KR20190069360A

KR20190069360A - 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법

Info

Publication number: KR20190069360A
Application number: KR1020190066752A
Authority: KR
Inventors: 김원화
Original assignee: 장산씨엠주식회사
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2019-06-19
Also published as: KR20180027320A

Abstract

교량 상부슬래브 콘크리트 또는 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것으로, 기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 철근콘크리트 포장도로 시공 방법으로서, (a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝의 두께로 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계 및 (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (e)는 순차적으로 실행되는 구성을 마련하여, 동절기 염화칼슘 제설제의 다량살포로 인한 철근 부식 열화를 방지할 수 있다.

Description

방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법{Road pavement constructing method using imperviousness concrete having waterproof and anticorrosive}

본 발명은 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것으로, 특히 교량 상부슬래브 콘크리트 또는 철근콘크리트 포장도로에서 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하여 강재 또는 철근 부식을 야기하는 것을 방지하도록 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것이다.

최근 국가기반 시설의 확충계획에 따라 고속철도, 고속도로, 대규모 해양구조물, 지하구조물, 항만구조물, 건축물 등의 건설이 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 콘크리트 구조물의 장수명화에 관한 관심이 집중되면서 콘크리트 구조물의 내구성에 대한 인식이 높아지고, 100년 이상의 사용수명을 가진 SOC 관련 콘크리트 구조물의 필요성이 제기되고 있다. 특히 철근콘크리트 구조물의 부식으로 인한 사회적 문제점을 최소화하기 위하여 구조물의 내구성을 저하시키는 요인을 제거하는 방법과 이를 예방하는 재료의 선택과 시공절차의 개선 등 내구성 향상을 위한 대책은 그 어느 때보다도 시급하다.

또 도로포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘의 발생량이 연간 600만톤으로 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있는 실정이다. 현재 국가차원에서 대량으로 발생하고 있는 건설폐기물의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위한 노력을 계속해 가고 있다.

일반적으로, 아스팔트 포장의 경우 시공이 용이하고 경제성과 승차감, 주행성이 우수하여 많이 사용되어 왔으나, 시공 후 5년이 되기 전에 주행트랙에 따라 소성변형으로 주행문제를 발생시키고, 시간의 흐름과 함께 포장 재료가 점차 노화되어 결국에는 심한 균열이 발생시킨다. 이때 하부구조를 보호하기 위하여 주로 표층을 절삭하거나 걷어내고 그 위에 덧씌우기 포장을 하는 유지보수 시공을 많이 한다.

또 도로포장 구간 중에 교량 상부 슬래브 콘크리트와 터널 인버트(invert) 콘크리트 또는 노반에서 토사가 불량이거나 지반상태가 연약한 부등침하 구간에는 철근콘크리트를 포장층 또는 중간기층으로 시공한다. 철근콘크리트 포장층인 경우 아스팔트 포장에 비해 평탄성이 좋지 않고 소음이 많이 발생하는 단점을 해결하기 위해 콘크리트 포장층 표면에 타이닝(tining) 또는 그루빙(grooving)공법으로 세로 방향 홈을 만들어 수막현상을 막아주고 배수성이 좋아져 미끄럼을 방지하는 효과와 결빙을 억제하고 소음을 줄여서 주행 안정성을 높이는 포장기술을 적용하고 있다.

이러한, 콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비해 평탄성이 좋지 않고 소음도 많이 발생하지만 아스팔트 포장처럼 소성변형은 없고, 겨울철 염화칼슘 제설제의 과다 사용으로 콘크리트 포장도 급격하게 파손되고, 주행소음과 배수성을 높여 수막현상과 미끄럼을 방지하기 위해 콘크리트 포장층 표면에 세로 방향 홈을 만들어 주행 안정성을 높이는 포장기술이나 저소음, 배수성, 내마모성 아스팔트 표층으로 시공하는 기능성 포장기술이 신설 고속도로에 많이 적용되고 있다.

한편, 교량이나 터널구간 외의 연약지반 구간에서는 철근콘크리트 포장층 또는 중간기층을 철근콘크리트로 시공한다. 콘크리트 포장도로는 아스팔트 포장도로에 비해 상대적으로 내구성이 우수한 장점이 있으나 염해, 동해, 마모, 철근 부식에 대한 저항성이 부족하여 파손되는 경우 보수 등 유지관리에 불리한 단점이 있다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다.

즉, 철근콘크리트 포장도로도 기상이변에 따른 집중 호우, 폭설과 하절기 장기간 고온현상, 도로의 교통량과 중차량의 급격한 증가로 인한 동결현상과 겨울철 제설제인 염화칼슘 과다 사용으로 철근콘크리트 포장도 급격하게 파손되어 아스팔트 포장과는 대조적으로 유지보수가 어렵고 보수 방법이나 비용이 증가하여 관리기관에 큰 고통으로 작용하고 있다.

이러한 철근콘크리트 포장층 또는 중간기층에 방수성이 없는 일반 콘크리트를 타설한 후 콘크리트 상판의 열화, 철근 부식 등을 방지하기 위한 아스팔트콘크리트 포장, 라텍스 개질 콘크리트 포장, 유황콘크리트 포장 등으로 콘크리트 면에 택 코팅(Tack Coating)을 실시하여 방수 처리한 후 표층을 시공한다. 그러나 재료의 특성상 내구성 측면에서 열화, 박리, 들뜸, 소성변형 등으로 발생한 균열 사이로 염화물이온 등이 침투하면 철근콘크리트 상판의 열화가 가속되고, 철근 부식에 의한 구조체 노화가 촉진되어 결국 철근콘크리트 구조물의 성능에 치명적인 영향을 미치게 된다.

즉, 교량이나 터널 등에서는 시공 초기에는 소성수축 및 건조수축으로 인한 균열이 발생하기 쉬우며 차량이나 열차의 주행하중과 다양한 환경조건에 직접적으로 노출되어 시간이 지날수록 철근에 유해물질로 인한 부식 열화는 도로 수명을 급격하게 단축시킨다. 따라서 철근콘크리트 구조체에 방수 및 방청성능은 매우 중요한 요소이다.

한편, 교량 또는 철근콘크리트 바닥판 상면에 도막방수, 침투식방수, 시트방수 등으로 표면처리 후 교면 포장하는 공법으로 아스팔트콘크리트 포장, 노출콘크리트 교면 포장, LMC(latex modified concrete), HPC(high performance concrete), RPC(reactive powder concrete), VES-LMC(very early strength-latex modified concrete) 교면 포장 및 유황콘크리트 교면 포장 등의 다수의 건설 신기술과 특허기술이 적용되고 있다.

특히 LMC 콘크리트는 SB계 라텍스를 혼입하여 교량의 상판과 부착성능을 향상시키고 휨강도, 내동해성, 내마모성, 물질투과저항성 등이 우수한 콘크리트이며 별도의 방수층을 형성하지 않고 약 5㎝의 두께로 타설하는 교면포장공법이다.

그러나 라텍스 개질 콘크리트는 일반 콘크리트 가격에 비해서 약 10∼20배 고가라는 비용적인 문제점이 있다. 또한, 콘크리트 상부 교면 포장재에 요구되는 성능을 전부 라텍스에 의존하는 것은 재료비 상승뿐만 아니라 콘크리트 간의 품질격차, 라텍스와 시멘트의 응결 시간차에 의한 표면균열 등을 초래하는 문제 등을 유발할 수 있다.

철근콘크리트 교량 포장의 경우 철골 또는 철근으로 보강된 철제 상판 콘크리트 위에 피복용으로 교면 포장재를 타설하기 때문에 방수 및 방청성을 포함한 수밀성이 요구된다. 만일 수분 및 제설제(CaCl)가 콘크리트 피복 열화 등에 의해 내부로 침투하게 되면 결국 강재 또는 철근 부식을 야기하게 되고 구조적 안정성을 잃게 되어 결국 인프라시설의 손상으로 인한 경제적, 인명적 피해를 야기할 수도 있다.

기존 도로 포장면의 손상원인은 중량차량 통행에 따른 소성변형과 충격, 동계 온도저하에 따른 수분침투로 인한 동결융해, 차량 통행으로 인해 진동이나 처짐에 의한 파손과 파손부위를 통한 염화이온 침투, 방수성능 부족으로 인한 도로 포장면의 수분 흡수 침투로 인한 바닥 콘크리트의 열화와 열화 면에서의 표층 포장재의 부착저하 등을 들 수 있다.

철근콘크리트 포장은 콘크리트 시공시 발생되는 균열과 동절기 염화칼슘 살포에 의한 염분의 침투 등으로 인해 철근을 사용한 콘크리트인 경우 철근이 부식되고 골재 알칼리반응이 촉진되어 콘크리트의 내구성이 현저히 저하되고 결국에는 포장체가 파손되는 실정이다. 도로의 포장이 파손되면 짧은 시간 동안 보수공사가 완료되어야 한다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 현장에 있는 흙을 1m 정도의 두께로 다져 형성된 노체층, 상기 노체층 위에 장착되며 투수 계수가 양호한 사질토를 1m 정도의 두께로 다져 형성된 노상층, 상기 노상층 위에 장착되며, 직경이 3cm~7cm인 폐타이어조각을 50cm 정도의 두께로 포설하여 형성된 폐타이어 동상방지층, 직경이 50mm~70mm인 자갈이나 쇄석을 상기 폐타이어 동상 방지층 위에 30cm 정도의 두께로 포설하여 형성된 쇄석 동상방지층, 직경이 30mm~50mm인 쇄석을 20cm의 두께로 상기 쇄석 동사방지층 위에 포설하며 형성된 보조기층, 아스팔트나 콘크리트를 20cm 정도의 두께로 상기 보조기층 위에 포설하여 형성된 기층 및 아스팔트나 콘크리트를 10cm 정도의 두께로 상기 기층 위에 포설하여 형성된 표층을 포함하는 도로에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 콘크리트 혼입용 구체방청·방수재 조성물로서, 조성물 100중량부에 대하여 잠재수경성 물질인 고로슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 5 내지 10중량부, 재분산성 분말 수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 5 내지 10중량부를 포함하는 구성에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 3에는 표면으로부터 일정 깊이로 흙을 파내고 다지는 단계, 투수보강층 시공재를 다짐 공정이 완료된 지반에 고정하는 단계, 투수보강층 시공재 내부에 폴리우레탄수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합, 충진하여 투수보강층을 형성하는 단계, 투수보강층 시공재의 단턱 높이까지 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트층을 형성하는 단계, 투수보강층 시공재의 높이 보다 미세하게 낮은 높이까지 합성수지제 접착제를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계 및 폴리우레탄수지, EPDM 칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합하여 일정 두께로 도포하고 다짐하여 흡수성 포장층을 형성하는 단계로 구성되는 탄성포장재 시공 방법에 대해 개시되어 있다.

또한, 하기 비 특허문헌 1에서는 염소이온 확산실험을 통하여 시멘트 종류 및 환경조건이 염소이온 침투 저항성에 미치는 영향을 평가하고, 이를 위하여 보통 포틀랜드 시멘트(OPC), 2성분계 시멘트(BBC) 및 2종류의 3성분계 시멘트(TBC)와 같은 시멘트 종류와 표준 양생 및 해양폭로 환경과 같은 환경조건에 따라서 물-결합재비 43%의 콘크리트에 대한 염소이온 침투 저항성을 평가하였으며, 그 결과, 시멘트 중 OPC, 고로 슬래그 미분말 및 실리카 퓸을 혼입한 3 성분계 시멘트를 사용한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성이 환경조건에 관계없이 가장 우수한 것에 대해 기술되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0141498호(1999.02.18 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1617723호(2016.05.04 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0604212호(2006.07.25 등록)

한국콘크리트학회 2007년 가을 학술발표 논문집, 박 재임 등. '콘크리트의 염소이온 침투 저항성에 미치는 시멘트 종류 및 환경조건의 영향'

그러나 상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술은 폐타이어를 사용한 도로에 관한 것으로서, 지반상태가 연약한 철근콘크리트 포장도로 및 차량이 주행하는 교량 상부슬래브 콘크리트 도로포장에 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

또 상기 특허문헌 2는 본 출원인이 출원하여 등록된 콘크리트 혼입용 구체방청·방수재 조성물에 관한 것으로서, 철근콘크리트 포장도로 시공에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않았다.

또한, 상기 특허문헌 3에 개시된 기술은 주로 차량이 주행하지 않는 도로에서 폴리우레탄수지, EPDM 칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합하여 흡수성 포장층을 형성하는 구조로서, 차량이 주행하는 교량 상부슬래브 콘크리트 도로포장에 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

즉, 차량이 통행하는 도로포장은 교통하중에 의한 충격, 빗물, 기타 기상 및 환경조건 등으로부터 콘크리트 바닥판을 보호하는 동시에 주행성을 확보하는 것이다.

포장에 사용되는 재료는 외부온도에 따른 변화가 적어야 하면 콘크리트 바닥판을 보호하기 위해 방수 및 방청성이 우수한 재료가 요구된다. 특히 동절기 융빙제(제설제)의 살포로 인한 염화물 이온의 침투는 콘크리트 바닥판의 구조적 안전에 심각한 영향을 주기 때문에 염화물에 대한 저항성이 높은 재료가 필요하다.

이밖에 안전한 주행성능과 장기적인 내구성능을 가지기 위하여, 마모, 동결융해. 탄산화, 철근부식(방청성) 등의 저항성이 있는 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로 시공방법은 유지보수 비용절감과 건설자원 절약, 환경오염을 방지할 수 있다.

한편, 종래의 보수방법으로 아스콘 또는 초속경 시멘트 모르타르를 이용한 패칭(patching) 보수방법이 사용되어 왔으나 최근에는 고무성질을 가진 고분자 라텍스를 콘크리트에 혼합하여 시공할 수 있는 기술이 개발되어 시공되고 있다. 라텍스 개질 콘크리트의 작업가능 시간은 대략 20분 정도로 매우 짧으므로 현장에서 모바일 믹서를 사용하여 시공함으로 많은 문제점이 발생한다.

또 철근콘크리트포장 경우에도 아스팔트 포장에 비해 평탄성이 좋지 않고 소음이 많이 발생하는 단점을 해결하기 위해 굳지 않은 콘크리트 표면을 빗이나 갈퀴 모양의 기계로 긁어 홈은 만드는 타이닝(tining) 공법과 양생이 끝나 딱딱하게 굳은 표면을 깎아내는 그루빙(grooving) 공법으로 세로 방향 홈을 만들어 수막현상을 막아주고 배수성이 좋아져 미끄럼을 방지하는 효과와 결빙을 억제하고 소음을 줄여서 주행 안정성을 높이는 포장기술이나 저소음, 배수성, 내마모성 아스팔트 표층으로 시공하는 기능성 포장기술이 신설 고속도로에 많이 적용되고 있다.

그러나 그루빙은 비용이 많이 들기 때문에 콘크리트 타설 과정에서 홈을 만드는 타이닝 공법이 주로 쓰인다. 국내에서 쓰이는 표면처리 기법은 대부분 타이닝이며, 도로공사의 타이닝 홈 간격 시공기준은 18∼19㎜로 규격화하고, 일반적으로 세로방향 타이닝 시공기준은 3㎜(폭)x3㎜(깊이)x18㎜(간격)로 알려져 있다. 그러나 콘크리트 골재의 탄산화반응, 제설제인 염화칼슘 침투로 인한 열화현상, 마모저항성 부족, 철근 부식 등에 대한 대안 기술개발이 필요하다.

또 아스팔트 연성포장은 시공이 용이하고 경제성과 승차감, 주행성이 우수하고 공사 후 즉시 통행이 가능한 이점이 있지만, 장기간 고온현상, 도로의 교통량과 중차량의 급격한 증가로 소성변형과 부분 균열이 발생하여 방수기능 저감으로 인한 동결현상 등이 아스팔트 포장표면으로부터 약 15㎝ 깊이까지 영향을 미쳐서 중간기층의 변형과 지내력 부족 등이 표층의 소성변형과 균열, 침하 등의 파손으로 유지보수 비용이 증가하고 포장수명이 단축되며 주행안정성과 승차감 등을 보장할 수 없다.

따라서 콘크리트포장이나 아스팔트포장의 기층 및 중간층(이하 중간기층)에 열화방지를 위하여 방수 및 방청성, 염화이온 침투, 철근 부식, 동결융해, 마모 등의 물리적 특성을 향상시킨 불투수 철근콘크리트로 대체 적용할 경우 지지력과 내구성 증대로 기상이변에 따른 집중 호우, 폭설과 하절기 장기간 고온현상, 중차량 및 급격한 교통량 증가는 표층 이하의 중간기층의 지지력 저하로 인한 지반침하와 소성변형을 최소화하고 포장도로의 포장 수명을 극대화 시켜 유지관리비를 절감할 수 있다.

철근콘크리트 중간기층 위에 아스팔트 표층을 시공할 경우 콘크리트 바닥판에 레이턴스(laitance) 등의 이물질을 제거하여 부착력을 향상시키기 위해 워터젯드(water jet) 또는 브러싱(brushing)한 후에 택코팅(tack coating)을 실시한다. 이때 아스팔트 포장도로의 기층 또는 표층 사이 각 층간 양호한 접착력과 방수성 시공을 위한 포설량과는 달리 철근콘크리트 위에 실시하는 택코팅은 최적의 접착력만을 발휘하도록 KS M 2203의 RS(C)-4 또는 동등 이상의 재료를 사용하여 0.4ℓ/㎡ 이상 초과하지 않도록 고르게 살포하며, 포설량이 과다할 경우 표층의 밀림현상과 소성변형을 촉진시키므로 최적의 사용량이 매우 중요하다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 지반상태가 연약한 구간에 마련된 철근콘크리트 포장도로 또는 교량이나 터널구간의 상부슬래브 콘크리트의 파손을 방지할 수 있는 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수축균열로 인한 철근 부식, 염소이온 침투저항성과 마모저항성, 탄산화 방지, 동결융해 저항성, 철근 부식 방지 등의 내구성 향상효과로 철근콘크리트 포장도로의 내구연한을 연장할 수 있는 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시공 방법은 기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 철근콘크리트 포장도로 시공 방법으로서, (a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝의 두께로 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계 및 (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (e)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시공 방법은 기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 교량이나 터널구간의 상부슬래브 콘크리트에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 교량 상부슬래브 콘크리트 도로포장 방법으로서, (a) 교량구간에서 교량등급에 따른 두께로 방청 방수재를 포함하는 불투수 철근 콘크리트층을 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 불투수 철근 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행하는 단계 및 (c) 상기 단계 (b)에서 실행된 택 코팅 상에 개질 콘크리트 또는 아스팔트 표층을 5~7㎝의 두께로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (a)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (c)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 도로포장 시공 방법에서, 상기 방청 방수재는 상기 방청 방수재 100중량부에 대하여 잠재수경성 물질인 고로 슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 5 내지 10중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 5 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 도로포장 시공 방법에서, 상기 방청 방수재는 상기 방청 방수재 100중량부에 대하여 잠재수경성이 있는 고로슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 4 내지 8중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 4 내지 8중량부, 산화방지제 탄닌 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 도로포장 시공 방법에서, 상기 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 346㎏, 물 156㎏, 잔골재 865㎏, 굵은 골재 948㎏, 방청 방수재 13㎏을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로 또는 교량이나 터널구간의 상부슬래브 콘크리트에서 동절기 염화칼슘 제설제의 다량살포로 인한 철근 부식 열화를 방지할 수 있어 유지보수 비용 절감과 건설자원 절약, 환경오염을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 콘크리트가 수분을 흡수함으로 인한 동결융해, 골재의 탄산화반응, 제설제인 염화칼슘 침투로 인한 열화현상, 콘크리트 마모저항성 부족 등을 개선하므로 친환경적이고 고내구성 도로를 건설할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 교량 슬래브 전체를 방수 및 방청성능을 가진 불투수 콘크리트로 대체 적용하여 도로포장을 더 경제적이고 고내구성을 갖게 할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 교량이나 터널구간의 교량 상부슬래브 콘크리트에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예를 도 1에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시공 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법으로서, 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 노체를 형성한다(S10).

이어서, 상기 단계 S10에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 형성한다(S20).

다음에, 상기 단계 S20에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성한다(S30).

계속해서, 상기 단계 S30에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께, 바람직하게는 20cm의 두께로 형성한다(S40).

그 후, 상기 단계 S40에서 형성된 보조기층 상에 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성한다(S50).

상기 단계 S50에서 사용되는 불투수 콘크리트는 불투수 콘크리트 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 169~187㎏, 잔골재 774~856㎏, 굵은 골재 917~1,013㎏, 방청 방수재 11~12㎏을 포함하고, 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 방청 방수재의 함유량이 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 11㎏ 미만이면 방수·방청성의 기능이 저하되고 12㎏를 초과하면 압축강도가 저하하게 되며, 또 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 12㎏ 미만이면 방수·방청성의 기능이 저하되고 13㎏를 초과하면 압축강도가 저하하게 된다.

상기 일 실시 예의 AE 감수제로서는 조강형 폴리카본산계(Polycarboxilic Type) 감수제를 사용하는 것이 바람직하며, 골재 상태와 배합 조건에 따라 작업 현장에서 조절 가능하다.

다음에, 본 발명의 다른 실시 예를 도 2에 따라 설명한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 교량이나 터널구간의 교량 상부슬래브 콘크리트에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 시공 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 교량 상부슬래브 콘크리트에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법으로서, 먼저 교량구간에서 설계하중에 적합한 두께로 방청 방수재를 포함하는 불투수 철근 콘크리트층을 형성한다(S100).

이어서, 상기 단계 S100에서 형성된 불투수 철근 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행한다(S200). 이와 같은 택 코팅은 상기 불투수 철근 콘크리트층과 하기 개질 콘크리트 또는 아스팔트 표층을 접착시켜 이탈을 방지하기 위해 실행된다.

다음에, 상기 단계 S200에서 실행된 택 코팅 상에 개질 콘크리트 또는 아스팔트 표층을 5~7㎝의 두께로 형성한다(S300).

상기 단계 S100에서 사용되는 불투수 콘크리트는 불투수 콘크리트 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 169~187㎏, 잔골재 774~856㎏, 굵은 골재 917~1,013㎏, 방청 방수재 11~12㎏을 포함하고, 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 다른 실시 예에서의 AE 감수제로서는 조강형 폴리카본산계(Polycarboxilic Type) 감수제를 사용하는 것이 바람직하며, 골재 상태와 배합 조건에 따라 작업 현장에서 조절 가능하다.

다음에 상술한 본 발명의 일 실시 예 또는 다른 실시 예에 적용되는 불투수 콘크리트의 배합 비율에 대해 최적의 상태를 유지하기 위한 시험 예에 대해 설명한다.

본원 발명자는 국내에서 가장 많이 사용되는 콘크리트의 압축강도(fck)로서 24MPa와 27MPa를 기반으로 하여, 차량 통행을 위한 도로 포장의 경우 토사구간이 아닌 교량이나 터널구간 외의 연약지반 구간에서 철근콘크리트 포장층 또는 중간기층을 철근콘크리트로 시공하는 일반적인 포장구조에 일반콘크리트 대신에 방수·방청성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공법을 마련하였다.

포장도로의 구조는 학술적으로 정립되어 있지만 어떤 소재를 최적의 조건으로 사용하여 중차량 및 급격한 교통량 증가로 인한 노반 지지력 저하, 지반침하, 소성변형을 최소화하는 효과로 주행 안정성을 높이고 친환경적이고 고내구성 도로로 유지관리비를 절감할 수 있는 포장기술이 요구된다. 따라서, 본원 발명에서는 방수·방청성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층으로 형성할 경우, 방수성, 마모저항성, 동결융해저항성, 탄산화저항성, 염소이온 침투저항성, 방청성이 증대하는 효과로 동절기 염화칼슘 제설제의 다량살포로 인한 철근 부식 열화를 방지할 수 있고, 콘크리트가 수분을 흡수함으로 인한 동결융해, 골재의 탄산화반응, 콘크리트 표면의 마모저항성 부족 등을 개선하므로 친환경적이고 고내구성 도로를 건설할 수 있는 도로포장 시공법을 마련하였다.

[ 시험 예 1 ]

하기 표 1은 본 발명의 시험 예 1에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 1에서는 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 적용되는 불투수 콘크리트에 대해 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 미만인 경우로서 24MPa을 적용하였고, 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 169~187㎏, 잔골재 774~856㎏, 굵은 골재 917~1,013㎏의 범위 내에서 각각의 성분의 배합비를 조절하고, 방청 방수재를 10.0㎏으로 설정하고, AE 감수제를 0.001(C×%)로 설정하며, 슬럼프 (80±10)㎜, 공기량 4∼5% 기준을 만족하는 배합으로 염소이온 침투저항성, 불투수성, 마모, 동결융해, 탄산화 저항성 등을 시험하였다.

또 상기 표 1에서 W는 물(water), C는 시멘트(cement), S는 잔골재(sand), a는 골재(aggregate : 잔골재와 굵은 골재의 합)를 의미하는 것으로서, W/C는 시멘트에 대한 물의 비율을 나타내고, S/a는 총골재에 대한 잔골재의 비율을 나타낸다. 상기 표 1에서 사용된 잔골재의 비중은 2.63, 굵은 골재의 비중은 2.6이다. 상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 불투수 콘크리트는 W/C 및 S/a의 관점에서 콘크리트 1㎥당 시멘트 300㎏, 물 174㎏, 잔골재 815㎏, 굵은 골재 965㎏를 포함하는 경우(시험 콘크리트 103)를 최적임을 알 수 있었다.

따라서, 표 1의 시험 콘크리트 103에 대해 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

1. 염소이온 침투저항성의 시험

콘크리트 중 염소이온과 같은 유해이온의 확산계수 평가는 콘크리트 구조물의 내구성 확보를 위한 재료 및 배합의 선정뿐만 아니라 기존 구조물의 수명예측이나 적정 보수시기의 결정에 중요한 자료로 이용될 수 있다. 그러나 콘크리트 중의 염화물침투 및 확산특성은 구조물이 위치한 환경에 따라 확산(diffusion), 침투(permeation) 및 흡수(absorption) 등과 같은 메커니즘이 복합적으로 작용할 뿐만 아니라 장기간의 시험시간이 소요되기 때문에 결과의 해석에 많은 어려움이 있다. 친환경 합성조성물 PPS를 사용한 콘크리트의 염화물 침투저항성 및 확산특성을 파악하기 위하여 ASTM C 1202, NT Build 492 및 NT Build 443 시험방법을 적용할 수도 있다.

KS의 성능기준은 다음과 같다.

즉, 한국산업규격 KS F-4926 품질 규정에 따라 건설되는 구조물의 열화환경에 효과적으로 대응할 수 있는 콘크리트 내구성과 구축물의 사용 환경조건에 따라 물ㆍ수분의 침투를 방지하는 방수성 등의 아래 표 2의 시험항목 품질기준 이상이어야 한다.

a) 시험체 제작 및 양생 방법

모르타르 배합의 시멘트와 모래의 질량비를 1:2.45로 하고 KS F 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)에 따라 모르타르를 혼합하며 KS L 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)의 플로우(flow) 시험기를 이용하여 기준 및 시험모르타르 모두 플로우치가 200∼215㎜인 것으로 한다. 방수재 사용량은 시멘트량의 3.75%로 믹서기에 시멘트와 방수재, 모래와 함께 물을 적당히 넣어 1차 혼합한 후에 플로우치에 맞는 잔량의 물을 넣어 혼합하는 방법으로 방수재가 충분히 혼합되도록 한다.

KS F-4926 품질 규정에 따라 내흡수 성능 시험체는 모르타르로 하고 상술한 시멘트와 모래 배합비를 기준으로 방수재를 혼합하여 시험체를 제작한다. 시험체 형틀은 안지름 150mm, 안 높이 40mm의 금속제 또는 프라스틱재로 하고 내면은 평활하게 다듬질한다. 성형은 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법)의 3.7(탬퍼)의 시멘트 플로우(flow) 시험용 탬퍼(tamper)로 각 층을 약 80회 다진다. 양생은 시험체 성형 후 24시간 동안 온도 20±3℃, 습도 80% 이상의 습기함 속에 넣어 둔다. 그 후 탈형하여 온도 20±2℃의 수중에서 재령 19일까지 양생을 실시한다. 양생 후 시험체 양면의 레이턴스(laitance) 부분을 제거하여 온도 20±2℃, 상대 습도 65±5%의 표준 상태에서 항량(抗量)이 될 때까지 최소 8일간 건조시킨다. 시험체의 크기는 100mm x 100mm x 100mm로 한다.

b) 시험 및 평가 방법

KS M ISO 6353-2(화학 분석용 시약)(R32)에서 규정하는 염화나트륨 2.5% 수용액의 온도 20±2℃에서 7일간 침적한 후 꺼내어 24시간 상온에서 건조하여 시험체를 2 분할하고, 2 분할한 시험체 단면에 질산은 0.1N 수용액을 분무하고, 연속하여 우라닌 1% 수용액을 분무하여 한 면에 3개소의 발색 부분 깊이를 측정한다. 3개의 시험체에 대해서 각각 발색 부분의 깊이를 측정하고 얻어지는 9개의 측정값의 평균값을 구하여 염소 이온 침투 깊이로 한다.

상기 조건에 따른 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.7㎜로서, 상기 표 2에 개시된 KS 성능 기준의 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

2. 철근 부식 촉진 시험(방청성)

KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제)의 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험은 오토클레이브(autoclave)시험 장치를 사용하여 방청성능을 시험한다. 이 장치는 온도 약 180℃ 또는 압력 약 1.0MPa의 포화 증기압을 적어도 5시간 유지할 수 있는 것으로 한다.

a) 시험체 제작 및 양생 방법

시험체는 Ø100mm x 200mm의 몰드(mold)에 원형철근 Ø13mm를 피복두께 20mm가 되도록 적당한 스페이서(spacer)를 사용하여 몰드 당 2개를 삽입 설치한다. 시험체 종류 콘크리트 중의 잔골재에 대한 염분의 질량 백분율에 따라 염분량 0.04% 무첨가 방청제, 염분량 0.2% 무첨가 방청제, 염분량 0.2% 첨가 방청제를 각각 3개씩 총 9개를 제작한다.

콘크리트는 상기 조건의 재료를 사용하여 표 3 조건을 만족하는 배합으로 한다.

시험체는 재령 3일에 탈형하고, 양생 온도는 (20±3)℃로 건조하지 않도록 비닐 봉지에 넣어 재령 7일까지 양생한다.

b) 시험 및 평가 방법

양생을 종료한 시험체를 오토클레이브 장치에 넣고 밀폐하여 3∼4시간에 온도 약 180℃, 압력 약 1.0MPa까지 상승시킨 후 그 상태를 5시간 유지한 후 자연 방랭한다.

오토클레이브 개시부터 약 24시간 경과 후 시험체를 꺼내어 (20±3)℃의 수중에 약 24시간 침지한다.

다시 상기 조건으로 조작하고, 제2회 오트클레이브 개시 약 24시간 경과 후 시험체를 꺼내어 시험체를 갈라서 철근을 떼어낸다.

철근의 부식 면적 측정범위는 철근의 길이 방향의 중심에서 양끝으로 80mm, 합계 160mm의 부분에 철근의 표면에 투명한 시트를 대고 부식한 부분을 찍어 그 면적(㎟)을 적당한 방법으로 구한다.

방청률은 아래 식으로 산출한다.

I = (∑P_0.2 - ∑I_0.2) × 100 / ∑P_0.2

여기서, I는 방청률(%)이고, ∑P_0.2는 P_0.2의 철근 6개의 합계 부식 면적(㎟)이며, ∑I_0.2는 I_0.2의 철근 6개의 합계 부식 면적(㎟)이다.

c) 시험 검사결과

표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였다.

3. 불투수성(방수성) 시험

a) 시험체 제작 및 양생 방법

KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재) 시험기준에 따라 표준 모르타르 배합의 시멘트와 모래의 질량비를 1:2.45로 하고, 기준 및 시험모르타르 모두 플로우치가 200∼215㎜인 것으로 시편을 제작하였다. 방수 및 방청성이 있는 조성물의 사용량은 시멘트량의 3.5%를 혼합하고, 시험체 크기는 Ø150mm x 40mm 원추형 시험체로 20℃ 항온실에서 실시하였다.

b) 시험 및 평가 방법

방수 및 방청성이 있는 조성물을 혼입한 시험체의 수밀성과 투수저항성을 시험실 투수 시험장치에서 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)로 감압계로 수압을 조절하고 압력계로 압력을 측정한 방법으로 제어하였다. 총 가압시간은 12시간으로 지속적으로 수압을 가하여 투수비, 투수 깊이를 측정한 결과는 다음과 같았다.

즉, 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.4~39.8㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

따라서 본 발명에 따른 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 불투수 콘크리트 포장도로에 사용할 수 있는 성능이 있는 것을 확인하였다.

4. 마모 저항성의 시험

본 발명에 따른 방청 방수재를 사용한 콘크리트 마모 저항성 시험은 ASTM C779-Measuring Abrasion Resistance(B Type)의 규정에 따라 바닥 콘크리트 표면 마모 저항에 대한 표준 시험 방법으로서, 강한 충격과 높은 응력으로 시험하는 스틸 볼 베어링 타입으로 300㎜ x 300㎜ 콘크리트 시편을 각각 3개를 제작하여 23±2℃의 항온조건에서 7일, 28일간 수중양생 후 재령 28일에 시험하였다.

시험 결과, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 1에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.19㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 약 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

5. 동결융해 저항성의 시험

동결 융해에 대한 저항성 시험은 KS F 2456(급속 동결 융해에 대한 콘크리트 저항성 시험방법)에 따르고 상대 동탄성(動彈性) 계수를 구한다. 시험체 수는 5개로 하고 동결 융해 반복 300 사이클에서의 상대 동탄성 계수 중 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균값을 그 콘크리트의 상대 동탄성 계수로 하며, 동결 융해 시험 후 재령 28일 압축강도를 측정하였다. 상대 동탄성 계수의 품질 조건은 80% 이상이고, 압축강도 비율의 품질 조건은 80% 이상이다.

측정 결과, 시험 예 1에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 84.2%이고, 압축강도 비율이 86.5%로서, 동결융해 저항성의 품질 조건을 만족하였다.

6. 탄산화 저항성의 시험

콘크리트 시험체 제조 방법은 KS F 2584(콘크리트의 촉진 탄산화 시험방법)에 따른다. 시험체는 성형 후 약 24시간 경과 후 탈형하여 수중에서 27일간 양생하고 난 후 시험체를 실내 온도에서 24시간 동안 건조한 후, 촉진 탄산화 시험기에 넣고 CO₂ 농도는 (5±0.2)%로 하여 56일간 촉진 탄산화시킨다. 그 후 시험체를 꺼내어 시험체 총 3개의 탄산화 깊이를 측정한다. 각 시험체의 탄산화 깊이 평균값을 평균하여 이를 탄산화 깊이로 하여 아래 식으로 탄산화 깊이 비를 구한다.

탄산화 깊이 비 = 시험 콘크리트의 탄산화 깊이(㎜)/ 기준 콘크리트의 탄산화 깊이(㎜)

탄산화 깊이의 품질 기준은 0.8 이하이다.

측정 결과, 시험 예 1에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.75로서, 탄산화 깊이의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 2 ]

하기 표 4는 본 발명의 시험 예 2에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 2에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 1과 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 11㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 4의 시험 콘크리트 113에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 113에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.6㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 1과 같이 시험 예 2에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 2에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.16㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 거의 4배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 84.9%이고, 압축강도 비율이 87.1%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.70으로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 3 ]

하기 표 5는 본 발명의 시험 예 3에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 3에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 표 1과 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 12㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 5의 시험 콘크리트 123에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 123에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.8㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예1과 같이 시험 예 3에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 3에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 3에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.18㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 3에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 84.4%이고, 압축강도 비율이 86.8%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.72로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 4 ]

하기 표 6은 본 발명의 시험 예 4에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 4에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 표 1과 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 13㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 5의 시험 콘크리트 133에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 133에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.9㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예1과 같이 시험 예 4에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 4에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 4에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.20㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 3에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 83.9%이고, 압축강도 비율이 86.2%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.74로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

상기 시험 예 1 내지 4에서 알 수 있는 바와 같이, 방청 방수재의 함량이 11㎏인 경우, 염소이온 침투저항성, 동결융해 저항성 및 탄산화 저항성이 가장 우수하고, 방청 방수재의 함량이 13㎏인 경우, 염소이온 침투저항성 및 상대 동탄성 계수 등이 감소되는 것을 알 수 있었다. 즉, 상술한 바와 같은 시험에 따르면 방청 방수재의 함량을 단순히 증가시키는 것에 의해 염소이온 침투저항성, 동결융해 저항성 등의 특성이 향상되는 것이 아님을 알 수 있다.

따라서, 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 미만인 경우, 본 발명에 따른 방청 방수재의 함량이 11~12㎏인 경우가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

[ 시험 예 5 ]

하기 표 7은 본 발명의 시험 예 5에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 5에서는 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 적용되는 불투수 콘크리트에 대해 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 이상인 경우로서 27MPa을 적용하였고, 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏의 범위 내에서 각각의 성분의 배합비를 조절하고, 방수재를 11.0㎏으로 설정하고, AE 감수제를 0.05(C×%)로 설정하며, 슬럼프 (80±10)㎜, 공기량 4∼5% 기준을 만족하는 배합으로 염소이온 침투저항성, 불투수성, 마모, 동결융해, 탄산화 저항성 등을 시험하였다.

또 상기 표 7에서 W는 물(water), C는 시멘트(cement), S는 잔골재(sand), a는 골재(aggregate : 잔골재와 굵은 골재의 합)를 의미하는 것으로서, W/C는 시멘트에 대한 물의 비율을 나타내고, S/a는 총골재에 대한 잔골재의 비율을 나타낸다. 상기 표 7에서 사용된 잔골재의 비중은 2.63, 굵은 골재의 비중은 2.6이다. 상기 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 불투수 콘크리트는 W/C 및 S/a의 관점에서 콘크리트 1㎥당 시멘트 346㎏, 물 156㎏, 잔골재 865㎏, 굵은 골재 967㎏를 포함하는 경우(시험 콘크리트 203)를 최적임을 알 수 있었다.

따라서, 표 7의 시험 콘크리트 203에 대해 상술한 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 203에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.9㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예1과 같이 시험 예 5에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 5에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 5에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.21㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.2%이고, 압축강도 비율이 87.5%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 5에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.75로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 6 ]

하기 표 8은 본 발명의 시험 예 6에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 6에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 5와 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 12㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 8의 시험 콘크리트 213에 대해 시험 예 5와 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 213에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.9㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5와 같이 시험 예 6에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 6에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 6에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.19㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 6에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.5%이고, 압축강도 비율이 87.9%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 6에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.74로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 7 ]

하기 표 9는 본 발명의 시험 예 7에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 7에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예5와 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 13㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 9의 시험 콘크리트 223에 대해 시험 예 5와 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 223에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.7㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예5와 같이 시험 예 7에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 7에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 7에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.17㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 7에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.9%이고, 압축강도 비율이 88.1%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 7에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.73으로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 8 ]

하기 표 10은 본 발명의 시험 예 8에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 8에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 5와 동일하게 하고 방청 방수재의 사용량을 14㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 10의 시험 콘크리트 233에 대해 시험 예 5와 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 철근 부식 촉진시험(방청성), 3. 불투수성(방수성), 4. 마모 저항성, 5. 동결융해 저항성, 6. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 233에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.8㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5와 같이 시험 예 8에서도 본 발명의 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트는 방청률이 96.8%로서, KS F 2561(철근 콘크리트용 방청제) 콘크리트 중에서 철근의 부식 촉진 시험의 품질기준이 방청률 95% 이상을 만족하는 성능을 확인하였고, 시험 예 8에 따른 방청 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.0㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방청 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.54㎜이었지만, 시험 예 8에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.18㎜로서, 방청 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 8에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.3%이고, 압축강도 비율이 87.0%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 8에 따라 방청 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.72로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

상기 시험 예 5 내지 8에서 알 수 있는 바와 같이, 방청 방수재의 함량이 12㎏인 경우, 염소이온 침투저항성, 동결융해 저항성 및 마모성이 가장 우수하고, 방청 방수재의 함량이 13㎏인 경우, 탄산화 저항성이 우수함을 알 수 있었다. 즉, 상술한 바와 같은 시험에 따르면 방청 방수재의 함량을 단순히 증가시키는 것에 의해 염소이온 침투저항성, 동결융해 저항성 등의 특성이 향상되는 것이 아님을 알 수 있다.

따라서, 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 이상인 경우, 본 발명에 따른 방청 방수재의 함량이 12~13㎏인 경우가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

다음에 본 발명에 적용되는 방청 방수재의 성분에 대해 설명한다.

QHS 발명에 적용되는 방청 방수제는 본원의 출원인이 출원하여 등록된 상기 특허문헌 2에 개시된 콘크리트 혼입용 구체방청·방수재 조성물을 적용할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 일 실시 예 또는 다른 실시 예에서, 상기 방청 방수제는 상기 방청 방수재 100중량부에 대하여 잠재수경성 물질인 고로 슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 5 내지 10중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 5 내지 10중량부를 포함하거나, 또는 상기 조성물 100중량부에 대하여 잠재수경성이 있는 고로슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 4 내지 8중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 4 내지 8중량부, 산화방지제 탄닌 1 내지 5중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 상기 방청 방수재는 고로슬래그 또는 플라이에쉬 43.27중량%, 양극형 무기염 25.63중량%, 실리카흄 7.4중량%, 재분산성 분말 수지 4.6중량%, 고급지방산계 금속염 7.7중량%, 리그닌설폰산염 4중량%, 메타카올린 7.4중량%를 포함하거나 또는 상기 방청 방수재는 고로슬래그 43.27중량%, 양극형 무기염 25.63중량%, 실리카흄 6.4중량%, 재분산성 분말 수지 4.6중량%, 고급지방산계 금속염 7.7중량%, 리그닌설폰산염 4중량%, 메타카올린 6.4중량%, 탄닌 2중량%를 포함한다.

본 발명에 따른 교량 상부슬래브 콘크리트 또는 철근콘크리트 포장도로에 적용되는 방청 방수재는 콘크리트 제조시 첨가할 경우 화학혼화제와의 호환성이 높아 작업성이 향상되고, 물리 화학적 작용으로 수밀한 콘크리트 경화체와 내수성이 강한 수화조직을 생성시켜 콘크리트 자체 방수성과 방청성을 증대시키고, 고반응성 메타카올린의 반응으로 초기강도를 높여주고 마모저항성과 충분한 방수 및 방청성능을 얻을 수 있게 된다.

상술한 방청 방수재의 조성물의 각 성분에 대해 설명한다.

포졸란(Pozzolan)이란 활성이 큰 부정형(amorphous)의 실리카를 가지는 미세한 분말이며, 그 자체로는 수경성이 없으나 시멘트와 결합할 경우 시멘트의 수화반응시 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 안정한 불용성의 칼슘실리케이트 수화물(Calcium Silicate Hydrate; CaO-SiO₂-nH₂O)을 생성하게 되는데, 이러한 반응을 포졸란 반응이라 한다. 포졸란 반응을 통해 생성된 칼슘실리케이트 수화물은 콘크리트의 수밀성을 향상시키고 장기 재령에서 높은 강도를 발현하며, 콘크리트 유동성 개선, 수화열 감소, 알칼리 골재반응의 억제, 황산염에 대한 저항성 향상 등과 같이 콘크리트 품질을 높여준다.

상기 포졸란 활성을 갖는 실리카 혼화재는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 천연적인 것으로 규산백토(硅酸白土), 화산회(火山灰), 규조토(硅藻土), 응회암, 진주암 등에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 인공적인 것으로는 플라이애쉬, 고로 슬래그, 실리카 흄, 소성점토(燒成粘土), 소성혈암(燒成頁岩) 등에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 포졸란 활성을 갖는 고로슬래그(slag)와 실리카흄(silica-fume)을 사용한다.

상기 고로슬래그는 용광로(고로)에서 선철을 제조할 때 부생되는 부산물로써, 용융상태의 고로슬래그에 다량의 가압수를 가해 급냉시키는 것으로 유리질(비정질)의 고로수쇄슬래그를 얻는다. 일반적으로 고로슬래그라고 하면 고로수쇄슬래그를 말한다. 고로슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag)은 고로수쇄슬래그를 건조 분쇄한 것으로 필요에 따라 알칼리 자극제를 첨가한 것이다. 우리나라에 생산되는 고로슬래그 미분말은 비표면적 4,000~5,000㎠/g 정도이며, SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO의 4성분이 약 97%를 차지하고 있으며, 산화칼슘(CaO) 40% 이하, 산화마그네슘(MgO) 10% 이하, 산화철(FeO) 5% 이하, 연기도(basicity, CaO/ SiO₂) 2.0 이하에 관한 구성산화물의 조성비율을 규정하고 있다.

고로슬래그는 유용한 잠재수경성 물질이고, 고로슬래그와 수산화칼슘의 반응에 의하여 생성된 수화물은 시멘트만의 수화에 의해 생성된 수화물보다 화학적으로 안정하며 치밀하므로 경화체 조직이 보다 더 치밀해져서 실리카흄에 비해 활성도가 높아 시멘트량을 줄일 수 있다. 콘크리트 세공조직의 치밀화로 인해 이산화탄소 침투에 대한 저항성이 증가하여 탄산화에 대한 저항성 향상과 콘크리트의 내염해 및 내마모성이 뛰어나며, 단기 장기 재령에서 강도발현이 조강시멘트를 능가하므로 고강도 및 고내구성 콘크리트용으로 많이 적용하고 있다.

플라이애쉬는 화력발전소 등의 연소보일러에서 미분탄을 연료로 사용하여 1400℃ 정도의 고온연소과정에서 배출되는 폐가스 중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 회수한 것으로서 주성분은 실리카와 알루미나이다. 플라이애쉬는 통상적으로 비표면적이 3000∼4500㎠/g이고, 비중이 1.9∼2.3이며, 입자의 크기는 1∼150㎛ 정도이다.

본 발명에서 상기 고로슬래그 또는 플라이에쉬는 방청 방수재 100 중량부에 대해 38 내지 56중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

또 실리카 흄은 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유하여 발생하는 초미립자 부산물로서, 주성분은 비결정질의 실리카이다. 상기 실리카 흄은 통상적으로 비중이 2.2 정도이고, 입자의 크기는 대부분 1㎛ 이하로 평균 0.1㎛ 정도이며, 비표면적은 평균 200,000㎠/g정도이다.

본 발명에서는 방청 방수재는 100 중량부에 대해 실리카흄(silica-fume) 4 내지 10중량부를 적용하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 콘크리트의 적용 분야에 따라 가감할 수 있다.

재분산성 분말 수지는 물에 첨가시 안정하게 분산되는 것으로서, 건조나 경화 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하게 된다. 즉, 콘크리트 제조시 시멘트 페이스트 속에 균일하게 분산되어 시멘트 수화에 의한 시멘트 겔(Gel)을 형성함과 동시에 시멘트 겔 표면에 폴리머 입자가 침착(沈着)되어 불용성의 피막을 형성하거나 모세관, 겔 공극을 충진하게 된다. 따라서 부재의 휨강도를 증가시키고, 시멘트 수축 등에 의해 생기는 크랙을 방지함과 동시에 시멘트의 건조 또는 경화과정에서 바인더로 작용함으로써 유기 및 무기 바탕면과의 접착력, 시멘트 모르타르의 내마모성 및 유연성을 증가시킨다.

상기 재분산성 분말 수지로는 방수재 조성물 제조시 일반적으로 사용되는 비닐 아세테이트 단중합 폴리머(Vinyl acetate Homopolymers), 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합 폴리머(Vinyl acetate/ethylene Copolymers), 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머(Styrene-acrylate Copolymer) 또는 에틸렌/비닐 라우레이트/비닐 클로라이드 삼중 중합 폴리머(Ethylene/vinyl laurate/vinyl chloride Terpolymer)에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 재분산성 분말 수지는 방청 방수재는 100 중량부에 대해 0.5 내지 5중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 고급지방산계 금속염은 시멘트의 수화반응에 따라 생기는 가용성의 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 반응을 하여 수산기에 지방산기가 결합하여 발수성이 큰 고급지방산 칼슘을 생성하며, 발수성이 뛰어나므로 콘크리트 속의 모세관에 의한 수분의 흡수를 감소시키는 작용을 한다.

상기 고급지방산계 금속염으로는 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 암모늄, 올레인산 칼슘, 올레인산 알루미늄, 부틸 스테아레이트를 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 통상의 방청 방수재 조성물의 제조시 사용되는 범위 내에서 첨가할 수 있다.

본 발명에서 상기 고급지방산계 금속염은 방청 방수재 100중량부에 대해 5 내지 11중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고급지방산 금속염의 함량이 5중량부 미만이면 고급지방산이 방수효과를 발휘하기 힘들고, 11중량부를 초과하면 제조과정에서 점도 상승으로 인한 에멀존화의 어려움이 있고 지방산함유량이 과다하여 콘크리트의 강도를 약화시킬 수 있다.

또한, 콘크리트는 시멘트, 골재, 화학혼화제, 물로 구성되는데 제조원가를 줄이고 성능향상을 위하여 화학혼화제(공기 연행제, 감수제, 고성능 감수제)를 각각의 품질규정에 따라 사용하여 물결합재비를 낮추고 적절한 유동성과 강도증진에 사용한다. 콘크리트용 화학혼화제는 대부분 계면활성제로 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate), 나프탈렌 설폰산염(naphthalene sulphonate), 멜라민 설폰산염(melamine sulphonate), 폴리카르본산계(poly carboxylic copolymer) 등이 있다. 그러나 구체방수재 조성물에 멜라민계나 나프탈렌계의 감수제를 사용하게 되면 콘크리트 재료와의 호환성이 없어서 슬럼프가 현저하게 떨어져 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 본 발명에서는 모든 화학혼화제와 호환성이 있고 시멘트의 분산성을 높여주는 리그닌설폰산염(lignin sulphonate)계 고성능 감수제를 사용하였다. 본 발명에서 고성능 감수제는 방수·방청성의 조성물 100 중량부에 대해 1 내지 6중량부를 첨가하였다.

메타카올린은 카올린(kaolin)을 활성화하여 카올린 내부의 결합수 및 층간수를 탈수 시킴으로서 잠재수경성을 갖도록 한 것이며, 실리카흄과 유사한 성능을 가지는 새로운 혼화재료로써 콘크리트 건설 산업에 사용되는 광물질 혼화재이다. 콘크리트에 혼합할 경우 콘크리트 내부의 수산화칼슘과 반응하여 포졸란(pozzolan) 반응을 일으키는 재료로써 메타카올린의 특성은 실리카흄과 유사하고 그 성능이 많이 비교된다.

카올린 점토에 적용할 수 있는 광물학상 어원인 'kaolinate'는 카올린의 대부분을 구성하고 있는 hydrated aluminum di-silicate로 보통 광물과 같이 정의된다. 카올린족 광물은 기본화학식이 [Al₂SiO₂O₅(OH)₄] 또는 [Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O]이며 이에 속하는 동질 이상체로서 카올린라이트(kaolinite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite), 할로이사이트(halloysite)의 4가지가 있으며 이 중 할로이사이트 기본 조성은 카올린나이트나 기타 이상체와 같지만 과잉 수분을 함유하여 [Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O]로 되어 있는 것이 있고, 결정도도 낮은 광물이다. 할로이사이트의 층간수는 약한 가열에 의하여도 탈수되므로 시험시료를 제조할 때 매우 주의 깊게 해야 한다. 600℃ 부근의 흡열 피크는 OH기의 형태를 이루면서 결정격자(lattice)에 들어가 결정수의 탈수에 의한 것으로, 이 반응으로 카올린족 광물은 [Al₂O₃·2SiO₂]의 화학식으로 표시되는 메타카올린(meta-kaolin)으로 변한다. 이 탈수에 의한 반응열은 약 136cal/gr이다. 이 흡열 피크가 시작되는 온도는 500~530℃인데 피크의 정점은 광물의 종류에 따라서 다르다. 메타할로이사이트는 약 570℃이고, 카올린나이트의 경우는 약 600℃이지만 결정도(crystalinity)가 낮은 경우는 570℃까지 낮아진다.

열간 반응을 기초로 하여 카올린을 소성하여 메타카올린을 제조하게 되는데 조제공정은 일반적인 세라믹제조 공정과 유사하다. 먼저, 원료를 투입 후 분쇄하여 1차 건조 후 로터리 킬른(Rotary kiln)에서 소성한 후 생성된 클링커를 입도 분포를 조절하여 분쇄하여 제조하게 되는데 역시 이러한 공정에서도 중요한 변수는 많이 작용한다. 소성시간, 소성온도, 입도 분포, 원료의 성분 등 이러한 인자들을 정확하게 제어하지 못하면 균일한 제품의 메타카올린을 얻기 힘들기 때문이다. 특히 콘크리트에 사용되는 메타카올린의 경우 포졸란 특성을 가지고 있어야 하는데 이러한 재료의 특성을 가지게 하기 위해서는 카올린이 가능하면 과열이 없이 거의 완전하게 탈수가 이루어져야 한다.

메타카올린은 제조된 지역의 카올린 광물에 따라 약간의 화학조성이 변할 수도 있으며 색깔 또한 백색 및 연황색 등이 있다. 이러한 색상차이는 함유된 미량성분에 따라 변하게 되는데 주로 Fe₂O₃ 성분에 의해 차이가 발생한다. 주성분은 SiO₂와 Al₂O₃이며 S/A의 이론적 비는 1.18 정도이다. 국내에서 생산되는 메타카올린의 경우 할로이사이트질의 카올린을 원료로 하기 때문에 다른 것과 달리 Fe₂O₃ 성분 함량이 다소 높아 연황색을 띠고 있다. 본 발명에서 메타카올린은 방수·방청성의 조성물 100 중량부에 대해 5 내지 10중량부를 첨가하였다.

양극형 무기염은 콘크리트 중의 철근을 부식으로부터 보호하는 작용을 하는 것으로서 콘크리트에 영향을 주지 않으면서 비교적 소량을 사용하여도 철근이나 강재의 부식을 방지하는 방청작용(Corrosion Inhibitor)을 한다. 상기 양극형 무기염으로는 아질산칼슘 또는 아질산나트륨을 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 방수·방청성의 조성물 100중량부에 대하여 18 내지 34중량부를 포함한다.

상기 양극형 무기염의 함량이 18중량부 미만일 경우 충분한 철근의 부식방지 효과를 얻지 못하여 콘크리트 성능저하의 방지차원에서 바람직하지 못하며, 양극형 무기염의 함량이 34중량부를 초과할 경우 응결시간이 지나치게 단축되어 작업성이 저하되는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 양극형 무기염을 첨가하는 것이 좋다.

또 본 발명에서는 산화방지제로서 탄닌(Tannin)을 포함할 수 있다. 산화방지제인 탄닌을 첨가하게 되면 탄닌의 수산기가 시멘트의 수화반응에 의해 생성되는 칼슘실리케이트수화물(CaO-SiO₂-nH₂O)의 칼슘염과 결합함으로써 외기중의 탄산가스와 칼슘실리케이트 수화물과의 탄산화 반응을 차단하고, 또한 탄산화된 칼슘카보네이트에 수산기가 결합하여 콘크리트 내부의 pH를 알칼리성으로 유지함으로써 콘크리트 탄산화 억제와 철근 부식 방지에 효과적으로 작용을 하게 된다.

본 발명의 다른 실시 예에서 산화방지제인 탄닌은 방수·방청성의 조성물 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부 포함한다. 탄닌이 1중량부 미만으로 함유될 경우 충분한 산화방지효과를 얻지 못하여 콘크리트의 성능저하의 방지차원에서 바람직하지 못하며, 5중량부를 초과할 경우 더 이상 개선된 효과를 얻을 수 없으므로, 상기 범위 내에서 산화방지제인 탄닌을 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 메타카올린을 이용한 콘크리트의 특성은 다음과 같다.

플라이애쉬 및 슬래그를 사용할 경우 콘크리트 초기 재령의 압축강도 저하를 줄이는 한 방법으로 메타카올린을 사용하고 있으나 본 출원인이 보유한 특허 제10-0356254호의 구체방수재에 사용되는 실리카흄(Silica fume)은 높은 포졸란반응과 큰 비표면적을 가지는 특성 때문에 콘크리트의 역학적 성능 및 화학저항성을 향상시킨다. 실리카흄과 유사한 성질을 가지는 새로운 혼화재료로써 메타카올린을 실리카흄과 함께 사용하여 시험한 결과 초기 재령의 압축강도 저하를 줄이고 마모저항성이 향상됨을 알 수 있다.

메타카올린이란 균질하게 성분 조합한 점토질 카올린(kaolin)을 특수한 전 처리를 거친 후 이를 소정의 조건으로 소성하여 활성화 시킨 다음 일정한 입도로 미분화한 알루미노실리케이트(alumino-silicate)질 물질이며 시멘트에 혼합함으로써 콘크리트의 각종 물성을 현저하게 개선시키는 효과가 있다고 보고되고 있다. 또한, 단기적으로 에트린자이트(ettringite)의 생성과, 시멘트 중의 주요광물인 알라이트(alite)의 활성화로 인한 수산화칼슘과 빠르게 반응하여 초기강도를 증가시키고 중장기적으로는 시멘트와 반응시 포졸란 반응으로 콘크리트 조직이 치밀화 되어 강도 증진과 마모저항성을 향상시킨다.

또 본 발명에서는 아스팔트 도로포장의 경우와 달리 콘크리트 포장층과 아스팔트 표층 간의 완벽한 차수 및 방수성능을 구현할 필요 없이 최적의 접착력만을 발휘하도록 KS M 2203의 RS(C)-4 또는 동등 이상의 재료를 사용하여 0.4ℓ/㎡ 이상 초과하지 않도록 고르게 살포하며, 포설량이 과다할 경우 표층의 밀림현상과 소성변형을 촉진시키므로 최적의 사용량을 적용한다.

본 발명에 따른 방수 및 방청성이 있는 불투수 철근콘크리트에 사용되는 방청 방수재의 불투수성(방수성), 마모, 동결융해, 탄산화, 염소이온, 철근 부식(방청성)에 관련된 시험으로 고내구성 포장도로를 평가하였다.

즉, 본 발명에서 방수 및 방청성이 있는 불투수 콘크리트 조성물은 콘크리트 압축강도 24MPa, 27MPa 2종류의 콘크리트 배합표에 조성물의 첨가량을 콘크리트 1㎥당 10 내지 13㎏ 중량부를 첨가하여 첨가량에 따른 불투수성, 마모성, 동결융해, 탄산화, 염소이온침투, 방청성에 관련된 시험으로 조성물의 품질 특성을 검사 시험하였다.

본 발명에 따른 방수 및 방청성이 있는 불투수 철근콘크리트는 방수성과 마모저항성이 미첨가 콘크리트 시험체보다 약 3배 정도 향상된 성능이며, KS F 2561의 콘크리트 중의 철근 부식 촉진시험에서 규정한 품질기준 이상의 방청성능을 확인하였다.

또한, 동결융해, 탄산화, 염소이온 침투 저항성은 KS F 4926에서 정하는 품질기준을 모두 만족한 성능이므로 고내구성 포장도로에 적합할 뿐만 아니라 철근콘크리트 포장도로의 수명을 극대화시킬 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법을 사용하는 것에 의해 동절기 염화칼슘 제설제의 다량살포로 인한 철근 부식 열화를 방지할 수 있어 유지보수 비용 절감과 건설자원 절약, 환경오염을 방지할 수 있다.

Claims

기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 지반상태가 연약한 구간의 철근콘크리트 포장도로에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 철근콘크리트 포장도로 시공 방법으로서,
(a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝의 두께로 형성하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계 및
(e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방청 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하고,
상기 단계 (a) 내지 단계 (e)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 포장도로 시공 방법.
기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 교량이나 터널구간의 상부슬래브 콘크리트에 방수·방청성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 교량 상부슬래브 콘크리트 도로포장 방법으로서,
(a) 교량구간에서 교량등급에 따른 두께로 방청 방수재를 포함하는 불투수 철근 콘크리트층을 형성하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 형성된 불투수 철근 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행하는 단계 및
(c) 상기 단계 (b)에서 실행된 택 코팅 상에 개질 콘크리트 또는 아스팔트 표층을 5~7㎝의 두께로 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (a)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 329~363㎏, 물 148~164㎏, 잔골재 822~908㎏, 굵은 골재 901~995㎏, 방청 방수재 12~13㎏을 포함하고,
상기 단계 (a) 내지 단계 (c)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 교량 상부슬래브 콘크리트 도로포장 시공 방법.
제1항 또는 제2항에서,
상기 방청 방수재는 상기 방청 방수재 100중량부에 대하여 잠재수경성 물질인 고로 슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 5 내지 10중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 5 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.
제1항 또는 제2항에서,
상기 방청 방수재는 상기 방청 방수재 100중량부에 대하여 잠재수경성이 있는 고로슬래그(slag) 또는 플라이에쉬 38 내지 56중량부, 실리카흄(silica-fume) 4 내지 8중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 5 내지 11중량부, 리그닌계 고성능 감수제 1 내지 6중량부, 양극형 무기염 18 내지 34중량부, 메타카올린(metakaolin) 4 내지 8중량부, 산화방지제 탄닌 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.
제3항에서,
상기 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 346㎏, 물 156㎏, 잔골재 865㎏, 굵은 골재 948㎏, 방청 방수재 13㎏을 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.
제4항에서,
상기 불투수 콘크리트는 콘크리트 1㎥당 시멘트 346㎏, 물 156㎏, 잔골재 865㎏, 굵은 골재 948㎏, 방청 방수재 13㎏을 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.