KR102425136B1 - 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 및 상기 바인더조성물을 이용한 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트도로 포장면이 열화된 경우 이를 보수하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시수지조성물을 주제로 하면서도 탄성체입자를 포함하여 마찰성능이 우수한 동시에 유연성이 확보되고, 저온에서도 신속한 시공이 가능한 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 및 상기 바인더조성물을 이용한 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법에 관한 것이다.

Description

미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 및 상기 바인더조성물을 이용한 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법{Epoxy binder composition having slip-resistance and method for repairing pavement of deteriorated concrete road using the binder composition}
본 발명은 콘크리트도로 포장면이 열화된 경우 이를 보수하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에폭시수지조성물을 주제로 하면서도 탄성체입자를 포함하여 마찰성능이 우수한 동시에 유연성이 확보되고, 저온에서도 신속한 시공이 가능한 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 및 상기 바인더조성물을 이용한 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설현장에서 구조재료로 가장 널리 사용되고 있는 콘크리트를 포함하는 시멘트계 재료는 우수한 압축강도, 경제성 및 내구성이 뛰어나 건설구조물의 주요 구성 재료로서 널리 사용되어 왔으나, 인장 및 휨강도가 작고 변형 능력이 작아 유해한 균열발생 후에 응력 및 내구성이 급격히 저하되는 취성재료의 문제점을 가지고 있다.
콘크리트로 시공된 콘크리트도로 포장면은 양생 전후에 초기균열, 건조수축균열 등의 미세균열 등이 발생하는데, 이는 콘크리트 구조물에서 나타나는 일반적인 균열 중 하나이다. 이러한 균열 외에 크게 차량하중 등의 외적 하중, 부등침하에 의해 균열 및 포트홀 등의 구조적인 균열(structural crack)과 철근의 부식 및 동결융해 등에 의한 비구조적인 균열(nonstructural crack)의 두 가지 균열이 더 발생할 수 있다. 또한 콘크리트 포장면은 차량의 주행, 겨울철 제설재와 기후 및 기온 변화로 균열 패임 및 콘크리트의 열화 등으로 손상이 발생되며, 공용기간이 길어질수록 손상이 커진다.
일단 콘크리트도로에 균열이나 열화 등이 발생하면, 내구성 저하, 외관손상 등으로 콘크리트도로의 치명적인 손상을 초래하여 전체적인 콘크리트도로의 수명이 단축되므로, 이러한 균열 등 손상이 보수되어야 하는데 콘크리트 포장 유지 보수에는 대형 특수 장비가 동원되며, 작업이 까다롭고 많은 비용이 소요된다.
기존에 알려진 콘크리트도로 포장면 보수 방법으로는 아스팔트 또는 콘크리트 소파보수와 아스팔트와 콘크리트를 이용한 전면 덧씌우기 개량 공법이 주로 적용되어 왔다. 다시 말해, 균열이 좁은 부위에 발생하면 발생된 균열부위만을 제거한 후 다시 포장하는 방식으로 보수하거나 균열이 넓은 부위에 발생하면 전체적으로 콘크리트 포장면을 모두 제거한 후 다시 시공하는 방식으로 콘크리트도로가 보수되어왔다.
또한, 지금까지 도로 포장면에 시공하는 박층포장은 주로 에폭시나 아크릴, 우레탄타입의 용제형수지를 사용하여 도료도색이나, 미끄럼방지포장 등에 사용되었을 뿐 열화된 콘크리트 도로의 포장면을 보수하기 위한 목적으로는 사용되지 않았다.
즉, 박층포장은 대체로 상술된 바인더를 포함하는 도료를 이용하여 횡단보도 등을 포장하는 포장재(도막)로 형성되거나 바인더를 도로에 도포한 후 미끄럼 방지를 위한 마찰 재료(규사, 모래, 제강슬래그 등)의 알갱이를 뿌려서 바인더에 고정시킴으로써 달리는 차량 속도의 미끄럼 이탈 방지를 위해 사용되었기 때문이다. 더욱이, 종래 박층포장에 사용되는 바인더는 유연성이 부족하여 균열과 탈락이 발생하며 미끄럼 방지를 위한 마찰재료(규사, 모래, 제강슬래그 등)의 알갱이가 떨어져 나가면 급격하게 미끄럼 저항성이 저하되어 박층 포장의 수명이 급격히 단축되는 단점이 있다. 그리고 기후에 따라 건조가 늦어 시공시간이 너무 오래 걸리는 단점도 있었다.
한편, 바인더로서 에폭시수지(epoxy resin)는 접착력, 기계적 물성, 내화학성이 우수하여 경화시 수축변형이 적은 장점이 있다. 특히, 디글리시딜에테르 비스페놀 A (diglycidylether of bisphenol A, DGEBA)의 2관능성 에폭시 수지는 토목, 건축 및 다양한 산업분야에 널리 사용되고 있다.
그러나 2관능성 에폭시 수지는 높은 가교밀도 때문에 구조적으로 잘 깨지는 취성(脆性, brittleness:물체에 탄성한계 이상의 힘을 가했을 때, 영구변형을 하지 않고 파괴되거나 또는 극히 일부만 영구변형을 일으키는 성질 )으로 인하여 일정부분 탄성을 요구하는 도로용 박층포장 분야에 적용하는 데 제약을 받아왔다. 뿐만 아니라, 15℃이하의 저온에서 시공하게 되면 경화시간이 길어져서 작업 후 경화지연에 따른 교통정체 원인이 유발되기도 한다.
또한 차량의 발진, 가속, 감속, 제동 등 노면에 반복된 마찰전단력이 발생하게 되고 이로 인해 마찰재료가 깨지거나 분리되어 제동거리가 길어져 사고발생율이 높아질 수 있다.
국내특허등록번호 제10-1739365호
따라서, 본 발명의 목적은 에폭시수지를 포함하면서도 유연성이 확보되고 마찰재료 탈락 후에도 마찰성능이 우수하며 저온속경화성이 우수하여 저온에서도 시공이 가능한 새로운 조성의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술된 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용함으로써 프라이머 도포가 필요 없는 방식으로 콘크리트도로 포장면의 균열 및 열화된 상태를 보수하여 콘크리트도로의 수명연장, 우수한 미관은 물론 시공비용절감 및 시공편의성도 향상되며, 마찰재료 탈락 후에도 마찰성능이 우수하며 동시에 유연성이 확보될 뿐만 아니라 저온속경화성이 우수하여 저온에서도 시공이 가능하므로 작업날씨에 제한이 적고 교통통제시간 및 사고위험을 감소시킬 수 있는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용한 콘크리트도로 포장면 보수방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 에폭시수지조성물 및 탄성체입자가 포함된 경화제조성물을 2:1 내지 3.5:1의 중량비로 포함하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화제조성물은 변성아민수지 30 내지 60 중량%, 페날카민 20 내지 50 중량%, 벤질알콜 5 내지 15중량%, 경화촉진제 1 내지 10 중량% 및 탄성체입자 3 내지 8중량%를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄성체입자는 평균입자직경이 1 ~ 3mm이고, 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR), 스티렌－부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴－부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 클로로프렌 고무(chloroprene gum), 폴리우레탄, 라텍스로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나의 재질이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 에틸렌 프로필렌 고무는 Ethylene 함량이 70%이상이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 경화촉진제는 디아릴이오도니윰 염 (diaryliodonium salt) 및 디에탄올아민을 1:2 내지 1:4의 중량비로 반응시켜 얻어지는 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 에폭시수지조성물은 비스페놀A형 에폭시수지 60 내지 80중량%, 지방족 에폭시수지 10 내지 25중량%, 벤질알콜 5 내지 15 중량%, 및 기능성첨가제 0.1 내지 1 중량%를 포함한다.
또한, 본 발명은 콘크리트도로의 포장면 중 열화된 시공영역 상의 유분 및 수분을 포함하는 이물질을 제거하는 단계; 상술된 어느 하나의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물로 상기 시공영역에 1~ 3mm의 균일한 두께를 갖도록 바인더도포면을 형성하는 단계; 상기 바인더도포면에 과량으로 골재를 살포하는 단계; 상기 바인더도포면에 골재가 침강하여 접착되도록 일정시간 유지하는 1차 양생단계; 상기 에폭시바인더조성물에 의해 고착되지 않은 잉여 골재를 제거하는 단계; 및 상기 잉여 골재가 제거된 상태로 일정시간 유지하는 2차 양생단계;를 포함하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 골재는 직경이 6mm이하이고, 내마모율이 30%이하인 골재이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바인더도포면으로 골재가 침강되어 상기 에폭시바인더조성물에 의해 과량의 골재가 접착되어 상기 에폭시바인더조성물이 노출되지 않는다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바인더도포면을 형성하기 전에 상기 시공영역에 균열이 있는 경우 균열보수재를 이용하여 균열을 보수하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 균열보수재는 상술된 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물이다.
상술된 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물은 종래 사용되지 않던 박층포장공법을 열화 콘크리트도로 포장면의 보수시 사용할 수 있는 특성을 갖도록 개발되어 우수한 접착력, 기계적 물성, 내화학성은 물론 경화시 수축변형이 적은 특성은 유지하면서도 우수한 신율 및 유연성과 마찰성능에 더하여 저온 속경화성을 갖는다.
또한, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용한 콘크리트도로 포장면 보수방법은 상술된 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용함으로써 콘크리트도로 포장면의 균열 및 열화된 상태를 보수하여 콘크리트도로의 수명연장, 우수한 미관은 물론 시공비용절감 및 시공편의성까지 향상되며, 마찰재료 탈락 후에도 마찰성능이 우수하고 저온속경화성이 우수하여 저온에서도 시공이 가능하므로 작업날씨에 제한이 적고 교통통제시간 및 사고위험을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물에 포함되는 경화촉진제를 구성하는 화합물의 분자구조를 나타낸 것이다.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 발명 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 제1기술적 특징은 에폭시수지를 포함하여 에폭시수지가 갖는 장점 즉 우수한 접착력, 기계적 물성, 내화학성은 물론 경화시 수축변형이 적은 특성은 유지하면서도 동시에 유연성이 확보되고 마찰재료 탈락 후에도 마찰성능이 우수하며 저온속경화성이 우수한 새로운 조성의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물에 있다.
또한, 본 발명의 제2기술적 특징은 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용함으로써 콘크리트도로 포장면의 균열 및 열화된 상태를 보수하여 콘크리트도로의 수명연장, 우수한 미관은 물론 시공비용절감 및 시공편의성이 향상되며, 시공 후 상부 표면의 마찰재료가 박리, 탈락 후에도 어느 정도 마찰성능도 유지될 수 있고 저온속경화성까지 우수하여 저온에서도 시공이 가능하므로 작업날씨에 제한이 적고 교통통제시간 및 사고위험을 감소시킬 수 있는 콘크리트도로 포장면 보수방법에 있다.
다시 말해, 본 발명자들은 열화 콘크리트도로 포장면의 보수시 종래 사용되지 않던 박층포장공법을 활용하기에 적합한 특성을 갖도록 에폭시수지를 포함하는 박층포장조성물을 개발하였으며, 이를 이용하는 본원발명의 보수방법은 공용중인 콘크리트도로의 열화된 포장면을 전면 보수할 수 있는데, 두께가 5mm 이내이므로 기존 포장면과의 단차가 거의 발생하지 않아 주변 배수 구조물의 높이 조절을 하거나 포장면의 높이 조절을 위해 기존 포장을 절삭함으로써 발생하는 절삭비용과 절삭물 폐기 비용이 발생하지 않으므로 경제성이 우수하며, 저온속경화성이 우수하여 10℃ 이하의 저온에서도 시공이 가능하므로 작업날씨에 제한이 적고 교통통제시간 및 사고위험을 감소시킬 수 있고, 바인더조성물도포면에 마찰재료가 형성하는 텍스쳐(패턴 형태의 요철)로 마찰력 증대 효과가 발생하여 주행 차량의 미끄럼을 방지할 수 있으며, 상부면의 마찰재료가 탈락 또는 박리되었을 경우에도 바인더조성물에 함유된 탄성체입자가 타이어바닥면과 밀착되어 마찰력을 증대시킬 수 있어 미끄럼저항성을 부여할 수 있기 때문이다. 또한, 종래 폴리머콘크리트 또는 폴리머모르타르와는 달리 폴리머가 자외선에 노출되는 것을 마찰재료가 막아줌으로써 바인더조성물의 수명을 연장하는 효과도 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물은 에폭시수지조성물 및 탄성체입자가 포함된 경화제조성물을 2:1 내지 3.5:1의 중량비로 포함한다. 에폭시수지조성물 및 탄성체입자가 포함된 경화제조성물의 중량비가 2:1 미만이면 물리, 화학적 물성이 현저히 저하되며, 3.5:1을 초과하면 경화불량이 발생하고 또 저온에서 경화속도가 느려지는 문제가 발생할 수 있다.
에폭시수지조성물은 주제로 사용되는데 비스페놀A형 에폭시수지 60 내지 80중량%, 지방족 에폭시수지 10 내지 25중량%, 벤질알콜 5 내지 15 중량%, 및 기능성첨가제 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. 여기서, 비스페놀A형 에폭시수지는 에폭시 당량이 150 ~ 300인 에피클로로히드린과 비스페놀 에이를 반응시켜 얻어진 수지로서, 주제를 이루는 에폭시수지조성물에 60 내지 80중량% 포함될 수 있다. 액상의 비스페놀 에이형 에폭시 수지의 양이 60중량% 미만이면, 신율은 상승하나 인장강도는 낮아지고, 80중량%를 초과하면 인장강도는 상승하나 신율이 저하된다.
지방족 에폭시수지는 점도저하 및 유연성을 향상시켜주는 기능을 수행하는데, 지방족 알콜과 에피클로로히드린을 사용하여 에폭시화함으로써 얻어진 물질로서 glycerol diglycidyl ether (GDE), Carboxylic acid glycidyl ester,Butyl glycidyl ether,Butyl glycidyl ether, Poly(propylene glycol)diglycidyl ether, Neopentyl diglycidyl ether 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 지방족 에폭시수지의 함량이 10중량%미만이면 점도가 높아 현장작업성 저하 및 유연성이 저하되는 문제가 있고 25중량%를 초과하면 인장강도 및 경도 등 물리적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
벤질알콜은 에폭시수지의 희석제 기능을 수행하는데, 그 함량이 5중량%미만이면 점도가 상승하여 작업성에 문제가 있고 15중량%를 초과하면 인장강도 및 경도가 떨어지고 또 저점도화가 되어 콘크리트 내부로 침투되어 도막두께가 얇아지는 문제가 있을 수 있다.
기능성첨가제는 파포성능을 수행하는데, 폴리실록산 용액이 함유된 실리콘계 물질로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있으며. 그 함량이 0.5중량% 미만이면 의도하고자 하는 기능성을 발휘하지 못하고 1.5 중량%를 초과하면 수지와의 상분리 문제가 발생할 수 있다.
경화제조성물은 주제로 사용되는 에폭시수지조성물을 저온에서도 신속하게 경화되도록 경화속도를 향상시키는 동시에 박층포장에 적합한 특성을 부여하기 위한 조성물로서, 변성아민수지 30 내지 60 중량%, 페날카민 20 내지 50 중량%, 벤질알콜 5 내지 15중량%, 경화촉진제 1 내지 10 중량% 및 탄성체입자 3 내지 8중량%를 포함할 수 있다.
변성아민수지는 에폭시 경화제로 사용되는 공지된 변성아민계화합물이면 제한되지 않지만, 바람직하게는 Isophorondiamine(IPDA) 변성아민수지, meta-Xylenediaminem(MXDA) 변성아민수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 아민가가 190 내지 500 mg KOH/g인 변성아미수지가 보다 바람직할 수 있다. 30중량% 미만이면 점도가 높아 작업에 어려움이 있고 60 중량%를 초과하면 강도증가에 의한 신율저하 문제가 발생할 수 있다.
페날카민은 저온에서의 경화에 도움을 주는데, 경화제조성물에서 그 함량이 20중량% 미만이면 경화속도가 늦어지고 50 중량%를 초과하면 점도가 높아 혼합불량으로 인한 문제가 발생할 수 있다. 페날카민 또한 아민가가 190 내지 500 mg KOH/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
벤질알콜은 에폭시수지의 희석제 기능을 수행하는데, 그 함량이 5중량%미만이면 점도가 상승하여 작업성에 문제가 있고 15중량%를 초과하면 인장강도 및 경도가 떨어지고 저점도화가 되어 콘크리트 내부로 침투되어 도막두께가 얇아지는 문제가 있을 수 있다.
경화촉진제는 에폭시수지조성물이 10℃이하의 저온에서 신속하게 경화되도록 경화를 촉진하는 역할을 수행하는데, 도 1에 도시된 분자구조를 갖는 디아릴이오도니윰 염 (diaryliodonium salt) 및 디에탄올아민을 1:2 내지 1:4의 중량비로 용매에 용해한 후 상온에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 사용된 용매를 추출하여 얻어진 액상물질이다. 여기서 사용되는 용매는 케톤계 용매이기만 하면 제한되지 않으나 일 구현예로서 Acetone, MEK((Methyl Ethyl Ketone), Ethylacetate으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 디아릴이오도니윰염 및 디에탄올아민을 반응시켜 얻어진 액상물질을 경화촉진제로 사용하게 되면 디아릴이오도니윰 영역에서 에폭시수지조성물에 포함된 에폭시기를 저온에서도 개환시켜 저온경화 특성을 부여하고 디에탄올아민 영역은 경화를 보다 촉진시키는 역할을 수행하여 주제인 에폭시수지조성물이 저온속경화성을 나타내게 된다.
탄성체입자는 에폭시수지조성물에 유연성을 부여하여 우수한 신율을 나타내게 할 뿐만 아니라 미끄럼저항성을 부여하는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물로 박층포장면을 형성하게 되면 딱딱한 에폭시수지가 탄성체입자에 의해 상대적으로 유연해지며, 에폭시바인더조성물 상에 접착된 마찰재료가 박층포장면의 사용기간이 길어져 탈락되는 경우, 외부로 에폭시바인더수지면이 노출되더라도 탄성체입자로 인해 미끄럼방지 효과를 부여하여 안전성을 확보 할 수 있기 때문이다. 여기서, 탄성체입자는 에폭시수지조성물의 경화에 영향을 주지않고 탄성체이기만 하면 공지된 모든 물질이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR), 스티렌－부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴－부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 클로로프렌 고무(chloroprene gum), 폴리우레탄, 라텍스로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나의 재질일 수 있다. 보다 바람직하게는 에틸렌 프로필렌 고무일 수 있는데, 특히 Ethylene 함량이 70%이상인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)재질로서 평균입자직경이 1 ~ 3mm인 것일 수 있다. 탄성체입자는 경화제조성물에 3 내지 8중량%를 포함될 수 있는데, 탄성체입자가 3 중량% 미만으로 포함되면 미끄럼저항성 및 유연성이 제대로 나타나지 않고, 8 중량%를 초과하면 마찰재료의 침적이 적어져 차량의 발진, 가속, 감속, 제동 등 노면에 반복된 마찰전단력에 의해 박리 및 탈락현상이 발생할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법은 콘크리트도로의 포장면 중 열화된 시공영역 상의 유분 및 수분을 포함하는 이물질을 제거하는 단계; 상술된 어느 하나의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물로 상기 시공영역에 1~ 3mm의 균일한 두께를 갖도록 바인더도포면을 형성하는 단계; 상기 바인더도포면에 과량으로 마찰재료를 살포하는 단계; 상기 바인더도포면에 마찰재료가 침강하여 접착되도록 일정시간 유지하는 1차 양생단계; 상기 에폭시바인더조성물에 의해 고착되지 않은 잉여 마찰재료를 제거하는 단계; 및 상기 잉여 마찰재료가 제거된 상태로 일정시간 유지하는 2차 양생단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 이물질을 제거하는 단계는 보수하고자 하는 시멘트콘크리트 도로 에서 건전한 상태의 바탕면을 형성하기 위해 고압세척이나 고압 에어건 등 공지된 수단을 이용하여 물기, 먼지, 페인트 및 오염물질 등을 포함한 각종 이물질을 제거하여 수행될 수 있다.
바인더도포면을 형성하는 단계는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 상술된 구성을 갖도록 재료믹싱기 등을 이용하여 준비한 후 도포시 고무밀대 등 공지된 도포수단을 이용하여 이물질이 제거된 시공영역에 도포두께가 1~ 3mm로 얇은 초박층형태로 균일하게 도포하여 수행될 수 있다.
마찰재료를 살포하는 단계는 바인더도포면에 마찰재료를 살포할 수 있기만 하면 공지된 모든 방법이 사용될 수 있으므로 마찰재료는 다양한 형태로 분사하여 바인더도포면에 살포할 수 있으나, 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 통해 접착될 수 있는 마찰재료량보다 과량으로 살포하여 콘크리트도로 표면에 최대한 많은 양의 마찰재료가 부착할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 일 구현예로서 차량의 후면 전체에 길게 형성되어 장착된 마찰재료가 저장되어 있는 마찰재료통을 이용하여 중력을 이용한 자연 유하(상부에 있는 유체가 중력의 작용에 의해 아래로 흐르는 것)방식으로 바인더도포면에 과량으로 균일하게 살포할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 마찰재료는 골재 등 직경이 6mm이하이기만 하면 공지된 마찰재료를 사용할 수 있지만, 보다 바람직하게는 직경이 3mm 내지 6mm이고, 마모율이 30%이하의 내마모성이 우수한 골재를 사용할 수 있다. 내 마모율이 30%를 넘으면 공용 중 마모 발생으로 포장면의 수명이 급격하게 저하될 수 있기 때문이다.
1차 양생단계는 바인더도포면에 골재가 침강하여 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물이 노출되지 않게 접착되도록 일정시간 유지하여 수행되는데 상온(20℃)일 경우에는 1시간 ~ 2시간, 저온(10℃ 이하)일 경우 2시간 ~ 4시간 동안 수행될 수 있다.
잉여골재를 제거하는 단계는 1차 양생단계 이후에 바인더도포면에 살포된 골재 중 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물에 의해 바탕면에 접착되지 않은 골재를 제거하여 수행되는데, 에어건 또는 진공흡입장치 등 공지된 청소수단을 이용하여 잉여골재를 흡입 및 청소를 하여 수행할 수 있다.
2차 양생단계는 잉여 골재가 제거된 상태로 일정시간 유지하여 수행되는데, 상온(20℃)일 경우에는 1시간 ~ 2시간, 저온(10℃이하)일 경우에는 90분 ~ 150분 동안 수행될 수 있다. 이와 같이 2차 양생단계가 수행되면 열화콘크리트표면의 크랙보수 및 방수성능과 미끄럼방지기능이 우수한 박층포장재가 구현되는 효과가 있다.
필요한 경우 바인더도포면을 형성하기 전에 상기 시공영역에 균열이 있는 경우 균열보수재를 이용하여 균열을 보수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 균열보수재는 콘크리트 도로에 생긴 균열을 메우기 위해 사용될 수 있기만 하면 제한되지 않지만, 특히 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 균열에 주입하여 균열을 보수한 다음 박층포장면을 형성하게 되면 균열보수재와 박층포장면이 동일한 물성을 갖게 되므로 다른 종류의 균열보수재를 사용하는 경우와 비교하여 보수된 도로면의 물성이 우수하다.
실시예 1 내지 9
1. 에폭시수지조성물 준비
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성성분을 제시된 함량으로 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 에폭시조성물을 준비하였다(단위 : 중량%).
조성성분 에폭시수지조성물
1 2 3
비스페놀A형에폭시수지((YD-128, 국도화학) 70 80 60
지방족에폭시수지(PG-207,국도화학) 20 10 30
벤질알콜 9 9 9
기능성첨가제(BYK-141, BYK-Chimie) 1 1 1
여기서, 기능성첨가제는 파포성능이 있는 것을 사용하였다.
2. 경화제조성물 준비
하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성성분을 제시된 함량으로 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 경화제조성물1 내지 3을 준비하였다(단위 : 중량%).
조성성분 경화제조성물
1 2 3
변성아민수지 60 55 53
페날카민 25 25 22
벤질알콜 10 10 7
경화촉진제 2 5 10
탄성체입자 3 5 8
경화제조성물1에 사용된 변성아민수지는 지환족변성아민수지로서 KH-816(국도화학)가 사용되었으며, 경화제조성물2 및 3에 사용된 변성아민수지는 지방족변성아민수지로서 각각 KH-5207(국도화학), DM-825(DNC)가 사용되었다. 페날카민은 Cardolite 2001(Cardolite사)이 사용되었다. 경화촉진제는 디아릴이오도니윰 염 (diaryliodonium salt) 및 디에탄올아민을 1:3의 중량비로 MEK에 용해한 후 상온에서 2시간 동안 교반하면서 반응시킨 후 MEK를 추출하여 제조된 액상물질을 사용하였다. 탄성체입자는 평균직경 2mm인 EPDM[Ethylene Propylene Diene Monomer, 금호폴리켐 KEP960N(F)]을 사용하였다.
3. 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 준비
하기 표 3에 나타낸 바와 같이 에폭시수지조성물1 내지 3 중 어느 하나와 경화제조성물 1 내지 3 중 어느 하나를 각각 2.5 :1의 중량비로 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 실시예1 내지 실시예9를 수행하고 그 결과로서 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물1 내지 9를 준비하였다(단위: 중량비).
경화제조성물
1 2 3
에폭시수지조성물 1 실시예1 실시예2 실시예3
2 실시예4 실시예5 실시예6
3 실시예7 실시예8 실시예9
비교예 1 내지 3
1. 비교예경화제조성물 준비
하기 표 4에 나타낸 바와 같은 조성성분을 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 비교예경화제조성물1 내지 3을 준비하였다.
조성성분 비교예경화제조성물
1 2 3
변성아민수지 55 60 52
페날카민 25 25 25
벤질알콜 10 9 9
경화촉진제 5 5 5
탄성체입자 5 1 9
비교예경화제조성물1에 사용된 변성아민수지는 지환족변성아민수지로서 KH-816(국도화학)가 사용되었으며, 경화제조성물2 및 3에 사용된 변성아민수지는 지방족변성아민수지로서 각각 KH-5207(국도화학), DM-825(DNC)가 사용되었다. 페날카민은 Cardolite 2001(Cardolite사)이 사용되었다. 경화촉진제는 시중에 유통되는 범용 경화촉진제인 KH-3001(국도화학)을 사용하였다. 탄성체입자는 평균직경 2mm인 EPDM[Ethylene Propylene Diene Monomer, 금호폴리켐 KEP960N(F)]을 사용하였다.
2. 비교예에폭시바인더조성물 1 내지 3 준비
실시예1에서 준비된 에폭시수지조성물1과 비교예경화제조성물 1 내지 3 중 어느 하나를 각각 2.5 :1의 중량비로 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 비교예1 내지 비교예3을 수행하고 그 결과로서 비교예에폭시바인더조성물1 내지 3을 준비하였다(단위: 중량비).
실험예
실시예 1 내지 9에서 제조한 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물1 내지 9 및 비교예1 내지 3에서 제조된 비교예에폭시바인더조성물1 내지 3을 이용하여 각각 1m ㅧ 1m 크기의 콘크리트 시편에 3mm 두께가 되도록 압축공기를 이용하여 스프레이 방식으로 코팅한 바인더도포면이 형성된 콘크리트시편을 제조하였다. 인장강도 및 신장율 측정은 콘크리트 시험편으로 측정 할 수 없기 때문에 별도로 인장강도 시험편 제작을 위한 몰드에 바인더조성물을 도포하여 제작하였다. 바인더도포면이 형성된 콘크리트시편 및 인장강도, 신장율 측정용 시편을 대상으로 하기와 같이 물성을 측정하고 그 결과를 표 5에 나타내었다.
1. 압축강도 시험
ASTM C 579 method B법을 준용하여 바인더조성물과 표준모래를 1:4로 섞은 것을 시편으로 하여 압축강도를 측정하였다. 24시간 양생 후 최소 35.0Mpa 이상이어야 한다. 다만 본 발명에서는 초기 압축강도 즉 24시간 경과 후 바로 압축강도 측정을 실시하였는데, 차량통행이 가능한 Service time을 줄이는 목적이 있기 때문이다.
2. 인장강도 시험
ASTM D 638법에 따라 별도몰드에서 제작한 시험편으로 인장강도를 측정하였다. 14 ~ 35 MPa 이면 도로포장면에 사용되기에 적합하다.
3. 신장율 시험
ASTM D 638법에 따라 별도몰드에서 제작한 시험편으로 신장율을 측정하였다. 30 ~ 70 %면 도로포장면에 사용되기에 적합하다.
4. 부착강도 실험
바인더도포면과 콘크리트시편과의 부착강도는 ASTM D4541에 의하여 측정하였다. 1.7Mpa이상이면 도로포장면에 사용되기에 적합하다.
5. T.F.T 시험
3㎜ 두께로 바인더도포면을 콘크리트 시편에 형성한 후 골재를 포설 한 다음 엄지손가락으로 눌렀을 때 접착성은 있으나 묻어나지 않는 상태까지의 경과된 시간으로 측정하였다.
6. 미끄럼저항 측정(BPN 측정)
3㎜ 두께로 바인더도포면을 콘크리트 시편에 형성 및 건조 후 물을 뿌려 미끄럼저항을 측정하였다.
7. 굴곡성(유연성)시험
3㎜ 두께로 별도몰드에서 제작한 시험편으로 굴곡성시험기를 이용하여 유연성을 측정하였다.
초기
압축강도
(Mpa)		 인장강도
(MPa)		 신장율(%) 부착강도
(Mpa)		 T.F.T
(hrs)
(10℃)		 미끄럼저항 굴곡성
(유연성)
콘크리트
포장체		 실시예1 45 18.8 38 2.1 4 70 양호
실시예2 43 17.9 40 2.0 3 71 양호
실시예3 40 16.2 42 2.1 2 71 양호
실시예4 48 19.4 38 2.4 4 71 양호
실시예5 47 18.5 36 2.1 3 71 양호
실시예6 45 17.0 39 2.0 2 72 양호
실시예7 40 17.1 46 1.8 3 70 양호
실시예8 39 16.3 40 1.9 2 71 양호
실시예9 38 16.1 48 2.0 2 72 양호
비교예1 26 16.6 36 1.9 24 70 보통
비교예2 30 18.5 30 2.1 24 54 미흡
비교예3 23 14.6 38 2.0 23 72 보통
상술된 실험결과로부터, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물을 이용하여 콘크리트 포장면에 형성된 바인더도포면은 콘크리트도로로 사용되기에 적합한 물성을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 초기 압축강도의 경우 콘크리트도로포장면에 요구되는 24시간 양생 후 최소 35.0Mpa 이상보다 안정적인 약 38~48Mpa로 규격내 품질목표를 유지하고 있으며, 콘크리트 도로포장면에 요구되는 인장강도도 16~19Mpa 수준으로 안정한 수준을 유지하고 있다. 저온속경화성을 나타내는 T.F.F 결과를 살펴보면, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물1 내지 9에 포함된 본 발명에서 제조된 신규경화촉진제가 다량 함유될수록 저온속경화성이 우수해지는 것을 알 수 있다. 즉, 범용의 경화촉진제가 사용된 비교예바인더조성물1 내지 3과 비교하면 경화시간이 적어도 5배 이상 단축되는 것을 확인할 수 있기 때문이다. 또한 신장율에 있어서도 실시예에서는 전체적으로 규격내 품질목표를 유지하고 있으며, 경화제 조성물에 3내지 8중량% 탄성체입자가 포함된 경우 미끄럼저항 및 굴곡성(유연성)이 양호함을 확인하였다.
특히, 탄성체입자가 최적으로 포함된 비교예1과 함량미만인 비교예2를 비교하면 미끄럼저항 및 굴곡성(유연성)에서 큰차이를 보이고 있으며 함량이 초과된 비교예3과 비교하여도 초기압축강도 및 인장강도가 떨어지면, 구체적인 실험예로 제시하지는 않았으나 골재의 침적이 적어지므로 차량의 발진, 가속, 감속, 제동 등 노면에 반복된 마찰전단력에 의해 박리 및 탈락현상이 발생되었다.
이와 같이, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물은 탄성체입자를 포함함으로써 시공 후 박층포장면의 사용기간이 길어져 골재가 탈락되어 에폭시바인더도포면이 노출되더라도 미끄럼방지 효과를 부여하여 안전성 확보와 더불어 도막의 유연 특성에 기인하여 교량부위의 경우 도로특성상 움직임에 대한 추종성도 확보하는 등 박층포장면을 이루는 바인더도포면의 물성에 유의미한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
또한, 에폭시바인더조성물은 저온에서 경화되는데 장시간 걸리는데, 특히 표면온도가 15℃인 경우와 비교하여 10℃이하가 되면 통상 5배 이상 더 걸리는 것을 고려하면, 본 발명의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물은 신규경화촉진제를 사용함으로써 공지된 경화제조성물과 에폭시수지로 이루어진 에폭시바인더조성물의 저온속경화성의 한계를 뛰어넘어 경화속도가 현저히 향상시킬 수 있어 시공편의성이 극히 우수함을 알 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 에폭시수지조성물 및 탄성체입자가 포함된 경화제조성물을 2:1 내지 3.5:1의 중량비로 포함하는데,
    상기 경화제조성물은 변성아민수지 30 내지 60 중량%, 페날카민 20 내지 50 중량%, 벤질알콜 5 내지 15중량%, 경화촉진제 1 내지 10 중량% 및 탄성체입자 3 내지 8중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성체입자는 평균입자직경이 1 ~ 3mm이고, 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR), 스티렌－부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴－부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 클로로프렌 고무(chloroprene gum), 폴리우레탄, 라텍스로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에틸렌 프로필렌 고무는 Ethylene 함량이 70%이상인 것을 특징으로 하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화촉진제는 디아릴이오도니윰 염 (diaryliodonium salt) 및 디에탄올아민을 1:2 내지 1:4의 중량비로 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에폭시수지조성물은 비스페놀A형 에폭시수지 60 내지 80중량%, 지방족 에폭시수지 10 내지 25중량%, 벤질알콜 5 내지 15 중량%, 및 기능성첨가제 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물.
  7. 콘크리트도로의 포장면 중 열화된 시공영역 상의 유분 및 수분을 포함하는 이물질을 제거하는 단계;
    제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물로 상기 시공영역에 1~ 3mm의 균일한 두께를 갖도록 바인더도포면을 형성하는 단계;
    상기 바인더도포면에 과량으로 골재를 살포하는 단계;
    상기 바인더도포면에 골재가 침강하여 접착되도록 일정시간 유지하는 1차 양생단계;
    상기 에폭시바인더조성물에 의해 고착되지 않은 잉여 골재를 제거하는 단계; 및
    상기 잉여 골재가 제거된 상태로 일정시간 유지하는 2차 양생단계;를 포함하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 골재는 직경이 6mm이하이고, 내마모율이 30%이하인 골재인 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 바인더도포면으로 골재가 침강되어 상기 에폭시바인더조성물에 의해 과량의 골재가 접착되어 상기 에폭시바인더조성물이 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 바인더도포면을 형성하기 전에 상기 시공영역에 균열이 있는 경우 균열보수재를 이용하여 균열을 보수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 균열보수재는 제1항의 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물인 것을 특징으로 하는 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법.
KR1020220015756A 2022-02-07 2022-02-07 미끄럼저항성 에폭시바인더조성물 및 상기 바인더조성물을 이용한 열화 콘크리트도로 포장면 보수방법 KR102425136B1 (ko)

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