KR102172007B1 - 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법 - Google Patents

성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성능 개선 혼합재 3 내지 70중량%, 잔골재 3 내지 70중량%, 굵은골재 3 내지 70중량%, 기능성 혼화제 0.01 내지 30중량% 및 물 0.1 내지 30중량%를 포함하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용하는 도로 포장 시공 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도를 개선하며, 특히, 내마모성, 내충격성, 내식성을 개선하고 균열을 방지하고 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 만들 수 있어 콘크리트의 강도 및 내구성을 개선할 수 있다. 또한, 건조수축에 의한 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 제공한다.

Description

성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법{Polymer Cement Concrete Composition with Improved Performance and Road Pavement Method Using the Same}
본 발명은 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 교량 오버레이 포장, 토공부 콘크리트 도로 포장 증설, 시멘트 콘크리트 포장 등의 콘크리트로 이루어진 도로 포장체에 사용되는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트가 화학적 침해를 받는 경우, 화학반응의 결과로 콘크리트가 분해되며, 그 정도에 따라 내구성이 평가된다. 화학반응은 침투성 물질과 반응 물질이 만나서 이루어진다. 침투성 물질은 이온과 분자상태로서 외부 환경으로부터 유입되는 경우와 콘크리트 내에 이미 존재하는 경우가 있으나 주로 외부로부터 유입되는 경우가 대부분이다. 침투성 물질이 반응 물질에 도달하기 위해서 콘크리트 내의 전달과정을 거쳐야 한다. 그러한 전달과정에서 콘크리트의 투수성이나 반응에 의해 생성되는 보호막 층, 온도 등은 주요한 변수로 작용한다.
한편, 산업 및 경제규모가 확대됨에 따라 수송수단인 차량이 점차 대형화 및 중량화 되었고, 이는 포장수명의 급격한 단축을 가져왔다. 이와 더불어 거듭된 유류 파동에 따른 포장 공사비의 상대적 상승과 부존자원의 활용차원에서 시멘트 콘크리트포장(이하 '콘크리트포장'이라 함)에 대한 관심을 갖게 되었으며, 1980년대 이후로 콘크리트포장의 시공이 점차 확대되고 있는 추세이다.
한편, 콘크리트의 균열은 염해, 열화와 같은 외적 환경원인, 설계하중, 소성수축 또는 건조수축과 같은 재료 특성, 배합조건, 시공적인 요인 등의 여러 가지 요인에 의하여 많이 발생한다.
이와 같은 여러 가지 요인에 의해 콘크리트 구조물에 균열이 발생하게 되면 콘크리트 구조물은 하중을 견디지 못하고 붕괴될 수도 있으므로 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 대해서는 방수성, 내구성 등을 회복하기 위하여 혹은 구조물의 안정성, 미관성 등을 고려하여 보수가 필요하다. 이러한 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위를 보수 및 보강하기 위한 보수공사에는 폴리머 시멘트 모르타르가 널리 사용되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2058316호
본 발명은 우수한 내마모성, 내충격성, 내식성제, 스케일링저항성, 강도, 수밀성, 부착성, 균열저항성 및 내구성을 제공할 수 있으며, 건조수축에 의한 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지할 수 있는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로 포장 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여
성능 개선 혼합재 3 내지 70중량%, 잔골재 3 내지 70중량%, 굵은골재 3 내지 70중량%, 기능성 혼화제 0.01 내지 30중량% 및 물 0.1 내지 30중량%를 포함하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 30 내지 95중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 0.1 내지 25중량%, 푸르푸릴알코올 0.01 내지 15중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 0.01 내지 15중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 0.01 내지 15중량%, 감수제 0.01 내지 10중량% 및 소포제 0.01 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 기능성 혼화제는 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 3 내지 15중량%를 더 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112020014612370-pat00001
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며,a+b+c+d=1이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 기능성 혼화제는 하기 화학식 2로 표시되는 양이온성 고분자 계면활성제를 1 내지 5중량%를 더 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112020014612370-pat00002
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 기능성 혼화제는 에틸렌비스스테아린산아마이드 0.01 내지 10중량% 및 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)(2-2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol))을 0.01 내지 10중량% 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 5 내지 75중량%, 실리카퓸 0.1 내지 20중량%, 세노스페어 0.1 내지 20중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 0.1 내지 20중량%, 마그네시아 0.01 내지 20중량%, 석고 0.01 내지 20중량%, 보론카바이트 0.01 내지 10중량%, 질화규소 0.01 내지 10중량%, 지르코니아 0.01 내지 10중량%, 시알론 0.01 내지 10중량, 리튬카보네이트 0.01 내지 10중량%, 아황산칼슘 0.01 내지 10중량% 및 두랄루민 0.01 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 성능 개선 혼합재는 리튬마그네슘소듐실리케이트 0.01 내지 10중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 성능 개선 혼합재는 폴리에틸렌초산비닐, 스티렌-메틸메타크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 중에서 선택되는 1종 이상의 재유화형 분말수지 0.01 내지 10중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 상기 성능 개선 혼합재는 감수제 0.001 내지 5중량% 및 지연제 0.001 내지 5중량%중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은
(a) 콘크리트 슬래브를 파쇄기, 평삭기, 또는 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 제거 부위를 청소하는 단계;및
(c) 상기 (b)단계의 청소된 부분에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 및
(d) 본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;를 포함하는 도로 포장 시공 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 (d)단계 전에 콘크리트 슬래브와의 접착력 및 방수효과를 향상시키기 위하여 브루밍 또는 프라이머를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 (d)단계 후에 타설된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 표면을 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 타이닝 실시단계 후에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하고 양생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 기능성 혼화제와 성능 개선 혼합재를 포함함으로써, 콘크리트의 작업성을 향상시키며, 콘크리트의 내마모성, 내충격성, 내식성을 개선하고 균열을 방지하고 내구성을 크게 향상시킬 수 있으며, 시멘트의 초기 수화 및 조직의 치밀화를 촉진하여 밀실한 콘크리트를 제공하므로 콘크리트의 강도 및 내구성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 건조수축에 의한 표면균열 및 팽창파괴현상을 방지하는 효과를 제공하며, 포장에 요구되는 제반 특성, 즉 강도, 스케일링저항성, 수밀성, 부착성, 내구성 및 균열 저항성 등을 만족시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 도로 포장 시공 방법은 상기 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 사용함으로써 우수한 강도 및 내구성을 제공하며, 우수한 작업성을 제공한다.
본 발명의 상기 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 성능 개선 혼합재 3 내지 70중량%, 잔골재 3 내지 70중량%, 굵은골재 3 내지 70중량%, 기능성 혼화제 0.01 내지 30중량% 및 물 0.1 내지 30중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 혼화제는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키기 위하여 사용하는 것으로, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 30 내지 95중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 0.1 내지 25중량%, 푸르푸릴알코올 0.01 내지 15중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 0.01 내지 15중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 0.01 내지 15중량%, 감수제 0.01 내지 10중량% 및 소포제 0.01 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 기능성 혼화제는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 0.01 내지 30중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 기능성 혼화제의 함량이 30중량%를 초과하면 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 점도가 낮아져 재료분리가 발생하기 쉬우며, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다. 그리고 기능성 혼화제의 함량이 0.01중량% 미만이면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체는 결합력 및 내구성능을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 30 내지 95중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 함량이 99중량%를 초과하면 작업성은 향상되지만, 초기 강도 발현이 저하될 수 있으며, 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 함량이 30중량% 미만이면 콘크리트의 초기 강도 발현은 향상되지만, 작업성이 현저하게 저하된다.
상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체는 스티렌 단량체, 메틸메타크릴레이트 단량체, 부타디엔 단량체를 0.1~0.5 : 0.1~0.5 : 0.1~0.5의 몰비로 중합하여 제조될 수 있으며, 중량평균분자량은 500,000 내지 3,000,000인 것이 사용될 수 있다. 상기 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체는 직접 제조하거나 시중에서 구입하여 사용할 수 있다.
상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체는 인성, 부착강도, 내마모성 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.1 내지 25중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체의 함량이 25중량%를 초과하면 성능은 개선되나, 점도가 높아져 작업성(슬럼프)이 떨어질 수 있고, 상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체의 함량이 0.1중량% 미만이면 인성, 부착강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체는 중량평균분자량이 50,000 내지 3,000,000인 것이 사용될 수 있다. 상기 폴리에테르-에테르케톤 공중합체는 직접 제조하거나 시중에서 구입하여 사용할 수 있다.
상기 푸르푸릴알코올은 부착강도, 내약품성, 내마모성 및 내열성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 푸르푸릴알코올은 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 15중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 상기 푸르푸릴알코올의 함량이 15중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 떨어질 수 있으며, 상기 푸르푸릴알코올의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있다.
상기 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란은 상기 기능성 혼화제의 반응성을 개선하여 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란은 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 15중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란의 함량이 15중량%를 초과하면 강도 및 내구성 개선 효과가 더 이상 발현되지 않고 가격경쟁력이 저하될 수 있으며, 상기 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 및 내구성 개선 효과가 미흡할 수 있다.
상기 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체는 작업성, 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 15중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능개선효과가 저하되고, 그 함량이 15중량%를 초과하면 강도 및 내구성은 개선되나, 점도가 낮아져 재료분리가 발생되기 쉽다.
상기 감수제는 물-시멘트비를 감소시킴으로써 강도 및 내구성이 개선됨과 동시에 조강 시멘트의 수화반응을 지연시켜 초기 작업성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 감수제는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 감수제로는 폴리카르복실산계 감수제가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 소포제는 공기량을 저하시키고, 공극을 저하시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 소포제는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 감수제로는 실리콘계 감수제가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체 3 내지 15 중량%로 더 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112020014612370-pat00003
상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며,a+b+c+d=1이다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 카테콜기 및 메톡시실란기를 포함하며, 고무기를 포함하며, 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카테콜기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 카테콜기는 모르타르 조성물에 포함된 유기 및 무기 물질들과 잘 결합되며, 결합재의 강도 및 결합력을 향상시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 실란기는 유기 및 무기 성분과 모두 잘 접착되는 작용기이다. 그러므로 상기 카테콜기와 실란기는 섬유 매쉬가 모르타르 조성물과 잘 결합할 수 있게 한다. 또한, 상기 고무기는 부드러운 물성을 제공하며, 섬유 매쉬의 유연성을 강화시키는 기능을 수행 수행한다. 또한, 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체는 섬유 매쉬의 강도를 강화시키는 기능을 수행한다.
상기 화학식 1로 표시되는 공중합체는 중량평균분자량은 50,000 내지 5,000,000인 것이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 300,000인 것이 사용될 수 있다.
상기 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 하기 화학식 2로 표시되는 양이온성 고분자 계면활성제를 1 내지 5중량%를 더 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112020014612370-pat00004
상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
상기 화학식 2의 양이온성 고분자 계면활성제는 중량평균분자량이 100,000 내지 150,000인 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 화학식 2의 양이온성 고분자 계면활성제 중 카테콜기는 천연성분으로서 부작용 없이 코팅도료에 강한 접착력을 제공하며, 주쇄에 그라프트된 양이온성 계면활성제는 코팅도료에 포함된 유기 및 무기 성분들이 물과 잘 섞이게 하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 에틸렌비스스테아린산아마이드를 더 포함할 수 있다. 상기 에틸렌비스스테아린산아마이드는 강도 및 방수성 개선을 위해 사용된다. 상기 에틸렌비스스테아린산아마이드는 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌비스스테아린산아마이드의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 점도가 높아져 작업성이 저하될 수 있고, 상기 에틸렌비스스테아린산아마이드의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미약할 수 있다.
또한, 상기 기능성 혼화제는 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)(2-2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol))을 더 포함할 수 있다. 상기 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)은 인성, 내열성, 내후성을 개선하기 위하여 사용된다. 상기 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)은 상기 기능성 혼화제 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 상기 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 상기 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)의 함량이 0.01 중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 하기 화학식 3으로 표시되는 공중합체를 0.1∼5 중량%로 더 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112020014612370-pat00005
상기 식에서, a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
상기 화학식 3로 표시되는 공중합체는 불소로 치환된 알킬기에 의해 발수성을 가지므로, 보수 및 보강 후 수분의 침투를 억제기능을 수행한다. 또한, 카테콜기를 포함함으로써 결합력이 우수하여 콘크리트 구조물 등에 잘 결합되는 특징을 갖는다.
상기 공중합체는 중량평균분자량이 3,000 내지 100,000인 것이 사용될 수 있으며, 5,000 내지 30,000인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 화학식 3의 화합물은 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 먼저 환류 냉각관, 질소 도입관, 온도계, 교반 장치를 구비한 사구 플라스크 내에 2-(Perfluorohexyl)ethyl methacrylate(CAS 2144-53-8) 및 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide)를 1:1의 몰비로 첨가하고, PGMEA을 넣고, 70℃로 가열한 후, 30분간 질소 기류 하에서 교반한다. 이것에 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(약칭 AIBN)을 전체 단량체 100 중량부에 1.3 중량부를 첨가하고, 18시간 동안 중합한다. 반응액 내에 잔존하는 α-Cl 단량체를 가스 크로마토그래피로 분석함으로써 전환율이 95％ 이상인 것을 확인한다. 얻어진 반응액을 헥산으로 침전, 진공 건조하여, 공중합체를 단리한다. 얻어진 공중합체의 분자량을 GPC로 측정한 결과, 중량 평균 분자량은 25,000이었다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구분되며, 입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은 골재로 구분한다. 잔골재는 본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 3 내지 70중량%로 함유되는 것이 바람직하고, 굵은 골재는 본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 3 내지 70중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 5 내지 75중량%, 실리카퓸 0.1 내지 20중량%, 세노스페어 0.1 내지 20중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 0.1 내지 20중량%, 마그네시아 0.01 내지 20중량%, 석고 0.01 내지 20중량%, 보론카바이트 0.01 내지 10중량%, 질화규소 0.01 내지 10중량%, 지르코니아 0.01 내지 10중량%, 시알론 0.01 내지 10중량, 리튬카보네이트 0.01 내지 10중량%, 아황산칼슘 0.01 내지 10중량% 및 두랄루민 0.01 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 5 내지 75중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트는 분말도가 3,000 내지 5,000㎠/g인 것이 바람직하다.
상기 실리카퓸은 포졸란 재료로 포졸란 반응에 의하여 장기 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 실리카퓸은 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.1 내지 20중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리카퓸의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 실리카퓸의 함량이 20중량%를 초과할 경우에는 조기강도 발현이 지연되고, 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 세노스페어는 석탄 화력발전소에서 석탄 연소 후 발생되는 플라이애시의 한 부분으로 얇은 벽을 가진 구형의 형태로서(hollow sphere) 이들은 물에 부유하기 때문에 플라이애시 처리장의 수면으로 부터 회수하게 되며 화학적 성분은 석탄회와 유사하다. 포졸란 특성을 가지고 있어 장기 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 세노스페어는 상기 성능 개선 혼화재 총 중량에 대하여 0.1 내지 20중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 세노스페어의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 콘크리트 강도 개선 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 세노스페어의 함량이 20중량%를 초가할 경우 조기강도 발현이 지연되고, 작업성 불량 및 제조원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트는 조기강도 발현, 수축저감 및 내약품성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.1 내지 20중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트의 함량이 20중량%를 넘어서면 경화시간이 짧아져 가사시간이 저하되고 그 함량이 0.1중량% 미만이면 조기강도의 발현 및 수축저감 효과가 저하된다.
상기 마그네시아는 초기강도 발현, 내식성, 내화성 및 내마모성 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 마그네시아는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 20중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 마그네시아의 함량이 0.01중량%미만이면 성능개선효과가 미흡하게 되고, 그 함량이 20중량%를 초과하면 초기 강도 발현이 저하될 수 있다.
상기 석고는 초기 강도 발현 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 석고는 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하기 위하여 사용한다. 상기 석고는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 20중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01중량% 미만일 경우 콘크리트 강도 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 석고의 함량이 20중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 과 팽창 및 내수성이 저하된다.
상기 보론카바이트는 강도, 내마모성, 내식성 증진을 위하여 사용한다. 상기 보론카바이트는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 보론카바이트의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미흡할 수 있고, 상기 보론카바이트의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격 경쟁력이 저하된다.
상기 질화규소는 강도, 내마모성 및 수축 방지를 위하여 사용한다. 상기 질화규소는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 질화규소의 함량이 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01중량% 미만일 경우 강도, 내마모성 및 균열 발생 억제 효과가 미약할 수 있고, 상기 질화규소의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 빠른 경화 특성으로 인해 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 지르코니아는 지르코니아를 알루미나나 질화규소 등으로 분산시켜 제조한 것으로, 인성, 내식성, 내마모성 및 내열성을 높이기 위하여 사용한다. 상기 지르코니아는 부분 안정화 지르코니아가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 지르코니아는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지르코니아의 함량이 0.01중량% 미만이면 성능 개선 효과가 미흡하고, 상기 부분 안정화 지르코니아의 함량이 10중량%를 초과하면 성능은 개선되나 가격경쟁력이 저하된다.
상기 시알론은 질화규소에 알루미나가 치환 고용된 화합물로서, 강도, 내식성 및 내마모성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 시알론은 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 시알론의 중량비가 증가하면 강도 및 내마모성을 나타내며, 상기 시알론의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 강도 및 내화학성 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 시알론의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 성능개선 효과를 얻을 수 없고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.
상기 리튬카보네이트는 초기 강도 개선 및 수축 저감 효과를 얻기 위하여 사용한다. 상기 리튬카보네이트는 상기 성능 개선 혼화재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 리튬카보네이트의 함량이 0.01중량%미만일 경우 초기 강도 발현이 늦어지고, 상기 리튬카보네이트의 함량이 10중량%를 초과하면 반응성이 높아져 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 아황산칼슘은 방수, 방청 및 수축저감효과를 개선하기 위해 사용한다. 상기 아황산칼슘은 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아황산칼슘의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 떨어질 수 있으며, 상기 아황산칼슘의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 가격경쟁력이 저하된다.
상기 두랄루민은 강도 발현, 내마모성 및 스케일링 저항성 개선 효과를 얻기 위해 사용한다. 상기 두랄루민은 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 두랄루민의 함량이 0.01중량% 미만이면 강도 발현, 매마모성 및 스케일링 저항성 개선 효과가 미흡하고, 상기 두랄루민의 함량이 10중량%를 초과하면 작업성이 저하되고 경제성이 떨어진다.
상기 성능 개선 혼합재는 리튬마그네슘소듐실리케이트를 더 포함할 수 있다. 상기 리튬마그네슘소듐실리케이트는 반응성을 개선하여 초기강도 발현 및 방수성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 리튬마그네슘소듐실리케이트는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 리튬마그네슘소듐실리케이트의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 리튬마그네슘소듐실리케이트의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 성능 개선효과가 우수하나 작업성 및 가격경쟁력이 저하된다.
상기 성능 개선 혼합재는 강도, 내구성 및 재료분리방지 기능을 개선하기 위하여 재유화형 분말수지를 더 포함할 수 있다. 상기 재유화형 분말수지로서는 폴리에틸렌초산비닐, 스티렌-메틸메타크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 중에 어느 하나이상을 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 재유화형 분말수지는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 재유화형 분말수지의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 성능 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 재유화형 분말수지의 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 점도가 높아져 작업성이 저하되고 초기 강도 발현이 저하된다.
상기 성능 개선 혼합재는 감수제를 더 포함할 수 있다. 상기 감수제는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 물-시멘트비를 감소시켜 강도 및 내구성을 개선하기 위하여 사용한다. 상기 감수제는 폴리카본산계, 멜라민계 또는 나프탈렌계 감수제를 사용할 수 있다. 상기 감수제는 강도 및 내구성의 개선 효과가 우수하고, 물-시멘트비의 저감 효과가 우수한 나프탈렌계 감수제를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.001 내지 5중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
상기 성능 개선 혼합재는 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 일정 시간 동안 작업성을 확보하고 급격하게 경화되는 것을 지연하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 지연제는 상기 성능 개선 혼합재 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지연제로는 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있는데, 예컨대 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid)과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 글리세린과 같은 다가알코올 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내구성이 개선된 성능 개선 혼합재 3 내지 70중량%, 잔골재 3 내지 70중량% 및 굵은골재 3 내지 70중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 기능성 혼화제 0.01 내지 30중량% 및 물 0.1 내지 30중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도로 포장 시공 방법을 설명한다.
또한, 본 발명은
(a) 콘크리트 슬래브를 파쇄기, 평삭기, 또는 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 제거 부위를 청소하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 청소된 부분에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 및
(d) 본 발명의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;를 포함하는 도로 포장 시공 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 (d)단계 전에 콘크리트 슬래브와의 접착력 및 방수효과를 향상시키기 위하여 브루밍 또는 프라이머를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 (d)단계 후에 타설된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 표면을 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 타이닝 실시단계 후에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하고 양생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 타이닝 후 상부의 수분 증발을 방지하여 초기 소성균열을 방지하기 위하여 현장 대기 조건에 따라 양생제만을 살포하거나, 양생제를 살포한 후 상부에 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용할 수 있다. 또한, 대기온도가 5℃이하가 되는 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 보온덮개 등을 이용하여 보온양생을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하절기처럼 대기온도(25℃이상)가 높고 상대습도가 낮으며 바람이 많은 대기조건인 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤상태를 유지한다. 반대로 대기온도(25℃이하)가 높지 않고 상대습도가 높으며 바람이 적은 대기조건인 경우에는 양생제만을 살포하여 양생한다.
본 발명에 의하면, 기능성 혼화제와 성능 개선 혼합재를 사용함으로써 콘크리트의 작업성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트의 강도, 특히 인장강도 및 부착강도를 개선시킬 수 있으며, 내마모성, 건조수축량을 저감시켜 균열발생을 억제할 수 있으며, 내구성, 특히 방수·방청성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 화학식 1의 공중합체의 제조
반응용매인 에틸벤젠에 1,3-부타디엔, 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide), 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate), 및 2-옥틸시아노아크릴레이트 단량체를 1:1:1:1의 몰비로 첨가하고, 전체 단량체 100 중량부에 노르말 머캡탄 0.5 중량부를 혼합하여 균일하게 만들었다.
상기에서 제조한 중합용액을 14 L/hr의 속도로 26 L 반응기에 투입하면서 첫 번째 반응기에서 105℃의 온도로 중합하고, 두 번째 반응기에서 130℃의 온도로 중합하며, 세 번째 반응기와 네 번째 반응기에서 각각 140℃, 145℃의 온도로 중합하여, 중합전환율이 75%가 되었을 때, 휘발조에서 230 ℃의 온도로 미반응 단량체와 반응용매을 제거하고 세척, 탈수, 건조하여 중량평균분자량이 275,000인 화학식 1의 공중합체를 얻었다.
[화학식 1]
Figure 112020014612370-pat00006
상기 식에서 R1 및 R2는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율이 1:1:1:1이다.
제조예 2: 양이온성 고분자 계면활성제 합성
(1) 양이온 계면활성제 화합물 합성
250ml 플라스크에 하기 화학식 4의 디메틸도데실아민 41.86g 과 화학식 4의 에피클로로히드린 21.78g을 투입하였다. 용매로 아이소프로필알콜 28.98g과 증류수 7.38g을 사용하였다. 이후, 25°C에서 5시간 동안 교반하여 반응을 진행하였다. 본 반응은 발열반응으로 반응열로 인한 반응물의 온도가 상승될 경우 에폭시기가 파괴되므로 25℃로 물중탕을 하여 반응을 진행하였다. 반응결과, 화학식 5의 글리시딜디메틸도데실암모늄 클로라이드를 얻었다. 반응 수율은 아민가 측정을 통하여 85%이고 에폭시가는 79%가 잔존하였다.
[화학식 4]
Figure 112020014612370-pat00007
[화학식 4]
Figure 112020014612370-pat00008
[화학식 5]
Figure 112020014612370-pat00009
상기와 같은 합성법과 동일한 방식으로 글리시딜디메틸테트라데실암모늄 클로라이드, 글리시딜디메틸헥사데실암모늄 클로라이드, 글리시딜디메틸옥타데실암모늄 클로라이드를 합성한다.
(2) 양이온 계면활성제 화합물이 치환된 아크릴 단량체 합성
상기에서 제조된 화학식 5의 양이온 계면활성제 화합물과 아크릴산을 1:1의 몰비로 아이소프로필알콜 용매에 용해하고, 45°C 오븐에 24시간 동안 유지시켜 반응을 진행한다. 반응 종료 후, 글라스필터로 합성물을 옮기고 아이소프로필알콜 2L로 미반응물을 제거하기 위해 세정을 진행하였다. 세정 후, 45°C 진공오븐에서 8시간 동안 건조하여 양이온 계면활성제 화합물이 치환된 아크릴 단량체를 합성하였다.
(3) 양이온성 고분자 계면활성제 합성
상기에서 제조된 글리시딜디메틸도데실암모늄 클로라이드 아크릴레이트 단량체 및 도파민 메타크릴아마이드(dopamine methacrylamide)를 3:1의 몰비로 첨가하고, 전체 단량체 100 중량부에 노르말 머캡탄 0.5 중량부를 혼합하여 균일하게 만들었다. 교반기가 부착된 스테인레스 스틸 고압 반응기에 이온교환수 130 중량부에 소량의 디소듐하이드로겐 포스페이트를 용해시키고 교반하며, 질소 등의 불활성 기체로 반응기 내부를 채우고 가열하였다. 72 ℃에서 3시간, 110℃에서 2시간을 중합하여 반응을 종결하였다. 반응이 종결된 후 세척, 탈수, 건조하여 중량평균분자량이 76,000인 화학식 2의 고분자 화합물을 얻었다.
[화학식 2]
Figure 112020014612370-pat00010
상기 식에서 R1 및 R2는 수소이며, n은 7이다.
실시예 1: 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물
성능 개선 혼합재 20중량%, 잔골재 38중량%, 굵은 골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능성 혼화제 4중량%와 물 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 48중량%, 실리카퓸 5중량%, 세노스페어 10중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 10중량%, 마그네시아 5중량%, 석고 5중량%, 보론카바이트 3중량%, 질화규소 3중량%, 부분 안정화 지르코니아 3중량%, 시알론 1중량%, 리튬카보네이트 1중량%, 아황산칼슘 1중량%, 두랄루민 1중량%, 리튬마그네슘소듐실리케이트 1중량%, 폴리에틸렌초산비닐 1중량%, 감수제 1중량% 및 지연제 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카르복실산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 92중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 1중량%, 푸르푸릴알코올 1중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 1중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 1중량%, 에틸렌비스스테아린산아마이드 1중량%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀) 1중량%, 감수제 1중량% 및 소포제 1중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
실시예 2: 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물
성능 개선 혼합재 20중량%, 잔골재 38중량%, 굵은 골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능성 혼화제 4중량%와 물 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 48중량%, 실리카퓸 5중량%, 세노스페어 10중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 10중량%, 마그네시아 5중량%, 석고 5중량%, 보론카바이트 3중량%, 질화규소 3중량%, 부분 안정화 지르코니아 3중량%, 시알론 1중량%, 리튬카보네이트 1중량%, 아황산칼슘 1중량%, 두랄루민 1중량%, 리튬마그네슘소듐실리케이트 1중량%, 폴리에틸렌초산비닐 1중량%, 감수제 1중량% 및 지연제 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카르복실산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 79중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 화학식 1의 공중합체 7중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 2중량%, 푸르푸릴알코올 2중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 2중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 2중량%, 에틸렌비스스테아린산아마이드 2중량%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀) 2중량%, 감수제 1중량% 및 소포제 1중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
[화학식 1]
Figure 112020014612370-pat00011
상기 식에서 R1 및 R2는 메틸기이며,
a, b, c 및 d는 몰분율이 1:1:1:1이다.
중량평균분자량 275,000
실시예 3: : 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물
성능 개선 혼합재 20중량%, 잔골재 38중량%, 굵은 골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능성 혼화제 4중량%와 물 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 48중량%, 실리카퓸 5중량%, 세노스페어 10중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 10중량%, 마그네시아 5중량%, 석고 5중량%, 보론카바이트 3중량%, 질화규소 3중량%, 부분 안정화 지르코니아 3중량%, 시알론 1중량%, 리튬카보네이트 1중량%, 아황산칼슘 1중량%, 두랄루민 1중량%, 리튬마그네슘소듐실리케이트 1중량%, 폴리에틸렌초산비닐 1중량%, 감수제 1중량% 및 지연제 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카르복실산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 73중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 화학식 1의 공중합체 7 중량%, 화학식 2로 표시되는 공중합체 3 중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 3중량%, 푸르푸릴알코올 3중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 3중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 2중량%, 에틸렌비스스테아린산아마이드 1중량%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀) 3중량%, 감수제 1중량% 및 소포제 1중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
[화학식 2]
Figure 112020014612370-pat00012
상기 식에서 R1 및 R2는 수소이며, n은 7이다.
중량평균분자량이 76,000
실시예 4: : 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물
성능 개선 혼합재 20중량%, 잔골재 38중량%, 굵은 골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 기능성 혼화제 4중량%와 물 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 48중량%, 실리카퓸 5중량%, 세노스페어 10중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 10중량%, 마그네시아 5중량%, 석고 5중량%, 보론카바이트 3중량%, 질화규소 3중량%, 부분 안정화 지르코니아 3중량%, 시알론 1중량%, 리튬카보네이트 1중량%, 아황산칼슘 1중량%, 두랄루민 1중량%, 리튬마그네슘소듐실리케이트 1중량%, 폴리에틸렌초산비닐 1중량%, 감수제 1중량% 및 지연제 1중량%를 혼합하여 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카르복실산계 감수제를, 상기 지연제는 구연산계 지연제를 사용하였다.
상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 73중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 화학식 1의 공중합체 7 중량%, 화학식 2로 표시되는 공중합체 3 중량%, 하기 화학식 4의 화합물 2중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 3중량%, 푸르푸릴알코올 1중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 3중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 2중량%, 에틸렌비스스테아린산아마이드 1중량%, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀) 3중량%, 감수제 1중량% 및 소포제 1중량%를 포함하는 것을 사용하였다. 이때, 상기 감수제는 폴리카본산계 감수제를, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 사용하였다.
[화학식 4]
Figure 112020014612370-pat00013
상기의 실시예 1 내지 실시예 4의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예들과 비교할 수 있는 비교예들을 제시하며, 후술할 비교예 1은 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 시멘트 콘크리트 조성물을 제시한 것이다.
비교예 1.
보통 포틀랜드 시멘트 20중량%, 잔골재 38중량% 및 굵은 골재 36중량%를 강제식 믹서에 투입하여 교반한 후, 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 4중량%와 물 2중량%를 더 혼합하여 다시 2분간 교반하여 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
하기 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예들과 비교예 1의 특성을 비교한 실험결과들을 나타낸 것이다.
시험예 1: 슬럼프 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프시험(반죽의 정도)을 한 결과를 나타낸 것이다. 슬럼프시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다. 하기 표 1은 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화를 나타낸다.
구 분 슬럼프(cm)
교반 직후 20분 경과 후 30분 경과 후 40분 경과 후
실시예 1 21 19 17 15
실시예 2 21 20 19 17
실시예 3 21 20.5 19.5 18.0
실시예 4 21 20.5 20 18.5
비교예 1 20 15 12 9
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 작업성이 우수하며, 특히 실시예 3 및 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 시간이 경과하여도 슬럼프의 변화가 크지 않아 작업성이 매우 우수하다.
시험예 2: 압축강도 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2405에 규정한 방법에 따라 압축강도시험을 한 결과를 나타냈다. 하기 표 2는 시간 경과에 따른 압축강도의 변화를 나타낸다.
구 분 압축강도(MPa)
3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 28.1 36.0 39.1 46.8
실시예 2 29.8 38.0 41.0 49.0
실시예 3 31.0 39.0 42.0 50.0
실시예 4 31.5 39.8 43.0 51.5
비교예 1 26.0 32.9 36.0 42.3
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 월등히 높았다.
시험예 3: 휨강도 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2408에 규정한 방법에 따라 휨강도를 측정한 결과를 나타냈다. 하기 표 3은 시간 경과에 따른 휨강도의 변화를 나타낸다.
구 분 휨강도(MPa)
3일 후 7일 후 14일 후 28일 후
실시예 1 3.2 4.8 5.5 7.1
실시예 2 3.8 5.2 6.0 7.5
실시예 3 4.0 5.6 6.5 7.9
실시예 4 4.3 5.8 6.7 8.1
비교예 1 2.7 4.0 4.9 6.2
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 휨강도가 월등히 높았다.
시험예 4: 접착강도 평가
상기 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2762에 규정한 방법에 따라 접착강도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
구 분 접착강도(MPa)
7일 후 28일 후
실시예 1 1.9 2.1
실시예 2 2.1 2.3
실시예 3 2.2 2.4
실시예 4 2.3 2.6
비교예 1 1.6 1.9
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 접착강도가 월등히 높았다. 특히, 실시예 2 내지 4의 경우는 더 우수한 효과를 나타냈다.
시험예 5: 길이 변화율 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2424(콘크리트의 길이 변화 시험방법)에 의하여 길이변화율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
길이변화율(%) 0.010 0.008 0.006 0.005 0.018
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 길이변화율이 감소되어 수축 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
시험예 6: 염분침투저항성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2711에 의하여 염분침투저항성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
염분침투저항성(coulombs) 480 420 390 210 585
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 염분 침투에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4의 경우 화학식 4의 화합물을 포함함으로써 염분침투저항성이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
시험예 7: 동결융해저항성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 KS F 2456에 규정한 방법에 따라 동결융해저항성 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
동결융해저항성(%) 89 90 91 92 85
상기 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 동결융해저항성이 우수함을 알 수 있었다.
시험예 8: 스켈일링저항성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 SS 13 72 44 A법에 규정한 방법에 따라 스켈일링저항성 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
스케일링저항성 적합 적합 적합 적합 적합
상기 표 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물 모두 적합한 등급으로 판정되었다.
시험예 9: 마모저항성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 ASTM C 779에 규정한 방법에 따라 마모저항성 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
마모저항성(mm) 0.045 0.035 0.03 0.025 0.075
상기 표 9에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 마모저항성이 우수함을 알 수 있었다.
시험예 10: 내약품성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물을 일본 공업 규격 원안 [콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]에 준하여 2% 염산, 5% 황산 및 45% 수산화 나트륨의 수용액을 시험 용액으로 28일 공시체를 침적하여 내약품성 시험의 측정결과를 아래의 표 10에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
중량변화율
(%)		 염산 -0.7 -0.5 -0.4 -0.3 -1.3
황산 -0.05 -0.03 0 0 -0.11
수산화나트륨 0.1 0.2 0.4 0.3 0
상기 표 10에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 내약품성에 대한 중량변화율이 적게 나타나 내약품성에 대한 저항성이 높음을 확인할 수 있었다.
시험예 11: 방청성 평가
실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물과 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물의 특성을 비교하기 위하여, KS F 2561 (철근 콘크리트용 방청제)에 의하여 방청률 시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
시험항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
방청률 (%) 96.0 97.0 97.5 98.5 95.2
상기 표 11에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물이 비교예 1에 따라 제조된 시멘트 콘크리트 조성물에 비하여 방청률이 적게 나타나 방청효과가 높음을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4의 경우 화학식 4의 화합물을 포함함으로써 염분침투저항성이 크게 향상된 것을 확인할 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 (13)

  1. 성능 개선 혼합재 3 내지 70중량%, 잔골재 3 내지 70중량%, 굵은골재 3 내지 70중량%, 기능성 혼화제 0.01 내지 30중량% 및 물 0.1 내지 30중량%를 포함하며,
    상기 기능성 혼화제는 스티렌-메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 30 내지 95중량%, 폴리에테르-에테르케톤 공중합체 0.1 내지 25중량%, 푸르푸릴알코올 0.01 내지 15중량%, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란 0.01 내지 15중량%, 초산비닐-말레인산디메틸 공중합체 0.01 내지 15중량%, 감수제 0.01 내지 10중량% 및 소포제 0.01 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1에 있어서,
    상기 기능성 혼화제는 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 3 내지 15중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112020080592077-pat00014

    상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
    a, b, c 및 d는 몰분율로서 a는 0.1 내지 0.5이며, b는 0.1 내지 0.5이며, c는 0.1 내지 0.5이며, d는 0.1 내지 0.5이며,a+b+c+d=1이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기능성 혼화제는 하기 화학식 2로 표시되는 양이온성 고분자 계면활성제를 1 내지 5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112020014612370-pat00015

    상기 식에서 R1 및 R2는 수소 또는 메틸기이며,
    a와 b는 몰비이며, a+b=1이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기능성 혼화제는 에틸렌비스스테아린산아마이드 0.01 내지 10중량% 및 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)을 0.01 내지 10중량% 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    성능 개선 혼합재는 보통 포틀랜드 시멘트 5 내지 75중량%, 실리카퓸 0.1 내지 20중량%, 세노스페어 0.1 내지 20중량%, 트리 칼슘 알루미네이트 시멘트 0.1 내지 20중량%, 마그네시아 0.01 내지 20중량%, 석고 0.01 내지 20중량%, 보론카바이트 0.01 내지 10중량%, 질화규소 0.01 내지 10중량%, 지르코니아 0.01 내지 10중량%, 시알론 0.01 내지 10중량, 리튬카보네이트 0.01 내지 10중량%, 아황산칼슘 0.01 내지 10중량% 및 두랄루민 0.01 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성능 개선 혼합재는 리튬마그네슘소듐실리케이트 0.01 내지 10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성능 개선 혼합재는 폴리에틸렌초산비닐, 스티렌-메틸메타크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트-부틸아크릴레이트 중에서 선택되는 1종 이상의 재유화형 분말수지 0.01 내지 10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물.
  9. 삭제
  10. (a) 콘크리트 슬래브를 파쇄기, 평삭기, 또는 숏블라스터를 이용하여 절삭, 블라스팅하여 레이탄스 및 불순물을 제거하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계의 제거 부위를 청소하는 단계;및
    (c) 상기 (b)단계의 청소된 부분에 살수하여 습윤상태를 유지하는 단계; 및
    (d) 제1항의 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계;를 포함하는 도로 포장 시공 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (d)단계 전에 콘크리트 슬래브와의 접착력 및 방수효과를 향상시키기 위하여 브루밍 또는 프라이머를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 시공 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (d)단계 후에 타설된 성능 개선 폴리머 시멘트 콘크리트 조성물 표면을 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 시공 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타이닝 실시단계 후에 수분 증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하고 양생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 포장 시공 방법.
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