KR102052916B1 - 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법 - Google Patents

자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 결합재, 잔골재, 굵은 골재, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 및 배합수를 포함하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 있어서; 상기 시멘트 결합재는 초속경 시멘트 결합재 또는 조강 시멘트 결합재이고; 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate)가 중합된 폴리머 입자 표면에; 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid)를 더 공중합시켜 브렌치되게 하는 것에 의해 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 것을 사용하여, 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 관한 것이다. 이로써, 외부온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 저감되고, 부착강도가 향상되어, 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 콘크리트 구조물 및 포장체를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법{Concrete composition having reduction of autogenous shrinkage and improved adhesiveness and repairing method for concrete pavement using the same}
본 발명은 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 포장 보수공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비해 내구성이 우수하고 유지보수비용이 적게 소요되는 등의 장점으로 고속도로 및 국도에 적용되고 있다. 그러나 콘크리트 포장은 기후변화에 따라 수축과 이완의 반복, 동절기 염화물 살포에 의한 콘크리트 표면 및 내부로의 중성화, 통행 교통량 증가에 따른 누적피로손상 등에 의해 균열 또는 부분파괴현상이 발생하였다.
특히, 속경성시멘트 콘크리트 구조물 및 포장체는 초고온 또는 초저온상태에서 장기간 노출되면 외부온도 변화에 따라 설계량보다 큰 폭으로 수축과 팽창을 하게 된다. 이로 인해 심한 경우에는 길이변화 응력이 과도하게 발생하여 콘크리트 분리판간의 융기, 침하 또는 비틀림에 의한 균열이 발생하게 되고, 이로 인하여 구조물 및 포장체의 심각한 파손과 내구성이 저하된다. 특히, 장기간 폭염에 의한 콘크리트의 팽창은 이를 예방하기 위해 설치한 커팅선과 커팅 폭을 초과하는 응력이 작용하여 콘크리트 구조물간 팽창에 의한 충돌과 이러한 결과로 인해 한쪽의 융기와 다른 한쪽의 침하현상이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 대한민국등록특허 제10-0421255호에서는 콘크리트 보수 및 보강공사에 SBR(styrene-butadiene rubber) 라텍스를 첨가한 라텍스 개질 콘크리트를 사용하는 기술에 대하여 기재하고 있다. 그러나 상기 기술은 SBR 라텍스가 신설교량의 교면포장용으로만 특정되어 있고, 상기 라텍스는 일반적인 포트랜트 시멘트(1종 시멘트)에 특화되어 있어 시멘트의 구성성분의 차이가 현저히 다른 속경성 또는 조강성 시멘트에 적용하는데는 사용상 무리가 있으며, 성능 또한 열화 또는 중성화가 진행된 기체 콘크리트와 보수용 라텍스 개질 콘트리트와의 요구된 부착강도를 유지하는데 한계가 있었다.
또한, 상기 기재된 내용에 의해 개질 속경성, 조강성 콘크리트를 제조하기 위해 SBR 라텍스를 사용하는 경우, 동절기 동결융해 안정성이 떨어져 이듬해 기온이 상승할 경우, 콘크리트의 표면박리 현상이 심하게 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0421255호 대한민국 등록특허 제10-1498502호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 본 발명의 일 구현예는 외부온도 변화에 따른 콘크리트 구조물 및 포장체의 수축 및 팽창을 저감하고, 우수한 압축강도와 부착강도를 갖는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 구현예는 시멘트 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은 골재 20 내지 50 중량%, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 있어서; 상기 시멘트 결합재는 초속경 시멘트 결합재 또는 조강 시멘트 결합재이고, 상기 초속경 시멘트 결합재는 1종 플라이애쉬 시멘트 20 내지 70 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고, 상기 조강 시멘트 결합재는 포틀랜드 시멘트 20 내지 30 중량부, 1종 플라이애쉬 시멘트 10 내지 20 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고; 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부가 중합된 폴리머 입자 표면에; 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 더 공중합시켜 브렌치되게 하는 것에 의해 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 것인 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 폴리머 입자의 중심에 고분자 다공성 섬유를 더 포함하여 강도 및 내열성을 더욱 강화하는 것이고, 상기 고분자 다공성 섬유는 평균 직경이 0.01 내지 70 nm인 것이고, 기공도는 50 내지 90 부피%인 것이고; 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 5 내지 10 중량부로 더 포함되는 것일 수 있다.
또한, 상기 고분자 다공성 섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이고; 표면을 아미노프로필-말단기로 개질한 것을 사용할 수 있다.
상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 반응기에, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데칸 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부 및 소디움 테트라데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 1차 유화제 조성물을 투입하는 단계; 상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 고분자 다공성 섬유 5 내지 10 중량부, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시하는 단계; 반응이 개시되고 4 내지 5 시간 후, 상기 반응기에 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 2차 유화제 조성물을 투입하는 단계; 및 상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 유지하면서, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 4 내지 5 시간 동안 반응시킨 후, 상기 반응을 종결하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 포장층의 열화부위 및 열화정도를 확인하는 단계; 상기 열화부위 또는 손상부위를 제거하여 건전부를 노출시키는 단계; 상기 건전부가 노출된 절삭면의 청소단계; 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 상기 절삭면 위에 도포하여 보수하는 단계; 상기 보수된 콘크리트를 굳지않은 상태에서 표면을 마무리하는 단계; 상기 보수된 콘크리트 포장의 거친면을 마무리하는 단계; 및 상기 보수된 콘크리트 표면에 피막을 형성시키기 위해 양생재를 살포하는 단계;를 포함하는 콘크리트 포장 보수공법을 제공한다.
본 발명의 일 구현에에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물은 저발열 플라이애쉬 시멘트를 포함하는 시멘트 결합재을 포함하고; 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 포함하여, 우수한 내열성, 압축강도와 부착강도를 갖는 효과가 있다. 이로써, 상기 본 발명의 일 구현에에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법은 외부온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 저감되고, 부착강도가 향상되어, 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 콘크리트 구조물 및 포장체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 시멘트 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은 골재 20 내지 50 중량%, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 있어서; 상기 시멘트 결합재는 초속경 시멘트 결합재 또는 조강 시멘트 결합재이고, 상기 초속경 시멘트 결합재는 1종 플라이애쉬 시멘트 20 내지 70 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고, 상기 조강 시멘트 결합재는 포틀랜드 시멘트 20 내지 30 중량부, 1종 플라이애쉬 시멘트 10 내지 20 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고; 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부가 중합된 폴리머 입자 표면에; 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 더 공중합시켜 브렌치되게 하는 것에 의해 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 것인 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물은 시멘트 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은 골재 20 내지 50 중량%, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함한다.
이때, 상기 잔골재는 콘크리트표준시방서에 따른 기준치를 만족하도록 5 mm 이하의 입도를 갖는 것을 사용하며, 콘크리트 표면의 평탄성과 콘크리트의 강도를 고려하여, 상기한 함량 범위로 포함되는 것이 좋다.
또한, 상기 굵은 골재는 콘크리트표준시방서에 따른 기준치를 만족하도록 19 mm 이하의 입도를 갖는 것을 사용하며, 콘크리트의 강도, 혼화균일성 및 평탄성을 고려하여, 상기한 함량 범위로 포함되는 것이 좋다.
아울러, 상기 시멘트 결합재는 초속경 시멘트 결합재 또는 조강 시멘트 결합재를 사용할 수 있다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 1종 플라이애쉬 시멘트 20 내지 70 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하여, KS에 규정된 조강 시멘트를 사용하지 않고도, 초속경성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 조강 시멘트 결합재는 포틀랜드 시멘트 20 내지 30 중량부, 1종 플라이애쉬 시멘트 10 내지 20 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하여, KS에 규정된 조강 시멘트를 사용하지 않고도, 우수한 조강 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기 포틀랜드 시멘트는 KS L 5201 품질 기준을 만족하는 시멘트로서, 상기 조강 시멘트 결합재에 20 내지 30 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 칼슘설포알루미네이트 시멘트 및 알루미나 시멘트 함량이 증가하여 요구되는 배합수량이 급격히 증가하고, 가사시간 조절이 어려워질 수 있고, 상기 배합수 증가에 따른 콘크리트의 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 요구되는 배합수량이 절감되고 분산성은 개선되나 초기 강도확보가 어려워지는 문제점이 있다.
상기 1종 플라이애쉬 시멘트는 KS기준 범위내에서 규정한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 1종 플라이애쉬 시멘트는 보통 포틀랜트 시멘트 대비 수화열이 낮고, 구형의 형상을 갖고 있어 콘크리트 배합시 유동성을 개선하고, 워커빌리티 및 흐름성을 향상시킨다.
이러한 1종 플라이애쉬 시멘트는 상기 초속경 시멘트 결합재에 20 내지 70 중량부로 혼합되고, 상기 조강 시멘트 결합재에 10 내지 20 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 콘크리트 배합시 유동성이 저하되고 워커빌리티 및 흐름성이 감소하여 작업이 가능한 일정 수준의 워커빌리티 및 흐름성을 얻기 위해 추가 배합수가 요구되며, 이로 인해 콘크리트의 초기 및 장기 강도가 저하되고 콘크리트 구조물 및 포장체의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 시멘트 결합재의 초기강도가 떨어지고 포졸란반응 물질의 함량이 과다하게 증가하여 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 취성이 증가한다. 따라서, 상기 1종 플라이애쉬 시멘트의 함량은 상기한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfo-aluminate)는 3CaO·3Al2O3·CaSO의 화합물로서, 수화하여 에트링가이트(ettringite)를 생성하는 것으로 시멘트 결합재의 응결특성, 건조수축, 수밀성 및 강도를 조절하는 기능을 갖는다.
이러한 칼슘설포알루미네이트는 초속경 시멘트 결합재 및 조강 시멘트 결합재에 각각 10 내지 50 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 건조수축 기능이 저감되며, 수밀성이 약화되어 내구성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 수화반응시 에트링가이트 침상결정이 과다하게 생성되어 체적팽창율이 높아지게 되어 건조수축 제어 효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량은 상기한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 알루미늄 산화물인 알루미나(alumina)를 포함하는 알루미나 시멘트는 내열성 향상은 물론 콘크리트의 강도를 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 알루미나 시멘트는 첨가량이 증가할 경우, 시멘트 결합재의 초기강도와 수화열이 높아지게 되므로, 상기 초속경 시멘트 결합재 및 조강 시멘트 결합재에 각각 10 내지 50 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 초기 수화열 및 강도가 저하되어 응결특성이 지연되고 초기 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 초기 응결이 빨라져 가용한 가사시간을 얻을 수 없고, 초기 강도가 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 취성이 높아질 수 있다. 따라서, 상기 알루미나 시멘트의 함량은 상기한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용하는 것으로, 무수석고 또는 이수석고를 사용할 수 있다. 특히, 무수석고는 결정수를 갖지 않는 황산 칼슘염으로서 초기 강도 발현 및 응결을 조절하여 콘크리트의 수축 방지 효과가 매우 좋다.
이러한 석고는 상기 초속경 시멘트 결합재 및 조강 시멘트 결합재에 각각 1 내지 20 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 시멘트 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 및 포장체의 초기 응결 지연과 초기 강도가 저하되고, 장기 강도 또한 감소할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 응결과 경화속도가 너무 빨라져 가용한 가사시간을 확보할 수 없고, 워커빌리티 또한 저하될 수 있다. 따라서, 상기 석고의 함량은 상기한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경질탄산칼슘은 구형의 입자형태와 열전도율이 낮아 작업성 개선 및 건조수축 저감효과를 구현하기 위해 첨가된다.
이러한 경질탄산칼슘은 초속경 시멘트 결합재 및 조강 시멘트 결합재에 각각 0.1 내지 20 중량부로 혼합되는 것이 좋다. 상기 혼합 함량이 너무 적으면, 작업성 및 워커빌리티 개선 효과가 떨어지고, 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 제어 효과가 저해될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 시멘트 결합재의 초기 및 장기 강도가 저하되어 내구성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 경질탄산칼슘의 함량은 상기한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 결합재는 큐빅 결정상을 갖는 지르코니아(ZrO2) 및 바륨알루미네이트(BaAl2O4)를 1: 1 내지 3 중량비율로 혼합한 산화물 분말 0.1 내지 10 중량부를 더 포함하여, 본 발명의 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 상기 경질탄산칼슘과 우수한 혼화성으로, 우수한 열차단 효과를 부여함으로써, 외부온도 변화에 따른 수축 및 팽창을 저감할 수 있다.
이러한 시멘트 결합재는 본 발명의 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 15 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 시멘트 결합재의 함량이 너무 적은 경우에는 굳지 않은 콘크리트의 점성 부족과 브리딩 발생 가능성이 높아지고, 이에 따른 소성크랙 발생 가능성 또한 높아질 수 있다. 아울러 콘크리트의 강도 및 수밀성 저하로 인한 투수저항성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 혼합 함량이 너무 많으면, 점성이 증가하여, 작업성이 저하되고, 가사시간 조절이 어려워지며, 초기강도가 떨어지고 과도한 수밀성 증대로 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 균열이 발생할 수 있다.
한편, 종래의 시멘트 콘크리트의 경우에는 결합재가 시멘트 수화물로서 늦은 경화시간, 작은 인장강도, 큰 건조수축, 낮은 내약품성 등의 결점을 갖고 있기 때문에 이러한 단점들을 보완 또는 개선하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물은 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 첨가하여 사용한다.
이러한 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부가 중합된 폴리머 입자 표면에; 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 더 공중합시켜 브렌치되게 한 폴리머를 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
이로써, 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지도록 제조됨으로써, 단일구조의 폴리머 보다 고온 또는 저온에서의 수축, 팽창율을 극소화시킬 수 있고, 콘크리트에 혼화되었을 때 동일한 효과를 얻을 있으며, 또한 일반 콘크리트 대비 열팽창계수가 현저히 작아져 건조수축이 크게 줄어 들고, 균열저항성 또한 개선되는 효과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 우수한 내열성, 압축강도와 부착강도를 부여하는 효과가 있다. 이로써, 외부온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 저감되고, 부착강도가 향상되어, 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 콘크리트 구조물 및 포장체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 상기한 효과를 고려하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 1 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 먼저, 단량체로서 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부를 중합하여, 강도 및 내열성을 강화할 수 있는 폴리머 중심입자를 제조한다.
상기 에테닐벤젠(C6H5CHCH2, molecular weight: 104.14, solubility: 0.031g/ml@25℃, Tg: 100℃, boiling point : 145℃, melting point: -30.6℃)은 중합된 폴리머 중심입자의 강성, 압축강도 및 내열성을 강화할 수 있는 효과가 있다. 이러한 에테닐벤젠은 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머에 10 내지 20 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 너무 적으면 압축강도가 감소할 수 있는 문제점이 있고, 상기 함량이 너무 많으면 콘크리트 구조물 및 포장체의 휨강도 및 부착강도 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 에틸 프로프-2-에노에이트(CH2CHCOOC2H5, molecular weight:100.11 solubility:1.5g/100ml@20℃, Tg:-24℃, boiling point:100℃, melting point:-72℃)는 중합된 폴리머 중심입자의 연성과 휨강도 및 인장강도를 강화할 수 있는 효과가 있다. 이러한 에틸 프로프-2-에노에이트는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머에 20 내지 40 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 너무 적으면 콘크리트 구조물 및 포장체의 연성과 휨강도 및 인장강도가 감소할 수 있는 문제점이 있고, 상기 함량이 너무 많으면 연성이 과도하게 높아져 콘크리트 구조물 및 포장체의 압축강도 및 내구성이 저하될 수 있다.
상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 폴리머 입자의 중심에 고분자 다공성 섬유를 더 포함하여 강도 및 내열성을 더욱 강화할 수 있다. 즉, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate)가 상기 고분자 다공성 섬유와 함께 중합되어, 폴리머 중심입자의 강도 및 내열성을 더욱 강화할 수 있는 것이다. 상기 고분자 다공성 섬유는 상기한 효과를 고려하여, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 5 내지 10 중량부로 더 포함될 수 있다.
상기 고분자 다공성 섬유는 평균 직경이 0.01 내지 70 nm인 것이고, 기공도는 50 내지 90 부피%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기한 단량체들이 상기 고분자 다공성 섬유의 기공으로 침투 및 중합함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 것이다.
또한, 상기 고분자 다공성 섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 사용하여, 내열성 개선 효과를 더욱 좋게 할 수 있다.
또한, 상기 고분자 다공성 섬유는 표면을 아미노프로필-말단기로 개질한 것을 사용하여 상기한 단량체들과의 반응성을 더욱 개선하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 표면을 아미노프로필-말단기로 개질하는 과정은 상기 다공성 구조체를 용매에 분산시킨 후, 아미노프로필-기를 함유하는 화합물과 반응시켜 수행할 수 있다. 이때, 상기 아미노프로필-기를 함유하는 화합물은 APS(3-aminopropyltriethoxysilane)를 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제조된 폴리머 중심입자 표면에, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 더 공중합시켜 브렌치되도록 함으로써, 폴리머 입자의 표면이 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지도록 제조될 수 있다.
상기 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(CH2CHCOOCH2CH(CH2CH3)(CH2)3CH3, molecular weight:184.26, solubility: 100mg/L, Tg: -70℃, boiling point :125℃, melting point: -90℃)는 중합된 폴리머 입자 표면에 연성, 인장강도, 내마모성을 강화할 수 있는 효과가 있다. 이러한 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머에 40 내지 60 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 너무 적으면 폴리머 입자의 표면에 연성이 부족하여 요구되는 휨강도, 부착강도가 저하될 수 있는 문제점이 있고, 상기 함량이 너무 많으면 연성이 과도하게 높아져 콘크리트 구조물 및 포장체의 압축강도 및 내구성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 2-메틸 프로프-2-에노익산(CH2C(CH3)COOCH3 ; molecular weight:86.09, solubility: 89g/L, Tg: -228℃, boiling point :159℃, melting point: 16℃)은 중합된 폴리머 입자 표면에 강성을 부여하여, 초기 강도를 확보할 수 있다. 또한, 다가 중금속 이온을 다량 포함하는 시멘트와 혼합시 시멘트 입자표면을 이온적으로 중화시켜 분산성을 향상시키며, 분산속도를 높여 국부적 강도 불균일성을 개선하는 효과가 있다. 이러한 2-메틸 프로프-2-에노익산은 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머에 1 내지 5 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 너무 적으면 중합된 폴리머의 저장안정성이 떨어질 수 있고, 본 발명의 일 구현예에 따른 콘크리트 조성물의 분산성이 감소하여 초기 강도 저하 및 조성물의 불균일한 강도 편차의 원인이 될 수 있는 문제점이 있고, 상기 함량이 너무 많으면 과도하게 강성화되어 콘크리트 구조물 및 포장체가 부스러지는 경향을 가질 수 있다.
상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머의 보다 바람직한 제조예는 반응기에, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데칸 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부 및 소디움 테트라데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 1차 유화제 조성물을 투입하는 단계; 상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 고분자 다공성 섬유 5 내지 10 중량부, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시하는 단계; 반응이 개시되고 4 내지 5 시간 후, 상기 반응기에 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 2차 유화제 조성물을 투입하는 단계; 및 상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 유지하면서, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 4 내지 5 시간 동안 반응시킨 후, 상기 반응을 종결하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 본 발명의 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물은 히알루론산 2 내지 5 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 히알루론산은 아미노산과 우론산으로 이루어지는 복잡한 다당류의 하나로, N-아세틸글루코사민과 글루쿠론산으로 이루어진 고분자 화합물이며, 눈의 초자체나 탯줄 등에 존재하는데, 세균의 침입이나 독물의 침투를 막고, 시멘트 결합재의 분말 입자들과 상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머와 가교되게 하여 상호간의 접착성을 높여 일체화를 이루도록 첨가될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 포장층의 열화부위 및 열화정도를 확인하는 단계; 상기 열화부위 또는 손상부위를 제거하여 건전부를 노출시키는 단계; 상기 건전부가 노출된 절삭면의 청소단계; 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 상기 절삭면 위에 도포하여 보수하는 단계; 상기 보수된 콘크리트를 굳지않은 상태에서 표면을 마무리하는 단계; 상기 보수된 콘크리트 포장의 거친면을 마무리하는 단계; 및 상기 보수된 콘크리트 표면에 피막을 형성시키기 위해 양생재를 살포하는 단계;를 포함하는 콘크리트 포장 보수공법을 제공한다.
본 발명의 일 구현에에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물은 저발열 플라이애쉬 시멘트를 포함하는 시멘트 결합재을 포함하고; 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 포함하여, 우수한 내열성, 압축강도와 부착강도를 갖는 효과가 있다. 이로써, 상기 본 발명의 일 구현에에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 포장 보수공법은 외부온도 변화에 따른 수축 및 팽창이 저감되고, 부착강도가 향상되어, 균열에 대한 저항성이 매우 우수한 콘크리트 구조물 및 포장체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
반응기에, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데칸 설포네이트 0.1 중량부 및 소디움 테트라데실 설포네이트 0.1 중량부를 포함하는 1차 유화제 조성물을 투입하였다. 상기 반응기의 온도를 약 80 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 15 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 25 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.02 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시하였다. 반응이 개시되고 5 시간 후, 상기 반응기에 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데실 설포네이트 0.1 중량부를 포함하는 2차 유화제 조성물을 투입하였다. 상기 반응기의 온도를 약 80 ℃로 유지하면서, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 59 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.02 중량부를 추가로 투입하여 4 시간 동안 반응시킨 후, 1 시간 가량 안정화시간으로 반응 종결함으로써, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 제조하였다.
<제조예 2>
상기 제조예 1에서, 상기 2차 유화제 조성물을 투입한 후, 상기 반응기의 온도를 약 80 ℃로 유지하면서, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 55 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 5 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.02 중량부를 추가로 투입하여 4 시간 동안 반응시킨 후, 1 시간 가량 안정화시간으로 반응 종결한 것을 제외하고는 상기 제조예 1와 동일한 방법으로 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 제조하였다.
<제조예 3>
상기 제조예 1에서, 상기 1차 유화제 조성물을 투입한 후, 상기 반응기의 온도를 약 80 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 폴리에테르설폰 고분자 다공성 섬유 5 중량부(평균 직경: 약 11 nm, 기공도: 약 54 부피%), 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 15 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.02 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시한 것을 제외하고는 상기 제조예 1와 동일한 방법으로 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 제조하였다.
<제조예 4>
상기 제조예 1에서, 상기 1차 유화제 조성물을 투입한 후, 상기 반응기의 온도를 약 80 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 표면을 아미노프로필-말단기로 개질한 메타아라미드 고분자 다공성 섬유 7 중량부(평균 직경: 약 50 nm, 기공도: 약 88 부피%), 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 23 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.02 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시한 것을 제외하고는 상기 제조예 1와 동일한 방법으로 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 제조하였다.
한편, 대조군으로서 대한민국등록특허공보 제4441055호에 기재된 스티렌-부타디엔 코폴리머 합성라텍스를 사용하였다.
상기 제조예 1,2,3,4 및 대조군의 물성은 다음 [표 1]과 같이 확인되었다.
Figure 112019120875366-pat00001
이때, 상기 고형분, pH, 표면장력의 시험기준은 KSM 6516-2016이었고, 상기 입자크기는 KSA ISO 13320-2014 이었다.
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조방법으로 얻어진 제조예 3과 4에 따른 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 제조예 1과 2의 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머와 비교하여, 고분자 다공성 섬유를 첨가함에 따라 고형분의 함량 및 입자크기가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 제조예 1 내지 4의 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 대조군보다 낮은 표면장력을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 콘크리트 조성물에서 높은 혼화성으로 혼합될 것을 예상할 수 있었다.
<실시예 1 내지 4>
초속경 시멘트 결합재 15 중량%, 잔골재 43 중량% 및 굵은 골재 34 중량%를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 제조예 1 내지 4에서 제조한 각각의 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 4 중량%와 배합수 4 중량%를 동시에 투입하여 1분 30초간 혼합하여 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 1종 플라이애쉬 시멘트 50 중량부, 칼슘설포알루미네이트 20 중량부, 알루미나 시멘트 20 중량부, 석고 18 중량부 및 경질탄산칼슘 2 중량부를 혼합하여 사용하였다. 상기 초속경 시멘트 결합재의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.
<비교예 1>
콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
보다 구체적으로 초속경 시멘트 결합재 15 중량%, 잔골재 43 중량% 및 굵은 골재 34 중량%를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 배합수 8 중량%를 투입하여 1분 30초간 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.(상기 초속경 시멘트 결합재의 슬럼프(slump) 160mm 기준, 비교예 1은 추가 배합수가 요구됨) 이때, 상기 초속경 시멘트 결합재는 상기 실시예 1에서 사용된 시멘트 결합재와 동일하다.
<비교예 2>
제조예 1 내지 4에서 제조한 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 대신하여, 대조군으로 사용된 대한민국등록특허공보 제4441055호에 기재된 스티렌-부타디엔 코폴리머 합성라텍스를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
Figure 112019120875366-pat00002
<시험예>
본 발명에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물의 특성을 실험결과로 나타내었다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KS F 2424에서 규정한 방법에 따라 건조수축을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
길이변화율(%) 0.10 0.06 0.04 0.02 0.21 0.13
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 건조수축에 따른 길이변화율이 적은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, AASHTO TP 60에 규정한 방법에 따라 열팽창계수를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
열팽창계수 6.1x10-6 4.2x10-6 4.4x10-6 4.2x10-6 21.3x10-5 11.5x10-6
상기 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 열팽창계수가 현저히 작은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 3>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, ASTM C 1581에 규정한 방법에 따라 균열저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
균열저항성 균열 없음 균열없음 균열 없음 균열없음 미세균열 미세균열
상기 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 균열저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 4>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2711에 규정한 방법에 따라 염소이온침투저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
coulomb 445 421 413 423 1908 1220
상기 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 염소이온침투저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 5>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
% 83 87 88 82 66 77
상기 표 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 동결융해저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 6>
실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2405, KSF 2762에 규정한 방법에 따라 압축강도와 부착강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
압축강도(MPa) 23.5 25.9 25.4 26.7 16.2 19.6
부착강도(MPa) 1.66 1.73 1.84 1.44 0.51 1.22
상기 표 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 압축강도와 부착강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 5 내지 8>
조강 시멘트 결합재 15 중량%, 잔골재 43 중량% 및 굵은 골재 34 중량%를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 제조예 1 내지 4에서 제조한 각각의 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 4 중량%와 배합수 4 중량%를 동시에 투입하여 1분 30초간 혼합하여 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 조강 시멘트 결합재는 포틀랜드 시멘트 26 중량부, 1종 플라이애쉬 시멘트 17 중량부, 칼슘설포알루미네이트 12 중량부, 알루미나 시멘트 24 중량부, 석고 17 중량부 및 경질탄산칼슘 4 중량부를 혼합하여 사용하였다. 상기 조강 시멘트 결합재의 물성은 하기 표 9에 나타내었다.
<비교예 3>
콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 과정을 통하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
보다 구체적으로 시멘트 결합재 15 중량%, 잔골재 43 중량% 및 굵은 골재 34 중량%를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 배합수 8 중량%를 투입하여 1분 30초간 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.(상기 조강 시멘트 결합재의 슬럼프(slump) 160mm 기준, 비교예 1은 추가 배합수가 요구됨) 이때, 상기 조강 시멘트 결합재는 상기 실시예 5에서 사용된 조강 시멘트 결합재와 동일하다.
<비교예 4>
제조예 1 내지 4에서 제조한 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 대신하여, 대조군으로 사용된 대한민국등록특허공보 제4441055호에 기재된 스티렌-부타디엔 코폴리머 합성라텍스를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 과정을 통하여 콘크리트 조성물을 제조하였다.
Figure 112019120875366-pat00003
<시험예>
본 발명에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물의 특성을 실험결과로 나타내었다.
<시험예 7>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KS F 2424에서 규정한 방법에 따라 건조수축을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
구 분 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 3 비교예 4
길이변화율(%) 0.13 0.09 0.08 0.06 0.21 0.17
상기 표 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 건조수축에 따른 길이변화율이 적은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 8>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, AASHTO TP 60에 규정한 방법에 따라 열팽창계수를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
구 분 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 3 비교예 4
열팽창계수 5.3x10-6 4.8x10-6 4.2x10-6 4.1x10-6 18.8x10-5 16.2x10-6
상기 표 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 열팽창계수가 현저히 작은 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 9>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, ASTM C 1581에 규정한 방법에 따라 균열저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 12에 나타내었다.
구 분 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 3 비교예 4
균열저항성 균열 없음 균열없음 균열 없음 균열없음 미세균열 미세균열
상기 표 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 균열저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 10>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2711에 규정한 방법에 따라 염소이온침투저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 13에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
coulomb 883 880 753 733 2031 1552
상기 표 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 염소이온침투저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 11>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 14에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
% 85 86 86 84 62 75
상기 표 14에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 동결융해저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 12>
실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물 및 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물에 대하여, KSF 2405, KSF 2762에 규정한 방법에 따라 압축강도와 부착강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 15에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 비교예 1 비교예 2
압축강도(MPa) 28.5 28.4 28.5 30.5 17.8 23.6
부착강도(MPa) 1.77 1.79 1.80 1.60 0.63 1.30
상기 표 15에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 5 내지 8에 따른 콘크리트 조성물은 비교예 3 및 비교예 4에 따른 콘크리트 조성물보다 우수한 압축강도와 부착강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이는 본 발명의 실시예 1 내지 8에 따른 콘크리트 조성물이 저발열 플라이애쉬 시멘트를 포함하는 시멘트 결합재을 포함하고; 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머를 포함함으로써, 우수한 내열성, 압축강도와 부착강도를 갖게 된 것으로 판단된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 시멘트 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은 골재 20 내지 50 중량%, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물에 있어서;
    상기 시멘트 결합재는 초속경 시멘트 결합재 또는 조강 시멘트 결합재이고,
    상기 초속경 시멘트 결합재는 1종 플라이애쉬 시멘트 20 내지 70 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고,
    상기 조강 시멘트 결합재는 포틀랜드 시멘트 20 내지 30 중량부, 1종 플라이애쉬 시멘트 10 내지 20 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 50 중량부, 알루미나 시멘트 10 내지 50 중량부, 석고 1 내지 20 중량부 및 경질탄산칼슘 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것이고;
    상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부가 중합된 폴리머 입자 표면에; 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 더 공중합시켜 브렌치되게 하는 것에 의해 폴리머 입자의 중심은 경질(hard)을 유지하면서 내열성을 강화하고, 폴리머 입자의 표면은 연질(Soft)을 유지하는 이중구조로 이루어지는 것이고;
    상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는 폴리머 입자의 중심에 고분자 다공성 섬유를 더 포함하여 강도 및 내열성을 더욱 강화하는 것이고, 상기 고분자 다공성 섬유는 평균 직경이 0.01 내지 70 nm인 것이고, 기공도는 50 내지 90 부피%인 것이고, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 5 내지 10 중량부로 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 다공성 섬유는 폴리아크릴로니트릴, 메타아라미드, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이고;
    표면을 아미노프로필-말단기로 개질한 것을 특징으로 하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머는
    반응기에, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데칸 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부 및 소디움 테트라데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 1차 유화제 조성물을 투입하는 단계;
    상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 승온한 후, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 고분자 다공성 섬유 5 내지 10 중량부, 에테닐벤젠(ethenylbenzene) 10 내지 20 중량부 및 에틸 프로프-2-에노에이트(ethyl prop-2-enoate) 20 내지 40 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 반응을 개시하는 단계;
    반응이 개시되고 4 내지 5 시간 후, 상기 반응기에 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 소디움 도데실 설포네이트 0.05 내지 0.15 중량부를 포함하는 2차 유화제 조성물을 투입하는 단계; 및
    상기 반응기의 온도를 75 내지 85 ℃로 유지하면서, 콘크리트 혼화용 기능성 폴리머 전체량을 기준으로, 2-에틸헥실 프로프-2-에노에이트(2-ethylhexyl prop-2-enoate) 40 내지 60 중량부 및 2-메틸 프로프-2-에노익산(2-methyl prop-2-enoic acid) 1 내지 5 중량부를 투입하고, 소디움 퍼설페이트 0.01 내지 0.05 중량부를 추가로 투입하여 4 내지 5 시간 동안 반응시킨 후, 상기 반응을 종결하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물.
  5. 포장층의 열화부위 및 열화정도를 확인하는 단계;
    상기 열화부위 또는 손상부위를 제거하여 건전부를 노출시키는 단계;
    상기 건전부가 노출된 절삭면의 청소단계;
    상기 제1항, 제3항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한 항에 따른 자기수축 저감성 및 부착강도가 향상된 콘크리트 조성물을 상기 절삭면 위에 도포하여 보수하는 단계;
    상기 보수된 콘크리트를 굳지않은 상태에서 표면을 마무리하는 단계;
    상기 보수된 콘크리트 포장의 거친면을 마무리하는 단계; 및
    상기 보수된 콘크리트 표면에 피막을 형성시키기 위해 양생재를 살포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장 보수공법.




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