KR20230019607A - 동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 (a) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가하여 중합하는 단계를 포함하는, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법을 제공한다.

Description

동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법{LATEX COMPOSITION FOR CEMENT CONCRETE WITH IMPROVED FREEZE-THAW STABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 명세서는 동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
교량 상판의 표면을 포장하는 교면 포장에는 신설 교면 포장과 보수 교면 포장이 있다. 포장된 교면은 극심한 기상변화, 교통하중의 반복재하, 충격작용 및 염화물침투 등 가혹한 조건에 노출되므로, 포장면의 조기열화를 억제함과 동시에 내구성, 방수성 및 균열저항성이 우수하여야 한다. 이러한 교면 포장방법 중 고무 라텍스를 배합한 라텍스 개질 콘크리트(Latex modified concreate, LMC) 공법은 수밀성, 내구성, 부착성 등 물리적 성질이 우수하여 교면 포장에 적합한 특성을 가진다. LMC 공법은 시멘트, 물 및 라텍스 간의 수화건조를 통해 콘크리트를 경화시켜 수행되며, 골재 및 시멘트 간의 공극이 발생하는 일반적인 콘크리트와 달리 공극에 침투된 라텍스가 필름을 형성하여 수밀성 및 내구성이 향상될 수 있다.
종래 교면 포장 중 신설 교면 포장은 내구성이 중요하여 28일 후 압축강도가 30MPa 이상인 조건을 만족하면 충분하나, 보수 교면 포장은 내구성 외에도 교통량 회복 또한 중요한 요소이므로 빠른 건조가 중요한 요소로 작용한다. 이에 보수 교면 포장 시 카르본산 변성 라텍스를 사용하고 있으나, 경화속도가 과도하게 빨라져 작업성이 저하되고, 교면의 거칠기가 증가하여 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 하절기 교면 포장 작업 시 물이 공극을 통해 표면으로 배출되면서 증발되어야 하나, 계절 특성 상 빠르게 건조되어 교면이 거칠어지고, 콘크리트 조성물의 유동성, 즉 현장 작업성이 저하되어 교면 표면을 매끄럽게 포설하기 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 하절기 작업 시 물의 사용량을 증가시켜 콘크리트 조성물의 유동성을 향상시킬 수 있으나, 과량의 물로 인해 28일 후 압축강도가 기준치 미달로 측정될 수 있어 재시공하여야 하는 문제점이 발생할 수 있다.
전술한 하절기와 달리 동절기의 경우 대기온도 5 ℃ 이상에서 교면 포장을 진행하는데, 낮 기온은 5 ℃ 이상이지만 밤이 되면 기온이 5 ℃ 이하로 내려가고, 이 경우 라텍스 조성물 및 콘크리트 조성물이 동결될 수 있고, 온도 변화에 따른 동결-해동 현상이 반복되면서 라텍스 조성물 및 콘크리트 조성물의 안정성이 저하되어 응고물이 발생할 수 있고 이에 따라 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이와 같은 현장 작업성을 해결하기 위해 비이온계 유화제를 사용하여 라텍스 및 콘크리트 조성물 간의 배합 안정성을 부여하고자 하는 시도가 있으나, 하절기 교면 포장 시 빠른 건조로 인한 현장 작업성 저하 및 크랙 발생의 문제점은 여전히 존재하고, 과량의 비이온계 유화제의 사용으로 층분리 현상이 발생하여 또다른 문제점을 야기할 수 있다.
따라서, 동결융해 안정성이 우수하여 기온 변화의 영향을 받지 않으면서도 유동성 및 현장 작업성이 우수한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법에 대한 연구개발이 요구되고 있다.
본 명세서의 기재사항은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 명세서의 일 목적은 동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 중합 안정성이 우수한 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 현장 작업성 및 내구성이 우수한 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면 (a) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가하여 중합하는 단계를 포함하는, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, α-에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 공액 디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 피페릴렌, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 이소프렌, 2-페닐-1,3-부타디엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 (a1) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 초기 중합물을 제조하는 단계; 및 (a2) 상기 초기 중합물에 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 추가 투입한 후 증식 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 (a2) 단계 이후에 (a3) 상기 공중합체 라텍스에 카르복실 단량체 및 아마이드계 화합물을 첨가하여 변성 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 카르복실 단량체는 메틸메타아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산, 이타코닉산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 카르복실 단량체의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 아마이드계 화합물은 메틸아마이드일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 아마이드계 화합물의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100 중량부에 대하여 0.1~5중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트라이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트라이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 비이온계 유화제를 첨가하여 중합하는 단계이고, 상기 비이온계 유화제는 하기 화학식1로 표시되는 폴리옥시에틸렌계 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R-O-(CH2CH2O)n-H
상기 화학식 1에서, 상기 R은 C11-C15 알킬이고, 상기 n은 10 내지 50의 정수이다.
일 실시예에 있어서, 상기 비이온계 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 반응성 유화제를 첨가하여 중합하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응성 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~5중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응성 유화제는 에테르 설페이트계, 디알킬 설포석시네이트계, 암모늄 설페이트계 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법으로 제조한, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제공한다.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법으로 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물; 시멘트; 골재; 및 물을 포함하는, 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 100중량부에 대하여, 상기 시멘트의 함량은 700 내지 900중량부이고, 상기 골재의 함량은 700 내지 800중량부이며, 상기 물의 함량은 100 내지 200중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비(W/C)는 20~30 %일 수 있다.
본 명세서의 일 측면에 따른 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법은 중합 안정성 및 생산성이 우수하므로, 안정적인 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조에 적용될 수 있다.
본 명세서의 다른 일 측면에 따른 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물은 현장 작업성, 내구성 및 동결융해 안정성이 우수하여 교량 상판의 신설 또는 보수 교면 포장에 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
본 명세서에 사용된 용어 "Cx-Cy"는 사슬 내에 x 내지 y개의 탄소를 함유하는 기를 의미하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, Cx-Cy 알킬은 사슬 내에 x 내지 y개의 탄소 원자를 함유하는 포화 탄화수소를 의미한다.
시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법
본 명세서의 일 측면에 따른 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법은 (a) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가하여 중합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는 공중합체 라텍스를 제조하기 위하여 각 단량체를 중합하는 단계로, 통상의 공중합체 라텍스 중합 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 방향족 비닐계 단량체, 공액 디엔계 단량체, 물 및 유화제를 포함하는 혼합물에 개시제를 첨가하여 반응을 개시할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 혼합물에 포함된 상기 물 100중량부에 대하여, 상기 방향족 비닐계 단량체 함량은 50~80중량부, 상기 공액 디엔계 단량체 함량은 20~50중량부, 상기 유화제 함량은 0.1~3중량부이고, 상기 개시제 함량은 0.5~10중량부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, α-에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공액 디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 피페릴렌, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 이소프렌, 2-페닐-1,3-부타디엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유화제는 음이온 유화제일 수 있고, 알킬벤젠술폰산나트륨계 화합물일 수 있다. 예를 들어, 소듐도데실벤젠술포네이트, 소듐라우릴설페이트, 소듐옥틸설페이트, 소듐톨루엔술포네이트, 포타슘스테아릴포스페이트, 포타슘스테아레이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 개시제는 암모늄퍼설페이트, 포타슘퍼설페이트, 소듐바이퍼설페이트, 하이드로겐퍼옥사이드, 소듐하이드로겐설파이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 개시제는 상기 범위의 함량으로 포함되어 반응열의 제어가 가능한 범위에서 중합속도를 향상시킬 수 있다.
상기 (a) 단계의 혼합물은 필요에 따라 염기, 분자량조절제 등 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 염기로 포타슘하이드록사이드, 소듐하이드록사이드, 암모늄하이드록사이드 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 더 포함하여 중합 안정성을 향상시키거나, 상기 분자량조절제로 n-도데실머캅탄, t-도데실머캅탄, n-옥틸머캅탄 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (a) 단계는 (a1) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 초기 중합물을 제조하는 단계; 및 (a2) 상기 초기 중합물에 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 추가 투입한 후 증식 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a1) 단계는 초기(initial) 중합단계로, 물 100중량부를 기준으로 방향족 비닐계 단량체 5~10중량부, 공액 디엔계 단량체 3~5중량부 및 유화제 0.1~3중량부를 포함하는 혼합물에 개시제 0.5~10중량부를 첨가하고 중합 전환율 70~80%로 진행시켜 초기 중합물을 제조하는 단계일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (a2) 단계는 증식(increment) 중합단계로, 상기 초기 중합물에 방향족 비닐계 단량체 45~70중량부 및 공액 디엔계 단량체 17~45중량부를 추가 투입하여 중합하는 단계일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 초기/증식 중합단계는 단량체를 분할 투입함으로써 입경이 균일한 라텍스를 형성할 수 있고, 그에 따라 중합 안정성을 개선하여 정비 시간을 감소시키는 동시에 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 (a1) 및 (a2) 단계는 50~60 ℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (a) 단계는 상기 (a2) 단계 이후에 (a3) 상기 공중합체 라텍스에 카르복실 단량체 및 아마이드계 화합물을 첨가하여 변성 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로 시멘트는 CaO, SiO2, Al2O3 또는 SO3 등의 무기물을 포함하고 있으며, 라텍스 중합 시 카르복실산을 포함하면 상기 시멘트의 무기물과 빠르게 반응하여 화학적 충격(chemical shock)이 발생할 수 있어 시멘트 콘크리트 조성물이 필요 이상으로 빠르게 건조될 수 있으나, 카르복실 단량체 및 아마이드계 혼합물을 포함하는 변성 라텍스를 사용하면 상기 라텍스 조성물 및 시멘트 간의 수화 반응 속도를 적절하게 조절할 수 있고, 라텍스 중합 시 중합 안정성을 개선할 수 있다.
상기 아마이드계 화합물은 라텍스에 표면전하를 부여할 수 있다. 상기 라텍스에 표면전하를 부여하면, 상기 라텍스와 시멘트의 무기물 간의 수화 반응의 속도를 조절할 수 있어 중합 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이를 포함하여 제조된 콘크리트 혼합물의 응결시간 및 작업성을 제어할 수 있다.
상기 카르복실 단량체는 메틸메타아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산, 이타코닉산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카르복실 단량체의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.5중량부, 2중량부, 2.5중량부, 3중량부, 3.5중량부, 4중량부, 4.5중량부, 5중량부, 5.5중량부, 6중량부, 6.5중량부, 7중량부, 7.5중량부, 8중량부, 8.5중량부, 9중량부, 9.5중량부, 10중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아마이드계 화합물은 메틸아마이드일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아마이드계 화합물의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100 중량부에 대하여 0.1~5중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.5중량부, 2중량부, 2.5중량부, 3중량부, 3.5중량부, 4중량부, 4.5중량부, 5중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (a3) 단계는 55~65 ℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물인 공중합체 라텍스 또는 변성 공중합체 라텍스에 첨가제인 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가하여 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 동결융해 안정성을 향상시키는 단계로, 상기 첨가제의 종류 및 함량을 변경함으로써 라텍스 조성물의 물성을 필요에 따라 조절할 수 있다.
상기 첨가제로 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 이외의 폴리에틸렌 글리콜계 화합물을 첨가할 경우, 상기 제조방법으로 제조한 라텍스 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 동결융해 안정성이 저하될 수 있다. 상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 이외의 폴리에틸렌 글리콜계 화합물의 예로는 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(ethylene glycol monoethyl ether), 다이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(diethylene glycol monoethyl ether), 트라이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(triethylene glycol monoethyl ether), 폴리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(polyethylene glycol monoethyl ether) 등을 포함하는 알킬렌 글리콜 모노에틸 에테르를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(ethylene glycol monomethyl ether), 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(diethylene glycol monomethyl ether), 트라이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(triethylene glycol monomethyl ether), 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(polyethylene glycol monomethyl ether), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(propylene glycol monomethyl ether), 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 트라이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(tripropylene glycol monomethyl ether) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.5중량부, 2중량부, 2.5중량부, 3중량부, 3.5중량부, 4중량부, 4.5중량부, 5중량부, 5.5중량부, 6중량부, 6.5중량부, 7중량부, 7.5중량부, 8중량부, 8.5중량부, 9중량부, 9.5중량부, 10중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르의 함량이 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 상기 제조방법으로 제조한 라텍스 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 동결융해 안정성이 저하되어 낮은 기온에서 교면 포장을 할 경우 라텍스의 동결 및 해동에 따른 응고물이 다량 발생하여 라텍스 고유의 물성을 발현하지 못할 수 있고, 10중량부 초과이면 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 물성이 저하될 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 비이온계 유화제를 첨가하여 중합하는 단계이고, 상기 비이온계 유화제는 하기 화학식1로 표시되는 폴리옥시에틸렌계 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R-O-(CH2CH2O)n-H
상기 화학식 1에서, 상기 R은 C11-C15 알킬이고, 상기 n은 10 내지 50의 정수일 수 있다.
상기 비이온계 유화제는 물에 이온화되지 않고 용해되면서 상기 방법으로 제조되는 라텍스 조성물의 표면에 분포될 수 있다. 상기 비이온계 유화제가 분포된 라텍스 조성물은 시멘트의 무기물과 화학적 충격(chemical shock)이 발생하지 않아, 시멘트 콘크리트 조성물 배합시의 응집 문제를 해결할 수 있다.
상기 R은 친유성의 알킬기로, 상기 알킬의 탄소수는 11 내지 15일 수 있다. 상기 알킬의 탄소수가 11 미만이거나 15 초과인 비이온계 유화제를 사용하여 제조한 라텍스 조성물은 이를 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 유동성 및 현장 작업성을 저하시킬 수 있고, 온도에 민감한 교면 포장의 특성상 기온이 높은 하절기에 교면을 포장할 경우 빠른 건조로 인해 공극을 통한 물의 증발이 이루어지지 않아 시공 후 콘크리트 표면이 거칠어지고 크랙이 발생하여 불량 시공의 원인이 될 수 있다. 또한 상기 알킬기의 탄소수가 상기 범위를 벗어날 경우 시멘트 콘크리트의 내구성이 저하될 수 있다.
상기 n은 상기 비이온계 유화제에 포함된 친수성인 에틸렌옥사이드(ethylene oxide, EO)의 개수로, 상기 n은 10 내지 50의 정수일 수 있다. 상기 n이 10 미만이면 상기 비이온계 유화제의 친수성이 저하되어 이를 사용하여 제조한 라텍스 조성물을 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 유동성이 저하될 수 있고, 과도하게 빠른 수화 반응 및 건조가 발생하여 현장 작업성이 저하될 수 있다. 또한 상기 에틸렌옥사이드의 개수가 상기 범위를 벗어날 경우 시멘트 콘크리트의 내구성이 저하될 수 있다.
라텍스 조성물은 교면 포장에 있어서 시멘트 및 물 간의 수화 반응을 통해 접착제 역할을 수행할 수 있으며, 이들 간의 반응 및 건조를 위한 최적의 조건을 도출하는 것이 중요한 요소이다. 상기 범위를 만족하는 탄소수의 알킬기 및 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 비이온계 유화제는 라텍스 조성물 표면에 분포될 수 있고, 친수성을 부여함으로써 상기 라텍스 조성물 및 시멘트가 유연하게 결합하여, 이를 포함하여 제조된 시멘트 콘크리트 조성물의 건조 속도를 조절하고, 현장 작업성을 향상시킬 수 있다. 그에 따라 시공 후 콘크리트 표면이 거칠어지고 크랙이 발생하는 문제를 해결하여 교면 표면을 매끄럽게 포설할 수 있고, 보수 교면 포장시의 비용 및 교통 흐름 방해 문제를 개선할 수 있다.
상기 알킬의 탄소수 및 에틸렌옥사이드의 개수가 상기 범위를 만족하지 않는 않는 비이온계 유화제를 사용할 경우, 이를 사용하여 제조한 라텍스 조성물을 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 표면 건조 속도가 급격히 증가하여 현장 작업성이 저하될 수 있다. 이러한 표면 건조 문제를 해결하기 위해 시멘트 콘크리트 조성물에 포함된 물의 함량을 증가시킬 경우, 유동성 및 현장 작업성은 증가할 수 있으나, 내구성이 저하되어 재령 28일 압축강도 측정시 불합격 판정이 내려질 수 있다.
상기 비이온계 유화제는 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 이소트리데실 에테르(Polyoxyethylene isotridecyl ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비이온계 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.5중량부, 2중량부, 2.5중량부, 3중량부, 3.5중량부, 4중량부, 4.5중량부, 5중량부, 5.5중량부, 6중량부, 6.5중량부, 7중량부, 7.5중량부, 8중량부, 8.5중량부, 9중량부, 9.5중량부, 10중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 비이온계 유화제의 함량이 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 상기 제조방법으로 제조한 라텍스 조성물을 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 유동성 및 현장 작업성이 저하될 수 있고, 10중량부 초과이면 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 물성이 저하되고 층분리 등의 문제점이 발생할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 반응성 유화제를 첨가하여 중합하는 단계일 수 있다.
상기 반응성 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~5중량부일 수 있다. 예를 들어, 0.1중량부, 0.2중량부, 0.3중량부, 0.4중량부, 0.5중량부, 0.6중량부, 0.7중량부, 0.8중량부, 0.9중량부, 1중량부, 1.5중량부, 2중량부, 2.5중량부, 3중량부, 3.5중량부, 4중량부, 4.5중량부, 5중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반응성 유화제는 에테르 설페이트계(ether sulfate), 디알킬 설포석시네이트계(dialkyl sulfosuccinate), 암모늄 설페이트계(ammonium sulfate) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 예를 들어, 알릴옥시메틸 알킬옥시 폴리옥시에틸렌 설포네이트(allyloxymethyl alkyloxy polyoxyethylene sulfonate), 알릴옥시 메틸알콕시에틸 폴리옥시에틸렌 설페이트(allyloxy methylalkoxyethyl polyoxyethylene sulfate), 2-설포에틸(메타)아크릴레이트 나트륨염[2-sulfoethyl(meth)acrylate sodium salt], 3-설포프로필(메타)아크릴레이트 암모늄염[3-sulfopropyl (meth)acrylate ammonium salt]와 같은 (메타)아크릴산 설포알킬 에스테르 염[(meth)acrylic acid sulfoalkyl ester salt], 설포프로필말레산 알킬에스테르 나트륨염(sulfopropylmaleic acid alkyl ester sodium salt), 설포프로필말레산 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르 암모늄염(sulfopropylmaleic acid polyoxyethylene alkyl ester ammonium salt), 설포에틸푸마르산 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르 암모늄염(sulfoethylfumaric acid polyoxyethylene alkyl ester ammonium salt)과 같은 지방족 불포화 다이카르복실산 알킬 설포알킬 다이에스테르 염, 말레산 다이폴리에틸렌 글리콜 에스테르 알킬페놀 에테르 설페이트(maleic acid dipolyethylene glycol ester alkylphenol ether sulfate), 프탈산 다이하이드록시에틸 에스테르 (메타)아크릴레이트 설페이트[phthalic acid dihydroxyethyl ester (meth)acrylate sulfate], 1-알릴옥시-3-알킬 페녹시-2-폴리옥시에틸렌 설페이트[1-allyloxy-3-alkyl phenoxy-2-polyoxyethylene sulfate] 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반응성 유화제는 SO3NH4 친수기를 포함하는 음이온성 유화제로 상기 라텍스 조성물을 이루는 성분을 고르게 분산시키는 역할을 수행하여 중합 안정성을 향상시킬 수 있고, 동결융해 안정성을 개선시킬 수 있다. 그에 따라 동절기에 교면 포장 시 큰 일교차로 인해 동결-해동 현상이 반복되면서 라텍스 입자 간 과도한 응집으로 인해 분상 또는 괴상의 겔 집합물인 응고물(coagulum)이 형성되고, 이를 콘크리트 혼합물에 적용 시 분산성이 불량하여 작업성과 강도가 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르, 비이온계 유화제 및 반응성 유화제를 첨가하여 중합하는 단계일 수 있다.
상기 (b) 단계는 60~70 ℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물
본 명세서의 다른 일 측면에 따른 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물은 상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법으로 제조한 것일 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물은 동결융해 안정성이 우수하여 동절기 교면 포장 시 큰 일교차로 인해 동결-해동 현상이 반복되면서 라텍스 입자 간 과도한 응집으로 인해 응고물이 형성되는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 응고분은 0.50 % 이하일 수 있다. 예를 들어, 0.50 %, 0.45 %, 0.40 %, 0.35 %, 0.30 %, 0.25 %, 0.20 %, 0.15 %, 0.10 %, 0.05 %, 0.01 % 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 응고분이 0.50 % 초과이면 라텍스 조성물의 안정성, 특히 동결융해 안정성이 극히 저하될 수 있고, 다량의 응고물로 인하여 이를 포함하는 시멘트 콘크리트 조성물의 물성이 저하될 수 있다.
시멘트 콘크리트 조성물
본 명세서의 또 다른 일 측면에 따른 시멘트 콘크리트 조성물은 상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법으로 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물; 시멘트; 골재; 및 물을 포함할 수 있다.
상기 골재로는 잔골재(모래), 굵은 골재(자갈) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 잔골재는 평균 입도가 10mm 이하일 수 있고, 예를 들어, 10mm 이하, 9mm 이하, 8mm 이하, 7mm 이하, 6mm 이하, 5mm 이하, 4mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하 또는 1mm 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 굵은 골재는 평균 입도가 50mm 이하일 수 있고, 예를 들어, 50mm 이하, 40mm 이하, 30mm 이하, 20mm 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 100중량부에 대하여, 상기 시멘트의 함량은 700 내지 900중량부이고, 상기 골재의 함량은 700 내지 800중량부이며, 상기 물의 함량은 100 내지 200중량부일 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비(W/C)는 20~30 %일 수 있다. 상기 물-시멘트비(W/C)가 20 % 미만이면 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 유동성 및 현장 작업성이 저하되어 교면 표면을 매끄럽게 포설하기 어려운 문제점이 발생할 수 있으며, 30 % 초과이면 건조에 필요한 시간이 과도하게 증가하고, 양생 후 시멘트 콘크리트의 내구성이 저하될 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 초기 슬럼프 값은 90~120mm일 수 있다. 예를 들어, 90mm, 91mm, 92mm, 93mm, 94mm, 95mm, 96mm, 97mm, 98mm, 99mm, 100mm, 101mm, 102mm, 103mm, 104mm, 105mm, 106mm, 107mm, 108mm, 109mm, 110mm, 111mm, 112mm, 113mm, 114mm, 115mm, 116mm, 117mm, 118mm, 119mm 또는 120mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 초기 슬럼프 값이 90mm 미만이면 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 유동성이 낮아 작업성이 저하될 수 있고, 120mm 초과이면 건조에 필요한 시간이 증가하여 작업 시간이 지연될 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 30분 후 슬럼프 값은 70~108mm일 수 있다. 예를 들어, 70mm, 71mm, 72mm, 73mm, 74mm, 75mm, 76mm, 77mm, 78mm, 79mm, 80mm, 81mm, 82mm, 83mm, 84mm, 85mm, 86mm, 87mm, 88mm, 89mm, 90mm, 91mm, 92mm, 93mm, 94mm, 95mm, 96mm, 97mm, 98mm, 99mm, 100mm, 101mm, 102mm, 103mm, 104mm, 105mm, 106mm, 107mm 또는 108mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 30분 후 슬럼프 값이 70mm 미만이면 공극을 통한 물의 증발이 이루어지지 않아 시공 후 콘크리트 표면이 거칠어지고 크랙이 발생하여 불량 시공의 원인이 될 수 있고, 108mm 초과이면 작업 효율성이 저하될 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 슬럼프 손실은 10~30%일 수 있다. 예를 들어, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30% 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 슬럼프 손실이 10% 미만이면 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 배합 과정에서 응결 발생이 지연되거나, 응결이 충분히 발생하지 않을 수 있고, 30% 초과이면 유동성이 급격히 감소하고, 필요 이상으로 빠른 건조가 진행되어 현장 작업성이 저하될 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 재령 4시간 압축강도는 21MPa 이상일 수 있다. 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 4시간 압축강도가 21MPa 미만이면 교면 보수 포장 시 단시간 내에 필요한 강도를 구현할 수 없다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물의 재령 28일 압축강도는 30MPa 이상일 수 있다. 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 28일 압축강도가 30MPa 미만이면 경화된 콘크리트의 강도가 기준을 만족하지 못하는 불량 시공이 발생하여 파손이 용이하고, 재시공하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 시멘트 콘크리트 조성물은 유동성, 현장 작업성, 내구성 및 동결융해 안정성이 우수하여 교량 상판의 신설 또는 보수 교면 포장에 적용될 수 있고, 상기 시멘트 콘크리트 조성물은 건조 속도 및 압축강도가 조화롭게 우수하며 포장 후 표면 거칠기 특성이 우수하여 크랙 발생을 방지할 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구가 구비된 5L 고압 반응기를 준비하였다. 상기 반응기를 질소로 치환한 후, 이온교환수 100중량부, 1,3-부타디엔 4중량부, 스티렌 8중량부, 알킬벤젠술폰산나트륨2중량부, 포타슘하이드록사이드 0.5중량부, t-도데실머캅탄 0.3중량부를 일괄투입하였다. 상기 반응기를 55℃까지 승온한 후, 포타슘퍼설페이트 1.1중량부 및 소듐바이퍼설페이트 0.2중량부를 투입하여 초기 중합을 개시하였다. 중합 전환율이 80% 진행되면 1,3-부타디엔 35중량부 및 스티렌 55중량부를 추가 투입하여 증식 중합을 개시하였다.
4시간 동안 반응시킨 후, 메틸메타아크릴레이트 5중량부 및 메틸아마이드 2중량부를 투입하고, 상기 반응기의 온도를 60℃로 승온 및 6시간 동안 반응시켜 카르본산/아마이드 변성 공중합체 라텍스를 제조하였다.
상기 변성 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 10개의 에틸렌옥사이드(EO)를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)10-H) 5중량부를 첨가한 후, 상기 반응기의 온도를 65℃로 승온 및 4시간 동안 중합하여 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 2
비이온계 유화제로 탄소수 13의 알킬기 및 10개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 이소트리데실 에테르(Polyoxyethylene isotridecyl ether, C13H27-O-(CH2CH2O)10-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 3
비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 20개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)20-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 4
비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 50개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)50-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 5
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 반응성 유화제로 알릴옥시 메틸알콕시에틸 폴리옥시에틸렌 설페이트(Asahi Denka社의 ADEKA REASOAP SR-10) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 6
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(ethylene glycol monomethyl ether, CH3-OCH2CH2-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 7
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(diethylene glycol monomethyl ether, CH3-(OCH2CH2)2-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 8
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 트라이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(triethylene glycol monomethyl ether, CH3-(OCH2CH2)3-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 9
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(polyethylene glycol monomethyl ether, CH3-(OCH2CH2)n-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 10
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(propylene glycol monomethyl ether, CH3-OCH2CHCH3-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 11
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether, CH3-(OCH2CHCH3)2-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
실시예 12
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 트라이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(tripropylene glycol monomethyl ether, CH3-(OCH2CHCH3)3-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 1
비이온계 유화제로 탄소수 10의 알킬기 및 10개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 데실 에테르(Polyoxyethylene decyl ether, C10H21-O-(CH2CH2O)10-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 2
비이온계 유화제로 탄소수 16의 알킬기 및 10개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(Polyoxyethylene cetyl ether, C16H33-O-(CH2CH2O)10-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 3
비이온계 유화제로 탄소수 18의 알킬기 및 10개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(Polyoxyethylene oleyl ether, C18H35-O-(CH2CH2O)10-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 4
비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 4개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)4-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 5
비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 6개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)6-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 6
비이온계 유화제로 탄소수 12의 알킬기 및 9개의 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene lauryl ether, C12H25-O-(CH2CH2O)9-H)를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 7
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(ethylene glycol monoethyl ether, C2H5-OCH2CH2-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 8
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 다이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(diethylene glycol monoethyl ether, C2H5-(OCH2CH2)2-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 9
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 트라이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(triethylene glycol monoethyl ether, C2H5-(OCH2CH2)3-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
비교예 10
상기 비이온계 유화제 5중량부와 함께 첨가제인 폴리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(polyethylene glycol monoethyl ether, C2H5-(OCH2CH2)n-OH) 3중량부를 첨가한 것을 제외하면, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 제조하였다.
제조예 1- 4 및 비교제조예 1-6
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조한 각각의 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 시멘트, 모래, 자갈 및 물과 함께 하기 표 1의 배합비에 따라 60L 콘크리트 믹서에 투입한 후, 교반하여 물-시멘트비(W/C, water-cement ratio)가 24.8 %인 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
구분 시멘트 모래 자갈 물 라텍스 조성물
배합비 770 300 430 145 97
실험예 1: 시멘트 콘크리트 조성물의 물성 평가
상기 제조예 및 비교제조예에 따라 제조한 각각의 시멘트 콘크리트 조성물의 물성을 평가하기 위하여 콘크리트 슬럼프 시험 및 압축강도 시험을 수행하였다.
콘크리트 슬럼프 시험
KS F 2402 「콘크리트의 슬럼프 시험방법」에 따라 윗면의 안지름이 100mm, 밑면의 안지름이 200mm, 높이 300mm 및 두께 1.5mm 이상인 슬럼프콘에 시멘트 콘크리트 조성물을 채워 넣고 슬럼프콘을 연직방향으로 들어 올린 후 콘크리트 중앙부에서 공시체 높이와의 차를 측정하여 이를 슬럼프 값(mm)으로 하였다.
콘크리트 슬럼프 시험은 상기 시멘트 콘크리트 조성물의 제조가 완료된 직후(초기) 및 제조 후 30분이 지난 시점(30분 후)에 각각 수행되었으며, 초기 슬럼프 값에 대한 초기 슬럼프 값과 30분 후 슬럼프 값의 차이를 백분율로 나타낸 값인 슬럼프 손실(slump loss)을 도출함으로써 현장 작업성을 평가하였다.
슬럼프 값은 경화가 진행되지 않은 콘크리트 조성물의 반죽질기(consistency)를 나타내는 값으로, 슬럼프 값이 클수록 콘크리트 조성물의 유동성이 높음을 의미하고, 통상적으로 슬럼프 손실 수치가 낮을수록 워커빌리티(workability) 즉, 콘크리트 타설시의 현장 작업성이 우수한 것으로 평가할 수 있다.
압축강도 시험
KS F 2403 「콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법」에 따라 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 공시체를 제작하였다. 그 후, KS F 2405 「콘크리트의 압축강도 시험방법」에 따라 공시체 파괴 시의 최대 하중인 압축강도(MPa)를 압축시험기를 사용하여 측정하였다. 상기 압축강도는 공시체 양생 후 4시간 및 28일 후에 각각 측정함으로써 기계적 물성을 평가하였다.
실험예 1-1: 알킬기 탄소수에 따른 시멘트 콘크리트 조성물의 물성 평가
하기 표 2는 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 포함하는 각각의 시멘트 콘크리트 조성물(제조예 1, 2 및 비교제조예 1 내지 3)의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 비이온계 유화제로 사용된 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)의 에틸렌옥사이드 개수는 모두 10개로 동일하며 알킬기 탄소수는 각각 12, 13, 10, 16, 18로 서로 상이하다.
구분 슬럼프 값 (mm) 슬럼프 손실
(%)		 압축강도(MPa)
초기 30분 후 4시간 28일
제조예 1 114 96 15.8 21.5 31.4
제조예 2 114 96 15.8 21.3 30.8
비교제조예1 110 86 21.8 20.1 28.4
비교제조예2 108 85 21.3 19.4 28.1
비교제조예3 102 71 30.4 17.6 27.2
상기 표 2를 참고하면, 제조예 1 및 2에 따라 제조한 시멘트 콘크리트 조성물이 비교제조예 1 내지 3에 비하여 높은 초기 슬럼프 값을 나타내고, 슬럼프 손실은 낮으며, 재령 4시간 및 28일 압축강도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 시멘트 콘크리트 조성물 제조시에 알킬기 탄소수가 12 또는 13인 비이온계 유화제를 사용한 라텍스 조성물을 첨가할 경우, 초기 유동성, 현장 작업성 및 압축강도가 우수한 시멘트 콘크리트 조성물을 제조할 수 있음을 나타낸다.
비교제조예 1 내지 3에 따라 제조한 시멘트 콘크리트 조성물은 초기 슬럼프 값이 낮은 동시에 슬럼프 손실이 높아, 필요 이상의 빠른 수화 반응 및 건조가 발생하여 현장 작업성이 미흡하고, 4시간 및 28일 압축강도 값이 저하되어 LMC 교면 포장에 부적절한 것을 확인할 수 있다.
실험예 1-2: 에틸렌옥사이드 개수에 따른 시멘트 콘크리트 조성물의 물성 평가
하기 표 3은 실시예 3, 4 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 포함하는 각각의 시멘트 콘크리트 조성물(제조예 3, 4 및 비교제조예 4 내지 6)의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 상기 실시예 3, 4 및 비교예 4 내지 6에서 비이온계 유화제로 사용된 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)의 알킬기 탄소수는 모두 12로 동일하며 에틸렌옥사이드의 개수는 각각 20, 50, 4, 6, 9개로 서로 상이하다.
구분 슬럼프 값 (mm) 슬럼프 손실
(%)		 압축강도(MPa)
초기 30분 후 4시간 28일
제조예 3 108 85 21.3 22.7 40.2
제조예 4 101 71 29.7 22.4 39.4
비교제조예4 90 54 40.0 14.8 23.7
비교제조예5 97 62 36.1 16.6 24.6
비교제조예6 98 67 31.6 16.9 26.8
상기 표 3을 참고하면, 제조예 3 및 4에 따라 제조한 시멘트 콘크리트 조성물이 비교제조예 4 내지 6에 비하여 높은 초기 슬럼프 값을 나타내고, 슬럼프 손실은 낮으며, 재령 4시간 및 28일 압축강도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 시멘트 콘크리트 조성물 제조시에 에틸렌옥사이드의 개수가 20 또는 50개인 비이온계 유화제를 사용한 라텍스 조성물을 첨가할 경우, 초기 유동성, 현장 작업성 및 압축강도가 우수한 시멘트 콘크리트 조성물을 제조할 수 있음을 나타낸다.
비교제조예 4 내지 6에 따라 제조한 시멘트 콘크리트 조성물은 초기 슬럼프 값이 낮은 동시에 슬럼프 손실이 모두 30%를 초과하는 것으로 나타나, 필요 이상의 빠른 수화 반응 및 건조가 발생하여 현장 작업성이 미흡하고, 4시간 및 28일 압축강도 값이 저하되어 LMC 교면 포장에 부적절한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 라텍스 조성물의 동결융해 안정성 평가
라텍스 조성물의 동결융해 안정성을 평가하기 위하여 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물에 대한 동결융해 안정성(Freeze-thaw stability) 시험을 수행하였다.
KS M 6403 「라텍스 배합물의 동결-해동 반복에 따른 안정도 시험 방법」에 따라 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물을 동결 조건인 -15 ℃에서 16시간 동안 보관한 후, 융해 조건인 25 ℃에서 8시간 유지시키는 과정을 2회 반복하고, 상기 라텍스 조성물을 금속망 체로 여과하였다. 금속망 체를 통과하지 못한 응고물(coagulum)의 건조 후 질량을 측정하고, 하기 식 1에 따라 응고분을 계산하였다.
[식 1]
응고분(%) = {응고물의 질량(g)/라텍스 조성물 전체 고형분의 질량(g)} × 100
실험예 2-1: 반응성 유화제 첨가에 따른 라텍스 조성물의 동결융해 안정성 평가
반응성 유화제 첨가에 따른 라텍스 조성물의 동결융해 안정성을 평가하기 위하여 상기 실시예 3 및 실시예 5의 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물에 대한 동결융해 안정성(Freeze-thaw stability) 시험을 수행하였다.
그 결과, 실시예 5의 경우 라텍스 조성물 전체 고형분 기준으로 0.20 %의 응고물이 생성된 반면, 반응성 유화제를 첨가하지 않고 제조한 라텍스 조성물인 실시예 3의 경우 0.89 %의 응고물이 생성되어 실시예 5 대비 4배 이상의 응고물이 생성된 것을 확인하였다. 이러한 결과는 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 제조시 반응성 유화제인 알릴옥시 메틸알콕시에틸 폴리옥시에틸렌 설페이트를 첨가할 경우, 라텍스 조성물의 중합 안정성 및 동결융해 안정성이 개선될 수 있음을 나타낸다.
실험예 2-2: 첨가제 종류에 따른 라텍스 조성물의 동결융해 안정성 평가
첨가제 종류에 따른 라텍스 조성물의 동결융해 안정성을 평가하기 위하여 상기 실시예 6 내지 12 및 비교예 7 내지 10의 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물에 대한 동결융해 안정성(Freeze-thaw stability) 시험을 수행하였다.
하기 표 4는 실시예 6 내지 12 및 비교예 7 내지 10의 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물에 대한 동결융해 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다.
구분 실시예 비교예
6 7 8 9 10 11 12 7 8 9 10
응고분
(%)		 0.25 0.24 0.45 0.43 0.05 0.12 0.15 0.67 0.76 0.82 0.78
상기 표 4를 참고하면, 실시예 6 내지 12에 따라 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 경우 라텍스 조성물 전체 고형분 기준으로 0.50 % 이하의 응고물이 생성된 반면, 비교예 7 내지 10의 경우 0.60 % 이상의 응고물이 생성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 제조시 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가제로 사용할 경우, 라텍스 조성물의 중합 안정성 및 동결융해 안정성이 향상됨을 나타낸다.
특히, 첨가제로 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르를 사용한 실시예 10 내지 12에 따라 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 경우 응고분이 0.20 % 이하를 나타내어 중합 안정성 및 동결융해 안정성이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. (a) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르를 첨가하여 중합하는 단계를 포함하는, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, α-에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공액 디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 피페릴렌, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 이소프렌, 2-페닐-1,3-부타디엔 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    (a1) 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 포함하는 혼합물을 중합하여 초기 중합물을 제조하는 단계; 및
    (a2) 상기 초기 중합물에 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 추가 투입한 후 증식 중합하여 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 포함하는, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 (a2) 단계 이후에
    (a3) 상기 공중합체 라텍스에 카르복실 단량체 및 아마이드계 화합물을 첨가하여 변성 공중합체 라텍스를 제조하는 단계를 추가로 포함하는, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카르복실 단량체는 메틸메타아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산, 이타코닉산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 카르복실 단량체의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100중량부에 대하여 0.1~10중량부인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 아마이드계 화합물은 메틸아마이드인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 아마이드계 화합물의 함량은 상기 방향족 비닐계 단량체 및 상기 공액 디엔계 단량체의 총 함량 100 중량부에 대하여 0.1~5중량부인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트라이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트라이프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 비이온계 유화제를 첨가하여 중합하는 단계이고,
    상기 비이온계 유화제는 하기 화학식1로 표시되는 폴리옥시에틸렌계 화합물인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법:
    [화학식 1]
    R-O-(CH2CH2O)n-H
    상기 화학식 1에서,
    상기 R은 C11-C15 알킬이고,
    상기 n은 10 내지 50의 정수이다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비이온계 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~10중량부인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계의 생성물에 알킬렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 반응성 유화제를 첨가하여 중합하는 단계인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반응성 유화제의 함량은 상기 공중합체 라텍스 100중량부에 대하여 0.1~5중량부인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 반응성 유화제는 에테르 설페이트계, 디알킬 설포석시네이트계, 암모늄 설페이트계 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물의 제조방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조한, 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조한 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물;
    시멘트;
    골재; 및
    물을 포함하는, 시멘트 콘크리트 조성물.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 100중량부에 대하여,
    상기 시멘트의 함량은 700 내지 900중량부이고,
    상기 골재의 함량은 700 내지 800중량부이며,
    상기 물의 함량은 100 내지 200중량부인, 시멘트 콘크리트 조성물.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비(W/C)는 20~30 %인, 시멘트 콘크리트 조성물.
KR1020210101326A 2021-08-02 2021-08-02 동결융해 안정성이 개선된 시멘트 콘크리트용 라텍스 조성물 및 그 제조방법 KR102567770B1 (ko)

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