KR20180027321A

KR20180027321A - 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법

Info

Publication number: KR20180027321A
Application number: KR1020170037549A
Authority: KR
Inventors: 김원화
Original assignee: 장산씨엠주식회사
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-03-14
Also published as: KR20190070897A

Abstract

차량이 주행하는 아스팔트 포장도로 또는 콘크리트 포장도로에서 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 아스팔트 또는 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하는 것을 방지하도록 아스팔트 포장 중간기층 또는 시멘트 콘크리트 포장도로에 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것으로, (a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께로 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계, (f) 상기 단계 (e)에서 형성된 불투수 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행하는 단계 및 (g) 상기 단계 (f)에서 실행된 택 코팅 상에 5~7㎝의 두께로 표층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (g)는 순차적으로 실행되는 구성을 마련하여, 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 아스팔트 또는 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

Description

방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법{Road pavement constructing method using imperviousness concrete having waterproof}

본 발명은 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것으로, 특히 차량이 주행하는 아스팔트 포장도로 또는 콘크리트 포장도로에서 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 아스팔트 또는 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하는 것을 방지하도록 아스팔트 포장 중간기층 또는 시멘트 콘크리트 포장도로에 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 관한 것이다.

최근 국가기반 시설의 확충계획에 따라 고속철도, 고속도로, 대규모 해양구조물, 지하구조물, 항만구조물, 건축물 등의 건설이 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 콘크리트 구조물의 장수명화에 관한 관심이 집중되면서 콘크리트 구조물의 내구성에 대해 인식이 높아지고, 100년 이상의 사용수명을 가진 SOC 관련 콘크리트 구조물의 필요성이 제기되고 있다. 특히 철근콘크리트 구조물의 부식으로 인한 사회적 문제점을 최소화하기 위하여 구조물의 내구성을 저하하는 요인을 제거하는 방법과 이를 예방하는 재료의 선택과 시공절차의 개선 등 내구성 향상을 위한 대책은 그 어느 때보다도 시급하다.

또 도로포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘의 발생량이 연간 600만 톤으로 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있다. 현재 국가차원에서 대량으로 발생하고 있는 건설폐기물의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위한 노력을 계속해 가고 있다.

즉, 포장도로 중에 아스팔트 콘크리트 포장(이하 '아스팔트 포장'이라 함)도로의 기층 및 중간층(이하 '중간 기층'이라 함) 아스팔트 혼합물의 지지력 부족과 연화현상에 의한 소형변형과 균열이 발생할 경우 표층을 절삭하거나 걷어내고 그 위에 덧씌우기 포장으로 유지 보수하여 사용한다. 또한, 시멘트 콘크리트 포장(이하 '콘크리트 포장'이라 함) 도로는 주행소음과 미끄럼방지를 위해 콘크리트 포장층 표면에 세로방향 홈을 만들어 평탄성과 안정성 있을 높이는 포장기술을 적용하고 있다.

이러한 아스팔트 포장의 경우 아스팔트 혼합물로 불투수성 중간기층 위에 골재 입도를 개선한 다공성 표층재로 저소음 배수성, 내마모성 표층을 시공하는 기능성 포장기술이 도심지를 통과해 소음이 우려되거나 물고임이 자주 발생하는 구간에 확대 적용하고 있다.

즉, 아스팔트 포장은 소음이 적고 평탄성도 좋고 공사 후 즉시 통행이 가능한 이점이 있지만, 기상이변에 따른 집중 호우, 폭설과 하절기 장기간 고온현상, 도로의 교통량과 중차량의 급격한 증가로 방수기능 저감으로 인한 동결현상과 아스팔트 포장 표면으로부터 미치는 영향으로 중간기층의 변형과 지내력 부족 등으로 도로 표층은 물론 중간기층 침하 등에 의한 소성변형과 균열까지 영향을 미쳐 포장수명이 단축되고 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또 콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비해 평탄성이 좋지 않고 소음도 많이 발생하고 아스팔트 포장처럼 소성변형은 없지만, 겨울철 염화칼슘 제설제 과다 사용으로 콘크리트 포장도 급격하게 파손되고, 주행소음과 배수성을 높여 수막현상과 미끄럼을 방지하기 위해 콘크리트 포장층 표면을 빗이나 갈퀴 모양의 기계로 긁어 홈은 만드는 타이닝(tining)공법과 양생이 끝나 딱딱하게 굳은 표면을 깎아내는 그루빙(grooving)공법으로 세로 방향 홈을 만들어 주행 안정성을 높이는 포장기술이나 저소음, 배수성, 내마모성 아스팔트 표층으로 시공하는 기능성 포장기술이 신설 고속도로에 많이 적용되고 있다.

구루빙은 비용이 많이 들기 때문에 콘크리트 타설 과정에서 홈을 만드는 타이닝 공법이 주로 쓰인다. 국내에서 쓰이는 표면처리 기법은 대부분 타이닝이며, 도로공사의 타이닝 홈 간격 시공기준은 18∼19㎜로 규격화하고 일반적으로 세로방향 타이닝 시공기준은 3㎜(폭) x 3㎜(깊이) x 18㎜(간격)로 알려졌다. 그러나 콘크리트 골재의 탄산화반응, 제설제인 염화칼슘 침투로 인한 열화현상, 마모저항성 부족 등에 대한 대안 기술개발이 필요하다.

또 아스팔트 포장은 하절기 고온다습한 환경에서 아스팔트의 연화(softening)현상에 의한 표층변형과 균열이 발생하여 포장체가 파손에 이르게 된다. 포장체 내부로 침투한 빗물은 포장체와 하부 중간기층 사이로 이동하면서 접합부를 이격시키고, 동절기에 결빙되어 아스팔트 포장체에서 콘크리트 표면이 알칼리 골재 반응 또는 동해 현상에 의해 떨어져 나가는 팝 아웃(Pop-out)을 유발한다.

이러한 아스팔트 포장은 시공 후 5년이 되기 전에 주행트랙에 따라 소성변형이 생겨서 심각한 주행문제를 발생시키고, 시간의 흐름과 함께 포장 재료가 점차 노화되어 결국에는 심한 균열이 발생시킨다. 이때 하부구조를 보호하기 위하여 주로 표층을 절삭하거나 걷어내고 그 위에 덧씌우기 포장을 하는 유지보수 시공을 많이 한다.

그러나 최근 도로포장의 해체 및 유지보수의 증가로 인하여 폐아스콘의 발생량이 급격히 증가하고 있어 심각한 환경오염 및 자원낭비의 문제를 야기하고 있는 실정이다. 현재 국가차원에서 대량으로 발생하고 있는 건설폐기물의 불법 매립으로 인한 환경오염의 피해를 방지하기 위해 폐아스콘을 지정부산물로 선정하고 재활용률을 선진국 수준으로 끌어올리기 위한 노력을 계속해 가고 있다.

또 종래의 보수방법으로 아스콘 또는 초속경 시멘트모르타르를 이용한 패칭 보수방법이 사용되어 왔으나 최근에는 고무성질을 가진 고분자 라텍스를 콘크리트에 혼합하여 시공할 수 있는 기술이 개발되어 시공되고 있다. 라텍스 개질 콘크리트의 작업가능 시간은 대략 20분 정도로 매우 짧으므로 현장에서 모바일 믹서를 사용하여 시공함으로 많은 문제점이 발생한다.

한편, 최근에는 초기 투자비용이 고가이지만, 내구성이 우수하여 유지관리비용을 저감할 수 있고 장기간 사용할 수 있는 개질 콘크리트인 LMC 콘크리트는 SB(styrene-butadiene)계 라텍스를 혼입하여 휨강도, 내동해성, 내마모성, 물질투과저항성 등이 매우 우수한 콘크리트이지만 시공 직후 건조수축에 의한 균열과 염화이온 침투가 다수 발생되어 포장공사와 균열보수공사를 겸하는 경우가 대다수이다.

또한, 휨강도는 약 6.0∼8.0MPa 수준으로 약 4.5MPa 정도인 일반 콘크리트에 비해 높은 반면에 휨인성 및 피로저항성은 일반콘크리트와 유사하여 사용 중 교통하중에 의한 균열발생이 높다고 알려졌다. 특히, 염소이온 침투로 인한 도로의 열화현상 문제와 사용 중에 있어서 콘크리트 포장의 단점인 주행성 불량과 교통소음의 유발 등이 문제점으로 지적되고 있다.

또 실리카흄과 PVA를 시멘트에 혼합한 PVA 섬유 콘크리트와 LMC 콘크리트의 포장두께는 일반적으로 5∼10㎝이지만 내화학성, 내염해성, 탄산화 방지성, 염소이온 저항성을 높여서 하부층과의 부착력이 우수한 재료로 시공비용이 고가이므로 교면 포장용이나 소규모 표면 보수 보강공법에 널리 사용되고 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 현장에 있는 흙을 1m 정도의 두께로 다져 형성된 노체층, 상기 노체층 위에 장착되며 투수 계수가 양호한 사질토를 1m 정도의 두께로 다져 형성된 노상층, 상기 노상층 위에 장착되며, 직경이 3cm~7cm인 폐타이어조각을 50cm 정도의 두께로 포설하여 형성된 폐타이어 동상방지층, 직경이 50mm~70mm인 자갈이나 쇄석을 상기 폐타이어 동상 방지층 위에 30cm 정도의 두께로 포설하여 형성된 쇄석 동상방지층, 직경이 30mm~50mm인 쇄석을 20cm의 두께로 상기 쇄석 동사방지층 위에 포설하며 형성된 보조기층, 아스팔트나 콘크리트를 20cm 정도의 두께로 상기 보조기층 위에 포설하여 형성된 기층 및 아스팔트나 콘크리트를 10cm 정도의 두께로 상기 기층 위에 포설하여 형성된 표층을 포함하는 도로에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 표면으로부터 일정 깊이로 흙을 파내고 다지는 단계, 투수보강층 시공재를 다짐 공정이 완료된 지반에 고정하는 단계, 투수보강층 시공재 내부에 폴리우레탄수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합, 충진하여 투수보강층을 형성하는 단계, 투수보강층 시공재의 단턱 높이까지 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트층을 형성하는 단계, 투수보강층 시공재의 높이 보다 미세하게 낮은 높이까지 합성수지제 접착제를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계 및 폴리우레탄수지, EPDM 칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합하여 일정 두께로 도포하고 다짐하여 흡수성 포장층을 형성하는 단계로 구성되는 탄성포장재 시공 방법에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 3에는 포졸란 활성을 갖는 플라이애쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag) 55 내지 75중량부, 실리카흄(silica-fume) 6 내지 12중량부, 재분산성 분말 수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 6 내지 12중량부, 고성능 감수제 4 내지 9중량부, 메타카올린(metakaolin) 6 내지 12중량부를 포함하고, 상기 실리카흄은 SiO₂(silicon oxide) 91~94중량%를 포함하고, 상기 메타카올린은 SiO₂(silicon oxide) 50~55중량%와 Al₂O₂(aluminium oxide) 40~45중량%를 포함하는 콘크리트 혼입용 구체방수재 조성물에 대해 개시되어 있다.

또한, 하기 비 특허문헌 1에서는 염소이온 확산실험을 통하여 시멘트 종류 및 환경조건이 염소이온 침투 저항성에 미치는 영향을 평가하고, 이를 위하여 보통 포틀랜드 시멘트(OPC), 2성분계 시멘트(BBC) 및 2종류의 3성분계 시멘트(TBC)와 같은 시멘트 종류와 표준 양생 및 해양폭로 환경과 같은 환경조건에 따라서 물-결합재비 43%의 콘크리트에 대한 염소이온 침투 저항성을 평가하였으며, 그 결과, 시멘트 중 OPC, 고로 슬래그 미분말 및 실리카 퓸을 혼입한 3 성분계 시멘트를 사용한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성이 환경조건에 관계없이 가장 우수한 것에 대해 기술되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0141498호(1999.02.18 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0604212호(2006.07.25 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1617722호(2016.05.04 등록)

한국콘크리트학회 2007년 가을 학술발표 논문집, 박 재임 등. '콘크리트의 염소이온 침투 저항성에 미치는 시멘트 종류 및 환경조건의 영향'

그러나 상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술은 폐타이어를 사용한 도로에 관한 것으로서, 차량이 주행하는 아스팔트 도로포장 또는 차량이 주행하는 콘크리트 도로포장에 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

또 상기 특허문헌 2는 주로 차량이 주행하지 않는 도로에서 폴리우레탄수지, EPDM 칩, 폐타이어 칩이나 재생고무 칩 등을 합성수지제 접착제와 혼합하여 흡수성 포장층을 형성하는 구조로서, 차량이 주행하는 콘크리트 도로포장 또는 아스팔트 도로포장 시공에 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 상기 특허문헌 3에 개시된 기술은 본 출원인이 출원하여 등록된 콘크리트 혼입용 구체방수재 조성물에 관한 것으로서, 차량이 주행하는 아스팔트 도로포장 시공 또는 차량이 주행하는 콘크리트 도로포장 시공에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않았다.

즉, 차량이 통행하는 도로포장은 교통하중에 의한 충격, 빗물, 기타 기상 및 환경조건 등으로부터 콘크리트 바닥판을 보호하는 동시에 주행성을 확보하는 것이다.

따라서, 포장에 사용되는 재료는 외부온도에 따른 변화가 적어야 하면 콘크리트 바닥판을 보호하기 위해 방수성이 우수한 재료가 요구된다. 특히 동절기 융빙제(제설제)의 살포로 인한 염화물 이온의 침투는 콘크리트 바닥판의 구조적 안전에 심각한 영향을 주기 때문에 염화물에 대한 저항성이 높은 재료가 필요하다.

이밖에 안전한 주행성능과 장기적인 내구성능을 가지기 위하여, 마모, 동결융해. 탄산화 등의 저항성이 있는 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로 시공방법은 유지보수 비용절감과 건설자원 절약, 환경오염을 방지할 수 있다.

한편, 종래의 기술에 의한 도로포장에서는 지반층으로 도로 표면수가 침투하지 못하도록 차수 및 방수 성능을 확보하여야 하지만, 불투수성 콘크리트 중간층을 갖는 다공성 아스팔트 포장의 택 코팅에서는 적정표준 살포량을 살포하여 최적의 부착력을 발휘하도록 하는 것이 매우 중요하며, 포설량이 과다할 경우에는 중간층과 표층 간에 밀림현상과 소성변형을 촉진시킨다는 문제가 있었다.

또 콘크리트 포장도로의 주행소음과 배수성을 높여 수막현상과 미끄럼 방지를 위해 콘크리트 포장층 표면에 타이닝(tining) 또는 그루빙(grooving) 공법으로 세로 방향 홈을 만들어 주행성과 쾌적성을 유지하는 기술이나 저소음, 배수성, 내마모성 아스팔트 표층으로 시공하는 기능성 포장기술이 신설 고속도로에 많이 적용되고 있지만 골재의 탄산화반응, 제설제인 염화칼슘 침투로 인한 열화현상, 마모저항성 부족 등에 대한 대안 기술개발이 필요하다.

또한, 겨울철 제설용 염화칼슘 과다 사용과 콘크리트 마모저항성 부족으로 포장도 급격하게 파손되고 있다. 이를 개선하기 위하여 염소이온 침투저항성과 마모저항성, 탄산화 방지, 동결융해 저항성을 증대시킨 방수성이 있는 불투수 콘크리트로 도로의 수명을 극대화시켜 유지관리비를 절감할 수 있는 고내구성 포장도로 시공기술이 필요하다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 따라 표층 또는 중간기층 아스팔트 혼합물의 지지력 부족과 고온다습한 기후에서 아스팔트 연화(softening)현상에 의한 표층변형 저항성을 개선하기 위해 방수성이 있는 불투수 콘크리트 층으로 도로의 수명을 극대화하는 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 아스팔트 중간기층에 아스팔트 혼합물 대신 마모, 염해, 탄산화, 동결융해 저항성을 증대시킨 방수성이 있는 불투수 콘크리트로 대체함으로 기상이변에 따른 집중 호우, 폭설과 하절기 장기간 고온현상, 중차량 및 급격한 교통량 증가 등에 의한 중간기층의 침하 및 소성변형에 대한 저항성을 향상시켜 주행안정성 있는 고내구성 포장도로 시공 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시공 방법은 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 차량이 주행하는 아스팔트 도로포장에 적용한 도로포장의 시공 방법으로서, (a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께로 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계, (f) 상기 단계 (e)에서 형성된 불투수 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행하는 단계 및 (g) 상기 단계 (f)에서 실행된 택 코팅 상에 5~7㎝의 두께로 표층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (g)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 시공 방법은 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 차량이 주행하는 콘크리트 도로포장에 적용한 도로포장의 시공 방법으로서, (a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께로 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계 및 (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함하고, 상기 단계 (a) 내지 단계 (e)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 도로포장의 시공 방법에서, 상기 방수재는 상기 방수재 100중량부에 대하여 포졸란 활성을 갖는 플라이애쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag) 55 내지 75중량부, 실리카흄(silica-fume) 6 내지 12중량부, 재분산성 분말 수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 6 내지 12중량부, 고성능 감수제 4 내지 9중량부, 메타카올린(metakaolin) 6 내지 12중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 도로포장의 시공 방법에서, 상기 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 300㎏, 물 177㎏, 잔골재 823㎏, 굵은 골재 973㎏, 방수재 12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 340㎏, 물 161㎏, 잔골재 852㎏, 굵은 골재 946㎏, 방수재 13㎏을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 기상이변에 따른 집중호우, 폭설에 의한 제설용 염화칼슘 과다 사용에 대한 저항성을 높인 방수성이 있는 불투수 콘크리트로 대체 사용할 경우 지내력 증대와 내구성을 향상시켜 기상이변에 따른 집중 호우, 폭설과 하절기 장기간 고온현상, 중차량 및 급격한 교통량 증가로 인한 노반지지력 저하, 지반침하, 소성변형을 최소화하는 효과로 주행안정성을 높이고 유지관리비를 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 아스팔트 포장도로에서 중간기층의 변형과 방수성 부족, 지내력 부족 등으로 표층의 소성변형과 균열, 침하, 동결융해 등의 조기파손을 방지하는 방수성이 있는 불투수 콘크리트 포장시공법은 유지보수비용 절감효과와 건설자원 절약과 환경오염을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 중간기층을 콘크리트로 한 복합 포장의 경우 저소음, 배수성, 내마모성 아스팔트 표층으로 시공하는 기능성 포장기술이 더욱 활성화되어 주행성, 안정성이 보장되는 쾌적한 도로를 저렴한 공사비로 친환경적이고 고내구성 도로로 유지관리 될 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 일반 콘크리트 포장도로의 경우 주행소음과 배수성을 높여 수막현상과 미끄럼 방지를 위해 세로 방향 홈을 만들어 주행성과 쾌적성을 유지하고 있으나, 겨울철 염화칼슘 과다 사용과 콘크리트가 수분을 흡수함으로 인한 동결융해로 콘크리트 포장도 급격하게 파손되고, 콘크리트 마모저항성 부족으로 내구성 한계를 개선하여 포장도로의 수명연장 효과와 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있다는 효과도 얻어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법에 의하면, 일반적인 아스팔트 포장도로 시공에서 아스팔트나 콘크리트를 사용하여 20㎝의 두께 보조기층 위에 기층을 형성하고 5∼7㎝ 정도의 두께로 기층 위에 중간층과 표층을 각각 형성하는 과정을 불투수 콘크리트를 형성한 후 표층을 형성하므로, 시공 과정을 단순화하고, 이에 따라 시공 시간을 단축할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 차량이 주행하는 아스팔트 도로에서 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 아스팔트 도로포장의 시공 과정을 설명하는 공정도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 차량이 주행하는 콘크리트 도로에서 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 콘크리트 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예를 도 1에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 차량이 주행하는 아스팔트 도로에서 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 아스팔트 도로포장의 시공 과정을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시공 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 차량이 주행하는 아스팔트 포장도로에 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법으로서, 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 노체를 형성한다(S10).

이어서, 상기 단계 S10에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 형성한다(S20).

다음에, 상기 단계 S20에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성한다(S30).

계속해서, 상기 단계 S30에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께, 바람직하게는 20cm의 두께로 형성한다(S40).

그 후, 상기 단계 S40에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성한다(S50).

상기 단계 S50에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함한다.

상기 일 실시 예의 AE 감수제로서는 조강형 폴리카본산계(Polycarboxilic Type) 감수제를 사용하는 것이 바람직하며, 골재 상태와 배합 조건에 따라 작업 현장에서 조절 가능하다.

상기 방수재의 함유량이 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 11㎏ 미만이면 방수성의 기능이 저하되고 12㎏를 초과하면 압축강도가 저하하게 되며, 또 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 13㎏ 미만이면 방수성의 기능이 저하되고 14㎏를 초과하면 압축강도가 저하하게 된다.

계속하여, 상기 단계 S50에서 형성된 불투수 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행한다(S60). 이와 같은 택 코팅은 상기 불투수 콘크리트층과 하기 표개질 콘크리트 또는 아스팔트 표층을 접착시켜 이탈을 방지하기 위해 실행된다.

다음에, 상기 단계 S60에서 실행된 택 코팅 상에 5~7㎝의 두께로 표층을 형성한다(S70).

상기 단계 S10 내지 단계 S70는 순차적으로 실행된다.

다음에, 본 발명의 다른 실시 예를 도 2에 따라 설명한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 차량이 주행하는 콘크리트 도로에서 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 콘크리트 도로포장 시공 과정을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 시공 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 차량이 주행하는 콘크리트 포장에 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법으로서, 먼저 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 노체를 형성한다(S100).

이어서, 상기 단계 S100에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께, 바람직하게는 1m 정도의 두께로 형성한다(S200).

다음에, 상기 단계 S200에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성한다(S300).

계속해서, 상기 단계 S300에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께, 바람직하게는 20cm의 두께로 형성한다(S400).

그 후, 상기 단계 S400에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성한다(S500).

상기 단계 S500에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함한다.

상기 다른 실시 예에서의 AE 감수제로서는 조강형 폴리카본산계(Polycarboxilic Type) 감수제를 사용하는 것이 바람직하며, 골재 상태와 배합 조건에 따라 작업 현장에서 조절 가능하다.

다음에 상술한 본 발명의 일 실시 예 또는 다른 실시 예에 적용되는 불투수 콘크리트의 배합 비율에 대해 최적의 상태를 유지하기 위한 시험 예에 대해 설명한다.

본원 발명자는 국내에서 가장 많이 사용되는 콘크리트의 압축강도(fck)로서 24MPa와 27MPa를 기반으로 하여, 차량이 주행하는 콘크리트 도로 또는 차량이 주행하는 아스팔트 도로에 적용한 도로포장의 시공 방법으로서, 일반콘크리트 대신에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공법을 마련하였다.

포장도로의 구조는 학술적으로 정립되어 있지만 어떤 소재를 최적의 조건으로 사용하여 중차량 및 급격한 교통량 증가로 인한 노반 지지력 저하, 지반침하, 소성변형을 최소화하는 효과로 주행 안정성을 높이고 친환경적이고 고내구성 도로로 유지관리비를 절감할 수 있는 포장기술이 요구된다. 따라서, 본원 발명에서는 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층으로 형성할 경우, 방수성, 마모저항성, 동결융해저항성, 탄산화저항성, 염소이온 침투저항성, 방청성이 증대하는 효과로 동절기 염화칼슘 제설제의 다량살포로 인한 부식 열화를 방지할 수 있고, 아스팔트 또는 콘크리트가 수분을 흡수함으로 인한 동결융해, 골재의 탄산화반응, 콘크리트 표면의 마모저항성 부족 등을 개선하므로 친환경적이고 고내구성 도로를 건설할 수 있는 도로포장 시공법을 마련하였다.

[ 시험 예 1 ]

하기 표 1은 본 발명의 시험 예 1에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 1에서는 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 적용되는 불투수 콘크리트의 시험 콘크리트-100 내지 105로 구분하고, 각각의 시험 콘크리트에서는 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 미만인 경우로서 24MPa을 적용하였고, 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏의 범위 내에서 각각의 성분의 배합비를 조절하고, 방수재를 10.0㎏으로 설정하고, AE 감수제를 0.02(C×%)로 설정하며, 슬럼프 (80±10)㎜, 공기량 4∼5% 기준을 만족하는 배합으로 염소이온 침투저항성, 불투수성, 마모, 동결융해, 탄산화 저항성 등을 시험하였다.

또 상기 표 1에서 W는 물(water), C는 시멘트(cement), S는 잔골재(sand), a는 골재(aggregate : 잔골재와 굵은 골재의 합)를 의미하는 것으로서, W/C는 시멘트에 대한 물의 비율을 나타내고, S/a는 총골재에 대한 잔골재의 비율을 나타낸다. 상기 표 1에서 사용된 잔골재의 비중은 2.61, 굵은 골재의 비중은 2.62이다. 상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 불투수 콘크리트는 W/C 및 S/a의 관점에서 콘크리트 1㎥당 시멘트 300㎏, 물 177㎏, 잔골재 823㎏, 굵은 골재 973㎏을 포함하는 경우(시험 콘크리트 103)가 최적임을 알 수 있었다.

따라서, 표 1의 시험 콘크리트 103에 대해 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

1. 염소이온 침투저항성의 시험

콘크리트 중 염소이온과 같은 유해이온의 확산계수 평가는 콘크리트 구조물의 내구성 확보를 위한 재료 및 배합의 선정뿐만 아니라 기존 구조물의 수명예측이나 적정 보수시기의 결정에 중요한 자료로 이용될 수 있다. 그러나 콘크리트 중의 염화물침투 및 확산특성은 구조물이 위치한 환경에 따라 확산(diffusion), 침투(permeation) 및 흡수(absorption) 등과 같은 메커니즘이 복합적으로 작용할 뿐만 아니라 장기간의 시험시간이 소요되기 때문에 결과의 해석에 많은 어려움이 있다. 친환경 합성조성물 PPS를 사용한 콘크리트의 염화물 침투저항성 및 확산특성을 파악하기 위하여 ASTM C 1202, NT Build 492 및 NT Build 443 시험방법을 적용할 수도 있다.

KS의 성능기준은 다음과 같다.

즉, 한국산업규격 KS F-4926 품질 규정에 따라 건설되는 구조물의 열화환경에 효과적으로 대응할 수 있는 콘크리트 내구성과 구축물의 사용 환경조건에 따라 물ㆍ수분의 침투를 방지하는 방수성 등의 아래 표 2의 시험항목 품질기준 이상이어야 한다.

a) 시험체 제작 및 양생 방법

모르타르 배합의 시멘트와 모래의 질량비를 1:2.45로 하고 KS F 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법)에 따라 모르타르를 혼합하며 KS L 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)의 플로우(flow) 시험기를 이용하여 기준 및 시험모르타르 모두 플로우치가 200∼215㎜인 것으로 한다. 방수재 사용량은 시멘트량의 3.75%로 믹서기에 시멘트와 방수재, 모래와 함께 물을 적당히 넣어 1차 혼합한 후에 플로우치에 맞는 잔량의 물을 넣어 혼합하는 방법으로 방수재가 충분히 혼합되도록 한다.

KS F-4926 품질 규정에 따라 내흡수 성능 시험체는 모르타르로 하고 상술한 시멘트와 모래 배합비를 기준으로 방수재를 혼합하여 시험체를 제작한다. 시험체 형틀은 안지름 150mm, 안 높이 40mm의 금속제 또는 프라스틱재로 하고 내면은 평활하게 다듬질한다. 성형은 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법)의 3.7(탬퍼)의 시멘트 플로우(flow) 시험용 탬퍼(tamper)로 각 층을 약 80회 다진다. 양생은 시험체 성형 후 24시간 동안 온도 20±3℃, 습도 80% 이상의 습기함 속에 넣어 둔다. 그 후 탈형하여 온도 20±2℃의 수중에서 재령 19일까지 양생을 실시한다. 양생 후 시험체 양면의 레이턴스(laitance) 부분을 제거하여 온도 20±2℃, 상대 습도 65±5%의 표준 상태에서 항량(抗量)이 될 때까지 최소 8일간 건조시킨다. 시험체의 크기는 100mm x 100mm x 100mm로 한다.

b) 시험 및 평가 방법

KS M ISO 6353-2(화학 분석용 시약)(R32)에서 규정하는 염화나트륨 2.5% 수용액의 온도 20±2℃에서 7일간 침적한 후 꺼내어 24시간 상온에서 건조하여 시험체를 2 분할하고, 2 분할한 시험체 단면에 질산은 0.1N 수용액을 분무하고, 연속하여 우라닌 1% 수용액을 분무하여 한 면에 3개소의 발색 부분 깊이를 측정한다. 3개의 시험체에 대해서 각각 발색 부분의 깊이를 측정하고 얻어지는 9개의 측정값의 평균값을 구하여 염소이온 침투깊이로 한다.

상기 조건에 따른 염소이온 침투저항성 시험 결과, 표 1에 개시된 본 발명에 따른 불투수 콘크리트의 염소이온 침투저항성은 2.7㎜로서, 상기 표 2에 개시된 KS 성능 기준의 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

2. 불투수성(방수성)의 시험

a) 시험체 제작 및 양생 방법

KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재) 시험기준에 따라 표준 모르타르 배합의 시멘트와 모래의 질량비를 1:2.45로 하고, 기준 및 시험모르타르 모두 플로우치가 200∼215㎜인 것으로 시편을 제작하였다. 방수성이 있는 조성물의 사용량은 시멘트량의 3.5%를 혼합한 시험체 크기는 Ø150mm x 40mm 원추형 시험체로 20℃ 항온실에서 실시하였다.

b) 시험 및 평가 방법

방수재를 포함한 시험체의 수밀성과 투수저항성을 시험실 투수 시험장치에서 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)로 감압계로 수압을 조절하고 압력계로 압력을 측정한 방법으로 제어하였다. 총 가압시간은 12시간으로 지속적으로 수압을 가하여 투수비, 투수 깊이를 측정한 결과는 다음과 같다.

즉, 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 방수재를 포함하는 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

따라서 본 발명에 따른 방수재를 포함하는 불투수 콘크리트를 불투수 콘크리트 포장도로에 사용할 수 있는 성능이 있는 것을 확인하였다.

3. 마모 저항성의 시험

본 발명에 따른 방수재를 포함한 콘크리트 마모저항성 시험 콘크리트에 대해 ASTM C779-Measuring Abrasion Resistance(B Type)의 규정에 따른 바닥 콘크리트 표면 마모 저항에 대한 표준 시험 방법은 강한 충격과 높은 응력으로 시험하는 스틸 볼 베어링 타입으로 300㎜ x 300㎜ 콘크리트 시편을 각각 3개를 제작하여 23±2℃의 항온조건에서 7일, 28일간 수중양생 후 재령 28일에 시험을 실시하였다.

시험 결과, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 1에 따라 방수재를 포함한 본 발명의 콘크리트는 내마모성이 평균 0.21㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

4. 동결융해 저항성의 시험

동결 융해에 대한 저항성 시험은 KS F 2456(급속 동결 융해에 대한 콘크리트 저항성 시험방법)에 따르고 상대 동탄성(動彈性) 계수를 구한다. 시험체 수는 5개로 하고 동결 융해 반복 300 사이클에서의 상대 동탄성 계수 중 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균값을 그 콘크리트의 상대 동탄성 계수로 하며, 동결 융해 시험 후 재령 28일 압축강도를 측정하였다. 상대 동탄성 계수의 품질 조건은 80% 이상이고, 압축강도 비율의 품질 조건은 80% 이상이다.

측정 결과, 시험 예 1에 따라 방수재를 포함한 본 발명의 콘크리트는 상대 동탄성 계수가 84.0%이고, 압축강도 비율이 85.5%로서, 동결융해 저항성의 품질 조건을 만족하였다.

5. 탄산화 저항성의 시험

콘크리트 시험체 제조 방법은 KS F 2584(콘크리트의 촉진 탄산화 시험방법)에 따른다. 시험체는 성형 후 약 24시간 경과 후 탈형하여 수중에서 27일간 양생하고 난 후 시험체를 실내 온도에서 24시간 동안 건조한 후, 촉진 탄산화 시험기에 넣고 CO₂ 농도는 5±0.2%로 하여 56일간 촉진 탄산화시킨다. 그 후 시험체를 꺼내어 시험체 총 3개의 탄산화 깊이를 측정한다. 각 시험체의 탄산화 깊이 평균값을 평균하여 이를 탄산화 깊이로 하여 아래 식으로 탄산화 깊이비를 구한다.

탄산화 깊이비 = 시험 콘크리트의 탄산화 깊이(㎜)/ 기준 콘크리트의 탄산화 깊이(㎜)

탄산화 깊이의 품질 기준은 0.8 이하이다.

측정 결과, 시험 예 1에 따라 방수재를 포함한 본 발명의 콘크리트는 탄산화 깊이가 0.78로서, 탄산화 깊이의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 2 ]

하기 표 3은 본 발명의 시험 예 2에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 2에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 1과 동일하게 하고 방수재의 사용량을 11㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 3의 시험 콘크리트 113에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 113에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.7㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 1과 같이 시험 예 2에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 2의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 2에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.19㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 84.4%이고, 압축강도 비율이 86.2%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.76으로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 3 ]

하기 표 4는 본 발명의 시험 예 3에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 3에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 1과 동일하게 하고 방수재의 사용량을 12㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 3의 시험 콘크리트 123에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 123에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.6㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 1과 같이 시험 예 3에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 3의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 3에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.17㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 3에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 84.9%이고, 압축강도 비율이 87.6%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 3에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.74로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 4 ]

하기 표 5는 본 발명의 시험 예 4에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 4에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 1과 동일하게 하고 방수재의 사용량을 13㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 4의 시험 콘크리트 133에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 133에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.8㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 1과 같이 시험 예 4에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 3의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 4에 따라 방수재를 첨가한 본 발명은 내마모성이 평균 0.18㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 4에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 83.8%이고, 압축강도 비율이 86.2%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 4에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.75로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

상기 시험 예 1 내지 4에서 알 수 있는 바와 같이, 방수재의 함량이 12㎏인 경우, 염소이온 침투저항성, 마모성, 동결융해 저항성 및 탄산화 저항성이 가장 우수하고, 방수재의 함량이 13㎏인 경우, 염소이온 침투저항성, 마모성 및 상대 동탄성 계수 등이 감소되는 것을 알 수 있었다. 즉, 상술한 바와 같은 시험에 따르면 방수재의 함량을 단순히 증가시키는 것에 의해 염소이온 침투저항성, 마모성, 동결융해 저항성 등의 특성이 향상되는 것이 아님을 알 수 있다.

따라서, 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 미만인 경우, 본 발명에 따른 방수재의 함량이 11~12㎏인 경우가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

[ 시험 예 5 ]

하기 표 6은 본 발명의 시험 예 5에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 5에서는 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 적용되는 불투수 콘크리트의 시험 콘크리트-200 내지 205로 구분하고, 각각의 시험 콘크리트에서는 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 이상인 경우로서 27MPa을 적용하였고, 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏의 범위 내에서 각각의 성분의 배합비를 조절하고, 방수재를 11.0㎏으로 설정하고, AE 감수제를 0.06(C×%)으로 설정하며, 슬럼프 (80±10)㎜, 공기량 4∼5% 기준을 만족하는 배합으로 염소이온 침투저항성, 불투수성, 마모, 동결융해, 탄산화 저항성 등을 시험하였다.

또 상기 표 6에서 W는 물(water), C는 시멘트(cement), S는 잔골재(sand), a는 골재(aggregate : 잔골재와 굵은 골재의 합)를 의미하는 것으로서, W/C는 시멘트에 대한 물의 비율을 나타내고, S/a는 총골재에 대한 잔골재의 비율을 나타낸다. 상기 표 6에서 사용된 잔골재의 비중은 2.61, 굵은 골재의 비중은 2.62이다. 상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 불투수 콘크리트는 W/C 및 S/a의 관점에서 콘크리트 1㎥당 시멘트 340㎏, 물 161㎏, 잔골재 852㎏, 굵은 골재 946㎏을 포함하는 경우(시험 콘크리트 203)가 최적임을 알 수 있었다.

따라서, 표 6의 시험 콘크리트 203에 대해 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 203에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, 본 발명에 따른 불투수 콘크리트의 염소이온 침투저항성은 2.9㎜로서, 상기 표 2에 개시된 KS 성능 기준의 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과, 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나, 본 발명에 따른 시험 예 5의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 5에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.23㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 5에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.2%이고, 압축강도 비율이 87.4%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 5에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.77로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 6 ]

하기 표 7은 본 발명의 시험 예 6에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 6에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 5와 동일하게 하고 방수재의 사용량을 12㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 7의 시험 콘크리트 213에 대해 시험 예 5와 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 213에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.9㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5와 같이 시험 예 6에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 6의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 6에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.22㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 2배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 6에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.5%이고, 압축강도 비율이 87.9%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 6에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.78로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 7 ]

하기 표 8은 본 발명의 시험 예 7에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 7에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 5와 동일하게 하고 방수재의 사용량을 13㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 8의 시험 콘크리트 223에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 223에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.7㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5와 같이 시험 예 7에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 7의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 7에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 2.0㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 2에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 87.3%이고, 압축강도 비율이 88.2%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 7에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.75로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

[ 시험 예 8 ]

하기 표 9는 본 발명의 시험 예 8에 따른 콘크리트의 배합 표를 나타낸다.

시험 예 8에서는 단위 재료 사용량 및 AE 감수재의 사용량을 시험 예 5와 동일하게 하고 방수재의 사용량을 14㎏으로 증가시켜 시험하였다.

또 상기 표 9의 시험 콘크리트 233에 대해 시험 예 1과 동일하게 1. 염소이온 침투저항성, 2. 불투수성(방수성), 3. 마모 저항성, 4. 동결융해 저항성, 5. 탄산화 저항성을 시험하였다.

상기 시험 콘크리트 113에 대한 염소이온 침투저항성 시험 결과, KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)의 염소이온 침투저항성은 2.6㎜로서, 침투깊이 3.0㎜ 이하의 품질기준을 만족하는 성능임을 알 수 있었다.

또 시험 예 5와 같이 시험 예 8에서도 고수압 조건에서 12시간 동안 시험한 결과 일반 모르타르 침투깊이가 0.3MPa(수두 30m) 및 0.5MPa(수두 50m)에서 39.6~40.4㎜로 나타났으나 본 발명에 따른 시험 예 2의 시험체는 13.2~16.5㎜가 침투되어 일반 모르타르의 기준에 비해 약 3배 정도의 방수성을 발휘하고 있음을 확인하였다.

또한, 방수재를 첨가하지 않은 일반 콘크리트의 내마모성이 평균 0.52㎜이었지만, 시험 예 8에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 내마모성이 평균 0.19㎜로서, 방수재를 첨가하지 않은 콘크리트보다 내마모성이 3배 이상 증가됨을 알 수 있다.

동결융해 저항성에 대해 측정 결과, 시험 예 8에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 상대 동탄성 계수가 85.3%이고, 압축강도 비율이 87.2%로서, 상대 동탄성 계수의 품질 조건인 80% 이상과 압축강도 비율의 품질 조건인 80% 이상의 품질 조건을 만족하였다.

또 탄산화 저항성을 측정 결과, 시험 예 8에 따라 방수재를 첨가한 본원 발명은 탄산화 깊이가 0.74로서, 탄산화 깊이의 품질 기준인 0.8 이하의 품질 기준을 만족하였다.

상기 시험 예 5 내지 8에서 알 수 있는 바와 같이, 방수재의 함량이 14㎏인 경우, 염소이온 침투저항성, 마모성 및 탄산화 저항성이 가장 우수하고, 방수재의 함량이 13㎏인 경우, 동결융해 저항성이 우수함을 알 수 있었다.

즉, 상술한 바와 같은 시험 예 5 내지 8에 따르면 방수재의 함량을 단순히 감소 또는 증가시키는 것에 의해 염소이온 침투저항성, 마모성, 동결융해 저항성 등의 특성이 향상되는 것이 아님을 알 수 있다.

따라서, 불투수 콘크리트 압축강도(fck) 27MPa 이상인 경우, 본 발명에 따른 방수재의 함량이 13~14㎏인 경우가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

다음에 본 발명에 적용되는 방수재의 성분에 대해 설명한다.

본 발명에 적용되는 방수재는 본원의 출원인이 출원하여 등록된 상기 특허문헌 3에 개시된 콘크리트 혼입용 구체방수재 조성물을 적용할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 일 실시 예 또는 다른 실시 예에서, 상기 방수재는 상기 방수재 100중량부에 대하여 포졸란 활성을 갖는 플라이에쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag) 55 내지 75 중량부, 실리카흄(silica-fume) 6 내지 12중량부, 재분산성 분말수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 6 내지 12중량부, 고성능 감수제 4 내지 9중량부, 메타카올린(metakaolin) 6 내지 12중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방수재는 플라이애쉬 64.8중량%, 실리카흄 9.25중량%, 고급지방산계 금속염 11.25중량%, 재분산성 분말 수지 0.85중량%, 리그닌설폰산염 4.6중량%, 메타카올린 9.25중량%를 포함하며, 이 한정은 본 출원인이 출원하여 등록된 특허등록 제10-16177225호를 참조하며, 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 아스팔트 포장 중간기층 또는 시멘트 콘크리트 포장도로에 적용되는 방수재는 콘크리트 제조시 첨가할 경우 화학혼화제와의 호환성이 높아 작업성이 향상되고, 물리 화학적 작용으로 수밀한 콘크리트 경화체와 내수성이 강한 수화조직을 생성시켜 콘크리트 자체 방수성을 증대시키고, 고반응성 메타카올린의 반응으로 초기강도를 높여주고 마모저항성과 충분한 방수성능을 얻을 수 있게 된다.

상술한 방수재의 각 성분에 대해 설명한다.

포졸란(Pozzolan)이란 활성이 큰 부정형(amorphous)의 실리카를 가지는 미세한 분말이며, 그 자체로는 수경성이 없으나 시멘트와 결합할 경우 시멘트의 수화반응시 생성된 Ca(OH)₂와 반응하여 안정한 불용성의 칼슘실리케이트 수화물(Calcium Silicate Hydrate; CaO-SiO₂-nH₂O)을 생성하게 되는데, 이러한 반응을 포졸란 반응이라 한다. 포졸란 반응을 통해 생성된 칼슘실리케이트 수화물은 콘크리트의 수밀성을 향상시키고 장기 재령에서 높은 강도를 발현하며, 콘크리트 유동성 개선, 수화열 감소, 알칼리 골재반응의 억제, 황산염에 대한 저항성 향상 등과 같이 콘크리트 품질을 높여준다.

상기 포졸란 활성을 갖는 실리카 혼화재는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 천연적인 것으로 규산백토(硅酸白土), 화산회(火山灰), 규조토(硅藻土), 응회암, 진주암 등에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 인공적인 것으로는 플라이애쉬, 고로 슬래그, 실리카 흄, 소성점토(燒成粘土), 소성혈암(燒成頁岩) 등에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 포졸란 활성을 갖는 플라이애쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag)와 실리카흄(silica-fume)을 사용한다.

플라이애쉬는 화력발전소 등의 연소보일러에서 미분탄을 연료로 사용하여 대략 1400℃ 정도의 고온연소과정에서 배출되는 폐가스 중에 포함된 석탄재를 집진기에 의해 회수한 것으로서 주성분은 실리카와 알루미나이다. 플라이애쉬는 통상적으로 비표면적이 3000∼4500㎠/g이고, 비중이 1.9∼2.3이며, 입자의 크기는 1∼150㎛ 정도이다.

또한, 실리카 흄은 실리콘이나 페로실리콘 등의 규소합금을 전기로에서 제조할 때 배출가스에 섞여 부유하여 발생하는 초미립자 부산물로서, 주성분은 비결정질의 실리카이다. 상기 실리카 흄은 통상적으로 비중이 2.2 정도이고, 입자의 크기는 대부분 1㎛ 이하로 평균 0.1㎛ 정도이며, 비표면적은 평균 200,000㎠/g정도이다.

본 발명에서는 방수재 100 중량부에 대해 플라이애쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag) 55 내지 75중량부와 실리카흄(silica-fume) 6 내지 12중량부를 적용하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 콘크리트의 적용 분야에 따라 가감할 수 있다.

재분산성 분말 수지는 물에 첨가시 안정하게 분산되는 것으로서, 건조나 경화 후, 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하게 된다. 즉, 콘크리트 제조시 시멘트 페이스트 속에 균일하게 분산되어 시멘트 수화에 의한 시멘트 겔(Gel)을 형성함과 동시에 시멘트 겔 표면에 폴리머 입자가 침착(沈着)되어 불용성의 피막을 형성하거나 모세관, 겔 공극을 충진하게 된다. 따라서 부재의 휨강도를 증가시키고, 시멘트 수축 등에 의해 생기는 크랙을 방지함과 동시에 시멘트의 건조 또는 경화과정에서 바인더로 작용함으로써 유기 및 무기 바탕면과의 접착력, 시멘트 모르타르의 내마모성 및 유연성을 증가시킨다.

상기 재분산성 분말 수지로는 방수재 제조시 일반적으로 사용되는 비닐 아세테이트 단중합 폴리머(Vinyl acetate Homopolymers), 비닐 아세테이트/에틸렌 공중합 폴리머(Vinyl acetate/ethylene Copolymers), 스타이렌-아크릴 공중합 폴리머(Styrene-acrylate Copolymer) 또는 에틸렌/비닐 라우레이트/비닐 클로라이드 삼중 중합 폴리머(Ethylene/vinyl laurate/vinyl chloride Terpolymer)에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 재분산성 분말 수지는 방수재 100 중량부에 대해 0.5 내지 5 중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 고급지방산계 금속염은 시멘트의 수화반응에 따라 생기는 가용성의 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응을 하여 수산기에 지방산기가 결합하여 발수성이 큰 고급지방산 칼슘을 생성하며, 발수성이 뛰어나므로 콘크리트 속의 모세관에 의한 수분의 흡수를 감소시키는 작용을 한다.

상기 고급지방산계 금속염으로는 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 암모늄, 올레인산 칼슘, 올레인산 알루미늄, 부틸 스테아레이트를 사용할 수 있으며, 그 첨가량은 통상의 구체방수재 조성물의 제조시 사용되는 범위 내에서 첨가할 수 있다.

본 발명에서 상기 고급지방산계 금속염은 방수성이 있는 불투수 콘크리트 조성물 100 중량부에 대해 6 내지 12중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고급지방산 금속염의 함량이 6중량부 미만이면 고급지방산이 방수효과를 발휘하기 힘들고, 12 중량부를 초과하면 제조과정에서 점도 상승으로 인한 에멀존화의 어려움이 있고 지방산함유량이 과다하여 콘크리트의 강도를 약화시킬 수 있다.

또한, 콘크리트는 시멘트, 골재, 화학혼화제, 물로 구성되는데 제조원가를 줄이고 성능향상을 위하여 화학혼화제(공기연행제, 감수제, 고성능 감수제)를 각각의 품질규정에 따라 사용하여 물결합재비를 낮추고 적절한 유동성과 강도증진에 사용한다. 콘크리트용 화학혼화제는 대부분 계면활성제로 리그닌 설폰산염(lignin sulphonate), 나프탈렌 설폰산염(naphthalene sulphonate), 멜라민 설폰산염(melamine sulphonate), 폴리카르본산계(poly carboxylic copolymer) 등이 있다. 그러나 구체방수재 조성물에 멜라민계나 나프탈렌계의 감수제를 사용하게 되면 콘크리트 재료와의 호환성이 없어서 슬럼프가 현저하게 떨어져 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 본 발명에서는 모든 화학혼화제와 호환성이 있고 시멘트의 분산성을 높여주는 리그닌설폰산염(lignin sulphonate)계 고성능 감수제를 사용하였다. 본 발명에서는 고성능 감수제는 방수성이 있는 불투수 콘크리트 조성물 100 중량부에 대해 4 내지 9중량부를 첨가하였다.

기존 콘크리트용 구체방수재 조성물은 기존의 다른 조성물에 비해 다소 높은 방수성을 얻을 수 있었으나, 초기강도가 낮은 점과 마모저항기능을 얻을 수 없어서 실리카흄과 유사한 기능을 발휘하지만 초기강도 증진을 위하여 본 발명에서는 고반응성 메타카올린을 사용하여 마모저항성을 미첨가한 콘크리트보다 약 3배 이상 증진시켰다.

즉, 본 발명은 고성능 콘크리트의 제조시 사용되는 혼화재료 중 하나인 고반응성 메타카올린(metakaolin)을 방수재에 적용하여 마모저항성과 방수성이 동시에 고성능화된 새로운 건설소재를 개발하게 되었다.

콘크리트 구체 방수재는 포틀랜트 시멘트 수화반응시 생성되는 수산화칼슘{Ca(OH)₂}와 수화하여 불용성 수화물을 만들어 시멘트 경화물을 치밀하게 하고 수밀성과 재료분리 저항성을 개선한다. 구체방수재에 사용되는 혼화재료로서 새롭게 마모저항성과 강도가 증진된 콘크리트를 제조할 수 있는 재료로 카올린족 광물의 메타카올린(metakaolin)을 혼합 사용하여 콘크리트와 유사한 성질 외에 시공성 향상과 자체 방수성이 콘크리트 수명과 동일한 방수 내구성을 지니고 있어 특수한 목적에 맞도록 선택하여 사용되고 있다.

메타카올린은 카올린(kaolin)을 활성화하여 카올린 내부의 결합수 및 층간수를 탈수 시킴으로서 잠재수경성을 갖도록 한 것이며, 실리카흄과 유사한 성능을 가지는 새로운 혼화재료로써 콘크리트 건설 산업에 사용되는 광물질 혼화재이다. 콘크리트에 혼합할 경우 콘크리트 내부의 수산화칼슘과 반응하여 포졸란(pozzolan) 반응을 일으키는 재료로써 메타카올린의 특성은 실리카흄과 유사하고 그 성능이 많이 비교된다.

카올린 점토에 적용할 수 있는 광물학상 어원인 ‘kaolinate'는 카올린의 대부분을 구성하고 있는 hydrated aluminum di-silicate로 보통 광물과 같이 정의된다. 카올린족 광물은 기본화학식이[Al₂SiO₂O₅(OH)₄] 또는 [Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O]이며 이에 속하는 동질 이상체로서 카올린라이트(kaolinite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite), 할로이사이트(halloysite)의 4가지가 있으며 이 중 할로이사이트 기본 조성은 카올린나이트나 기타 이상체와 같지만 과잉 수분을 함유하여 [Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O]로 되어 있는 것이 있고, 결정도도 낮은 광물이다. 할로이사이트의 층간수는 약한 가열에 의하여도 탈수되므로 시험시료를 제조할 때 매우 주의 깊게 해야 한다. 600℃ 부근의 흡열 피크는 OH기의 형태를 이루면서 결정격자(lattice)에 들어가 결정수의 탈수에 의한 것으로, 이 반응으로 카올린족 광물은 [Al₂O₃·2SiO₂]의 화학식으로 표시되는 메타카올린(meta-kaolin)으로 변한다. 이 탈수에 의한 반응열은 약 136cal/gr이다. 이 흡열 피크가 시작되는 온도는 500~530℃인데 피크의 정점은 광물의 종류에 따라서 다르다. 메타할로이사이트는 약 570℃이고, 카올린나이트의 경우는 약 600℃이지만 결정도(crystalinity)가 낮은 경우는 570℃까지 낮아진다.

열간 반응을 기초로 하여 카올린을 소성하여 메타카올린을 제조하게 되는데 조제공정은 일반적인 세라믹제조 공정과 유사하다. 먼저, 원료를 투입 후 분쇄하여 1차 건조 후 로터리 킬른(Rotary kiln)에서 소성한 후 생성된 클링커를 입도 분포를 조절하여 분쇄하여 제조하게 되는데 역시 이러한 공정에서도 중요한 변수는 많이 작용한다. 소성시간, 소성온도, 입도 분포, 원료의 성분 등 이러한 인자들을 정확하게 제어하지 못하면 균일한 제품의 메타카올린을 얻기 힘들기 때문이다. 특히 콘크리트에 사용되는 메타카올린의 경우 포졸란 특성을 가지고 있어야 하는데 이러한 재료의 특성을 가지게 하기 위해서는 카올린이 가능하면 과열이 없이 거의 완전하게 탈수가 이루어져야 한다.

메타카올린은 제조된 지역의 카올린 광물에 따라 약간의 화학조성이 변할 수도 있으며 색깔 또한 백색 및 연황색 등이 있다. 이러한 색상차이는 함유된 미량성분에 따라 변하게 되는데 주로 Fe₂O₃ 성분에 의해 차이가 발생한다. 주성분은 SiO₂와 Al₂O₃이며 S/A의 이론적 비는 1.18 정도이다. 국내에서 생산되는 메타카올린의 경우 할로이사이트질의 카올린을 원료로 하기 때문에 다른 것과 달리 Fe₂O₃ 성분 함량이 다소 높아 연황색을 띠고 있다.

메타카올린을 이용한 콘크리트의 특성은 다음과 같다.

플라이애쉬 및 슬래그를 사용할 경우 콘크리트 초기 재령의 압축강도 저하를 줄이는 한 방법으로 메타카올린을 사용하고 있으나 본 출원인이 보유한 특허 제10-0356254호의 구체방수재에 사용되는 실리카흄(Silica fume)은 높은 포졸란반응과 큰 비표면적을 가지는 특성 때문에 콘크리트의 역학적 성능 및 화학저항성을 향상시킨다. 실리카흄과 유사한 성질을 가지는 새로운 혼화재료로써 메타카올린을 실리카흄과 함께 사용하여 시험한 결과 초기 재령의 압축강도 저하를 줄이고 마모저항성이 향상됨을 알 수 있다.

메타카올린이란 균질하게 성분 조합한 점토질 카올린(kaolin)을 특수한 전 처리를 거친 후 이를 소정의 조건으로 소성하여 활성화 시킨 다음 일정한 입도로 미분화한 알루미노실리케이트(alumino-silicate)질 물질이며 시멘트에 혼합함으로써 콘크리트의 각종 물성을 현저하게 개선시키는 효과가 있다고 보고되고 있다. 또한, 단기적으로 에트린자이트(ettringite)의 생성과, 시멘트 중의 주요광물인 알라이트(alite)의 활성화로 인한 수산화칼슘과 빠르게 반응하여 초기강도를 증가시키고 중장기적으로는 시멘트와 반응시 포졸란 반응으로 콘크리트 조직이 치밀화 되어 강도 증진과 마모저항성을 향상시킨다.

본 발명에서 메타카올린(metakaolin)은 방수재 100 중량부에 대해 6 내지 12중량부를 첨가하였다.

또 본 발명에 적용되는 실리카흄은 SiO₂(silicon oxide)가 91~94% 정도이며, 메타카올린은 SiO₂(silicon oxide) 50~55%, Al₂O₂(aluminium oxide) 40~45%로 구성되어 있다.

본 발명에 적용되는 메타카올린을 이용한 콘크리트의 특성은 다음과 같다.

또 본 발명에서는 종래의 아스팔트 도로포장의 경우와 달리 방수성이 있는 불투수 콘크리트와 아스팔트 표층 간의 방수성능을 구현할 필요 없이 최적의 접착력만을 발휘하도록 KS M 2203의 RS(C)-4 또는 동등 이상의 재료를 사용하여 0.4ℓ/㎡ 이상 초과하지 않도록 고르게 살포하며, 포설량이 과다할 경우 표층의 밀림현상과 소성변형을 촉진시키므로 최적의 사용량을 적용한다.

본 발명에 따른 방수재를 포한한 불투수 콘크리트는 방수성과 염소이온 침투 저항성이 KS F 4926에서 정하는 품질기준을 모두 만족한 성능이므로, 차량이 주행하는 아스팔트 포장도로 또는 콘크리트 포장도로에서 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 아스팔트 또는 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 방수성이 있는 불투수 콘크리트를 적용한 도로포장 시공 방법을 사용하는 것에 의해 겨울철에 사용되는 제설제인 염화칼슘(CaCl)에 의해 아스팔트 또는 콘크리트 피복 열화가 진행하고 내부로 염소가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

Claims

방수성이 있는 불투수 콘크리트를 차량이 주행하는 아스팔트 도로포장에 적용한 도로포장의 시공 방법으로서,
(a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께로 형성하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계,
(e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계,
(f) 상기 단계 (e)에서 형성된 불투수 콘크리트층 상에 택 코팅을 실행하는 단계 및
(g) 상기 단계 (f)에서 실행된 택 코팅 상에 5~7㎝의 두께로 표층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함하고,
상기 단계 (a) 내지 단계 (g)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 도로포장의 시공 방법.
방수성이 있는 불투수 콘크리트를 차량이 주행하는 콘크리트 도로포장에 적용한 도로포장의 시공 방법으로서,
(a) 현장에 있는 흙을 사용하여 원지반 위에 90㎝∼110㎝의 두께로 노체를 형성하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 형성된 노체 상에 투수 계수가 좋은 사질토를 사용하여 노상을 90㎝∼110㎝ 두께로 형성하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 노상에 직경 50㎜∼70㎜인 쇄석을 사용하여 지역에 따라 40㎝∼80㎝의 두께로 동상방지층을 형성하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 형성된 동상방지층 상에 직경 30㎝∼50㎝인 쇄석을 사용하여 보조기층을 15㎝∼25㎝의 두께로 형성하는 단계 및
(e) 상기 단계 (d)에서 형성된 보조기층 상에 방수성의 조성물을 포함하는 불투수 콘크리트층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (e)에서 사용되는 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 285~315㎏, 물 168~186㎏, 잔골재 782~864㎏, 굵은 골재 924~1,022㎏, 방수재 11~12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 323~357㎏, 물 153~169㎏, 잔골재 809~895㎏, 굵은 골재 899~993㎏, 방수재 13~14㎏을 포함하고,
상기 단계 (a) 내지 단계 (e)는 순차적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 도로포장의 시공 방법.
제1항 또는 제2항에서,
상기 방수재는 상기 방수재 100중량부에 대하여 포졸란 활성을 갖는 플라이애쉬(fly-ash) 또는 슬래그(slag) 55 내지 75중량부, 실리카흄(silica-fume) 6 내지 12중량부, 재분산성 분말 수지 0.5 내지 5중량부, 고급지방산계 금속염 6 내지 12중량부, 고성능 감수제 4 내지 9중량부, 메타카올린(metakaolin) 6 내지 12중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.
제3항에서,
상기 불투수 콘크리트는 압축강도 27MPa 미만인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 300㎏, 물 177㎏, 잔골재 823㎏, 굵은 골재 973㎏, 방수재 12㎏을 포함하고, 압축강도 27MPa 이상인 경우 콘크리트 1㎥당 시멘트 340㎏, 물 161㎏, 잔골재 852㎏, 굵은 골재 946㎏, 방수재 13㎏을 포함하는 것을 특징으로 하는 시공 방법.