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KR102428246B1 - 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트 - Google Patents

변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트 Download PDF

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KR102428246B1
KR102428246B1 KR1020210100814A KR20210100814A KR102428246B1 KR 102428246 B1 KR102428246 B1 KR 102428246B1 KR 1020210100814 A KR1020210100814 A KR 1020210100814A KR 20210100814 A KR20210100814 A KR 20210100814A KR 102428246 B1 KR102428246 B1 KR 102428246B1
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South Korea
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cement
modified polymer
concrete
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KR1020210100814A
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신청호
권이금
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(주)세스
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Abstract

본 발명은 연성 시멘트 콘크리트에 관한 것이 개시된다.
이 개시된 연성 시멘트 콘크리트는 변성 고분자와; 시멘트 분체와; 굵은 골재; 및 잔골재를 포함하고, 변성 고분자는 비스페놀 A형 에폭시 수지와; 실란 커플링제와; 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체와; 불포화 지방산; 및 아크릴 공중합성체로부터 합성된다.

Description

변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트{Ductile Cementitious Concrete Containing Modified Polymer}
본 발명은 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트에 관한 것으로서, 상세하게는 비스페놀 A형 에폭시 레진을 CTBN (Carboxyl Terminated Butadiend Arcylonitrile) 고무, 아크릴 공중합성체, 지방산 및 실란 성분 등으로 변성한 후, 이온교환수를 적하하여 제조한 변성 수용성 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트(Polymeric Ductile Cementitious Composite; PDCC)에 관한 것이다.
대부분의 차도용 도로 포장은 유기성 아스팔트 콘크리트 포장 (아스콘)과 무기성 콘크리트 포장으로 이루어진다. 유기성 아스팔트 도로포장 재료 생산시 발생하는 공해, 강성 부족에 따른 조기 파손으로 폐아스콘 공해 물질의 발생, 빈번한 유지보수 필요 및 화석연료를 기반으로 하므로 환경적인 측면에서 지속가능성 결여 등의 문제점들을 가지고 있다.
무기성 시멘트 콘크리트 도로포장재의 경우, 우수한 강성 발현 효과로 장기 공용성능이 우수한 측면은 있으나, 온도 변화에 대한 유연성 부족으로 수축균열, 반사균열, 피로균열 및 블로우업(Blow-up) 발생으로 막대한 사후 유지보수 비용 문제점이 있다.
시멘트 콘크리트는 기상조건과 자외선 등에 의해 표면 노후화, 중성화에 의한 내구성이 저하되는 특징이 있다. 노후화에 대한 내후성은 기상변화 및 자외선에 노출에 따른 저항성능을 말하며, 종래의 예에서 폴리머 시멘트 콘크리트 (Polymer Cement Concrete: PCC)의 내후성능이 일반적인 보통 시멘트 콘크리트 보다 우수하다는 것은 알려진 사실이다.
시멘트 콘크리트의 중성화, 건조수축균열, 블로우-업 (Blow-up) 등의 물리적 변화에 대한 대응능력 향상과 소성 및 취성 등의 물리적 성질에 소정의 연성 성질을 부여하기 위한 기존의 열가소성 또는 열경화성 고분자 수지를 이용한 폴리머 시멘트 콘크리트는 자외선 및 양생 온도 등의 영향을 받아 내구성 저하가 일부 나타나는 단점이 있으나, 긴급 보수용으로는 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 차도용 도로포장은 8.2톤 트럭 축하중을 기준으로 두께 및 물성치를 규정하여 도로포장용 재료로 활용을 하고 있다. 유기성 아스콘 도로포장의 경우 대부분 표층용으로 활용하며, 최소 인장 강도는 0.7 MPa 이상을 유지해야 표층용 도로포장재로서 기능을 할 수 있으나, 대부분 인장 강도 부족으로 설계수명을 만족하지 못하고 조기에 파손되는 단점이 있다.
강성 무기성 무근 시멘트 콘크리트를 도로 포장용 표층 슬래브로 사용하는 경우, 28일 재령 기준으로 휨강도 4.5 MPa 이상만을 배합기준으로 설정하고 있으나, 특수재료의 품질기준을 인용하는 경우, 일반적으로 28일 재령의 압축강도, 할렬인장강도(쪼갬인장강도) 등의 품질기준을 만족해야 한다.
도로포장 긴급 보수에 활용되는 재료의 경우, 폴리우레탄 기반 아스콘재의 경우, 기존 포장체와의 부착을 할 수 있는 화학적 기저가 없으므로 부착성능 매우 불량하여 조기에 기능을 상실하는 문제가 있고, 무기재료인 초속경 시멘트에 라텍스를 첨가한 재료의 경우 대기온도에 따라 강도발현이 크게 차이가 나며, 라텍스의 첨가로 인해 혼합시 기포 발생이 많아 내부에 공극이 많이 존재하여, 향후 균열의 진전이나 공극으로의 우수 등의 침투로 인해 콘크리트의 조기손상 문제점이 있다.
기존에 개시된 기술의 경우, 유기성 아스콘의 경우, 아스팔트 바인더의 점착성에 의한 기계적 결합에 의한 부착강도가 발현되거나, 무기성 시멘트 콘크리크의 경우, 시멘트 몰탈과 포졸란 반응에 의해 수화물을 형성하여 강도를 발현하는 특성을 갖는다.
종래 기술인 한국특허 제10-1796932호에 따르면 탄성성질 부여를 위해 라텍스를 시멘트와 물의 비인 잔골재율을 고정시킨 상태에서 라텍스의 혼입률을 실험변수로 정하여 시멘트 대비 5%, 10%, 15%, 20% 로 시험체를 제작하여 재령에 따른 압축강도, 휨강도, 할렬인장강도 등을 측정한 바, 압축강도의 경우 라텍스의 혼합으로 인한 개선이 두드러지지 않는 것으로 판단되었다. 또한, 휨강도는 모든 경우에 있어서 교통 개방의 기준이라 할 수 있는 4시간 교통 개방 설계 기준 강도 3.15 MPa 이상를 만족하였고, 할렬인장강도(쪼갬인장강도) 또한 설계기준 강도를 만족하는 특성을 나타낸 바가 있다. 그러나, 무기재인 시멘트 페이스트에 라텍스를 혼합한 시편에 대한 연성 강화 특성은 개시하고 있지 않다.
또한, 일본 특허 제2000-0064725호에는 블락된 케톤이 물을 만나 아민이 해리되어 경화가 일어나는 기저로 경화제를 사용하고 있고, 한국 특허 제2005-0133872호는 열경화성 폴리우레탄 및 이소시아네이트를 경화제로 사용하고 있다.
아울러, 한국 특허 제10-0922137호는 제조과정에서 이미 축중합이 완료된 아크릴 폴리머 에멀션을 첨가제로 사용하고, 한국 특허 제10-1045877호는 폴리스티렌이 주제로 사용하며, 한국 특허 제10-1160540호는 변성 과정이 없는 일반 에폭시 수지를 활용하고 있다. 또한, 미국 특허 제2014-0035353호에서는 고분 변성 에폭시에 화학적으로 연행하지는 않고 실란기를 활용하고 있다.
따라서, 별도의 경화제 없이 불포화 지방산을 연행하여 불포화 지방산에 다수 포함되어 있는 반응기로 에폭시 주제의 경화를 유도하는 기저를 활용하는 연성 강화 특성이 개선된 연성 시멘트 콘크리트가 필요한 실정이다.
등록특허공보 제10-1796932호(2017.11.07) 등록특허공보 제10-0922137호(2009.10.09) 등록특허공보 제10-1045877호(2011.06.27) 등록특허공보 제10-1160540호(2012.06.21)
본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 긴급 보수가 필요한 경우, 일반 시멘트 또는 초속경 시멘트, 골재 및 기타 혼화제 혼합물에 변성 고분자를 투입하여 물리적 성능을 확보할 수 있다. 여기서 물리적 성능은 무기성 콘크리트와의 수소결합을 유도하여 조기강도를 추가로 발현시키고, 이를 통해 콘크리트의 설계 소요 내구성능을 확보할 수 있다. 또한, 변성 고분자에 함유된 고무 성분의 역할로 강성 콘크리트에 연성을 부여하여 온도변화에 따른 건조 수축 팽창에 유연하게 대응 가능한 효과가 있다.
또한, 변성 고분자 투입량을 조절하여 일반 시멘트 또는 초속경 시멘트의 사용량의 절감으로 경제성 확보를 가능하도록 하는 변성 고분자를 경화 기저로 활용하여 연성 시멘트 콘크리트를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연성 시멘트 콘크리트는 변성 고분자와; 시멘트 분체와; 굵은 골재; 및 잔골재를 포함하고, 상기 변성 고분자는,비스페놀 A형 에폭시 수지와; 실란 커플링제와; 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체와; 불포화 지방산; 및 아크릴 공중합성체로부터 합성될 수 있다.
연성 시멘트 콘크리트는 변성 고분자와; 시멘트 분체와; 굵은 골재; 및 잔골재를 포함하고, 상기 변성 고분자는, 상기 변성 고분자 100 중량부 기준으로 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지 3내지 10 중량부와; 상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체 1 내지 5 중량부와; 상기 실란 커플링제 1.0 내지 2.5 중량부와; 상기 불포화 지방산 3 내지 10 중량부와; 상기 아크릴 공중합성체 5 내지 10 중량부; 및 상기 이온교환수 80 내지 90 중량부를 포함하는 상기 복합체 원료로부터 합성될 수 있다.
연성 시멘트 콘크리트는 변성 고분자와; 시멘트 분체와; 굵은 골재; 및 잔골재를 포함하고, 상기 변성 고분자는, 비스페놀 A형 에폭시 수지와; 실란 커플링제와; 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체와; 불포화 지방산; 및 아크릴 공중합성체로부터 합성되는 것으로, 하기 화학식 1의 화합물로 표기될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021088504338-pat00001
여기서, R, R1, R2, R3, R4, R5는 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, n은 0 내지 30의 정수이며, 산소 원자 O와 산소원자 O 사이의 '~~~'n개로 표시되는 수개의 지방산이 결합되어 있음을 의미하며 Y와 Si 사이의 '~~~'은 에폭시 그룹이 결합되어 있음을 나타낸다.
상기 아크릴산 공중합성체는, 하기 화학식 2의 화합물로 표기될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021088504338-pat00002
여기서, n은 1 내지 20의 정수이고, m은 1 내지 20의 정수이며, *은 연결지점이다.
또한, 시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 변성 고분자 3 ~ 10중량부와; 시멘트 분체 10 ~ 25중량부와; 굵은 골재 30 ~ 40중량부; 및 잔골재 30 ~ 45중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트는 콘크리트의 취성 파괴 성질을 완화하여 건조수축 균열에 효과적으로 대처할 수 있고, 콘크리트 슬래브의 블로우-업 (Blow-up) 현상을 억제할 수 있고, 기존 포졸란 반응에 의한 수화물 결합력에 더해 무기질 콘크리트와 유기 고분자의 수소결합에 의한 부착강화로 콘크리트 혼합물의 내구성을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트는 긴급보수재로 활용할 경우 기존 무기계 콘크리트와의 접착력이 좋아 도로보수공법에 적합하며 또한, 일반 콘크리트에 비해 건조수축이 감소된다. 게다가, 동일 강도 발현을 위해 필요한 시멘트량이 많은 비용을 차지하는 재료로서, 초속경 시멘트의 사용량 절감이 가능하여 경제성의 확보가 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고무, 불포화산, 축중합 아크릴 변성 및 실란이 가교 처리된 변성 에폭시 수지를 나타낸 화학식.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FTIR(Fourie Transform Infra-Red) 시험에 의한 변성 에폭시 수지의 변성 전후의 특성을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 일액형 수용성 변성 에폭시-아크릴 공중합성 수지 조성물을 함유한 무기질 시멘트 혼합물의 연성 특성 시험에 사용되는 DHR (Dynamic High Shear Rheometer) 시험기기 및 시편를 나타낸 사진.
도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예들에 따른 시멘트 콘크리트 시편의 연성거동을 응력-변위 관계로 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예들에 따른 시멘트 콘크리트 시편의 연성거동을 반복 응력-변위 관계로 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변성 고분자를 함유한 연성 시멘트 콘크리트에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
열경화성 고분자의 일종인 에폭시 수지의 경우, 기타 다른 종류의 고분자와 비교하여 접착성, 내약품성, 내열성 및 역학적 성질이 우수하기 때문에 건축 및 토목분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 종래의 에폭시 수지는 주제와 경화제 2 액형으로 주제와 경화제를 소정의 비율로 혼합해야만 경화가 발현되는 특징이 있다. 따라서 부착, 건조, 경화 후 강도발현을 위해서 경화제의 사용이 불가피하므로 이를 혼합하여 사용하는데 대한 복잡성, 또한 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 50% 이상의 불휘발분 성분을 요구하여 고가의 재료비 등이 단점으로 알려져 있다.
본원 발명인 변성 고분자 즉, 변성 친수성 에폭시의 경우, 별도의 경화제 없이 불포화 지방산을 연행하여, 불포화 지방산에 다수 포함되어 있는 반응기, 즉, 카르복실 그룹(-COOH), 탄소 이중결합 (C=C)등이 공기중 산소 및 시멘트 수화시 물 분자 등과의 반응으로 에폭시 주제의 경화를 유도하는 기저를 활용할 뿐만아니라, 종래의 예에서 알려진 바와 같이 시멘트 수화에 의해 발생되는 알칼리인 수산화물 하이드록시기(Hydroxyl Radical, -OH)와 변성 에폭시 분자내의 에폭시기의 벤젠 고리 개환 수소 결합 반응으로 추가 경화 기저 발현이 되는 특징을 갖는다.
■ 일액형 변성 수용성 고분자의 화학적 조성 설명
본 발명과 유사한 일액형 또는 이액형 에폭시 만을 부착 재료로 사용하는 종래의 기술은 부착시의 경화에 필요한 가사시간을 적절하게 조절하기 어려우며, 저온에서의 균열에 대한 저항성이 적절히 평가된 바 없다. 화학식 1은 현재까지 대부분 건축용으로 사용되고 있는 무변성 에폭시의 분자구조를 나타내고 있다. 전체적으로 다양한 특성을 가지고 있으나, 취성, 충격에 의한 파손 및 온도차에 따른 유연성 문제 등이 종래기술의 가장 큰 문제점이라 할 수 있다.
따라서, 화학식 1의 반응 연결부 (Reactants)에 에스테르화 과정으로 고무 성분 및 축중합 과정으로 아크릴 공중합성체를 연행하여 물리적 성질, 특히 탄성 성질을 부여할 필요가 있으며, 유·무기 반응 유도로 부착성능 향상을 위해 실란(Silane) 처리 등의 변성과정을 에폭시 주제에 접목할 필요가 있다. 또한, 별도의 경화제를 사용하지 않고 대기중 또는 혼합물 내의 공기와 결합을 위해 분자 내에 탄소 이중 결합 및 카르복실 반응기를 동시에 가지고 있는 불포화 지방산을 도입하고, 물을 적하하여 무기계 콘크리트에 적합한 일액형 친수성 변성 에폭시 고분자를 개발하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 수경성 일액형 변성 에폭시 조성물은, 상기 에폭시 수지의 내수분성, 고접착성, 조결성 등의 특성을 이용하여 시멘트 콘크리트에 적용하기 위한 것으로, 에폭시의 적용온도범위는 -10~120
Figure 112021088504338-pat00003
이며, 에폭시 고분자화(Epoxy polymerization) 과정은 비 휘발성이고, 반응시 거품(Forming)이 일어나지 않으며, 양생시 매우 낮은 수축(shrinkage) 특성을 갖는다.
본 발명에서는 이와 같은 에폭시 주제를 CTBN (Carboxyl Terminated Butadiene acryloNitrie) 고무성분, 아크릴 공중합성체, 지방산등으로 변성하여 탄성 성질 강화와, 실란(Silane) 성분을 추가로 에폭시 주제에 연행하여 부착 성능 향상시키는 것과 동시에 대기 중 및 혼합물 내의 산소를 이용하는 경화 방식으로 경화제가 필요 없는 친환경 수용성 에폭시 조성물에 관한 것이다.
상기 자연 건조를 위한 고무변성 및 실란 처리된 에폭시 수지는, 불휘발 성분으로 비스페놀 A 에폭시 수지, 카르복실 말단 고무, 아크릴 공중합성체, 및 실란 커플링제, 불포화 지방산등을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00004
상기 화학식 1에서,
n은 0 내지 30의 정수이다.
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 이온교환수가 80 ~ 90중량부로 적하되고, 불휘발 성분으로 변성 에폭시 전체 수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부로 포함되는 것이 가능하다. 함량이 3 중량부 미만인 경우 내약품성, 내용제성, 내식성 등이 저하될 수 있고, 10 중량부 초과인 경우, 불포화 성분 과다로 탄성, 부착성, 충격성 등이 저하될 수 있고, 본 발명인 수용성 일액형 수지의 특성인 자연 건조가 지연될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체는 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00005
상기 화학식 2에서,
R'는 C1-C10의 알킬기 또는 아릴기이고,
p 및 q는 1 내지 20의 정수이며,
m은 1 내지 20의 정수이다.
본 명세서에서 사용되는 C1-C10의 알킬기는 탄소수 1 내지 10개로 구성된 직쇄형 또는 분지형의 1가 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-옥틸, n-데실 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서 사용되는 아릴기는 아로메틱기와 헤테로아로메틱기 및 그들의 부분적으로 환원된 유도체를 모두 포함한다. 상기 아로메틱기는 5 내지 15각형으로 이루어진 단순 또는 융합 고리형이며, 헤테로아로메틱기는 산소, 황 또는 질소를 하나 이상 포함하는 아로메틱기를 의미한다. 대표적인 아릴기의 예로는 페닐, 나프틸, 피리디닐(pyridinyl), 푸라닐(furanyl), 티오페닐(thioph ennnnnyl), 인돌릴(indolyl), 퀴놀리닐(quinolinyl), 이미다졸리닐(imidazolei nyl), 옥사졸릴(oxazolyl), 티아졸릴(thiazolyl), 테트라히드로나프틸 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체는 상기 이온교환수 적하 변성 에폭시 전체 수지 100중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 가능하다. 함량이 1 중량부 미만인 경우 탄성, 부착성 충격성능 등이 저하될 수 있고, 5 중량부 초과인 경우, 불포화 고무 성분 과다로 점도 상승으로 작업성이 떨어지거나, 혼합시 거품발생 가능성 증대, 강도 저하 및 내약품성, 내용제성, 내식성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 불포화 지방산은 다수의 탄소 이중결합 (C=C) 및 하이드록실기 (-OH)를 포함하며 하기 화학식 3의 화합물일 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00006
상기 화학식 3에서,
n은 1 내지 10의 정수이다.
본 발명에서 사용되는 불포화 지방산으로는 다이머산, 리놀레산, 팔미트산, 스테아린산, 라우릭산, 대두유 지방산, 피마자유 지방산 및 이들의 유도체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 다이머산, 리놀레산, 팔미트산, 스테아린산 및 대두유 지방산을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용한다. 에폭시 수지에 도입된 불포화 지방산은 요오드가 110~180, 바람직하게는 110~150의 지방산을 사용한다. 지방산의 요오드가가 150 이상일 경우 도막에 산화로 인한 황변이 생길 우려가 있다.
상기 불포화 지방산은 상기 이온교환수 적하 변성 에폭시 전체 수지 100중량부에 대하여 3 내지 10중량부로 포함되는 것이 가능하다. 함량이 3 중량부 미만인 경우, 경화 반응 저하로, 유연성, 건조성 등이 저하될 수 있고, 10 중량부 초과인 경우, 불포화 성분 과다로, 취성이 증대되거나, 산가가 너무 높아 건조시간이 크게 지연되거나, 무기물 혼합물내에서 미세 공극량이 증가로 강도저하, 내약품성, 내용제성, 내식성 등이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 아크릴산은 하기 화학식 4의 화합물일 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00007
< 중합전 아크릴 모너머 및 아크릴 공중합성체 >
Figure 112021088504338-pat00008
< 아크릴 모너머 >
상기 아크릴로 니트릴 및 메틸 메타크릴레이트 공중합성체, n은 1 내지 20의 정수이며, m은 1 내지 20의 정수이다.
본 발명에서 사용되는 중합전 아크릴 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 스타일렌, 프마린산, 메틸메타아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트 및 이들의 유도체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 아크릴산 및 이소부틸아크릴레이트을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용하거나, 스타일렌, 아크릴산 및 메타크릴산을 혼합하여 사용한다. 혼합하여 사용하는 경우에는 중합반응으로 아크릴 공중합성체의 발현으로 변성고분자의 고분자 망상구조 증대로 안정성에 양호한 역할을 수행한다.
상기 아크릴 공중합성체는 상기 이온교환수 적하 변성 에폭시 전체 수지 100중량부에 대하여 대하여 5 내지 10중량부로 포함되는 것이 가능하다. 함량이 5 중량부 미만인 경우 건조성능 등이 저하될 수 있고, 10 중량부 초과인 경우 경도가 높아 조기 미세균열 발생가능성이 클 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 화학식 1의 비스페놀 A형 에폭시 수지의 에폭시기는 상기 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 카르복실 말단 부타디엔 공중합성체, 지방산, 아크릴산등과 반응하여 인성 및 탄성이 향상된 자연건조가 가능한 에폭시 수지를 형성하며, 에폭시 수지는 예를 들면 하기 화학식 5의 화합물로 나타낼 수 있다.
화학식 6과 같이 에폭시 블록은 독자의 공간(domain)을 유지하면서 아크릴 및 폴리부타디엔 블록은 탄성체 영역을 구성한다. 지방산의 경우 탄소 이중결합과 카르복실 반응기와 공기중 또는 조성물내의 산소와 반응하여 경화되는 기저를 담당한다. 이와 같은 고분자는 외력에 따라 독자의 공간을 유지하면서 늘어나거나 탄성회복 등의 물리적 성질을 분자내에서 유지하는 역할을 수행한다. 분자내에서의 공간은 주성분인 에폭시 상에 의해 갇혀 있으므로, 이와 같은 변성 에폭시는 특수한 분자구조로 그래프트 공중합성체에 힘을 가하면 그 에너지는 일부를 탄성체 고무상인 폴리부타디엔 및 아크릴이 담당하게 되는 특성이 있다. 따라서 폴리부타디엔 및 아크릴 공중합성체는 변성 전 에폭시가 갖지 못한 고무 탄성을 부여하여, 결과적으로 개질된 조성물의 탄성회복 특성을 증대하게 된다.
Figure 112021088504338-pat00009
상기 산소 경화형 에폭시 수지의 경우, 에폭시 수지 자체의 우수한 기계적 물성(부착강도, 산화 안정성, 화학적 안정성 등)을 유지할 뿐만 아니라, 취성 물성의 에폭시 수지에 카르복실 말단 부타디엔 및 아크릴 공중합성체를 가교시킴으로써 고무성질을 가지는 에폭시 수지로 개질하여 경화 단계를 수행한 후 탄성이 우수할 뿐만 아니라 저온에서 더욱 유연한 물성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 실란 커플링제는 유기질 재료와 반응하는 반응기(-Y)와 무기질 재료와 반응하는 알콕시기(-OR)를 포함하고 있으며, 하기 화학식 7의 화합물일 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00010
상기 화학식 7에서,
R은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고,
Y는 에폭시기, 아미노 또는 C2-C4의 알케닐기, 바람직하게는 에폭시기, 아미노 또는 비닐이다. Y와 Si 사이의 '~~~'은 에폭시 그룹이 결합되어 있음을 나타낸다.
본 명세서에서, C1-C4의 알킬기는 탄소수 1 내지 4개로 구성된 직쇄형 또는 분지형 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 C2-C4의 알케닐기는 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 탄소수 2 내지 4개로 구성된 직쇄형 또는 분지형 불포화 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 비닐(vinyl), 프로펜일, 부텐일 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 C1-C10의 알킬기, 아릴기, C1-C4의 알킬기 및 C2-C4의 알케닐기는 한 개 또는 그 이상의 수소가 C1-C5의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C2-C6의 알키닐기, C3-C10의 시클로알킬기, C3-C10의 헤테로시클로알킬기, C3-C10의 헤테로시클로알킬옥시, C1-C5의 할로알킬기, C1-C5의 알콕시기, C1-C5의 티오알콕시기, 아릴기, 아실기, 히드록시, 티오(thio), 할로겐, 아미노, 알콕시카보닐, 카복시, 카바모일, 시아노, 니트로 등으로 치환될 수 있다.
상기 실란 커플링제는 상기 이온교환수 적하 변성 에폭시 전체 수지 100중량부에 대하여 1.0 내지 2.5중량부로 포함되는 것이 가능하다. 함량이 1.0 중량부 미만인 경우, 유·무기반응 저하로, 부착성, 내열성 등이 저하될 수 있고, 2.5 중량부 초과인 경우, 불포화 성분이 과다하거나, 과반응으로 유연성 등이 저하될 수 있다.
상기 실란 커플링제는 화합물 내에 유기질 재료와 반응하는 반응기(-Y)와 무기질 재료와 반응하는 알콕시기(-OR)를 모두 포함하고 있으며, 수분과 가수분해 반응을 하여 실라놀(Silanol) 그룹을 만들고, 하기 반응식 1에 도시된 바와 같이 실라놀 그룹에 존재하는 히드록시기(-OH)와 유기 또는 무기재료인 부착대상물 표면의 히드록시기 간의 수소 결합 또는 화학적 결합으로 인해 부착대상물 표면에서의 부착강도를 발현한다.
상기 도로 포장체 표면이 유기물인 경우, 변성 에폭시 수지와 유기재료와의 우수한 상용성으로 유기재료에 있는 레진 또는 오일 성분의 유기 화합물과의 반응을 통한 부착 성능을 강화해 주는 특징이 있다. 따라서, 상기 실란 커플링제는 무기질 재료와 결합하여 유기/무기 결합을 형성하고, 유기질 재료와 결합하여 유기/유기 결합을 형성함으로써 부착성이 강화될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112021088504338-pat00011
말단의 실란 반응기는 부착 대상 표면의 유기분자 또는 무기분자의 히드록시기와 수소결합을 발현하여 부착강도가 발현된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고무 및 불포화 지방산, 아크릴 축중합으로 변성 에폭시 수지에 실란 커플링제를 가교시켜 1액형 변성 수용성 에폭시 수지를 형성하며, 압축강도 및 내마모성능이 향상될 수 있다. 상기 고무, 불포화산, 축중합 아크릴 변성 및 실란이 가교 처리된 변성 에폭시-아크릴 공중합성 수지 조성물은 하기 화학식 7의 화합물로 나타낼 수 있다.
Figure 112021088504338-pat00012
상기 화학식 8에서,
R, R1, R2, R3, R4, R5는 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, n은 0 내지 30의 정수이다.
종래의 폴리머 시멘트 콘크리트(Waterborne Polymer Cement Concrete: WPCC)의 물성은 물-시멘트 비, 골재-시멘트 비, 폴리머-시멘트 비에 의해서 성질이 변화하지만, WPCC의 주된 강도 특성은 폴리머-시멘트 비에 의해서 지배된다.
본원 발명에서 폴리머-시멘트 비는 시멘트에 대한 물이 적하된 액상 폴리머 중 불휘발분(고형분)의 중량비로 나타낸다. 이때 폴리머(불휘발분)-시멘트비는 5 ~ 30중량부 내외로 조절이 가능하며, 물이 적하된 액상 폴리머의 불포화된 변성 고분자량을 최소화 하기위해서는 10 ~ 25중량부 범위의 불휘발분 비율로 합성을 실시하는 것이 바람직하다.
상기한 범위내에서 인장 및 휨강도, 압축강도, 중성화 저항성, 접착성, 수밀성 (방수성능), 내약품성, 내마모성, 내충격성 등이 향상되는 최적의 폴리머(불휘발분)-시멘트비를 결정해야 한다.
이때, 물-시멘트비(Water/Cement) 계산시 상기 적하된 물의 양을 물비에 더해서 적절한 W/C를 결정해야하며, 통상적으로 WPCC의 슬럼프 및 플로우 확보를 위해 50 내지 60%의 W/C를 유지하는 것이 바람직하지만, 소요강도 확보를 위해 가능하면 작게 하는 것이 바람직하다.
WPCC의 양생조건에 따라 크게 달라지지만, 가장 높은 강도는 초기에 수중 또는 습윤 양생을 실시하고, 공기 건조 양생을 통하여 얻어 낼 수 있다. 수중 양생으로 시멘트 수화반응 및 고분자의 경화 반응을 촉진하며, 이후 건조에 의해서 고분자의 망상구조가 충분하게 형성되어 효과를 발현한다.
이 경우, 물이 적하되었고, W/C를 55%이상을 유지하는 경우, 굳이 수중 또는 습윤 양생을 삭제해도 기건 양생으로 소요의 강도가 발현될 수 있으므로, 본 원 발명의 경우, 초기 물-시멘트비를 55%이상으로 높게 유지하여 외부적으로 습윤상태 유지를 위한 수분 공급 조치 없이 가사 시간을 최소 15분 이상 유지한 이후 기건 양생, 즉, 공기중 노출 양생으로 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 변성 고분자에 이온교환수를 적하하여 최종 액상 변성 고분자를 개시하는데 있어서, 도로포장용 시멘트 콘크리트용 혼화제로 사용하는 경우, 시방서에 규정된 물-시멘트비를 준용하되, 도로포장용 시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부의 액상 변성 고분자를 포함하는 것이 바람직하다.
긴급보수용 초속경 시멘트 콘크리트용 혼화제로 사용하는 경우, 시방서에 규정된 물-시멘트비를 준용하되, 초속경 시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부를 기준으로 3 내지 10 중량부의 변성 고분자를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서 초속경 시멘트(regulated set cement)란 응결, 경화시간을 임의로 바꿀 수 있는 시멘트를 말하며, 일명 제트시멘트(jet cement)라고도 불린다. 강도발현이 매우 빠르기 때문에 물을 가한 후 2 ~ 3시간에 압축강도가 약 100 ~ 200kg/cm2에 달하므로 거푸집을 빨리 제거할 수 있으며, 재령 1일에 400kg/cm2 이후에도 장기에 걸쳐 종래의 조강, 초조강 시멘트와 같이 안정된 강도증진을 나타내므로 긴급을 요하는 공사, 동기공사, 시멘트 2차 제품, shotcrete, 그라우트용으로 사용될 수 있다. 또한, 초속경 시멘트는 첫째, 응결시간이 짧고 경화시 발열이 크다. 둘째, 2 ~ 3 시간에 큰 강도를 발휘한다. 셋째, 알루미나시멘트와 같은 전이현상이 없다. 넷째, 포틀랜드시멘트와 혼합하여 사용하지 않도록 주의할 필요가 있다. 또한, 초속경 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트에 존재하지 않는 수화활성도가 높고 안정한 수화물을 생성시키는 3CaO·3Al2O3·CaSO4을 다량 함유하고 있어 수화반응시 매우 빠른 속도로 침상 결정의 3차원 망목구조를 형성하는 고황산염의 칼슘 설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate) 수화물을 생성시켜 수시간 내에 높은 강도를 발현하게 되는 특징이 있다. 또한 1일 이후에도 이 수화물이 지속적으로 생성되며 보통 시멘트에 존재하는 C3S 및 C2S의 수화반응에 의해 생성된 겔 상의 C-S-H 수화물에 의해 경화체의 조직이 더욱 치밀해지고 강도발현이 지속적으로 증진되는 특성을 가진다.
상기 1 액형 변성 수용성 에폭시 수지는 물이 적하된 최종 조성물 총 100 중량부 기준으로, 도로포장용 시멘트 콘크리트 및 긴급보수용 초속경 시멘트 콘크리트 경우 10 내지 25 중량부의 불휘발분이 포함되는 것이 바람직하다.
시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부에 대하여 물이 적하된 액상 변성 고분자 함량이 3중량부 미만인 경우, 기타 조성물과 혼합 후 건조성능이 크게 저하될 수 있고 작업 성능, 강도가 저하될 수 있다, 15 중량부를 초과하는 경우, 가교도가 높아져 깨짐 현상이 발생할 수 있고 불포화된 수지 비율이 많아 콘크리트의 수화반응 방해로 강도 발현 효과가 저하될 수 있다.
이하 본 발명을 실시 예와 함께 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 범위가 실시 예에 의해 제한되지는 않는다.
■ 변성 에폭시 수지의 합성의 구체적 내용
온도계, 응축기, 교반기가 장착된 4구 둥근 플라스크(1L)에 비스페놀 A형 에폭시 수지(에폭시 당량 475g/eq, 제품명: KER 3003, 금호피앤비화학) 700g과 부타디엔 러버 90g, 지방산 300g을 넣은 후, 170
Figure 112021088504338-pat00013
까지 천천히 승온시켰다. 교반은 200rpm으로 150
Figure 112021088504338-pat00014
의 온도를 유지하면서 합성 반응을 수행하였으며, 반응물의 산가가 2mgKOH/g 이하가 될 때 반응을 종료하여 고무 지방산 변성 에폭시 수지를 제조하였다. 제조된 변성 에폭시 수지의 산가는 8 mgKOH/g이며, 에폭시기 함유량은 50mmol/kg이었다.
상기 고무 및 지방산 변성 에폭시 수지를 포함하고 있는 플라스크의 온도를 12℃로 냉각시킨 후, 스타일렌 300g, 아크릴산 100g, 메타크릴산 100g, 축중합 개시제 30g을 5시간동안 정량 주입하고 산가가 0.80 mgKOH/g이며, 에폭시기 함유량은 20mmol/kg이하이면 실란 커플링제 10g을 적하, 반응시켜 실란 커플링제 도입 고무, 아크릴, 및 지방산 변성 에폭시 수지를 제조하였다. 제조된 실란 도입 변성 에폭시 수지의 에폭시 당량은 50,000g/eq이며, 점도 18,500cps이었다.
다음으로 7℃로 냉각된 상기 변성 에폭시 수지에 트리에탄올 아민 100g과 물 7500g을 적하하여 에멀젼화 하였으며, 점도는 10cps(25℃ 불휘발분 20.7중량부 (전체 중량부중 휘발성분을 제외한 변성 에폭시 수지의 중량부)을 갖는 1액형 고무, 아크릴, 지방산 변성 및 실란 가교 수용성 에폭시 수지를 수득했다.
■ 고무, 실란, 불포화산 연행 에폭시 수지의 경화 특성
본 발명의 고무변성 수경성 에폭시의 경화 발현은 대기중 또는 조성물내의 산소(O2)와의 결합을 유도하여 겔화(Gel)를 유도하며, 변성고분자 말단의 실란 반응기는 부착대상 표면의 유기분자 또는 무기분자의 하이드록실기와 (hydroxyl group: -OH) 수소결합을 발현하여 부착강도가 발현되는 기저를 갖는다. 하기 표 1은 변성 에폭시 수지 불휘발분 조성 및 기본 물성을 나타낸 것이다.
구분 단위 에폭시수지
EEW 1) g/eq 15,000~30,000
EGC 2) mmol/kg 30~70
비스페놀 A형 수지 변성 고분자 중량부 35~70%
고무변성율 변성 고분자 중량부 3~8%
아크릴변성율 변성 고분자 중량부 15~35%
지방산변성율 변성 고분자 중량부 15~35%
실란변성율 변성 고분자 중량부 0.1~0.5%
AV3) mgKOH/g 0.5~3
MW 4) mmol/kg 5,000~15,000
Viscosity(25℃) cps 500~10,000
1) EEW: Epoxy Equivalent Weight(에폭시기 1g 당량을 함유한 수지 g수)2) EGC: Epoxy Group Content (106/EEW)3) AV: Acid Value
4) MW: Molecular Weight
■ 실내 실험결과 (FTIR, DHR, 및 강도시험)
본 발명의 변성 에폭시 수지의 변성 정도는 FTIR(Fourie Transform Infra-Red) 시험으로 하기와 같이 검증하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FTIR(Fourie Transform Infra-Red) 시험에 의한 변성 에폭시 수지의 변성 전후의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 시험결과와 같이 변성 전후의 성분특성이 매우 다름을 알 수 있으며, 특히 맨 상기 그래프인 실시예의 경우, Wavenumber 450~550 cm-1 에서의 지방산 변성에 의해 높은 피크, 1639 cm-1에서의 강한 탄소 이중결합 피크, 3338 cm-1 부근에서의 고무 및 아크릴 중합에 의한 강한 피크를 확인할 수 있다.
본 발명의 연성 거동 특성 실시 및 비교예 시험결과로 검증하였다.
[연성거동 특성]
본 발명인 변성 고분자 즉, 일액형 수용성 변성 에폭시-아크릴 공중합성 수지를 함유한 무기질 시멘트 혼합물의 연성 특성을 시험하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변성 고분자 즉, 일액형 수용성 변성 에폭시-아크릴 공중합성 수지를 함유한 무기질 시멘트 혼합물의 연성 특성 시험에 사용되는 DHR (Dynamic High Shear Rheometer) 시험기기 및 시편를 나타낸 사진이다. 도 3에서 보는 바와 같은 DHR (Dynamic High Shear Rheometer) 시험으로 검증하였다.
[강도시험 결과]
본 발명인 일액형 수용성 변성 에폭시-아크릴 공중합성 수지를 함유한 무기질 시멘트 혼합물의 물리적 특성은 하기 표와 같은 비교예 및 실시예를 조합으로 휨강도, 압축강도, 및 부착강도 시험을 수행하였다. 강도 시험 대상 시편은 시멘트 콘크리트를 대상으로 실시하였으며, 비교예의 경우, 일반 시멘트 혼합물 및 라텍스 고분자를 혼입한 시편을 개상으로 하였으며, 실시예의 경우, 본 발명인 액상 변성고분자의 중량부를 달리하여 실시하였다.
시멘트 콘크리트 시편의 경우 단위 재료량 중 시멘트, 잔골재 및 굵은 골재량은 고정하고, 물 및 수지 함량을 가산하여 시편을 제작하였다. 여기서, 잔골재란 표준체에 규정된 10mm체를 전부 통과하고 4.76mm체를 거의 다 통과하며 0.074mm체에 거의 남는 골재를 말하며 일반적으로 입경 5mm이하의 것을 말한다. 한편, 국토해양부 건축공사 표준시방서에서는 10mm체를 전부 통과하고 5mm체를 중량비로 85％이상 통과하는 골재로 정의하고 있지만 이것은 현장에서 잔골재가 완전하게 체가름 되지 못하고 간혹 5mm이상의 것도 포함되는 경우가 많기 때문에 15％정도의 여유분을 설정한 것이다. 또한, 굵은골재란 입경 5mm이상의 골재를 말하지만, 상기의 시방서에는 중량비로 5mm체에 85％이상 남는 것을 말한다. 하기 표 2는 비교예 및 실시예 구분 및 변성 고분자 함량을 나타낸 것이다.
구분 시편 구분 변성 고분자 함량
비교예 1 일반 시멘트 콘크리트 0
비교예 2 라텍스 함유 콘크리트 10 중량부
실시예 1 ~ 5 변성 고분자 함유 콘크리트 1 ~ 20 중량부
실시예 1 내지 실시예 5 각각의 변성 고분자 함량은 콘크리트 중량 대비 1중량부, 3중량부, 5중량부, 10 중량부, 및 20중량부의 조성으로 시험을 실시하였다. 여기서, 실시예 1 내지 실시예 5 각각에 포함된 시멘트는 일반 시멘트에 한정되는 것은 아니며, 초속경 시멘트 등을 포함할 수 있다. 하기 표 3은 비교예 및 실시예 각각의 성분 함량 및 콘크리트 시험결과를 나타낸 것이다.
Figure 112021088504338-pat00015
도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예들에 따른 시멘트 콘크리트 시편의 연성거동을 응력-변위 관계로 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예들에 따른 시멘트 콘크리트 시편의 연성거동을 반복 응력-변위 관계로 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 그래프는 최대하중을 나타낼 때의 응력-변위 관계를 나타낸 것으로 비교예 1의 기울기가 실시예 3 및 실시예 4 보다 큰 것으로 보아 연성이 낮고 취성이 높음을 알 수 있었다. 또한, 도 5를 참조하면, 비교예 1은 하중-변위 곡선내의 면적이 매우 작은 반면, 본 원발명인 이온교환수가 적하된 변성 고분자(에폭시)를 함유한 실시예 3(시멘트 중량 대비 변성 고분자 5 중량부) 및 실시예 4 각각(시멘트 중량 대비 변성 고분자 10 중량부)의 경우, 최대하중은 500,000Pa을 유지하면서 하중-변위 곡선내의 면적이 커져 연성거동을 상대적으로 크게 보임을 알 수 있었다.
즉, 연성 시멘트 콘크리트의 연성 효과 검증을 위한 도 4 및 도 5와 같은 레올로지(Dynamic High Shear Rhoelogy Test) 시험결과, 비교예 1 무첨가 시편의 경우, 변형에너지의 소산이 없는 탄성체 거동을 하는 반면, 실시예 3(5 중량부)은 동일한 500,000 Pa의 최대 하중을 유지하면서도, 시편에 발생하는 인장 변형은 무보강 시편이 0.015%일 때 0.02%까지 연신되는 효과 및 반복하중-변위 곡선의 내부 면적이 상대적으로 커져서 연성 효과가 최대로 발현되었다. 또한, 실시예 4 (10 중량부)의 경우, 500,000 Pa의 최대 하중을 유지하면서도, 0.03%까지 연신되며, 연성 효과인 반복하중-변위 곡선의 내부 면적이 비교예 1 무첨가 시편보다는 큰 연성효과가 발현되었다.
한편, 비교예 및 실시예의 콘크리트 시험결과, 공기량(%)의 경우, 실시예들은 비교예들에 대비해 상대적으로 크게 조절하였음에도 불구하고, 실시예 1 내지 4 각각의 경우, 2015년 한국 도로공사 표준시방서에서 정의하고 있는 휨강도 3.15 MPa이상, 압축강도 21 MPa이상, 부착강도 1.4 MPa이상, 슬럼프값(?L) 10 ~ 60 및 공기량(%) 5.5÷1.5 기준을 모두 통과하였으며, 비교예들과 대비하였을 때 최대 휨강도, 최대 압축강도 및 최대 부착강도 각각이 발현되었다.
즉, 비교예 및 실시예의 콘크리트 시험결과, 비교예 1과 대비하였을 때 실시예들은 최대 36%의 휨 강도 증대, 최대 22%의 압축강도 증대 및 19%의 부착강도 증대효과를 나타냈다. 이는 시멘트 콘크리트의 비표면적이 커서 고분자의 반응면이 넓어져 강도가 증대되는 것으로 볼 수 있었다.
특히 비교예 2와 대비해 볼 때 부착강도 증진 효과가 매우 큰 것으로 나타났다. 또한, 고분자 무첨가 일반 시편인 비교예 1과 대비하였을 때 실시예 1이 압축강도 48.5 Mpa로 변성 고분자 함량 1 중량부인 경우로, 최대의 압축강도 증진효과를 발현하였고, 실시예 5가 부착강도 1.84 Mpa로 변성 고분자 함량 20 중량부인 경우로, 시편들 중 최대의 부착강도가 발현되었다.
바람직하게, 실시예의 범위에서 시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 변성 고분자 3 ~ 10중량부, 시멘트 분체 10 ~ 25중량부, 굵은 골재 30 ~ 40중량부 및 잔골재 30 ~ 45중량부를 포함할 수 있다.
물이 적하된 액상 변성 고분자 함량이 3중량부 미만인 경우, 기타 조성물과 혼합 후 건조성능이 크게 저하될 수 있고 부착강도가 저하될 수 있다. 또한, 10 중량부를 초과하는 경우, 슬럼프가 지나치게 높아져 양생시간이 길어질 수 있고, 가교도가 높아져 깨짐 현상이 발생할 수 있고, 불포화된 수지 비율이 많아 콘크리트의 수화반응 방해로 압축강도 발현 효과가 저하될 수 있다.
시멘트 분체 10 중량부 미만일 경우, 시멘트 콘크리트 수화반응에 의한 알칼리-골재 강도발현에 참여하는 시멘트량 부족으로 휨강도 및 압축강도가 낮아 질 수 있고, 25 중량부 초과일 경우, 과도한 알칼리-골재 반응에 의한 가사시간 확보가 불가능하여 혼합물의 흐름성이 과도하게 작아져 작업성이 매우 어려워질 수 있다.
잔골재 및 굵은 골재가 30 중량부 미만일 경우, 골재간 맞물림 응력이 저하될 우려가 있고, 잔골재 및 굵은 골재가 45 중량부 초과일 경우, 공기량이 상대적으로 너무 커져, 휨강도 및 압축강도 발현효과가 크게 저하될 수 있다.
따라서, 실시예들은 휨강도, 압축강도 및 부착강도는 일반 비교예 1 및 기존 라텍스 비교예 2에 대비해 동등한 수준을 유지하면서, 시멘트 콘크리트의 취성을 저감시켜주는 연성효과를 발현하는 효과가 있다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 5 각각은 비교예 2와 대비하였을 때 평균 부착강도 및 압축강도 증진효과가 큰 것으로 나타났으며, 이는 모든 실시예의 경우, 고형분 함량이 20% 인데 반해, 비교예 2의 경우 라텍스 고형분이 40%이상으로 경제성을 고려했을 때 실시예의 현장 적용성이 크다고 볼 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 변성 고분자;
    시멘트 분체;
    굵은 골재; 및
    잔골재를 포함하고,
    상기 변성 고분자는,
    상기 변성 고분자 100 중량부 기준으로
    비스페놀 A형 에폭시 수지 3 내지 10 중량부;
    카르복실 말단 부타디엔 공중합성체 1 내지 5 중량부;
    실란 커플링제 1.0 내지 2.5 중량부;
    불포화 지방산 3 내지 10 중량부;
    아크릴 공중합성체 5 내지 10 중량부; 및
    이온교환수 80 내지 90 중량부를 포함하는 복합체 원료로부터 합성된 것을 특징으로 하는 연성 시멘트 콘크리트.
  3. 변성 고분자와;
    시멘트 분체와;
    굵은 골재; 및
    잔골재를 포함하고,
    상기 변성 고분자는,
    비스페놀 A형 에폭시 수지와;
    실란 커플링제와;
    카르복실 말단 부타디엔 공중합성체와;
    불포화 지방산; 및
    아크릴 공중합성체로부터 합성되는 것으로,
    하기 화학식 1의 화합물로 표기되는 것을 특징으로 하는 연성 시멘트 콘크리트.
    [화학식 1]
    Figure 112021088504338-pat00016

    여기서, R, R1, R2, R3, R4, R5는 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, n은 0 내지 30의 정수이며, 산소 원자 O와 산소원자 O 사이의 '~~~'n개로 표시되는 수개의 지방산이 결합되어 있음을 의미하며 Y와 Si 사이의 '~~~'은 에폭시 그룹이 결합되어 있음을 나타낸다.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 아크릴 공중합성체는,
    하기 화학식 2의 화합물로 표기되는 것을 특징으로 하는 연성 시멘트 콘크리트.
    [화학식 2]
    Figure 112022044787109-pat00017

    여기서, n은 1 내지 20의 정수이고, m은 1 내지 20의 정수이며, *은 연결지점이다.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    시멘트 콘크리트 혼합물 100 중량부를 기준으로
    상기 변성 고분자 3 ~ 10중량부와;
    시멘트 분체 10 ~ 25중량부와;
    굵은 골재 30 ~ 40중량부; 및
    잔골재 30 ~ 45중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 시멘트 콘크리트.
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