KR100699451B1 - 방수성능 및 피로저항성이 우수한 교면포장공법 - Google Patents

방수성능 및 피로저항성이 우수한 교면포장공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휨 및 인장하중 작용하에서 초기균열이 발생한 이후에도 섬유의 가교(Bridging)작용에 의해 응력의 저하없이 변형의 증가와 함께 응력이 다시 증가하는 변형경화(Strain hardening) 특성과 이 과정에서 초기 발생 균열의 폭이 진전되지 않고 초기균열 주변에 다수의 미세균열이 발생하는 멀티플크랙(Multiple crack) 특성을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물 및 이를 활용하여 신설 및 노후된 각종 교량 상판을 교면(재)포장하는 공법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 교면포장용 고인성 모르타르 조성물은 시멘트 500~750중량부, 플라이애시 1~200중량부, 실리카흄 1~100중량부, 석회석미분말 1~200중량부, 잔골재 500~750 중량부, 재유화형 분말수지 10~80중량부, CAS계 팽창재 10~100중량부, 메틸셀룰로스계 증점제 0.1~5.0 중량부, 감수제 5~45 중량부, 공기조정제(AE제) 1~15중량부, 배합수 275~365중량부, 마이크로 단섬유 5 ~ 35 중량부로 조성되는 것을 특징으로 한다.
모르타르, 조성물, 교면포장, 공법, 단섬유, 인장변형성능, 피로성능, 멀티플크랙, 방수, 균열제어성능

Description

방수성능 및 피로저항성이 우수한 교면포장공법{Paving method of bridge having the excellent waterproofing performance and fatigue resistance}
도 1은 본 발명의 방수성능 및 피로저항성이 우수한 교면포장의 구성도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 고인성 모르타르를 사용한 시험체(10×10×40cm)의 3등분점 휨시험에 의한 휨하중-변위곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 고인성 모르타르를 사용한 시험체(10×10×40cm)의 휨시험 후 시험체 밑면에 발생한 멀티플크랙의 일례를 나타낸 사진이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
01 : 교량상판 (콘크리트상판 또는 강상판)
02 : 고인성 모르타르
03 : 방수층
04 : 아스팔트포장층
본 발명은 교량 구조물상의 콘크리트상판 및 강상판의 교면포장공법에 관한 것이다. 또한 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 상세하게는 교량상판의 이물질을 제거하는 바탕처리공정, 멀티플크랙특성 및 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 갖는 고인성 모르타르를 1~5cm의 두께로 타설하는 공정, 고인성 모르타르 타설직후 피막양생제를 도포하는 공정, 고인성 모르타르의 표면에 방수층을 형성하는 공정, 방수층 형성 후 아스팔트를 포설하는 아스팔트포장공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방수성능 및 피로저항성이 향상되는 교면포장공법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 시멘트 500~750중량부, 플라이애시 1~200중량부, 실리카흄 1~100중량부, 석회석미분말 1~200중량부, 잔골재는 500~750 중량부, 재유화형 분말수지 10~80중량부, CAS계 팽창재 10~100중량부, 메틸셀룰로스계 증점제는 0.1~5.0 중량부, 감수제 5~45 중량부, 공기조정제(AE제) 1~15중량부, 배합수 275~365중량부, 마이크로 단섬유 5 ~ 35 중량부 조성되는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발현하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물에 관한 것이다.
기존 공법에 있어서는 교량의 상판보호용 교면포장으로서 교량상판에 방수층을 형성시킨 후 그 위에 아스팔트를 포장하는 공법이 경제성 및 시공성상의 이유로 주로 활용되었으나, 이러한 아스팔트 교면포장의 경우 교량상판과의 열적거동 및 탄성계수 차이로 인해 균열, 포트홀 및 소성변형 등 다양한 결함이 발생되고 있으며, 이로 인해 방수층이 파괴되고 수분이 교량상판에 침투하여 각종 열화현상이 발생되는 등 사회적인 문제로 되고 있는 실정이다.
기존 교면포장공법으로는 첫째, 교량상판 위에 방수층을 형성시킨 후 아스팔트혼합물을 5~8cm로 타설하는 공법이 가장 일반적으로 적용되는 공법이다. 그러나 상기의 공법은 아스팔트의 균열부로 물 또는 Cl-이온 등의 열화인자가 침투되어 교량상판이 동결융해작용으로 열화되거나 내부의 보강근이 부식되어 교량구조물의 수명이 저하됨으로서 붕괴가 발생되는 문제점이 있으며, 이로 이한 빈번한 보수공사로 인해 교통체증을 유발하는 문제점이 있다.
둘째, 교량상판 위에 LMC(Latex Modified Concrete)를 타설하는 공법이 대한민국 등록 특허 제312599호에 SBR계 라텍스를 혼입함으로서 교면포장용 콘크리트의 휨강도, 건조수축저항성 및 방수성능 등을 향상시키는 공법이 개시되어 있다. 그러나, 휨강도는 증가된 반면, 휨인성이나 인장변형성능이 기존의 일반콘크리트와 유사하여 열적거동 및 피로하중에 의한 균열에는 저항하지 못하고, 유해한 균열이 발생하여 시공후 빈번한 균열보수작업이 필요로 하는 문제점이 있다. 또한 포장의 마감면이 콘크리트면 이어서 주행성 및 승차감이 아스팔트에 비해 크게 저하되는 문제점이 있는 실정이다.
셋째, 교량상판 위에 VES-LMC(Very Early Strength - Latex Modified Concrete)를 타설하는 초속경이라는 특성을 부가한 교면포장공법이 대한민국 공개특허공보(10-2000-0071932)에 개시되어 있다. 상기의 공법은 LMC 교면포장공법과 동일하게 휨인성이나 인장변형성능이 기존의 일반콘크리트와 동일한 특성이 있으며, 초속경이어서 시공오류 등으로 인해 시공직후 유해균열의 발생이 빈번하며, 균열보수공사로 인해 공사비가 크게 증가되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 휨이나 인장하중 작용하에서 유해균열(균열폭이 약 100㎛를 초과하는 균열)이 발생하지 않고, 교량의 사용환경을 고려하여 방수성능 및 피로저항성이 탁월한 교면포장용 모르타르 및 공법의 개발할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 휨 및 인장하중하에서 복수의 미세균열(폭 100㎛ 이하)인 멀티플크랙을 발휘할 뿐만 아니라 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발현하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 주행성이나 승차감을 확보하기 위해 교면포장시 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 고인성 모르타르 조성물을 사용하는 아스팔트혼합물로 이루어지는 교면포장공법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 시멘트 500~750중량부, 플라이애시 1~200중량부, 실리카흄 1~100중량부, 석회석미분말 1~200중량부, 잔골재는 500~750 중량부, 재유화형 분말수지 10~80중량부, 칼슘설퍼알루이네이트(CSA ; Calcium Sulpho Aluminate)계 팽창재 10~100중량부, 메틸셀룰로스계 증점제는 0.1~5.0 중량부, 감수제 5~45 중량부, 공기조정(AE : Air Entrained agent)제 1~15중량부, 배합수 275~365중량부, 마이크로 단섬유 5 ~ 35 중량부 조성되는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 마이크로 단섬유는 폴리비닐알콜(PVA ; Polyvinyle alcohol)섬유 (직경 30~100㎛, 길이6~12mm) 또는 고장력 피이티(PET ; Polyethylene Terphethalate)섬유 (직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)가 단독으로 사용되거나, 폴리비닐알콜(PVA ; Polyvinyle alcohol)섬유와 고장력 고장력 피이티(PET ; Polyethylene Terphethalate)섬유(직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)를 0.75~0.95 : 0.05~0.25 중량비로 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물에 관한 것이다.
또한 본 발명에 있어서, 고인성 모르타르의 단위용적중량을 저하시키면서 보다 안정적인 멀티플크랙을 유도하기 위해 입경 2.5~5.0mm 또는 2.5~8.0mm의 폴리에틸렌(PE ; Polyethylene)비드를 1~100중량부 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, a) 교량상판의 이물질을 제거하는 바탕처리공정, b) 멀티플크랙특성 및 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 갖는 고인성 모르타르를 1~5cm의 두께로 타설하는 공정, c) 고인성 모르타르 타설직후 피막양생제를 도포하는 공정, d) 고인성 모르타르의 표면에 방수층을 형성하는 공정, e) 방수층 형성 후 아스팔트를 포설하는 아스팔트포장공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방수성능 및 피로저항성이 향상되는 교면포장공법에 관한 것이다.
본 발명을 실시예와 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 교면포장용 고인성 모르타르 조성물에 사용되는 결합재로서 시멘트는 보통포틀랜드시멘트, 조강포틀랜드시멘트, 초조강포틀랜드시멘트 및 초속경시멘트가 사용되며, 교면보수용 포장재로 사용할 경우에는 신속한 교통개방을 위해 초속경시멘트의 사용이 바람직하다. 결합재로서 시멘트는 500 ~ 750 중량부가 사용되며 양호하게는 570 ~ 650 중량부가 사용된다. 또한 고인성 모르타르 조성물의 유동성 점성 및 경제성을 향상시키기 충전재로서는 산업부산물인 플라이애시는 1 ~ 200 중량부가 사용되며 바람직하게는 120 ~ 160 중량부가 사용되며, 석회석미분말은 1~ 200 중량부가 사용되며 바람직하게는 110 ~ 150 중량부가 사용된다. 실리카흄의 경우 1 ~ 100 중량부가 사용되며, 바람직하게는 30 ~ 50 중량부가 사용된다. 잔골재의 경우 7호 규사 또는 7호와 6호규사의 혼합규사(7호 : 6호의 중량혼합비는 0.7 ~ 0.3 : 0.3 ~ 0.7) 중 선택하여 500 내지 750 중량부 사용되며, 바람직하게는 570 ~ 650 중량부가 사용된다. 또한, 고인성 모르타르의 휨성능을 향상시키기 위해 사용되는 재유화형 분말수지는 10~80중량부가 사용되며, 바람직하게는 60 ~ 75 중량부가 사용되며, CAS계 팽창재는 10~100중량부가 사용되며 바람직하게는 60 ~ 80 중량부가 사용된다. 메틸셀룰로스계 증점제는 0.1~5.0 중량부가 사용되며, 감수제는 5~45 중량부가 사용되며, 공기조정제(AE제)는 1~15중량부가 사용되며, 바람직하게는 4 ~ 7 중량부가 사용된다. 마이크로 단섬유는 PVA섬유(직경 30~100㎛, 길이6~12mm) 또는 고장력 PET섬유(직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)가 단독으로 3 ~ 35 중량부로 사용되거나, 상기의 PVA섬유와 고장력 PE섬유(직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)를 0.75~0.95 : 0.05~0.25 중량비로 혼합 사용하는 것이 바람직하다. 배합수는 275~365중량부가 사용되며, 바람직하게는 수도수로 300 ~ 340 중량부가 사용된다. 또한 고인성모르타르의 단위용적중량을 저하시키면서 보다 안정적인 멀티플크랙을 유도하기 위해 입경 2.5~5.0mm 또는 2.5~8.0mm의 PE비드를 1~100 중량부 첨가한다. PE비드는 바람직하게는 20 ~ 50 중량부 사용한다. PE비드 대신 인공경량골재 또는 PP비드를 사용할 수도 있다.
다음에는 도 1과 관련하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 고인성 모르타르 조성물에 의한 교면포장 공법을 설명한다.
즉, 교면을 재포장하는 경우에는 먼저 기존 포장재를 제거하는 데, 새롭게 교면을 포장하는 경우에는 이러한 공정이 생략된다. 이어서, 콘크리트를 습윤상태로 유지하면서 바탕면을 정리, 청소하는 교량상판의 이물질을 제거하는 공정(바탕처리공정), 바탕처리공정 후 고인성 모르타르를 1~5cm의 두께로 타설하는 공정이다. 본 발명의 고인성 모르타르를 운반하여 타설하며(도1 - 02), 최소 타설두께는 1cm 이상으로 하고, 타설높이는 계획고 보다 3 ~ 10mm 정도 높게 타설한다. 이때, 모체(교량상판)(01)와의 부착력이 우수하여 고인성 모르타르층(02)과 일체화 된다. 고인성 모르타르 타설공정 후 피막양생제를 도포하는 공정이 이어지며, 고인성 모르타르의 표면에 방수층이 형성되며, 방수층 형성 후 아스팔트를 포설하여 방수성능 및 피로저항성이 향상되는 교면포장공법이 완성된다. 본 발명에 따른 교면포장공법은 상기와 같이 교면포장의 중간부에 균열제어성능(멀티플크랙특성) 및 인장변형성능(0.5% 이상의 직접인장변형성능)이 탁월한 고인성 모르타르층(02)을 형성함으로서, 시공과정에서 건조수축에 의한 균열을 완전하게 제어할 수 있으며, 모체(교량상판)(01)와의 부착력이 우수하여 고인성 모르타르층(02)과 일체화됨으로서 온도변화에 의한 체적변화(수축/팽창)나 진동피로(차량의 윤하중 등)에 의해 교량상판에 유해균열이 발생하여도 고인성 모르타르층(02)이 균열폭의 진전을 완화시켜 유해균열이 발생하지 않는 특징이 있다. 또한 아스팔트층(04)의 균열부로 물이나 Cl-이온 등의 열화인자가 침투하여도 고인성 모르타르층(02)의 우수한 방수성능과 균열제어성능으로 인해 교량상판(01)까지 열화인자가 침투하지 못하는 방수성능 및 피로저항성이 향상되는 교면포장공법이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 하며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정된 것은 아니다.
(실시예 및 비교예)
[표 1] 본 발명의 실시예 및 비교예의 배합사항
구 분 구성재료 단 위 량 (kg/m3) 비 고
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1
배 합 사 항 배합수 320 320 320 320 수도수
시멘트 600 600 600 600 보통포틀랜드시멘트
플라이애시 145 145 140 145 -
실리카흄 40 40 40 40 -
석회석미분말 140 140 120 140 -
잔골재 600 600 600 600 7호:6호 = 0.5:0.5
재유화형 분말수지 60 60 60 75 RE-5010N
CSA계 팽창재 70 70 70 70 덴카 No-20
MC계 증점제 1.1 1.1 1.1 1.1 HPMC
감수제 25 25 25 25 나프탈렌계 감수제
AE제 4.8 4.8 4.8 4.8 -
PVA섬유 26 20 18 0 직경39㎛, 길이12mm
고장력 PET 섬유 0 0 8 0 직경18㎛, 길이12mm
고장력 PE섬유 0 6 0 0 직경12㎛, 길이15mm
PE비드 0 0 30 0 직경 2.5~5mm
본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서 모르타르의 비빔은 용량 10리터의 벤취형 모르터믹서를 사용하여 실시하였으며, 비빔시간은 1분간은 저속으로, 2분간으로 고속으로 실시하여 총 3분이 되도록 하였다. 비빔이 완료된 모르타르는 각각의 몰드에 채운 후 24 시간동안 온도 20 ± 3℃, 습도 60 ± 5%의 항온실에서 존치시켰으며, 그 후 탈형하여 온도 20 ± 3℃, 습도 60 ± 5%의 항온실에서 재령 28일까지 양생하여 시험체를 제작하였다.
(실험예)
본 실시예 및 비교예들에서 부착강도 (시험체 Φ10×20cm)와 휨강도 (시험체 10×10×40cm) 값은 20±3℃의 수중에서 재령 28일까지 양생한 시험체에 대하여 실시한 것이다.
마이크로 단섬유로 PVA(직경 39㎛, 길이 12mm) 26중량부(실시예1), PVA(직경 39㎛, 길이 12mm) 20중량부와 고장력 PE섬유( 직경 12㎛, 길이 15mm) 6 중량부(실시예2) 를 사용하였고, 실시예3은 마이크로 단섬유로 PVA(직경 39㎛, 길이 12mm) 18중량부, 고장력 PET(직경 18㎛, 길이 12mm) 8 중량부, 직경 2.5 ~ 5mmm인 PE비드 30 중량부를 사용하였다. 마이크로 단섬유가 첨가되지 않는 비교예와 시험한 결과 실시예 1, 2 및 3은 비교예(섬유무혼입)와 비교하여 휨성능 및 내구성이 크게 향상되었다. 비교예(섬유무혼입)에 비해 전반적인 물성이 크게 향상되었으며, 휨강도는 비교예에 비하여 약 2배 정도 증가하였고 실시예의 경우 안정적인 멀티플크랙특성을 발휘하고 있고, 휨시험시 평균균열폭도 100㎛ 이하로 나타났으나(도2, 3), 비교예의 경우 휨파괴시 1개의 균열이 확정되면서 취성적인 파괴형상을 보였고 균열폭의 측정은 불가능하였다. 인장강도는 실시예의 경우 4.2MPa 이상이었으나 비교예의 경우 2.9MPa로 상대적으로 낮았다. 직접인장시험시 인장파괴시의 인장변형율은 실시예의 경우 2.01% 이상이었으나, 비교예의 경우 0.015%로 일반 콘크리트와 유사한 수준임일 알 수 있었다.
[표 2] 본 발명의 실시예 및 비교예의 실험결과
구 분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비 고
시 험 결 과 부착강도(MPa) 2.9 3.1 2.7 2.4 KS F 4042
휨강도(MPa) 13.8 15.6 13.4 7.6 KS F 4042
휨시험시 균열수 (개) 29 41 36 1 육안관찰
휨시험시 평균균열폭 (㎛) 57 42 40 측정불가 크랙게이지
멀티플크랙의 유/무 유 유 유 무 육안관찰
직접인장강도 (MPa) 4.2 4.8 4.7 2.9 직접인장시험
직접인장변형율 (%) 2.01 3.54 3.12 0.015 직집인장시험
투수량 (g) 6.2 5.8 6.8 6.8 KS F 4042
종합평가 우수 매우 우수 우수 불량 -
본 발명의 교면포장용 고인성 모르타르 조성물은 섬유, 매트릭스 및 섬유/매트릭스의 계면 부착특성에 관한 파라메터를 적절히 조합하여 제조됨으로서 휨 및 인장하중 작용하에서 변형경화거동 및 멀티플크랙 특성을 안정하게 발휘할 수 있으며, 기존의 강섬유보강 콘크리트나 LMC 포장용 콘크리트 또는 고인성 시멘트 복합체에 비하여 높은 휨 및 인장강도를 발현할 수 있을 뿐만 아니라 균열제어성능, 피로성능, 변형성능, 내구성 등을 크게 향상시킬 수 있다.
이와 같은 성능을 가진 교면포장용 고인성 모르타르 조성물을 신설 또는 노후화된 교량의 교면포장에 활용하여 교면포장재의 균열분산성을 향상시키고 균열폭을 제어함으로서 방수성능 및 Cl- 또는 CO2 등의 유해물질 침투저항성을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하여 휨인성 및 변형성능을 향상시켜 교면의 윤하중에 대한 피로성능을 크게 개선시켜 신설 및 기존 교량의 고내구화 및 장수명화가 가능하게 되며, 최종적으로 유지관리비용을 저감시키는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 시멘트 500~750중량부, 플라이애시 1~200중량부, 실리카흄 1~100중량부, 석회석미분말 1~200중량부, 잔골재는 500~750 중량부, 재유화형 분말수지 10~80중량부, 칼슘설퍼알루이네이트(CSA ; Calcium Sulpho Aluminate)계 팽창재 10~100중량부, 메틸셀룰로스계 증점제는 0.1~5.0 중량부, 감수제 5~45 중량부, 공기조정(AE : Air Entrained agent)제 1~15중량부, 배합수 275~365중량부, 마이크로 단섬유 5 ~ 35 중량부 조성되는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 마이크로 단섬유는 폴리비닐알콜(PVA ; Polyvinyle alcohol)섬유(직경 30~100㎛, 길이6~12mm) 또는 고장력 피이티(PET ; Polyethylene Terphethalate)섬유 (직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)가 단독으로 사용되거나, 폴리비닐알콜(PVA ; Polyvinyle alcohol)섬유와 고장력 피이티(PET ; Polyethylene Terphethalate)섬유 (직경 5~50㎛, 길이 6~15mm)를 0.75~0.95 : 0.05~0.25 중량비로 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 고인성 모르타르의 단위용적중량을 저하시키면서 보다 안정적인 멀티플크랙을 유도하기 위해 입경 2.5~5.0mm 또는 2.5~8.0mm의 폴리에틸렌(PE ; Polyethylene)비드를 1~100중량부 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 발휘하는 교면포장용 고인성 모르타르 조성물.
  4. 교량 구조물상의 콘크리트상판 및 강상판의 교면포장공법에 있어서,
    a) 교량상판의 이물질을 제거하는 바탕처리공정;
    b) 멀티플크랙특성 및 0.5% 이상의 직접인장변형성능을 갖는 고인성 모르타르를 1~5cm의 두께로 타설하는 공정;
    c) 고인성 모르타르 타설직후 피막양생제를 도포하는 공정;
    d) 고인성 모르타르의 표면에 방수층을 형성하는 공정; 및
    e) 방수층 형성 후 아스팔트를 포설하는 아스팔트포장공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방수성능 및 피로저항성이 향상되는 교면포장공법.
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