KR101419445B1 - 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강을 위한 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 내진 공법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강을 위한 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 내진 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중성화, 염해, 동해, 화학적 침식 등에 의하여 강성 및 내구성이 저하된 콘크리트 구조물의 본래 성능을 회복시키는 방수, 보수보강 및 지진환경에 무방비로 방치되어 있는 비내진 콘크리트 구조물의 염해방지 방수 몰탈에 적용될 수 있는 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 공법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강을 위한 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 내진 공법 {Quick-setting High Density Mortar Composition for Waterproof, Repair and Reinforcement of Concrete Construction and Method for Waterproof, Repair and Reinforcement Using the Same}
본 발명은 중성화, 염해, 동해, 화학적 침식 등에 의하여 강성 및 내구성이 저하된 콘크리트 구조물의 본래 성능을 회복시키는 방수 및 지진 환경에 무방비로 방치 되어 있는 비내진 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강에 적용될 수 있는 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 방수 및 보수, 보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 노후화 되거나 약화된 콘크리트 구조물을 보수 및 보강하는 공법으로는 다수의 강선을 용접으로 덧대고 모르타르를 시공하는 기술이 일반적 이다.
종래의 콘크리트 구조물 보강 공법은, 예컨대 대한민국 특허 공개번호 제 1999-024271호 "콘크리트 구조물의 보강구조 및 보강공법" 의 공개공보에 기재되어 있다. 이 방법에 따르면, 보강하여야 할 콘크리트 구조물의 일측면을 그라인딩 기구에 의하여 면 처리를 행하는 면 처리 단계와, 면 처리된 면에 있는 먼지를 제거하는 먼지 제거 단계와, 먼지가 제거된 면에 에폭시 접착제를 도포하고 스테인레스스틸 와이어 격자망을 고정하는 단계와, 보강용 모르타르를 도포하는 단계를 포함 한다.
이러한 종래 보강공법에 따라 설치되는 종래의 스테인레스스틸 와이어 격자망은 대한민국 등록특허번호 제10-0382994호 "스테인리스스틸 와이어 메쉬" 및 대한민국 등록특허번호 제10-0469579호 "콘크리트 구조물용 패널형 보강재 및 그것을 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법" 의 등록공보에 개시되어 있다. 이 종래의 와이어망은 평행한 다수의 주근과 이에 수직으로 교차하여 클립에 의해 고정된 다수의 부근을 가지는 형태이거나, 그물눈 구조 형태로 형성된 강선이 클립으로 보강되어 있으며, 다수의 도금되어 있는 스틸고정핀으로 고정됨과 동시에, 가장자리에서는 보조선과 턴버클을 개재하여 고정볼트로 인장력을 주도록 고정되는 형태였다.
그런데, 이들 종래의 강선 망들은 모두 스테인레스 재질 및 강봉을 사용하기 때문에 그 비용이 매우 고가라는 단점이 있었다. 또한 강선 망이 콘크리트 구조물 표면에 직접 접촉하게 되기 때문에, 보강용 몰탈을 시공할 때, 몰탈 입자들이 원형강선 망과 콘크리트 구조물 표면 사이에는 공극이 없기 때문에 몰탈 충진이 곤란하여, 그 보강 구조가 약해질 염려가 많았다. 또한 원형강선 망 외주연부가 요철을 가지는 구조라 하더라도 그 요철구조가 몰탈 입자들보다 작기 때문에 강선 망이 몰탈 입자들과 견고하게 결합되지 못하게 되어 이 역시 구조적으로 문제가 있었다.
따라서 일반 금속 재질의 원형강선을 사용하면서도 강선 망 구조가 보강용 몰탈 입자와 견고하게 결합될 수 있는 외부 표면 구조를 가지며, 더 나아가 압착 스트립 강선 망이 콘크리트 표면과 일정한 간격을 유지할 수 있도록 함으로써 저렴한 비용을 들이면서도 구조적으로 안정한 보강 구조가 가능한 새로운 콘크리트 내력 및 내진보강을 위한 격자형 스트립 강선 망이 대한민국 등록특허 제0557349호에서 제안되었다.
그러나, 여전히 격자형 스트립강선 망의 사용에도 불구하고, 기존 콘크리트와 보강재인 망의 일체화를 이루기 위하여 시공되는 보수 모르타르에 대한 물성 개선이 계속적으로 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 공법에 사용될 수 있는 모르타르 조성물에 대한 연구를 진행하면서, 중용열 시멘트와 재분산성 분말 수지 및 광물질 혼화재료, 예를 들면 고로 슬래그, 플라이애쉬, 실리카흄, 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체, 및 토르말린을 특정 비율로 조성한 모르타르 조성물이 콘크리트 구조물 공극에 빠르게 안착 팽창하여 수밀하게 구조화함으로 고농도의 염분 및 수분 침투가 어려워 구조체의 철근을 보호하고 구조물의 중성화를 차단하여 화학적인 물성 변화를 꾀할수 있으며 구조체와 동질의 성질을 가진 보강재 망을 일체화시켜 부착력을 향상시키므로 박리, 박락이 없고, 고농도의 염해의 침투를 차단하여 구조체의 방수기능과 콘크리트 속의 철근을 보호하는 성능을 개선한다. 또한 방수 공정과 보수, 보강 공정을 단일화 함으로서 공기단축 및 원가절감을 하고자 본 발명을 완성하였다.
대한민국 공개특허공보 제 1999-024271호 (발명의 명칭 : 콘크리트 구조물의 보강구조 및 보강공법, 공개일자 : 1999년 03월 25일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 콘크리트 구조물의 방수 공정 및 보수, 보강 공정의 두 가지 공정을 한 공정으로 단일화할 수 있는 자재를 이용함으로서, 기존 콘크리트 구조물에 부착되는 보강재인 망과 일체화 시킬 수 있는 부착력이 강하고 수밀화된 속경 고밀도 모르타르 조성물 및 이를 적용한 공법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
중용열시멘트 20 내지 30중량%;
밀도가 2.88g/cm3 내지 2.94g/cm3이며, 주성분이 CaO, SiO2이며, 분말도 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 고로 슬래그 미분말 5 내지 10중량%;
밀도가 2.1±0.05g/cm3이고, 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3이고, 분말도는 2,000 내지 4,500㎠/g인 플라이애쉬 1 내지 5중량%;
실리카흄 1 내지 10중량%;
밀도가 2.1g/cm3 내지 2.2g/cm3이고, 비중이 1.07인 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체 1 내지 5중량%;
재분산성수지 1 내지 5중량%;
골재 40 내지 65중량%;
나일론섬유 1 내지 5중량%;
토르말린 2 내지 3중량%; 및
CSA(Calcium Sulpha Aluminate), 방청제, 고유동화제 및 증점제로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 기타 첨가제를 나머지로 포함하는 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 속경 고밀도 모르타르 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 모르타르 조성물에서, 상기 재분산성 수지로는 수용성 아크릴 공중합 수지계 또는 변성이소시아네이트계 수지인 것이 바람직하다.
또한, 상기 골재로는 SiO2 7호사, SiO2 6호사, 및 SiO2 5호사로 이루어진 군에서 골재 조립율에 따라 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 골재로는 SiO2 7호사 28중량%, SiO2 6호사 15중량% 및 SiO2 5호사 4중량%인 것이 바람직하다.
상기 기타 첨가제로는 CAS(Calcium Sulpha Aluminate), 방청제, 고유동제, 및 증점제로 이루어진 군에서 현장 여건에 따라 선택되는 것이 바람직하다.
또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
기존 구조물 표면에 스프링 압축 고강도 와이어망을 부착하는 단계;
상기 와이어망이 부착된 기존 구조물 표면에 고압세척 후 고성능 침투 방수형 구체보호 프라이머를 도포하는 단계;
상기 고성능 침투 방수형 구체보호 프라이머가 도포된 기존 구조물에 속경 고밀도 모르타르를 시공하는 단계; 및
상기 모르타르 상에 중성화 보호 도포제를 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 공법을 제공한다.
상기 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 공법에 있어서, 상기 스프링 압축 고강도 와이어망은 단위면적당 인장강도가 철근의 3 내지 4배인 것으로 가공된 플라스틱 복합 고강도 고정핀으로 콘크리트 구조물에 자동장비를 이용하여 보강재에 부착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고성능 침투 방수형 구체보호 프라이머는 콘크리트 구조물 표면 공극을 따라 내부에 침투하여 금속 이온과 반응하여 불용성 물질을 생성시켜 공극을 충진하는 토르말린 주성분을 사용함으로서 흡수, 투수가 되지 않는 무기계 액화형 세라믹인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 속경 고밀도 모르타르는 콘크리트 구조물에 혼화 및 침투되어 콘크리트 구조물과 동질의 물성을 가지므로 수밀성과 부착력이 증대되며, 장기간 내수에 강하여 들뜨지 않으며, 또한 해수 중의 고농도 유해 이온이 침투해도 저항성이 우수하며, 무기 방청제 혼합으로 철근 부식을 억제할 수 있으며, 산성화, 열화현상 방지로 구조물의 내구성을 향상시켜 구조체 성능 개선을 할 수 있다. 특히, 염분 함량이 평균 염분함량 보다 높은 중동의 해역에서 본 발명의 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물을 방수 및 보수, 보강하는 경우에 있어 내수성이 우수하여 염해로부터 콘크리트 구조물을 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 본 발명의 모르타르 조성물은 콘크리트 구조물의 방수공정과 보수, 보강공정의 두 가지 공정을 단일화함으로서 작업시간을 개선하고 원가를 절감하는 효과가 있다. 또한, 콘크리트와 잘 결합할 수 있는 유사한 성질의 무기질계 재료 및 철근 대용인 염해에 강한 스텐와이어망 보강재 사용으로 구조물과 일체화 된다.
도 1은 본 발명에 따른 기존 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 기존 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법을 적용하여 기존 구조물 상에 모르타르가 시공된 것을 나타낸 입체도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 기존 콘크리트 구조물 (원기둥형태)
의 방수 및 보수, 보강 내진 공법을 적용하여 기존 구조물 상에 모르타르가 시공된 것을 나타낸 입체도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 강성 및 내구성이 저하된 콘크리트 구조물의 본래 성능을 회복 시키는 보수보강, 방수 및 지진환경에 무방비로 방치되어 있는 비내진 콘크리트 구조물의 내진 보강을 위한 공법에 사용될 수 있는 속경 고밀도 모르타르 조성물이다.
상기 모르타르 조성물에는 중용열시멘트 20 내지 30중량%; 고로 슬래그 미분말 5 내지 10중량%; 플라이애쉬 1 내지 5중량%; 실리카흄 1 내지 10중량%; 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체 1 내지 5중량%; 재분산성 수지 1 내지 5중량%; 골재 40 내지 65중량%; 나일론섬유 1 내지 5중량%; 토르말린 2내지 3중량%; 및 기타 첨가제를 포함한다.
상기 중용열 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트보다 실리카(C2S)가 많고, 알루미나(C3A), 산화 칼슘(C3S)이 약간 작은 것으로, 발열량이 작고, 조기 강도가 완만하며, 장기 강도가 높은 특징을 갖는다. 이와 같은 중용열 시멘트는 보수 대상인 콘크리트 구조물과의 층간 부착력을 높이는 기능을 한다. 이에 따라서 이들은 세라믹 모르타르 조성물에 20 내지 30중량%의 범위 내에서 함유되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20 내지 25중량%의 범위 내에서 함유되는 것이다.
상기 고로 슬래그 미분말은 철을 생산하는 과정에 생성되는 부산물인 고온의 용융상태의 폐기물 덩어리에 물을 분사하여 급냉시킨 고밀도의 밀(mill)에서 일정 분말도로 분쇄 재활용하여 만든 무기질 재료이며, 상기 고로 슬래그 미분말은 낮은 수화열과 계면 물성이 우수하여, 접착력과 장기 강도를 향상시키는 기능을 한다. 상기 고로 슬래그 미분말은 모르타르 조성물 중 에 5 내지 10중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 적용되는 고로 슬래그 미분말은 밀도가 2.88g/cm3 내지 2.94g/cm3이며, 주성분이 CaO, SiO2이며, 분말도 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 것이 바람직하다.
상기 플라이애쉬는 화력발전소에서 미분탄을 약1,400~1,500℃로 연소하는 과정에서 공기 중으로 배출되는 물질을 탈황설비로 포집하여 생성되는 미세한 입자의 재로서, 알루미나와 실리카가 주성분이다. 상기 플라이애쉬는 콘크리트의 성질 개선을 위한 것으로 혼화재로서 역할을 하며, 초기경화열을 완화시켜 장기적인 강도 및 수밀성을 향상시킨다. 이에 따라서 상기 플라이애쉬는 모르타르 조성물 중에 1 내지 5중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 적용되는 플라이애쉬는 밀도가 2.1±0.05g/cm3이고, 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3 이고, 분말도는 2,000 내지 4,500 ㎠/g인 것이 바람직하다
상기 실리카흄은 건식법으로 만들어진 실리카 미립자의 한 종류로서 사염화규소, 클로로실란 등을 수소와 산소 분위기에서 고온 연소시켜 만든 실리카 미립자로서, 고강도 콘크리트용 혼화재로서 사용되고 있다. 상기 실리카흄은 구성입자에 의한 볼 베어링 효과로 모르타르에 분산성 및 단위수량 감소의 기능을 하여 강도 및 휨 강도를 증대시키고, 시멘트, 모래, 골재 공극 사이를 충진시켜 수밀화 및 고강도화를 실현하며, 내화학성을 개선하고 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장시킨다. 이에 따라 본 발명의 조성물 중에는 상기 실리카흄이 1 내지 10중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체(C54H105AlO6)는 수분과 강력한 포졸란 반응을 함으로서, 콘크리트 구조물 내부의 공극을 충진하여 콘크리트 내부로 수분의 유입을 차단하고, 경화체가 치밀한 조직을 갖게 한다. 상기 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체(C54H105AlO6)는 페로 실리콘합금이나 실리콘금속 등의 규소합금을 전기로(2,000℃)에서 집진하여 얻어지고, 평균입경이 0.02~0.54인 초미립자로서, 이산화규소(SiO2)를 90%이상 함유하고 있는 비결정질이다. 특히 황산염이온(SO4 -)은 시멘트 수화물과 반응하여 콘크리트를 팽창시키고 염소이온(Cl2-)은 시멘트 중의 수산화칼슘과 화학적 반응하여 CaCl2를 용출시킴으로서 조직을 다공화하는데, 상기 스테아린산염과 알루미늄복합중합체
(C54H105AlO6)는 황산염이온(SO42 -), 염소이온(Cl-), 마그네슘이온(Mg2 +) 및 나트륨
이온(Na+)과 화학적 반응을 일으켜 콘크리트속의 철근 팽창을 방지하고 수분 침투를 차단하는 방수기능이 있으며 콘크리트의 수명을 연장시키고 해수의 염화물 침투 저항성을 높여준다. 이때, 상기 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체(C54H105AlO6)의 밀도는 2.1g/cm3 내지 2.2g/cm3이고, 비중이 1.07이며, 본 발명에 따른 모르타르 조성물 중에 1 내지 5중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 재분산성 수지는 물에 분산시키면 안정한 용액 상태의 액상 수지가 되는 재료로서 수용성아크릴계공중합수지 또는 변성이소시아네이트계 수지인 것이 바람직하다. 그 특성은 본래의 액상 에멀젼수지와 같은 효과를 가지며, 물에 용해된 수지는 건조 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하여, 안료나 충진재 등과 결합하여 유기 또는 무기계 바탕재와 반응하여 접착력을 증가시키는 기능을 한다. 상기 재분산성 수지는 본 발명에 따른 모르타르 조성물 중에 1 내지 5중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 나일론 섬유는 형태가 다른 두 종류의 크고 작은 섬유가 균등하게 분산되어 보강, 균열방지, 수축저감, 후막화, 처짐방지, 레올로지 개선, 작업시간 개선 등의 기능을 한다. 상기 나일론 섬유는 기존의 모르타르 조성물의 섬유보강재로 쓰이는 폴리프로필렌과 달리 자외선 저항성이 높고, 몰탈 믹싱 과정에서 분산력이 뛰어나 고르게 분포되어 결합체를 형성함으로서 콘크리트의 내구성을 강화시킨다. 이 때, 상기 나일론 섬유는 본 발명에 따른 모르타르 조성물 중에 1 내지 5중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 골재는 모르타르 또는 콘크리트의 뼈대가 되는 재료로, 견고하고 화학적으로 안정된 것이어야 하며, 구체적으로 건조 SiO2 7호사,SiO2 6호사, 및 SiO2 5호사로 이루어진 현장 환경조건에 따라 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 골재는 본 발명에 따른 모르타르 조성물 중에 40 내지 65중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다. 특히 상기 골재의 성분비율에 있어, SiO2 7호사를 28중량%, SiO2 6호사를 15중량%으로 선택하는 경우, SiO2 소재의 경우 5호사에서 7호사로 갈수록 입자가 미세해지는 특성이 있으므로, SiO2 7호사의 중량을 늘림으로서 잔골재 조립률의 안정성을 높이고, 콘크리트의 수밀성을 증대시키며 부착력을 향상시킨다.
상기 토르말린(NaX3Al6(BO3)Si6O18(OH)4)은 콘크리트 표면 내부로 침투하여 염소계 유해 물질을 분해하여 제거함으로서 콘크리트 수밀성을 강화한다. 시멘트의 경화체 중 수산화칼슘과 반응하여 가용성의 당산칼슘염을 용출시킴으로서 콘크리트 구조물 조직의 다공성을 초래하는 지방산, 글리세린, 에스테르를 제거함으로서 콘크리트의 내구성을 향상시킨다. 또한, 콘크리트를 부식시키는 황화수소(H2S), 이산화황(CO2S), 불화수소(HF), 염화수소(HCl), 및 질소산화물을 중화함으로서 콘크리트의 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 흡수 및 투수에 강한 모르타르 조성물 중에 2 내지 3중량%의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 기타 첨가제로는 이 분야에 일반적으로 사용될 수 있는 것이 사용될 수 있으며, CSA(Calcium Sulpha Aluminate), 증점제, 방청제 및 고유동제로 이루어진 군에서 현장 환경에 따라 선택되는 것이 바람직하며, 이 분야에서 일반적으로 사용될 수 있는 범위 내에서 사용될 수 있다. 특히, 고화유동제는 시멘트에 대한 단위수량을 줄임으로서 콘크리트 구조물의 투수계수를 낮추는 효과가 있다.
본 발명은 또한 기존 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강을 위해 상기 언급된 속경 고밀도 모르타르 조성물을 이용하여 기존 콘크리트 구조물을 방수 및 보수, 보강하는 공법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기존 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법을 나타낸 흐름도이고, 도 2 및 3은 본 발명에 따른 기존 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법을 적용하여 기존 구조물 상에 속경 고밀도 모르타르가 시공된 것을 나타낸 입체도이다.
도 1 내지 3를 참조하면, 본 발명에 따른 공법은 기존 구조물(100) 표면에 스프링 압착 고강도 와이어망(110)을 부착하는 단계(S11); 상기 스프링 압착 고강도 와이어망(110)이 부착된 기존 구조물 상에 침투 방수형 구체보호 프라이머(120) 를 도포하는 단계(S12); 상기 프라이머(120)가 도포된 기존 구조물 상에 속경 고밀도 모르타르(130)를 시공하는 단계(S13); 및 상기 모르타르 (130) 상에 중성화 보호 도포제(140)로 도포하는 단계(S14)를 포함한다.
상기 기존 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법에 있어서, 상기 기존 구조물(100)은 내륙 콘크리트 구조물일 수 있으며, 구체적으로 터널, 지하철, 철도, 교량의 교대, 교각이나 기둥일 수 있다. 특히, 해풍, 파도, 조풍, 파랑 및 부유물질 등에 의한 물리적인 작용 및 해수중의 고농도 이온에 의한 화학적 침식작용을 요하는 다목적 내해수성 해양 항만 수리구조물일 수 있다.
상기 기존 구조물(100) 표면에 스프링 압착 고강도 와이어망(110)을 부착하는 단계(S11)에서, 와이어망(110)의 부착전에 보수되어야 하는 노후되거나 약화된 기존 구조물의 표면을 그라인더, 고압세척기 등을 사용하여 제거하고 페놀프탈렌 용액을 이용한 중성화 정도를 확인한 후 정리하는 것이 바람직하다.
여기서 스프링 압착 고강도 와이어망(110)은 단위면적당 인장강도가 철근의 3 내지 4배 정도 높아 우수한 보강 효과를 발휘하며 스프링 압착 고강도 와이어 망이 이형철근의 표면 마디처럼 Z형 꼬임으로 가공되어 본 발명에 따른 모르타르 조성물과의 부착력을 향상 시킨다.
상기 스프링 압착 고강도 와이어망(110)은 보수 대상 기존 구조물에 전용 무선 가스타카 장비를 이용하여 주근 사이에 가공된 절연체 플라스틱 고강도 고정핀을 박아 보수 대상 기존 구조물에 부착되는 것이 바람직하다. 상기와 같은 스프링 압착 고강도 와이어망(110)은 단위 면적당 인장강도가 높아 작은 단면으로도 큰 힘을 발휘하며, 현장 상황에 따라 스프링 압착 와이어망의 규격을 제단할 수 있다. 또한, 스프링 압착 고강도 와이어망은 자체의 인장 및 복원력이 우수하므로 원형구조물에 밀착하여 짧은 작업 시간에도 부착의 작업이 용이하다. 또한, 내진 보강 적용 시 기존 구조물에 대한 횡구속력이 매우 우수하며, 겹이음 부위는 슬리브로 완전 체결하여 횡구속력을 극대화시킨다.
상기 스프링 압착 고강도 와이어망(110)은 부착 시 주근 방향이 틀리지 않도록 시공되어야 하며, 겹이음은 모멘트가 많이 발생하는 위치를 피하여 시방에 준하여 시공하는 것이 바람직하다.
이어서, 노후화된 콘크리트 구조물을 강화시키기 위해 상기 스프링 압착 고강도 와이어망(110)이 부착된 기존 구조물 표면에 침투 방수형 구체보호 프라이머 (120)를 도포한다(S12).
한편, 상기 침투 방수형 구체보호 프라이머(120)를 도포하기 전에 고압물 세척과 같은 방법을 통해 기존 구조물의 표면의 분진 및 이물질을 깨끗이 제거하는 것이 바람직하다. 또한 기존 구조물에 물을 살수하여 내부는 포화되고 표면은 건조한 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 침투 방수형 구체보호 프라이머(120)는 토르말린을 주성분으로 하는 극 저점도의 무기계 액화세라믹으로 우수한 모세관 침투 성능을 발휘하여 콘크리트 구조물 표면에 도포 시 미세 공극을 따라 구조물 내부에 깊숙이 침투하여 내부에 상존하는 천연 촉매에 의해 습기와 반응 세라믹 구조로 경화되어 공극을 밀실하게 이온이 침투함으로써 기존 구조물의 강도, 내수성, 내마모성 등의 내구성을 개선하여 백화현상 및 열화를 근본적으로 방지하는 무기계 침투 방수형 구조체 개질제이다.
상기 침투 방수형 구체보호 프라이머(120)의 사용시 콘크리트 구조물의 조직이 치밀해져 산성비, 습기, 염분 등에 노출된 환경에 표면 변화를 억제시켜 구조물 수명을 연장하며, 공극을 메워줌으로서 중성화, 염해, 동결융해에 대한 저항성을 향상시킨다.
상기 침투 방수형 구체보호 프라이머(120)의 시공은 대단위 면적일 경우 스프레이건을 사용하여 도포를 하는 것이 편리하며, 소규모 면적일 경우 붓, 롤러 등을 사용하여 시공할 수도 있다. 또한, 일반적으로 2회 도포를 표준으로 하며 하지면의 흡수도가 높거나 알칼리도가 많이 떨어진 경우에는 3 내지 4회 도포할 수 있다. 또한, 시공시 바탕면에는 이물질, 분진, 먼지 등이 없는 청결한 상태여야 하며 충분히 건조된 상태에서 과량 도포해야 약액이 구조체 깊숙이 침투할 수 있다.
이어서, 상기 침투 방수형 구체보호 프라이머(120)가 도포된 기존 구조물에 속경 고밀도 모르타르(130)를 시공한다(S13). 여기서 상기 모르타르는 물과 혼합하여 미장이나 숏크리트 방식으로 시공하여 모르타르 층을 형성하고, 형성된 모르타르 층은 와이어망이 완전히 잠기는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 시공된 몰탈 층은 약3일 이상의 습윤 양생을 실시한다.
여기서, 상기 속경 고밀도 모르타르는 중용열시멘트 20 내지 30중량%; 고로 슬래그 미분말 5 내지 10중량%; 플라이애쉬 1 내지 5중량%; 실리카흄 1 내지 10중량%; 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체 1 내지 5중량%; 토르말린 2 내지 3중량%; 재분산성 수지 1 내지 5중량%; 골재 40 내지 65중량%; 나일론섬유 1 내지 5중량%; 및 기타 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 속경 고밀도 모르타르(130)에 대한 각 성분은 상기 설명된 바와 같다. 상기와 같은 조성을 갖는 속경 고밀도 모르타르는 보강재인 와이어망과 기존 콘크리트를 일체화하여 보강효과를 발휘하게 만들어 중성화, 화학약품, 고농도 염해에 대한 저항성이 높아 보수, 보강 및 방수 부위의 재열화를 방지할 수 있다. 또한, 내진 보강 적용 시에도 철근 콘크리트 교각/기둥과 동일한 역학적 보강원리로 우수한 합성효과 및 내진성능을 발휘한다.
이어서, 시공되고 양생된 모르타르(130) 상에 중성화 보호 도포제(140)를 도포한다(S14). 여기서, 중성화 보호 도포제는 이 분야에 일반적이 사용될 수 있으며, 붓이나 롤러, 스프레이로 도포될 수 있다.
이하, 실시예를 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 구속되는 것은 아니다.
다음의 표 1에 본 발명에 따른 속경 고밀도 모르타르의 실시예와 비교예로서 성분과 조성비를 나타내었다.
성 분 실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비 고
중용열 시멘트 23% 28% 23%
포틀랜드 시멘트 20%
알루미나 시멘트 15%
석고 10%
고로슬래그미분말 7% 6% 7%
플라이애쉬 3% 3% 3%
실리카흄 5% 5% 5% 분말형/콜로이드형
스테아린산염과 알루미늄 복합중합체 3% 3%
칼슘 실리케이트 1% 1%
나일론 섬유
 3% 3% 3% 3mm~6mm, 2종류사용,100%
나일론사용
재분산성 분말 수지 3% 3% 3% 아크릴(AP116)/영우컴텍㈜
에폭시변성 아크릴계수지 10% 유기화합물 변성
골재 SiO2 7호사 28% 건조 강사 혹은 석산규사
SiO2 6호사 15 % 40% 47% 47%
SiO2 5호사 4%
C S A 3% 0.5% 3% C4A3S-C2O-AI2O3-SO3
토르말린(천연광석) 2% 2%
인산염 0.5%
메칠셀룰로스 1.3% 0.5%
유무기 방청제 0.5% 0.5% 아질산칼슘/나트륨이온계 (NO2)2(Ca(NO2)2
고유동화제 0.5% 2.2% 1.0% 2.5% 폴리카르본산
합 계 100% 100% 100% 100%
상기 표 1에 기재된 실시예와 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3에 해당하는 모르타르 조성물의 물성에 대해 한국산업규격의 시험방법으로서 KS F 4041, KS F 4042 및 KS F 2561-98 에 준하는 시험방법으로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시 험 항 목 단 위 규 격 시험방법 실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
휨강도/굴곡강도 N/㎟ 10 N/㎟ KS F 4042 10 7 5.4 6.2
압축강도 7일 N/㎟ 55 N/㎟ KS F 4042 58 20 34 27
부착강도 표준조건 N/㎟ 1.0 보다 나음 KS F 4042 1.7 0.8 0.7 0.8
온냉반복후 N/㎟ 1.0 보다 나음 KS F 4042 1.4 0.5 0.6 0.6
염화물이온 침투저항성 Coulombs 1000 이하 KS F 4042 650 980 950 998
방청성 % 95% 이상 KS F 2561-98 98 76 68 65
길이변화율 % ±0.15 이내 KS F 4042 -0.08 0.18 0.16 0.19
물흡수계수 kg(㎡, h0 .5) 0.5 이하 KS F 4042 0.06 1.2 1.5 1.6
투수량(방수) g 20.0 이하 KS F 4042 0.3 53 67 28
내알칼리성 N/㎟ 압축강도 5.5N/㎟ KS F 4042 5.6 5.4 5.2 5.1
응결시간 초결 hour KS F 4041 2:10 6:50 5:10 8:30
종결 hour KS F 4041 3:30 18 16 14
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 중용열 시멘트 대신 포틀랜드 시멘트와 알루미나 시멘트 등을 포함하고, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬 및 실리카흄 대신 에폭시변성 아크릴계 수지를 포함하고 있는 비교예 1의 모르타르 조성물의 경우, 압축강도가 20N/㎟으로서 낮은 수치에 해당하고, 투수량이 특히 높아, 콘크리트를 방수하고 보수, 보강하는데 적합하지 않음을 알 수 있다.
또한, 중용열 시멘트를 실시예보다 많이 포함하고 있고, 특히 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체를 포함하고 있지 않은 비교예 2의 모르타르 조성물의 경우 휨강도가 5.4 N/㎟에 불과하고, 방청성과 투수량이 좋지 않음을 확인할 수 있다.
뿐만 아니라, 토르말린을 포함하고 있지 않은 비교예 3의 모르타르 조성물의 경우, 방청성이 낮고, 물흡수계수가 1.2kg(㎡, h0 .5)로서 수치가 높으며, 염화물이온 침투저항성이 998Coulombs로서 매우 높아서 특히 염해로부터 콘크리트를 보호하는데 부적합함을 알 수 있다. 또한, 비교예 3의 모르타르 조성물의 초결시간과 응결시간이 실시예에 비하여 현격하게 장시간이 소요되는 바, 해수에 인접한 콘크리트 구조물에 적용하는 경우 내구성과 보강성이 저하될 것임을 쉽게 예상할 수 있다. 표 2에서도 비교예 3의 모르타르 조성물의 휨강도와 압축강도 및 부착강도가 실시예의 모르타르 조성물에 비하여 현저하게 낮은 수치를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 토르말린 성분은 콘크리트 내부에서 다공성을 초래하는 물질을 제거함으로서 콘크리트의 수밀성과 내구성을 강화함을 재확인할 수 있다.
또한 골재로서 SiO2 7호사에 비하여 입자가 굵은 SiO2 6호사로 이루어져 있는 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 모르타르 조성물의 경우 실시예의 모르타르 조성물보다 낮은 부착강도와 압축강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 실시예의 모르타르 조성물의 경우에 압축강도는 콘크리트의 재령이 7일일 때, 58 N/㎟임을 알 수 있다. 이는 기존의 모르타르 조성물의 압축강도가 재령이 28일일 때, 50~60 N/㎟를 달성하는 것과 비교했을 때, 더 짧은 재령일에 동일한 압축강도 수치에 도달하게 되므로, 양생 시간이 단축되는 효과가 있다. 상기 표 1에서 초기시간과 종결시간 항목을 참조하면, 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 경우 비교예 1, 2, 3의 모르타르 조성물과 비교할 때 초결시간과 종결시간이 현저하게 단축되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 표 1에서와 같이, 실시예의 모르타르 조성물의 경우 투수량과 염화물이온 침투저항성이 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3의 모르타르 조성물과 비교할 때 현저하게 낮은 수치를 가지고 있어 염화물로부터 콘크리트를 보호하는 효과가 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 염분 함량이 평균 염분함량 보다 높은 중동의 해역에서 본 발명의 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물을 방수 및 보수, 보강하는 경우 월등한 효과를 거둘 수 있다.
상기한 바와 같은 특성을 갖는 본 발명에 따른 모르타르는 콘크리트 구조물에 혼화 및 침투되어 콘크리트 구조물과의 부착력을 증대시키며, 수분 침투가 발생해도 들뜨지 않으며, 또한 해수 중의 고농도 유해 이온에 침투 저항성이 우수하며, 방청제 혼합으로 철근 부식을 억제할 수 있으며, 산성화, 열화현상 방지로 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 콘크리트와 잘 결합할 수 있는 유사한 성질의 무기질계 재료 사용으로 구조물과 일체화될 수 있다.
100: 구조물
110: 와이어망
120: 프라이머
130: 모르타르
140: 도포제

Claims (7)

  1. 중용열시멘트 20 내지 30중량%;
    밀도가 2.88g/cm3 내지 2.94g/cm3이며, 주성분이 CaO, SiO2이며, 분말도 3,000 내지 5,000 ㎠/g인 고로 슬래그 미분말 5 내지 10중량%;
    밀도가 2.1±0.05g/cm3이고, 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3이고, 분말도는 2,000 내지 4,500 ㎠/g인 플라이애쉬 1 내지 5중량%;
    실리카흄 1 내지 10중량%;
    밀도가 2.1g/cm3 내지 2.2g/cm3이고, 비중이 1.07인 스테아린산염과 알루미늄 복합중합체 1 내지 5중량%;
    재분산성수지 1 내지 5중량%;
    골재 40 내지 65중량%;
    나일론섬유 1 내지 5중량%;
    토르말린 2 내지 3중량%; 및
    CSA(Calcium Sulpha Aluminate), 방청제, 고유동화제 및 증점제로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 기타 첨가제를 나머지로 포함하는 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 속경 고밀도 모르타르 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 골재로는 SiO2 7호사, SiO2 6호사, 및 SiO2 5호사로 이루어진 군에서 선택되는 것인 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 속경 고밀도 모르타르 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 골재로는 SiO2 7호사 28중량%, SiO2 6호사 15중량% 및 SiO2 5호사 4중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 속경 고밀도 모르타르 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 재분산성 수지로는 수용성 아크릴 공중합 수지계 또는 변성이소시아네이트계 수지인 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진용 속경 고밀도 모르타르 조성물.
  5. 기존 구조물 표면에 스프링 압착 고강도 와이어망을 부착하는 단계;
    상기 스프링 압착 고강도 와이어망이 부착된 기존 구조물에 침투 방수형 구체보호 프라이머를 도포하는 단계;
    상기 침투 방수형 구체보호 프라이머가 도포된 기존 구조물 상에 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 따른 속경 고밀도 모르타르를 시공하는 단계; 및
    상기 시공된 모르타르 상에 중성화 보호 도포제로 도포하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스프링 압축 고강도 와이어망은 단위면적당 인장강도가 철근의 3 내지 4배인 것으로 가공된 플라스틱 복합 고강도 고정핀으로 콘크리트 구조물에 부착되는 것인 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 침투 방수형 구체보호 프라이머는 콘크리트 구조물 표면 공극을 따라 내부에 침투하여 금속 이온과 반응하여 불용성 물질을 생성시켜 공극을 충진하는 토르말린을 포함한 무기계 액화형 세라믹인 콘크리트 구조물의 방수 및 보수, 보강 내진 공법.
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