KR102644895B1

KR102644895B1 - 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법

Info

Publication number: KR102644895B1
Application number: KR1020220122092A
Authority: KR
Inventors: 곽은구; 한상일
Original assignee: 주식회사 씨큐알; 곽은구
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2042-09-27

Abstract

본 발명은 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고가의 초속경 시멘트 콘크리트를 대체하고, 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트, 조강 시멘트 콘크리트 보다 양생기간을 단축시키며, 균열저항성을 향상시키기 위하여, 아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성되는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법에 관한 것이다.

Description

균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법{CEMENT CONCRETE COMPOSITION HAVING EXCELLENT ANTI-CRACK PROPERTY FOR BRIDGE DECK OVERLAY CONCRETE PAVEMENT AND THE COSTRUCTION METHOD OF BRIDGE DECK OVERLAY CONCRETE PAVEMENT USING THE SAME}

일반적으로 콘크리트 구조물은 시간 경과와 환경의 영향, 소성수축, 건조수축, 피로현상 등 영향으로 강도저하, 균열 등으로 인해 치명적인 결함을 초래할 수 있다.

콘크리트 구조물 중에서 도로 노면이나 교량의 바닥판 등에서도 차량 하중에 의한 열화, 환경적 요인에 의한 부식이나 침식이 많이 발생하며, 이들 부위에 대한 보수와 이들 요인에 의한 콘크리트 구조물의 성능저하를 방지하기 위한 예방이 필요하다.

이러한 보수보강 공사에는 과거에는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하여 이루어졌으나, 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 의한 보수보강 공사는 양생에 많은시간이 소요되어 도로의 교통체증을 유발하고 있다.

그리고 양생시간을 단축하기 위해서는 초속경 시멘트를 사용할 수 있으나 초속경 시멘트는 가격이 높으며, 빠른 강도발현에는 효과적이나, 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 높은 수화열과 건조수축으로 인해 구조물 내부에 내부응력이 잔류하게 되고 미소균열이 발생하기 쉽고, 이러한 미소 내부결함은 콘크리트 구조물의 역학적 특성에 직간접적으로 영향을 미쳐 콘크리트 구조물의 안정성에 악영향을 미칠수 있다.

한편, 상기와 같은 콘크리트 구조물로서 교량은 하천, 해안, 도로 등의 상부를 지나갈 수 있도록 가설된 고가 구조물을 총칭하는 것으로, 이러한 교량의 표면에는 차량 등이 원활하게 통행할 수 있도록 포장공사를 함으로써 교면 포장층을 형성한다.

특히, 교면 포장은 교통 하중을 직접 전달하는 부분으로서, 반복되는 교통하중에 적합한 강도 및 균열저항성을 가져야 하고 빗물 등의 수분에 노출되어 있는 관계로 방수 성능을 가질 것이 요구되며 특히, 염화물이온의 침투에 의해 철근이 부식되는 것을 방지하기 위하여 낮은 염소이온 투수성을 가질 것이 요구된다.

그러나, 교면 포장은 중차량 통행에 따른 소성 변형과 충격에 따른 파손, 지역적 특성에 따른 기후 변화, 동결 융해에 대한 영향, 장대 교량의 경우 처짐 진동에 따른 영향, 우수 및 염소 이온 등의 침투로 인한 철근의 부식 및 이에 따른 교량 상판 콘크리트의 손상 촉진 등의 원인에 의해 손상이 일어나기 쉽다.

이와 같이 교면 포장에 손상이 발생하는 경우, 파손된 부분을 제거하고 그 부분을 보수해야 하는데, 특히 교량의 보수에 있어서는 장기간 교량 폐쇄시 교통 체증이 발생하게 되므로 교량 보수 공사는 빠른 시간에 신속하게 이루어질 필요가 있다.

또한, 기존 포장과의 접합이 우수해야 하고, 장기 강도 및 내구성이 우수하여 보수 효과가 장기간 유지되어야 한다.

그러나, 기존의 교량 보수 공법은 주로 아스팔트 덧씌우기, 폴리머 콘크리트 박층 포장 보수 공법 등이 이용되고 있으나 작업 시간이 오래 걸리고 기존 포장과의 접합이 열악하며 강도 및 내구성이 크지 않아 보수 효과가 장기간 유지되지 못하는 면이 있었다

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 최근에는 교량 상판에서 부식이나 침식이 많이 일어나는 부위에 적용되는 것으로, 보통 콘크리트 배합시에 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스를 첨가한 초속경 폴리머 재질 콘크리트로서 라텍스 개질 콘크리트(LMC : Latex Modified Concrete)가 개발되어 사용되고 있다.

즉, 한국등록특허 10-0403979(등록일자 2003년10월20일)에 초속경시멘트(Rapid Set Cement) 100중량부에 대하여 세골재 200중량부 내지 300중량부, 조골재 170중량부 내지 230중량부, 물 90중량부 내지 110중량부, 지연제 002중량부 내지 005중량부, 라텍스 수지 35중량부 내지 60중량부를 강제식믹서에 넣고 충분히 비비기를 수행하고, 여기에 소포제를 라텍스 수지 100중량부에 대하여 2중량부 내지 15중량부 첨가하여 약 1분간 다시 비비기를 한 후 1분간 공기중에 노출시켜 발생된 공기를 제거하고 다시 약 30초간 비비기를 수행하는 것을 특징으로 하는 초속경 라텍스 개질 콘크리트 조성물의 제조방법과 이를 교면포장의 긴급보수용으로 사용하는 기술이 제시되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1465446(등록일자 2014년11월20일)에는 염소이온침투저항성이 우수한 저발열 시멘트와 유황 미분말을 첨가하여 초속경 콘크리트의 염화물저항성 및 내약품성을 개선하기 위하여, 시멘트 혼화용 폴리머를 첨가함으로써 시멘트 혼합성, 인장강도, 부착력, 내구성 및 작업성을 개선하고 균열치유재를 첨가하여 균열에 대한 저항성을 높인 내염성 초속경 콘크리트 조성물 및 이을 이용한 교면 또는 포장면 보수방법에 관한 것으로, 내염성 초속경 결합재 10~30 중량%, 잔골재 23~55 중량%, 굵은골재 23~55 중량%, 시멘트 혼화용 폴리머 1~15 및 물 1~10 중량% 포함하는 내염성 초속경 콘크리트 조성물을 제공하는 특징에 의하여 초속경 콘크리트의 염화물저항성과 내약품성을 개선하고 혼합성, 인장강도, 부착력, 내구성, 작업성을 개선하며 균열에 대한 저항성을 높이고 또한, 균열, 중성화, 화학적 침식에 의해 열화된 콘크리트 도로와 교량의 구조를 개량하여 내구성을 증진하는 효과가 있는 내염성 초속경 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면 또는 포장면 보수방법이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1710300(등록일자 2017년02월20일)에 (a) 교면 포장 보수용 모르타르 조성물을 준비하는 단계로서, 상기 교면 포장 보수용 모르타르 조성물은 (1) 시멘트 50~100중량부, 클링커 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 알파형 반수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1분말 성분 10~70 중량%; 및 규산질계 방수제 2 ~ 7중량부, CSA계 팽창재 5 ~ 15중량부, 점도증강제 0.05 ~ 0.2중량부, 유동화제 0.3 ~ 1.1중량부, 경화촉진제 0.1 ~ 0.5중량부, 지연제 0.1 ~ 0.4중량부 및 규사 42 ~ 64중량부를 포함하는 제2분말 성분 30~90 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 분체 성분 100 중량부; (2) EVA(Ethylene-vinyl acetate) 수지, NR(Natural rubber) 수지, NBR(Natural rubber-Butadiene rubber) 수지 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 수지 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 분말 또는 액상 고무 수지에 초속경시멘트와 카본블랙 및 섬유를 혼합하여 얻어진 개질 라텍스 성분 1~20 중량부; (3) 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 개시제 0.05 내지 5중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 액상 성분 1~20 중량부; (4) 친수성 폴리비닐알코올 단섬유 성분 1~10 중량부; (5) 방부제, 소포제, 습윤제의 혼합물로 이루어진 첨가제 성분 1~5 중량부; 및 (6) 물 10 ~ 50중량부;를 포함하여 구성되는 교면 포장 보수제에, 충전재 및 골재를 혼합하되, 상기 교면 포장 보수제 5 ~50 중량부, 충전재 10~40 중량부 및 골재 20~70 중량부를 혼합하여 구성되는 교면 포장 보수용 모르타르 조성물을 준비하는 단계; (b) 교면 포장의 파손된 부분을 파쇄하되, 내부 배근이 손상되지 않도록 배근의 상부만을 부분적으로 파쇄하며, 상기 배근의 설치 위치를 교면 포장의 상면에 표시하고 표시된 지점을 피하면서 파쇄 작업을 수행하고, 배근의 상부가 파쇄되면 워터젯 장비를 이용하여 고압 살수하여 파쇄된 부분을 절삭해 냄으로써 교면 포장의 파손된 부분을 파쇄하는 단계; (c) 상기 파쇄된 부분을 고압 살수로써 절삭해내고 절삭면에 존재하는 이물질을 제거하되, 진공 흡입 차량을 이용하여 교량의 길이 방향으로 이동하면서 청소 및 이물질 제거를 수행하고 표면 건조 작업을 동시에 수행하는 단계; (d) 상기 이물질이 제거된 절삭면에 상기 (a)에서 준비된 교면 포장 보수용 모르타르 조성물을 타설하는 단계; 및 (e) 상기 타설된 교면 포장 보수용 모르타르 조성물을 양생시키고 표면을 마무리하는 단계;를 포함하여 구성되며, 상기 (1)의 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1~20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10~20 ㎛가 되도록 분쇄한 것을 특징으로 하고, 상기 교면 포장 보수용 모르타르 조성물이 양생된 후에 코팅제를 도포하는 것을 더 포함하되, 상기 코팅제는 에폭시 수지 10~50중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 5~40 중량%, 희석제 1~25중량%, 응집제 0.1~15중량%, 무기물 충전재 1~20중량%, 촉진제 0.1~5중량%, 유화제 0.05~20중량% 및 물 10~80중량%를 혼합하여 얻어지는 주재 성분 100 중량부에 대하여, 수용성 오일 1~20 중량%, 유화제 1~10중량%, 촉진제 5~20 중량% 및 물 50~90 중량%를 혼합하여 수용액을 제조하고, 상기 얻어진 수용액 100 중량부를 기준으로 폴리아미드 5~50중량부 및 아민 화합물 0.1~40중량부를 혼합하여 얻어지는 경화제 성분을 5~50 중량비로 혼합한 에폭시 코팅제를 사용하는 것을 특징으로 하는 교면 포장 보수 공법이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1825635(등록일자 2018년01월30일)에는 초속경 시멘트 15 w% 내지 19w%, 메타카올린 0.5w% 내지 1w%, 감수제 1w% 내지 2w%, 재료분리방지제 1w% 내지 2w%를 포함하는 무기계 결합재; 알루미나(Al2O3) 1w% 내지 2w%, 산화티탄(TiO2) 0.5w% 내지 1w%, 실리카(SiO2) 1 w% 내지 3w%, 산화칼슘(CaO) 1w% 내지 3w%, 탄화규소(silicon carbide,Sic) 0.5w% 내지 1w%, 질화붕소(Boron nitride,BN) 0.5w% 내지 1w%를 포함하는 무기계 충진재; 폴리머 결합재 4.5w% 내지 6.5w%를 포함하는 고분자 수지 조성물; 폴리프로필렌 섬유 0.5w% 내지 1w%를 포함하는 섬유조성물; 및 규사 65w% 내지 69w%를 포함하는 도로 또는 교면 포장조성물이 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 10-1982186(등록일자 2019년05월20일)에는 바이오 폴리머를 포함한 초속경 개질 모르타르 조성물을 이용한 교면 포장보수방법에 있어서, 교면 보수 대상 표면의 이물질을 제거한 후 청소하는 보수 대상 표면 청소단계; 청소된 보수 대상 표면에 프라이머층을 형성하는 프라이머층 형성 단계; 바이오 폴리머를 포함한 초속경 개질 모르타르 조성물을 포설하는 조성물 포설 단계; 바이오 폴리머를 포함한 초속경 개질 모르타르 조성물을 양생하는 양생단계; 조성물 포설 단계와 양생 단계 사이에는 표면 보호제를 분무하는 표면 보호제 분무단계; 프라이머층 형성 단계에 적용되는 프라이머층은 우레탄메타아크릴레이트수지, 에폭시메타아크릴레이트수지 또는 폴리에스테르메타아크릴레이트 수지 중에서 1종 이상의 메타아크릴레이트 수지, 중합성 불포화단량체 및 경화제를 포함하는 1액형 또는 2액형 프라이머 조성물을 포함하는 것; 표면 보호제는 수용성 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔 라텍스, 아크릴 에멀젼, 에틸비닐 아세테이트, 실란계 화합물 및 변성 규산나트륨 화합물 중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것; 바이오 폴리머는 분말화 단계를 거쳐 분말화된 괭생이모자반으로 형성되는 것; 상기 분말화 단계는 괭생이모자반 수거단계, 괭생이모자반 세척단계, 세척된 괭생이모자반 염도 측정단계, 괭생이모자반 건조단계, 건도된 괭생이모자반 방부단계, 괭생이모자반 분쇄단계로 이루어지는 것; 상기 괭생이모자반 세척단계는 세척수의 염분이 0.1%이하에서 이루어지는 것; 괭생이모자반 건조단계는 건조기에서 건조온도 60~80℃로 형성되는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오폴리머를 포함한 초속경 개질 모르타르 조성물을 이용한 교면 포장 보수방법이 공지되어 있다.

그러나, 상기 라텍스 개질 콘크리트(LMC : Latex Modified Concrete) 등의 폴리머 콘크리트는 균열발생 억제효과, 방수성, 부착성능의 향상에는 효과가 있으나, 재료비 상승 등 공사 비용이 증가하여 경제성이 떨어지고, 콘크리트 경화 후 라텍스의 층분리가 발생되고 접착력이 저하되는 문제가 있으며, 또한 소량 사용할 경우 방수성능이 저하되어 염해저항성이 떨어지고 균열 저항성이 떨어지는 치명적인 약점이 있었다.

[특허문헌 001] 한국등록특허 10-0403979(등록일자 2003년10월20일) [특허문헌 002] 한국등록특허 10-1465446(등록일자 2014년11월20일) [특허문헌 003] 한국등록특허 10-1710300(등록일자 2017년02월20일) [특허문헌 004] 한국등록특허 10-1825635(등록일자 2018년01월30일) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-1982186(등록일자 2019년05월20일) [특허문헌 006] 한국등록특허 10-1881077(등록일자 2018년07월17일) [특허문헌 007] 한국등록특허 10-1944249(등록일자 2019년01월25일)

본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하고자 한 것으로, 고가의 초속경 시멘트 콘크리트를 대체하고, 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트, 조강 시멘트 콘크리트 보다 양생기간을 단축시키며, 균열저항성을 향상시키기 위하여, 아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성되는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법을 제공하는 하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성되는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말은 초기 경화속도를 촉진시키기 위한 것으로 분말도가 4500~5800㎠/g인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 고로슬래그 미분말은 포졸란 반응성을 나타내는 물질로서 장기 강도발현 및 내구성 증진과 수화열을 줄이기 위한 것으로 분말도가 6000~8000㎠/g인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 페트로 코우크스 탈황석고는 함유된 황산염에 의한 황산염자극 및 강알칼리에 의한 알칼리 자극을 상기 고로슬래그 미분말에 가하여 상기 고로슬래그 미분말의 수화반응 활성화에 의한 다량의 에트링가이트(ettringite) 및 C-S-H겔을 생성하고, 상기 C-S-H겔이 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 장기강도발현하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 잔골재는 규사 6~8호사 입자크기로 분급된 고로슬래그 잔골재 85~95중량%, 폐·파유리 잔골재 1~5중량% 및 폐가넷 잔골재 1~10중량%를 혼합한 혼합잔골재인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 폐·파유리 잔골재는 유리병, 유리용기, 유리창문, 태양전지 또는 LCD/OLED 기판유리를 포함하는 유리제품의 폐기물인 폐유리 또는 제조과정에서 발생되는 파유리를 파분쇄한 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 폐가넷 잔골재는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 것으로 비중 3.4~3.9g/cm, 모스(MOHS)경도 6.0~8.0인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 조성물은 방수성 및 균열저항성 향상을 위하여 MMA모노머액상수지 및 VAE재유화형분말수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지를 전체 조성물중 5~15중량%로 혼합사용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 조성물은 주석산, 글루콘산, 구연산, 옥시카본산으로부터 1종 선택된 지연제를 전체 조성물중 0.1~0.4중량%로 혼합사용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 조성물은 염화칼슘(CaCl₂), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 수산화알루미늄(Al(OH)₃)으로부터 선택된 1종의 경화촉진제를 전체 조성물중 0.05~0.5중량%로 혼합사용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명은 신규 교면포장을 위한 교면을 청소하거나, 기존 교면포장의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면에 상기 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 경화시켜 교면포장하는 단계;를 포함하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면포장공법을 과제의 해결수단으로 한다.

본 발명의 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 교면포장공법은, 아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성되어 고가의 초속경 시멘트 콘크리트를 대체하고, 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트, 조강 시멘트 콘크리트 보다 양생기간을 단축시키며, 균열저항성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명의 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물은, 아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성된다.

여기서, 상기 아윈계 속경성 시멘트는 중량비가 증가하면 빠른 경화속도를 나타내며 팽창성을 나타낼 수 있다. 상기 아윈계 속경성 시멘트 함량이 40중량% 미만인 경우, 초기 강도 발현이 미약하고, 초기 경화과정에서 콘크리트의 수축에 의한 균열억제효과가 미약할 수 있으며, 상기 아윈계 속경성 시멘트 함량이 65중량%를 초과하는 경우, 초기 강도발현은 우수하나 작업성이 불량하고 경제성이 떨어질 수 있다.

또한, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말은 탄산칼슘(CaCO₃)을 주성분으로 하는 석회질 원료(보통 석회석)와 이산화규소(SiO₂)를 다량 함유하고 있는 규석 및 점토질 원료이며, 주요 구성 광물은 산화칼슘(CaO)과 이산화규소(SiO₂)가 결합되어 생성된 규산칼슘(calcium silicate) 화합물이다.

상기 규산칼슘(calcium silicate) 화합물은 일반적으로 알라이트(alite, C₃S) 라고 불리우는 규산삼칼슘(CaSiO₅, 3CaO.SiO₂)과 벨라이트(belite, C₂S)라고 불리우는 규산이칼슘(Ca₂SiO₄,2CaO.SiO₂)이다.

보통 포틀랜드시멘트 클링커의 종류에 따라서 이들의 양은 차이가 있으며, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커에서는 통상 알라이트가 45~60%, 벨라이트가 15~30%로서 그 합계는 70~80% 정도이며, 이들은 킬른중에서 소성될 때에 석회석의 주성분인 산화칼슘(CaO)와 점토나 규석의 주성분인 규소(Si)가 결합되어 있는 결정상인데, 알라이트(C₃S)는 20~50μm 크기의 각진 평판상(육각판상)이고, 벨라이트(C₂S)는 15~ 20μm 크기의 둥그스름한 모양을 하고 있다.

보통 포틀랜드시멘트 클링커를 구성하고 있는 광물은 알라이트와 벨라이트 외에 이들 결정의 간극을 채워주 면서 존재하고 있는 간극상(interstitial phase)으로 불리우는 화합물이 있으며, 간극상을 구성하고 있는 것은 알루미네이트상 (aluminate phase)이라 불리우는 알루민산삼칼슘 (Ca₃Al₂O₆,3CaO.Al₂O₃, C₃A)과 페라이트상(ferrite phase)이라 불리우는 철알루민산사칼슘 (Ca₄Al₂Fe₂O₁₀, 4CaO.Al₂O₃. Fe₂O₃, C₄AF)이다.

이들은 각각 10% 전후로 포함되어 있는데, 알루미네이트상은 산화칼슘 (CaO)과 산화알루미늄(Al₂O₃)이 결합되어 있으며, 페라이트상은 산화칼슘과 산화알루미늄 및 산화철(Fe₂O₃)이 결합되어 있다. 이처럼 클링커를 구성하고 있는 주요한 광물은 크게 4종류로 나눌 수 있다,

상기와 같은 보통 포틀랜드시멘트 클링커에 통상 5% 내외의 석고를 첨가하여 분쇄하면 보통 포틀랜드시멘트가 된다.

본 발명에서, 상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말은 분말도가 4500~5800㎠/g인 것이 바람직하며, 이때 분말도가 5800㎠/g를 초과하는 경우, 수화 반응성 증가에 따라 초기 수화열이 높아질 수 있고, 사용함량은 10~20중량% 사용하는 것이 속경성에 바람직하다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말은 용광로에서 선철을 제조할 때에 부산물로서 생성되는 것으로, 고온의 용융슬래그를 대기중에서 냉각하는 서냉슬래그와 압력수로 급냉하는 수쇄슬래그를 미분말화한 것으로, 콘크리트 모르타르의 혼화재로서 사용되는 콘크리트용 고로슬래그분말(Ground granulated blast-furnace slag for use in concrete)은 KS F 2563에 그 적용범위 및 품질규격이 정해져 있다.

상기 고로슬래그 미분말의 평균적인 화학성분은 SiO₂ = 33%, Al₂O₃ = 14%, CaO = 42%, MgO = 6%, TiO₂ = 1%, Fe₂O₃ = 0.5% 정도이고, 보통포틀랜드시멘트와 비교하여 CaO가 적고, SiO₂와 Al₂O₃가 각각 10% 정도 많은 특징을 가지고 있다.

특히, 고로슬래그 미분말은 시멘트 수화반응에서 생성되는 불안정한 수산화칼슘과 반응하며, 안정한 수화물을 형성하고 경화체조직을 치밀하게 하고, 더욱이, 시멘트와 비교하여 염소이온이나 알카리이온의 고정능력(능동적 열화원인 제어 가능성)이 크다. 그 때문에, 고로슬래그 미분말을 콘크리트 혼화재로서 사용하면 수밀성, 화학저항성, 내해수성, 염분차폐성, 알칼리실리카반응제어 등 내구성이 향상되는 등, 지속가능한 콘크리트를 제조할 수 있다

또한, 상기 고로 슬래그 미분말은 잠재 수경성을 가지고 있으며 포졸란 반응성을 나타내는 물질로서 장기 강도발현 및 내구성 증진과 수화열을 줄이기 위해 사용될 수 있고, 본 발명에서는 상기 고로슬래그 미분말은 분말도 6000~8000㎠/g인 것이 바람직하며, 분말도가 6000㎠/g보다 낮은 경우, 포졸란 반응성이 낮을 수 있고, 분말도가 8000㎠/g 이상인 경우 포졸란 반응성은 높으나 비용이 높아 경제성이 떨어질 수 있다. 아울러 상기 고로 슬래그 미분말이 5중량% 미만인 경우, 장기강도 발현이 미약할 수 있으며, 20중량%를 초과하는 경우, 초기 강도 발현이 늦어질 수 있다.

또한, 본 발명에서, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제를 5~15중량% 사용한다.

상기 실리카흄 및 나노탄산칼슘은 본 발명의 조성물의 균열 저항성을 가지도록 하기 위한 보강제로서, 상기 실리카흄(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 상기 실리카흄은 구상입자의 특성에 의해 초속경 시멘트계 결합재 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 균열저항성을 향상시키는 역할을 한다.

또한, 상기 나노탄산칼슘은 본 발명의 조성물의 조직 및 표면을 치밀하게 하여 균열저항성을 향상시킨다. 특히, 상기 나노탄산칼슘은 분쇄형 나노탄산칼슘 또는 침강형 나노탄산칼슘을 사용할 수 있으며, 상기 나노 탄산칼슘은 평균 입자크기는 100 ~ 10000 nm가 바람직하다. 100 nm 미만인 경우에는 다른 성분과 혼합성이 떨어지고, 혼합 시 교반이 잘되지 않아서 제조 공정에 문제점이 발생하고, 10000 nm 초과인 경우에는 균열저항성이 저하될 우려가 있다.

상기 실리카흄 및 나노탄산칼슘은 본 발명의 조성물에 각각 1:1중량비로 혼합되어 5~15중량% 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 물성저하 또는 불필요한 재료사용에 따라 비용이 상승된다.

또한, 상기 페트로 코우크스 탈황석고는 페트로 코우크스를 원료로 하는 보일러에서 노내 탈황을 위해 석회석을 혼소하는 과정에서 페트로 코우크스에 포함되어있는 황 성분과 석회석이 고온에서 탈탄산 된 CaO 성분이 반응하여 생성된 분진과 같은 입자상 석고 물질이다.

상기 페트로 코우크스 탈황석고는 원료의 특성상 그 순도가 높아 기존의 건설재료로 활용되던 불순물이 다량 포함된 천연석고, 배연탈황석고, 로내탈황방식 고칼슘 석탄연소재 등에 비해 우수한 성능을 나타낸다.

또한, 상기 페트로 코우크스 탈황석고는 pH가 11.5이상의 강알칼리 물질이며, 이 석고에 포함된 황산염과 높은 pH가 황산염자극 및 pH에 따른 알칼리 자극을 고로슬래그 미분말에 가하게 되면 고로슬래그 미분말이 활성화되어 잠재수경성 반응을 개시하여 고결강도를 발현한다.

즉, 상기 고로슬래그 미분말과 상기 페트로 코우크스 탈황석고의 황산염 자극제의 수화반응은 초기 재령에서 다량의 에트링가이트(ettringite)를 골격으로 개시되며 이와 동시에 생성된 C-S-H겔에 의해 이루어진다.

또한, 상기 C-S-H겔은 에트링가이트를 감싸며 재령이 경과함에 따라 생성량이 지속적으로 증가하고 C-S-H겔이 경화된 페이스트의 공극을 밀실하게 채우게 되어 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 지속적으로 높은 강도발현을 한다.

본 발명에서는 페트로 코우크스 탈황석고를 0.5~10중량%를 포함하도록 조성하여 초속경성, 장기강도발현을 나타내도록 사용한다.

한편, 상기 잔골재는 규사 6~8호사 입자크기로 분급된 고로슬래그 잔골재 85~95중량%, 폐·파유리 잔골재 1~5중량% 및 폐가넷 잔골재 1~10중량%를 혼합한 혼합잔골재인 것을 사용하는 것이 본 발명의 특징이다.

여기서, 상기 폐·파유리 잔골재는 일반적으로, 기판유리의 제조 및 가공공정에서 용해불량, 외관불량 및 치수불량 등이 발생하면 불량품으로 간주하여 폐기해야 하는데, 이 과정에서 폐유리 및 파유리가 다량 발생한다. 통상적으로 파유리는 유리 원재료 제조 중에 발생하는 불량(스크래치 발생) 및 유리 원판을 가공하고 남는 스크랩 유리(표면 코팅 및 가공되지 않은)이며, 폐유리는 디스플레이 패널 공정에서 전극, 흑화 코팅, 필름 압착 등 의 가공으로 인하여 표면이 오염된 스크랩 유리를 일컫는다.

특히, 디스플레이 부품으로서 기판유리의 지속적인 품질을 보장하기 위해서, 불량이 발생하면 이는 다시 LCD/OLED 기판유리 제작과정에서 재활용되지 않으며, 이들 폐유리는 그대로 매립 등에 의해 폐기되는데, 그 양이 상당량에 달한다.

따라서, 이러한 LCD/OLED 폐유리 및 파유리의 재활용에 관한 관심이 높아지고 있으며, 폐기물의 발생을 줄이기 위하여 그 재활용방법 및 재활용 용도가 지속적으로 발전, 확대되어야 할 필요가 있다.

본 발명에서는 상기 폐·파유리를 잔골재하여 천연잔골재를 대체하거나 재활용하여 사용한다.

상기 폐가넷 잔골재의 원료가 되는 가넷은 규산염광물로서 다양한 성분으로 구성되고 규사를 포함하는 잔골재보다 높은 경도 및 비중을 가지고 있어 다음 [표 1] 및 [도 1]에 나타난 바와 같이, 샌드블라스팅 등의 연마재용으로 사용되거나, 또는 다음 [표 2] 및 [도 2]에 나타난 바와 같이, 워터젯 커팅용으로 사용되므로, 본 발명에서는 상기 가넷의 높은 경도 및 비중에 의한 교면박층포장의 강도 보강 및 교면박층포장의 내구성을 향상시키기 위해 사용한다.

이때, 상기 폐가넷 잔골재는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 것으로 비중 3.4~3.9g/cm, 모스(MOHS)경도 6.0~8.0인 것을 사용한다.

아울러, 상기 조성물은 방수성 및 균열저항성 향상을 위하여 MMA모노머액상수지 및 VAE재유화형분말수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지를 전체 조성물중 5~15중량%로 혼합사용하는 것이 바람직하다.

상기 MMA모노머액상수지 및 VAE재유화형분말수지는 본 발명의 초속경 시멘트계 결합재 및 잔골재와 굵은골재 사이에 바인더 역할를 해주어 접착강도 증가, 내마모성 향상, 크랙 및 박리현상 방지, 휨강도를 강화시켜 줄 뿐만 아니라, 조직의 치밀화로 인한 염해저항성도 향상시키는 효과가 있다.

특히, 상기 MMA(methyl methacrylate)모노머액상수지는 무색투명한 액체로서 저온에서 라티칼 중합하면 고분자 사슬 구조를 이루어 무기골재 사이의 바인더 역할을 하며, 상기 VAE재유화형분말수지는 두 종류의 단량체로 구성된 코폴리머(Copolymer) 분말수지이며, 콘크리트에 VAE 분말수지를 결합재로 사용할 경우 휨, 인장 강도 등이 증가할 뿐만 아니라, 콘크리트의 내구성이 향상된다.

이때, 상기 MMA(methyl methacrylate)모노머액상수지 및 VAE재유화형분말수지는 동일중량비로 5~15중량% 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 5중량% 미만이면 기대 이상의 접착력, 내마모성, 휨강도 등의 물리적 물성이 나오지 않고, 15중량%를 초과하면 경화가 지연되고 압축강도가 떨어지는 단점이 있다.

또한, 본 발명의 조성물은 주석산, 글루콘산, 구연산, 옥시카본산으로부터 1종 선택된 지연제를 전체 조성물중 0.1~0.4중량%로 혼합사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 지연제는 본 발명의 콘크리트 조성물이 굳는 현상을 지연시킴으로써 작업성을 향상시키는 것으로, 0.1-0.4중량% 포함될 수 있으며, 만약 0.1 중량% 미만일 경우 시멘트 경화 시간이 지나치게 빨라져 작업성이 하락할 수 있고, 0.4 중량%를 초과할 경우 양생에 많은 시간이 소요될 수 있다.

또한, 본 발명의 조성물은 염화칼슘(CaCl₂), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 수산화알루미늄(Al(OH)₃)으로부터 선택된 1종의 경화촉진제를 전체 조성물중 0.05~0.5중량%로 혼합사용할 수 있다.

상기 경화촉진제는 본 발명의 콘크리트 조성물의 경화를 촉진시키기 위해 사용되는 것으로, 0.05~0.5중량% 포함될 수 있으며, 지연제와 함께 사용되어 작업 시간을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 신규 교면포장을 위한 교면표면을 청소하거나, 기존 교면포장의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면표면에 상기 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 경화시켜 교면포장하는 단계;를 포함하는 시공방법에 의해 시공될 수 있음은 물론이다.

아윈계 속경성 시멘트 50kg, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 15kg, 고로슬래그 미분말 10kg, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 7kg, 페트로 코우크스 탈황석고 5kg를 혼합한 초속경 시멘트계 결합재 50kg에 대하여 잔골재 80kg, 굵은골재 25kg 및 물을 혼합하여 본 발명의 균열저항성이 우수한 교면 포장 초속경 초조강 시멘트 콘크리트 조성물을 제조한 후, 압축강도, 힘강도, 부착강도, 길이변화율, 염소이온침투저항성, 동결융해저항성을 시험하고 그 결과를 다음 [표 3]에 나타내었다.

함목	기준값	실시예 1	시험방법
압축강도 (MPa)	21이상	30.3	KS F 2405
휨강도 (MPa)	4.5이상	6.6	KS F 2408
부착강도 (MPa)	1.4이상	4.0	KS F 2762
길이변화율 (%)	0.15이하	0.03	KS F 2424
염소이온침투저항성(coulombs)	1000이하	380	KS F 2711
동결융해저항성 (%)	80이상	86	KS F 2456 (300cycle-A법)

상기 [표 3]의 시험결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 콘크리트 조성물은 모든 물성에 있어서 기준값을 모두 훨씬 초과하여 만족하는 것을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

아윈계 속경성 시멘트 40~65중량%, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말 10~20중량%, 고로슬래그 미분말 5~20중량%, 실리카 흄 및 나노탄산칼슘이 1:1중량비로 혼합된 균열저항보강제 5~15중량%, 페트로 코우크스 탈황석고 0.5~10중량%를 포함하는 초속경 시멘트계 결합재 100중량부에 대하여 잔골재 150~200중량부, 굵은골재 50중량부 및 물을 포함하여 조성되되,
상기 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 미분말은 초기 경화속도를 촉진시키기 위한 것으로 분말도가 4500~5800㎠/g인 것이고,
상기 고로슬래그 미분말은 포졸란 반응성을 나타내는 물질로서 장기 강도발현 및 내구성 증진과 수화열을 줄이기 위한 것으로 분말도가 6000~8000㎠/g인 것이며,
상기 잔골재는 규사 6~8호사 입자크기로 분급된 고로슬래그 잔골재 85~95중량%, 폐·파유리 잔골재 1~5중량% 및 폐가넷 잔골재 1~10중량%를 혼합한 혼합잔골재이고,
상기 폐·파유리 잔골재는 유리병, 유리용기, 유리창문, 태양전지 또는 LCD/OLED 기판유리를 포함하는 유리제품의 폐기물인 폐유리 또는 제조과정에서 발생되는 파유리를 파분쇄한 것이며,
상기 폐가넷 잔골재는 연마재용 가넷슬러지 또는 워터젯 커팅용 가넷슬러지로부터 회수 재활용되는 것으로 비중 3.4~3.9g/cm, 모스(MOHS)경도 6.0~8.0인 것이고,
상기 페트로 코우크스 탈황석고는 함유된 황산염에 의한 황산염자극 및 강알칼리에 의한 알칼리 자극을 상기 고로슬래그 미분말에 가하여 상기 고로슬래그 미분말의 수화반응 활성화에 의한 다량의 에트링가이트(ettringite) 및 C-S-H겔을 생성하고, 상기 C-S-H겔이 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 장기강도발현하는 것을 특징으로 하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물
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제1항에 있어서,
상기 조성물은 방수성 및 균열저항성 향상을 위하여 MMA모노머액상수지 및 VAE재유화형분말수지를 1:1 중량비로 혼합한 혼합수지를 전체 조성물중 5~15중량%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물
제1항에 있어서,
상기 조성물은 주석산, 글루콘산, 구연산, 옥시카본산으로부터 1종 선택된 지연제를 전체 조성물중 0.1~0.4중량%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물
제1항에 있어서,
상기 조성물은 염화칼슘(CaCl₂), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 수산화알루미늄(Al(OH)₃)으로부터 선택된 1종의 경화촉진제를 전체 조성물중 0.05~0.5중량%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물
신규 교면포장을 위한 교면을 청소하거나, 기존 교면포장의 열화부, 손상부 또는 오염부를 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 교면에 제1항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 경화시켜 교면포장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열저항성이 우수한 교면포장 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 교면포장공법