KR101582622B1 - 프리스트레스트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
프리스트레스트 콘크리트(Pre Stressed Concrete: PSC) 교량의 쉬스관(Sheath Tube) 내에 주입하는 무수축 그라우트(Non-Shrinkage Grout)로서, 수축보상을 갖는 팽창재와 방청 기능을 갖는 방청재를 사용하고, 결합재로 고로슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용함으로써 재령 초기부터 블리딩뿐만 아니라 수축과 팽창이 거의 발생하지 않아 긴장재와 부착성이 매우 좋고, 쉬스관 내에 그라우트를 완전히 충전할 수 있으며, 또한, 쉬스관 내에 무수축 그라우트가 미충전된 부분이 있더라도 방청 기능을 가지고 있기 때문에 PSC 교량에서 긴장재의 부식을 방지하여 내구성을 크게 향상시킬 수 있는, 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트가 제공된다.
Description
본 발명은 무수축 그라우트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 포스트텐션(Post-Tension) 방식의 프리스트레스트 콘크리트(Pre-Stressed Concrete: PSC) 교량의 쉬스관(Sheath Tube) 내부를 충진하여 긴장재(Tendon)의 부식을 방지할 수 있는 PSC 교량용 무수축 그라우트에 관한 것이다.
최근 고속도로, 국도 및 지방도로에 PS(Pre Stressed) 강재(강연선 또는 강봉)를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 교량이 활발하게 시공 중에 있다. 이러한 PSC 교량은 프리스트레스의 도입 시기에 따라 프리텐션(Pre-Tension) 공법 및 포스트텐션(Post-Tension) 공법으로 구분되며, 여기서, 프리스트레스는 콘크리트의 취약적 결점을 보완하기 위해 인장응력이 생기는 부분에 미리 압축력을 주어 인장응력을 증가시키는 힘을 말한다.
구체적으로, 프리텐션(Pre-Tension) 공법은, PS 강재를 긴장한 상태에서 콘크리트의 타설 경화에 의해 프리스트레스가 도입되는 방식에 의해 해당 구조물에 압축력을 제공하는 공법을 말하며, 또한, 포스트텐션(Post-Tension) 공법은 교량이 설계된 긴장재(Tendon)의 선형에 따라 쉬스관(Sheath Tube)을 매립한 후, 상부공 콘크리트를 타설 경화하고, 이후 쉬스관에 PS 강재를 삽입하여 유압잭으로 프리스트레스를 도입하는 공법으로서, 특히, PS 강재의 긴장 후 쉬스관 내의 빈 공간을 그라우트로 충진하여 교량을 완성시키는 공법을 말한다.
전술한 두 가지 프리스트레스 도입 방법 중에서 프리텐션 공법은 인장 PS 강재(강연선 또는 강봉)와 콘크리트가 공극 없이 밀착된 상태이지만, 포스트텐션 공법은 콘크리트를 타설한 다음에 인장 PS 강재(강연선 또는 강봉)를 삽입하고, 이후 그라우팅을 실시하므로, 시간의 경과에 따라 인장 PS 강재(강연선 또는 강봉)를 보호해야 할 쉬스관 내의 그라우팅 상태가 불량해질 수 있다.
따라서 현재 프리스트레스트 콘크리트 교량의 건설은 거의 대부분 포스트텐션(Post-Tension) 공법으로 시공되기 때문에 충분한 그라우팅이 이루어져야만 쉬스관 내의 PS 강재(강연선 또는 강봉)를 보호할 뿐만 아니라 그 성능을 발휘할 수 있다.
한편, 무수축 그라우트(Non-Shrink Grout)는 콘크리트 균열 보수, 기계기초 설치대, 레일 고착, 앵커볼트 매립, 교량의 신축이음 채움재 등에 광범위하게 사용되고 있는 충전 결합 보수재의 총칭으로서, 이러한 무수축 그라우트가 그 역할과 기능을 충분히 발휘하기 위해서 무수축 그라우트는 다음과 같은 기본 특성을 구비해야 한다. 즉, 무수축 그라우트는, 첫째, 유동성이 좋고 충전성이 우수할 것, 둘째, 블리딩을 발생시키지 않고, 침하를 발생시키지 않을 것, 셋째, 고강도를 발휘할 것, 넷째, 내구성이 우수할 것 등이 요구된다.
이러한 무수축 그라우트는 토목, 건축, 기계분야 등의 중요 구조물을 지지하거나 충전하기 위한 목적으로 사용되는 건설재료로서, 주로 시멘트계 무수축 그라우트를 의미한다.
이러한 시멘트계 무수축 그라우트는 기계 기초 밑의 들뜸 부위의 채움재, 앵커볼트 고정용 채움재, 지반 주입재, 포스트텐션 주입재 등에 사용되고 있으며, 최근에는 해상 풍력타워와 기초의 연결부위용, 및 케이블 교량에서 케이블 지지 새들 충전용 등으로도 사용되고 있다. 이러한 시멘트계 무수축 그라우트는 요구 목적상 협소한 공간에 치밀하게 충전될 수 있도록 우수한 유동성과 적절한 점성을 확보하여야 한다.
이러한 시멘트계 무수축 그라우트의 경우, 대상 구조물들이 반복 하중을 받는 특성이 있기 때문에 기존의 그라우트와 같이 충전성, 무수축 특성뿐만 아니라 고유동성, 고강도, 고인성 및 고내구성을 갖는 그라우트 적용이 필요하다.
도 1은 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1a는 포스트텐션 교량의 수직단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 각각 도 1a의 A-A 라인을 절개선으로 하는 PSC 거더교 및 PSC Beam 교의 단면도이며, 도 1d는 도 1a의 B-B 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량(10) 내에는 쉬스관(20)이 삽입되어 있는데, 예를 들면, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, PSC 거더교(10a) 및 PSC Beam 교(10b) 내에는 다수의 쉬스관(20)이 삽입되어 있다. 또한, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 쉬스관(20) 내에는 PS 강재(강연선 또는 강봉)(30)가 삽입되고, PC(Post-tensioned Concrete) 그라우트(40)로 충진하게 된다.
여기서, PC(Post-tensioned Concrete) 그라우팅(Grouting)이란 쉬스관 또는 덕트(duct)에 삽입된 강연선을 긴장한 후, 이를 염화물과 같은 외부의 유해한 물질로부터 보호하기 위하여 시멘트계 재료를 사용하여 쉬스관 또는 덕트를 밀실하게 채우는 작업을 말한다.
특히, 포스트텐션(PC) 구조물, 예를 들면, PC 교량(10)은 인위적으로 압축력을 재하하여 균열을 효율적으로 제어하기 때문에 RC(reinforce concrete) 구조물에 비하여 높은 내구성능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 하지만, 최근 해외에서는 PC 구조물의 부식피해 사례를 통해 PC 구조물(10)의 사용수명이 강연선(30)의 부식 방지와 직접적인 연관이 있다는 것이 인지되었다. 이에 따라 PC 구조물(10)의 내구성을 확보하기 위하여 설계, 재료, 상세 및 시공방법에 많은 개선이 수행되고 있으며, 특히, PS 강재(강연선 또는 강봉)(30)를 보호하는 마지막 수단인 그라우트(40)는 PS 강재(강연선 또는 강봉)(30)의 부식을 방지할 수 있는 가장 효율적인 공정으로 인식되어 그 중요성이 강조되고 있다. 이것은 그라우트(40) 공극의 발생을 방지하여 쉬스관(20)을 완전 충전한다면 PS 강재(강연선 또는 강봉)(30)를 외부 유해물질로부터 분리시킬 수 있어 부식이 발생하지 않기 때문이다.
예를 들면, 최근 해외의 경우, 프리스트레스트 콘크리트 교량 붕괴사고의 가장 중요한 원인이 교량에서 PS 강재의 부식으로 규명된 사례가 다수 조사되어, 이에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 또한, 국내의 경우, 교량 준공이 30~40년이 경과된 프리스트레스트 교량의 상태는 균열, 백태, 철근노출 등 외형적인 보수보강이 지속적으로 이루어지고 있으며, PSC 거더교 또는 PSC Beam교는 준공 년한이 그 이상 경과되어 설계하중의 증가, 교량의 노후화에 따라 교량 내부의 인장 PS 강재 상태를 조사하지 못한 상태에서 교량의 외형적인 보강 방법에만 의존하고 있다.
한편, RC(Reinforce Concrete) 구조물의 부식(Corrosion)은 콘크리트 속 철근이 침투한 염화물 등과 반응하여 발생하는 산화(Oxidation) 현상을 의미한다. 이러한 RC 구조물 경우, 부식에 의해 구조적 결함이 생기기 전에 RC 구조물에서는 녹물발생, 박리현상 등의 사용성 문제가 발생하며 대부분 구조물의 안전성에 직접적인 영향을 미치지 않는다. 하지만, 상기 PC 구조물(10)의 부식은 수소원자가 철근분자에 침투하여 발생하는 응력부식(Stress Corrosion)의 형태인 수소취화(Hydrogen Embrittlement) 현상을 말한다. 이러한 현상은 주로 고강도 강재에서 발생하며, 이러한 피해가 누적될 경우 부식현상과 같은 녹물(rust)이나 균열과 같은 시각적 경고 없이 취성이 파괴되는 특징이 있다. 따라서 상기 PC 구조물(10)에서 부식이 진행될 경우, 손상에 대한 평가가 어려우나 손상이 누적될 경우, 구조물의 안전성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.
한편, 현재 사용되고 있는 그라우트(또는 그라우트재)는 금속알루미늄 분말(Powder)을 사용한 팽창재를 결합재인 시멘트량의 1% 정도를 첨가한 분말형 혼화재가 사용되고 있다.
이러한 분말형 혼화재를 이용한 종래의 기술에 따른 그라우트는 실제로 양생 전후의 시공 과정에서 재료분리 현상이 발생하여 설계 당시에 예측하지 못했던 많은 양의 블리딩수의 발생이 있고, 또한, 그라우트 주입 시에 유동성이 감소하여 작업 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
구체적으로, 종래의 기술에 따른 분말형 혼화재를 이용한 그라우트는 PS 강재(강연선 또는 강봉)를 그라우트로 완전하게 충진시키기 위한 그라우팅 작업 본연의 시공 목적이 달성되지 못할 가능성이 높아진다. 또한, 이러한 시공 전후로 분말형 혼화재 자체 또는 그라우트 등의 분진 및 폐기물 등이 발생하여 2차적인 환경오염의 원인이 되기도 한다.
전술한 바와 같이, 포스트텐션 방식의 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량을 시공할 때, 쉬스관에 있는 긴장재(Tendon)의 부식 방지와 긴장재와 콘크리트 구조물의 일체성을 확보하기 위해 그라우트를 주입한다. 이런 기능을 달성하기 위해서 쉬스관 내에 그라우트를 완전히 충전하는 것이 무엇보다 중요하며, 만일 그라우트 충전 불량에 의해 PSC 교량의 붕괴 및 내구성 저하 현상이 발생하는 사례가 보고되고 있다.
이러한 그라우트의 품질 및 시공 정도에 따라 PSC 교량의 내구성에 많은 영향을 줄 수 있고, 이때 그라우트의 요구 성능은 쉬스관 내의 충전성, 콘크리트 구조물과 긴장재 일체시키는 부착강도 및 긴장재의 내부식성으로 구별될 수 있다.
종래의 기술에 따른 PSC 교량용 그라우트는 주로 알루미늄 분말이 포함된 팽창재를 시멘트의 일정 비율로 혼합하여 사용하고 있지만, 이러한 알루미늄 분말을 사용한 그라우트는 가스를 발생시킴으로써 다량의 기포를 발생시키고, 이에 따라 블리딩의 발생량이 많고, 특히, 큰 기포가 발생하여 경화된 후에 공극으로 남아서 이러한 공극을 통해 물, 염분 등이 침투함으로써, 긴장재인 PS 강재(강연선 또는 강봉)가 녹이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 PSC 교량용 그라우트를 제조하여 긴장재에 주입한 초기에는 가스 발생으로 팽창성을 갖지만, 가스가 서서히 없어지면서 그 만큼 그라우트가 수축되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 PSC 교량용 그라우트는 품질의 균질성이 낮아 현장에서 품질관리가 어렵다는 문제점이 있다.
그리고 종래의 PSC 교량용 그라우트는 쉬스관 내의 충전성, 부재 콘크리트와 긴장재를 일체시키는 부착강도만을 고려하여 긴장재의 내부식성을 고려하지 않기 때문에, 현장에서 그라우트를 PSC 교량의 쉬스관 내에 충전할 경우에는 완벽히 충전되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 염분, 물 등이 침입하여 긴장재의 부식을 발생시킬 우려가 있다.
또한, 그라우트를 제조하여 긴장재에 주입한 초기에는 가스 발생으로 팽창성을 갖지만 가스가 서서히 없어지면서 그 만큼 그라우트가 수축되는 문제점이 있다. 그리고 품질의 균질성이 낮아 현장에서 품질관리가 어려운 문제점을 갖고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수축보상을 갖는 팽창재와 방청 기능을 갖는 방청재를 사용하고, 결합재로 고로슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용함으로써 재령 초기부터 블리딩뿐만 아니라 수축과 팽창이 거의 발생하지 않아 긴장재와 부착성이 매우 좋고, 쉬스관 내에 그라우트를 완전히 충전할 수 있는, 프리스트레스트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 쉬스관 내에 무수축 그라우트가 미충전된 부분이 있더라도 방청 기능을 가지고 있기 때문에 PSC 교량에서 긴장재의 부식을 방지할 수 있는, 프리스트레스트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트는, 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량의 쉬스관 내에 주입하는 무수축 그라우트에 있어서, 100 중량부의 시멘트를 포함하는 결합재; 상기 결합재에 혼합되고, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재; 상기 결합재에 혼합되고, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재; 및 상기 석회계 팽창재 및 분말 방청재가 혼합된 결합재와 배합되어 시멘트 페이스트를 형성하는 물을 포함하고, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 40~55 중량부의 배합수를 포함하되, 상기 석회계 팽창재는 상기 결합재의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재는 상기 쉬스관 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관 내의 긴장재의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 석회계 팽창재는 상기 물과 반응하여 수산화칼슘(
)을 생성하고, 상기 생성된 수산화칼슘은 용적이 2배 팽창하여 상기 결합재의 수축을 보상하여 무수축을 유도하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 분말 방청재는 아질산염을 주성분으로 하는 아질산염 분말 방청재로서, 상기 쉬스관의 긴장재 표면에서 아질산이온(
)과 제일철이온(
)이 산화제이철(
)을 생성하는 반응에 의해 애노드(+)로부터 제일철이온(
)의 이동을 방해함으로써 상기 긴장재 표면에 산화제이철(
)의 부동태 피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 아질산염 분말 방청재는 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 상기 결합재에 혼합되는 1~5 중량부의 아질산나트륨 또는 아질산칼슘일 수 있다.
여기서, 상기 결합재는 상기 시멘트 전부를 사용하거나 또는 상기 시멘트에 7~25 중량부의 고로슬래그 미분말을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배합수는 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 35~45 중량부의 물이 현장에서 상기 결합재에 혼합되고, 유동성에 따라 조절 가능한 5~10 중량부의 고성능 감수제를 상기 물에 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법은, 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량의 쉬스관 내에 주입하는 무수축 그라우트의 제조 방법에 있어서, a) 100 중량부의 시멘트를 포함하는 결합재를 형성하는 단계; b) 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재 및 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재를 상기 결합재에 각각 혼합하는 단계: c) 상기 석회계 팽창재 및 분말 방청재가 혼합된 결합재와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하는 물을 포함하고, 상기 100 중량부의 시멘트를 기준으로 40~55 중량부의 배합수를 형성하는 단계; d) 상기 석회계 팽창재 및 분말 방청재가 혼합된 결합재와 상기 배합수를 배합하여 시멘트 페이스트를 형성하는 단계; e) 상기 시멘트 페이스트의 양생을 실시하여 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트를 완성하는 단계를 포함하되, 상기 석회계 팽창재는 상기 결합재의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재는 상기 쉬스관 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관 내의 긴장재의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수축보상을 갖는 팽창재와 방청 기능을 갖는 방청재를 사용하고, 결합재로 고로슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용함으로써 재령 초기부터 블리딩뿐만 아니라 수축과 팽창이 거의 발생하지 않아 긴장재와 부착성이 매우 좋고, 쉬스관 내에 그라우트를 완전히 충전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 쉬스관 내에 무수축 그라우트가 미충전된 부분이 있더라도 방청 기능을 가지고 있기 때문에 PSC 교량에서 긴장재의 부식을 방지할 수 있고, 이에 따라 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관 내의 그라우팅 미충진을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관 내부 결함을 예시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 조성을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법의 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트를 사용하여 시공된 PSC 교량을 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관 내의 그라우팅 미충진을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 포스트텐션 교량의 쉬스관 내부 결함을 예시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 조성을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법의 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트를 사용하여 시공된 PSC 교량을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[프리스트레스트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 조성을 예시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)는, 프리스트레스트 콘크리트(Pre Stressed Concrete: PSC) 교량의 쉬스관(Sheath Tube) 내에 주입하는 무수축 그라우트(Non-Shrinkage Grout)로서, 결합재(Binder: 110), 석회계 팽창재(120), 분말 방청재(130) 및 배합수(140)를 포함한다.
결합재(110)는 100 중량부의 시멘트(111)를 포함하며, 이때, 상기 결합재(110)는 상기 시멘트(111) 전부를 사용하거나 또는 상기 시멘트(111)에 7~25 중량부의 고로슬래그 미분말(112)을 혼합하여 사용할 수 있다.
석회계 팽창재(120)는 상기 결합재(110)에 혼합되고, 이때, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재(120)가 상기 결합재(110)에 혼합되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 석회계 팽창재(120)는 상기 물(141)과 반응하여 수산화칼슘(
)을 생성하고, 상기 생성된 수산화칼슘은 용적이 2배 팽창하여 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도할 수 있다.
분말 방청재(130)는 상기 결합재(110)에 혼합되고, 이때, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재(130)가 상기 결합재(110)에 혼합되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 분말 방청재(130)는 아질산염을 주성분으로 하는 아질산염 분말 방청재로서, 상기 쉬스관의 긴장재 표면에서 아질산이온(
)과 제일철이온(
)이 산화제이철(
)을 생성하는 반응에 의해 애노드(+)로부터 제일철이온(
)의 이동을 방해함으로써 상기 긴장재 표면에 산화제이철(
)의 부동태 피막을 형성한다. 이러한 반응은 다음의 수학식 1과 같다.
이때, 상기 아질산염 분말 방청재(130)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 결합재(110)에 혼합되는 1~5 중량부의 아질산나트륨 또는 아질산칼슘일 수 있다. 즉, 상기 아질산염 방청재(130)를 5 중량부 이상 사용할 경우, 방청 효과는 뛰어나지만, 작업성에 영향을 줄뿐만 아니라 경제성이 떨어진다는 문제점이 있다.
배합수(140)는 상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하는 물(141)을 포함하고, 이때, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 40~55 중량부의 배합수(140)가 상기 결합재(110)에 혼합되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배합수(140)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 35~45 중량부의 물(141)이 현장에서 상기 결합재(110)에 혼합되고, 유동성에 따라 조절 가능한 5~10 중량부의 고성능 감수제(142)를 상기 물(141)에 혼합하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 석회계 팽창재(120)는 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재(130)는 상기 쉬스관(210) 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관(210) 내의 긴장재의 부식을 방지한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트는, 상기 시멘트(111), 고로슬래그 미분말(112), 석회계(CaO) 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)로 방청 기능을 갖는 무수축 그라우트가 구성됨으로써, 가스를 발생시키는 알루미늄 분말을 사용하지 않고 상기 석회계(CaO) 팽창재(120)를 사용하여 수축을 보상하고, 아질산염을 주성분으로 하는 분말 방청재(130)를 사용하여 방청 기능을 부여할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트에 따르면, 수축보상을 갖는 팽창재와 방청 기능을 갖는 방청재를 사용하고, 결합재로 고로슬래그를 시멘트와 혼합하여 사용함으로써 재령 초기부터 블리딩뿐만 아니라 수축과 팽창이 거의 발생하지 않아 긴장재와 부착성이 매우 좋고, 쉬스관 내에 그라우트를 완전히 충전할 수 있다. 또한, 쉬스관 내에 무수축 그라우트가 미충전된 부분이 있더라도 방청 기능을 가지고 있기 때문에 PSC 교량에서 긴장재의 부식을 방지할 수 있고, 이에 따라 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
[PSC 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트의 제조 방법]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법의 동작흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법은, 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량의 쉬스관 내에 주입하는 무수축 그라우트의 제조 방법으로서, 100 중량부의 시멘트(111)를 포함하는 결합재(110)를 형성한다(S110). 여기서, 상기 결합재(110)는 상기 시멘트(111) 전부를 사용하거나 또는 상기 시멘트(111)에 7~25 중량부의 고로슬래그 미분말(112)을 혼합하여 사용한다.
다음으로, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재(120) 및 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재(130)를 상기 결합재(110)에 각각 혼합한다(S120). 여기서, 상기 석회계 팽창재(120)는 상기 물(141)과 반응하여 수산화칼슘(
)을 생성하고, 상기 생성된 수산화칼슘은 용적이 2배 팽창하여 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도한다.
또한, 상기 b) 단계의 분말 방청재(130)는 아질산염을 주성분으로 하는 아질산염 분말 방청재로서, 상기 쉬스관의 긴장재 표면에서 아질산이온(
)과 제일철이온(
)이 산화제이철(
)을 생성하는 반응에 의해 애노드(+)로부터 제일철이온(
)의 이동을 방해함으로써 상기 긴장재 표면에 산화제이철(
)의 부동태 피막을 형성한다. 이때, 상기 아질산염 분말 방청재(130)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 결합재(110)에 혼합되는 1~5 중량부의 아질산나트륨 또는 아질산칼슘일 수 있다.
다음으로, 상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하는 물(141)을 포함하고, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 40~55 중량부의 배합수(140)를 형성한다(S130).
다음으로, 상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재와 상기 배합수(140)를 배합하여 시멘트 페이스트를 형성한다(S140). 여기서, 상기 배합수(140)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 35~45 중량부의 물(141)이 현장에서 상기 결합재(110)에 혼합되고, 유동성에 따라 조절 가능한 5~10 중량부의 고성능 감수제(142)를 상기 물(141)에 혼합하여 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 시멘트 페이스트의 양생을 실시하여 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 완성한다(S150).
이에 따라, 상기 석회계 팽창재(120)는 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재(130)는 상기 쉬스관(210) 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관(210) 내의 긴장재의 부식을 방지할 수 있다.
[무수축 그라우트(100)를 사용하여 시공된 PSC 교량(200)]
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트를 사용하여 시공된 PSC 교량을 예시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량(200)은, 전술한 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 쉬스관(210) 내에 주입하여 시공된 프리스트레스트 콘크리트 교량으로서, 도 7의 a)는 본 발명의 실시예에 따른 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)가 적용되는 PSC 거더교(200a)를 나타내고, 도 7의 b)는 PSC BEAM 교(200b)를 나타내며, 도 7의 c)는 PSC 거더교(200a) 또는 PSC BEAM 교(200b)의 쉬스관(210) 내부 충진을 위한 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 개략적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 7의 d)는 쉬스관(210) 내에 삽입된 긴장재(220)에 부동태 피막이 형성된 것을 예시하는 도면이다.
도 7의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, PSC 거더교(200a) 및 PSC BEAM교(200b)에는 각각 다수의 쉬스관(210)이 삽입되고, 상기 쉬스관(210) 내에 인장 PS 강재(강연선 또는 강봉)를 삽입한 후, 도 7의 c)에 도시된 바와 같이 주입펌프(300)를 사용하여 상기 쉬스관(210) 내에 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)로 충진하는 그라우팅을 실시하게 된다.
여기서, 그라우팅은 프리스트레스트 콘크리트 교량(PSC GIRDER 교량, PSC BEAM 교량) 시공시 이루어지는 수많은 작업공종 중 하나로서, 현장에서 작업 매뉴얼에 의해 이루어지는 공정이다. 여기서, 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)는 전술한 바와 같이, 프리스트레스트 콘크리트(Pre Stressed Concrete: PSC) 교량의 쉬스관(Sheath Tube) 내에 주입하기 위한 그라우트(Grout)로서, 결합재(110), 석회계 팽창재(120), 분말 방청재(130) 및 배합수(140)로 구성된다. 이때, 이러한 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)는 프리스트레싱이 끝난 후 가능한 빨리 현장에서 주입하여야 한다.
이에 따라 PSC 교량(200)의 쉬스관(210) 내에 삽입된 긴장재(220)에 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)가 주입되면, 도 7의 d)에 도시된 바와 같이, 전술한 석회계 팽창재(120)에 의해 무수축이 유도되고, 전술한 분말 방청재(130)에 의해 부동태 피막이 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 PSC 교량(200)은, 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 사용하여 그라우팅을 실시함으로써 재령 초기부터 블리딩뿐만 아니라 수축과 팽창이 거의 발생하지 않아 콘크리트 구조물과 긴장재인 PS 강재(강연선 또는 강봉)와의 부착성이 매우 좋고, 또한, 쉬스관(210) 내에 본 발명의 실시예에 따른 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 완전히 충진할 수 있다. 이에 따라 PSC 교량(200)에서 PS 강재(강연선 또는 강봉)의 부식을 방지할 수 있어 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트
110: 결합재(Binder)
120: 석회계 팽창재
130: 분말 방청재
140: 배합수
111: 시멘트
112: 고로슬래그 분말
141: 물(Water)
142: 고성능 감수제
200: 프리스트레스트 콘크리트(Pre-Stressed Concrete: PSC) 교량
210: 쉬스관(Sheath Tube)
220: 긴장재(Tendon)
110: 결합재(Binder)
120: 석회계 팽창재
130: 분말 방청재
140: 배합수
111: 시멘트
112: 고로슬래그 분말
141: 물(Water)
142: 고성능 감수제
200: 프리스트레스트 콘크리트(Pre-Stressed Concrete: PSC) 교량
210: 쉬스관(Sheath Tube)
220: 긴장재(Tendon)
Claims (13)
- 프리스트레스트 콘크리트(Pre Stressed Concrete: PSC) 교량의 쉬스관(Sheath Tube) 내에 주입하는 무수축 그라우트(Non-Shrinkage Grout)에 있어서,
100 중량부의 시멘트(111)를 포함하는 결합재(Binder: 110);
상기 결합재(110)에 혼합되고, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재(120);
상기 결합재(110)에 혼합되고, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재(130); 및
상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하는 물(141)을 포함하고, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 40~55 중량부의 배합수(140);를 포함하되,
상기 석회계 팽창재(120)는 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재(130)는 상기 쉬스관 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관 내의 긴장재의 부식을 방지하며,
상기 석회계 팽창재(120)는 상기 물(141)과 반응하여 수산화칼슘()을 생성하고, 상기 생성된 수산화칼슘은 용적이 2배 팽창하여 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하며,
상기 분말 방청재(130)는 아질산염을 주성분으로 하는 아질산염 분말 방청재로서, 상기 쉬스관의 긴장재 표면에서 아질산이온()과 제일철이온(
)이 산화제이철(
)을 생성하는 반응에 의해 애노드(+)로부터 제일철이온(
)의 이동을 방해함으로써 상기 긴장재 표면에 산화제이철(
)의 부동태 피막을 형성하며,
상기 아질산염 분말 방청재(130)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 결합재(110)에 혼합되는 1~5 중량부의 아질산나트륨 또는 아질산칼슘인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 결합재(110)는 상기 시멘트(111) 전부를 사용하거나 또는 상기 시멘트(111)에 7~25 중량부의 고로슬래그 미분말(112)을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트. - 제1항에 있어서,
상기 배합수(140)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 35~45 중량부의 물(141)이 현장에서 상기 결합재(110)에 혼합되고, 유동성에 따라 조절 가능한 5~10 중량부의 고성능 감수제(142)를 상기 물(141)에 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트. - 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량의 쉬스관 내에 주입하는 무수축 그라우트의 제조 방법에 있어서,
a) 100 중량부의 시멘트(111)를 포함하는 결합재(110)를 형성하는 단계;
b) 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 2~10 중량부의 석회계 팽창재(120) 및 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 1~5 중량부의 분말 방청재(130)를 상기 결합재(110)에 각각 혼합하는 단계:
c) 상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재(110)와 배합되어 시멘트 페이스트(Cement Paste)를 형성하는 물(141)을 포함하고, 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 40~55 중량부의 배합수(140)를 형성하는 단계;
d) 상기 석회계 팽창재(120) 및 분말 방청재(130)가 혼합된 결합재와 상기 배합수(140)를 배합하여 시멘트 페이스트를 형성하는 단계;
e) 상기 시멘트 페이스트의 양생을 실시하여 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트(100)를 완성하는 단계;를 포함하되,
상기 석회계 팽창재(120)는 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하고, 상기 분말 방청재(130)는 상기 쉬스관 내에 미충전 부분 발생시 상기 쉬스관 내의 긴장재의 부식을 방지하며,
상기 b) 단계의 석회계 팽창재(120)는 상기 물(141)과 반응하여 수산화칼슘()을 생성하고, 상기 생성된 수산화칼슘은 용적이 2배 팽창하여 상기 결합재(110)의 수축을 보상하여 무수축을 유도하며, 상기 b) 단계의 분말 방청재(130)는 아질산염을 주성분으로 하는 아질산염 분말 방청재로서, 상기 쉬스관의 긴장재 표면에서 아질산이온(
)과 제일철이온(
)이 산화제이철(
)을 생성하는 반응에 의해 애노드(+)로부터 제일철이온(
)의 이동을 방해함으로써 상기 긴장재 표면에 산화제이철(
)의 부동태 피막을 형성하며,
상기 아질산염 분말 방청재(130)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 상기 결합재(110)에 혼합되는 1~5 중량부의 아질산나트륨 또는 아질산칼슘인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 a) 단계의 결합재(110)는 상기 시멘트(111) 전부를 사용하거나 또는 상기 시멘트(111)에 7~25 중량부의 고로슬래그 미분말(112)을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 c) 단계의 배합수(140)는 상기 100 중량부의 시멘트(111)를 기준으로 35~45 중량부의 물(141)이 현장에서 상기 결합재(110)에 혼합되고, 유동성에 따라 조절 가능한 5~10 중량부의 고성능 감수제(142)를 상기 물(141)에 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 제조 방법. - 제7항, 제8항 및 제12항 중 어느 한 항에 따른 무수축 그라우트 제조 방법에 의해 제조된 무수축 그라우트를 쉬스관 내에 주입하여 시공된 프리스트레스트 콘크리트 교량.
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| KR1020130137446A KR101582622B1 (ko) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | 프리스트레스트 교량용 긴장재 부식 방지 기능을 갖는 무수축 그라우트 및 그 제조 방법 |
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| KR (1) | KR101582622B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| KR101978151B1 (ko) | 2018-11-29 | 2019-05-15 | 컨텍이앤씨 주식회사 | 이중 팽창성 팽창재를 함유한 프리스트레스트 콘크리트 교량용 그라우트 조성물 |
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