KR101549612B1 - 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법 - Google Patents

초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 관한 것으로, 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 25∼70중량%, 굵은골재 20∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 결합재 0.01∼15중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 20∼95중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1∼50중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 1∼30중량%, 폴리 초산 비닐 0.01∼30중량%, 불포화 폴리에스터 0.01∼10중량% 및 폴리 프로필렌 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 초속경 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트 35∼95중량%, 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트 2∼30중량%, 칼슘알루미나시멘트 1∼20중량%, 애터펄자이트 1∼25중량%, 석고 0.1∼20중량%, 산화칼슘 또는 수산화칼슘 0.01~10중량%, 황산아연 0.01~10중량%, 실란계 발수제 0.01~10중량%, 촉진제 0.01∼10중량% 및 지연제 0.01~10중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 콘크리트의 경화시간을 지연시켜 작업성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트 강도(특히 인장강도 및 부착강도) 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법{Rapid hardening cement concrete composite and repairing method of road pavement using the composite}
본 발명은 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로의 노면 또는 교량 교면의 포장, 교량 덧씌우기 포장, 도로 보수공사 등의 콘크리트 구조물 보수공사에 사용되는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 유지보수공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량의 바닥판, 도로의 노면 및 건물의 외벽과 같이 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 또는 보강하기 위한 보수공사에는 조강 포틀랜드 시멘트(3종 시멘트)가 널리 사용되고 있다.
그리고 조강 포틀랜드 시멘트는 일반 시멘트에 비하여 시공성이 우수한 장점이 있으나, 투수성이 높아 염화물이나 수분의 침투가 발생하여 콘크리트가 부식되는 문제가 있다.
특히, 조강 포틀랜드 시멘트는 그 특성상 콘크리트가 경화되는 양생 시간(2∼3시간)이 오래 소요되기 때문에 작업의 특성상 짧은 시간 내에 마무리를 요하는 긴급 보수공사에 사용하기에는 더욱 곤란한 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 최근의 긴급 보수공사에서는 조강 포틀랜드 시멘트의 단점을 보완하기 위하여 콘크리트에 폴리머 에멀젼을 첨가한 폴리머 시멘트 콘크리트의 사용이 점차 증가하고 있다.
그러나 기존 폴리머 시멘트 콘크리트는 고가의 폴리머 디스퍼젼(dispersion)을 사용함으로써 공사비의 상승 원인이 되는 문제점이 있었다.
또한 기존의 초속경 폴리머 시멘트 콘크리트는 그 재료 자체의 특징으로 인하여 초기 수분 증발이 빠르게 발생되므로 초기 플라스틱 균열, 건조 수축 및 수화열이 높아 균열이 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0943312호 대한민국 등록특허공보 제10-1454400호
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 작업성이 향상되면서도 강도 및 내구성이 개선되고, 콘크리트의 하자를 줄이면서도 폴리머의 사용량도 감소시킬 수 있는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 유지보수공법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 25∼70중량%, 굵은골재 20∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 결합재 0.01∼15중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 20∼95중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1∼50중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 1∼30중량%, 폴리 초산 비닐 0.01∼30중량%, 불포화 폴리에스터 0.01∼10중량% 및 폴리 프로필렌 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 폴리머 결합재에는 스티렌-부타디엔 0.01∼10중량%와 폴리에틸렌옥사이드 0.01∼10중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 폴리머 결합재에는 폴리스티렌 0.01∼10중량%와 초산셀롤로오스 0.01∼10중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 폴리머 결합재에는 분산제 0.01∼5중량%와 폴리칼본산계 감수제 0.01∼5중량%가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 초속경 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트 35∼95중량%, 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트 2∼30중량%, 칼슘알루미나시멘트 1∼20중량%, 애터펄자이트 1∼25중량%, 석고 0.1∼20중량%, 산화칼슘 또는 수산화칼슘 0.01~10중량%, 황산아연 0.01~10중량%, 실란계 발수제 0.01~10중량%, 촉진제 0.01∼10중량% 및 지연제 0.01~10중량%를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 초속경 시멘트 결합재에는 친수성 섬유 0.001~5중량%와 고성능 감수제 0.01~5중량%가 더 포함될 수 있다.
그리고 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법은 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계; 콘크리트가 열화된 부위에 프라이머 도포 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 및 상기 타설된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제로 도포하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 콘크리트의 경화시간을 지연시켜 작업성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트 강도(특히 인장강도 및 부착강도) 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 콘크리트의 하자를 줄이면서도 기존의 폴리머 시멘트 콘크리트보다 폴리머 사용량을 저감시켜 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트의 표면을 매끄럽게 하는 마무리 작업을 할 경우 콘크리트가 작업 도구에 부착되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한 친수성 섬유를 통해 콘크리트의 수축이 저하되고 수밀성이 향상되며 균열 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 실란계 발수제를 통해 낮은 폴리머-시멘트비에서도 동등한 내구성 개선효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 25∼70중량%, 굵은골재 20∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 결합재 0.01∼15중량%를 포함한다.
상기 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 이하에서 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은골재로 구분한다.
그리고 상기 잔골재는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 25∼70중량% 함유되는 것이 바람직하고, 상기 굵은골재는 상기 초속경 시멘트 콘크리트에 20∼65중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 초속경 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트 35∼95중량%, 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트 2∼30중량%, 칼슘알루미나시멘트 1∼20중량%, 애터펄자이트 1∼25중량%, 석고 0.1∼20중량%, 산화칼슘 또는 수산화칼슘 0.01~10중량%, 황산아연 0.01~10중량%, 실란계 발수제 0.01~10중량%, 촉진제 0.01∼10중량%, 지연제 0.01~10중량%, 친수성 섬유 0.001~5중량% 및 고성능 감수제 0.01~5중량%를 포함한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 35∼95중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다.
그리고 상기 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 2∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트의 함량이 2중량%미만이면 초기강도발현효과가 저하되고, 상기 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트의 함량이 30중량% 초과하는 경우 초기강도 발현효과는 우수하나 작업성이 저하되기 때문이다.
상기 칼슘알루미나 시멘트는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 초기강도 발현 및 건조수축을 저감하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 칼슘 알루미나 시멘트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 칼슘 알루미나 시멘트의 함량이 1중량% 미만이면 작업성은 좋으나 초기강도 발현 및 수축저감 효과가 미약하고, 상기 칼슘 알루미나 시멘트의 함량이 20중량%를 초과하면 초기강도 발현 및 수축저감 효과는 개선되나 작업성이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 애터펄자이트는 다공성 무기질계 보수 증점재로서 보수성 및 재료분리 방지를 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 애터펄자이트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 1∼25중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 애터펄자이트의 함량이 1중량% 미만이면 보수성능이 저하되어 재료분리현상이 발생되기 쉽고, 상기 애터펄자이트의 함량이 25중량%를 초과하면 보수성은 개선되나 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 지연될 수 있기 때문이다.
상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용될 뿐만 아니라 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다.
여기서 상기 석고는 무수석고 또는 이수석고 또는 반수석고를 택일하여 사용한다.
그리고 상기 석고는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 석고의 함량이 1중량% 미만이면 초기강도 발현 및 수축저감 효과가 미약하고, 상기 석고의 함량이 20중량%를 초과하면 초기강도 발현이 지연되고 과팽창되기 쉬우기 때문이다.
상기 산화칼슘 또는 수산화칼슘은 초기강도발현 및 수밀성을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 산화칼슘 또는 수산화칼슘은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 산화칼슘 또는 수산화칼슘의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성은 좋으나 초기강도 발현 및 수밀성 효과가 미약하고, 상기 산화칼슘 또는 수산화칼슘의 함량이 10중량%를 초과하면 초기강도 발현 및 수밀성 효과는 개선되나 작업성이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 황산아연은 작업성 확보 및 수화온도 저감효과를 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 황산아연은 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 황산아연의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성이 저하되고 수화온도 저감효과가 미약할 수 있고, 상기 황산아연의 함량이 10중량%를 초과하면 수화온도 저감효과는 개선되나 초기강도 발현이 지연되기 때문이다.
상기 실란계 발수제는 염화물이온침투저항성 및 방수성을 개선하기 위해 사용한다.
그리고 상기 실란계 발수제는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 실란계 발수제의 함량이 0.01중량% 미만이면 염화물이온침투저항성 및 방수성 효과가 미약할 수 있고, 상기 실란계 발수제의 함량이 10중량%를 초과하면 염화물이온침투저항성 및 방수성 효과는 개선되나 재료분리가 발생하기 쉽기 때문이다.
상기 촉진제는 물과 접촉할 경우 그 반응 속도가 매우 빠르며, 시멘트와 혼합하여 사용하게 되면 수일이 지나서 얻어지는 압축강도를 수 시간 내에 얻기 위하여 사용한다.
그리고 상기 촉진제는 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한 상기 촉진제는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예를 들어 칼슘포메이트, 염화칼슘, 질산칼슘과 같은 칼슘염, 염화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘과 같은 마그네슘염, 리튬카보네이트 또는 리튬하이드록사이드와 같은 리튬염 등을 사용한다.
상기 지연제는 조성물의 급격한 작업성 손실 방지 및 이상응결을 방지하기 위하여 사용하되, 상기 지연제는 타르타릭산 및 시트릭산을 1종 또는 혼합 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 지연제는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 지연제의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성 개선 효과가 미약하고, 상기 지연제의 함량이 10중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성이 개선되나 초기강도발현을 저해시킬 수 있기 때문이다.
상기 친수성 섬유는 콘크리트의 수축을 저하시키고, 인성 및 수밀성을 향상시키기 위하여 사용하되, 상기 친수성 섬유로서는 폴리비닐 섬유, 나일론 섬유, 폴리 에틸렌 섬유, 폴리 프로필렌 섬유로 어느 하나 이상이 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 친수성 섬유는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.001~5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 친수성 섬유의 함량이 0.001중량% 미만이면 인성 및 수축개선효과가 미약할 수 있고, 상기 친수성 섬유의 함량이 5중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 인성, 수축개선효과는 있으나 작업성이 저하되기 때문이다.
상기 고성능 감수제는 물-시멘트비를 줄이고 초기 강도를 발현시키기 위하여 사용하되, 상기 고성능 감수제는 폴리카본산계 고성능 감수제를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 고성능 감수제는 상기 초속경 시멘트 결합재에 대하여 0.01~5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 고성능 감수제의 함량이 0.01중량% 미만이면 작업성 개선효과 및 초기강도발현효과가 미약할 수 있고, 상기 고성능 감수제의 함량이 5중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성은 개선되나 재료분리가 발생되기 쉽기 때문이다.
상기 폴리머 결합재는 콘크리트의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용한다.
그리고 상기 폴리머 결합재는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 0.01∼15중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 폴리머 결합재의 함량이 0.01중량% 미만이면 콘크리트의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리머 결합재의 함량이 15중량%를 초과하면 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)이 좋아지나 수화반응을 지연시켜 조기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 20∼95중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1∼50중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 1∼30중량%, 폴리 초산 비닐 0.01∼30중량%, 불포화 폴리에스터 0.01∼10중량%, 폴리 프로필렌 0.01∼10중량%, 스티렌-부타디엔 0.01~10중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.01~10중량%, 폴리스티렌 0.01~10중량%, 초산셀롤로오스 0.01~10중량%, 분산제 0.01~5중량% 및 폴리칼본산계 감수제 0.01~5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 메틸메타크릴레이트는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 메틸메타크릴레이트는 상기 폴리머 결합재에 대하여 20~95중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 메틸메타크릴레이트의 함량이 20중량%미만인 경우 결합력 및 내구성능 개선효과가 저하되고, 상기 메틸메타크릴레이트의 함량 95중량%를 초과하는 경우 결합력 및 내구성능은 개선되나 초기 강도 발현이 지연되기 때문이다.
상기 스티렌-부틸아크릴레이트는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 혼합이 잘 되게 하여 충분한 강도를 발현하고 낮은 온도나 수중에서도 경화시간의 단축이 가능하여 공정시간을 줄일 수 있는 효과를 얻기 위하여 사용한다.
그리고 상기 스티렌-부틸아크릴레이트는 상기 폴리머 결합재에 대하여 1~50중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 스티렌-부틸아크릴레이트의 함량이 함량이 1 중량% 미만인 경우 저온 발현성 및 수중 경화성이 저하되고, 상기 스티렌-부틸아크릴레이트의 함량이 50중량%를 초과하는 경우 낮은 온도에서의 강도 발현이나 수중경화성은 되나 초기 강도 발현이 지연되기 때문이다.
상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 강도, 내열성 및 내알칼리성을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스는 상기 폴리머 결합재에 대하여 1~30중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스의 함량이 1 중량% 미만인 경우 강도, 내열성 및 내알칼리성 개선효과가 저하되고, 상기 메타크릴산 메틸-부타디엔 고무 라텍스의 함량이 30중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 재료분리현상이 발생되기 쉽기 때문이다.
상기 폴리 초산 비닐은 신장 능력이 향상과 내알칼리성 및 접착성을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 폴리 초산 비닐은 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01~30중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 폴리 초산 비닐의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 저하되고, 상기 폴리 초산 비닐의 함량이 30중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성이 저하되기 쉽기 때문이다.
상기 불포화 폴리에스터는 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 불포화 폴리에스터는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01~10중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 불포화 폴리에스터의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 저하되고, 상기 불포화 폴리에스터의 함량이 10중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 초기 강도 발현이 지연되기 때문이다.
상기 폴리 프로필렌은 접착강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 폴리 프로필렌은 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01~10중량%함유하는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 폴리 프로필렌의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 성능개선효과가 미흡하고, 상기 폴리 프로필렌의 함량이 10중량%를 초과하는 경우 성능 개선효과는 뚜렷하나 작업성이 저하되기 때문이다.
상기 스티렌-부타디엔은 폴리머 결합재의 수밀성 및 내수성을 부여하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 스티렌-부타디엔은 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 0.01중량% 미만이면 수밀성 및 내수성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 스티렌-부타디엔의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성은 좋아지나 경화시간이 지연될 수 있기 때문이다.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 상기 폴리머 결합재의 점도 및 보수성을 부여하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 폴리에틸렌옥사이드는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 0.01중량% 미만이면 점도 및 보수성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리에틸렌옥사이드의 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
상기 폴리스티렌은 폴리머 결합재의 강도 및 내구성을 부여하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 폴리스티렌은 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 폴리스티렌의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 폴리스티렌의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성은 좋아지나 초기 강도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
상기 초산셀룰로오스는 상기 폴리머 결합재의 점도를 부여하기 위하여 사용한다.
그리고 상기 초산셀룰로오스는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 초산셀룰로오스의 함량이 0.01중량% 미만이면 점도 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 초산셀룰로오스의 함량이 10중량%를 초과하면 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
상기 소포제는 콘크리트 내의 기공을 제거하여 콘크리트의 강도 및 내구성을 높이기 위하여 사용한다.
그리고 상기 소포제는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한 상기 소포제로서는 일반적으로 잘 알려진 물질, 예컨대 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 사용할 수 있다.
상기 실리콘계 소포제로는 디메틸실리콘유, 폴리오가노실록산, 플루오로실리콘유 등이 있고, 상기 지방산계 소포제로는 스테아린산, 올레인산 등이 있다.
또한, 상기 오일계 소포제로는 등유, 동식물유, 피마자유 등이 있고, 상기 에스테르계 소포제로는 솔리톨트리올레이트, 글리세롤모노리시놀레이트 등이 있다.
또한, 상기 옥시알킬렌계 소포제로는 폴리옥시알킬렌, 아세틸렌에테르류, 폴리옥시알킬렌지방산에스테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민 등이 있으며, 상기 알콜계 소포제로는 글리콜(glycol) 등이 있다.
상기 분산제는 내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 분산성을 개선하여 작업성을 개선하기 위하여 사용한다.
여기서 상기 분산제는 폴리칼본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등이 있으나 폴리칼본산계 분산제 사용이 바람직하다.
그리고 상기 분산제는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 폴리칼본산계 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 초속경 시멘트 결합재의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다.
그리고 상기 폴리칼본산계 감수제는 상기 폴리머 결합재에 대하여 0.01∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내구성이 개선된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 시멘트 결합재 5∼35중량%, 잔골재 35∼70중량% 및 굵은골재 30∼65중량%를 강제식 또는 연속식 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1∼10중량%와 폴리머 결합재 0.01∼10중량%를 더 혼합한 다음, 소정시간(예컨대, 1∼10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 콘크리트 포장 보수공법을 설명한다. 이하에서, 콘크리트 구조물이라 함은, 도로의 노면, 교량 교면, 교량의 콘크리트 슬래브, 교량 신축이음부, 교량 하부 등의 구조물로서 콘크리트로 이루어진 구조물을 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내구성이 개선된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법은, 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계; 콘크리트가 열화된 부위에 프라이머 도포 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 및 상기 타설된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제로 도포하는 단계를 포함한다.
이하에서, 상기 프라이머는 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 구조물에 부착되기 용이하게 하는 물질을 의미하는 것으로 사용하며, 바람직하게는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 상기 폴리머 결합재 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
이때, 프라이머의 고형분의 함량을 13중량% 정도로 낮추어 시공하는 것은, 상기 프라이머의 고형분 함량이 13중량%를 초과하여 사용할 경우에 발생하는 피막 두께가 두꺼워져 도리어 부착성능을 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내구성이 개선된 상기 초속경 시멘트 콘크리트 조성물의 실시 예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
초속경 시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2중량%와 폴리머 결합재 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 15중량%, 칼슘 알루미나 시멘트 10중량%, 애터펄자이트 5중량%, 석고 5중량%, 산화 칼슘 1중량%, 황산아연 1중량%, 실란계 발수제 1중량%, 촉진제 0.5중량%, 지연제 0.5중량%, 친수성 섬유 0.5중량% 및 고성능 감수제 0.5중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 촉진제는 리튬하이드록사이드를 사용하였고, 상기 지연제는 시트릭산 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 93중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1.5중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 1중량%, 폴리 초산 비닐 0.5중량%, 불포화 폴리에스터 0.5중량%, 폴리 프로필렌 0.5중량%, 소포제 0.5중량%, 분산제 0.5중량%, 스티렌-부타디엔 0.5중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.5중량%, 폴리스티렌 0.5중량% 및 초산셀롤로오스 0.5중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였고, 상기 분산제는 폴리칼본산계 분산제를 사용하였다.
<실시예 2>
초속경 시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2중량%와 폴리머 결합재 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 15중량%, 칼슘 알루미나 시멘트 10중량%, 애터펄자이트 5중량%, 석고 5중량%, 산화 칼슘 1중량%, 황산아연 1중량%, 실란계 발수제 1중량%, 촉진제 0.5중량%, 지연제 0.5중량%, 친수성 섬유 0.5중량% 및 고성능 감수제 0.5중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 촉진제는 리튬하이드록사이드를 사용하였고, 상기 지연제는 시트릭산 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 88중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 3.5중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 2중량%, 폴리 초산 비닐 1중량%, 불포화 폴리에스터 1중량%, 폴리 프로필렌 1중량%, 소포제 1중량%, 분산제 0.5중량%, 스티렌-부타디엔 0.5중량%, 폴리에틸렌옥사이드 0.5중량%, 폴리스티렌 0.5중량% 및 초산셀롤로오스 0.5중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였고, 상기 분산제는 폴리칼본산계 분산제를 사용하였다.
<실시예 3>
초속경 시멘트 결합재 18중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2중량%와 폴리머 결합재 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 조강 시멘트 60중량%, 마그네슘 설포 알루미네이트 15중량%, 칼슘 알루미나 시멘트 10중량%, 애터펄자이트 5중량%, 석고 5중량%, 산화 칼슘 1중량%, 황산아연 1중량%, 실란계 발수제 1중량%, 촉진제 0.5중량%, 지연제 0.5중량%, 친수성 섬유 0.5중량% 및 고성능 감수제 0.5중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 촉진제는 리튬하이드록사이드를 사용하였고, 상기 지연제는 시트릭산 지연제를 사용하였다.
상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 83중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 6중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 2중량%, 폴리 초산 비닐 1중량%, 불포화 폴리에스터 1중량%, 폴리 프로필렌 1중량%, 소포제 1중량%, 분산제 1중량%, 스티렌-부타디엔 1중량%, 폴리에틸렌옥사이드 1중량%, 폴리스티렌 1중량% 및 초산셀롤로오스 1중량% 를 혼합하여 사용하였다. 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였고, 상기 분산제는 폴리칼본산계 분산제를 사용하였다.
상기의 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예를 제시하며, 후술할 비교예 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 보통 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
<비교예 1>
보통 포틀랜드 시멘트 18중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 36중량% 및 물 6중량%를 강제식 믹서에 투입한 후 교반하여 보통 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
초속경 시멘트 18중량%, 잔골재 40중량%, 굵은골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 물 2중량%와 메틸메타크릴레이트 4중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
아래의 시험예들은 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>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 1은 시간 경과에 따른 압축강도의 변화이다.
구 분 압축강도(kgf/㎠)
4시간 후 24시간 후 7일 후 28일 후
실시예 1 272 342 378 402
실시예 2 285 348 386 410
실시예 3 289 356 395 418
비교예 1 - - 296 398
비교예 2 260 330 358 380
위의 표 1에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 4시간이 경과하면 경화되기 때문에 타설된 콘크리트에서 다른 작업을 수행할 수 있지만, 비교예 1에 따라 제조된 콘크리트 조성물은 1일이 경과하여도 경화되지 않아 다른 작업을 전혀 수행할 수 없다.
또한, 완전히 경화된 후에도 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 2는 시간 경과에 따른 휨강도의 변화이다.
구 분 휨강도(kgf/㎠)
4시간 후 24시간 후 7일 후 28일 후
실시예 1 54 60 66 72
실시예 2 57 63 70 78
실시예 3 61 66 74 82
비교예 1 - - 42 46
비교예 2 50 55 61 67
위의 표 2에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 시공 후, 12시간이 경과하면 경화되어 외부의 하중에 대한 저항력이 발생되어 콘크리트의 변형이 발생되지 않는다.
이에 반해, 비교예 1에 따라 제조된 콘크리트 조성물은 1일이 경과하여도 경화되지 않으므로, 외부에서 하중이 발생하면 타설되어 있는 콘크리트가 파손되거나 변형된다.
특히, 콘크리트가 완전히 경화되는 28일 후에는 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
아래의 표 3은 시간 경과에 따른 접착강도의 변화이다.
구 분 접착강도(kgf/㎠)
4시간 후 24시간 후 7일 후 28일 후
실시예 1 10 20 21 22
실시예 2 19 21 22 23
실시예 3 20 22 23 25
비교예 1 - - - 17
비교예 2 16 18 19 20
위의 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 4004(시멘트 벽돌)에 규정한 방법에 따라 흡수율의 측정 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
흡수율이 높으면 불순물이나 물이 콘크리트의 내부로 침투하게 되면 콘크리트의 내부에 기공률이 증가하게 되어 구조물의 파손을 초래하는 문제가 발생한다. 즉, 흡수율이 낮을수록 경화된 후 콘크리트의 강도가 향상되는 것이다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡수율(%) 0.5 0.3 0.2 3.2 0.8
위의 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 흡수율이 낮았다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
길이변화율(%) 0.038 0.031 0.025 0.10 0.048
위의 표 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
중성화 깊이(mm) 0.4 0.3 0.2 1.3 0.6
위의 표 6에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 중성화 깊이가 적게 나타나 중성화에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 7>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 JIS A 6203(시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼 및 재유화형 분말 수지)에 의한 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
염화물 이온 침투 깊이(mm) 1.0 0.7 0.5 2.2 1.3
위의 표 7에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 염화물 이온 침투 깊이가 적게 나타나 염해에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성시험의 측정 결과를 나타낸 것이다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 동결융해는 콘크리트에 흡수된 수분이 결빙되고 녹는 것을 말하는 것으로, 동결융해가 반복되면 콘크리트 조직에 미세한 균열이 발생하게 되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
표 8은 동결융해저항성시험에 따른 각각의 실시예들 및 비교예의 내구성지수를 표시한 것이다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
내구성 지수 91 92 93 61 89
위의 표 8에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 콘크리트 조성물에 비하여 내구성 지수가 월등히 높으므로, 내구성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 초속경 시멘트 결합재 5∼40중량%, 잔골재 25∼70중량%, 굵은골재 20∼65중량%, 물 0.1∼20중량% 및 폴리머 결합재 0.01∼15중량%를 포함하여 이루어지고,
    상기 폴리머 결합재는 메틸메타크릴레이트 20∼95중량%, 스티렌-부틸아크릴레이트 1∼50중량%, 메타크릴산메틸-부타디엔 고무 라텍스 1∼30중량%, 폴리 초산 비닐 0.01∼30중량%, 불포화 폴리에스터 0.01∼10중량% 및 폴리 프로필렌 0.01∼10중량%를 포함하여 이루어지고,
    상기 초속경 시멘트 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 또는 조강 시멘트 35∼95중량%, 마그네슘 또는 칼슘 설포 알루미네이트 2∼30중량%, 칼슘알루미나시멘트 1∼20중량%, 애터펄자이트 1∼25중량%, 석고 0.1∼20중량%, 산화칼슘 또는 수산화칼슘 0.01~10중량%, 황산아연 0.01~10중량%, 실란계 발수제 0.01~10중량%, 촉진제 0.01∼10중량% 및 지연제 0.01~10중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 결합재에는 스티렌-부타디엔 0.01∼10중량%와 폴리에틸렌옥사이드 0.01∼10중량%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 결합재에는 폴리스티렌 0.01∼10중량%와 초산셀롤로오스 0.01∼10중량%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 결합재에는 분산제 0.01∼5중량%와 폴리칼본산계 감수제 0.01∼5중량%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 초속경 시멘트 결합재에는 친수성 섬유 0.001~5중량%와 고성능 감수제 0.01~5중량%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 콘크리트 구조물이 열화되어 콘크리트가 탈락된 부위를 파쇄기 및 워터젯을 이용하여 치핑하여 불순물 및 열화 부위를 제거하는 단계;
    콘크리트가 열화된 부위에 프라이머 도포 또는 블루밍 처리하는 단계;
    제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 및
    상기 타설된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 양생제로 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초속경 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법.
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