KR101706626B1 - 3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 - Google Patents

3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 포장도로에 발생한 스폴을 보수하는 방법에 관한 것으로서, 3D 스캐너를 이용하여 스폴 형상을 스캔하는 단계; 스캔한 스폴 형상을 3D 모델링하는 단계; 모델링한 스폴 형상을 3D 프린터로 출력하는 단계; 출력물을 몰드로 이용하여 시멘트 경화체를 제작하는 단계; 및 제작된 시멘트 경화체를 스폴에 부착하는 단계를 포함하는, 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법을 제공한다.

Description

3D 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법{Spall repair method using 3D printing technology for a concrete pavement}
본 발명은 콘크리트 포장도로 스폴(spall) 보수방법에 관한 것으로, 특히 3D 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법에 관한 것이다.
콘크리트 포장도로에는 다양한 원인으로 인해 표층부가 파손되어 움푹 파인 형태의 스폴이 발생한다. 스폴은 자동차 및 포장도로 자체의 손상을 야기하고 교통사고를 유발할 수 있으므로 보수해야 한다. 콘크리트 포장도로 스폴의 보수방법은 크게 다음과 같은 두 가지 방법을 사용할 수 있다.
1) 아스팔트 혼합물을 이용한 스폴 보수방법
콘크리트 포장도로에 발생한 스폴의 보수에 아스팔트 혼합물을 사용하는 방법이다. 아스팔트 혼합물로 스폴을 메우는 임시방편적인 것이며, 내구적이지 못하다. 기본적으로 모든 재료는 고유의 수축과 팽창성을 갖고 있는데, 아스팔트 혼합물과 기존의 콘크리트 포장은 재료의 성질이 다르기 때문에, 기온의 변화에 따라 수축과 팽창이 큰 차이를 나타낸다. 이렇게 다른 수축과 팽창의 반복은 부착된 아스팔트 혼합물과 기존 콘크리트 바닥 경계면의 결합력을 약하게 만들고, 결국에는 아스팔트 혼합물이 도 1과 같이 스폴에서 떨어져 나가는 박리현상이 일어나게 된다. 이러한 아스팔트 혼합물의 박리 현상은 결국 스폴을 재보수해야 하는 상황으로 연결되기 때문에, 아스팔트 혼합물을 이용한 스폴 보수방법은 일시적인 효과 이상을 기대하기 어렵다. 이와 같은 점들을 고려하면, 콘크리트 포장도로에 보수재로서 아스팔트 혼합물을 사용할 수 없음을 알 수 있다.
2) 시멘트 콘크리트를 이용한 스폴 보수방법
콘크리트 포장도로의 작은 손상인 스폴은 운전자에게 불편함을 줄 수 있지만, 운전자가 도로를 이용하지 못할 만큼의 손상은 아니다. 그러나 스폴을 보수하지 않으면 콘크리트 포장 전체를 교체해야 하는 큰 공사와 연결된다. 반대로 굳지 않은 콘크리트로 스폴을 채워 넣게 되면, 단 한 개의 스폴을 보수하더라도, 완전히 양생될 때까지 도로를 차단해야 하고 차량을 우회시켜야 한다. 미국 운수부에 따르면, 현재 도로를 하루 막았을 때 발생하는 감가상각비는 대략 20,000달러로 추정하고 있다.
따라서, 사회기반시설 유지관리 담당자들은 도로의 차단 횟수를 최소화하기 위하여, 한 개의 스폴이 발생했을 때 바로 도로를 차단하고 스폴을 시멘트 콘크리트로 보수하지 않는다. 스폴이 도로 곳곳에 발생하여 개수가 증가하거나, 스폴의 손상 정도가 깊어져서 운전자의 안전을 위협하는 등 콘크리트 포장도로의 성능이 전반적으로 저하되었을 때, 시멘트 콘크리트를 이용한 스폴 보수공사를 발주한다.
이렇게 스폴을 몰아서 보수하게 되면, 오래전에 발생한 스폴은 각종 화학물질로 오염되며, 반복되는 하중에 의하여 스폴의 주위가 약해진다. 이 약해진 스폴 주위는 도 2와 같이 절삭기 및 치핑기와 같은 중장비를 사용하여 완전히 제거해야만 한다. 또한, 콘크리트를 타설한 후 양질의 양생을 위하여 장시간 도로를 막아야 하는 문제가 있다.
현재 시멘트 콘크리트를 이용한 스폴 보수방법은 재료나 시공 측면에서 특별히 흠집을 잡을 만한 약점은 없으나, 직접공사비는 물론 간접비가 많이 소요되는 문제점을 가지고 있다.
KR 10-1160581 B1
본 발명의 목적은 중장비 대신 3차원 스캐너와 3차원 프린터를 사용함으로써 직접공사비와 간접비의 절약이 가능한 새로운 보수방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 콘크리트 포장도로에 발생한 스폴을 보수하는 방법으로서, 3D 스캐너를 이용하여 스폴 형상을 스캔하는 단계; 스캔한 스폴 형상을 3D 모델링하는 단계; 모델링한 스폴 형상을 3D 프린터로 출력하는 단계; 출력물을 몰드로 이용하여 시멘트 경화체를 제작하는 단계; 및 제작된 시멘트 경화체를 스폴에 부착하는 단계를 포함하는, 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법을 제공한다.
본 발명에 따른 모델링 단계에서 스캔한 스폴 형상의 표면으로부터 돌출된 벽 날개를 형성하고, 벽 날개는 스폴 형상의 왜곡 없이 손상 부분의 가장자리에만 연속적으로 선형의 형태로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 출력 단계에서, 3D 프린터 주위에 가열 챔버를 설치하고, 온풍기를 이용하여 실내 온도를 30±5 ℃로 유지할 수 있다.
본 발명에서 HIPS(High Impact Polystyrene) 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 출력할 수 있다.
본 발명에서 시멘트 경화체 제조용 재료는 스폴이 발생한 기존의 콘크리트 포장보다 물리적 및 화학적 성질이 우수하고, 조골재가 없는 몰탈 형태이며, 속경성 시멘트를 사용할 수 있다.
본 발명에서 시멘트 경화체 제조용 재료는 초속경성 시멘트 20 내지 30 중량%, 실리카흄 2 내지 10 중량%, 0.05 내지 2 mm 크기의 화강암 부순 모래 60 내지 70 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 시멘트 경화체를 메틸메타크릴레이트 모노머 또는 스티렌 모노머 기반의 폴리머로 함침하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 시멘트 경화체를 에폭시 접착제를 이용하여 스폴에 부착하되, 손상 단면의 온도가 20 ℃ 이하일 경우 스폴 부위를 가열하며, 크랙이 있을 경우 폴리머 수지나 실리콘으로 크랙을 메울 수 있다.
본 발명에서 에폭시 접착제는 주제로서 비스페놀-A형 에폭시 수지를 사용하고, 경화제로는 변성 방향족, 변성 지환족, 변성 지방족 중에서 한 가지를 사용하며, 경화제의 사용량은 주제 100중량부를 기준으로 35 내지 60 중량부이고, 0.05 내지 0.30 mm 크기의 화강암 미분말을 주제와 경화제를 포함한 에폭시 수지량 100중량부를 기준으로 3 내지 7 중량부로 혼입하며, 플라이 애쉬나 시멘트를 에폭시 수지량 100중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부로 혼입할 수 있다.
본 발명에서 에폭시 수지 접착제의 경사면 전단강도는 10 내지 20 MPa, 압축강도는 70 Mpa 이상, 열팽창계수는 13×10-6/℃ 이하, 도포 두께는 1 내지 4 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.
1) 본 발명에 따른 보수방법을 이용하면, 기술자 1 내지 2명이 보수의 시작부터 끝까지 모두 담당 가능하고, 중장비가 필요 없으며, 1 내지 3시간 안에 현장 보수작업을 완료할 수 있기 때문에, 직접적인 보수비용과 교통통제에 따른 간접비용을 최소화할 수 있다.
2) 본 발명에 따른 보수방법을 이용하면, 실내에서 보수용 시멘트 경화체를 제조하기 때문에, 현장보수에서 발생하는 불리한 환경적 요인의 영향을 제거할 수 있다. 즉, 안정된 환경조건에서 제조된 프리캐스트 제품을 사용하기 때문에, 소정의 물리적 및 역학적 특성이 확보된 양질의 스폴 보수가 가능하다.
3) 본 발명에 따른 보수방법을 이용하면, 스폴을 초기에 손쉽게 보수할 수 있으므로, 스폴의 손상이 확장되어 큰 공사로 이어지는 문제점을 예방할 수 있으며, 운전자는 좋은 품질의 콘크리트 포장도로를 계속 사용할 수 있다. 또한, 콘크리트 포장도로의 생애주기를 늘려 막대한 공사비를 들여 콘크리트 포장을 전면적으로 재건설하는 시점을 연장할 수 있다.
도 1은 아스팔트 혼합물을 이용한 스폴 보수방법을 예시한 것이다.
도 2는 절삭기 및 취핑기를 이용한 스폴 주위 제거 작업을 예시한 것이다.
도 3은 3D 프린터를 이용하여 실제 물체(나무)를 복제한 예를 나타낸 것이다.
도 4는 스폴 형상의 3D 스캐닝과 모델링을 예시한 것이다.
도 5는 3D 프린터로 출력된 몰드와 이 몰드로 만들어진 시멘트 경화체를 예시한 것이다.
도 6은 시멘트 경화체로 보수가 완료된 스폴을 예시한 것이다.
도 7은 콘크리트 포장도로 위의 스폴을 예시한 것이다.
도 8은 스폴 주위에 바리케이드를 설치한 경우를 예시한 것이다.
도 9는 스폴 스캐닝을 예시한 것이다.
도 10은 포토그래메트리 기법을 이용한 스폴 스캐닝을 예시한 것이다.
도 11은 손상 단면 주위(수평면)를 정리한 것을 예시한 것이다.
도 12는 손상 단면 주위(수직면)를 정리한 것을 예시한 것이다.
도 13은 벽 날개 형성을 예시한 것이다.
도 14는 스폴 형상의 왜곡 없이 벽 날개를 형성하기 위한 3D 모델링을 예시한 것이다.
도 15는 3D 프린터에 의한 몰드 출력을 예시한 것이다.
도 16은 출력된 몰드의 벽 날개 부분(수직면)을 예시한 것이다.
도 17은 출력된 몰드의 스폴 형상(수평면)을 예시한 것이다.
도 18은 각종 필라멘트를 사용하여 출력된 몰드를 예시한 것이다.
도 19는 출력된 몰드에 굳지 않은 시멘트 경화체 조성물의 타설을 예시한 것이다.
도 20은 제조 완성된 시멘트 경화체를 예시한 것이다.
도 21은 콘크리트 경화체 접착을 예시한 것이다.
도 22는 도로 개방을 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 콘크리트 포장도로에 발생한 스폴을 보수하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법은 3D 스캐너를 이용하여 스폴 형상을 스캔하는 단계; 스캔한 스폴 형상을 3D 모델링하는 단계; 모델링한 스폴 형상을 3D 프린터로 출력하는 단계; 출력물을 몰드로 이용하여 시멘트 경화체를 제작하는 단계; 및 제작된 시멘트 경화체를 스폴에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 첨단기술이 융합된 콘크리트 포장도로의 스폴 보수방법으로서, 3D 스캐닝, 3D 모델링, 3D 프린팅의 3가지 단계를 포함할 수 있다. 도 3은 3D 프린터를 사용하면 어떠한 형태를 가진 물체라도 출력할 수 있음을 보여주는 한 예이다.
본 발명에서 제안하고자 하는 신개념 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법은 다음과 같다. 먼저, 공사 구간을 차단한 후, 3D 스캐너를 이용하여 스폴 형상을 도 4와 같이 스캔하여 모델링한다.
이와 같이 스폴 형상을 3D 모델링한 후 파일을 3D 프린터에 옮겨 출력한다. 출력물은 손상 형태를 그대로 가지고 있기 때문에, 도 5와 같이 시멘트 경화체 제조용 몰드로 사용이 가능하다.
또한, 이 몰드를 이용해 실내에서 시멘트 경화체가 제조되기 때문에, 양질의 제품을 생산할 수 있으며, 도로를 오랫동안 차단하지 않아도 되는 유리한 점이 있다. 충분히 경화된 시멘트 경화체는 현장으로 운반되며, 도 6과 같이 특별히 제조된 에폭시 접착제를 바른 다음, 경화체를 끼워 넣고 부착시켜 보수작업을 마무리한다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법을 단계별로 구체적으로 설명한다.
1) 스폴 발견
먼저, 도 7과 같이 콘크리트 포장도로에 발생한 스폴을 발견한다.
2) 바리케이드 설치 및 차량통제
스폴을 발견하면, 도 8과 같이 바리케이드를 설치하여 도로를 통제하고 작업공간을 확보한다.
3) 스폴 3D 스캐닝
도 9와 같이 스폴을 3D 스캐너로 3D 스캐닝한다. 3D 스캐닝을 위하여 표 1과 같이 포토그래메트리(Photogrammetry) 기술을 이용한다.
CAD / CAM Photogrammetry / 3D Printing
목적 치아 치료 스폴 보수
도구 3D 레이저 스캐너, 3D 프린터 사진기, 3D 프린터
장점 오차가 없다 사진기 이외 별도의 장비가 필요 없어 현장 적용이 가능
단점 설치된 장비의 이동이 어려워 현장 적용이 불가능 미세한 오차가 존재한다
4) 3D 모델링
도 10의 스캐닝된 화면에는 손상이 없는 스폴의 주위부분까지 스캔되어졌기 때문에, 모델링을 통해 도 11과 같이 스폴 이외의 부분을 제거하여 최소화시킨다. 모델링은 통상적인 3D 모델링 프로그램을 이용하여 수행할 수 있다.
그러나, 실제 스캐닝을 하게 되면, 스폴 표면만 스캔하기 때문에, 도 12와 같은 형태를 가진다. 이 상태를 3D 프린터로 출력하면, 콘(cone)을 뒤집어 놓은 형상이 되어 수평을 유지할 수 없기 때문에, 몰드로서 역할을 하지 못하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 도 13과 같이 벽 날개가 선형으로 형성되는 3D 모델링 기술을 적용하여 몰드로서 안정성을 확보하기로 한다.
즉, 도 14와 같이 스폴 형상의 왜곡 없이 (그대로 유지하면서) 손상 부분의 가장자리에만 연속적으로 선형의 벽 날개를 형성하는 3D 모델링 기술이 필요하다. 이 벽 날개는 시멘트 경화체 양생시 완전히 굳을 때까지 안정성(수평)을 확보해주는 역할을 한다. 이 기술이 본 발명에서 첫 번째로 중요하며, 기존 기술에 비해 진보적인 기술이다.
벽 날개의 높이는 스폴의 최대 깊이와 몰드의 두께를 더한 값보다 커야 하고, 길이(둘레)는 스폴 단면을 손상시키지 않는 범위 내에서 짧게 하며, 두께는 몰드의 두께와 같게 하는 것이 바람직하다.
그리고 스폴의 표면적이 큰 경우(가로, 세로 길이 기준으로 30 cm 이상)에는 고가의 대형 3D 프린터가 필요하기 때문에 프린터의 크기에 맞게 선형으로 분할하여 모델링할 수도 있다.
5) 3D 프린터를 이용하여 몰드 출력
도 15와 같이 스폴의 형상과 벽 날개가 선형으로 형성된 모델을 3D 프린터를 통하여 출력하며, 그 결과는 도 16 및 도 17과 같다. 표 2는 3D 프린팅 기술을 예시한 것으로, FDM(Fused Deposition Modeling) 타입, SLA(Stereolithography Apparatus) 타입, SLS(Selective Laser Sintering) 타입이 있다.
FDM 타입 SLA 타입 SLS 타입
재료 플라스틱 액체 파우더
장점 경제적 출력물 품질이 우수 남은 재료는 재활용 가능
단점 출력 후 수축 발생 재료 및 프린터가 고가이다 재료 및 프린터가 고가이다
위의 3D 프린팅 기술 중에서, 몰드의 출력에 경제적이고 대중적으로 널리 이용되는 FDM 타입 프린팅 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 약 250 ℃로 달구어진 노즐을 통하여 열경화성 필라멘트를 용융 출력하기 때문에, 출력물인 몰드가 식으면서 수축이 발생한다. 이를 최소화하기 위하여 아래와 같이 3D 프린팅 전용의 환경을 설정한다.
* 수축을 최소화하기 위한 조건
i. 온도의 영향을 최소화하기 위하여, 3D 프린터 주위에 가열 챔버를 설치한다.
ii. 프린팅시 온풍기를 이용하여 실내 온도를 30±5 ℃로 유지한다.
iii. 수축이 작고 내구성이 우수한 필라멘트를 선택한다.
표 3은 필라멘트의 종류에 따른 효과를 비교한 것이다.
필라멘트의 종류 ABS ULTRAT HIPS
수축성 큼 보통 적음
화학물질에 대한 저항력 보통 보통 강함
도 18에 나타낸 실제 출력한 결과에서 확인할 수 있듯이, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 필라멘트는 출력 과정 중 수축이 발생하여 출력이 중단되었고, ULTRAT 필라멘트와 HIPS(High Impact Polystyrene) 필라멘트는 무사히 출력이 완료되었다.
시멘트 경화체의 타설 및 양생을 위한 몰드로서 적합한 필라멘트는 수축량이 작고 화학 물질에 대해 저항력이 강한 HIPS 필라멘트이다. ULTRAT도 사용 가능하지만, 시멘트 경화체가 양생되는 동안 화학적 반응에 의해 내부에 발생하는 영향에 대한 저항력까지 겸비한 HIPS 필라멘트가 적합하다.
6) 시멘트 경화체 제조
출력된 몰드로부터 시멘트 경화체의 탈형을 용이하게 하기 위하여, 몰드에 이형제를 도포한다. 이형제가 도포된 몰드 위에, 도 19와 같이 굳지 않은 시멘트 경화체 조성물을 타설하고 양생한다. 항온항습실에서 양생하게 되면, 환경적인 요인을 적게 받기 때문에, 양질의 시멘트 경화체를 만들 수 있다. 탈형된 시멘트 경화체의 표면을 강화시키기 위하여, 폴리머를 함침시키는 작업을 추가로 실시한다.
* 시멘트 경화체의 재료적 조건
i. 조골재가 없는 몰탈 형태이어야, 몰드의 복잡한 단면을 정교하게 만들 수 있다.
ii. 속경성 시멘트를 써야, 시멘트 경화체의 생산성을 높일 수 있다.
iii. 폴리머로 침투 처리하면, 표면을 강화시켜 수분의 침투를 방지하고, 접착 계면의 부착력 저하를 방지할 수 있다.
iv. 스폴이 발생한 기존의 콘크리트 포장보다 강도를 비롯한 물리적 및 화학적 성질이 우수해야 한다.
※ 시멘트 경화체 제조 및 특성에 관한 사항
이 기술이 본 발명에서 두 번째로 중요하며, 기존 기술에 비해 진보적인 기술이다.
○ 3D 프린터로 만들어진 몰드를 사용하여 제조되는 시멘트 경화체의 경우, 열팽창계수, 탄성계수, 압축강도, 내마모성, 흡수성, 색상 등이 기존의 바탕 콘크리트와 유사하거나 우수해야 한다. 속경성 시멘트 사용하여 시멘트 경화체 모재를 제조함으로써, 시멘트 경화체의 생산성을 확보할 수 있다. 이 모재에 스티렌 모노머(styrene monomer)나 MMA 모노머(methyl methacrylate monomer)를 침투시켜 경화체를 제조함으로써, 높을 강도를 얻을 수 있고 방수성과 화학적 저항성을 확보할 수 있다.
○ 시멘트 경화체 모재 제조용 재료는 초속경성 시멘트 20 내지 30 중량%, 실리카흄 2 내지 10 중량%, 화강암 부순 모래(0.05 내지 2 mm 크기) 60 내지 70 중량%, 이밖에 메타카올린 또는 왕겨재, 감수제, 지연제 등으로 구성되며, 물-시멘트비는 35 내지 45 중량%를 기준으로 한다.
○ 시멘트 경화체 모재 제조방법을 살펴보면, 먼저 상기한 재료들을 계량한 다음, 핸드 믹서로 3±1분간 혼합한 후, 탁상식 바이브레이터로 1±0.5분간 진동 다짐을 실시한다. 타설 1±0.5시간 후 탈형한 다음, 수중에서 6±1시간 양생하며, 70 내지 80 ℃의 오븐에서 1±0.5시간 동안 건조시킨다.
○ 제조된 시멘트 모재 경화체에 사용되는 침투재는 MMA 모노머나 스티렌 모노머이며, 중합반응(polymerization)이 일어난 후에는 폴리머로 형상이 변화하게 된다. 중합반응을 위해 통상적으로 개시제로서 BPO(benzoyl peroxide) 등, 촉진제로서 DMA(Dimethylaniline) 등, 커플링제로서 실란(slane) 등을 사용하며, 그 양은 각각 모노머 양의 2±1 중량% 정도를 표준으로 한다.
○ 침투 및 경화시키는 방법을 살펴보면, 20±5 ℃에서 20±5 kgf/㎠의 압력을 가할 수 있는 밀폐된 용기에서 1±0.5시간 정도 침투시키며, 이어서 80 내지 90℃의 뜨거운 물에서 1±0.5시간 이상 양생(중합)시키는 과정을 거치면, 시멘트 경화체의 제조가 완료된다.
표 4는 폴리머 함침에 따른 효과를 비교한 것으로, MMA 함침의 경우에 효과가 가장 좋았다.
성질 미함침 스티렌 함침 MMA 함침
압축강도(MPa) 36 70 120
흡수율(%) 6.5 0.75 0.35
마모(mm) 1.3 0.90 0.40
7) 에폭시 접착제 제조, 도포 및 설치
도 21과 같이 현장으로 경화체를 운반한 후, 스폴 단면에 특별히 제조된 에폭시 접착제를 바르고 경화체를 끼워 넣는다. 동절기에는 스폴 부분을 각종 가열 장비를 이용하여 가열한 후 상기 작업을 수행할 수 있다. 또한, 보수 단면의 경계 및 주변을 정리한다.
* 에폭시 수지 접착제 도포 전의 조건
i. 손상 단면의 온도가 20 ℃ 이하일 경우, 고온의 열선이 나오는 램프 등을 이용하여 스폴 부위를 가열함으로써, 접착제가 빨리 굳게 한다.
ii. 크랙이 있으면 본드가 빠져나갈 수 있으므로, 폴리머 수지나 실리콘으로 크랙을 메운다.
※ 콘크리트 경화체 부착용 특수 에폭시 접착제에 관한 사항
이 기술이 본 발명에서 세 번째로 중요하며, 기존 기술에 비해 진보적인 기술이다.
○ 시멘트 경화체를 스폴 부분에 부착시키는 에폭시계 접착제의 주제로는 비스페놀(Bisphenol)-A형 에폭시 수지를 사용하며, 경화제로는 변성 방향족, 변성 지환족, 변성 지방족 중에서 한 가지를 사용한다. 경화제의 사용량은 주제 100중량부를 기준으로 35 내지 60 중량부이다. 점도는 온도 25℃에서 500 내지 25,000 cps, 겔 타임은 온도 23℃에서 60분 이내를 표준으로 한다.
○ 부착강도와 압축강도를 높이고 열팽창계수를 줄일 목적으로, 화강암 미분말(0.05 내지 0.30 mm 크기)을 주제와 경화제를 포함한 에폭시 수지량 100중량부의 3 내지 7 중량부로 혼입한다. 또한, 색상을 기존의 바탕 콘크리트와 유사하게 하기 위해, 플라이 애쉬나 시멘트를 에폭시 수지량 100중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부로 혼입한다.
○ 부착된 시멘트 경화체의 탈락을 방지하기 위해서는, 에폭시 수지 접착제의 경사면 전단강도(ASTM C 882/C 882M-13a 기준)가 10 내지 20 MPa, 압축강도(ASTM C 39/C 39M-03, φ5×10 cm 시험체 기준)가 70 Mpa 이상(상한은 예를 들어 100 Mpa), 열팽창계수는 13×10-6/℃ 이하(하한은 예를 들어 10×10-6/℃)로 하는 것이 바람직하다.
표 5는 화강암 미분말 첨가 효과(상기한 경화제 3가지의 평균값)를 나타낸 것으로, 첨가량이 상기한 바와 같이 3 내지 7 중량부일 경우에 가장 효과가 좋았다.
첨가량(중량부) 미첨가 1 3 5 7 9
경사면(30°) 전단강도(MPa)
(접착제 도포 두께 4 mm 기준)		 13.5 14.3 17.6 18.5 16.4 14.2
압축강도(MPa) 69 72 76 78 75 70
열팽창계수(×10-6/℃) 14.0 13.4 12.9 12.6 12.2 12.0
※ 에폭시 접착제 도포 및 시멘트 경화체 설치에 관한 사항
이 기술이 본 발명에서 네 번째로 중요하며, 기존 기술에 비해 진보적인 기술이다.
○ 스폴의 단면이 불규칙하여 에폭시 접착제를 균일하게 도포한다는 것은 매우 어려운 일이기 때문에 적정한 도포 두께(bondline thickness)의 범위를 알아내는 것은 매우 중요한 기술이다.
○ 에폭시 수지 접착제의 경사면 전단강도는 10 내지 20 MPa 정도가 되어야 하는데, 이러한 강도를 얻으려면 접착제의 도포 두께 범위를 1 내지 4 mm 정도 확보하는 것이 바람직하다.
○ 에폭시 접착제의 두께에 따른 경사면 전단강도 시험 결과(상기한 경화제 3가지의 평균값)는 표 6과 같으며, 경사면 전단강도가 접착제의 도포 두께 4 mm까지는 증가하지만, 5 mm부터는 감소하여 1 내지 4 mm가 적합함을 알 수 있다.
접착제의 두께(mm) 1 2 3 4 5 6
경사면(30°)전단강도(MPa)
(미분말 첨가량 5중량% 기준)		 12.2 15.5 16.9 18.5 14.8 8.5
8) 바리케이드 제거 및 도로 개방
접착제가 완전히 경화되고 마무리 작업이 완료된 후에는, 도 22와 같이 바리케이드를 철거하고 차량 통제를 해제하여 도로를 개방한다.

Claims (10)

  1. 콘크리트 포장도로에 발생한 스폴을 보수하는 방법으로서,
    3D 스캐너를 이용하여 스폴 형상을 스캔하는 단계;
    스캔한 스폴 형상을 3D 모델링하는 단계;
    모델링한 스폴 형상을 3D 프린터로 출력하는 단계;
    출력물을 몰드로 이용하여 시멘트 경화체를 제작하는 단계; 및
    제작된 시멘트 경화체를 스폴에 부착하는 단계를 포함하는,
    콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  2. 제1항에 있어서,
    모델링 단계에서 스캔한 스폴 형상의 표면으로부터 돌출된 벽 날개를 형성하고, 벽 날개는 스폴 형상의 왜곡 없이 손상 부분의 가장자리에만 연속적으로 선형의 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  3. 제1항에 있어서,
    출력 단계에서, 3D 프린터 주위에 가열 챔버를 설치하고, 온풍기를 이용하여 실내 온도를 30±5 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  4. 제1항에 있어서,
    HIPS(High Impact Polystyrene) 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 출력하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  5. 제1항에 있어서,
    시멘트 경화체 제조용 재료는 조골재가 없는 몰탈 형태이며, 속경성 시멘트를 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  6. 제1항에 있어서,
    시멘트 경화체 제조용 재료는 초속경성 시멘트 20 내지 30 중량%, 실리카흄 2 내지 10 중량%, 0.05 내지 2 mm 크기의 화강암 부순 모래 60 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  7. 제1항에 있어서,
    시멘트 경화체를 메틸메타크릴레이트 모노머 또는 스티렌 모노머 기반의 폴리머로 함침하는 단계를 추가로 포함하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  8. 제1항에 있어서,
    시멘트 경화체를 에폭시 접착제를 이용하여 스폴에 부착하되, 손상 단면의 온도가 20 ℃ 이하일 경우 스폴 부위를 가열하며, 크랙이 있을 경우 폴리머 수지나 실리콘으로 크랙을 메우는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  9. 제8항에 있어서,
    에폭시 접착제는 주제로서 비스페놀-A형 에폭시 수지를 사용하고, 경화제로는 변성 방향족, 변성 지환족, 변성 지방족 중에서 한 가지를 사용하며, 경화제의 사용량은 주제 100중량부를 기준으로 35 내지 60 중량부이고, 0.05 내지 0.30 mm 크기의 화강암 미분말을 주제와 경화제를 포함한 에폭시 수지량 100중량부를 기준으로 3 내지 7 중량부로 혼입하며, 플라이 애쉬나 시멘트를 에폭시 수지량 100중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부로 혼입하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
  10. 제8항에 있어서,
    에폭시 수지 접착제의 경사면 전단강도는 10 내지 20 MPa, 압축강도는 70 Mpa 이상, 열팽창계수는 13×10-6/℃ 이하, 도포 두께는 1 내지 4 mm인 것을 특징으로 하는 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법.
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