KR101426691B1 - 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법 - Google Patents

개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개질 유화 아스팔트를 이용하여 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 생성하고, 이를 이용하여 도로의 노면 포장, 교량의 교면 포장, 도로의 보수공사, 콘크리트 구조물의 보수 등에 사용하기 위한 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법에 관한 것이다.
본 발명의 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물은 6 내지 26 중량%의 시멘트 결합재와 24 내지 52 중량%의 잔골재와 20 내지 55 중량%의 굵은골재와 1 내지 10 중량%의 물 및 1 내지 30 중량%의 개질 유화 아스팔트를 포함하는 것에 기술적 의의가 있다.

Description

개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법{High performance cement concrete compositions for bridge deck pavement with modified emulsified asphalt and method of bridge deck pavement using the same}
본 발명은 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개질 유화 아스팔트를 이용하여 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 생성하고, 이를 이용하여 도로의 노면 포장, 교량의 교면 포장, 도로의 보수공사, 콘크리트 구조물의 보수 등에 사용하기 위한 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법에 관한 것이다.
종래 각종 건축 또는 토목 구조물의 제조에는 보통 콘크리트를 사용하여 왔다. 보통 콘크리트는 일반적으로 보통 포틀랜트 시멘트를 사용하여 제조한 콘크리트를 일컫는다. 보통 콘크리트의 경우 시공성이 우수하고, 강도가 높으며 대량 생산으로 인한 경제적인 이점 등이 있는 반면, 투수성이 높아 염화물이나 수분 등의 침투로 인하여 콘크리트가 부식되고 특히 철근 콘크리트에 있어서는 철근 부식이 촉진되어 내구성을 현저히 감소시키고 있다. 이와 같은 문제로 인하여 도로 또는 교량포장에 있어 이용자의 불편을 초래하고 경제적인 손실을 유발시키고 있다.
일반적으로 도로포장은 크게 아스팔트 포장과 콘크리트 포장의 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 아스팔트 포장은 이용자들에게 쾌적한 도로 환경을 제공한다는 측면과 보수가 용이하다는 이점이 있는 반면에 연성 포장으로서 도로의 수명이 짧다는 단점을 지니고 있으며, 강성포장으로 분류되는 콘크리트 포장은 포장면의 탈락과 균열 발생시 염화물 또는 수분의 침투로 인하여 철근을 부식시키고 콘크리트를 열화시키며 유지보수가 곤란하다는 단점이 있다.
보통 콘크리트 포장은 배합 설계(시멘트, 굵은 골재, 모래, 물)에 준하여 비빔 과정을 거쳐서 타설하는 것으로, 재료가 가지는 강도를 발현하고 접착력 등을 나타내지만 열악한 도로환경을 극복하기 위한 보통 콘크리트 배합에 대비하여 개선된 강도, 방수 성능, 내구성을 나타내지를 못하고 있는 실정이다.
이와 같은 보통 콘크리트의 내구성 저하에 직접적인 영향을 주는 염해물이나 수분의 침투를 효과적으로 방지하기 위한 방법의 하나로 제시된 것이 보통 콘크리트 배합시에 라텍스를 첨가하여 라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete: LMC)를 사용하는 방법이다.
이때 개질 콘크리트를 제조하기 위해 첨가되는 라텍스는 흔히 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스인 바, 그 제조방법으로는 반응에 소요되는 단량체들과 유화제 등을 일괄투입하여 중합시키는 방법과 초기중합단계와 증식중합 단계 등으로 연속적으로 단량체를 투입하여 중합시키는 방법 등이 사용되고 있다.
한편, 일반적으로 교량이란 하천, 해안, 도로 등의 상부를 지나갈 수 있도록 가설된 고가 구조물을 총칭하는 것으로, 이러한 교량의 표면에는 차량 등이 원활하게 통행할 수 있도록 포장공사를 함으로써 교면(橋面) 포장층을 형성한다.
상기와 같은 교면 포장은 교통 하중을 직접 전달하는 부분으로서, 반복되는 교통 하중에 적합한 강도 및 균열저항성을 가져야 할 것은 물론, 빗물 등의 수분에 노출되어 있는 관계로 방수 성능을 가질 것이 요구되며, 특히 염화물이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 낮은 염소이온 투수성을 가질 것이 요구된다.
교면 포장은 그 수명이 통상 약 4년이므로 4년마다 재포장을 실시할 때 이에 따른 보수공사비, 교통처리 문제가 수반된다. 또한 교면 포장은 교량을 보호하는 지붕의 역할을 수행하여야 하므로 누수를 방지하여 주형의 수명을 향상시켜야 한다는 전제조건이 필요하다. 현재 국내에서 시공하는 교면 포장공법은 포장재와 바닥 콘크리트면 사이에 방수층 시공이 필요하며 그에 따른 노무비의 증가를 가져오고 있으며, 흔히 적용해 온 아스콘 포장은 재료의 물성이 낮은 강도 값과 저밀도 값으로 인하여 불법과중 차량이나 교통량 증대로 인하여 반복적인 반복하중을 받는 경우 교면 포장에 소성변형, debonding, spalling, shoving을 일으켜 포장재인 아스팔트가 이질재인 콘크리트에서 떨어져 들뜸 현상이 발생되고 그에 따라 그 균열 사이로 빗물, 공기, 염화물 이온이 침투하여 콘크리트 상판을 열화시키며 철근의 부식을 발생시켜 교량의 상판은 급진적인 노화를 초래하고 결국 교량의 내구성을 현저히 저하시켜 왔다.
이러한 교면 포장방법으로는 종래로부터 일반 콘크리트 포장방법이나 아스콘 포장방법이 알려져 널리 사용되어왔다. 이중 일반 콘크리트 포장방법은 교량 노면 상부에 일반적인 콘크리트를 포장하여 마감하는 방식으로, 재료비가 저렴하여 경제적이며, 교량의 바닥판과 동시 타설이 가능하므로 시공성이 우수하다는 장점이 있는 반면, 반복적인 차량 통행에 따른 진동에 의해 콘크리트의 균열이 발생되기 쉽고, 투수성이 높아 상부로부터 염화물을 비롯한 유해 화학물질이 침투함으로 써 철근이 부식이 쉽게 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 아스콘 포장방법은 아스팔트와 콘크리트를 혼합한 아스콘(asphalt concrete; ASCON)을 교면에 포설하여 포장층을 형성하는 공법으로서, 이 방식은 시공성이 양호하며, 초기 투자비가 적고 평탄성이 우수하여 주행감이 좋다는 장점을 가지고 있는 반면, 소성변형 및 표면 열화에 의해 소요의 주행성을 확보하지 못하는 것을 방지하기 위하여 주기적으로 재포장을 하여야 하므로 과다한 유지보수 비용과 함께 교통장애를 유발할 수 있다는 문제가 있으며, 특히 교량 바닥에 타설된 기존 콘크리트의 상면에 설치되므로 서로 다른 이질 재료의 결합에 따라 포장층의 분리 탈락이 일어날 수 있다는 문제점이 있었다.
상시와 같은 종래의 기술을 보완하고 품질을 높이기 위하여 통상의 콘크리트에 합성고무 라텍스 수지(SBR)를 첨가한 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 교면 포장공법이 개발되어 활용되고 있다.
이와 같은 종래기술로는 대한민국등록특허공보 제313599호 “불투수성 교량표면 포장용 개질 콘크리트” 및 대한믹국등록특허공보 제421255호 “합성고무 라텍스를 함유하는 콘크리트 또는 모르타르 및 그들을 이용한 방수포장방법” 등을 들 수 있다.
위의 종래기술로는 콘크리트 배합시 미립자의 라텍스 고형분이 콘크리트 내부에 골고루 분산되어 콘크리트 내부의 미세공극을 채우는 충진재 역할을 함으로써, 콘크리트의 물성을 개선한다는 장점이 있다. 즉, 시멘트 수화물과 콘크리트 공극 사이를 라텍스 고분자 필름이 채움으로써, 부착성, 휨-인장 강도, 내동결 융해성, 투수저항성, 방수성 등이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
그러나 이와 같은 기술도 재료의 제반 물리적인 특성이 우수하지만, 모바일믹서와 같은 특수한 전용 시공 장비를 사용해야 한다는 점, 고가의 합성고무 라텍스를 다량 사용하는 것은 초기 비용의 부담이 너무 크다는 점 등의 문제가 있다. 또한, 온도와 기후조건에 민감한 라텍스의 특성상, 기후 조건의 변동이 심한 국내 상황에서의 시공시 라텍스와 콘크리트의 배합이 부적합할 경우, 표면의 필름형성 시기의 변동으로 초기 소성수축균열 문제가 자주 발생한다는 문제가 있다.
특히 다른 공법에 비해 시공의 정밀성이 요구되므로 숙련된 작업원과 조직의 구성이 필수적이며, 보다 엄격한 품질관리가 필요하다는 문제도 있다. 또한, 라텍스 개질 콘크리트(LMC)의 밝은 색상은 운전자에게 시각적 부담을 유발하여 주행성을 저하시킬 수 있는 문제점도 있다.
최근에는 교면 포장에서 요구되는 제반 품질성능을 모두 만족시키면서, 상기의 기술의 경제성, 초기의 소성수축 균열 문제, 현장의 사용성 측면 등을 종합적으로 개선한 고성능 콘크리트(HPC)를 이용한 교면 포장공법이 개발되어 대한민국등록특허 제515116호로 등록된바 있다.
상기의 기술은 혼화재로서 실리카 흄 및 친수성 마이크로 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는데, 교면 포장공법으로서 재료비가 저렴하고, 경제적이며, 별도의 전용장비 없이 현장 배치플랜트와 레미콘에서 대량생산이 가능하여 시공성이 우수하다는 장점이 있다. 이 기술은 높은 함량의 시멘트와 포조란 반응성이 큰 실리카 흄의 사용, 낮은 물-시멘트비 등을 통해, 고강도와 내염성을 확보하며, PVA 섬유 사용에 의한 균열감소, 기타 슬래그 분말이나 플라이 애쉬를 함께 사용할 수도 있다는 장점도 있다.
그러나 이러한 재료배합 구성에 대하여도 많은 문제점이 외국의 문헌 등을 통해 대두되고 있다. 실례로 미국 각 주의 도로국(DOT)에서 교면 포장에 대한 조사를 실시한 결과, 1980년대 이후 실리카 흄을 배합한 고성능 콘크리트를 사용한 미국의 교량에서 균열발생이 유독 많이 나타난 것으로 보고하고 있다.
또한 1990년대부터 미국에서는 실리카 흄을 사용한 교면 포장공법을 실시하여 왔는데, 조사결과 블레인이 20만 ㎡/g 수준의 초미립분인 실리카 흄을 사용하는 경우, 콘크리트의 고점성으로 인한 마무리 불량, 바닥판과의 부착성 저하, 공기량 및 슬럼프 감소 등의 문제가 제기되고 있으며, 공용 중에는 소성수축 균열과 고강성으로 인한 자기수축량의 증가로 건조수축에 의한 균열도 빈번히 발생하고 있다고 보고되고 있다.
또한 실제 사용성 측면에서도, 실리카 흄을 사용할 경우 일반 콘크리트에 비해서 콘크리트의 작업성 손실(Workability-loss)이 크기 때문에 고성능 감수제의 사용량이 증가되어 작업성 손실이 크다는 문제점이 발생하고 있다. 레미콘 제조 측면에서도 낮은 비중과 고분말도라는 재료 특성상 정전기에 의한 응집현상으로 인하여 취급이 어렵다는 점, 계량 오차가 크게 발생한다는 점, 배쳐 플랜트(Batcher plant) 설비에서 균질한 혼합이 어렵다는 점, 별도의 저장 사일로(Silo) 설치가 필요하다는 점 등의 문제가 있다. 또한 가격 측면에서도 일반 재료의 약 13~15배 정도의 고가이고, 전량 수입에 의존해야 하므로 원재료의 적기 수급 및 관리가 어렵다는 문제점도 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 개질 유화 아스팔트를 이용한 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유화 아스팔트에 합성폴리머 및 계면활성제 등을 첨가하여 개질 유화 아스팔트를 제조하기 위한 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트에 시멘트 콘크리트, 실리카 흄, 고로슬래그 및 플라이애쉬 등을 첨가한 고성능 시멘트 조성물을 제조하기 위한 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면 포장공법을 제공함으로써, 포장면의 인장강도, 시멘트와의 혼합성, 휨, 부착강도, 방수성, 내구성, 작업성, 염소이온에 대한 침투저항성을 개선하기 위한 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 교면 포장을 실시함으로써 종래의 아스팔트와 유사한 색상으로 운전자의 시각적 부담을 줄여주기 위한 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 교면 포장을 실시함으로써 영하의 기온에서 도로 결빙을 예방하고 융빙을 촉진하기 위한 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 시멘트 콘크리트 조성물은 6 내지 26 중량%의 시멘트 결합재와 24 내지 52 중량%의 잔골재와 20 내지 55 중량%의 굵은골재와 1 내지 10 중량%의 물 및 1 내지 30 중량%의 개질 유화 아스팔트를 포함하여 100 중량%으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물에 의해서 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제1항에 의해 제조되는 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 있어서, 교면 표면에 부착된 오염 물질과 상기 교면 표면에 노출된 골재를 제거하기 위해 치핑(chipping)하는 제1 단계와 상기 교면 표면에 물을 분사하여 습윤 상태를 형성하는 제2 단계와 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 배치믹서(batch mixer) 또는 모빌믹서(mobile mixer)를 이용하여 기존 콘크리트 상부에 타설하는 제3 단계와 타설된 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 데크피니셔(deck finisher) 또는 수작업을 통해 표면처리 하는 제4 단계와 상기 표면처리된 상기 시멘트 콘크리트 조성물에 타이닝기(tinning)를 이용하여 조면처리하는 제5 단계 및 상기 조면처리된 상기 시멘트 콘크리트 조성물에 양생제를 도포하는 제6 단계를 포함하여 이루어지는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 사용하는 교면 포장공법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 포장공법은 유화 아스팔트에 합성폴리머 및 계면활성제 등을 첨가한 개질 유화 아스팔트를 제조함으로써, 유화 아스팔트의 인장강도 및 시멘트와의 혼합성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트에 시멘트 콘크리트를 첨가한 고성능 시멘트 콘크리트를 제조함으로써, 휨, 인장, 부착성, 방수성, 내구성 및 작업성을 개선시킬 수 있는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유화 아스팔트의 낮은 가격 특성으로 인해 제조되는 고성능 시멘트 콘크리트의 제조단가를 낮춤으로써 경제성이 우수한 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고성능 시멘트 콘크리트에 실리카 흄, 고로슬래그 및 플라이애쉬 등을 혼합함으로써, 고성능 시멘트 콘크리트 조성물의 장기강도 및 내구성을 개선시킬 수 있는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면 포장공법을 제공함으로써, 포장면의 인장강도, 시멘트와의 혼합성, 휨, 부착강도, 방수성, 내구성, 작업성, 염소이온에 대한 침투저항성을 개선할 수 있는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 교면 포장을 실시함으로써 종래의 아스팔트와 유사한 색상으로 운전자의 시각적 부담을 줄여주기 때문에 사용자로 하여금 보다 안전하고 쾌적한 도로에서의 주행환경을 제공할 수 있는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개질 유화 아스팔트가 첨가된 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 교면 포장을 실시함으로써 동절기 영하의 기온에서 도로 결빙을 예방하고 융빙을 촉진할 수 있는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면 포장공법을 나타내기 위한 순서도,
도 2는 종래기술에 따라 제조된 고성능 아스팔트(HPC)를 이용하여 실시된 재령 28일의 교면 포장 상태를 나타내기 위한 실사진,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 이용하여 실시된 재령 28일의 교면 포장 상태를 나타내기 위한 실사진,
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 조성물을 이용하여 실시된 재령 28일의 교면 포장 상태를 나타내기 위한 실사진이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 개질 유화 아스팔트를 이용한 시멘트 콘크리트 조성물은 시멘트 결합재 6 내지 26 중량%, 잔골재 24 내지 52 중량%, 굵은 골재 20 내지 55 중량%, 물 1 내지 10 중량% 및 개질 유화 아스팔트 1 내지 30 중량%가 배합되어 100 중량%로 이루어진다.
골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 골재의 입경이 5㎜ 이하인 것을 잔골재라 하고, 골재의 입경이 5㎜ 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 특히, 굵은 골재는 자갈로 부르기도 한다. 잔골재는 시멘트 콘크리트 조성물 전체에 대하여 24 내지 52 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 시멘트 콘크리트 조성물 전체에 대하여 20 내지 55 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이때, 시멘트 결합재는 시멘트 29 내지 89 중량%, 고로슬래그 5 내지 60 중량%, 플라이애쉬 5 내지 35중량%, 실리카흄 1 내지 15중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 3종 조강 포틀랜드 시멘트, 저발열 시멘트 및 중용열 시멘트로 이루어진 군중에서 선택된 것이 바람직하다.
고로슬래그(blast furnace slag) 및 실리카흄(silica fume)은 잠재 수경성 특성, 장기 강도 발현 및 내구성 증진을 위하여 사용한다. 고로슬래그 및 실리카흄의 중량비가 증가하면 초기 강도는 저하되나, 장기 강도 발현 및 내구성이 증가한다. 고로슬래그 및 실리카흄 대신에 플라이애쉬를 대신하여 사용할 수도 있다.
실리카흄은 실리콘 금속이나 실리콘 합금의 제조 과정에 사용되는 전기 아크 용광로에서 나오는 산업 부산물이다. 이 실리카흄은 주로 비정질 결정인 실리카를 80% 이상 함유하고 있으며 매우 미세하면서도 구형의 입자(평균입경 0.1㎛)로 구성되어 있다. 또한 이 실리카흄의 화학적 성분은 90% 이상이 비결정질 SiO2로 이루어져 있어 실리카의 양이 많기 때문에 매우 효과적으로 포졸란 반응(pozzolanic reaction)을 일으키므로 콘크리트의 장기적인 강도 증가에 긍정적인 영향을 미친다. 특히 이 실리카흄은 시멘트의 입자보다 상당히 많이 미세하기 때문에 시멘트 페이스트와 골재 사이를 이 실리카흄 입자가 채워줌으로써 충전 효과에 의해 방수효과가 향상되는 바, 교면 포장용 콘크리트에 중요하게 요구되어지는 수밀성 및 내염화 이온 투과성능을 보유하게 된다.
실리카흄과 더불어 플라이애쉬(fly ash)나 고로슬래그를 더 첨가하여 사용하게 되면 실리카흄을 단독으로 혼입하여 사용할 때에 비하여 경제성 및 효율을 높일 수 있으며, 아울러 이러한 플라이애쉬나 고로슬래그의 특성에 따라 시공성이 좋아지는 효과를 기대할 수 있다. 여기서, 플라이애쉬는 화력 발전소 등의 연소 보일러에서 석탄을 미분말 형태의 연료로 사용하여 이를 연소할 때 배출되는 폐가스중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 포집한 특정 입도 범위의 입자이다. 이는 포틀랜드 시멘트의 수화 생성물로 시멘트 페이스트 중의 공극 구조 내에 존재하면서 침투수와 함께 석출되는 수산화칼슘(calcium hydroxide)이나 수산화알칼리(alkali hydroxide) 혼합물을 고정하여 시멘트 페이스트 중의 공극을 채움으로써 콘크리트의 침투성을 개선하고, 침식성 화학물질에 대한 침투성을 억제함으로써 콘크리트의 강도와 내구성 증진에 뚜렷하게 기여한다.
한편, 실리카흄과 함께 사용될 수 있는 미립자 형태의 혼화재로는 상기 플라이애쉬 이외에도 고로슬래그를 사용할 수도 있다. 이 고로슬래그는 제철공장의 고로 작업시 용광로에서 선철과 동시에 생성되는 용융 슬래그를 물로 급랭시켜 얻은 입상의 수쇄 슬래그를 건조하여 미분쇄한 것으로서 사용 목적에 따라서 석고를 첨가하는 경우도 있다. 이 고로슬래그 미분말을 혼합하게 되면 장기강도가 향상이 되며 수밀성의 향상, 염화물 이온 침투 억제에 따른 철근의 방청 억제 효과가 있다.
또한, 개질 유화 아스팔트는 유화아스팔트(Emulsified Asphalt; EAP, KS 규격 기준; 양이온계, 음이온계, 비이온계) 3 내지 95중량%, 합성폴리머 3 내지 95중량%, 계면활성제 1 내지 10 중량% 및 고성능 감수제 0.5 내지 5 중량% 및 AE제 0.5 내지 2 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
계면활성제는 유화 아스팔트와 시멘트와의 혼합성을 좋게 하기 위해 폴리칼본산계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제 중 적어도 하나 이상을 포함하고 그 사용량은 1 내지 10 중량%가 바람직하다.
고성능 감수제는 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 고성능 감수제는 나프탈린 술폰산염계, 멜라민포르말린수지 술폰산염계 및 폴리칼본산계중 적어도 하나 이상을 포함하고 그 사용량은 0.5 내지 5 중량%가 바람직하다.
AE제(air-entraining agent)는 일명 공기연행제라고도 불리며, 계면활성제의 일종으로서 콘크리트 속에 독립된 무수히 많은 미세한 공기포를 연행시켜 워커빌리티(workability)와 동결융해에 대한 저항성을 향상시키기 위해 사용한다. AE제는 수지계, 알킬벤졸술폰산계, 고급알코올유산에스텔계 및 비이온계 중 적어도 하나 이상을 포함하고 사용량은 0.5 내지 2 중량%가 바람직하다. 또한, 고성능 감수제 또는 AE제와 같은 혼화제는 콘크리트의 유동성을 증가시킨다.
합성 폴리머는 교면 포장용 콘크리트에 있어 요구되는 중요한 특성 중의 하나인 반복적인 통행 진동 및 소성수축에 의하여 발생되는 균열에 대한 저항성을 높이고자 사용된다. 예를 들면, 합성 폴리머의 하나인 PVOH(Polyvinyl Alcohol)는 OH-기에 의해 경화된 콘크리트 내에서 강한 부착력과 분산성에 대단히 효과적이라는 특징을 가진다. 이와 같은 합성 폴리머를 콘크리트에 혼입하여 사용하는 경우 여러 가지 장점을 기대할 수 있는 데, 이것은 높은 형상비 및 인장 강도의 향상을 비롯하여 포틀랜드 시멘트와의 양호한 화학적 적합성 및 인체에의 무해함 등이다.
유화 아스팔트는 양이온 유화 아스팔트, 음이온 유화 아스팔트 및 비이온 유화아스팔트로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 합성 폴리머는 불포화 방향족 모노머 1-99 중량%에 아크릴계 모노머 1-99 중량%가 공중합된 합성폴리머(SA), 불포화 방향족 모노머 1-99 중량%에 지방족 공액 모노머 1-99 중량%가 공중합된 합성폴리머(SB), 불포화 방향족 모노머 1-98중량%, 아크릴계 모노머가 1-98 중량%, 지방족 공액 모노머 1-98 중량%가 중합된 터폴리머(terpolymer) 합성폴리머(SBA), 불포화 방향족 모노머 1-98중량%, 아크릴계 모노머가 1-98중량%, 카르복실산계 모노머 1-20 중량% 중합된 합성폴리머(SAC), 불포화 방향족 모노머 1-99 중량%에 카르복실 산계 모노머 1-99 중량%가 공중합된 합성폴리머(SC), 불포화 방향족 모노머 1-97중량%, 아크릴계 모노머가 1-97 중량%, 지방족 공액 모노머 1-50 중량%, 불포화 카르복산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 터폴리머(terpolymer) 합성폴리머(SBAC), 불포화 방향족 모노머 40-98중량%, 지방족 공액 모노머 1-40 중량%, 불포화 카르복산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 터폴리머(terpolymer) 합성폴리머(SBC), 지방족 공액 모노머 1-40 중량%에 아크릴계 모노머가 60-99 중량%가 중합된 공중합된 합성폴리머(BA), 지방족 공액 모노머 1-40 중량%, 아크릴계 모노머가 40-98 중량%, 불포화 카르복실산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 터폴리머 합성폴리머(BAC), 아크릴계 모노머가 80-99 중량%에 불포화 카르복실산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 공중합된 합성폴리머(AC), EVA(Ethylene-vinyl acetate), PVOH(Polyvinyl Alcohol) 및 PVAC(Polyvinyl Acetate)로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 계면활성제는 폴리칼본산계 계면활성제 또는 비이온계 계면활성제 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하고, 상기 고성능 감수제는 나프탈린 술폰산염계, 멜라민포르말린수지 술폰산염계 및 폴리칼본산계로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하고, 상기 AE제는 수지계, 알킬벤졸술폰산계, 고급알코올유산에스텔계 및 비이온계로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면 포장공법을 나타내기 위한 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 교면의 표면에 부착된 오염 물질과 노출된 골재를 제거하기 위해 치핑(chipping)을 수행한다(S110). 치핑은 교면 표면에서 재료의 부착력을 확보하기 위한 것으로써, 샌드 블라스팅(sand blasting) 장비, 연마재가 함유된 고압수 장비 및 워터 블라스팅(water blasting) 장비 등을 사용하여 교면의 표면에 부착된 불순물 및 레이터스(raiders)를 제거할 수 있다.
교면 표면에 부착된 오염물질 등이 제거된 이후, 교면 표면을 습윤상태로 형성한다(S120). 교면 표면을 습윤 상태로 형성함으로써 이후에 타설되는 시멘트 콘크리트 조성물의 부착력이 향상되며, S110 단계서 물을 이용한 치핑을 수행하는 경우에는 S120 단계를 생략하여도 무방하다.
이후, 본 발명에 따른 개질 유화 아스팔트를 이용한 시멘트 콘크리트 조성물을 생성하고, 생성된 시멘트 콘크리트 조성물을 교면의 표면에 타설한다(S130). 이때 생성되는 시멘트 콘크리트 조성물은 배치믹서(batch mixer) 및 모빌믹서(mobile mixer) 등의 방법을 이용하여 생성할 수 있다.
S130 단계에서 교면 표면에 타설된 시멘트 콘크리트 조성물은 데크피니셔(deck finisher) 또는 수작업 등을 통해 표면처리가 수행된다(S140).
다음으로 S140 단계의 표면처리가 수행된 교면의 표면에 타이닝(tinning)기를 이용하여 조면처리를 수행하되(S150), 조면처리는 시멘트 콘크리트 조성물이 타설된 교면의 차량하중과 미끄럼 저항성 증대를 위하여 수행된다.
마지막으로 조면처리된 상기 시멘트 콘크리트 조성물이 타설된 교면의 표면에 양생제를 도포한다(S160).
상기의 개질 유화 아스팔트를 이용한 시멘트 콘크리트 조성물을 사용한 실시예를 다음과 같이 구체적으로 제시하되, 제시되는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되지 않는다.
<실시예 1>
시멘트 결합재 18 중량%, 잔골재 42 중량%, 굵은 골재 32 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2 중량% 및 개질 유화 아스팔트 6 중량% 더 혼합하여 다시 1분 30초간 교반하여 개질 유화 아스팔트 이용한 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 54 중량%, 고로슬래그 30 중량%, 플라이애쉬 15 중량%, 실리카흄 1 중량%를 혼합하여 사용하였다.
개질 유화 아스팔트는 유화 아스팔트 90 중량%, 합성 폴리머 3 중량%, 계면활성제 4 중량%, 고성능 감수제 1.5 중량% 및 AE제 1.5 중량%를 사용하였다. 유화 아스팔트는 양이온 RSC-4를 사용하였고, 합성 폴리머는 불포화 방향족 모노머 50 중량%에 아크릴계 모노머 50 중량%가 공중합된 합성 폴리머(SA)를 사용하였다.
계면활성제는 비이온계를 사용하였으며, 고성능 감수제는 폴리카본산계를 사용하였고, AE제는 비이온계를 사용하였다.
<실시예 2>
시멘트 결합재 18 중량%, 잔골재 42 중량%, 굵은 골재 32 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2 중량% 및 개질 유화 아스팔트 6 중량% 더 혼합하여 다시 1분 30초간 교반하여 개질 유화 아스팔트 이용한 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 54 중량%, 고로슬래그 30 중량%, 플라이애쉬 15 중량%, 실리카흄 1 중량%를 혼합하여 사용하였다.
개질 유화 아스팔트는 유화 아스팔트 70 중량%, 합성 폴리머 25 중량%, 계면활성제 3 중량%, 고성능 감수제 1 중량% 및 AE제 1 중량%를 사용하였다. 유화 아스팔트는 양이온 RSC-4를 사용하였고, 합성 폴리머는 불포화 방향족 모노머 50 중량%에 아크릴계 모노머 50 중량%가 공중합된 합성 폴리머(SA)를 사용하였다.
계면활성제는 비이온계를 사용하였으며, 고성능 감수제는 폴리카본산계를 사용하였고, AE제는 비이온계를 사용하였다.
<실시예 3>
시멘트 결합재 18 중량%, 잔골재 42 중량%, 굵은 골재 32 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2 중량% 및 개질 유화 아스팔트 6 중량% 더 혼합하여 다시 1분 30초간 교반하여 개질 유화 아스팔트 이용한 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 54 중량%, 고로슬래그 30 중량%, 플라이애쉬 15 중량%, 실리카흄 1 중량%를 혼합하여 사용하였다.
개질 유화 아스팔트는 유화 아스팔트 50 중량%, 합성 폴리머 48 중량%, 계면활성제 1 중량%, 고성능 감수제 0.5 중량% 및 AE제 0.5중량%를 사용하였다. 유화 아스팔트는 양이온 RSC-4를 사용하였고, 합성 폴리머는 불포화 방향족 모노머 50 중량%에 아크릴계 모노머 50 중량%가 공중합된 합성 폴리머(SA)를 사용하였다.
계면활성제는 비이온계를 사용하였으며, 고성능 감수제는 폴리카본산계를 사용하였고, AE제는 비이온계를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1 및 2는 현재 교면 포장재로 사용되고 있는 라텍스 개질콘크리트 및 고성능 콘크리트(HPC) 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
시멘트 결합재 18 중량%, 잔골재 42 중량%, 굵은 골재 32 중량%를 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2 중량% 및 SBR 라텍스 6 중량%를 더 믹서에 투입하여 교반하여 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
보통 포틀랜드 시멘트 18 중량%, 실리카흄 2중량%, 잔골재 36 중량%, 굵은 골재 38 중량%를 강제믹서에 투입하여 교반한 후, 물 6 중량%를 더 혼합하여 다시 1분 30초간 교반하여 고성능 콘크리트(HPC)를 제조하였다.
하기의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1> 압축강도 시험
상기와 같은 배합비에 따라 제조된 본 발명의 시멘트 콘크리트 조성물 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 및 2의 압축강도 특성을 비교하기 위하여 압축강도 시험을 실시하였다. 시험 방법은 한국공업규격 KS F 2403, 2405에 규정된 공시체 제작 및 강도측정방법에 의하여 실시하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<시험예 2> 휨강도 시험
상기와 같은 배합비에 따라 제조된 본 발명의 시멘트 콘크리트 조성물 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 및 2의 휨강도 특성을 비교하기 위하여 휨강도 시험을 실시하였다. 시험 방법은 콘크리트 표준 시방서에 따라 한국공업규격 KS F 2403 및 KS F 2408에 규정된 공시체 제작 및 강도측정방법에 의하여 실시하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<시험예 3> 염소이온 투수성 시험
본 발명인 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 및 2의 배합비에 따라 제조된 조성물을 ASTM C 1202(염소이온 투과 시험법)에 규정된 방법에 따라 침투성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 침투성의 평가 기준은 쿨롬(coulombs) 값이 4,000 이상이면 침투성이 매우 높음, 2,000 내지 4,000인 경우 침투성이 보통, 1,000 내지 2,000인 경우 침투성이 낮음, 100 내지 1,000인 경우 투수성이 매우 낮음, 100이하인 경우 불투수성이다.
<시험예 4> 동결융해 저항성 시험
본 발명인 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 및 2의 배합비에 따라 제조된 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 이와 같은 동결융해 저항성의 시험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
압축강도(Mpa) 405 420 460 370 532
휨강도(Mpa) 73 77 85 72 56
염소이온(coulombs) 704 542 420 1,400 654
동결융해
(상대동탄성계수 %)
95
93
92
86
82
시험 결과, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 개질 유화 아스팔트를 이용한 시멘트 콘크리트 조성물(실시예 1 내지 실시예 3)은 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 및 고성능 콘크리트(HPC)에 비해 높은 강도특성 및 내구특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
<시험예 5> 관능 검사
비교예 2의 고성능 아스팔트(HPC)로 제조된 재령 28일의 교면 포장 사진(도 2 참조), 본원발명의 실시예 3의 시멘트 콘크리트 조성물로 제조된 재령 28일의 교면 포장 사진(도 3 참조) 및 비교예 1의 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 조성물로 제조된 재령 28일의 교면 표장 사진(도 4 참조)을 비교한 결과, 본 발명의 실시예 3은 비교예 1 비해 흑색에 가깝다는 것을 알 수 있었고, 이는 동절기 교면 포장의 조기결빙 예방 및 융빙 촉진을 기대할 수 있으며, 특히 야간에 빛의 흡수로 운전자의 시인성 증진효과와 더블어 주변구조물(아스팔트 콘크리트 포장 등)과 유사한 색상으로 미관을 개선하여 운전자로 하여금 보다 안전하고 쾌적한 도로 주행환경을 제공할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 시멘트 콘크리트 조성물에 있어서,
    상기 시멘트 콘크리트 조성물은
    6 내지 26 중량%의 시멘트 결합재;
    24 내지 52 중량%의 잔골재;
    20 내지 55 중량%의 굵은골재;
    1 내지 10 중량%의 물; 및
    1 내지 30 중량%의 개질 유화 아스팔트
    를 포함하여 100 중량%으로 이루어지며,
    상기 시멘트 결합재는 29 내지 89 중량%의 시멘트; 5 내지 60 중량%의 고로슬래그; 5 내지 35 중량%의 플라이애쉬; 및 1 내지 15 중량%의 실리카 흄을 포함하여 100 중량%으로 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 저발열 시멘트 또는 중용열 시멘트로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개질 유화 아스팔트는
    3 내지 95 중량%의 유화 아스팔트(Emulsified Asphalt);
    3 내지 95 중량%의 합성 폴리머;
    1 내지 10 중량%의 계면활성제; 및
    0.5 내지 5 중량%의 고성능 감수제;
    0.5 내지 2 중량%의 AE제
    를 포함하여 100 중량%로 제조되는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유화 아스팔트는 양이온 유화 아스팔트, 음이온 유화 아스팔트 또는 비이온 유화 아스팔트로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 합성폴리머는
    불포화 방향족 모노머 1-99 중량%와 아크릴계 모노머 1-99 중량%가 공중합된 제1 합성폴리머(SA);
    불포화 방향족 모노머 1-99 중량%에 지방족 공액 모노머 1-99 중량%가 공중합된 제2 합성폴리머(SB);
    불포화 방향족 모노머 1-98중량%, 아크릴계 모노머가 1-98 중량% 및 지방족 공액 모노머 1-98 중량%가 중합된 제3 합성폴리머(SBA);
    불포화 방향족 모노머 1-98중량%, 아크릴계 모노머가 1-98중량% 및 카르복실산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 제4 합성폴리머(SAC);
    불포화 방향족 모노머 1-99 중량%와 카르복실 산계 모노머 1-99 중량%가 공중합된 제5 합성폴리머(SC);
    불포화 방향족 모노머 1-97중량%, 아크릴계 모노머가 1-97 중량%, 지방족 공액 모노머 1-50 중량% 및 불포화 카르복산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 제6 합성폴리머(SBAC);
    불포화 방향족 모노머 40-98중량%, 지방족 공액 모노머 1-40 중량% 및 불포화 카르복산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 제7 합성폴리머(SBC);
    지방족 공액 모노머 1-40 중량%와 아크릴계 모노머가 60-99 중량%가 공중합된 제8 합성폴리머(BA);
    지방족 공액 모노머 1-40 중량%, 아크릴계 모노머가 40-98 중량% 및 불포화 카르복실산계 모노머 1-20 중량%가 중합된 제9 합성폴리머(BAC);
    아크릴계 모노머가 80-99 중량%와 불포화 카르복실산계 모노머 1-20 중량%가 공중합된 제10 합성폴리머(AC);
    에틸렌 초산 비닐(Ethylene-vinyl acetate, EVA);
    폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVOH); 또는
    폴리초산비닐(Polyvinyl Acetate, PVAC) 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 계면활성제는 폴리칼본산계 계면활성제 또는 비이온계 계면활성제 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 고성능 감수제는 나프탈린 술폰산염계, 멜라민포르말린 수지 술폰산염계 또는 폴리칼본산계 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 AE제는 수지계, 알킬벤졸술폰산계, 고급알코올유산에스텔계 또는 비이온계 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물.
  10. 제1항에 의해 제조되는 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 있어서,
    교면 표면에 부착된 오염 물질과 상기 교면 표면에 노출된 골재를 제거하기 위해 치핑(chipping)하는 제1 단계;
    상기 교면 표면에 물을 분사하여 습윤 상태를 형성하는 제2 단계;
    상기 시멘트 콘크리트 조성물을 배치믹서(batch mixer) 또는 모빌믹서(mobile mixer)를 이용하여 기존 콘크리트 상부에 타설하는 제3 단계;
    타설된 상기 시멘트 콘크리트 조성물을 데크피니셔(deck finisher) 또는 수작업을 통해 표면처리 하는 제4 단계;
    상기 표면처리된 상기 시멘트 콘크리트 조성물에 타이닝기(tinning)를 이용하여 조면처리하는 제5 단계; 및
    상기 조면처리된 상기 시멘트 콘크리트 조성물에 양생제를 도포하는 제6 단계
    를 포함하여 이루어지는 개질 유화 아스팔트를 이용한 교면 포장용 고성능 시멘트 콘크리트 조성물을 사용하는 교면 포장공법.
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