KR100530453B1

KR100530453B1 - 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법

Info

Publication number: KR100530453B1
Application number: KR10-2002-0059226A
Authority: KR
Inventors: 이진용
Original assignee: (주) 캐어콘; 주식회사 엠티마스타
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2005-11-22
Also published as: KR20040028125A

Abstract

본 발명은 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 단면 보수방법은, 손상된 콘크리트 슬래브의 하측면에 발생된 이물질을 제거하는 공정과, 상기 슬래브의 하측면에 소정 간격을 두고 다수의 구멍을 형성하고 앵커의 일부분이 노출되도록 상기 구멍에 삽입하되 접착제로 고정시키는 공정과, 상기 앵커가 고정된 상기 슬래브의 하측면에 방청제가 포함된 단면 복구재를 도포 충진하여 단면복구를 수행하는 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서, 상기 앵커는 부식을 고려하여 케미칼앵커와, 스테인레스 중 어느 하나의 재질로 형성하되 그 직경은 6∼20mm로 길이는 50∼300mm로 형성된 것을 사용하며, 상기 앵커는 상기 콘크리트 슬래브의 하측면 가장자리의 소정 영역에서 적어도 150mm 이상의 설치 간격을 두고 고정되는 것과; 상기 단면복구재는 시멘트 30∼40%(중량비), 슬래그 미분말 10∼20%, 혼화재(속경시멘트, 석고포함) 1∼5%, 혼화제(수지, 유동화제, 증점제, 방청제포함) 0.5∼3%, 규사 40∼58.5%로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 콘크리트가 열화되여 단면이 탈락된 부위, 철근이 노출된 부위, 화재로 인하여 단면이 심하게 변형된 콘크리트 구조물의 단면의 공정을 단순화하여 보수함으로써 시공 및 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보수 후에 보수단면이 2차 응력에 의해서 자주 발생하는 단부탈락을 방지할 수 있다.

Description

앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법{Repairing method of old concrete structures by using anchors}

본 발명은 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 콘크리트가 열화되여 단면이 탈락된 부위, 철근이 노출된 부위, 화재로 인하여 단면이 심하게 변형된 부위등에 방청제(또는 녹제거제)가 포함된 단면복구재를 이용하여 보수를 하는 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 관한 것이다.일반적으로, 콘크리트는 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 혼화재, 혼화제로 구성되여 있으므로 다른 건설자재(철근)와 달리 재료의 구성성분이 다양하며, 서로 다른 이질의 물성들이 서로 합쳐서 이루어져 있다. 그리므로 콘크리트의 품질은 구성재료의 품질과 밀접한 관계가 있으며, 배합비, 타설방법, 양생법에 따라서 달라지게 된다. 품질이 좋은 콘크리트는 경제적이고, 반영구적이기 때문에 오래전(기원전 5,000년)부터 건축 및 토목재료에 사용되고 있다. 그러나, 품질이 낮은 콘크리트을 생산하여 사용하거나, 외부로부터 열악한 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우에는 콘크리트는 급속하게 파손되는데, 예를들어 해안에 노출된 콘크리트 구조물은 해수가 가지고 있는 염소이온이 콘크리트내에 침투하면 철근에 있는 부동태피막이 없어지면서 부식을 일으키게 되고, 오염이 심한 대기에 노출된 콘크리트는 외부로부터 탄산가스가 침입하여 시멘트 수화물과 작용하여 콘크리트 표면이 중성화로 유도하여 결국에는 철근의 부식의 원인이 되는 단점이 된다. 그 이외에도 공장의 폐수 및 생활하수등에 의하여 황산가스 및 박테리아등이 콘크리트내에 침투하고, 이것이 철근부식 및 콘크리트 열화의 직접적인 원인이 되는 단점이 된다.

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상기와 같은 단점에 의하여 콘크리트 내부의 철근이 부식하면 부피가 팽창하여 콘크리트 구조물의 균열 및 단면탈락을 유도한다. 그리고 외부로부터 침입한 여러 가지 열화인자에 의하여 콘크리트가 팽창하고 결국에는 단면이 탈락하여 구조물이 원래 가지고 있는 성능을 충분히 발휘하지 못해서 붕괴의 원인이 될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내에는 몇 가지 단면복구공법이 개발되여 적용되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 단면복구 공법은 신ㆍ구콘크리트에 접착제를 사용하는데 접착제의 첨가제로 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 사용함으로서 시공 초기에는 높은 부착력을 지니게되지만 시간이 지남에 따라 콘크리트와 물리적인 특성(열 팽창계수, 건조수축)이 다르기 때문에 신ㆍ구 접착면에서 탈락이 발생하여 건물의 붕괴를 초래할 수 있는 문제점이 있다.또한, 최근에는 콘크리트 구조물에 누수현상이 많이 발생하고 있으며, 표면이 심하게 열화되거나, 기존에 이미 보수된 부위가 다시 열화하여 재보수를 하는 경우에는 표면처리를 잘하여도 부착력이 현저히 저하하여 건물붕괴의 직접적인 원인이 되는 문제점이 된다.

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따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 열화된 콘크리트 구조물의 보수용으로 방청제가 포함된 단면복구재를 사용하여 보수공정을 단순화하고, 보수후에 보수재료와 구 콘크리트사이에 발생하는 2차응력에 의하여 발생하는 단면탈락을 방지하기 위하여 케미칼 또는 스테인레스 중 어느 하나의 재질로 형성한 앵커를 사용하여 보수단면을 보강하도록 한 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 손상된 콘크리트 슬래브의 하측면에 발생된 이물질을 제거하는 공정과, 상기 슬래브의 하측면에 소정 간격을 두고 다수의 구멍을 형성하고 앵커의 일부분이 노출되도록 상기 구멍에 삽입하되 접착제로 고정시키는 공정과, 상기 앵커가 고정된 상기 슬래브의 하측면에 방청제가 포함된 단면복구재를 도포 충진하여 단면복구를 수행하는 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서, 상기 앵커는 부식을 고려하여 케미칼앵커와, 스테인레스 중 어느 하나의 재질로 형성하되 그 직경은 6~20mm로 길이는 50~300mm로 형성된 것을 사용하며, 상기 앵커는 상기 콘크리트 슬래브의 하측면 가장자리의 소정 영역에서 적어도 150mm이상의 설치 간격을 두고 고정되는 것과; 상기 단면복구재는 시멘트 30∼40％(중량비), 슬래그 미분말 10∼20%, 혼화재(속경시멘트, 석고포함) 1∼5%, 혼화제(수지, 유동화제, 증점제, 방청제포함) 0.5∼3%, 규사 40∼58.5%로 이루어진 것을 특징으로 하는 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 의해 달성된다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명에 따른 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 나타낸 공정도이고, 도 2는 도 1의 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 설명하기 위한 투시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.본 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 구 콘크리트로 형성된 슬래브의 하측면에 보수가 필요한 범위를 결정하여 그 표면의 이물질을 고압수와 그라인더로 제거하는 공정과, 상기 표면의 소정영역에 등간격으로 일정한 깊이의 구멍을 다수개 형성하여 상기 구멍에 앵커의 일부분이 노출되도록 삽입하여 접착제로 고정시키는 공정과, 상기 앵커가 고정된 상기 슬래브의 하측면 전체에 상기 방청제가 포함되어 있는 시멘트복합제로 단면복구를 수행하여 마감하는 공정으로 이루어져 있다.보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 보수를 필요로 하는 부재의 표면을 그러인더나 고압수로 표면처리를 하여 깨끗하게 하고 드릴을 이용하여 앵커를 삽입할 구멍을 만든 다음에 앵커를 삽입한 후에 접착제를 이용하여 고정시킨 후에 단면복구재를 이용하여 손상된 단면을 원래의 상태로 복원시키는 공법으로써, 시공성 및 경제성을 향상시키기 위하여 방청제가 함유된 단면복구재(캐어콘 PM 500)를 개발하여 보수작업을 간소화하고, 신·구(손상된) 콘크리트가 충분한 부착력을 확보하기 위하여 앵커를 사용하는 방안이다.상기 단면복구재(캐어콘 PM 500)는 시멘트 복합재료로서 시멘트를 30∼40%(중량비), 슬래그 미분말 10∼20%, 혼화재(속경시멘트, 석고포함) 1∼5%, 혼화제(수지, 유동화제, 증점제, 방청제포함) 0.5∼3%, 규사 40∼58.5%로 구성되여 있는 단면복구재로서 방청 및 내구성이 우수하기 때문에 현재 국내에서 사용하고 있는 복잡한 공정을 단순화하여 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.상기 방청제를 포함한 단면복구재는, 보통환경과 열악한 환경에서 사용이 가능한 것으로 예를 들어 항만구조물, 오폐수에 오염된 구조물, 화학물질을 취급하는 구조물등 주위에서 콘크리트를 오염시킬수 있는 물질을 많이 포함하는 구조물을 단면복구를 할 경우에 더욱 효과적이다. 그리고 상기 단면복구재는, 건식과 습식에 사용이 가능하고, 미장용과 스프레이용으로 개발이 되여있으며, 단면복구의 조건과 면적에 따라 적절한 재료를 선택하여 시공이 가능하고 콘크리트 구조물의 벽체, 기둥, 슬래브등에 적응이 가능하다.본 발명에서 사용될 앵커는 도 3에 도시된 바와 같이, 직경이 6∼20mm 이고 길이가 50∼300mm 인 케미칼 앵커를 사용하고, 다른 종류는 부식방지를 고려하여 스테인레스로 만든 앵커로서 직경이 6∼12mm 이고 길이가 50∼120mm인 앵커를 사용한다. 그리고 한편으로는 일반적으로 사용되고 있는 건설현장에서는 직경이 6.35∼50.8mm 철근을 토막내여 사용하여도 무방하다.본 발명의 다른 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 철근을 이용한 앵커를 사용할 경우에는 위에서와 같이 고압수를 살수하여 열화된 콘크리트, 철근부식물 및 이물질을 제거한 후에, 본 발명에 따른 단면복구재(캐어콘 PM 500)를 이용하여 손상된 부위를 복원하고 드릴을 이용하여 간격은 보수부재의 높이. 길이, 대기온도에 따라 앵커를 사용할 경우와 같은 설계방법으로 철근과 플러그를 이용하여 설치한 후에 엑폭시를 주입하고 양생한다. 일정한 양생기간이 지난후에는 일반적으로 많이 사용하는 팻칭재를 이용하여 앵커두부에 남아있는 홈을 메우게 된다.예를 들어, 도 2에서와 같이 슬래브 밑면을 보강 할 경우에 앵커가 묻힐 대략적인 위치를 표시한 것으로, 슬래브 하면이 충분히 접착력을 확보 할 수 없는 경우로서 기 보수된 구간이거나, 누수지역으로서 부착력이 상대적으로 떨어질 것으로 예상되는 경우에 현장 여건에 따라 앵커의 최소간격을 150mm로 하고 깊이는 보수단면의 두께 정도로 하여 앵커를 설치한다. 그리고 보수표면이 건조하고, 품질이 양호하여 충분한 부착력을 확보할 수 있을 것으로 간주되는 경우에도 2차 응력에 의하여 단부의 계면이 탈락 할 수 있으므로 계면전단응력이 크게 걸리는 단부(보수슬래브의 끝단면)에 앵커를 최소 150mm 간격으로 설치하여 접착력을 향상시키는 공법이다.도 3는 앵커 설치 후의 단면을 표시한 그림으로 앵커를 설치시에 일반적으로 사용하고 있는 접착제(케미칼 앵커)를 사용하여 충분한 접착력이 발휘 될 수 있도록 한다.문헌[ACI(미국콘크리트 연구소), SP 166-6, Thermal stresses in Polymer Concrete Overlays]에 의하면 보수단면의 두께, 길이, 온도변화에 따라 다르지만, 보수단면의 단부에 걸리는 부착전단응력이 아래와 같은 조건에서 약 32.0 - 40.0kgf/㎠까지 걸리는 것을 보여준다.- 보수단면의 두께는 2.5 - 10cm 로 간주함- 모재의 두께는 20cm 이고, 온도는 20℃로 간주함- 보수재와 구콘크리트의 열팽창계수와 탄성계수는 동일한 것으로 간주함그러므로 현재 국내에서 사용되고 있는 보수재료의 부착력은 ACI 503R과 KSF 4916에서 제시한 7∼10kgf/㎠을 초과하고 있으므로, 위에서 제시한 최대 전단응력에 40.0kgf/㎠에 크게 못 미치는 형편으로 보수단면의 단부를 따라 하자가 발생할 가능성이 높으며 현재 기 시공된 구조물에서 많은 하자가 발생하고 있는 형편이다. 그러므로 단부에 걸리는 최대전단응력을 지지하기 위해서는 단부에 앵커를 설치하여 전단응력으로 인하여 발생하는 부족한 부착력을 보강하는 것이 중요하다.따라서, 손상된 콘크리트 구조물의 시공순서로서 손상된 부위에 브레카를 이용하여 털어내고, 도 1에서 서술한 앵커를 사용하여 간격 및 구간은 보수단면의 조건, 보수부재의 높이, 길이, 대기온도에 따라 최소 150mm 까지 다양하게 설치하고, 드릴을 이용하여 앵커를 설치하기 위하여 만든 홈은 단면복구 높이의 약 두배 길이로 한 후에 고압수를 살수하여 열화된 콘크리트, 철근 부식물 및 이물질을 제거하고 단면복구제를 사용하여 단면복구를 한 후에 마감을 하고 필요시에는 마감코팅제를 사용하여 마감을 한다.

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이상 살펴본 바와 같이, 손상된 교량, 터널, 복개구조물등 철근콘크리트 구조물의 원형복원을 위한 것으로 기존에는 보수재료를 이용하여 접착력을 항상시키므로서 원래의 콘크리트와 물리적인 특성이 전혀 다른 재료를 사용함으로 계절에 따른 온도 변화와 건조수축등 각종 콘크리트의 물리적특성에 보구재료가 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 기존의 보수단면에 예를들어 접착력을 향상시키기 위하여 유기제를 사용함으로서 무기제인 구콘크리트와 전혀 다른 거동을 하고 결과적으로 보수후에 하자가 발생하는 원인이 되고 있다. 특히 외부의 온도 차이가 큰 경우에는 보수단면의 단부에 온도응력에 전단응력이 많이 걸리므로 중앙부에 비하여 높은 부착력을 요구한다. 그리고 습윤지역이나 기 보수된 단면에 재 보수를 할 경우에 기 보수재료의 박리, 탈락, 누수로 인하여 오히려 기존 노후화된 구조물보다 오히려 부착력이 현저히 떨어지므로 재 하자가 발생 할 수 있는 여건이 형성되므로 이에 대한 대비가 필요하다.

따라서 본 발명은 단면복구 후에 보수재료가 구콘크리트와 같이 거동 할 수 있게 응력이 많이 걸리는 단부에 부식되지 않는 재질의 앵커를 사용하여 접착력을 향상시키므로서 단면복구재가 보수 후에 다시 탈락이나 박리되는 것을 미연에 방지하기 위한 보수방법이다.

도 1은 본 발명에 따른 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 나타낸 공정도이고,도 2는 도 1의 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 설명하기 위한 투시도이고,도 3은 도 2의 단면도이고,도 4는 본 발명에 따른 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

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Claims

손상된 콘크리트 슬래브의 하측면에 발생된 이물질을 제거하는 공정과, 상기 슬래브의 하측면에 소정 간격을 두고 다수의 구멍을 형성하고 앵커의 일부분이 노출되도록 상기 구멍에 삽입하되 접착제로 고정시키는 공정과, 상기 앵커가 고정된 상기 슬래브의 하측면에 방청제가 포함된 단면복구재를 도포 충진하여 단면복구를 수행하는 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,

상기 앵커는 부식을 고려하여 케미칼앵커와, 스테인레스 중 어느 하나의 재질로 형성하되 그 직경은 6∼20mm로 길이는 50~300mm로 형성된 것을 사용하며, 상기 앵커는 상기 콘크리트 슬래브의 하측면 가장자리의 소정 영역에서 적어도 150mm이상의 설치 간격을 두고 고정되는 것과;

상기 단면복구재는 시멘트 30∼40%(중량비), 슬래그 미분말 10∼20%, 혼화재(속경시멘트, 석고포함) 1∼5%, 혼화제(수지, 유동화제, 증점제, 방청제포함) 0.5∼3%, 규사 40∼58.5%로 이루어진 것을 특징으로 하는 앵커를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
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