KR100591913B1

KR100591913B1 - 보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈

Info

Publication number: KR100591913B1
Application number: KR1020030073837A
Authority: KR
Inventors: 박덕흠
Original assignee: 원하종합건설 주식회사; 박덕흠
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2006-06-20
Also published as: KR20040010423A

Abstract

본 발명은 콘크리트와 동일한 재료인 시멘트와 실리카샌드에 타 보강섬유에 비해 경제성이 우수한 2-3%체적비의 폴리비닐알코올(PVA) 섬유와 0 초과 0.5% 이하 중량비의 유동화제, 10-15%중량비의 플라이애쉬, 2-3%중량비의 실리카흄, 1-3%중량비의 알루미나시멘트, 0 초과 0.05% 이하 중량비의 증점제로 조성된 혼화제를 혼합하여 섬유 혼재에 따른 유동성 저하에 의한 압력호스내의 이동성 부족과 막힘 현상 및 몰탈 펌프의 펌핑성 저하문제를 해소한 보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈을 제조하고 제조된 몰탈을 이용하여 콘크리트 구조물의 보수는 물론 내하력이 떨어진 구조물의 성능을 보강하는 기술이다. 본 발명의 보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈은 인장강도가 철근의 3~4배에 달하는 폴리비닐알코올(PVA) 섬유가 혼재되어 있어 양생 후에는 섬유가 합성된 보강몰탈로 휨강도가 200kg/㎠ 이상에 달하는 고인성의 구조체로 작용하는 특성을 갖는다. 또한, 본 발명은 스프레이 장비를 이용한 몰탈 스프레이 시공시 시공면에서의 접착성 부족문제 해소 차원에서 몰탈을 고르게 분사시켜주고, 작업거리를 확보하며, 리바운드(바닥에 떨어지는 양)를 감소시키고, 접착성을 향상시켜주기 위하여 스프레이 노즐과 연결되는 몰탈연결소켓의 일부에 압축 공기분출구를 두어 스프레이 작업이 가능한 시공 특성을 갖고 있다.

Description

보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈{High-tension fiber-mixed reinforcing mortar}

도 1은 본 발명의 효과를 검증하기 위한 강도 실험에 적용되는 보강시험체를 도시한 도면이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 효과를 검증하기 위한 강도 실험에 적용되는 하중재하방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 도 6은 기존 기술에 의한 보강시험체와 본 발명에 의한 보강시험체의 파괴형상을 비교설명하기 위한 사진들이다.

도 7은 본 발명에 의한 고인성 섬유 합성 몰탈의 시공을 위한 스프레이건의 분해사시도이다.

도 8은 도 4의 스프레이건의 결합사시도이다.

도 9는 도 8의 스프레이건의 동작을 설명하기 위한 측단면도이다.

도 10은 도 9의 A-A부분의 단면도이다.

도 11 내지 도 13은 본 발명에 의한 고인성 섬유 합성 몰탈의 시공과정을 모식화한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...몰탈 압력 호스, 15...압축공기호스

20...몰탈연결소켓, 22...압축공기분출구

25...압축공기 호스 연결잭, 30...압축공기소켓

35...공기량 조절밸브, 50...노즐

본 발명은 고인성 섬유가 다량 포함되어 경화된 후에는 몰탈과 합성된 보강구조체로 거동하게 되는 보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트와 동일한 재료인 시멘트와 실리카샌드에 타 보강섬유에 비해 경제성이 우수한 폴리비닐알코올(PVA) 섬유와 유동화제, 플라이애쉬, 실리카흄, 알루미나시멘트, 증점제로 조성된 혼화제를 혼합하여 제조된 보수 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 철근과 콘크리트로 이루어지는데 시간이 경과하게 되면서 대기환경 악화에 따른 산성비, 자동차 배기가스 등의 외적인 유해물질에 의해 콘크리트의 표면부가 노후화 되며 내부철근이 부식되거나 시공과정에서 거 푸집의 밀림이나 피복두께 부족 등의 시공관리 불량에 의해 구조물의 성능이 떨어지게 된다. 또한 과다한 교통하중에 의해 교량상판이나 거더 슬래브 등에 구조적 손상을 입는 경우가 발생하기도 한다.

상기와 같이 구조성능이 저하된 콘크리트 구조물을 보강할 수 있는 보강공법에는 강판 접착공법, 보강시트 접착공법 및 각종 보강시트 적층 합성수지계 패널 접착공법 등이 있으며, 이러한 상기 공법의 문제점은 다음과 같다.

상술한 콘크리트 구조물의 보강공법은 구체와 보강재의 결합수단으로서 부착력이 뛰어난 에폭시수지를 사용하고 있으나, 에폭시는 구체에 비해 탄성계수가 작고 내부의 수분을 방출시키는 요소인 통기성이 없으며 화재나 자외선에 노출되면 강도를 상실하게 되는 취약한 특성을 가지고 있다. 또한 콘크리트 보강면의 표면부가 심하게 부식되었거나 철근 부식에 따른 구조물의 피복 탈락, 골재 분리 등 손상형태를 갖고 있는 경우 안정된 부착구조를 확보하기 위해 별도의 보수공정이 필요하게 된다.

강판 접착공법은 에폭시를 사용하여 손상된 구조물의 표면에 부착시키거나 앵커볼트로 고정시킴으로서 강성을 증대시키는 공법으로 보강부재로서의 초기 성능은 우수하나 자체 하중이 커서 보강하고자 하는 구조물에 추가하중을 부담시키고, 앵커볼트를 위한 천공, 강판부식 등에 의한 성능저하가 우려되므로 지속적인 유지관리와 보수가 필요하고, 내화성이 부족하여 화재발생시 치명적인 구조결함을 초래할 수 있으며, 미관상 강판과 콘크리트의 이질 재료의 결합으로써, 사용자로 하여금 불안감을 갖도록 하는 등의 문제점이 있다.

보강섬유시트 접착공법은 인장력에 대해 저항이 우수한 보강섬유로 형성된 시트를 구조물 표면에 에폭시 수지를 이용하여 접착시키는 공법으로서 화재 또는 고온에 접하였을 경우 보강효과의 상실은 물론 유독가스의 발생을 동반하고, 현저한 온도차가 반복될 경우 구체와의 신율 차이로 인한 계면박리 등 보강효과의 저하가 우려되며, 습기, 산성비, 이산화탄소 등의 침투방지를 위하여 지속적인 유지관리와 보수가 필요하다.

또한 보강섬유시트 적층 패널부착공법도 보강섬유시트 접착공법과 개념적으로 동일하며 접착제로 에폭시 수지를 사용하므로 통기성 및 자외선에 여전히 취약하고 특히 화재가 발생했을 때 유독가스의 발생과 동시에 보강효과는 소멸된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 기존 기술의 단점들을 해소하기 위하여, 콘크리트구체와 동일한 성분인 시멘트와 실리카샌드 등의 주재료에 고인성 폴리비닐알코올(PVA) 섬유와 유동화제, 플라이애쉬, 실리카흄, 알루미나시멘트, 증점제로 조성된 혼화제를 혼합하여 몰탈에 포함된 섬유 혼재에 따른 유동성 저하에 의한 압력호스내의 이동성 부족과 막힘 현상 및 몰탈 펌프의 펌핑성 저하를 해소한 보강용 고인성 합성몰탈을 제조하고 제조된 합성몰탈을 구체콘크리트에 간편하게 스프레이 시공함으로써 경화 후 고인성 섬유를 감싸고 있는 몰탈의 물림작용과 고인성 섬유의 3차원적 보강효과에 의해 일반적인 시멘트 몰탈의 5~7배의 인성을 발휘하여 구조물 보수는 물론 구조보강이 가능하고, 구조물의 보강성능을 저하시키는 유해환경에 대하여 효과적으로 대응하며 내화성 및 내구성이 우수한 보강수단을 제공하기 위한 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 콘크리트 구체와 이질적인 재료인 보강섬유시트나 보강시트 적층패널 보강에 따른 구체 내부의 수분증발 차단이나 통기성 불량에 의한 부착력 저하와 열화의 가속화 그리고 접착수단으로 사용된 유기계의 에폭시 접착제와 무기계인 구체콘크리트와의 물성의 이질성(탄성계수, 건조수축율, 열팽창계수)으로 인해 유발되는 보강재의 분리나 탈락 등의 문제점을 해소하고, 구체와 동일한 물성을 갖는 재료를 사용하여 보강함으로써 이질재료 사용에서 유발되는 문제점을 해소하기 위한 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공하는데 그 목적이 있다.

발명의 또 다른 목적은 고인성 섬유 합성 몰탈로 구조물을 보강함으로써 초기 수화반응에 의한 망상균열이나 개구부의 균열, 반복하중 작용 시에 발생하는 균열을 제어하고 동결융해에 의한 균열억제는 물론 시멘트계 재료의 고질적인 문제점인 취성파괴 특성을 외력에 대해 무리없이 변형할 수 있는 연성화 특성으로 변화시켜 변형을 수용하면서 지속적으로 에너지를 흡수하는 것이 가능해져 기존의 시멘트계 몰탈에서는 불가능했던 구조물의 보강 및 내구성을 향상시키는 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 콘크리트 구조물의 성능개선을 위한 합성 몰탈에 있어서 시멘트, 골재, 물, 혼화제, 고인성섬유로 조성된 조성물에 관한 것이다. 더 상세하게는 35~40%중량비의 시멘트, 30~35%중량비의 골재, 및 15~20%중량비의 물을 포함하는 몰탈; 상기 몰탈의 특성을 향상시키는 13-21.55%중량비의 혼화제; 및 2~3%체적비의 고인성 섬유를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공한다.

바람직하기로는 상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트임을 특징으로 하고, 골재는 실리카샌드로 이물질이 없고, 입도와 입형이 양호한 7호사나 또는 7호사와 8호사를 미리 3:1로 혼합한 것임을 특징으로 하며, 물/시멘트비(W/C)는 40~48%중량비로 유지됨을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 고인성 섬유는 몰탈내의 분산성과 부착성을 고려하여 섬유의 표면이 특수코팅처리된 2~3% 체적비의 8~12mm 폴리비닐알코올(PVA) 섬유임을 특징으로 한다.

더욱 바람직하기로는 상기 혼화제는 플라이애쉬, 알루미나시멘트, 유동화제, 실리카흄, 및 증점제를 혼합하여 구성하며, 상기 몰탈과의 전체 %중량비로서, 상기 플라이애쉬는 몰탈의 믹싱과정에서 작업성(워커빌리티)을 향상시키고 몰탈펌프에 의한 이동성을 증대시키기 위한 10~15%의 중량비임을 특징으로 하며, 상기 알루미나시멘트는 스프레이 시공 후 구조물과의 접착성과 조강성 확보를 위한 1~3%의 중량비임을 특징으로 하며, 상기 실리카 흄은 구체와의 부착력 향상과 강도증진을 위한 2~3%의 중량비임을 특징으로 하며, 상기 유동화제는 인체에 유해한 포르말린등의 휘발성 유기화합물을 함유하지 않으면서 우수한 분산성과 분산유지성 및 강도특성을 향상시켜주는 0 초과 0.5% 이하 중량비의 폴리카본산계 분말유동화제임을 특징으로 하며, 상기 증점제는 몰탈이 고유동성을 가질 때 재료분리 방지를 위한 점성확보를 위해 0 초과 0.05% 이하 중량비의 메틸셀룰로스계 증점제를 특징으로한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 노후 콘크리트 구조물의 보수는 물론 내하력이 떨어진 콘크리트 구조물의 성능개선 보강공사에 이용되는 것으로써 고인성의 섬유가 혼재된 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공한다.

본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈은 인장강도가 철근의 3~4배에 달하고 길이가 8~12mm 내외의 폴리비닐알코올(PVA) 섬유를 몰탈 내에 혼재시켜 제조된다. 이러한 고인성 섬유 합성 몰탈은 양생 후에는 고인성 섬유를 감싸고 있는 몰탈의 물림작용과 고인성 섬유의 3차원적 보강효과에 의해 일반적인 시멘트 몰탈의 5~7배에 달하는 인성을 갖게 됨은 물론 진동구조물이나 혹독한 온도하중에 노출되는 구조물에서 나타나는 콘크리트 표면의 균열억제도 가능하다. 고인성 섬유로서는 상기 폴리비닐알코올(PVA) 섬유를 사용할 수 있다.

하나의 예로서 본 발명에 고인성 섬유로 적용되는 폴리비닐알코올의 특성은 다음 표 1에 기재되었다.

구분	값	비 고
직경(㎛)	40
길 이(mm)	8~12
강 도(kgf/㎠)	1,620
신 율(%)	6
영계수(GPa)	42.8

본 발명에 의한 고인성 섬유 합성 몰탈의 배합비를 살펴보면 다음과 같다.

시멘트는 보통 포틀랜드시멘트로 35~40%중량비; 골재는 실리카샌드로 30~35%중량비; 물은 15~20%중량비; 플라이애쉬는 10~15%중량비; 알루미나시멘트는 1~3%중량비; 실리카 흄은 2~3%중량비; 폴리카본산계 분말유동화제는 0 초과 0.5% 이하 중량비; 메틸셀룰로스계 증점제는 0 초과 0.05% 이하 중량비; 및 고인성 섬유는 2~3%체적비가 사용되며, 물/시멘트비(W/C)는 40~48%로 유지한다.

본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈은 몰탈내의 분산성과 부착성을 고려하여 섬유의 표면이 특수코팅 처리된 8~12mm 길이의 폴리비닐알코올(PVA) 섬유가 체적비 2~3% 첨가된다. 본원 합성몰탈에 사용되는 폴리비닐알코올(PVA) 섬유는 믹싱 작업시의 균일한 분산, 수분흡수 방지, 경화 후 하중 작용시 미세 슬립기능 발휘를 위해 표면이 특수코팅 처리된 섬유를 사용하게 되며, 섬유 혼입양은 전체 부피 대비 2~3%로 기존의 초기 균열제어를 목적으로 첨가되는 1-2mm 길이의 셀룰로오즈(0.3 ~ 0.5% 이하)와 비교하여 4 ~ 5배의 분량이 사용된다.

합성 몰탈에 첨가된 섬유의 분산성이 떨어지면 믹싱 작업 시 엉킴 현상으로 재료 분리를 초래하여 고인성 섬유 합성 몰탈의 제조가 불가능하게 되고 또한 작업성을 고려하여 물/시멘트비(W/C)를 높이게 되면 보강섬유에 수막이 형성되어 경화 후 섬유와 몰탈사이의 결합력이 저하되어 합성몰탈의 인성이 떨어지게 된다. 그러므로 물/시멘트비(W/C)를 40-48% 중량비로 유지하여야 하며, 적절한 유동성과 점성이 확보되어야 믹싱시나 펌프에서 압력호스로 압송하는 과정에서 섬유의 엉킴에 의한 막힘현상이나 재료분리현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 합성 몰탈은 이러한 기술을 달성하기위해 다수의 혼화제가 첨가되었다. 즉, 본 발명에 적용되는 혼화제는 인체에 유해한 포르말린등의 휘발성 유기 화합물을 함유하지 않으면서 우수한 시멘트 분산성과 분산유지성 및 강도특성을 향상시켜주는 0 초과 0.5% 이하 중량비의 폴리카본산계 분말유동화제; 굳지 않은 몰탈의 믹싱 작업에서 재료간의 작업성(워커빌리티)을 향상시키고 몰탈펌프에 의한 이동성을 향상시키기 위한 10-15%중량비의 플라이애쉬; 재료분리 방지를 위한 점성확보를 위해 0 초과 0.05% 이하 중량비의 메틸셀룰로스계 증점제; 스프레이 시공 후 구조물과의 접착성과 조강성 확보를 위한 1-3% 중량비의 알루미나 시멘트; 구체와의 부착력 향상과 강도증진을 위한 2-3%중량비의 실리카흄을 혼합하여 사용하였다.

본 발명에 적용되는 혼화제는 몰탈의 성능을 향상시키기 위하여 첨가되는 첨 가제로서 상술한 유동화제, 플라이애쉬, 증점제, 알루미나시멘트, 실리카흄 등의 첨가제 모두를 상술한 중량비 조성으로 혼합하여 사용하는 것이 가장 바람직하나, 콘크리트 구조물의 상태 및 용도에 따라서 몰탈의 성능을 조절하는 경우 상기 혼화제 조성물의 일부만을 사용하여 제작할 수도 있다. 예로써, 구체와의 부착력 향상과 강도증진을 위하는 경우에는 실리카흄을 반드시 포함시키고 기타 다른 조성물은 필요에 따라서 적절히 첨가시킬 수 있으며, 스프레이 시공 후 구조물과의 접착성과 조강성 확보를 위하여서는 알루미나 시멘트를 반드시 포함시키고 기타 다른 조성물은 필요에 따라서 적절히 첨가시킬 수 있다.

이러한 혼화제의 첨가를 통해 믹싱 과정에서의 굳지 않은 몰탈의 작업성을 향상시키고, 압송과정에서 재료분리를 방지하며, 스프레이 시공 시에는 몰탈이 고르게 분사되며, 시공 후에는 강한 접착성과 조강성을 발휘하여 시공 부위에서 몰탈이 흘러 처지거나 떨어지는 현상이 없이 구조물을 보강하게 된다. 또한 스프레이를 통하여 시공됨으로 인력에 의한 미장시공에 비해 보강체의 밀도가 우수하며 공극이 줄어든다.

본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈의 제조 순서는 다음과 같다. 미리 준비된 시멘트와 골재 및 혼화제가 배합되어있는 분말 재료를 물과 함께 교반기에 넣고 2분 이상 혼합한 후 이어서 유동화제와 보강섬유를 순서대로 혼합하며 총 혼합시간은 최소 5분 이상으로 한다. 이렇게 믹싱된 재료는 몰탈의 흐름시험을 통해 유동성을 체크한 다음 몰탈 펌프의 호퍼에 투입하여 스프레이장비를 사용하여 시공한다.

본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈을 이용한 콘크리트 구조물의 성능 보강을 위한 시공순서는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된다. 첫째 보강을 요구하는 부위(100)를 치핑한다. 이것은 부착력을 확보하기위한 공정으로 고압 워터젯이나 함마드릴을 이용하여 열화된 부위를 확실하게 제거하며 보강 부위는 다소 여유 있게 설정한다. 둘째 강재핀(110)을 적당한 간격으로 설치하며 교량의 슬라브 하면부 등에서 보강부위의 탈락시 예상되는 안전사고를 방지하는 예비장치 개념이다. 셋째 고압수로 보강할 부위를 고압수로 세척 후 표면을 건조시킨다. 넷째 계면강화 및 접착 프라이머를 도포한다. 다섯째 보강 몰탈을 좌우로 연속적으로 3~7bar의 압력으로 1회 30mm 또는 40mm 두께로 스프레이 시공한다(120). 여섯째 보강 몰탈 경화 후 외부의 열화 환경에 적합한 표면 도포재를 도포한다(130).

본 발명은 미장시공을 포함하여 스프레이 시공 장비를 이용한 스프레이 시공을 통하여 구조물을 보강하는 고인성 섬유 합성 몰탈을 제공한다.

도 7 내지 도 10은 상술한 스퀴즈 타입의 몰탈 펌프로부터 압송되는 본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈을 스프레이하는 시공장치의 도면들이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 시공장치도 기존에 사용되는 스프레이건에서와 같이, 몰탈펌프(미도시)로부터 압송되는 몰탈을 스프레이건으로 연결하는 몰탈압력호스(10)와, 압축공기를 불러넣어주는 압축공기호스(15)와, 상기 압축공기와 몰탈을 연결해주는 몰탈연결소켓(20)과, 상기 몰탈연결소켓(20)을 통과한 몰탈을 스프레이해주는 노즐(50)을 포함하여 구성된다.

상기 압축공기호스(15)는 압축공기호스연결잭(25)과 압축공기연결소켓(30)을 통하여 상기 몰탈연결소켓(20)에 접속되며, 상기 압축공기호스연결잭(25)에는 상기 압축공기량을 조절하는 압축공기량 조절밸브(35)가 구성되어 있다. 상기 연결소켓(20)은 상기 압축공기소켓(30)의 내부를 관통하여 상기 노즐(50)의 일단에 접속되도록 구성된다.

여기서, 본 발명에 사용되는 스프레이건은 도 9에 도시되고 도 10의 단면으로 도시된 바와 같이 연결소켓(20)의 일단에 압축공기분출구(22)를 가지고 있으며, 상기 압축공기분출구(22)는 몰탈연결소켓(20)의 일부에 소켓의 다른 부분 구경보다 크게 형성되고 그 외주부에 일정한 간격으로 설치되어 있는 다수의 압축공기 분출공을 통하여 압축공기가 고르게 노즐(50)로 공급된다. 노즐(50)은 노즐 선단부로 갈수록 구경이 줄어들게 된다. 노즐(50)에 공급되는 압축공기가 상기 압축공기분출구(22)를 통해 노즐 단면상의 주변에서 고르게 공급하도록 설계되어 있어 기존의 일측면에서 공급되는 방식의 스프레이건 사용 시 보다 노즐의 막힘이나 고압에 의한 섬유의 비산 및 리바운드를 감소시키면서 분사 가능한 거리를 증가시켰다.

이하 보강효과검증에 대한 실시예를 들어 본발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈의제조와 제조된 몰탈의 보강효과를 다수의 몰탈 시험편과 4본의 빔시험체를 제작하였다. 4본의 빔 시험체는 무보강 시험체1본, 빔시험체 하면에 종래의 보강 공법 중 탄소섬유보강섬유시트로 보강한 시험체 1본과 빔시험체 하면의 피복부를 제거하고 본원 합성몰탈로 보강한 시험체 2본으로 구성하였다.

보강효과 검증용 빔 시험체는 철근콘크리트 보로서 규격은 도 1에 도시한 바와 같이 150X150X1200mm로써 D13 주철근을 인장부와 압축부에 설치하고, 콘크리트(압축강도 fck=240kg/cm²)를 타설, 양생하여 시험체 4본을 제작하였다. 이중 1본은 도 2a에 도시한 바와 같이 하면을 무보강으로 제작하였으며, 1본은 도 2b에 도시한 바와 같이 탄소섬유시트 두께 T=0.11mm 2겹을 사용하여 하면을 보강하였으며 이 때 보강섬유시트의 구체적인 규격은 아래 표 2와 같다. 나머지 2본은 빔 시험체의 하면부의 피복부위를 제거하고 고인성 섬유 합성 몰탈을 사용하여 두께 T=30mm(도 2c), T=40mm(도 2d)로 각각 스프레이하여 보강하였다.

구 분	실시예			비 고
구 분	1	2	3	비 고
압축강도(kg/cm²)	512	526	518	KS F 2405
휨강도(kg/cm²)	206	214	216	KS F 2407
부착강도(kg/cm²)	29	31	28

제조된 고인성 섬유 합성 몰탈의 물성치는 아래 표 3와 같다.

구 분	탄소섬유 쉬트	비 고
섬유 종류	고강도 탄소
섬유 중량(g/m²)	200
시트 치수(WcmXm)	100 X 50
섬유 비중(g/cm³)	1.82
설계 두께(mm)	0.11
표준 시공두께(mm)	0.45
인장강도(kgf/cm폭) (설계 강도, kg/cm²)	390 (35,500)
인장탄성율(kgf/cm폭) (설계 탄성율,kg/cm²)	25,850 (2.35 X 10⁶)
파단시 변형율(%)	1.5

하중재하시험은 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같이 단순보의 3등분점 하중법(KS F2408)으로 만능시험기를 사용하여, 보강 이후 14일이 경과된 시점에서 실험실에서 실시하였다.

도 3에 도시한 바와 같이, 무보강 빔 시험체는 일반적인 철근콘크리트보의 파괴특성을 나타내었다. 항복 하중을 지나 비선형적으로 하중이 증가하다 최대하중 (P=4.8ton)에 도달한 후 하중이 감소하면서 하중작용점 부근의 빔하단에서 점진적인 균열의 확대에 의해 파괴로 이어졌다.

도 4에 도시한 바와 같이, 탄소섬유시트 2겹으로 에폭시 함침을 통해 보강한 빔 시험체는 최대하중(P=7.2ton)에 도달할 때까지 계속적인 하중 증가를 보이다가 빔의 하단 좌측 단부측의 계면(시트접착면)에서 휨하중에 의한 균열이 진전되면서 갑작스럽게 구체와 함께 떨어지는 취성파괴 특성을 나타냈으며, 이것은 탄소섬유시트 보강공법에서 사용된 탄소섬유시트의 우수한 인장력으로 인해 탄소섬유시트는 파단되지 않고 타 부위에 응력이 집중되어 구체부위에서 파괴되는 현상을 보여준 것이다.

본 발명의 고인성 섬유 합성 몰탈로 하부를 보강한 시험체는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 T=30mm T=40mm 최대 하중값이 각각 P=6.7ton, P=7.2ton으로 무보강체와 비교하여 T=30mm 일 경우 40%의 보강효과와 T=40mm 일 경우 탄소섬유시트 2겹 보강한 것과 동일한 50% 내외의 보강 효과가 나타났다. 또한 계면에서의 탈락이나 박락현상이 나타나지 않았으며, 이것은 하중 작용시 몰탈내의 보강섬유로 인해 합성몰탈이 강력한 휨강성을 발휘하며 연성거동을 일으켰기 때문이다. 파괴시는 무보강 시험체와 탄소섬유시트보강 시험체에서 나타난 취성형태의 파괴와는 다르게 빔 시험체의 변형을 추종하면서 시험체 하면에 미세한 균열을 고르게 분산시키며 하중을 유지하는 형태의 연성파괴 현상을 나타내었다.

각 보강 빔시험체의 하중재하시험 결과를 표 4에 나타내었다.

빔시험체	최대하중(kgf)	환산휨응력(kgf/㎠)	비 고
1. 무 보 강	4,810	142.5	-
2. 탄소섬유쉬트 보강(2겹)	7,230	214.2	50.3% 향상
3. 본 합성몰탈 보강(30mm)	6,710	198.8	39.5% 향상
4. 본 합성몰탈 보강(40mm)	7,220	213.9	50.1% 향상

상술한 바와 같이, 본 발명은 노후 콘크리트 구조물의 보강 및 성능 개선에 유리한 보강용 고인성 섬유 합성 몰탈을 제조하고 제조된 합성몰탈을 스프레이 장비를 사용하여 간편하게 스프레이 시공함으로서 보수는 물론 보강까지 동시에 해결할 수 있으며, 콘크리트 구체와 동일한 시멘트 몰탈형식의 재료를 보강재로 사용함으로서 보강공사 후 구조물과 보강된 부위간의 이질감을 주지 않는 효과를 제공한다.

고인성 섬유 합성 몰탈로 보강을 함으로서 무보강시보다 50% 내외의 내하력 을 개선하며 시멘트계 재료의 고질적인 문제점인 취성을 개선하여 하중작용 시 발생되는 균열을 미세균열로 고르게 분포시켜 부재내의 균열폭을 제어함으로서 내구성을 증대시키며, 초기 수화반응에 의한 망상균열이나 개구부의 응력집중에 의한 균열을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한 기존의 시멘트계 몰탈보다 변형 추종성과 접착성이 우수해서 동결융해, 충격하중, 반복하중에 의한 균열발생과 계면부의 박리현상을 억제하여 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 구체와 동일한 시멘트 몰탈계의 재료를 사용하여 보강이 이루어지므로 기존 보강시트접착공법 등에서 발생하는 내부수분을 방출시키는 통기성 부족이나 열팽창계수 및 탄성계수 차이에 의해 시간이 경과함에 따라 발생하는 계면부에서의 박리현상이 없으며, 내화성이 우수하고, 혼재된 보강섬유가 몰탈과 합성체로 작용함으로써 동결융해 등 혹독한 환경변화에 대한 내구성도 우수하다. 또한 보강시트접착공법에서와 같이 별도로 행해지는 손상부위의 팻칭(땜빵) 작업이 불필요하며, 구체와 동일한 재료를 사용함으로써 보강공사 후 구조물과 보강된 부위와의 이질감을 주지 않는다.

Claims

콘크리트 구조물의 성능개선을 위한 보수 보강용 합성 몰탈에 있어서,

35~40%중량비의 시멘트, 30~35%중량비의 골재, 및 15~20%중량비의 물을 포함하는 몰탈;

상기 몰탈의 유동성을 향상시키기 위하여 재료분리 없이 스프레이 시공에 필요한 접착성을 유지하면서 감수효과를 발휘하는 0 초과 0.5% 이하 중량비의 폴리카본산계 분말유동화제;

굳지 않은 몰탈의 믹싱 작업에서 재료간의 작업성(워커빌리티)을 향상시키고 몰탈펌프에 의한 이동성을 향상시키기 위한 10~15%중량비의 플라이애쉬;

몰탈이 고유동성을 가질 때 재료분리 방지를 위한 점성확보를 위해 0 초과 0.05% 이하 중량비의 메틸셀룰로스계 증점제;

스프레이 시공 후 구조물과의 접착성과 조강성 확보를 위한 1~3%중량비의 알루미나 시멘트; 및

구체와의 부착력 향상과 강도증진을 위한 2~3%중량비의 실리카흄을 포함하여 합성몰탈을 구성하며,

상기 합성몰탈과의 전체 체적비로, 상기 합성몰탈내의 분산성과 부착성을 고려하여 섬유의 표면이 특수코팅 처리된 2~3%체적비의 고인성 섬유를 혼입하여 구성됨을 특징으로 하는 보수보강용 고인성 섬유 합성 몰탈.
제1항에 있어서, 상기 골재는 실리카샌드로 이물질이 없고, 입도와 입형이 양호한 7호사나 또는 7호사와 8호사를 미리 3:1로 혼합한 것임을 특징으로 하는 고인성 섬유 합성 몰탈.
제1항에 있어서, 상기 물과 시멘트의 물/시멘트 비(W/C)는 40~48%중량비로 유지됨을 특징으로 하는 고인성 섬유 합성 몰탈.
제1항에 있어서, 상기 고인성 섬유는 폴리비닐알코올(PVA) 섬유임을 특징으로 하는 고인성 섬유 합성 몰탈.
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제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고인성 섬유 합성 몰탈을 스프레이 또는 미장 시공함을 특징으로 하는 고인성 섬유 합성 몰탈.