KR101566965B1

KR101566965B1 - 제강 슬래그를 이용한 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법

Info

Publication number: KR101566965B1
Application number: KR1020150091984A
Authority: KR
Inventors: 하무환; 조미정
Original assignee: 주식회사 아이브릿지코퍼레이션; 주식회사 디앤시스
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-11-13

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 손상영역에 타설되는 보수용 모르타르 조성물로서, 포틀랜드 시멘트 10~50 중량부; 제강 슬래그 1~20 중량부; 무수석고 1~5 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 0.3~2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물을 제시함으로써, 하수 시설물, 해양 구조물 등의 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키고, 구조물의 수명을 연장시키며, 구조물의 단면 보수 시 시공성을 향상시키고, 친환경적이며, 구조물의 유지관리성을 향상시키고 그에 따른 비용을 절감할 수 있도록 한다.

Description

제강 슬래그를 이용한 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법{COMPOSITION COMPOUND FOR REPAIRING CONCRETE SRTRUCTURE AND COMPOSITION METHOD USING THE SAME THING}

본 발명은 토목 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 시멘트, 골재, 혼화재와 혼화제로 구성되어 있다.

따라서, 콘크리트는 다른 건설자재(철근 등)와 달리 재료의 구성성분이 다양하며, 서로 다른 이질의 물질들이 서로 합쳐져 이루어진 반제품이라 할 수 있다.

그러므로 콘크리트의 품질은 구성재료의 품질과 밀접한 관계가 있으며, 배합비, 타설방법, 양생법에 따라서 달라지게 된다.

품질이 좋은 콘크리트는 경제적이고, 반영구적이기 때문에 오래전부터 건설재료에 사용되고 있다.

그러나 품질이 낮은 콘크리트를 생산하거나, 외부로부터 열악한 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우에는 콘크리트가 급속하게 파손된다.

특히 하수처리장, 바닷가 등에 노출된 콘크리트 구조물은 황산이 시멘트 수화물과 반응하거나, 해수가 가지고 있는 염소이온이 콘크리트 내에 침투하면 철근에 있는 부동태피막이 없어지면서 부식을 일으키게 되고, 오염이 심한 대기에 노출된 콘크리트는 외부로부터 탄산가스가 침입하여 시멘트 수화물과 작용하여 콘크리트 표면을 탄산화로 유도하여 결국에는 철근의 부식의 원인이 된다.

그 이외에도 공장의 폐수 및 생활하수 등에 의하여 황산가스 및 박테리아 등이 콘크리트 내부에 침투하면서 철근부식을 촉진시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 열악한 환경에 노출된 콘크리트 구조물을 보수하고, 보수후에 오랜시간 동안 원래의 기능을 유지할 수 있는 내구성이 우수한 보수 모르타르 및 타설 장비가 현장에서 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 하수 시설물, 해양 구조물 등의 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키고, 구조물의 수명을 연장시키며, 구조물의 단면 보수 시 시공성을 향상시키고, 친환경적이며, 구조물의 유지관리성을 향상시키고 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 콘크리트 구조물의 손상영역에 타설되는 보수용 모르타르 조성물로서, 포틀랜드 시멘트 10~50 중량부; 제강 슬래그 1~20 중량부; 무수석고 1~5 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 0.3~2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물을 제시한다.

본 발명의 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법으로서, 콘크리트 구조물의 손상부 표면을 세척하는 세척단계; 상기 콘크리트 구조물 표면의 부착력을 확보하기 위해 치핑하는 치핑단계; 상기 콘크리트 구조물 표면에 상기 모르타르 조성물을 타설하기 위해 타설장치(600)를 설치하는 설치단계; 상기 타설장치(600)를 이용하여 상기 모르타르 조성물을 상기 콘크리트 구조물의 표면에 타설하는 타설단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 함께 제시한다.

상기 타설장치(600)는 압축공기를 제공하도록 형성된 공기 압축기(500); 상기 모르타르 조성물이 수용 및 혼합되도록 형성된 믹서기(400); 상기 믹서기(400)로부터 믹싱된 상기 모르타르 조성물이 이송되도록 형성된 압송펌프(300); 상기 공기 압축기(500) 및 상기 믹서기(400)를 제어하도록 형성된 제어패널(200); 상기 공기 압축기(500)로부터 제공된 압축공기와 상기 모르타르 조성물을 분사하도록 형성된 노즐부(100);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 노즐부(100)는 상기 모르타르 조성물이 분사되도록 형성됨과 아울러, 전방으로 갈수록 지름이 감소되는 원추형 구조의 헤드부(110); 상기 헤드부(110)의 후방에 결합된 본체(120); 상기 본체(120)의 후방에 결합되어, 상기 모르타르 조성물이 주입되도록 형성된 꼬리부(130); 상기 꼬리부(130)의 내측으로 압축공기를 공급하도록 형성된 압축공기 투입부(140);를 포함하며, 상기 모르타르 조성물이 이송되도록, 상기 노즐부(100)의 내부에 상기 노즐부(100)의 길이방향을 따라 모르타르 이송관(101);이 형성된 것이 바람직하다.

상기 본체(120)는 그 길이가 100~140mm인 것이 바람직하다.

상기 헤드부(110) 및 본체(120)는 상기 압축공기 투입부(140)를 통해 투입된 압축공기가 이송되도록, 상기 헤드부(110) 및 본체(120)의 횡단면에 형성됨과 아울러, 상기 헤드부(110) 및 본체(120)의 둘레를 따라 상호 간격을 두고 복수가 형성된 압축공기 이송관(102);을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 헤드부(110)에 형성된 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 갯수에 비하여, 상기 본체(120)에 형성된 본체 압축공기 이송관(102b)의 갯수가 더 많으며, 상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 상기 헤드부(110)의 둘레를 따라 4~5개 형성되고, 상기 본체 압축공기 이송관(102b)은 상기 본체(120)의 둘레를 따라 8~10개가 형성된 것이 바람직하다.

상기 본체 압축공기 이송관(102b)의 직경은 3.3~3.6mm인 것이 바람직하다.

압축공기가 상기 헤드부(110)의 중앙부로 집중되어 토출되도록, 상기 헤드부(110)의 전방을 향해 사선형 구조로 형성된 것이 바람직하다.

상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 상기 헤드부(110)의 후방에서 전방으로 갈수록 상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 직경이 각각 1.5~2.0mm에서 2.5~3.5mm로 증가하는 것이 바람직하다.

상기 믹서기(400)는 투입된 상기 모르타르 조성물과 배합수를 2~3분동안 믹싱하도록 형성됨과 아울러, 상기 공기 압축기(500)는 압축공기의 압력이 14~16bar가 되도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 타설단계 이후, 상기 콘크리트 구조물의 중성화 방지를 위하여 상기 모르타르 조성물을 타설한 외면에 탄산화 방지제를 도포하는 도포단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 탄산화 방지제는 포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬를 포함하는 결합재 30~60 중량부; 채움재 10~20 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 3~10 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 채움재는 탄산칼슘을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 혼화제는 유동화제 0.2~1.5 중량부; 소포제 0.1~0.5 중량부; 산화나트륨(Na2O) 1.7~8 중량부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 하수 시설물, 해양 구조물 등의 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키고, 구조물의 수명을 연장시키며, 구조물의 단면 보수 시 시공성을 향상시키고, 친환경적이며, 구조물의 유지관리성을 향상시키고 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시한다.

도 1 이하는 콘크리트 구조물의 보수공법의 실시예를 설명하기 위한 것으로서,
도 1은 타설장치의 측면도.
도 2는 노즐부의 측면도.
도 3은 노즐부 본체의 종단면도.
도 4는 노즐부 헤드부의 종단면도.
도 5는 종래의 타설장치의 측면도.
도 6은 종래의 노즐부 본체의 종단면도.
도 7은 노즐부 헤드부의 측단면도.
도 8은 타설상태를 도시한 구성도.
도 9는 믹서기의 구성도.
도 10은 탄산화 방지제를 도포한 상태의 이미지.

이하, 첨부표 및 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명은 콘크리트 구조물의 손상영역에 타설되는 보수용 모르타르 조성물로서, 포틀랜드 시멘트 10~50 중량부; 제강 슬래그 1~20 중량부; 무수석고 1~5 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 0.3~2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

표 1은 위의 성분 배합비를 나타낸 것이다.

위와 같은 성분 배합비로 형성된 보수용 모르타르 조성물은 황산, 염분 등과 접하는 하수 박스, 하수종말 처리장, 해양구조물과 같은 콘크리트 구조물을 보수하기 위해 사용된다.

구체적으로, 본 발명의 모르타르 조성물을 통해 얻을 수 있는 장점은 다음과 같다.

첫째, 열악한 환경에 노출된 콘크리트 구조물을 보수하기 위해 사용됨으로써, 구조물의 내구성을 향상시키고, 수명을 연장시킴과 아울러, 그에 따른 유지보수 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 제강 슬래그 미분말이 배합된 조성물을 사용함으로써, 친환경적이고 제조비용을 절감할 수 있을뿐 아니라, 모르타르의 조기강도 및 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 모르타르 조성물에 배합된 제강 슬래그는 제강공정인 전로와 전기로 등에서 발생하는 슬래그를 뜻하며, 철광석을 철로 만드는 공저 중에 발생하는 폐기물로서 속경성을 지니고 있고, 초기강도가 우수해서 조강 시멘트를 대체해서 사용할 수 있다.

이러한 제강슬래그를 결합재로 사용하기 위해서는 급속 냉각시켜 분쇄한 다음에 석고 등의 첨가제를 혼합한 미분말의 형태로 만들어서, 시멘트와 유사한 특성을 갖도록 한다.

그러나 제강슬래그는 고로슬래그에 비해 SiO₂의 함량이 낮고, Fe2O₃ 함량이 높은 편이며, 특히 Free-CaO을 함유하고 있어서 에이징이 필수적이다.

따라서 종래에 제강슬래그는 주로 성토재 및 도로노반재로 사용되었다.

그러나 본 발명에서는 제강슬래그를 기존의 서냉방법과 다르게 급속냉각해서 Free-CaO함량을 줄여서 안정적인 팽창을 유도함으로서, 시멘트 대체재로 사용이 가능하도록 하였으며, 특히 제강슬래그를 미분말해서 배합함으로써, 모르타르의 조기강도 및 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 모르타르 조성물의 성분 중, 포틀랜드 시멘트의 경우, 함유량을 10 중량부 미만으로 혼입하면 골재 사이에 결합력이 떨어져서 시멘트와 골재가 분리되는 골재분리 현상이 발생하고, 강도가 현저하게 떨어지는 현상이 생긴다.

반면, 포틀랜드 시멘트의 함유량을 50 중량부를 초과하여 투입할 경우, 자재의 가격 경쟁력이 떨어지고, 점성이 높아서 시공성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 제강슬래그 미분말 함유량을 1중량부 미만으로 혼입하면, 산성에 대한 저항력이 현저히 떨어져서 내구성이 저하되고, 20중량부보다 많이 투입하면 조기강도가 높지만 응결시간이 빨라져서 시공상에 어려움이 있다.

무수석고는 1~5 중량부를 포함하는데 이와 같이 무수석고의 혼합비를 한정한 이유는 1중량부 미만으로 투입되면 팽창력이 저하되어서, 건조수축으로 인한 수축량을 충분히 보상하지 못해서 균열발생 가능성이 높고, 5중량부를 초과하여 투입되면 팽창량이 증가해서 친환경 보수모르타르 내부에 인장응력이 크게 발생할 수 있다.

또한, 골재는 5호사를 사용할 수 있으며, 대기 기온변화에 따른 체적 변화를 억제하고, 친환경 보수모르타르의 균일성을 유지함으로서 강도 및 내구성을 향상시키는 역할을 한다.

혼화제는 유동화제, 지연제를 사용할 수 있다.

이때, 혼화제의 양은 0.3~2 중량부이며, 유동화제 0.2~1.5 중량부, 소포제 0.1~0.5 중량부로 구성되는 것이 바람직하다.

혼화제중에서 유동화제인 멜라민은 친환경 보수모르타르의 유동성을 확보하고, 시공성을 향상시키는 역할을 하고, 배합시에 물의 사용량을 줄여서 강도를 증진시키고, 내구성 향상시키는 역할을 한다.

유동화제의 양이 0.2 중량부 이하일 경우, 유동성 증진 효과가 거의 없고, 1.5 중량부보다 많아지면, 시멘트 입자의 분리현상이 일어나서, 강도가 급격히 떨어지는 현상이 발생한다.

소포제는 친환경 보수 모르타르의 기포 발생을 억제하기 위한 것으로 0.1 중량부~0.5 중량부 사이 범위에서 사용하는 것이 내구성 면에서 효과적이다.

본 발명은 위의 모르타르 조성물을 이용하여 콘크리트 구조물의 보수공법을 다음과 같이 제시한다.

먼저, 콘크리트 구조물의 손상부 표면을 세척하는 세척단계가 이루어진다.

콘크리트 구조물 표면의 부착력을 확보하기 위해 치핑하는 치핑단계가 이루어진다.

콘크리트 구조물 표면에 본 발명의 모르타르 조성물을 타설하기 위해 타설장치(600)를 설치한 후, 타설장치(600)를 이용하여 모르타르 조성물을 콘크리트 구조물의 표면에 타설하는 타설단계가 이루어진다.

본 발명의 보수공법에서 사용하는 타설장치(600)는 다음과 같은 특징이 있다.

즉, 종래의 타설장치와 비교하여 믹싱의 속도를 증가시키고, 분사장치의 내부형태를 변형시켜 모르타르의 타설 능력을 향상시켰으며, 노즐 내부의 홀의 크기와 갯수를 종래와 차별화하여 시공성을 향상시키고, 내구성 및 사용성을 증가시켰다는 장점이 있다.

보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 공법에 사용하는 타설장치(600)는 압축공기를 제공하도록 형성된 공기 압축기(500); 모르타르 조성물이 수용 및 혼합되도록 형성된 믹서기(400); 믹서기(400)로부터 믹싱된 모르타르 조성물이 이송되도록 형성된 압송펌프(300); 공기 압축기(500) 및 믹서기(400)를 제어하도록 형성된 제어패널(200); 공기 압축기(500)로부터 제공된 압축공기와 모르타르 조성물을 분사하도록 형성된 노즐부(100);를 포함하여 구성된다.

여기서, 노즐부(100)의 구조는 종래의 타설장치(20)의 노즐부(10)와 다른 구조로 형성된 것이 특징이다.

즉, 노즐부(100)는 모르타르 조성물이 분사되도록 형성됨과 아울러, 전방으로 갈수록 지름이 감소되는 원추형 구조의 헤드부(110)와, 헤드부(110)의 후방에 결합된 본체(120)와, 본체(120)의 후방에 결합되어, 모르타르 조성물이 주입되도록 형성된 꼬리부(130)와, 꼬리부(130)의 내측으로 압축공기를 공급하도록 형성된 압축공기 투입부(140);를 포함하여 구성된다.

또한, 모르타르 조성물이 이송되도록, 노즐부(100)의 내부에 노즐부(100)의 길이방향을 따라 모르타르 이송관(101)이 형성된다.

압축공기 투입부(140)의 상부에는 밸브가 설치되어 필요시에는 압축공기를 차단할 수 있는 기능을 보유하고 있으며, 꼬리부(130)는 펌프와 연결된 호스가 노즐과 연결될 수 있도록 앵커가 용접되어 있는 구조이다.

특히, 헤드부(110) 및 본체(120)에는 압축공기 투입부(140)를 통해 투입된 압축공기가 이송되도록, 헤드부(110) 및 본체(120)의 횡단면에 형성됨과 아울러, 헤드부(110) 및 본체(120)의 둘레를 따라 상호 간격을 두고 복수가 형성된 압축공기 이송관(102)이 형성된다.

즉, 압축공기 투입부(140)를 통해 꼬리부(130)로 투입된 압축공기는 본체(120)의 압축공기 이송관(102)을 통해서 흡입된 후, 헤드부(110)로 이동하며 상기 헤드부(110)에서 모르타르 조성물과 함께 콘크리트 구조물에 타설되는 구조이다(도 8).

여기서, 본 발명의 노즐부(100)와 종래의 노즐부(10)의 구조를 비교하면 다음과 같다.

첫째, 종래의 노즐부(10)의 본체 길이는 170mm 정도로 형성되지만, 본 발명의 노즐부(100)의 본체(120) 길이는 100~140mm로 더 짧게 형성된다는 특징이 있다(도 2,5).

둘째, 종래의 노즐부(10)에 형성된 압축공기 이송관(11)의 지름은 3mm 정도로 형성되지만, 본 발명에서 제시하는 압축공기 이송관(102b)의 직경은 3.3~3.6mm으로 확대된 구조라는 특징이 있다(도 3,6).

셋째, 종래의 압축공기 이송관(11)은 12개 이상이 형성된 것이 일반적이나, 본 발명의 압축공기 이송관(102)은 8~10개가 형성되어 그 형성갯수가 축소된 구조라는 특징이 있다(도 3,6).

위와 같은 차이점을 통해 얻을 수 있는 장점은 다음과 같다.

먼저, 노즐부(100)의 길이가 단축됨으로써, 모르타르가 펌핑될 시점에서의 압력의 누수를 최소화하고, 분사시에 모르타르가 콘크리트면에 빠르고, 골고루 퍼짐으로써 타설시간을 단축할 수 있고, 시공의 효율성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

종래의 타설장치(20)는 압축공기 투입량이 모르타르 압송량의 1/2~2/3이며, 압축공기의 투입압은 7~12bar 정도이다.

본 발명에서는 모르타르의 분사량을 극대화하도록 다음과 같은 구조를 포함한다.

도 3,4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노즐부(100) 구조에 있어서, 헤드부(110)에 형성된 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 갯수에 비하여, 본체(120)에 형성된 본체 압축공기 이송관(102b)의 갯수가 더 많게 형성된 것이 특징이다.

즉, 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 헤드부(110)의 둘레를 따라 4~5개 형성되고, 본체 압축공기 이송관(102b)은 본체(120)의 둘레를 따라 8~10개가 형성되어, 압축공기 이송관(102)이 본체(120)에서 헤드부(110)로 갈수록 갯수가 줄어드는 구조인 것이다.

또한, 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 압축공기가 헤드부(110)의 중앙부로 집중되어 토출되도록, 헤드부(110)의 전방을 향해 사선형 구조로 형성된 것이 특징이다.

더불어, 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 전방으로 갈수록 그 직경이 증가함과 아울러, 헤드부(110)의 후방에서 전방으로 갈수록 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 직경이 각각 1.5~2.0mm에서 2.5~3.5mm로 증가하도록 형성된다(도 7).

이를 통해, 모르타르와 압축공기가 서로 접촉하는 헤드부(110)의 후방에서는 접촉면적이 크고, 압축공기가 사선형 구조로 헤드부(110)를 통과하면서 압축공기와 모르타르가 보다 효율적으로 접촉할 수 있다.

또한, 헤드부(110)의 전방으로 갈수록 압축곡이 이송관(102a)의 직경이 증가함으로써 압축공기의 분사량이 극대화될 수 있다.

모르타르의 타설두께를 보다 증가시키기 위해서, 사선형 구조로 형성된 압축공기 이송관(102)의 일부는 내부방향으로 휘어지고, 나머지는 내부방향의 반대방향으로 휘어지도록 설치함으로써, 헤드부(110)의 중앙부에 집중되는 형상으로 제작하면 기존의 노즐에 비하여 타설두께를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 타설장치(100)를 사용하면 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 타설장치(10)에 비하여 타설 형태가 규칙적이고, 한곳으로 집중되도록 시공할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 타설장치(600) 중, 믹서기(400)는 종래의 믹서기와 유사한 구조이지만, 믹서기(400)에 부착된 모터의 RPM을 향상시켜 모르타르 조성물의 믹싱시간을 단축시킨 구조라는 차이점이 있다(도 9).

즉, 믹서기의 하부에 믹서모터(410)가 설치되어, 종래의 모터는 1분에 60~70RPM 사이에서 회전하도록 설계되어 있으나, 본 발명의 믹서모터(410)는 RPM을 100RPM까지 증가시켜 믹서기(400)에 투입된 모르타르 조성물과 배합수가 2~3분 내에 믹싱될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 종래의 공기 압축기는 압축공기의 압력이 7~13bar이지만, 본 발명의 공기 압축기(500)는 압축공기 압력이 14~16bar가 되도록 증가해서, 종래의 장치에 비해 모르타르 타설시간을 단축할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로, 본 발명에서 제시하는 보수공법은 모르타르 조성물을 타설하는 타설단계 이후, 콘크리트 구조물의 중성화 방지를 위하여 모르타르 조성물을 타설한 외면에 탄산화 방지제를 도포하는 도포단계가 더 이루어지는 것이 특징이다(도 10).

열화된 콘크리트 구조물을 보수할 경우, 보수 모르타르로 보수를 한 후에 탄산화 방지를 위해서 각종 코팅재를 이용하여 표면처리를 하는 것은 종래공법에서도 일반적으로 수행하는 단계이다.

하지만, 본 발명에서는 위의 표면처리를 하는 단계에서 탄산화 방지제를 사용하는 것이 종래와 다른 특징이다.

즉, 종래에 사용하는 코팅재는 주로 유기계를 많이 사용하지만, 본 발명에서사용하는 코팅재는 세라믹계의 무기계를 사용하여 탄산화로부터 콘크리트 내의 철근을 보호할 수 있는 코팅재이다.

이를 통해 보수작업 이후 외부로부터 이산화탄소가스의 침입을 방지하여 재열화를 방지하고, 미관성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이와 같은 탄산화 방지제는 포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬를 포함하는 결합재 30~60 중량부; 채움재 10~20 중량부; 골재 40~60 중량부; 혼화제 3~10 중량부;를 포함하여 구성된다.

표 2는 위의 성분 배합비를 나타낸 것이다.

여기서, 채움재는 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 위의 구성성분 중 결합재의 혼입비를 30~60 중량부의 범위로 한정한 이유는 결합재의 양이 증가하면 분체량이 증가해서 시공성이 저하되기 때문이다.

특히, 플라이애쉬 양이 증가할 경우, 포졸란 반응으로 초기강도가 저하되고, 초기 품질이 떨어진다.

또한, 채움재(탄산칼슘)의 혼입비를 10~20 중량부로 한정한 이유는 경제적인 측면을 고려해서 적절히 혼입하는 것이 탄산화 방지제의 경제성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

골재는 7호사를 사용할 수 있으며, 골재의 혼입비를 40~60 중량부로 한정함에 따라, 탄산화 방지제의 체적을 유지하고 품질을 균일화할 수 있다.

혼화제의 경우 유동화제, 지연제 및 Na2O를 사용할 수 있다.

이 때 혼화제의 양은 3~10 중량부이고, 유동화제 0.2~1.5 중량부, 소포제 0.1~0.5 중량부, Na2O 1.7~8 중량부로 구성된다.

혼화제 중에서 유동화제인 PC계로 탄산화방지재 유동성을 확보하고, 내구성을 향상시키는 역할을 한다.

소포제는 모르타르의 기포 발생을 억제하기 위한 것으로 0.1에서 0.5 중량부 범위내에서 사용하는 것이 내구성 면에서 효과적이다.

Na2O는 자극제로서 주로 플아이애쉬를 자극해서 조기강도를 증진시키는 역할을 하게 된다.

Na2O를 혼입하는 이유는 시멘트 수화작용시에 발생하는 백화현상을 최소화해서, 도포후에 발생하는 백색의 얼룩을 최소화하기 위한 것으로, 시멘트만 사용하는 배합보다 백화현상이 현저히 줄어든다.

플라이애쉬와 자극제의 주된 수화물은 C-A-S-H(여기서 C=CaO, A=Al2O3, S=SiO2, H=H2O)로서 주로 알루미네이트 생성물이다.

이것은 시멘트 수화물인 C-S-H보다 백화현상을 줄일 수 있는 장점이 있다(도 10).

도 10의 좌측 이미지는 기존 탄산화 방지재의 표면 상태로서 표면에 백화현상으로 얼룩이 많이 발생해서 표면 색깔이 균일하지 않은 것을 알 수 있다.

그러나 도 10의 우측 이미지와 같이, 본 발명에서 개발한 탄산화 방지재는 얼룩이 없고, 깨끗한 표면 상태를 보여주고 있다.

이하, 본 발명의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.

표 3은 본 발명의 모르타르 조성물의 성능을 검증하기 위한 실시예로서 제강슬래그 미분말 함량에 따른 응결시간 및 강도의 변화를 나타낸 것이다.

위의 실험을 위하여 물과 유동화제를 고정시키고, 제강 슬래그의 함량 변화에 따른 모르타르의 응결시간을 조사하였다.

시험결과, 제강슬래그가 혼합되지 않은 모르타르의 응결시간은 180분 정도인 반면, 제강슬래그를 함유한 모르타르는 제강슬래그 함량과 관계없이 10분 이내에서 종결되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 지연제를 첨가하지 않은 단면 복구제는 응결시간이 너무 짧아서 스프레이 장비를 이용한 단면 복구재의 타설이 불가능함으로 지연제의 사용이 불가피하다.

다음으로 지연제를 첨가한 배합으로써, 지연제의 함량은 0.1%에서 0.25%로 제강슬래그 미분말 함량이 증가할수록 지연제의 양이 증가하도록 배합하였으며, 이를 표 4에 나타냈다.

지연제는 리륨카보네이트를 사용하였으며, 응결시간은 초결이 90분내에서 이루어지고, 종결은 180분 이내에 종결하였다.

제강슬래그 미분말이 5% 내에 함유된 경우에는 일반 모르타르와 유사한 응결시간을 유지함으로서, 스프레이 장비를 사용해서 쉽게 타설할 수 있지만, 제강슬래그 미분말을 10%이상 함유하는 경우에는 응결시간이 단축됨으로 시공에 어려움이 있다.

따라서 제강슬래그를 10%이상 사용하는 경우에는 지연제의 사용이 필수적이다.

상기 표 4는 우수한 보수 모르타르를 개발하기 위한 실시예의 배합비를 나타낸 것이며, 하기 표 5는 배합비에 따른 물성치를 나타낸 것이다.

제강슬래그 미분말을 20% 함유한 배합의 경우, 지연제 함유량 0.2%에서 응결시간을 50분까지 늘릴 수 있다.

그러나, 제강슬래그 미분말을 20% 함유한 경우에는 지연제를 0.3%까지 사용하여도 응결시간이 13분 이상 지연되지 않았다.

따라서, 현장 시공성을 고려해서 친환경 보수 모르타르를 사용시에는 제강슬래그 미분말의 함유량을 20% 미만으로 제한하는 것이 현장에서 모르타르를 타설하고, 시공성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

특히, 모르타르는 응결시간이 상대적으로 보통 시멘트에 비해서 현저히 빠르므로, 믹싱 후에 즉시 타설하는 것이 시공성을 확보하는데 중요한 요소이다.

표 6과 표 7은 배합비 조정에 따른 강도 및 내구성 시험 결과를 나타낸 것이다.

시험결과에 의하면, 압축강도는 제강슬래그 미분말의 양이 증가할수록 강도가 줄어들고, 부착강도도 유사한 경향을 보이고 있다.

제강슬래그를 함유한 모르타르의 내산성 시험(H2SO4 용액 5%, 10%에 침지)에서도 제강슬래그 미분말이 증가할수록 H2SO4 용액 5%, 10%에 침지시킨 압축강도와 침지시키지 않은 압축강도차가 작아지므로, 제강슬래그의 함유량이 증가할수록 산에 대한 저항성이 높이진다.

그리고 산의 농도(H2SO4 용액 5%, 10%)에 따라서 압축강도가 달라지고, 농도가 높을수록 압축강도 저하속도가 늘어나는 것을 알 수 있다.

제강슬래그 미분말에서 발생하는 알루미나 겔은 pH가 4~10 사이 환경에서 보호층을 형성해서 외부로부터 침입하는 열화인자를 막는 역할을 하게 된다.

제강슬래그 미분말의 함유량이 증가할수록 알루미나겔의 양이 증가하므로 내화학성이 우수해진다.

따라서, 하수종말 처리장 등의 시설물은 산성도가 높으므로 제강슬래그 미분말의 양을 늘려서 배합비를 조정하고, 하수박스 등 산성도가 하수종말 처리장보다 낮은 경우에는 제강슬래그 미분말을 줄여서 배합비를 조정함으로서 경제적인 배합비 조정이 가능하다.

또한, 표 7의 결과에서 압축강도는 제강슬래그의 함유량이 20% 까지는 증가하지만, 20%가 증가하면 감소하는 경향을 보이고, 인장강도 및 부착강도도 유사한 반응을 보이고 있다.

내산성에 대한 저항성은 제강슬래그의 함유량이 높아질수록 저항성이 우수해지는 것을 알 수 있다.

내구성(물흡수계수와 염화물 이온침투 저항성) 면에서는 제강슬래그의 함유량과 관계없이 우수한 성능을 발휘하고 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명의 공법에 사용한 탄산화 방지제의 성능을 검증하기 위한 실험을 실시하였다.

표 8에 나타낸 바와 같은 배합비율에 따라 탄산화 방지제를 제조하였으며, 그 결과는 표 9에 나타냈다.

시료의 배합은 KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합 방법)에서 규정하는 실내용 모르타르 믹서기를 이용하여 혼합을 실시하였으며, 혼합수의 결정은 KS L 5102(수경성 시멘트의 주도시험 방법)에 의하여 실시하였다.

표 8에서 탄산화 방지제는 결합재(포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬) 30~60 중량부, 채움재(탄산칼슘) 10~20 중량부, 골재 40~60 중량부, 혼화제(유동화제, 소포제, 자극제) 3~10 중량부의 비율로 혼합되도록 하는 것이 바람직하다.

표 9에 나타낸 바와 같이, 결합재의 양이 증가하면 압축강도가 함께 증가하는 것을 확인할 수 있다.

특히, 휨강도와 부착강도는 압축강도와 밀접한 관계가 있는 것을 알 수 있다.

또한, 탄산화 저항성 시험에서는 모든 배합비 0.2~0.4 사이로 기준(0.5 이하)을 만족하는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 본 발명에서 제시하는 공법에 의해 모르타르를 타설할 경우, 타설두께를 검증하기 위한 실험을 실시하였다.

표 10은 기존 장비와 본 발명에서 제시하는 타설장치로 타설된 1회 타설두께를 표시한 것이다.

일반적으로 1회 타설두께는 모르타르의 플로치에 따라서 달라지지만 약 30~50mm을 유지하고, 본 발명에서 개발한 변형된 노즐을 사용하면 일회 타설두께를 약 20mm 정도 더 높일 수 있는 것으로 나타났다.

다음으로, 모르타르를 타설하기 이전에 믹싱단계에서 일반적인 믹싱시간이 약 5분정도 소요되지만, 본 발명에서 제시하는 믹서기를 사용하면 3분까지 줄일 수 있는 것을 실험을 통해서 규명하였다.

표 11은 타설장치에 있어서, 믹서기의 믹싱속도와 믹싱시간에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 것이다.

표 11에 나타낸 바와 같이, 믹싱속도가 낮으면 믹싱시간을 연장해서 충분히 모르타르가 믹싱될 수 있게 하는 것이 필요하고, 믹식속도가 빠르면 믹싱시간이 짧아도 믹싱이 충분히 이루어지는 것이 중요하다.

표 12는 본 발명의 타설장치를 이용해서 모르타르를 콘크리트 벽체에 타설하고, 타설한 이후 28일 후에 부착강도 시험을 실시한 결과를 나타낸 것이다.

표 12에 나타낸 바와 같이, 종래의 장비와 비교하여, 본 발명의 타설장치를 이용하면 모르타르의 부착강도를 향사시킬 수 있다는 것을 확인하였다.

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.

100 : 노즐부 101 : 모르타르 이송관
102 : 압축공기 이송관 110 : 헤드부
120 : 본체 130 : 꼬리부
140 : 압축공기 투입부 200 : 제어패널
300 : 압송펌프 400 : 믹서기
500 : 공기 압축기 600 : 타설장치

Claims

콘크리트 구조물의 손상영역에 타설되는 보수용 모르타르 조성물로서,
포틀랜드 시멘트 10~50 중량부;
급속냉각으로 Free-CaO의 함량을 줄인 제강 슬래그 1~20 중량부;
무수석고 1~5 중량부;
골재 40~60 중량부;
혼화제 0.3~2 중량부;를
포함하는 콘크리트 구조물의 보수용 모르타르 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법으로서.
콘크리트 구조물의 손상부 표면을 세척하는 세척단계;
상기 콘크리트 구조물 표면의 부착력을 확보하기 위해 치핑하는 치핑단계;
상기 콘크리트 구조물 표면에 상기 모르타르 조성물을 타설하기 위해 압축공기를 제공하도록 형성된 공기 압축기(500),
상기 모르타르 조성물이 수용 및 혼합되도록 형성된 믹서기(400),
상기 믹서기(400)로부터 믹싱된 상기 모르타르 조성물이 이송되도록 형성된 압송펌프(300),
상기 공기 압축기(500) 및 상기 믹서기(400)를 제어하도록 형성된 제어패널(200), 및
상기 공기 압축기(500)로부터 제공된 압축공기와 상기 모르타르 조성물을 분사하도록 형성된 노즐부(100),를 포함하는 타설장치(600)를 설치하는 설치단계;
상기 타설장치(600)를 이용하여 상기 모르타르 조성물을 상기 콘크리트 구조물의 표면에 타설하는 타설단계;를 포함하고,
상기 노즐부(100)는 상기 모르타르 조성물이 분사되도록 형성됨과 아울러, 전방으로 갈수록 지름이 감소되는 원추형 구조의 헤드부(110);
상기 헤드부(110)의 후방에 결합되어 100~140mm의 길이로 형성된 본체(120);
상기 본체(120)의 후방에 결합되어, 상기 모르타르 조성물이 주입되도록 형성된 꼬리부(130);
상기 꼬리부(130)의 내측으로 압축공기를 공급하도록 형성된 압축공기 투입부(140);를 포함하며,
상기 모르타르 조성물이 이송되도록, 상기 노즐부(100)의 내부에 상기 노즐부(100)의 길이방향을 따라 모르타르 이송관(101);이 형성되고,
상기 헤드부(110) 및 본체(120)는 상기 압축공기 투입부(140)를 통해 투입된 압축공기가 이송되도록, 상기 헤드부(110) 및 본체(120)의 횡단면에 형성됨과 아울러, 상기 헤드부(110) 및 본체(120)의 둘레를 따라 상호 간격을 두고 복수가 형성된 압축공기 이송관(102);을 포함하고,
상기 헤드부(110)에 형성된 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 갯수에 비하여, 상기 본체(120)에 3.3~3.6mm의 직경으로 형성된 본체 압축공기 이송관(102b)의 갯수가 더 많으며,
상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 상기 헤드부(110)의 둘레를 따라 4~5개 형성되고,
상기 본체 압축공기 이송관(102b)은 상기 본체(120)의 둘레를 따라 8~10개가 형성되며,
상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 압축공기가 상기 헤드부(110)의 중앙부로 집중되어 토출되도록, 상기 헤드부(110)의 전방을 향해 사선형 구조로 형성되고,
상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)은 상기 헤드부(110)의 후방에서 전방으로 갈수록 상기 헤드부 압축공기 이송관(102a)의 직경이 각각 1.5~2.0mm에서 2.5~3.5mm로 증가함과 아울러 일부는 내부방향으로 휘어지고, 나머지는 내부방향의 반대방향으로 휘어지도록 설치하고,
상기 믹서기(400)는 투입된 상기 모르타르 조성물과 배합수를 2~3분동안 믹싱하도록 형성됨과 아울러,
상기 공기 압축기(500)는 압축공기의 압력이 14~16bar가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
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제 1항에 있어서,
상기 타설단계 이후,
상기 콘크리트 구조물의 중성화 방지를 위하여 상기 모르타르 조성물을 타설한 외면에 탄산화 방지제를 도포하는 도포단계;를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
제 12항에 있어서,
상기 탄산화 방지제는
포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬를 포함하는 결합재 30~60 중량부;
채움재 10~20 중량부;
골재 40~60 중량부;
혼화제 3~10 중량부;를
포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
제 13항에 있어서,
상기 채움재는
탄산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
제 13항에 있어서,
상기 혼화제는
유동화제 0.2~1.5 중량부;
소포제 0.1~0.5 중량부;
산화나트륨(Na2O) 1.7~8 중량부;를
포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.