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KR102291776B1 - 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법 - Google Patents

향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법 Download PDF

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KR102291776B1
KR102291776B1 KR1020200185546A KR20200185546A KR102291776B1 KR 102291776 B1 KR102291776 B1 KR 102291776B1 KR 1020200185546 A KR1020200185546 A KR 1020200185546A KR 20200185546 A KR20200185546 A KR 20200185546A KR 102291776 B1 KR102291776 B1 KR 102291776B1
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KR
South Korea
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weight
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acrylic emulsion
workability
fast
Prior art date
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KR1020200185546A
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Inventor
김건우
서창욱
Original Assignee
씨텍 주식회사
영진화학 주식회사
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Abstract

본 발명은 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물로서, 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량%, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하고,
상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 105 내지 130 중량부, 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고 15 내지 45 중량부, 화학무수석고 15 내지 45 중량부, 칼슘알루미네이트 5 내지 25 중량부 및 질화규소 1 내지 10 중량부를 포함하고;
상기 아크릴에멀젼 라텍스는 정제수 120 내지 190 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되어;
외부 온도변화에 대한 안정성이 우수하고, 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 관한 것이다.

Description

향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법{Quick hardening cement concrete composition for emergency repair with acrylic emulsion latex having the improved durability and workability and repairing method of road pavement using the same}
본 발명은 외부 온도변화에 대한 안정성이 우수하고, 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량의 바닥판 및 도로의 노면 등과 같은 콘크리트 포장도로는 우천시 물이 흡수되면 거더 콘크리트와 포장 콘크리트 사이에 물이 고이게 되고, 기온이 영하로 떨어지면, 상기 고인물이 팽창하여 포장 콘크리트를 밀쳐내 포장 콘크리트를 열화시킨다. 또한, 일부 물은 교각 하단으로 흘러 콘크리트 구조물의 중성화 균열 등 구조물에 악영향을 미치게 된다. 특히, 겨울철 해빙을 위하여 뿌린 염화물이 물에 녹아 하부 철근 콘크리트로 흘러 들어가면 인장강도 향상을 위해 사용된 철근이 부식되는 등 콘크리트 구조물에 심각한 영향을 주게 된다.
이러한 콘크리트 도로포장 보수를 위하여 과거에는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 그러나 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트 도로포장의 보수공사는 양생에 많은 시간이 소요되어 도로의 교통체증을 유발하는 문제점이 있었다.
이에 양생 시간을 단축하기 위하여 긴급보수용 속경성 시멘트를 사용하여 빠른 강도 발현을 구현하고자 하였다. 그러나 종래의 긴급보수용 속경성 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 높은 수화열을 갖고, 건조수축과 구조물 내부에 잔류한 내부응력에 의하여 미소균열이 발생하기 쉽고, 표면에 블리이딩으로 인한 레이탄스가 발생하여 표면 강도가 약하고 내구성이 떨어짐으로써, 콘크리트 구조물의 역학적 특성에 직간접적으로 영향을 미쳐 콘크리트 구조물의 안정성에 악영향을 미칠수 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 최근에는 긴급보수재로 양생기간이 짧은 라텍스개질 속경성 시멘트 콘크리트가 개발되어 사용되었다. 이러한 라텍스개질 속경성 시멘트 콘크리트는 일반적으로 아크릴계 또는 SBR계 라텍스를 속경성 시멘트와 혼합하여 제조될 수 있다.
그러나 우리나라는 4계절의 온도차가 매우 커서 이러한 라텍스개질 속경성 시멘트 콘크리트를 제조함에 있어 계절에 따른 온도의 영향을 크게 받고 이러한 온도차에 따라 콘크리트의 성능이 크게 저하될 수 있는 문제점이 있었다. 특히, 동절기 염화물침투저항력 또는 동결융해안정성이 크게 저하되어, 동절기 이후, 라텍스개질 속경성 시멘트 콘크리트의 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열이 발생하는 문제가 있었다.
따라서 외부 온도변화에 대한 안정성이 우수하고, 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열을 효과적으로 방지함으로써, 현장에서 우수한 내구성 및 작업성을 갖는 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1454400호 대한민국 등록특허 제10-1547895호 대한민국 등록특허 제10-2136100호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 구현 예는 외부 온도변화에 대한 안정성이 우수하고, 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열을 효과적으로 방지함으로써, 현장에서 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 구현 예는 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수공법을 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 구현 예는 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물로서, 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량%, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하고,
상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 105 내지 130 중량부, 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고 15 내지 45 중량부, 화학무수석고 15 내지 45 중량부, 칼슘알루미네이트 5 내지 25 중량부 및 질화규소 1 내지 10 중량부를 포함하고;
상기 아크릴에멀젼 라텍스는 정제수 120 내지 190 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되는 것인 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 유화제 수용액은 디아세톤아크릴아마이드(Diacetone acrylamide, DAAM) 및 아디프산 디히드라지드(Adipic acid dihydrazide, ADH)의 상온가교물 5 내지 10 중량부, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 1 내지 5 중량부, 글리세롤 로진 에스터 1 내지 5 중량부 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.005 내지 0.5 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 질화규소는 질화규소 나노섬유의 형태로 존재하는 것이고;
상기 질화규소 나노섬유는 SiCl4 및 NH3를 기상 반응시켜 Si(NH)2를 제조하는 단계; 상기 제조된 Si(NH)2를 열분해하여 무정형 Si3N4를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 무정형 Si3N4에 비산화성 분위기에서 열처리하여 결정형 질화규소 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 질화규소는 상기 질화규소 표면을 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 화합물로 표면이 개질된 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021072890069-pat00001
상기 식에서, R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C20의 지방족 알킬기, C3 내지 C20의 지환족 알킬기, C6 내지 C20의 아릴기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 6의 정수이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수공법으로서,
콘크리트 구조물의 열화 부위를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 침투형 표면 보호·강화제를 도포하는 단계; 상기 도포된 상부에 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 타설된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 상기 타이닝된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 도로포장 보수공법을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 따르면, 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 교량의 바닥판 및 도로의 노면 등과 같은 콘크리트 포장도로에 우수한 강도를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있는 바, 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열을 효과적으로 방지할 수 있고, 공용기간 연장과 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있는 바, 시공이 간단하여 현장 적용성이 우수함과 동시에 경사면에서도 콘크리트가 흘러내리거나, 표면마감이 불량해지는 문제점 없이 우수한 시공성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 경화 속도가 빨라 신속하게 콘크리트 포장도로의 파손부위를 복구함으로써 차량 통제 시간 및 시공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구현 예를 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 구현 예는 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물로서, 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량%, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하고,
상기 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 105 내지 130 중량부, 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고 15 내지 45 중량부, 화학무수석고 15 내지 45 중량부, 칼슘알루미네이트 5 내지 25 중량부 및 질화규소 1 내지 10 중량부를 포함하고;
상기 아크릴에멀젼 라텍스는 정제수 120 내지 190 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되는 것인 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 따르면, 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 교량의 바닥판 및 도로의 노면 등과 같은 콘크리트 포장도로에 우수한 강도를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있는 바, 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열을 효과적으로 방지할 수 있고, 공용기간 연장과 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있는 바, 시공이 간단하여 현장 적용성이 우수함과 동시에 경사면에서도 콘크리트가 흘러내리거나, 표면마감이 불량해지는 문제점 없이 우수한 시공성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 경화 속도가 빨라 신속하게 콘크리트 포장도로의 파손부위를 복구함으로써 차량 통제 시간 및 시공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량%, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함한다.
상기 본 발명에서 사용하는 골재는 잔골재와 굵은골재로 구분되며, 평균입경이 5mm 이하인 것을 잔골재라 하고 평균입경이 5mm 보다 큰 것을 굵은골재로 구분한다.
잔골재는 본 발명의 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 30 내지 60 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 굵은골재는 본 발명의 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 20 내지 50 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에서 사용하는 속경성 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 105 내지 130 중량부, 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고 15 내지 45 중량부, 화학무수석고 15 내지 45 중량부, 칼슘알루미네이트 5 내지 25 중량부 및 질화규소 1 내지 10 중량부를 포함하여; 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 우수한 강도와, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있고, 경화 속도가 빨라 신속하게 콘크리트 포장도로의 파손부위를 복구할 수 있는 효과가 있다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 KS에 규정된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분말도가 3,000 내지 5,000 cm2/g인 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 보통 포틀랜드 시멘트의 분말도가 너무 낮은 경우에는 반응성이 저하되어 초기강도 발현이 지연될 수 있고, 상기 분말도가 너무 높은 경우에는 반응성이 지나치게 높아져 작업성이 저하되거나 균열발생이 우려되는 문제점이 있다.
이하, 상기 속경성 결합재를 구성하는 성분들의 함량은 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부를 기준으로 한다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 수화하여 에트링가이트(ettringite)를 생성함으로써, 속경성 결합재의 빠른 응결특성, 수밀성 및 강도를 향상시키는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 칼슘설포알루미네이트는 분말도가 4,500 내지 9,000 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 32 내지 36 중량%인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 건조수축을 최소화하면서 더욱 우수한 수밀성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기 칼슘설포알루미네이트는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 105 내지 130 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘설포알루미네이트의 함량이 너무 많은 경우에는 수화반응시 에트링가이트 침상결정이 과다하게 생성되어 체적팽창율이 높아지게 되어 건조수축 제어 효과가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 천연무수석고는 에트린자이트(ettringite) 생성량 및 생성속도를 향상시킴으로써, 상기 칼슘설포알루미네이트의 급결에 의해 형성된 공극을 수밀하게 채워 강도를 더욱 향상시키고, 콘크리트의 수축을 방지하며, 시멘트 광물의 수화속도를 조절하여 장기강도를 개선하는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 천연무수석고는 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 균열방지 효과가 매우 개선되고, 유동성을 개선하여 작업성을 향상시키며, 재료분리 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 15 내지 45 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 천연무수석고의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 천연무수석고의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 화학무수석고는 기본적으로 에트린자이트(ettringite) 생성량 및 생성속도를 향상시킴으로써, 급결에 의해 형성된 공극을 수밀하게 채워 강도를 더욱 향상시키고, 콘크리트의 수축을 방지하며, 시멘트 광물의 수화속도를 조절하여 장기강도를 개선하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 조성물의 pH가 지나치게 알칼리화되는 것을 방지할 수 있는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 화학무수석고는 인산부산석고를 500 내지 900 ℃에서 소성하고 냉각 및 탈수한 화학무수석고로서, 분말도가 8,000 내지 15,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 1 내지 10 중량%이고, P2O5의 함량이 1 내지 10 중량%인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 내화학성, 내열성 및 균열방지 효과가 매우 개선되고, 유동성을 개선하여 작업성을 향상시키며, 재료분리 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 화학무수석고는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 15 내지 45 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 화학무수석고의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 화학무수석고의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
상기 칼슘알루미네이트는 속경성 시멘트 광물인 C12A7(12CaO·7Al2O3)가 주성분으로 수화반응에 의해서 속경성 수화광물을 생성하여 빠른 응결특성, 수밀성 및 강도를 향상시키는 기능을 한다.
보다 구체적으로, 상기 칼슘알루미네이트는 C12A7(12CaO·7Al2O3)을 용융하여 급냉한 비정질 광물로서, 분말도가 5,000 내지 6,000 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 42 내지 48 중량%, CaO의 함량이 45 내지 53 중량%, SiO2의 함량이 5.5 중량% 이하인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 건조수축을 최소화하면서 더욱 우수한 수밀성을 구현하여 초기강도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 칼슘알루미네이트는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 5 내지 25 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 칼슘알루미네이트의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 칼슘알루미네이트의 함량이 너무 많은 경우에는 경화 속도가 지나치게 빨라져 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기 질화규소는 우수한 강도 특성, 내마모성, 흡착성 및 내화성을 향상시키는 기능을 한다. 특히, 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성을 개선하고, 외부 온도변화에 따른 열충격에 의하여 미소 균열이 발생하는 것을 억제하며, 내침식성을 강화시키는 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 질화규소는 질화규소 나노섬유의 형태로 존재하는 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
더욱 구체적으로, 이러한 상기 질화규소 나노섬유는 SiCl4 및 NH3를 기상 반응시켜 Si(NH)2를 제조하는 단계; 상기 제조된 Si(NH)2를 열분해하여 무정형 Si3N4를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 무정형 Si3N4에 비산화성 분위기에서 열처리하여 결정형 질화규소 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것일 수 있다.
보다 더 구체적으로 상기 질화규소 나노섬유는 SiCl4 및 NH3를 10 내지 30 ℃의 온도 및 0.1 내지 10 bar의 압력에서 기상 반응시켜 Si(NH)2를 제조하는 단계; 상기 제조된 Si(NH)2를 900 내지 1500 ℃의 온도에서 열분해하여 무정형 Si3N4를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 무정형 Si3N4에 H2 가스 분위기 및 1200 내지 1800 ℃의 온도에서 열처리하여 결정형 질화규소 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되어, 직경이 500 내지 900 nm이고, 길이가 10 내지 300 μm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 질화규소는 상기 질화규소 표면을 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 화합물로 표면이 개질된 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 뿐만 아니라, 더욱 우수한 강도 특성 및 빠른 응결특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
[화학식 1]
Figure 112021072890069-pat00002
상기 식에서, R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C20의 지방족 알킬기, C3 내지 C20의 지환족 알킬기, C6 내지 C20의 아릴기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 6의 정수이다.
상기 질화규소는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 질화규소의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 질화규소의 함량이 너무 많은 경우에는 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하거나, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 속경성 결합재는 당분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제로서, 경화촉진제, 응결지연제, 유동화제, 지방산계 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 경화촉진제는 조성물의 수화반응을 더욱 활성화하여 조기에 차량통행이 가능한 압축강도를 발현하도록 하는 기능을 한다. 이러한 상기 경화촉진제는 규산칼슘, 염화칼슘, 리튬 카보네이트, 탄산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 경화촉진제는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 경화촉진제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기 수화발열량이 증가하여 경화후 콘크리트에 미세한 균열이 발생되어 내구성을 저하시킬수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 응결지연제는 초기 작업시간 유지와 작업성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 상기 응결지연제는 주석산, 구연산, 글루콘산, 붕산, 구연산나트륨, 글루콘산나트륨, 리그닌 술폰산, 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 응결지연제는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 응결지연제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 응결지연제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 유동화제는 입자간 반발력으로 입자를 분산시켜 일시적으로 유동성을 개선시키는 기능을 한다. 이러한 상기 유동화제는 폴리카본산계, 멜라민계, 나프탈렌계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 유동화제는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 1 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 유동화제의 함량이 너무 많은 경우에는 초기강도 발현이 지연될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 지방산계 소포제는 공기량을 저하시키고, 콘크리트 내의 갇힌 공기(Entrapped Air) 및 공극을 제거하여 강도 및 내구성을 더욱 개선시키는 기능을 한다.
또한, 상기 지방산계 소포제는 상기 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.5 중량부 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 지방산계 소포제의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 지방산계 소포제의 함량이 너무 많은 경우에는 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하거나, 작업성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 속경성 결합재는 본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 속경성 결합재의 함량이 너무 적은 경우에는 굳지 않은 콘크리트의 점성 부족과 블리딩 발생 가능성이 높아지고, 이에 따른 소성크랙 발생 가능성 또한 높아질 수 있다. 또한, 콘크리트의 강도 및 수밀성 저하로 인한 투수저항성이 감소할 수 있다. 한편, 상기 속경성 결합재의 함량이 너무 많으면, 점성이 지나치게 증가하여, 작업성이 저하되고, 가사시간 조절이 어려워지며, 과도한 수밀성 증대로 장기강도가 지속적으로 증가하여 콘크리트 구조물 및 포장체의 건조수축 균열이 발생할 수 있다.
한편, 상기 본 발명에서 사용하는 아크릴에멀젼 라텍스는 정제수 120 내지 190 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되는 것을 사용하여; 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 우수한 강도와, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있으며, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 아크릴에멀젼 라텍스는 종래의 아크릴에멀젼 라텍스보다 유화제의 함량을 획기적으로 낮추어, 합성되는 아크릴계 라텍스 입자의 평균입경이 20 내지 280 nm로 매우 작고, 입경분포가 매우 고르게 제조될 수 있다. 이로써, 상기 속경성 결합재와의 혼화성을 매우 향상시켜 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있는 것이다. 또한, 건조성이 향상되어, 빠른 경화속도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 유화제 수용액에서 사용될 수 있는 음이온 유화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, 소듐스테아로일글루타메이트, 소듐폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트, 소듐라우릴에테르설페이트, 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트, 암모늄라우릴설페이트, 디소듐라우레스설포석시네이트, 모노이소프로파놀아민라우릴에테르설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 소듐라우릴에테르설페이트 및 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트를 1: 1 중량비율로 혼합사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액에서 사용될 수 있는 중합개시제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, 과산화황산암모늄(APS)을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 내구성, 내수성 및 내알카리성을 더욱 향상시킬 수 있도록 디아세톤아크릴아마이드(Diacetone acrylamide, DAAM) 및 아디프산 디히드라지드(Adipic acid dihydrazide, ADH)의 상온가교물 5 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 더욱 우수한 점착력을 부여함으로써, 콘크리트의 수축 및 이완에 대한 균열을 더욱 효과적으로 방지할 수 있도록 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 1 내지 5 중량부 및 글리세롤 로진 에스터 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 및 글리세롤 로진 에스터는 1: 2 중량비율로 혼합사용함으로써 상기하 효과를 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 유화제 수용액은 낮은 유화제의 함량에도 우수한 분산성을 더욱 향상시키기 위하여, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.005 내지 0.5 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
한편, 상기 모노머 프리에멀젼은 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
이때, 상기 메틸메타크릴레이트(MMA)는 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 성질인 내후성이 우수하여 외부환경 변화(날씨 및 기후 변화)에 의한 부식 등을 억제함과 동시에 조성물을 포장체로 침투시켜 일체화시킴으로써 강도특성을 매우 개선하는 기능을 한다. 이러한 상기 메틸메타크릴레이트(MMA)는 상기 모노머에 대하여, 20 내지 80 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 메틸메타크릴레이트(MMA)의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 메틸메타크릴레이트(MMA)의 함량이 너무 많은 경우에는 경화가 지연되거나 오히려 강도 특성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 스티렌 모노머(SM)는 우수한 강도 특성 및 스케일링저항성을 매우 개선하는 기능을 한다. 이러한 상기 스티렌 모노머(SM)는 상기 모노머에 대하여, 20 내지 80 중량% 범위로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 스티렌 모노머(SM)의 함량이 너무 적은 경우에는 상기한 개선효과가 미흡할 수 있는 문제점이 있고, 상기 스티렌 모노머(SM)의 함량이 너무 많은 경우에는 온도변화에 따른 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 모노머 프리에멀젼에서 사용할 수 있는 음이온 유화제 및 중합개시제는 상기 유화제 수용액에서 설명한 바와 동일하다.
또한, 상기 모노머 프리에멀젼에서 사용할 수 있는 저기포성 비이온 유화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르, 에톡시화 지방산, 10 내지 20개의 탄소 원자를 가진 에톡시화 직쇄형 또는 분지형 알코올, 글리세롤 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 바람직하게 사용할 수 있다.
이러한 상기 아크릴에멀젼 라텍스는 고형분의 함량이 47 내지 65 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 -20 내지 0 ℃이고, 최저필름형성온도(MFFT)가 0 내지 27 ℃인 것을 사용하여 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 균열저항성, 유연성, 부착성 및 저온안정성을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 아크릴에멀젼 라텍스는 본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물에 대하여 1 내지 20 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 아크릴에멀젼 라텍스의 함량이 너무 적으면 경화시간, 작업성, 강도 및 내구성의 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 아크릴에멀젼 라텍스의 함량이 너무 많으면 재료분리가 발생하기 쉽고, 수화반응을 지연시켜 초기 압축강도 발현을 저하시킴과 동시에 가격 경쟁력이 저하될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 및 굵은골재 20 내지 50 중량%를 강제믹서에서 교반시킨 후, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 더 혼합하여 소정시간(예컨대, 1 내지 10분) 동안 교반하여 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 구현 예는 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수공법으로서,
콘크리트 구조물의 열화 부위를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 침투형 표면 보호·강화제를 도포하는 단계; 상기 도포된 상부에 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 타설된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 상기 타이닝된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 도로포장 보수공법을 제공한다.
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.
이하에서, 상기 침투형 표면 보호·강화제 도포는 본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물이 콘크리트 슬래브에 부착되기 용이하게 하는 작업을 의미하는 것으로 사용한다.
상기 침투형 표면 보호·강화제로는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 라텍스, 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.
본 발명의 일 구현 예에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 보수공법에 따르면, 외부 온도변화에 대한 재료 및 시공상의 안정성이 우수하고, 교량의 바닥판 및 도로의 노면 등과 같은 콘크리트 포장도로에 우수한 강도를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 염분침투저항성, 동결융해저항성 및 스케일링저항성 등의 매우 향상된 내구성을 제공할 수 있는 바, 표면박리, 부분손상과 탈락, 포트홀 발생 및 건조수축과 이완응력에 의한 균열을 효과적으로 방지할 수 있고, 공용기간 연장과 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 매우 향상된 작업성을 제공할 수 있는 바, 시공이 간단하여 현장 적용성이 우수함과 동시에 경사면에서도 콘크리트가 흘러내리거나, 표면마감이 불량해지는 문제점없이 우수한 시공성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 경화 속도가 빨라 신속하게 콘크리트 포장도로의 파손부위를 복구함으로써 차량 통제 시간 및 시공 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
<제조예 1>
아크릴에멀젼 라텍스의 제조
교반기와 온도계, 질소 투입구, 순환 콘덴서를 장착한 4구 플라스크의 반응기를 준비하여 정제수 150 중량부에, 소듐라우릴에테르설페이트 및 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트를 1: 1 중량비율로 혼합한 음이온 유화제 0.1 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.2 중량부를 투입하여, 유화제 수용액을 제조하고 질소 분위기하에서 상기 반응기 내부온도를 35 ℃로 유지시켰다.
이와는 별도로, 메틸메타크릴레이트(MMA) 68 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 32 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 120 중량부, 소듐라우릴에테르설페이트 및 암모늄폴리옥시에틸렌라우릴에테르설페이트를 1: 1 중량비율로 혼합한 음이온 유화제 0.01 중량부, 저기포성 비이온 유화제(에톡시화 소르비탄 지방산 에스테르) 0.008 중량부 및 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.05 중량부를 혼합하여, 모노머 프리에멀젼을 제조하였다.
상기 별도로 제조한 모노머 프리에멀젼을 상기 유화제 수용액을 수용한 반응기에 연속적으로 3 시간 동안 적하하여 반응을 진행시켰다. 모노머 프리에멀젼 투입 완료 30 분 후, 중합개시제(과산화황산암모늄(APS)) 0.01 중량부를 추가로 투입하고 1 시간 동안 숙성시킨 후, 암모니아수로 중화시키고 pH 7 내지 7.5로 안정시켰다.
이렇게 제조된 상기 아크릴에멀젼 라텍스는 고형분의 함량이 55 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 -10 ℃이고, 최저필름형성온도(MFFT)가 3 ℃이다.
<제조예 2>
아크릴에멀젼 라텍스의 제조
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되,
상기 유화제 수용액은 디아세톤아크릴아마이드(Diacetone acrylamide, DAAM) 및 아디프산 디히드라지드(Adipic acid dihydrazide, ADH)의 상온가교물 10 중량부, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 2 중량부 및 글리세롤 로진 에스터 4 중량부 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.08 중량부를 더 포함하는 것을 사용하였다.
이렇게 제조된 상기 아크릴에멀젼 라텍스는 고형분의 함량이 49 중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 -8 ℃이고, 최저필름형성온도(MFFT)가 0.5 ℃이다.
<실시예 1>
속경성 결합재 15 중량%, 잔골재 42 중량%, 및 굵은골재 33 중량%를 강제믹서에서 교반시킨 후, 상기 제조예 1에서 제조된 아크릴에멀젼 라텍스 6 중량% 및 배합수 4 중량%를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
상기 속경성 결합재는 분말도가 4,250 cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 분말도가 7,380 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트 120 중량부, 분말도가 8,410 cm2/g이고, SO3의 함량이 58.5 중량%인 천연무수석고 24 중량부, 화학무수석고 30 중량부, 칼슘알루미네이트 12 중량부, 질화규소 분말 8 중량부, 경화촉진제(리튬 카보네이트) 5 중량부, 응결지연제(주석산) 1.5 중량부, 및 폴리카본산계 유동화제 0.6 중량부를 혼합하여 사용하였다.
이때, 상기 화학무수석고는 인산부산석고를 900 ℃에서 소성하고 냉각 및 탈수한 화학무수석고로서, 분말도가 9,850 cm2/g이고, SO3의 함량이 7.5 중량%이고, P2O5의 함량이 6.3 중량%인 것을 사용하였다.
또한, 상기 칼슘알루미네이트는 C12A7(12CaO·7Al2O3)을 용융하여 급냉한 비정질 광물로서, 분말도가 5,370 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 46.4 중량%, CaO의 함량이 45.8 중량%, SiO2의 함량이 5.5 중량% 이하인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
속경성 결합재 15 중량%, 잔골재 42 중량%, 및 굵은골재 33 중량%를 강제믹서에서 교반시킨 후, 상기 제조예 2에서 제조된 아크릴에멀젼 라텍스 6 중량% 및 배합수 4 중량%를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하되, 상기 질화규소 분말을 대신하여, 질화규소 나노섬유의 형태로 존재하는 것을 사용하였다.
보다 구체적으로, 상기 질화규소 나노섬유는 SiCl4 및 NH3를 30 ℃의 온도 및 5 bar의 압력에서 기상 반응시켜 Si(NH)2를 제조한 후; 상기 제조된 Si(NH)2를 1,200 ℃의 온도에서 열분해하여 무정형 Si3N4를 제조한 후; 상기 제조된 무정형 Si3N4에 H2 가스 분위기 및 1,500 ℃의 온도에서 열처리하여 결정형 질화규소 나노섬유를 제조함으로써, 직경이 560 nm이고, 길이가 28 μm인 것을 사용하였다.
<실시예 3>
속경성 결합재 15 중량%, 잔골재 42 중량%, 및 굵은골재 33 중량%를 강제믹서에서 교반시킨 후, 상기 제조예 2에서 제조된 아크릴에멀젼 라텍스 6 중량% 및 배합수 4 중량%를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 속경성 결합재는 상기 실시예 2에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하되, 상기 질화규소 나노섬유는 표면을 하기 화학식 1-1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 화합물로 개질된 것을 사용하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112021072890069-pat00003
상기 식에서, R2는 메틸기이고, n은 5이다.
<비교예 1>
분말도가 4,250 cm2/g인 보통 포틀랜드 시멘트 10 중량%, 분말도가 5,200 cm2/g이고, Al2O3의 함량이 35.7 중량%인 칼슘설포알루미네이트 5 중량%, 잔골재 42 중량%, 및 굵은골재 33 중량%를 강제믹서에서 교반시킨 후, 스티렌 부타디엔 고무 라텍스 6 중량% 및 배합수 4 중량%를 더 혼합하여 3분 동안 교반하여, 비교용 시멘트 콘크리트 조성물을 제조하였다.
<시험예>
기본물성 평가
본 발명에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물의 기본물성을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1에 따른 비교용 시멘트 콘크리트 조성물의 기본물성을 비교 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 시험방법 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
건조수축(길이변화율(%)) KS F 2424 0.044 0.041 0.033 0.055
압축강도(MPa)_4시간 KS F 2405 24.9 25.1 26.4 20.1
압축강도(MPa)_28일 KS F 2405 43.3 43.9 44.7 35.3
휨강도(MPa)_4시간 KS F 2408 5.3 5.6 5.8 4.3
휨강도(MPa)_28일 KS F 2408 7.2 7.4 7.9 6.2
부착강도(MPa)_4시간 KS F 2762 2.0 2.1 2.2 1.0
부착강도(MPa)_28일 KS F 2762 2.5 2.6 2.8 1.6
열팽창계수(℃-1) AASHITO TP 60 4.5x10-6 4.6x10-6 4.6x10-6 4.9x10-6
탄성계수(MPa) KS F 2438 3.68x104 3.7x104 3.70x104 3.62x104
염분침투저항성(coulomb) KS F 2711 658 581 523 979
동결융해저항성(%) KS F 2456 83 85 86 75
마모저항성(mm) ASTM C 779B 0.19 0.18 0.17 0.38
균열 저항성 ASTM C 1581 균열없음 균열없음 균열없음 미세균열
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따른 비교용 시멘트 콘크리트 조성물과 비교하여, 건조수축에 따른 길이변화율이 적으고, 압축강도, 휨강도 및 부착강도가 우수하고, 열팽창계수가 현저히 작고, 탄성계수가 높아 변형률이 작으며, 우수한 염분침투저항성, 동결융해저항성, 마모저항성 및 균열저항성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
작업성 평가
본 발명에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성능을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 및 비교예 1에 따른 비교용 시멘트 콘크리트 조성물의 작업성을 비교 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 상기 작업성 평가는 상기 조성물의 배합직 후 400mm×400mm×50mm(가로×세로×높이)의 크기로 제작된 몰드에 평활하게 조성물을 채우고 지면으로부터 몰드의 각도를 각각 5°, 10°, 15°, 20°로 경사각을 유지한 채 조성물의 종결시점까지 양생시키고 몰드 윗부분에 수평을 확인하여 경사각 아래 부분으로 콘크리트의 흘러내림 현상의 발생여부를 육안으로 확인함으로써 수행되었다.
시공면 경사각도에 따른
흘러내림 현상		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
5° 없음 없음 없음 없음
10° 없음 없음 없음 없음
15° 없음 없음 없음 발생
20° 없음 없음 없음 발생
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물은 비교예 1에 따른 비교용 시멘트 콘크리트 조성물과 비교하여, 흘러내림 현상이 개선되어 우수한 작업성능을 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 실시 예는 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. 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물로서, 속경성 결합재 10 내지 30 중량%, 잔골재 30 내지 60 중량%, 굵은골재 20 내지 50 중량%, 아크릴에멀젼 라텍스 1 내지 20 중량% 및 배합수 1 내지 20 중량%를 포함하고,
    상기 속경성 결합재는
    보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 칼슘설포알루미네이트 105 내지 130 중량부, 분말도가 6,000 내지 10,000 cm2/g이고, SO3의 함량이 55 내지 63 중량%인 천연무수석고 15 내지 45 중량부, 화학무수석고 15 내지 45 중량부, 칼슘알루미네이트 5 내지 25 중량부 및 질화규소 1 내지 10 중량부를 포함하고;
    상기 아크릴에멀젼 라텍스는
    정제수 120 내지 190 중량부, 디아세톤아크릴아마이드(Diacetone acrylamide, DAAM) 및 아디프산 디히드라지드(Adipic acid dihydrazide, ADH)의 상온가교물 5 내지 10 중량부, 펜타에리쓰리톨 로진 에스터 1 내지 5 중량부, 글리세롤 로진 에스터 1 내지 5 중량부, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 0.005 내지 0.5 중량부, 음이온 유화제 0.01 내지 2 중량부 및 중합개시제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 유화제 수용액에; 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 80 중량% 및 스티렌 모노머(SM) 20 내지 80 중량%를 포함하는 모노머 100 중량부, 정제수 90 내지 150 중량부, 음이온 유화제 0.005 내지 0.7 중량부, 저기포성 비이온 유화제 0.001 내지 0.2 중량부 및 중합개시제 0.01 내지 3 중량부를 포함하는 모노머 프리에멀젼을 연속적으로 적하한 후, 숙성 및 중화시켜 준비되는 것을 특징으로 하는 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질화규소는 질화규소 나노섬유의 형태로 존재하는 것이고;
    상기 질화규소 나노섬유는 SiCl4 및 NH3를 기상 반응시켜 Si(NH)2를 제조하는 단계; 상기 제조된 Si(NH)2를 열분해하여 무정형 Si3N4를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 무정형 Si3N4에 비산화성 분위기에서 열처리하여 결정형 질화규소 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질화규소는 상기 질화규소 표면을 하기 화학식 1로 표시되는 알킬 설폰화 테트라졸 화합물로 표면이 개질된 것을 특징으로 하는 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112021072890069-pat00004

    상기 식에서, R2는 선형 또는 분지된 C1 내지 C20의 지방족 알킬기, C3 내지 C20의 지환족 알킬기, C6 내지 C20의 아릴기 및 이들의 혼합 관능기 중에서 선택되는 1종 이상의 관능기이고, n은 1 내지 6의 정수이다.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중에서 선택되는 어느 한항에 따른 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장 보수공법으로서,
    콘크리트 구조물의 열화 부위를 제거하는 단계; 제거된 부위를 청소하는 단계; 상기 청소된 부위에 침투형 표면 보호·강화제를 도포하는 단계; 상기 도포된 상부에 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물을 타설하여 열화된 부위의 단면을 복구하는 단계; 타설된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 표면의 미끄럼 방지를 위하여 종·횡방향의 타이닝을 실시하는 단계; 상기 타이닝된 상기 향상된 내구성 및 작업성을 갖는 아크릴에멀젼 라텍스 함유 긴급보수용 속경성 시멘트 콘크리트 조성물 상부에 수분증발을 방지하여 소성균열을 억제하기 위하여 피막 양생제를 도포하는 단계; 및 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로포장 보수공법.
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