KR20190018783A - 유/무기계 상전이 물질이 포함된 초속성 및 초조강 폴리머개질 콘크리트 및 이를 사용한 콘크리트 구조물의 보수방법 - Google Patents

유/무기계 상전이 물질이 포함된 초속성 및 초조강 폴리머개질 콘크리트 및 이를 사용한 콘크리트 구조물의 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유/무기계 상전이물질을 혼합한 초속경 및 초조강 폴리머개질 콘크리트와 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법에 관한 것으로, 초기 수화발열이 빠르고 높은 초속경시멘트 또는 초조강시멘트에 상전이 시 열을 흡수하는 유기계 및 무기계 상전이물질과 실리카퓸을 혼합한 바인더와 배합수, 골재, 폴리머를 포함하는 폴리머개질 콘크리트 조성물에 대한 것이다. 상전이 온도가 65~95℃이며, 잠열량이 35~70cal/g인 유기계 상전이물질 0.1~3.0중량부, 무기계 상전이물질 0.1~5.0중량부, 실리카퓸 3~10중량부, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~95중량부를 포함하는 바인더와 배합수, 골재 및 폴리머가 혼합된 폴리머개질 콘크리트 조성물을 사용함으로써, 초기 수화발열이 빠르고 높은 초속경시멘트 또는 초조강시멘트의 온도균열 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

유/무기계 상전이 물질이 포함된 초속성 및 초조강 폴리머개질 콘크리트 및 이를 사용한 콘크리트 구조물의 보수방법{Ultra-high rapid hardening and ultra-early strong polymer modified concrete containing organic and inorganic phase transition material, and a road reparing method therewith}
본 발명은 유/무기계 상전이물질을 혼합한 초속경 및 초조강 폴리머개질 콘크리트와 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수방법에 관한 것으로, 초기 수화발열이 빠르고 높은 초속경시멘트 또는 초조강시멘트에 상전이 시 열을 흡수하는 유기계 및/또는 무기계 상전이물질과 실리카퓸을 혼합한 바인더 및 배합수, 골재, 폴리머를 포함한 폴리머개질 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
좀 더 상세히 설명하면, 상전이 온도가 65~95℃이며, 잠열량이 35~70cal/g인 유기계 상전이물질 0.1~3.0중량% 및 무기계 상전이물질 0.1~5.0중량%; 실리카퓸 3~10중량%; 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~95중량%;를 포함하는 바인더와 배합수, 골재 및 폴리머가 혼합된 폴리머개질 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 이를 사용하여 초기 수화발열이 빠르고 높은 초속경시멘트 또는 초조강시멘트의 온도균열 발생을 방지하여 콘크리트 구조물을 보수할 수 있는 하는 방법을 포함한다.
콘크리트 구조물 중 바닥판 콘크리트, 콘크리트 포장도로 등의 도로 구조물의 경우에는, 통행차량에 의한 교통하중, 강우, 강설, 온/습도의 변화 등과 같은 환경하중뿐만 아니라 동절기 결빙방지를 위하여 살포되는 제설염 등 외부에 의해 손상이 더욱 가속화되어 내구수명이 저하되고 있다.
이에 따라 가장 널리 적용되고 있는 보수공법은 높은 내구성과 기존 콘크리트와의 부착력이 우수한 초속경 또는 초조강 폴리머개질 콘크리트이다. 이러한 보수공법에 적용되는 초속경시멘트 또는 초조강시멘트는 빠른 강도발현을 위해 초기 수화열이 높고 빠르게 발생하며, 콘크리트 구조물의 보수깊이가 깊어질수록 수화열에 의한 균열이 발생되어 보수효과를 저감시키게 된다.
이에, 본 발명에서는 초속경시멘트 또는 초조강시멘트를 이용한 폴리머개질 콘크리트 균열의 주요 원인 중 하나인 수화열의 문제를 해결하기 위하여, 유기계 및 무기계 상전이물질과 실리카퓸을 혼합하여 수화열을 흡수함으로서 온도균열을 방지할 수 있는 폴리머개질 콘크리트를 제공하고자 한다.
등록특허 제10-1751187호 (2017년 6월 20일 등록공고)
본 발명은 앞서 살펴본 초속경시멘트 및 초조강시멘트의 빠르고 높은 초기 수화열의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상온에서 저장 안정성이 높은 유기계 및 무기계 상전이물질과 실리카퓸을 초속경시멘트 및 초조강시멘트에 혼합함으로써, 수화반응 시 수화열의 일부를 흡수함으로서 온도균열 방지가 가능한 폴리머개질 콘크리트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서는 대기온도 20℃를 기준으로 초속경바인더 및 초조강바인더의 압축강도 21MPa 이상 발현이 가능하도록 초속경시멘트 또는 초조강시멘트, 유기계 및 무기계 상전이물질과 실리카퓸의 혼합비율 특성을 제시하였으며, 이러한 폴리머개질 콘크리트 조성물을 사용하여 콘크리트 구조물을 보수하는 방법을 제시함으로써, 보수재료에 발생하는 수화열을 저감시킴으로써, 온도균열에 대하여 안전한 고내구성의 폴리머개질 콘크리트를 구현하고, 보수대상 구조물의 공용수명을 회복 및 증진시킬 수 있는 보수 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 폴리머개질 콘크리트 조성물은, 초속경바인더 또는 초조강바인더 13~18중량%; 배합수 3~8중량%; 골재 68~80중량%; 및 폴리머 2~6중량%;를 포함한다.
이때 상기 초속경바인더 또는 초조강바인더는, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~95중량부; 유기계 상전이물질 0.1~3.0중량부; 무기계 상전이물질 0.1~5.0중량부; 및 실리카퓸 3~10중량부;를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 폴리머는 스티렌, 부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 메타아크릴산메틸 및 메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 유기계 상전이 물질 또는 무기계 상전이물질은, 상전이온도 65~95℃, 잠열량 35~70cal/g인 것이 바람직한데, 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 유기계 상전이물질은, 아세트아마이드(acetamide, C2H5NO), n-프로필(C3H7-, CH3CH2CH2-)기를 포함하는 물질, 및 이소프로필(C3H7-, (CH3)2CH-)기를 포함하는 물질 중 어느 하나 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 무기계 상전이물질로는, 수산화스트론튬(Sr(OH)2·8H2O), 수산화바륨(Ba(OH)2·8H2O) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다.
본 발명의 폴리머개질 콘크리트 조성물에 사용되는 골재는, 5㎜체를 통과하는 잔골재 50~60중량%와 5㎜체에 남아있는 굵은골재 40~50중량%로 이루어지는 것이 사용될 수 있다.
대기온도가 20℃ 이하일 경우에는, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 87~95중량부, 유기계 상전이물질 0.1~1.0중량부, 무기계 상전이물질 0.1~2.0중량부 및 실리카퓸 3~10중량부를 포함하는 초속경바인더 또는 초조강바인더를 사용하는 것이 바람직하고, 대기온도가 20℃이상일 경우에는, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~94중량부, 유기계 상전이물질 0.5~3.0중량부, 무기계 상전이물질 2.0~5.0중량부 및 실리카퓸 3~10중량부를 포함하는 초속경바인더 또는 초조강바인더를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태로 콘크리트 구조물의 보수 방법을 들 수 있는데, i) 콘크리트 구조물의 보수대상부위를 절삭하는 절삭단계; ⅱ) 절삭된 면을 청소하는 청소단계; ⅲ) 청소된 면에 앞서 살펴본 본 발명에 따른 폴리머개질 콘크리트 조성물을 타설하는 타설단계; 및 ⅳ) 타설된 콘크리트의 표면을 평탄하게 마무리하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 유/무기계 상전이물질이 혼합된 초속성 및 초조강 폴리머개질 콘크리트를 사용하여 구조물을 보수할 경우, 폴리머개질 콘크리트의 수화열 저감을 통한 온도균열을 효과적으로 방지할 수 있고, 고내구성 콘크리트의 생산이 가능하므로, 콘크리트 구조물의 성능을 회복시키고 장기수명을 부여할 수 있는 장점이 있다.
또한, 우리나라 기온의 특성(예를 들어 대기온도가 20℃이하인 경우와 이상인 경우 등)에 대하여 적절한 시멘트, 유기계 및 무기계 상전이물질, 실리카퓸의 혼합비율을 제시함으로써, 실용강도 21MPa을 구현할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 종래의 기술보다 온도균열 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 초속경 또는 초조강 폴리머개질 콘크리트 조성물 및 이를 사용한 새로운 콘크리트 구조물의 보수 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 초속경시멘트 또는 초조강시멘트, 유기계 및 무기계 상전이물질, 실리카퓸을 혼합한 바인더와 이를 이용한 폴리머개질 콘크리트 조성물, 그리고 구조물의 보수공법의 구체적인 실시 형태를 실시예와 비교예를 참조하여 상세히 살펴보고자 한다.
본 발명의 따른 보수 방법에 의하면, 기존 콘크리트 구조물을 보수하는 재료의 초기 수화열을 효과적으로 흡수하여 온도균열 발생을 방지함으로써, 보수 효과를 극대화할 수 있고, 기존 콘크리트 구조물의 내구성을 확보함과 동시에 공용수명을 증진시킬 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 상세하게 설명하기로 한다. 하지만, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상과 그 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀 두고자 한다.
본 발명은 종래의 초속경시멘트 및 초조강시멘트의 빠르고 높은 초기 수화열로 인한 온도균열이 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바인더의 안정적인 현장의 적용을 위해 상전이온도에 따른 물질을 구별하였고, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트에 유기계 및 무기계 상전이물질, 실리카퓸을 혼합한 바인더에 배합수, 골재, 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물에 대하여 수화열, 압축강도에 대한 기초물성 실험을 실시하였다.
표 1은 온도 50℃에 6시간 동안 저장하여 상전이물질의 저장안정성을 확인한 결과로, 상전이온도가 65~95℃인 경우가 안정적임을 알 수 있다.
구분 상전이
온도
(℃)		 저장
온도
(℃)		 저장
시간		 상전이 발생 여부
유기계 C19H40 32.1 50 6시간 발생
C22H46 44.0 50 6시간 발생
C30H62 65.4 50 6시간 일부 발생
Cyanamide 44.0 50 6시간 발생
Acetamide 82.3 50 6시간 발생하지 않음
Propylamide 81.3 50 6시간 발생하지 않음
무기계 NaSO410H2O 32.4 50 6시간 발생
NaS2O2?5H2O 48.0 50 6시간 발생
Fe(NO3)2?6H2O 60.5 50 6시간 일부 발생
Ba(OH)2?8H2O 78.0 50 6시간 발생하지 않음
Sr(OH)2?8H2O 88.0 50 6시간 발생하지 않음
구분 초속경
시멘트		 초조강
시멘트		 유기계
상전이물질		 무기계
상전이물질		 실리카퓸
비교예 1 100 - - - -
비교예 2 97 - 3.0 - -
비교예 3 96 - - 4.0 -
실시예 1 92 - 1.0 2.0 5
실시예 2 92 - 1.0 2.0 10
비교예 4 - 100 - - -
비교예 5 - 97 3.0 - -
비교예 6 - 97 - 3.0 -
실시예 3 - 92 1.0 2.0 5
실시예 4 - 92 1.0 2.0 10
(단위: 중량부)
표 2와 같이, 유기계 및/또는 무기계 상전이 물질을 포함한 다양한 조성비(비교예 1 내지 6, 실시예 1 내지 4)로 바인더를 제조한 후, 각각의 바인더를 사용하여 하기의 표 3과 같은 콘크리트 배합 조성에 따라 폴리머개질 콘크리트 조성물을 제조하였다. 이때 사용된 유기계 상전이 물질과 무기계 상전이 물질로는 각각 아세트아마이드(acetamide, C2H5NO), 수산화스트론튬(Sr(OH)2·8H2O)이 사용되었다.
구분 Gmax
(㎜)		 W/C
(%)		 S/a
(%)		 단위량(㎏/㎥)
바인더 물 폴리머 굵은골재 잔골재
배합표 19 38 52 360 88 92 772 856
이렇게 다양한 조성을 갖는 바인더를 포함하는 폴리머개질 콘크리트 조성물 각각에 대하여 최대 수화열, 최대 수화열 도달시간, 압축강도 등의 실험을 수행하였으며, 그 결과를 표 4에 정리하였다.
구분 대기온도
(℃)		 최대
수화열
(℃)		 최대수화열
도달시간
(시:분)		 압축강도 (MPa)
4시간 1일 28일
비교예 1 20 48.3 1:17 26.4 32.6 46.9
비교예 2 20 40.1 1:58 17.3 24.6 39.3
비교예 3 20 47.4 1:33 20.6 27.7 44.3
실시예 1 20 46.1 1:32 24.9 32.1 45.8
실시예 2 20 46.3 1:30 23.1 30.4 47.5
비교예 4 20 47.6 2:03 - 28.3 44.5
비교예 5 20 40.2 3:14 - 18.1 40.2
비교예 6 20 46.2 2:31 - 19.5 41.3
실시예 3 20 46.6 2:34 - 27.8 45.1
실시예 4 20 46.2 2:21 - 24.5 46.9
대기 온도에 따른 최적의 바인더 조성을 확인하기 위해, 표 5와 같은 조성의 바인더를 사용하여, 앞서 표 3과 동일한 콘크리트 배합 조성을 사용하여 폴리머개질 콘크리트 조성물을 제조한 후, 이를 각각의 온도를 변화시켜 가면서, 최대 수화열, 최대 수화열 도달시간, 압축강도 등을 측정하여 표 6에 정리하였다.
이때 사용된 유기계 상전이 물질과 무기계 상전이 물질로는 각각 아세트아마이드(acetamide, C2H5NO), 수산화스트론튬(Sr(OH)2·8H2O)이 사용되었다.
구분 초속경
시멘트		 유기계
상전이물질		 무기계
상전이물질		 실리카퓸
비교예 1-1 100 - - -
실시예 1-1 92 0.5 1.0 5
실시예 2-1 92 1.0 2.0 5
(단위: 중량부)
구분 대기온도
(℃)		 최대
수화열
(℃)		 최대수화열
도달시간
(시:분)		 압축강도 (MPa)
4시간 1일
비교예 1-1 10 34.5 1:10 22.4 29.4
실시예 1-1 10 34.5 1:11 21.8 28.5
실시예 2-1 10 34.2 1:08 22.0 28.7
비교예 1-1 20 48.3 1:17 26.4 32.6
실시예 1-1 20 47.7 1:20 26.1 31.9
실시예 2-1 20 46.1 1:32 24.9 32.1
비교예 1-1 30 61.4 1:15 29.3 35.1
실시예 1-1 30 58.2 1:18 28.2 35.1
실시예 2-1 30 56.6 1:25 26.4 33.9
비교예 1-1 40 75.6 1:20 32.1 36.4
실시예 1-1 40 71.3 1:24 30.8 34.8
실시예 2-1 40 62.1 1:32 29.4 35.9
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 폴리머개질 콘크리트 조성물에 있어서,
    초속경바인더 또는 초조강바인더 13~18중량%; 배합수 3~8중량%; 골재 68~80중량%; 및 폴리머 2~6중량%;를 포함하고,
    상기 초속경바인더 또는 초조강바인더는, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~95중량부; 유기계 상전이물질 0.1~3.0중량부; 무기계 상전이물질 0.1~5.0중량부; 및 실리카퓸 3~10중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리머개질 콘크리트 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    유기계 상전이 물질 또는 무기계 상전이물질은, 상전이온도 65~95℃, 잠열량 35~70cal/g인 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 상전이물질은, 아세트아마이드(acetamide, C2H5NO), n-프로필(C3H7-, CH3CH2CH2-)기를 포함하는 물질, 및 이소프로필(C3H7-, (CH3)2CH-)기를 포함하는 물질 중 어느 하나 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기계 상전이물질은, 수산화스트론튬(Sr(OH)2·8H2O), 수산화바륨(Ba(OH)2·8H2O) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    대기온도가 20℃ 이하일 경우,
    상기 초속경바인더 또는 초조강바인더는, 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 87~95중량부, 유기계 상전이물질 0.1~1.0중량부, 무기계 상전이물질 0.1~2.0중량부 및 실리카퓸 3~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물
  6. 제1항에 있어서,
    대기온도가 20℃이상일 경우, 상기 초속경바인더 또는 초조강바인더는 초속경시멘트 또는 초조강시멘트 85~94중량부, 유기계 상전이물질 0.5~3.0중량부, 무기계 상전이물질 2.0~5.0중량부 및 실리카퓸 3~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물
  7. 제1항에 있어서,
    상기 골재는, 5㎜체를 통과하는 잔골재 50~60중량%와 5㎜체에 남아있는 굵은골재 40~50중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머개질 콘크리트 조성물
  8. 콘크리트 구조물의 보수 방법에 있어서,
    i) 상기 콘크리트 구조물의 보수대상부위를 절삭하는 절삭단계;
    ⅱ) 절삭된 면을 청소하는 청소단계;
    ⅲ) 청소된 면에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 폴리머개질 콘크리트 조성물을 타설하는 타설단계; 및
    ⅳ) 타설된 콘크리트의 표면을 평탄하게 마무리하는 단계;를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수 방법.
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