KR101474836B1 - 콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법 및 보수구조 - Google Patents

콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법 및 보수구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 보수하는 콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부 제거단계와, 단면 세척단계와, 방청제 도포단계와, 접착강화제 도포단계와, 복구몰탈 충진단계와, 내화학성 보호층의 적층 마감단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부를 제거하고 고압세척후 방청제와 접착강화제를 도포하고 복구몰탈을 충진하고 내화학성 보호층을 적층하여 마감함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 용이하게 보강하는 동시에 보강구조의 내화학성 및 내구성을 향상시켜 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법 및 보수구조{Method for repairing section of concrete structure with chemical resistance and repair structure thereof}
본 발명은 콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법 및 보수구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물의 단면이 손상된 경우에 손상부위를 보수하는 콘크리트 구조물의 내화학성 보수공법 및 보수구조에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 단면에 발생하는 열화의 원인은, 일반적으로 동결융해, 중성화, 침식, 염해, 철근부식, 알칼리골재반응, 황산염해 등이 있다. 이러한 열화의 원인들이 단독열화가 아닌 복합열화의 형태로 발생이 되고 있는 실정이다.
여러 가지 열화발생 인자들이 콘크리트 구조물의 내구성에 미치는 영향은 크게 작용하고 있으며 콘크리트 구조물의 계획된 수명보다 단축되는 문제점이 있었다.
특히, 지하 폐수처리장, 유류저장탱크, 또는 지하수로 등의 지하구조물에서는 유해가스가 다량 발생하며, 그러한 환경에서는 상기 폐수처리장, 지하수로의 송수관, 송유관 등을 이루는 콘크리트나 강구조물의 부식이 심하여 여러가지 보수공법이 개발되었다.
그러나, 이러한 보수공법에 의하더라도 폐수처리장 등의 환경에서 발생되는 유해가스의 산성 또는 알칼리성에 의하여 부식이 심하고, 중성화 반응이 빠르게 진행되므로, 시설물 유지관리에 많은 어려움을 겪고 있다.
지금까지 사용되고 있는 지하구조물의 보수공법은 폴리머 몰탈로 단면 복구를 하고 무기계 도료 혹은 타르 에폭시 도료를 구조물 벽면에 도포하는 방식이 일반적이나, 습기로 인하여 방수층이 들떠서 박리되거나, 유해가스로 인한 산화반응이 심하여 용해됨으로써 수명이 짧아 자주 보수하여야 하는 문제점이 있고, 시공 작업 중에도 유해가스로 인하여 작업이 위험하다는 문제점도 있었다.
콘트리트는 일반적으로 적절한 설계 및 시공 규정을 준수한다면 내구성을 확보하는 것으로 인식하였으나, 구조물의 사용 과정 중에 겪게 되는 기상적 작용 및 환경작용으로 인해 수명단축 및 성능저하 현상이 빈번히 나타나고 있다.
따라서, 이러한 이유로 각국은 종래의 설계시방서와 별도로 구조물의 내구성 설계기준을 마련하여 시행하고 있는데 CEB-FIP Code 등이 그러한 일례이다. 국내의 경우도 최근에 내구성 설계 기준이 확립되어 콘크리트 구조물의 사용성은 만족하는 동시에 내구성능을 확보하고 있다.
하지만 이러한 노력에도 불구하고 노후화에 따른 콘크리트 구조물의 성능 저하는 억제할 수 없으며 결국 콘크리트 구조물의 유지관리 측면에서 보수 및 보강은 필요하다.
콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법은 여러 가지 있으나, 가장 일반적으로는 손상의 정도에 따라 콘크리트 표면을 어느 정도 제거한 후 보수 모르타르를 도포하여 피복을 실시하는 공법을 적용하여 왔다.
콘크리트 구조물의 성능은 철근과 이를 감싸고 있는 콘크리트의 부착력에 따라 좌우되기 때문에 외부피복을 밀실하게 할 경우, 외부환경에 의한 철근의 부식 등 성능 저하를 방지할 수 있어 수명 연장이 가능하나, 이럴 경우 모르타르의 건조수축에 의하여 단시간 내에 균열 등이 발생하여 수분 및 공기의 이동 통로를 제공함으로써 본래 목적하고자 하던 피복재의 역할을 충분히 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 콘크리트 표면의 코팅, 수지도포 및 포졸란계 혼화재 등을 사용하여 콘크리트 구조물의 성능 향상을 위한 노력이 진행되고 있으나, 각각 재료의 물성부족, 시공의 복잡성 및 경제성 문제 때문에 만족감을 주기는 어려운 실정이다.
콘크리트 구조물의 내구성은 매우 복잡한 의미를 가지고 있으며 내구성능을 저하시키는 요인은 다양하다. 따라서 단일 공법으로 이러한 내구성의 모든 분야에 대하여 적용 할 수는 없다.
최근 들어 환경오염의 심화는 콘크리트 구조물의 수명을 더욱 단축시키고 있는데 이는 콘크리트 구조물이 접하고 있는 환경이 산성화 되고 있기 때문이다. 황산염의 형태로 콘크리트 표면에 작용하면 모르타르가 연화되어 박락되며 따라서 단면이 감소하여 단면력의 부족으로 인한 균열 및 철근이 노출되어 부식한다.
한편, 대기중 농도의 증가 역시 철근의 부식을 가속화 시키고 있는데 이는 열화된 콘크리트 표면을 따라 침투한 가 콘크리트 내부의 와 결합하여 를 형성하는데 이는 콘크리트 내부의 pH를 강알카리에서 중성으로 변화시키기 때문이다.
토목, 건축구조물 등에 폭넓게 사용 중인 콘크리트는 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화칼슘의 영향으로 강한 알칼리성을 띰으로서 주변의 산성 환경으로부터 철근을 방청 보호하는데 충분한 역할을 수행한다.
하지만 내구성이 우수한 재료로 알려진 콘크리트는 내화학성에 취약하여 보수 및 보강이 이루어지고 있는 상황이다. 또한, 콘크리트 구조물은 일정한 시간이 경과함에 따라 그 성능이 자연스럽게 하락할 수밖에 없다. 이에 따라 최초 성능의 계속적인 유지를 위해서라도 보수 및 보강이 필수적이다.
이와 같이 콘크리트 구조물의 보강공법으로는 PU-FRP 공법, 타르에폭시 무용재 도막공법 등과 같이 다양한 공법이 제시되고 있다.
PU-FRP 공법은 섬유 적층방식으로서 내산성우레탄수지를 유리섬유에 함침시켜 적층보강한 보강공법으로서, 유연성과 탄성이 우수하여 크랙발생이 없고 섬유보강이므로 두깨가 일정하며 내산성이 우수하나, 투수성과 통기성이 있어 산의 침투로 구체 산화가 되고 습윤면의 부착이 매우 어렵다는 문제가 있다.
타르에폭시 무용재 도막공법은 도막 도장방식으로서 무용재타르에폭시 도료를 도장하여 도막을 형성시킨 보강공법으로서, 도막이 소수성이므로 내수성과 방수성이 우수하고 공정의 단순화로 시공이 빠르며 공사비가 저렴하다. 그러나 도막 두께가 얇아 크랙발생이 있고 내산성 내알칼리성이 낮아 산화현상으로 침식이 되며 젖은면 접착성이 매우 저조하여 박리 현상이 생긴다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 용이하게 보강하는 동시에 보강구조의 내화학성 및 내구성을 향상시켜 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 방청제로서 에폭시와 아연 인산염의 혼합물로 이루어진 철근방청제를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 노출된 철근의 부식을 방지하는 동시에 철근에 대한 부착력을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보수공법 및 보수구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구체 접착강화제와 구조물의 신율과 수축율이 근접하여 접착력을 향상시키며 콘크리트 구조물의 박리현상 및 박락현상을 방지할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수공법 및 보수구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 내화학성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보수공법 및 보수구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 방수성, 내마모성 및 내약품성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보수공법 및 보수구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 보수하는 콘크리트 구조물의 단면 보수공법으로서, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부를 제거하는 단계(S10); 상기 열화부가 제거된 콘크리트 구조물의 단면을 세척하는 단계(S20); 상기 콘크리트 구조물의 단면에 방청제를 도포하는 단계(S30); 상기 콘크리트 구조물의 단면에 접착강화제를 도포하는 단계(S40); 상기 콘크리트 구조물의 단면에 복구몰탈을 충진하는 단계(S50); 및 상기 콘크리트 구조물의 단면에 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 방청제를 도포하는 단계(S30)는, 상기 콘크리트 구조물의 단면에 노출된 철근에 에폭시 수지와, 아연 오르토 인산염 복합체(Phosphate enhanced zinc ortho phosphate complex) 또는 포스포실리케이트 아연 인산염 복합체(Phosphosilicate zinc phosphate complex)로 이루어진 철근방청제를 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 접착강화제를 도포하는 단계(S40)는, 아크릴 공중합체로 이루어진 구체 접착강화제를 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계는, 상기 콘크리트 구조물의 단면에 프라이머를 도포하는 단계(S60); 상기 프라이머 도포부위에 1차 적층제를 도포하는 단계(S70); 상기 1차 적층제의 도포부위에 보강 섬유 시트를 부착하는 단계(S80); 및 상기 보강 섬유 시트 부착부위에 2차 적층제를 도포하여 마감하는 단계(S90);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계는, 상기 2차 적층제의 도포부위에 보강 섬유 시트를 추가로 부착하고, 상기 보강 섬유 시트 부착부위에 2차 적층제를 추가로 도포하여 마감하도록 반복하는 단계(S100);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 1차 적층제를 도포하는 단계(S70)와 상기 2차 적층제를 도포하여 마감하는 단계(S90)는, 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 콘크리트 구조물의 보수공법에 의한 콘크리트 구조물의 단면 보수구조로서, 콘크리트 구조물의 단면에 도포된 방청제 도포층(10); 상기 방청제 도포층(10)의 상층에 도포된 접착강화제 도포층(20); 상기 접착강화제가 도포된 콘크리트 구조물의 단면의 손상부위에 충진된 복구몰탈(30); 및 상기 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면에 적층된 내화학성 보호층(40);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 내화학성 보호층(40)은, 상기 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면에 도포된 프라이머층; 상기 프라이머층의 상층에 적층된 1차 적층제층; 상기 1차 적층제층의 상층에 부착된 보강 섬유 시트; 및 상기 보강 섬유 시트의 상층에 적층된 2차 적층제층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 내화학성 보호층(40)은, 상기 2차 적층제층의 상층에 추가로 부착된 보강 섬유 시트; 및 상기 보강 섬유 시트의 상층에 추가로 적층된 2차 적층제층;을 반복적으로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부를 제거하고 고압세척후 방청제와 접착강화제를 도포하고 복구몰탈을 충진하고 내화학성 보호층을 적층하여 마감함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 용이하게 보강하는 동시에 보강구조의 내화학성 및 내구성을 향상시켜 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 방청제로서 에폭시와 아연 인산염의 혼합물로 이루어진 철근방청제를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 노출된 철근의 부식을 방지하는 동시에 철근에 대한 부착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 접착강화제로서 아크릴 공중합체로 이루어진 구체 접착강화제를 도포함으로써, 구체 접착강화제와 구조물의 신율과 수축율이 근접하여 접착력을 향상시키며 콘크리트 구조물의 박리현상 및 박락현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 콘크리트 구조물의 단면에 프라이머, 1차 적층제, 보강 섬유 시트 및 2차 적층제로 이루어진 내화학성 보호층 또는 보강 섬유 시트 및 2차 적층제가 반복적으로 추가된 내화학성 보호층을 순차적으로 적층하여 마감함으로써, 콘크리트 구조물의 내화학성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 1차 적층제 및 2차 적층제로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 방수성, 내마모성 및 내약품성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수공법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조를 나타내는 상세도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수공법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조를 나타내는 상세도이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 보수공법은, 열화부 제거단계(S10), 단면 세척단계(S20), 방청제 도포단계(S30), 접착강화제 도포단계(S40), 복구몰탈 충진단계(S50) 및 내화학성 보호층 마감단계를 포함하여 이루어져, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 형성된 손상부위(110)를 보수하는 콘크리트 구조물의 보수공법이다.
열화부 제거단계(S10)는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 형성된 열화부를 제거하는 단계로서, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 형성된 열화부는 동결융해, 중성화, 침식, 염해, 철근부식, 알칼리 골재반응 및 황산염해 등에 의해 단면이 손상된 부위이므로, 콘크리트 구조물의 단면(100)의 보수작업 전에 브레이커 등과 같은 전동공구를 사용하여 제거하게 된다.
단면 세척단계(S20)는, 열화부가 제거된 콘크리트 구조물의 단면(100)을 세척하는 단계로서, 150∼200 bar의 고압세척기를 사용하여 콘크리트 구조물의 단면(100)을 고압세척수로 고압 세척하여 각종 오염물질을 제거하여 단면을 청결하게 한다.
또한, 단면 세척단계(S20)에서 150∼200 bar의 고압세척기를 사용하는 이유는, 고압세척기의 압력이 상기 수치범위 보다 높으면 콘크리트 구조물의 단면(100)이 손상될 우려가 있고, 상기 수치범위 보다 낮으면 콘크리트 구조물의 단면(100)의 세척이 청결하게 이루어지지 않기 때문이다.
방청제 도포단계(S30)는, 고압세척기에 의해 고압세척된 콘크리트 구조물의 단면(100)에 방청제를 도포하는 단계로서, 방청제 도포단계(S30)는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 노출된 철근(200)의 부식부위를 제거하고 철근방청제를 도포하게 된다.
이러한 철근방청제로는, 에폭시 수지와, 아연 오르토 인산염 복합체(Phosphate enhanced zinc ortho phosphate complex) 또는 포스포실리케이트 아연 인산염 복합체(Phosphosilicate zinc phosphate complex)로 이루어진 철근방청제를 사용하여, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 노출된 철근(200)에 도포하게 된다.
접착강화제 도포단계(S40)는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 접착강화제를 도포하는 단계로서, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 대한 접착력을 강화하기 위해 구체 접착강화제를 도포하게 된다.
이러한 구체 강화제는, 아크릴 공중합체로 이루어진 수용성 구체 접착강화제를 사용하여 도포함으로써, 중성화된 콘크리트 구조물의 단면에 우수한 접착력을 제공하여 다른 재료와의 부착력을 강화하고, 열화된 콘크리트 구조물의 미세균열을 보완하여 유해물질의 침투를 차단하게 된다.
복구몰탈 충진단계(S50)는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 복구몰탈을 충진하는 단계로서, 1㎏의 폴리머에 160∼170g의 지르코닐 클로라이드(zirconyl chloride) 또는 지르코틸 나이트레이트 하이드레이트(Zirconyl nitrate hydrate)를 활성제로 사용한 내산 폴리머 몰탈을 충진하게 된다.
또한, 내산 폴리머 몰탈로는, 활성제로 지르코닐 클로라이드 또는 지르코닐 나이트레이트 하이드레이트를 사용하여, 슬래그 분말, 석고, 석회, 1종 시멘트를 포함하는 내산 폴리머 시멘트 조성물을 사용하는 것도 가능함은 물론이다.
또한, 내산 폴리머 몰탈에는 섬유질의 화이버를 첨가하여 복구몰탈의 표면에 직립하도록 돌출시켜 표면거칠기를 높게 하므로, 복구몰탈의 상층에 도포되는 프라이머와 적층제의 주제인 에폭시와의 부착성 및 보강 섬유 시트와의 부착성을 향상시키는 것도 가능함은 물론이다.
내화학성 보호층 마감단계는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계로서, 지하수로 또는 송유관 등에서 발생하는 유해가스로 인한 콘크리트 구조물 또는 강 구조물의 부식을 방지하기 위하여 유리섬유에 습식 내산 연성 에폭시 수지를 함침시켜서 단면에 도포하게 된다.
이러한 내화학성 보호층 마감단계는, 프라이머 도포단계(S60), 1차 적층제 도포단계(S70), 보강 섬유 시트 부착단계(S80) 및 2차 적층제 마감단계(S90)를 포함하여 이루어져 있다.
프라이머 도포단계(S60)는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 프라이머를 도포하는 단계로서, 프라이머 도포단계(S60)는, 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 2:1∼3:1로 혼합한 습식 에폭시 프라이머를 도포하게 된다.
주제 100중량부는, 비스페놀 에이형 에폭시수지 단독으로 혹은 비스페놀 에프형 에폭시 수지와 혼합하여 이루어진 다관능성 에폭시수지 50 내지 70중량부와, 노블락 에폭시수지 15 내지 30중량부와, 반응성 희석제 10 내지 20중량부와, 침투성 부여제 3 내지 4중량부를 포함하여 이루어진다.
경화제 100중량부는, 변성 지방족아민 30 내지 40중량부와, 변성 방향족아민 60 내지 70중량부를 포함하여 이루어진다.
따라서, 프라이머는 콘크리트 구조물의 단면(100)에 접착성 및 내화학성을 갖춘 방수층을 형성하기 위해 에폭시 주제 및 경화제의 배합비를 2:1∼3:1로 유지하는 것이 바람직하다.
1차 적층제 도포단계(S70)는, 프라이머 도포부위에 1차 적층제를 도포하는 단계로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포하게 된다. 또한, 이러한 내산 섬유보강 적층제는 습식이나 건식 중 어느 것이나 사용가능함은 물론이다.
주제 100중량부는, 비스페놀 에이형 에폭시수지 단독으로 혹은 비스페놀 에프형 에폭시수지와 혼합하여 이루어진 다관능성 에폭시 수지 30 내지 40중량부와, 노블락 에폭시수지 20 내지 30중량부와, 가소성수지 15 내지 20중량부와, 첨가제 10 내지 30중량부를 포함하여 이루어진다.
경화제 100중량부는, 변성 지방족아민 25 내지 35중량부와, 변성 방향족아민 65 내지 75중량부를 포함하며 이루어진다.
따라서, 1차 적층제는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 내화학성을 갖춘 방수층을 형성하기 위해 주제 및 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 유지하는 것이 바람직하다.
보강 섬유 시트 부착단계(S80)는, 1차 적층제의 도포부위에 보강 섬유 시트를 부착하는 단계로서, 탄소섬유 또는 유리섬유로 이루어진 보강 섬유 시트를 부착하게 된다.
2차 적층제 마감단계(S90)는, 보강 섬유 시트 부착부위에 2차 적층제를 도포하여 마감하는 단계로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포하게 된다. 또한, 이러한 내산 섬유보강 적층제는 습식이나 건식 중 어느 것이나 사용가능함은 물론이다.
주제 100중량부는, 비스페놀 에이형 에폭시수지 단독으로 혹은 비스페놀 에프형 에폭시수지와 혼합하여 이루어진 다관능성 에폭시 수지 30 내지 40중량부와, 노블락 에폭시수지 20 내지 30중량부와, 가소성수지 15 내지 20중량부와, 첨가제 10 내지 30중량부를 포함하여 이루어진다.
경화제 100중량부는, 변성 지방족아민 25 내지 35중량부와, 변성 방향족아민 65 내지 75중량부를 포함하며 이루어진다.
따라서, 2차 적층제는, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 내화학성을 갖춘 방수층을 형성하기 위해 주제 및 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 내화학성 보호층 마감단계는, 콘크리트 구조물의 단면(100)이 노출된 외부 환경이나 조건에 따라 보강 섬유 시트 부착단계(S80) 및 2차 적층제 마감단계(S90)를 추가적으로 반복하는 단계(S100)을 더 포함하여 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다.
이하 도면을 참조해서 본 실시예의 콘크리트 구조물의 보수공법에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조를 구체적으로 설명한다,
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 콘크리트 구조물의 보수공법에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조는, 방청제 도포층(10), 접착강화제 도포층(20), 복구몰탈(30) 및 내화학성 보호층(40)을 포함하여 이루어져 있다.
방청제 도포층(10)은, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 노출된 철근(200)의 부식을 방지하도록 방청제가 도포된 도포층으로서, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 노출된 철근(200)의 부식부위를 제거하고 에폭시 수지와 아연의 혼합물로 이루어진 철근방청제가 도포되어 있다.
접착강화제 도포층(20)은, 방청제 도포층(10)의 상층에 접착강화제가 도포된 도포층으로서, 콘크리트 구조물의 단면(100)에 대한 접착력을 강화하기 위해 수용성 구체 강화제가 도포되어 있다.
복구몰탈(30)은, 접착강화제가 도포된 콘크리트 구조물의 단면(100)의 손상부위에 복구몰탈(30)이 충진된 충진층으로서, 1㎏의 폴리머에 160∼170g의 지르코닐 클로라이드(zirconyl chloride) 또는 지르코틸 나이트레이트 하이드레이트(Zirconyl nitrate hydrate)를 활성제로 사용한 내산 폴리머 몰탈이 충진되어 있다.
내화학성 보호층(40)은, 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면(100)에 내화학성 보호제가 적층된 보호층으로서, 프라이머층(41), 1차 적층제층(42), 보강 섬유 시트(43) 및 2차 적층제층(44)을 포함하여 이루어져 있다.
프라이머층(41)은, 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면에 프라이머가 도포된 도포층으로서, 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 2:1∼3:1로 혼합한 습식 에폭시 프라이머가 도포되어 있다.
1차 적층제층(42)은, 프라이머층(41)의 상층에 1차 적층제가 적층된 적층제층으로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제가 도포되어 있다. 또한, 이러한 내산 섬유보강 적층제는 습식이나 건식 중 어느 것이나 사용가능함은 물론이다.
보강 섬유 시트(43)는, 1차 적층제층(42)의 상층에 보강 섬유 시트가 부착된 부착층으로서, 탄소섬유 또는 유리섬유로 이루어진 보강 섬유 시트가 부착되어 있다.
2차 적층제층(44)은, 보강 섬유 시트(43)의 상층에 2차 적층제가 적층된 적층제층으로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제가 도포되어 마감된다. 또한, 이러한 내산 섬유보강 적층제는 습식이나 건식 중 어느 것이나 사용가능함은 물론이다.
또한, 내화학성 보호층(40)은, 콘크리트 구조물의 단면(100)이 노출된 외부 환경이나 조건에 따라 보강 섬유 시트(43) 및 2차 적층제층(44)이 추가적으로 반복되어 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다.
이하 본 실시예의 콘크리트 구조물의 보수공법인 내화학성 적층 보강공법(Chemical Resistance of Laminating Reinforcement Method, 이하 "CRM"이라 함)에 의한 콘크리트 구조물의 보수구조에 대한 강도시험 결과를 구체적으로 설명한다.
(1) 압축강도시험 결과
현재 보수 및 보강공법으로 대표적으로 이용되고 있는 9종류의 종래의 공법을 재료 및 공법별로 선정하고 기준 시험체인 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement, 이하 "OPC"라 함) 및 CRM으로 제작된 시험체를 포함하여 총 11종류의 시험체에 대한 재령 28일 및 56일에서의 압축강도 시험결과를 표 1에 나타내었다.
결과에서 나타낸 바와 같이 기준 시험체인 OPC에 비하여 보수 및 보강공법으로 제작된 시험체의 압축강도는 약 5∼12% 정도의 강도 증진율을 나타내어 효과적 이었다. 압축강도 증진에 가장 효과적인 시험체는 CRM으로 제작된 시험체이며 OPC대비 약 12% 정도의 강도 증진율을 나타내고 있다.
이는 CRM에서 사용된 함침방법 및 적층공법이 효과적으로 콘크리트 표면을 고결 및 강화시켜 강도를 증진시킨 것으로 판단된다. 한편, 재령의 증가에 따라 압축강도는 증가하였으며 이는 모든 시험체에서 거의 비슷한 경향을 나타내고 있다.
재령 28일 및 56일의 압축강도 결과
시험체 종류 28일 압축강도
(MPa)		 상대
강도비		 56일 압축강도
(MPa)		 상대
강도비
OPC 31.4 1.00 43.9 1.00
Epoxy-1 33.1 1.05 46.3 1.05
Epoxy-2 33.3 1.06 46.6 1.06
Epoxy-3 34.4 1.10 48.1 1.09
Urethane 35.1 1.11 49.2 1.12
Resin-1 34.6 1.10 48.4 1.10
Resin-2 34.4 1.09 48.2 1.10
Acrylic 34.3 1.09 48.1 1.10
Fiber 33.7 1.07 47.2 1.08
Pannel 32.4 1.03 45.4 1.03
CRM 35.2 1.12 49.3 1.12
(2) 내화학저항성시험 결과
콘크리트의 내화학 저항성 시험은 현재 KS화 되어 있지 않아 일본 JIS A 1193 콘크리트의 용액 침적에 의한 내약품성 시험방법에 의거 실시하였다. 이 시험방법은 산 또는 염류 등의 용액에 시험체를 침적시킨 후 압축강도시험을 수행한 후 수중양생 시킨 시험체의 압축강도와 비교하여 평가하는 방법으로 황산염의 일종인 Na2SO4(황산나트륨) 및 MgSO4(황산마그네슘) 용액에 침적시킨 후 재령 28일 및 56일에 압축강도를 측정한다.
본 시험에서는 일본 JIS기준에 의거 황산나트륨 및 황산마그네슘 용액에 28일 및 56일간 침지하여 측정한 각 시험체의 압축강도 결과와 동일한 시험체의 상수도수에 수중양생 후 측정한 압축강도 결과를 비교한 내화학 저항성 평가를 실시하였으며, 그 결과는 [표 2]에 나타내었다.
먼저, 결과를 시험용액 종류별로 분류하면, 황산나트륨 용액에 28일 동안 침지한 후 측정한 압축강도는 상수도수에 28일 양생 후 측정된 압축강도 보다 18∼24% 정도 낮게 나타났고, 56일 압축강도는 17∼26% 정도 낮게 나타났다.
또한, 황산마그네슘 용액에 28일 동안 침지한 압축강도는 상수도수에서 28일 양생한 압축강도 보다 14∼22%정도 낮게 나타났으며 56일 압축강도는 13∼25% 정도 낮게 나타났다. 이 같은 결과를 고려해 볼 때 황산나트륨 형태의 황산염이 작용할 때 콘크리트 구조물의 강도 저하가 커서 콘크리트 구조물 유지관리시 이에 대한 주의가 요구된다.
한편, 시험체 종류별 압축강도를 고찰하면, 기준 시험체인 OPC에 비하여 보수 및 보강공법을 적용한 시험체가 강도 저하율이 낮아 상대 강도비는 재령 28일에서 황산마그네슘용액 침지의 경우 1.09∼1.24, 황산나트륨용액 침지의 경우 1.13∼1.35 정도를 나타내었다. 또한, 재령 56일 경우, 황산마그네슘용액 침지의 경우 1.12 ∼ 1.30, 황산나트륨용액 침지의 경우 1.21∼1.45 정도를 나타내었다.
결과로부터, 종래의 보수 및 보강공법을 적용한 시험체에 비해서 CRM을 적용한 시험체의 경우 강도의 저하율이 크게 낮아 내화학 저항성이 큰 것으로 판단된다. 이는 CRM으로 콘크리트 시험체의 표면이 밀실하고 강화되어 나타낸 결과로 판단된다.
내화학성시험 결과
시험체
종류		 재령 28일 재령 56일
MgSO4 Na2SO4 MgSO4 Na2SO4
압축
강도
(MPa)		 상대
강도비		 압축
강도
(MPa)		 상대
강도비		 압축
강도
(MPa)		 상대
강도비		 압축
강도
(MPa)		 상대
강도비
OPC 24.5 1.00 21.3 1.00 32.9 1.00 28.1 1.00
Epoxy-1 27.5 1.12 26.5 1.24 37.1 1.13 35.6 1.27
Epoxy-2 27.9 1.14 27.3 1.28 37.7 1.15 36.3 1.29
Epoxy-3 29.1 1.19 27.8 1.31 39.4 1.20 37.9 1.35
Urethane 29.3 1.20 27.4 1.29 39.3 1.19 37.4 1.33
Resin-1 29.2 1.19 26.3 1.23 39.2 1.19 36.3 1.29
Resin-2 28.6 1.17 25.8 1.21 40.1 1.22 37.1 1.32
Acrylic 28.5 1.16 26.4 1.24 39.4 1.20 36.6 1.30
Fiber 28.1 1.15 25.3 1.19 38.2 1.16 35.4 1.26
Pannel 26.8 1.09 24.1 1.13 37.2 1.13 34.1 1.21
CRM 30.5 1.24 28.9 1.36 42.9 1.30 40.9 1.46
(3) 촉진탄산화시험 결과
촉진탄산화시험은 KS F 2584 콘크리트 촉진탄산화시험방법에 의거 100의 직사각형 시험체를 제작하여 28일까지 수중양생을 실시한 후 온도 20, 상대습도 60% 및 CO2 농도 5%의 조건하에 촉진 탄산화시험기에 정치시켰다. 탄산화 깊이의 판별은 각 측정 재령별 시험체의 파단면에 분무기로 페놀프탈레인 용액을 도포하여 적자색으로 변색된 구간까지의 깊이를 표면으로부터 측정하여 진행속도를 판별하였다. 콘크리트 탄산화(중성화)는 주로 물-시멘트비 및 환경조건에 따라 그 양 및 속도가 좌우되며, 경과시간에 비례하는 특성이 있다.
촉진탄산화시험으로부터 얻어진 재령경과에 따른 탄산화 진행 깊이 측정결과를 [표 3]에 나타내었다. 시험결과, 기준 시험체인 OPC의 탄산화 진행 속도가 가장 빠르게 나타났는데, 4주(28일) 시 측정결과는 약 8.5mm 정도였다. 한편, 보수 및 보강공법을 적용한 시험체의 경우 4주에서 7.4mm∼0.0mm정도를 나타내어 콘크리트 구조물에 적절한 표면처리를 실시하면 탄산화에 대한 저항성이 높아지는 것으로 판단된다.
기준 시험체인 OPC와 가장 효과적인 CRM의 결과를 상대침투비로서 비교하면 재령 28일에서 0.0으로 나타나 CRM을 적용할 경우 약 100% 침투가 낮아질 것으로 보여 이로부터 구조물의 수명연장 및 철근부식의 속도가 늦어질 것으로 판단된다.
촉진탄산화시험 결과
시험체 종류 28일 침투깊이(mm) 상대침투비
OPC 8.5 1
Epoxy-2 0.9 0.11
Urethane 1.1 0.13
Resin-1 7.4 0.87
Resin-2 0.2 0.02
Acrylic 2.9 0.34
CRM 0 0
(4) 염소이온 침투저항성시험 결과
염소이온침투저항성시험은 KS F 2711에 의거한 시험방법으로 해양콘크리트 구조물의 내구수명을 예측하는데 이용된다. 측정방법은 확산셀의 양극에는 0.3M NaOH 용액, 음극에는 10% NaCl 용액을 사용하는데 시험시간은 시편에 흐르는 초기 전류량에 따라 대략 6시간4일 동안 확산셀의 양단에 10∼60V의 직류전압을 인가한 후 시편을 절단하여 염화물이온의 침투깊이를 비색법으로 측정하여 정상 또는 비정상상태에서의 염화물이온의 확산계수를 산정한다.
본 시험에서는 콘크리트의 전위차 염소이온 확산계수를 측정하기 위하여 원주형 시험체를 50 두께로 절단한 후 확산셀을 구성하였다. 전해질로는 음극셀(Cell)에 0.5M 염화나트륨(NaCl)과 포화 수산화칼슘(sat. Ca(OH)2) 수용액, 양극셀(Cell)에 포화수산화칼슘 수용액을 사용하였다.
이때 확산셀의 전압을 30V로 하여 8시간동안 전류를 측정한 후 일정시간동안 전위차를 가하여 염소이온의 이동을 촉진시킨 후 콘크리트 시험체를 할렬하여 0.1N AgNO3을 분무하였다. 할렬면을 통하여 염소이온의 침투깊이를 측정한 탕(Tang)이 제안한 식을 이용하여 비정상 상태의 촉진염소이온 확산계수(D)를 구하였다. 각 콘크리트의 재령에 따른 확산특성의 변화를 파악하기 위하여 재령 28일의 염소이온 확산계수를 구하였으며, 이에 대해 정리하여 [표 4]에 나타내었다.
다른 내구성 시험결과와 마찬가지로 기준 시험체인 OPC에 비해 보수 및 보강공법으로 제작된 시험체의 염소이온 확산계수가 감소되었다. 가장 효과적인 시험체는 CRM공법으로 제작된 시험체로 큰 범위로 감소되었다.
이는 CRM공법이 콘크리트 표층을 강화 및 내부의 공극을 채움으로(pore blocking) 인하여 조직의 치밀성 및 염소이온의 확산경로가 길어져 염소이온의 침투가 억제된다는 것을 의미하며, 이는 종래의 시험결과와도 유사한 결과를 보이고 있다.
염소이온 침투저항성시험 결과 (단위 : Coulombs)
시험체 종류 28일 확산계수 상대확산 계수비
OPC 1,560 0.86
Epoxy-1 122 0.07
Epoxy-2 241 0.13
Epoxy-3 1,527 0.85
Urethane 101 0.06
Resin-1 1,807 1
CRM 0 0
따라서, 압축강도 시험 결과, 기준 시험체인 OPC에 비하여 보수 및 보강공법으로 제작된 모든 시험체의 압축강도는 향상되어 효과적 이었으며, 가장 효과적인 시험체는 CRM으로 제작된 시험체로 나타났다. 이는 CRM으로 제작된 코팅방법 및 적층공법이 효과적으로 콘크리트 표면을 고결 및 강화시켜 강도를 증진시킨 것으로 판단되었다.
또한, 내화학저항성 시험 결과, 황산염의 형태로 콘크리트 구조물에 작용할 경우, 일반 콘크리트 구조물에 비해 보수 및 보강공법을 적용한 경우의 압축강도 감소가 낮아 효과적이었다. 특히, CRM을 적용한 시험체의 경우 에폭시계의 내산섬유보강 적층제를 첨가하여 보다 표면이 밀실하고 강화되어 더욱 효과적이었다.
또한, 촉진 탄산화 시험 결과, 콘크리트 구조물에 적절한 보수 및 보강공법 등과 같이 적절한 표면처리를 실시하면 탄산화에 대한 저항성이 높아지는 것으로 나타났다.
또한, 염소이온 침투저항성 시험 결과, 다른 내구성 시험결과와 마찬가지로 기준 시험체인 OPC에 비해 보수 및 보강공법으로 제작된 시험체의 염소이온 확산계수가 감소되어 효과적이었다. 가장 효과적인 시험체는 CRM으로 제작된 시험체로 이는 표면부에 부착된 2중의 보강시트 및 무용재 프라이머가 콘크리트 조직의 치밀성 및 염소이온의 확산경로가 길어진 것으로 판단된다.
또한, 현장적용시험인 부착강도를 측정한 결과 시방 기준인 1.6이상이 나옴으로서 기준에 만족하는 것을 확인하였다.
이상과 같은 시험결과로서, 종래의 보수 및 보강공법 보다 CRM을 적용한 콘크리트 시험체의 내구성능이 향상되었는데 이는 에폭시계의 내산섬유보강 및 2중의 유리섬유계의 보강시트로 인한 적층효과로 판단된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부를 제거하고 고압세척후 방청제와 접착강화제를 도포하고 복구몰탈을 충진하고 내화학성 보호층을 적층하여 마감함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 용이하게 보강하는 동시에 보강구조의 내화학성 및 내구성을 향상시켜 콘크리트 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 방청제로서 에폭시와 아연 인산염의 혼합물로 이루어진 철근방청제를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 단면에 노출된 철근의 부식을 방지하는 동시에 철근에 대한 부착력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 접착강화제로서 아크릴 공중합체로 이루어진 구체 접착강화제를 도포함으로써, 구체 접착강화제와 구조물의 신율과 수축율이 근접하여 접착력을 향상시키며 콘크리트 구조물의 박리현상 및 박락현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 콘크리트 구조물의 단면에 프라이머, 1차 적층제, 보강 섬유 시트 및 2차 적층제로 이루어진 내화학성 보호층 또는 보강 섬유 시트 및 2차 적층제가 반복적으로 추가된 내화학성 보호층을 순차적으로 적층하여 마감함으로써, 콘크리트 구조물의 내화학성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 1차 적층제 및 2차 적층제로서, 섬유를 첨가한 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포함으로써, 콘크리트 구조물의 방수성, 내마모성 및 내약품성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 방청제 도포층 20: 접착강화제 도포층
30: 복구몰탈 40: 내화학성 보호층

Claims (9)

  1. 콘크리트 구조물의 단면에 형성된 손상부위를 보수하는 콘크리트 구조물의 단면 보수공법으로서,
    콘크리트 구조물의 단면에 형성된 열화부를 제거하는 단계(S10);
    상기 열화부가 제거된 콘크리트 구조물의 단면을 세척하는 단계(S20);
    상기 콘크리트 구조물의 단면에 방청제를 도포하는 단계(S30);
    상기 콘크리트 구조물의 단면에 접착강화제를 도포하는 단계(S40);
    상기 콘크리트 구조물의 단면에 복구몰탈을 충진하는 단계(S50); 및
    상기 콘크리트 구조물의 단면에 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계;를 포함하고,
    상기 방청제를 도포하는 단계(S30)는, 상기 콘크리트 구조물의 단면에 노출된 철근에 에폭시 수지와, 아연 오르토 인산염 복합체(Phosphate enhanced zinc ortho phosphate complex) 또는 포스포실리케이트 아연 인산염 복합체(Phosphosilicate zinc phosphate complex)로 이루어진 철근방청제를 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착강화제를 도포하는 단계(S40)는, 아크릴 공중합체로 이루어진 구체 접착강화제를 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계는,
    상기 콘크리트 구조물의 단면에 프라이머를 도포하는 단계(S60);
    상기 프라이머 도포부위에 1차 적층제를 도포하는 단계(S70);
    상기 1차 적층제의 도포부위에 보강 섬유 시트를 부착하는 단계(S80); 및
    상기 보강 섬유 시트 부착부위에 2차 적층제를 도포하여 마감하는 단계(S90);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내화학성 보호층을 적층하여 마감하는 단계는,
    상기 2차 적층제의 도포부위에 보강 섬유 시트를 추가로 부착하고, 상기 보강 섬유 시트 부착부위에 2차 적층제를 추가로 도포하여 마감하도록 반복하는 단계(S100);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 1차 적층제를 도포하는 단계(S70)와 상기 2차 적층제를 도포하여 마감하는 단계(S90)는, 에폭시 주제와 경화제의 배합비를 4:1∼5:1로 혼합한 내산 섬유보강 적층제를 도포하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  7. 제 1 항에 기재된 콘크리트 구조물의 보수공법에 의한 콘크리트 구조물의 단면 보수구조로서,
    콘크리트 구조물의 단면에 도포된 방청제 도포층(10);
    상기 방청제 도포층(10)의 상층에 도포된 접착강화제 도포층(20);
    상기 접착강화제가 도포된 콘크리트 구조물의 단면의 손상부위에 충진된 복구몰탈(30); 및
    상기 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면에 적층된 내화학성 보호층(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내화학성 보호층(40)은,
    상기 복구몰탈(30)이 충진된 콘크리트 구조물의 단면에 도포된 프라이머층;
    상기 프라이머층의 상층에 적층된 1차 적층제층;
    상기 1차 적층제층의 상층에 부착된 보강 섬유 시트; 및
    상기 보강 섬유 시트의 상층에 적층된 2차 적층제층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수구조.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내화학성 보호층(40)은,
    상기 2차 적층제층의 상층에 추가로 부착된 보강 섬유 시트; 및
    상기 보강 섬유 시트의 상층에 추가로 적층된 2차 적층제층;을 반복적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수구조.
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