KR100921448B1 - 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법 - Google Patents

철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근의 부식에 의한 콘크리트 구조물의 열화 부분을 제거하고, 기존의 콘크리트와 동일한 성분인 무기계 모르타르를 이용하여 손상된 콘크리트 구조물 부위에 보수 및 보강함에 따라 모르타르가 보다 견고하게 부착되어 높은 강도를 유지함과 동시에 내구성이 탁월한 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법은 보수 및 보강할 대상 철근콘크리트 구조물에 치핑 또는 수압 200∼900bar로 하고, 수량을 100∼200ℓ/min로 고압수를 분사하여 철근콘크리트 구조물의 일정부분을 절삭하여 매입된 철근을 노출시켜 절삭부위를 형성하는 단계(Ⅰ); 상기 절삭부위에 노출된 철근의 녹을 제거하는 단계(Ⅱ); 상기 철근을 포함한 철근콘크리트 구조물의 절삭부위에 시멘트, 용광로 수쇄슬러그와 규사와의 혼합물로 이루어진 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말을 함유한 무수의 혼합 분말과 일정량의 물을 혼합한 방청모르타르를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅲ); 상기 분사 도포된 방청모르타르의 표면에 일정한 두께의 조강 포틀랜드시멘트가 사용되며 100중량부에 대하여 물은 35∼60중량부, 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재가 사용되며 40∼150중량부, 혼화제는 10∼40중량부로 구성된 보강용 모르타르를 분사 도포하는 단계(Ⅳ)로 이루어짐을 특징으로 한다.
철근콘크리트 구조물, 열화부, 보수, 보강공법

Description

철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법{Section repair in the degradation part and means of reinforcement work of reinforced concrete structure}
본 발명은 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 철근콘크리트 구조물은 시공된 지 일정기간이 지나면 구조물이 노화되어 콘크리트가 구조물에서 점차 박리 및 탈락이 이루어지는데 이를 보수 및 보강하여 구조물의 수명을 연장하기 위해서는 통상적으로 유기계 모르타르를 이용한 보수 및 보강공법을 적용한다.
상기 유기계 모르타르는 3성분형(수지, 경화제, 골재)으로서 경화시간이 빠르고, 접착력이 우수하며, 압축강도와 굴곡 강도, 인장 강도가 우수한 장점이 있다.
반면에 이에 대한 단점도 있다.
즉, 상기 유기계 모르타르는 철근콘크리트 구조물의 습윤 면에서는 사용이 불가능하며, 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 발수성을 방해하여 단기간 내에 구조물로부터 박리 및 탈락이 발생할 수 있다.
또한, 상기 유기계 모르타르를 대량으로 타설시 콘크리트 모체에 영향을 미쳐 콘크리트 모체의 파괴로 인한 대량 타설이 불가능하며, 가사시간의 짧으므로 인한 작업성의 저하, 인체에 해로운 유해가스의 발생, 자외선에 의한 변색 등을 예로 들 수 있다.
이와 같은 문제점으로 인해 최근에는 상기 유기계 모르타르의 단점을 비교적 보완한 유, 무기계 혼합형 모르타르가 사용되고 있다.
상기한 유, 무기계 혼합형 모르타르는 2성분형으로서, 무기계 분말과 유기계 수지를 혼합한 형태로 제조된다.
상기 유, 무기계 혼합형 모르타르는 콘크리트구조물의 습윤면에 시공이 가능하고, 높은 압축강도, 휨강도가 가능하며, 경화시간이 빨라 긴급 타설이 용이한 장점이 있다.
반면에 유, 무기계 혼용으로 콘크리트 모체와의 탄성계수, 열팽창계수가 달라 내구성이 떨어지며, 가사시간이 짧아 작업성이 떨어지고, 대 단면 복구에 따른 어려움이 있다.
또한, 혼합수지가 pH 7 이하여서 철근부식의 우려가 있을 뿐만 아니라 인체에 해로운 포름알데히드 기체가 발생하여 밀폐된 공간에서는 질식의 우려가 있으며, 유기물의 자외선 노출로 인해 변형되어 콘크리트 모체로부터 박리 및 탈락이 발생되는 문제점이 있다.
즉, 상기 유, 무기계 혼용 모르타르가 콘크리트 모체로부터 박리 및 탈락하 는 이유는 콘크리트 모체와 수축 및 팽창, 탄성률이 상이함으로써 발생되며, 이는 현재 콘크리트구조물의 보수 및 보강에 필요한 적절한 조성물이 구비되지 않은 상태에서 이루어짐에 따라 철저한 보수 및 보강이 이루어지지 않고 있다.
다시 말해, 상기 유, 무기계 모르타르는 소량의 무기물을 첨가하여 무기계인 콘크리트구조물과 일부가 동일한 상태로 조성됨으로써 콘크리트 모체와의 견고한 부착력을 유지하도록 사용되나, 유기물적 특성이 강해 콘크리트와의 견고한 결합상태를 유지할 수가 없다.
뿐만 아니라 작업성 면에서도 2가지 (무기계 분말, 유기계 수지)를 혼용함에 따라 작업성이 떨어져 콘크리트구조물의 보수 및 보강이 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 철근의 부식에 의한 콘크리트 구조물의 열화 부분을 제거하고, 기존의 콘크리트와 동일한 성분인 무기계 모르타르를 이용하여 손상된 콘크리트 구조물 부위에 보수 및 보강함에 따라 모르타르가 보다 견고하게 부착되어 높은 강도를 유지함과 동시에 내구성이 탁월한 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법은 보수 및 보강할 대상 철근콘크리트 구조물에 치핑 또는 수압 200∼900bar로 하고, 수량을 100∼200ℓ/min로 고압수를 분사하여 철근콘크리트 구조물의 일정부분을 절삭하여 매입된 철근을 노출시켜 절삭부위를 형성하는 단계(Ⅰ); 상기 절삭부위에 노출된 철근의 녹을 제거하는 단계(Ⅱ); 상기 철근을 포함한 철근콘크리트 구조물의 절삭부위에 시멘트, 용광로 수쇄슬러그와 규사와의 혼합물로 이루어진 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말을 함유한 무수의 혼합 분말과 일정량의 물을 혼합한 방청모르타르를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅲ); 상기 분사 도포된 방청모르타르의 표면에 일정한 두께의 조강 포틀랜드시멘트가 사용되며 100중량부에 대하여 물은 35∼60중량부, 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재가 사용되며 40∼150중량부, 혼화제는 10∼40중량부로 구성된 보강용 모르타르를 분사 도포하는 단계(Ⅳ)로 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법은 철근의 부식에 의한 콘크리트 구조물의 열화 부분을 제거하고, 기존의 콘크리트와 동일한 성분인 무기계 모르타르를 이용하여 손상된 콘크리트 구조물 부위에 보수 및 보강함에 따라 모르타르가 보다 견고하게 부착되어 높은 강도를 유지함과 동시에 내구성이 탁월한 이점이 있다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면을 보수 및 보강하는 상태를 도시한 예시도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법은 보수 및 보강할 대상 철근콘크리트 구조물(RC)에 치핑 또는 수압 200∼900bar로 하고, 수량을 100∼200ℓ/min로 고압수를 분사하여 철근콘크리트 구조물(RC)의 일정부분을 절삭하여 매입된 철근(S)을 노출시켜 절삭부위(CP)를 형성하는 단계(Ⅰ); 상기 절삭부위(CP)에 노출된 철근(S)의 녹을 제거하는 단계(Ⅱ); 상기 철근(S)을 포함한 철근콘크리트 구조물(RC)의 절삭부위(CP)에 시멘트, 용광로 수쇄슬러그와 규사와의 혼합물로 이루어진 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말을 함유한 무수의 혼합 분말과 일정량의 물을 혼합한 방청모르타르(RM)를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅲ); 상기 분사 도포된 방청모르타르(RM)의 표면에 일정한 두께의 조강 포틀랜드시멘트가 사용되며 100중량부에 대하여 물은 35∼60중량부, 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재가 사용되며 40∼150중량부, 혼화제는 10∼40중량부로 구성된 보강용 모르타르(SM)를 분사 도포하는 단계(Ⅳ)로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법은 절삭부위(CP) 형성단계(Ⅰ); 철근(S) 녹을 제거하는 단계(Ⅱ); 방청모르타르(RM) 분사 도포단계(Ⅲ); 보강용 모르타르(SM) 분사 도포단계(Ⅳ)를 순차적으로 시행하여 열화된 철근콘크리트 구조물을 보수 및 보강함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 절삭부위(CP) 형성단계(Ⅰ) 및 철근(S) 녹을 제거하는 단계 (Ⅱ)는 보수 및 보강할 대상 철근콘크리트 구조물(RC)에 치핑 또는 수압을 200∼900bar 정도로 설정함과 동시에 수량을 100∼200ℓ/min로 고압수를 분사하여 철근콘크리트 구조물(RC)의 일정부분을 절삭하여, 철근콘크리트 구조물(RC)의 열화부분만을 제거할 수 있음과 동시에 철근(S)의 녹만을 제거할 수 있어서, 철근콘크리트 구조물(RC)의 기타부분이나 철근(S)의 손상 없이 열화 부분과 철근(S)의 녹을 제거하는 것이 가능해진다.
특히, 상기 치핑 또는 고압수 분사에 의해, 콘크리트 구조물의 표면의 콘크리트를 매설된 철근이 노출될 때까지 절삭함과 동시에 철근의 녹을 제거한 후, 노출된 철근에 아초산염의 수용액을 단시간으로 효율적으로 철근에 도포할 수 있다.
이와 같은 아초산염은 철근의 방청제로서 기능을 하는 것이며, 이 수용액을 도포한 후, 방청모르타르를 매입하는 것에 의해, 그 후의 부식의 진행을 효율적으로 억제할 수가 있다.
또한, 상기 방청모르타르(RM) 분사 도포단계(Ⅲ)는 철근(S)을 포함한 철근콘크리트 구조물(RC)의 절삭부위(CP)에 시멘트, 용광로 수쇄슬러그와 규사와의 혼합물로 이루어진 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말을 함유한 무수의 혼합 분말과 일정량의 물을 혼합한 방청모르타르(RM)를 분사 도포하는 단계이다.
여기서, 상기 방청모르타르(RM)의 시멘트, 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말은 시멘트를 1로 할 경우에, 각각의 중량비는
1.0∼2.5, 0.03∼0.2, 0.005∼0.05, 0.0005∼0.003으로 구성된다.
또한, 상기 시멘트 1에 대하여 길이 3∼30㎜ 섬유분말을 중량비로 0.002∼0.06의 범위로 추가로 구성할 수도 있다.
그리고 상기 보강용 모르타르(SM) 분사 도포단계(Ⅳ)는 분사 도포된 방청모르타르(RM)의 표면에 일정한 두께의 조강 포틀랜드시멘트가 사용되며 100중량부에 대하여 물은 35∼60중량부, 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재가 사용되며 40∼150중량부, 혼화제는 10∼40중량부로 구성된 보강용 모르타르(SM)를 분사 도포하는 단계(Ⅳ)로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 보강용 모르타르(SM)는 시멘트, 물, 세골재 및 혼화제로 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시멘트는 조강포틀랜드시멘트로 분말도가 약간 곱고, 화학 성분상 석회분이 약간 많으며, 규산 3석회 함유량이 크다.
일반적으로 조강 포틀랜드시멘트는 습식법에 의해 만들어지며 보통 시멘트에 비해 장기강도는 크고, 응결은 약간 빠르나 대차는 없으며, 수화시의 발열은 약간 크다. 따라서, 분말도의 브레인 값은 5,000을 넘으므로 작업성을 얻기 위한 단위수량이 많이 요구되는데 모르타르의 압축강도 목표치를 50N/㎟ 이상으로 할 경우 물과 시멘트 중량비는 41% 이하로 한다.
또한, 상기 물은 조강 포틀랜드시멘트 100중량부에 대하여 35∼60중량부를 사용하며, 바람직하게는 40∼50중량부를 사용한다.
그리고 상기 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재 40∼150중량부를 사용한다.
또한, 상기 혼화제는 조강 포틀랜드시멘트 100중량부에 대하여 칼슘설파알루미나이트계 팽창재 1.5∼5.0중량부, 수축저감제 0.5∼4중량부, 유동화제 1.0∼4.0중량부, 증점제 4.0∼10.0중량부, 소포제 0.6∼1.0중량부, 재유화형 분말수지 2.0∼8.0중량부, 보강화이바 1.0∼1.7중량부, 구상 유동성 개선제 4.0∼10.0중량부로 구성된 혼화제를 10∼40중량부를 사용한다.
즉, 상기한 혼화제는 아래 표 1과 같은 특성이 있다.
표 1
종류 목적 및 기능 첨가율(%) 비중 용적비(ℓ)
팽창재 수축률 저감 1.5∼5.0 3.14 21.5∼74.0
수축저감제 수축률 저감 0.5∼4 1.0 3.0∼24.5
재유화형 분말수지 부착강도, 내중화성, 내동결융해저항성, 소추수성, 경화체 결정의 치밀화에 의한 화학저항성 개선 2∼8 0.98 12.3∼49.0
유동화제 단위수량의 저감 1.0∼5.0 1.0 20.0∼80.0
유동성 개선제 단위수량의 저감 4.0∼10 0.65 38.0∼95.0
소포제 수화결정의 치밀화 0.6∼1.0 1.01 0.6∼3.6
보강화이바 휨강도, 파괴저항성의 개선 1.0∼1.7 2.73 2.2∼3.8
여기서, 상기 칼슘설파알루미나이트(CSA)계 팽창재는 생석회와 석고 및 알루미나를 조합 소성한 4CaOㆍ3Al2O3ㆍCaSO4로 광물명을 에트링가이트라 한다.
이것을 시멘트에 적당량을 혼합하여 수화하면 시멘트 바실러스를 다량 생성하며, 팽창하여 그 후 건조수축을 보상한다. 그러나 혼합량이 지나치게 많으면 팽창균열을 일으키게 되므로 주의를 요한다.
또한, 상기 수축저감제는 플라이애쉬 45∼55중량%, 무수석고 2∼5중량%, 석회석 분말 15∼25중량%, 고로슬래그 분말 10∼25중량%로 구성된다.
여기서, 상기 플라이애쉬는 화력발전소 등에서 부산물로 발생하는 것으로, 분말도는 3100∼4600㎠/g, 비중은 화학성분 중의 Fe2O3에 의해 좌우되며, 시멘트의 2/3 정도인 1.91∼2.32 정도이다.
입자의 크기는 1∼140㎛ 정도이며, 플라이애쉬의 형태는 거의 대부분이 구형이고, 큰 입자들 가운데는 중앙부가 비어 있는 형태로 존재하거나, 내부가 미세한 구상의 입자로 채워져 있는 것도 있다.
플라이애쉬의 화학적 주성분은 SiO2, Al2O3, CaO 등이다.
표 2는 플라이애쉬의 화학성분을 나타낸다.
본 발명에서 플라이애쉬는 전체 수축저감제 중량에서 30∼80% 범위에서 사용되었을 때, 가장 바람직한 수축저감 효과를 나타낸다.
표 2
플라이애쉬의 구성성분
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Ig-loss Insol/R
함량 47.4 17.6 9.7 14.2 0.6 1.7 5.1 1.7
또한, 상기 무수석고는 중유, 벙커시유, 유연탄, 무연탄, 석유 코크스, 천연석유 등의 연소시 얻어진 연도 가스 내에서 흡수제로 소석회 현탁액을 분무하여 생산된 것으로, 이른바 배연탈황 석고라고 하며, 가스내의 황화물이 소석회 현탁액 중의 CaO 성분과 결합하는 분무 건조-흡착방식의 형태로 제조된다.
배연 탈황석고는 화학석고에 비하여 SO3의 함량이 높고 CaO는 낮은 특성을 나타내는 것이 일반적이다.
본 발명의 수축저감제의 성분으로 사용된 무수석고는 2∼5% 범위에서 가장 바람직한 수축 저감효과를 나타낸다.
표 3
배연탈황 석고의 구성성분
구분 Ig-loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
배연탈황석고 21.00 1.80 0.90 0.80 32.10 0.61 42.0
그리고 상기 고로슬래그 분말은 철광석, 석회석, 코크스를 원료로 하여 적당한 비율로 조합, 고온에서 용해하여 환원하면 철은 비중이 크기 때문에 고로의 하층부에 가라앉고, 상층부에는 SiO2, Al2O3 등이 주성분인 암질이 CaO와 화합하여 용 융상태로 부유한 것이다.
고로슬래그 분말의 비중은 2.85∼2.94 정도이며 평균은 2.90 정도이다.
고로슬래그의 형상은 매끈한 구곡상의 파면을 갖는 입방상으로 이를 입도 분석하면 최대입경은 48∼150㎛, 평균입경은 10∼16㎛, 10㎛ 이하의 양은 33∼50%의 범위에 있으며, 44㎛ 잔분은 0.8∼15.3% 정도이다.
본 발명에서 사용한 고로슬래그 분말은 CaO 성분을 함유하고 있으나, 수화열이 없고, 응결시간을 지연시켜 여름철에도 충분한 미장시간을 확보시켜주므로 초기 균열방지의 효과가 있다.
본 발명의 수축저감제에 있어서 10∼60% 사용되었으며, 이 정도 범위 내에서 가장 바람직한 수축저감 효과를 나타낸다.
그리고 상기 석회석 분말은 8∼20중량%을 사용하는 것으로, 이는 고로 슬래그 분말의 작용을 조절하는 역할을 한다.
순수한 석회석의 조성은 CaO 56%, CO2 44%이지만 보통 고용체로서 MgCO, FeCO3, MnCO3 등을 함유하므로 MgO, FeO, MnO 등의 불순성분을 포함하고 있다.
또한, 점토나 갈철광과 같은 광분을 수반할 때가 많은데, 이때에는 SiO2, Al2O3, Fe2O3 등의 불순성분을 함유한다.
본 발명에서 석회석의 주성분은 CaCO3 함량이 약 80%(CaO 45%) 이상이면 사용이 가능하며, 8∼20중량% 범위 내에서 사용시 가장 바람직하다.
또한, 상기 유동화제는 모르타르의 작업성 및 시공성을 향상시키기 위한 첨가제로서 첨가량이 1.0∼4.0중량부로서 리그닌계, 멜라민계, 나프탈계, 카르복실계 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
그리고 상기 증점제는 대체로 셀룰로오스 유도체 등과 같은 수용성 폴리 사카라이드계의 물질로서 물에 용해될 때 소정의 점도를 가지는 성질이 있다.
이는 점도의 향상으로 인한 유동성 증대 역할뿐만 아니라 내구성 증진효과를 나타낸다.
본 발명에서는 수용성 셀룰로오스 증점제인 하이드록시에틸셀룰로오스를 사용하였다.
또한, 상기 소포제는 탄화수소 폴리글리콜계 등이 사용 가능하며, 소포제의 사용량은 0.6∼1.0중량부로 하며, 0.6중량부 미만으로 사용하면 충분한 기포억제효과를 얻을 수 없고, 1.0중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 경제적이지 못하다.
그리고 상기 재유화형 분말수지는 제조된 건조 모르타르에 물을 부으면 재유화하여 수정 폴리머 디스퍼젼으로 행동한다.
이렇게 재유화된 수지는 경화과정에서 형성하여 내수성을 증진시키고, 골재간의 접착성을 증진시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 재유화형 분말수지로는 통상적으로 에틸비닐아세테이트 분말수지 또는 SBR 분말수지로 구성에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
특히, 상기 재유화형 분말수지는 그 첨가량을 유동적으로 변화시킬 수 있으며, 본 발명에서는 재유화형 분말수지 2.0∼8.0중량부를 사용하였다.
이때, 상기 재유화형 분말수지는 빠른 재유화를 고려하여 그 평균입도가 4∼9㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보강화이바는 모르타르의 균열을 억제하고 충격에 의한 파손을 억제하기 위한 첨가제로서 셀룰로오스계 또는 폴리프로필렌계로 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
한편, 상기 중성화 방지 및 염해방지용 모르타르 분사 도포단계(Ⅴ)는 상기 보강용 모르타르(SM)의 표면에 중성화 방지 및 염해방지용 모르타르를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅴ)를 추가하되, 상기 중성화 방지 몇 염해방지용 모르타르는 시멘트, 고로 슬래그 분말, 고로 슬래그 세골재 및 점조제로 이루어지는 시멘트 모르타르와; 황산 알루미늄 수용액 또는 아크릴산 에스터 공중합체 에멀션으로 이루어지는 산성물질과; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 칼슘 알루미늄 복합 수산화물 또는 층간에 아초산 이온을 함유하는 칼슘 알루미늄 복합 수산화물로 이루어지는 염화물 이온 흡착제를 1∼9중량부 첨가하고, 시멘트계 팽창재 0.5∼100 중량부, 세골재 20∼500 중량부, 수지를 고형분 환산으로 0.1∼50중량부, 유기섬유 또는 무기섬유 중의 어느 하나를 0.05∼5 중량부 첨가하여 이루어지는 염해방지용 보수재와; 고로 슬래그 고미분말 25∼35중량부, 시멘트 25∼35중량부, 고로 슬래그 세골재 30∼50 중량부로 이루어지는 중성화방지 모르타르와; 입경 30∼500㎛의 미세 실리카, 물유리 및 규불화 마그네슘 또는 마그네시아 및 실리카를 포함한 규불화물의 적어도 1종으로 이루어지는 증식재로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 중성화 및 염해방지용 모르타르는 시멘트 모르타르, 산 성물질, 염화물 이온 흡착제, 염해방지용 보수재, 중성화 방지 모르타르 및 증식재로 구성된다.
여기서, 상기 시멘트 모르타르는 시멘트, 고로 슬래그 분말, 고로 슬래그 세골재 및 점조제로 구성된다.
상기 시멘트는 보통, 조강 및 중용열 등의 각종 포틀랜드시멘트, 이들 포틀랜드시멘트에 고로 슬래그 또는 플라이애쉬 등을 혼합한 각종 혼합 시멘트 및 각종 미립자 시멘트를 사용한다.
또한, 상기 고로 슬래그는 염화물 이온이나, 이산화탄소의 투과를 억제하고, 콘크리트 구조물의 열화 방지를 도모하는 것으로, 서냉시켜 결정화한 고로 슬래그를 사용한다.
고로 슬래그의 성분은 SiO2, CaO, Al2O3 및 MgO 등을 주요 화학성분으로 그 외에 TiO2, Fe2O3 등이다.
또, 화합물로서는 2CaOㆍAl2O3ㆍSiO2와 2CaOㆍMgOㆍSiO2의 혼합물을 사용한다.
여기서, 상기 고로 슬래그의 유리화율은 30% 이하가 바람직하다.
또한, 상기 고로 슬래그의 분말도는 통상 브레인비 표면적으로 3000∼7000㎠/g 정도의 것이 바람직하다.
그리고 상기 고로 슬래그의 사용량은 통상 골재 100중량부에 대하여 고로 슬래그 3∼20 중량부가 바람직하다.
또한, 골재는 거친 골재나 세골재 모두 사용할 수 있지만, 기설 콘크리트 구조물의 보수 및 보강에 사용할 수 있고, 동시에 기설 콘크리트 구조물에 흡착시 리바운드하기 어려운 면에 사용하자면 세골재율이 70∼100%인 것이 바람직하다.
그리고 상기 골재는 급수율이 낮고, 골재 강도가 높은 기상조건의 변화에 대해 안정적인 내구성이 높은 것이다.
세골재로는 강모래, 산모래, 석회 모래 및 규사 등을 사용할 수 있고, 거친 골재로는 강자갈, 산자갈 및 석회 자갈 등을 사용할 수 있으며, 최대골재 치수는 15㎜가 바람직하다.
골재의 사용량은 시멘트를 C, 골재를 S로 하면 C/S=1/1.5∼1/3이 바람직하다.
그리고 점조제는 흡착 시멘트 모르타르의 흡착시의 부착성 향상과 리바운드량 줄이기 및 시멘트 모르타르 압송성의 향상 등의 목적으로 사용되어, 시멘트 모르타르의 점도를 조정하는 것으로, 성분은 일반적인 수용성 고분자물질을 사용한다.
구체적으로 메틸셀룰로스(MC), 카르복실메틸셀룰로스(CMC), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리 아크릴산 및 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 등을 들 수 있다.
점조제의 사용량은 통상, 시멘트 100중량부에 대하여 0.05∼0.5중량부가 바람직하다.
여기서, 상기 점조제의 혼합은 미리 시멘트와 혼합하거나 물에 용해시켜 혼합하는 것이 바람직하다.
한편, 산성물질은 시멘트 모르타르와의 혼합에 의해 일시에 응결을 일으키고, 흡착시의 시멘트 모르타르의 박락을 방지하기 위해 사용하는 것으로, 황산알루미늄 수용액이나 아크릴산 에스터 공중합체 에멀션 및 염산, 황산 등을 들 수 있다.
산성물질 pH는 2∼4이다.
상기 황산 알루미늄 수용액의 사용량은 시멘트 100중량부에 대하여 고형분 환산으로 0.5∼3 중량부가 바람직하다.
또한, 상기 황산 알루미늄 수용액의 혼합은 흡착을 위한 압송공기에 황산 알루미늄 수용액을 압입 혼합하고, Y자관 또는 샤워링에 압송 및 펌프에 의해 보내진 시멘트 모르타르와 혼합한다.
황산알루미늄 수용액이나 아크릴산 에스터 공중합체 에멀션은 불포화 카르본산과 불포화 카르본산과 공중합 가능한 에틸렌성 불포화 화합물을 유화중합, 현탁중합, 용액중합 또는 괴상 중합 등의 방법을 이용해서 얻을 수 있다.
한편, 염화물 이온 흡착제는 층상 구조를 갖는 칼슘ㆍ알루미늄 복합 수산화물로 층간에 철근부식 억제 효과가 있는 아초산 이온(NO2)이다.
과잉 염화물 이온(Cl-)을 흡착해서 이온 교환에 의해 아초산 이온을 방출하며, 이것에 의해 뛰어난 철근 방청효과를 얻을 수 있다.
또한, 염해방지용 보수재는 일반 포틀랜드시멘트 100중량부에 대하여 염화물 이온 흡착제를 1∼9중량부를 첨가한다.
여기서, 상기 염화물 이온 흡착제는 칼슘ㆍ알루미늄 복합 수산화물로 층간에 아초산 이온을 함유하는 칼슘ㆍ알루미늄 복합 수산화물이 바람직하다.
또한, 상기 염해방지용 보수재에 제올라이트 알칼리 이온 흡착제를 1∼100중량부 첨가한다.
이때, 제올라이트의 입경은 0.5∼4.5㎛인 것이 바람직하다.
특히, 상기 알칼리 이온 흡착제를 적당량 첨가하는 것으로, 시공성이 향상되고, 치밀한 경화체를 형성할 수 있다.
상기 염해 방지용 보수재는 시멘트계 팽창재를 첨가하여 시공 후의 수축을 억제할 수 있으며, 시멘트계 팽창재로는 산화칼슘계 화합물이 치수안정성 면에서 바람직하다.
또한, 세골재는 건조 규사, 석회석 등이나 산모래, 강모래 등을 사용할 수 있다.
그리고 수지로는 폴리머 시멘트 모르타르용 홉화재로 시판되는 재유화 분말수지, SBR수지, 초산 비닐계 수지 등의 합성수지를 사용할 수 있다.
또한, 유기섬유 또는 무기섬유 중의 어느 하나를 사용하되, 유기섬유는 비닐론 섬유 등이 사용되며, 무기섬유로는 카본섬유 등이 사용되어, 이들 첨가에 의해 건조수축에 의한 크랙을 방지할 수 있다.
이밖에 본 발명에 있어 혼화제로는 일반적인 모르타르용 혼화제로 고로 슬래그 미분, 플라이 애쉬, 결정성 실리카질 분말, 실리카 흄 등을 적당량 첨가할 수도 있다.
또한, 혼화제로는 콘크리트 구조물용으로 사용되는 고성능감수제, 고성능AE감수제, AE감수제, 유동화제, 분리 저감제, 증점제, 수축저감제 등을 사용 용도에 따라 적당량 첨가해서 사용할 수 있다.
그리고 염해나 알칼리 골재반응 등의 조기 열화 방지를 위해 염분을 포함한 우수 등이 콘크리트 구조물 표면에 침입하는 것을 방지하기 위해 발수성 표면 처리재를 콘크리트 구조물 표면에 피복할 수도 있다.
이러한 표면 처리재로는 표면에서의 물을 차단하고, 내부의 물을 수증기로서 배출하는 기능을 갖는 수증기 투과성 실란계 함침재, 폴리머 시멘트계 표면처리 피복재, 실리콘 수지계 표면 피복재를 사용할 수 있다.
이것에 의해 콘크리트 구조물 표면의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 중성화방지 모르타르는 고로 슬래그 고미분말 25∼35중량부, 시멘트 25∼35중량부, 고로 슬래그 세골재 30∼50중량부로 구성된다.
여기서, 상기 중성화방지 모르타르의 화학성분으로는 SiO2 25∼35중량%, Al2O3 10∼15중량%, Fe2O3 0.5∼2.0중량%, CaO3 0∼50중량%, MgO 3∼8중량%로 구성된다.
또한, 증식재는 포틀랜드시멘트 조성물과 입경 300∼500㎛의 미세 실리카, 물유리 및 규불화 마그네슘 또는 마그네시아 및 실리카로 구성된 규불화물의 적어도 1종으로 이루어지는 수용성 규불화물질을 구성하는 콘크리트 구조물 열화 억제 결정 증식재이다.
여기서, 상기 시멘트 결정 증식재는 화학성분으로 SiO2 30∼40중량%, Al2O3 3.2∼5.2중량%, Fe2O3 1.6∼2.8중량%, CaO 29∼39중량%, MgO 3.5∼6.58중량%, Na2O 4.0∼7.0중량%, K2O 0.25∼0.95중량%, 미량의 MgSiF6 등의 규불화물로 구성된다.
특히, 상기 증식재의 입경은 1.5∼3㎛이다.
한편, 상기 중성화방지 모르타르와 증식재의 혼합은 전체 혼합물을 100중량%로 할 경우에 중성화방지 모르타르는 70∼90중량%, 증식재는 10∼30 중량% 비율로 혼합한다.
상기 중성화방지 모르타르는 고미분말화한 고로 슬래그를 주제로서, 고강도, 고내구성의 중성화방지 모르타르로 종래 열화한 콘크리트 구조물 표면을 보수할 때에 증식재를 도포할 때의 밑바탕으로 도포하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면을 보수 및 보강하는 상태를 도시한 예시도이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
CP: 절삭부위 RC: 철근콘크리트 구조물
RM: 방청모르타르 S: 철근
SM: 보강모르타르

Claims (5)

  1. 보수 및 보강할 대상 철근콘크리트 구조물(RC)에 치핑 또는 수압 200∼900bar로 하고, 수량을 100∼200ℓ/min로 고압수를 분사하여 철근콘크리트 구조물(RC)의 일정부분을 절삭하여 매입된 철근(S)을 노출시켜 절삭부위(CP)를 형성하는 단계(Ⅰ);
    상기 절삭부위(CP)에 노출된 철근(S)의 녹을 제거하는 단계(Ⅱ);
    상기 철근(S)을 포함한 철근콘크리트 구조물(RC)의 절삭부위(CP)에 시멘트, 용광로 수쇄슬러그와 규사와의 혼합물로 이루어진 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말을 함유한 무수의 혼합 분말과 일정량의 물을 혼합한 방청모르타르(RM)를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅲ);
    상기 분사 도포된 방청모르타르(RM)의 표면에 일정한 두께의 조강 포틀랜드시멘트가 사용되며 100중량부에 대하여 물은 35∼60중량부, 세골재는 천연사, 규사, 인조골재 또는 이들이 혼합되는 골재가 사용되며 40∼150중량부, 혼화제는 10∼40중량부로 구성된 보강용 모르타르(SM)를 분사 도포하는 단계(Ⅳ)로 이루어짐을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방청모르타르(RM)의 시멘트, 건조골재, 분말상 수용성 수지, 감수제 분말 및 소포제 분말은 시멘트를 1로 할 경우에, 각각의 중량비는 1.0∼2.5, 0.03∼ 0.2, 0.005∼0.05, 0.0005∼0.003인 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 시멘트 1에 대하여 길이 3∼30㎜ 섬유분말을 중량비로 0.002∼0.06의 범위로 추가함을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보강용 모르타르(SM)의 표면에 시멘트, 고로 슬래그 분말, 고로 슬래그 세골재 및 점조제로 이루어지는 시멘트 모르타르와; 황산 알루미늄 수용액 또는 아크릴산 에스터 공중합체 에멀션으로 이루어지는 산성물질과; 상기 시멘트 100중량부에 대하여 칼슘 알루미늄 복합 수산화물 또는 층간에 아초산 이온을 함유하는 칼슘 알루미늄 복합 수산화물로 이루어지는 염화물 이온 흡착제를 1∼9중량부 첨가하고, 시멘트계 팽창재 0.5∼100 중량부, 세골재 20∼500 중량부, 수지를 고형분 환산으로 0.1∼50중량부, 유기섬유 또는 무기섬유중의 어느 하나를 0.05∼5 중량부 첨가하여 이루어지는 염해방지용 보수재와; 고로 슬래그 고미분말 25∼35중량부, 시멘트 25∼35중량부, 고로 슬래그 세골재 30∼50 중량부로 이루어지는 중성화방지 모르타르와; 입경 30∼500㎛의 미세 실리카, 물유리 및 규불화 마그네슘 또는 마그네시아 및 실리카를 포함한 규불화물의 적어도 1종으로 이루어지는 증식재로 구성된 중성화 방지 및 염해방지용 모르타르를 일정두께 분사 도포하는 단계(Ⅴ)를 추가함을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 열화부의 단면 보수 및 보강공법.
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