 동시에 중가시키게 된다.The acrylic resin forms a film coating as the moisture evaporates in the asphalt concrete. The coating is formed between the geopolymer particles to provide adhesion and elasticity, to maintain the wetness of the surface to reduce the dryness. It helps the formation of the film, geopolymer and acrylic resin to interact with each other to simultaneously increase the rigidity and ductility of the semi-rigid asphalt concrete.
상기와 같이 지오폴리머에 아크릴수지를 혼합하여 그라우트 주입재를 제조함으로써 급속경화에 따른 균열발생이 방지되고 동결융해에 대한 저항성이 우수하며, 방수성, 방오성 및 부착성이 높아지고 염분에 대한 침투저항성이 향상되어, 고온 또는 저온의 기후변화나 염화칼슘 등의 제설제 살포에 따른 도로의 제반물성 저하를 최소화할 수 있다.As described above, the acrylic resin is mixed with the geopolymer to prepare a grout injection material, thereby preventing cracks caused by rapid curing, and excellent resistance to freezing and thawing, high waterproofing, antifouling and adhesion properties, and improved penetration resistance to salt. In addition, it is possible to minimize the deterioration of physical properties of roads caused by climate change at high or low temperatures or by spraying snow removers such as calcium chloride.
본 발명의 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재는 신설도로의 아스팔트 콘크리트 포설 후 사용되거나 또는 기존의 아스팔트 콘크리트 도로가 파손되어 보수작업시에 사용될 수 있으며, 지오폴리머, 아크릴수지 및 물을 상기 배합비에 따라 혼합하여 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재를 제조한 다음 도로 표면에 도포한다.Semi-rigid asphalt concrete grout injection material of the present invention can be used after the installation of asphalt concrete on the new road or when the existing asphalt concrete road is damaged and used for maintenance work, by mixing geopolymer, acrylic resin and water according to the above mixing ratio Asphalt concrete grout filler is prepared and applied to the road surface.
그라우트 주입재를 도로 표면에 도포함으로써 시간 경과에 따라 그라우트 주입재가 아스팔트 콘크리트의 내부 공극을 충전하면서 고화되어 도로의 소성변형과 균열을 방지하고 고온 및 저온에서의 압축강도가 향상되며, 안정성이 개선되고 내유동성·내하중성·내유성이 개선된다.By applying the grout injection material to the road surface, the grout injection material solidifies as it fills the interior voids of the asphalt concrete over time, preventing plastic deformation and cracking of the road, improving compressive strength at high and low temperatures, improving stability and Fluidity, load resistance and oil resistance are improved.
또한, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 포장은 흰색에 가깝기 때문에 노면이 밝은 색을 띠어 명색성이 우수하므로 소량의 안료만으로도 착색이 가능하다.In addition, since the semi-rigid asphalt concrete pavement using geopolymer is close to white, the road surface has a bright color and is excellent in color so that coloring with a small amount of pigment is possible.
상기 반강성 아스팔트 콘크리트의 모재(母材)인 아스팔트 콘크리트를 도로에 포설시에는 도로의 소성변형에 대한 저항성을 고려하여 공극률이 10~30 %의 범위 이내인 것이 바람직한데, 공극율이 30 %를 초과하면 공극에 충전되는 그라우트 주입재의 비율이 과도하게 높아져 아스팔트 도로의 장점인 연성이 저하되고 공사비용이 증가하며, 공극율이 10 % 미만이면 원하는 강도를 얻을 수 없다.When laying asphalt concrete, which is the base material of the semi-rigid asphalt concrete, on the road, the porosity is preferably within the range of 10 to 30% in consideration of resistance to plastic deformation of the road, and the porosity exceeds 30%. If the ratio of grout filling material filled in the voids is excessively high, the ductility, which is an advantage of the asphalt road, is reduced, the construction cost is increased, and if the porosity is less than 10%, desired strength cannot be obtained.
지오폴리머를 아크릴수지 및 물과 혼합하면 경화가 즉시 시작되므로 그라우트 주입재를 제조한 즉시 도로표면에 도포하는 것이 바람직하며, 제조 후 3시간 이내에 도포작업을 완료하는 것이 바람직하고 제조 후 1시간 이내에 도포작업을 완료하는 것이 더욱 바람직하다.When the geopolymer is mixed with acrylic resin and water, curing begins immediately, so it is preferable to apply the grout to the surface of the road as soon as the material is prepared. It is more preferable to complete this.
일반적으로 포틀랜드 시멘트는 재령 28 일 경과 후 65 ㎫의 압축강도를 나타내므로, 시멘트 풀을 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트의 경우 도로시공 후 또는 도로 보수작업 후 도로개방시까지 상당한 기간이 소요되어 도로혼잡을 피할 수 없으나, 본 발명의 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재는 경화속도가 매우 빨라서 도포작업 후 3일 이내에 65 ㎫ 이상의 압축강도에 도달되므로 도로 시공기간이 단축되며, 특히 혼잡한 시내도로의 보수작업시 신속한 도로개방이 가능하므로 교통체증을 최소화할 수 있는 장점이 있다.In general, Portland cement has a compressive strength of 65 MPa after 28 days of age, and thus, in the case of semi-rigid asphalt concrete using cement paste, it takes a considerable period of time to open the road after road construction or after road repair work. However, the asphalt concrete grout injection material of the present invention has a very fast curing rate and reaches a compressive strength of 65 MPa or more within 3 days after the coating operation, thereby shortening the road construction period, and in particular, a rapid road opening during maintenance work on a crowded downtown road. It is possible to minimize the traffic jam because it is possible.
또한, 시멘트 풀의 경우 시멘트 풀 주입작업이 완료된 후 일정한 양생기간을 거친 다음, 미끄럼 방지와 표면마모 방지를 위하여 규사를 살포하고 통상의 표면강화제를 도포하여 경화시킨 후 교통을 개방하므로 작업시간이 많이 소요된다.In addition, in the case of cement paste, after the cement paste injection work is completed, it undergoes a certain curing period, and then it is sprayed with silica sand to prevent slippage and surface abrasion, and it is hardened by applying normal surface hardener to open the traffic. It takes
그러나 본 발명에서는 그라우트 주입재를 아스팔트 콘크리트 표면에 도포한 후 고무레이크나 로울러 등을 이용하여 압착하거나 샌드 블러스트하여 표면을 거칠게 처리하는 것으로 미끄럼 저항성을 증가시킬 수 있으며, 또한 본 발명의 지오폴리머를 포함한 그라우트 주입재는 아스팔트 콘크리트의 연성과 시멘트 콘크리트의 강성을 모두 갖추고 있으므로 표면에 도포하는 것으로 표면마모가 방지되므로 일반 시멘트 풀 주입재에 비하여 신속한 도로개방이 가능하다.However, in the present invention, after applying the grout injection material to the asphalt concrete surface, the surface is roughened by compressing or sand blasting using a rubber lake or roller, etc., thereby increasing the sliding resistance, and also including the geopolymer of the present invention. Since grout injection material has both ductility of asphalt concrete and stiffness of cement concrete, surface wear is prevented by applying to the surface, so it is possible to open road faster than general cement paste injection material.
본 발명의 그라우트 주입재는 특히 개립도 아스팔트 콘크리트에 적용하는 것이 바람직한데, 개립도 아스팔트 콘크리트는 미끄럼 저항성이 우수하나 내구성, 내마모성이 낮다는 단점이 있으므로, 연성과 강성을 함께 갖춘 본 발명의 그라우트 주입재를 개립도 아스팔트 콘크리트 표면에 도포하면 미끄럼 저항성에 더하여 내구성, 내마모성이 향상된 아스팔트 콘크리트를 시공할 수 있다.Particularly, the grout injecting material of the present invention is preferably applied to the grained asphalt concrete, but the grained asphalt concrete has excellent sliding resistance but low durability and abrasion resistance. Opening degree When applied to the asphalt concrete surface, it is possible to construct asphalt concrete with improved durability and wear resistance in addition to slip resistance.
상기 그라우트 주입재의 도포량은 도로표면에 1~5 ㎏/㎡의 양으로 도포하는 것이 적당하고, 아스팔트 콘크리트의 골재 입경에 따라 도로 표층의 일정 깊이까지 침투하는 반침투형과 도로 표층 전체에 침투하는 전침투형으로 구분할 수 있으며, 도로의 용도와 도로 설치지역의 기후환경에 따라 선택하여 시공한다.The coating amount of the grout injection material is suitably applied to the surface of the road in an amount of 1 to 5 kg / m 2, and the semi-penetrating type penetrates to a certain depth of the road surface according to the aggregate particle size of asphalt concrete, and the entire surface layer penetrates. It can be classified as a penetration type, and it is selected and constructed according to the purpose of the road and the climatic environment of the road installation area.
또한, 그라우트 주입재를 제조하는 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 지오폴리머 ㎏당 150 g 미만이고 시멘트 ㎏당 통상 950 g 정도의 이산화탄소가 배출되므로, 본 발명의 지오폴리머를 함유하는 그라우트 주입재는 대기환경오염을 줄이는 면에서 바람직하다.
In addition, since the carbon dioxide emissions generated in the process of manufacturing the grout injection material is less than 150 g per kg of geopolymer and about 950 g of carbon dioxide is usually emitted per kg of cement, the grout injection material containing the geopolymer of the present invention is used to prevent air pollution. It is desirable in terms of reduction.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following Examples and Test Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
It is to be understood, however, that the invention is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein, but is capable of modifications and equivalents within the spirit and scope of the invention. Will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
<실시예 1~7><Examples 1-7>
신설도로에 개립도 아스팔트 콘크리트를 포설하였으며, 또한 파손된 도로의 파손된 부위를 걷어내고 개립도 아스팔트 콘크리트를 포설하여 보수작업을 실시하였다.Asphalt concrete was laid on the new road, and the damaged part of the damaged road was removed, and asphalt concrete was laid on the road.
다음은 지오폴리머, 폴리메틸메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 및 물을 하기 표 1의 비율로 혼합하고 소량의 가교제, 소포제, 안정제 및 충전제를 첨가하여 그라우트 주입재를 제조하였으며, 상기 지오폴리머는 시중의 제품을 구입하여 사용하였다.Next, geopolymer, polymethyl methacrylate, methyl methacrylate, and water were mixed in the ratio of Table 1 below, and a small amount of crosslinking agent, antifoaming agent, stabilizer, and filler was added to prepare a grout injection material. The product was purchased and used.
상기 그라우트 주입재를 제조한 즉시 상기 포설된 개립도 아스팔트 콘크리트 표면에 3 ㎏/㎡의 양으로 도포하였다.
Immediately after the grout injection material was prepared, the laid landfill was also applied to the asphalt concrete surface in an amount of 3 kg / m 2.
<시험예> 물성 측정<Test Example> Property Measurement
일반 시멘트 풀을 상기 실시예의 그라우트 주입재 대신에 사용한 것을 대조군으로 하여, 상기 실시예의 그라우트 주입재가 주입된 아스팔트 콘크리트의 시간경과에 따른 압축강도 변화를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.Using the general cement paste instead of the grout injection material of the embodiment as a control, the change in compressive strength over time of the asphalt concrete in which the grout injection material of the embodiment is injected is shown in Table 2 below.
시험은 KS F 2405 방법에 준하여 실시하였으며, 신설도로에서의 측정치와 보수작업 도로에서의 측정치를 평균하여 표기하였으나, 두 측정결과는 유의할 만한 차이를 나타내지 않았다.
The test was carried out according to the KS F 2405 method, and the average of the measured values on the new road and the repair road was expressed as average, but the two results did not show a significant difference.
상기 표 2를 보면, 대조군이 시멘트 풀을 주입하고 28 일 경과시 78 ㎫을 나타낸 반면에, 본 발명의 실시예는 그라우트 주입재를 주입하고 3 일 경과시부터 65 ㎫ 이상의 압축강도가 발현되는 것을 알 수 있다.Looking at Table 2, while the control group was injected with cement paste 28 days after the injection of 78 MPa, the embodiment of the present invention shows that the compressive strength of 65 MPa or more from 3 days after the injection of the grout injection material Can be.
즉, 본 발명의 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재는 경화속도가 빨라서 시공 후 교통개방이 조기에 이루어질 수 있으므로, 공기(工期)가 단축되고 보수작업에 따른 교통혼잡을 최소화할 수 있으며, 또한 압축강도가 높으므로 중차량 및 통행량이 많은 도로에 적용하여 도로파손을 감소시킬 수 있다.That is, since the semi-rigid asphalt concrete grout injection material using the geopolymer of the present invention can be made early after opening because of the fast curing speed, the air is shortened and traffic congestion due to maintenance work can be minimized. In addition, the high compressive strength can be applied to heavy vehicles and heavy traffic roads to reduce road damage.
또한, 경과일수 28 일에 상기 실시예 4 및 대조군의 마모저항성을 ASTM C 944 방법에 준하여 측정하였으며, 마모저항성은 마모에 의해 손실된 도로의 중량으로 평가하는데, 실시예 4가 평균 0.0214 g/㎟이고 대조군이 0.0272 g/㎟를 나타내어, 본 발명의 그라우트 주입재가 마모에 의한 도로의 노후화를 지연시킬 것으로 판단된다.In addition, the wear resistance of the Example 4 and the control group was measured according to ASTM C 944 method on the 28th day of elapsed days, and the wear resistance was evaluated by the weight of the road lost by abrasion, and Example 4 averaged 0.0214 g / mm 2. And the control group showed 0.0272 g / mm 2, and it is determined that the grout injection material of the present invention will delay the aging of the road due to wear.
또한, 경과일수 28 일에 상기 실시예 4 및 대조군의 염소이온 투과저항성을 ASTM C 1202 방법에 준하여 측정하였으며, 염소이온 투과저항성은 염소이온 용액에 도로시편을 침지하여 염소이온 침투에 따른 전하량을 측정하여 방수성, 수밀성, 내약품성 등을 평가하는 것으로서, 실시예 4가 평균 117 coulomb이고 대조군이 1280 coulomb으로 나타났다.In addition, the chlorine ion permeation resistance of Example 4 and the control group was measured in accordance with ASTM C 1202 method on the 28th day of elapsed days. As a result of evaluating the waterproofness, watertightness, chemical resistance, etc., Example 4 is an average of 117 coulomb and the control was 1280 coulomb.
염소이온 투과저항성은 수치가 낮을수록 양호한 것으로 판단되므로, 본 발명의 그라우트 주입재는 시멘트 풀에 비하여 아스팔트 콘크리트의 방수성, 수밀성, 내약품성 등의 물성을 향상시켜 도로의 수명을 연장할 수 있을 것으로 판단된다.Since the chlorine ion permeation resistance is judged to be better as the value is lower, the grout injection material of the present invention is expected to be able to extend the life of the road by improving the physical properties such as waterproofing, watertightness, and chemical resistance of asphalt concrete, compared to cement paste. .
Claims (7)
상기 그라우트 주입재는 지오폴리머 30~98 중량%, 아크릴수지 1~30 중량% 및 물 1~50 중량%를 포함하여 제조되는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.In the semi-rigid asphalt concrete grout injection material,
The grout injection material is a semi-rigid asphalt concrete grout injection material using a geopolymer is prepared, including geopolymer 30 to 98% by weight, acrylic resin 1 to 30% by weight and water 1 to 50% by weight.
상기 지오폴리머는 슬래그 미분, 플라이 애쉬, 제지 애쉬, 실라카 흄, 카올린계 광물, 칼슘 실리케이트계 광물, 칼슘 알루미네이트계 광물, 소성 분쇄 점토 및 함유혈암 애쉬로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나에 수산화나트륨, 알루민산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨수화물, 무수황산나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 규산나트륨 용액 및 규산칼륨 용액으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
The geopolymer is hydroxylated in at least one selected from the group consisting of slag fine powder, fly ash, paper ash ash, silica fume, kaolin mineral, calcium silicate mineral, calcium aluminate mineral, calcined ground clay and shale ash. It is prepared by adding at least one selected from the group consisting of sodium, sodium aluminate, sodium carbonate, sodium sulfate hydrate, anhydrous sodium sulfate, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium silicate solution and potassium silicate solution, using a geopolymer Rigid asphalt concrete grout filler.
상기 아크릴수지는 아크릴기를 포함하는 중합체와 알킬(메타)크릴레이트를 주성분으로 하고 여기에 가교제, 소포제, 안정제 및 충전제로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 첨가된 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
The acrylic resin is a polymer containing an acrylic group and alkyl (meth) acrylate as a main component, at least any one selected from the group consisting of a crosslinking agent, an antifoaming agent, a stabilizer and a filler is added, using a geopolymer Semi-rigid asphalt concrete grout filler.
상기 반강성 아스팔트 콘크리트의 모재인 아스팔트 콘크리트는 공극률이 10~30 %인 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
Asphalt concrete is the base material of the semi-rigid asphalt concrete, characterized in that the porosity is 10 to 30%, semi-rigid asphalt concrete grout injection material using a geopolymer.
상기 그라우트 주입재를 제조한 후 3시간 이내에 아스팔트 콘크리트 표면에 도포하는 작업을 완료하는 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
Semi-rigid asphalt concrete grout injection material using a geopolymer, characterized in that to complete the application to the asphalt concrete surface within 3 hours after the production of the grout injection material.
상기 그라우트 주입재는 아스팔트 콘크리트 표면에 1~5 ㎏/㎡의 양으로 도포되는 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
The grout injection material is semi-rigid asphalt concrete grout injection material using a geopolymer, characterized in that applied to the asphalt concrete surface in an amount of 1 ~ 5 kg / ㎡.
상기 반강성 아스팔트 콘크리트의 모재인 아스팔트 콘크리트는 개립도 아스팔트 콘크리트인 것을 특징으로 하는, 지오폴리머를 이용한 반강성 아스팔트 콘크리트 그라우트 주입재.The method according to claim 1,
Asphalt concrete is a base material of the semi-rigid asphalt concrete, characterized in that the degree of improvement of asphalt concrete, semi-rigid asphalt concrete grout injection material using a geopolymer.
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