KR102363749B1 - 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법 - Google Patents

고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 30 내지 50 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 초속경 및 조강성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실리콘망간 슬래그 40 내지 70 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 칼슘 알루미노페라이트 1 내지 10 중량부, 지르코늄포스페이트 1 내지 10 중량부, 산화주석 1 내지 10 중량부, 크로라이트 1 내지 10 중량부 및 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하고;
상기 고연성 혼화제는 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 40 내지 70 중량부, 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 40 내지 70 중량부, 시아노아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 글리시딜(메타)아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 1 내지 10 중량부, 실란 커플링제 1 내지 10 중량부 및 포스파티딜에탄올아민 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 사용함으로써;
우수한 물리적 강도를 제공하고, 초속경 및 조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 고연성이 매우 강화되고, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있으며, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성을 크게 향상시킴으로써 도로포장의 내구수명을 연장하고 유지관리 비용을 절감할 수 있는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법에 관한 것이다.

Description

고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법{High ductility, quick-hardening and ultra-early strength type cement concrete composition modified by polymer modifier and the construction method for road pavement using the same}
본 발명은 초속경 및 조강성 결합재와 고연성 혼화제를 포함함으로써, 우수한 물리적 강도를 제공하고, 초속경 및 조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 고연성이 매우 강화되고, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있으며, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성을 크게 향상시킴으로써 도로포장의 내구수명을 연장하고 유지관리 비용을 절감할 수 있는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물을 제작하거나 포장 시에는 건조수축에 의한 균열이 발생하며, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 이러한 콘크리트의 균열은 염해, 열화와 같은 외적 환경원인, 설계하중, 소성수축 또는 건조수축과 같은 재료 특성, 배합조건, 시공적인 요인 등의 여러 가지 요인에 의하여 많이 발생한다. 특히, 도로 포장은 기온의 변화에 따른 신축과 팽창 및 강설 또는 강우에 의해 포장층 하부에 발생하는 스펀지 현상으로 인해 포장층의 받침력이 저하되어 포장층에 균열이 생기거나 차량 하중 등에 의해 균열이 빈번히 발생한다. 포장층에 균열 등이 발생하게 되면 그 틈으로 우수 등이 침투하여 도로의 손상부가 신속히 확장되고 도로 위를 달리는 차량 하중에 의해 균열이 진행되기 때문에 신속한 보수가 필요하다.
일반적으로 도로포장은 크게 아스팔트 콘크리트 포장(아스콘)과 시멘트 콘크리트 포장으로 나눌 수 있다.
먼저, 아스팔트 콘크리트 포장은 아스팔트 바인더의 점착성에 기인한 기계적 결합에 의하여 부착강도가 발현되는데, 특히, 폴리우레탄 기반의 아스팔트 콘크리트 포장의 경우, 기존 포장체와 부착할 수 있는 화학적 기저가 부족하여 부착성능 매우 불량하고, 조기에 기계적 강도 및 내구성 등의 기능이 상실되는 문제점이 있었다. 또한, 아스팔트 콘크리트 포장은 재료 생산시 발생하는 공해와, 강성 부족에 따른 조기 파손으로 인한 폐아스콘의 발생, 빈번한 유지보수 필요 및 지속가능성 결여 등의 문제점을 가지고 있었다.
한편, 시멘트 콘크리트 포장은 시멘트 몰탈과 포졸란 반응에 의해 수화물을 형성하여 강도가 발현되는데, 상대적으로 우수한 강성발현 효과로 장기 공용성능이 우수한 장점이 있다. 그러나 온도 변화에 대한 유연성 부족으로 건조수축균열, 반사균열, 피로균열 및 블로우업(Blow-up) 발생으로 막대한 사후 유지보수 비용이 발생하는 문제점이 있었다.
이에, 종래의 시멘트 콘크리트의 물리적 성질에 소정의 연성 성질을 부여하기 위하여 고분자 수지를 함께 이용한 폴리머 시멘트 콘크리트를 도로포장의 긴급 보수용으로 사용하였으나, 자외선, 기후 및 양생온도 등의 영향을 받아 표면 노후화, 중성화에 의한 내구성 저하가 나타나는 문제점이 있었다. 특히, 초속경 시멘트에 라텍스를 첨가한 재료의 경우 대기온도에 따라 강도발현이 크게 차이가 나며, 라텍스의 첨가로 인해 혼합시 기포 발생이 많아 내부에 공극이 많이 존재하여, 향후 균열의 진전이나 공극으로의 우수 등의 침투로 인해 콘크리트의 조기손상 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1045877호 대한민국 등록특허 제10-1160540호 대한민국 등록특허 제10-1796932호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현예는 조직의 치밀화를 촉진하고, 우수한 물리적 강도를 제공하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있고, 콘크리트 슬래브의 블로우-업(Blow-up) 현상을 억제할 수 있도록 탄성성질이 부여되고, 취성파괴 성질은 완화시킴으로써, 도로포장의 내구수명을 연장할 수 있는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 30 내지 50 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 초속경 및 조강성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실리콘망간 슬래그 40 내지 70 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 칼슘 알루미노페라이트 1 내지 10 중량부, 지르코늄포스페이트 1 내지 10 중량부, 산화주석 1 내지 10 중량부, 크로라이트 1 내지 10 중량부 및 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하고;
상기 고연성 혼화제는 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 40 내지 70 중량부, 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 40 내지 70 중량부, 시아노아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 글리시딜(메타)아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 1 내지 10 중량부, 실란 커플링제 1 내지 10 중량부 및 포스파티딜에탄올아민 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것인 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 지르코늄포스페이트는 층상의 지르코늄포스페이트인 것이고;
상기 층상의 지르코늄포스페이트는 증류수에 지르코늄 화합물, 옥살산 화합물 및 인산을 1: 2 내지 4: 2 내지 4 몰비율로 혼합 및 투입하여, 수용액을 제조하는 단계; 상기 수용액을 80 내지 110 ℃의 온도에서 교환환류시킨 후, 상온으로 냉각함으로써, 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 발생시키는 단계; 및 상기 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 여과, 세정 및 건조함으로써 층상의 지르코늄포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 산화주석은 다공성의 이산화주석(SnO2)인 것이고;
상기 다공성의 이산화주석(SnO2)은 증류수에 질산나트륨(NaNO3) 및 염화주석(SnCl2)을 1: 1 내지 2 중량비율로 투입 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 75 내지 95 ℃의 온도에서 수분을 증발시킨 후 질산나트륨(NaNO3), Sn(NO3)2, 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제1 복합체를 제조하는 단계; 상기 제1 복합체를 400 내지 600 ℃의 온도에서 열처리하여 질산나트륨(NaNO3), 이산화주석(SnO2), 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제2 복합체를 제조하는 단계; 상기 제2 복합체를 세척하여 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 제조하는 단계; 및 상기 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 650 내지 950 ℃의 온도에서 열처리하여 다공성의 이산화주석(SnO2)을 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는
나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계; 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 시공방법으로서,
시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것인 도로포장 시공방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법에 의하면, 초속경 및 조강성 결합재와 고연성 혼화제를 포함함으로써, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 기존 교면 포장과의 우수한 부착성능, 휨강도 및 압축강도 등의 우수한 물리적 강도를 제공하는 효과가 있다. 또한, 초속경 및 조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 동일 강도 발현을 위하여 요구되는 초속경 시멘트의 사용량을 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄성성질이 부여되고, 취성파괴 성질은 완화되어, 고연성이 매우 강화되고, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있으며, 콘크리트 슬래브의 블로우-업(Blow-up) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성, 방청성, 중성화저항성, 염화물저항성, 기온변화에 따른 동결융해저항성 등을 크게 향상시킴으로써 도로포장의 내구수명을 연장하고 유지관리 비용을 절감할 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 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 30 내지 50 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
상기 초속경 및 조강성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실리콘망간 슬래그 40 내지 70 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 칼슘 알루미노페라이트 1 내지 10 중량부, 지르코늄포스페이트 1 내지 10 중량부, 산화주석 1 내지 10 중량부, 크로라이트 1 내지 10 중량부 및 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하고;
상기 고연성 혼화제는 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 40 내지 70 중량부, 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 40 내지 70 중량부, 시아노아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 글리시딜(메타)아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 1 내지 10 중량부, 실란 커플링제 1 내지 10 중량부 및 포스파티딜에탄올아민 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것인 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법에 의하면, 초속경 및 조강성 결합재와 고연성 혼화제를 포함함으로써, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 기존 교면 포장과의 우수한 부착성능, 휨강도 및 압축강도 등의 우수한 물리적 강도를 제공하는 효과가 있다. 또한, 초속경 및 조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 동일 강도 발현을 위하여 요구되는 초속경 시멘트의 사용량을 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄성성질이 부여되고, 취성파괴 성질은 완화되어, 고연성이 매우 강화되고, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있으며, 콘크리트 슬래브의 블로우-업(Blow-up) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성, 방청성, 중성화저항성, 염화물저항성, 기온변화에 따른 동결융해저항성 등을 크게 향상시킴으로써 도로포장의 내구수명을 연장하고 유지관리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 30 내지 50 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함한다.
본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 입경이 5 mm 이하인 것을 잔골재라 하고 입경이 5 mm 보다 큰 것을 굵은골재라 한다.
잔골재는 본 발명의 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 30 내지 50 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은골재는 본 발명의 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 30 내지 50 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 초속경 및 조강성 결합재는 본 발명의 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 10 내지 30 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 초속경 및 조강성 결합재의 함량이 너무 적은 경우에는 점성 부족과 블리딩 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 초속경 및 조강성 결합재의 함량이 너무 많은 경우에는 점성이 증가하여, 작업성이 저하되고, 가사시간 조절이 어려워지며, 초기강도가 떨어지고 과도한 수밀성 증대로 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 균열이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 초속경 및 조강성 결합재의 함량을 조절하는 간단한 방법에 의하여 본 발명의 조성물은 초속경 및 조강성의 특징을 모두 구현할 수 있다.
이때, 본 발명에서 "초속경"이란, 2 내지 3시간 만에 보통 포틀랜드 시멘트의 재령 7일 압축강도를 발현하는 것을 의미하고; 본 발명에서 "조강성"이란, 보통 포틀랜드 시멘트의 재령 3 내지 7일의 압축강도를 1일에 발현하는 것을 의미한다.
상기 초속경 및 조강성 결합재는 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실리콘망간 슬래그 40 내지 70 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 칼슘 알루미노페라이트 1 내지 10 중량부, 지르코늄포스페이트 1 내지 10 중량부, 산화주석 1 내지 10 중량부, 크로라이트 1 내지 10 중량부 및 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 조강 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도가 4,500 내지 7,000 ㎠/g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이하, 상기 초속경 및 조강성 결합재를 구성하는 다른 성분들의 함량은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 실리콘망간 슬래그는 안정적인 장기강도 발현과 수밀성을 향상시키고, 수화열을 낮추어 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 화학적 내구성을 향상시켜 우수한 염해 및 동결융해 저항성을 제공하는 기능을 한다.
상기 실리콘망간 슬래그는 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키고, 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 비산시켜 상기 비산된 용융 실리콘망간 슬래그를 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시키고 볼밀 또는 미분쇄장치를 이용하여 4,500 내지 7,500 ㎠/g의 분말도로 분쇄한 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 실리콘망간 슬래그는 산화규소(SiO2) 30 내지 42 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 12 내지 24 중량%, 산화칼슘(CaO) 12 내지 24 중량%, 산화 마그네슘(MgO) 3 내지 9 중량% 및 산화망간(MnO) 14 내지 20 중량%로 포함하는 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 실리콘망간 슬래그는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘망간 슬래그의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 실리콘망간 슬래그의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 석고는 우수한 초기강도 발현 뿐만 아니라, 조직을 치밀하게 하여 콘크리트의 균열을 방지하고 콘크리트의 수축을 방지하는 기능을 한다.
상기 석고는 무수석고 또는 이수석고를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 석고는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있고, 상기 석고의 함량이 너무 많은 경우에는 팽창 및 내수성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 빠른 경화특성을 제공하는 기능을 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 많은 경우에는 경화속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하되거나 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 칼슘 알루미노페라이트는 내마모성 및 내화성을 개선하고, 초기강도 발현과 조직을 치밀하게 하여 수축 및 균열을 방지하는 기능을 한다.
상기 칼슘 알루미노페라이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 알루미노페라이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘 알루미노페라이트의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 지르코늄포스페이트는 우수한 강도 특성 뿐만 아니라, 우수한 수축저감 및 균열제어 효과, 내마모성, 방청성, 내화학성, 내화성, 염해 및 동결융해저항성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 지르코늄포스페이트는 층상의 지르코늄포스페이트인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 특히, 우수한 수축저감 및 균열제어 효과와 내마모성을 매우 향상시키는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 층상의 지르코늄포스페이트는 증류수에 지르코늄 화합물, 옥살산 화합물 및 인산을 1: 2 내지 4: 2 내지 4 몰비율로 혼합 및 투입하여, 수용액을 제조하는 단계; 상기 수용액을 80 내지 110 ℃의 온도에서 교환환류시킨 후, 상온으로 냉각함으로써, 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 발생시키는 단계; 및 상기 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 여과, 세정 및 건조함으로써 층상의 지르코늄포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다.
이때, 상기 지르코늄 화합물은 질산 지르코늄, 아세트산 지르코늄, 황산 지르코늄, 탄산 지르코늄, 염기성 황산 지르코늄, 옥시황산 지르코늄, 옥시염화 지르코늄, 이들의 수화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있고; 상기 옥살산 화합물은 옥살산 2 수화물, 옥살산 암모늄, 옥살산 수소 암모늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 지르코늄포스페이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지르코늄포스페이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 지르코늄포스페이트의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연되거나, 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 산화주석은 우수한 강도 발현 효과와 함께, 내화학성, 내후성, 염해 및 동결융해 저항성을 향상시키고, 내열성, 내마모성, 균열방지 및 수축 방지 효과를 제공하는 기능을 한다.
이러한 상기 산화주석은 다공성의 이산화주석(SnO2)인 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 특히, 우수한 휨 및 인장강도를 향상시키고, 내화학성, 내후성, 염해 및 동결융해 저항성을 비롯하여, 균열방지 및 수축 방지 효과을 매우 향상시키는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 상기 다공성의 이산화주석(SnO2)은 증류수에 질산나트륨(NaNO3) 및 염화주석(SnCl2)을 1: 1 내지 2 중량비율로 투입 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 75 내지 95 ℃의 온도에서 수분을 증발시킨 후 질산나트륨(NaNO3), Sn(NO3)2, 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제1 복합체를 제조하는 단계; 상기 제1 복합체를 400 내지 600 ℃의 온도에서 열처리하여 질산나트륨(NaNO3), 이산화주석(SnO2), 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제2 복합체를 제조하는 단계; 상기 제2 복합체를 세척하여 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 제조하는 단계; 및 상기 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 650 내지 950 ℃의 온도에서 열처리하여 다공성의 이산화주석(SnO2)을 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 질산나트륨(NaNO3), 이산화주석(SnO2), 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제2 복합체를 세척하여 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 제조하는 단계;는 질산나트륨(NaNO3)과 염화나트륨(NaCl)이 증류수에 용해되는 특성에 의하여, 진공펌프를 통해 증류수로 제2 복합체를 세척할 수 있다.
상기 산화주석은 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화주석의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 산화주석의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 크로라이트는 우수한 강도 발현 효과와 함께, 내마모성, 내식성 및 내화성을 향상시키고, 균열방지 및 수축 방지 효과를 제공하는 기능을 한다.
상기 크로라이트는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 크로라이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 크로라이트의 함량이 너무 많은 경우에는 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 내화학성, 방청성, 중성화저항성, 염해 및 동결융해 저항성 등의 내구성을 향상시켜, 장기 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는 나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계; 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되어, 평균입경은 50 내지 500 nm 범위인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
이때, 상기 나노 다이아몬드의 평균입경은 10 내지 300 nm 범위인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산될 때, 상기 아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드의 혼합물은 500 내지 10000 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입되어 분산되는 것일 수 있다.
상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하되거나 오히려 강도성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 초속경 및 조강성 결합재는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 경화촉진제, 응결지연제, 감수제, 재료분리방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 경화촉진제는 조성물의 수화반응을 더욱 활성화하여 조기에 압축강도를 발현하도록 하는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 경화촉진제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화촉진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 칼슘포메이트, 염화칼슘, 질산칼슘과 같은 칼슘염, 염화마그네슘과 같은 염화물, 황산마그네슘, 황산알루미늄과 같은 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨과 같은 탄산염, 포름산 또는 그의 염 및 리튬카보네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 응결지연제는 초기 작업시간 유지와 작업성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 응결지연제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 응결지연제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 포도당, 글루코오스, 텍스트린, 덱스트란과 같은 당류, 글루콘산, 주석산, 사과산, 구연산, 시트릭산(citric acid), 붕산과 같은 산류 또는 그의 염, 아미노카복실산 또는 그의 염, 포스폰산 또는 그의 유도체, 폴리비닐알콜, 글리세린과 같은 다가알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 감수제는 입자간 반발력으로 입자를 분산시켜 일시적으로 유동성을 개선시키는 기능을 한다. 상기 감수제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 감수제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 나프탈렌계, 멜라민계, 폴리칼본산계 감수제 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 폴리칼본산계 감수제를 사용하는 것이 좋다.
상기 재료분리방지제는 조성물의 재료분리를 방지하고 작업성을 개선시키는 기능을 한다. 상기 재료분리방지제는 상기 조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 재료분리방지제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 메틸셀롤로오스, 스타치, 검(Gum) 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 강도저하가 적은 스타치계 재료분리방지제를 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에서 사용하는 고연성 혼화제는 본 발명의 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물의 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성을 개선시키는 기능을 한다.
상기 고연성 혼화제는 본 발명의 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물에 0.1 내지 10 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 고연성 혼화제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 고연성 혼화제의 함량이 너무 많은 경우에는 점도가 낮아져 작업성(슬럼프)은 좋아질 수 있으나, 수화반응을 지연시켜 초속경성이 저하되거나, 제조원가가 높아져 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 고연성 혼화제는 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 40 내지 70 중량부, 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 40 내지 70 중량부, 시아노아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 글리시딜(메타)아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 1 내지 10 중량부, 실란 커플링제 1 내지 10 중량부 및 포스파티딜에탄올아민 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 방수성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이하, 상기 고연성 혼화제를 구성하는 다른 성분들의 함량은 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 우수한 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 저하되거나, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 우수한 내후성, 방수성, 내화학성, 염해 및 동결융해저항성, 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 저하되거나, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 시아노아크릴레이트는 우수한 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 우수한 내후성, 방수성, 내화학성, 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 시아노아크릴레이트는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 시아노아크릴레이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 시아노아크릴레이트의 함량이 너무 많은 경우에는 반응성이 높아 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 글리시딜(메타)아크릴레이트는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 우수한 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 글리시딜(메타)아크릴레이트는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 글리시딜(메타)아크릴레이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 글리시딜(메타)아크릴레이트의 함량이 너무 많은 경우에는 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지는 우수한 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킴으로써, 미세균열 방지 및 수축 방지 효과를 제공하며, 뿐만 아니라 내수성, 방수성, 내마모성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 실란 커플링제는 우수한 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 우수한 방수성, 내화학성, 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 실란 커플링제는 γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시딜프로필트리메톡시실란, 비닐메톡시실란, γ-멜캅토프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필메틸-디에톡시실란, γ-아미노프로필메틸-트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것과; 하기 화학식 1로 표시되는 아졸실란을 1: 0.1 내지 0.5 중량비율로 포함하는 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021136208984-pat00001
상기 식에서,
X는 -CH3, -NH2, -SH 또는 -SCH3인 것이고, Y는 -NH-인 것이고, R은 -CH3 또는 -CH2CH3인 것이고, m은 1 내지 12의 정수이고, n은 0 또는 1 내지 3의 정수이다.
상기 실란 커플링제는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실란 커플링제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 실란 커플링제의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하되거나, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 포스파티딜에탄올아민은 조성물의 혼화성, 균열저항성, 수축저항성 및 내구성을 개선하는 기능을 한다.
이러한 상기 포스파티딜에탄올아민은 디올레오일포스파티딜에탄올아민, 디팔미토일포스파티딜에탄올아민, 엘레오스테아로일포스파티딜에탄올아민, 리소포스파티딜에탄올아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 포스파티딜에탄올아민은 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 포스파티딜에탄올아민의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선 효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 포스파티딜에탄올아민의 함량이 너무 많은 경우에는 더이상의 성능개선효과는 기대하기 어렵고, 가격경쟁력이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 고연성 혼화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 소포제, 공기연행제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소포제는 공기량을 저하시키고, 콘크리트 내의 갇힌 공기(Entrapped Air) 및 공극을 제거하여 강도 및 내구성을 더욱 개선시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 소포제는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 3 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소포제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제, 알콜계 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 공기연행제는 조성물의 분산성을 개선하여 작업성을 개선시키는 기능을 한다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 공기연행제는 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 3 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기연행제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 예컨대, 폴리칼본산계, 나프탈렌계, 멜라민계 등이 있다. 보다 바람직한 상기 공기연행제는 폴리칼본산계 공기연행제를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물은 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량% 및 굵은골재 30 내지 50 중량%를 강제 믹서에서 교반시킨 후, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 시공방법으로서,
시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것인 도로포장 시공방법을 제공한다.
보다 구체적으로 상기 시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계;는 상기 시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 파쇄기, 평삭기, 숏블라스터 또는 워터젯을 이용하여 절삭 및 블라스팅함으로써 수행될 수 있다.
또한, 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계;는 본 발명의 일 구현예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물이 시공대상면에 부착되기 용이하게 하는 작업을 의미하는 것으로 사용될 수 있다.
이때, 상기 프라이머 재료로는 폴리아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 블루밍 재료로는 폴리 아크릴 에스테르(Poly Acryl Ester; PAE), 에폭시 에멀젼, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 아크릴 에멀젼 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 양생하는 단계는, 현장의 온도, 습도, 바람의 세기를 포함하는 대기 상태에 따라 1) 양생제만을 살포하거나, 2) 양생제를 살포한 후 상부에 비닐 또는 양생포를 덮고 살수하여 습윤상태를 유지하거나, 또는 3) 양생제 살포 후 비닐, 양생포, 또는 보온덮개를 이용하여 보온을 유지하면서 양생하는 단계를 구분하여 적용하는 것이 좋다.
특히, 상기 양생하는 단계에서, 현장 대기조건(예를 들면, 하절기처럼 대기온도(25℃이상)가 높고 상대습도가 낮으며 바람이 많은 대기조건인 경우에는 양생제 살포 후 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 유지한다. 반대로 대기온도(25℃이하)가 높지 않고 상대습도가 높으며 바람이 적은 대기조건인 경우에는 양생제만을 살포하여 양생한다.)에 따라 양생제만을 살포하거나 양생제를 살포한 후 상부에 비닐, 양생포 등을 덮고 살수하여 습윤 상태를 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.
본 발명의 일 구현예에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 시공방법에 의하면, 초속경 및 조강성 결합재와 고연성 혼화제를 포함함으로써, 포졸란 반응에 의한 수화물의 결합력과 함께 유기 고분자의 수소결합력으로 조직의 치밀화를 촉진하고, 기존 교면 포장과의 우수한 부착성능, 휨강도 및 압축강도 등의 우수한 물리적 강도를 제공하는 효과가 있다. 또한, 초속경 및 조강성을 구현하여, 공사기간이 대폭 단축되고, 교통 통제 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 동일 강도 발현을 위하여 요구되는 초속경 시멘트의 사용량을 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄성성질이 부여되고, 취성파괴 성질은 완화되어, 고연성이 매우 강화되고, 온도변화에 따른 건조 수축 및 팽창과 균열에 효과적으로 대처할 수 있으며, 콘크리트 슬래브의 블로우-업(Blow-up) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄산화된 콘크리트 내부에 알칼리성을 부여하여 내식성(방청)을 개선하고, 콘크리트 도로 포장에 요구되는 제반 특성으로서 내마모성, 수밀성, 부착성, 내화학성, 방수성, 방청성, 중성화저항성, 염화물저항성, 기온변화에 따른 동결융해저항성 등을 크게 향상시킴으로써 도로포장의 내구수명을 연장하고 유지관리 비용을 절감할 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>
층상의 지르코늄포스페이트 제조
탈이온수에 옥시염화 지르코늄 8수화물, 옥살산 2 수화물 및 인산을 각각 1: 2.5: 2 몰비율로 혼합 및 투입하여, 2M 농도의 수용액을 제조하였다. 상기 수용액을 100 ℃의 온도에서 8시간 동안 교환환류시킨 후, 상온으로 냉각함으로써, 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 발생시켰다. 상기 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 여과, 세정 및 건조함으로써 층상의 지르코늄포스페이트를 수득하였다. 상기 얻어진 지르코늄포스페이트는 SEM 관측 및 평균입경(레이져 회절식 입자 분포계·Horiba 제작 LA-700) 분석 결과, 평균입경이 0.95 μm인 층상의 지르코늄포스페이트인 것을 확인하였다.
<제조예 2>
다공성의 이산화주석(SnO 2 ) 제조
증류수에 질산나트륨(NaNO3) 및 염화주석(SnCl2)을 1: 1.7 중량비율로 투입 및 혼합하여 혼합물을 형성한 이후; 상기 혼합물을 85 ℃의 온도에서 수분을 증발시킨 후 질산나트륨(NaNO3), Sn(NO3)2, 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제1 복합체를 제조하였다. 이후, 상기 제1 복합체를 550 ℃의 온도에서 열처리하여 질산나트륨(NaNO3), 이산화주석(SnO2), 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제2 복합체를 제조하였다. 이후, 상기 제2 복합체를 증류수로 세척 및 건조함으로써, 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 제조하였다. 이후, 상기 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 800 ℃의 온도에서 열처리하여 다공성의 이산화주석(SnO2)을 제조하였다.
<제조예 3>
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 제조
나노리소스의 입자분산 공정을 이용하여 제조한 평균 입자 크기가 55 nm인 잘 분산된 나노다이아몬드를 황산과 질산을 부피비 3:1로 한 60 ml/g 에 넣어 140 ℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 후 여액의 휘발과 비산을 막기 위해 얼음조를 사용하여 약 30분 희석시킨 후 원심분리시켰다. 원심분리는 pH가 중성이 될 때까지 약10회 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 분산된 나노다이아몬드를 건조시켰다. 건조는 별도로 증발농축기를 이용하여 수분을 제거한 후, 100℃의 오븐에서 수행하였다. 상기에서 얻은 입자를 FT-IR을 통해 나노다이아몬드-COOH임을 확인하였다.
아스타잔틴(Sigma, USA) 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 1 중량비율로 혼합하여, 상기 혼합물이 1600 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입한 후, 상온에서 5시간 동안 교반하여, 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하였다.
이후, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 평균입경이 418 nm인 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 수득하였다.
<제조예 4>
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체의 제조
나노리소스의 입자분산 공정을 이용하여 제조한 평균 입자 크기가 55 nm인 잘 분산된 나노다이아몬드를 황산과 질산을 부피비 3:1로 한 60 ml/g 에 넣어 140 ℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 후 여액의 휘발과 비산을 막기 위해 얼음조를 사용하여 약 30분 희석시킨 후 원심분리시켰다. 원심분리는 pH가 중성이 될 때까지 약10회 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 분산된 나노다이아몬드를 건조시켰다. 건조는 별도로 증발농축기를 이용하여 수분을 제거한 후, 100℃의 오븐에서 수행하였다. 상기에서 얻은 입자를 FT-IR을 통해 나노다이아몬드-COOH임을 확인하였다.
아스타잔틴(Sigma, USA) 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 7 중량비율로 혼합하여, 상기 혼합물이 1600 ppm의 농도가 되도록 증류수에 투입한 후, 상온에서 5시간 동안 교반하여, 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하였다.
이후, 상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 평균입경이 243 nm인 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 수득하였다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 초속경 및 조강성 결합재, 잔골재 및 굵은골재를 강제식 혼합믹서에 투입한 후, 건배합 조건으로 3분간 혼합하고, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 혼합된 고연성 혼화제 및 물을 동시에 투입하여 2분간 혼합하여 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교용 조성물을 제조하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
잔골재 38 38 38 38 38
굵은골재 34 34 34 34 34
물 2 2 2 2 2
초속경 및 조강성 결합재 15 15 15 15 15
(중량부) 조강 포틀랜드 시멘트
(분말도: 4,730 ㎠/g)		 100 100 100 100 100
실리콘망간 슬래그 (1)
(분말도: 4,830 ㎠/g)		 45 45 45 - 45
무수석고 17 17 17 17 17
칼슘설포알루미네이트 18 18 18 18 18
칼슘 알루미노페라이트 8 8 8 - 8
지르코늄포스페이트
[제조예1]		 4 4 4 - -
산화주석 7
[통상의
산화주석 분말]		 7
[통상의
산화주석
분말]		 7
[제조예2]		 - -
크로라이트 5 5 5 - -
아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 2.8
[제조예3]		 2.8
[제조예4]		 2.8
[제조예4]		 - -
경화촉진제 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
응결지연제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
감수제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
재료분리방지제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
고연성 혼화제 11 11 11 11 11
(중량부) 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 100 100 100 100
아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 52 52 52 - 52
카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 48 48 48 - 48
시아노아크릴레이트 24 24 24 - -
글리시딜(메타)아크릴레이트 19 19 19 - 19
폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 7 7 7 - -
실란 커플링제_γ-아미노프로필트리메톡시실란 8 4 6 - 8
실란 커플링제_아졸실란[화학식1-1]
 - 4 2 - -
디올레오일포스파티딜에탄올아민 2 2 2 - -
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
공기연행제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
(1) 실리콘망간 슬래그: 산화규소(SiO2) 37.5 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 21.1 중량%, 산화칼슘(CaO) 18.7 중량%, 산화 마그네슘(MgO) 7.3 중량% 및 산화망간(MnO) 15.2 중량%인 것을 사용함.

[화학식 1-1]
Figure 112021136208984-pat00002

상기 식에서,
X는 -SH이고, Y는 -NH-이고, R은 -CH3이고, m은 5의 정수이고, n은 1이다.
아래의 시험예들은 상기에 개시한 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>
본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물을 KS F 2402에 규정한 방법에 따라 슬럼프 시험(반죽의 정도)을 수행하였다. 상기 슬럼프 시험은 콘크리트의 연도 및 점조성 등과 같은 반죽의 질기를 시험하는 것으로, 수치가 클수록 워커빌리티(Workability) 즉, 콘크리트의 타설시 작업성이 우수하다는 것을 의미한다. 상기 시간 경과에 따른 슬럼프의 변화값은 하기 표 2에 나타내었다.
슬럼프(cm) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
교반 직후 25 25 25 25 25
20분 경과 후 23 23 24 19 20
30분 경과 후 21 22 22 12 16
40분 경과 후 18 20 21 7 11
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 작업성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2>
본 발명에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물의 특성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물의 특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
건조수축(길이변화율(%)) KS F 2424 0.020 0.015 0.012 0.44 0.18
압축강도(MPa)_12시간 KS F 2405 17 19 20 9 13
압축강도(MPa)_28일 KS F 2405 28 28 31 17 19
휨강도(MPa)_12시간 KS F 2405 6.3 6.5 6.8 2.2 3.2
휨강도(MPa)_28일 KS F 2405 9.5 9.6 9.8 4.8 6.1
부착강도(MPa)_12시간 KS F 2762 2.8 3.1 3.3 0.9 1.5
부착강도(MPa)_28일 KS F 2762 3.7 3.8 4.1 1.6 2.0
염분침투저항성(coulomb) KS F 2711 761 758 733 1352 956
동결융해저항성(%) KS F 2456 90 93 94 69 82
마모저항성(mm) ASTM C 779 0.09 0.07 0.05 0.19 0.18
균열 저항성 AASHTO PP34-98 균열없음 균열없음 균열없음 균열발생 균열없음
중량변화율
(%)		 염산 일본 공업 규격 원안
[콘크리트의 용액침적에 의한 내약품성 시험 방법]		 -0.5 -0.2 -0.2 -1.3 -0.9
황산 -0.2 -0.1 -0.05 -0.9 -0.7
수산화나트륨 0.2 0.2 0 1.8 0.5
방청률 (%) KS F 2561 91 92 95 70 79
흡수율(%) KS F 4004 0.3 0.2 0.2 3.4 1.8
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1 및 2에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 건조수축에 따른 길이변화율이 적은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 3에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따른 비교용 조성물과 비교하여, 우수한 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 갖고; 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성, 내약품성, 방청률 및 낮은 흡수율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
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. 초속경 및 조강성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 50 중량%, 굵은골재 30 내지 50 중량%, 물 0.1 내지 10 중량% 및 고연성 혼화제 0.1 내지 10 중량%를 포함하고;
    상기 초속경 및 조강성 결합재는
    조강 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 실리콘망간 슬래그 40 내지 70 중량부, 석고 10 내지 30 중량부, 칼슘설포알루미네이트 10 내지 30 중량부, 칼슘 알루미노페라이트 1 내지 10 중량부, 지르코늄포스페이트 1 내지 10 중량부, 산화주석 1 내지 10 중량부, 크로라이트 1 내지 10 중량부 및 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체 0.1 내지 5 중량부를 포함하고;
    상기 고연성 혼화제는
    비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 아크릴로 니트릴-메틸(메타)크릴레이트 공중합체 40 내지 70 중량부, 카르복실레이티드 스티렌-부타디엔 공중합체 40 내지 70 중량부, 시아노아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 글리시딜(메타)아크릴레이트 10 내지 30 중량부, 폴리아미드폴리아민-에피크로로히드린 수지 1 내지 10 중량부, 실란 커플링제 1 내지 10 중량부 및 포스파티딜에탄올아민 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지르코늄포스페이트는 층상의 지르코늄포스페이트인 것이고;
    상기 층상의 지르코늄포스페이트는
    증류수에 지르코늄 화합물, 옥살산 화합물 및 인산을 1: 2 내지 4: 2 내지 4 몰비율로 혼합 및 투입하여, 수용액을 제조하는 단계;
    상기 수용액을 80 내지 110 ℃의 온도에서 교환환류시킨 후, 상온으로 냉각함으로써, 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 발생시키는 단계; 및
    상기 층상의 지르코늄포스페이트 침전물을 여과, 세정 및 건조함으로써 층상의 지르코늄포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화주석은 다공성의 이산화주석(SnO2)인 것이고;
    상기 다공성의 이산화주석(SnO2)은 증류수에 질산나트륨(NaNO3) 및 염화주석(SnCl2)을 1: 1 내지 2 중량비율로 투입 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 75 내지 95 ℃의 온도에서 수분을 증발시킨 후 질산나트륨(NaNO3), Sn(NO3)2, 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제1 복합체를 제조하는 단계; 상기 제1 복합체를 400 내지 600 ℃의 온도에서 열처리하여 질산나트륨(NaNO3), 이산화주석(SnO2), 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 제2 복합체를 제조하는 단계; 상기 제2 복합체를 세척하여 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 제조하는 단계; 및 상기 다공성 구조의 이산화주석(SnO2) 나노입자를 650 내지 950 ℃의 온도에서 열처리하여 다공성의 이산화주석(SnO2)을 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체는
    나노다이아몬드의 표면을 카르복실기로 개질하는 단계;
    아스타잔틴 및 상기 표면이 개질된 나노다이아몬드를 1: 4 내지 9 중량비율로 혼합하여, 증류수에 분산시킴으로써, 아스타잔틴이 나노다이아몬드에 흡착된 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 형성하는 단계; 및
    상기 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체가 형성되어 분산된 증류수를 원심분리하여 상등액을 제거한 후, 얻어진 침전물을 건조함으로써, 분말 형태의 아스타잔틴-나노다이아몬드 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 시공방법으로서,
    시공대상면의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 프라이머 또는 블루밍 처리하는 단계; 상기 프라이머 또는 블루밍 처리된 상부에 상기 고연성의 초속경 및 조강성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하는 단계; 타설 후, 균열 유발 및 미끄럼 저항치를 높이기 위하여 타이닝하는 단계; 타이닝 단계 후 상부의 수분증발을 방지하여 초기 소성균열을 억제하기 위하여 양생제를 살포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 시공방법.
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