KR101828211B1 - 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제 및 이를 이용한 보수장치 - Google Patents

콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제 및 이를 이용한 보수장치 Download PDF

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Abstract

인젝터 그라우팅 공법에서 보수제가 미세한 틈까지 제대로 침투되고, 침투되는 시간이 상대적으로 짧으며, 상온에서의 침투력을 향상시킨 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제 및 이를 이용한 보수장치를 제시한다. 그 보수제 및 장치는 콘크리트 구조물의 크랙에 침투하고, 합성수지 또는 마이크로 시멘트를 포함하는 지수제 및 분말 몸체 및 기공으로 이루어지고 지수제의 일부가 기공으로 파고들어 지수제와 일체화되며 자기장 안에서 자화되는 물질인 다공성 자성분말이 혼합된 보수제의 다공성 자성분말을 자력을 끌어당기는 자력발생기를 포함한다.

Description

콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제 및 이를 이용한 보수장치{Repairing agent of injector grouting for repairing crack of concrete structure and apparatus of repairing using the composition}
본 발명은 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제 및 보수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인젝터 그라우팅 공법으로 콘크리트 구조물의 크랙(crack)을 보수하기 위한 보수제 조성물 및 상기 조성물을 이용한 보수장치에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 지하, 옥상, 터널 등에 다양하게 적용되고 있다. 콘크리트 구조물은 시공불량, 물리적인 손상, 철근부식 및 충격 등으로 인한 성능저하 등으로부터 기인하는 구조적인 크랙(structural crack)과, 소성수축 및 침하, 건조수축, 동결융해 등의 비구조적인 크랙(nonstructural crack)이 발생한다. 이러한 크랙은 콘크리트 구조물의 구조적 결함, 내구성 저하, 외관 손상, 방수성능 저하 등과 같은 문제를 초래하므로 크랙 발생에 대하여 신속하고 적절한 대처가 필요하다. 콘크리트 구조물에 발생한 크랙의 보수방법으로서, 크랙 위로 도막 탄성방수재, 폴리머 시멘트페이스트, 충전재 등을 도포하여 도막을 형성하는 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만, 상기 도막을 형성하는 방법은 시공이 간편하기는 하지만, 크랙의 내부가 보수되지 않아 크랙이 확산될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 인젝터 그라우팅 공법(injector grouting)이 적용된다. 인젝터 그라우팅 공법은 합성수지 방수액, 마이크로 시멘트 등과 같은 기존의 보수제를 콘크리트 구조물의 크랙 부위에 주입시켜, 구조물의 크랙을 보강, 방수 등으로 보수하는 것이다. 국내공개특허 제2010-0013449호, 국내등록특허 제10-1342897호 등에서 인젝터 그라우팅에 대하여 상세하게 개시하고 있다. 그런데, 기존의 인젝터 그라우팅 공법은 상기 보수제가 콘크리트 구조물의 크랙 부위의 미세한 틈까지 잘 침투되지 않는다. 또한, 크랙 부위의 미세한 틈까지 침투시키는 시간이 많이 소요된다. 나아가, 상기 보수제는 우레탄, 에폭시, 아크릴 겔과 같이 상온에서 경화하는 고분자 재질이 많이 사용된다. 하지만, 상온에서 경화되는 고분자는 일반적으로 크랙으로의 침투력이 낮다. 상기 침투력이 낮으면, 콘크리트 구조물의 크랙을 제대로 보수되지 않아서 보강 및 방수 등이 이루어지지 않는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인젝터 그라우팅 공법에서 보수제가 미세한 틈까지 제대로 침투되고, 침투되는 시간이 상대적으로 짧으며, 상온에서의 침투력을 향상시킨 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제 및 이를 이용한 보수장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 하나의 과제를 해결하기 위한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제는 콘크리트 구조물의 크랙에 침투하는 보수제에 있어서, 상기 보수제는 합성수지 또는 마이크로 시멘트를 포함하는 지수제 및 분말 몸체 및 기공으로 이루어지고 상기 지수제의 일부가 상기 기공으로 파고들어 상기 지수제와 일체화되며 자기장 안에서 자화되는 물질인 다공성 자성분말이 혼합된다.
본 발명의 보수제에 있어서, 상기 합성수지는 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 지수제는 고인장 섬유가 부가될 수 있다. 상기 다공성 자성분말은 상기 지수제와 함께 유동한다. 상기 다공성 자성분말은 강자성체가 좋으며, 상기 다공성 자성분말은 철, 철합금 또는 철산화물 또는 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나가 바람직하다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제를 이용한 보수장치는 콘크리트 구조물의 크랙을 보수하는 보수장치에 있어서, 상기 보수장치는 상기 크랙이 형성된 상기 콘크리트 구조물의 상부를 이동하며, 자력을 발생시키는 자력발생기 및 상기 자력발생기의 자기력을 조절하는 제어기를 포함한다. 이때, 상기 보수제는 합성수지 또는 마이크로 시멘트를 포함하는 지수제 및 분말 몸체 및 기공으로 이루어지고, 상기 지수제의 일부가 상기 기공으로 파고들어 상기 지수제와 일체화되며, 자기장 안에서 자화되는 물질인 다공성 자성분말이 혼합된다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 자력발생기는 전자석 또는 영구자석으로 이루어질 수 있다. 상기 제어기는 상기 자력발생기에서 생성되는 자기력의 크기를 조절하고, 상기 자기력을 연속적 또는 단속적으로 생성시킬 수 있다. 상기 합성수지는 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 다공성 자성분말은 상기 지수제와 함께 유동한다. 상기 다공성 자성분말은 강자성체일 수 있다.
콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제 및 이를 이용한 보수장치에 의하면, 다공성 자성분말을 지수제에 균일하게 혼합함으로써, 인젝터 그라우팅 공법에서 보수제가 미세한 틈까지 제대로 침투되고, 침투되는 시간이 상대적으로 짧으며, 상온에서의 침투력을 향상시킬 수 있다. 또한, 침투한 보수제가 미세한 틈으로부터 벗어나지 않고 안정되게 유지하도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제를 이용한 보수장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 도면들에 있어서, 막(층, 패턴) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 막(층, 패턴)이 다른 막(층, 패턴)의 '상', '상부', '하부', '일면'에 있다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 막(층, 패턴)에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 다른 막(층, 패턴)이 개재될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 인젝터 그라우팅 공법에서 다공성 자성분말을 지수제에 균일하게 혼합함으로써, 보수제가 미세한 틈까지 제대로 침투되고, 침투되는 시간이 상대적으로 짧으며, 상온에서의 침투력을 향상시킨 보수제 및 보수장치를 제시한다. 이를 위해, 다공성 자성분말이 포함된 보수제에 대하여 상세하게 알아보고, 상기 보수제를 활용하여 콘크리트 크랙을 보수하는 장치를 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서, 보수란 상기 크랙 부위를 보강하고 방수기능을 회복시키는 등과 같은 작업을 말한다. 본 발명의 실시예에 의한 보수제는 인젝터 그라우팅 공법(injector grouting)이 적용된다. 상기 인젝터 그라우팅 공법은 본 발명의 보수제를 콘크리트 구조물의 크랙 부위에 주입시켜, 구조물의 크랙을 보강, 방수 등으로 보수하는 것이다. 보다 일반적으로는 크랙 부위에 보수제를 주입하는 방식이라고 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제(20)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 의하면, 보수제(20)는 지수제(10)에 다공성 자성분말(12)이 균질하게 혼합된 것이다. 지수제(10)는 종래의 인젝터 그라우팅 공법에 사용되고 있는 것이다. 보수제(100)는 콘크리트 구조물(100)의 크랙(C)에 침투하여 크랙(C)을 채운다. 콘크리트 구조물(100)은 지하, 옥상, 터널 등에 다양하게 적용된다. 크랙(C)은 시공불량, 물리적인 손상, 철근부식 및 충격 등으로 인한 성능저하 등으로부터 기인하는 구조적인 크랙(structural crack)과, 소성수축 및 침하, 건조수축, 동결융해 등의 비구조적인 크랙(nonstructural crack)을 모두 포함한다.
지수제(10)는 우레탄(urethane)계, 에폭시(epoxy)계 및 아크릴(acryl)계와 같은 합성수지 또는 마이크로 시멘트 등이 있다. 상기 우레탄계는 가수분해를 시작하면 주입한 지수제(10)가 없어질 때까지 형상이 변형된다. 상기 에폭시계는 수분에 부착성이 없어서 실질적으로 우레탄계를 혼합하여 사용한다. 상기 아크릴계는 발포지수제가 많이 사용되며, 누수로 인한 하자를 줄이기 위하여 아크릴 겔(gel) 타입이 적용된다. 상기 마이크로 시멘트는 시멘트와 수성 에멀젼 수지와 상호보완을 위해 혼합된 것이며, 경화속도가 느리다는 단점이 있다. 지수제(10)에는 아라미드 섬유, 탄소 섬유와 같은 고인장 섬유를 부가하여 섬유강화효과를 부여할 수 있다. 또한, 지수제(10)는 이액형과 같이 다액형을 적용할 수도 있다.
다공성 자성분말(12)은 기공구조, 다양한 기공크기, 높은 비표면적으로 인하여 촉매, 흡착제 또는 담체, 고정화제, 전달체로 연구되어 왔으며, 최근에는 많은 분야에 활용되고 있다. 특히 유용한 성분의 고정화(immobilization) 담체로 이용될 수 있으며, 다공성 담체에 자성특성이 부가되면, 반응액으로부터 효과적으로 분리(separation) 및 재활용(recycling)을 할 수 있다. 본 발명의 자성분말(12)는 지수제(10)를 고정하는 고정화제의 역할이 큰 비중을 갖는다.
다공성 자성분말(12)은 분말 몸체(12a) 및 기공(12b)로 구분된다. 기공(pore)은 크기에 따라 3가지로 분류된다(IUPAC classification). 즉, 평균 기공크기가 2nm 이하의 미세기공(micropore), 2nm~50nm의 메조기공(mesopore), 50nm 이상의 매크로기공(macropore)로 나누어진다. 본 발명의 실시예에 의한 기공(12b)은 지수제(10)의 일부가 기공(12b)에 파고들어 자성분말(12)에 고정되기 때문에 상기 매크로기공이 바람직하다. 물론, 상기 매크로기공이 메조기공, 미세기공과 공존할 수도 있지만, 평균 기공크기로 매크로기공을 구분한 것이다. 이때, 본 발명의 범주 내에서 다공성 자성분말(12)은 자성분말의 표면의 요철이 심하여, 기공(12b)와 같이 고정하는 역할을 하는 것도 포함된다고 할 것이다.
다공성 자성분말(12)은 자성을 지닌 물질. 즉 자기장 안에서 자화하는 물질이다. 강자성체는 원자의 자기모멘트가 정렬되어 있어 자성이 강한 자성체이고, 원자의 자기모멘트가 정렬되어 있는 물질이다. 상자성체는 원자의 열진동으로 인해 자화가 무질서하게 일어난 자성체이다. 반자성체는 외부자기장과 반대방향으로 자화가 일어나는 자성체이다. 본 발명의 자성분말(12)은 강자성체가 바람직하다. 상기 강자성체는 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화된 뒤 외부 자기장이 사라져도 자화가 남아 있는 물질을 말한다. 다시 말해, 본 발명의 다공성 자성분말(12)은 구체적으로 강자성체 다공성 자성분말(12)이다. 강자성체는 철, 코발트, 니켈, 그 합금 또는 그 산화물이 대표적이다. 예를 들어, 철, 철합금 또는 철산화물 또는 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나의 다공성 자성분말(12)이 경제적이 측면에서 바람직하다.
다공성 자성분말(12)은 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성체 내부에 발포재나 중공의 충진재(hollow sphere)를 충진시켜 제조하거나, 출발물질을 산화시킨 후에 환원시켜 기공을 형성하는 산화환원법이 있다. 또한, 자성체 분말의 성형, 결합, 소결 공정을 거쳐 방법, 탈가스 반응에 일방향 응고법이 있으며, 금형 주조법(Mold casting technique), 대용융법(Zone melting technique), 연속주조법(Continuous casting technique) 등과 같은 주조법도 가능하다. 자성분말(12)의 기공은 크게 독립형과 연속형으로 나눌 수 있다. 연속형은 독립형에 비해 유체의 이동이 용이하여, 지수제(10)가 기공(12b)으로 잘 파고들기 때문에 보다 바람직하다.
지수제(10) 및 다공성 자성분말(12)이 혼합되는 과정에서 응집이 일어나지 않도록 분산제를 추가할 수 있다. 왜냐하면, 배합되는 자성분말(12), 용제, 바인더 수지의 종류 등에 따라서, 자성분말(12)이 응집될 수 있기 때문이다. 상기 분산제는 매우 다양한 물질이 공지되어 있다. 예를 들어, 상기 분산제는 자성분말(12)이 수용성 또는 비수용성 용제에 분산되어 있는 혼합물 형태로 존재한다. 또한, 자성분말(12)과의 친화성이 우수한 작용기 및 수성 매체와의 친화성이 우수한 작용기를 동시에 가지고 있다. 상기와 같은 특성을 갖는 중합체 형태의 분산제로는 술폰산염 및 카복실산염과 같은 산성기를 지닌 고분자 중합체가 있다. 또한, 염기성 아미노기를 가지는 중합체 형태의 분산제는 상기 산성기와의 산-염기 상호 작용을 통해 보다 강한 결합력을 지닐 수 있어 효과적인 분산제로서 역할을 수행할 수 있다.
다공성 자성분말(12)의 크기 및 함량은 본 발명의 보수제(20)가 적용되는 환경, 보수장치의 자기력, 응집 방지, 지수제(10)의 점도 등에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 지수제(10)의 일부는 기공(12b)으로 담지되어, 지수제(10) 및 자성분말(12)은 실질적으로 일체화를 이룬다. 여기서, 일체화란 지수제(10)의 유동에 따라 자성분말(12)로 함께 유동하는 것을 말한다. 자성분말(12)을 지수제(10)에 혼합하는 과정에서, 지수제(10)가 기공(12)에 보다 깊이 파고들게 하기 위하여, 소정의 압력을 가할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 보수제(20)를 이용한 보수장치(50)를 설명하기 위한 단면도이다. 이때, 보수제(20)는 도 1에서 설명한 바와 같으므로, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2에 의하면, 보수장치(50)는 크랙(C)이 형성된 콘크리트 구조물(100) 상부에 이동하며, 바람직하게는 콘크리트 구조물(100)에 밀착시켜 운용된다. 보수장치(50)는 자력발생기(30) 및 제어기(40)를 포함하여 이루어진다. 자력발생기(30)는 전자석 또는 영구자석으로 이루어지며, 상기 전자석이 보다 바람직하다. 자력발생기(30)의 형상은 원형, 다각형 및 그 조합으로 이루어질 수 있으며, 자력발생기(30)의 이동을 원활하게 하기 위하여 바퀴(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 제어기(40)는 자력발생기(30)의 자기력을 조절하고, 경우에 따라 다공성 자성분말(12)에 의해 흡수된 자기력을 확인하여 상기 자기력을 조절할 수 있다.
본 발명의 보수제(20)를 크랙(C)에 예비적으로 침투시킨 후에, 자력발생기(30)에서 자기력을 발생시키면, 보수제(20)에 혼합된 다공성 자성분말(12)는 자력발생기(30) 방향으로 이동한다. 자성분말(12)은 지수제(10)와 일체화되어 있으므로, 자성분말(12)은 지수제(10)와 함께 움직인다. 한편, 콘크리트 구조물(100)의 크랙(C)에는 미세한 틈이 존재한다. 상기 미세한 틈은 추후에 크랙을 더 발생시키는 원인을 제공한다. 기존의 인젝터 그라우팅 공법은 표면장력에 의한 모세관 현상으로 미세한 틈으로 침투한다. 하지만, 종래의 보수제는 콘크리트 구조물의 크랙 부위의 미세한 틈까지 잘 침투되지 않고, 상기 미세한 틈까지 침투시키는 시간이 많이 소요된다.
본 발명의 실시예에 의한 자력발생기(30)에서의 자기력을 연속적 또는 단속적으로 발생시켜 자기력을 조절하면, 자성분말(12)이 지수제(10)와 함께 미세한 틈으로 파고든다. 즉, 본 발명의 보수장치(50)는 모세관 현상에 자기력을 부가되어, 보수제(20)가 미세한 틈으로 잘 파고들며, 미세한 틈을 메우는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 자성분말(12)는 지수제(10)를 붙잡고 있는 앵커 효과가 있으므로, 침투한 보수제(20)가 미세한 틈으로부터 벗어나지 않고 안정되게 유지하도록 한다. 지수제(10)가 상온경화형이어서 침투력이 떨어진다고 할지라도, 자기력으로 보완하여 상기 침투력을 높일 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 지수제 12; 다공성 자성분말
12a; 분말 몸체 12b; 기공
20; 보수제 30; 자력발생기
40; 제어기 50; 보수장치
100; 콘크리트 구조물 C; 크랙

Claims (12)

  1. 콘크리트 구조물의 크랙에 침투하는 인젝터 그라우팅 공법을 위한 보수제에 있어서,
    상기 보수제는,
    합성수지 또는 마이크로 시멘트를 포함하는 지수제; 및
    분말 몸체 및 기공으로 이루어지고, 상기 지수제의 일부가 상기 기공으로 파고들어 상기 지수제와 일체화되어 상기 지수제를 고정하고, 자기장 안에서 자화되는 물질인 다공성 자성분말이 혼합되며,
    상기 다공성 자성분말은 자기력이 작용하면 상기 지수제와 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합성수지는 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지수제는 고인장 섬유가 부가된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 자성분말은 강자성체인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다공성 자성분말은 철, 철합금 또는 철산화물 또는 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제.
  7. 콘크리트 구조물의 크랙을 보수하는 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치에 있어서,
    상기 보수장치는 상기 크랙이 형성된 상기 콘크리트 구조물의 상부를 이동하며,
    자력을 발생시키는 자력발생기 및 상기 자력발생기의 자기력을 조절하는 제어기를 포함하고,
    상기 보수제는 합성수지 또는 마이크로 시멘트를 포함하는 지수제 및 분말 몸체 및 기공으로 이루어지고, 상기 지수제의 일부가 상기 기공으로 파고들어 상기 지수제와 일체화되어 상기 지수제를 고정하며, 자기장 안에서 자화되는 물질인 다공성 자성분말이 혼합되고,
    상기 다공성 자성분말은 상기 지수제와 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자력발생기는 전자석 또는 영구자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 상기 자력발생기에서 생성되는 자기력의 크기를 조절하고, 상기 자기력을 연속적 또는 단속적으로 생성시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 합성수지는 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서, 상기 다공성 자성분말은 강자성체인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 크랙 보수를 위한 인젝터 그라우팅 공법의 보수제를 이용한 보수장치.
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