KR101911830B1 - 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법 - Google Patents

방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법을 제안한다. 상기 시멘트 콘크리트 포장용 조성물은 시멘트 결합재, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 포함하며, 물 1중량부에 대해, 시멘트 결합재 2.0~3.4 중량부, 잔골재 3.4~4.8 중량부 및 굵은 골재 5.7~7.1중량부로 구성된다. 상기 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법은, 사전준비단계, 타설단계, 평탄화단계, 표면처리단계 및 양생제 도포단계를 수행한다.

Description

방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법 {A cement concrete pavement composite including functions of waterproof and anti-corrosive and cement concrete pavement method using the composite}
본 발명은 시멘트 콘크리트 포장용 조성물에 관한 것으로, 특히, 반복되는 교통하중에 적합한 강도 및 균열저항성을 가지고, 방청성과 염분침투저항성, 동결융해저항성, 스케일링저항성, 마모저항성 등을 모두 만족하는 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 및 상기 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법에 관한 것이다.
일반적으로 도로포장은 크게 아스팔트 포장과 시멘트 콘크리트 포장의 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 아스팔트 포장방법은 아스팔트와 콘크리트를 혼합한 아스콘(asphalt concrete: ASCON)을 포설하여 포장층을 형성하는 공법으로, 시공성이 양호하고 초기 투자비가 적으며 평탄성이 우수하여 주행감이 좋다는 장점을 가지고 있다. 다만, 소성변형과 표면 열화에 의해 소요(所要)의 주행성을 확보하지 못하는 것을 방지하기 위하여 주기적으로 재포장을 하여야 하므로 과다한 유지관리 비용과 함께 교통장애를 유발시킬 수 있다는 단점이 있다. 특히 아스팔트를 기존 콘크리트의 상면에 설치할 경우 서로 다른 이질재료의 결합에 따라 포장층의 분리·탈락이 일어날 수 있다는 단점이 있다.
콘크리트 포장방법은 포장 두께 전체를 포틀랜드 시멘트를 사용하기 때문에, 재료비가 저렴하여 경제적이며 시공성이 우수하다는 장점이 있는 반면, 반복적인 차량 통행에 따른 진동에 의해 콘크리트의 균열이 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 또한, 투수성이 높아 상부로부터 염화물을 비롯한 유해 화학물질의 침투에 의해 철근이 부식하는 것을 방지하기 어려워 경제적인 손실을 유발시키는 단점이 있다.
상술한 바와 같이, 콘크리트의 내구성 저하에 직접적인 영향을 주는 염화물이나 수분의 침투를 효과적으로 방지하기 위하여 보통 콘크리트에 합성고무 라텍스 수지(SBR)를 첨가한 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 포장공법과 교면 포장에서 요구되는 제반 품질성능을 모두 만족시키는 VES-LMC 공법, HPC 공법, PCMC 공법, 자가 치유형 개질 라텍스 콘크리트 등의 표층 시공재료 또는 공법이 제안되어 사용되고 있다. 이러한 공법은 기존 콘크리트 위에 2단계로 3~7㎝ 두께로 포장하는 방식을 사용하는데, 실험실에서는 우수한 부착성능을 나타냈으나, 실제 현장에 적용해 본 결과 여름철 도로 바닥면의 온도가 높고 실리콘 개질 라텍스 수지의 안정성이 낮아지면서 실리콘 개질 라텍스의 경화 피막 형성 시기 변동으로 초기 소성수축균열과 바닥 콘크리트와의 부착성능 부족 문제가 자주 발생하는 단점이 있다.
평탄성과 주행 소음문제의 관점에서 볼 때, 일반 시멘트 콘크리트 포장은 도로(포장면 또는 노출면 중 선택)에 세로 방향 홈을 만들어 주행성과 쾌적성을 유지하도록 할 수 있지만, 노출 시멘트 콘크리트 포장은 마이크로 시멘트, 실리카 흄, 초속경 시멘트 등을 활용해 수밀성 등 물성 향상을 구현한 시멘트 콘크리트 조성물로 염화물이온 침투저항성과 복합적인 내구성능 요구치를 만족하지 못한다는 단점이 있다.
이와 같이 노출 시멘트 콘크리트 포장은 교통하중을 직접 전달하는 부분이 되기 때문에, 반복되는 교통하중에 적합한 강도 및 균열저항성을 가져야 한다. 또한, 빗물 등의 수분에 노출되어 있다는 점을 감안하면, 콘크리트 자체 방수성능 확보와 염화물이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위한 방청성과 염분침투저항성, 동결융해저항성, 스케일링저항성, 마모저항성 등을 모두 만족시켜야 할 것이다.
대한민국 등록특허 10-1619288호(2016년05월02일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 염분침투성, 동결융해저항성, 스케일링저항성, 균열저항성 및 마모저항성 등의 향상된 내구성과 자기치유 기능과 방수성능의 확보로 표면에 뿌려지는 제설제를 고려한 내염성과 건조수축저항성이 향상된 시멘트 콘크리트 포장도로의 수명연장과 유지보수비용을 상당히 줄일 수 있는 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 기층 콘크리트 위헤 2단계로 3~7㎝ 두께의 표층재로를 사용하지 않고 포장두께 전체를 동시에 타설하는 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물은, 시멘트 결합재, 잔골재, 굵은 골재 및 물을 포함하며, 물 1중량부에 대해, 시멘트 결합재 2.0~3.4 중량부, 잔골재 3.4~4.8 중량부 및 굵은 골재 5.7~7.1 중량부로 구성된다. 여기서 상기 시멘트 결합재는, 플라이애쉬 1 중량부에 대해, 포틀랜드 시멘트 7.5~8.25 중량부, 고로슬래그 2.5~3.175 중량부, 실리카 흄 0.125~0.625 중량부, 화학혼화제 0.0375~0.125 중량부 및 분말방수재 0.1625~0.5 중량부로 구성된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법은, 사전준비단계, 타설단계, 평탄화단계, 표면처리단계 및 양생제 도포단계를 수행한다. 상기 사전준비단계에서는 보조기층 또는 거푸집 상부에 물을 분사하여 타설 바닥면을 습윤 상태로 유지하도록 한다. 상기 타설단계에서는 상기 보조기층 또는 상기 거푸집 상부 바닥면 즉 습윤 상태의 타설 바닥면에 청구항 제1항에 기재된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 타설한다. 상기 평탄화단계에서는 상기 타설단계에서 타설한 시멘트 콘크리트 포장용 조성물의 표면을 평탄화한다. 상기 표면처리단계에서는 상기 평탄화단계에서 평탄화된 노출 포장 면을 도로의 진행방향으로 수직 또는 수평방향으로 세로방향(또는 가로방향) 홈을 형성한다. 상기 양생제 도포단계에서는 상기 표면처리단계에서 표면 처리된 포장 면에 양생제를 도포한다.
본 발명에 따른 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장은, 겨울철 염화칼슘 과다 사용에 대한 염분침투저항성, 콘크리트가 수분을 흡수함으로 인한 동결융해저항성과 스케일링저항성, 균열저항성, 마모저항성 부족으로 인한 내구성 한계를 개선시킴으로서 시멘트 콘크리트 포장도로의 수명연장 효과와 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있고, 노출 콘크리트 포장면에 미세 균열이 발생할 경우 무기계 시멘트 결합재 중 포졸란 물질의 석출물과 방수조성물 반응으로 자기치유 미세결정입자를 생성, 미세간격을 충전 치유함으로써 수분이나 염화물 침투로 인한 물리성능 저감 완화와 파손부위 복구성능 향상으로 내구성 증진 효과를 기대할 수 있으며, 콘크리트 자체의 방수성능 확보와 제설재에 대한 염분침투저항성 등의 내구성 관련 제반 특성을 만족시키는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 이용한 콘크리트 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장공법은 건설자원 절약과 환경오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법의 작업 흐름도이다.
도 3은 자기치유 특성을 확인하는 목업 시험(Mock-up)을 수행중인 방수조성물의 사진이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방수 및 방청 기능이 있는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물(100, 이하 시멘트 콘크리트 포장용 조성물)은 물 1 중량부에 대해, 시멘트 결합재 2.0~3.4 중량부, 잔골재 3.4~4.8 중량부 및 굵은 골재 5.7~7.1중량부로 구성된다는 것을 알 수 있다.
골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분할 수 있는데, 이하의 설명에서는 입경이 5㎜ 이하인 것을 잔골재라 하고, 입경이 5㎜ ~ 25㎜를 굵은 골재라고 가정하고 설명한다.
여기서 시멘트 결합재는, 플라이애쉬 1 중량부에 대해, 포틀랜드 시멘트 7.5~8.25 중량부, 고로슬래그 2.5~3.175 중량부, 실리카 흄 0.125~0.625 중량부, 화학혼화제 0.0375~0.125 중량부 및 분말방수재 0.1625~0.5 중량부로 구성된다.
본 발명에서는 시멘트로는 포틀랜드 시멘트(1종, 2종, 3종, 5종), 고로슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트 및 실리카 시멘트 중 하나 또는 이들을 결합한 것을 사용할 것을 제안한다.
고로슬래그는 비표면적이 4,000㎠/g ~ 5,500㎠/g으로, 1500℃ 내외의 용광로에서 선철과 함께 생성되는 용융 슬래그를 물로 급속 냉각하여 얻은 유리질 상의 수쇄 슬래그를 건조하여 미분쇄한 것이다. 고로슬래그는 잠재 수경성이 있으며, 그 자체는 경화하는 성질이 미약하지만 알칼리의 자극에 의해 경화하는 특성이 있다. 고로슬래그를 보통 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 사용하면 수산화칼슘 또는 황산염의 작용에 의해서 경화가 촉진될 수 있다. 고로슬래그의 잠재 수경성으로 인해 투수저항성, 장기강도 발현 및 내구성 증진을 위해 보통 포틀랜드 시멘트의 결합재에 사용된다.
플라이애쉬는 비표면적이 3,000㎠/g ~ 4,500㎠/g으로, 화력발전소의 연료인 미분탄을 1400℃ ~ 1500℃의 고온으로 연소시킬 때 원탄의 약 15% ~ 45% 비율로 발생하는 미분말 부산물로서 집진기로 포집한 재를 말한다. 플라이애쉬는 인공 포졸란에 속하며, 그 자체는 수경성이 없으나 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 상온에서 서서히 포졸란 반응을 일으켜 안정된 불용성화합물을 생성하여 경화하는 성질을 가지고 있다. 따라서 시멘트 결합재의 장기강도, 내구성 및 미세한 균열 메우는 자가 치유 특성이 있다.
실리카흄(Silica fume)은 비표면적이 150,000㎠/g ~ 300,000㎠/g으로, 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유하여 발생하는 초미립자 부산물로서, 주성분은 비결정질의 실리카이다. 상기 실리카흄은 통상적으로 비중이 2.2 정도이고, 입자의 크기는 대부분 1㎛ 이하로 평균 0.1㎛ 정도이며, 높은 포졸란반응과 큰 비표면적을 가지는 특성 때문에 콘크리트의 역학적 성능 및 화학저항성을 향상시킨다.
화학혼화제는, 조성물의 물-시멘트의 혼합비율을 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하는데 사용하는 고성능 감수제와 콘크리트 속에 독립된 무수히 많은 미세한 공기포를 연행시켜 워커빌리티와 동결융해에 대한 저항성을 향상시키기 위해 사용하는 공기연행제인 AE를 사용할 것을 제안한다. 고성능 감수제로는 나프탈렌 설폰산염계, 멜라민 포르말린수지 설폰산염계 및 폴리카본산계 중 적어도 하나를 포함하고, AE제로는 수지계, 알킬벤졸술폰산계, 고급알코올유산에스텔계 및 비이온계 중 적어도 하나를 포함한다.
분말방수재는 노출 시멘트 콘크리트에서 요구되는 중요한 특성 중의 하나인 반복적인 통행 진동 및 소성수축에 의하여 발생하는 균열에 대한 저항성과 포졸란 물질에서 생성되는 석출물에 의해 자연적으로 치유하는 기능과 방수성능을 개선하기 위하여 사용하며, 고급지방산계 금속염, 리그닌 설폰산염계 계면활성제, 재유화형 분말 수지를 포함한다. 분말방수재는 철근 부식을 방지하는 방청성능을 더 개선하기 위해서 양극형 무기염으로는 아질산칼슘 또는 아질산나트륨을 더 포함할 수 있다.
분말방수재는 방수전용과 방수 및 방청용으로 구분할 수 있으며, 방수전용은 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머를 포함하는 재유화형 분말수지 1 중량부에 대해, 고급지방산계 스테아린산 아연 5.4~8.2 중량부, 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate)계 계면활성제 5.1~7.7 중량부를 혼합하여 얻으며, 방수 및 방청용은 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate)계 계면활성제 1 중량부에 대해, 고급지방산계 스테아린산 아연 0.87~1.31 중량부, 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머를 포함하는 재유화형 분말수지 0.9~1.35 중량부를 혼합하여 얻는다.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 방수 및 방청용에서 재유화형 분말수지는, 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머와 아질산나트륨 또는 아질산칼슘이 1:6의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
고급지방산계 금속염은 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 암모늄, 올레인산 칼슘, 올레인산 알루미늄, 부틸 스테아레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
계면활성제는 분말방수재 조성물에 멜라민계나 나프탈렌계의 감수제를 사용하게 되면 콘크리트 재료와의 호환성이 없어서 슬럼프가 현저하게 떨어져 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 본 발명에서는 화학혼화제와 호환성이 있고 시멘트의 분산성을 높여주는 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate)계 계면활성제를 사용하여 물결합재비를 낮추고 적절한 유동성으로 작업성을 향상시키도록 하였다.
재유화형 분말수지는 비닐 아세테이트 단중합 폴리머, 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합 폴리머, 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머, 에틸렌/비닐 라우레이트/비닐 클로라이드 삼중 중합 폴리머 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법의 작업 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 조성물을 이용한 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법(200, 이하 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법)은, 사전준비단계(210), 타설단계(220), 평탄화단계(230), 표면처리단계(240) 및 양생제 도포단계(250)를 수행한다.
사전준비단계(210)에서는 보조기층 또는 거푸집 상부에 물을 분사하여 타설 바닥면을 습윤 상태로 유지하도록 한다. 먼저, 일반적으로 흙을 사용하여 노상, 노체를 형성한 다음, 쇄석을 사용하여 동상방지층, 보조기층을 완성한 위에 방수층인 프라임 코팅(Prime Coating)을 시공하지만, 콘크리트 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장공법에서는 보조기층 표면 또는 교량 슬래브 상부 바닥면을 물로 적신 후 습윤 상태로 만든 후 시공한다.
타설단계(220)에서는 사전준비단계(210)를 거친 습윤 상태의 타설 바닥면(보조기층 또는 거푸집 상부)에 도 1에 도시한 구성의 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 타설한다. 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 배치 믹서(batcher mixer) 또는 모빌 믹서(mobile mixer)를 이용하여 타설하려는 두께를 고려하여 보조기층 또는 거푸집 상부에 일정 두께로 타설한다.
평탄화단계(230)에서는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물로 타설한 포장표면을 평탄화하며, 평탄화 작업은 스크리드(screed), 롤러 튜브(roller tube) 및 롤러 페이퍼(roller paper) 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
표면처리단계(240)에서는 평탄화된 노출 포장 면에 일정한 방향의 홈을 형성하는데, 예를 들면, 도로의 진행방향과 수직 또는 수평방향으로 홈을 형성하는 표면 처리한다. 표면처리는 평탄화 이후 차량의 주행소음과 배수성을 높여 수막현상과 미끄럼 방지를 위해 노출 시멘트 콘크리트 표면에 타이닝(tinning) 또는 구루빙(grooving) 공법으로 세로 방향 홈을 형성함으로써 구현할 수 있다.
양생제 도포단계(250)에서는 표면 처리된 도로포장 면이 온도변화에 대한 영향을 적게 받을 수 있도록 양생제를 도포한다. 표면처리 이후 양생제의 도포에 의한 콘크리트 양생은 시멘트 콘크리트 포장용 조성물의 포설량, 날씨 등에 따라 다르지만 일반적으로는 48~72시간 동안 습윤 양생을 실시하고, 3~10일 동안 기건양생을 실시하는 것이 바람직하다.
표 1은 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 중 시멘트 결합재의 배합비율에 따른 3 종류의 실시 예 및 비교 예에 대해 설명한다.
구분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
포틀랜드시멘트 60 62 66 64
고로슬래그 25.4 23 20 25
플라이애쉬 8 8 8 8
실리카흄 5 3.4 1 2
화학혼화제 0.3 0.6 1 1
분말방수재 방수 1.3 2 4 -
방청 - 1 - -
도 1을 참조하면, 3종류의 실시 예 및 비교 예에서 잔골재, 굵은 골재, 물의 혼합비율 및 시멘트 결합재의 혼합비율은 동일하므로 여기서는 구분하여 설명하지 않는다.
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물(100)은 방수 기능만을 수행하는 실시 예 1 및 실시 예 3과 방수 및 방청 기능을 수행하도록 한 실시 예2로 구분할 수 있으며, 분말방수재를 사용하지 않는 비교 예의 구성비도 알 수 있다.
본 발명에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물 중 방수 전용인 실시 예 1 및 실시 예 3중, 실시 예1은 시멘트 결합재로서 포틀랜드시멘트, 고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카흄, 화학혼화제 및 분말방수재를 중량비로 60:25.4:8:5:0.3:1.3으로 혼합한 것이며, 실시 예 3은 시멘트 결합재로서 포틀랜드시멘트, 고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카흄, 화학혼화제 및 분말방수재를 중량비로 66:20:8:1:1:4로 혼합한 것이다.
방수 및 방청 기능을 포함하는 실시 예 2는 시멘트 결합재로서 포틀랜드시멘트, 고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카흄, 화학혼화제 및 분말방수재를 중량비로 62:23:8:3.4:0.6:3로 혼합한 것이라는 것이다. 여기서 분말방수재는 방수용 재료가 2 그리고 방청용 재료가 1의 중량비로 혼합된 것이다.
비교 예는 실시 예 1에서 분말방수재를 사용하지 않는 대신 포틀랜드시멘트, 고로슬래그 및 실리카 흄의 구성을 조정하였다는 것을 알 수 있다.
이하의 설명에서 기재되는 구성비는 모두 중량비를 의미한다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
염분침투 저항성(Coulomb) 954 913 927 1,131
표 2는 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 ASTM C 1202 "Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration"에 규정한 방법에 따라 염분침투저항성 시험을 수행한 결과를 나타낸다. 시험에서 산정된 통과 전하량이 4,000 쿨롱(Coulomb) 이상이면 높음, 2,000~4,000 쿨롱이면 보통, 1,000~2,000 쿨롱이면 낮음, 그리고 100~1,000 쿨롱이면 매우 낮음으로 평가하며, 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서는 1,000 쿨롱 이하의 성능이 요구된다. 표 2를 참조하면 3개의 실시 예의 염분침투 저항성이 비교 예에 비해 낮게 나타난다는 것을 알 수 있다.
표 3은 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 KS F 2456 "급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법“ 중 A법(수중동결, 수중융해)으로 300사이클(cycle) 동안 상대 동탄성계수로 비교 시험한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
동결융해저항성(%) 83.0 83.2 82.8 75.5
표 3을 참조하면, 시험에서 산정된 상대 동결융해저항성이 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서는 80% 이상의 성능이 요구되는데, 분말방수재를 포함시키지 않았던 비교예의 경우에만 기준을 통과하지 못하였지만, 3개의 실시 예는 모두 이 기준을 통과한다는 것을 알 수 있다.
표 4는 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 SS 13 72 44 "동결에서 박리저항성 시험“ 에 준하여 스케일링(박리)저항성 시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
스케일링저항성 ㎏/㎡ 0.41 0.38 0.37 0.85
m56/m28 1.85 1.83 1.86 2.05
시험에서 산정된 56사이클 후에 평균 박리량(m56)이 1.0㎏/㎡ 작고, 동시에 m56/m28이 2보다 작아야 박리저항성 접합(Acceptable) 등급이며, 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서 요구되는 성능이다. 표 4를 참조하면, 3개의 실시 예에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물이 비교예보다 박리저항성이 낮게 나타나 겨울철 동결융해로 인한 콘크리트 포장표면의 박리 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
표 5는 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 AASHTO PP 34-99 "Standard Method of Test for Estimating the Cracking Tendency of Concrete" 에 준하여 콘크리트의 균열발생 저항성 평가시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
균열저항성 균열발생 없음 균열발생 없음 균열발생 없음 구속건조수축균열 있음
본 시험 방법 절차에 따라 진행하되 스트레인게이지를 부착하지 않고 육안관찰로 진행하며, 항온항습실에서 재령 56일간 균열발생을 관찰하였다. 표 5에서와 같이, 3개의 실시 예에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물은 균열발생이 없었지만, 비교예는 구속건조수축균열이 발생함을 확인할 수 있었다.
표 6은 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 ASTM C 779 "Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces" 에 규정한 방법에 따라 콘크리트 마모저항성 시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
마모저항성(㎜) 0.67 0.52 0.62 1.23
시험편을 고정한 후 콘크리트 표면 위에 연마날이 맞닿게 한 상태에서 30분 동안 연마날을 회전시켜 마모깊이를 측정하며, 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서는 재령 28일 기준 2.0㎜ 이하의 성능이 요구된다. 표 6을 참조하면, 3개의 실시 예에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물이 비교 예 보다 마모깊이가 적게 나타나 마모에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
표 7은 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 KS F 2405 "콘크리트의 압축강도 시험방법"에 규정한 방법에 따라 콘크리트 압축강도 시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
압축강도
(MPa)		 재령 28일 32.9 34.2 35.4 31.5
재령 56일 41.3 39.6 41.2 39.4
시험 시편의 슬럼프 130±25㎜, 공기량 6.5±1.5%의 범위의 작업성으로 각각 3조씩 제작하여 재령 28, 재령 56에 시험하였다. 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서는 28일 재령 30MPa 이상의 성능이 요구된다. 표 7을 참조하면 3개의 실시 예에 따른 시멘트 콘크리트 포장용 조성물이 비교 예보다 압축강도가 높게 나타남을 확인할 수 있다.
표 8은 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 KS F 2424 "모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험방법"에 규정한 방법에 따라 콘크리트 건조수축에 의한 길이변화 시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
건조수축(%) -0.0452 -0.0438 -0.0412 -0.0632
시험 시편을 각각 3조씩 제작하여 재령 14일에 시험하였다. 일체식 노출 시멘트 콘크리트 포장도로에서는 14일 재령 기준 0.15 이하의 성능이 요구된다. 표 8을 참조하면, 3개의 실시 예에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물이 비교 예에 따른 조성물과 건조수축(길이변화율)이 다소 비슷하게 나타남을 확인할 수 있었다.
표 9는 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 KS F 4926 "콘크리트용 수밀 혼화재"에 규정한 방법에 따라 내흡수 성능시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
물흡수계수비 0.55 0.50 0.48 1.0
비교 예의 시편을 기준값으로 하고 3개의 실시 예의 시편과 비교하는 방식으로 시험하였다. 각각 5조씩 제작하여 최고값과 최소값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균값을 구하는 방법으로 시험하였다. 콘크리트용 수밀 혼화재에서는 28일 재령 기준 0.7 이하의 성능이 요구된다. 표 9를 참조하면, 3개의 실시 예에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물에서 굵은 골재를 제외한 모르타르를 각각 시편으로 제작하여 물흡수 계수비를 측정한 결과 흡수 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
표 10은 3개의 실시 예 및 비교 예에서 제시한 배합비에 따라 KS F 4926 "콘크리트용 수밀 혼화재"에 규정한 방법으로 내투수 성능시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
투수비 0.53 0.48 0.45 1.0
비교 예의 시편을 기준값으로 하고 3개의 실시 예의 시편과 비교 방법으로 시험을 실시하였다. 각각 5조씩 제작하여 최고값과 최소값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균값을 구하는 방법으로 시험하였다. 콘크리트용 수밀 혼화재에서는 28일 재령 기준 0.7 이하의 성능이 요구된다.
표 10을 참조하면, 3개의 실시 예에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물에서 굵은 골재를 제외한 모르타르를 각각 시편으로 제작하여 투수비를 측정한 결과 투수 저항성이 높음을 확인할 수 있다.
표 11은 실시 예1, 실시 예3, 및 비교 예의 콘크리트 조성물에는 방청성능 개선제를 투입하지 않은 반면에 실시 예 2에는 철근부식을 방지하는 방청성능 개선제를 사용하여 제조한 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2561 "철근 콘크리트용 방청제" 콘크리트 중의 철근의 부식 촉진시험방법에 따라 방청률 성능시험을 수행한 결과를 나타낸다.
구 분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 비교 예
방청률(%) 39.8 96.2 42.5 25.6
표 11을 참조하면, 방청성능 개선제를 사용하지 않은 실시 예 1, 실시 예 3과 비교 예보다 방청성능 개선제를 사용하여 제조한 실시 예 2의 조성물이 철근 부식을 방지하는 방청률이 높게 나타남을 확인할 수 있다.
본 발명에 사용한 시멘트 콘크리트 포장용 조성물에 함유한 무기계 시멘트 결합재 중 포졸란 물질에 함유된 알루미나 성분과 시멘트에 포함되어 있는 석고의 반응에 의해, 에트링가이트의 침상 결정체가 활발하게 생성된 석출물과 방수조성물의 반응으로 수분 및 유해이온 이동 저지로 미세 균열에 충전되어 치유된다. 따라서 콘크리트 면의 물리성능 저감 완화, 수분이나 염화물이온 침투 방지와 파손부위에 대한 복구성능 향상으로 내구성이 증진된다. 자연적으로 치유하는 과정에 물은 필수적이며 이를 네 가지 메커니즘으로 구분하면 다음과 같다.
1) 방수조성물의 반응으로 수분 및 유해이온 이동 방해
2) 균열 단면에 시멘트와 수화시 생성되는 수산화 칼슘(Ca(OH)2)의 칼슘이온(Ca2+)과 탄산염(CO3 2-)이 반응으로 탄산칼슘 침전.
3) 포졸란 물질이 함유된 화학조성물 중에 활성이 강한 성분인 SiO2, Al2O3에서 용출되는 SiO3 2 -나 AL2O4 2 -와 칼슘이온(Ca2 +)의 반응으로 불용성 화합물인 규산칼슘 생성.
도 3은 자기치유 특성을 확인하는 목업 시험(Mock-up)을 수행중인 방수조성물의 사진이다.
4) 균열단면에 남아 있는 포졸란 물질과 방수조성물이 물과 장시간 접할 경우 미 반응물질의 재수화(再水和)로 0.4㎜ 내ㆍ외의 미세한 균열을 메우는 자기치유 특성은 도 3에 도시한 바와 같은 목업 시험으로도 치유성능을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
210: 사전준비단계
220: 타설단계
230: 평탄화단계
240: 표면처리단계
250: 양생제 도포단계

Claims (4)

  1. 물 1중량부에 대해,
    시멘트 결합재 2.0~3.4 중량부;
    잔골재 3.4~4.8 중량부; 및
    굵은 골재 5.7~7.1중량부; 로 구성되며,
    상기 시멘트 결합재는,
    플라이애쉬 1중량부에 대해,
    포틀랜드 시멘트 7.50~8.25중량부;
    고로슬래그 2.5~3.175 중량부;
    실리카 흄 0.125~0.625 중량부;
    화학혼화제 0.0375~0.125 중량부; 및
    분말방수재 0.1625~0.5 중량부; 로 구성되며,
    상기 분말방수재는,
    고급지방산계 스테아린산 아연, 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate)계 계면활성제 및 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머를 포함하는 재유화형 분말수지가 각각 0.87~1.31:1:0.9~1.35의 중량비로 혼합한 방수 및 방청용이고,
    상기 방수 및 방청용에서,
    상기 재유화형 분말수지는,
    스타이렌-아크릴 공중합 폴리머와 아질산나트륨 또는 아질산칼슘이 1:6의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물.
  2. 제1항에서, 상기 화학혼화제는,
    나프탈렌 설폰산염계, 멜라민 포르말린수지 설폰산염계 및 폴리카본산계 중 적어도 하나를 포함하는 고성능 감수제; 및
    수지계, 알킬벤졸술폰산계, 고급알코올유산에스텔계 및 비이온계 중 적어도 하나를 포함하는 AE제를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 콘크리트 포장용 조성물.
  3. 삭제
  4. 보조기층 또는 거푸집 상부에 물을 분사하여 타설 바닥면을 습윤 상태로 유지하도록 하는 사전준비단계;
    상기 보조기층 또는 상기 거푸집 상부 바닥면 즉 습윤 상태의 타설 바닥면에 청구항 제1항에 기재된 시멘트 콘크리트 포장용 조성물을 타설하는 타설단계;
    상기 타설단계에서 타설한 시멘트 콘크리트 포장용 조성물의 표면을 평탄화하는 평탄화단계;
    상기 평탄화단계에서 평탄화된 노출 포장 표면을 도로의 진행방향으로 수직 또는 수평방향으로 세로방향(또는 가로방향) 홈을 형성하는 표면처리단계; 및
    상기 표면처리단계에서 표면 처리된 포장 면에 양생제를 도포하는 양생제 도포단계; 를
    수행하는 것을 특징으로 하는 일체식 노출 시멘트 콘크리트의 포장방법.
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