KR101300042B1 - 수밀성 메가폴리머콘크리트를 사용한 슬림형 고탄성 고강성 교면포장공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교량에 치명적인 영향을 미치는 수분 및 염화물의 침투로 인한 교량의 부식과 시멘트 콘크리트와 아스팔트콘크리트 포장의 균열원인을 원천적으로 차단하는 기능성 콘크리트인 수밀성 메가폴리머콘크리트(이하, 수밀성 MPC ; Mega-Polymer Concrete)로 교량의 콘크리트상판 및 강상판의 교면을 포장하는 교면포장공법으로서, 수밀성 MPC가 지닌 고탄성, 고강성, 고부착성의 물리적 특성과 수밀성, 내화학성, 내염해성, 중성화방지, 동결융해 저항성, 냉온성, 초속경성 등 복합 기능 특성과 시공특성을 고려한 다기능성 포장공법으로서, 기존의 교면포장공법과 차별화된 시공의 편의성과 재료특성에 따른 시공효과의 극대화 및 장수명 교면포장 시공을 위한 신개념의 교면포장공법이다. 본 발명은 교량상판의 이물질 및 먼지제거 등을 하는 바탕처리 공정단계; 고침투성 방수프라이머(MP-PR)타설 공정단계; 수밀성 메가폴리머콘크리트(MPC)를 포설하는 공정단계; 타설된 수밀성 MPC의 표면 다짐 및 마무리 공정단계; 미끄럼방지를 위한 타이닝 공정단계; 소요의 강도가 발현되도록 양생하는 공정단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 교량에 치명적인 영향을 미치는 수분 및 염화물의 침투로 인한 교량의 부식과 시멘트 콘크리트와 아스팔트콘크리트 포장의 균열원인을 원천적으로 차단하는 기능성 콘크리트인 수밀성 메가폴리머콘크리트(이하, 수밀성 MPC ; Mega-Polymer Concrete)로 교량의 콘크리트상판 및 강상판의 교면을 포장하는 교면포장공법으로서, 수밀성 MPC가 지닌 고탄성, 고강성, 고부착성의 물리적 특성과 수밀성, 내화학성, 내염해성, 중성화방지, 동결융해 저항성, 냉온성, 초속경성 등 복합 기능 특성과 시공특성을 고려한 다기능성 포장공법으로서, 기존의 교면포장공법과 차별화된 시공의 편의성과 재료특성에 따른 시공효과의 극대화 및 장수명 교면포장 시공을 위한 신개념의 교면포장공법에 관한 것이다.
본 발명에 사용되는 메가폴리머 수지(이하, MPR ; Mega-Polymer Resin)와 수밀성 MPC는 특허 제10-1021075호(몰탈 조성물 및 이를 이용하여 제조된 몰탈) 특허기술을 적용하였으며, 하이브리드 MPR과 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강성 교면포장공법으로 교량 상판의 이물질을 제거한 후 고침투성 방수프라이머(이하, MP-PR ; Mega-Polymer Primer)를 1~2mm의 두께로 포설하여 포장 본체의 균열방지 및 중성화 반응을 사전에 억제시키고, MPR과 탄산칼슘(CaCO3), 규사(SiO2), 복합골재(13mm 이하)를 배합비율대로 혼합하여 3cm이상으로 타설하여 포장본체와 수밀성 MPC를 일체화 거동될 수 있도록 하는 슬림형 고탄성 고강성 교면포장에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 포장 본체로 사용되는 수밀성 MPC는 초기 재령 1일 압축강도 79.4MPa, 휨강도 38.9MPa, 인장강도 17.6MPa로 휨하중 및 인장하중 작용에서 발생하는 크랙을 방지할 수 있으며, 포장두께를 슬림화 하여 교량하부에 전달하는 중량을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 교량상판의 포장, 즉 교면포장공법은 아스팔트콘크리트계 포장공법(이하, 아스팔트교면포장)과 시멘트콘크리트 포장공법(이하, 콘크리트교면포장)으로 대별할 수 있다. 국내의 경우, 교량상판의 교면포장공법으로 초기투자비용이 적고, 시공이 용이하며, 승차감 및 주행성이 우수한 아스팔트 교면포장이 주로 활용되어 왔으나, 이러한 아스팔트교면포장은 내구성이 취약하여 막대한 유지관리 비용을 초래하는 원인이 되었다. 특히, 포트홀, 소성변형, 균열 등과 같은 아스팔트교면포장층의 손상과 방수층의 파괴에 의해 교량상판구조물로 수분이나 염화물이온 등의 열화인자가 침입하게 되어 교량구조물의 내구성을 현저하게 저하시키는 원인으로도 작용하고 있다.
이러한 배경에서 최근에는 초기투자비용은 고가이지만 내구성이 우수하여 유지관리비용을 저감시킬 수 있고, 장기간 공용할 수 있는 콘크리트 교면포장 비율이 증대되고 있는 추세이다. 이러한 교면포장공법의 대표적일 사례로는 건설교통부 신기술 제320호(2001) 및 제 427호(2004), 제495호(2006) 등과 같이 LMC(Latex Modified Concrete) 및 PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유를 사용한 교면포장공법이 주로 활용되고 있다. LMC콘크리트는 SB계 라텍스를 혼입하여 교량상판과의 부착성능을 향상시키고 휨강도, 내동해성, 내마모성, 물질투과저항성 등이 매우 우수한 콘크리트이며, LMC를 사용한 교면포장공법은 전술한 성능을 활용하여 교량상판위에 방수층을 형성하지 않고 약 5cm의 두께로 타설하는 교면포장공법이다.
그러나 상기의 LMC를 사용한 교면포장공법의 경우에 있어서는 시공직후 건조수축에 의한 균열과 염화이온 침투가 다수 발생되어 포장공사와 균열보수공사가 겸하는 경우가 대다수이며, 또한 휨강도는 약 6.0~8.0MPa 수준으로 일반콘크리트(약4.5 정도)에 비해 높은 반면, 휨인성 및 피로저항성은 일반콘크리트와 유사하여 공용중 교통하중에 의한 균열발생이 높다고 알려져 있다. 특히, 염화이온 침투로 인한 교량의 부식문제와 공용 중에 있어서 콘크리트포장의 단점인 주행성불량과 교통소음의 유발 등이 문제점으로 지적되고 있다.
또한 PVA섬유콘크리트는 실리카퓸과 PVA를 시멘트에 혼합하여 교량상판의 강도발현을 강화시켜 동결융해 저항성 및 염소이온투과저항성을 높이고, PVA와 워터젯을 활용하여 균열방지 및 부착력을 증진 시킨 개질형 콘크리트이며, PVA를 사용한 교면포장공법 역시 교량상판 위에 방수층을 형성하지 않고 약 5cm의 두께로 타설하는 교면포장공법이다.
상기의 PVA섬유콘크리트는 일반시멘트 콘크리트에 실리카퓸을 넣어 콘크리트의 압축강도를 증진시켰고, PVA섬유를 넣어 인장강도를 높이는 시도를 하였지만 콘크리트 양생 시 표면에 발생하는 미세균열 현상이 다수 출현되어 표면에 수밀성강화제를 재도포 하여야 하는 시공의 번거로움을 가지고 있다. 따라서 공용 중 일정한 시간 경과 후 수밀성 강화제가 마찰로 인해 벗겨질 경우, 미세균열 부위에 수분과 염화이온이 침투되면 콘크리트 자체가 부식되거나 열화현상이 발생하게 되어 교량상판에 까지 영향을 끼쳐 교량전체를 부식시키는 결과를 낳을 수 있다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안도출된 것으로, 기존 방법들의 문제점에 대한 개선기능과 시공관리의 편의성, 시공품질, 경제성, 교면포장의 구조적 이득이 증대되는 효율적이고 다기능적인 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 기존 교면포장 공법과 시공에서 발생되는 문제점에 대해 다음과 같은 개선대책과 방안의 제시를 위해 고안되었다.
첫째; 신.구콘크리트의 열팽창계수 차이로 인한 신.구콘크리트간의 박리 및 탈락현상을 없애기 위해 고침투성 방수프라이머(MP-PR)를 개발하였으며, MP-PR은 레이턴스와 먼지제거로 바탕처리 된 교량상판의 콘크리트 깊숙이 침투하여 콘크리트 상판의 강도증진 및 구체방수 방안을 추진하였고, MP-PR은 수밀성 MPC와 화학적 결합을 통해 교량상판과의 일체거동을 할 수 있도록 고부착성 교면포장구조물 방안을 고안하였다.
둘째; 수밀성 MPC는 폴리머콘크리트로 양생 시 수축이 거의 없고, 부착력이 강해 건조수축에 따른 균열을 사전에 방지하였으며, 공용중 교통하중에 따른 피로균열을 스스로 제어할 수 있는 고탄성콘크리트 소재로 이루어져 있다. 또한 수밀성MPC는 재령1일 기준으로 압축강도 79.4MPa, 휨강도 38.9MPa, 인장강도 17.6MPa, 부착강도 5.0MPa로 기존의 어떠한 콘크리트와도 비교할 수 없는 고탄성. 고강성 폴리머콘크리트이며, 상기 고탄성과 고강도의 특성을 이용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법을 개발하고자 한다.
셋째; 수밀성 MPC는 재령28일 기준 압축강도 127MPa, 휨강도 40MPa, 인장강도 20MPa, 부착강도 5.5MPa(에폭시 탈락으로 측정한계치 상회)를 지니고 있는 초고강성 고탄성 폴리머콘크리트이다. 따라서 본 발명은 수밀성 MPC의 내구성과 고탄성을 바탕으로 기존의 교면포장 5~7cm 포장두께를 3cm로 줄여 교량상판의 하중을 줄여주는 슬림형 고탄성.고강도 교면포장을 개발하고자 한다.
넷째; 기존의 교면포장공법의 대부분이 교량 콘크리트상판과 강상판의 표면에 도막식방수, 침투식방수, 시트방수 등의 공법을 활용하여 수분이나 염화물이온이 침투하지 못하도록 방수처리 하였으나, 교면포장 구조체의 자체균열과 소성변형, 포트홀, 중성화반응, 백화현상 등으로 인해 방수층이 손상되고 파괴되어 교량구조물의 내구성을 현저하게 저하시키는 원인을 제공하고 있다. 따라서 본 발명은 1차적으로 MP-PR 타설을 통해 콘크리트상판의 구체방수처리와 구체강도를 증진시키고, 2차적으로 물과 공기, 가스가 침투할 수 없는 수밀성 MPC를 타설하여 2중 방수의 수밀성 교면포장공법을 개발하고자 한다.
다섯째; 기존의 아스팔트교면포장은 시공이 용이하고 경제성과 승차감, 주행성이 우수하여 교면포장에 많이 사용되어 왔으나, 연성의 성질 때문에 소성변형과 부분균열이 많이 발생하였다. 또한 콘크리트교면포장은 수축균열과 골재의 중성화반응, 염화이온침투로 인한 열화현상 등으로 콘크리트의 균열현상과 부식현상을 많이 초래 하였다. 따라서 본 발명은 동절기 및 해안인근 교량에서 발생하는 염화이온의 피해현상을 없애기 위해, 산과 알카리에 반응이 없는 내화학성 및 염화칼슘과 염화물에 반응이 없는 내염해성 콘크리트인 수밀성 MPC를 타설하여 염화이온에 의한 균열과 부식현상이 없는 내염해성 교면포장공법을 개발하고자 한다.
여섯째; 교량의 불연속부에 위치하여 교량의 신축을 흡수하고, 동시에 차량의 주행성을 확보하는 신축이음장치(익스펜션조인트; Expansion Joint)는 차륜하중이 반복적으로 작용하며, 거대한 상부구조의 불연속부에 위치하므로 일반 상부구조에 비해 충격이 증폭되는 구간이며, 신축이음장치에 사용되는 콘크리트가 강재인 신축이음장치와의 부착강도가 약해서 생겨나는 분리현상으로 인해 잦은 보수.보강공사를 실시하게 된다. 따라서 본 발명은 신축이음장치와 일체거동이 가능한 고부착성 수밀성 MPC를 타설하여 신축이음장치인 강재와 분리현상이 없는 교면포장공법을 개발하고자 한다.
일곱째; 기존의 아스팔트교면포장과 콘크리트교면포장 시공은 계절 및 기온에 제약을 받는다. 이로 인해 발생하는 시공기간의 연장과 인건비 증가 및 장비수급 차질에 따른 경제적인 피해가 많이 발생한다. 특히 아스팔트교면포장은 0이하에서의 시공을 하지 않는 것이 원칙이며, 콘크리트교면포장 역시 0이하와 영상 30 이상의 기온에는 시공을 하지 않는 것이 원칙이다. 따라서 본 발명은 영하 25~영상40의 기온에서 4계절 시공이 가능한 교면포장공법과 콘크리트교면포장의 평균 양생 기준일인 14일보다 훨씬 빠른 1일 양생을 마치는 초속경 교면포장공법을 개발하여 공사기간의 단축효과와 4계절 시공이 가능한 신개념의 교면포장공법을 개발하고자 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 포장 재료의 특성, 시공방법, 시공효과, 개선효과를 특징으로 하는 것으로, 그 특징을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 MP-PR의 특성과 수밀성 MPC의 재료성분, 양생특성 및 포장체의 품질특성은 다음과 같다.
1. MP - PR 의 특징 : 고침투성 방수프라이머인 MP-PR은 레이턴스작업과 청소가 되어 있는 교량상판 콘크리트에 깊숙이 침투하여 1차적으로 콘크리트의 강도를 증진시키고, 공극을 수밀하게 채움으로써 구체방수 역할을 하게 된다. 또한 MP-PR위에 타설하는 수밀성 MPC와 결합 시 라디칼화학반응을 일으켜 수밀성 MPC와 일체화 거동을 하는 고성능 부착강도를 실현하는 것이 특징이다.
2. 수밀성 MPC 의 성분; 수밀성 MPC의 제조는 특허 제 10-1021075호의 제조방법을 적용하며, MPR제조는 불포화폴리에스테르계 수지 20 내지 70 중량%, 폴리우레탄아크릴계 수지 20 내지 70 중량%, 폴리메틸메타크릴레이트수지(PMMA) 5 중량%, 알키드(Acryl Modified Alkyd)수지 5 중량%로 구성된 100중량%에 아닐린계 또는 아미드계 화합물인 경화제 0.1 내지 10 중량% 및 경화촉진제 0.01 내지 1 중량%로 최적 브랜딩 된 메가폴리머수지(MPR)를 생산한다. MPR을 사용한 수밀성 MPC의 배합방법은 MPR 15 내지 25 중량%에 강도증진 및 내화성 강화를 위해 탄산칼슘, 규사, 골재(13mm이하) 등 무기물 혼합물로 구성된 충진재 75 내지 85중량%로 제조된다.
상기의 MPR은 불포화수지(UP)와 폴리우레탄아크릴레이트수지(PU), 소량의 폴리메틸메타크릴레이트수지(PMMA) 및 알키드 수지(Acryl Modified Alkyd)를 각각 별도의 중합과정을 거쳐 수지특성별로 강점을 강화하여 마지막으로 최적 블랜딩 한 복합신소재 고분자수지로서, 물성적인 특성으로는 무독성 고분자 소재이며, 충진재(filler)를 결속하며 3차원 망상구조로 고결되어 수밀콘크리트 조성이 가능하고, 산과 알카리 성분에 반응하지 않는 내화학성과 염화칼슘 및 염수에 반응하지 않는 내염해성을 가지는 것이 특징이라 할 수 있다.
3. 수밀성 MPC양생특성 ; 수밀성 MPC는 열경화성 수지인 MPR과 경화제(B.P.O)의 결합을 통해 속경성을 갖는 것이 양생특성이며, 본 과제에 사용되는 수밀성 MPC는 경화제(B.P.O)의 조정을 통해 가사시간의 조절이 가능하도록 되어있다. 특히, 수밀성 MPC의 양생은 혹한기는 물론, -25~+40에서 4계절 내 언제든 시공이 가능한 것이 장점이며, MPR은 무기물 및 유기물 충진재(filler)에 대하여 혼화성이 우수하고 공극이 없는 3차원 수밀 망상구조를 형성함과 동시에 충진재(filler)와의 부착력이 우수하여 물과 공기, 가스, 염수, 염화이온이 침투할 수 없는 초고강도 수밀 콘크리트 조성이 가능하다.
4. 수밀성 MPC 품질특성; MPR과 충진재(filler) 및 경화제가 혼합되어 양생된 수밀성 MPC는 탁월한 압축강도와 인장강도, 휨강도, 부착강도를 지니고 있어 교면포장
조건에서의 품질안정성은 물론 내구성과 수밀성이 우수한 것이 장점이며, 수밀성 MPC의 기본적인 강도시험 및 기능성에 대한 시험성적은 아래와 같다.
| 시험항목 | 단위 | 결과치 | 시험방법 |
| 압축강도 | MPa | 127 | KS F 4043:2008 |
| 휨강도 | MPa | 38.9 | KS F 4043:2008 |
| 인장강도 | MPa | 17.6 | KS F 4043:2008 |
| 부착강도 | MPa | 5.5 | KS F 4043:2008 |
| 투수량(방수) | g | 0 | KS F 4043:2008 |
| 염화물 이온 침투저항성 | coulombs | 4 | KS F 4043:2008 |
| 동결융해저항성 | % | 91 | KS F 2456:2008 |
| 박리저항성 | - | 매우우수 | SS 12 7244:2008 |
| 미끄럼저항성 | BPN | 73 | KS F 2375:2006 |
한국건설생활환경시험연구원(2010년 11월 30일)
5. 수밀성 MPC 고탄성 .고강도 교면포장의 구성 : 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 교량상판의 레이턴스 작업을 통해 오물질과 먼지를 깨끗이 제거한 후, 상판 콘크리트가 완전히 건조된 상태에서 MP-PR을 2mm 두께로 타설하여 30~60분간 콘크리트상판에 깊숙이 침투시킴으로써, 방수프라이머층을 구성한다. 상기의 MPR 방수프라이머층 타설 후 곧바로 MPC배합을 준비하며, MPR 방수프라이머층의 표면이 약간 끈적이는 상태에서 배합된 수밀성 MPC를 3cm이상으로 타설하여 슬림형 고탄성.고강성 교면포장층을 구성한다. 마지막으로 수밀성 MPC타설 후 30~60분 경과 시 교면포장층이 완전히 굳지 않은 상태에서 미끄럼방지를 위한 타이닝작업을 하여 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장 시공을 완결한다.
본 발명의 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 첫째, 교량상판의 콘크리트를 고침투성 방수프라이머인 MP-PR 타설을 통해 구체의 강도증진과 2중의 구체방수구조물을 형성케 하고, 신.구콘크리트간의 열팽창계수 차이로 인한 박리와 탈락을 방지하기 위해, 고침투성 방수프라이머층을 형성함으로써 수밀성 MPC타설 후 신.구콘크리트간 일체화 거동이 가능한 교면포장공법을 구성한다.
둘째, MPR과 충진재(filler) 및 경화제(B.P.O)를 혼합하여 생산된 수밀성 MPC는 3차원 망상구조로 수밀하게 고결되며, 양생 시 수축이 거의 없고, 부착력이 강한 고부착성의 물성특징을 지녀 MP-PR이 타설된 교량상판 콘크리트와 일체화 거동으로 수축에 의한 균열을 방지할 수 있는 無균열 교면포장공법을 구성한다.
셋째, 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장은 기존의 교면포장의 포장두께인 5~7cm와는 다르게 고강도.고탄성의 물성특징에 의해 포장두께를 3cm로 포장하여도 기존의 교면포장보다 고강도의 수밀콘크리트 조성이 가능하고, 교량상부 층을 가볍게 하여 하중에 의한 교량의 부실 문제점을 해결한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법을 구성한다.
넷째, 기존의 교면포장의 방수처리와는 다르게 1차로 고침투성 방수프라이머(MP-PR)층을 형성하고 2차로 수밀성 MPC를 타설하여 2중의 구체방수 시스템을 구성한 수밀성 MPC 고탄성.고강도 교면포장공법을 구성한다.
다섯째, 기존의 교면포장에서 자주 발생하는 골재의 중성화반응과 염화이온 침투 그리고 산과 알카리에 취약한 콘크리트로 인해 발생하는 열화현상과 균열현상을 원천적으로 해결하는 내염해성, 중성화저항성, 염화이온침투저항성, 수밀성이 강한 복합다기능 MPC 고탄성.고강도 교면포장공법을 구성한다.
여섯째, 교량상판에 필히 설치되는 신축이음장치(익스펜션조인트)에 타설된 콘크리트가 부착력이 취약하여 발생하는 강구조물인 신축이음장치와의 분리현상을 제거하기 위해 부착강도 5.3 MPa이상의 고부착력을 지닌 수밀성 MPC로 타설하여 강구조물과 일체화 거동이 가능한 고부착성 MPC 교면포장공법을 구성한다.
일곱째, 기존의 아스팔트콘크리트 교면포장과 콘크리트 교면포장은 기온과 계절에 따른 시공제약이 많이 따르고, 콘크리트 교면포장의 경우 평균양생시간이 14~28일 소요되는 관계로, 시공시간의 지연과 막대한 경제적인 비용이 소요되고 있는 실정이다. 수밀성 MPC는 양생시간 1일과 3~4시간 안에 거푸집을 해체할 수 있을 정도로 초속경 콘크리트이며, 영하 25~영상40 기온에서 4계절 시공이 가능한 전천후 냉온성 콘크리트이다. 따라서 본 발명에서는 초속경. 냉온성 MPC 교면포장공법을 구성한다.
이하에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강성 교면포장공법의 시공공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 a)교량상판의 이물질 및 먼지제거 등을 하는 바탕처리공정(S101); b)고침투성 방수프라이머(201)타설 공정(S102); c)수밀성 MPC(202)를 포설하는 공정(S103); d)타설된 수밀성 MPC(202)의 표면 다짐 및 마무리 공정(S104); e)미끄럼방지를 위한 타이닝 공정(S105); f)소요의 강도가 발현되도록 양생하는 공정(S106)으로 이루어진다.
즉, 상기 a)의 바탕처리공정(S101)에서는 교량상판 표면의 이물질과 오염물질 등을 숏블라스팅 기계나 고압워터젯, 롤 브러쉬로 깨끗이 제거하며, 콘크리트 상판에 MP-PR이 충분히 침투될 수 있도록 사전에 먼지 제거를 철저히 해야 한다. 또한 콘크리트 상판은 충분히 건조된 상태를 유지하여야 한다.
상기 b)의 고침투성 방수프라이머 타설공정(S102)은 교량상판의 콘크리트를 강화시켜주고, 신.구콘크리트의 부착력을 증대시키기 위한 공정으로, 사전에 레이턴스 작업이 된 상판 콘크리트 표면 상태를 점검하고 먼지나 이물질을 완전히 제거한 후 차량에 탑재된 스프레이 및 밀대형 고무헤라를 이용하여 고침투성 방수프라이머인 MP-PR을 2mm 두께로 타설한다. 특히 콘크리트 상판 가장자리에 MP-PR이 깊숙이 침투할 수 있도록 로울러나 붓으로 빈틈없이 도포처리를 해야 한다.
상기 c)수밀성 MPC를 포설하는 공정(S103)에서는 현장배치믹서나 이동이 가능한 트럭믹서로 <표 2> 수밀성 MPC 제조배합표에 맞추어 제조하며, 믹서의 전면에 슈트 또는 몰리를 통하여 직접 포설이 가능한 장비를 사용해야 한다. 믹서에 투입되는 재료의 순서는 충진재인 복합규사(5호,6호), 탄산칼슘, 골재를 혼합하여 저속(400~600rpm)의 속도로 2분간 혼합하고, 골재가 충분히 혼합된 상태를 확인 후 MPR에 경화제(B.P.O)를 배합비율대로 투여하여 저속(400~600rpm)의 속도로 30초간 혼합하여 미리 배합된 충진재와 같은 속도로 1분간 혼합하여 수밀성 MPC를 제조하고 슈트나 몰리를 활용하여 교량상판 콘크리트에 수밀성 MPC를 타설한다. 수밀성 MPC의 포설 두께는 3cm이상으로 해야 하며, 상기 배합조건을 만족하는 시방배합은 다음과 같다.
| 굵은골재최대치수 (mm) |
슬럼프의 범위 (cm) |
공기량의 범위 (%) |
규사+탄칼-MPR비 SiCa/R (%) |
잔골재율 S/a (%) |
단 위 량(/) | |||||
| MPR R |
규사 Si |
탄칼 Ca |
잔골재 S |
굵은골재 G |
B.P.O B |
|||||
| 13 | 16~22 | 6 이하 | 20 | 58 | 270 | 600 | 280 | 412 | 308 | 7 |
상기 d)타설된 수밀성 MPC(202)의 표면 다짐 및 마무리 공정(S104)에서는 마무리면 소용의 다짐도와 평탄성 등을 만족할 수 있는 장비로서 다음과 같은 조건을 만족시틸 수 있어야 한다.
-포설장비 : 일반적으로 백호를 사용하며, 대규모공사의 경우에는 브릿지페이퍼, 데크휘니셔, 스크류형 스프레더, 벨트형 스프레더, 호퍼용 스프레더를 사용한다. 또한 소규모공사일 경우 믹서의 동력을 이용한 스트라이크 오프(strike-off)를 사용할 수 있다. 단, 마무리장비는 자체동력으로 전.후방 이동이 가능한 것이어야 한다.
-배면마무리장비 : 배면에서의 콘크리트 표면 마무리가 고르게 펴지도록 스크리드(Screed) 전면을 위로 올릴 수 있는 장비여야 한다.
-마무리장비: 2개 이상의 회전 롤러와 오거(Auger), 1,500~2,000VPM의 진동 팬( Vibrating Pan)이 장착되어 다짐처리가 가능한 장비이어야 한다.
상기 e)미끄럼방지를 위한 타이닝 공정(S105)에서는 표면마무리가 끝난 후 30~60분 경과 후 수밀성 MPC 표면이 성형성이 유지되면 즉시 타이닝 작업을 실시해야 한다. 이때 홈의 깊이는 3mm 이상을 표준으로 하고, 홈의 간격은 3.5~4cm로 하여 충분한 마찰계수를 갖도록 하여야 한다.
상기 f)소요의 강도가 발현되도록 양생하는 공정(S106)에서는 표면마무리와 타이닝 처리가 완료된 후 교통이 개발될 때 까지 건조, 온도변화, 하중, 충격 등의 나쁜 영향을 받지 않도록 보호하여야 한다. 특히 수밀형 MPC는 부착력이 우수하여 양생 시 표면에 먼지와 이물질이 붙을 수 있으므로 비닐을 덮어 자연양생 1일이 경과된 시점에서 비닐을 제거한 후 교통을 개방한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 특허 제10-1021075호 메가폴리머수지(MPR) 및 수밀성 메가폴리머콘크리트(MPC)를 활용한 수밀성 MPC 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 신.구콘크리트간의 접착력 저하현상을 해결하고, 구콘크리트 깊숙이 MP-PR를 침투시켜 1차적으로 구체방수와 구체강화를 시켰고, 수밀성 MPC 타설을 통해 2중의 수밀성을 보완하여 교면포장의 표면에 균열이 발생하여 수분과 염화이온이 침투하여도 긴급 방지할 수 있는 효과가 있으며, 수분과 염화이온이 침투되어도 수밀성 MPC는 아무런 영향을 받지 않는 것이 특징이고, 같은 재질인 수밀성 MPC로 간단하게 긴급보수 처리하면 된다.
둘째, 고탄성, 고강성의 수밀성 MPC를 사용함으로써 콘크리트 양생 시에 발생하는 건조수축과 균열현상을 억제시키고, 교량상판에 고강성의 수밀성 MPC를 타설하여 내구성강화 및 내마모성을 증진시키는 효과를 극대화 하였다.
셋째, 수밀성 MPC의 고탄성, 고강도의 물성특징을 바탕으로 교량상판 구조물의 과중량에 따른 문제점을 해결하기 위해 기존 교면포장 두께인 5~7cm의 포장두께를 3cm의 두께로 포장함으로써 경제성 확보는 물론, 교량의 상부하중에 대한 문제점을 해결하는 동시에 장수명 교량에 기여하는 교면포장공법을 개발하였다. 특히, 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강성 교면포장공법은 다른 교면포장 공법과는 다르게 균열발생시 균열부분을 절삭하지 않고 같은 재질인 수밀형 MPC로 쉽게 경제적으로 보수.보강 할 수 있는 것이 최대의 장점이다.
넷째, 교면포장에서 제일 중요한 것은 교량상판과 강판의 부식문제를 해결하는 것이다. 부식을 방지하려면 교량상판의 콘크리트 구조물이 방수처리 되어야만 한다. 지금까지 도막식방수, 침투식방수, 시트방수를 통해 콘크리트 모체표면을 방수처리하는 공법이 대다수였고, 최근에는 라텍스 및 PVA섬유를 합성하여 만든 개질콘크리트가 방수처리 없이 타설하는 공법이 개발되었다. 중요한 것은 수분과 염화이온, 염수를 완전히 차단하는 수밀성콘크리트가 없다는 것이다. 그러나 수밀성 MPC를 사용한 슬림형 고탄성.고강도 교면포장공법은 교량상판 콘크리트에 고침투성 방수프라이머인 MP-PR 타설을 통해 1차로 방수처리를 하였고, 2차로 수밀성 MPC를 사용하여 물과 공기, 가스가 침투할 수 없는 2중방수 처리를 하여 2중의 안전효과를 증진시켰다.
다섯째, 기존 교면포장의 실패원인은 아스팔트 교면포장의 경우, 다짐부족과 연성의 재질로 인한 소성변형과 골재의 중성화반응으로 인한 포트홀 현상 및 골재이탈로 인한 수분 및 염화이온 침투 현상이대부분이며, 콘크리트교면포장의 경우, 양생 시 일어나는 수축균열과 콘크리트 표면에 수분과 염화이온의 침투로 인한 열화현상, 골재의 중성화 반응으로 인한 크랙발생이 주요원인이었다. 그러나 수밀성 MPC는 물과 공기, 가스가 침투할 수 없는 무공극의 방수콘크리트로 균열요인의 침투를 원천적으로 차단하였고, 산과 알카리에 반응 없는 내화학성과, 염화나트륨과 염화이온에 반응 없는 내염해성 콘크리트이며, MPR이 골재의 표면을 코팅처리 함으로써 골재의 중성화 반응을 원천적으로 해결한 내염해성, 내화학성, 중성화방지 등 복합 다기능의 교면포장공법기술을 확보 하였다.
여섯째, 교량상판의 신축성을 주기 위해 만든 신축이음장치(익스펜스조인트)는 강재구조로 되어 있어 콘크리트 부착이 쉽지 않고, 이음부에 교통량이 많은 경우 대부분 균열이 생기고, 부착된 부위가 탈락되어 교통흐름에 많은 위험요소로 지적되고 있다. 본 발명에서는 교량상판사이에 설치된 신축이음장치에 대한 부착을 해결하고자 고부착성의 수밀성 MPC를 사용하여 균열과 탈락의 원인을 해결하였다. 특히, 수밀성 MPC는 강재와의 부착성능이 월등하여 강재와 분리현상이 없는 일체화 거동이 가능한 것이 강점으로 작용하고 있다.
일곱째, 최근의 교면포장은 아스팔트콘크리트에서 방수처리가 없는 개질콘크리트가 활성화 되고 있다. 공사기간 축소와 인건비를 줄이기 위해서 시공방법이 간편하고 속경성인 제품을 사용하고 있는 추세이나, 상기 예제로든 LMC를 사용한 개질콘크리트와 PVA를 사용한 개질콘크리트 역시 양생시간을 최저 14일로 보고 있다. 그러나 수밀성 MPC는 단 1일에 양생이 완료되며, 혹한기는 물론, -25~+40에서 4계절 내 언제든 시공이 가능한 것이 장점으로 공사기간의 단축효과와 공사비와 인건비 절감효과에 크게 기여할 수 있는 장점을 가지고 있다.
도면 1은 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장공법의 구조도,
도면 2는 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장공법의 포장구성도,
도면 3은 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장공법의 시공계통도이다.
도면 2는 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장공법의 포장구성도,
도면 3은 수밀성 MPC를 사용한 고탄성.고강도 교면포장공법의 시공계통도이다.
본 발명에서는 실험결과를 LMC 개질콘크리트와 PVA개질콘크리트와 비교하였으며, <표 3>의 교면포장용 콘크리트별 시험성적 비교표는 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에서 2010년 11월 30일 시험한 결과이다.
| 구분 | L사 | VL사 | H사 | 수밀성 MPC | |
| 제품명 | LMC | LMC | PVA | MPC | |
| 휨강도 | 1일 | 5.8 Mpa | 5.9 Mpa | 5.27 Mpa | 38.9 Mpa |
| 28일 | 7.9 Mpa | 7.4 Mpa | 6.13 Mpa | 40.2 MPa | |
| 압축강도 | 1일 | 15.2 Mpa | 31.0 Mpa | - | 79.4 Mpa |
| 7일 | 22.7 Mpa | 37.4 Mpa | 32.9 Mpa | 104.7 Mpa | |
| 14일 | 28.9 Mpa | - | - | 108.8 Mpa | |
| 28일 | 31.0 Mpa | 41.9 Mpa | 40.4 Mpa | 111.5 Mpa | |
| 인장강도 | 3.6 Mpa | 4.6 | 17.6 Mpa | ||
| 부착강도(1일) | 2.5 Mpa | 1.7 Mpa | 28일 : 2.1MPa | 2.5Mpa (밑판파손) | |
| 염화이온 침투저항성 | 1400 Coulomb |
100 Coulomb | 1210 Coulomb |
4 Coulomb | |
| 투수량 | - | - | - | 0 | |
| 동결융해저항성 | 102% | 90% | 95% | 91% | |
| 미끄럼저항성 | - | - | - | 73BPN | |
| 박리저항성 | - | - | - | 매우우수 | |
| 약품저항성시험 | 5% 황산 수용액 28일 침적 결과 : 5.62% 중량 손실 | 염산과 황산용액에 대한 저항성 확인 | 미확인 | 반응없음 | |
| 10% 염화칼슘 수용액 침적 결과 : 0.05% 중량 증가 | |||||
| 인공 해수 침적 결과 : 0.13% 중량 증가 | |||||
(실험측정결과 비교)
상기의 실험결과를 정리해 보면, <표 3>에 나타난 바와 같다. 압축강도 1일 기준으로 L사제품보다 5.2배를 상회하고, 28일 기준 3.7배에 해당함은 수밀성 MPC제품은 초기강도가 높아 양생에 따른 수축이 거의 없음을 알 수 있다. 휨강도 1일 기준으로 L사제품보다 6.7배를 상회하고 28일 기준 5배를 상회하고 있어 LMC제품보다 고탄성을 지닌 제품임을 알 수 있다. 또한, 인장 강도는 L사제품보다 4.8배를 상회함으로써 LMC를 첨가하여 만든 개질콘크리트보다 고인장성 콘크리트임을 확인할 수 있다. 부착강도의 테스트는 밑판을 콘크리트로 제작하며, 콘크리트 위에 수밀성 MPC를 타설한 후 수밀성 MPC표면에 에폭시를 바르고 부착강도테스트기인 지그를 활용하여 눌러 에폭시가 경화된 시점에서 지그를 순간적으로 들어올려 부착강도를 테스트한다. 본 발명에서 테스트 된 결과는 콘크리트 밑판이 파손되어 부착강도 효과를 제대로 얻지 못했다. 따라서 별도로 콘크리트 밑판에 고침투성 방수프라이머를 도포하고 수밀성 MPC를 타설하여 부착강도를 재 테스트한 결과 5.5MPa를 얻었지만, 이번엔 상부에 바른 에폭시가 탈락하는 현상으로 부착강도 테스트 한계치를 넘어선 결과에만 만족했다.
중요한 것은 염화이온침투저항성을 측정한 결과 수밀성 MPC제품이 L사제품보다 무려 350배에 달하는 염화이온침투저항성을 갖고 있음을 알 수 있고, 투수저항성을 보면 수밀 MPC제품은 아예 침투가 되지 않음을 확인할 수 있었다.
또한 수밀성 MPC는 미끄럼저항성의 기준치인 60BPN을 상회한 73BPN으로 미끄럼저항성 기준치보다 우수함을 확인하였다.
콘크리트의 탈락 현상을 시험하는 박리저항성도 수밀성 MPC는 매우 우수함으로 판정되었고, 내화학성 실험인 약품저항성 시험에서도 아무런 반응 없는 결과치를 얻었다.
201 : 교량상판 콘크리트
202 : 고침투성 방수프라이머(MP-PR)
203 : 수밀성 MPC 슬림형 고탄성.고강도 표층포장
204 : 미끄럼방지용 타이닝 층
202 : 고침투성 방수프라이머(MP-PR)
203 : 수밀성 MPC 슬림형 고탄성.고강도 표층포장
204 : 미끄럼방지용 타이닝 층
Claims (8)
- 교량 상판의 이물질 및 먼지를 제거하는 바탕처리 공정단계(S101);
상기 바탕처리된 교량 상판에 고침투성 방수프라이머를 타설하는 공정단계(S102);
상기 고침투성 방수프라이머 위에, 불포화폴리에스테르계 수지 20 내지 70중량%, 폴리우레탄아크릴계 수지 20 내지 70중량%, 폴리메틸메타크릴레이트 수지 5중량% 및 알키드 수지 5 중량%로 이루어진 수지 100중량%에 대해 아닐린계 또는 아미드계 경화제 0.1 내지 10중량% 및 경화촉진제 0.01 내지 1중량%를 포함하여 이루어지는 메가폴리머수지 15 내지 25중량%에, 충진재 75 내지 85중량%를 추가로 배합하여 제조되고, 재령 1일 기준으로 압축강도 79.4MPa, 휨강도 38.9MPa, 인장강도 17.6MPa 및 부착강도 5.0MPa를 갖는 수밀성 메가폴리머콘크리트를 3cm 두께로 포설하는 공정단계(S103);
상기 타설된 수밀성 메가폴리머콘크리트의 표면 다짐 및 마무리 공정단계(S104);
상기 마무리 공정 후 미끄럼방지를 위한 타이닝 공정단계(S105); 및
상기 타이닝 공정 후 상기 수밀성 메가폴리머콘크리트를 양생하는 공정단계(S106)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교면포장 공법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 제 1 항의 공법으로 시공된 교면포장 구조물로서, 교량 상판 위에, 고침투성 방수프라이머층, 수밀성 메가폴리머콘크리트층 및 미끄럼방지층이 순서대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 교면포장 구조물.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110107032A KR101300042B1 (ko) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | 수밀성 메가폴리머콘크리트를 사용한 슬림형 고탄성 고강성 교면포장공법 |
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|---|---|
| KR20130042890A KR20130042890A (ko) | 2013-04-29 |
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| KR1020110107032A KR101300042B1 (ko) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | 수밀성 메가폴리머콘크리트를 사용한 슬림형 고탄성 고강성 교면포장공법 |
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| KR (1) | KR101300042B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101600776B1 (ko) | 2015-06-18 | 2016-03-08 | 대로이엔씨(주) | 고성능 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교면 포장 공법 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR100505302B1 (ko) * | 2005-03-10 | 2005-08-01 | (주)모겐스톤 | 도로 포장 구조물의 보강 방법 및 그 방법을 이용한 도로포장 구조물 |
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| KR101021075B1 (ko) | 2010-11-05 | 2011-03-11 | 주식회사 에코인프라홀딩스 | 몰탈 조성물 및 이를 이용하여 제조된 몰탈 |
| KR101058231B1 (ko) * | 2011-03-25 | 2011-08-22 | (주)상생뉴텍컴퍼니 | Ｍｍａ 레진을 이용한 혼합용 교면 방수재 조성물과 이를 이용한 콘크리트 및 강상판 무이음 교면 방수 시공방법 |
-
2011
- 2011-10-19 KR KR1020110107032A patent/KR101300042B1/ko not_active IP Right Cessation
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