KR101073967B1 - 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법 - Google Patents
고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 시멘트와 실리카 흄 440~460 kg/㎥가 포함되고, 이를 100중량부라 할때, 실리카 흄 9~12 중량부; 합성섬유 0.1~0.3 중량부;를 포함하고, 잔골재율(S/a)은 65~70 중량%, 물-바인더비(W/B)는 41~43.5 중량%, 굵은골재 최대치수는 10mm인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물을 제시함으로써, 적용범위를 확대할 수 있고, 품질관리가 용이하며, 급결제를 사용하지 않더라도 급결성능을 발휘할 수 있고, 시공성(펌핑성 및 숏팅성)이 우수하며, 강섬유를 사용하지 않으면서도 우수한 강도를 발휘할 수 있도록 한다.
숏크리트, 습식, 시공성
Description
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는, 습식 숏크리트 공법에 사용되는 프리믹스 조성물에 관한 것이다.
습식(WET METHOD) 숏크리트란, 건식(DRY METHOD)와 구분되는 개념으로서, 재료의 혼합 시 물을 첨가하여 분사장치에 공급하고, 노즐에서 공기를 가하여 분사속도를 증가시켜 뿜어 붙이는 콘크리트를 말하며, Air 압송식, Screw 및 Piston pump 압송식 공법으로 대별된다(도 1).
이 방법은 약 50년 전부터 사용되어 왔으며, 1970~1980년대에 그 장비와 재료의 개발이 특히 활발히 이루어졌다(ACI 506R-05).
습식 숏크리트는 일정한 배합비에 의해 미리 배합된 재료를 뿜어 붙이기 때문에, 건식 숏크리트에 비해 품질관리가 용이하며, 리바운드 및 분진이 적게 발생한다는 장점이 있다.
또한 시공량도 건식 숏크리트에 비해 커서 대량 공사에 적합하다.
반면 장비가 대형이며 사용재료의 제약을 받는다는 점, 이송거리가 건식 숏크리트에 비해 짧다는 단점을 갖고 있다.
최근에는 유지보수용 습식 숏크리트 개발과 함께 장비의 용량 및 크기의 축소화와 작은 직경의 호스 적용을 위한 연구도 진행되고 있다.
그런데, 종래의 습식 숏크리트의 성능을 증대하여 다양한 용도로 사용할 수 있도록 하기 위한 프리믹스 조성물에 대한 연구의 필요성이 부각되어 왔으며, 그 이유는 다음과 같다.
첫째, 종래의 숏크리트는 그 사용범위가 너무 협소하다는 점이다.
이와 같은 숏크리트 공법은 빠른시간 내에 구조체로서의 역할을 할 수 있고, 거푸집을 사용하지 않으면서도, 극히 얇은 구조로부터 상당히 두꺼운 구조까지 자유로이 시공할 수 있어, 사갱, 수직갱, 비탈면 혹은 벽면의 풍화나 박리, 박락의 방지, 터널 및 지하구조물의 1차 지보재 뿐만 아니라, 보수가 난이한 경사 및 곡면 구조물 댐, 항만 및 교량 및 하부구조물, 하수관로, 도로포장 등 유지보수에도 적용이 가능하며, 조형물 제작, 수영장 제작 등 다양한 용도로 적용할 수 있다.
그러나 국내의 습식 숏크리트는 대부분이 신설터널의 굴착 후 1차 지보재로 사용되고 있으며, 국외와 같이 유지보수 또는 곡면 구조물의 시공에 사용되는 사례는 매우 드물다.
국내의 습식 숏크리트 보수 적용의 대부분의 재료는 모르타르이며, 이는 보수보강의 의미보다 표면열화부의 표면보수에 사용되고 있다.
이러한 이유로 공기압도 1bar 정도로서, 보통 숏크리트의 공기압이 6~10bar에 비해 매우 작은 압력으로 분사한다.
따라서, 습식 숏크리트의 적용범위를 확대할 수 있는 고성능 습식 숏크리트의 필요성이 부각되어 왔다.
둘째, 종래의 숏크리트는 품질관리가 어려워 그 불량 사례가 빈번하다는 점이다.
최근 들어 터널설계기준(건교부, 2007)에서 일반 숏크리트와 고강도 숏크리트의 기준강도를 21, 35 MPa로 규정하여 품질향상을 위해 힘을 기울이고 있으나, 국내의 숏크리트의 품질관리는 매우 불량한 실정이다.
국내에 시공중인 터널에서 숏크리트의 압축강도를 확인한 결과 10~33MPa 정도로 그 강도 차이가 매우 크며, 기준강도에 미달되는 경우도 발생한 사례가 있다.
즉, 숏크리트의 품질향상과 함께 품질유지를 위한 관리 또한 매우 중요한 것이다.
따라서, 습식 숏크리트의 품질향상과 품질관리를 위해서도 고성능 습식 숏크리트 및 프리믹스 형태의 숏크리트의 필요성이 증대되고 있다.
셋째, 급결제의 사용량을 줄여야 한다는 점이다.
숏크리트는 뿜어 붙이는 방식에 의해 시공되는바, 빠른 경화가 필요하여 급결제를 혼합하는 경우가 대부분이지만, 급결제가 표준첨가량 이상으로 과다 투입되 게 되면 숏크리트의 장기강도나 내구성에 치명적인 영향을 주게 된다.
또한, 급결제에는 고농도의 알칼리 성분이 함유되어 있기 때문에 환경적인 문제, 작업자의 안전에 대하여 항상 주의하여야 한다.
따라서, 급결제를 사용하지 않은 습식 숏크리트 개발을 위해 고성능 습식 숏크리트의 개발이 필요하다.
넷째, 시공성(펌핑성 및 숏팅성)이 우수한 재료의 개발이 시급하다는 점이다.
습식 숏크리트는 그 특성상 배합이 된 재료가 호스를 따라 이송하는 방식으로 시공되는바, 펌프 장비, 재료의 유동성, 사용재료 종류 및 배합비에 따라 시공성(펌핑성)이 달라진다.
특히 동일한 장비, 슬럼프 조건이라도 사용재료에 따라 펌핑 가능 여부가 달라진다.
또한 숏크리트의 성능의 중요한 요소인 숏팅성은 리바운드 및 숏팅시 붙임두께에 의해 판별된다.
이러한 숏팅성은 대상 구조물, 장비, 노즐맨의 숙력도, 사용재료 등 여러 요인에 의해 달라진다.
습식 숏크리트는 이와 같이 여러 요인에 의해 펌핑성과 숏팅성이 달라지므로, 일정한 품질의 콘크리트 고결체를 얻기 위해서는 근본적으로 펌핑성과 숏팅성이 우수한 숏크리트 재료의 개발이 필요한 것이다.
다섯째, 강섬유를 사용하지 않으면서도 강도를 발휘할 수 있는 재료의 개발이 필요하다는 점이다.
강섬유는 일반적으로 번들(bundle) 타입을 사용하는데, 이는 콘크리트 속에서 분산은 잘 이루어지나 접착제의 성분 및 성능에 따라 강섬유 뭉침(fiber balling) 현상이 나타나는바, 습식 숏크리트에 혼합하기에 부적합한 측면이 많다.
따라서 숏크리트에 강섬유 대신 혼입되어 강도를 증대시킬 수 있는 재료의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 적용범위를 확대할 수 있고, 품질관리가 용이하며, 급결제를 사용하지 않더라도 급결성능을 발휘할 수 있고, 시공성(펌핑성 및 숏팅성)이 우수하며, 강섬유를 사용하지 않으면서도 우수한 강도를 발휘할 수 있도록 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 시멘트와 실리카 흄을 포함하는 바인더 440~460 kg/㎥가 포함되고, 상기 바인더 100중량부에는 상기 실리카 흄 9~12 중량부가 포함되며, 상기 바인더 100중량부에 추가로 합성섬유 0.1~0.3 중량부가 포함되고, 잔골재율(S/a)은 65~70 중량%, 물-바인더비(W/B)는 41~43.5 중량%, 굵은골재 최대치수는 10mm인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물을 제시한다.
이는 폴리머 3~4 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이는 고성능 감수제 0.1~0.2 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 고성능 감수제는 폴리카본산계인 것이 바람직하다.
이는 증점제 0.2~0.3 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이는 AE제 0.005~0.01 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 프리믹스 조성물을 이용한 습식 숏크리트 공법으로서, 열화 부를 조사하고, 보수 및 보강대상을 선정하는 단계; Hydrodemolition을 이용하여 열화부를 제거하는 단계; 상기 프리믹스 조성물을 현장에서 생산하여 포설하는 단계; 상기 포설된 표면을 마무리하는 단계;를 포함하는 습식 숏크리트 보수 및 보강공법을 함께 제시한다.
본 발명은 적용범위를 확대할 수 있고, 품질관리가 용이하며, 급결제를 사용하지 않더라도 급결성능을 발휘할 수 있고, 시공성(펌핑성 및 숏팅성)이 우수하며, 강섬유를 사용하지 않으면서도 우수한 강도를 발휘할 수 있도록 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법을 제시한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물은 기본적으로, 시멘트와 실리카 흄 440~460 kg/㎥가 포함되고, 이를 100중량부라 할때, 실리카 흄 9~12 중량부; 합성섬유 0.1~0.3 중량부;를 포함하고, 잔골재율(S/a)은 65~70 중량%, 물-바인더비(W/B)는 41~43.5 중량%, 굵은골재 최대치수는 10mm인 것을 특징으로 한다.
실리카 흄은 펌핑성 및 숏팅성을 증대하여 시공성을 개선하고, 수밀성 및 내구성을 증대하는 역할을 함께 한다.
합성섬유는 종래의 숏크리트에 혼입되는 강섬유를 대신하는 구성요소로서, 우수한 휨인성, 균열저항, 부착성을 발휘하면서도, 종래의 강섬유와 같은 뭉침(fiber balling) 현상이 발생하지 않는바, 내구성과 시공성을 동시에 개선한다.
물-바인더비(W/B)는 41~43.5 중량%로서, 고강도 숏크리트를 얻기 위해 펌핑성을 해하지 않는 범위 내에서 최대한 감소시킨 결과이다.
굵은골재 최대치수는 10mm로 하는 것이 리바운드를 최소화하여 재료의 낭비를 막는다는 측면에서 좋다.
이와 같은 배합에 의해 습식 숏크리트용 프리믹스 조성물을 구성하는 경우, 공기압으로 분사해 뿜어 붙이는 것만으로도 충분히 밀실하고 충실한 고결체를 얻을 수 있고, 실리카 흄을 혼입하므로 고강도 뿐만아니라 고내구성 콘크리트를 얻을 수 있는바, 숏크리트의 고품질화를 이룰 수 있다.
시공적 측면에서도 위와 같은 혼화재의 혼입으로 재료의 점성을 낮추고, 유동성을 확보할 수 있으므로, 펌핑성을 증대할 수 있고, 숏팅후 리바운드 억제 및 붙임 두께 증대라는 숏팅성 향상 효과를 얻을 수 있다.
또한 모든 재료는 분말화하여 프리믹스 형태로 제품화가 가능하므로, 시공성능을 향상시킨다는 효과가 추가된다.
이러한 고성능 재료의 사용은 재보수를 행하지 않고도, 장기간의 공용성을 지닐 수 있어 궁극적으로 경제적인 시공을 가능하게 한다.
이러한 프리믹스 조성물을 이용한 습식 숏크리트 보수 및 보강공법은 다음과 같은 과정에 의해 이루어진다.
경사부와 같은 콘크리트 구조물의 열화부를 조사하고, 보수 및 보강대상을 선정한 후(도 2), Hydrodemolition 등을 이용하여 열화부를 제거한다(도 3).
위 프리믹스 조성물을 현장에서 생산하여 포설하고(도 4,5), 그 포설된 표면을 마무리한다(도 6).
상술한 프리믹스 조성물의 배합에 폴리머 3~4 중량부를 더 포함하는 경우, 숏팅성, 부착성, 휨인성이 증대하고, 균열을 억제하여 수밀성, 내구성도 증대한다는 효과를 얻을 수 있다.
숏크리트의 시공성을 위한 유동성 확보를 위해 고성능 감수제의 사용은 적절한 조절이 필요한데, 실험결과 0.1~0.2 중량부의 사용이 적절하며, 폴리카본산계 재질을 적용하는 것이 가장 좋은 것으로 나타났다.
위 배합에 증점제 0.2~0.3 중량부를 더 포함하는 경우, 재료의 리바운드를 줄여 재료의 손실을 최대한 억제할 수 있다는 효과가 추가된다.
위 배합에 AE제 0.005~0.01 중량부를 더 포함하는 경우, 고강도 뿐만 아니라 고내구성 고결체를 얻을 수 있다는 효과가 추가된다.
이하, 본 발명에 의한 조성물의 성능을 알아보기 위한 시험 결과에 대하여 설명한다.
표 1은 본 발명에 의한 조성물의 일실시예의 배합표이고, 표 2는 위 배합표에 따른 숏크리트 고결체의 압축강도 및 휨강도 시험결과, 표 3은 염소이온 투과시험에 따른 투수특성을 나타낸 것이다.
일반 습식 숏크리트 고결체의 7일 압축강도가 15~20 MPa 정도이고, 28일 압축강도가 21~30 MPa 정도임에 비해, 본 발명의 실시예에 의한 숏크리트 고결체의 경우 상당히 우수한 압축강도를 가짐을 알 수 있다.
또한, 일반 습식 숏크리트 고결체의 7일 휨강도가 3 MPa 정도이고, 28일 압축강도가 4.5 MPa 정도임에 비해, 본 발명의 실시예에 의한 숏크리트 고결체의 경우 상당히 우수한 휨강도를 가짐을 알 수 있다.
일반 습식 숏크리트 고결체의 투수저항성은 2000~4000 C 정도이므로, 본 발명의 실시예에 의한 숏크리트 고결체는 투수저항성 측면에서도 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다.
그 밖에 표 3을 참조하면, 염소이온 투과시험에 따른 투수특성도 상당히 우수함을 알 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 종래의 습식 숏크리트 공법의 개념도.
도 2 내지 6은 본 발명에 의한 숏크리트 공법의 시공과정을 나타낸 사진.
Claims (7)
- 시멘트와 실리카 흄을 포함하는 바인더 440~460 kg/㎥가 포함되고,상기 바인더 100중량부에는 상기 실리카 흄 9~12 중량부가 포함되며,상기 바인더 100중량부에 추가로 합성섬유 0.1~0.3 중량부가 포함되고,잔골재율(S/a)은 65~70 중량%, 물-바인더비(W/B)는 41~43.5 중량%, 굵은골재 최대치수는 10mm인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제1항에 있어서,폴리머 3~4 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제2항에 있어서,고성능 감수제 0.1~0.2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제3항에 있어서,상기 고성능 감수제는 폴리카본산계인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제4항에 있어서,증점제 0.2~0.3 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제5항에 있어서,AE제 0.005~0.01 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 프리믹스 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 프리믹스 조성물을 이용한 습식 숏크리트 공법으로서,열화부를 조사하고, 보수 및 보강대상을 선정하는 단계;Hydrodemolition을 이용하여 열화부를 제거하는 단계;상기 프리믹스 조성물을 현장에서 생산하여 포설하는 단계;상기 포설된 표면을 마무리하는 단계;를포함하는 습식 숏크리트 보수 및 보강공법.
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