KR100823986B1 - 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재제조방법 - Google Patents

알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레미콘에서 생산할 수 있는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법은 A) 재분산성 분말 고분자 수지, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제, (C) 리튬하이드록사이드(LiOH), 리튬나이트레이트(LiNO3) 또는 리튬나이트라이트(LiNO2), (D) 소포제 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1혼화재를 시멘트, 모래, 자갈 및 물로 이루어진 콘크리트에 투입하는 단계 및 상기 투입된 제1혼화재 및 상기 콘크리트를 혼합하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 접착성과 통기성이 개선되고 종래 콘크리트 표면과의 유사성이 유지되며 저탄성 콘크리트를 레미콘에서 생산 및 판매하는 것이 가능하므로, 현장 여건에 상관없이 생산 및 시공할 수 있으며, 첨가제의 비율에 의하여 콘크리트의 경화 속도를 조절할 수 있는 효과가 있다.
콘크리트, 알칼리 골재 반응, 레미콘, 속경화, 레드 믹스 콘크리트

Description

알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법{A method of manufacturing a low elasticity polymer concrete admixture for inhibiting of alkali aggregate reaction}
본 발명은 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레미콘에서 생산할 수 있는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법에 관한 것이다.
근래 콘크리트 구조물은 고 재구성 및 내후성을 요구하고 있으며 이들 콘크리트가 고강도화 되고 있으나 장기간 사용에 따라 그 표면의 노화가 사용환경의 변화에 따라 쉽게 파손이 발생하고 있는데, 이는 골재원의 고갈 등에 따른 유리질 규소를 다량 포함한 골재의 사용에 따라 알칼리 골재 반응의 원인이 되어 표면에서의 균열 등의 형태로 발견되고 있다.
콘크리트 구조물에서 이러한 파손 부위의 보수는 재건설에 소요되는 막대한 경제적 비용을 줄이고, 사고의 예방을 위해 반드시 요구된다. 특히 콘크리트 포장의 경우, 이의 보수를 위하여서는 부분 단면 보수 등이 시행되고 있으며 LMC(Latex Modified Concrete) 등을 이용하여 보수하고 있다. 이의 포장 두께가 최소 약 30mm 정도이며, 보통 50mm을 시공하고 있어 재건설에 소요되는 경제적 비용이 상당하다.
최근 이용되는 LMC와 같은 폴리머를 이용한 공법들은 부분 보수 또는 전면 보수 및 신설 공사 등에 모두 가능하지만, 폴리머의 사용량이 보통 시멘트 중량의 30중량%에 달하여 경제적이라 하기 어렵다. 또한, 시공시 초기 균열 제어의 어려움이나 LMC의 포설 두께의 한계성 높은 가격 등이 문제로 제기되어, 이들의 성능이 매우 우수함에도 불구하고, 대형 교량에서만 주로 사용되고 있다.
먼저, 국내의 특허를 살펴 보면 대한민국 등록 특허 제10-89579호는 긴급 도로보수용재를 개시하고 있다. 개시된 바에 따르면, 사용 재료는 아스팔트를 주재료로 하고, 여기에 타르, 아크릴계변성 부타디엔 중합체, 염화 칼륨 등을 혼합하고 쇄석 골재와 포틀랜드시멘트를 혼합한 것이며, 결합재는 사용하지 않았다.
그러나 상기 등록 특허 제10-89579호에 의하면, 아스팔트가 고온으로 유지되어야 하므로 적당한 거리에서 제조되어야하는 문제 및 소성 수축 등의 문제들을 갖고 있다.
또한, 대한민국 등록 특허 제10-0313599호는 불투수성 교량표면 포장용 개질 콘크리트에 관하여 개시하고 있다. 불투수 폴리머 콘크리트는 시멘트 11 내지 14(w/w%), 모래 35 내지 40(w/w%), 자갈 25 내지 27(w/w%) 및 합성고무라텍스(고형분 함량 45%) 17 내지 22(w/w%)로 구성되는 것을 개시하고 있다.
이는 부착력이 우수하고 고밀성을 유지하여 염해에 대한 저항성이 우수함을 입증하고 있으나 합성고무라텍스와 같은 고분자의 양이 매우 많아 경제적이지 못할 뿐만 아니라 경화 및 건조시 LMC의 수축에 따른 소성 수축 균열 발생의 가능성이 매우 높은 문제가 있었다. 또한, 반드시 현장에서 콘크리트를 제조하여 시공해야 하는 문제가 있어 이의 시공을 위하여서는 현장에서 골재와 시멘트, 기타 혼화재를 준비해야 하기 때문에, 도심의 경우 시공 제약이 매우 큰 단점이 있었다.
대한민국 등록 특허 제10-0421255호의 경우에는, 합성고무라텍스를 함유하는 콘크리트 또는 모르타르 및 그들을 이용한 방수포장방법으로서, 합성고무라텍스(SBR Latex)를 5 내지 6중량% 이용한 것만 다를 뿐, 상술한 등록 특허 제10-0313599호와 유사하지만, 등록 특허 제10-0421255호의 경우에는, 그 목적 자체가 방수의 용도로 국한되어 있다.
또한, 대한민국 등록 특허 제10-0537953호의 경우 라텍스 개질 초속경 콘크리트 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 상술한 등록 특허 제10-0421255호와 유사하지만, 시멘트를 속경용 시멘트로 사용하여 교통개방을 빠르게 할 수 있으며 콘크리트 구조물과 도로, 교량 상판 등의 긴급 보수에 적합하다. 그러나 이 역시 현장에서 시멘트 골재, 혼화재 등을 모두 준비하여 현장에서 콘크리트를 제조해야하는 단점이 있다.
대한민국 공개 특허 공보 제10-2005-0029882호의 경우 분말형 폴리머 모르타르의 고압 건식 스프레이 방식에 의한 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 방법을 제시하고 있다. 분말형 폴리머 모르타르를 고압 스프레이방식으로 스프레이 되는 순간에 물과 혼합하여 모르타르가 제조되어 스프레이 되는 방법을 제시하고 있다.
그러나 이 역시 분말을 현장에서 직접 모르타르로 만드는 방법을 제시하고 있어 비산먼지의 유발과 시료의 현장 적재 등의 문제점을 안고 있다.
또한, 대한민국 등록 특허 제10-0586644호의 경우 MMA(메틸 메타 아크릴 레이트) 개질 에코-포러스 콘크리트 및 그 제조방법은 시멘트를 수경화 시키지 않는 전통적인 폴리머 콘크리트로써, 결합제로 MMA를 사용하여 종래의 일반적인 콘크리트가 갖는 경화 후 내마모성 및 경제성 등의 장점이 손실된 것이다. 폴리머 콘크리트의 경우 그 성능이 매우 좋으나 자외선에 의한 열화 가능성과 폴리 함량의 증대에 따른 재료비의 증가 다량의 폴리머 사용에 따른 환경 오염의 가능성 등이 있으며 특수한 작업 장비가 필요하여 대중화되기는 어렵다.
대한민국 등록 특허 제10-0621355호 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장에 박층 덧씌우기 공법 역시 상술한 폴리머 콘크리트와 동일하다고 볼 수 있다.
한편, 본 발명과 가장 유사한 기술로써 대한민국 등록 특허 제10-0670458호가 있다. 등록 특허 제10-670458호에 따르면, 초속경 시멘트, 고강도 혼합재, 칼슘 술폰 알루미네이트계 무수 축재 및 분말형 수지로 이루어진 보수/보강용 드라이 콘크리트 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 보수시공방법을 개시하고 있다.
이는 속경용 콘크리트 제조에는 적합하나, 이를 사용할 경우 콘크리트의 작업성 저하 시간이 매우 짧아 레디 믹스 콘크리트(ready-mixed concrete, 이하, "레미콘"이라 함) 등에서 제조하여 운송할 경우 사용이 불가능하다.
즉, 종래의 폴리머 콘크리트들은 레미콘 등에서 제조하여 현장에 도착시키기 어려워 현장에서 폴리머 콘크리트를 제조하는 방법을 채택하고 있으며, 또한 통기성, 알칼리 골재 반응 억제 기능 및 방수성 등 다기능을 확보하지 못하여 첨가제를 별도로 투입하는 번거로움이 있어 매우 고가에 제조되고 있다.
따라서, 콘크리트의 경화 속도를 조절할 수 있으면서도, 레미콘 등에서 제조할 수 있는 콘크리트의 개발이 요구되고 있으며, 또한 콘크리트 보수시 발생하는 종래 콘크리트 표면과의 이질성 또는 통기성의 부족으로 인하여 종래 콘크리트 표면으로부터의 이탈 또는 탈락이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 알칼리 골재 반응의 억제 성능이 있는 저탄성 콘크리트용 혼화재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 속경용 혼화재로써, 응결 촉진제 및 응결 보조제를 더 첨가하고, 이의 사용량을 조절함으로써 급속 경화가 가능하여, 레미콘(레디 믹스 콘크리트)에서 생산할 수 있고, 작업성 또한 확보할 수 있는 저탄성 콘크리트용 혼화재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점들은 하기의 실시예, 효과 및 청구범위 등에 의해 명확하게 된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법은 (A) 재분산성 분말 고분자 수지, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제, (C) 리튬하이드록사이드(LiOH), 리튬나이트레이트(LiNO3) 또는 리튬나이트라이트(LiNO2), (D) 소포제 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리사카라이드 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1혼화재를 시멘트, 모래, 자갈 및 물로 이루어진 콘크리트에 투입하는 단계 및 상기 투입된 제1혼화재 및 상기 콘크리트를 혼합하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 투입하는 단계는 (a) 칼슘 알루미네이트 또는 비정질 하이드록사이드 및 (b) 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염을 포함하는 제2혼화재를 더 투입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1혼화재는 (A) 재분산성 분말 고분자 수지 20 내지 70중량%, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제 5 내지 25중량%, (C) 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 또는 리튬나이트라이트 10 내지 25중량%, (D) 소포제 1 내지 10중량% 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 1 내지 10중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2혼화재는 a) 칼슘 알루미네이트 또는 비정질 하이드록사이드 50 내지 90중량% 및 (b) 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염 10 내지 50중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1혼화재는 상기 시멘트 중량에 대하여 7 내지 13중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2혼화재는 상기 시멘트 중량에 대하여 8 내지 15중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 콘크리트는 레디 믹스 곤크리트인 것이 바람직하다.
본 발명자들은 상술한 당업계의 요구를 해결한 개선된 다기능 콘크리트용 혼 화재의 조성물과 공사 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 콘크리트에 단지 폴리머 콘크리트용 혼화재를 혼합하여 사용함으로써, 약 2시간 가량의 작업성을 유지할 수 있는 레디 믹스 폴리머 콘크리트를 제조할 수 있었고, 또한 종래 콘크리트의 물리적 특성을 개선할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 저탄성 콘크리트용 혼화재를 첨가함으로써 접착성과 통기성이 개선되고 종래 콘크리트 표면과의 유사성이 유지되며 저탄성 콘크리트를 레미콘에서 생산 및 판매하는 것이 가능하므로, 현장 여건에 상관없이 생산 및 시공할 수 있으며, 첨가제의 비율에 의하여 콘크리트의 경화 속도를 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 저탄성 혼화재인 제1혼화재와, 속경성 혼화재인 제2혼화재를 분리하여 그 적정 사용량을 시멘트, 자갈, 물 및 모래로 이루어진 콘크리트에 투입 및 혼합함으로써, 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재를 제조하였다.
바람직하게는 제1혼화재는,(A) 재분산성 분말 고분자 수지, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제, (C) 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 또는 리튬나이트라이트, (D) 소포제 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리사카라이드 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 경화 속도 조절을 위한 제2혼화재는, (a) 칼슘 알루미네이트 및 (b) 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염으로 구성되는 것이 바람직하다.
참고로, 상기 폴리머 콘크리트 혼화재는 시멘트, 모래 및 물의 혼합으로 이루어지는 일반적인 콘크리트에 폴리머 콘크리트의 물리적 특성을 부가할 수 있는 혼화재의 조성물을 의미한다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 제1혼화재 및 제2혼화재를 구성하고 있는 성분들의 첨가 목적 및 적정 함량을 설명한다.
먼저, 제1혼화재 중 (a)의 재분산성 분말 고분자 수지는 이미 많은 보고가 있지만 아크릴레이트, 스타이렌, EVA(Ethylene Vinil Acetate) 등을 기초로 각각의 제조사에서 콘크리트에 적합하게 제조한 것으로서, 콘크리트에 첨가시 공기량, 슬럼프의 변화에 크게 영향을 주지 않는다. 특히 제조사로써는 독일의 Wacker, Houcst, BASF등이 있으며 이들을 이용한 폴리머 콘크리트 또는 모르타르는 현재 보수 등에서 많이 사용되고 있다. 적합한 사용량은 제1혼화재 중의 20 내지 70중량%가 적합하다. 20중량%보다 적을 경우 폴리머 콘크리트의 특성이 나타나지 않으며, 70중량%보다 많을 경우 다기능의 혼화재를 구성하기 어렵다.
제1혼화재 중의 (b) 폴리 카르본산계 분말 분산제는 액상 폴리카르본산계 분산제를 분말화한 것으로 이미 분산성의 유지 능력이 뛰어남이 입증되어 있으나 시멘트의 종류 및 분말도에 따라 약간의 성능 변화를 보이며, 대부분 콘크리트에서 작업성 능력이 약 1 ~ 2시간 정도이다. 적합한 사용량으로는 제1혼화재 중의 5 내 지 25중량%가 적합하며 5중량% 미만일 경우 폴리머 콘크리트의 작업성이 급격히 나빠질 수 있으며 25중량%를 초과할 경우 골재 분리에 의하여 압축강도가 낮아질 수 있다.
또한, (c) 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 또는 리튬나이트라이트는 알칼리 골재 반응 억제 능력이 탁월하며, 빠른 응결 촉진 특성이 있는 분말 응결 촉진제이다. 적합한 사용량은 제1혼화재 중의 10 내지 25중량%가 바람직하다. 10중량% 미만일 경우 알칼리 골재 반응 억제 능력이 적어지며, 25중량% 이상일 경우 급격한 시멘트 반응이 발생하여 사용이 어렵다.
또한, (d) 소포제는 콘크리트를 제조할 경우 공기 연행량을 낮추는 것으로 분말 카르본산계 분산제 첨가에 의한 공기량을 조절하기 위한 목적으로 사용되었다. 소포제로는 실리콘계를 사용하는 것이 좋으며, 실리카에 실리콘을 함침시킨 것이 더욱 바람직하다. 적합한 사용량으로는 1 내지 10중량%가 적합하다. 이는 적합한 공기량 조절을 위하여 필요에 따라 가감하여 사용할 수 있다.
또한, (e) 증점제로서 종래의 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 폴리사카라이드 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트 등을 사용할 수 있다. 그러나 이러한 조합은 매우 세심한 주의를 요하는데, 이들 조합이 적합하지 않을 경우 폴리머의 수축에 의한 균열의 발생이나 수평성의 부족, 요변성의 부족에 의한 흐름성의 과다 등에 따른 포장상태의 불량뿐만 내구성 등을 현저하게 저하시킬 수 있다.
따라서, 바람직하게는 알루미늄 마그네슘 실리케이트를 사용하여 요변성을 부여하여 콘크리트 제조에서 발생하는 블리딩을 억제하고 콘크리트의 균질상을 확 보함으로써, 시멘트의 반응에 따른 부분 응력 발생에 따른 균열을 예방할 목적으로 사용된다. 적합한 사용량으로는 1 내지 10중량%가 적합하며 요변성 확보를 위하여 필요에 따라 가감하여 사용하는 것이 좋다.
제2혼화재 중의 (a) 칼슘알루미네이트 또는 비정질 하이드록사이드는 강력한 응결 촉진제로써 보통 포틀랜드 시멘트의 중량대비 약 10중량%에서 보통 포틀랜드 시멘트를 속경형 시멘트로 만들 수 있다. 다만, 응결시간의 조절을 위하여 여기에 적당량의 글루코네이트를 사용하여도 무방하다. 적합한 사용량으로는 제2혼화재중의 50 내지 90중량%가 적당하다. 50중량% 미만일 경우, 콘크리트의 경화시간이 늦어져 보수에 부적합하며 90중량%를 초과할 경우 급경 현상으로 사용이 어렵게 된다.
또한, (b)의 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염은 칼슘 알루미네이트의 경화 시간 단축을 위한 응결 보조제로 사용되며 이를 사용할 경우 동절기 등의 저온에서의 경화 시간을 단축하거나 빠른 경화를 유도할 목적으로 사용된다. 적합한 사용량으로는 1 내지 50중량%가 적당하며, 바람직하게는 10 내지 20중량%가 적당하다. 1중량% 미만일 경우 응결 보조제로서 성능이 나빠지며 20중량%를 초과할 경우 응결시간 조절이 어렵게 된다.
상기의 제2혼화재를 적절한 조성비로 혼합하고, 레미콘 제조시 이를 약 8 내지 15중량% 사용할 경우 작업성이 약 1시간에서 2시간 가량 유지할 수 있는 레디 믹스 폴리머 콘크리트를 제조할 수 있다.
만일 급속 경화가 불필요한 경우 제2혼화재를 사용하지 않으면 일반 경화용 폴리머 콘크리트를 만들 수 있다.
레미콘에 본 발명의 제1혼화재 및 제2혼화재를 사용할 경우에 제1혼화재는 제조 후 전체 콘크리트의 중량에 대하여, 약 7 내지 13중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 제2혼화재는 전체 콘크리트의 중량에 대하여 약 8 내지 15중량%사용한다. 혼화재의 투입 방법은 레미콘의 제조시 레미콘 공장의 믹서에서 직접 투입하거나 레미콘 트럭에 투입하여 사용할 수도 있다. 다만, 레미콘 트럭에서 직접 투입하여 사용할 경우 믹서 트럭의 드럼을 약 3 ~ 10분간, 바람직하게는 약 5분간 회전시켜 제1혼화재 및 제2혼화재가 콘크리트와 충분히 혼합되게 하여야 한다.
또한, 본 발명은 시멘트의 종류에 따라 약간씩 다른 거동을 보일 수 있다. 이는 중용열 시멘트, 저발열 시멘트 등의 거동이 보통 시멘트와 다르기 때문에 발생한 것으로, 사용량을 가감하여 사용함으로써 적절한 성능을 얻을 수 있다. 그러나 가장 바람직한 시멘트는 보통 시멘트이다. 또한, 자갈의 크기는 사용처에 따라 다르게 변경하여 사용할 수 있으며 사용되는 콘크리트 또는 모르타르의 두께의 1/3 정도가 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예 1: 레디 믹스 콘크리트에서 생산할 수 있는 알칼리 골재 반응의 억제 성능이 있는 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재의 제조방법
하기의 표 1과 같은 조성으로 레디 믹스 콘크리트에서 생산 수 있는 알칼리 골재 반응의 억제 성능이 있는 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재의 제조물을 제조하였다.
성분 제1혼화재 제2혼화재
함량(중량%) 함량(중량%)
분말 재 분산성 수지 50 0
분말 카르본산계 분산제 10 10
리튬나이트레이트 20 0
소포제 5 0
폴리사카라이드 5 0
칼슘알루미네이트 10 80
비정질 수산화 알루미늄 0 10
합계 100 100
상기 표 1의 성분 중에서, 분말 재분산성 수지는 독일 훽스트사(Houcst)의 DM-200 EVA 분말 재분산성 수지를 사용하였으며, 분말 카르본산계 분산제로는 독일 바스프(BASF)사의 멜플럭스 2651F을 사용하였고, 리튬나이트레이트의 경우에는 미국 알드리치사의 일급 시약을 사용하였고, 소포제로는 독일 바스프사의 루미텐 EL을 사용하였고, 폴리사카라이드로는 웰란검을 사용하였으며, 칼슘 알루미네이트의 경우 시판용 중국산을 사용하였다. 마지막으로, 비정질 수산화 알루미늄으로는 독일 기울리니사의 BZ 111을 사용하였다.
상기의 조성으로 제1혼화재와 제2혼화재를 각각 제조한 후, 시멘트 중량에 대하여 제1혼화재 7중량%와 시멘트 중량에 대하여 제2혼화재 8중량%를 이미 제조된 레미콘에 수동 투입하고, 이후 10분 동안 트럭에서 드럼을 회전시키는 방법으로 혼합하여, 레미콘에서 생산할 수 있는 알칼리 골재 반응의 억제 성능이 있는 저탄성 폴리머 콘크리트를 얻을 수 있었다.
실험예
상기 실시예 1에서 제조된 본 발명의 레디 믹스 콘크리트에서 생산할 수 있는 알칼리 골재 반응의 억제 성능이 있는 저탄성 폴리머 콘크리트 성능(통기성, 압축강도, 압축전단 접착강도, 파괴시 상부이탈 여부 및 방수성)을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였으며 이는 하기의 표2에 나타낸 바와 같다.
여기에서, 대조군은 첨가제가 사용되지 않은 콘크리트(비교예 1) 및 아크릴 에멀젼을 포함한 콘크리트(비교예 2)이다.
시멘트 물 모래 자갈 첨가제
실시예 1 30 20 20.5 25 4.5
비교예 1 30 20 25 25 0
비교예 2 30 20 22 25 3
(주): 성분의 함량 단위는 중량%이다.
실험예 1: 압축강도 측정
상기의 실시예 1 콘크리트와, 비교예 1 및 2의 콘크리트를 이용하여 10φx 10㎠의 원형 몰드를 제작하고, 28일 동안 양생한 후 압축강도를 측정하였다. 압축강도는 동결 융해 전 및 동결 융해 후로 나누어 측정하였다.
또한, 습윤 반복 후의 압축강도는 KSF 2456 “수경성 시멘트 콘크리트의 압축 강도 시험방법”에 의하여 실시하였으며, 동결 및 융해의 반복은 KSF 2560 “콘크리트용 화학 혼화재”에 의거하여 200 사이클 반복 후 압축강도를 측정하여 동결 융해 전과 후의 압축강도를 비교하였다. 압축강도는 단면적에 대한 하중 값으로, 그 수치가 클수록 성능이 우수한 것이다.
실험예 2: 압축전단 접착강도 측정
200 x 200 x 10㎤의 콘크리트 시편에 상기 실시예 1 와 비교예 1 및 2의 콘크리트를 이용하여 상부를 콘크리트로 포설한 후 28일 동안 양생하고 ASTM C 882 (Test method for bond strength of epoxy-resin systems for concrete, American Society for Testing and Materials)에 의하여 본 발명의 콘크리트에 대한 압축전단 접착강도를 측정하였다.
또한, 습윤 반복 후의 부착 부분의 변화의 관찰은 동결 융해 시험 방법 (KSF 2456, 콘크리트용 화학 혼화재)에 의하여, 200 사이클의 동결 및 융해를 반복한 후 압축전단 접착강도를 측정하여 동결 융해 전과 후의 보수 면의 접착강도를 비교하였다. 압축전단 접착강도의 계산식은 하기의 수학식 1과 같으며, 그 수치가 클수록 성능이 우수한 것이다.
압축전단 접착강도 = 수직 방향의 하중 (㎏f)/시료의 단면적(㎠)
실험예 3: 골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법에 의한 팽창률
실시예 1 콘크리트, 그리고 비교예 1 및 2의 콘크리트를 ASTM C 1260(모르타르 공법)에 의한 방법에 의거하여 팽창률을 측정하였다.
실험예 4: 상대 흡수비의 비교
상기 실시예 1 콘크리트, 그리고 비교예 1 및 2의 콘크리트를 이용하여 10φx 10㎠의 원형 몰드를 제작하고 28일 동안 양생한 후 24시간 50℃에서 무게의 변화가 발생하지 않을 때까지 건조하고, 이 시편을 다시 물에 완전히 72시간 동안 담근 후 72시간 전의 무게와 72시간 후의 무게의 변화를 측정하였다. 이 두 값의 차를 시편의 흡수량으로 하여 비교예 1의 흡수량의 값을 기준으로 나눈 것을 상대 흡수비로 계산하여 방수성을 측정하였다.
상기 실험예 1 내지 4의 결과는 하기 표 3에 나타나 있다.
구분 슬럼프 경시변화(60분 후) 압축전단 접착강도 (Kgf/㎠, 28일) 모르타르 또는 콘크리트의 압축강도 (Kgf/㎠) 팽창률 (%) 상대 흡수비 (%)
cm 동결 융해 전 동결 융해 후 동결 융해 전 동결 융해 후
3일 7일 28일
실시예 1 2 16 15 413 434 446 435 0.2 22
비교예 1 10 7 0 178 235 304 208 0.01 100
비교예 2 16 15 13 256 345 412 376 0.05 34
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 본 발명 첨가제를 넣은 경우 비교예 1 및 2와 비교하여 월등히 우수하였다. 경화 전 특성인 슬럼프 경시변화는 기존의 폴리머 콘크리트보다 월등히 우수하여 레미콘 등에 투입하여 사용할 때 사용상 어려움이 없으며 압축강도 및 흡수비 역시 아크릴 폴리머 콘크리트보다 우수한 것으로 평가되었다. 또한, 모르타르 공법에 의한 팽창률 역시 낮게 측정되어 폴리머 콘크리트를 레미콘 등에 첨가하여 쉽게 제조할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. (A) 재분산성 분말 고분자 수지, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제, (C) 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 또는 리튬나이트라이트, (D) 소포제 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리사카라이드 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1혼화재와,
    (a) 칼슘 알루미네이트 또는 비정질 하이드록사이드 및 (b) 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염을 포함하는 제2혼화재를 시멘트, 모래, 자갈 및 물로 이루어진 콘크리트에 투입하는 단계 및
    상기 투입된 제1혼화재, 제2혼화재 및 상기 콘크리트를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1혼화재는 (A) 재분산성 분말 고분자 수지 20 내지 70 중량%, (B) 폴리 카르본산계 분말 분산제 5 내지 25중량%, (C) 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 또는 리튬나이트라이트 10 내지 25중량%, (D) 소포제 1 내지 10중량% 및 (E) 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리사카라이드 및 알루미늄 마그네슘 실리케이트로 이루어진 증점제 1 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제2혼화재는 a) 칼슘 알루미네이트 또는 비정질 하이드록사이드 50 내지 90중량% 및 (b) 비정질 수산화 알루미늄 또는 알루미네이트 금속염 1 내지 50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제1혼화재는 상기 시멘트 중량에 대하여 7 내지 13중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제2혼화재는 상기 시멘트 중량에 대하여 8 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 콘크리트는 레디 믹스 콘크리트인 것을 특징으로 하는 알칼리 골재 반응 억제용 저탄성 폴리머 콘크리트 혼화재 제조방법.
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